Bài giảng Nền móng: Chương 2 - PGS.TS Nguyễn Hồng Nam

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Lựu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:78

Thêm vào BST

Báo xấu

626
lượt xem 71
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Nền móng - Chương 2: Móng nông trên nền thiên nhiên, giới thiệu khái niệm, phân loại và các bước tính toán thiết kế móng nông; sức chịu tải giới hạn của móng nông - móng cứng, độ lún của móng nông, sức chịu tải cho phép và xác định kích thước đáy móng. Đây là tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Xây dựng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Nền móng: Chương 2 - PGS.TS Nguyễn Hồng Nam

CHƯƠNG II: MÓNG NÔNG TRÊN NỀN THIÊN NHIÊN Nguyễn Hồng Nam, 2010 27 Nội dung • 2.1 Khái niệm, phân loại và các bước tính toán thiết kế móng nông • 2.2 Sức chịu tải giới hạn của móng nông (móng cứng) • 2.3 Độ lún của móng nông (móng cứng) • 2.4 Sức chịu tải cho phép và xác định kích thước đáy móng Nguyễn Hồng Nam, 2010 28
2.1 Khái niệm, phân loại và các bước tính toán thiết kế móng nông • Móng nông là loại móng truyền tải trọng kết cấu xuống đất nền gần bề mặt. • Móng nông thường được xây trong hố móng đã được đào bỏ đất hoàn toàn. Chiều sâu đặt móng hm
2.1 Khái niệm, phân loại và các bước tính toán thiết kế móng nông • Dựa vào kích thước móng nông phân biệt móng đơn, móng băng, móng bản. • Dựa vào mức độ biến dạng của móng phân làm móng cứng và móng mềm. • Móng cứng: hầu như không chịu uốn thường được làm bằng các vật liệu cứng như gạch, đá xây hoặc bê tông. • Móng mềm: có khả năng chịu uốn, nền yếu, thường làm bằng BTCT. Nguyễn Hồng Nam, 2010 31 Móng chân rộng (Spread footing) • Móng chân rộng (MCR) là sự mở rộng tại đáy của một cột hoặc một tường chịu tải tác dụng trên một diện tích đất đủ lớn. • Mỗi cột hoặc mỗi tường có móng chân riêng • Là loại móng phổ biến nhất do giá thành thấp và dễ thi công • MCR bao gồm móng đơn và móng băng Nguyễn Hồng Nam, 2010 32
Phân loại MCR theo hình dạng, kích thước • Móng vuông • Móng chữ nhật • Móng tròn • Móng liên tục • Móng kết hợp • Móng vòng Nguyễn Hồng Nam, 2010 33 Phân loại MCR theo vật liệu Móng gạch, đá xây Móng đá Móng thép có bê tông bảo vệ Móng bê tông cốt thép Nguyễn Hồng Nam, 2010 34
Móng đơn • Móng đơn là loại móng có diện tích đáy móng không lớn, mặt cắt ngang móng hình chữ nhật, hình vuông hoặc tròn. • Móng đơn thường là các móng dưới cột nhà, cột điện, cột đỡ cầu máng dẫn nước… • Tải trọng công trình không lớn, đất nền tương đối tốt. • Vật liệu cứng, thường là gạch, đá xây, hoặc bê tông Không xét khả năng chịu uốn. Nguyễn Hồng Nam, 2010 35 Sơ đồ móng đơn và phản lực nền P M L Mặt đất tự nhiên Mặt đất tự nhiên M M’ l α H α h N N’ p p Khi chiều dài L tăng, M, Q tăng móng bị gẫy theo mặt cắt MN. Để móng khỏi gãy, cần khống chế góc mở α hoặc tỷ số H/L hoặc h/l. Các giá trị này phụ thuộc phản lực nền và mác bê tông hoặc mác vữa xây Nhược điểm: vì phải khống chế góc mở móng α, khi cần mở rộng đáy móng, phải đồng thời tăng cả L và H. Khi gặp điều kiện địa chất phức tạp, không cho phép tăng chiều sâu chôn móng (tầng nước ngầm cao, tầng đất Nguyễn Hồng Nam, 2010 36 tốt mỏng) Nên dùng móng BTCT.
Tỷ số h/l (Bảng 2.1, Nền và móng, Lê Đức Thắng chủ biên, NXBGD, 2000) Loại móng Áp lực trung bình dưới đáy móng p ≤ 1.5 kg/cm2 p>1.5kg/cm2 Mác bê tông
Móng bản Nguyễn Hồng Nam, 2010 39 Móng bản • Móng bản có kích thước chiều dài và chiều rộng đều lớn. Móng bản còn được gọi là móng bè. Ví dụ: móng cống, trạm bơm, nhà máy thuỷ điện, tháp nước... • Kết cấu bên trên có thể nằm trọn trên một móng bản liên tục hoặc trên nhiều mảng móng ghép lại. • Chỗ ghép các mảng móng với nhau chính là khe lún. • Hình dạng: tròn hoặc vành khăn (ống khói, tháp nước, bể chứa), chữ nhật (cống lấy nước). • sự phân cắt móng: phụ thuộc tải trọng, đất nền, điều kiện thi công, kích thước mặt bằng kết cấu phần trên. • Vật liệu: thường bằng BTCT, có liên kết với kết cấu phần trên để tăng độ cứng. • Đê tăng độ cứng móng bản có thể dùng kết cấu vòm ngược bằng gạch đá xây hoặc bê tông. • Để giảm trọng luợng móng làm móng hộp. • - Ứng suất: Móng bản có diện tích lớn nên tác dụng phân đều ứng suất tác dụng lên nền phát huy khả năng của đất nền về cường Nguyễn độ và biến dạng. Hồng Nam, 2010 40
Các bước tính toán thiết kế móng nông • I) Tính nền móng công trình không chịu lực đẩy ngang thường xuyên theo trạng thái giới hạn về biến dạng • II) Tính nền móng công trình chịu lực đẩy ngang thường xuyên theo trạng thái giới hạn Nguyễn Hồng Nam, 2010 41 I)Tính nền móng công trình không chịu lực đẩy ngang thường xuyên theo TTGH về biến dạng • Đối với những công trình chỉ có các lực thẳng đứng tác dụng và được xây dựng trên nền yếu dễ mất ổn định về biến dạng (lún) cần tính toán nền móng theo TTGH 2 • Quy phạm về nền móng các công trình dân dụng và công nghiệp TCXD 45-78. • Tổ hợp tải trọng: cơ bản • Trị số tải trọng lấy với giá trị tiêu chuẩn Ntc. • Chỉ tiêu cơ lý đất nền lấy Att=Atc (kd=1). Nguyễn Hồng Nam, 2010 42
Tính nền móng công trình không chịu lực đẩy ngang thường xuyên theo TTGH về biến dạng Nội dung tính toán: A) Sơ bộ xác định kích thước đáy móng B) Kiểm tra các điều kiện biến dạng Nguyễn Hồng Nam, 2010 43 A. Sơ bộ xác định kích thước đáy móng • a) Nguyên tắc xác định • b) xác định kích thước móng chịu tải trọng đúng tâm. • c) Xác định kích thước móng chịu tải trọng tác dụng lệch tâm Nguyễn Hồng Nam, 2010 44
Sơ bộ xác định kích thước đáy móng • a) Nguyên tắc xác định: • Đảm bảo điều kiện kinh tế, kỹ thuật: biến dạng nền không quá lớn, áp dụng lý thuyết đàn hồi tính các đặc trưng biến dạng, tận dụng khả năng làm việc của nền trong giai đoạn biến dạng tuyến tính. • Khi tải trọng đúng tâm: Ptb ≤ Rtc (2-1) • Khi tải trọng lệch tâm: Pmax ≤ 1.2 Rtc (2-2) • Trong đó: ptb, pmax: áp suất đáy móng trung bình và lớn nhất. • Rtc: cường độ tiêu chuẩn của đất nền. Rtc=m(A1/4.γ.b+B.q+D.c) (2-3) • Trong đó: b: chiều rộng móng • q: tải trọng bên móng • c: lực dính đơn vị của nền đất • A1/4, B, D: các hệ số phụ thuộc góc ma sát trong của đất. (Tra bảng II-1, Phụ lục, Nền móng, ĐHTL). 45 Nguyễn Hồng Nam, 2010 • m: hệ số điều kiện làm việc của nền móng. Xác định kích thước móng chịu tải trọng đúng tâm. • Đối với móng đơn. N +G ptb = tc (2-4) N l.b (2-5) ptb = tc2 + γ tb .H m • Trong đó: α .b • G: trọng lượng phần móng và đất phía trên l α= • γtb: Trọng lượng riêng trung bình của đất và móng b • Hm: Chiều sâu đặt móng N tc • Từ ptb = Rtc ta có: + γ tb .H m = m( A1 / 4 γb + Bq + Dc) • αb 2 Chiều rộng móng được xác định như sau: b 3 + k 1b 2 − k 2 = 0 (2-6) q c Hm N tc • Trong đó: k1 = M 1 + M 2 − M 3γ tb k2 = M 3 γ γ γ mαγ (2-7) Các hệ số M1, M2, M3 phụ thuộc góc ma sát trong của đất ϕtc. 46 Nguyễn Hồng Nam, 2010 (Tra bảng 2-4, trang 30, Nền và Móng, NXBGD, 2000).
Đối với móng băng (l>>b) Nguyễn Hồng Nam, 2010 47 Xác định kích thước móng chịu tải trọng tác dụng lệch tâm Nguyễn Hồng Nam, 2010 48
B. Kiểm tra các điều kiện về biến dạng Xác định S: Để tính lún có nhiều phương pháp. Thường sử dụng phương pháp cộng lún từng lớp theo TCXD 45-78. Nguyễn Hồng Nam, 2010 49 Các bước tính lún • Tính và vẽ biểu đồ ứng suất bản thân đất σzđ gây ra trên trục đi qua vị trí điểm tính lún. o n σ zd = ∑ γ i hi H (2-14) i =1 σzi hi • trong đó: γi, hi: trọng lượng Ha riêng và chiều dầy lớp đất thứ σzđ σz i phía trên điểm tính toán. • n: số lớp đất tính từ mặt nền đến điểm tính toán. σzđ = σz • Tính và vẽ biểu đồ ứng suất 5σz tăng thêm σz (ứng suất gây lún) cùng trục với ứng suất bản thân σzđ. Nguyễn Hồng Nam, 2010 50
ptl = ( ptb − γH ) o σ z = K. ptl H Trong đó: K =f(l/b, z/b). (PL 1-7, Nền và móng, Lê Đức σzi Thắng, NXB GD, 2000) Ha hi -Độ sâu tắt lún Ha được xác định σzđ dựa vào điều kiện sau: σz σ z = 0.2σ zđ σzđ = σz -Chia nền đất với chiều sâu Ha thành n lớp đất 5σz mỏng. Độ lún của mỗi lớp được tính như sau: β .hi .σ zi Trong đó: β: hệ số phụ thuộc hệ số nở hông µo của đất. (β=0.8 đối với mọi loại đất theo TCXD 45-78). Si = Eoi, hi: mô đun biến dạng và chiều dày lớp đất thứ i. Eoi σzi: ứng suất gây lún của lớp đất thứ i, xác định tại giữa lớp. n Độ lún tổng cộng: Nguyễn Hồng Nam, 2010 S = ∑ Si 51 i =1 Tính độ chênh lệch lún và độ nghiêng của móng • Cần tính độ chênh lệch lún giữa 2 móng gần nhau hoặc giữa các điểm trong cùng một móng khi chênh lệch lún gây bất lợi cho sự làm việc của công trình. ∆S = S A − S B (2-20) • Trong đó, SA, SB: độ lún của điểm A và B trong cùng một móng hoặc tại hai móng khác nhau. • Góc nghiêng của móng được xác định: ∆S (2-21) tgθ = L • Trong đó: L là khoảng cách giữa 2 điểm A và B đang xét (thường là các điểm góc móng) • Chú ý: tính nền móng theo biến dạng (TTGH2) do việc khống chế áp suất đáy móng nhỏ hơn cường độ tiêu chuẩn của đất nền (ptb ≤ Rtc) nên điều kiện ổn định về Nguyễn cường độ thoả mãn. Hồng Nam, 2010 52
II.Tính nền móng công trình chịu lực đẩy ngang thường xuyên theo TTGH • Công trình thuỷ lợi: cống, trạm bơm, tường chắn đất, âu thuyền • Phần lớn chịu tải trọng ngang tác dụng thường xuyên (áp lực đất, áp lực nước) với trị số khá lớn • một số Ct xây dựng trên sườn dốc nên dễ mất ổn định về cường độ (trượt, lật). • Vì vậy cần kiểm tra nền móng theo TTGH1 (TCVN4253-86) Nguyễn Hồng Nam, 2010 53 Các hình thức mất ổn định của nền móng • Thí nghiệm bàn nén • Thí nghiệm bàn đẩy Nguyễn Hồng Nam, 2010 54
Thí nghiệm bàn nén hiện trường Po P Kích gia tải Dầm gia tải O gh P (kN/m2) Đồng hồ đo lún M A Bàn nén B Cọc ne C o Bàn nén cứng hình vuông 70.7x70.7cm2; Đặt bàn nén trực tiếp lên nền, Gia tải tác dụng theo từng cấp gia tải 20÷50 kN/m2 S (mm) (mm) Đo lún sau khi ổn định Nguyễn Hồng Nam, 2010 Tiếp tục gia tải cho đến khi độ lún tăng đột ngột, 55 hoặc quá lớn, hoặc đất nền bị đẩy trồi Thí nghiệm bàn đẩy • Thí nghiệm cho thấy tuỳ theo trị số của tải trọng đứng Pđ và tải trọng ngang Pn mà công trình có thể xảy ra 3 hình thức mất ổn định sau đây: • Trượt sâu: khi Pđ>>Pn • trượt phẳng: khi Pn>>Pđ • Trượt hỗn hợp: khi Pđ và Pn đều lớn. Mặt trượt bao gồm một phần trượt phẳng và một phần trượt sâu xuống nền Nguyễn Hồng Nam, 2010 56
Các bước tính toán nền móng công trình chịu lực đẩy ngang thường xuyên theo TTGH • Phán đoán các hình thức mất ổn định của nền móng • Tính toán ổn định nền móng về cường độ (trượt phẳng, trượt hỗn hợp, trượt sâu) • Kiểm tra các điều kiện về biến dạng Nguyễn Hồng Nam, 2010 57 Phán đoán các hình thức mất ổn định của nền móng • Dựa trên cơ sở thí nghiệm mô hình và kinh nghiệm thực tế • Đối với nền cát, sét cứng hoặc nửa cứng, công trình có khả năng chỉ xẩy ra trượt phẳng nếu thoả mãn điều kiện: σ max Nσ = ≤ [N σ ] bγ • Trong đó: Nσ: chỉ số mô hình (không thứ nguyên) • σmax: ứng suất pháp lớn nhất tại đáy móng • b: kích thước cạnh đáy móng // lực gây trượt (chiều rộng) • γ: trọng lượng riêng của đất nền. Khi nền nằm dưới mực nước ngầm, lấy trọng lượng riêng đẩy nổi. • [Nσ]: chỉ số mô hình giới hạn. • [Nσ]=1 đối với cát chặt • [Nσ]=3 đối với cac loại đất khác. • Riêng đối với nền CT cấp I&II, [Nσ] phải được xác định bằng thí nghiệm. Nguyễn Hồng Nam, 2010 58
Điều kiện xảy ra trượt phẳng (nền đất dính) • Đối với nền đất dính (dẻo, dẻo cứng, dẻo mềm), ngoài điều kiện trên, cần thoả mãn các điều kiện sau đây: c (2-25) tgψ = tgϕ + ≥ 0.45 σ tb (2-26) k (1 + e)t o Cv = ≥4 aγ n ho 2 • Trong đó: • tgψ: hệ số kháng cắt của đất nền • tgϕ, c: hệ số ma sát và lực dính của đất nền • σtb: ứng suất trung bình tại đáy móng Cv: hệ số mức độ cố kết • k: hệ số thấm • e: hệ số rỗng của đất nền ở trạng thái tự nhiên • to: thời gian thi công công trình • γn: trọng lượng riêng của nước (9.81 hoặc 10 kN/m3) • a: hệ số nén (hệ số ép co) của đất nền, xác định từ đường cong ép lún. Nguyễnchiều dày tính toán của lớp đất cố kết (ho ≤ b). ho: Hồng Nam, 2010 59 Điều kiện xảy ra trượt sâu, trượt hỗn hợp • Khi không thoả mãn một trong 3 điều kiện trên, công trình có khả năng mất ổn định do trượt sâu nếu công trình chỉ chịu lực thẳng đứng tác dụng hoặc mất ổn định do trượt hỗn hợp nếu công trình có thêm lực ngang tác dụng thường xuyên. • Chú ý: 3 điều kiện trên chỉ đưa ra sự phán đoán về khả năng mất ổn định trượt của công trình. • Sau khi có kết quả tính toán cụ thể theo sơ đồ trượt đã phán đoán mới có thể kết luận được công trình có bị mất ổn định hay không. Nguyễn Hồng Nam, 2010 60
Tính toán ổn định nền móng về cường độ • Điều kiện để công trình ổn định Tính nền theo TTGH1 về cường độ: mR (2-27) nc N tt ≤ kn Trong đó: • nc: hệ số tổ hợp tải trọng m: hệ số điều kiện làm việc. Đối với CTBTCT trên nền đất, đá nửa cứng (m=1) Ttl • kn: hệ số độ tin cậy, phụ thuộc cấp công trình P Thl • Ntt: Giá trị tính toán của lực gây trượt Eatl Ebhl tổng quát. u • R: lực chống trượt giới hạn Mặt trượt Nguyễn Hồng Nam, 2010 61 Tính toán theo sơ đồ trượt phẳng Lực gây trượt: Ntt = Ttl + Ectl – Thl (2-28) Lực chống trượt giới hạn: Ttl Rgh=Ptgϕ +F.c +mEbhl (2-29) P: tổng các thành phần tải trọng thẳng P Thl đứng (kể cả áp lực ngược) Ectl Ebhl Ttl, Thl: Tổng giá trị các thành phần nằm u Mặt trượt ngang của các lực tác dụng vào thượng, hạ lưu công trình, trừ áp lực đất • Ectl, Ebhl: Áp lực đất chủ động và bị động ở thượng, hạ lưu công trình. • m: hệ số xét đến quan hệ áp lực bị động và chuyển vị ngang của nền (m=0.7). • ϕ, c: góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất nền. • F: Diện tích đáy móng. • Khi móng có chân khay, mặt trượt sẽ cắt qua mặt phẳng qua đáy các chân khay. Trong trường hợp mặt phẳng trượt nghiêng, các lực cần chiếu lên mặt phẳng này. Nguyễn Hồng Nam, 2010 62
Tính toán theo sơ đồ trượt hỗn hợp b Ttl b2 b1 Thl q= γhm P ptb Ectl Ebhl τgh u Mặt trượt Trượt phẳng Trượt sâu Lực gây trượt: Ntt = Ttl + Ectl - Thl (2-30) Lực chống trượt giới hạn: Rhh = (ptb.tgϕ +c) b2+ τghb1 (2-31) Trong đó: ptb: ứng suất trung bình đáy móng. b1, b2: chiều rộng của phần trượt sâu và trượt phẳng của móng τgh: cường độ chống trượt giới hạn trong phần trượt sâu Nguyễn Hồng Nam, 2010 63 Xác định b1, b2 b b2 b1 q= γhm ptb tăng b1 tăng, b2 ptb giảm và ngược lại. τgh Trượt phẳng Trượt sâu Đặt α=b1/b, vẽ quan hệ α ~ ptb. b b2 b1 q= γhm ptb τgh Trượt phẳng Trượt sâu Nguyễn Hồng Nam, 2010 64
Tính toán theo sơ đồ trượt hỗn hợp α=b1/b α=b1/b tgψ < 0.45 tgψ ≥ 0.45 1 b1 = α . b 1 α=(ptb-pk)/ α=ptb/pgh α α (pgh-pk) 0 ptb pgh p pk ptb 0 pgh p • Nếu tgψ