Bài giảng nền và móng

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NỀN MÓNG

Khái niệm chung

1.1.1 Khái niệm về nền và móng

Hình 1.1 Mô hình nền và móng

- Móng: Là một bộ phận của công trình kéo dài xuống dưới đất làm nhiệm vụ truyền tải trọng của công trình từ bên trên xuống

- Nền: Là bộ phận nằm ngay dưới đáy móng, trực tiếp chịu tải trọng của công trình do móng truyền xuống

Theo phương pháp thi công người ta chia móng thành hai loại: móng nông và móng sâu

- Móng nông: Là móng xây dựng trên hố móng đào trần (độ sâu chôn móng

< 5 m), sau đó lấp lại Trong Cơ học đất, móng có bề rộng b, độ sâu hm, nếu hm/b thỏa mãn bảng 1.1, khi đất dưới móng bị phá hoại → đất bị đẩy trồi, ta coi hm đó là nông

Bảng 1.1 Bảng quy ước cách xác định móng nông

+ Tải trọng không lớn, công trình nhỏ, Q0 nhỏ;

+ Khi lớp đất tốt ở bên trên hoặc việc xử lý nền đất yếu ở bên trên có hiệu quả

- Phân loại: Móng nông được phân loại như sau:

+ Móng đơn: Sử dụng dưới chân cột nhà, cột điện, mố trụ cầu nhỏ… a Móng đơn dưới chân cột b Móng đơn dưới chân cột điện c Móng đơn dưới trụ cầu

Hình 1.2 Phạm vi áp dụng móng đơn

+ Móng băng: Sử dụng dưới các tường chịu lực, tường phụ hoặc các hàng cột, móng các công trình tường chắn a Móng băng dưới tường b Móng băng dưới cột c Móng băng giao thoa

Hình 1.3 Phạm vi áp dụng móng băng

+ Móng bản (móng bè): Thường sử dụng khi nền đất yếu, tải trọng công trình lớn, hoặc công trình có tầng hầm

Hình 1.4 Phạm vi áp dụng móng bè

- Khái niệm: Móng sâu là loại móng khi thi công không cần đào hố móng hoặc chỉ đào một phần rồi dùng phương pháp nào đó hạ, đưa móng xuống độ sâu thiết kế Thường sử dụng cho các công trình có tải trọng lớn mà lớp đất tốt nằm ở tầng sâu

+ Công trình có tải trọng lớn, lực ngang lớn;

+ Lớp đất tốt ở dưới sâu hoặc việc cải tạo tầng đất xấu bên trên không hiệu quả

+ Móng giếng chìm: Là kết cấu rỗng bên trong, vỏ ngoài có nhiệm vụ chống đỡ áp lực đất và áp lực nước trong quá trình hạ và tạo trọng lượng thắng ma sát Sau khi hạ đến độ sâu thiết kế thì người ta lấp đầy (hoặc một phần) bê tông vào phần rỗng

+ Móng giếng chìm hơi ép: Khi gặp điều kiện địa chất thủy văn phức tạp người ta thay móng giếng chìm bằng móng giếng chìm hơi ép Nguyên tắc làm việc của nó là dùng khí nén vào buồng kín của giếng để nhờ sức ép của khí đó mà nước bị đẩy ra ngoài tạo điều kiện khô ráo để công nhân đào đất

Hình 1.6 Cấu tạo móng giếng chìm hơi ép a Giai đoạn thi công; b Giai đoạn hoàn thiện

1 Lưỡi cắt; 2 Thành giếng; 3 Vách ngăn; 4 Trần ngăn; 5 Khoang làm việc;

6 Ống van chuyển vật liệu; 7 Ống van cho người xuống; 8 Bê tông lấp đáy;

9 Vật liệu lấp lòng; 10 Nắp giếng; 11 Thân trụ; 12 Đào nhân tạo; 13 Nước gia tải

- Móng cọc: Gồm các cọc riêng rẽ, hạ xuống đất và nối với nhau bằng đài cọc

(bệ móng) Thường sử dụng cho các công trình chịu tải trọng lớn, công trình trên nền đất yếu như mố trụ cầu, cầu cảng Dựa vào phương pháp thi công ta chia thành hai loại sau:

+ Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn: Loại cọc này được chế tạo sẵn trên các bãi đúc, tiết diện từ 20x20 đến 40x40 cm, sau đó hạ cọc bằng phương pháp đóng hoặc ép;

+ Cọc bê tông cốt thép đổ tại chỗ (cọc khoan nhồi): Dùng máy khoan để tạo lỗ sau đó đưa lồng thép vào và đổ bê tông vào lỗ Cọc có đường kính nhỏ nhất d = 30 cm, lớn nhất có thể đạt d = 2,5 m Chiều sâu hạ cọc đến hơn 100 m

Hình 1.7 Cấu tạo móng cọc

1.1.2.3 Phân loại móng theo một số tiêu chí

- Theo vật liệu: Bê tông, bê tông cốt thép, móng gạch, móng đá hộc…

- Theo biện pháp thi công: Móng lắp ghép và móng toàn khối

- Theo đặc điểm của tải trọng: Móng chịu tải trọng tĩnh và móng chịu tải trọng động

- Theo hình dáng móng: Móng đơn, móng bang, móng cọc…

- Theo độ cứng: Móng cứng và móng mềm

Khi nền đất tự nhiên đủ tốt có thể đặt công trình trực tiếp lên trên nền đất đó, người ta gọi là nền tự nhiên

Khi nền đất tự nhiên không tốt, muốn sử dụng làm nền móng cho công trình thì phải xử lý nền, làm cho tính chất xây dựng của đất tốt lên trước khi đặt móng Nền đất sau khi được xử lý người ta gọi là nền nhân tạo

1.1.4 Các bộ phận cơ bản của móng

Bảng 1.2 Các bộ phận cơ bản của móng

Chỉ tiêu Móng nông Móng cọc

Là khoảng cách từ mặt đất tự nhiên đến cao độ đáy móng (hm)

Là khoảng cách từ mặt đất tự nhiên đến cao độ mũi cọc (Hm)

Là khoảng cách từ mặt đỉnh móng tới mặt đáy móng (h)

Là khoảng từ mặt đỉnh đài đến mặt đáy đài (hd) Đáy móng Xác định theo điều kiện về cường độ và biến dạng Xác định theo số lượng và sơ đồ bố trí cọc Mặt đỉnh móng Mặt tiếp xúc giữa móng và công trình bên trên

Gờ móng Là khoảng cách từ mép công trình bên trên tới mép bậc móng trên cùng

Bậc móng Khi chiều cao móng lớn người ta bố trí bậc móng để tiết kiệm vật liệu

Là lớp đệm dưới đáy móng có tác dụng tạo mặt bằng thi công và chống mất nước xi măng khi thi công bê tông móng

Khái niệm về tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn (TTGH)

1.2.1 Khái niệm về trạng thái giới hạn

Trạng thái giới hạn là trạng thái ứng với khi công trình không ở điều kiện sử dụng bình thường (võng quá lớn, biến dạng lớn, nứt quá phạm vi cho phép, mất ổn định) hoặc bị phá hoàn toàn

Theo quy phạm mới, việc tính toán nền móng theo 3 trạng thái giới hạn:

- Trạng thái giới hạn 1: Tính toán về cường độ ổn định của nền và móng;

- Trạng thái giới hạn 2: Tính toán về biến dạng, lún của nền móng;

- Trạng thái giới hạn 3: Tính toán về sự hình thành và phát triển khe nứt (chỉ sử dụng cho tính toán kết cấu móng)

1.2.2 Khái niệm về tính toán móng theo TTGH

Như mọi kết cấu chịu lực khác, kết cấu móng có thể phải tính toán thiết kế theo ba trạng thái giới hạn

Ngoài ra, vì móng làm việc chung với nền cho nên có thể xảy ra một dạng phá hỏng khác là móng bị lật đổ hoặc trượt trên nền Khi bị mất ổn định như thế, móng không còn làm việc được nữa, công trình bị hỏng mặc dù bản thân móng không đạt tới TTGH nào trong 3 TTGH kể trên Do vậy khác với kết cấu chịu lực khác, ngoài

3 TTGH thông thường, móng còn có thể tính theo TTGH về ổn định (lật đổ và trượt) trên nền

- Những móng chịu tải trọng ngang lớn mà lực thẳng đứng nhỏ (Như các tường chắn đất, móng neo…) thì phải tính theo TTGH về ổn định trên nền

- Móng bản đáy của các bể chứa vật liệu lỏng, móng đặt trong môi trường có tính ăn mòn mạnh phải tính theo TTGH 3

- Những móng dạng tấm mỏng, biến dạng lớn thì phải tính theo TTGH 2

- Tất cả các loại móng đều phải tính toán theo TTGH 1 Đối với móng của hầu hết các nhà dân dụng và công nghiệp thì chỉ cần thiết kế và tính toán theo TTGH

1.2.3 Khái niệm về tính toán nền theo TTGH

Không như những kết cấu chịu lực làm bằng những vật liệu khác, nền đất chỉ có hai TTGH: Trạng thái giới hạn thứ nhất (về cường độ) và TTGH thứ hai (về biến dạng) TTGH thứ ba về sự hình thành và phát triển khe nứt không có ý nghĩa đối với nền đất

1.2.3.1 Tính toán nền theo TTGH 1

- Theo TCVN 9362:2012, đối với các loại nền sau:

+ Các nền đất sét rất cứng, cát rất chặt, đất nửa đá và đá;

+ Các nền đặt móng thường xuyên chịu tải trọng ngang với trị số lớn (tường chắn, đê chắn…);

+ Các nền trong phạm vi mái dốc (ở trên hay ngay dưới mái dốc) hoặc lớp đất mềm phân bố rất dốc thì phải tính toán thiết kế theo TTGH 1;

+ Các nền đất thuộc loại sét yếu bão hòa nước và than bùn;

+ Các nền đất (1) chỉ biến dạng rất nhỏ dưới tác dụng của tải trọng công trình, ngay cả khi tải trọng đạt đến tải trọng cực hạn phá hỏng nền đất thì biến dạng vẫn còn bé Do vậy những loại nền này khi chịu tác dụng của tải trọng, sẽ dẫn tới TTGH

1 trước khi xuất hiện TTGH 2

N: Tải trọng ngoài tác dụng lên nền trong trường hợp bất lợi nhất;

: Sức chịu tải của nền theo phương của lực tác dụng;

Kat: Hệ số an toàn, phụ thuộc loại nền và tính chất của tải trọng, công trình, do cơ quan thiết kế quy định

1.2.3.2 Tính toán nền theo TTGH 2

Việc tính toán nền theo TTGH 2 được áp dụng cho tất cả các loại nền trừ các loại nền nêu ở (1) Mục đích của việc tính toán là khống chế biến dạng tuyệt đối và chuyển vị ngang của nền không vượt quá giới hạn cho phép, đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của công trình

S, S, U: Chuyển vị lún, lún lệch và chuyển vị ngang do tải trọng gây ra; [S], [S], [U]: Chuyển vị lún, lún lệch và chuyển vị ngang giới hạn

1.2.4 Các loại tải trọng và tổ hợp tải trọng

- Tải trọng thường xuyên: Là tải trọng tác dụng trong suốt thời gian thi công và sử dụng công trình: Trọng lượng bản thân kết cấu, áp lực đất, áp lực nước…

- Tải trọng tạm thời: Chỉ xuất hiện trong một thời kỳ nào đó trong thi công hoặc sử dụng công trình, sau đó giảm dần hoặc mất hẳn

Tùy theo thời gian tồn tại, người ta phân tải trọng tạm thời thành:

+ Tải trọng tạm thời tác dụng lâu dài (dài hạn): Trọng lượng thiết bị, vật liệu chứa…;

+ Tải trọng tạm thời tác dụng ngắn hạn: Trọng lượng người, xe máy thi công, tải trọng gió, áp lực sóng…

- Tải trọng tạm thời đặc biệt: Xuất hiện trong trường hợp rất đặc biệt khi thi công hoặc sử dụng công trình (động đất, sự cố công trình…)

- Tải trọng tác dụng lên công trình được phân thành tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán:

+ Tải trọng tiêu chuẩn: Là tải trọng có thể kiểm soát được giá trị của nó trong điều kiện thi công và sử dụng công trình bình thường;

+ Tải trọng tính toán: Là tải trọng kể đến những sai khác do thi công, do chế tạo gây ra làm thay đổi giá trị tải trọng thiên về hướng nguy hiểm cho công trình; + Tải trọng tính toán được xác định bằng cách nhân tải trọng tiêu chuẩn với hệ số vượt tải tương ứng:

Với n là hệ số vượt tải, lấy như sau:

 Trọng lượng bản thân các loại vật liệu: n = 1,1;

 Trọng lượng các lớp đất đắp, lớp cách âm cách nhiệt…: n = 1,2;

 Trọng lượng các thiết bị kỹ thuật (kể cả trọng lượng vật liệu chứa trong thiết bị khi nó hoạt động) lấy n = 1,2;

 Trọng lượng thiết bị vận chuyển: n = 1,3

+ Khi tính toán nền theo TTGH 2, được tiến hành tổ hợp chính các tải trọng tiêu chuẩn Vì biến dạng của nền đất diễn ra trong một thời gian dài do đó chỉ có những tải trọng tác dụng dài hạn mới có ý nghĩa;

+ Khi tính toán móng theo TTGH 1 được tiến hành với tổ hợp phụ, tổ hợp đặc biệt các tải trọng tính toán

Bảng 1.3 Phạm vi áp dụng tải trọng tính toán và tải trọng tiêu chuẩn Tải trọng tiêu chuẩn Tải trọng tính toán

- Kiểm tra độ ổn định của nền

- Tính ổn định móng: Ổn định lật, trượt

1.2.4.2 Các tổ hợp tải trọng

Khi tính toán cần xét các tổ hợp tải trọng sau:

- Tổ hợp tải trọng chính (tổ hợp cơ bản): Bao gồm các tải trọng thường xuyên, các tải trọng tạm thời dài hạn và một trong các tải trọng tạm thời ngắn hạn;

- Tổ hợp tải trọng phụ (tổ hợp bổ sung): Bao gồm các tải trọng thường xuyên, các tải trọng tạm thời dài hạn và hai hoặc nhiều hơn hai tải trọng tạm thời ngắn hạn;

- Tổ hợp tải trọng đặc biệt: Bao gồm các tải trọng thường xuyên, các tải trọng tạm thời dài hạn, một số tải trọng tạm thời ngắn hạn và tải trọng đặc biệt

1.2.4.3 Các hệ số tính toán

Khi tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn, người ta thường dùng các hệ số sau đây:

- Hệ số vượt tải n: Dùng để xét tới sự sai khác có thể xảy ra của tải trọng trong quá trình thi công và sử dụng công trình Tùy theo loại công trình mà người ta quy định hệ số vượt tải là bao nhiêu Tùy theo tính chất tác dụng của tải trọng tác động lên công trình mà “n” có thể lớn hơn hoặc bé hơn 1;

- Hệ số đồng nhất K: Dùng để xét tới khả năng phân tán cường độ của đất tại các điểm khác nhau trong nền do tính chất phân tán về các chỉ tiêu cơ học gây ra Vì đất có tính đồng nhất kém nên K thường bé hơn 1;

- Hệ số điều kiện làm việc m: Dùng để xét tới điều kiện làm việc thực tế của nền đất Tùy điều kiện cụ thể mà m có thể lớn hơn hoặc bé hơn 1 Hệ số điều kiện làm việc xác định theo các số liệu thực nghiệm.

Các tài liệu cần thiết để thiết kế nền và móng

1.3.1 Tài liệu về công trình

- Hình dáng kích thước đáy công trình

- Đặc điểm cấu tạo của công trình: Công trình có tầng hầm hay không, có bố trí hệ thống ống nước, ống cáp đường hầm nối giữa các công trình lân cận hay không

- Các tài liệu chi tiết về công trình bên trên và các tải trọng tác dụng:

+ Trọng lượng bản thân: Tính từ kích thước hình học của các kết cấu truyền xuống; + Trọng lượng của các thiết bị: Các thiết bị trong quá trình sử dụng và thi công; + Áp lực đất, áp lực nước;

+ Áp lực gió, cường độ gió, hướng gió;

+ Áp lực sóng, áp lực thấm;

+ Lực va của tàu bè;

+ Tải trọng chấn động và cấp động đất của từng vùng nếu có

1.3.2 Tài liệu về địa chất thủy văn công trình

- Bản đồ địa hình khu vực xây dựng và khu vực lân cận

- Mặt bằng bố trí các hố khoan khảo sát: Mạng lưới bố trí các lỗ khoan khảo sát được quy định như sau:

+ Bố trí tối thiểu 03 lỗ khoan;

+ Địa chất đơn giản: Bố trí các lỗ khoan cách nhau 100 - 150 m;

+ Địa chất bình thường: 30 - 50 m/lỗ;

+ Địa chất phức tạp: < 30 m/lỗ;

+ Chiều sâu khảo sát: Móng băng ≥ 3b; móng bè ≥ 1,5b; móng sâu ≥ 3 m từ độ sâu đặt móng dự kiến.

Khảo sát địa chất công trình xây dựng

1.4.1 Nội dung khảo sát địa chất công trình xây dựng

Khảo sát địa chất công trình xây dựng nhằm làm sáng tỏ các nội dung sau:

- Cấu trúc địa tầng khu vực xây dựng công trình;

- Các tính chất cơ lý chủ yếu của các lớp đất;

- Sự tồn tại và thảy đổi của mực nước ngầm;

- Các hiện tượng đặc biệt có thể xảy ra trong quá trình xây dựng như: Cát chảy, hang caster, sạt lở mái đào…

Các phương pháp khảo sát địa chất công trình xây dựng:

- Phương pháp gián tiếp: Đào hố, khoan lấy mẫu nguyên dạng hoặc phá hoại, thí nghiệm trong phòng;

- Phương pháp trực tiếp: Các thí nghiệm hiện trường

1.4.2 Khảo sát địa chất công trình bằng thí nghiệm hiện trường

- Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)

- Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)

- Thí nghiệm xuyên động (DCP)

- Thí nghiệm nén ngang (DMT)

- Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (VST)

1.4.3 Xác định khối lượng khảo sát địa chất công trình để thiết kế móng cọc

- Để xác định khối lượng khảo sát cho móng cọc người ta phân biệt ba loại mức độ phức tạp của điều kiện đất nền, phụ thuộc vào tính đồng nhất, thế nằm và tính chất của đất

+ Loại một: Nền là một lớp đồng nhất hoặc nền cấu tạo từ nhiều lớp gần như song song với nhau hoặc nghiêng không đáng kể (độ nghiêng không vượt quá 0,05), trong phạm vi mỗi lớp tính chất đất đồng nhất

+ Loại hai: Là nền một lớp hoặc nền gồm nhiều lớp, ranh giới giữa các lớp không thật đều đặn (độ nghiêng của các lớp không quá 0,1), trong phạm vi mỗi lớp tính chất đất không được đồng nhất

+ Loại ba: Nền gồm nhiều lớp không đồng nhất theo tính chất, ranh giới giữa các lớp không ổn định (độ nghiêng vượt quá 0,1), các lớp riêng biệt có thể bị vát nhọn

- Việc đánh giá mức độ phức tạp của điều kiện nền đất khu vực xây dựng được thực hiện trên cơ sở tư liệu địa chất công trình

- Việc xác định loại và khối lượng khảo sát cho móng cọc, phụ thuộc vào tầm quan trọng của công trình và mức độ phức tạp của điều kiện nền đất Kiến nghị chung về khối lượng khảo sát cho trong Bảng 1.4 Không phải lúc nào cũng cần đủ các chủng loại khảo sát như đã cho trong bảng này

Bảng 1.4 Khối lượng khảo sát cho các loại nhà và công trình

Mức độ phức tạp của điều kiện nền đất

Nhà và công trình thuộc tầm quan trọng cấp III

Khoan lấy mẫu và thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

Khoảng cách giữa các hố khoan không lớn hơn 70 m, nhưng không ít hơn

1 hố cho mỗi công trình

Không ít hơn 6 thí nghiệm cho mỗi chỉ tiêu trong phạm vi một yếu tố địa chất công trình

Khoảng cách giữa các điểm xuyên không lớn hơn 35 m, nhưng không ít hơn 2 điểm cho mỗi công trình

Nhà và công trình thuộc tầm quan trọng cấp II

Mức độ phức tạp của điều kiện nền đất

Số lượng cọc thử do tư vấn thiết kế quy định Riêng thí nghiệm thử tải tĩnh khoảng 1% tổng số cọc, nhưng không ít hơn 2 cọc cho mỗi công trình, khi có đủ cơ sở chuyên môn cho phép tiến hành thử một cọc tại vị trí có điều kiện bất lợi nhất Nên kết hợp thí nghiệm thử tải tĩnh với thí nghiệm đo biến dạng cọc

Nhà và công trình thuộc tầm quan trọng cấp I

Nén ngang Không ít hơn 6 thí nghiệm cho mỗi chỉ tiêu trong phạm vi một yếu tố địa chất công trình

Không ít hơn 2 thí nghiệm cho mỗi yếu tố địa chất công trình khi các kết quả không chênh lệch quá 30% so với trị trung bình

Số lượng cọc thử do tư vấn thiết kế quy định Riêng thí nghiệm thử tải tĩnh khoảng 1% tổng số cọc, nhưng không ít hơn 2 cọc cho mỗi công trình Nên kết hợp thí nghiệm thử tải tĩnh với thí nghiệm đo biến dạng cọc

1.5 Phân tích lựa chọn phương án móng

1.5.1 Lựa chọn chiều sâu chôn móng

Lựa chọn chiều sâu chôn móng là khâu đầu tiên trong công tác thiết kế nền móng Độ sâu chôn móng hm là khoảng cách từ mặt đất tự nhiên đến cao độ đáy móng; Hm là khoảng cách từ mặt đất tự nhiên tới cao độ mũi cọc đối với móng cọc

Việc lựa chọn chiều sâu chôn móng sao cho hợp lý phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản sau:

* Điều kiện địa chất và địa chất thủy văn Đây là yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất tới việc chọn chiều sâu chôn móng, trong đó việc xác định vị trí lớp đất chịu lực là quan trọng nhất Lớp đất chịu lực phải là lớp đất tốt tiếp xúc trực tiếp với đáy móng

Theo Gs Berezantex, những lớp đất sau đây không nên dùng làm lớp đất chịu lực đất cát rời, đất sét nhão, sét chứa nhiều hữu cơ hoặc sét có hệ số rỗng e > 1,1; á sét có e > 1,0; hoặc á cát có e > 0,7

Nếu tải trọng công trình lớn nên đặt móng dưới sâu hơn để móng tựa lên các lớp đất chặt hơn nằm ở dưới và giảm độ lún

Khi móng chịu tải trọng nhổ (hướng lên) hoặc tải trọng ngang, momen lớn (lệch tâm lớn) thì yêu cầu phải ngàm sâu móng đến độ sâu thích hợp để đảm bảo ổn định cho móng

* Đặc điểm cấu tạo công trình

Khi chọn chiều sâu chôn móng, cần phải kể đến đặc điểm của nhà và công trình (nhà có tầng hầm, có hào, hố, có đường liên lạc ngầm…) cũng cần chú ý đến việc đặt ống dẫn nước ở bên trong cũng như gần nhà và công trình

* Đặc điểm nền móng của các công trình lân cận

Thông thường người ta chọn chiều sâu chôn móng ngang với cao trình đáy của các móng chính của nhà và công trình lân cận Chỉ được phép đặt cao hơn khi đảm bảo giữ được kết cấu của đất nằm trên chiều sâu chôn móng của nhà hoặc công trình lân cận

Nguyên tắc chung của các giải pháp kỹ thuật nhằm khắc phục những tác động xấu của móng mới tác động lên móng nhà hoặc công trình cũ là hạn chế đến mức thấp nhất các áp lực từ móng nhà mới tác dụng lên móng nhà cũ kề bên

Một số giải pháp đặt móng:

Hình 1.9 Một số giải pháp khi đặt móng gần móng công trình lân cận

* Khả năng và điều kiện thi công móng

Tùy theo phương pháp thi công mà kết cấu của đất nền có thể bị phá hoại Nếu biện pháp thi công không đảm bảo giữ nguyên được kết cấu đất nền khi đào hố móng dưới mực nước ngầm thì phải lấy chiều sâu chôn móng tối thiểu cho phép và diện tích đáy móng tăng đến trị số lớn nhất

Tiêu chuẩn thiết kế và thi công nghiệm thu nền móng

- TCVN 10304:2014 Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc

- TCVN 9362:2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình

- 22 TCN 272-05 Tiêu chuẩn thiết kế cầu

- TCVN 9394:2012 Đóng và ép cọc - Thi công và nghiệm thu

- TCVN 9395:2012 Cọc khoan nhồi - Thi công và nghiệm thu

- TCVN 9361:2012 Công tác nền móng - Thi công và nghiệm thu

- TCVN 9386-2:2012 Nền móng, tường chắn và các vấn đề địa kỹ thuật

- TCVN 9352:2012 Đất xây dựng - Phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh

- TCVN 9393:2012 Cọc - Phương pháp thử nghiệm tại hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục

- TCVN 9351:2012 Đất xây dựng - Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT.

MÓNG NÔNG

Khái niệm và phân loại

Móng nông: Là móng xây dựng trên hố móng đào trần (độ sâu chôn móng < 5 m), sau đó lấp lại Trong Cơ học đất, móng có bề rộng b, độ sâu hm, nếu hm/b thỏa mãn bảng 2.1, khi đất dưới móng bị phá hoại → đất bị đẩy trồi, ta coi hm đó là nông

Bảng 2.1 Bảng quy ước cách xác định móng nông

+ Tải trọng không lớn, công trình nhỏ, Q0 nhỏ;

+ Khi lớp đất tốt ở bên trên hoặc việc xử lý nền đất yếu ở bên trên có hiệu quả

+ Thi công đơn giản: Không đòi hỏi các thiết bị thi công phức tạp Việc thi công móng nông có thể dùng nhân công để đào móng, một số trường hợp với số lượng móng nhiều, hoặc chiều sâu khá lớn có thể dùng các máy móc để tăng năng suất và giảm thời gian xây dựng nền móng;

+ Phổ biến: Móng nông được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng vừa và nhỏ, giá thành xây dựng nền móng ít hơn móng sâu;

+ Trong quá trình tính toán bỏ qua sự làm việc của đất từ đáy móng trở lên

2.1.2.1 Theo đặc điểm làm việc

- Móng đơn: Sử dụng dưới chân cột nhà, cột điện, mố trụ cầu nhỏ… a Móng đơn dưới chân cột b Móng đơn dưới chân cột điện c Móng đơn dưới trụ cầu

Hình 2.1 Phạm vi áp dụng móng đơn

- Móng băng: Là loại móng có chiều dài rất lớn so với chiều rộng (l > 6b), Sử dụng dưới các tường chịu lực, tường phụ hoặc các hàng cột, móng các công trình tường chắn a Móng băng dưới tường b Móng băng dưới cột c Móng băng giao thoa

Hình 2.2 Phạm vi áp dụng móng băng

Móng băng giao thoa: Khi móng băng theo một hướng không đủ điều kiện chịu lực, biến dạng có thể làm móng theo hai hướng, móng như vậy gọi là móng băng giao thoa

- Móng bản (móng bè): Thường sử dụng khi nền đất yếu, tải trọng công trình lớn, hoặc công trình có tầng hầm

Là móng bê tông cốt thép đổ liền khối, có kích thước lớn, dưới toàn bộ công trình hoặc dưới đơn nguyên đã được cắt ra bằng khe lún

Móng bè được dùng cho nhà khung, nhà tường chịu lực khi tải trọng lớn hoặc trên đất yếu nếu dùng phương án móng băng, móng băng giao thoa vẫn không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

Khi mực nước ngầm cao, để chống thấm cho tầng hầm ta có thể dùng móng bè a Móng bè bản phẳng b Móng bè bản phẳng có gia cường mũ cột c Móng bè bản sườn dưới d Móng bè bản sườn trên

Hình 2.3 Phạm vi áp dụng móng bè

Loại bản phẳng dùng khi bước cột không quá 9 m, tải trọng tác dụng xuống mỗi cột không quá 100 T, bề dày bằng 1/6 bước cột

Khi tải trọng lớn, bước cột lớn hơn 9 m dùng bản có sườn để tăng độ cứng của móng Bề dày 1/8 ÷ 1/10 bước cột, sườn được làm theo trục các dãy cột

- Móng hộp: Là hộp rỗng dưới toàn bộ công trình được sử dụng làm tầng hầm Loại móng này có độ cứng rất lớn và có khả năng phân bố tải trọng từ miền giữa ra vùng biên

- Móng vỏ: Móng vỏ được nghiên cứu và áp dụng cho các công trình như bể chứa các loại chất lỏng, nhà tường chịu lực…

Móng vỏ là loại móng kinh tế với chi phí vật liệu tối thiểu, có thể chịu được tải trọng lớn, tuy nhiên việc tính toán khá phức tạp

2.1.2.2 Phân loại theo độ cứng

Hình 2.6 Phân loại theo độ cứng của móng

2.1.2.3 Phân loại theo vật liệu

Cấu tạo các móng bằng vật liệu gạch, đá, bê tông, bê tông đá hộc thường xây dưới các tường gạch, đá, dạng băng, giật cấp tùy vào góc cứng vật liệu a Móng băng gạch b Móng băng bê tông cốt thép c Móng băng gạch d Móng đá hộc

Hình 2.7 Phân loại móng theo vật liệu

2.1.2.4 Phân loại theo đặc điểm tải trọng

Tùy theo đặc điểm của tải trọng mà móng được phân thành: Móng chịu tải trọng đúng tâm; móng chịu tải trọng lệch tâm; móng chịu lực ngang lớn; móng chịu tải trọng đứng lớn

Hình 2.8 Phân loại móng theo đặc điểm tải trọng

2.1.2.5 Phân loại theo cách chế tạo

Móng đơn bê tông cốt thép lắp ghép dưới cột được cấu tạo bằng một hoặc nhiều khối, để giảm trọng lượng, người ta làm các khối rỗng hoặc khối có sườn để việc cấu lắp thi công dễ dàng.

Cấu tạo móng nông

Móng đơn dưới cột thép

Móng lắp ghép nhà công nghiệp

Hình 2.10 Cấu tạo móng đơn

- Chiều cao móng tại mép t ≥ 15  20 cm

- Chiều sâu chôn móng: hm.

- Mặt đỉnh móng: Phụ thuộc vào kích thước công trình bên trên

- Bê tông móng: Mác M200 (tương đương B15) trở lên

- Bê tông lót móng: M100 (tương đương B7.5), dày 100 mm, được mở rộng về hai phía so với bê tông móng tối thiểu 100 mm

- Cốt thép móng: Thép chịu lực sử dụng thép AII trở lên, thép đai AI trở lên + Cốt thép theo phương cạnh dài bố trí phía dưới

+ Cốt thép theo phương cạnh ngắn bố trí bên trên

+ Lớp bê tông bảo vệ abv = 3 cm

- Cốt thép chờ công trình bên trên: Tại vị trí nối thép cần bố trí so le, đảm bảo chiều dài mối nối ≥ 30d (d là đường kính cốt thép nối)

- Giằng móng: Thường cấu tạo nhằm tăng độ cứng công trình, giảm chênh lún kết hợp với đỡ tường bao, Fagiằng ≥ 5 cm 2 , h giằng chọn theo kinh nghiệm (nguyên lý dầm) tùy thuộc vào điều kiện địa chất, tính chất tải trọng và lưới cột…

Hình 2.11 Cấu tạo giằng móng

Hình 2.12 Cấu tạo móng băng

- Chiều cao móng tại mép: t ≥ 15 20 cm

- Chiều sâu chôn móng: hm

- Mặt đỉnh móng: Phụ thuộc vào kích thước công trình bên trên

- Bê tông móng: Mác M200 (tương đương B15) trở lên

- Bê tông lót móng: M100 (tương đương B7.5), dày 100 mm, được mở rộng về hai phía so với bê tông móng tối thiểu 100 mm

- Cốt thép móng: Thép chịu lực sử dụng thép AII trở lên, thép đai AI trở lên + Cốt thép theo phương cạnh ngắn bố trí phía dưới

+ Cốt thép theo phương cạnh dài bố trí theo cấu tạo

+ Lớp bê tông bảo vệ abv = 3 cm

- Cốt thép chờ công trình bên trên: Tại vị trí nối thép cần bố trí so le, đảm bảo chiều dài mối nối ≥ 30d (d là đường kính cốt thép nối)

- Giằng móng: Thường cấu tạo nhằm tăng độ cứng công trình, giảm chênh lún kết hợp với đỡ tường bao, Fagiằng ≥ 5 cm 2 , h giằng chọn theo kinh nghiệm (nguyên lý dầm) tùy thuộc vào điều kiện địa chất, tính chất tải trọng và lưới cột…

Xác định sơ bộ kích thước đáy móng nông

Hình 2.13 Sơ đồ xác định sơ bộ kích thước đáy móng

- Chọn chiều sâu chôn móng hm theo điều kiện địa chất và tải trọng tác dụng lên móng

- Lựa chọn sơ bộ kích thước đáy móng:

+ Chọn l = α.b; móng băng lấy l = 1 m để tính;

- Áp lực đất dưới đáy móng:

N tc : Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn tại đáy móng

M tc x: Mô men tiêu chuẩn theo trục x tại đáy móng

M tc y: Mô men tiêu chuẩn theo phương y tại đáy móng

N tc 0, M tc 0, Q tc 0: Lần lượt là tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn, mô men tiêu chuẩn, lực ngang tiêu chuẩn tại cốt mặt đất; p tc tb, p tc max, p tc min: Lần lượt là áp lực đất tại trọng tâm móng, áp lực đất lớn nhất, áp lực đất nhỏ nhất (kN/m 3 );

F: Diện tích đáy móng F = lxb (m 2 ) với móng đơn; F = 1.b với móng băng;

Wx, Wy: Mô men kháng uốn theo phương x và y tại đáy móng (m 3 )

+ Móng băng: 𝑊 𝑦 = 1.𝑏 6 2 γtb: Trọng lượng thể tích trung bình của đất và bê tông móng γtb = 20 (kN/m 3 ) hay 2 (T/m 3 )

- Sức chịu tải của nền đất dưới đáy móng:

+ Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9362:2012

Ktc: Hệ số độ tin cậy

 Ktc = 1: Dựa vào kết quả thí nghiệm các mẫu đất tại nơi xây dựng;

 Ktc = 1,1: Dựa vào kết quả trong các bảng thông kê b: Cạnh bé của móng (m); hm: Chiều sâu chôn móng (m); γ1: Trọng lượng thể tích trung bình của các lớp đất từ đáy móng trở lên, (kN/m 3 ); γ2: Trọng lượng thể tích lớp đất ngay dưới đáy móng, (kN/m 3 ); c2: Lực dính đơn vị của lớp đất dưới đáy móng (kN/m 2 ); m1, m2: Hệ số điều kiện làm việc của đất nền (Bảng 2.2)

Bảng 2.2 Hệ số điều kiện làm việc

Hệ số m 2 đối với nhà và công trình có sơ đồ kết cấu cứng với tỷ số giữa chiều dài của nhà (công trình) hoặc từng đơn nguyên với chiều cao L/H trong khoảng

4 và lớn hơn 7,5 và nhỏ hơn Đất hòn lớn có chất nhét là cát và đất cát không kể đất phấn và bụi 1,4 1,2 1,4

- No nước 1,1 1,0 1,2 Đất hòn lớn có chất nhét là sét và đất sét có chỉ số sệt IL ≤ 0,5 1,2 1,0 1,1

Như trên có chỉ số sệt IL > 0,5 1,1 1,0 1,0

1 Sơ đồ kết cấu cứng là những nhà và công trình mà kết cấu của nó có khả năng đặc biệt để chịu nội lực thêm gây ra bởi biến dạng của nền;

2 Đối với nhà có sơ đồ kết cấu mềm thì hệ số m 2 lấy bằng 1;

3 Khi tỷ số chiều dài trên chiều cao của nhà công trình nằm giữa các trị số nói trên thì hệ số m 2 xác định bằng nội suy

+ A, B, D: Hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong của lớp đất dưới đáy móng, tra bảng 2.3

Bảng 2.3 Bảng tra hệ số A, B, D φ Các hệ số φ Các hệ số φ Các hệ số

- Sức chịu tải của nền đất theo Terzaghi:

Fs: Hệ số an toàn Fs = 2  3;

Pgh: Sức chịu tải giới hạn của đất nền

2𝑛 𝛾 𝑁 𝛾 𝑏 𝛾 2 + 𝑛 𝑞 𝑁 𝑞 𝑞 + 𝑛 𝑐 𝑁 𝑐 𝑐 2 (2-4) Trong đó: q: Phụ tải, q = γ1.hm; γ1: Trọng lượng thể tích trung bình của các lớp đất từ đáy móng trở lên; γ2: Trọng lượng thể tích lớp đất ngay dưới đáy móng;

Nγ, Nq, Nc: Hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong của lớp đất dưới đáy móng, lấy theo bảng 2.4

Bảng 2.4 Bảng tra Nγ, Nq, Nc φ N C N q Nγ φ N C N q Nγ

30,00 37,2 22,5 19,7 c2, φ: Lực dính đơn vị và góc ma sát trong của lớp đất dưới đáy móng; nγ, nq, nc: Hệ số hình dáng của móng

+ Điều kiện về cường độ:

 Nếu (2-5) không thỏa mãn thì tăng b tính lại đến khi thỏa mãn (2.5)

 Nếu (2-5) thỏa mãn thì tiếp tục kiểm tra theo điều kiện về kinh tế

+ Điều kiện về kinh tế:

 Nếu (2.6) thỏa mãn thì chọn l,b làm kích thước thiết kế

 Nếu (2.6) không thỏa mãn thì giảm b tính lại từ đầu đến khi thỏa mãn (2.5) và (2.6).

Kiểm tra kích thước đáy móng theo TTGH 2

2.4.1 Xác định trị số giới hạn về biến dạng

Sau khi đã xác định được kích thước đáy móng theo điều kiện áp lực tiêu chuẩn, ta phải kiểm tra lại nền theo trạng thái giới hạn về biến dạng, hay còn gọi là TTGH 2

Nội dung của phần tính toán này nhằm để khống chế biến dạng của nền, không cho biến dạng của nền lớn tới mức làm nứt nẻ, hư hỏng công trình bên trên hoặc làm cho công trình bên trên nghiêng lệch lớn, không thỏa mãn điều kiện sử dụng Để đảm bảo yêu cầu trên thì độ lún của nền phải thỏa mãn điều kiện:

Stt: Độ lún tính toán của công trình thiết kế;

[Sgh]: Trị số giới hạn về biến dạng của công trình, trị số này phụ thuộc vào: + Đặc tính của công trình bên trên: Vật liệu, hình thức kết cấu, độ cứng không gian và tính nhạy cảm với biến dạng của nền ;

+ Phụ thuộc vào đặc tính của nền: Loại đất, trạng thái và tính biến dạng của đất, phân bố các lớp đất trong nền ;

+ Phụ thuộc vào phương pháp thi công

Trị số độ lún giới hạn [Sgh] theo TCXD quy định tùy thuộc vào tình hình cụ thể của công trình, lấy theo bảng 2.5

Ngoài ra, ta cần đặc biệt chú ý đến độ chênh lệch lún hay lún không đều của các móng trong cùng một công trình Nếu trị số này lớn sẽ gây ra sự phân bố lại nội lực trong kết cấu bên trên, làm nứt gãy kết cấu Độ chênh lệch lún được đánh giá qua các đại lượng

- Độ lún tương đối: ΔS = S2-S1 ≤ [ΔSgh] (2-7b)

- Độ nghiêng của móng hoặc công trình: Là tỷ số giữa độ lún của các điểm bê ngoài của móng (hoặc công trình) với kích thước (chiều dài, chiều rộng) qua điểm ấy:

Trị số góc nghiêng này phải bé hơn trị số góc nghiêng giới hạn, quy định theo quy trình

Bảng 2.5 Trị số biến dạng giới hạn của nền

Tên và đặc điểm kết cấu của công trình

Trị số biến dạng giới hạn của nền

Biến dạng tương đối Độ lún tuyệt đối trung bình và lớn nhất (cm)

Dạng Độ lớn Dạng Độ lớn

1 Nhà sản xuất và nhà dân dụng nhiều tầng bằng khung hoàn toàn

1.1 Khung bê tông cốt thép không có tường chèn Độ lún lệch tương đối 0,002 Độ lún tuyệt đối lớn nhất Sgh 8

1.2 Khung thép không có tường chèn Độ lún lệch tương đối 0,001 Độ lún tuyệt đối lớn nhất Sgh 12

1.3 Khung bê tông cốt thép có tường chèn - 0,001 - 8

1.4 Khung thép có tường chèn - 0,002 - 12

2 Nhà và công trình không xuất hiện nội lực them do tản không đều - 0,006 - 15

3 Nhà nhiều tầng không khung, tường chịu lực bằng

Võng hoặc võng tương đối 0,0007 Độ lún trung bình Sghtb

3.2 Khối lớn và thể xây bằng gạch không có cốt

3.3 Khối lớn và thể xây bằng gạch có cốt hoặc có giằng bê tông cốt thép

3.4 Không phụ thuộc vào vật liệu của tường Độ nghiên theo hướng ngang igh 0,005 -

4.1 Công trình máy nâng bằng kết cấu bê tông cốt thép a) Nhà làm việc và thân xi lô kết cấu toàn khối đặt trên cùng một bản móng Độ nghiêng ngang và dọc igh 0,003 Độ lún trung bình Sghtb

Tên và đặc điểm kết cấu của công trình

Trị số biến dạng giới hạn của nền

Biến dạng tương đối Độ lún tuyệt đối trung bình và lớn nhất (cm)

Dạng Độ lớn Dạng Độ lớn

1 2 3 4 5 b) Như trên, kết cấu lắp ghép Độ nghiêng ngang và dọc igh

0,003 Độ lún trung bình Sghtb 30 c) Nhà làm việc riêng rẽ Độ nghiêng ngang và dọc igh

0,004 - 25 d) Thân xi lô đặt riêng rẽ, kết cấu toàn khối Độ nghiêng ngang và dọc igh

0,004 - 40 e) Như trên, kết cấu lắp ghép Độ nghiêng ngang và dọc igh

4.2 Ống khói có chiều cao H (m)

H ≤ 100 m Nghiêng ihg 0,005 Độ lún trung bình Sghtb

1 2ℎ Độ lún trung bình Sghtb

2ℎ Độ lún trung bình Sghtb

4.3 Công trình khác, cao đến 100 và cứng Nghiêng ihg 0,004 Độ lún trung bình Sghtb

2.4.2 Tính toán độ lún của móng

Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau để tính toán độ lún của nền móng, một số phương pháp đã được trình bày kỹ trong giáo trình Cơ học đất Trong nội dung này chỉ giới thiệu những bước cơ bản của phương pháp cộng lún từng lớp (đối với nền nhiều lớp) và phương pháp theo mô hình của lý thuyết đàn hồi (đối với nền đồng nhất) Đây là những phương pháp trong những phương pháp được chú ý nhất và cho kết quả gần sát với thực tế nhất

Nếu nền đất dưới đáy móng có thể coi là nền đồng nhất thì độ lún cuối cùng của móng có thể dự báo theo công thức sau:

Trong đó: b: Bề rộng móng (m); wconst: Hệ số xét đến hình dáng của móng tra bảng 2.6

Bảng 2.6 Bảng tra hệ số w const

E0: Mô đun đàn hồi của nền đất dưới đáy móng (kN/m 2 ); à0: Hệ số biến dạng ngang (hệ số nở ngang) của đất; pgl: Tải trọng gây lún dưới đáy móng, pgl = p tc tb-γtb.hm; hm: Chiều sâu chôn móng (m); p tc tb: Áp lực đất tại trọng tâm đáy móng do tải trọng tiêu chuẩn gây ra (kN/m 2 ); γtb: Trọng lượng thể tích trung bình các lớp đất phía trên đáy móng (kN/m 3 )

Hình 2.14 Nội dung phương pháp cộng lún

1 Chia nền đất dưới đáy móng thành các lớp đất phân tố có bề dày hi (m) thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Mặt phân cách của các lớp đất trùng với cao độ mực nước ngầm, trùng với mặt phân cách của các lớp địa chất

2 Tính và vẽ biểu đồ ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất:

3 Xác định áp lực gây lún:

Với 𝑝 𝑡𝑏 𝑡𝑐 là áp lực đất tại trọng tâm đáy móng do tải trọng tiêu chuẩn, trọng lượng bản thân của đất phía trên đáy móng và bê tông móng gây ra

4 Tính và vẽ biểu đồ ứng suất do tải trọng gây lún gây ra tại độ sâu zi:

- Móng băng: Ki = Kzi = f(x/b; 2zi/b) = f(2zi/b)

Trong đó: b: Bề rộng hoặc đường kính móng (m); zi: Khoảng cách từ mặt đáy móng đến điểm đang xét (m)

Bảng 2.7 Bảng tra hệ số K i

Móng chữ nhật với tỷ số l/b

5 Chiều sâu tính lún: Là chiều sâu từ đáy móng đến độ sâu thỏa mãn điều kiện:

6 Tính độ lún của lớp đất phân tố theo công thức:

Cci: Độ dốc của đường cong e-log (p); βi: Hệ số điều chỉnh, khi không có số liệu khảo sát βi = 0,8 hoặc 𝛽𝑖 = 1 −

E0i: Mô đun đàn hồi của lớp đất phân tố thứ i; hi: Bề dày của lớp đất phân tố thứ i; e0i, e1i: Hệ số rỗng tại trọng tâm của lớp đất phân tố thứ i trước khi có tải trọng công trình và sau khi có tải trọng công trình; e0i, e1i: Xác định trên đường cong nén lún tương ứng với σ0i và σ1i

2 (2-12b) σ0i, σ1i: Lần lượt là ứng suất tại trọng tâm của lớp đất phân tố thứ i trước khi có tải trọng công trình và sau khi có tải trọng công trình

Kiểm toán nền theo TTGH 1

- Khi tải trọng ngoài vượt quá khả năng chịu lực của nền đất, nền bị phá hỏng về mặt cường độ, ổn định, lúc này nền được xem là đã đạt đến trạng thái giới hạn thứ nhất

- Đối với nền đá, khi đạt đến TTGH 1 thì nền không còn đủ khả năng chịu tải nữa và nền bị phá hoại

- Đối với nền đất, khi đạt đến TTGH 1 thì xảy ra hiện tượng lún đột ngột, làm phá hỏng công trình bên trên

- Phạm vi sử dụng để tính toán nền theo TTGH 1:

+ Nền sét rất cứng, cát rất chặt, đất nửa đá;

+ Nền sét yếu, bão hòa nước và đất than bùn;

+ Nền đặt móng thường xuyên chịu tải trọng ngang;

+ Nền của công trình trên mái dốc

2.5.2 Kiểm toán ứng suất dưới đáy móng

Rd: Sức chịu tải cho phép của nền đất; p tc tb, p tc max: Xác định như trên

Nếu ở độ sâu Z nào đó có tầng đất yếu thì phải kiểm tra sức chịu tải trên mặt của tầng đất yếu đó

Hình 2.16 Kiểm toán ứng suất tại mặt của lớp đất yếu

Coi gần đúng tác dụng của tải trọng trên mặt của lớp đất yếu được mở rộng từ mép móng ra mỗi phía theo góc phân bố ứng suất α (gần đúng bằng 30 o ) h * : Khoảng cách từ đáy móng đến mặt của lớp đất yếu

Kích thước của móng quy ước:

𝐿 𝑡đ = 𝑙 + 2 ℎ ∗ 𝑡𝑔(𝛼) (2-15b) Ứng suất tại đáy móng quy ước:

𝜎 𝑡đ = 𝜎 𝑏𝑡 + 𝜎 𝑝 (2-16a) Ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất gây ra tại đáy móng quy ước:

𝜎 𝑏𝑡 = 𝛾 1 (ℎ 𝑚 + ℎ ∗ ) = 𝛾 1 ℎ 1 (2-16b) Ứng suất do tải trọng ngoài gây ra:

Móng đơn: K = Ko = f (l/b;2h*/b); Móng băng: K = Kz = f (0;2h*/b) Điều kiện kiểm tra tương tự móng trên nền thiên nhiên:

Rdy: Sức chịu tải của đất yếu

* Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9362:2012

A, B, D: Hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất yếu φđy tra bảng 2.3; m1, m2, Ktc: Xác định như trên;

Btd: Bề rộng của đáy móng quy ước; h1, γ1: Chiều dày và trọng lượng thể tích của lớp đất phía trên đáy móng quy ước; cđy, φđy: Lực dính đơn vị và góc ma sát trong của lớp đất yếu

* Sức chịu tải của nền đất theo Terzaghi

Fs: Hệ số an toàn Fs = 2  3;

Pgh: sức chịu tải giới hạn của đất yếu

2𝑛 𝛾 𝑁 𝛾 𝐵 𝑡đ 𝛾 đ𝑦 + 𝑛 𝑞 𝑁 𝑞 𝑞 + 𝑛 𝑐 𝑁 𝑐 𝑐 đ𝑦 (2-20) Trong đó: q: Phụ tải, q = γ1.h1; γ1: Trọng lượng thể tích trung bình của các lớp đất từ đáy móng quy ước trở lên; γđy: Trọng lượng thể tích lớp đất yếu;

Nγ, Nq, Nc: Hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong φđy của lớp đất yếu (Bảng 2.4); cđy, φđy: Lực dính đơn vị và góc ma sát trong của lớp đất yếu; nγ, nq, nc: Hế số hình dáng của móng quy ước

2.5.3 Kiểm tra ổn định trượt ngang

Dưới tác dụng của tải trọng Q móng có xu hướng trượt trên mặt phẳng tại đáy móng

Hình 2.17 Ổn định trượt Để móng không bị trượt thì phải thỏa mãn điều kiện sau:

Trong đó: ΣN tt : Tổng tải trọng thẳng đứng tại đáy móng: ΣN tt = N0 tt + G với G = γtb.l.b.hm no: Hệ số vượt tải của tải trọng thẳng đứng (< 1); n: Hệ số vượt tải của tải trọng ngang (> 1);

Q: Tổng tải trọng ngan tác dụng lên móng; f: Hệ số ma sát giữa móng và nền phụ thuộc vào độ nhám đáy móng và loại đất Trị số f của đá hoặc bê tông với các loại đất khác nhau lấy theo bảng 2.8

Bảng 2.8 Hệ số ma sát của bê tông hoặc đá

Loại đất dưới đáy móng Trị số f Loại đất dưới đáy móng Trị số f

1 Đất sét và nham thạch có bề mặt bị bào mòn

2 Đất sét ở trạng thái cứng

3 Đất sét ở trạng thái dẻo

2.5.4 Kiểm tra ổn định trượt sâu

Sử dụng phương pháp mặt trượt trụ tròn

Hình 2.18 Phương pháp mặt trượt trụ tròn

Theo phương pháp này, người ta tính theo sơ đồ bài toán phẳng: Cắt ra một đoạn dài 1 đơn vị để tính toán Với những móng băng, tường chắn đất, nền đường có chiều dài lớn mới phù hợp với bài toán phẳng Nhưng với móng hình chữ nhật người ta vẫn tính theo sơ đồ bài toán phẳng để thuận tiện và thiên về an toàn

Nội dung của phương pháp như sau:

- Giả thiết mặt trượt là một cung tròn đi qua mép móng tâm Oj, bán kính Rj Chia lăng thể trượt thành nhiều mảnh bằng các mặt cắt thẳng đứng;

Tổng các lực tác dụng lên mảnh i:

Trong đó: qi = ΔFi.γ; pi = p.Δbi; γ: Dung trọng của đất; p: Cường độ ứng suất tính toán tại đáy móng; Δbi: Bề rộng của mảnh thứ i Đối với những mảnh nằm ngoài đáy móng thì không có pi

Lực gây trượt mảnh thứ i: gi.sinαi

+ Lực ma sát: gi.cosαi.tgφi

Trong đó: αi: Góc nghiêng của bán kính với tâm trượt i; Δli: Chiều dài cung trượt; ci, φi: Lực dính đơn vị và góc ma sát trong đoạn cung trượt thứ i

Hệ số ổn định đối với tâm O

Sau khi xác định được các trị số Kj đối với mỗi cung trượt, ta chọn trị số nhỏ nhất Kmin để xét độ ổn định của nền Hệ số Kmin đó phải thỏa mãn điều kiện sau:

[K]: Hệ số ổn định lật cho phép = 1,2  1,5

2.5.5 Kiểm tra ổn định lật

Nếu phản lực dưới đáy móng xuất hiện biểu đồ ứng suất âm, σmin < 0 thì móng có khả năng bị lật quanh điểm O, do vậy cần phải kiểm tra ổn định lật của móng Điều kiện kiểm tra:

Trong đó: ΣMgi: Tổng mô men giữ tại O để móng không bị lật; ΣMgli: Tổng mô men gây lật tại O;

[Kl]: Hệ số ổn định lật cho phép, thông thường lấy ≥ 1,5

Nếu công trình được thiết kế nằm trên nhiều móng và tổng hợp lực không nằm ngoài lõi của diện tích đáy móng có liên kết cứng với nhau bằng các kết cấu chịu lực thì công trình có thể không bị lật đổ.

Tính toán móng theo trạng thái giới hạn một

Hình 2.20 Các hình thức phá hủy bê tông móng

Lực tác dụng do tải trọng công trình tác dụng lên móng trong một phạm vi hẹp (tiết diện chân cột) Khi đó nền đất phía dưới hình thành phản lực tác dụng ngược lại vào đáy móng Trong điều kiện như vậy móng có thể bị phá hủy theo các dạng sau:

- Móng bị chọc thủng bởi ứng suất tiếp trên tiết diện xung quanh chân cột Trường hợp này thường xảy ra khi nền đất tốt, bê tông móng kém;

- Móng bị chọc thủng do ứng suất kéo chính, xảy ra khi nền đất yếu bê tông móng tốt;

- Móng bị nứt gãy do tác dụng của mô men uốn, xảy ra khi nền đất tốt

Tính toán móng theo trạng thái giới hạn I, hay nói cách khác là tính toán độ bền của móng Nội dung chính là xác định kích thước của móng và cấu tạo cho hợp lý, đảm bảo cho móng không bị phá hỏng theo những kiểu đã nêu trên Việc tính toán gồm hai nội dung chính sau đây:

- Tính toán chiều cao móng;

- Tính toán cốt thép móng

2.6.1 Tính toán chiều cao móng

Các giả thiết khi tính móng theo TTGH 1

- Cốt thép chỉ chịu kéo (không tính cho chịu cắt)

- Móng tuyệt đối cứng (bỏ qua biến dạng của bản thân móng)

- Bỏ qua sự làm việc của đất từ đáy móng trở lên

Chiều cao móng được chọn sao cho móng không bị chân cột xuyên thủng qua Thực nghiệm cho thấy móng bị chọc thủng theo hình tháp cụt, mặt đỉnh là chân cột hoặc đáy công trình

Hình 2.21 Sơ đồ tính chiều cao móng

Tải trọng tính toán tại cos mặt đất là: N0; Q0x; Q0y; M0x; M0y

Tải trọng tính toán tại đáy móng: N; Qx; Qy; Mx; My

𝑀 𝑥 = 𝑀 0𝑥 + 𝑄 0𝑦 ℎ 𝑚 ; 𝑀 𝑦 = 𝑀 0𝑥𝑦 + 𝑄 0𝑥 ℎ 𝑚 (2-25c) Phản lực đất tại đáy móng:

Với: Đại lượng Móng đơn Móng băng

2.6.1.1 Móng chịu tải trọng đúng tâm

Hình 2.22 Móng chịu tải đúng tâm

Móng chịu tải đúng tâm khi đó móng bị đâm thủng bởi tháp đâm thủng Tháp đâm thủng có mặt trên trùng với chân cột, mặt đáy tháp đâm thủng được mở rộng từ mép của công trình phía trên sang các phía một góc 45 o trên chiều cao hữu hiệu h0 của móng: h0 = h - abv

Chiều cao móng đã chọn phải thỏa mãn điều kiện sau

Pđt: Lực đâm thủng hoặc chọc thủng

Pcđt: Lực chống đâm thủng

𝑃 𝑐đ𝑡 = 𝛼 𝑅 𝑘 ℎ 0 𝑈 𝑡𝑏 (2-29b) Với: α: Là hệ số phụ thuộc vào loại bê tông

Utb: Giá trị trung bình chu vi mặt trên và mặt dưới của tháp đâm thủng:

Rk: Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông móng tra bảng 2.9

Bảng 2.9 Cường độ của bê tông nặng (Mpa)

Loại bê tông TTGH 1 TTGH 2

Cấp bê tông Mác BT Rk Rn Rk Rn

2.6.1.2 Móng chịu tải trọng lệch tâm bé (e = M/N ≤ b/6 hoặc l/6)

Hình 2.23 Móng bị đâm thủng theo mặt phẳng nghiêng

Dưới tác dụng của tải trọng móng bị đâm thủng theo dạng tháp đâm thủng Tuy nhiên, trong tính toán thiên về an toàn người ta coi móng bị đâm thủng trên mặt phẳng nghiêng về phía có p0 max Khi đó chiều cao móng đã chọn thảo mãn điều kiện:

𝑃 đ𝑡 ≤ 𝑃 𝑐đ𝑡 = 𝛼 𝑅 𝑘 ℎ 0 𝑏 𝑡𝑏 (2-30) Với: btb: Bề rộng trung bình của mặt đâm thủng

+ Nếu bc + 2h0 > b thì btb = btb = (bc+b)/2

+ Nếu bc + 2h0 ≤ b thì btb = (bc+h0)

Pđt: Hợp lực của phản lực đất trong phạm vi nằm ngoài đáy tháp đâm thủng về phía có po max

2.6.1.3 Bố trí cấu tạo móng

- Khi chiều cao móng ≤ 60 bố trí một bậc

- 60 < h ≤ 90 cm: Bố trí hai bậc

- h > 90 cm: Bố trí ba bậc

- Bậc móng cuối cùng đặt cốt thép, hb < ab

- Bậc trên: hb = ab a Móng bố trí nhiều bậc b Bố trí một bậc

Hình 2.24 Bố trí cấu tạo

2.6.2 Tính toán bố trí cốt thép móng

Tải trọng tác dụng lên móng là tải trọng tính toán, bỏ qua sự làm việc của đất từ đáy móng trở lên

Khi tính toán cốt thép móng, coi bê tông móng không tham gia chịu kéo Bản móng làm việc như dầm conson ngàm tại mép cột (đột lập theo hai phương) Cốt thép chịu lực bố trí phía dưới Khoảng cách cốt thép (ký hiệu a) nên chọn chẵn

Hình 2.25 Sơ đồ tính toán cốt thép

Số lượng thanh cốt thép ký hiệu: n

+ Chiều dài conson là lng:

+ Phản lực đất tại mép chân cột:

+ Mô men tại mặt cắt I-I:

+ Cốt thép cần thiết theo phương cạnh dài:

Trong đó: Ra là cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép tra bảng 2.10

Bảng 2.10 Cường độ tính toán của cốt thép thanh theo TTGH 1

Cường độ chịu kéo, MPa

Cốt thép ngang (cốt thép đai, cốt thép xiên) Rsw

A-III có đường kính, mm Từ 6 đến 8 355 285*

CIII, A-III có đường kính, mm Từ 10 đến 40 365 290*

Có kiểm soát độ giãn dài và ứng suất 490 390

Chỉ kiểm soát độ giãn dài 450 360

+ Chiều dài conson là bng:

+ Phản lực đất tại mép chân cột:

+ Mô men tại mặt cắt II-II:

+ Cốt thép cần thiết theo phương cạnh dài:

Thi công móng nông

2.7.1 Thi công móng nông trên cạn

- Bước 1: Định vị tim móng

+ Đưa tra thực địa vị trí tim móng và các đường trục của móng

+ Xác định được chu vi, kích thước và các đường biên của móng cần đào

- Bước 2: Đào đất hố móng

+ Tùy thuộc vào khối lượng đất và năng lực thi công mà sử dụng nhân lực, máy hoặc kết hợp nhân lực và máy thi công

+ Trong quá trình đào móng thường xuyên kiểm tra cao trình đáy móng, tránh đào quá cao trình đáy móng

- Tùy thuộc vào địa chất và mặt bằng thi công để có biện pháp thi công hợp lý (cố chống đỡ hoặc không có chống đỡ)

- Bước 3: Đổ bê tông móng

+ Thi công lớp bê tông lót móng

+ Tiến hành lắp dựng cốt thép, ván khuôn và tiến hành đổ bê tông móng

- Bước 4: San lấp hoàn trả mặt bằng

Sau khi thi công xong móng đặt cường độ, tiến hành san lấp trả lại mặt bằng công trình

2.7.1.2 Các biện pháp ổn định hố móng a Hố móng đào trần

Hình 2.26 Hố móng đào trần

Tùy thuộc vào tính chất lớp đất đào mà xác định độ dốc của hố đào Đất càng tốt, độ dốc của vách hố đào càng lớn Với loại đất sét cứng hay dẻo cứng, vách hố móng có thể đào thẳng đứng Với các loại đất khác tùy vào tính chất cơ học của đát mà chọn độ nghiêng của vách hố cho thích hợp, thường độ dốc từ 1:0.5 đến 1:2

Trong trường hợp đất đào chia thành các lớp có tính chất khác nhau, lớp đất phía dưới có tính chất tốt hơn lớp đất phía trên người ta có thể cấu tạo hố móng đào theo kiểu thay đổi độ dốc của mái taluy Tại những điểm mái taluy thay đổi độ dốc người ta phải làm "chiếu nghỉ"

- Ưu điểm: Là phương pháp thi công đơn giản, tận dụng được nhân lực, giá thành rẻ

+ Khối lượng đào đắp lớn;

+ Diện tích chiếm dụng mặt bằng thi công lớn (do vậy không áp dụng được ở nơi chật hẹp);

+ Dễ xảy ra hiện tượng sụp đổ vách hố, đặc biệt là khi trời mưa

 Nơi không có nước mặt và cao độ mực nước ngầm (nếu có) phải thấp hơn cao độ đáy móng; b b

Sét cứng, hay dẻo cứng

 Nơi có mặt bằng thi công là không hạn chế;

 Chiều sâu hố móng thấp b Chống đỡ hố móng bằng ván lát

- Cấu tạo: Trong trường hợp đất vách hố rời rạc, dễ sụp đổ; mặt bằng thi công chật hẹp, cao độ mực nước ngầm thấp hơn cao độ đáy hố móng thì có thể dùng ván lát để chống đất vách hố móng tạo không gian thi công (Hình 2.26)

(1) Ván lát ngang: Là các tấm ván có tiết diện mặt cắt bxδ với b = 0.2 ~ 0.25 m và δ = 4 ~ 8 cm Gỗ sử dụng làm ván lát phải là gỗ tốt (từ gỗ loại 3 trở lên) Do chiếm số lượng lớn, ván lát ngang quyết định khối lượng của kết cấu chống đỡ vách kiểu ván lát

(2) Vát lát đứng: Các thanh gỗ có tiết diện là hình vuông hoặc hình tròn có đường kính d: 10 ~ 20 cm

(3) Thanh chống ngang: Sử dụng các thanh gỗ có tiết diện tròn hoặc vuông, đường kính d: 14 ~ 22 cm

Hình 2.27 Chống đỡ hố móng bằng ván lát ngang

1 Ván lát ngang; 2 Ván lát đứng; 3 Thanh chống ngang

- Thi công: Trong quá trình thi công đào đất đến đâu đặt ván lát đến đó, gỗ ốp được thay dần dần bằng những loại dài hơn, sau đó đặt thanh chống ngang và nêm chặt Trong trường hợp móng tương đối sâu và rộng, áp lực đất lên ván lát lớn người ta tiến hành đóng xung quanh hố móng những thanh sắt chữ I Sau đó, khi đào hố móng, ta dùng nêm để tựa ván lát lên cánh của các thanh sắt chữ I tạo ra kết cấu chắc chắn

+ Ưu điểm: Giảm được khối lượng đào đắp và diện tích chiếm dụng mặt bằng

Không gây lún sụt các công trình xung quanh Phù hợp với các công trình ở những nơi sẵn gỗ, các công trình có tính chất đặc thù (không sử dụng được cọc ván thép);

+ Nhược điểm: Không ngăn được nước chảy vào hố móng Do ván lát bằng gỗ không bền nên gây ra khâu hao lớn, làm tăng chi phí thi công công trình Với các hố móng có chiều sâu lớn, số thanh chống ngang sử dụng nhiều làm hạn chế không gian thi công

- Phạm vi áp dụng: Phương pháp chống đỡ vách hố móng bằng ván lát đặc biệt thích hợp cho thi công những hố móng có chiều sâu nhỏ hơn 4 m, khi mặt bằng chật hẹp và cao độ mực nước ngầm thấp hơn đáy hố móng

- Tính toán ván lát ngang: Chọn sơ đồ tính của ván lát ngang là dầm giản đơn vì thiên về an toàn và đơn giản trong tính toán

Hình 2.28 Tải trọng tác dụng lên ván lát g

Trong đó: σmax: Ứng suất lớn nhất trong ván lát ngang (kN/m 2 );

Mmax: Mô men lớn nhất trong ván lát ngang (kN.m) ;

R g u: Cường độ chịu uốn tính toán của gỗ làm ván lát ngang (kN/m 2 ); q1: Tải trọng tác dụng lên ván lát ngang (kN/m); l1: Khoảng cách giữa các ván lát đứng (m) q 1 = p a b ;

- Các dạng bài toán với ván lát ngang:

* Tính toán thanh chống đứng

Hình 2.29 Sơ đồ tính thanh chống đứng

* Tính toán thanh chống ngang

- Tải trọng: Áp lực đất từ thanh chống đứng truyền sang

- Sơ đồ tính: Nội lực trong thanh chống đứng bằng phản lực tại gối trong sơ đồ tính

Phản lực tại các tầng chống dược tính theo công thức sau:

Ra, Rb, Rc: Phản lực do tải trọng từ ván lát ngang gây ra tại điểm A, B, C (kN);

L2, L3: lần lượt là khoảng cách giữa các tầng chống (m)

F i em: Tiết diện ngang của thanh chống ngang (m 2 ); σem: Cường độ chịu nén tính toán của gỗ (kN/m 2 ); φ: Hệ số uốn dọc của thanh chống ngang

C b Chống vách bằng cọc ván

Cọc ván là thiết bị để chống đỡ vách hố và ngăn không cho nước ngầm chảy vào trong hố móng khi thi công bệ móng

- Cấu tạo: Cọc ván phải có cấu tạo kiểu mộng hoặc kiểu chốt để khi liên kết đảm bảo độ kín nước

Hình 2.30 Cấu tạo cọc ván

Cọc ván phải có đủ độ cứng để chịu được lực của búa đóng Với những hố móng sâu, phải bố trí tầng chống ngang để giảm áp lực đất cho cọc ván

Trước khi tiến hành đóng cọc ván, phải sử dụng cọc định vị để xác định chính xác giới hạn của hố móng, và sử dụng khung dẫn hướng để giúp thi công cọc ván đến đúng độ sâu thiết kế và tạo độ kín khít

Hình 2.31 Bố trí tầng chống ngang

- Thi công cọc ván: Dùng búa đóng cọc hoặc búa rung để hạ cọc ván xuống đến độ sâu cần thiết Trước khi hạ cọc, có thể liên kết vài cọc với nhau để tăng độ cứng và giảm thời gian thi công Cọc ván phải chôn dưới lớp đất đáy móng một khoảng d, d phải đủ lớn để đảm bảo:

+ Cọc ván thoả mãn điều kiện ổn định;

+ Cọc ván không bị lật;

+ Nước không luồn qua chân cọc và tràn vào hố móng

Trong trường hợp mực nước ngầm nằm sâu, ta đào móng trần rồi mới đóng cọc để giảm chiều dài cọc

Trong trường hợp hố móng sâu, để đảm bảo ổn định cọc ván, phải bố trí thành cọc chống nhiều tầng, giữa các tầng có chiếu nghỉ Kiểu bố trí này có ưu điểm là không phải cắt nối cọc ván, nhưng sẽ tốn nhiều cọc ván hơn

 Linh hoạt trong áp dụng: Thi công được ở những nơi mặt bằng thi công chật hẹp, nước ngầm gần sát mặt đất, đất nền rời rạc;

 Cọc ván có số lần luân chuyển nhiều, khả năng tái sử dụng cao, do đó giá trị khấu hao giảm và làm giảm giá thành thi công công trình;

 Bản thân cọc ván có khả năng chịu lực rất tốt, nếu có thêm có các tầng chống ngang thì có thể sử dụng cho hố móng sâu;

 Chi phí thi công cao do cần thiết bị thi công chuyên dùng;

 Đòi hỏi trình độ thi công có yêu cầu kỹ thuật và tay nghề

- Tính toán cọc ván không tầng chống:

+ Bước 1: Vẽ biểu đồ phân bố áp lực đất chủ động, áp lực đất bị động của đất và áp lực nước tính tác dụng lên cọc ván;

+ Bước 2: Tính toán trị số áp lực đất chủ động, bị động, áp lực tĩnh của nước và xác định điểm đặt của chúng;

+ Bước 3: Lấy mô men các lực chủ động và bị động với điểm 0, áp dụng công thức điều kiện ổn định để tìm chiều sâu đóng cọc d

Hình 2.32 Sơ đồ tính cọc ván

Công thức điều kiện ổn định của cọc ván:

M 0 a: Tổng mô men gây lật tại O (kN.m), M a 0 E a 1 t 1 E a 2 t 2 E a 3 t 3 ;

M 0 p: Tổng mô men chống lật tại O (kN.m), M p 0 E P t P ;

Eai, Epi: Lần lượt là hợp lực của áp lực đất chủ động và bị động (kN); ti: Khoảng cách từ điểm đặt của hợp lực tới điểm O theo phương thẳng đứng (m); m: Hệ số điều kiện làm việc

Từ công thức (2-44), ta suy ra phương trình bậc 3 tìm dmin như sau:

Thực tế, khi đóng ván phải đóng với d' = (1.2~1.5)xd Nguyên nhân vì điểm lấy mô men thực tế không ở chân cọc ván mà thường nằm phía trên chân cọc ván

- Tính toán cọc ván một tầng chống:

+ Bước 1: Vẽ biều đồ phân bố áp lực đất chủ động, áp lực đất bị động của đất và áp lực nước tính tác dụng lên cọc ván;

+ Bước 2: Tính toán trị số áp lực đất chủ động, bị động, áp lực tĩnh của nước và xác định điểm đặt của chúng;

+ Bước 3: Lấy mô men các lực chủ động và bị động với điểm A, áp dụng công thức điều kiện ổn định để tìm chiều sâu đóng cọc d

Hình 2.33 Sơ đồ tính cọc ván

MÓNG CỌC ĐƯỜNG KÍNH NHỎ

Khái niệm và phân loại móng cọc đường kính nhỏ

Khu vực xây dựng gồm các lớp đất phía trên không thích hợp cho móng nông, lúc đó móng cần phải đặt tới những lớp đất có khả năng chịu lực ở dưới sâu ta nói đó là các móng sâu

Móng cọc là một trong những loại móng được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay Người ta có thể đóng, hạ những cây cọc lớn xuống các tầng đất sâu, nhờ đó làm tăng khả năng chịu tải trọng lớn cho móng

Móng cọc đã được sử dụng từ rất sớm khoảng 1200 năm trước, những người dân của thời kỳ đồ đá mới của Thụy Sĩ đã biết sử dụng các cọc gỗ cắm xuống các hồ nông để xây dựng nhà trên các hồ cạn (Sower 1979), cũng trong thời kỳ này, người ta đóng các cọc gỗ xuống các vùng đầm lầy để chống quân xâm lược, người ta đóng các cọc gỗ để làm đê quai chắn đất, người ta dùng thân cây, cành cây để làm móng nhà

Ngày nay, cùng với sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật nói chung, móng cọc ngày càng được cải tiến, hoàn thiện, đa dạng về chủng loại cũng như phương pháp thi công, phù hợp với yêu cầu cho từng loại công trình xây dựng

- Các lớp đất phù hợp nằm dưới lớp đất yếu:

Hình 3.1 Các dạng địa chất phức tạp

- Mực nước ngầm cao: Như vị trí các trụ cầu ở giữa sông…

Hình 3.2 Các dạng công trình chịu tải trọng bất lợi

- Lực đẩy ngang lớn (cầu, cảng) hay M lật lớn (công trình tháp, cao tầng, tường chắn đất cao )

- Lực đứng lớn, đặc biệt khi chịu kéo

- Mái dốc, lớp đất trên nghiêng lớn

- Công trình quan trọng, công trình đòi hỏi độ tin cậy cao

- Sửa chữa nhà hư hỏng do phần nền móng gây ra, nâng tầng

3.1.3 Các bộ phận của móng cọc

Hình 3.3 Các bộ phận của móng cọc

Móng cọc gồm hai bộ phận chính là cọc và đài cọc

- Cọc: Là kết cấu có chiều dài lớn so với bề rộng tiết diện ngang, được đóng hay thi công tại chỗ vào lòng đất, đá, để truyền tải trọng công trình xuống các tầng đất, đá sâu hơn nhằm cho công trình bên trên đạt các yêu cầu của trạng thái giới hạn quy định

- Đài cọc: Là kết cấu dùng để liên kết các cọc lại với nhau và phân bố tải trọng của công trình lên các cọc Nhiệm vụ chủ yếu của móng cọc là truyền tải trọng từ công trình xuống các lớp đất dưới và xung quanh nó

3.1.4.1 Phân loại theo vật liệu

- Cọc gỗ: Vật liệu sử dụng là gỗ, chiều dài từ 5  7 m, đường kính Cọc tre: Sử dụng các loại tre gốc, đặc chắc

- Cọc bê tông: Vật liệu là bê tông, sử dụng cho cọc chịu nén Cọc bê tông cốt thép: Loại cọc này được sử dụng nhiều nhất

- Cọc thép: Vật liệu thép I, H, C, loại cọc này dễ bị gỉ khi tiếp xúc với nước, đặc biệt là nước mặn

Ngoài ra còn có các loại cọc thép bê tông, cọc liên hợp, tuy nhiên các loại cọc này ít được sử dụng

3.1.4.2 Phân loại theo đặc điểm làm việc của cọc a Cọc chống b Cọc ma sát

Hình 3.4 Cọc chống và cọc ma sát

- Cọc ma sát: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu do ma sát mặt bên của cọc với các lớp đất mà cọc xuyên qua và phản lực của đất nền tại mũi cọc tạo nên

- Cọc chống: Là cọc có sức chịu tải chủ yếu do lực chống của đất, đá tại mũi cọc tạo nên Khả năng chịu tải của cọc do ma sát thành bên giữa cọc với các lớp đất mà cọc xuyên qua rất bé

3.1.4.3 Phân loại cọc theo phương pháp thi công a Cọc đóng

- Khái niệm: Là cọc chế tạo sẵn, được hạ xuống nền đất bằng cách lợi dụng công sinh ra của vật nặng để hạ cọc, thiết bị thi công là búa kéo tay, búa hơi nước, búa Diezel, búa thủy lực

+ Móng cọc loại này có thể hạ sâu 30  35 m trong nền đất cát hoặc cát pha Tiết diện cọc từ 20x20  40x40, nếu cọc có chiều dài lớn thì đúc thành từng đốt rồi hạ xuống độ sâu thiết kế;

+ Thi công dễ dàng và cơ giới hóa hoàn toàn trong thi công hạ cọc;

+ Chi phí xây dựng móng không cao;

+ Chất lượng cọc đảm bảo;

+ Khi thi công gây ra tiếng ồn, rung động ảnh hưởng đến công trình xung quanh; + Lực xung kích lớn dễ gây gãy cọc

- Phạm vi áp dụng: Hiện nay, móng cọc đóng được áp dụng phổ biến Những vị trí xa khu dân cư, không gần các công trình khác

Hình 3.5 Thiết bị đóng cọc b Cọc ép

Dùng lực nén lớn của các thiết bị để ép cọc vào nền đất

+ Không gây tiếng ồn, không ảnh hưởng đến công trình xung quanh;

+ Tốc độ thi công chậm

- Phạm vi áp dụng: Áp dụng khi thi công tại các vị trí gần khu dân cư, gần các công trình khác… c Cọc đổ tại chỗ

Cọc đổ tại chỗ là cọc được khoan (đào) tạo lỗ sau đó đổ bê tông ngay tại vị trí lỗ khoan

+ Không cần mối nối cọc, giảm bớt thời gian đúc và vận chuyển cọc;

+ Không gây tiếng ồn, không gây chấn động làm ảnh hưởng đến công trình xung quanh;

+ Vượt qua được những vị trí có địa chất phức tạp như hang caster…;

+ Thi công yêu cầu thiết bị chuyên dụng, kỹ thuật thi công phức tạp;

+ Khó kiểm soát chất lượng, dễ xảy ra khuyết tật trong quá trình thi công; + Giá thành cao

Hình 3.6 Quá trình thi công cọc đổ tại chỗ d Cọc xoắn

Cọc xoắn bao gồm hai bộ phận là thân cọc bằng bê tông cốt thép hay ống thép và để bằng kim loại đúc hay hàn với 1,25 vòng xoắn Đường kính vòng vít xoắn bằng 3  8,5 đường kính thân cọc

Cọc được hạ xuống đất nhờ thiết bị quay đặc biệt quay bằng động cơ điện và nhờ hệ thống bánh răng truyền động làm cho cọc bị xoay và xuyên vào đất Loại cọc này được sử dụng cho các công trình cầu cảng, cột điện, cao thế Ưu điểm của loại cọc xoắn là việc hạ cọc xoắn được êm thuận, không có rung động Thuận lợi khi xây dựng công trình gồm các công trình cũ trong thành phố Cọc xoắn chịu tải trọng dọc trục rất lớn vì có đáy mở rộng, đặc biệt khả năng chống nhổ của cọc xoắn cũng rất lớn

Tuy nhiên, sử dụng cọc xoắn thì thiết bị thi công phức tạp và chỉ sử dụng cho các loại đất nền mềm yếu, không thể dùng với các loại đất lẫn nhiều sỏi đá hoặc sét quá cứng e Cọc hạ bằng xói nước

Thường gặp đối với các cọc có tiết diện lớn, cọc hạ qua các lớp đất cứng, biện pháp hạ cọc gặp khó khăn khi dùng phương pháp thông thường Đặc điểm của phương pháp thi công này là dùng tia nước có áp lực cao, xói đất dưới mũi cọc, đồng thời vì có áp suất lớn, nước còn theo dọc thân cọc lên trên làm giảm ma sát xung quanh cọc, kết quả là cọc sẽ tụt xuống khi dùng búa đóng nhẹ lên đầu cọc

Với tia nước xói đất có thể dùng để hạ cọc trong các loại đất rời, dễ xói như cát, á cát, sỏi, hỗ trợ trong các công nghệ hạ cọc khác như đóng cọc, rung cọc, cọc ống có đường kính lớn, khi đóng cọc bằng búa trên đất cát chặt, lực cản sẽ rất lớn, búa không đủ năng lực sẽ không giải quyết nổi, đóng mãi sẽ vỡ cọc

Cấu tạo móng cọc đường kính nhỏ

Hình 3.9 Cấu tạo đài cọc a Cao độ

- Cao độ mặt trên (CĐMT): Cao độ được xác định phụ thuộc vào các điều kiện sau:

+ Cao độ mặt đất sau xói lở;

+ Đối với móng ở dưới sông thì CĐMT thấp hơn mực nước thấp nhất từ 0,5 - 1,0 m;

+ Đối với sông có thông thuyền, CĐMT phụ thuộc vào cấp đường sông

- Cao độ mặt dưới (CĐMD):

+ Bệ thấp: Thỏa mãn điều kiện chôn sâu móng tối thiểu;

+ Bệ cao: Phụ thuộc vào cao độ đỉnh bệ, chiều dày bệ, chiều dài tự do cọc b Kích thước

+ Phụ thuộc vào hình dáng, kích thước công trình bên trên;

+ Mở rộng so với mép công trình bên trên một gờ móng 0,2  1,0 m để tránh sai số trong thi công

+ Phụ thuộc vào khoảng cách, kích thước, số lượng và sơ đồ bố trí cọc;

+ Khoảng cách giữa các cọc (3  6) d đối với công trình dân dụng; (2,5  6) d và ≥ 750 mm đối với công trình giao thông;

+ Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đến mép đài ≥ d/2 và ≥ 225 mm

+ Đủ chiều dài liên kết cọc vào bệ;

+ Đủ chiều dày chịu mô men uốn;

+ Đủ chiều dày để chống chọc thủng bệ c Vật liệu bệ cọc

- Bê tông: Sử dụng bê tông cấp độ bền ≥ B15

- Cốt thép: Sử dụng thép AII trở lên

Hình 3.10 Lưới cốt thép bệ trụ cầu

+ Lưới đáy: Tùy thuộc vào mô men từ đó tính toán lựa chọn đường kính và số lượng các thanh cốt thép cho phù hợp Thông thường mô men theo hai phương là khác nhau tuy nhiên lên bố trí cốt thép theo hai phương có cùng một đường kính

+ Lưới đỉnh: Thường bố trí theo cấu tạo, tăng cường độ cứng cho bệ cọc, tạo khung cốt thép liên kết để liên kết cốt thép công trình phía trên vào bệ cọc

+ Lưới xung quanh: Bố trí theo cấu tạo với a = 200  300 mm; Φ = 12  16 mm

3.2.2 Cấu tạo cọc a Kích thước cọc

- Mặt cắt ngang: Cọc bê tông cốt thép có nhiều loại tiết diện khác nhau như: tròn, vuông, chữ nhật, chữ T, chữ I, tam giác, đa giác hoặc vuông có lỗ tròn, trong đó loại cọc có tiết diện vuông được sử dụng nhiều nhất

+ Loại cọc có tiết diện vuông được sử dụng rộng rãi hơn cả vì nó có ưu điểm chủ yếu là chế tạo đơn giản và có thể chế tạo ngay tại công trường Kích thước tiết diện ngang của loại cọc này thường là: a = 20; 25; 30; 35; 40; 45 (cm)

+ Cọc tiết diện hình tròn: D ≤ 60 cm

+ Đảm bảo độ mảnh L cọc/D (a) ≤ 30  70 (cm);

+ Chiều dài đốt cọc: 5  15 (m) b Vật liệu chế tạo

- Bê tông cọc: Cấp độ bền ≥ B22.5 với cọc đúc sẵn

+ Cốt dọc chủ được bố trí để chịu lực trong quá trình vận chuyển, cẩu lắp và khai thác Sử dụng thép AII; số lượng 4  12 cây; đường kính thép chủ D = 12  32 mm, abv = 5 cm (7,5 cm trong môi trường ăn mòn)

+ Cốt thép đai bố trí trong cọc để cùng với cốt dọc chủ tạo thành khung cốt thép, có nhiệm vụ chống nứt, chống cắt, chịu ứng suất cục bộ khi thi công Sử dụng thép AI; D = 6  8 mm; a = 5  10 cm ở đầu cọc; a = 15  20 cm ở giữa cọc; cốt đai có thể sử dụng cốt đai đơn hoặc dạng xoắn ốc

+ Sử dụng thép AII; D = 14  25 mm;

+ Vị trí đặt cách đầu cọc đoạn cọc = 0,297 Lđoạn cọc

- Lưới cốt thép đầu cọc:

+ Bố trí chịu ứng suất cục bộ trong quá trình thi công;

+ Sử dụng thép AI; D = 4  8 mm; a = 5 cm

- Vành đai thép đầu cọc:

+ Sử dụng thép bản dày 8  12 mm;

+ Tác dụng nối các đốt cọc

+ Cốt thép mũi cọc có tác dụng định hướng, phá vỡ hoặc đẩy các vật cứng trong quá trình hạ cọc;

+ D = 25  40 mm, dài 60  90 cm, nhô ra khỏi cọc 5  10 cm

Hình 3.11b Bố trí cốt thép mũi cọc c Mối nối a Mối nối bulong b Mối nối hàn

Hình 3.12 Các hình thức nối cọc d Liên kết cọc vào bệ

- Giữ nguyên bê tông đầu cọc: Sau khi hạ cọc xong, để nguyên phần bê tông đầu cọc ngàm vào trong bệ cọc một đoạn bằng hai lần đường kính cọc

- Đập đầu cọc: Sau khi hạ cọc xong, đập bỏ bê tông đầu cọc để cốt thép ngàm vào trong bệ cọc một đoạn 20Φ với thép có gờ và 40Φ với thép tròn trơn, bê tông cọc ngàm vào bệ một đoạn 10 cm

3.2.3 Bố trí cọc trong bệ a Bố trí trên mặt bằng

+ Cọc được bố trí theo hàng theo cột trên mặt bằng theo hình chữ nhật, hình vuông, hình hoa mai;

+ Áp dụng cho móng chịu tải trọng đúng tâm hoặc lệch tâm nhỏ

Hình 3.14 Bố trí đối xứng trên mặt bằng

- Bố trí không đối xứng: Vẫn bố trí theo hàng theo cột nhưng khoảng cách không đều nhau để đảm bảo nội lực đầu các cọc không chênh nhau nhiều

Hình 3.15 Bố trí không đối xứng b Bố trí theo mặt đứng

+ Áp dụng với móng có lực ngang nhỏ hoặc không có;

+ Thuận tiện cho thi công, dễ hạ cọc tới độ sâu thiết kế

+ Áp dụng khi lực ngang lớn, tăng diện tích truyền lực từ mũi cọc xuống đất nền; + Khó thi công, dễ sai số, lệch vị trí và dễ bị gãy cọc trong quá trình thi công.

Dự tính sức chịu tải của cọc

Hình 3.17 Phân bố ứng suất do cọc đơn và do nhóm cọc

Sự làm việc của một cọc đơn và một cọc trong nhóm cọc khác nhau rất nhiều Trong các phương pháp tính toán móng cọc hiện nay đều coi sức chịu tải của cọc trong nhóm cọc như sức chịu tải của cọc đơn, như vậy độ chính xác chưa cao, do vậy đây là vấn đề cần nghiên cứu hoàn chỉnh để đưa vào tính toán và đặc biệt cần chú ý đối với cọc ma sát ở đây ta nghiên cứu một số vấn đề tương tác giữa các cọc trong nhóm cọc

- Hiệu ứng nhóm cọc: Do sự tương tác giữa các cọc trong nhóm nên độ lún của nhóm cũng như sức chịu tải của cọc trong nhóm sẽ khác với cọc đơn Hiệu ứng này cần được xét đến khi thiết kế Chiều sâu và vùng ảnh hưởng phần đất dưới nhóm cọc phụ thuộc vào kích thước của nhóm và độ lớn của tải trọng

- Độ lún của nhóm cọc: Ta phân tích trạng thái ứng suất trong đất do cọc đơn và nhóm cọc gây ra khi có cùng trị số tải trọng P tác dụng lên mỗi cọc Trạng thái ứng suất do cọc đơn và nhóm cọc gây ra như hình vẽ Rõ ràng nếu các cọc càng gần nhau thì ứng suất σz do cả nhóm cọc gây ra sẽ lớn hơn rất nhiều so với ứng suất do mỗi cọc gây ra Vì vậy, độ lún của nhóm cọc lớn hơn độ lún của cọc đơn Độ lún của một nhóm cọc ma sát có số lượng cọc nhiều sẽ lớn hơn so với nhóm cọc có ít cọc hơn khi cùng điều kiện đất nền

Khi khoảng cách giữa các cọc trong nhóm đạt đến một trị số nhất định nào đó thì thực tế có thể coi sự làm việc của cọc đơn và cọc trong nhóm không khác nhau Kinh nghiệm cho thấy trị số này tối thiểu là 2d với cọc chống và 3d với cọc ma sát

- Khả năng chịu tải của nhóm cọc:

+ Trong nền đất rời quá trình hạ cọc bằng phương pháp đóng hay ép thường nén chặt đất nền, vì vậy sức chịu tải của nhóm cọc có thể lớn hơn tổng sức chịu tải của các cọc đơn trong nhóm;

+ Trong nền đất dính, sức chịu tải của nhóm cọc ma sát nhỏ hơn tổng sức chịu tải của các cọc đơn trong nhóm Mức độ giảm sức chịu tải của các cọc đơn trong nhóm cọc trong trường hợp này phụ thuộc vào khoảng cách giữa các cọc trong nhóm, đặc tính của nền đất, độ cứng của đài cọc và sự tham gia truyền tải công trình xuống đài cọc và đất Đối với cọc chống, sức chịu tải của nhóm cọc bằng tổng sức chịu tải của các cọc đơn trong nhóm

- Sức chịu tải giới hạn của cọc: Nếu tải trọng tác dụng lên cọc đủ lớn có thể xảy ra một trong trường hợp:

+ Phá hoại do vật liệu: Ứng suất trong cọc lớn hơn khả năng làm việc của vật liệu, khi đó tải trọng tương ứng là sức chịu tải theo vật liệu Sức chịu tải giới hạn của cọc theo vật liệu Pgh(vl) phụ thuộc vào tiết diện và vật liệu chế tạo cọc;

+ Phá hoại do đất nền: Ứng suất trong cọc lớn hơn sức chịu tải của nền đất, khi đó tải trọng tương ứng là sức chịu tải theo đất nền Pgh(đn) Sức chịu tải theo đất nền gồm sức chịu tải do ma sát thành bên Ps và sức chống ở mũi cọc Pp

Sức chịu tải giới hạn của cọc: Pgh = min {Pgh(vl); Pgh(đn)}

Thông thường khi thiết kế chọn: Pgh(vl) = (2  3) Pgh(đn) Đối với cọc nhồi ta có thể chọn: Pgh(vl) = Pgh(đn)

Thông thường khi thiết kế chọn: Pgh(vl) = (2  3) Pgh(đn)

Hình 3.18 Sức chịu tải giới hạn của cọc theo đất nền

3.3.2 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu a Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn

Sức chịu tải của cọc Bê tông cốt thép tiết diện đặc được xác định theo công thức:

Trong đó: Φ: Hệ số uốn dọc Khi móng cọc đài thấp, cọc xuyên qua các lớp đất khác với các loại kề dưới thì φ = 1 Khi cọc xuyên qua than bùn, đất sét yếu, bùn cũng như khi móng cọc đài cao, sự uốn dọc được kể đến trong phạm vi chiều dài tự do của cọc Chiều dài tự do (ltd) của cọc được tính từ đế đài đến bề mặt lớp đất có khả năng đảm bảo độ cứng của nền hoặc đến đáy lớp đất yếu Trị số của φ lấy theo bảng 3.1

Bảng 3.1 Hệ số uốn dọc φ l0/a 14 16 18 20 22 24 26 28 30 l0/d 12,1 13,9 15,6 17,3 19,1 20,8 22 24,3 26 φ 0,93 0,89 0,85 0,81 0,77 0,73 0,66 0,64 0,59 l0: Chiều dài tính toán của cọc, thường lấy l0 = ltd + 6d với d: Đường kính cọc, a: Bề rộng của cạnh cọc;

Pgh(vl): Sức chịu tải tính toán của cọc theo vật liệu; mb: Hệ số điều kiện làm việc của bê tông, mb = 0,85;

Rb: Cường độ chịu nén tính toán của bê tông cọc;

Ap: Tiết diện mặt cắt ngang của cọc;

Ra: Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép dọc;

Aa: Diện tích cốt thép dọc b Cọc khoan nhồi chịu nén

Ru: Cường độ tính toán của bê tông cọc nhồi;

Ru = R/4.5 khi đổ bê tông dưới nước hoặc dưới bùn nhưng không lớn hơn 6 Mpa;

Ru = R/4 khi đổ bê tông trong hố khoan khô nhưng không lớn hơn 7 Mpa; R: Mác thiết kế của bê tông cọc;

Ap: Tiết diện ngang của cọc;

Ran: Cường độ tính toán của cốt thép

+ Khi Φ < 28 mm, Ran = Rc/1,5 nhưng không lớn hơn 220 Mpa;

+ Khi Φ ≥ 28 mm, Ran = Rc/1,5 nhưng không lớn hơn 200 Mpa

Rc: Giới hạn chảy của cốt thép c Cọc ống bê tông cốt thép chịu nén

Ap: Diện tích tiết diện ngang của lõi bê tông cọc;

Ast: Diện tích quy đổi của cốt thép xoắn, Ast = π.Dt.At/bt;

Dt: Đường kính vòng xoắn;

At: Diện tích tiết diện ngang của cốt thép xoắn; bt: Khoảng cách giữa các vòng xoắn

3.3.3 Sức chịu tải của cọc theo đất nền

3.3.3.1 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất đá

Sức chịu tải của cọc xác định như sau:

[P]: Sức chịu tải cho phép của cọc;

Pgh: Sức chịu tải tiêu chuẩn;

Ktc: Hệ số độ tin cậy, được xác định như sau:

+ Ktc = 1 đối với móng bè cọc;

+ Ktc = 1,2 nếu sức chịu tải của cọc xác định bằng nén tĩnh cọc tại hiện trường;

+ Ktc = 1,25 nếu sức chịu tải của cọc xác định theo kết quả thử động cọc có kể đến biến dạng đàn hồi của đất;

+ Ktc = 1,4 nếu sức chịu tải xác định bằng tính toán a Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát

𝑃 𝑔ℎ = 𝑚(𝑚 𝑅 𝑅 𝑛 𝐴 𝑝 + 𝑚 𝑓 𝑢 𝑐 ∑ 𝜏 𝑠𝑖 𝑙 𝑖 ) (3-7) Trong đó: m: Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, m = 1,0; mR, mf :Tương ứng là hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc và trên thân cọc tra bảng 3.2

Bảng 3.2 Các hệ số điều kiện làm việc của đất cho cọc đóng hoặc ép

Phương pháp hạ cọc đặc và cọc ống không moi đất ra ngoài bằng phương pháp đóng hoặc ép và các loại đất

Hệ số điều kiện làm việc của đất khi tính toán sức kháng của đất m r m f

1 Đóng hạ cọc đặc và cọc rỗng bịt kín mũi dùng búa cơ (dạng treo), búa hơi và búa dầu 1,0 1,0

2 Đóng và ép cọc vào lỗ định hướng khoan sẵn đảm bảo chiều sâu mũi cọc sâu hơn đáy lỗ tối thiểu 1 m ứng với đường kính lỗ a) Bằng cạnh cọc vuông 1,0 0,5 b) Nhỏ hơn cạnh cọc vuông 0,05 m 1,0 0,6 c) Nhỏ hơn cạnh cọc vuông hoặc đường kính cọc tròn 0,15 m

(đối với trụ đường dây tải điện) 1,0 1,0

3 Hạ cọc vào nền cát kết hợp xói nước với điều kiện ở giai đoạn sau cùng không dùng xói, đóng vỗ để hạ cọc đạt chiều sâu từ 1 m trở lên

4 Hạ cọc ống bằng phương pháp rung, hạ cọc (đặc) bằng phương pháp rung và rung - ép a) Cát chặt vừa

Cát hạt to và vừa 1,2 1,0

Cát hạt nhỏ 1,1 1,0 cát bụi 1,0 1,0 b) Đất dính có chỉ số sệt IL = 0,5

Sét 0,7 0,9 c) Đất dính có chỉ số sệt IL ≤ 0 1,0 1,0

5 Dùng búa bất kì để đóng hạ cọc bê tông cốt thép rỗng hở mũi

Khi đường kính lõi cọc tối đa 0,4 m 1,0 1,0

Khi đường kính lõi cọc từ 0,4 đến 0,8 m 0,7 1,0

Phương pháp hạ cọc đặc và cọc ống không moi đất ra ngoài bằng phương pháp đóng hoặc ép và các loại đất

Hệ số điều kiện làm việc của đất khi tính toán sức kháng của đất m r m f

6 Dùng phương pháp bất kỳ để hạ cọc tròn rỗng kín mũi xuống chiều sâu tối thiểu 10 m, lần lượt cho mở rộng mũi cọc ở nền cát chặt vừa và trong đất dính có chỉ số sệt IL ≤ 0,5 ứng với đường kính phần mở rộng bằng

1,0 m mà không phụ thuộc vào loại đất nêu trên 0,9 1,0

1,5 m trong cát và cát pha 0,8 1,0

1,5 m trong sét và sét pha 0,7 1,0

7 Hạ cọc bằng phương pháp ép

Trong cát chặt vừa hạt to, hạt vừa và nhỏ 1,1 1,0

Trong đất dính có chỉ số sệt IL < 0,5 1,1 1,0

Trong đất dính có chỉ số sệt IL ≥ 0,5 1,0 1,0

Rn: Cường độ sức kháng của đất ở mũi cọc (kPa), tra bảng 3.3; τsi: Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc (kPa), tra bảng 3.6;

Ap: Tiết diện ngang của cọc tại mũi (m 2 );

Uc: Chu vi của cọc (m); li: Chiều dài đoạn cọc cọc nằm trong lớp đất thứ i (m)

Bảng 3.3 Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc đóng hoặc ép

Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc đặc và cọc ống có lõi đất hạ bằng phương pháp đóng hoặc ép Rn(kPa)

Chứa sỏi cuội Hạt to - Hạt vừa Hạt nhỏ Cát bụi - Đất dính ứng với chỉ số sệt I L

1) Trị số Rn trên gạch ngang dùng cho đất cát, dưới ngạch ngang dùng cho đất dính

2) Giá trị chiều sâu mũi cọc và chiều sâu trung bình lớp đất trên mặt bằng san nền bằng phương pháp đào xén đất, lấp đất, hay bồi đắp chiều cao tới 3 m, phải tính từ độ cao địa hình tự nhiên Nếu đào xén đất, lấp đất, hay bồi đắp từ 3 m đến 10 m, phải tính từ cao độ quy ước nằm cao hơn 3 m so với mức đào xén hoặc thấp hơn 3 m so với mức lấp đất Chiều sâu mũi cọc và chiều sâu trung bình lớp đất ở các vũng nước được tính từ đáy vũng sau xói do mức lũ tính toán, tại chỗ đầm lầy kể từ đáy đầm lầy

3) Đối với những trường hợp chiều sâu mũi cọc và chỉ số sệt IL của đất dính có giá trị trung gian, Rn trong Bảng 3.3 được xác định bằng nội suy

Thiết kế móng cọc đài thấp

3.4.1 Lựa chọn số cọc và bố trí cọc trong móng a Lựa chọn thông số

- Chọn chiều sâu chôn đài (hd) Đối với móng cọc đài thấp, tải trọng ngang hoàn toàn do đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận Do vậy, điều kiện để tính toán theo sơ đồ móng cọc đài thấp là:

Với hmin: Xác định theo công thức (3-1)

- Lựa chọn vật liệu chế tạo cọc và đài cọc (mục 3.2.1 và 3.2.2)

- Chọn mặt cắt ngang cọc

- Chọn cao độ mũi cọc (CĐMC): Mũi cọc trong mọi trường hợp phải ngàm vào tầng đất tốt

- Lựa chọn sơ bộ chiều dày bệ (h):

+ h = 2.d hoặc 0,6  1,0 m: Công trình dân dụng và công nghiệp;

- Xác định cao độ đáy bệ (CĐĐaB)

- Xác định chiều dài cọc tính toán: Lc = CĐĐaB - CĐMC

- Chiều dài cọc phải thảo mãn điều kiện về độ mảnh Lc/d = 30  70 b Tính toán số lượng cọc sơ bộ

- Xác định sức chịu tải của cọc [P] (mục 3.3)

- Lập các tổ hợp tải trọng tác dụng tác dụng tại trọng tâm đáy bệ: Mtt; Ntt; Qtt và Mtc; Ntc; Qtc

- Xác định sơ bộ số lượng cọc:

Ntc: Lực thẳng đứng tiêu chuẩn tại cốt mặt đất;

[P]: Sức kháng nén của cọc đơn của cọc;

: Hệ số xét đến ảnh hưởng của mô men  = 1,2  2,0 c Bố trí cọc trong móng

Sau khi sơ bộ xác định số lượng cọc thì tiến hành bố trí cọc trong móng Khi bố trí cọc trong móng phải đảm bảo hai yêu cầu chính là thi công dễ dàng và chịu lực tốt

Về mặt thi công, phải đảm bảo khoảng cách giữa các cọc cần được lựa chọn sao cho hiện tượng nâng cọc và làm chặt đất giữa các cọc là nhỏ nhất đồng thời tận dụng tối đa sức chịu tải của cọc, khoảng cách tối thiểu giữa hai trục cọc phải đảm bảo để có thể hạ cọc đến độ sâu thiết kế mà không làm hư hỏng cọc khác và công trình lân cận

Khoảng cách giữa hai cọc kề nhau được lấy như sau:

+ Cọc ma sát không nhỏ hơn 3d (d - đường kính cọc);

+ Cọc chống không nhỏ hơn 2d;

+ Cọc có mở rộng đáy không nhỏ hơn 1,5 lần đường kính mở rộng d hoặc d +

+ Tại mặt phẳng đáy đài không được nhỏ hơn 1,5d;

+ Tại mặt phẳng mũi cọc không được nhỏ hơn 3d

Nếu không đảm bảo các khoảng cách trên thì không thể hạ cọc đến độ sâu thiết kế Tuy nhiên khoảng cách giữa hai trụ cọc cũng không vượt quá trị số 6d để giảm bớt khối lượng đào đất và vật liệu đài cọc

Về phương diện chịu lực thì tùy tình hình cụ thể của địa chất, tải trọng mà bố trí cọc cho thích hợp

Trường hợp chỉ có tải trọng thẳng đứng tác dụng thì bố trí cọc thắng đứng và cách đều nhau

Trường hợp tải trọng ngang và mô men lớn thì phải tăng độ cứng ngang của móng bằng cách bố trí cọc xiên, có thể xiên một chiều (hoặc độ xiên từ 1:5; 1:7; 1:10) hoặc kết hợp cả cọc đứng và cọc xiên Việc thi công cọc xiên thường khó khăn nếu mô men và lực ngang không đều thì nên bố trí cọc thẳng đứng

Khi bố trí cọc trên mặt bằng nên bố trí cọc đều nhau để dễ thi công, có thể bố trí theo hình ô chữ nhật hoặc bố trí dạng hình hoa mai Trường hợp móng lệch tâm lớn có thể bố trí cọc dày hơn về phía lệch tâm Lúc này số hàng cọc khoảng cách vẫn đều nhau, số cọc trong mỗi hàng khoảng cách không đều nhau

- Một số cách bố trí cọc: a Sơ đồ 2 cọc b Sơ đồ 3 cọc c Sơ đồ 4 cọc d Sơ đồ 5 cọc e Sơ đồ 6 cọc f Sơ đồ 8 cọc g Sơ đồ 9 cọc

Hình 3.25 Một số sơ đồ bố trí cọc trong móng

3.4.2 Duyệt nội lực đầu cọc a Giả thuyết

- Móng cọc đài thấp, với hd là chiều sâu chôn đài (m)

- Đài cọc tuyệt đối cứng

- Chuyển vị ngang của hệ thống đài cọc không đáng kể

- Bỏ qua phản lực đất tác dụng lên đáy đài, tải trọng thẳng đứng và mô men do các cọc tác dụng

Như vậy, các cọc chỉ tiếp nhận tải trọng thẳng đứng

Hình 3.26 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cọc b Duyệt nội lực đầu cọc

- Tải trọng tiêu chuẩn tại cốt mặt đất: No TC, Mox TC, Qoy TC, Moy TC, Qox TC

- Tải trọng tiêu chuẩn tại đáy đài: N TC , Mx TC, My TC

- Xác định tọa độ của các cọc trong móng

- Nội lực đầu cọc thứ i:

B, L: Lần lượt là bề rộng và chiều dài đáy đài (m); nc: Số lượng cọc trong móng

- Kiểm tra nội lực đầu cọc khi sử dụng: Trong khai thác và sử dụng, cọc trong móng cọc đài thấp chỉ chịu lực dọc trục Tải trọng tác dụng lên cọc phải thỏa mãn điều kiện sau:

+ Nếu Pmin ≥ 0, tất cả các cọc đều chiu nén, chỉ cần kiểm tra đối với cọc Pmax:

Với gc là trọng lượng cọc, gc = Lc.Fc.γbt

Fc: Tiết diện ngang của cọc (m 2 ); γbt: Trọng lượng thể tích của bê tông cọc, γbt = 25 kN/m 3

+ Nếu Pmin < 0, ngoài kiểm tra như trên đối với cọc chịu nén còn kiểm tra khả năng chịu kéo của cọc theo điều kiện:

Trong đó: [P]k là sức chịu tải trọng nhổ cho phép của cọc

3.4.3 Kiểm tra cường độ đất nền tại mũi cọc a Xác định móng khối quy ước

Thông thường việc tính toán móng cọc treo và nền của nó theo biến dạng được tiến hành như đối với một móng khối quy ước trên nền thiên nhiên theo yêu cầu của TCVN 9362:2012 Độ lún của móng cọc bao gồm phần biến dạng đàn hồi của bản thân cọc và lún của móng khối quy ước

- Trường hợp nền nhiều lớp:

Góc truyền tải α = φtb/4 φtb: Góc ma sát trong trung bình của các lớp đất mà cọc đi qua

Với φi, li lần lượt là góc ma sát trong và chiều dày của lớp đất thứ i:

Hình 3.26a Sơ đồ xác định kích thước móng khối quy ước

- Trường hợp nền đồng nhất:

Trong trường hợp cọc nằm trong nền đồng nhất kích thước móng khối quy ước giới hạn bởi:

+ Mặt xung quanh của móng quy ước trùng với mặt bao quanh mép ngoài nhóm cọc;

+ Đáy móng khối quy ước nằm ở độ sâu bằng 2/3 chiều dài cọc kể từ đáy đài

+ Ứng suất phụ thêm (gây lún) trong nền xác định một cách gần đúng theo giả thiết phân bố đều trên mỗi mặt phẳng nằm ngang trong phạm vi góc mở bằng 30 0 từ mép đáy móng khối quy ước;

- Trường hợp có lớp đất yếu phía trên

Trong trường hợp cọc nằm trong nền không đồng nhất, khi cọc xuyên qua các lớp đất yếu, cắm vào tầng đất tốt

Kích thước móng khối quy ước giới hạn bởi:

+ Mặt xung quanh của móng quy ước trùng với mặt bao quanh mép ngoài nhóm cọc;

+ Đáy móng khối quy ước nằm ở độ sâu bằng 2/3 chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất tốt kể từ bề mặt lớp đất tốt này;

+ Ứng suất phụ thêm (gây lún) trong nền xác định một cách gần đúng theo giả thiết phân bố đều trên mỗi mặt phằng nằm ngang trong phạm vi góc mở bằng 30 0 từ mép đáy móng khối quy ước;

3) 𝑡𝑔(30 0 ) (3-30b) b Trường hợp nền đồng nhất c Trường hợp có lớp đất yếu phía trên

Hình 3.26b Sơ đồ xác định kích thước móng khối quy ước b Kiểm tra cường độ đất nền tại mũi cọc Để kiểm tra cường độ nền đất tại mặt phẳng mũi cọc, người ta coi cọc, đài cọc và phần đất giữa các cọc là một móng khối qui ước xác định như ở trên Sau khi xác định được kích thước móng khối qui ước thì kiểm tra nền đất ở mũi cọc thực hiện như với móng nông Áp lực đất tại mặt phẳng mũi cọc:

N tc : Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn tại đáy móng khối quy ước

N tc = N tc 0+γtb.Hm.Lqư.Bqư (3-32a)

M tc x : Mô men tiêu chuẩn theo trục x tại đáy móng khối quy ước

M tc y: Mô men tiêu chuẩn theo phương y tại đáy móng khối quy ước

M tc y = M tc 0y+Q tc 0x.Hm (3-32c) Trong đó: F là diện tích đáy móng, F = Lqư.Bqư

Wx, Wy: Mô men kháng uốn theo phương x và y tại đáy móng khối quy ước

𝑊 𝑦 = 𝑏.𝑙 6 2 ; 𝑊 𝑥 = 𝑙.𝑏 6 2 γtb: Trọng lượng thể tích trung bình của đất và bê tông móng γtb = 20 (kN/m 3 )

- Sức chịu tải của nền đất dưới đáy móng:

* Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9362:2012:

Ktc: Hệ số độ tin cậy;

+ Ktc = 1 dựa vào kết quả thí nghiệm các mẫu đất tại nơi xây dựng;

+ Ktc = 1,1 dựa vào kết quả trong các bảng thống kê

Bqư: Cạnh bé của móng (m);

Hm: Chiều sâu chôn móng (m); γ1: Trọng lượng thể tích trung bình của các lớp đất từ đáy móng khối quy ước trở lên, (kN/m 3 )

Với γi, li lần lượt là trọng lượng thể tích và bề dày của lớp đất thứ i tính từ mũi cọc đến mặt đất tự nhiên γ2: Trọng lượng thể tích lớp đất ngay dưới đáy móng khối quy ước, (kN/m 3 ); c2: Lực dính đơn vị của lớp đất dưới đáy móng khối quy ước (kN/m 2 ); m1, m2: Hệ số điều kiện làm việc của đất nền (Bảng 2.2);

A, B, D: Hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong của lớp đất dưới đáy móng khối quy ước (Tra bảng 2.3)

3.4.4 Tính toán độ lún của móng cọc

3.4.4.1 Xác định trị số giới hạn về biến dạng

Sau khi đã xác định được kích thước đáy móng theo điều kiện áp lực tiêu chuẩn, ta phải kiểm tra lại nền theo trạng thái giới hạn về biến dạng, hay còn gọi là TTGH 2

Nội dung của phần tính toán này nhằm để khống chế biến dạng của nền, không cho biến dạng của nền lớn tới mức làm nứt nẻ, hư hỏng công trình bên trên hoặc làm cho công trình bên trên nghiêng lệch lớn, không thoã mãn điều kiện sử dụng Để đảm bảo yêu cầu trên thì độ lún của nền phải thỏa mãn điều kiện:

Stt: Độ lún tính toán của công trình thiết kế;

[Sgh]: Trị số giới hạn về biến dạng của công trình, trị số này phụ thuộc vào: + Đặc tính của công trình bên trên: Vật liệu, hình thức kết cấu, độ cứng không gian và tính nhạy cảm với biến dạng của nền ;

+ Phụ thuộc vào đặc tính của nền: Loại đất, trạng thái và tính biến dạng của đất, phân bố các lớp đất trong nền ;

+ Phụ thuộc vào phương pháp thi công

Trị số độ lún giới hạn [Sgh] theo TCXD quy định tùy thuộc vào tình hình cụ thể của công trình, lấy theo bảng 2.5

Thi công móng cọc

3.5.1 Thi công móng cọc trên cạn

3.5.1.1 Thi công đóng cọc trên mặt bằng - Đóng cọc trước đào hố móng sau a Ưu nhược điểm

+ Giá búa di chuyển thuận lợi;

+ Chi phí phụ cho đóng cọc nhỏ nhất;

+ Đào đất hố móng khó khăn vì vướng các đầu cọc;

+ Khó áp dụng các biện pháp cơ giới được mà phải đào đất bằng thủ công

+ Chiều sâu đáy móng so với cao độ thiên nhiên ≤ 2,5 m;

+ Đất mềm dễ đóng ngập sâu cọc dẫn xuống nền;

+ Cao độ đáy móng nằm trên cao độ mực nước ngầm;

+ Móng cọc chân đê b Trình tự thi công

Hình 3.34 Các bước thi công móng cọc theo biện pháp đóng cọc trên mặt bằng

- Bước 1: San ủi mặt bằng, phải bóc lớp đất hữu cơ, bùn nhão để việc di chuyển giá búa ổn định, thi công gọn và chủ động trong mọi điều kiện thời tiết Sau đó, đo đạc định vị xác định vị trí tim móng và các cọc trong móng Mặt bằng phải thoát nước tốt và đủ diện tích cho thi công Đặt đường di chuyển giá búa (đối với loại không tự hành) theo sơ đồ đóng cọc

- Bước 2: Lắp dựng giá búa, di chuyển giá búa đến vị trí đóng cọc đầu tiên Dựng cọc vào vị trí và đóng cọc cứ hết chiều dài một đoạn cọc thì nối đủ chiều dài thiết kế Khi đầu cọc cách cao độ tự nhiên 0,5 m dùng cọc dẫn chụp lên đầu cọc và tiếp tục đóng lút đầu cọc đến cao độ thiết kế Dùng móc cẩu của giá búa rút cọc dẫn Các cọc khác cũng tiến hành tương tự

- Bước 3: Đào đất hố móng để lộ đầu cọc và thi công bệ: Nếu chiều sâu ≤ 2,5 m và không có hiện tượng cát chảy thì có thể đào trần, còn ngược lại thì phải sử dụng kết cấu chống vách Phía trên thi công cơ giới và phía dưới phải thi công bằng thủ công (đất ở đáy móng là đất nguyên thổ)

- Bước 4: Làm lớp đệm móng bằng hỗn hợp dăm cát hoặc bê tông mác thấp, vệ sinh các đầu cọc, xử lý đầu cọc, lắp đặt khung cốt thép bệ móng và ghép ván khuôn bệ

- Bước 5: Đổ bê tông bệ cọc

- Bước 6: Sau khi đổ bê tông cao hơn mặt đất 1m có thể lấp đất bệ móng và tiến hành thi phần còn lại

3.5.1.2 Thi công đóng cọc trong hố móng - Đào hố móng trước đóng cọc sau a Ưu nhược điểm

+ Giá búa di chuyển dễ dàng trên sàn đạo

+ Phải dựng tường ván chống vách;

+ Phải dựng hệ sàn đạo đảm bảo ổn định cho di chuyển giá búa;

+ Còn phải sử dụng cọc dẫn từ cao độ sàn công tác đến cao độ đầu cọc theo thiết kế;

+ Phải bố trí các máy bơm thoát nước hố móng

+ Chiều sâu đáy móng so với cao độ thiên nhiên 2,5 m;

+ Đất rắn nên rất khó đóng cọc dẫn;

+ Hố móng có khối lượng đào đất bằng nhân lực lớn b Các bước thi công

- Bước 1: Thi công tường ván chống vách hố móng bằng búa rung

- Bước 2: Tiến hành đào đất trong hố móng

- Bước 3: Tiến hành lắp sàn công tác cho giá búa di chuyển trên miệng hố móng (Có thể sử dụng hệ khung chống của kết cấu tường ván định hình làm sàn đạo nếu kết cấu tường ván đủ ổn định trong quá trình đóng cọc) Có thể sử dụng sàn cố định hoặc sàn di động có khả năng di chuyển dọc theo chiều dài hố móng bằng đường ray còn giá búa thì di chuyển dọc sàn theo phương cắt ngang hố móng Lắp dựng giá búa và đóng các cọc trong hố móng

- Bước 4: Làm lớp đệm móng bằng hỗn hợp dăm cát hoặc bê tông mác thấp, vệ sinh và xử lý các đầu cọc, lắp đặt khung cốt thép bệ móng và ghép ván khuôn bệ

- Bước 5: Đổ bê tông bệ cọc

- Bước 6: Sau khi đổ bê tông cao hơn mặt đất 1 m có thể lấp đất bệ móng

Hình 3.35 Các bước thi công móng cọc theo biện pháp đóng cọc trong hố móng

3.5.2 Thi công móng cọc ngập nước

3.5.2.1 Thi công móng cọc trong điều kiện ngập nông

Trong điều kiện ngập nông, có hai giải pháp tạo mặt bằng thi công là đắp đảo nhô và làm sàn đạo, tương ứng với hai giải pháp này có hai biện pháp thi công móng cọc: Đóng cọc trên đảo nhô và đóng cọc trên sàn đạo a Đóng cọc trên đảo nhô

- Đảo nhô là bãi đất đắp lấn ra vùng ngập nước có một mặt nối liền với bờ

- Yêu cầu đối với đảo nhô:

+ Kích thước đảo nhô đảm bảo điều kiện thi công móng như trên cạn đồng thời phải có dải đất lưu thông gọi là đường hộ đạo;

+ Cao độ mặt đảo cao hơn cao độ mực nước thi công (MNTC) 0,5 m, độ dốc taluy 1:1,5;

+ Tại vị trí thi công có sóng lớn hay vận tốc dòng chảy lớn, bề mặt taluy phía thượng lưu cần được gia cố bằng bao tải cát hoặc bằng vật liệu chống xói tạm thời

+ Kích thước hố móng khá lớn

+ Bước 1: Tiến hành đắp đảo đất có cao độ hơn MNTC là 0,5 ÷ 0,7 m;

+ Bước 2: Dùng giá búa tự hành chạy trên bánh xích (có tấm lót làm đường di chuyển) đóng các cọc trong hố móng;

+ Bước 3: Hạ vòng vây cọc ván thép bằng búa rung;

+ Bước 4: Đào đất trong hố móng và đổ bê tông bịt đáy bằng phương pháp vữa dâng Sau đó hút nước hố móng, vệ sinh các đầu cọc, xử lý đầu cọc, lắp đặt khung cốt thép bệ móng và ghép ván khuôn bệ;

+ Bước 5: Đổ bê tông bệ cọc a Đắp đảo nhô b Đóng cọc trên đảo nhô c Hạ vòng vây cọc ván d Đào đất và đổ bê tông bịt đáy e

Hình 3.36 Các bước thi công đóng cọc trên đảo nhô b Đóng cọc trên sàn đạo

- Sàn đạo là một dạng đà giáo dựng trên mặt nước để làm mặt bằng thi công hoặc làm đường công vụ chạy trên mặt nước

+ Trụ làm bằng cọc H hoặc ray cũ, xà mũ làm bằng dầm I đặt phía trên và trên đó gác các dầm I để đỡ mặt sàn;

+ Mặt sàn gồm các xà ngang đặt trên mặt các dầm dọc và đặt ván lát bằng gỗ hoặc bằng các tấm tôn thép có gờ chống trượt để đi lại phía trên

Hình 3.37 Các bước thi công móng cọc theo biện pháp đóng cọc trên sàn đạo

- Trình tự công nghệ thi công:

+ Bước 1: Dùng búa rung hạ các cọc thép để làm trụ cho sàn đạo, dạng sàn đạo có cao độ ngang với mặt bằng của bãi thi công;

+ Bước 2: Giá búa lắp trên mặt bằng, di chuyển ra sàn đạo để đóng cọc;

+ Bước 3: Tiến hành tháo dỡ một phần sàn đạo, phần còn lại để cần cẩu di chuyển, đóng vòng vây cọc ván thép bằng búa rung để ngăn nước, đào đất trong hố móng bằng xói hút, sau đó đổ bê tông bịt đáy bằng biện pháp vữa dâng, vệ sinh đầu cọc, xử lý đầu cọc;

+ Bước 4: Bơm cạn nước và thi công bệ móng;

+ Bước 5: Đổ bê tông bịt đáy;

+ Bước 6: Đổ bê tông bệ cọc

3.5.2.2 Thi công móng cọc trong điều kiện ngập sâu

Chiều sâu mực nước thi công Hn > 2 m a Đóng cọc bằng giá búa di chuyển trên hệ nổi

- Dùng giá búa dựng trên các hệ nổi ghép từ các phao đơn để trở thành giá búa di động Kích thước hệ nổi phải thỏa mãn điều kiện:

+ Đủ để đặt sàn của giá búa;

+ Đảm bảo điều kiện ổn định khi đóng cọc;

+ Neo được đỉnh cột của giá búa xuống bốn góc của hệ nổi

+ Mực nước thi công ngập không quá sâu;

+ Khi việc sử dụng sàn tạm và đảo nhân tạo không còn thích hợp

+ Bước 1: Lắp dựng giá búa trên hệ nổi ghép từ các phao đơn Dùng giá búa di chuyển để đóng cọc ngập vào trong nền thông qua đoạn cọc dẫn Dùng búa chấn động rung hạ các hàng cọc thép chữ H làm cọc định vị và lắp dựng một tầng khung chống của vòng vây cọc ván, tựa vào hàng cọc này làm khung dẫn hướng rung hạ vòng vây cọc;

+ Bước 2: Dùng cần cẩu đứng trên phao và búa chấn động để ghép và rung hạ vòng vây cọc ván thép;

+ Bước 3: Đào đất hố móng bằng biện pháp gầu ngoạm và xói hút, đất được thải ra ngoài sông

Những trường hợp không thể đào đất bằng gầu ngoạm: Cát mịn hoặc đất bùn dễ bị hóa lỏng khi đào bới; Hố móng có các đầu cọc bố trí dày, cự ly giữa các cọc nhỏ hơn kích thước của gầm ngoạm

Biện pháp đào đất bằng xói hút thủy lực - Jet and suction - Gồm hai động tác xói để phá đất đá thành bùn lỏng và bơm bùn đất ra ngoài hố móng

Vòi xói - Jet nozzle - sử dụng dòng nước phun ra với áp lực mạnh thổi trực tiếp lên mặt nền Đầu hút - suction head - hút bùn đất ra bằng biện pháp cuốn bùn đất theo 1 dòng chảy cưỡng bức Đầu xói và đầu hút là hai loại máy khác nhau nhưng có thể ghép chung thành thiết bị xói hút chuyên dụng a Đầu xói b Đầu hút c Ghép bộ phận xói và hút làm một

Hình 3.38 Phương pháp xói hút thủy lực

MÓNG CỌC KHOAN NHỒI

Khái niệm chung về móng cọc khoan nhồi

4.1.1 Đặc điểm của móng cọc khoan nhồi

Cọc khoan nhồi (hay còn gọi là cọc đổ bê tông tại chỗ) là cọc được thi công bằng cách khoan tạo lỗ và đổ bê tông cốt thép lấp đầy ngay tại vị trí thiết kế

4.1.2 Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng

+ SCT lớn, tập trung vật liệu;

+ Rút bớt công nghệ đúc cọc và vận chuyển cọc;

+ Thi công được trong điều kiện địa hình, địa chất phức tạp;

+ Không gây tiếng ồn, chấn động đến các công trình xung quanh;

+ Có thể lấy mẫu địa chất ở vùng thi công để thí nghiệm

+ Đòi hỏi thiết bị thi công chuyên dụng;

+ Khó kiểm soát và kiểm tra chất lượng bê tông cọc;

+ Dễ gặp sự cố trong quá trình thi công

+ Nơi có địa chất phức tạp;

+ Vị trí thi công gần công trình lân cận và trong khu dân cư;

+ Công trình Cầu có chiều dài nhịp lớn, tải trọng lớn; Nhà cao tâng và làm nền móng cho các công trình thủy lợi và thủy điện

4.1.3 Một số tiêu chuẩn thiết kế thi công cọc khoan nhồi

(1) TCVN 9395-2012: Cọc khoan nhồi - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu

(2) TCXDVN 326-2004: Cọc khoan nhồi - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu

(3) TCXDVN 10304-2014: Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế

(4) 22 TCN 272-05: Tiêu chuẩn thiết kế cầu

(5) TCVN 11823-10-2017: Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ - Phần Nền móng.

Cấu tạo cọc

4.2.1 Kích thước cọc khoan nhồi

Mặt cắt ngang của cọc thường có dạng hình tròn, đường kính thông thường

800  2.500 mm Tuy nhiên, đối với những công trình có tải trọng nhỏ có thể sử dụng cọc có đường kính từ 300  600 mm (cọc khoan nhồi đường kính nhỏ)

Chiều sâu chôn cọc phải đủ để cung cấp tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang phù hợp và chuyển vị cọc chấp nhận được Chiều dài cọc thông thường từ 30

Mũi cọc thường được đặt vào tầng đá gốc hoặc ở lớp đất tốt có chỉ số SPT ≥ 50 Trong đất sét cứng có thể sử dụng cọc mở rộng chân để tăng diện tích mũi cọc từ đó giảm áp lực chống mũi hay để tăng sức kháng nhổ

4.2.2 Vật liệu chế tạo cọc

4.2.2.1 Bê tông cọc khoan nhồi

- Bê tông cọc có cấp độ bền B ≥ 22,5

- Cấp phối bê tông cọc phải thỏa mãn:

+ Xi măng, cát, đá, nước trước khi đưa vào sản xuất bê tông phải được kiểm tra về chất lượng theo các quy định hiện hành: Đá sử dụng kích cỡ 5  20 mm cường độ 600  800 kg/cm 2 Cát có mô-đun = 2.4  2.8 và dùng xi măng porland Nước không có tạp chất và muối theo đúng quy định của quy trình chế tạo bê tông hiện hành Phụ Gia có thể dùng loại kéo dài thời gian sơ ninh và duy trì độ lưu động;

+ Nếu bê tông được đổ dưới nước thì phải đạt yêu cầu kỹ thuật về bê tông dưới nước Phải thiết kế cấp phối đúng quy trình quy phạm hiện hành và bảo đảm các yêu cầu của vữa bê tông khi đổ bê tông dưới nước, như: Độ sụt: 16  18 cm; Cường độ bê tông dưới nước: Theo yêu cầu của thiết kế; thời gian duy trì độ lưu động > 40 phút, trong thời gian này độ sụt không dưới 15 cm;

+ Cấp phối bê tông phải nhuyễn để việc đổ bê tông được thuận tiện, tránh gây tắc ống dẫn trong khi đổ Để đảm bảo các yêu cầu của bê tông đổ cọc khoan nhồi cần phải sử dụng phụ gia siêu dẻo có độ tin cậy cao Các yêu cầu về thiết kế cấp phối bê tông ví dụ như:

 Cường độ đến 28 ngày: Theo yêu cầu thiết kế;

 Thời gian ninh kết: 4 giờ;

 Hàm lượng xi măng: ≥ 350 kg;

 Đường kính cốt liệu thô không lớn hơn 50 mm hoặc 1/3 cự ly mép cốt thép chủ, thường sử dụng đá 1  2

4.2.2.2 Cốt thép cọc khoan nhồi

Cốt thép của cọc khoan nhồi thường được chế tạo sẵn thành từng lồng cốt thép tại hiện trường với chiều dài từ 8  12 m (thường bằng chiều dài của một thanh thép là 12 m) Đường kính trong lồng cốt thép phải lớn hơn đường kính ngoài vị trí mối nối của ống đổ bê tông ≥ 100 mm, sai số cho phép của lớp bê tông bảo vệ cốt thép chủ  20 mm

Hình 4.1 Cốt thép cọc khoan nhồi a Vị trí tai định vị; b Con lăn dẫn hướng bằng xi măng; c Nối cốt thép chủ

1 Cốt chủ; 2 Cốt đai; 3 Cốt tăng cứng; 4 Tai định vị;

5 Con lăn dẫn hướng; 6 Cóc nối cốt thép chủ; 7 Vách lỗ khoan a Cốt thép chủ

Thường có đường kính từ 14  32 mm (có thể còn lớn hơn, Vd cầu Kiền - Hải Phòng D = 40), loại có gờ Số thanh do tính toán quyết định Cốt thép dọc được bố trí trên suốt chiều dài của cọc hay có thể chỉ một phần phía trên của cọc Số lượng thanh cốt dọc có thể thay đổi, ở phần cọc phía trên gần mặt đất thường số lượng thanh gần gấp đôi đoạn cọc phía dưới

Cự ly giữa mép cốt thép chủ phải lớn hơn 3 lần đường kính hạt cốt liệu thô của bê tông b Cốt thép đai

- Dùng cốt đai rời hoặc đai xoắn có đường kính từ 6  12 mm

- Bước cốt đai từ 100  200 mm, bước cốt đai thường bố trí đều nhau hoặc thay đổi (nhưng thường là bố trí đều) Ở phần hai lồng cốt thép nối với nhau thì bước cốt đai dày hơn từ 50  100 mm c Cốt tăng cường

- Đường kính từ 16  25 mm được bố trí phía trong cốt thép chủ với khoảng cách đều từ 2  3 m

- Giữ đúng cự ly cốt chủ, cùng cốt chủ tạo khung sườn của lồng cốt thép d Tai định vị

- Dùng con kê bằng bê tông, nhưng con kê này phải được chế tạo dạng bánh xe và đường kính của con kê này bằng chiều dày của lớp bê tông bảo vệ

- Dùng các đai thép, hàn các đai thép này với cốt thép chủ trên mặt bằng khoảng 0,5 ~ 1 m một cái và bố trí đối xứng, còn trên chiều đứng thì cứ cách 2 m lại bố trí một tầng đai này Chiều dày uốn của đai thép bằng chiều dày lớp bê tông bảo vệ Đai thép làm bằng thép bản có chiều dày 7  10 mm

- Dùng vật liệu nhựa tổng hợp làm con kê

Hình 4.2 Cấu tạo tai định vị e Cốt thép móc treo

Hàn vào cốt chủ đầu lồng thép cuối cùng, đảm bảo lồng thép được treo trong quá trình đổ bê tông f Ống thăm dò

- Số lượng ống thăm dò cho một cọc phụ thuộc vào đường kính của cọc: 2 ống cho cọc có đường kính 60 cm; 03 ống cho cọc có đường kính 60  100 cm; 04 ống cho cọc có đường kính ≥ 100 cm

- Vật liệu sử dụng: Vật liệu nhựa (L cọc ≤ 25 m) hoặc vật liệu thép

+ Ống 50/60 dùng để siêu âm, ống 102/114 dùng để khoan lấy mẫu bê tông ở đáy hố khoan

+ Ống 102/114 dùng để khoan lấy mẫu BT ở đáy hố khoan đặt cao hơn chân lồng thép 1 m và không trùng vào vị trí cốt chủ.

Cấu tạo bệ cọc

4.3.1 Cao độ a Cao độ mặt trên Đối với công trình giao thông: Tùy thuộc vào yêu cầu và mức độ của công trình mà cao độ đỉnh bệ có thể thấp hơn mực nước thấp nhất (MNTN) hay có thể cao hơn (ví dụ khi sông có tàu bè tải trọng lớn đi qua thì để tránh va chạm của tàu bè vào thân trụ nguy hiểm thì có thể để bệ nổi trên mặt nước) Đối với công trình dân dụng: Nếu công trình có tầng hầm thì có thể lấy cao độ mặt trên của đài bằng cao độ sàn tầng hầm b Cao độ mặt dưới

Tùy thuộc vào cao độ mặt trên, chiều cao bệ, điều kiện địa chất - địa chất thủy văn khu vực công trình

4.3.2 Sơ đồ bố trí cọc và kích thước của bệ cọc

- Khoảng cách tối thiểu giữa tim hai hàng cọc gần nhất không nhỏ hơn 3D (D là đường kính cọc) (4D theo 48SHTO 2007) Nếu các cọc nhỏ hơn 6D thì phải qui định trình tự thi công trong hợp đồng

- Khoảng cách từ tim hàng cọc ngoài cùng đến mép móng không được nhỏ hơn D/2 +300 mm

Do số lượng cọc đường kính lớn trong móng thường ít, nên để tăng độ cứng cho hệ thường tăng khoảng cách tim giữa các cọc sẽ có lợi hơn, và đồng thời làm giảm hiệu ứng nhóm cọc

Cọc đường kính lớn thì thường bố trí đối xứng trên mặt bằng móng, còn trên mặt đứng do thi công nghiêng là rất khó nên cọc thường được bố trí thẳng đứng Chiều dầy bệ cọc thường từ 3  5 m và cũng phải đảm bảo các yêu cầu:

- Đủ chiều dầy liên kết cọc vào bệ (ít nhất > D hay > 1,2 m, theo 22TCN 18-79);

- Chịu được mô men uốn;

- Chống chọc thủng bệ cọc

Hình 4.3 Bố trí cọc trong bệ

- Cốt thép: Được bố trí theo tính toán mô men bệ cọc, đường kính D = 20  40 mm Thường chủ yếu là lưới cốt thép được bố trí chịu lực ở phía dưới đáy bệ Tuy nhiên, để liên kết cọc vào bệ và cốt thép thân trụ được ngàm vào bệ tốt hơn thì lưới cốt thép đỉnh bệ thường cũng có cấu tạo rất lớn.

Thiết kế và tính toán móng cọc khoan nhồi

4.4.1 Dự tinh sức chịu tải của cọc

4.4.1.1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Ru: Cường độ tính toán của bê tông cọc nhồi;

Ru = R/4.5: Khi đổ bê tông dưới nước hoặc dưới bùn nhưng không lớn hơn 6 Mpa;

Ru = R/4: Khi đổ bê tông trong hố khoan khô nhưng không lớn hơn 7 Mpa; R: Mác thiết kế của bê tông cọc;

Ap: Tiết diện ngang của cọc;

Ran: Cường độ tính toán của cốt thép

+ Khi Φ < 28 mm, Ran = Rc/1,5 nhưng không lớn hơn 220 Mpa

+ Khi Φ ≥ 28 mm, Ran = Rc/1,5 nhưng không lớn hơn 200 Mpa

Rc: Giới hạn chảy của cốt thép

4.4.1.2 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền

Sức chịu tải của cọc xác định như sau:

[P]: Sức chịu tải cho phép của cọc;

Pgh: Sức chịu tải tiêu chuẩn;

Ktc: Hệ số độ tin cậy, được xác định như sau:

+ Ktc = 1 đối với móng bè cọc;

+ Ktc = 1,2 nếu sức chịu tải của cọc xác định bằng nén tĩnh cọc tại hiện trường;

+ Ktc = 1,25 nếu sức chịu tải của cọc xác định theo kết quả thử động cọc có kể đến biến dạng đàn hồi của đất;

+ Ktc = 1,4 nếu sức chịu tải xác định bằng tính toán a Sức chịu tải trọng nén

𝑃 𝑔ℎ = 𝑚(𝑚 𝑅 𝑅 𝑛 𝐴 𝑝 + 𝑚 𝑓 𝑢 𝑐 ∑ 𝜏 𝑠𝑖 𝑙 𝑖 ) (4-3) Trong đó: m: Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, m = 0,8 khi cọc tựa nên đất dính với độ bão hòa Sr < 0,9 và đất hoành thổ, m = 1,0 với các trường hợp khác mR: Hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, mr = 0,9 cho trường hợp dùng phương pháp đổ bê tông dưới nước, mr = 1,0 cho các trường hợp còn lại mf: Hệ số điều kiện làm việc của đất trên thân cọc, tra bảng 4.1

Bảng 4.1 Hệ số điều kiện làm việc của đất xung quanh cọc

Cọc và phương pháp thi công cọc Cát Cát pha Sét pha sét

Cọc nhồi dạng ép chấn động 0,9 0,9 0,9 0,9

Cọc nhồi trong đó có mở rộng mũi, đổ bê tông trong trường hợp

Không có nước, cũng như dùng ống vách chuyên dụng 0,7 0,7 0,7 0,7

Dưới nước hay trong vữa sét 0,6 0,6 0,6 0,6

Dùng bê tông cứng kết hợp dùng đầm sâu 0,8 0,8 0,8 0,7 τsi: Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc (kPa), tra bảng 3.6 - Chương 3;

Ap: Tiết diện ngang của cọc tại mũi (m 2 );

Uc: Chu vi của cọc (m); li: Chiều dài đoạn cọc cọc nằm trong lớp đất thứ i (m);

Rn: Cường độ sức kháng của đất ở mũi cọc (kPa), xác định như sau:

1, 2, 3, và 4: Là các hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào trị số góc ma sát trong tính toán  của nền đất dưới mũi cọc và được lấy theo bảng 4.2;

’: Là dung trọng tính toán của nền đất dưới mũi cọc (có xét đến tác dụng đẩy nổi trong đất bão hòa nước);

: Là dung trọng tính toán trung bình (tính theo các lớp) của đất nằm trên mũi cọc (có xét đến tác động đẩy nổi trong đất bão hòa nước); d: Là đường kính cọc đóng hoặc ép nhồi, cọc khoan nhồi và cọc ống, đường kính phần mở rộng (cho cọc có mở rộng mũi) hay đường kính hố khoan dùng cho cọc - trụ, liên kết với đất bằng vữa xi măng - cát; h: Là chiều sâu hạ cọc, kể từ mặt đất tự nhiên hoặc mặt đất thiết kế (khi có thiết kế đào đất) tới mũi cọc hoặc tới đáy phần mở rộng mũi; đối với trụ cầu h được kể từ cao độ đáy hố sau xói có kể đến mực nước lũ tính toán

Bảng 4.2 Bảng tra các hệ số α 1 , α 2 , α 3 , α 4

Hệ số Góc ma sát trong tính toán I của đất dưới mũi cọc, độ

- Đối với đất dính, Rn tra bảng 4.3

Bảng 4.3 Cường độ sức kháng R n , của đất dính dưới mũi cọc (kPa)

Cường độ sức kháng qb của đất dính, trừ đất lún sụt, dưới mũi cọc đóng hoặc ép nhồi và cọc khoan nhồi có hoặc không mở rộng mũi, cọc ống hạ bằng phương pháp moi đất và đổ bê tông lõi theo chỉ số sệt Il kPa

1 Giá trị chiều sâu mũi cọc và chiều sâu trung bình lớp đất trên mặt bằng san nền bằng phương pháp đào xén đất, lấp đất, hay bồi đắp chiều cao tới 3 m, phải tính từ độ cao địa hình tự nhiên, còn nếu đào xén đất, lấp đất, hay bồi đắp từ 3 m đến 10 m, phải tính từ cao độ quy ước nằm cao hơn 3 m so với mức đào xén hoặc thấp hơn

3 m so với mức đắp đất Chiều sâu mũi cọc và chiều sâu trung bình lớp đất ở các vũng nước được tính từ đáy vũng sau xói do mức lũ tính toán, tại chỗ đầm lầy kể từ đáy đầm lầy;

2 Đối với những trường hợp chiều sâu mũi cọc và chỉ số sệt IL của đất dính có giá trị trung gian, qb được xác định bằng nội suy;

3 Trong tính toán, chỉ số sệt của đất lấy theo giá trị dự báo ở giai đoạn sử dụng của công trình b Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc chống

Ap: Tiết diện cọc tựa trên nền (m 2 ); m: Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong nền, m = 1;

Rn: Cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc, lấy như sau:

+ Đối với mọi loại cọc đóng mà mũi chống lên nền đá, đất hòn lớn (đá tảng, đá cuội, đá dăm, sỏi sạn có độn cát) cũng như trong trường hợp chống lên đất sét cứng,

+ Đối với cọc chống lên nền đá bằng phẳng, không bị phong hóa, Rn q tc rock.ks q tc rock: Là giá trị tiêu chuẩn giới hạn bền chịu nén một trục của đá ở trạng thái bão hòa nước, được xác định theo kết quả thử mẫu (nguyên khối) trong phòng thí nghiệm;

Ks: Là hệ số, kể đến giảm cường độ do vết nứt trong nền đá, xác định theo bảng 3.7 c Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc chịu tải trọng nhổ

𝑃 𝑔ℎ = 𝑚 𝑚 𝑓 𝑢 𝑐 ∑ 𝜏 𝑠𝑖 𝑙 𝑖 (4-6) Trong đó: m là hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất

+ Đối với cọc hạ vào đất ở độ sâu < 0,4; m = 0,6

+ Đối với cọc hạ vào đất ở độ sâu ≥ 0,4; m = 0,8

Các thông số khác xác định như công thức (4-3)

4.4.1.3 Sức chịu tải của cọc xác định theo thí nghiệm xuyên động SPT

4.4.1.4 Sức chịu tải của cọc xác định theo thí nghiệm xuyên tĩnh CPT

4.4.2 Lựa chọn số cọc và bố trí cọc trong móng

4.4.3 Duyệt nội lực đầu cọc

4.4.4 Kiểm tra cường độ đất nền tại mũi cọc

Kiểm tra theo trạng thái giới hạn II

Kiểm tra theo trạng thái giới hạn I

4.6.1 Tính toán chọc thủng đài cọc

4.6.2 Kiểm tra cường độ đất nền tại mũi cọc

Thi công cọc khoan nhồi

4.7.1 Các biện pháp khoan tạo lỗ

Những biện pháp khoan tạo lỗ được phân biệt bởi 3 yếu tố: Cách giữ ổn định thành lỗ, thiết bị khoan phá tạo lỗ cọc và cách lấy đất thải (mùn khoan) ra khỏi lỗ khoan

4.7.1.1 Máy khoan guồng xoắn (ruột gà)

- Đây là phương pháp khoan phá tạo lỗ bằng đầu khoan có dạng mũi khoan truyền thống với các rãnh xoắn để vừa tiến sâu vào nền đất vừa xén đất khi cần khoan quay liên tục theo chiều kim đồng hồ

- Đường rãnh xoắn sâu để chứa đất thải nên biện pháp lấy mùn là rút mũi khoan lên khỏi lỗ khoan, xả đất ra ngoài bằng cách xoay cần ngược chiều kim đồng hồ

- Giữ ổn định lỗ khoan bằng dung dịch vữa sét

+ Đất dính trạng thái dẻo hoặc nhão

Hình 4.4 Sơ đồ máy khoan guồng xoắn

- Thiết bị khoan tạo lỗ: Đầu khoan dạng đĩa quay có lưỡi cắt hoặc răng gầu tùy thuộc độ cứng của nền gắn dưới đáy một thùng hình trụ xoay tròn liên tục theo cần khoan để phá và cạp đất vào thùng nên gọi là gầu xoay

- Lấy đất thải bằng cách lấy gầu ra khỏi lỗ khoan bằng cần khoan Xả đất bằng cách mở đáy hoặc mở hông

Hình 4.5 Các hình thức xả đất khỏi gầu khoan

- Mỗi máy khoan kèm theo những bộ đầu khoan với đường kính thay đổi, phù hợp với từng loại địa chất

+ Địa chất là xỏi sạn gầu xoay có trang bị các răng gầu

+ Nếu gặp tầng đá đầu gầu khoan được trang bị lưỡi cắt hợp kim có khả năng mài gọt được đá cứng

+ Đối với nền đất mềm dùng loại gầu có lưỡi cắt xén đất

- Giữ ổn định thành lỗ chủ yếu bằng dung dịch vữa sét

Hình 4.6 Các loại gầu khoan

- Máy khoan ruột gà và máy khoan gầu xoay chỉ khác nhau đầu khoan lấy đất

- Ưu điểm của biện pháp khoan gầu xoay: dễ thực hiện, giá thành rẻ

- Nhược điểm: Kích thước lỗ khoan không chính xác, dễ sập lở do phải liên tục lấy đầu khoan lên, tốc độ khoan chậm

- Thiết bị khoan: Máy khoan tự hành, cần khoan treo trên cần cẩu của máy khoan được cấu tạo gồm nhiều đốt lồng vào nhau nên có thể đẩy dài ra theo độ sâu của lỗ khoan

Hình 4.7 Máy khoan gầu xoay và chu trình khoan tạo lỗ a Cạp đất vào gầu; b Rút gầu lên khỏi lỗ khoan và xả đất sang bên cạnh; c Lắp đầu khoan trở lại mũi khoan

1 Đầu khoan; 2 Cần khoan; 3 Động cơ khoan; 4 Ống vách; 5 Vữa sét

Phạm vi áp dụng: Nền đất tốt ổn định, chiều sâu cọc dưới 40 m

4.7.1.3 Các biện pháp khoan tuần hoàn

- Tuần hoàn là cách gọi hình thức lấy đất đá thải từ lỗ khoan lên đặt cho tên của phương pháp khoan

- Khoan tạo lỗ bằng gầu khoan dạng mâm xoay với lưỡi cắt tùy thuộc vào độ cứng của đất nền Đầu khoan xoay liên tục trong lỗ khoan, lấy lên khi ngừng khoan

- Cần khoan đồng thời là ống bơm vữa hoặc bùn khoan

- Giữ ổn định thành lỗ khoan bằng vữa sét

- PP này sử dụng dòng vữa sét trộn lẫn đất thải tạo thành dòng bùn khoan để bơm hút ra khỏi lỗ khoan Dòng vữa sét vận chuyển theo một chu trình kín: Bơm vữa sạch  vào lỗ khoan và đẩy ra ngoài dòng vữa đã lẫn mùn khoan, sau khi lọc đất thải ra dòng vữa sét được làm mới và bơm trở lại lỗ khoan Chu trình vữa sét giống như dòng máu tuần hoàn trong cơ thể a Biện pháp khoan tuần hoàn thuận

- Phạm vi áp dụng: Đất mềm, chiều sâu cọc không lớn

+ Cần khoan treo trên cần cẩu của máy khoan và được nối dài trong quá trình thi công;

+ Trên đầu cần khoan nối với ống bơm dung dịch khoan;

Hình 4.8 Sơ đồ công nghệ khoan tuần hoàn thuận

1 Đoạn ống vách; 2 Ống bơm cấp vữa sét; 3 Bể lắng lọc;

4 Đất bùn thải; 5 Thùng bổ sung thành phần vữa sét

+ Dung dịch khoan được bơm dọc theo cần khoan và đi thẳng xuống và thoát ra ngoài ở tại đầu khoan;

+ Dung dịch khoan chảy dâng lên miệng lỗ và được thu hồi xử lý và tiếp tục được sử dụng

- Ưu điểm của phương pháp khoan tuần hoàn thuận:

+ Tốc độ khoan nhanh, thành lỗ khoan không bị va chạm xây xát nên ít bị sụt lở; + Cần khoan gọn, dung dịch khoan có thể tự chảy mà không cần bơm hút

+ Dung dịch trở thành bùn nhão, cản trở đầu khoan và cần khoan làm việc; + Cần lượng vữa sét lớn để vệ sinh lỗ khoan trước khi đổ bê tông cọc b Phương pháp khoan tuần hoàn nghịch

+ Nền có lẫn cuội sỏi, nền đá;

+ Chiều sâu lỗ khoan lớn

+ Máy nén khí cung cấp khí nén và dẫn xuống dưới đầu khoan theo một đường ống riêng chạy dọc theo cần khoan;

+ Trong đầu cần khoan hơi ép được thổi ngược lên tạo thành dòng chảy trong lòng cần khoan, sau đó được dẫn ra ngoài kéo theo cả dung dịch khoan, mùn khoan kể cả các hạt nặng

+ Bảo vệ thành lỗ khoan, đầu khoan hoạt động liên tục nên năng suất cao;

+ Mùn khoan chỉ đọng ở dưới đáy lỗ khoan, phía trên là dung dịch sạch nên công tác vệ sinh lỗ khoan thực hiện một cách dễ dàng

+ Phải bố trí thêm thiết bị cấp hơi ép;

+ Trong quá trình bơm thổi có thể cuốn theo cả những hòn đá quá cỡ vào ống bơm nên dễ làm tắc ống khoan

Hình 4.9 Sơ đồ công nghệ khoan tuần hoàn nghịch

1 Máy khoan; 2 Đoạn ống vách; 3 Dung dịch khoan; 4 Mùn lẫn dung dịch khoan;

5 Bể lắng lọc; 6 Đất đá thải; 7 Bể tái chế dung dịch khoan; 8 Máy nén khí 4.7.1.4 Máy khoan vách xoay

- Phạm vi áp dụng: Dùng cho nền cát, cát pha không có cuội sỏi, L cọc ≤ 40 m

+ Ống vách được hạ xuống suốt chiều dài cọc đến tận đáy cọc bằng biện pháp xoay lắc liên tục;

+ Ống vách được nối với nhau trong quá trình thi công từ những đoạn ống dài

6 m, gồm hai lớp thép, ở giữa là khe rỗng được tăng cường bằng những sườn tăng cường chạy dọc theo chiều dài đoạn ống;

+ Ống vách được hạ xuống bằng bộ phận xoay ép thủy lực

- Ưu điểm: Thành ổn định, lỗ khoan thẳng, khắc phục được hiện tượng bùn chảy và cắt đùn

- Nhược điểm: Giá thành đắt; công nghệ phức tạp; không khoan được địa chất có cuội sỏi; chiều sâu cọc hạn chế

Hình 4.10: Sơ đồ công nghệ khoan bằng máy khoan vách xoay

1 Ống vách; 2 Bộ phận xoay lắc liên tục; 3 Gầu đào; 4 Máy khoan

- Phạm vi áp dụng: nền đá, cuội sỏi

Hình 4.11 Máy khoan đập cáp a Máy khoan; b Khoan bằng máy khoan vách xoay thay búa khoan; c Búa khoan bằng thép đúc và tổ hợp bằng thép tán

- Búa khoan trọng lượng 2  3 tấn treo trên dây cáp và thả rơi tự do xuống mặt đá ở đáy lỗ khoan từ độ cao 50  100 cm Quả búa có đầu chòng hình chữ thập hoặc hình ba múi làm bằng thép hợp kim, thân búa làm bằng thép đúc

- Giá khoan có chiều cao từ 12  19 m

- Hệ thống tời có hộp số tự động nâng quả búa lên và thả rơi tự do một cách liên tục với nhịp độ 40  50 nhát/phút

- Máy khoan ống vách xoay có thể thay gầu đào bằng quả búa đập để làm việc như máy khoan đập cáp Một số máy khoan đập cáp chuyên dụng của Liên Xô như YKC-22 m; YKC-33 m

- Ống lấy mùn là một ống thép dài 2 m, dưới có nắp van hình lòng chảo kết hợp với đầu chòng hình chữ thập để xới cho mùn khoan tơi lên

- Ống xảm có trọng lượng lớn và có lưỡi cắt, dùng để xảm những mẩu đá nhô ra ở thành lỗ khoan

Hình 4.12 Cấu tạo ống lấy mùn và ống xả nhám thành lỗ a Cấu tạo ống lấy mùn; b Cách lấy mùn khoan; c Ống xảm thành lỗ

4.7.2 Biện pháp thi công cọc khoan nhồi theo công nghệ ổn định thành lỗ khoan bằng vữa sét

- Biện pháp khoan gầu xoay và các biện pháp khoan tuần hoàn thành vách được giữ ổn định bằng dung dịch khoan là chính, nhưng trên miệng lỗ khoan cần bố trí một đoạn ống chống vách tạm bằng thép với vai trò:

+ Chống sạt lở miệng lỗ khoan;

+ Giữ ổn định thành lỗ khoan trong tầng đất yếu ở trên mặt;

+ Làm ván khuôn cho bê tông cọc trong phạm vi ảnh hưởng của nước ngầm hoặc khi khoan cọc trên sàn đạo hoặc khoan trên hệ nổi;

+ Tạo cột áp vữa sét đủ lớn chống áp lực chủ động từ phía thành lỗ cọc;

+ Định vị cọc, dẫn hướng cho đầu khoan trong quá trình khoan cọc

- Yêu cầu cấu tạo đối với ống vách:

+ Chế tạo bằng thép cán hoặc thép bản;  = 6  10 mm; L ống = 6  10 m; Dống

THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

Khái niệm

5.1.1 Khái niệm về nền đất yếu

Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy không thể làm nền thiên nhiên cho công trình xây dựng Đất yếu là loại đất có các đặc tính sau:

- Thuộc loại nền đất yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ;

- Sức chịu tải bé (0,5 - 1 kG/cm 2 );

- Đất có tính nén lún lớn (a > 0,1 cm 2 /kG);

- Mô đun biến dạng bé (E < 50 kG/cm 2 );

- Khả năng chống cắt bé (ϕ, c bé), khả năng thấm nước bé;

- Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G > 0,8; dung trọng bé

Khi xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình

Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất Do vậy, việc đánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm trong phòng và hiện trường) để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức khó khăn, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng công trình khi xây dựng trên nền đất yếu

5.1.2 Các loại đất yếu thường gặp

- Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp

- Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn (<

200 àm) ở trạng thỏi luụn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực

- Than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 - 80%);

- Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy

- Đất bazan: Đây cũng là đất yếu với đặc điểm độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập.

Các biện pháp xử lý

Hình 5.1 Mối quan hệ tương hỗ giữa Công trình - Móng - Nền

Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào nhiều điều kiện như: Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra biện pháp xử lý hợp lý Để xây dựng công trình trên nền đất yếu có các biện pháp xử lý như sau:

- Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình;

- Các biện pháp xử lý về móng;

- Các biện pháp xử lý nền

5.2.1 Tác động vào kết cấu bên trên

Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng cục bộ hoặc toàn bộ do các điều kiện biến dạng không thỏa mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn làm cho công trình bị nghiêng, lệch, đổ… hoặc do áp lực tác dụng lên mặt nền quá lớn trong khi nền đất yếu, sức chịu tải bé

Các biện pháp về Kết cấu công trình nhằm làm giảm áp lực tác dụng lên mặt nền hoặc làm tăng khả năng chịu lực của kết cấu công trình Người ta thường dùng các biện pháp sau:

- Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ:

+ Mục đích: Làm giảm trọng lượng bản thân công trình, giảm được tĩnh tải tác dụng lên móng;

+ Biện pháp: Có thể sử dụng các loại vật liệu nhẹ, kết cấu thanh mảnh, nhưng phải đảm bảo cường độ công trình

- Làm tăng độ mềm của kết cấu công trình:

+ Mục đích: Làm tăng độ mềm của kết cấu công trình kể cả móng để khử được ứng suất phụ thêm phát sinh trong kết cấu khi xảy ra lún lệch hoặc lún không đều;

+ Biện pháp: Dùng kết cấu tĩnh định hoặc phân cắt các bộ phận của công trình bằng các khe lún

- Làm tăng cường độ cho kết cấu công trình:

+ Mục đích: Làm tăng cường độ cho kết cấu công trình để đủ sức chịu các ứng lực sinh ra do lún lệch và lún không đều;

+ Biện pháp: Người ta dùng các đai bê tông cốt thép để tăng khả năng chịu ứng suất kéo khi chịu uốn, đồng thời có thể gia cố tại các vị trí dự đoán xuất hiện ứng suất cục bộ lớn

5.2.2 Tác động vào kết cấu móng

Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, ta có thể sử dụng một số phương pháp xử lý về móng thường dùng như sau:

- Thay đổi chiều sâu chôn móng:

Dùng biện pháp thay đổi chiều sâu chôn móng có thể giải quyết về mặt lún và khả năng chịu tải của nền

+ Khi tăng chiều sâu chôn móng sẽ làm tăng trị số sức chịu tải của nền Trị số tăng của áp lực tiêu chuẩn ∆R khi tăng chiều sâu chôn móng có thể tính theo công thức: q

Trong đó: γ: Dung trọng của đất nền;

∆h: Độ tăng thêm chiều sâu chôn móng;

+ Ngoài ra, khi tăng độ sâu chôn móng thì sẽ giảm được ứng suất gây lún cho móng nên giảm được độ lún của móng;

     (5-2) Đồng thời tăng độ sâu chôn móng có thể đặt móng xuống các tầng đất phía dưới chặt hơn, ổn định hơn Tuy nhiên, việc tăng chiều sâu chôn móng phải cân nhắc giữa hai yếu tố kinh tế và kỹ thuật

Một số trường hợp để giảm bớt độ chênh lệch lún giữa cao trình đặt móng thiết kế với cao trình đáy móng sau khi lún ổn định, thường phải nâng cao trình đặt móng lên một trị số dự phòng

Stc: Độ lún xảy ra khi thi công

Trường hợp nền đất yếu có chiều dày thay đổi nhiều, để giảm chênh lệch lún có thể đặt móng ở nhiều cao trình khác nhau

Hình 5.2 Móng có chiều sâu thay đổi

- Thay đổi kích thước móng:

Thay đổi kích thước và hình dáng móng sẽ có tác dụng thay đổi trực tiếp áp lực tác dụng lên mặt nền, và do đó cũng cải thiện được điều kiện chịu tải cũng như điều kiện biến dạng của nền

Khi tăng diện tích đáy móng thường làm giảm được áp lực tác dụng lên mặt nền và làm giảm độ lún của công trình Tuy nhiên, với đất có tính nén lún tăng dần theo chiều sâu thì biện pháp này không tốt

Nếu tầng đất yếu chịu nén có chiều dày khác nhau, có thể dùng biện pháp thay đổi chiều rộng móng để cân bằng ứng suất cho toàn bộ công trình

Hình 5.3 Móng có bề rộng đáy móng thay đổi

- Thay đổi loại móng và độ cứng của móng:

Khi thiết kế tùy sự phân bố tải trọng tác dụng lên móng và điều kiện địa chất mà chon kết cấu móng cho phù hợp

Với nền đất yếu, khi dùng móng đơn, độ lún chênh lệch sẽ lớn, do vậy để giảm ảnh hưởng của lún lệch ta có thể thay thế bằng móng băng, móng băng giao thoa, móng bè hoặc móng hộp

Trường hợp sử dụng móng băng mà biến dạng vẫn lớn thì cần tăng thêm cường độ cho móng Độ cứng của móng bản, móng băng càng lớn thì biến dạng bé và độ lún lệch sẽ bé Ta có thể sử dụng các biện pháp như sau: Tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng của các kết cấu bên trên, bố trí các sườn tăng cường khi móng bản có kích thước lớn

5.2.3 Tác động vào nền đất

5.2.3.1 Các biện pháp xử lý nền làm tăng cường độ

- Xử lý nền đất yếu bằng bệ phản áp:

Giải pháp này chỉ dùng khi đắp nền đường trực tiếp trên nền đất yếu với tác dụng tăng mức độ ổn định trượt trồi cho nền đường Nếu đắp nền và đắp bệ phản áp đồng thời ở hai bên thì không cần khống chế tốc độ đắp, vì vậy có thể thi công nhanh

Nhược điểm của phương pháp này là không giảm được thời gian lún cố kết Đồng thời làm tăng thêm độ lún của nền, khối lượng thi công lớn, tăng thêm khối lượng giải phóng mặt bằng

Đệm cát

Là phương pháp đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu (trường hợp lớp đất yếu có chiều dày bé) và thay vào đó bằng cát hạt trung, hạt thô đầm chặt

+ Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó xuống các lớp đất ở phía dưới;

+ Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bố lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong nền đấy dưới tầng đệm cát;

+ Giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu làm móng;

+ Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đấy yếu có thể tiếp nhận được;

+ Làm tăng khả năng ổn định của công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng, vì cát được nén chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt

Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền và tăng nhanh thời gian ổn định về lún cho công trình

+ Về mặt thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụng tương đối rộng rãi

Phạm vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3 m Không nên sử dụng phương pháp này khi nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp vì sẽ tốn kém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định

+ Cát hạt trung được đầm đến trạng thái chặt hoặc chặt vừa trở lên;

+ Nếu cát hạt trung được đầm chặt đến độ chặt tương đối D ≥ 0,65 thì khi thiết kế có thể chọn sơ bộ các đặc trưng cơ lý như sau: φ = 35  38°; Eo = 35.000  40.000 (Kpa); μo = 0,28 - 0,3; γd = 18  20 (kN/m 3 ) Các giá trị này cần phải thí nghiệm lại

- hm: Độ sâu đặt móng thường chọn hm ≤ (1 - 1,5 m)

- hđ: Chiều dày đệm cát là KC từ đáy hố đào đến đáy móng Tính toán hđ thỏa mãn các TTGH

Hình 5.4 Cấu tạo đệm cát

Bđ = b + 2hđ.tg  Bđ = b + 2hđ.tg 

- Góc truyền tải trong đất:

- Taluy độ dốc của hố đào, m m: Dựa vào sự phân tích ổn định mái dốc của đất yếu, m = 1 - 1,5

5.3.3 Thiết kế và tính toán tầng đệm cát

Việc xác định kích thước lớp đệm cát một cách chính xác là một bài toán phức tạp vì tính chất của đệm cát và lớp đất yếu hoàn toàn khác nhau Để tính toán, ta xem đệm cát như một bộ phận của đất nền, tức là đồng nhất và biến dạng tuyến tính

5.3.3.1 Kiểm tra ổn định và áp lực tại mặt tiếp xúc giữa đệm cát và lớp đất yếu Để đảm bảo cho đệm cát ổn định và biến dạng trong giới hạn cho phép thì phải đảm bảo điều kiện sau:

bt: Ứng suất do trọng lượng bản thân đất trên cốt đáy móng và của đệm cát trên mặt tiếp xúc giữa đệm cát và lớp đất yếu:

Trong đó: γ, γđ: Dung trọng của đất và của đệm cát; hm, hđ: Chiều sâu chôn móng và chiều dày của đệm cát;

z: Ứng suất do tải trọng công trình gây ra tại đáy đệm cát

 z  K gl tc K p tc tb γ h m (5-4b) Trong đó:

K = KZ = f(x/b = 0;2z/b = 2hđ/b) l, b: Cạnh dài và cạnh ngắn của móng móng đơn; b: Cạnh ngắn của móng bang;

R tc dy: Sức chịu tải tính toán của nền đất dưới đáy đệm

1 2{ ( ) } tc dy d dy m d d dy tc

Trong đó: m1, m2: Hệ số điều kiện làm việc, tra bảng 2.2 - Chương 2;

Ktc: Hệ số đột tin cậy;

+ Ktc = 1 dựa vào kết quả thí nghiệm các mẫu đất tại nơi xây dựng

+ Ktc = 1,1 dựa vào kết quả trong các bảng thông kê

A, B, D: Các hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong của lớp đất dưới đáy đệm cát, tra bảng 2.3 - Chương 2;

Bd: Bề rộng của đáy đệm cát (m); cdy, γdy: Lực dính đơn vị và dung trọng của lớp đất dưới đáy đệm cát

5.3.3.2 Kiểm toán độ lún của đệm cát và của nền

Sau khi kiểm tra cường độ của nền đất dưới đáy đệm cát cần kiểm tra độ lún của đệm cát và của nền đất dưới đáy đệm

S1: Độ lún của đệm cát;

S2: Độ lún của đất yếu dưới tầng đệm cát;

Sgh: Độ lún giới hạn cho phép

5.3.4 Thi công tầng đệm cát

2 Dùng thiết bị đào đất hố móng: Cơ giới, thủ công

3 Đắp cát thành từng lớp dày 25  30 cm

4 Sử dụng thiết bị đầm đầm chặt từng lớp trước khi thi công lớp tiếp theo.

Cọc cát

Phương pháp cọc cát là phương pháp tiến hành tạo lỗ trong đất yếu sau đó nhồi cát vào lỗ rồi đầm chặt

Hình 5.5 Sơ đồ bố trí cọc cát

+ Giảm hệ số rỗng của đất;

+ Tham gia chịu lực cùng nền đất;

+ Thoát nước trong đất → Tăng nhanh quá trình cố kết  công trình lún nhanh đến độ ổn định

+ Thi công đơn giản bằng các vật liệu phổ biến (cát thô, sỏi sạn);

+ Có độ tin cậy cao, thích hợp với đất có độ rỗng lớn, ngay khi lớp đất yếu tương đối sâu;

+ Không hiệu quả đối với đất dính bão hòa nước

- Phạm vi áp dụng: Với nền đất là đất rời rạc (cát, cát pha, sét pha) có hệ số rỗng lớn và bề dày tương đối lớn (h  2 m)

5.4.2 Tính toán nền cọc cát

- Cơ chế nén chặt của cọc cát: Giảm hệ số rỗng ban đầu e0 về hệ số rỗng thiết kế etk (hệ số rỗng mong muốn sau xử lý)

+ Hệ số rỗng giảm đều (đất được nèn chặt đều);

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

+ Độ ẩm không đổi trong quá trình nèn chặt;

+ Đất không trồi lên mặt đất

- Đặc trưng của cọc cát:

+ Đường kính cọc cát: phụ thuộc vào đường kính ống thép, tính nén lún của đất  = 400 - 600 mm

L = min (Ha, hđy – hm) Trong đó:

Ha: Chiều sâu ảnh hưởng của lún; hđy: Chiều dày lớp đất yếu cần xử lý

Nếu độ sâu ảnh hưởng lún vượt quá phạm vi lớp đất yếu (hđy – hm  Ha) chỉ cần xử lý đến hết lớp đất yếu

Khi bề dày lớp đất yếu lớn hơn chiều sâu ảnh hưởng lún (hđy – hm > Ha) chỉ cần xử lý đến phạm vi ảnh hưởng lún

5.4.2.1 Xác định diện tích nền được nèn chặt bằng cọc cát

Hình 5.6 Bố trí cọc cát và phạm vi nèn chặt

Fnc: Diện tích nền được nén chặt bằng cọc cát;

Fc: Diện tích cọc cát trên phần nèn chặt; fc: Diện tích một cọc cát; n: Số cọc cát cần thiết:

Trong đó: e0: Hệ số rỗng tự nhiên của đất:

W: Độ ẩm tự nhiên của nền đất (%); γh: Trọng lượng thể tích hạt (kN/m 3 ); γn: Trọng lượng thể tích nước (kN/m 3 ); etk: Hệ số rỗng của đất sau khi đã cải tạo, phụ thuộc vào nguồn gốc đất yếu Đất có nguồn gốc cát: max max min tk D e e

 → etk = emax - ID(emax - emin), lấy ID ≥ 0,67 Đất có nguồn gốc sét bão hòa:

  → Wtk = WP - IL(WL - WP)

Lấy IL ≥ 0,5 Đất cát pha (hàm lượng sét ≤ 10%): Lấy etk = 0,6  0,8 (Tính cát nhiều thì lấy giá trị nhỏ, tính dính nhiều thì lấy giá trị lớn)

5.4.2.2 Xác định khoảng cách giữa các cọc cát

* Cọc cát bố trí theo lưới tam giác đều

Hình 5.7 Bố trí theo lưới tam giác đều

Diện tích nèn chặt Fnc:

Diện tích cọc cát cần nèn chặt vào Fc:

* Bố trí cọc theo lưới ô vuông

Hình 5.8 Bố trí theo lưới ô vuông

Diện tích nèn chặt Fnc: F nc L 2

Diện tích cọc cát cần nèn chặt vào Fc:

Chiều sâu cọc lấy bằng chiều sâu lớp đất nén lún của nền nhưng không nhỏ hơn 2b với móng chữ nhật và (3  4)b đối với móng băng

- Xác định vị trí, chuẩn bị mặt bằng thi công

- Thi công cọc cát bằng 1 trong 2 phương pháp sau:

+ Dùng cọc gỗ đóng xuống rùi nhổ lên cho cát vào: Phương pháp này thô sơ ít sử dụng;

+ Dùng cọc thép, dùng máy chuyên dụng đóng ống thép xuống, cho cát vào trong ống rồi rút ông thép lên: Phương pháp này được dùng phổ biến hiện nay

- Tiến hành rải một lớp đệm cát 30  50 cm

- Tiến hành đắp đất nền đường và thi công các hạng mục khác

5.4.2.4 Kiểm tra nền cọc cát

Sau khi thi công cần kiểm tra lại nền cọc cát bằng các phương pháp sau:

- Khoan lấy mẫu đất giữa các cọc để xác định γnc, enc, c, ϕ sau khi nén chặt từ đó tính ra cường độ đất sau nèn chặt;

- Dùng xuyên tiêu chuẩn để kiểm tra độ chặt của cát trong cọc và đất giữa các cọc;

- Thí nghiệm bàn nén tĩnh tải tại hiện trường trên mặt nền cọc cát Diện tích bàn nén yêu cầu phải lớn (≥ 4 m 2 ) để chùm ít nhất là 3 cọc để thí nghiệm.

Giếng cát

5.5.1 Khái niệm Để giảm thời gian nền đất đạt cố kết người ta tiến hành khoan tạo lỗ đến cao độ thiết kế, rồi đắp cát thoát nước rồi tiến hành gia tải nén trước

+ Thoát nước trong đất, tăng tốc độ cố kết;

+ Tăng khả năng chịu lực của nền đất do giếng cát thêm gia chịu lực cùng với nền đất

+ Phương pháp này thi công đơn giản, sử dụng vật liệu địa phương;

+ Hiệu quả đối với đất dính bão hòa nước;

+ Thi công gây chấn động đến công trình xung quanh;

+ Thời gian gia tải kéo dài, trong quá trình gia tải thoát nước có thể bị tắc đường thấm

- Phạm vi áp dụng: Đối với đất dính bão hòa nước có chiều dày tương đối lớn

Hình 5.9 Cấu tạo giếng cát

- Đệm cát: Chiều dày tầng đệm cát được lấy theo kinh nghiệm hd = (0,5  1,0) m

+ Chiều sâu: Bằng chiều sâu chịu nén của đất dưới đáy móng

5.5.3 Thiết kế và tính toán giếng cát

Dựa trên cách tính toán cố kết của nền đất:

+ Độ lún tại thời điểm t: St = Qt.S∞;

+ Độ cố kết Qt của nền đất có giếng cát:

Qt = 1 - [(1 - Qv).(1 - Qh)] (5-9) Trong đó:

Qv: Độ cố kết theo phương thẳng đứng, tra bảng hay biểu đồ phụ thuộc vào yếu tố thời gian Tv

H: Chiều sâu thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng (Thường bằng chiều sâu giếng cát H = L), nếu có một mặt thoát nước thì H = Za, nếu có 2 mặt thoát nước thì H = 0,5Za (Za: Chiều sâu vùng chịu nén);

Qh: Độ cố kết theo phương ngang, tra biểu đồ phụ thuộc vào yếu tố thời gian Th

  t: Thời gian cố kết (ngày); kv: Hệ số thấm theo phương đứng; kh: Hệ số thấm theo phương ngang;

L: Chiều sâu giếng cát (m); a: Hệ số nén lún của đất; e: Hệ số rỗng của đất ở trạng thái tự nhiên; γn: Trọng lượng riêng của nước

- Lựa chọn các yếu tố cấu tạo của giếng cát (d, L, hd) tính thời gian yêu cầu nền đất đạt cố kết Qt, thời gian xác định đó cũng là thời gian gia tải

- Lựa chọn các yếu tố cấu tạo của giếng cát và cho biết thời gian gia tải, tính tải trọng đất đắp gia tải hd

- Khoan tọa lỗ đến cao độ thiết kế

- Thi công tầng đệm cát, đắp đất gia tải

- Theo dõi quá trình biến dạng lún của nền đến khi nền đạt độ cố kết yêu cầu.

Bấc thấm

Khi chiều dày nền đất yếu rất dày hoặc khi độ thấm của đất rất nhỏ thì có thể bố trí các đường thấm thẳng đứng để tăng tốc độ cố kết Phương pháp này thường dùng để xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu

Hình 5.10 Mặt cắt ngang bấc thấm

- Kích thước: Bề rộng 100  120 mm; bề dày 5  10 mm

+ Lõi bấc thấm là một băng chất dẻo có nhiều rãnh nhỏ để nước do mao dẫn và áp lực nước đưa lên;

+ Vỏ ngoài làm bằng một lớp vải địa thấm nước rất dai, có tác dụng ngăn không cho các hạt đất thấm qua

5.6.2.2 Bố trí bấc thấm Để tăng nhanh tốc độ cố kết, ta thường kết hợp biện pháp xử lý bằng bấc thấm, với biện pháp gia tải tạm thời, tức là đắp cao thêm nền đường so với chiều dày thiết kế 2 - 3 m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi ở thời điểm t mà nền đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải

- Chiều sâu cắm bấc: Chiều sâu chịu tải trọng của nền đất (do tải trọng khai thác sau này) hoặc bằng chiều sâu lớp đất yếu (nếu nhỏ hơn)

- Bố trí bấc thấm trên mặt bằng: Hình hoa mai hoặc hình vuông, với khoảng cách lưới 0,6 2,2 m

Hình 5.11 Mặt cắt ngang nền đường sử dụng bấc thấm c Thiết kế và tính toán bấc thấm

- Tính toán giống như giếng cát, với đường kính tương đương của bấc thấm tương đương:

Trong đó: a: Bề rộng của bấc thấm, thông thường hiện nay a = 100 mm; b: Bề dày của bấc thấm (mm); α: Hệ số quy đổi bằng 0,6  0,9 (thường lấy bằng 0,75)

+ Xác định thời gian đắp gia tải cần thiết;

+ Xác định chiều cao đắp gia tải cần thiết d Thi công bấc thấm

- Chuẩn bị mặt bằng, định vị các vị trí bấc thấm cần cắm

- Cắm bấc thấm đến cao độ thiết kế bằng máy chuyên dụng

- Rải lớp vải địa kỹ thuật, trên lớp vải địa kỹ thuật thi công lớp đệm cát thoát nước (có thể thay thế lớp đệm cát thoát nước bằng bấc thấm ngang)

- Đắp đất gia tải, theo dõi độ lún và kiểm tra độ cố kết của nền

- Đợi cho nền đạt độ cố kết yêu cầu tiến hành dỡ tải, thi công các công trình bên trên.

Biện pháp hóa học

5.7.1 Cọc đất xi măng (Trụ đất - xi măng)

Là quá trình cải tạo các đặc tính địa chất vốn có, chủ yếu là đất sét yếu, bằng phương pháp trộn các vật liệu gia cố, như xi măng vào đất tự nhiên Trụ đất - xi măng có thể được thi công bằng phương pháp trộn cơ học bằng cách trộn khô hay trộn ướt (dạng vữa)

Việc trộn các loại vật liệu gia cố vào đất tự nhiên tại các lớp đất khác nhau sẽ tạo thành các trụ đất có cường độ, độ sâu và đường kính như đã được xác định trước

Hình 5.12 Sơ đồ công nghệ cọc xi măng đất

5.7.1.2 Các bước thi công cọc xi măng đất

- Di chuyển máy khoan phun đến vị trí khoan cọc, cân chỉnh máy

- Trộn đều hỗn hợp vữa xi măng trong thùng trộn

- Khoan phun tạo cọc, phun vữa xi măng vào đất khi đạt độ sâu thiết kế thì cho mũi khoan quay ngược lại và rút mũi khoan lên, đảo trộn hỗn hợp xi măng đất theo chiều ngược lại

- Di chuyển máy sang vị trí thi công cọc mới

- Nếu khe hở của đất nhỏ không thể dùng phương pháp bơm vữa xi măng được, lúc đó có thể dùng phương pháp bơm chất hóa học để tăng cường nền đất

- Chất hóa học thường dùng là keo thủy tinh (Na2O.nSiO2)và clorua canxi (CaCl2) Đầu tiên bơm keo thủy tinh vào trong nền đất, sau đó bơm dùng dịch CaCl2, hai chất hóa học này tiếp xúc với nhau phát sinh phản ứng hóa học tạo ra màng keo silicat có tính chất keo dĩnh các hạy đất lại với nhau

- Ngoài phương pháp trên còn dùng phương pháp một dung dịch, nghĩa là trước khi bơm keo thủy tinh thì hòa lẫn với dung dịch axit photphoric, sau đó mang hỗn hợp này bơm vào trong đất, sau vài giờ sẽ sinh ra keo silicat

- Tầng đất sau khi được tăng cường bằng phương pháp silicat hóa, tính chất công trình của nó sẽ tốt lên rất nhiều.

Vải địa kỹ thuật

5.8.1 Khái niệm Được sản xuất từ polyme tổng hợp, khổ rộng, dạng dệt, dạng không dệt hoặc dạng phức hợp, có chức năng gia cố, phân cách, bảo vệ, lọc, tiêu thoát nước Vải được sử dụng cùng với các loại vật liệu khác như: đất, đá, bê tông… trong xây dựng công trình

- Vải dệt: Vải được sản xuất theo phương pháp dệt, trong đó các sợi vải hoặc các bó sợi được sắp xếp theo hai phương vuông góc với nhau

- Vải không dệt: Vải gồm các sợi vải phân bố ngẫu nhiên (không theo một hướng nhất định nào) Các sợi vải được liên kết với nhau theo phương pháp xuyên kim gọi là vải không dệt - xuyên kim, theo phương pháp ép nhiệt gọi là vải không dệt - ép nhiệt, bằng chất kết dính hóa học gọi là vải không dệt - hóa dính

- Vải phức hợp: Vải được kết hợp bởi các bó sợi polyester, có cường độ chịu kéo cao và độ giãn dài kéo đứt nhỏ với một lớp vải không dệt, có khả năng thấm nước tốt

5.8.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với vải địa kỹ thuật

Vải phân cách thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật trong bảng sau:

Bảng 5.1 Yêu cầu kỹ thuật của vải ngăn cách

Vải loại 1 Vải loại 2 thử e g < 50% e g ≥ 50% e g < 50% e g ≥ 50%

Lực kéo giật, N, không nhỏ hơn 1.400 900 1.100 700 TCVN 8871-1

Lực kháng xuyên thủng thanh,

Lực xé rách hình thang, N, không nhỏ hơn 500 350 400 250 TCVN 8871-2 Áp lực kháng bục, kPa, không nhỏ hơn 3.500 1.700 2.700 1.300 TCVN 8871-5

Kích thước lỗ biểu kiến, mm

≥ 0,075 với đất có d50 < 0,075 mm Độ thấm đơn vị, s -1 ≥ 0,50 với đất có d15 > 0,075 mm

Vải loại 1 Vải loại 2 thử e g < 50% e g ≥ 50% e g < 50% e g ≥ 50%

Chú thích: eg: Là độ giãn dài kéo giật khi đứt (tại giá trị lực kéo giật lớn nhất) theo TCVN 8871-1; d15: Là đường kính hạt của đất mà các hạt có đường kính nhỏ hơn nó chiếm 15% theo trọng lượng; d50: Là đường kính hạt của đất mà các hạt có đường kính nhỏ hơn nó chiếm 50% theo trọng lượng

- Vải địa kỹ thuật làm cốt gia cường nhằm tăng ổn định chống trượt phải thỏa mãn các yêu cầu nêu tại bảng 5.2

Bảng 5.2 Yêu cầu kỹ thuật của vải gia cường

Các chỉ tiêu thử nghiệm Mức Phương pháp thử

Cường độ kéo, kN/m, không nhỏ hơn Fmax tính toán theo công thức (2) ASTM D4595 Độ bền kháng tia cực tím

Kích thước lỗ biểu kiến O95

TCVN 8871-6 Độ thấm đơn vị, s -1 , không nhỏ hơn 0,02 ASTM D4491

- Vải địa kỹ thuật làm tầng lọc thoát nước phải thỏa mãn các yêu cầu nêu tại bảng 5.3

Bảng 5.3 Yêu cầu kỹ thuật của vải làm tầng lọc thoát nước

Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp e g < 50% e g ≥ 50% thử

Lực kéo giật, N, không nhỏ hơn 1.100 700 TCVN 8871-1

Lực kháng xuyên thủng thanh,

Lực xé rách hình thang, N, 400 250 TCVN 8871-2

Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp e g < 50% e g ≥ 50% thử không nhỏ hơn Áp lực kháng bục, kPa, không nhỏ hơn 2.700 1.300 TCVN 8871-5 Độ bền kháng tia cực tím 500 h,

Kích thước lỗ biểu kiến, mm

TCVN 8871-6 Độ thấm đơn vị, s -1

5.8.3.1 Vải địa kỹ thuật làm lớp phân cách

Vải phân cách phải được tính toán và lựa chọn phù hợp với đặc điểm địa chất nền, loại kết cấu áo đường, vật liệu nền đắp và tải trọng tác dụng trong quá trình thi công và vận hành

Với đường có tầng mặt cấp cao thì bỏ qua ảnh hưởng của vải phân cách khi tính toán chiều dày kết cấu của các lớp móng, chỉ xem xét ảnh hưởng của vải trong tính toán chiều dày tối thiểu của lớp đắp đầu tiên trên mặt vải nhằm đảm bảo đất nền không bị xáo động hoặc phá hoại cục bộ dưới tác dụng của thiết bị thi công

Chiều rộng rải vải khi thiết kế phải lớn hơn chiều rộng của nền đường không nhỏ hơn 1,0 m để cuốn phủ lên lớp thứ nhất của lớp cát thoát nước ngang (thay thế tầng lọc ngược hai bên nền đường)

Căn cứ trên chỉ số sức chịu tải CBR hoặc sức kháng cắt không thoát nước Su của đất nền bên dưới mặt vải, chiều dày của lớp đầm bên trên mặt vải và áp lực của bánh xe tác dụng lên lớp đắp đầu tiên trên mặt vải để lựa chọn loại vải quy định tại bảng 5.4

Bảng 5.4 Lựa chọn loại vải phân cách

CBR, % hoặc S u , kPa của lớp đất bên dưới lớp vải

S u < 30 30 ≤ S u ≤ 90 S u > 90 Áp lực bánh xe, kPa > 350 ≤ 350 > 350 ≤ 350 > 350 ≤ 350 Chiều dày lớp đầm trên mặt vải, mm

Su: Sức kháng cắt không thoát nước của đất;

CBR: Chỉ số sức chịu tải của đất;

C: Cần phải tăng chiều dày lớp đầm hoặc phải có giải pháp kỹ thuật khác;

L1: Vải loại 1 nêu trong bảng 5.1;

L2: Vải loại 2 nêu trong bảng 5.1

Hình 5.13 Bố trí vải đĩa giữa đất yếu và nền đắp

I: Vùng hoạt động (khối trượt);

II: Vùng bị động (vùng vải địa kỹ thuật đóng vai trò neo giữ);

F: Lực giữ khối trượt của vải gia cường (kN/m);

Y: Cánh tay đòn của lực F đối với tâm trượt nguy hiểm nhất (m);

R: Bán kính cung trượt nguy hiểm nhất; h: Chiều cao đất đắp (m); hi: Chiều cao lớp đất đắp thứ I (m); l1 và l2: Chiều dài vải trong phạm vi vùng hoạt động và vùng bị động (m)

* Xác định tâm trượt nguy hiểm nhất min

Mt: Mô men gây trượt

* Kiểm toán điều kiện ổn định đất đắp trên vải địa kỹ thuật

F: Lực ma sát giữa đất đắp và mặt vải địa kỹ thuật (lực giữ) Bỏ qua lực dính giữa đất đắp và vải thì

F = G.f' f’: Hệ số ma sát giữa vải địa và đất đắp phía trên:

' 4 f 9tg (5-13) φ: Góc nội ma sát của đất đắp;

G: Trọng lượng của đất đắp trong phạm vi cung trượt

- Lực kéo cho phép của vải địa gia cường:

+ Theo điều kiện bền của vải địa: max cp

Fcp: Là cường độ kéo cho phép của vải gia cường (kN/m);

Fmax: Là cường độ kéo đứt của vải (kN/m); xác định theo ASTM D 4595; k: Là hệ số an toàn; lấy k = 2 khi vải gia cường làm bằng polyester và k = 5 nếu vải gia cường làm bằng polypropylene hoặc polyamide.

Tiêu đề	Nền và Móng
Tác giả	ThS. Phạm Minh Việt
Trường học	Trường Đại học Lâm nghiệp
Chuyên ngành	Kỹ thuật xây dựng
Thể loại	Bài giảng
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	203
Dung lượng	3,86 MB