Luận văn Đánh giá điều kiện địa chất công trình nhà A thuộc khu văn phòng làm việc và nhà ở của Ủy ban nhân dân quận Hai Bà Trưng, Hà Nội. Thiết kế khảo sát địa chất công trình phục vụ cho thiết kế kỹ thuật - Thi công công trình trên

điểm địa chất thuỷ văn Theo tài liệu khảo sát sơ bộ ban đầu, tại khu vực xây dựng công trình tại thời điểm khảo sát, mực nước dưới đất quan trắc được trong hố khoan biến đổi từ 0,5-0,8m. Nguồn cung cấp là nước mưa. Trong giai đoan khảo sát ĐCCT sơ bộ lấy 1 mẫu nước tại hố khoan K3 để phân tích thành phần hoá học của nước. Kết quả biểu diễn theo công thức Cuốc Lốp có dạng như sau: 1.5. Kết luận và kiến nghị Qua khảo sát cho thấy cấu trúc nền tại vị trí xây dựng gồm 6 lớp đất : -Lớp số 1,4, 5: Là những lớp đất yếu, tính biến dạng lớn nên không có khả năng làm lớp đặt móng cho công trình. -Lớp số 3: Là những lớp đất có sức chịu tải và tính biến dạng trung bình, nên có khả năng làm lớp đặt móng cho công trình. -Lớp số 2, 6: Là những lớp đất có sức chịu tải tốt và tính biến dạng nhỏ, khả năng làm lớp đặt móng cho công trình rất tốt. Do đó khi xây dựng công trình nên đặt móng vào các lớp này. - Địa hình, địa mạo khu vực xây dựng tương đối bằng phẳng, độ chênh cao không đáng kể, dao động trong khoảng 0,2-0,3m, do vậy khá thuận lợi cho công tác khảo sát và thi công xây dựng công trình. Khu vực xây dựng nằm gần trục đường giao thông chính nên tiện cho việc chuyên chở vật liệu xây dựng phục vụ cho công trình. - Tại khu vực khảo sát mực nước tĩnh nằm nông cách mặt nền hiện tại từ 0,5 ¸ 0,8m tuỳ thuộc từng vị trí khảo sát. Sự tồn tại của tầng chứa nước này có thể gây khó khăn cho việc khai đào hố móng và khi thi công đặc biệt là vào mùa mưa. Do vậy khi thi công cần có biện pháp phòng tránh nước chảy vào hố móng công trình. Chương 2: Dự Báo Các Vấn Đề Địa Chất Công Trình Khu Xây Dựng Vấn đề địa chất công trình là vấn đề bất lợi về mặt ổn định, về mặt kinh tế cũng như khả năng xây dựng và sử dụng công trình, phát sinh do điều kiện địa chất công trình không đáp ứng được yêu cầu làm việc bình thường của công trình. Do đó vấn đề ĐCCT không những phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên mà còn phụ thuộc vào mục đích xây dựng công trình. Tuỳ thuộc vào đặc điểm địa chất, mỗi loại công trình khác nhau thì sẽ phát sinh những vấn đề ĐCCT khác nhau. Vì vậy việc nghiên cứu các vấn đề ĐCCT có ý nghĩa quan trọng cho phép ta dự báo những bất lợi có thể xảy ra khi xây dựng và sử dụng công trình. Từ đó đưa ra những giải pháp hợp lý đảm bảo công trình ổn định và kinh tế. Công trình nhà A thuộc khu văn phòng làm việc và nhà ở của Ủy ban nhân dân Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội dự kiến xây dựng quy mô 5 tầng với diện tích xây dựng khoảng 4000m2. Qua tài liệu đánh giá sơ bộ điều kiện ĐCCT trên lô đất xây dựng, nhìn chung khu xây dựng có địa tầng phức tạp, gồm nhiều lớp có các tính chất cơ lý khác nhau, bề dày biến đổi mạnh. Nhiều lớp đất yếu nằm xen kẹp có bề dày khá lớn. Lớp 1 là lớp đất lấp có thành phần hỗn tạp. Có bề dày trung bình là 1,65m, lớp này không có ý nghĩa trong xây dựng nền móng. Lớp 2 là lớp sét pha màu vàng nâu, xám vàng, trạng thái dẻo cứng. Có bề dày trung bình là 2,75m, sức chịu tải quy ước là 1.105 kG/cm2, mô đun tổng biến dạng là 137,8 kG/cm2. Đây là lớp đất có sức chịu tải tốt và tính biến dạng nhỏ, khả năng làm lớp đặt móng cho công trình rất tốt. Lớp 3 là lớp sét pha màu nâu hồng, trạng thái dẻo mềm. Có bề dày trung bình 3,3m, sức chịu tải quy ước là 0,842 kG/cm2, mô đun tổng biến dạng là 70,9 kG/cm2. Đây là lớp đất có sức chịu tải và tính biến dạng trung bình, nên có khả năng làm lớp đặt móng cho công trình. Lớp 4 là lớp bùn sét pha lẫn nhiều hữu cơ màu xám đen. Có bề dày trung bình là 12,7m, sức chịu tải quy ước là 0,43 kG/cm2, mô đun tổng biến dạng là 17,4 kG/cm2. Đây là lớp đất yếu, sức chịu tải và tính biến dạng lớn nên không có khả năng làm lớp đặt móng cho công trình. Lớp 5 là lớp cát pha lẫn nhiều hữu cơ màu xám đen, xám ghi, trạng thái chảy. Có bề dày trung bình là 3,05m, sức chịu tải quy ước là 0,83 kG/cm2, mô đun tổng biến dạng là 27, 9 kG/cm2.đây là lớp đất có sức chịu tải và tính biến dạng lớn, nên có khả năng làm lớp đặt móng cho công trình. Lớp 6 là lớp cát hạt trung màu xám đen, trang thái chặt vừa.Có bề dày trung bình là 3,65m, sức chịu tải quy ước là 4 kG/cm2, mô đun tổng biến dạng là 300 kG/cm2. Đây là lớp đất có sức chịu tải tốt và tính biến dạng nhỏ, khả năng làm lớp đặt móng cho công trình rất tốt. Với cấu trúc đất nền như trên, khi khi xây dựng công trình có tải trọng trung bình ( tải trọng 190 Tấn/trụ ), có thể phát sinh các vấn đề ĐCCT sau : - Vấn đề ổn định về cường độ của đất nền - Vấn đề ổn định về biến dạng của công trình - Vấn đề nước chảy vào hố móng Sau đây ta xét chi tiết các vấn đề trên: 2.1. Vấn đề ổn định về cường độ của đất nền Với cấu trúc địa chất và tải trọng 190 Tấn/trụ của khu nhà 5 tầng ở đây ta sử dụng giải pháp móng nông trên nền thiên nhiên là không hợp lý cả về kinh tế và kỹ thuật. Vì vậy sử dụng giải pháp móng cọc ma sát sẽ tối ưu nhất với cọc là bê tông cốt thép đúc sẵn, thi công bằng phương pháp máy đóng Diezen. Với giải pháp móng cọc ma sát tôi nhận thấy cọc phải được cắm vào lớp số 6: Cát hạt trung màu xám đen, trạng thái chặt vừa, N30= 24. Có sức chịu tải quy ước là 4 kG/cm2, mô đun tổng biến dạng là 300 kG/cm2. Dựa vào mặt cắt ĐCCT ta thấy cấu trúc lỗ khoan K1 có đặc điểm địa tầng biến đổi mạnh, gần khu nhà A nhất cho nên khi tính toán ta chọn cấu trúc địa chất của lỗ khoan K1 làm cấu trúc địa chất điển hình. 2.1.1. Chọn loại vật liệu và kết cấu cọc Căn cứ vào điều kiện ĐCCT và kết cấu công trình 190 T/trụ ở đây ta dùng cọc ma sát, cấu tạo bằng bê tông cốt thép đúc sẵn, tiết diện 35´35cm, chiều dài mỗi đoạn 6m, bêtông Mác 300#, cốt thép dọc chịu lực là 4 thanh thép f18, loại thép CT-5, cốt thép đai loại f6 thép trơn, với khoảng cách 5-10 cm ở hai đầu và 15-20 cm ở đoạn giữa. Các cọc nối với nhau bằng bản thép dày và được hàn bằng điện. 2.1.2. Chọn độ sâu đặt đài cọc chiều dài cọc Bê tông làm đài Mác 300#, ta chọn đài cọc là đài thấp, chiều sâu đặt đài là h = 1,5m. Bề dày của đài là 1,0m, đầu cọc ngàm vào đài là 0,5m. Sử dụng 6 cọc bê tông cốt thép nối với nhau có tổng chiều dài là 24m. Vậy chiều dài cọc còn lại là 23,5m và tổng độ sâu từ mặt đài đến mũi cọc là L =25m. Với cách chọn trên thì mũi cọc cắm vào lớp cát hạt trung là 1,6m. 2.1.3. Xác định sức chịu tải tính toán của cọc 2.1.3.1. Xác định sức chịu tải theo vật liệu làm cọc Đối với cọc bê tông cốt thép, sức chịu tải của cọc được tính toán theo công thức sau: Pvl = k.m.(Rbt.Fbt +Rct.Fct) (2-1) Trong đó: Pvl: Sức chịu tải tính toán của cọc theo vật liệu làm cọc (T) m : Hệ số điều kiện làm việc, thường lấy m = 0,85 Rbt : Cường độ kháng nén giới hạn của bê tông, Rbt= 40%mac bê tông =( 40%).300 = 120 (kG/cm2 ) = 1200 (T/m2) Rct : Cường độ kháng nén giới hạn của cốt thép, Rct=30000(T/m2) Fbt : Diện tích tiết diện ngang của bê tông (m2) Fbt = Fc-Fct = 0,1225 – 1.10-3 = 0,1215 (m2) Fct: Diện tích tiết diện phần cốt thép (m2) Fct = 4.π.r2 = 4.3,14.0.092 = 1.10-3 (m2) Fc: Diện tích tiết diện ngang của cọc (m2) Fc= 0,35.0,35 = 0,1225 (m2) k: Hệ số chịu uốn dọc trục, phụ thuộc vào tải trọng ngang và mô men tải trọng thẳng đứng lấy k=1 Thay các giá trị vào công thức (2-1) ta có: Pvl = 0,85.1.(1200. 0,1215 + 30000. 1.10-3) =149,43(T) 2.1.3.2. Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền Theo quy phạm sức chịu tải đối với cọc ma sát chịu nén được xác định theo công thức: (2-2) Trong đó: m: Hệ số điều kiện làm việc, lấy theo bảng (2-1) 1 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc, lấy theo bảng (2-2) 2 : Hệ số kể đến ma sát giữa đất và cọc, trong trường hợp cọc nhồi lấy theo bảng (2-3) còn các trường hợp khác lấy2=1 3 : Hệ số ảnh hưởng của việc mở rộng chân cọc đến sức chịu tải của nền đất ở mũi cọc, được xác định theo bảng (2-4) U : Chu vi tiết diện ngang của cọc, U = 4.0,35 =1,4 (m) li : Chiều dày của lớp đất thứ i mà cọc xuyên qua (m), bảng (2-6) n : Số lớp đất trong phạm vi chiều dài cọc, n=6 : Lực ma sát giới hạn đơn vị trung bình của mỗi lớp đất mà cọc xuyên qua; (T/m2), xác định theo bảng (2-5) Fc : Diện tích tiết diện ngang của cọc. : Cường độ của nền đất dưới mũi cọc (T/m2). Với cát hạt trung có chiều sâu đóng cọc từ mặt đất là L =25m, ta lấy = 500 (T/m2), theo bảng(2-7) Bảng 2-1: Xác định hệ số m Loại đài cọc Số lượng cọc trong đài 1-5 6-10 11-20 >20 Đài cao 0,8 0,85 0,9 1,0 Đài thấp 0,85 0,9 1,0 1,0 Bảng 2-2: Xác định hệ số Loại cọc Hạbằng búa thường Hạ bằng xói nước Hạ bằng máy chấn động khi lớp đất tại mũi cọc là Cát Cát pha Sét pha Sét Cọc thường 1,0 0,9 1,1 0,9 0,7 0,6 Cọc ống 0,9 - 1,0 0,9 0,7 0,6 Cọc ống 0,9 - 0,9 0,9 0,6 0,6 Bảng 2-3: Xác định hệ số Tỷ số giữa đường kính chân mở và đường kính cọc Loại đất Cát Cát pha Sét pha Sét 1,0 1,00 1,00 1,00 1,00 1,5 0,95 0,85 0,75 1,00 2,0 0,90 0,80 0,65 0,50 2,5 0,85 0,75 0,50 0,40 3,0 0,80 0,6 0,40 0,30 Bảng 2-4: Xác định hệ số Phương pháp tạo lỗ cho cọc Đất cát Sét pha, cát pha, sét Đóng cọc dẫn bịt đầu không xói và không lấy đất bên trong nhưng trên có sỏi 0,7 0,6 Khoan lỗ rỗng và đúc thân cọc tại chỗ, đóng 0,7 0,5 Khoan lỗ dẫn hướng để ống cọc với đường kính lỗ khoan 0,6 0,5 Nhỏ hơn đường kính hay cạnh của cọc 5cm 0,7 0,6 Lớn hơn đường kính hay cạnh của cọc 5cm 0,5 0,4 Bằng đường kính hay cạnh của cọc là 5cm 0,5 0,5 Bảng 2-5: Xác định lực ma sát giới hạn đơn vị Độ sâu trung bình lớp đất (m) Cát và cát pha (*) Sét pha và sét có độ sệt Is Cọc xoắn cọc khoan Hạt to và vừa Hạt nhỏ Hạt bụi 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 >0,6 1 3,5 2,3 1,5 3,5 2,3 1,5 1,2 0,5 0,2 0,8 2 4,2 3,0 2,0 4,2 3,0 2,0 1,7 0,7 0,3 1,1 3 4,8 3,5 2,5 4,8 3,5 2,5 2,0 0,8 0,4 1,3 4 5,3 3,8 2,7 5,3 3,8 2,7 2,2 0,9 0,5 1,4 5 5,6 4,0 2,9 5,6 4,0 2,9 2,4 1,0 0,6 1,5 7 6,0 4,3 3,2 6,0 4,3 3,2 2,5 1,1 0,7 1,6 10 6,5 4,6 3,4 6,5 4,6 3,4 2,6 1,2 0,8 1,7 15 7,2 5,1 3,8 7,2 5,1 3,8 2,8 1,4 1,0 1,8 20 7,9 5,6 4,1 7,9 5,6 4,1 3,0 1,6 1,2 2,0 25 8,6 6,1 4,4 8,6 6,1 4,4 3,2 1,8 - 2,2 30 9,3 6,6 4,7 9,3 6,6 4,7 3,4 2,0 - 2,4 35 10,0 7,0 5,0 10,0 7,1 5,0 3,6 2,2 - 2,6 (*) Khi đóng bằng phương pháp xói phải nhân với hệ số 0,9 Bảng 2- 6: Lực ma sát trung bình theo loại đất Tên lớp Độsâu trung bình lớp đất (m) Zi=h+li/2 (m) Chiều dày mỗi lớp mà cọc đi qua - li (m) Is τ.li 2 2,63 2,2 0,37 2,67 5,874 3 5,75 4,1 0,64 0,66 2,706 4 13,9 12,2 0,983 -0,5 -6,100 5 21,7 3,4 1,096 1,27 4,318 6 24,3 1,6 8,50 13,600 Tổng 23,5 32,598 Bảng 2-7: Xác định cường độ tiêu chuẩn đất nền dưới mũi cọc Chiều sâu đóng cọc kể từ mặt đất(m) Cường độ tiêu chuẩn Đối với đất cát có độ chặt trung bình Cát sỏi Cát to - Cát vừa Cát nhỏ Cát bụi - Đối với đất sét có độ chỉ số sệt Is ≤ 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 4 5 7 10 15 20 25 30 35 820 880 950 1050 1170 1260 1340 1420 1500 530 560 600 680 750 820 880 940 1000 380 400 430 490 560 620 680 740 800 280 300 320 350 400 450 500 550 600 180 190 210 240 280 310 340 370 400 120 130 140 150 160 170 180 190 200 70 80 85 90 100 110 120 130 140 (*) Đối với cát và cát pha chặt trị số trong bảng được tăng 30%. Tra bảng và thay vào công thức (2-2) ta được: Pđn = 0,7.0,85.(1,1.1.1,4.32,598 + 0,7.0,1225.500) = 55,38 (T) Sau khi tính sức chịu tải theo hai cách ta thấyPvl > 2Pđn vì vậy ta sử dụng tải trọng tính toán Ptt = Pđn = 55,38 (T) 2.1.4. Xác định số lượng cọc và bố trí cọc vào trong đài 2.1.4.1. Xác định kích thước đài cọc, số lượng cọc trong đài a. Xác định kích thước đài cọc áp lực giả định tác dụng lên đáy đài do phản lực đầu cọc gây ra là : бtb= Ptt(3d)2 (2-3) Theo quy phạm, khoảng cách giữa các cọc đài 3d ≤ C ≤ 6d trong trường hợp này ta chọn C =4d Trong đó: бtb: áp lực tác dụng lên đáy đài Ptt : Sức chịu tải tính toán của cọc Ptt = 55,38 (T) d : Kích thước cọc, d =0,3 m Thay số vào công thức (2 - 3) ta có: бtb = 55,38(3.0,35)2 = 50,23 (T/m2) Diện tích đáy đài sơ bộ được tính như sau: Fd = Ptcбtb- γtb.h (2- 4) Trong đó: Fd : Diện tích của đáy đài (m2) Ptc : Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên đỉnh đài (T) Ptc = 190(T ) γdaitb: Khối lượng thể tích trung bình của vật liệu làm đài và đất đắp lên đài, lấy: γdaitb= γm.β = 2,0(T/m3) h: Chiều sâu đáy đài tính từ mặt đất đến đáy đài, h=1,5m Thay số vào công thức (2- 4) ta có: Fd = 19050,23-2,0.1,5 = 4,02 (m2) Chọn đài có dạng hình vuông và có cạnh là 2,0m x 2,0m b. Xác định số lượng cọc trong đài Số lượng cọc trong đài được tính sơ bộ như sau: (2-5) Trong đó: n: Số lượng cọc trong đài Ptt: Sức chịu tải tính toán của cọc Ptt = 55,38 (T ) : Hệ số kinh nghiệm kể đến ảnh hưởng của tải trọng ngang và mômen, lấy =1 : Tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên đáy đài (kể cả trọng lượng đài cọc) = Ptc + G Trong đó: Ptc : Tải trọng tính toán tác dụng lên đài cọc, Ptc= 190(T ) Gd : Trọng lượng của đài cọc Gd = γdaitb.h.Fd = 2,0.1,5.4,0 = 12,0(T) Vậy = 190+12 = 202 (T) Thay số vào công thức (2-5) ta được: n =1.20255,38 = 3,65 cọc Ta chọn n ≥ 3,65, => chọn n = 4 cọc. 2.1.4.2. Bố trí cọc vào đài Cọc được bố trí vào đài theo hình vuông như hình vẽ 2-1. Cọc được ép đến độ sâu thiết kế là 25m, đảm bảo điều kiện này khoảng cách 2 tâm cọc gần nhất được chọn bằng 4d = 1,4 m. Mép ngoài cùng của cọc đến mép đài chọn bằng 10cm. cm 200 35cm 10 cm 35cm Hình 2-1 : Sơ đồ bố trí cọc vào đài 2.1.5. Kiểm tra tải trọng tác dụng lên đài. Điều kiện kiểm tra : PO max =≤ Pđn Trong đó: Ntc : Tổng tải trọng tiêu chuẩn tác dung lên đài, Ntc =190 T; n : Số cọc trong đài, n= 4 cọc; G : Trọng lượng đài cọc và phần đất trên đài,tính theo công thức : G= n.Fđ.gtb.h = 1,1.4,02.2,0.1.5 = 13,266 (T) P0 max = 190+13,2664 =50,92 ( T) Ta thấy: PO max=50,93 (T )≤ Pđn= 55,38 (T) ; Vậy điều kiên lực tác dụng lên cọc được thỏa mãn. 2.1.6. Kiểm tra cường độ của đất nền dưới mũi cọc Trị số trung bình của góc ma sát trong: = ( 2-6) Trong đó : : Góc ma sát tiêu chuẩn trung bình của các lớp đất mà cọc xuyên qua, độ Sli : Tổng chiều dày các lớp đất mà cọc xuyên qua, m li : Chiều dày các lớp đất cọc xuyên qua, m Ta lập được bảng sau: Tên lớp (độ) li(m) 2 13.34 2,2 29,35 3 7.38 4,1 30,26 4 4.14 12,2 50,51 5 16.31 3,4 55,45 6 31.58 1,6 50,53 Tổng 23,5 216,1 Từ bảng trên thay số vào (2-6) ta được : jtctb = 216,123,5= 9,20 (độ) = 9°12¢ Ta xác định kích thước móng khối quy ước theo sơ đồ hình 2-2. h = 1,5m a 2 1 A A B B 2 1 L= 25m Ptc Hình 2-2: Sơ đồ xác định kích thước móng khối quy ước. Góc mở của móng khối quy ước xác định theo công thức: a = = 9,204 = 2,3 ( độ ) = 2°18¢ (2-7) Để xác định ứng suất tác dụng lên móng ta dùng công thức sau: бtb =∑PFqu < Rtc (2-8) Trong đó: Fqư = (A1 + 2.∑li.tg)(B1 + 2.∑li tg) Với A1,B1: Khoảng cách hai mép ngoài của cọc ngoài cùng trong đài cọc A1 = B1 =1,8 m Fqư = (1,8 +2.23,5.tg2018’)2 = 13,60 m2 ∑P = Ptc+Gđ+Gc+Gcđ Trong đó: Ptc: Tải trọng tiêu chuẩn, Ptc= 190 (T) Gđ: Trọng lượng của đài, Gđ = γdaitb.Fd.h = 2,0.4,0.1,5 = 12,0 (T) Gc: Trọng lượng của cọc, Gc = γbt.Fc.∑li = 2,5.0.1225.23,5 = 7,19 (T) Gcđ: Tải trọng toàn bộ cột đất tính cho Fqư , Gcđ = Fqư.∑li.γdattb Với Fqư = 13,60 m2 ∑li = 23,5 m γdattb = i=16γi.hi∑li = 1,89.2,2+1,82.4,1+1,52.12,2+1,77.3,4+1,8.1,623,5 = 1,66 (T/m3) Có: Gcđ = 13,60.23,5.1,66 = 530,54 (T) Suy ra : ∑P = Ptc+Gđ+Gc+Gcđ = 190+12,0+7,19+530,54 = 739,73(T) Vậy ứng suất tác dụng lên móng là: Thay số vào công thức (2-8) ta được: бtb = 739,7313,60= 54,39(T/m2) áp dụng công thức tính Rtc Rtc =m.(A.Bqư + B.Hqư)gdattb+ c.D (2-9) Trong đó: m : Hệ số điều kiện làm việc, lấy m =1 c : Lực dính kết của lớp đất dưới đáy móng khối quy ước, lớp này là lớp cát hạt trung nên lấy c = 0 A, B, D : Các hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào góc ma sát trong của lớp đất dưới đáy móng quy ước. Với j = 35°00¢, tra bảng ta có: A = 1,68 ;B = 7,73 ; D = 9,59 Bqư =A1 , Hqư : Chiều rộng và chiều sâu của móng khối quy ước Bqư = 1,8+2.(tg2018’.23,5) = 3,69m; Hqư = 25,0m; gdattb = 1,66 T/m3. Thay số vào công thức (2-9) ta được: Rtc = 1.(1,68.3,69.1,8+7,73.25,0.1,66) +0.9,59 = 331,95(T/m2) Ta thấy: бtb = 54,39 (T/m2) < Rtc =331,95 (T/m2). Kết luận: Thỏa mãn điều kiện, như vậy đất nền dưới mũi cọc ổn định về sức chịu tải. Vậy nền ổn định về cường độ chịu tải. 2.1.7. Kiểm tra cường độ đài cọc Để tránh khả năng chọc thủng của cọc đối với đài cọc, thì việc thiết kế đài cọc phải thoả mãn điều kiện sau : τ = P0U.h2 < [τ] Trong đó : U : Chu vi của cọc, U = 0,35 .4 = 1,4 m h2: Bề dày của bê tông chống chọc thủng đài của cọc h2 = h-0,5 = 1,5-0,5 = 1,0 m : Cường độ kháng cắt giới hạn của bê tông, =, Với mác bêtông 300 thì Rn =120 kG/cm2 = 1200 T/m2 nên = T/m2 P0: Lực tác dụng lên cọc hay phản lực của nền đất lên cọc, P0 = 49,78 (T) = 49,78 1,0.1,4 = 35,56 T/m2 < 110 T/m2` Kết luận : Vậy đài cọc không bị chọc thủng và làm việc bình thường. 2.2. Vấn đề ổn định về biến dạng của đất nền Sau khi xây dựng móng khối quy ước, ta coi móng khối quy ước như móng nông trên nền đất thiên nhiên để tính lún. Khi đó kết quả tính toán kiểm tra phải thoả mãn điều kiện: S < [ Sgh] Với công trình nhà dân dụng và công nghiệp ta tra được [Sgh] =8 cm Để tính độ lún cuối cùng của móng cọc tôi sử dụng phương pháp phân tầng lấy tổng. Giả sử nền đất dưới mũi cọc là cát hạt trung màu xám đen trạng thái chặt vừa, do giai đoạn khảo sát sơ bộ thì các lỗ khoan chưa khoan xuống sâu hơn 25m được, vì thế khi khảo sát địa chất công trình phục vụ cho giai đoạn thiết kế kỹ thuật công tác khoan thăm dò được tiến hành sâu hơn. Theo phương pháp này đất dưới đáy móng được chia thành các lớp phân tố bề dày mỗi lớp là hi = 0,25.A1= 0,25.Bqư = 0,5m Độ lún của móng được xác định theo công thức: Trong đó : b : Hệ số tra bảng, đối với đất cát lấy b = 0,8 Eo: Mô đun tổng biến dạng của lớp đất thứ i Tính để vẽ biểu đồ phân bố ứng suất phụ thêm và tính ứng suất bản thân của đất để từ đó xây dựng vùng hoạt động nén ép: = K0.Pgl Trong đó : Pgl = бtb - gdattb.Hqư = 50,23 - 25.1,66 = 8,73(T/m2) K0 : Hệ số không thứ nguyên, tra bảng và phụ thuộc vào l/b và z/b, được tính toán dưới bảng sau: Hqư : Chiều sâu móng khối quy ước, Hqư=25m Ta lập được bảng tính toán sau: Điểm tính Zi(m) l/b z/b K0 szi = K0. Pgl (T/m2) (T/m2) 0 0 1 0 1 8,73 41,5 1 0,5 1 0,28 0,974 8,50 42,4 2 1 1 0,56 0,912 7.96 43,3 3 1,5 1 0,83 0,808 7,05 44,2 4 2 1 1,11 0,787 6,87 45,1 5 2,5 1 1,38 0,559 4,88 46,0 Ta thấy tại độ sâu Zi = 2,5 m thì szi < 0,2.sbt hay 7,28 < 0,2.46,0 = 9,2 Do vậy vùng hoạt động nén ép của móng khối quy ước là hs = 2,5 m tính từ mũi cọc trở xuống. 8,73 8,50 7,96 7,05 6,87 4,88 41,5 42,4 43,3 45,1 46,0 44,2 0 0,5 1 1,5 2 2,5 x (m) P tc Hình 2-3. Sơ đồ vùng hoạt động nén ép của móng khối quy ước Độ lún cuối cùng là: S = 0,83000 0,5.(8,73/2+8,50+7,96+7,05+6,78+4,88/2) = 0,005 (m) = 0,5(cm) < [Sgh] = 8cm Vậy độ lún của móng thoả mãn điều kiện. 2.3. Vấn đề nước chảy vào hố móng Trong khu vực xây dựng, nước dưới đất nằm nông, mực nước cách mặt đất từ 0,5m đến 0,8m có thể gây khó khăn cho việc khai đào hố móng và khi thi công đặc biệt là vào mùa mưa. Vì vậy cần chú ý để có biện pháp xử lý vấn đề nước chảy vào hố móng một cách hợp lý. Chương 3: Thiết kế phương án khảo sát địa chất công trình 3.1. Luận chứng nhiệm vụ thiết kế. 3.1.1. Kết quả khảo sát địa chất công trình ở giai đoạn khảo sát sơ bộ. Công tác khảo sát trên toàn bộ khu xây dựng đã tiến hành khoan 5 lỗ khoan với tổng chiều dài 125m, lấy và thí nghiệm được 12 mẫu đất. Từ đó phân chia địa tầng của khu vực xây dựng thành 6 lớp và xác định được mặt cắt địa chất công trình cũng như đặc điểm địa hình địa mạo, điều kiện địa chất thuỷ văn - công trình của khu xây dựng. Từ những kết quả khảo sát, ta sơ bộ tính toán đánh giá điều kiện địa chất công trình và đưa ra giải pháp móng hợp lý cho công trình. Tuy nhiên kết quả khảo sát ở giai đoạn này còn tồn tại một số mặt sau: Số lượng lỗ khoan còn ít, chưa đủ để xác định chính xác địa tầng Chưa có mẫu nước để xác định thành phần hoá học của nước và đánh giá tác động ăn mòn đối với bê tông Công tác thí nghiệm ngoài trời còn thiếu nhiều, làm giảm độ chính xác của các tài liệu đặc trưng cho tính chất địa chất công trình của đất đá Yêu cầu đặt ra cho công tác khảo sát địa chất công trình trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật và thiết kế thi công cần phải tiến hành một số công tác sau: Công tác thu thập tài liệu Công tác trắc địa Công tác khoan thăm dò Công tác lấy mẫu thí nghiệm Công tác thí nghiệm trong phòng Công tác thí nghiệm ngoài trời Công tác chỉnh lý tài liệu và viết báo cáo 3.1.2. Nhiệm vụ của công tác khảo sát địa chất công trình ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật. Để giải quyết những tồn tại ở giai đoạn thiết kế cơ sở , nhiệm vụ của giai đoạn thiết kế kỹ thuật là: Xác định chính xác địa tầng tại vị trí móng của công trình xây dựng, lấy mẫu các lớp đất đầy đủ hơn để thí nghiệm, xác định các đặc trưng cơ lý của các lớp đất, các giá trị tiêu chuẩn và các giá trị tính toán của chỉ tiêu cơ lý đất nền, đưa ra giải pháp móng thích hợp đảm bảo sự ổn định của công trình. Lấy mẫu nước thí nghiệm và phân tích thành phần hoá học của nước, đánh giá tác động ăn mòn đối với bê tông. Kết quả của công tác này là đưa ra được mặt cắt chuẩn cho khu nhà xây dựng và bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất đá trong phạm vi xây dựng công trình. Ngoài ra ở giai đoạn này phải tiến hành các dạng công tác thí nghiệm ngoài trời để có được những thông tin chính xác nhất về đất nền. 3.2. Nội dung khối lượng và phương pháp tiến hành các dạng công tác khảo sát địa chất công trình. 3.2.1. Thu thập tài liệu, viết phương án 3.2.1.1. Mục đích Công tác thu thập tài liệu nhằm mục đích thu thập các kết quả khảo sát ở giai đoạn trước, tận dụng để giảm bớt khối lượng công tác khảo sát ở giai đoạn tới. Hơn nữa công tác thu thập tài liệu là cơ sở quan trọng để đưa ra những phương án thiết kế khảo sát địa chất công trình, chỉnh lý tài liệu khảo sát, đưa ra những tài liệu khảo sát địa chất công trình mới chính xác cụ thể, rút ngắn thời gian chỉnh lý, giảm được khối lượng khoan thăm dò. 3.2.1.2. Nội dung và khối lượng tài liệu thu thập Nội dung: - Thu thập tài liệu về địa lý tự nhiên, dân cư, kinh tế, giao thông của khu nghiên cứu - Thu thập tài liệu về địa chất, địa hình, địa mạo và địa chất thuỷ văn của khu nghiên cứu - Thu thập tài liệu về khoan thăm dò, tài liệu thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm ngoài trời đã tiến hành ở giai đoạn trước tại khu xây dựng công trình - Thu thập báo cáo địa chất công trình ở giai đoạn khảo sát trước của khu xây dựng và khu lân cận - Cùng với sự thu thập tài liệu cần có sự đánh giá, phân tích và chọn lọc tài liệu, căn cứ vào đó để làm cơ sở rút ra khối lượng công tác cần làm ở giai đoạn này. Khối lượng tài liệu thu thập được: - Bản vẽ mặt bằng quy hoạch và bố trí hố khoan - Mặt cắt địa chất công trình -Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất nền khu xây dựng công trình - Bản đồ địa chất khu xây dựng 3.2.2. Công tác trắc địa 3.2.2.1. Mục đích Công tác trắc địa nhằm mục đích đưa các điểm khảo sát từ mặt bằng bố trí công trình thăm dò vào thực địa, xác định toạ độ các công trình thăm dò và đưa các công trình thăm dò từ thực địa lên bản đồ. 3.2.2.2. Khối lượng công tác trắc địa Đưa các điểm bố trí từ sơ đồ ra thực địa bằng máy kinh vĩ với các mốc trắc địa đã có. 3.2.2.3. Phương pháp tiến hành - Xác định toạ độ Giả sử có hai điểm A, B là các mốc trắc địa quốc gia ở khu vực khảo sát có toạ độ , và điểm C cần xác định. Bằng phương pháp đồ giải ta tính được toạ độ điểm C trên sơ đồ, khoảng cách giữa điểm C và điểm khống chế A, B đã chọn. Để chuyển vị trí ra ngoài thực địa ta dùng phương pháp toạ độ cực. Tiến hành đặt máy kinh vĩ tại A(B) quay về B(A), Sau đó quay đi một góc , dùng thước thép đo đoạn B đến C có độ dài là S2. Như vậy vị trí điểm C trên sơ đồ đã được xác định ngoài thực địa. XC = XB + S2 . Cos a3 YC = YB + S2 . Sin a3 Trong đó: - Tọa độ điểm B - Góc tạo bởi BC với trục hoành OX - Khoảng cách từ điểm mốc B tới điểm khảo sát C - Xác định độ cao: Để xác định độ cao của điểm thăm dò người ta dùng phương pháp đo cao lượng giác. Đặt máy thuỷ bình từ điểm gốc A, đặt mia tại điểm thăm dò C, đo chiều cao của máy. Từ điểm A ngắm về C và đọc vị trí số đọc t (t là chiều cao từ mặt đất tại điểm C đến số đọc trên mia). Cao độ của điểm thăm dò được xác định theo công thức: Trong đó: - Độ cao điểm mốc đã biết - Chênh cao giữa mốc và điểm thăm dò C Tương tự xác định được độ cao của tất cả các điểm khảo sát. S2 x y a2 a2 a1 a3 A B C S1 Hình 3-1: Sơ đồ xác định toạ độ điểm C 3.2.3. Công tác khoan thăm dò 3.2.3.1. Mục đích. Công tác khoan thăm dò là một trong những công tác rất quan trọng trong khảo sát địa chất công trình. Công tác khoan thăm dò cho kết quả có tính quyết định chính xác đến chất lượng và giá thành phương án thi công. Công tác này còn thực hiện nhiệm vụ tìm hiểu địa chất công trình từ đó dự báo các vấn đề địa chất công trình có thể xảy ra trong quá trình thi công và sử dụng công trình. Cụ thể, với mục đích xác định chính xác phạm vi phân bố địa tầng, chiều dày đất đá và sự biến đổi của đất đá trong phạm vi xây dựng công trình. Ngoài ra công tác thăm dò còn nhằm mục đích xác định điều kiện địa chất thuỷ văn, chiều sâu mực nước ngầm, các tầng chứa nước. Kết hợp với công tác thí nghiệm ngoài trời, công tác lấy mẫu đất đá để xác định tính chất cơ lý, lấy mẫu nước để xác định thành phần hoá học, đánh giá khả năng ăn mòn với bê tông. 3.2.3.2. Nguyên tắc bố trí mạng lưới, chiều sâu hố khoan Để nâng cao hiệu quả của công tác khảo sát, khi bố trí mạng lưới thăm dò cần phải dựa vào một số cơ sở sau: - Dựa vào sự chỉ đạo của công tác đo vẽ địa chất công trình và thăm dò địa vật lý nếu công trình có thiết kế dạng công tác này. - Các công trình thăm dò bố trí cần phải kết hợp nhiều mục đích khác nhau. - Trường hợp cần khống chế khoảng cách thì nên bố trí các công trình thăm dò thưa đều. - Mỗi đơn nguyên địa mạo cần phải có ít nhất 1 - 2 điểm thăm dò - Khoảng cách các công trình thăm dò phải bảo đảm vẽ được mặt cắt địa chất công trình hoàn chỉnh nhất. - Khi có sự phát triển của các quá trình và hiện tượng địa chất cần bố trí một số điểm thăm dò khống chế để tìm hiểu quy luật phát triển và xác định ảnh hưởng hiện tại và về sau của nó đến thiết kế, xây dựng, sử dụng công trình. - Trên phần quan trọng của công trình cần bố trí mật độ các điểm thăm dò dày hơn. 3.2.3.3. Khối lượng công trình thăm dò Trên toàn bộ vùng khảo sát với kích thước 210 x 150 m ở giai đoạn khảo sát sơ bộ, số lượng lỗ khoan được bố trí là 5, chiều sâu thăm dò của các lỗ khoan đến 25 m. Với số lượng lỗ khoan trong giai đoạn khảo sát sơ bộ (khu nhà B) vẫn chưa cho thấy hết toàn bộ đặc điểm điều kiện địa chất công trình của khu nhà. Vì vậy trong các giai đoạn tiếp theo cần bố trí thêm các lỗ khoan nhằm tìm hiểu kỹ hơn tài liệu phục vụ cho giai đoạn sau. Với diện tích khu nhà B là 48 x 48m bố trí thêm 4 lỗ khoan là: (hình vẽ mặt bằng) K01 - Lỗ khoan này cách lỗ khoan K1 đoạn 25m K02 - Lỗ khoan này cách lỗ khoan K1 đoạn 40m K03 - Lỗ khoan này cách lỗ khoan K1 đoạn 45m K04 - Lỗ khoan này cách lỗ khoan K1 đoạn 60m Vị trí các lỗ khoan được thể hiện trên sơ đồ mặt bằng. Chiều sâu mỗi lỗ khoan là 30m. Với chiều sâu dự kiến trên, tổng số mét khoan của công trình ở giai đoạn này là 120m. 3.2.3.4. Chọn phương pháp khoan và máy khoan Chọn phương pháp khoan: Căn cứ vào chiều sâu hố khoan, cấu trúc địa chất, thành phần đất đá cùng với việc đảm bảo công tác thí nghiệm và các thí nghiệm ngoài trời được tốt hơn, ta chọn phương pháp khoan rửa lấy mẫu bằng máy khoan XJ –100 của Trung Quốc, dung dịch bơm rửa là dung dịch sét Bentonite. Với việc sử dụng loại máy khoan này có thể đạt được năng suất cao và giá thành rẻ. Các đặc tính kỹ thuật của máy khoan: STT Tên thiết bị Đặc tính kỹ thuật 1 Chiều sâu khoan tối đa 100m 2 Đường kính khoan 914196mm 3 Khả năng bơm rửa 100m 4 Dây cáp , dài 25430m 5 Cần khoan , dài 1m, 2m, 3m, 5m 6 Tháp khoan Tháp khoan 3 chân cao 7m, dùng để nâng hạ bộ dụng cụ 7 Mũi khoan Hợp kim , dài 0,5m 8 Tời khoan Có sức nâng 7 tấn 9 Tạ đóng Khối lượng 63,5 kg 10 ống chống , dài từ 2 đến 3m dùng để chống thành lỗ khoan 11 ống mẫu , , dài 0,8m dùng để lấy mẫu nguyên dạng 12 Gọng ô và vica Dùng để tháo cần, mũi cần 13 Khoá cần Dùng để giữ cần và tháo lắp cần 14 Khoá mỏ vịt Dùng để kẹp cần khoan khi nâng hạ 15 Khoá xích Dùng để tháo ống mẫu, ống chống 3.2.3.5. Cấu trúc hố khoan điển hình Dựa vào đặc điểm địa tầng, chiều sâu hố khoan đã thiết kế, có thể đưa ra cấu trúc điển hình của một lỗ khoan K01 thể hiện trên hình 3-2 Hình 3-2: Cấu trúc lỗ khoan K01 điển hình 3.2.3.6. Kỹ thuật thi công khoan Trước khi khoan phải tiến hành công tác chuẩn bị: Xác định chính xác vị trí hố khoan, làm nền phẳng để lắp ráp máy khoan, chuẩn bị đầy đủ các dụng cụ, kiểm tra mức độ an toàn của các bộ phận máy khoan, dựng tháp khoan chắc chắn tâm tháp phải thẳng đứng với trục khoan. Sau công tác chuẩn bị đã hoàn tất, tiến hành lắp ráp dụng cụ và kiểm tra rồi mới tiến hành công tác khoan. Trình tự khoan và các yêu cầu kỹ thuật khoan: Trước tiên dùng mũi khoan đường kính khoan mở lỗ, khoan đến chiều sâu đặt ống chống, tiến hành hạ ống chống có , sau đó khoan đường kính đến hết chiều sâu thiết kế. Trong quá trình khoan giữ cho trục lỗ khoan phải luôn vuông góc với mặt phẳng nằm ngang, khi tiến độ khoan đến độ sâu cần lấy mẫu thì dừng khoan tiến hành bơm rửa sạch đáy hố khoan, lắp đặt thiết bị lấy mẫu và thí nghiệm. 3.2.3.7. Yêu cầu theo dõi và mô tả khoan Theo dõi khoan: Trong quá trình khoan phải theo dõi chính xác chiều sâu khoan, tốc độ khoan, dung dịch khoan, sự biến đổi địa tầng, xác định vị trí mực nước ngầm và mực nước ổn định, theo dõi công tác lấy mẫu và thí nghiệm ngoài trời. Mô tả khoan: Mô tả chính xác chiều sâu khoan, chiều dày lớp, vị trí lấy mẫu. Mô tả mẫu đất, thành phần đất đá, đặc điểm màu sắc, trạng thái, tính chất và các đặc trưng khác, sơ bộ gọi tên đất và phân chia địa tầng lớp đất. 3.2.3.8. Đề phòng sự cố và an toàn lao động Trước khi thi công phải kiểm tra lại toàn bộ các thiết bị, giữ khoảng cách an toàn giữa các thiết bị và khoảng cách an toàn đối với công tác khoan. Khi khoan, người tiến hành công tác khoan phải trang bị đầy đủ các dụng cụ bảo hộ lao động (mũ bảo hiểm, găng tay, ủng). Chú ý theo dõi khoan để phát hiện kịp thời và xử lý chính xác khi có sự cố bất thường xảy ra. Mẫu nhật ký mẫu khoan được ghi chép như sau: Đơn vị khảo sát:.................................................... Tên công trình: Tên lỗ khoan: Loại dụng cụ lấy mẫu: Vị trí: Cao độ miệng lỗ khoan: Độ sâu thiết kế: Mực nước ngầm: Ngày khởi công: Ngày kết thúc: Người chép: Người kiểm tra: 3.2.3.9. Chỉnh lý tài liệu khoan Chỉnh lý mô tả từ trên xuống dưới chính xác và chi tiết tỷ lệ yêu cầu. Trên cơ sở đó, xác định chiều sâu mặt lớp, đáy lớp, thành phần thạch học của từng lớp sau đó lập mặt cắt lỗ khoan chính xác. 3.2.4. Công tác lấy mẫu 3.2.4.1. Mẫu lưu trữ Mục đích: Các mẫu đất đá lưu trữ được lấy để lưu trữ địa tầng hố khoan hay hố đào. Mẫu lưu trữ được sử dụng để đối chiếu hoặc so sánh trong quá trình chỉnh lý tài liệu và viết báo cáo khảo sát địa chất công trình và là tài liệu trực tiếp làm căn cứ nghiệm thu công tác khoan cũng như kiểm tra khi cần thiết. Theo “Tiêu chuẩn về khảo sát và đo đạc xây dựng”, TCN 259 : 2000, mỗi lớp đất phải lấy ít nhất một mẫu lưu trữ. Mẫu lưu trữ phải đại diện cho đoạn lấy mẫu. Với đất dính thường 0,75m lấy một mẫu và ghi chép cụ thể độ sâu lấy mẫu. Đối với đất rời mỗi hiệp khoan lấy một mẫu và ghi theo khoảng độ sâu của hiệp khoan. Mẫu lưu trữ được lấy với khối lượng tương ứng với kích thước 5 x 5 x 4cm. Số lượng mẫu dự kiến lấy được thể hiện trong bảng 4-1 Bảng 4-1 Tên lớp Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 Lớp 6 Lỗ khoan K01 3 3 2 2 3 K02 3 3 1 3 2 K03 2 2 2 3 2 K04 1 1 2 2 3 Tổng số mẫu dự kiến là: 45 3.2.4.2. Mẫu đất đá thí nghiệm - Mẫu nguyên trạng: + Mục đích: Mẫu được lấy để xác định các chỉ tiêu cơ lý, thường lấy mẫu có kích thước , . + Khoảng cách lấy mẫu có thể lấy theo kinh nghiệm, tuy nhiên vẫn phải đảm bảo đúng nguyên tắc. + Số lượng mẫu trong một đơn nguyên địa chất công trình phải đủ để chỉnh lý tài liệu phục vụ cho công tác thiết kế. Khoảng cách lấy mẫu từ 1-1,5m và lấy so le trong các lỗ khoan. Theo TCVN: 45-78 quy định mỗi đơn nguyên địa chất công trình phải lấy ít nhất là 6 mẫu, nhiều nhất là 30 mẫu. Theo TCXD 112 : 1984, trong quá trình khoan, các mẫu đất nguyên trạng được lấy như sau: - Từ 1 - 2 mẫu cho lớp đất có bề dày nhỏ hơn 5m - Từ 2 - 3 mẫu cho lớp đất có bề dày từ 5 -10m - Từ 3 - 4 mẫu cho lớp đất có bề dày từ 10 - 15m cho đến hết độ sâu khảo sát. + Phương pháp lấy mẫu và bảo quản: Khi khoan đến chiều sâu dự kiến lấy mẫu, làm sạch đáy và thả bộ dụng cụ lấy mẫu xuống. Mẫu nguyên dạng được lấy bằng cách đóng hoặc ép toàn bộ dụng cụ lấy mẫu sâu vào đất. Chiều sâu đóng hoặc ép bộ dụng cụ lấy mẫu cần được tính toán cho phù hợp, tránh các trường hợp mẫu bị ép chặt hay thiếu mẫu, thường tiến hành đóng và ép bộ dụng cụ lấy mẫu vào đất khoảng 25 - 30cm thì bẻ mẫu và lấy mẫu lên cho vào hộp đựng mẫu. Đặt vào đầu trên của mẫu một thẻ mẫu và dán ở ngoài một thẻ mẫu khác. Mẫu lấy lên được bọc lót cẩn thận và cho vào hộp rồi vận chuyển về phòng thí nghiệm. Chú ý không để mẫu quá nửa tháng. Số lượng mẫu dự kiến lấy được thể hiện trong bảng 4-2 Bảng 4 - 2 Tên lớp Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 Lớp 6 Lỗ khoan K01 1 1 1 2 1 K02 1 1 1 2 1 K03 2 2 1 3 1 K04 2 3 1 1 2 Tổng số mẫu dự kiến là 30 - Mẫu không nguyên trạng: + Mục đích: Mẫu lấy để xác định thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý. Mẫu không nguyên trạng thường được lấy đối với đất rời (đất loại cát) mà ta không thể tiến hành lấy mẫu nguyên trạng được. + Khoảng cách lấy mẫu và số lượng mẫu: Mẫu được lấy trong các lỗ khoan với khoảng cách từ 2 đến 3m lấy một mẫu. Số lượng mẫu dự kiến lấy được thể hiện trong bảng 4-3 Bảng 4 - 3 Tên lớp Lớp 6 Lỗ khoan K01 2 K02 1 K03 1 K04 2 Tổng số mẫu dự kiến là 6 + Cách tiến hành lấy mẫu: Mẫu được lấy trong ống thí nghiệm SPT hoặc lấy bằng ống múc. Khi lấy lên cho vào túi nilon dày, buộc kín kèm theo thẻ mẫu với nội dung như đối với mẫu nguyên trạng. Mẫu được bảo quản và vận chuyển về phòng thí nghiệm. 3.2.4.3. Mẫu nước Mẫu nước được lấy dùng để xác định thành phần hoá học và đánh giá khả năng ăn mòn đối với bê tông và vật liệu xây dựng. Mẫu được lấy vào chai dung tích 1 lít. Mỗi mẫu lấy 2 chai, trước khi lấy mẫu nước vào chai cần phải rửa chai bằng HCl loãng, sau đó rửa lại bằng chính nước ở lỗ khoan 3 lần. Chú ý mỗi chai phải cho thêm vào đó 5 gam CaCO3 để cố định hàm lượng CO2 trong đó. Bịt chặt và dán thẻ mẫu, bảo quản và chuyển về phòng thí nghiệm. Nội dung thẻ mẫu: Tên công trình:.................................................... Tên lỗ khoan:....................................................... Chiều sâu lấy mẫu:............................................... Ngày lấy mẫu:...................................................... Lượng chất lấy thêm vào mẫu:.............................. Nhiệt độ của lớp đất lấy mẫu:............................... Người lấy mẫu:..................................................... Tổng số mẫu lấy dự kiến là 2 mẫu. 3.2.5. Công tác thí nghiệm trong phòng 3.2.5.1. Mục đích Công tác thí nghiệm trong phòng nhằm xác định thành phần hạt, các chỉ tiêu cơ lý của đất đá, đồng thời phân tích thành phần hoá học và các tính chất vật lý của nước dưới đất. Trên cơ sở đó giúp ta đánh giá chính xác khả năng ăn mòn bê tông, điều kiện địa chất công trình khu xây dựng. Giúp cho việc thiết kế tính toán công trình, đưa ra giải pháp khắc phục những điều kiện địa chất công trình bất lợi. 3.2.5.2. Phương pháp tiến hành - Mẫu đất nguyên dạng: Theo TCVN: 4195 - 4202 ban hành năm 1995 của bộ xây dựng cần xác định các chỉ tiêu cơ lý sau: + Các chỉ tiêu cơ lý thí nghiệm trực tiếp: STT Các chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Phương pháp xác định 1 Thành phần hạt % Xác định bằng phương pháp tỷ trọng kế đối với đất loại sét, phương pháp rây đối với đất loại cát. 2 Độ ẩm tự nhiên W Xác định bằng phương pháp sấy khô ở nhiệt độ 105oC đến khối lượng không đổi. 3 Khối lượng riêng gs g/cm3 Xác định bằng bình tỷ trọng 4 Khối lượng thể tích tự nhiên w Xác định bằng phương pháp dao vòng. 5 Độ ẩm giới hạn chảy % Xác định bằng phương pháp Valiep. 6 Độ ẩm giới hạn dẻo Xác định bằng phương pháp lăn. 7 Hệ số nén lún cm2/kG Xác định bằng phương pháp nén 1 trục trong điều kiện không nở hông. 8 Lực dính kết C kG/cm2 Xác định bằng phương pháp cắt phẳng 9 Góc ma sát trong Độ + Các chỉ tiêu cơ lý tính toán: STT Các chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Công thức tính 1 Độ lỗ rỗng n % 2 Hệ số rỗng eo 3 Hệ số bão hoà G % 4 Chỉ số dẻo Ip 5 Độ sệt IS 6 Mô đun tổng biến dạng Eo kG/cm2 7 Sức chịu tải quy ước Ro - Mẫu không nguyên trạng: Với mẫu không nguyên trạng chỉ tiến hành các thí nghiệm xác định thành phần hạt, giới hạn chảy, giới hạn dẻo của đất loại sét, góc nghỉ tự nhiên của đất loại cát. - Mẫu nước: Tiến hành các thí nghiệm đơn giản nhằm xác định các thành phần ion trong nước: + Cation: Ca2+, Mg2+, Fe2+, Fe3+, (Na+, K+), NH4+ + Anion: HCO3-, Cl-, SO42-, NO3- và một số ion phụ khác Ngoài ra còn phân tích các tính chất vật lý của nước, cũng như hàm lượng CO2 ăn mòn có trong nước. 3.2.6. Thí nghiệm ngoài trời Để thu được những tài liệu gần thực tế hơn, nhằm đảm bảo tính nguyên trạng của các lớp đất đá và cung cấp những số liệu cho thiết kế. Trong giai đoạn này công tác thí nghiệm ngoài trời sử dụng là: Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) 3.2.6.1. Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) 3.2.6.1.1. Mục đích Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn được tiến hành đồng thời cùng với công tác khoan thăm dò nhằm phân chia địa tầng một cách chi tiết, xác định độ chặt của đất loại cát, trạng thái của đất loại sét, xác định được một số đặc trưng cơ lý của đất đá, xác định vị trí lớp đất đặt mũi cọc và tính toán khả năng chịu tải của cọc cũng như thiết kế móng nông. 3.2.6.1.2. Nguyên tắc và khối lượng thí nghiệm Theo quy phạm Việt Nam thì với khoảng 2m khoan ta tiến hành thí nghiệm SPT một lần đối với đất mềm dính và 2 - 4 m đối với đất rời. Do đó trong giai đoạn khảo sát thiết kế kỹ thuật, lập bản vẽ thi công, thí nghiệm SPT được tiến hành trong tất cả các lỗ khoan. Khối lượng tiến hành thí nghiệm SPT được trình bày trong bảng sau: Ký hiệu lỗ khoan Khoảng cách dự kiến cho mỗi lần đóng (m) Số lần đóng K01 2 15 K02 2 15 K03 2 15 K04 2 15 3.2.6.1.3. Thiết bị thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) gồm các bộ phận : - Cần xuyên - Đe, cần định hướng - Búa và cơ cấu nâng thả búa : búa có trọng lượng 63,5kg (160found), chiều cao rơi tự do 76,2cm - Thí nghiêm xuyên tiêu chuẩn bao giờ cũng tiến hành sau khi lấy mẫu nguyên dạng, - Mũi xuyên (ống xuyên) : có tổng chiều dài 813mm, trong đó chiều dài phần chứa mẫu là 635mm, đường kính ngoài 51mm, đường kính trong 35mm, cấu tạo chẻ đôi để có thể lấy mẫu đất đá ra dễ dàng, phần trên ống có lỗ thoát nước và khí, đầu dưới vát nhọn để cắt đất (Hình vẽ) Sơ đồ cấu tạo ống xuyên tiêu chuẩn 3.2.6.1.4. Trình tự thí nghiệm Được tiến hành trong hố khoan khi khoan đến độ sâu cần thí nghiệm, tiến hành làm sạch hố khoan và thả bộ dụng cụ xuống vị trí cần thí nghiệm. Đóng liên tục 3 hiệp để đưa mũi xuyên vào đất. Mỗi hiệp ống xuyên đi vào đất 15cm, xác định số búa đóng của mỗi hiệp. Tổng số búa để ống mẫu đi xuyên vào đất 30cm của hai hiệp sau cùng chính là đại lượng xuyên tiêu chuẩn N30. Chỉnh lý tài liệu theo tiêu chuẩn Kết quả thí nghịêm cho phép xác định N30 là số búa để mũi xuyên đi vào đất 30cm. Thực tế người ta thấy rằng, giá trị xuyên tiêu chuẩn phụ thuộc vào cả chiều sâu xuyên cũng như chiều sâu phân bố của mực nước ngầm trong đất cát, khi đó giá trị Ntc thực sự của đất được xác định theo công thức sau: Ntc = N30.k Trong đó: N’ : Số búa xác định được khi đóng k : Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào độ sâu được xác định theo bảng sau Độ sâu (m) 0 -5 5 - 10 10 -15 15 -20 20 - 25 K 1 0,8 0,6 0,5 0,45 Sau khi xác định được số búa, tiến hành xác định độ chặt của đất cát và trạng thái của đất loại sét theo bảng sau: Xác định độ chặt của đất loại cát Số búa N30 Độ chặt tương đối của cát 1 - 4 Rất rời 4 - 10 Rời 10 - 30 Chặt vừa 30 - 50 Chặt > 50 Rất chặt Xác định trạng thái của đất loại sét Số búa N30 Trạng thái 1 - 2 Chảy 2 -4 Dẻo chảy 4 - 8 Dẻo mềm 8 - 15 Dẻo cứng 15 - 30 Nửa cứng > 30 Cứng Xác định ranh giới giữa các lớp đất đá : Kết quả xuyên tiêu chuẩn cho phép xác định ranh giới các lớp đất đá, theo chiều sâu thí nghiệm bằng cách lập biểu đồ quan hệ giữa giá trị xuyên tiêu chuẩn với chiều sâu thí nghiệm. Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) 3.2.6.2.1. Mục đích Thông qua sức kháng xuyên đầu mũi qC , ma sát thành đơn vị fc. - Phân chia chi tiết địa tầng thành các lớp đất có chất lượng xây dựng khác nhau, đánh giá mức độ đồng nhất của đất nền - Đánh giá được độ chặt của đất loại cát, trạng thái của đất loại sét - Xác định được một số đặc trưng về độ bền và biến dạng của đất nền - Cho phép xác định được chiều sâu đặt lớp đặt mũi cọc. Tài liệu xuyên tĩnh thường được sử dụng để tính toán sức chịu tải của cọc. 3.2.6.2.2 Nguyên tắc và vị trí thí nghiệm Nguyên tắc bố trí phải xen kẽ các lỗ khoan tạo thành mạng lưới, khoảng cách xuyên phải đều nhau. Phụ thuộc vào mức độ phức tạp của điều kiện ĐCCT, đặc điểm quy mô tải trọng và giai đọan khảo sát trước. Các điểm xuyên tĩnh cũng được bố trí ở những vị trí, những điểm đặc biệt, như góc công trình và những vị trí chịu tải 3.2.6.2.3. Khối lượng thí nghiệm Căn cứ vào công trình trên tôi bố trí 2 hố xuyên như sau: HX1 - Hố xuyên này cách lỗ khoan K1 đoạn 30m HX2 - Hố xuyên này cách lỗ khoan K1 đoạn 50m Chiều sâu mỗi hố xuyên là 30m. Vị trí các hố xuyên được bố trí trên sơ đồ mặt bằng 3.2.6.2.4. Sơ đồ thí nghiệm Ta chọn loại máy xuyên Gouda (xuyên máy) của Hà Lan : Những bộ phận chủ yếu gồm : - Mũi xuyên có góc ở đỉnh 600, đường kính đáy mũi côn 35,7mm, diện tích tiết diện ngang là 10cm2, tiết diện pittông 20cm2 Mũi xuyên ống đo ma sát - Cần xuyên thường có đường kính gần bằng mũi xuyên 35,7mm - Đường kính cần trong 14mm - Đường kính lỗ trong của cần 16mm - Chiều dài cần trong và cần ngoài 1000mm. - Tiết diện ống đo ma sát 150 cm2 - Đồng hồ đo áp lực loại 0 - 600kG/cm2 - Cơ cấu truyền lực dùng kích thủy lực - Đối tải là neo Sơ đồ thí nghiệm xuyên tĩnh Mũi xuyên Cần xuyên Kích thủy lực Đồng hồ đo áp lực Trụ định hướng Thanh trượt Tời Neo đối tải 3.2.6.2.5. Tiến hành thí nghiệm Lắp đặt thiết bị xuyên đúng vị trí, đưa mũi xuyên đến độ sâu thí nghiệm tiến hành thí nghiệm bằng cách tăng áp lực xuyên lên đầu cần xuyên, xuyên vào trong lòng đất với tốc độ khoảng 2cm/s. Độ sâu xuyên có thể đo trực tiếp trên cần hoặc tự ghi. Đo liên tục các thông số xuyên từ trên xuống, theo dõi đồng hồ đo áp lực. Sức kháng xuyên của đất được đo với khoảng cách 20cm/ lần. Yêu cầu quá trình thí nghiệm phải liên tục, chỉ cho phép được dừng xuyên khi nối cần. Đối với loại xuyên hiện đại như PVS của Pháp thì kết quả xuyên được đo liên tục bằng máy ghi tự động. 3.2.6.2.6. Chỉnh lý tài liệu thí nghiệm Kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh có thể xác định được các thông số : Sức kháng xuyên đầu mũi; ma sát thành đơn vị + Sức kháng xuyên đầu mũi: Là sức kháng xuyên của đất tác dụng lên mũi xuyên, được xác định bằng tỷ số giữa lực tác dụng lên mũi côn và diện tích tiết diện đáy mũi : qC = QcFc Trong đó : QC : Lực tác dụng của kích lên đáy mũi xuyên, kG FC : Diện tích tiết diện đáy mũi xuyên, cm2 qC : Sức kháng xuyên đơn vị, kG/cm2 + Ma sát thành đơn vị: Là sức kháng của đất tác dụng lên bề mặt của ống đo ma sát, được xác định bằng tỷ số giữa lực tác dụng lên bề mặt ống đo ma sát QS và diện tích bề mặt ống đo FS fS = QSFS Trong đó : QS : Lực tác dụng lên áo đo ma sát, kG FS : Diện tích bề mặt ống đo ma sát, cm2 - Đối với xuyên Gouda loại mũi di động, khi thí nghiệm ta đọc được hai số đọc : - Số đọc lần một là áp lực ấn mũi xuyên, X - Số đọc lần hai là sức kháng xuyên đầu mũi và ma sát thành đơn vị, Y Khi đó : qC = X fS = 2.(Y-X)15 3.2.7. Chỉnh lý tài liệu, viết báo cáo 3.2.7.1. Mục đích Công tác chỉnh lý tài liệu và viết báo cáo nhằm hệ thống hoá, đánh giá toàn bộ công tác khảo sát địa chất công trình trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật và lập bản vẽ thi công. Đồng thời làm sáng tỏ và phát hiện những điều bất hợp lý, để có biện pháp bổ sung kịp thời. Từ đó, tổng hợp lập báo cáo đánh giá điều kiện địa chất công trình của khu vực khảo sát. 3.2.7.2. Nội dung chỉnh lý - Chỉnh lý tài liệu khoan: Chỉnh lý nhật ký khoan, lập các hình trụ hố khoan, kiểm tra mô tả và theo dõi - Chỉnh lý tài liệu xuyên tiêu chuẩn (SPT) và xuyên tĩnh (CPT): Kiểm tra tài liệu xuyên tiêu chuẩn, xuyên tĩnh theo các tiêu chuẩn khảo sát xây dựng - Chỉnh lý tài liệu thí nghiệm trong phòng: Tiến hành chỉnh lý tài liệu theo những tiêu chuẩn hiện hành, kết hợp với các tài liệu khác lập bảng chỉ tiêu cơ lý của đất nền và đưa ra các giá trị tính toán, giá trị tiêu chuẩn của từng lớp - Đối với mẫu nước: Tiến hành thí nghiệm phân tích thành phần hoá học, độ tổng khoáng hoá (TDS), độ pH, từ đó đưa ra tên nước, đồng thời đánh giá khả năng ăn mòn của nước đối với bê tông và vật liệu xây dựng - Kết luận và kiến nghị. 3.2.7.3. Nôi dung báo cáo địa chất công trình Từ kết quả chỉnh lý tài liệu, tiến hành viết báo cáo địa chất công trình cho giai đoạn thiết kế kỹ thuật thi công với nội dung như sau: Mở đầu Khối lượng công tác hoàn thành Những tồn tại cần giải quyết Đặc điểm điều kiện địa chất công trình Đặc điểm vị trí, địa hình, địa mạo của khu nghiên cứu Địa tầng và các đặc trưng cơ lý của đất nền Đặc điểm địa chất thuỷ văn Kết luận và kiến nghị Kèm theo báo cáo có các phụ lục sau: 1. Sơ đồ bố trí các công trình thăm dò 2. Mặt cắt địa chất công trình đặc trưng cho vị trí xây dựng 3. Mặt bằng bố trí các lỗ khoan 4. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất nền KếT LUậN Sau một thời gian làm việc tích cực và khẩn trương, cùng với sự hướng dẫn của Thầy Dương Văn Bình và sự giúp đỡ các bạn trong lớp, các thầy cô trong bộ môn Địa chất công trình tới nay đồ án của em đã hoàn thành đúng thời hạn quy định. Qua quá trình thực hiện đồ án này em đã có thể củng cố được rất nhiều kiến thức đã được học trong thời gian qua. Đồng thời nâng cao trình độ chuyên môn để giải quyết nhiều vấn đề còn chưa được sáng tỏ trong thời gian nghiên cứu lý thuyết. Nắm được những công việc của các giai đoạn khảo sát thiết kế kỹ thuật phục vụ cho xây dựng công trình, các phương pháp đánh giá điều kiện ĐCCT cho từng công trình cụ thể. Từ đó đưa ra giải pháp móng hợp lý cho công trình làm việc ổn định và kinh tế nhất. Trong quá trình làm đồ án, mặc dù đã rất cố gắng cùng với sự hướng dẫn tận tình của Thầy Dương Văn Bình và sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn nhưng em vẫn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn sinh viên. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2011 Sinh viên: Trần Văn Thuyên Lớp ĐCCT - ĐKT A K52 Phụ lục Phụ lục 1: Cường độ tiêu chuẩn của bêtông Cường độ tiêu chuẩn Cường độ tiêu chuẩn ứng với mác thiêt kế về nền 150 200 250 300 350 400 500 600 Nén, KG/cm2 85 112 140 167 193 220 260 310 Kéo, KG/cm2 9.5 11.5 13 15 16.5 18 20 22 Phụ lục 2: Cường độ tính toán gốc của bêtông Loại cường độ tính toán Giá trị cường độ (KG/cm2) theo mác bêtông và nền 150 200 250 300 350 400 500 600 Nén 65 80 110 130 155 170 215 250 Kéo 6 7.5 8.8 10 11 12 13.4 14.5 Phụ lục 3: Cường độ tiêu chuẩn, cường độ tính toán và mô đun đàn hồi của một số loại nhóm thép Nhóm cốt thép Cường độ tiêu chuân Rac KG/cm2 Cường độ tính toán, KG/cm2 Mô đun đàn hồi Ea KG/cm2 Về kéo Ra Về nén R’a Tính cốt ngang Rađ I 2400 2300 2300 1800 2100000 A-II 3000 2800 2800 2200 2100000 A-III 4000 3600 3600 2800 2100000 A-IV 6000 5000 3600 4000 2000000 A-V 8000 6400 ------- ----- 1900000 Nhóm cốt thép Đường kính mm Giới hạn chảy KG/cm2 Giới hạn bền KG/cm2 Độ giãn dài cực hạn, % C - I 6 - 40 2200 3800 25 C - II 10 - 40 3000 5000 19 C - III 6 - 40 4000 6000 14 C -IV 10 - 32 6000 9000 6 Phụ lục 4: Bảng giá rị các hệ số A, B, C Trị số tiêu chuẩn của góc ma sát trong (độ) A B D 0 0.00 1.00 3.14 2 0.03 1.12 3.32 4 0.06 1.25 3.51 6 0.10 1.39 3.71 8 0.14 1.55 3.93 10 0.18 1.73 4.17 12 0.23 1.94 4.42 14 0.26 2.17 4.69 16 0.29 2.43 5.0 18 0.43 2.72 5.13 20 0.51 3.06 5.66 22 0.61 3.44 6.04 24 0.72 3.87 6.45 26 0.84 4.37 6.90 28 0.98 4.93 7.40 30 1.15 5.59 7.95 32 1.34 6.35 8.55 34 1.55 7.21 9.21 36 1.81 8.25 9.98 38 2.11 9.41 10.80 40 2.46 10.84 11.73 42 2.87 12.50 12.77 44 3.37 14.48 13.96 45 3.66 15.64 14.61 Tài liệu tham khảo 1. PGS.TS .Tạ Đức Thịnh, PGS.TS. Nguyễn Huy Phương: Giáo trình cơ học đất. Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội 2002. 2. PGS.TS. Tạ Đức Thịnh: Bài giảng nền và móng, Hà Nội 2008. 3. PGS.TS. Đỗ Minh Toàn: Giáo trình đất đá xây dựng, Hà Nội 2003 4. PGS.TS. Lê Trọng Thắng: Các phương pháp nghiên cứu và khảo sát địa chất công trình. Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội 2003. 5. TCXD: 45 -1978. Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình. Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội 2002. 6. TCVN: 4195 - 4202 ban hành năm 1995 của bộ xây dựng cần xác định các chỉ tiêu cơ lý thí nghiệm trực tiếp và chỉ tiêu tính toán.