MỤC LỤC Lời nói đầu CHƯƠNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG HÌNH 1.1 CẤU TẠO NỀN VÀ MÓNG HÌNH 1.2 MĨNG CỌC BÊ TƠNG CỐT THÉP 1.2 PHÂN LOẠI MÓNG 1.2.1 Móng nơng HÌNH 1.3 MĨNG NƠNG .2 1.2.2 Móng sâu 1.3 NGUN LÝ TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MÓNG THEO 22TCN 272-05 .3 1.3.1 Tổng quát 1.3.2 Các trạng thái giới hạn 1.4 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ NỀN MÓNG .7 CHƯƠNG MĨNG NƠNG CHƯƠNG MĨNG NƠNG 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG 2.1.1 Khái niệm HÌNH 2.1 MĨNG NƠNG .8 2.1.2 Phân loại móng nơng HÌNH 2.2 (A) MÓNG ĐÁ HỘC XÂY; (B) MÓNG GẠCH XÂY .9 HÌNH 2.3 MĨNG BÊ TƠNG HÌNH 2.4 MĨNG BÊ TƠNG CỐT THÉP 10 HÌNH 2.5 (A) MĨNG ĐƠN DƯỚI CỘT, (B) MÓNG BĂNG DỌC, (C) MÓNG BĂNG GIAO NHAU, 10 (D) MÓNG BÈ CÓ SƯỜN NGANG DỌC 10 HÌNH 2.6 MĨNG BĂNG DƯỚI TƯỜNG 11 HÌNH 2.7 MĨNG BĂNG DƯỚI CỘT .11 HÌNH 2.8 MĨNG BÈ 12 .12 HÌNH 2.9 MĨNG CỨNG .12 B) MÓNG MỀM .12 i 2.2 CẤU TẠO MĨNG NƠNG 14 2.3 SỨC KHÁNG ĐỠ (SỨC CHỊU TẢI) CỦA MĨNG NƠNG .15 2.3.1 Các dạng phá hoại đất móng nông 15 2.3.2 Sức kháng đỡ theo Terzaghi 16 2.3.3 Sức kháng đỡ theo Meyerhof 19 2.4 THIẾT KẾ MĨNG NƠNG 21 2.4.1 Sơ đồ thiết kế móng nông thiên nhiên 21 2.4.2 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ (TTGHCĐ) .21 2.4.3 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng (TTGHSD) 38 CHƯƠNG MÓNG CỌC 46 CHƯƠNG MÓNG CỌC 46 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÓNG CỌC .46 3.2 PHÂN LOẠI CỌC VÀ MÓNG CỌC 48 3.2.1 Phân loại cọc 48 HÌNH 3.6 CỌC BTCT ĐƯỜNG KÍNH NHỎ 49 HÌNH 3.7 CỌC ỐNG 50 HÌNH 3.8 MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ MĨNG CỌC ỐNG THÉP 51 HÌNH 3.10 MĨNG GIẾNG CHÌM .52 HÌNH 3.11 MĨNG GIẾNG CHÌM HƠI ÉP 52 HÌNH 3.13 CỌC KHOAN NHỒI 53 HÌNH 3.14 CỌC BARRETTE .54 3.2.2 Phân loại móng cọc 54 η = không xét đến ma sát đất xung quanh bệ (thiên an toàn) 55 η = 0,75 xét đến ma sát đất xung quanh bệ 55 3.3 CẤU TẠO CỌC BÊ TƠNG CỌC ĐĨNG 58 3.3.1 Kích thước cọc 58 3.3.2 Cấu tạo cốt thép cọc 58 3.4 CẤU TẠO CỌC KHOAN NHỒI 63 3.4.1 Cấu tạo cọc khoan nhồi 63 3.4.2 Cấu tạo cọc ống 66 3.5 CẤU TẠO BỆ CỌC .68 3.5.1 Cao độ bệ cọc 68 3.5.2 Kích thước bệ cọc 68 3.5.3 Liên kết cọc- bệ cọc 70 3.5.4 Tính tốn nội lực đầu cọc móng cọc bệ thấp 72 3.6 DỰ ĐOÁN SỨC KHÁNG ĐỠ DỌC TRỤC CỦA CỌC .72 3.6.1 Sức kháng đỡ theo vật liệu (Qvl) 72 3.6.2 Sức kháng đỡ theo đất 73 3.6.3 Hiện tượng ma sát âm 78 3.6.4 Ảnh hưởng q trình thi cơng cọc đến sức chịu tải cọc 79 3.6.5 Ảnh hưởng chiều sâu ngàm cọc đến sức chịu tải cọc .81 3.6.6 Hiệu ứng nhóm 82 ii 3.67 Dự đoán sức chịu tải dọc trục cọc theo 22TCN272-05 84 3.7 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP MÓNG CỌC 105 3.7.1 Cọc chế tạo sẵn 105 3.7.2 Cọc nhồi 106 CHƯƠNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM CỌC 109 CHƯƠNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM CỌC 109 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG 109 4.1.1 Khái niệm thí nghiệm kiểm tra chất lượng cọc .109 4.1.2 Khái niệm chung sóng âm 109 4.2 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 110 4.2.1 Thí nghiệm nén tĩnh cọc 110 4.2.2 Phương pháp thử động biến dạng lớn PDA (Pile driving analyser) 116 4.3 THÍ NGHIỆM KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỌC (ĐỘ NGUYÊN VẸN KẾT CẤU) 128 4.3.1 Thí nghiệm siêu âm cọc 128 4.3.2 Thí nghiệm biến dạng nhỏ kiểm tra chất lượng cọc ( Pile Integrity Test - PIT) 139 CHƯƠNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU .149 CHƯƠNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU .149 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐẤT YẾU 149 5.1.1 Khái niệm đất yếu 150 5.1.2 Các biện pháp xử lý đất yếu 150 5.2 CÁC NHÓM BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 152 5.2.1 Sơ đồ khối biện pháp xử lý đất yếu 152 5.2.2 Nguyên lý nhóm biện pháp xử lý đất yếu 154 5.3 MỘT SỐ BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU THƯỜNG DÙNG 157 5.3.1 Các biện pháp tăng nhanh tốc độ cố kết 157 5.3.2 Các biện pháp tăng trực tiếp sức kháng cắt, sức chịu tải 181 TÀI LIỆU THAM KHẢO 201 TÀI LIỆU THAM KHẢO 201 iii Lời nói đầu Móng phận thiết yếu cơng trình xây dựng gắn liền với đất Khi thiết kế xây dựng cơng trình phải bảo đảm yêu cầu sau: - Bảo đảm cường độ ổn định phận cơng trình; - Sự làm việc bình thường cơng trình q trình sử dụng; - Thời gian xây dựng ngắn, giá thành cơng trình rẻ Trên thực tế cơng trình hư hỏng nhiều nguyên nhân, nguyên nhân chưa đánh giá hết điều kiện làm việc, ứng xử Móng Nền đất Chính lẽ việc nghiên cứu Nền Móng cơng trình cách tồn diện, mặt học nó, có ý nghĩa quan trọng cán kỹ thuật xây dựng Nền Móng mơn học sử dụng tổng hợp kiến thức môn học khác như: Cơ học đất; Sức bền vật liệu; Cơ học kết cấu; Vật liệu xây dựng, Thuỷ văn để nghiên cứu tính tốn thiết kế Nền Móng Khi tính tốn thiết kế xây dựng đòi hỏi phải nghiên cứu, khảo sát, thực nghiệm chặt chẽ Những năm gần đây, nhiều phương pháp tính tốn cơng nghệ thi cơng móng tiên tiến áp dụng vào thực tiễn cơng trình xây dựng Việt Nam Q trình biên soạn chúng tơi vào mục tiêu, yêu cầu đào tạo, cố gắng cập nhật công nghệ thi công mới, cập nhập Tiêu chuẩn thiết kế hành, tài liệu kinh nghiệm giảng dạy năm trước Nhà trường Toàn giáo trình "Nền Móng" gồm chương với nội dung cấu tạo, tính tốn thiết kế móng; số phương pháp thí nghiệm cọc tăng cường Cuốn Giáo trình dùng làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên hệ cao đẳng, ngành công nghệ kỹ thuật xây dựng Cầu đường Trường Mặc dù tác giả cố gắng biên soạn giáo trình trình độ hạn chế nên chắn nội dung giáo trình khơng thể tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong nhận nhiều ý kiến đóng góp cán giảng dạy, bạn sinh viên độc giả để giáo trình ngày hồn thiện Nhóm tác giả iv Chương MỞ ĐẦU 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG Khi chịu tải trọng tác dụng đất xảy tượng ảnh hưởng đến kết cấu bên Vấn đề nghiên cứu tương đối kỹ môn Cơ học đất Mơn học Nền Móng sử dụng kiến thức học đất cụ thể hóa cho phù hợp với điều kiện thực tế đồng thời sử dụng phương pháp nghiên cứu riêng để tính tốn thiết kế loại móng khác Một cơng trình thường chia thành hai phần (Hình 1): - Kết cấu phần trên: Bộ phận cơng trình kể từ mặt móng lên - Kết cấu phần dưới: Bộ phận cơng trình kể từ mặt móng xuống Kết cấu phần gồm phận: - Móng phận liên kết với kết cấu bên cơng trình có nhiệm vụ truyền tồn tải trọng cơng trình phân bố tải trọng xuống đất; - Nền vùng đất chịu ảnh hưởng trực tiếp tải trọng móng truyền xuống, giới hạn đường cong dạng bóng đèn tròn, ngồi phạm vi ứng suất gây móng truyền tới khơng đáng kể, biến dạng gây nên đất nhỏ bỏ qua Hình 1.1 Cấu tạo Nền Móng Phạm vi phụ thuộc vào loại đất, đặc điểm móng tải trọng tác dụng lên móng Nền, Móng phận quan trọng vì: - Đất vật thể rời có tính chất đặc biệt, phức tạp, số liệu thí nghiệm tiêu lý khó đạt độ tin cậy cao, đồng thời lý thuyết móng chưa đánh giá hết ứng xử đất móng thực tiễn; - Móng mơi trường phức tạp thường điều kiện bất lợi cho vật liệu (ẩm ướt, ăn mòn…); - Thi cơng đặc biệt sửa chữa khó khăn đơi đòi hỏi giá thành cao; - Phần lớn cơng trình hư hỏng lãng phí sai sót, đánh giá chưa phần móng Hình 1.2 Móng cọc bê tơng cốt thép - Móng có nhiều loại, việc lựa chọn phương án móng phụ thuộc vào yếu tố sau: + Điều kiện địa chất; + Kết cấu cơng trình bên trên; + u cầu độ tin cậy (tầm quan trọng quy mô cơng trình); + Điều kiện thi cơng (cơng nghệ, mơi trường thi cơng…) 1.2 PHÂN LOẠI MĨNG Căn vào chiều sâu chơn móng, móng chia thành loại móng sau: 1.2.1 Móng nơng h Df §Ø nh móng Đ áy móng B Hỡnh 1.3 Múng nụng Phạm vi áp dụng: Nếu tầng đất chịu lực (tầng đất bản) tốt cách mặt đất độ sâu D f = 3÷5m ta đào đất đến độ sâu xây móng trực tiếp lên tầng đất  Đặc điểm móng nơng: - Chiều sâu chơn móng Df =3÷5m.Thi cơng móng hố móng đào trần - Truyền lực vào đất chủ yếu mặt phẳng đáy móng, bỏ qua ảnh hưởng ma sát xung quanh móng 1.2.2 Móng sâu Hình 1.4 Móng cọc  Phạm vi áp dụng: Thường dùng trường hợp tải trọng tương đối lớn mà lớp đất tốt lại nằm sâu  Đặc điểm móng sâu - Chiều sâu chơn móng Df > 5m - Thi cơng móng khơng phải dùng phương pháp hố móng đào trần mà dùng nhiều phương pháp khác - Truyền lực vào đất mặt phẳng đáy móng xung quanh móng 1.3 NGUN LÝ TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MĨNG THEO 22TCN 272-05 1.3.1 Tổng qt Móng cơng trình phải thiết kế theo trạng thái giới hạn quy định để đảm bảo yêu cầu thi công sử dụng Phương trình (1.3.2.1-1_22TCN 272-05) ln ln thỏa mãn với ứng lực tổ hợp theo quy định chi tiết theo mục 1.3.5 Đối với trạng thái giới hạn sử dụng trạng thái giới hạn đặc biệt, hệ số sức kháng lấy 1,0 Mọi trạng thái giới hạn coi trọng ∑ηiγ iQi ≤ ΦRn= Rr (1.1) ηi= ηDηRηl > 0,95 (1.2) với : Đối với tải trọng dùng giá trị cực đại γ i: ηi= (1/ηDηRηl ) ≤ 1.0 (1.3) : γ i : hệ số tải trọng; hệ số nhân dựa thống kê dùng cho ứng lực; Φ : hệ số sức kháng; hệ số nhân dựa thống kê dùng cho sức kháng danh định (ghi Phần 5, 6, 10, 11 12 22TCN 272-05); ηi : hệ số điều chỉnh tải trọng; hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư tầm quan trọng khai thác; ηD : hệ số liên quan đến tính dẻo (Điều 1.3.3); ηR : hệ số liên quan đến tính dư (Điều 1.3.4); ηl : hệ số liên quan đến tầm quan trọng khai thác (Điều 1.3.5); Qi : ứng lực (tải trọng tác dụng lên kết cấu); Rn : sức kháng danh định; Rr : sức kháng tính tốn = ΦRn 1.1.1 Tải trọng tác dụng Các tải trọng lực thường xuyên (Bảng 1) thời (Bảng 2) xem xét đến sau: Bảng 1.1 Tải trọng thường xuyên Ký hiệu DD Tên tải trọng tải trọng kéo xuống (xét tượng ma sát âm) DC tải trọng thân phận kết cấu & thiết bị phụ phi kết cấu DW tải trọng thân lớp phủ mặt tiện ích cơng cộng EH tải trọng áp lực đất nằm ngang EL hiệu ứng bị hãm tích luỹ phương pháp thi công ES tải trọng đất chất thêm EV áp lực thẳng đứng thân đất đắp Bảng 1.2 Tải trọng thời Ký hiệu BR Tên tải trọng lực hãm xe CE lực ly tâm CR từ biến CT lực va xe CV lực va tầu EQ động đất FR ma sát IM lực xung kích (lực động ) xe LL hoạt tải xe LS hoạt tải chất them PL tải trọng người SE Lún SH co ngót TG gradien nhiệt TU nhiệt độ WA tải trọng nước áp lực dòng chảy WL gió hoạt tải WS tải trọng gió kết cấu Chi tiết cách tính loại tải trọng xem Phần – Tải trọng hệ số tải trọng Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 1.1.2 Hệ số tải trọng tổ hợp tải trọng Tổng ứng lực tính tốn phải lấy sau: Q = ∑ η i γ i Qi (1.4) đó: ηi : hệ số điều chỉnh tải trọng bảng 10, 11, 12 (Điều 1.3.2 _ 22TCN271-05) ; Qi : ứng lực ; γi : hệ số tải trọng lấy theo Bảng 3.4.1-1 3.4.1-2 (phần 3_ 22TCN271-05) • Sức kháng hệ số sức kháng Φ: Sức kháng tính tốn sức kháng danh định nhân với hệ số sức kháng Rr = ΦRn (1.5) Khi đánh giá ổn định tổng thể mái đất có móng khơng có móng cần khảo sát trạng thái giới hạn sử dụng dựa tổ hợp tải trọng sử dụng hệ số sức kháng phù hợp Phải lấy hệ số sức kháng loại kết cấu móng khác theo trạng thái giới hạn cường độ quy định Bảng 10.5.5-1 đến bảng 10.5.5-3 22TCN 272-05 trừ có sẵn giá trị riêng khu vực Theo trạng thái giới hạn sử dụng lấy hệ số sức kháng 1.0 1.3.2 Các trạng thái giới hạn 1.1.1.1 Trạng thái giới hạn sử dụng Thiết kế móng theo trạng thái giới hạn sử dụng phải bao gồm: - Lún; - Chuyển vị ngang; - Sức chịu tải ước tính dùng áp lực chịu tải giả định; - Xem xét lún phải dựa độ tin cậy kinh tế Trạng thái giới hạn sử dụng phải xét đến biện pháp nhằm hạn chế, kiểm soát đối biến dạng vết nứt điều kiện sử dụng bình thường Tổ hợp tải trọng sử dụng liên quan đến khai thác bình thường cầu với gió có vận tốc 25m/s với tất tải trọng lấy theo giá trị danh định Tổ hợp trọng tải cần dùng để khảo sát ổn định mái dốc 1.1.1.1 Trạng thái giới hạn cường độ Thiết kế móng theo trạng thái giới hạn cường độ phải xét đến: - Sức kháng đỡ, loại trừ áp lực chịu tải giả định; - Mất tiếp xúc nhiều; - Trượt đáy móng; - Mất đỡ ngang; - Mất ổn định chung và; - Khả chịu lực kết cấu Móng phải thiết kế mặt kích thước cho sức kháng tính tốn khơng nhỏ tác động tải trọng tính tốn xác định phần 3_22TCN272-05 Trạng thái giới hạn cường độ I: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng cho xe tiêu chuẩn cầu khơng xét đến gió Trạng thái giới hạn cường độ II: Tổ hợp tải trọng liên quan đến cầu chịu gió với vận tốc vượt 25m/s Trạng thái giới hạn cường độ III: Tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn cầu với gió có vận tốc 25m/s 1.1.1.2 Trạng thái giới hạn đặc biệt Trạng thái giới hạn đặc biệt phải xét đến để đảm bảo tồn cầu động đất, lũ lớn bị tầu thuỷ, xe cộ va, điều kiện bị xói lở Trạng thái giới hạn đặc biệt: Tổ hợp tải trọng liên quan đến động đất, lực va tầu thuyền xe cộ, đến số tượng thuỷ lực với hoạt tải chiết giảm khác có phần tải trọng xe va xô, CT Hiện thi công cọc ximăng đất phổ biến hai công nghệ: Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing) công nghệ trộn ướt (Wet Mixing) Trộn khơ q trình phun trộn ximăng khơ với đất có khơng có phụ gia Trộn ướt trình bơm trộn vữa ximăng với đất có khơng có phụ gia Mỗi cơng nghệ có thiết bị dây chuyền thi cơng kỹ thuật, thi cơng phun vữa khác Hình 5.25 Sơ đồ cơng nghệ thi công cọc ximăng đất  Phạm vi ứng dụng Các ứng dụng khác trộn sâu cho công việc gia cố tạm thời lâu dài cho cơng trình cạn nước Hình 26: Các ứng dụng chủ yếu cọc ximăng đất là: giảm độ lún, tăng cường ổn định chống đỡ Hình 5.26 Các ứng dụng cọc ximăng đất 187 Đường bộ, ổn định lún; Ổn định đê cao; Mố cầu; Thành hố đào; Giảm ảnh hưởng từ cơng trình lân cận; Chống nâng đáy hố đào; Chống dịch chuyển ngang móng cọc; 8.Bến cảng; 9.Đê biển  Ưu điểm cọc ximăng - đất - Thi công nhanh, kĩ thuật thi cơng khơng phức tạp, khơng có yếu tố rủi ro cao Tiết kiệm thời gian thi công đến 50% chờ đúc cọc đạt đủ cường độ - Hiệu kinh tế cao, so với phương án dùng cọc bê tông cốt thép, cọc khoan nhồi giá thành rẻ nhiều - Thích hợp với phương án xử lý đất yếu cho cơng trình khu vực đất yếu bãi bồi ven sông, ven biển - Thi công nơi mặt chật hẹp, ngập nước, có khả xử lý sâu (tới 50m) - Nếu địa chất cát phù hợp với công nghệ cọc ximăng đất, độ tin cậy cao - Biến dạng đất gia cố nhỏ giảm thiểu độ lún cơng trình lân cận, tăng khả chịu cắt cho cơng trình - Dễ dàng điều chỉnh cường độ cách điều chỉnh hàm lượng xi măng thi công - Dễ quản lý, giám sát chất lượng thi công, hạn chế gây ô nhiễm môi trường b) Các kiểu bố trí cọc ximăng- đất Tùy theo mục đích sử dụng bố trí cọc theo mơ hình khác Ví dụ để giảm thiểu độ lún, cọc bố trí dạng lưới tam giác ô vuông Khi làm tường chắn thường tổ chức thành hàng, dãy đóng vai trò tường chắn mềm (Hình 27) Hình 5.27 Thí dụ bố trí cọc trộn khơ Dải; Nhóm; Lưới tam giác; Lưới vng Hình 5.28 Bố trí cọc trộn ướt mặt đất Kiểu tường; Kiểu kẻ ơ; Kiểu khối; Kiểu diện 188 Hình 5.29 Bố trí cọc trùng theo khối Hình 5.30 Một số loại mũi khoan thi công trụ đất trộn xi măng c) Trình tự tính tốn Quy trình thiết kế lặp, gồm thí nghiệm phòng, thiết kế chức năng, thử trường thiết kế công nghệ 189 Hình 5.31 Sơ đồ thiết kế  Về ổn định Cường độ kháng cắt gia cố tính theo công thức : Ctb = Cu (1- a) + a Cc (5.40) : Cu: sức kháng cắt đất, tính theo phương pháp trọng số cho nhiều lớp; Cc: sức kháng cắt trụ; a: tỷ số diện tích, a = n Ac/Bs; n: số trụ 1m chiều dài khối đắp; Bs: chiều rộng khối đắp; Ac: diện tích tiết diện trụ  Về độ lún  Độ lún toàn phần 190 Trụ để giảm độ lún thường bố trí theo lưới tam giác ô vuông Phân tích lún dựa quan điểm đồng biến dạnghay nói cách khác, cho hiệu ứng vòm phân bố lại tải trọng cho biến dạng thẳng đứng độ sâu định trở thành trụ đất quanh trụ Đối với nhóm trụ, độ lún trung bình giảm ứng suất cắt đất, huy động bề mặt tiếp xúc theo chu vi khối với đất xung quanh Chỉ chuyển dịch nhỏ (vài mm) đủ để huy động sức kháng cắt đất Ứng suất cắt gây nên độ lún lệch trụ nhóm Độ lún lệch giảm dần theo mức độ cố kết đất, khơng kể đến tính lún tổng  Tốc độ lún Trong trộn khơ, tính thấm trụ cao đất xung quanh, trụ có tác dụng băng thoát nước thẳng đứng Tuy nhiên, tốc độ lún không định hiệu ứng thoát nước Khi trụ gia cố đất sét yếu xung quanh làm việc, tượng trội phân bố ứng suất hệ thống trụ đất theo thời gian Ngay tác động, tải trọng chịu áp lực nước lỗ rỗng dư Trụ tăng độ cứng theo thời gian, chịu dần tải trọng, giảm bớt tải trọng lên đất Hệ áp lực nước lỗ rỗng dư đất yếu giảm nhanh, chí chưa có thấm hướng tâm Phân bố lại ứng suất nguyên nhân để giảm độ lún tăng tốc độ lún Do đó, cho dù tính thấm trụ đất trình cố kết nhanh nhờ diện trụ Trụ đất xi măng làm tăng hệ số cố kết chiều Trong trộn ướt, tính thấm trụ khơng cao đất xung quanh Nhưng nhờ phân bố lại ứng suất mà trình cố kết chiều xảy nhanh  Tường vây Tường vây tạo trụ gối đè khơng cho nước rò rỉ qua tường Quan trọng độ đồng phòng rò rỉ Thường dùng thêm vữa sét để tăng sức chống rò rỉ Nếu thiết kế tường ngăn ô nhiễm phải kiểm tra phản ứng chất nhiễm bẩn với đất xử lý, đặc biệt chúng có tính a xít cao  Tính toán độ lún Độ lún tổng (S) gia cố xác định tổng độ lún thân khối gia cố độ lún đất khối gia cố: S = S1 + S2 (5.41) đó: S1: độ lún thân khối gia cố; S2: độ lún đất chưa gia cố, mũi trụ Độ lún thân khối gia cố tính theo công thức: S1 = qH qH = E tb aE c + (1 − a)E s (5.42) đó: q: tải trọng cơng trình truyền lên khối gia cố (kN); H: chiều sâu khối gia cố (m); 191 a: tỷ số diện tích, a = (nAc / BL), n - tổng số trụ, Ac - diện tích tiết diện trụ; B, L - kích thước khối gia cố; Ec: mơ đun đàn hồi vật liệu trụ; Có thể lấy E c = (50÷ 100) Cc Cc sức kháng cắt vật liệu trụ Es: mô đun biến dạng đất trụ Có thể lấy theo cơng thức thực nghiệm E s = 250Cu, với Cu sức kháng cắt khơng nước đất Độ lún S2 tính theo nguyên lý cộng lún lớp, áp lực đất phụ thêm đất tính theo lời giải cho bán khơng gian biến dạng tuyến tính (tra bảng) phân bố giảm dần theo chiều sâu với độ dốc (2:1) hình Phạm vi vùng ảnh hưởng lún đến chiều sâu mà áp lực gây lún không vượt 10% áp lực đất tự nhiên (theo quy định tiêu chuẩn thiết kế nhà cơng trình TCVN 9362:2012) Để thiên an tồn, tải trọng (q) tác dụng lên đáy khối gia cố xem không thay đổi suốt chiều cao khối Bảng 5.6 Cường độ chịu nén số hỗn hợp gia cố đất – ximăng Cường độ kháng nén trục, (kg/cm2) Đặc trưng đất tự nhiên Loại đất Địa điểm γk ω0 LL LP G/cm3 % % % IP Cu 7% XM 12% XM kg/cm2 28 ngày 90 ngày 28 ngày 90 ngày Sét pha Hà Nội 1,30 45 37 24 13 0,16 3,36 3,97 4,43 4,48 Cát pha Nam Hà - 41 - - - - - 2,24 - 3,21 Sét pha Hà Nội xám đen - 62 36 23 13 0,23 - - 7,39 9,42 Sét pha Hà Nội xám nâu - 35 35 27 0,21 - - 4,28 4,82 Sét pha Hà Nội hữu - 30 30 19 11 0,23 3,00 4,07 - - Sét pha 1,60 52 37 24 13 0,10 0,61 0,66 2,13 2,50 Sét xám Hà Nội xanh - 51 - - - 0,10 - - 2,39 2,55 Đất sét Hà Nội hữu - 95 62 40 22 0,21 - - 0,51 0,82 Sét pha 1,43 37 30 19 11 0,32 - - 11,0 19,0 74 54 35 19 0,39 - - - 1,22 119 54 36 18 0,19 - - 0,42 0,50 36 27 18 - 6,18 6,50 9,13 9,53 Hà Nội Hà Nội Bùn sét Hà Nội hữu Bùn sét Hà Nội hữu Sét pha Hải Dương γw 1,51 γw 1,54 1,35 192 Cát pha Hải Dương 1,35 26 27 19 - 3,55 4,21 6,75 7,92 Sét Hải Phòng 1.16 50 46 28 18 0.28 1.63 1.85 3.01 3.95  Tính chất xi măng đất Xi măng: đất đất đóng vai trò ổn định chống thấm Cường độ chịu nén xi măng - đất từ 2÷25N/mm 2, phụ thuộc vào hàm lượng xi măng tỉ lệ đất lại khối xi măng - đất Lượng xi măng tối ưu theo thể tích để gia cố hiệu loại đất theo tiêu chuẩn TCVN 5747-1993 trình bày Bảng Bảng 5.7 Hàm lượng xi măng cần thiết theo thể tích để gia cố hiệu với loại đất khác Loại đất % xi măng theo thể tích GP, SP SW 6÷10 CL, ML MH 8÷12 CL,CH 10÷14 Ngồi ra, sử dụng công nghệ Nhật Bản loại máy TENOCOLUMN tỷ lệ xi măng, tỷ lệ N/X cường độ mẫu trình bày Bảng Bảng 5.8 Các tiêu sử dụng máy TENOCOLUMN Lượng ximăng (kg/m3) Tỷ lệ N/X Cường độ mẫu % kG/cm2 Cát 250 120 41,8 Bùn,sét 226 100 30 cát 250 60 17,1 Đất lẫn hữu 350 60 15,7 Than bùn 325 60 16,4 Loại đất chỗ Hiệu chống thấm xi măng: đất đạt cách lựa chọn loại vữa thích hợp, trường hợp cần thiết phải cho thêm bentonite Loại vật liệu làm vữa khối lượng vữa bơm vào, loại đất lượng đất lại khối xi măng: đất định tính chống thấm d) Các bước thi cơng - Chuẩn bị mặt thi công, san gạt tạo mặt thuận lợi cho thiết bị di chuyển; Thi cơng cọc thử; Thí nghiệm cọc thử; Thi công cọc đất gia cố măng đại trà 5.3.2.3.Biện pháp xử lý đất yếu vải địa kỹ thuật a) Gia cố đường 193 Đối với đất đắp, việc đặt vào nhiều lớp vải địa kỹ thuật làm tăng cường độ chịu kéo cải thiện độ ổn định đường chống lại trượt tròn Mặt khác, vải địa kỹ thuật có tác dụng làm cho độ lún đất đắp đồng Hình 5.32 Gia cố vải địa kỹ thuật đường Hình 5.33 Vải địa kỹ thuật Phạm vi áp dụng Xử lý cục ổn định đất đắp, sử dụng nhiều cơng trình giao thơng gia cố đệm cát, giếng cát, gia cường cho tường chắn, … Một số lưu ý gia cố đường: Nên sử dụng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp (vải địa kỹ thuật, lưới kỹ thuật) có cường độ cao, biến dạng nhỏ, lâu lão hóa làm lớp thảm tăng cường cho đất đắp Hướng dọc hướng có cường độ cao lớp thảm phải thẳng góc với tim đường Việc sử dụng vật liệu địa kỹ thuật không bị hạn chế bới điều kiện địa chất, đất yếu tác dụng rõ Số lớp thảm tăng cường phải dựa vào tính tốn để xác định, bố trí nhiều lớp, cách khoảng 15: 30cm Phải bố trí đủ chiều dài đoạn neo giữ, chiều dài đoạn neo, tỷ số lực ma sát với mặt mặt lớp thảm Pf lực kéo thiết kế lớp thảm Pj phải thỏa mãn điều kiện : Pf ≥ 1,5 Pj j Góc ma sát lớp thảm vật liệu đắp φ f nên dựa vào kết thí nghiệm để xác định, khơng làm thí nghiệm, xác định theo cơng thức sau : 194 tgφ f = tgφ q Trong φ q góc ma sát xác định thí nghiệm cắt nhanh vật liệu đắp tiếp xúc với lớp thảm b) Gia cố tường chắn đất Hiện người ta chọn phương pháp gia cố phần đất đắp sau lưng tường vải địa kỹ thuật hay lưới kim loại để tạo tường chắn đất mềm dẻo nhằm thay loại tường chắn thông thường tường cứng Các lớp vải địa kỹ thuật chịu áp lực ngang từ khối đất sau lưng tường Cấu tạo tường chắn Hình 34 : Hình 5.34 Dùng vải địa kỹ thuật làm tường chắn đất Trong :Pa1 = KaγH; Pa2 = Kaq; Sv - khoảng cách lớp vải (chiều dày lớp đất); Le -chiều dài đoạn neo giữ cần thiết, Le ≥ 1m Lr - chiều dài lớp vải nằm trước mặt trượt; Lo - chiều dài đoạn vải ghép chồng Tồng chiều dài : Chiều dài thiết kế : ∑L = Le + Lr + Lo + Sv (5.43) L = Le + Lr(4.59) Tính tốn khoảng cách chiều dài lớp vải : Hình 5.35 Sơ đồ tính tốn tường chắn đất gia cố vải địa kỹ thuật Xét áp lực ngang tác dụng lên 1m dài tường : 195 Pa S v = T FS (5.44) Tính tốn khoảng cách lớp vải : Sv = T Pa FS (5.45) Trong : FS: hệ số an toàn lấy 1,3: 1,5; T: cường độ chịu kéo vải (T/m; KN/m), cung cấp từ nhà sản xuất tùy theo loại vải Tính tốn chiều dài neo giữ cần thiết : Le = S P FS v a 2(C +γ Z.tgδ ) ≥ 1m (5.46) a Tính tốn chiều dài lớp vải nằm trước mặt trượt : Lr = (H-Z)tg(450-φ/2) (5.47) Tính tốn chiều dài đoạn vải ghép chồng : Lo = S P FS v a 4(C +γZtgδ ) ≥ 1m (5.48) a Ngoài cần kiểm tra điều kiện chống trượt chống lật đổ tường chắn loại tường chắn thông thường 5.3.2.4.Biện pháp thay đất (Đệm cát) bệ phản áp a) Phương pháp thay đất (đệm cát)  Khái niệm Thay đất đào bỏ phần lớp đất yếu đến chiều sâu tính tốn u cầu sau thay lớp cát, cuội sỏi đầm chặt; vật liệu thường sử dụng cát nên phương pháp có tên gọi đệm cát Như phía tầng đệm cát tầng đất yếu tầng đệm cát xem lớp balát móng cơng trình Khi lớp đất yếu đáy móng bão hòa nước sét nhão, cát pha, sét pha nhão, bùn, than bùn; có chiều dày nhỏ 3m, lớp đất chịu lực tốt, đồng thời xuất nước áp lực cao thay đệm cát đệm đá, sỏi Với đệm cát ứng suất giảm theo chiều sâu lớp đệm đệm đá sỏi có độ cứng lớn nên ứng suất không thay đổi theo chiều sâu Do đệm đá sỏi coi phận móng coi lớp đệm móng nơng đặt thiên nhiên Tác dụng tầng đệm cát: - Lớp đệm cát đóng vai trò lớp chịu lực truyền tải trọng cơng trình xuống lớp đất thiên nhiên Làm tăng sức chịu tải đất 196 - Làm giảm độ lún móng; giảm độ lún lệch móng có phân bố lại ứng suất tải trọng gây đất tầng đệm cát Giảm chiều sâu chơn móng từ giảm khối lượng vật liệu xây móng Ngồi tầng đệm cát tăng nhanh khả nước cố kết từ phía đất yếu lên mặt đất tự nhiên tác dụng tải trọng cơng trình Tuy nhiên, sử dụng biện pháp đệm cát cần phải ý đến trường hợp sinh tượng cát chảy, xói ngầm nước ngầm tượng hóa lỏng tác dụng tải trọng động Những trường hợp sau không nên sử dụng đệm cát : - Lớp đất phải thay có chiều dày lớn 3m, lúc đệm cát có chiều dày lớn, thi cơng khó khăn, khơng kinh tế - Mực nước ngầm cao có áp Lúc hạ mực nước ngầm tốn đệm cát không ổn định  Ưu nhược điểm, phạm vi áp dụng Ưu nhược điểm: - Phương pháp đệm cát thi công đơn giản rẻ tiền, thường áp dụng cho cơng trình có tải trọng nhỏ lớp đất yếu nằm gần mặt Tuy nhiên, phương pháp có nhược điểm khối lượng đào đắp tương đối lớn có khả đẩy giá thành cơng trình tăng lên chiều dày tầng đệm cát lớn Hơn tầng đệm cát nằm vùng có nước ngầm thay đổi tương lai có nguy tầng đệm cát bị nước ngầm dẫn đến gây khả lún sụt cục cho cơng trình giảm độ chặt Phạm vi áp dụng: - Dưới đáy móng tầng đất yếu, tải trọng cho phép nhỏ, để chịu lực cần đặt đáy móng sâu vây thi cơng lại khó khăn giá thành tăng cao - Những cơng trình chịu tải trọng khơng lớn không yêu cầu chặt chẽ biến dạng lún - Những nơi mực nước ngầm ổn định khơng có nước ngầm - Sử dụng hiệu cho lớp đất yếu trạng thái bão hòa nước (sét nhão, sét pha nhão, cát pha, bùn, than bùn…) chiều dày lớp đất yếu nhỏ 3m  Thiết kế lớp đệm cát  Vật liệu làm đệm cát Cát to cát hạt trung hai loại cát làm lớp đệm tốt sau đầm chặt, đạt độ chặt cao, chịu tải trọng lớn cơng trình khơng di động tác dụng nước ngầm Ở nước ta dùng cát vàng (hạt trung) hay cát đen (hạt nhỏ) làm đệm cát Cát vàng làm đệm cát tốt hơn, giá thành cao Dùng cát đen hạ giá thành 40 - 60% so cát vàng, độ chặt hơn, dễ di động tác dụng nước đất có áp lực cao; dùng cát đen làm đệm cát công trình loại nhỏ, loại vừa điều kiện địa chất thuỷ văn thích hợp Để lớp đệm cát ổn định đất yếu tác dụng tải trọng cơng trình, nên chọn loại cát thoả mãn số điều kiện sau: 197 -Với cát vàng: hàm lượng SiO2 không nhỏ 70%, hàm lượng hữu không lớn 5%, hàm lượng mica nên nhỏ 1,5% Cỡ hạt d > 0,25mm chiếm 50% trọng lượng, cấp phối rải d = - 0,25mm -Với cát đen; hàm lượng SiO2 không nhỏ 80%, hàm lượng hữu không lớn 2%, hàm lượng mica hàm lượng sét nên nhỏ 2% Có thể trộn 70% cát vàng với 30% cát đen hay ba phần sỏi với hai phần cát vàng (sỏi có cỡ hạt 20 - 30mm)  Thiết kế lớp đệm cát Khi thiết kế lớp đệm cát, yêu cầu phải đảm bảo điều kiện sau đây: - Lớp đệm cát ổn định tác dụng tải trọng cơng trình; - Áp lực mặt lớp đất yếu đáy lớp đệm tải trọng cơng trình gây phải nhỏ áp lực tiêu chuẩn mặt lớp đất đó; - Độ lún tồn lớp đệm lớp đất nằm độ lún không móng phải nhỏ giá trị giới hạn quy định quy phạm thiết kế Khi có đệm cát, đất trở thành môi trường lớp có tính chất hồn tồn khác nhau, lớp đệm cát có kích thước giới hạn lớp đất yếu có kích thước phát triển vơ hạn theo hướng Tuy nhiên tính tốn, người ta coi lớp đệm cát phận đất tức đồng biến dạng tuyến tính Với quan điểm này, kích thước lớp đệm cát thiết kế phải thỏa mãn: (5.49) h σ + σ ≤ RH H P d Tầng đệm cát Hỡnh 5.36 Lp m cát đáy móng Trong đó: - σ1: ứng suất thường xuyên trọng lượng thân đất đệm cát tác dụng mặt đất yếu đáy lớp đệm cát σ1 = γđ.h + γc.d (5.50) - γđ, γc: trọng lượng thể tích đất yếu cát làm đệm; - h: khoảng cách từ đáy móng đến mặt đất; - d: chiều dày lớp đệm cát; - σ2: ứng suất tải trọng cơng trình gây mặt lớp đất yếu đáy đệm cát; σ2 = α0.(σ0 – γđ.h) 198 (5.51) - α0: hệ số xét đến thay đổi ứng suất theo chiều sâu phụ thuộc vào chiều dài móng l, chiều rộng móng b khoảng cách từ đáy móng đến đáy lớp đệm cát (tra Hình 5.37); - σ0: ứng suất bề mặt tầng đệm cát trọng tâm đáy móng σ0 = N/F (5.52) - N: tổ hợp tải trọng thẳng đứng trọng tâm đáy móng; - F: diện tích đáy móng; - RH: sức chịu tải đất yếu đáy lớp đệm cát Chiều dày lớp đệm cát hc xác định theo công thức: hc = K.b (5.53) - K: hệ số phụ thuộc tỉ số l/b R1/R2, tra từ toán đồ Hình 5.37; - R1, R2: sức chịu tải đệm cát đất yếu xác định từ thí nghiệm trường Hình 5.37 Tốn đồ xác định hệ số K  Thi công đệm cát Hiệu đệm cát phụ thuộc phần lớn vào chất lượng công tác thi công, phải đầm nén đảm bảo đủ độ chặt không làm phá hoại kết cấu lớp đất bên Trường hợp khơng có nước ngầm, cát đổ lớp dày khoảng 20cm, làm chặt đầm lăn, đầm rung… có nước ngầm cao, phải có biện pháp hạ mực nước ngầm dùng biện pháp thi công nước Độ ẩm đầm nén tốt cát làm vật liệu lớp đệm xác định theo công thức sau : W = tn 0,7eγn γs (5.54) Trong : e - hệ số rỗng cát trước đầm nén; γ n - trọng lượng riêng nước = 10 KN/m3; 199 γ s - trọng lượng riêng cát Sau đầm nén cần kiểm tra lại độ chặt đệm cát cách sử dụng xuyên tiêu chuẩn; xuyên tĩnh xuyên động b) Phương pháp dùng bệ phản áp Nguyên lý : Giải pháp phản áp đắp đất cạnh ta luy với chiều cao thấp đường, tạo nên khối phản áp, để chống lại khối gây trượt (về lý thuyết tượng trượt xảy mô men gây trượt lớn mô men chống trượt; khối phản áp đặt vùng chống trượt) (Hình 38)  Ưu nhược điểm - Ưu điểm: Giải pháp có tác dụng chống trượt sâu, dùng phổ biến hầu hết dự án Giao thông, kết hợp đồng thời với giải pháp khác thay đất bấc thấm, giếng cát hay dùng đoạn sát đầu cầu hay cống hộp, đắp cao, thi công nhanh Với số cầu cao, phải dùng phản áp đặt trước mố, để chống trượt dọc cầu - Nhược điểm: Đó khơng giảm thời gian lún cố kết không giảm độ lún mà tăng thêm độ lún (do thêm tải trọng bệ phản áp hai bên) Ngồi có nhược điểm khối lượng đắp lớn diện tích chiếm dụng lớn Giải pháp khơng thích hợp với loại đất yếu l than bựn v bựn sột bệ ph ản p NềN Đ ắP Hỡnh 5.38 B phn ỏp 200 bệ phản p TI LIU THAM KHO GS.TS Châu Ngọc Ẩn, “Nền móng”, Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Mình, 2002; GS.TSKH Bùi Anh Định, PGS.TS Nguyễn Sỹ Ngọc; “Nền móng cơng trình cầu đường”; Nhà xuất xây dựng GS.TS-Vũ Cơng Ngữ, “Tính tốn Thiết kế móng nơng”; Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1982; Vũ Cơng Ngữ, “Móng cọc phân tích thiết kế”; Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2006; Phan Hồng Quân, “Nền Móng”, Nhà xuất Giáo dục, 2006; GS.TS Lê Đức Thắng, “Tính tốn móng cọc”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1973; Nguyễn Đình Tiến, “Bài giảng Nền móng”, Trường đại học xây dựng 2011; Braja M.Das, “Principle of Geotechnical Engineering”, 7th edition, Cengage Learing, 2010; 201 ... giảng dạy năm trước Nhà trường Toàn giáo trình "Nền Móng" gồm chương với nội dung cấu tạo, tính tốn thiết kế móng; số phương pháp thí nghiệm cọc tăng cường Cuốn Giáo trình dùng làm tài liệu giảng. .. nội dung giáo trình khơng thể tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong nhận nhiều ý kiến đóng góp cán giảng dạy, bạn sinh viên độc giả để giáo trình ngày hồn thiện Nhóm tác giả iv Chương MỞ ĐẦU 1.1