Phần 4: Gia cố đất nền
Thí nghiệm bàn nén trên nền Top- Base tại HP, Từ biểu đồ nén lún, xác định Pgh = 460 kPa, Ptc = 153 kPa
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Phần 4: Gia cố đất nền, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Phần 4: Gia cố đất nền i t
Nguyễn Sĩ Hùng – SPKT HCM
Thế nào là Đất yếu
Đất yếu:
- Khả năng chịu lực thấp (0,5÷1,0kg/cm2);
- Mô đun tổng biến dạng E0 ≤ 50kG/cm2;
- Chỉ số SPT bé N < 2 với đất dính, N < 4 với đất cát
- Chỉ số CPT bé qc < 300÷500 kPa
- Đất dính có độ sệt lớn, B>1, W > Wnh;
- Đất bùn cát pha e0 > 1,1; bùn sét và bùn sét pha e0
> 1.5;
- Cát bụi rời bão hòa có D<0,2; qc < 1000 kPa;
- Góc ma sát trong ϕ < 100
Đất yếu:
Chỉ tiêu,
loại đất
Trọng
lượng
riêng γ
(kN/m3)
Góc
ma sát
trong
ϕ (độ)
Lực dính
c
(kN/m2)
Mô đun
tổng biến
dạng Eo
(kPa)
Hệ số
rỗng e Độ sệt B
Chỉ số
SPT N
Sức kháng
mũi qc
(kPa)
Đất sét 1,1 B > 1 N < 5 qc < 500
Đất cát
bụi < 17 < 10 < 5000
e > 0,8
(cát bụi) N < 5 qc < 1000
Đất bùn: (ven biển,
đầm lầy, ao hồ)
Lưu ý :
Bùn sét đến khi khô hạn thì
bị nứt nẻ
Thành phần : di tích thực vật
+ cát + sét
Độ ẩm lớn: W > Wch
Hệ số rỗng lớn: e > 1 với cát
pha sét và e > 1,5 với đất sét
Góc ma sát ϕ ~ 0
E0 = 100÷2500 kPa
Đất than bùn: (bùn đầm lầy)
Thành phần : hạt mịn + keo
khoáng hữu cơ + vi sinh vật
Than bùn nhẹ và xốp,
γ = 7÷14 kN/m3
Sức chịu tải thấp, tính nén
lún cao
Góc ma sát ϕ < 100
E0 ~1000 kPa
Cát mịn, xốp, bão hòa nước
Sét, á sét trạng thái nhão
Á cát bão hòa nước
Các hậu quả xấu có thể xẩy ra khi xây
dựng công trình trên đất yếu
Lún
quá
mức
Lún nghiêng
quá mức
Trượt đất
Lún lệch
làm nứt
nẻ kết
cấu bên
trên, rất
nguy
hiểm
Các giải pháp khi xây dựng công trình
trên đất yếu
1. Điều
chỉnh
công
trình phù
hợp với
đất nền
2. Cải tạo đất phù hợp với
công trình
Móng nông
Tăng kích
thước móng
Gia cố đất nền
Móng sâu
CÔNG
TRÌNH
Thay đổi độ sâu chôn móng theo chiều dày lớp đất
yếu sao cho chiều dày lớp đất yếu dưới đáy
móng xấp xỉ nhau ở các vị trí (lưu ý chỉ áp dụng
khi chiều dày lớp đất yếu biến đổi không lớn lắm)
Các phương án điều chỉnh kết cấu công trình phù
hợp với đất nền
Thay đổi bề rộng móng theo chiều dày lớp đất yếu
(lưu ý chỉ áp dụng khi chiều dày lớp đất yếu biến
đổi không lớn lắm)
Thay đổi phương án móng theo chiều dày lớp đất
yếu + khe lún (lưu ý : áp dụng khi chiều dày lớp
đất yếu biến đổi lớn, đột ngột )
Tách công trình thành nhiều đơn nguyên khi đất
nền thay đổi hoặc khi tải trọng thay đổi và mặt
bằng phức tạp
Làm mềm hóa công trình để công trình cùng lún với
đất nền
Ống cấp nước dài 11,7m, đường kính 1,5÷1,7m
Đường ống đi qua nhiều đoạn địa chất yếu, biến đổi nhiều,
nguy cơ lún lệch cao. Giải pháp : mềm hóa tuyến ống bằng
cách sử dụng ống ngắn trong vùng địa chất yếu (2m;3m;4m)
Cải tạo đất nền : Đất nền sẽ được cải thiện khi cải
thiện các thông số như ϕ, γ, c, K
Khi cải thiện một thông số, các thông số còn lại
cũng được cải thiện theo:
- Tăng trọng lượng riêng γ; làm giảm hệ số rỗng e,
giảm W
- Tăng góc ma sát trong ϕ, Lực dính c
Tác dụng:
- Tăng cường độ pgh, tăng E, giảm hệ số nén lún a
Mục đích xử lý:
- Tăng cường độ;
- Giảm độ lún;
- Tăng tốc độ lún
Các biện pháp gia cố nền đất
1). Bóc và thay thế toàn bộ hoặc một phần lớp đất yếu :
- Đệm cát
2). Đẩy nhanh sự cố kết đất nền :
- Gia tải trước;
- Giếng cát, bấc thấm;
- Hút chân không;
3). Làm chặt đất:
- Cọc cát, đầm nén
4). Hóa học :
- Cọc xi măng đất, cọc vôi;
5). Kết cấu (giới thiệu ở phần sau):
- Móng cọc;
Phương pháp đầm nén, tăng γ, phù hợp nhất cho đất
rời, đất thoát nước tốt
Không dùng
Rất tốt
Đất hạt mịn
Đất đắp
Khá nếu khô và kém nếu ướtCát có 10-80% hạt bụi và < 20% hạt sét
Cực tốtSỏi sạn và cát có <10% hạt bụi, không phải là sét
Hiệu quảLoại đất
Độ sâu ảnh hưởng đầm có thể lên đến 10m, khi quả
năng rơi ở độ cao lớn (quả nặng >1T rơi từ độ cao
>10m)
Chiều sâu ảnh hưởng
(Robert Lucas):
D = k(W x H)1/2
Trong đó:
D - chiều sâu ảnh hưởng
lớn nhất tính từ mặt đất
(m);
W - trọng lượng quả tạ
(tấn hay 9kN);
H - chiều cao rơi tới mặt
đầm (m);
k - hệ số lấy từ 0,3 - 0,7
tùy loại đất, trị số nhỏ cho
đất hạt mịn
Với đất cát, độ ẩm không ảnh hưởng nhiều đến hiệu
quả đầm, còn đất sét hiệu quả đầm phụ thuộc chặt
vào độ ẩm
Cần quan trắc để kiểm tra độ lún. Xác định độ chặt của đất sau
đầm nén bằng phương pháp dao vòng, rót cát, SPT, CPT
Đầm từng lớp, các vết lõm cách nhau khoảng 0,5 đến
1m, lớp trên và dưới đầm so le nhau (khoảng cách
vết lõm cần được tính toán cụ thể)
Đầm bề mặt bằng
lu hoặc bằng
đầm tay
Một số lưu ý khi thi công đầm đất
1. Đầm theo từng lớp, đầm từ ngoài vào trong;
2. Khi mực nước ngầm cao cần có đệm cát dày tối thiểu
0,5m để tạo biên thoát nước
3. Đầm thành 2 đến 5 lần để áp lực lỗ rỗng tiêu tan dần. Với
đất sét khoảng cách các đọt đầm là 1 đến 4 tuần, với đất
cát là 1 đến 2 ngày, thậm chí đầm liên tục
4. Phải có giải pháp giảm chấn cho những công trình liền kề
Phương pháp đầm rung sâu – Phù hợp với đất rời
Thiết bị: Đầm rung chạy điện hoặc thuỷ lực có độ lệch
tâm về trọng lượng, dạng ống dài 2,5÷5m, đường kính
0,3÷0,5m. Cẩu trục để định vị và di chuyển
Trong quá trình đầm, bơm nước vào trong đất để đạt
hiệu quả đầm nén cao
Sau quá trình nầm nén sẽ
để lại một chỗ lõm trên
bề mặt cần lấp bù bằng
đất cát
Loại đất Hiệu quả Phạm vi ảnh hưởng (ft)
Cát hạt đều có <5% hạt bụi,
không phải sét
Cát hạt mịn đến thô có <5%
hạt bụi, không phải sét
Cát bụi có 5-15% hạt bụi,
không phải sét
Cát/ bụi >15% hạt bụi
Sét và bãi rác
Cực tốt
Tốt
Khá
Không nên dùng
Không nên dùng
9 - 11
7,5 - 9
6 - 7,5
-
-
Phương pháp VC có hiệu quả ở đất rời thoát nước dễ.
Mặc dù phần nhiều có hiệu quả dưới mực nước
ngầm nhưng VC cũng có hiệu quả cả ở trên mực
nước ngầm. Giới hạn việc cải tạo này trong đất bụi,
khi cần phải có cọc vật liệu rời.
So sánh tác dụng đầm nông và đầm sâu
Cọc vật liệu rời (cát, sỏi...) làm giảm hệ
số rỗng tự nhiên e0 và tăng góc ma
sát ϕ cho đất nền – Phù hợp với đất
dính
Yêu cầu :
- Cát dùng cho cọc cát là cát hạt trung hoặc cát hạt to;
- Đệm cát phải được đầm chặt;
Ngoài cát có thể dùng đá dăm, sỏi làm cọc vật liệu rời
Ngoài cát có thể dùng đá dăm, sỏi làm cọc vật liệu rời
Nếu bố trí cọc theo sơ đồ tam
giác đều
Yêu cầu thiết kế là giảm hệ
số rỗng ban đầu eo -> etk
Nếu bố trí cọc theo lưới hình
vuông
Các chỉ tiêu của đất nền sau xử lý tỷ lệ thuận với tỷ lệ
f =(diện tích cọc cát/diện tích đất xử lý) = Fc/F
Dùng các thí nghiệm
hiện trường như
xuyên tĩnh, bàn nén
hiện trường, thí
nghiệm cắt cánh để
thử lại các chỉ tiêu
cơ lý của đất sau xử
lý
Cọc cát làm rộng hơn
bề rộng móng tối
thiểu 0,2b
Thay đất yếu trên bề mặt nếu lớp này mỏng (<= 3m)
bằng đất tốt (thường là cát) – Phù hợp với đất dính
Đất yếu
Đệm cát
Yêu cầu :
- Cát dùng cho đệm cát là cát hạt trung hoặc cát hạt to;
- Đệm cát phải được đầm chặt;
Vải địa kỹ thuật
Đất tốt
Đệm cát thay thay thế một phần đất yếu nếu lớp này
dày (> 3m) – Phù hợp với đất dính
Đất yếuĐệm cát
Vải địa kỹ thuậtCát to, cát trung đầm chặthoặc sỏi, đá dăm
m3≤
MNN
Đất yếuĐệm cát
Vải địa kỹ thuậtCát to, cát trung đầm chặthoặc sỏi, đá dăm
m3≤
MNN
Có thể kết hợp với cọc tre,
cọc tràm
h
Giảm tối đa chiều sâu chôn móng
h để tận dụng tốt đệm cát
- Vải địa kỹ thuật ngăn không cho cát bị chìm và đất yếu và
tạo điều kiện đầm chặt lớp đất cát
Đất yếuĐệm cát
Vải địa kỹ thuậtCát to, cát trungđầm chặt
m3≤
- Đệm cát + Vải địa kỹ thuật tạo biên thoát nước tốt, giảm thời
gian cố kết đất yếu dưới đệm cát
- Lđ = l + 2Hđ tgα
- Bđ = b + 2Hđ tgα
− α = 30÷400
Kích thước đệm cát
Chiều dày lớp đệm cát Hd
phải đảm bảo điều kiện:
σdy ≤ [p]đy với
σdy = σ1 + σ2 =
γcát(Hđ + h) + kzpgl
dH
h
dB
dL
S = (Sđ + Sn) ≤ [S]
h
ñ
h
H
y
σ1 σ2
bñ
b
ΣNo
tc
α
)......(.][ 0
'21 hcDHBbA
k
mmpR IIIIIIyIIy
tc
γγγ −++==
aaAb yy −+= 2 2
bla −= gl
hz
tc
gl
hz
ytb
tc
y
dd
NHN
A
==
∑∑ =+= σσ
γ .0
Các bước thiết kế đệm cát
- + Chọn giá trị Hđ bất kỳ (1,5 ÷2,5m);
- + Xác định kích thước đáy đệm cát ;
- + Xác định ứng suất nén σdy tại đáy đệm cát;
- + Xác định sức chịu tải tính toán [p] của đất yếu;
- + So sánh kiểm tra điều kiện σdy <= [p];
- + Kiểm tra yêu cầu tiết kiệm theo điều kiện ([p] - σdy) < δ[p]
với δ thường chọn trong khoảng 0.05 ÷ 0.10.
Kiểm tra độ lún
- S = (Sđ + Sn) <= [S]
R1
R2
6,0
4,0
3,0
2,0
1,0
5,0
0,0 0,5 1,0 1,5
K
b
l =1
=2b
l
=xlb
Xác định hd : Có thể căn cứ vào áp
lực tiêu chuẩn R1 của đệm cát ở
độ sâu h và áp lực tiêu chuẩn R2
của đất yếu ở độ sâu Hy
BKhd .=
- R1 và R2 có thể xác định theo
bảng tra hoặc thí nghiệm bàn
nén hiện trường .
[ ])/();/( 21 blRRK ∈
h
ñ
h
H
y
σ1 σ2
bñ
b
ΣNo
tc
α
Bùn sét, γ = 17
kN/m3, c = 10 kPa,
ϕ = 80, R2 = 90 kPa
Đệm cát, γ = 19,5
kN/m3, R2 = 210
kPa
Móng băng, h = 1,8m
, b = 2,0m, ΣNtc =
300 kN/ 1m dài
BKhd .= [ ])/();/( 21 blRRK ∈
3,29,0/1,2/ 21 ==RR
∞=bl /
3,1=K
6,22.3,1. === BKhd
- Kiểm tra chiều dày đệm cát:
kPa
hhdd
7,818,1.176,2.5,19
..1
=+=
+= γγσ
h
ñ
h
H
y
σ1 σ2
bñ
b
ΣNo
tc
α
m8,1
m6,2
kPa
F
N
h
tc
tb
186
1.2
3008,1.20
. 00
=+=
+= ∑γσ
kPahk 70)8,1.17186.(45,0)..( 002 =−=−= γσσ
kPady 15321 =+= σσσ
m
l
N
b
tc
dy 3,41.70
300
.2
=== ∑σ kPa
cDHBbA
k
mmR IIIIyIIy
tc
200
).....(. '21
=
++= γγ
RkPady <=153σ
Đệm cát
Đất không thấm
Đất yếu
Chất tải trước, làm đất cố kết nhanh – Phù hợp
với đất dính. Lưu ý cần gia tải theo từng cấp
Hiệu quả phương pháp chất tải trước sẽ tăng khi kết hợp với
các vật thoát nước thẳng đứng (bấc thấm, giếng cát)
Giếng cát
Đệm cát
Đất không thấm
G
i
ế
n
g
c
á
t
Đất yếu
Kiểm tra :
- Cấp phối cát, lọai cát;
- Chiều sâu chôn cọc, độ đầm chặt của cát;
Hút chân không
35
4
6
Bấc thấm
2
7
Đất yếu
Đất tốt
1
8
1-Máy hút chân không,
2- rãnh/tường sét,
3- màng chân không,
4 – cát gia tải,
5 – Cát đệm,
6 – lớp nước gia tải,
7 – đập giữ nước,
8 – hệ thống ống thoát
nước.
ống thoát
nước
Màng chân không
trải trên toàn bộ
diện tích xử lý Bơm chân
không
Nước trong đất
thoát ra do cố
kết chân không
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Thời gian (ngày)
Đ
ộ
l
ú
n
(
m
)
TK-Base Actual TK-Worst TK-Optimal
Cọc tre, cọc tràm làm chặt đất dính ướt, bùn
Cừ tràm, cọc tre được sử dụng từ thời Pháp (Nhà hát lớn, chung
cư Thanh Đa, ...vv)
Tràm, tre được đóng
với mật độ 25
cọc/m2
Chiều dài
(m)
Đường kính gốc
(cm)
Đường kính ngọn
(cm)
Đường kính trung
bình (cm)
Cừ 3m 4,5 – 6,0 3 4 – 4,5
Cừ 4m 6 – 7 3 –3,5 4,5 – 5
Cừ 5m 7 - 10 3,5 – 5 5 – 7,5
Tràm sử dụng phải
từ 6 tuổi trở lên
Yêu cầu đối với cọc tre :
- Tre già trên 2 năm tuổi, thẳng
(không cong quá 1cm/m), tươi;
- Dùng tre đặc hoặc rỗng có bề dày
10 ÷ 15mm;
- Đường kính ≥ 60mm.
Đóng cọc tre, cọc tràm rộng hơn diện tích đài móng. Tre, tràm
tạo với đài móng thành khối móng, đẩy cung trượt xuống
đất tốt phía dưới
Trị số Rc (t/m2)
Các loại đất rời ở trạng thái chặt vừa
Sỏi Cát to Cát trung Cát nhỏ Cát bụi
Các loại đất dính với độ sệt B
Chiều
sâu mũi
cọc tràm
kể từ
mặt đất
tự nhiên
(m) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
3 750
400
660 300
200
310
120
200 110 60
4 830
510
680 380
250
320
160
210 125 70
5 880
620
700 400
280
340
200
220 130 80
7 970
690
730 430
330
370
220
240 140 85
10 1050
730
770 500
350
400
240
260 150 90
Cường độ đất nền sau gia cố nên xác định bằng nén tĩnh. Có
thể tham khảo bảng sau (Tô Văn Lận, ĐHKT HCM):
Cọc lưới của hãng Augeo –
Hà Lan
Cọc bê tông thành mỏng PCC – Trung Quốc
Cọc xi măng đất – Gắn kết đất, chống trượt, làm
tường chắn đất
TCXDVN 385-2006
Hình 8: Nguyên lý và quy trình phương pháp bơm phụt vữa ximăng
Bơm cao,áp và
dung dịch
Drilling
machine
1) Bắt đàu ấn mũi xuống
Vừa ấn
vừa và xoay
2) Bắt đầu bơm
Bơm phụt
Vừa xoay
vừa rút lên
3) Xoay và rút lên
Cọc
ximăng-
đất
4) Kết thúc một cọc
Cọc xi-
măng đất
Đáy hố đào
Hinh 1: Quang cảnh đường hầm Kim Liên
Khẩu U.9
Khẩu U.8
Cọc Xi măng – đất không được xem như cọc điển hình (BTCT
hay Thép ...). Đất sau khi gia cố vẫn tính theo phương
pháp áp dụng với nền tự nhiên nhưng có các chỉ tiêu cơ lý
đã được cải thiện
Phương pháp silicat hóa
Mục đích: Bơm vữa silicat và trong đất, tạo ra cấu trúc
mới (loại đất rời thành khối) ổn định đất vùng làm
tuy nen, màn chắn nước. Chống thấm cho đất cát
và sỏi sạn có <18% hạt bùn cát và <2% sét.
Dùng vữa xi măng hoặc vữa silicat và vữa hóa chất
khác có thể bơm 1 hoặc 2,3 đợt. Tùy vào thành
phần hạt của đất để chọn và mục đích áp dụng. Để
hình thành cấu trúc mới cho sỏi sạn thì dùng xi
măng Portland và nước. Đối với cát mịn vừa và thô
thì dùng vữa hóa chất (thường là sodium silicate
hoặc acrylate và polyurethane).
Phương pháp bơm ép
Mục đích : Làm chặt đất bằng cách bơm vào đất
dung dịch ít lưu động, độ sụt thấp. Vữa bơm này
sẽ trương nở khi đóng rắn và nén chặt đất quanh
lỗ bơm, tạo thành cột đất gia cường. Hiệu quả:
giảm lún cho móng, giảm lún do động đất và hoá
lỏng, giảm dòng chảy ngầm hoặc ổn định hang
hốc trong vùng karst.
Bơm chỗ khe nứt
Móng TOP-BASE
-
y/cong-nghe/gia-co-nen-
mong-top-base
-
d.com
Xe bánh xích gợi ý tưởng cho Top-Base
- Top-Base là một lớp vật liệu nhân tạo ngăn cách kết cấu
móng (nông) thực sự với nền đất tự nhiên nhằm làm tăng khả
năng tiếp nhận tải trọng của đất nền và làm giảm độ lún của
nền, giảm thời gian cố kết của đất
Nguyên lý móng Top-Base
- Lớp TB gồm các khối BT có dạng con quay thẳng đứng được
chèn bằng vật liệu rời (hiện sử dụng đá dăm).
- Phần tử chính của lớp TB là khối BT dạng con quay (gọi là
top-block)
- Top-block có dạng như hình vẽ là loại được sử dụng phổ
biến hiện nay trong xử lý nền công trình xây dựng. Ngoài ra,
top-block kích thước 2000mm được sử dụng trong xử lý nền
cho công trình biển.
Top-block
Đá dăm
Đất yếu
Thép liên kết
Công nghệ Hàn Quốc
Công nghệ Nhật Bản
12
34
23
45
- Móng Top-Base có tác
dụng dàn đều ứng
suất dưới đáy móng,
tránh trượt cục bộ,
trượt sâu, giảm lún
lệch
- Móng Top-Base chống
chuyển vị ngang của
đất dưới đáy móng
- Đất dưới móng Top-Base hầu
như không có biến dạng ngang
khi ứng suất = 40% sức chịu tải
- Đất dưới móng Top-Base biến
dạng rất ít so với móng bê
tông khi ứng suất = 100% sức
chịu tải
- Móng
thường
bị trượt
- Móng Top-
Base không
bị trượt
- Móng Top-Base giảm lún
rất hiệu quả (có thể giảm 5
lần so với móng bè bê tông)
- Móng Top-Base có thể làm
tăng sức chịu tải lên gấp 2
- Giảm hơn 70% độ lún
- Thí nghiệm bàn nén
trên đất tự nhiên ở Hải
Phòng
- Từ biểu đồ nén lún, xác
định Pgh = 105 kPa, Ptc
= 35 kPa
- Thí nghiệm bàn nén
trên nền Top- Base tại
HP, Từ biểu đồ nén lún,
xác định Pgh = 460 kPa,
Ptc = 153 kPa
- Thí nghiệm bàn nén trên nền Top- Base tại HP, cho thấy
sức chịu tải tăng lên 5 lần (Ptc = 35 kPa lên Ptc = 153 kPa)
Top- Base đã
áp dụng
thành công
nhiều nơi
Top- Base kết hợp móng cọc cho nhà cao tầng
là giải pháp tiết kiệm hiệu quả
22 T
Top- Base chịu được tải trọng 22T/m2 (tương ứng với
1,5 cm độ lún)
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- gia_co_dat_nennew_7213.pdf