Đề tài nghiên cứu khoa học thí nghiệm bàn nén hiện trường theo tiêu chuẩn pháp và tiêu chuẩn việt nam

1

MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU............................................................................................................... 6
1.Tổng quan....................................................................................................................... 6
2.Sự cần thiết và lý do chọn đề tài......................................................................................6
3.Mục tiêu của đề tài..........................................................................................................7
4.Phương pháp nghiên cứu.................................................................................................7
5.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...................................................................................7
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NỀN VÀ BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI...................8
1.1. Những khái niệm về ứng suất, biến dạng và các phương pháp xác định.................8
1.1.1. Khái niệm chung..............................................................................................8
1.1.2. Ứng suất do trọng lượng bản thân đất..............................................................8
1.2. Lý thuyết chung về lún của nền đất.......................................................................13
1.2.1. Các dạng chuyển vị của nền đất và nguyên nhân gây lún...............................13
1.2.2. Lý thuyết chung về lún...................................................................................16
CHƯƠNG 2: CÁC THÍ NGHỆM XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN.........20
2.1. Các thí nghiệm theo TCVN...................................................................................20
2.1.1. Phạm vi áp dụng.............................................................................................20
2.1.2. Một số định nghĩa cơ bản...............................................................................20
2.1.3. Quy định chung xác định Môđun biến dạng...................................................20
2.1.4. Thiết bị và dụng cụ.........................................................................................21
2.1.5. Chuẩn bị thí nghiệm.......................................................................................25
2.1.6. Cách tiến hành................................................................................................26
2.1.7. Xử lý kết quả thí nghiệm................................................................................27
2.2. Thí nghiệm bàn nén hiện trường theo tiêu chuẩn Pháp( NF 94-117-1)..................29
2.2.1. Phạm vi áp dụng.............................................................................................29


2
2.2.2. Ký hiệu và viết tắt..........................................................................................29

2.2.3. Nguyên tắc thí nghiệm....................................................................................29
2.2.4. Thiết bị...........................................................................................................29
2.2.5. Quy trình thí nghiệm......................................................................................32
2.2.6. Diễn dịch kết quả............................................................................................35
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH.........36
3.1. Phân tích kết quả thí nghiệm theo tiêu chuẩn Pháp...............................................36
3.2. So sánh phương hai phương pháp thí nghiệm.......................................................50
3.2.1. Chuẩn bị đầu vào............................................................................................50
3.2.2. Các bước tiến hành.........................................................................................50
3.2.3. Trị số EV2......................................................................................................52
3.3. Nhận xét chung.....................................................................................................54
3.3.1 Thí nghiệm bàn nén theo tiêu chuẩn Việt Nam................................................54
3.3.2. Thí nghiện bàn nén Pháp................................................................................54
3.4. Kết luận và kiến nghị................................................................................................55

DANH MỤC HÌ
Hình 1.1. 1. Vòng tròn Mohr ứng suất.............................................................................9Y
Hình 1.2. 1. Khả năng co ngót và trương nở của đất sét...................................................13
Hình 1.2. 2. Các hệ số đối với chuyển vị dưới móng mềm...............................................17
Hình 1.2. 3. Đường cong nén lún e~ σ’

1

Hình 2.1. 1. Kích thủy lực và tấm nén..............................................................................21
Hình 2.1. 2. Thiết bị chất tải.............................................................................................22
Hình 2.1. 3. Dầm định vị dọc, thiết bị neo giữ và đo biến dạng.......................................22


3
Hình 2.1. 4. Sơ đồ thiết bị thí nghiệm đất trong hố đào bằng gia tính tải.........................23

Hình 2.1. 5. Sơ đồ thí nghiệm đất bằng gia tĩnh tải trong lỗ khoan..................................23
Hình 2.1. 6. Bố trí thí nghiệm trong lỗ đào và hố khoan..................................................25
Hình 2.1. 7. Quá trình tăng tải và giữ tải..........................................................................26
Hình 2.1. 8. Ghi số đọc tại mỗi cấp áp lực

2

Hình 2.2. 1. Đối tải...........................................................................................................30
Hình 2.2. 2. Sơ đồ đo độ cứng của tấm cứng....................................................................30
Hình 2.2. 3. Tấm cứng thí nghiệm....................................................................................31
Hình 2.2. 4.Thiết bị đo lún...............................................................................................31
Hình 2.2. 5. Chuẩn bị và lắp đặt thiết bị...........................................................................32
Hình 2.2. 6. Kiểm tra thiết bị đo tải trọng và lún..............................................................33
Hình 2.2. 8. Sơ đồ các chu trình xếp dỡ tải trong quá trình thí nghiệm............................33
Hình 2.2. 9. Quá trình dỡ tải

3

Hình 3.1. 1. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 1- Móng 1.................................................36
Hình 3.1. 2. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 2- Móng 1.................................................37
Hình 3.1. 3. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 3- Móng 1.................................................37
Hình 3.1. 4 Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 1- Móng 2..................................................38
Hình 3.1. 5. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 2- Móng 2.................................................39
Hình 3.1. 6. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 3- Móng 2.................................................39
Hình 3.1. 7. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 1- Móng 3.................................................40
Hình 3.1. 8. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 2- Móng 3.................................................41
Hình 3.1. 9. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 3- Móng 3.................................................41
Hình 3.1. 10. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 1- Móng 4...............................................43
Hình 3.1. 11. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 2- Móng 4...............................................44

4
Hình 3.1. 12. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 3- Móng 4...............................................44
Hình 3.1. 13. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 1- Móng 5...............................................45
Hình 3.1. 14. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 2- Móng 5...............................................46
Hình 3.1. 15. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của Lớp 3- Móng 5...............................................46
Hình 3.1. 16. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của lớp 1...............................................................47
Hình 3.1. 17. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của lớp 2...............................................................48
Hình 3.1. 18. Biểu đồ quan hệ EV-∆S của lớp 3 4

Hình 3.2. 1. Biểu đồ quan hệ giữa độ lún S và tải trọng P................................................50
Hình 3.2. 2. Biểu đồ qua hệ giữa độ lún S và tải trong P..................................................51

DANH MỤC BẢ
Bảng 1.2. 1. Hệ số Ip khi tính lún đàn hồi cho lớp đất chiều dài vô hạn........................16Y
Bảng 2.1. 1. Kiểu và diện tích tấm nén được quy định tùy theo đất thí nghiệm

2

Bảng 3.1. 1. Bảng kết quả của Móng 1.............................................................................36
Bảng 3.1. 3. Bảng kết quả của Móng 2.............................................................................38
Bảng 3.1. 5. Bảng kết quả của Móng 3.............................................................................40
Bảng 3.1. 7. Bảng kết quả của Lớp 3- Móng 3 lần 2........................................................42
Bảng 3.1. 8. Bảng kết quả của Móng 4.............................................................................43
Bảng 3.1. 10. Bảng kết quả của Móng 5...........................................................................45
Bảng 3.1. 12. Kết quả lớp 1 của 5 Móng..........................................................................47
Bảng 3.1. 13. Kết quả lớp 2 của 5 Móng..........................................................................48


5

Bảng 3.1. 14. Kết quả lớp 3 của 5 Móng 4

Bảng 3.2. 1. Dụng cụ thí nghiệm......................................................................................50
Bảng 3.2. 2. Tải trọng P và độ lún S của hai chu kì nén...................................................51
Bảng 3.2. 3. Cấp tải trọng P và độ lún S...........................................................................52
Bảng 3.2. 4. Bảng số liệu các lớp 1 của 5 Móng..............................................................53


6

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tổng quan
Là bộ phận chính tiếp nhận phần lớn tải trọng truyền xuống từ phần thân và móng
công trình, nền đất đóng một vai trò rất quan trọng đảm bảo cho sự ổn định chung của
toàn bộ kết cấu. Nền móng của các công trình xây dựng nhà ở, đường xá, đê điều, đập
chắn nước và một số công trình khác trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn đề
phải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và sự mất ổn định của cả diện
tích lớn. Nền đất yếu được hiểu là các dạng cấu trúc địa tầng tự nhiên mà khi sử dụng làm
nền công trình có thể gây hậu quả bất lợi; không thể thỏa mãn các trạng thái giới hạn dẫn
tới công trình có thể mất ổn định, có thể lún, nghiêng vượt quá giới hạn cho phép hoặc
lún kéo dài làm cản trở việc hoàn thành công trình, đưa vào khai thác sử dụng bình
thường, đúng tiến độ mong muốn. Với những công trình nền đào đắp và san lấp mặt bằng
để xây dựng đường giao thông, đường sắt, sân bay,…việc kiểm tra biến dạng và ổn định
của đất nền là vô cùng quan trọng. Nhận thấy sự cần thiết của vấn đề nhóm tác giả đã tập
chung nghiên cứu và phân tích các phương pháp thí nghiệm kiểm tra ổn định của nền đất.
Có nhiều phương pháp để kiểm tra sức chịu tải của nền sau cải tạo trong đó có thí
nghiệm hiện trường bằng bàn nén. Thí nghiệm nén hiện trường bằng bàn nén: tải trọng
lên bàn nén được tăng từng cấp cho đến khi đạt độ lún ổn định của công trình. Ở mỗi cấp
tải trọng duy trì cho đến khi đất thôi lún để nghiên cứu tính biến dạng theo thời gian của
nền đất. Kết quả thí nghiệm là họ các đường cong quan hệ độ lún- thời gian và đường

cong quan hệ tải trọng-độ lún.
2. Sự cần thiết và lý do chọn đề tài


7
Trong quá khứ và hiện tại ngành Xây Dựng đã và đang là một trong những ngành
kinh tế trọng điểm có vai trò đặc biệt trong nền kinh tế quốc dân. Một công trình xây
dựng được hoàn thành là tập hợp của rất nhiều giai đoạn và nhiều ngành nghề trong đó có
nghành địa chất công trình. Như nhóm tác giả đã trình bày ở phần tổng quan, sau khi tiến
hành khảo sát địa chất thì việc kiểm tra biến dạng và ổn định nền là vô cùng quan trọng.
Vì nó giúp ta đánh giá một cách chính xác các chỉ tiêu cơ lí của nền đất, từ đó người kĩ sư
có thể tính toán được sức chịu tải của nền đất và đưa ra phương án thiết kế hợp lí công
trình xây dựng ở bên trong, trên nền đất. Ở nước ta hiện nay đã đưa ra tiêu chuẩn về
phương pháp thí nghiệm bàn nén hiện trường (TCVN 9354:2012).
Phương pháp này tiến hành đơn giản, tuy nhiên phải mất nhiều thời gian để có được
kết quả và kết quả thu được có độ chính xác là tương đối, khó có thể thỏa mãn nhu cầu
của nền xây dựng hiện đại. Nước Pháp – một trong những nước đi đầu trong lĩnh vực
Xây Dựng với những công trình mang tầm vóc và biểu tượng của thế giới đã đưa ra tiêu
chuẩn về bàn nén hiện trường mang rất nhiều cái mới và ưu việt hơn hẳn so với phương
pháp của nước ta. Chính vì thế nhóm tác giả nhận thấy rằng việc nghiên cứu so sánh và
đưa phương pháp này vào ứng dụng ở Việt Nam là vô cùng cần thiết.
3. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu chi tiết về nội dung, nguyên lý của thí nghiệm bàn nén hiện trường theo
tiêu chuẩn NF 94-117-1(Pháp).
Phân tích, so sánh kết quả thí nghiệm bàn nén theo tiêu chuẩn Pháp và thí nghiệm
bàn nén theo tiêu chuẩn Việt Nam.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu tài liệu, tham khảo những kiến thức, kinh nghiệm đã có
trước: các tài liệu (sách, báo, tiêu chuẩn, quy phạm, các kết quả nghiên cứu đã được công
bố,...) trong và ngoài nước về các vấn đề có liên quan, các báo cáo tổng kết đề tài, các dự

án thực tế có sử dụng bàn nén hiên trường theo tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Pháp
thực hiên tại Việt Nam.
Phương pháp thực nghiệm: dựa vào kết quả thí nghiệm bàn nén theo 2 tiêu chuẩn
Pháp và Việt Nam tiến hành so sánh, phân tích đánh giá ưu nhược điểm của 2 phương
pháp này.


8
5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Mô đun biến đạng EV của đất nền dựa trên thí nghiệm bàn
nén hiên trường theo tiêu chuẩn Pháp và Việt Nam.
Phạm vi nghiên cứu: Tính toán mô đun biến dạng thông qua thí nghiệm hiện trường.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT NỀN VÀ BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI
1.1 . Những khái niệm về ứng suất, biến dạng và các phương pháp xác định
1.1.1. Khái niệm chung
Có nhiều nguyên nhân gây ra ứng suất trong đất thường gặp hơn cả là trọng lượng
bản thân đất, sự thay đổi nước ngầm trong đất và tải trọng từ công trình tác dụng lên đất
thông qua móng. Ứng suất trong đất liên quan chặt chẽ với biến dạng của đất và khả năng
tiếp nhận tải trọng từ công trình (sức chịu tải của nền) là những biểu hiện cơ học quan
trọng có thể gây ảnh hưởng đến việc khai thác và sử dụng công trình.
1.1.2. Ứng suất do trọng lượng bản thân đất
a. Trường hợp nền đồng nhất
Xét trường hợp nền đất khô đồng nhất có trọng lượng riêng (z) trong điều kiện mặt
đất nằm ngang, ổn định. Từ điều kiện cân bằng theo phương đứng của phân tố tách ra tại
M tại độ sâu z ta có:
z

(1.1)

b. Trường hợp nền phân lớp
Thường gặp hơn cả trong thực tế là nền đất bao gồm nhiều lớp có chiều dày hữu hạn
và trong phạm vi mỗi lớp có thể chấp nhận = const. Gọi chiều dày lớp thứ i là h i và trọng
lượng riêng tương ứng là i. Ta có công thức:


9
+

(1.2)

c. Hậu quả của sự thoát nước và sự thay đổi thể tích
Đất có thể coi là sự kết hợp mật thiết của nước và các hạt rắn, cả 2 đều có đặc tính
đàn hồi. Đất khác hầu hết với các vật liệu rắn ở chỗ tỷ lệ thể tích tương đối giữa nước và
hạt đất có thể thay đổi dưới tác dụng của ứng suất. Khi nước lỗ rỗng của khối đất bão hòa
nước chịu sự gia tăng áp suất thì nước có xu hướng chảy ra xung quanh nơi có áp suất lỗ
rỗng thấp hơn hoặc không tăng, tốc độ phụ thuộc vào tính thấm của đất. Trong đất cát và
sỏi tốc độ thấm lớn, trong đất sét và bụi thì rất nhỏ gọi là những điều kiện không thoát
nước và thoát nước.
Biến dạng dài có thể biểu thị bằng sự thay đổi chiều dày (hoặc sự thay đổi hệ số rỗng
(:
=
hoặc
Khi e được vẽ theo hàm loga, đồ thị các đường nén, đường nở và đường nén lại –
một cách lý tưởng- bao gồm hai đường thẳng. Giá trị ứng suất trước cố kết có thể nhận
được từ độ dốc của các đường cố kết bình thường và đường nở. Từ đường cố kết bình
thường : e = - log
d. Phân tích ứng suất dựa vào vòng tròn Mohr

10

Hình 1.1. 1. Vòng tròn Mohr ứng suất

Trong trường hợp phá hoại trượt hoặc biến dạng dẻo liên tục, vòng Mohr biểu thị
ứng suất pháp và ứng suất tiếp trên mặt trượt là vòng tròn giới hạn. Các vòng Mohr giới
hạn với các ứng suất pháp khác nhau có 1 đường tiếp tuyến chung gọi là đường bao phá
hoại.
Phương trình của đường bao phá hoại:
’ = c’ + ’tg

(1.3)


11
Từ quan hệ hình học của vòng Mohr và đường phá hoại ta có góc của mặt phá hoại
là:
(1.4)
e. Phân tích bằng cách sử dụng các đường ứng suất
- Các đường ứng suất trong hệ tọa độ /
- Các đường ứng suất trong hệ tọa độ ’/’
- Các đường ứng suất trong hệ tọa độ t’/s’
- Các đường ứng suất trong hệ tọa độ q’/p’
f. Lý thuyết trạng thái giới hạn
Lí thuyết trạng thái tới hạn nêu ra mô hình thống nhất cho tính chất của đất. Lí
thuyết đã nêu ra mô hình trong đó đất chuyển sang dẻo ở thể tích giới hạn (=1+), nghĩa là
chuyển từ tính chất đàn hồi thuần túy đến tính chất đàn hồi – dẻo. Sự dẻo hoặc sự trượt
cắt được xem như xảy ra do tổ hợp của ứng suất hữu hiệu và thể tích riêng trùng với một
mặt trạng thái biên.
g. Áp suất tiếp xúc

Áp suất tiếp xúc là cường độ tải trọng được truyền từ đai móng tới nền đất. Sự phân
bố áp suất tiếp xúc phụ thuộc vào cả độ cứng của móng và độ cứng của nền đất.
Khi móng tựa lên đất cứng hoặc đá có mô đun biến dạng lớn, tải trọng được truyền
lên phạm vi diện tích tương đối nhỏ gây nên cường độ ứng suất lớn. Trên nền đất có độ
cứng nhỏ hơn, tải trọng sẽ được phân bố sang phía bên làm cho giá trị áp suất tiếp xúc
nhỏ hơn; đối với nền đất mền yếu áp suất tiếp xúc có thể là gần như phân bố đều.

h. Nền đất được coi như bán không gian đàn hồi
Mô hình dùng để phân tích ứng suất là một bán không gian đàn hồi, cũng cần thiết
phải thừa nhận mô hình khối đất là đồng nhất và là đàn hồi đẳng hướng. Việc chấp nhận
những giả định trên có ý nghĩa với điều kiện là các giá trị ứng suất còn nhỏ hơn ứng suất


12
gây nên sự dẻo của đất và các giới hạn phía dưới và phía ngang ở khoảng cách khá xa so
với kích thước công trình.
i. Ứng suất do tải trọng tập trung đặt trên bề mặt


Thừa số tải trọng:

Ip = = [ ]

z = Ip
5/2

Ứng suất pháp và ứng suất tiếp:  z =

(1.5)

.

k. Ứng suất do tải trọng liên tục
Móng băng là các tải trọng có kích thước chiều dài rất lớn so với chiều rộng. Chúng
thường tác dụng một tải trọng phân bố đều hoặc như đều dọc theo chiều dài.
Tải trọng phân bố đều: tìm các ứng suất chính ở điểm đã cho sau đó dùng vòng tròn
Mohr ứng suất xác định ứng suất theo phương trực giao dựa vào góc và
l. Ứng suất do tải trọng phân bố đều gây ra
Ứng suất thẳng đứng ở chiều sâu z là:

 z = q{1- [ ] 3/2 }

(1.6)

m. Ứng suất thẳng đứng do tải trọng phân bố đều trên diện chữ nhật

 z = qIR

(1.7)

Có thể được xác định bằng bảng theo các trị số L/z và B/z.
n. Những chuyển vị đàn hồi
Việc xem xét đất dưới móng là vật thể đàn hồi cũng được chấp nhận để xác định
chuyển vị bề mặt, nghĩa là độ lún do sự nén ép đàn hồi. Trong trường hợp tải trọng phân
bố đều, chuyển vị thẳng đứng bề mặt của một lớp đất có chiều sâu vô hạn:
S = (1-

v2 ) I p

q - Cường độ áp suất tiếp xúc

B - Kích thước ngang nhỏ nhất
v - Hệ số Poisson
- Thừa số ảnh hưởng đối với chuyển vị thẳng đứng.

(1.8)


13
1.2. Lý thuyết chung về lún của nền đất
1.2.1. Các dạng chuyển vị của nền đất và nguyên nhân gây lún
a. Nén chặt
Nén chặt là quá trình các hạt đất bị ép chuyển sang trạng thái lèn chặt hơn cùng với
sự giảm tương ứng về thể tích và khí thoát ra. Nguyên nhân có thể do trọng lượng bản
thân hoặc tải trọng phụ trên mặt đất sinh ra.
b. Cố kết
Quá trình nước lỗ rỗng trong đất dính bão hoà thoát ra do tải trọng tác dụng tăng lên
gọi là quá trình cố kết. Thể tích giảm dần cho tới khi áp lực nước lỗ rỗng ở bên trong đạt
cân bằng, việc giảm tải trọng có thể gây ra trương nở làm cho đất duy trì sự bão hoà.
Đất nhạy cảm nhất là đất bùn và đất sét cố kết bình thường. Than bùn và đất than bùn
có tính ép co khá cao, kết quả là dưới tải trọng mức độ vừa phải, bề dày lớp thay đổi
nhiều, có thể đạt dến 20%.
c. Biến dạng đàn hồi
Khi chịu tải trọng thì tất cả các vật liệu rắn đều biến dạng. Đất có bản chất riêng
biệt, biến dạng một phần là do nén chặt hay cố kết như vừa đề cập ở trên, phần khác do
biến dạng đàn hồi. Trong tất cả các loại đất, biến dạng đàn hồi xảy ra hầu như ngay sau
khi tải trọng tác dụng. Độ lún gây bởi quá trình này gọi là độ lún tức thời.

d. Sự thay đổi độ ẩm
Một số loại đất sét có sự tăng hay giảm thể tích đáng kể khi độ ẩm tương ứng tăng
hay giảm. Đất sét biểu hiện các đặc trưng này được gọi là đất sét co ngót hay trương nở.

Địa tầng liên quan với đất sét co ngót là sét Lower Lias, sét Oaford, sét Kimmeridge,…


14

Hình 1.2. 1. Khả năng co ngót và trương nở của đất sét
e. Ảnh hưởng của thực vật
Một yếu tố khác kết hợp với đất sét có tính dẻo cao để gây ra lún là ảnh hưởng của rễ
cây. Bán kính ảnh hưởng của một số hệ rễ lớn hơn chiều cao của cây, có thể đạt đến độ
sâu vài mét. Cách xa một rặng bạch dương là 25m, chuyển vị của một móng nhà ở ghi
được là 100m. Việc di chuyển các cây có nghĩa là làm cho đất ẩm hơn và vì thế xảy ra
giãn nở.
Ở nơi đất sét có tính co ngót phải điều chỉnh cẩn thận các cây có hạt trồng kề với
công trình. Một quy tắc hữu hiện là luôn luôn để cây mới trồng cách xa công trình ít nhất
1.5 lần chiều cao hoàn thiện của cây.
f. Ảnh hưởng của việc hạ thấp mực nước ngầm
Lún có thể sinh ra do sự hạ thấp mực nước này trong điều kiện thuỷ tĩnh bởi hai quá
trình:
Thứ nhất, trong một số đất sét việc giảm độ ẩm sẽ sinh ra việc giảm thể tích do quá
trình co ngót và trương nở. Đất ở trên mực nước ngầm hạ thấp có thể bị co ngót.
Thứ hai, việc giảm áp lực nước lỗ rỗng thuỷ tĩnh tạo nên sự tăng ứng suất hiệu quả
của lớp phủ trên các lớp nằm dưới. Vì vậy, đặc biệt là đất hữu cơ, đất sét yếu nằm dưới
mực nước ngầm hạ thấp có thể cố kết do ứng suất hiệu quả tăng lên.


15
g. Ảnh hưởng của thấm và xói mòn
Xói mòn là hiện tượng vật liệu được chuyển dời do nước trên mặt sông suối, hay xảy
ra tại nơi các kênh tiêu hay đường ống dẫn nước bị vỡ. Ở nơi hố móng đào dưới mực
nước ngầm nằm bên trong đê quai thì cũng tương tự, dòng thấm từ dưới gây ra dạng mất

ổn định gọi là mạch đùn. Trong vùng khô hạn, đất cùng loại có thể bị xói mòn do hoạt
động của gió. Trong một số đất đá nhất định, kết dính khoáng vật có thể bị hoà tan do
nước ngầm vận động. Sự lún sụt các hang động có thể gây ra lún trong phạm vi lớn.
h. Ảnh hưởng của sự biến đổi nhiệt độ
Khi đất sét ở dưới các móng lò sưởi, lò nung vôi, lò gạch,... bị khô đi thì có thể xảy
ra co ngót nghiêm trọng.
Khi duy trì ở nhiệt độ thấp, một số loại đất như đất bùn, cát mịn, đất phấn vôi và
trong bản thân đá phấn có thể sảy ra đông nở. Lúc đóng băng, nước trương nở khoảng 9%
và vì thế lớp đất bảo hòa giày 1 m có độ rỗng 45% có thể trương nở tới 40 mm.
i. Mất khả năng chống đỡ hông
Một dạng chuyển vị phổ biến dẫn đến nghiêm trọng thậm chí là thảm họa có liên
quan đến việc đào các hố sâu theo móng công trình. Sức chịu của đất trực tiếp dưới
móng phụ thuộc vào sức chống đỡ hông tạo bởi đất ở dọc mặt bên: trong việc tính toán sự
chịu tải cực hạn của đất có sét yếu tố này. Nếu sức chống đỡ mặt bên bị mất đi như
trường hợp hố móng không có ván gỗ chống đỡ, thì rất có thể sinh ra trượt do cắt của đất
ở dưới móng, sẽ đưa móng rơi vào trong hố đào.
k. Ảnh hưởng của sụt do đào mỏ
Phương pháp đào mỏ than thông dụng là phương pháp tường dài trong đó than được
khai thác qua một gương lò rộng. Khi công việc tiến triển, vật liệu thải chiếm một phần
khoảng trống và kết cấu chống đỡ mỏ được chuyển đi, rồi vòm dần dần vỡ xuống kéo
theo nó toàn bộ lớp phủ cho tới mặt đất, nơi đó sẽ xảy ra lún. Sóng lún rõ ràng xuất hiện
ở mặt đất, chuyển vị chậm sau đó chút ít và sau đó theo hướng tiến của gương lò than. Có
khả năng tính được phạm vi của hiện tượng lún này và dự đoán thời gian trễ của nó. Phải
có sự bảo vệ của công trình chống lại tác động của lún sụt phù hợp với luật hoặc có sự
bồi thường. Biện pháp bảo vệ nằm trong hai hướng sau:


16
- Điều chỉnh đào mỏ, như để lại những cột trụ, đào theo dải.
- Kết cấu công trình có dạng đạc biệt như kết cấu khớp, móng bê tông .

1.2.2. Lý thuyết chung về lún
Tổng quan về lún nền đất gồm lún đàn hồi và độ lún cố kết.
S =Si + (Sc +Sa )

(1.9)

S: độ lún tổng cộng
Si: độ lún tức thời (lún do biến dạng đàn hồi)
Sc: độ lún cố kết sơ cấp
Sa: độ lún cố kết thứ cấp
a. Độ lún tức thời Si
Là độ lún tức thời xảy ra ngay sau khi đặt tải trọng - biến dạng của khối đất bão hòa
không thoát nước chịu tác dụng của tải trọng tương tự trạng thái của vật thể đàn hồi và nó
có biến dạng tương đối nhỏ.
-Khi nền là đồng nhất và có chiều sâu vô hạn: (áp dụng khi h/b>2) :
Công thức của Giroud:
S=.(1-v2).Ip
Trong đó: p: cường độ áp lực tiếp xúc

(1.10)

b: chiều rộng của móng
ν: hệ số poisson
E: mô đun đàn hồi

Bảng 1.2. 1. Hệ số Ip khi tính lún đàn hồi cho lớp đất chiều dài vô hạn
HÌNH DẠNG

MÓNG MỀM
TÂM

GÓC

TRUNG

MÓNG


17
BÌNH
1.000

0.640

0.850

CỨNG
0.790

1.0

1.122

0.561

0.946

0.820

1.5

1.358

0.679

1.148

1.060

2.0

1.532

0.766

1.300

1.200

3.0

1.783

0.892

1.527

1.420

4.0

1.964

0.982

1.694

1.580

5.0

2.105

1.052

1.826

1.700

10.0

2.540

1.270

2.246

2.100

100.0

4.010

2.005

3.693

3.470

TRÒN

Chữ
nhật

Trong điều kiện không thoát nước thì v = v u = 0.5 và E xác định được từ thí nghiệm
nén ba trục không thoát nước.
-Khi nền là đồng nhất và có chiều sâu hạn chế: (khi h/b<2)
Công thức Janbu và đồng nghiệp (1956) đưa ra tính lún đàn hồi cho trường hợp ν ≈
0.5 như sau:
S=.(1-v2).µ0. µ1

(1.11)

E: mô đun đàn hồi không thoát nước
µ0,µ1 :hệ số phụ thuộc vào chiều rộng, chiều sâu đặt móng cũng như chiều dày lớp đất
dưới đáy móng (tra biểu đồ).


18

Hình 1.2. 2. Các hệ số đối với chuyển vị dưới móng mềm
b. Lún cố kết
*Lún cố kết sơ cấp Sc
Độ lún cố kết xảy ra do giảm thể tích nước lỗ rỗng của đất nền dưới đáy móng và độ
lún xảy ra do giảm thể tích theo thời gian. Tính lún trên đường cong nén lún e~ σ’: E o.

Hình 1.2. 3. Đường cong nén lún e~ σ’


19

Độ lún được tính theo công thức sau:
Sc = .h; Sc=.σ’z.h

(1.12)

*Lún cố kết thứ cấp Si
Theo lý thuyết của Terzaghi, một mô hình hoàn hảo của trạng thái cố kết thì sau khi
áp lực nước lỗ rỗng dư đã hoàn toàn triệt tiêu, đất sẽ không nén thêm nữa. Việc nghiên
cứu các đường cong điển hình e-log thời gian chỉ ra rõ rằng là không xảy ra như vậy.
Phần cuối của đường cong e~log thời gian tìm được thường dốc và gần như tuyến tính.
Đó là giai đoạn cố kết thứ cấp (nén thứ cấp) và thường là kết quả của một số dạng của cơ
chế từ biến liên quan với cấu trúc của đất.

sα=.h.log()
t: thời điểm xác định độ lún thứ cấp.
tp: thời điểm kết thúc quá trình cố kết sơ cấp.
Cα: hệ số nén thứ cấp (sự thay đổi bề dày đơn vị cho mỗi log – chu kỳ của thời gian
sau khi U=1.0 đã bị vượt, lấy theo tỷ lệ thường trong phạm vi 0.025 ~ 0.1 Cc.

20
CHƯƠNG 2: CÁC THÍ NGHỆM XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG CỦA ĐẤT NỀN
2.1. Các thí nghiệm theo TCVN xác định mô đun biến dạng của đất nền tại hiện
trường bằng tấm nén phẳng (tiêu chuẩn quốc gia – TCVN 9354:2012)
2.1.1. Phạm vi áp dụng
Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định mô đun biến dạng của đất nền trong
phạm vi chiều dày bằng hai đến ba lần đường kính tấm nén, nhằm tính toán độ lún của
công trình.
Tiêu chuẩn này áp dụng cho đất loại sét, đất loại cát và đất hòn lớn trong điều kiện
hiện trường. Ở thế nằm và độ ẩm tự nhiên hoặc sau khi san lấp và đầm, nén đến độ chặt
yêu cầu.
2.1.2. Một số định nghĩa cơ bản
a. Môđun biến dạng của đất
Là hệ số tỉ lệ giữa gia số của áp lực thẳng đứng tác dụng lên tấm nén với gia số tương
ứng của độ lún tấm nén; đặc trưng biểu thị khả năng chịu nén của đất; được quy ước lấy
trong đoạn quan hệ tuyến tính.
b. Áp lực tự nhiên của đất
Áp lực thẳng đứng trong khối đất tại một độ sâu do trọng lượng bản thân của các lớp
nằm trên.
c. Phụ tải
Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên đất thông qua diện tích phụ thêm quanh tấm nén.
d. Cấp gia tải
Lượng tải trọng tác dụng lên tấm nén khi thí nghiệm gia tải từng cấp.
2.1.3. Quy định chung xác định Môđun biến dạng
a. Mô đun biến dạng E của nền đất được xác định theo biểu đồ liên hệ giữa độ lún tấm
nén với áp lực tác dụng lên tấm nén.
b. Thí nghiệm đất bằng gia tải tấm nén, được tiến hành trong hố móng, hố đào, giếng đào
hoặc lỗ khoan, được bố trí các điểm thăm dò kĩ thuật từ 1,5-2,0m.

21
c. Thí nghiệm trong hố đào và hố móng được tiến hành cho những đất nằm cao hơn mực
nước dưới đất; thí nghiệm trong lỗ khoan - cho đất ở sâu từ 6 m tới 15 m, kể cả khi nằm
thấp hơn mực nước dưới đất. Diện tích tiết diện ngang của hố đào phải không nhỏ hơn
1,5 m x 1,5 m. Đường kính hố đào tạo ra bằng phương tiện cơ giới phải không nhỏ hơn
900 mm. Đường kính lỗ khoan thí nghiệm phải không nhỏ hơn 325 mm.
d. Lớp đất thí nghiệm phải có chiều dày không nhỏ hơn hai lần đường kính d hoặc cạnh
tấm nén. Kết quả thí nghiệm chỉ có ý nghĩa đối với lớp đất dày 2d đến 3d.
2.1.4. Thiết bị và dụng cụ.
Kết cấu thiết bị phải đảm bảo khả năng chất tải lên tấm nén thành từng cấp 0,01 MPa
đến 0,1 MPa; truyền tải đúng tâm lên tấm nén; giữ được từng cấp áp lực không đổi trong
thời gian yêu cầu. Tấm nén phải đủ cứng, có dạng tròn hoặc vuông, đáy phẳng.
a.Tấm nén và kích thủy lực

Hình 2.1. 1. Kích thủy lực và tấm nén


22

b. Thiết bị chất tải

Hình 2.1. 2. Thiết bị chất tải
c. Dầm dọc định vị, thiết bị neo giữ và đo biến dạng

Hình 2.1. 3. Dầm định vị dọc, thiết bị neo giữ và đo biến dạng


23

Hình 2.1. 4. Sơ đồ thiết bị thí nghiệm đất trong hố đào bằng gia tính tải
Chú dẫn:

1. Tấm nén

2. Kích thủy lực

3. Dầm định vị dọc

4. Các cọc neo vít

Hình 2.1. 5. Sơ đồ thí nghiệm đất bằng gia tĩnh tải trong lỗ khoan
Chú dẫn:
1. Dầm định vị

4. Các cọc neo vít

2. Lực kế

5. Ống vách

3. Kích

6. Tấm nén


24
c. Các võng kế
Để đo độ lún của tấm nén được gắn chặt vào hệ mốc chuẩn. Tấm nén được nối với
võng kế bằng sợi dây thép đường kính từ 0,3 mm đến 0,5 mm. Hệ đo phải đảm bảo đo

được độ lún với sai số không lớn hơn 0,1 mm. Khi cần đạt độ chính xác tới 0,01 mm,
phải dùng thiên phân kế.
Bảng 2.1. 1. Kiểu và diện tích tấm nén được quy định tùy theo đất thí nghiệm
Tấm nén
Tên đất

Vị trí tấm nén so Độ sâu thí Vị trí tiến
với mực nước nghiệm,m hành thí
nghiệm

Đất hòn lớn; đất cát - cát Ngang mực nước
chặt và chặt trung bình; dưới đất và cao
đất loại sét - sét, sét pha
hơn
có độ sệt IL ≤ 0,25, cát
pha khi IL ≤ 0
Đất cát - cát xốp, đất loại Ngang mực nước
sét - sét và sét pha có độ dưới đất và cao
sệt IL > 0,25, cát pha khi
hơn
IL > 0, bùn, đất hữu cơ
Đất hòn lớn; đất cát - cát Ngang mực nước
chặt, đất loại sét - sét và dưới đất và cao
sét pha có độ sệt IL ≤ 0,5,
hơn
cát pha khi IL ≤ 0
Đất cát: đất loại sét; sét, Dưới mực nước
sét pha và cát pha với
dưới đất
mọi trị độ sệt IL: bùn, đất

hữu cơ

≤6

≤6

≤6

Tới 15

Trong hố
móng, hố
đào, giếng

Kiểu

Diện tích,
cm²

I

5 000

I

2 500

II

1 000

I

5 000

II

1 000

Tại đáy lỗ
khoan

III

600

Tại đáy lỗ
khoan

III

600

Trong hố
móng, hố
đào, giếng


25
2.1.5. Chuẩn bị thí nghiệm.

Khi thí nghiệm trong hố móng, hố đào và giếng đào, tấm nén được đặt ở công trình
khai đào. Để đáy tấm nén thật khít với đất, phải xoay tấm nén không ít hơn hai vòng theo
các hướng, quanh trục thẳng đứng. Sau khi đặt, phải kiểm tra mức độ nằm ngang của tấm
nén.
Mặt đất trong phạm vi diện tích đặt tấm nén phải được san thật phẳng. Khi khó san
phẳng đất, tiến hành rải một lớp đệm cát nhỏ hoặc cát trung ít ẩm, dày từ 1 cm đến 2 cm
cho đất loại sét và không lớn hơn 5 cm cho đất hòn lớn.
Tấm nén được lắp vào cột ống đường kính 219 mm và hạ xuống đáy lỗ khoan đã
được vét sạch. Dùng đối trọng và các vòng định hướng để cân bằng tấm nén cùng với cột
ống khi hạ. Đặt tấm nén sâu hơn chân ống chống từ 2 cm đến 5 cm. Sau khi đặt tấm nén,
tiến hành lắp thiết bị chất tải, thiết bị neo và hệ thống neo.
Võng kế kiểm tra được lắp trên hệ mốc chuẩn. Dây của võng kế kiểm tra được gắn
vào mốc không di động đặt ở ngoài thành hố thí nghiệm. Chiều dài dây phải bằng chiều
dài của các võng kế đo độ lún của tấm nén. Sau khi lắp tất cả các thiết bị, đưa các số đọc
về vạch không (0), hoặc về điểm quy ước là không.

Hình 2.1. 6. Bố trí thí nghiệm trong lỗ đào và hố khoan