Bài giảng Nền và móng theo tiêu chuẩn TCVN 11823-10:2017

ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CÔNG TRÌNH – BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT

NGUYỄN ĐÌNH DŨNG – NGUYỄN CHÂU LÂN – ĐẶNG HỒNG LAM

BÀI GIẢNG

NỀN VÀ MÓNG

THEO TIÊU CHUẨN TCVN 11823 - 10:2017

HÀ NỘI, THÁNG 7-2019

MỤC LỤC

Trang

CHƢƠNG 1 - MÓNG NÔNG TỔNG QUAN VỀ MÓNG NÔNG

CẤU TẠO MÓNG NÔNG

THIẾT KẾ MÓNG NÔNG

1.1. 1.1.1. Giới thiệu chung về móng nông 1.1.2. Phân loại móng nông 1.2. 1.2.1. Cao độ của móng nông 1.2.2. Các kích thước của móng nông 1.3. 1.3.1. Thiết kế móng nông theo trạng thái giới hạn cường độ 1.3.2. Thiết kế theo trạng thái giới hạn sử dụng 1.3.3. Thiết kế theo trạng thái giới hạn đặc biệt

3 3 3 4 5 5 6 6 20 30

CHƢƠNG 2 - MÓNG CỌC ĐƢỜNG KÍNH NHỎ TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC ĐƢỜNG KÍNH NHỎ

CẤU TẠO MÓNG CỌC ĐƢỜNG KÍNH NHỎ

DỰ TÍNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC ĐƠN

DỰ TÍNH SỨC CHỊU TẢI NGANG TRỤC CỦA CỌC

THÍ NGHIỆM CỌC TẠI HIỆN TRƢỜNG

THIẾT KẾ THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG

THIẾT KẾ MÓNG CỌC ĐÓNG CHO TRƢỜNG HỢP ĐẶC BIỆT

2.1. 2.1.1. Giới thiệu chung về móng cọc đường kính nhỏ 2.1.2. Phân loại móng cọc 2.2. 2.2.1 Cấu tạo cọc BTCT đường kính nhỏ 2.2.2. Cấu tạo bệ cọc 2.3. 2.3.1. Khái quát về sức chịu tải của cọc 2.3.2. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc đơn theo vật liệu 2.3.3. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc đơn theo đất nền 2.3.4. Dự tính sức chịu tải dọc trục của nhóm cọc 2.3.5. Sức chịu tải của cọc khi chịu nhổ 2.4. 2.4.1. Tổng quan về sức chịu tải ngang trục của cọc đơn 2.4.2. Tổng quan về sức chịu tải ngang trục của nhóm cọc 2.5. 2.5.1. Thí nghiệm nén tĩnh 2.5.2. Thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA 2.5.3. Thí nghiệm tải trọng động theo độ chối của cọc 2.6. 2.6.1. Móng tương đương 2.6.2. Dự tính độ lún của nhóm cọc 2.7. THIẾT KẾ MÓNG CỌC 2.7.1 Lựa chọn số cọc và cách bố trí cọc 2.7.2. Kiểm toán móng cọc theo TTGH cường độ 2.7.3. Kiểm toán móng cọc theo TTGH sử dụng 2.8. 2.8.1. Cọc chịu ma sát âm 2.8.2. Thiết kế cọc khi chịu lực ngang tại mố cầu 2.9. THI CÔNG MÓNG CỌC ĐÓNG 2.9.1. Thi công ở những nơi không có nước mặt 2.9.2. Thi công ở nơi có nước mặt

35 35 36 39 39 42 45 45 47 48 61 63 63 63 76 77 77 84 92 95 95 95 99 99 101 108 108 108 109 110 110 111

CHƢƠNG 3 - MÓNG CỌC ĐƢỜNG KÍNH LỚN TỔNG QUAN VỀ CỌC ĐƢỜNG KÍNH LỚN

120 120 120

3.1. 3.1.1. Giới thiệu chung về cọc đường kính lớn 3.1.2. Giới thiệu về cọc ống BTCT đường kính lớn 3.1.3. Giới thiệu về cọc khoan nhồi 3.2.

122 CẤU TẠO MÓNG CỌC ỐNG BTCT ĐƢỜNG KÍNH LỚN

THI CÔNG CỌC ỐNG BTCT ĐƢỜNG KÍNH LỚN

CẤU TẠO CỌC KHOAN NHỒI

122 123 125 125 125 126 126 129 131 131 131 137 138

3.2.1. Cấu tạo cọc ống BTCT đường kính lớn 3.2.2. Liên kết cọc vào bệ cọc và chân cọc vào tầng đá gốc 3.3. 3.3.1. Công nghệ hạ cọc ống BTCT đường kính lớn 3.3.2. Trình tự thi công 3.4. 3.4.1. Cấu tạo cọc khoan nhồi đường kính lớn 3.4.2. Cấu tạo bệ cọc khoan nhồi (móng cọc đường kính lớn) 3.5. THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI 3.5.1. Tổng quan về công tác thi công cọc khoan 3.5.2. Công nghệ khoan tạo lỗ 3.5.3. Gia công và hạ lồng cốt thép 3.5.4. Đổ bê tông cọc khoan nhồi

3.6.

141 CÁC SỰ CỐ KHI THI CÔNG VÀ KHUYẾT TẬT CỦA CỌC KHOAN

SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN

3.6.1. Các sự cố khi thi công cọc khoan 3.6.2. Các khuyết tật của cọc khoan nhồi 3.7. 3.7.1. Hệ số sức kháng của cọc khoan 3.7.2. Dự tính sức chịu tải dọc trục của cọc khoan nhồi 3.7.3. Khả năng chịu tải của nhóm cọc khoan 3.7.4. Sức kháng nhổ của cọc đơn và nhóm cọc 3.8. THIẾT KẾ MÓNG CỌC ĐƢỜNG KÍNH LỚN 3.8.1. Kiểm toán móng cọc đường kính lớn theo TTGH cường độ 3.8.2. Kiểm toán móng cọc đường kính lớn theo TTGH sử dụng 3.8.3. Thiết kế móng cọc theo TTGH đặc biệt

141 145 148 148 149 155 157 157 157 157 159

CHƢƠNG 4 - XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NỀN ĐẤT YẾU GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẤT YẾU

PHƢƠNG PHÁP CỌC CÁT ĐẦM VÀ CỌC ĐÁ

XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM

166 166 166 167 167 169 169 172 173 173 173 175 176 178 188 188 189 190 195 196 197 197 201 202

4.1. 4.1.1. Tổng quan về đất yếu 4.1.2. Phân loại đất yếu 4.1.3. Các vấn đề đặt ra với đất yếu 4.1.4. Một số phương pháp xử lý nền đất yếu thường được sử dụng 4.2. PHƢƠNG PHÁP ĐỆM CÁT VÀ BỆ PHẢN ÁP 4.2.1. Phương pháp tầng đệm cát (thay đất) 4.2.2. Phương pháp bệ phản áp 4.3. 4.3.1. Giới thiệu về công nghệ cọc cát đầm 4.3.2. Thi công cọc cát đầm chặt 4.3.3. Giới thiệu về công nghệ cọc đá 4.3.4. Thi công cọc đá 4.3.5. Thiết kế cọc cát đầm chặt và cọc đá 4.4. 4.4.1. Giới thiệu chung về bấc thấm 4.4.2. Những yêu cầu khi thiết kế bấc thấm 4.4.3. Thiết kế tính toán bấc thấm 4.4.4. Thi công cắm bấc thấm 4.4.5. Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của bấc thấm 4.5. PHƢƠNG PHÁP CỌC XI MĂNG ĐẤT 4.5.1. Công nghệ Jet – Grouting 4.5.2. Công nghệ CDM (Cement Deep Mixing) 4.5.3. Phương pháp tính toán thiết kế cọc xi măng-đất

CHƢƠNG 1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ THIẾT KẾ MÓNG NÔNG

1.1. TỔNG QUAN VỀ MÓNG NÔNG

1.1.1. Giới thiệu chung về móng nông

Hình 1.1 -Toàn cảnh trụ cầu dạng móng nông

MNTN mực nước thấp nhất MNTC mực nước thi công mực nước thông thuyền cao độ thông thuyền MNCN mực nước cao nhất MNTT htt

Móng nông là loại móng có chiều sâu chôn móng (h) nhỏ hơn 5 ~6 m. Chiều sâu h có thể được tính từ mặt đất hoặc từ MNTN đến đáy móng

Móng nông có hình dạng kết cấu đơn giản, với móng trụ mố cầu thường chọn hình chữ nhật hoặc hình vuông, biện pháp thi công tương đối dễ dàng và thông thường thì móng nông có chi phí rẻ.

Tuy nhiên, móng nông có một số nhược điểm như: do chiều sâu chôn móng nhỏ, nên độ ổn định về lật, trượt của móng nông kém (chịu mômen và lực ngang). Ở các lớp đất phía trên có sức chịu tải không lớn (trừ khi lớp đá gốc gần mặt đất) nên sức chịu tải nền đất là không cao và do đó móng nông chỉ chịu được tải trọng công trình nhỏ. Trong trường hợp mực nước mặt nằm sâu thì phương án thi công tương đối phức tạp do phải tăng chiều dài cọc ván và các công trình phụ trợ khi thi công.

1.1.2. Phân loại móng nông

(1). Theo vật liệu làm móng

Móng đá xây giống như móng gạch xây, móng đá xây phải được thi công từ dưới lên trên và khả năng tạo hình của đá xây là kém nên cũng làm kéo dài thời gian thi công, giảm hiệu quả kinh tế. Móng đá xây ít được sử dụng trong công trình cầu đường có yêu cầu về thời gian ngắn và chất lượng công trình cao. Móng bê tông có khả năng tạo hình tốt, thời gian thi công nhanh, khả năng chịu nén tốt nhưng khả năng chịu kéo rất kém. Móng bê tông cốt thép có các ưu điểm của móng bê tông, đồng thời có khả năng chịu kéo tốt. Hiện tại loại móng này được áp dụng phổ biến và rộng rãi nhất do tính thích ứng trong thi công và khả năng chịu tải tốt.

(2). Theo kích thước móng

Móng đơn là loại móng có cả ba kích thước (chiều dài, chiều rộng, chiều cao) đều nhỏ. Móng băng là móng có chiều dài lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng và chiều dày. Móng bè (móng bản) là loại móng có chiều dài và chiều rộng đều lớn hơn rất nhiều so với chiều dày.

(3). Theo vị trí tác dụng của tải trọng

Móng có tải trọng tác dụng đúng tâm điểm đặt của tải trọng nằm trọ tâm của móng. Móng có tải trọng tác dụng lệch tâm điểm đặt của tải trọng nằm lệch khỏi trọng tâm móng, điểm đặt tải trọng càng xa trọng tâm thì lệch tâm càng lớn. Móng có tải trọng ngang lớn thường xuyên ví dụ khi mố cầu có chiều cao lớn thì áp lực đất phía sau lưng mố sinh ra lực ngang lớn tác dụng lên móng.

(4). Theo biện pháp thi công

Phương pháp thi công tại chỗ có ưu điểm tận dụng được nhân công, tạo ra khối bê tông móng có tinh liên tục và dễ dàng khắc phục những sai số trong thi công. Không đỏi hỏi kỹ thuật thi công quá cao và chính xác. Nhược điểm của phương pháp này là thời gian thi công lâu, dẫn đến chịu ảnh hưởng của yếu tố thiên nhiên; Chất lượng bêtông không tốt bằng phương pháp lắp ghép do diều kiện bảo dưỡng tại hiện trường không đảm bảo như trong nhà xưởng; Cần nhiều thiết bị và máy móc phụ trợ trong khi thi công dẫn đến tăng chi phí.

Phương pháp thi công lắp ghép có ưu điểm thời gian thi công nhanh và việc đúc bê tông không cần đòi hỏi phải trình tự, cho nên rút ngắn được thời gian thi công công trình. Chất lượng bê tông đảm bảo do được bảo dưỡng trong nhà xưởng, giảm được số lượng thiết bị và vật liệu phục vụ cho thi công do đó giảm được chi phí. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là chất lượng mối nối thi công, các mặt cắt nối là nơi xung yếu; Yêu cầu khi đúc sẵn phải đảm bảo chính xác thì mới lắp ráp được; Khối bê tông móng là kém đồng nhất.

1.2. CẤU TẠO MÓNG NÔNG

Những vấn đề về kết cấu, thuỷ lực và địa kỹ thuật của thiết kế móng phải được phối hợp và phân biệt giải quyết trước khi duyệt thiết kế sơ bộ.

Những hậu quả của sự thay đổi điều kiện của móng do tác dụng của lũ thiết kế cho xói phải được xét đến ở trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử dụng. Những hậu quả của sự thay đổi điều kiện của móng do tác dụng của lũ kiểm tra xói cầu phải được xét đến ở trạng thái giới hạn đặc biệt. Xói ở móng cầu được nghiên cứu cho 2 điều kiện:

Lũ thiết kế xói: Vật liệu đáy sông trong lăng thể xói ở phía trên đường xói chung được giả định là đã được chuyển đi trong các điều kiện thiết kế. Lũ thiết kế do mưa kèm triều dâng hoặc lũ hỗn hợp thường nghiêm trọng hơn là lũ 100 năm hoặc lũ tràn với chu kỳ tái xuất hiện nhỏ hơn. Các trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới sử dụng phải áp dụng cho điều kiện này.

Lũ kiểm tra xói: ổn định móng cầu phải được nghiên cứu đối với các điều kiện xói gây ra do lũ dâng đột xuất vì bão mưa kèm triều dâng, hoặc lũ hỗn hợp không vượt quá lũ 500 năm hoặc lũ tràn với chu kỳ tái xuất hiện nhỏ hơn. Dự trữ vượt quá yêu cầu về ổn định trong điều kiện này là không cần thiết. Phải áp dụng trạng thái giới hạn đặc biệt cho điều kiện này.

Đối với các móng được xây dựng dọc theo các sông suối, cần phải đánh giá xói nền đất trong khi thiết kế. Những nơi có khả năng phát sinh xói thì cần phải có biện pháp bảo vệ thích hợp.

Gradient thủy lực không được vượt quá :

Đối với bùn và đất dính: 0.2

Đối với các loại đất không dính khác: 0.3

Nơi mà nước thấm dưới móng, cần phải xem xét tác động của lực nâng và lực thấm.

1.2.1. Cao độ của móng nông

Cao độ mặt trên được lựa chọn trên cơ sở các yếu tố: Cao độ mặt dưới, sông có thông thuyền hay không. Với những sông có thông thuyền. cao độ mặt trên còn do cấp thông thuyền trên sông quyết định.

Bệ móng nên được thiết kế với đỉnh bệ thấp hơn mức xói chung tính toán để giảm thiểu trở ngại cho dòng lũ và dẫn đến xói cục bộ. Ngay cả độ sâu thấp hơn cũng cần được xét cho bệ móng đặt trên cọc mà ở đó các cọc có thể bị phá hoại do xói và gỉ vì phô ra trước dòng chảy.

Hình 1.2 -Cấu tạo móng nông

Cao độ mặt dƣới được lựa chọn phụ thuộc vào điều kiện địa chất. Móng phải được đặt vào lớp đất tốt có cường độ chịu lực cao, tính biến dạng nhỏ và ổn định về lún. Tránh đặt móng vào tầng đất gây ra lún lệch.

Móng mở rộng đặt trên nền đất hoặc đá dễ xói thì đáy của nó cần đặt dưới độ sâu xói do lũ kiểm tra xói gây nên. Móng mở rộng đặt trên nền đá không bị xói phải được thiết kế và thi công để đảm bảo tính toàn vẹn của khối đá chịu lực.

Độ sâu của móng phải được xác định phù hợp với tính chất vật liệu móng và khả năng phá hoại. Các móng ở những nơi vượt dòng chảy phải được đặt ở độ sâu dưới độ sâu xói dự kiến lớn nhất.

Phải xem xét đến việc sử dụng vải địa kỹ thuật hay tầng lọc dạng cấp phối hạt để giảm khả năng thẩm lậu trong đá xô bồ hoặc đắp trả sau mố.

1.2.2. Các kích thƣớc của móng nông

Kích thƣớc mặt trên: hình dạng và kích thước móng thường phụ thuộc vào hình dạng và kích thước đáy công trình bên trên. Thường kích thước mặt trên của móng lấy lớn hơn kích thước đáy công trình bên trên một chút (thường từ 0.2~1.0m).

Kích thƣớc mặt dƣới Do sức chịu tải của nền đất thường nhỏ hơn cường độ vât liệu làm móng rất nhiều (ngoại trừ móng đặt trên nền đá gốc) nên phải mở rộng đáy móng 1 góc (α) để giảm áp lực của tải trọng công trình xuống nền đất. Đối với móng cứng, góc mở (α) không được vượt quá giá trị cho phép tuỳ theo loại vật liệu làm móng vì có thể làm gãy móng; Với móng mềm BTCT thì không qui định góc mở này.

Có thể tham khảo các giá trị góc mở α như sau:

- Móng đá hộc bằng vữa tam hợp (XM+cát)

- Móng đá hộc bằng vữa xi măng

- Móng bê tông độn đá hộc

- Móng bê tông =230 =300 =330 =400

Với các bệ móng đặt nghiêng hoặc có bậc. góc nghiêng hoặc chiều cao và vị trí của các bậc phải sao cho thoả mãn các yêu cầu thiết kế tại mọi mặt cắt.

Có thể lấy chiều rộng tổng cộng của bệ móng BTCT theo tiêu chuẩn JRA – 1999 (của Nhật Bản) như sau:

(1.1)

Trong đó:

Bề rộng của móng; B :

b : Chiều rộng hiệu quả khi thiết kế theo phương pháp ứng suất cho phép;

Chiều rộng thân trụ phía trên; LC:

D : Chiều dày bệ móng.

Chiều dày của móng được quy định phụ thuộc vào độ lớn của tải trọng và phải đảm bảo chịu được mômen uốn cũng như đủ chiều sâu chôn móng vào đất để móng ổn định. Chiều dầy móng thường có giá trị 1.0~1.5m (cho móng công trình có tải trọng nhỏ), 1.5~2.0m (cho tải trọng trung bình) và 2.0~3.0m (cho tải trọng lớn).

1.3. THIẾT KẾ MÓNG NÔNG

1.3.1. Thiết kế móng nông theo trạng thái giới hạn cƣờng độ

(Mục 6.3. TCVN 11823 - 10:2017)

Theo Điều 5.3.1. TCVN 11823 - 10:2017 thiết kế móng ở trạng thái giới hạn cường độ bao gồm việc xem xét sức chịu lực của đất nền và sức kháng kết cấu danh định của các bộ phận móng. Thiết kế móng ở trạng thái giới hạn cường độ không bao gồm việc xem xét các biến dạng cần có để tạo ra sức kháng danh định, trừ khi có định nghĩa sự phá hủy do biến dạng được được quy định.

Đối với thiết kế móng nông (Điều 5.3.2. TCVN 11823 - 10:2017) phải xem xét:

• Sức kháng ép danh định của đất nền;

• Lật hoặc bị mất diện tớch tiếp xỳc quá mức;

• Trượt ở đáy móng và

• Khả năng thi công.

(1). Khả năng chịu nén của nền đất dƣới đáy móng

Công thức kiểm toán, đơn vị tính bằng (N):

(1.2)

Trong đó:

: Tổng tải trọng thẳng đứng tại đáy móng đó nhõn hệ số.

i: hệ số tải trọng;

i: hệ số điều chỉnh tải trọng;

qR: sức kháng nén tính toán đã nhân hệ số (tính toán);

(1.3) qR = b x qn

qn: sức kháng danh định.

b: hệ số sức kháng nén của móng nông ở trạng thái giới hạn cường độ lấy theo Bảng 1.1- Điều 5.5.2.2 TCVN 11823-10-2017.

A': Diện tích có hiệu của đáy móng, tính bằng (mm2) (Hình 1.3).

A’: B’ x L’: (Điều 6.1.3. TCVN 11823 - 10:2017) Đối với móng chịu lực lệch tâm, sẽ dùng một diện tích có hiệu thu nhỏ B'x L' nằm trong đường bao của móng thực tế để tính toán khả năng chịu lực cũng như độ lún của đất nền. Với móng chịu lực lệch tâm, các kích thước có hiệu thu nhỏ được tính như sau:

B' = B - 2eB (eB = ML/V)

L' = L - 2eL (eL = MB/V)

Trong đó:

B, L: chiều rộng và chiều dài của móng;

eB: Độ lệch tâm song song với kích thước B (mm);

eL: Độ lệch tâm song song với kích thước L (mm).

Khi có tải trọng lệch tâm thì dùng các kích thước móng có hiệu L' và B' thay cho các kích thước thực của móng L và B trong tất cả các Phương trình. Hình vẽ liên quan đến sức kháng - Khoản 6.3.1.1. TCVN 11823 - 10:2017.

a) Trường hợp lệch tâm 2 trục a) Trường hợp lệch tâm 1 trục

Hình 1.3 -Diện tích chịu tải có hiệu

SỨC KHÁNG NÉN DANH ĐỊNH CỦA ĐẤT NỀN

(Điều 6.3.1. TCVN 11823 - 10:2017)

Khi t¶i träng lÖch t©m ®èi víi träng t©m cña ®Õ mãng, ph¶i dïng diÖn tÝch h÷u hiÖu chiÕt gi¶m, B x L n»m trong giíi h¹n cña mãng trong thiÕt kÕ ®Þa kü thuËt cho lón hoÆc søc kh¸ng ®ì. Áp lực chịu tải thiết kế trên diện tích hữu hiệu phải được giả định là đều khi móng đặt trong đất. Diện tích hữu hiệu chiết giảm phải là đồng tâm với tải trọng.

a. Các phương pháp lý thuyết

a.1. Tổng quát

Sức kháng nén danh định của nền đất rời dưới móng nông được định lượng dựa trên giải tích ứng suất có hiệu và các thông số sức kháng đất có thoát nước.

Sức kháng nén danh định của nền đất dính dưới móng nông được định lượng theo giải tích ứng suất tổng cộng và các thông số sức kháng của đất không thoát nước. Trong trường hợp đất mềm yếu và giảm sức kháng theo thời gian, thì sức kháng của loại đất này phải được định lượng theo điều kiện của hằng tải (tải trọng thường xuyên lâu dài) dùng các giải tích ứng suất có hiệu và các thông số sức kháng của đất thoát nước.

Đối với móng nông đặt trên nền đất đầm chặt, sức kháng nén danh định của nền được định lượng bằng sử dụng một trong hai phân tích ứng suất tổng cộng hay ứng suất có hiệu, lấy theo kết quả an toàn hơn.

a.2. Phương trình cơ sở sức kháng nén danh định

Sức kháng danh định của lớp đất. tớnh bằng Mpa, được xác định như sau:

(1.4)

Trong đó:

(1.5) Ncm = Nc .sc .ic

(1.6) Nqm = Nq .sq.iq.dq

(1.7) Nm = N.s .i

Trong đó:

g: Gia tốc trọng trường. tớnh bằng (m/s2);

c: Cường độ lực dính, lấy bằng sức kháng cắt không thoát nước Su, tính bằng (MPa);

Nc: Hệ số khả năng chịu ép thành phần lực dính, tra trong Bảng 1.2;

Nq : Hệ số khả năng chịu ép thành phần gia tải (nền đường), theo Bảng 1.2;

N: Hệ số khả năng chịu ép thành phần khối lượng riêng, theo Bảng 1.2;

 : Khối lượng riêng toàn phần (có độ ẩm) đất phía trên hoặc phía dưới chiều dày chịu lực của móng, tính bằng (kg/m3);

Df: Chiều sâu đặt móng, tính bằng (mm);

B: Chiều rộng móng, tính bằng (mm);

Cwq. Cwo: Hệ số điều chỉnh xét đến vị trí của mực nước ngầm cho trong Bảng 1.3;

Sc. S. Sq: Hệ số điều chỉnh hình dạng móng cho trong Bảng 1.4;

dq: Hệ số điều chỉnh xét đến sức kháng cắt dọc theo bề mặt phá hoại qua vật liệu đất rời ở phía trên mặt chịu lực như quy định trong Bảng 1.5;

ic. i. iq: Hệ số tải trọng nghiêng xác định theo các Phương trình 1.8 hoặc 1.9, 1.10 và1.11 dưới đây:

Khi gúc ma sát f = 0

(1.8)

Khi gúc ma sát f> 0

(1.9)

(1.10)

(1.11)

(1.12)

Trong đó:

B : Chiều rộng móng, tính bằng (mm);

L : Chiều dài móng, tính bằng (mm);

H : Tải trọng phương ngang không hệ số, tính bằng (N);

V : Tải trọng thẳng đứng không hệ số, tính bằng (N);

 : Góc của thành phần hình chiếu của phương lực trên mặt phẳng móng, tính bằng (độ);

Bảng 1.1 – Hệ số sức kháng nền của móng nông ở trạng thái giới hạn cường độ

(Điều 5.5.2.2 TCVN 11823-10-2017)

Hệ số

Phƣơng pháp / loại đất / tình trạng

sức kháng

0.50 Phương pháp lý thuyết (Munfakh et al.. 2001) trong đất sét

0.50 Phương pháp lý thuyết (Munfakh et al.. 2001) trong đất cát. sử dụng CPT

0.45 Phương pháp lý thuyết (Munfakh et al.. 2001) trong đất cát, sử dụng SPT b

Sức kháng nén 0.45 Phương pháp nửa thực nghiệm (Meyer hof. 1957) tất cả các loại đất

Móng đặt trong đá 0.45

Thí nghiệm bàn nộn 0.55

Bê tông đúc sẵn đặt trên cát 0.90

Bê tông đổ tại chỗ đặt trên cát 0.80  Bê tông đổ tại chỗ hoặc đúc sẵn đặt trên đất sét 0.85 Trượt

Đất trên đất 0.90

0.50 ep Thành phần áp lực đất bị động của sức kháng trượt

Bảng 1.2- Các hệ số Khả năng chịu ép Nc (Prandtl 1921).

Nq (Reissner. 1924) và N (Vesic. 1975)

Nc Nq Nc Nq N N f f

5.14 1.0 0.0 18.1 8.7 8.2 23 0

5.4 1.1 0.1 19.3 9.6 9.4 24 1

5.6 1.2 0.2 20.7 10.7 10.9 25 2

5.9 1.3 0.2 22.3 11.9 12.5 26 3

6.2 1.4 0.3 23.9 13.2 14.5 27 4

6.5 1.6 0.5 25.8 14.7 16.7 28 5

6.8 1.7 0.6 27.9 16.4 19.3 29 6

7.2 1.9 0.7 30.1 18.4 22.4 30 7

7.5 2.1 0.9 32.7 20.6 26.0 31 8

7.9 2.3 1.0 35.5 23.2 30.2 32 9

8.4 2.5 1.2 38.6 26.1 35.2 33 10

8.8 2.7 1.4 42.2 29.4 41.1 34 11

9.3 3.0 1.7 46.1 33.3 48.0 35 12

9.8 3.3 2.0 50.6 37.8 56.3 36 13

10.4 3.6 2.3 55.6 42.9 66.2 37 14

11.0 3.9 2.7 61.4 48.9 78.0 38 15

11.6 4.3 3.1 67.9 56.0 92.3 39 16

12.3 4.8 3.5 75.3 64.2 109.4 40 17

13.1 5.3 4.1 83.9 73.9 130.2 41 18

13.9 5.8 4.7 93.7 85.4 155.6 42 19

14.8 6.4 5.4 99.0 105.1 186.5 43 20

15.8 7.1 6.2 118.4 115.3 224.6 44 21

16.9 7.8 7.1 133.9 134.9 271.8 45 22

Bảng 1.3 - Hệ số Cwq và Cw với các mực nước ngầm khác nhau

Dw Cwq Cw

0.5 1.0 1.0 0.5 0.5 1.0 0.0 Df > 1.5B +Df

Bảng 1.4 - Các hệ số điều chỉnh hình dạng sc, s , sq

Hệ số Góc ma sát Thành phần ảnh hƣởng lực dính (Sc) Thành phần ảnh hƣởng đất đắp (Sq) Thành phần ảnh hƣởng trọng lƣợng riêng S

1.0 1.0 f = 0

Hệ số hình dạng

f> 0

Bảng 1.5 - Hệ số điều chỉnh độ sâu dq

Df / B dq Gúc ma sỏt ễf (độ)

1.20 1.30 1.35 1.40 1.20 1.25 1.30 1.35 1.15 1.20 1.25 1.30 1 2 4 8 1 2 4 8 1 2 4 8

Chỉ sử dụng hệ số điều chỉnh độ sâu khi đất ở phía trên cao độ của lớp đất chịu lực cũng rắn chắc như lớp đất phía dưới, nếu không, lấy hệ số điều chỉnh bằng dq=1.0.

Có thể nội suy tuyến tính cho các giá trị góc nội ma sát ở giữa các giá trị cho trong Bảng 1.5.

a.3. Sức kháng chịu cắt chọc thủng

Nếu cú thể xảy ra phỏ hoại cắt cục bộ hoặc cắt chọc thủng thì xác định sức kháng nén danh định theo các thông số sức kháng cắt chiết giảm c* và ϕ* trong Phương trình 1.13 và 1.14. Các thông số chịu cắt chiết giảm được xác định như sau:

(1.13)

(1.14)

Trong đó:

c* : Cường độ dính của đất với ứng suất có hiệu chiết giảm cho chịu cắt chọc thủng. (MPa)

ϕ*: Góc ma sát với ứng suất chiết giảm có hiệu cho chịu cắt chọc thủng, tính bằng (độ).

a.4. Sức kháng của móng đặt trên mái dốc

Khi móng đặt trên mái dốc hoặc gần mái dốc thì:

(1.15) Nq = 0

Trong phương trình 1.4. Nc và Nq được thay thế bằng Ncq và Nq. tương ứng trong các Hình 1.4 và 1.5. Trong Hình 1.4 hệ số ổn định mái dốc Ns được lấy như sau:

(1.16) • Khi B < Hs thì Ns = 0

(1.17) • Khi B ≥ Hs thì

Trong đó:

B : Chiều rộn móng, tính bằng (mm);

: Chiều cao của khối đất có mái dốc, tính bằng (mm). Hs

Hình 1.4 - Các hệ số điều chỉnh khả năng chịu tải của các móng trong đất dính và trên nền đất dốc hoặc kề giáp nền đất dốc theo MEYERHOF (1957).

Hỡnh 1.5 - Các hệ số điều chỉnh khả năng chịu tải của các móng trong đất rời và trên nền đất dốc hoặc kề giáp nền đất dốc theo MEYERHOF (1957).

a.5. Chiều sâu giới hạn của lớp đất thứ hai để xác định móng đặt trên hai lớp đất

Khi mặt cắt địa chất có lớp đất thứ 2 nằm trong phạm vi khoảng cách Hcrit dưới đáy móng có các tính chất cơ lý của đất khác với lớp đất phía trên, làm ảnh hưởng tới sức kháng cắt, thì sức kháng nén của nền đất có phân tầng này xác định theo các qui định tại các Điều 6.3.1.2.5 và 6.3.1.2.6 sau đây đề cập cho loại móng đặt trên hai lớp đất khác nhau. Cự ly Hcrit tính bằng mm xác định như sau:

(1.18)

Trong đó:

q1 : Sức kháng chịu nén danh định của lớp đất phía trên trong mặt cắt địa chất 2 lớp với giả thiết chiều dày của lớp đất này là vô hạn, tính bằng (MPa);

q2 : Sức kháng nén danh định của móng giả định có kích thước hình dáng đúng như móng thực tế nhưng đặt trên lớp đất thứ 2 (lớp đất phía dưới) của hệ thống có 2 lớp đất, tính bằng (MPa);

B : Bề rộng móng, tính bằng (mm);

L : Chiều dài móng, tính bằng (mm).

a.6. Sức kháng của móng đặt trên hai lớp đất chịu tải không thoát nước

Nơi nào móng đặt trên đất 2 lớp chịu tải không thoát nước, thì có thể xác định sức kháng nén danh định theo Phương trình 1.4 với các sửa đổi sau:

c1 : Sức kháng cắt không thoát nước của lớp đất phía trên như miêu tả ở Hình 1.6;

Ncm = Nm : Hệ số sức kháng như qui định dưới đây;

Nqm = 1.0

Khi lớp chịu lực nằm trên lớp đất dính rắn, Nm có thể lấy theo biểu đồ ở Hình 1.7.

Khi lớp chịu lực nằm trên lớp đất dính mềm yếu thì giá trị Nm có thể xác định như sau:

(1.19)

(1.20)

(1.21)

Trong đó:

: Chỉ số chọc thủng; m

: Sức kháng cắt không thoát nước của lớp đất phía trên, tính bằng (MPa); c1

: Sức kháng cắt không thoát nước của lớp đất phía dưới, tính bằng (MPa); c2

: Khoảng cách từ đáy móng đến đến đỉnh của lớp đất thứ 2; Hs2

: Hệ số điều chỉnh hình dạng xác định theo Bảng 1.4; Sc

: Hệ số khả năng chịu ép được xác định ở đây; Nc

Nqm : Hệ số khả năng chịu ép được xác định ở đây.

(b) (a)

Hình 1.6- Mặt cắt 2 lớp đất

Hình 1.7- Hệ số điều chỉnh khả năng chịu nén, Nm , của 2 lớp đất dính với lớp đất mềm phủ trên lớp đất cứng, EPRI (1983)

a.7. Sức kháng của móng đặt trên hai lớp đất chịu tải thoát nước

Khi móng đặt trên nền 2 lớp đất chịu tải thoát nước. sức kháng nén danh định tính bằng MPa có thể xác định như sau:

(1.22)

(1.23)

Trong đó

: Sức kháng cắt của lớp đất phía trên như miêu tả ở Hình 1.6, tính bằng (MPa); c'1

: Sức kháng nén danh định của đất dưới móng giả định có kích thước và hình dạng như q2 của móng đang xét nhưng đặt trên lớp đất thứ 2;

: góc ma sát trong với ứng suất có hiệu của lớp đất phía trên, tính bằng (độ). '1

b. Các phương pháp bán thực nghiệm

Sức kháng nén danh định của đất dưới móng có thể xác định dựa trên kết quả thí nghiệm tại chỗ hoặc bằng quan sát sức kháng của các lớp đất tương tự. Việc sử dụng thí nghiệm tại chỗ và sự thể hiện của kết quả thí nghiệm cần phải xem xét cả kinh nghiệm tại chỗ. Các thí nghiệm tại chỗ sau có thể được dùng: Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn và thí nghiệm xuyên tĩnh.

b.1. Sức kháng nén danh định dựa trên kết quả thí nghiệm SPT

Sức kháng nén danh định của cát, tính bằng Mpa, dựa trên kết quả SPT có thể xác định như sau:

(1.24)

Trong đó:

: Số nhát búa SPT trung bình hiệu chỉnh cho cả 2 yếu tố là chiều dày lớp đất và hiệu ứng có hiệu (số nhát búa/300mm) như qui định trong Điều 4.6.2.4. Số trung bình của nhát búa trên chiều dày trong phạm vi từ đáy móng tới chiều sâu bằng 1.5B bên dưới đáy móng;

B : Chiều rộng móng, tính bằng (mm);

Cwq. Cw: Các hệ số điều chỉnh xét đến vị trí mực nước ngầm như qui định trong Bảng 1.3;

: Chiều sâu đặt móng tính đến đáy móng, tính bằng (mm). Df

Xác định

Nếu các giá trị SPT được dùng, trừ khi có chỉ dẫn cho phương pháp thiết kế hoặc chỉnh lý được dùng, chúng sẽ phải được điều chỉnh để xét đến hiệu ứng của áp lực lớp đất phủ trên theo công thức sau:

(1.25) N1 = CN * N

N1 : Số SPT chỉnh lý có xét đến hiệu ứng áp lực đất phủ trên 'v (số nhát búa /300mm);

(1.26) và CN< 2.0

'v: ứng suất có hiệu thẳng đứng do trọng lượng bản thân các lớp đất tính từ mặt đất đến cao độ mũi cọc, tính bằng (MPa);

N : Số nhát búa SPT chưa chỉnh lý (số nhát búa/300 mm);

Giá trị SPT cũng điều chỉnh theo hiệu ứng của búa, nếu áp dụng được cho phương pháp thiết kế hoặc phép tương quan được dùng thì xác định như sau:

(1.27)

Trong đó:

N60 = Số búa SPT điều chỉnh theo hiệu ứng của búa;

ER = Hiệu quả của búa thử SPT biểu thị bằng số phần trăm của năng lượng rơi tự do lý thuyết tùy theo hệ thống búa thực dựng. Nếu không có số liệu của hệ búa thì có thể dựng trị số ER = 60% cho hệ búa thông thường dùng dây và đầu mèo. ER = 80% đối với hệ búa có hành trình tự động;

N = Số SPT chưa điều chỉnh (số nhát búa/300 mm);

Khi số búa SPT điều chỉnh cho cả hiệu ứng áp lực lớp đất phủ trên và hiệu ứng của búa. công thức điều chỉnh sẽ như sau:

(1.28)

b.2. Sức kháng nén danh định dựa trên kết quả thí nghiệm CPT

Sức kháng nén danh định, tính bằng MPa, của móng đặt trên đất rời dựa trên kết quả thí nghiệm CPT có thể tính như sau:

(1.29)

Trong đó:

: Sức kháng mũi côn trung bình trong một khoảng chiều sâu B bên dưới đáy móng, tính bằng (MPa);

B : Chiều rộng móng, tính bằng (mm);

Cwq. Cw : Các hệ số điều chỉnh xét đến vị trí mực nước ngầm như qui định trong Bảng 1.3;

: Chiều sâu đặt móng tính đến đáy móng, tính bằng (mm). Df

c. Thí nghiệm bàn nén

Sức kháng nén danh định có thể được xác định bằng phương pháp thí nghiệm bàn nén, miễn là tiến hành khảo sát thích hợp để có thể xác định mặt cắt phân tầng lớp đất dưới móng. Thí nghiệm bàn nén cần thực hiện theo qui định AASHTO T235 Và ASTM D 1194.

Việc xác định sức kháng danh định chịu nén từ kết quả thí nghiệm bàn nén có được sử dụng cho các móng lân cận có mặt cắt địa chất tương tự.

d. Sức kháng nén của đá

Các phương pháp dùng để thiết kế móng trên nền đá phải xem xét tình trạng của nền đá, hướng và sự không liên tục cũng như mức độ phong hóa của nền đá và các mặt cắt lớp đá khác tương tự như lớp đá tại vị trí xem xét.

Đối với nền đá rắn chắc, có thể áp dụng việc giải tích dựa trên cường độ nén 1 trục và RQD của đá. Đối với nền đá ít rắn chắc hơn cần phải khảo sát nghiên cứu chi tiết để xem xét ảnh hưởng của phong hóa, tình trạng của nền đá và các điều kiện không liên tục của nền đá.

Người thiết kế đánh giá độ bền chắc của nền đá bằng cả tính chất tự nhiên của đá nguyên dạng và hướng phân mảnh, tình trạng không liên tục của toàn bộ nền đá. Khi không đánh giá độ bền chắc của nền đá được bằng kỹ thuật thì độ bền chắc của nền đá sẽ được đánh giá theo phân loại nền đá RMR (xem Phụ lục C).

d.1. Các phương pháp bán thực nghiệm

Sức kháng chịu nén danh định của nền đá nên xác định bằng đối chiếu thực nghiệm với hệ thống phân loại nền đá RMR. Các kinh nghiệm địa phương cần được xem xét khi sử dụng phương pháp này.

Ứng suất chịu nén chiết giảm theo hệ số của nền đá không được lấy lớn hơn ứng suất chịu nén chiết giảm theo hệ số của bê tông móng.

d.2. Phương pháp giải tích

Sức kháng chịu nén danh định của nền đá được xác định bằng các nguyên lý cơ học đá đó được xác lập dựa trên các thông số sức kháng của khối đá. Ảnh hưởng của mức độ không liên tục của nền đá tới dạng thức phá hoại của nền đá sẽ được xem xét.

d.3. Thử tải

Khi có điều kiện thích hợp, có thể dùng phương pháp thử tải để xác định sức kháng chịu nén danh định của móng trên đá.

(2). Kiểm toán lật (mất tiếp xúc quá mức)

Độ lệch tâm của tải trọng theo trạng thái giới hạn cường độ, được tính với tải trọng có hệ số không được vượt quá:

• Một phần ba kích thước móng tương ứng B hoặc L đối với móng trên nền đất:

(Móng đặt trong đất) (1.30a)

(Móng đặt trên đá) (1.30b)

và và

Dưới đây là một ví dụ về xác định dộ lệch tâm của tải trọng:

Giả sử xét một tường chắn như hình 1.8. chiều dài tường được lấy qui ước L = 1m.

Sức kháng chịu tải phải được kiểm tra theo TTGH cường độ sử dụng tải trọng và sức kháng có nhân hệ số, phân bố áp lực đất theo giả thiết sau đây:

 Khi tường được đặt trên đất: ứng suất thẳng đứng được tính toán theo giả thiết áp lực phân bố đều trên phần diện tích móng có hiệu như Hình 1.8, ứng suất thẳng đứng có thể được tính như sau:

(1.31)

Trong đó:

V : Tổng các lực thẳng đứng, được xác định như Hình 1;

e : độ lệch tâm của hợp lực ;

B : bề rộng của móng.

Hình 1.8– Phân bố ứng suất dưới đáy móng khi tường đặt trong đất

 Khi móng được đặt trên nền đá: ứng suất thẳng đứng tính theo giả thiết áp lực phân bố tuyến tính trên phần diện tích có hiệu của móng như trên hình 1.9.

- Nếu e < B/6 thì:

(1.32)

(1.33)

- Nếu e > B/6 thì:

(1.34)

(1.35)

Hình 1.9– Phân bố ứng suất dưới đáy móng khi tường đặt trên đá

(3). Sức kháng trƣợt (Kiểm toán trƣợt)

Phải kiểm soát ổn định trượt cho móng chịu lực ngang, lực nghiêng hay móng đặt trên sườn dốc.

Đối với móng đặt trên nền đất sét cần xem xét đến việc xuất hiện khe hở do co ngót giữa móng và đất. Khi có xét cả sức kháng cắt chống trượt của đất phía trước móng thỡ phải kiểm toán sự phá hoại của khối đất này.

Sức kháng chống trượt có chiết giảm hệ số, tính bằng đơn vị (N), được xác định như sau:

(1.36) RR = Rn = R + epRep

Trong đó:

Rn : Sức kháng trượt danh định chống trượt, tính bằng (N);

 : Hệ số sức kháng chịu cắt giữa đất và móng qui định trong Bảng 1.1;

Rụ : Sức kháng trượt danh định giữa móng và đất, tính bằng (N);

Rep: Sức kháng danh định bị động của đất có thể có trong thời gian tuổi thọ công trình, (N);

ep : Hệ số sức kháng của sức kháng bị động qui định trong Bảng 1.1.

Nếu móng đặt trên đất rời thì sức khỏng danh định chống trượt giữa móng và đất được tính như sau

(1.37) R = V tan

Trong đó:

tan = tan f cho móng bê tông đổ tại chỗ trên đất;

= 0.8 tanf cho bê tông lắp ghép trên đất;

ở đây:

f : Góc nội ma sát của đất có thoát nước, tính bằng (độ);

V : Tổng hợp lực đứng, tính bằng (N).

Nếu móng đặt trên đất sét, sức kháng trượt có thể lấy trị số nhỏ hơn trong hai trị số sau:

• Lực dính của đất hoặc

• Khi móng có lớp đệm bằng đất hạt đầm chặt dày ít nhất 150mm thì lấy bằng một nửa trị số ứng suất pháp trên bề mặt tiếp giáp giữa móng và đất như minh họa trên Hình 1.10 cho tường chắn.

Hình 1.10 - Phương pháp xác định sức kháng trượt danh định cho tường trên đất sét

Trong đó:

qs : Sức kháng cắt đơn vị. lấy bằng Su hoặc 0.5'v trị số nào nhỏ hơn;

R : Sức kháng trượt danh định giữa móng và đất (N), biểu thị bằng phần diện tích bôi đen dưới biểu đồ qs;

Su : Sức kháng cắt của đất không thoát nước, tính bằng (MPa);

v' : Ứng suất thẳng đứng có hiệu, tính bằng (MPa).

1.3.2. Thiết kế theo trạng thái giới hạn sử dụng

(Mục 6.2. TCVN 11823 – 10:2017)

(1). Tổng quát

Thiết kế trạng thái giới hạn sử dụng cho móng nông bao gồm đánh giá tổng độ lún, chênh lệch độ lún và ổn định tổng thể. Phải đánh giá ổn định tổng thể của móng khi tồn tại một hoặc nhiều hơn trong số các điều kiện sau:

• Có tải trọng nghiêng hay tải trọng nằm ngang;

• Móng đặt trên nền đắp;

• Móng đặt ở trên hoặc ở gần mái dốc;

• Có khả năng bị mất một phần nền đỡ móng do nguy cơ lở hoặc xói;

• Có tầng đất chịu lực quá nghiêng.

Lựa chọn giá trị chuyển vị cho phép để thiết kế một công trình cụ thể phải phù hợp với sự làm việc của kết cấu, loại hình kết cấu với tuổi thọ của công trình, ảnh hưởng của độ lún quá mức cho phép tới công năng của kết cấu.

Chuyển vị của móng bao gồm chuyển vị đứng, nằm ngang, góc xoay. Tiêu chuẩn chuyển vị được xác định bằng các phương pháp thực nghiệm, bằng giải tích hoặc bằng xem xét theo cả hai phương pháp.

Xác định độ lún của móng theo tổ hợp tải trọng sử dụng I qui định trong Bảng 3.TCVN 11823- 3:2017. Khi tính toán lún của móng trên nền đất dính có lún cố kết theo thời gian, không xét đến các tải trọng tức thời.

Đánh giá chuyển vị ngang và góc xoay của móng dùng tất cả các tổ hợp tải trọng sử dụng qui định trong Bảng 3.TCVN 11823-3:2017.

Tiêu chuẩn chuyển vị ngang của móng được qui định ở vị trí đỉnh bệ móng, trên cơ sở tính dung sai dịch chuyển theo phương nằm ngang của kết cấu phần trên cùng với việc xét đến chiều dài của thân trụ và độ cứng của nó.

(2). Tải trọng

Khi tính lún tức thời dùng tải trọng theo tổ hợp Trạng thái giới hạn sử dụng I như qui định trong Bảng 3.TCVN 11823-3:2017. Khi tính lún theo thời gian trên nền đất dính thỡ tớnh với tải trọng lõu dài nghĩa là không xét đến tải trọng tức thời.

(3). Dự tính lún

a. Tổng quát

Tính lún theo các phương pháp tính dựa trên số liệu thí nghiệm trong phòng hoặc thí nghiệm tại hiện trường hoặc cả hai. Các thông số của đất dùng cho tính toán nên được chọn sao cho phản ánh được quá trình chịu tải của đất, trình tự thi công và hiệu ứng của sự phân tầng các lớp đất.

Phải tính toán cả độ lún tổng cộng và chênh lệch độ lún bao gồm cả lún theo thời gian.

Độ lún tổng cộng bao gồm lún đàn hồi, lún cố kết và các thành phần lún thứ cấp được tính như sau:

(1.38) St = Se + Sc + Ss

Trong đó:

Độ lún tổng cộng, tính bằng (mm); St:

Se: Độ lún đàn hồi, tính bằng (mm);

Sc: Độ lún cố kết, tính bằng (mm);

Ss: Độ lún thứ cấp, tính bằng (mm).

Hiệu ứng của vùng ảnh hưởng ứng suất hay sự phân bố ứng suất theo chiều đứng phía dưới móng phải được xem xét khi tính lún.

Móng nông đặt trên nền có nhiều lớp đất khác nhau như đất dính, đất rời, đá thì phải dùng các thuật toán thích hợp để tính lún cho từng lớp riêng biệt trong vùng ảnh hưởng do ứng suất gây ra bên dưới móng.

Sự phân bố ứng suất thẳng đứng tăng lên trong phạm vi móng hình tròn, hình vuông hay hình chữ nhật dài nghĩa là L > 5B có thể xác định theo Hình 1.11.

Hình 1.11 - Đường đẳng mức ứng suất theo chiều thẳng đứng Boussinesq cho móng dài vô hạn và móng vuông chỉnh lý theo Sowers (1979)

b. Lún của móng trên đất rời

Lún của móng nông trên đất rời sẽ được xác định như là một hàm số của bề rộng có hiệu của móng và phải xét đến hiệu ứng của hình dạng móng và sự phân tầng của đất đá theo chiều sâu.

Tính lún của móng nông trên nền đất rời phải dùng phương pháp lý thuyết đàn hồi hay phương pháp thực nghiệm.

b.1. Phương pháp bán không gian

Phương pháp bán không gian dựa trên giả thiết móng chịu uốn đặt trên nền đất đồng nhất có chiều dày vô hạn. Độ lún đàn hồi của móng nông (mm) tính theo phương pháp bán không gian đàn hồi được xác định như sau:

(1.39)

Trong đó:

q0: Áp lực thẳng đứng đặt trên móng, tính bằng (MPa); A': Diện tích có hiệu của đáy móng, tính bằng (mm2);

Es: Mô đun đàn hồi của đất lấy như qui định ở Bảng 1.6 (Điều 4.6.3.TCVN 11823 - 10:2017) nếu như không thể đo trực tiếp từ thí nghiệm hiện trường hoặc thí nghiệm trong phòng, tính bằng (MPa);

z: Hệ số hình dạng lấy giá trị ở Bảng 13;

v: Hệ số Poisson lấy theo qui định ở Bảng 1.6 (Điều 4.6.3.TCVN 11823 - 10:2017) nếu không thể đo trực tiếp từ kết quả thí nghiệm ở hiện trường hay thí nghiệm trong phòng.

Trừ khi Es thay đổi quá lớn theo chiều sâu. Es nên xác định ở độ sâu bằng khoảng 1/2 đến 2/3B phía dưới đáy móng, B là chiều rộng của móng. Nếu mô đun đàn hồi thay đổi nhiều theo chiều sâu thì tính theo trị số bình quân gia quyền.

Bảng 1.6- Các hằng số đàn hồi của các loại đất khác nhau theo

Bộ Hải quân Hoa kỳ (1982) và Bowles (1988).

Dự tính Es theo N

Loại đất Hệ số Poisson. v (DIM) Loại đất Es (MPa)

0.4 – 0.5 (không thoát nước) Phạm vi điển hình của các giá trị Mô đun Young Es (MPa) 2.4 - 15 15 - 50 50 - 100 Đất sét: Mềm yếu. Nửa cứng đến cứng. Rất cứng Bùn, bùn cát, hỗn hợp ít dính. Cát nhỏ đến trung và cát pha ít bùn. Cát thô và cát pha ít sỏi. Sỏi pha cát và sỏi 0.4N1 0.7N1 1.0N1 1.1N1

Sỏi pha cát và sỏi 1.1 N1

Ước tính Es theo Su

0.1 – 0.3 0.3 – 0.35 0.25 15 - 60 2 - 20 7.5 - 10 10 - 20 20 - 25 Hoàng thổ: Bùn Cát nhỏ: Rời xốp Chặt vừa. Chặt

400 Su - 1000 Su 1.500 Su - 2400 Su 3.000 Su - 4000 Su Sét mềm yếu. Sét 1/2 cứng đến cứng Sét rất cứng Dự tính Es theo qc

Đất pha cát 4 qc 10 - 25 25 - 50 50 - 75 25 - 75 75 - 100 100 - 200 0.20 – 0.25 0.30 – 0.40 0.2- 0.35 0.3- 0.40 Cát: Rời xốp Chặt vừa. Chặt Sỏi: Rời xốp Chặt vừa Chặt

Bảng 1.7- Hệ số hình dạng đàn hồi và độ cứng, EPRI (1983)

z mềm L/B z cứng (trung bình)

Hình tròn 1 2 3 5 10 1.04 1.06 1.09 1.13 1.22 1.41 1.13 1.08 1.10 1.15 1.24 1.41

b.2. Phương pháp thực nghiệm của Hough

Xác định độ lún của móng trên đất rời theo phương pháp thực nghiệm của Hough theo phương trình 1.40 và 1.41.

(1.40)

Trong đó:

(1.41)

n : Số lớp đất trong vùng ảnh hưởng ở dưới đáy móng;

Hi : Độ lún của lớp đất thứ i, tính bằng (mm);

Hc : Chiều cao ban đầu của lớp đất thứ i, tính bằng (mm);

C' : Chỉ số khả năng chịu ép xác định theo Hình 1.12;

ú'0 : Ứng suất có hiệu thẳng đứng ban đầu ở giữa lớp đất thứ i, tính bằng (MPa);

’v : Số gia tăng ứng suất thẳng đứng ở giữa lớp đất thứ i.

Trong hình 1.12, N1 phải được lấy bằng N160 là sức kháng xuyên tiêu chuẩn (số nhát búa/300mm) đó hiệu chỉnh có xét đến áp lực đất của tầng đất phủ (Khoản 4.6.2.4.TCVN 11823 - 10:2017).

Hỡnh 1.12 - Chỉ số khả năng chịu ép theo tương quan với chỉ số SPT đó hiệu chỉnh

c. Lún của móng trên đất dính

Móng đặt trên nền mà đất dính nằm trong vùng ảnh hưởng ứng suất thì phải xét đến độ lún cố kết. Lún đàn hồi và lún thứ cấp cũng sẽ được xem xét tùy theo thời điểm và trình tự đặt tải thi công và sự chênh lệch độ lún cho phép.

Nếu kết quả thí nghiệm biểu thị dưới dạng tỷ lệ độ rỗng của đất (e) thì độ lún cố kết của móng có thể xác định như sau:

• Đối với đất quá cố kết 'p> 'o xem trờn Hình 1.13.

(1.42)

• Đối với đất cố kết thông thường 'p = '0

(1.43)

• Đối với đất dưới cố kết 'p< '0

(1.44)

Khi kết quả thí nghiệm biểu thị dưới dạng ứng biến thẳng đứng của đất v thì lún cố kết xác định theo công thức sau:

• Đối với đất quá cố kết 'p> '0 xem trờn Hình 1.14

(1.45)

• Đối với đất cố kết bình thường 'p = '0

(1.46)

• Đối với đất chưa cố kết 'p< '0

(1.47)

Trong đó:

Hc: Chiều cao ban đầu của lớp đất chịu nén, tính bằng (mm);

e0: Độ rỗng ở trạng thái ứng suất có hiệu thẳng đứng ban đầu;

Cr: Chỉ số nén lại;

Cc: Chỉ số nén;

Crc: Tỷ lệ nén lại;

Ccc: Tỷ lệ nén.

'p: Ứng suất thẳng đứng có hiệu lớn nhất trong quá khứ ở điểm giữa của lớp đất xem xét, (MPa);

'0: Ứng suất thẳng đứng có hiệu ban đầu ở điểm giữa của lớp đất xem xét, (MPa);

'f: Ứng suất thẳng đứng có hiệu cuối cùng ở điểm giữa của lớp đất xem xét, (MPa);

Ứng suất thẳng đứng có hiệu. ' (tỷ lệ Logarit)

Ứng suất thẳng đứng có hiệu ' (tỷ lệ Logarit)

'pc: Ứng suất thẳng đứng tức thời không bao gồm ứng suất phụ thêm do tải trọng tác dụng trên móng tại điểm giữa của lớp đất xem xét, (MPa).

Hình 1.14- Đường cong nén cố kết điển hình của đất quá cố kết - Quan hệ giữa biến dạng thẳng đứng và ứng suất thẳng đứng có hiệu. theo EPRI (1983)

Hình 1.13 - Đường cong nén cố kết điển hình của đất quá cố kết - Quan hệ giữa tỷ lệ độ rỗng và ứng suất thẳng đứng có hiệu theo EPRI (1983).

Nếu chiều rộng móng B nhỏ so với chiều dày lớp đất Hc thì cần xét tới hiệu ứng đặt tải ba chiều theo công thức sau:

(1.48) Sc(3-D) = c Sc (1-D)

Trong đó:

c : Hệ số chiết giảm lấy như qui định ở Hình 1.15;

Sc(1-D): Trị số lún cố kết tính theo một chiều, tính bằng (mm).

Hình 1.15 - Hệ số chiết giảm để xét đến hiệu ứng lún cố kết ba chiều (theo EPRI. 1983)

Thời gian (t) để đạt được lượng phần trăm toàn bộ trị số lún cố kết một chiều xác định theo công thức sau:

(1.49)

Trong đó:

T: Hệ số thời gian lấy theo Hình 1.16 cho sự phân bố áp lực lỗ rỗng dư;

Chiều dài của đường thoát nước dài nhất trong lớp đất chịu nén được xét, (mm);

Hd: CV: Hệ số cố kết, tính bằng (mm2/năm). Khi kết quả thí nghiệm là tỷ lệ độ lỗ rỗng e thì độ lún thứ cấp của móng đặt trên đất dính được xác định như sau:

(1.50)

Nếu kết quả thí nghiệm cho dưới dạng ứng biến thẳng đứng thì trị số lún thứ cấp trên đất dính được xác định như sau:

(1.51)

Trong đó:

Hc : Chiều cao ban đầu của lớp đất chịu nén, tính bằng (mm);

Tỷ lệ độ rỗng ở trạng thái ứng suất thẳng đứng có hiệu ban đầu của lớp đất; e0 :

t1 : Thời gian ban đầu bắt đầu xuất hiện lún thứ cấp nghĩa là ở thời điểm độ lún đạt đến 90% giá trị trung bình của lún cố kết sơ cấp, tính bằng (năm);

Thời gian tùy chọn đại diện cho tuổi thọ của kết cấu, tính bằng (năm); t2 :

Chỉ số nén thứ cấp lấy từ kết quả thí nghiệm lún cố kết của mẫu nguyên dạng; cα :

cα: Chỉ số nén thứ cấp điều chỉnh lấy từ kết quả thí nghiệm lún cố kết của mẫu nguyên dạng.

Hình 1.16 - Số phần trăm của lún cố kết là hàm số của hệ số thời gian, T. (theo EPRI. 1983)

d. Lún của móng trên nền đá

Đối với móng đặt trên nền đá loại từ trung bình tới rất tốt theo hệ thống phân loại nền đá (RMR) và thiết kế theo các qui định của điều khoản này thì có thể giả thiết độ lún đàn hồi có trị số nhỏ hơn 15mm. Nếu với trị số lún này không chấp nhận được hoặc đá không đủ chịu thì cần tính độ lún đàn hồi của nền dựa trên các đặc trưng của khối đá.

Khi khối đá bị vỡ nẻ hoặc có các khe nối (tỷ lệ RQD bằng 10% hoặc thấp hơn) hoặc điều kiện các vết nối là xấu (tỷ lệ tương đối 10% hoặc thấp hơn) hay là không đáp ứng các tiêu chuẩn để phân loại đá trung bình đến rất tốt thỡ phải tiến hành tính độ lún, các tính toán này phải xét đến ảnh hưởng của loại đá, điều kiện không liên tục của khối đá, mức độ phong hóa.

Độ lún đàn hồi của móng trên đá bị vỡ hay có khe nối, tính bằng mm, có thể xác định như sau:

• Đối với móng tròn (hay vuông):

(1.52)

Trong đó:

(1.53)

• Đối với móng hình chữ nhật:

(1.54)

Trong đó:

(1.55)

q0 : Áp lực thẳng đứng ở đáy của diện tích chịu tải, tính bằng (MPa);

v : Hệ số poisson;

r : Bán kính của móng hình tròn hoặc bằng B/2 của móng vuông;

Hệ số ảnh hưởng xét đến độ cứng và kích thước của móng; Ip :

Em: Mô đun đàn hồi của khối đá, tính bằng (MPa);

Hệ số xét đến hình dạng móng và độ cứng; z:

Giỏ trị Ip nên được tính với việc sử dụng giá trị z cho trong Bảng 1.6 đối với móng cứng.

(Điều 4.6.5.TCVN 11823 - 10: 2017) Khi mà không có kết quả thí nghiệm giá trị hệ số Poisson, đối với các loại đá điển hình, trị số này lấy theo Bảng 1.10. Xác định giá trị mô đun đá gốc Em như sau:

Mô đun đàn hồi của nền đá (Em) lấy theo giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị mô đun xác định theo thí nghiệm mẫu đá và giá trị mô đun ghi trong Bảng 1.8.

Đối với những công trình lớn hoặc quan trọng nên xem xét việc xác định mô đun đàn hồi của nền đá bằng thí nghiệm tại chỗ.

Để xác định sơ bộ cho việc thiết kế cơ sở, mô đun đàn hồi của nền đá nguyên khối có thể tham khảo các giá trị trong Bảng 1.9.

Bảng 1.8- Xác định Em theo GSI

Khi qu ≤ 100 MPa(*)

Tính cho đá với qu<100 MPa. qu tính theo đơn vị MPa

Hoek và Brown (1997). Hoek et all (2002)

Khi qu ≥ 100 MPa

Yang (2002)

Hệ số triết giảm mô đun dựa theo GSI

(*): ER = Mô đun đàn hồi đá nguyên dạng; Em = mô đun đàn hồi khối đá tương đương, GSI = chỉ số cường độ địa chất; qu = cường độ kháng nén một trục.

Biểu thức Chú giải Tham khảo

Bảng 1.9 - Tổng hợp mô đun đàn hồi cho đá nguyên khối (chỉnh lý theo Kuhawy, 1978)

Loại đá Số các giá trị Mô đun đàn hồi (MPa*103) Độ lệch chuẩn (MPa*103 ) Số hiệu loại đá

Granit Điorite Đá gabro Điabas Basal Quazite Cẩm thạch Gơnai Đá phiến Đá sit Đá philit Cỏt kết Bột kết Đá phiến sột Đá vôi Đá đôlômit 24.48 42.68 6.69 12.27 17.93 16.00 17.17 15.93 6.62 21.93 3.93 8.20 11.38 10.00 25.72 23.72 100.0 112.0 84.1 104.0 84.1 88.3 73.8 82.1 26.1 69.0 17.3 39.2 32.8 38.6 89.6 78.6 6.410 17.100 67.600 69.000 29.000 36.500 4.000 28.500 2.410 5.930 8.620 0.620 2.620 0.007 4.480 5.720 52.70 51.40 75.80 88.30 56.10 66.10 42.60 61.10 9.58 34.30 11.80 14.70 16.50 9.79 39.30 29.10 26 3 3 7 12 7 13 13 2 12 3 19 5 14 30 16 26 3 3 7 12 7 14 13 11 13 3 27 5 30 30 17

Bảng 1.10 - Tổng hợp hệ số Poisson của đá nguyên dạng (theo Kulhawy, 1978)

Loại đá Số giá trị Số hiệu loại đá

Granit Gabro Điabas Basal Quaczit Cẩm thạch Gơnai Đá sit Cỏt kết Siltstone Phiến sột Đá vôi Đá đôlômit 22 3 6 11 6 5 11 12 12 3 3 19 5 22 3 6 11 6 5 11 11 9 3 3 19 5 Hệ số Poisson Nhỏ Lớn nhất nhất 0.09 0.39 0.16 0.20 0.20 0.38 0.16 0.32 0.08 0.22 0.17 0.40 0.09 0.40 0.02 0.31 0.08 0.46 0.09 0.23 0.03 0.18 0.12 0.33 0.14 0.35 Trung bình 0.20 0.18 0.29 0.23 0.14 0.28 0.22 0.12 0.20 0.18 0.09 0.23 0.29 Độ lệch chuẩn 0.08 0.02 0.06 0.05 0.05 0.08 0.09 0.08 0.11 0.06 0.06 0.06 0.08

Độ lún cố kết và lún thứ cấp của các nền đá có kẹp vật liệu mềm hoặc vật liệu có đặc tính lún theo thời gian sẽ xác định theo các phương pháp qui định ở 1.3.3 bên trên (Khoản 6.2.4.3.TCVN 11823-10:2017)

(4). Độ lún cho phép

Giới hạn độ lún cho phép phải dựa vào chức năng và loại kết cấu, tuổi thọ thiết kế và những ảnh hưởng do chuyển vị ngoài dự kiến đến sự làm việc của kết cấu.

Giới hạn về chênh lệch lún theo AASHTO giữa các móng gần nhau như sau:

cầu nhịp giản đơn

cầu nhịp liên tục

Trong đó:

 : Chênh lệch lún giữa các móng đơn kề nhau.

: Khoảng cách tim đến tim của các móng gần nhau.

Giới hạn trên không áp dụng cho kết cấu khung cứng.

(5). Ổn định tổng thể (Điều 6.2.3. TCVN 11823 - 11: 2017)

Phải kiểm soát ổn định tổng thể của móng nông với tổ hợp tải trọng sử dụng I và theo các qui định của các Điều 4.1. TCVN 11823 - 3: 2017.

Khi thiết kế các loại tường phải đánh giá ổn định tổng thể của tường chắn, mái dốc và nền đất hoặc nền đá bằng phương pháp phân tích cân bằng giới hạn. Phải đánh giá sự ổn định tổng thể của mái dốc cắt tạm thời để thi công. Có thể tiến hành khảo sát địa chất, thí nghiệm chuyên biệt để tính thiết kế mố cầu và tường chắn xây dựng trên nền đất yếu.

Đánh giá ổn định tổng thể của sườn dốc có hoặc không có móng cần được tính với tổ hợp tải trọng Sử dụng I và hệ số sức kháng  có thể lấy như sau:

• Trong trường hợp thông số địa kỹ thuật được xác định rõ, mái dốc không đỡ một bộ phận kết cấu nào: 0.75;

• Trong trường hợp thông số địa kỹ thuật dựa trên thông tin hạn chế, mái dốc đỡ một bộ phận kết cấu: 0.65.

1.3.3. Thiết kế theo trạng thái giới hạn đặc biệt

Trạng thái giới hạn đặc biệt có thể xét đến do đâm xe, va tầu hay động đất, thiết kế móng theo TTGH đặc biệt được tính với tổ hợp tải trọng đặc biệt với các hệ số tải trọng Bảng 3 và Bảng 4 trong TCVN 11823-3:2017 và nếu không có qui định nào khác hệ số sức kháng lấy bằng 1.

BÀI TẬP MINH HỌA

VÍ DỤ 1.1: Kiểm toán móng nông theo TTGH về cường độ. Móng đặt trong nền đất rời có góc ma sát trong f = 40o (biết góc ma sát trong được đánh giá từ kết quả thí nghiệm SPT theo phương pháp lý thuyết). Chiều sâu chôn móng là Df=3000 (mm). Trọng lượng thể tích của đất là 1900 (kg/m3). Móng đổ tại chỗ, các kích thước đáy móng trên mặt bằng là L = 9500 (mm), B = 4500 (mm). Mực nứơc ngầm nằm sâu dưới đáy móng. Tải trọng tác dụng tại tâm đáy móng Vr = 12x107 (N); HL = 11x106 (N); MB = 6x1010 (N.mm). 1. Kiểm toán sức kháng nén của nền đất dƣới đáy móng Công thức kiểm toán :

Hệ số sức kháng nén của móng nông ở trạng thái giới hạn cường độ b

Tra Bảng 1.1 với góc ma sát trong được đánh giá từ kết quả thí nghiệm SPT theo phương pháp lý thuyết ta có b = 0,45.

Diện tích có hiệu A’ = B’ x L’

(mm) (Do mô men ML =0)

(mm)

=> (mm2)

Sức kháng nén danh định đơn vị qn trong đất rời (c = 0):

Các hệ số Nqm, Nóm tính như sau:

Các hệ số khả năng chịu ép Nq, N tra Bảng 1.2 với f = 40o có:Nq = 64.2; N = 109.4. Các hệ số điều chỉnh hình dạng móng s, sq tra Bảng 1.4 với f = 40o> 0 có:

Các hệ số tải trọng nghiêng i, iq xác định với f> 0 và hệ số n có  = 0 như sau:

Hệ số điều chỉnh xét đến sức kháng cắt dọc theo bề mặt phá hoại qua vật liệu đất rời ở phía trên mặt chịu lực dq tra Bảng 1.5 với f = 40o và Df/B’ = 3000/4500 = 0,67 < 1, nội suy có:

Thay các giá trị vừa tìm được vào (3) và (4) được:

Các hệ số điều chỉnh xét đến vị trí của mực nước ngầm Cwq, Cwó tra Bảng 1.3 với mực nước ngầm nằm sâu dưới đáy móng có (mm)

=> Cwq = Cw= 1,0

Vì mực nước ngầm nằm sâu dưới đáy móng ta có 1 = 2 =  = 1900 (kg/m3). Thay các giá trị trên vào (2) được:

(MPa)

Thay ửb, A’, qn vào (1) ta được:

(N)

Vậy sức kháng nén của nền đất dưới đáy móng đạt yêu cầu. 2. Kiểm toán sức kháng lật (độ lệch tâm) Công thức kiểm toán, đơn vị tính bằng (mm):

Theo số liệu đầu bài:

+ (mm)

Vậy móng nông đạt ổn định về lật. 3. Kiểm toán sức kháng trƣợt Công thức kiểm toán, đơn vị tính bằng (N):

Hệ số sức kháng sức kháng chịu cắt giữa đất và móng , tra Bảng 1.1 với móng bê tông đổ tại chỗ đặt trên cát ta có  = 0,80.

Sức kháng nén danh định R trong đất rời:

với tan = tanf cho móng bê tông đổ tại chỗ trên đất

=> (N)

Thay các giá trị trên vào (5) ta được:

(N)

Vậy móng nông đạt ổn định về trượt. VÍ DỤ 1.2. Kiểm toán móng nông theo TTGH về cường độ. Móng đổ tại chỗ, đặt trên nền sét bão hòa có chiều sâu chôn móng bằng 2500 (mm), chiều rộng móng là 3000 (mm) chiều dài là 6000 (mm), mực nước ngầm ngang mặt đất. Tải trọng tác dụng theo trạng thái giới hạn cường độ HB = 4x104 (N); Vr = 15x105 (N); ML = 3x108 (N.mm). Cho biết ở trên mực nước ngầm khối lượng thể tích của sét là 1700 (kg/m3) và ở dưới mực nước ngầm là 1900 (kg/m3), sức kháng cắt không thoát nước của sét là Su = 0,035 (MPa), góc ma sát trong f = 0o 1. Kiểm toán sức kháng nén của nền đất dƣới đáy móng Công thức kiểm toán, đơn vị tính bằng (N):

Hệ số sức kháng nén của móng nông ở trạng thái giới hạn cường độ b

Tra Bảng 1.1 với phương pháp lý thuyết trong đất sét ta có í = 0,50.

Diện tích có hiệu A’ = B’ x L’

(mm)

(mm) (Do mô men MB=0)

=> (mm2)

Sức kháng nén danh định qn trong đất dính (f =0o => N = 0 =>Nm = 0):

Với: c = Su = 0,035 (MPa)

Các hệ số khả năng chịu ép Nc, Nq tra Bảng 1.2 với f = 0o ta có: Nc = 5,14; Nq = 1,0 Các hệ số điều chỉnh hình dạng móng sc, sq tra Bảng 1.4 với f = 0o ta có:

Các hệ số tải trọng nghiêng i, iq xác định với f = 0o và hệ số n có  = 0 như sau:

Thay các giá trị vừa tìm được vào (3) và (4) ta được:

Hệ số điều chỉnh xét đến vị trí của mực nước ngầm Cwq tra Bảng 1.3 với mực nước ngầm nằm ngang đáy móng và với có (mm), được Cwq = 1,0; Vì mực nước ngầm nằm ngang đáy móng ta có  = 1700 (kg/m3). Thay các giá trị trên vào (2) ta được:

(MPa)

Thay ửb, A’, qn vào (1) ta được:

(N)

Vậy sức kháng nén của nền đất dưới đáy móng đạt yêu cầu. 2. Kiểm toán sức kháng lật (độ lệch tâm) Công thức kiểm toán, đơn vị tính bằng (mm):

Theo số liệu đầu bài:

(mm)

Vậy móng nông đạt ổn định về lật.

3. Kiểm toán sức kháng trƣợt Cụng thức kiểm toán, đơn vị tính bằng (N):

Hệ số sức kháng sức kháng chịu cắt giữa đất và móng , tra Bảng 1.1 với móng bê tông đổ tại chỗ đặt trên sét ta có  = 0,85.

Sức kháng nén danh định R trong đất dính:

Với min

(MPa)