Chương 5. Nền nhân tạo

5-1
Chương 5
NỀN NHÂN TẠO
5.1. Khái niệm
Khi mà nền thiên nhiên không đủ sức chịu, không đủ độ bền và bị biến dạng nhiều,
thì người ta xử lý nhân tạo.
Có nhiều phương pháp gia cố nền yếu. Tuỳ thuộc vào từng loại công trình, tuỳ
thuộc vào điều kiện kinh tế kỹ thuật mà mà chọn lựa phương pháp thích hợp.
Trong bảng dưới đây sẽ trình bày 1 cách tóm tắt những phương pháp thông dụng
hiện nay.
5.2. Đệm cát
5.2.1. Phạm vi áp dụng
Lớp đệm cát được sử dụng có hiệu quả nhất khi lớp đất yếu ở trạng thái bùn nhão
hoà nước (sệt nhão, sệt pha nhão, cát pha nhão hoà nước, bùn, than bùn) và chiều dày nhỏ
hơn 3m. Đệm cát thường làm bằng cát hạt to, cát hạt trung hoặc pha hai loại đó với nhau.
Việc thay thế lớp đất yếu bằng đệm cát có những tác dụng chủ yếu say đây :
- Sau khi thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp d
ưới móng công trình đệm cát đóng
vai trò như 1 lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu (nhận) được tải trọng công trình
và truyền tải trọng đó xuống lớp đất thiên nhiên phía dưới ;
- Giảm bớt độ lún toàn bộ và độ lún không đều của công trình, đồng thời làm tăng
nhanh quá trình cố kết của đất nền (vì cát trong lớp đệm có hệ số thấm lớn) ;
- Làm tăng khả năng ổ
n định của công trình kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng,
vì cát được nén chặt sẽ tăng lực ma sát và tăng sức chống trượt ;
- Kích thước móng và chiều sâu chân móng sẽ được giảm bớt vì áp lực tính toán
của đất nền tăng lên.
Phương pháp này có những tác dụng tốt như vậy, mà thi công lại đơn giản, không
đòi hỏi các thiết bị phức tạp nên được sử dụng rộng rãi. Tuy vậy, trong những tr

d
b
N
tc
0
γ
h
M
α
α
σ −γ
0
tc
h
M
Trong đó :
σ
1
_ Ứng suất thường xuyên do trọng lượng bản thân của đất trên cốt đáy móng và
của đệm cát tác dụng trên mặt lớp đất yếu và đáy đệm cát.
σ
1
= γ
d
h
d
+ γh
M
(5.2)


tc
– γh
M
)
K
0
_ Hệ số phụ thuộc vào m =
b
z2
và n =
b
l
;
z_ Chiều sâu của điểm đang xét;
l_ Chiều dài móng;
b_ Chiều rộng móng (tra bảng 5.1);
σ
0
tc
_ Ứng suất tiêu chuẩn trung bình dưới đáy móng xác định như sau:
a) Trường hợp móng chịu tải trung tâm :
σ
0
tc
= γ
tb
. H
M
+
F

M
+
F
N
tc
0
∑
±
W
M
tc
∑

Trong đó :
∑ N
0
tc
_ Tổng tải trọng tiêu chuẩn thẳng đứng của công trình tác dụng lên móng;
∑ M
0
tc
_ Tổng mô men do tải trọng tác dụng vào móng;
F_ Diện tích đáy móng;
W_ Mô men chống uốn của tiết diện đáy móng và đất đắp lên móng.
Cường độ tính toán tại mặt lớp đất yếu, dưới đáy lớp đệm cát xác định theo công
thức :
R
dy
=
.

tc
0
σ
∑
(5.8)
- Đối với móng chữ nhật :
b
y
=
∆−+∆ .F
y
2
(5.9)
∆=
2
bl
−
(5.10)
F
y =

2
tc
0
N
σ
∑
(5.11)
γ
tb

hiện trường hoặc theo công thức quy phạm;
R
2
_ Cường độ tính toán của lớp đất yếu nằm dưới lớp cát đệm, thường xác định
bằng bàn nén tại hiện trường hoặc theo C
II
,
ϕ
II
.
Chiều rộng đệm cát xác định theo công thức :
b
d
= b + 2h
d
.tgα (5.13)
Theo kinh nghiệm thiết kế, để đảm bảo yêu cầu về ổn định thì góc truyền lực α
thường lấy bằng góc ma sát trong của cát (cũng là góc nghỉ thiên nhiên của cát (α =
ϕ
d
)
hoặc có thể lấy trong giới hạn = 30 ÷ 45
0
.
Sau khi xác định được kích thước của đệm ta phải kiểm tra lại điều kiện (5.1) và
bảo đảm độ lún trong giới hạn cho phép :
S = S
1
+S
2

- Khi thi công nền cọc cát thì trước hết ống thép (tạo lỗ) đã bước đầu làm giảm thể
tích đất, sau đó cát trong các lỗ đó lại tiếp tục nén chặt đất thêm. Tức là làm cho
độ rỗng của đất giảm bớt, nước lỗ rỗng trong đấ
t thoát ra và do đó làm cho
cường độ của nền cọc cát (bao gồm cọc cát và đất giữa các cọc) được tăng lên.
Như vậy là nền đất được tốt lên một cách rõ rệt ;
- Nền cọc cát được thi công một cách đơn giản với các vật liệu rẻ tiền (cát thô, sạn
sỏi) nên giá thành thường ít hơn các loại móng cọc và đệm cát ;
Do những ưu điểm như vậy nên cọc cát thường đượ
c dùng để gia cố nền đất yếu có
chiều dày lớn (
≥
3m).
Trong những trường hợp sau đây thì không nên dùng cọc cát :
- Đất quá nhão yếu, lưới cọc cát không thể lèn chặt được đất. Chúng tôi đề nghị,
khi hệ số rỗng nén chặt e
nc
> 1 chứng tỏ hiệu quả nén chặt của cọc cát rất ít, và
như vậy thì không nên dùng cọc cát.
- Chiều dày lớp đất yếu nhỏ hơn 2m, thì dùng đệm cát lại tốt hơn cọc cát.
5.3.2. Tính toán nền cọc cát
Người ta thi công cọc cát bằng máy chuyên dùng. Ống thép tạo lỗ và nhồi cát vào
lòng đất có đường kính 400 - 500 mm.
Trước khi đóng cọc cát phải biết hệ số rỗng thiên nhiên của lớp đất yếu (theo kết
quả khảo sát). Sau khi nén chặt bằng cọc cát, thì đất nền có hệ số rỗng nén chặt. Tương
ứng với e
nc
đó, cần phải bảo đảm độ chặt của nền đất (được gia cố bằng cọc cát) có giá trị
I
D

.
pt
w
s
−
γ
γ
(5.16a)
Diện tích đất nền được nén chặt bởi các cọc cát là :
F
nc
= 1,4b (l + 0,4b) (5.17)
Ở đây :
b - chiều rộng đáy móng (tính bằng m);
l - chiều dài đáy móng (m).
Tỷ lệ diện tích tiết diện của tất cả các cọc cát F
c
đối với diện tích đất nền được nén
chặt F
nc
được xác định như sau :
0
nc0
nc
0
e1
ee
F
F
+

(5.20)
Trọng lượng riêng của đất sau khi nén chặt bằng cọc cát :
nc
s
c
e1
+
γ
=γ
(1+W) (5.21)
Chương 5. Nền nhân tạo

5-7
Trong đó :
W - độ ẩm của đất ở trạng thái thiên nhiên ;

0
γ
- trọng lượng riêng của đất ở trạng thái thiên nhiên;
d - đường kính cọc cát.
Cọc cát chỉ có tác dụng nén chặt đất nền theo chiều sâu, nếu số lượng cát chứa đầy
trong các cọc đáp ứng được yêu cầu độ chặt cần thiết theo thiết kế.
Trọng lượng cần thiết của cát cho mỗi mét dài của cọc được xác định theo công
thức;
G =
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝

chiều rộng của móng tức là l
c

≥
2b.
Đối với móng băng thì l
c

≥
4b.
Khi chiều rộng của móng lớn hơn 10m thì có thể xác định chiều sâu đóng cọc cát
như sau :
l
c

≥
9m + 0,15b (khi đất nền là sét);
l
c

≥
6m + 0,10b (khi đất nền là cát)
Chương 5. Nền nhân tạo

5-8
5.4. Nền cọc vôi và cọc đất – ximăng
5.4.1. Đặc điểm và phạm vi áp dụng cọc vôi
Cọc vôi thường được dùng để nén chặt các lớp đất yếu như: than bùn, bùn, sét và
sét pha ở trạng thái dẻo nhão.
Cọc vôi có những tác dụng sau đây:

c ta thì cọc vôi còn được dùng rất ít nên chưa có kinh nghiệm mấy.
5.4.2. Thiết kế và thi công cọc vôi
Việc tính toán và thiết kế cọc vôi tương tự như cọc cát. Nhưng chú ý là khả năng
thoát nước của chúng khác nhau.
Để thi công cọc vôi, trước hết phải khoan tạo lỗ. Đường kính hố khoan thông
thường là 240 - 400mm. Nếu thành hố khoan bị sụt lở thì phải hạ ống chống bằng thép.
Sau đó người ta cho từng lớp vôi sống dày khoảng 1m xuống lỗ khoan và đầm chặt từng
lớp cho đến hết chiều dài h
ố khoan. Vừa đầm vừa rút ống chống lên.
Hiệu quả nén chặt của cọc vôi phụ thuộc vào chất lượng đầm chặt ban đầu và phụ
thuộc vào thành phần hoá học của vôi, trước hết phụ thuộc vào hàm lượng của MgO và
CaO. Thông thường thì vôi canxi khi tôi có thể tích tăng lên nhiều hơn vôi dolomi.
Độ chặt hoặc cường độ của nền cọc vôi cũng có thể kiểm tra tương tự như nền c
ọc
cát. Nghĩa là có thể dùng bàn nén hiện trường và xuyên tiêu chuẩn để thí nghiệm kiểm ta.