2 - Chuong 1- Mong nong (272-05) 2009 unicode.doc

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

Chương 1

MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ THIẾT KẾ MÓNG NÔNG BÀI 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÓNG NÔNG

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÓNG NÔNG

(C§§B) (MNTN)

Hình 12 -Toàn cảnh trụ cầu dạng móng nông

Móng nông là loại móng có chiều sâu chôn móng (h) nhỏ hơn 5 ~6 m Chiều sâu h có thể

được tính từ mặt đất hoặc từ MNTN đến đáy móng

Móng nông có hình dạng kết cấu đơn giản, với móng trụ mố cầu thường chọn hình chữ nhật hoặc hình vuông, biện pháp thi công tương đối dễ dàng và thông thường thì móng nông có chi phí rẻ

Tuy nhiên, móng nông có một số nhược điểm như: do chiều sâu chôn móng nhỏ, nên độ ổn

định về lật, trượt của móng nông kém (chịu mômen và lực ngang) Ở các lớp đất phía trên có sức chịu tải không lớn (trừ khi lớp đá gốc gần mặt đất) nên sức chịu 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 do phải tăng chiều dài cọc ván và các công trình phụ trợ khi thi công

II PHÂN LOẠI MÓNG NÔNG

1 Theo vật liệu làm móng

Móng đá xây giống như móng gạch xây, móng đá xây phải được thi công từ dưới lên trên và

khả năng tạo hình của đá xây là kém nên cũng làm kéo dài thời gian thi công, giảm hiệu quả kinh tế Móng đá xây ít được sử dụng trong công trình cầu đường có yêu cầu về thời gian

ngắn và chất lượng công trình cao Móng bêtông có khả năng tạo hình tốt, thời gian thi công nhanh Khả năng chịu nén tốt nhưng khả năng chịu kéo rất kém Móng bêtông cốt thép có các

ưu điểm của móng bê tông, đồng thời có khả năng chịu kéo tốt Hiện tại loại móng này được

áp dụng phổ biến và rộng rãi nhất do tính thích ứng trong thi công và khả năng chịu tải tốt

2 Theo kích thước móng

Móng đơn là loại móng có cả ba kích thước (chiều dài, chiều rộng, chiều cao) đều nhỏ Móng băng là móng có chiều dài lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng và chiều dày Móng bè (móng

bản ) là loại móng có chiều dài và chiều rộng đều lớn hơn rất nhiều so với chiều dày

4 Theo vị trí tác dụng của tải trọng

Móng có tải trọng tác dụng đúng tâm điểm đặt của tải trọng nằm trọ tâm của móng Móng có tải trọng tác dụng lệch tâm điểm đặt của tải trọng nằm lệch khỏi trọng tâm móng, điểm đặt

tải trọng càng xa trọng tâm thì lệch tâm càng lớn Móng có tải trọng ngang lớn thường

xuyên ví dụ khi mố cầu có chiều cao lớn thì áp lực đất phía sau ongsinh ra lực ngang lớn tác

dụng lên móng

5 Theo biện pháp thi công

Phương pháp thi công tại chỗ có ưu điểm tận dụng được nhân công Tạo ra khối bê tông

móng có tinh liên tục và dễ dàng khắc phục những sai số trong thi công Không đỏi hỏi kỹ

thuật thi công quá cao và chính xác Nhược điểm của phương pháp này là thời gian thi công

lâu, dẫn đến chịu ảnh hưởng của yếu tố thiên nhiên Chất lượng bêtông không tốt bằng phương pháp lắp ghép do diều kiện bảo dưỡng tại hiện trường không đảm bảo như trong nhà xưởng Cần nhiều thiết bị và máy móc phụ trợ trong khi thi công dẫn đến tăngchi phí

Phương pháp thi công lắp ghép có ưu điểm thời gian thi công nhanh và việc đúc bê tông

không cần đòi hỏi phải trình tự, cho nên rút ngắn được thời gian thi công công trình Chất lượng bê tông đảm bảo do được bảo dưỡng trong nhà xưởng Giảm được số lượng thiết bị và

vật liệu phục vụ cho thi công do đó giảm được chi phí Tuy nhiên nhược điểm của phương

pháp này là chất lượng mối nối thi công, các mặt cắt nối là nơi xung yếu Yêu cầu khi đúc sẵn phải đảm bảo chính xác thì mới lắp ráp được Khối bê tông móng là kém đồng nhất

BÀI 2 CẤU TẠO MÓNG NÔNG

Những vấn đề về kết cấu, thuỷ lực và địa kỹ thuật của thiết kế móng phải được phối hợp và phân biệt giải quyết trước khi duyệt thiết kế sơ bộ

Những hậu quả của sự thay đổi điều kiện của móng do tác dụng của lũ thiết kế cho xói phải được xét đến ở trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử dụng Những hậu quả của sự thay đổi điều kiện của móng do tác dụng của lũ kiểm tra xói cầu phải được xét đến ở trạng thái giới hạn đặc biệt Xói ở móng cầu được nghiên cứu cho 2 điều kiện (Điều 3.7.5):

Lũ thiết kế xói: Vật liệu đáy sông trong lăng thể xói ở phía trên đường xói chung

được giả định là đã được chuyển đi trong các điều kiện thiết kế Lũ thiết kế do mưa kèm triều dâng hoặc lũ hỗn hợp thường nghiêm trọng hơn là lũ 100 năm hoặc

lũ tràn với chu kỳ tái xuất hiện nhỏ hơn Các trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới sử dụng phải áp dụng cho điều kiện này

Lũ kiểm tra xói: ổn định móng cầu phải được nghiên cứu đối với các điều kiện xói

gây ra do lũ dâng đột xuất vì bão mưa kèm triều dâng, hoặc lũ hỗn hợp không vượt quá lũ 500 năm hoặc lũ tràn với chu kỳ tái xuất hiện nhỏ hơn Dự trữ vượt quá yêu cầu về ổn định trong điều kiện này là không cần thiết Phải áp dụng trạng thái giới hạn đặc biệt cho điều kiện này

Đối với các móng được xây dựng dọc theo các sông suối, cần phải đánh giá xói nền đất trong khi thiết kế Những nơi có khả năng phát sinh xói thì cần phải có biện pháp bảo vệ thích hợp Gradient thủy lực không được vượt quá :

Đối với bùn và đất dính : 0.2

Đối với các loại đất không dính khác: 0.3

Nơi mà nước thấm dưới móng, cần phải xem xét tác động của lực nâng và lực thấm

1 CAO ĐỘ CỦA MÓNG

Cao độ mặt trên được lựa chọn trên cơ sở các yếu tố: Cao độ mặt dưới; Sông có thông

thuyền hay không Với những sông có thông thuyền, cao độ mặt trên còn do cấp thông thuyền trên sông quyết định

Bệ móng nên được thiết kế với đỉnh bệ thấp hơn mức xói chung tính toán để giảm thiểu trở ngại cho dòng lũ và dẫn đến xói cục bộ Ngay cả độ sâu thấp hơn cũng cần được xét cho bệ móng đặt trên cọc mà ở đó các cọc có thể bị phá hoại do xói và gỉ vì phô ra trước dòng chảy



 '

 ' CDMT

CDMD



Hình 1.2 - Cấu tạo móng nông

Cao độ mặt dưới được lựa chọn phụ thuộc vào điều kiện địa chất Móng phải được đặt vào

lớp đất tốt, có cường độ cao, tính biến dạng nhỏ và ổn định về lún Tránh đặt móng vào tầng đất gây ra lún lệch

Móng mở rộng đặt trên nền đất hoặc đá dễ xói thì đáy của nó cần đặt dưới độ sâu xói do lũ kiểm tra xói gây nên Móng mở rộng đặt trên nền đá không bị xói phải được thiết kế và thi công để đảm bảo tính toàn vẹn của khối đá chịu lực

Độ sâu của móng phải được xác định phù hợp với tính chất vật liệu móng và khả năng phá hoại Các móng ở những nơi vượt dòng chảy phải được đặt ở độ sâu dưới độ sâu xói dự kiến lớn nhất

Phải xem xét đến việc sử dụng vải địa kỹ thuật hay tầng lọc dạng cấp phối hạt để giảm khả năng thẩm lậu trong đá xô bồ hoặc đắp trả sau mố

2 CÁC KÍCH THƯỚC CỦA MÓNG

Kích thước mặt trên: hình dạng và kích thước móng thường phụ thuộc vào hình dạng và

kích thước đáy công trình bên trên Thường kích thước mặt trên của móng lấy lớn hơn kích thước đáy công trình bên trên một chút (thường từ 0.2~1.0m)

Kích thước mặt dưới Do sức chịu tải của nền đất thường nhỏ hơn cường độ vât liệu làm

móng rất nhiều (ngoại trừ móng đặt trên nền đá gốc) nên phải mở rộng đáy móng 1 góc (ỏ) để giảm áp lực của tải trọng công trình xuống nền đất Đối với móng cứng, góc mở (ỏ) không được vượt quá giá trị cho phép tuỳ theo loại vật liệu làm móng vì có thể làm gãy móng, với móng mềm móng BTCT thì không qui định góc mở này Có thể tham khảo các giá trị sau:

Có thể lấy chiều rộng tổng cộng của bệ móng BTCT theo tiêu chuẩn JRA – 1999 (của Nhật Bản) như sau:

d L b

Trong đó: B = bề rộng của móng

b = chiều rộng hiệu quả khi thiết kế theo phương pháp ứng suất cho phép

LC = chiều rộng thân trụ phía trên

d = chiều dày bệ móng

Chiều dày của móng được quy định phụ thuộc vào độ lớn của tải trọng, và phải đảm bảo

chịu được mômen uốn cũng như đủ chiều sâu chôn móng vào đất để móng ổn định Chiều dầy móng thường có giá trị 1.0~1.5m (cho móng công trình có tải trọng nhỏ), 1.5~2.0m (cho tải trọng trung bình) và 2.0~3.0m (cho tải trọng lớn) (xem tính toán và bố trí cốt thép cho bệ móng ở phụ lục 2)

BÀI 3 THIẾT KẾ MÓNG NÔNG

I KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ

1 Kiểm toán sức kháng của nền đất dưới đáy móng

Công thức kiểm toán:

'

A q R R V

Trong đó:

ii V: Tổng tải trọng thẳng đứng tại đáy móng đã nhân hệ số

A’ = B’xL’ : diện tích có hiệu của móng (hình 1-4),

B’ = B – 2eB

L’ = L – 2eL

B, L : chiều rộng và chiều dài của móng

eB, eL : độ lệch tâm của tải trọng theo hai phương của móng

qR: sức kháng đã nhân hệ số (tính toán)

ult b n b

qult : sức kháng danh định

b : hệ số sức kháng lấy theo bảng 15, hay có thể tham khảo theo AASHTO –

Diện tích chịu tải có hiệu khi tải trọng lệch tâm thể hiện như hình 1-4

a) Trường hợp lệch tâm một trục

a) Trường hợp lệch tâm hai trục

Hình 16 - Diện tích chịu tải có hiệu

e x

B

D

Hình 17 - Phân bố ứng suất dạng tam giác dưới đáy móng

Bảng 15 (trích lại) - Hệ số sức kháng theo TTGH cường độ cho móng nông

Khả năng chịu tải và áp

dùng f ước tính từ số liệu CPT

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

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

dùng sức kháng cắt ước tính từ số liệu CPT

Bê tông đổ tại chỗ trên cát dùng f ước tính từ số liệu SPT dùng f ước tính từ số liệu CPT

0,80 0,80

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)

 T Đất trên đất 1,0

ep áp lực đất bị động thành phần của sức kháng trượt 0,50

ổn định 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

Bảng 23 – Hệ số sức kháng  cho sức kháng địa kỹ thuật của móng

nông theo TTGH cường độ (AASHTO – 2007)

Phương pháp / đất / điều kiện Hệ số sức

Phương pháp lý thuyết (Munfakh et al., 2001), trong đất cát, sử dụng CPT 0.5 Phương pháp lý thuyết (Munfakh et al., 2001), trong đất cát, sử dụng SPT 0.45 Phương pháp bán thực nghiệm (Meyerhof, 1957), tất cả các loại đất 0.45

Trượt 

2 Xác định sức kháng danh định q ult của nền đất đưới đáy móng (22TCN 272-05)

(Ngoài ra, có thể xem tham khảo AASHTO - 2007)

Khi tải trọng lệch tâm đối với trọng tâm của đế móng, phải dùng diện tích hữu hiệu chiết

giảm, B x L nằm trong giới hạn của móng trong thiết kế địa kỹ thuật cho lún hoặc sức kháng đỡ Áp lực chịu tải thiết kế trên diện tích hữu hiệu phải được giả định là đều Diện tích

hữu hiệu chiết giảm phải là đồng tâm với tải trọng

2.1 Các phương pháp lý thuyết

a) Tổng quát

Sức kháng đỡ danh định được xác định bằng cách dùng các lý thuyết cơ học đất đã được chấp nhận dựa trên các thông số đo được của đất Các thông số của đất được dùng trong phân tích phải đại diện cho cường độ kháng cắt của đất dưới các điều kiện tải trọng và dưới mặt đất đang xem xét

Sức kháng đỡ danh định của đế móng trên đất không dính phải được đánh giá bằng cách dùng các phân tích ứng suất hữu hiệu và các thông số cường độ kháng cắt của đất thoát nước

Sức kháng đỡ danh định của đế móng trên đất dính phải được đánh giá với các phân tích ứng suất tổng và các thông số cường độ của đất không thoát nước Trong các

trường hợp khi đất dính có thể bị mềm hoá và mất cường độ theo thời gian, sức kháng

đỡ của các đất này cũng phải được đánh giá đối với các điều kiện chất tải thường xuyên, dùng các phân tích ứng suất hữu hiệu và các thông số cường độ của đất có thoát nước

Đối với đế móng trên đất đầm chặt, sức kháng đỡ danh định phải được ước tính bằng các phân tích tổng ứng suất hoặc ứng suất hữu hiệu, cái nào nguy hiểm hơn

Nếu có khả năng bị hư hỏng do cắt cục bộ hay cắt thủng, có thể ước tính khả năng chịu tải danh định bằng cách sử dụng các thông số về cường độ chịu cắt được chiết giảm c* và

q ln B 3

1

trong đó:

q1 = khả năng chịu tải tới hạn của móng được chống đỡ bởi lớp trên của hệ 2 lớp

với giả thiết lớp trên có chiều dày vô hạn (MPa)

q2 = khả năng chịu tải tới hạn của móng ảo có cùng kích thước và hình dạng như

móng thực nhưng được tựa lên bề mặt của lớp thứ hai (lớp dưới) trong hệ hai lớp (MPa)

B = bề rộng móng (mm)

L = chiều dài móng (mm)

Cần hết sức tránh dùng các móng có đáy móng nghiêng Nếu không tránh khỏi phải dùng đáy móng nghiêng thì khả năng chịu tải danh định được xác định theo các quy định ở đây phải được chiết giảm tiếp bằng phương pháp hiệu chỉnh được chấp nhận trong điều kiện đáy móng nghiêng của tài liêụ tham khảo sẵn có

b) 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 cắt không thoát nước có thể lấy như:

qult = c Ncm + g DfNqm10-9 (32)

ở đây:

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

Ncm, Nqm = các hệ số điều chỉnh khả năng chịu lực theo hình dạng đế móng, chiều sâu

chôn móng, độ nén của đất và độ nghiêng của tải trọng (DIM)

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

* Có thể tính các hệ số khả năng chịu tải N cm và N qm như sau:

B B

D N

B N

Nc = 5,0 dùng cho phương trình 33 trên nền đất tương đối bằng

= 7,5 dùng cho phương trình 34 trên nền đất tương đối bằng

= Ncq theo hình 18 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 của các tải trọng xiên (N)

V = thành phần thẳng đứng của các tải trọng xiên (N)

Trong hình 18 phải lấy số ổn định Ns như sau:

B = chiều rộng móng (mm) Là kích thước nhỏ nhất trong B’ và L’

L = chiều dài móng (mm) Là kích thước lớn nhất trong B’ và L’

Hs = chiều cao của khối đất dốc (mm); chiều sâu chôn cọc hoặc cọc khoan ngàm

trong đá

Khi móng đặt lên nền đất dính 2 lớp theo chế độ chịu tải không thoát nước, có thể xác định khả năng chịu tải danh định theo phương trình 32 với các giải thích như sau (hình 19a):

c1 = cường độ cắt không thoát nước của lớp đất trên đỉnh được cho trong hình 2

(MPa)

Ncm = Nm, là hệ số khả năng chịu tải theo quy định dưới đây (DIM)

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

H tan K L

B 1 2 ' 1 ' 1 2

K

1e

cotcK

1qq

' 1

' 1 2

' f 2

sin1

sin1K

q2 = khả năng chịu tải cực hạn của móng áo có cùng kích thước và hình dạng của

móng ực nhưng tựa lên bề mặt của lớp thứ hai (nằm dưới) của nền có hai lớp (MPa)

'

1

 = góc nội ma sát tai 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 nhõn hệ số (N)

Chiều cao/ chiều rộng móng

Hệ số ổn định của mái dốc Ns

Hỡnh 18- Cỏc hệ số khả năng chịu tải

được cải tiến dựng cho cỏc múng trong

đất dớnh và trờn nền đất dốc hoặc kề giỏp

c) Sức khỏng đỡ danh định của đất rời

Sức khỏng đỡ danh định của đất rời, như đất cỏt hoặc sỏi cuội (MPa) cú thể lấy như:

qult = 0.5 g BCw1 Nmx 10-9 + g Cw2 Df Nqm x 10-9 (42)

ở đây:

Df = chiều sâu đế móng (mm)

 = dung trọng của đất cát hoặc sỏi cuội (kg/m3)

B = chiều rộng đế móng (mm) kích thước nhỏ nhất trong B’ và L’

CW1, CW2 = các hệ số lấy theo Bảng 24 như là hàm của DW (DIM)

DW = chiều sâu đến mực nước tính từ mặt đất (mm)

N m = hệ số sức kháng đỡ được điều chỉnh (DIM)

Bảng 24 - Các hệ số Cw 1 , Cw 2 cho các chiều sâu nước ngầm khác nhau

N = hệ số khả năng chịu tải theo quy định trong Bảng 25 đối với móng trên nền

đất tương đối bằng (DIM)

Nq = hệ số khả năng chịu tải theo quy định của Bảng 25 đối với nền đất tương

đối bằng (DIM)

= 0.0 đối với móng trên nền đất dốc hay kề giáp nền đất dốc (DIM)

sq , s = các hệ số hình dạng được quy định trong các Bảng 26 và 27 tương ứng

(DIM)

cq , c = các hệ số ép lún của đất được quy định trong Bảng 28 và 29 (DIM)

iq , i = các hệ số xét độ nghiêng của tải trọng được quy định trong Bảng 30

& 31 (DIM)

dq = hệ số độ sâu được quy định trong Bảng 32 (DIM)

Phải áp dụng các điều giải thích sau:

Trong các Bảng 5 & 6, phải lấy q bằng ứng suất thẳng đứng ban đầu hữu hiệu tại

độ sâu chôn móng, nghĩa là ứng suất thẳng đứng ở đáy móng trước khi đào, được

hiệu chỉnh đối với áp lực nước

Trong các Bảng 7 và 8, phải lấy H và V là tải trọng nằm ngang và thẳng đứng

chưa nhân hệ số

Bảng 25 - Các hệ số khả năng chịu tải N và N q đối với móng trên nền đất không dính (BARKER và người khác 1991)

Bảng 26 - Các hệ số hình dạng S q cho móng trên đất không dính (Barker và người khác 1991 )

Góc ma sát (f )

(Độ)

s q

(DIM) L/B = 1 L/B = 2 L/B = 5 L/B = 10

Bảng 28 - Các hệ số ép lún của đất C và C q cho móng vuông

trên đất không dính (BARKER và người khác 1991)

Độ chặt

tương đối D r

(%)

Góc ma sát (f ) (Độ)

c = c q

q = 0,024 MPa

q = 0,048 MPa

q = 0,096 MPa

q = 0,192 MPa

Bảng 29 - Các hệ số ép lún của đất c và c q cho các móng băng

trên đất không dính (Barker và người khác 1991)

Độ chặt

tương đối

D r (%)

Góc ma sát (f ) (Độ)

c = c q ( dim)

q = 0,024 MPa

q = 0,048 MPa

q = 0,096 MPa

q = 0,192 MPa

Bảng 30 - Các hệ số xét độ nghiêng của tải trọng i và i q cho các tải trọng nghiêng

theo chiều bề rộng móng (Barker và người khác 1991) (Lực ngang song song với

Bảng 31 - Các hệ số xét độ nghiêng của tải trọng i và i q cho các tải trọng nghiêng

theo chiều bề rộng của móng (BARKER và người khác 1991) (Lực ngang song song

với cạnh dài của móng)