Giáo trình nền và móng, đại học công nghệ gtvt chương 2 móng nông

Trong lý thuyết tính toán sức kháng sức chịu tải của đất nền, theo Terzaghi thì khi Df/B ≤1,0 được coi là móng nông.. Theo độ cứng của móng a Móng cứng Móng có độ cứng lớn, dưới tác dụn

Giáo trình nền và móng, đại học công nghệ gtvt

Chương 2 MÓNG NÔNG

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG

2.1.1 Khái niệm

Hình 2.1 Móng nông

Móng nông là móng có được sức chịu tải bằng cách truyền tải trọng trực tiếp tới lớp đất hay

đá tại chiều sâu nông (Hình 1)

Chiều sâu chôn móng Df (chiều sâu nông) thông thường từ 3÷ 5m Chiều sâu chôn móng Dfđược tính từ cao độ mặt đất thiên nhiên hoặc đường tự nhiên sâu xói ( xói chung và xói cục bộ)đến cao độ đặt đáy móng

Trong lý thuyết tính toán sức kháng (sức chịu tải) của đất nền, theo Terzaghi thì khi Df/B

≤1,0 được coi là móng nông

 Ưu điểm của móng nông

- Hình dạng, cấu tạo đơn giản, với móng trụ mố cầu thường chọn hình chữ nhật

- Biện pháp thi công đơn giản, có thể dùng biện pháp thi công thủ công hoặc cơ giới tùythuộc vào địa hình và chi phí xây dựng

 Nhược điểm của móng nông

- Móng có chiều sâu chôn móng nhỏ, do vậy độ ổn định của móng nông về lật, trượt là kémkhi chịu mômen và lực ngang tác dụng

- Ở các lớp đất phía trên có sức chịu tải không lớn (trừ khi lớp đá gốc gần mặt đất) nên sứcchịu tải nền đất là không cao và do đó móng nông chỉ chịu được tải trọng công trình nhỏ

- Trong trường hợp mực nước mặt nằm sâu thì phương án thi công tương đối phức tạp dophải tăng chiều dài cọc ván và các công trình phụ trợ khi thi công

2.1.2 Phân loại móng nông

2.1.2.1 Phân loại theo vật liệu

a) Móng đá xây

Móng đá xây phải được thi công từ dưới lên trên và khả năng tạo hình của đá xây là kém nêncũng làm kéo dài thời gian thi công, giảm hiệu quả kinh tế (Hình 2) Móng đá xây ít được sửdụng trong công trình cầu đường có yêu cầu về thời gian ngắn và chất lượng công trình cao

Có các ưu điểm của móng bê tông, đồng thời có khả năng chịu kéo tốt Hiện tại loại móngnày được áp dụng phổ biến và rộng rãi nhất do tính thích ứng trong thi công và khả năng chịu tảitốt (Hình 4).

Hình 2.4 Móng bê tông cốt thép

2.1.2.2 Phân loại theo kích thước móng

a) Móng đơn: Móng đơn là loại móng có cả ba kích thước (chiều dài, chiều rộng, chiều cao)không chênh lệch nhau nhiều (Hình 5)

Hình 2.5 (a) Móng đơn dưới cột, (b) Móng băng dọc, (c) Móng băng giao nhau,

(d) Móng bè có sườn ngang dọc.

b) Móng băng: Móng băng là móng có chiều dài lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng

và chiều dày (Hình 6; 7)

Hình 2.6 Móng băng dưới tường

Hình 2.7 Móng băng dưới cột

Móng bè:

Móng bè là loại móng có chiều dài và chiều rộng đều lớn hơn rất nhiều so với chiều dày(Hình 8)

Hình 2.8 Móng bè.

2.1.2.3 Theo độ cứng của móng

a) Móng cứng

Móng có độ cứng lớn, dưới tác dụng

của tải trọng công trình móng biến dạng

nhỏ có thể bỏ qua, sự phân bố ứng suất

dưới đáy móng có thể coi là tuyến tính

Móng có độ cứng hữu hạn, dưới tác dụng của tải trọng công trình móng biến dạng đáng kể,

sự phân bố ứng suất dưới đáy móng là phi tuyến (Hình 10)

Hình 2.10 Móng mềm

Móng được coi là mềm khi: Độ cứng của móng với đất nền thỏa mãn điều kiện

t =

trong đó:

Eb: mô đun đàn hồi của bê tông;

E0: mô đun biến dạng của đất;

L: chiều dài móng;

B: chiều rộng móng;

H: chiều cao móng

Các loại móng mềm:

+ Móng băng dưới hàng cột (băng dọc hoặc giao nhau);

+ Móng bản dưới hàng cột, âu tàu thuyền, đáy bệ

2.1.2.4 Theo vị trí tác dụng của tải trọng

Móng có tải trọng tác dụng đúng tâm (Hình 11a): điểm đặt của tải trọng nằm trọng tâm củamóng

Móng có tải trọng tác dụng lệch tâm (Hình 11b): điểm đặt của tải trọng nằm lệch khỏi trọngtâm móng, điểm đặt tải trọng càng xa trọng tâm thì lệch tâm càng lớn

Hình 2.11 (a) Tải trọng tác dụng đúng tâm; (b)Tải trọng tác dụng lêch tâm

Móng có tải trọng ngang lớn thường xuyên: ví dụ khi mố cầu có chiều cao lớn thì áp lực đấtphía sau móng sinh ra lực ngang lớn tác dụng lên móng

Lưu ý: Khi tải trọng tác dụng lệch tâm phải thiết kế lại hình dạng của móng để tải trọng tác dụng

không nằm ngoài lõi móng

2.2 CẤU TẠO MÓNG NÔNG

EL2 : Cao độ đáy móng

Cao độ đặt móng phụ thuộc vào địa chất nền bên dưới, khả năng xói lở của lòng sông, yêu cầu mỹ quan đối với công trình và khu vực xây dựng Tuy nhiên ta có thể căn cứ vào việc thỏa mãn chủ yếu các yêu cầu sau đây:

- Đáy móng phải được đặt vào tầng đất tốt, có khả năng chịu tải, ít lún, tầng đất có địa tầng

ổn định không trượt lở Thông thường có thể đặt móng vào sâu tầng đất tốt từ 0,5÷1,0m Đặc biệtkhi móng đặt trên nền đá, phải đào bỏ lớp đá phong hóa bên trên và đặt móng vào tầng đá gốc

- Cao độ đỉnh móng nên nằm dưới mặt đất thiên nhiên, hoặc chiều sâu sau xói (EL0 - EL1) ≥0,5m nhằm đảm bảo tính mỹ quan, tăng diện tích mặt bằng sử dụng phía trên đài móng, đảm bảođài móng không cản trở dòng chảy gây xói lở cục bộ tại vị trí móng

 Kích thước móng

Khi móng có diện tích đáy móng (diện tích có hiệu B’xL’) lớn, sức kháng của đất nền tănglên, độ lún nhỏ đi Vì vậy việc lựa chọn kích thước móng phù hợp sao sức kháng của đất nền phùhợp với tải trọng công trình, đồng thời lún do nó gây ra phải nằm trong giới hạn cho phép củacông trình Việc lựa chọn kích thước móng phải căn cứ vào rất nhiều thông số, có thể phải lặp đilặp lại nhiều lần để có phương án phù hợp

Kích thước của móng (BxL) phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Hình dạng, kích thước kết cấu phần trên;

- Sức kháng đỡ của đất nền, độ lún cho phép của công trình;

- Độ lớn, độ lệch tâm của tải trọng công trình truyền xuống;

- Vật liệu xây dựng móng;

- Hiện trạng khu vực xây dựng

32@150=4800 100

Hình 2.13 Ví dụ về bố trí cốt thép cho bệ móng trụ cầu trên nền đá

Chiều cao của bệ móng (h):

- Chiều cao bệ móng được quy định phụ thuộc vào độ lớn của tải trọng và phải đảm bảomóng chịu được mômen uốn, chống đâm thủng do cột cũng như đủ chiều sâu chôn đểmóng ổn định

- Chiều cao bệ móng bê tông cốt thường có giá trị:

 1.0 – 1.5m với móng công trình chịu tải trọng nhỏ;

 1.5 – 2.0m với móng công trình chịu tải trọng trung bình;

 2.0 – 3.0m với móng công trình chịu tải trọng lớn

2.3 SỨC KHÁNG ĐỠ (SỨC CHỊU TẢI) CỦA MÓNG NÔNG

2.3.1 Các dạng phá hoại của đất nền dưới móng nông

Các dạng phá hoại của móng nông: Khi Terzaghi phát triển công thức xác định sức chịu tải,tác giả chỉ tính cho trường hợp phá hoại tổng quát Vesic (1973) tiến hành thí nghiệm cho móngtròn trên đất cát thấy rằng dạng phá hoại phụ thuộc vào độ chặt tương đối Id (Dr)và tỷ số Df/B*(Hình 14) Trong đó:

- B* = B: Khi đáy móng có dạng hình tròn hoặc vuông;

- : Khi đáy móng có dạng hình chữ nhật

Hình 2 .14 Các dạng phá

hoại phụ thuộc vào độ chặt của nền đất và độ sâu chôn móng

Các dạng phá hoại của đất nền dưới móng nông (Hình 15) như sau:

- Dạng phá hoại tổng quát thường chỉ xảy ra với cát ở trạng thái chặt (Id>0,67);

- Khi đất rời ở trạng thái chặt vừa (0,3 < Id< 0,67) thường xảy ra dạng phá cục bộ;

- Khi đất rời ở trạng thái rời rạc (Id < 0,3) thường xảy ra dạng phá xuyên xuống.

Phá hoại tổng quát Phá hoại cục bộ Phá hoại xuyên xuống

Hình 2.15 Các cơ chế phá hoại của móng nông

Không có lời giải cho dạng phá hoại xuyên thủng hay cục bộ tuy nhiên với hai dạng nàythường được kiểm toán theo hai cách:

- Kiểm toán như thông thường và khống chế độ lún của nền, khi khống chế lún xem nhưkhông cho phá hoại cục bộ hay xuyên xuống xảy ra;

- Chiết giảm các chỉ số sức kháng cắt của đất khi tính toán sức kháng đỡ qult của nền, thườnglấy c’=0,67.c; φ’=arctg(0.67tgφ)

2.3.2 Sức kháng đỡ theo Terzaghi

Nhiều phương pháp cân bằng giới hạn được sử dụng để xác định sức chịu tải của móng nông,nhưng kết quả của Terzaghi (1943) là được áp dụng rộng rãi hơn cả Phương pháp này sử dụngcác giả thiết sau đây:

 Độ sâu chôn móng nhỏ hơn bề rộng của móng (Df ≤ B);

 Đáy móng đủ nhám để không có sự trượt giữa móng và đất;

 Đất dưới móng là đồng nhất, xem là bán không gian vô hạn;

 Sức kháng của đất được xác định theo độ bền của Coulomb

 Quá trình trượt dưới đáy móng theo dạng trượt chung (Hình 16)

 Móng là rất cứng so với đất

 Đất nằm phía trên đáy móng xem như không có cường độ và chỉ xem như tải trọng hông

 Tải trọng tác dụng là tải trọng nén và thẳng góc tại trọng tâm đáy móng

Terzaghi xem xét 3 vùng trong đất nền (Hình 16), vùng nêm ngay dưới đáy móng di chuyểncùng với móng như một cố thể Vùng trượt quạt có dạng hàm loga, và cuối cùng là vùng trượt ởtrạng thái bị động phía ngoài cùng

Do không xét đến cường độ của đất từ đáy móng trở lên mà chỉ thay thế nó bằng tải trọnghông, sức chịu tải theo Terzaghi là thiên về an toàn, hơn nữa nó chỉ giới hạn cho móng nông (Df

≤ B)

Hình 2.16 Dạng phá hoại tổng quát theo Terzaghi

Từ cơ sở trên Terzaghi đưa ra sức chịu tải cho các loại móng nông như sau:

qgiới hạn : sức chịu tải giới hạn

c’: lực dính đơn vị có hiệu cho đất dưới đáy móng (khi phân tích theo ứng suất tổng dùng c);

’: góc nội ma sát có hiệu cho đất nền dưới đáy móng (khi phân tích theo ứng suất tổng dùng

Các hệ số sức chịu tải của Terzaghi tính theo các công thức sau (khi ≠0)

(2.4)

(2.5)

(2.6)Các giá trị hệ số sức chịu tải phụ thuộc vào góc nội ma sát trong được thể hiện như trong Hình.17

Hình 2.17 Hệ số sức chịu tải phụ thuộc vào góc nội ma sát

2.3.3 Sức kháng đỡ theo Meyerhof

Meyerhof (1963) đã phát triển bài toán xác định sức chịu tải của Terzaghi cho các móng có

hình dạng và điều kiện chịu tải khác nhau Meyerhof chỉ ra rằng hệ số sức kháng Nc và Nq khôngthay đổi nhiều, tuy nhiên hệ số N thay đổi nhiều như sau:

qult= c’Ncscdcic + qNqsqdqiq + 0,5’BNsdi

(2.7)trong đó:

Các hệ số về hình dạng, độ sâu và độ nghiêng của tải trọng theo Meyerhof được trình bày nhưtrong Bảng 1

Bảng 2.1 Các hệ số về hình dạng, độ sâu và độ nghiêng theo tải trọng

Hệ số về hình dạng

Cho bất kỳ ’

Cho ’> 10 Cho ’= 0

Hệ số về độ sâu móng

Cho bất kỳ ’

Cho ’> 10 Cho ’= 0

Số liệu khảo sát nền

Các tiêu chuẩn thiết kế

Nền: Thiên nhiên, xử lý nhân tạo

Móng:móng cứng; móng mềm

Móng đơn, băng, bè

Cốt thép;

cường độ cốt thép

Bê tông móng, bê tông lót

Lớp bê tông bảo vệ

BxLMóng băng

BxLxhMóng đơn

BxLxhMóng bè

Khả năng chịu tải của nền

Độ lún của nền

Ổn định (lật, trượt)

Kiểm tra chiều cao

chống đâm thủng

Khả năng chịu uốn

Khả năng chịu cắt

2.4.2 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ (TTGHCĐ)

2.4.2.1 Kiểm toán sức kháng của nền đất dưới đáy móng

V: Tổng hợp tải trọng theo phương đứng được tổ hợp theo THCĐ;

qR: sức kháng đơn vị tính toán của nền;

qult : sức kháng đơn vị danh định của nền;

A’: diện tích móng hữu hiệu;

 : hệ số sức kháng lấy theo (bảng 10.5.5-1 tiêu chuẩn 22TCN272-05)

Bảng 2.2 Các hệ số sức kháng  theo trạng thái giới hạn cường độ cho các móng nông.

0,45 0,55

0,35 0,45 Sét

Phương pháp bán thực nghiệm dùng số liệu CPT Phương pháp hợp lý

dùng sức kháng cắt đo được trong phòng thí nghiệm

0,50

dùng sức kháng cắt đo được trong thí nghiệm cắt cánh hiện trường

dùng sức kháng cắt ước tính từ số liệu CPT

0,6 0,6 0,5

Bê tông đổ tại chỗ trên cát

trượt trên đất sét được khống chế bởi cường độ của đất sét khi lực cắt của đất sét nhỏ hơn 0,5 lần ứng suất pháp, và được khống chế bởi ứng suất pháp khi cường độ kháng cắt của đất sét lớn hơn 0,5 lần ứng suất pháp (xem Hình 1, được phát triển cho trường hợp trong đó có ít nhất 150mm lớp vật liệu hạt đầm chặt dưới đáy móng)

Đất sét (khi sức kháng cắt nhỏ hơn 0,5 lần áp lực pháp tuyến)

dùng sức kháng cắt đo được trong phòng thí nghiệm dùng sức kháng cắt đo được trong thí nghiệm hiện trường dùng sức kháng cắt ước tính từ số liệu CPT

Đất sét (khi sức kháng cắt lớn hơn 0,5 lần áp lực pháp tuyến)

0,8 0,8

0,85 0,85

0,80 0,85

Áp lực đất bị động thành phần của sức kháng trượt 0,50

ổn đinh chung

Đánh giá ổn định tổng thể và sức kháng đối với dạng phá hoại sâu của các móng nông đặt trên hoặc gần sườn dốc khi các tính chất của đất hoặc đá và mực nước ngầm dựa trên các thí nghiệm trong phòng hoặc hiện trường

0,90

 Khi móng chịu tải trọng lệch tâm

Giả sử móng chịu tác dụng của tải trọng lệch tâm theo phương B là eB và theo phương L là eLnhư Hình 18 Sức kháng đỡ danh định đơn vị trên diện tích hữu hiệu phải được giả định là đều.Trọng tâm của diện tích hữu hiệu chiết giảm phải là đồng tâm với tải trọng tác dụng thẳng đứng.Khi đó diện tích móng hữu hiệu: A’ = B’ x L’

trong đó:

B’ = B – 2eB

L’ = L -2eL

Chiều rộng của móng hữu hiệu B’ = min{B’; L’} và chiều dài L’= max{B’; L’}

a) Trường hợp lệch tâm một trục b) Trường hợp lệch tâm hai trục

Hình 2.18 Diện tích chịu tải có hiệu

Khi tải trọng lệch tâm so với trọng tâm của đế móng, phải dùng diện tích hữu hiệu chiếtgiảm, B’ x L’ nằm trong giới hạn của móng trong thiết kế địa kỹ thuật cho lún hoặc sức kháng

đỡ Đồng thời kích thước móng hữu hiệu L’ và B’ phải được dùng thay thế cho kích thước toàn

bộ L và B trong tất cả các phương trình, bảng và các hình vẽ liên quan đến khả năng chịu tải

a) Sức kháng đỡ danh định trong đất sét bão hoà

Sức kháng đỡ danh định của đất sét bão hoà (MPa) được xác định từ cường độ kháng cắtkhông thoát nước có thể lấy theo công thức (10.6.3.1.2b-1) như sau:

trong đó:

c = Su : cường độ kháng cắt không thoát nước (MPa)

Ncm, Nqm : các hệ số sửa đổi khả năng chịu lực hàm của hình dạng đế móng, chiều sâu chôn móng, độ nén của đất và độ nghiêng của tải trọng;

 : khối lượng thể tích (dung trọng) của đất sét (kg/m3)

Df : chiều sâu chôn tính đến đáy móng (mm)

Vậy để có thể tính ra được sức kháng đỡ danh định của đất sét bão hòa ta cần tìm các thông

số trong công thức (2.10)

Ta tính các hệ số khả năng chịu tải Ncm và Nqm như sau:

- Đối với Df/B  2.5; B/L  1 và H/V  0.4

(2.11)

- Đối với Df /B 2.5 và H/V  0.4

(2.12)

Nc : 5.0 dùng cho phương trình 2 trên nền đất tương đối bằng

: 7.5 dùng cho phương trình 3 trên nền đất tương đối bằng: Ncq theo hình 2.14 đối với móng trên hoặc liền kề mái dốc

Nqm: 1.0 cho đất sét bão hoà và nền đất tương đối bằng

: 0.0 cho móng trên hoặc liền kề mái đất dốc

H : thành phần nằm ngang không có hệ số của các tải trọng xiên (N)

V : thành phần thẳng đứng chưa nhân hệ số của các tải trọng xiên (N)

Trong hình 19 phải lấy số ổn định Ns như sau:

- Đối với B < Hs

Ns = 0

(2.13)

- Đối với B  Hs

Ns = [g Hs/c] x 10-9

(2.14)trong đó:

B : chiều rộng móng (mm)

L : chiều dài móng (mm)

Hs : chiều cao của khối đất dốc (mm)

Khi móng đặt lên nền đất dính 2 lớp theo chế độ chịu tải không thoát nước, có thể xácđịnh khả năng chịu tải danh định theo phương trình (2.10) với các giải thích như sau:

c1 : cường độ cắt không thoát nước của lớp đất trên đỉnh được cho trong hình 15(MPa)

Ncm = Nm : hệ số khả năng chịu tải theo quy định dưới đây

trong đó:

(2.16)

k : c1/c2

c1 : cường độ chịu cắt của lớp đất trên (MPa)

c2 : cường độ chịu cắt của lớp đất dưới (MPa)

HS2 : khoảng cách từ đáy móng đến đỉnh của lớp thứ hai (mm)

sc : 1.0 Đối với các móng liên tục

Đối với móng chữ nhật với L < 5B

(2.17)

c1 : cường độ chịu cắt không thoát nước của lớp đất trên cùng;

q2 : khả năng chịu tải cực hạn của móng áo có cùng kích thước và hình dạng củamóng nhưng tựa lên bề mặt của lớp thứ hai (nằm dưới) của nền có hai lớp (MPa);

: góc nội ma sát tại ứng suất hữu hiệu của lớp đất trên cùng (độ);

H : tải trọng ngang không có hệ số (N);

HS : chiều cao của khối đất dốc (mm);

V : tải trọng thẳng đứng chưa nhân hệ số (N)

Hình 2.19 Các hệ số khả năng chịu tải được cải tiến dùng cho các móng trong đất dính và trên

nền đất dốc hoặc kề giáp nền đất dốc theo MEYERHOF (1957).

Hình 2.20 Địa tầng hai lớp