Hướng dẫn đồ án nền móng

 Chọn b thường chọn chẵn đến 5cm và xác định sức chịu tải cho phép tương ứng của nền cùng như tải trọng tiếp xúc dưới đáy móng theo các công thức sau:... Các trường hợp phổ biến:  Trư

PHẦN 1 : NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

PHẦN 2 : THIẾT KẾ MÓNG NÔNG CỨNG

Chương 3: Móng nông trên nền tự nhiên

3.1 Tính toán 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 có thể chọn  trong khoảng (1+e) ÷ (1 +2e) và  ≤ 1.6 ÷ 1.8 (Lưu ý, độ lệch tâm eM N/ là đại lượng có thứ nguyên trong khi  không có thứ nguyên nên lựa chọn  = (1+e) ÷ (1+2e) nói trên chỉ là gợi ý ban đầu)

Sau khi xác định được kích thước b “hợp lý”, cần kiểm tra lại điều kiện  ≥ 6e/b để đảm bảo

p min ≥ 0 Trường hợp độ lệch tâm e lớn, có thể chấp nhận p min < 0, đặc biệt khi mô men có thể đổi chiều trong các tổ hợp tải trọng khác nhau, trong trường hợp này, việc thiết móng có một số điểm riêng phân biệt sẽ được trình bày rõ qua ví dụ cụ thể

 Chọn b (thường chọn chẵn đến 5cm) và xác định sức chịu tải cho phép tương ứng của nền cùng như tải trọng tiếp xúc dưới đáy móng theo các công thức sau:

Ví dụ 3.1 Xác định sơ bộ kích thước móng đơn dưới cột với tải trọng chân cột No = 460 kN;

Mo = 64 kNm và Qo = 28kN trong điều kiện nền đồng nhất có  = 18 kN/m3, ’ = 24o

và c’ = 12kPa Hệ số an toàn tối thiểu Fs = 2,0

 bỏ qua ảnh hưởng của lực ngang Qo

+ Độ lệch tâm của tải trọng:

+ Kiểm tra kích thước móng theo điều kiện tải trọng tiếp xúc lớn nhất:

  3 1 0, 2 1,18

1,1+ Chọn sơ bộ b = 1,50m ta có:

Fs = 1349 2, 25598,1

Móng trên nền cát với hệ số an toàn Fs = 2,25 nói chung được coi là thấp Thiết kế thông thường trên nền cát chọn Fs tối thiểu là 2,5  3,0 Lựa chọn lại với yêu cầu hệ số an toàn tối thiểu

1 0,8 38, 6.2, 0.18,5 37, 6.18

p

14,5.1,5 06

FS = 14063, 06459

Vậy, chọn kích thước móng l x b = 2,0 2,0 m; độ sâu đặt móng hm = 1,5m

ptx [p] và 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 của đất nền (TTGH 1)

Kiểm tra theo 2 điều kiện sau đây :

 (1) Điều kiện kiểm tra : ptx ≤ k.[p] và pmax ≤ k.[p], trong đó k ≥ 1.0 tuỳ theo yêu cầu định trước nhưng không vượt quá 1.2 Nếu các điều kiện này không thoả mãn, cần tăng kích thước b, l và tính toán kiểm tra lại

 (2) Điều kiện kinh tế : Kiểm tra điều kiện kích thước hợp lý: {k.[p] – pmax} ≤ p trong đó

p tuỳ chọn càng nhỏ càng tốt (chẳng hạn 5%[p])

a Các trường hợp phổ biến:

 Trường hợp 1 : Móng trên nền đồng nhất, mặt đất nằm ngang, đáy móng nằm ngang, mức nước ngầm ở thấp hơn đáy móng lớn hơn một (01) lần bề rộng móng, tải trọng ngang bé (tỉ

số Q0/N0 ≤ 0.15) : kiểm tra các điều kiện (1) và (2) nói trên

Nếu mực nước ngầm xuất hiện trong phạm vi dưới đáy móng một khoảng nhỏ hơn bề rộng b của móng, sức chịu tải cần được hiệu chỉnh trọng lượng riêng của đất về trọng lượng riêng hữu hiệu tương đương có xét đến chiều dày ảnh hưởng thực tế của nước ngầm Phân biệt hai trường hợp sau:

o Mực nước ngầm cao hơn đáy móng:

Trong đó: ’ = bh – 0 ; q tđ = H n  +(h m -H n )’ H n là độ sâu từ mặt đất đến mực nước ngầm

o Mực nước ngầm thấp hơn đáy móng:

với d là khoảng cách từ đáy móng đến mực nước ngầm.

Ví dụ 3.5 Móng trên nền cát hạt mịn được 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 đúng tâm ở chân cột No = 125 kN Mực nước ngầm thường xuyên ở độ sâu cách mặt đất 2,2m Xác định hệ số an toàn của móng nói trên Nếu mực nước ngầm dâng cao cách mặt đất 0,6m thì hệ số an toàn của móng có đảm bảo yêu cầu tối thiểu

pgh = 0,84(1

238,6.1,6.13,9) + 37,6.24,64 = 1285 kPa

p 418, 6b) Với mực nước ngầm cách mặt đất 0,6m tức là trên đáy móng:

 Trường hợp 2 : Nền không đồng nhất có lớp đất yếu cách đáy móng ít hơn hai (02) lần bề

rộng móng: ngoài nội dung kiểm tra các điều kiện (1) và (2) nói trên đối với lớp đất dưới

đáy móng cần phải kiểm tra cường độ của lớp đất yếu theo phương pháp thay thế móng

tương đương (xem ví dụ 3.6 dưới đây)

Ví dụ 3.6 Nền gồm 3 lớp lần lượt như sau:

 Lớp 1: đất á 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 ở mức mặt đất No = 265kN/m

Giải:

a) Kiểm tra hệ số an toàn của móng trên lớp 1

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 của lớp 1

; N = 8,7; Nq = 11,6; Nc = 23,6

pgh = 1

2.8,7.1,8.18,8 + 11,6.18,8.1,5 + 23,6.8 = 663 kPa

ptx = 2651,8 +20.1,5 = 177,2 kPa

FS = 663

177, 2 = 3,74 b) Kiểm tra hệ số an toàn đối với lớp 2 Kích thước móng tương đương:

trong 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 ở đáy móng tương đương

ptx = 2654,1+18,8.3,5 = 130,4 kPa

Hệ số an toàn chung:

Giải:

1 Mực nước ngầm cách đáy móng một khoảng:

d = 4,0 – 1,0 = 3,0m ( b = 2,0m)  nước ngầm không ảnh hưởng đến mức chịu tải của nền dưới đáy móng

2 Góc nghiêng của tải trọng chân cột:

Là tương đối lớn Cần hiệu chỉnh sức chịu tải theo 

3 Độ lệch tâm của tải trọng

Là tương đối lớn Cần hiệu chỉnh theo diện chịu tải hữu hiệu, Fh

4 Mức độ an toàn của móng xác định theo công thức sau

S

NFNTrong đó: N = No + (l.b.hm) = 850 + 2,5.2,0.20 = 950kN

Ngh = pgh.Fh

pgh = ( N b ).s i d b1      (N q).s i d bq q q q q(N c).s i d bc c c c c2

Kiểm tra kích thước đáy móng theo điều kiện độ lún cho phép

 (1) Kiểm tra điều kiện lún chung S ≤ [S] đối với mọi dạng công trình

c Dự báo lún theo phương pháp bán không gian biến dạng tuyến tính

Áp dụng để dự báo sơ bộ cho mọi loại đất nền có chiều dày lớp đất ngay dưới đáy móng lớn hơn

ba lần (03) bề rộng móng (điều kiện để có thể coi nền là đồng nhất)

Trong đó, const – hệ số hình dạng móng, lấy theo Bảng 13 Phụ lục II; p – tải trọng gây lún xác

định theo tải trọng thiết kế theo trạng thái giới hạn thứ hai theo công thức

tb – trọng lượng riêng trung bình của đất trên mức đáy móng

d Dự báo lún theo phương pháp lớp biến dạng tuyến tính

Áp dụng khi chiều dày lớp đất ngay dưới đáy móng không thoả mãn điều kiện trên

Ví dụ 3.8 Dự báo độ lún của nền dưới móng đơn bê tông cốt thép kích thước: l x b = 1,8 x

1,6 m, trên nền đồng nhất có  = 17,6 kN/m3; Eo = 7 MPa; o = 0,30 Biết rằng tải trọng thiết kế theo trạng thái giới hạn II ở mức mặt đất No = 630 kN; Qo = 104kN và Mo = 126 kNm Độ sâu đặt móng hm = 1,2m

o

1E

+ Lớp 3: cát mịn bão hòa nước có:  = 20,1 kN/m3, N32

Tải trọng thiết kế theo trạng thái giới hạn II tại mặt đất:

h = 6 – 0,2 = 5,8m  Hn  có thể coi nền là đồng nhất khi dự báo lún

(Kiểm tra điều kiện Hn: 0,2z(,Hn) z(pgl) tại độ sâu đáy lớp 2:

3 Dự tính các đặc trưng biến dạng của đất lớp 2

Tại giữa lớp,  v 1,2.17,5 3.18,2 75,6 kPa

Eo = (860 – 15A) N60, Đất á sét A = 7  17  Eo = 9MPa  7,2 MPa

Với N = 18, theo bảng 8 (phụ lục I) đất ở trạng thái nửa cứng Theo bảng 12 (phụ lục II) ta chọn o = 0,25

1 0, 25

9000 =0,030m Kết luận: Dự báo độ lún của móng trong khoảng 3  3,8 cm tùy thuộc chỉ số dẻo của nó (cần thí nghiệm thêm để xác định A)

Ví dụ 3.10 Móng đơn bê tông cốt thép kích thước đáy l x b = 2,0 x 1,6 m Đặt sâu 1m trong

nền gồm 2 lớp có các chỉ tiêu cơ lý như sau:

+ Lớp 1: đất sét pha dẻo, dày 2,6 m có Eo = 3,5 MPa; o = 0,35

+ Lớp 2: Sét dẻo cứng, có Eo = 6,2 MPa; o = 0,28

Tải trọng gây lún ở mức đáy móng pgl = 148 kPa

Hãy dự báo độ lún của móng sử dụng phương pháp nền biến dạng tuyến tính theo 2 công thức: công thức Egorov và công thức Steinbrenner

Giải:

1 Phạm vi ảnh hưởng của móng và điều kiện áp dụng lý thuyết: Giả thiết móng sẽ ảnh hưởng đến độ sâu 3b kể từ đáy:

Hn = 3b = 3 1,6 = 4,8m Chiều dày lớp đất thứ nhất bên dưới đáy móng:  h1 2,6 1, 0 1,6m  

Chiều dày lớp đất thứ 2 chịu ảnh hưởng:  h2 4,8 1,6 3,2m

Lún của nền có thể coi xảy ra với hai lớp đất có chiều dày lần lượt là h và 1 h Sơ đồ 2phân tích như sau:

Hình 3.3 Sơ dồ phân tích lún nền nhiều lớp

Trong đó  

  i 

i

Hl

hl

hl

e Dự báo lún theo mô hình nén lún một chiều

Áp dụng cho tất cả các loại đất nền theo công thức:

+ Trường hợp đường cong nén biểu diễn theo quan hệ e = f(), độ lún riêng Si xác định theo công thức sau:

(3.19) trong đó e0i và e1i xác định trức tiếp trên đường cong nén dạng e = f() dựa vào các giá trị 0i và

1i tương ứng

+ Trường hợp không có kết quả thí nghiệm nén một chiều, mô hình nén lún một chiều cũng có thể được áp dụng sử dụng giá trị mô đun nén xác định theo kết quả thí nghiệm hiện trường thích hợp:

(3.20) trong đó:

0i – hệ số xác định theo công thức:

0i – hệ số biến dạng ngang của đất lớp thứ i

Eni – mô đun nén lún của đất lớp thứ i, xác định theo công thức:

Eni = iqci

i – hệ số phụ thuộc loại đất và khoảng giá trị qci tương ứng, lấy theo bảng Phụ lục I (Sanglerat, 1972)

Ví dụ 3.11a Dự báo lún của móng đơn bê tông cốt thép trên nền đồng nhất có các đặc trưng

cơ lý từ mẫu lấy ở độ sâu 2m như sau:

Đối với đất có ORC = 1, phương trình đường cong nén có dạng:



o o

Sơ đồ phân tích lún

Hình 3.4 Sơ đồ phân tích lún ví dụ 3.11a

3 Phân tích ứng suất dưới đáy móng và xác định phạm vi lún:

Chọn gốc tọa độ ở trọng tâm đáy móng, ứng suất dọc theo trục thẳng đứng có dạng sau:

 Ứng suất ở trạng thái ban đầu zo (ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây ra)

Kết quả phân tích ứng suất cho trong bảng sau:

No Z(m) z/b ko z(kPa) zo(kPa) z1(kPa) Ghi chú

4 Dự báo lún (đối với trọng tâm móng)

Độ lún được dự báo dựa vào mô hình nén lún một chiều

oi – trị trung bình của zo trong phạm vi lớp tính lún thứ i;

1i – trị trung bình của z1 trong phạm vi lớp tính lún thứ i

Hình 3.5 Biểu đồ ứng suất thay đổi theo độ sâu và phân chia lớp tính lún của ví dụ 3.11a

Ví dụ 3.11b Dự báo độ lún của móng đơn bê tông cốt thép kích thước đáy l x b = 1,5 x 1,0

(m) Đặt sâu 1m trong nền đất đồng nhất có các chỉ tiêu có lý xác định từ mẫu lấy ở độ sâu 2m như sau:

Sơ đồ tính lún và chi tiết kết quả dự báo lún như dưới đây:

Chọn gốc tọa độ ở trọng tâm đáy móng

Ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây ra, zo:

z  2,0 (m); zo = 1(z + hm) = 18(z + 1,0) kPa

z  2 (m); zo = 1h1 + ’2(z + hm – hq) = 54 + 8,8(z – 2) Ứng suất gây lún,

z1 = zo + z Kết quả phân tích cho trong bảng dưới đây:

No z(m) ko z (kPa) zo(kPa) z1(kPa) Ghi chú

Có thể coi tải trọng từ công trình ảnh hưởng đến độ sâu z = 4m, với quan hệ giữa o và 

thỏa mãn điều kiện o 5

3 Dự báo lún

Chia nền trong phạm vi tính lún làm 6 lớp: 4 lớp thuộc lớp trên với

hi = 0,50m; 2 lớp thuộc lớp dưới với hi = 1,00m Do cả hai lớp đất đều thuộc loại cố kết bình thường (ORC = 1) độ lún riêng mỗi lớp xác định theo công thức:

Ví dụ 3.13 Dự báo độ lún của móng đơn bê tông cốt thép kích thước đáy l x b = 2,25 x

1,80; đặt sâu 1,5m trên nền 2 lớp có các đặc trưng cơ lý cho ở bảng sau Biết tải trọng gây lún pgl

 OCR Cc Ce Loại đất Độ sâu

mẫu Lớp 1 3,5 17,5 21 2,68 1,6 0,302 0,074 Cát pha 1,8

Lớp 2 – 18,0 26 2,72 1,0 0,168 0 Sét pha 4,5

Giải:

1 Biểu đồ ứng suất và phạm vi tính lún:

Chọn gốc tọa độ tại trọng tâm đáy móng

Ứng suất do trọng lượng bản thân đất ở độ sâu z:

Z  2,0 m; zo = 1(z + hm) = 17,5(z + 1,5) kPa

Z  2,0 m; zo = 1h1 + 2(z – h1 + hm) = 61,25 + 18(z – 2,0) kPa

Ứng suất do tải trọng gây lún gây ra:

z = ko pgl = 120.ko (kPa) Trong đó:

Hình 3.7 Sơ đồ phân tích lún ví dụ 3.13

Bảng kết quả phân tích ứng suất

ni Z(m) ko z(kPa) zo (kPa) z1 (kPa) Ghi chú e

lớp đất cát pha

Phạm vi ảnh hưởng của móng (phạm vi lún) đến độ sâu z = 3,6m với zo 5z

Biểu đồ ứng suất cho trong hình

2 Dự báo lún

 Chia đất nền dưới đáy móng, trong phạm vi lớp cát pha (đến độ sâu z = 2,00m) làm 5 lớp

có chiều dày lần lượt là 0,45 và lớp cuối (i = 5) dày 0,2m

3.2 Tính toán thiết kế kết cấu móng

3.2.1 Lựa chọn vật liệu móng

Vật liệu móng được nói ở đây là bê tông cốt thép Nói chung nên chọn bê tông móng có mác M250 trở lên (tương đương cấp độ bền B20) Bê tông lót móng nên chọn có mác không dưới M100 (B7.5)

Thép sử dụng trong móng, tuỳ thuộc vị trí và chức năng, có thể chọn CII cho thép chịu lực và CI cho thép cấu tạo Đối với móng nông, cốt thép chịu uốn, dù bố trí theo tính toán hay theo yêu cầu cấu tạo cũng như thép chờ cột nên chọn loại CII Các loại khác có thể chọn CI

3.2.2 Thiết kế chiều cao móng đơn

Chiều cao móng được thiết kế để đảm bảo chịu cắt và chịu kéo theo điều kiện:

max R

Trong đó, max - ứng suất cắt/kéo lớn nhất trong bản thân kết cấu móng;

R – cường độ chịu cắt/kéo tương ứng của vật liệu móng

Thông thường, chọn chiều cao móng trong khoảng b/3 ÷ b/4 nhưng không ít hơn 200

c c

N h

u R

* Thông thường, chiều cao móng theo điều kiện ứng suất cắt như phân tích trên đây được dùng cho lựa chọn ban đầu vì sự đơn giản của tính toán Trong phần lớn trường hợp thực tế khả năng chịu cắt của bê tông là tương đối cao, sự phá hoại do ứng suất cắt không xảy ra Cường độ chịu cắt của bê tông, R c , có thể lấy bằng (0.3  0.4)R bn

b Tính móng chịu kéo trên tiết diện nghiêng

Chiều cao móng theo điều kiện chịu kéo là chiều cao thoả mãn điều kiện k ≤ Rk

Ứng suất kéo lớn nhất k xuất hiện trên tiết diện nguy hiểm là tiết diện nghiêng 450 so với

phương ngang kể từ mép chân cột Tuỳ thuộc kích thước móng, tiết diện nguy hiểm có thể có dạng một phương hay hai phương

Xác định tiết diện nguy hiểm và ứng suất kéo lớn nhất :

 Tiết diện một phương xuất hiện khi kích thước móng thoả mãn điều kiện:

c k

 Ứng suất kéo lớn nhất trên tiết diện hai phương:

trong đó Q là tổng tải trọng phá hoại; [Q] là tải trọng cho phép theo tiết diện

 Theo tiết diện một phương:

Q = rmax (l – ac – 2h0) và [Q] = utb.Rk = 2h0Rk

 Theo tiết diện hai phương:

Q = N0 – rtb(ac + 2h0)(bc + 2h0) và [Q] = utb.Rk = 2h0(ac + bc + 2h0)Rk

Ví dụ 3.14 Kiểm tra chiều cao móng đơn bê tông cốt thép kích thước l x b x h = 1,8 x 1,5 x

0,5m, đặt sâu 1,2m trong lớp đất có  = 18 kN/m3 Cột trên móng kích thước 0,3 x 0,3 m với tải trọng thiết kế theo tính toán giới hạn thứ nhất: No = 350kN; Qo = 48kN và Mo = 72kNm

Biết rằng móng sử dụng bê tông cấp độ bền B20

2 Sơ đồ phân tích cho trên hình dưới đây

3 Kiểm tra chiều cao theo điều kiện chịu kéo chính

Điều kiện kiểm tra: K  RK

Trong đó:

RK – cường độ chịu kéo của bê tông lấy theo bảng 38 (phụ lục II)

RK = 0,9 MPa

K – ứng suất kéo trên tiết diện nguy hiểm

 Xác định dạng tiết diện nguy hiểm:

bc + 2ho = 0,3 + 2.0,45 = 1,2m ( b = 1,5m)

ac + 2ho = 0,3 + 2.0,45 = 1,2m ( l = 1,8m)

 tiết diện nguy hiểm dạng hai phương

 Xác định ứng suất kéo trên tiết diện nguy hiểm:

Hình 3.8 Sơ đồ kiểm tra chiều cao móng ví dụ 3.14

Ví dụ 3.15 Kiểm tra chiều cao móng đơn bê tông cốt thép kích thước l x b x h = 1,5 x 1,0 x

0,5 (m) dưới tải trọng thiết kế theo tính toán giới hạn thứ nhất

No = 320kN; Qo = 45kN và Mo = 86kNm Móng đặt sâu 1,5 m trong lớp đất có  = 18,5 kN/m3

Biết rằng tiết diện cột ac x bc = 0,40 x 0,25 m; Bê tông móng cấp độ bền B20