Bài giảng Nền và móng theo tiêu chuẩn TCVN 11823-10:2017 - Chương 1: Móng nông trình bày móng nông, tổng quan về móng nông, cấu tạo móng nông, thiết kế móng nông. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng để nắm chi tiết hơn nội dung kiến thức.
ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI KHOA CƠNG TRÌNH – BỘ MƠN ĐỊA KỸ THUẬT NGUYỄN ĐÌNH DŨNG – NGUYỄN CHÂU LÂN – ĐẶNG HỒNG LAM BÀI GIẢNG NỀN VÀ MÓNG THEO TIÊU CHUẨN TCVN 11823 - 10:2017 HÀ NỘI, THÁNG 7-2019 MỤC LỤC Trang 1.1 1.1.1 1.1.2 1.2 1.2.1 1.2.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 CHƢƠNG - MÓNG NƠNG TỔNG QUAN VỀ MĨNG NƠNG Giới thiệu chung móng nơng Phân loại móng nơng CẤU TẠO MĨNG NƠNG Cao độ móng nơng Các kích thước móng nơng THIẾT KẾ MĨNG NƠNG Thiết kế móng nơng theo trạng thái giới hạn cường độ Thiết kế theo trạng thái giới hạn sử dụng Thiết kế theo trạng thái giới hạn đặc biệt 2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.4 2.4.1 2.4.2 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.6 2.6.1 2.6.2 2.7 2.7.1 2.7.2 2.7.3 2.8 2.8.1 2.8.2 2.9 2.9.1 2.9.2 CHƢƠNG - MÓNG CỌC ĐƢỜNG KÍNH NHỎ TỔNG QUAN VỀ MĨNG CỌC ĐƢỜNG KÍNH NHỎ Giới thiệu chung móng cọc đường kính nhỏ Phân loại móng cọc CẤU TẠO MĨNG CỌC ĐƢỜNG KÍNH NHỎ Cấu tạo cọc BTCT đường kính nhỏ Cấu tạo bệ cọc DỰ TÍNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC ĐƠN Khái quát sức chịu tải cọc Xác định sức chịu tải dọc trục cọc đơn theo vật liệu Xác định sức chịu tải dọc trục cọc đơn theo đất Dự tính sức chịu tải dọc trục nhóm cọc Sức chịu tải cọc chịu nhổ DỰ TÍNH SỨC CHỊU TẢI NGANG TRỤC CỦA CỌC Tổng quan sức chịu tải ngang trục cọc đơn Tổng quan sức chịu tải ngang trục nhóm cọc THÍ NGHIỆM CỌC TẠI HIỆN TRƢỜNG Thí nghiệm nén tĩnh Thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA Thí nghiệm tải trọng động theo độ chối cọc THIẾT KẾ THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG Móng tương đương Dự tính độ lún nhóm cọc THIẾT KẾ MĨNG CỌC Lựa chọn số cọc cách bố trí cọc Kiểm tốn móng cọc theo TTGH cường độ Kiểm tốn móng cọc theo TTGH sử dụng THIẾT KẾ MÓNG CỌC ĐÓNG CHO TRƢỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Cọc chịu ma sát âm Thiết kế cọc chịu lực ngang mố cầu THI CƠNG MĨNG CỌC ĐĨNG Thi cơng nơi khơng có nước mặt Thi cơng nơi có nước mặt 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 CHƢƠNG - MĨNG CỌC ĐƢỜNG KÍNH LỚN TỔNG QUAN VỀ CỌC ĐƢỜNG KÍNH LỚN Giới thiệu chung cọc đường kính lớn Giới thiệu cọc ống BTCT đường kính lớn Giới thiệu cọc khoan nhồi CẤU TẠO MĨNG CỌC ỐNG BTCT ĐƢỜNG KÍNH LỚN 3 5 6 20 30 35 35 36 39 39 42 45 45 47 48 61 63 63 63 76 77 77 84 92 95 95 95 99 99 101 108 108 108 109 110 110 111 120 120 120 122 3.6.1 3.6.2 3.7 3.7.1 3.7.2 3.7.3 3.7.4 3.8 3.8.1 3.8.2 3.8.3 Cấu tạo cọc ống BTCT đường kính lớn Liên kết cọc vào bệ cọc chân cọc vào tầng đá gốc THI CƠNG CỌC ỐNG BTCT ĐƢỜNG KÍNH LỚN Cơng nghệ hạ cọc ống BTCT đường kính lớn Trình tự thi cơng CẤU TẠO CỌC KHOAN NHỒI Cấu tạo cọc khoan nhồi đường kính lớn Cấu tạo bệ cọc khoan nhồi (móng cọc đường kính lớn) THI CƠNG CỌC KHOAN NHỒI Tổng quan công tác thi công cọc khoan Công nghệ khoan tạo lỗ Gia công hạ lồng cốt thép Đổ bê tông cọc khoan nhồi CÁC SỰ CỐ KHI THI CÔNG VÀ KHUYẾT TẬT CỦA CỌC KHOAN Các cố thi công cọc khoan Các khuyết tật cọc khoan nhồi SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN Hệ số sức kháng cọc khoan Dự tính sức chịu tải dọc trục cọc khoan nhồi Khả chịu tải nhóm cọc khoan Sức kháng nhổ cọc đơn nhóm cọc THIẾT KẾ MĨNG CỌC ĐƢỜNG KÍNH LỚN Kiểm tốn móng cọc đường kính lớn theo TTGH cường độ Kiểm tốn móng cọc đường kính lớn theo TTGH sử dụng Thiết kế móng cọc theo TTGH đặc biệt 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.2 4.2.1 4.2.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5 4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3 CHƢƠNG - XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NỀN ĐẤT YẾU GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẤT YẾU Tổng quan đất yếu Phân loại đất yếu Các vấn đề đặt với đất yếu Một số phương pháp xử lý đất yếu thường sử dụng PHƢƠNG PHÁP ĐỆM CÁT VÀ BỆ PHẢN ÁP Phương pháp tầng đệm cát (thay đất) Phương pháp bệ phản áp PHƢƠNG PHÁP CỌC CÁT ĐẦM VÀ CỌC ĐÁ Giới thiệu công nghệ cọc cát đầm Thi công cọc cát đầm chặt Giới thiệu công nghệ cọc đá Thi công cọc đá Thiết kế cọc cát đầm chặt cọc đá XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM Giới thiệu chung bấc thấm Những yêu cầu thiết kế bấc thấm Thiết kế tính tốn bấc thấm Thi công cắm bấc thấm Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu bấc thấm PHƢƠNG PHÁP CỌC XI MĂNG ĐẤT Công nghệ Jet – Grouting Công nghệ CDM (Cement Deep Mixing) Phương pháp tính tốn thiết kế cọc xi măng-đất 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.4.1 3.4.2 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.6 122 123 125 125 125 126 126 129 131 131 131 137 138 141 141 145 148 148 149 155 157 157 157 157 159 166 166 166 167 167 169 169 172 173 173 173 175 176 178 188 188 189 190 195 196 197 197 201 202 CHƢƠNG MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ THIẾT KẾ MĨNG NƠNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ MĨNG NƠNG 1.1.1 Giới thiệu chung móng nơng 2000 1000 2000 1000 +1.50 0.00(C§M§) 300 SÐt pha 200 3000 200 (M§SX) 1600 -2.00 1600 2000 1750 2000 250 (C§§B) 200 1000 200 7000 (MNTN) 300 +1.50(C§§B) -4.00 SÐt pha -6.00 Hình 1.1 -Tồn cảnh trụ cầu dạng móng nơng MNCN mực nước cao MNTN mực nước thấp MNTT mực nước thông thuyền MNTC mực nước thi cơng htt cao độ thơng thuyền Móng nơng loại móng có chiều sâu chơn móng (h) nhỏ ~6 m Chiều sâu h tính từ mặt đất từ MNTN đến đáy móng Móng nơng có hình dạng kết cấu đơn giản, với móng trụ mố cầu thường chọn hình chữ nhật hình vng, biện pháp thi cơng tương đối dễ dàng thơng thường móng nơng có chi phí rẻ Tuy nhiên, móng nơng có số nhược điểm như: chiều sâu chơn móng nhỏ, nên độ ổn định lật, trượt móng nơng (chịu mơmen lực ngang) Ở lớp đất phía có sức chịu tải không lớn (trừ lớp đá gốc gần mặt đất) nên sức chịu tải đất không cao móng nơng chịu tải trọng cơng trình nhỏ Trong trường hợp mực nước mặt nằm sâu phương án thi cơng tương đối phức tạp phải tăng chiều dài cọc ván cơng trình phụ trợ thi cơng 1.1.2 Phân loại móng nơng (1) Theo vật liệu làm móng Móng đá xây giống móng gạch xây, móng đá xây phải thi công từ lên khả tạo hình đá xây nên làm kéo dài thời gian thi công, giảm hiệu kinh tế Móng đá xây sử dụng cơng trình cầu đường có u cầu thời gian ngắn chất lượng cơng trình cao Móng bê tơng có khả tạo hình tốt, thời gian thi cơng nhanh, khả chịu nén tốt khả chịu kéo Móng bê tơng cốt thép có ưu điểm móng bê tơng, đồng thời có khả chịu kéo tốt Hiện loại móng áp dụng phổ biến rộng rãi tính thích ứng thi công khả chịu tải tốt (2) Theo kích thước móng Móng đơn loại móng có ba kích thước (chiều dài, chiều rộng, chiều cao) nhỏ Móng băng móng có chiều dài lớn nhiều so với chiều rộng chiều dày Móng bè (móng bản) loại móng có chiều dài chiều rộng lớn nhiều so với chiều dày (3) Theo vị trí tác dụng tải trọng Móng có tải trọng tác dụng tâm điểm đặt tải trọng nằm trọ tâm móng Móng có tải trọng tác dụng lệch tâm điểm đặt tải trọng nằm lệch khỏi trọng tâm móng, điểm đặt tải trọng xa trọng tâm lệch tâm lớn Móng có tải trọng ngang lớn thường xun ví dụ mố cầu có chiều cao lớn áp lực đất phía sau lưng mố sinh lực ngang lớn tác dụng lên móng (4) Theo biện pháp thi cơng Phương pháp thi cơng chỗ có ưu điểm tận dụng nhân công, tạo khối bê tơng móng có tinh liên tục dễ dàng khắc phục sai số thi công Không đỏi hỏi kỹ thuật thi cơng q cao xác Nhược điểm phương pháp thời gian thi công lâu, dẫn đến chịu ảnh hưởng yếu tố thiên nhiên; Chất lượng bêtông không tốt phương pháp lắp ghép diều kiện bảo dưỡng trường không đảm bảo nhà xưởng; Cần nhiều thiết bị máy móc phụ trợ thi cơng dẫn đến tăng chi phí Phương pháp thi cơng lắp ghép có ưu điểm thời gian thi cơng nhanh việc đúc bê tơng khơng cần địi hỏi phải trình tự, rút ngắn thời gian thi công cơng trình Chất lượng bê tơng đảm bảo bảo dưỡng nhà xưởng, giảm số lượng thiết bị vật liệu phục vụ cho thi công giảm chi phí Tuy nhiên nhược điểm phương pháp chất lượng mối nối thi công, mặt cắt nối nơi xung yếu; Yêu cầu đúc sẵn phải đảm bảo xác lắp ráp được; Khối bê tơng móng đồng 1.2 CẤU TẠO MĨNG NƠNG Những vấn đề kết cấu, thuỷ lực địa kỹ thuật thiết kế móng phải phối hợp phân biệt giải trước duyệt thiết kế sơ Những hậu thay đổi điều kiện móng tác dụng lũ thiết kế cho xói phải xét đến trạng thái giới hạn cường độ trạng thái giới hạn sử dụng Những hậu thay đổi điều kiện móng tác dụng lũ kiểm tra xói cầu phải xét đến trạng thái giới hạn đặc biệt Xói móng cầu nghiên cứu cho điều kiện: Lũ thiết kế xói: Vật liệu đáy sơng lăng thể xói phía đường xói chung giả định chuyển điều kiện thiết kế Lũ thiết kế mưa kèm triều dâng lũ hỗn hợp thường nghiêm trọng lũ 100 năm lũ tràn với chu kỳ tái xuất nhỏ Các trạng thái giới hạn cường độ trạng thái giới sử dụng phải áp dụng cho điều kiện Lũ kiểm tra xói: ổn định móng cầu phải nghiên cứu điều kiện xói gây lũ dâng đột xuất bão mưa kèm triều dâng, lũ hỗn hợp không vượt lũ 500 năm lũ tràn với chu kỳ tái xuất nhỏ Dự trữ vượt yêu cầu ổn định điều kiện không cần thiết Phải áp dụng trạng thái giới hạn đặc biệt cho điều kiện Đối với móng xây dựng dọc theo sơng suối, cần phải đánh giá xói đất thiết kế Những nơi có khả phát sinh xói cần phải có biện pháp bảo vệ thích hợp Gradient thủy lực khơng vượt : Đối với bùn đất dính: 0.2 Đối với loại đất khơng dính khác: 0.3 Nơi mà nước thấm móng, cần phải xem xét tác động lực nâng lực thấm 1.2.1 Cao độ móng nơng Cao độ mặt lựa chọn sở yếu tố: Cao độ mặt dưới, sơng có thơng thuyền hay khơng Với sơng có thơng thuyền cao độ mặt cịn cấp thơng thuyền sơng định Bệ móng nên thiết kế với đỉnh bệ thấp mức xói chung tính tốn để giảm thiểu trở ngại cho dịng lũ dẫn đến xói cục Ngay độ sâu thấp cần xét cho bệ móng đặt cọc mà cọc bị phá hoại xói gỉ phơ trước dịng chảy CDMT ' ' CDMD Hình 1.2 -Cấu tạo móng nơng Cao độ mặt dƣới lựa chọn phụ thuộc vào điều kiện địa chất Móng phải đặt vào lớp đất tốt có cường độ chịu lực cao, tính biến dạng nhỏ ổn định lún Tránh đặt móng vào tầng đất gây lún lệch Móng mở rộng đặt đất đá dễ xói đáy cần đặt độ sâu xói lũ kiểm tra xói gây nên Móng mở rộng đặt đá khơng bị xói phải thiết kế thi cơng để đảm bảo tính tồn vẹn khối đá chịu lực Độ sâu móng phải xác định phù hợp với tính chất vật liệu móng khả phá hoại Các móng nơi vượt dòng chảy phải đặt độ sâu độ sâu xói dự kiến lớn Phải xem xét đến việc sử dụng vải địa kỹ thuật hay tầng lọc dạng cấp phối hạt để giảm khả thẩm lậu đá xô bồ đắp trả sau mố 1.2.2 Các kích thƣớc móng nơng Kích thƣớc mặt trên: hình dạng kích thước móng thường phụ thuộc vào hình dạng kích thước đáy cơng trình bên Thường kích thước mặt móng lấy lớn kích thước đáy cơng trình bên chút (thường từ 0.2~1.0m) Kích thƣớc mặt dƣới Do sức chịu tải đất thường nhỏ cường độ vât liệu làm móng nhiều (ngoại trừ móng đặt đá gốc) nên phải mở rộng đáy móng góc (α) để giảm áp lực tải trọng cơng trình xuống đất Đối với móng cứng, góc mở (α) khơng vượt q giá trị cho phép tuỳ theo loại vật liệu làm móng làm gãy móng; Với móng mềm BTCT khơng qui định góc mở Có thể tham khảo giá trị góc mở α sau: - Móng đá hộc vữa tam hợp (XM+cát) =230 - Móng đá hộc vữa xi măng =300 - Móng bê tơng độn đá hộc =330 - Móng bê tơng =400 Với bệ móng đặt nghiêng có bậc góc nghiêng chiều cao vị trí bậc phải cho thoả mãn yêu cầu thiết kế mặt cắt Có thể lấy chiều rộng tổng cộng bệ móng BTCT theo tiêu chuẩn JRA – 1999 (của Nhật Bản) sau: B b LC 2d (1.1) Trong đó: B: Bề rộng móng; b: Chiều rộng hiệu thiết kế theo phương pháp ứng suất cho phép; LC: Chiều rộng thân trụ phía trên; D: Chiều dày bệ móng Chiều dày móng quy định phụ thuộc vào độ lớn tải trọng phải đảm bảo chịu mômen uốn đủ chiều sâu chơn móng vào đất để móng ổn định Chiều dầy móng thường có giá trị 1.0~1.5m (cho móng cơng trình có tải trọng nhỏ), 1.5~2.0m (cho tải trọng trung bình) 2.0~3.0m (cho tải trọng lớn) 1.3 THIẾT KẾ MĨNG NƠNG 1.3.1 Thiết kế móng nơng theo trạng thái giới hạn cƣờng độ (Mục 6.3 TCVN 11823 - 10:2017) Theo Điều 5.3.1 TCVN 11823 - 10:2017 thiết kế móng trạng thái giới hạn cường độ bao gồm việc xem xét sức chịu lực đất sức kháng kết cấu danh định phận móng Thiết kế móng trạng thái giới hạn cường độ không bao gồm việc xem xét biến dạng cần có để tạo sức kháng danh định, trừ có định nghĩa phá hủy biến dạng được quy định Đối với thiết kế móng nơng (Điều 5.3.2 TCVN 11823 - 10:2017) phải xem xét: • Sức kháng ép danh định đất nền; • Lật bị diện tớch tiếp xỳc q mức; • Trượt đáy móng • Khả thi công (1) Khả chịu nén đất dƣới đáy móng Cơng thức kiểm tốn, đơn vị tính (N): V iiVi (1.2) qR A' Trong đó: γ η V : Tổng tải trọng thẳng đứng đáy móng nhõn hệ số i i i: hệ số tải trọng; i: hệ số điều chỉnh tải trọng; qR: sức kháng nén tính tốn nhân hệ số (tính tốn); qR = b x qn (1.3) qn: sức kháng danh định b: hệ số sức kháng nén móng nơng trạng thái giới hạn cường độ lấy theo Bảng 1.1- Điều 5.5.2.2 TCVN 11823-10-2017 A': Diện tích có hiệu đáy móng, tính (mm2) (Hình 1.3) A’: B’ x L’: (Điều 6.1.3 TCVN 11823 - 10:2017) Đối với móng chịu lực lệch tâm, dùng diện tích có hiệu thu nhỏ B'x L' nằm đường bao móng thực tế để tính tốn khả chịu lực độ lún đất Với móng chịu lực lệch tâm, kích thước có hiệu thu nhỏ tính sau: B' = B - 2eB (eB = ML/V) L' = L - 2eL (eL = MB/V) Trong đó: B, L: chiều rộng chiều dài móng; eB: Độ lệch tâm song song với kích thước B (mm); eL: Độ lệch tâm song song với kích thước L (mm) Khi có tải trọng lệch tâm dùng kích thước móng có hiệu L' B' thay cho kích thước thực móng L B tất Phương trình Hình vẽ liên quan đến sức kháng - Khoản 6.3.1.1 TCVN 11823 - 10:2017 a) Trường hợp lệch tâm trục a) Trường hợp lệch tâm trục Hình 1.3 -Diện tích chịu tải có hiệu SỨC KHÁNG NÉN DANH ĐỊNH CỦA ĐẤT NỀN (Điều 6.3.1 TCVN 11823 - 10:2017) Khi t¶i träng lƯch tâm trọng tâm đế móng, phải dùng diện tích hữu hiệu chiết giảm, B x L nằm giới hạn móng thiết kế địa kỹ thuật cho lún sức kháng đỡ p lc chu tải thiết kế diện tích hữu hiệu phải giả định móng đặt đất Diện tích hữu hiệu chiết giảm phải đồng tâm với tải trọng a Các phương pháp lý thuyết a.1 Tổng quát Sức kháng nén danh định đất rời móng nơng định lượng dựa giải tích ứng suất có hiệu thơng số sức kháng đất có nước Sức kháng nén danh định đất dính móng nơng định lượng theo giải tích ứng suất tổng cộng thơng số sức kháng đất khơng nước Trong trường hợp đất mềm yếu giảm sức kháng theo thời gian, sức kháng loại đất phải định lượng theo điều kiện tải (tải trọng thường xuyên lâu dài) dùng giải tích ứng suất có hiệu thơng số sức kháng đất nước Đối với móng nơng đặt đất đầm chặt, sức kháng nén danh định định lượng sử dụng hai phân tích ứng suất tổng cộng hay ứng suất có hiệu, lấy theo kết an tồn a.2 Phương trình sở sức kháng nén danh định Sức kháng danh định lớp đất tớnh Mpa, xác định sau: qn c.Ncm g..D f Nqm Cwq 109 0,5.g..B.N m Cwq 109 (1.4) Trong đó: Ncm = Nc sc ic (1.5) Nqm = Nq sq.iq.dq (1.6) Nm = N.s i (1.7) Trong đó: g: Gia tốc trọng trường tớnh (m/s2); c: Cường độ lực dính, lấy sức kháng cắt khơng nước Su, tính (MPa); Nc: Hệ số khả chịu ép thành phần lực dính, tra Bảng 1.2; Nq : Hệ số khả chịu ép thành phần gia tải (nền đường), theo Bảng 1.2; N: Hệ số khả chịu ép thành phần khối lượng riêng, theo Bảng 1.2; : Khối lượng riêng tồn phần (có độ ẩm) đất phía phía chiều dày chịu lực móng, tính (kg/m3); Df: Chiều sâu đặt móng, tính (mm); B: Chiều rộng móng, tính (mm); Cwq Cwo: Hệ số điều chỉnh xét đến vị trí mực nước ngầm cho Bảng 1.3; Sc S Sq: Hệ số điều chỉnh hình dạng móng cho Bảng 1.4; dq: Hệ số điều chỉnh xét đến sức kháng cắt dọc theo bề mặt phá hoại qua vật liệu đất rời phía mặt chịu lực quy định Bảng 1.5; ic i iq: Hệ số tải trọng nghiêng xác định theo Phương trình 1.8 1.9, 1.10 và1.11 đây: Khi gúc ma sát f = ic 1- n.H c.B '.L '.N c (1.8) Khi gúc ma sát f> 1 iq ic iq N q 1 (1.9) H iq 1 V cBL cot f H i 1 V cBL cot f n (1.10) n 1 (1.11) 2 L / B 2 B / L 2 n cos sin L / B B / L (1.12) Trong đó: B : Chiều rộng móng, tính (mm); L : Chiều dài móng, tính (mm); H : Tải trọng phương ngang khơng hệ số, tính (N); V : Tải trọng thẳng đứng không hệ số, tính (N); : Góc thành phần hình chiếu phương lực mặt phẳng móng, tính (độ); Bảng 1.1 – Hệ số sức kháng móng nơng trạng thái giới hạn cường độ (Điều 5.5.2.2 TCVN 11823-10-2017) Hệ số Phƣơng pháp / loại đất / tình trạng Sức kháng nén b sức kháng Phương pháp lý thuyết (Munfakh et al 2001) đất sét 0.50 Phương pháp lý thuyết (Munfakh et al 2001) đất cát sử dụng CPT 0.50 Phương pháp lý thuyết (Munfakh et al 2001) đất cát, sử dụng SPT 0.45 Phương pháp nửa thực nghiệm (Meyer hof 1957) tất loại đất 0.45 tan = tan f cho móng bê tơng đổ chỗ đất; = 0.8 tanf cho bê tông lắp ghép đất; đây: f : Góc nội ma sát đất có nước, tính (độ); V : Tổng hợp lực đứng, tính (N) Nếu móng đặt đất sét, sức kháng trượt lấy trị số nhỏ hai trị số sau: • Lực dính đất • Khi móng có lớp đệm đất hạt đầm chặt dày 150mm lấy nửa trị số ứng suất pháp bề mặt tiếp giáp móng đất minh họa Hình 1.10 cho tường chắn Hình 1.10 - Phương pháp xác định sức kháng trượt danh định cho tường đất sét Trong đó: qs : Sức kháng cắt đơn vị lấy Su 0.5'v trị số nhỏ hơn; R : Sức kháng trượt danh định móng đất (N), biểu thị phần diện tích bơi đen biểu đồ qs; Su : Sức kháng cắt đất khơng nước, tính (MPa); v' : Ứng suất thẳng đứng có hiệu, tính (MPa) 1.3.2 Thiết kế theo trạng thái giới hạn sử dụng (Mục 6.2 TCVN 11823 – 10:2017) (1) Tổng quát Thiết kế trạng thái giới hạn sử dụng cho móng nơng bao gồm đánh giá tổng độ lún, chênh lệch độ lún ổn định tổng thể Phải đánh giá ổn định tổng thể móng tồn nhiều số điều kiện sau: • Có tải trọng nghiêng hay tải trọng nằm ngang; • Móng đặt đắp; • Móng đặt gần mái dốc; • Có khả bị phần đỡ móng nguy lở xói; • Có tầng đất chịu lực nghiêng 20 Lựa chọn giá trị chuyển vị cho phép để thiết kế cơng trình cụ thể phải phù hợp với làm việc kết cấu, loại hình kết cấu với tuổi thọ cơng trình, ảnh hưởng độ lún mức cho phép tới công kết cấu Chuyển vị móng bao gồm chuyển vị đứng, nằm ngang, góc xoay Tiêu chuẩn chuyển vị xác định phương pháp thực nghiệm, giải tích xem xét theo hai phương pháp Xác định độ lún móng theo tổ hợp tải trọng sử dụng I qui định Bảng 3.TCVN 118233:2017 Khi tính tốn lún móng đất dính có lún cố kết theo thời gian, không xét đến tải trọng tức thời Đánh giá chuyển vị ngang góc xoay móng dùng tất tổ hợp tải trọng sử dụng qui định Bảng 3.TCVN 11823-3:2017 Tiêu chuẩn chuyển vị ngang móng qui định vị trí đỉnh bệ móng, sở tính dung sai dịch chuyển theo phương nằm ngang kết cấu phần với việc xét đến chiều dài thân trụ độ cứng (2) Tải trọng Khi tính lún tức thời dùng tải trọng theo tổ hợp Trạng thái giới hạn sử dụng I qui định Bảng 3.TCVN 11823-3:2017 Khi tính lún theo thời gian đất dính thỡ tớnh với tải trọng lõu dài nghĩa không xét đến tải trọng tức thời (3) Dự tính lún a Tổng quát Tính lún theo phương pháp tính dựa số liệu thí nghiệm phịng thí nghiệm trường hai Các thơng số đất dùng cho tính toán nên chọn cho phản ánh trình chịu tải đất, trình tự thi cơng hiệu ứng phân tầng lớp đất Phải tính tốn độ lún tổng cộng chênh lệch độ lún bao gồm lún theo thời gian Độ lún tổng cộng bao gồm lún đàn hồi, lún cố kết thành phần lún thứ cấp tính sau: (1.38) St = Se + Sc + Ss Trong đó: St: Độ lún tổng cộng, tính (mm); Se: Độ lún đàn hồi, tính (mm); S c: Độ lún cố kết, tính (mm); Ss: Độ lún thứ cấp, tính (mm) Hiệu ứng vùng ảnh hưởng ứng suất hay phân bố ứng suất theo chiều đứng phía móng phải xem xét tính lún Móng nơng đặt có nhiều lớp đất khác đất dính, đất rời, đá phải dùng thuật tốn thích hợp để tính lún cho lớp riêng biệt vùng ảnh hưởng ứng suất gây bên móng Sự phân bố ứng suất thẳng đứng tăng lên phạm vi móng hình trịn, hình vng hay hình chữ nhật dài nghĩa L > 5B xác định theo Hình 1.11 21 Hình 1.11 - Đường đẳng mức ứng suất theo chiều thẳng đứng Boussinesq cho móng dài vơ hạn móng vng chỉnh lý theo Sowers (1979) b Lún móng đất rời Lún móng nơng đất rời xác định hàm số bề rộng có hiệu móng phải xét đến hiệu ứng hình dạng móng phân tầng đất đá theo chiều sâu Tính lún móng nơng đất rời phải dùng phương pháp lý thuyết đàn hồi hay phương pháp thực nghiệm b.1 Phương pháp bán không gian Phương pháp bán không gian dựa giả thiết móng chịu uốn đặt đất đồng có chiều dày vơ hạn Độ lún đàn hồi móng nơng (mm) tính theo phương pháp bán không gian đàn hồi xác định sau: Se q0 1 v A ' (1.39) Es z Trong đó: q0: Áp lực thẳng đứng đặt móng, tính (MPa); A': Diện tích có hiệu đáy móng, tính (mm2); Es: Mô đun đàn hồi đất lấy qui định Bảng 1.6 (Điều 4.6.3.TCVN 11823 - 10:2017) khơng thể đo trực tiếp từ thí nghiệm trường thí nghiệm phịng, tính (MPa); z: Hệ số hình dạng lấy giá trị Bảng 13; 22 v: Hệ số Poisson lấy theo qui định Bảng 1.6 (Điều 4.6.3.TCVN 11823 - 10:2017) đo trực tiếp từ kết thí nghiệm trường hay thí nghiệm phịng Trừ Es thay đổi lớn theo chiều sâu Es nên xác định độ sâu khoảng 1/2 đến 2/3B phía đáy móng, B chiều rộng móng Nếu mơ đun đàn hồi thay đổi nhiều theo chiều sâu tính theo trị số bình quân gia quyền Bảng 1.6- Các số đàn hồi loại đất khác theo Bộ Hải quân Hoa kỳ (1982) Bowles (1988) Loại đất Đất sét: Mềm yếu Nửa cứng đến cứng Rất cứng Hoàng thổ: Bùn Cát nhỏ: Rời xốp Chặt vừa Chặt Cát: Rời xốp Chặt vừa Chặt Sỏi: Rời xốp Chặt vừa Chặt Phạm vi điển hình Hệ số giá trị Poisson v Mô đun (DIM) Young Es (MPa) 2.4 - 15 15 - 50 50 - 100 15 - 60 - 20 Dự tính Es theo N Loại đất Es (MPa) 0.4 – 0.5 Bùn, bùn cát, hỗn hợp dính (khơng Cát nhỏ đến trung cát pha nước) bùn Cát thơ cát pha sỏi Sỏi pha cát sỏi 0.1 – 0.3 Sỏi pha cát sỏi 0.3 – 0.35 0.4N1 0.7N1 1.0N1 1.1N1 1.1 N1 Ước tính Es theo Su 7.5 - 10 10 - 20 20 - 25 0.25 10 - 25 25 - 50 50 - 75 25 - 75 75 - 100 100 - 200 0.20 – 0.25 Sét mềm yếu 400 Su - 1000 Su Sét 1/2 cứng đến cứng 1.500 Su - 2400 Su 0.30 – 0.40 Sét cứng 3.000 Su - 4000 Su Dự tính Es theo qc 0.2- 0.35 Đất pha cát qc 0.3- 0.40 Bảng 1.7- Hệ số hình dạng đàn hồi độ cứng, EPRI (1983) L/B z mềm (trung bình) Hình trịn 10 1.04 1.06 1.09 1.13 1.22 1.41 z cứng 1.13 1.08 1.10 1.15 1.24 1.41 b.2 Phương pháp thực nghiệm Hough Xác định độ lún móng đất rời theo phương pháp thực nghiệm Hough theo phương trình 1.40 1.41 23 n Se H i (1.40) i 1 Trong đó: H i H c n: ' log ' v C' 0 (1.41) Số lớp đất vùng ảnh hưởng đáy móng; Hi : Độ lún lớp đất thứ i, tính (mm); Hc : Chiều cao ban đầu lớp đất thứ i, tính (mm); C' : Chỉ số khả chịu ép xác định theo Hình 1.12; ú'0 : Ứng suất có hiệu thẳng đứng ban đầu lớp đất thứ i, tính (MPa); ’v : Số gia tăng ứng suất thẳng đứng lớp đất thứ i Trong hình 1.12, N1 phải lấy N160 sức kháng xuyên tiêu chuẩn (số nhát búa/300mm) hiệu chỉnh có xét đến áp lực đất tầng đất phủ (Khoản 4.6.2.4.TCVN 11823 10:2017) Hỡnh 1.12 - Chỉ số khả chịu ép theo tương quan với số SPT hiệu chỉnh c Lún móng đất dính Móng đặt mà đất dính nằm vùng ảnh hưởng ứng suất phải xét đến độ lún cố kết Lún đàn hồi lún thứ cấp xem xét tùy theo thời điểm trình tự đặt tải thi cơng chênh lệch độ lún cho phép Nếu kết thí nghiệm biểu thị dạng tỷ lệ độ rỗng đất (e) độ lún cố kết móng xác định sau: • Đối với đất cố kết 'p> 'o xem trờn Hình 1.13 ' ' H Sc c Cr log p' Cc log 'f 1 e0 0 p • Đối với đất cố kết thơng thường 'p = '0 ' H Sc c Cc log 'f 1 e0 p 24 (1.42) (1.43) • Đối với đất cố kết 'p< '0 'f Hc Sc (1.44) Cc log ' 1 e0 pc Khi kết thí nghiệm biểu thị dạng ứng biến thẳng đứng đất v lún cố kết xác định theo cơng thức sau: • Đối với đất cố kết 'p> '0 xem trờn Hình 1.14 'f 'p Sc H c Cr log ' log ' (1.45) p 0 • Đối với đất cố kết bình thường 'p = '0 'f Sc H cCc ' (1.46) p • Đối với đất chưa cố kết 'p< '0 'f Sc H cCc ' (1.47) pc Trong đó: Hc: Chiều cao ban đầu lớp đất chịu nén, tính (mm); e0: Độ rỗng trạng thái ứng suất có hiệu thẳng đứng ban đầu; Cr: Chỉ số nén lại; Cc: Chỉ số nén; Crc: Tỷ lệ nén lại; Ccc: Tỷ lệ nén 'p: Ứng suất thẳng đứng có hiệu lớn khứ điểm lớp đất xem xét, (MPa); '0: Ứng suất thẳng đứng có hiệu ban đầu điểm lớp đất xem xét, (MPa); 'f: Ứng suất thẳng đứng có hiệu cuối điểm lớp đất xem xét, (MPa); 'pc: Ứng suất thẳng đứng tức thời không bao gồm ứng suất phụ thêm tải trọng tác dụng móng điểm lớp đất xem xét, (MPa) Ứng suất thẳng đứng có hiệu ' (tỷ lệ Logarit) Ứng suất thẳng đứng có hiệu ' (tỷ lệ Logarit) Hình 1.13 - Đường cong nén cố kết điển hình đất cố kết - Quan hệ tỷ lệ độ rỗng ứng suất thẳng đứng có hiệu theo EPRI (1983) Hình 1.14- Đường cong nén cố kết điển hình đất cố kết - Quan hệ biến dạng thẳng đứng ứng suất thẳng đứng có hiệu theo EPRI (1983) 25 Nếu chiều rộng móng B nhỏ so với chiều dày lớp đất Hc cần xét tới hiệu ứng đặt tải ba chiều theo công thức sau: Sc(3-D) = c Sc (1-D) (1.48) Trong đó: c : Hệ số chiết giảm lấy qui định Hình 1.15; Sc(1-D): Trị số lún cố kết tính theo chiều, tính (mm) Hình 1.15 - Hệ số chiết giảm để xét đến hiệu ứng lún cố kết ba chiều (theo EPRI 1983) Thời gian (t) để đạt lượng phần trăm toàn trị số lún cố kết chiều xác định theo công thức sau: t TH d2 cv (1.49) Trong đó: T: Hệ số thời gian lấy theo Hình 1.16 cho phân bố áp lực lỗ rỗng dư; Hd: Chiều dài đường thoát nước dài lớp đất chịu nén xét, (mm); CV: Hệ số cố kết, tính (mm2/năm) Khi kết thí nghiệm tỷ lệ độ lỗ rỗng e độ lún thứ cấp móng đặt đất dính xác định sau: Ss t c H c log e0 t1 (1.50) Nếu kết thí nghiệm cho dạng ứng biến thẳng đứng trị số lún thứ cấp đất dính xác định sau: t S s C H c log t1 (1.51) Trong đó: Hc : Chiều cao ban đầu lớp đất chịu nén, tính (mm); e0 : Tỷ lệ độ rỗng trạng thái ứng suất thẳng đứng có hiệu ban đầu lớp đất; t1 : Thời gian ban đầu bắt đầu xuất lún thứ cấp nghĩa thời điểm độ lún đạt đến 90% giá trị trung bình lún cố kết sơ cấp, tính (năm); 26 t2 : Thời gian tùy chọn đại diện cho tuổi thọ kết cấu, tính (năm); cα : Chỉ số nén thứ cấp lấy từ kết thí nghiệm lún cố kết mẫu nguyên dạng; cα: Chỉ số nén thứ cấp điều chỉnh lấy từ kết thí nghiệm lún cố kết mẫu nguyên dạng Hình 1.16 - Số phần trăm lún cố kết hàm số hệ số thời gian, T (theo EPRI 1983) d Lún móng đá Đối với móng đặt đá loại từ trung bình tới tốt theo hệ thống phân loại đá (RMR) thiết kế theo qui định điều khoản giả thiết độ lún đàn hồi có trị số nhỏ 15mm Nếu với trị số lún không chấp nhận đá khơng đủ chịu cần tính độ lún đàn hồi dựa đặc trưng khối đá Khi khối đá bị vỡ nẻ có khe nối (tỷ lệ RQD 10% thấp hơn) điều kiện vết nối xấu (tỷ lệ tương đối 10% thấp hơn) không đáp ứng tiêu chuẩn để phân loại đá trung bình đến tốt thỡ phải tiến hành tính độ lún, tính tốn phải xét đến ảnh hưởng loại đá, điều kiện không liên tục khối đá, mức độ phong hóa Độ lún đàn hồi móng đá bị vỡ hay có khe nối, tính mm, xác định sau: • Đối với móng trịn (hay vng): qo 1 I p (1.52) Em Trong đó: Ip (1.53) z • Đối với móng hình chữ nhật: BI qo 1 p Em Trong đó: 1/2 L B Ip (1.54) (1.55) z q0 : Áp lực thẳng đứng đáy diện tích chịu tải, tính (MPa); v: Hệ số poisson; r: Bán kính móng hình trịn B/2 móng vuông; Ip : Hệ số ảnh hưởng xét đến độ cứng kích thước móng; Em: Mơ đun đàn hồi khối đá, tính (MPa); 27 z: Hệ số xét đến hình dạng móng độ cứng; Giỏ trị Ip nên tính với việc sử dụng giá trị z cho Bảng 1.6 móng cứng (Điều 4.6.5.TCVN 11823 - 10: 2017) Khi mà khơng có kết thí nghiệm giá trị hệ số Poisson, loại đá điển hình, trị số lấy theo Bảng 1.10 Xác định giá trị mô đun đá gốc Em sau: Mô đun đàn hồi đá (Em) lấy theo giá trị nhỏ hai giá trị mơ đun xác định theo thí nghiệm mẫu đá giá trị mô đun ghi Bảng 1.8 Đối với cơng trình lớn quan trọng nên xem xét việc xác định mô đun đàn hồi đá thí nghiệm chỗ Để xác định sơ cho việc thiết kế sở, mô đun đàn hồi đá nguyên khối tham khảo giá trị Bảng 1.9 Bảng 1.8- Xác định Em theo GSI Biểu thức Em GPa GSI 10 qu 10 40 Khi qu ≤ 100 MPa(*) 100 Em GPa 10 Em Eg 100 e Chú giải GSI 10 40 Tham khảo Tính cho đá với qu có: B' 4500 sq tan f tan 40o 1, 44 L ' 8500 B' 4500 s 0, 0, 0, 79 L' 8500 Các hệ số tải trọng nghiêng i, iq xác định với f> hệ số n có = sau: L' B' 8500 B ' L ' 4500 cos 2 sin 2 1,35 n L ' B ' 8500 1 1 1 B ' L ' 4500 1,35 n H iq 1 V c B L cot f 11106 1 12 107 0 H i 1 V c B L cot f n 1 11106 1 12 10 0,88 1,351 0,80 Hệ số điều chỉnh xét đến sức kháng cắt dọc theo bề mặt phá hoại qua vật liệu đất rời phía mặt chịu lực dq tra Bảng 1.5 với f = 40o Df/B’ = 3000/4500 = 0,67 < 1, nội suy có: dq 1,15 1, 40 37 1, 1,17 42 37 Thay giá trị vừa tìm vào (3) (4) được: Nqm 64, 1, 44 0,88 1,17 95,18 N m 109, 0,79 0,80 69,14 Các hệ số điều chỉnh xét đến vị trí mực nước ngầm C wq, Cwó tra Bảng 1.3 với mực nước ngầm nằm sâu đáy móng có Dw 1,5 B D f 1,5 4500 3000 9750 (mm) => Cwq = Cw= 1,0 Vì mực nước ngầm nằm sâu đáy móng ta có 1 = 2 = = 1900 (kg/m3) Thay giá trị vào (2) được: qn 9,811900 3000 95,18 1109 0, 9,811900 4500 69,14 1109 8, 22 (MPa) Thay ửb, A’, qn vào (1) ta được: RR b A ' qn 0, 45 3,8 107 8, 22 14 107 V 12 107 (N) Vậy sức kháng nén đất đáy móng đạt yêu cầu Kiểm tốn sức kháng lật (độ lệch tâm) Cơng thức kiểm tốn, đơn vị tính (mm): eB B 31 eL L Theo số liệu đầu bài: M + eB L (mm) V M B 1010 500 8500 2833 (mm) V 12 10 Vậy móng nơng đạt ổn định lật + eL Kiểm tốn sức kháng trƣợt Cơng thức kiểm tốn, đơn vị tính (N): RR Rn R Hệ số sức kháng sức kháng chịu cắt đất móng , tra Bảng 1.1 với móng bê tơng đổ chỗ đặt cát ta có = 0,80 Sức kháng nén danh định R đất rời: Rt V tan với tan = tanf cho móng bê tơng đổ chỗ đất => Rt 12 107 tan 40o 10 10 100 10 (N) Thay giá trị vào (5) ta được: RR 0,8 100 106 80 106 H B 11106 (N) Vậy móng nơng đạt ổn định trượt VÍ DỤ 1.2 Kiểm tốn móng nơng theo TTGH cường độ Móng đổ chỗ, đặt sét bão hịa có chiều sâu chơn móng 2500 (mm), chiều rộng móng 3000 (mm) chiều dài 6000 (mm), mực nước ngầm ngang mặt đất Tải trọng tác dụng theo trạng thái giới hạn cường độ HB = 4x104 (N); Vr = 15x105 (N); ML = 3x108 (N.mm) Cho biết mực nước ngầm khối lượng thể tích sét 1700 (kg/m3) mực nước ngầm 1900 (kg/m3), sức kháng cắt khơng nước sét Su = 0,035 (MPa), góc ma sát f = 0o Kiểm tốn sức kháng nén đất dƣới đáy móng Cơng thức kiểm tốn, đơn vị tính (N): V RR b A ' qn Hệ số sức kháng nén móng nơng trạng thái giới hạn cường độ b Tra Bảng 1.1 với phương pháp lý thuyết đất sét ta có í = 0,50 Diện tích có hiệu A’ = B’ x L’ M B ' B 2eB B L V 108 3000 2600 (mm) 15 10 L ' L 6000 (mm) (Do mô men MB=0) => A ' 2600 6000 156 105 (mm2) Sức kháng nén danh định qn đất dính (f =0o => N = =>Nm = 0): qn c Ncm g D f N qm Cwq 109 32 Với: c = Su = 0,035 (MPa) N cm N c sc ic Nqm Nq sq iq Các hệ số khả chịu ép Nc, Nq tra Bảng 1.2 với f = 0o ta có: Nc = 5,14; Nq = 1,0 Các hệ số điều chỉnh hình dạng móng sc, sq tra Bảng 1.4 với f = 0o ta có: B' 2600 sc 1 1, 09 5 L ' 6000 sq Các hệ số tải trọng nghiêng i, iq xác định với f = 0o hệ số n có = sau: L' B' 6000 B ' L ' 2600 cos 2 sin 2 1,30 n L ' B ' 6000 1 1 1 B ' L ' 2600 n HB 1,30 104 ic 1 0,98 c B ' L ' Nc 0,035 2600 6000 5,14 iq Thay giá trị vừa tìm vào (3) (4) ta được: N cm 5,14 1, 09 0,98 5, 49 N qm Hệ số điều chỉnh xét đến vị trí mực nước ngầm Cwq tra Bảng 1.3 với mực nước ngầm nằm ngang đáy móng với có Dw D f 2500 (mm), Cwq = 1,0; Vì mực nước ngầm nằm ngang đáy móng ta có = 1700 (kg/m3) Thay giá trị vào (2) ta được: qn 0,035 5,49+9,811700 2500 11109 0, 234 (MPa) Thay ửb, A’, qn vào (1) ta được: RR b A ' qn 0,5 156 105 0, 234 18,3105 V 15 105 (N) Vậy sức kháng nén đất đáy móng đạt yêu cầu Kiểm tốn sức kháng lật (độ lệch tâm) Cơng thức kiểm tốn, đơn vị tính (mm): eB B eL L Theo số liệu đầu bài: M L 108 200 3000 1000 (mm) V 15 10 M eL B V Vậy móng nơng đạt ổn định lật eB 33 Kiểm toán sức kháng trƣợt Cụng thức kiểm toán, đơn vị tính (N): RR Rn R Hệ số sức kháng sức kháng chịu cắt đất móng , tra Bảng 1.1 với móng bê tơng đổ chỗ đặt sét ta có = 0,85 Sức kháng nén danh định R đất dính: Rt A ' qn Su Với qn 0,5 max 6 ML V 0,5 max 0,5 B L B L 15 105 108 0,5 0, 05 (MPa) 3000 6000 3000 6000 => qn Su 0, 035 (MPa) Thay giá trị vào phương trình, được: RR 0,85 156 105 0,035 46, 104 H L 104 (N) Vậy móng nơng đạt ổn định trượt 34 ... N1 Ước tính Es theo Su 7.5 - 10 10 - 20 20 - 25 0.25 10 - 25 25 - 50 50 - 75 25 - 75 75 - 100 100 - 200 0.20 – 0.25 Sét mềm yếu 400 Su - 1000 Su Sét 1/2 cứng đến cứng 1.500 Su - 2400 Su 0.30... liệu làm móng làm gãy móng; Với móng mềm BTCT khơng qui định góc mở Có thể tham khảo giá trị góc mở α sau: - Móng đá hộc vữa tam hợp (XM+cát) =230 - Móng đá hộc vữa xi măng =300 - Móng bê tơng... kháng nén móng nơng trạng thái giới hạn cường độ lấy theo Bảng 1. 1- Điều 5.5.2.2 TCVN 1182 3-1 0-2 017 A': Diện tích có hiệu đáy móng, tính (mm2) (Hình 1.3) A’: B’ x L’: (Điều 6.1.3 TCVN 11823 - 10:2017)