Giáo trình nền móng - chương 4 Móng cọc đài cao , TS.Nguyễn Đình Tiến

Ts.nguyễn đình tiến http://www.ebook.edu.vn - 1 - II.4 - Móng cọc đi cao - Khi đài ở phía trên bề mặt đất hoặc cha chôn đủ sâu trong đất khi có tải trọng ngang lớn cọc chịu uốn - Thờng dùng nơi ngập nớc (cầu, cảng), đoạn cầu vợt, mơng thuỷ lợi vợt, nhà thuỷ tọa. - So với đài thấp thì kém ổn định hơn do cọc chịu uốn, chuyển vị ngang của móng thờng dùng tiết diện cọc lớn. Nguyên lý tính toán: thờng thực hiện theo các hớng sau 1. Phng phỏp gii tớch: Phải giải quyết 2 bài toán cơ bản sau Bài toán 1: Phân phối tải lên cọc. Đây là kết cấu siêu tĩnh bậc cao. Thờng dùng phơng pháp chuyển vị với 1 số giả thiết đơn giản bài toán. Ví dụ hệ cơ bản với giả thiết hệ phẳng và đài tuyệt đối cứng.(xem hình bên), trong đó cọc ngàm với đài và cọc ngàm đàn hồi với đất hoặc ngàm cứng trong đó. Kí hiệu : + Tải trọng phân phối lên đầu cọc thứ i trong móng: N i , Q i , M i + Chuyển vị tại O trong hệ cơ bản: v, u, (ẩn số) Mo No Qo Đ o ạ n c ọ c t ự d o Qo lớn Mo No h n h ỏ Qo No Mo Mo No Qo M N Q u v O Ts.nguyễn đình tiến http://www.ebook.edu.vn - 2 - Mi Qi PiPi Mi Qi + Phản lực đơn vị của các kiên kết tại O: r ik (các hệ số) Ta có hệ phơng trình chính tắc: r vv .v + r vu .u + r v . + N = 0 r uv .v + r uu .u + r u . + Q = 0 r v .v + r u .u + r . + M = 0 + Gọi ik và ik là phản lực, chuyển vị đơn vị tại đầu cọc + Gọi o ik và o ik là phản lực, chuyển vị đơn vị tại cao trình mặt đất của cọc + i ( N , Q , M ) chuyển vị của cọc theo các phơng đứng, ngang và xoay. Trong đó ik đựơc xác định từ điều kiện liên kết của cọc với lớp đất tại mũi cọc (ngàm hay gối đàn hồi) Các hệ số r ik đợc xác định từ quan hệ r ik =f 1 ( ik ) , ik lại đợc xác định theo quan hệ với ik , tiếp tục nh vậy ta có: r ik =f 1 ( ik ) = f 1 (f 2 ( ik )) = f 1 (f 2 (f 3 ( o ik ))) = f 1 (f 2 (f 3 (f 4 ( o ik ))) Bằng cách đa vào 1 số giả thuyết thì việc xác định r ik trở nên đơn giản. - Giải hệ phơng trình chính tắc xác định đợc v, u, từ đó xác định đợc N , M , Q sau là N i , Q i , M i và i = f(v, u, ) và: N i = ik . N Q i = QQ . Q - QM . M M i = MM . M - QM . Q Giải ra tải trọng tác dụng lên đầu cọc thứ i P i , Q i , M i (Với đài thấp Q i = M i = 0 P i = ì + ì + 2 i iy 2 i ix x xM y yM n N - Bài toán 2: Cọc lực chịu uốn (P i , Q i , M i ) Xét cọc thứ i: thanh chịu uốn với tải trọng tác dụng ở đầu cọc là (P i , Q i , M i ) thờng giả thiết biến dạng của cọc nhỏ nguyên lý cộng tác dụng, bài toán gồm 2 bài toán: + Cọc chịu lực dọc trục P i + Cọc chịu lực ngang trục Q i , M i Sơ đồ tính y Phản lực của đất lên cọc Qi Mi z Qi i Mi y Ts.nguyễn đình tiến http://www.ebook.edu.vn - 3 - Bài toán cọc chịu tải ngang và mô men (cần tìm z y ) Thông thờng ngời ta phân biệt bài toán cọc chịu tải trọng ngang và mômen : + Cọc cứng. + Cọc có độ cứng hữu hạn. Các phơng pháp giải bài toán tơng tự nh bài toán tờng cừ. + Phơng pháp giả thiết cọc cứng và xoay tại O, tải trọng tác dụng lên mặt bên cọc là áp lực chủ động và bị động tơng ứng. + Phơng pháp cọc nh dầm trên nền đàn hồi. - Phơng trình của độ võng theo phơng y - Mô hình nền: quan hệ y và z y Giải ra có y z (M,Q), y 2. Phng phỏp phn t hu hn: Mụ hỡnh húa h kt cu cc v i cc thnh cỏc phn t hu hn: cc l cỏc phn t Frame, i cc l phn t Shell hoc Solid. nh hởng ca nn c thay th bng cỏc gi n hi, cng ca cỏc gi n hi theo phng ngang v phng ng K cú th xỏc nh theo mt s cụng thc: Terzaghi, Vesic, Poulos Theo Terzaghi: = 2 12 4 1 65,0 s s pp s E IE dE d K Trong ú E p I p - cng khỏng un ca cc d - ng kớnh hay cnh cc s - h s n hụng E s - mụdul n hi Vic gii bi toỏn trờn cú th ỏp dng chng trỡnh SAP2000 - Sau khi đã tìm đợc nội lực chuyển vị của cọc và đài cọc (M,Q), y thực hiện các công việc sau: Kiểm tra SCT của cọc theo phơng ngang của đất. a) Trờng hợp đài đặt cao hơn mặt đất Sơ đồ tính toán móng cọc theo phơng pháp tổng quát b) Trờng hợp đài đặt thấp hơn mặt đất h n m m n h Ts.nguyễn đình tiến http://www.ebook.edu.vn - 4 - Có nội lực (M,Q) kiểm tra cốt thép cọc. Kiểm tra SCT của cọc theo phơng ngang. Tóm lại: Việc thiết kế móng cọc đài cao khác đài thấp cơ bản ở các phần - Bài toán 1 - Bài toán tính toán kiểm tra cọc theo phơng ngang trong bài toán 2. (Kiểm tra [] ,yy,R ng z maxy và kiểm tra cờng cọc chịu uốn ngang. Còn lại giống đài thấp) II.5 - Móng tờng (tờng trong đất) II.5.1. Phân loại : - Tờng liên tục - Cọc hàng Công dụng: - Giữ thành hố đào khi thi công tầng hầm và truyền tải đứng ngang (chức năng này của tờng chắn nh móng cọc nhồi) - Ngăn nớc thẩm thấu theo phơng ngang Phạm vi ứng dụng: - Nhà cao tầng có tầng hầm sâu - Công trình ngầm trong điều kiện thành phố chật hẹp, - Chen giữa các công trình đã xây dựng - Bể chứa, công trình tháp cao (xem hình trang sau) II.5.2. Sơ đồ thi công: Tơng tự cọc nhồi, gồm các công đoạn chính - Tạo lỗ tờng - Đặt cốt thép và đổ bê tông - Đào đất và chống đỡ tờng 1 - 1 . 5 m 20 - 30 cm 20 - 30 cm 1-1.5m > 10 Ts.nguyễn đình tiến http://www.ebook.edu.vn - 5 - II.5.3.Tính toán thiết kế tờng trong đất : - Trong giai đoạn thi công: ổn định hố đào có vữa sét bentonit và tính toán tờng tơng ứng với các độ sâu đào khác nhau. -Trong sử dụng: Nội dung tính toán 1 số phần cơ bản nh sau: II.5.3.1.Vữa bentonit và ổn định hố đào Thực tế xây dựng cho thấy là hào đầy vữa sét thì ổn định ngay cả khi đất yếu mà khi tính toán thì hào bị sụt lở . Điều đó đợc giả thiết khác nhau. Có tác giả cho rằng nhờ hiện tợng keo hoá của bentonite do độ bền của keo là lớn hoặc do sự làm việc không gian, nhng phần lớn cho rằng chính màng keo đóng vai trò quyết định và kế đến là áp lực của vữa sét trong hào. Sơ đồ tính ổn định vách hào với giả thiết mặt trợt là cong dạng logarit: r = r o .e vtg Trong đó : G i trọng lợng khối đất( có xét đến đâỷ nổi); Q B - áp lực nớc; Q t - áp lực vữa sét ; R 1 phản lực qua tâm của phần đất không trợt; C Hợp lực dính. ổn định của vách hào xác định từ điều kiện cân bằng các lực tác dụng khối trợt. () cBi T MlQaG lQ K = 2 1 min . > [K] M c : mômen do C 2 c tg (r 2 1 r o 2 ) Yêu cầu đối với vữa sét bentonite: Vữa sét keo mịn cần phải giữ đợc các hạt đất đào ra, ở trạng thái đẩy nổi phải làm keo quánh phần đất chịu lực và tạo ra màng sét chống thấm. Các loại sét chế tạo vữa cần : - W 8% và W nh 60% - Hàm lợng sét nên 50% Chỉ tiêu cơ bản để xác định chất lợng vữa sét là lợng tiêu hao sét để chế tạo 1 m 3 vữa. Loại sét Khối lợng vữa sét( với độ nhớt tơng đối là 25 sec)g/cm 3 Lợng vữa tạo đợc, m 3 Căn trên sàng N o 0075 Độ ẩm % Hàm lợng cát trong vữa sét % Chung Trong đó rửa đi đợc 1 1,06 > 10 10 5,0 8,0 0,8 0,5 2 1,06 1,08 10,0 8,0 10 5,0 8,0 1,5 0,8 3 1,15 4,0 10 5,0 8,0 4,0 3,0 4 1,08 1,15 8,0 4,0 10 5,0 8,0 3,0 1,5 Ts.nguyÔn ®×nh tiÕn http://www.ebook.edu.vn - 6 - Mãng b¨ng vµ mãng trô lo¹i r·nh Mãng r·nh cña c«ng tr×nh cã mÆt b»ng h×nh trßn Ts.nguyễn đình tiến http://www.ebook.edu.vn - 7 - 1 2 1 1 2 3 -y +y +x -x ok n(h +x) 1 N 2 N 3 N k N h o k 1 k h l k h k k h h 2 k + x 1 2 II.5.3.2.Tính toán tờng, chống đỡ trong quá trình đào II.5.3.2.1.Phơng pháp của Sachipana Các giả thiết: 1. Sau khi đặt tầng chống dới thì: Lực dọc trục của tầng chống trên = const Chuyển vị thân tờng từ điểm chống dới trở lên bằng chuyển vị trớc khi đặt tầng chống dới Momên của tờng từ điểm chống dới trở lên bằng M trớc khi dặt tớng chống dới. 2. Thân tờng dài vô hạn. 3. áp lực đất phân bố nh hình vẽ 4. Điểm chống là cố định Sơ đồ tính: Nh vậy ta tiến hành tính toán lần lợt từ giai đoạn đào 1ữn tìm đợc lực N 1 ữN n và nội lực trong tờng. II.5.3.2.2. Phơng pháp tờng trên nền đàn hồi Ngoài các giả thiết tơng tự trên, còn giả thiết rằng: áp lực đất lên phần tờng trên tầng chống là áp lực chủ động. p a = (q + .h)tg 2 (45 o /2) 2ctg(45 o /2) Phía dới tờng chống chỉ có áp lực bị động, áp lực này đợc xác định theo chuyển vị tờng (Ví dụ theo Winkler đó là p b = E s .y , trong đó E s =b.K h ;K h là hệ số nền theo phơng ngang) Từ phơng trình đờng đàn hồi và điều kiện cân bằng tĩnh ặ xác định đợc lực chống đỡ và nội lực tờng trong phạm vi phía trên tầng chống. Ts.nguyễn đình tiến http://www.ebook.edu.vn - 8 - Sơ đồ quá trình tính toán từơng nhiều thanh chống theo quá trình đào a) Sơ đồ tờng, thanh chống và hố đào b) Sơ đồ tính tờng khi hố đào đến độ sâu H 1 + H c,d) Sơ đồ tính tờng khi hố đào đến độ sâu H 2 Ghi chú: Hiện nay đã có một số phần mềm rất mạnh đợc vận dụng vào tính toán tờng chắn trong đất, ví dụ: GEOSLOPE, PLAXIS hầu hết các chơng trình này đều giải quyết các bài toán bằng phơng pháp PTHH. Ts.nguyễn đình tiến http://www.ebook.edu.vn - 9 - Luyện tập chơng II Móng sâu Phần lí thuyết 1. Phạm vi ứng dụng móng cọc. 2. Phân loại móng cọc và phạm vi ứng dụng của mỗi loại. 3. a. Trình bày những yêu cầu cấu tạo cơ bản đối với cọc bêtông cốt thép (btct) đúc sẵn ( mác bêtông, thép trong cọc, cấu tạo đầu và mũi cọc, mối nối ) Giải thích tại sao có các yêu cầu đó. b. Tơng tự đối với cọc nhồi. 4. Trình bày những yêu cầu cấu tạo cơ bản đối với đài cọc toàn khối( mác bêtông, thép trong đài, liên kết đài với cọc và cột, tờng.) 5. Khái niệm về sức chịu tải của cọc ( trong giai đoạn thi công và giai đoạn sử dụng của cọc đúc hạ bằng đóng, ép và cọc khoan nhồi). 6. Trình bày phơng pháp thí nghiệm nén tĩnh cọc xác định sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền (sơ đồ thí nghiệm, dụng cụ, thao tác, qui trình, kết quả và nhận xét). 7. Tơng tự với phơng pháp đóng thử. 8. Trình bày phơng pháp xác định sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền bằng cách: + Dựa vào các kết quả thí nghiệm trong phòng(PP thống kê). + Dựa vào kết quả xuyên tĩnh CPT. + Dựa vào kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT. 9. Các yếu tố ảnh hởng tới việc chọn chiều dài và tiết diện cọc. 10. Các giả thiết trong tính toán móng cọc đài thấp? Các giả thiết đó đợc ứng dụng vào phần nào trong thiết kế móng cọc đài thấp? 11. Trình bày nội dung tính toán kiểm tra cọc đúc hạ bằng cách đóng, ép( trong thi công và trong sử dụng) 12. Trình bày nội dung tính toán kiểm tra đài cọc toàn khối. 13. Trình bày nội dung tính toán kiểm tra tổng thể móng cọc ( Kiểm tra cờng độ đất dới mũi cọc, ổn định tổng thể và độ lún). 14. Ma sát âm đối với móng cọc và các biện pháp khắc phục ma sát âm). 15. Trình bày vấn đề chọn búa và lực ép trong thi công cọc đúc sẵn hạ bằng phơng pháp đóng và ép. Ts.nguyễn đình tiến http://www.ebook.edu.vn - 10 - 16. So sánh móng cọc đài thấp và đài cao. Phần bài tập 1) Đề xuất phơng án móng cọc trong trờng hợp sau: Công trình có tải trọng N, M khá lớn Nền đất gồm 3 lớp đất: + Lớp đất 1 bên trên có bề dày thay đổi 4-6 m thuộc loại sét pha có độ sệt B =1,3 + Lớp đất 2 có bề dày thay đổi 6-7 m thuộc loại sét có độ sệt B =0,2 + Lớp đất 3 rất dày là cát trung có cờng độ kháng xuyên trung bình q c =890 T/m 2 . 2) Xác định sức chịu tải của cọc BTCT đúc sẵn trong giai đoạn sử dụng, biết: Mác bêtông cọc 300#; Tiết diện cọc 25x25 cm; dài 8m gồm 4 20 AII có R a =28000T/m 2 ; đầu cọc cách mặt đất 1,5m. Nền đất gồm 2 lớp: + Lớp đất trên dày 6m thuộc loại sét pha, + Lớp đất dới là cát nhỏ chặt vừa. a. Cho biết thí nghiệm nén tĩnh cọc nh sau và =0,15; S gh =4cm Lực nén TN(T) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Độ lún tổn g cộn g (mm) 0,8 1,5 2,3 3,15 4,0 5,0 6,4 8,8 12,4 15,5 b. Cho biết độ sệt lớp 1: B =1,1 c. Cho biết kết qủa xuyên tĩnh q c1 =15 T/m 2 ; q c2 = 800T/m 2 d. Cho biết kết quả SPT: N 1 =0; N 2 =20. 3) Sơ bộ chọn số cọc theo điều kiện sức chịu tải của cọc và bố trí cọc trên mặt bằng .Cho biết phơng án móng cọc đài thấp nh sau: Cọc 25x25 cm; dài 9m; sức chịu tải tính toán trong giai đoạn sử dụng [P] = 30T Tải trọng tính toán tại mức đáy đài :N =93T ; M = 18 Tm. 4) Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc ép BTCT tiết diện 20x20cm 2 dài 11m( 2 đoạn). Mác bêtông cọc 300, cốt dọc gồm 4 18 AII.Cho biết: + Móng cọc gồm 9 cọc đợc bố trí cách đều nhau 4d + Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền [P] = 22T + Lực ép thi công P ép max = 60T + Đài cọc chôn sâu 1,5m và co kích thớc B đ xL đ xH đ =2x2x0,8m [...]... đây: 1- p [R] 2- S [S ] S [S ] 3- A [A] Trong đó: p - ứng suất dới đáy móng [R] - sức chịu tải giới hạn cho phép của nền đất tại đáy móng S, S - độ lún và độ lệch của móng http://www.ebook.edu.vn - 12 - Ts.nguyễn đình tiến [S ], [ S ] - độ lún và độ chênh lệch cho phép A - biên độ dao động của móng [A] - biên độ dao động cho phép Yêu cầu 1, 2 thờng đợc đảm bảo bởi các yêu cầu cấu tạo + Làm nền tốt... http://www.ebook.edu.vn - 22 - Ts.nguyễn đình tiến Trình tự thi công: Tài liệu - Công trình - Địa chất - Các tiêu chuẩn Hệ móng - Trên nền gia cố đất + ximăng Chọn các đặc trng vật liệu gia cố nền - Chất lợng ximăng - Tỷ lệ ximăng/đất/phụ gia hm Chọn các đặc trng móng và nền gia cố áp lực dới móng Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lí của nền gai cố Kiểm tra bxh Kiểm tra ho và tính Fa - bxlxh - Độ sâu trộn - Lới trộn:... điều kiện áp lực và độ lún của móng khối, cho biết nền đất gồm 2 lớp: - Lớp đất trên dày 8m, thuộc loại sét pha B = 1,1 2; = 1, 74 T/m3 - Lớp đất dới là cát nhỏ qc =720T/m2; = 1,8 T/m3; = 30o; o = 0,3 http://www.ebook.edu.vn - 11 - Ts.nguyễn đình tiến chơng III móng máy III.1.Khái niệm chung Móng dới các công trình thông thờng, chủ yếu chịu tác dụng của tải trọng tĩnh, còn móng máy chủ yếu chịu tác dụng... tốt, trọng lợng riêng tăng ít, cờng độ chịu nén một trục Ru = 0,5 ữ4Mpa (lớn hơn nhiều so với đất tự nhiên): c = 0, 2- 0,3 Ru, = 20o 30o, Eo = 12 0-1 50 Ru Phơng pháp này đợc sử dụng rất phổ biến để tạo tờng vây, tờng chắn, gia cố hố móng, mái dốc và nền công trình nhà cửa - Phạm vi ứng dụng: Thích hợp với các loại đất yếu khác nhau từ bùn đến sét dẻo bão hoà chứa hữu cơ không nhiều, độ pH tơng đối cao, .. .Ts.nguyễn đình tiến + Tải trọng dới cột No= 120T; Mo= 20Tm; Qo =4T 5) Tính toán kiểm tra chiều cao đài cọc và chọn cốt thép cần thiết bố trí trong đài của móng cọc đaì thấp nh bài tập 4 ở trên, cho biết: + Bêtông đài mác 200 Lớp bảo vệ cốt thép đáy đài là 10cm + Tiết diện cột 30x50cm, trọng tâm cột trùng với trọng tâm đài 6) Kiểm tra điều kiện chiều sâu chôn đài trong bài tập 3 Vẽ móng khối qui ớc,... bột) Máy trộn dới sâu tại ch , hiện nay ở Việt Nam dùng máy d 40 cm, sâu 20m + Qui trình thi công: + Vật liệu: Ximăng silicát 40 0# hoặc ximăng xỉ quặng Tỷ lệ nớc/ximăng = 0 ,4 0,5 ; lợng ximăng/ đất =7 %- 15% Cờng độ tiêu chuẩn ứng với 3 tháng tuổi + Bố trí cọc, vị trí trộn, khoảng cách, độ sâu trộn phụ thuộc vào nhiều yếu tốt nh: Chiều sâu hố móng, địa chất, công trình lân cận, mục đích gia cố dạng lới... không có neo Cừ có neo, s dng khi chiu sõu tng ln Các dạng cừ - Ngoi cỏc dng c g, thộp, BTCT, khi chiu sõu h o ln cũn s dng cỏc kt cu chn gi nh: cc khoan nhi, tng liờn tc trong t, cc ximng t I .4 Biện pháp thi công: Đối với hố móng trong các công trình xây dựng, việc thi công hố móng bao gồm các công tác sau: - Định vị - Đào hố - Bảo vệ thành và đáy hố móng - Làm khô (nếu cần) - Lót hố II Tính toán... của Blum - Loại tờng 1 neo, tự do trong đất (h2 nhỏ) h1 Rn áp lực đất Ea M h2 Ep - Loại tờng có neo, ngàm trong đất áp lực đất áp lực đất h1 h1 Rn Ep loại 1 neo h2 h2 M loại nhiều neo - Cấu tạo và tính toán neo 1- Đầu neo 2- Dây neo 3- Khớp, ngàm neo http://www.ebook.edu.vn - 19 - Ts.nguyễn đình tiến Các loại neo và tính toán kéo của neo xem tài liệu Neo trong đất - BS 808 1-1 989 Nhà xuất bản XD - Phơng... c , gia cờng đáy hố Điều kiện chống bị t - n I > 0 (I Gradien dòng t sét H đẩy bùng do nớc có áp: thấm) Hm II.2 Bảo vệ thành hố II.2.1 Trờng hợp không có kết cấu chắn giữ h gh Chiều sâu đào tối đa hgh bậc đào = 4c = tg (45 0 + 2 ) hay mỗi n 2,6 7c tg (45 0 + 2 ) n. c- lực dính, -góc ma sát trong, - trọng lơng riêng tự nhiên , n- hệ số an toàn (n= 2-3 ) Nếu hm hgh cần có các biện pháp ván, c , g ,. .. vệ đáy hố móng - Đáy hố bị xáo trộn, hay ngập nớc độ lún tăng, sức chịu tải giảm, trong trờng hợp đáy móng chịu áp lực nớc ngầm, đáy móng có nguy cơ bị đẩy bùng http://www.ebook.edu.vn - 15 - Ts.nguyễn đình tiến xử lý: - Khi đào hố chừa lại 1 lớp đủ dày, chống đẩy bùng do sự hình thành Gradien áp lực dòng thấm giữa thành hố và đáy hố đào hoặc dới đáy hố đào có lớp đất tồn tại nớc có áp, bằng cách . 8,0 10 5,0 8,0 1,5 0,8 3 1,1 5 4, 0 10 5,0 8,0 4, 0 3,0 4 1,0 8 1,1 5 8,0 4, 0 10 5,0 8,0 3,0 1,5 Ts. nguyÔn ®×nh tiÕn http://www.ebook.edu.vn - 6 - Mãng b¨ng vµ mãng trô. ép. Ts. nguyễn đình tiến http://www.ebook.edu.vn - 10 - 16. So sánh móng cọc đài thấp và đài cao. Phần bài tập 1) Đề xuất phơng án móng cọc trong trờng hợp sau: Công trình có tải trọng N,. Ts. nguyễn đình tiến http://www.ebook.edu.vn - 1 - II .4 - Móng cọc đi cao - Khi đài ở phía trên bề mặt đất hoặc cha chôn đủ sâu trong đất khi có tải trọng ngang lớn cọc chịu uốn