Giải pháp nền móng thông dụng.

IV/ Khoảnh B-2-b: Tính toán dựa trên số liệu hố khoan HK1 công trình Trường Mầm non xã Yên Bình cũ (thuộc địa phận phường Tân Bình)

1.2. Giải pháp nền móng thông dụng.

1.2.1. Giải pháp móng[13,14,15]

Giải pháp móng gồm móng nông và móng sâu. a. Móng nông.

- Các loại móng nông: + Móng đơn:

Là loại móng thường được kiến thiết dưới cột nhà dân dụng, công nghiệp, dưới trụ đỡ dầm tường, dưới trụ cầu, dưới trụ điện.

+ Móng băng và băng giao thoa:

Là móng thường được kiến thiết dưới tường nhà, dưới tường chắn hoặc dưới dãy cột. Móng băng dưới dãy cột được dùng khi tải trọng lớn, các cột ở gần nhau mà nếu dùng móng đơn thì nền đất không đủ khả năng chịu lực hoặc biến dạng vượt quá giới hạn cho phép.

Móng băng và băng giao thoa có khả năng giảm bớt sự lún không đều, tăng độ cứng của công trình.

+ Móng bè:

Là tấm bê tông cốt thép đổ liền khối dưới toàn bộ công trình hoặc dưới đơn nguyên đã cắt ra bằng khe lún và được dùng cho nhà khung, nhà tường chịu lực khi tải trọng lớn hoặc đất yếu mà nếu dùng móng băng, băng giao thoa vẫn không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật; móng bè cũng có thể được dùng cho ống khói, tháp nước, xilô, bunke, bể chứa, bể bơi.

Móng bè có khả năng giảm đi độ lún không đều, tăng độ cứng của công trình.

+ Móng hộp:

Là hộp rỗng dưới toàn bộ công trình, nó vừa làm tầng hầm.

Đặc điểm của loại móng này có độ cứng rất lớn và có khả năng phân bố tải trọng từ miền giữa ra vùng biên; tốn nhiều vật liệu và thi công phức tạp.

Móng hộp có thể dùng hợp lý cho các nhà cao tầng với những tầng hầm. + Móng vỏ:

Được nghiên cứu và áp dụng cho các công trình như bể chứa các loại chất lỏng, nhà tường chịu lực, nhà khung.

Loại móng này có tính kinh tế, với chi phí vật liệu tối thiểu và có thể chịu được tải trọng lớn nhưng thi công phức tạp.

- Trình tự thiết kế móng nông.

+ Đánh giá đặc điểm kiến trúc, đặc điểm kết cấu công trình.

+ Đánh giá điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn công trình. + Phân tích lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu đặt móng.

Đây là một trong những khâu quan trọng nhất của công tác thiết kế nền, móng. Muốn chọn độ sâu chôn móng hợp lý cần phải chọn được lớp đất nền nào chịu được áp lực của móng truyền xuống và truyền lực cho lớp nền bên dưới.

Chiều sâu chôn móng phụ thuộc vào các yếu tố: Địa hình khu vực xây dựng, điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn; đặc điểm của công trình thiết kế và công trình lân cận, ảnh hưởng của khí hậu.

+ Xác định tải trọng xuống móng:

Cần phải xác định được tất cả các loại tải trọng có thể sẽ tác dụng đến móng và nền của công trình (như tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời tác dụng lâu, tải trọng tạm thời tác dụng ngắn, tải trọng đặc biệt).

Từ các loại tải trọng đã được xác định, tiến hành tổ hợp tải trọng. Các loại tổ hợp tải trọng gồm: Tổ hợp cơ bản 1, tổ hợp cơ bản 2 và tổ hợp tải trọng đặc biệt.

+ Xác định kích thước sơ bộ của đế móng:

Phụ thuộc vào điểm đặt của tải trọng, móng được chia ra 2 loại chịu tải trung tâm và chịu tải lệch tâm.

Móng chịu tải trung tâm là móng có điểm đặt tổng hợp của các lực đi qua trọng tâm diện tích đáy móng.

Hiện nay, khi tính toán móng nông dựa trên nguyên lý biến dạng tuyến tính. Để có thể coi nền là biến dạng tuyến tính thì áp lực do các tải trọng tiêu chuẩn gây ra phải nhỏ hơn cường độ tính toán của đất nền R.

Muốn tận dụng được khả năng chịu lực của nền để kích thước móng đảm bảo kinh tế nhất thì áp lực xuống nền phải bằng cường độ tính toán của nền. Cường độ tính toán của nền R chính là áp lực ứng với khi vùng biến dạng dẻo trong nền ở vùng dưới mép móng phát triển đến độ sâu bằng

4

b. Lúc đó,

vùng biến dạng dẻo trong nền coi là nhỏ so với toàn bộ thể tích của nền và nền có thể coi là biến dạng tuyến tính.

Móng chịu tải trung tâm thường làm đế vuông. Chỉ khi không đủ điều kiện làm móng vuông thì mới dùng đế chữ nhật.

Móng chịu tải lệch tâm: Là móng có điểm đặt của tổng hợp các lực không đi qua trọng tâm diện tích đáy móng.

Khi xác định kích thước đế móng chịu tải lệch tâm ta có thể tính như móng chịu tải trung tâm, sau đó tăng diện tích đã tính được lên để chịu mô

men bằng cách nhân với hệ số K = 1,0  1,7. Trong đó trị bé của K lấy cho trường hợp mô men có trị số bé và ngược lại khi mô men có trị số lớn thì K lấy trị số lớn. Móng chịu tải lệch tâm cần làm đế chữ nhật.

+ Tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ hai (theo biến dạng):

Quy phạm quy định dùng phương pháp cộng lún các lớp phân tố để xác định độ lún của nền.

Khi nền đất có chiều dày rất lớn, móng có kích thước không lớn thì dùng sơ đồ nửa không gian biến dạng tuyến tính với hạn chế quy ước nền là chiều dày từ đế móng đến độ sâu mà tại đó ứng suất gây lún bằng 20% ứng suất bản thân:

gl= 0,2bt

Công thức tính lún cho trường hợp này khi không kể đến nở hông hạn chế của đất: S = gl i zi n i i i h E   1 Trong đói= 1 - i i    1 2 2

là hệ số phụ thuộc vào hệ số nở hôngcủa đất. Hệ số này sẽ khác nhau đối với các loại đất khác nhau, nhưng quy phạm quy định lấyi= 0,8 cho các trường hợp.

Ei: là mô đun biến dạng tổng quát của lớp phân tố thứ i có chiều dày hi

mà ta chia ra. Để bảo đảm độ chính xác và tính toán không quá cồng kềnh thì chiều dày các lớp phân tố hi ≤

4

b, b là bề rộng móng. Mỗi lớp phân tố phải đồng nhất.

n: là số lượng lớp phân tố trong phạm vi tầng chịu nén Ha.

Nếu giới hạn dưới của tầng chịu nén tìm được kết thúc trong lớp đát có môđun biến dạng E < 500Kpa thì giới hạn nền cần lấy đến độ sâu mà tại đó

gl zi

 : là ứng suất gây lún ở giữa lớp phân tố thứ i, bằng trung bình cộng của ứng suất gây lún tại nóc và đáy lớp phân tố đó.

gl z

 : là ứng suất tại tọa độ z và được xác định:

gl z  = Ko gl z0  Trong đó: gl z0

 là ứng suất gây lún tại đế móng.

Ko là hệ số phân bố ứng suất phụ thuộc vào các tỷ số

b l và

b z

2 ; giá trị của Kođược tra bảng.

+ Tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất (theo sức chịu tải, ổn định)(nếu cần).

Mục đích của tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất là nhằm bảo đảm độ bền và ổn định của nền cũng như không cho phép móng trượt theo đáy hay lật.

Tính toán nền theo sức chịu tải nhằm thỏa mãn điều kiện: N

tc

K





Trong đó: N là trị số tính toán của tải trọng theo tổ hợp bất lợi nhất xuống nền

 là sức chịu tải của nền

tc

K là hệ số tin cậy; Ktc1,2. + Tính toán độ bền và cấu tạo móng.

Đối với móng không chịu uốn: Là các loại móng xây bằng gạch, bằng đá, đổ bằng bê tông, bê tông đá hộc.

Đối với loại móng này thì phải cấu tạo sao cho không xuất hiện ứng suất kéo trong thân móng bởi vì các loại vật liệu này chịu kéo kém.

Đối với móng đơn bê tông cốt thép dưới cột:

Chiều cao làm việc của móng và của bậc dưới cùng có thể kiểm tra theo lực cắt do áp lực phản lực của nền gây ra. Khi tính toán theo lực cắt, người ta quan niệm rằng dưới tác dụng của lực cắt, nếu không đủ độ bền thì móng sẽ bị

nứt theo các vết nứt xuất phát từ đáy móng, nghiêng một góc khoảng 45o so

với trục nằm ngang và phát triển cho đến chỗ giao nhau của bậc dưới cùng và bậc trên đó.

Điều kiện để móng không bị phá hoại bởi lực cắt: Q≤Rkbho

Trong đó: Q là lực cắt do áp lực phản lực của nên đất gây ra Rk là cường độ chịu kéo tính toán của bêtông

b là chiều rộng của móng

h0 là chiều cao làm việc của móng. Tính toán cốt thép đặt cho móng.

Sau khi tính toán được chiều cao của móng và cấu tạo hình dáng của móng, ta chuyển sang tính toán lượng thép cần thiết để bố trí cho móng. Cốt thép được bố trí cho móng để chịu mô men uốn do áp lực phản lực của đất nền gây ra. Khi tính mô men người ta quan niệm cánh móng như những công sơn được ngàm vào các tiết diện đi qua chân cột.

Từ các giá trị mô men tính được, dùng các công thức trong bê tông cốt thép ta xác định được diện tích tiết diện cốt thép cần thiết.

Đối với móng băng dưới tường:

Móng băng dưới tường có thể làm bằng gạch, đá, bê tông đá hộc, bê tông cốt thép.

Khi xác định bề rộng móng băng dưới tường ngang cần lưu ý là một phần diện tích đế móng của tường ngang ở chỗ giao nhau của tường ngang và tường dọc sẽ bị tường dọc choán chỗ và tải trọng tường ngang có chiều dài n được truyền xuống móng có chiều dài n1 bé hơn.

b.1. Phân loại móng cọc:

Móng cọc có nhiều loại, trong khuôn khổ đề tài, tác giả chỉ nghiên cứu 2 loại cọc bêtông cốt thép: Cọc chế tạo sẵn (cọc đóng, cọc ép, máy rung...) và cọc đổ tại chỗ (cọc nhồi).

b.2. Tính toán móng cọc.

- Tính toán sức chịu tải của cọc:

+ Xác định sức chịu tải trọng theo phương thẳng đứng của cọc đơn. Theo độ bền của vật liệu làm cọc được xác định theo công thức:

Pv=(RbFb + RaFa)

Trong đó:  là hệ số uốn dọc của cọc. Khi móng cọc đài thấp, cọc xuyên qua các lớp đất khác với các loại kề dưới thì  = 1. Khi cọc xuyên qua than bùn đất sét yếu, bùn cũng như khi móng cọc đài cao, sự uốn dọc được kể đến trong phạm vi chiều dài tự do của cọc. Chiều dài tự do của cọc được tính từ đế đài đến bề mặt lớp đất có khả năng bảo đảm độ cứng của nền hoặc đáy lớp đất yếu. Trị số củađược tra theo bảng.

Rb, Ralà cường độ chịu nén tính toán của bêtông, cốt thép Fb, Falà diện tích tiết diện của bêtông, của cốt thép dọc. Theo cường độ đất nền, bao gồm [12] :

* Theo kết quả thí nghiệm trong phòng;

* Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên: Bao gồm xuyên tĩnh, xuyên tiêu chuẩn và theo công thức động.

* Theo kết quả nén tĩnh cọc:

Mục đích của phương pháp này là để kiểm tra sức chịu tải của cọc. Tải trọng tĩnh được gia tải từng cấp rồi đo độ lún của cọc cho đến khi cọc lún ổn định dưới cấp tải trọng đó.

Để các cọc ít ảnh hưởng lẫn nhau, có thể coi là cọc đơn, các cọc được bố trí trong mặt bằng sao cho khoảng cách giữa tim các cọc a ≥3d, trong đó d là đường kính của cọc.

- Kiểm tra nền móng cọc theo trạng thái giới hạn thứ nhất (theo sức chịu tải, ổn định).

+ Đối với móng cọc chống có n cọc, sức chịu tải giới hạn của móng: Ngh= RghFcn

Trong đó:

Nghlà sức chịu tải giới hạn của móng

Rgh là cường độ giới hạn của nền dưới chân cọc chống ứng với khi hình thành xong mặt trượt trong nền

Fclà diện tích mặt cắt cọc n là số lượng cọc. Để nền móng cọc chống ổn định thì: Ngh≥1,2( tt tt o d c N N nP) Trong đó:

N0tt là lực dọc tính toán xác định tại cốt đỉnh đài

Ndtt là trọng lượng tính toán của đài cọc và đất trên các bậc đài Pclà trọng lượng của cọc.

+ Đối với móng cọc ma sát:

Tính theo móng có đáy là đường nối mép ngoài các cọc biên Sức chịu tải giới hạn của móng cọc ma sát:

Ngh= RghF + Ufihi

Trong đó:

Rgh: Cường độ giới hạn của nền dưới móng cọc ma sát ứng với trạng thái cân bằng giới hạn của nền, tức là khi hình thành xong mặt trượt trong nền.

F: Diện tích đáy móng tạo bởi các đường nối mép ngoài cọc biên. U: Chu vi của móng có diện tích đáy F

fi: Ma sát thành đơn vị của lớp đất thứ i có chiều dày limà cọc xuyên qua. Để nền ổn định thì: Ngh≥1,2( tt M tt o N N  ) * Tính theo phương pháp mặt trượt trụ tròn:

Mặt trượt có thể cắt qua cọc, đi qua chân cọc biên hoặc đi qua nền phía dưới. Công thức xác định hệ số an toàn: K =   it ig M M Trong đó:

Mig: Tổng mô men cản lại sự trượt

Mit: Tổng mô men gây trượt

Khi mặt trượt trụ tròn đi qua các cọc thì sức chống chắt của các cọc sẽ cản lại sự trượt nhưng trong tính toán có thể bỏ qua.

Điều kiện để móng cọc ma sát ổn định thì Kmin≥1,2

+ Kiểm tra theo trạng thái giới hạn thứ hai (theo điều kiện biến dạng)

Nền của móng cọc chống biến dạng rất ít, luôn thoả mãn điều kiện biến dạng do đó không cần phải kiểm tra. Nền móng cọc ma sát được kiểm tra theo điều kiện biến dạng.

+ Tính toán thép đặt cho đài cọc:

Thép đặt cho đài để chịu mô men uốn. Có thể coi cánh đài được ngàm vào các tiết diện đi qua chân cột và bị uốn bởi phản lực các đầu cọc nằm ngoài mặt ngàm qua chân cột. Để tính được lượng thép này có thể dùng các công thức trong bê tông cốt thép để tính toán.

1.2.2. Giải pháp xử lý nền

a. Đệm cát.

Đệm cát là một trong những giải pháp xử lý khi nền thiên nhiên không đủ sức chịu, không đủ độ bền và bị biến dạng nhiều. Phương pháp đệm cát được gọi là phương pháp nền nhân tạo.

Để xác định một cách chính xác kích thước đệm cát là một công việc rất phức tạp. Ta có thể đơn giản hơn bằng cách coi đệm cát là một bộ phận của lớp nền, tức là đồng nhất và biến dạng tuyến tính. Do đó, có thể sử dụng được những công thức tính ứng suất và biến dạng của cơ học đất.

Để đảm bảo cho đệm cát ổn định và biến dạng trong giới hạn cho phép thì phải đảm bảo điều kiện:

1+2 ≤Rđy

Trong đó:

1: ứng suất thường xuyên do trọng lượng bản thân của đất trên cốt đáy móng và của đệm cát tác dụng trên mặt lớp đất yếu dưới đáy đệm cát:

2: ứng suất do công trình gây ra, truyền trên mặt lớp đất yếu dưới đáy đệm cát.

Rđy: áp lực tính toán trên mặt lớp đất yếu, dưới lớp đệm cát. - Phạm vi khuyến cáo áp dụng:

Lớp đệm cát được sử dụng có hiệu quả nhất khi lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước (sét nhão, sét pha nhão, cát pha bão hoà nước, bùn, than bùn) và có chiều dày nhỏ hơn 3m. Đệm cát thường làm bằng cát hạt to, cát hạt trung hoặc pha hai loại đó với nhau. Việc thay thế lớp đất yếu bằng đệm cát tuy có những tác dụng nhất định nhưng trong những trường hợp bất lợi sau đây thì không nên sử dụng cát đệm:

- Lớp đất yếu phải thay thế có chiều dày lớn hơn 3m. Vì lớp đệm cát có chiều dày lớn hơn 3m thì tốn rất nhiều cát, thi công khó và chi phí lớn;

- Mực nước ngầm cao và có áp, vì như vậy việc hạ mực nước ngầm rất tốn kém và mặt khác đệm cát sẽ không ổn định.