Bài giảng nền móng - Nguyễn Hữu Thái

Nền Móng

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Mở Đầu

I. Ý nghĩa Môn học Nền Móng - Khi thiết kế nền móng công trình như nhà ở, cầu đường và đập thường cần các kiến thức về

ầ â d đị ủ á h

(a) tải trọng truyền từ kết cấu phần trên xuống hệ móng, (b) ê (b) yêu cầu của các quy tắc xây dựng địa phương, tắ (c) tính chất ứng suất - biến dạng của đất đỡ hệ móng, (d) điều kiện địa chất đất nền.

ậy, g ộ ự p ỹ ị

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Đối với kỹ sư nền móng Hai yếu tố cuối là vô cùng quan trọng vì chúng thuộc lĩnh vực cơ học đất. - Để có được độ chính xác các thông số của đất cần phải hiểu thấu đáo những nguyên lý cơ bản của cơ học đất. Đồng thời phải thấy rằng các trầm tích đất tự nhiên được xây dựng công trình trên đó phần lớn trường hợp là không đồng chất. Do vậy, người kỹ sư phải có một sự hiểu biết thấu đáo về địa chất của khu vực, đó là nguồn gốc và bản chất của địa tầng cũng như các điều kiện địa chất thuỷ văn. - Kỹ thuật nền móng là một sự phối hợp khéo léo của cơ học đất, địa chất công trình, và suy đoán riêng có được từ kinh nghiệm quá khứ. Ở một mức độ nào đó, kỹ thuật nền móng có thể được gọi là một nghệ thuật. (Braja M. Das).

2

Mở Đầu

II. Nội dung Môn học Môn Nền Móng gồm 5 Chương:

II.

Chương I: Một số khái niệm cơ bản Chương II: Móng Nông trên Nền Thiên nhiên Chương III: Tính toán Móng Mềm Chương III: Tính toán Móng Mềm Chương IV: Xây dựng Công trình trên Nền Đất yếu Chương V: Móng Cọc Các Tài Liệu học tập 1) Nền Móng - Bộ môn Địa Kỹ Thuật, ĐHTL, 1998. 2) Nguyên lý Kỹ Thuật Nền Móng - Braja M. Das, Bộ môn Địa Kỹ Thuật, ĐHTL, dịch từ tiếng Anh, 2009. 3) Bài giảng do giáo viên biên soạn, 2009, 2010. 4) Các Tiêu chuẩn:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Tiêu chuẩn thiết kế Nền các công trình Thủy công: TCVN 4253 - 86 - Tiêu chuẩn thiết kế Nền các công trình dân dụng và công nghiệp: QP45-70, QP45-78. - Tiêu chuẩn thiết kế Móng Cọc: TCXD 205 - 98

3

Chương 1: Chương 1: Một số khái niệm cơ bản Một số khái niệm cơ bản

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

4

§1.1 Khái niệm Nền và Móng

Kết cấu phần trên

Móng

Công trình nói chung gồm 3 bộ phận: Kết cấu phần trên + Móng + Nền

Nền

I.

Kết cấu phần trên

KN về Nền - Nền là phạm vi đất đá phía dưới móng có trạng thái ứng suất biến dạng thay đổi do tác dụng của công trình (Hình). - Đối với nền các công trình thuỷ lợi còn cần kể thêm đến phạm vi đất chịu ảnh hưởng sự thay đổi về thấm nước do xây dựng và sử dụng công trình (điều kiện ĐCTV thay đổi). - Phân loại nền: 2 loại Phân loại nền: 2 loại

Móng

Nền

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

* Nền thiên nhiên: không qua xử lý. * Nền nhân tạo: đã qua xử lý

5

II. KN về Móng - Móng là bộ phận phía dưới của công trình và tiếp xúc với đất. Có tác dụng đỡ KCPT, truyền và phân bố tải trọng từ công trình lên mặt nền. Móng thường có kích thước lớn hơn mặt đáy kết cấu bên trên để giảm áp suất

trên mặt nền.

Nhận xét: Nhận xét:

- Cả 3 bộ phận công trình (KCPT, Móng và Nền) cùng làm việc và ảnh hưởng lẫn nhau. Vì vậy khi quy hoạch và thiết kế nền móng cần phải xét toàn diện trên quan niệm coi chúng là một hệ thống “Công trình – Nền”, để có thể chọn được phương án tối ưu.

III. Phân loại móng và phạm vi áp dụng

- Phân loại theo 4 cơ sở:

1- Theo vật liệu làm móng: Tùy điều kiện cung cấp vật liệu (tại chỗ, hay từ xa đến), 1 Theo vật liệu làm móng: Tùy điều kiện cung cấp vật liệu (tại chỗ, hay từ xa đến), đặc điểm làm việc của công trình, tình hình ĐCCT, ĐCTV (mực nước ngầm…) để quyết định dùng các vật liệu thích hợp cho móng.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

* Móng gạch: * Móng đá hộc: dùng nơi sẵn đá.

6

Hai loại móng trên làm bằng các vật liệu chịu kéo kém; thường dùng nơi mực nước ngầm thấp dưới cao trình đặt móng; khó thi công bằng cơ giới hóa. * M. thép, gỗ: dùng dưới dạng móng cọc, cần có biện pháp chống han rỉ, hà mục. Hạn chế dùng.

tố ít ật liệ bất kỳ tù ý hì h d ấ kiệ dễ dà ấ t ố á * M. bê tông, bê tông cốt thép: được dùng phổ biến hơn cả. M.btct. Có cường độ cao, hình dạng bất kỳ tùy ý muốn, tốn ít vật liệu, dễ dàng cấu tạo các cấu kiện độ lắp ghép.

-Tùy theo khả năng chịu uốn của vật liệu móng lại phân ra:

* Móng cứng (móng gạch, đá xây). * Móng mềm (móng btct.)

2- Theo phương pháp thi công đặt móng: Căn cứ vào có đào toàn bộ hố móng trước hay không, chia làm hai loại: * M nông: M. nông:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

. Khi thi công phải đào toàn bộ hố móng trước sau đó mới xây móng; . Chiều sâu chôn móng < 6m. . Khi tính toán có thể bỏ qua sự làm việc của đất từ đáy móng trở lên.

7

Áp dụng trong trường hợp: Tải trọng không lớn, Mực nước ngầm quá cao, đ/kiện thoát nước tốn kém. Theo kích thước móng, móng nông lại được phân thành: M.đơn, M.băng, M.bản. (Sẽ đề cập cụ thể trong chương II).

* M. sâu: g ộ g ặ ệ g g p ạ

. Không đào toàn bộ hố móng, mà dùng biện pháp thi công đặc biệt để hạ móng tới g ệ p độ sâu thiết kế (Móng cọc, Móng cọc khoan nhồi, Móng giếng chìm). . Chiều sâu chôn móng thường rất lớn, từ 10m đến vài chục mét. . Khi tính toán phải kể đến sự làm việc của đất từ đáy móng trở lên. 3- Theo tính chất chịu tải trọng:

* M. chịu tải trọng tĩnh: * M. chịu tải trọng động: 4- Theo phương pháp chế tạo móng:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

* M khối làm tại chỗ: M. khối làm tại chỗ: * M. lắp ghép: tiến bộ, dễ dàng cơ giới hóa, nhưng đòi hỏi chuyên nghiệp cao.

8

§1.2 Khái niệm về tính toán Nền Móng theo trạng thái giới hạn (TTGH)

I. TTGH của công trình 1- Định nghĩa về TTGH - TTGH của công trình, là trạng thái mà công trình không còn đảm bảo được điều TTGH của công trình là trạng thái mà công trình không còn đảm bảo được điều kiện làm việc bình thường theo yêu cầu thiết kế trong quá trình thi công, sử dụng, sửa chữa. Thể hiện ở các mặt sau đây:

* Từng bộ phân công trình bị hư hỏng hoặc toàn bộ công trình bị mất ổn định do trượt (phẳng, sâu, hỗn hợp) hoặc do bị lật (đối với nền đá).

* Biến dạng (S), chênh lệch biến dạng (ΔS) hoặc chuyển dịch ngang (u) quá lớn. * Đối với các công trình thuỷ lợi còn có thể do ảnh hưởng của dòng thấm quá

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

ề lớn ( j > [ j ]). - Như vậy, khái niệm về TTGH gắn liền với sự phá hoại đ/kiện làm việc bình thường của công trình: khi đó, công trình hoặc bị phá hoại về cường độ, hoặc không đảm bảo về đ/kiện biến dạng.

9

ồ

1913

65 ilô bằ

ốt thé

27 4

ặ

Xâ d Xây dựng năm 1913, gồm 65 xilô bằng xi măng cốt thép, cao 27,4m; nặng 20.000 tấn; gia tải lần đầu với 22.000 tấn lúa mì, trạm bị nghiêng 270; một phía lún 8,8 m, phía kia 1,5 m. Sau đó dược làm cân bằng nhờ kích thủy lực và làm móng trụ mới sâu đến lớp đất đá.- Nguyên nhân: CT bị sự cố do đất nền mất ổn định và bị ép trồi nhiều về một phía.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

10 Sự cố độ lún không đều của các mố cầu giao thông. Do một loạt Nguyên nhân, chủ yếu nhất là sự tồn tại của lớp than bùn ở dưới mố phải cầu có tính nén lún rất lớn, khi khảo sát không phát hiện được.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

11

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

12

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

13 2- Phân loại các TTGH của nền và công trình Theo nguyên nhân làm công trình đạt TTGH, người ta phân biệt 3 loại TTGH sau:

ΔS = SA-SB

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

pI pII * TTGH về biến dạng. * TTGH về ổn định và cường độ. * TTGH về xuất hiện và phát triển vết nứt. p 0 a) TTGH về biến dạng (TTGH 2) 1 2 2 -Định nghĩa: Là TTGH gây ra do đ/kiện biến dạng của Định nghĩa: Là TTGH gây ra do đ/kiện biến dạng của nền. p (p ≤ pI Cường độ đảm bảo, nhưng biến dạng không đảm bảo gh) S S

14

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

b) TTGH về ổn định & cường độ (TTGH 1) -Định nghĩa: Là TTGH gây ra do không đảm bảo về cường độ hoặc mất ổn định của nền công trình -3 Hình thức mất ổn định về trượt đ/v công trình thủy lợi: Trượt phẳng – Trượt sâu – Trượt hỗn hợp ợp ợ p ợ ợ g

15 II. KN về tính Nền Móng theo TTGH

1- Yêu cầu chung tính toán theo TTGH - Đảm bảo được 3 vấn đề:- Kinh tế - Kỹ thuật – Độ tin cậy (an toàn) 2- Tính Nền theo TTGH thứ hai

≤ Dgh

. Nguyên tắc: Dùng đ/kiện biến dạng để khống chế sự làm việc bình thường của cô g công trình:

Dtt (1.1) Dgh – các yếu tố về biến dạng giới hạn của công trình (được quy trong đó: định riêng cho từng loại công trình, tùy thuộc đặc điểm, mục đích sử dụng công trình, cấp công trình), bao gồm: Sgh, ∆Sgh, θ

gh, ugh (u-chuyển dịch ngang).

- các yếu tố về biến dạng tính toán, dựa vào lý thuyết đàn hồi

Dtt

gh), bao gồm: S, ∆S, θ, u.

(do đó cần khống chế ptc ≤ pI pI pII p 0 . Vận dụng: Vận dụng: 1 2 - Tính cho công trình đặt trên nền không phải là đá, chịu chủ yếu lực thẳng đứng (đúng tâm, lệch tâm). p

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

S - Đối với công trình do đặc điểm làm việc của các thiết bị hoặc quá trình công nghệ không cho lún hoặc chênh lệch lún nhiều. S

16 3- Tính Nền theo TTGH thứ nhất

(1.2)

. Nguyên tắc: Dùng đ/kiện cường độ và ổn định để khống chế sự làm việc bình thường của công trình:

Ntt < Rgh < qu qtt

(Tải trọng lớn nhất nền còn chịu được) hoặc theo B.M. Das: trong đó: Ntt , qtt– tổng tải trọng gây trượt tính toán q Sức chống trượt giới hạn Rgh , qu– Sức chống trượt giới hạn (sức chịu tải giới hạn). R (sức chịu tải giới hạn)

(cid:153) Theo TCVN 4253-86, để xét đến mọi yếu tố bất lợi cho công trình, người ta đưa vào (1.2) ba hệ số, mỗi hệ số kể đến một yếu tố

R

≤

N

tt

R at

≤

(1.3)

gh FS

Nn c tt

m k

R gh kn nc m

trong đó: nc – hệ số tổ hợp tải trọng. Rat – sức chịu tải an toàn

≤

kn – hệ số độ tin cậy, tùy thuộc cấp công trình (> 1). m – hệ số điều kiện làm việc (tùy thuộc đặc điểm KCCTr và loại nền)

(cid:153) Theo B. Das:

q

;

q

all

tt

all

q u FS

trong đó, qall – SCT giới hạn cho phép

FS – hệ số an toàn ≥ 3

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

17

. Vận dụng:

- Công trình thường xuyên chịu tác dụng của lực ngang. - Công trình đặt trên mái đất. - Công trình đặt trên nền đá.

Lưu ý: Trường hợp CT chịu lực ngang và đứng đều lớn, sau khi tính theo TTGH-1 thỏa mãn, và nếu CT có yêu cầu khống chế về b/d thì cũng cần tính toán kiểm tra theo TTGH-2

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

18 III. Các loại tải trọng và tổ hợp tải trọng (cid:131)

(cid:131)

Phương pháp tính toán theo TTGH đã kể được đến các yếu tố bên ngoài và các yếu tố bên trong, phù hợp với trạng thái làm việc thực tế của nền và công trình: - Các yếu tố bên ngoài bao gồm tải trọng và các tác động. - Các yếu tố bên trong là các đặc trưng của đất nền và của các vật liệu khác (như bê tông..). ) tô Việc dùng nhiều hệ số tính toán ( mà không phải là 'một hệ số' như trong phương pháp ƯS cho phép trước đây) cho phép xét một cách tách biệt tới: - Các đặc điểm khác nhau của đất nền. - Các đặc thù của tải trọng tác dụng và các đặc tính của sơ đồ kết cấu nhà và công trình. 1- Các Tải trọng: Được phân loại theo 3 cơ sở. a) Theo trị số: h ẩ (N ) là t ị ố tải t hất th Tải t tiê tiê lớ - Tải trọng tiêu chuẩn (Ntc): là trị số tải trọng lớn nhất theo tiêu chuẩn thiết kế h ẩ thiết kế quy định để không gây hư hỏng trong quá trình làm việc. - Tải trọng tính toán (Ntt): là các trị số có xét đến sự sai khác so với tải trọng tiêu chuẩn nhưng thiên về bất lợi cho công trình.

Ntt = n.Ntc

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

19

Trong đó: n là hệ số vượt tải: tùy theo loại và tính chất của tải trọng tác dụng, và được lấy thiên về bất lợi n = 1,1 đối với trọng lượng bản thân các loại vật liệu, n = 1,2 đối với các lớp đất đắp và trọng lượng các thiết bị kỹ thuật n = 1,3 đối với các thiết bị vận chuyển. n < 1,0 b) Theo thời gian tác dụng: b) Theo thời gian tác dụng: * Tải trọng thường xuyên: là những tải trọng luôn có trong quá trình thi công và sử dụng (như trọng lượng bản thân công trình, áp lực đất, áp lực nước...). * Tải trọng tạm thời: Là tải trọng có thể vắng mặt trong những giai đoạn xây dựng và sử dụng riêng biệt. Tùy theo thời gian tác dụng dài hay ngắn lại phân thành: - Tải trọng tạm thời dài hạn: (như trọng lượng các thiết bị trọng lượng các máy bơm, máy phát điện...) - Tải trọng tạm thời ngắn hạn: (cần cẩu, cầu trục vận chuyển, các thiết bị sửa chữa...) ể ể

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Tải trọng tạm thời đặc biệt: là các tải trọng có thể hoặc không có thể xảy ra trong quá trình sử dụng công trình như tải trọng do động đất, do mực nước lũ kiểm tra, do khi có sự cố công trình gây ra. c) Theo phương thức tác dụng của tải trọng: * Tải trọng tác dụng tĩnh (trọng lượng bản thân, áp lực đất, áp lực nước...) * Tải trọng tác dụng động (tải trọng của các động cơ, áp lực sóng, áp lực gió...)

20

g ự g y g

2- Các Tổ hợp Tải trọng: - Một công trình thường chịu rất nhiều tải trọng tác dụng (đặc biệt đối với các công trình thủy). Tuy nhiên, không phải tất cả tải trọng cùng một lúc tác dụng lên CT, mà chỉ có những nhóm, trong đó bao gồm một số tải trọng nhất định có xác xuất tác dụng đồng thời, gây ra ứng lực trong các bộ phận CT và Nền. Những nhóm này được gọi là các Tổ Hợp Tải Trọng. - Trong thiết kế, người ta luôn chọn những THTT gây ra ứng lực lớn nhất (gây nguy (g y g y g ọ , g hiểm cho CT) để đưa vào tính toán. - Có các THTT sau

THTT cơ bản

THTT đặc biệt

THTT phụ

Loại tải trọng

TT. thường xuyên TT. thường xuyên

(cid:68)Các (cid:68)Các

TT.tạm thời dài hạn

(cid:68)Các

TT.t/ thời ngắn hạn

(cid:68)Một

(cid:68)Một số

(cid:68)Một số (xuất hiện trong thi công)

TT. đặc biệt

(cid:68)Một

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

a) Tổ hợp tải trọng cơ bản (chính) b) Tổ hợp tải trọng đặc biệt c) Tổ hợp tải trọng phụ (THTT thi công)

21 3- Ý nghĩa kinh tế kỹ thuật - Khi thiết kế nếu đưa tất cả các tải trọng để tính toán sẽ rất tốn kém. Việc sử dụng các tổ hợp tải trọng kết hợp với hệ số tổ hợp tải trọng nc khác nhau sẽ giảm được kinh phí mà vẫn đảm bảo công trình làm việc bình thường. - Việc phân chia tải trọng theo trị số Ntc và Ntt cũng có ý nghĩa lớn:

Công trình mất ổn định (bị trượt hoặc bị lật) thường xảy ra gần như tức thời do các tải trọng có trị số lớn Vì thế khi tính theo TTGH 1 phải kiểm tra với các tổ hợp các tải trọng có trị số lớn. Vì thế, khi tính theo TTGH-1 phải kiểm tra với các tổ hợp phụ và tổ hợp đặc biệt và sử dụng tải trọng tính toán (Ntt). vì loại tải trọng này thường xảy ra trong thời gian ngắn và gây ra ứng lực nguy hiểm nhất.

Ngược lại, biến dạng của nền thường kéo dài theo thời gian tùy thuộc khả năng cố kết, và những tải trọng tác dụng lâu dài. Vì thế, nếu cần tính toán nền móng theo TTGH-2 (về biến dạng) thì cần kiểm tra với THTT chính và sử dụng tải trọng tiêu chuẩn (Ntc).

g) p g (

IV. Các chỉ tiêu cơ lý của đất trong tính toán nền móng theo TTGH - Tiêu chuẩn hiện hành phân biệt các chỉ tiêu (đặc trưng) theo các giá trị sau đây: y 1- Giá trị riêng (A i): là trị số của một đặc trưng cơ học hoặc vật lý nào đó của đất xác định theo riêng một mẫu thí nghiệm (xác định tại một điểm nào đó của lớp đất). 2- Giá trị tiêu chuẩn (Atc): là giá trị trung bình của tất cả các giá trị riêng:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

22

i∑ A

(1-3)

Atc = Atb =

=1 n

trong đó: - số mẫu thí nghiệm của tập hợp thống kê (n ≥ 6). Chú ý: TCVN 4253-86, mục 3.2 : quy định các giá trị Atc nói chung và các chỉ tiêu lực dính c, góc ma sát trong ϕ

3- Giá trị tính toán (Att): là trị số của một đặc trưng cơ học, vật lý nào đó của lớp đất, được dùng trong tính toán nền móng như một hằng số vật lý và được xác định như sau:

(1-4)

Att =

A tc k

ố ố

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Trong đó: kđ - là hệ số an toàn đối với đất; được xác định theo những đặc trưng của ấ tập hợp thống kê (được quy định trong tiêu chuẩn thiết kế các công trình riêng biệt, thí dụ: TCVN 4253-86).

23

§1.3 Các tài liệu cần thiết để tính toán Nền Móng theo TTGH

I. Tài liệu Địa chất Thủy văn và Địa chất Công trình 1- Tài liệu địa chất thuỷ văn: ,

- Mực nước ngầm ổn định, dao động, tầng chứa nước có áp hoặc ộ g, g g ặ p ị ự không áp. - Tính chất hoá lý của nước ngầm, nồng độ pH để xét mức độ xâm thực các công trình gạch đá xây hoặc bê tông cốt thép.

- Mực nước dâng bình thường, lớn nhất, nhỏ nhất ở phía thượng và hạ lưu công trình để tính áp lực nước, áp lực thấm, áp lực đẩy nổi vào bản đáy. 2- Tài liệu địa chất công trình:

- Bản đồ địa hình địa mạo khu vực xây dựng công trình. - Các hình trụ hố khoan, các mặt cắt địa chất để biết được sự phân bố các lớp đất.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của từng lớp đất và phương pháp chỉnh lý thống kê số liệu thí nghiệm để lựa chọn các giá trị tiêu chuẩn và giá trị tính toán đối với từng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất.

24 II. Tài liệu về Công trình và Tải trọng

1- Tài liệu về công trình:

- Bản vẽ mặt bằng và các mặt cắt ngang, dọc công trình để tính toán trong lượng của từng bộ phận hoặc của toàn bộ công trình. - Đặc điểm của công trình (tầng hầm, công sự, lực tĩnh, lực động...). - Tầm quan trọng của công trình về mặt kinh tế và xã hội để lựa chọn cấp công trình. 2- Tài liệu về tải trọng: 2- Tài liệu về tải trọng: Các loại tải trọng có thể như sau: - Trọng lượng bản thân công trình. - Trọng lượng người ở, sinh hoạt, hội họp và của các thiết bị vận chuyển hoặc cố định. - Áp lực đất, áp lực nước tĩnh ở phía thượng và hạ lưu công trình. - Áp lực sóng, áp lực gió, lực hãm của các động cơ và của các phương tiện vận chuyển. - Lực động đất, lực do sự cố hư hỏng gây ra

III. Một số tài liệu cần thiết khác III Một ố tài liệ

ầ thiết khá

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình luôn luôn chịu sự tác động của môi trường xung quanh và chịu ảnh hưởng của các công trình lân cận, cho nên cần có tài liệu quy hoạch tổng thể của toàn vùng. - Cần phân tích những tài liệu của những công trình đã và đang xây dựng. Tìm hiểu tài liệu những công trình sẽ xây dựng để dự đoán những khả năng ảnh hưởng. Từ đó nêu phương án nền móng cho phù hợp.

25

§1.4 Đề xuất, so sánh và chọn phương án Nền Móng

I. Lựa chọn những nhân tố chủ yếu về móng 1- Chiều sâu đặt móng (Hm):

- Yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến việc chọn chiều sâu đặt móng là điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn.

- Trong nền tự nhiên thường có những lớp đất yếu và tốt xen kẹp. Việc chọn chiều sâu Hm nói chung, nếu không có biện pháp xử lý nền thì nên chọn để móng được đặt lên lớp đất tốt tương đối dày. Tuy nhiên, chọn chiều sâu Hm còn tuỳ thuộc vào mực nước ngầm, vào đặc điểm cấu tạo của công trình, vào khả năng thi công móng và ảnh hưởng của những công trình lân cận... 2- Loại móng và vật liệu làm móng:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Người thiết kế có thể chọn các loại móng khác nhau như móng nông - Người thiết kế có thể chọn các loại móng khác nhau như móng nông hoặc móng sâu. Với móng nông lại có thể chọn loại móng đơn, móng băng, móng bè tuỳ thuộc lớp đất nền và kết cấu bên trên. Vật liệu làm móng có loại móng gạch hoặc đá xây hoặc móng bê tông cốt thép.

26 II. So sánh và chọn phương án nền móng

- Để có được một phương án tối ưu cả về mặt kinh tế kỹ thuật, người thiết kế cần nêu ra những phương án khác nhau.

ề - Các phương án nền móng khác nhau về cơ bản như: móng nông trên nền thiên nhiên, móng nông trên nền nhân tạo, móng cọc... Mỗi phương án lớn như vậy lại có thể có nhiều phương án nhỏ do việc chọn loại móng khác nhau hoặc ể vật liệu làm móng khác nhau.

Ví dụ: loại móng cọc có thể chọn móng cọc tre, móng cọc gỗ, móng cọc bê tông cốt thép... Ngay đối với móng cọc bê tông cốt thép có thể lại chọn khác nhau về hình dáng cọc (vuông, chữ nhật, tròn...) hoặc về kích thước cọc (diện tích tiết diện, chiều dài).

ồ ấ

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Tuy nhiên, sau khi phân tích dựa vào kinh nghiệm người thiết kế chỉ để lại vài ba phương án đế tính toán, so sánh, chọn ra phương án nền móng tối ưu. Sơ bộ thường người ta chọn phương án nền móng có tổng giá thành xây dựng nhỏ nhất (bao gồm chi phí vật liệu, chi phí nhân công và các phương tiện thi công). Khi quyết định chính thức phương án còn cần phải dựa vào công nghệ xây dựng và phải đảm bảo thờì gian xây dựng.

27

Nền Móngg

Chương IV: Xây dựng công trình Chương IV: Xây dựng công trình trên nền đất yếu trên nền đất yếu

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§4.1 Khái niệm về đất yếu và nền đất yếu

I. Khái niệm về đất yếu - 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). Đất yếu nói chung có các đặc điểm sau: - 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.

II. Khái niệm về nền đất yếu - Nền đất yếu là phạm vi đất nền gồm các lớp đất yếu có khả năng chịu lực kém, nằm ở bên dưới móng công trình và chịu tác động của tải trọng công trình truyền xuống. Xét về mặt cấu trúc tầng đất nền này có thể được hợp thành là do một hoặc nhiều lớp Xét về mặt cấu trúc, tầng đất nền này có thể được hợp thành là do một hoặc nhiều lớp đất yếu xen kẽ nhau hoặc xen giữa các lớp đất khác có khả năng chịu lực tốt hơn. - Khi tính toán nền công trình theo trạng thái giới hạn, nếu không thoả 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 biệt đ/với công trình lớn). Cần phải áp dụng toàn diện các biện pháp xử lý đối với kết cấu phần trên, kết cấu móng và đối với nền.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

2

§4.2 Các biện pháp về kết cấu công trình

- Trong đa số trường hợp, chỉ 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 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.

+ Nguyên nhân xử lý:

Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng toàn bộ hay từng bộ phận do: 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:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- 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

3

+ 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. 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 việc giảm 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.

II. Làm tăng độ mềm của công trình - Mục đích: Khi nền móng lún không đều sẽ phát sinh ư/s phụ tại các liên kết của kết cấu công trình, có thể phá hỏng kết cấu. Làm tăng độ mềm của công trình (kể cả móng) sẽ khử được các ứng suất phụ. -Biện pháp: Có hai biện pháp: + Biện pháp khe lún. + Dùng kết cấu tĩnh định.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

4

1- Biện pháp dùng khe lún

- Tại những chỗ có chiều dầy lớp đất thay đổi đột biến và tính nén của đất nền khác nhau lớn (Hình 1), tại chỗ có thay đổi lớn về chiều cao công trình hoặc chênh lệch lớn về tải trọng (Hình 2), tại vị trí có sự thay đổi về bố trí mặt bằng công trình (Hình 3)

δ = 3-5cm

P2 P1

-Yêu cầu:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

+ 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 nhất là trong các công trình thuỷ lợi.

5

+ 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 do đó phải tính toán kiểm tra khớp nối. khớp nối là tấm đồng Ω

ộ g

δ= 3-5cm

p p khớp nối bằng chất dẻo khớp nối bằng chất dẻo polime -Khớp nối là tấm đồng Ω: Thường dùng cho công trình thuỷ lợi -Khớp nối bằng chất dẻo polime: Rộng 18cm; g dầy 0,4cm; mấu nhô 0,4cm; phần uốn cong rộng 2,5cm. (Theo Sản phẩm của Phòng kết cấu –Viên NCKHTL-HN)

+ 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 đều hoặc bị nghiêng. Chiều rộng tối thiểu khe lún được xác định theo công thức: (4.1) (4 1)

δ = k h ( tgθ tgθ ) δ = k.h.( tgθ tr )

p - tgθ

tr: góc nghiêng của phần công trình ở bên

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

h: chiều cao khe lún p, θ θ 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 Dùng khe lún để phân tách công trình

6

2- Biện pháp kết cấu tĩnh định - Thay các liên kết cứng giữa các bộ phận của công trình bằng liên kết khớp hoặc liên kết tựa cũng có tác dụng làm tăng độ mềm của công trình và khử được ứng suất phụ thêm phát sinh khi công trình bị biến dạng lệch. - 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 nó nặng nề thêm và kém phần mỹ thuật. Do đó cần hết sức giảm bớt khớp nối mềm trong công trình. 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 từ đó tính toán nội lực trong kết cấu siêu tĩnh của các bộ phận công trình.

∆S=SA-SB B A

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

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 dụng 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)

Giằng bê tông cốt thép

- Các giằng có tác dụng tăng cường khả năng chịu ứng suất kéo phát sinh khi tường chịu uốn mà không ảnh hưởng đến độ mềm của công trình.

Giằng cốt thép

thiết kế th ờ ốt thé lấ - Tính toán kết cấu giằng gia cường theo p/pháp dầm t ê trên nền đàn hồi. Trong thiết kế thường lấy cốt thép ề đà hồi T cấu tạo là 5 - 15 cm2.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Có thể dùng biện pháp gia cố cục bộ để tăng cường 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.

I. Thay đổi chiều sâu chôn móng

- Cơ sở của phương pháp: 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.

tải trọng bên móng. b: chiều rộng móng. q: Như vậy, khi tức là tăng (q = γ h ) pgh tăng độ sâu đặt móng hm , tức là tăng (q = γ.hm), thì móng h thì khả năng chịu tải của nền (pgh) được tăng lên. q= γ.hm hm

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

+ 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.

9

- 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.

g ộ ệ g ặ g

. 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 y 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:

(4.2)

Sdp = ½ ( S + Stc ) Sdp - độ nâng thêm của cao trình dự

phòng.

hm Sdp Sdp

S - độ lún ổn định do tính toán. Stc - độ lún xảy ra khi thi công. . Đối với các công trình dân dụng công nghiệp xây trên nền đất loại sét có thể lấy: (4.3)

Sdp = 0,7S

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

10 * Nếu công trình có nguy cơ bị nghiêng, bị lún không đều thì có thể dùng biện

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).

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

11

II. Thay đổi kích thước và hình dáng móng

- 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 ệ p g p y y ị g rộng móng để cân bằng lún cho toàn bộ công trình (Hình 2).

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

12

+ 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).

III. Thay đổi loại móng và độ cứng của móng

+ 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 móng cho thích hợp (móng đơn, móng băng, móng băng giao nhau, móng bản, móng hộp (có độ cứng lớn, nhẹ).

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

+ Khi độ võng móng ΔS 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

pmax pmax

pmin

ạ g) ợ p ý (cid:190) 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 độ, về biến dạng) không được thoả mãn thì mới phải xử lý nền, , g nền phải xử lý gọi là nền đất yếu. (cid:190) Phạm vi nền phải xử lý:

(σ

∼z)

là bộ phận đất yếu nằm ở lớp đất mặt, thông thường lớp đất này có những đặc điểm sau:

* Chịu ứng suất do tải trọng truyền xuống lớn * Trong điều kiện tồn tại tự nhiên có hệ số rỗng (ε) lớn hơn nhiều so với lớp đất nằm phía dưới. * Chịu ảnh hưởng nhiều các tác động từ bên ngoài. Các p ươ g p áp ử ý ục đ c ệ

(cid:190) Mục đích XLN: Các phương pháp xử lý hiện nay đều ay 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:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

* 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

(cid:190) 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 kế đối với công trình, đồng thời rút ngắn được thời gian thi công, giảm chi phí xây dựng, 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 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… 2) Thuộc loại biện pháp vật lý có: p.pháp hạ mực nước ngầm, p.pháp giếng cát, p.pháp điện thấm, p.p bấc thấm, vải địa kỹ thuật, v. v...

3) Thuộc loại biện pháp hoá học có: p.pháp keo kết bằng xi măng, p.pháp si li cát hoá, p.pháp điện hoá v. v... - Trong chương trình chỉ giới thiệu một số biện pháp xử lý nền sau: Trong chương trình chỉ giới thiệu một số biện pháp xử lý nền sau:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

. pp.đệm cát, . pp.cọc cát, . pp.nén trước, . các pp. lợi dụng thi công để xử lý nền.

15 II.Phương pháp đệm cát

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: thường trong các điều kiện sau

* Đất yếu là đất sét chảy (nếu dùng biện pháp đầm thì không lợi). Đất yếu là đất sét chảy (nếu dùng biện pháp đầm thì không lợi). * 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 (dùng tường, bản cừ...) và phải chú ý đến hiện tượng hoá lỏng dưới tác dụng của tải trọng động.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

2- Hiệu quả: - Tăng sức chịu tải của nền. Giảm độ lún của móng công trình (vì đất cát có môđun biến dạng E lớn hơn của đất sét) - 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

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 . Để làm được điều trên ta phải tính thử dần; thông thường các bước tính toán được tiến hành như dưới đây: a) Sơ bộ chọn kích thước đệm cát:

* 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 thước chiều rộng đáy đệm cát theo góc mở α. Căn cứ vào hiện tượng khuyếch tán ứng suất trong nền người ta lấy α như sau: ấ

h

c

α = 30 - 350 đối với cát. α = 40 - 450 đối với dăm, sỏi.

bc

Có trường hợp lấy α= 60o Suy ra: (4.4)

bc = b + 2hc .tgα

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

17

(cid:190) 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). (cid:190) Đệm cát được xem như một bộ phận của đất nền nhiều lớp: lớp cát nằm trên, lớp đất yếu nằm dưới. b) Trường hợp công trình chịu tác dụng của lực đẩy ngang:

(cid:138) Cần tính toán ổn định của nền đã xử lý bằng đệm cát.

- 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 O

ct ≥

hm q= γ.hm

r

]K [

∑ ∑

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

18 P

T

hm q= γ.hm

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- 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 có thể bỏ qua độ ép lún của tầng đệm cát. độ ép lún của tầng đệm cát

19

c) Tính toán đệm cát theo biến dạng của nền

nc của cát, từ đó xác định

max

ε ε

− −

ε ε

max

min

gồm các bước (theo TCXD): * Chọn hệ số rỗng ε môđun biến dạng E0 cát: Từ công thức độ chặt tương đối của đất cát: - Tính ε , , (4.5) (4 5) g nc = ε ε

nc, bằng cách khống chế D = 0,70 ÷ 0,80: g nc, max - ε

max - D(ε min ) tìm ra E0 cát, có thể lấy theo bảng

nc của cát

Từ ε IV-1/tr.68.

* Kiểm tra ứng suất đáy đệm cát:

σc

zđ

át ẫ ò là

R≤

)

c z

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(4.6) Đệm cát truyền áp lực đáy móng xuống tầng đất thiên nhiên phía dưới trong một phạm vi lớn hơn diện tích đáy móng. Để đảm bảo tầng đất thiê lớp đệm cát vẫn còn làm việc thiên nhiên dưới iệ lớ đệ hiê d ới trong giai đoạn biến dạng tuyến tính thì ứng suất thẳng đứng tác dụng lên lớp đất yếu không được vượt quá áp lực tiêu chuẩn Rtc: σσ + c ( zđ

20

Bảng IV-1/tr.68: Các giá trị tiêu chuẩn của lực dính ctc , MPa, góc ma sát trong ϕ

tc , độ, và môđun biến dạng Eo , Mpa của đất cát

Giá trị của các đặc trưng khi hệ số rỗng bằng

LOẠI CÁT

Các đặc trưng

0,45

0,55

0,65

0,75

thô

Cát hạt và cát sỏi

0,002 43 50

0,001 40 40

- 43 50

ctc ϕ tc Eo

Cát hạt vừa

0,003 40 50

0,002 38 40

0,001 35 30

- - -

ctc ϕ tc Eo

Cát hạt nhỏ

0,006 38 48

0,004 36 38

0,002 32 28

- 28 18

ctc ϕ tc Eo o

Cát bụi

0,008 36 39

0,006 34 28

0,004 30 18

0,002 26 11

ctc ϕ tc Eo

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

21

R≤

)

σσ + c ( zđ

c z

(4.6)

Trong đó:

σc

zđ

σ c: ứng suất tăng thêm tại đỉnh lớp đất yếu. z σc zđ :ứng suất bản thân của đất bao gồm đệm cát từ đỉnh lớp đất yếu trở lên: σc γ ) (4.7) ( γ zđ = γ.hm + γ c.hc c c Rtc : áp lực tiêu chuẩn của đất tại đỉnh lớp đất yếu, Rtc = m(p¼)

β i

* Tính lún: của lớp đất kể cả đệm cát theo phương pháp tổng cộng từng lớp (đã trình bày trong môn Cơ học đất):

σ zi

h i

∑

= 1

(4.8) (4.9)

S ≤

ghS

(4.10)

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Độ lún tổng cộng tính theo công thức (4.9) không được vượt quá độ lún giới hạn: - Nếu các tiêu chuẩn kiểm tra theo công thức (4.6) hoặc (4.10) không đảm bảo thì ta phải chọn lại kích thước đệm cát, và các bước tính toán được lặp lại.

22

d) Thi công tầng đệm cát

Hiệu quả của tầng đệm cát phụ thuộc phần lớn vào độ chặt của nó. Khi thi công đệm cát phải đảm bảo độ chặt lớn nhất đồng thời không làm phá hoại kết cấu đất thiên nhiên dưới tầng đệm cát. Thường gặp 2 trường hợp sau: ổ - Khi hố đào khô: cát được đổ từng lớp dày 20 cm và đầm chặt (bằng đầm ố ầ ầ ằ lăn, xung kích, chấn động).

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Trừơng hợp mực nước ngầm cao (mà không dùng biện pháp hạ mực nước ngầm): thì nên dùng biện pháp thi công trong nước (xỉa lắc cát, đầm dùi cho D = 0,7).

23 III. Phương pháp lèn chặt đất bằng cọc cát

1- Nội dung và điều kiện áp dụng: * Nội dung phương pháp: Hạ cọc vào trong đất yếu, nhờ thể tích cọc chiếm chỗ mà đất được lèn chặt lại (nén chặt sâu). Đây cũng là cơ sở để tính cọc sau này. Trong khuôn khổ môn học ta chỉ nghiên cứu tính toán đối với cọc cát. * Thi công cọc cát: Các phương pháp thi công khác nhau chủ yếu ở cách tạo lỗ: ỗ ố ằ

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Tạo lỗ dùng ống thép: đường kính vào khoảng 30 ÷ 50 cm. Mũi cọc nhọn bằng thép gồm 4 cánh mắc bản lề. Khi đang đóng ống thép xuống thì mũi cọc khép lại, khi rút lên thì mũi cọc mở ra (xem Hình 1). Mũi cọc có thể làm bằng nút gỗ hoặc bê tông, sau khi hạ ống tạo lỗ có thể để lại trong đất (xem Hình 2).

24

Ống rỗng thường được hạ xuống nền đất bằng búa đóng cọc hoặc bằng phương pháp chấn động tùy theo loại đất. Việc thi công cọc cát theo hai cách hạ ống thép như sau:

- Đóng ống thép xuống tới cao trình thiết kế, sau đó rút lên rồi nhồi cát vào lỗ, đồng thời đầm từng lớp một bằng búa treo, chiều dày mỗi lớp khoảng 1,0 m. → Thường dùng với đất sét dẻo, dẻo cứng (Hình 1).

- Dùng chấn động hạ ống thép xuống tới độ sâu thiết kế, nhồi cát vào từng lớp dầy khoảng 1,0 m, sau đó dùng chấn động để làm chặt lớp cát, rút ống lên rút ống lên lớp dầy khoảng 1 0 m sau đó dùng chấn động để làm chặt lớp cát khoảng 0,5 m cho cát tụt xuống. Cứ tiến hành như thế đối với các lớp tiếp theo. → Thường dùng với đất sét dẻo chảy, đất cát hạt nhỏ, mịn bão hòa nước (Hình 2).

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Hình 2 Hình 1

25

Tạo lỗ bằng mìn nổ ép đất (theo chiều sâu cọc): sau đó đổ cát vào đầm từng lớp. Với cách thi công này có thể tạo được cọc cát dài khoảng 18 ÷ 20 m. Lưu ý rằng, do chấn động khi nổ làm cho lớp đất trên dày khoảng 2 m bị tơi ra, cần có biện pháp xử lý trượt khi làm móng.

* Áp dụng:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Trong xây dựng, phương pháp cọc cát thường dùng để nén chặt các lớp đất yếu khá dầy (>2,0 m), chịu tải trọng tương đối lớn. Như các loại đất cát nhỏ, cát bụi ở trạng thái bão hoà nước, đất cát xen kẽ những lớp bùn mỏng, đất dính yếu, đất bùn và than bùn.

26

2- Hiệu quả: - Đất nền được lèn chặt do thể tích cọc cát chiếm chỗ trong đất trong phạm vi chiều dài cọc, độ ẩm giảm; môđun biến dạng, lực dính và góc ma sát trong tăng lên. Vì thế biến dạng của nền giảm và cường độ tăng rõ rệt. ấ

- Cọc cát có tính nén lún không khác nhiều so với tính nén lún của đất xung quanh ề nó, cho nên có thể coi cọc cát cùng chịu tải trọng với đất nền xung quanh, và khi tính toán thì lớp đất có cọc cát được coi là một lớp nền có các chỉ tiêu cường độ chống cắt tương ứng với độ chặt thiết kế (ε

tk, γ

tk).

- Cọc cát có tác dụng tăng nhanh tốc độ cố kết của đất nền. Phần lớn độ lún của nền đất có cọc cát thường kết thúc trong quá trình thi công, làm cho công trình mau chóng đạt đến giá trị ổn định.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Về mặt kinh tế, cát dùng trong cọc là loại vật liệu rẻ hơn so với cọc làm bằng vật liệu cứng và không bị ăn mòn nếu nước ngầm có tính xâm thực. Biện pháp thi công cọc cát tương đối đơn giản không đòi hỏi những thiết bị phức tạp Vì những lý do trên cọc cát tương đối đơn giản, không đòi hỏi những thiết bị phức tạp. Vì những lý do trên mà giá thành xây dựng khi dùng cọc cát thường rẻ hơn so với một số phương án xử lý khác.

27

3- Tính toán thiết kế: Nội dung thiết kế: f

. Xác định khoảng cách cọc cát: c n . Xác định số lượng cọc: L . Xác định chiều dài cọc: F a) Xác định (c): * Giả thiết: * Giả thiết: . Độ giảm thể tích của đất (thể tích rỗng) bằng thể tích cọc cát đưa vào.

3c 2

. Đất nền không bị trồi lên khi có cọc. . Đất được lèn chặt đều giữa các cọc.

600

* Chứng minh: Bố trí cọc cát trên mặt bằng (xem Hình)

V V

(4.13) - Xét một lăng thể đất có đáy là tam giác đều, chiều cao là L (mang tính đại biểu). - Áp dụng công thức (4.13): Áp dụng công thức (4.13): εε − tk + 1 ε

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

ε 0 – hệ số rỗng tự nhiên của đất nền (khi chưa có cọc cát): ε tk – hệ số rỗng thiết kế của đất nền (sau khi có cọc cát):

28

V lt

0 1

1 2

− εε tk + ε 0

3c 2

0 1

(4.14) Thể tích rỗng giảm: − εε 0 tk + ε 1 0 − εε tk + ε 0

(4.15) Thể tích cọc cát đưa vào: Thể tích cọc cát đưa vào: 1 π d 2 4 Cân bằng (4.14) và (4.15) sẽ được công thức tính khoảng cách cọc cát:

+ ε 1 0 εε − tk

(4.16)

Giả sử rằng: trong quá trình lèn chặt, độ ẩm ωcủa đất không đổi thì từ (4.16) ta có:

γ tk γγ − 0

(4.17)

d - đường kính cọc cát, d = 30 - 40 cm tuỳ theo đường kính tạo lỗ Cần phải chọn độ chặt thiết kế của nền đất sau khi xử lý cọc cát (ε

tk ):

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

29

max - ε

min )

(4.18) , Với D = 0,7 ÷ 0,8 - Đối với nền đất cát: max - D(ε tk = ε ε - Đối với nền đất cát bụi: (4.19) ε tk = 0,6 - 0,8 (ở trạng thái chặt vừa) - Đối với nền đất sét bão hoà nước:

A )50 )5,0 A

ε ε tk

ω + +ω ( ( d

γ h h γ 100 n

(4.20) (4 20) f

V V

εε − tk 1 ε + εε − tk

b) Xác định n: - Thể tích rỗng giảm trong cả nền cọc: Từ F

= V F

o + 1

ε o

(4.21)

- Thể tích 1 cọc cát: (4.22)

vc = f.L, với f = π.d2/4

V v

F f

0 1

εε − tk ε 0

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(4.23) - Vậy số lượng cọc n:

30

c) Xác định L : Có thể dựa trên hai cơ sở: - Khống chế về mặt biến dạng: lấy L ≥ Ha với Ha là chiều sâu vùng nền ảnh hưởng lún. - Khống chế về mặt cường độ, ổn định: lấy L > độ sâu lớn nhất của vùng nền trượt. Trị số L còn phụ thuộc vào khả năng của phương tiện đóng nhổ ống thép. Hiện nay chưa có phương pháp chính xác tìm chiều dài cọc L.

PII

TII b

L L Hmax H

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

∼ z) (σ z

31

IV. Phương pháp nén trước

1- Nội dung và trường hợp áp dụng: a) Nội dung phương pháp:

ề ấ ề ấ

pnt

ẩ

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Trước khi xây dựng công trình dùng các loại vật liệu (cát, sỏi, gạch, đá v.v...) chất đống lên mặt đất trong phạm vi xây dựng móng để gây ra một áp lực nén (gọi là áp lực nén trước) tác dụng lên mặt nền, làm cho đất nền bị lún do đó đất được chặt lại. Khi đất nền đạt được độ chặt yêu cầu, người ta dỡ áp lực nén trước rồi tiến hành xây dựng công trình. Lúc này nền công trình vừa có cường độ đạt yêu cầu vừa có tính nén lún nhỏ. b) Áp dụng: - Phương pháp thường được dùng đối với đất sét và sét pha cát ở trạng thái chẩy; phạm vi nền không lớn. - Trong thực tế xây dựng, các lớp đất loại sét có tính nén lún lớn, cố kết bình thường nằm ở một độ sâu giới hạn và lún cố kết lớn có thể xảy ra do việc xây dựng các tòa nhà lớn, đường hay đập đất thì phương pháp nén trước có thể được sử dụng để giảm thiểu lún sau khi xây dựng.

32

c) Cơ sở lý thuyết: (cid:153) Phương pháp nén trước dựa trên quy luật giảm tính nén lún của đất dưới tác dụng của tải trọng (quan hệ e∼p).

2- Hiệu quả: e

g Đường nén

(cid:153) Đất sau khi nén trước có tính nén lún nhỏ; hệ số rỗng (e) và hệ số nén (as << ac) giảm và cường độ tăng lên. độ tăng lên

Đường nén lại

e’o (cid:153) Hiệu quả của phương pháp nén trước thường được đánh giá bằng giá trị độ lún (St) sau một thời gian t nào đó.

Đường nở

3- Tính toán thiết kế: p 0 pnt (cid:153) Cần xác định 2 đại lượng:

- Độ lớn của áp lực nén trước (pnt) - Thời gian nén trước (tnt)

≥ tải trọng thiết kế; thường pnt > ptk (cid:57)Chọn (p ) : cần đảm bảo hai yêu cầu: (cid:57)Chọn (pnt) : cần đảm bảo hai yêu cầu: . Hiệu quả nén trước cao, muốn vậy pnt . Đảm bảo không phá hoại nền, bằng cách tăng tải trọng từng cấp, khống

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

chế tốc độ tăng tải nén trước sao cho nền không bị phá hoại. (cid:57)Chọn (tnt) : Liên quan tới quá trình cố kết của đất và tiến độ xây dựng công trình. Cả hai đại lượng cần tìm lại có quan hệ mật thiết với nhau.

33

(cid:153) Trong thực tế, nếu đất nền là sét bão hòa nước và có tính nén lớn diễn ra trong thời gian dài, dùng biện pháp nén trước vẫn không đảm bảo yêu cầu thiết kế thì có thể áp dụng kết hợp biện pháp giếng cát.

A- Trường hợp không có giếng cát:

Q t

Áp dụng lời giải của bài toán cố kết một hướng để tìm thời gian tnt, và tải trọng nén trước pnt . (Xem Chương 6, Cơ Học Đất)

S S t S

)

(4.24)

Q = t

( Tf v

T v

tC v 2H

(4.25) trong đó (4.26)

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Tv = nhân tố thời gian Cv = hệ số cố kết t = thời gian H = chiều dài đường thấm H hiề dài đ ờ thấ

34 B- Trường hợp cần có giếng cát:

cần xét làm giếng cát kết hợp

--Nếu (tnt) tìm được theo trường hợp trên quá lớn, không đạt yêu cầu; hoặc --Với thời gian yêu cầu tnt mà độ lún Stnt quá nhỏ

Trường hợp này thuộc bài toán cố kết thấm 3 hướng, đối xứng trục, có công thức: (4.27)

Qt = 1 - (1 - Qtz) (1 - Qtr)

Trong đó:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

2r H Qt - độ cố kết chung của nền Qtz - độ cố kết của nền không có giếng cát, tính theo lý thuyết cố kết thấm một hướng, theo chiều đứng (z). hướng, theo chiều đứng (z). Qr - độ cố kết của nền có giếng cát theo hướng xuyên tâm (r). R

35

)

(k z

Tf (

)

T z

Q = tz

C v 2 H

)

(k r

(4.28)

(

)

nTf r

T r

R r

C r 2 4R

1+ ε 0 γ C n c 1+ ε 0 γ C n c

(4.29)

Trong đó: ế ề

H - chiều dài giếng cát R - khoảng cách giữa các tim giếng cát r - bán kính giếng cát

2r H

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

36

)(t

S t

t t+a

+ Công thức kinh nghiệm kết hợp quan trắc: (4.30)

Trong đó:

=α

−

t 1

S S S

−

=α

−

t - thời gian nén trước α- hệ số kinh nghiệm

t S

1 t 1 S

S S

Trị số S xác định từ tài liệu quan trắc lún - Trị số S xác định từ tài liệu quan trắc lún trong quá trình nén trước theo các công thức : Với St1 là độ lún thực tế đo được ứng với t1 (t1 ứng với cấp áp lực cuối cùng).

p (4.31)

St1

St2

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

S(mm)

37

V. Dùng biện pháp thi công để xử lý nền

Tuỳ tình hình thực tế, có thể lợi dụng biện pháp thi công để xử lý nền rất có hiệu quả. Dưới đây nêu ra ba biện pháp nhằm cải thiện đất nền.

1- Nén chặt đất bằng cách hạ thấp mực nước ngầm:

* Khi thi công các công trình ở những nơi có mực nước ngầm cao, có thể dùng biện pháp hạ mực nước ngầm để làm khô hố móng. Khi hạ thấp mực nước ngầm thì đất trong phạm vi thay đổi mực nước ngầm sẽ được nén chặt lại do áp lực nén tăng lên trong phạm vi thay đổi mực nước ngầm sẽ được nén chặt lại do áp lực nén tăng lên tương ứng. (xem Hình).

- Trong điều kiện tự nhiên, khi mực nước ở cao trình 1 thì tại cao trình 2 đất chịu áp lực thẳng đứng là: (4.32) p1 = γωh1 + γ

đn h2

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Khi hạ thấp mực nước ngầm đến cao trình 2 thì áp lực tại đó là: (4.33) p2 = γω(h1 + h2) = γωh1 + γωh2

38

Như vậy p2 lớn hơn p1 một lượng là: (4.34) Δp = p2 - p1 = (γω- γ

đn) h2

Trong đó:

γω: trọng lượng riêng của đất ở trạng thái tự nhiên có độ ẩm ω. γ đn: trọng lượng riêng đẩy nổi của đất ngập nước.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

* Đất tự nhiên có trọng lượng riêng vào khoảng 18 - 20 kN/m3. Vì thế theo công thức (4.34), khi hạ thấp mực nước ngầm, áp lực nén thẳng đứng tăng lên vào khoảng 100 kN/m2 ứng với độ hạ thấp mực nước ngầm là 10 m. Ngoài ra, khi hút nước để hạ mực nước mgầm thì đất còn chịu tác dụng của áp lực thủy động hướng xuống làm cho đất chặt thêm. Biện pháp này có thể dùng để nén chặt đất loại sét, đất cát bồi tích.

39 2- khống chế tốc độ thi công để cải thiện điều kiện chịu lực của nền:

- Tốc độ thi công công trình về mặt cơ học là tốc độ tăng tải trọng lên nền đất. Các đất sét yếu có hệ số rỗng và độ ẩm tự nhiên lớn thì sức chống cắt rất nhỏ, khi xây dựng trên các loại đất ấy có thể khống chế tốc độ thi công trong giai đoạn đầu để làm tăng sức chịu tải của nền.

τ = σ't tgϕ+ c , với σ't = σ- ut

- Theo lý thuyết cố kết thì quá trình lèn chặt đất dính bão hoà nước là quá trình ứng suất trung hoà (ut) giảm đi và ứng suất hiệu quả (σ't) tăng lên. Mặt khác, theo lý thuyết Coulomb thì cường độ chống trượt của đất tỷ lệ với σ't:

Như vậy, tốc độ tăng tải càng chậm thì càng có thời gian để đạt trị số ứng suất σ't lớn và sức chịu tải của nền tăng.

* Để làm rõ, có thể lấy kết quả thí nghiệm sau đây:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

40

- Hình (a) biểu thị tốc độ thi công (σ~ t) - Hình (b) là quan hệ giữa độ rỗng của đất và áp lực (n ~ σ) - Hình (c) là quan hệ giữa cường độ chống cắt của đất và áp lực (τ~ σ).

g g ( g g g g )

(cid:131) Theo lý thuyết cố kết, nếu tăng tải trọng đột ngột từ trị số áp lực 0 đến áp lực σ c (đường 1a) thì nước trong lỗ rỗng của đất chưa kịp thoát ra, nền đất chưa bị nén chặt, nên sự thay đổi độ rỗng và cường độ chống cắt được biểu thị bằng đường 1b và 1c. Nếu tăng tải trọng đều trong suốt thời gian thi công (đường 2a) thì tính nén và cường độ chống trượt của đất được biểu thị tương ứng bằng đường 2b và 2c. Đối với đất sét yếu, lượng ngậm nước cao, nên tăng tải theo đường 3a: thời gian đầu thi công chậm để cho mức độ cố kết tăng lên tương ứng với độ tăng áp lực. Sau khi đạt đến trị số σ t, độ cố kết của đất nền đã khá cao, cường độ chống cắt khá lớn thì bắt đầu tăng nhanh tốc độ thi công (đường 3b và 3c).

c)

b)

a)

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

41 3- Thay đổi tiến độ thi công để cải thiện điều kiện biến dạng của nền:

ả khi thi ô ất ó hiệ á d à đ há

- Một trong những nguyên nhân gây ra chênh lệch lún giữa các bộ phận của công trình là do nền đất không đồng nhất (theo mặt bằng). Đối với những công trình rộng thì nguyên nhân này thường là phổ biến. Trong trường hợp này cần phải nghiên cứu lát cắt địa chất và lợi dụng quá trình thi công để xử lý nền. Về nguyên tắc, những bộ phận công trình nằm trên phần nền có tính nén lớn thì cần thi công sớm hơn. Cần theo dõi sự tiến triển lún của các bộ phận này để bắt đầu thi công những bộ phận tiếp giáp. Ph Phương pháp này được áp dụng rất có hiệu quả khi thi công đê, đập đất, đập đất đá đê đậ đất đậ đất đá hỗn hợp. Trong thực tế đã có những đoạn giữa nền đập đất thuộc loại bùn có độ lún tính toán lớn còn ở hai đầu là nền tốt nên độ lún nhỏ thì người ta quyết định thay đổi trình tự thi công như sau: đắp đất đoạn giữa trước sau đó mới đắp hai đầu. Sau khi thi công, bằng quan trắc thực tế người ta đã chứng minh biện pháp này có hiệu quả tốt. - Đối với công trình có móng cứng cần kết hợp với biện pháp làm khe lún.

Giai đoạn 2

Giai đoạn 1

Vùng đất yếu

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

42 Kết thúc chương 4

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

43

Nền Móngg

Chương V: Móng cọc Chương V: Móng cọc

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.1 Khái niệm chung

I. Cấu tạo móng cọc: - Gồm 3 bộ phận: cọc, đài cọc, đất bao quanh cọc (cid:57) Cọc là bộ phận chính có tác dụng truyền tải trọng từ công trình lên đất ở đầu mũi và xung quanh cọc.

MNN

(cid:57) Đài cọc liên kết các cọc thành một khối và phân phối tải trọng công trình lên các cọc. tải t t ì h lê ô á

(cid:57) Đất xung quanh cọc được cọc lèn chặt tiếp thu một phần tải trọng và phân bố đều hơn lên đất đầu mũi cọc.

ọ lớn, lớp đất tốt

Hình: Cấu tạo móng cọc a) Đài thấp; b) Đài cao; 1- cọc; 2- đài cọc; 3- công trình

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

II. Phạm vi và trường hợp áp dụng: 1. Phạm vi áp dụng - MC có thể coi là biện pháp xử lý sâu, có tác dụng truyền tải trọng từ c.trình tới lớp đất có cường độ lớn ở đầu mũi cọc và xung quanh móng. g g q - Dùng khi tải trọng công trình tương đối nằm sâu, mực nước ngầm tương đối cao. - Dùng ở những bộ phận chịu tải trọng lớn hoặc những chỗ đất yếu.

ằ

2. Các trường hợp áp dụng a) Khi một hay nhiều lớp đất bên trên có tính nén lún lớn và quá yếu để chịu tải trọng do công trình truyền xuống, cọc được dùng để truyền tải trọng xuống tầng đất đá cứng nằm dưới (hình 11.1a). Khi d ới (hì h 11 1 ) Khi đất đá ứ tầng đất đá cứng ở sâu không chạm tới được, cọc được dùng để truyền tải trọng công trình lên đất chủ yếu nhờ sức chống ma sát ở mặt tiếp xúc giữa đất và cọc. (hình 11.1b)

g ọ g g g ị Hình 11.1 Những trường hợp cần Hình 11.1 Những trường hợp cần dùng móng cọc

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

b) Khi chịu lực ngang (xem Hình 11.1c), móng cọc chống lại bằng cách uốn cong trong khi vẫn chịu tải trọng thẳng đứng do công trình truyền xuống. Tình huống này thường gặp trong thiết kế và xây dựng các công trình chắn đất và móng của các công trình cao tầng chịu tác dụng của gió mạnh hay lực động đất.

c) Trong trường hợp, đất trương nở và đất lún sụt xuất hiện tại vị trí dự định xây dựng công trình. Đất trương nở và co ngót khi độ ẩm của nó tăng và giảm, áp lực trương nở của đất là đáng kể. Nếu dùng móng nông trong trường hợp như vậy, công trình sẽ phải chịu sự hư hại lớn. Tuy nhiên, có thể lựa chọn móng cọc với cọc kéo dài qua vùng có hiện tượng trương nở và co ngót. (Xem Hình 11.1d)

d) Móng một số công trình như tháp truyền hình, giàn khoan ngoài khơi, và móng bè nằm dưới mực nước thường chịu lực đẩy nổi. Đôi khi cọc được dùng cho các móng này để chống lại lực đẩy nổi. (Xem Hình 11.1e.)

e) Mố và trụ cầu luôn được xây dựng trên móng cọc để tránh làm giảm khả năng chịu tải mà móng nông có thể chịu do xói mòn đất trên bề mặt. (Xem Hình 11.1f.) 11 1f )

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

III. Ưu điểm nổi bật của MC: - Tiếp thu tải trọng lớn (cả tải trọng đứng và ngang), tiếp kiệm VL móng, giảm khối lượng đào đắp, tận dụng lớp đất nền cũ.

§5.2 Phân loại cọc và móng cọc

truyền tải

ỗ ố

I. Phân loại cọc: theo 4 cơ sở 1. PL theo tác dụng làm việc giữa đất và cọc: - Cọc chống: trọng lên lớp đất đá có cường độ lớn, vì thế lực ma sát ở mặt xung quanh cường độ lớn vì thế lực ma sát ở mặt xung quanh cọc thực tế không xuất hiện và khả năng chịu tải của cọc chỉ phụ thuộc khả năng chịu tải của đất đầu mũi cọc. - Cọc treo (cọc ma sát): Đất bao quanh cọc là đất chịu nén (đất yếu) và tải trọng được truyền lên nền nhờ lực ma sát ở xung quanh cọc và cường độ của đất đầu mũi cọc 2. PL theo vật liệu làm cọc: - Cọc gỗ, c. tre, c.bê tông, c.bê tông cốt thép, c.thép, c. hỗn hợp - Chọn vật liệu cọc phải căn cứ cụ thể vào

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

. khả năng cung cấp vật liệu, . công nghệ chế tạo cọc, . điều kiện ĐCCT và ĐCTV.

a) Cọc thép (cid:131) Cọc thép thường là cọc ống hay cọc thép cán tiết diện chữ H, chữ I.

. Các cọc ống được đóng xuống đất với đáy hở hay bịt kín. . Các cọc chữ H thường được dùng nhiều hơn vì chiều dày thân và cánh của chúng bằng nhau. Với dầm có cánh rộng và mặt cắt chữ I, chiều dày thân nhỏ hơn chiều dày cánh.

Trong nhiều trường hợp, những cọc ống sau khi đóng xuống cọc ống sau khi đóng xuống được lấp đầy bê tông.

Tiết diện cọc chữ H

(cid:131) Một số đặc điểm khái quát về cọc thép: - Chiều dài thông thường: 15 m ÷ 60 m - Tải trọng thông thường: 300 kN÷1200 kN

(cid:131) Có thể tham khảo kích thước cọc thép theo các Bảng: - Bảng 11.1a thường được dùng ở Mỹ (Đơn vị SI) - Bảng 11.2a Một số tiết diện cọc ống (Đơn vị SI)

Cọc thép: (a) mối ghép Hình 11.2 bằng hàn của cọc chữ H; (b) mối ghép bằng hàn của cọc ống; (c) mối ghép bằng đinh tán và bu-lông của cọc chữ H; (d) gia cố mũi cọc ống phẳng; (e) gia cố mũi cọc ống hình nón

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

b) Cọc bê tông, bê tông cốt thép Được dùng tương đối phổ biến trong xây dựng.

ố ế

(a) cọc bê tông: thường được chế tạo tại hiện trường xây dựng. Dùng trong trường hợp tải trọng không lớn và không có lực ngang tác dụng. Thí dụ, cọc bê tông khoan nhồi. (b) cọc bê tông cốt thép: thường được chế tạo tại các nhà máy; có khả năng chịu uốn lớn. Dùng trong trường hợp tải trọng đứng và ngang lớn. Có thể hạ cọc này vào trong đất bằng các biện pháp cơ học (như hạ bằng búa xung lực hoặc búa rung).

c) Cọc gỗ Các cọc gỗ là những thân cây có các cành và vỏ được đẽo gọt cẩn thận. Chiều dài tối đa của hầu hết các cọc gỗ là 10÷20 m. Để có đủ điều kiện làm việc như một cọc cây gỗ nên thẳng Để có đủ điều kiện làm việc như một cọc, cây gỗ nên thẳng, vững chắc, và không có bất kỳ khuyết tật nào.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Cọc gỗ không thể chịu được ứng suất đóng cọc lớn; do vậy, khả năng chịu tải của cọc nói chung bị hạn chế. Ta có thể dùng mũi bịt bằng thép để không làm hư hại mũi cọc (đáy). Đỉnh cọc gỗ cũng có thể bị hư hại trong quá trình đóng cọc.

trọng kéo hay tải

- Việc phá hỏng các thớ gỗ gây ra do sự tác động của búa xung kích được gọi là chẻ thớ. Người ta bảo vệ đỉnh cọc bằng đai kim loại hay mũ. - Không nên ghép nối các cọc gỗ, đặc biệt khi chúng phải chịu tải trọng ngang. Tuy nhiên, nếu cần thiết, có thể ghép nối bằng cách dùng ống bao (xem Hình 11.5a) hay đai kẹp kim loại bằng bu lông (xem Hình 11.5b).

Hình 11.5 Mối ghép nối của cọc gỗ: (a) ống bao; (b) dùng đai kẹp kim loại và bu lông

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Cọc gỗ có thể tồn lâu dài nếu đất tại xung bão quanh h bã hòa nước. Không nên để cọc gỗ nhô lên khỏi mực nước ngầm để tránh mối mọt.

d) Cọc hỗn hợp

g g ọ g ị ị Những đoạn cọc phần trên và phần dưới của cọc hỗn hợp được làm từ các vật liệu khác nhau. Ví dụ, cọc hỗn hợp có thể được làm từ thép và bê tông hay gỗ và bê tông. - Các cọc thép-bê tông gồm có đoạn cọc phần dưới bằng thép và đoạn cọc phần trên bằng bê tông đổ tại chỗ. Loại cọc này được dùng khi yêu cầu chiều dài cọc cho khả năng chịu tải cần thiết lớn hơn khả năng chịu tải của cọc đơn thuần bằng bê tông đổ g tại chỗ.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Các cọc gỗ-bê tông thường bao gồm đoạn cọc phần dưới bằng gỗ nằm dưới mực nước không đổi và đoạn cọc phần trên bằng bê tông. Trong mọi trường hợp, việc tạo mối ghép hoàn chỉnh giữa hai vật liệu khác nhau là khó khăn, do đó, cọc hỗn hợp không được sử dụng rộng rãi.

3. PL theo phương pháp chế tạo cọc

đú đ t hiề dài ử lý t ớ C đ ố

a) Cọc đúc sẵn: Liên quan tới ba vấn đề: Chế tạo cọc - Vận chuyển cọc - Đưa cọc vào trong đất. (cid:137) Cọc được gia cố bằng cách dùng cốt thép thông thường, và có mặt cắt ngang hình vuông hay hình tám cạnh. (Xem Hình 11.3.) Việc gia cố bằng cốt thép cho phép cọc chống lại mômen uốn xuất hiện trong khi nâng và vận chuyển cọc, tải trọng thẳng đứng và mômen uốn gây ra bởi tải trọng ngang. (cid:131) Cọc được đúc đạt chiều dài mong muốn và được xử lý trước à đ khi vận chuyển đến công trường. (cid:131) Một số đặc điểm khái quát về cọc bê tông như sau: - Chiều dài thông thường: 10 m÷15 m - Tải trọng thông thường: 300 kN÷3000 kN

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Hình 11.3 Cọc đúc sẵn với cốt thép thông thường

(cid:137) Cọc đúc sẵn cũng có thể được tạo ứng suất trước bằng cách dùng dây cáp bằng thép cường độ cao chịu ứng suất trước. Cường độ giới hạn của những cáp này vào khoảng 1800 MN/m2. Trong quá trình đúc cọc, dây cáp được tạo ứng suất căng trước khoảng 900÷1300 MN/m2, và bê tông được đổ xung quanh dây cáp. Sau khi bảo dưỡng bê tông, cắt đứt dây cáp tạo ra lực nén lên mặt cắt cọc. (Bảng 11.3a (đơn vị SI) đưa ra thêm thông tin về cọc bê tông chịu ứng suất trước có mặt cắt ngang hình vuông và hình tám cạnh). h) à hì h á ô

(cid:131) Một số đặc điểm chung về cọc đúc sẵn chịu ứng suất trước như sau: - Chiều dài thông thường: 10 m÷45 m - Chiều dài lớn nhất: 60 m - Tải trọng tác dụng lớn nhất: 7500 kN÷8500 kN

(cid:137) Phân loại cọc đúc sẵn theo phương pháp thi công hạ cọc :

ớ h ặ kh ó thể đ h bằ Cá l há ói ũ

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Phần lớn các cọc được hạ bằng búa xung lực hoặc búa rung. Trong các trường hợp đặ biệt đặc biệt, cọc cũng có thể được hạ bằng phương pháp xói nước hoặc khoan. Các loại i h búa đóng cọc bao gồm (a) búa rơi, (b) búa hơi hay khí nén tác động đơn, (c) búa hơi hay khí nén tác động kép và khác, (d) búa diesel.

đ ù ớ ử d khí à h i

- Búa rơi (xem Hình 11.7a): được kéo lên bằng tời và rơi xuống từ độ cao H đã biết. Đây là loại búa đóng cọc cổ nhất. Nhược điểm chính của loại búa rơi là tốc độ các nhát đập chậm. - Búa hơi hay khí nén tác động đơn (Hình 11.7b): Bộ phận va đập, hay quả tạ, được nâng lên bởi áp lực khí hay hơi và sau đó rơi xuống do trọng lượng của nó. - Búa hơi hay khí nén tác động kép và so lệch (Hình 11 7 ) Khô 11.7c): Không khí và hơi nước cùng được sử dụng để để nâng quả búa lên và đẩy nó xuống, bằng cách ấy làm tăng vận tốc va đập của quả búa. - Búa diesel (xem Hình 11.7d): về cơ bản gồm có quả búa, khối đe, và hệ thống phun nhiên liệu. Đầu tiên quả búa được nâng lên và nhiên liệu được phun vào gần đe. Sau đó thả quả búa ra. Khi quả búa rơi xuống, nó làm nén hỗn hợp nhiên liệu khí và đốt cháy hỗn hợp. Tác động này đẩy cọc đi xuống và nâng quả búa lên. Loại búa diesel làm việc tốt trong các điều kiện đóng Loại búa diesel làm việc tốt trong các điều kiện đóng cọc khó khăn. Trong các loại đất mềm yếu, chuyển dịch đi xuống của cọc là khá lớn, và chuyển dịch đi lên của quả búa lại nhỏ. Sự chênh lệch này có thể không đủ để đốt cháy hệ thống nhiên liệu khí, nên quả búa có thể phải được nâng bằng tay.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Hình 11.7 Thiết bị đóng cọc (a, b, c, d)

- Máy hạ cọc chấn động (Hình 11.7e): Thiết bị này về cơ bản gồm có hai khối nặng quay ngược chiều nhau. Các thành phần lực ly tâm nằm ngang phát sinh do sự quay các khối nặng triệt tiêu lẫn nhau. Kết quả là lực thẳng đứng động hình sin được sản sinh và dẫn cọc đi xuống.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Hình 11.7 Thiết bị đóng cọc: (e) máy đóng cọc kiểu rung động; (f) ảnh máy hạ cọc chấn động (Được phép của Michael W. O'Neill, Đại học Houston)

Hình 11.8 Công tác đóng cọc ở hiện trường.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Xói nước là kỹ thuật đôi khi được dùng trong đóng cọc khi cọc cần xuyên qua lớp đất cứng mỏng (như cát và sỏi sạn) phủ bên trên lớp đất yếu hơn sạn) phủ bên trên lớp đất yếu hơn. Theo kỹ thuật này, nước được xả ra ở mũi cọc qua một ống đường kính 50-75 mm (2-3 in.) để rửa và làm tơi cát, sỏi sạn. - Cọc xoắn:

ầ ế ố

b) Cọc đúc tại chỗ: được đúc bằng cách tạo một lỗ (bằng đóng ống thép hoặc nổ mìn) trong đất, sau đó đặt cốt thép nếu cần, rồi đổ đầy ồ ổ ầ bê tông vào và đầm chặt bê tông trong hố. Có nhiều loại cọc bê tông đổ tại chỗ khác nhau hiện được sử dụng trong xây dựng, và hầu hết đã được các nhà sản xuất cấp bằng sáng chế. Các cọc này được phân thành hai loại chính: (a) cọc đổ theo khuôn và (b) cọc đổ không theo khuôn. Cả hai loại có thể có chân đế ở đáy. có chân đế ở đáy

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(cid:131) Cọc đổ theo khuôn : được tạo ra bằng cách đóng ống chống bằng thép vào đất với sự trợ giúp của một trục lõi đặt bên trong ống. Khi đạt tới độ sâu yêu cầu thì rút trục lõi lên và đổ đầy bê tông vào ống chống. Hình 11.4a, b, c, và d chỉ ra một số ví dụ của cọc đổ theo khuôn không mở rộng đáy. Hình 11.4e trình bày cọc đổ theo khuôn mở rộng đáy. Phần mở rộng đáy có dạng hình bầu bê tông được tạo ra bằng cách đóng búa lên bê tông tươi.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Hình 11.4 Cọc bê tông đổ tại chỗ

(cid:131) Cọc đổ không theo khuôn :

loại cọc đổ không theo (Hình 11.4f và 11.4g) là hai khuôn, trong đó một loại có chân đế mở rộng và loại kia không có. Để tạo ra cọc đổ không theo khuôn đầu tiên đóng ống chống xuống đến độ sâu yêu cầu, tiếp đến đổ bê tông tươi vào. Ống chống sau đó được từ từ rút lên. từ rút lên

ấ ẩ

c) Cọc đẩy chèn và cọc không đẩy chèn: Tùy theo đặc tính hạ cọc có thể phân làm hai loại (cid:131) Cọc đẩy chèn: Cọc đóng là các cọc đẩy chèn vì chúng làm dịch chuyển một ít đất theo phương ngang; do đó làm tăng mật độ của đất xung quanh các cọc. Cọc bê tông và cọc ống mũi bịt kín là các cọc đẩy chèn cao. Tuy nhiên, cọc thép chữ H dịch ể chuyển ít đất hơn theo phương ngang khi đóng cọc, nên chúng là các cọc đẩy chèn thấp. (cid:131) Cọc không đẩy chèn: Cọc khoan là các cọc không đẩy chèn vì việc hạ cọc làm thay đổi rất ít trạng thái ứng suất trong đất.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

4. PL theo phương trục cọc:

- Cọc đứng:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Cọc Xiên: các cọc đóng nghiêng so với phương thẳng đứng một góc, gọi là các cọc xiên. Các cọc xiên được dùng trong nhóm cọc khi cần làm tăng khả năng chịu tải theo phương ngang. Cọc cũng có thể được hạ bằng cách khoan một phần nhờ máy khoan trước các lỗ. Sau đó các cọc được đưa vào trong các lỗ và đóng đến độ sâu yêu cầu. Có thể phân thành: ể ầ • Cọc xiên một hướng: góc xiên giữa trục cọc và phương thẳng đứng từ 50 đến 100 có thể đến 150 • Cọc xiên hai hướng hoặc nhiều hướng (cọc nạng): Góc xiên > 100 ÷ 150

II. Phân loại móng cọc: theo 2 cơ sở

1. PL theo vị trí đài cọc: • Móng cọc đài thấp: thường có đài đặt thấp dưới mặt đất và có tác dụng truyền một phần thẳng đứng lên đất nền. (thường áp lực thẳng đứng lên đất nền (thường áp lực dùng trong các công trình thuỷ lợi, xây dựng) • Móng cọc đài cao: Đài của móng cọc đài cao thường đặt ở vị trí cao hơn mặt đất, nó liên kết với các cọc tạo thành một hệ kết cấu không gian siêu tĩnh nhiều bậc, sự tiếp thu lực và làm việc của các cọc sẽ phức tạp và khác nhiều so với móng cọc đài thấp. (thường dùng trong các công trình giao thông, cầu, cảng). thông, cầu, cảng). 2. PL theo tác dụng trong đất của cọc: • Móng cọc chống • Móng cọc treo

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.3 Sự làm việc của cọc và đất bao quanh cọc

I. 1.

Ý nghĩa thực tiễn Nguyên nhân và mục đích nghiên cứu

• •

•

NN: Khi hạ cọc vào trong đất trạng thái ƯS BD của đất sẽ thay đổi NN: Khi hạ cọc vào trong đất trạng thái ƯS, BD của đất sẽ thay đổi (tùy theo độ sâu hạ cọc) khác với của đất tự nhiên, do đó cần n/c sự làm việc tương hỗ giữa cọc và đất bao quanh. MĐ: Dựa trên cơ sở đó, có thể chọn được kích thước cọc, khoảng cách cọc, tính toán SCT cọc đơn và thiết kế móng cọc

2. Phương pháp nghiên cứu

•

Dùng biện pháp thí nghiệm đóng cọc vào trong đất; trong quá trình cọc hạ sâu vào đất, ghi lại những thay đổi về trạng thái ƯS, BD của đất bao quanh

ấ

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.3 Sự làm việc của cọc và đất bao quanh cọc (tiếp)

II. Cọc chống

•

ể

ấ

Đất yếu

•

Đất tốt

Đất dưới mũi cọc chống chặt và bền hơn đáng kể so với đất xung quanh mặt bên cọc, phần tải trọng truyền cho đất x/q cọc nhỏ hơn đáng kể so với phần truyền cho đất đầu mũi cọc. Đất nền cọc chỉ chịu lực trong phạm vi đầu mũi cọc, đất x/q cọc chủ yếu có tác dụng chống uốn dọc trục cọc.

Fc

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

III. Cọc treo 1. Quá trình lèn chặt đất khi hạ cọc

- Khi hạ cọc vào trong đất, phần đất cọc đi qua vị biến dạng, thể tích đất do cọc đẩy ra làm đất bao quanh cọc bị trượt đối xứng.

d

ộ ự

ạ ọ - Khi độ sâu hạ cọc còn nhỏ thì sự lèn chặt đất chỉ xảy ra dưới đầu mũi cọc, còn đất xung quanh bị đẩy trồi (ép trồi) lên trên mặt nền.

Vùng Đất nén chặt

Đất yếu

- Khi độ sâu hạ cọc tăng đến mức độ nào đó thì khả năng đất trồi lên trên mặt sẽ không còn, sự trượt đối xứng sẽ kết thúc ở bên trong khối đất.

g ộ ụ

Đất bị ép ra từ dưới mũi cọc sẽ dồn tới khu vực bao quanh cọc và lèn chặt đất ở đó, hình thành một thể tích hình trụ có đường kính giới hạn ngoài gần gấp 6 lần đường kính cọc (d).

D=6d

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

-Thể tích hình trụ nén chặt này tạo ra sức chống trượt của đất ở đầu mũi cọc và làm tăng trị số ma sát giới hạn ở bề mặt xung quanh cọc.

§5.3 Sự làm việc của cọc và đất bao quanh cọc (tiếp)

III. Cọc treo (tiếp)

ϕ /4 ϕ tb/4

Đất yếu

- Hiện tượng đẩy trồi tại đầu mũi cọc cũng như sự lèn chặt trong phạm vi hình trụ trong đất cát và đất dính có nhiều điểm khác nhau: Hiện tượng ép trồi trong đất dính tiến triển chậm chạp, thường kéo dài vài ngày sau khi kết thúc việc hạ cọc → cần chú ý khi xác định thời gian cần chú ý khi xác định thời gian việc hạ cọc đổ bê tông đài cọc. - Biểu đồ phân bố ứng suất ở cao trình đầu mũi cọc không đều, có hiện tượng tập trung ứng suất. Trong tính toán giả thiết ứng suất phân bố đều. - Diện tích phân bố ứng suất ở cao trình đầu mũi cọc được xác định như diện tích của đáy nón có đường sinh làm với trục cọc một góc ϕ

tb/4.

Đất tốt

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Khi hạ cọc xuống, kéo theo một vỏ đất (dày đến 1 cm) bao quanh bề mặt cọc, do đó ma sát trên thực tế không xuất hiện giữa vật liệu cọc và đất mà giữa đất xung quanh cọc và “ vỏ đất ”

2. Ảnh hưởng của chế độ đóng cọc tới sức kháng của đất

-Sức kháng của đất (sức chịu tải của cọc) khi đóng liên tục và khi nghỉ đóng cọc khác nhau:

fi f

Rgh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(cid:131)

g g ợ p ụ

(cid:131)

(cid:131) tới ứ khá hỉ ả h h ở đất à

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Đối với đất dính: - Khi đóng cọc liên tục, nước trong đất thoát ra chậm, chỉ đủ bôi trơn xung quanh cọc, cọc dễ đóng và sức chịu tải giảm. - Khi nghỉ đóng, kết cấu đất được khôi phục và sức chịu tải ị tăng. Đối với đất rời: xảy ra ngược lại với đất dính. - Khi đóng liên tục, do rung động, đất cát ở đầu mũi cọc được lèn chặt cục bộ gây khó đóng, sức chịu tải tăng. - Khi nghỉ đóng, đất cát đầu mũi dãn ra, do đó dễ đóng hơn. Hiện tượng trên được gọi là hiện tượng giả khi đóng cọc, liên quan đến khả năng thoát nước trong đất và hiện tượng nới dãn của đất. Đối ới hữ Đối với những đất mà sự nghỉ ảnh hưởng tới sức kháng, thì thì cần phải lấy kết quả thí nghiệm sau khi nghỉ, mới biểu thị đúng đặc tính trạng thái của đất khi chịu tải trọng tĩnh của công trình.

§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn KN về sức chịu tải của cọc đơn

I.

1. Định nghĩa (cid:131)

Sức chịu tải của cọc đơn là tải trọng lớn nhất tác dụng lên cọc và đảm bảo hai điều kiện:

ấ ề

- Cọc không nứt vỡ (điều kiện vật liệu cọc) - Đất ở mũi cọc và quanh cọc không bị phá hoại về cường độ hoặc về biến dạng (điều kiện đất nền). Như vậy, SCT của cọc là khả năng chịu tải lớn nhất, phụ thuộc vào Pc = f (vật liệu cọc, cường độ đất bao quanh cọc) (cid:131) Tuỳ theo phương của tải trọng tác dụng lên đầu cọc, phân biệt

- Sức chịu tải dọc trục của cọc - Sức chịu tải ngang trục của cọc.

2. g y

ị

Nguyên tắc xác định Gọi

Pvl : SCT tính theo cường độ vật liệu làm cọc Pđ : SCT tính theo cường độ đất bao quanh cọc.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(5-1) (5-2) : Pc = min (Pvl , Pđ ) Pvl ≅ Pđ Về kỹ thuật : Về kinh tế Trong mọi trường hợp cần chọn kích thước cọc sao cho, (5-3) Pvl ≥ Pđ

§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp)

I. KN về sức chịu tải của cọc đơn (tiếp)

3. Mục đích

+ Chọn loại cọc dùng; + Xác định số lượng cọc.

II. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc đơn

A- Sức chịu tải dọc trục theo điều kiện cường độ vật liệu cọc (Pvl ) A Sức chịu tải dọc trục theo điều kiện cường độ vật liệu cọc (P )

(5-4) Pvl = mc( mcb Rb Fb + Ra Fa )

mc - hệ số điều kiện làm việc, lấy bằng 0,6 đối với cọc chế tạo trong đất, và bằng 1 đối với các cọc khác.

B- Sức chịu tải dọc trục theo điều kiện đất bao quanh cọc (Pđ ) Hai phương pháp xác định:

- Phương pháp phân tích lực, - Phương pháp thí nghiệm hiện trường Phương pháp thí nghiệm hiện trường.

1) Phương pháp phân tích lực a) Nội dung phương pháp:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Tách sức chịu tải dọc trục của cọc thành hai thành phần: + Do cường độ đất đầu mũi cọc tạo nên (Pcm), + Do sức kháng của đất bao quanh cọc tạo nên (Pcb).

(5.6)

Pđ = mc(Pcm + Pcb)

b) Đối với cọc chống:

(5-7) (5 7)

Pđ = mc Pcm Pđ = mc mRR F P = m m R F

F mc: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong nền đất, lấy bằng 1. c) Đối với cọc treo (cọc ma sát): Khả năng chịu tải của cọc treo được xác định bởi hai thành phần: (5-8)

Pđ = mc ( Pcm + Pcb )

Pcm = mR R F ; Pcb = u ∑ mf fi li

Với: (5-9) (5-10) ệ fi f ọ là hai đại lượng chưa biết cần được xác

Pđ = mc (mR R F + u ∑ mf fi li ) mc: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, m = 1 g ệ ệ Trong công thức (5-10), R và fi

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

định.

d) Xác định sức kháng tính toán của đất (R, fi ): Thường dùng ba phương pháp: - Phương pháp lý thuyết - Phương pháp thí nghiệm bằng cọc xuyên tĩnh. - Phương pháp thống kê các tài liệu thực tế. (cid:131) Phương pháp lý thuyết - Xác định R

Rgh

. Cơ sở của phương pháp: Dựa vào lý thuyết cân bằng giới . Cơ sở của phương pháp: Dựa vào lý thuyết cân bằng giới hạn và sự xuất hiện các mặt trượt liên tục trong đất đầu mũi cọc (đất nền cọc).

. Nhờ cách giải gần đúng các bài toán lý thuyết cân bằng giới hạn của khối đất biến dạng đối xứng trục, Berezanxev đã lập được công thức tính tải trọng giới hạn của đất nền đầu mũi cọc :

Rgh = A. γ.d + B . q + C . c q: tải trọng bên tác dụng lên mặt ngang đầu mũi g (5-11) g g g

hc

cọc: , với α < 1 q = α . γ. hc

dc

α: hệ số xét đến ảnh hưởng của lực dính (c) và

q= α.γ.hc

Rgh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp)

lực ma sát trong chiều sâu hc d: đường kính cọc .

II. Xác định SCT dọc trục của cọc đơn (tiếp)

d) Xác định sức kháng tính toán của đất (R, fi ) (tiếp) (cid:131)

Cần xuyên Cần xuyên

ống bao

Phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh - Thiết bị thí nghiệm: Giới thiệu một loại thiết bị xuyên. - Các đặc trưng kỹ thuật : Các đặc t ư g ỹ t uật

10.000 KG 5.000 KG

mũi xuyên

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

• Chiều sâu tối đa: 15 m • Tổng lực nén: • Sức chịu nén của mũi xuyên: • Đường kính mũi xuyên: 36 mm • Góc nghiêng của mũi xuyên: 600 • Đường kính ngoài của cần xuyên: 36 mm 18 mm • Đường kính cần xuyên: 0,25 - 0,50 m/ph • Vận tốc xuyên: 0 25 - 0 50 m/ph • Vận tốc xuyên:

§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp)

II. Xác định SCT dọc trục của cọc đơn (tiếp)

cọc

- Mô tả thí nghiệm và sử dụng kết quả thí nghiệm: Ta tiến hành thí nghiệm và thu được hai đại lượng qx và fx, trong đó: . qx: trị số sức kháng bình quân của đất dưới mũi xuyên (kPa, T/m2). dc

tk

fx

4dc Trị số qx được xác định trong phạm vi từ phía trên cao trình mũi cọc thiết kế một đoạn bằng dc đến phía dưới cao trình mũi cọc thiết kế một đoạn = 4dc; (dc- đường kính, tính bằng m). . fx: trị số sức kháng bình quân của đất trên thành bên của xuyên (KPa, T/m2).

qx

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp)

II. Xác định SCT dọc trục của cọc đơn (tiếp)

- Sức kháng giới hạn của đất dưới mũi cọc lấy theo kết quả xuyên tại điểm thí nghiệm tính theo công thức:

(KPa, T/m2)

R = β

1 qx

- sức kháng giới hạn của đất trên thành bên cọc lấy theo kết quả xuyên tại điểm thí nghiệm được tính theo công thức:

(KPa, T/m2)

f = β

2 fx ,

1, β β

2 tra bảng V-4, GTr. NM

- Thay R, f tính được vào công thức (5-10) để xác định Pc. (cid:131) Phương pháp thống kê các tài liệu thực tế (phương pháp kinh nghiệm)

ố

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Dùng công thức kinh nghiệm và các trị số kinh nghiệm đã cho trong TCXD để tính R, f (xem bảng V-1 và V-2; hệ số mR và mf được xác định theo bảng V-3).

2) Phương pháp thí nghiệm ở hiện trường Hai phương pháp thí nghiệm: - Phương pháp nén cọc (dùng tải trọng tĩnh) - Phương pháp động (dùng tải trọng động) a) Phương pháp thí nghiệm nén cọc:

+ Nội dung của phương pháp: Đóng cọc đến độ sâu nào đó (thường là chiều sâu dự tính của người thiết kế), sau đó chất tải trọng tĩnh lên cọc theo nguyên tắc tăng dần từng cấp cho đến sau đó chất tải trọng tĩnh lên cọc theo nguyên tắc tăng dần từng cấp cho đến khi nền đất không đủ sức giữ cọc nữa. Trong quá trình chất tải có theo dõi độ lún của cọc bằng thiết bị đặc biệt. + Thí nghiệm và kết quả :

- Việc chất tải trọng tĩnh lên cọc được thực hiện bằng nhiều cách (Hình). - Kết quả thí nghiệm thể hiện bằng biểu đồ quan hệ (S~P)

Pgh P(kN) P(Δ) 0 Δ Δ

Đường lún ổn định quy ước

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

S(mm)

+ Sử dụng kết quả thí nghiệm để xác định sức chịu tải (tính toán) của cọc: Công thức xác định sức chịu tải tính toán của cọc Pgh P(Δ) P(kN) 0 bằng thí nghiệm nén cọc: Δ Sgh

Đường lún ổn định quy ước

tcP ck Ptc: tải trọng giới hạn tiêu chuẩn của cọc được xác định theo kết quả thí nghiệm (quan hệ S~P) tùy thuộc loại TTGH :

(5-12) (5-12) Pc = mc P = m

S(mm)

Ptc = Pgh Ptc = P(Δ) ) (5-13) ( (cid:121) Tính toán theo TTGH 1: (cid:121) Tính toán theo TTGH 2: ξ Δ = ξ Sgh gh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Sgh: trị số độ lún trung bình g.h của móng nhà hoặc công trình, lấy theo yêu cầu TK ξ: hệ số chuyển đổi từ trị số độ lún trung bình giới hạn (Sghtb) của móng nhà hoặc công trình dưới tác dụng của tải trọng dài hạn sang độ lún của cọc nhận được khi thí nghiệm theo tải trọng tĩnh ứng với sự ngừng lún quy ước.

b) Phương pháp thí nghiệm đóng cọc : - Nội dung của phương pháp : Khi hạ cọc tới một chiều sâu nào đó, rồi dùng búa (trọng lượng Q) đóng một nhát vào cọc, cọc sẽ bị lún xuống (S). Trị số độ lún của cọc do một nhát búa gây ra gọi là độ chối và ký hiêụ là (e). Rõ ràng là, sức chịu tải của cọc càng lớn (đất cứng) thì độ chối e càng bé và ngược lại, sức chịu tải càng bé (đất yếu) thì e càng lớn. ậy, g ọ ộ ị

Như vậy, giữa sức chịu tải của cọc và độ chối e có một ộ liên hệ nghịch biến nào đó (Pgh~e). Nếu biết liên hệ đó, thì sau khi đóng cọc đến chiều sâu tuỳ ý, dùng búa đóng thử để đo e, ta sẽ tìm được Pgh của cọc.

- Lập công thức liên hệ (Pgh ~ e): giới thiệu cách thiết lập công thức của N.M. Gerxêvanov, tác giả Nga. Công thức được thành lập dựa trên hai nguyên lý: + Nguyên lý bảo toàn năng lượng (cân bằng công khi đóng cọc) cọc) + Nguyên lý va chạm tự do giữa hai vật thể đàn hồi. Theo nguyên lý bảo toàn năng lượng thì:

Pgh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Công của một nhát búa sẽ sinh ra công làm cọc lún xuống, công do búa dội lại (khắc phục biến dạng đàn hồi của cọc và búa) và công tiêu hao (do sinh nhiệt, khắc phục biến dạng đàn hồi của đất ...):

α - hệ số xét đến sự tiêu hao động năng do sinh nhiệt, biến dạng đàn hồi … Được biểu diễn như sau: (5-14) QH = Pgh. e + Qh + α QH . Để đơn giản, Gerxevanov giả thiết h = 0, khi đó công thức (5-10) có dạng: (1 - α ) QH = Pgh . e

(5-15) . Đặt (1 - α) = β , ta có: β QH = Pgh . e

. Trị số β phụ thuộc vào vật liệu làm cọc, phương pháp đóng cọc, và Pgh,... . Tuy vậy, trong quá trình đóng cọc nhất định nào đó thì ngoài trị số Pgh , còn tất cả các yếu tố khác đều không đổi, do đó β chỉ phụ thuộc vào Pgh. . Gerxevanov đưa ra hàm β = f(Pgh) là hàm giảm dần có dạng

hypecbol như sau:

+ BA

P gh F F

=β β

(5.16)

n

P gh F

Pgh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

hệ số, phụ thuộc vật liệu cọc và điều kiện đóng cọc. diện tích tiết diện ngang cọc. n: F: A,B: hai hằng số cần tìm.

+ Tìm A:

2/2g) = QH

2/2g), mà Q.(v1

o.Q.(v1

Giả thiết: lúc mới đầu đóng cọc, cọc và búa coi như hai vật thể va chạm tự do, nghĩa là Pgh/F = 0, vì vậy theo lý thuyết va chạm tự do của 2 vật thể thì xung lượng sau khi va chạm được tính như sau: W = β

qKQ + 2 qQ + Q

2= 0,2, khi hạ bằng chấn

) do đó, từ (5.16) : ) (5.17) ( β A = β.n = β β o.n = o

2= 0).

( v1 : tốc độ của búa trước khi va chạm g : gia tốc trọng trường (=9,81m/s2) β o: hệ số hiệu quả khi va chạm tự do . K1: hệ số phục hồi tốc độ khi va chạm (khi đóng cọc thì K1 động thì K1 q: trọng lượng cọc bao gồm cả mũ cọc, đệm cọc và cọc dẫn nếu có

+ 2 2 qKQ 1 + qQ P gh+ F

+ Tìm B: h à bú khô

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(5.18) Giả thiết: Trường hợp đóng búa mà cọc không Giả thiết T ờ đó thể lún xuống được nữa (e = 0). Lúc đó công có ích hoàn toàn dùng để phá vỡ vật liệu cọc do đó trị số Pgh/F= ∞, từ (5-16) ta có: β= B, nhưng vì e = 0 nên β= 0 và như vậy B = 0. Thay vào (5.16) ta tìm được:

Thay (5-18) vào (5-15), β QH = Pgh . e và giải ra ta được:

Q

q

−

(5.19)

Pgh

nF 2

4 nF

QH e

2,0 + qQ

⎤ 1 ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎣

Sức chịu tải tính toán của cọc theo kết quả thí nghiệm động (và tĩnh) là:

(5.20a)

mP = c

c

Q

c

−

(5.20b)

P

gh

P gh ck k QH e

m k

nF 2

4 nF

2,0 q + qQ

c

⎡ ⎢ ⎣

⎤ 1 ⎥ ⎦

n: hệ số, phụ thuộc vật liệu cọc và phương pháp đóng cọc; cọc vuông hoặc có lỗ tròn, cọc tiết diện tròn rỗng có lắp đầu mũi, có mũ đệm khi đóng n=1.500KN/m2; cọc gỗ, khi đóng không đặt mũ đệm n = 1.000KN/m2.

g g

- Khi

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Ứng dụng : Dùng kết quả t/n động để kiểm tra SCT của cọc - Nếu dùng búa có trọng lượng nhất định (Q), tiết diện cọc đã biết và bắt buộc cọc ) ( g đó phải chịu một tải trọng tính toán là Ptt, thì từ (5-20b) sẽ tính được độ chối tính toán ett = f (Q,F,Ptt) , xem công thức (5.21) g.tr. NM. thí nghiệm đóng cọc thử, chỉ việc đóng cọc đến chiều sâu thiết kế : - Nếu ethực = ett.thì cọc đủ dài và SCT của cọc Pc= Ptt . - Nếu ethực > ett thì chiều dài cọc chưa đủ, cần có biện pháp tăng thêm chiều dài của cọc (hoặc tăng thêm số lượng cọc) .

III. Sức chịu tải ngang trục của cọc đơn

l/d < 12, coi là thanh cứng chỉ bị quay do lực ngang. l/d ≥ 12, thanh mềm uốn được trong đất dưới tác dụng của lực Phương pháp lý thuyết Nghiên cứu sự làm việc của cọc với chiều dài l và đường kính d có thể chia cọc thành hai loại : + Cọc ngắn: + Cọc dài: ngang. ngang Do điều kiện làm việc khác nhau, tính toán cũng khác nhau.

h h

Ect

Ebp

Ebt

Ecp

+ Cọc ngắn (cọc cứng): Khi cọc quay (quanh điểm 0) cho rằng cọc vẫn thẳng, và đến một mức nào đấy các mặt trước, sau của cọc chịu tác dụng của phản lực đất thuộc loại áp lực đất chủ động và bị động. Bỏ qua tác dụng ma sát hai bên cọc. - SCT của cọc ngắn chỉ phụ thuộc vào điều kiện đất nền.

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

(Kb-Kc)γh (Kb-Kc)γh

+ Cọc dài (cọc mềm): Khi chịu lực ngang cọc dài bị uốn và chuyển vị ngang đáng kể (nhất là đầu cọc) thường bị hư hỏng do vật liệu làm cọc không đủ cường độ chịu ứng suất do mô men uốn cọc gây ra. - SCT của cọc dài phụ thuộc vào khả năng chịu uốn của VL cọc và đặc điểm biến dạng của đất nền. Để tính toán mô men uốn và chuyển vị của đầu cọc ta coi cọc như dầm tựa trên nền đàn hồi (nền biến dạng tuyến tính), với hệ số nền của nó tăng tỷ lệ theo chiều sâu: pz = Cz.u ; với hệ số nền Cz = m.z chiều sâu: p = C u ; với hệ số nền C = m z p u

M

T=9,8kN

4,6mm

19,1kN/m2

38,5kNm

u T

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp)

III. Sức chịu tải ngang trục của cọc đơn (tiếp)

ng - bảng 16(12) HDTKMC tr. 117, cho ứng với Δ

ng = 1 cm.

3) ầ ể

Phương pháp kinh nghiệm Trong TCXD người ta cho trị số kinh nghiệm, xác định sức chịu ngang của cọc đóng (cường độ tiêu chuẩn của cọc) theo trị số chuyển vị ngang của đầu cọc Δ Phương pháp thí nghiệm tĩnh bằng tải trọng ngang - Từ thí nghiệm, vẽ đường quan hệ giữa chuyển vị ngang u của đầu cọc với cấp tải trọng ngang tương ứng (P ~ u) - Công thức tính sức chịu tải ngang trục của cọc:

u ∆ng Png u(mm) 0

Png(∆ng)

Pnggh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp)

Png

III. Sức chịu tải ngang trục của cọc đơn (tiếp)

Công thức tính sức chịu tải ngang trục của cọc: ∆ng u(mm) 0

P

(5.22)

P =

m

cng

c

tc ng k

c c

tcP ngP

) g n ∆ ∆ ( g n P

Xác định Xác định : : + Tính theo trạng thái giới hạn thứ hai:

= ξ (5.23)

tc ngP

ng)

ng. Png(Δ

Pnggh

Png trong đó: Δ

ng : chuyển vị ngang cho phép của móng hoặc công

trình

ξ ng : hệ số kể đến sự tiến triển chuyển dịch ngang theo thời gian trong quá trình sử dụng, xác theo thời gian trong quá trình sử dụng, xác định bằng thí nghiệm. Khi không có tài liệu thí nghiệm thì cho phép lấy ξ = 0,8. + Tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất:

(5-24)

tc ngP

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

= Pgh

§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp)

IV. Ảnh hưởng của nhóm cọc đến sự làm việc của

cọc đơn

1- Nguyên nhân cần n/c:

hó ) Khi thiết kế ầ đế khả ă ủ hiệ ứ hó Do có sự tương tác giữa các cọc trong nhóm nên độ lún của nhóm cũng như SCT của cọc trong nhóm khác với của cọc đơn (ta gọi là Hiệu ứng ét ả h h ở nhóm). Khi thiết kế cần xét ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm đến khả năng chịu tải và biến dạng của cọc.

Đất yếu Đất yếu

Đất tốt

2- Nhóm cọc chống: Sức chịu tải dọc trục cọc:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

- Diện tích truyền tải trọng của đầu mũi cọc lên lớp đất chịu lực bằng diện tích ngang (diện tích tựa) của cọc, sức chịu tải dọc trục của mỗi cọc trong nhóm cọc vẫn bằng sức chịu tải của cọc đơn. của cọc đơn. - Sự thay đổi khoảng cách cọc chỉ ảnh hưởng đến độ lún nhưng ở mức độ nhỏ đáng kể so với cọc treo, vì thế trong tính toán thường lấy độ lún của nhóm cọc chống bằng độ lún của cọc đơn (xác định bằng thí nghiệm tải trọng tĩnh).

- Sức chịu tải ngang trục: do ảnh hưởng của nhóm cọc, đất bao quanh cọc được lèn chặt lại trong quá trình hạ cọc, sức chịu tải ngang trục của cọc đơn và cọc trong nhóm khác nhau; nhưng để kể đến thì còn nhiều tồn tại

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

3- Nhóm cọc treo: Hiệu ứng nhóm cọc, trước hết là yếu tố khoảng Hiệu ứng nhóm cọc trước hết là yếu tố khoảng lớn đến sức cách cọc có ảnh hưởng rất chống cũng như độ lún của cọc, (xem Hình).

- Nhóm cọc xa nhau: có khoảng cách giữa các cọc lớn hơn 6d (d đường kính cọc), các cọc trong nhóm cọc làm việc như cọc đơn. Trong thực tế ít khi bố trí các cọc xa nhau lớn hơn 6d . - Nhóm cọc gần nhau: có khoảng cách giữa các cọc nhỏ hơn 6d. (cid:143) Nếu bố trí khoảng cách các cọc trong vòng 3d - 6d thì:

ủ ủ . Sức chịu tải của cọc trong nhóm lớn hơn của cọc đơn. . Độ lún của nhóm cọc lớn hơn độ lún của cọc đơn.

(cid:143) Nếu khoảng cách các cọc nhỏ hơn 3d thì nhóm cọc được gọi là chùm cọc. Sức chịu tải của cọc trong chùm cọc giảm khi khoảng cách các cọc càng nhỏ. - Từ phân tích trên rút ra:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.5 Tính nền và móng cọc đài thấp theo TTGH

+ Khoảng cách tốt nhất giữa các cọc : 3d ≤ KCC ≤ 6d + Không nên bố trí: KCC < 3d, hoặc > 6d

I. Khái niệm

(cid:131)

Dưới tác dụng của tải trọng và các tác động thì móng cọc có thể đạt TTGH. Cần tính toán theo 3 TTGH: - Trạng thái giới hạn 1: Kiểm tra về cường độ (đ/với cọc, đài cọc) và về ổn Trạng thái giới hạn 1: Kiểm tra về cường độ (đ/với cọc, đài cọc) và về ổn định (đ/với nền cọc) - Trạng thái giới hạn 2: Kiểm tra về biến dạng (đối với nền cọc). - Trạng thái giới hạn 3: Kiểm tra về điều kiện hình thành và mở rộng các vết nứt (đối với cọc và móng cọc).

Khi tính toán móng cọc và nền theo sức chịu tải cần tính với tổ hợp tải trọng cơ bản và đặc biệt; khi tính toán theo biến dạng thì tính theo tổ hợp cơ bản.

(cid:131) Dùng các chỉ tiêu tính toán (Att) của vật liệu (cọc, đài cọc) và của đất nền. Mục đích tính toán: Đảm bảo cho công trình xây dựng trên móng làm việc bình thường trong quá trình khai thác, sửa chữa v. v...

II. Tính theo TTGH thứ nhất 1. Tính toán móng cọc chống:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

1. Tính toán móng cọc chống : - Do đặc điểm làm viêc của cọc chống trong nhóm, chỉ cần tính đối với mỗi cọc

≤

cũng là tính cho toàn móng cọc chống. - Tính toán móng cọc chống phải đảm bảo hai điều kiện:

N

(5.25)

i

F ci

P ci k

c

P

≤

(5.26)

H

F

i

cngi

cngi k

c

Ni, Hi: tải trọng tính toán tác dụng lên đầu cọc thứ i theo phương dọc trục và ngang trục (ứng vơí tổ hợp tải trọng bất lơị nhất)

Pci, Pcngi: sức chịu tải tính toán dọc trục và ngang trục của cọc thứ i kc: hệ số tin cậy, phụ thuộc phương pháp x/đ SCT cọc, kc > 1 Fci, Fcngi: tải trọng tính toán cho phép trên đầu cọc thứ i. 2. Tính toán móng cọc treo: a- Đối với cọc:

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

* Kiểm tra theo công thức (5-25) và (5-26), xét về toàn móng thì có thể nói đây là điều kiện để cọc và đất xung quanh cọc làm việc như một khối mómg hoàn chỉnh. b- Đối với nền của móng cọc:

b- Đối với nền của móng cọc:

* Trường hợp móng cọc chỉ chịu tải trọng thẳng đứng: biểu thức tính toán là:

(5-27) (5-28) (5-29) ≤ Pgh Ntt Ntt = N1 + N2 ; Pgh = Rgh .Fm + Um ∑τ

i hi

i được lấy gần đúng = fi )

Um = 2(a+b); Fm = (a x b ) = diện tích đáy bệ cọc . Ntt tải trọng tính toán tác dụng lên mặt nền của móng cọc . Rgh : cường độ giới hạn của móng cọc (xác định như hình vẽ trên) τ i: cường độ chống cắt (tiêu chuẩn) của đất ở mặt bên của khối móng cọc ở lớp đất thứ i có chiều dầy hi. (Trị số τ

hm hm

Rgh τ i

45o

45o-ϕ/2

N2 hc τ i

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.5 Tính nền và móng cọc đài thấp theo TTGH (tiếp)

II. Tính theo TTGH thứ nhất (tiếp)

* Trường hợp móng cọc chịu tác dụng của tải trọng ngang lớn:

Cần phải xét ổn định cường độ của cả khối, dùng phương pháp mặt trượt trụ tròn (đi qua đầu mũi cọc hoặc cắt qua các cọc, nếu mặt trượt cắt qua các cọc thì phải tính đến sức chống cắt của các cọc). Bỏ qua sức chống trượt ở hai mặt bên của khối trượt (hình). Ta có biểu thức: ủ khối t ứ hố

ó biể thứ

t (hì h) T

t ở h i

ặt bê

M

gh

≥

(5.30)

K

]

at

M

tt

∑ ∑

r

∑Gi

τ o

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.5 Tính nền và móng cọc đài thấp theo TTGH (tiếp)

III. Tính theo TTGH thứ hai

1. Tính toán móng cọc chống: * Đối với Cọc chống: Dùng biểu thức tính (5.25), (5.26), Khống chế độ lún và biến dạng ngang cọc. và biến dạng ngang cọc

≤

N

(5.25)

i

F ci

P ci k

c

P

≤

(5.26)

F

H

i

cngi

cngi k

c

Nhưng Pci và Pcngi lấy theo kết quả thí nghiệm tải trọng tĩnh, ứng với trị số Sgh và Δ

ng (xem lại kết quả thí nghiệm trang sau) * Đối với Móng cọc chống: không tiến hành tính toán độ lún (trị số độ lún Đối với Móng cọc chống: không tiến hành tính toán độ lún, (trị số độ lún có thể xảy ra của móng cọc đó được lấy bằng độ lún của cọc khi thí nghiệm theo tải trọng tĩnh)

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Pci = P(Δ), Δ = ξ Sghtb

Nhắc lại kết quả t/nghiệm ép cọc và đẩy cọc

Pgh P(kN) P(Δ) 0 Δ Sgh

S(mm)

Pcngi = ξ

ng. Png(Δ

ng)

Png ∆ng u(mm) 0

Png(∆ng) Ptc

Pnggh

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Png

2. D

A

Tính toán móng cọc treo: Lấy điều kiện biến dạng để khống chế theo biểu thức:

S ≤ Sgh Δ ≤ Δ (5-31) (5-32)

gh

hc

- Để tính S ta đưa về móng quy ước: Khối móng quy ước là ABCD, góc α = ϕ

B

C

tb/4 bqu = bc + 2hc tg α lqu = lc + 2hc tg α

bc bqư

∑hi = hc ptl = po - γ (hc + hm)

D

A

Tính lún và kiểm tra theo tinh thần TCXD với ≤ Rtc. po

(5-33) - Kiểm tra theo điều kiện (5-32) cho cọc. Điều kiện (5- 32) được biểu diễn thông qua điều kiện : Hi ≤ Pngi ( Δ

tk )

IV. Tính theo trạng thái giới hạn thứ ba.

- Theo sự xuất hiện vết nứt - Theo độ mở rộng cho phép vết nứt.

B

C

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

§5.6 Thiết kế móng cọc đài thấp

I. Các só liệu cần thiết kế để thiết kế

1. 2. Tài liệu về công trình Tài liệu về đất nền

II. II.

Nội dung và trình tự thiết kế Nội dung và trình tự thiết kế

Xác định số lượng cọc và bố trí cọc

1. Chọn loại móng cọc 2. Xác định độ sâu đặt đài cọc và sơ bộ chọn kích thước đài cọc 3. Chọn loại cọc, xác định kích thước cọc và sức chịu tải của cọc 4. 5. Kiểm tra sức chịu tải của cọc 6.

7. 7. Tính toán kiểm tra móng cọc và nền móng cọc theo trạng thái giới hạn 1 hay trạng thái giới hạn 2 tuỳ theo loại công trình Tính toán bệ cọc và cọc theo trạng thái giới hạn 3 (tức tính toán kiểm Tính toán bệ cọc và cọc theo trạng thái giới hạn 3 (tức tính toán kiểm tra kẽ nứt) theo quy phạm thiết kế các cấu kiện bê tông cốt thép

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG

Kết thúc chương 5

NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH

NỀN MÓNG