Số liệu địa chất công trình tại nơi xây dựng

CHƯƠNG VII : SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH -----000----- VII.A GIỚI THIỆU ĐỊA CHẤT TẠI NƠI XÂY DỰNG A.1. MỞ ĐẦU Công tác khoan khảo sát địa chất phục vụ cho việc thiết kế kỹ thuật công trình được thực hiện với khối lượng gồm 3 hố khoan, mỗi hố sâu 40 m Tổng độ sâu đã khoan là 120 m và 69 mẫu đất nguyên dạng dùng để thăm dò địa tầng và thí nghiệm xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của đất. MẶT CẮT ĐỊA CHẤT A.2. PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT VÀ THÍ NGHIỆM ĐẤT A.2.1. Công tác khảo sát ngoài hiện trường Dụng cụ khoan: Phương pháp khoan rửa với dụng cụ gồm - Một máy khoan hiệu Acker và các trang thiết bị - Máy bơm ly tâm. - Ống thép mở lổ có đường kính trong F = 110 mm - Ống lấy mẫu là một ống vách mỏng, miệng vạt bén từ ngoài vào có đường kính trong 74 mm, dài 600 mm - Tạ nặng 63.5kg - Tầm rơi tự do 76 cm Dụng cụ xuyên tiêu chuẩn SPT - Bộ phận xuyên tiêu chuẩn SPT là một ống chẻ đôi chiều dài từ 550 mm (22’), đường kính ngoài 51 mm (2’), đường kính trong 35 mm (1’3/8). Mũi xuyên là bộ phận rời được ráp vào ống bằng răng, mũi xuyên dài 76mm (3’), miệng ống vạt bén từ ngoài vào trong có đường kính bằng đường kính ống chẻ đôi - Tạ nặng 63.5 kg (140 1b) - Tầm rơi tự do 76 cm - Hiệp đóng: 3 lần315 cm ( N là tổng số của 2 lần đóng về sau) ĐẤT DÍNH ĐẤT HẠT RỜI TRỊ SỐ CHUỲ TIÊU CHUẨN N SỨC CHỐNG NÉN ĐƠN (daN/cm2) TRẠNG THÁI TRỊ SỐ CHUỲ TIÊU CHUẨN N ĐỘ CHẶT < 2 <0.25 Rất mềm < 4 Rất bời 2 – 4 0.25 – 0.50 Mềm 4 – 10 rời 5 – 8 0.50 – 1.00 Dẻo mềm 11 –30 Bời rời 9 – 15 1.00 – 2.00 Dẻo cứng 31 – 50 Chặt vừa 16 – 30 2.00 – 4.00 Rất rắn >50 Chặt >30 > 4.00 Cứng Rất chặt A.2.2. Phương pháp thí nghiệm đất trong phòng - Các mẫu đất được thí nghiệm trong phòng theo tiêu chuẩn ASTM (American Society for Testing Material) và phân loại theo phương pháp phân loại thống nhất USCS (Unified Soil Classification System), trong mỗi mẫu đất mỗi chỉ tiêu vật lý được thí nghiệm hai lần song song, giữa hai lần không vượt quá sai số cho phép, các chỉ tiêu làm thí nghiệm như sau: - Thành phần hạt được xác định bằng phương pháp rây có rửa nước kết hợp với phương pháp tỷ trọng kế. Các đường cong thành phần hạt biểu diễn dưới dạng tích phân theo tỷ lệ nửa logarite. - Độ ẩm tự nhiên của đất W% xác định bằng cách sấy khô mẫu đất ở nhiệt độ100-105O C, cho đến khi sự tổn thất khối lượng không thay đổi. - Tỷ trọng của đất Δ xác định bằng phương pháp bình tỷ trọng . - Dung trọng tự nhiên của đất gw (g/cm3) xác định bằng phương pháp dùng dao vòng đối với những loại đất sét, sét cát, cát hạt nhỏ (nghĩa là những mẫu đất cắt được bằng dao vòng), dùng phương pháp đo trực tiếp cho những mẫu đất chứa nhiều sỏi sạn không cắt bằng dao vòng được. - Giới hạn nhão của đất Wnh(WL) được xác định bằng phương pháp tiêu chuẩn (kim hình nón). - Giới hạn dẻo của đất Wd (WP) được xác định bằng cách lăn đất thành dây. - Hệ số thấm K = cm/sec được xác định bằng hộp thấm. - Lực dính đơn vị C = daN/cm2 và góc ma sát trong w (độ) của đất được xác định bằng phương pháp cắt nhanh trực tiếp không nén chặt trước (có tải trọng không vượt quá độ bền kiến trúc của đất); dùng loại máy cắt khống chế ứng biến, sơ đồ biểu diển dưới dạng đường thẳng qua 3 điểm liên hệ giữa lực cắt t (daN/cm2) và tải trọng P tương ứng. - Hệ số nén lún của đất av (cm2/daN) được xác định bằng phương pháp nén không nở hông ở trạng thái bảo hòa nước đối với đất ở kết cấu nguyên dạng, sơ đồ biểu diển dưới dạng đường cong nén chặt giữa hệ số rỗng và tải trọng tương ứng.Trong phương pháp này giai đoạn cố kết biểu diễn theo sơ đồ Cassagrande và Taylor. - Phương pháp nén nở hông (nén đơn) xác định sức chịu tải nén đơn QU = daN/cm2 - Ngoài các chỉ tiêu làm thí nghiệm trên, các chỉ tiêu khác như: Dung trọng khô, dung trọng đẩy nổi, độ bảo hòa nước, độ rỗng, chỉ số dẻo, chỉ số độ sệt, hệ số rỗng, Module biến dạng, hệ số thấm … dùng các công thức theo tiêu chuẩn xây dựng hiện hành để tính toán. A.3. CẤU TẠO ĐỊA CHẤT A.3.1. Lớp đất đắp 1 Trên mặt là nền xi măng,xà bần và đất cát,dày 0.6m A.3.2. Lớp đất số 2 Lớp sét pha cát màu xám trắng, dày trung bình 13.4 m A.3.3. Lớp đất số 3 Lớp cát hạt trung trạng thái chặt vừa,dày11m A.3.4. Lớp đất số 4 Lớp cát lẫn bột trạng thái chặt vừa,dày 15m A.4. ĐỊA CHẤT THỦY VĂN Mực nước ngầm nằm trong lớp số 1 ở độ sâu -1.5m A.5. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CÁC LỚP ĐẤT Tính chất vật lý và cơ học của các lớp đất trong khu vực khảo sát được thống kê trong bảng “ Tính chất cơ lý các lớp đất” sau đây: VII.B. XỬ LÝ THỐNG KÊ SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT B.1. LÝ THUYẾT B.1.1. Trị số tiêu chuẩn Trị số tiêu chuẩn của tất cả các đặc trưng của đất (trừ c và j ) lấy bằng trung bình số học của các trị số riêng: Atc = = Trong đó : Ai: Trị số riêng của chỉ tiêu cần xác định. N : Số lượng trị số riêng đưa vào tập hợp thống kê Lực dính Ctc, góc ma sát jtc là các thông số của đường biểu diễn sức chống cắt giới hạn của đất, được xác định bằng phương pháp bình phương cực tiểu ctc = tgjtc = Trong đó: D = n* pi, ti : Aùp lực nén, ứng suất cắt của đất tại 1 cấp thí nghiệm B.1.2. Trị số tính toán Các chỉ tiêu độc lập khác: Att=Atc Đối với trọng lượng riêng: gtt = gtc ± Trong đó: ta: hệ số phụ thuộc xác xuất tin cậy a đã chọn và phụ thuộc vào số bậc tự do của tập hợp thống kê (n-1) tra bảng 1-1 trong sách “Tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn – Tác giả Lê Quý An”. a = 0.95 khi tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất (theo sức chịu tải) a = 0.85 khi tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ hai (theo biến dạng) s: Độ lệch quân phương của tập hợp Đối với lực dính C và góc ma sát trong j xác đinh như sau: Att =Atc ± ta * s Trong đó : ta : Giống như phần xác định g nhưng với n-2 Độ lệch quân phương được tính như sau: stgj = st * sc = st * st = B.2. XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ B.2.1. Xác định các chỉ tiêu cơ lý c, j, g 1. Lớp đất thứ nhất : 1.1. Xác định dung trọng g 1.1.1 Đối với dung trọng tự nhiên * Dung trọng tiêu chuẩn 9512 =1902 (KG/m3) n 1 1879 1902 23 529 2 1892 1902 10 100 3 1905 1902 -3 9 4 1911 1902 -9 81 5 1925 1902 -23 529 S 9512 9510 -2 1248 * Dung trọng tính toán: Độ lệch quân phương: = = 17.8 Sai số: = = 0.009 = 0.9% * Khi tính nền theo TTGH I: Ứng với n = 5-1 = 4 và a = 0.95 => ta = 2.13 gttI = gtc ± = 1902 ± = 1902 ± 0.016.96 (KG/m3) * Khi tính nền theo TTGH II : Ứng với n = 5-1 =4 và a = 0.85 => ta = 1.19 gttII = gtc ± = 1902 ± = 1902 ± 9.47 (KG/m3) 1.1.2.Đối với dung trọng ở trạng thái khô * Dung trọng tiêu chuẩn x 7578 = 1536 (KG /m3) n 1 1488 1536 48 2304 2 1520 1536 16 256 3 1541 1536 -5 25 4 1551 1536 -15 225 5 1578 1536 -42 1764 S 7678 7680 2 4574 * Dung trọng tính toán Độ lệch quân phương = = 33.6 Sai số: = = 0.0219 = 2.19% * Khi tính nền theo TTGH I: Ứng với n =5-1 = 4 và a = 0.95 =>ta =2.13 gttI = gtc ± = 1536 ± = 1536 ± 58.5 (KG/m3) * Khi tính nền theo TTGH II : Ứng với n = 5-1 = 4 và a = 0.85 => ta = 1.19 gttII = gtc ± = 1536 ± = 1536 ± 17.9 (KG/m3) 1.2. Xác định các chỉ tiêu c, j Ở đây có 3 hố khoan, có 4 lớp đất. Lớp đất thứ 1 có tất cả 5 mẫu, mỗi mẫu nén ở 3 cấp áp lực. Vậy có tất cả 3 * 5 trị số thí nghiệm ,thực hiện các tính toán phụ * Giá trị tiêu chuẩn của c, j: n pi ti pi2 ti * pi (pi*tgjtc+ ctc-ti)2 1 1 0.37 1 0.37 0.000081 2 2 0.601 4 1.202 0.000361 3 3 0.832 9 2.496 0.000841 4 1 0.371 1 0.371 0.000064 5 2 0.607 4 1.214 0.000169 6 3 0.842 9 2.526 0.000361 7 1 0.383 1 0.383 0.000016 8 2 0.623 4 1.246 0.000009 9 3 0.863 9 2.589 0.000004 10 1 0.381 1 0.381 0.000004 11 2 0.621 4 1.242 0.000001 12 3 0.861 9 2.583 0 13 1 0.394 1 0.394 0.000225 14 2 0.652 4 1.304 0.001024 15 3 0.911 9 2.733 0.0025 S 30 9.312 70 21.034 0.00566 D = 15*=15 *70 - 302 = 150 (KG /cm2) = = 0.138 (KG/cm2) Þ jtc = 13.5490 = 130 32’ * Giá trị tính toán của c, j ( KG/cm2) (KG/cm2) (KG /cm2) *Khi tính nền theo TTGH I Lấy a = 0.95 ; n-2 = 12-2 = 10 => ta = 1.81 = 0.138 ± (1.81 * 0.0142) Þ 0.0257 (daN/cm2) tg = 0.241 ± (1.81 * 0.003) Þ = 130 15’ *Khi tính nền theo TTGH II: Lấy a = 0.85 ; n-2 = 12-2 =10 => ta = 1.10 = 0.138 ± (1.10 * 0.0142) Þ 0.0156 (daN/cm2) tg = 0.241 ± 1.10* 0.003 Þ = 130 22’ 2. Lớp đất thứ hai 2.1. Xác định dung trọng g 2.1.1 Đối với dung trọng tự nhiên * Dung trọng tiêu chuẩn x 18595 = 1860 (KG/m3) n 1 1833 1860 27 729 2 1829 1860 31 961 3 1845 1860 15 225 4 1848 1860 12 144 5 1854 1860 6 36 6 1858 1860 2 4 7 1878 1860 18 324 8 1881 1860 -21 441 9 1887 1860 -27 729 10 1882 1860 -22 484 S 18595 18595 5 4077 * Dung trọng tính toán Độ lệch quân phương = = 21 Sai số: = = 0.0113 = 1.3% *Khi tính nền theo TTGH I: Ứng với n = 10-1 = 9 và a = 0.95 =>ta = 1.83 gttI = gtc ± = 1860 ± = 1860 ± 12 (KG/m3) *Khi tính nền theo TTGH II : Ứng với n = 10-1 = 9 và a = 0.85 =>ta = 1.10 gttII = gtc ± = 1860 ± = 1860 ± 7.4 (KG/m3) 2.1.2 Đối với dung trọng ở trạng thái khô * Dung trọng tiêu chuẩn x 14710 = 1471 (KG/m3) n 1 1429 1471 42 1764 2 1422 1471 49 2401 3 1448 1471 23 529 4 1453 1471 18 324 5 1460 1471 11 121 6 1468 1471 3 9 7 1499 1471 -28 784 8 1505 1471 -34 1156 9 1513 1471 -42 1764 10 1508 1471 -37 1369 S 14710 14710 5 10221 * Dung trọng tính toán Độ lệch quân phương = = 33.7 Sai số: = = 0.0229 = 2.29% *Khi tính nền theo TTGH I: Ứng với n = 10 -1 = 9 và a = 0.95 => ta = 1.83 gttI = gtc ± = 1471 ± = 1471 ± 19.5 (KG/m3) *Khi tính nền theo TTGH II : Ứng với n = 10-1 = 9 và a = 0.85 => ta = 1.10 gttII = gtc ± = 1471 ± = 1471 ± 11.6 (KG/m3) 2.2. Xác định các chỉ tiêu c, j Ở đây có 3 hố khoan, có 4 lớp đất. Lớp đất thứ 2 có tất cả 10 mẫu, mỗi mẫu nén ở 3 cấp áp lực. Vậy có tất cả 10*3 trị số thí nghiệm, thực hiện các tính toán phụ n pi ti pi2 ti * pi (pi*tgjtc+ ctc-ti)2 1 1.0 0.494 1 0.494 0.001156 2 2.0 0.965 4 1.93 0.004489 3 3.0 1.437 9 4.311 0.009801 4 1.0 0.487 1 0.487 0.001681 5 2.0 0.954 4 1.908 0.006084 6 3.0 1.420 9 4.26 0.013456 7 1.0 0.512 1 0.512 0.000256 8 2.0 0.999 4 1.998 0.001089 9 3.0 1.487 9 4.461 0.002401 10 1.0 0.521 1 0.521 0.000049 11 2.0 1.019 4 2.038 0.000169 12 3.0 1.518 9 4.554 0.000324 13 1.0 0.522 1 0.522 0.000036 14 2.0 1.020 4 2.04 0.000144 15 3.0 1.519 9 4.557 0.000289 16 1.0 0.528 1 0.528 0 17 2.0 1.032 4 2.064 0 18 3.0 1.536 9 4.608 0 19 1.0 0.546 1 0.546 0.000324 20 2.0 1.066 4 2.132 0.001156 21 3.0 1.587 9 4.761 0.002601 22 1.0 0.552 1 0.552 0.000576 23 2.0 1.078 4 2.156 0.002116 24 3.0 1.604 9 4.812 0.004624 25 1.0 0.559 1 0.559 0.000961 26 2.0 1.090 4 2.18 0.003364 27 3.0 1.622 9 4.866 0.007396 28 1.0 0.558 1 0.558 0.0009 29 2.0 1.089 4 2.178 0.003249 30 3.0 1.621 9 4.863 0.007225 S 60 30.942 140 71.956 0.075916 Giá trị tiêu chuẩn của c, j D = 30* = 30* 140 - 602 = 600 (KG/cm2) = = 0.024 (KG/cm2) tg = = (30 * 71.956 – 30.942* 60) = 0.504 Þ jtc = 26.720 = 260 43’ Giá trị tính toán của c, j = = 0.052 (KG/cm2) = 0.052 = 0.011 (KG/cm2) = 0.052* = 0.0025 (KG/cm2) Khi tính nền theo TTGH I Lấy a = 0.95 ; n-2 = 30-2 = 28 => ta = 1.7 = 0.024 ± (1.7* 0.0025) Þ 0.004 (KG/cm2) tg = 0.504 ± 1.7 * 0.011 Þ = 250 53’ Khi tính nền theo TTGH II Lấy a = 0.85 ; n-2 = 30-2 = 28 => ta = 1.05 = 0.024 ± (1.05 * 0.0025) Þ 0.0026 (KG/cm2) tg = 0.504 ± 1.05* 0.011 Þ = 260 13’ 3. Lớp đất thứ ba 3.1. Xác định dung trọng g 3.1.1. Đối với dung trọng tự nhiên * Dung trọng tiêu chuẩn 7876 = 1969 (KG/m3) n 1 1940 1969 29 841 2 1947 1969 22 484 3 1972 1969 -3 9 4 1967 1969 2 4 S 7826 7826 5 1338 * Dung trọng tính toán Độ lệch quân phương = = 21.1 Sai số = = 0.0107 = 1.07% * Khi tính nền theo TTGH I Ứng với n = 4-1 = 3 và a = 0.95 => ta = 2.35 gttI = gtc ± = 1969 = 1969 ± 24.79 (KG/m3) *Khi tính nền theo TTGH II Ứng với n = 4-1 = 3 và a = 0.85 =>ta = 1.25 gttII = gtc ± = 1969 = 1969 ± 13.19 (KG/m3) 3.1.2. Đối với dung trọng khô * Dung trọng tiêu chuẩn 6508 = 1627 (KG/m3) n 1 1605 1627 22 484 2 1613 1627 14 196 3 1649 1627 -22 484 4 1642 1627 -15 225 S 6508 6508 -1 1389 * Dung trọng tính toán Độ lệch quân phương = = 21.5 Sai số: = = 0.0132 = 1.32% * Khi tính nền theo TTGH I Ứng với n = 4 -1 = 3 và a = 0.95 => ta = 2.35 gttI = gtc ± = 1627 = 1627 ± 25.26 (KG/m3) *Khi tính nền theo TTGH II Ứng với n = 4 -1 = 3 và a = 0.85 =>ta = 1.25 gttI = gtc ± = 1627 = 1627 ± 13.44 (KG/m3) 3.2. Xác định các chỉ tiêu c, j Ở đây có 3 hố khoan, có 4 lớp đất. Lớp đất thứ 3 có tất cả 4 mẫu, mỗi mẫu nén ở 3 cấp áp lực. Vậy có tất cả 4 *3 trị số thí nghiệm ,thực hiện các tính toán phụ n pi ti pi2 ti * pi (pi*tgjtc+ ctc-ti)2 1 1.0 0.613 1 0.613 0.0002016 2 2.0 1.196 4 2.392 0.0006864 3 3.0 1.780 9 5.34 0.0013838 4 1.0 0.620 1 0.62 0.00005 5 2.0 1.209 4 2.418 0.0001742 6 3.0 1.798 9 5.394 0.0003686 7 1.0 0.640 1 0.64 0.0001638 8 2.0 1.247 4 2.494 0.000615 9 3.0 1.853 9 5.559 0.0012816 10 1.0 0.633 1 0.633 0.0000336 11 2.0 1.234 4 2.468 0.0001392 12 3.0 1.835 9 5.505 0.0003168 S 24 14.658 56 34.076 0.0054164 * Giá trị tiêu chuẩn của c, j D = 12*=12 *56-242= 96 (KG/cm2) = = 0.032 (KG/cm2) Þ jtc = 30.70 =300 45’ * Giá trị tính toán của c, j (KG/cm2) (KG/cm2) (KG/cm2) * Khi tính nền theo TTGH I: Lấy a = 0.95 ; n-2 = 12-2 = 10 => ta = 1.81 = 0.032 ± (1.81* 0.0178) Þ 0.0032 (KG/cm2) tg = 0.595 ± 1.81 * 0.008 Þ = 300 8’ * Khi tính nền theo TTGH II: Lấy a = 0.85 ; n-2 = 12-2 = 2 => ta = 1.10 = 0.032 ± (1.1* 0.0178) Þ 0.0019 (KG/cm2) tg = 0.595 ± 1.1* 0.008 Þ = 300 22’ BẢNG TỔNG HỢP CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ Trị tiêu chuẩn Trị tính toán LỚP ĐẤT T/m3 kG/cm2 (Độ) TTGH I TTGH II gtc ctc jtc gttI cttI jttI gttII cttII jttII Lớp 1: Sét pha cát 1.902 0.138 130 32’ 1.885 0.112 13°15' 1.893 0.122 13°22' Lớp 2: Cát hạt vừa trạng thái chặt trung bình. 1.860 0.024 26°43' 1.848 0.02 25°53' 1.853 0.022 26°13' Lớp 3: Cát mịn trạng thái chặt vừa 1.969 0.032 30°45' 1.944 0.028 30°8' 1.956 0.030 30°22’ B.2.2.Xác định các chỉ tiêu khác ngoài c, j, g Như đã nói ở trên phần tóm tắt lý thuyết các chỉ tiêu khác ngoài c, j, g thì trị số tính toán được lấy theo phương pháp trung bình số học. Dưới đây là bảng kết quả của những chỉ tiêu đó BẢNG CÁC CHỈ TIÊU KHÁC NGOÀI c, j, g Dung Hệ Độ Giới hạn chảy dẻo Độ Hệ số Modun trọng số ẩm sệt nén biến LỚP ĐẤT đẩy rỗng dạng nổi g' e W WL WP IP B a1-2 E1-2 (T/m³) (%) (cm2/kg) (kg/cm2) Lớp 1: Sét pha cát 0.962 0.745 23.92 31.32 18.72 12.6 0.408 0.045 30.897 Lớp 2: Cát hạt vừa trạng thái chặt trung bình. 0.919 0.815 26.49 Không dẻo / 0.039 80.00 Lớp 3: Cát mịn trạng thái chặt vừa 1.016 0.636 20.25 Không dẻo / 0.027 100.00 * KẾT LUẬN Nền đất ở đây từ độ sâu 40m có lớp đất số 4 là lớp sét lẫn bột vân cát bụi. Lớp đất này rất thích hợp để chịu mũi cọc cho các loại cọc bê tông. Dựa vào các đặt tính cơ lý của đất và theo yêu cầu của đồ án thì ta tiến hành chọn hai phương án móng để thiết kế như sau: 1/ PHƯƠNG ÁN I : MÓNG CỌC ÉP BTCT 2/ PHƯƠNG ÁN II : MÓNG CỌC KHOAN NHỒI C. BẢNG THỐNG KÊ ĐỊA CHẤT ĐƯỢC THỂ HIỆN TRÊN BẢN VẼ (NM-01/3): šš&œœ