TÍNH TOÁN và THIẾT kế xử lý nền đất yếu BẰNG cọc cát

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHI MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT VÀ DẦU KHÍ
BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT
Báo Cáo: Đồ án môn học
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ XỬ LÝ
NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC CÁT
GVHD: TS.VÕ ĐẠI NHẬT
SVTH: TRƯƠNG TẤN ĐẠT
NỘI DUNG

I. KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU:
+“Đất yếu” là những đất có khả năng chịu lực kém (a<1 kg/cm2) có tính nén lún mạnh,
có hệ số rỗng lớn ( e >1 ), hệ số nén lún lớn (a>0.1cm2 /kg), môđun biến dạng thấp (E
0
<

50

kg/cm2), trị số sức kháng cắt không đáng kể và đất hầu như hoàn toàn bão hòa nước.
+Đất yếu gồm các loại đất sét mềm có nguồn gốc ở nước, thuộc các giai đoạn đầu của
quá trình hình thành đá sét, các loại cát hạt nhỏ, mịn, rời rạc, than bùn và các trầm tích
bị mùn hóa, than bùn hóa, cát chảy, đất bazan v.v
Hình 1-1: Than bùn rêu
Hình 1-2: Than bùn cây gỗ
Hình 1-3: Vị trí các tỉnh, thành của Việt Nam
SỰ PHÂN BỐ CÁC VÙNG ĐẤT YẾU Ở VIỆT NAM
I. KHÁI NIỆM VỀ CỌC CÁT:

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, đã 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 được chọn phải
lớn hơn nhiều lần so với đất nền tự nhiên.
I.1/ĐẶC ĐIỂM CỦA CỌC CÁT:

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 2.0 m 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.
I.2/ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỌC CÁT Ở
VIỆT NAM:

Khi dùng cọc cát, trị số môđun biến dạng trong cọc cát cũng như ở vùng đất được nén chặt xung
quanh sẽ giống nhau ở mọi điểm.

Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn biến nhanh hơn nhiều so với nền đất thiên nhiên
hoặc nền đất dùng cọc cứng.

Như vậy, dựa vào tính ưu việt của cọc cát thì so với tình hình kinh tế, kỹ thuật của nước ta thì việc
sử dụng cọc cát tỏ ra có nhiều ưu thế và có thể sử dụng phổ biến để xử lý nền đất yếu ở Việt Nam.
Hình 1-4: thiết bị thi công cọc cát.
Hình 1-6: Cơ chế đầm cọc cát.
Hình 1-5: Ống thép thi công cọc cát.
II. CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
CỌC CÁT:
Có 8 bước dể tính toán và thiết kế cọc cát như sau:

Bước 1: Xác định hệ số rỗng e
nc

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.
II. CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
CỌC CÁT(tt) :

Bước 1: Xác định hệ số rỗng e
nc
của đất khi dùng cọc cát.

Trong đó:
D - độ chặt tương đối (khoảng 0.7 - 0.8)
e
max
- hệ số rỗng của cát ở trạng thái xốp nhất.
e
min
- hệ số rỗng của cát ở trạng thái chặt nhất.

)(
minmaxmax
eeDee
nc
−−=
II. CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
CỌC CÁT(tt) :

Ngoài ra trị số e
nc
còn có thể xác định gần đúng dựa vào tính chất cơ lý của đất, theo công thức
sau:

Trong đó:
G
s
– Trọng lượng riêng của đất, (kN/m3).
γ
n
– Trọng lượng thể tích của nước, (T/m3).
W
d
– Độ ẩm ở giới hạn lăn, (%).
I
d
- Chỉ số dẻo.
)5.0(
100
dd
n

s
nc
IW
G
e +=
γ
II. CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
CỌC CÁT(tt) :

Bước 2: Xác định diện tích nền được nén chặt.
Trong đó:
a – Chiều dài đế móng (m).
b – Chiều rộng đế móng (m).
)4.0(4.1 babF
nc
+=
II. CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
CỌC CÁT(tt) :

Ngoài ra tỷ lệ diện tích tiết diện các cọc cát F
c
đối với diện tích nền được nén chặt F
nc
sẽ xác định
như sau:
e
0
– Hệ số rỗng của đất thiên nhiên trước khi nén chặt bằng cọc cát
.
0

0
1 e
ee
F
F
nc
nc
c
+
−
=Ω=
Hình 2-1: Bố trí cọc cát và phạm vi nén chặt đất nền
II. CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
CỌC CÁT(tt) :

Bước 3: xác định số lượng cọc cát.
Trong đó :
f
c
- Diện tích tiết diện cọc cát dùng khi thi công (m2
).
c
nc
f
F
N
×Ω
=
II. CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
CỌC CÁT(tt) :


Bước 4: Bố trí cọc cát.
Khoảng cách giữa các cọc cát L:
Hoặc:
Trong đó:
d
c
– Đường kính cọc cát, (m).
γ
nc
– Trọng lượng thể tích của đất được nén chặt,(T/m3).
nc
c
ee
e
dL
−
+
=
0
0
1
952.0
γγ
γ
−
=
nc
nc
c

dL 952.0
II. CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
CỌC CÁT(tt) :

Ngoài ra để tính γ
nc
Trong đó:
W – Độ ẩm thiên nhiên của đất trước khi nén chặt,(%).
γ – Trọng lượng thể tích của đất thiên nhiên trước khi nén chặt, (T/m3).
)01.01(
1
W
e
G
s
nc
+
+
=
γ
Hình 2-2: Sơ đồ bố trí cọc cát.
II. CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
CỌC CÁT(tt) :

Bước 5: Xác định trọng lượng cát trên một mét dài.
Trong đó:
G
s
– Trọng lượng riêng của cát dùng trong cọc,(kN/m3).
W

1
– Độ ẩm tính theo trọng lượng của cát trong
thời gian thi công, (%).
)
100
1(
1
1
W
e
Gf
G
nc
sc
+
+
×
=
II. CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
CỌC CÁT(tt) :

Bước 6: Xác định chiều sâu nén chặt của cọc cát.
*Chiều sâu nén chặt H
nc
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:
σ
z
≤ 0.2 σ
bt

+Đối với công trình thủy lợi :
σ
z
≤ 0.5 σ
bt

II. CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
CỌC CÁT(tt) :

Để dễ dàng 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:

Trong đó:
h
s
– Chiều dày lớp đất tương đương,
Aω – Hệ số lớp tương đương, phụ thuộc vào hệ số Poatxông μ
0
, hình dạng đế móng và độ
cứng của móng . Tra bảng sau đây:
s
hH 2=
bAh
s
ω
=
Bảng II-1: Hệ số A
ω
a/b
Sỏi và cuội Cát Sét pha cát dẻo

Sét nặng
rất dẻo
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
2 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
3 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
4 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
5 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
6 2.25 1.98 - 2.37 2.09 - 2.50 2.21 - 2.72 2.41 - 3.14 2.76 - 4.00 3.53 -
7 2.35 2.06 - 2.17 2.18 - 2.61 2.37 - 2.84 2.51 - 3.26 2.87 - 4.18 3.67 -
8 2.43 2.14 - 2.56 2.26 - 2.70 2.40 - 2.94 2.61 - 3.38 2.98 - 4.32 3.82 -
9 2.51 2.21 - 2.64 2.34 - 2.79 2.47 - 3.03 2.69 - 3.49 3.08 - 4.46 3.92 -
10
Và
lớn
hơn
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
10.0=
o
µ
20.0=
o
µ
25.0=
o
µ
30.0=
o
µ

35.0=
o
µ
40.0=
o
µ
ω
A
o
A
ω
m
A
ω
const
A
ω
o
A
ω
m
A
ω
const
A
ω
o
A
ω
m

A
ω
const
A
ω
o
A
ω
m
A
ω
const
A
ω
o
A
ω
m
A
ω
const
A
ω
o
A
ω
m
A
ω
const

A
ω
10.0
0
=
µ
20.0
0
=
µ
25.0
0
=
µ
30.0
0
=
µ
35.0
0
=
µ
40.0
0
=
µ
II. CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
CỌC CÁT(tt) :

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 thiên 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.

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:
E
0
– Môđun biến dạng của lớp đất, (kN/m2).
Rtc – Áp lực tiêu chuẩn, (T/m2).
a
0
– 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 thiên nhiên, phụ thuộc vào trọng lượng thể tích trung
bình của đất.
tc
R
a
E
×
=
η
0
0