Tài liệu THIẾT KẾ NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH

TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT KHOA ĐỊA CHẤT Bé m«n ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH _________________________ LÊ ĐÌNH THUẬT ĐCCT-58A HÀ NỘI 03/2017 0 MỤC LỤC trang CHƢƠNG 1 TÀI LIỆU TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NỀN MÓNG 1.1. Tài liệu về địa điểm xây dựng. 1.2. Tài liệu về công trình và tải trọng. 1.3. Tài liệu địa kỹ thuật. 1.3.1. Phƣơng pháp khoan thăm dò: 1.3.2. Phƣơng pháp xuyên: 1.3.3. Thí nghiệm trong phòng xác định chỉ tiêu cơ lý của đất 1.4. Số liệu khảo sát địa chất thuỷ văn. 1.5. Một số lƣu ý khi thu thập tài liệu địa kỹ thuật. 1.6. Nghiên cứu tài liệu báo cáo khảo sát và đánh giá các điều kiện địa chất 6 6 6 7 7 9 10 12 13 công trình. 1.7. Lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu chôn móng. 1.7.1. Lựa chọn giải pháp nền móng: 1.7.2. Lựa chọn độ sâu chôn móng: CHƢƠNG 2 TÍNH TOÁN MÓNG NÔNG 2.1. Phân loại và cấu tạo 2.1.1. Theo đặc điểm làm việc 2.1.2. Theo độ cứng 2.2. Xác định kích thƣớc sơ bộ đáy móng 2.2.1 Móng đơn chữ nhật 2.2.2. Móng tròn 15 17 17 18 27 22 22 25 26 26 41 2.2.3. Móng vành khuyên 2.2.4. Móng hợp khối chữ nhật 2.2.5. Móng băng 2.2.6. Móng bè 2.3. Tính toán nền theo trạng thái giới hạn 2.3.1. Tính nền theo trạng thái giới hạn I 2.3.2. Tính nền theo trạng thái giới hạn II 2.4. Tính toán móng theo trạng thái giới hạn I 2.4.1. Móng đơn dƣới cột 2.4.2. Móng hợp khối chữ nhật 42 46 51 56 57 57 65 83 83 94 2.4.3. Móng băng dƣới tƣờng 2.4.4. Móng băng một phƣơng dƣới hàng cột 2.4.5. Móng băng giao thoa dƣới cột 2.4.6. Móng bè CHƢƠNG 3 XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 3.1. Các phƣơng pháp xử lý nền 3.2. Tính toán xử lý nền bằng đệm cát 112 115 132 132 137 137 138 1 3.2.1. Xác định kích thƣớc lớp đệm cát trên mặt bằng. 3.2.2. Tính toán nền đệm cát theo điều kiện ổn định. 139 139 3.2.3. Tính toán nền đệm cát theo điều kiện biến dạng. 3.2.4. Một số lƣu ý khi sử dụng đệm cát xử lý nền đất yếu 3.3. Tính toán xử lý nền bằng cọc cát 3.3.1. Đặc điểm. 3.3.2. Tính toán xử lý nền bằng cọc cát. 3.3.3. Tính toán độ lún của nền xử lý bằng cọc cát 3.3.4. Một số lƣu ý khi gia cố nền bằng cọc cát 3.4. Tính toán xử lý nền bằng giếng cát và bấc thấm 3.4.1. Tính toán xử lý nền bằng giếng cát 3.4.2. Tính toán xử lý nền bằng bấc thấm 139 153 154 154 154 158 158 159 159 162 3.4.3. Một số lƣu ý khi sử dụng giếng cát và bấc thấm 3.5. Xử lý nền bằng một số loại cọc khác 3.5.1. Cọc đất - xi măng 3.5.2. Tính toán xử lý nền bằng cọc đất- xi măng. 3.5.3. Cọc đất vôi 3.5.4. Cọc tre, cừ tràm CHƢƠNG 4 TÍNH TOÁN MÓNG CỌC ĐÀI THẤP 4.1. Các loại cọc đƣợc sử dụng trong xây dựng 4.1.1. Cọc gỗ 4.1.2. Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn 4.1.3. Cọc nhồi 168 168 168 168 171 171 179 173 173 173 176 4.1.4. Cọc Barret 4.1.5. Cọc thép 4.1.6. Cọc ống thép nhồi bê tông 4.1.7. Cọc mở rộng chân 4.2. Tính toán móng cọc đài thấp theo trạng thái giới hạn 4.2.1. Nội dung tính toán 4.2.2. Trình tự tính toán 4.3. Chọn loại cọc 4.4. Độ sâu chôn đáy đài 4.5. Chọn chiều dài, tiết diện cọc 180 181 181 181 182 182 182 182 183 183 4.6. Xác định sức chịu tải của cọc 4.6.1. Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền của vật liệu 4.6.2. Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền của đất nền 4.6.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm thử tải cọc 4.7. Xác định sơ bộ số lƣợng và bố trí cọc trong đài 4.7.1. Yêu cầu bố trí cọc trong đài 4.7.2. Xác định sơ bộ số lƣợng cọc 183 183 186 203 208 208 209 2 4.8. Chọn sơ bộ chiều cao đài 4.9. Kiểm tra lực truyền lên cọc 210 210 4.10. Kiểm tra ổn định của móng cọc 4.10.1. Ổn định chống trƣợt 4.10.2. Ổn định của nền dƣới mũi cọc 4.11. Kiểm tra điều kiện khống chế độ lún của móng cọc 4.11.1. Điều kiện kiểm tra 4.11.2. Tính độ lún của cọc đơn 4.11.3. Tính độ lún của nhóm cọc 4.11.4. Tính độ lún móng băng cọc 4.11.5. Tính độ lún móng bè cọc 4.12. Kiểm tra chiều cao đài 211 211 211 212 212 212 213 215 216 217 4.12.1. Điều kiện chọc thủng 4.12.2. Điều kiện cƣờng độ trên tiết diện nghiêng theo lực cắt 4.13. Tính toán và bố trí cốt thép đài 4.14. Đặc điểm thiết kế móng cọc trong vùng có động đất CHƢƠNG 5 ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT VÀ TƢỜNG CHẮN 5.1. Các loại áp lực ngang 5.2. Áp lực ngang tác động thƣờng xuyên 5.2.1. Áp lực ngang của đất 5.2.2. Áp lực ngang của nƣớc ngầm ổn định 5.2.3. Áp lực ngang từ công trình hiện có 5.3. Áp lực ngang tác động tạm thời 217 218 221 230 218 233 233 233 238 238 239 5.4. Áp lực ngang khi có động đất 5.5. Các loại tƣờng chắn 5.6. Tính toán tƣờng chắn 5.7. Một số biện pháp tăng khả năng ổn định và chịu lực của tƣờng chắn 5.8. Tính toán tƣờng mềm/cừ 5.8.1. Tính toán tƣờng mềm/cừ công xôn 5.8.2. Tính toán tƣờng có một thanh chống/ neo 5.8.3. Tính toán tƣờng có nhiều thanh chống/ neo 5.8.4. Tính toán tƣờng liên tục theo các giai đoạn thi công 5.9. Tính toán tƣờng tầng hầm 242 249 250 255 260 261 267 274 277 289 CHƢƠNG 6 NEO ĐẤT 6.1.Khái niệm chung 6.2. Kết cấu neo đất 6.3. Tính toán neo đất 6.4.Tính toán neo khi có động đất CHƢƠNG 7 TÍNH TOÁN MÓNG CỌC NHỒI CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 7.1. Đặt vấn đề 288 294 296 297 305 304 3 7.2. tính toán cọc nhồi chịu tải trọng ngang 7.3. Tính toán cọc có thanh chống/neo 7.4. Tính toán tiết diện cọc 7.5. Tính toán tƣờng chắn có trụ cọc khoan nhồi 7.6. Trƣờng hợp có kể đến sự tạo vòm đất giữa các cọc 7.7. Trƣờng hợp không xét sự tạo vòm của đất giữa các cọc 7.8. Tính toán một số chi tiết chỗng đỡ tạm thời vách hố đào sâu trong quá trình thi công CHƢƠNG 8. TÍNH TOÁN DẦM, MÓNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI 327 8.1. khái niệm chung 8.2. Tính toán dầm trên nền đàn hồi theo phƣơng pháp nền biến dạng cục bộ 8.3. Dầm trên nền đàn hồi theo phƣơng pháp zemôskin 8.4. Dầm trên nền đàn hồi theo phƣơng pháp của Gs. Ximvuliđi. 8.5. Tính toán móng bản trên nền đàn hồi TÀI LIỆU THAM KHẢO 339 4 Ch-¬ng i Tµi liÖu phôc vô tÝnh to¸n nÒn mãng 1.1. Tài liệu về địa điểm xây dựng. Hiểu biết về địa điểm xây dựng là cần thiết khi tính toán nền móng, trong đó cần đặc biệt lƣu ý 3 vấn đề chính: - Vị trí xây dựng công trình: + Nghiên cứu tài liệu lƣu trữ: Tài liệu về động đất; bản đồ phân vùng địa chất; tình hình xây dựng tại khu vực (tài liệu khảo sát địa chất, phƣơng án xử lý nền móng các công trình lân cận, các sự cố công trình tại khu vực). + Nghiên cứu hiện trƣờng: Đặc điểm địa hình khu vực; các hố đào sâu hiện có; các luồng lạch dẫn nƣớc; nguồn nƣớc ngầm có áp; khả năng vận chuyển đất đá, khả năng đi lại và thao tác của máy móc thi công nền móng. + Đánh giá mức độ phức tạp của địa hình (mức độ uốn nếp, khả năng và hƣớng trƣợt lở của các lớp đất đá): các vết lộ ven núi hoặc trên sƣờn dốc để có các giải pháp chống trƣợt hữu hiệu. - Các công trình lân cận: Khoảng cách các công trình lân cận, các công trình ngầm hiện có trong khu vực xây dựng (khả năng dỡ bỏ, giữ lại); tìm hiểu tài liệu, phƣơng án xử lý nền móng và trạng thái của các công trình lân cận (khả năng ảnh hƣởng của công tác thi công nền móng tới các công trình lân cận và công trình ngầm hiện có, cũng nhƣ tải trọng phụ thêm từ các công trình lân cận đang khai thác; rút kinh nghiệm xử lý nền móng). - Cao độ tự nhiên và cao độ công trình thiết kế: Cần phải xác định cao độ đào, đắp tôn nền liên quan đến tải trọng đƣợc dỡ bớt hoặc bổ sung lên nền đất tại vị trí xây dựng. Xác định vị trí và cao độ các mốc xây dựng. 1.2. Tài liệu về công trình và tải trọng. Trƣớc khi thiết kế nền móng cần nghiên cứu kỹ: - Hồ sơ thiết kế kiến trúc, kết cấu phần thân: + Mặt bằng công trình (các trục định vị cột, tƣờng, các khung chịu lực, tƣờng chịu lực, tƣờng ngăn, vị trí cầu thang, lõi cứng, độ sâu thang máy, thang cuốn, các tầng hầm, tầng trệt) + Hệ kết cấu khung dầm, vật liệu sử dụng; + Cốt cao độ nền nhà, cốt san nền, cốt tự nhiên; + Các khe biến dạng, mức độ chênh lệch các tầng của khối nhà; + Độ lún tuyệt đối và độ lún lệch cho phép của công trình. - Tải trọng công trình chuyền xuống móng: + Gồm các tải trọng đã xét và chƣa xét đến trong quá trình giải khung kết cấu bên trên, mức độ chênh lệch tải trọng giữa các khối nhà, phƣơng án bố trí khe lún cho công trình. + Cần nghiên cứu các tổ hợp tải trọng, hƣớng tác dụng của tải trọng để lựa chọn tổ hợp nguy hiểm nhất phục vụ tính toán móng. 5 + Cần tính đến các tải trọng từ công trình lân cận hiện có có ảnh hƣởng tƣơng hỗ tới công trình, cũng nhƣ các tải trọng động từ các công trình giao thông lân cận. - Tài liệu tiêu chuẩn, quy chuẩn: Trong tính toán thiết kế cần sử dụng các tài liệu tiêu chuẩn hiện hành về kết cấu thép, bê tông cốt thép, tiêu chuẩn tải trọng và tác động và các tài liệu liên quan khác 1.3. Tài liệu địa kỹ thuật. Tài liệu địa kỹ thuật là cơ sở để thiết kế nền móng công trình. Tài liệu địa kỹ thuật có đƣợc trên cơ sở khảo sát địa chất công trình, địa chất thuỷ văn và nghiên cứu bản đồ phân vùng địa chất công trình, các tài liệu lƣu trữ khác. Nhiệm vụ khảo sát địa chất công trình, địa chất thuỷ văn cần đƣợc tƣ vấn địa kỹ thuật soạn thảo sau khi nghiên cứu kỹ tài liệu về công trình và tải trọng, tình hình khu vực xây dựng. Nhiệm vụ khảo sát địa chất công trình cần đƣợc sự thoả thuận thống nhất của chủ đầu tƣ và nên có ý kiến góp ý của cán bộ khảo sát địa chất. Để có tài liệu địa kỹ thuật phục vụ thiết kế nền móng công trình cần sử dụng một số phƣơng pháp chính sau: phƣơng pháp khoan thăm dò, phƣơng pháp xuyên và thí nghiệm trong phòng xác định chỉ tiêu cơ lý của đất. 1.3.1. Phƣơng pháp khoan thăm dò: Để lấy mẫu nguyên dạng sử dụng các phƣơng pháp hạ ống mẫu nhƣ sau: đóng, ép, khoan, chấn động và xoay. Đƣờng kính lỗ khoan ít nhất là 108mm trong sét - cát và 89mm - trong đá. Khoảng cách lấy mẫu khi khoan thông thƣờng là 2-3m/mẫu, nhƣng mỗi lớp đất phải lấy ít nhất 6 mẫu. Ngoài khoan cần kết hợp thí nghiệm SPT, xuyên tĩnh và các thí nghiệm hiện trƣờng khác. Vị trí và khoảng cách giữa các lố khoan: xác định tuỳ thuộc vào khuôn khổ công trình, kết cấu công trình, mức độ nghiên cứu của chúng, phƣơng pháp thi công, tính phức tạp của điều kiện địa chất. Vị trí lỗ khoan nên bố trí trong vùng có đặt các tải trọng tập trung lớn, bố trí theo chu vi tƣờng công trình, những chỗ giao nhau của các trục nơi tập trung các tải trọng từ cột, thiết bị lớn, những vị trí gần với ao hồ, sông ngòi, thung lũng. Mặt bằng vị trí bố trí lỗ khoan thể hiện trên hình.1.1. Khoảng cách giữa các hố khoan đối với các công trình dân dụng công nghiệp thông thƣờng bố trí từ 10 đến 30m. Tại những vị trí phức tạp, thung lũng, 6 lạch nƣớc, khu vực trƣợt lở nên bố trí hố khoan dày hơn, đối với các công trình độc lập có diện tích mặt bằng nhỏ nên bố trí tối thiểu 03 hố khoan. Đối với các công trình ngầm kéo dài (các đƣờng hầm giao thông và bộ hành, các gara dạng tuyến), các hố khoan đƣợc bố trí dọc trục và theo phƣơng vuông góc với trục của chúng, cách nhau 150  200m (cho giai đoạn thiết kế kỹ thuật) khi thế nằm của các lớp đất đều đặn. Khoảng cách các hố khoan là 100150m cho khu vực có các lớp đất uốn nếp, địa tầng khá phức tạp, nƣớc ngầm nằm cao hơn cao trình chôn móng và 60-100m cho khu vực địa tầng uốn nếp phức tạp, có các hiện tƣợng địa vật lý phức tạp, mức nƣớc ngầm nằm cao hơn cao trình dự kiến chôn móng. Hình 1.1 Sơ đồ vị trí lỗ khoan 7 Chiều sâu lỗ khoan: phụ thuộc vào chiều sâu vùng chịu nén. Để tiết kiệm kinh phí tốt nhất tiến hành khoan một số lỗ khoan sâu. Các lỗ khoan còn lại chỉ cần khoan tới đáy vùng chịu nén dƣới móng công trình. Chiều sâu vùng chịu nén phụ thuộc vào quy mô công trình, tải trọng, kích thƣớc mặt bằng. Đối với công trình ngầm khi đặt sâu, lực ma sát giữa mặt bên công trình và khối địa tầng tăng, mực nƣớc ngầm cao khả năng đẩy nổi lớn, trong trƣờng hợp này, vùng chủ động tạo ra không phải do tải trọng phụ mà do dỡ tải khối địa tầng. Trong tài liệu tiêu chuẩn không có những chỉ dẫn rõ ràng về vùng chủ động này. Quy ƣớc lấy bằng 1/2 chiều rộng công trình khi chiều sâu công trình đến 50m, bằng 1/4 chiều rộng, khi chiều sâu móng công trình từ 50-100m. Chiều sâu lỗ khoan thƣờng sâu hơn đáy công trình ngầm 610m hoặc khoan sâu vào lớp bền nƣớc 2 3m. Đối với kết cấu “tƣờng trong đất” chiều sâu hỗ khoan các hỗ khoan trong thực tế thƣờng đƣợc kiến nghị lấy bằng (1,5-2,0)H +5m (H- chiều sâu móng tầng hầm). Khi xác định chiều sâu lỗ khoan, cần yêu cầu đơn vị khảo sát cung cấp cốt cao độ lỗ khoan, thời gian khảo sát. Trong thực tế, sau khi khoan khảo sát cốt cao độ khu vực xây dựng công trình đã bị thay đổi gây rất nhiều khó khăn trong việc xác định tải trọng tác dụng lên móng công trình nếu không có số liệu này. 1.3.2. Phƣơng pháp xuyên: Để xác định chỉ tiêu độ bền và sức chống cắt của đất tại hiện trƣờng thƣờng sử dụng phƣơng pháp xuyên. Các phƣơng pháp xuyên hiện dùng chủ yếu là phƣơng pháp xuyên tiêu chuẩn (SPT) và xuyên tĩnh (CPT). - Phương pháp SPT: Thí nghiệm SPT đƣợc thực hiện bằng cách đóng đầu xuyên ngập vào đất từ đáy lỗ khoan sau khi đƣợc làm sạch. Số lần đóng búa đóng đầu xuyên ngập vào đất 30cm gọi là chỉ tiêu xuyên tiêu chuẩn ký hiệu là N30. Các thiết bị sử dụng trong phƣơng pháp SPT nhƣ sau: Thiết bị khoan tạo lỗ: thông thƣờng hỗ khoan đƣợc kết hợp với lỗ khoan lấy mẫu thí nghiệm trong phòng, lỗ khoan có đƣờng kính trong khoảng 55163mm; cần khoan thích hợp nhất cho thí nghiệm SPT là cần khoan có đƣờng kính ngoài 42mm, trọng lƣợng 5,7kg; 8 Đầu xuyên: là một ống thép có tổng chiều dài 810mm, gồm 3 phần: mũi, thân đầu nối ren (hình.1.2). Trong đất cát hạt thô lẫn sỏi sạn hoặc đất cuội sỏi, để tránh hỏng mũi xuyên nên dùng mũi xuyên đặc hình nón với góc đỉnh mũi xuyên là 600. Hình 1.2 Cấu tạo đầu xuyên SPT Bộ búa đóng bao gồm: quả tạ, bộ gắp búa và cần dẫn hƣớng, trọng lƣợng bủa 63,5kg, độ cao rơi của búa 76 2,5cm (hình.1.3). Hình 1.3 Cấu tạo đầu búa đóng trong thí nghiệm SPT Ví dụ kết quả thí nghiệm xuyên SPT thể hiện trên hình.1.4. 9 - Phương pháp CPT: thực hiện bằng cách ép cần xuyên và mũi xuyên có góc nhọn 600 vào nền đất bằng lực tĩnh. Kết quả xuyên tĩnh nhận đƣợc giá trị sức kháng mũi xuyên, ký hiệu là qc và sức kháng ma sát xung quanh fc. Các số liệu nhận đƣợc từ kết quả xuyên sử dụng để xác định sức chịu tải của cọc cho kết quả khá phù hợp với thực tế, do đó chúng đƣợc áp dụng phổ biến trong thời gian gần đây, đặc biệt trong công tác thiết kế móng cọc. Ví dụ kết quả thí nghiệm CPT thể hiện trên hình.1.5. Ngoài các chỉ tiêu trên, sử dụng phƣơng pháp này cũng có thể xác định chỉ tiêu biến dạng ở độ sâu đến 20m. Trong đó, tính chất biến dạng của đất đƣợc xác định trực tiếp trong lỗ khoan bằng cách hạ vào đó thiết bị chuyên dụng – thiết bị đo áp lực và đo chuyển vị. 1.3.3. Thí nghiệm trong phòng xác định chỉ tiêu cơ lý của đất Tính chất của đất quyết định công nghệ thi công móng, phƣơng pháp đào và đắp đất, loại gia cố tạm thời. Đặc điểm tính chất của đất cần thiết để xác định giá trị tải trọng lên kết cấu móng, lựa chọn sơ đồ tính toán nền móng, xác định các thông số gia cố tạm thời... Phƣơng pháp thí nghiệm trong phòng là phƣơng pháp chính để xác định độ bền của đất cho từng dạng xây dựng. Cần dùng phƣơng pháp này để xác định ma sát trong và ma sát ngoài của đất, các chỉ tiêu vật lý và cơ học của đất, phƣơng pháp này cũng có thể xác định chỉ tiêu biến dạng khi nén cố kết. Các chỉ tiêu vật lý: dung trọng của đất, độ ẩm (W, WL, WP). Các chỉ tiêu cần đƣợc xác định là độ rỗng, hệ số rỗng, mức độ ẩm, chỉ số dẻo, độ sệt, giới hạn nhão. Các chỉ tiêu cơ học: gồm chỉ tiêu biến dạng (mô đun biến dạng, hệ số biến dạng ngang – hệ số poisson, hệ số áp lực bên…) và chỉ tiêu độ bền (góc nội ma sát, lực dính, giới hạn bền nén 1 trục…). 10 Hình 1.4. Hình trụ lỗ khoan và chỉ số SPT 11 Hình 1.5. Biểu đồ sức kháng xuyên trong trí nghiệm CPT Ví dụ thể hiện các đặc trƣng cơ lý của đất đƣợc phản ánh trong bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của đất (xem bảng.1.1). 1.4. Số liệu khảo sát địa chất thuỷ văn. - Có ý nghĩa quan trọng trong thiết kế, thi công và khai thác công trình; 12 - Cần khảo sát trên diện rộng; - Xác định trong hố khoan (có thể dùng hố khoan khảo sát địa chất). Kết quả khảo sát địa chất thuỷ văn cần nhận đƣợc những số liệu sau đây: - Nguồn nước ngầm: Từ những hang nƣớc tự nhiên, các tầng đất chứa nƣớc, sông ngòi, ao hồ, nƣớc mặt, đặc biệt là các nguồn nƣớc có áp chảy vào phần ngầm công trình nhờ tính thẩm thấu và các vết nứt của đất đá. Cần nhận đƣợc chi tiết tất cả các tầng chứa nƣớc, loại nƣớc, thành phần của địa tầng, các điều kiện thế nằm của mặt bão hoà, mật độ bão hoà, thành phần hoá học, các điều kiện tiếp nhận, chuyển động, giảm tải của nƣớc, các số liệu dự báo sự thay đổi của chúng. - Mực nước ngầm có thể đƣợc xác định qua giếng có sẵn hoặc đào mới, thông qua các giếng này còn có thể xác định nhiệt độ, hƣớng và tốc độ dòng chảy. - Các thông số địa chất thuỷ văn: bao gồm hệ số thấm, hệ số hút nƣớc, thoát nƣớc, hệ số thoát nƣớc đàn hồi, độ rỗng thoát nƣớc, hệ số mao dẫn, hệ số chảy rối, độ ngậm nƣớc đơn vị, độ bão hoà không khí đơn vị. Xác định hệ số thấm (để tính toán hạ mực nƣớc ngầm) có thể theo bảng, theo công thức và thực nghiệm trong phòng thí nghiệm và hiện trƣờng, theo kết quả quan trắc lâu dài (mốc quan trắc đƣợc bố trí trên mặt bằng từ đỉnh phân thuỷ đến các điểm dỡ tải – vị trí thoát nƣớc) theo tất cả các phân tố địa chất. - Mẫu nước cần lấy trong từng lớp nƣớc, trong mỗi vùng khảo sát lấy ít nhất 3 mẫu (phía trên, phía giữa và phía đáy lớp nƣớc). - Thành phần hoá học có hại nhiều đến vỏ công trình ngầm là H2SO4, HCL, Na2SO4, MgSO4, FeSO4, muối amôniác NH4K, H2S… Mực nƣớc ngầm trong đất nâng cao do nƣớc mặt hoặc áp lực nƣớc ngầm, nƣớc thoát từ các nguồn và nƣớc trong đất, nƣớc chảy dò từ các tuyến ống dẫn nƣớc v.v. có thể gây nên sự đẩy nổi, làm ngập công trình ngầm, thay đổi độ sâu đông kết, làm trƣơng nở đất v.v. Hoạt động của con ngƣời cũng làm ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng địa chất. Có 4 dạng nhiễm bẩn nƣớc ngầm: hoá học, sinh học, nhiệt và phóng xạ. Cần dự báo tính nhiễm bẩn và tính xâm thực đối với kết cấu. 13 Mực nƣớc ngầm có thể bị giảm do khai thác các nguồn nƣớc mặt, xây dựng các hệ thống giếng nƣớc, hạ mực nƣớc ngầm... làm cho khối đất bị ép lún, nền biến dạng do thoát nƣớc. 1.5. Một số lƣu ý khi thu thập tài liệu địa kỹ thuật. Đối với tầng hầm nhà cao tầng hoặc công trình ngầm, do độ sâu hố móng lớn có thể gặp hơi độc, khí độc ( mê tan CH4, khí các bô ních CO2, sun phua hyđrô H2S). Cần xác định loại khí ngầm, vị trí thoát ra và khối lƣợng khả dĩ để ngăn ngừa khả năng cháy, nổ và tác động có hại lên con ngƣời và vật liệu. 14 Bảng 1.1 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất nền công trình Khi thiết kế tầng hầm nhà cao tầng và công trình ngầm, cần hiểu biết cả điều kiện khí hậu của vùng đô thị đó. Nó có thể ảnh hƣởng trực tiếp đến việc lựa chọn hệ thống và các chỉ số thông gió nhân tạo của công trình ngầm, sự chiếu 15 sáng lối ra vào của xe và ngƣời đi bộ, hệ thống thoát nƣớc, các phƣơng pháp cấp nhiệt cho từng khu vực ngầm. Trong trƣờng hợp cần thiết, để dự đoán sự tác động tƣơng hỗ của kết cấu ngầm với đất, có thể nghiên cứu thực nghiệm ở giai đoạn khảo sát địa chất công trình. Các lỗ khoan trong quá trình khảo sát bắt buộc phải loại trừ bằng cách chèn vữa dọc lỗ khoan. Biên bản chèn vữa lỗ khoan, có chỉ dẫn phƣơng pháp, đƣợc đƣa vào số liệu khảo sát. Khi lỗ khoan nằm trong tiết diện hố đào sâu của công trình thiết kế hoặc lỗ khoan nằm cách chu tuyến công trình một khoảng nhỏ hơn 10m, biên bản chèn vữa và toạ độ lỗ khoan chuyển cho đơn vị thi công để thành lập đồ án thi công trong vùng có lỗ khoan. Ngoài những chỉ tiêu tính chất cơ lý của đất nêu trên, khi cần thiết xác định tốc độ sóng dọc và ngang, các hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung và nhiệt riêng, giới hạn độ bền chịu kéo, trƣơng nở và áp lực trƣơng nở tƣơng đối của đất sét, các tính chất từ biến, hệ số lực kháng đàn hồi, tính mài mòn và tính nhớt của đất. 1.6. Nghiên cứu tài liệu báo cáo khảo sát và đánh giá các điều kiện địa chất công trình. Trƣớc khi thiết kế hoặc thi công công trình cần nghiên cứu kỹ tài liệu khảo sát địa chất công trình và địa chất thuỷ văn. Trong đó cần lƣu ý các vấn đề sau: - Các điều kiện địa vật lý tự nhiên: điều kiện khí hậu, đặc điểm vùng lãnh thổ chƣa khai phá, các vùng giếng nƣớc có ảnh hƣởng đến thiết kế và thi công. - Sự thay đổi các điều kiện tự nhiên: những thăm dò nghiên cứu trƣớc đây, công trình tồn tại, trạng thái biến dạng. - Cấu trúc địa chất: Thứ tự phân lớp, cơ sở phân chia các yếu tố địa chất, đặc tính của chúng; giới hạn thế nằm; mức độ nứt nẻ của đá; cao độ nƣớc ngầm, vị trí các lớp trong không gian, phễu castơ, đƣờng trƣợt; cần đối chiếu kết quả thí nghiệm trong phòng với hiện trƣờng (vì việc phân chia theo độ chặt độ sệt chỉ là quy ƣớc không sát thực tế, các mặt cắt địa chất không phân chia thành các phần tử địa chất, các vị trí phức tạp chƣa đƣợc chú ý); cần phân tích điều kiện thế nằm, góc phƣơng vị và góc dốc của các lớp địa chất. Ví dụ: 16 + Khi có nhiều lớp đá nghiêng: áp lực địa tầng khác nhau, không đối xứng, cần xác định mặt phân lớp, độ nghiêng, nƣớc ngầm chảy vào hố đào, nên mở rộng diện tích thăm dò tạo điều kiện thiết kế tránh những vị trí này, khả năng trƣợt lớp nọ lên lớp kia khi xây dựng kết cấu công trình. + Khu vực có những lớp đá thẳng đứng: nguy cơ sụt các lớp khi mở hầm là rất lớn vì lực dính giữa các lớp yếu. - Các điều kiện địa chất thuỷ văn: Cần liệt kê tỷ mỉ đặc tính của các mặt bão hoà nƣớc, dự báo lƣợng nƣớc ngầm vào hố móng từ các khu vực xung quanh; cơ sở thoát và hạ nƣớc ngầm, các hiện tƣợng trƣơng nở; đề xuất các biện pháp chống thấm, thoát nƣớc ngầm, tính xâm thực của nƣớc ngầm và đất. Khi nƣớc ngầm có cần nghiên cứu khả năng xảy ra các hiện tƣợng xói ngầm, cát chảy và chảy dẻo. Ví dụ: + Hiện tƣợng xói ngầm xảy ra trong các vùng đất rời rạc, cát các loại đặc biệt là cát hạt nhỏ, mịn có dòng thấm. Xói ngầm làm đất xung quanh bị rỗng mất khả năng chịu tải và dẫn đến sụt lở. Đối với sỏi, nếu hàm lƣợng hạt nhỏ dƣới 20% dễ xảy ra xói ngầm + Hiện tƣợng cát chảy thƣờng xảy ra trong cát đều hạt chịu áp lực thấm. Đối với cát, hệ số không đồng nhất D60/D10 <1 có độ dốc thuỷ lực lớn hơn độ dốc giới hạn, khả năng xảy ra hiện tƣợng cát chảy là rất lớn. Đối với đất hạt nhỏ bão hoà nƣớc, trong đó có hàm lƣợng sét và hữu cơ làm cho đất có dung dịch nhờn khi không có áp lực thuỷ động cũng có thể có hiện tƣợng cát chảy. + Hiện tƣợng chảy dẻo: Đối với đất sét có độ chênh lệch về ứng suất chính thƣờng phát sinh hiện tƣợng chảy dẻo, bung nền. Hệ số ổn định sau đây nhỏ hơn 1 có thể mất ổn định: K= 2c/(1-3) - Các tính chất cơ lý của đất: Nghiên cứu trong phòng và hiện trƣờng, nghiên cứu chỉ tiêu để giải bài toán cụ thể, ví dụ: thành phần hạt dùng để xác định hệ số thấm, suy luận về góc dốc tự nhiên, tính nén, chiều cao mao dẫn; các chỉ tiêu, tính chất có thể thay đổi trong không gian và khả năng thay đổi khi xây dựng và khai thác. - Đánh giá tính chất xây dựng của đất theo từng lớp: Trên cơ sở thành phần và tính chất cơ lý của đất cần phân tích, đánh giá tính chất xây dựng, khả năng chịu lực cũng nhƣ tính chất nén lún của từng lớp đất, đồng thời tiến hành xem xét vị 17 trí các lớp đất đó trong địa tầng nền đất và chiều dày từng lớp phục vụ việc lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu chôn móng. Đánh giá trạng thái của đất. - đối với đất dính, đánh giá trang thái theo độ sệt il (xem bảng 1.4) Bảng 1.4. Xác định trạng thái đất dính đất sét, á sét (sét pha): trạng thái cứng khi Il < 0 trạng thái nửa cứng khi 0  Il  0,25 trạng thái dẻo cứng khi 0,25 1,0 đất á cát (cát pha): trạng thái cứng khi Il < 0 trạng thái dẻo khi 0  Il  1,0 trạng thái chảy khi I >1,0 l - đối với cát, đánh giá theo độ chặt, dựa vào hệ số rỗng e (bảng 1.5). Bảng 1.5. Xác định trạng thái đất cát theo hệ số rỗng loại đất cát độ chặt của đất cát chặt chặt vừa xốp sỏi, cát to và cát vừa e<0,55 e >0,70 0,55  e  0,70 cát hạt nhỏ e<0,60 e > 0,75 0,60  e  cát bụi e<0,60 e >0,80 0,75 0,60  e  0,80 đánh giá độ chặt của cát theo hệ số rỗng e đôi khi gặp khó khăn do khó lấy mẫu nguyên dạng đề thí nghiệm trong phòng. do đó có thể sử dụng hệ số độ chặt tƣơng đối d để đánh giá: trạng thái của cát đánh giá theo hệ số độ chặt tƣơng đối nhƣ sau: d < 0,33 - cát xốp; 0,66  d  0,33 - cát chặt vừa; d>0,66 - cát chặt độ chặt tƣơng đối d của cát ở thế nằm tự nhiên có thể xác định bằng xuyên động (bảng 1.6 hoặc xuyên tĩnh bảng 1.7). Bảng 1.6. Xác định trạng thái đất cát theo độ chặt tương đối số lần nện n để ấn dụng cụ độ chặt tƣơng đối d của trạng thái của cát lấy mẫu xuống chiều sâu cát 30cm 1-4 0,2 rất xốp 5-9 0,2< d < 0,33 xốp 18 10-29 30-50 >50 0,33 ≤ d ≤ 0,66 0,66 < d < 1,0 d=1,0 chặt vừa chặt rất chặt Bảng 1.7. Xác định trạng thái đất cát theo sức kháng xuyên cát trị số của sức kháng đơn vị trạng thái của cát 2 (kg/cm ) ứng với chiều sâu xuyên (m) 5 10 cát hạt to >150 >220 chặt 150-100 220-150 chặt vừa cát hạt vừa >100 >150 chặt 100-60 150-90 chặt vừa cát hạt nhỏ >60 >90 chặt 60-30 90-40 chặt vừa Bảng 1.8. Xác định trạng thái đất cát theo số SPT Đối với đất sét Đối với đất cát Giá trị “n30” Trạng thái đất Giá trị “n30” Độ chặt tƣơng Trạng thái đất đối <2 Rất mềm <4 <0,15 Rất rời rạc 2-4 Mềm 4-10 0,15-0,35 Rời rạc 4-8 Dẻo mềm 10-30 0,35-0,65 Chặt vừa 8-15 Dẻo 30-50 0,65-0,85 Chặt 15-30 Dẻo cứng > 50 >0,85 Rất chặt > 30 Cứng Đất thuộc loại yếu khi hệ số rỗng lớn (đối với đất sét khi e>1,1, á sét khi e>1,0 và á cát khi e>0,70), có hệ số nén lớn khi mô đun biến dạng e0<5000kpa và có trạng thái dẻo chảy khi Il>0,75; chảy khi Il>1,0. Cần đặc biệt lƣu ý thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt của các lớp đất trong phạm vi vùng tác động tƣơng hỗ, ví dụ nhƣ hang động, castơ, trƣơng nở, lún sập trong quá trình thi công cũng nhƣ khai thác. Cần nêu đƣợc các điểm đặc biệt của điều kiện địa chất: Các biên của khu vực, vùng phát triển mạnh các hiện tƣợng địa vật lý, khả năng thay đổi chế độ nƣớc ngầm, tình hình nhiệt độ, hơi và khí độc, các quy luật phát triển và cách mô tả chúng. 19