Bài giảng Nền móng: Chương 3 - Nguyễn Thanh Sơn

Bài giảng Nền móng - Chương 3: Thiết kế xử lý nền đất yếu cung cấp cho người học các kiến thức: Cọc cát, xác định số lượng cọc cát, nền nhân tạo, cọc vật liệu rời, gia tải trước, móng cọc,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Trang 1

BÀI TẬP ÁP DUNG 1

Xác định kích thước lớp đệm cát dướiị p ä móng băng g g biết b = 1,6m ;, ;

σz : ứng suất do công trình gây nên truyền trên mặt lớp đất yếu

σz : ưng suat do cong trình gay nen, truyen tren mặt lơp đat yeu,

dưới đáy đệm cát

σ K x σ tb

σz = K z x σ gl tb

σ tb : ứng suất gây lún tai đáy móng:

σgl : ưng suat gay lun tại đay mong:

hđ= 1.8m α

5,6 T/m 2 2,6 T/m 2

2 10

Kz: hệ số (tra bảng) xét đến sự thay đổi ứng suất theo chiều

sâu, phụ thuộc vào tỷ số:

1,81,125

z: chiều sâu kể từ đáy móng đến điểm đang xét ứng suất

Trang 2

Để tính sức chịu tải giới hạn tại bề mặt lớp đất yếu ta tạo khối

móng quy ước với bề rộng như sau:

Bđ = b + 2 hđ.tgα = 1,6 + 2 x 1,8 x tg300 = 3,68 [m]

α có thể lấy bằng góc ma sát trong của đệm cát Với cát vàng

hạt trung đầm đến chặt vừa ϕ có thể lấy bằng 300

gh dy

s

T R

m F

3.3.1 Phạm vi aÙp dụng

Khi lớp đất yếu cần gia cố dày hơn 3m, thì nên dùng cọc cát để

gia cố nền Cọc cát thi công đảm bảo yêu cầu kỹ thuật thì rất

tốt vì nó có các tác dụng sau:

 Thoát nước lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết, làm cho

công trình lún nhanh đến ổn định

 Ép chặt nền đất, làm cho cường độ của đất nền tăng lên.p c ặ e đa , a c o cươ g độ cua đa e a g e

Trong những trường hợp sau đây thì không nên dùng cọc cát:

Đất quá nhão yếu (e 1 1; I 1; E 3MPa) lưới coc cát

 Đat qua nhao yeu (e > 1.1; I L > 1; E 0 < 3MPa), lươi cọc cat

không thể lèn chặt được đất

 Chiều dày lớp đất yếu nhỏ hơn 2m

3 3 2 Cơ h á ù h ët û ùt

Giảm hệ số rỗng ban đầu e0 về hệ số rỗng thiết kế etk (hệ số

3.3.2 Cơ che nen chặt cua cọc cat

Giam hệ so rong ban đau e0 ve hệ so rong thiet ke etk (hệ sorỗng mong muốn sau xử lý)

Giả thiết:

 Hệ số rỗng giảm đều (đất được lèn chặt đều giữa các cọcùt)

cát);

 Thể tích lỗ rỗng giảm trong khi thể tích hạt không đổi;

 Độ ẩm không đổi trong quá trình lèn chặt;

 Đất không trồi lên mặt đất;

 Đat khong troi len mặt đat;

Trang 3

3 3 3 Đặc trưng của coc cát

Đường kính coc cát: phu thuộc vào đường kính ống thép, tính

Đương kính cọc cat: phụ thuộc vao đương kính ong thep, tính

chất nén lún của đất Φ = 400→600

Chiều dài coc cát: L = min {H h – h } Trong đó H là

Chieu dai cọc cat: L = min {Ha, hđy – hm} Trong đo Ha la

chiều sâu ảnh hưởng lún hđy : chiều dày lớp đất yếu cần xử lý

(h đy - h m ≤ H a ): chỉ cần xử lý đến hết lớp đất yếu;

 Khi bề dày lớp đất yếu lớn hơn phạm vi chiều sâu ảnh

hưởng lún (h đy - h m ≥ H a ): chỉ cần xử lý đến hết phạm vi ảnh

hưởng lún Ha

3 3 4 Tính toán coc cát

a Xác định diện tích nền được nén chặt bằng cọc cát 3.3.4 Tính toan cọc cat

Gọi eo: hệ số rỗng tự nhiên của đất nền

Bố trí cọc cát và diện tích phạm vi nén chặt

1,4b

a Xác định diện tích nền đươc nén chặt bằng coc cát

-tiếp-Theo kinh nghiệm thiết kế, chiều rộng mặt bằng của nền nén

chặt thường lấy lớn hơn chiều rộng móng về các bên là ≥

a Xac định diện tích nen được nen chặt bang cọc cat tiep

chặt thương lay lơn hơn chieu rộng mong ve cac ben la ≥

0.2*b.

 Diện tích của nền đươc nén chặt bằng coc cát F có thể tính

 Diện tích cua nen được nen chặt bang cọc cat, F nc co the tính

theo công thức sau:

F 1 4*b*(a + 0 4*b)

F nc = 1.4*b*(a + 0.4*b) Trong đó:

a, b: chiều dài, chiều rộng đáy móng. Tỷ lệ diện tích tiết diện của tất cả các cọc cát, F

c đối vớidiện tích đất nền được nén chặt, Fnc được xác định như sau:

b Xác định khoảng cách coc cát

 Theo lưới của hình tam giác đều, cạnh L:

Vùng đất trong phạm vi tam giác

đều gọi là một đơn nguyên xử lý.g ï ä g y y

Diện tích nén chặt Fnc:

s c

Trang 4

Từ (*) và (**) ta suy ra:

Khoảng cách giữa các coc cát có thể xác định theo công thức:

Như vậy: Nếu ta chọn trước khoảng cách giữa các cọc L thì việc

xử lý sẽ làm hệ số rỗng của nền giảm xuống giá trị enc:

xư ly se lam hệ so rong cua nen giam xuong gia trị enc:

b Xác định khoảng cách coc cát

-tiếp-b Xac định khoang cach cọc cat tiep

 Theo lưới ô vuông, cạnh là L:

Vùng đất trong phạm vi tam giác

đều gọi là một đơn nguyên xử lý.

Vùng nén chặt

d

F =   π ×  

Từ (*) và (**) ta suy ra:

Khoảng cách giữa các coc cát có thể xác định theo công thức:

Như vậy: Nếu ta chọn trước khoảng cách giữa các cọc L thì việc

xử lý sẽ làm hệ số rỗng của nền giảm xuống giá trị enc:

xư ly se lam hệ so rong cua nen giam xuong gia trị enc:

c Xác định hệ số rỗng e nc của đất sau khi đươc nén chặt

c Xac định hệ so rong e nc cua đat sau khi được nen chặt bằng cọc cát

 Với đất rời sau khi nén chặt bằng cọc cát hệ số rỗng e ë g ï ä g nc nc được xác định:

enc = emax D(emax emin)

Trong đó D (độ chặt của nền đất) = 0,7 - 0,8 với đất rời

 Có thể chọn e nc ≈ (0,65 ÷0,75)e 0

Trong đó e0là hệ số rỗng ban đầu của nền đất

 Thông số của cọc cát có thể lấy g ï y

ϕ = 35° ÷ 38°; E oc = 30000 ÷ 40000 (kPa);

γc = 18 ÷ 20 (kN/m 3 ).

Trang 5

3 Xác định số lượng cọc cát

Số lượng cọc cát cần thiết là:

F

ds: đường kính cọc cát

0 2

N: tổng tải trọng của công trình

q : sức chịu tải của coc cát xác định theo công thức của Bengt

qs: sưc chịu tai cua cọc cat, xac định theo cong thưc cua Bengt

Brome (Thụy Điển),

L hi à d øi ùt

q s = (πd s L s + 2.25πd s 2 )c u L s : chieu dai cọc cat.

c u : lực dính không thoát nước của đất nền.

BÀI TẬP ÁP DUNG 2

Thiết kế móng dưới cột tiết diện 30cmx40cm Tổ hợp tải trọng tiêug ä ä ïp ï gchuẩn tại mức mặt đất:

N 0 tc = 90 T ; M 0 tc = 8 Tm và Q 0 tc = 1 2 T

N 0 = 90 T ; M 0 = 8 Tm va Q 0 = 1,2 T

Lớp đất dưới móng là lớp cát pha bụi dày 20m Dưới lớp cát phabui là lớp sét pha nhão

bụi la lơp set pha nhao

Đặc trưng lớp cát bụi: γ = 1,8 T/m 3 ; c ≈ 0 T/m 2

; ϕ = 20 0 ;

Δ = 2,65 ; W = 30% ; e max = 0,96 ; e min = 0,56 ; q c = 30 kG/cm 2 Lời giải:

Xác định trạng thái lớp cát bụi dựa vào độ chặt:

62

γ

38,1

65,2

G = 0,864 > 0,8 → trạng thái bão hòa nước.

Lưa cho giải pháp gia cố nền bằng coc cát

Lựa chọ giai phap gia co nen bang cọc cat.

Giả sử bố trí coc theo lưới tam giác đều:

Hệ số rỗng của đất rời sau khi nén chặt bằng cọc cát:

e nc = e max - D(e max - e min ) = 0,96 - 0,75(0,96 - 0,56) = 0,66

Chọn khoảng cách giữa các cọc L = 1,0m

Xác định các đặc trưng của nền sau xử lý:

Diện tích cọc cát: Fc = 0,1257 m2Diện tích đơn nguyên xử lý Fnc = 0,433 m2

Trang 6

 Mô đun biến dạng chung của nền, E ï g g , 0ch 0ch :

F f F

 Góc ma sát trong ϕ h : ϕ h = (1 - f)ϕ + f ϕ

 Goc ma sat trong, ϕch :

nc

m e

γ

Gi û thi át ù ù kí h thướ b 2 0 ø h 1 5 Gia thiet mong co kích thươc: b = 2.0m va h m = 1.5m

Độ lệch tâm của tải trọng

l = αb = 2,4m

g

0,1110

tc m tc

M Q h e

m W

T

m W

Xác định số lượng cọc cát:

Diện tích cần nén chặt rộng hơn đáy móng tâm hàng coc biêncách mép móng ≥ 0,2b về mỗi phía:

F ≥ 1 4 x 2 x (2 4 + 0 4x2) = 8 96 (m 2 )

0 2

s s

Trang 7

Xác định chiều sâu nén chặt:

Xac định chieu sau nen chặt:

Chiều sâu nén chặt ở đây lấy bằng chiều dày vùng chịu nén, áp

dụng phương pháp lớp tương đương:

Giả thiết móng tuyệt đối cứng: l/b = 1 2 và μ = 0 25

191 2 0 0 96 1 0 25

Thay số:

500 500 1000

Cọc vật liệu rời là loại cọc cấu tạo bằng đá rời hoặc cát đặt

trong đất tham gia cùng đất nền chống đỡ tải trong công trình

trong đat tham gia cung đat nen chong đơ tai trọng cong trình

Cọc vật liệu rời được dùng để gia cường các loại đất yếu

không đủ khả năng chịu tải hoặc biến dang quá lớn khi chịu tải

→ tăng khả năng chịu tải của hỗn hợp đất và cọc vật liệu

rời

rơi.

Kích thước cọc, D ≥ 300

3.4.2 Những mối quan hệ cơ bản

 Vùng đất chịu ảnh hưởng xung quanh cọc vật liệu rời được coi

gần đúng bằng diện tích hình tròn tương đương

g q ä

gan đung bang diện tích hình tron tương đương.

 Đối với các cọc vật liệu rời bố trí theo sơ đồ tam giác đều,

hình tròn tương đương có đường kính hiệu quả là:

S : khoảng cách giữa các cọc vật liệu rời

Tru đất hỗn hơp có đường kính De gồm đất chịu ảnh hưởng xungTrụ đat hon hợp co đương kính De gom đat chịu anh hương xung

quanh và một cọc vật liệu rời được xem là một đơn nguyên.

Trang 8

As: diện tích tiết diện ngang của cọc vật liệu rời

Acc: diện tích tiết diện ngang của đất yếu xung quanh cọc vậtä ä g g y g q ï ä

liệu rời

Tỷ diện tích thay thế:

A

g q ä

s s

A a

=+

1 =

C

 Sự phân bố ứng suất trong phạm vi một đơn nguyên được

Neu bo trí hình tam giac đeu:

biểu thị bằng hệ số tập trung ứng suất,η = σ s /σ c

Trong đó:

á

σs: ứng suất tác động trên cọc vật liệu rời

σcc: ứng suất tác động trên đất yếu xung quanh cọc vật liệu rời

 Ứng suất trung bình: σ = σ s a s + σ c (1 - a s )

Q h ä iữ ứ át t bì h ứ át t ù đ ä l â

 Quan hệ giưa ưng suat trung bình, ưng suat tac động len cọc

vật liệu rời và ứng suất trên đất yếu xung quanh cọc:

Ứng suất tai chân coc vật liệu rời σ* 9c

 Ưng suat tại chan cọc vật liệu rơi, σ* = 9c u

(cu: lực dính không thoát nước của đất quanh cọc)

Tỷ diện tích, a s Hệ số, η

Hệ số tập trung ứng suất, η

Ty diện tích, a s Hệ so, η

a s < 0.4 3

0.4 ≤ a s s < 0.7 2

Trang 9

3.4.3 Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc vật liệu rời

Các giả thiết:

B Cac gia thiet:

 Góc ma sát trong của đất dính

xung quanh coc và lưc dính B

xung quanh cọc va lực dính

trong cọc vật liệu rời là không

đáng kể

đang ke

 Cường độ của cọc vật liệu rời

q u

va cua đat dính được huy động

Cơ chế tham gia chịu tải của cọc

vật liệu rời

g

3.4.3 Khả năng chịu tải giới han của nhóm coc vật liệu rời g ị g ï ï ä ä

 Theo Barsdale, Bachus (1983), khả năng chịu tải giới hạn, q u :

β β

σ3: áp lực bị động của đất nền lên mặt bên của nêm trượt

β: góc nghiêng của mặt trượt

ctb: lưc dính trung bình của hỗn hơp đất - coc trên bề mặt trươt

ctb: lực dính trung bình cua hon hợp đat cọc tren be mặt trượt

γc: dung trọng bảo hòa hoặc dung trọng ẩm của đất dính

B: chiều rộng móng

B: chieu rộng mong

hm: độ sâu chôn móng

cu: lực dính không thoát nước của đất quanh cọc

ϕss: góc ma sát trong của vật liệu rời

ϕtb: góc ma sát trong trung bình của hỗn hợp đất - cọc

3 4 4 Độ lún của hỗn hơp đất - coc vật liệu rời

Phương pháp tính lún của móng đặt trên nền hỗn hợp đất - cọcvật liệu rời như là nền tương đương đồng nhất có tỷ lệ giảm độ

3.4.4 Độ lun cua hon hợp đat cọc vật liệu rơi

vật liệu rơi như la nen tương đương đong nhat co ty lệ giam độlún, μc như sau:

S: độ lún của hỗn hợp đất - cọc vật liệu rời

S0: độ lún của nền đất chưa cải tạo

Trang 10

3 4 4 Độ lún của hỗn hơp đất coc vật liệu rời

 Tốc độ tăng lực dính của đất,

Tốc độ tăng lực dính, θ

3 5 GIA TẢI TRƯỚC

 Độ lún do biến dạng nén cố kết của nền đất thường gây ra

3.5 GIA TAI TRƯƠC

những hư hỏng cho nền móng và công trình

 Để giảm nguy cơ này, thường áp dụng biện pháp gia tải trên nền đất để tạo độ lún trước, rồi dỡ tải đi và tiến hành xây

thường đươc dùng như giếng cát, bấc thấm,…v.v.

3 5 GIA TẢI TRƯỚC

Phương trình vi phân cố kết thấm theo phương thẳng đứng:

2 2

3.5 GIA TAI TRƯƠC

 Nhân tố thời gian: T vz 2

H

Nhan to thơi gian:

 Vì quá trình cố kết diễn ra theo sự phân tán áp lực nước lỗ

rỗng thặng dư, Δu nên độ cố kết U z = f(T vz ), tra bảng hoặc xác

định theo lời giải gần đúng của Casagrande, Taylor

2

4 100

z vz

Trang 11

3.5.2 Gia tải trước kết hơp thiết bị thoát nước theo phương thẳng đứng (giếng cát – The sand drain - SD)

Cát

Thoát nước thẳng đứng

Cat

thang đưng

Sét yếu

Thoát nước

Sét yếu

Trang 12

3.5.2 Gia tải trước kết hơp thiết bị thoát nước theo phương thẳng

a Không xét vùng xáo động xung quanh SD

3.5.2 Gia tai trươc ket hợp thiet bị thoat nươc theo phương thang

đứng (giếng cát – The sand drain - SD)

Sơ đo gia tai trươc ket hợp thiet bị thoat nươc thang đưng la gieng cat

3.5.2 Gia tai trươc ket hợp thiet bị thoat nươc theo phương thang đứng (giếng cát – The sand drain - SD)

Sử dụng sơ đồ biến dạng đều nhau, các giả thiết:

a Khong xet vung xao động xung quanh SD

 Đệm cát sẽ cân bằng đáng kể các biến dạng không đềunhau

Chiều dày đệm cát, h đ = S + (0.3 ÷ 0.5m)

S đ ä l ù û à khi hư ù i á ùtS: độ lún của nền khi chưa có giếng cát

 Trong quá trình nén chặt nền đất, độ lún thực tế là đềunhau

 Sơ đồ tính toán phù hợp với điều kiện làm việc của nền đấtp pyếu bảo hoà nước, nén lún mạnh

Phương trình vi phân cố kết thấm đươc sử dung cho các biến

dạng đều nhau không có vùng xáo động

Lời giải các phương trình trên dựa trên định lý phân chia

dòng chảy của N Carillo và phương pháp tích phân xác định.

Sau khi kết hơp hiệu quả thoát nước theo hai phương, nhận đươc

Sau khi ket hợp hiệu qua thoat nươc theo hai phương, nhận được

lời giải của N Carillo (1942) cho độ cố kết tổng hợp U zr :

U = 1 - (1 - U )(1 - U )

U zr = 1 - (1 - U r )(1 - U z ) Trong đó:

ú

Uz: độ cố kết theo phương thẳng đứng

Urr: độ cố kết theo phương xuyên tâm (phương ngang)

Trang 13

Theo R.A Barron (1948):

8

1

vr n

T F

vr = 2

( ) n n

1 ( )

R D

n

n n

n

Trong đó:

R: bán kính vùng ảnh hưởng của SD

r: bán kính SDr: ban kính SD

d: đường kính SD, d = 200 ÷ 600

D : đường kính đới ảnh hưởng của SD

De: đương kính đơi anh hương cua SD

•Khi bố trí SD theo lưới ô vuông: D e = 1.13L 1

•Khi bố trí SD theo lưới tam giác đều: D e = 1.05L 2

3.5.2 Gia tai trươc ket hợp thiet bị thoat nươc theo phương thang

Sơ đồ bố trí SD theo lưới ô vuông và tam giác đều

Độ lún do cố kết sau thời gian t:

p00: ứng suất do trọng lượng bản thân gây ra ở giữa lớp đất

Δp: ứng suất gia tăng do tải trọng công trình gây ra ở giữa lớpđất

Cc: chỉ số nén của đất

e00: hệ số rỗng ban đầu của đất

Hc: chiều dày lớp đất yếu

Trang 14

3.5.2 Gia tải trước kết hợp thiết bị thoát nước theo phương thẳng

b Xét vùng xáo động xung quanh SD

b Xet vung xao động xung quanh SD

d s

D e d

Đất nguyên

Vùng đất bị Biên không thấm

nươc thang đưng dạng

Sơ đồ thoát nước thẳng đứng là giếng cát

Giả thiết: Trong vùng bị xáo động tồn tại hai ranh giới,

 Một ranh giới có, Δu = 0

 Một ranh giới có, Δu thay đổi theo thời gian.ä g , y g

 Theo R.A Barron, độ cố kết theo phương ngang (hướng tâm),

S n K

K n

S S

n S n

n

44

3

2 2 2

2 2

n S

S

Kh (hoặc Kr): hệ số thấm theo phương ngang (hướng tâm)

Ks: hệ số thấm của đất trong vùng xáo động

S = d s /d = r s /r

S d s /d r s /r

ds: đường kính vùng xáo động

 d = 2d (theo Holtz Holm Akagi và Hansbo)

 ds = 2d (theo Holtz, Holm, Akagi va Hansbo)

K s = K v (theo Skempton, Asaoka, Bergado, Hansbo)

K s K v (theo Skempton, Asaoka, Bergado, Hansbo)

Đồ thị quan hệ của m vào n và S khi K h /K s = 20

Trang 15

b X ùt ø ù đ ä h SD

Đồ thị quan hệ của m vào K h /K s và S khi n = 5 và 15 (theo F.E Richart)

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN MÓNG CỌC

DESIGN PILES FOUNDATION

CHƯƠNG 4: MÓNG COC

4.1 CÁC KHÁI NIỆM

 Cọc: là một kết cấu có chiều dài lớn hơn nhiều so với chiều

rộng tiết diện ngang (hoặc đường kính) đươc đóng ép và runghay thi công tại chỗ vào trong lòng đất

 Coc thí nghiệm: là coc đươc dùng để đánh giá sức chịu tải

 Cọc thí nghiệm: la cọc được dung đe đanh gia sưc chịu tai

hoặc kiểm tra chất lượng cọc

 Nhóm coc: gồm một số coc đươc bố trí gần nhau và cùng có

 Nhom cọc: gom một so cọc được bo trí gan nhau va cung co

chung một đài cọc

 Băng cọc: gồm những cọc được bố trí theo 1÷ 3 hàng dưới

các móng băng

Định dạng
Số trang	25
Dung lượng	3,48 MB