Bài giảng môn nền móng - chương 4

Chia sẻ: Nguyen Huu Dung | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:41

Thêm vào BST

Báo xấu

190
lượt xem 56
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đất yếu gồm các loại đất sét mềm bão hoà nước; các loại cát hạt nhỏ, mịn; than bùn; các trầm tích bị mùn hoá v. v... chúng rất đa dạng về thành phần khoáng vật, nhưng thường giống nhau về tính chất cơ lý và chất lượng xây dựng (kém).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng môn nền móng - chương 4

Nền Móng Chương 4: Xây dựng công trình trên nền đất yếu
§4.1 Khái niệm về đất yếu và nền đất yếu Khái niệm về đất yếu I. - Đất yếu gồm các loại đất sét mềm bão hoà nước; các loại cát hạt nhỏ, mịn; than bùn; các trầm tích bị mùn hoá v. v... chúng rất đa dạng về thành phần khoáng v ật, nhưng thường giống nhau về tính chất cơ lý và chất lượng xây dựng (kém). - Đất yếu nói chung có các đặc điểm sau: . Hầu như hoàn toàn bão hoà nước, có hệ số rỗng (ε) lớn thường > 1,0. . Khả năng chịu lực vào khoảng 50 - 100 kN/m2. . 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. Khái niệm về nền đất yếu II. - Nền đất yếu là phạm vi đất nền gồm các tầng đất yếu có khả năng chịu lực kém, nằm ở bên dưới móng công trình và chịu tác động của tải trọng công trình truy ền xuống. Xét về mặt cấu trúc, tầng đất nền này có thể được hợp thành là do một ho ặc nhiều lớp đất yếu xen kẽ nhau hoặc xen giữa các lớp đất khác có khả năng chịu lực tốt hơn. 2
§4.1 Khái niệm về đất yếu và nền đất yếu (tiếp) Khái niệm về nền đất yếu (tiếp) I. - Khi tính toán nền công trình theo trạng thái giới hạn, nếu không tho ả mãn các yêu cầu về cường độ và biến dạng mà vội vàng coi nền là yếu và tiến hành Xử lý nền thì nhiều khi gây tốn kém không cần thiết (đặc biết đ/với công trình l ớn). Cần phải áp dụng toàn diện các biện pháp xử lý đối với kết cấu phần trên, kết cấu móng và đối v ới nền. - Trong đa số trường hợp, chỉ sau khi đã thay đổi kết c ấu phần trên, đã m ở rộng h ợp lý diện tích đáy móng mà những điều kiện cần đảm bảo khi thiết kế (cường độ, biến dạng) không đạt mới cần phải xử lý nền. Nền cần phải xử lý gọi là “nền đất yếu”. - Khái niệm về nền đất yếu phải hiểu một cách tương đối trong một hoàn cảnh và điều kiện xây dựng cụ thể nhất định. Việc làm sáng tỏ khái niệm này có ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật trong việc lựa chọn phương án hợp lý nhất. - Các biện pháp xử lý: . Các biện pháp về kết cấu công trình. . Các biện pháp về móng . Các biện pháp xử lý nền. . Các biện pháp thi công để xử lý nền. 3
§4.2 Các biện pháp về kết cấu công trình + Nguyên nhân xử lý: Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng toàn bộ hay từng bộ phận do: - Các điều kiện về biến dạng không được thoả mãn (S >[Sgh], ∆S >[∆Sgh]… ) - Áp lực tác dụng lên mặt nền quá lớn (Ntt > Rgh) + Mục đích xử lý: - Giảm tải trọng tác dụng lên móng → Làm giảm trị số VT - Tăng khả năng chịu lực của kết cấu. → Làm tăng trị số VP + Các biện pháp kết cấu công trình: - Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ. - Làm tăng độ mềm của công trình. - Làm tăng cường độ cho kết cấu công trình I. Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ - Mục đích của biện pháp này là làm giảm trọng lượng của kết cấu công trình. Do đó giảm áp suất tác dụng lên mặt nền. - Có thể bố trí vật liệu và kết cấu nhẹ ở những bộ phận công trình một cách hợp lý, sẽ giảm độ lệch tâm của tải trọng, → ∆S giảm. - Đối với những công trình không chịu tác dụng của lực ngang lớn thì vi ệc gi ảm trọng lượng kết cấu công trình sẽ không ảnh hưởng nhiều đến tính ổn định của công trình. Đối với những công trình thường xuyên chịu tác dụng của lực đẩy ngang lớn thì khi giảm trọng lượng của công trình cần có những biện pháp khác để đảm bảo tính ổn định về trượt. 4
§4.2 Các biện pháp về kết cấu công trình (tiếp) Làm tăng độ mềm của công trình II. - Mục đích: Khi nền móng lún không đều sẽ 1- Biện pháp dùng khe lún phát sinh ư/s phụ tại các liên kết của kết cấu - Tại những chỗ có chiều dầy lớp đất công trình, có thể phá hỏng kết cấu. Làm thay đổi đột biến và tính nén của đất tăng độ mềm của công trình (kể cả móng) nền khác nhau lớn (Hình 1), tại chỗ có sẽ khử được các ứng suất phụ. thay đổi lớn về chiều cao công trình -Biện pháp: Có hai biện pháp: hoặc chênh lệch lớn về tải trọng (Hình + Biện pháp khe lún. 2), tại vị trí có sự thay đổi về bố trí mặt bằng công trình (Hình 3) + Dùng kết cấu tĩnh định. P2 P1 5
§4.2 Các biện pháp về kết cấu công trình (tiếp) Làm tăng độ mềm của công trình II. -Yêu cầu: + Cần hạn chế số lượng khe lún trong một công trình, vì mặc dù tác dụng kỹ thuật tốt nhưng tốn kém, thêm nhiều vật liệu xây dựng (phải làm thêm các tường ngăn ngang, dọc tại chỗ bố trí khe lún, làm khớp nối v.v...), và quản lý khó khăn nh ất là trong các công trình thuỷ lợi. + Các khớp nối bố trí ở các khe lún phải mềm mại và chịu được độ chênh lún giữa hai bộ phận ở hai bên khe lún (công trình thuỷ lợi dùng khớp nối là t ấm đ ồng Ω ) do đó phải tính toán kiểm tra khớp nối. + Chiều rộng khe lún phải tính toán vừa đủ để cho các bộ phận đã được tách ra không tựa sát bên nhau (làm nứt nẻ công trình) khi chúng bị lún không đ ều ho ặc b ị nghiêng. Chiều rộng tối thiểu khe lún được xác định theo công thức: δ = k.h.( tgθp - tgθtr ) (4-1) h: chiều cao khe lún θp, θtr: góc nghiêng của phần công trình ở bên phải và trái khe lún k: hệ số an toàn xét đến tính không đồng nhất của đất nền, có thể lấy k = 1,3 - 1,5 3-5cm 6
§4.2 Các biện pháp về kết cấu công trình (tiếp) Làm tăng độ mềm của công trình II. 2- Biện pháp kết cấu tĩnh định - Thay các liên kết cứng giữa các bộ phận của công trình bằng liên kết khớp ho ặc liên kết tựa cũng có tác dụng làm tăng độ mềm của công trình và khử được ứng su ất ph ụ thêm phát sinh khi công trình bị biến dạng. - Việc thay các liên kết cứng bằng các liên kết mềm (khớp, tựa) làm cho công trình có tính chất tĩnh định nên phần nào làm cho công trình nặng nề thêm và kém phần mỹ thuật. Do đó cần hết sức giảm bớt khớp nối mềm trong công trình. - Tốt nhất là dự tính được các yếu tố biến dạng của công trình rồi t ừ đó tính toán được nội lực trong kết cấu siêu tĩnh của các bộ phận của công trình. ∆S=SA-SB SB SA B A L 7
3- Tăng thêm cường độ cho kết cấu công trình * Mục đích, Yêu cầu: - Làm tăng thêm cường độ cho kết cấu công trình để các bộ phận của nó đủ sức chịu thêm các ứng lực sinh ra do công trình bị lún không đều là một phương hướng chủ động tích cực khi thiết kế công trình theo trạng thái giới hạn có xét đến tác d ụng tương hỗ giữa ba bộ phận của một công trình. - Không được làm ảnh hưởng nhiều đến độ mềm của công trình * Biện pháp: - Trong các công trình dân dụng và công nghiệp người ta sử dụng các giằng bê tông cốt thép (giằng tường, giằng móng), (xem Hình) - Các giằng có tác dụng tăng cường khả năng chịu ứng suất kéo phát sinh khi tường chịu uốn mà không Giằng bê tông ảnh hưởng đến độ mềm của công trình. cốt thép - Tính toán kết cấu giằng gia cường theo p/pháp dầm trên nền đàn hồi. Trong thiết kế thường lấy cốt thép cấu tạo là 5 - 15 cm2. - Có thể dùng biện pháp gia cố cục bộ để tăng cường Giằng cốt thép độ chống cắt cục bộ của tường hay của bộ phận công trình bằng cách đặt giằng hoặc đặt thêm cốt thép tại những nơi dự đoán có phát sinh ứng lực cắt lớn. 8
§4.3 Các biện pháp về móng - Thay đổi chiều sâu chôn móng. - Thay đổi kích thước đáy móng. - Thay đổi loại móng và độ cứng móng. Thay đổi chiều sâu chôn móng I. - Cơ sở của phương pháp: + Công thức tính sức chịu tải và cường độ tiêu chuẩn của nền có dạng chung là: Pgh = Aγ .b + Bq + Dc A, B, D: các hệ số phụ thuộc góc ma sát trong ϕ của đất. γ , c: trọng lượng riêng và lực dính đơn vị của đất. b: chiều rộng móng. q: tải trọng bên móng. Như vậy, khi tăng độ sâu đặt móng hm , tức là tăng (q = γ .hm), thì khả năng chịu tải của nền (pgh) được tăng lên. + Mặt khác, nền nói chung có độ chặt tăng theo chiều sâu, nên khi hm tăng là đã đặt móng tại lớp đất tốt hơn, do đó độ lún S giảm. pgh q= hm γ .hm o 9
§4.3 Các biện pháp về móng (tiếp) I. Thay đổi chiều sâu chôn móng (tiếp) - Xét các trường hợp thực tế: * Trường hợp cao trình đặt móng thiết kế không thay đổi: Do nhiều điều kiện khống chế, móng thường phải đặt tại một cao trình thiết kế nhất định. . Bảo đảm được cao trình đặt móng thiết kế (tức là bảo đảm cao trình của các bộ phận công trình) là một vấn đề rất quan trọng và khó khăn, nhất là đối với nền đất yếu. . Để giảm bớt độ chênh lệch giữa cao trình đặt móng thiết kế với cao trình đáy móng sau khi lún ổn định thì thường phải nâng cao trình đặt móng thiết kế lên một trị số dự phòng, tính gần đúng theo công thức: Sdp = ½ ( S + Stc ) (4-2) Sdp - độ nâng thêm của cao trình dự phòng. S - độ lún ổn định do tính toán. hm Stc - độ lún xảy ra khi thi công. Sdp .Đối với các công trình dân dụng công nghiệp xây trên nền đất loại sét có thể lấy: Sdp = 0,7S (4-3) 10
§4.3 Các biện pháp về móng (tiếp) I. Thay đổi chiều sâu chôn móng (tiếp) * Nếu công trình có nguy cơ bị nghiêng, bị lún không đều thì có thể dùng bi ện pháp thay đổi chiều sâu chôn móng để xử lý khi thiết kế thi công (Hình 1). * Gặp trường hợp tầng đất yếu có chiều dày thay đổi nhiều, để giảm chênh lệch lún, có thể đặt móng ở nhiều cao trình khác nhau (Hình 2). P e 11
§4.3 Các biện pháp về móng (tiếp) I. Thay đổi chiều sâu chôn móng (tiếp) Thay đổi kích thước và hình dáng móng II. - Hiệu quả: + Thay đổi trực tiếp áp lực tác dụng lên mặt nền, do đó cải thiện được điều kiện chịu tải cũng như biến dạng của nền. + Nếu công trình có nguy cơ bị nghiêng, bị lún không đều thì cũng có thể dùng biện pháp thay đổi chiều rộng móng để xử lý khi thiết kế thi công (Hình 1). + Nếu tầng đất có chiều dày chịu nén khác nhau, dùng biện pháp thay đổi chiều rộng móng để cân bằng lún cho toàn bộ công trình (Hình 2). P e 12
§4.3 Các biện pháp về móng (tiếp) I. Thay đổi chiều sâu chôn móng (tiếp) + Trường hợp đất nền có tính nén lún tăng theo chiều sâu thì việc mở rộng đáy móng thường không có tác dụng (Hình 3). Thay đổi loại móng và độ cứng của móng III. + Tuỳ tình hình phân bố tải trọng tác dụng lên móng và 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 ∆ S quá lớn thì phải tăng độ cứng móng. + Để tăng cường độ cứng của móng có thể dùng các biện pháp: tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc, kết hợp với kết cấu phần trên; dùng loại móng hộp, độ cứng lớn và nhẹ. 13
§4.4 Các biện pháp xử lý nền I. Khái niệm  Trường hợp cần XLN: sau khi đã thay đổi kết cấu phần trên, đã mở rộng hợp lý diện tích đáy móng mà những điều kiện cần đảm bảo khi thiết kế (về cường pmax độ, về biến dạng) không được thoả mãn thì mới phải xử pmin lý nền, nền phải xử lý gọi là nền đất yếu. hm  Phạm vi nền phải xử lý: là bộ phận đất yếu nằm ở o lớp đất mặt, thông thường lớp đất này có những đặc điểm sau: * Chịu ứng suất do tải trọng truyền xuống lớn Ha * Trong điều kiện tồn tại tự nhiên có hệ số rỗng (ε) (σz∼ z lớn hơn nhiều so với lớp đất nằm phía dưới. ) * Chịu ảnh hưởng nhiều các tác động từ bên ngoài.  Mục đích XLN: Các phương pháp xử lý hiện nay đều nhằm cải thiện điều kiện của đất nền: -làm tăng độ bền của đất, -giảm độ lún tổng và chênh lệch lún. Cụ thể là: * Giảm tính rỗng. * Tăng cường độ liên kết giữa các hạt. * Giảm tính thấm nước của nền (đặc biệt đ/với công trình thuỷ lợi). 14
§4.4 Các biện pháp xử lý nền (tiếp) I. Khái niệm Phân loại các phương pháp XLN:  Hiện nay có nhiều phương pháp, vấn đề quan trọng là làm sao chọn được phương pháp xử lý thích hợp cho các loại đất riêng biệt, thỏa mãn được yêu cầu thiết k ế đối với công trình, đồng thời rút ngắn được thời gian thi công, giảm chi phí xây d ựng, nâng cao tính hiệu quả của công trình. Nói chung có thể phân thành ba loại chủ yếu sau: Thuộc loại biện pháp cơ học có: p.pháp làm chặt bằng đầm, p.pháp làm chặt 1) bằng chấn động, p.pháp làm chặt bằng các loại cọc, p.pháp thay đất, p.pháp nén trước, p.pháp phản áp, v. v… Thuộc loại biện pháp vật lý có: p.pháp hạ mực nước ngầm, p.pháp giếng cát, 2) p.pháp điện thấm, p.p bấc thấm, vải địa kỹ thuật, v. v... Thuộc loại biện pháp hoá học có: p.pháp keo kết bằng xi măng, p.pháp si li cát 3) hoá, p.pháp điện hoá v. v... - Trong chương trình chỉ giới thiệu một số biện pháp xử lý nền sau: . pp.đệm cát, . pp.cọc cát, . pp.nén trước, . các pp. lợi dụng thi công để xử lý nền. 15
§4.4 Các biện pháp xử lý nền (tiếp) Phương pháp đệm cát II. 1- Nội dung và điều kiện áp dụng: - Nội dung: Thay lớp đất yếu nằm ngay dưới đáy móng chịu ứng suất lớn bằng một đệm cát để đủ sức chịu tải trọng mà vẫn tận dụng được khả năng của lớp đất yếu nằm dưới. - Áp dụng: * Đất yếu là đất sét chảy (nếu dùng biện pháp đầm thì không l ợi ). * Chiều dày lớp đất yếu tương đối mỏng ( 3 - 6 m ). * Vật liệu cát dễ kiếm. * Đối với công trình thuỷ lợi, do có độ chênh cột nước, cần có biện pháp chống xói ngầm (tường, cừ...) và phải chú ý đến hiện tượng hoá lỏng dưới tác dụng của tải trọng động. 2- Hiệu quả: - Tăng sức chịu tải của nền. - Giảm độ lún của móng công trình (vì đất cát có môđun biến dạng Eo lớn hơn của đất sét). - Giảm độ chênh lệch lún của móng (vì có sự phân bố lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong đất nền nằm dưới tầng đệm cát). - Giảm chiều sâu chôn móng, do đó giảm được khối lượng vật liệu làm móng. - Tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, do đó làm tăng nhanh sức chịu tải của nền và rút ngắn quá trình lún. 16
§4.4 Các biện pháp xử lý nền (tiếp) II. Phương pháp đệm cát 3- Tính toán, thiết kế tầng đệm cát: + Nguyên tắc tính toán: . Xác định kích thước của tầng đệm cát bao gồm chiều dày (hc) và chiều rộng đáy tầng đệm cát (bc), đảm bảo hai điều kiện kỹ thuật cơ bản là: - Đảm bảo nền (sau khi có đệm cát) ổn định về mặt cường độ. - Đảm bảo độ lún của nền (sau khi có đệm cát) nhỏ hơn độ lún cho phép của công trình. . Để làm được điều trên ta phải tính thử dần; thông thường các bước tính toán được tiến a) hành ộ chọưới đây: ước đệm cát: Sơ b như d n kích th b * Chọn hc: theo kinh nghiệm có thể lấy vào khoảng 0,5 - 3 m có khi là 5 - 6 m. * Chọn bc: hiện nay người ta xác định kích hm thước chiều rộng đáy đệm cát theo góc mở α. Căn cứ vào hiện tượng khuyếch tán ứng α hc α suất trong nền người ta lấy α như sau: α = 30 - 350 đối với cát. bc α = 40 - 450 đối với sỏi. Có trường hợp lấy α = 600 Suy ra: bc = b + 2hc .tgα (4-4) 17
§4.4 Các biện pháp xử lý nền (tiếp) II. Phương pháp đệm cát Sau khi chọn kích thước đệm cát (hc, bc) thì tuỳ từng loại công trình và tình hình tác dụng của tải trọng để kiểm tra theo các nội dung dưới đây : - Tính toán kiểm tra theo trạng thái giới hạn 1 (về cường độ, ổn định trượt). - Tính toán kiểm tra theo trạng thái giới hạn 2 (về biến dạng). b) Tính toán ổn định của nền đã xử lý bằng đệm cát khi công trình chịu tác dụng của lực đẩy ngang. - Đệm cát được xem như một bộ phận của đất nền nhiều lớp: lớp cát nằm trên, lớp đất yếu nằm dưới. Cát có ma sát lớn nên móng không có khả năng trượt phẳng. - Khi tính toán nền theo ổn định (TTGH-1) cần phải tiến hành kiểm tra trượt sâu theo phương pháp cung trượt tròn và trượt sâu theo mặt tiếp xúc giữa đáy đệm cát và đỉnh lớp đất yếu. (Khi tính toán, cần kể đến sự thay đổi các chỉ tiêu cường độ chống cắt của đất nền do cố kết nhờ có tầng đệm cát thoát nước). P T O ∑M hm ≥ [K] q= ct K= r γ .hm ∑M hc gt 18
P T hm q= γ .hm hc - Khi cần phải kiểm tra theo TTGH-2: Độ lún của nền vẫn tính bình thường đối với nền nhiều lớp. Nếu được thi công đầm chặt tốt thì cát của tầng đệm sẽ có môđun biến dạng khá lớn vào khoảng 12.000 – 20.000 kN/m2. Trong trường hợp đó thường người ta bỏ qua độ ép lún của tầng đệm cát. 19
§4.4 Các biện pháp xử lý nền (tiếp) II. Phương pháp đệm cát c) Tính toán đệm cát theo biến dạng của nền gồm các bước (theo TCXD): * Chọn hệ số rỗng ε nc của cát, từ đó xác định môđun biến dạng E0 cát: εmax −εnc D= (4.5) Từ công thức độ chặt tương đối của đất cát: εmax −εmin - Tính ε nc, bằng cách khống chế D = 0,70 ÷ 0,80: ε nc = ε max - D(ε max - ε min ) Từ ε nc của cát tìm ra E0 cát, có thể lấy theo bảng b IV-1/tr.68. * Kiểm tra ứng suất đáy đệm cát: hm Đệm cát truyền áp lực đáy móng xuống tầng đất thiên nhiên phía dưới trong một phạm vi lớn hc α α hơn diện tích đáy móng. Để đảm bảo tầng đất thiên nhiên dưới lớp đệm cát vẫn còn làm việc σczđ σ cz trong giai đoạn biến dạng tuyến tính thì ứng suất Ha thẳng đứng tác dụng lên lớp đất yếu không được vượt quá áp lực tiêu chuẩn Rtc: (σ zc + σ zcđ ) ≤ R tc (4.6) z 20