bài giảng nền móng công trình

 Trượt trồi, trượt ngang, lật… Thường được gây ra bởi các nguyên nhân sau:  Do kết cấu móng không hợp lý  Công trình có tải trọng không đều  Gặp nền địa chất yếu  Khảo sát không kỹ,

1

KHOA XÂY DỰNG -*** -

BÀI GIẢNG NỀN VÀ MÓNG CÔNG TRÌNH BIÊN SOẠN: ThS BẠCH VĂN SỸ

2

CHƯƠNG I PHẦN MỞ ĐẦU

I - Khái niệm cơ bản:

1 Móng: là bộ phận chịu lực đặt thấp nhất, là kết cấu cuối cùng của nhà (công trình)

Nó tiếp thu toàn bộ tải trọng của công trình và truyền tải trọng đó lên nền đất

2 Nền: là khu vực đất đá nằm sát ngay đáy móng, trực tiếp gánh đỡ tải trọng công trình

truyền xuống Đây là vùng đất mà biến dạng của nó làm cho công trình bên trên chuyển vị và biến dạng Vùng này bắt đầu từ đáy móng và loang rộng ra theo hình trái xoan (hình bóng đèn tròn) Biến dạng và ổn định của nền quyết định tới sự bền vững

và ổn định của công trình

Hình 1.1: Sơ đồ nền móng

Bề mặt móng tiếp xúc với nền đất gọi là đáy móng Vì nền đất có khả năng tiếp thu một tải trọng nhỏ hơn nhiều so với cường độ vật liệu của kết cấu bên trên nên đáy móng thường phải rộng hơn nhiều so với kết cấu bên trên

II - Phân loại:

Hiện nay việc phân loại nền và móng có rất nhiều cách phân loại, có thể liệt kê ra một

số cách phân loại như sau:

1 Phân loại móng:

 Theo vật liệu chế tạo móng: móng gạch xây, móng đá học, móng bê tông, móng

BTCT

 Theo chiều sâu chôn móng: móng nông, móng sâu

 Theo độ cứng của móng: móng cứng tuyệt đối, móng cứng hữu hạn, móng mềm

 Theo hình dạng móng: móng đơn, móng băng, móng bè, móng cọc …

 Theo hình thức chịu tải: móng chịu tải đúng tâm, tải lệch tâm bé, lệch tâm lớn …

3

Hình 1.2: Móng đơn

Hình 1.3: Móng băng dưới cột, móng băng giao thoa

III - Các bộ phận và kích thước cơ bản của móng:

Kết cấu móng bao gồm các bộ phận cơ bản sau:

 Chiều sâu chôn móng (hm)

 Chiều cao móng (h)

5

 Chiều rộng móng (b), chiều dài móng (l)

 Bê tông lót móng

IV - Các hư hỏng công trình do nền móng gây ra:

Sự cố hư hỏng công trình thường do rất nhiều nguyên nhân (do khảo sát, thiết kế, thi công) tuy nhiên nguyên nhân được xác định là do nền móng thường sẽ gây ra hậu quả rất nghiêm trọng và khó khắc phục (do kết cấu móng ở dưới lòng đất), có thể thống kê như sau:

 Lún nhiều: đè vỡ đường ống, ảnh hưởng đến công trình lân cận…

 Lún lệch nhiều: gây ứng suất phụ trong kết cấu, gây nứt nẻ, thấm, dột, có thể gây phá hoại kết cấu

 Trượt trồi, trượt ngang, lật…

Thường được gây ra bởi các nguyên nhân sau:

 Do kết cấu móng không hợp lý

 Công trình có tải trọng không đều

 Gặp nền địa chất yếu

 Khảo sát không kỹ,…

V - Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng lên nền móng:

Cũng như khi thiết kế các cấu kiện bên trên, khi thiết kế nền móng ta cũng phải tính toán các tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng lên nền móng

1 Các loại tải trọng:

Tải trọng tác dụng lên móng và truyền lên nền đất thường được phân chia như sau:

a Tải trọng tác dụng thường xuyên: là tải trọng tác động liên tục khi thi công và suốt quá trình sử dụng công trình như trọng lượng bản thân, áp lực đất, áp lực nước …

b Tải trọng tác dụng tạm thời:

 Tải trọng tạm thời ngắn hạn: chỉ xuất hiện trong từng giai đoạn khi thi công

hoặc trong quá trình sử dụng (tải trọng gió, tải trọng do sóng, lực hãm của phương tiện giao thông, lực hãm của cầu trục tác dụng lên ray…)

 Tải trọng tạm thời dài hạn: tác dụng trong một thời gian tương đối dài khi thi

công hoặc trong quá trình sử dụng như: trọng lượng người ở, sinh hoạt, hội họp; trọng lượng của các máy móc thiết bị (cố định hoặc di động)

 Tải trọng đặc biệt: xuất hiện trong trường hợp đặc biệt như tải trọng động đất

Mặt khác, tải có thể xem như tử trọng (dead load) là các loại tải cố định và hoạt tải (live load) là các tải có thể di chuyển

6

2 Tổ hợp tải trọng:

Ta nhận thấy ngay rằng, không thể xảy ra trường hợp tất cả các loại tải trọng đồng thời tác dụng một lúc Khi tính toán người ta kết hợp các tải trọng khả dĩ đồng thời tác dụng với nhau lại thành từng nhóm gọi là các tổ hợp tải trọng Cách thức tổ hợp tải trọng phải tùy theo điều kiện làm việc thực tế của kết cấu và tùy theo trạng thái giới hạn của kết cấu mà ta tính toán Có 3 loại tổ hợp chính:

a Tổ hợp chính: bao gồm tất cả các loại tải trọng thương xuyên, tất cả các loại

tải trọng tạm thời tác dụng dài hạn và một loại tải trọng tạm thời tác dụng ngắn hạn có ảnh hưởng nhiều nhất tới trạng thái ứng suất – biến dạng của công trình (thường chọn là tải trọng gió)

b Tổ hợp phụ: gồm tất cả các tải trọng thường xuyên, tất cả các tải trọng tạm

thời tác dụng dài hạn và ít nhất hai loại tải trọng tạm thời tác dụng ngắn hạn

c Tổ hợp đặc biệt: là tổ hợp phụ cộng thêm với một tải trọng đặc biệt nữa

(thường chọn là tải trọng động đất trong vùng có động đất)

Việc dùng loại tổ hợp nào của tải trọng là tùy thuộc vào việc tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn nào

 Khi tính biến dạng của nền, tính biến dạng và khe nứt của móng, nói chung là khi tính theo các TTGH 2, TTGH 3 ta dùng tổ hợp chính (trong đó chỉ có một loại tải trọng tác dụng ngắn hạn) các tải trọng tiêu chuẩn (không nhân với hệ số vượt tải n)

 Khi tính nền, tính móng theo TTGH 1, khi tính ổn định (trượt và lật) của móng trên nền ta dùng tổ hợp phụ các tải trọng tính toán

Ta biết rằng, vật liệu có tính chất đặc biệt là sau khi đặt tải rất lâu mới biến dạng xong và chịu tải trọng lặp đi lặp lại nhiều lần thì đất chỉ có biến dạng đàn hồi Như vậy, khi tải trọng chỉ tác dụng trong một thời gian rất ngắn thì nền hoặc kết cấu móng hoặc là không kịp biến dạng hoặc chỉ có biến dạng đàn hồi không gây nguy hiểm về mặt biến dạng Do đó, khi tính toán THGH về biến dạng ta dùng tổ hợp chính là tổ hợp chỉ chứa một loại tải trọng ngắn hạn Cũng như vậy, hiện tượng vượt tải của các tải trọng sử dụng thường xảy ra trong thời gian ngắn nên không cần kể đến khi tính toán theo THGH về biến dạng mà chỉ dùng tải trọng tiêu chuẩn thôi

Nói chung có thể có nhiều tổ hợp chính, nhiều tổ hợp phụ, tổ hợp đặc biệt khác nhau Sau khi thành lập các tổ hợp tải trọng cần cho các mục đích tính toán khác nhau, người thiết

kế phải chọn trong số đó tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất để tính toán nhằm đảm bảo an toàn cho công trình

Ngoài ra, tải trọng còn được phân thành tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán:

7

 Tải trọng tiêu chuẩn: là tải trọng có thể kiểm soát được giá trị của nó trong điều

kiện thi công hoặc sử dụng công trình bình thường (trọng lượng các loại vật liệu, trọng lượng người sử dụng, trọng lượng thiết bị, dụng cụ, lực gió …) Trị số thực

tế của những tải trọng ấy có thể sai lệch (tăng hoặc giảm, nhưng thường là tăng)

so với trị số tiêu chuẩn, hệ số xét tới tăng tải trọng so với trị số tiêu chuẩn gọi là

hệ số vượt tải, ký hiệu là n

 Tải trọng tính toán: là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số vượt tải n, hệ số vượt

tải từ 1.1 – 1.4 tùy theo loại tải trọng

(Để tìm hiểu kỹ hơn về các loại tải trọng các bạn có thể tham khảo TCVN 2737)

Thực tế trong tính toán thiết kế hiện nay thì việc tổ hợp tải trọng đã thực hiện ở bước tính toán kết cấu phần thân (cột, sàn, dầm) thông qua việc sử dụng các phần mềm tính toán kết cấu chuyên dụng (Sap2000, Etabs…) sau đó ta lấy nội lực ngay chân cột tại cốt mặt đất

để tính toán nền nóng Thường thì sẽ có rất nhiều tổ hợp nhưng ta chỉ chọn tổ hợp nào có

Mmax, Ntư, Qtư hoặc Nmax, Mtư, Qtư hoặc Qmax, Ntư, Mtư

VI - Phương pháp tính toán nền móng:

1 Phương pháp tính móng:

Với vật liệu bằng BTCT, việc tính toán theo nguyên tắc tính cấu kiện chịu uốn, kéo, nén đã được giới thiệu trong giáo trình kết cấu BTCT

Ví dụ: đối với kết cấu chịu uốn và yêu cầu tính toán:

 TTGH 1: tính toán cường độ trên tiết diện nghiêng và tiết diện đứng với tải trọng là

tải trọng tính toán ứng với mọi tổ hợp tải

 Tính toán cường độ trên tiết diện nghiêng tại vị trí có Qmax, nếu không kể ảnh hưởng của cốt thép, tức lực cặt Qmax chỉ do bê tông chịu:

b

Q

Q

Với : Q – lực cắt tại tiết diện mút của vết nứt nghiêng

Qb – khả năng kháng lực cắt của bê tông tại tiết diện nghiêng

tb k

b K R h b

Q  0

Trong đó: K – hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào độ dóc của mặt nghiêng

Rk – cường độ chịu kéo của bê tông

h0 – chiều cao làm việc của móng (h0 = h - abv)

btb – cạnh trung bình của mặt đâm thủng

 Tính toán cường độ trên tiết diện thẳng góc tại vị trí có M lớn, xác định lượng cốt thép cần thiết tương ứng Tính theo nguyên lý cốt đơn

8

0

9

M F

a a







Trong đó: M – mo men tại tiết diện tính toán (thường Mmax)

Ra – cường độ chịu nén của bê tông

h0 – chiều cao làm việc của móng

 TTGH 2: tính toán độ võng và nứt với tải trọng tiêu chuẩn ứng với tổ hợp tải trọng

cơ bản đối với phần móng hầu như không tính trừ một số trường hợp như bản móng

bè của bể chứa…

2 Phương pháp tính nền:

Có nhiều phương pháp tính nền nhưng chung quy lai thì có 2 nhóm cơ bản sau:

 Nhóm 1: tính toán ổn định của đất nền nhằm chống trượt hoặc chống lật công

trình Trong các quy phạm thường đường gọi là tính toán ổn định của nền hoặc tính theo TTGH 1 (trạng thái giới hạn về cường độ của đất nền)

 Nhóm 2: hạn chế độ lún và đặc biệt là lún lệch của các móng nhằm đảm bảo

sự làm việc bình thường của công trình xây dựng (tránh phát sinh nội lực trong khung gây ảnh hưởng cho kết cấu) Trong các quy phạm thường đường gọi là tính toán giới hạn độ lún, lún lệch của nền hoặc tính theo TTGH 2 (trạng thái giới hạn sử dụng)

Có thể chia các phương pháp tính hiện thành:

2.1 Tính toán nền theo trạng thái ứng suất cho phép:

Trước thập niên 70, hầu hết các quy phạm tính toán nền móng công trình xây dựng dựa theo phương pháp trạng thái ứng suất cho phép Phương pháp này dựa trên việc tính toán sức chịu tải cực hạn của đất nền theo công thức của Terzaghi hoặc các hiệu chỉnh sau

đó Giai đoạn này, hầu hết đều tính theo phương pháp tổng ứng suất và các đặc trưng chống cắt của thí nghiệm cắt trực tiếp hoặc sức chống cắt không thoát nước cu suy từ thí nghiệm nén một trục

Sức chịu tải cho phép (pa):

Fs

N c N q B N Fs

p p

a

5





Trong đó: pa – sức chịu tải cho phép của đất nền

pult – sức chịu tải cực hạn của nền đất

Fs – hệ số an toàn, Fs = 2 – 3

9

Áp lực đáy móng (p) phải nhỏ hơn SCT cho phép (pa) Nếu áp lực đáy móng được tính với tổ hợp tải trọng cơ bản thì hệ số an toàn chọn là Fs = 3, nếu áp lực đáy móng được tính với tổ hợp đặc biệt thì hệ số an toàn chọn là Fs = 2

Sau thập niên 70, SCT được tính rõ ràng hơn, cụ thể như sau:

 Với nền đất dính thoát nước chậm, tính SCT tức thời (short term), lúc vừa mới xây công trình độ lún mới bắt đầu, với đặc trưng chống cắt không thoát nước

cu, φu và SCT công trình sau khi lún ổn định (long term) được tính với đặc trưng chống cắt có thoát nước c’ và φ’

 Với nền cát thì chỉ tính SCT có thoát nước với c’ và φ’ vì nền cát lún xong khi công trình đã hoàn tất

Các đặc trưng cu, φu và c’,φ’ có được từ thí nghiệm nén 3 trục trong điều kiện cố kết – không thoát nước (CU) và cố kết – thoát nước (CD) Với thí nghiệm cắt trực tiếp chung ta chỉ có chỉ tiêu chống cắt trung gian giữa thoát nước và không thoát nước, ngoại trừ máy cắt trực tiếp thế hệ gần đây có đo được áp lực nước lỗ rỗng trong mẫu đất khi cắt

2.2 Tính toán nền theo trạng thái giới hạn về cường độ (TTGH 1):

Theo QPXD 45 – 78 “Quy phạm thiết kế nền, nhà và công trình”, đối với các trường hợp sau nền cần phải tính theo trạng thái giới hạn 1:

 Các nền là đất sét yếu bão hòanước và than bùn

 Ngoài ra, khi áp lực hông hai bên móng chênh lệch lớn (thường do tôn nền phía trong công trình cao) thì phải kiểm tra trượt, lật móng

Với đất nền có biến dạng nhỏ như là đất cứng hoặc là đá, cũng như các công trình chịu chủ yếu là tải ngang thì độ lún của nền không giữ vai trò quyết định sự ổn định của công trình là chính là sự trượt ngang của móng hoặc sự phá vỡ kết cấu nền đất dẫn đến hư hại công trình Với các loại công trình này, chúng ta thường sử dụng phương pháp tính toán nền theo TTGH 1 Mặt khác loại đất có hệ số thấm bé, nền đất chịu tải chưa kịp lún đã bị trượt cũng phải được kiểm tra đk bền

Nội dung của phương pháp gồm khống chế khả năng trượt, lật của móng và không cho nền bị phá hoại cắt

truotchongLuc

 l

latgay momen

latchongmomen

Hoặc

Fs

N c N q B N Fs

p p

a

5

vị cực hạn của nền đất để ấn định mức độ an toàn của nền đất Có thể kế đến các phần mềm

chuyên dụng để tính ổn định của nền như: Plaxis, Geo-slope…

2.3 Tính toán nền theo trạng thái giới hạn về biến dạng (THGH 2):

Xuất phát từ TTGH các điều kiện sử dụng và sự ổn định của kết cấu của công trình, phương pháp tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn theo điều kiện biến dạng còn gọi

là TTGH 2 (việc tính toán này là bắt buộc cho mọi loại công trình trừ những công trình đã nêu ở mục 2.2), khống chế độ lún của móng và độ lún lệch của các móng không được vượt

quá các giá trị giới hạn Cơ sở của phương pháp dựa trên sự phát triển vùng biến dạng dẻo

trong nền đủ nhỏ để nền đất còn tuân theo quy luật đàn hồi Từ đây sử dụng các kết quả của

lý thuyết Boussinesq và đặc trưng nén của nền đất để tính độ lún của móng riêng lẻ hoặc độ lún có xét đến ảnh hưởng của các móng lân cận, từ đó suy ra độ lún lệch hoặc góc xoay của một móng

Vì vậy, điều kiện cần của phương pháp là khống chế áp lực đáy móng để nền đất

còn làm việc trong giai đoạn đàn hồi theo quan điểm của phương pháp phát triển vùng biến dạng dẻo:

 Với móng chịu tải đứng đúng tâm:

*

* 2

1

.

.

.

.

h c

D h

B b

A k

m m R

max max

Điều kiện đủ là độ lún tính được phải thõa mãn điều kiện sau:

i i

S S

S S

Trong quá trình tính toán độ lún của nền ta chú ý như sau:

 Nếu mặt đất phẳng và đồng nhất, tải trọng phân bố đều, có thể tính:

0

2 0

1

E b p



 Trường hợp tổng quát dự báo S theo phương pháp phân tầng cộng lún (xem lại

phương pháp này trong bài giảng Cơ Học Đất) Độ lún từng lớp có chiều dày hi được

tính toán theo công thức của bài toán thí nghiệm nén đất một chiều:

i i

i i

e

e e S





1

2

i gl zi i

VII - Khảo sát địa chất thiết kế nền móng:

Muốn có một kết cấu móng hợp lý thì yếu tố địa chất của nền đóng vai trò rất quan trọng, nó quyết định cho việc lựa chọn loại móng được sử dụng cho công trình cân xây dựng Để tìm hiểu về cấu tạo và các chỉ tiêu cơ lý của nền thì không có cách nào khác ngoài việc khoan khảo sát hiện trường

bt zi ' h

12

Việc khảo sát tại hiện trường nhằm trực tiếp xác định các đặc trưng khác nhau của đất

đá hay lấy mẫu đất đá để xác định các chỉ tiêu tính chất của chúng trong phòng thí nghiệm, trên cơ sở đó sẽ phân định được địa tầng của khu vực khảo sát

Trong thực tế khảo sát tại hiện trường, người ta có thể dùng nhiều phương pháp, nhiều thí nghiệm hiện trường khác nhau Dưới đây chỉ nêu lên một số phương pháp chính đang được sử dụng rộng rãi hiện nay

1 Khoan, đào thăm dò:

Việc khoan thăm dò nhằm tạo ra các lỗ khoan hay các vết lộ địa chất để nghiên cứu đất đá tại một chiều sâu nào đó Qua đó thấy được thành phần, trạng thái và tính chất của các lớp đất đá nằm dưới sâu

nhằm tạo ra các hố đào, hào, lò và giếng thăm dò Công tác đào thăm dò cho phép quan sát trực tiếp các lớp đất đá, các hiện tượng địa chất nhưng thi công nặng nhọc, khó khăn và năng suất thấp nhất là khi gặp đá cứng hoặc ngay khi mực nước ngầm nằm nông

1 2 Khoan thăm dò: khoan nghĩa là dùng các thiết bị khác nhau, khoan sâu

vào lòng đất để lấy mẫu đất đá tại một độ sâu nào đó hay để tạo thành các lỗ khoan nhằm tiến hành các thí nghiệm khác như địa – vật lý, nén ngang, xuyên tiêu chuẩn (SPT) … Việc khoan có thể được tiến hành trên mặt đất (các lỗ khoan trên cạn) hay trên mặt nước (các lỗ khoan trên suối, sông, biển) Các lỗ khoan có thể được khoan thẳng góc hoặc khoan nghiêng ngay từ các vết lộ hoặc bắt đầu từ một độ sâu nào đó trong lòng đất Hiện nay công nghệ khoan mẫu đã rất phát triển, độ sâu khoan lớn nhất thế giới là tại Liên Xô 12206m (khoan đứng), 12345m (khoan nghiêng) Ở nước ta hiện nay mũi khoan sâu nhất là của lĩnh vực dầu khí với đội sâu 5000m

đá khác nhau sẽ có những đặc trưng vật lý khác nhau khi chịu tác động của môi trường vật

lý nào đó (như điện, chấn động …)

Ưu điểm của phương pháp là có thể tiến hành từ xa, nghiên cứu tới chiều sâu lớn (hàng chục km) và thu được nhiều thông tin cùng một lúc theo các hướng khác nhau trong không gian Kết quả thí nghiệm thường mang tính chất khách quan vì đa số các thiết bị thí

3 Thí nghiệm hiện trường:

Hiện nay có rất nhiều phương pháp thí nghiệm hiện trường Ở đây chỉ nêu một số phương pháp đã và đang được sử dụng phổ biến ở nước ta khi tiến hành khảo sát địa chất công trình khu vực xây dựng

3.1 Thí nghiệm xuyên tính CPT (Cone Penetration Test):

Ý tưởng dùng mũi xuyên hình nón ấn vào trong đất với một tải trọng nào đó để xác định cường độ lực dính của đất đã được A.Collin đề ra từ năn 1846 Sau này K Terzaghi (1929), Godskesen (1931), Barentsen (1936)… đã phát triển thêm và ngày nay, người ta dùng máy xuyên của hãng Goudche Machinefabriek ở Gouda của Hà Lan chế tạo

Xuyên tĩnh tức là dùng một lực tĩnh để ấn một mũi xuyên hình nón có kích thước nhất định vào trong đất với một tốc độ không đổi Khả năng chống lại lực xuyên của đất được đặc trưng bằng lực chống đơn vị của đất ở mũi xuyên, gọi tắt là sức chống mũi xuyên,

ký hiệu là qc Giá trị qc càng lớn chứng tỏ độ bền của đất càng cao Đối với mũi xuyên có võ bọc ma sát thì kết quả thí nghiệm ta còn có được giá trị lực ma sát đơn vị fs

Hình 1.8: Mũi xuyên và thí nghiệm CPT

15

Hình 1.9: biểu đồ sức kháng xuyên trong thí nghiệm CPT

Để hiểu thêm về thí nghiệm này có thể tham khảo tiêu chuẩn “20 TCN 174 -89: Đất

xây dựng, phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh”

3.2 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test):

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn được tiến hành bằng cách đóng một mũi xuyên có dạng hình ống mẫu vào trong đất ở đáy một lỗ khoan đã được thi công phù hợp vơi thí nghiệm Quy cách mũi xuyên, thiết bị và năng lượng đóng đã được quy định theo tiêu chuẩn

16

Đất càng chặt, càng cứng thì số lần đóng để ống mẫu tiêu chuẩn ngập vào trong đất một khoảng nhất định càng cao Dựa vào số lần đóng này người ta có thể phán đoán được trạng thái và một số đặc trưng cơ học của đất

Chỉ số SPT là số lần rơi của quả búa nặng 63.5kG từ độ cao 76.2cm để ống mẫu có đường kính 50.8mm ngập vào trong đất 30.48cm (theo K.Terzaghi và R.Peck), ký hiệu là N

Hình 1.10: Ống mẫu theo ASTM

Hình 1.11: Cấu tạo búa đóng

Bằng các công thức kinh nghiệm về sự liên quan giữa chỉ số xuyên tiêu chuẩn và các đặc trưng của đất, người ta sẽ xác định được một số đặc trưng cơ bản của đất:

Bảng 1.1: Bảng đánh giá trạng thái của đất dính (Terzaghi, Peck)

Để hiểu thêm về thí nghiệm này có thể tham khảo tiêu chuẩn “TCXD 226 -1999:

Đất xây dựng, phương pháp thí nghiệm hiện trường – thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn”

3.3 Thí nghiệm cắt cánh FVT (Field Vane Test):

Giúp xác định cường độ lực dính không thoát nước cu của đất bão hòa nước, dùng chủ yếu cho đất bùn, than bùn, sét mềm bão hòa nước

3.4 Thí nghiệm nén ngang PMT (Pressure Meter Test):

Tham khảo thêm tiêu chuẩn ngành 20 TCN 112 - 84

3.5 Thí nghiệm bàn nén: mục đích xác định modul biến dạng của đất

Tham khảo thêm tiêu chuẩn ASTM D 1194 – 94 hoặc TCXD 80 – 1980

VIII - Trình tự thiết kế nền móng:

Thông thường việc thiết kế nền móng tuân thủ theo các bước sau:

1 Thu thập và xử lý tài liệu:

 Tài liệu về công trình:

Bao gồm: mặt bằng, mặt cắt, yêu cầu công năng, vị trí xây dựng, sơ đồ kết cấu, bảng

tổ hợp các loại tải trọng tác dụng lên móng…

 Tài liệu về nền đất: gồm

 Mạng lưới và phương pháp khảo sát: mạng lưới khảo sát cố gắng > 3điểm (đơn giản 100 – 150m/ điểm, trung bình 50 – 30m/ điểm, phức tạp < 30m/ điểm)

18

 Chiều sâu lỗ khoan:

Phụ thuộc vào chiều sâu vùng chịu nén Để tiết kiệm kinh phí tốt nhất tiến hành khoan một số lỗ khoan sâu Các lỗ khoan còn lại chỉ cần khoan tới đáy vùng chịu nén dưới móng công trình Chiều sâu vùng chịu nén phụ thuộc vào quy mô công trình, tải trọng, kích thước mặt bằng

Đối với công trình ngầm khi đặt sâu, lực ma sát giữa mặt bên công trình và khối địa tầng tăng, mực nước ngầm cao khả năng đẩy nổi lớn, trong trường hợp này, vùng chủ động tạo ra không phải do tải trọng phụ mà do dỡ tải khối địa tầng Trong tài liệu tiêu chuẩn không có những chỉ dẫn rõ ràng về vùng chủ động này Quy ước lấy bằng 1/2 chiều rộng công trình khi chiều sâu công trình đến 50m, bằng 1/4 chiều rộng, khi chiều sâu móng công trình từ 50-100m

Chiều sâu lỗ khoan thường sâu hơn đáy công trình ngầm 610m hoặc khoan sâu vào lớp bền nước 2 3m

Đối với kết cấu “tường trong đất” chiều sâu hỗ khoan các hỗ khoan trong thực tế thường được kiến nghị lấy bằng (1,5-2,0)H +5m (H- chiều sâu móng tầng hầm)

Khi xác định chiều sâu lỗ khoan, cần yêu cầu đơn vị khảo sát cung cấp cốt cao độ lỗ khoan, thời gian khảo sát Trong thực tế, sau khi khoan khảo sát cốt cao độ khu vực xây dựng công trình đã bị thay đổi gây rất nhiều khó khăn trong việc xác định tải trọng tác dụng lên móng công trình nếu không có số liệu này

2 Đề xuất phương án nền móng khả thi:

Phương án móng khả thi được hiểu theo nghĩa rộng về:

 Vật liệu

 Loại móng

 Phương pháp thi công, Chiều sâu chôn móng, Giải pháp gia cố …

20

Hình 1.13: Hình trụ lỗ khoan

Độ sâu chôn móng có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng chịu lực của móng, ổn

định công trình và chi phí đầu tư

Khi quyết định độ sâu chôn móng cần xét đến:

1 Điều kiện địa chất công trình và điều kiện địa chất thuỷ văn vùng xây dựng;

2 Trị số và đặc trưng tải trọng tác dụng lên nền;

3 Đặc điểm nhà hoặc công trình;

4 Chiều sâu chôn móng của nhà hoặc công trình lân cận;

21

5 Cỏc kết cấu múng đó sử dụng và cỏc phương ỏn thi cụng múng

Độ sõu chụn múng cỏc cụng trỡnh núi chung khụng nờn lấy nhỏ hơn 0,5m so với cốt đất quy hoạch lõn cận

Đế múng cụng trỡnh núi chung nờn đặt sõu vào lớp đất chịu lực 10-50cm

Độ sõu chụn múng trong mọi trường hợp khụng nờn nhỏ hơn 1/15 chiều cao cụng trỡnh

Khi xõy dựng múng lõn cận múng cụng trỡnh hiện cú khụng được đặt sõu hơn và ngay sỏt múng hiện cú trừ khi cú biện phỏp đảm bảo nền đất dưới múng cụng trỡnh hiện cú ổn định

mặt cắt địa chất công trình tuyến II-II

Hỡnh 1.16: Mặt cắt địa chất

3 Thiết kế sơ bộ cỏc phương ỏn múng khả thi:

4 So sỏnh cỏc phương ỏn múng:

5 Thiết kế kỹ thuật cỏc phương ỏn múng đó chọn

6 Bản vẽ, thuyết minh tớnh toỏn:

22

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG NÔNG CỨNG

IX - Khái niệm, phân loại:

3 Khái niệm móng nông:

móng được gọi là móng nông khi toàn bộ tải trọng của công trình truyền qua móng được gánh đỡ bởi nền đất bên dưới đáy móng, còn lực dính và lực ma sát của đất xung quanh móng không đáng kể có thể bỏ qua Cũng có thể định nghĩa móng nông là loại móng

có chiều sâu chôn móng hm < 5 – 6m

Móng nông là một trong những loại móng được sử dụng phổ biến do ưu điểm của loại móng này thích hợp với những công trình có tải trọng vừa và nhỏ, quá trình thi công móng đơn giản, dễ dàng kiểm tra chất lượng

Hình 2.1: Kết cấu móng đơn

4 Các loại móng nông thường gặp và ứng dụng của chúng:

 Móng đơn: là loại móng có đáy hình vuông, chữ nhật hoặc hình tròn Kích thước của

móng đơn thường không lớn, được làm bằng vật liệu là đá xây, bê tông, BTCT…được sử dụng khá phổ biến vì giá thành thấp và kỹ thuật thi công đơn giản Móng đơn chỉ nên dùng khi nền đất có sức chịu tải tốt, tải trọng ngoài không lớn lắm

 Móng băng: là loại móng có chiều dài lớn gấp nhiều lần chiều rộng, móng được đặt

dưới tường hoặc hàng cột Móng băng có tác dụng phân phối lại tải trọng tương đối đều đặn lên mặt nền, giảm chênh lệch lún giữa các cột, giải pháp móng băng thường được xét đến khi kết cấu móng đơn không đạt hiệu quả vì móng băng có giá thành cao, thi công phức tạp hơn

23

Hình 2.2: Móng băng dưới cột và móng băng giao thoa

Hình 2.3: Mặt bằng móng băng một phương

 Móng bè: đây là loại móng có chiều dài và chiều rộng lớn và thường được xét tới khi

giải pháp móng băng và móng đơn không đạt yêu cầu, thường được sử dụng ở nơi có địa chất phức tạp, tải trọng công trình lớn phân bố không đều

5 Phân loại móng nông:

Hiện nay cách phân loại móng nông rất đa dạng tùy theo thói quen sử dụng mà ta có thể có các cách phân loại sau:

 Theo hình thức chịu tải: móng đúng tâm, móng lêch tâm

 Theo độ cứng của móng: móng tuyệt đối cứng, móng cứng hữu hạn và móng

mềm

 Theo hình thức thi công: thi công toàn khối, thi công lắp ghép

 Theo đặc điểm làm việc …: móng đơn, móng băng, móng bè…

24

6 Yêu cầu chung đối với móng BTCT:

Kết cấu móng nông bằng BTCT là loại kết cấu móng thường gặp nhất hiện nay, về cấu tạo cần chú ý một số vấn đề sau:

 Mác bê tông 150 daN/cm2 (thường  200 daN/cm2)

 Thép chịu lực thường dùng thép có gai, thép đai dùng thép tròn trơn d6 – d10

 Lớp lót móng thường dùng bê tông gạch vỡ hoăc bê tông nghèo (bê tông M15), dày

5 – 10 cm

 Lớp bê tông bảo vệ dày 3 – 5cm (nếu có lớp lót móng) > 5cm (nếu không có lớp lót móng

X - Trình tự tính toán thiết kế móng nông cứng:

Thiết kế móng nông (móng đơn dưới cột, móng băng dưới tường …) thường tuân theo trình tự sau đây:

3 Thu thập xử lý tài liệu: đánh giá điều kiện địa chất, tiêu chuẩn sử dụng, tải

trọng thiết kế…

4 Chọn hệ móng: dựa trên mặt bằng vị trí các cột, tường chịu lực, tải trọng tính

toán, điều kiện địa chất mà người kỹ sư thiết kế móng cần lựa chọn loại móng

sử dụng cho công trình là móng đơn dưới cột hay móng băng dưới tường, dưới hàng cột …

5 Chọn vật liệu làm móng: mác bê tông, loại cốt thép, lớp lót, lớp bt bảo vệ

Bảng 2.1: Cường độ tính toán gốc của bê tông (TCVN 5574 – 1991)

Bảng 2.2: Cường độ tính toán của thép (TCVN 5574 – 1991)

Bảng 2.3: Cường độ tính toán của thép ngoại nhập (TCVN 5574 – 1991)

25

(ngoài ra có thể tham khảo tiêu chuẩn TCXD 356: 2005)

6 Chọn chiều sâu đặt móng (h m ): căn cứ vào địa chất thủy văn, tải trọng, điều

kiện thi công mà ta chọn chiều sâu chôn móng cho hợp lý Nếu không phải do điều kiện địa chất công trình đòi hỏi phải đặt sâu thì nên đặt móng nông Trong trường hợp lớp đất tốt nằm ngay trên mặt khá móng thì cần tranh thủ sử dụng lớp đất tốt; phải cố gắng đặt móng càng nông càng tốt (để tăng chiều dày lớp nền tốt phía dưới) thậm chí móng có thể nhô lên khỏi mặt đất tự nhiên và dấu trong nền đất đắp nền nhà

7 Xác định kích thước sơ bộ của đáy móng:

Hiện có 2 cách để xác định:

 Phương pháp 1: Xác định dựa theo kinh nghiệm: thông thường ta chọn trước kích

thước b x l x h sau đó kiểm tra kích thước của móng đã chọn theo đk của trạng thái giới hạn 1 và THGH 2 của nền đất

 Phương pháp 2: Dựa vào công thức tính toán giải tích, ở phương pháp này ta cũng

phải giả định trước bề rộng của móng b Nội dung của phương pháp như sau:

 Diện tích sơ bộ của đáy móng đơn dưới cột , trụ:

m tb tc tc

h R

N F





Trong đó:

Rtc – áp lực tiêu chuẩn của đất nền dưới đáy móng

Ntc – tổng tải trọng tiêu chuẩn thẳng đứng tác dụng lên móng, Ntc = Ntt/n

γtb – trọng lượng thể tích trung bình của đất đắp trên móng và vật liệu làm móng, với vật liệu móng là bê tông thì γtb = 2 – 2.2 T/m3

hm – chiều sâu chôn móng

26

 Nếu móng chịu tải đúng tâm thì nên làm đế vuông

 Nếu móng chịu tải lệch tâm thì cần tăng diện tích lên để chịu momen

0

m tb

tc

h R l

N b

ktc= 1 Nếu các chỉ tiêu cơ lý được xác định bằng thí nghiệm trực tiếp đối với đất

ktc = 1,1 Nếu các chỉ tiêu đó tra theo bảng của quy phạm

A,B,D - các hệ số không thứ nguyên, tra Bảng 2.5 theo II hoặc tính theo công thức giải tích:

0, 25 A

 , II - trị tính toán của trọng lượng riêng hiệu quả, lực dính đơn vị và góc ma sát

trong của đất tại đáy móng (II = trạng thái giới hạn II)

27

h - độ sâu chôn móng kể từ đáy móng đến cốt thiên nhiên, xác định như chỉ dẫn ở Hình

2.4 Trường hợp có các tĩnh tải phân bố tác dụng lên mặt nền hai bên móng thì trị số

của h cần cộng thêm chiều cao cột đất quy đổi của của các tải trọng đó





h1- chiều dày lớp đất từ đáy móng đến mặt dưới sàn tầng hầm;

hs , s- Chiều dày và trọng lượng riêng của kết cấu sàn tầng hầm

Chú ý:

- Trọng lượng riêng hiệu quả của đất, lấy bằng trọng lượng riêng tự nhiên cho đất trên mực nước ngầm, trọng lượng riêng đẩy nổi cho đất dưới mực nước ngầm Riêng đối với đất sét cứng, nửa cứng (I L ≤ 0,25), không thấm nước thì lấy bằng trọng lượng riêng bão hoà

- Có thể áp dụng công thức (*) với móng có hình dạng trên mặt bằng bất kỳ Đối với móng

có dạng hình tròn hoặc đa giác đều, trị số "b" lấy bằng A m , trong đó A m là diện tích đáy móng

- Khi chiều sâu đặt móng nhỏ hơn 1m, để tính toán R theo công thức (2.1), lấy h = 1m, trừ trường hợp khi nền là cát bụi no nước hoặc đất loại sét có độ sệt I L > 0,5, lúc này chiều sâu đặt móng lấy theo thực tế từ cốt quy hoạch

- h. '

II

 = q còn gọi là áp lực hông mặt bên móng, có tác dụng chống sự đẩy trồi của móng Trường hợp áp lực hông hai bên móng khác nhau, ví dụ tôn nền không đều , thì lấy trị

số nhỏ hơn đưa vào tính toán

- Khi chiều rộng của tầng hầm lớn hơn 20m: R = 1 2    '

II td II II tc

m m

Hỡnh 2.4 Sơ đồ tớnh toỏn chiều sõu đặt múng nhà khi xỏc định R

a Múng khụng nằm trong phạm vi tầng hầm; b Múng trong phạm vi tầng hầm khi chiều rộng tầng hầm B ≤ 20m; c Tương tự khi B > 20m

Cốt địa hình

tự nhiên Cốt san 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

Bảng 2.5 Hệ số A, B, D xác định cường độ tính toán Rtc của đất nền

h Fs

c C h B

b A Fs

P R

) 2 / 45 cos(

2

0 2

tg

K p

Hoặc sử dụng bảng tra 2.6 theo Caquot – Kérisel

Bảng 2.6: Các hệ số sức chịu tải theo Caquot – Kérisel

1(







tg N

m m

m

c c

c

N

i i

tc tc

F

N F

N

m tb b l tc

tc

h b

e l

e b

N

h Q M

0 m tc y tc x b

N

h Q M



tt tt o

e b

0 min max

9 Kiểm toán móng theo điều kiện biến dạng của nền (THGH2):

Kích thước móng được chọn ở bước 6 cần phải thõa mãn điều kiện sau:

Điều kiện cần:

 Móng chịu tải lệch tâm một phương:

tc tb tc max tc min

tc min tc max

p

 A, B, D- hệ số tra bảng theo góc ma sát trong II của "đất yếu",

 cII - lực dính đơn vị của "đất yếu",

 II- trọng lượng riêng hiệu quả của đất đỉnh lớp "đất yếu",

 '

II

 - trọng lượng riêng hiệu quả trung bình của đất trong phạm vi hy

 h - chiều sâu chôn móng kể từ đáy móng được xác định như Hình 2.8

Bề rộng móng quy ước by được rút ra trên cơ sở giả thiết rằng diện đáy móng mở rộng đều cả 2 phía xuống lớp đất yếu (trị số này mang tính quy ước nhiều hơn là dựa vào 1 căn

N - tải trọng tiêu chuẩn đặt tại đỉnh móng

Nếu điều kiện áp lực lên nền đây yếu không thoả mãn cần tăng kích thước đáy móng

để giảm áp lực tiêu chuẩn lên nền hoặc giảm chiều sâu chôn móng

Điều kiện đủ:

Hình 2.6 Điều kiện áp lực lên lớp đất yếu

bt

* H h

z  

* H



bt z

i i

S S

S S

Tính toán độ lún của móng theo phương pháp lớp tương đương

Phương pháp lớp tương đương được tính toán theo trình tự sau:

Bước 1: Xác định áp lực gây lún ở đáy móng

- Trường hợp hố móng thi công trong thời gian ngắn, đất dưới đáy hố móng chưa kịp

nở ra do mất áp lực bản thân:

m tc tb

gl p h

tc

tb

p - áp lực tiêu chuẩn trung bình tại đáy móng

- Trường hợp hố móng thi công trong thời gian dài (các móng có bề rộng hoặc đường kính ≥ 10 m), đất dưới đáy hố móng đã nở hoàn toàn ra do mất áp lực bản thân, đất nền

sẽ bị lún dưới tác dụng của toàn bộ áp lực đáy móng

pgl = tc

tb

p

Bước 2: Chia nền dưới đáy móng thành các lớp đất mỏng

Các lớp đất chia ra phải thoả mãn 2 điều kiện:

- Trong phạm vi mỗi lớp chia tính nén của đất không đổi: Eo = const Nếu tính biến dạng Eo của các lớp đất liền kề khác nhau thì mỗi lớp chia phải đồng nhất

- Chiều dày hi mỗi lớp chia không vượt quá 0,25b (b:bề rộng đáy móng)

bt zi ' h

hi- chiều dày lớp đất có trọng lượng riêng hiệu quả i

H- phạm vi vùng chịu nén, xác định từ đáy móng đến độ sâu tại đó  glz 0, 2btz , trường hợp dưới độ sâu tìm được theo điều kiện trên là lớp đất yếu có E < 5 MPa thì phạm vi vùng chịu nén lấy đến độ sâu thoả mãn  glz 0,1 bt

z



Tính toán glz , btz và xác định phạm vi vùng chịu nén H cần được tiến hành đồng thời bằng cách lập một bảng tính toán để trong quá trình tính toán glz vàbtz có thể xác định được ngay chiều sâu tắt lún, tránh tính gl

i i

e

e e S





1

2

i gl zi i

37

Bảng 2.7: Bảng tra hệ số K 0

10 Kiểm toán móng theo điều kiện TTGH 1 của nền:

Mục đích của tính toán nền theo TTGHI là đảm bảo độ bền của nền của tính ổn định của nền đất không thuộc loại đá, cũng như không cho phép móng trượt theo đáy hoặc lật Việc tính nền theo TTGHI cần phải tiến hành trong các trường hợp sau:

 Có những tải trọng ngang đáng kể truyền lên nền (tường chắn, móng của những công trình chịu lực đẩy ) trong đó có tải trọng động đất;

 Móng hoặc toàn bộ công trình đặt ở mép mái dốc hoặc ở gần lớp đất có độ nghiêng lớn;

 Các nền đất sét yếu bão hoà nước có hệ số cố kết Cv107cm2/năm

 Nền cấu tạo bằng các loại đá

Cho phép không tiến hành tính toán nền theo TTGHI đối với hai trường hợp đầu tiên

ở trên nếu bằng các giải pháp kết cấu, đảm bảo cho móng đang xét không chuyển vị ngang (ví dụ như giằng móng, giằng tường …)

38

Tính nền theo TTGH I có thể được tiến hành theo 3 phương pháp: phương pháp giải tích, phương pháp đồ giải - giải tích (phương pháp mặt trượt trụ tròn) (tham khảo thêm chương 6 giáo trình cư owcow ho và phương pháp số (phần tử hữu hạn, sai phân hữu hạn, phần tử biên )

a Đánh giá ổn định của lớp đất yếu dưới đáy móng (dùng phương pháp mặt trụ tròn):

L G

b Khi móng chịu tải trọng ngang lớn: cần kiểm tra sự trượt của móng

tr G

c Khi móng chịu momen lớn (p min < 0): cần kiểm tra hiện tượng lật của móng

L G

11 Kiểm toán móng bê tông cốt thép theo điều kiện bền (TTGH 1):

9 1 Sơ đồ tính toán Điều kiện bền:

Ta hãy xét trạng thái chịu lực của một móng nông (hình vẽ), bỏ qua áp lực ngang và

ma sát của đất ở mặt bên móng Vật thể móng chịu tác dụng của các lực sau:

 Phản lực của nền đất (phân bố trên một diện tích rộng hơn)

Trong điều kiện như vậy, móng có khả năng bị phá hỏng theo mấy dạng sau:

 Móng bị chọc thủng bởi ứng suất cắt trực tiếp trên tiết diện xung quanh chân

cột (hoặc chân tường) (đường số 1)

 Móng bị chọc thủng bởi ứng suất kéo chính (mặt nghiêng 450 so với phương

đứng) (đường số 2)

39

 Móng bị nứt gãy do tác dụng của momen uốn (đường số 3) (trong phạm vi

chân cột (tường) độ cứng của kết cấu rất lớn nên móng xem như bị ngàm tại

đó, dưới tác dụng của phản lực nền, phẩn móng chìa ra ngoài chân cột hoặc chân tường bị uốn như một congxon)

Tính toán móng theo trạng thái giới hạn về cường độ, nói cách khác là tính độ bền của móng, có nội dung là xác định các kích thước của móng và cấu tạo cho hợp lý, đảm bảo móng không bị phá hỏng theo những kiểu đã nói ở trên

Thông thường kich thước đáy móng đã biết (vì diện tích móng là do nền quyết định,

ta đã phải chọn cho thõa mãn điều kiện về trạng thái giới hạn của nền); cho nên khi tính độ bền của móng ta chỉ còn xác định chiều cao của móng, chiều cao các bậc móng và đối với móng BTCT thì xác định hàm lượng và bố trí cốt thép trong móng

a Phá hoại theo tiết diện thẳng đứng: xét tại mép tường không đặt cốt xiên và cốt kép

thì điều kiện bền của móng để không bị phá hoại thì chiều cao móng cần thõa mãn:

Rc h u

N h

tt o



Trong đó:

h – chiều cao móng

U – chu vi tường đặt lên móng

Rc – cường độ chống cắt của vật liệu móng

τ - ứng suất cắt do tải trọng công trình gây ra

N0tt – tổng tải trọng tính toán của công trình tác dụng lên móng

Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, thực tế hầu như không xảy ra kiểu phá hỏng

vì ứng suất cắt trực tiếp như thế Vì vậy, ta sẽ bỏ qua việc xác định chiều cao móng h theo điều kiện ở trên

b Phá hoại theo tiết diện nghiêng:

Khi xét tới khả năng móng bị ép thủng bởi ứng suất kéo chính ta có điều kiện bền:

Pđt Pcđt

xuyên quanh tháp chieu xung hinh xuyên

tháp ngoài móng đáy

cdt đt đt đt

R

b p h h R P

b p P

.75,0

.75,0

c Tính toán độ bền chịu uốn của móng:

Khi xét khả năng móng bị nứt gãy vì momen uốn, ta có điều kiện bền:

ku

R W

M



Trong đó:

M – momen do phản lực nền gây ra tại tiết diện tính toán

W – momen chống uốn của tiết diện tính toán

Rku – cường độ chịu kéo khi uốn của vật liệu làm móng

Thông thường điều kiện này dùng để xác định hàm lượng cốt thép trong móng

Xét tại mép tường không đặt cốt xiên hoặc cốt kép ta có điều kiện:

4.0

kiện này, Rn – cường độ chịu nén của bê

tông)

 Tính diện tích cốt thép: với móng băng

thì để tính diện tích cốt thép ta chỉ cần

tính toán theo phương bề rộng b, còn

theo phương chiều dài cốt thép được bố

trí theo cấu tạo vì độ cứng của móng

băng dưới tường thường rất lớn