Giáo trình Nền móng (Nghề: Kỹ thuật xây dựng - Trình độ Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Nghề An Giang

Giáo trình Nền móng gồm các nội dung chính sau: Khái niệm cơ bản trong thiết kế nền móng; Chương 2. Các chỉ tiêu của đất; Chương 3: Biến dạng lún và sức chịu tải của đất nền; Chương 4: Thiết kế móng đơn dưới cột trên nền thiên nhiên; Chương 5: Thiết kế móng cọc. Mời các bạn cùng tham khảo!

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG

GIÁO TRÌNH Nền móng NGHỀ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Trình độ cao đẳng

(Ban hành theo quyết định số:839/QĐ – CĐN ngày 04 tháng 8 năm 2020

của hiệu trưởng trường cao đẳng nghề An Giang)

An Giang, tháng 01 năm 2020

LỜI GIỚI THIỆU

Nền móng là loại kết cấu chủ yếu dùng trong xây dựng dân dụng Kiến thức

về nền móng cần thiết cho các cán bộ kỹ thuật xây dựng, các công nhân bậc cao

Giáo trình nền móng trình bày về các lý thuyết tính toán cơ bản theo hệ thống tiêu chuẩn quốc gia ngành xây dựng Việt Nam hiện hành phù hợp với trình độ cao đẳng nghề Nhằm giúp các sinh viên:

Chương 1: Khái niệm cơ bản trong thiết kế nền móng

Chương 2 Các chỉ tiêu của đất

Chương 3: Biến dạng lún và sức chịu tải của đất nền

Chương 4: Thiết kế móng đơn dưới cột trên nền thiên nhiên

Chương 5: Thiết kế móng cọc

Tôi xin chân thành cám ơn các giáo viên giảng dạy trong tổ bộ môn lý thuyết chuyên môn đã giúp đỡ tôi, cũng như các giáo viên trong Khoa Xây dựng

đã đóng góp nhiều ý kiến trong quá trình biên soạn

An Giang, ngày 30 tháng 12 năm 2019

Chủ biên Ngô Bích Hòa

MỤC LỤC

LỜI GIỚI THIỆU 2

MỤC LỤC 3

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC 5

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ NỀN MÓNG 10

I KHÁI NIỆM CHUNG 10

II PHÂN LOẠI MÓNG VÀ NỀN 10

III TÍNH TOÁN NỀN & MÓNG THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN 13

IV.ĐIỀU KIỆN VỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHI THIẾT KẾ NỀN MÓNG 15

V CÁC TÀI LIỆU CẦN THIẾT ĐỂ THIẾT KẾ NỀN VÀ MÓNG 15

VI CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ MÓNG 16

CHƯƠNG 2 CÁC CHỈ TIÊU CỦA ĐẤT 18

I CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT 18

II CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI ĐẤT 22

CHƯƠNG 3: BIẾN DẠNG LÚN VÀ SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN 33

I BIẾN DẠNG LÚN CỦA NỀN 33

II SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN ĐẤT 37

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MÓNG ĐƠN DƯỚI CỘT TRÊN NỀN THIÊN NHIÊN 40

I KHÁI NIỆM – CẤU TẠO 40

II THIẾT KẾ MÓNG ĐƠN DƯỚI CỘT CHỊU TẢI ĐÚNG TÂM 41

III THIẾT KẾ MÓNG ĐƠN DƯỚI CỘT CHỊU TẢI LỆCH TÂM 50

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MÓNG CỌC 55

I KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI 55

II CẤU TẠO MÓNG CỌC 58

III XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC ĐƠN 61

IV THIẾT KẾ MÓNG CỌC ĐÀI THẤP 62

PHỤ LỤC 69

Bảng chuyển đổi đơn vị 69

Phụ lục 1.1: Phân loại tên của đất dựa vào tỷ trọng hạt của đất 69

Phụ lục 1.2: Phân loại đất dính theo chỉ số dẻo 69

Phụ lục 1.3: Phân loại đất dính theo độ sệt 70

Phụ lục 1.4: Đánh giá trạng thái của đất dính theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (Standard Penetration Test) (TCVN 9351 – 2012 Phương pháp thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn)70 Phụ lục 1.5: Trị số α của đất dính theo thí nghiệm xuyên tĩnh CPT (Cone Penetration Test) (TCVN 9352 – 2012 Phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh) 70

Phụ lục 1.6: Xác định trạng thái của đất rời dựa vào hệ số rỗng 71

Phụ lục 1.7: Xác định trạng thái của đất rời dựa vào độ chặt tương đối 71 Phụ lục 1.8: Phân loại đất rời theo kích thước hạt theo TCXD 45 – 78 71 Phụ lục 1.9: Đánh giá trạng thái của đất rời theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (Standard Penetration Test) (TCVN 9351 – 2012 Phương pháp thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn)72

Phụ lục 1.10: Đánh giá trạng thái của đất rời theo thí nghiệm xuyên tĩnh CPT (Cone Penetration Test) (TCVN 9352 – 2012 Phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh) 72

Phụ lục 2.1: Giá trị hệ số thay đổi áp lực phụ thêm ở trong đất K0 73 Phụ lục 2.2: Hệ số điều kiện làm việc của nền đất và của công trình có tác dụng qua lại với nền m1, m2 74

Phụ lục 4.1: Hệ số uốn dọc  75 Phụ lục 4.2: Hệ số điều kiện làm việc của cọc đóng 75 Phụ lục 4.3: Cường độ tính toán sức chịu tải R của đất nền dưới mũi cọc đối với đất sét 77

Phụ lục 4.4: Cường độ tính toán sức chịu tải R của đất nền dưới mũi cọc đối với đất cát 78

Phụ lục 4.5: Cường độ tính toán theo mặt xung quanh cọc f 79

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC

Tên môn học : NỀN MÓNG

Mã môn học: MH08

Thời gian thực hiện môn học: 90giờ (Lý thuyết: 57 giờ, Thực hành, thí

nghiệm, thảo luận, bài tập:24 giờ, Kiểm tra: 9 giờ)

I Vị trí, tính chất của môn học

- Vị trí: Là một môn học được bố trí giảng dạy môn học, modun cơ sở

- Tính chất: Là môn học lý thuyết chuyên môn phục vụ cho các môn học, các mô đun cơ sở

II Mục tiêu của môn học

- Kiến thức:

+ Trình bày được khái niệm và phân loại móng và nền;

+ Trình bày được các loại tải trọng tác dụng lên móng;

+ Trình bày được độ lún theo biến dạng và sức chịu tải của đất nền;

+ Trình bày được các bước thiết kế móng nông, móng cọc

- Kỹ năng:

+ Tính toán được các tính chất cơ lý của đất;

+ Tính toán được độ lún theo biến dạng và sức chịu tải của đất nền;

+ Thiết kế móng nông, móng cọc

- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:Rèn luyện tính cẩn thận, ti mỉ và chính xác

III Nội dung môn học

1 Nội dung tổng quát và phân bố thời gian:

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

1 Chương 1: Khái niệm cơ bản trong

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

1 Khái niệm về trạng thái giới hạn

2 Tính toán nền theo trạng thái giới

hạn thứ nhất (theo cường độ và ổn

định)

3.Tính toán nền theo trạng thái giới

hạn thứ hai (theo biến dạng)

VI Các biện pháp bảo vệ móng

2 Chương 2 Các chỉ tiêu của đất 18 15 3

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

II Các chỉ tiêu đánh giá trạng thái

4 Chương 4: Thiết kế móng đơn dưới

cột trên nền thiên nhiên 27 15 9 3

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

I Khái niệm – Cấu tạo

1 Móng đơn dưới cột và dưới trụ

2 Cấu tạo của móng đơn dưới cột

II Thiết kế móng đơn dưới cột chịu

2 Cấu tạo đài cọc

III Xác định khả năng chịu tải của

cọc đơn

1 Xác định khả năng chịu tải theo

vật liệu làm cọc

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

2 Xác định khả năng chịu tải của

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ NỀN

MÓNG

I KHÁI NIỆM CHUNG

Hình 1.1 Sự liên kết giữa kết cấu bên trên và đất nền

1 Móng

Phần dưới của công trình tiếp nhận tải trọng từ bên trên truyền vào đất sao cho đất không bị phá hoại kết cấu và không có biến dạng quá lớn, nhằm đảm bảo an toàn của công trình

Phản lực nền là phản lực của đất nền tác dụng lên đáy móng khi có áp lực đáy móng, nó có cùng trị số nhưng chiều tác dụng ngược với áp lực đáy móng

II PHÂN LOẠI MÓNG VÀ NỀN

1 Các loại móng

a) Theo vật liệu làm móng

- Móng gạch: sử dụng cho các công trình có tải trọng nhỏ, nền đất tốt, ở nơi không thường xuyên ngập nước và mực nước ngầm nằm sâu

- Móng bê tông, đá hộc: sử dụng cho các công trình có tải trọng lớn hơn (so với móng gạch), nền đất tốt hoặc tương đối tốt, thường sử dụng ở những vùng vật liệu sẵn có và ở gần địa điểm xây dựng

- Móng thép: thép được sử dụng chủ yếu cho các móng cọc Thép là loạivật liệu có cường độ lớn, thi công nhanh, nhưng dễ bị hoen gỉ Ở nước ta thép thường sử dụng để làm móng cho các công trình yêu cầu về mặt tiến độ

- Móng gỗ: cũng sử dụng chủ yếu cho các móng cọc Gỗ là loại vật liệu sẵn có, thi công đơn giản, nhưng cường độ nhỏ và dễ mục nát Thường sử dụng cho các công trình tạm thời và ở nơi mực nước ngầm ổn định

- Móng bê tông cốt thép: được sử dụng nhiều nhất để làm móng cho các công trình xây dựng

c) Theo phương pháp thi công

Móng nông: Phần mở rộng của chân cột hoặc đáy công trình để tăng diện tích tiếp xúc và giảm áp lực truyền lên nền đất; không xét đến lực ma sát xung quanh thành móng khi tính sức chịu tải của đất nền (R) Móng nông thường được chia thành các loại móng như: móng đơn chịu tải đúng tâm, lệch tâm, lệch tâm lớn (móng chân vịt), móng phối hợp (móng kép), móng băng, móng bè

Hình 1.2 Một số hình dạng của móng đơn

Hình 1.3 Móng phối hợp

Hình 1.4 Móng bè tại công trình Hình 1.5 Móng đơn tại công trình

Hình 1.6 Móng băng tại công trình

Móng sâu: Khi độ sâu chôn móng lớn hơn chiều sâu tới hạn; xét đến thành phần ma sát giữa đất và thành móng Móng sâu gồm các loại móng nhƣ: móng cọc BTCT, móng trụ, móng barrette

Móng trụ gồm các cột lớn chôn sâu gánh đỡ các công trình cầu, cảng, giàn khoan ngoài biển,… Móng cọc là một loại móng sâu, thay vì được cấu tạo thành một trụ to, người ta có cấu tạo thành nhiều thanh có kích thước bé hơn trụ bao gồm cọc gỗ, cọc thép, cọc BTCT (đúc sẵn, khoan nhồi)

Móng nửa sâu: Khi độ sâu chôn móng nhỏ hơn chiều sâu tới hạn nhưng không phải là móng nông, như: móng cọc ngắn, móng trụ ngắn, móng caisson

Tăng cường các vật liệu chịu kéo cho nền đất như: Vải địa kỹ thuật; Lưới địa kỹ thuật; Thanh địa kỹ thuật; Thanh neo;…

III TÍNH TOÁN NỀN & MÓNG THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN

1 Khái niệm về trạng thái giới hạn

Trạng thái giới hạn là trạng thái ứng với khi công trình không ở điều kiện

sử dụng bình thường (võng quá lớn, biến dạng lớn, nứt quá phạm vi cho phép, mất ổn định) hoặc phá hoại hoàn toàn

2 Tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất (theo cường độ và ổn định) Mục đích của việc tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất là đảm bảo cường độ và ổn định cho công trình trong mọi tình huống bất lợi nhất Với nền là đá, đất sét rất cứng, cát rất chặt có biến dạng rất nhỏ, khi chịu tác dụng của tải trọng công trình sẽ đạt tới trạng thái giới hạn thứ nhất trước khi xuất hiện trạng thái giới hạn thứ hai Hoặc khi móng chịu tác dụng của lực nằm ngang lớn thì nền đất dù là loại gì cũng có khả năng bị phá hỏng về cường độ trước khi có biến dạng lớn Vì vậy theo qui phạm việc tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất chỉ áp dụng đối với các loại nền sau:

+ Các nền là đá, là đất sét rất cứng, đất cát rất chặt

+ Các nền nằm trên mái dốc hay dưới mái dốc

+ Các nền đặt móng chịu tải trọng ngang thường xuyên có trị số lớn

+ Nền là loại đất sét yếu no nước và đất than bùn

3.Tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ hai (theo biến dạng)

- Mục đích của việc tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ hai hạn chế

độ lún, độ lún lệch, và độ nghiêng của móng để đảm bảo sự sử dụng bình thường của công trình

- Việc tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ hai được áp dụng cho tất

cả mọi công trình, trừ trường hợp công trình có nền là đá

4 Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng xuống móng

Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737 – 1995, dựa theo đặc điểm kết cấu của công trình, người ta xác định tải trọng tác dụng xuống móng gồm:

a) Các loại tải trọng

Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải): là tải trọng tác dụng liên tục khi thi công công trình và suốt quá trình sử dụng công trình như trọng lượng bản thân,

áp lực đất, áp lực nước,

Tải trọng tạm thời (hoạt tải)

- Tải trọng ngắn hạn chỉ xuất hiện trong từng giai đoạn thi công hoặc trong quá trình sử dụng như: Tải trọng gió, sóng, …

- Tải trọng dài hạn tác động trong một thời gian tương đối dài khi thi công hoặc trong quá trình sử dụng công trình như: Trọng lượng dụng cụ, thiết bị tĩnh, tải tác dụng lên mái công trình, …

- Tải trọng đặc biệt xuất hiện trong trường hợp đặc biệt như động đất, sụp

Tải trọng tính toán: là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số vượt tải n

Khi tính toán nền theo TTGHII (biến dạng) thì lấy tổ hợp chính và các tải

trọng tiêu chuẩn để đưa vào tính toán

Khi tính toán nền theo TTGHI (cường độ) thì lấy tổ hợp phụ, tổ hợp đặc biệt và các tải trọng tính toán để đưa vào tính toán

IV.ĐIỀU KIỆN VỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHI THIẾT KẾ NỀN MÓNG

Điều kiện để thiết kế được móng công trình là phải biết đặc điểm cấu tạo địa chất khu vực xây dựng công trình đó Do đó công tác khảo sát địa chất đóng vai trò rất quan trọng và không thể thiếu Công tác này thường thực hiện bằng các phương pháp sau: Khoan lấy mẫu và xác định các chỉ tiêu, xuyên động SPT – đất rời, xuyên tĩnh CPT – đất dính

Số lượng và chiều sâu hố khoan tùy thuộc vào các yếu tố:

- Cấu tạo địa chất đồng nhất hay phức tạp

- Quy mô và mức độ quan trọng của công trình

Phương án móng dự kiến thực hiện

V CÁC TÀI LIỆU CẦN THIẾT ĐỂ THIẾT KẾ NỀN VÀ MÓNG

Để thiết kế nền móng người thiết kế cần có các tài liệu cơ bản sau đây: a) Địa điểm và đặc điểm của khu đất xây dựng

- Người thiết kế cần biết địa điểm của khu đất xây dựng để xác định ảnh hưởng của thiên nhiên đối với công trình và nền móng của công trình như mưa, gió, sự thay đổi nhiệt độ theo mùa, động đất vv…

- Đặc điểm của khu vực xây dựng được cung cấp bởi các hồ sơ sau:

+ Bản đồ địa hình địa mạo nơi xây dựng công trình như: bình đồ khu đất xây dựng, bản vẽ san nền, mặt bằng vị trí xây dựng công trình và các công trình hiện có gần công trình thiết kế

+ Các tài liệu về địa chất công trình và địa chất thuỷ văn: đây là tài liệu quan trọng nhất trong công tác thiết kế nền móng

- Ở đây cần phải chú ý đến cách chọn các chỉ tiêu cơ – lý của đất đá Để

có thể đánh giá một cách hợp lý tính chất của đất nền cũng như của các vật liệu xây dựng khác khi tính toán nền theo trạng thái giới hạn người ta phân biệt hai loại chỉ tiêu: chỉ tiêu tiêu chuẩn và chỉ tiêu tính toán

- Chỉ tiêu tiêu chuẩn: là chỉ tiêu tiêu biểu cho tính chất của một lớp đất trong nền (hoặc một loại vật liệu nào đó) khi có đủ số liệu cho yêu cầu thống kê theo qui định lấy bằng trị số trung bình của các chỉ tiêu có được từ kết quả thí nghiệm

b) Tài liệu về công trình thiết kế

Tài liệu này bao gồm mặt bằng, mặt cắt, sơ đồ kết cấu, bảng tổ hợp tải trọng (các loại tải trọng, tổ hợp tải trọng) tác dụng lên móng, các đặc điểm của công trình như có tầng hầm, cầu trục hay không và nếu có thì công năng sử dụng sức nâng tải của nó là bao nhiêu

c) Vật liệu xây dựng và máy móc thiết bị

Tình hình vật liệu xây dựng ở địa phương và các máy móc thiết bị hiện có của các đơn vị thi công trên địa bàn cũng có vai trò quan trọng trong việc lựa chọn loại nền móng Vì nếu có được các thông tin này nhà tư vấn thiết kế sẽ lựa chọn loại móng sử dụng các vật liệu sẵng có ở gần và phù hợp với khả năng hiện

có của các đơn vị thi công ở địa phương, do đó giá thành làm móng sẽ giảm xuống

VI CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ MÓNG

Móng đặt trong đất thường chịu tác động ăn mòn của các hoá chất có trong nước như muối, phèn ở các vùng mặn Ở các vùng đô thị, nước thải từ các đường ống thoát nước lâu ngày ngấm ra cũng tác động mạnh đến bê tông cốt thép của móng

Để chống sự xâm thực của nước đối với kết cấu móng, thường dùng bê tông mác cao, dùng bê tông có tính năng chống ăn mòn

Trường hợp nước ngầm có tính xâm thực nhỏ, có thể dùng các biện pháp thô sơ như quét lên mặt ngoài của móng và lớp nhựa đường rồi đắp đất sét được đầm chặt bao lấy mặt ngoài của móng Còn nước ngầm có tính xâm thực mạnh thì cần thiết phải dùng các lớp cách nước có cấu tạo đặc biệt

Khi mực nước ngầm nằm thấp hơn đáy móng, nhưng do tác dụng mao dẫn nên nước ngầm có thể thấm qua sàn tầng hầm, thì sàn và tường phải cách nhau bằng các lớp vữa xi măng xây hoặc trát, còn bên ngoài móng thì bọc một lớp matit cách nước

Khi mực nước ngầm cao hơn sàn tầng hầm, thì lớp cách nước phải kéo dài đến vị trí cao hơn mực nước ngầm cao nhất Trong truờng hợp này phải dùng lớp cách nước có kết cấu đủ khả năng chống lại áp lực nước

Nếu mực nước ngầm cao hơn sàn tầng hầm lớn, cần phải kết hợp làm hệ thống thoát nước tốt và dùng móng bê tông cốt thép toàn bộ công trình

Ở những nơi biệt lập và cao, người ta có thể dùng giải pháp đặt đường ống

để thoát nước

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 - Khái niệm nền, móng? Phân tích vai trò, nhiệm vụ của nền, móng đối với công trình xây dựng

2 - Phân loại móng, phạm vi ứng dụng hợp lý cho từng loại

3 - Cấu tạo từng loại móng

4 - Các loại tải trọng và tổ hợp tải trọng dùng để tính toán thiết kế nền & móng

5 - Nội dung cơ bản về tính toán nền, móng theo TTGH

6 - Các tài liệu cần thiết để tính toán thiết kế nền, móng

7 - Phân tích vai trò quan trọng của địa chất công trình đối với công tác tính toán thiết kế nền & móng

8 - Mục đích, ý nghĩa công tác thiết kế nền móng

CHƯƠNG 2 CÁC CHỈ TIÊU CỦA ĐẤT

I CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT

Đất gồm có ba phần là hạt đất, nước và khí Tỷ lệ giữa ba thành phần này

sẽ gián tiếp cho biết đất là rỗng hay chặt, nặng hay nhẹ, khô hay ướt

Xét một mẫu đất có trọng lượng là Q và có thể tích là V Phần hạt nén chặt không còn lỗ rỗng có trọng lượng là: Qh và thể tích là Vh Phần nước trong đất có trọng lượng Qn và thể tích Vn Phần khí trong đất có trọng lượng Qk và thể tích là Vk Phần rỗng của đất có trọng lượng là Qr và thể tích là Vr (hình 1.9)

Trong đó:

Q – Trọng lượng đất ở trạng thái tự nhiên (kN)

V – Thể tích đất ở trạng thái tự nhiên (m3)

b) Trọng lượng riêng no nước: Là trọng lượng của một đơn vị thể tich đất

ở trạng thái no nước (là trạng thái mà các lỗ hổng trong đất đều chứa đầy nước)

Ký hiệu:

Công thức xác định:

(2.2)

Trong đó:

Qh – Trọng lượng phần hạt rắn của đất (kN)

Qn – Trọng lượng nước lấp đầy các lỗ rỗng (kN)

c) Trọng lượng riêng đẩy nổi: Là trọng lượng của một đơn vị thể tích đất nằm dưới mặt nước tự do, ở trạng thái này đất chịu tác dụng của lực đẩy nổi Ac-si-mét

Ký hiệu:

Công thức xác định:

(2.3)

d) Trọng lượng riêng khô: Là trọng lượng của hạt đất trong một đơn vị thể

tích đất

Ký hiệu:

Công thức xác định:

(2.4)

e) Trọng lượng riêng hạt của đất: Là trọng lượng riêng của một đơn vị thể tích hạt đất Điều đáng chú ý là nó thay đổi trong phạm vi hẹp từ 26 ÷ 28 kN/m3

Ký hiệu:

Công thức xác định:

; (2.5)

Công thức xác định:

(2.7) Trong đó:

- Đất bão hoà khi Sr > 0,80

c) Độ lỗ rỗng: Là thể tích lỗ rỗng trong một đơn vị thể tích đất, ký hiệu: n,

có đơn vị là (%) hoặc không có đơn vị

Công thức xác định:

d) Hệ số rỗng: Là thể tích lỗ rỗng trong một đơn vị thể tích đất, ký hiệu: , có

đơn vị là (%) hoặc không có đơn vị

Người ta có thể dựa vào tỷ trọng hạt để xác định tên đất theo phụ lục 1.1.3

3 Mối liên hệ giữa các chỉ tiêu vật lý của đất

(2.12)

(2.13)

(2.14)

(2.15)

(2.16)

(2.17)

(2.19)

(2.21)

Xác định các đặc trƣng sau của mẫu đất trên:

- Trọng lƣợng riêng tự nhiên của đất

II CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI ĐẤT

Khái niệm trạng thái của đất gắn liền với phẩm chất xây dựng của đất Trạng thái của đất được mô tả theo 3 khả năng đánh giá phẩm chất xây dựng của đất: Tốt -Vừa - Xấu

Chỉ tiêu trạng thái là chỉ tiêu dùng để đánh giá trạng thái của đất và để lựa chọn phương án tính toán cho phù hợp

1 Đối với đất dính

a Chỉ số dẻo:

Với đất dính tác động tương hỗ giữa hạt sét và nước có ảnh hưởng quan trọng đến tính chất của đất → dùng độ ẩm để đánh giá trạng thái đất dính Tùy lượng nước mà đất ở trạng thái: Cứng (rắn) – Dẻo – Chảy(nhão)

- Dẻo: ta có thể tạo hình từ mẫu đất mà vẫn giữ nguyên hình dạng (tạo hình

mà không biến hình);

- Chảy (nhão): ta tạo hình mà không giữ nguyên được hình dạng;

- Cứng: khi khô cứng, đất có thể bị bóp vỡ mà không tạo hình được Khảo sát tính chất của đất sét khi ta thay đổi độ ẩm

- Độ ẩm nhỏ: đất sét thể hiện tính cứng (rắn) – Tốt

- Độ ẩm cao: đất ở trạng thái chảy (nhão) – Xấu

- Độ ẩm trung gian: đất ở trạng thái dẻo – Vừa

- Độ ẩm giới hạn: độ ẩm ranh giới giữa các trạng thái

- Độ ẩm giới hạn dẻo Wd (PL – Plastic limit): độ ẩm ranh giới giữa trạng thái cứng và trạng thái dẻo;

- Độ ẩm giới hạn chảy Wch (Wnh) (LL – Liquid limit): độ ẩm ranh giới

giữa trạng thái dẻo và trạng thái chảy;

- Wd,Wch: các giới hạn Atterberg

Hình 2.2 Biểu diễn độ ẩm trên trục số

Kết hợp độ ẩm tự nhiên W với các giới hạn Atterberg để phân loại trạng thái đất dính nhƣ sau:

- W < Wd: trạng thái cứng (rắn);

- Wd ≤ W ≤ Wch: trạng thái dẻo;

- W > Wch (Wnh): trạng thái chảy (nhão)

Khi độ ẩm của đất dính ở giữa giới hạn chảy và giới hạn dẻo → đất có tính dẻo Phạm vi biến thiên độ ẩm trong đó đất có tính dẻo gọi là chỉ số dẻo Id Công thức xác định:

Mỗi loại đất có Id khác nhau→ dùng Id xác định tên đất dính

Quy phạm dùng chỉ số dẻo để phân loại đất dính và nó có quan hệ với

lƣợng chứa nhóm hạt sét trong đất theo phụ lục 1.2

Qui phạm dùng độ sệt để đánh giá trạng thái của đất dính theo phụ lục 1.3

Những loại đất sét có chỉ số sệt B > 0,6 không cho phép dùng làm nền thiên nhiên, cũng nhƣ dùng làm lớp đệm

c Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT: Standard Penetration Test)

Nguyên lý thí nghiệm: đóng dụng cụ lấy mẫu đã đƣợc tiêu chuẩn hóa vào trong đất, đếm số nhát búa N để thiết bị ngập vào trong đất 30cm N càng lớn đất càng tốt

Qui phạm dùng số lần búa rơi N để đánh giá trạng thái của đất dính theo

theo phụ lục 1.4

d Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT: Cone Penetration Test)

Nguyên lý thí nghiệm: dùng 1 lực ép tĩnh có tốc độ không đổi ấn mũi xuyên

hình côn vào trong đất Đo sức kháng của đất lên mũi xuyên qc và đo ma sát của đất với thành bên mũi xuyên fs

Dùng tính mô đun biến dạng E0 của đất dính Hệ số  theo thí nghiệm

xuyên tĩnh CPT dựa vào phụ lục 1.5

Để xác định trạng thái đất rời phải dựa vào hệ số rỗng Tra phụ lục 1.6

 Phân loại đất rời theo cỡ hạt:

Các hạt khoáng vật có hình dạng, kích thước cấu tạo và tính chất rất khác nhau

Kích thước các hạt có thể từ vài cm như cuội sỏi đến các hạt keo có kích thước nhỏ hơn 1μm chứa trong đất sét Người ta đưa ra các kích thước hạt như sau:

hạt montmorilonit có tỷ diện tích hàng trăm mét vuông và điều đó làm cho tính chất của hạt sét này khác ca với loại sét cao lanh Ngoài kích thước, thành phần khoáng vật cũng quyết định đến tính chất của đất Ví dụ: khoáng thạch anh thì không tác dụng với nước Bởi vậy khi xem xét tính chất vật lý của đất cần phải xem xét thành phần khoáng vật của nó Dựa vào thành phần hạt (kích thước và hàm lượng)

Quy phạm phân chia đất rời thành các loại như trong phụ lục 1.8

 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT: Standard Penetration Test)

Ngoài ra người ta còn đánh giá trạng thái đất rời theo thí nghiệm xuyên

động SPT (Standard Penetration Test) theo phụ lục 1.9 Dựa vào số lần búa rơi N

hoặc độ chặt tương đối D

 Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT: Cone Penetration Test)

Bên cạnh đó người ta còn đánh giá độ chặt theo sức kháng xuyên mũi qc

(MPa) của thí nghiệm xuyên tĩnh CPT trong phụ lục 1.10

N

38 29 29.3 22.6 1.78 2,64 8010 0.08 1.58 4 Hãy tính các chỉ tiêu cơ lý sau: cho biết

- Hệ số rỗng; độ lỗ rỗng; độ bão hòa; trọng lượng riêng khô

- Xác định tên đất dựa vào chỉ số dẻo

- Xác định trạng thái của đất dựa vào độ sệt

- Tính mô đun biến dạng theo thí nghiệm xuyên tĩnh CPT

- Xác định trạng thái của đất dựa vào thí nghiệm xuyên động SPT

Bài 2: Cho lớp địa chất số 22 có các giá trị sau:

1-0.25

0.5-0.1

0.25-0.05

0.1-22 1.5 9.0 10 41.5 25 9 4 13.6 2.63 18.50 39

Hãy tính các chỉ tiêu cơ lý sau: cho biết

- Xác định tên đất dựa vào kích thước hạt theo TCXD 45 – 78

- Xác định trạng thái của đất dựa vào thí nghiệm xuyên động SPT và xuyên tĩnh CPT

- Hệ số rỗng; độ lỗ rỗng; độ bão hòa

- Trọng lượng riêng tự nhiên; trọng lượng riêng khô

Bài 3: Cho lớp địa chất số 25 có các giá trị sau:

Lớp địa

chất

25 30 29,1 22,9 1,73 2,65 0,36 2 Hãy tính các chỉ tiêu cơ lý sau: cho biết

- Hệ số rỗng; Độ lỗ rỗng; Độ bão hòa; Trọng lượng riêng khô

- Xác định tên đất dựa vào chỉ số dẻo.Xác định trạng thái của đất dựa vào độ sệt

- Tính mô đun biến dạng theo thí nghiệm xuyên tĩnh CPT

- Xác định trạng thái của đất dựa vào thí nghiệm xuyên động SPT

Bài 4: Cho lớp địa chất số 6 có các giá trị sau:

1-0.25

0.5-0.1

0.25-0.05

Hãy tính các chỉ tiêu cơ lý sau: cho biết

- Xác định tên đất dựa vào kích thước hạt theo TCXD 45 – 78

- Xác định trạng thái của đất dựa vào thí nghiệm xuyên động SPT và xuyên tĩnh CPT

- Hệ số rỗng; độ lỗ rỗng; độ bão hòa

- Trọng lượng riêng tự nhiên; trọng lượng riêng khô

III PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT

1 Khái niệm

Có nhiều nguyên nhân gây ra ứng suất trong đất: do trọng lượng bản thân

đất, do sự thay đổi mực nước ngầm trong đất; do tải trọng công trình…

Các loại ứng suất trong đất: ứng suất do trọng lượng bản thân, ứng suất do tải trọng ngoài, ứng suất thủy động do dòng thấm trong đất…

Ứng suất trong đất liên quan chặt chẽ với biến dạng của đất và khả năng tiếp nhận tải trọng từ công trình

2 Ưng suất do trọng lượng bản thân đất nền gây ra

Ứng suất bản thân của đất hay còn gọi là ứng suất thường xuyên xuất hiện

do trọng lượng của lớp đất nằm trên gây nên, ứng suất này phụ thuộc vào trọng lượng của đất và chiều sâu điểm đang xét, ứng suất bản thân của đất xác định sự phân bố ứng suất ban đầu trong khối đất nền thiên nhiên trước khi xây dựng

Từ mặt đất nằm ngang ứng suất do trọng lượng bản thân của đất sẽ tăng lên theo chiều sâu

+ - trọng lượng riêng tự nhiên

của đất

+ z - chiều sâu từ mặt đất tới điểm

đang xét Hình 2.3 Biểu đồ ứng suất trong đất

Hình 2.4 Biểu đồ ứng suất trong đất đối với nền nhiều lớp

không có nước ngầm

Trong trường hợp đất gồm nhiều lớp Ứng suất của đất tại điểm M bất kỳ được tính bằng:

(2.29)

Một cách tổng quát:

∑ (2.30)

Trong đó:

+ – Trọng lượng riêng tự nhiên của lớp đất 1, 2,…, i

+ h1, h2, …, hi, – Chiều dày của lớp đất 1, 2,…,i

Biểu đồ phân bố Ứng suất do tải trọng bản thân của đất trường hợp nền nhiều lớp có dạng đường gãy khúc

 Trường hợp có mực nước ngầm

Hình 2.5 Biểu đồ ứng suất trong đất đối với nền nhiều lớp

có nước ngầm

- Đối với lớp đất nằm dưới mực nước ngầm thì trọng lượng riêng của đất

là trọng lượng riêng no nước Do vậy khi tính áp lực của đất ta sử dụng trọng lượng riêng đẩy nổi để tính

(2.31)

- Tuy nhiên lực dẩy arsimet không có tác dụng đối với lớp đất sét mà

thực tế có thể coi là cách nước

Hình 2.6 Trường hợp 1: MNN nằm tại

điểm bất kỳ trong lớp đất

Hình 2.7 Trường hợp 2: MNN nằm tại điểm giao nhau của hai lớp đất

- Trường hợp 1: MNN nằm tại điểm bất kỳ trong lớp đất Hãy xét ứng

suất do tải trọng bản thân đất nền gây ra các điểm A, B, C

+ Ứng suất do tải trọng bản thân đất nền gây ra các điểm A:

∑ + Ứng suất do tải trọng bản thân đất nền gây ra các điểm B:

Gọi là khoảng cách từ đáy lớp đất thứ nhất tới MNN

Gọi là khoảng cách từ MNN tới đáy lớp đất thứ hai

∑

+ Ứng suất do tải trọng bản thân đất nền gây ra các điểm C:

∑ + Ứng suất do tải trọng bản thân đất nền gây ra các điểm C:

∑

3 Ƣng suất do tải trong ngoài gây ra

Hình 2.8 Ứng suất do tải trọng ngoài gây ra tại M

- Gọi p là tải trọng phân bố đều trên diện tích (a x b)

- Xét áp lực gây ra tại điểm M ở vị trí tâm móng:

(2.32)

Tính ứng suất do tải trọng bản thân

của đất gây ra ở các điểm:

Cho nền đất có các lớp địa chất nhƣ sau:

- Tính ứng suất do trọng lƣợng bản thân đất nền gây ra tại tâm móng

- Tính ứng suất do tải trọng ngoài gây ra tại tâm móng

Hình 2.11

CÂU HỎI ÔN TẬP

CHƯƠNG 3: BIẾN DẠNG LÚN VÀ SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT

NỀN

I BIẾN DẠNG LÚN CỦA NỀN

1 Khái niệm

Tải trọng công trình tác dụng → nền bị biến dạng

- Biến dạng nén theo phương đứng dẫn đến chuyển vị đứng là quan trọng

và được quan tâm hơn cả

- Chuyển vị đứng của mặt đất → chuyển vị đứng của công trình → lún

Ý nghĩa của việc dự báo độ lún: Do độ rỗng của đất khá lớn → độ lún của nền đáng kể Nền bị lún → ảnh hưởng đến công trình là điều kiện sử dụng giảm sút (không sử dụng bình thường được do độ lún vượt quá giới hạn trong khi công trình vẫn ổn định); ảnh hưởng đến kết cấu công trình (độ lún dù chưa lớn nhưng có sự chênh lệch giữa các bộ phận làm cho kết cấu công trình bị hư hỏng) → Việc dự báo

độ lún cuối cùng, độ lún tại một thời điểm nào đó rất quan trọng và không thể bỏ qua

Hình 3.1 Công trình lún đều

Hình 3.2 Công trình lún lệch

Hình 3.3 Công trình lún lệch

2 Điều kiện tính lún

∑ ≤ [Sgh] = 8cm (3.1)

Trong đó:

+ Ei: Mô đun biến dạng của lớp thứ i;

+ h’i: Chiều dày của lớp phân tố i;

+ : ứng suất trung bình tại giữa lớp phân tố i

ra lún đƣợc xác định theo công thức sau:

(3.3)

Độ sâu tính

từ đáy móng Z

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

 Dòng đầu tiên ghi số 0

 Các dòng tiếp theo ghi số thứ tự từ 1, 2, 3, …., n lớp phân tố nhỏ của

lớp đất đó Số thứ tự từ 1, 2, 3, …., n được lặp lại ở lớp tiếp theo

+ Cột (3): Ghi chiều dày h’i của các lớp đất nằm dưới đáy móng Các chiều dày h’i có thể bằng hoặc khác nhau

+ Cột (4):

 Dòng đầu tiên ghi số Z = 0 tại đáy móng

 Các dòng tiếp theo tính như sau:

zi = zi-1 + h’i (m) + Cột (5): Được tính bằng công thức:

+ Cột (6): Dựa vào (n; m) → Tra phụ lục 2.1

+ Cột (7):

 Dòng đầu tiên ghi giá trị ở bước 2

 Các dòng tiếp theo tính như sau:

+ Cột (8):

 Dòng đầu tiên ghi giá trị ở bước 1

 Các dòng tiếp theo tính như sau:

Bảng tính lún chỉ dừng lại khi giá trị cột (9) ≥ cột (7)

- Bước 5: Xác định chiều sâu vùng chịu nén Hc: là chiều dày lớp đất bị nén chặt được tính từ đáy móng đến độ sâu Hc

Nền đất có số liệu địa chất như sau:

- Lớp 1: đất trồng trọt có

- Lớp 2: Sét pha có E2=8800(kN/m2) h’2

= 0.3m

- Lớp 3: Sét pha có 3 = 20 (kN/m3), h3=1.2m, E3=9000(kN/m2) h’3= 0.4m

- Lớp 4: Cát pha có 4 =22 (kN/m3), h4 >20m, E4=9800(kN/m2) h’4 = 0.5m

II SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN ĐẤT

1 Khái niệm

Sức chịu tải của nền đất hay cường độ tính toán của nền R chính là áp lực ứng với khu đất có vùng biến dạng dẻo trong nền ở dưới mép móng phát triển đến độ sâu zmax = b/4

2 Xác định tải trọng tới hạn tiêu chuẩn

∑ (3.6) Trong đó:

+ tb = 20  22 kN/m3

+ Rtc: sức chịu tải của đất nền dưới đáy móng [kN/m2

] + hm: Chiều sâu chôn móng [m]

+ lm: Cạnh dài của móng [m]

+ bm: Cạnh ngắn của móng [m]

3 Tính sức chịu tải của nền đất

Các phương pháp tính toán độ lún hiện nay đều dựa theo nguyên lý biến dạng tuyến tính Để có thể coi nền là biến dạng tuyến tính thí các áp lực do tải trọng tiêu chuẩn gây ra phải thỏa mãn điều kiện

[ ] (kN/m2

) (3.8) Trong đó:

+ ktc: hệ số tin cậy, được chọn tùy theo phương pháp xác định các đặc trưng tính toán của đất

 Theo thí nghiệm trực tiếp tại hiện trường: ktc = 1

 Theo số liệu thống kê: ktc = 1.1

+ m1, m2: Hệ số điều kiện làm việc của nền đất và cùa công trình có tác

dụng qua lại với nền Tra phụ lục 2.2

+ I: trọng lượng riêng trung bình của các lớp đất nằm trên cao trình đáy móng

∑ ∑ (3.9) + II: trọng lượng riêng của lớp đất nằm dưới cao trình đáy móng

+ ctc: lực dính tiêu chuẩn của lớp đất nằm dưới đáy móng [kN/m2

] + Các hệ số A, B, D phụ thuộc vào góc ma sát trong tiêu chuẩn tc Tra phụ lục 2.3

4 Bài tập

Bài tập 1

Cho 1 móng đơn đặt dưới chân cột

Lực dọc tiêu chuẩn tại chân cột

Nền đất có chỉ tiêu cơ lý như sau:

- Lớp đất trồng trọt có:

- Lớp đất cát pha có:

- Lớp đất sét pha có:

Chiều sâu chôn móng hm = -1.5m, tính từ mặt đất tự nhiên

Nền đất gồm 4 lớp có số liệu địa chất như sau:

Hãy tính:

- Hãy tính lún tại tâm móng

- Kiểm tra điều kiện áp lực dưới đáy móng

Bài tập 3:

Cho một móng đơn có kích thước 1.2x2.88m2

Chịu tải trọng

Chiều sâu chôn móng hm = -1.5m, tính từ mặt đất tự nhiên

Nền đất gồm 4 lớp có số liệu địa chất như sau:

- Hãy tính lún tại tâm móng

- Kiểm tra điều kiện áp lực dưới đáy móng

Hãy tính:

- Hãy tính lún tại tâm móng

- Kiểm tra điều kiện áp lực dưới đáy móng

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Hãy trình bày cách tính lún cho công trình

2 Hãy trình bày cách tính sức chịu tải của nền đất