Bài giảng nền và móng pptx

M e N  : độ lệch tâm của hợp lực đối với trục trung tâm a, b: cạnh dài, cạnh ngắn của đáy móng - Nếu móng đặt trên nền đất dưới tổ hợp lực chủ thì phải đảm bảo: max R tt - Nếu móng đặt

Bài giảng nền và móng

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1.KHÁI NIỆM CHUNG

Mục đích và đối tượng nghiên cứu:

- Môn học Nền và móng sử dụng các kiến thức của Cơ học đất, cụ thể hóa cho phù hợpvới điều kiện thực tế, đồng thời sử dụng các phương pháp nghiên cứu riêng của mình đểtính toán và thiết kế kết cấu móng khác nhau

- Đây là một mô học chuyên môn thực dụng cho nên sẽ có một phần không thể thiếu được

 Nền: là bộ phận ngay dưới móng tiếp thu tất cả

các lực do móng truyền xuống Nền gồm hai loại: nền

thiên nhiên và nền nhân tạo

+ Nền thiên nhiên: là nền khi đáy móng đặt trực

tiếp lên đất thiên nhiên

+ Nền nhân tạo: là nền khi đất đã được dùng các biện pháp xử lý để làm cho cứng hơnhoặc chặt hơn

Các yếu tố của móng:

-Đỉnh móng: là phần mặt phẳng nằm ngang tiếp giáp giữa kết cấu phần trên và móng

-Đáy móng: là phần mặt phẳng nằm ngang tiếp giáp giữa móng và đất nền

-Chiều cao móng: là khoảng cách giữa đỉnh móng và đáy móng

-Chiều sâu chôn móng: là khoảng cách từ mặt đất tự nhiên đến đáy móng công trình hoặc

từ đường xói lở lớn nhất đến đáy móng

1.2 PHÂN LOẠI MÓNG

1

3 2

4 5

Theo phương pháp thi công móng được chia làm hai loại: móng nông và móng sâu

1.3.NGUYÊN LÝ CHUNG TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓNG THEO TRẠNG THÁIGIỚI HẠN

1.3.1.Khái niệm về trạng thái giới hạn

Trạng thái giới hạn được hiểu là ngưỡng cuối cùng về phương diện kỹ thuật mà công trìnhkhông có bất kỳ một sự cố nào (về độ võng, nứt, biến dạng, mất ổn định) cả về sự toànvẹn lẫn việc khai thác, sử dụng một cách bình thường

Theo đó khi tính toán thiết kế một bộ phận công trình nói chung phải kiểm toán ba trạngthái giới hạn (TTGH):

Trạng thái giới hạn 1: Tính toán về cường độ ổn định của nền móng

Trạng thái giới hạn 2: Tính toán về biến dạng, lún của nền móng

Trạng thái giới hạn 3: Tính toán về sự hình thành và phát triển khe nứt (chỉ sử dụng chotính toán kết cấu móng)

1.3.2.Tính toán thiết kế móng theo trạng thái giới hạn

Hình 2

FS: Hệ số an toàn, phụ thuộc loại nền và tính chất của tải trọng, công trình

-Đối với bản thân móng:

max R

Trong đó:

max

 : ứng suất lớn nhất trong móng do tải trọng công trình và phản lực đất gây ra

R: cường độ cho phép (cường độ tính toán) của đất nền tương ứng với sự phá hoại củaứng suất

b Tính toán theo TTGH 2:

Việc tính toán nền theo TTGH 2 trong thực tế là tính toán nhằm hạn chế lún của các dạngnền trừ các loại nền đất sét cứng, cát rất chặt, đất nửa đá và đá Thiết kế phải đảm bảo cácđiều kiện sau:

MÓNG NÔNG TRÊN NỀN THIÊN NHIÊN

2.1.KHÁI NIỆM CHUNG

2.1.1.Khái niệm

Móng nông là loại móng có độ sâu từ đáy móng tới mặt đất hay tới mực nước thi côngnhỏ hơn 5÷6m

Móng nông được thiết kế cho những công trình xây dựng trong điều kiện địa chất tươngđối đơn giản, khi các lớp đất cứng, chặt ở gần mặt đất và có cấu tạo ổn định.

2.1.2 Phân loại

a.Theo vật liệu làm móng

Đối với ngành xây dựng cầu đường, để làm móng trụ, mố cầu thường dùng các móng xây

đá hộc, móng bê tông và móng bê tông cốt thép

*Móng đá hộc: Xây với vữa xi măng, dùng với cầu cống nhỏ và trung, tải trọng không

lớn

* Móng bê tông: Đây là móng phổ biến nhất trong các loại móng nông, Rbt≥100kg/cm2nếu móng nằm trong môi trường bị phá hoại thì Rbt≥200 kg/cm2

* Móng bê tông cốt thép:

- Khối lượng công trình nhỏ do đó giảm nhẹ phần nào công tác đào đất thi công móng

- Có thể thiết kế các loại móng lắp ghép bằng bê tông cốt thép đưa đến khả năng cơ giớihóa và công nghiệp hóa toàn bộ quá trình thi công công trình

- Thường dùng bê tông mác lớn hơn 200 và cốt thép có đường kính Ф10 ÷ Ф30

2.2.CẤU TẠO MÓNG NÔNG

Khi thiết kế móng nông bước thứ nhất phải giả định các kích thước của móng Hình dạngcủa móng tùy thuộc vào điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, tải trọng cũng như cấu tạocủa công trình bên trên

2.2.1 Độ sâu đặt móng

Độ sâu đặt móng căn cứ vào mặt cắt địa chất để chọn Độ chôn sâu dưới mặt đất sau khixói lở lớn nhất của đáy móng, tối thiểu là:

h= Δh + Δkh + Δh + ΔkkTrong đó: h: độ sâu chôn móng

Δh + Δkh: độ sâu đặt móng trong đất để đảm bảo ổn định của trụ, tùy thuộc vào điều kiện cường

-Móng mố trụ cầu đặt trên tầng đá yêu cầu phải phá hết lớp phong hóa trên mặt và đáymóng vào lớp cứng sâu hơn 25cm

-Nếu trụ cầu đặt ở những sông không thông thuyền thì đỉnh móng thường lấy thấp hơnmực nước thấp nhất tối thiểu là 0,5m Nếu ở sông thông thuyền thì khoảng cách đó tùythuộc vào cấp sông

2.2.2.Các kích thước của móng

-Kích thước bình diện của mặt trên móng thường làm lớn hơn kích thước mặt công trìnhmột đoạn bằng gờ móng Δh + Δk (mục đích làm gờ móng để phòng sự sai lệch vị trí khi thi côngmóng) Đối với mố trụ cầu Δh + Δk = 0,2 ÷ 1m

tâm, đáy móng thường đối xứng.

-Nếu tải trọng tác dụng có thêm cả lực ngang và mômen uốn lớn thì đáy móng nên cấu tạokhông đối xứng để ứng suất đáy móng phân bố đều hơn, hay nói cách

khác là làm sao cho trọng lực đi gần trọng tâm đáy móng

Trong trường hợp móng đặt trên tầng đá nằm nghiêng, để giảm bớt khó

khăn cho thi công có thể cấu tạo móng thành nhiều bậc(hình 2.3)

2.3.TÍNH TOÁN MÓNG NÔNG THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN

2.3.1.Đặt vấn đề

1, Các bước thiết kế

- Bước 1: Căn cứ vào kết cấu công trình bên trên, tải trọng truyền qua các bộ phận côngtrình, điều kiện địa chất và địa chất thủy văn để sơ bộ xác định các kích thước chủ yếu củamóng: độ sâu đặt móng, kích thước đáy móng Chú ý: phải đưa ra một số phương án, sau

- Theo phương tác dụng lên cầu: gồm có:

M

Hinh 2.4

hình 2.3

Hình 2.2.a)Lực tác dụng đúng tâm, cấu tạo móng đối xứng.

b)Lực tác dụng lệch tâm, cấu tạo hố móng không đối xứng.

+ Lực thẳng đứng: trọng lượng bản thân kết cấu, trọng lượng các đoàn xe.

+ Lực nằm ngang dọc cầu: lực hãm xe, lực co rút do nhiệt độ, lực gió dọc cầu

+ Lực nằm ngang ngang cầu: lực gió ngang cầu, lực lắc ngang của đoàn xe, lực ly tâm nếucầu nằm trên đường cong

- Theo qui trình: chia làm 3 loại

+ Lực chủ: Là các lựa thường xuyên tác dụng lên cầu như tĩnh tải (trọng lượng bản thankết cấu), hoạt tải thẳng đứng (trọng lượng các phương tiên đi trên cầu), áp lực đất lên cáccông trình tường chắn, lực lý tâm phát sinh ở những loại cầu nằm trong đường cong do xechạy sinh ra

+ Lực phụ: Là các loại lực không thường xuyên tác dụng như: lực hãm xe, lực gió, lực corút do nhiệt độ, lực va chạm của tàu thuyền

+ Lực đặc biệt: các lực tương đối lớn và ít tác dụng đến công trình như: lực động đất, lựctác dụng trong thời gian thi công

* Công thức cơ bản để kiểm toán các vấn đề khi thiết kế công trình:

1  tc tc

N n  N m k R F R F

Trong đó: Ntt: nội lực tính toán

Ntc: nội lực tiêu chuẩn

n: hệ số thay đổi tải trọng (hệ số vượt tải)

1   : hệ số xung kích, đối với công trình móng lấy 1    1

m: hệ số điều kiện chịu lực

k: hệ số đồng nhất củ vật liệu

Rtc: cường độ tiêu chuẩn của vật liệu

Rtt: cường độ tính toán của vật liệu

F: các đặc trưng tiết diện của kết cấu, ví dụ đối với móng là diện tích

* Khi tính toán thiết kế một bộ phận công trình phải kiểm toán 3 TTGH:

- TTGH1 gồm: các vấn đề về cường độ, về mỏi, về ổn định bộ phận của công trình Nộilực dùng là nội lực tính toán Ntt

- TTGH2 gồm: các vấn đề về biến dạng của bộ phận công trình Nội lực tính toán là nộilực tiêu chuẩn ( đối với nền khi tính lún thì tính với tải trọng tĩnh tiêu chuẩn)

- TTGH3: kiểm toán chống nứt cho công trình bê tông cốt thép.

2.3.2.Tính toán móng theo trạng thái giới hạn thứ nhất(TTGH I)

1, Kiểm toán ứng suất đáy móng (về cường độ đất nền)

- Ứng suất đáy móng phụ thuộc vào tải trọng tính toán, kích thước đáy móng và độ cứngđáy móng

- Khi kiểm toán dùng tải trọng tác dụng bên trên là tải trọng tính toán Ntt

- Công thức kiểm toán:

Wx, Wy: môđun chống uốn của tiết diện đáy móng đối với trục x và y

- Nếu trục trung tâm của móng không trùng với trục dọc, trục ngang cầu thì dùng côngthức (2-1)

- Nếu trục trung tâm của móng trùng với tim dọc và ngang cầu thì chia làm hai trườnghợp:

- Khi tính toán thấy min 0 chứng tỏ độ lệch tâm của hợp lực lớn hơn bán kính lõi đáymóng, nhưng giữa đáy móng và đất không thể chịu được ứng suất kéo nên ứng suất sẽphân bố lại thành một hình tam giác và ứng suất lớn nhất sẽ được tính theo công thức:

232

 max

M

e

N

 : độ lệch tâm của hợp lực đối với trục trung tâm

a, b: cạnh dài, cạnh ngắn của đáy móng

- Nếu móng đặt trên nền đất dưới tổ hợp lực chủ thì phải đảm bảo:

max R tt

- Nếu móng đặt trên nền đất dưới tổ hợp lực chủ và phụ thì phải đảm bảo:

max 1,2R tt

  (cường độ đất nền được tăng thêm 20%)

- Cường độ tính toán của đất nền Rtt được tính theo qui trình Đối với đất cát lấy theo phụlục 24 (qui trình); đối với các loại đất khác được tính theo công thức:

h: chiều sâu chôn móng (m)

- Cường độ tính toán nén dọc trục ở nền đá được xác định theo công thức:

m: hệ số điều kiện làm việc, lấy m = 3

- Nếu dưới đáy móng ở một độ sâu z nào đó có một lớp đất yếu thì khi kiểm toán theoTTGH1 phải kiểm tra cả ứng suất trên mặt tầng đất yếu theo công thức:

Trong đó:

z

 : ứng suất trên mặt tầng đất yếu

 : trọng lượng riêng của các lớp đất trên mặt tầng đất

yếu

h: độ chôn sâu đáy móng

z: khoảng cách từ đáy móng đến mặt tầng đất yếu

: hệ số tính ứng suất dưới tâm của đáy móng, tra

- Khi kiểm toán thường giả định điểm tâm quay khi

lật là mép ngoài cùng của đáy móng

- Để kiểm toán ổn định chống lật dưới một tổ hợp tải

lực nào đó ta chuyển tất cả các lực về trọng tâm đáy

H: Tổng các thành phần lực nằm ngang tác dụng phía trên công trình

N O

1 T

T 2

P 5

1 P

e

2 4

 : độ lệch tâm của tổng hợp lực+ Nếu e > y : móng bị lật vì lực tác dụng ra ngoài đế móng

+ Nếu e < y : móng ổn định

+ Nếu e = y : móng cân bằng giới hạn

* Điều kiện cân bằng ổn định không lật:

e m

y 

Với : m là hệ số điều kiện làm việc

m = 0,8 khi móng đặt trên nền đá, m = 0,7 khi móng đặt trên nền đất

b, Ổn định chống trượt

- Điều kiện:

H m

f N 

Theo qui trình qui định, kiểm toán ổn định chống trượt m = 0,8

f : hệ số ma sát trượt giữa đáy móng và đất nền lấy như sau:

bộ khối đất đắp và nền Để kiểm toán thường giả định mặt trượt là mặt trụ tròn xoay (tínhtoán như cơ học đất).

- Điều kiện ổn định chống trượt sâu:

1,25

o tr

M K

M

Trong đó: Mô: mômen ổn định

Mtr: mômen trượt

- Tâm trượt nguy hiểm nhất tìm theo phương pháp đúng dần (cơ học đất)

2.3.3.Tính toán móng theo trạng thái giới hạn thứ hai(TTGH II)

- Theo TTGH2 phải kiểm toán biến dạng hay độ lún của nền nhỏ hơn một giá trị giới hạnqui định nào đó

- Qui trình thiết kế cầu cống theo TTGH có hướng dẫn:

+ Chỉ cần tính lún cho những công trình có sơ đồ tĩnh định ngoài khi chiều dài nhịp lớnhơn 50m đối với cầu đường sắt, lớn hơn 100m đối với cầu đường ôtô và thành phố

+ Độ lún được tính theo phương pháp “phân tầng công lún” (cơ học đất)

+ Độ lún S của nền trụ cầu phải nhỏ hơn 1,5 L (cm) Độ chênh lệch về lún của hai trụ cạnh nhau phải nhỏ hơn 0,75 L Trong đó L là chiều dài của nhịp ngắn gác lên trụ cầu

e = M/N : độ lệch tâm của hợp lực tác dụng lên đáy móng

 : bán kính lõi của đáy móng,  W F/

W: Mômen chống uốn của tiết diện đáy móng, W = Jx/y

Jx: mômen quán tính của đáy móng đối với trục x

y: khoảng cách từ trục trung tâm đến cạnh chịu áp suất nhỏ hơn

F: diện tích đáy móng

m: được qui định như sau:

1 Móng trên nền đất

- Khi tính trụ giữa với tải trọng tĩnh 1,0

- Khi tính trụ giữa với tổ hợp lực chủ + phụ 1,0

- Khi tính mố với tổ hợp lực chủ + phụ cho cầu lớn và trung 1,0

- Khi tính mố với tổ hợp lực chủ + phụ cho cầu nhỏ 1,2

2 Móng trên nền đá

- Khi tính cho trụ và mố với tổ hợp lực chủ + phụ 1,2

Ví dụ: Có một móng mố cầu như hình vẽ Mặt

đáy móng là hình chữ nhật có kích thước a=9m,

b=4,6m, đáy móng đặt trên một nền cát to chặt vừa

1, Định vị hố móng ở nơi khô (không có nước)

- Căn cứ vào đường tim dọc cầu và các mốc qui định vị trí của từng móng, trước tiên xácđịnh trục dọc và ngang của mỗi móng; đánh dấu cố định bằng cọc chắc chắn, nằm xa nơithi công để tránh va chạm làm sai lệch vị trí

- Hình dạng của hố móng căn cứ vào cấu tạo của móng để xác định, nên làm đơn giản,không nên có các góc lõm (sẽ khó thi công) Kích thước hố móng làm rộng hơn kíchthước thực, thường là 0,5 - 1,5m, để làm chỗ đặt ván khuôn và chỗ đứng cho công nhân

- Khi đào đất, xây móng để theo dõi kích thước của móng người ta làm một khung định vịxung quanh hố móng Khung định vị này, gồm những tấm ván tựa trên những cọc nhỏđường kính khoảng 14 -15mm Các cạnh của khung định vị sẽ bố trí song song với cáccạnh của hố móng và cách mép hố móng khoảng 1 - 1,5m Trên khung định vị đánh dấu

các vị trí mép hố móng , trên những dấu này căng dây để xác định phạm vi đào và xây hốmóng (hình 2.9).

- Khi thi công cần theo dõi cao độ các bộ phận của kết cấu (đáy móng, mặt trên móng….)

tiếp và đánh dấu vị trí trục dọc, trục ngang của móng,

hoặc tiến hành đo đạc trên cầu tạm Cọc định vị phải cách

xa móng, khi đo bằng máy bố trí các sàn tạm trên các cọc

gỗ xung quanh cọc định vị

- Ở những móng cọc đặt ở chỗ nước sâu, công tác đo đạc định vị thường phải làm giántiếp Tim của các trụ nằm ở giữa sông thường được xác định bằng phương pháp tam giácđạc (hình 2.10) Kích thước và chu vi móng sau này sẽ dựa vào các công trình vòng vây

để đánh dấu

2.4.2 Thi công hố móng ở chỗ cạn

1, Hố móng đào trần

- Móng nông xây ở những nơi không có nước

ngầm thì chỉ cần đào lớp đất trên mặt đến độ sâu

thiết kế để xây móng, hố đào này được gọi là hố móng đào trần Tùy thuộc vào tính chấtcủa từng loại đất mà quyết định hình dạng vách hố móng cho phù hợp

12

43

7

5

6

Mo 2 Tru 2 Tru 1

- Khi thi công hố móng đào trần phải thi

công nhanh để tránh nước mưa làm đất nền

bị giảm cường độ Nếu khối lượng đất đào

và kích thước móng lớn yêu cầu thời gian

thi công kéo dài cần phải chú ý làm rãnh

thoát nước mưa không nên để hố móng bị

úng ngập nước lâu dài (hình 2.11)

- Để bảo vệ hố móng không được để vật liệu, đất đào,

máy móc thi công gần mép hố móng Xung quanh hố

móng cần để một đường bảo vệ rộng từ 1 - 1,5m Nếu hố

móng tương đối sâu khi đào nên để vách hố thành từng

bậc, mỗi bậc sâu khoảng 1 - 1,5m (hình 2.12)

- Đối với những nơi chật hẹp, hố móng phải đào thẳng

- Tác dụng của ván lát: giữ cho vách hố móng được ổn định, hạn chế bớt việc gây lún

- Cấu tạo chống hố móng bằng ván lát: Ván lát thường dùng khi chiều sâu hố móng < 4m Ván lát dùng loại gỗ dày 4- 8cm Thanh chống đứng dùng gỗ vuông hoặc tròn có d = 12-16cm Thanh chống ngang có d = 14- 22cm (hình 2.13)

Thi công đến đâu đặt ván lát đến đó, thanh chống đứng được thay dần bằng những loại dài

hơn, sau đó đặt thanh chống ngang và nêm chặt

3

Hình 2.13

1 Ván lát ngang

2 Thanh chống đứng

- Khi xây dựng công trình tại vị trí có

nước ngầm, để chống nước ngầm chảy

vào hố móng, dùng tường cọc ván

- Cấu tạo tường cọc ván gồm:(hình 2.14)

+ Cọc ván: làm bằng ván gỗ hoặc thép

hoặc BTCT Trên mép có cấu tạo kiểu

mộng hay chốt để liên kết với nhau chống

nước chảy vào hố móng Dùng búa để

đóng vào trong đất Cọc ván phải được

đóng vào trong đất đến độ sâu nhất định

để đảm bảo độ ổn định và hạn chế nước

luồn qua chân cọc vào đáy hố móng

+ Cột định vị và các khung định hướng để giữ

cho các cọc ván nằm đúng vị trí thiết kế trong

quá trình đóng

+ Tầng chống ngang và dọc để giữ cho cọc ván

ổn định dưới tác dụng của áp lực đất Thanh

chống được đặt dần trong quá trình hút nước và

đào đất bên trong hố móng

- Khi tầng đất không thấm nước nằm gần giữa đáy móng thì chân cọc đóng ngập vào tầngnày (hình 2.15) Nếu tầng đất không thấm nước ở quá sâu, thì chân cọc ván phải đảm bảođóng đến độ sâu làm sao cho áp lực thủy động dòng nước luồn dưới chân cọcván vào hố móng không làm trôi những hạt đất ở dưới đáy hố (hình 2.16)

Thông thường độ sâu t của chân cọc được đóng

vào trong tầng sét hoặt cát sỏi to không được nhỏ

quá 1m, tầng đất cát nhỏ rời rạc không nhỏ quá

2m

- Vị trí đầu trên của cọc ván tùy thuộc vào mực

nước ngầm; nếu mực nước ngầm thấp thì đâo

trần với các lớp đất phía trên, cọc ván dung để

chống vách hố móng ở những tầng đất dưới mực

nước ngầm

- Khi hố móng đào tương đối sâu mà vật liệu làm

cọc lại ngắn thì có thể dung biện pháp cọc ván nhiều tầng

- Đối với những hố móng không sâu lắm, nếu dung cọc ván cứng (thép) có thể không cầndùng thanh chống ngang Với những hố móng sâu phải dùng thanh chống ngang, và có thểphải dùng 3- 4 tầng chống ngang

- Tùy thuộc vào điều kiện chịu lực mà chọn

loại cọc ván làm bằng các loại vật liệu khác

nhau cho phù hợp như: cọc ván gỗ, cọc ván

- Cường độ áp lực chủ động:

a a

p   Z (kN/m2)Trong đó:: trọng lượng thể tích của đất (T/m3)

- Cường độ áp lực bị động:

p p

p   Z (kN/m2)Với : a: hệ số áp lực ngang bị động, p tg2450 / 2

Điều kiện bền:

2

1 1 2

3 5

* Đối với thanh chống đứng

2R

Hình 2.18

- Thanh chống đứng là gối lựa của ván lát, tải trọng tác dụng do ván lát truyền sang Tính

là dầm giản đơn chịu tải trọng rải đều q2 hoặc q3

Kiểm toán ứng suất:

u

M R W

8

q l

M  ,

2

3 3 3

8

q l

M 

* Đối với thanh chống ngang:

Kiểm toán thanh chống ngang:

Fi: diện tích tiết diện ngang thanh chống ngang thứ i

Ri : lực tác dụng lên thanh chống ngang thứ i

+ Lực tác dụng lên thanh chống ngang số 1: 1 2 2.

* Tính cọc ván không chống

Điều kiện:

a p

M

m

* Tính cọc ván có nhiều tần chống ngang

Đối với tường cọc ván có nhiều tầng chống ngang không cần kiểm toán sự mất ổn định

mà chỉ cần kiểm toán về cường độ

độ tính toán chịu uốn Ru = 100daN/cm2

Nẹp đứng làm bằng gỗ có tiết diện 15*15 cm2, khoảng cách

2.4.4.Thi công móng ở nơi có nước mặt

Tùy thuộc vào độ sâu để chọn biện pháp thi công cho phù hợp

- Với những công trình nằm ở những chỗ nước không sâu lắm (h < 2m) để ngăn nước mặtngười ta đắp một đập đát vây xung quanh hố móng, gọi là vòng vây đất.

- Đập đất đắp cao hơn mực nước thi công khoảng 0,7- 1m, mặt trên của đập rộng từ 1 -2m,mái dốc phía trong từ 1:2 -3:2, phía ngoài 1:2 -1:3 (hình 2.19) Vòng vây đất đắp làm bằngđất cát pha sét là tốt nhất, cũng có thể đắp đập bằng đất cát và để chống thấm nước làmthêm một lõi đất sét (hình 2.20)

- Ở phía trong, chân mái dốc làm cách mép hố móng một khoảng b > h.tg(450- / 2) Khinước chảy mạnh (V > 1m/giây) phải gia cố mặt đập phía ngoài bằng đá hộc hoặc rọ đá.Nếu tốc độ nước chảy < 2m/s thì có thể dùng bao gai đựng đất sét đắp vòng vây ( chiềucao vòng vây < 4m, đắp thành độ dốc một bên còn 1 bên dựng đứng) Đối với sông miềnnúi vận tốc nước < 3m/s thì xây đá rồi đắp đất thành vòng vây

3

0.5m Loi dat set

Tang khong tham

Hình 2.19

Hình 2.20

n n t

h

W   (T)

Wđ: áp lực thủy động tác dụng lên đập

2 2

n d

V h W

g

 (T)

Với: V : vận tốc dòng nước (m/s)

hn: chiều sâu của nước mặt (m)

n: trọng lượng riêng của nước

g : gia tốc trọng trường, lấy g = 9,81m/s2

- Tính lượng nước thấm qua 1m chu vi của vòng

- Ở những nơi nước sâu từ 2 -4m dùng vòng vây hỗn

hợp giữa đất đắp và vòng vây cọc ván để ngăn nước

mặt và nước ngầm Đất đắp có tác dụng làm tăng khả năng chống thấm cho cọc ván.

a, Vòng vây cọc ván gỗ đơn

- Thường dùng khi nước mặt sâu từ 2 -3m

- Gồm một tường cọc ván để ngăn nước mặt, nước ngầm cũng như vách hố móng và đấtđắp phía ngoài vòng vây để tăng thêm khả năng chống thấm của cọc ván (hình 2.21)

- Tính toán như tính cọc ván nhiều tầng

b, Vòng vây cọc ván gỗ kép

- Dùng khi nước sâu từ 2 -4m

- Gồm hai tường cọc ván , giữa hai lần tường đắp bằng đất cát hoặc đất sét pha (hình2.22)

- Tường ngoài có tác dụng giữ đất phía trong và tăng thêm độc cứng của vòng vây Tườngđóng sâu xuống đất ít nhất là 2m Tường trong có tác dụng ngăn nước và giữ ổn định chovách hố móng Chân cọc phải đóng sâu > 2m

- Đầu 2 tường cọc ván được liên kết với nhau bằng thanh giằng Khoảng cách giữa tườngtùy thuộc vào loại đất:

Nếu đắp bằng đất cát trung bình hay cát thô:

trong đó:hn : độ sâu của nước mặt

hk: độ sâu từ nước mặt đến đáy hố móng

m : lấy từ 4 – 6

3, Vòng vây cọc ván thép

- Dùng trong trường hợp nước sâu hoặc đất cứng hoặc đất có lẫn cuội sỏi

- Vòng vây cọc ván thép có khả năng chịu lực cao, đồng thời tương đối kín nước Ngoài rangười ta còn dùng vòng vây cọc ván thép ở giữa hai tường có đất đắp hoặc đổ bêtong

- Khi mực nước từ 4 -6m thì làm vòng vây có hình dạng như mặt bằng của đáy móng Khimực nước > 8m thì dùng vòng vây cọc ván thép hình tròn (hình 2.23)

Hình 2.22

- Giả thiết lượng nước thấm vào hố móng chỉ chảy qua đáy hố còn vòng vây thì tương đốikín thì lượng nước có thể tính gần đúng như sau:

. th .

Q q k H U K 

Trong đó:Q: lượng nước thấm vào trong hố móng (m3/s)

q: lượng nước thấm đơn vị

kth: hệ số thấm của đất , tra bảng H: chiều cao cột nước áp lực, bằng khoảng cách từ mực nước tới

Coc van thep Vong chong

Thanh chong

Hình 2.23

- Nếu hố móng sâu và hẹp lại không thể hút nước bên trong hoặc đào đất tong long cọcống thì phải đào đất kết hợp với xói nước, sau đó hút lên bằng máy hút bùn thủy lực hoặckhí ép

- Đào đất bằng các dụng cụ cơ giới thì chú ý khi cách độ sâu thiết kế đáy hố móng khoảng0,3 -0,5m thì dừng lại và đào bằng thủ công để tránh ảnh hưởng của máy khi làm việc đếntính chất tự nhiên của đất

- Khi đào đất xong phải quan sát và lấy mẫu đất thí nghiệm để xác định lại tính chất tựnhiên của đất xem có phù hợp với các yêu cầu khi thiết kế không

- Trước khi xây hoặc đổ bêtông móng đối với nền đất cần san phẳng và đầm chặt nền đất.Rải một lớp cát thô hoặc đá dăm dày 10 -20cm để mặt nền được khô ráo

- Trường hợp nền là loại đất cát thì phải thi công bằng phương pháp đào ngầm dưới nước,đào sâu hơn độ sâu thiết kế của đáy hố móng, rồi dùng phương pháp đổ bêtông dưới nước

để tạo ra một tầng bịt đáy hố móng Sau khi tầng bêtông này đông cứng, hút nước trongvòng vây để tiếp tục xây hố móng

- Trường hợp đáy móng đặt trên tầng đá, sau khi đào hết lớp đất mặt phải tiến hành pháhết lớp đá phong hóa Nếu trong nền đá có nhiều khe nứt thì cũng phải bịt đáy hố móngbằng lớp bêtông dưới nước

2.4.7.Xây dựng móng

- Khi thi công móng thường dùng một số phương pháp đổ bêtông dưới nước

Các phương pháp này phụ thuộc vào khối lớp bêtong và độ sâu của nước trong hố móng

- Nếu khối lượng bêtông ít, nước trong hố móng không sâu có thể đổ bêtông

bằng túi bao tải Bêtông cho vào túi bao tải buộc lại bằng dây thừng với một nút để tháo

Hạ nhẹ nhàng bao tải đến gần sát đáy hố, đứng trên bờ kéo dây cởi nút miệng túi chobêtông tụt xuống Tiếp tục đỏ bằng nhiêu bao tải một lúc, chú ý nhẹ nhàng

- Khi khối lượng bêtông nhiều, nước trong hố tương đối sâu thường dùng phương pháp đổbêtông dưới nước bằng ống dịch chuyển thẳng đứng (hình 2.24)

+ Ống làm bằng thép đường kính khoảng 200 300mm, bề dầy của thành ống khoảng 4 5mm, ống được ghép lại từ những đoạn dài 1 -2m

-+ Phía trên ống nối với một thùng hình phễu để chứa bêtong Ống được đeo vào một cầntrục hoặc xà ngang và có thể dễ dàng nâng lên, hạ xuống

Hình 2.24

+ Trình tự đổ:

Đầu tiên dùng một nút hình cầu hoặc dạng van trượt (bằng gỗ hoặc bao tải cuộn chặt)nút kín ống thép Nút này được giữ bằng một sợi dây vòng lên trên Khi đổ bê tông nút bịđẩy dần xuống chân ống lúc này đang đặt sát đáy hố móng, tiếp đó nhấc ống lên cho châncách mặt đất khoảng 20 -30cm vào chùng dây cho nút tụt khỏi ống, bê tông sẽ tràn rangoài, lúc này phải lien tục đổ bê tông vào phễu Lớp bêtong dưới chân cọc ngày càng dầylên và chỉ có lớp bêtông trên mặt là tiếp xúc với nước.Chân ống thép phải luôn ngập vàotrong lớp bêtông khoảng 0,8 - 1m

Tùy vào diện tích của hố móng và

bán kính phạm vị bêtong có thể tràn

ra của mỗi ống mà quyết định số

ống đổ bêtông Bán kính hoạt động

của một ống khoảng 3 -4,5m Phải

đảm bảo đổ bêtông liên tục, yêu cầu

năng suất tối thiểu là 0,3m3/h cho

mỗi mét diện tích hố móng

Nếu đáy hố móng quá rộng thì có

thể phân thành từng khối để đổ

bêtông dần Sau khi đổ bêtông dưới

nước xong đợi cho bêtông đông cứng, đạt khoảng 50% cường độ thiết kế thì hút nướctrong hố móng ra, đục bỏ lớp bê tông trên mặt dày khoảng 10 -15cm vì lớp này tiếp xúcvới nước sẽ không đảm bảo chất lượng

- Ngoài ra, còn sử dụng phương pháp đổ bêtông dưới nước theo kiểu vữa dâng: dùng cácống thép như trên, sau khi đặt ống vào hố móng xung quanh được chèn bằng các vật liệuđường kính lớn

(đá hộc, đá dăm, đá cuội), cho vữa xi măng cát vào trong ống và đổ liên tục, vữa sẽ phun

ra và lấp vào các khe hổng giữa các viên đá tạo thành một khối liên kết chặt (hình 2.25)

Phêu chua vua xi mang

Ông thepÔng boc bao vê bang luoi thep

Đa hôc xêp

- Sau khi hút hết nước ra, tiến hành lắp ván khuôn đổ bê tông móng.

Chương 3

MÓNG CỌC

3.1.KHÁI NIỆM CHUNG

- Móng cọc là loại móng dùng cọc để truyền tải trọng của công trình xuống các tầng đấtnền nằm sâu dưới đất

- Móng cọc là một trong những loại móng được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay Người tađóng hạ những cây cọc xuống tầng đất sâu, nhờ đó làm tăng khả năng chịu tải trọng chomóng

- Móng cọc được sử dụng hợp lý đối với các công trình chịu tải trọng lớn mà lớp đất tốtnằm dưới sâu, giảm được biến dạng lún và lún không đều

- Dùng móng cọc làm tặng tính ổn định cho công trình có chiều cao lớn, tải trọng nganglớn như: nhà cao tầng, nhà tháp, cầu lớn…

- Móng cọc có nhiều phương pháp thi công đa dạng như: cọc đóng, cọc ép, cọc khoannhồi…có thể sử dụng làm móng cho các công trình có điều kiện địa chất, địa hình phứctạp mà các loại móng nông không đáp ứng được như vùng có đất yếu hoặc công trình trênsông…

3.2.PH

ÂN LOẠI CỌC VÀ MÓNG CỌC

- Phân loại teo vật liệu chế tạo cọc:

+ Ngoài ra : cọc thép bêtông, cọc liên hợp (ít sử dụng)

- Phân loại theo đặc điểm làm việc của cọc:

có những loại cọc đóng sâu đến 50m (có thể lên tới 100m)

Ngoài ra móng cọc còn cho phép thi công nhanh, không phụ thuộc nhiều vào điều kiệnthời tiết và còn rất kinh tế về việc sử dụng vật liệu trong móng.

1, Cọc gỗ

- Dùng cho móng cọc các cầu nhỏ, cầu trung và các kết cấu tạm thời

-Ưu điểm: rẻ, chịu lực tương đối tốt và tốn ít công chế tạo, búa và thiết bị hạ cọc

đơn giản Nếu toàn bộ cọc nằm dưới mực nước ngầm thì sử dụng được rất lâu

- Nhược điểm: sức chịu tải nhỏ, bị hạn chế về chiều dài và tiết diện, dễ bị phá hoại bởinấm, các loại sâu mọt, hà

- Yêu cầu về chất lượng gỗ làm cọc: (hình 3.2)

Dùng các loại gỗ chắc (gỗ thông, gỗ lim ), cứng và thẳng, đường kính cây gỗ thường

từ 22 -34cm và dài từ 4 -16m Cọc có thể làm bằng than cây nguyên hình hoặc gỗ xẻ Độcong cho phép của cọc theo chiều dọc là 1% độ dài, không được dùng loại gỗ cong haichiều Độ thon vót của cọc không nên quá 1cm trên 1m

Khi gia công

bị nứt vỡ khi đóng cọc Đai sắt dầy 8mm, cao ít nhất 5cm

Nếu cần cọc dài có thể nối các cây gỗ lại , nhưng mỗi cọc chỉ nối một lần, mối nối phải

ở dưới mặt đất 1m Mối nối giữa các cọc lân cận phải chênh nhau ít nhất 1,5m

Để tăng đường kính cọc hoặc lợi dụng gỗ nhỏ, có thể ghép 3 hay 4 cây gỗ lại bằng

bulông gọi là cọc tổ hợp

2, Cọc bêtông cốt thép

Hình 3.2 - Cấu tạo cọc gỗ

- Cọc bêtong cốt thép đúc sẵn là loại cọc được sử dụng rộng rãi nhất trong xây dựngmóng sâu và chịu lực đẩy ngang lớn.

* Ưu điểm: Điều kiện sử dụng không phụ thuộc vào nước ngầm, điều kiện địa hình; chịu

được tải trọng lớn; chiều dài, tiết diện cọc cấu tạo tùy theo ý muốn; cường độ vật liệu làmcọc lớn, giá thành vật liệu hạ vì tận dụng được vật liệu địa phương (cát, sỏi,đá) ; có thể cơgiới hóa trong thi công; chất lượng cọc đảm bảo tốt vì cọc được đúc dễ kiểm tra chấtlượng

* Nhược điểm: Trọng lượng cọc lớn, gây khó khăn cho việc vận chuyển và hạ cọc, cọc dễ

bị nứt trong quá trình vận chuyển Mặt khác, do trọng lượng bản thân lớn, mà cốt thép bốtrí trong cọc chủ yếu là để chịu tác dụng của trọng lượng bản thân cọc, nên tốn nhiều thép

* Cấu tạo:

- Cọc BTCT thường dùng bêtong M 250 -300; cọc BTCT ứng suất trước dùng bêtong M

400 cho móng cọc đài cao,bêtong M400 cho móng cọc đài thấp

- Chiều dài cọc từ 5 -25m, có khi lên tới 40 -45m Nếu cọcdaif thì chế tạo thành từng đốtdài khoảng 6 -8m rồi nối lại với nhau khi đóng

- Cọc BTCT thường làm theo hình trụ, có tiết diện ngang hình vuông, hình chữ nhật, hìnhtròn, hay hình tam giác, đa giác, hình chữ I, để giảm trọng lượng cọc thường làm cọc rỗng(hình 3.3)

Hình 3.3 - Các dạng tiết diện ngang các cọc BTCT đúc sẵn

Kích thước tiết diện thường 20x20cm,25x25cm,30x30cm,35x 35cm,40x40cm

- Cốt thép trong cọc BTCT gồm có: cốt thép dọc và cốt thép đai (cốt thép đai xoắn ốc hayđai rời) Loại thép thường dùng là CT3 và CT5

+ Cốt thép dọc: mỗi cọc dùng ít nhất 8 thanh phân bố đều theo tiết diện, đường kính nên

dùng từ 13 - 25mm.

+ Cốt thép đai dùng loại đường kính từ 6 đến 8mm, ở giữa thân cọc khoảng cách bướcxoắn của cốt thép đai là 20cm, ở đầu và chân cọc khoản cách cốt đai dầy hơn (từ 1 -5cm).Ngoài ra, do đầu và chân cọc là bộ phận chịu ứng suất tạp trung lớn nhất trong khi đóngcọc, nên ngoài cốt đai dầy hơn người ta còn bố trí thêm lưới thép mắt ô vuông có cạnh từ

Hình 3.9 – Cấu tạo thép chờ và đai thép đầu cọc khi cọc có mối nối.

Hình 3.10 – Chi

tiết mối nối cọc

3,Cọc nhồi (Cọc Bê Tông đổ tại chỗ).

- Đây là loại móng sâu thịnh hành nhất trong xây dựng ở nước ta trong 10 năm trở lại đây

- Cọc khoan nhồi là những loại cọc được chế tạo bằng cách khoan lỗ trong lòng đất sau đó

đổ bêtong

- Quá trình thi công cọc khoan nhồi:

+ Chuẩn bị thi công (chuẩn bị mặt bằng)

+ Dùng ống thép có có nút nhọn đóng xuống đất, sau đó đổ bêtong vào trong ống, quátrình đổ bê tong nhấc dần ống thép lên cho đến khi trong lỗ được đổ đầy bêtong mới thôi(hình 3.11)

3 1

2

- Để đào lỗ cọc hiện nay có một số dụng cụ thường dùng:

+ Lưỡi khoan xoắn dùng cho các loại đất mềm dính

+ Gầu ngoạm hai cánh hoặc bốn cánh cho các loại đất rời rạc lẫn cuội sỏi

+ Khoan bánh răng khi gặp các tầng đá

- Cọc xoắn gồm hai phần: thân và đế Thân làm bằng ống thép hay ống BTCT, đầu có lưỡithép làm thành hình xoắn ốc Thân cọc có đường kính từ 30 -120cm Đường kính lưỡikhoan xoắn ốc có thể to đến 3m, nhưng không lớn quá 4 lần

đường kính thân cọc

- Cọc được hạ xuống đất bằng thiết bị quay đặc biệt bằng

động cơ điện và nhờ hệ thống bánh răng truyền động làm

cho cọc bị xoay và xuyên vào trong đấ

- Ưu điểm: hạ cọc êm thuận, không có rung động, sức chịu

tải lớn, giảm bớt được độ sâu hạ cọc so với các loại cọc

khác,

có khả năng chống nhổ lớn

- Nhược điểm: thiết bị thi công phức tạp nên chi phí thi công

cao, tốn vật liệu, chỉ sử dụng được cho các loại đất mềm

yếu, không thể dùng với các loại đất lẫn nhiều sỏi đá hoặc

sét quá cứng

3.4.CẤU TẠO BỆ CỌC

- Bệ cọc là kết cấu dùng để liên kết các cọc lại với nhau

và phân bố tải trọng của công trình lên các cọc

- Theo vị trí của bệ cọc so với mặt đất phân ra làm hai loại: bệ cọc thấp và bệ cọc cao.+ Bệ cọc thấp: thường dùng ở nơi cạn, mặt đất không bị xói lở bởi các dòng nước Bệ thấp

có ưu điểm là ổn định, biến dạng nhỏ và chịu được lực đẩy ngang

+ Bệ cọc cao (trụ cầu): thường dùng ở những nơi nước sâu, những khe cạn Ưu điểm: tiết kiệm vật liệu, thi công bệ cọc đơn giản Đối với dòng sông không có thông thuyền hoặc vật trôi lớn trên sông đáy bệ cọc cao có thể làm cao hơn mực nước thi công Đối với những sông có thông thuyền đáy bệ cọc cao phải đặt dưới mực nước thấp nhất từ 0,5 -1m Móng cọc bệ cao có thể phải tăng thêm cọc xiên để chống lại lực đẩy ngang

- Bệ cọc của mố trụ cầu thường có chiều dầy từ 1 -3m Mặt trên của bệ được xác định tùy vào mặt bằng của kết cấu bên trên Đáy bệ lấy kích thước tùy theo số lượng cọc khi thiết

kế

- Bệ cọc trụ mố cầu chế tạo bằng BT hoặc BTCT, thi công đổ tại chỗ hoặc lắp ghép Mác

BT đối với bệ lắp ghép không nhỏ hơn 200, bệ đổ tại chỗ không nhỏ hơn 150

- Để đảm bảo cho bệ truyền tải trọng cho cọc được tốt, cọc phải được neo chặt vào trong

bệ Thông thường yêu cầu, đầu cọc phải cắm sâu trong bệ ít nhất 2 lần đường kính (bềrộng) cọc đối với cọc nhỏ và không nhỏ hơn 1,2m đối với cọc lớn có đường kính lớn hơn60cm Đầu cọc có cốt thép thì cốt thép thò ra ăn vào trong BT bệ từ 20 -40 của cốt thép

Hình 3.12 – Cọc xoắn

1 Cọc 2 Vòng xoắn

còn phần BT của cọc ngập vào bệ ít nhất 10cm Đối với những loại cọc rỗng thì thườngcho vào đầu cọc một khung cốt thép, đầu những cốt thép nằm trong bệ từ 1 -2,5m.

- Với bệ cọc cao, cọc chịu lực uốn lớn, để tăng cường cho bệ cọc thường bố trí thêm mộtlưới cốt thép ở đáy bệ

- Số lượng cốt thép dùng tùy thuộc vào tính toán

thường bố trí khoảng 15 -20cm2 tiết diện cốt thép trên

một mét dài cạnh bệ Cốt thép thường dùng loại có

d = 20 - 25mm Khoảng cách giữa các thanh từ

10 -20cm.Tầng bêtong bảo hộ phải dày hơn 5cm

- Nếu áp lực do đầu cọc truyền lên bê tong bệ

vượt quá cường độ tính toán chịu ép của bê tông

thì phía trên đầu cọc người ta đặt những lưới cốt thép

buộc lại bởi các thanh đường kính

không nhỏ hơn 12mm, mắt lưới từ 10x10cm đến

15x15cm Đầu của những cọc đứng ở mép cạnh bệ

nên tăng cường bằng những vòng đai neo (hình 3.13)

- Tùy theo hình dạng của kết cấu bên trên có mở rộng

ra một gờ từ 0,2 -0,5m

- Cọc thường được bố trí theo hình ô chữ nhật hay ô vuông

hoặc hình hoa mai

- Khoảng cách giữa tim các cọc ở đáy bệ phải bố trí sao cho không nhỏ hơn 1,5 đường kính của cọc, khoảng cách

từ mép bệ đến mép cọc ngoài cùng phải lớn hơn 25cm

Kiểu ô chữ

nhật

Kiểu hoa mai

Hình 3.14 – Sơ đồ bố trí cọc theo bình diện

3.5.TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

2,5d

1, Theo đất nền

-Hiện nay thường dùng 3 phương pháp: phương pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh, phương pháp thí nghiệm tải trọng động và phương pháp thực nghiệm.

a, Phương pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh

- Phương pháp này dựa trên nguyên tắc thí nghiệm ép một số cọc của móng ngay tại vị trí xây móng để xác định lực phá hoại của cọc từ đó suy ra sức chịu tải an toàn của cọc

- Tiến hành thí nghiệm:

+ Cho hạ cọc vào trong đất tới chiều sâu dự tính rồi cho cọc nghỉ theo quy định

+ Dự tính trước sức chịu tải của cọc

+ Bố trí các thiết bị:

 Thiết bị gia tải: hệ thống các cọc neo, dầm, kích thủy lực và đối trọng

 Thiết bị theo dõi độ lún của cọc ( thiên phân kế)

+ Để tạo lực ép tác dụng lên đầu cọc dùng kích thủy lực Lực ép sẽ truyền lên hệ thốngdầm liên kết chặt với cọc (hình 3.15)

- Kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng đối với các loại đất tốt hoặc trung bình thì có thẻdùng 4 cọc neo, nếu đất xấu phải dùng 6 cọc neo hoặc nhiều hơn Khoảng cách tĩnh tốithiểu giữa cọc neo và cọc thí nghiệm là 1m (khi có 4 cọc neo) hoặc 0,6m (khi có 6 cọcneo)

3 Kích thủy lực 4 Thiên phân kế

5 Dầm gắn thiên phân kế 6 Hệ dầm liên kết

- Theo những qui định sau , cọc được coi là bị phá hoại:

1 Cọc có biến dạng đột ngột lớn, giá trị biến dạng (lún) lớn gấp 5 lần giai đoạn trước vớiđiều kiện là tổng độ lún đã vượt quá 40mm

2 Tải trọng ứng với cấp tải trọng mà khi đó tổng độ lún đã vượt quá 40mm,và sau 1 ngàyđêm mà độ lún vẫn tiếp tục tăng

Hình 3.16 – Các biểu đồ quan hệ trong nén tĩnh cọc

- Sau khi thí nghiệm tiến hành vẽ biểu đồ quan hệ giữ tải trọng và độ lún, giữa độ lún vàthời gian tác dụng của tải trọng (hình 3.16)

- Tải trọng giới hạn của cọc được xác định bằng nhiều cách:

+ Xác định tải trọng giới hạn ứng với điểm đột biến trên biểu đồ tải trọng-độ lún

Theo qui trình thì tải trọng giới hạn là tải trọng mà khi đó độ lún bắt đầu tăng rất đột ngộttrong khi tải trọng tăng rất ít

+ Xác định tải trọng giới hạn dựa vào trị số độ lún và tốc độ lún: