Tài liệu Gải pháp móng top base

  • Số trang: 84 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 543 |
  • Lượt tải: 33
tranvantruong

Đã đăng 3224 tài liệu

Mô tả:

gải pháp móng top_base
-0- LỜI CẢM ƠN Học đi đôi với hành, lý thuyết gắn liền với thực tế là phương châm giáo dục và đào tạo của Khoa Kỹ Thuật Công Trình nói riêng và Trường Đại Học Lạc Hồng nói chung. Được sự quan tâm của Khoa và Nhà trường chúng em đã được tham gia nghiên cứu khoa học, đây là một chương trình thường niên mang tính thực tiễn cao, là hoạt động tích cực giúp cho sinh viên củng cố lại kiến thức đã học đồng thời tìm hiểu sâu rộng hơn về những vấn đề tiêu biểu, độc đáo liên quan đến chuyên môn; đồng thời cũng là một sân chơi trí tuệ nhằm giúp cho sinh viên phát huy khả năng khoa học, óc sáng tạo để nhận thức chính xác, bao quát hơn về chuyên môn, tìm tòi ra những điều mới có khả năng áp dụng vào thực tiễn mang lại một hiệu quả cao cho một hoặc nhiều lĩnh vực, có ích cho nền Khoa học kỹ thuật nước nhà. Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa và Nhà trường đã tạo điều kiện cho chúng em tham gia chương trình này. Đây cũng là điều chúng em luôn phấn đấu để đạt được trong hơn bốn năm học qua. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Nguyễn Ngọc Phúc đã trực tiếp hướng dẫn chúng em thực hiện đề tài. Kiến thức chuyên môn uyên bác và sự tận tình của thầy là yếu tố quan trọng nhất giúp chúng em hoàn thành đề tài đồng thời học tập thêm được rất nhiều về kiến thức chuyên môn. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Khánh Hùng- Phó khoa Kỹ thuật công trình; thầy Trương Văn Tài- giáo viên phụ trách phòng thí nghiệm khoa Kỹ thuật công trình đã giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình thực hiện các thí nghiệm và xây dựng mô hình thực nghiệm phục vụ cho đề tài. Chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn luôn quan tâm, giúp đỡ và động viên chúng em trọng cuộc sống cũng như trong công việc. Với kiến thức chuyên môn còn hạn chế và cơ sở vật chất còn thiếu thốn nên trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những sai sót, rất mong quí thầy cô thông cảm. -1- Kính chúc quí thầy cô sức khỏe. Chúc chương trình Nghiên cứu khoa học sinh viên lần thứ 15 của khoa Kỹ thuật công trình nói riêng và Trường đại học Lạc Hồng nói chung đạt kết quả cao và thành công tốt đẹp. Biên Hòa_tháng 11 năm 2010. Nhóm nghiên cứu. -2- MỤC LỤC Phần mở đầu Chương 1: Tổng quan về giải pháp nền móng Top -base đã ứng dụng trong và ngoài nước. 1.1 Giới thiệu chung về móng Top-base 1.1.1 Hình dạng và kích thước của topblock 1.1.2 Phương pháp xây dựng Top-base 1.2 Phạm vi ứng dụng và đặc điểm cơ lý của phương pháp Top-base 1.2.1 Phạm vi áp dụng top-base 1.2.2 Đặc điểm cơ lý của phương pháp Top-base 1.3 Phương pháp tính toán thiết kế 1.3.1 Ước lượng thông số ứng suất bằng giá trị N 1.3.2 Tính toán khả năng chịu tải của nền ban đầu 1.3.3 Thiết kế nền Top-base 1.4 Thi công và nghiệm thu Top-base 1.4.1 Công tác đào đất 1.4.2 Công tác lắp đặt Topblock 1.4.3 Đổ bê tông tại chỗ 1.4.4 Chèn đá dăm 1.4.5 Liên kết khóa đỉnh các khối phễu 1.4.6 Qui trình thử tải 1.5 Giới thiệu một số công trình đã thi công tại Việt Nam Kết luận Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán 2.1 Phân tích sự làm việc của nền Top-base trên một phân tố 2.1.1 Mô tả 2.1.2 Xây dựng lời giải tích 2.2 Phân tích sự làm việc của toàn nền Top-base 2.2.1 Trường hợp thiết kế một lớp topblock 2.2.2 Trường hợp thiết kế hai lớp topblock 2.3 Đề xuất qui trình tính toán Chương 3: So sánh sự làm việc móng Top-base và móng không đặt Top-base trên phần mềm plaxis. 3.1 Số liệu khai báo trong plaxis 3.2 Chuyển vị của trường hợp đặt móng Top-base 3.2.1 Cấp tải 1: 0.125 kg/cm2 Trang 1 2 3 4 5 6 11 12 12 20 21 22 23 24 26 27 30 32 32 34 36 38 38 -3- 3.2.2 Cấp tải 2: 0.25 kg/cm2 2 3.2.3 Cấp tải 3: 0.5 kg/cm 3.3 Chuyển vị của trường hợp không đặt móng Top-base 39 39 3.3.1 Cấp tải 1: 0,125 kg/cm2 41 3.3.2 Cấp tải 2: 0,25 kg/cm2 42 3.3.3 Cấp tải 3: 0,5 kg/cm2 3.4 So sánh móng Top-base và móng không đặt Top-base 3.4.1 Chuyển vị 3.4.2 Mô đun biến dạng 3.4.3 Biểu đồ thể hiện quan hệ chuyển vị và áp lực 3.4.4 Biểu đồ thể hiện quan hệ mô đun và áp lực Chương 4. Xây dựng mô hình thực nghiệm tỉ lệ 4.1 Thí nghiệm kiểm tra chỉ tiêu cơ lý hạt cát 4.1.1 Thí nghiệm thành phần hạt trong cát 4.1.2 Thí nghiệm độ ẩm của cát (W) 4.1.3 Thí nghiệm sức chống cắt của cát 4.1.4 Thí nghiệm nén cố kết của cát 4.2 Xây dựng mô hình thực nghiệm 4.2.1 Dụng cụ thí nghiệm 4.2.2 Quy cách dụng cụ và vật liệu thí nghiệm 4.2.3 Tiến hành xây dựng mô hình thực tế 4.3 Số liệu theo dõi trong quá trình làm mô hình thực nghiệm 4.3.1 Trường hợp móng Top-base 4.3.2 Trường hợp móng không đặt Top-base 4.4 Tính sức chịu tải và độ lún cho mô hình thực nghiệm bằng lý thuyết tính toán 4.4.1 Xác định hệ số giảm tải qua nền Top-base mô hình 4.4.2 Xác định sức chịu tải của nền 4.4.3 Xác định độ lún Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục Phụ lục 1 Phụ lục 2 43 45 45 45 45 46 49 49 53 56 56 57 69 69 72 72 73 76 77 78 78 79 -1- PHẦN MỞ ĐẦU Nhu cầu xây dựng các công trình cơ sở hạ tầng của nước ta ngày càng lớn, đặc biệt tại các vùng đồng bằng, nơi có nền đất đặc trưng đa dạng, phức tạp và tương đối yếu. Trước đây chúng ta thường tốn rất nhiều thời gian và chi phí để xử lí nền đất trước khi xây dựng một công trình. Và việc sử dụng nhiều hoá chất và các vật liệu xây dựng được làm từ các nguyên liệu thiên nhiên đã ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường sinh thái. Đây là lí do thôi thúc nhóm nghiên cứu bắt tay vào đề tài TOP-BASE được coi là mới tại Việt Nam. Qua khảo sát thực tế, nhóm nghiên cứu thấy việc gia cố nền đất để xây dựng các công trình trên nền đất yếu tại Việt Nam còn phải sử dụng các phương pháp gia cố nền như: đóng cọc tre, cọc tràm, cọc bê tông... sâu xuống lòng đất sẽ làm cho nguồn nước bị ô nhiễm. Chính từ nhận định này, nhóm đã tập trung nghiên cứu phương pháp TOP-BASE đã được ứng dụng ở Nhật và Hàn Quốc cho hàng nghìn công trình, nhiều chung cư cao 17- 20 tầng, thậm chí cao đến 30 tầng đã được xây dựng trên nền móng Top-Base mà không cần dùng cọc. Khi xảy ra động đất, các công trình trên nền Top-Base ít bị hư hại, trong khi các công trình bên cạnh đó bị hư hại nhiều hơn (trích báo cáo khảo sát về thiệt hại sau trận động đất năm 1995 tại KoBeNhật Bản.) “ Nguồn: www.diendanxaydung.com “[5]. Top-Base quá trình lún cố kết kết thúc nhanh (khoảng 100 ngày sau khi chất đủ tải) do đó, khi thi công xong phần thân nhà thì móng Top-Base đã kết thúc quá trình lún. Móng Top-Base đã được triển khai ở Việt Nam từ năm 2008. Đến nay đã có trên 10 công trình ở Hà Nội, Hải Phòng, Hưng Yên, Thanh Hóa, Quảng Ninh, Tp. Hồ Chí Minh…ứng dụng công nghệ này đạt hiệu quả tốt. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Phân tích nguyên lý làm việc và xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế nền Top-base, kiểm tra sự làm việc về mặt cơ học từ đó so sánh móng Top-base với móng nông thông thường. Để thực hiện đề tài trên nhóm đã phát triển theo ba hướng: + Lập cơ sở lý thuyết tính toán giải tích. + Xây dựng mô hình trên phần mền Plaxis. -2- + Xây dựng mô hình thực nghiệm theo tỉ lệ thu nhỏ. Chương 1: Tổng quan về giải pháp nền móng Top -base đã ứng dụng trong và ngoài nước. 1.1 Giới thiệu chung về móng Top-base: Phương pháp Top-base là phương pháp đặt các khối bê tông hình phễu trong nền đá dăm lên lớp đất yếu. Phương pháp Top-base cho thấy độ lún cố kết giảm từ 1/10 ÷ 1/2 hoặc nhiều hơn, đồng thời tăng khả năng chịu tải của nền từ 50% - 200% hoặc nhiều hơn so với nền đất ban đầu chưa được xử lý. Phương pháp Top-base có tác dụng ngăn cản chuyển vị ngang của lớp đất yếu và làm giảm khả năng giãn nở dẫn đến giảm độ lún móng công trình, và phân phối ứng suất bên dưới đáy móng đều hơn dẫn đến tăng khả năng chịu lực của nền. Do sự gia tăng dân số, sự thiếu thốn về đất nhà ở và nhu cầu sử dụng đất yếu để xây dựng công trình đã thúc đẩy các kỹ sư xây dựng tìm ra các giải pháp cải thiện các khu vực nền đất yếu phục vụ công tác xây dựng sao cho tiết kiệm chi phí vật liệu và chi phí xây dựng, phương pháp này chỉ nên dùng cải thiện nền đất bề mặt và ngay dưới bề mặt. Gần đây, một phương pháp mới đã xuất hiện đó là liên kết các khối bê tông hình phễu và đặt chúng lên trên nền đất. Các nhóm Top-block có thể được sử dụng như phương án móng nông để thay thế móng cọc. Nó được gọi là “Móng Top-base”. Thực tế cho thấy nhiều công trình xây dựng ứng dụng phương -3- pháp này đem lại hiệu quả mạnh mẽ trong việc giảm độ lún và tăng khả năng chịu lực của nền đất. Phương pháp móng cải tiến, Top-base, được sử dụng thành công nhằm cải thiện nền đất yếu trong hơn 10 năm qua tại Hàn Quốc và Nhật Bản. Có 2 loại móng Top-base: loại thứ nhất được đúc sẵn trong nhà máy, loại thứ hai là đổ bê tông tại chỗ. Mặc dù cả 2 loại móng này có đặc tính như nhau, tuy nhiên phương pháp Top-base đúc tại công trường thi công dễ dàng hơn và chi phí thấp hơn so với phương pháp Top-base đúc sẵn trong nhà máy. Vì vậy, hầu hết các kỹ sư nhận định rằng phương pháp móng Top-base đổ tại chỗ mà được phát triển và cải thiện bởi công ty Banseok TopBase Co., Ltd là phương án móng tối ưu hơn cả. “ Nguồn: www.ketcau.com “[7]. 1.1.1 Hình dạng và kích thước của top-block: vßng thÐp Ø10 50 phÇn trô nãn 200 phÇn trô nãn khu«n nhùa tæng hîp t = 5 mm phÇn cäc 200 50 phÇn mòi v¸t 200 500 135 50 50 200 500 Hình 1.1: Kích thước và hình dạng chuẩn của Top-Block Phương pháp Top-base đổ bê tông tại chỗ sử dụng các thanh thép nối các Top-block với nhau tạo thành nhóm các Top-block (nối tại vị trí giao giữa phần trụ nón và phần cọc), đổ bê tông vào Hình 1.2: Mặt cắt Top-Base -4- phễu nhựa, rải đá dăm đầm chặt, lắp dựng cốt thép nghiêng với phương ngang 450 có tác dụng phân phối lại ứng suất của tải trọng, và phần mũi vát được thiết kế đặc biệt để ngăn cản biến dạng ngang của Top-block. Đây là phương pháp thi công Top-base mới làm giảm chi phí xây dựng do tiết kiệm được thời gian thi công, đơn giản và giảm chi phí vật liệu. Hình 1.3: Mặt bằng Top-Base 1.1.2 Phương pháp xây dựng Top-base: Bước 1: Nối các phễu nhựa thành khối Bước 2: Lắp đặt các khối phễu nhựa -5- Bước 3: Đổ bê tông các phễu nhựa Bước 4: Rải và đầm đá dăm Bước 5: Lắp đặt các thanh thép nối phía trên Bước 6: Hoàn thành Móng Top-base * Ưu điểm của phương pháp Ứng dụng phương án móng Topbase có thể rút ngắn thời gian thi công móng công trình chỉ còn 1/2 và chi phí giảm chỉ còn 60% - 70% so với các phương án móng khác. Bước 7 : Thí nghiệm cường độ chịu tải 1.2 Phạm vi ứng dụng và đặc điểm cơ lý của phương pháp Top-base: 1.2.1 Phạm vi áp dụng top-base: Top-base là phương pháp gia cố nền đất để cải thiện và gia cố đất xung quanh phần đáy của kết cấu móng trên nền đất yếu, có thể được sử dụng cho bất kỳ móng công trình nào khi tải trọng từ kết cấu trên truyền xuống không quá lớn so với khả năng chịu lực cho phép của nền đất ban đầu ( không quá 2,5 đến 3,5 lần ). Phương pháp Top-base có tác dụng giảm độ lún và tăng khả năng chịu lực khi tải trọng từ kết cấu bên trên không quá lớn so với khả năng chịu tải của nền đất yếu. Kết cấu móng nông bên trên Top-base thay đổi theo quy mô công trình, điều kiện thi công xây dựng, có thể là móng đơn, móng dạng băng hoặc dạng bè do người -6- thiết kế kết cấu của công trình quyết định lựa chọn, trên cơ sở các thông tin dự báo về khả năng chịu tải của nền đất đã được gia cố. Top-base có hiệu quả đặc biệt trong việc giảm độ lún do Top-base có tác dụng phân phối ứng suất với hiệu ứng đồng vận giữa các khối bê tông được chèn đầy đá dăm. Cơ chế giảm độ lún là do khả năng ngăn chặn biến dạng ngang của nền đất nằm dưới móng bởi phần cọc phễu, đồng thời có tác dụng tăng khả năng chịu lực bằng cách ngăn chặn phá hoại cục bộ. Phương pháp này đang được áp dụng làm móng chống động đất do có hiệu ứng tương tự trên nền cát có khả năng xảy ra hiện tượng hoá lỏng nền đất dưới tác động của tải trọng động đất. Ngoài ra, người ta cho rằng hiện tượng chìm các khối bê tông chắn sóng khi sóng lặp lại là do hoá lỏng gây ra, vì thế có thể thấy rằng Top-base có tác dụng đáng kể trong việc ngăn chặn lún các khối bê tông chắn sóng. 1.2.2 Đặc điểm cơ lý của phương pháp Top-base: Hình 1.4: Đặc tính của Top-base Hình 1.5: Bánh xích dạng Top-shape của máy ủi (Hình 1.4) là biểu đồ đặc tính của Top-base: phần trụ nón của Top-block được đặt trong lớp vật liệu rời rạc (đá dăm) nằm trên nền đất yếu, phần cọc của Topblock cũng được đặt trong phần địa tầng tương tự, phần cốt thép phía trên và phía dưới có tác dụng nối các Top-block thành nhóm; vì vậy phương pháp móng Topbase trở thành hệ kết cấu móng cứng linh hoạt. -7- Bên cạnh đó, góc tiếp xúc giữa phần trụ nón của Topblock và phần đất (vật liệu rời rạc ) là 450, hình dạng tương tự như bánh xích của xe ủi đất (Hình 1.5), cấu tạo này cho phép phân tích tải trọng thẳng đứng tác dụng lên Top-base được chia thành 2 thành phần: ứng suất thẳng đứng (PV) và ứng suất theo phương ngang (PH). Điều này dẫn đến biến dạng ngang bị ngăn cản bởi lực kháng của lớp vật liệu rời rạc và phần cọc như hình 1.6. “ Nguồn: www.tadits.com “[9]. (Hình 1.6) Tóm lại, phương pháp Top-base là phương pháp cải thiện nền đất làm tăng khả năng chịu tải của nền đất và giảm độ lún do sự phân phối lại ứng suất và ngăn cản biến dạng ngang thông qua việc thiết lập nên hệ kết cấu tạo bởi lớp đá dăm và hình dạng bánh xích của phần trụ nón. Hình 1.7: Phân phối ứng suất của các loại móng khác nhau sau khi lún dài hạn (Hình 1.7) thể hiện biểu đồ phân phối ứng suất cho các loại móng khác nhau: móng bê tông và móng đá dăm có đường phân bố ứng suất không đều, móng trên nền Top-base cho kết quả đường phân bố ứng suất đồng đều, có nghĩa là móng trên nền Top-base ổn định hơn. Thực tế, Top-base làm tăng từ 1,5 ÷ 2,5 lần khả năng chịu tải của nền và làm giảm 1/2 ÷ 1/4 lần độ lún so với nền đất ban đầu. -8- Top-base không chỉ có tác dụng phân phối đều tải trọng tác dụng và độ lún, nó còn làm giảm cường độ tải trọng truyền qua lớp Top-base do sự phân phối lại ứng suất, vì vậy tải trọng tác dụng sẽ không gây ảnh hưởng đến lớp đất ở dưới sâu. -9- Hình 1.8: Biểu đồ Tải trọng-Độ lún các Hình 1.9: Ứng suất dưới đất Móng loại Móng Top-Base Hình 1.10: Phân bố ứng suất Móng Hình 1.11: Biến dạng ngang của Móng TopTop-Base Base - 10 - Hình 1.12: Chuyển vị ngang dưới Móng Top-Base Hình 1.13: Khả năng chịu tải và Độ lún của các loại Móng - 11 - 1.3 Phương pháp tính toán thiết kế: Trước hết, từ kết quả khảo sát địa chất, qua các thông số xác định được khả năng chịu tải của nền ban đầu. Từ mối quan hệ giữa khả năng chịu tải này và tải trọng thiết kế kết cấu yêu cầu, phương pháp gia cố nền được xem xét và Top-base được lựa chọn và tiến hành thiết kế một cách cụ thể. Hiện tại, việc thiết kế Top-base đang được thực hiện bằng cách sử dụng “Bảng móng áp dụng phổ biến”. Đây là phương pháp ước lượng giá trị N hoặc lực cố kết Cu của nền ban đầu và của nền Top-base từ mối quan hệ với tải kết cấu. Phụ thuộc vào nội dung thiết kế, luôn cần tính toán khả năng chịu lực của nền Top-base. Trong trường hợp này, công thức tính toán khả năng chịu lực của nền Top-base bao gồm những ký hiệu được phép hoặc công thức tính toán khả năng chịu lực đảm bảo thiết kế tương đối an toàn được sử dụng và sẽ được giải thích ở phần sau. Có thể chọn thông số ứng suất bằng phương pháp thông thường và xác định khả năng chịu lực của nền nguyên dạng bằng công thức tính khả năng chịu tải của nền theo Terzaghi. 1.3.1 Ước lượng thông số ứng suất bằng giá trị N: Trong thiết kế móng, có thể dựa trên kết quả thu được từ khảo sát địa chất chỉ là giá trị N. Và có những trường hợp không có phần giải thích phương pháp để ước lượng thông số ứng suất chỉ với giá trị N trong các hướng dẫn thiết kế khác nhau, vì thế đôi khi việc đánh giá của các kỹ sư khảo sát địa chất và các đặc tính vùng cần được xem xét đến. Trong thiết kế phương pháp Top-base, khi ước lượng thông số ứng suất dựa trên giá trị N, công thức kinh nghiệm sau được sử dụng để đưa ra thông số thiết kế an toàn: - Trong trường hợp đất cát N>5 N≤5 φ = 15N + 15 ≤ 450 φ = 150 - Trong trường hợp đất sét - 12 - N=0 (rod settle) cu = 0,3 (tf/m2) N=0 (mongen set) cu = 0,5 (tf/m2) 1≤N≤5 cu = N / 1,2 (tf/m2) N = 6; 7 cu = 5 (tf/m2) N≥8 cu = N / 1,6 (tf/m2) 1.3.2 Tính toán khả năng chịu tải của nền ban đầu: Khả năng chịu tải của nền ban đầu sẽ được tính toán theo công thức tính toán đối với khả năng chịu lực, được coi như là hướng dẫn thiết kế kết cấu. Tuy nhiên, nếu không có phần hướng dẫn hoặc tiêu chí như trên thì có thể tính được khả năng chịu lực bằng công thức tính toán khả năng chịu lực của Terzaghi. Trong trường hợp này, dạng phá hoại của nền đất yếu chưa gia cố là phá hoại do trượt cục bộ, công thức tính toán khả năng chịu tải xét đến phá hoại do trượt cục bộ được sử dụng để tính toán khả năng chịu tải của nền ban đầu. Ngoài ra, tải trọng tác dụng lên nền có thể là tải trọng ngang, tải trọng lệch tâm hoặc tải trọng lệch tâm xiên, vì thế trong các trường hợp này, khả năng chịu tải xét đến độ lệch tâm và độ nghiêng có thể không tính được. 1.3.3 Thiết kế nền Top-base Khi tải thiết kế yêu cầu lớn hơn khả năng chịu tải cho phép của nền ban đầu, Top-base đã được xem xét lựa chọn. Trong thiết kế nền Top-base, phương pháp thiết kế dựa theo tra bảng “Bảng tiêu chuẩn áp dụng Top-base” được chấp nhận phổ biến nhưng phương pháp đánh giá cùng với tính toán sẽ được yêu cầu khi cần thiết. 1.3.3.1 Phương pháp thiết kế sử dụng bảng tra tiêu chuẩn áp dụng Topbase: Bảng 1. Các tiêu chuẩn ứng dụng phổ biến của phương pháp móng Top-base Hạng Tải q(tf/m2) mục Nền q≤3 3 - Xem thêm -