Thiết kế nền móng công trình

369 trang vanle 2390

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Thiết kế nền móng công trình", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

thiet_ke_nen_mong_cong_trinh.pdf

Nội dung text: Thiết kế nền móng công trình

TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT KHOA ĐỊA CHẤT Bé m«n ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH ___ LÊ ĐÌNH THUẬT ĐCCT-58A HÀ NỘI 03/2017 0
MỤC LỤC trang CHƢƠNG 1 TÀI LIỆU TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NỀN MÓNG 6 1.1. Tài liệu về địa điểm xây dựng. 6 1.2. Tài liệu về công trình và tải trọng. 6 1.3. Tài liệu địa kỹ thuật. 7 1.3.1. Phƣơng pháp khoan thăm dò: 7 1.3.2. Phƣơng pháp xuyên: 9 1.3.3. Thí nghiệm trong phòng xác định chỉ tiêu cơ lý của đất 10 1.4. Số liệu khảo sát địa chất thuỷ văn. 12 1.5. Một số lƣu ý khi thu thập tài liệu địa kỹ thuật. 13 1.6. Nghiên cứu tài liệu báo cáo khảo sát và đánh giá các điều kiện địa chất 15 công trình. 1.7. Lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu chôn móng. 17 1.7.1. Lựa chọn giải pháp nền móng: 17 1.7.2. Lựa chọn độ sâu chôn móng: 18 CHƢƠNG 2 TÍNH TOÁN MÓNG NÔNG 27 2.1. Phân loại và cấu tạo 22 2.1.1. Theo đặc điểm làm việc 22 2.1.2. Theo độ cứng 25 2.2. Xác định kích thƣớc sơ bộ đáy móng 26 2.2.1 Móng đơn chữ nhật 26 2.2.2. Móng tròn 41 2.2.3. Móng vành khuyên 42 2.2.4. Móng hợp khối chữ nhật 46 2.2.5. Móng băng 51 2.2.6. Móng bè 56 2.3. Tính toán nền theo trạng thái giới hạn 57 2.3.1. Tính nền theo trạng thái giới hạn I 57 2.3.2. Tính nền theo trạng thái giới hạn II 65 2.4. Tính toán móng theo trạng thái giới hạn I 83 2.4.1. Móng đơn dƣới cột 83 2.4.2. Móng hợp khối chữ nhật 94 2.4.3. Móng băng dƣới tƣờng 112 2.4.4. Móng băng một phƣơng dƣới hàng cột 115 2.4.5. Móng băng giao thoa dƣới cột 132 2.4.6. Móng bè 132 CHƢƠNG 3 XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 137 3.1. Các phƣơng pháp xử lý nền 137 3.2. Tính toán xử lý nền bằng đệm cát 138 1
3.2.1. Xác định kích thƣớc lớp đệm cát trên mặt bằng. 139 3.2.2. Tính toán nền đệm cát theo điều kiện ổn định. 139 3.2.3. Tính toán nền đệm cát theo điều kiện biến dạng. 139 3.2.4. Một số lƣu ý khi sử dụng đệm cát xử lý nền đất yếu 153 3.3. Tính toán xử lý nền bằng cọc cát 154 3.3.1. Đặc điểm. 154 3.3.2. Tính toán xử lý nền bằng cọc cát. 154 3.3.3. Tính toán độ lún của nền xử lý bằng cọc cát 158 3.3.4. Một số lƣu ý khi gia cố nền bằng cọc cát 158 3.4. Tính toán xử lý nền bằng giếng cát và bấc thấm 159 3.4.1. Tính toán xử lý nền bằng giếng cát 159 3.4.2. Tính toán xử lý nền bằng bấc thấm 162 3.4.3. Một số lƣu ý khi sử dụng giếng cát và bấc thấm 168 3.5. Xử lý nền bằng một số loại cọc khác 168 3.5.1. Cọc đất - xi măng 168 3.5.2. Tính toán xử lý nền bằng cọc đất- xi măng. 168 3.5.3. Cọc đất vôi 171 3.5.4. Cọc tre, cừ tràm 171 CHƢƠNG 4 TÍNH TOÁN MÓNG CỌC ĐÀI THẤP 179 4.1. Các loại cọc đƣợc sử dụng trong xây dựng 173 4.1.1. Cọc gỗ 173 4.1.2. Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn 173 4.1.3. Cọc nhồi 176 4.1.4. Cọc Barret 180 4.1.5. Cọc thép 181 4.1.6. Cọc ống thép nhồi bê tông 181 4.1.7. Cọc mở rộng chân 181 4.2. Tính toán móng cọc đài thấp theo trạng thái giới hạn 182 4.2.1. Nội dung tính toán 182 4.2.2. Trình tự tính toán 182 4.3. Chọn loại cọc 182 4.4. Độ sâu chôn đáy đài 183 4.5. Chọn chiều dài, tiết diện cọc 183 4.6. Xác định sức chịu tải của cọc 183 4.6.1. Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền của vật liệu 183 4.6.2. Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền của đất nền 186 4.6.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm thử tải cọc 203 4.7. Xác định sơ bộ số lƣợng và bố trí cọc trong đài 208 4.7.1. Yêu cầu bố trí cọc trong đài 208 4.7.2. Xác định sơ bộ số lƣợng cọc 209 2
4.8. Chọn sơ bộ chiều cao đài 210 4.9. Kiểm tra lực truyền lên cọc 210 4.10. Kiểm tra ổn định của móng cọc 211 4.10.1. Ổn định chống trƣợt 211 4.10.2. Ổn định của nền dƣới mũi cọc 211 4.11. Kiểm tra điều kiện khống chế độ lún của móng cọc 212 4.11.1. Điều kiện kiểm tra 212 4.11.2. Tính độ lún của cọc đơn 212 4.11.3. Tính độ lún của nhóm cọc 213 4.11.4. Tính độ lún móng băng cọc 215 4.11.5. Tính độ lún móng bè cọc 216 4.12. Kiểm tra chiều cao đài 217 4.12.1. Điều kiện chọc thủng 217 4.12.2. Điều kiện cƣờng độ trên tiết diện nghiêng theo lực cắt 218 4.13. Tính toán và bố trí cốt thép đài 221 4.14. Đặc điểm thiết kế móng cọc trong vùng có động đất 230 CHƢƠNG 5 ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT VÀ TƢỜNG CHẮN 218 5.1. Các loại áp lực ngang 233 5.2. Áp lực ngang tác động thƣờng xuyên 233 5.2.1. Áp lực ngang của đất 233 5.2.2. Áp lực ngang của nƣớc ngầm ổn định 238 5.2.3. Áp lực ngang từ công trình hiện có 238 5.3. Áp lực ngang tác động tạm thời 239 5.4. Áp lực ngang khi có động đất 242 5.5. Các loại tƣờng chắn 249 5.6. Tính toán tƣờng chắn 250 5.7. Một số biện pháp tăng khả năng ổn định và chịu lực của tƣờng chắn 255 5.8. Tính toán tƣờng mềm/cừ 260 5.8.1. Tính toán tƣờng mềm/cừ công xôn 261 5.8.2. Tính toán tƣờng có một thanh chống/ neo 267 5.8.3. Tính toán tƣờng có nhiều thanh chống/ neo 274 5.8.4. Tính toán tƣờng liên tục theo các giai đoạn thi công 277 5.9. Tính toán tƣờng tầng hầm 289 CHƢƠNG 6 NEO ĐẤT 288 6.1.Khái niệm chung 294 6.2. Kết cấu neo đất 296 6.3. Tính toán neo đất 297 6.4.Tính toán neo khi có động đất 305 CHƢƠNG 7 TÍNH TOÁN MÓNG CỌC NHỒI CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 304 7.1. Đặt vấn đề 3
7.2. tính toán cọc nhồi chịu tải trọng ngang 7.3. Tính toán cọc có thanh chống/neo 7.4. Tính toán tiết diện cọc 7.5. Tính toán tƣờng chắn có trụ cọc khoan nhồi 7.6. Trƣờng hợp có kể đến sự tạo vòm đất giữa các cọc 7.7. Trƣờng hợp không xét sự tạo vòm của đất giữa các cọc 7.8. Tính toán một số chi tiết chỗng đỡ tạm thời vách hố đào sâu trong quá trình thi công CHƢƠNG 8. TÍNH TOÁN DẦM, MÓNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI 327 8.1. khái niệm chung 8.2. Tính toán dầm trên nền đàn hồi theo phƣơng pháp nền biến dạng cục bộ 8.3. Dầm trên nền đàn hồi theo phƣơng pháp zemôskin 8.4. Dầm trên nền đàn hồi theo phƣơng pháp của Gs. Ximvuliđi. 8.5. Tính toán móng bản trên nền đàn hồi TÀI LIỆU THAM KHẢO 339 4
Ch•¬ng i Tµi liÖu phôc vô tÝnh to¸n nÒn mãng 1.1. Tài liệu về địa điểm xây dựng. Hiểu biết về địa điểm xây dựng là cần thiết khi tính toán nền móng, trong đó cần đặc biệt lƣu ý 3 vấn đề chính: - Vị trí xây dựng công trình: + Nghiên cứu tài liệu lƣu trữ: Tài liệu về động đất; bản đồ phân vùng địa chất; tình hình xây dựng tại khu vực (tài liệu khảo sát địa chất, phƣơng án xử lý nền móng các công trình lân cận, các sự cố công trình tại khu vực). + Nghiên cứu hiện trƣờng: Đặc điểm địa hình khu vực; các hố đào sâu hiện có; các luồng lạch dẫn nƣớc; nguồn nƣớc ngầm có áp; khả năng vận chuyển đất đá, khả năng đi lại và thao tác của máy móc thi công nền móng. + Đánh giá mức độ phức tạp của địa hình (mức độ uốn nếp, khả năng và hƣớng trƣợt lở của các lớp đất đá): các vết lộ ven núi hoặc trên sƣờn dốc để có các giải pháp chống trƣợt hữu hiệu. - Các công trình lân cận: Khoảng cách các công trình lân cận, các công trình ngầm hiện có trong khu vực xây dựng (khả năng dỡ bỏ, giữ lại); tìm hiểu tài liệu, phƣơng án xử lý nền móng và trạng thái của các công trình lân cận (khả năng ảnh hƣởng của công tác thi công nền móng tới các công trình lân cận và công trình ngầm hiện có, cũng nhƣ tải trọng phụ thêm từ các công trình lân cận đang khai thác; rút kinh nghiệm xử lý nền móng). - Cao độ tự nhiên và cao độ công trình thiết kế: Cần phải xác định cao độ đào, đắp tôn nền liên quan đến tải trọng đƣợc dỡ bớt hoặc bổ sung lên nền đất tại vị trí xây dựng. Xác định vị trí và cao độ các mốc xây dựng. 1.2. Tài liệu về công trình và tải trọng. Trƣớc khi thiết kế nền móng cần nghiên cứu kỹ: - Hồ sơ thiết kế kiến trúc, kết cấu phần thân: + Mặt bằng công trình (các trục định vị cột, tƣờng, các khung chịu lực, tƣờng chịu lực, tƣờng ngăn, vị trí cầu thang, lõi cứng, độ sâu thang máy, thang cuốn, các tầng hầm, tầng trệt) + Hệ kết cấu khung dầm, vật liệu sử dụng; + Cốt cao độ nền nhà, cốt san nền, cốt tự nhiên; + Các khe biến dạng, mức độ chênh lệch các tầng của khối nhà; + Độ lún tuyệt đối và độ lún lệch cho phép của công trình. - Tải trọng công trình chuyền xuống móng: + Gồm các tải trọng đã xét và chƣa xét đến trong quá trình giải khung kết cấu bên trên, mức độ chênh lệch tải trọng giữa các khối nhà, phƣơng án bố trí khe lún cho công trình. + Cần nghiên cứu các tổ hợp tải trọng, hƣớng tác dụng của tải trọng để lựa chọn tổ hợp nguy hiểm nhất phục vụ tính toán móng. 5
+ Cần tính đến các tải trọng từ công trình lân cận hiện có có ảnh hƣởng tƣơng hỗ tới công trình, cũng nhƣ các tải trọng động từ các công trình giao thông lân cận. - Tài liệu tiêu chuẩn, quy chuẩn: Trong tính toán thiết kế cần sử dụng các tài liệu tiêu chuẩn hiện hành về kết cấu thép, bê tông cốt thép, tiêu chuẩn tải trọng và tác động và các tài liệu liên quan khác 1.3. Tài liệu địa kỹ thuật. Tài liệu địa kỹ thuật là cơ sở để thiết kế nền móng công trình. Tài liệu địa kỹ thuật có đƣợc trên cơ sở khảo sát địa chất công trình, địa chất thuỷ văn và nghiên cứu bản đồ phân vùng địa chất công trình, các tài liệu lƣu trữ khác. Nhiệm vụ khảo sát địa chất công trình, địa chất thuỷ văn cần đƣợc tƣ vấn địa kỹ thuật soạn thảo sau khi nghiên cứu kỹ tài liệu về công trình và tải trọng, tình hình khu vực xây dựng. Nhiệm vụ khảo sát địa chất công trình cần đƣợc sự thoả thuận thống nhất của chủ đầu tƣ và nên có ý kiến góp ý của cán bộ khảo sát địa chất. Để có tài liệu địa kỹ thuật phục vụ thiết kế nền móng công trình cần sử dụng một số phƣơng pháp chính sau: phƣơng pháp khoan thăm dò, phƣơng pháp xuyên và thí nghiệm trong phòng xác định chỉ tiêu cơ lý của đất. 1.3.1. Phƣơng pháp khoan thăm dò: Để lấy mẫu nguyên dạng sử dụng các phƣơng pháp hạ ống mẫu nhƣ sau: đóng, ép, khoan, chấn động và xoay. Đƣờng kính lỗ khoan ít nhất là 108mm - trong sét - cát và 89mm - trong đá. Khoảng cách lấy mẫu khi khoan thông thƣờng là 2-3m/mẫu, nhƣng mỗi lớp đất phải lấy ít nhất 6 mẫu. Ngoài khoan cần kết hợp thí nghiệm SPT, xuyên tĩnh và các thí nghiệm hiện trƣờng khác. Vị trí và khoảng cách giữa các lố khoan: xác định tuỳ thuộc vào khuôn khổ công trình, kết cấu công trình, mức độ nghiên cứu của chúng, phƣơng pháp thi công, tính phức tạp của điều kiện địa chất. Vị trí lỗ khoan nên bố trí trong vùng có đặt các tải trọng tập trung lớn, bố trí theo chu vi tƣờng công trình, những chỗ giao nhau của các trục nơi tập trung các tải trọng từ cột, thiết bị lớn, những vị trí gần với ao hồ, sông ngòi, thung lũng. Mặt bằng vị trí bố trí lỗ khoan thể hiện trên hình.1.1. Khoảng cách giữa các hố khoan đối với các công trình dân dụng công nghiệp thông thƣờng bố trí từ 10 đến 30m. Tại những vị trí phức tạp, thung lũng, 6
lạch nƣớc, khu vực trƣợt lở nên bố trí hố khoan dày hơn, đối với các công trình độc lập có diện tích mặt bằng nhỏ nên bố trí tối thiểu 03 hố khoan. Đối với các công trình ngầm kéo dài (các đƣờng hầm giao thông và bộ hành, các gara dạng tuyến), các hố khoan đƣợc bố trí dọc trục và theo phƣơng vuông góc với trục của chúng, cách nhau 150  200m (cho giai đoạn thiết kế kỹ thuật) khi thế nằm của các lớp đất đều đặn. Khoảng cách các hố khoan là 100- 150m cho khu vực có các lớp đất uốn nếp, địa tầng khá phức tạp, nƣớc ngầm nằm cao hơn cao trình chôn móng và 60-100m cho khu vực địa tầng uốn nếp phức tạp, có các hiện tƣợng địa vật lý phức tạp, mức nƣớc ngầm nằm cao hơn cao trình dự kiến chôn móng. Hình 1.1 Sơ đồ vị trí lỗ khoan 7
Chiều sâu lỗ khoan: phụ thuộc vào chiều sâu vùng chịu nén. Để tiết kiệm kinh phí tốt nhất tiến hành khoan một số lỗ khoan sâu. Các lỗ khoan còn lại chỉ cần khoan tới đáy vùng chịu nén dƣới móng công trình. Chiều sâu vùng chịu nén phụ thuộc vào quy mô công trình, tải trọng, kích thƣớc mặt bằng. Đối với công trình ngầm khi đặt sâu, lực ma sát giữa mặt bên công trình và khối địa tầng tăng, mực nƣớc ngầm cao khả năng đẩy nổi lớn, trong trƣờng hợp này, vùng chủ động tạo ra không phải do tải trọng phụ mà do dỡ tải khối địa tầng. Trong tài liệu tiêu chuẩn không có những chỉ dẫn rõ ràng về vùng chủ động này. Quy ƣớc lấy bằng 1/2 chiều rộng công trình khi chiều sâu công trình đến 50m, bằng 1/4 chiều rộng, khi chiều sâu móng công trình từ 50-100m. Chiều sâu lỗ khoan thƣờng sâu hơn đáy công trình ngầm 610m hoặc khoan sâu vào lớp bền nƣớc 2 3m. Đối với kết cấu “tƣờng trong đất” chiều sâu hỗ khoan các hỗ khoan trong thực tế thƣờng đƣợc kiến nghị lấy bằng (1,5-2,0)H +5m (H- chiều sâu móng tầng hầm). Khi xác định chiều sâu lỗ khoan, cần yêu cầu đơn vị khảo sát cung cấp cốt cao độ lỗ khoan, thời gian khảo sát. Trong thực tế, sau khi khoan khảo sát cốt cao độ khu vực xây dựng công trình đã bị thay đổi gây rất nhiều khó khăn trong việc xác định tải trọng tác dụng lên móng công trình nếu không có số liệu này. 1.3.2. Phƣơng pháp xuyên: Để xác định chỉ tiêu độ bền và sức chống cắt của đất tại hiện trƣờng thƣờng sử dụng phƣơng pháp xuyên. Các phƣơng pháp xuyên hiện dùng chủ yếu là phƣơng pháp xuyên tiêu chuẩn (SPT) và xuyên tĩnh (CPT). - Phương pháp SPT: Thí nghiệm SPT đƣợc thực hiện bằng cách đóng đầu xuyên ngập vào đất từ đáy lỗ khoan sau khi đƣợc làm sạch. Số lần đóng búa đóng đầu xuyên ngập vào đất 30cm gọi là chỉ tiêu xuyên tiêu chuẩn ký hiệu là N30. Các thiết bị sử dụng trong phƣơng pháp SPT nhƣ sau: Thiết bị khoan tạo lỗ: thông thƣờng hỗ khoan đƣợc kết hợp với lỗ khoan lấy mẫu thí nghiệm trong phòng, lỗ khoan có đƣờng kính trong khoảng 55- 163mm; cần khoan thích hợp nhất cho thí nghiệm SPT là cần khoan có đƣờng kính ngoài 42mm, trọng lƣợng 5,7kg; 8
Đầu xuyên: là một ống thép có tổng chiều dài 810mm, gồm 3 phần: mũi, thân đầu nối ren (hình.1.2). Trong đất cát hạt thô lẫn sỏi sạn hoặc đất cuội sỏi, để tránh hỏng mũi xuyên nên dùng mũi xuyên đặc hình nón với góc đỉnh mũi xuyên là 600. Hình 1.2 Cấu tạo đầu xuyên SPT Bộ búa đóng bao gồm: quả tạ, bộ gắp búa và cần dẫn hƣớng, trọng lƣợng bủa 63,5kg, độ cao rơi của búa 76 2,5cm (hình.1.3). Hình 1.3 Cấu tạo đầu búa đóng trong thí nghiệm SPT Ví dụ kết quả thí nghiệm xuyên SPT thể hiện trên hình.1.4. 9
- Phương pháp CPT: thực hiện bằng cách ép cần xuyên và mũi xuyên có góc nhọn 600 vào nền đất bằng lực tĩnh. Kết quả xuyên tĩnh nhận đƣợc giá trị sức kháng mũi xuyên, ký hiệu là qc và sức kháng ma sát xung quanh fc. Các số liệu nhận đƣợc từ kết quả xuyên sử dụng để xác định sức chịu tải của cọc cho kết quả khá phù hợp với thực tế, do đó chúng đƣợc áp dụng phổ biến trong thời gian gần đây, đặc biệt trong công tác thiết kế móng cọc. Ví dụ kết quả thí nghiệm CPT thể hiện trên hình.1.5. Ngoài các chỉ tiêu trên, sử dụng phƣơng pháp này cũng có thể xác định chỉ tiêu biến dạng ở độ sâu đến 20m. Trong đó, tính chất biến dạng của đất đƣợc xác định trực tiếp trong lỗ khoan bằng cách hạ vào đó thiết bị chuyên dụng – thiết bị đo áp lực và đo chuyển vị. 1.3.3. Thí nghiệm trong phòng xác định chỉ tiêu cơ lý của đất Tính chất của đất quyết định công nghệ thi công móng, phƣơng pháp đào và đắp đất, loại gia cố tạm thời. Đặc điểm tính chất của đất cần thiết để xác định giá trị tải trọng lên kết cấu móng, lựa chọn sơ đồ tính toán nền móng, xác định các thông số gia cố tạm thời Phƣơng pháp thí nghiệm trong phòng là phƣơng pháp chính để xác định độ bền của đất cho từng dạng xây dựng. Cần dùng phƣơng pháp này để xác định ma sát trong và ma sát ngoài của đất, các chỉ tiêu vật lý và cơ học của đất, phƣơng pháp này cũng có thể xác định chỉ tiêu biến dạng khi nén cố kết. Các chỉ tiêu vật lý: dung trọng của đất, độ ẩm (W, WL, WP). Các chỉ tiêu cần đƣợc xác định là độ rỗng, hệ số rỗng, mức độ ẩm, chỉ số dẻo, độ sệt, giới hạn nhão. Các chỉ tiêu cơ học: gồm chỉ tiêu biến dạng (mô đun biến dạng, hệ số biến dạng ngang – hệ số poisson, hệ số áp lực bên ) và chỉ tiêu độ bền (góc nội ma sát, lực dính, giới hạn bền nén 1 trục ). 10
Hình 1.4. Hình trụ lỗ khoan và chỉ số SPT 11
Hình 1.5. Biểu đồ sức kháng xuyên trong trí nghiệm CPT Ví dụ thể hiện các đặc trƣng cơ lý của đất đƣợc phản ánh trong bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của đất (xem bảng.1.1). 1.4. Số liệu khảo sát địa chất thuỷ văn. - Có ý nghĩa quan trọng trong thiết kế, thi công và khai thác công trình; 12
- Cần khảo sát trên diện rộng; - Xác định trong hố khoan (có thể dùng hố khoan khảo sát địa chất). Kết quả khảo sát địa chất thuỷ văn cần nhận đƣợc những số liệu sau đây: - Nguồn nước ngầm: Từ những hang nƣớc tự nhiên, các tầng đất chứa nƣớc, sông ngòi, ao hồ, nƣớc mặt, đặc biệt là các nguồn nƣớc có áp chảy vào phần ngầm công trình nhờ tính thẩm thấu và các vết nứt của đất đá. Cần nhận đƣợc chi tiết tất cả các tầng chứa nƣớc, loại nƣớc, thành phần của địa tầng, các điều kiện thế nằm của mặt bão hoà, mật độ bão hoà, thành phần hoá học, các điều kiện tiếp nhận, chuyển động, giảm tải của nƣớc, các số liệu dự báo sự thay đổi của chúng. - Mực nước ngầm có thể đƣợc xác định qua giếng có sẵn hoặc đào mới, thông qua các giếng này còn có thể xác định nhiệt độ, hƣớng và tốc độ dòng chảy. - Các thông số địa chất thuỷ văn: bao gồm hệ số thấm, hệ số hút nƣớc, thoát nƣớc, hệ số thoát nƣớc đàn hồi, độ rỗng thoát nƣớc, hệ số mao dẫn, hệ số chảy rối, độ ngậm nƣớc đơn vị, độ bão hoà không khí đơn vị. Xác định hệ số thấm (để tính toán hạ mực nƣớc ngầm) có thể theo bảng, theo công thức và thực nghiệm trong phòng thí nghiệm và hiện trƣờng, theo kết quả quan trắc lâu dài (mốc quan trắc đƣợc bố trí trên mặt bằng từ đỉnh phân thuỷ đến các điểm dỡ tải – vị trí thoát nƣớc) theo tất cả các phân tố địa chất. - Mẫu nước cần lấy trong từng lớp nƣớc, trong mỗi vùng khảo sát lấy ít nhất 3 mẫu (phía trên, phía giữa và phía đáy lớp nƣớc). - Thành phần hoá học có hại nhiều đến vỏ công trình ngầm là H2SO4, HCL, Na2SO4, MgSO4, FeSO4, muối amôniác NH4K, H2S Mực nƣớc ngầm trong đất nâng cao do nƣớc mặt hoặc áp lực nƣớc ngầm, nƣớc thoát từ các nguồn và nƣớc trong đất, nƣớc chảy dò từ các tuyến ống dẫn nƣớc v.v. có thể gây nên sự đẩy nổi, làm ngập công trình ngầm, thay đổi độ sâu đông kết, làm trƣơng nở đất v.v. Hoạt động của con ngƣời cũng làm ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng địa chất. Có 4 dạng nhiễm bẩn nƣớc ngầm: hoá học, sinh học, nhiệt và phóng xạ. Cần dự báo tính nhiễm bẩn và tính xâm thực đối với kết cấu. 13
Mực nƣớc ngầm có thể bị giảm do khai thác các nguồn nƣớc mặt, xây dựng các hệ thống giếng nƣớc, hạ mực nƣớc ngầm làm cho khối đất bị ép lún, nền biến dạng do thoát nƣớc. 1.5. Một số lƣu ý khi thu thập tài liệu địa kỹ thuật. Đối với tầng hầm nhà cao tầng hoặc công trình ngầm, do độ sâu hố móng lớn có thể gặp hơi độc, khí độc ( mê tan CH4, khí các bô ních CO2, sun phua hyđrô H2S). Cần xác định loại khí ngầm, vị trí thoát ra và khối lƣợng khả dĩ để ngăn ngừa khả năng cháy, nổ và tác động có hại lên con ngƣời và vật liệu. 14
Bảng 1.1 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu nền đất chỉ của lý cơ trình công các tổngBảnghợp Bảng 1.1 Khi thiết kế tầng hầm nhà cao tầng và công trình ngầm, cần hiểu biết cả điều kiện khí hậu của vùng đô thị đó. Nó có thể ảnh hƣởng trực tiếp đến việc lựa chọn hệ thống và các chỉ số thông gió nhân tạo của công trình ngầm, sự chiếu 15
sáng lối ra vào của xe và ngƣời đi bộ, hệ thống thoát nƣớc, các phƣơng pháp cấp nhiệt cho từng khu vực ngầm. Trong trƣờng hợp cần thiết, để dự đoán sự tác động tƣơng hỗ của kết cấu ngầm với đất, có thể nghiên cứu thực nghiệm ở giai đoạn khảo sát địa chất công trình. Các lỗ khoan trong quá trình khảo sát bắt buộc phải loại trừ bằng cách chèn vữa dọc lỗ khoan. Biên bản chèn vữa lỗ khoan, có chỉ dẫn phƣơng pháp, đƣợc đƣa vào số liệu khảo sát. Khi lỗ khoan nằm trong tiết diện hố đào sâu của công trình thiết kế hoặc lỗ khoan nằm cách chu tuyến công trình một khoảng nhỏ hơn 10m, biên bản chèn vữa và toạ độ lỗ khoan chuyển cho đơn vị thi công để thành lập đồ án thi công trong vùng có lỗ khoan. Ngoài những chỉ tiêu tính chất cơ lý của đất nêu trên, khi cần thiết xác định tốc độ sóng dọc và ngang, các hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung và nhiệt riêng, giới hạn độ bền chịu kéo, trƣơng nở và áp lực trƣơng nở tƣơng đối của đất sét, các tính chất từ biến, hệ số lực kháng đàn hồi, tính mài mòn và tính nhớt của đất. 1.6. Nghiên cứu tài liệu báo cáo khảo sát và đánh giá các điều kiện địa chất công trình. Trƣớc khi thiết kế hoặc thi công công trình cần nghiên cứu kỹ tài liệu khảo sát địa chất công trình và địa chất thuỷ văn. Trong đó cần lƣu ý các vấn đề sau: - Các điều kiện địa vật lý tự nhiên: điều kiện khí hậu, đặc điểm vùng lãnh thổ chƣa khai phá, các vùng giếng nƣớc có ảnh hƣởng đến thiết kế và thi công. - Sự thay đổi các điều kiện tự nhiên: những thăm dò nghiên cứu trƣớc đây, công trình tồn tại, trạng thái biến dạng. - Cấu trúc địa chất: Thứ tự phân lớp, cơ sở phân chia các yếu tố địa chất, đặc tính của chúng; giới hạn thế nằm; mức độ nứt nẻ của đá; cao độ nƣớc ngầm, vị trí các lớp trong không gian, phễu castơ, đƣờng trƣợt; cần đối chiếu kết quả thí nghiệm trong phòng với hiện trƣờng (vì việc phân chia theo độ chặt độ sệt chỉ là quy ƣớc không sát thực tế, các mặt cắt địa chất không phân chia thành các phần tử địa chất, các vị trí phức tạp chƣa đƣợc chú ý); cần phân tích điều kiện thế nằm, góc phƣơng vị và góc dốc của các lớp địa chất. Ví dụ: 16
+ Khi có nhiều lớp đá nghiêng: áp lực địa tầng khác nhau, không đối xứng, cần xác định mặt phân lớp, độ nghiêng, nƣớc ngầm chảy vào hố đào, nên mở rộng diện tích thăm dò tạo điều kiện thiết kế tránh những vị trí này, khả năng trƣợt lớp nọ lên lớp kia khi xây dựng kết cấu công trình. + Khu vực có những lớp đá thẳng đứng: nguy cơ sụt các lớp khi mở hầm là rất lớn vì lực dính giữa các lớp yếu. - Các điều kiện địa chất thuỷ văn: Cần liệt kê tỷ mỉ đặc tính của các mặt bão hoà nƣớc, dự báo lƣợng nƣớc ngầm vào hố móng từ các khu vực xung quanh; cơ sở thoát và hạ nƣớc ngầm, các hiện tƣợng trƣơng nở; đề xuất các biện pháp chống thấm, thoát nƣớc ngầm, tính xâm thực của nƣớc ngầm và đất. Khi nƣớc ngầm có cần nghiên cứu khả năng xảy ra các hiện tƣợng xói ngầm, cát chảy và chảy dẻo. Ví dụ: + Hiện tƣợng xói ngầm xảy ra trong các vùng đất rời rạc, cát các loại đặc biệt là cát hạt nhỏ, mịn có dòng thấm. Xói ngầm làm đất xung quanh bị rỗng mất khả năng chịu tải và dẫn đến sụt lở. Đối với sỏi, nếu hàm lƣợng hạt nhỏ dƣới 20% dễ xảy ra xói ngầm + Hiện tƣợng cát chảy thƣờng xảy ra trong cát đều hạt chịu áp lực thấm. Đối với cát, hệ số không đồng nhất D60/D10 <1 có độ dốc thuỷ lực lớn hơn độ dốc giới hạn, khả năng xảy ra hiện tƣợng cát chảy là rất lớn. Đối với đất hạt nhỏ bão hoà nƣớc, trong đó có hàm lƣợng sét và hữu cơ làm cho đất có dung dịch nhờn khi không có áp lực thuỷ động cũng có thể có hiện tƣợng cát chảy. + Hiện tƣợng chảy dẻo: Đối với đất sét có độ chênh lệch về ứng suất chính thƣờng phát sinh hiện tƣợng chảy dẻo, bung nền. Hệ số ổn định sau đây nhỏ hơn 1 có thể mất ổn định: K= 2c/(1-3) - Các tính chất cơ lý của đất: Nghiên cứu trong phòng và hiện trƣờng, nghiên cứu chỉ tiêu để giải bài toán cụ thể, ví dụ: thành phần hạt dùng để xác định hệ số thấm, suy luận về góc dốc tự nhiên, tính nén, chiều cao mao dẫn; các chỉ tiêu, tính chất có thể thay đổi trong không gian và khả năng thay đổi khi xây dựng và khai thác. - Đánh giá tính chất xây dựng của đất theo từng lớp: Trên cơ sở thành phần và tính chất cơ lý của đất cần phân tích, đánh giá tính chất xây dựng, khả năng chịu lực cũng nhƣ tính chất nén lún của từng lớp đất, đồng thời tiến hành xem xét vị 17
trí các lớp đất đó trong địa tầng nền đất và chiều dày từng lớp phục vụ việc lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu chôn móng. Đánh giá trạng thái của đất. - đối với đất dính, đánh giá trang thái theo độ sệt il (xem bảng 1.4) Bảng 1.4. Xác định trạng thái đất dính đất sét, á sét (sét pha): trạng thái cứng khi Il 1,0 đất á cát (cát pha): trạng thái cứng khi Il 1,0 - đối với cát, đánh giá theo độ chặt, dựa vào hệ số rỗng e (bảng 1.5). Bảng 1.5. Xác định trạng thái đất cát theo hệ số rỗng loại đất cát độ chặt của đất cát chặt chặt vừa xốp sỏi, cát to và cát vừa e 0,70 cát hạt nhỏ e 0,75 cát bụi e 0,80 0,60 e 0,80 đánh giá độ chặt của cát theo hệ số rỗng e đôi khi gặp khó khăn do khó lấy mẫu nguyên dạng đề thí nghiệm trong phòng. do đó có thể sử dụng hệ số độ chặt tƣơng đối d để đánh giá: trạng thái của cát đánh giá theo hệ số độ chặt tƣơng đối nhƣ sau: d 0,66 - cát chặt độ chặt tƣơng đối d của cát ở thế nằm tự nhiên có thể xác định bằng xuyên động (bảng 1.6 hoặc xuyên tĩnh bảng 1.7). Bảng 1.6. Xác định trạng thái đất cát theo độ chặt tương đối số lần nện n để ấn dụng cụ độ chặt tƣơng đối d của trạng thái của cát lấy mẫu xuống chiều sâu cát 30cm 1-4 0,2 rất xốp 5-9 0,2< d < 0,33 xốp 18
10-29 0,33 ≤ d ≤ 0,66 chặt vừa 30-50 0,66 50 d=1,0 rất chặt Bảng 1.7. Xác định trạng thái đất cát theo sức kháng xuyên cát trị số của sức kháng đơn vị trạng thái của cát (kg/cm2) ứng với chiều sâu xuyên (m) 5 10 cát hạt to >150 >220 chặt 150-100 220-150 chặt vừa cát hạt vừa >100 >150 chặt 100-60 150-90 chặt vừa cát hạt nhỏ >60 >90 chặt 60-30 90-40 chặt vừa Bảng 1.8. Xác định trạng thái đất cát theo số SPT Đối với đất sét Đối với đất cát Giá trị “n30” Trạng thái đất Giá trị “n30” Độ chặt tƣơng Trạng thái đất đối 50 >0,85 Rất chặt > 30 Cứng Đất thuộc loại yếu khi hệ số rỗng lớn (đối với đất sét khi e>1,1, á sét khi e>1,0 và á cát khi e>0,70), có hệ số nén lớn khi mô đun biến dạng e0 0,75; chảy khi Il>1,0. Cần đặc biệt lƣu ý thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt của các lớp đất trong phạm vi vùng tác động tƣơng hỗ, ví dụ nhƣ hang động, castơ, trƣơng nở, lún sập trong quá trình thi công cũng nhƣ khai thác. Cần nêu đƣợc các điểm đặc biệt của điều kiện địa chất: Các biên của khu vực, vùng phát triển mạnh các hiện tƣợng địa vật lý, khả năng thay đổi chế độ nƣớc ngầm, tình hình nhiệt độ, hơi và khí độc, các quy luật phát triển và cách mô tả chúng. 19
Một loại đất cùng tính chất nhƣ nhau có thể có thế nằm khác nhau trên tuyến công trình kéo dài. Theo đặc điểm thành tạo có thể là đồng nhất nhƣng các tính chất của tầng đất yếu vẫn thay đổi theo chiều rộng (mặt bằng) và chiều sâu (khi trọng lƣợng công trình có thể nhỏ hơn trọng lƣợng lớp đất, độ lún dƣới công trình có thể không có nhƣng chính những lớp đất này xung quanh công trình với áp lực tự nhiên đủ lớn có thể vẫn lún, nền đất vẫn võng xuống). Quá trình thi công cần theo dõi sự phù hợp điều kiện địa chất thực tế (nhất là mẫu đất và thành phần hạt) với điều kiện áp dụng trong thiết kế, khi cần thiết có thể phải tiến hành khảo sát bổ sung. Khi thiết kế và xây dựng các công trình quan trọng cũng nhƣ công trình ngầm cần tính đến trạng thái động học của khu vực đô thị có ảnh hƣởng nhiều đến điều kiện địa chất công trình xây dựng. Trạng thái động học đƣợc biểu thị bằng khả năng xuất hiện và tăng cƣờng độ các hiện tƣợng và quá trình địa vật lý không thuận lợi: trƣợt lở, các dòng chảy, sự xói lở cũ và mới, sự phá hoại kiến tạo, động đất, các dòng thấm ngoài những hiện tƣợng địa vật lý, cần lƣu ý đến các quá trình và các hiện tƣợng địa chất công trình gắn với xây dựng công trình nổi và công trình ngầm lân cận. - Các kết luận: Tóm tắt những điều kiện đất có ảnh hƣởng đến việc lựa chọn các giải pháp thiết kế, thi công, những kiến nghị cần thiết. 1.7. Lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu chôn móng. 1.7.1. Lựa chọn giải pháp nền móng: Cơ sở chính để lựa chọn giải pháp nền móng là: - Đặc điểm công trình và tải trọng tác động lên móng công trình. - Tình hình phân lớp, chiều dày các lớp đất và tính chất từng lớp đất. Trong thực tế xây dựng hiện nay móng công trình đƣợc chia làm 2 loại chính: Móng nông và móng sâu. Móng nông: Móng nông (trên nền thiên nhiên hoặc nhân tạo) thƣờng đƣợc sử dụng cho các công trình có tải trọng lên móng không lớn (ví dụ: nhà thấp hơn 7- 8 tầng) xây dựng trên các nền đất có các lớp đất tốt đủ dày nằm phía trên. Móng nông có những loại cơ bản sau đây: 1. Móng đơn dƣới cột hoặc tƣờng kết hợp với hệ giằng móng; 2. Móng băng (thƣờng bố trí giao nhau) dƣới cột hoặc dƣới tƣờng; 20
3. Móng bản (có sƣờn hoặc không có sƣờn). Lựa chọn móng nông trên nền đất yếu thƣờng phải kết hợp với việc xử lý nền. Móng sâu: Thƣờng đƣợc sử dụng cho các công trình có tải trọng lên móng lớn (thông thƣờng nhà cao hơn 8 tầng) hoặc công trình chịu tải trọng ngang lớn và lớp đất tốt nằm dƣới sâu. Móng sâu sử dụng chủ yếu là móng cọc. Phụ thuộc vào vật liệu, cọc có thể có các loại: - Cọc gỗ. - Cọc thép, cọc bê tông cốt thép (BTCT) Phụ thuộc vào công nghệ thi công, cọc BTCT có thể đƣợc chia ra loại cọc đúc sẵn (đóng, ép) và cọc đổ tại chỗ (cọc nhồi). Trƣớc khi lựa chọn giải pháp nền móng cần phải nghiên cứu toàn diện địa điềm khu vực xây dựng, vị trí các hố khoan tƣơng ứng với vị trí móng công trình. Giải pháp nền móng đƣợc lựa chọn trên cơ sở cân nhắc từng vị trí hố khoan, xác định chiều dày và hƣớng dốc của các lớp đất theo từng mặt cắt địa chất. Cần nhớ rằng mặt cắt địa chất trong tài liệu báo cáo khảo sát địa chất thƣờng đƣợc thể hiện bằng phƣơng pháp nội suy. Do khoảng cách hố khoan khảo sát thƣờng cách nhau khá xa, tình hình phân lớp của nền đất nhiều khi khá phức tạp nên việc xác định lớp đất và chiều dày của chúng tại vị trí đặt móng đòi hỏi ngƣời thiết kế phải có kinh nghiệm và cân nhắc kỹ khi lựa chọn phƣơng án nền móng cho toàn bộ công trình. Phƣơng án nền móng lựa chọn phải đảm bảo tính kinh tế- kỹ thuật trên cơ sở tình hình địa chất khu vực xây dựng công trình và an toàn cho công trình (cho từng móng cũng nhƣ tính tƣơng ứng giữa các móng của công trình). Khi phân tích ƣu nhƣợc điểm của các giải pháp nền móng cần tính toán so sánh các khía cạnh chính sau đây: + Tính hợp lý về mặt kỹ thuật của phƣơng án chọn. + Khả năng và điều kiện thi công tƣơng ứng với khu vực địa điểm xây dựng. + Tiến độ thi công yêu cầu. + Mức độ kiên cố của công trình. + Tính kinh tế của phƣơng án chọn. 21
Lƣu ý rằng, việc lựa chọn hố khoan xấu nhất để quyết định giải pháp nền móng và tính toán chung cho các móng chƣa hẳn đã thiên về an toàn. Độ lún lệch quá giới hạn giữa các móng có thể gây nên sự cố công trình, do đó từng móng cần đƣợc tính toán theo từng vị trí cấu tạo địa chất và cân đối khả năng chịu lực và biến dạng giữa các móng. 1.7.2. Lựa chọn độ sâu chôn móng: Độ sâu chôn móng có ảnh hƣởng rất lớn đến khả năng chịu lực của móng, ổn định công trình và chi phí đầu tƣ. Khi quyết định độ sâu chôn móng cần xét đến: 1. Điều kiện địa chất công trình và điều kiện địa chất thuỷ văn vùng xây dựng; 2. Trị số và đặc trƣng tải trọng tác dụng lên nền; 3. Đặc điểm nhà hoặc công trình; 4. Chiều sâu chôn móng của nhà hoặc công trình lân cận; 5. Các kết cấu móng đã sử dụng và các phƣơng án thi công móng. Độ sâu chôn móng các công trình nói chung không nên lấy nhỏ hơn 0,5m so với cốt đất quy hoạch lân cận. Đế móng công trình nói chung nên đặt sâu vào lớp đất chịu lực 10-50cm. Độ sâu chôn móng trong mọi trƣờng hợp không nên nhỏ hơn 1/15 chiều cao công trình. Khi xây dựng móng lân cận móng công trình hiện có không đƣợc đặt sâu hơn và ngay sát móng hiện có trừ khi có biện pháp đảm bảo nền đất dƣới móng công trình hiện có ổn định. Ví dụ: 1.1. Lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu chôn móng Hình.1.1: Lớp 1: đất yếu; Lớp 2: đất tốt . * Đất yếu, đất tốt trong các ví dụ Giải pháp nền móng, ví dụ 1.1 (Hình 1.1) 22
- Đối với công trình có tải trọng vừa và nhỏ có thể sử dụng móng nông, độ sâu chôn móng có thể hạ vào lớp đất số 2 hoặc tại vị trí LK1 có thể bổ sung lớp đệm. Lớp đệm nên hạ sâu tới lớp số 2. Trong trƣờng hợp tải trọng từ công trình lớn tuỳ thuộc vào khả năng chịu lực của lớp đất số 2 có thể sử dụng làm lớp đất chịu lực hoặc sử dụng móng cọc hạ vào lớp tốt hơn phía dƣới. Ví dụ: 1.2. Lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu chôn móng Hình.1.2: Lớp 1: đất tốt; Lớp 2: đất yếu. * Đất yếu, đất tốt trong các ví dụ chỉ Giải pháp nền móng, ví dụ 1.2 (Hình 1.2) - Đối với công trình có tải trọng nhỏ (ví dụ nhà 3 tầng trở xuống) đặt móng tại vị trí hố khoan LK1 có thể sử dụng móng nông với độ sâu chôn móng tối thiểu kết hợp lớp đệm thay lớp đất thực vật phía trên, đồng thời kiểm tra khả năng chịu lực lớp đất yếu số 2. Nếu đặt móng tại vị trí LK3, do lớp đất tốt quá mỏng nên cần phải đào sâu hơn để thay bằng lớp đệm cho đủ độ sâu chịu lực, độ sâu chôn móng nên lấy tối thiểu. Ví dụ: 1.3. Lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu chôn móng Đất yếu Hình.1.3: Lớp 1: đất yếu; Đất yếu Lớp 2: đất yếu. Giải pháp nền móng, ví dụ 1.3 (Hình 1.3) - Đối với công trình có tải trọng nhỏ có thể sử dụng móng nông kết hợp lớp đệm. Có thể sử dụng cọc tre hoặc cừ tràm đóng xuống lớp đất nằm dƣới lớp đệm. Trƣờng hợp công trình có tải trọng vừa (ví dụ nhà 4-7 tầng) có thể sử dụng móng giằng kết hợp gia cố nền bằng cọc cát, cọc xi măng cát Trƣờng hợp công trình có tải trọng lớn nên dùng cọc BTCT hạ vào lớp tốt phía dƣới. - Ví dụ: 1.4. Lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu chôn móng 23
Hình 1.4: Lớp 1, 3 : đất yếu ; Lớp 2 : đất tốt. Giải pháp nền móng, ví dụ 1.4 (Hình 1.4): - Đối với công trình có tải trọng vừa và nhỏ có thể sử dụng móng nông kết hợp với lớp đệm tới độ sâu lớp đất số 2. Móng nên đặt ở độ sâu tối thiểu để tận dụng chiều dày lớp đất chịu lực. Trong trƣờng hợp nhà nhiều tầng có tải trọng lớn cần khoan sâu hơn để xác định lớp đất tốt chịu lực nằm ở phía dƣới. phía dƣới. Ví dụ: 1.5. Lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu chôn móng Hình 1.5: Lớp 1, 3 : đất tốt ; Giải pháp nền móng, ví dụ 1.5 (Hình 1.5): - Đối với công trình có tải trọng vừa và nhỏ có thể sử dụng móng chôn sâu, cọc BTCT tiết diện nhỏ, mũi cọc hạ vào lớp số 3. Đối với công trình có tải trọng lên móng lớn, có thể sử dụng cọc BTCT có tiết diện lớn hạ vào lớp đất số 3 (tuỳ thuộc vào tính chất của lớp đất số 3) hoặc lớp đất tốt hơn ở phía dƣới. phía dƣới. Ví dụ: 1.6. Lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu chôn móng Hình 1.6: Lớp 1, 2 : đất tốt ; Lớp 3 : đất yếu. Giải pháp nền móng, ví dụ 1.6 (Hình 1.6): - Đối với công trình có tải trọng vừa và nhỏ có thể sử dụng móng nông với độ sâu hạ móng tối thiểu. Trong trƣờng hợp này cần kiểm tra khả năng chịu lực của lớp đất đất số 3 và độ lún của 24
toán bộ công trình. Đối với công trình có tải trọng lớn lên móng, tốt nhất lựa phƣơng án móng cọc, chọn lớp đất tốt phía dƣới để hạ mũi cọc. Ví dụ: 1.7. Lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu chôn móng Hình 1.7: Lớp 1, 2 : đất yếu; Lớp 3 : đất tốt. Giải pháp nền móng, ví dụ 1.7 (Hình 1.7): - Đối với công trình có tải trọng vừa và nhỏ có thể sử dụng cọc đất xi măng hoặc cọc vật liệu rời (cát đá, sỏi) hạ ngập vào lớp đất số 3. Đối với công trình có tải trọng lớn, tốt nhất sử dụng cọc BTCT hạ vào lớp đất số 3 hoặc lớp đất tốt hơn phía dƣới. Ví dụ: 1.8. Lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu chôn móng (mặt cắt địa chất xem hình 1.8). Giải pháp nền móng, Vi dụ 1.8 Đối với công trình có tải trọng nhỏ lên móng cần xem xét kỹ tính chất của lớp đất số 1, nghiên cứu khả năng thay lớp đất phía trên bằng lớp đệm có chỉ tiêu cơ lý tốt hơn hoặc sử dụng cọc tre/tràm kết hợp lớp đệm cát phía trên đầu cọc. Đối với công trình có tải trọng vừa lên móng có thể nghiên cứu khả năng áp dụng cọc đất xi măng, cọc vật liệu rời hoặc cọc BTCT tiết diện 25x25cm hạ vào lớp đất số 3. Đối với công trình có tải trọng lớn cần sử dụng móng cọc. Dùng cọc BTCT hạ vào lớp đất số 3. Do cao độ lớp đất số 3 tại vị trí LK8 và vị trí LK 10 chênh nhau khá lớn nên trong trƣờng hợp sử dụng cọc BTCT đúc sẵn, cần lƣu ý vị trí móng và vị trí từng hố khoan để lựa chọn độ sâu hạ mũi cọc cho thích hợp, tránh hiện tƣợng chênh lệch sức chịu tải quá mức giữa các cọc cũng nhƣ khó khăn trong quá trình hạ cọc. 25
Hình. 1.8 Nền đất cho ví dụ 1.8: Lớp 1: Bùn sét : Xám nâu, xám đen, trạng thái chảy Lớp 2: Bùn sét pha : Xám đen kẹp cát nhỏ, trạng thái chảy Lớp 3: Sét pha : Tàn tích, (phong hóa, đá gốc sa diệp thạch, nằm tại chỗ), màu nâu gan gà kết vón ôxít sắt, sạn nhỏ, trạng thái cứng. Những ví dụ trên chỉ có tính chất định hƣớng chung. Trong thực tế cấu tạo địa tầng rất đa dạng, cần dựa vào giá trị tải trọng cụ thể và nghiên cứu kỹ tính chất của từng lớp đất, chiều dày, loại đất, khả năng chịu lực và chống biến dạng của chúng để lựa chọn giải pháp và chiều sâu chôn móng hợp lý nhằm tận dụng tối đa khả năng chịu lực của từng lớp đất cũng nhƣ khả năng chống biến dạng của chúng. 26
CHƢƠNG 2 TÍNH TOÁN MÓNG NÔNG 2.1. Phân loại và cấu tạo 2.1.1. Theo đặc điểm làm việc - Móng đơn: Cấu tạo gồm một bản móng đỡ 1 cột (Hình 2.1). - Móng hợp khối: Cấu tạo gồm một bản móng đỡ 2 cột (Hình 2.2). - Móng băng một phương: Cấu tạo gồm một bản móng đỡ một dãy cột (từ 3 cột trở lên), hoặc đỡ tƣờng. (Hình 2.3a, b,c). - Móng băng giao thoa: Cấu tạo gồm một hệ các móng băng một phƣơng vuông góc với nhau. (Hình 2.3d). - Móng bè: Cấu tạo gồm một bản móng đỡ nhiều hàng cột và tƣờng (Hình 2.4). - Móng hộp: Tổ hợp của nhiều hơn hai bản sàn cùng với các vách ngăn thẳng đứng tạo thành kết cấu không gian gồm nhiều hộp rỗng có độ cứng lớn đỡ nhiều hàng cột và tƣờng (Hình 2.5). - Móng vỏ: Cấu tạo gồm một hoặc một tổ hợp của các bản kiểu vòm ngƣợc, thƣờng là bản đáy của bể chứa (Hình 2.6). Hình 2.1 Móng đơn. a) Dưới cột; b) Dưới trụ đỡ dầm tường; c) Dưới trụ cầu; d) Dưới trụ điện cao thế 27
a) b) Hình 2.2 Móng hợp khối a) Hình chữ nhật; b) Hình thang Hình 2.3 Móng băng và băng giao thoa. a. Móng băng dưới tường nhà; b. Móng băng dưới tường chắn. c. Móng băng dưới dãy cột; d. Mặt bằng móng băng giao thoa dưới nhà khung 28
Hình 2.4 Móng bè a. Móng bè dạng bản phẳng; b. Móng bè bản phẳng có gia cường mũ cột; c. Móng bè bản sườn trên; d. Móng bè sườn dưới; e. Móng bè dưới lò luyện gang b) a) Hình 2.5 Móng hộp a. Mặt bằng; b. Mặt cắt 29
Hình 2.6 Móng vỏ a. Vỏ cầu; b. Vỏ trụ; c. Vỏ nón 2.1.2. Theo độ cứng - Móng cứng: Móng đƣợc cấu tạo đủ chiều cao sao cho phản lực nền và nội ứng suất trong móng tại đế móng triệt tiêu nhau để móng không bị uốn (Hình 2.7a). Móng cứng thƣờng là các móng làm bằng vật liệu chịu kéo kém nhƣ gạch, đá, bê tông, bê tông đá hộc - Móng mềm: là móng đƣợc cấu tạo cho phép bị uốn (phản lực nền và nội ứng suất trong móng tại đế móng không triệt tiêu nhau). Các loại móng cần tính toán cốt thép để chịu các ứng suất kéo trong móng do mômen uốn gây ra đều là các loại móng mềm (Hình 2.7b). a) b) m h m h Hình 2.7 Cấu tạo móng a)móng cứng; b) móng mềm 30
2.2. Xác định kích thƣớc sơ bộ đáy móng 2.2.1 Móng đơn chữ nhật Bước 1: Giả thiết một giá trị bề rộng móng b. Giá trị ban đầu này có thể chọn bất kỳ, với ngƣời chƣa có kinh nghiệm thiết kế có thể chọn trong khoảng 1m đến 3m. Bước 2: Xác định cường độ tính toán trên nền R: Có 2 cách xác định R: tính theo các chỉ tiêu cơ lý hoặc sử dụng bảng tra. * Xác định R theo các chỉ tiêu cơ lý: mm12 '' R = (AbII B.h.  II D.c II  II .h 0 ) (2.1) ktc m1 - hệ số điều kiện làm việc của nền đất, tra Bảng 2.1. Lƣu ý cát pha là đất loại sét (đất dính) do đó m1 tra theo độ sệt IL. m2 - hệ số điều kiện làm việc của công trình trong sự tƣơng tác với nền, tra Bảng 2.1. Lƣu ý nhà khung là kết cấu mềm m2 = 1. ktc - hệ số tin cậy. ktc= 1 Nếu các chỉ tiêu cơ lý đƣợc xác định bằng thí nghiệm trực tiếp đối với đất. ktc = 1,1 Nếu các chỉ tiêu đó tra theo bảng của quy phạm. A,B,D - các hệ số không thứ nguyên, tra Bảng 2.2 theo II hoặc tính theo công thức giải tích: 0,25 cot g A , B1 , D II , cot gII  II 0,5 cot gII  II 0,5 cot gII  II 0,5 (Đơn vị của II là rad) II,c II , II - trị tính toán của trọng lƣợng riêng hiệu quả, lực dính đơn vị và góc ma sát trong của đất tại đáy móng (II = trạng thái giới hạn II). h - độ sâu chôn móng kể từ đáy móng đến cốt thiên nhiên, xác định nhƣ chỉ dẫn ở Hình 2.8. Trƣờng hợp có các tĩnh tải phân bố tác dụng lên mặt nền hai bên móng thì trị số của h cần cộng thêm chiều cao cột đất quy đổi của của các tải trọng đó. '  II - trị tính toán trung bình của trọng lƣợng riêng hiệu quả của đất trong phạm vi h: n iih  ' I1 II h ho= h - htđh , khi không có tầng hầm ho = 0. htđh- chiều cao cột đất quy đổi từ đáy móng đến mặt trên sàn tầm hầm có xét đến ' chênh lệch giữa trọng lƣợng riêng của vật liệu sàn so với  II : s htđh = h1+ hs . ' II h1- chiều dày lớp đất từ đáy móng đến mặt dƣới sàn tầng hầm; hs , s- Chiều dày và trọng lƣợng riêng của kết cấu sàn tầng hầm 31
Chú ý: - Trọng lượng riêng hiệu quả của đất, lấy bằng trọng lượng riêng tự nhiên cho đất trên mực nước ngầm, trọng lượng riêng đẩy nổi cho đất dưới mực nước ngầm. Riêng đối với đất sét cứng, nửa cứng (IL ≤ 0,25), không thấm nước thì lấy bằng trọng lượng riêng bão hoà. - Có thể áp dụng công thức (2.1) với móng có hình dạng trên mặt bằng bất kỳ. Đối với móng có dạng hình tròn hoặc đa giác đều, trị số "b" lấy bằng Am , trong đó Am là diện tích đáy móng. - Khi chiều sâu đặt móng nhỏ hơn 1m, để tính toán R theo công thức (2.1), lấy h = 1m, trừ trường hợp khi nền là cát bụi no nước hoặc đất loại sét có độ sệt IL > 0,5, lúc này chiều sâu đặt móng lấy theo thực tế từ cốt quy hoạch. ' - h.  II = q còn gọi là áp lực hông mặt bên móng, có tác dụng chống sự đẩy trồi của móng. Trường hợp áp lực hông hai bên móng khác nhau, ví dụ tôn nền không đều , thì lấy trị số nhỏ hơn đưa vào tính toán. mm12 ' - Khi chiều rộng của tầng hầm lớn hơn 20m: R = (AbII B.h. td  II D.c) II ktc Cèt ®Þa h×nh tù nhiªn Cèt  0,00 Cèt san nÒn Cèt san nÒn Cèt ®Þa h×nh tù nhiªn h h h a) Cèt ®Þa h×nh tù nhiªn Cèt san nÒn Cèt san nÒn Cèt ®Þa h×nh o s h tù nhiªn h h h td h 1 h h b) B 20 m Hình 2.8 Sơ đồ tính toán chiều sâu đặt móng nhà khi xác định Bảng 2.1 HệR số m1, m2 a. Móng không nằm trong phạm vi tầng hầm; b. Móng trong 32
Hệ số m2 đối với nhà và công trình có sơ đồ kết cấu cứng với tỷ số chiều dài Hệ số Loại đất của nhà (công trình) hoặc từng đơn m 1 nguyên với chiều cao L/H bằng: ≥ 4 ≤ 1,5 Đất hòn lớn có chất nhét là cát và đất cát không kể đất phấn và bụi 1,4 1,2 1,4 Cát mịn: - Khô và ít ẩm 1,3 1,1 1,3 - No nƣớc 1,2 1,1 1,3 Cát bụi: - Khô và ít ẩm 1,2 1,0 1,2 - No nƣớc 1,1 1,0 1,2 Đất hòn lớn, có chất nhét là sét và đất sét có độ sệt IL ≤ 0,5 1,2 1,1 1,1 Nhƣ trên, có độ sệt IL > 0,5 1,1 1,0 1,0 Chú thích: 1. Sơ đồ kết cấu cứng là những nhà và công trình mà kết cấu của nó có khả năng đặc biệt để chịu nội lực thêm gây ra bởi biến dạng của nền, muốn thể phải dùng các biện pháp nêu ở điều 3.75 của TCXD 45-78. 2. Đối với nhà có sơ đồ kết cấu mềm thì hệ số m2 lấy bằng 1. 3. Khi tỷ số chiều dài trên chiều cao của nhà, công trình nằm giữa các trị số nói trên thì hệ số m2 xác định bằng nội suy. Bảng 2.2 Hệ số A, B, D xác định cƣờng độ tính toán R của đất nền o II A B D A B D 0 0 1,00 3,14 24 0,72 3,87 6,45 2 0,03 1,12 3,32 26 0,84 4,37 6,90 4 0,06 1,25 3,51 28 0,98 4,93 7,40 6 0,10 1,39 3,71 30 1,15 5,59 7,95 8 0,14. 1,55 3,93 32 1,34 6,35 8,55 10 0,18 1,73 4,17 34 1,55 7,21 9,21 12 0,23 1,94 4,42 36 1,81 8,25 9,98 14 0,29 2,17 4,69 38 2,11 9,44 10,80 16 0,36 2,43 5,00 40 2,46 10,84 11,73 18 0,43 2,72 5,31 42 2,87 12,50 12,77 20 0,51 3,06 5,66 44 3,37 14,48 13,96 Ví dụ 2.1 Nền đất tự nhiên có chiều dày và chỉ tiêu cơ lý các lớp nhƣ sau: dày   W W W II c STT Lớp đất w h L P II (m) (kN/m3) (kN/m3) (%) (%) (%) (o) (kPa) 1 Trồng trọt 0,7 17 2 Cát pha 10 19,1 26,7 2630 24 18 20 33
Móng nông trên nền thiên nhiên, đáy móng ở cos -1,95m. Nhà khung bê tông cốt thép tôn nền 3 trong nhà cao hơn ngoài nhà 0,45 m, trọng lƣợng riêng của đất tôn nền tn = 17kN/m . Xác định cƣờng độ tính toán của nền cho móng giữa có kích thƣớc lxb = 2,2x1,8 m và móng biên có kích thƣớc lxb = 2,0x1,6 m khi mực nƣớc ngầm nằm dƣới mặt đất tự nhiên : a) 1,2 m b) 4 m Giải a) Mực nước ngầm nằm dưới mặt đất tự nhiên 1,2 m. Xác định các chỉ tiêu vật lý của lớp cát pha cần cho tính toán. WW P 26 24 - Độ sệt: IL 0,33 WLP W 30 24  (1 W) 26,7(1 0, 26) - Hệ số rỗng: e h 1 1 0,761 w 19,1   26,7 10 - Trọng lƣợng riêng đẩy nổi:  hn 9, 48 kN/m3 dn 1 e 1 0,761 Cƣờng độ tính toán của nền: mm12 '' R = (AbII B.h.  II D.c II  II .h 0 ) ktc h0 = 0 vì không phải móng dƣới tầng hầm, m1 = 1,2 : đáy móng đặt trên cát pha có IL = 0,33 < 0,5 (tra Bảng 2.1) m2 = 1,0 : khung bê tông cốt thép là kết cấu mềm (tra Bảng 2.1) ktc = 1,0 : các chỉ tiêu cơ lý đƣợc xác định bằng thí nghiệm trực tiếp đối với đất 3 II =  dn2 9,48 kN/m : đất cát pha ở tại đáy móng nằm dƣới mực nƣớc ngầm cII = 20 kPa : đáy móng đặt trên nền cát pha o II = 18 tra Bảng 2.2 có: A = 0,43 ; B = 2,72 ; D = 5,31 Móng giữa chiều sâu chôn móng 2 bên bằng nhau h = 1,95 m n iih 0, 45 0,7  0,5  0,3  ' I1 tn w1 w2 dn2 II h 1,95 0,45.17 0,7.17 0,5.19,1 0,3.9,48 3 = 16,61 kN/m 1,95 1,2.1 R = (0,43.1,8.9,48 2,72.1,95.16,61 5,31.20) = 242,36 kPa 1 Móng biên chiều sâu chôn móng bên trái htr = 1,5 m , bên phải hph = 1,95 m h = min(htr , hph) = 1,5 m n iih 0,7 0,5  0,3  ' I1 w1 w2 dn2 II h 1,5 0,7.17 0,5.19,1 0,3.9,48 3 = 16,19 kN/m 1,5 1,2.1 R = (0,43.1,6.9,48 2,72.1,5.16,19 5,31.20) = 214,83 kPa 1 34
b) Mực nước ngầm nằm dưới mặt đất tự nhiên 4 m. 3 II =  w2 19,1kN/m : đất cát pha ở tại đáy móng nằm trên mực nƣớc ngầm Móng giữa chiều sâu chôn móng 2 bên bằng nhau h = 1,95 m n iih 0,45 0,7  0,8  ' I1 tn w1 w2 II h 1,95 0,45.17 0,7.17 0,8.19,1 3 = 18,09 kN/m 1,95 1,2.1 R = (0,43.1,8.19,1 2,72.1,95.18,09 5,31.20) = 260,74 kPa 1 Móng biên chiều sâu chôn móng bên trái htr = 1,5 m , bên phải hph = 1,95 m h = min(htr , hph) = 1,5 m n iih 0,7 0,8  ' I1 w1 w2 II h 1,5 0,7.17 0,8.19,1 3 = 18,12 kN/m 1,5 1,2.1 R = (0,43.1,6.19,1 2,72.1,5.18,12 5,31.20) = 232,25 kPa 1 * Xác định R sử dụng bảng tra: Có thể xác định R của đất nền dƣới móng có bề rộng b, chôn sâu h theo cƣờng độ tính toán quy ƣớc R0 của đất nền ứng với móng có bề rộng b1=1m, h1=2m tra Bảng 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 phụ thuộc trạng thái của đất, loại đất. - Khi h 2m : b b11 h h R = R0 1k 1 (2.2) b11 2h - Khi h > 2m: bb 1 ' R = R0 1 k1 k 2 .  II (h h 1 ) (2.3) b1 b, h: Bề rộng và chiều sâu chôn móng thực tế k1, k2: Hệ số kể đến ảnh hƣởng của bề rộng móng và độ sâu chôn móng. k1= 0,125 cho nền đất hòn lớn và đất cát; 0,05 nền cát bụi và đất sét. k2= 0,25 cho nền đất hòn lớn và đất cát; 0,2 nền cát pha và sét pha; 0,15 nền sét. Chú ý: Xác định R sử dụng bảng tra có độ chính xác không cao chỉ áp dụng khi không có đủ số liệu để tính theo các chỉ tiêu cơ lý. Bảng 2.3 Áp lực tính toán quy ƣớc Ro trên đất hòn lớn và đất cát (Phạm vi sử dụng xem ở điều 3.59 TCXD 45-78) Loại đất Ro (kPa) Đất hòn lớn 600 - Đất cuội (dăm) lẫn cát - Đất sỏi (sạn) từ những mảnh vụn 35
Đá kết tinh 500 Đá trầm tích 300 Đất cát Chặt Chặt vừa - Cát thô không phụ thuộc độ ẩm 600 500 - Cát thô vừa không phụ thuộc độ ẩm 500 400 - Cát mịn: + ít ẩm 400 300 + ẩm và no nƣớc 300 200 - Cát bụi: + ít ẩm 300 250 + ẩm 200 150 + no nƣớc 150 100 Bảng 2.4 Áp lực tính toán quy ƣớc Ro trên đất sét (không lún ƣớt) (Phạm vi sử dụng xem ở điều 3.46 TCXD 45-78) Ro kPa ứng với độ sệt của đất Loại đất sét Hệ số rỗng e IL = 0 IL = 1 Cát pha 0,5 300 300 0,7 250 200 Sét pha 0,5 300 250 0,7 250 180 1,0 200 100 Sét 0,5 600 400 0,6 500 300 0,8 300 200 1,10 250 100 Chú thích: Đối với đất sét có các giá trị trung gian e và IL cho phép xác định trị số Ro bằng cách nội suy lúc đầu theo e đối với các trị IL = 0 và IL = 1 sau đó theo IL giữa các trị số Ro đã tìm đối với IL = 0 và IL = 1. Bảng 2.5 Áp lực tính toán quy ƣớc Ro trên nền đất lún ƣớt (Phạm vi dùng xem ở điều 4.9 TCXD 45-78) Ro (kPa) Loại đất Đất cấu trúc tự nhiên tƣơng ứng với Đất đầm chặt ứng với dung trọng 3 3 dung trọng đất khô k (kN/m ) đất khô k (kN/m ) 1,35 1,55 1,6 1,7 36
3 3,5 Cát pha 1,5 1,8 2 2,5 3,5 4 Sét pha 2,5 3 1,8 2 Chú thích: 1. Trong bảng 2.5, tử số là giá trị Ro thuộc đất lún ướt cấu trúc tự nhiên có độ no nước G ≤ 0,5 và khi không có khả năng thấm ướt chúng. Mẫu số là giá trị Ro thuộc đất như trên nhưng có độ no nước G ≥ 0,8 và đất có độ no nước bé khi có khả năng thấm ướt chúng. 2. Đối với đất lún sụt có các giá trị k và G trung gian thì Ro xác định bằng nội suy. Bảng 2.6 Áp lực tính toán quy ƣớc Ro trên nền đất đắp đã ổn định (Phạm vi dùng xem ở điều 10.6 TCXD 45-78) Ro (kPa) Cát thô, cát trung, Cát bụi, Loại đất cát mịn xỉ v.v đất sét tro v.v ứng với độ bão hoà G G ≤ 0,5 G ≥ 0,8 G ≤ 0,5 G ≥ 0,8 Đất trong lúc san nền đầm chặt theo điều 250 200 180 150 10.8 Các bãi thải đất và phế liệu sản xuất sau 250 200 180 150 khi đầm chặt theo điều 10.8 Các bãi thải đất và phế liệu sản xuất 180 150 120 100 không đầm chặt Các nơi đổ đất và phế liệu sản xuất sau 150 120 120 100 khi đầm chặt theo điều 10.8 Các nơi đổ đất và phế liệu sản xuất 120 100 100 080 không đầm chặt Chú thích: 1. Trị số Ro ở bảng 2.6 là của các móng có độ sâu đặt móng h1 =2m. Khi độ sâu đặt hh 1 móng h< 2m giá trị Ro sẽ giảm bằng cách nhân với hệ số: k . 2h1 2. Trị số Ro ở 2 điểm sau cùng trong bảng 2.6 là thuộcvề đất rác và phế liệu sản xuất có chứa tạp chất hữu cơ không quá 10%. 3. Đối với các bãi thải và nơi đổ đất và phế liệu sản xuất chưa ổn định thì trị số Ro lẩy theo bảng 2.6 với hệ số 0,8. 4. Đại lượng Ro đối với các giá trị trung gian của G từ 0,5 đến 0,8 cho phép xác định bằng nội suy. 37
Bước 3: Xác định kích thước sơ bộ đáy móng Am: tc No Am = .m (2.4) R tb .h tc N o - tải trọng nén tiêu chuẩn tác dụng tại đỉnh móng tb trọng lƣợng riêng trung bình của móng và đất trên móng, tb = 20  3 - 22kN/m . Trƣờng hợp không có đất trên móng, ví dụ móng tầng hầm có đỉnh móng trùng mặt sàn , tb lấy là trọng lƣợng riêng của vật liệu làm móng tb.h- áp lực tiêu chuẩn lên nền do trọng lƣợng của móng và đất trên móng gây ra m - Hệ số kể đến ảnh hƣởng của mômen. Móng chịu tải lệch tâm m tỷ lệ với độ lệch tâm của tải trọng tiêu chuẩn tại đáy móng. Thƣờng chọn sơ bộ m = 1,1  1,7 Bước 4: Tính lại giá trị b: A b m (2.5) k k = l/b - tỷ số cạnh dài trên bề rộng của đáy móng. Trị số k ảnh hƣởng đến tỷ lệ diện tích cốt thép theo 2 phƣơng, k hợp lý khi diện tích cốt thép yêu cầu/1m dài móng theo 2 phƣơng xấp xỉ nhau. Do chƣa biết b nên ban đầu thƣờng chọn k = 1,1  1,3. Chú ý: Không cần thiết phải tính lặp cho đến khi giá trị b tính được ở bước 4 xấp xỉ bằng b giả thiết ở bước 1 vì ta chưa biết chính xác giá trị của hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen m. Giá trị b hợp lý thường rất gần giá trị b tính được. Chọn b l = k.b . Chú ý trị số l, b làm tròn theo đơn vị cm Bước 5: Kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng - Móng chịu tải lệch tâm một phƣơng: tc pRtb tc pmax 1,2R (2.6) tc p0min tc - Móng chịu tải lệch tâm hai phƣơng điều kiện pmax 1,2R đƣợc thay bằng điều tc kiện pmax 1,5R (mục 3.47- TCXD 45-78). - Móng cột nhà có cầu trục với sức nâng ≥ 750 kN, móng cột các đƣờng cầu trục ngoài trời với cầu trục có sức nâng tải > 150 kN hoặc trƣờng hợp đất yếu thì yêu cầu: tc pmin tc ≥ 0,25. pmax - Khi trong thành phần tải trọng có tải trọng lắp ráp hoặc tải trọng đặc biệt có tc thể cho phép pmin < 0 với điều kiện phần diện tích đáy móng bị tách khỏi nền 38
tc (có trị số pmin < 0 theo công thức Sức bền vật liệu) không vƣợt quá 25% tổng diện tích đáy móng. Để tận dụng tối đa khả năng làm việc của nền trong giai đoạn biến dạng tuyến tính, kích thƣớc đáy móng đƣợc chọn sao cho ở điều kiện khó đạt nhất trong 3 tc tc điều kiện ở (2.6) vế trái vế phải. Tức là pmax 1,2R hoặc pRtb (chênh nhau tc không quá 5%) hoặc p0min . Giả thiết móng cứng (không bị uốn) và coi áp lực lên nền phân bố tuyến tính, sử dụng công thức Sức bền vật liệu: tc tc N0 6el 6eb pmax 1  tb.h (2.7) min l.b l l tc N o tc Qox tc h Moy m h tc p min tc p max x b l y Hình 2.9 Móng chịu tải lệch tâm 2 phương tc tc tc tc Mox , Moy,Qox,Qoy,: lần lƣợt là trị số các mômen và lực ngang tiêu chuẩn tại đỉnh móng tc tc tc tc M0y Q0x .h m M0x Q0y.h m el tc ; eb tc N0 N0 Nếu một trong các điều kiện của (2.6) không thoả mãn thì căn cứ vào kết quả tc kiểm tra điều chỉnh lxb tính R, pmax kiểm tra lại. Lặp quá trình trên cho min đến khi chọn đƣợc cặp lxb hợp lý. Bước 6: Kiểm tra điều kiện áp lực lên lớp đất yếu Nếu trong phạm vi chiều sâu chịu nén của nền, ở chiều sâu H* kể từ đáy móng, có lớp đất có độ bền nhỏ hơn độ bền các lớp bên trên (dựa trên trị số E, , c , trạng thái vật lý) nhƣ Hình 2.10, kích thƣớc móng phải đƣợc kiểm tra theo điều kiện: gl  bt z H z h H Rđy (2.8) 39
tc N o h §Ønh líp ®Êt yÕu bt gl H* z h H* z H* H bt gl z z Hình 2.10 Điều kiện áp lực lên lớp gl bt đất yếu   * z H* và z h H - lần lƣợt là ứng suất gây lún và ứng suất bản thân tại đỉnh lớp "đất yếu". Rđy: Cƣờng độ tính toán của nền "đất yếu": mm12 ' Rđy = (Aby II Bh y  II D.c II ) (2.9) ktc A, B, D- hệ số tra bảng theo góc ma sát trong II của "đất yếu", cII - lực dính đơn vị của "đất yếu",  II - trọng lƣợng riêng hiệu quả của đất đỉnh lớp "đất yếu", * hy - là độ sâu chôn móng quy ƣớc, hy = h +H cho trƣờng hợp móng không nằm trong phạm vi tầng hầm và móng dƣới tầng hầm có bề rộng tầng hầm b ≤ 20 m (không xét đến ảnh hƣởng của tầng hầm vì việc thi công tầng hầm ít ảnh hƣởng đến trạng thái ứng suất-biến dạng của nền tại mặt lớp "đất yếu"), trƣờng hợp bề rộng tầng hầm >20 m, hy đƣợc tính từ mặt trên sàn tầng hầm đến đáy móng. ' II - trọng lƣợng riêng hiệu quả trung bình của đất trong phạm vi hy. h - chiều sâu chôn móng kể từ đáy móng đƣợc xác định nhƣ Hình 2.8. Bề rộng móng quy ƣớc by đƣợc rút ra trên cơ sở giả thiết rằng diện đáy móng mở rộng đều cả 2 phía xuống lớp đất yếu (trị số này mang tính quy ƣớc nhiều hơn là dựa vào 1 căn cứ lý thuyết chặt chẽ). 2 byy A a a (2.10) Ntc  .h.A N tc A o tb m = y gl gl (2.11) zH * z H* lb a 2 (2.12) l, b - lần lƣợt là chiều dài và bề rộng của tiết diện đáy móng. tc N0 - tải trọng tiêu chuẩn đặt tại đỉnh móng. 40
Nếu điều kiện áp lực lên nền đây yếu không thoả mãn cần tăng kích thƣớc đáy móng để giảm áp lực tiêu chuẩn lên nền hoặc giảm chiều sâu chôn móng. Chú ý: Khái niệm "đất yếu" là nói đến sự "yếu hơn" về cường độ của lớp đất đang xét so với các lớp đất bên trên. Nhiều trường hợp lớp đất đang xét có cường độ khá cao nhưng yếu hơn so với các lớp đất phía trên thì vẫn phải kiểm tra. Bước 7: Kiểm tra nền theo trạng thái giới hạn II và I (nếu cần). Ví dụ 2.2 Nền đất 3 lớp có các chỉ tiêu cơ lý nhƣ sau: w s W W W II cII E Lớp Loại đất Dày L P ( m ) (kN/m3) (kN/m3) (%) (%) (%) (o) (kPa) (kPa) 1 Trồng trọt 2 17 2 Sét pha 3 18,3 26,4 30 34 25 15 28 8000 3 Sét 5 18,4 26,5 38 45 27 12 26 7000 -0,40 1 1 3 trång trät 2000  = 17 kN/m -2,40 tt N0 -3,00 tt M0y 200 2 2 Qtt sÐt pha  = 18,3 kN/m3 2 0x -3,80 800 2000 E = 10000 kPa -4,40 MNN 2  = 8,74 kN/m3 1400 E = 10000 kPa -5,80 3  = 8,30 kN/m3 5000 E = 7800 kPa Công trình nhà khung bê tông cốt thép không có tƣờng chèn, 1 tầng hầm, bề rộng tầng hầm là 12m. Cos nền ngoài nhà là -0,4m, cos đáy sàn tầng hầm -3m, sàn tầm hầm dày 0,2m, tƣờng tầm hầm dày 0,22m. Móng biên tầng hầm đỡ cột tiết diện bcxlc = 0,4x0,5m. Móng chịu tải tt tt tt trọng tính toán tại đỉnh móng: N o =900 kN, M oy =180 kNm, Q ox =108 kN. Tải trọng trên đã 41
bao gồm tải trọng từ khung truyền xuống; trọng lƣợng tƣờng tầng hầm, cột tầng hầm, sàn tầng hầm; áp lực đất lƣng tƣờng tầng hầm. Đáy móng ở cos -3,8m. Xác định kích thƣớc sơ bộ đáy móng. Giải Tải trọng tiêu chuẩn ở đỉnh móng: Ntt 900 Ntc 0 750 kN 0 1,2 1,2 Mtt 180 Mtc 0y 150 kNm 0y 1,2 1,2 Qtt 108 Qtc 0x 90kN 0x 1,2 1,2 Bước 1: Giả thiết một giá trị bề rộng móng b = 1m Bước 2: Xác định cường độ tính toán của nền R: m12 .m '' R (Ab II B.h.  II Dc II  II .h 0 ) Ktc WW P 30 25 m1 = 1,1 do nền là sét pha có độ sệt IL 0,56 > 0,5 WLP W 34 25 m2 = 1,0 do kết cấu khung bê tông cốt thép là kết cấu mềm ktc = 1 do các chỉ tiêu cơ lý của đất đƣợc xác định bằng thí nghiệm trực tiếp o Đáy móng hạ vào lớp sét pha có cII = 28 kPa, II = 15 o Với II = 15 tra Bảng 2.2 đƣợc: A = 0,32 B = 2,30 D = 4,84 3 II = w2 = 18,3 kN/m (đáy móng nằm trên mực nƣớc ngầm) Bề rộng tầng hầm 12m < 20m do đó độ sâu chôn móng h kể từ đáy móng đến cốt thiên nhiên (cốt san nền): h = 3,8 - 0,4 = 3,4 m 2  h  ii 17.2 18,3.1,4 ' i1 17,54 (kN/m3) II h 3,4 Chiều cao cột đất quy đổi từ đáy móng đến mặt trên sàn tầng hầm: iih 18,3.0,8 25.0,2 htd ' 1,12 m II 17,54 h0 = h - htđ = 3,4 – 1,12 = 2,28 m 1,1.1 R 0,32.b.18,3 2,30.3,4.17,54 4,84.28 17,54.2,28 1 R = 6,44.b + 255,93 Rb = 1m = 6,44.1 + 255,93 = 262,37 kPa Bước 3: Xác định kích thước sơ bộ đáy móng Am: Trọng lƣợng đất trên móng ở hai bên khác nhau do đó sử dụng chiều sâu chôn móng trung bình. 42
tc N0 Amm R tb .h tb hh 3,4 0,8 h 1 2,1m tb 22 h1 - khoảng cách từ đáy móng đến đáy sàn. Tải trọng sàn tầng hầm đã đƣợc kể đến khi xác định tải trọng tại đỉnh móng nên khi xác định trọng lƣợng của móng và đất trên các bậc móng không kể đến nữa. Chọn m = 1,3 750 A .1,3 4,424m m 262,37 20.2,1 Bước 4: Tính lại giá trị b: l Chọn k = 1,2 b A 4, 424 b m 1,92 m k 1,2 Tường tầng hầm -0,40 Chọn b = 2 m l = 1,2.2 = 2,4 m. Chọn l = 2,5 m 1 Vậy l b = 2,5 2,0 m tc N 2000 ®c Bước 5: Kiểm tra điều kiện áp lực tiêu -2,40 chuẩn ở đáy móng: -3,00 Tính lại R với b = 2m: 600 200 2 R = 6,44b + 255,93 = 6,44.2 + 255,93 2 800 = 268,81 kPa 800 -3,80 Áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng: D tc tc tc N0 Nđc 6e l =2500 pmax 1  tb.h1 500 220 L* min l.b l tc * Ndc  L .b. ( i .h i ) * ll c 2,5 0,5 L bt 0,22 0,78m 22 =2000 tc b Ndc = 0,78.2.(17.2 + 18,3.0,6 ) = 70,17 kN * lc L 0,5 0,78 e b 0,22 =0,86m e®c đc 2 t 2 Hình 2.11 Tải lệch tâm do chênh Chọn sơ bộ chiều cao móng hm= 0,7 m tc tc tc M0y Q0x .h m Nđc .eđc 150 90.0,7 70,17.0,86 đất hai bên móng e tc tc 0,333m N0 Nđc 750 70,17 tc 750 70,17 6.0,333 pmax 1 20.0,8 min 2,5.2 2,5 tc pmax 311,13 kPa tc pmin 48,93 kPa 311,13 48,93 ptc 180,03 kPa tb 2 Điều kiện áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng: 43
tc ptb R 180,03kPa 268,81kPa tc pmax 1,2R 311,13kPa 1,2.268,81 322,57kPa Đạt tc 48,68kPa 0 pmin 0 tc Ở đây pmax 1,2R là điều kiện khó đạt nhất. Kiểm tra sự hợp lý của kích thƣớc đáy móng: 322,57 311,13 .100% 3,55% < 5% 322,57 Kích thƣớc móng tận dụng đƣợc tối đa khả năng làm việc của nền trong giai đoạn biến dạng tuyến tính. Do lớp thứ 3 có E3 = 7800 kPa < E2 = 10000 kPa nên phải kiểm tra điều kiện áp lực lên nền đất “yếu”. Bước 6: Kiểm tra điều kiện áp lực lên lớp đất yếu Điều kiện kiểm tra: bt gl z 5,4m  z 2m Rđy -0,40 1 1 3 trång trät 2000  = 17 kN/m -2,40 34.00 -3,00 200 2 2 sÐt pha  = 18,3 kN/m3 2 -3,80 800 2000 gl E = 10000 kPa 59.62 0 p 120.41 -4,40 MNN 2  = 8,74 kN/m3 1400 E = 10000 kPa -5,80 3600 82.84 46.69 bt gl  z = 5,4m  z = 2 m 3  = 8,30 kN/m3 5000 z E = 7800 kPa Hình 2.12 Kiểm tra điều kiện áp lực lên lớp đất yếu Trọng lƣợng riêng hiệu quả các lớp đất: 3 - Từ mặt đất đến đáy lớp 1:  = w1 = 17 kN/m 3 - Từ mặt lớp 2 đến mực nƣớc ngầm:  = w2 = 18,3 kN/m - Từ mực nƣớc ngầm đến đáy lớp 2:  = đn2 ()s  n  w (26,4 10)18,3 3 đn2 = 8,74 kN/m s (1 W) 26,4(1 0,3) - Từ mặt lớp 3 đến đáy lớp 3:  = đn3 44
()s  n  w (26,5 10)18,4 3 đn3 = 8,30 kN/m s (1 W) 26,5(1 0,38) Ứng suất bản thân tại đáy móng: bt  z 3,4m 17.2 + 18,3.1,4 = 59,62 kPa Ứng suất bản thân tại mực nƣớc ngầm: bt  z 4,0m 17.2 + 18,3.2 = 70,60 kPa Ứng suất bản thân tại đáy lớp 2: bt  z 5,4m 70,60 + 8,74.1,4 = 82,84 kPa Áp lực gây lún ở đáy móng: gl tc bt pp tb  z 3,4m = 180,03 – 59,62 = 120,41 kPa Ứng suất gây lún tại đáy lớp 2: gl gl  z 2mK 0 .p l 2z 2,5 2.2 Tra Bảng 2.8 K0 = f( ; ) =f( 1,25 ; 2) = 0,388 b b 2 2 gl  z 2m 0,388.120,41 = 46,69 kPa Tổng ứng suất tại mặt trên lớp đất yếu: bt gl z 5,4m  z 2m 82,84 + 46,69 = 129,53 kPa Cƣờng độ tính toán của nền đất yếu: mm12 ' Rđy = (Aby II Bh y  II D.c II ) ktc WW P 38 27 m1 = 1,1 do nền là sét có độ sệt IL 0,61 > 0,5 WLP W 45 27 m2 = 1,0 do kết cấu khung bê tông cốt thép là kết cấu mềm ktc = 1 Do các chỉ tiêu cơ lý của đất đƣợc xác định bằng thí nghiệm trực tiếp o Đất sét có: cII = 26 kPa, II = 12 o Với II = 12 tra Bảng 2.2 đƣợc: A = 0,23 B = 1,94 D = 4,42 3 II = đn3 = 8,3 kN/m (mặt lớp đất yếu nằm dƣới mực nƣớc ngầm) hy = 5,4m (bề rộng tầng hầm 12m < 20 m do đó hy đƣợc xác định từ mặt lớp đất yếu đến cos san nền) bt bt ' z hy z 5,4m 82,84 3 II 15,34 kN/m hy 5,4 5,4 Diện tích đáy móng quy ƣớc: tc N 900,17 2 Ay gl = 19,28 m z 2m 46,69 Bề rộng đáy móng quy ƣớc: 22 by = Ay a a 19,28 0,25 0,25 4,15 m l b 2,5 2 Với a 0,25 m 22 1,1.1 R 0,23.4,15.8,3 1,94.5,4.15,34 4,42.26 = 311,90 kPa dy 1 gl bt Có: z 2m  z 5,4m 129,53 kPa < Rđy = 311,90 kPa 45
Đảm bảo điều kiện áp lực lên nền đất yếu. Bước 7: Kiểm tra nền theo trạng thái giới hạn I và II. Xem ví dụ 2.10. 2.2.2. Móng tròn Ký hiệu đƣờng kính mặt bằng công trình D1 (Hình 2.13). Bước 1: Chọn sơ bộ đường kính móng D = D1 . Bước 2: Xác định cường độ tính toán trên nền R: D2 Trong biểu thức xác định R trị số b = A m 4 Bước 3: Kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng tc pRtb tc pmax 1,2R tc p0min tc tc tc NM pmax (2.13) min AWm N,Mtc tc : Lần lƣợt là tổng tải trọng nén và mômen tiêu chuẩn tại đáy móng (xem 2.7) D3 W : Mômen chống uốn của tiết diện đáy móng 32 - Nếu cả 3 điều kiện đều thoả mãn và ở một điều kiện giá trị vế trái gần bằng giá trị vế phải thì đƣờng kính đáy móng sơ bộ là hợp lý. - Nếu cả 3 điều kiện đều thoả mãn và các giá trị vế trái nhỏ hơn đáng kể so với các giá trị ở vế phải (10%) thì có thể xem xét phƣơng án móng vành khuyên. - Nếu có 1 điều kiện không thoả mãn thì cần làm móng bản tròn và điều chỉnh tc tăng đƣờng kính bản móng lên tính R, pmax kiểm tra lại. Lặp quá trình min trên cho đến khi chọn đƣợc D hợp lý. Bước 4: Kiểm tra điều kiện áp lực lên lớp đất yếu (nếu cần) Bước 5: Kiểm tra nền theo trạng thái giới hạn II và I (nếu cần). D1 D1 D D D Hình 2.13 Móng tròn bvk d bvk 46 Hình 2.14 Móng vành khuyên
2.2.3. Móng vành khuyên Ký hiệu đƣờng kính mặt bằng công trình D1, đƣờng kính ngoài và đƣờng kính trong của móng lần lƣợt là D và d (Hình 2.14). Trị số bề rộng móng vành khuyên bvk đƣa vào biểu thức xác định R đƣợc lấy là khoảng cách từ mép trong đến mép ngoài của móng nơi sự trƣợt cục bộ xuất hiện: bvk =0,5(D-d). Bề rộng móng vành khuyên không nên lớn hơn D/3, nếu lớn hơn thì nên làm móng bản tròn. Bước 1: Chọn sơ bộ bề rộng móng bvk =0,5D1 d = D1 - bvk = 0,5D1 D = D1 + bvk =1,5D1, bvk=D/3 Bước 2: Xác định cường độ tính toán trên nền R Bước 3: Kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng tc tc tc NM pmax min AWm 22 22 Am = AD - Ad = Dd = Dd 444 4 3 d WD : mômen chống uốn của tiết diện đáy móng 32 D Nếu một trong các điều kiện áp lực đáy móng không thoả mãn tức là đòi hỏi bvk >D/3 thì chuyển sang làm móng tròn. Nếu kích thƣớc móng thừa nhiều thì chọn tc giá trị bvk nhỏ hơn tính R, pmax kiểm tra lại. Lặp quá trình trên cho đến khi min chọn đƣợc bvk hợp lý. Bước 4: Kiểm tra điều kiện áp lực lên lớp đất yếu (nếu cần) Bước 5: Kiểm tra nền theo trạng thái giới hạn II và I (nếu cần). Ví dụ 2.3 Điều kiện địa chất giống nhƣ ở ví dụ 2.1, mực nƣớc ngầm nằm dƣới mặt đất tự nhiên 4 m. Xác định kích thƣớc sơ bộ móng tròn đỡ xilô có chiều cao 5 m đƣờng kính ngoài D1 = 2 m. Đáy móng chôn sâu 1,5 m, chiều cao móng hm = 0,7m. Tải trọng kết cấu truyền xuống tại tc tc tc đỉnh móng: No = 550 kN, Mo = 80 kNm, Qo = 40 kN. Xác định kích thƣớc sơ bộ đáy móng theo điều kiện áp lực tiêu chuẩn lên nền. Giải Sơ bộ chọn đƣờng kính móng D bằng đƣờng kính mặt bằng công trình D1 = 2 m. Cƣờng độ tính toán của nền: mm12 ' R = (AbII B.h.  II D.c II ) ktc m1 = 1,2: đáy móng đặt trên cát pha có IL = 0,33 < 0,5 (tra Bảng 2.1) 47
L 2 m2 = 1,1: đáy móng đặt trên cát pha có IL = 0,33 1,2R = 308,78 kPa max .223 .2 664,2.4 108.32 ptc = 67,65 kPa > 0 min .223 .2 664,2.4 ptc = 205,16 kPa 0 min .2,123 .2,1 664,2.4 ptc = 188,96 kPa < R = 258,29 kPa (Chênh 26,84 %) tb .2,12 Kích thƣớc đáy móng hợp lý theo điều kiện áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng. 48
Ví dụ 2.4 Điều kiện địa chất giống nhƣ ở ví dụ 2.1, mực nƣớc ngầm nằm dƣới mặt đất tự nhiên 4 m. Xác định kích thƣớc sơ bộ móng tròn đỡ xilô có chiều cao 6 m đƣờng kính ngoài D1 = 2,4 m. Đáy móng chôn sâu 1,5 m, chiều cao móng hm = 0,7 m. Tải trọng kết cấu truyền xuống tại tc tc tc đỉnh móng: No = 570 kN, Mo = 60 kNm, Qo = 25 kN. Xác định kích thƣớc sơ bộ đáy móng theo điều kiện áp lực tiêu chuẩn lên nền. Giải Sơ bộ chọn móng tròn, đƣờng kính móng D bằng đƣờng kính mặt bằng công trình D1 = 2,4 m. Cƣờng độ tính toán của đất nền tại đáy móng: mm12 ' R = (AbII B.h.  II D.c II ) ktc m1 = 1,2 : đáy móng đặt trên cát pha có IL = 0,33 1,2R = 313,46 kPa (Chênh 32% > 5%) max .2,423 .2,4 705,6.4 77,5.32 ptc = 99 kPa > 0 min .2,423 .2,4 705,6.4 ptc = 156,11 kPa 5%) tb .2, 42 Kích thƣớc đáy móng thừa nhiều Chuyển sang phƣơng án móng vành khuyên. D1 2,4 Chọn sơ bộ bề rộng móng vành khuyên bvk = = = 1,2 m 2 2 Đƣờng kính trong của móng: 49
d = D1 - bvk = 2,4 - 1,2 = 1,2 m Đƣờng kính ngoài của móng: D = D1 + bvk = 2,4 + 1,2 = 3,6 m Diện tích đáy móng: 22 22 2 Am = Dd = 3,6 1,2 = 9,05 m 4 4 Mô men chống uốn của tiết diện đáy móng: 4 4 3 d 3 1,2 3 WD = 3,6 = 4,5239 m 32 D 32 3,6 Cƣờng độ tính toán của nền: mm12 ' R = (Abvk II B.h.  II D.c II ) ktc 1,2.1,1 R = (0,43.1,2.19,1 2,72.1,5.18,12 5,31.20) = 251,14 kPa 1 Tải trọng nén tiêu chuẩn tại đáy móng: tc tc N No  tb .h.A m = 570 + 20.1,5.9,05 = 841,5 kN Áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng: 841,5 77,5 ptc = 110,11 kPa 0 min 9,05 4,5239 841,5 ptc = 92,98 kPa 0 min 2,87 1,5213 656,1 ptc = 228,61 kPa 5%) tb 2,87 Kích thƣớc đáy móng hợp lý theo điều kiện áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng. 50
2.2.4. Móng hợp khối chữ nhật Bước1: Chọn sơ bộ chiều cao móng hm Bước2: Xác định trọng tâm đáy móng tc tc tc N N N o2 o1 tc  tr tc  N ph tc Qo1 Qo2 M tc M tc h o1 o2 m x e e ph ph tr x tr x 0.5l o l l l g1 nh g 2 Hình 2.15 Xác định trọng tâm đáy móng hợp khối Cần bố trí mặt bằng móng sao cho trị số mômen của tải trọng tiêu chuẩn ở đáy móng trong hai trƣờng hợp khi gió thổi từ trái sang và khi gió thổi từ phải sang bằng nhau. Mụch đích là để giảm độ nghiêng của móng. Tiến hành nhƣ sau: - Chọn chiều cao móng sơ bộ hm - Chọn hai cặp tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất (cho tổng lực nén lớn nhất) ứng với trƣờng hợp tải gió tác dụng từ trái sang và trƣờng hợp tải gió tác dụng từ phải sang. - Gọi xtr, xph lần lƣợt là khoảng cách từ trọng tâm cột bên trái đến vị trí của hợp lực tải trọng tiêu chuẩn ở đáy móng ứng với trƣờng hợp gió trái và gió phải. Với các nội lực tại 2 chân cột lấy từ tổ hợp ứng với trƣờng hợp gió trái có: tc tc tc tc tc tc tc xtr( NNo1 o2 ) = N o2 .lnh + MMo1 o2 + (QQo1 o2 )hm (2.14) Chú ý: Mômen và lực cắt ở trên chƣa xác định dấu, cần chú ý quy ƣớc dấu để xác định chiều tác dụng của chúng. Giải (2.15) xác định đƣợc xtr. Tƣơng tự, xác định đƣợc xph. Gọi xo là toạ độ trọng tâm đáy móng thì độ lệch tâm của tổng tải trọng ngoài tại đáy móng ứng với trƣờng hợp gió trái và gió phải: etr x tr x 0 , eph x 0 x ph (2.15) Theo điều kiện trị số mômen của tải trọng tiêu chuẩn ở đáy móng trong hai trƣờng hợp gió bằng nhau có: tc tc Ntr .e tr N ph .e ph (2.16) tc tc N,Ntr ph : lần lƣợt là tổng lực nén tại 2 chân cột ứng với 2 trƣờng hợp gió. - Giải (2.16) xác định đƣợc x0. Để thuận tiện thi công chọn x0 làm tròn 5cm. 51
tc tc tc tc - Nếu NNtr ph nên làm tròn x0 sao cho Ntr .e tr N ph .e ph và ngƣợc lại để xác định đƣợc ngay trƣờng hợp tải trọng nguy hiểm hơn là trƣờng hợp gió trái (hay trƣờng hợp gió phải). tc tc Trƣờng hợp NNtr ph cũng có thể làm tròn xo sao cho tc tc Ntr .e tr N ph .e ph nhằm tìm đƣợc diện tích đáy móng nhỏ nhất, nhƣng cần kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng với cả 2 trƣờng hợp tải trọng gió. Bước 3: Xác định diện tích đáy móng sơ bộ Chọn cặp nội lực nguy hiểm hơn để tính toán. Diện tích sơ bộ đáy móng: tc tc tc tc m.(No1 N o2 ) m.(N o1 N o2 ) Am l.b b (2.17) R tb .h (R  tb .h)l Có thể chọn trƣớc l = 2(x0+lg1). lg1- là khoảng cách từ mép móng đến trọng tâm cột 1 (lg1 0,5lc1 + 50mm). Trong đó, lc1là bề dài tiết diện cột bên trái, trị số 50 mm để phục vụ thi công gép ván khuôn cột, có thể bỏ qua nếu thi công không yêu cầu. l ≥ 2(xo+0,5lc1 + 50mm). m- Trị số chọn theo kinh nhiệm kể đến ảnh hƣởng của mômen ở đáy móng. Có thể chọn sơ bộ m 1+6e/l. h - Độ sâu chôn móng R - Cƣờng độ tính toán của nền ở đáy móng mm12 '' R = (AbII B.h.  II D.C II  II .h 0 ) ktc Giả thiết một giá trị b, tính đƣợc R, tính lại b theo (2.17). Không cần tính lặp cho đến khi b giả thiết và b tính đƣợc xấp xỉ nhau vì ta chƣa biết chính xác trị số của hệ số m kể đến ảnh hƣởng của mô men. Chọn 1 giá trị b b tính toán đƣợc từ (2.17). Bước 4: Kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng pRtc tb tc pmax 1,2R tc tc tc NN01 02 6e pmax (1 )  tb .h (2.18) min l.b l e- độ lệch tâm của tổng tải trọng ngoài tại đáy móng (etr x tr x 0 hoặc eph x 0 x ph sau khi đã làm tròn xo) p tc p tc N tc N tc p tc max min 01 02 tb 2 l.b - Nếu điều kiện áp lực đáy móng không thoả mãn thì chứng tỏ kích thƣớc móng thiếu, cần tăng lên. 52
- Nếu điều kiện áp lực đáy móng thoả mãn nhƣng cả hai giá trị vế trái đều nhỏ hơn giá trị vế phải nhiều (>5%) thì chứng tỏ kích thƣớc móng thừa nhiều, cần giảm. - Kích thƣớc móng chọn có liên quan đến diện tích cốt thép yêu cầu. Kích thƣớc móng chọn là hợp lý theo tiêu chí này khi chiều dài phần công sơn mở rộng từ chân cột 2 theo phƣơng cạnh ngắn  chiều dài phần công sơn mở rộng từ chân cột 2 theo phƣơng cạnh dài (do đó cho trị số mômen theo hai phƣơng xấp xỉ nhau). + Nếu phần công sơn mở rộng theo phƣơng cạnh ngắn nhỏ hơn nhiều so với phần công sơn mở rộng theo phƣơng cạnh dài thì chứng tỏ giải pháp móng hợp khối hình chữ nhật không hợp lý. Trƣờng hợp này có thể chọn giải pháp móng đơn hay móng kết hợp kiểu công sơn. + Nếu phần công sơn mở rộng theo phƣơng cạnh ngắn lớn hơn nhiều so với phần công sơn mở rộng theo phƣơng cạnh dài thì nên giảm sự chênh lệch này bằng cách tăng l, giảm b. Bước 5: Kiểm tra điều kiện áp lực lên lớp đất yếu (nếu cần) Bước 6: Kiểm tra nền theo trạng thái giới hạn II và I (nếu cần). Ví dụ 2.5 Nền tự nhiên gồm 3 lớp đất có các chỉ tiêu cơ lý nhƣ sau: w s W W W II cII E Lớp Loại đất Dày L P (m) (kN/m3) (kN/m3) (%) (%) (%) (o) (kPa) (kPa) 1 Trồng trọt 0,5 17 2 Sét pha 4,2 19,1 26,6 31 35 27 18 28 12000 3 Sét > 10 18,6 26,9 37 48 27 23 22 14000 Mực nƣớc ngầm ở dƣới mặt đất tự nhiên 3m. Nhà khung bê tông cốt thép có tƣờng chèn, không tôn nền. Móng hợp khối đỡ 2 cột có tiết diện lc1xbc1 = 0,4x0,4m và lc2xbc2 = 0,6x0,4m. Chiều cao móng hm = 0,7m. Tải trọng tính toán tại các chân cột ứng với trƣờng hợp tải trọng gió tác dụng từ trái sang và từ phải sang cho nhƣ trong bảng. Ntt Ntt 01 02 Mtt tt Mtt tt 0y1 Q0x1 0y2 Q0x2 lnh = 1900 Gió trái sang (tổ hợp 1,2,3,4) Gió phải sang (tổ hợp 1,2,3,5) Cột 1 Cột 2 Cột 1 Cột 2 N01 M0y1 Q0x1 N02 M0y2 Q0x2 N01 M0y1 Q0x1 N02 M0y2 Q0x2 53
(kN) (kNm) (kN) (kN) (kNm) (kN) (kN) (kNm) (kN) (kN) (kNm) (kN) 430 185 150 1075 463 375 473 - 204 -165 968 - 417 -338 Xác định kích thƣớc sơ bộ đáy móng. Giải: Bước 1: Lựa chọn lớp đất đặt móng: Lớp 1: Đất trồng trọt chiều dày mỏng (0,5m) có lẫn nhiều tạp chất hữu cơ cƣờng độ không ổn định, không thích hợp làm nền công trình. Lớp 2: Sét pha có chiều dày 4m, tính nén trung bình (10 MPa<E=12MPa<20MPa), đất ở WW P 31 27 trạng thái dẻo cứng (0,25 < IL 0,5≤ 0,5). Với tải trọng chân WLP W 35 27 tt cột không lớn ( N0 1000kN ) có thể sử dụng lớp đất này làm nền công trình. Chọn chiều sâu chôn móng h = 1,4m. Móng hạ vào lớp sét pha 0,9m. Bước 2: Xác định trọng tâm đáy móng: Chọn chiều cao móng sơ bộ hm = 0,8m. Chọn gốc hệ trục tọa độ trùng với trục cột 1. lnh = 1900 tt tt N01 N02 Mtt tt Mtt tt 0y1 Q0x1 0y2 Q0x2 tt tt N0ph N0tr O 800 X xph xtr x0 Hình 2.16 Hệ trục tọa độ Toạ độ của hợp lực tải trọng khi gió thổi từ trái sang (tổ hợp 1,2,3,4): tr tr tr tr tr N.l02 nh (M 01 M)(Q 02 01 Q).h 02 m xtr Ntr 1075.1,9 (185 463) (150 375).0,8 3110,5 2,067 m 1075 430 1505 Toạ độ của hợp lực khi gió thổi từ phải sang (tổ hợp 1,2,3,5): ph ph ph ph ph N02 .lnh (M 01 M 02 ) (Q 01 Q 02 ).h m xph Nph 968.1,9 (204 417) (165 338).0,8 815,8 0,566 m 968 473 1441 Toạ độ của trọng tâm đáy móng x0 đƣợc xác định từ điều kiện trị số mômen của tải trọng ở đáy móng trong hai trƣờng hợp gió bằng nhau (nhằm giảm độ nghiêng của móng do lún không đều). Ntr (x tr x 0 ) N ph (x 0 x ph ) 1505.( 2,067 - x0 ) = 1441.( x0 - 0,566 ) x0 = 1,333 m. Để thuận tiện thi công chọn x0 = 1,3m. tc tc Mô men tại đáy móng do  N tr và  N ph đặt lệch tâm gây ra: 54
tc tc Mtr  N tr .(x tr x 0 ) 1505.(2,067 1,3) 1154,34 kNm tc tc Mph  N ph .(x o x ph ) 1441.(1,3 0.566) 11057,69 kNm tc tc M tr M ph , mặt khác Ntr 1505 kN N ph 1441 kN Do đó khi kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng chỉ cần xét trƣờng hợp tải trọng bất lợi nhất là khi gió thổi từ trái sang. Bước 3: Xác định diện tích đáy móng sơ bộ Chọn sơ bộ chiều dài móng: l = 2.( x0 + 0,5.lc1 + 0,5 ) = 2.( 1,30 + 0,5.0,4 + 0,5 ) = 4 m Giả thiết b = 2 m. Cƣờng độ tính toán của nền: mm12 ' R = (AbII B.h.  II D.c II ) ktc m1 = 1,2 : Đáy móng đặt trên nền sét pha có IL = 0,5 ≤ 0,5 (tra Bảng 2.1) m2 = 1 : Kết cấu khung bê tông cốt thép là kết cấu mềm ktc = 1,0 : Các chỉ tiêu cơ lý đƣợc xác định bằng thí nghiệm trực tiếp đối với đất 3 II =  w2 19,1kN/m : đất sét pha ở tại đáy móng nằm trên mực nƣớc ngầm cII = 28 kPa : đáy móng đặt trên nền sét pha o II = 18 tra Bảng 2.2 có: A = 0,43 ; B = 2,72 ; D = 5,31 h = 1,4m: chiều sâu chôn móng so với mặt đất tự nhiên ' h.II   i h i = 17.0,5 + 19,1.0,9 = 25,69 kPa 1,2.1,1 R = (0,43.b.19,1 2,72.25,69 5,31.28) 1 = 9,878b + 262,389 (kPa) Rb = 2m = 9,878.2 + 262,389 = 282,14 kPa Tính toán sơ bộ b Ntc bm  0 l.(R tb .h) Tổng tải trọng nén tiêu chuẩn tác dụng tại đỉnh móng: N 1505 Ntc  tr 1254,17 kN  0 1,2 1,2 m: hệ số kể đến ảnh hƣởng của mômen. Lấy m = 1,8 1254,17 b x1,8 = 2,22m 4(282,14 20.1,4) Chọn kích thƣớc đáy móng sơ bộ l b = 4,0 m 2,2 m Tính lại R: Rb = 2,2m = 9,878.2,2 + 262,389 = 284,12 kPa Áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng: tc tc  N0 6e 1254,17 6.0,767 pmax 1  tb .h 1 20.1,4 min l.b l 4.2,2 4 Với e = etr = x tr x 0 2,067 1,3 0,767 m tc pmax 334,49 kPa 55
tc pmin 6,55 kPa tc tc  N0 1254,17 ptb  tb.h 20.1,4= 170,52 kPa Am 4.2,2 Kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng: pRtc tb 170,52kPa 284,12kPa tb pmax 1,2.R 334,49kPa 1,2.284,12 340,94kPa p0tc 6,55kPa 0 min Đảm bảo. Kiểm tra sự hợp lý của kích thƣớc đáy móng: 1,2.R ptc 340,94 334,49 max 100% 100% 1,89% 5% 1,2.R 340,94 Vậy kích thƣớc móng tận dụng đƣợc tối đa khả năng làm việc của nền trong giai đoạn biến dạng tuyến tính. Do lớp thứ 3 có E3 = 14000 kPa > E2 = 12000 kPa nên không cần kiểm tra điều kiện áp lực lên nền “đất yếu”. Bước 4: Kiểm tra nền theo trạng thái giới hạn I và II: Xem ví dụ 2.11 2.2.5. Móng băng a) Móng băng dƣới tƣờng chịu tải đúng tâm: Bước 1: Xác định sơ bộ bề rộng móng Có thể xác định đƣợc ngay bề rộng đáy móng b bằng việc giải phƣơng trình bậc 2 của b mà không phải thử dần (R là hàm bậc nhất theo b). - Móng băng dƣới tƣờng dọc: tc Nod bd = (2.19) ld (R  tb .h) tc Nod - tổng lực nén tiêu chuẩn do đoạn tƣờng chiều dài ld tác dụng lên đỉnh móng (ld có thể lấy bằng chiều dài móng hoặc 1m). - Móng băng dƣới tƣờng ngang. Ntc b= ong (2.20) lng (R  tb .h) tc Nong tổng lực nén tiêu chuẩn do đoạn tƣờng chiều dài n tác dụng lên đỉnh - móng. n khoảng cách giữa 2 mép gần nhau của 2 tƣờng dọc, (Hình 2.17). - lng = n1 khoảng cách giữa 2 mép gần nhau của 2 móng tƣờng dọc (Hình 2.17). - 56
tuêng däc tuêng ngang n1 n Hình 2.17 Bố trí móng băng đỡ tường Bước 2: Kiểm tra điều kiện áp lực lên lớp đất yếu (nếu cần) Bước 3: Kiểm tra nền theo trạng thái giới hạn II và I (nếu cần). Ví dụ 2.6 Điều kiện địa chất giống nhƣ ở ví dụ 2.1, mực nƣớc ngầm nằm dƣới mặt đất tự nhiên 4 m. Hệ móng băng giao thoa đỡ tƣờng, đáy móng chôn sâu 1,5 m. Mặt bằng công trình nhƣ trên hình tc vẽ. Tải trọng tƣờng dọc và tƣờng ngang tác dụng lên đỉnh móng là tải trọng phân bố đều p d = tc 190 kN/m, p ng = 130 kN/m. Xác định kích thƣớc sơ bộ đáy móng theo điều kiện áp lực tiêu chuẩn lên nền. d b 0,33 1 n B n=3,6 4,26 m 4,26 d b 0,33 0,22 6,0 0,22 6,0 0,22 A=12,66 m Giải: a. Xác định bề rộng móng băng đỡ tường dọc: Cửụứng ủoọ tớnh toaựn cuỷa ủaỏt neàn ụỷ ủaựy moựng băng đỡ tƣờng dọc: mm12 ' R = (AbII B.h.  II D.c II ) ktc m1 = 1,2 : đáy móng đặt trên cát pha có IL = 0,33 < 0,5 (tra Bảng 2.1) m2 = 1,0 : kết cấu mềm (tra Bảng 2.1) ktc = 1,0 : các chỉ tiêu cơ lý đƣợc xác định bằng thí nghiệm trực tiếp đối với đất 3 II =  w2 19,1kN/m : đất cát pha ở tại đáy móng nằm trên mực nƣớc ngầm cII = 20 kPa : đáy móng đặt trên nền cát pha o II = 18 tra Bảng 2.2 có: A = 0,43 ; B = 2,72 ; D = 5,31 n iih 0,7 0,8  ' I1 w1 w2 II h 1,5 57
0,7.17 0,8.19,1 3 = 18,12 kN/m 1,5 1,2.1,0 R = (0,43.b.19,1 2,72.1,5.18,12 5,31.20) = 9,86b + 216,16 1,0 Bề rộng sơ bộ móng tƣờng dọc: tc tc No p d .l d bd = ld (R  tb .h) l d (9,86b d 216,16-20.1,5) bd( 9,86bd 186,16) = 190 2 9,86bd 186,16bd - 190 = 0 bd1 = 0,97 , bd2 = -19,85 < 0 Chọn bd = 1 m. b. Xác định bề rộng móng băng đỡ tường ngang: Bề rộng sơ bộ móng tƣờng ngang: tc tc No png .n 130.3,6 bng = n1 (R  tb .h) n 1 (9,86b ng 186,16) n 1 (9,86b ng 186,16) (bdt b ) n1 = n 2. n (b b ) 3,6 (1 0,33) = 2,93 m 2 dt 2,93bng(9,86bng 186,16) = 684 2 9,86bng 186,16bng - 233,45 = 0 bng1 = 1,18 , bd2 = -20,06 < 0 Chọn bng = 1,2 m. b) Móng băng dƣới tƣờng chịu tải lệch tâm Cắt ra một dải móng dài l = 1m hoặc xét toàn bộ móng (trƣờng hợp tải trọng phân bố không đều) rồi xác định kích thƣớc sơ bộ nhƣ một móng chữ nhật. Chú ý là móng chịu uốn theo phƣơng cạnh ngắn. c) Móng băng một phƣơng dƣới dãy cột Chiều dài móng băng dƣới dãy cột thƣờng đƣợc chọn trƣớc với một phần móng vƣơn quá trọng tâm cột biên một đoạn 1/81/4 nhịp biên nhƣng không quá 1,5m nhằm giảm mômen trong móng. Bề rộng đáy móng đƣợc xác định sơ bộ bằng cách xét cả móng nhƣ một móng chữ nhật. Tải trọng tại đỉnh móng chỉ xét mômen uốn tác dụng theo phƣơng cạnh ngắn vì mômen uốn tác dụng theo phƣơng cạnh dài gây ra áp lực lên nền không lớn và có tính cục bộ không thể tính toán theo công thức Sức bền vật liệu nhƣ móng cứng đƣợc. Sau khi tính toán tổng thể hệ móng công trình, bề rộng móng cuối cùng đƣợc kiểm tra theo điều kiện áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng và đƣợc điều chỉnh theo điều kiện độ lún lệch tƣơng đối giữa các chân cột liền kề. Điều kiện áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng: pRtc tb tc pmax 1,2R Ntc ptc o  .h (2.21) tbl.b tb 58
tc No - tổng tải trọng nén tiêu chuẩn tác dụng tại đỉnh móng. tc pmax xác định đƣợc từ kết quả phân tích dầm trên nền đàn hồi chịu tải trọng - tiêu chuẩn. n hệ số độ tin cậy chung (n=1,2). - tb .h - áp lực tiêu chuẩn lên nền do trọng lƣợng móng và đất trên móng gây ra. Ví dụ 2.7 Nền đất gồm 3 lớp có các chỉ tiêu cơ lý nhƣ sau: Dày W s W o cII E Lớp Loại đất 3 3 IL II (m) (kN/m ) (kN/m ) % (kPa) (kPa) Lớp 1 Trồng trọt 0,7 17 Lớp 2 Sét 2,5 18,6 27,1 31 0,504 11 17 8000 Lớp 3 Sét pha 10 17,9 26,9 32 0,643 9 16 7500 Móng băng dài 16,4m đỡ chân cột khung chịu các tải trọng tính toán là lực tập trung và mômen của trƣờng hợp tải trọng bất lợi nhất nhƣ trên hình vẽ. Chiều sâu chôn móng so với mặt đất tự nhiên h=1,5 m. Nhà tôn nền htn=0,9m. Mực nƣớc ngầm ở độ sâu 1,3 m so với mặt đất tự nhiên. Hệ số độ tin cậy chung của tải trọng n = 1,2. Xác định sơ bộ bề rộng móng. 400 kN 400 kN 400 kN 350 kN 350 kN 60 kNm 65 kNm 65 kNm 60 kNm x 1 3.6 3.6 3.6 3.6 1 l = 16.4 m 40 kNm 40 kNm 40 kNm 40 kNm 40 kNm b A B C D E 20 kN 20 kN 20 kN 20 kN 20 kN Giải: Khi xác định kích thƣớc sơ bộ đáy móng băng chỉ quan tâm đến lực nén và lực cắt, mômen tác dụng theo phƣơng cạnh ngắn. Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng tại đỉnh móng: Ntt 350 Ntc 0A = 291,67 kN = Ntc 0A n 1,2 0E Ntt 400 Ntc 0B = 333,33 kN = NNtc tc 0B n 1,2 0C 0D 59
tt Q 20 Qtc 0yA = 16,67 kN = QQQQtc tc tc tc 0yA n 1,2 0yB 0yC 0yD 0yE Mtt 40 Mtc 0xA = 33,33 kNm = MMMMtc tc tc tc 0xA n 1,2 0xB 0xC 0xD 0xE Cƣờng độ tính toán của nền: mm12 '' R = (AbII B.h.  II D.c II  II .h 0 ) ktc h0 = 0 : không phải móng dƣới tầng hầm, m1 = 1,1: móng đặt trên nền sét có IL = 0,504 > 0,5, m2 = 1: kết cấu khung là kết cấu mềm, ktc= 1: các chỉ tiêu cơ lý đƣợc xác định bằng thí nghiệm trực tiếp đối với đất (w, s và W chỉ có thể xác định bằng thí nghiệm trực tiếp đối với đất), o Đáy móng hạ vào lớp đất hai II = 11 , cII = 17 kPa ( II ở đây là tính toán nền theo TTGH II không phải là số thứ tự lớp đất). o II = 11 Sử dụng công thức giải tích xác định A, B, D: 0,25 A = 0,21 11 cot g(11o ) 0,5 180 B1 = 1,83 11 cot g(11o ) 0,5 180 cotg(11o ) D = 4,29 11 cotg(11o ) 0,5 180 Hệ số rỗng e của lớp hai:  (1 W) 26,7(1 0,31) e s 1 1 = 0,88 W 18,6   26,7 10  sn = 8,88 kN/m3 dn 1 e 1 0,88  h 17.0,7 0,6.18,6 0,2.8,88 '  ii = 16,56 kN/m3 II h 1,5 3 Đáy móng nằm dƣới mực nƣớc ngầm II  dn = 8,88 kN/m Giả thiết bề rộng móng b = 1,4m. 1,1.1 R = (0,21.1,4.8,88 1,83.1,5.16,56 4,29.17) = 133,1 kPa 1 Áp lực tiêu chuẩn lên nền: tc tc N0 6eb pmax 1  tb.h min l.b b tc tc N0  N0i = 2.291,67 + 3.333,33 = 1583,33 kN 60
tc tc M0x Q0y.h m 5.33,33 5.16,67.0,7 eb tc = 0,142 m N0 1583,33 tc 1583,33 6.0,142 pmax 1 20.(1,5 0,9) min 16,4.1,4 1,4 tc pmax = 158,93 kPa tc pmin = 74,99 kPa tc tc N0 1583,33 pmax  tb.h 20.(1,5 0,9) = 116,96 kPa min l.b 16,4.1,4 tc Có: p max = 158,93 kPa 0 Ta thấy rằng 1,2R nhƣ vậy b = 1,4 m là bề rộng móng hợp lý theo tiêu chí tận dụng tối đa khả năng làm việc của nền trong giai đoạn biến dạng tuyến tính. Để lựa chọn bề rộng móng cuối cùng còn phải kiểm tra nền theo TTGHI, II và kiểm tra điều kiện áp lực lên nền đất yếu. d) Móng băng giao thoa dƣới dãy cột Chiều dài mỗi dải móng chọn trƣớc nhƣ móng băng một phƣơng. Bề rộng đáy móng có thể xác định sơ bộ một cách đơn giản bằng cách xét độc lập từng dải móng tƣơng tự nhƣ móng băng 1 phƣơng, tức là chỉ xét mômen uốn tác dụng theo phƣơng cạnh ngắn. Bề rộng móng cuối cùng đƣợc kiểm tra theo điều kiện áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng cho từng dải và đƣợc điều chỉnh theo điều kiện độ lún lệch tƣơng đối giữa các chân cột liền kề sau khi phân tích hệ móng băng giao thoa theo bài toán dầm trên nền đàn hồi. 2.2.6. Móng bè Bước 1: Chọn sơ bộ bề rộng của móng bè bằng bề rộng mặt bằng công trình. Bước 2: Xác định cường độ tính toán trên nền R: mm12 '' R = (AbII B.h.  II D.C II  II .h 0 ) ktc Bước 3: Xác định kích thước sơ bộ đáy móng Am: tc  N0 Am = R  tb.h tc No tổng lực nén tiêu chuẩn tác dụng tại đỉnh móng bè - Bước 4: So sánh A với A1 là diện tích mặt bằng công trình - Nếu A A1 thì tính b. Bước 5: Chọn b, l Đối với móng bè, sự phân bố áp lực lên nền chủ yếu phụ thuộc vào sự chênh lệch tải trọng nén tác dụng tại vị trí chân các kết cấu (cột, tƣờng), nhịp kết cấu 61
và độ cứng bản móng, ít phụ thuộc vào trị số mômen và lực cắt tại chân kết cấu. Do đó xác định sơ bộ bề rộng đáy móng có thể bỏ qua ảnh hƣởng của mômen. A b m k Có thể lấy k = l/b xấp xỉ bằng tỷ số kích thƣớc tiết diện mặt bằng công trình nếu không bị hạn chế về mặt bằng bố trí. Thƣờng cấu tạo bản móng bè vƣơn ra khỏi mặt bằng công trình theo hai phƣơng đoạn 1/81/4 nhịp bên trong liền kề nhƣng không quá 1,5 m nhằm giảm mômen trong bản. Chọn b, l làm tròn theo đơn vị cm, Bước 6: Tính móng bè như bản trên nền đàn hồi Tải trọng sử dụng là tải trọng tiêu chuẩn. Từ đó xác định đƣợc sự phân bố áp lực tiêu chuẩn lên nền. Bước 7: Kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng Điều kiện kiểm tra: pRtc tb tc pmax 1,2R tc tc  N0 ptb  tb.h (2.22) Am tc pmax : xác định đƣợc từ kết quả tính toán bản trên nền đàn hồi. Nếu điều kiện áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng không thoả mãn thì điều chỉnh bằng cách thay đổi chiều dày bè, kích thƣớc đáy bè hoặc chiều sâu chôn móng. Bước 8: Kiểm tra điều kiện áp lực lên lớp đất yếu (nếu cần). Bước 9: Kiểm tra nền theo trạng thái giới hạn II và I (nếu cần). 2.3. Tính toán nền theo trạng thái giới hạn Nền đất đƣợc tính toán theo hai trạng thái giới hạn: Trạng thái giới hạn thứ nhất (trạng thái giới hạn về cƣờng độ) và trạng thái giới hạn thứ hai (trạng thái giới hạn về điều kiện sử dụng bình thƣờng). 2.3.1. Tính nền theo trạng thái giới hạn I Mục đích của tính toán nền theo TTGHI là đảm bảo độ bền của nền của tính ổn định của nền đất không thuộc loại đá, cũng nhƣ không cho phép móng trƣợt theo đáy hoặc lật. Việc tính nền theo TTGHI cần phải tiến hành trong các trƣờng hợp sau: - Có những tải trọng ngang đáng kể truyền lên nền (tƣờng chắn, móng của những công trình chịu lực đẩy ) trong đó có tải trọng động đất; - Móng hoặc toàn bộ công trình đặt ở mép mái dốc hoặc ở gần lớp đất có độ nghiêng lớn; 7 2 - Các nền đất sét yếu bão hoà nƣớc có hệ số cố kết Cv 10 cm /năm - Nền cấu tạo bằng các loại đá. 62
Cho phép không tiến hành tính toán nền theo TTGHI đối với hai trƣờng hợp đầu tiên ở trên nếu bằng các giải pháp kết cấu, đảm bảo cho móng đang xét không chuyển vị ngang. Tính nền theo TTGHI có thể đƣợc tiến hành theo 3 phƣơng pháp: phƣơng pháp giải tích, phƣơng pháp đồ giải - giải tích (phƣơng pháp mặt trƣợt trụ tròn) và phƣơng pháp số (phần tử hữu hạn, sai phân hữu hạn, phần tử biên ). 2.3.1.1. Phƣơng pháp giải tích Điều kiện kiểm tra:  N = (2.23) ktc N: trị số tính toán của tải trọng theo tổ hợp bất lợi nhất xuống nền theo hƣớng nào đó : sức chịu tải của nền theo hƣớng tải trọng tác dụng ktc:Hệ số độ tin cậy, do cơ quan thiết kế quy định tuỳ thuộc tính chất quan trọng của nhà hoặc công trình, ý nghĩa của hậu quả mất khả năng chịu tải của nền, mức độ nghiên cứu điều kiện nền đất và đƣợc lấy không nhỏ hơn 1,2. a) Nền đá Sức chịu tải của nền đá đƣợc xác định không phụ thuộc vào độ sâu chôn móng:  Rđc.l.b (2.24) Rđc - cƣờng độ tính toán của mẫu đá khi nén ở trạng thái bão hoà nƣớc. l , b - là chiều dài và chiều rộng tính đổi của móng l = l - 2el b = b - 2eb el,eb - là độ lệch tâm của điểm đặt hợp lực theo hƣớng trục dọc và trục ngang của móng. 2eb 2el eb R/2 l l e l= l el b 2e b b b=2R a) b) Hình 2.18 Xác định kích thước tính đổi móng chữ Hình 2.19 Xác định kích nhật thước b) Nền đấta) chiều rộng b ; b) chiều dài l tính đổi móng tròn Phƣơng pháp giải tích đƣợc áp dụng cho trƣờng hợp nền đất đồng nhất, mặt đáy móng phẳng và phụ tải 2 bên móng có trị số không chệch nhau quá 25%. 63
Trong thực tế thƣờng gặp trƣờng hợp tải trọng lệch tâm do đó ứng suất sẽ phân bố không đều trên diện đáy móng l x b. Để đơn giản ta cho phép thay ứng suất phân bố không đều bằng ứng suất phân bố đều nhƣng trên diện đáy móng quy ƣớc lxb. l l 2el b b 2eb Chú ý: "b" dùng để ký hiệu cho cạnh móng có phương trùng với phương tác động của mômen và phương có thể bị mất ổn định (ép trồi đất). * Đối với đất nền đã cố kết xong dƣới tác dụng của tải trọng thì thành phần thẳng đứng của khả năng chịu tải đƣợc xác định theo biểu thức: '  l.b (AI b . IIIII B .h.  D .c ) (2.25) h: độ sâu chôn đáy móng. Trƣờng hợp phụ tải 2 bên móng chênh lệch nhau thì trị số h lấy ứng với phía có phụ tải nhỏ hơn). AI, BI, DI: các hệ số không thứ nguyên xác định theo công thức: AI= .i  N  ; BI= q.i q .N q ; DI= c.i c .N c  , q , c : các hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào I , tra theo đồ thị (Hình 2.20). i , iq , ic: hệ số ảnh hƣởng của góc nghiêng tải trọng, phụ thuộc I , góc nghiêng  của tổng hợp lực tải trọng so với phƣơng thẳng đứng tra theo đồ thị (Hình 2.21). N , Nq, Nc: hệ số ảnh hƣởng của tỷ số các cạnh đáy móng chữ nhật. 0,25 1,5 0,3 N = 1 ; Nq= 1 ; Nc= 1 ;  n n n Với n = l . Nếu n = l 5, móng đƣợc xem là ở dạng móng băng và các hệ số N , Nq, Nc bằng 1. * Nếu có lớp sét yếu bão hoà hoặc bùn có độ bão hoà G 0,85 và hệ số cố kết 7 2 Cv 10 cm /năm nằm ở chiều sâu nhỏ hơn 0,75b và trong chiều sâu chịu nén không có lớp đất thoát nƣớc nào thì thành phần thẳng đứng của sức chịu tải đƣợc xác định không kể đến góc ma sát trong ( I = 0) theo các công thức sau: - Móng băng:  l.b q cI ( 1 2  cos  ) (2.26) - Móng chữ nhật (l<3b):  l  l.b  q 5,7 0.28 1 .cI (2.27)  b 64
q - Phụ tải ở phía đất giả thiết bị đẩy trồi (có kể đến trọng lƣợng của nền tầng hầm hoặc tầng ngầm kỹ thuật).  - Góc nghiêng của hợp lực tải trọng ngoài so với phƣơng thẳng đứng (tính bằng rađian), lấy giá trị dƣơng (+) nếu thành phần nằm ngang của hợp lực hƣớng về phía đất giả thiết bị đẩy trồi và lấy giá trị âm (-) trong trƣờng hợp ngƣợc lại. Hình 2.20 Biểu đồ xác định các hệ số sức chị u tải Hình 2.21 Biểu đồ xác định hệ số ảnh hưởng của góc nghiêng tải trọng Ví dụ 2.8 o Móng chữ nhật đặt trên nền cát trung có e= 0,6 , I = 33,5 , cI = 1 kPa , trọng lƣợng riêng của 3 3 đất nằm thấp hơn đáy móng I = 17 kN/m và cao hơn đáy móng 'I = 16 kN/m . Kích thƣớc đáy móng l = 0,8 m, b = 1,6 m (cạnh dài có phƣơng trùng với phƣơng tác động của tải ngang). Chiều sâu đặt móng h = 1 m. Tải trọng tính toán tại đáy móng Ntt = 220 kN, Qtt = 125 kN, Mtt = 42 kNm. Kiểm tra khả năng chịu tải của nền với ktc= 1,2. 65
30° N tt h = 1 m 1 = h l = 0,8 m 0,8 = l tt b e =0,19m Q 2eb b b 2eb b=1,6 m b = 1,6 m Giải Độ lệch tâm của hợp lực tải trọng tính toán tại đáy móng: Mtt 42 e = 0,19 m Ntt 220 Kích thƣớc tính đổi của đế móng: b = b - 2e = 1,6 - 2.0,19 = 1,22 m Góc nghiêng của hợp lực tải trọng với phƣơng đứng: Qtt 125 tg = 0,568 Ntt 220 o o  = 30 I = 33,5 tg 0,568 Có o = 0,858 tg I tg33,5 Tra đồ thị hình 2.20, hình 2.21 có:  =16, q = 29, c = 40, i = 0,045, iq = 0,18, ic = 0,15. Tỷ số các cạnh của móng tính đổi: l 0,8 n = = 0,66 < 1 n = 1. b 1,22 Các hệ số ảnh hƣởng của tỷ số các cạnh đáy móng chữ nhật: 0,25 0,25 N = 11 = 0,75 ;  n1 1,5 1,5 Nq= 11 = 2,5 ; n1 0,3 0,3 Nc= 11 = 1,3 n 1 AI = .i  N  = 16.0,045.0,75 = 0,45 BI= q.i q .N q = 29.0,16.2,5= 11,6 DI= c.i c .N c = 40.0,15.1,3 = 7,8 Khả năng chịu tải của nền: '  l.b (AI b . IIIII B .h.  D .c ) = 0,8.1,22 (0,45.1,22.17 + 11,6.1.16 + 7,8.1)  = 198 kN Hệ số độ tin cậy: 198 k = 0,9 < 1,2 tc Ntt 220 66
Kích thƣớc đáy móng không đủ và cần mở rộng móng. Chọn lại kích thƣớc đáy móng l = 0,9 m, b = 1,8 m. Kích thƣớc tính đổi của đế móng: b = b - 2e = 1,8 - 2.0,19 = 1,42 m Tỷ số các cạnh của móng tính đổi: l 0,9 n = = 0,63 < 1 n = 1 b 1,42 Các hệ số AI, BI, DI có trị số không đổi so với kích thƣớc móng ban đầu. Khả năng chịu tải của nền:  0,9.1,42 (0,54.1,42.17 + 11,6.1.16 + 7,8.1) = 264 kN Hệ số độ tin cậy:  264 k = 1,2 tc Ntt 220 Kích thƣớc đáy móng l = 0,9 m, b = 1,8 m đủ. 2.3.1.2. Phƣơng pháp mặt trƣợt trụ tròn Có nhiều trƣờng hợp không thể dùng biểu thức giải tích để xác định khả năng chịu tải của nền đƣợc nhƣ khi: - Nền đất không đồng nhất, gồm 2, 3 lớp đất có chỉ tiêu cơ lý khác nhau (c, khác nhau). - Phụ tải 2 bên móng chênh lệch nhau quá 25% - Móng đặt trên mái dốc, đặt dƣới mái dốc hoặc đặt trên 1 tầng đất phân bố rất dốc. - Khi gặp những đất chậm cố kết phải xét đến ảnh hƣởng của áp lực nƣớc lỗ rỗng dƣ làm giảm sức chống cắt của đất. Trong những trƣờng hợp nhƣ vậy, phải dùng phƣơng pháp đồ giải-giải tích với giả thiết mặt trƣợt là mặt trụ tròn để đánh giá khả năng chịu tải của nền. Trong phƣơng pháp đồ giải-giải tích, ngƣời ta tính theo sơ đồ baì toán phẳng kể cả đối với các móng chữ nhật (thiên về an toàn). Tức là cắt ra một đoạn dài 1 đơn vị để tính toán. Khi đó các trị số thể tích biểu diễn bằng số đo diện tích. Nội dung phương pháp: Để kiểm tra khả năng chịu tải của nền bằng phƣơng pháp này, cần phải tìm ra vị trí tâm và trị số bán kính cung trƣợt nguy hiểm nhất theo phƣơng pháp thử dần. Khả năng chịu tải của nền đƣợc xem nhƣ đảm bảo nếu tỷ số giữa mômen cản trƣợt theo mặt trƣợt đƣợc chọn và mômen các lực trƣợt không nhỏ hơn 1,2. Giả thiết mặt trƣợt là 1 cung tròn đi qua mép móng tâm O1, bán kính R1. Chia lăng thể trƣợt thành nhiều mảnh bằng các mặt phẳng cắt thẳng đứng, các mảnh Ri đƣợc chia ra có bề rộng bi và cung trƣợt trong phạm vi mỗi mảnh chỉ cắt 10 qua một loại đất ( , c = const). (Hình 2.22). 67
Hình 2.22 Phương pháp mặt trượt trụ tròn Bỏ qua lực tƣơng tác giữa các mảnh: Xét phân tố trƣợt thứ i (Hình 2.23): Tổng các lực thẳng đứng tác dụng lên phân tố là: Gi = Qi + Pi pp1i 2i Pi = .b 2 i Qi = Ađi . I : trọng lƣợng bản thân của phân tố đất thứ i Ađi: Diện tích phần đất của mảnh thứ i p2i p1i Phân tích Gi thành 2 thành phần tiếp tuyến và hƣớng tâm với đƣờng trƣợt: Qi A®i i N1= Gi.cos i h T1= Gi.sin i Xét cân bằng của toàn bộ lăng thể trƣợt gồm n phân tố Ti có xu hƣớng trƣợt xoay theo chiều kim đồng hồ dƣới Ni tác dụng của tải trọng. Gi bi - Lực gây trƣợt là tổng các thành phần Ti của các phân tố có trọng tâm ở bên phải đƣờng thẳng đứng đi qua tâm O. Nếu có J phân tố nhƣ vậy thì: J Hình 2.23 Phân tố trượt Ttrƣợt = Gii sin i1 thứ i - Các lực chống trƣợt (giữ) gồm: Thành phần Ti của các phân tố còn lại có trọng tâm ở bên trái đƣờng thẳng đứng qua tâm O và thành phần lực dính và ma sát trên toàn cung trƣợt. Nếu có n phân tố đƣợc chia ra thì tổng lực giữ là: n n Tgiu =  Gii sin +(cIi .l i G i cos i tg Ii ) i J 1 i1 Hệ số ổn định của khối trƣợt ứng với mặt trƣợt giả định: Mgi• RT gi• ki = = Mtruot RT truot 68
n n n Gi sin i  c Ii l i  G i cos i tg Ii i J 1 i 1 i 1 ki = J (2.28) Gii sin i1 Giả thiết nhiều tâm trƣợt khác nhau, vẽ các mặt trƣợt ta xác định đƣợc các hệ số ổn định ki tƣơng ứng. Từ đó xác định đƣợc kmin . Để nền móng đảm bảo ổn định thì kmin 1,2. Ví dụ 2.9 Kiểm tra độ ổn định của nền công trình nhƣ trên hình vẽ. Công trình đặt trên móng bè kích thƣớc đáy 10 x 30m đặt trên bề mặt mái dốc áp lực tính toán do tổ hợp bất lợi nhất gây ra ở đáy móng là 140 kPa. Đất là sét pha đồng nhất trên chiều dày lớn. Đất có trọng lƣợng riêng I 3 o = 18 kN/m , I = 18 , cI = 12 kPa. Giải Tính toán tiến hành cho 1m theo chiều dọc của mái dốc. Giả thiết tâm trƣợt O1. Vẽ mặt trƣợt cung tròn qua mép đáy móng và chân mái dốc. Chia lăng thể trƣợt thành 7 phân tố trƣợt. Hình 2.24 Phân tích lực phân tố trượt Lực ma sát Lực gây Chiều Phân Góc Gicos itg i trƣợt dài tố Trọng lƣợng phân tố Gi (kN) (kN) Ti = cung trƣợt (độ) Gisin i trƣợt (kN) (m) ° 1 Gi = 0,5.5,7.4.18=205,2 10 Nlf = 65,66 -35,63 6,0 ° 2 G2=0,5(4+6,8).4,6.18 = 447,1 2 N2f = 145,18 -15,6 4,8 ° 3 G3 = 0,5(6,8+8,3).4,3.18 = 584,4 5 N3f = 189,16 50,93 4,3 ° 4 G4=0,5(8,3+10).4,9.18=807 14 N4f = 254,42 195,23 5,0 ° 5 G5=0,5(10+8,7). 4.18=673,2 20 N5f = 205,54 230,25 4,3 ° 6 G6=0,5(6,7+4).5.18+140.5.1=1181,5 29 N6f = 335,76 572,8 5,7 69
° 7 G7=0,5.4.5.18+140.5.1 = 880 39 N7f = 222,21 553,8 6,3  1714,93 36,4 Hệ số ổn định: 7 2 7 Gi cos i tg Ii  G i sin i  c Ii l i i 1 i 1 i 1 k = 7  Gii sin i3 1714,93 35,63 15,6 36,4.12 k = = 1,189 < kmin = 1,2 50,93 195,23 230,25 572,8 553,8 Nhƣ vậy không bảo đảm ổn định, phải có biện pháp gia cố mái dốc hoặc đẩy lùi công trình cách xa đỉnh mái dốc hơn 2.3.1.3. Kiểm tra ổn định trƣợt phẳng Việc tính toán ổn định trƣợt phẳng đƣợc thực hiện khi góc nghiêng của hợp lực tải trọng so với đƣờng thẳng đứng  lớn hơn góc ma sát trong I của đất. Điều kiện ổn định: Tgiu k = 1,2 (2.29) Ttruot Tgiữ , Ttrƣợt : tổng hình chiếu trên mặt trƣợt của các lực tính toán chống trƣợt và gây trƣợt. Chú ý: - Chỉ cần kiểm tra ổn định trƣợt phẳng cho những công trình chịu tải trọng ngang tác dụng dài hạn ví dụ nhƣ áp lực đất, áp lực thuỷ tĩnh vì trƣợt phẳng cần có thời gian lâu dài để phát triển. - Các công trình có móng đƣợc giằng vào nhau thành một hệ thống nhất thì sẽ không xảy ra trƣợt cục bộ từng móng, chỉ có thể xảy ra trƣợt toàn bộ công trình. - Khi kiểm tra ổn định trƣợt phẳng hệ số độ tin cậy của tĩnh tải, hoạt tải tham gia vào thành phần Tgiữ phải lấy trị số nhỏ hơn 1. 2.3.2. Tính nền theo trạng thái giới hạn II 2.3.2.1. Các điều kiện kiểm tra Mục đích của tính toán nền theo TTGH2 là nhằm khống chế biến dạng của công trình không vƣợt quá các giới hạn cho phép để sử dụng công trình đƣợc bình thƣờng, không làm mất mĩ quan công trình, để nội lực bổ sung xuất hiện trong kết cấu công trình do lún không đều gây ra không làm hƣ hỏng kết cấu. Tính nền theo TTGH2 phải kiểm tra một số hoặc toàn bộ các điều kiện sau: SS gh SS gh (2.30) ii gh 70