powepoint trình chiếu CỌC cát GIẾNG cát

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
VIỆN CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT

BIỆN PHÁP TRỤ VẬT LIỆU RỜI
TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU


NỘI DUNG
A

TÌM HIỂU CHUNG

B

CỌC CÁT


A. TÌM HIỂU CHUNG
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 < 50 kg/cm2), trị số sức kháng cắt không đáng kể và đất hầu như hoàn toàn bão
0
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
* Đối với đất có độ rỗng lớn ở trạng thái rời, bão hòa nước, tính nén lớn hoặc đất có kết cấu dễ bị phá hoại và kém ổn định dưới tác
dụng của tải trọng còn nhỏ (đất cát rời, đất dính ở trạng thái chảy, đất bùn, than bùn, v.v...), thì móng công trình không thể đặt
trực tiếp trên nền tự nhiên được, mà cần phải có biện pháp gia cố.

* Đặc điểm của các loại đất này là sức chịu tải rất nhỏ, độ lún lớn và có khả năng gây ra biến dạng không đồng đều dưới đế móng
công trình.

A. TÌM HIỂU CHUNG
II. XỬ LÝ NỀN ĐẤY YẾU BẰNG BIỆN PHÁP TRỤ VẬT LIỆU RỜI
- Để có thể xây dựng các công trình chịu tải trọng lớn trên nền đất có tính chất như trên, người ta thường đùng các phương pháp như cọc cát, cọc
đất, giếng cát, nổ mìn, nén trước tằng tải trọng tĩnh, nén chặt trên mặt bằng đầm nặng, đầm rung hoặc nén chặt dưới sâu bằng thủy chân và chấn
động, v.v... nhằm làm tăng độ chặt của nền đất, tạo điều kiện cho nền đất có đủ khả năng chịu lực, hạn chế được độ lún và biến dạng không đồng
đều khi tiếp thu tải trọng ngoài.

- Những phương pháp kể trên đã được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là đôi với các nước có đất ở kỷ thứ tư (trầm tích trẻ), ơ nước
ta, một số cơ quan thiết kế đã và đang áp dụng khi xây dựng các công trình trên nền đất yếu ở các vùng đồng bằng Bắc Bộ như Hà Nội, Hải Phòng,
Nam Định, Vinh, Bến Thủy v.v..., nhưng còn trong phạm vi hẹp, chưa được phổ biến rộng rãi. Một số phương pháp đã được áp dụng nhưng còn ở
giai đoạn thí điểm (ví dụ như cọc cát, nổ mìn, v.v...); một số phương pháp còn đang ở giai đoạn nghiên cứu hoặc chưa có khả năng áp dụng vì khó
khăn về thiết bị và phương tiện thi công (ví dụ như nén chặt dưới sâu bằng thủy chấn và chấn động, v.v...). Tùy theo tính chất của công trình và tùy
theo đặc điểm địa chất, thủy văn tại khu vực xây dựng mà chúng ta quyết định chọn phương pháp nén chặt. Trong các biện pháp thì biện pháp dùng
trụ vật liệu rời có khả năng dùng rộng rãi và có hiệu quả trong hoàn cảnh nước ta đó là cọc cát và giếng cát


B. CỌC CÁT


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.


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.


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 1-5: Ống thép thi công cọc cát.

Hình 1-6: Cơ chế đầm 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 enc của đất khi dùng cọc cát.

enc = emax − D(emax − emin )

Trong đó:

D - độ chặt tương đối (khoảng 0.7 - 0.8)
e
e

max
min

- hệ số rỗng của cát ở trạng thái xốp nhất.
- hệ số rỗng của cát ở trạng thái chặt nhất.


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

enc
Trong đó:

Gs
=
(Wd + 0.5 I d )
γ n 100

G – Trọng lượng riêng của đất, (kN/m3).
s
γ – Trọng lượng thể tích của nước, (T/m3).

n
W – Độ ẩm ở giới hạn lăn, (%).
d
I - Chỉ số dẻo.
d


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

Bước 2: Xác định diện tích nền được nén chặt.

Trong đó:

Fnc = 1.4b(a + 0.4b)
a – Chiều dài đế móng (m).
b – Chiều rộng đế móng (m).


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

Fc
e0 − enc
=Ω=
e – Hệ số rỗng của đất thiên nhiên
Fnctrước khi nén chặt bằng1cọc+cáte. 0

0


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.
Ω × Fnc
N =
fc
Trong đó :
f - Diện tích tiết diện cọc cát dùng khi thi công (m2).
c


II. CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
CỌC CÁT(tt) :
 Bước 4: Bố trí cọc cát.
Khoảng cách giữa các cọc cát L:

L = 0.952d c

Hoặc:
Trong đó:

= (m).
0.952d c
d – Đường kính cọcLcát,

c

γ nc
γ nc − γ

γ – Trọng lượng thể tích của đất được nén chặt,(T/m3).
nc

1 + e0
e0 − enc


II. CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
CỌC CÁT(tt) :
 Ngoài ra để tính γnc

Trong đó:

Gs
γ nc =
(1 + 0.01W )
1+ e
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).


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:

f c × Gs
W1
G=
(1 +
)
1 + enc
100
G – Trọng lượng riêng của cát dùng trong cọc,(kN/m3).
s
W – Độ ẩm tính theo trọng lượng của cát trong
1
thời gian thi công, (%).


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 ≤ 0.2 σ
z
bt
+Đối với công trình thủy lợi :
σ ≤ 0.5 σ
z
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 = 2hs

h – Chiều dày lớp đất tương đương,
s

Aω – Hệ số lớp tương đương, phụ thuộc vào hệ số

Poatxông μ , hình dạng đế móng và độ
0

cứng của móng . Tra bảng sau đây:

hs = Aωb

Aoω=oconst
µ
10
20
30
25
35
m 0.40

Bảng II-1: Hệ số Aω
Sỏi và cuội
a/b
1.0
1.5
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Và
lớn
hơn

Cát

Sỏi cứng và sét pha cát
µ0 = 0.10
µ 0 = 0.20
1.13
1.37
1.55
1.88
1.99
2.13
2.25
2.35
2.43
2.51

0.96
1.16
1.31
1.55
1.72
1.85
1.98
2.06
2.14
2.21

0.89
1.09
1.23
1.46

1.63
1.74
-

1.2
1.45
1.63
1.90
2.09
2.24
2.37
2.17
2.56
2.64

1.01
1.23
1.39
1.63
1.81
1.95
2.09
2.18
2.26
2.34

0.94
1.15
1.30
1.54

1.72
1.84
-

Sét pha cát dẻo

Cát pha sét
µ 0 = 0.25
µ 0 = 0.30
1.26
1.53
1.72
2.01
2.21
2.37
2.50
2.61
2.70
2.79

1.07
1.30
1.47
1.73
1.92
2.07
2.21
2.37
2.40
2.47

0.99
1.21
1.37
1.62
1.81
1.94
-

1.37
1.66
1.88
2.18
2.41
2.58
2.72
2.84
2.94
3.03

1.17
1.40
1.60
1.89
2.09
2.25
2.41
2.51
2.61
2.69

1.08
1.32
1.49
1.76
1.97
2.11
-

Sét dẻo
µ 0 = 0.35
1.58
1.91
2.16
2.51
2.77
2.96
3.14
3.26
3.38
3.49

1.34
1.62
1.83
2.15
2.39
2.57
2.76
2.87

2.98
3.08

1.24
1.52
1.72
2.01
2.26
2.42
-

Sét nặng
rất dẻo
µ 0 = 0.40
2.02
2.44
2.76
3.21
3.53
3.79
4.00
4.18
4.32
4.46

1.71
2.07
2.34
2.75
3.06

3.29
3.53
3.67
3.82
3.92

1.58
1.94
2.20
2.59
2.90
3.10
-

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


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:

a0
E0 =
tc
E – Môđun biến dạng của lớp đất, (kN/m2).
η
×
R
0
Rtc – Áp lực tiêu chuẩn, (T/m2).

a – Hệ số không thứ nguyên, có thể lấy bằng 0.87 đối
0
đối với móng băng
η – Hệ số độ lún của lớp đất thiên nhiên, phụ thuộc vào
bình của đất.

với móng hình vuông và 0.66

trọng lượng thể tích trung