Giáo trình nền móng - chương 4 Móng cọc đài cao , TS.Nguyễn Đình Tiến

Trong đó δik đựơc xác định từ điều kiện liên kết của cọc với lớp đất tại mũi cọc ngàm hay gối đàn hồi Các hệ số rik được xác định từ quan hệ rik =f1ρik , ρik lại được xác định theo quan

II.4 - Móng cọc đμi cao

- Khi đài ở phía trên bề mặt đất hoặc chưa chôn đủ sâu trong đất khi có tải trọng ngang lớn → cọc chịu uốn

- Thường dùng nơi ngập nước (cầu, cảng), đoạn cầu vượt, mương thuỷ lợi vượt, nhà thuỷ tọa

- So với đài thấp thì kém ổn định hơn do cọc chịu uốn, chuyển vị ngang của móng → thường dùng tiết diện cọc lớn

Nguyên lý tính toán: thường thực hiện theo các hướng sau

1 Phương phỏp giải tớch:

Phải giải quyết 2 bài toán cơ bản sau

Bài toán 1: Phân phối tải lên cọc Đây là kết cấu siêu tĩnh bậc cao Thường dùng phương

pháp chuyển vị với 1 số giả thiết đơn giản bài toán

Ví dụ hệ cơ bản với giả thiết hệ phẳng và đài tuyệt đối cứng.(xem hình bên), trong đó cọc ngàm với đài và cọc ngàm đàn hồi với đất hoặc ngàm cứng trong đó

Kí hiệu : + Tải trọng phân phối lên đầu cọc thứ i trong móng: Ni, Qi , Mi

+ Chuyển vị tại O trong hệ cơ bản: v, u, ω (ẩn số)

Mo

No Qo

No

Qo

M N Q

u v ω O

Mi Qi

Pi Pi

Mi Qi

Ta có hệ phương trình chính tắc:

rvv.v + rvu.u + rvω.ω + N = 0

ruv.v + ruu.u + ruω.ω + Q = 0

rωv.v + rωu.u + rωω.ω + M = 0 + Gọi ρik và δik là phản lực, chuyển vị đơn vị tại đầu cọc

+ Gọi ρo

ik và δo

ik là phản lực, chuyển vị đơn vị tại cao trình mặt đất của cọc + Δi(ΔN, ΔQ, ΔM) chuyển vị của cọc theo các phương đứng, ngang và xoay Trong đó δik đựơc xác định từ điều kiện liên kết của cọc với lớp đất tại mũi cọc (ngàm hay gối đàn hồi)

Các hệ số rik được xác định từ quan hệ rik =f1(ρik) , ρik lại được xác định theo quan hệ với δik , tiếp tục như vậy ta có:

rik =f1(ρik) = f1(f2(δik)) = f1(f2(f3(ρo

ik))) = f1(f2(f3(f4(ρo

ik))) Bằng cách đưa vào 1 số giả thuyết thì việc xác định rik trở nên đơn giản

- Giải hệ phương trình chính tắc xác định được v, u, ω từ đó xác định được ΔN, ΔM, ΔQsau là Ni, Qi, Mi và Δi = f(v, u, ω ) và:

Ni = ρik ΔN

Qi = ρQQ ΔQ - ρQM ΔM

Mi = ρMM ΔM - ρQM ΔQ

→ Giải ra tải trọng tác dụng lên đầu cọc thứ i Pi, Qi, Mi

(Với đài thấp Qi = Mi = 0

i

i x

x

x M y

y M n N

- Bài toán 2: Cọc lực chịu uốn (Pi, Qi, Mi )

Xét cọc thứ i: thanh chịu uốn với tải trọng tác dụng ở

đầu cọc là (Pi, Qi, Mi) → thường giả thiết biến dạng

của cọc nhỏ nguyên lý cộng tác dụng, bài toán gồm 2

y

Bài toán cọc chịu tải ngang và mô men (cần tìm σzy )

Thông thường người ta phân biệt bài toán cọc chịu tải

trọng ngang và mômen :

+ Cọc cứng

+ Cọc có độ cứng hữu hạn

Các phương pháp giải bài toán tương tự như bài toán tường cừ

+ Phương pháp giả thiết cọc cứng và xoay tại O, tải trọng tác dụng lên mặt bên cọc là

Terzaghi, Vesic, Poulos…

s

s p p

I E

d E d

K

μTrong đú

EpIp - độ cứng khỏng uốn của cọc

d - đường kớnh hay cạnh cọc

μs - hệ số nở hụng

Es - mụdul đàn hồi

Việc giải bài toỏn trờn cú thể ỏp dụng chương trỡnh SAP2000

- Sau khi đã tìm được nội lực chuyển vị của cọc và đài cọc (M,Q), y… thực hiện các công việc sau:

ƒ Kiểm tra SCT của cọc theo phương ngang của đất

a) Trường hợp đài đặt cao hơn mặt đất

Sơ đồ tính toán móng cọc theo phương pháp tổng quát

b) Trường hợp đài đặt thấp hơn mặt đất

h

n m

m n h

→ kiểm tra cốt thép cọc

ƒ Kiểm tra SCT của cọc theo phương ngang

Tóm lại: Việc thiết kế móng cọc đài cao khác đài thấp cơ bản ở các phần

II.5 - Móng tường (tường trong đất)

II.5.1 Phân loại : - Tường liên tục

- Công trình ngầm trong điều kiện thành phố chật hẹp,

- Chen giữa các công trình đã xây dựng

- Bể chứa, công trình tháp cao (xem hình trang sau)

II.5.2 Sơ đồ thi công: Tương tự cọc nhồi, gồm các công đoạn chính

II.5.3.Tính toán thiết kế tường trong đất :

- Trong giai đoạn thi công: ổn định hố đào có vữa sét bentonit và tính toán tường tương ứng với các độ sâu đào khác nhau

-Trong sử dụng:

Nội dung tính toán 1 số phần cơ bản như sau:

II.5.3.1.Vữa bentonit và ổn định hố đào

Thực tế xây dựng cho thấy là hào đầy vữa sét thì ổn định ngay cả khi đất yếu mà khi tính toán thì hào bị sụt lở Điều đó được giả thiết khác nhau Có tác giả cho rằng nhờ hiện tượng keo hoá của bentonite do độ bền của keo là lớn hoặc do sự làm việc không gian, nhưng phần lớn cho rằng chính màng keo đóng vai trò quyết định và kế đến là áp lực của vữa sét trong hào

Sơ đồ tính ổn định vách hào với giả thiết mặt trượt là cong dạng logarit: r = ro.evtg ϕ

Trong đó : G i – trọng lượng khối đất( có xét đến đâỷ nổi); Q B - áp lực nước; Q t - áp lực vữa sét ; R 1 – phản lực qua tâm của phần đất không trượt; C – Hợp lực dính

ổn định của vách hào xác định từ điều kiện cân bằng các lực tác dụng khối trượt

( i B c)

T

M l Q a G

l Q K

Vữa sét keo mịn cần phải giữ được các hạt đất đào ra, ở trạng thái đẩy nổi phải làm keo quánh phần đất chịu lực và tạo ra màng sét chống thấm

Các loại sét chế tạo vữa cần :

Mãng b¨ng vµ mãng trô lo¹i r·nh

Mãng r·nh cña c«ng tr×nh cã mÆt b»ng h×nh trßn

II.5.3.2.Tính toán tường, chống đỡ trong quá trình đào

II.5.3.2.1.Phương pháp của Sachipana

Các giả thiết:

1 Sau khi đặt tầng chống dưới thì:

ư Lực dọc trục của tầng chống trên = const

ư Chuyển vị thân tường từ điểm chống dưới trở

lên bằng chuyển vị trước khi đặt tầng chống dưới

ư Momên của tường từ điểm chống dưới trở lên

II.5.3.2.2 Phương pháp tường trên nền đàn hồi

Ngoài các giả thiết tương tự trên, còn giả thiết rằng:

ư áp lực đất lên phần tường trên tầng chống là áp lực chủ động

pa = (q + γ.h)tg2(45o –ϕ/2) – 2ctg(45o –ϕ/2)

ư Phía dưới tường chống chỉ có áp lực bị động, áp lực này được xác định theo chuyển vị tường (Ví dụ theo Winkler đó là pb = Es.y , trong đó Es =b.Kh ;Kh là hệ số nền theo phương ngang)

Từ phương trình đường đàn hồi và điều kiện cân bằng tĩnh ặ xác định được lực chống đỡ

và nội lực tường trong phạm vi phía trên tầng chống

Sơ đồ quá trình tính toán từơng nhiều thanh chống theo quá trình đào

a) Sơ đồ tường, thanh chống và hố đào b) Sơ đồ tính tường khi hố đào đến độ sâu H 1 + ΔH c,d) Sơ đồ tính tường khi hố đào đến độ sâu H 2

Ghi chú: Hiện nay đã có một số phần mềm rất mạnh được vận dụng vào tính toán tường chắn trong đất, ví dụ: GEOSLOPE, PLAXIS … hầu hết các chương trình này đều giải quyết các bài toán bằng phương pháp PTHH

Luyện tập chương II

Móng sâu

Phần lí thuyết

1 Phạm vi ứng dụng móng cọc

2 Phân loại móng cọc và phạm vi ứng dụng của mỗi loại

3 a Trình bày những yêu cầu cấu tạo cơ bản đối với cọc bêtông cốt thép (btct) đúc sẵn ( mác bêtông, thép trong cọc, cấu tạo đầu và mũi cọc, mối nối )

Giải thích tại sao có các yêu cầu đó

b Tương tự đối với cọc nhồi

4 Trình bày những yêu cầu cấu tạo cơ bản đối với đài cọc toàn khối( mác bêtông, thép trong đài, liên kết đài với cọc và cột, tường.)

5 Khái niệm về sức chịu tải của cọc ( trong giai đoạn thi công và giai đoạn sử dụng

của cọc đúc hạ bằng đóng, ép và cọc khoan nhồi)

6 Trình bày phương pháp thí nghiệm nén tĩnh cọc xác định sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền (sơ đồ thí nghiệm, dụng cụ, thao tác, qui trình, kết quả và nhận

xét)

7 Tương tự với phương pháp đóng thử

8 Trình bày phương pháp xác định sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền bằng

cách:

+ Dựa vào các kết quả thí nghiệm trong phòng(PP thống kê)

+ Dựa vào kết quả xuyên tĩnh CPT

+ Dựa vào kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT

9 Các yếu tố ảnh hưởng tới việc chọn chiều dài và tiết diện cọc

10 Các giả thiết trong tính toán móng cọc đài thấp? Các giả thiết đó được ứng dụng vào phần nào trong thiết kế móng cọc đài thấp?

11 Trình bày nội dung tính toán kiểm tra cọc đúc hạ bằng cách đóng, ép( trong thi công và trong sử dụng)

12 Trình bày nội dung tính toán kiểm tra đài cọc toàn khối

13 Trình bày nội dung tính toán kiểm tra tổng thể móng cọc ( Kiểm tra cường độ đất dưới mũi cọc, ổn định tổng thể và độ lún)

14 Ma sát âm đối với móng cọc và các biện pháp khắc phục ma sát âm)

15 Trình bày vấn đề chọn búa và lực ép trong thi công cọc đúc sẵn hạ bằng phương pháp đóng và ép

Phần bài tập

1) Đề xuất phương án móng cọc trong trường hợp sau:

ư Công trình có tải trọng N, M khá lớn

ư Nền đất gồm 3 lớp đất:

+ Lớp đất 1 bên trên có bề dày thay đổi 4-6 m thuộc loại sét pha có độ sệt B =1,3

+ Lớp đất 2 có bề dày thay đổi 6-7 m thuộc loại sét có độ sệt B =0,2

+ Lớp đất 3 rất dày là cát trung có cường độ kháng xuyên trung bình qc =890 T/m2

2) Xác định sức chịu tải của cọc BTCT đúc sẵn trong giai đoạn sử dụng, biết:

ư Mác bêtông cọc 300#; Tiết diện cọc 25x25 cm; dài 8m gồm 4φ 20 AII có Ra

=28000T/m2; đầu cọc cách mặt đất 1,5m

ư Nền đất gồm 2 lớp:

+ Lớp đất trên dày 6m thuộc loại sét pha,

+ Lớp đất dưới là cát nhỏ chặt vừa

a Cho biết thí nghiệm nén tĩnh cọc như sau và ξ =0,15; Sgh =4cm

Độ lún tổng cộng

(mm) 0,8 1,5 2,3 3,15 4,0 5,0 6,4 8,8 12,4 15,5

b Cho biết độ sệt lớp 1: B =1,1

c Cho biết kết qủa xuyên tĩnh qc1 =15 T/m2 ; qc2 = 800T/m2

d Cho biết kết quả SPT: N1 =0; N2 =20

3) Sơ bộ chọn số cọc theo điều kiện sức chịu tải của cọc và bố trí cọc trên mặt bằng Cho biết phương án móng cọc đài thấp như sau:

ư Cọc 25x25 cm; dài 9m; sức chịu tải tính toán trong giai đoạn sử dụng [P] = 30T

ư Tải trọng tính toán tại mức đáy đài :N =93T ; M = 18 Tm

4) Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc ép BTCT tiết diện 20x20cm2 dài 11m( 2 đoạn) Mác bêtông cọc 300, cốt dọc gồm 4φ 18 AII.Cho biết:

+ Móng cọc gồm 9 cọc được bố trí cách đều nhau 4d

+ Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền [P] = 22T

+ Lực ép thi công Pép max = 60T

+ Đài cọc chôn sâu 1,5m và co kích thước BđxLđxHđ =2x2x0,8m

+ Tải trọng dưới cột No= 120T; Mo= 20Tm; Qo =4T.

5) Tính toán kiểm tra chiều cao đài cọc và chọn cốt thép cần thiết bố trí trong đài của móng cọc đaì thấp như bài tập 4 ở trên, cho biết:

+ Bêtông đài mác 200 Lớp bảo vệ cốt thép đáy đài là 10cm

+ Tiết diện cột 30x50cm, trọng tâm cột trùng với trọng tâm đài

6) Kiểm tra điều kiện chiều sâu chôn đài trong bài tập 3

Vẽ móng khối qui ước, kiểm tra điều kiện áp lực và độ lún của móng khối, cho biết nền

chương III – móng máy

III.1.Khái niệm chung

Móng dưới các công trình thông thường, chủ yếu chịu tác dụng của tải trọng tĩnh, còn móng máy chủ yếu chịu tác dụng của tải trọng động Những tải trọng này thường biến đổi rất nhanh về trị số và các phương tác dụng được và gọi là những lực kích thích Chính các lực kích thích này làm cho máy và móng bị dao động, rồi móng lại trở thành nguồn dao

động của đất làm cho các kết cấu chung quanh cũng bị dao động theo Trong nhiều trường hợp dao động của móng là nguyên nhân làm chóng hỏng các chi tiết máy, làm giảm công suất máy hoặc làm xấu chất lượng sản phẩm Đối với các máy chính xác và dụng cụ đo lường thì dao động của máy có thể làm trở ngại cho sự hoạt động bình thường của chúng, làm khó khăn cho quá trình thao tác kỹ thuật Mặt khác dao động sẽ gây ra tác dụng có hại đến sinh lý co người, làm tăng sự mệt mỏi, làm giảm hiệu suất lao động và nếu cường độ dao động quá mạnh thì có thể làm cho sức khoẻ của người bị tổn hại nghiêm trọng

Vì những lý do đó, việc thiết kế móng dưới máy có những nét khác biệt cơ bản so với việc thiết kế móng công trình thông thường Biện pháp chủ yếu chống chấn động là xây dựng tốt móng dưới máy và chỉ có thể xây dựng móng dưới máy khi áp dụng những phương pháp khoa học để thiết kế

III.2.Những yêu cầu cơ bản đối với móng máy

Khi thiết kế móng máy cần phải thoả mãn những yêu cầu cơ bản sau đây:

1- Bền vững, ổn định và có khả năng chịu đựng tốt

2- Không cho phép có những độ lún và những biến dạng làm mất sự hoạt động bình

thường của máy

3- Không cho phép xuất hiện những chấn động mạnh làm cản trở sự hoạt động của máy

và của người điều khiển máy

Ba yêu cầu đó có thể biểu diễn bằng các bất đẳng thức sau đây:

≤Δ

≤

][

][

S S

S S

3- A ≤ [A]

Trong đó: p - ứng suất dưới đáy móng

[R] - sức chịu tải giới hạn cho phép của nền đất tại đáy móng

S, ΔS - độ lún và độ lệch của móng

[S], [ΔS] - độ lún và độ chênh lệch cho phép

A - biên độ dao động của móng

[A] - biên độ dao động cho phép

Yêu cầu 1, 2 thường được đảm bảo bởi các yêu cầu cấu tạo

- Dao động thẳng đứng

- Dao động ngang và quay trong mặt phẳng thẳng góc với trục móng

- Dao đông quay đối với trục đứng qua trọng tâm đáy móng, trong đó các hệ số

độ cứng nền theo các phương sẽ xuất hiện, đây là các hệ số nền động được xác

định bằng thí nghiệm hay kinh nghiệm

bê tông đát hộc Tường khối gạch Tường khối bêtông đặc

Sử dụng vải địa kỹ thuật

Chương IV: hố đμo.

I tổng quan về hố đμo.

Hố đào sõu là dạng cụng trỡnh thường gặp trong thực tế xõy dựng, cú hai dạng hố đào như sau:

+ Hố đào ngầm (đường hầm, mỏ), hố đào hở (hố múng, kờnh mương, sụng đào)

+ Hố đào nụng và sõu: thường ≥ 5-6 m được gọi là sõu

+ Hố đào khụng cú kết cấu chắn giữ, hố đào cú kết cấu chắn giữ:

I.1 Các sự cố có thể xẩy ra trong quá trình thi công

+ Hiện tượng lỳn sụt bề mặt và hạ mực nước ngầm→ gõy ảnh hưởng mạnh mẽ đến cỏc cụng trỡnh lõn cận

+ Hiện tượng đẩy bựng hố múng (hiện tượng sủi): gõy ra lỳn sụt thành hố múng

+ Hiện tượng mất ổn định thành hố đào: do ỏp lực thành hố đào → chuyển vị ngang

I.2 Nội dung tính toán

Thiết kế hố đào sõu là việc lựa chọn dạng hố đào, kết cấu chắn giữ để đảm bảo ổn định cho đỏy và thành hố đào, cho kết cấu chắn giữ, và cụng trỡnh lõn cận

+ Xỏc định tải trọng tỏc dụng lờn thành hố đào và kết cấu chắn giữ: bao gồm trọng lượng bản thõn khối đất bờn thành hố đào, tải trọng cỏc cụng trỡnh lõn cận

+ Lựa chọn và thiết kế kết cấu chắn giữ thành hố đào Từ đú tớnh toỏn ổn định cục bộ và

ổn định tổng thể thành hố đào, kết cấu chắn giữ

I.3 Các loại kết cấu chắn giữ hố đào

1 Tường chắn trọng lực: là loại tường chắn lợi dụng trọng lượng bản thân tường hoặc lớp

đất phía trên tường

2 Tường sử dụng các lớp cốt gia cố: vải địa kỹ thuật, lưới thép được

cốt gia cố là các lưới thép kết hợp với vải địa kỹ thuật

vải địa kỹ thuật dải thành các lớp móng từ 30 – 50

Cốt gia cố là các thanh thép hình được neo vào thành hố móng từ 3 -5m,khoảng cách

từ 0,5 – 2m

3 Tường BTCT: thường kết hợp với tầng hầm

4 Kiểu tường dạng cừ cắm sâu

- Sử dụng các kết cấu cừ tạo thành tường vây xung quanh hố đào, các dạng cừ thường gặp:

- Ngoài cỏc dạng cừ gỗ, thộp, BTCT, khi chiều sõu hố đào lớn cũn sử dụng cỏc kết cấu chắn giữ như: cọc khoan nhồi, tường liờn tục trong đất, cọc ximăng đất …

I.4 Biện pháp thi công:

Đối với hố móng trong các công trình xây dựng, việc thi công hố móng bao gồm các công tác sau:

II.1 Bảo vệ đáy hố móng

- Đáy hố bị xáo trộn, hay ngập nước→độ lún tăng, sức chịu tải giảm, trong trường hợp

đáy móng chịu áp lực nước ngầm, đáy móng có nguy cơ bị đẩy bùng

Tường bê tông cốt

thép có bản đáy rộng

Tường bê tông cốt thép kết hợp với tầng hầm

Tường bê tông cốt thép kết hợp với tầng hầm

Các dạng cừ

Cừ không có neo Cừ có neo, sử dụng khi

chiều sõu tường lớn

- Khi đào hố chừa lại 1 lớp đủ dày, chống đẩy bùng do sự hình thành Gradien áp lực dòng thấm giữa thành hố và đáy hố đào hoặc dưới đáy hố

đào có lớp đất tồn tại nước có áp, bằng cách bạt thoải

hay dùng ván cừ, gia cường đáy hố Điều kiện chống bị

đẩy bùng do nước có áp:

γ t - γ I > 0 (I – Gradien dòng n

thấm)

II.2 Bảo vệ thành hố

II.2.1 Trường hợp không có kết cấu chắn giữ.

Chiều sâu đào tối đa hgh =

γn

c4tg(450 + ϕ 2 ) hay mỗi

bậc đào =

γ.n

c67

tường than của trượt chống

Lực chống trượt:

+ Trường hợp đất sau lưng tường thoát nước:

T = N μ với μ = tagϕ (ϕ -góc ma sát giữa đáy tường và đất)

lật Momenchống ≥ [K0] =1,4