Ôn tập nền móng 2017

Móng sâu Móng cọc - Độ sâu đặt móng lớn Hm; - Tải trọng CT truyền lên đất nền qua mặt đáy móng phản lực mũi và qua mặt bên thông qua ma sát giữa đất với móng ma sát đất và cọc do chiều

1

CHƯƠNG 1: MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG

§1 Các khái niệm chung

I Khái niệm về móng

I.1 Khái niệm chung về móng

* Móng: là phần công trình (CT) kéo dài xuống dưới đất làm nhiệm vụ chuyển tiếp giữa CT bên

I.2 Khái niệm về móng nông và móng sâu

* Phân biệt móng nông và móng sâu dựa vào:

- Độ sâu đặt móng (chiều sâu chôn móng) hm;

- Phương thức truyền tải;

- Biện pháp thi công…

- Độ sâu đặt móng “đủ bé”: hm ≤ 3m hoặc + hm / b ≤ 0,5 (theo Berezanxev)

+ hm / b ≤ 1  1,5 (theo thầy Vũ Công Ngữ)

- Tải trọng CT truyền lên đất nền qua diện tiếp xúc của đáy móng với đất, bỏ qua ma sát bên của đất với móng;

- Thi công trực tiếp từ đáy móng trong hố đào sẵn (đào toàn bộ hố móng trước khi xây móng)

* Phạm vi áp dụng: - Tải trọng CT không lớn;

- Đất tốt ở bên trên hoặc xử lý nền đất yếu bên trên có hiệu quả

* Phân loại móng nông: móng đơn, móng băng, móng bè

- Móng đơn: móng được XD riêng cho từng cấu kiện tiếp đất của CT (móng dưới các mố trụ cầu nhỏ, dưới chân cầu máng, dưới chân tháp nước, dưới cột nhà);

- Móng băng: móng được XD cho nhiều cấu kiện trên một hướng nào đó (móng băng dưới tường nhà, dưới hàng cột, dưới tường chắn, dưới tàu âu thuyền…) Nếu móng băng XD cho nhiều cấu kiện trên 2 hướng trực giao nhau gọi là móng băng giao nhau;

- Móng bè: móng được XD chung cho nhiều cấu kiện, móng bè dùng ở những nơi đất yếu hoặc

do cấu tạo của CT như dưới toàn bộ nhà, dưới bể ngầm, dưới kho chứa, đáy âu tàu, âu thuyền…

b Móng sâu (Móng cọc)

- Độ sâu đặt móng lớn Hm;

- Tải trọng CT truyền lên đất nền qua mặt

đáy móng (phản lực mũi) và qua mặt bên thông

qua ma sát giữa đất với móng (ma sát đất và

cọc) (do chiều sâu đặt móng lớn);

- Thi công: không đào hố móng hoặc chỉ

đào 1 phần rồi dùng 1 phương pháp nào đó đưa

móng xuống chiều sâu thiết kế

- Đất tốt ở dưới sâu trong khi xử lý nền đất yếu bên trên không hiệu quả

- Do đặc điểm cấu tạo CT phải đặt móng sâu: gara ngầm, trạm bơm…

* Phân loại móng sâu: móng giếng chìm, móng giếng chìm hơi ép, móng cọc

Móng cọc: gồm các cọc riêng rẽ hạ xuống độ sâu thiết kế và liên kết với nhau bằng bản đài cọc

Quy ƣớc: Mặt phẳng nằm ngang đi qua mũi cọc là mặt “đáy móng”

II Nền

II.1 Khái niệm về nền

* Nền: là phần đất trực tiếp tiếp nhận tải trọng CT truyền xuống

- Khi thiết kế cần phải lựa chọn sao cho nền phải là “đất tốt”

- Móng nông: nền là phần đất trực tiếp dưới đáy móng

+ Nếu nền đất tự nhiên đủ tốt có thể sử dụng trực tiếp làm nền CT thì gọi là nền thiên nhiên

+ Nếu nền đất tự nhiên bên trên không tốt, muốn sử dụng làm nền CT thì phải làm cho tính năng

XD của nền “tốt lên” trước khi đặt móng gọi là xử lý nền Nền sau xử lý gọi là nền nhân tạo

Sau xử lý tính chất cơ – lý của đất thay đổi  cần phải xác định lại bằng các TN thích hợp Sau

đó, tính toán thiết kế với số liệu địa chất mới giống trường hợp nền tự nhiên

- Móng cọc: nền bao gồm cả phần đất xung quanh móng (xung quanh cọc) và phần đất dưới đáy

móng (dưới mũi cọc)

III Các bộ phận cơ bản của móng

* Độ sâu đặt móng (chiều sâu chôn móng): độ sâu kể từ mặt đất tới mặt đáy móng

Móng nông: hm; Móng cọc: Hm

Lựa chọn độ sâu đặt móng là yếu tố quan trọng nhất khi quyết định phương án móng

Thông thường, đáy móng thấp hơn mặt đất tự nhiên để đảm bảo điều kiện cường độ và ổn định

* Chiều cao bản thân móng nông h: chiều cao từ mặt đỉnh móng đến mặt đáy móng

Chiều cao bản thân đài cọc h: chiều cao từ mặt đỉnh đài đến mặt đáy đài

h: tính toán đảm bảo điều kiện làm việc an toàn (chủ yếu là điều kiện cường độ vật liệu móng)

* Đáy móng nông: phần tiếp xúc nằm ngang giữa móng và đất

Cấu tạo đáy móng nông: hình dạng bất kỳ, phổ biến là hình tròn, hình chữ nhật, dạng băng Kích thước đáy móng được đặc trưng bởi bề rộng móng b và hệ số hình dạng  Bề rộng móng b xác định theo tính toán, hệ số hình dạng  xác định theo cấu tạo

* Đáy đài cọc: hình dạng và kích thước phụ thuộc vào sơ đồ bố trí cọc

Khoảng cách giữa các cọc theo cấu tạo đảm bảo phát huy tối đa năng lực làm việc của đất nền và thuận lợi cho thi công (khoảng (3  6)Dc, Dc là cạnh cọc vuông hoặc đường kính cọc tròn)

* Mặt đỉnh móng: là mặt tiếp xúc giữa móng và CT (kết cấu bên trên)

* Gờ móng: khoảng cách từ mép bậc móng trên cùng đến mép đáy CT (phần mở rộng cục bộ

trên mặt đỉnh móng so với đáy CT)

Không nhất thiết phải cấu tạo gờ móng Tuy nhiên, Có 2 lý do làm gờ móng:

+ Nếu vị trí móng bị sai lệch khi thi công  có thể xê dịch (hiệu chỉnh) CT bên trên đúng vị trí thiết kế một cách chính xác

+ Tạo điều kiện thuận lợi khi thi công phần bên trên (làm điểm tựa cho thi công phần bên trên)

* Bêtông lót móng: lớp đệm dưới đáy móng bằng bêtông có cường độ thấp Tác dụng của

bêtông lót:

Tạo mặt bằng sạch sẽ, thuận tiện cho thi công móng, bảo vệ cốt thép được sạch trước khi liên kết với bêtông;

Góp phần bảo vệ cốt thép trong suốt thời gian tồn tại CT;

Bảo vệ đất nền dưới đáy móng không bị thay đổi kết cấu và độ ẩm do tác động xâm hại khi thi công (đi lại của người và máy móc) có thể dẫn đến phá hoại nền trước khi đưa CT vào sử dụng

* Bậc móng: cấu tạo để tiết kiệm vật liệu khi thiết kế móng mà vật liệu móng là các loại vật liệu

chịu kéo kém (gạch, đá, BT) Chiều cao mỗi bậc hb xác định tương tự chiều cao móng tại tiết diện tương ứng nếu coi bậc móng ngay trên đó đóng vai trò kết cấu bên trên

IV Khái niệm về tính toán thiết kế Nền móng

* Theo quan điểm tính toán thiết kế kết cấu công trình có 2 phương pháp:

- Phương pháp tính toán kết cấu tổng thể (công trình + móng + nền)

- Phương pháp tính toán kết cấu rời rạc

* Theo quan điểm hệ số an toàn có 2 phương pháp:

- Phương pháp hệ số an toàn tổng thể (hệ số an toàn duy nhất)

- Phương pháp hệ số an toàn riêng phần (phương pháp TTGH)

Khái niệm về TTGH

- Phương pháp tính toán theo TTGH: đảm bảo ngăn chặn khả năng vượt quá TTGH trong toàn

bộ thời gian sử dụng kết cấu, nhà và CT cũng như trong quá trình thi công

* TTGH là “ngưỡng” cuối cùng về phương diện kỹ thuật mà CT hoặc người sử dụng CT có thể chấp nhận được mà không có bất kỳ sự cố nào cho toàn bộ CT hay một vài bộ phận CT cả về sự toàn vẹn lẫn việc khai thác, sử dụng một cách bình thường

* Theo TC thì TTGH của CT chia là 2 nhóm:

- Nhóm I: TTGH dẫn đến việc mất khả năng chịu tải hay dẫn đến sự bất lợi hoàn toàn về mặt sử

dụng kết cấu hoặc nền (nhóm TTGH về cường độ và ổn định của CT)

- Nhóm II: TTGH gây khó khăn cho việc sử dụng bình thường kết cấu và nền (nhóm TTGH về

khai thác và sử dụng CT một cách bình thường)

V.1 Nội dung tính toán nền móng

a Tính toán theo điều kiện về cường độ, ổn định của CT

* Dưới tác dụng của tải trọng, CT có thể bị phá hoại do nền đất không đủ sức chịu tải hoặc có thể nghiêng lệch hoặc bị trượt trên mặt nền nên cần phải tính toán thiết kế đảm bảo cường độ và ổn định cho nền và CT trong mọi tình huống bất lợi không bị hư hỏng (nứt, gãy, đổ vỡ)

* Tính toán theo cường độ và ổn định phải thỏa mãn điều kiện sau:

N 

Fs



- N: tải trọng thiết kế hoặc tác động khác từ CT lên đất;

- : thông số tính toán tương ứng theo phương tác dụng của lực N (lấy theo Tiêu chuẩn thiết kế)

5

- Fs: hệ số an toàn được xác lập theo quy mô, nhiệm vụ của CT (theo Tiêu chuẩn thiết kế và theo thỏa thuận với chủ đầu tư)

- Đối với nền

+ Điều kiện về cường độ:

ptb, pmax: lần lượt là áp lực tiếp xúc trung bình, áp lực tiếp xúc lớn nhất ở đáy móng;

pgh: sức chịu tải giới hạn của nền;

Rđ (hay [p]): sức chịu tải tính toán của nền (sức chịu tải cho phép của nền)

+ Điều kiện về ổn định trượt:

Tgi: tổng lực giữ; Ttr: tổng lực gây trượt

ktr: hệ số ổn định trượt; [ktr]: hệ số ổn định trượt cho phép

+ Điều kiện về ổn định lật:

Mgi: tổng mômen giữ; Mtr: tổng mômen gây lật

Kl: hệ số ổn định lật; [kl]: hệ số ổn định lật cho phép

- Đối với móng: vật liệu móng phải an toàn dưới tác dụng của ứng suất tiếp (ứng suất cắt), ứng

suất kéo chính, ứng suất kéo khi uốn xuất hiện trong kết cấu móng:

max: ứng suất lớn nhất trong móng, max = {max, kc, k};

R: cường độ cho phép (cường độ tính toán) của vật liệu móng tương ứng với sự phá hoại của ứng suất: R = {Rc, Rbt}

b Tính toán theo điều kiện biến dạng (về khai thác và sử dụng CT một cách bình thường)

Tính toán nền theo điều kiện biến dạng áp dụng cho tất cả mọi CT, trừ CT có nền là đá

Giả thiết: móng và nền luôn tiếp xúc với nhau  chuyển vị đứng của CT  lún của nền

Thông thường, biến dạng của bản thân móng được bỏ qua

Nếu lún nhiều và lún lệch quá nhiều hoặc chuyển vị ngang quá lớn có thể làm cho CT hoàn toàn

bị phá hoại

* Tính toán theo biến dạng phải đảm bảo các điều kiện sau:

Với CT đặc thù (CT có độ cao lớn: trụ cầu, tháp nước, tháp vô tuyến, ống khói, cầu tầu…) còn cần điều kiện:  []; u  [u]; Co [Co];

- S, S, , u: lần lượt là độ lún cuối cùng (độ lún ổn định) của nền, độ lún lệch giữa các cấu kiện, góc nghiêng và chuyển vị ngang của móng

- [S] (hay Sgh); [S], [], [u]: độ lún cho phép; độ lún lệch cho phép; góc nghiêng cho phép và chuyển vị ngang cho phép của móng (là giá trị thỏa thuận với Chủ đầu tư hoặc theo Tiêu chuẩn xây dựng tương ứng, được lập ra trên cơ sở của nhiều số liệu theo dõi quan trắc CT thực tế)

Co: độ lệch tâm tương đối; [Co]: độ lệch tâm tương đối cho phép;

M, N: mômen và lực dọc; F, W: diện tích đáy móng và mômen kháng uốn của diện tích đáy móng

§2 Khảo sát địa chất phục vụ cho công tác nền móng (SGK)

§3 Phân tích lựa chọn phương án móng

I Các sơ đồ cấu trúc địa tầng cơ bản

I.1 Đánh giá phẩm chất xây dựng của nền đất

* Khả năng sử dụng đất làm nền cho CT chia thành 2 dạng đặc tính: Đất tốt – Đất yếu

- Đất yếu là đất có khả năng chịu tải thấp (pgh nhỏ), tính nén lún cao (Cc lớn), thời gian biến dạng dài (Cv nhỏ) Đất yếu đối với phần lớn CT là các loại đất sau:

+ Đất dính trạng thái chảy (bùn): W > Wch (B > 1);  0; c < 10 kPa; qc < 300 kPa, N  1  2; + Cát bụi bão hòa nước:  < 28  30; qc < 1000 kPa; N  4

I.2 Các sơ đồ cấu trúc địa tầng cơ bản: Có 3 dạng cơ bản sau (chỉ mang tính tương đối)

a Nền đất tốt: nền một hoặc nhiều lớp đất tốt liên tiếp nhau (càng xuống sâu càng tốt);

b Nền gồm 1 hoặc nhiều lớp đất tốt nằm dưới 1 hoặc nhiều lớp đất yếu có tổng chiều dày hữu hạn;

c Nền đất gồm đất tốt nằm trên đất yếu có chiều dày hữu hạn và kết thúc là lớp đất tốt bên dưới

II Phân tích lựa chọn phương án móng

Việc lựa chọn phương án móng liên quan đến việc chọn độ sâu đặt móng

* Lựa chọn độ sâu đặt móng phụ thuộc vào các yếu tố:

- Điều kiện ĐCCT và ĐCTV khu vực XD;

- Trị số (độ lớn) và đặc tính của tải trọng;

7

- Các điều kiện và khả năng thi công móng;

- Tình hình và đặc điểm của móng các CT lân cận

Trong các yếu tố, điều kiện ĐCCT và ĐCTV ảnh hưởng nhiều đến việc lựa chọn độ sâu đặt móng

* Nguyên tắc lựa chọn độ sâu đặt móng:

- Móng phải được đặt vào lớp đất tốt

- Móng càng nông càng thuận lợi cho thi công nên được ưu tiên lựa chọn

II.1 Lựa chọn phương án móng theo điều kiện địa chất

a Địa tầng dạng a: nền gồm một hoặc nhiều lớp đất tốt  Độ sâu đặt móng = f(tải trọng)

* CT tải trọng nhỏ và trung bình: phương án móng nông

Độ sâu đặt móng hm ≤ (1  2)m

* CT tải trọng lớn: phương án móng cọc Độ sâu mũi cọc được lựa chọn theo tải trọng

b Địa tầng dạng b: đất tốt nằm dưới một hoặc nhiều lớp đất yếu có chiều dày hữu hạn

 Độ sâu đặt móng = f(chiều dày đất yếu hy tải trọng)

* CT tải trọng nhỏ và trung bình: phương án móng nông

- Lớp đất yếu không dày lắm (hy đủ bé): loại bỏ lớp đất yếu, đặt móng vào lớp đất tốt bên dưới với hm = hy + h, h = (0,2  0,3)m

- Lớp đất yếu khá dày: xử lý nền trước khi đặt móng bằng cách thay toàn bộ đất yếu bằng vật liệu tốt hơn (thường dùng cát hạt trung trở lên): “Thay đất”

Độ sâu đặt móng sau khi xử lý nền hm (1,0  1,5)m

- Lớp đất yếu rất dày: xử lý nền trước khi đặt móng bằng các biện pháp:

+ Thay một phần đất yếu bằng vật liệu tốt hơn (cát hạt trung trở lên, xỉ lò…): “Đệm cát”

+ Xử lý “cọc cát”, “cọc đất – ximăng”… trên toàn bộ hoặc một phần chiều dày lớp đất yếu

* CT tải trọng lớn: phương án móng cọc

Độ sâu mũi cọc phải được nằm trong lớp đất tốt 1 khoảng  (3  6)Dc (Dc: cạnh của cọc vuông hoặc đường kính của cọc tròn)

c Địa tầng dạng c: dạng xen kẹp: đất yếu nằm giữa các lớp đất tốt (đây là TH phức tạp)

 Độ sâu đặt móng = f(chiều dày các lớp đất đặc biệt là chiều dày đất tốt bên trên h1, tải trọng)

* CT tải trọng nhỏ và trung bình: phương án móng nông

- Lớp đất tốt bên trên h 1 “đủ dày”  tương tự địa tầng dạng a: đặt trực tiếp móng lên lớp này

Độ sâu đặt móng càng nhỏ càng tốt

Khái niệm “đủ dày”: phạm vi nền dưới móng không vượt quá chiều dày lớp đất tốt

h1 “đủ dày” = f(bản thân giá trị h1, tải trọng, kích thước móng có thể lựa chọn)

Sơ bộ coi là “đủ dày”: chiều sâu ảnh hưởng của móng (kể từ đáy móng trở xuống)  3b (b là bề rộng móng)

- Lớp đất tốt bên trên h1 không “đủ dày”  phân tích tương tự như địa tầng dạng b:

+ Xử lý KC bên trên;

+ Xử lý nền: xử lý đất yếu bên dưới nhưng cố gắng tránh làm tổn hại đến lớp đất tốt bên trên + Kết hợp cả 2 giải pháp trên

* CT tải trọng lớn: phương án móng cọc

- Lớp đất tốt bên trên h1 “đủ dày”  tương tự địa tầng dạng a: mũi cọc hạ vào đất tốt bên trên

- Lớp đất tốt bên trên h1 không “đủ dày”  phân tích tương tự như địa tầng dạng b: mũi cọc hạ vào lớp đất tốt bên dưới 1 khoảng  (3  6)Dc

Ví dụ

9

II.2 Lựa chọn phương án móng theo điều kiện khác

a Theo điều kiện địa chất thủy văn (ĐCTV)

* Để lựa chọn độ sâu đặt móng, phải dựa vào những thông tin về điều kiện ĐCTV: Thông tin về nước mặt, nước ngầm: sự thay đổi mực nước theo mùa (mực nước cao nhất, mực nước thấp nhất, mực nước trung bình); tính chất ăn mòn của nước trong đất đối với vật liệu móng

b Theo tải trọng: Tải trọng càng lớn và chịu lực phức tạp  chiều sâu chôn móng càng lớn

Tải trọng động: nên dùng phương án móng sâu

c Theo đặc điểm cấu tạo CT

d Theo điều kiện và khả năng thi công móng

e Theo tình hình và đặc điểm của các móng và CT lân cận

§4 Tải trọng trong tính toán thiết kế nền móng

I Phân loại tải trọng

I.1 Phân loại tải trọng theo tính chất tác dụng

Theo tính chất tác dụng chia làm 3 loại: tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời, tải trọng đặc biệt

a Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải – tải trọng nhóm A): tải tác dụng không thay đổi trong

suốt quá trình sử dụng CT (tồn tại cùng với CT); xác định dựa vào cấu tạo cụ thể của cấu kiện

Ví dụ: trọng lượng các phần nhà và CT, trọng lượng kết cấu chịu lực, kết cấu bao che; trọng lượng và áp lực của đất (đất lấp, đất đắp)

b Tải trọng tạm thời (tải trọng không thường xuyên – hoạt tải):

Tải trọng tạm thời: tải trọng tồn tại trong một khoảng thời gian nào đó khi sử dụng CT; xác

định dựa vào các Tiêu chuẩn về tải trọng, các số liệu thống kê Tải trọng tạm thời có thể thay đổi về

điểm đặt, giá trị, phương chiều Tùy theo thời gian tác dụng lên CT chia tải trọng tạm thời thành: tải

trọng tạm thời dài hạn, tải trọng tạm thời ngắn hạn

Tải trọng tạm thời dài hạn (tải trọng nhóm B 1 ): gắn bó với CT nhằm phục vụ chức năng chính

mà CT đảm nhiệm Ví dụ: trọng lượng thiết bị cố định, vách ngăn tạm thời, vật liệu chứa…)

Tải trọng tạm thời ngắn hạn (tải trọng nhóm B 2 ): chỉ xuất hiện trong những khoảng thời gian

nào đó (có thể dự đoán được) Ví dụ: vận chuyển cần trục, trọng lượng người, các chi tiết và vật liệu dùng sửa chữa, bão lũ…)

c Tải trọng đặc biệt (tải trọng nhóm D): xuất hiện một cách ngẫu nhiên liên quan đến các sự

cố bất khả kháng ở một thời điểm nào đó trong quá trình tồn tại của CT Ví dụ: tải trọng do động đất,

do cháy nổ, bom đạn…

I.2 Phân loại theo giá trị của tải trọng

a Giá trị danh nghĩa hay giá trị tiêu chuẩn của tải trọng (tải trọng tiêu chuẩn N tc ): là giá trị

thường gặp của tải trọng trong quá trình sử dụng CT mà chưa xét đến sự sai khác do thi công, do chế tạo gây ra Giá trị này được xác định dựa vào các thông số ghi trên bản vẽ thiết kế hoặc theo lý lịch thiết bị

b Giá trị thực hay giá trị tính toán của tải trọng (tải trọng tính toán N tt ): là giá trị của tải

trọng kể đến sự sai khác do thi công, do chế tạo gây ra làm thay đổi giá trị của tải trọng thiên về phía nguy hiểm cho CT.Để xét đến sự sai khác người ta đưa vào hệ số an toàn về tải trọng:

Giá trị thực = Giá trị danh nghĩa* hệ số an toàn về tải trọng;

Giá trị tính toán = Giá trị tiêu chuẩn* hệ số tin cậy của tải trọng

II Tổ hợp tải trọng (THTT)

Tổ hợp tải trọng là tập hợp các tải trọng có thể cùng tồn tại, cùng đồng thời gây ảnh hưởng đến CT

II.1 Tổ hợp tải trọng cơ bản – THCB (tổ hợp tải trọng gắn chặt với CT)

Tổ hợp cơ bản = Các tải trọng loại A + Các tải trọng loại B1 + một số tải trọng loại B2

Khả năng xuất hiện đồng thời các tải trọng loại B2 sẽ có các THCB khác nhau:

- THCB có 1 tải trọng tạm thời = Các tải trọng A + 1B

- THCB có 2 tải trọng tạm thời trở lên thì giá trị tính toán của tải trọng tạm thời phải được nhân với hệ số tổ hợp:

+ Không phân tích được ảnh hưởng của từng tải trọng tạm thời: THCB = Các A + Các B*0,9; + Khi có thể phân tích ảnh hưởng riêng biệt của từng tải trọng tạm thời ngắn hạn thì tải trọng tạm thời có ảnh hưởng lớn nhất không giảm; tải trọng ảnh hưởng thứ hai nhân 0,8; các tải trọng còn lại nhân 0,6: THCB = Các A + 1B + 1B*0,8 + Các B khác*0,6

II.2 Tổ hợp đặc biệt (THĐB)

THĐB = Các tải trọng loại A + Các tải trọng loại B1 + một số tải trọng loại B2 + Các D

TTĐB với tải trọng do nổ hoặc do va chạm cho phép không xét đến các tải trọng loại B2

THĐB do tác động của động đất không cần tính đến tải trọng gió;

THĐB có một tải trọng tạm thời = Các A + 1B + 1D

THĐB có 2 tải trọng tạm thời trở lên, giá trị tính toán của tải trọng tạm thời được nhân với hệ số

tổ hợp như sau: THĐB = Các A + B1*0,95 + B2*0,8 + 1D

III Tải trọng trong tính toán thiết kế nền móng: Tải trọng thiết kế

Tùy theo yêu cầu của việc tính toán mà ta dùng trị số tải trọng và tổ hợp tải trọng khác nhau

11

Theo TCVN 2737 – 1995: Giá trị tính toán của THCB và THĐB dùng để tính nền và móng theo nhóm các TTGH thứ nhất; Giá trị tiêu chuẩn của THCB dùng để tính theo nhóm các TTGH thứ hai Các giá trị kể trên gọi chung là tải trọng thiết kế (TTTK)

§5 Các đặc trưng cơ – lý của đất trong tính toán theo TTGH (SGK)

§6 Nguyên tắc chung khi thiết kế nền móng CT

1 Nguyên tắc thiết kế phương án khả thi

Một PA móng trước hết phải đảm bảo tính khả thi Tính khả thi của một PA phụ thuộc:

- Mức độ quan trọng của CT và khả năng tài chính của dự án;

- Trình độ công nghệ chung của khu vực cũng như thời đại, năng lực các Nhà thầu thi công: Thiết kế phải phù hợp với điều kiện thi công của địa phương (nếu không thì PA có yếu tố tiến bộ về

kỹ thuật vẫn không khả thi trong phạm vi khu vực XD)  một PA có thể khả thi ở địa phương này nhưng không khả thi ở địa phương khác Trình độ công nghệ càng cao  khả năng lựa chọn PA càng mở rộng

2 Nguyên tắc thiết kế đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

* Về kỹ thuật phải thỏa mãn 2 nhóm TTGH:

- TTGH về cường độ và ổn định bị vi phạm khi

+ Vật liệu XD không đủ độ bền;

+ Đất nền không đủ khả năng tiếp nhận tải trọng từ CT truyền xuống

 một hoặc nhiều bộ phận của CT bị hư hỏng (nứt, gãy…) hay mất khả năng làm việc một cách

an toàn, bền vững, thậm chí CT có thể đổ vỡ toàn bộ

Thiết kế đảm bảo TTGH thứ nhất nên tách riêng phần nền và móng

- TTGH thứ hai vi phạm khi trong suốt thời gian tuổi thọ, CT không thể khai thác đúng như yêu cầu đề ra trong nhiệm vụ XD ban đầu (do lún nhiều, lún lệch)

3 Nguyên tắc thiết kế đảm bảo hiệu quả kinh tế

Kinh phí XD CT phụ thuộc nhiều vào việc lựa chọn giải pháp móng hợp lý theo yêu cầu kỹ thuật

đề ra

Mục tiêu của việc thiết kế phải là một giải pháp thỏa hiệp giữa yêu cầu kỹ thuật và hạn mực kinh phí cho phép (đảm bảo kỹ thuật trong giới hạn kinh tế)

§7 Các tài liệu cần thiết cho thiết kế nền móng

1 Tài liệu về công trình

Các tài về CT dự kiến XD phải bao gồm:

- Bản đồ địa hình khu vực XD và lân cận;

- Hồ sơ thiết kế kiến trúc, kết cấu CT và các yêu cầu riêng biệt và khai thác và sử dụng CT (có hay không có tầng hầm, CT ngầm phụ trợ…), các yêu cầu làm phát sinh các dạng tải trọng đặc biệt Trong số đó, các tài liệu không thể thiếu:

+ MB đáy CT: Hình dáng, kích thước đáy CT;

Đặc điểm của CT (tầng hầm, tầng 1, công sự…);

+ MB tải trọng đáy CT và các tài liệu liên quan đến việc xác định tải trọng (giá trị và tính chất) tương ứng

2 Tài liệu về ĐCCT

* Tài liệu về ĐCCT bao gồm:

- Bản đồ địa hình, địa mạo nơi XD CT;

- MB bố trí các điểm thăm dò – vị trí khảo sát (nên được định vị theo MB bố trí các hạng mục CT);

- Kết quả khảo sát: phương pháp tiến hành khảo sát, kết quả và những đánh giá sơ bộ ban đầu phẩm chất của đất, các lưu ý địa chất; các giá trị kiến nghị sử dụng các chỉ tiêu cơ – lý quan trọng liên quan trực tiếp đến tính toán thiết kế nền móng

* Nội dung báo cáo khảo sát như sau:

- Các tài liệu về cột khoan địa chất và các mặt cắt địa chất: ghi rõ cao trình các lớp đất, mô tả sơ

bộ các lớp đất, khoảng cách các hố khoan, vị trí lấy mẫu đất thí nghiệm, mực nước ngầm xuất hiện

và ổn định;

- Các chỉ tiêu cơ – lý của các lớp đất: thành phần hạt, trọng lượng riêng, tỷ trọng hạt, độ ẩm tự nhiên, độ ẩm giới hạn dẻo, độ ẩm giới hạn chảy, hệ số thấm, góc ma sát trong, lực dính đơn vị, kết quả thí nghiệm nén Oedometer; kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT, thí nghiệm xuyên tĩnh CPT, thí nghiệm cắt cánh…

3 Tài liệu về ĐCTV: Thông tin về nước mặt, nước ngầm trong đất:

- Cao trình mực nước và sự thay đổi mực nước theo mùa + Mực nước cao nhất;

+ Mực nước thấp nhất;

+ Mực nước trung bình

- Tính chất ăn mòn vật liệu của nước

4 Tài liệu về các công trình lân cận bao gồm

- Tầm cỡ CT, mức tải trọng, phạm vi ảnh hưởng đến nền đất CT mới;

- Tuổi thọ CT, tình trạng kết cấu hiện thời, kết cấu móng CT cũ phải được khảo sát kỹ gồm vật liệu móng, hình dạng, kích thước, phạm vi chiếm đất và độ sâu đặt móng

13

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG NÔNG

§1 Khái niệm chung

I Phân loại móng nông

I.1 Phân loại theo độ cứng

* Tải trọng CT thông qua móng truyền lên nền đất: tải trọng tiếp xúc p tx  nền bị biến dạng Quy luật phân bố tải trọng tiếp xúc ptx = f(độ cứng của móng và của đất)

Tải trọng tiếp xúc  phản lực nền r  móng bị biến dạng

Mức độ biến dạng của móng = f(độ cứng của móng) Dựa vào độ cứng của móng phân thành: móng cứng và móng mềm

- Nếu độ cứng của móng đủ lớn, biến dạng móng rất nhỏ có thể bỏ qua  Móng cứng:

+ Đáy móng luôn phẳng;

+ Chuyển vị của đáy móng biểu diễn bằng một phương trình mặt phẳng

Móng cứng: móng đơn dưới cột; móng băng dưới tường

- Nếu độ cứng của móng nhỏ, biến dạng móng là đáng kể không thể bỏ qua  Móng mềm:

l

E o

Eo: môđun biến dạng của nền đất dưới đáy móng; E1: môđun đàn hồi của vật liệu móng; l: nửa chiều dài dầm móng; h: chiều cao dầm móng

t > 10: móng mềm được coi như dầm dài vô hạn;

1  t  10: móng mềm có chiều dài hữu hạn;

t < 1: móng cứng

I.2 Phân loại theo cấu tạo

* Dựa vào tỷ số hình dạng  = l/b để phân loại:  (7  10): móng băng

 3: móng đơn

- Móng đơn: XD riêng cho từng cấu kiện tiếp đất

- Móng băng: XD cho nhiều cấu kiện trên một hướng nào đó Nếu móng băng XD cho nhiều cấu kiện trên 2 hướng trực giao nhau  móng băng giao nhau;

- Móng bè: XD chung cho nhiều cấu kiện hoặc bản thân CT đòi hỏi phải cấu tạo móng bè: dưới

bể ngầm, bể chứa…;

- Móng hộp: có tác dụng như móng bè

I.3 Phân loại móng nông theo vật liệu

- Móng gạch: cấu tạo từ các loại gạch có kích thước khác nhau, liên kết với nhau bằng vữa vôi

hoặc vữa ximăng-cát Chiều rộng móng, chiều cao bậc phải phù hợp với kích thước viên gạch:

Chiều rộng: 110 – 220 – 330 – 450 – 570 … Chiều cao bậc: 70 – 140 – 210 – 280 – 350 …

- Móng đá: các đá tảng liên kết với nhau Kích thước móng đá khó xác định

Móng gạch, móng đá không làm việc chịu kéo; khó thi công cơ giới (do xây bằng tay)

- Móng Bêtông: cấu tạo theo hình dạng bất kỳ Khả năng chịu lực tốt hơn móng gạch nhưng khả

năng chịu kéo cũng kém

- Móng BTCT: móng kết hợp giữa bêtông và cốt thép  phù hợp với trạng thái làm việc khác nhau (kéo, nén, uốn…)

Ưu điểm: + Giảm độ sâu đặt móng;

+ Móng BTCT có thể cấu tạo theo hình dạng bất kỳ;

+ Cường độ cao  chịu được tải trọng lớn, tải lệch tâm lớn;

+ Tận dung tối đa khả năng máy móc, thiết bị thi công tiên tiến  rút ngắn thời gian thi công, kiểm soát được chất lượng CT một cách tin cậy;

+ Tốn ít vật liệu, giảm giá thành

+ Móng BTCT được dùng cho cả móng cứng và móng mềm

I.4 Phân loại móng nông theo phương pháp thi công

- Móng lắp ghép: chế tạo thành một khối hoặc nhiều bộ phận rồi ghép lại

Ưu điểm: phù hợp với yêu cầu cơ giới hóa và công nghiệp hóa  rút ngắn thời gian thi công Nhược điểm: địa chất mỗi nơi khác nhau  để an toàn khối lượng thép cho móng lớn

- Móng toàn khối: hình dạng móng bất kỳ

I.5 Phân loại móng nông theo đặc tính tải trọng

II Áp lực tiếp xúc dưới đáy móng

* Giả thiết: khi tính toán áp lực tiếp xúc, người ta coi đáy móng luôn tiếp xúc với nền đất

Quy luật phân bố = f(độ cứng của móng và đất);

II.1 Áp lực tiếp xúc dưới đáy móng cứng

* Giả thiết: quy luật phân bố là tuyến tính Áp lực tiếp xúc tại một điểm bất kỳ xác định theo

J

M y J

M F

N

y y x



N, M{Mx, My}: là tải trọng CT ở mức đáy móng

II.2 Áp lực tiếp xúc dưới đáy móng mềm

* Móng mềm có độ cứng tương đối nhỏ  móng bị biến dạng lớn khi chịu tải  sự phân bố của phản lực đất lên đáy = f(biến dạng của móng)  quy luật phân bố phi tuyến

* Thiết kế móng mềm: vừa phải xác định quy luật phân bố áp lực tiếp xúc dưới đáy móng vừa phải tìm quy luật phân bố nội lực trong móng

15

§2 Cấu tạo móng nông

I Một số vấn đề chung

* Độ sâu đặt móng: hm = f(điều kiện địa chất, tải trọng…)

* Kích thước đáy móng (thỏa mãn các điều kiện về sức chịu tải và biến dạng đối với nền)

Móng đơn (l*b); Móng băng (b)

Kích thước đáy móng lấy chẵn đến 10cm (1dm)

* Chiều cao móng h: thỏa mãn: max R

* Chiều dày tối thiểu của móng: bố trí theo cấu tạo: t  20cm

* Bêtông lót: đặt theo cấu tạo: cấp độ bền  B7,5; chiều dày  10cm (thường  = 10cm)

* Chiều dày lớp bảo vệ C:

+ Thép chịu lực: thép AII trở lên; đường kính chịu lực  10; khoảng cách (10  25)cm

Diện tích cốt thép As (Fa): tính toán theo điều kiện max  R  As, sau đó chọn đường kính 

và khoảng cách giữa các cốt thép a, số lượng thanh thép na

+ Thép cấu tạo: thép AI trở lên

+ Thép chờ: lấy theo kết cấu bên trên của móng

- Bêtông: cấp độ bền  B15 (nên dùng  B20)

* Gờ móng: bố trí theo cấu tạo: bề rộng gờ  5 cm

II Cấu tạo móng đơn

* Phạm vi áp dụng: tải trọng tương đối nhỏ; điều kiện địa chất tự nhiên thuận lợi hoặc có thể xử

lý nền một cách hiệu quả

* Các móng lân cận nên chọn cùng độ sâu đặt móng hm

* Tính toán: đơn giản nên có độ tin cậy cao; chất lượng thi công đảm bảo và dễ kiểm soát  ưu tiên lựa chọn móng đơn

* Đáy móng: hình vuông, chữ nhật hoặc hình tròn

- Kích thước cơ bản của móng là bề rộng hoặc đường kính b Chiều dài của móng l = .b

* Giằng móng: là dầm liên kết các móng đơn với nhau theo một hoặc hai phương Chiều cao

giằng chọn theo điều kiện địa chất, tính chất tải trọng và lưới cột…

* Cốt thép móng: cốt chịu kéo, đặt theo 2 phương thành lưới; thép cạnh dài đặt dưới, thép cạnh

ngắn đặt trên; khoảng cách cốt thép a = (10  25)cm; lưới thép là lưới buộc hoặc lưới hàn

III Cấu tạo móng băng

* Chỉ làm móng băng khi không thể làm móng đơn do kích thước quá lớn hoặc do CT bên trên

có cấu tạo liên tục (tường nhà, tường chắn)

* Móng băng có chiều dài l >> chiều rộng b Khi tính coi  = 

- Bản thân móng băng đã là giằng móng  tính móng băng BTCT như dầm đặt trên nền đàn hồi

* Tác dụng của móng băng:

- Giảm áp lực đáy móng;

- Tải trọng phân phối tương đối đều lên nền đất;

- Nếu có đủ độ cứng, móng băng có tác dụng giảm chênh lún giữa các cột

IV Cấu tạo móng bè

* Phạm vi áp dụng: CT bên trên bắt buộc cấu tạo móng bè hoặc tải trọng khá lớn và phân bố không

đều trong khi nền đất tương đối yếu Chỉ làm móng bè khi không thể làm móng đơn, móng băng

* Tác dụng của móng bè: - Giảm áp lực đáy móng;

- Tải trọng phân phối đều lên nền đất  phát huy hết khả năng làm việc của nền cả về cường độ

và biến dạng;

- Giảm lún CT nếu XD trên nền có tính nén lún lớn Trong TH này, tăng hm có hiệu quả vì tải trọng CT cân bằng với trọng lượng đất đào bỏ

17

* Cấu tạo: - Móng bè có dạng: bản phẳng, sàn nấm, sàn sườn, dạng hộp

- Chiều dày bản sơ bộ 1/10  1/6 nhịp bản

- Chiều cao sườn 1/8  1/6 khoảng cách 2 cột gần nhau

* Để tăng cường độ chịu uốn: làm móng bè kiểu vòm ngược  móng chỉ chịu nén dọc trục mà không chịu uốn nếu trục vòm thích hợp

§3 Tính toán thiết kế móng nông cứng

I Khái niệm chung

* Số liệu ban đầu:

- CT: Hồ sơ thiết kế kiến trúc, kết cấu của CT:

+ MB đáy CT;

+ Tải trọng từ CT đến cốt 0.00 (mặt đất): {No, Mo, Qo};

+ Hệ số an toàn Fs Độ lún cho phép [S] (Sgh)

- Tài liệu ĐCCT và ĐCTV

- Các tài liệu khác liên quan: kết cấu và móng CT lân cận

* Nội dung tính toán thiết kế móng nông cứng

- Xác định độ sâu đặt móng h m = f(địa chất, tải trọng…)

- Xác định kích thước đáy móng nông (móng đơn: l*b; móng băng: b): chọn thỏa mãn điều

kiện sức chịu tải, sau đó kiểm tra theo điều kiện biến dạng và các điều kiện khác (nếu cần)

- Tính toán kết cấu móng

+ Xác định chiều cao móng h: theo điều kiện cường độ đối với vật liệu móng

+ Xác định cốt thép móng và bố trí (hàm lượng thép As (Fa), khoảng cách cốt thép a, số lượng

thanh thép na)

- Bản vẽ thiết kế: thể hiện các thông số đã tính toán (đầy đủ các chi tiết với các yêu cầu cấu tạo)

II Lựa chọn sơ bộ kích thước đáy móng

II.1 Yêu cầu chung

* Mục đích tính toán đảm bảo cường độ và ổn định cho CT trong mọi tình huống bất lợi nhất

- Kích thước móng sơ bộ chọn sao cho:

(II.3)

ptb, pmax: áp lực tiếp xúc trung bình và áp lực tiếp xúc lớn nhất ở đáy móng;

Rđ ([p]): sức chịu tải tính toán (tải trọng cho phép tác dụng lên nền);

pgh: sức chịu tải giới hạn của nền; Fs: hệ số an toàn

Để tránh xảy ra hiện tượng móng bị tách rời khỏi đất nền thì p min ≥ 0:

a Xác định tải trọng tiếp xúc dưới đáy móng

G: trọng lượng của móng và đất lấp trên móng;

 : trọng lượng riêng trung bình của vật liệu móng và đất

lấp trên đáy móng, thường lấy  = 20 (kN/m3)

c

l y

- Trường hợp móng chịu tải trọng lệch tâm: áp lực tiếp

xúc phân bố bậc nhất Các giá trị đặc trưng của áp lực tiếp xúc:

Mx, My: mômen ở đáy móng:

19

* Móng băng (bề rộng b): Tải trọng cho trên 1 m dài móng

- Tải đúng tâm: áp lực tiếp xúc phân bố đều:

ptx =

b

N

=

 : trọng lượng riêng trung bình của vật liệu móng và đất

lấp trên móng, thường lấy  = 20 (kN/m3)

- Trường hợp móng chịu tải trọng lệch tâm: áp lực tiếp

xúc phân bố bậc nhất Các giá trị đặc trưng của áp lực tiếp xúc:

b Xác định sức chịu tải giới hạn p gh và sức chịu tải cho phép R đ ([p]) (theo Terzaghi)

q: tải trọng tương đương của đất trên đáy móng (phụ tải): q = tb.hm;

tb: trọng lượng riêng trung bình của đất từ đáy móng trở lên;

: trọng lượng riêng của đất dưới đáy móng;

N, Nq, Nc: hệ số sức chịu tải = f() VD:

, c: góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất dưới đáy móng;

1, 2, 3: hệ số hiệu chỉnh hình dạng móng = f()

II.2 Lựa chọn kích thước đáy móng đơn

* Bước 1: Chọn tỷ số  = l/b

Chọn : + Tùy ý;

+ Theo tỷ lệ cạnh cột lc/bc; +  = 1 + (1  2)e Trong đó e = M/N

* Bước 2: Chọn giá trị l và b bất kỳ (chẵn đến 10cm), thay vào công thức tính ptb, pmax, Rđ

* Bước 3: So sánh các điều kiện: p tb R đ p max 1,2R đ p min ≥ 0

- Nếu thỏa mãn  l, b sơ bộ lấy làm kích thước đáy móng

- Nếu không thỏa mãn  tăng l, b và tính toán cho đến khi thỏa mãn

* Bước 4: Kiểm tra điều kiện “hợp lý” về kích thước: {1,2R đ – p max }  (5 ÷ 10)%R đ

- Nếu thỏa mãn: l, b là kích thước cần tìm thỏa mãn điều kiện sức chịu tải

- Nếu không thỏa mãn: giảm kích thước l, b nhưng phải thỏa mãn các điều kiện ở bước 3

II.3 Lựa chọn kích thước đáy móng băng

Tính toán gần tương tự với móng đơn nhưng bỏ bước 1 vì với móng băng 

* Bước 1: Chọn giá trị b bất kỳ, thay b vào công thức tính ptb, pmax, Rđ

* Bước 2: So sánh các điều kiện: p tb R đ p max 1,2R đ

- Nếu thỏa mãn  b sơ bộ lấy làm bề rộng móng

- Nếu không thỏa mãn  tăng b và tính toán cho đến khi thỏa mãn

* Bước 3: Kiểm tra điều kiện “hợp lý” về kích thước: {1,2R đ – p max }  (5 ÷ 10)%R đ

- Nếu thỏa mãn: b là kích thước cần tìm thỏa mãn điều kiện sức chịu tải

- Nếu không thỏa mãn: giảm kích thước b nhưng phải thỏa mãn các điều kiện ở bước 2

III Tính toán kiểm tra kích thước đáy móng

* Khi kích thước móng thỏa mãn (II.3) thì kiểm tra kích thước theo các yêu cầu khác

* Thông số ban đầu:

- Kích thước sơ bộ: hm; (l*b/ b);

- Tải trọng {No, Mo, Qo} hay {N, M};

- Địa chất: + ;

+ (Eo, o) hoặc đường cong nén e = f(lg) hay e = f(lg);

- Sgh ([S]): độ lún giới hạn (độ lún cho phép), theo quy phạm hoặc theo nhiệm vụ thiết kế;

- [ktr], [kl]: hệ số ổn định trượt và hệ số ổn định lật cho phép

III.1 Kiểm tra theo điều kiện biến dạng

* Điều kiện kiểm tra:

 kiểm tra điều kiện biến dạng chính là dự báo độ lún ổn định S (độ lún của cùng của nền)

- Nếu độ lún dự báo thỏa mãn điều kiện S  [S]  lấy làm kích thước thiết kế

21

- Nếu độ lún dự báo không thỏa mãn điều kiện S  [S]  tăng kích thước móng (tăng b hoặc hm)

và dự báo lại độ lún cho đến khi thỏa mãn

Lưu ý: điều kiện S  [S] có thỏa mãn hay không còn phụ thuộc vào độ lún cho phép [S]

a Dự báo độ lún cuối cùng theo mô hình LTĐH

* Nền đồng nhất:

+ const: hệ số phụ thuộc hình dạng móng; VD:

+ pgl: áp lực gây lún dưới đáy móng, pgl = ptb - tb.hm;

+ ptb: áp lực tiếp xúc trung bình dưới đáy móng;

+ tb: trọng lượng riêng trung bình của đất từ đáy móng trở lên

b: bề rộng móng sơ bộ chọn theo điều kiện (II.3);

Eo: môđun biến dạng của đất Eo xác định từ thí nghiệm:

+ Thí nghiệm bàn nén hiện trường;

+ Dự báo dựa vào kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT, xuyên tĩnh CPT;

+ Dự báo dựa vào kết quả nén một chiều không nở ngang: Eo = k.En

với k = f(hệ số rỗng ban đầu eo)

o: hệ số biến dạng ngang (hệ số nở ngang) của đất

b Dự báo độ lún cuối cùng theo mô hình nén 1 chiều

* Tính lún dựa theo đường cong nén e = f()

Độ lún CT được dự báo theo phương pháp cộng lún từng lớp

* Độ lún của lớp phân tố thứ i:

e1i, e2i: lần lượt là hệ số rỗng của đất ở giữa lớp

phân tố thứ i trước khi có tải trọng CT và sau khi có

tải trọng CT; e1i và e2i xác định trên đường cong

nén tương ứng với ’1i và ’2i = ’1i + gl-i;

’1i, ’2i: lần lượt là ứng suất nén ở giữa lớp

phân tố thứ i trước khi có tải trọng và sau khi có tải

ki: hệ số ứng suất ở giữa lớp phân tố thứ i:

S S

1

n: số lớp phân tố dự báo lún lấy đến hết vùng ảnh hưởng tải trọng (vùng chịu nén của nền) H n

Hn là chiều dày kể từ đáy móng đến độ sâu thỏa mãn điều kiện:

z

z

 0

1 h

2 h

23

* Dự báo lún theo đường cong nén e = f(lg):

Nếu dự báo độ lún theo đường cong nén e = f(), các giá trị đặc trưng a hay mv không thể đại diện cho một loại đất, do đó việc dự báo lún luôn đòi hỏi phải có đường cong nén e = f() đi kèm Nếu đặc tính biến dạng của đất được xác định trên đường cong nén e = f(lg) bởi Cc, Cr và OCR

ta có thể khắc phục những trở ngại trên

- Đối với đất UC và NC (OCR  1)

Đặc trưng biến dạng của đất chỉ cho bởi chỉ số nén Cc, thay e1 – e2 = Cc.lg '

1

' 2

1

i

i i





’1i: ứng suất hữu hiệu trung bình của lớp thứ i trước khi chịu tải trọng;

’i: ứng suất gây lún trung bình của lớp thứ i bao gồm cả do tải trọng gây lún và tự cố kết nếu

'

OCR C

vi

i gl vi





’vi: ứng suất hữu hiệu của lớp phủ trên lớp thứ i;

gl-i: ứng suất gây lún trung bình tại lớp thứ i

* Đối với đất OC (OCR > 1)

Do ’1i = ’vi; ’2i = ’vi + gl-i và ’ci = ’vi.OCR, ta có:

)(

'

OCR C

C

vi

i gl vi

III.2 Kiểm tra theo điều kiện cường độ và ổn định của nền

Nếu CT XD trên nền có lớp đất yếu trong phạm vi chịu ảnh hưởng của móng; CT XD trên mái dốc, trên nền đá có mặt phân cách nghiêng; CT chịu tải trọng ngang lớn thì cần tiến hành kiểm tra ổn định theo các tình huống thiết kế tương ứng

a Nếu trong phạm vi nền có lớp đất yếu (hoặc trong phạm vi nền có MNN):

Nếu trong phạm vi nền có lớp đất yếu, khi tính toán thiết kế có thể áp dụng 2 mô hình:

- Đánh giá theo mô hình trượt sâu;

- Đánh giá theo mô hình qui đối về móng nông tương đương đặt trực tiếp lên đất yếu

* Mô hình trƣợt sâu:

Đánh giá bằng cách vẽ nhiều mặt trượt bất kỳ đi qua mép móng có tâm khác nhau Hai mặt trượt phải phân tích:

+ Mặt trượt giả định là mặt trượt trụ tròn ABCDE;

+ Mặt trượt giả định là mặt trượt hỗn hợp ABC’DE: gồm một phần mặt trượt trụ tròn qua các lớp đất không yếu và một phần mặt phẳng qua mặt tiếp xúc của lớp đất yếu Hệ số ổn định k của các mặt trượt xác định theo phương pháp đã biết trong Cơ học đất:

Mgi: mômen chống trượt đối với tâm trượt 0;Mtr: mômen gây trượt đối với tâm trượt 0

Sau khi xác định hệ số k đối với mỗi mặt trượt giả định, chọn trị số nhỏ nhất kmin để xét độ ổn định của nền Nền muốn ổn định phải thỏa mãn điều kiện: kmin  [k]; [k] = 1,2  1,5

o o

* Mô hình qui đổi về móng nông: coi gần đúng tác dụng tải trọng CT lên lớp đất yếu (hoặc đến

MNN) được mở rộng từ mép móng ra mỗi phía theo góc 30 Điều kiện kiểm tra như móng nông

25

- Kích thước đáy móng khối qui ước (đáy móng tương đương)

Ltđ = l + 2h’.tg’ = l + 2h’.tg30 Btđ = b+ 2h’.tg’ = b+ 2h’.tg30

- Điều kiện kiểm tra:

+ tđ: ứng suất tại đáy móng khối qui ước: tđ = 1 + (pgl)

1 (bt): ứng suất do trọng lượng bản thân đất tại đáy móng khối qui ước

(pgl): ứng suất do tải trọng ngoài gây ra tại đáy móng khối qui ước: (pgl) = k.(ptb - tb.hm)

tb: trọng lượng riêng trung bình của đất trên đáy móng

z b

z b b

,00

+ Rđy: sức chịu tải cho phép của đất yếu dưới đáy móng khối qui ước: Rđy =

Fs

p gh2

+ pgh2: sức chịu tải giới hạn của đất yếu bên dưới đáy móng khối qui ước

Xác định sức chịu tải giới hạn của đất yếu dưới đáy móng khối qui ước p gh2

q: phụ tải: q = 1.h1;

đy: trọng lượng riêng của đất yếu dưới đáy móng khối qui ước;

Btđ: bề rộng móng khối qui ước

N, Nq, Nc: hệ số sức chịu tải = f(đy);

đy, cđy: góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất dưới đáy móng khối qui ước;

i: hệ số hiệu chỉnh hình dạng móng

b Kiểm tra ổn định

* Nếu CT XD trên mái dốc hoặc đất nằm ngang có mái nghiêng:

- Khi CT XD trên mái dốc hoặc gần dốc; trên đất phong hóa có tầng đá gốc nghiêng so với phương ngang  có thể xảy ra mất ổn định theo các mặt nghiêng  cần phải kiểm tra trong tính toán thiết kế

+ Nếu CT XD trên mái dốc: đánh giá ổn định theo phương pháp mặt trượt trụ tròn hoặc đưa hệ

số hiệu chỉnh độ dốc vào tính toán sức chịu tải giới hạn của nền (VD: công thức Vesie’);

+ Nếu CT XD trên nền có đá gốc nghiêng: đánh giá ổn định theo phương pháp mặt trượt phẳng định trước là các mặt phân chia đất – đá Lưu ý: phải xác định được mặt trượt qua khảo sát cấu trúc địa tầng

* Nếu CT XD chịu tải trọng ngang lớn: có thể xảy ra mất ổn định do trượt phẳng theo đáy

móng hoặc bị lật quanh mép móng

- Kiểm tra trƣợt phẳng theo đáy móng:

Tgi: tổng tải trọng chống trượt tại mức đáy móng;

Ttr: tổng tải trọng gây trượt

- Kiểm tra lật quanh mép móng:

Mgi: tổng mômen chống trượt đối với tâm quay;

Mtr: tổng mômen gây trượt đối với tâm quay

IV Tính toán thiết kế kết cấu móng

- Kết cấu móng phải được thiết kế thỏa mãn TTGH về cường độ đối với vật liệu móng: max  R + max: ứng suất lớn nhất trong móng, max = {max, kc, k};

+ R: cường độ cho phép tương ứng với sự phá hoại của ứng suất, R = {Rc, Rbt}

* Thông số ban đầu:

- Kích thước đáy móng (l*b/ b);

- Tải trọng {No, Mo, Qo}  phản lực nền r;

- lc, bc: kích thước cột ở mức đỉnh móng; bt: bề dày tường ở mức đỉnh móng;

- Vật liệu móng: Cấp độ bền bêtông; Cường độ cốt thép

1 Thiết kế chiều cao móng đơn: Vật liệu móng có thể bị phá hoại “chọc thủng” do ứng suất tiếp

(ứng suất cắt) hoặc bị phá hoại “ép thủng” (đâm thủng) do ứng suất kéo chính vượt quá cường độ

tương ứng

a Theo sơ đồ phá hoại do ứng suất cắt (“chọc thủng”

quanh cột): chiều cao móng phải thỏa mãn:

Nott: tải trọng tính toán tác dụng lên móng;

uc: chu vi cột ở mức đỉnh móng, uc = 2(lc + bc);

Fc: diện tích tiết diện cột ở mức đỉnh móng, Fc = lc.bc;

Fxq: diện tích xung quanh lăng thể phá hoại, Fxq = uc.ho;

rtb: phản lực trung bình của đất lên móng;

ho: chiều cao làm việc của móng, ho = h – ao;

ao: khoảng cách từ mép chịu kéo (đáy móng) đến trọng tâm của cốt thép;

Rc: cường độ chịu cắt của bêtông, lấy theo cấp độ bền của bêtông

b Theo sơ đồ phá hoại do ứng suất kéo chính (“ép thủng” hay “đâm thủng”):

* Cách 1:

- Móng chịu tải đúng tâm:

Chiều cao móng thỏa mãn điều kiện:

: hệ số phụ thuộc vào loại bêtông,  = 1 với BT nặng;

Rbt (Rk): Cường độ chịu kéo tính toán của bêtông;

ho: Chiều cao làm việc của móng;

utb: Giá trị trung bình số học của chu vi phía trên và phía

dưới của tháp đâm thủng,

29

- Móng chịu tải lệch tâm:

Chiều cao móng thỏa mãn điều kiện:

=



45cos

Nott: tải trọng tính toán tác dụng lên móng;

Fk: diện tích xung quanh của lăng thể ép thủng trên đó tồn tại ứng suất kéo chính;

N*: phản lực của đất trong phạm vi đáy lăng thể ép thủng, N* = rtb.Fđt

Fđt: diện tích đáy tháp đâm thủng;

rtb: phản lực trung bình của đất lên móng

+ Trường hợp Fđt nằm gọn trong đáy móng: (lc + 2ho < l

và bc + 2ho < b)

Fđt = (lc + 2ho).(bc + 2ho)

Fk = 2 ho[2(lc + ho) + 2(bc + ho)] = 2 2 ho(lc + bc + 2ho)

Thay vào biểu thức kc ta có:

l dt

+ Trường hợp Fđt không nằm gọn trong đáy móng

(lc + 2ho < l và bc + 2ho b): Chỉ cần kiểm tra về phía

- Trường hợp Fđt trùm lên phạm vi đáy móng: lc + 2ho l và bc + 2ho b: kc = 0 

2 Thiết kế chiều cao móng băng

a Theo sơ đồ phá hoại do ứng suất cắt (“chọc

thủng” quanh tường): chiều cao móng phải thỏa

max r min

r

tb r t b

b Theo sơ đồ phá hoại do ứng suất kéo chính

* Cách 1: Chiều cao móng thỏa mãn điều kiện:

max r min

r

tb r

t b

dt b

dt b

dt r

31

IV.3.Tính toán cốt thép móng

* Tính mômen tại tiết diện nguy hiểm nhất, từ đó người ta tính toán cốt thép theo công thức:

As (Fa): hàm lượng cốt thép; Rs: cường độ chịu kéo của cốt thép

- Có hàm lượng As, từ đó chọn đường kính cốt thép , khoảng cách cốt thép a (nên chọn chẵn đến 5mm), số lượng thanh thép na

- Cách biểu diễn: na (10 16); naa (10 16a150) hoặc a (10a150)

a Tính toán cốt thép cho móng đơn

- Tính cốt thép theo phương cạnh dài:

Mômen tại tiết diện I – I: MI

rng = rmin + (rmax – rmin)

max r min

r

tb r

b Tính toán cốt thép cho móng băng

- Tính cốt thép theo phương cạnh ngắn:

Mômen tại tiết diện I – I:

rng = rmin + (rmax – rmin)

max r min

r

tb r

t b

b

1 ®vÞ cdµ i

I I

b'

max r ng

r

r

o M

§4 Tính toán thiết kế móng nông mềm

33

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

§1 Khái niệm về nền đất yếu và xử lý nền đất yếu

I Khái niệm chung

I.1 Khái niệm về nền đất yếu

* Đất yếu khi XD có thể gây hậu quả bất lợi, không thỏa mãn các TTGH:

- CT bị mất ổn định do cường độ thấp;

- Lún nhiều, lún kéo dài hoặc nghiêng vượt qua giới hạn cho phép

Ngoài ra, lún lệch quá nhiều có thể làm cho cường độ kết cấu bị vi phạm

* Khái niệm “Đất yếu” chỉ mang khái niệm tương đối vì “phẩm chất XD” của đất = f(bản chất

tự nhiên của đất, vào tải trọng)

* Đất yếu thường gặp chủ yếu do bản chất của đất gồm các loại sau:

- Bùn các loại (đất dính ở trạng thái chảy: W > Wch hay B > 1):

- Tăng SCT của đất (tăng , , c);

- Giảm tính nén lún của đất (giảm Vr trước khi chịu tải);

- Tăng nhanh tốc độ cố kết (rút ngắn thời gian lún)

Lưu ý: Khi xử lý nền, ngoài mục đích chính được cải thiện thì các mục đích khác cũng được cải

thiện

* Biện pháp xử lý nền chia làm 3 loại:

- Biện pháp cơ học: làm chặt bằng đầm, làm chặt bằng chấn động, làm chặt bằng các loại cọc, thay đất, nén trước…

- Biện pháp vật lý: hạ mực nước ngầm, làm giếng cát, bấc thấm…

- Biện pháp hóa học: phương pháp keo bằng ximăng, silicát hóa…

II Các biện pháp xử lý nền làm tăng cường độ

* Cường độ của nền tăng đồng biến với , , c  để tăng cường độ của nền phải tăng , , c

* Các biện pháp xử lý nền sau đây có thể áp dụng:

- Thay đất: đất yếu bên trên có chiều dày không lớn  bóc bỏ và thay toàn bộ bằng đất tốt Đất thay: cát sạch hạt trung trở lên hoặc vật liệu tương đương, đầm đến chặt vừa trở lên  đất mới có ,  lớn (tăng cường độ), đồng thời hệ số rỗng nhỏ (giảm lún)

- Đệm cát: đất yếu bên trên tương đối dày: thay một phần đất yếu bằng đất tốt

- Bệ phản áp: tăng hm bằng cách đắp thêm 2 bên móng trên toàn bộ phạm vi lăng thể trượt có thể xảy ra  tạo ra áp lực phủ nhân tạo (chiều sâu chôn móng nhân tạo)  tăng cường độ của đất

- Đưa vào trong đất các chất kết dính vô cơ dạng bột hoặc vữa như vôi, ximăng, thủy tinh lỏng

silicat  tăng lực dính đơn vị chung của đất do các hạt được liên kết hóa cứng với nhau, giảm Vr 

tăng cường độ và giảm độ lún

+ Trộn thành dạng cọc: cọc vôi – đất / cọc vôi – đất – XM;

+ Bơm dạng vữa để ngấm vào đất: vữa ximăng, thủy tính lỏng

III Các biện pháp xử lý nền làm giảm độ lún chung

* Lún của nền chủ yếu do giảm Vr khi chịu tải trọng CT

Khả năng giảm Vr của đất = f(eo, Cc)  để giảm lún người ta làm giảm eo trước khi XD CT

* Các biện pháp xử lý nền giảm độ lún chung:

- Đầm nén: đầm trực tiếp bề mặt là một giải pháp đơn giản Hạn chế: tải trọng đầm chỉ tác động

lên nền đất trong thời gian ngắn và chỉ ảnh hưởng đến một độ sâu nhất định

- Nén chặt đất theo phương ngang: đưa các dạng cọc vào đất theo phương đứng (cọc cát, cọc

BTCT xử lý nền, cọc gỗ, cọc cừ, cọc tràm, cọc tre…)  đất bị chèn ép ra xung quanh làm Vr của đất giảm  giảm lún

“Cọc cát” được dùng phổ biến vì tính hiệu quả xử lý đồng thời giải quyết tốt tốc độ lún cũng như cường độ (đưa cát vào trong đất làm tăng góc ma sát trong chung của nền); giá thành hợp lý

- Gia tải trước: dùng vật liệu tạo ra tải trọng tĩnh duy trì trong thời gian đủ dài trên toàn bộ diện

tích XD  giảm hệ số rỗng  đất bị nén chặt, được cố kết đến một mức độ nào đó trước khi thực sự chịu tác động của CT

+ Gia tải trước làm cho đất nền “quá cố kết”, chỉ số nén của đất khi chịu tác dụng tải trọng CT sẽ giảm từ giá trị nguyên thủy Cc về giá trị nén lại Cr << Cc, đồng thời eo của đất cũng giảm đáng kể + Để giảm bớt thời gian chờ đợi, người ta kết hợp gia tải trước với “cọc cát nén chặt” hoặc

“giếng cát” cố kết nền

IV Các biện pháp xử lý nền làm tăng tốc độ lún

* Độ lún của nền tại một thời điểm bất kỳ: S(t) = U(t).S

- S: độ lún cuối cùng của nền, S = f(tính chất biến dạng của nền; tải trọng CT)

35

- U(t): độ cố kết chung của nền tại thời điểm t, U(t) = f(khả năng thoát nước của đất: kv, kh; chiều dài đường thoát nước từ trong đất ra ngoài cùng ảnh hưởng của tải trọng)

- Việc tăng tốc độ lún thường hướng tới giảm chiều dài đường thoát nước

Để rút ngắn thời gian chờ, thường kết hợp gia tải trước vượt quá tải trọng dự kiến của CT

* Các biện pháp xử lý nền làm tăng tốc độ lún:

- Rút ngắn chiều dài đường thoát nước theo phương đứng: tạo ra trên bề mặt đất tự nhiên một

lớp vật liệu nhân tạo có khả năng thoát nước tốt (biên thoát nước đứng nhân tạo)

- Rút ngắn chiều dài thoát nước theo phương ngang: sử dụng vật thoát nước thẳng đứng (cát

đưa vào dưới dạng cọc – “giếng cát” hoặc “bấc thấm”) tạo ra biên thoát nước ngang

- Sử dụng cả 2 giải pháp trên kết hợp với gia tải trước hoặc gia quá tải: Tải trọng gia tải trước

có thể là vật liệu đắp hoặc áp lực chân không

§2 Tính toán thiết kế đệm cát

I Khái niệm

a Nguyên lý

b Phạm vi áp dụng

* Đệm cát được dùng xử lý nền đất yếu trong trường hợp lớp đất yếu nằm trên lớp đất tốt:

- Nếu chiều dày h y nhỏ: đào bỏ toàn bộ đất yếu và thay vào đất tốt: “thay đất”

- Nếu chiều dày h y tương đối lớn: đào bỏ một phần đất yếu và thay vào đó đất tốt: “đệm cát”

- Vật liệu: cát hạt trung trở lên được đầm đến chặt vừa trở lên

- Nếu dùng cát hạt trung làm vật liệu thay và đầm đến độ chặt tương đối D  0,65 thì khi thiết kế

có thể chọn sơ bộ các đặc trưng cơ – lý như sau để tính toán:

- Đào bỏ lớp đất yếu đến độ sâu thiết kế (hm + hđ);

- Rải vải địa kỹ thuật (VĐKT): rải tối thiểu 1 lớp VĐKT có tác dụng ngăn cách đệm cát và đất yếu; tạo điều kiện thuận lợi cho việc đầm nén đệm cát, để đệm cát ổn định