Giáo trình Nền móng

MNN tại mặt đất, bên dưới lớp sét là lớp đất cứng không nén và không thoát nước. Thí nghiệm 1 mẫu đất ở độ sâu z = 5m ta được Cc = 0,82 , Cs = 0,14, Pc = 100 kN/m2. Cv =1x10-7 m2/s. Hệ số rỗng ứng với p = 40 kPa là 1,4. a. Xác định hệ số cố kết trước OCR b. Xác định độ lún ổn định của nền đất sét c. Xác định độ lún của nền đất sét tại thời điểm 6 tháng d. Xác định S tại t = 6tháng khi nền bên dưới thoát nước a. 0p pOCR c [2,5] b. po + p  pc: Cố kết trước nhẹ       c o o c o c o s p pp e hC p p e hCS log 1 log 1 [73cm] c. 2H tCT vv  => Uv(t) => St = Uv(t) . S [14%=>10,27cm, 28% => 20,6cm] - 16 - CHƯƠNG 2: MÓNG NÔNG 2.1 Khái niệm về móng nông Móng: Phần mở rộng đáy ct để tăng diện tích tiếp xúc và giảm áp lực truyền lên nền đất => lún ít và đất không bị trượt. Nền: Khu vực đất nằm ngay sát đáy móng trực tiếp gánh đở móng (gánh đở tải của ct trình truyền xuống thông qua móng). Móng nông và các ngoại lực Cân bằng lực Hình 2.1 Sơ đồ một móng nông Định nghĩa móng nông: - Theo cơ học: Khi hệ cân bằng lực tác động không xét đến lực ma sát giữa đất và mặt hông móng. - Theo kích thước móng: Tỉ lệ chiều sâu chôn móng và bề rộng móng Df/B < 2. - Hoặc theo khả năng thi công: Khi đào hố móng có thể đào trần. - Móng cứng: h/b  1; Móng mềm (chịu uốn): h/b  1. 2.2 Phân loại nền - móng  Phân loại móng theo hình dạng: - Móng đơn: Tải đúng tâm và lệch tâm - Móng kép = Móng phối hợp - Móng băng một hoặc hai phương - Móng bè: Bản, Sàn nấm, Hộp  Phân loại móng theo vật liệu: - Móng gạch - Móng đá hộc N B Df Mx Hy y Đáy móng Mặt móng Phần đáy CT Hông móng z N BDf MxHy y Rs z NỀN: Khu vực đất trực tiếp gánh đở móng MÓNG Mặt nền công trình - 17 - - Móng bê tông đá hộc - Móng bê tông cốt thép  Phân loại móng theo tải trọng: - Móng chủ yếu chịu tải trọng đứng: nhà, máy sản xuất, trụ cầu, Độ lún của nền đất ảnh hưởng rất lớn đến kết cấu công trình. - Móng chủ yếu chịu tải trọng ngang: tường chắn, mố cầu, đê, đập, Nền công trình dễ bị phá hoại trượt do chuyển vị ngang lớn.  Phân loại móng theo độ cứng: - Móng cứng có độ lún đồng đều trong toàn móng - Móng mềm hoặc móng chịu uốn là móng có độ lún không đồng đều (móng bị uốn cong)  Phân loại nền: - Nền đất tự nhiên. - Nền đất có xử lí: đệm cát, đệm sỏi, đệm cát + vải hoặc vỉ địa kỹ thuật, cọc cát, cọc đất + sỏi, cọc vôi hoặc xi măng, gia tải trước, gia tải trước + giếng cát hoặc bấc thấm, đầm nện, phun xịt xi măng (grouting). 1: Móng phối hợp chữ nhật 2: Móng phối hợp bởi dầm nối 3: Móng phối hợp hình thang 4: Móng băng 5: Móng bè 2 3 5 3 1 4 Móng băng / móng bè dạng bản Móng phối hợp Mặt bằng 1 móng bè Móng bè dạng hộp Hình 2.2 Các dạng móng nông Móng bè dạng sàn nấm - 18 - Các dạng móng đơn lệch tâm: Hình 2.3 Sơ đồ móng đơn chịu tải lệch tâm lớn và bé 2.3 Ứng suất tiếp xúc dưới đáy móng Hình 2.4 Các dạng ứng suất tiếp xúc dưới đáy móng (phản lực của đất nền lên đáy móng) 2.4 Tính toán móng đơn chịu tải đứng đúng tâm  Bước 1: Kiểm tra ứng suất của đất dưới đáy móng đủ nhỏ để nền còn ứng xử như ‘vật liệu đàn hồi’. Móng cứng Móng chịu uốn Móng cứng Móng chịu uốn a. Đất cứng b. Đất dính Móng cứng Móng chịu uốn c. Đất cát y N N N Df Mx Hy y B z ey L x B Df y z MxHy Df B Mx Hy z x x B B B N N N H ey ey H LL - 19 - Hình 2.5 Quan hệ S-p Hình. 2.6 Biểu đồ áp lực tác dụng và phản lực của đất nền )( * tcf tctc DcBDbAmRp   (QPXD 45-70) )( *21 IIIIfII tc II tc DcBDAb k mmRp   (QPXD 45-78) ftb tc tc D F Np  : áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng [kN/m2] Rtc, RII: sức chịu tải của đất nền dưới đáy móng [kN/m2] -Các hệ số A, B, D phụ thuộc vào , lấy ở bảng 1.21 trang 53. -Các hệ số điều kiện làm việc m, m1, m2, hệ số tin cậy ktc lấy ở bảng 1.22, trang 54.  Bước 2: - Kiểm tra biến dạng của đất nền hay độ lún của móng S đủ nhỏ để c/trình vẫn còn làm việc bình thường hay không ảnh hưởng đến tính bền vững lâu dài của ct. - Kiểm tra độ lún lệch giữa các móng  hay góc xoay i của một móng phải đủ nhỏ để không gây ra nội lực phụ nguy hiểm cho kết cấu công trình. S  Sgh i  igh   gh - Vùng biến dạng lún được xác định dựa trên cơ sở của bài toán đàn hồi tuyến tính, nên ptc < Rtc là điều kiện cần khi tính lún.  Bước 3: Tính bề dày móng h C Rtc = RII S O A B Pult p Pe Rtc=RII q=  Df q=  Df Ntc ptc - 20 - Hình 2.7 Kiểm tra chọc thủng - Bề dày móng h được chọn sao cho móng không bị chân cột xuyên thủng qua. - Móng bị chọc thủng theo hình tháp cụt, mặt đỉnh là chân cột hoặc đáy công trình, góc lan tỏa ứng suất nén  là góc cứng của vật liệu làm móng. Góc cứng của beton là 450, của gạch đá là 40  420. Pxt = ptt . Sngoài tháp xuyên = [b2 – (bc + 2h0)2] ptt Pcx = 3/4 [Rk . Sxq tháp xuyên ] = 0,75 Rk [4(bc + ho) ho ] S1 mặt xuyên tính toán = ho [(bc + 2ho) + bc] / 2 = (bc + ho) ho ftb tt tt D F Np  , có thể lấy gần đúng ptt = nptc = 1,15ptc ho = h – a a : lớp bê tông bảo vệ. Điều kiện: Pxt  Pcx  Bước 4: Tính và bố trí cốt thép trong móng - Xem đài móng như một dầm conxơn ngàm tại mép chân cột. Mặt chống xuyên tính toán Ntt Ntt ptt bc h0 h0 b 450 h0 Pxt bc + h0 bc + h0 Mặt bị xuyên thủng bc + 2h0 bc h0 h0 - 21 - Hình 2.8 Tính Moment trong đài cọc - Moment tại mặt ngàm (I-I): MI-I = ptt (1/2) (b –bc)2 b / 4 = ptt b (b –bc)2 / 8 - Diện tích cốt thép cần thiết: 0hR MF a II a    A211 2 1  ; 2 0hbR MA n  09,0 hR MF a II a  - Cốt thép của phương còn lại được tính tương tự. * Bố trí cốt thép 0,5(b-bc) ptt b Ntt hMI-I I I - 22 - Hình 2.9 Bố trí cốt thép h0 h Bêton đá 4x6, mác 50-100, dày 100 mm, giữ vai trò như cốt pha đáy móng. Cát lót dày 100-200, giữ vai trò như biên thoát nước khi nền đất bão hòa bị biến dạng. 1116 - 23 - BT 2.1: Một móng đơn vuông (B=L) chịu tải đúng tâm Ntt = 500 kN, Df = 1,5 m, MNN nằm ngay tại đáy móng, nền đất có:  = 18 kN/m3, sat = 20 kN/m3,  = 180, c = 20kN/m2. Kích thước cột bc x hc = 20 cm x 20 cm. Bê tông móng mác 200 có Rn = 90 kG/cm2; Rk = 7,5 kG/cm2. Thép trong móng là AI có Ra = 2300 kG/cm2. m1 = m2 = ktc = 1; n = 1,15; bt+đất = 22 kN/m3, 1) Xác định B (= L) hợp lí để nền thỏa mãn điều kiện ổn định. [1,8 m] 2) Xác định RII tại đáy móng (kN/m2). [187,65] 3) Xác định áp lực tính toán ptt dưới đáy móng (kN/m2). [187,22-192,27 kN/m2] 4) Xác định pgl tại mặt nền dưới đáy móng (kN/m2). [140,19 kN/m2] 5) Giả sử ứng suất gây lún là tuyến tính và chiều dày lớp đất chịu nén tương đương là 10 m (tại độ sâu có ứng suất gây lún bằng 0). E = 15 000 kN/m2 (ứng với cấp tải trọng của công trình);  = 0,8. Tính S (cm). [3,62] 6) Xác định chiều cao móng h (cm) hợp lí để móng thỏa mãn điều kiện xuyên thủng. Chọn a = 5 cm. [40 cm] 7) Xác định giá trị moment (kN.m) tại mặt cắt ngàm I-I (cho toàn bộ 1 phương). [110,75 kN.m] 8) Xác định diện tích cốt thép (cm2) cho 1 phương (lấy  = 0,9). [15,28 cm2] Df= 1,5m h B B bc hc Ntt= 500kN MNN - 24 - 2.5 Tính toán móng đơn chịu tải thẳng đứng lệch tâm nhỏ  Bước 1: Kiểm tra ứng suất tại đáy móng đủ nhỏ để nền còn ứng xử như ‘vật liệu đàn hồi’. )( )( *21 * IIIIfII tc II tc f tctc DcBDAb k mmR DcBDbAmRp     )(2,12,1 )(2,12,1 *21 * max IIIIfII tc II tc f tctc DcBDAb k mmR DcBDbAmRp     0min tcp hoặc đối với công trình có cầu chạy 25,0 max min tc tc p p ftb x tc x y tc y tc tc D W M W M F Np minmax/ 6 2BLWy  ; 6 2LBWx  ftb LB tc tc D L e B e F Np     661minmax/ B là cạnh ngắn của móng (Bx), L là cạnh dài (By), eB (ex) là độ lệch theo phương B (y), eL (ey) là độ lệch theo phương L (x). eB (ex)= (My + Hx h)/N ; eL (ey)= (Mx + Hy h) / N Mx : Moment vuông góc với trục x My : Moment vuông góc với trục y - 25 - Hình 2.10 Sơ đồ tải lệch tâm nhỏ * Kiểm tra an toàn chống trượt Htty phải nhỏ hơn tổng lực chống cắt của đất ở đáy móng s  F Htty  s  F = (ptt tanI + cI) F  Bước 2: Kiểm tra độ lún Tính lún tại tâm móng, như bài toán tải đúng tâm, xem áp lực gây lún phân bố đều là trung bình của pmax & pmin ftb tc f tc gl DF ND F N p )(   i i ii n i n i i he eeSS 1 21 11 1    iioi n i hpaS   1 ii oi i n i hp E S     1 S  Sgh s pmax pmin q=Df x N Df My Hy y z ex M H L y B Df Hy ex = My/N N z y BB ey Mx - 26 - * Kiểm tra góc xoay i của móng phải nhỏ hơn góc xoay cho phép igh để không gây ra nội lực phụ nguy hiểm cho kết cấu công trình: i  igh (0,2%) - Xác định theo phương pháp tổng phân tố: y y y B S i  ; x x x B Si  - Xác định theo phương pháp lớp biến dạng tuyến tính: 3 2 2 1     x x xx b eNk E i  ; 3 2 2 1      y y yy b eN k E i  Hệ số kx, ky tra bảng 1.12 và 1.13, trang 37.  Bước 3: Tính bề dày h Tính cho trường hợp tải lệch tâm 1 phương, với mặt bị xuyên thủng bất lợi nhất. Tính toán tương tự như trường hợp móng chịu tải đúng tâm nhưng với phản lực nền phân bố không đều. - Ứng suất tại 1 điểm M bất kỳ dưới đáy móng:                              ftb xy My tc yx Mx tctc ftb x y tc y x tctc tt M D bb yeN bb xeN F Nn D W eN W eN F Nnp   12 )( 12 )( 33 - Ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất ở các điểm góc móng:      ftctbL tc B tctc tt D LB eN BL eN F Nnp 22minmax/ 66 n = 1,15 - 27 - H.2.11 Tính toán xuyên thủng móng chịu tải lệch tâm bé Pxt = {0,5(b+bc+2h0).0,5[l – (hc + 2h0 )]} .0,5[pmax+ p1] Pcx = 3/4 Rk S1 mặt bên tháp xuyên = 0,75 Rk [(bc+h0)h0] Pxt  Pcx  Bước 3: Tính cốt thép móng (lệch tâm 1 phương) - Moment tại mặt ngàm chân cộ (I-I) MI-I=[ptt20,5(b-bc)b(b-bc)/4]+[pttmax–ptt2][0,25(b-bc)b](2/3)(b-bc)/2 - Diện tích cốt thép móng theo phương thẳng góc mặt ngàm I-I 00 . 9,0 hR M hR MF a II a II IIa    - Moment tại mặt ngàm chân cột (II-II) MII-II = ptttb . 0,5 (b-bc) b (b-bc)/4 - Diện tích cốt thép móng theo phương thẳng góc mặt ngàm I-I 00 . 9,0 hR M hR MF a IIII a IIII Ia    Mặt chống xuyên tính toán pmin pmax pmax b p1 bc + h0 Ntt Mtt Ntt Mtt h0 h0 450 h0 p1 bc - 28 - H. 2.12 Tính toán moment để bố trí cốt thép trong móng BT 2.2: Cho một móng đơn chịu tải lệch tâm một phương Ntt = 600kN, Mtt = 30 kN.m, Htt = 50kN, Df = 1,5 m, đặt trên nền đất có:  = 18 kN/m3, sat = 20 kN/m3, bt+đất =22 kN/m3,  = 20o (A = 0,515, B = 3,06, D = 5,66), c = 15 kN/m2,. Kích thước cột bc  hc = 20cm  30cm. Bê tông móng mác 200 có Rn = 90 kG/cm2; Rk=7,5 kG/cm2. Thép trong móng là AI có Ra = 2300 kG/cm2. m1 = m2 = ktc = 1; n = 1,15. Chọn trước bề rộng móng B = 1,5 m; chiều cao móng h = 0,6 m; a = 5 cm; 1) Xác định RII của đất nền dưới đáy móng (kN/m2) [175,25] 2) Xác định kích thước móng hợp lí (L) để nền đất dưới đáy móng thỏa điều kiện ổn định  tctctbtctctc RppRp  ;0;2,1 minmax . [2,5] 3) Ứng với kích thước móng đã xác định, xác định giá trị áp lực tính toán lớn nhất tại đáy móng  ttmaxp . [231,4] 4) Xác định giá trị áp lực tính toán nhỏ nhất tại đáy móng  ttminp . [154,6] 5) Xác định giá trị áp lực gây lún tại đáy móng  glp . [145,13] 6) Xác định lực gây xuyên thủng (kN) ở cạnh móng có áp lực lớn [196,13] 7) Xác định lực chống xuyên (kN) ở cạnh móng có áp lực lớn nhất. [232,03] 8) Xác định moment (kN.m) tại mặt ngàm chân cột II-II cho toàn bộ chiều rộng B (cho phép qui tải hình thang thành chữ nhật. [ ] 9) Xác định diện tích cốt thép (cm2) cho toàn bộ chiều rộng B (lấy  = 0,9). [ ] 0,5(b-bc) pttmax b Ntt hMI-I I I Ptt2 pttmin I II Df= 1.5m h=0,6m B L bc hc Mtt= 30kN.mHtt= 50kN Ntt= 600kN 450 II II II MNN  L - 29 - 2.6 Tính toán móng nông chịu tải thẳng đứng lệch tâm lớn (móng chân vịt) Hình 2.13 Móng lệch tâm lớn (móng chân vịt) 0min tcP - Áp lực nhỏ nhất khi không xét đến áp lực đắp trên móng (ảnh hưởng của độ sâu chôn móng) + Khi lệch tâm 1 phương theo cạnh dài L         L e F Nn LB eN F NnP L tc L tctc tt 616 2min + Khi lệch tâm 2 phương         L e B e F Nn LB eN BL eN F NnP LB tc L tc B tctc tt 66166 22min - Khi eB  B/6 hay eL  L/6 => lệch tâm lớn 2.7 Móng băng dưới tường chịu tải thẳng đứng (Phương pháp phản lực nền phân bố tuyến tính) N M N pminpmax p1 B L L/2–hc/2 hc bc - 30 - Hình 2.14 Móng băng dưới tường chịu tải thẳng đứng  Bước 1: Kiểm tra sức chịu tải của đất nền dưới đáy móng: )( * tcf tctc DcBDbAmRp   )( *21 IIIIfII tc II tc DcBDAb k mmRp   ftb tc tc D F N p   : áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng [kN/m2]. Ntc là tổng tải truyền lên móng băng  Bước 2: Kiểm tra độ lún tại tâm móng: - Ứng suất (áp lực) gây lún tại đáy móng ftb tc fgl DF N Dp )(    i i ii n i n i i he eeSS 1 21 11 1    S  Sgh = 8 cm  Bước 3: Tính bề dày móng (kiểm tra xuyên thủng): B L h ptc Ntc h - 31 - Hình 2.15 Kiểm tra xuyên thủng và tính nội lực móng Pxt = ptt . Sngoài (1) tháp xuyên = ptt x 1m [B – (bt+2h0)]/2 Pcx = 3/4 [Rk . S1 tháp xuyên ] = 0,75 Rk [1m x ho ] Điều kiện: Pxt  Pcx  Bước 4: Tính nội lực trong móng và bố trí cốt thép: MI-I = ptt [(B-bt)/2]2 1m /2 00 9,0 hR M hR MF a II a II a    Phương còn lại bố trí theo cấu tạo 2.8 Móng băng dưới hàng cột (giả thuyết phản lực nền phân bố tuyến tính) Hình 2.16 Móng băng dưới hàng cột ptt Ntt hMI-I Bho ho bt 1m dài [B-(bt+2h0)]/2 l N1 N2 N4 N3 lm l l lm B h L - 32 - * Bước 1, 2 tính toán như móng băng dưới tường * Bước 3: Tính bề dày bản móng : Bản móng dưới 2 cột biên có khả năng bị xuyên thủng lớn nhất: Pxt = Max (N1, N4) Pcx = 0,75 Rk [2(hc + 0,5h0) + (bc + h0)] h0 * Bước 4: Tính nội lực và cốt thép - Tổng lực tính toán: Ntt = n Ntc - Phản lực ròng pnet pnet = Ntt / F - Phản lực ròng pnet trên 1 mét rộng pnet = Ntt B / F = Ntt / L Hình 2.17 Nội lực trong móng băng dưới hàng cột - Tính cốt thép bên trên theo phương dọc (L) ứng với M nhịp lớn nhất 00 9,0 hR M hR MF a nh a nh a   - Tính cốt thép bên dưới theo phương dọc (L) ứng với M gối lớn nhất 00 9,0 hR M hR M F a g a g a   - Tính cốt thép theo phương ngang (B), xem như ngàm tại mép cột, tính trên 1 mét dài M = pnet [(B – bc)/2]2 / 2 00 9,0 hR M hR MF aa a   N1 Pnet x N2 N3 N4 l lm l O l lm M Q plm N1 plm N4 p lm2/2 p lm2/2 N2 N3 h0 h 25a200 14a250 12a250 12a250 - 33 - BT 2.3 Cho một móng băng dạng bản dưới hàng cột có bề rộng 2m chịu tải trọng tính toán như hình vẽ: Df = 2 m, MNN nằm ngay tại đáy móng, w=10kN/m3. Nền đất có: trọng lượng riêng tự nhiên trên mực nước ngầm  = 16 kN/m3, trọng lượng riêng bão hòa dưới mực nước ngầm sat = 17 kN/m3,  = 140 (A = 0,29 ; B = 2,17 ; D = 4,69), c = 20kN/m2. Cột bc x hc = 20 cm x 20 cm. Bê tông móng M250 có Rn = 11 MPa ; Rk = 0,8 MPa và thép Ra = 230 MPa. Các hệ n = 1,15 ; m1 = m2 = ktc = 1, bt + đất = 22 kN/m3 1) K/ tra ổn định của đất nền dưới đáy móng [Ổn định] 2) Xác định áp lực gây lún pgl tại đáy móng [62 kN/m2] 3) Kết quả thí nghiệm mẫu đất ở độ sâu 6m ta được chỉ số nén Cc = 0,30 , chỉ số nở Cs = 0,06, áp lực tiền cố kết Pc = 80 kN/m2, hệ số rỗng e ứng với áp lực p = 60 kPa là 1,5. Đất nền là loại đất gì: [Cố kết trước nhẹ] 4) Giả sử ứng suất gây lún được xem như tuyến tính và chiều dày lớp đất chịu nén tương đương là 8 m. Tính độ lún ổn định của móng [7,77cm] 5) Giả thiết phản lực nền phân bố tuyến tính và bỏ qua trọng lượng của móng và đất trên móng, xác định giá trị lực cắt (kN) tại chân cột biên (mặt cắt I-I) cho toàn bộ bề rộng móng [230 kN] 6) Xác định moment (kN.m) và cốt thép (cm2) tại chân cột giữa cho toàn bộ bề rộng B, (=0,9) [57,5 / 6,17] 7) Xác định moment (kN.m) và cốt thép (cm2) theo phương cạnh B (tại mặt ngàm mép cột A-A) cho 1 m dài móng, [23,29/2,5] 2.9 Tính toán móng bè theo phương pháp phản lực nền phân bố tuyến tính Hình 2.18 Móng bè dưới cột Ntt1=345kN Ntt1=345kNN tt 2=460kN 4 m 4 m1 m 1 m 2m MNN 2m 0,5m L B CBA F E D x y - 34 - 1. Chọn kích thước móng bè LxB. Xác định tổng tải trọng của các cột truyền lên móng N = N1 + N2 + N3 + + Nn 2. Xác định áp lực đáy móng tại các điểm A, B, C, D, x x y ytc I yM I xM F Np  Ix = B L3/12 : moment quán tính quanh trục x Iy = L B3/12 : moment quán tính quanh trục y Mx = Ney: moment của các lực chân cột quanh trục x My = Nex: moment của các lực chân cột quanh trục y ex và ey : độ lệch tâm theo phương x và phương y của tổng hợp lực các cột 2 ...332211 B N xNxNxNxNe nnx  2 ...332211 L N yNyNyNyNe nny  3.Kiểm tra khả năng chịu tải của đất nền dưới đáy móng ptc  Rtc  RII ptcmax  1,2 Rtc  1,2 RII ptcmin  0 4. Kiểm tra độ lún tại tâm móng S  Sgh [10 cm] 5. Chia móng bè thành nhiều dãy theo phương x, y. 6. Tính kết cấu từng dãy như móng băng dưới hàng cột, với giả thuyết phản lực nền phân bố tuyến tính. - Tính Q, M cho mỗi dãy - Tính bề dày bản móng: kiểm tra điều kiện xuyên thủng như trường hợp móng băng trên hàng cột; chọn max (hi) - Chọn giá trị Mmax và Mmin để tính Fa - Bố trí cốt thép như bản sàn Hình 2.19 Bố trí cốt thép trong móng bè 2.10 Các dạng móng đặc biệt - Giả sử móng tuyệt đối cứng, áp lực đáy móng phân bố đều hoặc tuyến tính. - Xác định trọng tâm móng và điểm đặt hợp lực. h0 h 22a200 20a20014a250 14a250 - 35 - - Xác định kích thước móng hợp lí. - Xem như móng là 1 dầm đặt trên 2 gối tựa là 2 cột, từ đó xác định được nội lực trong móng. 1. Móng kép chử nhật, tải đúng tâm: Hình 2.20 Móng kép chử nhật, tải đúng tâm LB NNpp tt 21)(  blpM 211 5,0 21 31 2 5,0 NN lNll  blpM 222 5,0 l1 = l – (l3 + l2) 8/ 2 3 blpM x  F = LB  (N1tc+N2tc+G)/Rtc M1-2 = Mx – 0,5(M1 + M2) 2. Móng chữ nhật, tải lệch tâm N1 N2 ptt = pnet B L l3l1 l2 M M2 M1 M1-2 Mx - 36 - Hình 2.21 Móng kép chử nhật, tải lệch tâm - Kiểm tra điều kiện ổn định: 21 31 NN lNx  (M/2 = 0) e = 0,5 l – (l2 + x) M = M1 + M2 + (N1 + N2) e + (H1 + H2) h 21 ' NN Me  II tc tctc tc tb RRLB GNNp  21     L e LB GNNp tctc tc '6121minmax/ tctc Rp 2,1max  N1 N2 pmax B L l3l1 l2 pmin p1 p2 e x M1H1 M2H2 h M M2 M1 M1-2 Mx P - 37 - 0min tcp - Xác định nội lực trong móng  minmax1min1 ppL lpp   minmax31min2 ppL llpp   1min211 26 1 pplbM   2max222 26 1 pplbM   212316 1 pplbM x  M1-2 = Mx – 0,5 (M1 + M2) - Bố trí cốt thép như trong dầm - 38 - 3. Móng có giằng Hình 2.22 Móng có giằng Fm1 = b1 l1 ; Fm2 = b2 l2 Đặt R = N1 e / l (M/O = 0; N1 e = R l ; R = N2 – R2 + G2 ) R1 = N1 + R + G1 + 0,5 Gg (M/O’ = 0) R2 = N2 – R + G2 + 0,5 Gg tcRn Rlb 111  ; tcRn Rlb 222  * Tải lệch tâm: Hình 2.23 Móng có giằng tải lệch tâm tc tc R GNlb 1 11 11  ; tc tc R GNlb 2 22 22  M1’ = M1 + H1 h1 ; M2’ = M2 + H2 h2 * Móng phối hợp O O’G1 G2 h1 l N2 N1 M1’ H1 H2 M2’ h2 M1 M2 O O’G1 G2 e l N2 N1 R2 R1 Gg R=N2+G2-R2 R=(N1e)/l N1 e Moment trong giằng móng - 39 - Hình 2.24 Móng phối hợp 1 1 1 s sNR  (M/N2 = 0) R2 = N1 + N2 – R1 (Y = 0) tcRn Rlb 111  ; tcRn Rlb 222  11 1 1 lb Rp  ; 22 2 2 lb Rp  G1 G2 s N2 N1 e R2 R1 s1 p1 p2 l1 l2 w1 w2 Q M p1w1/2 N1 p1l1-N1 P2l2-N2 N2 p2w2/2 p1w12/8 p2l22/8 p1112/2-N1(l1-w1/2) p2122/2-N2(l2-w2/2) - 40 - 4. Móng kép hình thang Hình 2.25 Móng kép hình thang 21 212 3 bb bbLx   ; 21 32 NN lNy  l1 = L – (y + x) l2 = L – (l3 + l1) 2 )( )( 21 21 Lbb NNp   tc tctc R GNNbbLF  2121 2 )( L lLbbbb 121211 )(  L lbbbb 221222 )(  N1 N2 p=pnet b1 L l3l1 l2 x h M M22 M11 M1-2 Mx b11 b2 b22 y - 41 - pbblM )2( 6 1 111 2 111  pbblM )2( 6 1 222 2 222  pbblM x )(16 1 2211 2 3  M1-2 = Mx – 0,5(M11 + M22) 2.11 Móng băng có sườn * Tính toán như dầm lật ngược * Tính toán như dầm trên nền Winkler - Hệ số nền k: S k gl  [kN/m3] - Tính toán cốt thép cho sườn như dầm - Tính toán cốt thép cho cánh (như dầm conxôn ngàm tại mép cột) 2.12 Móng bè có sườn * Tính toán như bản sàn lật ngược: - Tính toán dầm - Tính toán bản * Tính toán như bản sàn có dầm trên nền Winkler - 42 - Chương 3: MÓNG CỌC 3.1 Khái niệm về móng cọc - Móng cọc là loại móng sâu, có khả năng tiệp nhận tải trọng bên trên và truyền tải trọng này thông qua cọc xuống nền đất tốt ở mũi cọc phía dưới. - Đài cọc: có nhiệm vụ tiếp thu phần tải trọng bên trên để truyền xuống cho cọc. - Hệ cọc: là những cọc được liên kết lại bởi đài cọc, có nhiệm vụ nhận tải trọng từ đài và truyền xuống đất nền bên dưới mũi cọc (chọn đất tốt). Hình 3.1 Móng cọc 3.2 Phân loại móng cọc 3.2.1 Theo vật liệu cọc - Gỗ: cừ tràm (cọc tràm), tre, thông, * Cừ tràm: chiều dài từ 4-5m (thường chọn 4,5m) đường kính 6-8 cm, mật độ 16cây/m2, 25c/m2, 36c/m2, 49c/m2 (thường gặp 25c/m2), sức chịu tải 1 cây cừ tràm 400 kG (4 kN) – 1000 kG (10 kN). - Thép: I, H, ống, bản, - Bê tông: + Chế tạo sẵn: cọc vuông, cọc tròn, cọc ống; thi công bằng búa đóng dieze hay máy ép thủy lực. + Đúc tại chổ: cọc khoan nhồi, cọc barrette 3.2.2 Theo khả năng chịu tải - Cọc chịu mũi, cọc ma sát - Cọc chịu tải trọng đứng, cọc chịu tải trọng ngang 3.2.3 Theo chiều sâu đặt đài - Móng cọc đài thấp: độ sâu chôn đài thỏa đk tác dụng lực ngang H; hệ cọc chỉ chịu nén, không chịu uốn. - Móng cọc đài cao: đài cọc nằm trên mặt đất tự nhiên; hệ cọc làm việc chịu uốn; công trình cầu, cảng. Nền của móng cọc Hệ cọc Đài cọc - 43 - Hình 3.2 Móng cọc đài thấp và đài cao 3.2.4 Theo đặc tính chịu lực - Móng cọc đài đơn, đài kép, đài băng, đài bè. Hình 3.3 Các loại móng cọc khác 3.3 Cấu tạo cọc bê tông cốt thép D L Cốt thép dọc Cốt thép đai 1-1,5D 150 1000 Móc cẩu, 16 6 a100 1000 6 a100 20,1m D L A-A   Hộp nối cọc     AA Mũi thép Mối hàn Đoạn đầu cọc NỐI CỌC Hình 3.6 Cấu tạo chi tiết cọc và nối cọc - 44 - 3.4 Trình tự tính toán móng cọc: 0. Dữ liệu tính toán - Dữ liệu bài toán và các đặc tính của móng cọc - Số liệu tải trọng (tính toán) - Chọn vật liệu làm móng: mác BT, cường độ thép, tiết diện và chiều dài cọc (cắm vào đất tốt > 2m), đoạn neo ngàm trong đài cọc (đoạn ngàm + đập đầu cọc ≈ 0,5m). Qs Qp 4 Ntt Htt Mtt Hình 3.4 Sơ đồ tính toán móng cọc - 45 - v = 2 v = 0,7 v = 0,5 1. Kiểm tra móng cọc làm việc đài thấp E  H 2 2 1 fa p DbK FS K H      => bK FS K HD a p f       2 Df  0,7 hmin b Hh   2 2 45tan 0min     Kp = tan2 (450 + /2) Ka = tan2 (450 - /2) FS = 3 (áp lực sau đài chưa đạt trạng thái bị động) b : cạnh của đáy đài theo phương vuông góc với H 2. Xác định sức chịu tải của cọc Pc - Theo vật liệu làm cọc Qvl =  Ap Rvl Qa =  (Rb Ab + Ra Aa)  : hệ số ảnh hưởng bởi độ mảnh của cọc,   (l0/r hay l0/d, l0 =  l), tra bảng 3.2/168. Đầu cọc ngàm trong đài và mũi cọc nằm trong đất mềm Đầu cọc ngàm trong đài và mũi cọc tựa trong đất cứng hoặc đá Đầu cọc ngàm trong đài và mũi cọc ngàm trong đá * Cọc khoan nhồi, cọc barrette, cọc ống nhồi bêtông Qa = (Ru Ab + Ran Aa) Ru : cường độ tính toán của bê tông Ru = R/4,5; Ru  6 MPa: khi đổ bêtông dưới nước, bùn Ru = R/4; Ru  7MPa: khi đổ bêtông trong hố khoan khô R : mác thiết kế của bê tông Ran : cường độ tính toán cho phép của cốt thép  < 28mm, Ran = Rc/1,5; Ran  220 MPa. - Theo điều kiện đất nền: + Theo chỉ tiêu cơ học - 46 - p pp s ss p p s s a FS qA FS fA FS Q FS QQ  FS qAfA FS QQ FS QQ ppsspsua  FSs : hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên; 1,5  2,0 FSp hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc; 2,0  3,0 FS : hệ số an toàn chung, chọn 2  3  Thành phần chịu tải do ma sát xung quanh cọc Qs fs = ca + h’ tana = ca + Ks v’ tana ca , a = c,  : cọc đóng, ép bêtông cốt thép ca , a = 0,7[c, ] : cọc thép (bảng 3.28/213). Ks = K0 = 1 - sin (đất)    1sK (vật liệu đàn hồi) OCRKs )sin1(  (đất cố kết trước) Ks có thể từ bảng 3.10/186 theo Das Kstana có thể lấy từ bảng 3.30/213 theo TCXD 205-1998  Thành phần sức chịu mũi của đất dưới mũi cọc Qp * Phương pháp Terzaghi: qp = 1,3 c Nc +  Df Nq + 0,6  rp N (rp: b/kính cọc tròn) qp = 1,3 c Nc +  Df Nq + 0,4  d N (d: cạnh cọc) Nc , Nq , N : hệ số sức chịu tải, xác định theo Terzaghi, bảng 3.5/174.  Df = v’ * Phương pháp Meyerhof: qp = c Nc’ + q’ Nq’ Nc’, Nq’ : xác định từ biểu đồ 3.28/178 * TCXD 205-1998: qp = c Nc + v’ Nq +  d N + Theo chỉ tiêu vật lí Qa = km (Rp Ap + u  fsi li) (21-86) km = 0,7 : cọc chịu nén; km = 0,4 : cọc chịu nén Qtc = mR qp Ap + u  n i 1 mf fsi li (205-1998) k QQ tca  ; k =1,4  1,75 mR , mf : hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc mà bên hông cọc, bảng 3.18/201. Rp : sức chịu tải đơn vị diện tích của đất dưới mũi cọc, bảng 3.19/201. fsi : lực ma sát đơn vị giữa đất và cọc, bảng 3.20/202 - 47 - => Chọn Pc = min (Pvl ; Pđn) * Cọc khoan nhồi, barrette: Qtc = m (mR qp Ap + u  n i 1 mf fsi li) (205-1998) m : hệ số điều kiện làm việc, bảng 3.21/203. mR , mf : hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc mà bên hông cọc, bảng 3.22 & 3.23/203. qp : cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc . Đất dính, qp tra bảng 3.25/204 . Đất rời, qp được tính qp = 0,75(’dpAk0 + LBk0): cọc nhồi, cọc barrette, cọc ống lấy nhân. qp = (’dpAk0 + LBk0): cọc ống giữ nguyên nhân ’ : trọng lượng riêng của đất dưới mũi cọc  : trọng lượng riêng của đất nằm trên mũi cọc Các hệ số , , Ak0, Bk0 tra bảng 3.24/204. - Theo TN xuyên tĩnh, TN SPT 3. Chọn số lượng cọc và bố trí cọc  22 63 dd P L Pp cctb  ftbtb tc Dp N F   c tt P N n   ;  = 1,2  1,6 => bố trí cọc khoảng (3  6)d, cấu tạo đài có mép đài cách mép cọc ngoài  100  150mm. 4. Kiểm tra sức chịu tải của cọc (lực tác dụng lên cọc)    2 i max tt x 2 i max tt y tt max y yM x xM n NP    2 i i tt x 2 i i tt y tt )y,x( y yM x xM n NP Pmax  Pc (Qa) Pmin  Pn Pn : sức chịu nhổ an toàn của cọc - Kiểm tra sức chịu tải của cọc làm việc trong nhóm. Hệ số nhóm : - 48 -     21 1221 90 )1()1(1 nn nnnn    s darctg [deg] n1 : số hàng cọc n2 : số cọc trong 1 hàng d : đường kính hoặc cạnh cọc s : khoảng cách giữa các cọc Pnh =  n1 n2 Pc 5. Kiểm tra ứng suất dưới mũi cọc (móng khối qui ước) Fqu = Lqu Bqu = [(L - 2x) + 2 lc tan] [(B - 2y) + 2 lc tan] y tc y x tc x qu tc qu minmax/ W M W M F N         qu Lqu qu Bqu qu tc qu L e B e F N 66 1minmax/ e = M/N = (M0 + H h )/N qu tc qu tb F N )DcBhAb( k mmR II * qu tc 21 IItb  max  1,2 RII min  0 *: trọng lượng riêng trung bình của đất nằm trên mũi cọc,   i ii h h * 6. Kiểm tra độ lún của móng cọc htbgl  gl z gl k - 49 - i i ii n i n i i he eeSS 1 21 11 1    iioi n i hpaS   1 ii oi i n i hp E S     1 S  Sgh 7. Kiểm tra chuyển vị ngang của cọc - Tính toán cọc chịu tải trọng ngang - Kiểm tra chuyển vị ngang cho phép Q  Png (Png : sức chịu tải ngang của cọc) 3 01000 l EJ P ngng   [T] ng = 1 cm: chuyển vị ngang tại đầu cho phép EJ : độ cứng của cọc  = 0,65 : khi cọc đóng trong đất sét  = 1,2 : khi cọc đóng trong đất cát l  0,7 d ; d [cm]: cạnh hay đường kính cọc. 8. Kiểm tra điều kiện xuyên thủng của đài Pxt  Pcx Pxt =  phản lực của những cọc nằm ngoài tháp xuyên ở phía nguy hiểm nhất Pcx = 0,75 Rk Stháp xuyên 9. Xác định nội lực và bố trí cốt thép - Tính moment: dầm conxôn, ngàm tại mép cột, lực tác dụng lên dầm là phản lực đầu cọc. 00 9,0 hR M hR M F a g a g a   10. Một số vấn đề thi công: - Tính móc cẩu để vận chuyển và thi công cọc - 50 - 0.207L 0.207L0.586L M1 (max) M1 (max) 0.293L 0.707L M2 (max) M2 (max) - Nếu cọc đóng thì chọn búa đóng E  25 Pc 5  E qQ E: năng lượng búa đóng; Q: trọng lượng búa; Pc: sức chịu tải của cọc; q: trọng lượng cọc - Thực tế chọn máy ép tải trọng gấp 2 lần Ptt của cọc. - Tính độ chối thiết kế. qQ qQ AnP mk P hQAnmk e pSS ptk         2,0 1 (etk  2 mm) k: h/s đồng nhất vật liệu = 0,7; m: h/s đk làm việc = 0,91; PS : sức chịu tải cọc đơn theo đk đất nền; Ap: diện tích tiết diện ngang cọc; q: trọng lượng cọc; Q: trọng lượng búa (thường chọn = 11,25Q); h: chiều cao rơi búa; n: hệ số = 15 kG/cm2 cho cọc BTCT, = 10 kG/cm2 cho cọc gỗ không mũ. - Độ chối thực tế là độ lún trung bình của 10 nhát búa cuối cùng. * Một số vấn đề thi công cọc khoan nhồi, barrette * Các phương pháp kiểm tra sức chịu tải của cọc: Thử tải tĩnh, thử tải động, siêu âm, * Bài tập L 0,207L 0,207L0,586L Mmax = 0,0214 qL2 0,293L Mmax = 0,043 qL2 Sơ đồ 2 móc cẩu (vận chuyển) Sơ đồ 1 móc cẩu (dựng lắp) - 51 - 3.5 Cọc chịu tải trọng ngang (Theo TCXDVN 205-1998) Hình 3.7 Sơ đồ làm việc của cọc chịu tải trọng ngang H.3.8 Sơ đồ tác động của moment và tải ngang lên cọc M0 y H0 ’y (kN/m2) z L z  H M N n 0 y0 z l H0=1 HH H M z M0=1 MH M M z N H l l0 l - 52 - - Mô phỏng bằng mô hình nền Winkler: ’y = Czy y )/( 3 , mkN y C yzy  - Phương trình uốn dọc của cọc: 04 4  zyb dz ydIE  I : Moment quán tính tiết diện ngang của cọc Eb: Module đàn hồi của bê tông Czy = K0 z , K0 : hệ số nền qui ước hay hệ số tỉ lệ [T/m4] (tra bảng 4.1/243) - Áp lực tính toán z [T/m2]:      13 012 01010 DIE HC IE MBAyzK bbdbbdbd e bd z    - Moment uốn Mz [Tm]: 3 0 303030 2 DHCMBIEAIyEM bd bbdbbdz   - Lực cắt Qz [T] 404040 2 40 3 DHCMBIEAIyEQ bdbbdbbdz   ze : chiều sâu tính đổi, ze = bd z le : chiều dài cọc trong đất tính đổi, le = bd l bd : hệ số biến dạng, 5 IE Kb b c bd  bc : chiều rộng qui ước của cọc, d  0,8 m => bc = d + 1 m; d bc = 1,5d + 0,5 m (TCXD 205-1998) - 53 - - Chuyển vị ngang HH , HM , MH , MM do các ứng lực đơn vị 03 1 A IEbbd HH   02 1 B IEbbd HMMH   0 1 C IEbbd MM   A0 , B0 , C0 , D0 tra bảng 4.2/250 - Moment uốn và lực cắt của cọc tại z = 0 (mặt đất) H0 = H M0 = M + H l0 - Chuyển vị ngang y0 và góc xoay 0 tại z = 0 (mặt đất) y0 = H0 HH +M0 HM 0 = H0 MH +M0 MM - Chuyển vị ngang của cọc ở cao trình đặt lực hay đáy đài IE Ml IE Hlly bb n 23 2 0 3 0 000   - Góc xoay của cọc ở cao trình đặt lực hay đáy đài IE Ml IE Hl bb 0 2 0 0 2  - 54 - * Ổn định nền xung quanh cọc  IIv I z y ctg   , 21 cos 4 v’ : ứng suất hữu hiệu theo phương đứng tại độ sâu z I : trọng lương riêng tính toán của đất cI , I : lực dính và góc ma sát trong tính toán của đất  : hệ số = 0,6 cho cọc nhồi và cọc ống, = 0,3 cho các cọc còn lại 1 : hệ số = 1 cho mọi trường hợp; trừ ct chắn đất, chắn nước = 0,7 2 : hs xét đến tỉ lệ ảnh hưởng của phần tải trọng thường xuyên trong tổng tải vp vp MnM MM  2 Mp : moment do tải thường xuyên Mv : moment do tải tạm thời n = 2,5, trừ: n = 4 cho móng băng n = công trình quan trọng, le 2,5 lấy n = 2,5 Bài tập: - 55 - 3.1: Cho 1 cọc BTCT, 30x30cm, dài 20m (gồm 2 đoạn cọc 10m nối lại), đầu cọc cách mặt đất 2m, cọc đi qua 2 lớp đất : -Lớp đất 1: Đất sét mềm có các chỉ tiêu: c1 =15 kN/m2; 1 = 100 , trọng lượng riêng trên MNN:  =17 kN/m3, trọng lượng riêng dưới MNN: bh=18 kN/m3 -Lớp đất 2: Đất cát trung (sâu vô hạn) có các chỉ tiêu: c2=0kN/m2;2=280(Nc=31.61;Nq=17.81;N=2.50),bh=19 kN/m3 Mực nước ngầm cách mặt đất 2m . Cho w =10 kN/m3. Sức chịu tải của cọc được tính theo chỉ tiêu cường độ : Ks=K0=(1-sin) và qp = 1,3c.Nc + ’v Nq + 0,4’.dp . N 1. Tính lực ma sát đơn vị tại giữa phần cọc nằm trong lớp đất 1 (28.70 kN/m2) 2. Tính lực ma sát cực hạn do lớp đất 2 tác dụng vào cọc (298.73 kN). 3. Xác định cường độ đất nền qp tại mũi cọc (3546.89 kN/m2). 4. Tính sức chịu tải cực hạn của cọc (bỏ qua trọng lượng của cọc) (1134.49 kN) 5. Giả sử MNN dâng lên đến mặt đất tự nhiên thì sức chịu tải cực hạn của cọc sẽ thay đổi như thế nào? (giảm đi 106.53 kN) 6. Tính momen uốn lớn nhất khi cẩu một đoạn cọc được cho như trên (bt = 25 kN/m3) (4.82 kN.m) 7. Tính momen uốn lớn nhất khi dựng cọc cho một đoạn cọc được cho như trên (Sử dụng 2 móc cẩu trên) 8. Xác định đường kính cốt thép móc cẩu cần thiết khi vận chuyển 1 đọan cọc, cho biết hệ số động n = 1,2. 3.2 Cho 1 móng cọc BTCT gồm 12 cọc , Ntt = 6000 kN, Mytt = 100 kNm, Hxtt = 100 kN. Mực nước ngầm (MNN) nằm ngay tại đáy đài. Bê tông đài cọc mác 300 có Rn = 13 MPa, Rk = 1 MPa. Thép dùng Ra = 270 MPa, lớp bê tông bảo vệ a = 10cm. Cột bc x hc = 40 x 60 cm. Lấy n = 1,15, tb = 22 kN/m3. bêtông = 25 kN/m3, w = 10 kN/m3. Cọc 30x30 cm (bê tông có Rn = 13 MPa, cốt thép 420, Ra = 270 MPa), khoảng cách giữa các cọc là 3d, khoảng cách giữa mép cọc biên và mép đài là d/3, cọc nằm trong 2 lớp đất như hình vẽ (dài 19,5 m, 2 đoạn nối lại): - Lớp 1: Sét pha cát dày 16 m, c=20kN/m2,  = 150,  = 17 kN/m3, sat=18 kN/m3. LỚP 2 LỚP 1 5m MNN dp=30cm 30cm 17m Lớp 1 Hxtt=100kN 2m 1m Ntt=6000kN Mytt=100kN MNN 14m 5,5m Lớp 2 1 2 - 56 - - Lớp 2: Cát pha sét dày 5,5 m, c=5kN/m2,  = 250, sat = 19 kN/m3. 1) Xác định sức chịu tải của cọc (kN) theo vật liệu, lấy  = 0,7. [1045] 2) Xác định sức chịu tải cực hạn do ma sát của đoạn cọc 14 m, Qs1 (kN) [636,28] 3) Xác định sức chịu tải cực hạn do ma sát của đoạn cọc 5,5 m, Qs2 (kN) [336,42] 4) Xác định sức chịu tải cho phép Qa (kN) của cọc theo cường độ của đất nền, Ks = 1 - sin, FSs=2, FSp=3. ( = 250 : Nc = 25,135; Nq=12,72; N= 9,7) [566,2] 5) Xác định tải trọng (kN) tác dụng lên cọc số 1. [549,2] 6) Xác định tải trọng (kN) tác dụng lên cọc số 2. [534,4] 7) Xác định hệ số nhóm k. [ 0,71 ] 8) Xác định lực [kN] gây xuyên thủng [ 1647,63 ] 9) Xác định lực [kN] chống xuyên thủng [ 877,5 ] 10)Xác định kích thước khối móng qui ước LquBqu.[6,04m x 5,14 m] 11) Xác định diện tích cốt thép (cm2) cho toàn bộ chiều rộng của đài, (cốt thép bố trí dọc theo phương cạnh dài), (lấy  = 0,9). [90,77] 3.3 Cho một cọc khoan nhồi, d = 2m, chiều dài 20m, bê tông mác 300, bố trí cốt thép dọc 1220 thép 270 MPa. đầu cọc cách mặt đất 2m, cọc đi qua 2 lớp đất: -Lớp đất 1: Phần cọc trong lớp 1 là 14m, đất sét mềm có các chỉ tiêu: c1 =12 kN/m2; 1 = 140 , trọng lượng riêng trên MNN:  =18 kN/m3, trọng lượng riêng dưới MNN: bh=18,5 kN/m3 -Lớp đất 2: Phần cọc trong lớp 2 là 6m, đất cát mịn (sâu vô hạn) có các chỉ tiêu: c2 = 2kN/m2; 2 = 220, bh = 19 kN/m3 Mực nước ngầm cách mặt đất 2m . Cho w =10 kN/m3. Hệ số FSs = 2, FSP = 3. 1. Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu 2. Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học cho FSs = 2, FSp = 3 - 57 - Chương 4: XỬ LÍ VÀ GIA CỐ ĐẤT NỀN 4.1 Khái niệm 4.2 Đệm vật liệu rời (đá, sỏi, cát) 4.3 Cọc vật liệu rời ( cọc đá, cọc sỏi, cọc cát) 4.4 Cọc đất vôi, đất xi măng 4.5 Gia tải trước 4.6 Thoát nước theo phương đứng kết hợp gia tải trước (giếng cát, bấc thấm) 4.7 Đất có cốt: Vải, sợi, vỉ địa kĩ thuật 4.8 Phun xịt xi măng 4.9 Cừ tràm - 58 - 4.2 Đệm cát - Chiều dày lớp đất yếu dùng lớp đệm để thay thế toàn bộ lớp đất yếu - Làm tăng sức chụi tải của nền đất (được thay bởi lớp đất tốt hơn) - Làm giảm độ biến dạng - Làm tăng khả năng chống trượt khi có tải trọng ngang - Ưu: sử dụng vật liệu địa phương, pp thi công đơn giản - Khuyết: thích hợp cho công trình nhỏ; ctrình bên cạnh ao, hồ, ông, biển thì cần phải có biện pháp ngăn ngừa hiện tượng cát chảy. Khi MNN cao thì dùng ’ nên không hiệu quả.  Tính toán lớp đệm cát 1. Xác định hđ Hình 4.1 Tính toán lớp đệm cát * ĐK 1: bt1+ z2  Rtc(Df + hđ)  RII (Df + hđ) bt1 =  Df + đ hđ z2 : Ư/s do tải trọng ngoài tại đáy lớp đệm 2 = k0 pgl = k0 (p -  Df) k0 = f (l/b, z/b) ])([ *21 DchDBAb k mmR đfz tc II   bz : bề rộng móng tính đổi - Móng băng: l Nb 2 tc z   Df Ntt h z2bt1 pgl hđ bđ  b - 59 - - Móng chữ nhật: aaFb 2 zz  a = (l-b)/2 2 tc z NF   * ĐK 2: S = Sđệm + Sđất  Sgh Từ ĐK 1 và ĐK 2 ta xác định được hđ - Để đơn giản hơn, ta có thể chọn hđ rồi kiểm tra lại đk1 và đk2. hđ được chọn + bằng bề dày lớp đất yếu và  3m + chọn gần đúng hđ = k b; k  (l/b; R1/R2); R1 (RDf) , R2 (RDf+hđ): áp lực tiêu chuẩn trên lớp đệm, dưới lớp đệm (đất yếu). 2. Xác định bđ : Bề rộng đáy lớp đệm vật liệu rời với gải thiết góc truyền ứng suất nén trong nền đất là   đ = 30  350. bđ = b + 2 hđ tan300  Một số vấn đề thi công lớp đệm cát - Đào bỏ hết lớp đất yếu - Dùng loại cát hạt to, trung, hàm lượng chất bẩn  3% - Rải từng lớp dày 20 – 30cm, tưới nước vừa đủ ẩm (Wopt) và đầm. - Có thể thay cát bằng các loại đất tốt khác: cát pha sét lẫn sỏi, sỏi đỏ.  Bài tập 4.1 Cho 1 móng đơn, chịu tải trọng Ntt = 100 kN, Htt = 5kN, Mtt = 4 kNm. Df = 1,5m, h = 0,5m. Nền đất gồm 2 lớp, MNN nằm ngay tại mặt đất - lớp 1: đất hữu cơ, dày 4,5m, sat = 15kN/m3 , c = 10 kN/m3,  = 40. P (kPa) 0 25 50 100 200 400 e 1.8 1,75 1,68 1,60 1,54 1,50 - lớp 2: đất cát pha sét, dày trên 10m, sat = 19 kN/m3 , c = 20 kN/m3,  = 250. P (kPa) 0 25 50 100 200 400 e 0,9 0,86 0,82 0,78 0,75 0,72 Chọn bê tông M300, thép 270MPa. Lớp đệm cát: đ = 22kN/m3 , c = 0 kN/m3,  = 250. Thiết kế móng đơn trên nền đệm cát 4.2 Cho 1 móng đơn có kích thước L = 2m và B = 1,5m chịu tải trọng Ntt = 230kN, Df = 1,5m trên lớp đệm cát đầm chạt dày 3m có  = 20 kN/m3, c = 0,  = 300. Nền đất có  = 16kN/m3 , c = 10 kN/m3,  = 120. MNN nằm rất sậu, lấy tb = 22kN/m3, m1 = m2 = ktc = 1. 1. Xác định ứng suất gây lún tại đáy lớp đệm cát, cho ko=0,2. 2. Xác định bề rộng móng qui đổi bz tại đáy lớp đệm cát 3. Kiểm tra ổn định của đất nền dưới 4.3 Cọc cát - 60 - - Cọc cát là pp xử lí nền đất yếu không lớn lắm và tải trọng công trình trung bình.  Tác dụng - Làm cho đất nền nén chặt lại nhờ hệ thống các cọc cát - Tăng sức chịu tải của đất nền - Giảm biến dạng, đặc biệt là biến dạng không đồng đều - Tăng khả năng chống trượt đối với ct chịu tải ngang  Ưu điểm - Tận dụng được vật liệu địa phương (cát) - Thiết bị khi công đơn giản - Thời gian thi công (xử lí nền) nhanh  Nhược điểm - Sử dụng hiệu quả cho ct có tải trung bình. Ct có tải lớn hoặc vùng đất yếu lớn thì biện pháp này không khả thi.  Các bước tính toán cọc cát 1. Xác định diện tích cần nén chặt Fnc = lnc bnc lnc = l + 0,4 b bnc = b + 0,4 b 2. Xác định hệ số rỗng nén chặt sau khi có cọc cát - Nền cát enc = emax – D(emax – emin) Độ chặt tương đối D = 0,7  0,8 khi thi công đóng ống tạo cọc enc = emax – (0,7  0,8) (emax – emin) - Nền sét )5,0( 100 ppw s nc IW Ge   Chọn enc được chọn e ứng với p = 0,1 MPa (1kG/cm2) trên đường quan hệ e-p từ thí nghiệm nén cố kết. Theo kinh nghiệm chọn enc = 0,7  0,8, nhưng < 1. - Dung trọng sau khi nén chặt )01,01( 1 W e G nc s nc  W : độ ẩm của đất trước khi nén chặt p e enc=ep=0,1MP p=0,1MPa - 61 - 3. Xác định khoảng cách giữa các cọc  Cọc bố trí theo lưới tam giác Xem trước và sau khi đóng cọc cát, thể tích hạt không thay đổi ( 01 1 e Vs  ) nce dL e L    1 84 3 1 4 3 22 0 2  86 43 2 2 d d    Khoảng cách các cọc L để nền đạt enc ncee edL   0 01952,0  Cọc bố trí theo lưới ô vuông nce dL e L    1 4 1 2 2 0 2  ncee edL   0 01886,0 4. Xác định số lượng cọc cần thiết f c nc f Fn  Fc : diện tích tổng các cọc cát, fc : diện tích 1 cọc cát 4 2dfc  ; 0 0 1 e ee F F nc nc c   ; nc nc c Fe eeF 0 0 1  c ncnc c f F e een 0 0 1  Thường chọn d = 20  60cm, chọn và bố trí cọc nằm ngoài phạm vi nén chặt. d L 60 0 d L - 62 - 5. Xác định chiều dài cọc lc cần thiết Chiều dài cọc phải  chiều sâu vùng hoạt động lún (vùng chịu nén) và phải thỏa mãn khả năng chịu tại của lớp đất yếu. S = Scc + Sđất  Sgh bt1+ z2  Rtc(Df + lc)  RII (Df + lc) Thường chọn lc = Hnén + 0,5m 6. Kiểm tra điều kiện ổn định - Kiểm tra điều kiện ổn định dưới đáy móng ptc  Rtc(Df)  RII (Df) ptcmax  1,2 Rtc(Df)  1,2 RII (Df) ptcmin  0 - Kiểm tra điều kiện ổn định dưới cọc cát bt1+ z2  Rtc(Df + lc)  RII (Df + lc) 7. Kiểm tra điều kiện biến dạng S = Scc + Sđất  Sgh  Một số vấn đề thi công cọc cát - Đóng ống thép xuống nền đất, nhồi cát và đầm chặt, đồng thời rút ống théo lên; dùng ống thép tự mở đáy. - Thi công bằng pp chấn động thì sau khi hạ ống thép tới độ sâu thiết kế, nhồi cát vào, cho máy chấn động rung khoảng 15-20ph, kế tiếp rút ống lên 0,5m, làm tương tự. - Thi công bằng phương pháp nổ mìn. - 63 - Bài tập: 4.2 Cho 1 móng đơn kích thước 3m x 2m, bc = 40cm, hc = 60cm, Ntt = 100 kN, Mtt = 8 kNm, Htt = 10 kN. Nền đất tự nhiên có  = 16 kN/m3, W = 40 %, Gs = 2,6. Nền đất được gia cố bằng cọc cát. Cọc cát có d = 40cm, lc = 10m, để gia cố nền đạt hệ số rỗng enc = 0,8. Đất nền sau gia cố đạt c = 20 kN/m2,  = 180. 1. Xác định số lượng cọc cát cần thiết 2. Xác định khỏang cách giữa các cọc cát 3. Kiểm tra điều kiện ổn định của nền 4.5 Gia tải trước 4.6.1 Giếng cát gia tải trước - Thích hợp cho ct có kích thước bản đáy lớn: móng băng, băng giao nhau, móng bè, nền đường, đê đập, - Dùng hiệu quả cho nền: cát nhỏ - bụi bảo hòa nước, đất dính bảo hòa nước, bùn, than bùn, - Ưu điểm: + Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền + Tăng khả năng chịu tải của đất nền + Nền được lún trước do thoát nước & gia tải + Giảm mức độ biến dạng & biến dạng không đồng đều của đất nền + Tăng khả năng chống trượt khi ct chịu tải ngang - Nhược điểm: + Chỉ sử dụng hiệu quả cho ct tải trọng trung bình và chiều dày lớp đất yếu không lớn + Thời gian thi công (gia tải) lâu + Không hiệu quả cho đất nền có k < 10-8 cm/s - Các giả thiết khi tính toán giếng cát + Dưới tác dụng của tải trọng, nền biến dạng theo phương thẳng đứng + Vùng ảnh hưởng của mỗi giếng cát là 1 hình trụ có đk bằng khoảng cách giữa các trục của chúng + Tốc độ thấm xác định theo đl Darcy + Xem đất là đồng nhất  Cấu tạo của giếng cát Gồm 3 bộ phận chính: hệ thống các giếng cát, lớp đệm và phụ tải. - 64 -  Tính toán giếng cát 1. Chiều dày lớp đệm cát hđệm = S + (30  50) cm S: độ lún ổn định của nền đất yếu Thường chọn hđệm  0,5 m 2. Xác định đường kính d và khoảng cách giữa các giếng L - Thường chọn đường kính giếng cát d = 40 cm - Khoảng cách các giếng cát L = 2  5 m, chọn L = 2 m 3. Xác định chiều sâu giếng cát lg - Chiều sâu giếng cát lg  Hnén (phạm vi chịu nén) - bt1+ z2  Rtc(Df + lg)  RII (Df + lg) - lg  2/3 Hđy - Thường chọn lg = chiều sâu vùng đất yếu 4. Tính toán độ cố kết của nền đất  Thiết lập phương trình 2 2 2 2 2 2 z uC y uC x uC t u vzvyvx      Sơ đồ giếng cát ứng với với hệ tọa độ trụ 2 2 2 2 1 z uC r u rr uC t u vzvr                  r u rr uC t u vr 1 2 2 : thành phần xuyên tâm 2RL=2R 2r Phản áp GIA TẢI TRƯỚC Lớp đệm kr kz kz Hướng thấm nước z h=2H Giếng cát - 65 - 2 2 z uC t u vz    : thành phần thẳng đứng - Lời giải của Carrilo (1942) cho độ cố kết tổng hợp Uv,r của thấm đứng Uv và thấm ngang Ur Uv,r = 1 – (1 - Ur) (1 – Uv) w v v a ekc  )1( 1 => 2H tcT vv  => Uv w r r a ekc  )1( 1 => 24 R tcT rr  => Ur Uv,r : độ cố kết tổng hợp H = lg : chiều dài giếng cát (chiều dày vùng thoát nước) R = L/2 : bán kính ảnh hưởng L : khoảng cách qui đổi giữa các giếng cát L = 1,13 S (sơ đồ hình vuông) L = 1,05 S (sơ đồ tam giác đều) S : khoảng cách thực giữa các giếng cát r : bán kính giếng cát cv : hệ số cố kết theo phương đứng cr : hệ số cố kết theo phương bán kính (phương ngang) a : hệ số nén lún w : trọng lượng riêng của nước - Lời giải của Barron (1948)     )( 8exp1 nF TU rr 2 2 2 2 4 13)( 1 )( n nnLn n nnF  r L r Rn 2   Tính độ lún theo thời gian St St = U S h e eeS 1 21 1  * Dựa vào đường nén lún e-logp Cho đất cố kết thường (OCR = 1) - 66 -        oi ioi n i i ic p pp e hCS log 11 0 Cho đất cố kết trước nặng (OCR > 1, po + p  pc )       o o o s p pp e hCS log 1 Cho đất cố kết trước nhẹ (OCR > 1, po + p  pc)       c o o c o c o s p pp e hC p p e hCS log 1 log 1  Theo kinh nghiệm thì c,  tăng từ 1,5  2 lần sau mỗi lần gia tải, hoặc có thể xác định gần đúng c*, * = [1+(1-Uv) (1-Ur)] c,   Một số vấn đề thi công giếng cát Trình tự thi công gần giống như cọc cát Với chiều sâu giếng < 12m, có thể dùng các loại máy đào cần trục hoặc các loại máy rung có lực kích từ 10-20T, thực tế hay dùng 14T. Bài tập: 4.3 Cho một nền đất sét pha cát bảo hòa nước dày 10 m, có hệ số nén lún tương đối a0=0,001m2/kN, kh = 2 kv = 210-7 cm/s. Dưới lớp đất sét là lớp đất cát xem như không chịu nén (thoát nước 2 biên). Dùng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước p = 100 kN/m2 để tăng nhanh quá trình cố kết. Giếng cát có đường kính d = 40 cm, chiều dài 10 m, bố trí lưới tam giác với khoảng cách L = 2 m (khoảng cách thoát nước giữa các giếng cát De = 1,05 L). 1. Xác định độ lún ổn định (cm) của đất nền sau khi gia tải (giả định độ lún ổn định của đất nền trước và sau khi có giếng cát là như nhau). [100] 2. Xác định độ cố kết của đất nền sau 6 tháng (%). [99,77] 3. Xác định độ lún (cm) của đất nền sau 6 tháng. [99,77] 1.6.2 Bấc thấm Lời giải Hansbo (1979) cho bấc thấm, bản nhựa thấm:    F TU rr 8exp1 2 e r r D tCT  ; w h r a kC 0 De : khoảng cách giữa các thiết bị thoát nước De = 1,13 S (sơ đồ hình vuông) De = 1,05 S (sơ đồ tam giác đều) S : khoảng cách thực giữa các thiết bị thoát nước F = F(n) + Fs + Fr - 67 - 4 3)(     w e d DLnnF : biểu thị hiệu quả do khoảng cách các thiết bị thoát nước             w s s h s d dLn k kF 1 : biểu thị hiệu quả xáo trộn của đất xung quanh thiết bị thoát nước dw : đường kính tương đương của thiết bị thoát nước  )(2 badw  (Hansbo, 1979) a: bề rộng, b: bề dày thiết bị thoát nước 2 )( badw  ds : đường kính vùng bị xáo trộn kết cấu đất xung quanh thiết bị thoát nước w h r q kZLZF )(   : biểu thị hiệu quả sức cản thấm của các thiết bị thoát nước. Z : khoảng cách từ mặt đất đến chổ kết thúc thoát nước qw : khả năng thoát nước khi gradient thủy lực bằng 1 Bài tập: 4.4 Cho một nền đất có lớp sét bão hòa nước ở trên mặt dày 15m, có hệ số nén tương đối ao = 0,002 m2/kN, hệ số thấm kh = 2kv = 2x10-7cm/giây, dưới lớp sét này là lớp sỏi sạn không chịu nén (nhưng thoát nước). Nhằm làm tăng khả năng thoát nước của nền đất sét người ta dùng phương pháp gia tải trước bằng đất đắp kết hợp với bấc thấm. Tải nén trước phân bố đều kín khắp trên mặt đất có cường độ là 120 kN/m2. Bấc thấm có cạnh 9,5cm và dày 0,3cm; bố trí theo lưới hình tam giác đều với khoảng cách S = 1,5m, bấc thấm xuyên qua hết lớp đất sét. Bỏ qua sức cản giếng và sự xáo động khi thi công bấc thấm. Cho trọng lượng riêng của nước w=10kN/m3. Cho các công thức sau:    )n(F T8exp1U hh Với 2 2 2 2 n4 1n3)nln( 1n n)n(F  ; 2 e h h D tCT  ; n0 h h a kC  1. Tính mức độ cố kết theo phương ngang của lớp sét sau 3 tháng gia tải. 2. Tính độ lún của lớp sét sau 3 tháng gia tải. 3. Sau khi gia tải bao lâu thì lớp sét đạt được độ cố kết theo phương ngang là 90%?. 4.7 Đất có cốt: vải, sợi, vỉ địa kĩ thuật 4.8 Cừ tràm Chiều dài cừ : lc = 4  5 m, đường kính dc = 6  10 cm. Tính toán cừ tràm như cọc tiết diện nhỏ. - 68 - 1. Chọn lc , dc ; thường chọn lc = 4 m, dc = 8 cm. 2. Xác định sức chịu tải của cừ: - Theo vật liệu: Pvl = 0,6 fc Rn fc : diện tích tiết diện ngang 1cừ Rn : cường độ chịu nén dọc trục của cừ - Theo đất nền: p pp s ss a FS qA FS fAQ  Qtc = mR fc Rp + u mf fi li Qa = Qtc /1,4 Qa = km (Rp fc + u mf fi li) ; km = 0,7 Hệ số mR , mf lấy như cọc BTCT ca = 2/3 c ; a = 2/3  => Chọn Pc = min (Qa) Pc  0,4 T 3. Tính số lượng cừ c đ P QNn  Mật độ cừ: F nn 0 Thường chọn mật độ 16 cây/m2, 25 cây/m2, 13 cây/m2, 49 cây/m2. - Nếu cừ cắm vào đất tốt thì tính Rp (qp) - Nếu cừ cắm vào đất yếu thì lấy Rp (qp) = 0 4. Các phần còn lại tính tương tự cọc BTCT * Phần tính lún thì móng khối qui ước chỉ 2/3 lc .