NỀN MÓNG NHÀ CAO TẦNG

Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 BÀI GIẢNG MƠN NỀN MĨNG NHÀ CAO TẦNG GV: TS TRẦN VĂN TiẾNG [1] Chương 2: MÓNG SÂU Cọc ép ly tâm dự ứng lực Móng cọc nhồi Hiện tượng ma sát âm Móng cọc đài băng đài bè Thử tĩnh cọc trường Phương pháp thử động xác định sức chịu tải cọc trường Tườ ường ng ch chắ ắn, tườ ường ng vây, vây, mó móng ng tầng hầm [2] GV: TS Trần Văn Tiếng Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM 3.1 Tổng quan ma sát âm 3.2 Những nguyên nhân gây ma sát âm 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến ma sát âm 3.4 Ảnh hưởng ma sát âm đến cơng trình 3.5 Các biện pháp giảm ảnh hưởng ma sát âm 3.6 Tính tốn ma sát âm 3.1 Tổng quan ma sát âm  Ma sát vật thể sinh chuyển động tương đối mặt phẳng tiếp xúc  Thành phần ma sát thân cọc chuyển vị tương đối cọc đất xung quanh coc  Hướng chuyển vị tương đối định lực ma sát bên cọc âm hay dương GV: TS Trần Văn Tiếng Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.1 Tổng quan ma sát âm  Định nghĩa tượng ma sát âm  Theo TCXD 189:1996 TCXD 205 :1998, ma sát âm tác dụng lên cọc xảy tốc độ lún đất lớn tốc độ dịch chuyển cọc độ sâu tương ứng  Đối với cơng trình có sử dụng móng cọc, cọc đóng vào tầng đất có q trình cố kết chưa hoàn toàn Nếu tốc độ lún đất cơng trình nhanh tốc độ lún cọc theo chiều xuống, lún tương đối phát sinh lực kéo xuống tầng đất cọc làm giảm khả chịu tải cọc gọi tượng ma sát âm, lực kéo xuống gọi lực ma sát âm 3.1 Tổng quan ma sát âm GĐ2 SÉT MỀM HAY LỚP ĐẤT ĐẮP CĨ TÍNH NÉN LÚN MSD MSA ĐẤT TỐT GV: TS Trần Văn Tiếng Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.1 Tổng quan ma sát âm  Lực ma sát âm xảy phần thân cọc phụ thuộc vào tốc độ lún đất xung quanh cọc tốc độ lún cọc  Lực ma sát âm có chiều hướng thẳng đứng xuống dưới, có khuynh hướng kéo cọc xuống, làm tăng lực tác dụng lên cọc  Ta so sánh phát sinh ma sát âm ma sát dương thơng qua hình sau: 3.1 Tổng quan ma sát âm (a) Sựphá t sinh ma sá t dương GV: TS Trần Văn Tiếng (b) Ma sá t â m cólớ p đấ t mớ i đắ p xả y cốkế t trọng lượng bả n thâ n Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.1 Tổng quan ma sát âm (c) Ma sá t â m lớ p sé t xố p cốkế t thoá t nướ c hoặ c có thê m lớ p đấ t mớ i đắ p 3.1 Tổng quan ma sát âm ~80 cm GV: TS Trần Văn Tiếng Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.2 Nguyên nhân gây ma sát âm  Dù tồn lún lớp đất xung quanh cọc, ma sát âm khơng xuất chuyển dịch xuống phía cọc tác dụng tĩnh tải hoạt tải lớn lún đất  Vì mối quan hệ biến dạng lún biến dạng lún cọc tảng để lực ma sát âm xuất  Thông thường tượng xảy trường hợp cọc xun qua đất có tính cố kết độ dày lớn; có phụ tải tác dụng mặt đất quanh cọc 3.2 Nguyên nhân gây ma sát âm  Khi cơng trình tơn cao, gây tải trọng phụ tác dụng xuống lớp đất phía làm xảy tượng cố kết cho lớp bên dưới; thân lớp đắp tác dụng trọng lượng thân xảy q trình cố kết  Khi có tăng độ chặt đất rời tác dụng động lực  Khi có lún ướt đất ngập nước  Khi có tăng ứng suất hữu hiệu mực nước ngầm bị hạ thấp  Khi có giảm thể tích đất chất hữu đất bị phân hủy GV: TS Trần Văn Tiếng Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.2 Nguyên nhõn gõy ma sỏt õm Sét đắp Hf Cá t đắp L Hf Sét đắp L L Cát Z SÐt Z (a) Hf SÐt Z (b) (c) Các trường hợp xuất ma sát âm tôn 3.2 Nguyên nhân gây ma sát âm  Ma sát âm sinh trường hợp cọc tựa đất cứng có tồn tải trọng bề mặt: GV: TS Trần Văn Tiếng Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.2 Nguyên nhân gây ma sát âm  Cọc đóng chưa kết thúc cố kết: Trong thực tế thiết kế cầu đường, ma sát âm xảy bên cọc phần đường vào cầu có lớp đất đắp cao làm cho lớp đất bên bị lún phải chịu tải trọng lớp đất 3.2 Nguyên nhân gây ma sát âm  Việc hạ thấp mực nước ngầm làm tăng ứng suất thẳng đứng có hiệu điểm đất Vì vậy, làm đẩy nhanh tốc độ lún cố kết đất Lúc đó, tốc độ lún đất xung quanh cọc vượt tốc độ lún cọc dẫn đến xảy tượng kéo cọc xuống lớp đất xung quanh cọc GV: TS Trần Văn Tiếng Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.2 Nguyên nhân gây ma sát âm  Việc xây dựng cơng trình bên cạnh cơng trình cũ đất yếu 3.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến ma sát âm Ma sát âm tượng phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:  Loại cọc, chiều dài cọc, phương pháp hạ cọc, mặt cắt ngang cọc, bề mặt tiếp xúc cọc đất nền, co ngắn đàn hồi cọc;  Đặc tính lý đất, chiều dày lớp đất yếu, tính trương nở đất;  Tải trọng chất tải (chiều cao đắp nền, phụ tải);  Thời gian chất tải xây dựng cơng trình;  Độ lún đất sau đóng cọc, độ lún móng cọc;  Quy luật phân bố ma sát âm cọc… GV: TS Trần Văn Tiếng Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.4 Ảnh hưởng ma sát âm đến cơng trình  Làm giảm sức chịu tải cọc  Gây nên khe hở đài cọc lớp đất đài 3.4 Ảnh hưởng ma sát âm đến cơng trình  Trong số TH, lực ma sát âm vượt qua tải trọng cho phép tác dụng lên cọc  Trường hợp cọc chủ yếu chịu mũi, ma sát âm làm tăng ứng suất mũi cọc  Đối với việc sử dụng giếng cát: ma sát âm hạn chế trình cố kết đất yếu sử dụng giếng cát GV: TS Trần Văn Tiếng 10 Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.4 Ảnh hưởng ma sát âm đến cơng trình 3.4 Ảnh hưởng ma sát âm đến cơng trình CỐ KẾT THẤM GV: TS Trần Văn Tiếng CỐ KẾT THẤM 11 Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.4 Ảnh hưởng ma sát âm đến cơng trình CƠNG TRÌNH MỚI  Mực nước ngầm bị hạ thấp xây dựng cơng trình lân cận MNN BAN ĐẦU MNN SAU KHI BƠM 23 3.4 Ảnh hưởng ma sát âm đến cơng trình  Khi xây dựng cơng trình cạnh cơng trình cũ đất yếu 24 GV: TS Trần Văn Tiếng 12 Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.5 Các biện pháp khắc phục hưởng ma sát âm  Biện pháp khắc phục ma sát âm chia làm ba nhóm chính:  Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết đất  Biện pháp làm giảm tải trọng lên đất  Biện pháp làm giảm ma sát đất cọc vùng ma sát âm 3.5 Các biện pháp khắc phục hưởng ma sát âm  Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết đất  Đối với cơng trình có thời gian thi cơng khơng gấp, cơng trình có hệ móng cọc đất yếu chưa cố kết:  Bố trí phương tiện nước theo phương thẳng đứng (giếng cát bấc thấm) để nước lớp sâu đất yếu tác dụng tải trọng đắp có điều kiện để thoát nhanh Tuy nhiên, để đảm bảo phát huy hiệu nước chiều cao đắp tối thiểu nên 4m, đắp khơng đủ lớn ta kết hợp với gia tải trước để phát huy hiệu đường thấm thẳng đứng GV: TS Trần Văn Tiếng 13 Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.5 Các biện pháp khắc phục hưởng ma sát âm  Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết đất  Khi sử dụng giải pháp thoát nước cố kết thẳng đứng thiết phải bố trí tầng cát đệm  Giếng cát nên dùng loại có đường kính từ 35-45 cm, bố trí kiểu hoa mai với khoảng cách giếng 8-10 lần đường kính giếng  Nếu dùng bấc thấm nên bố trí so le kiểu hoa mai với cự ly khơng nên 1,3m không 2,2m  Khi sử dụng giải pháp thoát nước cố kết thẳng đứng nên kết hợp với biện pháp gia tải trước trường hợp thời gian trì tải trọng đắp không nên tháng 3.5 Các biện pháp khắc phục hưởng ma sát âm  Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết đất K h o ñ a át ñ a ép ( th øn g la øc a ùt) Ñ e äm c a ùt T r u ï th o ùa t n ùc H kv kv D kv kv kh kh kh kh kv kv kh kh L Ưu điểm: áp dụng cho cọc đóng cọc khoan nhồi Nhược điểm: cần thời gian thi công lâu mặt lớn (nếu có đắp gia tải) GV: TS Trần Văn Tiếng 14 Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.5 Các biện pháp khắc phục hưởng ma sát âm  Biện pháp làm giảm tải trọng lên đất  Kiểm sốt hạn chế đến mức ứng suất phân bố đất yếu tải trọng chất thêm thi cơng cơng trình sau cơng trình đưa vào sử dụng  Giải pháp đưa sử dụng sàn giảm tải hệ cọc đất đắp hệ cọc vật liệu trộn (đất trộn xi măng, đất trộn vơi, ) có lót vải địa kỹ thuật  Đối với cơng trình có phụ tải hàng hóa, vật liệu, container, … tải trọng phụ có giá trị lớn dùng sàn bê tơng có xử lý cọc để đặt phụ tải 3.5 Các biện pháp khắc phục hưởng ma sát âm  Biện pháp làm giảm tải trọng lên đất  Trong cơng trình giao thơng, sàn giảm tải (bố trí cho đường đắp cao sau mố cầu), ngày sử dụng rộng rãi, đất đắp đắp lên sàn giảm tải không tác dụng trực tiếp lên đất yếu bên  Ưu điểm Biện pháp dễ thi công, làm giảm đáng kể lực kéo xuống cọc, an toàn kỹ thuật Biện pháp đặc biệt thích hợp với cơng trình xây dựng tôn cao đất yếu lớn GV: TS Trần Văn Tiếng 15 Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.5 Các biện pháp khắc phục hưởng ma sát âm  Biện pháp làm giảm tải trọng lên đất  Nhược điểm – Xét mặt kinh tế chưa đạt hiệu cao – Trong nhóm cịn phải kể đến phương pháp xử lý phương pháp cố kết chân không Các phương pháp áp dụng Việt Nam có hiệu lớn nhiên giá thành cao 3.5 Các biện pháp khắc phục hưởng ma sát âm  Biện pháp làm giảm ma sát đất cọc vùng ma sát âm  Tạo lớp phủ mặt để ngăn ngừa tiếp xúc trực tiếp cọc đất xung quanh làm giảm ma sát thành bên cọc lớp đất xung quanh cọc  Bitumen sử dụng để phủ xung quanh cọc đặc tính dẻo nhớt nó, ứng xử vật liệu rắn đàn hồi tác động tải tức thời (đóng cọc) chất lỏng nhớt tốc độ di chuyển thấp  Những thành công sử dụng bitumen để làm giảm lực kéo xuống phụ thuộc nhiều vào yếu tố như: – Lọai tính chất bitumen, – Mức độ thâm nhập hạt đất vào bitumen, – Sự phá hỏng bitumen đóng cọc, – Nhiệt độ môi trường GV: TS Trần Văn Tiếng 16 Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.5 Các biện pháp khắc phục hưởng ma sát âm  Biện pháp làm giảm ma sát đất cọc vùng ma sát âm  Theo kết nghiên cứu Brons (1969): lực ma sát âm giảm khoảng 90% so với trường hợp không dùng lớp phủ bitumen mặt ngồi  Lớp phủ bitumen có tác dụng làm giảm lực kéo xuống khoảng 75%  Tuy nhiên, khơng có bùn bentonite hạ cọc tác dụng bitumen khoảng 30% lớp phủ bitumen bị phá hỏng trình hạ cọc  Do chiều dày lớp phủ bitumen nên vào khoảng 4-5mm để ngừa cho trường hợp bị xước hạ cọc 3.5 Các biện pháp khắc phục hưởng ma sát âm  Biện pháp làm giảm ma sát đất cọc vùng ma sát âm  Ưu điểm : Thi cơng đơn giản, kinh phí thấp  Nhược điểm  Chỉ áp dụng cho cọc đóng, khơng áp dụng cho cọc khoan nhồi  Ngồi ra, người ta khoan tạo lỗ có kích thước lớn kích thước cọc vùng chịu ma sát âm, sau thi cơng cọc mà giữ nguyên khoảng trống xung quanh lấp đầy bentonite  Ma sát dương khôi phục kết thúc trình cố kết GV: TS Trần Văn Tiếng 17 Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.5 Các biện pháp khắc phục hưởng ma sát âm  Biện pháp làm giảm ma sát đất cọc vùng ma sát âm 3.6 Tính tốn ma sát âm  Ma sát âm cực đại Qu A Nguyên lý tính ma sát âm cực đại A’  Tại độ sâu z, lực ma sát âm đơn vị C tính biểu thức: C’ fn = ’h tga+ca = K’v tga +ca  Tổng lực ma sát âm lên cọc: Qmsa  u   K tg h  hd ' v a  ca dz hd B B’ Đất đắp MNN D D’ Ma sá t âm h H Đất yếu F E Ma sá t dư ơng Đa tá tốt Qp  Trong điều kiện dài hạn chống cắt điều kiện thoát nước: fn = ’h tga = K’v tga Qmsa  u  h  hd GV: TS Trần Văn Tiếng K v' tga dz Với u chu vi tiết diện ngang cọc; hd bề dầy lớp đất đắp, h bề dày vùng có ma sát âm hay vùng đất yếu có chuyển vị đứng lớn độ lún cọc 18 Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.6 Tính tốn ma sát âm  Xác định chiều dày vùng ma sát âm  Xác định độ lún  S p.h E0   1 Với 2o2  o Với: p : áp lực trung bình tác dụng lên lớp đất, E0, 0: Module đàn hồi hệ số poisson lớp đất  Độ lún cọc đơn S = S1 + S2 + S3 Với: S1 : độ lún biến dạng co thân cọc, S2 : độ lún biến dạng nén đất mũi cọc, S3 : độ lún chuyển dịch theo phương đứng đất lực ma sát đất thân cọc 3.6 Tính tốn ma sát âm  Xác định chiều dày vùng ma sát âm  Độ lún cọc đơn s1 = (Qap + ξQas ) A.E L Với: Qap : lực nén mũi cọc, Qas : lực ma sát xung quanh cọc, A : diện tích tiết diện ngang cọc E : Module đàn hồi vật liệu làm cọc L : Chiều dài cọc  : Hệ số phụ thuộc hình dạng phân bố ma sát cọc đất dọc thân cọc GV: TS Trần Văn Tiếng 19 Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.6 Tính tốn ma sát âm  Xác định chiều dày vùng ma sát âm  Độ lún cọc đơn s2 = q ap D E0 1- μ  α Với: qap : áp lực đất lên mũi cọc, E0, 0: Module đàn hồi hệ số poisson lớp đất mũi cọc D : đường kính cọc,  : Hệ số phụ thuộc hình dạng tiết diện ngang mũi cọc phương pháp tính lún theo đàn hồi Cọc vng  =0.88, cọc trịn  =0.79 3.6 Tính toán ma sát âm  Xác định chiều dày vùng ma sát âm  Độ lún cọc đơn s3 = Q as D 1- µ  Is u.L E Với: Qas : lực ma sát xung quanh cọc hay sức chịu tải ma sát an toàn, E0, 0: Module đàn hồi hệ số poisson lớp đất mũi cọc, D : đường kính cọc, L: chiều dài cọc, u chu vi tiết diện ngang cọc, Is: hệ số ảnh hưởng, theo Vesic : GV: TS Trần Văn Tiếng Is = + 0,35 L D 20 Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.6 Tính tốn ma sát âm  Xác định chiều dày vùng ma sát âm  Vùng ảnh hưởng ma sát âm Dựa vào tương quang độ lún đất cọc, xác định diểm trung hịa mà chuyển vị cọc đất Trên điểm trung hòa cọc chịu ma sát âm, điểm trung hòa cọc chịu ma sát dương Xem độ lún cọc đất tuyến tính theo độ sâu, chiều sâu vùng ảnh hưởng ma sát âm: Znf  (1  Scoc ).H n Sdat Với: Scoc : độ lún cọc, Sdat : độ lún đất quanh cọc Hn: bề dày vùng nén lún 3.7 TCXD 189 GV: TS Trần Văn Tiếng 21 Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.8 TCXD 205 3.8 TCXD 205 GV: TS Trần Văn Tiếng 22 Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.8 TCXD 205 GV: TS Trần Văn Tiếng 23 ... 10 Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.4 Ảnh hưởng ma sát âm đến cơng trình 3.4 Ảnh hưởng ma sát âm đến cơng trình CỐ KẾT THẤM GV: TS Trần Văn Tiếng CỐ KẾT THẤM 11 Bài giảng Nền Móng NCT 12/... lún 3.7 TCXD 189 GV: TS Trần Văn Tiếng 21 Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.8 TCXD 205 3.8 TCXD 205 GV: TS Trần Văn Tiếng 22 Bài giảng Nền Móng NCT 12/ 11/ 2013 3.8 TCXD 205 GV: TS Trần Văn... ngang cọc, bề mặt tiếp xúc cọc đất nền, co ngắn đàn hồi cọc;  Đặc tính lý đất, chiều dày lớp đất yếu, tính trương nở đất;  Tải trọng chất tải (chiều cao đắp nền, phụ tải);  Thời gian chất tải