1
Chơng II
Cơ sở khoa học nghiên cứu xử lý nền đất
yếu bằng phơng pháp top-base
2.1. Đặc điểm cơ lý của phơng pháp top-base
2.1.1. Mục đích gia cố nền bằng top-base
Các mục tiêu khi áp dụng top-base chủ yếu gồm giảm độ lún và
tăng khả năng chịu lực.
1. Tác dụng giảm độ lún
Tác dụng giảm độ lún thay đổi khi kiểm tra độ lún dài hạn tại
hiện trờng và thí nghiệm mô hình trong phòng thí nghiệm v.v. cũng đợc
xác nhận bằng cách phơng pháp tích.
Đối với các thử nghiệm độ lún dài hạn, việc thử nghiệm so sánh
đã đợc thực hiện liên quan đến 5 loại móng nh nêu trong trên
nền đất yếu có nhiều tàn tích hữu cơ có các đặc tính đất nh .
Kết quả đo độ lún đợc cho trong

2
!"#$
Khu vc
Khu vc th lỳn
trong thi gian di
Khu vc th ti
Hng mc o c
Kt qu th vt lớ W
n
(%) 125.6 137.0
W
L
(%) 120.6 128.2
W

)
3.0~2.8
(trung bỡnh 2.90)
3.8~3.3
(trung bỡnh 3.55)
Top-base có độ lún nhỏ hơn bao gồm phần gia cố thứ cấp mặc dù
áp dụng tải 0,5tf lớn hơn so với nền đất ban đầu và việc so sánh độ lún
dài hạn đối với tải trọng cùng mức chỉ ra rằng độ lún giảm nhờ có top-
base đến 1/3 lần trên nền đất ban đầu nếu dùng top-base 1 lớp và chỉ
còn 1/9 của độ lún nền đất ban đầu nếu dùng top-base 2 lớp.
Các th nghim lún dài hn c tin hành trong phòng thí
nghim vi cách thc tng t. Kt qu ca vic th nghim top-base
ng kính 6cm trên lp t ng kính 50cm, s dng 9 khi bê tông
theo 3 hàng trên c 2 mt ging nh th nghim ti ch c cho trong
%
&'( $)*+
3,Kết quả thí nghiệm cho đất hóa lỏng trong thí nghiệm lún dài hạn
% #$!"#$
/0'12
4
Trong trờng hợp móng top-base, khi thử trong phòng thí nghiệm,
độ lún dài hạn giảm 1/2 lần so với móng gia cố bằng đá dăm. Điều này
cũng đợc xác nhận bởi phơng pháp phần tử hữu hạn sử dụng mã phân
tích cố kết đàn hồi-chảy-dẻo. Rõ ràng, thực tế này chỉ ra rằng móng
top-base có tác dụng cải tạo giảm độ lún dài hạn.
Bên cạnh đó, móng top-base cũng có hiệu quả trong nền bị hoá
lỏng.

(,) giống với địa chất tại công trờng đang quan trắc độ lún dài
hạn.
Bên cạnh đó, đối với việc thử tải trong phòng thí nghiệm, việc thử
tải giống nh thử độ lún dài hạn trong phòng thí nghiệm trong thùng đất
lớn có chiều rộng 20cm, dài 1,8m và sâu 72cm đã đợc tiến hành.
Kết quả thử tải tại công trờng đợc nêu ra lần lợt trong 3 và
kết quả thử tải trong phòng thí nghiệm đợc cho trong 4. Trong
3, đối với việc thử tải tại công trờng, nền top-base có khả năng
chịu lực gấp 1,5 lần lớn hơn nền đất ban đầu có cùng độ lún và việc thử
trong phòng thí nghiệm cũng cho kết quả tơng tự. Các tác dụng cải tạo
nh giảm độ lún có thể hi vọng tăng khoảng 50% khả năng chịu lực so
với nền đất ban đầu.
6
Trờng hợp tải trọng đặt lệch tâm lên móng cũng đợc kiểm tra.
Trong trờng hợp độ lệch tâm bằng B/6 tính từ tâm chiều rộng của móng
B, top-block 1 lớp có khả năng chịu tải gấp 2 lần so với nền đất ban đầu
và top-block 2 lớp có khả năng chịu tải gấp 3 lần so với nền đất ban đầu.
Do đó, top-base đợc công nhận cũng mang lại hiệu quả cho tải lệch tâm.
2.1.2. Cơ chế gia cố nền đất
Các hiệu ứng cải tạo giảm độ lún và tăng khả năng chịu lực đã
nêu ở trên có cùng cơ chế. Phân phối ứng suất dới móng đã đợc mô tả
đối với nền đất có độ lún dài hạn đợc đo bằng thí nghiệm nh trong
và

3)5+-/52
4)5+-!"#$2
7
Các đờng đồng ứng suất trong hình vẽ phân bố ứng suất theo
chiều sâu có đợc bằng cách đặt và đo ứng suất tại các senso chôn sẵn
theo chiều sâu đợc vẽ trong 6

lỏng, tạo áp suất lỗ rỗng lớn nhng móng top-base lại tạo ra áp suất lỗ
rỗng thấp và không xảy ra hiện tợng hoá lỏng. Nhận thấy rằng nền cát
cũng cho kết quả tơng tự.
Biến dạng ngang thay đổi theo kết quả phân tích theo phơng pháp
phần tử hữu hạn bằng phân tích đàn hồi-chảy-dẻo. Đã xét hiệu ứng giãn
nở, hiện tợng cố kết bên ngoài và hiệu ứng cố kết thứ cấp. = chỉ
ra kết quả phân tích, xác định dạng phân bố biến dạng ngang. Từ
=, có thể thấy rằng top-base ngăn chặn hiện tợng biến dạng ngang, và
do đó, độ lún bề mặt nhỏ hơn 1/2 lần.
Khả năng chịu lực của nền đất thay đổi phụ thuộc vào hai loại
phá hoại là phá hoại do trợt cục bộ hoặc phá hoại do trợt sâu. Tuy nhiên,
trong trờng hợp xảy ra biến dạng ngang, khả năng chịu lực của nền trở
thành khả năng chịu lực của phá hoại do trợt cục bộ. Có thể thấy rằng
móng trên top-base ngăn chặn việc sinh ra phá hoại do trợt cục bộ bằng
cách ngăn chặn biến dạng ngang. Công thức tính khả năng chịu lực của
Terzaghi thực hiện tính toán bằng cách giảm hệ số khả năng chịu lực
xuống 2/3 trong trờng hợp phá hoại do trợt cục bộ. Và đối với đất sét,
khả năng chịu lực của phá hoại do trợt sâu lớn hơn 1,5 lần so với phá
hoại do trợt cục bộ. Kết quả trong 3 và 4 thể hiện các thử
10
nghiệm tải trọng cho thấy trong khi nền đất nguyên dạng bị phá hoại do
trợt cục bộ thì top-base dẫn đến phá hoại do trợt sâu, do đó có khả năng
chịu lực lớn hơn.
Từ các kết quả trên, việc tạo ra kết cấu nền bằng cách đầm chặt
đá dăm đã đợc đổ đầy giữa các khối top-block, đá dăm có tác dụng
truyền tải đều xuống đất yếu giảm tập trung ứng suất. Do kết cấu nền
top base nên phân bố ứng suất trong nền đất trở thành phân bố đều và
hơn nữa, sức chống ma sát xuất hiện trong đá dăm, phần cọc của top
base có tác dụng ngăn chặn biến dạng ngang của nền xung quanh.
Giống nh trên, hiệu ứng đồng vận giữa các top-block và đá dăm

Xem xét một phơng xử lý nền, lựa chọn hay không phơng pháp
top-base đợc quyết định bởi tổng hợp các nội dung thiết kế của kết cấu
bên trên và các kết quả khảo sát địa chất tơng tự nh các phơng pháp gia
Sự cần
thiết giảm
độ lún
Chấp nhận và xem xét
phơng pháp bằng
cách so sánh q và q
a
Xem xét tính kinh tế và
an toàn lâu dài của
công trình
Thiết kế
kết cấuTính toán áp lực tiếp xúc qKhảo
sát nềnTính toán khả năng chịu cắt cho
phép qa
@A<BCDE!5?!!!+0.
12
cố nền khác. Trớc tiên, tính toán tải trọng kết cấu, sau đó tính toán khả
năng chịu cắt cho phép của nền từ kết quả khảo sát địa chất.
Nh trong @F chấp nhận phơng pháp gia cố nền là cần thiết
hay không đợc xem xét bởi hai tham số:
- Sự cần thiết giảm độ lún;
- Cân nhắc tính kinh tế và an toàn lâu dài của công trình.
ở thời điểm này, đợc xem xét một cách tổng hợp là các yếu tố
nh bao lâu thì cần giảm độ lún, mối liến hệ giữa xây dựng và địa hình,
môi trờng xung quanh nh thế nào, hiệu quả kinh tế và an toàn so với các
phơng pháp khác nh thế nào.
Xem xét các kết quả xây dựng cho đến nay và các đặc điểm của

nội dung thiết kế, có một trờng hợp cần tính toán khả năng chịu cắt khi
muốn sử dụng top-base. Trong trờng hợp này, sử dụng công thức tính
toán khả năng chịu cắt dựa vào đặc tính đợc xác định hoặc công thức
tính toán khả năng chịu cắt với mục đích ràng buộc về an toàn thiết kế.
Xác định tham số cờng độ và tính toán khả năng chịu cắt đối với
đất nền tự nhiên cần tuân theo chỉ dẫn. Nếu không có chỉ dẫn thiết kế cụ
thể, tham số cờng độ đợc xác định bằng cách sử dụng một phơng pháp
phổ biến, khả năng chịu cắt của đất nền tự nhiên đợc tính toán bằng
cách sử dụng công thức của Terzaghi.
1. Dự tính tham số cờng độ bằng giá trị xuyên tiêu chuẩn N
Trong nền móng công trình đến nay, có nhiều trờng hợp, kết quả
khảo sát địa chất thu đợc chỉ là giá trị N. Rồi, có những trờng hợp
không có lời giải thích về một phơng pháp dự tính tham số cờng độ chỉ
sử dụng giá trị N trong nhiều chỉ dẫn thiết kế, vì vậy, đôi khi việc nhận
xét của một kỹ s xây dựng có trách nhiệm dự tính chất lợng đất nền và
các đặc tính của vùng đất xây dựng đợc chấp nhận.
14
Trong thiết kế phơng pháp top-base, khi dự tính tham số cờng độ
sử dụng giá trị N, hiện nay, công thức tính toán sau đợc chấp nhận vì
yếu tố thiết kế an toàn.
+GH!);I
N > 5, =
N15
5 45
0
;
N 5, = 15
0
;
+GH!);:CI

này thờng đợc sử dụng.
Trong Fcần lu ý:
+ Với top-block 330 và 500, xem Hình
+ Đánh dấu sao (*) có nghĩa là cần nghiên cứu chi tiết hơn;
+ Khi tải trọng lệch tâm quá lớn hoặc khi độ lún lớn có thể xảy
ra, cần nghiên cứu kỹ lỡng hơn.
Trên thực tế, có nhiều trờng hợp không đủ khảo sát địa chất trong
thiết kế kết cấu dân dụng, do đó, công trình xây dựng qui mô tơng đối
nhỏ chỉ sử dụng kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn. Tính đến trờng
hợp này, đã đợc chuẩn bị để đợc sử dụng trong trờng hợp chỉ
có giá trị N.
Trong thiết kế sử dụng bảng này, kích thớc và sự sắp đặt các khối
top-block áp dụng chỉ xác định qui mô của tải trọng tác dụng và giá trị
N của nền. Trên thực tế, sự sắp đặt của các khối khối top-block đợc xác
định bằng cách giả định sự sắp đặt ít nhất hơn một nửa khối khối top-
block cho đáy móng.
2. Phơng pháp thiết bằng tính toán
Có một vài trờng hợp, thiết kế top-base không thể thực hiện đợc
bằng bảng tiêu chuẩn nhng có thể thực hiện đợc bằng tính toán, vì vậy,
trình tự tính toán trong trờng hợp này nh sau:
16
J  K1L !5?!!!+0:<
17
- Xác định sắp xếp các khối top-block nh thế nào. ở thời điểm
này, để sử dụng hiệu quả top-base, sắp xếp các khối top-block ít nhất 3
hàng theo chiều dọc và chiều ngang.
- Xác định khả năng chịu cắt cho phép của lớp top-base, q
ka
- Nếu q
ka



Trong đó
q
ka
: khả năng chịu cắt cho phép (tf/m2)
Fs: Hệ số an toàn (bình thờng Fs = 3, động đất Fs = 2)
K
1
: Hệ số kể đến ảnh hởng phân bố ứng suất của lớp top-base,
đợc xác định theo công thức:
Móng băng:
'
'
1
tan2
B
HB
K
k

+
=
Móng chữ nhật:
( )( )
''
''
1
tan2tan2
LB

K
2
: Hệ số kể đến sự tăng khả năng chịu cắt cho phép khi cần kể
đến phân phối áp lực tiếp xúc với nền của móng cứng (xem ,).
, : Hệ số hình dạng của móng (xem %Q3)
18
,7?!!DE$:9

§Êt nÒn SÐt C¸t
§êng kÝnh cña top-block
φ500 φ330 φ500, φ330
Mãng b¨ng H×nh 1,0 1,0
Mãng ch÷ nhËt H×nh 1,0 1,0

%$:9ORDJ
H×nh d¹ng
®¸y mãng
D¹ng liªn tôc
D¹ng h×nh
vu«ng
D¹ng ch÷
nhËt
D¹ng h×nh
trßn
α
1,0 1,0 1+0,3B/L 1,3
β
0,5 0,4 0,5-1,0B/L 0,3
3$:9O!+0:<
H×nh d¹ng

0
: Lực xuyên; p
0
=
2
D
f
(tf/m2)

1
: Khối lợng đơn vị của đất ở dới đầu mũi khoan (tf/m )
(Lấy bằng khối lợng đơn vị nớc ngầm trong trờng hợp thấp
hơn mực nớc ngầm)

1
: Khối lợng đơn vị của đất ở trên đầu mũi khoan (tf/m2)
(Lấy bằng khối lợng đơn vị nớc ngầm trong trờng hợp thấp
hơn mực nớc ngầm)
20
D
f
: §é s©u tõ bÒ mÆt líp ®Êt thÊp nhÊt gÇn ®¸y mãng ®Õn ®Çu mòi
khoan (m).
%T )'$:9U

,T )'$:9U

T )'$:9U
γ
21

- Khi các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu để xây dựng công thức tính
toán độ lún. Khi phạm vi áp dụng là tải trọng phần tử tác dụng dọc trục
mà không có tiêu chuẩn nh vậy, có đợc biến dạng thẳng đứng, với công
thức, đối với mỗi lớp đợc phân chia, bằng cách xem xét độ lún 3 chiều
và độ lún tính toán sử dụng biến dạng này.
( )
zizi
vK
E

=
0
21
1
Trong đó:

zi
: Biến dạng thẳng đứng của lớp thứ i;
E: Mô-đun đàn hồi của đất dới top-base;
v
: Hệ số Poison (lấy bằng 0,3);
Ko: hệ số áp lực đất ở trạng thái nghỉ (lấy bằng 0.5);
zi


: Số gia ứng suất lớp thứ i (tính theo a, b)
375?!!#R!+0:<
24
Mô-đun đàn hồi của đất E có thể đợc xác định bằng công thức sử
dụng hệ số nén m