đảm nhiệm chức năng trực tiếp tải trọng của công trình vào nền đất bảo đảm cho công trình chịu được sức ép của trọng lực từng các tầng, lầu khối lượng của công trình đảm bảo sực chắc chắ
Trang 1Tiểu luận kết thúc học phần:
NỀN MÓNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG
Câu 1: Sự khác nhau giữa móng nông hợp khối và móng cọc hợp khối.
Câu 2: Các giải pháp nâng cao sức chịu tải của cọc và móng cọc khoan nhồi.
Câu 3: Các bước tính toán móng cọc
Trả lời:
Câu 1: Sự khác nhau giữa móng nông hợp khối và móng cọc hợp khối.
Móng là kết cấu kỹ thuật xây dựng nằm dưới cùng của công trình xây dựng như các tòa
nhà, cầu,đập nước ) đảm nhiệm chức năng trực tiếp tải trọng của công trình vào nền đất bảo đảm cho công trình chịu được sức ép của trọng lực từng các tầng, lầu khối lượng của công trình đảm bảo sực chắc chắn của công trình Móng phải được thiết kế và xây dựng và thi công công trình không bị lún gây ra nứt hoặc đổ vỡ các công trình xây dựng
1 Định nghĩa.
- Móng nông hợp khối là một loại móng nông có cấu tạo gồm một bản móng đỡ các cột
- Móng cọc hợp khối là một loại móng cọc có cấu tạo gồm 1 cọc đơn hay hệ cọc gắn với đài móng để đỡ các cột
2 Phạm vi sử dụng:
- Móng nông hợp khối áp dụng cho các công trình kiến trúc nhẹ hoặc trên đất nền có sức chịu tải cao ở ngay trên mặt
- Móng cọc hợp khối áp dụng trong trường hợp tải trọng công trình tương đối lớn nhưng lớp đất nền chịu tải lại ở dưới sâu
Trang 23 Sự làm việc:
- Đối với móng nông hợp khối: Tải trọng công trình truyền theo cột xuống móng và truyền xuống đất đáy móng
- Đối với móng cọc hợp khối: Tải trọng từ công trình truyền xuống móng theo các cột Đài cọc liên kết các đầu cọc thành một khối và phân bố tải trọng tập trung tại các vị trí chân cột cho các cọc Tải trọng một phần được truyền xuống cho các cọc chịu và một phần được phân phối cho nền đất dưới đáy đài Và các cọc khi chịu tác động của tải trọng đứng sẽ truyền tải này xuống lớp đất tốt thông qua lực ma sát giữa cọc với đất và lực kháng ở mũi cọc làm cho cọc chịu kéo hoặc nén (Chú ý sự khác nhau giữa cọc đơn và một nhóm cọc)
4 Hướng tính toán:
- Với móng nông hợp khối:
+ Chọn sơ bộ chiều cao móng
+ Xác định trọng tâm đáy móng
+ Xác định diện tích đáy móng sơ bộ
+ Kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng
+Kiểm tra nền
- Với móng cọc hợp khối
Với móng hợp khối điều quan trọng nhất là tìm trọng tâm của khối móng ( Tìm trọng
tâm bằng cách cân bằng nội lực) Nếu không đặt trọng tâm của nhóm cọc vào tâm hợp lực lên móng thì sẽ phát sinh moment do lệch tâm lực, gây uốn cho đài móng và cả dầm móng Ngoài ra dễ làm phát sinh hiện tượng nhổ cọc (cọc chịu kéo) Sau khi tìm được trọng tâm của khối móng rồi thì tính toán theo trình tự sau:
+ Tính toán nội lực chân cột
+ Từ nội lực chân cột, điều kiện địa chất => chọn tiết diện, chiều sâu cọc
+ Tính toán sức chịu tải của cọc ( P vật liệu và P đất chọn min)
+ Tính toán số cọc trong từng đài dựa vào nội lực chân cột và sức chịu tải của cọc đồng thời vẽ sơ đồ bố trí cọc
Trang 3+ Kiểm tra điều kiện đất nền dưới đáy khối móng quy ước
+ Tính toán phản lực đầu cọc
+ Tính toán cấu tạo (Chiều cao đài, tính thép) cho đài cọc từ phản lực đầu cọc vừa tính được
Điểm khác biệt nhất ở móng nông hợp khối và móng cọc hợp khối là cách phân bố tải trọng xuống nền đất của mỗi loại móng Và đối với móng cọc hợp khối thì cần chú ý trọng tâm của hệ cột cũng phải trùng với trọng tâm của hệ cọc hay 1 cọc đơn
Một vấn đề lưu ý nữa là ở móng cọc hợp khối: Khi có 1 cọc thì tính cọc chịu mỗi lực dọc còn lại giằng chịu; Khi có 2 cọc thì cọc phương nào chịu mômen thì chịu cái mômen bên trên truyền xuống, cái còn lại vuông góc thì giằng chịu; Khi số cọc lớn hơn 3 thì chúng ta tính cọc chịu tải tất
- Ảnh hưởng cấu tạo móng tới khả năng chịu tải trọng:
Đối với móng nông hợp khối, kích thước móng và số lượng cột ảnh hưởng tới sức chịu tải
Còn với móng cọc hợp khối thì số lượng cột, số lượng cọc gắn với một đài ảnh hưởng tới sức chịu tải
Trang 4Câu 2 Các giải pháp nâng cao sức chịu tải của cọc và móng cọc khoan nhồi.
Cọc khoan nhồi có nhiều ưu điểm như:
- Có sức chịu tải lớn
- Khi thi công ít ảnh hưởng đến các công trình lân cận
- Công nghệ thi công không phức tạp
Nhưng cũng có những nhược điểm sau:
- Khó kiểm soát chất lượng của cọc do phải đổ bê tông trong môi trường dung dịch khoan, khả năng chịu lực của cọc phụ thuộc rất lớn vào quá trình thi công
- Khi thi công gầu đào làm xáo động cố kết đất ở mũi cọc dù mũi cọc đã được đặt vào tầng đất tốt (sỏi cuội…)
- Đáy cọc thường tồn lại mùn khoan, không thể làm sạch được
- Không phát huy được sức kháng mũi cọc
- Không thực sự anh toàn nhất là khi có động đất
Vì thế, để nâng cao sức chịu tải của cọc khoan nhồi cũng như khắc phục các nhược điểm trên ta có một số giải pháp sau:
1 Tăng sức kháng bên của cọc:
- Tăng chiều dài cọc, khoan sâu vào tầng đất tốt
- Tăng lực ma sát bên của cọc bằng cách bơm phụt vữa ra mặt bên cọc dọc theo chiều dài cọc
2 Tăng sức kháng mũi của cọc:
- Mở rộng mũi cọc: dùng mũi khoan có thể mở rộng mũi cọc tăng diện tích tiếp xúc với nền đất tại đáy cọc
- Phụt vữa tại đáy cọc làm cố kết mùn khoan và tái cố kết đất tại mũi cọc do gầu đào làm xáo trộn, thường áp dụng cho trường hợp mũi cọc nằm ở tầng cát
Trang 5Hình 1 Sơ đồ bơm phụt vữa tái cố kết đất
- Rửa sạch mùn khoan tại đáy cọc sau đó bơm phụt vữa xi măng xuống tạo thành liên kết đặc chắc giữa đáy cọc và đất nền Giải pháp này đạt kết quả cao khi đáy cọc nằm trong vùng sỏi cuội, nền đá hoặc nền đất rất cứng
Hình 2 Quy trình thổi rửa bơm phụt Ngoài 2 phương án cơ bản trên thì cũng cần chú ý đến các tăng cường các công nghệ đánh giá chất lượng thi công cọc
Trang 63 Hạn chế các lỗi kỹ thuật lúc thi công:
- Bê tông mũi cọc dễ bị xốp do lẫn tạp chất do quả cầu đổ bê tông không đạt yêu
cầu vì thế quả cầu đổ bê tổng cần phải tròn đều, đường kính quả cầu phải đảm bảo tiếp xúc kín khít với thành ống dẫn Trước khi đổ bê tông, phải đặt quả cầu tại vị trí phía dưới cổ phễu đổ bê tông khoảng 20- 40cm để khi bê tông chảy trong ống quả cầu đảm bảo sẽ đi trước và đẩy dung dịch khoan ra khỏi đáy ống dẫn Đáy ống đổ bê tông không được cách đáy hố khoan quá 20 cm Không được đổ vào cọc phần bê tông bôi trơn máy bơm, nếu quả cầu không được tròn đều cần lưu ý không được rót trực tiếp bê tông lên quả cầu làm nghiêng lật quả cầu
- Trong quá trình khoan cần kiểm tra lại địa chất để đối chiếu với số liệu dùng trong
hồ sơ thiết kế, để kịp thời phát hiện những vùng đất yếu cục bộ, xem xét điều chỉnh tăng thêm chiều dài ống vách nếu cần thiết
Tuỳ theo phơng pháp thi công, loại địa tầng và mực nước ngầm, mà ta cần nghiên cứu chọn bentonite độ nhớt, độ ph và các chỉ tiêu tính năng khác của dung dịch bentonite cho phù hợp
Khi khoan gặp tầng cát có chứa nước ngầm với áp lực lớn, nước ngầm có áp này
sẽ chảy vào trong lỗ khoan mang theo đất cát ở vách lỗ khoan làm cho lỗ khoan tại tầng này mở rộng ra, có thể kéo theo các tầng phía trên bị sụp Nếu gặp sự cố này nên đưa ống vách qua tầng này, hoặc dùng biện pháp hạ mực nước ngầm trước khi khoan
Để tránh sập vách cần phải khoan nhẹ nhàng tránh những động tác đột ngột
“Trong quá trình xây dựng công trình, chúng ta khó tránh khỏi một sai lầm kỹ thuật nhỏ ở một giai đoạn công việc nào đó Việc tổng hợp các dạng hư hỏng thường gặp, phân tích nguyên nhân xảy ra và đề xuất một số giải pháp xử lý như trên sẽ giúp người kỹ sư thi công cọc khoan nhồi có được cái nhìn tổng quan hơn trong công tác phòng tránh cũng như phân tích lựa chọn biện pháp thích hợp nhằm hạn chế sự cố hoặc suy giảm chất lượng có thể xảy ra.”
Trang 7Câu 3: Các bước tính toán móng cọc.
1 Nội dung tính toán
- Kiểm tra lực truyền lên cọc (TTGH1): tổng tải trọng tác dụng lên cọc phải nhỏ hơn sức chịu tải của cọc
- Kiểm tra ổn định của móng cọc (TTGH1): móng cọc không bị mất ổn định do trượt, lật; nền móng cọc không bị phá hoại về độ bền
-Kiểm tra điều kiện khống chế độ lún của móng (TTGH2): độ lún của các móng trong công trình nằm trong phạm vi cho phép, đảm bảo công trình sử dụng bình thường
- Kiểm tra chiều cao đài theo điều kiện chọc thủng (TTGH1): cấu tạo đài đủ chiều cao, đảm bảo đài không bị phá hoại do chọc thủng
- Tính toán và cấu tạo cốt thép đài (TTGH1): đảm bảo đài không bị nứt do uốn
2 Trình tự tính toán
Bước 1: Thu thập và xử lý tài liệu gồm:
- Tài liệu về công trình: (No, Mo, Qo)
- Tài liệu về địa chất: địa tầng đất nền và các số liệu của mỗi lớp
- Các tài liệu khác
- Các tiêu chuẩn xây dựng
Bước 2: Phân tích lựa chọn giải pháp nền móng → Giải pháp móng cọc đài thấp dạng móng đơn, băng, bè…
Việc lựa chọn loại cọc cần chú ý đến các yếu tố:
- Đặc điểm của công trình;
- Điều kiện cụ thể của đất nền và nước ngầm;
- Những ràng buộc khác của hiện trường xây dựng
- Khả năng thi công của nhà thầu;
- Tiến độ thi công và thời gian cần thiết để hoàn thành;
- Khả năng kinh tế của chủ đầu tư
Trang 8Bước 3: Chọn độ sâu chôn đáy đài
Do tổng áp lực đất bị động tỷ lệ với bề rộng đài là trị số còn chưa biết ở bước thiết kế ban đầu, thường chọn sơ bộ chiều sâu chôn đài h≈H/15 với H là chiều cao công trình
Bước 4: Chọn vật liệu, chiều dài, tiết diện và phương pháp thi công cọc
- Chiều dài và tiết diện cọc hợp lý khi đảm bảo khả thi khi thi công, mũi cọc hạ vào lớp đất đủ tốt để giảm độ lún, số lượng cọc trong đài hợp lý (đài 1,2,3 cọc có độ tin cậy thấp cần hạn chế; đài quá nhiều cọc ảnh hưởng đến thời gian thi công, diện tích bố trí cọc)
- Mũi cọc không được tựa lên lớp đất chịu lực mà nên ngàm vào tối thiểu 0,5m cho nền đá; 3d cho nền đất (với d là bề rộng hoặc đường kính cọc)
- Cọc chiếm chỗ nên hạn chế số mối nối ≤ 2
- Những công trình chịu tải trọng ngang lớn (cầu, tường chắn cao), công trình cảng thường dùng cọc có tiết diện lớn nhằm tăng độ cứng của hệ móng
- Chiều dài và tiết diện cọc có ảnh hưởng rất lớn đến sức chịu tải của cọc theo vật liệu và theo đất nền Khi đất càng xuống sâu càng tốt và tải trọng cọc chịu trong quá trình thi công không lớn hơn tải trọng đưa vào thiết kế thì tối ưu là chọn chiều dài và tiết diện cọc sao cho hai trị số này xấp xỉ nhau Trường hợp cọc hạ bằng phương pháp đóng, ép thường chọn sao cho sức chịu tải cọc theo vật liệu lớn hơn 2 ÷ 2,5 lần sức chịu tải theo đất nền để đảm bảo cọc chịu được tải trọng lớn trong quá trình hạ
Bước 5: Xác định sức chịu tải của cọc
a Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền của vật liệu
- Cọc bê tông cốt thép chịu nén
+ Cọc hình lăng trụ tiết diện đặc chế tạo sẵn
Sức chịu tải cho phép của cọc theo vật liệu khi chịu nén:
Pv = ϕ(RbAb + Rsc.As)
Ab - diện tích tiết diện ngang của bê tông
Rb - cường độ chịu nén tính toán của bê tông
Trang 9As - diện tích tiết diện ngang của cốt thép
Rsc - cường độ chịu nén tính toán của cốt thép
ϕ - hệ số uốn dọc
- Cọc xuyên qua than bùn, bùn cũng như cọc trong móng cọc đài cao thì sự uốn dọc được
kể đến trong phạm vi chiều dài tự do của cọc (được tính từ đế đài đến bề mặt lớp đất có khả năng ngăn cản biến dạng uốn của cọc)
- Móng cọc đài thấp, cọc không xuyên qua than bùn, bùn thì ϕ = 1
+ Cọc ống
Khi ltt/d ≤ 12, Pv xác định theo công thức:
Pv = ϕ(RbAb + Rsc.As + 2,5 Rsx.Asx)
Ab - diện tích tiết diện ngang của lõi bê tông (phần bê tông nằm trong cốt đai)
Rsx - cường độ tính toán của cốt xoắn
Asx - diện tích quy đổi của cốt xoắn, Asx = πDnfx /tx
Dn - đường kính vòng xoắn
fx - diện tích tiết diện của cốt xoắn
tx - khoảng cách giữa các vòng xoắn
Khi ltt/d > 12 không cần kể tới ảnh hưởng của cốt xoắn:
Pv = ϕ(RbAb + Rs As)
+ Cọc khoan nhồi
Đối với cọc khoan nhồi, sức chịu tải cho phép chịu nén của cọc theo độ bền của vật liệu
rõ ràng chịu ảnh hưởng sâu sắc của phương pháp thi công:
Pv = ϕ(m1m2 RbAb + Rsc As)
m1 - hệ số điều kiện làm việc, cọc nhồi bê tông qua ống dịch chuyển thẳng đứng m1 = 0,85
m2 - hệ số điều kiện làm việc kể tới ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc :
Trang 10m2 = 1 khi thi công không cần ống chống vách, mực nước ngầm thấp hơn mũi cọc;
m2 = 0,9 với loại đất khi thi công cần dùng ống chống vách và nước ngầm không xuất hiện;
m2 = 0,7 cần dùng ống chống vách và đổ bê tông trong dung dịch sét;
b Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền của đất nền
Theo kết quả thí nghiệm trong phòng
- Cọc chống
Đây là loại cọc có mũi hạ vào đá hoặc đất có môđun biến dạng E ≥ 50MPa Cọc hầu như không lún, tải trọng từ cọc truyền toàn bộ xuống nền đất dưới mũi cọc, không kể tới ma sát xung quanh cọc
Sức chịu tải cho phép của cọc chống chịu nén xác định theo công thức:
Pđ = mRAp
m - hệ số điều kiện làm việc của cọc, lấy m = 1
Ap - diện tích tiết diện ngang của chân cọc
R - Cường độ tính toán của đá ở chân cọc chống
- Cọc tỳ lên đá cứng, cuội sỏi, dăm, sạn lẫn cát, sét cứng R = 20000 kPa
- Đối với cọc nhồi, cọc ống có đổ bê tông lòng ống, ngàm vào đá cứng không nhỏ hơn 0,5m có thể xác định theo công thức:
+
= 1 , 5
d
h k
R R
n
n đ n
Rn- trị số tiêu chuẩn của cường độ chịu nén tạm thời theo một trục của mẫu đá khi nén trong điều kiện bão hòa nước
kđ - hệ số an toàn đối với đất lấy kđ = 1,4
hn - độ sâu tính toán ngàm cọc vào đá
dn - đường kính ngoài của phần cọc ngàm vào đá
Trang 11- Đối với cọc ống tỳ lên mặt đá cứng mà mặt đá được phủ một lớp đất không xói lở có chiều dày không nhỏ hơn 3 đường kính cọc ống thì xác định theo công thức:
n R
R =
k®
(4.8)
- Cọc ma sát
Tải trọng từ cọc ma sát không chỉ truyền xuống nền đất dưới mũi cọc mà còn truyền vào nền đất xung quanh cọc thông qua ma sát
Sức chịu tải trọng nén cực hạn của cọc:
= R fi si i
P,
m - hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất m = 0,8 cho cọc nhồi, cọc ống đường kính
d > 0,8m mũi cọc hạ vào đất sét có độ bão hòa G< 0,85 m = 1 cho các trường hợp khác
mR, mfi - hệ số điều kiện làm việc của đất kể tới phương pháp thi công cọc
li - chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc
fsi - cường độ tính toán của ma sát thành lớp đất thứ i với bề mặt xung quanh cọc, tra R- sức chống của đất ở mũi cọc
Cọc khoan nhồi, cọc trụ và cọc ống hạ có lấy đất ra khỏi ruột ống sau đó đổ bê tông xác định R như sau:
- Mũi cọc hạ vào đất hòn lớn có chất độn là cát và đất cát trong trường hợp cọc nhồi có
và không mở rộng đáy, cọc ống hạ có lấy hết nhân đất và cọc trụ - tính theo công thức, còn trong trường hợp cọc ống hạ có giữ nhân đất nguyên dạng ở chiều cao ≥ 0,5m - tính theo công thức :
R = 0,75 β (γ’IdpA0
k + α.γI L Bo
k)
R = β (γ’ddpA0 + α.γI L Bo)
β, A0 , α , Bo - các hệ số không thứ nguyên theo bảng 4.7
γI- trị tính toán trung bình của trọng lượng thể tích đất nằm trên mũi cọc kN/m3
L - chiều dài cọc, m
dp - đường kính cọc hoặc đáy cọc, m
Trang 12- Mũi cọc hạ vào đất sét, trong trường hợp cọc nhồi có và không mở rộng đáy, cọc ống có lấy lõi đất ra (lấy một phần hoặc lấy hết) rồi nhồi bê tông vào ruột ống và cọc trụ R tra
Bảng 4.8
Sức chịu tải trọng nhổ cực hạn của cọc:
∑
= fsi si i nh
P,
m - hệ số điều kiện làm việc, khi cọc hạ vào đất nền < 4m lấy m = 0,6 , trường hợp còn lại lấy m = 0,8
Sức chịu tải trọng nén, nhổ cho phép của cọc:
Pđ,n = 1,4
,n u P
; Pđ,nh = 1,4
,nh u P
;
Bước 6: Xác định sơ bộ số lượng cọc và bố trí cọc trong đài
Bước 7: Chọn sơ bộ chiều cao đài
Bước 8: Kiểm tra lực truyền lên cọc
Bước 9: Kiểm tra điều kiện móng cọc đài thấp
Bước 10: Kiểm tra ổn định của móng cọc (nếu cần)
Bước 11: Kiểm tra điều kiện khống chế độ lún của móng cọc
Bước 12: Kiểm tra chiều cao đài
