Bài giảng Nền và móng theo tiêu chuẩn TCVN 11823-10:2017 - Chương 1: Móng nông - Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Tp. Hồ Chí Minh

Kích thƣớc mặt dƣới Do sức chịu tải của nền đất thường nhỏ hơn cường độ vât liệu làm móng rất nhiều (ngoại trừ móng đặt trên nền đá gốc) nên phải mở rộng đáy móng 1 góc (α) để giảm áp [r]

ĐẠI HỌC GIAO THÔNG 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

MỤC LỤC

Trang

CHƢƠNG - MĨNG NƠNG

1.1 TỔNG QUAN VỀ MĨNG NƠNG 3

1.1.1 Giới thiệu chung móng nơng

1.1.2 Phân loại móng nơng

1.2 CẤU TẠO MĨNG NƠNG 4

1.2.1 Cao độ móng nơng

1.2.2 Các kích thước móng nơng

1.3 THIẾT KẾ MĨNG NƠNG 6

1.3.1 Thiết kế móng nông theo trạng thái giới hạn cường độ 1.3.2 Thiết kế theo trạng thái giới hạn sử dụng 20 1.3.3 Thiết kế theo trạng thái giới hạn đặc biệt 30

CHƢƠNG - MĨNG CỌC ĐƢỜNG KÍNH NHỎ

2.1 TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC ĐƢỜNG KÍNH NHỎ 35

2.1.1 Giới thiệu chung móng cọc đường kính nhỏ 35

2.1.2 Phân loại móng cọc 36

2.2 CẤU TẠO MĨNG CỌC ĐƢỜNG KÍNH NHỎ 39

2.2.1 Cấu tạo cọc BTCT đường kính nhỏ 39

2.2.2 Cấu tạo bệ cọc 42

2.3 DỰ TÍNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC ĐƠN 45

2.3.1 Khái quát sức chịu tải cọc 45 2.3.2 Xác định sức chịu tải dọc trục cọc đơn theo vật liệu 47 2.3.3 Xác định sức chịu tải dọc trục cọc đơn theo đất 48 2.3.4 Dự tính sức chịu tải dọc trục nhóm cọc 61 2.3.5 Sức chịu tải cọc chịu nhổ 63

2.4 DỰ TÍNH SỨC CHỊU TẢI NGANG TRỤC CỦA CỌC 63

2.4.1 Tổng quan sức chịu tải ngang trục cọc đơn 63 2.4.2 Tổng quan sức chịu tải ngang trục nhóm cọc 76

2.5 THÍ NGHIỆM CỌC TẠI HIỆN TRƢỜNG 77

2.5.1 Thí nghiệm nén tĩnh 77

2.5.2 Thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA 84 2.5.3 Thí nghiệm tải trọng động theo độ chối cọc 92

2.6 THIẾT KẾ THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG 95

2.6.1 Móng tương đương 95

2.6.2 Dự tính độ lún nhóm cọc 95

2.7 THIẾT KẾ MÓNG CỌC 99

2.7.1 Lựa chọn số cọc cách bố trí cọc 99 2.7.2 Kiểm tốn móng cọc theo TTGH cường độ 101 2.7.3 Kiểm tốn móng cọc theo TTGH sử dụng 108

2.8 THIẾT KẾ MÓNG CỌC ĐÓNG CHO TRƢỜNG HỢP ĐẶC BIỆT 108

2.8.1 Cọc chịu ma sát âm 108

2.8.2 Thiết kế cọc chịu lực ngang mố cầu 109

2.9 THI CƠNG MĨNG CỌC ĐĨNG 110

2.9.1 Thi cơng nơi khơng có nước mặt 110 2.9.2 Thi cơng nơi có nước mặt 111

CHƢƠNG - MĨNG CỌC ĐƢỜNG KÍNH LỚN

3.1 TỔNG QUAN VỀ CỌC ĐƢỜNG KÍNH LỚN 120

3.2.1 Cấu tạo cọc ống BTCT đường kính lớn 122 3.2.2 Liên kết cọc vào bệ cọc chân cọc vào tầng đá gốc 123

3.3 THI CÔNG CỌC ỐNG BTCT ĐƢỜNG KÍNH LỚN 125

3.3.1 Cơng nghệ hạ cọc ống BTCT đường kính lớn 125

3.3.2 Trình tự thi công 125

3.4 CẤU TẠO CỌC KHOAN NHỒI 126

3.4.1 Cấu tạo cọc khoan nhồi đường kính lớn 126 3.4.2 Cấu tạo bệ cọc khoan nhồi (móng cọc đường kính lớn) 129

3.5 THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI 131

3.5.1 Tổng quan công tác thi công cọc khoan 131 3.5.2 Công nghệ khoan tạo lỗ 131 3.5.3 Gia công hạ lồng cốt thép 137 3.5.4 Đổ bê tông cọc khoan nhồi 138

3.6 CÁC SỰ CỐ KHI THI CÔNG VÀ KHUYẾT TẬT CỦA CỌC

KHOAN 141

3.6.1 Các cố thi công cọc khoan 141 3.6.2 Các khuyết tật cọc khoan nhồi 145

3.7 SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN 148

3.7.1 Hệ số sức kháng cọc khoan 148 3.7.2 Dự tính sức chịu tải dọc trục cọc khoan nhồi 149 3.7.3 Khả chịu tải nhóm cọc khoan 155 3.7.4 Sức kháng nhổ cọc đơn nhóm cọc 157

3.8 THIẾT KẾ MÓNG CỌC ĐƢỜNG KÍNH LỚN 157

3.8.1 Kiểm tốn móng cọc đường kính lớn theo TTGH cường độ 157 3.8.2 Kiểm tốn móng cọc đường kính lớn theo TTGH sử dụng 157 3.8.3 Thiết kế móng cọc theo TTGH đặc biệt 159

CHƢƠNG - XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NỀN ĐẤT YẾU

4.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẤT YẾU 166

4.1.1 Tổng quan đất yếu 166

4.1.2 Phân loại đất yếu 166

4.1.3 Các vấn đề đặt với đất yếu 167 4.1.4 Một số phương pháp xử lý đất yếu thường sử dụng 167

4.2 PHƢƠNG PHÁP ĐỆM CÁT VÀ BỆ PHẢN ÁP 169

4.2.1 Phương pháp tầng đệm cát (thay đất) 169 4.2.2 Phương pháp bệ phản áp 172

4.3 PHƢƠNG PHÁP CỌC CÁT ĐẦM VÀ CỌC ĐÁ 173

4.3.1 Giới thiệu công nghệ cọc cát đầm 173 4.3.2 Thi công cọc cát đầm chặt 173 4.3.3 Giới thiệu công nghệ cọc đá 175

4.3.4 Thi công cọc đá 176

4.3.5 Thiết kế cọc cát đầm chặt cọc đá 178

4.4 XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM 188

4.4.1 Giới thiệu chung bấc thấm 188 4.4.2 Những yêu cầu thiết kế bấc thấm 189 4.4.3 Thiết kế tính tốn bấc thấm 190 4.4.4 Thi công cắm bấc thấm 195 4.4.5 Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu bấc thấm 196

4.5 PHƢƠNG PHÁP CỌC XI MĂNG ĐẤT 197

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

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 công

htt cao độ thông 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: do chiều sâu chơn móng nhỏ, nên độ ổn định về lật, trượt móng nông (chịu mômen lực ngang) Ở lớp đất phía có sức chịu tải khơng lớn (trừ lớp đá gốc gần mặt đất) nên sức chịu tải đất không cao đó móng nơng chịu tải trọng cơng trình nhỏ Trong trường hợp mực nước mặt nằm sâu thì phương án thi cơng tương đối phức tạp phải tăng chiều dài cọc ván cơng trình phụ trợ thi công

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 cơng từ lên khả tạo hình đá xây nên làm kéo dài thời gian thi cơng, 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 công 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 cơng khả chịu tải tốt

300 300

200

20

0

0

200 1600

20

0

0

70

0

0

30

0

0

10

0

0

200

10

0

0

200 1600

175

0

20

0

0

250

2000

1000

(M§SX)

+1.50

0.00(C§M§)

SÐt pha

-2.00

-4.00

SÐt pha

-6.00 +1.50(C§§B)

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 xuyên 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 cơng, 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 cơng cơng trình Chất lượng bê tơng đảm bảo bảo dưỡng nhà xưởng, giảm số lượng thiết bị vật liệu phục vụ cho thi cơng 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 chính 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 bộ

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 sông 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 không vượt :

Đối với bùn đất dính: 0.2 Đối với loại đất khơng dính khác: 0.3

1.2.1 Cao độ móng nơng

Cao độ mặt trên 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

Hình 1.2 -Cấu tạo móng nơng

Cao độ mặt dƣới được 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 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) - Móng đá hộc vữa xi măng

- Móng bê tơng độn đá hộc - Móng bê tơng

=230

=300

=330

=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



'

' CDMT

CDMD

Có thể lấy chiều rộng tổng cộng bệ móng BTCT theo tiêu chuẩn JRA – 1999 (của Nhật Bản) sau:

d L b

B  C 2 (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 được 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 nông 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 mức; • Trượt đáy móng

• Khả thi cơng

(1) Khả chịu nén đất dƣới đáy móng Cơng thức kiểm tốn, đơn vị tính (N):

(1.2) Trong đó:

: Tổng tải trọng thẳng đứng đáy móng nhõn hệ số

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

'

.A q V

V ii i  R

i i

γ η V

b: hệ số sức kháng nén móng nông 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 toán 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 tải trọng lệch 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 hoặc sức kháng đỡ.Áp lực chịu tải thiết kế trờn diện tớch hữu hiệu phải giả định múng đặt đất Diện tớch hữu hiệu chiết giảm phải đồng tõm với tải trọng

a Các phương pháp lý thuyết

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 thông 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 thoát 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:

9

.10 0,5 .10

n cm f qm wq m wq

q  c N  gD N C   gB N C  (1.4)

Trong đó:

Ncm = Nc sc ic (1.5)

Nqm = Nq sq.iq.dq (1.6)

Nm = 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

trên 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 =

1- '1- '1-

c

c

n H i

c B L N

 (1.8)

  1 1

q c q q i i i N             (1.9)   cot n q f H i

V cBL 

          (1.10)  

 1

1 cot n f H i V cBL           

  (1.11)

 

   

2 / /

1 / /

L B B L

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 không hệ số, tính (N); V : Tải trọng thẳng đứng khơng 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)

Phƣơng pháp / loại đất / tình trạng

Hệ số sức kháng Sức kháng nén b

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