Nền nhân tạo 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG Khi thiên nhiên khơng đủ khả chịu tải, tải trọng giới hạn nhỏ 30kPa, biến dạng lớn, đồng thời tải trọng cơng trình khơng q lớn diện tích mặt lớn nhà kho, đường sá, người ta nghĩ đến giải pháp gia cố Đất yếu đất có khả chịu lực thấp (0,5-1kG/cm ), hồn tồn bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (thường lớn 1), hệ số nén lún lớn, mơ đun tổng biến dạng bé (E0≤50kG/cm ), trị số sức kháng cắt khơng đáng kể Cơng trình xây dựng đất yếu buộc phải xử lý, khơng khó khơng thể thi cơng Đất yếu đất sét yếu, đất cát yếu, bùn, than bùn, đất thải,…Ở Việt Nam, đất yếu phân bố chủ yếu vùng đồng bằng: - Vùng đồng Bắc - Đồng Thanh-Nghệ –Tĩnh - Đồng ven biển miền trung - Đồng Nam Phương hướng gia cố nhân tạo đất yếu gồm có: Cải tạo phân bố ứng suất điều kiện biến dạng Biện pháp thường dùng lớp đất yếu có chiều dày khơng lớn, nằm trực tiếp móng cơng trình Đất gia cố đệm cát, đệm đất, bệ phản áp,… Đệm cát thường dùng để thay lớp đất yếu có chiều dày khơng lớn 3m móng tường, móng cột cơng trình dân dụng, cơng nghiệp, đáy cơng trình thủy lợi… Tăng độ chặt đất Tăng độ chặt đất cọc cát, cọc vơi, giếng cát, gia tải trước tải trọng tĩnh, nén chặt đất mặt sâu Khi chiều dày lớp đất yếu lớn 2m dùng cọc cát để nén chặt, trị số mo đun biến dạng cọc cát vùng đất nén chặt xung quanh nên đất xem thiên nhiên Cọc vơi dùng để nén chặt lớp đất bão hòa nước, đất than bùn Nếu cơng trình có tải trọng lớn tác dụng thay đổi theo thời gian đặt bùn, than bùn, đất dính bão hòa nước dùng giếng cát để rút ngắn thời gian lún nhằm đưa cơng trình vào sử dụng, độ lún tiếp khơng vượt giới hạn cho phép Gia tải trước tải trọng tĩnh làm cho đất nén chặt phần, độ ẩm biến dạng đất giảm đi, khả chịu lực tăng lên cơng trình sử dụng sau thi cơng Xử lý đất yếu biện pháp cọc cát đầm chặt  Đặc điểm phạm vi áp dụng Dùng biện pháp thích hợp tạo nên lỗ có đường kính 20 ÷ 40cm đất yếu nhồi đầy cát vào lỗ đầm chặt Sau làm cọc cát xong, trước xây móng, nên rải lớp cát loại với cọc cát móng dày khoảng 20cm để dễ nước Nhiều người ta dùng số vật liệu khác để trộn với cát đổ vào lỗ cọc vơi ximăng Tác dụng - Làm cho độ rỗng, độ ẩm đất giảm đi, trọng lượng thể tích, modun biến dạng, lực dính góc ma sát tăng lên - Do đất nén chặt, nên sức chịu tải tăng lên, độ lún biến dạng khơng đất đế móng giảm đáng kể - Dưới tác dụng tải trọng, cọc cát vùng đất nén chặt xung quanh cọc làm việc đồng thời, đất nén chặt khoảng cách cọc Vì phân bố ứng suất nén chặt cọc cát coi thiên nhiên - q trình cố kết đất diễn nhanh Ưu điểm - có độ tin cậy cao - tạo khả nước xung quanh cọc làm tăng độ cố kết cho đất - Sử dụng cọc cát kinh tế so với cọc cứng (so với cọc bê tơng giá thành giảm 50%, so với cọc gỗ giảm 30%), khơng bị ăn mòn, xâm thực Biện pháp thi cơng đơn giản khơng đòi hỏi thiết bị thi cơng phức tạp Nhược điểm: - Tuy nhiên cọc cát có nhược điểm kéo dài thời gian thi cơng tạo chấn động q trình thi cơng ảnh hưởng đến an tồn cơng trình lân cận - Nếu cọc cát nước có khả dễ bị tắc đường thấm hạt nhỏ chui vào cọc bị ngắt đường thấm đất bị biến dạng Phạm vi áp dụng: Cọc cát sử dụng trường hợp sau đây: Cơng trình chịu tải trọng lớn đất cát rời rạc (độ chặt tương đối Id ≤ 1/3) tỉ lệ khe hở tương đối lớn đất cát pha, sét pha có số độ sệt IL ≥ 1; chiều dày lớp đất yếu cần gia cố lớn 3m Khơng nên dùng cọc cát: - Chiều dày lớp đất yếu để tăng hiệu cọc cát: dùng sơ đồ bố trí tam giác tăng khoảng cách cọc cát Với cọc cát đường kính thơng thường sử dụng d = 40cm, khoảng cách S nên chọn khoảng (1 – 1,5m) Khối lượng cát cần thiết 1m dài cọc cát: Trong đó: + γhc: Trọng lượng đơn vị hạt cát làm cọc; + etkc: Hệ số rỗng cát sau lèn chặt; + W1: Độ ẩm cát làm cọc F γ hc  W  G= 1 + ÷ + etkc  100   Cấu tạo giếng cát q Đệ m cá t d Đấ t yế u Giế ng cá t L Tầ ng khô ng thấ m nướ c Cấ u tạo giế ng cá t trê n mặ t bằ ng + Giếng cát: có đường kính 30 ÷ 50cm, thường dùng d =40cm Chiều sâu giếng chiều sâu chịu nén cực hạn đất móng Khoảng cách giếng cát cho cơng trình dân dụng cơng nghiệp là: L =1.50m ÷ 5m + Đệm cát: tạo điều kiện cho cơng trình lún Chiều dày tầng đệm cát Hd tính theo cơng thức kinh nghiệm sau đây: Hd = S + (0,3 ÷ 0,5m) S: độ lún tính tốn đất chưa có giếng cát.Thơng thường đệm cát có chiều dày 0,2 ÷ 0,5m σ σ-γáp lực tải trọng + Lớp gia tải: chiều cao lớp gia tải phụ thuộc vào lớp đất đắp u cầu xác định sau: h= đó: ngồi; γ- trọng lượng thể tích • đất Tính tốn giếng cát U v,r  ∆σ (' p )   log 1 + ' σ o   =  ∆σ '  ∆σ '   ( p) (f)   log 1 + + ' ' σ o  ∆σ ( p )     đó: ∆σ’(p) giá trị tải trọng cơng trình đơn vị diện tích; σ’0 - ứng suất trọng lượng thân gây ra; ∆σ’(f)- tải trọng chất thêm; Uv,r – độ cố kết trung bình theo phương thẳng đứng xun tâm (theo phương ngang) Với tải trọng thời gian t , độ cố kết trung bình nước thẳng đứng nước xun tâm là: U v ,r = − (1 − U r )(1 − U v ) Ur= độ cố kết trung bình nước xun tâm; Uv= độ cố kết trung bình nước thẳng đứng Độ cố kết trung bình nước xun tâm rw bán kính giếng cát re=de/2 bán kính ảnh hưởng vùng nước rs khoảng cách xun tâm từ tâm giếng cát đến điểm xa vùng xáo động Điều kiện chất tải Khi tồn tải trọng tác dụng tức thời (Barron, 1948)  −8Tr  U r = − exp  ÷  m  Với: kh  n − S n S m= ln  ÷− + +  k s  n n −S  S  4n n2 n= de r = e 2rw rw S = rs rw  ln S ÷ ÷  kh - hệ số thấm đất sét theo phương ngang vùng khơng xáo động; ks - hệ số thấm theo phương ngang vùng xáo động; Tr- hệ số thời gian khơng đơn vị cho thấm xun tâm Cvr t Tr = de Với hệ số cố kết cho nước xun tâm Cvr = kh   ∆e  γn '  ∆σ ( + eav )  Với trường hợp khơng xáo động, rs=rw kh=ks, S=1 m= n2 n −S ln(n) − 3n − 4n  Nếu tải trọng tác dụng theo tuyến tính khơng có vùng xáo động Ur = Ur = 1− Trc = 1 − exp ( − ATr )  A Trc exp ( ATrc ) − 1 exp ( − ATrc ) ATrc Cvr tc d e2 Tr − A= m (với Tr ≤ Trc) (với Tr ≥ Trc) Độ cố kết trung bình nước thẳng đứng  Khi đặt tải tức thời Tv = π Uv ( %)    100   Tv = 1, 781 − 0,933log 100 − U v ( % )  Uv - độ cố kết trung bình nước thẳng đứng, Tv = Cv t2 H2 Cv - hệ số cố kết với trường hợp nước thẳng đứng ( với Uv = ÷ 60% ) (với Uv > 60%)  Khi chất tải tuyến tính Với Tv ≤ Tc: Với Tv >Tc: Cv tc H Tv Tc Uv = −  −   Tv Tc ∑ ∑    − exp − M T v   M4  ( ( ) ) (   exp − M 2T exp − M T − c v  M4  π M = ( 2m '+ 1) m ' = 0,1, 2, đó: Tc = Uv = Trong đó, H - chiều dài nước thẳng đứng lớn ) Giả thiết rằng, với mơ hình giếng cát Hình 5.9, đất sét cố kết bình thường Ta có liệu sau: Đất sét: H = 4,57m (thốt nước hai mặt); C = 0,31; e = 1,1 c c -4 Ứng suất có hiệu lớp sét = 47,92 kN/m , C =106,15 × 10 m /ngày v Giếng cát: r w = 0,091m; d = 1,83m; C = C e v vr Tải trọng gia tải theo sơ đồ Hình VD5.1 Giả sử khơng có xáo động Tính độ cố kết 30 ngày sau gia tải Cũng, xác định độ lún cố kết tải trọng gia tải Các bước thi cơng Trình tự bước thi cơng giếng cát sau: •Chuẩn bị mặt thi cơng; •Đào bỏ lớp đất hữu cơ, rải vải địa kỹ thuật •Đắp lớp đệm cát nước ngang dày từ 0,3 ÷0,5m •Thi cơng giếng cát máy rung chun dụng, trình tự thi cơng thể hình vẽ •Lắp đặt thiết bị quan trắc lún •Gia tải theo giai đoạn Biện pháp đệm cát Cát dùng làm đêm cát loại cát thơ sạch, đầm chặt cho khả chịu tải tối thiểu 200kPa Điều kiện cuối phải kiểm tra đảm bảo độ lún S< S gh (Tham khảo ví dụ giáo trình móng Lê Anh Hồng) ... Đồng Thanh-Nghệ –Tĩnh - Đồng ven biển miền trung - Đồng Nam Phương hướng gia cố nhân tạo đất yếu gồm có: Cải tạo phân bố ứng suất điều kiện biến dạng Biện pháp thường dùng lớp đất yếu có chiều... công Xử lý đất yếu biện pháp cọc cát đầm chặt  Đặc điểm phạm vi áp dụng Dùng biện pháp thích hợp tạo nên lỗ có đường kính 20 ÷ 40cm đất yếu nhồi đầy cát vào lỗ đầm chặt Sau làm cọc cát xong, trước... suất nén chặt cọc cát coi thiên nhiên - trình cố kết đất diễn nhanh Ưu điểm - có độ tin cậy cao - tạo khả thoát nước xung quanh cọc làm tăng độ cố kết cho đất - Sử dụng cọc cát kinh tế so với cọc