4.1. KHÁI NIỆM
Chương 4: Xử lý và Gia Cố Đất Nền
(cid:1) Đệm vật liệu rời (đá, sỏi, cát) (cid:1) Cọc vật liệu rời (cọc đá, cọc sỏi, cọc cát) (cid:1) Cọc đất vôi, đất xi măng (cid:1) Gia tải trước (cid:1) Giếng cát gia tải trước (cid:1) Bấc thấm (cid:1) Cừ tràm
1
2
4.2. ĐỆM CÁT
4.2. ĐỆM CÁT
Ntt
(cid:1) Tính toán lớp đệm cát
Df
-
h
pgl
α
b
hđ
bđ
σbt 1
σz 2
- Chiều dày lớp đất yếu < 5m; công trình vừa, nhỏ, nhà công nghiệp. Dùng lớp đệm để thay thế toàn bộ lớp đất yếu. Làm tăng sức chịu tải của nền đất (được thay bởi lớp đất tốt hơn) Làm giảm độ biến dạng Làm tăng khả năng chống trượt khi có tải trọng ngang - - - Ưu: sử dụng vật liệu địa phương, phương pháp thi công đơn giản - Khuyết: thích hợp cho công trình nhỏ; công trình bên cạnh
4
3
ao, hồ, sông, biển thì cần phải có biện pháp ngăn ngừa hiện tượng cát chảy. Khi MNN cao thì dùng γ’ nên không hiệu quả.
4.2. ĐỆM CÁT
4.2. ĐỆM CÁT
2 ≤ Rtc(Df + hđ) ≈ RII (Df + hđ)
(cid:1) Tính toán lớp đệm cát 1. Xác định hđ * Điều kiện 2: S = Sđệm + Sđất ≤≤≤≤ Sgh
2
R
Ab
Dc
[
(
]
=
+
+
+
* ) γ
- Để đơn giản hơn, ta có thể chọn hđ rồi kiểm tra lại đk1 và đk2 - hđ được chọn bằng bề dày lớp đất yếu và ≤ 3m σbt σbt σz σz (cid:1) Tính toán lớp đệm cát 1. Xác định hđ * Điều kiện 1: 1+ σz 1 = γ Df + γđ hđ 2 : Ư/s do tải trọng ngoài tại đáy lớp đệm 2 = k0 pgl = k0 (p - γ Df) k0 = f (l/b, z/b)
II
γ z
hDB đ f
mm 1 k
tc
tc
tc
2
2. Xác định bđ Tính bề rộng đáy lớp đệm vật liệu rời với gải thiết góc truyền bz : bề rộng móng tính đổi ứng suất nén trong nền đất là α ≈ ϕđ = 30 ÷ 350. - Móng chữ nhật: bđ = b + 2 hđ tan300 a = (l-b)/2
b
a
a
=
+
−
b
=
z
F z
=
z
F z
5
6
∑ N σ
N l
2
2
- Móng băng: ∑ σ
4.2. ĐỆM CÁT
4.3. CỌC CÁT
(cid:1) Một số vấn đề thi công lớp đệm cát - Đào bỏ hết lớp đất yếu - Dùng loại cát hạt to, trung, hàm lượng chất bẩn ≤ 3% - Rải từng lớp dày 20 – 30cm, tưới nước vừa đủ ẩm (Wopt) và đầm - Có thể thay cát bằng các loại đất tốt khác: cát pha sét lẫn sỏi, sỏi đỏ.
7
8
Tác dụng - Làm cho đất nền nén chặt lại nhờ hệ thống các cọc cát - Tăng sức chịu tải của đất nền - Giảm biến dạng, đặc biệt là biến dạng không đồng đều - Tăng khả năng chống trượt đối với công trình chịu tải ngang Ưu điểm - Tận dụng được vật liệu địa phương (cát) - Thiết bị thi công đơn giản - Thời gian thi công (xử lí nền) nhanh Nhược điểm - Sử dụng hiệu quả cho công trình có tải trung bình. Công lớn hoặc vùng đất yếu lớn thì biện pháp này trình có tải không khả thi.
4.3. CỌC CÁT
4.3. CỌC CÁT
I
W (
5,0
)
=
+
e nc
p
p
G 100
s γ w
e
- Nền sét (cid:1) Các bước tính toán cọc cát 1. Xác định diện tích cần nén chặt enc = 0,7 ÷ 0,8, nhưng < 1
enc=ep=0,1MP
Fnc = lnc bnc lnc = l + 0,4 b bnc = b + 0,4 b
p
p=0,1MPa
2. Xác định hệ số rỗng nén chặt sau khi có cọc cát
- Dung trọng sau khi nén chặt
W
01,01(
)
+
=γ nc
1
G s e + nc
9
10
- Nền cát: enc = emax – D(emax – emin) Độ chặt tương đối D = 0,7 ÷ 0,8 khi thi công đóng ống tạo cọc
4.3. CỌC CÁT
4.3. CỌC CÁT
d
nc
600
L
d
952,0
=
L
=
=
f c
n = nc
+ −
e 0 nce
1 e 0
2d π 4
F c f
F c F nc
e e − 0 1 e + 0
c
4. Xác định số lượng cọc cần thiết 3. Xác định khoảng cách giữa các cọc • Cọc bố trí theo lưới tam giác Fc : diện tích tổng các cọc cát, fc : diện tích 1 cọc cát
nc
d
nc
F
=
F c
nc
=
n c
e e
e − 0 1+
0
F nc f
e − 0 1+
c
e e 0
L
d
886,0
=
+ −
e 0 nce
1 e 0
L
• Cọc bố trí theo lưới ô vuông
11
12
Thường chọn d = 20 ÷ 60cm, chọn và bố trí cọc nằm ngoài phạm vi nén chặt.
4.3. CỌC CÁT
4.3. CỌC CÁT
(Df) ≈ RII (Df)
5. Xác định chiều dài cọc lc cần thiết 6. Kiểm tra điều kiện ổn định - Kiểm tra điều kiện ổn định dưới đáy móng
(Df) ≈ 1,2 RII (Df)
max ≤ 1,2 Rtc min ≥ 0
1+ σz
2 ≤ Rtc
1+ σz
2 ≤ Rtc
(Df + lc) ≈ RII (Df + lc)
Chiều dài cọc phải ≥ chiều sâu vùng hoạt động lún (vùng chịu nén) và phải thỏa mãn khả năng chịu tải của lớp đất yếu. ptc ≤ Rtc ptc ptc S = Scc + Sđất ≤ Sgh - Kiểm tra điều kiện ổn định dưới cọc cát σbt σbt (Df + lc) ≈ RII (Df + lc) Thường chọn lc = Hnén + 0,5m
7. Kiểm tra điều kiện biến dạng
13
14
S = Scc + Sđất ≤ Sgh
4.3. CỌC CÁT
4.4. GIA TẢI TRƯỚC
tc
p
R
DB
cD
bAm (
*
)
γ
γ
=
=
+
+
gh
f
p
R
bA
DB
cD
(2
*
)
γ
γ
=
=
+
+
gh
II
f
mm 1 k
tc
(cid:1) Tính toán tải trọng gia tải cho phép để đất nền không bị phá hoại, p ≤≤≤≤ pgh (cid:1) Một số vấn đề thi công cọc cát - Đóng ống thép xuống nền đất, nhồi cát và đầm chặt, đồng thời rút ống thép lên; dùng ống thép tự mở đáy.
- Thi công bằng phương pháp chấn động thì sau khi hạ ống thép tới độ sâu thiết kế, nhồi cát vào, cho máy chấn động rung khoảng 15-20ph, kế tiếp rút ống lên 0,5m, làm tương tự. - Thi công bằng phương pháp nổ mìn. Để đơn giản lấy ϕ = 0 => A = 0, B = 1, D = 3,14 = π
15
16
Pgh = π c Chiều cao lớp gia tải là h = pgh / γ
4.4. GIA TẢI TRƯỚC
4.5. GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC
Biên thoát nước
Biên thoát nước
z
h
h
2h
dz
1 1
h
Cát thoát nước
Nền đất không thấm
- Thích hợp cho công trình có kích thước bản đáy lớn: móng băng, băng giao nhau, móng bè, nền đường, đê đập… (cid:1) Tính toán cố kết đất nền p - Dùng cho nền: cát nhỏ - bụi bão hòa nước, đất dính bão hòa nước, bùn, than bùn… - Ưu điểm:
−
1
vT
2 π 4
t
=
C
=
=
T v
v
U
e
1 −=
t
C v 2 h
e + 1 a
a
k γ w
k γ w
o
8 2 π
2
=
T v
π 4
U v 100
+ Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền + Tăng khả năng chịu tải của đất nền + Nền được lún trước do thoát nước & gia tải + Giảm mức độ biến dạng & biến dạng không đồng đều của đất nền + Tăng khả năng chống trượt khi công trình chịu tải ngang - Nhược điểm:
17
18
=> + Chỉ sử dụng hiệu quả cho công trình tải trọng trung bình và chiều dày lớp đất yếu không lớn + Thời gian thi công (gia tải) lâu + Không hiệu quả cho đất nền có k < 10-8 cm/s Khi Uv ≤ 60% Khi Uv > 60%=> Tv = 1,781 – 0,933 log(100-Uv)
4.5. GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC
4.5. GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC
Gồm 3 bộ phận chính: hệ thống giếng cát, lớp đệm & phụ tải
(cid:1) Cấu tạo của giếng cát gia tải trước (cid:1) Tính toán giếng cát gia tải trước 1. Chiều dày lớp đệm cát
Lớp đệm
Phản áp
hđệm = S + (30 ÷ 50) cm, chọn hđệm ≥ 0,5 m S: độ lún ổn định của nền đất yếu
GIA TẢI TRƯỚC
h=2H
2. Xác định đường kính d và khoảng cách giữa các giếng L
Giếng cát
z
kz
L=2R
2R
kr
2r
Hướng thấm nước
(Df + lg) ≈ RII (Df + lg)
2 ≤ Rtc
kz
19
20
- Thường chọn đường kính giếng cát d = 40 cm - Khoảng cách các giếng cát L = 2 ÷ 5 m, chọn L = 2 m
3. Xác định chiều sâu giếng cát lg - Chiều sâu giếng cát lg ≥ Hnén (phạm vi chịu nén) - σbt 1+ σz - lg ≥ 2/3 Hđy - Thường chọn lg = chiều sâu vùng đất yếu
4.5. GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC
4.5. GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC
4. Tính toán độ cố kết của nền đất
- Lời giải của Carrilo (1942) cho độ cố kết tổng hợp Uv,r của thấm đứng Uv và thấm ngang Ur
Uv,r = 1 – (1 - Ur) (1 – Uv)
k
)
v
=
c v
T v =
1( a
tc v 2H
e 1+ γ w
−
vT
2 π 4
=> Uv
U
e
1 −≈
t
8 2 π
k
)
r
=
c r
(Sơ đồ 0 )
1( a
tc r T = r D 2 e
e 1+ γ w
21
22
=> Ur Uv,r : độ cố kết tổng hợp H = lg : chiều dài giếng cát (chiều dày vùng thoát nước) R = L/2 : bán kính ảnh hưởng De : khoảng cách qui đổi giữa các giếng cát De = 1,13 S (sơ đồ hình vuông) De = 1,05 S (sơ đồ tam giác đều) S : khoảng cách thực giữa các giếng cát r : bán kính giếng cát cv : hệ số cố kết theo phương đứng cr : hệ số cố kết theo phương bán kính (phương ngang) a : hệ số nén lún γw : trọng lượng riêng của nước
4.5. GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC
4.5. GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC
U
exp
1 −=
−
r
- Lời giải của Barron (1948) 5. Tính độ lún theo thời gian St: St = U S∞
T 8 r nF )(
2
S
h
=∞
e e − 1 e 1+ 1
2
2
3
1
nF )(
nLn )(
=
−
n 2
− 2
n
n
n
1
n 4
−
S
ao
hp
∆
= ∑
i
=1
n
n
=
≈
S
hp
∆
= ∑
R r
S d
β E
i
1 =
23
24
- Xem nền không thay đổi:
4.5. GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC
4.5. GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC
n
p
p
oi
i
S
log
∆+ p
hC c i e +
i
= ∑ 11 =
oi
i
0
Cho đất cố kết thường (OCR = 1)
p
o
S
log
=
p ∆+ p
hC s e 1 +
(cid:1) Một số vấn đề thi công giếng cát Trình tự thi công gần giống như cọc cát. Với chiều sâu giếng < 12m, có thể dùng các loại máy đào cần trục hoặc các loại máy rung có lực kích từ 10-20T, thực tế hay dùng 14T.
o
o
Cho đất cố kết trước nặng (OCR > 1, po + ∆p ≤ pc )
p
c
o
S
log
log
=
+
p p
p ∆+ p
hC s e 1 +
hC c e 1 +
o
o
o
c
25
26
Cho đất cố kết trước nhẹ (OCR > 1, po + ∆p ≥ pc)
4.6. BẤC THẤM
4.6. BẤC THẤM
Ln
nF )(
=
D e d
3 4
−
w
T = r
U
exp
1 −=
−
r
tC r 2 D e
T 8 r F
h
s
Ln
=
F s
k k
d d
k
)
−
s
w
1
r
Lời giải Hansbo (1979) cho bấc thấm, bản nhựa thấm: biểu thị hiệu quả do khoảng cách các thiết bị thoát nước
C
=
=
r
c r
a
1( a
k h γ0 w
e 1+ γ w
biểu thị hiệu quả xáo trộn của đất xung quanh thiết bị thoát nước
(2
)
=
dw : đường kính tương đương của thiết bị thoát nước
d w
ba + π
(
)
=
(Hansbo, 1979)
d w
28
27
ba + 2
a: bề rộng, b: bề dày thiết bị thoát nước De : khoảng cách giữa các thiết bị thoát nước De = 1,13 S (sơ đồ hình vuông) De = 1,05 S (sơ đồ tam giác đều) S : khoảng cách thực giữa các thiết bị thoát nước F = F(n) + Fs + Fr
4.6. BẤC THẤM
4.7. CỪ TRÀM
ds : đường kính vùng bị xáo trộn kết cấu đất xung quanh thiết bị thoát nước Chiều dài cừ : lc = 4 ÷ 5 m, đường kính dc = 6 ÷ 10 cm. Tính toán cừ tràm như cọc tiết diện nhỏ.
h
)
= π
ZLZ ( −
F r
k q
w
1. Chọn lc , dc ; thường chọn lc = 4 ÷ 5 m, dc = 6 ÷ 8 cm. biểu thị hiệu quả sức cản thấm của các thiết bị thoát nước. 2. Xác định sức chịu tải của cừ:
- Theo vật liệu:
Z : khoảng cách từ mặt đất đến chổ kết thúc thoát nước qw : khả năng thoát nước khi gradient thủy lực bằng 1 Pvl = 0,6 fc Rn fc : diện tích tiết diện ngang 1 cừ
p
s
=
+
Q a
fA s FS
qA p FS
s
p
30
29
Rn : cường độ chịu nén dọc trục của cừ - Theo đất nền:
4.7. CỪ TRÀM
Qtc = mR fc Rp + u Σmf fi li Qa = Qtc /1,4 Qa = km (Rp fc + u Σmf fi li) ; km = 0,7
n
=
n =0
n F
Hệ số mR , mf lấy như cọc BTCT ca = 2/3 c ; ϕa = 2/3 ϕ => Chọn Pc = min (Qa); 3. Tính số lượng cừ Pc ≈ 0,4 T QN + đ P c
Thường chọn mật độ 16 cây/m2, 25 cây/m2, 36 cây/m2, 49 cây/m2.
31
4. Các phần còn lại tính tương tự cọc BTCT * Phần tính lún thì móng khối qui ước chỉ 2/3 lc .
