Xử lý và gia cố đất nền

CHƢƠNG 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, ông, 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
Ntt

Df
h

pgl



b

hđ
bđ
bt1

z2


1. Xác định hđ

* ĐK 1:

bt1+ z2  Rtc tại độ 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)
k0 = f (l/b, z/b)

m1m2
RII 
[ Abz   B( D f  hđ ) *  Dc]
ktc
bz : bề rộng móng tính đổi

bz

N



tc

2 l

- Móng băng


b z  Fz  a  a ( Móng chữ nhật )
2

a = (l-b)/2
* ĐK 2:

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/R2
6
l/b = 1
5

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

4
l/b = 2
3
l/b = 00
2
1

K
0.5

1

1.5

Biểu đồ xác định hđ


2. Xác định bđ :
Tính bề rộng đáy lớp đệm vật liệu rời với giả thiết góc
0.
truyền ứng suất nén trong nền đất là   đ = 30

35
N
tt

bđ = b + 2 hđ tan300

Df
h

pgl



b

Một số vấn đề thi công lớp đệm cát h
b


- 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.
đ

đ

bt

1

z
2


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
Ƣu điểm
- Tận dụng được vật liệu địa phương (cát)
- Thiết bị khi công đơn giản
- Thời gian thi công (xử lí nền) nhanh

Nhƣợc 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.


Các bước tính toán cọc cát
1. Xác định diện tích cần nén chặt
Fnc = lnc bnc
lnc = l + 0,4 b
bnc = b + 0,4 b

2. Xác định hệ số rỗng nén chặt sau khi có cọc cát
- Nền cát
enc = emax – D(emax – emin)
Độ chặt tương đối D = 0,7  0,8 khi thi công đóng ống
tạo cọc
enc = emax – (0,7  0,8) (emax – emin)


- Nền sét

Gs
enc 
(W p  0,5 I p ) enc = 0,7  0,8, nhưng < 1
100  w

e

enc=ep=0,1MP

p=0,1MPa

p


- Dung trọng sau khi nén chặt

 nc

Gs

(1  0,01W )
1  enc

3. Xác định khoảng cách giữa các cọc
 Cọc bố trí theo lƣới tam giác

1
Vs 
1  e0
3 2 d
3 2
S 
S
8
4
 4
1  e0
1  enc

d
2

600

L


 d2

 d2

3 4 
6
8
Khoảng cách các cọc L để nền đạt enc

L  0,952 d

1  e0
e0  enc

 Cọc bố trí theo lƣới ô vuông
2

d
L2 
2
L

4

1  e0
1  enc
L  0,886 d

1  e0
e0  enc

d

L


4. Xác định số lƣợng cọc cần thiết
Fc : diện tích tổng các cọc cát, fc : diện tích 1 cọc cát

Fc
nnc 
fc

fc 

d

e0  enc
Fc 
Fnc
1 e0

4

2

Fc e0  enc

Fnc
1  e0

e0  enc Fnc
nc 
1 e0 f c

Thường chọn d = 20  60cm, chọn và bố trí cọc
nằm ngoài phạm vi nén chặt.


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
pgh  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
p
Biên thoát nước

Biên thoát nước

z

h

h

h

dz
1

1

h
Cát thoát nước

Nền đất không thấm

Uv  1

8



e
2



2
4

Tv

Khi Uv ≤ 60%
Khi Uv > 60%

Cv
Tv  2 t
h
Tv 

1  e1 k
k
Cv 

a  w ao  w

  Uv 

2



=>
4  100 
=> 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
Phản áp

GIA TẢI TRƯỚC

Lớp đ

h=2H

Giếng cát

L=2R

2R

z

2r

Hướng
thấm nước

kz
kr
kz

ệ

m


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 đƣờng 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
Uv  1

kr (1  e1 )
cr 
a w

cv t
Tv  2

H
8



2

e



2
4

Tv

=> 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) 

3 n 1
F ( n)  2
ln( n) 
2
n 1
4n
n

2

R S
n  
r d

2


- Tính độ lún theo thời gian St:
St = U S
- Xem nền không thay đổi:

e1  e2
S 
h
1 e1
S

n

a
i 1

S

o

* p * h

n



i 1

E



p h


Cho đất cố kết thƣờng (OCR = 1)

 poi  pi
Cc hi
S 
log
i 1 1  e0 i
 poi
n





Cho đất cố kết trƣớc nặng (OCR > 1, po + p  pc )

 po  p 
Cs h

S
log
1  eo

 po 
Cho đất cố kết trƣớc nhẹ (OCR > 1, po + p  pc)

 po  p 
Cs h
pc
Cc h

S
log

log
1  eo
po 1  eo
 pc 