Nền móng công trình đậu văn ngọ, nguyễn việt kỳ pdf

Móng được gọi là móng nông khi toàn bộ tải trọng của công trình truyền qua móng được gánh đỡ bởi đất nền ở dưới đáy móng còn phần lực ma sát và lực dính của đất xung quanh móng không đá

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP H ồ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI H Ọ C BÁCH KHOA

Đậu Văn Ngọ - Nguyễn Việt Kỳ

ĐHQG.HCM-10

MỤC LỤC

C h ư ơ n g 1 Cơ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓNG NÔNG 7

1.3 Phân bố ứng suất dưới nền móng - lý thuyết boussinesq 16

C h ư ơ n g 2 LÝ THUYẾT MÓNG cọc BÊTÔNG CỐT THÉP 76

2.2 Tính toán sức chịu tải của cọc đơn bê tông cốt thép đúc sẵn 81

5.1 Tổng quan về các loại tường chắn trong xây dựng 231

5.6 Trình tự tính toán sơ bộ giải pháp tường chắn cho công trình 284

C hư ơng 6 BƠM HỨr THÁO KHÔ Hố MÓNG TRONG XÂY DựNG CÔNG TRÌNH 291

6.2 Hạ thấp mực nước sâu bằng hệ thống thoát nước thẳng đứng 3026.3 Những vấn đề cần thiết khi thiết kế hạ thấp mực nước

6.5 Tính toán hệ thống giếng tháo khô tương tác lẫn nhau

LỜI NÓI ĐẦU

On định công trình là môn học nhằm cang cấp kiến thức cho sinh viền ngành Địa kỹ thuật Môn học này liên quan trực tiếp với các môn

định công trình, Thiết kế các công trình dân dụng công nghiệp, Công trình giao thông thủy lợi Bởi vì nền móng công trình là yếu tố quyết định độ hển vững, độ Ổn dinh của công trình, giá thành công trình củng như tuổi thọ của chúng.

N Ế N MÓNG CÔNG TRÌNH được biền soạn theo để cương môn học: Nền móng công trình, Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Kv thuảt Địa

Thành p h ố Hồ Chí Minh.

Nội dung của cuốn sách này gồm 6 chương.

Chương 1: Cơ sở lý thuyết tính toán móng nông Nội dung của

phân tích các loại móng nông nguyên tắc và trình tự tính toán.

Chương 2: Lỷ thuyết móng cọc bề tông cốt thép Nội dung của chương này trình bày sơ lược về các loại cọc bẽ tông cốt thép - nguyền

lý làm việc của cọc và nguyền tắc tính toán sức mang tỏi cọc.

Chương 3: Thi công cọc Nội dung chính của chương này là cung cấp cho sinh viên một số kiến thức cơ bản về nguyên tắc và trình tự thi công các loại cọc bê tông cốt thép thông dụng trong thực tế xây dựng.

Chương 4: Kiểm tra chất lượng cọc Nội dung chính của chương này là trình bày các phương pháp kiểm tra chất lượng củng như sức mang tải của cọc bẽ tông đúc sẵn và cọc khoan nhồi bằng các phương pháp dã được sử dụng trong thực tế xây dựng Việt Nam.

Chương 5: Cơ sở tính toán và thiết kế tường chắn đất Nội dung chính của chương này trình bày sơ lược về các loại tường chắn đất thông

toán các loại tiứmg chắn đất.

Chương 6: Bơm hút tháo khô hố móng trong xây dựng công trình Nội dung chính của chương này là trình bày các loại công trình cần hạ thấp mực mtóc phục vụ tlii công nền móng Nguyên lý và phương pháp

dựng hiện nay ở Việt Nam.

Các tác giả biên soạn cuốn sách này với phương pháp dựa trên các

Cuốn sách dược hoàn thành theo sự phân công như sau:

chủ biên

thời gian cũng như năng lực có hạn nên cuốn sách knông th ể tránh

khỏi những thiếu sót, chúng tôi mong nhận dược những ý kiến đóng

góp của các bạn đồng nghiệp đ ể lần xuất bản sau được tốt hơn.

Đậu Văn Ngọ, Nguyễn Việt Kỳ, Bộ môn Địa kỹ thuật, Trường

Thường Kiệt, Quận 10, TP Hồ Chí Minh.

Chủ biên Đậu Văn Ngọ

Móng là bộ phận chịu lực liên kết với kết cấu bên trên của công

trình, tiếp nhận trực tiếp toàn bộ tải trọng công trình truyền xuống

và phân bố đều lên nền đất Móng đảm bảo công trình ổn định trong

điều kiện làm việc bình thường và trong trạng thái giới hạn cho phép

Tuỳ thuộc vào dạng công trình, tải trọng công trình và đặc điểm địa

chất nơi xây dựng mà các loại móng khác nhau được sử dụng Có hai

loại móng: móng sâu và móng nông

B- chiều rộng móng D- chiều sâu ngàm móng (là chiều dày nhỏ nhất tinh từ mặt đất đến đáy móng)

Nền là khu vực đất đá nằm ngay sát đáy móng, trực tiếp gánh

đỡ tải trọng của công trình truyền xuống, được giới hạn bằng đường

cong dạng bóng neon tròn (H.l.l) Ngoài phạm vi này, ứng suất gây ra

Mặt nền

do móng truyền xuống không đáng kể, không gây ra biến dạng đất

Nếu móng công trình đặt trên lớp đất đá tự nhiên mà không cần cải

tạo nền, được gọi là nền thiên nhiên Ngược lại, nếu móng công trình

đặt trên lớp đất đã qua cải tạo thì được gọi là nền nhân tạo

Chiều sâu vùng đất nền chịu ảnh hưởng trực tiếp của tải trọng còn

được gọi là chiều sâu nén chặt H nc. Chiều sâu này được xác định từ điều

kiện tính lún móng Tại độ sâu đó, ứng suất gây lún bằng 1/5 lần (bằng

1/10 lần đối với đất yếu) ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây ra

Móng được gọi là móng nông khi toàn bộ tải trọng của công

trình truyền qua móng được gánh đỡ bởi đất nền ở dưới đáy móng còn

phần lực ma sát và lực dính của đất xung quanh móng không đáng kể,

có thể bỏ qua Cũng có thể định nghĩa: móng nông là loại móng đặt ở

độ sâu bé hơn 5 -6 mà D/B < 2 Còn lại là móng sâu.v

Móng nông là một trong những loại móng được sử dụng phổ

biến Ưu điểm của loại móng này là thích hợp cho các loại công trình

dân dụng có tải trọng vừa và nhỏ Quá trình thi công móng đơn giản,

dễ dàng kiểm tra chất lượng

Hiện nay giải pháp móng sâu được sử dụng phổ biến cho các

công trình có tải trọng lớn, hoặc được xây dựng trên nền đất yếu là

móng cọc Do móng cọc hạn chế được biến dạng lún lớn và biến dạng

không đều của đất nên đảm bảo ổn định cho công trình có tác dụng

tải trọng ngang

1.1.2 Các trạng thái giới hạn (TTGH)

Trạng thái giới hạn là trạng thái mà từ đó trở đi kết cấu không

thể thỏa mãn yêu cầu đã đề ra cho nó Khi tính toán theo trạng thái

giới hạn, người ta chia làm 3 trạng thái để tính toán:

1 -T rạ n g th á i giớ i h ạ n I: trạng thái giới hạn về độ bền (độ an toàn) Tính toán theo phương pháp này đảm bảo cho kết cấu không bị

phá hoại, không bị mất ổn định, không bị hỏng vì mỏi khi chịu tải

trọng rung động, lặp, hoặc chịu tác dụng đồng thời các yếu tố về lực và

ảnh hưởng bất lợi của môi trường Chẳng hạn cây dầm bị gãy khi phải

gánh chịu 5000kG. Trong khi đó, muốn sử dụng được chỉ nên dùng tải

trọng lớn nhất 3000 kG Vậy hệ số an toàn là kat = 5000/3000 = 5/3 Có nghĩa là giá trị sử dụng từ giá trị gây ra phá hoại [ơgh] với hệ số an

toàn 5/3

c ơ s ở LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓNG NÔNG 9

2- Trạng thái giới hạn I I:trạng thái giới hạn mà tại đó kết cấu hay công trình không bị phá hoại nhưng có biến dạng iớn làm cho

kết cấu công trình trở nên không bình thường ảnh hưởng đến nhu cầu

sử dụng Do đó người' ta qui định một giá trị biến dạng [Sg/J và chấp

nhận cho công trình làm việc được bình thường khi thỏa mãn điều

Các trạng thái giới hạn này được ứng dụng vào thiết kế như sau:

- Đối với bản móng: khả năng có thế tính với cả ba trạng thái

trên Tuy nhiên, chủ yếu chỉ cần tính theo TTGH I, ngoại trừ

một số trường hợp đặc biệt như hầm nước đặt trong đất, tầng

hầm cần thiết phải kiểm tra theo giới hạn III

- Đối với nền: chỉ cần tính theo TTGH I

Ví dụ, khi tính trạng thái giới hạn thứ nhất cho nền Nền đá, đất

cứng có độ lún nhô Công trình đặt trên đó có tải trọng ngang dễ xảy ra

trượt sâu như công trình thủy lợi, công trình giao thông", mái dốc

trọng giới hạn gây nên trượt của nền Khi tính theo trạng thái giới

hạn I, áp lực tại đáy móng P đ phải được thiết kê nhỏ hơn tải trọng

Hệ số an toàn thông thường từ 1.5 đến 2.0

Trạng thái giới hạn thứ II được áp dụng cho mọi trường hợp đất

nền được qui định độ lún lớn nhất không được vượt quá giới hạn cho

phép [Sg/J. Theo Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam, công trình dân dụng có

Ngoài ra đê đảm bảo được điều kiện làm việc ổn định của kết

cấu bên trên, tiêu chuẩn trên cũng qui định độ chênh lệch lún giữa hai

móng cách nhau một đoạn L, sao cho:

(0= A S /L < [ (Og,J = 0.002 - 0.003

1.1.3 Các loại móng nông thường gặp và ứng dụng của chúng

Móng đơn: loại móng chịu từng tải trọng công trình hay một bộ

phận của công trình, móng đơn có kích thước không lớn, có đáy vuông, chữ nhật hay tròn Móng đơn làm bằng gạch đá xây, bằng bê tông hay

bê tông cốt thép, móng dơn thường dùng cho cột nhà, mố cầu, cột điện Móng đơn được sử dụng khá phổ biến vì giá thành thấp và kỹ thuật thi công đơn giản Móng đơn chỉ nên dùng trong các trường hợp nền đất có sức chịu tải tốt, tải trọng ngoài không lớn

Móng băng: loại móng có chiều dài rất lớn so với chiều rộng của

nó Móng băng có thể đặt dưới hàng cột hay dưới tường nhà Móng băng vừa có tác dụng làm giảm áp lực đáy móng vừa có tác dụng phân

bố tải trọng tương đối đều đặn lên mặt nền và có tác dụng làm giảm chênh lệch lún giữa các cột Móng băng có thể cấu tạo bằng gạch đá xây, bê tông hoặc bê tông cốt thép Giải pháp móng băng được xét đến khi giải pháp về móng đơn không đạt hiệu quả vì móng băng giá thành cao và thi công phức tạp hơn móng đơn

c ơ s ở LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẼ'MÓNG NÔNG 11

tục hoặc nhiều mảng móng ghép lại với nhau Móng bản thường làm bằng bê tông cốt thép và thường liên kết với các kết cấu bên trên để tăng thêm độ cứng của móng Do có diện tích lớn và làm bằng bêtông cốt thép nên móng bản có khả năng chịu lực và chịu uốn tốt

Móng bản được xét tới khi móng đơn và móng băng không đạt hiệu quả do giá thành móng bản cao, thi công phức tạp Móng bản được sử dụng khi đất nền có cường độ thấp, tải trọng công trình lớn phân bố không đều và các công trình có tính chuyên dụng như hầm gara, bế chứa nước

1.1.4 Phân loại móng nông

Theo đặc điểm và hình dạng, móng nông có thể chia thành:

- Móng đơn chịu tải đúng tâm;

- Móng đơn lệch tâm nhỏ;

- Móng đơn lệch tâm lớn (móng chân vịt);

- Móng băng một phương và hai phương dưới nhiều cột hoặc dưới tường chịu lực;

- Móng bè dưới nhiều cột hoặc nhiều tường của một phần hoặc toàn bộ công trình Móng bè có thế cấu tạo dạng bản, dạng sàn tấm, dạng bè hộp

Theo cách thi công, móng đơn gồm móng lắp ghép chế tạo sẩn

và móng thi công tại chỗ, còn gọi là móng toàn khối

Theo vật liệu, móng nông có thể chia thành các loại sau:

- Móng gạch: thích hợp cho tải trọng nhỏ và nằm trên mực nước ngầm;

- Móng đá hộc xây: thích hợp cho tải trọng trung bình, nằm trên hoặc dưới mực nước ngầm, chỉ chịu được ứng suất nén;

- Móng bê tông khối: sử dụng trong các móng chịu ứng suất nén;

- Móng bê tông cốt thép: sử dụng phổ biến trong mọi trường hợp.Theo độ cứng, móng nông có thể chia thành:

- Móng cứng có độ cứng đồng đều trong toàn móng;

- Móng mềm hoặc móng chịu uốn là móng có thể biến dạng cong được

1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM LIÊN QUAN

1.2.1 Tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời

Trong tính toán nền móng, tải trọng thường xuyên là tải trọng tác dụng trong suốt quá trình thi công và sử dụng công trình, như trọng lượng bản thân móng, trọng lượng công trình, áp lực đất, áp lực nước,

Tải trọng tạm thời là tải trọng chỉ xuất hiện trong một thời kì nào đó khi thi công, sử dụng công trình; sau đó giảm đi hoặc mất hẳn, như tải trọng của các thiết bị thi công, tải trọng thí nghiệm tĩnh,

1.2.2 Tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán

Tải trọng tiêu chuẩn: tải trọng lớn nhất nhưng không làm hư

hỏng và không ảnh hưởng đến điều kiện làm việc bình thường khi sử dụng, khi thi công, khi sửa chữa

Tải trọng tính toán: tải trọng có xét tới khả năng có thế xảy

ra sự khác nhau giữa tải trọng thực và tải trọng tiêu chuẩn về phía không có lợi cho sự làm việc của công trình Sự khác biệt này do thay đổi tải trọng hay vi phạm điều kiện sử dụng bình thường Đế xét tới

sự khác nhau đó, người ta đưa vào hệ số vượt tải Tải trọng tính toán bằng tích giữa tải trọng tiêu chuẩn và hệ số vượt tải

c ơ s ở LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẼ' MÓNG NÔNG 13

- TỔ hờp tải trọng đặc biệt: bao gồm tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời tác dụng lâu dài, một vài tải trọng tạm thời tác dụng ngắn hạn và tải trọng tạm thời đặc biệt

1.2.4 Các hệ số tính toán

1

Hệ sô vượt tải dùng để xét tới sự sai khác có thể xảy ra của trị

số tải trọng Trong quá trình thi công và sử dụng công trình, tùy loại công trình, mức độ quan trọng công trình, kinh nghiệm và các kết quả thống kê thực tế để quy định hệ số vượt tải

2- Hệ s ố đồng nhất và hệ số điều kiện làm việc

Khi xác định sức chịu tải 0 của nền đất phải kể đến tính đồng nhất, điều kiện làm việc của nền đất và vật liệu móng, bằng cách dựa

0gh - sức chịu tải giới hạn của đất;

m - hệ sô điều kiện làm việc;

k - hệ số đồng nhất

1.2.5 Các tài liệu cần thiết dể thiết k ế nền móng

Các tài liệu về địa chất công trình và địa chất thủy văn, nội dung bao gồm:

- Bản đồ địa hình, địa mạo nơi xây dựng công trình;

- Các tài liệu về hình trụ địa chất và mặt cắt địa chất;

- Các tính chất hóa lý của nước ngầm, độ pH, tính xâm thực;

- Các chỉ tiêu cơ học và vật lý của các lớp đất: thành phần hạt, dung trọng, giới hạn chảy, độ ẩm, hệ số thấm, góc ma sát, lực dính,

Các số liệu về công trình và tải trọng:

- Tải trọng do công trình xảy ra sự cố

- Đề xuất, so sánh và lựa chọn phương án nền móng

1.2.6 Chọn chiều sâu chôn móng

Chọn chiều sâu chôn móng phụ thuộc vào:

- Điều kiện địa chất và địa chất thủy văn nơi xây dựng;

- Trị số và đặc tính của tải trọng;

- Các đặc điểm cấu tạo của công trình;

- Các điều kiện và khả năng thi công móng;

- Hình dáng và đặc điểm của móng công trình lân cận;

- Trong các đặc điểm trên thì điều kiện địa chất và địa châl thủy văn là yếu tố có ảnh hưởng nhiều nhất đến việc lựa chọn chiều sâu chôn móng, cầ n chú ý vị trí lớp đất chịu lực và rnực nước ngầm

c ơ s ở LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT K Ế MÓNG NÔNG 15

1.2.8 Các biện pháp bảo vệ móng

Nhằm mục đích chống nước ngầm xâm thực vật liệu móng và đảm bảo khô ráo cho kết cấu phần trên, cần phải có biện pháp bảo vệ móng, nhất là ở những mặt có cốt thép đặt gần mép ngoài

Để chống sự xâm thực của nước đối với móng thường dùng hai biện pháp: dùng loại xi măng chông xâm thực hoặc dùng biện pháp cách nước cho móng

Đối với những móng lớn thì nên dùng những biện pháp thô sơ như bôi quét lên mặt ngoài của móng vài lớp nhựa đường rồi đắp đất sét bao lấy mặt ngoài của móng

Trường hợp nước ngầm có tính xâm thực mạnh thì phải dùng những lớp cách nước có cấu tạo đặc biệt

a)

1- lớp xi măng 2- lớp quét 3- lớp cách nước cho tường 4- lớp lót

5- lớp cách nước chế tạo sẵn 6- lớp bô tông

7- bản bô tông cốt thép có thành 8- bản mỏng

9- tường bảo vệ

b)

Hình 1 Các biện pháp bảo vệ móng a) Bảo vệ móng có kích thước lớn

b) Bảo vệ móng có mực nước ngầm xâm thực m ạnh

Khi mực nước ngầm nằm thấp hơn đáy móng nhưng do tác dụng

mao dẫn cho nên nước ngầm có thể thấm qua móng hoặc qua sàn tầng

hầm, tường và sàn được cách nhau bằng những lớp xi màng xây hoặc

trát, còn phía ngoài móng thì bọc một lớp matít cách nước

Khi mực nước ngầm cao nhất nằm bên trên cao trình thiết kế

sàn tầng hầm, lớp cách nước phải kéo dài đến vị trí cao hơn mực nước

ngầm cao nhất

Trong trường hợp địa chất công trình và địa chất thủy văn thuận

lợi, nên dùng biện pháp làm khô vùng xây dựng để bảo vệ móng

1.3 PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DƯỚI NỀN MÓNG - LÝ THUYẾT BOUSSINESQ

1.3.1 Móng mềm và móng cứng

Móng mềm: Móng được cấu tạo bởi vật liệu biến dạng hoàn

toàn Đặc biệt nếu tải trọng phân bố đồng đều thì ứng suất của nền

đất tiếp xúc với móng cũng phân bô đều còn độ lún thì biến đổi ở các

vị trí khác nhau

Móng cứng: Móng được cấu tạo bởi vật liệu biến dạng đủ nhỏ

đến mức có thể bỏ qua Độ lún dưới một tải trọng chính tâm là đồng

đều còn ứng suất phần tiếp xúc của móng với đất là biến đổi

ứng suất (q) = constant Độ lún (s) = constant

Hình 1 Biến dạng và phân bô ứng suất dưới đáy móng

a) Móng mềm; b) Móng cứng

1.3.2 Trạng thái móng nông dưới tác dụng của tải trọng

Độ chuyển vị của móng nộng tùy thuộc vào mức độ gia tải lên

móng Độ chuyển vị theo tải trọng được thể hiện trên hình 1.6

chịu được, nếu vượt qua tải trọng đó thì đất nền sẽ bị phá hủy Trong

thực tế khó đạt tới trạng thái giới hạn của tải trọng Q l

c ơ s ở L Ý THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẼ'MÓNG NÔNG 17

Gọi tiết diện đáy móng là A, ta có áp lực giởi hạn đáy móng là:

Áp lực cho phép (ứng suất chịu tải làm việc) qa: là áp lực trung

bình chấp nhận cho một móng làm việc trong trạng thái an toàn Đây

là thông số quan trọng để các nhà thiết kế xác định và lựa chọn kích

thước móng

Hình 1 Trạng thải móng nông dưới tải trọng

Để xác định áp lực qa cần thỏa mãn hai nguyên lý sau:

1 -Nguyên lý p h á hủy

nhất định

Trong đó Fs được lấy từ 2 đến 3 Dưới ứng suất cho phép qa, thì

khả năng phá hủy đất nền dưới đáy móng hoàn toàn được loại trừ

2- Nguyên lý biến dạng

Khi nguyên lý phá hủy được thỏa mãn thì móng dưới áp lực qa độ

móng Nó tùy thuộc vào tính chất nhạy cảm với lún của kết cấu mà ta

đang xét Trong quá trình phân tích móng nông cũng như móng cọc,

việc kiểm tra hai nguyên lý trên để xác định kích thước móng và

đánh giá ổn định công trình là việc không thể tách rời

An toàn công trình trước khả năng phá hủy đất nền: vấn đề là xác định được ứng suất giới hạn phá hủy Đây là trạng thái giới hạn khi nền móng đạt tới trạng thái cân bằng giới hạn Một hệ số an toàn cần được xác định để đảm bảo rằng móng không hoạt động trong vùng biến dạng dẻo.

Độ lún dưới áp lực làm việc: khi đó cần lựa chọn áp lực thiết kế

qw sao cho bất kỳ điểm nào trong khối đất nền không thể đạt tới ngưỡng dẻo, nghĩa là đất nền hoạt động trong pha đàn hồi

1.3.3 Trạng tháỉ phá hủy đất nền dưới móng nông

Các mặt phá hoại phát triển liên tục giữa các cạnh của móng „và mặt đất Khi áp lực trong đất nền đạt tới sức chịu tải tới hạn, trước tiên đất xung quanh các cạnh của móng sẽ đạt tới trạng thái cân bằng dẻo Vùng biến dạng dẻo này sẽ lan rộng xuống phía dưới và ra ngoài Cuối cùng, trạng thái cân bằng sẽ phát triển trong toàn bộ vùng đất nằm trên các mặt phẳng phá hủy Mặc dù móng chỉ trượt về một phía nhưng đất ở hai bên móng sẽ phồng lên và móng sẽ bị nghiêng Kiểu phá hoại này đặt trưng cho loại đất có tính nén lún thấp như cát chặt hay đất ở trạng thái cứng

Mô hình một móng nông nằm trong một lớp đất nằm ngang và chịu một tải trọng thẳng đứng Gọi Q l là tải trọng giới hạn phá hủy đất nền, ở trạng thái phá hỏng này, nền đất có thể được phân biệt thành ba khu vực như hình 1.7

Hình 1 Sơ đồ trạng thái phá hủy của móng

- Khu I: dạng hình nêm nằm trực tiếp dưới đáy móng Khu này

sẽ chuyển vị cùng với khối móng ở trạng thái phá hỏng;

- Khu II: nằm hai bên cạnh, sẽ bị trồi lên trên mặt đất khi móng chịu tải trọng phá hỏng Hiện tượng chuyển vị và cắt đất xảy

ra mạnh mẽ, tạo ra sự phá hủy tổng thể cả khu này;

c ơ s ở L Ý THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẼ' MÓNG NÔNG 19

- Khu III: nằm phía dưới Sự biến động đất nền ở đây xảy ra rất

ít hoặc không xảy ra

Trong thực tế, đất nền không đồng nhất và tải trọng tác dụng

hoàn toàn không chính tâm và thẳng đứng, nên hiện tượng phá hủy

thường xảy ra là móng nghiêng và trượt về một phía

1.4 TÍNH TOÁN sức CHỊU TẢI MÓNG NÔNG

1.4.1 Sức chịu tải móng nông theo cơ - đất lý thuyết

Theo các nhà cơ đất, ứng suất cho phép dưới đáy móng được xác

định theo biểu thức

Qo

Fs - hệ số an toàn = 2 -ỉ- 3)

(1.4)

1.4.2 Phương pháp trong quy phạm Pháp (DTƯ13-1)

Công thức tính ứng suất cho phép dưới móng nông, chịu tải

thẳng đứng chính tâm, được ghi trong qui phạm quốc gia Pháp

Yi, y2 - dung trọng đất tương ứng trên và dưới đáy móng ( 3)

N c, iVq, Ny - yếu tô" mang tải, lấy theo caquot & kerisel, tra theo

bảng 1.1

p , p - hệ số hình dạng

Bảng 1.1 Hệ số mang tải theo Caquot - Kerisel

1.4.3 Phương pháp do AASHTO kiến nghị

Trong “Standard Specifications for Highway - Bridge, AASHTO -

1998”, Hiệp hội cầu và đường cao tốc Mỹ kiến nghị tính toán sức chịu

tải của móng nông theo biểu thức có dạng:

c ơ s ở LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẼ'MÓNG NÔNG 21

S c,S y,S q - yếu tố hình dạng

Các ký hiệu khác như công thức (1.5)

Yếu tố hình dạng của móng nông: tính theo công thức sau:

0 - góc nghiêng của tải tác dụng so với phương đứng

Trường hợp có lực đẩy ngang H tác dụng lên móng sẽ tạo ra tổ hợp tải trọng nghiêng một góc 0, với tg0 = HỈV

Trường hợp tải trọng tác dụng lệch tâm so với móng thì kích

thước tính toán của móng sẽ được thu nhỏ đến giá trị quy ước B \

Theo DTU13.1 (quy phạm Pháp), kích thước móng chịu tải lệch tâm

được xác định:

lệch tâm e

ebeL - độ lệch tâm của tải so với tâm móng (m) theo kích thước

móng

Trường hợp tải lệch tâm tạo ra hợp lực giữa momen M và tải

thẳng đứng V thì độ lệch tâm có thể xác định theo biểu thức:

V - tải trọng thẳng đứng tác dụng lên móng (T)

Với móng đơn cứng khi áp lực phân bố dưới móng (+) thì sự

phân bô ứng suất thực tế dưới đáy móng có tính độ lệch tâm được xác

ứng suất hình tam giác):

c ơ s ở LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓNG NỒNG 23

Hình 1 Tải trọng lệch tâm

1.4.4 Sức chịu tải m óng nông khỉ có lớp dất y ếu nằm gần

đáy m óng

Trường hợp tồn tại một lớp đất yếu nằm dưới đáy móng thì tùy

theo khoảng cách liị từ đáy móng đến lớp đất yếu mà đánh giá mức độ

ảnh hưởng của lớp đất yếu lên sức chịu tải của móng Theo nghiên cứu

của Tcheng có thể xảy ra các trường hợp sau:

- Trường hợp 1: hỉ > 3.5b, b - chiều rộng của móng.

Trường hợp này đất yếu hoàn toàn không ảnh hưởng đến sức chịu

tải của nền móng Trong tính toán sử dụng thông số của lớp đất tốt

phía trên

Khi đó móng có khả năng chọc thủng lớp đất tốt do lớp đất yếu

quá gần Khi đó cần tính toán sự ảnh hưởng qua lại giữa hai lớp đất

yếu và tốt, sử dụng thông số của lớp đất yếu qua biểu thức:

Q l Yi -D +c„.(2 + n)

1 -0 3 —

(1.20)

Yi - dung trọng tự nhiên của lớp đất tốt (T/m3)

cu - lực dính không thoát nước của lớp đất yếu ( 2)

Cần tính toán sao cho đạt ổn định chống lại việc xuyên thủng xuống lớp đất yếu 2, bằng cách sử dụng trực tiếp chiều rộng móng giả tưởng B ’ với ứng suất tác dụng là:

B'

( 1 2 1 )

c ơ s ở LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẼ' MÓNG NÔNG 25

q ’ - ứng suất tác dụng lên nền đất yếu (T/m2)

B ’ - chiều rộng móng giả tưởng ( )

D - chiều sâu chôn móng (m)

y I - dung trọng tự nhiên lớp đất tốt (T/m 3).

1.4.5 Sức chịu tải móng nông khi có lớp đất tốt nằm gần đáy móng

Xét trường hợp thể hiện trên hình 1.10 Móng nóng được ngàm

trong một lớp sét bão hòa nước, có chiều dày h khá nhỏ so V Ớ I chiều

rộng móng B và nằm dưới là lớp đá hoặc đất rất cứng Khi đó tải

trọng giới hạn của móng được tính

trong đó: y - dung trọng tự nhiên của lớp sét ( 3)

D - chiều sâu chôn móng (m)

Hình 1 Móng nông đ ặ t trong lớp đất dính trên lớp đất tốt

Tuy nhiên giá trị N c còn tùy thuộc vào tỷ số và điều kiện

tiếp xúc móng với đất Giá trị N c được xác định theo hình 1.10 Khi tỷ

số — < V2 thì mức đô ảnh hưởng của lớp đất tốt nằm bên dưới có thể

h

Sức kháng cắt ngang H được tính theo mét dài có dạng:

cu - lực dính không thoát nước ( 2, T/m 2, kG/cm2)

Fs - hệ số an toàn

B - chiều rộng của móng

V - lực tác dụng theo phương đứng

p, 5 - được xác định tùy theo điều kiện thi công

Nếu giá trị H là rất lớn so với giá trị V thì nên dùng móng có gờ như

hình 1.11, khi đó sức kháng cắt ngang tính theo mét dài được xác định

Trường hợp dài hạn: móng chịu lực theo phương ngang trong

thời gian dài như móng tường chắn, móng mố trụ cầu:

Ta biết rằng khi gia cường bằng gờ dưới đáy móng sẽ gia tăng

lực bị động theo phương ngang Hệ số an toàn 1.5 khi không tính

(1.23)trong đó: tgô - góc ma sát đất - móng (

(1.25)

<p’, c’ - góc ma sát và lực dính thoát nước

c ơ s ở LÝ THUYẾT TỈNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓNG NỒNG 27

Hình 1.11 a) Móng nông thường; b) Móng nông có gờ

1.4.6 Sức chịu tải của móng đơn theo thí nghiệm xuyên tiêu

chuẩn (SPT)

Tính toán sức chịu tải của móng nông theo thí nghiệm SPT có

thể áp dụng theo phương pháp cơ - đất lý thuyết khi thông số <p, c lấy

theo tương đương với N. Ngoài ra có thể dùng công thức sau:

B - chiều rộng móng (m)

biểu thức ứng suất dưới đáy móng:

Qo = N B

100 1 + D_

3 B

1 (1.27)

-Để xác định ứng suất cho phép dưới móng đơn ngàm trên đất rời

với giới hạn độ lún 2.54cm, Megerhot kiến nghị công thức sau:

qa xác định theo hai công thức trên với điều kiện nước dưới đất

nằm sâu cách đáy móng ít nhất 25 Trường hợp nước ngầm nằm gần

đáy móng thì sức chịu tải lấy bằng một nửa

1.4.7 Sức chịu tải của móng nông theo thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)

1

Thông qua môi quan hệ giữa sức kháng mũi côn qc và lực dính

kết không thoát nước P o ta có:

Với móng băng đặt ở độ sâu D, ứng suất giới hạn dưới đáy móng

được tính theo công thức sau:

pỏ - áp lực hữu hiệu cột đất ở đáy móng khi thí nghiệm

Công thức lý thuyết của ứng suất giới hạn dưới đáy móng có dạng

c ơ s ở LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẼ' MÓNG NỒNG 29

1.5 KIẼM TRA BIEN DẠNG CỦA NEN ĐÃT

Mục đích của việc kiểm tra theo điều kiện biến dạng là nhằm

đảm bảo cho biến dạng không vượt quá các giá trị giới hạn cho phép

đế sử dụng công trình một cách binh thường

Việc tính toán lún của nền (lược dựa trên cơ sỏ’ bài toán đàn hồi,

nên P ^ Rà điều kiện cần cho tính toán này Độ lún của nền đất l

gồm: độ lún đàn hồi, độ lún thứ cấp, độ lún cố kết Trong điều kiện

đất nền bình thường độ lún cô két là chủ yếu; đôi với đá, cát độ lún

đàn hồi là chủ yếu Đôi với nền đat yếu cần xét đến độ lún thứ cấp

1.5.1 Lún của nền đất theo kết quả lý thuyết đàn hồi

Xem đất nền là một bán khỏng gian đàn hồi (đồng chất và đẳng

hướng) trường hợp đê móng hình vuông hoặc tròn, tải trọng phân bô

đều thì độ lún tính theo công thức:

(1 38)

B - chiều rộng móng

E, p - môđun biến dạng và hệ số Poison của đất

co - hệ số phụ thuộc kích thước, hình dạng đáy móng vàloại móng

-(■ >0 - tính lún tại tâm móng mềm; (Dm - tính lún trung bình của móng mềm

«constant - độ lún của móng cứng; (úc - tính lún tại góc móng mềm.

1.5.2 Tính lún của nền đất theo phương pháp cộng ỉún các lớp

Để khắc phục, người ta đưa ra cách tính lún bằng cách tính lún cho từng lớp đất rồi cộng lại với nhau Để tính lún cho mỗi lớp, ta xét

c ơ s ở LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT MÓNG NỒNG 31

ứng suất gây lún tại điểm giữa lớp đó theo độ sâu ứng suất này bao gồm ứng suất bản thân cột đất và ứng suất do tải trọng ngoài tác dụng tại điểm đó

Có thể tăng độ chính xác của phương pháp bằng cách chia nhỏ lớp đất ra để tính Độ sâu tính lún kết thúc khi ứng suất do tải trọng ngoài tác dụng lên điểm đó rất nhỏ so với ứng suất bản thân của đất Thông thường người ta thường chọn là 2 hoặc 5, tùy theo mức độ quan trọng của công trình và đặc điểm nén lún của nền đất

Để tính lún cho từng lớp khi biết p, có nhiều cách tính như sau:

Thí nghiệm nén một trục trong phòng hay còn gọi là thí nghiệm nén một trục không nở hông Mẫu đ ất được cô định trong dao vòng rồi chất tải từng cấp tải Ớ mỗi cấp tải, chờ cho đất lún ổn định, ta đọc biến dạng thẳng đứng của đất Dựa vào biến dạng và tải trọng tác dụng, ta vẽ được đồ thị quan hệ giữa hệ số rỗng và áp lực Ta có ứng suất gây lún tại một điểm Pi nội suy từ dồ thị được Ẽị. Ta tính được độ lún của lớp đ ấ t đó bằng công thức:

(1.40)

ei - hệ số rỗng của đất khi chỉ có ứng suất bản thân (ơbi) tác dụng

e2 - hệ số rỗng của đất khi đặt tải trọng công trình (p = +

h - bề dày của lớp đang tỉnh lún

Ta tiến hành thí nghiệm cũng tương tự như trên, nhưng vẽ đồ

thị quan hệ giữa hệ số rỗng e và log(p).

Tương tự như trên, ta tính được độ lún của lớp đất bằng công thức:

1 + e0Cho đất cố kết thường

c ơ s ở LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓNG NỒNG 33

P 0i - ứng suất hữu hiệu trung bình ban đầu của lớp thứ

i (ứng suất bản thân Poi = ơtb=

Ạ pi - ơ igia tăng ứng suất thẳng đứng của lớp thứ i (ứng

suất gây lún)

công trình, tức ứng với ứng suất bản thân Poi

h bề dày lớp đất

-3- Tính lún dựa vào môđun biến dạng

Có rất nhiều thí nghiệm xác định môđun biến dạng ( của đất

tại hiện trường, hoặc có thế suy ra môđun từ các thí nghiệm trong

phòng Vì vậy, áp dụng tính lún từ đại lượng này cũng được dùng khá

phổ biến và cho kết quả khá gần với thực tế Trong phương pháp này,

độ lún của nền đất được tính bằng công thức:

E

p - hệ số xét đến nở hông

ụ - hệ số nở hông hay hệ đúng như sau:

cát pha : p = 0.72sét pha : p = 0.57

\ _ % n

1 - M

1.5.3 Tính lún của lớp đất thteo phương pháp lớp tương đương

Nội dung của phương pháp này là thay việc tính độ lún s của

nền đất dưới tải trọng phân bố đều cục bộ theo lý thuyết đàn hồi bằng

việc tính độ lún So của một lớp đất tương đương có chiều dày hs dưới

tác dụng của tải trọng cùng cường độ nhưng phân bố đều kín Trong

<v hệ số nén lún tương đối của đất tại điểm giữa lớp đang xét

e0- hệ số rỗng ban đầu

B a n g 1.3a Gia tri he so A coq , Acom, A(oconstant

m0 - tfnh liin tarn m6ng m4m; (om - tinh kin trung binh cua mong mem;

©constant - lun cua m6ng cilng; ©c - tfnh lun tai goc m6ng mem.

CO

cn

c ơ s ở LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẼ'MÓNG NÔNG 37

Lời giải này cũng có thể áp dụng cho trường hợp nền đất không

đồng nhất Khi đó độ lún của nền tính như sau:

Hệ sô k phụ thuộc kích thước đáy móng và phụ thuộc độ sâu

tương đối z/b ( z - độ sâu của lớp đàn hồi hữu hạn, b - bề rộng đáy

móng) Trị số hệ số k cho trong bảng 1.4 Xét đến sự tập trung ứng

suất ở đáy lớp đàn hồi hữu hạn thì có thể phải hiệu chỉnh công thức

Nếu ở bên cạnh hoặc xung quanh móng đang xét có các móng

khác thì khi tính toán độ lún, cần phải xét đến ảnh hưởng của các

móng đó gầy nên

Để tính lún có xét đến ảnh hưởng của các móng xung quanh,

hiện nay thường dùng phương pháp cộng biểu đồ ứng suất

Nội dung phương pháp cộng biểu đồ ứng suất: do ảnh hưởng của

các móng xung quanh làm cho ứng suất gây lún trong nền đất dưới

móng đang xét tăng lêp và do đó, độ lún cũng tăng lên Sau khi đã vẽ

được biểu đồ ứng suất gây lún tổng cộng do các móng xung quanh gây

ra thì có thể vận dụng phương pháp cộng lún từng lớp để tính độ lún

ổn định của móng đang xét

Phương pháp tính lún có xét đến ảnh hưởng của các móng xung

quanh bằng cách cộng biểu đồ ứng suất có ưu điểm là dùng được trong

mọi trường hợp tải trọng khác nhau và diện chịu tải bất kỳ

Theo quy phạm QPXD 45-70, nếu điều kiện sau đây dược thỏa mãn

thì cần thiết phải tính toán độ lún ảnh hưởng của các móng xung quanh

B

Eo- mô đun biến dạng trung bình của đất trong phạm vi chiều dày vùng chịu nén

L a- khoảng cách được xác định theo các biểu đồ

c ơ s ở LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓNG NỒNG 39

Hình 1.15 ứ ng suất gây lún do ảnh hưởng của móng xung quanh

1.5.6 Phương pháp nhanh xác định độ lún

Một phương pháp đơn giản có thể giúp các nhà kỹ thuật xác định nhanh chóng độ lún của móng đơn, nhất là phục vụ cho công tác kiểm tra nhanh tại chỗ khi cần thiết

Quan sát sự phân bố ứng suất dưới đáy móng <JZ tại tâm có dạng hình tam giác Người ta định được rằng ngay dưới đáy móng bằng

áp lực phụ tải (<?) sử dụng nguyên lý gần-đúng này ta có thể cho rằng