NỀN MÓNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Nền đất, đỏ Tải cụng trỡnh → múng → ứng suất phỏt sinh → nền biến dạng lỳn, trượt → ảnh hưởng trở lại cụng trỡnh Múng: Bộ phận kết cấu dưới chõn cột khung hay tường, tiếp nhận tải trọng

Ts.nguyễn đình tiến Bộ môn cơ học đất – nền móng ĐHXD

chương mở đầu

I- Vai trò, nhiệm vụ của nền móng

Kết cấu bờn trờn: (nhà,

cầu, đường, đờ, đập ) Vật liệu: gạch, đỏ, bờ tụng, btct, thộp, đất đắp

Múng: mở rộng hơn kết cấu bờn trờn

Vật liệu: gạch, đỏ, bờ tụng, btct, thộp, đất đắp

Nền đất, đỏ

Tải cụng trỡnh → múng → ứng suất phỏt sinh → nền biến dạng (lỳn, trượt) → ảnh hưởng trở lại cụng trỡnh

Múng: Bộ phận kết cấu dưới chõn cột khung hay tường, tiếp nhận tải trọng từ trờn xuống

và truyền tải xuống nền

Nền: Bộ phận cuối cựng của cụng trỡnh, tiếp nhận tải trọng cụng trỡnh truyền qua múng

Hỡnh dạng và kớch thước của nền phụ thuộc vào loại đất làm nền, phụ thuộc vào loại

múng và cụng trỡnh bờn trờn

Tạm hiểu là: nền là bộ phận hữu hạn của khối đất mà trong đú ứng suất, biến dạng do tải

trọng cụng trỡnh gõy ra là đỏng kể

Nền, Múng là những bộ phận cụng trỡnh rất đặc biệt, rất được chỳ trọng bởi vỡ:

+ Đất là vật thể rời, rất phức tạp, số liệu về nú khú đạt độ tin cậy cao, đồng thời lý

thuyết về nền múng cũn sai khỏc nhiều so với thực tế Nền múng là một khoa học

tổng hợp về đất đỏ, kết cấu và kĩ thuật thi cụng

+ Múng ở trong mụi trường phức tạp và thường ở trong những điều kiện bất lợi cho

vật liệu (ẩm ướt, ăn mũn )

+ Thi cụng và đặc biệt khi sửa chữa rất khú khăn đụi khi đũi hỏi gớa thành cao

+ Phần lớn cụng trỡnh hư hỏng hoặc lóng phớ do những sai sút phần nền múng

Múng cú nhiều loại, phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

+ Nền đất

+ Nước trong đất

+ Kết cấu cụng trỡnh

1

3

2

3

1 2

e)

+ Yêu cầu độ tin cậy (mức độ quan trọng của công trình)

+ Môi trường xây dựng

+ Thi công

II- C¸c lo¹i nÒn, mãng

Móng:

+ Chiều sâu:Móng nông và móng sâu

+ Vật liệu: Gạch, đá, bê tông, đá hộc, bê tông cốt thép, thép

+ Thi công: Toàn khối, lắp ghép, bán lắp ghép,

+ Hình dạng: Đơn, băng, bè, hộp, vỏ

+ Hình thức kết cấu: Dầm, dải, bản, khối

+ Độ cứng kết cấu: Cứng, mềm

Nền:

+ Tự nhiên

+ Gia cố: thay thế (đệm), trụ vật liệu rời, giếng cát, nén trước, đệm thấm, hạ nước

ngầm…

III- C¸c h− háng c«ng tr×nh do nÒn mãng g©y ra

III.1 Công trình sử dụng không bình thường do:

- Lún nhiều: làm sai cốt thiết kế, đè vỡ đường ống, nh hưởng đến công trình lân cận

- Lệch nhiều: ứng suất phụ thêm trong kết cấu ị 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, 32 Láng hạ, E6 Quỳnh lôi

+ 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

Ts.nguyễn đình tiến Bộ môn cơ học đất – nền móng ĐHXD

Pgh

III.2.Cụng trỡnh mất ổn định với nền đất, cú thể dẫn tới bị phỏ hoại

Cỏc trường hợp nền bị phỏ hoại:

- Trượt trồi: thường gặp với múng nụng, khi ti đứng lớn, gia tải với tốc độ nhanh trờn nền

cố kết chậm, bóo hoà:

- Trượt sõu: thường xẩy ra đối với mỏi đất, phõn lớp nghiờng lớn, múng sõu

- Trượt ngang: tương ứng với trường hợp tải ngang lớn như đập, tường chắn, cầu, cảng,

cụng trỡnh biển

- Lật: thường xẩy ra đối với cỏc cụng trỡnh cao, lệch tõm lớn, tường chắn đất

- Túm lại cỏc sai sút cú thể do:

+ Khảo sỏt

+ Thớ nghiệm khụng đỳng, khụng phự hợp với điều kiện làm việc thực tế

+ Phương ỏn múng khụng phự hợp với nền đất

+ Sơ đồ và phương phỏp tớnh toỏn khụng phự hợp, khụng đầy đủ

III.3 Cỏc phương hướng xử lý

- Cỏc biện phỏp về kết cấu bờn trờn: giảm ti, tăng độ cứng hệ múng kết cấu trờn, cấu tạo

hệ giằng

- Cỏc biện phỏp về múng: giằng múng, khe lỳn, tường chắn đất, múng cọc, thay đổi kớch

thước múng phự hợp với điều kiện địa chất

- Cỏc biện phỏp về nền gia cố

IV- Các nguyên tắc vμ trình tự thiết kế Nền móng theo phương

pháp rời rạc

Thiết kế kết cấu cụng trỡnh núi chung và nền múng núi riờng đều phải tuõn theo nguyờn

tắc:

- Thoả món cỏc điều kiện kỹ thuật: bền, an toàn và sử dụng bỡnh thường,

- Thi cụng khả thi, cú khả năng cơ giới hoỏ cao, thời hạn ngắn,

- Kinh tế: chi phớ thấp khi so sỏnh nhiều phương ỏn, chọn ra phương ỏn tối ưu

P®

No1

P01

M0i

Noi P0i

p τ

hm

Các điều kiện kỹ thuật đối với phần nền, móng theo phương pháp rời rạc cụ thể như sau

IV.1- Tính móng:

- Với vật liệu phổ biến là BTCT, việc tính toán theo nguyên tắc tính cấu kiện chịu uốn,

nén, kéo đã được giới thiệu trong giáo trình KCBTCT I và II (Kết cấu bê tông cốt thép)

Ví dụ: đối với cấu kiện chịu uốn và yêu cầu tính toán:

+ TTGH 1: Tính toán cường độ trên tiết diện đứng và tiết diện nghiêng với tải trọng là

tải trọng tính toán ứng với mọi tổ hợp tải

• Tính toán cường độ trên tiết diện nghiêng tại vị trí có Qmax Nếu không kể ảnh

hưởng của cốt thép, tức lực cắt Qmax chỉ do bê tông chịu:

Q ≤ Qb

Với Q- lực cắt tại tiết diện mút của vết nứt nghiêng

Qb - khả năng kháng cắt của bê tông tại tiết diện nghiêng

Qb = K Rk.ho.btb

K -hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào độ dốc của mặt nghiêng

R k -cường độ chịu kéo của bê tông; h o – chiều cao làm việc của móng (h o =h –a bv ); b tb cạnh

trung bình của mặt đâm thủng

• Tính toán cường độ trên tiết diện thẳng góc tại vị trí có M lớn, xác định lượng

cốt thép cần thiết tương ứng Tính theo nguyên lý cốt đơn:

Fa =

o

R

M

9 ,

M – mô men tại tiết diện tính toán (thường M max )

Ra - cường độ chịu kéo của cốt thép, h0 - chiều cao làm việc của móng

+ TTGH 2: Tính toán độ võng và nứt với tải trọng tiêu chuẩn ứng với tổ hợp cơ bản Đối

với phần móng hầu như không tính toán trừ một số trường hợp như bản móng bè của bể

chứa, móng trong môi trường xâm thực mạnh (có thể xem lý thuyết tính toán ở trang 83-

KCBTCT I )

Tải trọng tác dụng lên kết cấu móng là tải trọng công trình bên trên ( Noi, Moi, Qoi) và

phản lực đất tác dụng tại các bề mặt tiếp xúc của hệ móng - nền đất ( p, t )

IV.2- Nền đất (lý thuyết cơ sở là môn cơ học đất)

- TTGH 1: (hoặc gọi là tính toán kiểm tra khả năng chịu tải của nền đất với tải trọng là tải

trọng tính toán ứng với mọi tổ hợp tải)

Ts.nguyễn đình tiến Bộ môn cơ học đất – nền móng ĐHXD

+ Nếu mặt đất bằng phẳng, đồng nhất thỡ sức chịu tải tớnh toỏn của nền cú thể xỏc định

bằng cụng thức giải tớch

s

m s

gh

F

c C h '

B 2 / b A F

p R

Trong đú Fs - hệ số an toàn (≥ 1)

A,B,C - hệ số an toàn

b, hm - bề rộng và độ sõu múng

γ, γ’ - trọng lượng riờng của đất dưới và trờn đỏy múng

p - ỏp lực đất tại mặt tiếp xỳc múng - đất

Trường hợp nền phõn lớp, nhiều trường hợp cho phộp tớnh sức chịu tải của lớp đất

R2 bằng cụng thức trờn với b thay bằng btđ, hm = h1 và tất nhiờn cú cỏc chỉ tiờu vật

lý, cơ học của lớp 2

+ Cỏch 1: btd xỏc định theo α = 300

+ Cỏch 2: btd xỏc định từ điều kiện cõn bằng ỏp lực:

N = (p - γhm).b = σz.b tđ , mà σz = (p - γhm).k → btđ =

k b

tưng tự đối với múng đơn, bố Ftd =

k

l b , biết tỷ số l/b ⇒ btđ ( k- hệ số tra bng phụ thuộc lb,zb trong bảng tra tớnh ứng suất )

1

2

σz bt

σz gl

α

bm

Kiểm tra điều kiện: p h 2

2 z bt 2 z

p =σ +σ − γ m ≤ hay 2

−

−

F

N

Trường hợp tổng quỏt (mặt đất khụng phẳng, nền nhiều lớp, khụng đều, tải trọng theo

phương ngang và mụ men lớn ) Thường dựng cỏc phương phỏp giả thiết mặt trượt như

mặt trượt trụ trũn, mặt trượt phẳng, gẫy khỳc để đỏnh giỏ ổn định nền Độ ổn định của

cụng trỡnh với nền được đỏnh giỏ qua hệ số ổn định hay hệ số an toàn

Kmin =

∑ lực giữ đối với

mặt trựơt giả thiết ≥ [ K ], Fs =

∑ lực tiếp giữ đối với mặt trượt gt

≥ [Fs]

∑ lực gõy trượt, lật ∑ lực gõy trượt đối với mặt trượt gt

- TTGH 2 (hoặc gọi là tính toán về biến dạng): nội dung tính toán là [S] hay Sgh

[S] - các biến dạng cho phép của công trình đặt trên nền, thường được xác định

theo các tiêu chuẩn xây dựng

S - biến dạng dự báo (-độ lún, chênh lún, vận tốc lún, chuyển vị ngang, độ

võng ) với tổ hợp tải trọng cơ bản và ti tiêu chuẩn

* Nếu mặt đất phẳng, đồng nhất, tải trọng phân bố đều, có thể tính

S = pgl b ω

0 E

2 0

1 − μ

* Trường hợp tổng quát dự báo S theo phương pháp cộng lún từng lớp

Độ lún mỗi lớp mỏng chiều dày hi được tính theo công thức của bài toán một

chiều-không nở ngang- như sau:

i 2 i

ei 1

e e +

−

(nếu có kết quả thí nghiệm nén ép)

Si = hi

E

gl zi i 0

i σ

β (nếu không có kết quả thí nghiệm nén ép ) (xem lại phương pháp cộng lún trong giáo trình Cơ Học Đất)

1

2

V.Tr×nh tù thiÕt kÕ nÒn mãng:

Bước 1: Thu thập xử lý tài liệu bao gồm:

- Tài liệu về công trình:

Mặt bằng, mặt cắt, các yêu cầu công năng, sơ đồ kết cấu, bảng tổ hợp tải trọng

(Noi, Moi, Qoi) tác dụng lên móng (Các loại tải trọng, tổ hợp tải trọng giống như

phần kết cấu bên trên)

- Tài liệu về nền đất bao gồm:

+ Mạng lưới và phương pháp khảo sát Mạng lưới khảo sát cố gắng ≥ 3điểm:

dơn giản: 100 - 150m / điểm, trung bình: 50 - 30m / điểm, phức tạp < 30m / điểm

Ts.nguyễn đình tiến Bộ môn cơ học đất – nền móng ĐHXD

Mặt Bằng định Vị Hố KHOAN

+ Độ sõu khảo sỏt: Múng băng hks ≥ 3B

Múng bố hks ≥ 1,5B Múng sõu hks ≥ 3m từ độ sõu đặt múng dự kiến + Phương phỏp khảo sỏt:

- Giỏn tiếp: đào hố, khoan lấy mẫu nguyờn dạng, phỏ hoại ị thớ nghiệm trong phũng

- Trực tiếp: Thớ nghiệm bàn nộn → E0

Thớ nghiệm nộn ngang → En Thớ nghiệm xuyờn tĩnh CPT → qC → địa tầng, E0, c, ϕ

Thớ nghiệm xuyờn tiờu chuẩn SPT → N → địa tầng, E0, c, ϕ

Thớ nghiệm Cắt cỏnh → Cu

+ Lỏt cắt địa chất: Để thấy được sự thay đổi của địa tầng

mặt cắt địa chất công trình tuyến II-II

+ Cỏc kết quả thớ nghiệm về cỏc chỉ tiờu vật lý cơ học của từng lớp đất

+ Địa chất thuỷ văn: cao độ nước ngầm (hiện tại và mức nước cao nhất cú thể), tớnh chất

nước ngầm,

+ Tài liệu về cụng trỡnh lõn cận, mụi trường xõy dựng

Từ đú - Đỏnh giỏ điều kiện xõy dựng (làm cơ sở cho bước 2)

SÐt SÐt pha C¸t pha Bïn

8 8

8 8

H÷u c¬

C¸t Cuéi , sái

g)

4

2

3

bïn

1

e)

f)

tèt

h)

yÕu tèt tèt

®)

yÕu tèt tèt

tèt yÕu

c)

Cò

Gia c−êng

- Xác định các tiêu chuẩn xây dựng:

[S], ⎢⎣⎡ΔL ⎥⎦⎤

S , hệ số an toàn

Bước 2: Đề xuất phương án nền móng khả thi: “phương án khả thi” theo nghĩa rộng:

- Về vật liệu

- Loại móng theo dạng kết cấu cơ bản, độ cứng, hình dạng móng

- Phưng pháp thi công

- Độ sâu đặt móng: nông và sâu

- Giải pháp gia cố

Trong thực tế người thiết kế thường rất quan tâm đến các phương án về độ sâu móng

(móng nông và móng sâu) ký hiệu là Hm (hm)

Hm phụ thuộc vào:

- Tải công trình: độ lớn, độ lệch tâm, tải ngang, động- tĩnh Nói chung công trình lớn và

chịu lực phức tạp thì móng có xu hướng càng sâu Tải trọng động cũng thường dùng

móng sâu

- Độ quan trọng của công trình (cấp công trình)

- Công trình lân cận

- Đặc biệt là điều kiện địa chất khu vực xây dựng

a) Lớp đất bên trên không tốt, bề dày lớn, b) Lớp đất bên trên tốt, bề dày lớn

c) Lớp yếu nằm giữa các lớp tốt, d) Lớp yếu nằm trên bề mặt

e) Xen kẹp không đều f) San lấp g) Mái đất h) Mực nước ngầm cao

C¸c kÝ hiÖu

Bước 3: Thiết kế sơ bộ các phương án khả thi

Sau khi đề xuất các phương án nền móng người ta thiết kế

sơ bộ các phương án đó ( theo các nguyên tắc cơ bản đã trình bày)

Ts.nguyễn đình tiến Bộ môn cơ học đất – nền móng ĐHXD

Nhắc lại: Nguyờn tắc cơ bản trong thiết kế núi chung và nền múng núi riờng

- Thoả món cỏc điều kiện kỹ thuật

Múng + Điều kiện cường độ

+ Biến dạng, nứt

Nền + Điều kiện về trượt, lật

+ Điều kiện về lỳn, lệch, nghiờng, xoay

- Thi cụng: Cú khả năng đơn giản, nhanh (cơ giới hoỏ)

- Kinh tế

Bước 4: So sỏnh ( cỏc chỉ tiờu kinh tế, độ tin cậy)

- So sỏnh cỏc chỉ tiờu kinh tế, độ tin cậy của cỏc phương ỏn s bộ

- Chọn phương ỏn tối ưu để thiết kế kỹ thuật

Bước 5: Thiết kế kỹ thuật, thi cụng phương ỏn nền múng được chọn

( Giới thiệu ở cỏc phần múng nụng và múng cọc )

Bước 6: Bản vẽ

SƠ đồ trình tự thiết kế nền móng nói chung

Tài liệu

Tài liệu

Công trình Tài liệu địa chất

Các tiêu chuẩn qui phạm

Đề xuất các phương án khả

thi

(chú ý về chiều sâu móng)

Phương án 1

Thiết kế sơ bộ các phương án

đề xuất

Phương án 3

Phương án 2

So sánh và chọn phương án kỹ thuật

Thiết kế kỹ thuật phương án được chọn Bản vẽ thiết kế

Ts.nguyễn đình tiến Bộ môn cơ học đất – nền móng ĐHXD

Luyện tập-chương mở đầu

1) Phõn loại múng và nền

Nờu phạm vi ứng dụng của mỗi loại

2) Cỏc nguyờn nhõn thường gõy cho cụng trỡnh lỳn nhiều, lỳn lệch lớn

Nờu cỏc biện phỏp hạn chế lỳn và lệch

3) Cỏc nguyờn nhõn thường gặp về phỏ hoại nền cụng trỡnh, khối đất đắp

Nờu cỏc biện phỏp chống trượt, lật

4) Khi thiết kế nền múng, cần thu thập cỏc tài liệu gỡ? Cho vớ dụ

5) Thiết kế cụng trỡnh đối với phần nền đất gồm những nội dung tớnh toỏn gỡ? Hóy nờu cỏc điều kiện kỹ thuật trong mỗi nội dung tớnh toỏn đú

Hóy phõn tớch cỏc yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương ỏn chiều sõu múng