Bài giảng Nền móng: Chương 2

Nền Móngg

Chương 2: Chương 2: Móng Nông trên nền thiên nhiên Móng Nông trên nền thiên nhiên

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§2.1 Khái niệm chung

1 - Đặc điểm của móng nông

- M.Nông được xây trong hố móng đào sẵn; độ sâu đặt móng nhỏ (hm=0,5÷6m). - Thi công đơn giản. - Khi tính toán có thể bỏ qua ảnh hưởng của đất từ đáy móng trở lên.

2 - Phân loại móng nông: Theo 3 cơ sở 2 Phân loại móng nông: Theo 3 cơ sở

a) Phân loại theo kích thước:

* M.đơn, * M.băng, * M.bản.

b) Phân loại theo khả năng chịu uốn của móng:

* M.cứng, * M.mềm.

c) Phân loại theo tình hình tải trọng tác dụng

* M.chịu tải trọng đúng tâm. * M.chịu tải trọng lệch tâm * M.thường xuyên chịu tác dụng của tải trọng ngang lớn. * M.chủ yếu chịu tải trọng đứng.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

2

§2.2 Cấu tạo Móng Nông và điều kiện ứng dụng

I. Móng đơn

1) Kích thước và trường hợp áp dụng

g - Kích thước: 2 chiều (l,b) nhỏ, chênh lệch không lớn →Tính toán ư/s, b/d theo trạng thái g không gian. - Áp dụng trong trường hợp : tải trọng CT không lớn, nền tương đối tốt. TD: Móng dưới cột nhà, cột điện, cột đỡ cầu

máng,… 2) Vật liệu và kết cấu móng - Vật liệu liên quan đến thiết kế cấu tạo móng VL đá â bê tô ấ t khô ó

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

• VL đá xây, bê tông… →cấu tạo móng không sinh i h b/d uốn, gọi là Móng Cứng. • VL bê tông cốt thép… →cấu tạo móng có khả năng chịu b/d uốn, gọi là Móng Mềm.

3

• K.cấu móng cứng: - Hình dạng móng: Mặt biên móng bao ngoài hệ đường truyền ư.s trong khối móng cứng → có dạng hình thang (đ/với M.bê tông), dạng bậc thang (đ/với M.gạch, đá xây)

-Tính toán KC để móng đủ cứng không bị cắt theo t/diện m-n, m'-n' (nơi chịu mômen lớn nhất):

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

. Khống chế theo tỷ số H/L cho toàn móng . Khống chế theo tỷ số h/ℓ cho mỗi bậc móng

4

max để phân biệt móng cứng hay

• Kết cấu M.cứng: α ≤ α

(cid:153) Có thể dùng góc mở lớn nhất α mềm:

max , có ý nghĩa như

H/L, h/ℓ ≥ trị số cho phép cho trong bảng.

Bảng 2.1: Trị số h/l (H/L) cho phép của các loại móng nông

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Sơ đồ bố trí móng

5

• Kết cấu móng mềm: Khi α > α

max : Trường hợp tải trọng lớn hoặc lệch tâm lớn, tình hình địa chất không cho phép tăng thêm độ sâu chôn móng , phải cấu tạo M.mềm (TD: mực nước mgầm cao, tầng đất tốt không dầy) → dùng M.btct là hợp lý và được tính theo M.mềm (chương 3). 3) lý à đ

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

í h h M ề ( h

6

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

7 I. Móng băng

1) Kích thước và trường hợp áp dụng - Kích thước: chiều dài rất lớn so với chiều rộng (l/b rất lớn) →Tính toán theo trạng thái phẳng (ứng suất phẳng, hoặc biến ạ g p dạng phẳng). g) - Trường hợp áp dụng: . Khi KCPTrên công trình có cấu tạo liên tục (móng dưới tường nhà, M.tường chắn) . Móng dưới hàng cột, M.đỡ ống dẫn nước…thì cần so sánh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

giữa m.đơn và m.băng để chọn phương án hợp lý. - Ưu điểm: giảm a.s và chênh lệch a.s đáy móng, do đó giảm chênh lệch lún giữa các cột.

8

2) Vật liệu và kết cấu móng

max

- đ/với Móng băng là móng cứng: Không cần kiểm tra độ cứng theo phương dọc móng. Kiểm tra mặt cắt ngang M.băng tương tự M.đơn, nhưng với α lấy tăng lên 2÷3 độ

Kết cấu Tường chắn

- đ/với Móng băng là móng mềm:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Khi tải trọng lớn, đất nền xấu thì M.băng giao nhau và M.băng dưới hàng cột nên bằng btct, và tính theo dầm (dải) trên nền đàn hồi.

9

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

10 III. Móng bản

1) Kích thước và trường hợp áp dụng - Kích thước: chiều dài và chiều rộng đều lớn

. Nền có trạng thái ưs không gian, . Nếu chiều dầy nền nhỏ, nền b/d 1 hướng . Nếu chiều dầy nền nhỏ, nền b/d 1 hướng - Trường hợp áp dụng:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

. Móng dưới cống, móng trạm bơm, nhà máy thủy điện, tháp nước… . Dùng trong trường hợp tải trọng rất lớn, đất nền mềm yếu, M.bản làm giảm áp suất và phân bố đều hơn lên mặt nền 2) Vật liệu và kết cấu móng - VL thường là btct. - Cấu tạo m b kiểu vòm ngược Cấu tạo m.b kiểu vòm ngược, - Cấu tạo m.b kiểu hộp Tính toán móng bản theo móng mềm

11

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Móng tháp nước có dạng bản bê tông cốt thép liên tục

12

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Cấu tạo m.bản kiểu vòm ngược - Cấu tạo m.bản kiểu hộp

13

§2.3 Tính nền móng công trình không chịu lực ngang thường xuyên theo TTGH về biến dạng

∗ ∗

y g

A = A tt tt

A tc k

Trường hợp tính theo TTGH 2 Tính với tải trọng tiêu chuẩn (Ntc), THTT cơ bản, chỉ tiêu cơ lý đất nền lấy giá trị ị ý tính toán, với kđ = 1

∗ Nội dung tính toán gồm 2 bước

- Sơ bộ xác định kích thước móng - Kiểm tra các điều kiện về biến dạng

I. Sơ bộ xác định kích thước móng 1. Nguyên tắc:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

trong đó Trong tính nền móng theo TTGH-2 thì biến dạng của nền được tính khi Trong tính nền móng theo TTGH 2 thì biến dạng của nền được tính khi nền làm việc trong giai đoạn biến dạng tuyến tính, nghĩa là: ptb ≤ Rtc , Rtc = m p1/4; Rtc = m (A¼ γ.b + B.q +D.c) Nhận thấy 2 vế của biểu thức đều phụ thuộc vào kích thước đáy móng (b)

14

(2.1a) trong đó

≤ Rtc ptb Rtc = m p1/4; Rtc = m (A¼ γ.b + B.q +D.c)

(cid:131) ầ l ý Th ê lý ĐKT’ ủ B M D

(2.1b) (2.1c) Cũng cần lưu ý: Theo TL ‘Nguyên lý ĐKT’ của B.M. Das: Cũ TL ‘N ≤ qall qo qall = qu/ FS với trong đó,

Nhận xét: qo – áp lực trung bình lên mặt nền qall – tải trọng cho phép qu – tải trọng giới hạn FS - hệ số an toàn qall với FS ≥ 3 tương tự Rtc , tc all

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(cid:131) Nhận thấy 2 vế của biểu thức (2.1a) đều phụ thuộc vào kích thước đáy móng, b :

15

•

ả điề kiệ ki h tế à kỹ th ật ầ ì thế để đả h Nếu chọn kích thước đáy móng quá nhỏ thì áp suất đáy móng tăng, nền đất có thể phát sinh những vùng biến dạng dẻo quá lớn, làm tăng biến dạng của đất nền và nền đất không còn là môi trường biến dạng tuyến tính nữa. Nếu chọn kích thước quá lớn thì sẽ tốn kém nhiều, và không tận dụng được khả năng làm việc của nền. - vì thế, để đảm bảo cả điều kiện kinh tế và kỹ thuật cần chọn kích kí h bả thước móng sao cho: * biến dạng của đất nền không quá lớn và có thể áp dụng lý thuyết đàn hồi tính các đặc trưng biến dạng. * tận dụng hết khả năng làm việc của đất nền trong giai đoạn biến

dạng tuyến tính. - Như vậy cần đảm bảo đ/kiện sau: (2.1a) bả thê điề kiệ lệ h tâ (2.2) ptb = Rtc ầ đả Khi tải trọng lệch tâm cần đảm bảo thêm điều kiện Khi tải t pmax < 1,2 Rtc

→ gọi là phương pháp x/đ kích thước móng theo áp lực tiêu chuẩn (Rtc )

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

16

Ntc

2. Xác định kích thước móng khi tải trọng đúng tâm:

(2.1)

a) Đối với móng đơn: p = Rtc

p p

Hm Hm

G G

p =

(2.4)

+ N + Ntc . bl

(2-5)

tb.Hm

F=l.b; đặt α= l/b → F= α.b2 γ tb- trọng lượng riêng của đất và móng

b

Ntc p = + γ α 2.b

tb.Hm = m(A1/4

Ntc α 2.b

+ γ γb + Bq + Dc)

l

(2-6)

b3 + K1b2 - K2 = 0

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

17

2-Xác định kích thước móng khi tải trọng đúng tâm (tiếp)

tb .

c γ

q γ

H m γm

(2-7) K1 = M1 . + M2 . - M3 .γ

Ntc αγm

(2-8) K2 = -M3 .

trong đó: M1, M2, M3 ~ ϕtc của đất

b) Đối với móng băng:

Ntc .1

p = (2.4)‘ , F=1.b

tb.Hm

Ntc p = + γ b b

(2-5)’

(2-6)’ b2 + L1b - L2 = 0

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

trong đó, L1, L2 được tính theo công thức tương tự K1, K2. (Lưu ý: theo công thức (2-8) tính cho L2 không có α)

18 3-Xác định kích thước móng khi tải trọng lệch tâm:

Dùng p.pháp tính thử dần, gồm 2 bước: - Coi như tải trọng đúng tâm, với ptb, tìm được b1, - với b1, x/đ pmax, kiểm tra theo điều kiện (2.2),

P

pmax < 1,2 Rtc - Nếu thỏa mãn, bsb = b1. - Nếu không thỏa mãn: Xê dịch móng sang phía lệch tâm để giảm pmax cho đến khi thỏa mãn. Tuy nhiên trong những trường hợp độ lệch tâm quá lớn, thì cần kết hợp tăng thêm chiều rộng móng mới đảm bảo điều kiện (2.2).

II. Kiểm tra điều kiện biến dạng của móng

(1.1) (1 1) ≤ Dgh

-Để công trình làm việc bình thường về mặt biến dạng cần phải thoả D ≤ D mãn các điều kiện sau: Dtt mãn các điều kiện sau: -Tùy yêu cầu cụ thể của mỗi công trình để quyết định các loại biến dạng nào cần kiểm tra. Ở đây ta kiểm tra về độ lún, chênh lệch lún và độ nghiêng của móng:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

và (2-13) S ≤ Sgh ΔS ≤ ΔSgh

19 1- Tính trị số độ lún: - Theo tiêu chuẩn xây dựng nhà cửa dân dụng và cộng nghiệp TCXD 45-70, TCXD 45-78, có thể dùng phương pháp cộng lún từng lớp :

i: hệ số phụ thuộc hệ số nở hông μ β

β i

h i

σ zi

= ∑∑ S

= 1

oi của đất. Theo TCXD 45-70 cho phép lấy β i = β

o =0,8 cho mọi loại đất. p

Xét phân tố đất thứ i : σ

z

γ.hm

x

i

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

20

Tính độ lún qua các bước sau:

- Bước 1: Tính và vẽ biểu đồ phân bố ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây ra trên trục qua tâm móng (σ

∼ z):

zđ

γ.hm ( q) đ = γ h (= q)

zđ

. Với giả thiết: sau khi đào bỏ lớp đất hố móng (giảm tải q =γ.hm), coi mặt nền không phình nở, cho nên xét về biến dạng (không đổi) thì ứng suất tại đáy hố móng cũng coi như không đổi (và bằng với trước khi đào hố móng). Như vậy, tại độ sâu đặt móng, σ độ sâu đặt móng σ - Bước 2: Tính và vẽ biểu đồ ứng suất gây lún (ứng suất tăng thêm) cùng trục với ứng suất bản thân (σ

z = 4.K1. pgl

∼ z): z z = Ko. pgl,

trong đó,

hoặc σ pgl – cường độ áp suất gây lún, pgl = ptb - γ.hm ptb – áp suất trung bình tại đáy móng (do tải trọng tiêu chuẩn gây ra) hm – chiều sâu lớp đất đào hố móng.

ptb q= γ.hm hm

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

21 - Bước 3:

* Xác định chiều dầy vùng ảnh hưởng (Ha) tính từ đáy móng đến vị trí thỏa mãn

điều kiện σ

z = 0,2σ

zđ

* Chia nền đất trong phạm vi vùng đất chịu lún (Ha) ra thành những lớp mỏng,

hi ≤ 0,4.b

* Tính độ lún Si cho mỗi lớp, sau đó tính S cho cả lớp Hc.

S S

β β σ 0 σ 0 zi

h h i

= ∑∑ ∑∑ S S

= 1

γ.hm

* Cuối cùng cần thử lại các g điều kiện biến dạng (S ≤ Sgh và ΔS ≤ ΔSgh). Nếu không thoả mãn cần phải có biện pháp xử lý (thay đổi kết cấu bên trên, tăng thêm kích thước móng hoặc xử lý nền - sẽ giới thiệu trong chương IV).

Xét phân tố đất thứ i σ

z z

x

i

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

22 2- Tính độ chênh lệch lún và độ nghiêng của móng:

(2-20)

ΔS = SA - SB

tgθ =

(2-21)

SΔ L

trong đó: trong đó: SA , SB – độ lún tại 2 điểm A và B trên cùng một móng, hoặc trên hai móng khác nhau. tgθ – độ nghiêng của móng. L

– khoảng cách giữa 2 điểm tính lún A, B.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

23

Trường hợp tính độ nghiêng của móng chỉ do lực đặt lệch tâm gây ra có thể sử dụng các công thức lý thuyết sau đây: -Theo trục dài của móng chữ nhật:

1( −

k 1

μ 2 tb

(2-22) (2-22)

tgθ = tgθ l =

M 3

l

⎛ l . ⎜ 2 ⎝

⎞ ⎟ ⎠

Hệ số k1, k2 phụ thuộc vào α=l/b

-Theo trục ngắn của móng chữ nhật:

−

μ 2 tb

tgθ

(2-23)

b =

M 3

⎛ . ⎜ ⎝ ⎝

b ⎞ ⎟ 2 ⎠ 2 ⎠

-Theo đường kính móng tròn:

1(6

tgθ

(2-24)

d =

μ− 2 M tc ). tb d 3 d .

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

24

§2.4 Tính nền móng công trình chịu lực ngang thường xuyên theo TTGH

∗

l ê hị CT Th ờ lớ (á l đất á l ớ

Trường hợp tính theo TTGH 1 - CTr. Thường xuyên chịu lực ngang lớn (áp lực đất, áp lực nước…) ) - CTr. Xây trên sườn dốc dễ bị trượt, lật. - Tính theo TCVN 4253 – 86: tính toán nền các công trình thủy công. Tải trọng tính toán (Ntt), THTT cơ bản và đặc biệc, chỉ tiêu cơ lý đất nền là giá trị tính toán Att (với kđ >1) I. Các hình thức mất ổn định của nền móng

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

1- Thí nghiệm bàn nén

25

pII

∗

1- Thí nghiệm bàn nén

gh , vùng dẻo phát triển theo p tăng, b/d gh b/d dẻo chiếm ưu

∗

PII PII

gh+∆P P

45o+φ/2

45o-φ/2

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

a) Trường hợp bàn nén chỉ chịu tải trọng thẳng đứng ∗ Khi p < pI gh , biến dạng đứng là chủ yếu, do Vr thu hẹp; quan hệ ư/s và b/d trong nền là tuyến tính. Ở cuối giai đoạn I (p = pI gh) biến dạng dẻo xuất hiện đầu tiên tại hai mép bàn nén phát triển thành vùng dẻo (sâu khoảng ¼ b) Khi p > pI trong nền phi tuyến. Khi p → pII thế, độ cong đường S~P càng lớn. khi p = pII gh , vùng dẻo phát triển hoàn toàn, khối nền ở trạng thái CBGH. Tăng một lượng Δp rất nhỏ, nền bị phá hoại trượt (ép trồi).

26

§2.4 Tính nền móng công trình chịu lực ngang thường xuyên theo TTGH (tiếp)

b) Trường hợp bàn nén chịu đồng thời tải trọng đứng và ngang ∗ Đối với một loại nền, tùy theo tỷ số giữa tải trọng ngang và đứng (T/P) mà công trình có thể xẩy ra 3 hình thức mất ổn định:

Trượt phẳng Trượt sâu Trượt hỗn hợp

T T T P P P

Các hình thức trượt

Biểu đồ ư/s cắt

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

27 2- Các tiêu chuẩn phán đoán hình thức mất ổn định Hình thức mất ổn định ngoài tải trọng còn phụ thuộc vào, kích thước móng, tính chất đất nền (Khả năng chống trượt, đặc tính cố kết ):

; tgψ = tgϕ +

;

Nσ =

p max γ.b γ b

+ 1) te 1( onhaγ γ 2 ha

c tbp p

II. Phán đoán các hình thức mất ổn định của nền móng 1- Công trình có khả năng chỉ xảy ra trượt phẳng: - đ/v nền là cát, sét cứng hoặc nửa cứng và thỏa mãn điều kiện: Nσ ≤ [Nσ] (2.25)

. Khi không có thí nghiệm Mô Hình, [Nσ] =1 đ/với cát

trong đó [Nσ] =

pk γb chặt , và =3 đ/với các loại đất khác. pk –là áp lực phân giới …

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

28

§2.4 Tính nền móng công trình chịu lực ngang thường xuyên theo TTGH (tiếp)

- Đối với nền đất dính (dẻo, dẻo cứng và dẻo mềm), ngoài điều kiện (2.25) cần thỏa

mãn thêm 2 đ/k sau:

(2.26) (2.27)

tgψ ≥ 0,45 ≥ 4 Cv

2- Khi không thỏa mãn 1 trong 3 đ/k trên thì:

- Công trình có khả năng mất ổn định do trượt sâu, nếu công trình chỉ chịu lực đứng - Công trình có khả năng trượt hỗn hợp nếu CT chịu cả lực ngang. III. Xác định mức độ ổn định của nền móng Công thức chung để kiểm tra mức độ ổn định là :

gh

≤

(2.28)

Nn c

tt

mR nk k

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

29

III. Xác định mức độ ổn định của nền móng (tiếp)

(cid:131) Trường hợp tải trọng tác dụng đúng tâm

1- Tính theo sơ đồ trượt phẳng

P

Ttl

Ectl

Thl E'bhl

E'bhl = m1 Ebhl

U

- Tổng lực gây trượt:

(2-29)

Ntt = Ttl + Ec.tl - Thl

- Lực chống trượt giới hạn:

(2-30)

Rph = (P-U) tgϕ + m1.Eb.hl + F.c

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

30

III. Xác định mức độ ổn định của nền móng (tiếp)

2- Tính theo sơ đồ trượt hỗn hợp

P

Ttl tl

p p

Thl

Ectl

U

To b2

Tgh b1

- Tổng lực gây trượt:

(2-31)

Ntt = Ttl + Ec.tl - Thl

- Lực chống trượt giới hạn:

(2-32)

Rhh = (ptgϕ + c) b2 + τ

gh b1

Cần xác định 3 đại lượng chưa biết: b1, b2 và τ

gh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

31

§2.4 Tính nền móng công trình chịu lực ngang thường xuyên theo TTGH (tiếp)

a) Xác định b1, b2 Khi áp suất đáy móng (p) tăng lên thì chiều rộng trượt sâu b1 tăng và chiều rộng phần trượt phẳng b2 giảm và ngược lại. Để kể đến liên hệ đó, ta thực hiện: (cid:131)

Lập quan hệ giữa (α = b1/b với p): Quan hệ α ~ p thay đổi theo sức kháng trượt của đất: khá

ủ đấ

gh với δ'=0).

tgψ< 0,45 , đường (α ~ p) qua 2 điểm: gốc tọa độ (α=0; pgh=0) và điểm (α=1; pgh= pII tgψ≥ 0,45 , đường (α ~ p) qua 2 điểm: gốc tọa độ (α=0; pgh=pk) và điểm (α=1, pgh= pII Còn các điểm trong khoảng 0< α < 1, được nội suy tuyến tính.

α=b1/b 1,0 1,0

0,5

pgh

pII

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

32

§2.4 Tính nền móng công trình chịu lực ngang thường xuyên theo TTGH (tiếp)

α=b1/b 1,0 α 0,5

pgh p h

pgh p

ptb

pII

ptb

pII

- Giá trị pk = [Nσ]. γ.b - Ý nghĩ

Khi

trượt phẳng.

a của pk :

trượt sâu hoàn toàn (δ' = 0)

Khi pk < p < pII p = pII Khi

0 ≤ p ≤ pk , gh, trượt hỗn hợp gh ,

(cid:131)

Xác định α tương ứng ptb nhờ quan hệ (α~ p) . Sau đó từ trị số α tìm được b1= α b ; b2= b - b1 .

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

33 b) Xác định τ

∼ pgh)

gh

gh - Muốn tính (τ gh) tương ứng (p) đã biết để nền đạt trạng thái giới hạn, ta cần có trị số góc ngiêng (δ‘). Tuy nhiên (δ‘) cũng chưa biết. Vì thế cần tính thử dần bằng cách vẽ biểu đồ quan hệ giữa cường độ chống trượt giới hạn (τ gh) và áp lực đáy móng (pgh) ứng với các trị số (δ‘) giả thiết - (τ - Thông thường cho trước 5 trị số δ' = (0 ÷ ϕ). Với mỗi δ' , tính được R’gh , rồi τ và pgh. trong đó: R’gh = Nγ γ.b2 + Nq.q.b + Nc.c.b.

sin

δ '

cos

δ − '

τ gh

' gh b

' Rgh b

gh, pgh); từ đó vẽ biểu đồ (τ

∼ pgh) (Hình vẽ dưới). Từ

gh theo biểu đồ vừa tìm được.

Như vậy có 5 cặp trị số (τ (p) x/định τ - Thay các giá trị b1, b2, τ

gh vào (2.32) để tính Rhh

τ τ gh h

pgh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(τ gh) ϕ (p, ptt)

34

(2-35)

P

3- Tính theo sơ đồ trượt sâu - Tổng lực gây trượt: Ntt = P - U - Lực chống trượt giới hạn:

(2-36)

E

nb

Rs = Pgh Rgh =

U

cosδ −' δ=0 δ'=0

b b PII

trọng tác

45o+ϕ/2

(cid:131) Trường hợp tải dụng lệch tâm

45o-ϕ/2

. Khi tính theo sơ đồ trượt hỗn hợp và trượt sâu, tải trọng lệch tâm về phía hạ lưu cần đưa về tác dụng đúng tâm, với : với :

b2.tt= btt- b1.tt - chiều rộng tính toán: btt = b – 2e; - áp lực đáy móng tính toán: b1.tt= α.btt; ptt = ptb.b/btt .

gh), Rhh, Rs.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

. Thay b, b1, b2 bằng btt, b1.tt, b2.tt và Thay ptb bằng ptt trong công thức tính (pgh,

35

§2.4 Tính nền móng công trình chịu lực ngang thường xuyên theo TTGH (tiếp)

IV. Kiểm tra các điều kiện về biến dạng (S, ΔS, U).

Để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường đối với những công trình thường xuyên chịu lực ngang tác dụng thì ngoài việc kiểm tra theo điều kiện cường độ, nhiều công trình còn cần phải chú ý cả về mặt biến dạng. Nghĩa là phải tính độ lún của móng (S), chênh lệch lún (ΔS) và chuyển dịch ngang của móng (U) để so sánh với các trị số giới hạn (Sgh, ΔSgh, Ugh). ΔS U ) của móng (U) để so sánh với các trị số giới hạn (S - Việc tính toán cần tuân theo những qui định của Quy phạm nền các công trình thủy công (TCVN 4253-86). Trị số độ lún (S) cũng thường tính theo phương pháp cộng lún từng lớp. Các bước tính lún tương tự như trong Quy phạm nền các công trình dân dụng và công nghiệp (đã nêu ở phần trên). Nhưng cần chú ý là đối với hố móng các công trình thủy lợi thường rất rộng và có nước cho nên khi đào bỏ lớp đất trong hố móng đất trong nền sẽ phình nở lên, do đó:

* Khi vẽ biểu đồ phân bố ứng suất do trọng lượng bản thân gây ra, tại đáy

móng σ

zđ = 0 và tăng dần theo chiều sâu. ất tă

* Khi vẽ biểu đồ phân bố ứng suất tăng thêm (ứng suất gây lún σ * Khi ẽ biể đồ hâ bố ứ

ất â lú

thê

(ứ

z) phải tính ) hải tí h

z = 0,5σ

zđ.

với áp suất đáy móng tổng cộng (không trừ đi phần đất đào móng). * Chiều sâu vùng chịu lún (Ha) lấy đến độ sâu tại đó có σ * Độ lún của lớp đất có chiều dày hi (Si) tính theo công thức:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

36

§2.4 Tính nền móng công trình chịu lực ngang thường xuyên theo TTGH (tiếp)

* Độ lún của lớp đất có chiều dày hi (Si) tính theo công thức:

2.37

8,0

E E

σ . h zi i E

qđ

trong đó:

- Etb và Eqđ: môđun biến dạng trung bình và quy đổi của toàn bộ vùng chịu

lún.

- Ei : môđun biến dạng của lớp đất thứ i sẽ được xác định trong phụ lục 7

(TCVN 4253-86).

zi và hi: như đã chỉ dẫn

- σ - Độ lún tổng cộng:

n n

2.38

∑

= 1

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

37

§2.5 Giới thiệu quan điểm tính toán nền móng khác

I. Tiêu chuẩn thiết kế (cid:131) Tiêu chuẩn cơ bản kiểm soát thiết kế móng chống đỡ kết cấu phần Tiêu chuẩn cơ bản kiểm soát thiết kế móng chống đỡ kết cấu phần trên đó là độ lún hoặc biến dạng không được vượt quá giá trị cho phép nào đó. Giá trị cho phép phụ thuộc loại công trình. (cid:131) Điều kiện để đảm bảo tiêu chuẩn trên được thực hiện: 1. Móng cần phải đủ an toàn khi chịu tải trọng thiết kế, nói cách khác ư/s tác dụng thiết kế nhỏ hơn khả năng chịu tải, với một giới hạn an toàn thích hợp bao gồm các tính không chắc chắn trong việc đánh giá cả ư/s tác dụng (tải trọng thiết kế) lẫn sức chịu tải.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

2 Độ lún hoặc chuyển vị do tải trọng gây ra sẽ được chấp nhận khi tác 2. Độ lún hoặc chuyển vị do tải trọng gây ra sẽ được chấp nhận khi tác dụng của kết cấu phần trên, nghĩa là độ lún dự kiến nhỏ hơn giá trị cho phép.

38 II. Ba bước chủ yếu trong thiết kế móng 1. Lựa chọn hệ số an toàn cần thiết (Fs) dựa vào sự phá hoại cắt, và độ

lún cho phép (sa) (thiết kế ứng suất cho phép) (cid:217) (thiết kế giai đoạn phá hoại)

2. Xác định sức chịu tải và hệ số an toàn thực dưới tác dụng của tải trọng dự kiến. Phân tích ổn định dựa vào lý thuyết dẻo

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

3. Đánh giá độ lún (sd) và so sánh với độ lún cho phép. Phân tích lún (mô hình đàn hồi, mô hình đàn - dẻo, lý thuyết cố kết)

39

Các bước thiết kế móng chủ yếu

Ứng suất tác dụng, q

Các điều kiện móng

Lựa chọn Fs và sa

Ước tính qd

• qd - ư/s thiết kế • qa - ư/s cho phép • ql - ư/s phá hoại cục bộ • qb - Sức chịu tải • qu - Sức chịu tải giới hạn

Ước tính qb hoặc qu Ước tính sd

n ú ú

l

ộ Đ

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

qb <= qu

III. Độ lún cho phép sa (cid:131) Độ lún quan trọng, ngay dù không có đứt gãy xảy ra trong móng, vì ba

lý do chủ yếu sau: (cid:131) Hình dạng công trình: ạ g g

làm nứt gẫy các tường bên ngoài và bên trong; độ nghiêng có thể nhận ra bằng mắt thường. (cid:131) Tính tiện ích hoặc chức năng của công trình:

các máy nâng và nhiều thiết bị tương tự khác hoạt động không chính xác; các máy bơm, máy nén, v.v…, có thể bị lệch trục; các thiết bị theo dõi, như máy rađa trở nên không chính xác.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(cid:131) Gây hư hỏng cho công trình: ể ế độ lún có thể gây hư hỏng kết cấu công trình và làm công trình bị ấ sụp đổ cho dù hệ số an toàn về phá hoại cắt trong móng là cao (cid:131) Độ lún cho phép (sa ) được xác định có xét đến các nguyên nhân này.

41

Các kiểu Lún

Tình trạng chung nhất gây ra bởi: Tình trạng chung nhất gây ra bởi:

- ư/s đều tác dụng trên đất đồng nhất;

(a) Lún đều (b) Lún lệch (c) Lún không đều Móng bản cứng Quay toàn bộ móng

min

- ư/s tác dụng không đều;

Độ lún tổng: ρ Độ lún tổng: ρ max max - ρ Độ lún lệch: ρ = ρ δρ Δ =

Biến dạng góc =

- các điều kiện đất gốc không đồng nhất

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

a phụ thuộc các yếu tố:

Trị số ρ (cid:131) Loại, quy mô, vị trí, và mục đích sử dụng công trình; (cid:131) Kiểu, tốc độ, nguyên nhân và nguồn gốc lún

Bảng 2.2: Độ lún cho phép theo Sowers (1962)

Nhân tố giới hạn Nhân tố giới hạn

Độ lún lớn nhất Độ lún lớn nhất

Kiểu Kiểu chuyển vị

Độ lún tổng

150-300mm 300-400mm

Thoát nước Truy cập Xác suất của độ lún không đều: Kết cấu tường khối xây Các kết cấu khung Ống khói, xilô, bản móng

25-50mm 50-100mm 73- 300mm

Độ nghiêng

Ổn định lật

khói thá

Độ Độ nghiêng ống khói, tháp ố hiê Sự lăn của xe tải Chất đống hàng hóa Hoạt động của Máy dệt sợi bông Hoạt động của Tuabin phát điện Đường ray cần trục Tiêu nước các tầng

Phụ thuộc vào chiều cao và chiều rộng 0 004l 0,004l 0,01l 0,01l 0,003l 0,0002l 0,003l 0,01-0,02l

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

43 IV. Hệ số an toàn (FS) (cid:131) Việc lựa chọn hệ số an toàn cho thiết kế không thể thực hiện được khi hoàn toàn thiếu sự đánh giá độ tin cậy của tất cả các thông số khác đưa vào thiết kế, như là các tải trọng thiết kế, các thông số độ bền và biến dạng của khối đất, v.v…Vì thế, mỗi trường hợp được xét riêng biệt bởi người thiết kế.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(cid:131) Vesic (1975) đã đề xuất hệ số an toàn tổng (Fs) trên cơ sở phân loại các công trình, hiểu biết về các điều kiện móng, và hậu quả của sự phá hoại, (Bảng 2.3).

44

Bảng 2.3: Hệ số an toàn nhỏ nhất cho thiết kế móng nông (theo Vesic, 1975)

Loại

Đặc trưng của loại

Khảo sát đất

Công trình điển hình

Đầy đủ Hạn chế

Tải trọng thiết kế lớn nhất ấ

ế ế

ả

3,0

4,0

ầ

có thể xuất hiện thường xuyên

- Cầu đường sắt ắ - Lò nổ nhà kho - Tường chắn thủy lực

Hậu quả phá hoại thảm khốc

Tải trọng thiết kế lớn nhất

2,5

3,5

- Cầu đường bộ - Nhà công cộng và công nghiệp nhẹ

có thể xuất hiện ngẫu nhiên Hậu quả phá hoại nghiêm trọng

2,0

3,0

- Nhà căn hộ và công sở Tải trọng thiết kế lớn nhất không chắc xuất hiện

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

45

Những chú thích về Bảng

1. Đối với công trình tạm thời, các hệ số này có thể giảm đến 75% của các giá trị ở trên. Tuy nhiên, không có trường hợp sử dụng hệ số an toàn thấp dưới 2.0. q ặ ự p p g g

2. Đối với công trình quá cao, như ống khói và tháp, hoặc sự phá hoại ạ khả năng chịu tải tiến triển nói chung ở bất cứ khi nào đều gây kinh sợ, thì hệ số này cần tăng lên 20-50%. 3. Xác suất ngập lụt của đất nền và/hoặc di chuyển lớp phủ hiện tại bằng xói hoặc đào cần được xem xét đầy đủ.

4. Thích hợp là kiểm tra cả tính ổn định ngắn hạn (kết thúc thi công) và ổn định dài hạn, trừ phi một trong hai điều kiện này rõ ràng ít thuận lợi hơn.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

5 Phải hiểu rằng tất cả các móng sẽ cũng được phân tích đối với độ 5. Phải hiểu rằng tất cả các móng sẽ cũng được phân tích đối với độ lún tổng và độ lệch lún cho phép. Nếu độ lún chi phối thiết kế, thì phải dùng hệ số an toàn cao hơn.

46

Hệ số tải trọng và các hệ số độ bền - hệ số riêng phần -

(cid:131) Meyerhof đã thảo luận (1984) về hệ số an toàn tổng được thể hiện trong Bảng 2.4 ở dưới, và sử dụng hệ số tải trọng và các hệ số độ bền (các hệ số riêng phần) trong Bảng 2.5 (1.5 ?). 2 5 (1 5 ?) Bả hầ ) t bề ( á hệ ố iê

Bảng 2.4: Các giá trị hệ số an toàn tổng nhỏ nhất (Meyerhof, 1984)

Hạng mục

Hệ số an toàn Fs

Kiểu Phá hoại

Cắt

1,3 - 1,5

Công trình đất (Earthworks) Chắn đất (Earth-retaining)

công trình, hố đào (structure, excavation)

Thấm ấ

ẩ

1,5 - 2 2 - 3 1,5 - 2 2 - 3

Móng (Foundations) Đẩy ngược, bùng (Uplift, heave) Độ dốc thoát, đường ống (Exit gradient, piping)

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(cid:131) Giá trị cao hơn áp dụng cho các tải trọng tiêu chuẩn và điều kiện sửa chữa. Giá trị thấp hơn áp dụng cho các điều kiện tải trọng lớn nhất và môi trường xấu nhất.