2 2 xác định kích thước sơ bộ đáy móng công trình ngầm

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... Giả thiết móng cứng không bị uố

2.2 Xác định kích thước sơ bộ đáy móng công trình ngầm

2.2.1 Móng đơn chữ nhật

Bước 1: Giả thiết một giá trị bề rộng móng b

Giá trị ban đầu này có thể chọn bất kỳ, với người chưa có kinh nghiệm thiết kế có thể chọn trong khoảng 1m đến 3m.

Bước 2: Xác định cường độ tính toán trên nền R:

Có 2 cách xác định R: tính theo các chỉ tiêu cơ lý hoặc sử dụng bảng tra.

* Xác định R theo các chỉ tiêu cơ lý:

II II II II 0 tc

m m

(Ab B.h D.c h )

Bảng 2.1 Lưu ý nhà khung là kết cấu mềm m2 = 1.

ktc- hệ số tin cậy.

đất.

giải tích:

II II

0,25A

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

Hình 2.8 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.

II

hh

=

Σ γ

γ =

II

γ :

htđh = h1+ hs s

' II

γγ

Chỳ ý:

- Trọng lượng riờng hiệu quả của đất, lấy bằng trọng lượng riờng tự nhiờn cho đất trờn mực nước ngầm, trọng lượng riờng đẩy nổi cho đất dưới mực nước ngầm Riờng đối với đất sột cứng, nửa cứng (IL ≤ 0,25), khụng thấm nước thỡ lấy bằng trọng lượng riờng bóo hoà.

- Cú thể ỏp dụng cụng thức (2.1) với múng cú hỡnh dạng trờn mặt bằng bất kỳ Đối với múng cú dạng hỡnh trũn hoặc đa giỏc đều, trị số "b" lấy bằng A m , trong đú Am là diện tớch đỏy múng.

- Khi chiều sõu đặt múng nhỏ hơn 1m, để tớnh toỏn R theo cụng thức (2.1), lấy h

= 1m, trừ trường hợp khi nền là cỏt bụi no nước hoặc đất loại sột cú độ sệt IL > 0,5, lỳc này chiều sõu đặt múng lấy theo thực tế từ cốt quy hoạch.

- h. '

II

γ = q cũn gọi là ỏp lực hụng mặt bờn múng, cú tỏc dụng chống sự đẩy trồi của múng Trường hợp ỏp lực hụng hai bờn múng khỏc nhau, vớ dụ tụn nền khụng đều , thỡ lấy trị số nhỏ hơn đưa vào tớnh toỏn

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

II td II II tc

m m ( Ab B.h D.c ) k

Hỡnh 2.8 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

Bảng 2.1 Hệ số m1, m2

m1

Hệ số m2 đối với nhà và công trình có

sơ đồ kết cấu cứng với tỷ số chiều dài của nhà (công trình) hoặc từng đơn nguyên với chiều cao L/H bằng:

1,11,1

1,31,3Cát bụi:

- Khô và ít ẩm

- No nước

1,21,1

1,01,0

1,21,2Đất hòn lớn, có chất nhét là sét và đất sét

có độ sệt IL ≤ 0,5

Như trên, có độ sệt IL > 0,5

1,21,1

1,11,0

1,11,0

Chú thích:

1 Sơ đồ kết cấu cứng là những nhà và công trình mà kết cấu của nó có khả năng đặc biệt để chịu nội lực thêm gây ra bởi biến dạng của nền, muốn thể phải dùng các biện pháp nêu ở điều 3.75 của TCXD 45-78.

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

cII(kPa)

1 Trồng trọt 0,7 17

Móng nông trên nền thiên nhiên, đáy móng ở cos -1,95m Nhà khung bê tông cốt thép tôn nền trong nhà cao hơn ngoài nhà 0,45 m, trọng lượng riêng của đất tôn nền γtn = 17kN/m 3 Xác định cường độ tính toán của nền cho móng giữa có kích thước lxb = 2,2x1,8 m và móng biên có kích thước lxb = 2,0x1,6 m khi mực nước ngầm nằm dưới mặt đất tự nhiên :

a) 1,2 m

b) 4 m

Giải

a) Mực nước ngầm nằm dưới mặt đất tự nhiên 1,2 m.

Xác định các chỉ tiêu vật lý của lớp cát pha cần cho tính toán

h0 = 0 vì không phải móng dưới tầng hầm,

m1 = 1,2 : đáy móng đặt trên cát pha có IL = 0,33 < 0,5 (tra Bảng 2.1)

m2 = 1,0 : khung bê tông cốt thép là kết cấu mềm (tra Bảng 2.1)

ktc = 1,0 : các chỉ tiêu cơ lý được xác định bằng thí nghiệm trực tiếp đối với đất

γII = γdn 2 =9,48kN/m3 : đất cát pha ở tại đáy móng nằm dưới mực nước ngầm

cII = 20 kPa : đáy móng đặt trên nền cát pha

ϕII = 18 o tra Bảng 2.2 có: A = 0,43 ; B = 2,72 ; D = 5,31

Móng giữa chiều sâu chôn móng 2 bên bằng nhau h = 1,95 m

b) Mực nước ngầm nằm dưới mặt đất tự nhiên 4 m.

γII = γ =w 2 19,1kN/m3 : đất cát pha ở tại đáy móng nằm trên mực nước ngầm

Móng giữa chiều sâu chôn móng 2 bên bằng nhau h = 1,95 m

Có thể xác định R của đất nền dưới móng có bề rộng b, chôn sâu h theo cường độ

2.3, 2.4, 2.5, 2.6 phụ thuộc trạng thái của đất, loại đất.

b, h: Bề rộng và chiều sâu chôn móng thực tế

sét.

Chú ý:

Xác định R sử dụng bảng tra có độ chính xác không cao chỉ áp dụng khi không có

đủ số liệu để tính theo các chỉ tiêu cơ lý.

Bảng 2.3 Áp lực tính toán quy ước Ro trên đất hòn lớn và đất cát

- Cát thô không phụ thuộc độ ẩm

- Cát thô vừa không phụ thuộc độ ẩm

400300

300200150

500400

300200

250150100

Bảng 2.4 Áp lực tính toán quy ước Ro trên đất sét (không lún ướt)

(Phạm vi sử dụng xem ở điều 3.46 TCXD 45-78)Loại đất sét Hệ số rỗng e Ro kPa ứng với độ sệt của đất

có độ no nước G ≥ 0,8 và đất có độ no nước bé khi có khả năng thấm ướt chúng.

2 Đối với đất lún sụt có các giá trị γ k và G trung gian thì R o xác định bằng nội suy.

Bảng 2.6 Áp lực tính toán quy ước Ro trên nền đất đắp đã ổn định

(Phạm vi dùng xem ở điều 10.6 TCXD 45-78)

Loại đất

Ro (kPa)Cát thô, cát trung,

cát mịn xỉ v.v

Cát bụi,đất sét tro v.v ứng với độ bão hoà G

G ≤ 0,5 G ≥ 0,8 G ≤ 0,5 G ≥ 0,8Đất trong lúc san nền đầm chặt theo điều

Các bãi thải đất và phế liệu sản xuất sau

Các bãi thải đất và phế liệu sản xuất

Các nơi đổ đất và phế liệu sản xuất sau

Các nơi đổ đất và phế liệu sản xuất

Chú thích:

1 Trị số R o ở bảng 2.6 là của các móng có độ sâu đặt móng h 1 =2m Khi độ sâu đặt móng

h< 2m giá trị R o sẽ giảm bằng cách nhân với hệ số: 1

12

N.m

tc

o

móng

m - Hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen Móng chịu tải lệch tâm m tỷ lệ với

độ lệch tâm của tải trọng tiêu chuẩn tại đáy móng Thường chọn sơ bộ m = 1,1 ÷ 1,7

Bước 4: Tính lại giá trị b:

k = l/b - tỷ số cạnh dài trên bề rộng của đáy móng.

Trị số k ảnh hưởng đến tỷ lệ diện tích cốt thép theo 2 phương, k hợp lý khi diện tích cốt thép yêu cầu/1m dài móng theo 2 phương xấp xỉ nhau Do chưa biết b nên

Chú ý:

Không cần thiết phải tính lặp cho đến khi giá trị b tính được ở bước 4 xấp xỉ bằng

b giả thiết ở bước 1 vì ta chưa biết chính xác giá trị của hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen m Giá trị b hợp lý thường rất gần giá trị b tính được

Bước 5: Kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng

- Móng chịu tải lệch tâm một phương:

Giả thiết móng cứng (không bị uốn) và coi áp lực lên nền phân bố tuyến tính, sử dụng công thức Sức bền vật liệu:

h.l

e6l

e61b.l

M

0 m

tc y

tc x b

N

h.QM

=

Nếu một trong các điều kiện của (2.6) không thoả mãn thì căn cứ vào kết quả kiểm

min

chọn được cặp lxb hợp lý.

Bước 6: Kiểm tra điều kiện áp lực lên lớp đất yếu

thái vật lý) như Hình 2.10, kích thước móng phải được kiểm tra theo điều kiện:

N

tc ox

Q

tc oy

M

tc maxp

tc minp

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

cII - lực dính đơn vị của "đất yếu",

II

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

rộng đều cả 2 phía xuống lớp đất yếu (trị số này mang tính quy ước nhiều hơn là dựa vào 1 căn cứ lý thuyết chặt chẽ).

z = +

* H z=

σ

tc o

N

gl z

σ

bt z

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.

Chú ý:

Khái niệm "đất yếu" là nói đến sự "yếu hơn" về cường độ của lớp đất đang xét so với các lớp đất bên trên Nhiều trường hợp lớp đất đang xét có cường độ khá cao nhưng yếu hơn so với các lớp đất phía trên thì vẫn phải kiểm tra.

Bước 7: Kiểm tra nền theo trạng thái giới hạn II và I (nếu cần).

γs(kN/m3)

W(%)

WL(%)

WP(%)

ϕII(o)

cII(kPa)

E(kPa)

1 Trồng trọt 2 17

γ = 18,3 kN/ m 3

3

m = 17 kN/

2

MNN -4,40

-3,00

-3,80 -2,40 -0,40

Đáy móng ở cos -3,8m Xác định kích thước sơ bộ đáy móng

Bước 1: Giả thiết một giá trị bề rộng móng b = 1m

Bước 2: Xác định cường độ tính toán của nền R:

' '

1 2

II II II II 0 tc

m2 = 1,0 do kết cấu khung bê tông cốt thép là kết cấu mềm

ktc = 1 do các chỉ tiêu cơ lý của đất được xác định bằng thí nghiệm trực tiếp

Đáy móng hạ vào lớp sét pha có cII = 28 kPa, ϕII = 15 o

Với ϕII = 15 o tra Bảng 2.2 được: A = 0,32

B = 2,30

D = 4,84

γII = γw2 = 18,3 kN/m 3 (đáy móng nằm trên mực nước ngầm)

Bề rộng tầng hầm 12m < 20m do đó độ sâu chôn móng h kể từ đáy móng đến cốt thiên nhiên (cốtsan nền):

h = 3,8 - 0,4 = 3,4 m

2

i i ' i 1

II

h17.2 18,3.1,4

Bước 3: Xác định kích thước sơ bộ đáy móng A m :

Trọng lượng đất trên móng ở hai bên khác nhau do đó sử dụng chiều sâu chôn móng trung bình

tc 0 m

tc đc

tc 0 tc

min

l

e61b.l

NN

78,05,0b2

++

=+

++

=

17,70750

86,0.17,707,0.90150N

N

e.Nh.Q

333,0.612.5,2

17,70750

R2,1p

Rp

57,32281,268.2,1kPa13,311

kPa81,268kPa03,180

13,31157

Do lớp thứ 3 có E3 = 7800 kPa < E2 = 10000 kPa nên phải kiểm tra điều kiện áp lực lên nền đất

“yếu”

Bước 6: Kiểm tra điều kiện áp lực lên lớp đất yếu

Điều kiện kiểm tra:

γ = 8,74 kN/ m 3

2

3 = 8,30 kN/

Hình 2.12 Kiểm tra điều kiện áp lực lên lớp đất yếu

Trọng lượng riêng hiệu quả các lớp đất:

m2 = 1,0 do kết cấu khung bê tông cốt thép là kết cấu mềm

ktc = 1 Do các chỉ tiêu cơ lý của đất được xác định bằng thí nghiệm trực tiếp

Đất sét có: cII = 26 kPa, ϕII = 12 o

Với ϕII = 12 o tra Bảng 2.2 được: A = 0,23

B = 1,94

D = 4,42

γII = γđn3 = 8,3 kN/m 3 (mặt lớp đất yếu nằm dưới mực nước ngầm)

hy = 5,4m (bề rộng tầng hầm 12m < 20 m do đó hy được xác định từ mặt lớp đất yếu đến cos san nền)

Có: σglz 2m = + σbtz 5,4m = =129,53 kPa < Rđy = 311,90 kPa

→ Đảm bảo điều kiện áp lực lên nền đất yếu

Bước 7: Kiểm tra nền theo trạng thái giới hạn I và II Xem ví dụ 2.10.

2.2.2 Móng tròn

Bước 1: Chọn sơ bộ đường kính móng D = D1

Bước 2: Xác định cường độ tính toán trên nền R:

32

π

- Nếu cả 3 điều kiện đều thoả mãn và ở một điều kiện giá trị vế trái gần bằng giá trị vế phải thì đường kính đáy móng sơ bộ là hợp lý.

- Nếu cả 3 điều kiện đều thoả mãn và các giá trị vế trái nhỏ hơn đáng kể so với các giá trị ở vế phải (10%) thì có thể xem xét phương án móng vành khuyên.

- Nếu có 1 điều kiện không thoả mãn thì cần làm móng bản tròn và điều chỉnh

min

cho đến khi chọn được D hợp lý.

Bước 4: Kiểm tra điều kiện áp lực lên lớp đất yếu (nếu cần)

Bước 5: Kiểm tra nền theo trạng thái giới hạn II và I (nếu cần).

D1 D

d bvk bvk

D 1

D

D

Hình 2.14 Móng vành khuyên Hình 2.13 Móng tròn

2.2.3 Móng vành khuyên

trong của móng lần lượt là D và d (Hình 2.14)

khoảng cách từ mép trong đến mép ngoài của móng nơi sự trượt cục bộ xuất hiện:

Bước 2: Xác định cường độ tính toán trên nền R

Bước 3: Kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng

tc tc tc

>D/3 thì chuyển sang làm móng tròn Nếu kích thước móng thừa nhiều thì chọn giá trị bvk nhỏ hơn → tính R, tcmax

min

Bước 4: Kiểm tra điều kiện áp lực lên lớp đất yếu (nếu cần)

Bước 5: Kiểm tra nền theo trạng thái giới hạn II và I (nếu cần).

Ví dụ 2.3

Điều kiện địa chất giống như ở ví dụ 2.1, mực nước ngầm nằm dưới mặt đất tự nhiên 4 m Xác

định kích thước sơ bộ móng tròn đỡ xilô có chiều cao 5 m đường kính ngoài D1 = 2 m Đáy móng chôn sâu 1,5 m, chiều cao móng hm = 0,7m Tải trọng kết cấu truyền xuống tại đỉnh móng:tc

Q = 40 kN Xác định kích thước sơ bộ đáy móng theo điều kiện

áp lực tiêu chuẩn lên nền

Giải

Sơ bộ chọn đường kính móng D bằng đường kính mặt bằng công trình D1 = 2 m

Cường độ tính toán của nền:

m1 = 1,2: đáy móng đặt trên cát pha có IL = 0,33 < 0,5 (tra Bảng 2.1)

m2 = 1,1: đáy móng đặt trên cát pha có IL = 0,33< 0,5 ; kết cấu cứng với

5

2H

L

= =0,4 < 1,5 ktc = 1,0 : các chỉ tiêu cơ lý được xác định bằng thí nghiệm trực tiếp đối với đất

γII = γ =w 2 19,1kN/m3 : đất cát pha ở tại đáy móng nằm trên mực nước ngầm

cII = 20 kPa : đáy móng đặt trên nền cát pha

π = 188,96 kPa < R = 258,29 kPa (Chênh 26,84 %)

→ Kích thước đáy móng hợp lý theo điều kiện áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng

Ví dụ 2.4

Điều kiện địa chất giống như ở ví dụ 2.1, mực nước ngầm nằm dưới mặt đất tự nhiên 4 m Xác

định kích thước sơ bộ móng tròn đỡ xilô có chiều cao 6 m đường kính ngoài D1 = 2,4 m Đáy móng chôn sâu 1,5 m, chiều cao móng hm = 0,7 m Tải trọng kết cấu truyền xuống tại đỉnh móng:tc

Q = 25 kN Xác định kích thước sơ bộ đáy móng theo điều kiện

áp lực tiêu chuẩn lên nền

m1 = 1,2 : đáy móng đặt trên cát pha có IL = 0,33 < 0,5 (tra Bảng 2.1)

m2 = 1,1 : đáy móng đặt trên cát pha có IL = 0,33 < 0,5; kết cấu cứng với L 2,4

H = 6 =0,4 < 1,5 ktc =1,0 : các chỉ tiêu cơ lý được xác định bằng thí nghiệm trực tiếp đối với đất

γII = γw2 =19,1kN/m3 : đất cát pha ở tại đáy móng nằm trên mực nước ngầm

cII = 20 kPa : đáy móng đặt trên nền cát pha

ϕII = 18 o tra Bảng 2.2 có: A = 0,43 ; B = 2,72 ; D = 5,31

π = 156,11 kPa < R = 261,22 kPa (Chênh 40,24% > 5%)

→ Kích thước đáy móng thừa nhiều → Chuyển sang phương án móng vành khuyên.Chọn sơ bộ bề rộng móng vành khuyên bvk = D1

2 =

2,4

2 = 1,2 mĐường kính trong của móng:

Tải trọng nén tiêu chuẩn tại đáy móng:

= = 92,98 kPa < R = 251,14 kPa (Chênh 62,98%)

→ Kích thước đáy móng thừa nhiều → Chọn lại bvk = 0,38 m

= = 228,61 kPa < R = 242,25 kPa (Chênh 5,63% > 5%)

→ Kích thước đáy móng hợp lý theo điều kiện áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng

2.2.4 Móng hợp khối chữ nhật

Bước1: Chọn sơ bộ chiều cao móng hm

Bước2: Xác định trọng tâm đáy móng

tc 1 N

Hình 2.15 Xác định trọng tâm đáy móng hợp khối

tc 1 Q tc 1 M

tc 2 N

tc 2 Q tc 2 M

ph

tr N

m h

ph

tr x o

1

Cần bố trí mặt bằng móng sao cho trị số mômen của tải trọng tiêu chuẩn ở đáy móng trong hai trường hợp khi gió thổi từ trái sang và khi gió thổi từ phải sang bằng nhau Mụch đích là để giảm độ nghiêng của móng Tiến hành như sau:

- Chọn hai cặp tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất (cho tổng lực nén lớn nhất) ứng với trường hợp tải gió tác dụng từ trái sang và trường hợp tải gió tác dụng từ phải sang.

lực tải trọng tiêu chuẩn ở đáy móng ứng với trường hợp gió trái và gió phải Với các nội lực tại 2 chân cột lấy từ tổ hợp ứng với trường hợp gió trái có:

đáy móng ứng với trường hợp gió trái và gió phải:

0 tr

Bước 3: Xác định diện tích đáy móng sơ bộ

Chọn cặp nội lực nguy hiểm hơn để tính toán.

Diện tích sơ bộ đáy móng:

ván khuôn cột, có thể bỏ qua nếu thi công không yêu cầu.

Giả thiết một giá trị b, tính được R, tính lại b theo (2.17) Không cần tính lặp cho

đến khi b giả thiết và b tính được xấp xỉ nhau vì ta chưa biết chính xác trị số của hệ

Bước 4: Kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng

p

tc min

tc max tc

tb

+

=

b.l

- Kích thước móng chọn có liên quan đến diện tích cốt thép yêu cầu Kích thước móng chọn là hợp lý theo tiêu chí này khi chiều dài phần công sơn mở rộng từ

cột 2 theo phương cạnh dài (do đó cho trị số mômen theo hai phương xấp xỉ nhau)

+ Nếu phần công sơn mở rộng theo phương cạnh ngắn nhỏ hơn nhiều so với phần công sơn mở rộng theo phương cạnh dài thì chứng tỏ giải pháp móng hợp khối hình chữ nhật không hợp lý Trường hợp này có thể chọn giải pháp móng đơn hay móng kết hợp kiểu công sơn.

+ Nếu phần công sơn mở rộng theo phương cạnh ngắn lớn hơn nhiều so với phần công sơn mở rộng theo phương cạnh dài thì nên giảm sự chênh lệch này bằng cách tăng l, giảm b.

Bước 5: Kiểm tra điều kiện áp lực lên lớp đất yếu (nếu cần)

Bước 6: Kiểm tra nền theo trạng thái giới hạn II và I (nếu cần).

γs(kN/m3)

W(%)

WL(%)

WP(%)

ϕII(o)

cII(kPa)

E(kPa)

Mực nước ngầm ở dưới mặt đất tự nhiên 3m

Nhà khung bê tông cốt thép có tường chèn, không tôn nền Móng hợp khối đỡ 2 cột có tiết diện lc1xbc1 = 0,4x0,4m và lc2xbc2 = 0,6x0,4m Chiều cao móng hm = 0,7m Tải trọng tính toán tại các chân cột ứng với trường hợp tải trọng gió tác dụng từ trái sang và từ phải sang cho như trong bảng

Gió trái sang (tổ hợp 1,2,3,4) Gió phải sang (tổ hợp 1,2,3,5)

N02(kN)

M0y2(kNm)

Q0x2(kN)

N01(kN)

M0y1(kNm)

Q0x1(kN)

N02(kN)

M0y2(kNm)

Q0x2(kN)

lnh = 1900

Qtt0x2

02 tt

N

Mtt0y2

0y1 tt

M

Ntt01

0x1 tt

Q