Kích thƣớc mặt dƣới 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 (α) để giảm áp [r]
Trang 1ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CÔNG TRÌNH – BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT
NGUYỄN ĐÌNH DŨNG – NGUYỄN CHÂU LÂN
– ĐẶNG HỒNG LAM
BÀI GIẢNG
NỀN
VÀ
MÓNG
THEO TIÊU CHUẨN TCVN 11823 - 10:2017
HÀ NỘI, THÁNG 7-2019
Trang 2MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG 1 - MÓNG NÔNG
CHƯƠNG 2 - MÓNG CỌC ĐƯỜNG KÍNH NHỎ 2.1 TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC ĐƯỜNG KÍNH NHỎ 35
2.2 CẤU TẠO MÓNG CỌC ĐƯỜNG KÍNH NHỎ 39
2.3 DỰ TÍNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC ĐƠN 45
2.4 DỰ TÍNH SỨC CHỊU TẢI NGANG TRỤC CỦA CỌC 63
2.5 THÍ NGHIỆM CỌC TẠI HIỆN TRƯỜNG 77
2.6 THIẾT KẾ THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG 95
2.8 THIẾT KẾ MÓNG CỌC ĐÓNG CHO TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT 108
2.9 THI CÔNG MÓNG CỌC ĐÓNG 110
CHƯƠNG 3 - MÓNG CỌC ĐƯỜNG KÍNH LỚN 3.1 TỔNG QUAN VỀ CỌC ĐƯỜNG KÍNH LỚN 120
Trang 33.2.1 Cấu tạo cọc ống BTCT đường kính lớn 122
3.3 THI CÔNG CỌC ỐNG BTCT ĐƯỜNG KÍNH LỚN 125
3.4 CẤU TẠO CỌC KHOAN NHỒI 126
3.5 THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI 131
3.6 CÁC SỰ CỐ KHI THI CÔNG VÀ KHUYẾT TẬT CỦA CỌC
3.7 SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN 148
3.8 THIẾT KẾ MÓNG CỌC ĐƯỜNG KÍNH LỚN 157
CHƯƠNG 4 - XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NỀN ĐẤT YẾU 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẤT YẾU 166
4.2 PHƯƠNG PHÁP ĐỆM CÁT VÀ BỆ PHẢN ÁP 169
4.3 PHƯƠNG PHÁP CỌC CÁT ĐẦM VÀ CỌC ĐÁ 173
4.4 XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM 188
4.5 PHƯƠNG PHÁP CỌC XI MĂNG ĐẤT 197
Trang 4CHƯƠNG 1
MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ THIẾT KẾ MÓNG NÔNG
1.1 TỔNG QUAN VỀ MÓNG NÔNG
1.1.1 Giới thiệu chung về móng nông
Hình 1.1 -Toàn cảnh trụ cầu dạng móng nông
MNCN mực nước cao nhất MNTN mực nước thấp nhất
h tt cao độ thông thuyền
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
1.1.2 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 bê tông có khả năng tạo hình tốt, thời gian thi công nhanh, khả năng chịu nén tốt nhưng khả năng chịu kéo rất kém Móng bê tông 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
200
200 1600
200
200 1600
2000
1000 (M§SX)
+1.50
0.00(C§M§)
SÐt pha
-2.00
-4.00
SÐt pha
-6.00 +1.50(C§§B)
(C§§B) (MNTN)
Trang 5Móng 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
(3) 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 lưng mố sinh ra lực ngang lớn tác dụng lên móng
(4) 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 tăng chi 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
1.2 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:
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
Trang 61.2.1 Cao độ của móng nông
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
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 chịu lực 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
1.2.2 Các kích thước của móng nông
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 (α) để giảm áp lực của tải trọng công trình xuống nền đất Đối với móng cứng, góc mở (α) không được vượt quá giá trị cho phép tuỳ theo loại vật liệu làm móng vì có thể làm gãy móng; Với móng mềm BTCT thì không qui định góc mở này
Có thể tham khảo các giá trị góc mở α như sau:
- Móng đá hộc bằng vữa tam hợp (XM+cát)
- Móng đá hộc bằng vữa xi măng
- Móng bê tông độn đá hộc
- Móng bê tông
=230
=300
=330
=400 Với các bệ móng đặt nghiêng hoặc có bậc góc nghiêng hoặc chiều cao và vị trí của các bậc phải sao cho thoả mãn các yêu cầu thiết kế tại mọi mặt cắt
'
' CDMT
CDMD
Trang 7Có 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)
1.3 THIẾT KẾ MÓNG NÔNG
1.3.1 Thiết kế móng nông theo trạng thái giới hạn cường độ
(Mục 6.3 TCVN 11823 - 10:2017)
Theo Điều 5.3.1 TCVN 11823 - 10:2017 thiết kế móng ở trạng thái giới hạn cường độ bao gồm
việc xem xét sức chịu lực của đất nền và sức kháng kết cấu danh định của các bộ phận móng Thiết kế móng ở trạng thái giới hạn cường độ không bao gồm việc xem xét các biến dạng cần có
để tạo ra sức kháng danh định, trừ khi có định nghĩa sự phá hủy do biến dạng được được quy định
Đối với thiết kế móng nông (Điều 5.3.2 TCVN 11823 - 10:2017) phải xem xét:
• Sức kháng ép danh định của đất nền;
• Lật hoặc bị mất diện tớch tiếp xỳc quá mức;
• Trượt ở đáy móng và
• Khả năng thi công
(1) Khả năng chịu nén của nền đất dưới đáy móng
Công thức kiểm toán, đơn vị tính bằng (N):
(1.2)
Trong đó:
: Tổng tải trọng thẳng đứng tại đáy móng đó nhõn hệ số
i: hệ số tải trọng;
i: hệ số điều chỉnh tải trọng;
qR: sức kháng nén tính toán đã nhân hệ số (tính toán);
qn: sức kháng danh định
'
.A
q V
V ii i R
i i
γ η V
Trang 8b: hệ số sức khỏng nộn của múng nụng ở trạng thỏi giới hạn cường độ lấy theo Bảng 1.1- Điều
5.5.2.2 TCVN 11823-10-2017
A': Diện tớch cú hiệu của đỏy múng, tớnh bằng (mm2
) (Hỡnh 1.3)
A’: B’ x L’: (Điều 6.1.3 TCVN 11823 - 10:2017) Đối với múng chịu lực lệch tõm, sẽ dựng
một diện tớch cú hiệu thu nhỏ B'x L' nằm trong đường bao của múng thực tế để tớnh toỏn khả năng chịu lực cũng như độ lỳn của đất nền Với múng chịu lực lệch tõm, cỏc kớch thước cú hiệu thu nhỏ được tớnh như sau:
B' = B - 2eB (eB = ML/V) L' = L - 2eL (eL = MB/V) Trong đú:
B, L: chiều rộng và chiều dài của múng;
eB: Độ lệch tõm song song với kớch thước B (mm);
eL: Độ lệch tõm song song với kớch thước L (mm)
Khi cú tải trọng lệch tõm thỡ dựng cỏc kớch thước múng cú hiệu L' và B' thay cho cỏc kớch thước
thực của múng L và B trong tất cả cỏc Phương trỡnh Hỡnh vẽ liờn quan đến sức khỏng - Khoản
6.3.1.1 TCVN 11823 - 10:2017
a) Trường hợp lệch tõm 1 trục a) Trường hợp lệch tõm 2 trục
Hỡnh 1.3 -Diện tớch chịu tải cú hiệu
SỨC KHÁNG NẫN DANH ĐỊNH CỦA ĐẤT NỀN
(Điều 6.3.1 TCVN 11823 - 10:2017)
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 trờn diện tớch hữu hiệu phải được giả định là đều
khi múng đặt trong đất Diện tớch hữu hiệu chiết giảm phải là đồng tõm với tải trọng
a Cỏc phương phỏp lý thuyết
a.1 Tổng quỏt
Trang 9Sức kháng nén danh định của nền đất rời dưới móng nông được định lượng dựa trên giải tích ứng suất có hiệu và các thông số sức kháng đất có thoát nước
Sức kháng nén danh định của nền đất dính dưới móng nông được định lượng theo giải tích ứng suất tổng cộng và các thông số sức kháng của đất không thoát nước Trong trường hợp đất mềm yếu và giảm sức kháng theo thời gian, thì sức kháng của loại đất này phải được định lượng theo điều kiện của hằng tải (tải trọng thường xuyên lâu dài) dùng các giải tích ứng suất có hiệu và các thông số sức kháng của đất thoát nước
Đối với móng nông đặt trên nền đất đầm chặt, sức kháng nén danh định của nền được định lượng bằng sử dụng một trong hai phân tích ứng suất tổng cộng hay ứng suất có hiệu, lấy theo kết quả an toàn hơn
a.2 Phương trình cơ sở sức kháng nén danh định
Sức kháng danh định của lớp đất tớnh bằng Mpa, được xác định như sau:
.10 0,5 .10
Trong đó:
Trong đó:
g: Gia tốc trọng trường tớnh bằng (m/s2);
c: Cường độ lực dính, lấy bằng sức kháng cắt không thoát nước Su, tính bằng (MPa);
Nc: Hệ số khả năng chịu ép thành phần lực dính, tra trong Bảng 1.2;
Nq : Hệ số khả năng chịu ép thành phần gia tải (nền đường), theo Bảng 1.2;
N: Hệ số khả năng chịu ép thành phần khối lượng riêng, theo Bảng 1.2;
: Khối lượng riêng toàn phần (có độ ẩm) đất phía trên hoặc phía dưới chiều dày chịu lực của móng, tính bằng (kg/m3
);
Df: Chiều sâu đặt móng, tính bằng (mm);
B: Chiều rộng móng, tính bằng (mm);
Cwq Cwo: Hệ số điều chỉnh xét đến vị trí của mực nước ngầm cho trong Bảng 1.3;
Sc S Sq: Hệ số điều chỉnh hình dạng móng cho trong Bảng 1.4;
dq: Hệ số điều chỉnh xét đến sức kháng cắt dọc theo bề mặt phá hoại qua vật liệu đất rời ở phía trên mặt chịu lực như quy định trong Bảng 1.5;
ic i iq: Hệ số tải trọng nghiêng xác định theo các Phương trình 1.8 hoặc 1.9, 1.10 và1.11 dưới
đây:
Khi gúc ma sát f = 0
1- '1- '1-
c
c
n H i
c B L N
Khi gúc ma sát f> 0
Trang 10
1 1
q
q
i
i i
N
1
cot
n
q
f
H i
(1.10)
1
1
cot
n
f
H i
L B B L
n cos sin
L B B L
Trong đó:
B : Chiều rộng móng, tính bằng (mm);
L : Chiều dài móng, tính bằng (mm);
H : Tải trọng phương ngang không hệ số, tính bằng (N);
V : Tải trọng thẳng đứng không hệ số, tính bằng (N);
: Góc của thành phần hình chiếu của phương lực trên mặt phẳng móng, tính bằng (độ);
Bảng 1.1 – Hệ số sức kháng nền của móng nông ở trạng thái giới hạn cường độ
(Điều 5.5.2.2 TCVN 11823-10-2017)
Phương pháp / loại đất / tình trạng
Hệ số sức kháng
Sức
kháng
nén
b
Phương pháp lý thuyết (Munfakh et al 2001) trong đất sét 0.50 Phương pháp lý thuyết (Munfakh et al 2001) trong đất cát sử
dụng CPT
0.50
Phương pháp lý thuyết (Munfakh et al 2001) trong đất cát, sử dụng SPT
0.45
Phương pháp nửa thực nghiệm (Meyer hof 1957) tất cả các loại đất
0.45