Giáo trình Nền móng - Chương 4: Xây dựng công trình trên nền đất yếu - Nguyễn Hồng Nam

Nội dung text: Giáo trình Nền móng - Chương 4: Xây dựng công trình trên nền đất yếu - Nguyễn Hồng Nam

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT NỀN MÓNG PGS.TS. NguyễnHồng Nam Hà Nội, 1/2010 Chương IV: Xây dựng công trình trên nền đấtyếu 4.1 Khái niệm chung vềđấtyếu, nền đấtyếu 4.2 Các biện pháp về kếtcấuphần trên 4.3 Các biện pháp về móng 4.4 Các biện pháp về xử lý nền 4.5 Các biện pháp thi công để xử lý nền 2 Nguyễn Hồng Nam, 2010 1
2. 4.1 Khái niệm chung vềđấtyếu, nền đấtyếu • Đấtyếu: là các loạisétyếu, than bùn, cát yếucócácđặctrưng sau: e>1 Eo ≤50 kgf/cm2 p<1 kgf/cm2 3 4.1 Khái niệm chung vềđấtyếu, nền đấtyếu •Nền đấtyếulànền - không đảmbảovề cường độ, hoặc - Không thỏamãncácđiềukiệnvề biếndạng Khái niệmnền đấtyếu có liên quan đến: -Khả năng chịulựccủa đấtnền -Tínhchất công trình xây dựng trên đó 4 Nguyễn Hồng Nam, 2010 2
3. 4.1 Khái niệm chung vềđấtyếu, nền đấtyếu •Khigặpnền đấtyếuÆ cầncócácbiệnphápxử lý về: -Kếtcấuphầntrên - Móng -Nền -Biện pháp thi công Kếtcấuphầntrên Mặt đấttự nhiên Móng Nền 5 4.2 Các biện pháp về kếtcấuphầntrên • Nguyên tắc: -Giảmtảitrọng tác dụng lên đáy móng -Tăng khả năng chịulựccủakếtcấu Giải pháp: - Dùng vậtliệunhẹ -Tăng độ mềm công trình -Tăng cường độ cho kếtcấu công trình 6 Nguyễn Hồng Nam, 2010 3
4. Dùng vậtliệunhẹ - Làm giảmáplực đáy móng, dễ xử lý. -Nhược điểm: đốivới công trình chịutảitrọng ngang thường xuyên, dễ bị trượt, lậtÆ cầnbiện pháp thích hợp. 7 Tăng độ mềmcủa công trình •Khửđược ứng suấtphụ phát sinh trong kếtcấu do biếndạng không đều gây ra •Sử dụng khe lún hoặckếtcấutĩnh định. 8 Nguyễn Hồng Nam, 2010 4
5. Khe lún •Bố trí tạichỗ có sự: - Thay đổi độtngộtcủatảitrọng - Thay đổivề bố trí mặtbằng Chiềurộng khe lún phụ thuộctảitrọng và tính chất đấtnền. δ=k.h(tgθp-tgθt) h: chiềucaokhelún k: hệ số an toàn có xét tính không đồng nhấtcủa đấtnền (1.3-1.5) θp, θt: góc nghiêng phần công trình bên phảivàtráikhelún. 9 Dùng kếtcấutĩnh định Thay mốinốicứng giữacácbộ phận công trình bằng mốinốikhớphoặctựa ÆKhửđược ứng suấtphụ phát sinh do công trình bị biếndạng Nhược điểm: Làm công trình nặng nề, kém mỹ thuật 10 Nguyễn Hồng Nam, 2010 5
6. Tăng thêm cường độ cho kếtcấu công trình •Sử dụng các giằng BTCT (giằng tường, giằng móng)áp dụng đ/v nềnb/dạng không đều •Giacố cụcbộ tạinhững nơilựccắtlớnÆ đặt thêm thép hoặcgiằng gia cường. 11 (ảnh sưutầm, internet) Ảnh hưởng của độ cứng kếtcấu đối vớisự lún lệch Kếtcấumềm Kếtcấucứng Coduto, 2001 12 Nguyễn Hồng Nam, 2010 6
7. 13 4.3 Các biện pháp về móng • Thay đổichiềusâuhố móng hm • Thay đổikíchthước, hình dáng móng • Thay đổiloại móng và độ cứng 14 Nguyễn Hồng Nam, 2010 7
8. Thay đổichiềusâuhố móng hm Pgh=A γ.b+B.q+D.c hmZÆq=γhmZÆPghZ Nếukhôngthể tăng hm, có thể thay đổichiều dày móng hm 15 Cao trình đặt móng thiếtkế Do có sự sai khác giữa cao trình đặt móng thiếtkế vớicao trình đáy móng khi lún ổn địnhÆ cần tính độ lún dự phòng Sdp=1/2(S+Stc) Trong đó: Sdp: độ lún dự phòng S: độ lún ổn định tính toán Stc: độ lún xảy ra khi thi công Đốivới công trình XDDD và công nghiệptrênnền đấtsét: Sdp=0.7S 16 Nguyễn Hồng Nam, 2010 8
9. Thay đổikíchthước, hình dáng móng •Tăng diệntíchđáy móngÆ giảmáplựclênmặt nềnÆgiảmlún, tăng SCT • Đốivớinềncóchiềudàychịu nén khác nhauÆ thay đổi chiềurộng tạorasự lún đều cho công trình • Tuy nhiên, đ/v nềncótínhnénlúntăng theo chiều sâu, việcmở rộng đáy móng không có tác dụng. Đấtyếu Đấtyếu 17 Thay đổiloạimóngvàđộ cứng •Chọnloại móng thích hợp: căncứđiềukiệntảitrọng, địa chấtÆmóng đơn, móng băng, móng bản •Tăng độ cứng khi độ lún quá lớn(tăng chiều dày, tăng cốt thép, kếthợpvớikếtcấuphầntrênÆ dùng móng hộp độ cứng lớn, nhẹ. 18 Nguyễn Hồng Nam, 2010 9
10. 4.4 Các biện pháp xử lý nền • Giớithiệu: Xử lý nền khi các biện pháp kếtcấuphầntrênvàcác biệnphápvề móng không thỏa mãn. • Mục đích: Tăng sứcchịutải, giảm độ lún, giảmtínhthấmcủa đất. • Nguyên tắc: Giảmtínhrỗng Tăng cường độ liên kết • Các phương pháp: PP Cơ học(đầm, chấn động, cọc, thay đất, nén trước) PP vậtlý(hạ nướcngầm, giếng cát, điệnthấm) PP hóa học(keokếtxi măng, silicat hóa, điệnhóa). 19 Phương pháp đệmcát •Còngọi là PP thay đất •Ápdụng vớichiều dày lớp đấtyếutương đốimỏng & vật liệudễ kiếm •Tăng sứcchịutải, giảm độ lún, giảmhm, tăng độ cố kết • Tính toán thiếtkế: Nguyên tắc: Đệm cát phải ổn định về cường độÆTTGH1 Độ lún đảmbảoS<[S]ÆTTGH2 20 Nguyễn Hồng Nam, 2010 10
11. Tính toán thiếtkếđệmcát b o h •Giả thiết α> góc nghỉ củacát. m •hc: chọn theo kinh nghiệm o α • Đốivớicát: α=30-35 α hc • Đốivớisỏi: α=40-45o b • Tính toán theo TTGH1 và TTGH2 c σ •ChọnetkÆDr=(emax-etk)/(emax-emin) σzd z •Dr=0.7-0.8 •Kiểmtraứng suấtdưới đáy đệmcát: σzd +σz≤Rtc •Nếukhôngthỏa mãn, cầnchọnlạikíchthước đệmcát • Tính lún theo phương pháp cộng lún. 21 Thi công đệmcát •Yêucầu: đảmbảo độ chặtlớnnhất và không phá hủy kếtcấu đấtnềndướitầng đệmcát. •Khihố móng khô: đầmtay, đầmmáy •Khihố móng ướt: Phương pháp xỉa, lắc 22 Nguyễn Hồng Nam, 2010 11
12. Phương pháp đầmchặtlớpmặt •Ápdụng vớinền đấtxấu, độ ẩmnhỏ (G<0.7), chiều dày nhỏ , không cần bóc bỏ •Sử dụng các loại đầmlăn (chân dê, bánh hơi), đầm xung kích • Đầm xung kích: Trọng lượng 2-7 tấn, D ≥1m • Ứng suất do quảđầm gây trên mặtnền: • σ≤0.20 kgf/cm2 (đấtsét) • σ≤0.15 kgf/cm2 (đấtcát) •Chiều cao quảđầmrơitự do: H=4-6m H •Căncứđộchốie để kết thúc quá trình đầm T (sét: e≥1-2cm, cát: e≥0.5-1cm) (đầmkhoảng 5-10 lần) 23 Phương pháp đầmchặtlớpmặt •Tínhhiệuquả: -Chiều dày lớp đấtmặt được đầmchặt: 1.5-3.5m - Độ lún sau khi đầm: ∆h=0.4-0.6m - Cát: γk=16 kN/m3; sét γk=16-17 kN/m3 -Tậndụng được toàn bộđấtnền thiên nhiên, tiếtkiệm khốilượng đào đắp -Nhược: không áp dụng cho nền đấtyếu bão hòa nước 24 Nguyễn Hồng Nam, 2010 12
13. Phương pháp đầmchặtlớpmặt • Tính toán thiếtkế: •Cầnxácđịnh: Chiều dày lớp đấtmặt đầmchặt(T) H • Độ hạ thấpmặtnền sau khi T đầm ∆S e − 0.5(e + e ) T=kD ∆S = o đ tk T (D<2m, P=2-7 Tấn, H=4-8m)    1+ eo  K: hệ số phụ thuộcloại đất (K=1-1.55) eo: hệ số rỗng tự nhiên của đất Đấthạt thô: K lớn; đấthạt eđ: hệ số rỗng của đấtnềnsau mịn: K nhỏ khi đầm etk: hệ số rỗng ở lớp đáy móng (độ sâu T) tính theo độ chặtthi25 ết kế Dr. Phương pháp lèn chặt đấtbằng cọccát •Ápdụng đốivớinền đấtyếu khá dày, chịutảitrọng tương đốilớn •Phương pháp: hạ cọcvàotrongđấtÆ thể tích đấtco lại do cọcchiếmchỗÆ đất được nén chặt •Cácloạicọc: cọc cát, cọc đất, vôi đất, cọc tre, cọcgỗ, cọc thép, cọc BT, BTCT, đá •Hiệuquả: biếndạng nềngiảm, SCT tăng • Tínhtoánthiếtkế: -Xácđịnh khoảng cách cọcl -Xácđịnh số lượng cọcn -Xácđịnh chiều dài cọcH 26 Nguyễn Hồng Nam, 2010 13
14. Xác định khoảng cách cọccát •Giả thiết: ∆V e − e = o - Độ giảmthể tích của đất=thể tích cọccát V 1+ eo đưavào  eo − e   eo − e  l l 3 - Đấtnền không bị trồilênkhiđóng cọc ∆V =  V =   H (*)  1+ eo   1+ eo  2 2 - Đất đượclènchặt đềugiữacáccọc 1 πd 2 Bố trí cọc cát theo lưới tam giác đều, xét thể ∆V = H ( ) tích khối đấtcóđáy là tam giác đều, chiều 2 4 cao H. d π  1+ eo  Từ (*) và ( ) rút ra: l = d   2 3  eo − etk  π γ 60o 60o l = d tk Nếu ω=constÆ 2 3 γ −γ l tk o 27 eo và etk: hệ sỗ rỗng của đấttrướcvà sau khi đóng cọc Phương pháp lèn chặt đấtbằng cọccát • Đốivới đấtcát: Chọnetk căncứ vào độ chặtthiếtkế etk=emax-Dr(emax-emin), Dr=0.7-0.8 • Đốivớicátbụi: Dr=0.6-0.8 (trạng thái chặtvừa) • Đốivớinền sét bão hòa nước: etk=γh( ωd+0.5A)/(100γn) A: chỉ số dẻo; ωd: giớihạndẻo 28 Nguyễn Hồng Nam, 2010 14
15. Xác định số lượng cọcn ∆V n = F Vc: Thể tích 1 cọccát Vc ∆VF: Thể tích lỗ rỗng giảm  e − e   e − e  ∆V =  o tk V =  o tk F.H F: Diện tích nền vùng xử lý F  1+ e   1+ e   o   o  f:= πd2/4 F  e − e  V = fH  o tk  c n =   f  1+ eo  Xác định chiềusâucọcH H≥Ha: Ha: Chiềusâutắtlún (Khống chế biếndạng) H> độ sâu lớnnhấtcủa vùng trượt(Khống chế cường độ) 29 Phương pháp nén trước • Điềukiệnápdụng: -Nền đất sét, sét pha cát ở trạng thái chảy -Nền cát nhỏ, cát bụi bão hòa nước -Diện tích nềnkhônglớn • Phương pháp: -Néntrước đấtnềndướitácdụng củatảitrọng bề mặt (cát, sỏi, gạch, đá) -Khinền đạt độ chặtyêucầuÆdỡ tảixâydựng công trình • Hiệuquả: -Tăng sứcchịutảicủa đấtnền -Giảmtínhlúnvìđấtnền đượclàmchặt 30 Nguyễn Hồng Nam, 2010 15
16. Tính toán thiếtkế •Xácđịnh cường độ áp lực nén trướcpnt •Xácđịnh thời gian nén trướctnt 31 ChọnPnt •Pnt≥Ptk (tảitrọng thiếtkế) • Không phá hoạinềnÆ tăng tải từng cấp, khống chế tốc độ gia tảihoặckếthợp dùng giếng cát 32 Nguyễn Hồng Nam, 2010 16
17. Chọntnt •Phụ thuộc quá trình cố kếtcủa đấtnền Xét trường hợp không có giếng cát: Tìm tnt khi biết độ cố kếtQt=St/S: nhìn chung tnt khá lâu (>2 năm) Công thứckinhnghiệm: St=S.t/(α+t) =f(t) t: thờigiannéntrước α: hệ số kinh nghiệm α=(S/St1)t1-t1 S=(t2-t1)/(t2/St2-t1/St1) St1: độ lún thựctếứng vớit1 t1: thời điểm ứng vớilúctăng cấpáplựccuốicùng S: độ lún ổn định St2: độ lún thựctếứng vớit2 33 Chọntnt Xét trường hợpcógiếng cát: Qt=1-(1-Qtz)(1-Qtr) Qt: độ cố kết chung củanền Qtz: độ cố kếtcủanền theo phương đứng (không xét giếng cát) Qtr: độ cố kếtcủanền theo phương ngang xuyên tâm (có giếng cát) 34 Nguyễn Hồng Nam, 2010 17
18. Chọntnt Qtz=f (Tz) Æ tra biểu đồ 2 Tz=Cv.t/H , Cv=kz(1+eo)/(aγw) Qtr=f(Tr,n=R/r)Æ tra biểu đồ 2 Tr=Cr.t/(4R ), Cr=kr(1+eo)/(aγw) Trong đó: H: chiềusâugiếng cát • r: bán kính giếng cát • R: bán kính hiệuquả lưới vuông R=0.564l, lưới tam giác đều R=0.525l, l: khoảng cách tim giếng cát •kz: hệ số thấm đứng của đấtnền •kr: hệ số thấm ngang của đấtnền Có thể tra Qtz, Qtr từ Hình 4-15 (Nền móng, Lê ĐứcThắng, NXBGD, 2000) 35 Nguyên lý nén trước 36 Nguyễn Hồng Nam, 2010 18
19. Độ cố kếttạithời điểmt2 37 38 Nguyễn Hồng Nam, 2010 19
20. 39 Các bướctínhtoán •Biếttrước ∆σ’(f), tính t2. 2 Từ σ’o, ∆σ’(p) Æ UÆTvÆt2=TvH /Cv •Biếttrướct2, tính ∆σ’(f). Tính TvÆUÆ ∆σ’(f)/ ∆σ’(p)Æ ∆σ’(f) 40 Nguyễn Hồng Nam, 2010 20
21. 41 42 Nguyễn Hồng Nam, 2010 21
22. Dùng biện pháp thi công để xử lý nền •Nénchặt đấtbằng cách hạ thấpmựcnướcngầm •Khống chế tốc độ thi công để cảithiện điềukiệnchịulực củanền đất • Thay đổitiến độ thi công để cảithiệnbiếndạng củanền 43 Nén chặt đấtbằng cách hạ thấpmực nướcngầm Bơm hút Mục đích: MĐTN -Thi công thuậnlợi do hố Hố móng γ móng khô MNN h1 CT1 1 -Tăng sứcchịutảicủa đấtnền h2 γ2 Điềukiệnápdụng: CT2 Đấtloại sét, đấtcátbồi tích Khi MNN ở CT1: đấttạiCT2 chịuáplựclà: p1=γ.h1+γ’.h2 (1) Khi MNN rút xuống CT2, đấttạiCT2 chịuáplựclà: p2=γ(h1+h2) (2) Từ (1) và (2) ÆChênh lệch áp lựcdo hạ thấp MNN: ∆p=p2-p1=(γ- γ’)h2 3 3 2 2 Nếuh2=10m, γ=20 kN/m , γ’=10 kN/m Æ∆p=100 kN/m =1kgf/cm . Chúý: Khihạ MNN xuấthiện dòng thấm đixuống có tác dụng làm chặt đất 44 Nguyễn Hồng Nam, 2010 22
23. Khống chế tốc độ thi công để cảithiện điềukiệnchịulựccủanền đất •Sétyếu: e lớn, w lớn, cường độ chống cắt τ nhỏ •Khống chế tốc độ thi công trong τ o = σ 'tanφ' + c' giai đoạn đầu để tăng sứcchịutải • MôhìnhDenixov σ n τ 1b 3c 2b τ1 1a 2a 2c τ σt 3b ο 1c 3a 0 σt σ t σt σ (Ha) (Hb) (Hc) 45 Thay đổitiến độ thi công để cảithiện biếndạng củanền Chênh lún: Có thể do điềukiện không đồng nhấtvềđiềukiện đấtnền Nguyên tắc: •Bộ phận công trình nằmtrênphầnnền có tính nén lún lớn cần thi công sớmhơn •Cần theo dõi diễnbiếnlúncủabộ phận đó để thi công bộ phậntiếp theo Điềukiệnápdụng: Đê, đập đất, đập đất đáhỗnhợp Chú ý: Đốivới công trình có móng cứng: kếthợpvớibiệnpháplàm khe lún. 46 Nguyễn Hồng Nam, 2010 23