Xử lý thống kê số liệu địa chất công trình

PHẦN III NỀN MÓNG (Khối lượng 50%) GVHD Th.S VÕ MINH THIỆN CHƯƠNG I XỬ LÝ THỐNG KÊ SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH —²– CÔNG TRÌNH CHUNG CƯ CAO CẤP KHU ĐÔ THỊ PHÚ MỸ HƯNG I. GIỚI THIỆU ĐỊA CHẤT TẠI NƠI XÂY DỰNG I.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 30 m. Tổng độ sâu đã khoan là 90m và 27 mẫu đất nguyên dạng dùng để thăm dò địa tầng và thí nghiệm xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của đất. I.2. PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT VÀ THÍ NGHIỆM ĐẤT I.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 đường kính trong 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. Dụng cụ xuyên tiêu chuẩu SPT - Bộ phận xuyên tiêu chuẩn SPT là một ống chẻ đôi chiều dài từ 550 mm (22’), đường kính ngoài 51mm (2’), đường kính trong 35mm (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 63.5kg (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 (kG/cm2) TRẠNG THÁI TRỊ SỐ CHUỲ TIÊU CHUẨN N ĐỘ CHẶT < 2 2 – 4 5 – 8 9 – 15 16 – 30 >30 <0.25 0.25 – 0.50 0.50 – 1.00 1.00 – 2.00 2.00 – 4.00 > 4.00 Rất mềm Mềm Dẻo mềm Dẻo cứng Rất rắn Cứng < 4 4 – 10 11 –30 31 – 50 >50 Rất bời rời Bời rời Chặt vừa Chặt Rất chặt I.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 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 tổn thất khối lượng không thay đổi. - Tỷ trọng của đất Δ xác định bằng phương pháp hút chân không. - 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 Cassagrande. - Giới hạn dẻo của đất Wd (WP) được xác định cách lăn đất thành dây. - Hệ số thấm K = cm/sec được xác định bằng hộp thấm. - Lực dính đơn vị C = kG/cm2 và góc ma sát trong w (độ) của đất được xác định bằng phương pháp cắt nhanh trực tiếp bằng máy cắt nhanh ứng biến, sơ đồ biểu diễn dưới dạng đường thẳng qua 3 điểm liên hệ giữa lực cắt t (kG/cm2) và tải trọng P tương ứng. - Hệ số nén lún của đất av (cm2/kG) 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 diễn 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 = kG/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 … dùng các công thức theo tiêu chuẩn xây dựng hiện hành để tính toán. I.3. CẤU TẠO ĐỊA CHẤT I.3.1. Lớp đất số 1 Cát lấp hạt trung, màu vàng chặt vừa, lớp số 1 có bề dày 1m . I.3.2. Lớp đất số 2 Bùn sét màu xám đen, chứa nhiều chất hữu cơ, trạng thái chảy, lớp số 2 có bề dầy 13.5m. I.3.3. Lớp đất số 3 Cát pha màu xám trạng thái chặt cứng, lớp số 3 có bề dầy 5.8m. I.3.4. Lớp đất số 4 Đất sét màu vàng loang lỗ xám, trạng thái nửa cứng, dẻo cứng, lớp số 4 có bề dầy phát hiện là 9.7 m. I.4. ĐỊA CHẤT THỦY VĂN Mực nước ngầm nằm trong tầng cát lấp hạt trung, màu vàng chặt vừa (lớp số 1) ở độ sâu 0.8m. I.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 II. XỬ LÝ THỐNG KÊ SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT II.1. LÝ THUYẾT II.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, sức chống cắt của đất tại 1 cấp thí nghiệm. II.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 cậya 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 = II.2. XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ II.2.1. Xác định các chỉ tiêu cơ lý c, j, g 1. Lớp đất thứ hai 1.1. Xác định dung trọng g 1.1.1. Đối với dung trọng tự nhiên * Dung trọng tiêu chuẩn n gi -gi (-gi)2 1 1.517 1.449 -0.068 0.004624 2 1.448 1.449 0.001 0.000001 3 1.475 1.449 -0.026 0.000676 4 1.362 1.449 0.087 0.007569 5 1.417 1.449 0.032 0.001024 6 1.426 1.449 0.023 0.000529 7 1.489 1.449 -0.04 0.0016 8 1.436 1.449 0.013 0.000169 9 1.473 1.449 -0.024 0.000576 S 13.043 13.041 -0.002 0.016768 * Dung trọng tính toán Độ lệch quân phương Sai số * Khi tính nền theo TTGH I Ứng với n = 9-1 = 8 => a=0.95 => ta =1.86 gttI = gtc ± * Khi tính nền theo TTGH II Ứng với n = 9-1 = 8 => a = 0.85 => ta = 1.11 gttII = gtc ± 1.1.2. Đối với dung trọng ở trạng thái khô * Dung trọng tiêu chuẩn n gi -gi (-gi)2 1 0.871 0.7533 -0.1177 0.01385329 2 0.729 0.7533 0.0243 0.00059049 3 0.773 0.7533 -0.0197 0.00038809 4 0.611 0.7533 0.1423 0.02024929 5 0.773 0.7533 -0.0197 0.00038809 6 0.733 0.7533 0.0203 0.00041209 7 0.799 0.7533 -0.0457 0.00208849 8 0.716 0.7533 0.0373 0.00139129 9 0.775 0.7533 -0.0217 0.00047089 S 6.78 6.7797 0.000 0.039832 * Dung trọng tính toán Độ lệch quân phương Sai số * Khi tính nền theo TTGH I Ứng với n = 9-1 = 8 => a = 0.95 => ta = 1.86 gttI = gtc ± * Khi tính nền theo TTGH II Ứng với n = 9-1 = 8 => a = 0.85 => ta = 1.11 gttII = gtc ± 1.2. Xác định các chỉ tiêu c, j Ở đây có 3 hố khoan, có 4 lớp đất. Lớp đất thứ 2 có tất cả 9 mẫu, mỗi mẫu nén ở 3 cấp áp lực. Vậy có tất cả 9*3 =27 trị số thí nghiệm, thực hiện các tính toán phụ n pi ti pi2 ti * pi (pi*tgjtc+ ctc-ti)2 1 0.25 0.086 0.0625 0.0215 2.25625E-05 2 0.5 0.086 0.25 0.043 4.225E-05 3 0.75 0.104 0.5625 0.078 6.25E-08 4 0.25 0.069 0.0625 0.01725 0.000150063 5 0.5 0.069 0.25 0.0345 0.00055225 6 0.75 0.086 0.5625 0.0645 0.000315063 7 0.25 0.069 0.0625 0.01725 0.000150063 8 0.5 0.069 0.25 0.0345 0.00055225 9 0.75 0.086 0.5625 0.0645 0.000315063 10 0.25 0.104 0.0625 0.026 0.000517563 11 0.5 0.121 0.25 0.0605 0.00081225 12 0.75 0.133 0.5625 0.09975 0.000855563 13 0.25 0.069 0.0625 0.01725 0.000150063 14 0.5 0.086 0.25 0.043 4.225E-05 15 0.75 0.095 0.5625 0.07125 7.65625E-05 16 0.25 0.086 0.0625 0.0215 2.25625E-05 17 0.5 0.104 0.25 0.052 0.00013225 18 0.75 0.104 0.5625 0.078 6.25E-08 19 0.25 0.104 0.0625 0.026 0.000517563 20 0.5 0.121 0.25 0.0605 0.00081225 21 0.75 0.138 0.5625 0.1035 0.001173063 22 0.25 0.052 0.0625 0.013 0.000855563 23 0.5 0.069 0.25 0.0345 0.00055225 24 0.75 0.069 0.5625 0.05175 0.001207563 25 0.25 0.095 0.0625 0.02375 0.000189063 26 0.5 0.104 0.25 0.052 0.00013225 27 0.75 0.121 0.5625 0.09075 0.000297563 S 13.5 2.499 7.875 1.3 0.010445875 * Giá trị tiêu chuẩn của c, j: D = 27*=27*7.875-13.52=30.375 (kG/cm2) Þ jtc = 2.5760 = 20 34’ * 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 = 27-2 = 25 => ta = 1.703 * Khi tính nền theo TTGH II Lấy a = 0.85 ; n-2 = 27-2 = 25 => ta = 1.053 2. Lớp đất thứ ba 2.1. Xác định dung trọng g 2.1.1. Đối với dung trọng tự nhiên * Dung trọng tiêu chuẩn n gi -gi (-gi)2 1 1.936 1.9102 -0.0258 0.00066564 2 1.876 1.9102 0.0342 0.00116964 3 1.931 1.9102 -0.0208 0.00043264 4 1.906 1.9102 0.0042 1.764E-05 5 1.898 1.9102 0.0122 0.00014884 6 1.914 1.9102 -0.0038 1.444E-05 S 11.461 11.461 0.000 0.002449 * Dung trọng tính toán Độ lệch quân phương Sai số * Khi tính nền theo TTGH I Ứng với n = 6-1 = 5 => a=0.95 => ta =2.015 gttI = gtc ± * Khi tính nền theo TTGH II Ứng với n = 6-1 = 5 => a = 0.85 => ta = 1.156 gttII = gtc ± 2.1.2. Đối với dung trọng ở trạng thái khô * Dung trọng tiêu chuẩn n gi -gi (-gi)2 1 1.702 1.6762 -0.0258 0.00066564 2 1.623 1.6762 0.0532 0.00283024 3 1.722 1.6762 -0.0458 0.00209764 4 1.662 1.6762 0.0142 0.00020164 5 1.658 1.6762 0.0182 0.00033124 6 1.69 1.6762 -0.0138 0.00019044 S 10.057 10.057 0.000 0.006317 * Dung trọng tính toán Độ lệch quân phương Sai số * Khi tính nền theo TTGH I Ứng với n = 6-1 = 5 => a = 0.95 => ta = 2.015 gttI = gtc ± * Khi tính nền theo TTGH II Ứng với n = 6-1 = 5 => a = 0.85 => ta = 1.156 gttII = gtc ± 2.2. Xác định các chỉ tiêu c, j Ở đây có 3 hố khoan, có 4 lớp đất. Lớp đất thứ 3 có tất cả 6 mẫu, mỗi mẫu nén ở 3 cấp áp lực. Vậy có tất cả 6*3 =18 trị số thí nghiệm, thực hiện các tính toán phụ n pi ti pi2 ti * pi (pi*tgjtc+ ctc-ti)2 1 0.5 0.242 0.25 0.121 0.000016 2 1 0.583 1 0.583 0.015376 3 1.5 0.697 2.25 1.0455 0.000625 4 0.5 0.173 0.25 0.0865 0.005329 5 1 0.378 1 0.378 0.006561 6 1.5 0.51 2.25 0.765 0.026244 7 0.5 0.259 0.25 0.1295 0.000169 8 1 0.588 1 0.588 0.016641 9 1.5 0.747 2.25 1.1205 0.005625 10 0.5 0.207 0.25 0.1035 0.001521 11 1 0.481 1 0.481 0.000484 12 1.5 0.604 2.25 0.906 0.004624 13 0.5 0.242 0.25 0.121 0.000016 14 1 0.427 1 0.427 0.001024 15 1.5 0.666 2.25 0.999 3.6E-05 16 0.5 0.251 0.25 0.1255 0.000025 17 1 0.508 1 0.508 0.002401 18 1.5 0.706 2.25 1.059 0.001156 S 18 8.269 21 9.547 0.087873 * Giá trị tiêu chuẩn của c, j: D = 18*=18*21-182=54 (kG/cm2) Þ jtc = 23.070 = 230 4’ * 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 = 18-2 = 16 => ta = 1.75 * Khi tính nền theo TTGH II Lấy a = 0.85 ; n-2 = 18-2 = 16 => ta = 1.07 3. Lớp đất thứ tư 3.1. Xác định dung trọng g 3.1.1. Đối với dung trọng tự nhiên * Dung trọng tiêu chuẩn n gi -gi (-gi)2 1 1.948 1.9275 -0.0205 0.00042025 2 1.918 1.9275 0.0095 9.025E-05 3 1.881 1.9275 0.0465 0.00216225 4 1.933 1.9275 -0.0055 3.025E-05 5 1.937 1.9275 -0.0095 9.025E-05 6 1.948 1.9275 -0.0205 0.00042025 S 11.565 11.565 0.000 0.003214 * Dung trọng tính toán Độ lệch quân phương Sai số * Khi tính nền theo TTGH I Ứng với n = 6-1 = 5 => a=0.95 => ta =2.015 gttI = gtc ± * Khi tính nền theo TTGH II Ứng với n = 6-1 = 5 => a = 0.85 => ta = 1.156 gttII = gtc ± 2.1.2. Đối với dung trọng ở trạng thái khô * Dung trọng tiêu chuẩn n gi -gi (-gi)2 1 1.572 1.5258 -0.0462 0.00213444 2 1.515 1.5258 0.0108 0.00011664 3 1.422 1.5258 0.1038 0.01077444 4 1.529 1.5258 -0.0032 1.024E-05 5 1.56 1.5258 -0.0342 0.00116964 6 1.557 1.5258 -0.0312 0.00097344 S 9.155 9.1548 0.000 0.015179 * Dung trọng tính toán Độ lệch quân phương Sai số * Khi tính nền theo TTGH I Ứng với n = 6-1 = 5 => a = 0.95 => ta = 2.015 gttI = gtc ± * Khi tính nền theo TTGH II Ứng với n = 6-1 = 5 => a = 0.85 => ta = 1.156 gttII = gtc ± 2.2. Xác định các chỉ tiêu c, j Ở đây có 3 hố khoan, có 4 lớp đất. Lớp đất thứ 4 có tất cả 6 mẫu, mỗi mẫu nén ở 3 cấp áp lực. Vậy có tất cả 6*3 =18 trị số thí nghiệm, thực hiện các tính toán phụ n pi ti pi2 ti * pi (pi*tgjtc+ ctc-ti)2 1 0.5 0.747 0.25 0.3735 0.024025 2 1 0.915 1 0.915 0.035344 3 1.5 1.096 2.25 1.644 0.054756 4 0.5 0.51 0.25 0.255 0.006724 5 1 0.682 1 0.682 0.002025 6 1.5 0.764 2.25 1.146 0.009604 7 0.5 0.427 0.25 0.2135 0.027225 8 1 0.493 1 0.493 0.054756 9 1.5 0.557 2.25 0.8355 0.093025 10 0.5 0.572 0.25 0.286 0.0004 11 1 0.798 1 0.798 0.005041 12 1.5 0.863 2.25 1.2945 1E-06 13 0.5 0.557 0.25 0.2785 0.001225 14 1 0.666 1 0.666 0.003721 15 1.5 0.815 2.25 1.2225 0.002209 16 0.5 0.691 0.25 0.3455 0.009801 17 1 0.915 1 0.915 0.035344 18 1.5 1.029 2.25 1.5435 0.027889 S 18 13.097 21 13.907 0.393115 * Giá trị tiêu chuẩn của c, j: D = 18*=18*21-182=54 (kG/cm2) Þ jtc = 15.1090 = 150 6’ * Giá trị tính toán của c, j: 0.156(kG/cm2) (kG/cm2) (kG/cm2) * Khi tính nền theo TTGH I Lấy a = 0.95 ; n-2 = 18-2 = 16 => ta = 1.75 * Khi tính nền theo TTGH II Lấy a = 0.85 ; n-2 = 18-2 = 16 => ta = 1.07 BẢNG TỔNG HỢP CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ Lớp đất Trị tiêu chuẩn Trị tính toán (T/m3) (kG/cm2) (Độ) TTGH I TTGH II gtc ctc jtc gttI cttI jttI gttII cttII jttII Lớp 1 Cát hạt trung 1.9 Lớp 2 Bùn sét 1.449 0.07 2034’ 1.421 0.053 0043’ 1.432 0.059 1025’ Lớp 3 Cát pha 1.91 0.033 2304’ 1.892 19019’ 1.9 20048’ Lớp 4 Sét 1.93 0.457 1506’ 1.91 0.288 6025' 1.915 0.353 9051' II.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 Lớp đất Dung trọng đẩy nổi g'(T/m³) Hệ Số Rỗng e Độ Ẩm W(%) Giới Hạn Chảy Dẻo Độ Sệt B Hệ Số Nén a1-2 (cm²/kG) Modun Biến Dạng E1-2 (kG/cm²) WL WP PI Lớp 1 Cát hạt trung Lớp 2 Bùn sét 0.461 2.49 50 57.6 27.3 30.3 1.08 0.21 5.88 Lớp 3 Cát pha 1.046 0.587 13.98 18.8 14.2 4.46 -0.31 0.023 199.5 Lớp 4 Sét 0.957 0.776 26.75 41.6 19.82 21.62 0.32 0.043 104 * KẾT LUẬN Nền đất ở đây từ độ sâu 14.5m có lớp đất số 3 là lớp đất cát pha màu xám, trạng thái chặt cứng. 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 em chọn hai phương án móng để thiết kế như sau PHƯƠNG ÁN I MÓNG CỌC ÉP BTCT PHƯƠNG ÁN II MÓNG CỌC KHOAN NHỒI