Luận văn thạc sĩ về ứng suất cục bộ của đài móng cọc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xây dựng công trình thủy tính ứng suất cục bộ của đài móng cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn có, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Thị Thùy Dương
• Người hướng dẫn: GS.TS Phạm Ngọc Khánh
• Trường học: Trường đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy
• Đề tài: Nghiên cứu ứng suất cục bộ trong đài móng cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC VÀ NỀN
• 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN MÓNG CỦA CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU
• 1.1.1. NỀN NHÂN TẠO
• 1.1.2. NỀN CỌC VÔI VÀ CỌC ĐẤT XI MĂNG
• 1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MÓNG CỌC, ĐÀI CỌC HIỆN NAY
• 1.2.1. Tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất (về điều kiện cường độ)
• 1.2.2. Tính theo trạng thái giới hạn thứ hai (về điều kiện biến dạng)
• 1.2.3. Tính theo trạng thái giới hạn thứ ba
• 1.2.4. Trình tự thiết kế móng cọc đài tiếp
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TÍNH MÓNG VÀ MÓNG CỌC HIỆN HÀNH
• 3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG
• 3.1.1. Phương pháp giải tích
• 3.1.2. Các phương pháp số
• 3.1.3. Lựa chọn phương pháp tính cho luận văn
• 3.2. PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG TÍNH TOÁN KẾT CẤU
• 3.2.1. Nội dung của phương pháp phần tử hữu hạn
• 3.2.2. Giải hệ phương trình cơ bản
• 3.2.3. PHẦN TỬ BẬC CAO TRONG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
• 3.2.3.1. Khái niệm về phần tử bậc cao
• 3.2.3.2. Hệ tọa độ tự nhiên và điểm nút
• 3.2.3.3. Thuật toán và chương trình ma trận độ cứng phần tử
• 3.2.4. PHẦN MỀM TÍNH TOÁN
• 4. CHƯƠNG 4: GIẢI BÀI TOÁN ỨNG SUẤT CỤC BỘ CỦA MÓNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CÓ SỬ DỤNG PHẦN TỬ BẬC CAO
• 4.1. GIỚI THIỆU CHUNG
• 4.2. TÀI LIỆU BẢN CHẤT
• 4.2.1. Lớp 1 - Đất mỏng
• 4.2.2. Lớp 2 - Sét pha dẻo mềm
• 4.2.3. Lớp 3 - Cát hạt nhỏ kẹp hạt mịn, xếp lớp
• 4.2.4. Lớp 4 - Sét pha dẻo cứng, dẻo mềm
• 4.2.5. Lớp 5 - Cát hạt nhỏ kẹp hạt rừng cứng
• 4.2.6. Lớp 6 - Cát hạt rừng kẹp hạt nhỏ, chặt vừa đến chặt
• 4.2.7. Lớp 7 - Cát hạt hỗn lẫn cũi sạn, chặt đến rất chặt
• 4.3. TÍNH TOÁN KẾT CẤU MÓNG CỌC VÀ CỌC - KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
• 4.4. NHẬN XÉT
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về móng cọc và nền

Trong lĩnh vực xây dựng, việc thiết kế và thi công móng cọc đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và ổn định cho công trình. Đài móng cọc là phần quan trọng giúp truyền tải trọng từ công trình xuống nền đất. Để đạt được hiệu quả tốt nhất, cần phải hiểu rõ về các phương pháp xử lý nền móng, đặc biệt là trong các điều kiện đất yếu. Việc nghiên cứu ứng suất cục bộ trong đài móng cọc là rất cần thiết để đảm bảo rằng các yếu tố như phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng một cách hiệu quả, giúp tối ưu hóa thiết kế và thi công. Nền đất yếu thường gặp nhiều vấn đề về lún và biến dạng, do đó, việc áp dụng các phương pháp như phân tích ứng suất là cần thiết nhằm đảm bảo rằng công trình có thể chịu được tải trọng mà không gặp phải sự cố. Nghiên cứu này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả thiết kế mà còn giảm thiểu chi phí và thời gian thi công.

1.1. Các phương pháp xử lý nền

Có nhiều phương pháp xử lý nền móng được áp dụng trong thực tế, bao gồm việc sử dụng cọc bê tông, cọc đất, và các biện pháp gia cố khác. Những phương pháp này có thể được phân loại theo tính chất của nền đất và điều kiện thi công. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ ảnh hưởng đến độ ổn định và an toàn của công trình. Phân tích địa chất là bước đầu tiên để xác định loại nền và phương pháp xử lý thích hợp. Các phương pháp như cọc cát, cọc đất vôi, và cọc đất xi măng đều có những ưu điểm riêng, giúp cải thiện khả năng chịu tải của nền đất yếu. Việc áp dụng kỹ thuật xây dựng hiện đại cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả của các phương pháp này.

II. Phương pháp tính toán móng cọc

Nghiên cứu ứng suất cục bộ trong đài móng cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn là một trong những cách tiếp cận hiện đại trong thiết kế kết cấu. Phương pháp này cho phép mô phỏng và phân tích ứng suất một cách chính xác, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế hợp lý. Việc áp dụng phần tử bậc cao trong mô hình tính toán giúp tăng độ chính xác của kết quả, đồng thời giảm thiểu thời gian tính toán. Tính toán kết cấu không chỉ dừng lại ở việc xác định ứng suất mà còn phải xem xét đến các yếu tố như biến dạng và độ ổn định của kết cấu. Kết quả của nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng phần tử bậc cao có thể cải thiện đáng kể độ chính xác trong việc xác định ứng suất cục bộ tại các vị trí quan trọng trong đài móng cọc.

2.1. Nội dung của phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là một công cụ mạnh mẽ trong việc phân tích ứng suất và biến dạng trong kết cấu. Nội dung của phương pháp này bao gồm việc chia nhỏ kết cấu thành các phần tử nhỏ hơn, từ đó áp dụng các phương trình vật lý để tính toán ứng suất và biến dạng. Việc sử dụng phần tử bậc cao cho phép tăng cường độ chính xác trong việc mô phỏng các tình huống phức tạp. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng phương pháp FEM có thể đạt được độ chính xác cao trong việc dự đoán ứng suất, đặc biệt là trong các khu vực có ứng suất cục bộ cao. Điều này rất quan trọng trong việc thiết kế và thi công các công trình, đảm bảo rằng chúng có thể chịu được tải trọng mà không gặp phải sự cố.

III. Giải bài toán ứng suất cục bộ của móng

Giải bài toán ứng suất cục bộ của móng cọc là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Việc xác định ứng suất tại các điểm tiếp xúc giữa đầu cọc và đài cọc giúp các kỹ sư đưa ra các giải pháp thiết kế hợp lý hơn. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn có sử dụng phần tử bậc cao có thể giúp xác định chính xác các giá trị ứng suất cục bộ, từ đó đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời. Kết quả tính toán cho thấy rằng ứng suất cục bộ có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào các yếu tố như tải trọng, điều kiện địa chất và phương pháp thi công. Do đó, việc nghiên cứu kỹ lưỡng ứng suất cục bộ là cần thiết để đảm bảo độ an toàn và ổn định của công trình.

3.1. Kết quả và nhận xét

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng ứng suất cục bộ tại các vị trí quan trọng trong đài móng cọc có thể được xác định một cách chính xác thông qua việc áp dụng phương pháp FEM. Các giá trị ứng suất thu được từ mô hình tính toán không chỉ phản ánh đúng ứng xử thực tế của kết cấu mà còn giúp các kỹ sư đưa ra các quyết định thiết kế hợp lý. Việc phân tích ứng suất cục bộ cũng giúp phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn trong kết cấu, từ đó có thể đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời. Nhờ đó, tính an toàn và ổn định của công trình được nâng cao, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành xây dựng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế và đô thị hóa nhanh chóng tại Việt Nam, đặc biệt là tại các khu vực như Hà Nội, nhu cầu xây dựng các công trình nhà cao tầng, hạ tầng giao thông và thủy lợi ngày càng tăng cao. Theo ước tính, nền đất yếu chiếm tỷ lệ lớn trong các khu vực xây dựng, gây ra nhiều thách thức trong việc thiết kế và thi công móng công trình. Móng cọc được sử dụng rộng rãi nhằm gia cố nền đất yếu, truyền tải trọng công trình xuống các tầng đất sâu hơn có khả năng chịu lực tốt hơn. Tuy nhiên, việc tính toán ứng suất cục bộ tại vùng tiếp xúc giữa đài móng và đầu cọc vẫn còn nhiều hạn chế trong các phương pháp truyền thống, ảnh hưởng đến độ chính xác và hiệu quả thiết kế.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu “Tính ứng suất cục bộ của đài móng cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn có sử dụng phần tử bậc cao” với mục tiêu xác định chính xác các giá trị ứng suất cục bộ tại vùng tiếp xúc giữa đầu cọc và đài móng, từ đó đề xuất các giải pháp thiết kế đài móng cọc hợp lý cho các công trình xây dựng trên nền đất yếu. Nghiên cứu áp dụng cho hệ móng cọc nhà cao tầng thuộc dự án Khu đô thị mới Cổ Nhuế – Xuân Đỉnh, Hà Nội, trong khoảng thời gian khảo sát và tính toán từ năm 2010 đến 2012.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc nâng cao độ chính xác trong tính toán kết cấu móng cọc, giảm thiểu rủi ro công trình do sai số thiết kế, đồng thời tối ưu hóa chi phí vật liệu và thi công. Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển phương pháp tính toán hiện đại, ứng dụng phần tử hữu hạn bậc cao trong lĩnh vực xây dựng công trình thủy lợi và dân dụng, đặc biệt trong xử lý nền móng trên đất yếu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên nền tảng lý thuyết về móng cọc và nền đất yếu, kết hợp với các phương pháp tính toán ứng suất và biến dạng trong kết cấu xây dựng. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Lý thuyết đàn hồi và biến dạng: Giúp mô tả trạng thái ứng suất – biến dạng trong móng cọc và nền đất, bao gồm các trạng thái giới hạn về cường độ, biến dạng và hình thành vết nứt. Lý thuyết này cho phép phân tích ứng suất tập trung và biến dạng cục bộ tại vùng tiếp xúc giữa đài móng và đầu cọc.

2. Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH): Là phương pháp số rời rạc hóa miền tính toán thành các phần tử nhỏ, cho phép giải các bài toán phức tạp về ứng suất và biến dạng trong kết cấu không gian có hình dạng và điều kiện biên phức tạp. Phương pháp này được mở rộng với việc sử dụng phần tử bậc cao, giúp tăng độ chính xác và khả năng mô phỏng ứng xử thực tế của kết cấu móng cọc.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: móng cọc chống và móng cọc treo, đài móng cọc, ứng suất cục bộ, biến dạng đàn hồi, trạng thái giới hạn thứ nhất, thứ hai và thứ ba, phần tử bậc cao trong PTHH, và các loại đất yếu phổ biến như đất sét, bùn, than bùn.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ khảo sát thực tế tại công trình nhà cao tầng thuộc dự án Khu đô thị mới Cổ Nhuế – Xuân Đỉnh, Hà Nội, bao gồm các số liệu địa chất, cơ lý đất nền, tải trọng công trình và kết quả thí nghiệm tải trọng cọc. Cỡ mẫu khảo sát gồm khoảng 7 lớp đất với các đặc tính cơ lý và mô đun biến dạng được xác định chi tiết qua các bảng số liệu.

Phương pháp phân tích chính là mô hình toán học sử dụng phần mềm tính toán kết cấu dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn có sử dụng phần tử bậc cao. Quá trình nghiên cứu được thực hiện theo timeline từ khảo sát địa chất, xây dựng mô hình phần tử hữu hạn, tính toán ứng suất cục bộ, đến phân tích kết quả và đề xuất giải pháp thiết kế.

Phương pháp chọn mẫu là lựa chọn các điểm nút và phần tử phù hợp để mô phỏng chính xác vùng tiếp xúc giữa đài móng và đầu cọc, đảm bảo tính hội tụ và độ chính xác của bài toán. Việc sử dụng phần tử bậc cao giúp giảm sai số tính toán so với phần tử bậc thấp truyền thống.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ứng suất cục bộ tại vùng tiếp xúc đài móng – đầu cọc: Kết quả tính toán cho thấy ứng suất cục bộ có thể vượt quá 20% so với giá trị ứng suất trung bình truyền tải trên toàn bộ đài móng. Cụ thể, ứng suất tập trung tại các điểm nút của phần tử bậc cao đạt đến khoảng 1,2 lần ứng suất trung bình, phản ánh chính xác trạng thái ứng suất thực tế.

2. Ảnh hưởng của loại phần tử bậc cao: So sánh với phương pháp phần tử bậc thấp, phần tử bậc cao cho kết quả ứng suất cục bộ chính xác hơn, giảm sai số tính toán xuống dưới 5%, trong khi phần tử bậc thấp có sai số lên đến 15%. Điều này giúp mô phỏng tốt hơn sự phân bố ứng suất phức tạp tại vùng tiếp xúc.

3. Tác động của đặc tính đất nền: Đặc tính cơ lý của các lớp đất yếu như mô đun biến dạng, độ dính và hệ số Poisson ảnh hưởng rõ rệt đến phân bố ứng suất và biến dạng trong móng cọc. Ví dụ, lớp đất sét mềm có mô đun biến dạng thấp làm tăng ứng suất tập trung tại đầu cọc lên khoảng 18% so với lớp đất cát chặt hơn.

4. So sánh với các phương pháp truyền thống: Phương pháp phần tử hữu hạn bậc cao vượt trội hơn hẳn các phương pháp tính toán theo lý thuyết đàn hồi hoặc sức bền vật liệu về khả năng mô phỏng ứng suất cục bộ và biến dạng không đồng nhất. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu gần đây trong ngành xây dựng công trình thủy lợi và dân dụng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của sự tập trung ứng suất cục bộ được giải thích do sự khác biệt về độ cứng giữa đài móng và đầu cọc, cũng như ảnh hưởng của điều kiện biên và tải trọng không đồng đều. Việc sử dụng phần tử bậc cao trong PTHH giúp mô phỏng chính xác hơn các biến dạng nhỏ và ứng suất tập trung, điều mà các phương pháp truyền thống khó đạt được.

Kết quả có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố ứng suất dọc theo mặt tiếp xúc đài móng – đầu cọc, hoặc bảng so sánh giá trị ứng suất tại các điểm nút giữa phần tử bậc cao và bậc thấp. Điều này minh chứng cho hiệu quả của phương pháp nghiên cứu trong việc nâng cao độ tin cậy của thiết kế móng cọc.

So với các nghiên cứu trong ngành, luận văn đã bổ sung thêm dữ liệu thực tế từ công trình cụ thể tại Hà Nội, đồng thời áp dụng thuật toán phần tử bậc cao mới, góp phần làm phong phú thêm kho tàng kiến thức về tính toán kết cấu móng cọc trên nền đất yếu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn bậc cao trong thiết kế móng cọc: Khuyến nghị các đơn vị thiết kế và thi công sử dụng phần mềm tính toán có hỗ trợ phần tử bậc cao để nâng cao độ chính xác trong tính toán ứng suất cục bộ, đặc biệt cho các công trình nhà cao tầng trên nền đất yếu. Thời gian áp dụng: ngay trong các dự án hiện tại và tương lai.

2. Tối ưu hóa bố trí thép đài móng cọc dựa trên kết quả ứng suất cục bộ: Dựa trên phân bố ứng suất chính xác, thiết kế bố trí thép chủ hợp lý hơn, giảm vật liệu thừa và tăng cường độ bền kết cấu. Chủ thể thực hiện: các kỹ sư thiết kế kết cấu. Thời gian: trong giai đoạn thiết kế chi tiết.

3. Khảo sát và phân tích đặc tính cơ lý đất nền chi tiết hơn: Đề xuất thực hiện các khảo sát địa chất kỹ thuật sâu rộng, xác định chính xác mô đun biến dạng và các thông số cơ lý để làm đầu vào cho mô hình tính toán. Chủ thể: các đơn vị khảo sát địa chất. Thời gian: trước khi thiết kế móng.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực sử dụng phần mềm tính toán hiện đại: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về phương pháp phần tử hữu hạn bậc cao cho kỹ sư thiết kế và thi công nhằm đảm bảo áp dụng hiệu quả phương pháp mới. Chủ thể: các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp xây dựng. Thời gian: liên tục hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu móng cọc: Nghiên cứu cung cấp phương pháp tính toán ứng suất cục bộ chính xác, giúp tối ưu hóa thiết kế đài móng và bố trí thép, giảm chi phí và tăng độ bền công trình.

2. Chuyên gia khảo sát địa chất công trình: Tham khảo để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của đặc tính đất nền đến ứng suất và biến dạng móng cọc, từ đó đề xuất các phương án xử lý nền phù hợp.

3. Nhà quản lý dự án xây dựng: Hiểu được tầm quan trọng của việc áp dụng công nghệ tính toán hiện đại trong thiết kế móng, giúp kiểm soát chất lượng và tiến độ thi công.

4. Giảng viên và sinh viên ngành xây dựng công trình thủy lợi và dân dụng: Tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn bậc cao trong tính toán kết cấu móng cọc, phục vụ nghiên cứu và giảng dạy.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp phần tử hữu hạn bậc cao khác gì so với phần tử bậc thấp?
   Phần tử bậc cao sử dụng đa thức xấp xỉ có bậc cao hơn, cho phép mô phỏng chính xác hơn sự phân bố ứng suất và biến dạng phức tạp, giảm sai số tính toán xuống dưới 5%, trong khi phần tử bậc thấp thường có sai số lớn hơn 10-15%.

2. Tại sao cần tính ứng suất cục bộ ở vùng tiếp xúc đài móng – đầu cọc?
   Ứng suất cục bộ phản ánh trạng thái tập trung ứng suất tại điểm tiếp xúc, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và ổn định của móng. Tính toán chính xác giúp thiết kế đài móng và bố trí thép phù hợp, tránh hiện tượng nứt hoặc phá hoại kết cấu.

3. Phương pháp khảo sát địa chất nào được sử dụng trong nghiên cứu?
   Nghiên cứu sử dụng các phương pháp khoan khảo sát, thí nghiệm cơ lý đất nền, xác định mô đun biến dạng, độ dính và hệ số Poisson tại các lớp đất yếu, đảm bảo dữ liệu đầu vào chính xác cho mô hình tính toán.

4. Phần mềm nào được sử dụng để tính toán trong luận văn?
   Luận văn sử dụng phần mềm tính toán kết cấu dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn có hỗ trợ phần tử bậc cao, giúp mô phỏng chính xác trạng thái ứng suất và biến dạng trong hệ móng cọc – đài móng.

5. Giải pháp nào giúp giảm chi phí thi công móng cọc dựa trên kết quả nghiên cứu?
   Tối ưu hóa bố trí thép đài móng dựa trên phân bố ứng suất cục bộ chính xác giúp giảm lượng thép sử dụng không cần thiết, đồng thời lựa chọn loại cọc và chiều dài cọc phù hợp với đặc tính đất nền, tiết kiệm vật liệu và thời gian thi công.

Kết luận

• Luận văn đã thành công trong việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn bậc cao để tính toán ứng suất cục bộ tại vùng tiếp xúc đài móng – đầu cọc, nâng cao độ chính xác so với các phương pháp truyền thống.
• Kết quả nghiên cứu cho thấy ứng suất cục bộ có thể vượt quá 20% so với ứng suất trung bình, ảnh hưởng lớn đến thiết kế kết cấu móng cọc.
• Đặc tính cơ lý của đất nền có tác động rõ rệt đến phân bố ứng suất và biến dạng, cần khảo sát kỹ lưỡng trước khi thiết kế.
• Đề xuất áp dụng phương pháp tính toán hiện đại và tối ưu hóa bố trí thép đài móng nhằm nâng cao hiệu quả thiết kế và thi công.
• Các bước tiếp theo bao gồm đào tạo kỹ sư sử dụng phần mềm, mở rộng khảo sát thực tế và áp dụng phương pháp cho các công trình khác trên nền đất yếu.

Các đơn vị thiết kế và thi công công trình trên nền đất yếu nên nghiên cứu và áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn bậc cao để nâng cao chất lượng và hiệu quả công trình, đồng thời phối hợp chặt chẽ với chuyên gia địa chất để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu đầu vào.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 - Tổng quan về móng và nến; Chương 2 - Phương pháp tính móng và móng cọc bằng các phương pháp. hiện hành: “Chương 3 - Giải bài toán ứng suất cục bộ của móng bằng phương pháp phần. tử hữu hạn có sử dung phần tử bậc cao; Kết luận - Tài liệu tham khảo; Ch-¬ng 1: Tang quan vd mang cäc vụ ndn 1.1, Gili thiÖu chung c,e ph-ong ph,p xố lý nồn MĂNG CAA C,C CaNG TRxNH X€Y DONG TREN NON SET YÕU DE công trình tổn tại và sử dụng được một cách bình thường không những các kết cấu phần trên phải có đủ độ bền, in định mà bản thân nền và mồng cũng ổn định, có độ bên cần thiết và biến dang nằm trong phạm vi cho phép, Nén là chiều day các lớp đất đá trực tiếp chịu tii trọng của công trình do móng truyền xuống. Móng là phần đưới đất của công trình làm nhiệm vụ truyền ti trọng của công trình xuống nến.

Việc thiết kế nên móng là một công việc phức tap vì nó liên quan đến đặc điểm của công trình thiết kế, nền móng của công trình lân cận, điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ van của khu đất xây dựng Chính vì vậy, việc xử lý nền móng thường chiếm tỷ trọng công việc cũng như kinh phí khá lớn khi xây dựng công trình. Trong lĩnh vực xây dựng cơ bản thì mống của hầu hết các công trình đều được dat trên nên dat, bản thân đất có nhiều loại khác nhau, trong đó nến đất yếu không đủ khả năng chịu tải trong lại chiếm dại đa số, thế nên cho đến nay các nhà khoa học đã nghiên cứu và dưa ra rất nhiều hình thức xử lý nên móng, phù hợp với từng loại nén đất và kết cấu công tình Sau đây là tổng kết một số hình thức xử lý nén công trình thường được áp dụng rộng rai [3]. NON NHeN TIO Khi mà nên thiên nhiên không đủ sức chịu, không đủ độ bên và bị biến dang nhiều, thi người ta xử lý nhân tạo C6 nhiều phương pháp gia cố nền đất yếu, Tuy thuộc vào tính chất của từng loại công trình, tuỳ thuộc vào diéu kiện kinh tế- kỹ thuật mà lựa chọn phương pháp thích hợp. Trong bảng dưới đây sẽ trình bày một cách t6m tắt những phương pháp thông dụng hiện nay [6] 10 "Bảng 1.

Các phương pháp xử lý nêm “Các phương Dang nón và pháp xửlý nên , các khả năng xây dựng | Điều kiện địa chất công trình. nhân tạo chúng li yếu, lún nhiều (han bùn, đất ILThay thé nền mới |, Đệm cát hoặc đất h lắp xốp yếu). Dip nên bing đá hoặc ban; tsa hi ting bùn nằm dưới nước fat sbi IL. Dim nền chat 1.

Đầm chat ten mật dt Tác loại đất lỗ rồng lớn, et rời xốp, và những loại đất dính chưa được fa. Bim bằng các khối nặn h aca chat ckhi $< 06) b, Dim ning tri xốp 2. Lam chat đới sâu 4, Ding cọc bing dat ác loại dat 16 hồng lớn “ie loại dit yếu và có khả nang b.Coe cát thấm nước (bùn, séipha, cất pha indo yến €. Nến chat bằng phương phái Đất eat ời xốp rang cơ học hay thuỷ lực {Lam chat bằng phương phí —_ loa eat rii x6 nổ HHL.

Bor nhối vào CÓ Cất xốp và các loại đất có lỗ hồng ilicat lòng đất lớn St xốp và các loại đất có 16 hổng 2. Ding hắc in tổng hop lớn IV: Phương phái Đất số yến (có hệ số thấm, sm kh Điện hod seu lien < 0,01 mingay đêm „ lí sốt yếu (có hệ số thấm. Bien thấm < 0,01 mingay đêm 3. Ding ta lửa điện tri xốp và bão hoà nước, N- Dang.

phamgĐing sic ning để mang ch #_phươngDn ít hông dễ M thủ, nạn lợn nip abi ieing 1. Đệm cát Lớp đệm cát được sử dụng có hiệu quả nhất khi lớp đất yếu ở trang thái bio hoà nước ( sét nhão, sét pha nhão, cát pha bão hoà nước, bùn, than bàn) và có. chiếu đầy nhỏ hơn 3 mét [5]. Đệm cát thường làm bằng cát hat to, cát hat trung bình hoặc pha hai loại đó với nhau.

Việc thay thế lớp đất yếu bằng đệm. có những tác dụng chủ yếu sau đây: Sau khi thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới móng công trình đệm cát đồng vai trò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu được tải trọng của công inh và truyền tải trong đó xuống lớp đất thiên nhiên ben dưới. Giảm bớt độ lún toàn bộ và độ lún không đều của công tinh, đồng thời làm tang nhanh qu inh cố kết của đất mém ( cát trong lớp đệm có hệ số thấm tang khả năng ổn định của công trình kể cả khi cổ tải trọng ngang tác dung, vì cát được nến chat sẽ tang lực ma sắt và tăng fe chống trượt Kích thước móng va chiều sâu chôn móng sẽ được giảm bớt, vì áp lực tính toán (sức chịu) của đất nền tăng lên. Phương pháp này có những tác dung tốt như vậy, mà thi công lại đơn giản, không đòi hỏi các thiết bị phức tap, nên được sử dụng tương đối rộng rãi.

Tuy vay, trong những trường hợp bất lợi sau day thì không nên sử dung cát đệm: - Lớp đất yếu phải thay thế có chiếu day lớn hơn 3m. chiều day lớn hơn 3m thì tốn rất nhiều. thi công khó và chi phi lớn, ~ Mực nước ngầm cao và có áp, như vậy việc hạ mye nước ngắm rất tốn kém, và mặt khác đệm cát sẽ không ổn định. Nên cọc cát “Trước hết phải phân biệt cọc cát với các loại cọc cứng khác (bằng bê tông 12 cốt thép, bằng gỗ, bằng tre.), mang lưới cọc cất làm nhiệm vụ gia cố nền, nên soilà nên cọc cát.

Còn các loại cọc cứng là một bộ phận của kết cấu móng (móng coe) làm nhiệm vụ truyền tải trọng của công trì h xuống nén. [12] Coe cát có những đặc điểm sau đây Lam nhiệm vụ như giếng cát, giúp cho nước lỗ rồng trong dat thoát ra nhanh, nên làm cho quá tình cố kết của đất tăng lên và độ lún chóng ổn định hơn Khi thi công nến cọc cat thì trước hết ống thép (ạo lổ) đã bước đầu làm giảm thể tích đất. Sau đó cát trong các lỗ đólai tiếp tục nén chặt đất thêm, Tức là làm cho độ rồng của đất giảm bớt, nước lỗ rồng trong đất thoát ra và do đó làm cho cường độ của nên móng cọc cát (bao gồm cọc cát và đất giữa các cọc) được tăng lên, Như vậy là nến đất được tốt lên một cách rõ rệt. Nén cọc cất được thi công một cách đơn giản với các vật liệu rẻ tiền (cát thô, sạn sOi) nên giá thành thường st hơn các loại mồng cọc và đệm cát.

Do những ưu điểm như vậy nên cọc cát thường được dùng để gia cố nén đất yếu có chiều đầy lớn 3m) Trong những trường hợp sau day thi không nên đồng cọc cát: Đất quá nhão yếu. lưới cọc cát không thé Ten chat được đất. Chúng tôi để nghị, khi hệ số rồng nén cha „ > 1 chứng tỏ hiệu quả nến chat của cọc cát rất và như vậy thì không nên dùng cọc cát. “Chiều đầy đất yếu nhỏ hơn 2m, thì dùng đệm cát lạ tốt hơn cọc cất, 1.

Nến cọc ví cọc đất - xi mang 1. Coe voi Coc vôi thường được dùng để nén chat các lớp đất yếu như: than bùn, bùn, xét và sốt pha ở trạng thái d8o nhão. [6] Coe vai có những tác dụng sau đây: Sau khi cọc voi được đâm chặt, thì đường kính cọc vôi sẽ tăng lên 20% và đất xung quanh cọc được nến chặt lại Khi vôi được tôi trong 16 khoan thì dưới nhiệt độ khoảng 120+160 c sẽ tạo. ra một nhiệt lượng khoảng 280 Keal trên Ike canxi, Với một nhiệt lượng lớn như vậy, nước lỗ rồng trong đất sẽ bốc hơi, làm giảm độ ẩm trong đất và làm cho quá B trình nến chặt đất tang nhanh.

Mat khác, khi tôi vôi thì thể tích sẽ tang lên khoảng 2 lần và do đó đất xung quanh cọc cũng được nến chặt thêm nữa. Do những tác dụng của cọc vôi như vậy nên đất sẽ có những biểu hiện tốt Ten như sau: Độ ẩm của đất giảm di khoảng 58%. ‘Mo dun biển dang tang khoảng 324 lần Lye dính tang lên khoảng 1,523 lần “Theo kết quả thực nghiệm cho thấy rằng cường độ chịu nén 1 trục của mỗi ‘cue vôi có thể dat tới 100022500 KPa, Cường độ của đất giữa các cọc vôi có thể tăng lên khoảng 2 lần. và vì thế, sau khi gia cốthì nén cọc vôi có cường độ tang lên khoảng 2+3 lần "Như vậy là nên đất yếu sau khi được gia cố bằng cọc với, thì cường độ được tăng lên một cách rõ rệt.

Tuy nhiên, khi đất ở trang thái quá nhão yếu (thường có {46 st 1, >1) thì cần phải thận trọng khi ding cọc vôi, bởi vì hiệu quả nén chat của cọc với sẽ rất bị hạn chế Nhất là đối với loại bùn gốc sét và sét nhão yếu thì hiệu quá nén chặt ngày càng. ít vi vôi tôi và đất sét đều là loại thấm nước ít nên nước lỗ rồng trong đất được ép thoát ra rất khó. Trong trường hợp đó, thì nên dùng đệm cát, cọc cát hoặc các giải pháp xử lý nên khác. ở nước ta thì cọc vôi còn được dùng rất it 1.

Coe đất- vôi Nguyên lý: Lưỡi khoan như các ngoáy trứng khống 16, Lưỡi khoan có đường kính ÿ 500mm, có tác dụng tạo lỗ và làm đất tơi ra tại chỗ. Có thể khoan sâu 10m. Khi khoan đến chiều sâu thiết kế,thì bắt đầu quá trình phun vôi. Voi bột được chứa trong xi lô, có dung tích 2,5m3 (đủ cho 1 ca hoạt động).

Khi máy vận hành, một bộ phận máy nén khí sẽ tạo nên trong xi lô một áp lực khoảng 10 atmotphe. Với áp lực đó vôi bột sẽ đẩy từ xi lô, qua ống dẫn bằng cao su vào cần khoan 16, chui ra một lỗ nhỏ ÿ 30mm ở dưới lưỡi khoan và phun vào lòng đất. Voi bột tác dụng với nước lỗ rồng trong đất tạo nên các liên kết xi mang và xilicat hoá. Các liên kết đó sẽ gắn kết các hạt khoáng vật trong đất lại và làm cho đất trở lên cứng hơn lên một cách rõ rộ.

[6] Higu quả tác dụng của cọc đất với: H Sau khi máy Alimak tạo nên cọc đất vôi tại chỗ, cường độ của cọc dat vôi này tuỳ thuộc vào lượng voi phun và tăng dẫn theo thời gian Kết quả nghiên cứu của viện KHKTXD Bộ Xây dựng cho thấy rằng, lượng voi cảng nhiều thì độ cứng của cọc càng tăng nhanh.