Tính toán và xử lý thống kê số liệu địa chất

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ XỬ LÝ THỐNG KÊ SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 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 – áp lực nén, sức chống cắt của đất tại 1 cấp thí nghiệm 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 ) được tra bảng 1-1 ( tài liệu [ 6 ] trang 11 ) a = 0.95 – khi tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất a = 0.85 khi tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ hai s – độ lệch quân phương của tập hợp Sai số Đối với lực dính C và góc ma sát trong j xác định như sau Att =Atc ± ta ´ s Trong đó ta – tương tự như phần xác định g nhưng với với bậc tự do n – 2 Độ lệch quân phương được tính như sau st = sc = st stgj = st II. XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA CÁC LỚP ĐẤT 1. Lớp đất 3 ( sét pha cát lẫn sỏi sạn laterite ) 1.1 Dung trọng tự nhiên - Dung trọng tiêu chuẩn n gi ( g/cm3 ) gtb ( g/cm3 ) gtb - gi ( gtb - gi )2 1 1.909 1.903 - 0.006 0.00004011 2 1.902 0.001 0.00000044 3 1.897 0.006 0.00003211 S 5.708 0.00007267 gtc = gtb = = ´ 5.708 = 1.903 ( g/cm3 ) - Dung trọng tính toán Độ lệch quân phương Sai số = 0.317 % - Khi tính nền theo TTGHI Với n – 1 = 3 – 1 = 2 và a = 0.95 tra bảng ta được t = 2.92 gItt = gtc ± = 1.903 ± = 1.903 ± 0.01 ( g/cm3 ) - Khi tính nền theo TTGHII Với n – 1 = 3 – 1 = 2 và a = 0.85 tra bảng ta được t = 1.89 gIItt = gtc ± = 1.903 ± = 1.903 ± 0.007 ( g/cm3 ) 1.2 Dung trọng khô - Dung trọng tiêu chuẩn n gI gtb gtb - gi ( gtb - gi )2 1 1.558 1.544 - 0.014 0.00018678 2 1.544 0.000 0.00000011 3 1.531 0.013 0.00017778 S 4.633 0.0003647 gtc = gtb = = ´ 4.633 = 1.544 ( kG/cm3 ) - Dung trọng tính toán Độ lệch quân phương Sai số = 0.874 % Khi tính nền theo TTGHI Với n – 1 = 3 – 1 = 2 và a = 0.95 tra bảng ta được t = 2.92 gItt = gtc ± = 1.544 ± = 1.544 ± 0.023 ( kG/cm3 ) Khi tính nền theo TTGHII Với n – 1 = 3 – 1 = 2 và a = 0.85 tra bảng ta được t = 1.89 gIItt = gtc ± = 1.903 ± = 1.544 ± 0.015 ( kG/cm3 ) 1.3 Xác định các chỉ tiêu c, j Thực hiện 3 hố khoan, trong lớp 3 có 3 mẫu, mỗi mẫu nén ở 3 cấp áp lực, vậy có tất cả 3 ´ 3 = 9 trị số thí nghiệm. Thực hiện các tính toán phụ n ti pi pi2 tipi pitgjtc + ctc ( pitgjtc + ctc ) - ti [ ( pitgjtc + ctc ) - ti ]2 1 0.384 1 1 0.384 0.380389 -0.00361 1.30401E-05 2 0.638 2 4 1.276 0.632889 -0.00511 2.61235E-05 3 0.892 3 9 2.676 0.885389 -0.00661 4.37068E-05 4 0.38 1 1 0.38 0.380389 0.000389 1.51235E-07 5 0.634 2 4 1.268 0.632889 -0.00111 1.23457E-06 6 0.888 3 9 2.664 0.885389 -0.00261 6.8179E-06 7 0.377 1 1 0.377 0.380389 0.003389 1.14846E-05 8 0.627 2 4 1.254 0.632889 0.005889 3.4679E-05 9 0.876 3 9 2.628 0.885389 0.009389 8.81512E-05 S 5.696 18 42 12.907 0.0002254 - Giá trị tiêu chuẩn của c, j D = n = 9 ´ 42 – 182 = 54 kG/cm2 ctc = = (5.696 ´ 9 – 15 ´ 12.907) = 0.128 kG/cm2 tgjtc = = ( 9 ´ 12.907 – 5.609 ´ 18 ) = 0.253 ð jtc = 14.20 - Giá trị tính toán của c, j st = = = 0.0056744kG/cm2 sc = st = 0.0056744 = 0.005 kG/cm2 stgj = st = 0.0056744 = 0.002317 kG/cm2 - Khi tính nền theo TTGHI Với n – 2 = 9 – 2 = 7 và a = 0.95 tra bảng được ta = 1.9 cItt = ctc ± ta ´ sc = 0.128 ± 0.0095 ( kG/cm2 ) tgjItt = tgjtc ± ta ´ stgj = 0.253 ± 0.0044 ð jItt = 140 - Khi tính nền theo TTGHII Với n – 2 = 9 – 2 = 7 và a = 0.85 tra bảng được ta = 1.12 cIItt = ctc ± ta ´ sc = 0.128 ± 0.0056 ( kG/cm2 ) tgjIItt = tgjtc ± ta ´ stgj = 0.253 ± 0.00259 ð jIItt = 14.060 2. Lớp đất 4 ( sét pha ) 2.1 Dung trọng tự nhiên - Dung trọng tiêu chuẩn n gi ( g/cm3 ) gtb ( g/cm3 ) gtb - gi ( gtb - gi )2 1 1.890 1.907 0.017 0.00027778 2 1.916 - 0.009 0.00008711 3 1.879 0.028 0.00076544 4 1.892 0.015 0.00021511 5 1.905 0.002 0.00000278 6 1.911 - 0.004 0.00001878 7 1.925 - 0.018 0.00033611 8 1.884 0.023 0.00051378 9 1.900 0.007 0.00004444 10 1.915 - 0.008 0.00006944 11 1.920 - 0.013 0.00017778 12 1.943 - 0.036 0.00132011 S 22.88 0.003829 gtc = gtb = = ´ 22.88 = 1.907 ( g/cm3 ) - Dung trọng tính toán Độ lệch quân phương Sai số = 0.9785 % - Khi tính nền theo TTGHI Với n – 1 = 12 – 1 = 11 và a = 0.95 tra bảng ta được t = 1.8 gItt = gtc ± = 1.907 ± = 1.907 ± 0.001 g/cm3 - Khi tính nền theo TTGHII Với n – 1 = 3 – 1 = 2 và a = 0.85 tra bảng ta được t = 1.89 gIItt = gtc ± = 1.907 ± = 1.907 ± 0.006 g/cm3 2.2 Dung trọng khô n gi ( g/cm3 ) gtb ( g/cm3 ) gtb - gi ( gtb - gi )2 1 1.505 1.544 0.039 0.00149511 2 1.572 - 0.028 0.00080278 3 1.488 0.056 0.00309878 4 1.52 0.024 0.00056011 5 1.541 0.003 0.00000711 6 1.551 - 0.007 0.00005378 7 1.578 - 0.034 0.00117878 8 1.511 0.033 0.00106711 9 1.536 0.008 0.00005878 10 1.558 - 0.014 0.00020544 11 1.569 - 0.025 0.00064178 12 1.595 - 0.051 0.00263511 S 18.524 0.011805 Độ lệch quân phương Sai số = 2.12 % - Khi tính nền theo TTGHI Với n – 1 = 12 – 1 = 11 và a = 0.95 tra bảng ta được t = 1.8 gItt = gtc ± = 1.544 ± = 1.544 ± 0.017 g/cm3 - Khi tính nền theo TTGHII Với n – 1 = 3 – 1 = 2 và a = 0.85 tra bảng ta được t = 1.09 gIItt = gtc ± = 1.544 ± = 1.544 ± 0.01 g/cm3 2.3 Xác định các chỉ tiêu c, j n ti pi pi2 tipi pitgjtc + ctc ( pitgjtc + ctc ) - ti [ ( pitgjtc + ctc ) - ti ]2 1 0.368 1 1 0.368 0.387694 0.019694 0.00038787 2 0.599 2 4 1.198 0.633611 0.034611 0.00119793 3 0.83 3 9 2.49 0.879528 0.049528 0.002453 4 0.396 1 1 0.396 0.387694 - 0.00831 6.8982E-05 5 0.66 2 4 1.32 0.633611 - 0.02639 0.00069637 6 0.923 3 9 2.769 0.879528 - 0.04347 0.00188983 7 0.37 1 1 0.37 0.387694 0.017694 0.00031309 8 0.601 2 4 1.202 0.633611 0.032611 0.00106348 9 0.832 3 9 2.496 0.879528 0.047528 0.00225889 10 0.371 1 1 0.371 0.387694 0.016694 0.0002787 11 0.607 2 4 1.214 0.633611 0.026611 0.00070815 12 0.842 3 9 2.526 0.879528 0.037528 0.00140833 13 0.383 1 1 0.383 0.387694 0.004694 2.2038E-05 14 0.623 2 4 1.246 0.633611 0.010611 0.0001126 15 0.863 3 9 2.589 0.879528 0.016528 0.00027317 16 0.381 1 1 0.381 0.387694 0.006694 4.4816E-05 17 0.621 2 4 1.242 0.633611 0.012611 0.00015904 18 0.861 3 9 2.583 0.879528 0.018528 0.00034328 19 0.394 1 1 0.394 0.387694 - 0.00631 3.976E-05 20 0.652 2 4 1.304 0.633611 - 0.01839 0.00033815 21 0.911 3 9 2.733 0.879528 - 0.03147 0.0009905 22 0.37 1 1 0.37 0.387694 0.017694 0.00031309 23 0.606 2 4 1.212 0.633611 0.027611 0.00076237 24 0.841 3 9 2.523 0.879528 0.038528 0.00148439 25 0.386 1 1 0.386 0.387694 0.001694 2.8711E-06 26 0.626 2 4 1.252 0.633611 0.007611 5.7929E-05 27 0.866 3 9 2.598 0.879528 0.013528 0.000183 28 0.385 1 1 0.385 0.387694 0.002694 7.26E-06 29 0.629 2 4 1.258 0.633611 0.004611 2.1262E-05 30 0.874 3 9 2.622 0.879528 0.005528 3.0556E-05 31 0.416 1 1 0.416 0.387694 - 0.02831 0.0008012 32 0.67 2 4 1.34 0.633611 - 0.03639 0.00132415 33 0.924 3 9 2.772 0.879528 - 0.04447 0.00197778 34 0.432 1 1 0.432 0.387694 - 0.04431 0.00196298 35 0.71 2 4 1.42 0.633611 - 0.07639 0.00583526 36 0.987 3 9 2.961 0.879528 - 0.10747 0.01155028 S 22.81 72 168 51.52 0.041362389 - Giá trị tiêu chuẩn của c, j D = n = 36 ´ 168 – 722 = 864 kG/cm2 ctc = = ( 22.81 ´ 168 – 72 ´ 51.52 ) = 0.142 kG/cm2 tgjtc = = ( 36 ´ 51.52 – 22.81 ´ 72 ) = 0.246 ð jtc = 13.820 - Giá trị tính toán của c, j st = = = 0.03488 kG/cm2 sc = st = 0.03488 = 0.01538 kG/cm2 stgj = st = 0.03488 = 0.0071196 kG/cm2 - Khi tính nền theo TTGHI Với n – 2 = 36 – 2 = 34 và a = 0.95 tra bảng được ta = 1.692 cItt = ctc ± ta ´ sc = 0.142 ± 0.026 ( kG/cm2 ) tgjItt = tgjtc ± ta ´ stgj = 0.246 ± 0.012 ð jItt = 13.170 - Khi tính nền theo TTGHII Với n – 2 = 36 – 2 = 34 và a = 0.85 tra bảng được ta = 1.05 cIItt = ctc ± ta ´ sc = 0.142 ± 0.01615 ( kG/cm2 ) tgjIItt = tgjtc ± ta ´ stgj = 0.246 ± 0.0007476 ð jIItt = 13.420 Các lớp đất 5a, 5b và 6 được tính toán tương tự. Sau khi đã xử lý thống kê tất cả 5 lớp đất, lập được bảng tổng hợp như sau BẢNG TỔNG HỢP CHỈ TIÊU CƯỜNG ĐỘ CỦA ĐẤT Lớp đất Trị tiêu chuẩn Trị tính toán gtc ctc jtc TTGH I TTGH II g/cm3 kG/cm2 độ gItc cItc jItc gIItc cIItc jIItc Lớp 3 : Sét pha cát lẫn sỏi sạn laterite 1.903 0.128 14012’ 1.893 0.118 13055’ 1.896 0.122 1402’ Lớp 4 : Sét pha 1.907 0.142 13050’ 1.897 0.116 13010’ 1.901 0.126 13023’ Lớp 5a : Cát vừa, mịn 1.857 0.0246 26058’ 1.851 0 26034’ 1.853 0.012 26042’ Lớp 5b : Cát vừa, chặt vừa 1.924 0.02962 29046’ 1.911 0 2904’ 1.916 0 29020’ Lớp 6 : Sét 1.953 0.2953 15013’ 1.944 0.279 14050’ 1.947 0.2853 150 BẢNG TỔNG HỢP CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT Lớp đất gđn g/cm3 Tỷ trọng D Hệ số rỗng e Độ bão hòa G% Độ ẩm W% Giới hạn Atterberg Độ sệt B Hệ số nén a1-2 cm2/kG Modun biến dạng E1-2 kG/cm2 Wnh Wd A Lớp 3 : Sét pha cát lẫn sỏi sạn laterite 0.968 2.68 0.736 84.5 23.2 27.7 18.3 9.4 0.52 0.044 30.97 Lớp 4 : Sét pha 0.967 2.679 0.736 85.64 23.55 30.842 18.64 12.2 0.4 0.0418 32.1 Lớp 5a : Cát vừa, mịn 0.917 2.667 0.806 86.68 26.215 không dẻo 0.038 27.948 Lớp 5b : Cát vừa - chặt vừa 0.987 2.664 0.686 85.56 22.053 0.03 33.108 Lớp 6 : Sét 0.967 2.689 0.75 96.9 27.006 52.444 21.74 30.7 0.17 0.0368 36.953 Dựa vào bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất chọn hai phương án móng làm nền móng cho công trình Phương án 1 : MÓNG BÈ TRÊN NỀN THIÊN NHIÊN Phương án 2 : MÓNG CỌC KHOAN DẪN ĐÓNG III. SO SÁNH HAI PHƯƠNG ÁN CHỌN MÓNG 1. Móng bè trên nền thiên nhiên Ưu điểm : Biện pháp thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh chóng Phân phối tải trọng lên nền đất tương đối đồng đều hơn so với móng băng do bản móng mở rộng ra toàn bộ diện tích nền nhà Khả năng lún lệch ít xảy ra Có thể tận dụng bản móng làm sàn tầng hầm ( đối với công trình có tầng hầm ), khi có mực nước ngầm cao bản móng có tác dụng chống thấm cho tầng hầm Khuyết điểm : Chi phí thi công cao, rất tốn kém Việc thiết kế, tính toán phức tạp, không đúng với điều kiện làm việc thực tế của móng Khả năng chịu tải có giới hạn Khi bên dưới công trình là lớp đất yếu : Sử dụng những biện pháp cải tạo nền đất yếu bằng nhiều biện pháp : đệm cát, cọc cát, giếng cát…từ đó làm tăng chi phí nền móng và kéo dài thời gian thi công 2. Móng cọc khoan dẫn đóng Do trong nền có lớp đất sét pha cát có lẫn sỏi sạn laterite nên thi công đóng hoặc ép cọc sẽ gặp nhiều trở ngại, có thể không ép được nên dùng biện pháp khoan tạo lỗ cọc qua tầng lớp đất cứng và đóng cọc đến độ sâu thiết kế Ưu điểm : Thi công nhẹ nhàng, không gây chấn động, rút ngắn được thời gian thi công Kiểm tra được chất lượng cọc và khả năng chịu tải của từng cọc Có thể đưa mũi cọc đến đúng độ sâu thiết kế Khả năng chịu tải trọng công trình lớn Hạn chế biến dạng lún và biến dạng không đồng đều của đất nền Đảm bảo ổn định cho công trình khi có tải trọng ngang tác dụng Khuyết điểm : Thi công phức tạp, đòi hỏi nhiều kỹ thuật Hạn chế về kích thước và sức chịu tải của cọc ( do công suất của thiết bị thi công cọc ) Khó thi công cọc trong điều kiện đất nền có những lớp đất tốt ( chiều dày mỏng ) nằm xen kẹp Kết luận Do những tính chất ưu việt của móng cọc nên chọn phương án móng cọc khoan dẫn đóng làm giải pháp nền móng cho công trình, phù hợp với điều kiện địa chất tại nơi xây dựng công trình và rút ngắn được thời gian thi công