Bài giảng nền móng

NỀN MĨNG Chương IV: XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG §4.1 Khái niệm đất yếu đất yếu I Khái niệm đất yếu - Đất yếu gồm loại đất sét mềm bão hoà nước; loại cát hạt nhỏ, mịn; than bùn; trầm tích bị mùn hố v v chúng đa dạng thành phần khoáng vật, thường giống tính chất lý chất lượng xây dựng (kém) - Đất yếu nói chung có đặc điểm sau: Š Hầu hoàn toàn bão hoà nước, có hệ số rỗng (ε) lớn, thường > 1,0 Š Khả chịu lực yếu, vào khoảng 50 - 100 kN/m2 Š Tính nén lún mạnh, hệ số nén lún (a) lớn; môđun biến dạng nhỏ (E ≤ 5000kN/m2); trị số sức kháng cắt không đáng kể NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG II Khái niệm đất yếu - Nền đất yếu phạm vi đất gồm lớp đất yếu có khả chịu lực kém, nằm bên móng cơng trình chịu tác động tải trọng cơng trình truyền xuống Xét mặt cấu trúc, tầng đất hợp thành nhiều lớp đất yếu xen kẽ xen lớp đất khác có khả chịu lực tốt - Khi tính tốn cơng trình theo trạng thái giới hạn, khơng thoả mãn yêu cầu cường độ biến dạng mà vội vàng coi yếu tiến hành Xử lý nhiều gây tốn khơng cần thiết (đặc biệt đ/với cơng trình lớn) Cần phải áp dụng toàn diện biện pháp xử lý kết cấu phần trên, kết cấu móng - Trong đa số trường hợp, sau thay đổi kết cấu phần trên, mở rộng hợp lý diện tích đáy móng mà điều kiện cần đảm bảo thiết kế (về cường độ, biến dạng) không đạt cần phải xử lý Nền cần phải xử lý gọi “nền đất yếu” NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MÓNG - Như vậy, Khái niệm đất yếu phải hiểu cách tương đối hoàn cảnh điều kiện xây dựng cụ thể định Việc làm sáng tỏ khái niệm có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật việc lựa chọn phương án hợp lý - Các biện pháp xử lý: Các biện pháp kết cấu cơng trình Các biện pháp móng Các biện pháp xử lý Các biện pháp thi công để xử lý NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG §4.2 Các biện pháp kết cấu cơng trình + Ngun nhân xử lý: Kết cấu cơng trình bị phá hỏng tồn hay phận do: - Các điều kiện biến dạng không thoả mãn, (S > [Sgh], ∆S > [∆Sgh]… ) - Áp lực tác dụng lên mặt lớn (Ntt > Rgh) + Mục đích xử lý: - Giảm tải trọng tác dụng lên móng - Tăng khả chịu lực kết cấu → Làm giảm trị số Vế Trái → Làm tăng trị số Vế Phải + Các biện pháp kết cấu công trình bao gồm: - Dùng vật liệu nhẹ kết cấu nhẹ - Làm tăng độ mềm cơng trình - Làm tăng cường độ cho kết cấu cơng trình NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MÓNG I Dùng vật liệu nhẹ kết cấu nhẹ - Mục đích biện pháp làm giảm trọng lượng kết cấu cơng trình Do giảm áp suất tác dụng lên mặt - Có thể bố trí vật liệu kết cấu nhẹ phận cơng trình cách hợp lý, giảm độ lệch tâm tải trọng, → ∆S giảm - Đối với cơng trình khơng chịu tác dụng lực ngang lớn việc giảm trọng lượng kết cấu cơng trình khơng ảnh hưởng nhiều đến tính ổn định cơng trình Đối với cơng trình thường xuyên chịu tác dụng lực đẩy ngang lớn giảm trọng lượng cơng trình cần có biện pháp khác để đảm bảo tính ổn định trượt NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG II Làm tăng độ mềm cơng trình - Mục đích: Khi móng lún không phát sinh ư/s phụ liên kết kết cấu cơng trình, phá hỏng kết cấu Làm tăng độ mềm cơng trình (kể móng) khử ứng suất phụ -Biện pháp: Có hai biện pháp: + Biện pháp khe lún + Dùng kết cấu tĩnh định NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 1- Biện pháp dùng khe lún - Tại chỗ có chiều dầy lớp đất thay đổi đột biến tính nén đất khác lớn (Hình 1), chỗ có thay đổi lớn chiều cao cơng trình chênh lệch lớn tải trọng (Hình 2), vị trí có thay đổi bố trí mặt cơng trình (Hình 3) P1 P2 δ = 3-5cm NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MĨNG -u cầu: + Cần hạn chế số lượng khe lún cơng trình, tác dụng kỹ thuật tốt tốn kém, thêm nhiều vật liệu xây dựng (phải làm thêm tường ngăn ngang, dọc chỗ bố trí khe lún, làm khớp nối v.v ), quản lý khó khăn cơng trình thuỷ lợi + Các khớp nối bố trí khe lún phải mềm mại chịu độ chênh lún hai phận hai bên khe lún phải tính tốn kiểm tra khớp nối -Khớp nối đồng Ω: Thường dùng cho cơng trình thuỷ lợi -Khớp nối chất dẻo polime: Rộng 18cm; dầy 0,4cm; mấu nhô 0,4cm; phần uốn cong rộng 2,5cm (Theo Sản phẩm Phòng kết cấu –Viên NCKHTL-HN) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH khớp nối đồng Ω khớp nối chất dẻo polime NỀN MÓNG + Chiều rộng khe lún phải tính tốn vừa đủ phận tách không tựa sát bên (làm nứt nẻ cơng trình) chúng bị lún không bị nghiêng Chiều rộng tối thiểu khe lún xác định theo công thức: δ = k.h.( tgθp - tgθtr ) δ = 3-5cm (4.1) h: chiều cao khe lún θp, θtr: góc nghiêng phần cơng trình bên phải trái khe lún Dùng khe lún để phân tách cơng trình k: hệ số an tồn xét đến tính khơng đồng đất nền, lấy k = 1,3 - 1,5 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MÓNG 10 2- Biện pháp kết cấu tĩnh định - Thay liên kết cứng phận cơng trình liên kết khớp liên kết tựa có tác dụng làm tăng độ mềm cơng trình khử ứng suất phụ thêm phát sinh cơng trình bị biến dạng lệch - Việc thay liên kết cứng liên kết mềm (khớp, tựa) làm cho cơng trình có tính chất tĩnh định nên phần làm nặng nề thêm phần mỹ thuật Do cần giảm bớt khớp nối mềm cơng trình - Tốt dự tính yếu tố biến dạng cơng trình từ tính tốn nội lực kết cấu siêu tĩnh phận cơng trình ∆S=SA-SB SA A B SB L NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 11 3- Tăng thêm cường độ cho kết cấu cơng trình * Mục đích, Yêu cầu: - Làm tăng thêm cường độ cho kết cấu cơng trình để phận đủ sức chịu thêm ứng lực sinh cơng trình bị lún khơng phương hướng chủ động tích cực thiết kế cơng trình theo trạng thái giới hạn có xét đến tác dụng tương hỗ ba phận cơng trình - Không làm ảnh hưởng nhiều đến độ mềm cơng trình * Biện pháp: Giằng bê tơng cốt thép - Trong cơng trình dân dụng cơng nghiệp người ta sử dụng giằng bê tông cốt thép (giằng tường, giằng móng), (xem Hình) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH Giằng cốt thép NỀN MĨNG 12 - Các giằng có tác dụng tăng cường khả chịu ứng suất kéo phát sinh tường chịu uốn mà không ảnh hưởng đến độ mềm cơng trình Giằng bê tơng cốt thép - Tính toán kết cấu giằng gia cường theo p/pháp dầm đàn hồi Trong thiết kế thường lấy cốt thép cấu tạo - 15 cm2 Giằng cốt thép - Có thể dùng biện pháp gia cố cục để tăng cường độ chống cắt cục tường hay phận cơng trình cách đặt giằng đặt thêm cốt thép nơi dự đoán có phát sinh ứng lực cắt lớn NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 13 §4.3 Các biện pháp móng - Thay đổi chiều sâu chơn móng - Thay đổi kích thước đáy móng - Thay đổi loại móng độ cứng móng I Thay đổi chiều sâu chơn móng - Cơ sở phương pháp: + Cơng thức tính sức chịu tải cường độ tiêu chuẩn có dạng chung là: pgh = Aγ.b + Bq + Dc A, B, D: hệ số phụ thuộc góc ma sát ϕ đất γ, c: trọng lượng riêng lực dính đơn vị đất b: chiều rộng móng q: tải trọng bên móng pgh q= γ.hm hm o NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 14 §4.3 Các biện pháp móng Như vậy, tăng độ sâu đặt móng hm , tức tăng (q = γ.hm), khả chịu tải (pgh) tăng lên + Mặt khác, nói chung có độ chặt tăng theo chiều sâu, nên hm tăng đặt móng lớp đất tốt hơn, độ lún S giảm pgh q= γ.hm hm o - Xét trường hợp thực tế: * Trường hợp cao trình đặt móng thiết kế khơng thay đổi: Do nhiều điều kiện khống chế, móng thường phải đặt cao trình thiết kế định Bảo đảm cao trình đặt móng thiết kế (tức bảo đảm cao trình phận cơng trình) vấn đề quan trọng khó khăn, đất yếu NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 15 Để giảm bớt độ chênh lệch cao trình đặt móng thiết kế với cao trình đáy móng sau lún ổn định thường phải nâng cao trình đặt móng thiết kế lên trị số dự phịng, tính gần theo cơng thức: TK Sdp Sdp = ½ ( S + Stc ) hm (4.2) Sdp - độ nâng thêm cao trình dự phịng S - độ lún ổn định tính tốn Stc - độ lún xảy thi công Đối với cơng trình dân dụng cơng nghiệp xây đất loại sét lấy: Sdp = 0,7S NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH (4.3) NỀN MĨNG 16 * Nếu cơng trình có nguy bị nghiêng, bị lún khơng dùng biện pháp thay đổi chiều sâu chơn móng để xử lý thiết kế thi cơng (Hình 1) * Gặp trường hợp tầng đất yếu có chiều dày thay đổi nhiều, để giảm chênh lệch lún, đặt móng nhiều cao trình khác (Hình 2) P e NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH II NỀN MĨNG 17 Thay đổi kích thước hình dáng móng - Hiệu quả: + Thay đổi trực tiếp áp lực tác dụng lên mặt nền, cải thiện điều kiện chịu tải biến dạng + Nếu cơng trình có nguy bị nghiêng, bị lún khơng dùng biện pháp thay đổi chiều rộng móng để xử lý thiết kế thi cơng (Hình 1) + Nếu tầng đất có chiều dày chịu nén khác nhau, dùng biện pháp thay đổi chiều rộng móng để cân lún cho tồn cơng trình (Hình 2) P e NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 18 + Trường hợp đất có tính nén lún tăng theo chiều sâu việc mở rộng đáy móng thường khơng có tác dụng (Hình 3) III Thay đổi loại móng độ cứng móng + Tuỳ tình hình phân bố tải trọng tác dụng lên móng điều kiện địa chất mà chọn móng cho thích hợp (móng đơn, móng băng, móng băng giao nhau, móng bản, móng hộp (có độ cứng lớn, nhẹ) + Khi độ võng móng ΔS q lớn phải tăng độ cứng móng + Để tăng cường độ cứng móng dùng biện pháp: tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc, kết hợp với kết cấu phần trên; dùng loại móng hộp, độ cứng lớn nhẹ NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 19 §4.4 Các biện pháp xử lý I Khái niệm ¾ Trường hợp cần XLN: sau thay đổi kết cấu phần trên, mở rộng hợp lý diện tích đáy móng mà điều kiện cần đảm bảo thiết kế (về cường độ, biến dạng) khơng thoả mãn phải xử lý nền, phải xử lý gọi đất yếu ¾ Phạm vi phải xử lý: phận đất yếu nằm lớp đất mặt, thông thường lớp đất có đặc điểm sau: pmax pmin * Chịu ứng suất tải trọng truyền xuống lớn * Trong điều kiện tồn tự nhiên có hệ số rỗng (e) lớn nhiều so với lớp đất nằm phía hm o Ha (σz∼z) * Chịu ảnh hưởng nhiều tác động từ bên NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 20 IV Sức chịu tải trọng ngang cọc A Phương pháp lý thuyết ƒ Cọc thẳng đứng chống lại tải trọng ngang cách huy động áp suất bị động đất quanh cọc Mức độ phân bố phản lực đất phụ thuộc (a) độ cứng cọc, (b) độ cứng đất, (c) ngàm chặt đầu cọc Nhìn chung, cọc chịu tải trọng ngang chia thành hai loại chính: (1) cọc ngắn hay cứng (2) cọc dài hay đàn hồi ƒ Hình 11.32a 11.32b biểu thị đặc tính thay đổi độ uốn cọc phân bố mômen lực cắt dọc theo chiều dài cọc cọc chịu tải theo phương ngang ƒ Quan niệm tiêu phân biệt cọc ngắn cọc dài phương pháp tính tốn SCT cọc có nhiều khác biệt Nói chung định nghĩa sau: NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH Hình 11.32 Đặc tính thay đổi độ uốn cọc, mômen, lực cắt cho (a) cọc cứng (b) cọc đàn hồi NỀN MÓNG 63 + Cọc ngắn (cọc cứng): Khi cọc quay (quanh điểm 0) cho cọc thẳng (không biến dạng uốn) chuyển vị quay đạt mức đất mặt trước, sau cọc đạt trạng thái CBGH chủ động bị động - SCT cọc ngắn phụ thuộc vào điều kiện đất + Cọc dài (cọc mềm): Khi chịu lực ngang cọc dài bị uốn chuyển vị ngang đáng kể (nhất đầu cọc) thường bị hư hỏng vật liệu làm cọc không đủ cường độ chịu ứng suất mô men uốn cọc gây - SCT cọc dài phụ thuộc vào khả chịu uốn VL cọc đặc điểm biến dạng đất Có thể phân loại cọc theo tỷ số chiều dài L đường kính D cọc : + Cọc ngắn: L/D < 12, coi cứng bị quay lực ngang + Cọc dài: L/D ≥ 12, mềm uốn đất tác dụng lực ngang NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH Hình 11.32 Đặc tính thay đổi độ uốn cọc, mơmen, lực cắt cho (a) cọc cứng (b) cọc đàn hồi NỀN MÓNG 64 ƒ Phương pháp giải : Qg u Phép giải đàn hồi cọc dài ƒ Phương pháp chung xác định mômen chuyển vị cọc thẳng đứng ngập đất rời chịu tác dụng tải trọng ngang mômen đặt mặt đất đưa Matlock Reese (1960) Qg • Xét cọc dài L chịu lực ngang Qg mômen Mg mặt đất (z = 0) nêu Hình 11.33a Hình 11.33b trình bày dạng uốn chung cọc sức kháng đất gây tải trọng tác dụng mơmen NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 65 Theo mơ hình đơn giản Winkler, môi trường đàn hồi (trong trường hợp đất) thay dãy lò xo đàn hồi độc lập đặt gần dài vô tận Dựa giả định này, k= p' (kN / m ) x (m ) (11.80) k = môđun phản lực p’ = áp lực lên đất x = độ võng (lún) Môđun phản lực cho đất rời độ sâu z định nghĩa sau (11.81) kz = nh z nh = số môđun phản lực nằm ngang Theo Hình 11.33b sử dụng lý thuyết dầm đàn hồi, ta viết EpI p d4x = p' dz (11.82) Ep = mơđun đàn hồi vật liệu cọc Ip = mơmen qn tính mặt cắt cọc NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 66 • Dựa mơ hình Winkler p’ = -kx (11.83) Dấu phương trình (11.83) âm phản lực đất có hướng ngược lại với hướng uốn cọc Kết hợp phương trình (11.82) (11.83) ta có EpI p d4x + kx = dz (11.84) Giải phương trình (11.84) thu biểu thức xz(z) , θz(z) , Mz(z) , Vz(z), p’z(z) Hình 11.33 (a) Cọc chịu tải nằm ngang; (b) sức kháng đất lên cọc gây tải trọng ngang; (c) quy ước dấu cho chuyển vị, độ nghiêng, mômen, lực cắt, phản lực đất NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH Độ uốn cọc độ sâu [xz(z)] x z ( z ) = Ax Q gT + Bx M gT (11.85) EpI p EpI p Độ nghiêng cọc độ sâu [θz(z)] Q T2 M T (11.86) θ z ( z ) = Aθ g + Bθ g EpI p EpI p Mômen cọc độ sâu [Mz(z)] Mz(z) = AmQgT + BmMg NỀN MÓNG 67 Lực cắt lên cọc độ sâu [Vz(z)] Vz(z) = AvQg + Bv Mg T (11.88) Phản lực đất độ sâu [p’z(z)] p'z ( z ) = A p ' Qg T + B p' Mg T2 (11.89) (11.87) Ax, Bx, Aθ, Bθ, Am, Bm, Av, Bv, Ap’, Bp’ hệ số • Phân biệt trường hợp: - cọc dài, L ≥ 5T, - cọc cứng, L ≤ 2T T = chiều dài đặc trưng T = E p I p nh hệ thống đất-cọc, (11.90) • Bảng 11.12 đưa giá trị hệ số cho cọc dài (L / T ≥ 5) phương trình từ (11.85) đến (11.89) Chú ý rằng, cột bảng, Z= z T (11.91) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH độ sâu khơng thứ ngun NỀN MĨNG 68 • Các quy ước dấu dương cho xz(z), θz(z), Mz(z), Vz(z), p’z(z) thừa nhận suy diễn nêu Bảng 11.12 nêu Hình 11.33c Hình 11.34 biểu thị biến thiên Ax, Bx, Am, Bm theo giá trị L / T = Zmax khác Nó rằng, L / T lớn khoảng 5, hệ số không thay đổi, điều với cọc dài Bảng 11.12 Các hệ số cho cọc dài, kz = nhz Z 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 3.0 4.0 5.0 Ax Aθ Am Av A’p Bx Bθ Bm Bv B’p 2.435 2.273 2.112 1.952 1.796 1.644 1.496 1.353 1.216 1.086 0.962 0.738 0.544 0.381 0.247 0.142 -0.075 -0.050 -0.009 -1.623 -1.618 -1.603 -1.578 -1.545 -1.503 -1.454 -1.397 -1.335 -1.268 -1.197 -1.047 -0.893 -0.741 -0.596 -0.464 -0.040 0.052 0.025 0.000 0.100 0.198 0.291 0.379 0.459 0.532 0.595 0.649 0.693 0.727 0.767 0.772 0.746 0.696 0.628 0.225 0.000 -0.033 1.000 0.989 0.956 0.906 0.840 0.764 0.677 0.585 0.489 0.392 0.295 0.109 -0.056 -0.193 -0.298 -0.371 -0.349 -0.106 0.015 0.000 -0.227 -0.422 -0.586 -0.718 -0.822 -0.897 -0.947 -0.973 -0.977 -0.962 -0.885 -0.761 -0.609 -0.445 -0.283 0.226 0.201 0.046 1.623 1.453 1.293 1.143 1.003 0.873 0.752 0.642 0.540 0.448 0.364 0.223 0.112 0.029 -0.030 -0.070 -0.089 -0.028 0.000 -1.750 -1.650 -1.550 -1.450 -1.351 -1.253 -1.156 -1.061 -0.968 -0.878 -0.792 -0.629 -0.482 -0.354 -0.245 -0.155 0.057 0.049 -0.011 1.000 1.000 0.999 0.994 0.987 0.976 0.960 0.939 0.914 0.885 0.852 0.775 0.688 0.594 0.498 0.404 0.059 -0.042 -0.026 0.000 -0.007 -0.028 -0.058 -0.095 -0.137 -0.181 -0.226 -0.270 -0.312 -0.350 -0.414 -0.456 -0.477 -0.476 -0.456 -0.213 0.017 0.029 0.000 -0.145 -0.259 -0.343 -0.401 -0.436 -0.451 -0.449 -0.432 -0.403 -0.364 -0.268 -0.157 -0.047 0.054 0.140 0.268 0.112 -0.002 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 69 Hình 11.34 Biến thiên Ax, Bx, Am, Bm theo Z (theo Matlock Reese, 1960) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 70 Việc tính tốn chiều dài đặc trưng T cho cọc, cần giả định giá trị thích đáng nh Bảng 11.13 cho số giá trị đại diện Bảng 11.13 Các giá trị đại diện nh Đất Cát khô hay ẩm Xốp Chặt vừa Chặt Cát ngập nước Xốp Chặt vừa Chặt nh kN/m3 lb/in3 1800-2200 5500-7000 5,000-18,000 6.5-8.0 20-25 55-65 1000-1400 3500-4500 9000-12,000 3.5-5.0 12-18 32-45 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 71 Phương pháp đơn giản tính cọc ngắn Trường hơp cọc ngắn, giả thiết phá hoại đất trượt Dưới tác dụng tải trọng ngang, cọc bị quay quanh điểm 0, đến mức mặt trước, sau cọc chịu tác dụng phản lực đất thuộc loại áp lực đất chủ động bị động Bỏ qua tác dụng ma sát hai bên cọc Dưới sơ đồ làm việc cọc : T h E2 O E1 (Kb-Kc)γh NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH (Kb-Kc)γh NỀN MĨNG 72 B Phương pháp kinh nghiệm Trong TCXD người ta cho trị số kinh nghiệm, xác định sức chịu ngang cọc đóng (cường độ tiêu chuẩn cọc) theo trị số chuyển vị ngang đầu cọc Δng - bảng 16(12) HDTKMC tr 117, cho ứng với Δng = cm C Phương pháp thí nghiệm tĩnh tải trọng ngang - Từ thí nghiệm, vẽ đường quan hệ chuyển vị ngang u đầu cọc với cấp tải trọng ngang tương ứng (P ~ u) - Cơng thức tính sức chịu tải ngang trục cọc: u Qng ∆ng u(mm) Qng(∆ng) Qnggh Qng NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG Cơng thức tính sức chịu tải ngang trục cọc: tc Xác định Qng : kc (5.22) + Tính theo trạng thái giới hạn thứ hai: tc = ξng Qng(Δng) Qng (5.23) đó: Δng : chuyển vị ngang cho phép móng cơng trình ξng : hệ số kể đến tiến triển chuyển dịch ngang theo thời gian trình sử dụng, xác định thí nghiệm Khi khơng có tài liệu thí nghiệm cho phép lấy ξ = 0,8 ∆ng Qng(∆ng) Qcng = mc tc Qng 73 u(mm) tc Qng Qnggh Qng + Tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất: tc Qng = Q gh (5-24) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 74 §5.4 Xác định sức chịu tải cọc đơn (tiếp) IV Ảnh hưởng nhóm cọc 1- Nguyên nhân cần n/c: Do có tương tác cọc nhóm nên độ lún nhóm SCT cọc nhóm khác với cọc đơn (ta gọi Hiệu ứng nhóm) Khi thiết kế cần xét ảnh hưởng hiệu ứng nhóm đến khả chịu tải biến dạng cọc 2- Nhóm cọc chống: Sức chịu tải dọc trục cọc: - Diện tích truyền tải trọng đầu mũi cọc lên lớp đất chịu lực diện tích ngang (diện tích tựa) cọc, sức chịu tải dọc trục cọc nhóm cọc sức chịu tải cọc đơn - Sự thay đổi khoảng cách cọc ảnh hưởng đến độ lún mức độ nhỏ đáng kể so với cọc treo, tính tốn thường lấy độ lún nhóm cọc chống độ lún cọc đơn (xác định thí nghiệm tải trọng tĩnh) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MĨNG Đất yếu Đất tốt 75 - Sức chịu tải ngang trục: ảnh hưởng nhóm cọc, đất bao quanh cọc lèn chặt trình hạ cọc, sức chịu tải ngang trục cọc đơn cọc nhóm khác nhau; để kể đến cịn nhiều tồn 3- Nhóm cọc treo: Hiệu ứng nhóm cọc, trước hết yếu tố khoảng cách cọc có ảnh hưởng lớn đến sức chống độ lún cọc, (xem Hình) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 76 - Nhóm cọc xa nhau: có khoảng cách cọc lớn 6d (d đường kính cọc), cọc nhóm cọc làm việc cọc đơn Trong thực tế bố trí cọc xa lớn 6d - Nhóm cọc gần nhau: có khoảng cách cọc nhỏ 6d  Nếu bố trí khoảng cách cọc vịng 3d - 6d thì: Sức chịu tải cọc nhóm lớn cọc đơn Độ lún nhóm cọc lớn độ lún cọc đơn  Nếu khoảng cách cọc nhỏ 3d nhóm cọc gọi chùm cọc Sức chịu tải cọc chùm cọc giảm khoảng cách cọc nhỏ - Từ phân tích rút ra: + Khoảng cách tốt cọc : 3d ≤ KCC ≤ 6d + Khơng nên bố trí: KCC < 3d, > 6d d 6d 6d 6d NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH d d 6d 6d NỀN MĨNG 77 §5.5 Tính móng cọc đài thấp theo TTGH I Khái niệm ƒ ƒ Dưới tác dụng tải trọng tác động móng cọc đạt TTGH Cần tính tốn theo TTGH: - Trạng thái giới hạn 1: Kiểm tra cường độ (đ/với cọc, đài cọc) ổn định (đ/với cọc) - Trạng thái giới hạn 2: Kiểm tra biến dạng (đối với cọc) - Trạng thái giới hạn 3: Kiểm tra điều kiện hình thành mở rộng vết nứt (đối với cọc đài cọc) Khi tính tốn móng cọc theo sức chịu tải cần tính với tổ hợp tải trọng đặc biệt; tính tốn theo biến dạng tính theo tổ hợp Dùng tiêu tính tốn (Att) vật liệu (cọc, đài cọc) đất Mục đích tính tốn: Đảm bảo cho cơng trình xây dựng móng làm việc bình thường trình khai thác, sửa chữa v v NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 78 II Tính theo TTGH thứ Tính tốn móng cọc chống : - Do đặc điểm làm viêc cọc chống nhóm, cần tính cọc tính cho tồn móng cọc chống - Tính tốn móng cọc chống phải đảm bảo hai điều kiện: Ni ≤ Hi ≤ Pci = Fci kc (5.25) Pcngi (5.26) kc = Fcngi Ni, Hi :Tải trọng tính tốn tác dụng lên đầu cọc thứ i theo phương dọc trục ngang trục (ứng vơí tổ hợp tải trọng bất lợi nhất) Pci, Pcngi : Sức chịu tải tính tốn dọc trục ngang trục cọc thứ i kc : Hệ số tin cậy, phụ thuộc phương pháp x/đ SCT cọc, kc > Fci, Fcngi : Sức chịu tải tính toán cho phép đầu cọc thứ i NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 79 Tính tốn móng cọc treo: a- Đối với cọc: * Kiểm tra theo công thức (5-25) (5-26), xét tồn móng nói điều kiện để cọc đất xung quanh cọc làm việc khối mómg hồn chỉnh: P N i ≤ ci = Fci (5.25) kc Hi ≤ Pcngi kc = Fcngi (5.26) b- Đối với móng cọc: NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 80 b- Đối với móng cọc: * Trường hợp móng cọc chịu tải trọng thẳng đứng: biểu thức tính tốn là: Ntt ≤ Pgh (5-27) Ntt = N1 + N2 ; (5-28) Pgh = Rgh Fm + Um ∑τi hi (5-29) Um = 2(a+b); Fm = (a x b ) = diện tích đáy bệ cọc Ntt : tải trọng tính tốn tác dụng lên mặt móng cọc Rgh : cường độ giới hạn móng cọc (xác định hình vẽ trên) τi: cường độ chống cắt (tiêu chuẩn) đất mặt bên khối móng cọc lớp đất thứ i có chiều dầy hi (Trị số τi lấy gần = fi ) N1 hm N2 hm Rgh hc τi hc τi 45o q 45o-ϕ/2 b NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 81 §5.5 Tính móng cọc đài thấp theo TTGH (tiếp) II Tính theo TTGH thứ (tiếp) * Trường hợp móng cọc chịu tác dụng tải trọng ngang lớn: Cần phải xét ổn định cường độ khối, dùng phương pháp mặt trượt trụ tròn (đi qua đầu mũi cọc cắt qua cọc, mặt trượt cắt qua cọc phải tính đến sức chống cắt cọc) Bỏ qua sức chống trượt hai mặt bên khối trượt (hình) Ta có biểu thức: K at = ∑ M gh ∑M O ≥ [K ] (5.30) P tt T r ∑Gi NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG τo 82 §5.5 Tính móng cọc đài thấp theo TTGH (tiếp) III Tính theo TTGH thứ hai Tính tốn móng cọc chống: * Đối với Cọc chống: Dùng biểu thức tính (5.25), (5.26), Khống chế độ lún biến dạng ngang cọc Ni ≤ Hi ≤ Pci = Fci kc (5.25) Pcngi (5.26) kc = Fcngi Nhưng Pci Pcngi lấy theo kết thí nghiệm tải trọng tĩnh, ứng với trị số Sgh Δng (xem lại kết thí nghiệm trang sau) * Đối với Móng cọc chống: khơng tiến hành tính tốn độ lún, (trị số độ lún xảy móng cọc lấy độ lún cọc thí nghiệm theo tải trọng tĩnh) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH Nhắc lại kết t/nghiệm ép cọc đẩy cọc NỀN MÓNG 83 Pci = P(Δ), Δ = ξ Sghtb P(Δ) Sgh Pgh P(kN) Δ S(mm) Png u Pcngi = ξng Png(Δng) ∆ng u(mm) tc Png(∆ng) P ng Pnggh Png NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 84 2.Tính tốn móng cọc treo: Lấy điều kiện biến dạng để khống chế theo biểu thức: S ≤ Sgh Δ ≤ Δgh (5-31) (5-32) - Để tính S ta đưa móng quy ước: Khối móng quy ước ABCD, góc α = ϕtb/4 bqu = bc + 2hc tg α lqu = lc + 2hc tg α ∑hi = hc ptl = po - γ (hc + hm) hc B Tính lún kiểm tra theo tinh thần TCXD với po ≤ Rtc - Kiểm tra theo điều kiện (5-32) cho cọc Điều kiện (5-32) biểu diễn thông qua điều kiện : Hi ≤ Pngi ( Δtk ) D A hm C bc bqư A D (5-33) IV.Tính theo trạng thái giới hạn thứ ba - Theo xuất vết nứt - Theo độ mở rộng cho phép vết nứt NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH B C NỀN MĨNG 85 §5.6 Thiết kế móng cọc đài thấp I Các số liệu cần thiết kế để thiết kế II Tài liệu cơng trình Tài liệu đất Nội dung trình tự thiết kế Chọn loại móng cọc Xác định độ sâu đặt đài cọc sơ chọn kích thước đài cọc Chọn loại cọc, xác định kích thước cọc sức chịu tải cọc Xác định số lượng cọc bố trí cọc Kiểm tra sức chịu tải cọc Tính tốn kiểm tra móng cọc móng cọc theo trạng thái giới hạn hay trạng thái giới hạn tuỳ theo loại cơng trình Tính tốn bệ cọc cọc theo trạng thái giới hạn (tức tính tốn kiểm tra kẽ nứt) theo quy phạm thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 86 PHỤ LỤC Bảng V.1 Sức chống tính tốn đất mũi cọc qp Độ sâu mũi cọc (m) 10 15 20 25 30 35 Sức chống tính tốn đất mũi cọc đóng cọc ống có lõi đất, qp, Kpa (T/m2) Cát chặt vừa Sỏi Hạt thô Hạt vừa Hạt mịn Bụi Đất sét bụi ứng với số sệt B 7500 (750) 0,1 6600 (660) 4000 (400) 0,2 3000 (300) 0,3 3100 (310) 2000 (200) 0,4 2000 (200) 1200 (120) 0,5 1100 (110) 0,6 600 (60) 8300 (830) 6800 (680) 5100 (510) 3800 (380) 3200 (320) 2500 (250) 2100 (210) 1600 (160) 1250 (125) 700 (70) 8800 (880) 7000 (700) 6200 (620) 4000 (400) 3400 (340) 2800 (280) 2200 (220) 2000 (200) 1300 (130) 800 (80) 9700 (970) 7300 (730) 6900 (690) 4300 (430) 3700 (370) 3300 (330) 2400 (240) 2200 (220) 1400 (140) 850 (85) 10500 (1050) 7700 (770) 7300 (730) 5000 (500) 4000 (400) 3500 (350) 2600 (260) 2400 (240) 1500 (150) 900 (90) 11700 (1170) 8200 (820) 7500 (750) 5600 (560) 4400 (440) 4000 (400) 2900 (290) 1650 (165) 1000 (100) 12600 (1260) 8500 (850) 6200 (620) 4800 (480) 4500 (450) 3200 (320) 1800 (180) 1100 (110) 13400 (1340) 14200 (1420) 15000 (1500) 9000 (900) 10000 (1000) 6800 (680) 7400 (740) 8000 (800) 5200 (520) 5600 (560) 6000 (600) 3500 (350) 3800 (380) 4100 (410) 1950 (195) 2100 (210) 2250 (225) 1200 (120) 1300 (130) 1400 (140) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 87 Bảng V.2 Sức kháng ma sát thành bên cọc fs Độ sâu trung bình lớp đất (m) 10 15 20 25 30 35 Sức kháng tính tốn thành bên cọc đóng cọc ống, fs, Kpa (T/m2) Cát chặt vừa Hạt thô vừa Hạt mịn Bụi - - - - - - 0,8 (0,4) (0,5) (0,7) (0,8) (0,8) (0,8) (0,8) (0,8) (0,8) (0,8) (0,8) (0,9) (0,9) 0,9 (0,3) (0,4) (0,6) (0,7) (0,7) (0,7) (0,7) (0,7) (0,7) (0,7) (0,7) (0,8) (0,8) 1,0 (0,2) (0,4) (0,5) (0,5) (0,6) (0,6) (0,6) (0,6) (0,6) (0,6) (0,6) (0,7) (0,7) Đất sét với số sệt IL 0,2 35 (3,5) 42 (4,2) 48 (4,8) 53 (5,3) 56 (5,6) 58 (5,8) 62 (6,2) 68 (6,8) 72 (7,2) 79 (7,9) 86 (8,6) 93 (9,3) 100 (10,0) 0,3 23 (2,3) 30 (3,0) 35 (3,5) 38 (3,8) 40 (4,0) 42 (4,2) 44 (4,4) 46 (4,6) 51 (5,1) 56 (5,6) 61 (6,1) 66 (6,6) 70 (7,0) 0,4 15 (1,5) 21 (2,1) 25 (2,5) 27 (2,7) 29 (2,9) 31 (3,1) 33 (3,3) 34 (3,4) 38 (3,8) 41 (4,1) 44 (4,4) 47 (4,7) 50 (5,0) 0,5 12 (1,2) 17 (1,7) 20 (2,0) 22 (2,2) 24 (2,4) 25 (2,5) 26 (2,6) 27 (2,7) 28 (2,8) 30 (3,0) 32 (3,2) 34 (3,4) 36 (3,6) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 0,6 (0,8) 12 (1,2) 14 (1,4) 16 (1,6) 17 (1,7) 18 (1,8) 19 (1,9) 19 (1,9) 20 (2,0) 20 (2,0) 20 (2,0) 21 (2,1) 22 (2,2) 0,7 (0,4) (0,7) (0,8) (0,9) 10 (1,0) 10 (1,0) 10 (1,0) 10 (1,0) 11 (1,1) 12 (1,2) 12 (1,2) 12 (1,2) 13 (1,3) NỀN MÓNG 88 PHỤ LỤC TT Hạ cọc đặc cọc rỗng kín chân búa (dạng treo), búa búa diezl Dưới mũi cọc Ở mặt bên cọc mR mf 1,0 1,0 TT Đóng hạ nén cọc vào lỗ khoan mồi với độ sâu mũi cọc không nhỏ m đáy hố khoan, đường kính lỗ khoan mồi: a) Bằng cạnh cọc vng b) Nhỏ cạnh cọc vuông 0,05 m c) Nhỏ cạnh cọc vng đường kính cọc trịn (dùng làm trụ đường dây tải điện) 0,15 m 1,0 0,5 1,0 0,6 1,0 1,0 Hạ cọc có xói nước đất cát với điều kiện đóng tiếp cọc từ m trở lên giai đoạn cuối khơng xói nước 1,0 Hạ cọc chấn động rung ép cọc xuống đất: a) Cát chặt vừa: - Hạt thô vừa - Hạt mịn - Bụi b) Sét với số sệt IL = 0,5: - Á cát - Á sét - Sét c) Sét bụi số sệt IL ≤ Bảng V.3 – Các hệ số mR mf Hệ số điều kiện làm việc đất tính tốn sức chịu tải cọc Phương pháp hạ cọc đóng cọc ống có lõi đất loại đất 0,9 1,2 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 0,9 0,8 0,7 1,0 0,9 0,9 0,9 1,0 Phương pháp hạ cọc dóng cọc ống có lõi đất loại đất Dùng búa để đóng hạ cọc bê tơng cốt thép rỗng hở chân: a)Khi đường kính cọc ≤ 0,4 m b) Khi đường kính cọc tối đa từ 0,4 ~ 0,8 m Dùng phương pháp để hạ cọc tròn rỗng kín chân xuống chiều sâu ≥ 10 m, sau cho nổ mìn mở rộng chân cọc cát chặt vừa đất sét có độ sệt IL ≤ 0,5 ứng với đường kính nổ chân bằng: a) 1,0 m , không phụ thuộc vào loại đất nêu b) 1,5 m cát cát c) 1,5 m sét sét Hạ cọc ép lún: a)Trong cát chặt vừa hạt thô, hạt vừa mịn b)Trong cát bụi c)Trong sét với độ sệt IL < 0,5 d)Trong sét với độ sệt IL ≥ 0,5 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH Hệ số điều kiện làm việc đất tính tốn sức chịu tảI cọc Dưới mũi cọc Ở mặt bên cọc mR mf 1,0 1,0 0,7 1,0 0,9 1,0 0,8 0,7 1,0 1,0 1,1 1,0 1,1 0,8 1,1 1,0 1,0 1,0 NỀN MÓNG 89 Bảng V.4 β2- Hệ số chuyển β1- Hệ số chuyển β1- Hệ số chuyển đổi từ qx qx Kpa (T/m2) ≤ 1000 (100) 2500 (250) 5000 (500) 7500 (750) 10000 (1000) 15000 (1500) 20000 (2000) ≥ 30000 (3000) sang R Cọc đóng 0,90 0,80 0,65 0,55 0,45 0,35 0,30 0,20 Cọc xoắn ứng với lực Nén Nhổ 0,50 0,45 0,32 0,26 0,23 - 0,40 0,38 0,27 0,22 0,19 - fx, fxi Kpa (T/m2) đổi từ fx sang f dùng cho xuyên loại I Nền cát ≤ 20 (2) 40 (4) 60 (6) 80 (8) 100 (10) ≥ 120 (12) - NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH đổi từ fxi sang f dùng cho xuyên loại II III Sét bột Nền cát 2,40 1,65 1,20 1,00 0,85 0,75 - NỀN MÓNG 1,50 1,00 0,75 0,60 0,50 0,40 - 0,75 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 - Sét 1,00 0,75 0,60 0,45 0,40 0,30 - 90 Kết thúc chương NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MĨNG 91 ... Thay đổi loại móng độ cứng móng + Tuỳ tình hình phân bố tải trọng tác dụng lên móng điều kiện địa chất mà chọn móng cho thích hợp (móng đơn, móng băng, móng băng giao nhau, móng bản, móng hộp (có... THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG 13 §4.3 Các biện pháp móng - Thay đổi chiều sâu chơn móng - Thay đổi kích thước đáy móng - Thay đổi loại móng độ cứng móng I Thay đổi chiều sâu chơn móng - Cơ sở phương... – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MĨNG 59 Nền Móng Chương 5: Móng Cọc NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH NỀN MĨNG §5.1 Khái niệm chung I Cấu tạo móng cọc: - Gồm phận: cọc, đài cọc,