thiết kế móng nông cứng

PHẦN : THIẾT KẾ MĨNG NƠNG CỨNG Chương 3: Móng nơng tự nhiên 3.1 Tính tốn kích thước đáy móng 3.1.1 Lựa chọn kích thước đáy móng a Móng đơn  Chọn tỉ số hai cạnh ( = l/b): Thoạt tiên chọn  khoảng (1+e) ÷ (1 +2e)  ≤ 1.6 ÷ 1.8 (Lưu ý, độ lệch tâm e  M / N đại lượng có thứ nguyên  khơng có thứ ngun nên lựa chọn  = (1+e) ÷ (1+2e) nói gợi ý ban đầu) Sau xác định kích thước b “hợp lý”, cần kiểm tra lại điều kiện  ≥ 6e/b để đảm bảo pmin ≥ Trường hợp độ lệch tâm e lớn, chấp nhận pmin < 0, đặc biệt mơ men đổi chiều tổ hợp tải trọng khác nhau, trường hợp này, việc thiết móng có số điểm riêng phân biệt trình bày rõ qua ví dụ cụ thể  Chọn b (thường chọn chẵn đến 5cm) xác định sức chịu tải cho phép tương ứng tải trọng tiếp xúc đáy móng theo công thức sau: p tx  N0 + γ.h m α.b (1.1) p tx  N0   hm l b (1.2) p max,min  ptx   p = 6.M l b 1   α1 Nγ b.γ+α2 Nq q+α3 Nc c  Fs   (1.3) (1.4) Trong đó: o N0 : Tổng tải trọng thẳng đứng tải trọng thiết kế theo TTGH tác dụng chân cột, (kN); o γ : trọng lượng riêng trung bình vật liệu móng đất lấp móng, γ= 20 kN/m3; o i : hệ số hiệu chỉnh sức chịu tải đất móng theo tỉ lệ cạnh móng 1 1  – 0.2 /    1.0 (1.5) 3   0.2 /  o Ni : hệ số sức chịu tải nền, Ni = f() lấy theo Error! Reference source not found - Phụ lục I Ví dụ 2.1 Xác định sơ kích thước móng đơn cột với tải trọng chân cột No = 460 kN; Mo = 64 kNm Qo = 28kN điều kiện đồng có  = 18 kN/m3, ’ = 24o c’ = 12kPa Hệ số an toàn tối thiểu Fs = 2,0 Giải: + Góc nghiêng hợp lực: tg = Qo 28  =0,06  0,15 N o 460  bỏ qua ảnh hưởng lực ngang Qo + Độ lệch tâm tải trọng: e Mo 64   0,14 m N o 460 + Chọn sơ  = 1,25 ta có: 1   0,  0,84 1, 25 2  3   0,  1,16 1, 25 + Chọn độ sâu đặt móng hm = 1,0 m + Chọn sơ b = 1,2 m ta có: p tx  No 460   h m   20.1  275, 6kPa b 1, 25.12 1  p   F 1 ( N  b. )   (N q q)  3 (N c c ) S Trong đó: FS – hệ số an toàn yêu cầu, FS = i – hệ số hình dạng móng, 1 = 0,84; 2 = 1; 3 = 1,16 Ni – hệ số sức chịu tải Terzaghi, Ni = f() xác định theo bảng 19 (phụ lục I): N = 8,7; N = 11,6; Nc = 23,6; q = .hm = 18 = 10kPa 1  p   2, 0,84 ( 8, 7.1, 2.18)  1(11, 6.18)  1,16(23, 6.12 ) = 308 kPa (ptx = 275,6)  ([p] =308)  kích thước b = 1,2 m đảm bảo an toàn  l = b = 1,25 1,2 = 1,50m + Kiểm tra kích thước móng theo điều kiện tải trọng tiếp xúc lớn nhất: p max  p tx  6M o 6.64  275,   417,8kPa l b 1,52.1, 1,2[p] = 1,2.308 = 369,6 kPa (pmax = 417,8)  (1,2[p] = 369,6)  không đảm bảo an tồn, nên phải chọn lại kích thước móng Chọn lại b = 1,30m; l = 1,25 1,30 = 1,62  1,60m, ta có: p tx  460  20.1  241,1kPa 1, 6.1,3 1  p   0,84( 8,7.1,3.18)  11,6.18  1,16.23,6.12 = 311kPa p max  p tx  6M o 6.64  241,1   356,5kPa l b 1, 2.1,3 (pmax = 356,5)  (1,2[p] =373)  chọn b = 1,30; l = 1,60 Ví dụ 2.2 Tải trọng chân cột No = 620kN; Qo = 42kN; Mo = 84kNm Nền đất phạm vi khảo sát gồm hai lớp: + Lớp 1: sét pha dẻo chảy dày 1,5m:  = 17,2 kN/m3; cu = 14 kPa + Lớp 2: cát dẻo:  = 18,7 kN/m3; ’ = 26o; c’ = 8kPa Lựa chọn sơ kích thước móng đơn cột đảm bảo hệ số an tồn tối thiểu FS = 2,0 Giải: + Chọn độ sâu đặt móng hm = 1,80 m (đế móng đặt lên lớp đất cát bên dưới, tránh lớp sét pha dẻo chảy) + Góc lệch tải trọng: tg = Qo 42   0, 07 ( 0,15) N o 620 + Độ lệch tâm tải trọng: e M o 84   0,13 m N o 620 + Chọn sơ  = 1,1 ta có: 1   0,  0,82 1,1 3   0,  1,18 1,1 + Chọn sơ b = 1,50m ta có: p tx  No 620   h m   20.1,8  286,5kPa b 1,1.1,52 Với  = 26o, theo bảng 19 (phụ lục I): N =11,7; Nq = 14,6; Nc = 27,5; q = 1,5.17,2 + (1,80 – 1,50).18,7 = 31,4kPa 1 p  2,0 0,82( 11,7.1,5.18,7)  1(14,6.31,4)  1,18(27,5.8) = 426 kPa (ptx = 286,5)  ([p] = 426)  l = b = 1,1.1,5= 1,65 m + Kiểm tra tải trọng tiếp xúc lớn p max  p tx  6M o 6.84  286,5   409, 9kPa l b 1, 652.1,5 1,2  p  = 511kPa pmax  1,2[p]  chọn kích thước sơ móng l x b = 1,65 x 1,50(m); Độ sâu đặt móng hm = 1,80m Ví dụ 2.3 Xác định sơ kích thước móng đơn bê tơng cốt thép đất cát đồng có  = 18,5 kN/m3; ’ = 34o cho cột tiết diện tròn  450 với tải trọng chân cột tâm No = 1860 kN Giải: + Chọn độ sâu đặt móng hm = 1,2 m; q = .hm = 1,2 18,5 = 22,2 kPa + Chọn móng hình vng ( = 1) cho cột chịu tải trọng tâm + Chọn sơ b = 1,80 m ta có: p tx  No 1860   h m   20.1,  598,1kPa 1,8.1,8 b Với  = 1, ta có 1 = 0,8 3 = 1,2 Với  = 34o, ta có: N =38,6; Nq = 37,6; Nc = 53,8; 1  1  pgh = 1  N b.   (Nq q)  0,8 38,6.1,8.18,5  37,6.22,2 = 1349 kPa 2  2  Hệ số an toàn đất nền: Fs = 1349  2, 25 598,1 Móng cát với hệ số an toàn Fs = 2,25 nói chung coi thấp Thiết kế thơng thường cát chọn Fs tối thiểu 2,5  3,0 Lựa chọn lại với yêu cầu hệ số an toàn tối thiểu Fs = 2,5 + Chọn b = 2,00m, độ sâu đặt móng hm = 1,5m, ta có: p tx  No 1860   h m   20.1,5  495kPa 2, 0.2, b 1  p gh  1  N  b.   (N q q) 2  1   0,8  38, 6.2, 0.18,5   37, 6.18,5.1,5  1406 kPa 2  FS = 1406  3, 06 459 Vậy, chọn kích thước móng l x b = 2,0 2,0 m; độ sâu đặt móng hm = 1,5m b Móng băng - Chọn giá trị b bất kì, xác định sức chịu tải cho phép tải trọng tiếp xúc theo công thức sau: p tx  N0   hm b p max,min  ptx   p = 6.M b2 1   Nγ b.γ+Nq q+Nc c  Fs   (1.6) (1.7) (1.8) Kích thước sơ móng chọn phải thoả mãn điều kiện sau đáy móng Ví dụ 2.4 Lựa chọn bề rộng móng băng tường dày 220mm đồng có  = 18,6 kN/m3; ’ = 28o, c’ = 4kPa Tải trọng mức mặt đất No = 160kN/m; Mo = 120kNm Hệ số an toàn tối thiểu Fs = 2,0 Giải: Chọn đặt móng sâu 1,6m (hm = 1,6m), q = 18,6.1,6 = 29,8 kPa Chọn sơ b = 1,6m, ta có: ptx = 160  20.1, = 132kPa 1, Với  = 28o  N = 15,7; Nq = 18,5; Nc = 32,8; 1  p gh   N  b.   N q q  N c c 2  1    15, 7.1, 6.18,   18,5.29,8  32,8.4  916 kPa 2  p  916  458 kPa Kiểm tra với pmax: p max  p tx  6M o 6.120  132   413, 2kPa b 1, 1,2  p  = 1,2.458 = 550 kPa Kích thước móng băng b = 1,6m, đặt sâu hm = 1,6m thỏa mãn yêu cầu ptx  [p] pmax  1,2[p] với hệ số an toàn tối thiểu FS = 2,0  chọn b = 1,60m; độ sâu đặt móng hm = 1,60m 3.1.2 Kiểm tra kích thước đáy móng theo điều kiện cường độ đất (TTGH 1) Kiểm tra theo điều kiện sau :  (1) Điều kiện kiểm tra : ptx ≤ k.[p] pmax ≤ k.[p], k ≥ 1.0 tuỳ theo yêu cầu định trước không vượt 1.2 Nếu điều kiện khơng thoả mãn, cần tăng kích thước b, l tính tốn kiểm tra lại  (2) Điều kiện kinh tế : Kiểm tra điều kiện kích thước hợp lý: {k.[p] – pmax} ≤ p p tuỳ chọn nhỏ tốt (chẳng hạn 5%[p]) a Các trường hợp phổ biến:  Trường hợp : Móng đồng nhất, mặt đất nằm ngang, đáy móng nằm ngang, mức nước ngầm thấp đáy móng lớn (01) lần bề rộng móng, tải trọng ngang bé (tỉ số Q0/N0 ≤ 0.15) : kiểm tra điều kiện (1) (2) nói Nếu mực nước ngầm xuất phạm vi đáy móng khoảng nhỏ bề rộng b móng, sức chịu tải cần hiệu chỉnh trọng lượng riêng đất trọng lượng riêng hữu hiệu tương đương có xét đến chiều dày ảnh hưởng thực tế nước ngầm Phân biệt hai trường hợp sau: o Mực nước ngầm cao đáy móng:  p    1 .N b. '  Nq qtđ  3 Nc c   Fs   (1.9) Trong đó: ’ = bh – 0; qtđ = Hn. +(hm-Hn)’ Hn độ sâu từ mặt đất đến mực nước ngầm o Mực nước ngầm thấp đáy móng:  p    1 .N b. tđ   Nq q  3.Nc c   Fs   Trong đó: (1.10)  tđ = d  b  d   ' b (1.11) với d khoảng cách từ đáy móng đến mực nước ngầm Ví dụ 2.5 Móng cát hạt mịn thiết kế đặt sâu 1,4 m với kích thước đáy móng l x b = 2,0 x 1,6 (m) cho cột có tải trọng tâm chân cột No = 125 kN Mực nước ngầm thường xuyên độ sâu cách mặt đất 2,2m Xác định hệ số an tồn móng nói Nếu mực nước ngầm dâng cao cách mặt đất 0,6m hệ số an tồn móng có đảm bảo yêu cầu tối thiểu 2,5 Biết đất có  = 17,6 kN/m3; bn = 20,2 kN/m3 ’ = 34o Giải: a) Mực nước ngầm cách đáy móng đoạn: d = 2,2 – 1,4 = 0,8m  b = 1,6m Sức chịu tải giới hạn xác định theo cơng thức sau có hiệu chỉnh theo ảnh hưởng nước ngầm: 1  pgh = 1  N  b. td   ( L N q q) 2  đó: 1   0, 0, 2.1, 1  0,84  2, 2  d 0,8 0,8   d   td           17,    10, =13,9 kN/m3  b 1, b   1,  q = .hm = 17,6.1,4 = 24,64 kPa Với  = 34o, N = 38,6; Nq = 37,6 pgh = 0,84( ptx = 38,6.1,6.13,9) + 37,6.24,64 = 1285 kPa 1250  20.1, = 4186 kPa 2, 0.1, Hệ số an toàn móng: FS  p gh p tx  1285  3, 07 418,6 b) Với mực nước ngầm cách mặt đất 0,6m tức đáy móng: 1  pgh = 1  N  b.    N q q 2  Trong đó: q’= th + (hm – Hn)’ = 17,6.0,6 + (1,4 – 0,6).10,2 = 18,72 kPa pgh = 1,84( 38,6.1,6.10,2) + 37,6.18,72 = 967,7kPa Hệ số an tồn móng: FS  967,  2,31 418, Khi mực nước ngầm dâng cao cách mặt đất 0,6m: Móng khơng đảm bảo an toàn theo yêu cầu  Trường hợp : Nền khơng đồng có lớp đất yếu cách đáy móng hai (02) lần bề rộng móng: nội dung kiểm tra điều kiện (1) (2) nói lớp đất đáy móng cần phải kiểm tra cường độ lớp đất yếu theo phương pháp thay móng tương đương (xem ví dụ 2.6 đây) Ví dụ 2.6 Nền gồm lớp sau:  Lớp 1: đất sét dẻo cứng dày 3,5m, có  = 18,8kN/m3; ’ = 24o, c’ = 8kPa  Lớp 2: đất sét dẻo chảy – chảy dày 4,4m có  = 16,9kN/m3, cu = 22kPa  Lớp 3: cát mịn có  = 19,8 kN/m3, ’ = 30o Mực nước ngầm cách mặt đất 3,5m Hãy kiểm tra kích thước móng băng theo điều kiện an toàn chung với hệ số an toàn tối thiểu Fs = 2,0 Biết bề rộng đáy móng b = 1,8m, độ sâu đặt móng h = 1,5m Tải trọng mức mặt đất No = 265kN/m Giải: a) Kiểm tra hệ số an tồn móng lớp Mực nước ngầm cách đáy móng khoảng d = 3,5 – 1,5 = 2,0 cm  b = 1,8 m  Nước ngầm không ảnh hưởng đến sức chịu tải giới hạn lớp 1  pgh =  N  b.   q.N q  N c c 2  với ’ = 24o; N = 8,7; Nq = 11,6; Nc = 23,6 pgh = 8,7.1,8.18,8 + 11,6.18,8.1,5 + 23,6.8 = 663 kPa ptx = 265 +20.1,5 = 177,2 kPa 1,8 FS = 663 = 3,74 177, b) Kiểm tra hệ số an tồn lớp Kích thước móng tương đương: Btđ = 1,8 + 2(2.tg30o) = 4,10m hmtđ = 3,5m Sức chịu tải giới hạn đất lớp móng tương đương: pgh = N  B td 2  N q q td  N c c2 đó: N, Nq, Nc = f(2 = 0)  N = 0; Nq = 1; Nc = ( + 2) pgh = qtb + ( + 2)cu = 18,8.3,5 + 5,14.22 = 179 kPa Tải trọng trung bình đáy móng tương đương ptx = 265 +18,8.3,5 = 130,4 kPa 4,1 Hệ số an toàn chung: FS = p gh p tx = 179 =1,38  2,0 130, Hệ số an toàn chung đất yếu lớp không đảm bảo yêu cầu b Các trường hợp đặc biệt  Móng thường xuyên chịu tải trọng ngang: kiểm tra ổn định theo mặt trượt giả định, bao gồm trượt sâu, trượt phẳng theo đáy móng lật quanh mép móng  Móng gần sườn dốc, móng chịu tải M lớn : kiểm tra ổn định trượt, lật với có mặt móng theo mặt trượt giả định  Móng đất sét cố kết chậm: kiểm tra ổn định móng thời điểm xây dựng điều kiện chưa nước Ví dụ 2.7 Móng đơn kích thước đáy 2,0 x 2,5m, đặt sâu 1m đồng để tiếp nhận tải trọng chân cột No = 850 kN, Qo = 140kN, Mo = 350 kNm Hãy kiểm tra mức độ an tồn móng Biết đất cát mịn có ’ = 32o;  = 17,8kN/m3; mực nước ngầm cách mặt đất 4,0 m 10 ch = (1 – f)u + f.c = c (hoặc ’ch = (1 – f)’ + f.c) ch = (1 – f)nc + f.c đó: 5.4 = Δ (1 + 1+ ) Dự báo lún lựa chọn chiều dài cọc cát : Chiều dài cọc cát (chiều sâu xử lý) lấy L = min{3b; hy} ; b bề rộng móng, hy chiều dày lớp đất yếu Dự báo lún thực tương tự mục 3.1.3 5.5 Thiết kế kết cấu móng xem mục 3.2 Ví dụ 2.20 Thiết kế phương án cọc cát nén chặt đất để xử lý cho ví dụ 1.11 để thực phương án móng nơng cho cột có tiết diện ac x bc = 450 x 250 (mm) có tải trọng chân cột No = 320 kN, Qo = 45kN Mo = 60kNm Giải: Địa chất cơng trình ví dụ 1.11 xếp vào nhóm B: lớp đất yếu mặt có chiều dày lớn Tải trọng cơng trình khơng lớn, chọn phương án b3: xử lý cọc cát nén chặt hết toàn lớp thứ va vào lớp thứ hai 0,5m Tổng chiều dài cọc cát LC = 8,0m Cọc cát thực mặt đất, sau thực xong cọc cát hố móng đào đến –2,00 m lót cát dày 40cm Sau thực lớp bê tơng lót dày 10cm đến cao trình đáy móng – 1,50m Sơ đồ phân tích hình v ẽ Đường kính cọc cát: Đường kính cọc cát chọn theo đường kính thiết bị phổ biến  400 Hệ số rỗng thiết kế: etk = (0,65  0,75)eo = (0,65 0,75).1,22 = 0,7930,915 Chọn etk = 0,850 3.Mặt bố trí cọc cát Chọn bố trí theo sơ đồ tam giác đều, khoảng cách cọc: D c  0, 952.  eo  1, 22  0, 952.0,  0, 933 m eo  e tk 1, 22  0,85 Chọn Dc = 0,95m Sơ đồ phân tích: 42 Bùn cát pha, e = 1,22  = 17,5 kN/m cu = 15 kPa Eo = 1,5 MPa Cát pha dẻo  = 18,4kN/m ; ’ = 17 30’ ; o c’ = 14 kPa; Eo = MPa Các tiêu lý đất sau xử lý:  Tỷ diện tích xử lý: f  0,906 2 0, 42  0,906  0,161 D 2c 0,952  Hệ số rỗng đất (hệ số rỗng nén chặt) 2 0, 42 e nc  eo  0,906 (1  eo )  1,22  0,906 (1  1,22)  0863 Dc 0,952  Trọng lượng riêng đất (trọng lượng riêng đất nén chặt)  nc   o (1  ) 2, 66.10.(1  0, 495)   20,83 kN/m3  e nc  0,863  Trọng lượng riêng  = (1  f)nc + f.cát = (10,161) 20,83 + 0,161.18 = 20,38 kN/m3  Góc ma sát trong: 43  = (1  f)u + f.cát = f cát = 0,161.35o = 5o36’  Lực tính chung c = Cu = 15 kPa  Mô đun biến dạng: Eo = (1  f).Eođ +f.Eoc = (1  0,161).1,5 + 0,161.30 = 6,1 MPa Kích thước sơ móng có cọc cát Chọn l = 2,0 m; b = 1,6m  l  1,25 b Suy ra: 1   0,2 0,2  0,84 ; 3    1,16   p gh  1 N  b.  N q q  3 N c c Với  = 5o 36’, theo bảng 19 phụ lục I ta có: N = 0,6; Nq = 1,7; Nc = 8,2 pgh = 0,84.0,5.0,6.1,6.20,38 + 1,7.1,5.17,5 + 1,16.8,2.15 = 195,5 kPa [p]  p tx  p gh Fs  195,5  130 kPa 1,5 No 320   h m   20.1,5  130kPa e.b 2, 0.1, Kích thước móng l x b = 2,0 x 1,6m Dự báo lún Độ lún dự báo theo mơ hình biến dạng tuyến tính độ sâu xử lý bên đáy móng: H = 6,5m  3b (= 4,8m)   2o S = p.b. Eo Trong đó: p = ptx  .hm = 130 – 17,5.1,5 = 103,75 kPa  = f() = 1,00 (theo bảng 15 phụ lục I) S = 103,75.1,6.1,00  0,32  0, 025 m 6100 Sơ đồ bố trí cọc cát móng 44 45 Chương 6: Móng có cọc đất – xi măng trộn sâu (nền DMM) 6.1 Chọn kích thước cọc đặc trưng vật liệu cọc Kích thước cọc chọn tuỳ theo thiết bị thi công dự kiến, chọn  = 0.4 ÷ 1.3(m) loại thiết bị thông dụng Ở Việt nam, thiết bị có  = 0.4 ÷ 0.7 (m) chủ yếu Tuỳ theo hàm lượng xi măng trộn, đặc trưng vật liệu cọc chọn tham khảo theo bảng sau cho đất vùng tương ứng lân cận Các giá trị lựa chọn thiết kế thực tế cần phải xác định dựa vào kết thí nghiệm cụ thể Bảng Cường độ chịu nén số hỗn hợp gia cố xi măng đất Cường độ kháng nén trục sau 90 ngày (kPa) Đặc trưng tự nhiên đất Loại đất Địa điểm k W Wch Wd A cu g/cm3 % % % % kPa 1.30 45 37 24 13 16 7%XM 12%XM 397 448 Sét pha Hà nội Sét pha Hà nội 62 36 23 13 23 942 Sét pha Hà nội 35 35 27 21 482 Sét pha Hà nội 30 30 19 11 23 407 Sét pha Hà nội 1.60 52 37 24 13 10 66 Sét pha Hà nội 1.43 37 30 19 11 32 1900 Bùn sét Hà nội 95 62 40 22 21 82 Bùn sét Hà nội 74 54 35 19 39 212 Bùn sét Hà nội 119 54 36 18 19 50 250 Sét pha Hải dương 1.35 36 27 18 - 650 953 Cát pha Hải dương 1.35 26 27 19 - 421 792 Sét Hải phòng 1.16 50 46 28 18 28 185 395 (Phụ lục G TCVN 9403 – 2012) 6.2 Xác định sức chịu tải cọc đơn Sức chịu tải cọc đơn theo đất nền: Pđn = (2.25²/4 + H)cu Trong đó,  – đường kính cọc; H – chiều dài cọc Sức chịu tải ngắn hạn cọc theo vật liệu 46 Pvl = 2Aqn Trong đó, A – diện tích tiết diện cọc; qn – độ bền nén trục vật liệu cọc sau 90 ngày (khi khơng có thí nghiệm nén sau 90 ngày lấy cường độ sau 28 ngày với hệ số gia tăng k = 1.15 ÷ 1.20) Sức chịu tải lâu dài cọc theo vật liệu lấy (0.65 ÷ 0.85)Pvl ngắn hạn * Khi sử dụng cọc ximăng – đất để xử lý móng sức chịu tải theo vật liệu phải xét đến yếu tố thời gian Hệ số an toàn đất với đất Fs1 = 2.5, vật liệu cọc Fs2 = 1.5 Sức chịu tải cho phép cọc đơn: 6.3 đ [ ]= ; Chọn kiểu mặt bố trí cọc, số lượng cọc, khoảng cách cọc kích thước đáy móng Đối với mục đích xử lý cho móng nơng, đường kính cọc thường chọn khoảng 0.4 ÷ 0.8(m) tuỳ theo thiết bị, bố trí theo mặt tam giác hay hình vng Hiệu xử lý tính tốn thiết kế phụ thuộc khoảng cách cọc việc lựa chọn khoảng cách cọc cần phải tính lặp nhiều lần với khoảng cách thay đổi khoảng 1.2 ÷ 2.5(m) sở số lượng cọc dự tính dựa vào hai điều kiện sau: - Số lượng cọc dựa vào sức chịu tải cọc đơn: nc = N0/[P] - Số lượng cọc dựa vào mặt bố trí cho tim hàng cọc nằm mặt móng chừng 20% cạnh tương ứng phía Kích thước đáy móng xác định dựa vào sức chịu tải giới hạn chung DMM sau: pgh = fRc + (1 – f)Rđ Trong đó, f – tỉ diện tích xử lý nền, với mặt cọc bố trí theo sơ đồ tam giác khoảng cách Dc, đường kính cọc F: f= ∅ 2√3 trường hợp mặt cọc bố trí theo sơ đồ hình vng: f= ∅ Rc – cường độ giới hạn vật liệu cọc, Rc = 2qn; Rđ – cường độ giới hạn đất quanh cọc, Rđ = 5.14cu Kích thước đáy móng lựa chọn thỏa mãn ều kiện : 47 ptx  pgh N0   p  l b Fs (1.29) Trong đó, [p] – sức chịu tải cho phép DMM lấy với hệ số an toàn Fs = 2.0 6.4 Kiểm tra theo nhóm cọc: Sức chịu tải tồn cọc móng coi móng “cọc” tương đương với sức chịu tải chung cần kiểm tra theo công thức sau: ≤ [2 ( + ) + ( ) ] Trong đó, N – tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên khối cọc tương đương N = N0 + W N0 – Tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên móng mức mặt đất; W – trọng lượng móng đất lấp móng Hc – chiều dài cọc, xác định gần dần để thoả mãn điều kiện kiểm tra; B, L – kích thước tiết diện cọc tương đương, xác định theo mép ngồi khối cọc đơn 6.5 Phân tích lún móng DMM Lún móng DMM bao gồm hai thành phần: biến dạng khối cọc tương đương lún bên S = Scọc + Snền - Lún khối cọc tương đương xác định theo công thức sau: = + (1 − ) Trong đó, Ec = (25 ÷ 50)qn mô đun biến dạng vật liệu cọc; E0đ = (200 ÷ 300)cu – mơ đun biến dạng đất cọc - Lún đất bên (Sn) dự báo theo phương pháp thừa nhận Cơ học (xem mục 3.1.3) 6.6 Thiết kế kết cấu móng xem mục 3.2 Ví dụ 2.21 Thiết kế cọc đất – xi măng để xử lý cho móng có điều kiện địa chất cho ví dụ 1.11 Cột tiết diện 0,4 x 0,6 (m), tải trọng chân cột No = 720kN; Qo = 66kN; Mo= 96kNm Giải: Lớp dày 7,5m cát pha chảy, cần phải xử lý, chiều dài cọc L  7,5m Chọn sơ hm = 1,0, chiều dài cọc Lc = 8,0m (kể từ mặt đất) chiều dài làm việc cọc L = 7,0m Chọn đường kính cọc  = 0,6m 48 Sơ đồ phân tích hình v ẽ Bùn cát pha cu = 15 kPa Eo = 1,5 MPa Cát pha dẻo cu = 60kPa Eo = MPa Cát vừa Chọn đường kính cọc vật liệu cọc Tham khảo bảng phụ lục chọn hàm lượng xi măng 12% để có độ bền nén trục hỗn hợp đất – xi măng sau 90 ngày là: qn = 250 kPa (giá trị cần kiểm tra lại thí nghiệm) Chọn cọc có đường kính  = 600 Sức chịu tải cọc đơn a) Theo đất Pđn = (2,25..2 + ..H)cu = (2,25.3,14.0,62 + 3,14.0,6.7).15 = 236kN [P]dn  Pdn 236   94 kN Fs 2,5 b) Theo vật liệu cọc  Ngắn hạn: 49 pvl  2.A.q n   q n  0,5.3,14.0, 2.250  141,3 kN ** Dài hạn: Pvl = 0,75.p’vl = 0,75.1413 = 106kN *** Sức chịu tải cho phép:  p vl  p vl 106   70kN Fs 1,5 c) Sức chịu tải cho phép cọc [p]  min{[P]dn ;[P]vl}  70kN Ghi chú: Pđn Pvl phụ thuộc vào đường kính cọc , cần lựa chọn  cho tận dụng nhiều khả làm việc cọc theo đất vật liệu Số lượng cọc – bố trí cọc Số lượng cọc: n c  N o 720   10 [P] 70 Chọn nc = 12 cọc bố trí theo sơ đồ hình vng sau: Chọn Dc = 1,2m Tỷ diện tích xử lý: f  3,14.0,62   0,1962 4.D 2c 4.1,22 Sức chịu tải giới hạn chung nền: pgh = fRc+ (1  f)Rđ = 0,1962.500+(1  0,1962).77,0 = 160kPa Sức chịu tải cho phép nền: 50 p gh [p]  FS  160  80kPa 2, Trong đó: Rc – cường độ giới hạn vật liệu cọc Rc = 2qn = 250 = 500 kPa Rđ – cường độ giới hạn đất, Rđ = ( + 2)cu Rđ = 5,14.15 = 77 kPa Fs – Hệ số an toàn, lấy FS = 2,0 Diện tích móng sơ bộ: N o 720   m2 [p] 80 Fm  Chọn móng có kích thước l x b = 3,30 x 2,75 (m) Kiểm tra theo nhóm cọc Sức chịu tải tồn móng cọc cọc tương đương Ngh = 2Hc(B + L)cu + Nc(B.L).cu Trong đó: Hc  chiều dài làm việc cọc, Hc = 7m B, L – kích thước bao ngồi cọc; L = n1.Dc +  = 1,2 + 0,6 = 4,2m B = n2.Dc +  = 2.1,2 + 0,6 = 3,0 m Nc – Hệ số sức chịu tải đất móng cọc, Nc = 5,14 Ngh = 2.7 (3,0 + 4,2).1,5 + 5,14.3,0.4,2.15 = 2484 kN Sức chịu tải cho phép cọc tương đương: [N]  N gh Fs  2484  1242 kN 2, Tổng tải trọng tác dụng khối cọc tương đương: N = No + W = 720 + 3,30.2,75.20 = 901,5 kN ([N] = 1242)  (N = 901,5)  Nền an toàn chịu lực Dự báo lún móng DMM a) Lún biến dạng nén khối DMM S1  pH c f.E c  (1  f)E d 51 Trong đó: p – tải trọng gây lún, p  901,5  71,5 kPa 4, 2.3, Ec  Mô đun biến dạng vật liệu cọc, Ec = (25  50)qn Chọn Ec = 40qn = 40.250 = 10000 kPa Ed – Mô đun biến dạng đất, Ed = (200  300)cu Chọn Eđ = 250cu = 250.1,5 = 3750 kPa S1  71,5.7,  0,10 (m) 0,1962.10000  (1,  0,1962).3750 b) Lún mũi c ọc (dưới khối DMM) Lớp thứ ba lớp cát vừa độ sâu 13m, cách đáy khối DMM 7m coi khơng biến dạng  lún khối DMM lún lớp 2, dự báo theo mơ hình lớp biến dạng tuyến tính:    2o  S  pB   k  Eo  Trong đó: p – Tải trọng gây lún đáy khối DMM, lấy thiên an toàn, p = 71,5 kPa B  Bề rộng khối tương đương DMM, B = 3,0m K  Hệ số xác định theo Egorov (bảng 18 phụ lục I)  L h   4, 7,  k f ; f ;   0, 746  B B   3, 3,  S2 = 71,5.3,0  0,32 0, 746  0, 03 (m) 5000 Tổng độ lún móng: S = S1 + S2 = 0,10 + 0,03 = 0,13 (m) Bình luận: Việc xác định đường kính cọc, số lượng cọc khoảng cách cọc có ảnh hưởng đến nhiều mục tiêu thiết kế bao gồm việc tận dụng hết khả làm việc đất nền, hỗn hợp vật liệu cọc c toàn khối tương đương mức độ an toàn riêng cọc, mức độ an toàn chung độ lún Do việc lựa chọn thiết kế thơng số phương án cần thực theo phương pháp thử dần 52 Chương 7: Thiết kế xử lý VTNĐ kết hợp gia tải Xử lý VTNĐ (vật thoát nước thẳng đứng - PVD) kết hợp gia tải chủ yếu áp dụng cho cơng trình có diện tích lớn đất bùn sét/á sét yếu bão hồ nư ớc, hệ số rỗng lớn Có hai loại VTNĐ cấu tạo vật liệu nước khác cát vật liệu tổng hợp VTNĐ làm cát cịn gọi giếng cát, có tiết diện trịn thi cơng giống cọc cát nén chặt đất Hiện này, giếng cát cịn thi cơng với lớp vải bọc ngồi thường có đường kính nhỏ (phổ biến 150 200mm) VTNĐ làm vật liệu tổng hợp có tiết diện chữ gọi bấc thấm, chiều rộng phổ biến 100mm chiều dày – 5mm Bấc thấm thường chế tạo thành cuộn có chiều dài lớn Trong phân tích, bấc thấm qui tiết diện tròn tương đương v ới chu vi khơng đổi đường kính tương đương bấc thấm xác định theo cơng thức: Trong đó: a, b kích thước tiết diện thật = 2( + ) Thiết kế xử lý VTNĐ kết hợp gia tải bao gồm nội dung sau: - Chọn loại VTNĐ chiều sâu xử lý - Xác định sơ đồ mặt bố trí khoảng cách VTNĐ - Xác định phương pháp mức tải trọng gia lên - Xác định số lần gia tải, mức độ tải trọng lần thời gian chờ Ngoài ra, thiết kế đảm bảo an toàn/ổn định trình xử lý biện pháp quan trắc nh ững nội dung quan trọng cần thể thực tế thi công xử lý hướng dẫn 7.1 Chọn loại VTNĐ xác định chiều sâu xử lý Bấc thấm thường ưu tiên lựa chọn cho dự án có diện tích xử lý lớn ưu tốc độ thi công nhanh, khối lượng vật liệu nhỏ môi trường thi công sẽ, đặc biệt khơng có nhu cầu tơn cao tự nhiên Giếng cát nên ưu tiên lựa chọn cho xử lý đường đắp cao Chiều sâu xử lý thường đến hết phạm vi lớp đất yếu hết phạm vi tác dụng tải trọng xử lý nền, tương tự lựa chọn chiều sâu xử lý đất yếu phương pháp khác 7.2 Xác định sơ đồ mặt bố trí khoảng cách VTNĐ Mặt bố trí VTNĐ áp dụng hai kiểu phổ biến tam giác hình vng Sơ đồ tam giác thường chọn sử dụng giếng cát sơ đồ hình vng thường lựa chọn sử dụng bấc thấm Khoảng cách Dc VTNĐ thiết kế đảm bảo độ cố kết đạt mức độ định trước, Uyc, sau khoảng thời gian định [T] kể từ bắt đầu gia tải Uyc xác định dựa vào độ lún lại sau thời điểm t ≥ [T] xác định trước tuỳ thuộc yêu cầu kỹ thuật dự án/cơng trình giá trị [T] định phụ thuộc vào nhiều yếu tố mà thường 53 liên quan đến yêu cầu kỹ thuật dự án Để việc xử lý đạt hiệu quả, độ cố kết yêu cầu Uyc không nên 90% Thiết kế khoảng cách Dc giếng cát bố trí theo sơ đồ tam giác - Chọn Dc khoảng 2.0  3.0 (m); - Chiều dài đường thoát nước ngang lớn D = 1.154Dc; - Độ cố kết thời điểm t = [T]: U = – (1 – Uh)(1 – Uv) = – Uh – Uv + Uh.Uv đó: = [ ]; = ( ; ) = ℎ [ ]; = = ( ; đồ ố ế ) xác định theo bảng 8a Phụ lục; - Thay đổi giá trị lựa chọn Dc, tính vẽ đồ thị U = f(Dc) tìm giá trị Dc thoả mãn điều kiện U ≥ Uyc Có thể tính Uh Uv theo công thức sau đây: =1− = − 0.810 = − 1.032 = − 0.589 ( )= −1 −8 ( ) [−2.467 ] [−2.467 ] [−2.467 ] ( )+ − 0.75 Uv0, Uv1, Uv2 độ cố kết theo phương đứng ứng với sơ đồ 0, * Khi bố trí VTNĐ theo sơ đồ hình vng, giá trị đường nước ngang dài D = 1.414Dc 7.3 Xác định phương pháp mức gia tải lên Phương pháp gia tải: Có hai phương pháp gia tải gia tải thật gia tải ảo Gia tải thật thuật ngữ dùng để việc sử dụng trọng lượng vật chất thực tác dụng lên bề mặt để tạo áp lực nước lỗ rỗng dương đất làm cho nước ngồi đồng thời với tăng ứng suất hữu hiệu đất làm cho bị nén lún Vật chất thực sử dụng thông dụng đất/cát đắp trực tiếp lên mặt Biện pháp thường áp dụng cơng trình đường đắp, cơng trình cấu trúc mặt có yêu cầu đắp san đến cao trình lớn cao trình Giếng cát áp dụng trường hợp Gia tải ảo hay cịn gọi hút chân khơng biện pháp tạo áp lực nước âm nhờ hút chân không khu vực cần gia tải Tải trọng gây lún trường hợp chênh lệch áp suất khơng khí bên ngoài/bên khu vực cần xử lý Biện pháp gia tải thường lựa chọn khu vực xử lý khơng có/có nhu cầu nâng cao mặt (chẳng hạn để tạo mặt cho khu vực đó) để tránh việc phải cấp khối lượng lớn vật liệu sau lại phải di chuyển Gia tải ảo bị hạn chế mức chân 54 khơng thực tế tạo thường không vượt 90 kPa (tương đương  m chiều cao đắp đất) Trường hợp cần gia tải lớn hơn, biện pháp kết hợp áp dụng Mức tải trọng gia trước lên thường xác định dựa vào tải trọng khai thác cơng trình lên đất, mức độ lún cịn lại cho phép sau xử lý thời gian xử lý cho phép [T] - Chọn tải trọng gia trước tải trọng khai thác cơng trình −∆ ≤ 0.9 S∞ – độ lún cuối dự báo xảy tải trọng cơng trình gây ra; S – độ lún cịn lại cho phép sau xử lý - Nếu điều kiện không thoả mãn, nên chọn tải trọng gia trước lớn tải trọng cơng trình Khi mức gia tăng tải trọng p xác định tương ứng cho điều kiện thoả mãn với S∞ độ lún cuối tổng tải trọng gia trước (p + p) gây 7.4 Xác định số lần gia tải, mức độ tải trọng cho lần thời gian chờ - Kiểm tra khả gia tải lần: p ≤ [p] p tổng tải trọng gia trước (xác định bước trên); [p] sức chịu tải cho phép điều kiện khơng nước [ ]= ( + 2) lấy Fs = 1.1  1.2; cu – độ bền cắt không thoát nước đất yếu - Nếu điều kiện không thoả mãn, việc gia tải cần phải thực làm nhiều lần + Lần gia tải thứ nhất, mức tải trọng tối đa xác định p1 ≤ [p] trì tải trọng p1 khoảng thời gian T1 + Lần gia tải thứ hai thực với mức gia tăng p1 tuỳ thuộc p1 T1 xác định theo điều kiện: = + ≤ ( + 2)( +∆ ) c mức gia tăng độ bền cắt khơng nước tương đương đất sau thời gian T1 tác dụng tải trọng p1 c = p1.U(t = T1).tan’ + Nếu p2 < p, lần gia tải thứ ba thực với mức tăng p2 tương tự phân tích bước Chú ý: Việc gia tải trọng ảo phương pháp tạo chân khơng coi tạo áp lực nén xung quanh phạm vi cần xử lý khơng gây nguy ổn định, tải trọng đạt đến giá trị tối đa mà thiết bị thực (hiện phần lớn thiết bị tạo áp lực tối đa tương đương 90kPa) 55 56