Nền móng- Chương 2: Móng nông trên nền thiên nhiên

Chia sẻ: Hoangvietduc Vietduc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

536
lượt xem 251
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nền móng- Chương 2: Móng nông trên nền thiên nhiên

§2.1 Khái niệm chung I. - Đặc điểm của móng nông - M.Nông được xây trong hố móng đào sẵn; độ sâu đặt móng nhỏ Nền Móng (hm=0,5÷6m). - Thi công đơn giản. - Khi tính toán có thể bỏ qua ảnh hưởng của đất từ đáy móng trở lên. II. - Phân loại móng nông: Theo 3 cơ sở a) Phân loại theo kích thước: * M.đơn. Chương II: Móng Nông trên * M.băng. * M.bản. nền thiên nhiên b) Phân loại theo khả năng chịu uốn của móng: * M.cứng. * M.mềm. c) Phân loại theo tình hình tải trọng tác dụng * M.chịu tải trọng đúng tâm. * M.chịu tải trọng lệch tâm. * M.thường xuyên chịu tác dụng của tải trọng ngang lớn. * M.chủ yếu chịu tải trọng đứng. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG - ĐÀO TẠO TÍN CHỈ NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 2 III. Cấu tạo Móng Nông và điều kiện ứng - K.cấu móng cứng: dụng . Hình dạng móng: Mặt biên móng bao ngoài hệ đường truyền 1. Móng đơn ư.s trong khối móng cứng → có dạng hình thang (đ/với M.bê tông), + Kích thước và trường hợp áp dụng dạng bậc thang (đ/với M.gạch, đá xây) - Kích thước: 2 chiều (l,b) nhỏ, chênh lệch không lớn →Tính toán ư/s, b/d theo trạng .Tính toán KC để móng đủ cứng không bị cắt theo t/diện m-n, thái không gian. m'-n' (nơi chịu mômen lớn nhất): - Áp dụng trong trường hợp : tải trọng CT . Khống chế theo tỷ số H/L cho toàn móng không lớn, nền tương đối tốt. . Khống chế theo tỷ số h/ℓ cho mỗi bậc móng TD: Móng dưới cột nhà, cột điện, cột đỡ cầu máng,… + Vật liệu và kết cấu móng - Vật liệu liên quan đến thiết kế cấu tạo móng l • VL đá xây, bê tông… →cấu tạo móng h không sinh b/d uốn, gọi là Móng Cứng. • VL bê tông cốt thép… →cấu tạo móng có khả năng chịu b/d uốn, gọi là Móng Mềm. Sơ đồ móng và Phản lực nền NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 3 4
. Có thể dùng góc mở lớn nhất αmax để phân biệt móng - K.cấu móng mềm: Khi α > αmax : cứng hay mềm: đ/v M.cứng, α ≤ αmax có ý nghĩa như Trường hợp tải trọng lớn hoặc lệch tâm lớn, tình hình địa chất không H/L, h/ℓ ≥ trị số cho phép cho trong bảng. cho phép tăng thêm độ sâu chôn móng , phải cấu tạo M.mềm (TD: mực nước mgầm cao, tầng đất tốt không dầy) → dùng M.btct là hợp lý và được tính theo M.mềm (chương 3). Sơ đồ bố trí móng NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 5 6 2. Móng băng + Kích thước và trường hợp áp dụng - Kích thước: chiều dài rất lớn so với chiều rộng (l/b rất lớn) →Tính toán theo trạng thái phẳng (ứng suất phẳng, hoặc biến dạng phẳng). - Trường hợp áp dụng: . Khi KCPTrên công trình có cấu tạo liên tục (móng dưới tường nhà, M.tường chắn) . Móng dưới hàng cột, M.đỡ ống dẫn nước…thì cần so sánh giữa m.đơn và m.băng để chọn phương án hợp lý. - Ưu điểm: giảm a.s và chênh lệch a.s đáy móng, do đó giảm chênh lệch lún giữa các cột. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 7 8
+ Vật liệu và kết cấu móng - đ/với Móng băng là móng cứng: Không cần kiểm tra độ cứng theo phương dọc móng. Kiểm tra mặt cắt ngang M.băng tương tự M.đơn, nhưng với αmax lấy tăng lên 2÷3 độ α Kết cấu Tường chắn - đ/với Móng băng là móng mềm: Khi tải trọng lớn, đất nền xấu thì M.băng giao nhau và M.băng dưới hàng cột nên bằng btct, và tính theo dầm (dải) trên nền đàn hồi. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 9 10 3. Móng bản + Kích thước và trường hợp áp dụng - Kích thước: chiều dài và chiều rộng đều lớn . Nền có trạng thái ưs không gian, . Nếu chiều dầy nền nhỏ, nền b/d 1 hướng - Trường hợp áp dụng: . Móng dưới cống, móng trạm bơm, nhà máy thủy điện, tháp nước… . Dùng trong trường hợp tải trọng rất lớn, đất nền mềm yếu, M.bản làm giảm áp suất và phân bố đều hơn lên mặt nền + Vật liệu và kết cấu móng - VL thường là btct. - Cấu tạo m.b kiểu vòm ngược, - Cấu tạo m.b kiểu hộp Móng tháp nước có dạng bản bê tông cốt thép liên tục Tính toán móng bản theo móng mềm NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 11 12
IV. Các bước tính toán móng nông theo TTGH về biến dạng - Cấu tạo m.bản kiểu vòm ngược ∗ Nội dung tính toán gồm 2 bước - Cấu tạo m.bản kiểu hộp - Sơ bộ xác định kích thước móng - Kiểm tra các điều kiện về biến dạng A. Sơ bộ xác định kích thước móng 1- Nguyên tắc: Trong tính nền móng theo TTGH-2 thì biến dạng của nền được tính khi nền làm việc trong giai đoạn biến dạng tuyến tính, nghĩa là quan hệ áp lực mặt nền và biến dạng (lún) là bậc nhất. Khi đó có thể áp dụng lý thuyết đàn hồi để tính độ lún mặt nền. Điều kiện để nền làm việc trong giai đoạn biến dạng tuyến tính là: . Theo TCXD Việt nam: ptb ≤ Rtc , (2.1) trong đó Rtc là tải trọng tiêu chuẩn, tính theo công thức: Rtc = m p1/4 = m (A¼ γ.b + B.q +D.c) (2.2) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 13 14 . Theo B.M. Das: qo ≤ qall (2.3) B. Kiểm tra điều kiện biến dạng của móng với qall = qu/ Fs - Để công trình làm việc bình thường về mặt biến dạng cần phải thoả mãn trong đó, qo – áp lực trung bình lên mặt nền các điều kiện sau: Dtt ≤ Dgh (1.1) qall – tải trọng cho phép - Tùy yêu cầu cụ thể của mỗi công trình để quyết định các loại biến dạng nào qu – tải trọng giới hạn cần kiểm tra (độ lún, chênh lêch lệch lún, góc nghiêng, chuyển vị ngang của Fs - hệ số an toàn móng): Nhận xét: qall tương tự Rtc ,với Fs = 3 S ≤ Sgh ΔS ≤ ΔSgh θ ≤ θgh u ≤ ugh Kích thước móng sơ bộ cần chọn sao cho đảm bảo cả điều kiện trong đó: kinh tế và kỹ thuật , nghĩa là * tận dụng hết khả năng làm việc của đất Dtt - Các đại lượng biến dạng tính toán, xác định theo lý thuyết nền trong giai đoạn biến dạng tuyến tính. đàn hồi và đặc tính biến dạng tuyến tính của đất. - Muốn vậy cần cần thỏa mãn đ/kiện sau (theo TCXD-VN): Dgh - Các đại lượng biến dạng giới hạn cho phép của công trình, được ptb = Rtc (2.1) quy định tùy theo loại công trình, cấp công trình và yêu cầu sử dụng công trình (đặc tính làm việc của thiết bị, quá trình công nghệ) Khi tải trọng lệch tâm cần đảm bảo thêm điều kiện pmax < 1,2 Rtc (2.2) Từ (2.1) và (2.2) có thể xác lập công thức tính sơ bộ kích thước đáy móng NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 15 16
Đại lượng Ntt và Rgh được xác định tùy theo hình thức trượt của V. Các bước tính toán móng nông theo TTGH về cường độ & ổn định công trình và nền. . Nguyên tắc (nhắc lại Ch.I): Công trình có thể xẩy ra 3 hình thức mất ổn định tùy thuộc loại đất Dùng đ/kiện cường độ và ổn định để khống chế sự làm việc bình thường của công trình: nền, khả năng chống trượt, đặc tính cố kết của đất và tỷ số giữa tải trọng ngang và đứng (T/P) : Ntt < Rgh (1.2) – Trượt phẳng – Trượt sâu – Trượt hỗn hợp hoặc theo B.M. Das: q < qu trong đó: Ntt , q– tổng tải trọng gây trượt tính toán Rgh , qu– Sức chống trượt giới hạn (sức chịu tải giới hạn). T T T P P P 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 m nc N tt ≤ Rgh (1.3) kn qu qall = ; Theo B. Das: FS trong đó: nc – hệ số tổ hợp tải trọng. kn – hệ số an toàn, tùy thuộc cấp công trình (> 1). q tt ≤ qall m – hệ số điều kiện làm việc (tùy thuộc đặc điểm KCCTr và loại nền) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 17 18 §2.2 Sức chịu tải giới hạn của Móng nông Đường quan hệ tải trọng (p hoặc q) với độ lún (S) và dạng mặt trượt chịu ảnh hưởng rõ rệt loại đất và trạng thái vật lý của đất. I. Khái niệm chung - Xét Móng băng có chiều rộng B đặt trên mặt một tầng đất (xem B.M.Das, ch.3), có 3 - Để làm rõ bản chất phá hoại sức chịu tải trong đất nền, các trường hợp xẩy ra: dạng phá hoại và các yếu tố ảnh hưởng, cần nghiên cứu thí pIgh pIIgh 0 p a) Tầng nền là đất cát chặt hoặc đất dính cứng. Gia tải trọng (q) tăng dần lên nghiệm hiện trường (bàn nén và bàn đẩy) móng, độ lún sẽ tăng. Tại một điểm nào đó, khi áp lực bằng (qu )- sẽ xảy ra sự phá 1 1- Thí nghiệm bàn nén 2 hoại đột ngột trong đất nền và mặt trượt trong đất sẽ mở rộng tới mặt đất. Áp lực tải trọng qu được gọi là sức chịu tải giới hạn của móng. (bàn nén chỉ chịu tải trọng thẳng đứng) p Sự phá hoại đột ngột xảy ra trong đất, được gọi là phá hoại cắt tổng thể. - Khi P < PIgh , biến dạng đứng là chủ yếu, do Vr thu hẹp; quan q hệ ư/s và b/d trong nền là tuyến tính. Ở cuối giai đoạn I (P = S PIgh) biến dạng dẻo xuất hiện đầu tiên tại hai mép bàn nén phát S triển thành vùng dẻo (sâu khoảng ¼ b) b) Tầng nền là đất cát hoặc - Khi P > PIgh , vùng dẻo phát triển theo p tăng, b/d trong nền phi tuyến. Khi P → PIIgh b/d đất sét có độ chặt trung dẻo chiếm ưu thế, độ cong đường S~P càng lớn. bình: một lượng tăng tải trên Mặt trượt trong móng sẽ kéo theo một lượng - khi P = PIIgh , vùng dẻo phát triển hoàn toàn, khối nền ở trạng thái CBGH. Tăng một đất Độ lún tăng lún. Tuy nhiên, trong q lượng Δp rất nhỏ, nền bị phá hoại trượt (ép trồi). trường hợp này mặt phá hoại PIIgh PIIgh+∆P trong đất sẽ mở rộng dần ra phía ngoài móng, được thể hiện bằng những đường liền 45o+ϕ/2 b trong Hình b). MÆt tr−ît 45o-ϕ/2 Đé lón NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 19 20
Khi áp lực trên móng bằng qu1 chuyển động của móng sẽ kéo theo những sụt lún đột ngột. Áp lực qu(1), được gọi là tải trọng phá hoại ban đầu. Rồi một chuyển Dựa trên các kết quả thực nghiệm, Vesic (1973) đã đề nghị một quan hệ cho động lớn của móng buộc mặt trượt trong đất mở rộng tới mặt đất (đường nét rời kiểu phá hoại sức chịu tải của móng đặt trên cát. Hình 3.3 biểu thị quan hệ này, trong hình vẽ). Áp lực tải trọng lúc đó là sức chịu tải giới hạn, qu . Vượt ra ngoài trong đó : điểm đó, một lượng tăng tải sẽ kéo theo một lượng tăng lớn độ lún của móng. Loại phá hoại này gọi là phá hoại cắt cục bộ trong đất. Độ chặt tương đối, q Dr = độ chặt tương đối của cát Dr Df = độ sâu đặt móng đo từ mặt đất. Nếu Dr ≥ khoảng 70%, thì xảy ra loại phá hoại cắt tổng thể trong đất. Đé Cắt Cắt tổng Cắt cục bộ Mặt trượt lón xuyên quát c) Móng đặt trên loại đất tương đối xốp rời, đường biểu diễn tải trọng ~ lún giống 2 BL ngập B* = như đường trong Hình c): Mặt phá hoại trong đất sẽ không phát triển lên mặt đất. Khi B+L Df/B* vượt quá tải trọng phá hoại cuối cùng, qu, đường tải trọng ~ lún sẽ dốc đứng và thực tế là tuyến tính. Loại phá hoại này trong đất được gọi là phá hoại cắt xuyên ngập (the với B = chiều rộng móng; L = chiều dài punching shear failure). móng (Chú ý: L luôn luôn lớn hơn B) q Đối với móng vuông, B = L; với móng tròn, B = L = đường kính, do vậy B* = B MÆt tr−ît Hình 3.3 các kiểu phá hoại móng đặt Đé trên cát (theo Vesic, 1973) lón NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 21 22 Đé chÆt t−¬ng ®èi Dr Các dạng trượt của - Hình 3.4 biểu thị độ lún S nền cát khi độ sâu Cắt tổng của tấm tròn và tấm chữ nhật trên C¾t xuyªn ngËp C¾t côc bé quát đặt móng khác bề mặt cát tại tải trọng giới hạn, qu¸t nhau. qu. Hình vẽ chỉ ra một phạm vi chung của S/B với độ chặt tương đối của cát. Từ đó có thể nói rằng, TÊm chữ đối với móng đặt nông (nghĩa là nhËt Df/B* nhỏ): TÊm trßn . Trong trường hợp phá hoại S cắt tổng quát của đất, tải trọng B cuối cùng có thể xảy ra tại một độ lún của móng bằng (4 ÷ 10)% B. 203 mm (8 in) .Trong trường hợp phá hoại 152 mm (6 in) cắt cục bộ hoặc xuyên ngập, tải 192 mm (4 in) 51 mm (2 in) trọng cuối cùng có thể xảy ra tại 51 x 305 mm (2 x 12 in) độ lún bằng (15 ÷ 25)% B. Tấm chữ nhật ( bề rộng B) Trọng lượng đơn vị khô, γd Trọng lượng đơn vị ướt,γw NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 24
II. Lý thuyết Sức chịu tải của Terzaghi và một số phát 2- Thí nghiệm bàn đẩy triển liên quan (bàn đẩy chịu đồng thời tải trọng đứng và ngang) 1- Lý thuyết Sức chịu tải của Terzaghi Đối với một loại nền, tùy theo tỷ số giữa tải trọng ngang và đứng (T/P) mà công trình có thể xẩy ra 3 hình thức mất ổn định: -Terzaghi (1943) là người đầu tiên giới thiệu một lý thuyết tổng quát để đánh giá sức chịu tải giới hạn của những móng nông đáy nhám. Theo lý thuyết – Trượt phẳng – Trượt sâu – Trượt hỗn hợp này, một móng gọi là nông nếu độ sâu đặt móng, Df (Hình), nhỏ hơn hay bằng bề rộng của nó. - Xét một móng liên tục, hay dạng dải, mặt phá hoại trong đất có dạng tổng quát ứng với tải trọng giới hạn phân bố đều thẳng đứng (xem Hình 3.5). Đất nền có trọng lượng đơn vị = γ; lực dính đơn vị = c'; Góc ma sát = φ’. T T T P P P Hình 3.5 Sự phá hoại sức chịu tải trong đất dưới một móng băng cứng nhám NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 25 26 Dùng phân tích cân bằng, Terzaghi biểu thị sức chịu tải giới hạn dưới dạng sau 1 q u = c ' N c + qN q + γBN γ (3.3) 2 Trong đó: c' = lực dính của đất γ = trọng lượng đơn vị của đất; q = γDf Nc, Nq, Nγ = các hệ số sức chịu tải, không thứ nguyên và là những hàm chỉ của φ’. Các hệ số sức chịu tải Nc, Nq và Nγ được xác định bởi Ảnh hưởng của đất phía trên đáy móng cũng có thể xem như được thay thế bởi ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ một tải trọng phụ tương đương, q = γ Df (trong đó γ là trọng lượng đơn vị của đất). ⎢ e 2(3π / 4−φ '/ 2 )tanφ ' ⎥ ⎢ e 2( 3π / 4 −ϕ '/ 2 ) tan ϕ ' ⎥ N c = cot φ ' ⎢ − 1⎥ = cot φ ' (N q − 1) Nq = ⎢ − 1⎥ 1 ⎛ K pγ ⎞ Vùng phá hoại dưới móng có thể được chia làm ba phần ⎢ 2 cos2 ⎛ π + φ ' ⎞ ⎥ ⎢ 2 cos 2 ⎛ π + ϕ ' ⎞ ⎥ Nγ = ⎜ − 1⎟ tan φ ' ⎜ ⎟ ⎢ ⎜ ⎟ 2 ⎜ cos 2 ⎟ 1. Vùng tam giác ACD ngay sát đáy móng ⎢ ⎣ ⎝4 2⎠ ⎥ ⎦ ⎣ ⎝4 2 ⎠ ⎥ ⎦ ⎝ ⎠ 2. Các vùng cắt toả tia ADF và CDE, có các đường cong DE và DF là những (3.6) (3.4) (3.5) cung xoắn ốc lôgarit 3. Hai vùng tam giác bị động Rankine AFH và CEG. Trong đó Kpγ = hệ số áp lực bị động Những góc CAD và ACD xem như bằng góc ma sát của đất φ’. Chú ý rằng, do đất trên đáy móng được thay thế bởi một tải trọng phụ tương đương nên bỏ qua sức chống cắt của đất dọc theo các mặt phá hoại GI and HJ. Biến thiên của các hệ số sức chịu tải được xác định theo các PT (3.4), (3.5), và (3.6), cho trong Bảng 3.1. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 27 28
II. Lý thuyết Sức chịu tải của Terzaghi và một số phát triển liên quan Bảng 3.1. Các hệ số sức chịu tải của Terzaghi - [các PT (3.4), (3.5), và (3.6)] - Để dự tính sức chịu tải của các móng vuông và tròn, PT (3.3) có thể lần lượt φ Nc Nq Nγ φ Nc Nq Nγ* được biến đổi như sau 0 5.7 1 0 26 27.09 14.21 9.84 1 6 1.1 0.01 27 29.24 15.9 11.6 qu = 1,3c'Nc + qNq + 0,4γB Nγ (móng vuông) (3.7) 2 6.3 1.22 0.04 28 31.61 17.81 13.7 và qu = 1,3c'Nc + qNq + 0,3γB Nγ (móng tròn) (3.8) 3 6.62 1.35 0.06 29 34.24 19.98 16.18 Trong PT (3.7), B bằng kích thước mỗi cạnh móng; PT (3.8), B bằng đường kính 4 6.97 1.49 0.1 30 37.16 22.46 19.13 5 7.34 1.64 0.14 31 40.41 25.28 22.65 móng. 6 7.73 1.81 0.2 32 44.04 28.52 26.87 - Đối với những móng biểu thị kiểu phá hoại cắt cục bộ, Terzaghi đã đề nghị 7 8.15 2 0.27 33 48.09 32.23 31.94 sửa đổi lại các PT (3.3), (3.7), và (3.8) như sau: 8 8.6 2.21 0.35 34 52.64 36.5 38.04 2 1 9 9.09 2.44 0.44 35 57.75 41.44 45.41 qu = c ' N c, + qN q + γBN γ, , (móng băng) (3.9) 10 9.61 2.69 0.56 36 63.53 47.16 54.36 3 2 11 10.16 2.98 0.69 37 70.01 53.8 65.27 qu = 0.867c'N’c + qN’q + 0,4γB N’γ (móng vuông) (3.10) 12 10.76 3.29 0.85 38 77.5 61.55 78.61 13 11.41 3.63 1.04 39 85.97 70.61 95.03 qu = 0.867c’N’c; + qN’q; + 0,3γBN'γ (móng tròn) (3.11) 14 12.11 4.02 1.26 40 95.66 81.27 115.31 15 12.86 4.45 1.52 41 106.81 93.85 140.51 16 13.68 4.92 1.82 42 119.67 108.75 171.99 N’c, N’q và N’γ, các hệ số sức chịu tải sửa đổi có thể được tính bằng các phương 17 14.6 5.45 2.18 43 134.58 126.5 211.56 − ⎛2 ⎞ trình cho hệ số sức chịu tải (Nc, Nq, Nγ), trong đó thay φ’ bằng . φ ' = tan ⎜ tan φ ' ⎟ 18 15.12 6.04 2.59 44 151.95 147.74 261.6 −1 19 20 16.56 17.69 6.7 7.44 3.07 3.64 45 46 172.28 196.22 173.28 204.19 325.34 407.11 ⎝3 ⎠ 21 18.92 8.26 4.31 47 224.55 241.8 512.84 Các phương trình sức chịu tải của Terzaghi nay đã được sửa đổi để xét tới các 22 20.27 9.19 5.09 48 258.28 287.85 650.67 23 21.75 10.23 6 49 298.71 344.63 831.99 ảnh hưởng của hình dạng móng (B/L), độ sâu đặt móng (Df), và độ nghiêng 24 23.36 11.4 7.08 50 347.5 415.14 1072.8 của tải trọng, (cho trong Mục 3.7, B.M.Das). Tuy nhiên, nhiều nhà thiết kế vẫn 25 25.13 12.72 8.34 dùng phương trình Terzaghi, vì nó vẫn cho kết quả tương đối tốt do có xét tới tính không chắc chắn của điều kiện đất nền tại các hiện trường khác nhau. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 29 30 II. Lý thuyết Sức chịu tải của Terzaghi và một số phát triển liên quan II. Lý thuyết Sức chịu tải của Terzaghi và một số phát triển liên quan - Các hệ số sức chịu tải Tính chất cơ bản của mặt phá hoại trong đất do Terzaghi đề nghị ngày nay được các nghiên cứu trong phòng và hiện trường về sức chịu tải xác nhận (Vesic, 1973). Tuy nhiên, góc α nêu trong Hình 3.5 gần với (45 + φ’/2) hơn là φ’. Nếu chấp nhận sự thay đổi này thì các giá trị của Nc, Nq, và Nγ đối với góc ma sát của đất đã cho trong Bảng 3.1 cũng sẽ thay đổi. Với α = 45 + φ’/2, có thể biểu thị như sau: 2⎛ φ ' ⎞ π tan ϕ ' N q = tan ⎜ 45 + ⎟e (3.22) ⎝ 2⎠ 1 qu = c' N c Fcs Fcd Fci + qN q Fqs Fqd Fqi + γBN γ Fγs Fγd Fγi (3.21) N c = (N q − 1)cot φ ' (3.23) 2 Phương trình (3.23) cho Nc , đã được Prandtl (1921) suy ra đầu tiên, và PT (3.22) cho Nq đã được Reissner (1924) giới thiệu. Caquot và Kerisel (1953) và Vesic (1973) đã cho quan hệ của Nγ như sau: Nγ = (N q + 1)cot φ ' (3.24) Bảng 3.4 (trang sau) cho thấy biến thiên của các hệ số sức chịu tải nêu trên theo góc ma sát : NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 31 32
II. Lý thuyết Sức chịu tải của Terzaghi và một số phát triển liên quan Bảng 3.4 Các hệ số sức chịu tải φ φ Nc Nq Nγ Nc Nq Nγ - Các hệ số hình dạng: - Các hệ số độ sâu: 0 5.14 1 0 26 22.25 11.85 12.54 1 5.38 1.09 0.07 27 23.94 13.2 14.47 Các phương trình cho hệ số hình dạng Hansen (1970) đã đề nghị những 2 5.63 1.2 0.15 28 25.8 14.72 16.72 Fcs, Fqs và Fγs do De Beer (1970) đề nghị như phương trình sau cho các hệ số độ sâu: 3 5.9 1.31 0.24 29 27.86 16.44 19.34 sau: 4 6.19 1.43 0.34 30 30.14 18.4 22.4 với Df/B ≤ 1 5 6.49 1.57 0.45 31 32.67 20.63 25.99 ⎛ B ⎞⎛ N ⎞ Df 6 6.81 1.72 0.57 32 35.49 23.18 30.22 ⎜ Fcs = 1 + ⎜ ⎟⎜ q ⎟ ⎟ (3.25) Fcd = 1 + 0,4 (3.28) 7 7.16 1.88 0.71 33 38.64 26.09 35.19 ⎝ L ⎠⎝ N c ⎠ B Df Fqd = 1 + 2 tan φ ' (1 − sin φ ') 2 8 7.53 2.06 0.86 34 42.16 29.44 41.06 (3.29) ⎛B⎞ 9 7.92 2.25 1.03 35 46.12 33.3 48.03 Fqs = 1 + ⎜ ⎟ tan φ ' (3.26) B 10 8.35 2.47 1.22 36 50.59 37.75 56.31 ⎝L⎠ 11 8.8 2.71 1.44 37 55.63 42.92 66.19 Fγd = 1 ⎛B⎞ (3.27) (3.30) 12 9.28 2.97 1.69 38 61.35 48.93 78.03 F γs = 1 − 0, 4 ⎜ ⎟ 13 9.81 3.26 1.97 39 67.87 55.96 92.25 ⎝L⎠ Với D /B > 1 Df 14 10.37 3.59 2.29 40 75.31 64.2 109.41 Fcd = 1 + f(0,4 ) tan −1 (3.31) 15 10.98 3.94 2.65 41 83.86 73.9 130.22 trong đó: B −1 D f L = chiều dài móng (L > B) Fqd = 1 + 2 tan φ ' (1 − sin φ ') tan 16 11.63 4.34 3.06 42 93.71 85.38 155.55 2 17 12.34 4.77 3.53 43 105.11 99.02 186.54 (3.32) Các hệ số hình dạng là các quan hệ B 18 13.1 5.26 4.07 44 118.37 115.31 224.64 thực nghiệm từ nhiều thí nghiệm trong 19 13.93 5.8 4.68 45 133.88 134.88 "'271.76 20 14.83 6.4 5.39 46 152.10' 158.51 330.35 phòng. Fγd = 1 (3.30) 21 15.82 7.07 6.2 47 173.64 187.21 403.67 22 16.88 7.82 7.13 48 199.26 222.31 496.01 23 18.05 8.66 8.2 49 229.93 265.51 613.16 Trong các PT (3.31) và (3.32), số hạng 24 19.32 9.6 9.44 50 266.89 319.07 762.89 tan-1(Df /B) tính theo radian. 25 20.72 10.66 10.88 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 34 II. Lý thuyết Sức chịu tải của Terzaghi và một số phát triển liên quan - Các hệ số độ nghiêng: 3- Hệ số an toàn Meyerhof (1963) và Hanna và Meyerhof - Tính toán sức chịu tải cho phép tổng thể của những móng nông đòi hỏi phải gắn (1981) đề nghị các hệ số độ nghiêng dùng một hệ số an toàn (FS) vào sức chịu tải giới hạn tổng thể, hay trong PT (3.21): qu qall = (3.12) 2 FS ⎛ β ⎞ o ⎜ Fci = Fqi = ⎜1 − ⎟ ⎟ - Trong thực tế cũng dùng hệ số an toàn như sau: ⎝ 90 ⎠ sức chịu tải giới hạn thực 2 Lượng tăng ứng suất thực lên đất = ──────────────── 3.13) ⎛ βo ⎞ FS Fγi = ⎜1 − ⎜ ⎟ ⎝ φ' ⎟ ⎠ - Sức chịu tải giới hạn thực được xác định bằng áp suất giới hạn của móng mà đất có thể chịu được vượt quá áp suất gây ra bởi đất xung quanh tại cao trình đáy ở đây, β = góc nghiêng của tải trọng trên móng. Nếu sự khác nhau giữa trọng lượng đơn vị của bêtông móng và trọng móng so với đường thẳng đứng lượng đơn vị đất xung quanh xem như bỏ qua, thì: qnet(u) = qu – q (3.14) trong đó qnet(u) = sức chụ tải giới hạn thực ; q = γ Df qu − q Do đó q all (net ) = (3.15) FS Hệ số an toàn xác định bởi PT (3.15) phải ít nhất là 3 trong mọi trường hợp. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 36
III. Phương páp xác định SCT theo tiêu chuẩn Việt Nam §2.4 Tính nền móng công trình chịu lực ngang thường 1- Lý thuyết Sức chịu tải của Terzaghi -Terzaghi (1943) là người đầu tiên giới thiệu một lý thuyết tổng quát để xuyên theo TTGH đánh giá sức chịu tải giới hạn của những móng nông đáy nhám. Theo lý thuyết này, một móng gọi là nông nếu độ sâu đặt móng, Df (Hình), nhỏ hơn hay bằng bề rộng của nó. ∗ Trường hợp tính theo TTGH 1 - Xét một móng liên tục, hay dạng dải, mặt phá hoại trong đất có dạng - CTr. Thường xuyên chịu lực ngang lớn (áp lực đất, áp lực nước…) tổng quát ứng với tải trọng giới hạn phân bố đều thẳng đứng (xem Hình - CTr. Xây trên sườn dốc dễ bị trượt, lật. 3.5). Đất nền có trọng lượng đơn vị = γ; lực dính đơn vị = c'; Góc ma sát = φ’. - Tính theo TCVN 4253 – 86: tính toán nền các công trình thủy công. ∗ Tải trọng tính toán (Ntt), THTT cơ bản và đặc biệc, chỉ tiêu cơ lý đất nền là giá trị tính toán Att (với kđ >1) I. Các hình thức mất ổn định của nền móng 1- Thí nghiệm bàn nén NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 37 38 §2.4 Tính nền móng công trình chịu lực ngang thường xuyên theo TTGH 2- Các tiêu chuẩn phán đoán hình thức mất ổn định Hình thức mất ổn định ngoài tải trọng còn phụ thuộc vào, kích thước móng, tính - Đối với nền đất dính (dẻo, dẻo cứng và dẻo mềm), ngoài điều kiện (2.25) cần thỏa chất đất nền (Khả năng chống trượt, đặc tính cố kết ): mãn thêm 2 đ/k sau: tgψ ≥ 0,45 (2.26) p max c k (1 + ε 1 )t o Nσ = ; tgψ = tgϕ + ; Cv = Cv ≥ 4 (2.27) b.γ ptb aγ n ho2 2- Khi không thỏa mãn 1 trong 3 đ/k trên thì: - Công trình có khả năng mất ổn định do trượt sâu, nếu công trình chỉ chịu lực đứng - Công trình có khả năng trượt hỗn hợp nếu CT chịu cả lực ngang. II. Phán đoán các hình thức mất ổn định của nền móng III. Xác định mức độ ổn định của nền móng 1- Công trình có khả năng chỉ xảy ra trượt phẳng: Công thức chung để kiểm tra mức độ ổn định là : - đ/v nền là cát, sét cứng hoặc nửa cứng và thỏa mãn điều kiện: mR gh Nσ ≤ [Nσ] (2.25) nc N tt ≤ (2.28) kn pk trong đó [Nσ] = . Khi không có thí nghiệm Mô Hình, [Nσ] =1 đ/với cát bγ chặt , =3 đ/với các loại đất khác. pk –là áp lực phân giới … NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 39 40
Trường hợp tải trọng tác dụng đúng tâm 2- Tính theo sơ đồ trượt hỗn hợp 1- Tính theo sơ đồ trượt phẳng Ttl P p Thl q Ttl P Ectl Thl To Tgh Ectl E'bhl U b2 b1 U E'bhl = m1 Ebhl - Tổng lực gây trượt: - Tổng lực gây trượt: Ntt = Ttl + Ec.tl - Thl (2-31) - Lực chống trượt giới hạn: Ntt = Ttl + Ec.tl - Thl (2-29) - Lực chống trượt giới hạn: Rhh = (ptgϕ + c) b2 + τgh b1 (2-32) Rph = (P-U) tgϕ + m1.Eb.hl + F.c (2-30) Cần xác định 3 đại lượng chưa biết: b1, b2 và τgh NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 41 42 a) Xác định b1, b2 α=b1/b α=b1/b 1,0 1,0 Khi áp suất đáy móng (p) tăng lên thì chiều rộng trượt sâu b1 tăng và chiều rộng phần trượt phẳng b2 giảm và ngược lại. Để kể đến liên hệ đó, ta thực hiện: α α 0,5 0,5 Lập quan hệ giữa (α = b1/b với p): Quan hệ α ~ p thay đổi theo sức kháng trượt của đất: pgh pgh tgψ < 0,45 , đường (α ~ p) qua 2 điểm: gốc tọa độ (α=0; pgh=0) và 0 ptb pIIgh 0 pk ptb pIIgh điểm (α=1; pgh= pIIgh với δ'=0). tgψ ≥ 0,45 , đường (α ~ p) qua 2 điểm: gốc tọa độ (α=0; pgh=pk) và điểm (α=1, pgh= pIIgh với δ'=0). - Giá trị pk = [Nσ]. γ.b Còn các điểm trong khoảng 0< α < 1, được nội suy tuyến tính. - Ý nghĩa của pk : Khi 0 ≤ p ≤ pk , trượt phẳng. Khi pk < p < pIIgh, trượt hỗn hợp α=b1/b α=b1/b Khi p = pIIgh , trượt sâu hoàn toàn (δ' = 0) 1,0 1,0 0,5 0,5 Xác định α tương ứng ptb nhờ quan hệ (α ~ p) . Sau đó từ trị số α tìm được pgh b1= α b ; b2= b - b1 . pgh 0 0 pk pIIgh pIIgh NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 43 44
3- Tính theo sơ đồ trượt sâu b) Xác định τgh - Tổng lực gây trượt: - Muốn tính (τgh) tương ứng (p) đã biết để nền đạt trạng thái giới hạn, ta cần có Ntt = P - U (2-35) P trị số góc ngiêng (δ‘). Tuy nhiên (δ‘) cũng chưa biết. Vì thế cần tính thử dần bằng - Lực chống trượt giới hạn: cách vẽ biểu đồ quan hệ giữa cường độ chống trượt giới hạn (τgh) và áp lực đáy Rs = Pgh (2-36) E E móng (pgh) ứng với các trị số (δ‘) giả thiết - (τgh ∼ pgh) - Thông thường cho trước 5 trị số δ' = (0 ÷ ϕ). Với mỗi δ' , tính được R’gh , rồi τgh = R gh cos δ '−nb U và pgh. δ'=0 b trong đó: R’gh = Nγ γ.b2 + Nq.q.b + Nc.c.b. PIIgh ' ' Rgh Rgh Trường hợp tải trọng tác p gh = cos δ '−n τ gh = sin δ ' 45o+ϕ/2 b b b dụng lệch tâm Như vậy có 5 cặp trị số (τgh, pgh); từ đó vẽ biểu đồ (τgh ∼ pgh) (Hình vẽ dưới). Từ 45o-ϕ/2 . Khi tính theo sơ đồ trượt hỗn hợp và (p) x/định τgh theo biểu đồ vừa tìm được. trượt sâu, tải trọng lệch tâm về phía - Thay các giá trị b1, b2, τgh vào (2.32) để tính Rhh hạ lưu cần đưa về tác dụng đúng tâm, với : τgh c - chiều rộng tính toán: btt = b – 2e; b1.tt= α.btt; b2.tt= btt- b1.tt .tg ϕ+ =σ - áp lực đáy móng tính toán: ptt = ptb.b/btt . τo . Thay b, b1, b2 bằng btt, b1.tt, b2.tt và Thay ptb bằng ptt trong công thức tính (τgh) (pgh,τgh), Rhh, Rs. ϕ c pgh (p, ptt) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 45 46 1- Tính trị số độ lún: - Theo tiêu chuẩn xây dựng nhà cửa dân dụng và cộng nghiệp TCXD 45-70, IV. Kiểm tra các điều kiện về biến dạng (S, ΔS, U). TCXD 45-78, có thể dùng phương pháp cộng lún từng lớp : n n βi βi: hệ số phụ thuộc hệ số nở hông μoi của Để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường đối với những công trình S = ∑ Si = ∑ σ zi hi đất. Theo TCXD 45-70 cho phép lấy thường xuyên chịu lực ngang tác dụng thì ngoài việc kiểm tra theo điều kiện i =1 i =1 E0i cường độ, nhiều công trình còn cần phải chú ý cả về mặt biến dạng. Nghĩa βi = βo =0,8 cho mọi loại đất. là phải tính độ lún của móng (S), chênh lệch lún (ΔS) và chuyển dịch ngang Xét phân tố đất thứ i của móng (U) để so sánh với các trị số giới hạn (Sgh, ΔSgh, Ugh). - Việc tính toán cần tuân theo những qui định của Quy phạm nền các công trình σz thủy công (TCVN 4253-86). Trị số độ lún (S) cũng thường tính theo phương pháp cộng lún từng lớp. Các bước tính lún tương tự như trong Quy phạm nền các công γ.hm Si trình dân dụng và công nghiệp (đã nêu ở phần trên). Nhưng cần chú ý là đối với hố móng các công trình thủy lợi thường rất rộng và có nước cho nên khi đào bỏ hi i σx lớp đất trong hố móng đất trong nền sẽ phình nở lên, do đó: * Khi vẽ biểu đồ phân bố ứng suất do trọng lượng bản thân gây ra, tại đáy móng σzđ = 0 và tăng dần theo chiều sâu. * Khi vẽ biểu đồ phân bố ứng suất tăng thêm (ứng suất gây lún σz) phải tính với áp suất đáy móng tổng cộng (không trừ đi phần đất đào móng). * Chiều sâu vùng chịu lún (Ha) lấy đến độ sâu tại đó có σz = 0,5σzđ. * Độ lún của lớp đất có chiều dày hi (Si) tính theo công thức: NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 47 48
- Bước 3: Tính độ lún qua các bước sau: * Xác định chiều dầy vùng ảnh hưởng (Ha) tính từ đáy móng đến vị trí thỏa mãn - Bước 1: Tính và vẽ biểu đồ phân bố ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây ra điều kiện σz = 0,2σzđ trên trục qua tâm móng (σzđ ∼ z): . * Chia nền đất trong phạm vi vùng đất chịu lún (Ha) ra thành những lớp mỏng, . Với giả thiết: sau khi đào bỏ lớp đất hố móng (giảm tải q =γ.hm), coi mặt nền hi ≤ 0,4.b không phình nở, cho nên xét về biến dạng (không đổi) thì ứng suất tại đáy hố * Tính độ lún Si cho mỗi lớp, sau đó tính S cho cả lớp Ha. móng cũng coi như không đổi (và bằng với trước khi đào hố móng). Như vậy, tại n n β0 * Cuối cùng cần thử lại các độ sâu đặt móng, σzđ = γ.hm (= q) S = ∑ Si = ∑ σ zi hi điều kiện biến dạng (S ≤ Sgh và - Bước 2: Tính và vẽ biểu đồ ứng suất gây lún (ứng suất tăng thêm) cùng trục với i =1 i =1 E0i ΔS ≤ ΔSgh). Nếu không thoả mãn ứng suất bản thân (σz ∼ z): cần phải có biện pháp xử lý (thay σz = K0. pgl, hoặc σz = 4.K1. pgl đổi kết cấu bên trên, tăng thêm trong đó, pgl – cường độ áp suất gây lún, pgl = ptb - γ.hm kích thước móng hoặc xử lý nền - γ.hm ptb – áp suất trung bình tại đáy móng (do tải trọng tiêu chuẩn gây ra) sẽ giới thiệu trong chương IV). hm – chiều sâu lớp đất đào hố móng. Xét phân tố đất thứ i σz ptb Si q= γ.hm hm σx hi i o NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 49 50 2- Tính độ chênh lệch lún và độ nghiêng của móng: Trường hợp tính độ nghiêng của móng chỉ do lực đặt ΔS = SA - SB (2-20) lệch tâm gây ra có thể sử dụng các công thức lý thuyết sau đây: ΔS -Theo trục dài của móng chữ nhật: el tgθ = (2-21) L k1 (1 − μ ).M l 2 tb tc o trong đó: tgθ l = 3 (2-22) ⎛l⎞ θ SA , SB – độ lún tại 2 điểm A và B trên cùng một móng, hoặc trên hai móng khác nhau. E .⎜ ⎟ l tgθ – độ nghiêng của móng. tb ⎝ 2 ⎠ L – khoảng cách giữa 2 điểm tính lún A, B. -Theo trục dài của móng chữ nhật: Hệ số k1, k2 phụ thuộc vào α=l/b k 2 (1 − μtb ).M btc 2 tgθ b = 3 (2-23) ⎛b⎞ e E .⎜ ⎟ tb ⎝ 2 ⎠ B A SA SB -Theo đường kính móng tròn: SB o SA A B 6(1 − μ tb ).M d 2 tc θ L tgθ d = (2-24) L E .d 3 tb NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH 51 52