Phần 2 Bài giảng nền móng ĐHXD

Chương 2 : Tính toán và thiết kế móng nông cứngTính toán móng mềmChương 3 : Xử lí nền đất yếuCác biện pháp xử lí nền đất yếu Phạm vi ứng dụngXứ lí nền đất yếu bằng phương pháp đệm cát Ví dụ tính toán kiểm tra phương pháp xử lí nền đất bằng đệm cát

Trang 1

Khi tính toán móng cứng, không xét biến dạng của móng và

xem ứng suất tiếp xúc (áp lực đáy móng) phân bố tuyến tính.

Với các móng chịu uốn, biến dạng của móng là đáng kể, ứng

suất tiếp xúc sẽ phân phối lại, trong tính toán nền móng phải sử

dụng các sơ đồ nền để xét đến sự ứng xử của đất nền và móng

Theo Quy phạm 20.64, độ mảnh tương đối của móng, t:

2.10 TÍNH TOÁN MÓNG MỀM

153

2.10.1 Khái niệm

Khi t  10: móng mềm

Khi 1 t < 10: móng có độ cứng hữu hạn.

Khi t < 1: móng cứng.

Trong đó:

E0: module biến dạng của đất nền

E: module đàn hồi của vật liệu làm móng

a, h: chiều dài và chiều dày của móng

Phân loại:

Móng dạng dầm đơn khi tỷ số: l/b  7

Móng dạng bản khi tỷ số l/b < 7

154

Bài tốn:

- Xác định phản lực đất nền

- Độ lún của mĩng

- Kết hợp tải trọng ngồi để tính kết cấu mĩng

2.10.2 Phương pháp tính tốn:

 Theo sơ đồ đơn giản: Bỏ qua biến dạng bản thân mĩng

và Kết cấu bên trên, xem mĩng như 1 dầm liên tục, chân

cột là gối tựa, tải trọng là phản lực đất nền

Do đĩ chỉ đúng khi kết cấu bên trên tuyệt đối cứng

155

Mĩng – Nền làm việc đồng thời cùng nhau

Phương pháp PTHH

 Theo sơ đồ rời rạc: Tách riêng kết cấu bên trên và dưới,

xét sự làm việc đồng thời của mĩng và nền

Xét KC mĩng biến dạng và đặt trên nền biến dạng và xác

định nội lực trong mĩng

Tính tốn kết cấu trên nền đàn hồi

2.10.3 Tính tốn dầm trên nền đàn hồi

Mô hình dầm trên nền đàn hồi

Phương trình trục võng của dầm

p(x)

q(x)

x



x

(x) O

Aùp lực dưới đáy móng

156

Xét mĩng dầm

Trang 2

Trong đó:

EJ: độ cứng của móng;

b: bề rộng móng;

: chuyển vị đứng;

Với hai ẩn x và px ta được một phương trình quan hệ độ lún của

nền và áp lực đáy móng

Thể hiện ứng xử của nền đất người ta còn gọi MÔ HÌNH NỀN

Phương trình độ võng trục móng Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng

157

Mô hình này cho rằng, độ lún của nền chỉ xảy ra trong phạm vi diện gia tải

a Mô hình nền Winkler (nền biến dạng cục bộ, 1867)

Nền đất được mô phỏng bằng các lò xo đàn hồi tuyến tính

Hệ số đàn hồi của lò xo k s, được

gọi là hệ số phản lực nền (hay hệ số nền)

k s = P/S

Mô hình nền Winker

p

S

k s

158

Hệ số nền

Được xác định từ thí nghiệm

bàn nén:

k s = q/S = q/

K Terzaghi (1955), công bố

hệ số nền với kích thước bàn

nén 0.3m x 0.3m  k 0.3

Sơ đồ xác định hệ số nền k s

Lò so đàn hồi



Load

Độ lún S

dỡ tải

P

159

Loại đất Trạng thái k 0.3 (MN/m 3 ) Cát khô hoặc

ẩm

Chặt vừa 25 ÷ 125 Chặt 125 ÷ 375

Cát bảo hoà

Chặt vừa 35 ÷ 40 Chặt 130 ÷ 150

Sét

Dẻo cứng 25 ÷ 50

Hệ số nền của Terzaghi (áp dụng cho bàn nén kích thước 0.3m*0.3m)

160

Trang 3

Hệ số nền chuyển đổi cho móng vuông b*b đặt trên

Nền đất rời

Es: module biến dạng của đất nền;

: hệ số Poisson của đất (hệ số nở ngang);

Công thức gần đúng:

Nền đất dính

161

 Hệ số nền chuyển đổi cho móng chữ nhật a*b đặt trên các loại nền đất:

Hệ số nền chuyển đổi cho móng băng đặt trên các loại nền đất:

 Theo J E Bowles, k = 40q u

162

Es: module biến dạng của đất dưới móng

b: chiều rộng móng

Ef, : module đàn hồi và hệ số Poisson của vật liệu móng

If: moment quán tính của tiết diện móng

 Scott (1981), đề nghị xác định k0.3 từ kết quả SPT cho đất rời:

k 0.3 = 1.8N (MN/m3)

 Theo Vesic (1961), hệ số nền cho dầm dài (móng dạng dầm):

Trong đó:

Trang 4

Mô hình này tuân theo định luật Hook về đàn hồi tuyến tính

đẳng hướng

Mô hình này sử dụng rất hạn chế trong việc mô phỏng các

ứng xử của đất

Mô hình này mô phỏng các khối kết cấu cứng trong đất

b Một số mô hình nền khác

b1 Mô hình đàn hồi tuyến tính (Linear Elastic)

Dùng để tính toán gần đúng các ứng xử ở giai đoạn đầu của đất

b2 Mô hình Mohr – Coulomb (mô hình đàn dẻo)

165

Mô hình này dùng để mô phỏng các ứng xử của đất yếu theo thời gian và có xét đến tính nhớt của đất (lý thuyết từ biến)

Xét đến quá trình lún thứ cấp của nền đất

b3 Mô hình Hardening Soil (mô hình tái bền của đất)

Đây là mô hình đàn dẻo tuân theo quy luật hyperbol

b4 Mô hình Soft Soil (Cam Clay)

Mô hình này dùng để mô phỏng các ứng xử của đất yếu

b5 Mô hình Soft Soil Creep

166

p = 100kN/m 2

167 Móng băng dưới cột và móng băng giao nhau

2.10.4 TÍNH TOÁN MÓNG BĂNG DƯỚI CỘT

a, Cấu tạo

168

Trang 5

N 1

L 1

N 5

L B

169

a, Cấu tạo

Thân móng băng có thể cấu tạo có hoặc không có sườn dọc

Chiều dài móng, L có thể xác định dựa vào bước cột

 Trong điều kiện cho phép nên cấu tạo hai đầu thừa để giảm ứng suất tập trung cho nền và tăng khả năng chống cắt cho bản thân móng

 Lb= (1/5 1/3)*(L1hoặc L4)

 L = Li + 2Lb

a, Cấu tạo

170

Bước 1 Kiểm tra ứng suất

Quy tất cả các tải trọng về trọng tâm đáy móng  tính toán

chiều rộng móng như tính toán cho móng đơn (xem ứng suất

dưới đáy móng phân bố tuyến tính).

ptctb  Rtc

ptcmax  1.2Rtc và ptcmin  0

b, Các bước tính toán móng băng dưới cột

Bước 2 Kiểm tra biến dạng của nền

S  Sgh

171

p tt min

p tt max

Bước 4: Tính cốt thép trong móng

N 1

L 1

N 5

Vẽ biểu đồ mômen M, lực cắt V.

Tính cốt thép.

Cốt dọc tính theo M ; Cốt đai tính theo lực cắt V.

172

Trang 6

Móng bè dạng bản

2.10.5 TÍNH TOÁN MÓNG BÈ

a, Các dạng móng bè

173

Móng bè dạng bản sườn

2.10.5 TÍNH TOÁN MÓNG BÈ (tiếp)

174

Móng bè dạng hộp

175

Bước 1 Kiểm tra ứng suất

Chọn kích thước móng LxB dựa vào mặt bằng

Quy tất cả các tại trọng về trọng tâm đáy móng  kiểm tra

chiều rộng móng như tính toán cho móng đơn (xem ứng suất dưới đáy móng phân bố tuyến tính).

Bước 2 Kiểm tra biến dạng của nền

S  Sgh (độ lún tại trọng tâm đáy móng)

176

b, Các bước tính toán móng bè

Trang 7

Bước 3 Tính chiều dày móng

Xem phản lực nền tính toán

dưới đáy móng phân bố tuyến

tính

Chia bè thành nhiều dải theo

phương x và phương y

Vẽ biểu đồ lực cắt và

mômen cho mỗi dải (như

B

y x

Mặt bằng móng bè

177

Bước 3 Tính chiều dày móng

Dựa theo điều kiện chống đâm thủng: P đt  P cđt

Các dạng tháp chọc thủng tại chân cột

178

Bước 4 Tính cốt thép trong móng

Từ biểu đồ moment, lực cắt, chọn

các giá trị cực trị trong các dải để

tính toán cốt thép

Bố trí cốt thép theo phương X, Y y

x

Dải tính toán

Chia dải cho móng bè

179

Bước 1: Xác định các kích thước cơ bản của móng và chiều dày, h của móng.

Bước 2: Xác định hệ số nền, k của nền đất.

Bước 3: Giải bài toán bằng PTHH, tìm ra mômen, lực cắt Bước 4: Tính toán lại chiều dày móng

Bước 5: Tính cốt thép trong móng

c, Tính toán móng bè như tấm trên nền đàn hồi

Đối với móng bè dạng bản phẳng không có sườn gia cường, khi tính toán nội lực trong móng, sử dụng phương pháp gần đúng là xem móng bè như tấm trên nền đàn hồi

Nội dung tính toán bao gồm các bước sau:

180

Trang 8

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

3.1 KHÁI NIỆM VỀ NỀN ĐẤT YẾU & XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

3.1.1 Khái niệm về nền đất yếu

Khái niệm đất yếu chỉ mang tính chất “tương đối” vì nó phụ thuộc:

Trạng thái vật lý của đất;

Tương quan giữa khả năng chịu tải của nền đất với tải trọng CT

181

Các loại đất yếu với hầu hết CT:

Các loại bùn, than bùn (đất dính ở trạng thái chảy B>1) có

các chỉ tiêu  = 4  8; c < 10 kPa; qc< 500 kPa, N  1  2;

Đất cát nhỏ, cát bụi trạng thái rời (xốp) hệ số rỗng lớn, bão

hòa nước;

Xử lý nền đất yếu chỉ áp dụng cho móng nông (có hoặc không

kết hợp với xử lý kết cấu bên trên):

Xử lý kết cấu bên trên;

Xử lý móng;

Xử lý nền (phụ thuộc vào địa chất)

182

3.1.2 Xử lý KC bên trên

a, Dùng vật liệu nhẹ, kết cấu nhẹ để giảm trọng lượng CT b,Tăng độ mềm của CT

Cắt các bộ phận cứng của CT thành nhiều phần bằng khe lún

Dùng kết cấu tĩnh định (Thay mối cứng bằng khớp, gối tựa)

183

Vị trí khe lún tại:

- Chiều dày lớp đất hay tính

nén của đất khác nhau lớn

- Thay đổi chiều cao hoặc tải

trọng

- Cĩ sự thay đổi kích thước

hình học

Chiều rộng khe lún:

- Tính chất biến dạng của

CT

- Sự phân bố của các lớp

đất yếu

184

c, Tăng thêm cường độ cho kết cấu

Bố trí giằng dọc theo tường chịu lực (giằng tường) hoặc dọc theo mĩng (giằng mĩng)

3.1.3 Xử lý mĩng

a, Thay đổi chiều sâu chơn mĩng

b, Thay đổi kích thước mĩng

c, Thay đổi loại mĩng và độ cứng của mĩng

Trang 9

3.1.4 Xử lý nền

Mục đích:

- Làm tăng sức chịu tải (tăng cường độ liên kết giữa các hạt

đất)

- Làm giảm lún (tăng độ chặt của nền)

Các biện pháp:

- Cơ học: đầm, cọc (BTCT, cát, gỗ, cừ), thay đất (đệm cát), nén

trước, bệ phản áp…

- Vật lý: hạ mực nước ngầm, giếng cát, vật thốt nước thẳng

đứng, điện thấm…

- Hĩa học: keo kết bằng xi măng (xi măng đất), silicat hĩa, điện

hĩa…

Thay đất: Đất yếu bên trên có chiều dày không lớn  có thể

bóc bỏ và thay thế toàn bộ đất tốt;

Lớp đất thay thế thông thường là lớp cát sạch hạt trung trở lên, đầm đến chặt vừa

Đệm cát: Đất yếu bên trên tương đối dày: thay một phần đất

yếu bằng đất tốt;

Bệ phản áp: tăng hmbằng cách đắp thêm 2 bên móng toàn bộ phạm vi lăng thể trượt có thể xảy ra  tạo ra áp lực phủ nhân tạo  tăng cường độ của đất

Đưa vào trong đất các chất kết dính vô cơ như: vôi, ximăng…

 tăng lực dính đơn vị chung của đất;

186

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU (Tiếp)

3.2 ĐỆM CÁT

3.2.1 Phạm vi áÙp dụng

Sử dụng có hiệu quả nhất khi lớp đất yếu ở trạng thái bảo hòa

nước và có chiều dày nhỏ hơn 3m

Đệm cát thường làm bằng cát hạt to, cát hạt trung hoặc pha hai

loại đó với nhau

187

3.2.2 Công dụng

Đóng vai trò như một lớp chịu lực, tiếp thu được tải trọng của

công trình và truyền tải trọng đó xuống lớp đất thiên nhiên bên

dưới đệm

Giảm bớt độ lún toàn bộ và độ lún không đều của công trình,

đồng thời làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất

Làm tăng khả năng ổn định của công trình kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng (vì cát trong lớp đệm sau khi được đầm chặt sẽ có lực ma sát lớn và có khả năng chống trượt)

Kích thước móng và chiều sâu chôn móng sẽ được giảm bớt, vì áp lực tính toán của đất nền tăng lên

188

3.2.3 Vật liệu đệm và biện pháp thi công Vật liệu: Cát hạt trung hoặc cát hạt to (do khả năng đạt được độ

chặt khá cao, tiếp thu được tải trọng lớn của CT, không di động dưới tác dụng của nước ngầm)

- Đối với cát vàng: hàm lượng SiO2 (thạch anh) nên nhỏ hơn 70%

và hữu cơ nhỏ hơn 5% Hàm lượng mica nhỏ hơn 1,5%

- Để tiết kiệm vật liệu có thể trộn 70% cát vàng với 30% cát đen (hàm lượng sét nhỏ hơn 2%)

Trang 10

Nếu dùng cát hạt trung làm vật liệu thay thế và đầm đến độ

chặt tương đối D  0,65 thì khi thiết có thể chọn sơ bộ các đặc

trưng cơ lý như sau:

 = 33  36; E o = 35 000  40 000 (kPa);

 o = 0,28  0,3;  đ = 18  20 (kN/m 3 ).

Các đặc trưng này sau khi thi công cần được thí nghiệm kiểm

tra lại

190

Biện pháp thi công: Thi công phải đảm bảo đệm chặt nhất và

không phá hoại kết cấu dưới đáy đệm

- Đệm được rải thành từng lớp và đầm chặt, chiều dày tùy thuộc thiết bị đầm (đầm thủ công 20cm, đầm bàn rung 25cm…)

- Nếu đất dưới đệm là đất yếu thì rải vật liệu ngăn cách tránh cát bị chìm xuống khi đầm ( thường dùng vải địa kỹ thuật- Geotextile)

Chỉ tiêu đánh giá chất lượng đầm nén:

Độ chặt đầm nén:

Được đánh giá thông qua hệ số đầm chặt:

: Dung trọng khô của cát sau khi đầm nén ở công trường : Dung trọng khô lớn nhất- xác định bằng TN đầm chặt [K]: Hệ số đầm chặt cho phép thường từ 0,85÷0,95

191

Xác định γ k và e của lớp đệm:

Phương pháp dao vịng

Phương pháp xuyên tiêu chuẩn: Dùng quả tải nặng 10,5kg,

cần dài 1,5m cĩ mấu để khống chế chiều cao rơi

- Nâng tạ lên và thả rơi 3 lần, đo độ lún mũi xuyên tìm ra e và

γ k

Phương pháp đào lỗ đổ cát tiêu chuẩn:

(Nếu khơng dùng dao vịng lấy được do lẫn nhiều sỏi)

- Đào lỗ lấy đất cân được Q

- Rĩt cát tiêu chuẩn đã biết trọng lượng vào hố tìm được V

 Mô đun biến dạng:có thể dùng thí nghiệm bàn nén 3.2.4 Cấu tạo đệm cát

Mặt đất tự nhiên

hđ



hm

N tc

M tc

B đ

b

m 1



h m : độ sâu đặt móng, không nên chọn hm quá sâu Thông

thường ta chọn: h m  (1  1,5)m

192

Trang 11

3.2.4 Cấu tạo đệm cát

-tiếp-Kích thước cơ bản của đệm cát:

Chiều dày đệm cát, h đ : là khoảng cách từ đáy hố đào đến đáy

móng Tính toán hđ thỏa mãn các TTGH (về cường độ và biến

dạng)

Kích thước đáy đệm:

Móng đơn:

L đ = l + 2 h đ tg

B đ = b + 2 h đ tg

Móng băng:

B đ = b + 2 h đ tg

Trong đó

l, b: chiều dài và chiều rộng móng đơn

3.2.4 Cấu tạo đệm cát

-tiếp-Góc truyền tải trong đất,  có giá trị bằng 30  đc (với

đc là góc ma sát trong của đệm cátđc = 300  350 đối với cát,đc= 400 420đối với sỏi)

Thông thường lấy= 30

Taluy (độ dốc) của hố đào, m: xác định dựa vào phân tích

ổn định mái dốc của lớp đất yếu (đảm bảo cho thành hố đào không bị sạt lở) Sơ bộ chọn m = 1  1,5

194

hđ

hm

1

2 Đất tốt

N tc

M tc

hđ

hm

N tc

M tc

1

2 Đất tốt

h 1 Đệm cát thay thế toàn bộ Đệm cát thay thế một phần

195

Việc xác định kích thước lớp đệm cát một cách chính xác là một bài toán phức tạp vì đệm cát và lớp đất yếu có tính chất hoàn toàn khác nhau

Vì vậy, với mức độ thực tế cho phép, có thể xem lớp đệm cát như một bộ phận của đất nền, tức là đồng nhất và biến dạng tuyến tính

Để đảm bảo cho lớp đệm cát ổn định và biến dạng trong giới hạn cho phép, thì phải đảm bảo điều kiện:

3.2.5 Xác định kích thước lớp Đệm Cát (dựa vào khả năng chịu tải của nền đất yếu hay dựa vào biểu đồ phân bố ứng suất dưới nền đất)

 bt +  z ≤ [p] đy

196

Trang 12

Sơ đồ tính toán đệm cát

3.2.4 Xác định kích thước lớp Đệm Cát

-tiếp-Mặt đất tự nhiên

N tc

M tc

h đ



z

x

h m

197

Trong đó:

 bt: ứng suất thẳng đứng do trọng lượng bản thân của đất trên đáy móng và của đệm cát tác dụng trên mặt lớp đất yếu,

 bt =  x h m +  đ x h đ

 và đ: dung trọng của đất và của lớp đệm cát

hmvà hđ: chiều sâu đặt móng và chiều dày lớp đệm cát

 z: ứng suất do công trình gây nên, truyền trên mặt lớp đất yếu, dưới đáy đệm cát

 z = K o x  gl

Kztra bảng II.4C:

cho móng chữ nhật

cho móng băng

K0tra bảng II.4A:

198

[p] đy : sức chịu tải cho phép của lớp đất yếu dưới đáy lớp

đệm cát được xác định theo công thức Terzaghi:

pgh: sức chịu tải giới hạn của lớp đất yếu dưới đáy lớp đệm cát

Fs: hệ số an toàn;

q : phụ tải q =  1 h m +  đ h đ

Nc , Nq, N: hệ số sức chịu tải của lớp đất yếu

 , c : góc ma sát trong và lực dính của lớp đất yếu;

: dung trọng tự nhiên của đất dưới lớp đệm cát;

-tiếp-199

Bđ: chiều rộng móng đệm cát, được xác định như sau:

B đ = b + 2 x h đ x tg

Theo kinh nghiệm thiết kế, để đảm bảo được yêu cầu về ổn

định, thì góc truyền lực,  thường lấy bằng góc ma sát trong của cát ( =  đ ) hoặc có thể lấy trong giới hạn,  = 30 0 ÷ 45 0

Móng chữ nhật:

Móng băng:

L đ = l + 2 x h đ x tg

200

Trang 13

Độ lún, S dưới móng công trình được xác định theo công thức:

S = S đ + S n ≤ S gh

Trong đó:

Sđ: độ lún của lớp đệm cát

Sn: độ lún của các lớp đất nằm dưới lớp đệm cát

Sgh: độ lún giới hạn

(dựa vào điều kiện biến dạng)

-tiếp-201 Sơ đồ tính toán đệm cát dựa vào vùng biến dạng dẻo

(dựa vào vùng biến dạng dẻo) 3.2.4 Xác định kích thước lớp Đệm Cát

-tiếp-202

BÀI TẬP ÁP DỤNG 1

Xác định kích thước lớp đệm cát dưới móng băng biết b = 1,6m ;

hm= 1,2m

Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn tại mức mặt đất:

N 0 tc = 10 T/m ; M 0 tc = 2 Tm/m và Q 0 tc = 1 T/m

Lớp đất dưới móng là lớp sét dẻo nhão có tính chất như sau:

 1 = 1,8 T/m 3 ; c = 1,2 T/m 2

;  = 5 0

Vật liệu đệm cát: Cát vàng hạt trung đầm đến chặt vừa có đ =

1,9 T/m3

Lời giải:

Giả sử chọn chiều dày lớp đệm cát: h đ = 1.8m

203

 z +  bt ≤ [p] đy

Kiểm tra chiều dày lớp đệm cát theo điều kiện:

trong đó:

 bt: ứng suất thẳng đứng do trọng lượng bản thân của đất trên đáy móng và của đệm cát tác dụng trên mặt lớp đất yếu:

 bt =  1 h m +  2 h đ 

 z : ứng suất do công trình gây nên, truyền trên mặt lớp đất yếu,

dưới đáy đệm cát

 z = K z x  gl

 gl : ứng suất gây lún tại đáy móng:

204

Định dạng
Số trang	14
Dung lượng	10,34 MB