chơng iV
xây dựng công trình trên nền đất yếu.
$.1 .Khái niệm chung:
+ Nền đất yếu:
Đây là khái niệm chỉ là tơng đối
Vì:

: Trạng thái vật lý của đất
Tơng quan giữa khả năng của đất và tải trọng CT (Công trình)
vì có thể yếu với CT này nhng tốt với CT khác.
Thờng đất: Có khả năng chịu lực: 0.5 ữ 1.0 kg/cm
2
,
Có tính nén lún mạnh.
Đất yếu hầu nh:
Bão hoà, hệ số rỗng e lớn (e>1);
Mô duyn tổng biến dạng bé ( E 50 kg/cm
2
);
Trị số sức chống cắt c; nhỏ: = 4ữ8
o
; c = 0.05 ữ 0.1 kg/cm
2
Bao gồm: Sét mềm, các loại cát hạt nhỏ, mịn, rời rạc, than bùn
Việc xây dựng CT trên nền đất yếu cần thiết phải nghiên cứu xử lý cả 3 bộ phận
của CT: KCCT (Kết cấu công trình), Móng, Nền, (TC).
$.2 Các biện pháp về KCCT:
KCCT có thể bị phá hỏng toàn bộ hoặc từng bộ phận do:
các đ/k về biến dạng không đợc thoả mãn hoặc
áp lực tác dụng lên mặt nền quá lớn.
Nhằm mục đích:

+ Nếu CT có hình dạng phức tạp

bố trí ở chỗ có sự thay đổi kích thớc
hình học.
61
Chiều rộng khe lún:
: Tính chất biến dạng của CT
Sự phân bố các lớp đất yếu.
Tr ờng hợp a : Khe lún nên cấu tạo hẹp vào khoảng 1cm
Tr ờng hợp b : Khe lún lấy lớn hơn khoảng 3-5cm
Chiều rộng tối thiểu để các bộ phận tách ra không tựa lên nhau:
= kh (tg
ph
- tg
tr
)
h chiều cao của khe lún

ph
;
tr
góc nghiêng của CT ở bên phải và bên trái khe lún.
k: Hệ số xét đến tính chất không đồng nhất của đất, có thể lấy: 1,3 ữ 1,5
Lu ý: Khe lún là cần thiết nhng không phải lúc nào cũng đủ. Nó tránh đợc sự
truyền lực trực tiếp từ công trình này lên công trình khác nhng không triệt tiêu đ-
ợc sự chồng chéo nhau về ứ/s trong nền đất dễ gây ra độ lún của CT có trớc.
Trong nền có tính nén lún lớn riêng tác dụng của khe lún không đủ cần phải có
những biện pháp đặc biệt ví dụ nh tờng cừ cho phép giảm đáng kể sự chồng chéo
này.
Dùng KC tĩnh định:

Chọn loại móng quan trọng không những chỉ thể hiện về mặt chịu lực mà
còn có ý nghĩa kinh tế lớn.
Dựa vào:
Hình thức KC cũng nh tính chất truyền tải trọng
Sơ đồ bố trí công trình ngầm, công trình lân cận
Tình hình địa chất
Điều kiện xây dựng móng: (Phơng tiện thi công, thời gian xây dựng )
Có thể dùng một trong những loại móng đã nêu ở trên.
Tăng độ cứng của móng làm độ chênh lệch lún của KC bên trên càng nhỏ.
Để tăng độ cứng có thể làm:
Tăng chiều dày móng
Tăng cốt thép dọc
Có thể làm móng hộp độ cứng lớn mà nhẹ.
64
$.4 Các biện pháp xử lý nền:
Mục đích:
Làm tăng sức chịu tải.
Hạn chế mức độ biến dạng (đặc biệt là biến dạng không đồng đều).
Nội dung:
Làm tăng cờng độ liên kết giữa các hạt đất ( để tăng sức chịu tải).
Làm tăng độ chặt của nền ( để giảm tính nén lún và tính thấm nớc).
Các biện pháp:
Loại cơ học: Làm chặt bằng đầm, bằng chấn động, làm chặt bằng
các loại cọc, phơng pháp thay đất, phơng pháp nén trớc, bệ phản áp
Loại vật lý: Phơng pháp hạ mực nớc ngầm, phơng pháp dùng giếng
cát, phơng pháp điện thấm
Loại hoá học: Phơng pháp keo kết bằng xi măng, phơng pháp silicat
hoá , phơng pháp điện hoá
Sau khi gia cố nền đất đã khác nhiều so với trớc


hạn cho phép.
Theo kinh nghiệm để đảm bảo y/cầu trên lấy =
đ
( góc ma sát trong của
đệm) hoặc = 30 ữ 45
o
Xác định kích thớc đệm: h
đ
=
?
giả thiết một chiều dày nào đó xong kiểm tra
và điều chỉnh cho phù hợp.
Khi có đệm cát thì nền là môi trờng phức tạp nên trạng thái ứ/ suất ở đây hoàn
toàn khác với các trờng hợp nêu trong cơ học đất vì ở đây kích thớc đệm cát là
giới hạn. Tuy nhiên để đơn giản tính toán ngời ta dùng các phơng pháp gần đúng
sau:
+ Xem lớp đệm nh bộ phận của nền và vận dụng các quy luật phân bố
ứ/suất trong cơ đất để tính toán.
+ Xác định kích thớc đệm dựa và đ/k ổn định về mặt cờng độ:
Để xác định P
gh
của nền thì ta phải tính toán trợt sâu theo phơng pháp cung trợt
tròn và trợt sâu theo mặt tiếp xúc đáy đệm cát và đỉnh lớp đất yếu và chiều
dày của tầng đệm cát đợc xác định đúng dần theo yêu cầu trên.
Tuy nhiên gần đúng có thể làm nh sau:
66
Giả định h
đ
sau đó kiểm tra các điều kiện:
Điều kiện:


1
: ứng suất thờng xuyên do trọng lợng bản thân đất nền và đệm cát tác
dụng lên mặt lớp đất yếu dới đáy đệm.

1
=
đ
ì h
đ
+ ì h
m


đ
: Trọng lợng thể tích của đất và của lớp đệm.
h
m
và h
đ
: chiều sâu đặt móng và chiều dày lớp đệm.

2
: ứng suất do tải trọng ngoài gây ra tại bề mặt lớp đất yếu tính theo
giáo trình Cơ đất.
Để tính P
ghđy
ta tạo ra móng quy ớc với bề rộng móng khối quy ớc nh sau:
b
q

Trong đó :
2


nFhN
F
mm
tt
qu
+
=
;
2
bl
=
Độ dốc ta luy thành hố đào, m, xác định trên cơ sở phân tính ổn định mái
dốc thực hiện trong lớp đất yếu.
* Về biến dạng:
Tính lún bằng phơng pháp cộng lún từng lớp.
[ ]
SSSS
nd
+=
( Lu ý: Kích thớc đệm phải đồng thời thoả mãn 2 điều kiện trên.
67
hq
Ư
b

1

Nếu thi công trong nớc có thể dùng biện pháp xỉa lắc cát, đây là biện pháp thi
công trong đ/k bão hoà nớc , nên mực nớc ngầm trong lớp đệm phải cao hơn mặt
lớp cát rải khoảng 5ữ10cm.
Chỉ tiêu đánh giá chất l ợng đầm nén:
a, Độ chặt đầm nén:
Dựa vào độ chặt tơng đối D
minmax
max
ee
ee
D


=
; e hệ số rỗng của đệm cát.
3
1
D
cát rời
3
2
3
1
< D
chặt vừa
1
3
2
< D
chặt

rút ngắn đợc thời gian
Dụng cụ gồm: Quả tải nặng 10,5kg
Một cần dài 1,5m có mấu đỡ để khống chế chiều cao
rơi và đầu nhọn của chuỳ xuyên có khắc thớc đo đến mm.
Cách làm: Nâng quả tạ lên đến chiều cao quy định thả rơi tự do, nâng
lên thả xuống 3 lần đồng thời ghi độ lún của đầu nhọn chuỳ xuyên kể từ lúc bắt
đầu thử tải trọng, sau đó có thể tra biểu đồ hoặc tính toán tìm ra e và
k

( TK:
XDCT trên nền đất yếu)
Ph ơng pháp đào lỗ đổ cát tiêu chuẩn : Với nền không dùng dao vòng để lấy mẫu
thí nghiệm đợc nh lẫn nhiều sỏi lúc đó ta làm nh sau:
Đào lỗ lấy đất cân để xác định đợc
w
Q
từ đó xác định
k
Q
Rót cát tiêu chuẩn đã biết trọng lợng vào hố xác định khối lợng cát đổ
vào lỗ xác định thể tích lỗ đào:

c
d
P
V =
P
c
: Trọng lợng cát tiêu chuẩn đổ vào trong lỗ đào
: Trọng lợng thể tích của cát tiêu chuẩn.


e
ma x
-

e
min
)
Kinh nghiệm cho thấy có thể chọn D = 0.7 ữ 0.8 với đất rời
Có thể chọn
onc
ee )75,065,0( ữ


e
o
là hệ số rỗng trung bình ban đầu của đất
* Với loại đất dính có thể gần đúng xác định:
)5.0(
100


+

=
d
n
nc
we
= A: Chỉ số dẻo

nc
hệ số rỗng và chiều dày lớp 1 mà cọc cát đi qua

:;
22
le
nc
hệ số rỗng và chiều dày lớp 2 mà cọc cát đi qua
+ Xác định diện tích nền đợc nén chặt:
70
Thờng lấy > diện tích đế móng theo k/nghiệm chiều rộng > 0.2b;
F
nc
= 1.4b(a+0.4b)
Tỷ lệ diện tích tiết diện cọc cát với diện tích nền đợc nén chặt F
nc
xác định nh
sau:
o
nco
nc
c
e
ee
F
F
+

==
1

e
nc
: hệ số rỗng của đất sau khi đóng cọc cát
Có thể viết dới dạng:








nc
nc
c
nc
c
ddL 952.0
1
1
952.0

nc
Trọng lợng thể tích của nền sau khi nén chặt
71
nco
o
c
ee
e

c
+
+

=
W
1
: độ ẩm tính theo trọng lợng của cát trong thời gian thi công.
: trọng lợng riêng của cát dùng trong cọc.
+ Xác định chiều sâu nén chặt của cọc:

z
0.2
bt
đất tốt
0.1
bt
đất yếu
0.5
bt
thuỷ lợi
Có thể theo phơng pháp lớp tơng đơng của Xtôvich H = 2. h
s
(h
s
= A

b)
A


chảy; cát nhỏ, cát bụi bão hoà nớc để nén chặt nó thì tải trọng phải tác dụng th-
ờng xuyên và trong thời gian dài thì mới có hiệu quả. Trong nhiều trờng hợp nếu
độ lún dự tính lớn, vợt quá chỉ dẫn cho phép, để CT có thể sử dụng ngay sau khi
thi công thì một trong những biện pháp hay dùng là nén trớc bằng tải trọng tĩnh.
Nguyên lý:
73
Trớc khi xây dựng CT dùng các loại vật liệu nh cát, sỏi, đá .v.v. chất đống
lên mặt đất trong phạm vi xây dựng móng để gây ra một áp lực nén (gọi là áp lực
nén trớc) làm nền lún xuống đất đợc chặt lại.
Khi đất nền đạt độ chặt yêu cầu ngời ta dỡ áp lực nén trớc rồi tiến hành
xây dựng CT
Lúc đó CT vừa có cờng độ đạt yêu cầu vừa có tính nén lún nhỏ.
Nội dung:
Xác định độ lớn của áp lực nén trớc.
Thời gian nén trớc.
á p lực nén tr ớc :
Để rút ngắn thời gian nén trớc có khi ngời ta dùng áp lực nén = 1.2 áp lực
CT, để tăng nhanh quá trình cố kết một ít, không nên chọn lớn quá để tránh cho
nền đất yếu bị phá hoại.
Do đất nền yếu nên áp lực phải tăng dần từng cấp để nền không bị phá
hoại.
Thời gian nén tr ớc :
Do yêu cầu thiết kế.
Do đó nếu khi thiết kế, qua tính toán nhận thấy độ lún tính toán ứng với
thời gian đã quy định vẫn nhỏ hơn độ lún ổn định theo yêu cầu thì cần phải có
biện pháp rút ngắn thời gian nén trớc
Có thể làm cách sau: Làm hệ thống thoát nớc theo chiều thẳng đứng:
Giếng cát
hoặc bấc thấm
4. Nén trớc kết hợp với vật thoát nớc đứng (VTNĐ)

75
Dựa trên cơ sở cấu trúc địa tầng thực tế và độ sâu hoạt động thấm của đất:
một phạm vi nhất định xung quanh vùng đặt tải mà ở đó nớc lỗ rỗng có khả năng
thoát ra ngoài dới tác dụng của gradient thuỷ lực dòng thấm do tải trọng ngoài
gây ra gọi là vùng hoạt động thấm (H
t
)vùng này giảm dần do sự triệt tiêu
theo thời gian của áp lực nớc lỗ rỗng d.
Tuy nhiên

vùng này khó xác định nó

vào nhiều yếu tố,
thờng lấy H
t
= H
n
( H
n
chiều sâu ảnh hởng lún)
Trong phạm vi H
t
nếu tồn tại 1 lớp đất có tính thấm cao hơn các lớp khác
nhiều thì lớp này đợc coi là 1 biên thoát nớc tự nhiên và chiều dài VTNĐ chỉ cần
đến biên thoát nớc này là đủ.
2. Xác định khoảng cách giữa các VTNĐ:
Các đặc tr ng:
Giếng cát: đờng kính giếng cát: d
w
Bấc thấm: quy đổi về tiết diện tròn tơng đơng:

Độ cố kết của nền trong trờng hợp có VTNĐ là sự kết hợp cố kết theo
cả hai phơng trong bài toán đối xứng trục, xác định theo phơng trình Carolli,
1942 có dạng:
U = 1 - (1 - U
h
)(1 - U
v
)
Trong đó : U
v
: độ cố kết theo phơng đứng,
),,()(
2
thCft
h
C
TfU
v
v
vv
===
;
U
h
: độ cố kết theo phơng ngang,
),,,())(;(
2
wh
h
hh

n
n
d
D
nfnF
w
Giá trị của U
v
= f(T
v
) và U
h
= f(T
h
,n) cho trên đồ thị sau
Để ý rằng, đối với một trờng hợp thiết kế cụ thể, hệ số cố kết C
v
và C
h
của đất đã xác định, chiều dài đờng thoát nớc theo phơng đứng h xác định do
đó tại thời điểm cho phép t = [T] ta có:
U = f(D) = f(D
c
)
Khi thay đổi khoảng cách giữa các VTNĐ, đồ thị U = f(D
c
) đợc xây
dựng cho phép xác định đợc giá trị thích hợp D
c
.

t
st
U
S
U
S
SU
U +=

+ì=
+ì
=
)()(
)(
)1(
)(
Giá trị của
S

và do đó là của
U

phụ thuộc vào việc lựa chọn
P

hay
nói cách khác
p

đợc lựa chọn sao cho

yếu nhằm tăng cờng sự ổn định cho công trình.
Về hình thức, bệ phản áp là tên gọi của phần đất đắp rộng ra hai bên nền
đờng thực sự với chiều cao nhỏ hơn để tạo ra đối trọng cho tải trọng nền đ -
ờng.
Sơ đồ cấu tạo nguyên lý của giải pháp cho trên hình sau. Hình thức xử lý
tơng tự cũng đợc áp dụng cho các dạng công trình khác khi sức chịu tải giới
hạn của nền không đảm bảo là tăng độ sâu đặt móng.
Sơ đồ cấu tạo bệ phản áp
Nguyên lý làm việc của bệ phản áp dựa trên cơ sở phân tích sức chịu tải
giới hạn của nền. Sức chịu tải giới hạn của nền, p
gh
, là một đại lợng không chỉ
phụ thuộc vào tính chất của đất mà còn phụ thuộc vào chính móng công trình
và thờng biểu diễn theo công thức có dạng tổng quát sau:
p
gh
= (
1
N

)b + (
2
N
q
)h
m
+ (
3
N
c

m
0
chính là cơ sở của giải pháp bệ phản áp trong đó chiều cao bệ H
b
đóng vai trò
của độ sâu chôn móng h
m
.
Thiết kế bệ phản áp:
Xác định chiều cao: H
b
Xác định bề rộng: B
b
Khi xây dựng nền đờng đắp qua vùng đất yếu, góc ma sát trong của đất
rất nhỏ, đặc biệt trong giai đoạn xây dựng có thể coi = 0 do đó ảnh hởng
của bề rộng b trong công thức trên không đáng kể, hệ số ảnh hởng độ sâu N
q
= 1, hệ số ảnh hởng của lực dính N
c
= ( + 2) do đó sức chịu tải giới hạn của
nền đợc xác định theo công thức đơn giản sau:
p
gh
= h
m
+ ( +2)c
u
2. Tính toán chiều cao bệ H

b

theo (1) với
i
=1 và p theo (4) ta có :
q b b c
1
N B N H N c'
2

+ +
> Fs ì (
đ
H
đ
)
Giải theo H
b
ta đợc chiều cao tối thiểu của bệ phản áp:
80
H
b
=
d d c
q b
Fs H (0.5N B N c')
N

+

(5)
trong đó các giá trị N

b
Trong thiết kế sơ bộ, có thể giả thiết đất nền có = 0 do đó bề rộng bệ
phản áp xác định theo bề rộng mặt trợt giới hạn không ít hơn bề rộng nền đ-
ờng đắp.
6. Gia cố xi măng - đất:
Nguyên lý:
- Trộn đất dới sâu lên trên cùng với xi măng nhờ những phản ứng hoá lý
xảy ra làm cho đất mềm yếu đóng cứng lại thành thể cọc trong đất có độ cứng
nhất định
- Phản ứng hoá lý giữa đất + xi măng và quá trình đông cứng bao gồm;
- Phản ứng thuỷ hoá + nớc tạo thành các hợp chất của Canxi.
- Các hạt sét tác dụng với các chất thuỷ hoá của xi măng bản thân các chất
thuỷ hoá đông cứng tạo thành bộ khung xơng trong đất gia cố.
- Phản ứng cácbonát hoá tạo thành cácbonát canxi không tan.
81
Thi công:
- Máy trộn dới sâu tại chỗ, hiện nay ở Việt nam dùng máy d 40cm, sâu 20m
Vật liệu:
Xi măng silicat 400# hoặc xi măng xỉ quặng. Tỷ lệ nớc / xi măng = 0.4 ữ 0.5;
lợng xi măng / đất = 7% ữ 15%.
- Bố trí trộn, khoảng cách, độ sâu trộn phụ thuộc vào:
+ Hố móng
+ Địa chất
+ CT xây dựng
+ CT lân cận
Công dụng :
- Đất trộn xi măng có các đặc trng đợc cải thiện tốt, trọng lợng riêng tăng ít, c-
ờng độ chịu nén 1 trục R
u
= 0.5 ữ 40 kg/cm