BÀI GIẢNG MÔN HỌC NỀN VÀ MÓNG

NHĨM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT BÀI GIẢNG MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG (CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KS XDDD&CN – 60 TIẾT) Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT BÀI GIẢNG CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ NỀN VÀ MĨNG §1 Khái niệm móng • Nền: chiều dày lớp đất, đá trực tiếp chịu tải trọng cơng trình truyền xuống • Móng: phận chịu lực đặt thấp nhất, kết cấu cuối nhà cơng trình (thường nằm đất) Nó tiếp thu tải trọng cơng trình truyền tải trọng lên đất đáy móng • Các phận móng gồm: - Mặt móng: Bề mặt móng tiếp xúc với cơng trình bên (chân cột, chân tường) gọi mặt móng Mặt móng thường rộng kết cấu bên chút để tạo điều kiện cho việc thi công cấu kiện bên cách dễ dàng - Gờ móng (thân móng): Phần nhơ móng gọi gờ móng, gờ móng cấu tạo để đề phòng sai lệch vị trí xảy thi công cấu kiện bên trên, lúc xê dịch cho thiết kế - Đáy móng: Bề mặt móng tiếp xúc với đất gọi đáy móng Đáy móng thường rộng nhiều so với kết cấu bên Sở dĩ chênh lệch độ bền mặt tiếp xúc móng - đất lớn (từ 100 - 150 lần), nên mở rộng đáy móng để phân bố lại ứng suất đáy móng diện rộng, giảm ứng suất tác dụng lên đất * Khái niệm áp lực đáy móng: Áp lực tồn tải trọng cơng trình (bao gồm trọng lượng thân móng phần đất móng), thơng qua móng truyền xuống đất gọi áp lực đáy móng σ dtb = N +G F (1.1) đó: N - Tổng tải trọng thẳng đứng tính đến mặt đỉnh móng; G - Trọng lượng vật liệu móng phần đất nằm móng; F – diện tích đáy móng Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT * Khái niệm phản lực nền: Khi chịu tác dụng áp lực đáy móng, đất đáy móng cứng xuất phản lực nền, có trị số ngược chiều với áp lực đáy móng • Ý nghĩa cơng tác thiết kế móng: Khi tính tốn thiết kế xây dựng cơng trình, cần ý cố gắng đảm bảo thoã mãn ba yêu cầu sau: - (1) Bảo đảm làm việc bình thường cơng trình q trình sử dụng - (2) Bảo đảm cường độ phận tồn cơng trình - (3) Bảo đảm thời gian xây dựng ngắn giá thành rẻ Với u cầu thứ cơng trình có độ lún, lún lệch, chuyển vị ngang q lớn cơng trình khơng thể làm việc bình thường, chưa bị phá huỷ Với u cầu thứ hai: Cường độ cơng trình ngồi việc phụ thuộc vào cường độ thân kết cấu, móng, phụ thuộc lớn vào cường độ đất đáy cơng trình Do cơng tác khảo sát, thiết kế tính tốn phải chặt chẽ xác để đảm bảo an tồn cho cơng trình Với u cầu thứ ba: việc tính tốn, thiết kế chọn biện pháp thi cơng hợp lý có ảnh hưởng lớn đến thời gian thi cơng cơng trình Thơng thường việc thi cơng móng thường nhiều thời gian, yêu cầu cần thể tính hợp lý chặt chẽ Giá thành xây dựng móng thường chiếm 20-30% giá thành cơng trình ( cơng trình dân dụng) Với cơng trình cầu, thuỷ lợi tỷ lệ đên 40-50% Kinh nghiệm thực tiễn cho thấy hầu hết cơng trình bị cố giải chưa tốt vấn đề thiết kế móng Do vậy, việc nghiên cứu, tính tốn, thiết kế móng cách tồn diện có ý nghĩa quan trọng người kỹ sư thiết kế móng Thiết kế móng cơng việc phức tạp liên quan đến nhiều vấn đề: - Đặc điểm cơng trình thiết kế - Nền móng cơng trình lân cận - Điều kiện địa chất cơng trình địa chất thủy văn phức tạp Để làm tốt cơng tác móng cần phải ý đầy đủ yêu cầu kỹ thuật bước khảo sát, thiết kế, thi công Người thiết kế phải nghiên cứu kỹ điều kiện địa chất cơng trình, địa chất thủy văn, đặc điểm cơng trình thiết kế nhằm lựa chọn giải pháp móng hợp lý đảm bảo yêu cầu kinh tế- kỹ thuật cơng trình §2 Biến dạng cơng trình bị lún Tải trọng từ cơng trình truyền qua móng xuống gây ứng suất làm cho bị biến dạng Ngược lại, biến dạng làm cho móng bị lún gây biến dạng phụ thêm cho kết cấu bên cơng trình Nói cách khác Cơng trình-Móng-Nền hệ thống có liên quan chặt chẽ tác động qua lại lẫn Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG BỘ MÔN CƠ SỞ KTCT 2.1 Biến dạng Dưới tác dụng tải trọng từ cơng trình truyền xuống thơng qua móng, đất bị biến dạng theo phương phân tích thành thành phần theo phương đứng phương ngang Các cơng trình dân dụng cơng nghiệp thơng thường chủ yếu chịu tải trọng theo phương thẳng đứng tải trọng theo phương ngang thường nhỏ nên ý nhiều đến biến dạng theo phương đứng, thành phần chuyển vị theo phương đứng cơng trình gây biến dạng gọi độ lún Các cơng trình cao tầng thường có tải trọng ngang lớn nên thiết kế móng cần phải ý đến biến dạng theo phương ngang khả ổn định cơng trình Độ lún đất bao gồm thành phần sau: S = Sc + S d + Slp + Sbs đó: (1.2) Sc - Độ lún nén chặt, Sd - Đất bị nở áp lực thân đào hố móng, Slp - Độ lún đất bị biến dạng dẻo cục mép móng, Sbs - Độ lún đất bị phá vỡ kết cấu 2.2 Các loại biến dạng nhà cơng trình Biến dạng làm cho móng bị lún gây biến dạng cơng trình, biến dạng cơng trình có ngun nhân móng thường hay gặp là: - Lún - Nghiêng (lún lệch) - Võng xuống hay vồng lên - Xoắn Trong loại biến dạng nêu ba loại biến dạng sau lún không đất móng cơng trình gây 2.3 Ngun nhân lún không Hiên tượng lún không đất móng cơng trình nguyên nhân sau: - Tính nén lún đất phân bố khơng phạm vi mặt cơng trình điều kiện địa hình, địa chất phức tạp - Đất bị phá vỡ kết cấu - Do nước ngầm (dòng chảy nước ngầm, mực nước ngầm thay đổi, ) - Do tải trọng truyền xuống không §3 Các BP kết cấu nhằm giảm ảnh hưởng lún khơng Khi cơng trình bị lún không đều, kết cấu siêu tĩnh phát sinh nội lực (và gây ứng suất) phụ thêm Nếu ứng suất phát sinh đủ lớn làm cho kết cấu bị nứt hỏng Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT giảm yếu Để bảo vệ kết cấu khỏi bị hư hỏng dùng biện pháp kết cấu theo hai hướng: - Giảm chênh lệch lún phận kết cấu - Tăng độ bền kết cấu cách sử dụng vật liệu cường độ cao Để giảm ảnh hưởng độ lún không theo hướng làm giảm chênh lệch lún phận kết cấu gồm biện pháp sau: Cắt công trình khe lún Khe lún khe nhằm cắt cơng trình từ móng đến mái, khe nhiệt độ cắt cơng trình từ đỉnh móng đến mái Sử dụng khe lún cắt cơng trình thành phần ngắn biệt lập với mặt kết cấu làm giảm độ lún lệch phần Tuy nhiên việc sử dụng khe lún làm tăng số lượng tường khung, gây khó khăn cho việc khai thác sử dụng cơng trình ảnh hưởng tới mỹ quan chung cơng trình lún khơng hay nghiêng lệch khối nhỏ Giải pháp khe lún sử dụng đất có tính nén lún lớn, tính biến dạng đất khơng mặt bằng, cơng trình có hình dạng phức tạp, chiều cao cơng trình thay đổi cơng trình q dài Chiều rộng khe lún thường 5÷7cm tùy theo chiều cao cơng trình Thay đổi kích thước chiều sâu chơn móng phận Dùng loại móng có khả giảm lún khơng móng băng giao nhau, móng bè, móng cọc, §4 Phân loại móng 4.1 Phân loại Theo vật liệu người ta thường phân hai loại: đất đá - Nền đá: gồm loại đá liền khối hay rạn nứt Loại có độ bền kháng nén lớn tính biến dạng bé, thiết kế cơng trình đá khơng cần phải tính lún - Nền đất: loại vật liệu hạt rời sản phẩm q trình phong hóa đá gốc q trình bồi tích (sét, cát, cuội, hỗn hợp chúng) Đặc điểm đất tính biến dạng cao tính khơng đồng lớn, thiết kế cần phải nghiên cứu đặc điểm tính lún đất Theo cấu tạo người ta phân hai loại thiên nhiên nhân tạo - Nền thiên nhiên đất hay đá trạng thái tự nhiên - Nền nhân tạo đất hay đá gia cố cải tạo biện pháp nhân tạo Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT 4.2 Phân loại móng phạm vi sử dụng Móng thường phân loại theo đặc điểm làm việc, giải pháp cấu tạo vật liệu làm móng Hiện móng phân số loại sau: móng nơng, móng sâu, móng cọc, móng máy, Các loại móng tìm hiểu kỹ chương sau 4.2.1 Phân loại theo vật liệu: Thông thường sử dụng loại vật liệu để làm móng sau: Gạch, đá hộc, đá, bê tơng, bê tơng cốt thép … + Móng gạch: Sử dụng cho loại móng mà cơng trình có tải trọng nhỏ, đất tốt, sử dụng nơi có mực nước ngầm sâu + Móng đá hộc: Loại móng có cường độ lớn, sử dụng vùng có sẵn vật liệu + Móng gỗ: Cường độ nhỏ, tuổi thọ ít, sử dụng, thường sử dụng cho cơng trình tạm thời, dùng để xử lý đất yếu + Móng thép: Ít sử dụng để làm móng thép dễ bị gỉ nước đất nước ngầm xâm thực + Móng bê tông bê tông cốt thép: Cường độ cao, tuổi thọ lâu, sử dụng rộng rãi xây dựng cơng trình Với loại móng u cầu bê tơng mác tối thiểu 200 4.2.2 Phân loại theo cách chế tạo móng: Theo cách chế tạo móng người ta phân hai loại: móng đổ tồn khối móng lắp ghép + Móng đổ tồn khối: Thường sử dụng vật liệu bê tông đá hộc, bê tông bê tơng cốt thép, loại móng sử dụng nhiều + Móng lắp ghép: Các cấu kiện móng chế tạo sẵn, sau mang đến cơng trường để lắp ghép Loại móng giới hố, chất lượng tốt nhiên sử dụng việc vận chuyển khó khăn 4.2.3 Phân loại theo đặc tính tác dụng tải trọng: Theo đặc tính tác dụng tải trọng người ta phân thành móng chịu tải trọng tĩnh móng chịu tải trọng động: + Móng chịu tải trọng tĩnh: Móng nhà, cơng trình chịu tải trọng tĩnh + Móng chịu tải trọng động: Móng cơng trình cầu, móng máy, móng cầu trục… 4.2.4 Phân loại theo phương pháp thi công: Theo phương pháp thi công người ta phân thành móng nơng móng sâu: * Móng nơng: Là móng xây hố móng đào lộ thiên, sau lấp lại, độ sâu chơn móng từ 1.2÷3.5m Móng nơng sử dụng cho cơng trình chịu tải trọng nhỏ trung Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT bình, đặt đất tương đối tốt (nền đất yếu xử lý nền) Thuộc loại móng nơng người ta phân loại sau: + Móng đơn: Sử dụng chân cột nhà, cột điện, mố trụ cầu… + Móng băng: Sử dụng tường chịu lực, tường phụ hàng cột, móng cơng trình tường chắn + Móng (móng bè): Thường sử dụng đất yếu, tải trọng cơng trình lớn, cơng trình có tầng hầm * Móng sâu: Là loại móng thi cơng khơng cần đào hố móng đào phần dùng phương pháp hạ, đưa móng xuống độ sâu thiết kế Thường sử dụng cho cơng trình có tải trọng lớn mà lớp đất tốt nằm tầng sâu Móng sâu gồm loại sau: + Móng giếng chìm: kết cấu rỗng bên trong, vỏ ngồi có nhiêm vụ chống đỡ áp lực đất áp lực nước qúa trình hạ tạo trọng lượng thắng ma sát Sau hạ đến độ sâu thiết kế người ta lấp đầy (hoặc phần) bê tông phần rỗng Sơ đồ thi công móng giếng chìm tự trọng hình vẽ (1.3) Hình 1.3: Sơ đồ hạ giếng chìm Việc lấy đất đáy giếng nhân cơng để đào đất đưa lên trên, ngồi dùng vòi xói áp lực lớn để xói đất hút đất nước ngoài, hạ giếng xuống cao độ thiết kế * Ưu điểm: Móng có kích thước lớn, khả chịu tải lớn Thi công thiết bị đơn giản * Nhược điểm: Không phù hợp nước ngầm lớn có nước mặt Năng suất khơng cao Thời gian thi cơng lâu Nhận xét: Móng giếng chìm phù hợp xây dựng móng cầu lớn điều kiện thi công phù hợp Tuy nhiên cần cân nhắc phương án móng sâu để đáp ứng yêu cầu tiến độ thi công suất lao động Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang NHĨM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT + Móng giếng chìm ép: Khi gặp điều kiện địa chất thuỷ văn phức tạp người ta thay móng giếng chìm móng giếng chìm ép Ngun tắc làm việc dùng khí nén vào buồng kín giếng để nhờ sức ép khí mà nước bị đẩy ngồi tao điều kiện khô để công nhân đào đất Sơ đồ thi cơng Giếng chìm ép hình (1.4) Sau hồn thành cơng tác tạo mặt thi công, lưỡi cắt thép lắp trực tiếp vị trí Phần lưỡi cắt đổ đầy cát công tác đổ bê tông khoang làm việc thực Việc lắp đặt thiết bị đổ bê tông tường cho Giếng với công tác đào đất thực đồng thời Sau hồn thành cơng việc thi cơng tường giếng, nắp Giếng (sàn trên) xây dựng phía khoang làm việc bơm đầy bê tông Khả chịu tải đất đá trực tiếp đáy Giếng khẳng định thí nghiệm kiểm tra khả chịu tải nén, thực lòng khoang thực Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG BỘ MÔN CƠ SỞ KTCT * Ưu điểm: Vững chắc, chịu tải lớn; Ít ảnh hưởng đến mơi trường; Hiệu kinh tế cao; Thời gian thi công ngắn; Độ tin cậy cao * Nhược điểm: Việc thi cơng móng ảnh hưởng nhiều đến sức khoẻ công nhân đào giếng điều kiện áp suất cao Cần nghiên cứu để phát huy ưu nhược điểm hạn chế thấp ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động, chế tạo robot đạo giếng hợp lý nhất, vừa hiệu vừa không ảnh hưởng đến sức khỏe người Nhận xét: Với ưu khuyết điểm trên, móng giếng chìm ép phù hợp làm móng cho cơng trình cầu lớn, trụ tháp cầu dây văng, cầu treo dây văng nhịp lớn, đóng mố neo cầu treo chịu lực nhổ lớn … Tuy nhiên cần khắc phục ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động nêu + Móng cọc: Gồm cọc riêng rẽ, hạ xuống đất liên kết với đài cọc Móng cọc sử dụng loại vật liệu như: Gỗ, thép, bê tông bê tông cốt thép Thường sử dụng cho cơng trình chịu tải trọng lớn, cơng trình đất yếu mố trụ cầu, cầu cảng, bờ kè… Thuộc loại móng cọc có nhiều loại, dựa vào phương pháp thi công ta chia thành loại sau: (Đối với cọc bê tơng cốt thép) • Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn: Loại cọc chế tạo sẵn bãi đúc, tiết diện từ 20x20cm đến 40x40cm,sau hạ cọc phương pháp đóng ép • Cọc bê tơng cốt thép đổ chỗ (cọc khoan nhồi, cọc barrette): Dùng máy khoan để tạo lỗ sau đưa lồng thép vào nhồi bê tơng vào lỗ Cọc có đường kính nhỏ d=60cm, lớn đạt d=2.5m.Chiều sâu hạ cọc đến 100m §5 Khái niệm tính tốn móng theo trạng thái giới hạn 5.1 Khái niệm Trạng thái giới hạn trạng thái ứng với cơng trình khơng điều kiện sử dụng bình thường (võng lớn, biến dạng lớn, nứt phạm vi cho phép, ổn định) bị phá hoàn toàn Phương pháp tính tốn móng theo trạng thái giới hạn thay phương pháp ứng suất cho phép với hệ số an tồn nhiều hệ số tính toán nhằm xét tới yếu tố liên quan đến q trình thiết kế, thi cơng khai thác cơng trình Theo quy phạm, việc tính tốn móng tiến hành theo ba trạng thái giới hạn: - Trạng thái giới hạn thứ (TTGH I): tính tốn cường độ ổn định Trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II): tính tốn biến dạng Trạng thái giới hạn thứ ba (TTGH III): tính tốn hình thành phát triển khe nứt Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT TTGH III áp dụng cho tính tốn kết cấu thân móng với u cầu đặc biệt cơng trình tham khảo tài liệu tính tốn thiết kế bê tơng cốt thép Trong mơn học giới thiệu phương pháp tính tốn móng theo TTGH I TTGH II 5.2 Tính tốn móng theo TTGH I Tùy theo đặc điểm cơng trình: thường xun chịu tải trọng ngang, cơng trình xây dựng mái dốc, cơng trình xây dựng thiên nhiên hay nhân tạo; việc tính tốn theo TTGH I cần thực theo hay toàn nội dung kiểm tra nền: cường độ, ổn định trượt, ổn định lật Công thức tổng quát phương pháp là: N ≤Φ (1.3) đó: N – ngoại lực tác dụng lên nền; Φ – sức chịu tải theo phương tác dụng N Trên thực tế công thức triển khai theo khía cạnh sau: a- Về cường độ: σ tbd ≤ R d ≤ 1, R σ max (1.4) ng ≤ Rng σ max đó: d σ tbd ;σ max - tương ứng ứng suất trung bình ứng suất lớn theo phương đứng đáy móng, ng σ max - ứng suất lớn tác dụng theo phương ngang mặt bên móng, R; Rng - tương ứng sức chịu tải theo phương đứng theo phương ngang b- Về ổn định trượt: (trượt phẳng, trượt sâu): Kt = Tgi Tt ≥ [ Kt ] (1.5) đó: Kt - hệ số ổn định trượt; Tgi - tổng lực giữ; Tt - tổng lực gây trượt; [ Kt ] - hệ số ổn định trượt cho phép c- Về ổn định lật đổ: Kl = Hà Nội 12/2010 M gi Ml ≥ [ Kl ] BÀI GIẢNG NỀN MÓNG (1.6) Trang NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT CHƯƠNG VI: MĨNG MÁY CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG §1 Khái niệm Móng cơng trình thơng thường chủ yếu chịu tải trọng tĩnh: tải trọng có trị số phương tác dụng không thay đổi thay đổi chậm nên khơng gây lực qn tính Móng máy thường chịu tải trọng động: tải trọng có trị số phương tác dụng thay đổi nhanh nên gây lực quan tính thân máy kết cấu móng lực động thường gọi lực kích thích → móng va mý bị dao động → ảnh hưởng đến kết cấu xung quanh (ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất sức khoẻ người ) Vì việc thiết kế móng máy có nét khác biệt so với móng cơng trình chịu tải tĩnh Cần áp dụng phương pháp khoa học để giảm ảnh hưởng dao động * Phân loại máy có tải trọng động: có nhiều loại máy khác cơng dụng, ngun tắc cấu tạo cơng suất, kích thước Khi tiết kế thi cơng móng máy dựa vào cường độ, hình dạng đặc tính tần số lực kích thích máy lên móng để phân loại (bảng V - móng - HVKTQS) - Theo cường độ + Máy có lực qn tính P đáng kể so với trọng lượng máy → phải tính tốn móng máy chịu tải trọng động + Máy có lực quán tính P nhỏ so với trọng lượng máy → bỏ qua tải trọng động thiết kế bình thường (trừ yêu cầu đặc biệt cụ thể) - Theo đặc tính tần số lực kích thích: + Móng hoạt động theo chu kỳ: lực kích thích biến đổi có chu kỳ: - Máy quay (lực kích thích biến đổi hình sin) - Quay kết hợp tịnh tiến - Máy tịnh tiến qua lại + Máy hoạt động không theo chu kỳ: va đập riêng rẽ; quay không chuyển động tịnh tiến khơng §2 Cấu tạo móng máy Móng máy thường cấu tạo theo hai kiểu : móng khối móng khung 2.1 Móng máy kiểu khối Móng khối tảng hay tồn khối có cấu tạo chi tiết để lắp đặt neo thiết bị máy móc Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang 231 NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT - Đặc điểm: Móng khối có cường độ độ cứng lớn → tính tốn bỏ qua biến dạng coi vật cứng tuyệt đối - Phạm vi áp dụng: dùng cho loại máy, đặc biệt máy có cấu tay quay - truyền; búa máy, máy dập - Cấu tạo + Khối đặc + Tầng hầm với khối đặc + Móng có tầng hầm với kết cấu tường chịu lực giằng xà cứng - Vật liệu: bê tông cốt thép, bê tông khơng cốt thép (máy có cơng suất nhỏ) bê tơng mác 100 ÷ 200 (dùng cốt liệu to : đá × → đá hộc) + Thép đặt theo tính tốn cấu tạo: Khi thể tích khối móng V < 40m3 đặt thép chu vi lỗ khoét, chỗ làm tường dùng thép AII ÷ AIII φ ÷ φ 12; a = 150 ÷ 200 mm Khi V > 40m3 thép cần bố trí thép mặt xung quanh (lưới thép φ 12 ÷ φ 16; a =150 ÷ 200 mm ) Với móng kiểu tường: lưới thép biên dùng φ 12 ÷ φ 18; a =300 ÷ 400 2.2 Móng máy biểu khung Móng cấu tạo dạng khung khơng gian gồm cột ngàm vào đáy hay móng băng, phía cột hệ thống xà dọc, xà ngang tạo mặt để lắp máy - Vật liệu: chủ yếu bê tơng cốt thép khung kim loại trân bê tông cốt thép bê tơng có mức 150 ÷ 200, tiết diện chịu lực hay bị giảm yếu dùng bê tông # 300 - Cốt thép: bố trí theo tính tốn, ngồi cần bố trí lưới thép chống nứt: chỗ liên kết cột – dầm, lỗ hổng, đáy Cốt thép phải có móc neo thiết kế đủ l neo 2.3 Móng lắp ghép Có thể dùng móng lắp ghép vừa lắp ghép vừa đổ chỗ Đây vấn đề chưa có qui phạm thiết kế ổn định 2.4 Cấu tạo bu lông neo hố lõm Có nhiều loại bu lơng thực tế phân thành hai nhóm: bu lơng ngàm chết bu lông ngàm mắc - Bu lông ngàm chết: bu lơng chơn cố định móng máy.Nếu máy nhỏ cho phép đặt bu lông đổ bê tông móng Các trường hợp khác đổ bê tơng chừa lỗ đặt bu lơng sau lấp đầy vữa xi măng (hình b, c) - Bu lơng ngàm mắc: bu lơng tháo lắp nhờ thép ngàm móng Bản thép có lỗ thủng hình chữ nhật bu lơng có dạng hình chữ nhật luồn qua lỗ xoay 900 đến hai mấu có sẵn Phía thép ngàm thường hộp thép (thay ????????) hàn với thép ngàm Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang 232 NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT §3 Những u cầu thiết kế móng máy - Về cấu tạo: cần cố gắng cho trọng tâm chung móng đáy nằm đường thẳng đứng Độ lệch tâm khơng lớn 3% so với kích thước cạnh móng Rđn nhỏ 1,5 kG/cm2; khơng vượt 5% đất có sức chịu tải lớn 1,5 kG/cm2 - Khi thiết kế móng máy phải thoả mãn yêu cầu bản: + Bền vững ổn định có khả chịu lực tốt + Khơng cho phép có độ lún biến dạng ảnh hưởng đến hoạt động bình thường máy + Không cho phép xuất chấn động mạnh làm cản trở hoạt động máy người điều khiển Cụ thể: đó: P≤[R] (1) S≤[S] (2) ∆S ≤ [∆S ] (3) A ≤ [A ] (4) P – ứng suất đế móng [ R ] – sức chịu tải đất đáy móng S, ∆S - độ lún độ lún lệch móng ∆S ≤ [∆S ] - độ lún độ lún lệch cho phép móng A ≤ [A ] – biên độ dao động tải trọng cho phép móng Xuất phát từ đặc điểm móng máy khả thực tiễn nên thường cần kiểm tra điều kiện (1) (4) móng máy Khi kiểm tra cường độ chịu tải đất đáy móng máy cần ý nhân với hệ số giảm yếu sức chịu tải tải trọng tác dụng tải trọng động (Bảng V - - NM - HVKTQS : α = 0,4 ữ 1,0) Đ4 Tớnh toỏn múng mỏy v phng diện dao động Để tính tốn xác dao động móng máy ta phải giải tốn tương tác động lực học kết cấu với biến dạng Tuy nhiên nhiều trường hợp đơn giản hố để tính tốn theo bải tốn dao động vật rắn đàn hồi 4.1 Tính tốn động lực học móng máy theo tốn dao động vật rắn đàn hồi 4.1.1 Các giả thiết bản: - Móng tuyệt đối cứng - Nền đất đàn hồi khơng có trọng lượng tính chất biến dạng đặc trưng hệ số Winkler Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang 233 NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG BỘ MÔN CƠ SỞ KTCT 4.1.2 Dao động tự móng Phân tích dao động móng thành dạng độc lập theo trục quán tính khảo sát riêng thành phần - Dao động thẳng đứng - Dao động ngang quay mặt phẳng xoz yoz - Dao động quay quanh trục oz - Phương trình dao động tự theo phương thẳng đứng: Rz + m z = Rz - phản lực theo phương ngang z m, z - khối lượng gia tốc chuyển động móng theo phương Z Rz = F δz Với F - diện tích đáy móng δz - phản lực đơn vị theo phương z đáy móng δz = Cz z Đặt → Rz = Kz z Kz = F Cz Viết lại phương trình vi phân dao động mz + Kz z = Đặt λ2 = Kz/m → Z + λ2 z = Phương trình vi phân có nghiệm riêng Z1 = A sinλz t Z1 = B cosλz t Nghiệm tổng quát phương trình Z = A sinλz t + B cosλz t Đây dao động điều hoà với tần số vòng λz 2π giây + Tần số dao động phút : n zf = + Tần số dao động phút : n zs = + Chu kỳ dao động Tz = 60 30 λz = 2π π λz = 2π 2π Kz m Kz m 2π λz Để xác định A, B ta dựa vào điều kiện ban đầu: Tại t = có Z0 Z& Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang 234 NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT & → B = Z0 A = Z λ z Phương trình dao động ???? thẳng đứng móng Z= Z& sin λz t + Z coxλz t λz Z = Az sin (λ z t + δ ) Hay Z 02 + Az = Z& 02 λ2z δ - độ lệch pha dao động: tgδ = - biên độ dao động Z0 λz Z& * Xét đến ảnh hưởng sức cản theo phương pháp gần Pavlynk: sức cản tỉ lệ thuận với vận tốc dao động R z = F δ z = F C z (Z + φ Z& ) = K z (Z + φ Z& ) Phương trình vi phân dao động có dạng Z&& + φ λ2z Z& + λ2z Z = Nghiệm tổng quát φλ  Z&  − z  φλ z sin λz′ t + Z  cos λz′ + sin λz′ t  ⋅ e Z= ′ ′ λ λ z    z Với λ z′ = λ z φ λ  1− z   t Dao động ngang quay tự (trong mặt phẳng XOZ) + Với dao động ngang m&x& + R x = + Với dao động quay θ ϕ&& + Rϕ = Trong : m - khối lượng móng θ0 - mơ men qn tính khối lượng móng lấy với trục ox qua trọng tâm móng vng góc với mặt phẳng dao động x, ϕ - chuyển vị ngang quay móng tiếp điểm t Rx - tổng phản lực ngang theo phương ngang x Rq - tổng mô men ngoại lực lấy với trục OY gồm mô men phản lực trọng lượng móng gây lệch tâm quay Rx = F τx Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang 235 NHĨM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT Rϕ = ∫ δ z x dF + F τ x h0 + Q h0 ϕ F Trong : F - diện tích đáy móng τx - phản lực trượt đơn vị đáy móng tiếp điểm khảo sát δz - phản lực kéo nén đơn vị đáy móng h0 - kết cấu từ trọng tâm móng tới đáy móng Q - trọng lượng móng Theo mơ hình Winkler ta có: δz = Cϕ z1 τz = Cx x1 Với Cϕ, Cx - hệ số nén không trượt z1, x1 - chuyển vị đứng ngang điểm đáy móng cứng tương đối nên ta có: x = x − h0 ϕ z1 = x ϕ → R x = F C x ( x − h0 ϕ ) = K x ( x − h0 ϕ ) K x = F.C x Do 2 ∫ Cϕ x ϕ dF = Cϕ ϕ ∫ x dF = Cϕ ϕ J F F Nên đặt Kϕ = J ϕ → Rϕ = K q ϕ + K x ( x − h0ϕ ) + Q h0 ϕ Viết lại phương trình vi phân dao động: m &x& + K x ( x − h0 ϕ ) =  && θ ϕ + Kϕ ϕ + K x ( x − h0 ϕ ) + Q h0 ϕ = Đặt λ2x = Kx m γ = θ0 θc ; λϕ2 = (Kϕ Q h0 ) θ c ; θ c = θ + mh02 θc – mơ men qn tính khối lượng móng lấy với trục qua trọng tâm đáy móng song song với OY → Hệ phương trình vi phân dao động viết lại: Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang 236 NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT  &x& + λ2x x − λ2x h0 ϕ =   x 2 & & γ ϕ λ γ ϕ λ γ + + ( − ) − ( − ) =0 ϕ x  h0  [ ] Nghiệm riêng hệ có dạng x = A sin (λt + δ ) ϕ = B sin (λt + δ ) Với A, B, δ, λ - số Đưa nghiệm riêng vào phương trình vi phân dao động giảm ước sin (λt + δ ) ta hệ phương trình bậc với ẩn số λ Hệ phương trình bậc hai có nghiệm khác định thức = từ giải λ : (λ1 – tần số dao động quay, λ2 – tần số dao động ngang ) λ1 , =  λ x + λϕ2 ±  2γ  (λ x + λϕ2 )  − 4γ λ2x λϕ2   Các nghiệm riêng độc lập tuyến tính (1) có dạng (2) với số A B liên hệ với theo biểu thức: B= h0  λ12  1− ⋅ A  λ2  2  Nghiệm tổng quát  x = A1 sin (λ1t + δ ) + A2 sin (λ1t + δ )   λ12   λ22  ϕ = h  −  A1 sin (λ1t + δ ) + h  − λx  λx      A2 sin (λ1t + δ )   Các hắng số A1, A2, δ1, δ2- xác định từ điều kiện ban đầu - Dao động quay tự quanh trục oz phương trình vi phân dao động Với θ ψ&& + Rψ = θ - mô men qn tính khối lượng móng so với trục oz Ψ - góc lệch móng so với vị trí cân dao động RΨ - mơ men phản lực lấy với trục oz Rψ = Kψ ψ Kψ = Cψ J z CΨ - hệ số trượt không Jz – mô men qn tính độc cực mặt đáy móng Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang 237 NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT Đặt λψ2 = Kψ θ ta có ψ&& + λψ2 ψ = Tương tự với dao động tự theo phương đứgn ta có: ψ = A3 sin λψ t + B cos λψ t A3, B3, - xác định từ điều kiện ban đầu λψ - tân số góc dao động tự quay quanh oz b Dao động cưỡng móng ??? tác dụng theo chu kỳ tải trọng - Dao động thẳng đứng (theo trục oz) + Ngoại lực tác động : Pz = Pz0 sin ωt + Phương trình vi phân dao động (khơng có cản) m &z& + K z Z = Pz0 sin ωt + Nghiệm riêng: Z = Az sin ωt Pz0 Pz0 1 Az = ⋅ = ⋅ K z − ω λ2z m λz − ω + Nghiệm tổng quát: Pz0 z = A sin λ z t + B cos λ z t + ⋅ sin ωt m λz − ω Chú ý: µ z = 1 − ω / λ2z hệ số động lực Pz0 / K z chuyển vị móng Pz0 tác dụng tĩnh + Phương trình vi phân dao động (khi có cản) &Z& + φλ2Z Z& + λ2Z Z = PZ sin ωt m + Biên độ dao động cưỡng PZ0 AZ = ⋅ m ( λ20 − ω ) + φ λ4Z ω Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang 238 NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT PZ0 = ⋅ KZ  ω2  1 −  + φ 2ω 2   λZ   - Dao động ngang quay (trong mặt phẳng xoz) + Ngoại lực tác động: PX = PX0 sin ωt Nếu khơng xét cản ta có phương trình vi phân dao động lực ngang cưỡng bức:  Px0 2 sin ω t  &x& + λ x x + λ x x − λ x h0 ϕ = m  γ ϕ&& + λϕ2 + (1 − γ )λ2x ϕ − λ2x (1 − γ ) x = Px sin ω t  h0 θ c [ ] Nghiệm riêng biến dạng dao động cưỡng có dạng: x = Ax sin ω t ϕ = Aϕ sin ω t Với λ2x  h + ( − ϕ ) + h0 λϕ  P0 Ax = x ⋅ Kx Δ  ω2  − γ λϕ2  λ2x ω h 1− + ⋅ h + h0 λϕ2 λ2x Px0 ( h + h0 ) Aϕ = ⋅ Kϕ Δ [ ]  ω  ω  2 2 Δ = 2 γω − ( λ x + λϕ )ω + λ x λϕ =  −  −  λ x λϕ λ1  λ2   + Ngoại lực tác dụng mô men M = M sin ωt Phương trình vi phân dao động có dạng (khơng xét cản)  &x& + λ2x x − λ2x h0 ϕ =  γ ϕ&& + λ2 + (1 − γ )λ2 ϕ − λ2 (1 − γ ) x = M sin ωt ϕ x x  h0 θ c  [ ] Nghiệm riêng biến dạng dao động cưỡng Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang 239 NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT x = A x sin ωt ϕ = Aϕ sin ωt Ax = M h0 ⋅ Kϕ Δ Aϕ = M0 ⋅ Kϕ ω2 1− λ2x Δ - Dao động quay cưỡng quanh trục oz + Ngoại lực ?? Mψ = Mψ0 sin ωt + Phương trình vi phân dao động (khơng có cản) ψ&& + λψ2 ψ = Mψ0 sin ωt θ c Xác định hệ số tính dao động móng máy Cz – hệ số nén đàn hồi Cϕ - hệ số nén đàn hồi không Cx - hệ số trượt đàn hồi Cψ - hệ số trượt đàn hồi không Từ cường độ chịu tải R tra bảng ta có Cz R (KPa) 100 200 300 Cz (KN/m3) 20.000 40.000 50.000 400 500 70.000 Cϕ = Cz ; Cx = 0,7 Cz ; Cψ = 1,5 Cx (theo D D Bar kan) - Xác định hệ số theo mơ hình bán không gian đàn hồi Cz = f1 Cφ = f Cx = f3 E 1− µ E 1− µ ⋅ F ⋅ F E − µ f (1 + µ ) ⋅ F          Xét bê tơng hình chữ nhật đặt bàn không gian đàn hồi Với f1, f2, f3 – tra bảng phụ thuộc tỉ số hai cạnh Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang 240 NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT α = a/b – bảng V – móng CTDD CN - Xác định hệ số theo mơ hình đàn hồi M M Filơnenkơ - Bơrơdits (mơ hình kết hợp bán dẫn cục bán dẫn tổng quát)  (a + b)  Cz = C0 1 + P P0 ∆1F    ( a + 3b )  Cφ = C0 1 + ∆1F    (a + b)  C x = D0 1 + ∆1F   P P0 P P0 ∆1 = 1,0m-1 ; C0 D0 phụ thuộc tính đàn hồi xác định thí nghiệm Có thể xác định theo công thức bàn thực nghiệm C0 = 1,7 E 1− µ ⋅10−3 KG / cm3 D0 ≈ 0,7C0 a, b - cạnh móng : F = a × b P - cường độ tải trọng tĩnh đáy móng P0 - cường độ tải trọng tĩnh đáy bàn nén thí nghiệm xác định C0 D0 §5 Tính tốn độ lún rung Độ lún rung xác định dựa theo hệ số rỗng e’ ứng với nén rung lớn (có thể) đất : I D' = e′ − emin emax − emin e’ - hệ số rỗng động lực ứng với nén chặt rung đất với tải trọng cho trước emax, emin - giá trị lớn bé hệ số rỗng trạng thái xốp chặt đất Cát thô : I D' = 0,55 ÷ 0,80 ' Cát hạt vừa : I D = 0,58 ÷ 0,60 Cát nhỏ : I D' = 0,08 ÷ 0,82 Xỉ : I D' = 0,40 ÷ 0,60 Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang 241 NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT ' Nếu độ chặt tự nhiên I D < I D xảy lún tải trọng rung e’ xác định theo thí nghiệm mẫu đất nguyên khối chịu lực rung đủ mạnh (gia tốc đạt tới 2g) đồng thời chịu áp lực áp lực tải trọng trọng lượng thân đất Gia tốc dao động rung móng đất khơng no nước giảm dần theo độ sâu theo quan hệ: Z&& = Z&&0 e − β z Z&&0 - gia tôc đáy móng β = 0,07 ÷ 0,10m-1 (cát) ' Gia tốc Z&&th (gia tốc tới hạn) tìm theo đường cong nén rung I D f ( Z&& g ) ứng với lúc đất bắt đầu bị nén rung mạnh Giao điểm hai đường cong Z&&( z ) Z&&th ( z ) cho ta độ sâu tính lún (??? dày tầng nén chặt) rung với z độ sâu kể từ đáy móng S= ∑ hi e0 − e' + e0 n - số lớp đất từ đáy móng đến độ sâu hđ e0 - hệ số rỗng tự nhiên đất §6 Biện pháp chống rung động Chống rung động nhằm mục đích: bảo vệ máy móc; ngăn ảnh hưởng đến làm việc bình thường máy lân cận; bảo vệ cơng trình; bảo vệ sức khoẻ người điều khiển Các biện pháp chống rung động chia hai loại - Các biện pháp chủ động: cách ly nguồn rung động - Các biện pháp thụ động: cách ly vật cần bảo vệ Để chống rung dùng đệm đàn hồi, lò so tấm, bố trí theo tính tốn Cần đảm bảo ý tránh gây cộng hưởng Nếu cách lý dao động không hiệu khơng dủ khả mặt kỹ thuật dùng biện pháp hạ biên độ tần số dao động cách đặt máy móng cọc Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang 242 NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT CHƯƠNG VII: GIA CƯỜNG VÀ SỬA CHỮA NỀN MÓNG §1 Khái niệm Trong thực tiễn nhiều phải tiến hành sửa chữa gia cường móng Các nguyên nhân dẫn đến việc gia cường hay sửa chữa móng là: - Tăng tải trọng lên móng so với thiết kế nhu cầu nâng cấp cơng trình, trang thiết bị hay thay đổi mục đích sử dụng - Nền móng bị hư hỏng hay bị lún giới hạn cho phép, không đáp ứng nhu cầu sử dụng khai thác bình thường cơng trình Ngun nhân thứ hai chủ yếu sai sót q trình khảo sát, thiết kế hay thi cơng gây §2 Các tài liệu cần có để thiết kế gia cường sửa chữa móng Để thiết kế sửa chữa, gia cường móng, cần có tài liệu sau: - Tài liệu địa chất cơng trình, địa chất thuỷ văn: + Báo cáo khảo sát địa chất cơng trình phục vụ giai đoạn thiết kế kỹ thuật thi công + Báo cáo kết khảo sát địa chất cơng trình phục vụ cho thiết kế gia cường sửa chữa móng Về ngun tắc sau xây dựng cơng trình thời gian dài đất móng nén chặt lại làm cho tính biến dạng giảm độ bền tăng lên Tuy nhiên số trường hợp thay đổi tác nhân bên (cả tự nhiên nhân tạo) làm cho tính chất lý bị xấu so với trước xây dựng cơng trình - Tài liệu cơng trình - Nhật ký thi cơng §3 Các biện pháp gia cường sửa chữa móng 3.1 Gia cường sửa chữa móng 3.1.1 Gia cường móng: Khi thân móng bị khuyết tật, bê tơng bị rỗ, bị ăn mòn hay bị nứt; ta gia cường biện pháp sau: - Làm áo bê tông cốt thép - Bơm keo epoxi, vữa xi măng vào thân móng Khi bơm trám vữa xi măng cần xác định thành phần vữa khoảng cách lỗ khoan phù hợp (thường phải thí nghiệm) khoan lỗ vị trí khác thí nghiệm để tính lượng hút nước: q= Hà Nội 12/2010 Q hl BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang 243 NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG BỘ MÔN CƠ SỞ KTCT q - lượng hút nước  l  ph   Q - lượng hút nước tồn phần thực tế h - áp lực tính theo chiều cao cột nước (m) l - chiều sâu lỗ khoan (m) Dựa vào q tra bảng 8.1 (nền móng CTDD - CN) để xác định thành phần vữa khoảng cách lỗ khoan Trước bơm vữa gia cường móng cần làm áo bê tơng cốt thép có chứa lỗ (φ > 36 mm) để khoan Trình tự bơm: bơm nước với áp lực 1at để làm ẩm móng thời gian ÷ phút bơm vữa với áp lực tăng dần từ 0,5at đến áp lực thiết kế Gia cường móng áo bê tơng cốt thép 3.1.2 Tăng diện tích đế móng Khi tăng diện tích đế móng cách ốp thêm khối bê tông (đổ chỗ hay lắp ghép) cần ý liên kết móng cũ với khối ốp gia cố làm chặt đất phần mở rộng 3.1.3 Dùng cọc để sửa chữa móng Khi dùng cọc để sửa chữa móng cần ý biện pháp thi cơng để đảm bảo an tồn cho cơng trình sửa chữa - Dùng cọc áp mê ga - Dùng cọc ống thép → Cọc ép ngang đế móng cũ - Dùng cọc ép xuyên qua lỗ đục qua thân móng liên kết với móng cũ - Dùng cọc khoan nhồi, khoan cọc nhồi phía mép móng liên kết với móng cũ hệ dầm - Cọc rễ cây: cọc nhồi đường kính bé 3.2 Gia cố Mục đích việc gia cố đất móng cơng trình nhằm tăng sức chịu tải giảm tính biến dạng - Phương pháp xi măng hoá: khoan lỗ bơm vữa xi măng vào với áp lực ÷ at - Phương pháp silicát hố: + Phương pháp dung dịch: trộn dung dịch mặt đất bơm vào Dung dịch dùng gia cố hỗn hợp thuỷ tinh lỏng (Na2OnSiO2) với axit phốtphoric (H3PO4) theo tỉ lệ 1/(3 ÷ 4) áp dụng cho cát hạt nhỏ dạng cát chảy có hệ số thấm k = 0,5 ÷ m/ngđ + Phương pháp hai dung dịch: bơm dung dịch vào đất gặp phản ứng để thành keo liên kết hạt đất áp dụng cho cát khơ bão hồ nước với hệ số thấm k = ÷ 80 m/ngđ Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang 244 NHÓM CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MĨNG BỘ MƠN CƠ SỞ KTCT - Phương pháp dùng loại keo tổng hợp: áp dụng cho đất dạng lớn, đất cát - Phương pháp sét hố: bơm huyền phù đất sét Bentơnit vào đất - Phương pháp tường cừ: ép tường cừ xung quanh móng Hà Nội 12/2010 BÀI GIẢNG NỀN MÓNG Trang 245