PHẦN 1 : NHỮNG VẤN ĐỀCHUNGGiới thiệu chungĐồ án thiết kế Nền móng là một nhiệm vụ bắt buộc đối với mọi sinh viên ngành công trình. Tạitrường Đại học Xây dựng, đồ án Nền móng bao gồm hai phần riêng: thiết kế móng nông cho mộtcông trình cụ thể và thiết kế móng cọc cho một cột độc lập. Việc bố trí nội dung như vậy một phầnđể sinh viên có điều kiện thực hành thiết kế cả hai loại móng cơ bản đồng thời hình dung được toànbộ móng của một công trình hoàn chỉnh mà không làm tăng nhiều khối lượng thực hiện.Để hoàn thành đồ án môn học Nền móng sinh viên cần phải vận dụng được kiến thức về các mônhọc liên quan trực tiếp như Cơ học đất và Kết cấu bê tông cốt thép. Kiến thức về Địa chất công trìnhvà Sức bền vật liệu cũng là những môn học được vận dụng trong thiết kế Nền móng. Trong quá trìnhthực hiện đồ án sinh viên phải chủ động tìm kiếm, liên kết các kiến thức liên quan để hoàn thànhnhiệm vụ dưới sự hướng dẫn của giáo viên.Cũng cần phải nói rõ giáo viên chỉ là người hướng dẫn, cùng thảo luận và trợ giúp cho sinh viêntrong việc cân nhắc, lựa chọn phương án, giải pháp nền móng, thảo luận và giải đáp những thắcmắc của sinh viên trong quá trình thực hiện đồ án. Việc thông qua đồ án thực chất là thông qua cáclựa chọn do sinh viên đề xuất. Công việc này trước hết là điều bắt buộc để giáo viên có thể kiểmsoát và thúc đẩy quá trình học tập của sinh viên nhưng cũng là điều cần thiết cho sinh viên trongbước đầu làm quen với công việc thiết kế nền móng. Sinh viên được quyền thay đổi phương án ngaycả khi đã được giáo viên thông qua nhưng phải bảo vệ được ý kiến của mình. Các ý kiến riêng củasinh viên, dù cho đã là hợp lý hay chưa hợp lý cũng rất được trân trọng, miễn là có cơ sở để nêu lênvà bảo vệ nó.Cuối cùng, đồ án môn học là sản phẩm của từng sinh viên. Sản phẩm này bao gồm tập thuyết minhtính toán, lựa chọn các thông số cho giải pháp nền và móng, thể hiện các lựa chọn đó lên bản vẽ đủđể có thể triển khai thi công được. Từng sinh viên phải bảo vệ sản phẩm của mình một cách tự tin vàthuyết phục trước Hội đồng đánh giá của Bộ môn.2Chương 1: Số liệu và các qui định trong Đồ án1.1 Số liệu đồ ánMỗi sinh viên có một tập hợp số liệu riêng bao gồm dữ liệu về công trình và tải trọng, dữ liệu về địachất công trình. Tập số liệu này được xác định theo số hiệu đầu bài đồ án. Trong tổng hợp đầu bàihiện nay của bộ môn có hơn 200 đầu bài cho mỗi phần. Nội dung chi tiết đầu bài sinh viên lấy từtrang http:geo.nuce.edu.vn theo số đầu bài của mình (được gọi là số đề bài)1.1.1 Phần móng nôngĐầu bài phần thiết kế móng nông bao gồm: Mặt bằng công trình trên đó ba cấu kiện tiếp đất dạng cộttường cơ bản được đánh dấu C1, C2và C3T3. Tải trọng tính toán (tải trọng thiết kế theo trạng thái giới hạn thứ nhất) ở cao trìnhmặt đất của hai cấu kiện tiếp đất (C1 và T3) được cho trong bảng “số liệu đồ án nền móng –phần móng nông”. Mỗi số đề bài ứng với một dòng trong bảng. Cấu trúc địa tầng được cho gồm ba lớp đất với chiều dày khác nhau cũng được cho trên cùngmột dòng nói trên. Mỗi lớp đất được kí hiệu bởi một con số. Kết quả thí nghiệm đối với từnglớp đất (ứng với mỗi số hiệu) bao gồm thí nghiệm mẫu và thí nghiệm hiện trường (SPT vàCPT) được cho ở “bảng số liệu địa chất” trên dòng có cùng số hiệu.1.1.2 Phần móng cọcĐầu bài phần thiết kế móng cọc bao gồm: Tải trọng thiết kế theo trạng thái giới hạn thứ nhất ở cao trình mặt đất (chân cột) cũng như tiếtdiện cột được cho trong dòng số liệu ứng với số đề bài của sinh viên trong bảng “số liệu đồ ánnền móng – phần móng cọc”. Cấu trúc địa tầng của đồ án bao gồm 4 lớp có số hiệu lớp và chiều dày khác nhau được chotrên cùng một dòng tương tự phần móng nông. Kết quả thí nghiệm đất cho ở cùng “bảng sốliệu địa chất” với phần móng nông.Sau khi thu thập được dữ liệu đầu bài, sinh viên phải trình với giáo viên hướng dẫn để xác nhận đãcó số liệu đúng của mình.1.2 Một số qui định cụ thể1.2.1 Về tính trung thực học đường:
PHẦN : NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG Giới thiệu chung Đồ án thiết kế Nền móng nhiệm vụ bắt buộc sinh viên ngành cơng trình Tại trường Đại học Xây dựng, đồ án Nền móng bao gồm hai phần riêng: thiết kế móng nơng cho cơng trình cụ thể thiết kế móng cọc cho cột độc lập Việc bố trí nội dung phần để sinh viên có điều kiện thực hành thiết kế hai loại móng đồng thời hình dung tồn móng cơng trình hồn chỉnh mà khơng làm tăng nhiều khối lượng thực Để hồn thành đồ án mơn học Nền móng sinh viên cần phải vận dụng kiến thức môn học liên quan trực tiếp Cơ học đất Kết cấu bê tông cốt thép Kiến thức Địa chất cơng trình Sức bền vật liệu môn học vận dụng thiết kế Nền móng Trong q trình thực đồ án sinh viên phải chủ động tìm kiếm, liên kết kiến thức liên quan để hoàn thành nhiệm vụ hướng dẫn giáo viên Cũng cần phải nói rõ giáo viên người hướng dẫn, thảo luận trợ giúp cho sinh viên việc cân nhắc, lựa chọn phương án, giải pháp móng, thảo luận giải đáp thắc mắc sinh viên trình thực đồ án Việc thông qua đồ án thực chất thông qua lựa chọn sinh viên đề xuất Công việc trước hết điều bắt buộc để giáo viên kiểm sốt thúc đẩy q trình học tập sinh viên điều cần thiết cho sinh viên bước đầu làm quen với công việc thiết kế móng Sinh viên quyền thay đổi phương án giáo viên thông qua phải bảo vệ ý kiến Các ý kiến riêng sinh viên, hợp lý hay chưa hợp lý trân trọng, miễn có sở để nêu lên bảo vệ Cuối cùng, đồ án mơn học sản phẩm sinh viên Sản phẩm bao gồm tập thuyết minh tính tốn, lựa chọn thơng số cho giải pháp móng, thể lựa chọn lên vẽ đủ để triển khai thi công Từng sinh viên phải bảo vệ sản phẩm cách tự tin thuyết phục trước Hội đồng đánh giá Bộ môn Chương 1: Số liệu qui định Đồ án 1.1 Số liệu đồ án Mỗi sinh viên có tập hợp số liệu riêng bao gồm liệu cơng trình tải trọng, liệu địa chất cơng trình Tập số liệu xác định theo số hiệu đầu đồ án Trong tổng hợp đầu mơn có 200 đầu cho phần Nội dung chi tiết đầu sinh viên lấy từ trang http://geo.nuce.edu.vn theo số đầu (được gọi số đề bài) 1.1.1 Phần móng nơng Đầu phần thiết kế móng nơng bao gồm: Mặt cơng trình ba cấu kiện tiếp đất dạng cột/tường đánh dấu C1, C2 C3/T3 Tải trọng tính toán (tải trọng thiết kế theo trạng thái giới hạn thứ nhất) cao trình mặt đất hai cấu kiện tiếp đất (C1 T3) cho bảng “số liệu đồ án móng – phần móng nơng” Mỗi số đề ứng với dòng bảng Cấu trúc địa tầng cho gồm ba lớp đất với chiều dày khác cho dòng nói Mỗi lớp đất kí hiệu số Kết thí nghiệm lớp đất (ứng với số hiệu) bao gồm thí nghiệm mẫu thí nghiệm trường (SPT CPT) cho “bảng số liệu địa chất” dòng có số hiệu 1.1.2 Phần móng cọc Đầu phần thiết kế móng cọc bao gồm: Tải trọng thiết kế theo trạng thái giới hạn thứ cao trình mặt đất (chân cột) tiết diện cột cho dòng số liệu ứng với số đề sinh viên bảng “số liệu đồ án móng – phần móng cọc” Cấu trúc địa tầng đồ án bao gồm lớp có số hiệu lớp chiều dày khác cho dòng tương tự phần móng nơng Kết thí nghiệm đất cho “bảng số liệu địa chất” với phần móng nơng Sau thu thập liệu đầu bài, sinh viên phải trình với giáo viên hướng dẫn để xác nhận có số liệu 1.2 Một số qui định cụ thể 1.2.1 Về tính trung thực học đường: Sinh viên phải tự hồn thành nhiệm vụ, thơng qua phần theo qui định giáo viên trực tiếp hướng dẫn Sinh viên quyền tham khảo đồ án cũ, tài liệu liên quan tuyệt đối khơng chép đồ án/ví dụ mẫu cách máy móc Bất kì nội dung mà khơng lý giải cách có lý coi chép coi không hợp lệ Những đồ án tồn nội dung đánh giá thấp bị buộc phải làm lại 1.2.2 Trình bày thuyết minh: Thuyết minh tính tốn thiết kế trình bày giấy A4, viết tay mặt theo trình tự chung (mục lục) sau Bìa: (xem bố trí chung bìa đồ án mơn học) cần có thơng tin quan trọng sau: o o o o Tên sinh viên ; Số đề ; Tên giáo viên hướng dẫn ; Niên khoá thực Phần móng nơng: gồm tờ theo thứ tự: o o o o o o o o o o o o Tờ đề đồ án có chữ kí xác nhận giáo viên hướng dẫn ; Tờ thông qua phần có chữ kí xác nhận giáo viên hướng dẫn ; Tờ mặt cơng trình ; Tờ tổng hợp số liệu ban đầu ; Phần I: Xử lý số liệu ; 1.1 Cơ sở thiết kế ; 1.2 Xử lý số liệu tải trọng ; 1.3 Xử lý số liệu địa chất; 1.4 Đưa phương án móng, đặc biệt ; Phần II: Tính tốn thiết kế móng nơng ; 2.1 Xác định kích thước móng ; 2.2 Thiết kế kết cấu móng Phần móng cọc: gồm tờ theo thứ tự: o o o o o o o o o o Tờ đề đồ án có chữ kí xác nhận giáo viên hướng dẫn; Tờ tổng hợp số liệu ban đầu; Phần I: Xử lý số liệu; 1.1 Cở sở thiết kế; 1.2 Xử lý số liệu tải trọng; 1.3 Xử lý số liệu địa chất; 1.4 Đưa phương án móng cọc đài thấp; Phần II: Thiết kế móng cọc; 2.1 Thiết kế sơ bộ; 2.2 Tính tốn kiểm tra móng cọc Bản vẽ thể hiện: Bản vẽ thể cho hai phần đồ án giấy khổ (297 x 840 mm) bao gồm nội dung sau đính kèm vào thuyết minh cuối phần tương ứng Đối với phần móng nơng o o o o o Trụ địa chất đặc trưng ; Mặt móng cơng trình ; Chi tiết xử lý (nếu có) ; Chi tiết móng C1 T3 ; Cấu tạo khe lún (nếu có) ; o Các ghi cần thiết vật liệu, biện pháp thi công đặc biệt ; o Thống kê thép cho hai móng thiết kế chi tiết (C1 T3) (chỉ thống kê tương đối cho 1m dài) ; o Cấu tạo giằng móng Đối với phần móng cọc Trụ địa chất đặc trưng kèm sơ đồ phương án móng cọc đài thấp ; Cấu tạo chi tiết đoạn cọc ; Cấu tạo chi tiết đài cọc liên kết cọc – đài ; Chi tiết liên kết đoạn cọc ; chi tiết mũi cọc, lưới đầu cọc ; Ghi vật liệu, tổ hợp đoạn cọc thành cọc, biện pháp hướng dẫn thi công cọc, sức chịu tải cho phép cọc Tải trọng ép (nếu thi công ép cọc) ; búa đóng cọc (nếu thi cơng đóng cọc) ; o Thông kê thép o o o o o Chương 2: Xử lý số liệu 2.1 Cơ sở thiết kế Móng thiết kế phải đáp ứng yêu cầu của: Tiêu chuẩn hành (Ví dụ : TCVN 9362 – 2012) Yêu cầu chủ đầu tư nêu thoả thuận nhiệm vụ thiết kế (nếu có) Sinh viên kiểu loại cơng trình điều kiện địa chất cụ thể để xác định yêu cầu cụ thể trạng thái giới hạn bao gồm nội dung cụ thể tối thiểu sau đây: Hệ số an toàn cho phép, [Fs] = Độ lún cho phép, [S] = Độ lún lệch cho phép, [S] = 2.2 Xử lý số liệu tải trọng 2.2.1 Tải trọng tính tốn (thiết kế theo trạng thái giới hạn nhứ nhất) Móng cho cột C1: N1 =; M1 =; Q1 = Móng cho tường T1: N1 =; M1 =; Q1 = (các giá trị tải trọng cho đầu đồ án) 2.2.2 Tải trọng tiêu chuẩn (thiết kế theo trạng thái giới hạn thứ hai) Móng cho cột C1: N2 = N1/; M2 = M1/; Q2 = Q1/ Móng cho tường T1: N2 = N1/; M2 = M1/; Q2 = Q1/ ( hệ số an toàn chung tải trọng, chọn = 1.1 ÷ 1.2, thông thường = 1.15 ) 2.3 Xử lý số liệu địa chất 2.3.1 Dữ liệu ban đầu Cấu trúc địa tầng đồ án mơn học Nền móng Trường Đại học Xây dựng, phần móng nơng gồm ba (03) lớp đất đại diện cho toàn mặt khu vực xây dựng (được coi có chiều dày khơng thay đổi), phần móng cọc đồ án gồm lớp Chiều dày lớp chất vật lý – học chúng thay đổi khác đổi với đầu đồ án cụ thể Tuỳ theo số hiệu đề bài, sinh viên tìm thấy cấu trúc địa tầng cụ thể cho đồ án Tồn phần số liệu địa chất cơng trình bao gồm: Số hiệu chiều dày lớp đất: sinh viên lấy từ bảng “Số liệu đồ án móng - Phần móng nơng” theo số đề định Mỗi đề (cho sinh viên) ứng với dòng bảng Các lớp đất xếp theo thứ tự từ mặt đất trở xuống gọi lớp 1, lớp lớp với hai (02) số quan trọng chiều dày lớp số hiệu lớp Kết thí nghiệm lớp cho (01) dòng bảng “Số liệu địa chất” ứng với số hiệu Ví dụ, lớp đất có số hiệu 15: tìm cột bảng “Số liệu địa chất” đến số 15 Dòng số liệu tương ứng cho kết thí nghiệm đất có số hiệu 15 bao gồm kết thí nghiệm phòng hai thí nghiệm trường phổ biến, CPT SPT: o Các tiêu vật lý (, , W); tiêu trạng thái vật lý đất dính (Wch, Wd); kết phân tích hạt đất rời; o Đối với đặc trưng học, phân biệt nhóm đất sau: Đất bùn: khơng xác định thí nghiệm phòng (vì khơng lấy mẫu nguyên dạng dụng cụ lấy mẫu thơng dụng); Đối với đất dính thơng thường: có đặc trưng cường độ đất (, c) quan hệ e – từ thí nghiệm nén chiều; Đối với đất rời: có đặc trưng cường độ đất (vì khơng lấy mẫu nguyên dạng) 2.3.2 Xác định tên trạng thái đất Đất dính loại đất có hàm lượng hạt mịn tương đối cao, nhận biết trực giác kiểm tra mẫu đất trình khoan Trong phòng thí nghiệm, mẫu đất dính cho phép làm thí nghiệm tạo trạng thái giới hạn dẻo đó, người tiếp nhận kết thí nghiệm (khơng trực tiếp thí nghiệm) dựa vào kết thí nghiệm xác định giới hạn dẻo để nhận biết đất dính Đất rời, ngược lại, khơng thể tạo trạng thái giới hạn dẻo Dựa vào đặc điểm này, phân loại đất dính/đất rời trước hết dựa vào kết thí nghiệm Atterberg: có kết thí nghiệm Atterberg (có Wch; Wd): đất dính; khơng làm thí nghiệm Atterberg: đất rời a Tên đất Đất rời = Cát loại ={cát bụi; cát nhỏ; cát vừa; cát thơ; cát sạn; sỏi sạn} Ngồi ra, thuộc nhóm đất rời số loại đất hạt thô khác Để xác định tên đất rời, cần phải xác định hàm lượng nhóm hạt có kích thước lớn kích thước định danh, p(d > d*) sau đối chiếu với qui định ảng – Phụ lục II theo thứ tự từ xuống dừng vị trí/dòng thoả mãn Kích thước định danh đất rời, d* = {0.1; 0.25; 0.50; 2.00} Đất dính = Sét loại = {Sét; sét; cát} Để xác định tên đất dính, cần xác định số dẻo, A = (Wch – Wd) sau đối chiếu với qui định ảng (Phụ lục II) để gọi tên theo qui ước Bùn trường hợp riêng đất dính trạng thái chảy ( có W > Wch) đồng thời có e > 1, cụ thể: o Bùn sét, bùn sét có e > 1.5; o Bùn cát có e > 1.1 b Trạng thái đất Trạng thái đất rời = {Chặt; Chặt vừa; Rời} Trạng thái đất rời xác định dựa vào kết thí nghiệm trường Khi sử dụng kết CPT, trạng thái đất xác định theo Bảng Phụ lục II theo Bảng Phụ lục II ảng Phụ lục II cho xác định trạng thái đất rời theo kết SPT Nếu kết xác định theo hai phương pháp có khác nhau, ưu tiên chọn theo kết CPT Trạng thái đất dính = {Cứng; Dẻo; Chảy} Trạng thái đất dính xác định dựa vào giá trị độ sệt theo phân loại bảng Phụ lục II Đối với đất sét, đất sét, trạng thái đất phân chi tiết theo bảng Phụ lục II Độ sệt đất tính theo cơng thức sau: B W Wd Wch Wd (2.1) Khi sử dụng kết thí nghiệm trường, trạng thái đất dính tham khảo Bảng Phụ lục II theo kết SPT Ví dụ 2.1 Dựa vào kết thí nghiệm sau xác định tên trạng thái đất theo hệ thống phân loại Nga (theo TCVN 9362 – 2012): Độ ẩm tự nhiên W = 22% Độ ẩm giới hạn dẻo Wd = 17% Độ ẩm giới hạn chảy Wch = 42% Giải: Chỉ số dẻo đất: A = Wch – Wd = 42 – 17 = 25 (%) Theo TCVN 9362 – 2012, đất có A thuộc nhóm đất dính A = 25 ( 17) thuộc loại đất sét B= W Wd 22 17 0,2 Wch Wd 42 17 Theo bảng (phụ lục II), đất sét có B = 0,2 thuộc trạng thái nửa cứng Kết luận: Mẫu đất có kết thí nghiệm đất sét nửa cứng Ví dụ 2.2 Dựa vào kết phân tích hạt mẫu đất cát cho đây, xác định tên đất Nếu kết thí nghiệm CPT lớp đất cho giá trị trung bình qc = 4700 kPa đất có trạng thái gì? Kết thí nghiệm phân tích hạt (trọng lượng rây): Rây (di) 10 0,5 0,25 0,1 0,1 Q (gr) 6,2 18,9 22,9 33,8 37,7 44,6 29,4 6,5 Giải: a) Xác định tên đất Bảng sau cho hàm lượng nhóm (trên rây) hàm lượng tích luỹ (đến kích thước rây) dựa vào tính tốn hàm lượng nhóm theo cơng thức: p(d1 d d2) = Q( rây d1 ) 100% Q Kết là: p(d 0,1) = 6,5 100% = 3,25% 200 p(0,1 d 0,05) = 29, 100% = 14,7% 200 p(0,25 d 0,5) = 37,7 100% = 18,85% 200 Bảng xử lý số liệu phân tích hạt: Nhóm hạt (mm) 10 (5;10] (2;5] (1;2] (0,5;1,0] (0,25;0,05] (0,1;0,25] 0,1 p (%) 3,1 9,45 11,45 16,9 18,85 22,30 14,7 5,25 Bảng hàm lượng tích lũy: dr(mm) 10 0,5 0,25 0,1 p (d dr) % 96,90 87,45 76,00 59,10 40,25 17,95 3,25 Bảng hàm lượng định danh(xây dựng theo bảng 5) * d (mm) 10 0,5 0,25 0,1 p (d d ) 3,1 24,0 59,75 82,15 96,75 * Theo bảng (Phụ lục II): p(d 2) = 24% 25% Không phù hợp p(d 0,5) = 59,75% 50% Phù hợp với đất cát thơ Kết luận: Kết phân tích hạt phù hợp vói định nghĩa đất cát thơ, mẫu đất cát thô b) Xác định trạng thái tự nhiên đất Trạng thái đất cát thô xác định dựa vào giá trị qc trung bình Theo kết CPT, qc = 14700 kPa theo bảng (Phụ lục II) ứng với trạng thái chặt vừa Kết luận: Trạng thái tự nhiên đất theo kết CPT chặt vừa Ví dụ 2.3 Mẫu đất nguyên dạng có tiêu vật lý xác định sau: W = 68%; Wd = 29%; Wch = 56%; = 2,66; = 15,84 kN/m3 Hãy xác định tên trạng thái đất Tính tốn bổ sung tiêu vật lý cần thiết khác Giải: (W = 68%) (Wch = 56%) Đất trạng thái chảy A= Wch – Wd = 56 – 29 = 27 (%) Đất sét k e 15,84 9, 43 kN/m3 W 0,68 h 2,68 x 10 1 1,82 r 9, 49 Đất sét có W Wch e = 1,82 1,5 Vậy đất bùn sét S W 2,66x0,68 0,993 S = 100% e 1,82 Mẫu bão hòa nước, đó: = bh = 15,84 kN/m3 Trọng lượng riêng hữu hiệu: = 15,84 – 10,00 = 5,84 kN/m3 Độ rỗng đất: n e 1,82 0,645 e 1,82 n = 64,5% 2.3.3 Tính tốn bổ sung tiêu vật lý đất không thí nghiệm Một số tiêu vật lý quan trọng khác cho phép đánh giá trực tiếp trạng thái tính chất đất phục vụ số tính tốn sau cần bổ sung nhờ tính tốn theo cơng thức sau Bảng 1-1 Cơng thức tính tốn tiêu lý bổ sung k Trọng lượng riêng khô 1W n Độ rỗng e Hệ số rỗng h 1 k S Mức bão hoà đn Trọng lượng riêng đẩy e 1 e W e 1 1 e 2.4 Xác định đặc trưng học đất Các đặc trưng học đất chủ yếu quan tâm hai phương diện: khả tiếp nhận tải trọng – đặc trưng độ bền khả xuất lún – đặc trưng biến dạng Hai đặc tính học nói đất bị chi phối khả thốt/giảm nước lỗ rỗng đất Do đó, thực tế, đặc trưng thoát/thấm nước đất coi yếu tố học quan trọng Trong đồ án mơn học, ảnh hưởng có mặt nước lỗ rỗng đến trình học xảy đất không xét đến 2.4.1 Đặc trưng độ bền đất Độ bền đất chi phối hai yêu tố: ma sát () lực dính kết hạt đất (c) Mơ hình Coulomb mơ tả độ bền đất thơng qua hai yếu tố gọi sức kháng cắt đất biểu diễn cường độ lực cắt tới hạn đơn vị diện tích chịu cắt theo phương trình sau: s tg c (2.2) đó: – góc kháng cắt đất (còn gọi góc ma sát đất) c – lực dính đơn vị diện tích (còn gọi lực dính đất) Ở mức độ gần đúng, dựa theo giá trị c, phân biệt ba loại đất sau: Đất khơng có lực dính – đất rời: sức kháng cắt đất đặc trưng góc ma sát ; Đất khơng có ma sát – đất bùn yếu: sức kháng cắt đất đặc trưng lực dính đơn vị, c; Đất có lực dính đơn vị ma sát – đất , c: sức kháng cắt đất đặc trưng hai yếu tố a Đối với đất rời (c = 0): Góc ma sát xác định dựa vào thí nghiệm SPT hoặc/và CPT sau lựa chọn cho tính tốn Theo kết SPT: Giá trị góc ma sát đất rời tham khảo theo Bảng (Phụ lục II) dựa vào theo công thức sau hiệu chuẩn (Phan Hồng Quân), xấp xỉ từ tổng kết Peck & all: 26.5 0.365N60 (2.3) Trong đó: N60 số chuẩn hố giá trị N, N60 = CE.CN.N o CE – hệ số hiệu phụ thuộc vào loại chất lượng thiết bị, CE = 0.5 ÷ 1.0 Đối với thiết bị có phổ biến Việt nam, chọn CE = 0.5 ÷ 0.7; o CN – hệ số hiệu chỉnh theo độ sâu, lấy CN 95.76 'v o ’v - ứng suất lớp phủ hữu hiệu vị trí thí nghiệm, lấy giá trị trung bình độ sâu lớp đất (đối với lớp cuối cùng, lấy theo độ sâu đỉnh lớp) Theo kết CPT: giá trị góc ma sát đất rời tham khảo theo đồ thị hình PLII.02 Phụ lục II theo ảng 10 - Phụ lục II b Đối với đất bùn yếu (= 0): 10 b) Khi đất tồn diện tích nhà cơng trình dạng thiết kế gồm lớp nằm ngang (với độ nghiêng khơng q 0,1) trị giới hạn cực đại trị trung bình độ lún tuyệt đối nêu Bảng 16 cho phép tăng lên 20 % ảng 36 Mô đun đàn hồi bê tông nặng (Eb x 10-3 MPa) Cấp độ bền chịu nén bê tông B12.5 B15 B20 B25 B30 B35 B40 B45 B50 Đóng rắn tự nhiên 21 23 27 30 32.5 34.5 36 37.5 39 Dưỡng hộ nhiệt áp suất khí 19 20.5 24 27 29 31 32.5 34 35 Chưng có áp 16 17 20 22.5 24.5 26 27 28 29 ảng 37 Cường độ tiêu chuẩn bê tơng nặng, Rbn & Rbtn, cường độ tính tốn theo trạng thái giới hạn thứ hai, Rb,ser & Rbt,ser (MPa) Trạng thái Nén dọc trục Rbn, Rb,ser Kéo dọc trục Rbtn, Rbt,ser Cấp độ bền chịu nén bê tông B12.5 B15 B20 B25 B30 B35 B40 B45 B50 9.5 11.0 15.0 18.5 22.0 25.5 29.0 32.0 36.0 1.0 1.15 1.40 1.60 1.80 1.95 2.10 2.20 2.30 ảng 38 Cường độ tính tốn theo trạng thái giới hạn thứ nhất, Rb & Rbt (MPa) Trạng thái Cấp độ bền chịu nén bê tông B12.5 B15 B20 B25 B30 B35 B40 B45 B50 Nén dọc trục Rb 7.5 8.5 11.5 14.5 17.0 19.5 22.0 25.0 27.5 Kéo dọc trục Rbt 0.66 0.75 0.90 1.05 1.20 1.30 1.40 1.45 1.55 82 ảng 39 Cường độ tính tốn cốt thép tính theo trạng thái giới hạn thứ (MPa) Cường độ chịu kéo, MPa Nhóm thép Cốt thép dọc, R Cốt thép ngang (đai/xiên) Rsw Cường độ chịu nén, MPa CI, A-I 225 175 225 CII, A-II 280 225 280 A-III có đường kính, mm 68 355 285* 355 CIII, A-III có đường kính, mm 10 40 365 290* 365 CIV, A-IV 510 405 450** A-V 680 545 500** A-VI 815 650 500** AT-VII 980 785 500** Có kiểm sốt dãn dài ứng suất 490 390 200 Chỉ kiểm soát dãn dài 450 360 200 A-VIII * Trong khung thép hàn, cốt đai dùng nhóm CIII, A-III có đường kính nhỏ 1/3 đường kính thep dọc thí giá trị Rsw = 255 MPa ** Các giá trị Rsc nêu lấy cho kết cấu làm bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ, bê tông nhẹ kể đến tính tốn với tải trọng dài hạn; kể đến tải trọng ngắn hạn lấy Rsc = 400 MPa Đối với kết cấu làm bê tông tổ ong bê tông rỗng, trường hợp lấy Rsc = 400 MPa 83 PHỤ LỤC III: PHÂN TÍCH KẾT CẤU MĨNG THEO TIÊU CHUẨN ACI 318 ACI 318 Tiêu chuẩn xây dựng tính tốn kết cấu bê tông cốt thép Viện Bê tông Mỹ (American Concrete Institute) soạn thảo phát hành ACI 318 áp dụng rộng rãi phân tích, thiết kế kết cấu bê tông cốt thép nhiều nước giới nhiều cơng trình xây dựng Việt nam thời gian gần Trong ACI 318 có riêng chương, Chương 15, dành cho phân tích kết cấu móng áp dụng kết hợp với phần Chương 11 Phần soạn thảo sau dựa vào tài liệu nói số tài liệu khác liên quan nhằm mục đích cung cấp cho bạn đọc phương tiện phân tích khác để làm quen có ích thực hành tính tốn thiết kế Phân tích kết cấu móng nơng 1.1 Tính tốn móng đơn chịu cắt - Thiết kế chiều cao móng 1.1.1 Tiết diện tính tốn (tiết diện nguy hiểm) Việc tính chiều cao móng áp dụng cách tính gộp gọi tính móng chịu cắt tiết diện tính tốn (nguy hiểm) xác định tiết diện thẳng đứng bao quanh cột cách chân cột khoảng h0/2 h0/2 h0/2 ac + h0 bc + h0 Hình PLIII.01 Tiết diện chịu cắt hai phương Tuỳ thuộc kích thước móng kích thước cột, tiết diện tính tốn phương hay hai phương Tiết diện hai phương liên hệ sau thoả mãn: ac + h0 < l bc + h0< b Các trường hợp khác (ac + h0 > l bc + h0 > b) trường hợp tiết diện phương 84 h0/2 Hình PLIII.02 Tiết diện chịu cắt phương 1.1.2 Nội dung tính tốn Việc tính tốn/kiểm tra thực theo công thức sau: Q ≤ 0.75[Q] (PLIII.01) Trong đó, Q – lực cắt thực (tải trọng có hệ số - tải trọng thiết kế theo trạng thái giới hạn thứ nhất) tác dụng tiết diện tính tốn, kN; [Q] – độ bền kháng cắt bê tông tiết diện đó, kN, lấy tích số diện tích tiết diện với cường độ kháng cắt bê tơng Với tiết diện tính tốn hai phương : Q = N – rtb(ac + h0)(bc + h0); (PLIII.02) Trường hợp ≤ 2: [ ] [ ] √ [ ( )]√ (PLIII.03) > 2: [ ] [ ] ( ) √ ( ) [ ( )]√ (PLIII.04) đó: – tỉ số hai cạnh vùng phân bố tải trọng phá hoại (trong trường hợp tỉ số hai cạnh cột móng, = ac/bc);b0 – chu vi tiết diện tính tốn; f’c tính theo MPa Với tiết diện phương (khi bc + h0 ≥ b): 85 Q = brmax(l – ac – h0)/2 (PLIII.05) [ ] [ ]√ (PIII.06) Đối với móng băng: Độ bền kháng cắt tiết diện, [Q], xác định đơn vị chiều dài móng theo công thức: [ ] √ (PLIII.07) Lực cắt thực tác dụng tiết diện tương ứng: ( ) (PLIII.08) 1.2 Tính tốn móng chịu uốn – Thiết kế cốt thép móng 1.2.1 Tiết diện nguy hiểm a) Đối với móng đỡ cột, trụ tường: mặt cột, trụ hay tường; b) Đối với móng tường gạch: Giữa đường trục mép tường; c) Đối với móng đỡ cột có thép đệm đáy cột: mặt cột mép thép đệm 1.2.2 Hàm lượng tối thiểu Thép chịu uốn theo u cầu tính tốn khơng nhỏ giá trị sau cho tiết diện: √ (PLIII.09) khơng nhỏ 1.4bh0/fy b bề rộng tiết diện phân tích; h0 chiều cao làm việc tiết diện; f’c cường độ đặc trưng bê tông fy cường độ chịu kéo thép 1.2.3 Nội dung tính tốn: + Chiều sâu vùng chịu nén qui ước a tính theo hàm lượng thép chịu uốn tiết diện (chữ nhật) sau: (PLIII.10) đó: Fso – diện tích thép chịu kéo chọn (sơ bộ); 1 – hệ số làm việc bê tông chịu nén, 1 = 0.85; + Khoảng cách c từ thớ chịu nén lớn đến trục trung hoà: c = a/1 86 Đối với bê tơng có f’c ≤ 28 MPa: 1 = 0.85; Đối với bê tơng có f’c > 55 MPa: 1 = 0.65; Đối với bê tơng có f’c khoảng trung gian – 28 < f’c ≤ 55 (MPa) – 1 tính theo cộng thức giảm sau đây: 1 = 0.85 – 0.05[(f’c – 28)/7] + Biến dạng thớ chịu kéo: ( ) (PLIII.11) + ứng suất cốt thép tính theo biến dạng theo cơng thức: fs = s.Es s < y; fs = fy s ≥ y với y biến dạng chảy thép sử dụng + Khả làm việc chịu uốn tiết diện: Mr = Fs0.fs.(h0 – a/2) (PLIII.12) đó, hệ số giảm độ bền (hệ số an toàn vật liệu), = 0.9 * Đối với móng băng, cốt thép cho đơn vị chiều dài móng xác định tương tự với bề rộng tiết diện b thay đơn vị chiều dài (1m dài móng) 1.2.4 Phân bố cốt thép Đối với móng băng móng vng: cốt thép phân bố đều; Đối với móng chữ nhất: cốt thép theo cạnh dài (thép dài) bố trí phân bố đều; cốt thép ngắn chia làm hai phần phần trọng tâm cột với bề rộng cạnh ngắn bố trí lượng cốt thép [2/(1+)] tổng lượng thép cần thiết Phần lại phân bố phạm vi bên ngồi (ở hai phía) Phân tích kết cấu đài cọc 2.1 Tính đài cọc chịu cắt – Thiết kế chiều cao đài 2.1.1 - Tiết diện nguy hiểm ( a) Tiết diện thẳng đứng xung quanh cột, cách mép/góc cột khoảng h0/2; (b) Tiết diện thẳng đứng quanh cọc, cách mép tiết diện cọc khoảng h0/2 Trường hợp cọc liền kế có chồng lấn xác định theo chu vi bao vùng chồng lấn hình vẽ 87 Hình PLIII.03 Ví trí tiết diện tính tốn (a) bao theo cột; (b) bao theo hàng cọc; (c) bao theo cọc h0/2 Kích thước cọc Dc Vị trí tiết diện tính tốn Hình PLIII.04 Vị trí tiết diện tính tốn cọc gần gây 2.1.2 - Nội dung tính tốn Đài cọc chịu cắt tính tiết diện nguy hiểm theo điều kiện sau: [Q] ≥ Q đó: – hệ số triết giảm độ bền (hệ số an tồn vật liệu) Đối với tính tốn tiết diện chịu cắt, = 0.75; [Q] – sức kháng cắt tiết diện: [Q] = [Q]c + [Q]s 88 [Q]c – độ bền cắt bê tông tiết diện [Q]s – độ bền cắt thép chịu cắt Thơng thường, bỏ qua làm việc chịu cắt cốt thép, đó: [Q] = [Q]c xác định tương tự phần móng nơng Trường hợp phân tích chịu cắt phản lực cọc gây (cọc đơn riêng rẽ), tuỳ thuộc vị trí cọc, khả kháng cắt tiết diện xác định theo công thức sau: [ ] ( ) √ (PLIII.13) chọn giá trị nhỏ b0 chi vi tiết diện tính tốn; s hệ số giảm phụ thuộc vào vị trí cọc: s = 40 cọc đài; s = 30 cọc cạnh đài s = 20 cọc góc đài Q – lực cắt tính tốn (lực có hệ số) tiết diện xem xét: Q xác định từ lực liên quan bao gồm toàn phản lực cọc có tâm nằm từ Dc/2 bên tiết diện xét phải coi gây lực cắt tiết diện; phản lực từ cọc nằm từ Dc/2 bên tiết diện không gây lực cắt lên tiết diện; cọc trung gian lấy nội suy Trên hình PL.5 mô tả Tdiện (a) Tdiện (b) Dc /2 Hình PLIII.05 Ảnh hưởng có phản lực đầu cọc lực cắt tiết diện lực căt tiết diện (a) phản lực hàng cọc biên gây tiết diện (b) phải xét thêm ảnh hưởng hàng cọc với giá trị tuỳ thuộc khoảng cách từ tim cọc đến tiết diện 2.2 Tính đài cọc chịu uốn - Thiết kế cốt thép đài Tính đài chịu uốn tương tự phần móng nơng: tiết diện bất kì, khả chịu uốn tiết diện phải lớn mô men phản lực đầu cọc gây tiết diện Cốt thép chịu uốn bố trí tương tự móng nơng nói 2.2.1 Tiết diện nguy hiểm a) Đối với móng đỡ cột, trụ tường: mặt cột, trụ hay tường; b) Đối với móng đỡ cột có thép đệm đáy cột: mặt cột mép tầm thép đệm 2.2.2 Hàm lượng tối thiểu 89 Thép chịu uốn theo u cầu tính tốn khơng nhỏ giá trị sau cho tiết diện: √ (PLIII.09) không nhỏ 1.4bh0/fy 2.2.3 Cách tính: + Chiều sâu vùng chịu nén qui ước a tính theo hàm lượng thép chịu uốn tiết diện (chữ nhật) sau: (PLIII.10) đó: Fso – diện tích thép chịu kéo chọn (sơ bộ); 1 – hệ số làm việc bê tông chịu nén, 1 = 0.85; + Khoảng cách c từ thớ chịu nén lớn đến trục trung hoà: c = a/1 Đối với bê tơng có f’c ≤ 28 MPa: 1 = 0.85; Đối với bê tơng có f’c > 55 MPa: 1 = 0.65; Đối với bê tơng có f’c khoảng trung gian – 28 < f’c ≤ 55 (MPa) – 1 tính theo cộng thức giảm sau đây: 1 = 0.85 – 0.05[(f’c – 28)/7] + Biến dạng thớ chịu kéo: ( ) (PLIII.11) + ứng suất cốt thép tính theo biến dạng theo cơng thức: fs = s.Es s < y; fs = fy s ≥ y với y biến dạng chảy thép sử dụng + Khả làm việc chịu uốn tiết diện: Mr = Fs0.fs.(h0 – a/2) (PLIII.12) đó, hệ số giảm độ bền (hệ số an toàn vật liệu), = 0.9 2.3 Về giá trị f’c: Trong phân tích – thiết kế áp dụng ACI 318, f’c lựa chọn trước (thường chẵn nghìn đơn vị psi: 4000, 5000,…) Bê tông phải thiết kế cấp phối, yêu cầu bảo dưỡng… cho f’c đạt lựa chọn 90 Khi thiết kế định phẩm chất bê tông dạng mác (M) cấp độ bền (B), xác định f’c theo M/B gần sau: B = 0.778x0.1xM = 0.0778M (PLIII.14a) f’c = 0.83B = 0.065M (PLIII.14b) đó, M tính theo kG/cm ; B – MPa; f’c – MPa Ví dụ: Sử dụng thiết kế bê tơng có mác 250 Ta có M = 250 kG/cm2 tương đương = 0.0778 x 250 = 9.5MPa (TCVN 6025: 20) f’c = 16MPa Ví dụ PL.01 Móng đơn BTCT cột có tiết diện 300x300 (mm) Tải trọng chân cột N0 = 450 kN; Q0 = 65 kN, M0 = 50 kNm Đáy móng hình chữ nhật kích thước lxb = 1.45x1.20 (m) đặt sâu 1.0m Tải trọng tiếp xúc đáy móng phân bố tuyến tính với ptb = 280 kPa, pmax = 397.5 kPa Chiều cao móng h = 0.40 (m) Bê tơng móng có cấp độ bền B20 Tính tốn kiểm tra chiều cao móng theo qui tắc ACI 318 Giải: Kiểm tra kiểu tiết diện: ac + h0 = 0.30 + 0.35 = 0.65 < l = 1.45 bc + h0 = 0.30 + 0.35 = 0.65 < b = 1.20 tiết diện kiểm tra tiết diện hai phương Theo công thức PL.02 Q = 450 – 280(0.30 + 0.35)(0.30 + 0.35) = 331.7 kN = ac/bc = theo PL.03: [ ] [ ( )]√ f’c = 16 MPa ( Sử dụng thiết kế bê tông B20/M250 Với M = 250 kG/cm2 theo PL.14b ta có f’c = 0.065 x 250 = 16.2 (MPa); tương tự, với B20 ta có f’c = 0.83 x 20 = 16.6 (MPa)) Q = 331.7 < 0.7[Q] = 847 chứng tỏ chiều cao móng h = 0.40m đảm bảo an toàn theo yêu cầu ACI 318 Ví dụ PL.02 Móng cọc đài thấp gồm 12 cọc bố trí mặt hình vẽ Chiều cao đài h = 0.9 (m) Tải trọng lên cọc thay đổi theo nhóm cọc (trên hàng ngang) 201.2; 210.1; 219.0 227.8 kN Tính tốn kiểm tra chiều cao đài cọc theo qui tắc ACI 318, biết cột móng có tiết diện 0.4 x 0.4 (m); bê tơng đài B20 (f’c = 16 Mpa) Giải: Tiết diện (a) bao quanh cột với =1: Chu vi tiết diện b0 = 2(2h0 + ac + bc) = 2(2x0.8 + 0.4 + 0.4) = 4.8m Khả chịu cắt tính theo PL.03: 91 [ ] √ √ ; 0.7[Q] = 3.584 MN Hình PLIII.06 Ví trí tiết diện tính tốn chịu cắt dạng (a) đài cọc xác định theo ACI Lực cắt tiết diện tải trọng chân cột gây có xét đến phản lực cọc phạm vi tiết diện (2 cọc) Các cọc tiết diện có trục xa khoảng cách Dc/2 = 15cm khơng xét đến Ta có: Q = 2400 – (210.1 + 219.0) = 1970.9 kN So sánh Q với 0.7[Q] ta thấy chiều cao đài đảm bảo an toàn chịu cắt theo ACI tiết diện phân tích Tiết diện quanh cọc (có phản lực lớn ) – cọc cạnh: Chu vi tiết diện (ba mặt) b0 = (0.3 + 0.4) + 2(0.4 + 0.45) = 2.4m Theo PL.03: [ ] √ √ Theo PL.13 [ ] ( ) √ ( ) √ [Q] = min{[Q]1; [Q]2} = 2.56 MN; 0.7[Q] = 1.792 MN Lực cắt tiết diện, Q = P = 227.8 kN – chiều cao đài đảm bảo an toàn chịu cắt Tiết diện quanh cọc – cọc góc Chu vi tiết diện b0 = 2(0.4 + 0.45) = 1.7m, theo PL.03: [ ] √ √ theo PL.13: 92 [ ] ( ) √ ( ) √ [Q] = min{[Q]1; [Q]2} = 1.81 MN; 0.7[Q] = 1.267 MN Lực cắt tiết diện Q = 227.8 kN Kết luận: Chiều cao đài h = 0.90m đảm bảo yêu cầu chịu cắt theo qui tắc phân tích ACI với tiết diện 93 MỤC LỤC Lời nói đầu Phần : Những vấn đề chung Giới thiệu Chương : Số liệu qui định đồ án 1.1 Số liệu đồ án 1.2 Một số qui định cụ thể Chương : Xử lý số liệu 2.1 Cơ sở thiết kế 2.2 Xử lý số liệu tải trọng 2.3 Xử lý số liệu địa chất 2.4 Các đặc trưng học đất 10 2.5 Đề xuất phương án xử lý – độ sâu đặt móng 18 2.6 Các ví dụ tổng hợp 18 Phần : Thiết kế móng nơng cứng 41 Chương : Móng nơng tự nhiên 42 3.1 Tính tốn kích thước đáy móng 42 3.2 Tính tốn kết cấu móng 68 Phần : Móng nơng xứ lý 78 Chương : Móng có đệm cát 79 4.1 Xác định sơ kích thước móng đệm cát 79 4.2 Xác định chiều dày đệm cát theo điều kiện sức chịu tải đất đáy đệm 79 4.3 Dự báo độ lún móng đệm cát 79 4.4 Thiết kế kết cấu móng 79 Chương : Móng có cọc cát nén chặt đất 83 94 5.1 Chọn đường kính cọc cát hệ số rỗng thiết kế 83 5.2 Chọn kiểu mặt thiết kế khoảng cách cọc cát 83 5.3 Xác định kích thước sơ móng có cọc cát 83 5.4 Dự báo lún lựa chọn chiều dài cọc cát 84 5.5 Thiết kế kết cấu móng 84 Chương : Móng có cọc đất – xi măng trộn sâu (nền DMM) 88 6.1 Chọn kích thước cọc đặc trưng vật liệu cọc 88 6.2 Xác định sức chịu tải cọc đơn 88 6.3 Chọn kiểu mặt bố trí cọc, số lượng cọc, khoảng cách cọc kích thước đáy móng 89 6.4 Kiểm tra theo nhóm cọc 90 6.5 Phân tích lún móng DMM 90 6.6 Thiết kế kết cấu móng 91 Chương : Thiết kế xử lý VTNĐ (PVD) kết hợp gia tải 96 7.1 Chọn loại VTNĐ chiều sâu xử lý 96 7.2 Xác định sơ đồ mặt bố trí khoảng cách VTNĐ 96 7.3 Xác định phương pháp mức gia tải lên 97 7.4 Xác định số lần gia tải, mức độ tải trọng cho lần thời gian chờ 98 Phần : Thiết kế móng cọc 100 Chương : Thiết kế sơ 101 8.1 Chọn kích thước cọc biện pháp thi công 101 8.2 Dự báo sức chịu tải cọc 107 8.3 Số lượng bố trí cọc 120 8.4 Chọn kích thước đài cọc độ sâu chơn đài móng cọc đài thấp 121 8.5 Lực tác dụng lên đầu cọc 123 95 Chương : Tính tốn kiểm tra móng cọc 127 9.1 Kiểm tra cọc theo điều kiện cường độ 127 9.2 Kiểm tra cọc theo điều kiện biến dạng 131 9.3 Kiểm tra đất theo điều kiện cường độ, ổn định 131 9.4 Kiểm tra theo điều kiện biến dạng (lún móng cọc) 131 9.5 Kiểm tra đài cọc theo điều kiện cường độ 135 9.6 Kiểm tra đài cọc theo điều kiện biến dạng, nứt 151 Phần : Phụ lục 152 Phụ lục I : Trình tự phân tích thiết kế móng vẽ mẫu (tham khảo) 152 1) Thiết kế móng nơng tự nhiên 152 2) Thiết kế móng nơng đệm cát 156 3) Thiết kế móng nơng cọc cát nén chặt 160 4) Thiết kế móng nơng cọc đất – xi măng 165 5) Thiết kế móng giếng cát kết hợp gia tải trước 167 6) Tính tốn thiết kế móng cọc đài thấp 168 Phụ lục II : Các bảng tra đồ thị 174 Phụ lục III : Phân tích kết cấu móng theo tiêu chuẩn ACI 318 197 Tài liệu tham khảo 96