MỞ ĐẦU Nền và Móng là một trong số các môn học chuyên ngành được giảng dạy cho sinh viên của tất cả các ngành kỹ thuật công trình nói chung.. Riêng đối với chuyên ngành Xây dựng Dân dụn
Trang 1BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HỒ CHÍ MINH
NỀN VÀ MÓNG
Dùng cho sinh viên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp
Biên soạn : PGS.TS Tô Văn Lận
Năm 2014
Trang 2MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
MỞ ĐẦU 7
GIẢI THÍCH CÁC KÝ HIỆU 8
Chöông 1 10
MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 10
1.1 Tổng quát 10
1.2 Phân loại nền móng 11
1.2.1 Phân loại nền 11
1.2.2 Phân loại móng 11
1.3 Các tài liệu cần có để thiết kế nền móng 11
1.3.1 Tài liệu về khu vực xây dựng 11
1.3.2 Tài liệu về công trình và tải trọng tác dụng xuống nền móng 12
1.3.3 Khả năng cung ứng vật liệu xây dựng 12
1.3.4 Năng lực về máy móc, thiết bị thi công 12
1.4 Tải trọng tác dụng xuống móng 12
1.4.1 Tải trọng và tổ hợp tải trọng 12
1.4.1.1 Tải trọng thường xuyên 12
1.4.1.2 Tải trọng tạm thời 12
1.4.1.3 Tổ hợp tải trọng 12
1.4.2 Xác định tải trọng tác dụng xuống móng 13
1.5 Đề xuất và lựa chọn các giải pháp nền móng 14
1.5.1 Đề xuất giải pháp xử lý nền 14
1.5.2 Đề xuất và lựa chọn giải pháp móng 14
1.6 Lựa chọn chiều sâu đặt móng 15
1.6.1 Điều kiện về địa hình, địa chất công trình, địa chất thủy văn khu vực xây dựng 15
1.6.1.1 Điều kiện về địa hình 15
1.6.1.2 Điều kiện về địa chất công trình, địa chất thủy văn 16
1.6.1.3 Trị số và tính chất của tải trọng 16
1.6.1.4 Đặc điểm và yêu cầu sử dụng công trình 17
1.6.1.5 Điều kiện thi công 17
1.7 Tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn 17
1.7.1 Tính toán nền móng theo theo sức chịu tải 18
1.7.2 Tính toán nền móng theo theo biến dạng 19
Chöông 2 22
MÓNG NÔNG TRÊN NỀN TỰ NHIÊN 22
2.1 Phân loại móng nông 22
2.1.1 Móng đơn 22
2.1.2 Móng kết hợp dưới hai cột 22
2.1.3 Móng băng 23
2.1.4 Móng bè 24
2.1.5 Móng hộp 26
2.2 Trình tự thiết kế móng nông trên nền tự nhiên 26
2.3 Xác định cường độ tính toán của đất nền 26
2.3.1 Dựa vào chỉ tiêu cơ lý của đất nền 26
Trang 3
2.3.2 Dựa vào cường độ tính toán quy ước 28
2.4 Xác định kích thước sơ bộ và kiểm tra điều kiện áp lực tại đáy móng 31
2.4.1 Móng đơn 31
2.4.1.1 Móng chịu tải trọng đúng tâm 31
2.4.1.2 Móng chịu tải trọng lệch tâm 32
2.4.2 Móng kết hợp dưới hai cột 33
2.4.3 Móng băng 35
2.4.3.1 Móng băng dưới tường 35
2.4.3.2 Móng băng dưới dãy cột 35
2.4.4 Móng bè 35
2.5 Kiểm tra điều kiện áp lực tại đỉnh lớp đất yếu 35
2.6 Tính toán theo trạng thái giới hạn 1 37
2.6.1 Sức chịu tải của nền đá 37
2.6.2 Sức chịu tải của nền đất 37
2.6.2.1 Phương pháp giải tích 37
2.6.2.2 Phương pháp đồ giải - giải tích 38
2.7 Tính toán theo trạng thái giới hạn 2 39
2.7.1 Tính toán độ lún thẳng đứng 39
2.7.1.1 Tính toán theo sơ đồ bán không gian biến dạng tuyến tính 40
2.7.1.2 Tính toán theo sơ đồ lớp biến dạng tuyến tính có chiều dày hữu hạn 42
2.7.2 Kiểm tra về lún lệch 44
2.7.3 Xác định độ nghiêng của móng khi chịu tải trọng lệch tâm 44
2.7.3.1 Độ nghiêng của móng chữ nhật 44
2.7.3.2 Độ nghiêng của móng tròn 44
2.8 Tính toán độ bền và cấu tạo móng 45
2.8.1 Móng đơn gạch, đá, bê tông dưới cột 45
2.8.2 Móng đơn bê tông cốt thép dưới cột 47
2.8.2.1 Xác định chiều cao móng 47
2.8.2.2 Tính toán nội lực và cốt thép cho móng 49
2.8.3 Móng kết hợp dưới hai cột 51
2.8.3.1 Xác định tiết diện móng 51
2.8.3.2 Xác định nội lực trong móng 51
2.8.3.3 Tính toán cốt thép móng 52
2.8.4 Những yêu cầu về cấu tạo đối với móng bê tông cốt thép 53
2.8.4.1 Lớp bê tông bảo vệ 53
2.8.4.2 Khoảng cách tối thiểu giữa các thanh thép 53
2.9 Tính toán móng mềm 53
2.9.1 Phân loại móng mềm 53
2.9.2 Các loại mô hình nền 54
2.9.2.1 Mô hình nền biến dạng cục bộ 54
2.9.2.2 Mô hình nền biến dạng tổng quát 54
2.9.3 Tính toán móng mềm theo mô hình nền biến dạng cục bộ 55
2.9.3.1 Phương trình vi phân cơ bản 55
2.9.3.2 Tính móng dầm dài vô hạn 56
2.9.3.3 Tính móng dầm ngắn 59
2.9.4 Tính toán móng mềm theo mô hình nền biến dạng tổng quát 60
2.9.4.1 Phương pháp của Gorbunôv - Pôxađôv 61
2.9.4.2 Phương pháp của Ximvulidi 63
Trang 42.9.4.3 Phương pháp của Jemoskin 64
2.9.5 Tính toán móng mềm theo mô hình lớp đàn hồi có chiều dày hữu hạn 66
2.9.5.1 Phạm vi áp dụng 66
2.9.5.2 Các giả thiết 66
2.9.5.3 Kết quả tính toán 67
2.9.6 Tính toán móng mềm theo phương pháp phần tử hữu hạn 67
2.9.6.1 Phạm vi áp dụng 67
2.10 Bài tập ví dụ 67
2.10.1 Thiết kế móng đơn 67
Chöông 3 81
MÓNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 81
3.1 Khái niệm 81
3.2 Đệm cát 81
3.2.1 Phạm vi áp dụng 81
3.2.2 Tính toán đệm cát 82
3.2.3 Kiểm tra độ lún 83
3.3 Cọc cát 83
3.3.1 Phạm vi áp dụng 83
3.3.2 Tính toán cọc cát 83
3.3.2.1 Xác định kích thước sơ bộ đáy móng 83
3.3.2.2 Xác định diện tích nén chặt 84
3.3.2.3 Xác định hệ số rỗng của nền sau khi gia cố 84
3.3.2.4 Xác định định số lượng cọc và bố trí cọc trên mặt bằng 84
3.3.2.5 Xác định diện tích nén chặt 85
3.3.2.6 Kiểm tra cường độ tính toán của nền sau khi gia cố cọc cát 85
3.4 Giếng cát 86
3.4.1 Đặc điềm, phạm vi áp dụng 86
3.4.2 Cấu tạo và tính toán giếng cát 86
3.4.2.1 Đệm cát 86
3.4.2.2 Lớp gia tải 87
3.4.2.3 Giếng cát 87
3.4.3 Tính biến dạng của nền 88
3.4.4 Thi công giếng cát 88
3.5 Bài tập ví dụ 88
3.5.1 Ví dụ 3.1 88
Chöông 4 99
MÓNG CỌC 99
4.1 Khái niệm 99
4.2 Phân loại cọc và cấu tạo 99
4.2.1 Cọc tre, tràm, gỗ 100
4.2.1.1 Cọc tre 100
4.2.1.2 Cọc tràm 100
4.2.1.3 Cọc gỗ 101
4.2.2 Cọc thép 101
4.2.3 Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn 102
4.2.3.1 Cọc lăng trụ 102
4.2.3.2 Cọc ống 104
4.2.3.3 Cọc bê tông cốt thép ứng suất trước 105
Trang 5
4.2.4 Cọc bê tông cốt thép đổ tại chỗ 106
4.2.4.1 Cọc khoan nhồi 106
4.2.4.2 Cọc ba-rét 108
4.3 Trình tự thiết kế móng cọc 108
4.3.1 Đánh giá điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn 109
4.3.2 Xác định tải trọng tác dụng xuống móng 109
4.3.3 Xác định độ sâu đặt đáy đài 109
4.4 Xác định các thông số về cọc 110
4.4.1 Xác định cao trình đặt mũi cọc 110
4.4.2 Xác định chiều dài, tiết diện cọc 110
4.4.2.1 Chiều dài cọc 110
4.4.2.2 Tiết diện cọc 111
4.4.3 Lựa chọn phương pháp thi công cọc 112
4.4.3.1 Cọc đúc sẵn 112
4.4.3.2 Cọc bê tông cốt thép đổ tại chỗ 112
4.4.4 Lựa chọn vật liệu cọc 112
4.4.4.1 Bê tông 112
4.4.4.2 Cốt thép 112
4.5 Tính toán sức chịu tải của cọc đơn chịu lực dọc trục 113
4.5.1 Sức chịu tải trọng nén thẳng đứng của cọc theo vật liệu làm cọc 114
4.5.1.1 Cọc tre, tràm, gỗ 114
4.5.1.2 Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn 114
4.5.1.3 Cọc bê tông cốt thép ứng suất trước 116
4.5.1.4 Cọc bê tông cốt thép đổ tại chỗ 118
4.5.2 Sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép chịu kéo 119
4.5.3 Sức chịu tải trọng nén thẳng đứng của cọc theo đất nền 119
4.5.3.1 Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (Phụ lục A - TCXD 205:1998) 119
4.5.3.2 Theo chỉ tiêu cường độ (Phụ lục B - TCXD 205:1998) 127
4.5.3.3 Theo kết quả xuyên tĩnh (Phụ lục C - TCXD 205:1998) 129
4.5.3.4 Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn (Phụ lục C – TCXD 205:1998) 131
4.5.3.5 Theo kết quả thử tải trọng động (Phụ lục D – TCXD 205:1998) 131
4.5.3.6 Theo kết quả thử tải trọng tĩnh 134
4.6 Hiện tượng ma sát âm 136
4.6.1 Khái niệm 136
4.6.2 Những nguyên nhân gây ra lực ma sát âm 136
4.6.3 Sức chịu tải của cọc khi xét đến ma sát âm 137
4.6.4 Những biện pháp làm giảm ảnh hưởng của ma sát âm 138
4.7 Xác định số lượng cọc và kiểm tra áp lực xuống cọc 138
4.7.1 Xác định số lượng cọc, bố trí cọc trong móng 138
4.7.2 Kiểm tra điều kiện áp lực xuống cọc 140
4.7.2.1 Điều kiện kiểm tra 140
4.7.2.2 Áp lực tác dụng xuống cọc 140
4.7.2.3 Sự làm việc của cọc trong nhóm 140
4.8 Kiểm tra cọc khi chịu đồng thời mô-men và lực ngang 141
4.8.1 Sơ đồ phân bố tải ngang lên đầu cọc 141
4.8.1.1 Với móng có 1 cọc 141
4.8.1.2 Móng có 2 hoặc nhiều cọc, bố trí theo 1 hàng 142
4.8.2 Xác định nội lực trong cọc 143
Trang 64.9 Kiểm tra điều kiện áp lực của nền đất tại mặt phẳng mũi cọc 146
4.9.1 Xác định áp lực xuống đất nền tại mặt phằng mũi cọc 146
4.9.2 Móng khối quy ước 147
4.9.2.1 Cách 1 147
4.9.2.2 Cách 2 148
4.9.3 Sức chịu tải của đất nền tại mặt phằng mũi cọc 149
4.10 Tính toán kiểm tra độ lún của móng cọc 149
4.10.1 Điều kiện kiểm tra 149
4.10.2 Tính toán độ lún của cọc đơn 150
4.10.2.1 Đối với cọc đơn không mở rộng đáy 150
4.10.2.2 Đối với cọc đơn mở rộng đáy 151
4.10.3 Tính toán độ lún của nhóm cọc 151
4.10.4 Tính toán độ lún của móng băng cọc 151
4.10.5 Tính toán độ lún của móng bè cọc 152
4.11 Thiết kế đài cọc 153
4.11.1 Lựa chọn sơ bộ chiều cao đài cọc 153
4.11.2 Tính toán và cấu tạo đài cọc 153
4.11.2.1 Kiểm tra điều kiện chọc thủng đài cọc 153
4.11.2.2 Kiểm tra điều kiện cường độ trên tiết diện nghiêng theo lực cắt 154
4.11.2.3 Tính toán cốt thép đài 155
4.12 Tính toán, kiểm tra cọc đúc sẵn trong quá trình thi công 155
4.12.1 Kiểm tra cọc khi vận chuyển và lắp dựng 155
4.12.2 Tính toán móc cẩu 156
4.13 Đặc điểm thiết kế móng cọc trong vùng có động đất 157
4.14 Tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn châu Âu (EN 1997-1), [1]; [26] 158
4.14.1 Những nội dung chính của EN 1997-1 trong thiết kế móng cọc 158
4.14.2 Cọc chịu nén 159
4.14.3 Cọc chịu kéo 160
4.14.4 Nội dung các phương pháp thiết kế đối với cọc 160
4.15 Ví dụ 163
Chöông 5 189
MÓNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG 189
5.1 Khái niệm 189
5.2 Phân loại máy và móng máy 189
5.3 Cấu tạo móng máy 190
5.3.1 Móng dạng khối 190
5.3.2 Móng dạng khung 190
5.4 Những yêu cầu cơ bản đối với móng máy 190
5.5 Các đặc trưng động lực học của nền 191
5.6 Thiết kế nền móng máy 191
5.6.1 Các tài liệu cần có để thiết kế móng máy 191
5.6.1.1 Số liệu về đặc tính của máy 191
5.6.1.2 Số liệu về nơi đặt máy 191
5.6.2 Tính toán móng khối dưới máy hoạt động có chu kỳ 192
5.6.3 Thiết kế móng khối dưới máy búa 193
5.6.3.1 Chiều dày phần móng 193
5.6.3.2 Diện tích sơ bộ đáy móng 193
5.6.3.3 Kiểm tra kích thước móng theo biên độ dao động 193
Trang 7
5.6.3.4 Kiểm tra điều kiện áp lực 194
5.6.4 Độ lún của nền khi rung 194
5.6.5 Biện pháp chống rung động 195
5.7 Đặc điểm thiết kế nền, nhà và cơng trình xây ở những vùng động đất 196
Chương 6 198
SỰ CỐ VỀ NẾN MĨNG VÀ CÁCH GIA CỐ SỬA CHỮA 198
6.1 Khái niệm 198
6.2 Những nguyên nhân chính gây ra sự cố nền mĩng 198
6.2.1 Giai đoạn khảo sát 198
6.2.2 Giai đoạn thiết kế 198
6.2.3 Giai đoạn thi cơng 198
6.2.4 Giai đoạn sử dụng cơng trình 199
6.3 Các tài liệu cần cĩ để gia cố, sửa chữa nền mĩng 199
6.4 Các biện pháp gia cố, sửa chữa nền mĩng 200
6.4.1 Biện pháp gia cố bản thân mĩng 200
6.4.2 Biện pháp tăng diện tích đế mĩng 200
6.4.3 Biện pháp tăng chiều sâu mĩng 202
6.4.4 Biện pháp về mĩng 202
6.4.4.1 Biện pháp dùng mĩng cọc 202
6.4.4.2 Biện pháp thay mĩng 202
6.4.5 Biện pháp gia cố nền dưới đáy mĩng 203
Phụ lục 204
Tài liệu tham khảo 216
Trang 8MỞ ĐẦU
Nền và Móng là một trong số các môn học chuyên ngành được giảng dạy cho sinh viên của tất cả các ngành kỹ thuật công trình nói chung Riêng đối với chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, môn học này sẽ cung cấp các kiến thức cơ bản giúp sinh viên nắm được một số lý thuyết cơ bản và thực hành về tính toán, thiết kế một số loại móng phổ biến thuộc dạng công trình nhà cửa
Trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa nước ta hiện nay, ngày càng có nhiều công trình xây dựng với qui mô lớn, cao tầng, có nhiều tầng hầm… Có nhiều phương thức xây dựng nền móng mới được đưa vào Việt Nam so với những năm về trước như: cọc ba-rét, cọc khoan nhồi đường kính lớn, các biện pháp mới cải tạo tính năng xây dựng của đất… Do vậy đòi hỏi phải có các tài liệu mới giới thiệu nguyên lý tính toán cũng như các biện pháp thi công cho các kỹ thuật nền móng mới này Qua đó giúp cho sinh viên
ra trường dễ dàng áp dụng các kiến thức đã học vào trong công việc thực tế
Tuy nhiên, các giáo trình Nền và Móng được sử dụng ở nước ta hiện nay đều được biên soạn cũng cách nay khá lâu và có một số vấn đề chưa thật phù hợp với thực tiễn Việc tính toán thiết kế nền móng hiện nay, các kỹ sư có thể sử dụng các Quy phạm Xây dựng Việt Nam đồng thời tham khảo Quy phạm các nước tiên tiến để tính toán thiết kế Các Quy phạm này được viết vào các thời điểm khác nhau tương ứng với các mức độ phát triển lý thuyết tính toán và công nghệ thi công khác nhau nên có nhiều điểm không phù hợp với giai đoạn hiện nay Những vấn đề này sẽ gây ra những khó khăn nhất định cho không ít các
kỹ sư làm công tác thiết kế nền móng
Từ những thực tế như trên, ngoài việc phải có những thay đổi cơ bản về phương pháp dạy và học trong các trường Đại học, thì giáo trình, tài liệu giảng dạy và học tập cho giảng viên và sinh viên đóng vai trò hết sức quan trọng và cần thiết, đặc biệt với hình thức học chế tín chỉ hiện nay Vì thế, Khoa Xây Dựng trường Đại học Kiến Trúc TP Hồ Chí Minh đã bắt đầu cải tiến chương trình đào tạo, rà soát nội dung kiến thức của các môn học
để cập nhật phù hợp với tình hình xây dựng trong nước hiện nay, các giáo trình sử dụng để giảng dạy cũng phải thay đổi cho phù hợp và cần được biên soạn lại theo hướng cập nhật các tiến bộ mới của Khoa học kỹ thuật Xây dựng và sử dụng các ứng dụng của công nghệ thông tin trong tính toán, thiết kế nền móng công trình
Giáo trình này được biên soạn trong khuôn khổ đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Bộ năm 2012 – “Nghiên cứu đổi mới nội dung các giáo trình đào tạo kỹ sư chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp theo trình độ phát triển của công nghệ xây dựng hiện nay” với sự thực hiện của các giảng viên thuộc Bộ môn nền móng, Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc TP Hồ Chí Minh
Ban biên soạn giáo trình xin cảm ơn các nhà khoa học, các chuyên gia và đồng nghiệp về lĩnh vực nền móng công trình đã tham gia, đóng góp ý kiến về nội dung cuốn giáo trình này
Trang 9
GIẢI THÍCH CÁC KÝ HIỆU
E kPa Mô-đun biến dạng của đất
γw kN/m3 Trọng lượng thể tích tự nhiên của đất
γII kN/m3 Trị tính toán thứ 2 trọng lượng thể tích tự nhiên của đất
γII’ kN/m3 Trị tính toán thứ 2 trung bình trọng lượng thể tích tự nhiên
của đất nằm trên chiều sâu đặt móng
FS Hệ số an toàn chung của cọc
FSs Hệ số an toàn cho ma sát biên của cọc
FSs Hệ số an toàn cho sức chống tại mũi cọc
fi kPa Ma sát bên tại lớp đất thứ i
fc kPa Cường độ chịu nén của bê tông
h m Chiều sâu đặt móng kể từ cao trình quy hoạch
h’ m Chiều sâu đặt móng kể từ mặt đất tự nhiên
hđ m Chiều cao đài cọc
ho m Chiều cao làm việc của tiết diện
igh Độ nghiêng cho phép của móng
l m Chiều dài tính toán của cọc
li m Chiều dày của lớp đất thứ i trong chiều dài tính toán của cọc
NSPT Chỉ số SPT từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn
Nc; Nq;Nγ Thông số sức chịu tải lấy theo giá trị góc ma sát trong đất nền
I độ Trị tính toán thứ nhất của góc ma sát trong
II độ Trị tính toán thứ hai của góc ma sát trong
n độ Góc ma sát giữa cọc và đất
c kPa Lực dính đơn vị của đất
cI kPa Trị tính toán thứ nhất lực dính đơn vị của đất
cII kPa Trị tính toán thứ hai lực dính đơn vị của đất
ca kPa Lực dính giữa cọc và đất xung quanh cọc
cu kPa Sức chống cắt không thoát nước của đất nền
Qa kN Sức chịu tải trọng nén cho phép của cọc
Qak kN Sức chịu tải trọng nhổ cho phép của cọc
Qah kN Sức chịu tải trọng ngang cho phép của cọc
Qu kN Sức chịu tải trọng nén cực hạn của cọc
Quk kN Sức chịu tải trọng nhổ cực hạn của cọc
Quh kN Sức chịu tải trọng ngang cực hạn của cọc
Trang 10Qs kN Sức chịu tải trọng cực hạn của cọc đơn do ma sát bên
Qp kN Sức chịu tải trọng cực hạn của cọc đơn do lực chống mũi
qp kN Cường độ chịu tải cực hạn của đất ở mũi cọc
qc kN Sức chống mũi của cọc ở thí nghiệm xuyên tĩnh
R kPa Áp lực tính toán tác dụng lên đất nền; sức chịu tải của đất nền
Ro kPa Áp lực tính toán quy ước lên đất nền
Rn kPa Cường độ cực hạn về nén một trục của đá
S m; cm Trị biến dạng tính toán của nền nhà hoặc công trình
Sgh m; cm Trị biến dạng cho phép của nền nhà hoặc công trình
u m Chu vi tiết diện ngang thân cọc