Bài giảng môn học nền và móng TS trần văn tiếng

 Công trình có tải trọng phân bố không đều  Nền đất yếu, điều kiện địa chất phức tạp, bất lợi hình a  Nền đất không đồng nhất và xen kẹp phức tạp hình b, c, d, e  Trong quá trình thi

KHOA XÂY DỰNG VÀ CƠ HỌC ỨNG DỤNG

BÀI GIẢNG MÔN HỌC

NỀN VÀ MÓNG

GV: TS TRẦN VĂN TIẾNG

TP.HCM 12/01/2013

GV: TS TRẦN VĂN TiẾNG

BÀI GiẢNG GiẢNG MÔN MÔN NỀN MÓNG

Môn học học: NỀN MÓNG : NỀN MÓNG GV: TS Trần Trần Văn Văn Tiếng Tiếng

Hình thức đánh giá: thức đánh giá: Thi viết 90 phút

Được xem tài liệu

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC

Chương Chương 0 0: : Mở đầu Chương

Chương 1 1:: Những nguyên lý cơ bản tính toán

và thiết kế Nền Móng Chương

Chương 2 2:: Móng nông Chương

Chương 3 3:: Móng sâu (Móng cọc) Chương

Chương 4 4:: Gia cố nền

TÀI LIỆU LIỆU HỌC TẬP HỌC TẬP Sách, Sách, giáo giáo trình trình chính chính::

[1] Châu Ngọc Ẩn , Nền Móng, NXB ĐHQG TP.HCM, 2011

Sách Sách (TLTK) (TLTK) tham tham khảo khảo::

[2] Lê Đức Thắng , Nền và móng, NXBGD, Hà Nội – 1998

[3] Trần Văn Quảng , Nền và móng

[4] Vũ Công Ngữ , Thiết kế móng nông

[5] J.E Bowles , Foundation Analysis and Design, 5th

edition, McGraw Hill, 1997

Engineering, 6th edition, Thomson, 2007

CHƯƠNG CHƯƠNG MỞ ĐẦU MỞ ĐẦU + Vị trí môn học trong khối kiến thức ngành + Đối tượng nghiên cứu

+ Yêu cầu môn học + Phương pháp nghiên cứu của môn học.

+ Mục đích: CĐRKiến

Kiến thức thức::

1/ Hiểu được các nguyên tắc chung của thiết kế nền móng: số

liệu địa chất, tải trọng tính toán, các trạng thái giới hạn I, II.

2/ Thực hiện tính toán được các phương án móng nông, móng sâu.

3/ Biết được nguyên lý cơ bản trong gia cố nền

nông, móng sâu và móng trên nền gia cố.

và đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp.

Thái độ độ nghề nghề nghiệp nghiệp::

8/ Có nhận thức đúng về tầm quan trọng của việc lựa chọn phương án móng hợp lý trong trong công trình dân dụng và công nghiệp.

9/ Lĩnh hội các kiến thực tiễn bên ngoài và vận dụng các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành vào trong thiết kế một cách linh hoạt.

Chương hương 1: NHỮNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN TÍNH 1: NHỮNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN TÍNH

TOÁN VÀ THIẾT KẾ NỀN MÓNG

Chương hương 1: NHỮNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN TÍNH 1: NHỮNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN TÍNH

TOÁN VÀ THIẾT KẾ NỀN MÓNG

1 Vai trò, nhiệm vụ của Nền móng

Kết cấu bên trên

Móng

Nền

Nền Nền móng móng là là bộ bộ phận phận công công trình trình rất rất đặc đặc biệt biệt::

 Đất là vật thể rời, rất phức tạp, số liệu về nó khó đạt

độ tin cậy cao, đồng thời lý thuyết về nền móng còn sai khác nhiều so với thực tế Nền móng là một khoa học tổng hợp về đất đá, kết cấu và kĩ thuật thi công.

 Móng ở trong môi trường phức tạp và thường ở trong những điều kiện bất lợi cho vật liệu (ẩm ướt,

1.2 Nền

2 Phân loại 2.1

2.1 Móng Móng

2

3

2 Phân loại 2.2 Nền

1 2 3 4

1

2

3

2 Các hư hỏng công trình do nền móng gây ra

 Lún nhiều: làm sai cốt thiết kế, đè vỡ đường ống, ảnh hưởng đến công trình lân cận.

 Lệch nhiều: ứng suất phụ thêm trong kết cấu bị nứt nẻ, thấm, dột và có thể dẫn đến phá hoại các bộ phận kết cấu.

Thường do các nguyên nhân:

 Móng không phù hợp: ví dụ: Pizza,

 Công trình có tải trọng phân bố không đều

 Nền đất yếu, điều kiện địa chất phức tạp, bất lợi (hình a)

 Nền đất không đồng nhất và xen kẹp phức tạp (hình

b, c, d, e)

 Trong quá trình thi công , đất bị biến đổi mạnh khó xác định đúng, gây ra các rủi ro cho công trình, trong đó thường do sai sót trong đánh giá về nền đất xây dựng.

 Công trình mất ổn định với nền đất , có thể dẫn tới bị phá hoại

 Trượt trồi: thường gặp với móng nông, khi tải đứng lớn, gia tải với tốc độ nhanh trên nền cố kết chậm, bão hoà:

 Trượt sâu: thường xẩy ra đối với mái đất, phân lớp nghiêng lớn, móng sâu.

 Trượt ngang: tương ứng với trường hợp tải ngang lớn như đập, tường chắn, cầu, cảng, công trình biển.

 Lật: thường xẩy ra đối với các công trình cao, lệch tâm lớn, tường chắn đất.

3 Biến dạng của Nền và lún của Móng

3.1 Độ lún đàn hồi

 2

e

pb 1 s

, E –hệ số Poisson và mô-đun đàn hồi của đất dưới đáy móng

 – hệ số hình dạng và độ cứng; được xác định dựa trên lý thuyếtđàn hồi; phụ thuộc vào chiều dày lớp đất, hình dạng và độ cứngcủa móng



Bảng tra hệ số hình dạng và độ cứng : (bảng 1.1, trang 29,

Nền Móng Châu Ngoc Ẩn, 2011)Trường hợp 1: Hệ số hình dạng và độ cứng  cho diện truyền tải hình tròn vàchữ nhật trên bán không gian đàn hồi vô hạn

3 3 2 2 Độ lún do cố kết

Phương pháp tổng phân tố: (quan hệ e – p)

 Trước khi xây dựng móng, áp lực tại độsâuD flà

k p

l / b k

z i – khoảng cách từ đáy móng đến giữa lớp i

 Suy ra hệ số rỗng tại giữa lớp đất trước và sau khi lún e 1i& e 2i:

4 Sức chịu tải của nền đất

4.1 Dựa trên mức độ phát triển của vùng biến dạng dẻo

4.2 Dựa trên giả thuyết cân bằng giới hạ điểm

4.3 Có xét đến ảnh hưởng của dạng móng, chiều sâu chôn móng, độ nghiêng của tải tác dụng

4 Sức chịu tải của nền đất 4.1 Dựa trên mức độ phát triển của vùng biến dạng dẻo

(Bảng 1.20, trang 58, Nền Móng, Châu Ngoc Ẩn, 2011)

(Bảng 1.21, trang 59, Nền Móng, Châu Ngoc Ẩn, 2011)

4.2 Dựa trên giả thuyết cân bằng giới hạn điểm

Theo Terzaghi

 Móng băng

q  cN  qN  0 5  BN

4.3 Có xét đến ảnh hưởng của dạng móng, chiều sâu chôn móng, độ nghiêng của tải tác dụng

(Bảng 1.22, trang 67, Nền Móng, Châu Ngoc Ẩn, 2011)

5 Tính toán nền móng theo các trạng thái giới hạn 5.1 TTGH I: tính toán nền móng thỏa các điều kiện cường độ (sức chịu tải, trượt, lật, ), tính với tải trọng tính toán

5 5 2 2 TTGH II: TTGH II: tính toán nền móng thỏa các điều kiện biến dạng (lún, nghiêng, ), tính với tải trọng tiêu chuẩn

Lưu Lưu ý ý::

 Tải trọng tiêu chuẩn là tải trọng mà có thể kiểm sóat

được giá trị của nó trong điều kiện thi công hoặc sử dụng công trình bình thường.

 Tải trọng tính toán được định nghĩa là tải trọng tiêu

chuẩn nhân với hệ số vượt tải n Hệ số vượt tải từ 1,1 đến 1,4 tùy theo loại tải trọng.

 Khi tính toán nền theo trạng thái giới hạn biến dạng được tiến hành với tổ hợp chính các tải trọng tiêu chuẩn.

 Khi tính toán nền theo trạng thái giới hạn cường độ được thực hiện với tổ hợp phụ, tổ hợp đặc biệt các tải trọng tính toán.

 Khi tính toán nền theo ứng suất cho phép được thực hiện với tổ hợp phụ, tổ hợp đặc biệt các tải trọng tính toán và các

hệ số an toàn thích hợp.

5 5 Tính toán nền móng theo các trạng thái giới hạn 5

5 1 1 TTGH I: TTGH I: tính toán nền móng thỏa các điều kiện cường độ (sức chịu tải, trượt, lật, ), tính với tải trọng tính toán

 

ult tt

6 Dữ liệu và trình tự thiết kế 6.1 Các tiêu chuẩn và quy phạm 6.2 Tải trọng

 Tĩnh tải: trọng lượng bản thân công trình

 Hoạt tải: hoạt tải sử dụng, hoạt tải sửa chữa, gió, động đất, cháy nổ, …

 Các tổ hợp tải trọng

6 6 3 3 Tài liệu về công trình và nền đất

Mặt bằng, mặt cắt, các yêu cầu công năng, sơ đồ kết cấu, bảng tổ hợp tải trọng (N, M, Q) tác dụng lên móng (Các loại tải trọng, tổ hợp tải trọng giống như phần kết cấu bên trên)

KiẾN KiẾN THỨC CẦN NẮM THỨC CẦN NẮM

2 Tính lún theo phương pháp tổng phân tố

k p

l / b k

0,74 0,76 0,78 0,8 0,82 0,84 0,86 0,88 0,9

0 20 40 60 80 100

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

Chương 2: Móng nông

GV: TS TRẦN VĂN TiẾNG BÀI GiẢNG MÔN NỀN MÓNG

• Móngbăng: 1 phương, 2 phương dưới tường hoặc cột chịu lực

• Móng bè: chomột phần hoặc toàn bộ công trình; cấu tạo: bản, sànnấm, bè hộp

 Theo cách thi công: lắp ghép, toàn khối

 Theo vật liệu: gạch, đá, bê tông, bê tông cốt thép

 Theo độ cứng: móng cứng, móng mềm

f

D 2

b 

3 Chiều sâu đặt móng:

•Đủ sâu hơn lớp đất bề mặt chịu ảnh hưởng của phong hóa thời tiết

• Ít ảnh hưởng đến móng công trình lân cận

•Đặt trên lớp đất đủ chịu lực, không đặt trên rễ cây, đường ống dẫn

•Đặt đủ sâu thỏa điều kiện trượt và lật cho móng (món lệch tâm, móngbăng)

4 Móng đơn 4.1 Móng đơn chịu tải đúng tâm 4.2 Móng đơn chịu tải lệch tâm Trình tự tính toán và thiết kế

Thông số đầu vào

- Tải trọng (N,M,H) tại chân cột

Eurocode 7

BS, ACI, … Tính toán thiết kế

4.1 Móng đơn chịu tải đúng tâm Bước 1 Xác định kích thước đáy móng b× l sao cho nền đất dưới đáy

móng thỏa các điều kiện ổn định, cường độ và biến dạng

Bước 2 Xác định chiều cao móng h (Dựa vào điều kiện chống xuyên thủng)

Bước 3 Tính toán và bố trí thép

Bước 4 Trình bày bản vẽ

Bước 1 Xác định kích thước đáy móng b× l sao cho nền đất dưới đáy

móng thỏa các điều kiện ổn định, cường độ và biến dạng

N tt– lực dọc tính toán n= 1.15– hệ số giảm tải

R tc -sức chịu tải tiêu chuẩn của nền đất dưới đáy móng

 

tc tc

tb f

N

p D F



tt

N n

Cách xác định bxl thỏa điều kiện ổn định

 Kiểm tra kích thước đã chọn phải thỏa điều kiệnp tc ≤ R tc

 Nếu không thỏa thì tăngbxl

tb f

N F



F

• Điều kiện cường độ

p tt -áp lực tính toán dưới đáy móng

qa– sức chịu tải cho phép của đất nền dưới đáy móng

q ult– sức chịu tải cực hạn của đất nền dưới đáy móng

tb f

N

p D F

• Điều kiện biến dạng (lún)

oi i i 1

n i

i

2 1 1

Tính theo đường e-p

Tính theo đường e-logp

Áp lực gây lún trung bình tâm đáy móng

N p bl



xt cx

P P

 Diện tích cốt thép

 Bố trí thép

• Chọn Φ  Diện tích tiết diện ngang 1 thanh thép

• Số thanh thép (làm tròn lên)

• Khoảng cách giữa các thanh (làm tròn xuống)

 Thép theo phương cạnh ngắn b: tính tương tự như thép cho phương cạnh dài

1 1 1 1 s1

a 4





s1 s s

A n a

 Bê tông bảo vệ dày 50mm

 Cát lót đáy dày 100 đến 200mm, giữ vai trò biên thoát nước khi nền đất bão hòa bị biến dạng

4.2 Móng đơn chịu tải lệch tâm Bước 1 Xác định kích thước đáy móng b× l sao cho nền đất dưới đáy

móng thỏa các điều kiện ổn định, cường độ và biến dạng (trượt , lún)

Bước 2 Xác định chiều cao móng h (Dựa vào điều kiện chống xuyên thủng)

Bước 3 Tính toán và bố trí thép

Bước 4 Trình bày bản vẽ

4.2 Móng đơn chịu lệch tâm

Bước 1 Xác định kích thước đáy móng b× l sao cho nền đất dưới đáy

móng thỏa các điều kiện ổn định, cường độ và biến dạng

 Điều kiện ổn định

, , -áp lực tiêu chuẩn trung bình,

cực đại và cực tiểu

tc tc tb

tc tc max

tc min

p tc max

p tc min

tc

y

m ax 2 2 tb f min

tc tc

tb tb f

M M N

6M 6M

N

F b l bl N

F

đ đ

đ đ

Tổng hợp moment tại tâm đáy móng

M M

n M M

n





đ đ

đy đy

Công thức theo độ lệch tâm

e x , e y – độ lệch tâm của lực dọc theo phương x và y

x tc

6e 6e N

M e N

 Kiểm tra kích thước đã chọn phải thỏa điều kiện

 Nếu không thỏa thì tăngbxl

 Giải lặp thử dần để có kết quả tối ưu nhất

tb f

N F

tc tc tb

tc tc max

tc min

 Điều kiện cường độ

p

tt tt tt

tt max a

 Điều kiện biến dạng (lún và xoay)

Kiểm tra điều kiện lún như phần móng chịu tải đúng tâm

Kiểm tra xoay

 gh 

Tính góc xoay theo phương pháp lớp biến dạng tuyến tính

tc 2

l

m

tc 2

b

m

N e 1

2

N e 1

Trường hợp Móng lệch tâm 1 phương

min

6M N

Bước 2 Xác định chiều cao móng h

Bước 2 Xác định chiều cao móng h

p p p p p

6e 6e N

tt

y c o

x c o tt

12e b / 2 h 12e h / 2 h

N

12e b / 2 h 12e h / 2 h

Thép theophương cạnh dài l

 Trường hợp lệch tâm 1 phương

1 tt tt max 2

Bước 3 Tính toán và bố trí thép

Thép theophương cạnh dài l

 Trường hợp lệch tâm 2 phương

6e 6e N

6e 6e N

6e 6e N

Thép theophương cạnh dài l

 Trường hợp lệch tâm 2 phương

p max p , p

tt 2

p Nội suy từ p , p AD BC

Moment

a 4





s1 s s

A n a

p

2

Với

a 4





s 2 s s

A n a

 Bê tông bảo vệ dày 50mm

 Cát lót đáy dày 100 đến 200mm, giữ vai trò biên thoát nước khi nền đất bão hòa bị biến dạng

5 Móng Băng 5.1 Móng băng một phương (dưới dãy cột)

5.1 Móng băng một phương (dưới dãy cột)

Trìnhtự tính toán và thiết kế

Thông số đầu vào

- Tải trọng (N,M,H) tại chân cột

Eurocode 7

BS, ACI, …

Tính toán thiết kế

s

b

5.1 Móng băng một phương (dưới dãy cột) Bước 1 Chọn D fvàXác định kích thước đáy móng b× L sao cho nền đất

dưới đáy móng thỏa các điều kiện ổn định, cường độ và biến dạng (trượt ,

lún)

Bước 2 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện ngang

Bước 3 Tính toán và bố trí thép cho bản móng

Bước 5 Trình bày bản vẽ

Bước 4 Tính toán và bố trí thép cho dầm móng

Bước 1 Chọn D f, Xác định kích thước đáy móng b× L sao cho nền đất dưới

đáy móng thỏa các điều kiện ổn định, cường độ và biến dạng

 Điều kiện ổn định

, , -áp lực tiêu chuẩn trung bình, cực đại và cực tiểu

tc tc tb

tc tc max

tc min

p tc max

p tc min

m ax tb f min

tc tc

tc

m ax 2 tb f min

tc tc

tb tb f

M N

F W 6M N

F bL N

F

Tổng hợp lực và moment tại tâm đáy móng

dicánh tay đòn: khoảng cách từ lựcN tt

iđến trọng tâm đáy móng

Cách xác địnhbxLthỏa điều kiện ổ định

 Điều kiện cường độ

-áp lực tính toán cực đại

q ult , qa– sức chịu tải cực hạn và cho phép của đất nền dưới đáy móng

FS – hệ số an toàn (FS = 23)

Nγ, Nc, Nqtra bảng Nếu điều kiện không thỏa tăngb

tt ult max a

p

tt tt tt

m ax 2 tb f

6M N

F bL 

tt max a

Bước 2 Chọn sơ bộ kích thước tiết diện ngang

 Chiều cao dầm móng

 Bề rộng dầm móng

bc– bề rộng cột 100mm do cấu tạo cốt pha

 Hàm lượng cốt thép trong dầm móng hợp lý

 Chiều cao bản móngh b

Kiểm tra điều kiện chống xuyên thủng

Pxt –lực gây xuyên thủng, lấy bằng lực dọc tính toán lớn nhất tại các chân cột

Bước 3 Tính toán và bố trí thép trong bản móng

Thép theo phương ngang cho 1m dài của móng

 Diện tích cốt thép

 Bố trí thép

• Chọn Φ  Diện tích tiết diện ngang 1 thanh thép

• Số thanh thép (làm tròn lên)

• Khoảng cách giữa các thanh (làm tròn xuống)

• Chọn d10 , @ = 100  200mm, đầu thanh phải uốn móc

 Thép theo phương cạnh dài : chỉ cần thép cấu tạo10@200

1 1 1 1 s1

a 4





s1 s s

A n a

 Phương pháp « dầm lật ngược »: tải là phản lực đất nền phân bố tuyến

tính hướng lên; gối tựa là các cột; giải theo kết cấu dầm siêu tĩnh

1

x

tt tt x

x

tt x

Lực cắt

Moment

Bước 4 Tính toán và bố trí thép trong dầm móng

 Xác định moment max tại gối và nhịp

 Xác định trục trung hòa của tiết diện chữ T : xem trục trung hòa đi qua mép cánh, tính

 Đối với nhịp hoặc gối có moment căng thớ trên:

M M  Trục trung hòa đi qua cánh, tính với tiết diện chữ nhậtb*h



nhip( goi ) max f

M M  Trục trung hòa đi qua sườn, tính với tiết diện chữ T

 Đối với gối hoặc nhịp có moment căng thớ dưới: Tính thép với tiết diện chữ nhật

b s *h

Bước 4 Tính toán và bố trí thép trong dầm móng

 Công thức tính: Áp dụng công thức tính phần cấu kiện cơ bản chịu uốn

(BTCT1: Cấu kiện cơ bản)

 Bố trí thép:

Cắt bớt thép dọc: (dựa vào biểu đồ bao vật liệu), cốt thép phải được kéo dài

so với điểm cắt lý thuyết 1 đoạn

R n d q

4s

Với

Bước 4 Tính toán và bố trí thép trong dầm móng

 Cốt đai trong dầm sườn được tính từ điều kiện lực cắt và giống cấu kiện

chịu uốn, d sw  6 (BTCT1: Cấu kiện cơ bản)

 Số nhánh cốt đai phụ thuộc vàob s

s

b 400 n 2 ; 400b s 800n3 ; b s 800n4

 Kiểm tra điều kiện: Q max  b31  f b R b h bt s o  Tính cốt đai

 Kiểm tra điều kiện: Q max 0 ,3    w1 b1 b R b h bt s o  Không bị phá hoại trên

tiết diện nghiêng

 Khi h  700 thì đặt thêm cốt giá ( theo qui định TCVN)

Bước 5 Trình bày bản vẽ

 Bê tông lót đá 4x6, B7.5 dày 100mm (cốt pha đáy)

 Thép móng AI: Rs = 225 Mpa

 Bê tông bảo vệ dày 50mm

 Cát lót đáy dày 100 đến 200mm, giữ vai trò biên thoát nước khi nền đất bão hòa bị biến dạng

6.1 Phương pháp dầm trên nền đàn hồi cục bộ Winkler:

• Đất nền được tương đồng với một hệ vô số lò xo đàn hồi tuyến tính, hằng số đàn hồi của hệ các lò xo gọi là hệ số nềnk

gl 3

p

k ( kN / m ) s

6.1 Phương pháp dầm trên nền đàn hồi cục bộ Winkler:

 Hệ phương trình cơ bản cho dầm trên nề Winkler

EF– Môdun Young của vật liệu làm móng

I F– Moment quán tính của tiết diện ngang của dầm

M– Moment tại tiết diện bất kỳ

Q– Lực cắt tại tiết diệnx

Từ cơ sỏ của vật liệu làm móng 

6.1 Phương pháp dầm trên nền đàn hồi cục bộ Winkler:

 Hệ phương trình cơ bản cho dầm trên nề Winkler

q(x)– áp lực lên móng tại tiết diệnx p(x)– áp lực của đất nền tại tiết diệnx