ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN & MÔI TRƯỜNG Thành phố Hồ Chí Minh
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI TẠO ĐẤT ĐÁ
MSHP: 190114134
ĐẶNG XUÂN TRƯỜNG Tiến sĩ, Kĩ sư Asean E: dxtruong@hcmunre.edu.vn W: www.dangxuantruong.edu.vn B: www.dxtruong.blogspot.com
C.5
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
CHƯƠNG 5
GIA CỐ ĐẤT NỀN YẾU PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ BẰNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (Sand pile method)
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 2
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.1. KHÁI NIỆM VỀ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (1/4)
Cọc cát đầm chặt là giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cách chiếm chỗ của đất yếu và nhồi vật liệu cát vào tạo ra hệ thống các cọc bằng cát trong nền đất yếu. Hệ thống cọc cát một phần sẽ nén chặt đất yếu, một phần sẽ hỗ trợ thoát nước (giống như bấc thấm) khi nền được gia tải.
Cọc cát xuất phát từ cột đá Ballast là loại cọc được cấu tạo từ vật liệu rời đặt trong đất tham gia cùng đất nền chống đỡ tải trong công trình. Gọi là cọc, nên bản thân cọc cát phải được tạo thành từ những loại cát đồng nhất, tiết diện liên tục theo chiều sâu, sức chịu tải của cát lớn hơn nhiều lần so với đất nền tự được chọn phải nhiên.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 3
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.1. KHÁI NIỆM VỀ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (2/4)
Cọc cát đầm chặt thường có đường kính lớn, lưới cọc dày nên tỷ lệ gia cố sẽ lớn hơn so với cọc cát thường (giếng cát). Trong trường hợp này tác dụng làm chặt sẽ rõ ràng và cọc cát đầm chặt thường được coi có vai trò chính là làm chặt đất.
Đất yếu ban đầu được nén chặt lại kết hợp với các cọc bằng cát được đầm chặt có tính chất cơ học tốt, nhờ đó toàn bộ đất nền được cải thiện, tăng khả năng chịu tải và giảm lún.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 4
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.1. KHÁI NIỆM VỀ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (3/4)
Hình 1.1. Máy thi công Nguồn: FECON
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 5
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.1. KHÁI NIỆM VỀ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (4/4)
Hình 1.2: Ống thép thi công cọc cát
Hình 1.3: Cơ chế đầm cọc cát
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 6
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.2. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (1/2)
Ưu điểm:
Nén chặt đất bằng cọc cát là một phương pháp có hiệu quả khi xây dựng các công trình chịu tải trọng lớn trên nền đất yếu có chiều dày lớn. Khi chiều dày lớp đất yếu lớn hơn 2.0m có thể dùng cọc cát để nén chặt.
Tác dụng của cọc cát là làm cho: độ rỗng, độ ẩm của đất nền giảm đi; trọng lượng thể tích, môđun biến dạng, lực dính và góc ma sát trong tăng lên.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 7
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.2. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (2/2)
Nhược điểm:
Đối với cọc cát đầm chặt, độ chặt của cát trong cọc và đường kính cọc phụ thuộc nhiều vào khả năng quản lý chất lượng và kinh nghiệm thi của nhà thầu thi công;
Vật liệu cát tại một số địa phương không sẵn có và
giá thành cao;
Cọc cát đầm thi công ồn và rung, khó áp dụng
trong đô thị.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 8
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.3. PHẠM VI ÁP DỤNG CỦA CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (1/1)
Thích hợp để xử lý các loại đất sét yếu hoặc đất
cát rời;
Chiều sâu xử lý thường dưới 30m.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 9
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (1/24)
Bước 1: Xác định hệ số rỗng enc của đất khi dùng cọc
cát.
Bước 2: Xác định diện tích nền được nén chặt; Bước 3: Xác định số lượng cọc cát; Bước 4: Bố trí cọc cát; Bước 5: Xác định trọng lượng cát trên một mét dài; Bước 6: Xác định chiều sâu nén chặt của cọc cát; Bước 7: Xác định sức chịu tải của nền đất sau khi nén
chặt bằng cọc cát;
Bước 8: Tính độ lún dự tính của nền đất sau khi nén
chặt bằng cọc cát.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 10
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (2/24)
Bước 1: Xác định hệ số rỗng enc của đất khi dùng
cọc cát
Trong đó:
D - độ chặt tương đối (khoảng 0.7 - 0.8) emax - hệ số rỗng của cát ở trạng thái xốp nhất emin - hệ số rỗng của cát ở trạng thái chặt nhất.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 11
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (3/24)
Ngoài ra trị số enc còn có thể xác định gần đúng dựa vào tính chất cơ lý của đất, theo công thức sau:
Trong đó:
Gs – Trọng lượng riêng của đất, (kN/m3) γn – Trọng lượng thể tích của nước, (T/m3) Wd – Độ ẩm ở giới hạn lăn, (%) Id - Chỉ số dẻo.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 12
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (4/24)
Bước 2: Xác định diện tích nền được nén chặt
Trong đó:
l – Chiều dài đế móng (m) b – Chiều rộng đế móng (m)
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 13
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (5/24)
Hình 4.1: Bố trí cọc cát
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 14
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (6/24)
Ngoài ra tỷ lệ diện tích tiết diện các cọc cát Fc đối với diện tích nền được nén chặt Fnc sẽ xác định như sau:
Trong đó:
e0 – Hệ số rỗng của đất thiên nhiên trước khi nén chặt bằng cọc cát.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 15
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (7/24)
Hình 4.2: Bố trí cọc cát và phạm vi nén chặt đất nền
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 16
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (8/24)
Bước 3: Xác định số lượng cọc cát
Trong đó:
fc - Diện tích tiết diện cọc cát dùng khi thi công (m2).
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 17
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (9/24)
Bước 4: Bố trí cọc cát
Khoảng cách giữa các cọc cát L:
Hoặc:
Trong đó:
dc – Đường kính cọc cát, (m). γnc – Trọng lượng thể tích của đất được nén chặt,(T/m3).
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 18
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (10/24)
Ngoài ra nếu bố trí theo hình vuông thì khoảng
cách giữa các cọc cát L là:
Trong đó:
e0 – Hệ số rỗng của đất thiên nhiên trước khi nén chặt bằng cọc cát.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 19
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (11/24)
Để tính γnc :
Trong đó:
W – Độ ẩm tự nhiên của đất trước khi nén chặt,(%) γ – Trọng lượng thể tích của đất tự nhiên trước khi nén chặt, (T/m3).
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 20
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (12/24)
Hình 4.3: Sơ đồ bố trí cọc kiểu tam giác
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 21
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (13/24)
Bước 5: Xác định trọng lượng cát trên một mét
dài (m):
Trong đó:
Gs – Trọng lượng riêng của cát dùng trong cọc,(kN/m3). W1 – Độ ẩm tính theo trọng lượng của cát trong thời gian thi công, (%)
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 22
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (14/24)
Bước 6: Xác định chiều sâu nén chặt của cọc cát:
Chiều sâu nén chặt Hnc của cọc cát có thể lấy bằng chiều sâu vùng chịu nén H ở dưới đế móng:
Đối với công trình dân dụng và công nghiệp:
Đối với công trình thủy lợi:
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 23
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (15/24)
Ta có thể xác định chiều sâu vùng chịu nén một cách gần đúng theo phương pháp lớp đất tương đương của giáo sư N.A.Txưtovits:
với
Trong đó: hs – Chiều dày lớp đất tương đương, Aω – Hệ số lớp tương đương, phụ thuộc vào hệ số Poatxông μ0, hình dạng đế móng và độ cứng của móng, tra bảng dưới đây:
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 24
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (16/24)
Bảng 4.1. Hệ số A
Sỏi và cuội
Cát
Sét pha cát dẻo
Sét nặng rất dẻo
a/b
Sỏi cứng và sét pha cát
Cát pha sét
Sét dẻo
1.0 1.13 0.96 0.89 1.2 1.01 0.94 1.26 1.07 0.99 1.37 1.17 1.08 1.58 1.34 1.24 2.02 1.71 1.58
1.5 1.37 1.16 1.09 1.45 1.23 1.15 1.53 1.30 1.21 1.66 1.40 1.32 1.91 1.62 1.52 2.44 2.07 1.94
1.55 1.31 1.23 1.63 1.39 1.30 1.72 1.47 1.37 1.88 1.60 1.49 2.16 1.83 1.72 2.76 2.34 2.20
2
1.88 1.55 1.46 1.90 1.63 1.54 2.01 1.73 1.62 2.18 1.89 1.76 2.51 2.15 2.01 3.21 2.75 2.59
3
1.99 1.72 1.63 2.09 1.81 1.72 2.21 1.92 1.81 2.41 2.09 1.97 2.77 2.39 2.26 3.53 3.06 2.90
4
2.13 1.85 1.74 2.24 1.95 1.84 2.37 2.07 1.94 2.58 2.25 2.11 2.96 2.57 2.42 3.79 3.29 3.10
5
2.25 1.98
-
2.37 2.09
-
2.50 2.21
-
2.72 2.41
-
3.14 2.76
-
4.00 3.53
-
6
2.35 2.06
-
2.17 2.18
-
2.61 2.37
-
2.84 2.51
-
3.26 2.87
-
4.18 3.67
-
7
2.43 2.14
-
2.56 2.26
-
2.70 2.40
-
2.94 2.61
-
3.38 2.98
-
4.32 3.82
-
8
2.51 2.21
-
2.64 2.34
-
2.79 2.47
-
3.03 2.69
-
3.49 3.08
-
4.46 3.92
-
9
2.58 2.27 2.15 2.71 2.40 2.26 2.86 2.51 2.38 3.12 2.77 2.60 3.58 3.17 2.98 4.58 4.05 3.82
Và lớn hơn
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 25
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (17/24)
Bước 7: Xác định sức chịu tải của nền đất sau khi
nén chặt bằng cọc cát:
Theo kinh nghiệm, sức chịu tải tính toán của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát có thể lấy lớn hơn từ hai đến ba lần sức chịu tải của nền đất tự nhiên khi chưa gia cố.
Đối với nền đất sét hoặc đất bùn, theo kết quả thực nghiệm, sức chịu tải tính toán của nền đất có thể lấy trong phạm vi 2 – 3kg/cm2.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 26
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (18/24)
Để kiểm nghiệm lại sức chịu tải sau khi nén chặt, có thể tiến hành thí nghiệm tải trọng tĩnh ở hiện trường hoặc dựa vào công thức:
Trong đó:
E0 – Môđun biến dạng của lớp đất, (kN/m2). Rtc – Áp lực tiêu chuẩn, (T/m2). a0 – Hệ số không thứ nguyên, có thể lấy bằng 0.87 đối với móng hình vuông và 0.66 đối với móng băng η – Hệ số độ lún của lớp đất tự nhiên, phụ thuộc vào trọng lượng thể tích trung bình của đất.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 27
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (19/24)
Tính áp lực tiêu chuẩn của đất nền khi có cọc cát, theo
công thức:
Rtc = m[(Ab + Bh)γ + Dctc]
Trong đó:
m – Hệ số điều kiện làm việc, γ – Trọng lượng thể tích của đất, (T/m3). ctc – Lực dính tiêu chuẩn của đất, (kg/cm2). h – Chiều sâu chôn móng, (m). b – Chiều rộng đế móng, (m). A, B và D phụ thuộc vào φtc,Tra bảng sau đây:
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 28
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (20/24)
Bảng 4.2. Hệ số η
1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85 1.9
γ (t/m3)
10
6.7
4.5
3
2
1.4
0.9
0.6
0.4
0.3
0.2
η (m4/t2)
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 29
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (21/24)
Bảng 4.3. Hệ số A, B, D
(độ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
A 0,00 0,03 0,06 0,10 0,14 0,18 0,23 0,29 0,36 0,43 0,51 0,61
B 1,00 1,12 1,25 1,39 1,55 1,73 1,94 2,17 2,43 2,72 3,06 3,44
D 3,14 3,32 3,51 3,71 3,93 4,17 4,42 4,69 5,00 5,31 5,66 6,04
(độ) 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46
A 0,72 0,84 0,98 1,15 1,34 1,55 1,81 2,11 2,46 2,87 3,37 3,66
B 3,87 4,37 4,93 5,59 6,35 7,21 8,25 9,44 10,84 12,50 14,48 15,64
D 6,45 6,90 7,40 7,95 8,55 9,21 9,98 10,80 11,73 12,77 13,96 14,64
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 30
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (22/24)
Phương pháp cọc cát hợp lý, khi ứng suất trung bình dưới đế móng nhỏ hơn áp lực thiêu chuẩn trên nền khi có cọc cát, tức là:
σ0 ≤ Rtc
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 31
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (23/24)
Bước 8: Tính độ lún dự tính của nền đất sau khi
nén chặt bằng cọc cát:
Đối với nền đất đồng nhất:
Đối với nền đất có nhiều lớp:
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 32
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (24/24)
Trong đó: a0 – Hệ số nén tương đối của đất tại điểm giữa lớp đang xét.
a – Hệ số nén lún của đất tại điểm gữa lớp đang xét, (cm2/N). e0 – Hệ số rỗng ban đầu. β – Hệ số xét đến nở hông của đất, có thể lấy β gần đúng như sau:
β = 0.76 β = 0.43 β = 0.72 β = 0.57
Cát Sét Cát pha Sét pha E0 – Trị số môđun của đất khi có cọc cát, (kN/m2). p – Áp lực gây lún dưới đế móng, (T/m2).
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 33
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.5. THI CÔNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (1/7)
Hình 5.1: Quy trình thi công Cọc cát đầm chặt Nguồn: FECON
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 34
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.5. THI CÔNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (2/7)
Hình 5.2: Trình tự thi công Cọc cát đầm chặt
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 35
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.5. THI CÔNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (3/7)
1. Đánh dấu vị trí
Sau khi búa rung hoạt động, bắt đầu thâm nhập vào để cột ống chống trong khi hiện tại đang kiểm tra định phân về chiều sâu.
Tạm ngưng thâm nhập khi chiều sâu chạm tới số liệu đã định ra.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 36
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.5. THI CÔNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (4/7)
2. Mở van để gia tăng áp lực bên trong của đế cột ống chống và sau đó đổ cát vào bên trong đế cột ống chống:
Khi độ sâu của bề mặt cát bên trong là 1.5m hoặc hơn thì tạm thời ngưng việc thâm nhập.
Sự thâm nhập vào đế cột ống chống để xác định độ sâu bề mặt cát (Việc xả cát được thực hiện bởi máy nén khí).
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 37
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.5. THI CÔNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (5/7)
3. Kéo đế cột ống chống ra, xác thực độ dày mà máy đo độ dày thể hiện trên bề mặt cát.
4. Đóng nhanh van xả và mở van áp lực bên trong sau đó thâm nhập lại vào cột ống chống để xác định độ sâu.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 38
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.5. THI CÔNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (6/7)
5. Làm lại bước 2 đến bước 4
6. Khi các phương pháp đo chiều cao độ sâu trong khoảng 1 mét bề mặt của đất, đóng van áp lực bên trong và tạm lực. ngưng
tia phản
các
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 39
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.5. THI CÔNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (7/7)
7. Kéo các vỏ bọc với các van xả đang mở một cách nhanh chóng cho đến khi đầu vỏ bọc được tách biệt hoàn toàn với bề mặt của đất.
8. Di chuyển đến 1 vị trí thi công khác.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 40
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
5.6. CLIP THI CÔNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (1/1)
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 41
©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PGS.TS. Nguyễn Ngọc Bích, Các phương pháp cải tạo đất yếu trong xây dựng, NXB Xây dựng Hà Nội, 2011.
Công ty cổ phần FECON, Xử lý nền bằng Cọc cát đầm
chặt.
Bài thuyết trình của sinh viên trường Đại học Bách khoa
– ĐHQG TP. Hồ Chí Minh.
Một số hình ảnh từ nguồn Internet.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá 42
Lecturer: PhD., Eng. Truong DANG XUAN
[W]
www.dangxuantruong.edu.vn
[M]
dxtruong@hcmunre.edu.vn
[B]
http://dxtruong.blogspot.com
[F]
fecebook.com/officialdangxuantruong
