bài giảng nền móng chương 1,2,3

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG Nền Móng NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG Mở Đầu I. Ý nghĩa Môn học Nền Móng -Khi thiết kế nền móng công trình như nhà ở, cầu đường và đập thường cần các kiến thức về (a) tải trọng truyền từ kết cấu phần trên xuống hệ móng, (b) yêu cầu của các quy tắc xây dựng địa phương, (c) Đặc tính ứng suất - biến dạng của đất đỡ hệ móng, (d) điều kiện địa chất đất nền. Đối với kỹ sư nền móng Hai yếu tố cuối là vô cùng quan trọng vì chúng thuộc lĩnh vực cơ học đất. - Để có được độ chính xác các thông số của đất cần phải hiểu thấu đáo những nguyên lý cơ bản của cơ học đất. Đồng thời phải thấy rằng các trầm tích đất tự nhiên mà công trình được xây dựng trên đó, phần lớn trường hợp là không đồng ch ất. Do vậy, người kỹ sư phải có một sự hiểu biết thấu đáo về địa chất của khu vực, đólànguồn gốc và bản chất của địa tầng cũng như các điều kiện địa chất thuỷ văn. -Kỹ thuật nền móng là một sự phối hợp khéo léo của cơ học đất, địa chất công trình, và suy đoán riêng có được t ừ kinh nghiệm quá khứ. Ở một mức độ nào đó, kỹ thuật nền móng có thể được gọi là một nghệ thuật. (Braja M. Das). 2 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG II. Nội dung Môn học Môn Nền Móng gồm 5 Chương: Chương I: Một số khái niệm cơ bản Chương II: Móng Nông trên Nền Thiên nhiên Chương III: Tính toán Móng Mềm Chương IV: Xây dựng Công trình trên Nền Đất yếu Chương V: Móng Cọc (Móng sâu) 3 II. Các Tài Liệu học tập 1) Nền Móng - Bộ môn Địa Kỹ Thuật, ĐHTL, 1998. 2) Bài giảng do giáo viên biên soạn, 2009, 2010. 3) Các Tiêu chuẩn: - Tiêu chuẩn thiết kế Nền các công trình Thủy công: TCVN 4253 - 86 - Tiêu chuẩn thiết kế Nền các công trình dân dụng và công nghiệp: QP45-70, QP45-78. - Tiêu chuẩn thiết kế Móng Cọc: TCXD 205 - 98 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 4 Chương 1: Một số khái niệm cơ bản NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG §1.1 Khái niệm Nền và Móng Công trình nói chung gồm 3 bộ phận: Kết cấu phần trên + Móng + Nền I. KN về Nền -Nền là phạm vi đất đá phía dưới móng có trạng thái ứng suất biến dạng thay đổi do tác dụng của công trình. - Đối với nền các công trình thuỷ lợi còn cần kể thêm đến phạm vi đất chịu ảnh hưởng của sự thay đổi về thấm nước do xây dựng và sử dụng công trình (điều kiện ĐCTV thay đổi). - Phân loại nền: 2 loại * Nền thiên nhiên: không qua xử lý. * Nền nhân t ạo: đã qua xử lý Nền Móng Kết cấu phần trên Nền Móng Kết cấu phần trên 5 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG Nhận xét: -Cả 3 bộ phận công trình (KCPT, Móng và Nền) cùng làm việc và ảnh hưởng lẫn nhau. Vì vậy khi quy hoạch và thiết kế nền móng cần phải xét toàn diện trên quan niệm coi chúng là một hệ thống “Công trình – Nền”, để có thể chọn được phương án tối ưu. 1- Theo vật liệu làm móng: Để lựa chọn các vật liệu thích hợp cho móng cần xem xét: điều kiện cung cấp vật liệu (tại chỗ, hay từ xa đến), đặc điểm làm việc của công trình, tình hình ĐCCT, ĐCTV (mực nước ngầm…). * Móng gạch: * Móng đáhộc: dùng nơi sẵn đá. III. Phân loại móng và phạm vi áp dụng - Phân loại theo 4 cơ sở: 6 II. KN về Móng - Móng là bộ phận phía dưới của công trình và tiếp xúc với đất. Có tác dụng đỡ KCPT, truyền và phân bố tải trọng từ công trình lên mặt nền. Móng thường có kích thước lớn hơn mặt đáy kết cấu bên trên để giảm áp suất trên mặt nền. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 2- Theo phương pháp thi công đặt móng: Căn cứ vào có đào toàn bộ hố móng trước hay không, chia làm hai loại: * M. nông: . Khi thi công phải đào toàn bộ hố móng trước sau đómới xây móng; . Chiều sâu chôn móng nhỏ (< 6m). . Khi tính toán có thể bỏ qua tác dụng làm việc của đất từ đáy móng trở lên. 7 Hai loại móng trên làm bằng các vật liệu chịu kéo kém; thường dùng nơi mực nước ngầm thấp dưới cao trình đặt móng; khó thi công bằng cơ giới hóa. * M. thép, gỗ: dùng dưới dạng móng cọc, cần có biện pháp chống han rỉ, hà mục. Hạn chế dùng. * M. bê tông, bê tông cốt thép: được dùng phổ biến hơn cả. Móng btct có cường độ cao, hình dạng bất kỳ tùy ý muốn, tốn ít vật liệu, dễ dàng cấu tạo các cấu kiệ n lắp ghép. -Tùy theo khả năng chịu uốn của vật liệu móng lại phân ra: * Móng cứng (móng gạch, đáxây). * Móng mềm (móng btct.) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 3- Theo tính chất chịu tải trọng: * M. chịu tải trọng tĩnh: * M. chịu tải trọng động: 4- Theo phương pháp chế tạo móng : * M. khối làm tại chỗ: * M. lắp ghép: tiến bộ, dễ dàng cơ giới hóa, nhưng đòi hỏi chuyên nghiệp cao. 8 Áp dụng trong trường hợp: Tải trọng không lớn, Mực nước ngầm quá cao, đ/kiện thoát nước tốn kém. Theo kích thước móng, móng nông lại được phân thành: M.đơn, M.băng, M.bản. (Sẽ đề cập cụ thể trong chương II). * M. sâu: . Không đào toàn bộ hố móng, mà dùng biện pháp thi công đặc biệt để hạ móng tới độ sâu thiết kế (Móng cọc, Móng giếng khoan nhồi, Móng giếng chìm). . Chiều sâu chôn móng thường rất lớn, từ 10m đế n vài chục mét. . Khi tính toán phải kể đến sự làm việc của đất từ đáy móng trở lên. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG §1.2 Khái niệm về tính toán Nền Móng theo trạng thái giới hạn (TTGH) I. TTGH của công trình 1- Định nghĩa về TTGH - TTGH của công trình, là trạng thái mà công trình không còn đảm bảo được điều kiện làm việc bình thường theo yêu cầu thiết kế trong quá trình thi công, sử dụng, sửa chữa. Thể hiện ở các mặt sau đây: * Từng bộ phân công trình bị hư hỏng hoặc toàn bộ công trình bị mất ổn định do trượt (phẳng, sâu, hỗn hợp) hoặc do bị lật (đối với nền đá). * Biế n dạng (S), chênh lệch biến dạng (ΔS) hoặc chuyển dịch ngang (u) quá lớn. * Đối với các công trình thuỷ lợi còn có thể do ảnh hưởng của dòng thấm quá lớn ( j > [ j ]). 9 - Như vậy, khái niệm về TTGH gắn liền với sự phá hoại đ/kiện làm việc bình thường của công trình: khi đó, công trình hoặc bị phá hoại về cường độ, hoặc không đảm bảo về đ/kiện biến dạng. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG Xây dựng năm 1913, gồm 65 xilô bằng xi măng cốt thép, cao 27,4m; nặng 20.000 tấn; gia tải lần đầu với 22.000 tấn lúa mì, trạm bị nghiêng 27 0 ; một phía lún 8,8 m, phía kia 1,5 m. Sau đó dược làm cân bằng nhờ kích thủy lực và làm móng trụ mới sâu đến lớp đất đá Nguyên nhân: CT bị sự cố do đất nền mất ổn định và bị ép trồi nhiều về một phía. 10 Sự cố trạm chế biến ngũ cốc Transcona - Canada NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG Sự cố độ lún không đều của các mố cầu giao thông. Do một loạt Nguyên nhân, chủ yếu nhất là sự tồn tại của lớp than bùn ở dưới mố phải cầu có tính nén lún rất lớn, khi khảo sát không phát hiện được. 11 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 12 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 13 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 2- Phân loại các TTGH của nền và công trình Theo nguyên nhân làm công trình đạt TTGH, người ta phân biệt 3 loại TTGH sau: S A S B ΔS = S A -S B * TTGH về biến dạng. * TTGH vềổn định và cường độ. * TTGH về xuất hiện và phát triển vết nứt. a) TTGH về biến dạng (TTGH 2) -Định nghĩa : Là TTGH gây ra do đ/kiện biến dạng của nền. Cường độ đảm bảo, nhưng biến dạng không đảm bảo (p ≤ p I gh ) 14 p II gh p S 1 p S 0 2 p I gh NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG b) TTGH vềổn định & cường độ (TTGH 1) - Định nghĩa: Là TTGH gây ra do không đảm bảo về cường độ hoặc mất ổn định của nền công trình. Khi đóp = p II gh - 3 Hình thức mất ổn định về trượt đ/v công trình thủy lợi: Trượt phẳng; Trượt sâu; Trượt hỗn hợp 15 p II gh p S 1 p S 0 2 p I gh Trượt phẳng Trượt sâu Trượt hỗn hợp NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG II. KN về tính toán Nền Móng theo TTGH 1- Yêu cầu chung tính toán theo TTGH - Đảm bảo được 3 vấn đề:- Kinh tế - Kỹ thuật – Độ tin cậy (an toàn) 2- Tính Nền theo TTGH thứ hai . Nguyên tắc : Dùng đ/kiện biến dạng để khống chế sự làm việc bình thường của công trình: D tt ≤ D gh (1.1) trong đó: D gh - các yếu tố về biến dạng giới hạn của công trình (được quy định riêng cho từng loại công trình, tùy thuộc đặc điểm, mục đích sử dụng công trình, cấp công trình), bao gồm: S gh , ∆S gh , θ gh , u gh (u-chuyển dịch ngang). D tt - các yếu tố về biến dạng tính toán, dựa vào lý thuyết đàn hồi (do đócần khống chế p tc ≤ p I gh ), bao gồm: S, ∆S, θ , u. . Vận dụng : - Tính cho công trình đặt trên nền không phải là đá, chịu chủ yếu lực thẳng đứng (đúng tâm, lệch tâm). - Đối với công trình do đặc điểm làm việc của các thiết bị hoặc quá trình công nghệ không cho lún hoặc chênh lệch lún nhiều. 16 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 3- Tính Nền theo TTGH thứ nhất . Nguyên tắc: Dùng đ/kiện cường độ và ổn định để khống chế sự làm việc bình thường của công trình: N tt < R gh (1.2) hoặc theo B.M. Das: q tt < q u trong đó: N tt , q tt –tổng tải trọng gây trượt tính toán R gh , q u –Sức chống trượt giới hạn (sức chịu tải giới hạn). (Tải trọng lớn nhất nền còn chịu được)  Theo TCVN 4253-86, để xét đến mọi yếu tố bất lợi cho công trình, người ta đưa vào (1.2) ba hệ số, mỗi hệ số kể đến một yếu tốảnh hưởng: trong đó: n c –hệ số tổ hợp tải trọng. k n –hệ số độ tin cậy, tùy thuộc cấp công trình (> 1). m –hệ số điều kiện làm việc (tùy thuộc đặc điểm KCCTr và loại nền) gh n ttc R k m Nn ≤ (1.3) 17 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 18 alltt u all qq FS q q ≤= ;  Theo B. Das: trong đó, q all –SCT giới hạn cho phép FS –hệ số an toàn ≥ 3 (1.4) gh n ttc R k m Nn ≤ R at –sức chịu tải an toàn at gh nc gh tt R FS R m kn R N ==≤  So sánh TCVN với B. Das: Biến đổi công thức (1.3) về dạng tương tự (1.4): Như vậy, FS theo TCVN gồm nhiều hệ số. . Vận dụng: - Công trình thường xuyên chịu tác dụng của lực ngang. - Công trình đặt trên mái đất. - Công trình đặt trên nền đá. Lưu ý : Trường hợp CT chịu lực ngang và đứng đều lớn, sau khi tính theo TTGH-1 thỏa mãn, và nếu CT có yêu cầu khống chế về b/d thì cũng cần tính toán kiểm tra theo TTGH-2 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG III. Các loại tải trọng và tổ hợp tải trọng  Phương pháp tính toán theo TTGH đã kể được đến các yếu tố bên ngoài và các yếu tố bên trong, phù hợp với trạng thái làm việc thực tế của nền và công trình: -Các yếu tố bên ngoài bao gồm tải trọng và các tác động. -Các yếu tố bên trong là các đặc trưng của đất nền và của các vật liệu khác (như bê tông ).  Việc dùng nhiều hệ số tính toán ( mà không phải là 'một hệ số' như trong phươ ng pháp ƯS cho phép trước đây) đã cho phép xét một cách tách biệt đến: -Các đặc điểm khác nhau của đất nền. -Các đặc thù của tải trọng tác dụng và các đặc tính của sơ đồ kết cấu nhà và công trình. 19 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 1- Các Tải trọng: Được phân loại theo 3 cơ sở. a) Theo trị số: -Tải trọng tiêu chuẩn (N tc ): là trị số tải trọng lớn nhất theo tiêu chuẩn thiết kế quy định để không gây hư hỏng trong quá trình làm việc. -Tải trọng tính toán (N tt ): là các trị số có xét đến sự sai khác so với tải trọng tiêu chuẩn nhưng thiên về bất lợi cho công trình. N tt = n.N tc (1.5) trong đó: n là hệ số vượt tải: tùy theo loại và tính chất của tải trọng tác dụng, và được lấy thiên về bất lợi n = 1,1 đối với trọng lượng bản thân các loại vật liệu, n = 1,2 đối với các lớp đất đắp và trọng lượng các thiết bị kỹ thuật n = 1,3 đối với các thiết bị vận chuyển. 20 [...]... ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 39 Kết thúc Chương 2 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 40 Nền Móng Chương 3: TÍNH TOÁN MÓNG MỀM NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG §3.1 Khái niệm về móng mềm và mô hình nền I Khái niệm về móng mềm và phân loại Dưới tác dụng của tải trọng, móng bị biến dạng uốn Vì móng t/xúc với nền, cho nên b/dạng của móng ngoài tải trọng còn... Móng băng là móng mềm: NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 9 NỀN MÓNG 10 - đ/với Móng băng là móng mềm: Khi tải trọng lớn, đất nền xấu thì M.băng giao nhau và M.băng dưới hàng cột nên bằng btct, và tính theo dầm (dải) trên nền đàn hồi NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH III Móng bản 1) Kích thước và trường hợp áp dụng - Kích thước: chiều dài và chiều rộng đều lớn Nền. .. móng băng, móng bè tuỳ thuộc lớp đất nền và kết cấu bên trên Vật liệu làm móng có loại móng gạch hoặc đá xây hoặc móng bê tông cốt thép NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 28 II So sánh và chọn phương án nền móng - Để có được một phương án tối ưu cả về mặt kinh tế kỹ thuật, người thiết kế cần nêu ra những phương án khác nhau - Các phương án nền móng khác nhau về cơ bản như: móng nông... ra phương án nền móng tối ưu Sơ bộ thường người ta chọn phương án nền móng có tổng giá thành xây dựng nhỏ nhất (bao gồm chi phí vật liệu, chi phí nhân công và các phương tiện thi công) Khi quyết định chính thức phương án còn cần phải dựa vào công nghệ xây dựng và phải đảm bảo thờì gian xây dựng NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 29 Nền Móng Chương 2: Móng Nông trên nền thiên nhiên... tông… →cấu tạo móng không sinh b/d uốn, gọi là Móng Cứng • VL bê tông cốt thép… →cấu tạo móng có khả năng chịu b/d uốn, gọi là Móng Mềm NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 3 • K.cấu móng cứng: - Hình dạng móng: Mặt biên móng bao ngoài hệ đường truyền ư.s trong khối móng cứng → có dạng hình thang (đ/với M.bê tông), dạng bậc thang (đ/với M.gạch, đá xây) -Tính toán KC để móng đủ cứng... lý nền thì nên chọn để móng được đặt lên lớp đất tốt tương đối dày Tuy nhiên, chọn chiều sâu Hm còn tuỳ thuộc vào mực nước ngầm, vào đặc điểm cấu tạo của công trình, vào khả năng thi công móng và ảnh hưởng của những công trình lân cận 2- Loại móng và vật liệu làm móng: - Người thiết kế có thể chọn các loại móng khác nhau như móng nông hoặc móng sâu Với móng nông lại có thể chọn loại móng đơn, móng. .. phương án nền móng khác nhau về cơ bản như: móng nông trên nền thiên nhiên, móng nông trên nền nhân tạo, móng cọc Mỗi phương án lớn như vậy lại có thể có nhiều phương án nhỏ do việc chọn loại móng khác nhau hoặc vật liệu làm móng khác nhau Ví dụ: loại móng cọc có thể chọn móng cọc tre, móng cọc gỗ, móng cọc bê tông cốt thép Ngay đối với móng cọc bê tông cốt thép có thể lại chọn khác nhau về hình... những khả năng ảnh hưởng Từ đó nêu phương án nền móng cho phù hợp NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 27 §1.4 Đề xuất, so sánh và chọn phương án Nền Móng I Lựa chọn những nhân tố chủ yếu về móng 1- Chiều sâu đặt móng (Hm): - Yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến việc chọn chiều sâu đặt móng là điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn - Trong nền tự nhiên thường có những lớp đất yếu và... : - độ cứng của móng, - tính chất đất nền (Hình) Xét riêng độ cứng móng: - Đối với những móng có độ cứng rất lớn (có thể coi độ cứng E J = ∞), khi nền bị biến dạng thì bản thân móng không biến dạng hoặc biến dạng rất nhỏ và xem như không ảnh hưởng đến sự phân bố phản lực nền (PLN), gọi là móng cứng tuyệt đối - Đối với những móng có độ cứng rất nhỏ (có thể coi độ cứng E J = 0) ), khi nền biến dạng thế... không gian, Nếu chiều dầy nền nhỏ, nền b/d 1 hướng - Trường hợp áp dụng: Móng dưới cống, móng trạm bơm, nhà máy thủy điện, tháp nước… Dùng trong trường hợp tải trọng rất lớn, đất nền mềm yếu, M.bản làm giảm áp suất và phân bố đều hơn lên mặt nền 2) Vật liệu và kết cấu móng - VL thường là btct - Cấu tạo m.b kiểu vòm ngược, - Cấu tạo m.b kiểu hộp Tính toán móng bản theo móng mềm NGUYỄN HỮU THÁI – . THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG II. Nội dung Môn học Môn Nền Móng gồm 5 Chương: Chương I: Một số khái niệm cơ bản Chương II: Móng Nông trên Nền Thiên nhiên Chương III: Tính toán Móng Mềm Chương IV: Xây. NỀN MÓNG Nền Móng Chương 2: Móng Nông trên nền thiên nhiên NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG §2.1 Khái niệm chung 1- Đặc điểm của móng nông - M.Nông được xây trong hố móng. – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG Nền Móng NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG Mở Đầu I. Ý nghĩa Môn học Nền Móng -Khi thiết kế nền móng công trình như nhà ở, cầu đường