Đồ án Tính toán và thiết kế xử lý nền đất yếu bằng cọc cát

Chương i KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐẤT YẾU VÀ CỌC CÁT i.1. KHÁI QUÁT VỀ NỀN ĐẤT YẾU: Đất yếu là đất có sức chịu tải nhỏ và có tính nén lún lớn, hầu như đất yếu bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn, hệ số nén lún lớn, trị số sức chống cắt không đáng kể. Đất yếu gồm các loại đất sét mềm có nguồn gốc ở nước, thuộc các giai đoạn đầu của quá trình hình thành đá sét, các loại cát hạt nhỏ, mịn, rời rạc, than bùn và các trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa, cát chảy, đất bazan v.v … Hình 1.1: Than bùn rêu . Hình 1.2: Than bùn cây gỗ Các đặc trưng vật lý: Dung trọng tự nhiên: Hệ số rỗng tự nhiên của đất: Hệ số nén lún: Độ bão hòa của đất: Các đặc trưng cơ học: Modul biến dạng: Lực dính của đất: Góc ma sát trong của đất: Xét theo nguồn gốc thì đất yếu có thể được thành tạo trong điều kiện lục địa, vũng vịnh hoặc biển. Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích (eluvi), sườn tích (deluvi), lũ tích (proluvi), lở tích (coluvi), do gió, do lầy, do băng và do con người (đất đắp). Nguồn gốc vũng vịnh có thể là cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh biển. Nguồn gốc biển có thể được thành tạo ở khu vực nước nông (không sâu quá 200 m), thềm lục địa (200 – 3000 m) hoặc biển sâu (hơn 3000 m). Do vậy khi xây dựng công trình trên nền đất yếu cần phải áp dụng các phương pháp xử lý nền hợp lý nhằm cải thiện tính chất cơ lý của đất nền theo chiều hướng tăng độ chặt, tính liền khối, độ bền và độ ổn định, giảm độ biến dạng và độ thấm nước. I.2. KHÁI NIỆM, ĐẶC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỌC CÁT: I.2.1. Khái niệm cọc cát: Cọc cát xuất phát từ cột đá Ballast là loại cọc được cấu tạo từ vật liệu rời đặt trong đất tham gia cùng đất nền chống đỡ tải trong công trình, đã gọi là cọc, nên bản thân cọc cát phải được tạo thành từ những loại cát đồng nhất, tiết diện liên tục theo chiều sâu, sức chịu tải của cát được chọn phải lớn hơn đất nhiều lần so với đất nền tự nhiên. Vật liệu làm cọc không thể hòa lẫn vào đất (chìm dần vào đất yếu). Do đó, không phải loại đất yếu bất kỳ nào cũng có thể sử dụng cọc cát để xử lý. Cần phải phân biệt cọc cát với các cọc cứng khác như cọc bằng bê tông cốt thép, bằng thép…., cọc cứng là một bộ phận của kết cấu móng làm nhiệm vụ chuyền tải trọng công trình xuống nền đất còn cọc cát làm nhiệm vụ lèn chặt và thoát nước cho nền đất làm tăng sức chịu tải cho nền. Việc sử dụng cọc cát được nhà bác học Nga M.X. Voikow đề nghị đầu tiên vào năm 1840 và sau đó là giáo sư V.I. kurdyumov năm 1886. Qua hơn một thập kỷ phương pháp này đã được tiếp tục nghiên cứu, bổ sung và được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới như Liên Xô, Trung Quốc, Anh, Pháp, Hà Lan và Mỹ. I.2.2. Đặc điểm cọc cát: Cọc cát có những đặc điểm mang tính ưu việt sau đây: Khi dùng cọc cát, trị số môđun biến dạng trong cọc cát cũng như ở vùng đất được nén chặt xung quanh sẽ giống nhau ở mọi điểm. Vì vậy sự phân bố ứng suất trong nền đất được nén chặt bằng cọc cát có thể xem như là nền thiên nhiên. Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn biến nhanh hơn nhiều so với nền đất thiên nhiên hoặc nền đất dùng cọc cứng. Bởi vì lúc này cọc cát làm việc như các giếng thoát nước, nước trong đất có điều kiện thoát ra nhanh theo chiều dài cọc dưới tác dụng của tải trọng ngoài. Phần lớn độ lún của nền đất có cọc cát thường kết thúc trong quá trình thi công, do đó tạo điều kiện cho công trình mau chóng đạt đến giới hạn ổn định. Sử dụng cọc cát về mặt kinh tế rẻ hơn so với khi sử dụng các phương án cọc khác như: cọc gỗ, cọc bêtông, cọc bêtông cốt thép. Vật liệu làm cọc cát rẻ hơn nhiều so với gỗ, thép, bêtông cốt thép dùng trong cọc cứng và không bị ăn mòn nếu nước ngầm có tính xâm thực. Biện pháp thi công cọc cát tương đối đơn giản, không đòi hỏi những thiết bị phức tạp. I.2.3. Phạm vi ứng dụng của cọc cát: Nén chặt bằng cọc cát là một phương pháp có hiệu quả khi xây dựng các công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu có chiều dày lớn. Khi chiều dày lớp đất yếu lớn hơn 2m có thể dùng cọc cát nén chặt được. Khuyến cáo một số trường hợp không nên dùng cọc cát là đất quá nhão yếu không thể lèn chặt đất được (khi hệ số rỗng nén chặt enc>1 chứng tỏ hiệu quả nén chặt của cọc cát rất ít) hoặc đất có hàm lượng chất hữu cơ cao.