0 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI BỘ MÔN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM ĐÔ THỊ BÀI GIẢNG NỀN VÀ MÓNG (CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM ĐÔ THỊ) NGƯỜI BIÊN SOẠN PGS TS NGUYỄN ĐỨC NGUÔN 1 CHƯƠNG 1 TÀI LIỆ[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI BỘ MÔN XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM ĐƠ THỊ BÀI GIẢNG NỀN VÀ MĨNG (CHUN NGÀNH: XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM ĐƠ THỊ) NGƯỜI BIÊN SOẠN: PGS.TS NGUYỄN ĐỨC NGUÔN CHƯƠNG TÀI LIỆU TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NỀN MÓNG 1.1 Tài liệu địa điểm xây dựng 6 1.2 Tài liệu cơng trình tải trọng 1.3 Tài liệu địa kỹ thuật 1.3.1 Phương pháp khoan thăm dò: 1.3.2 Phương pháp xuyên: 1.3.3 Thí nghiệm phịng xác định tiêu lý đất 1.4 Số liệu khảo sát địa chất thuỷ văn 10 12 1.5 Một số lưu ý thu thập tài liệu địa kỹ thuật 1.6 Nghiên cứu tài liệu báo cáo khảo sát đánh giá điều kiện địa chất 13 cơng trình 1.7 Lựa chọn giải pháp móng độ sâu chơn móng 15 17 1.7.1 Lựa chọn giải pháp móng: 1.7.2 Lựa chọn độ sâu chơn móng: 17 18 CHƯƠNG TÍNH TỐN MĨNG NƠNG 2.1 Phân loại cấu tạo 27 22 2.1.1 Theo đặc điểm làm việc 2.1.2 Theo độ cứng 22 25 2.2 Xác định kích thước sơ đáy móng 2.2.1 Móng đơn chữ nhật 26 26 2.2.2 Móng trịn 2.2.3 Móng vành khun 41 42 2.2.4 Móng hợp khối chữ nhật 2.2.5 Móng băng 46 51 2.2.6 Móng bè 2.3 Tính tốn theo trạng thái giới hạn 56 57 2.3.1 Tính theo trạng thái giới hạn I 2.3.2 Tính theo trạng thái giới hạn II 57 65 2.4 Tính tốn móng theo trạng thái giới hạn I 2.4.1 Móng đơn cột 83 83 2.4.2 Móng hợp khối chữ nhật 2.4.3 Móng băng tường 94 112 2.4.4 Móng băng phương hàng cột 115 132 2.4.5 Móng băng giao thoa cột 2.4.6 Móng bè 132 CHƯƠNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 3.1 Các phương pháp xử lý 137 137 3.2 Tính tốn xử lý đệm cát 3.2.1 Xác định kích thước lớp đệm cát mặt 138 139 3.2.2 Tính tốn đệm cát theo điều kiện ổn định 139 3.2.3 Tính tốn đệm cát theo điều kiện biến dạng 3.2.4 Một số lưu ý sử dụng đệm cát xử lý đất yếu 139 153 3.3 Tính tốn xử lý cọc cát 3.3.1 Đặc điểm 154 154 3.3.2 Tính tốn xử lý cọc cát 3.3.3 Tính tốn độ lún xử lý cọc cát 154 158 3.3.4 Một số lưu ý gia cố cọc cát 3.4 Tính tốn xử lý giếng cát bấc thấm 158 159 3.4.1 Tính tốn xử lý giếng cát 3.4.2 Tính tốn xử lý bấc thấm 159 162 3.4.3 Một số lưu ý sử dụng giếng cát bấc thấm 3.5 Xử lý số loại cọc khác 168 168 3.5.1 Cọc đất - xi măng 3.5.2 Tính tốn xử lý cọc đất- xi măng 168 168 3.5.3 Cọc đất vôi 3.5.4 Cọc tre, cừ tràm 171 171 CHƯƠNG TÍNH TỐN MĨNG CỌC ĐÀI THẤP 4.1 Các loại cọc sử dụng xây dựng 179 173 4.1.1 Cọc gỗ 4.1.2 Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn 173 173 4.1.3 Cọc nhồi 4.1.4 Cọc Barret 176 180 4.1.5 Cọc thép 4.1.6 Cọc ống thép nhồi bê tông 181 181 4.1.7 Cọc mở rộng chân 4.2 Tính tốn móng cọc đài thấp theo trạng thái giới hạn 181 182 4.2.1 Nội dung tính tốn 4.2.2 Trình tự tính tốn 182 182 4.3 Chọn loại cọc 4.4 Độ sâu chôn đáy đài 182 183 4.5 Chọn chiều dài, tiết diện cọc 183 4.6 Xác định sức chịu tải cọc 4.6.1 Xác định sức chịu tải cọc theo độ bền vật liệu 183 183 4.6.2 Xác định sức chịu tải cọc theo độ bền đất 4.6.3 Xác định sức chịu tải cọc theo thí nghiệm thử tải cọc 186 203 4.7 Xác định sơ số lượng bố trí cọc đài 4.7.1 Yêu cầu bố trí cọc đài 208 208 4.7.2 Xác định sơ số lượng cọc 4.8 Chọn sơ chiều cao đài 209 210 4.9 Kiểm tra lực truyền lên cọc 210 4.10 Kiểm tra ổn định móng cọc 4.10.1 Ổn định chống trượt 211 211 4.10.2 Ổn định mũi cọc 4.11 Kiểm tra điều kiện khống chế độ lún móng cọc 211 212 4.11.1 Điều kiện kiểm tra 4.11.2 Tính độ lún cọc đơn 212 212 4.11.3 Tính độ lún nhóm cọc 4.11.4 Tính độ lún móng băng cọc 213 215 4.11.5 Tính độ lún móng bè cọc 4.12 Kiểm tra chiều cao đài 216 217 4.12.1 Điều kiện chọc thủng 4.12.2 Điều kiện cường độ tiết diện nghiêng theo lực cắt 217 218 4.13 Tính tốn bố trí cốt thép đài 4.14 Đặc điểm thiết kế móng cọc vùng có động đất 221 230 CHƯƠNG ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT VÀ TƯỜNG CHẮN 5.1 Các loại áp lực ngang 218 233 5.2 Áp lực ngang tác động thường xuyên 5.2.1 Áp lực ngang đất 233 233 5.2.2 Áp lực ngang nước ngầm ổn định 5.2.3 Áp lực ngang từ cơng trình có 238 238 5.3 Áp lực ngang tác động tạm thời 5.4 Áp lực ngang có động đất 239 242 5.5 Các loại tường chắn 5.6 Tính tốn tường chắn 249 250 5.7 Một số biện pháp tăng khả ổn định chịu lực tường chắn 5.8 Tính tốn tường mềm/cừ 255 260 5.8.1 Tính tốn tường mềm/cừ cơng xơn 5.8.2 Tính tốn tường có chống/ neo 261 267 5.8.3 Tính tốn tường có nhiều chống/ neo 5.8.4 Tính tốn tường liên tục theo giai đoạn thi công 274 277 5.9 Tính tốn tường tầng hầm 289 CHƯƠNG NEO ĐẤT 6.1.Khái niệm chung 288 294 6.2 Kết cấu neo đất 6.3 Tính tốn neo đất 296 297 6.4.Tính tốn neo có động đất CHƯƠNG TÍNH TỐN MĨNG CỌC NHỒI CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 7.1 Đặt vấn đề 7.2 tính tốn cọc nhồi chịu tải trọng ngang 305 304 7.3 Tính tốn cọc có chống/neo 7.4 Tính tốn tiết diện cọc 7.5 Tính tốn tường chắn có trụ cọc khoan nhồi 7.6 Trường hợp có kể đến tạo vòm đất cọc 7.7 Trường hợp khơng xét tạo vịm đất cọc 7.8 Tính tốn số chi tiết chỗng đỡ tạm thời vách hố đào sâu trình thi cơng CHƯƠNG TÍNH TỐN DẦM, MĨNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI 327 8.1 khái niệm chung 8.2 Tính tốn dầm đàn hồi theo phương pháp biến dạng cục 8.3 Dầm đàn hồi theo phương pháp zemôskin 8.4 Dầm đàn hồi theo phương pháp Gs Ximvuliđi 8.5 Tính tốn móng đàn hồi TÀI LIỆU THAM KHẢO 339 Ch-¬ng i Tài liệu phục vụ tính toán móng 1.1 Tài liệu địa điểm xây dựng Hiểu biết địa điểm xây dựng cần thiết tính tốn móng, cần đặc biệt lưu ý vấn đề chính: - Vị trí xây dựng cơng trình: + Nghiên cứu tài liệu lưu trữ: Tài liệu động đất; đồ phân vùng địa chất; tình hình xây dựng khu vực (tài liệu khảo sát địa chất, phương án xử lý móng cơng trình lân cận, cố cơng trình khu vực) + Nghiên cứu trường: Đặc điểm địa hình khu vực; hố đào sâu có; luồng lạch dẫn nước; nguồn nước ngầm có áp; khả vận chuyển đất đá, khả lại thao tác máy móc thi cơng móng + Đánh giá mức độ phức tạp địa hình (mức độ uốn nếp, khả hướng trượt lở lớp đất đá): vết lộ ven núi sườn dốc để có giải pháp chống trượt hữu hiệu - Các cơng trình lân cận: Khoảng cách cơng trình lân cận, cơng trình ngầm có khu vực xây dựng (khả dỡ bỏ, giữ lại); tìm hiểu tài liệu, phương án xử lý móng trạng thái cơng trình lân cận (khả ảnh hưởng cơng tác thi cơng móng tới cơng trình lân cận cơng trình ngầm có, tải trọng phụ thêm từ cơng trình lân cận khai thác; rút kinh nghiệm xử lý móng) - Cao độ tự nhiên cao độ cơng trình thiết kế: Cần phải xác định cao độ đào, đắp tôn liên quan đến tải trọng dỡ bớt bổ sung lên đất vị trí xây dựng Xác định vị trí cao độ mốc xây dựng 1.2 Tài liệu cơng trình tải trọng Trước thiết kế móng cần nghiên cứu kỹ: - Hồ sơ thiết kế kiến trúc, kết cấu phần thân: + Mặt công trình (các trục định vị cột, tường, khung chịu lực, tường chịu lực, tường ngăn, vị trí cầu thang, lõi cứng, độ sâu thang máy, thang cuốn, tầng hầm, tầng trệt) + Hệ kết cấu khung dầm, vật liệu sử dụng; + Cốt cao độ nhà, cốt san nền, cốt tự nhiên; + Các khe biến dạng, mức độ chênh lệch tầng khối nhà; + Độ lún tuyệt đối độ lún lệch cho phép cơng trình - Tải trọng cơng trình chuyền xuống móng: + Gồm tải trọng xét chưa xét đến trình giải khung kết cấu bên trên, mức độ chênh lệch tải trọng khối nhà, phương án bố trí khe lún cho cơng trình + Cần nghiên cứu tổ hợp tải trọng, hướng tác dụng tải trọng để lựa chọn tổ hợp nguy hiểm phục vụ tính tốn móng + Cần tính đến tải trọng từ cơng trình lân cận có có ảnh hưởng tương hỗ tới cơng trình, tải trọng động từ cơng trình giao thơng lân cận - Tài liệu tiêu chuẩn, quy chuẩn: Trong tính tốn thiết kế cần sử dụng tài liệu tiêu chuẩn hành kết cấu thép, bê tông cốt thép, tiêu chuẩn tải trọng tác động tài liệu liên quan khác 1.3 Tài liệu địa kỹ thuật Tài liệu địa kỹ thuật sở để thiết kế móng cơng trình Tài liệu địa kỹ thuật có sở khảo sát địa chất cơng trình, địa chất thuỷ văn nghiên cứu đồ phân vùng địa chất công trình, tài liệu lưu trữ khác Nhiệm vụ khảo sát địa chất cơng trình, địa chất thuỷ văn cần tư vấn địa kỹ thuật soạn thảo sau nghiên cứu kỹ tài liệu cơng trình tải trọng, tình hình khu vực xây dựng Nhiệm vụ khảo sát địa chất cơng trình cần thoả thuận thống chủ đầu tư nên có ý kiến góp ý cán khảo sát địa chất Để có tài liệu địa kỹ thuật phục vụ thiết kế móng cơng trình cần sử dụng số phương pháp sau: phương pháp khoan thăm dị, phương pháp xun thí nghiệm phịng xác định tiêu lý đất 1.3.1 Phương pháp khoan thăm dò: Để lấy mẫu nguyên dạng sử dụng phương pháp hạ ống mẫu sau: đóng, ép, khoan, chấn động xoay Đường kính lỗ khoan 108mm sét - cát 89mm - đá Khoảng cách lấy mẫu khoan thông thường 2-3m/mẫu, lớp đất phải lấy mẫu Ngồi khoan cần kết hợp thí nghiệm SPT, xun tĩnh thí nghiệm trường khác Vị trí khoảng cách lố khoan: xác định tuỳ thuộc vào khn khổ cơng trình, kết cấu cơng trình, mức độ nghiên cứu chúng, phương pháp thi cơng, tính phức tạp điều kiện địa chất Vị trí lỗ khoan nên bố trí vùng có đặt tải trọng tập trung lớn, bố trí theo chu vi tường cơng trình, chỗ giao trục nơi tập trung tải trọng từ cột, thiết bị lớn, vị trí gần với ao hồ, sơng ngịi, thung lũng Mặt vị trí bố trí lỗ khoan thể hình.1.1 Khoảng cách hố khoan cơng trình dân dụng cơng nghiệp thơng thường bố trí từ 10 đến 30m Tại vị trí phức tạp, thung lũng, lạch nước, khu vực trượt lở nên bố trí hố khoan dày hơn, cơng trình độc lập có diện tích mặt nhỏ nên bố trí tối thiểu 03 hố khoan Đối với cơng trình ngầm kéo dài (các đường hầm giao thông hành, gara dạng tuyến), hố khoan bố trí dọc trục theo phương vng góc với trục chúng, cách 150 200m (cho giai đoạn thiết kế kỹ thuật) nằm lớp đất đặn Khoảng cách hố khoan 100150m cho khu vực có lớp đất uốn nếp, địa tầng phức tạp, nước ngầm nằm cao cao trình chơn móng 60-100m cho khu vực địa tầng uốn nếp phức tạp, có tượng địa vật lý phức tạp, mức nước ngầm nằm cao cao trình dự kiến chơn móng Hình 1.1 Sơ đồ vị trí lỗ khoan Chiều sâu lỗ khoan: phụ thuộc vào chiều sâu vùng chịu nén Để tiết kiệm kinh phí tốt tiến hành khoan số lỗ khoan sâu Các lỗ khoan lại cần khoan tới đáy vùng chịu nén móng cơng trình Chiều sâu vùng chịu nén phụ thuộc vào quy mơ cơng trình, tải trọng, kích thước mặt Đối với cơng trình ngầm đặt sâu, lực ma sát mặt bên cơng trình khối địa tầng tăng, mực nước ngầm cao khả đẩy lớn, trường hợp này, vùng chủ động tạo tải trọng phụ mà dỡ tải khối địa tầng Trong tài liệu tiêu chuẩn khơng có dẫn rõ ràng vùng chủ động Quy ước lấy 1/2 chiều rộng cơng trình chiều sâu cơng trình đến 50m, 1/4 chiều rộng, chiều sâu móng cơng trình từ 50-100m Chiều sâu lỗ khoan thường sâu đáy cơng trình ngầm 610m khoan sâu vào lớp bền nước 2 3m Đối với kết cấu “tường đất” chiều sâu hỗ khoan hỗ khoan thực tế thường kiến nghị lấy (1,5-2,0)H +5m (H- chiều sâu móng tầng hầm) Khi xác định chiều sâu lỗ khoan, cần yêu cầu đơn vị khảo sát cung cấp cốt cao độ lỗ khoan, thời gian khảo sát Trong thực tế, sau khoan khảo sát cốt cao độ khu vực xây dựng công trình bị thay đổi gây nhiều khó khăn việc xác định tải trọng tác dụng lên móng cơng trình khơng có số liệu 1.3.2 Phương pháp xuyên: Để xác định tiêu độ bền sức chống cắt đất trường thường sử dụng phương pháp xuyên Các phương pháp xuyên dùng chủ yếu phương pháp xuyên tiêu chuẩn (SPT) xuyên tĩnh (CPT) - Phương pháp SPT: Thí nghiệm SPT thực cách đóng đầu xuyên ngập vào đất từ đáy lỗ khoan sau làm Số lần đóng búa đóng đầu xuyên ngập vào đất 30cm gọi tiêu xuyên tiêu chuẩn ký hiệu N30 Các thiết bị sử dụng phương pháp SPT sau: Thiết bị khoan tạo lỗ: thông thường hỗ khoan kết hợp với lỗ khoan lấy mẫu thí nghiệm phịng, lỗ khoan có đường kính khoảng 55163mm; cần khoan thích hợp cho thí nghiệm SPT cần khoan có đường kính ngồi 42mm, trọng lượng 5,7kg; Đầu xuyên: ống thép có tổng chiều dài 810mm, gồm phần: mũi, thân đầu nối ren (hình.1.2) Trong đất cát hạt thơ lẫn sỏi sạn đất cuội sỏi, để tránh hỏng mũi xuyên nên dùng mũi xun đặc hình nón với góc đỉnh mũi xuyên 60 Hình 1.2 Cấu tạo đầu xuyên SPT Bộ búa đóng bao gồm: tạ, gắp búa cần dẫn hướng, trọng lượng bủa 63,5kg, độ cao rơi búa 76 2,5cm (hình.1.3) Hình 1.3 Cấu tạo đầu búa đóng thí nghiệm SPT Ví dụ kết thí nghiệm xuyên SPT thể hình.1.4 H.7 12 Biểu đồ tính tốn cọc cơng xơn (a), cọc có tầng chống/neo (b) vách (c) 326 CHƯƠNG TÍNH TỐN DẦM, MĨNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI 8.1 Khái niệm chung: - Hệ khung cơng trình ngầm dân dụng cơng nghiệp khung đổ tồn khối, khung lắp ghép, nhịp, nhiều nhịp, tầng nhiều tầng - Công trình ngầm dân dụng cơng nghiệp phần lớn xây dựng phương pháp lộ thiên - Các phận cơng trình ngầm trực tiếp tiếp xúc với đất mái, tường đáy - Tính tốn hệ khung cơng trình ngầm bao gồm phương pháp tính tốn khung, vịm, dầm, tường kết cấu đàn hồi + mái thường có cấu tạo vịm thoải chúng tiếp xúc với đất lấp tính kết cấu thơng thường + tường bên thường xây dựng thẳng đứng chúng tính tốn dầm đàn hồi (khi tường có độ cứng hữu hạn tiếp xúc liên tục với đất) không kể đến tính đàn hồi đất (khi xung quanh đất lấp không đảm bảo tiếp xúc chặt chẽ liên tục với tường) + đáy cơng trình ngầm có dạng phẳng dạng cong (vịm ngược) - Bản đáy cơng trình ngầm có độ cứng hữu hạn, chúng xây dựng trước xây dựng kết cấu bên tính tốn đơn giản dầm (cắt theo dải) đàn hồi - Dưới tác dụng tải trọng phản lực nền, móng bị uốn (thường mép biên) biến dạng móng lại ảnh hưởng đến phân bố lại phản lực để đơn giản hố tính tốn người ta xét trường hợp móng có biến dạng uốn lớn thoả mãn điều kiện: E0 l t= 10 10 E h3 (8.1) Trong đó: e0- mơ đun biến dạng đất nền; e- mô đun đàn hồi vật liệu móng; l- chiều dài móng; h- chiều cao móng móng có t thoả mãn điều kiện gọi móng mềm - Móng có tỷ số hai cạnh l/b gọi móng dầm, cịn l/b