chuong 4 gia co nen bách khoa

CHƯƠNG 4: XỬ LÍ VÀ GIA CỐ ĐẤT NỀN
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8

Khái niệm
Đệm vật liệu rời (đá, sỏi, cát)
Cọc vật liệu rời (cọc đá, cọc sỏi, cọc cát)
Cọc đất vôi, đất xi măng
Gia tải trước
Giếng cát gia tải trước
Bấc thấm
Cừ tràm


4.2 Đệm cát
- Chiều dày lớp đất yếu < 5m; ctrình vừa, nhỏ, nhà công
nghiệp > dùng lớp đệm để thay thế toàn bộ lớp đất yếu
- Làm tăng sức chiu 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, pp thi công đơn giản
- Khuyết: thích hợp cho công trình nhỏ; ctrình bên cạnh
ao, hồ, sông, biển thì cần phải có biện pháp ngăn ngừa
hiện tượng cát chảy. Khi MNN cao thì dùng ’ nên

không hiệu quả.


 Tính toán lớp đệm cát


1. Xác
hđRtc tại
* ĐK
 bt1+định
 z2 
độ 1:
sâu (Df + hđ)  RII (Df +
hđ)
 bt1 =  Df +  đ hđ
 z2 : Ư/s do tải trọng ngoài tại đáy lớp
đệm
 z2 = k0 pgl = k0 (p -  Df)
k0m=1mf 2(l/b, z/b)

RII 

k tc

[ Abz   B( D f  hđ ) *  Dc]

bz : bề rộng móng tính đổi

bz

N



tc

2 l

- Móng băng


2

b z  Fz  a  a
a = (l-b)/2
* ĐK 2:

( Móng chữ nhật )

tc
N

Fz 
2

S = Sđệm + Sđất  Sgh

- 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

R1: Cường độ của lớp
đệm
R2: Cường độ của đất
bên dưới lớp đệm

Biểu đồ xác định hđ


2. Xác định bđ :
Tính bề rộng đáy lớp đệm vật liệu rời với giả thiết góc
truyền ứng suất nén trong nền đất là    đ = 30 
350.
bđ = b + 2 hđ tan300
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.


4.3 Cọc cát
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 ct chịu tải ngang

Ưu điểm
- Tận dụng được vật liệu địa phương (cát)
- Thiết bị khi công đơn giản
- Thời gian thi công (xử lí nền) nhanh
Nhược điểm
- Sử dụng hiệu quả cho ct có tải trung bình. Ct có tải lớn
hoặc vùng đất yếu lớn thì biện pháp này không khả
thi.


5.2.1 Phạm vi sử dụng:
- Các công trình chịu tải trọng không lớn trên nền đất
yếu như: gia cố nền nhà kho, gia cố nền đường, gia
cố đoạn đường vào cầu, gia cố nền các bến, bãi, ...
thường sử dụng cọc vật liệu rời để gia cố nền.
- Điều kiện là cọc vật liệu rời phải chịu được tải trọng
đứng và chất lượng làm cọc phải ổn định, đồng
nhất.


5.2.2 Cấu tạo cọc vật liệu rời:

Cấu tạo cọc
vật liệu rời


5.2.3 Các cơ chế phá hoại của cọc vật liệu rời:

Các dạng phá hoại của cọc vật liệu rời

5.2.4 Tính toán cọc vật liệu rời:
- Xác định vùng ảnh hưởng - đường kính hiệu quả:
Cọc bố trí vuông : De = 1,13 S
Cọc bố trí tam giác: De = 1,05 S
De : khoảng cách tính toán giữa các cọc;
S: khoảng cách thực giữa các cọc
- Xác định tỉ diện tích thay thế:
2
As
As
D
as 

a s C1  
As  Ac
A
S
as : tỉ diện thay thế
As : diện tích ngang của cọc vật liệu rời
Ac : diện tích ngang của phần đất yếu xung quanh cọc
C1: hằng số phụ thuộc vào vào dạng bố trí cọc. Nếu bố
trí hình vuông, C1 = /4; Nếu bố trí tam giác đều C1  / 2

3


- Xác định ứng suất tác dụng lên cọc và đất:
Ứng suất tác dụng lên đất:


c 
 c
1  (n  1)as 

Ứng suất tác dụng lên cọc:
n
s 
  s
1  (n  1)a s 

 =  tb : là áp lực do tải trọng ngoài tác dụng.
n =  s/ c : là hệ số tập trung ứng suất được xác định từ
thí nghiệm ở hiện trường
 c ,  s : tỉ số ứng suất trên đất nền và trên cọc so với
ứng suất trung bình


- Khả năng chịu tải giới hạn của cọc đơn riêng biệt:
qult

 s
 tg  
4 2
2


  'h ,s  K p ,s 'h ,max


Kp,s : hệ số áp lực chủ động của cọc

 ’h, max : ứng suất hữu hiệu tối đa của đất xung quanh
cọc có thể gánh đở.
- Độ lún của cọc đơn riêng biệt:
S 0 a0 h 

  s
S c a0 c h  c

c
S c S 0


Sc : Độ lún của đất có gia cố
S0 : Độ lún của đất không có gia cố
s : Hệ số giảm độ lún


- Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc vật liệu rời:

qult  3 tg 2   2 ctb tg
c B tg
 3 c D f 
 2 cu
2

 tb
 45 
2
0

Góc ma sát tb của hỗn hợp đất-cọc
1
 tb 
tg (  s a s tg s )

Lực dính tb của hỗn hợp đất-cọc

ctb (1  a s ) cu

 c: Trọng lượng riêng
của đất
B: Bề rộng móng
 : góc nghiêng của mặt
trượt
cu: lực dính không
thoát nước của đất
 s: góc ma sát trong
của vật liệu rời
 tb: góc ma sát trong
của đất hỗn hợp
ctb: lực dính của đất
hỗn hợp


5. Xác định chiều dài cọc lc cần thiết
Chiều dài cọc phải  chiều sâu vùng hoạt động lún
(vùng chịu nén) và phải thỏa mãn khả năng chịu tại
của lớp đất yếu.
S = Scc + Sđất  Sgh
 bt1+  z2  Rtc(Df + lc)  RII (Df + lc)

Thường chọn lc = Hnén + 0,5m
6. Kiểm tra điều kiện ổn định
- Kiểm tra điều kiện ổn định dưới đáy móng
ptc  Rtc(Df)  RII (Df)
ptcmax  1,2 Rtc(Df)  1,2 RII (Df)
ptcmin  0
- Kiểm tra điều kiện ổn định dưới cọc cát
 bt1+  z2  Rtc(Df + lc)  RII (Df + lc)


7. Kiểm tra điều kiện biến dạng
S = Scc + Sđất  Sgh
 Một số vấn đề thi công cọc cát
- Đóng ống thép xuống nền đất, nhồi cát và đầm chặt,
đồng thời rút ống théo lên; dùng ống thép tự mở đáy.
- Thi công bằng pp 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.


4.4 Gia tải trước
4.4.1 Tính toán tải trọng gia tải cho phép để đất nền
không bị phá hoại, p  pgh
p gh  R tc  m ( A b   B D f  *  D c)
p gh

m1m2
 RII 

( A b   B D f  *  D c)
ktc

Để đơn giản lấy  = 0 => A = 0, B = 1, D = 3,14 = 
Pgh =  c
Chiều cao lớp gia tải tính từ điều kiện cân bằng là
 *h=Pgh  h = pgh / 


4.4.2 Tính toán cố kết đất nền

8
U v 1  2 e




2
Tv
4

Khi Uv ≤ 60%
Khi Uv > 60%

Cv
Tv  2 t
h
Tv 

1  e1 k

k
Cv 

a w ao w

  Uv 


4  100 

2

=>
=> Tv = 1,781 – 0,933 log(100-Uv)


4.5 Giếng cát gia tải trước
- Thích hợp cho ct có kích thước bản đáy lớn: móng băng,
băng giao nhau, móng bè, nền đường, đê đập, …
- Dùng cho nền: cát nhỏ - bụi bảo hòa nước, đất dính bảo
hòa nước, bùn, than bùn, …
- Ưu điểm:
+ 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 ct chịu tải ngang
- Nhược điểm:
+ Chỉ sử dụng hiệu quả cho ct 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


Cấu tạo của giếng cát
Gồm 3 bộ phận chính: hệ thống giếng cát, lớp đệm & phụ tải


Tính toán giếng cát
1. Chiều dày lớp đệm cát
hđệm = S + (30  50) cm, chọn hđệm  0,5 m
S: độ lún ổn định của nền đất yếu
2. Xác định đường kính d và khoảng cách giữa các giếng L
- 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)
-  bt1+  z2  Rtc(Df + lg)  RII (Df + lg)
- Lg  2/3 Hđy
- Thường chọn Lg = chiều sâu vùng đất yếu


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)

kv (1  e1 )
cv 
a w

cv t
Tv  2
H

8
U v 1  2 e


kr (1  e1 )
cr 
a w

2

Tv
4

=> Uv
(Sơ đồ 0 )

cr t
Tr  2
De

=> 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
 w : trọng lượng riêng của nước


- Lời giải của Barron (1948)

 8 Tr 

U r 1  exp  
 F ( n) 

n

2

2

3n  1
F ( n)  2

ln(n) 
2
n 1
4n

R S
n  
r d