Bài giảng nền móng - Nguyễn Hữu Thái

Chia sẻ: TRẦN THỊ THANH HẰNG | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:63

Thêm vào BST

Báo xấu

468
lượt xem 184
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: 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 (a) tải trọng truyền từ kết cấu phần trên xuống hệ móng, (b) yêu cầu của các quy tắc xâ dựng địa phương, ây (c) tính chất ứng suất - biến dạng của đất đỡ hệ móng, (d) điều kiện địa chất đất nền. 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 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 1
Mở Đầu II. Nội dung Môn học Môn Nền Móng gồm 5 Chương: Chương I: Một số khái niệm cơ bản Chương II: Móng Nông trên Nền Thiên nhiên Chương III: Tính toán Móng Mềm Chương IV: Xây dựng Công trình trên Nền Đất yếu Chương V: Móng Cọc II. 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: - 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 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG Chương 1: Một số khái niệm cơ bản 4 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 2
§1.1 Khái niệm Nền và Móng Kết cấu phần trên Công trình nói chung gồm 3 bộ phận: Kết cấu phần trên + Móng + Nền Móng I. KN về Nền 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). Kết cấu phần trên - Phân loại nền: 2 loại Móng * Nền thiên nhiên: không qua xử lý. * Nền nhân tạo: đã qua xử lý Nền 5 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 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: 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), 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. * Móng gạch: * Móng đá hộc: dùng nơi sẵn đá. 6 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 3
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. * 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 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: . 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 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 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: . Không đào toàn bộ hố móng, mà dùng biện pháp thi công đặc biệt để hạ móng tới 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: * M. khối làm tại chỗ: kh làm ch * M. lắp ghép: tiến bộ, dễ dàng cơ giới hóa, nhưng đòi hỏi chuyên nghiệp cao. 8 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 4
§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 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 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 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 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. 10 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 5
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. 11 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 12 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 6
13 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 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: * TTGH về biến dạng. * TTGH về ổn định và cường độ. pIgh pIIgh * TTGH về xuất hiện và phát triển vết nứt. p 0 a) TTGH về biến dạng (TTGH 2) 1 2 -Định nghĩa: Là TTGH gây ra do đ/kiện biến dạng của nền. p Cường độ đảm bảo, nhưng biến dạng không đảm bảo (p ≤ pIgh) S S SB SA ΔS = SA-SB 14 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 7
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 15 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 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 . Nguyên tắc: Dùng đ/kiện biến dạng để khống chế sự làm việc bình thường của công trình: Dtt ≤ Dgh (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, θgh, ugh (u-chuyển dịch ngang). Dtt - các yếu tố về biến dạng tính toán, dựa vào lý thuyết đàn hồi (do đó cần khống chế ptc ≤ pIgh), bao gồm: S, ∆S, θ, u. pIgh pIIgh p 0 . 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 - Đối với công trình do đặc điểm làm việc của các thiết bị hoặc quá trình công nghệ không cho lún hoặc S chênh lệch lún nhiều. S 16 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 8
3- Tính Nền theo TTGH thứ nhất . Nguyên tắc: Dùng đ/kiện cường độ và ổn định để khống chế sự làm việc bình thường của công trình: Ntt < Rgh (1.2) qtt < qu hoặc theo B.M. Das: (Tải trọng lớn nhất nền còn chịu được) trong đó: Ntt , qtt– tổng tải trọng gây trượt tính toán Rgh , qu– Sức chống trượt giới hạn (sức chịu tải giới hạn). ch tr gi (s ch gi 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 Rgh Rgh m N tt ≤ = = Rat nc Ntt ≤ Rgh (1.3) nc k n FS kn 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) qu qall = ; q tt ≤ qall Theo B. Das: FS trong đó, qall – SCT giới hạn cho phép FS – hệ số an toàn ≥ 3 17 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG . 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 18 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 9
III. Các loại tải trọng và tổ hợp tải trọng 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..). 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: - Tải trọng tiê chuẩn (Ntc): là trị số tải trọng lớn nhất theo tiêu chuẩn thiết kế tiêu 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 19 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 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: * 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...) - 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 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 10
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 hiểm cho CT) để đưa vào tính toán. - Có các THTT sau a) Tổ hợp tải trọng cơ bản (chính) b) Tổ hợp tải trọng đặc biệt c) Tổ hợp tải trọng phụ (THTT thi công) THTT cơ bản THTT đặc biệt THTT phụ Loại tải trọng Các Các Các TT. thường xuyên th xuyên Các Các Các TT.tạm thời dài hạn Một số (xuất Một Một số TT.t/ thời ngắn hạn hiện trong thi công) Một TT. đặc biệt 21 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 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 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). 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: 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: 22 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 11
n ∑A i i =1 Atc = Atb = (1-3) 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: Atc Att = (1-4) kđ Trong đó: kđ - là hệ số an toàn đối với đất; được xác định theo những đặc trưng của tập hợp thống kê (được quy định trong tiêu chuẩn thiết kế các công trình riêng biệt, thí dụ: TCVN 4253-86). 23 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG §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 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. - 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 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 12
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: 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 - 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 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG §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: - 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 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 13
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. - 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 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). 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 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 14
Nền Móng Chương IV: Xây dựng công trình 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: . 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 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 1
- 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. §4.2 Các biện pháp về kết cấu công trình + Nguyên nhân xử lý: Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng toàn bộ hay từng bộ phận do: công trình có th toàn ph do: phá hay - Các điều kiện về biến dạng không được thoả mãn (S >[Sgh], ∆S >[∆Sgh]… ) - Áp lực tác dụng lên mặt nền quá lớn (Ntt > Rgh) + Mục đích xử lý: - Giảm tải trọng tác dụng lên móng → Làm giảm trị số VT - Tăng khả năng chịu lực của kết cấu. → Làm tăng trị số VP NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 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. - 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 2
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) P2 P1 δ = 3-5cm -Yêu cầu: + Cần hạn chế số lượng khe lún trong một công trình, vì mặc dù tác dụng kỹ thuật tốt nhưng tốn kém, thêm nhiều vật liệu xây dựng (phải làm thêm các tường ngăn ngang, dọc tại chỗ bố trí khe lún, làm khớp nối v.v...), và quản lý khó khăn nhất là trong các công trình thuỷ lợi. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 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 -Khớp nối là tấm đồng Ω: Thường dùng cho công trình thuỷ lợi -Khớp nối bằng chất dẻo polime: Rộng 18cm; khớp nối bằng chất dẻo ch dầy 0,4cm; mấu nhô 0,4cm; phần uốn cong rộng polime 2,5cm. (Theo Sản phẩm của Phòng kết cấu –Viên NCKHTL-HN) + Chiều rộng khe lún phải tính toán vừa đủ để δ = 3-5cm 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: δ = k.h.( tgθp - tgθtr ) (4.1) h: chiều cao khe lún θp, θtr: góc nghiêng của phần công trình ở bên phải và trái khe lún k: hệ số an toàn xét đến tính không đồng nhất của đất nền, có Dùng khe lún để phân thể lấy k = 1,3 - 1,5 tách công trình NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 6 3
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. - 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 SB SA B A L NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 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) - Các giằng có tác dụng tăng cường khả năng chịu ứng suất kéo phát sinh khi tường chịu uốn mà không Giằng bê tông ảnh hưởng đến độ mềm của công trình. cốt thép - Tính toán kết cấu giằng gia cường theo p/pháp dầm trên nền đàn hồi. Trong thiết kế thường lấy cốt thép cấu tạo là 5 - 15 cm2. - Có thể dùng biện pháp gia cố cục bộ để tăng cường Giằng cốt thép độ chống cắt cục bộ của tường hay của bộ phận công trình bằng cách đặt giằng hoặc đặt thêm cốt thép tại những nơi dự đoán có phát sinh ứng lực cắt lớn. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 8 4
§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: ph pháp: + Công thức tính sức chịu tải và cường độ tiêu chuẩn của nền có dạng chung là: pgh = Aγ.b + Bq + Dc các hệ số phụ thuộc góc ma sát trong ϕ của đất. A, B, D: γ, c : trọng lượng riêng và lực dính đơn vị của đất. b: chiều rộng móng. q: tải trọng bên móng. Như vậy, khi tăng độ sâu đặt móng hm , tức là tăng (q = γ.hm), thì pgh khả năng chịu tải của nền (pgh) được tăng lên. q= γ.hm hm + Mặt khác, nền nói chung có độ chặt tăng theo chiều sâu, nên khi hm o tăng là đã đặt móng tại lớp đất tốt hơn, do đó độ lún S giảm. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 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. . Bảo đảm được cao trình đặt móng thiết kế (tức là bảo đảm cao trình của các bộ phận công trình) là một vấn đề rất quan trọng và khó khăn, nhất là đối với nền đất yếu. . Để giảm bớt độ chênh lệch giữa cao trình đặt móng thiết kế với cao trình đáy móng sau khi lún ổn định thì thường phải nâng cao trình đặt móng thiết kế lên một trị số dự phòng, tính gần đúng theo công thức: Sdp = ½ ( S + Stc ) (4.2) Sdp - độ nâng thêm của cao trình dự phòng. S - độ lún ổn định do tính toán. hm Stc - độ lún xảy ra khi thi công. Sdp TK . Đối với các công trình dân dụng công nghiệp xây trên nền đất loại sét có thể lấy: Sdp = 0,7S (4.3) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 10 5
* 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). P e 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 rộng móng để cân bằng lún cho toàn bộ công trình (Hình 2). P e NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 12 6