Thi công xây dựng_Bài 1:Khái niệm về công tác đất

KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TÁC ĐẤT:

Trong thi công xây đựng công tác đất chiếm một vị trí quan trọng. Chất lượng và tiến độ thi công đất có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng và tiến độ thi công nền và móng công trình.

Khối lượng công tác đất và mức độ khó dễ trong thi công đất phụ thuộc vào đặc tính cấu tạo của công trình, loại móng, điểu kiện địa chất, địa hình, khí hậu, thời tiết, v.v. Nói chung thi công đất khối lượng lớn, công việc nặng nhọc có thể gặp rất nhiều khó khăn, trở ngại.

Vì vậy, việc lựa chọn phương án thi công đất có ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật quan trọng, góp phần nâng cao chất lượng công trình, rút ngắn thời gian thi công, hạ giá thành công trình, giảm những công việc nặng nhọc cho người công nhân.

1. Các loại công trình đất:


a/Theo thời gian và mục đích sử dụng:

Có những công trình hoàn toàn bằng đất như đê đất, đường đất, đập, kênh mương, sân gôn, sân bóng, thành đất, những công trình đó phục vụ cho sinh hoạt và đời sống của con người, là những công trình đất vĩnh cửu.
Phần lớn những công trình đất chỉ phục vụ cho thi công nền và móng công trình, chúng là những công trình đất tạm thời: hố móng, đê quai, đảo đất, giếng đất, tường trình đất.

b/ Theo sự phân bô khôi lượng công tác:

Theo sự phân bố khối lượng công tác có hai loại: công trình tập trung và công trình chạy dài.
Công trình tập trung: hố móng, đảo đất, đê quai, sân gôn, sân bóng, v.v.
Công trình chạy dài: đường đất, đê đất, kênh mương, đường hầm, v.v.

 

2/ Các dạng công tác thi công đất:

Trong thi công đất thường có các dạng công tác sau:

-Đào đất: là hạ độ cao mặt đất thiên nhiên xuống độ cao thiết kế, như đào hố móng, đào ao, đào hồ, v.v.

-Đắp đất: là nâng độ cao mặt đất thiên nhiên lên độ cao thiết kế, như đắp nền đường, nền nhà.

-San đất: là làm phẳng một diện tích đất. Trong san đất bao gồm cả đào và đắp. Có hai trường hợp san đất: san đất theo cân đối đào đắp, lượng đất trong mặt bàng vẫn giữ nguyên; san đất theo cốt thiết kế, đất trong mặt bằng có thể được lấy đi hoặc chở đến.

-Hớt đất (bóc đất): là lấy đi một lớp đất không sử dụng được trên mặt đất tự nhiên, như hớt lớp đất mùn, đất phù sa, đất thực vật, đất ô nhiễm. Hớt đất là đào nhưng không theo độ cao thiết kế mà theo độ dầy của lớp đất cần lấy đi.

-Lấp đất: là làm cho chỗ đất trũng cao bàng khu vực xung quanh. Lấp đất là đắp đất nhưng độ cao phụ thuộc vào độ cao ciia mặt đất thiên nhiên xung quanh, như lấp ao, lấp hô vôi, v.v.
– Đầm đất: là làm chặt nền đất để chống lún khi có tải trọng tác dụng, như đầm nền, đầm chặt đáy hố móng, đầm gia cường nền đường đất, v.v.
Trong thi công đất thường gặp các công tác chính sau: đào đất, đắp đất và đầm đất.

 

3/Phân loại đất:

Trong thi công, đất được phân cấp theo sức lao động bị tiêu hao vào việc đào đất và mức độ khai thác đất của từng loại máy thi công, Cấp đất càng cao thi công đất càng khó khăn phức tạp, chi phí lao động, máy móc càng lớn.

Phân loại đất có tác dụng:
Tính toán dự trù lượng đất đổ, đất đắp được chính xác;

Lựa chọn biện pháp thi công đào đất hợp lý: tùy theo từng loại đất mà chọn dụng cụ, phương tiện và máy móc thích hợp để đạt hiệu quả cao nhất; có biện pháp gia cường hố móng khi cần thiết để bảo đảm năng suất lao động, chất lượng công trình và an toàn cho người và máy móc thiết bị;

Giúp cho việc lựa chọn loại đất thích hợp để bảo đảm cường độ và độ bền lâu dài của nền đất đắp;

Giúp cho việc tính toán, dự trù lượng lao động, máy móc, thiết bị và chi phí nhân công cho công tác thi công đất được chính xác.

 

3.1/Phân loại đất theo phương pháp thi công bằng thủ công:

Dựa vào dụng cụ thi công đất người ta chia ra 4 cấp đất và 9 nhóm đất (Bảng 1.1).

Bảng 1.1: Bảng phân cấp đất (Dùng cho công tác đào, vận chuyển, đắp đất thủ công)

3.2/Phân loại đất theo phương pháp thi công bằng máy:

a/Phân cấp đất đá cho máy đào:

Đất cấp 1: Đất có cây cỏ mọc, không lẫn rễ cây to và đá tảng, có lẫn đá dãm. Cát khô, cát có độ ẩm tự nhiên không lẫn đá dăm. Đất cát pha, đất bùn dày dưới 20cm không có rễ cây. sỏi sạn khô có lẫn đá to đường kính 30cm. Đất đổng bằng lớp trên dày 0,8m trở lại. Đất vun đổ đống bị nén chật.

Đất cấp 2: Sỏi sạn có lẫn đá to. Đất sét ướt mềm không lẫn đá dãm. Đất pha sét nhẹ, đất pha sét nặng lẫn đất bùn dày dưới 30cm lẫn rễ cây, Đá dăm, đất đồng bằng lớp dưới từ 0,8 đến 2,Om. Đất cát lẫn sỏi cuội từ 10% trở lại.

Đất cấp 3: Đất sét nặng vỡ từng mảng. Đất sét lẫn đá dăm dùng xẻng mai mới xán được. Đất bùn dày dưới 40cm trở lại. Đất đồng bằng lớp dưới từ 2 đến 3,5m. Đất đỏ vàng ở đổi núi có lẫn đá ong, sỏi nhỏ. Đất cứng lẫn đá hay sét non.

Đất cấp 4: Đất sét cứng từng lớp lẫn đá thạch cao mềm. Đá đã được nổ phá tơi.

b/ Phân cấp đất đá cho máy ủi:

Đất cấp 1: Đất có cỏ mọc không lẫn rễ và đá dăm. Á sét nhẹ. Đất bùn không có rễ cây. Đất đồng bằng lớp trên. Đất vụn đổ đống bị nén.

Đất cấp 2: Sỏi sận không lẫn đá to. Đất sét ướt mềm không lẫn đá dăm. Đất pha sét nặng. Đất đồng bàng dày từ 0,6 đến 1,2m.

Đất cấp 3: Đất sét vỡ từng mảnh. Đất sét lẫn sỏi sạn, đá dãm, cát khô. Đất lẫn đá tảng. Đất đã được nổ phá tơi rồi.

c/ Phân cấp đất đá cho máy cạp:

Đất cấp 1: Đất có cỏ mọc, không lẫn rễ và đá. Đất đắp đã bị nén.

Đất cấp 2: Đất sét ướt mềm, không lẫn đá dăm. Á cát nặng. Đất đồng bằng lớp trên dày 1 m trở lại.

 

4. Tính chất kỹ thuật của đất và sự ảnh hưởng của nó đến kỹ thuật thi công:

Đất có nhiều tính chất cơ lý, hóa,… phức tạp. Sau đây là một số tính chất của đất có ảnh hưởng nhiều đến kỹ thuật thì công đất. Các tính chất đó là: khối lượng thể tích, độ ẩm, độ dốc tự nhiên, độ tơi xốp, lưu tốc cho phép.

4.1/Khối lượng thể tích của đất (γ0):

Khối lượng thể tích γ0 là khối lượng của một đơn vị thể tích đất ở trạng thái tự nhiên (kể cả các hạt khoáng và nước chứa trong lỗ rỗng). Nếu khối lượng của đất là G và thể tích tự nhiên là V0 thì:

Dựa vào khối lượng thể tích của đất có thể đánh giá một số tính chất của nó, như cường độ, độ rỗng, độ chặt, tính toán ổn định mái dốc, …
Đất có khối lượng thể tích càng lớn, độ tơi xốp của nó càng lớn; thi cồng đất càng khó khăn, chi phí nhân công, máy móc càng cao.

4.2. Độ ẩm của đất (W):

Là tỉ lệ tính theo phần trăm (%) của nước chứa trong đất. Độ ẩm của đất xác định theo công thức:

trong đó: G, Go – tương ứng là khối lượng tự nhiên và khối lượng khô của mẫu thí nghiệm.

Dựa vào độ ẩm người ta chia ra:

  • Đất ướt có độ ẩm w > 30%.
  • Đất dẻo có độ ẩm 5% < w <= 30%.
  • Đất khô có độ ẩm w < 5%.

Người ta còn phân ra:

  • Đất hút nước như đất bùn, đất sét, đất màu.
  • Đất ngậm nước như đất sét, đất hoàng thổ.
  • Đất thoát nước như đất cát, sỏi cuội.

Độ ẩm làm giảm cường độ và độ bền của đất và làm tăng thể tích của nó. Trong công tác đầm đất việc xác định được độ ẩm thích hợp là rất cần thiết.

Đất đủ ẩm, ma sát giữa các hạt đất giảm làm chúng chuyển dịch dễ dàng,dễ đạt được độ chặt yêu cầu. Đất khô lực ma sát giữa các hạt đất lớn, lực dính kết của chúng lại kém, đầm vừa tốn công lại không đạt hiệu quả. Nếu đất có độ ẩm lớn (đất ướt) lực ma sát giữa các hạt đất kém, không còn lực mao dẫn và lực dính kết nữa. Càng đầm đất càng nhão nhoét.

Trong công tác đào, đất khô quá hay ướt quá đều khó đào; đất ẩm, mềm rất dễ đào, năng suất lao động cao.

4.3/ Độ dốc tự nhiên của đất (i):

Là góc lớn nhất của mái dốc khi ta đào (với đất nguyên dạng) hay khi ta đổ đống (với đất đắp) mà không gây sụt lở cho đất. Độ dốc tự nhiên phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất. Dựa vào hình 1.1 ta xác định được độ dốc tự nhiên của đất:

Ngoài góc ma sát trong của đất, độ dốc của mái đất còn phụ thuộc vào lực dính của đất (nhất là với đất dính), tính chất tải trọng tạm thời trên mép hố móng và chiều sâu hố đào, chiều cao mái đắp.

Tính chất này của đất có ảnh hưởng rất lớn đến thi công đào, đắp đất. Xác định được độ dốc hợp lý của mái đất sẽ tiết kiệm được công đào và đắp, bảo đảm an toàn cho người và máy móc. Hố móng càng sâu, mái dốc càng cao, cấp đất càng thấp thì độ dốc mái đất càng phải lớn. Đối với công trình đất vĩnh cửu như đê, đường,… đào đất ở nơi đất yếu hay đào nhũng hố móng sâu, khi đào hay đáp đất đều phải tôn trọng độ dốc tự nhiên của đất để tránh mái đất bị sụt lở trong quá trình sử dụng (a < (p), khi đào đất hố móng nếu điều kiện không cho phép để mái dốc thì phải có biện pháp gia cường vách đào, nhất là thi công ở nơi có nước ngầm hay thi công vào mùa mưa.

Độ dốc lớn nhất cho phép của mái dốc hố móng khi không cần gia cố, trong trường hợp nằm trên mực nước ngầm (kể cả phần chịu ảnh hưởng của mao dẫn) và trong trường hợp nằm dưới mực nước ngầm nhưng có hệ thống tiêu nước phải chọn theo chỉ dẫn ở bảng 1.2 và bảng 1.3.

4.4/ Độ tơi xốp (p):

Là tính chất thay đổi thể tích của đất trước và sau khi đào.
Giả sử ta đào một thể tích V đất nguyên thể, sau khi đào ta được một thể tích VI đất tơi xốp. Tiếp đó ta đầm chặt số đất đã đào lẽn và xác định được thể tích của nó là V2 và dù ta có đầm kỹ đến đâu thì đất cũng khó đạt được độ đặc chắc ban đầu, khi nó còn ở trạng thái nguyên thể, nghĩa là: V < V2 < V1 (Hình 1.2).
Có hai trạng thái tơi xốp: trạng thái tơi xốp ban đầu và trạng thái tơi xốp cuối cùng. Trạng thái tơi xốp ban đầu nghĩa là khi đất còn đang ở trong gầu cua máy đào, trong xe vận chuyển hoặc tại nơi đổ. Nó được đặc trưng bởi hệ số hay độ tơi xốp ban đầu p1.

Trạng thái tơi xốp cuối cùng nghĩa là trạng thái của đất sau khi đầm, nó được đặc trưng bởi hệ số hay độ tơi xốp cuối cùng P2.

Bảng 1.4 cho thấy cấp đất càng cao thi độ tơi xốp càng lớn. Khi cần dự trù phương tiện và tính diện tích bãi đổ đất hay khi cần dự trù lượng đất cần cho việc đắp đất tôn nền cần xét đến độ tơi xốp của đất.

Bảng 1.4: Hệ số chuyển thể tích từ đất tự nhiên
sang đất tơi ( hệ số tơi xốp của đất)

4.5/ Khả năng chống xói lở:

Khả năng chống xói lở của đất nghĩa là những hạt đất không bị dòng nước chảy cuốn đi. Đặc trưng cho khả năng chống xói lở của đất là lưu tốc cho phép. Muốn chống xói lở thì lưu tốc của dòng nước chảy khồng được vượt quá lưu tốc cho phép của đất nghĩa là không được vượt trị số ở đấy hạt đất bắt đầu bị cuớn đi.

Đối với các công trình có tiếp xúc với dòng chảy ta cần lưu ý đến tính chất này khi chọn đất thi công. Nền và móng công trình, các công trình đắp đất ở nơi có nước ngầm chảy với lưu tốc lớn thường không ổn định, dề lún đặc biệt lằ lún lệch. Thi công đất tại nơi có nước ngầm, nước ngầm chảy cũng rất khó khăn. Khi công trình gập dòng chảy có tốc độ lớn hơn khả năng chống xói lở của đất ta phải tìm cách giảm tốc độ của dòng chảy để bảo vệ công trình hoặc không cho dòng chảy tác dụng trực tiếp lên cồng trình. Trong nhiều trường hợp người ta phải xử lý nền công trình bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ, để tránh hiện tượng lún sụt nền khi xuất hiện nước ngầm chảy với lưu tốc lán, như một số công trình ở Hoàng Cầu, Hà Nội.

Bảng 1.5 là lưu tốc cho phép của một số loại đất.