Bài giảng Nền móng - Nguyễn Hữu Thái

63 trang ngocly 2840

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Nền móng - Nguyễn Hữu Thái", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_nen_mong_nguyen_huu_thai.pdf

Nội dung text: Bài giảng Nền móng - Nguyễn Hữu Thái

Nền Móng NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG Mở Đầu I. Ý nghĩa Môn học Nền Móng -Khithiếtkế nền móng công trình như nhà ở,cầu đường và đậpthường cầncác kiếnthứcvề (a) tảitrọng truyềntừ kếtcấuphầntrênxuống hệ móng, (b) yêucầucủacácquy tắcxâây dựng địaphương, (c) tính chất ứng suất-biếndạng của đất đỡ hệ móng, (d) điềukiện địachất đấtnền. Đốivớikỹ sư nền móng Hai yếutố cuối là vô cùng quan trọng vì chúng thuộc lĩnh vựccơ học đất. - Để có được độ chính xác các thông số của đấtcầnphảihiểuthấu đáo những nguyên lý cơ bảncủacơ học đất. Đồng thờiphảithấyrằng các trầmtíchđấttự nhiên đượcxâydựng công trình trên đóphầnlớntrường hợp là không đồng chất. Do vậy, ngườikỹ sư phảicómộtsự hiểubiếtthấu đáo vềđịachấtcủakhu vực, đólànguồngốcvàbảnchấtcủa địatầng cũng như các điềukiện địachất thuỷ văn. -Kỹ thuậtnền móng là mộtsự phốihợp khéo léo củacơ học đất, địachất công trình, và suy đoán riêng có đượctừ kinh nghiệmquákhứ. Ở mộtmức độ nào đó, kỹ thuậtnền móng có thểđượcgọilàmột nghệ thuật. (Braja M. Das). NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 2 1
Mở Đầu II. Nội dung Môn học Môn Nền Móng gồm5Chương: Chương I: Mộtsố khái niệmcơ bản Chương II: Móng Nông trên Nền Thiên nhiên Chương III: Tính toán Móng Mềm Chương IV: Xây dựng Công trình trên Nền Đấtyếu Chương V: Móng Cọc II. Các Tài Liệu học tập 1) Nền Móng - Bộ môn ĐịaKỹ Thuật, ĐHTL, 1998. 2) Nguyên lý Kỹ ThuậtNền Móng - Braja M. Das, Bộ môn ĐịaKỹ Thuật, ĐHTL, dịch từ tiếng Anh, 2009. 3) Bài giảng do giáo viên biên soạn, 2009, 2010. 4) Các Tiêu chuẩn: -Tiêuchuẩnthiếtkế Nền các công trình Thủy công: TCVN 4253 - 86 -Tiêuchuẩnthiếtkế Nền các công trình dân dụng và công nghiệp: QP45-70, QP45-78. -Tiêuchuẩnthiếtkế Móng Cọc: TCXD 205 - 98 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 3 Chương 1: Một số khái niệm cơ bản NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 4 2
§1.1 Khái niệm Nền và Móng Kết cấu phần trên Công trình nói chung gồm 3 bộ phận: Kết cấu phần trên + Móng + Nền Móng I. KN về Nền Nền -Nềnlàphạmviđất đá phía dưới móng có trạng thái ứng suấtbiếndạng thay đổidotácdụng của công trình (Hình). - Đốivớinền các công trình thuỷ lợicòncầnkể thêm đếnphạmviđấtchịu ảnh hưởng sự thay đổivề thấmnướcdoxâydựng và sử dụng công trình (điềukiện ĐCTV thay đổi). Kết cấu phần trên - Phân loại nền: 2 loại *Nền thiên nhiên: không qua xử lý. Móng *Nền nhân tạo: đã qua xử lý Nền NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 5 II. KN về Móng - Móng là bộ phận phía dướicủacôngtrìnhvàtiếpxúcvới đất. Có tác dụng đỡ KCPT, truyền và phân bố tảitrọng từ công trình lên mặtnền. Móng thường có kích thướclớnhơnmặt đáy kếtcấu bên trên để giảmápsuấttrênmặtnền. Nhận xét: -Cả 3bộ phận công trình (KCPT, Móng và Nền) cùng làm việcvàảnh hưởng lẫn nhau. Vì vậy khi quy hoạch và thiếtkế nền móng cầnphải xét toàn diện trên quan niệm coi chúng là mộthệ thống “Công trình – Nền”, để có thể chọn đượcphương án tối ưu. III. Phân loại móng và phạm vi áp dụng - Phân loại theo 4 cơ sở: 1- Theo vật liệu làm móng: Tùy điều kiện cung cấp vật liệu (tại chỗ, hay từ xa đến), đặc điểmlàmviệccủa công trình, tình hình ĐCCT, ĐCTV (mựcnướcngầm ) để quyết định dùng các vậtliệuthíchhợp cho móng. * Móng gạch: * Móng đáhộc: dùng nơisẵn đá. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 6 3
Hai loại móng trên làm bằng các vậtliệuchịukéokém;thường dùng nơimực nướcngầmthấpdưới cao trình đặt móng; khó thi công bằng cơ giới hóa. * M. thép, gỗ: dùng dướidạng móng cọc, cầncóbiện pháp chống han rỉ,hà mục. Hạnchế dùng. * M. bê tông, bê tông cốt thép: được dùng phổ biếnhơncả. M.btct. Có cường độ cao, hình dạng bất kỳ tùy ý muốn, tốn ít vật liệu, dễ dàng cấu tạocáccấu kiện lắp ghép. -Tùy theo khả năng chịuuốncủavậtliệu móng lại phân ra: * Móng cứng (móng gạch, đáxây). * Móng mềm (móng btct.) 2- Theo phương pháp thi công đặt móng:Căncứ vào có đào toàn bộ hố móng trước hay không, chia làm hai loại: * M. nông: . Khi thi công phải đào toàn bộ hố móng trướcsauđómới xây móng; . Chiều sâu chôn móng < 6m. . Khi tính toán có thể bỏ qua sự làm việccủa đấttừđáy móng trở lên. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 7 Áp dụng trong trường hợp: Tảitrọng không lớn, Mựcnướcngầm quá cao, đ/kiện thoát nướctốnkém. Theo kích thước móng, móng nông lại được phân thành: M.đơn, M.băng, M.bản. (Sẽđềcậpcụ thể trong chương II). * M. sâu: . Không đào toàn bộ hố móng, mà dùng biện pppháp thi công đặcbiệt để hạ móng tới độ sâu thiếtkế (Móng cọc, Móng cọc khoan nhồi, Móng giếng chìm). .Chiều sâu chôn móng thường rấtlớn, từ 10m đếnvàichụcmét. . Khi tính toán phảikểđếnsự làm việccủa đấttừđáy móng trở lên. 3- Theo tính chất chịu tải trọng: * M. chịu tải trọng tĩnh: * M. chịu tải trọng động: 4- Theo phương pháp chế tạo móng: * MkhM. khốilàmti làm tạichi chỗ: * M. lắp ghép: tiến bộ, dễ dàng cơ giới hóa, nhưng đòi hỏi chuyên nghiệp cao. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 8 4
§1.2 Khái niệm về tính toán Nền Móng theo trạng thái giới hạn (TTGH) I. TTGH của công trình 1- Định nghĩa về TTGH - TTGH của công trình, là trạng thái mà công trình không còn đảm bảo được điều kiệnlàmviệcbìnhthường theo yêu cầuthiếtkế trong quá trình thi công, sử dụng, sửachữa. Thể hiện ở các mặtsauđây: *Từng bộ phân công trình bị hư hỏng hoặc toàn bộ công trình bị mất ổn định do trượt(phẳng, sâu, hỗnhợp) hoặcdobị lật(đốivớinền đá). *Biếndạng (S), chênh lệch biếndạng (ΔS) hoặc chuyểndịch ngang (u) quá lớn. * Đốivới các công trình thuỷ lợicòncóthể do ảnh hưởng của dòng thấmquá lớn(j>[j]). - Như vậy, khái niệmvề TTGH gắnliềnvớisự phá hoại đ/kiệnlàmviệcbìnhthường của công trình: khi đó, công trình hoặcbị phá hoạivề cường độ,hoặc không đảm bảovềđ/kiệnbiếndạng. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 9 Xây dựng năm 1913,gồm 65 xilô bằng xi măng cốt thép, cao 27,4m; nặng 20.000 tấn; gia tảilần đầuvới 22.000 tấnlúamì,trạmbị nghiêng 270;một phía lún 8,8 m, phía kia 1,5 m. Sau đódượclàmcânbằng nhờ kích thủylựcvàlàm móng trụ mớisâuđếnlớp đất đá.- Nguyên nhân: CT bị sự cố do đấtnền mất ổn định và bị ép trồi nhiềuvề một phía. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 10 5
Sự cố độ lún không đều của các mố cầu giao thông. Do một loạt Nguyên nhân, chủ yếu nhất là sự tồn tại của lớp than bùn ở dưới mố phải cầu có tính nén lún rất lớn, khi khảo sát không phát hiện được. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 11 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 12 6
NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 13 2- Phân loại các TTGH của nền và công trình Theo nguyên nhân làm công trình đạt TTGH, người ta phân biệt3loại TTGH sau: * TTGH về biến dạng. * TTGH về ổn định và cường độ. pI pII * TTGH về xuất hiện và phát triển vết nứt. 0 gh gh p a) TTGH về biếndạng (TTGH 2) 1 -Định nghĩa: Là TTGH gây ra do đ/kiện biến dạng của 2 nền. Cường độ đảmbảo, nhưng biếndạng không đảmbảo p I (p ≤ p gh) S S SB SA Δ S = SA-SB NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 14 7
b) TTGH vềổn định & cường độ (TTGH 1) -Định nghĩa: Là TTGH gây ra do không đảmbảovề cường độ hoặcmất ổn định củanền công trình -3 Hình thứcmất ổn định về trượt đ/v công trình thủylợi: Trượt phẳng – Trượt sâu – Trượthỗnhợp NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 15 II. KN về tính Nền Móng theo TTGH 1- Yêu cầu chung tính toán theo TTGH - Đảmbảo được3vấn đề:- Kinh tế - Kỹ thuật – Độ tin cậy (an toàn) 2- Tính Nền theo TTGH thứ hai .Nguyêntắc: Dùng đ/kiệnbiếndạng để khống chế sự làm việcbìnhthường của côn g trình: ≤ Dtt Dgh (1.1) trong đó: Dgh – các yếutố về biếndạng giớihạncủacôngtrình(đượcquy định riêng cho từng loại công trình, tùy thuộc đặc điểm, mục đích sử dụng công θ trình, cấp công trình), bao gồm: Sgh, ∆Sgh, gh, ugh (u-chuyểndịch ngang). Dtt - các yếutố về biếndạng tính toán, dựa vào lý thuyết đàn hồi (do đócầnkhống chế ptc ≤ pI ), bao gồm: S, ∆S, θ, u. gh pI pII 0 gh gh p . Vận dụng: 1 - Tính cho công trình đặttrênnền không phảilàđá, 2 chịuchủ yếulựcthẳng đứng (đúng tâm, lệch tâm). - Đốivới công trình do đặc điểmlàmviệccủacác p thiếtbị hoặc quá trình công nghệ không cho lún hoặc S chênh lệch lún nhiều. S NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 16 8
3- Tính Nền theo TTGH thứ nhất . Nguyên tắc: Dùng đ/kiện cường độ và ổn định để khống chế sự làm việc bình thường của công trình: Ntt 1). m –hệ số điều kiện làm việc (tùy thuộc đặc điểm KCCTr và loại nền) q Theo B. Das: q = u ; q ≤ q all FS tt all trong đó, qall –SCT giới hạn cho phép FS –hệ số an toàn ≥ 3 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 17 .Vậndụng: - Công trình thường xuyên chịutácdụng củalực ngang. - Công trình đặttrênmáiđất. - Công trình đặttrênnền đá. Lưuý: Trường hợpCTchịulực ngang và đứng đềulớn, sau khi tính theo TTGH-1 thỏamãn,vànếuCTcóyêucầukhống chế về b/d thì cũng cầntính toán kiểm tra theo TTGH-2 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 18 9
III. Các loạitảitrọng và tổ hợptảitrọng Phương pháp tính toán theo TTGH đãkểđược đến các yếutố bên ngoài và các yếutố bên trong, phù hợpvớitrạng thái làm việcthựctế củanền và công trình: -Cácyếutố bên ngoài bao gồmtảitrọng và các tác động. -Cácyếutố bên trong là các đặctrưng của đấtnềnvàcủacácvậtliệu khác (như bê tông ). Việc dùng nhiềuhệ số tính toán ( mà không phảilà'mộthệ số'như trong phương pháp ƯS cho phép trước đây) cho phép xét một cách tách biệttới: -Cácđặc điểm khác nhau của đấtnền. -Cácđặcthùcủatảitrọng tác dụng và các đặctínhcủasơđồkếtcấu nhà và công trình. 1- Các Tảitrọng: Được phân loạitheo3cơ sở. a) Theo trị số: - Tải trọng tiêtiêu chuẩn (Ntc): là trị số tải trọng lớnnhất theo tiêuchuẩn thiết kế quy định để không gây hư hỏng trong quá trình làm việc. -Tảitrọng tính toán (Ntt): là các trị số có xét đếnsự sai khác so vớitảitrọng tiêu chuẩnnhưng thiên về bấtlợi cho công trình. Ntt =n.Ntc NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 19 Trong đó: n là hệ số vượttải: tùy theo loại và tính chấtcủatảitrọng tác dụng, và đượclấy thiên về bấtlợi n=1,1đốivớitrọng lượng bản thân các loạivậtliệu, n=1,2đốivớicáclớp đất đắpvàtrọng lượng các thiếtbị kỹ thuật n=1,3đốivớicácthiếtbị vận chuyển. n<1,0 b) Theo thời gian tác dụng: * Tảitrọng thường xuyên: là những tảitrọng luôn có trong quá trình thi công và sử dụng (như trọng lượng bản thân công trình, áp lực đất, áp lựcnước ). * Tảitrọng tạmthời: Là tảitrọng có thể vắng mặt trong những giai đoạnxâydựng và sử dụng riêng biệt. Tùy theo thờigiantácdụng dài hay ngắnlại phân thành: - Tảitrọng tạmthời dài hạn: (như trọng lượng các thiếtbị trọng lượng các máy bơm, máy phát điện ) - Tảitrọng tạmthờingắnhạn: (cầncẩu, cầutrụcvận chuyển, các thiếtbị sửa chữa ) - Tảitrọng tạmthời đặcbiệt: là các tảitrọng có thể hoặc không có thể xảyra trong quá trình sử dụng công trình như tảitrọng do động đất, do mựcnướclũ kiểm tra, do khi có sự cố công trình gây ra. c) Theo phương thứctácdụng củatảitrọng: * Tảitrọng tác dụng tĩnh (trọng lượng bản thân, áp lực đất, áp lựcnước ) * Tảitrọng tác dụng động (tảitrọng củacácđộng cơ,áplực sóng, áp lực gió ) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 20 10
2- Các Tổ hợpTảitrọng: -Một công trình thường chịurất nhiềutảitrọng tác dụng (đặcbiệt đốivớicáccông trình thủy). Tuy nhiên, không phảitấtcả tảitrọng cùng mộtlúctácdụng lên CT, mà chỉ có những nhóm, trong đóbaogồmmộtsố tảitrọng nhất định có xác xuấttác dụng đồng thời, gây ra ứng lực trong các bộ phậnCTvàNền. Những nhóm này đượcgọilàcácTổ HợpTảiTrọng. -Trong thiếtkế, người ta luôn chọnnhững THTT ggyây ra ứng lựclớnnhất (gâ y nggyuy hiểmchoCT)để đưa vào tính toán. - Có các THTT sau a) Tổ hợptảitrọng cơ bản (chính) b) Tổ hợptảitrọng đặcbiệt c) Tổ hợptảitrọng phụ (THTT thi công) THTT cơ bảnTHTT đặc biệtTHTT phụ Loại tải trọng DCác DCác DCác TT. th ường xuyên DCác DCác DCác TT.tạm thời dài hạn DMột số (xuất DMột DMột số TT.t/ thời ngắn hạn hiện trong thi công) DMột TT. đặc biệt NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 21 3- Ý nghĩakinhtế kỹ thuật -Khithiếtkế nếu đưatấtcả các tảitrọng để tính toán sẽ rấttốnkém.Việcsử dụng các tổ hợptảitrọng kếthợpvớihệ số tổ hợptảitrọng nc khác nhau sẽ giảm được kinh phí mà vẫn đảmbảo công trình làm việcbìnhthường. -Việc phân chia tảitrọng theo trị số Ntc và Ntt cũng có ý nghĩalớn: Công trình mất ổn định (bị trượthoặcbị lật) thường xảyragầnnhư tứcthờido các tải trọng có trị số lớn. Vì thế, khi tính theo TTGH-1 phải kiểm tra với các tổ hợp phụ và tổ hợp đặcbiệtvàsử dụng tảitrọng tính toán (Ntt). vì loạitảitrọng này thường xảy ra trong thờigianngắnvàgâyraứng lực nguy hiểmnhất. Ngượclại, biếndạng củanềnthường kéo dài theo thờigiantùythuộckhả năng cố kết, và những tảitrọng tác dụnglâudài.Vìthế,nếucần tính toán nền móng theo TTGH-2 (về biếndạng) thì cầnkiểmtravới THTT chính và sử dụng tảitrọng tiêu chuẩn(Ntc). IV. Các chỉ tiêu cơ lý của đất trong tính toán nền móng theo TTGH -Tiêuchuẩnhiện hành phân biệtcácchỉ tiêu (đặctrưng) theo các giá trị sau đây: 1- Giá trị riêng (A i): là trị số củamột đặctrưng cơ họchoặcvậtlýnàođócủa đất xác định theo riêng mộtmẫu thí nghiệm(xácđịnh tạimột điểm nào đócủalớp đất). 2- Giá trị tiêu chuẩn(Atc): là giá trị trung bình củatấtcả các giá trị riêng: NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 22 11
n ∑ Ai A = A = i=1 (1-3) tc tb n trong đó: - số mẫu thí nghiệmcủatậphợpthống kê (n ≥ 6). Chú ý: TCVN 4253-86, mục3.2:quyđịnh các giá trị Atc nói chung và các chỉ tiêu lựcdínhc, góc ma sát trong ϕ 3- Giá trị tính toán (Att): là trị số củamột đặctrưng cơ học, vật lý nào đócủalớp đất, được dùng trong tính toán nền móng như mộthằng số vậtlývàđượcxácđịnh như sau: Atc Att = (1-4) kđ Trong đó: kđ - là hệ số an toàn đốivới đất; đượcxácđịnh theo những đặctrưng của tậphợpthống kê (đượcquyđịnh trong tiêu chuẩnthiếtkế các công trình riêng biệt, thí dụ: TCVN 4253-86). NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 23 §1.3 Các tài liệu cần thiết để tính toán Nền Móng theo TTGH I. Tài liệu ĐịachấtThủyvănvàĐịachất Công trình 1- Tài liệu địachấtthuỷ văn: -Mựcnướcngầm ổn định, dao động, tầng chứanướccóáp hoặc không áp. -Tínhchất hoá lý củanướcngầm, nồng độ pH để xét mức độ xâm thực các công trình gạch đá xây hoặc bê tông cốt thép. -Mựcnước dâng bình thường, lớnnhất, nhỏ nhất ở phía thượng và hạ lưu công trình để tínháplựcnước, áp lựcthấm, áp lực đẩynổivàobản đáy. 2- Tài liệu địachất công trình: -Bản đồ địahìnhđịamạokhuvựcxâydựng công trình. - Các hình trụ hố khoan, các mặtcắt địachất để biết đượcsự phân bố các lớp đất. -Bảng tổng hợpcácchỉ tiêu cơ lý củatừng lớp đấtvàphương pháp chỉnh lý thống kê số liệu thí nghiệm để lựachọn các giá trị tiêu chuẩnvàgiá trị tính toán đốivớitừng chỉ tiêu cơ lý củacáclớp đất. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 24 12
II. Tài liệuvề Công trình và Tảitrọng 1- Tài liệuvề công trình: -Bảnvẽ mặtbằng và các mặtcắt ngang, dọc công trình để tính toán trong lượng của từng bộ phậnhoặccủa toàn bộ công trình. - Đặc điểmcủa công trình (tầng hầm, công sự,lựctĩnh, lực động ). -Tầm quan trọng của công trình về mặtkinhtế và xã hội để lựachọncấp công trình. 2- Tài liệu về tải trọng: Các loạitảitrọng có thể như sau: -Trọng lượng bản thân công trình. -Trọng lượng người ở,sinhhoạt, hộihọpvàcủacácthiếtbị vận chuyểnhoặccốđịnh. -Áplực đất, áp lựcnướctĩnh ở phía thượng và hạ lưu công trình. -Áplực sóng, áp lựcgió,lực hãm củacácđộng cơ và của các phương tiệnvận chuyển. -Lực động đất, lựcdosự cố hư hỏng gây ra III. Một số tài liệucần thiết khác - Trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình luôn luôn chịusự tác động củamôi trường xung quanh và chịu ảnh hưởng của các công trình lân cận, cho nên cầncótài liệu quy hoạch tổng thể của toàn vùng. -Cần phân tích những tài liệucủanhững công trình đãvàđang xây dựng. Tìm hiểutài liệunhững công trình sẽ xây dựng để dựđoán những khả năng ảnh hưởng. Từđó nêu phương án nền móng cho phù hợp. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 25 §1.4 Đề xuất, so sánh và chọn phương án Nền Móng I. Lựachọnnhững nhân tố chủ yếuvề móng 1- Chiều sâu đặt móng (Hm): - Yếutốảnh hưởng nhiềunhất đếnviệcchọnchiềusâuđặt móng là điều kiện địachất và địachấtthuỷ văn. - Trong nềntự nhiên thường có những lớp đấtyếuvàtốtxenkẹp. Việc chọnchiềusâuHm nói chung, nếu không có biện pháp xử lý nền thì nên chọn để móng được đặtlênlớp đấttốttương đối dày. Tuy nhiên, chọnchiềusâuHm còn tuỳ thuộcvàomựcnướcngầm, vào đặc điểmcấutạocủa công trình, vào khả năng thi công móng và ảnh hưởng củanhững công trình lân cận 2- Loại móng và vậtliệu làm móng: - Người thiết kế có thể chọn các loại móng khác nhau như móng nông hoặc móng sâu. Với móng nông lạicóthể chọnloại móng đơn, móng băng, móng bè tuỳ thuộclớp đấtnềnvàkếtcấu bên trên. Vậtliệu làm móng có loại móng gạch hoặc đá xây hoặc móng bê tông cốt thép. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 26 13
II. So sánh và chọnphương án nền móng - Để có đượcmộtphương án tối ưucả về mặtkinhtế kỹ thuật, ngườithiếtkế cầnnêuranhững phương án khác nhau. - Các phương án nền móng khác nhau về cơ bảnnhư: móng nông trên nền thiên nhiên, móng nông trên nền nhân tạo, móng cọc Mỗiphương án lớnnhư vậy lại có thể có nhiều phương án nhỏ do việcchọnloại móng khác nhau hoặc vậtliệu làm móng khác nhau. Ví dụ:loại móng cọccóthể chọn móng cọc tre, móng cọcgỗ, móng cọcbê tông cốt thép Ngay đốivớimóngcọc bê tông cốt thép có thể lạichọn khác nhau về hình dáng cọc (vuông, chữ nhật, tròn ) hoặcvề kích thướccọc(diện tích tiết diện, chiều dài). Tuy nhiên, sau khi phân tích dựa vào kinh nghiệmngườithiếtkế chỉđểlạivài ba phương án đế tính toán, so sánh, chọnraphương án nềnmóngtối ưu. Sơ bộ thường ngườitachọnphương án nền móng có tổng giá thành xây dựng nhỏ nhất (bao gồm chi phí vậtliệu, chi phí nhân công và các phương tiệnthi công). Khi quyết định chính thứcphương án còn cầnphảidựa vào công nghệ xây dựng và phải đảmbảothờì gian xây dựng. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 27 14
Nền Móng Chương IV: Xây dựng công trình trên nền đất yếu NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG §4.1 Khái niệm về đất yếu và nền đất yếu I. Khái niệmvềđấtyếu - Đấtyếugồmcácloại đấtsétmềm bão hoà nước; các loạicáthạtnhỏ,mịn; than bùn; các trầm tích bị mùn hoá v. v chúng rất đadạng về thành phần khoáng vật, nhưng thường giống nhau về tính chấtcơ lý và chấtlượng xây dựng (kém). - Đất yếu nói chung có các đặc điểm sau: .Hầunhư hoàn toàn bão hoà nước, có hệ số rỗng (ε)lớnthường > 1,0. .Khả năng chịulựcvàokhoảng 50 - 100 kN/m2. . Tính nén lún mạnh, hệ số nén lún (a) lớn; môđun biếndạng nhỏ (E ≤ 5000kN/m2) trị số sức kháng cắt không đáng kể. II. Khái niệmvề nền đấtyếu -Nền đấtyếulàphạmviđấtnềngồmcáclớp đấtyếucókhả năng chịulựckém,nằm ở bên dưới móng công trình và chịutácđộng củatảitrọng công trình truyềnxuống. Xét về mặt cấu trúc, tầng đất nền này có thể được hợp thành là do một hoặc nhiều lớp đấtyếuxenkẽ nhau hoặc xen giữacáclớp đất khác có khả năng chịulựctốthơn. - Khi tính toán nền công trình theo trạng thái giớihạn, nếu không thoả mãn các yêu cầuvề cường độ và biếndạng mà vộivàngcoinềnlàyếuvàtiến hành Xử lý nềnthì nhiều khi gây tốn kém không cầnthiết(đặcbiệt đ/với công trình lớn). Cầnphảiáp dụng toàn diện các biện pháp xử lý đốivớikếtcấuphần trên, kếtcấu móng và đốivới nền. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 2 1
- Trong đasố trường hợp, chỉ sau khi đãthayđổikếtcấuphần trên, đãmở rộng hợp lý diện tích đáy móng mà những điềukiệncần đảmbảokhithiếtkế (về cường độ,biến dạng) không đạtmớicầnphảixử lý nền. Nềncầnphảixử lý gọilà“nền đấtyếu”. - Khái niệmvề nền đấtyếuphảihiểumộtcáchtương đối trong một hoàn cảnh và điều kiệnxâydựng cụ thể nhất định. Việc làm sáng tỏ khái niệm này có ý nghĩakinhtế và kỹ thuật trong việclựachọnphương án hợplýnhất. -Cácbiện pháp xử lý: . Các biện pháp về kếtcấu công trình. . Các biện pháp về móng . Các biện pháp xử lý nền. . Các biện pháp thi công để xử lý nền. §4.2 Các biện pháp về kết cấu công trình + Nguyên nhân xử lý: Kếtct cấu công trình có thể bị phá hỏng toàn bộ hay từng bộ phận do: -Các điều kiện về biến dạng không được thoả mãn (S >[Sgh], ∆S >[∆Sgh] ) -Áp lực tác dụng lên mặt nền quá lớn (Ntt > Rgh) + Mục đích xử lý: -Giảm tải trọng tác dụng lên móng → Làm giảm trị số VT -Tăng khả năng chịu lực của kết cấu. → Làm tăng trị số VP NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 3 + Các biện pháp kết cấu công trình: - Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ. - Làm tăng độ mềm của công trình. - Làm tăng cường độ cho kết cấu công trình I. Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ -Mục đích củabiện pháp này là làm giảmtrọng lượng củakếtcấu công trình. Do đógiảm áp suất tác dụng lên mặt nền. -Cóthể bố trí vậtliệuvàkếtcấunhẹởnhững bộ phận công trình mộtcáchhợplý,sẽ giảm độ lệch tâm củatảitrọng, →∆Sgiảm. - Đốivớinhững công trình không chịutácdụng củalực ngang lớnthìviệcgiảmtrọng lượng kếtcấucôngtrìnhsẽ không ảnh hưởng nhiều đếntínhổn định của công trình. Đốivớinhững công trình thường xuyên chịutácdụng củalực đẩy ngang lớn thì khi giảmtrọng lượng của công trình cầncónhững biện pháp khác để đảm bảotínhổn định về trượt. II. Làm tăng độ mềm của công trình -Mục đích:Khinền móng lún không đềusẽ phát sinh ư/s phụ tại các liên kếtcủakếtcấu công trình, có thể phá hỏng kếtcấu. Làm tăng độ mềmcủa công trình (kể cả móng) sẽ khử đượccácứng suấtphụ. -Biện pháp: Có hai biện pháp: +Biện pháp khe lún. + Dùng kếtcấutĩnh định. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 4 2
1- Biện pháp dùng khe lún -Tạinhững chỗ có chiềudầylớp đấtthayđổi độtbiếnvàtínhnéncủa đấtnền khác nhau lớn(Hình1),tạichỗ có thay đổilớnvề chiều cao công trình hoặc chênh lệch lớn về tảitrọng (Hình 2), tạivị trí có sự thay đổivề bố trí mặtbằng công trình (Hình 3) P2 P1 δ = 3-5cm -Yêu cầu: +Cầnhạnchế số lượng khe lún trong một công trình, vì mặcdùtácdụng kỹ thuậttốtnhưng tốn kém, thêm nhiềuvậtliệuxâydựng (phải làm thêm các tường ngăn ngang, dọctạichỗ bố trí khe lún, làm khớpnối v.v ), và quảnlýkhókhăn nhất là trong các công trình thuỷ lợi. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 5 +Cáckhớpnốibố trí ở các khe lún phảimềm mạivàchịu được độ chênh lún giữa hai bộ phận ở hai bên khe lún do đóphảitínhtoánkiểmtrakhớp nối. khớp nối là tấm đồng Ω -Khớpnốilàtấm đồng Ω: Thường dùng cho công trình thuỷ lợi -Khớp nối bằng chấtdẻo polime: Rộng 18cm; dầy0,4cm;mấu nhô 0,4cm; phầnuốn cong rộng khớpnp nốiib bằng ch ấttd dẻo 2,5cm. (Theo Sảnphẩmcủa Phòng kếtcấu–Viên polime NCKHTL-HN) +Chiềurộng khe lún phải tính toán vừa đủ để cho các bộ phận đã được tách ra không tựasát δ = 3-5cm bên nhau (làm nứtnẻ công trình) khi chúng bị lún không đềuhoặcbị nghiêng. Chiềurộng tốithiểu khe lún đượcxácđịnh theo công thức: δ θ θ = k.h.( tg p - tg tr ) (4.1) h:chiềucaokhelún θ θ p, tr: góc nghiêng củaphần công trình ở bên phảivàtráikhelún k:hệ số an toàn xét đến tính không đồng nhất của đấtnền, có thể lấy k = 1,3 - 1,5 Dùng khe lún để phân tách công trình NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 6 3
2- Biện pháp kếtcấutĩnh định - Thay các liên kếtcứng giữacácbộ phậncủacôngtrìnhbằng liên kếtkhớphoặcliên kếttựacũng có tác dụng làm tăng độ mềmcủacôngtrìnhvàkhửđược ứng suấtphụ thêm phát sinh khi công trình bị biếndạng lệch. -Việc thay các liên kếtcứng bằng các liên kếtmềm(khớp, tựa) làm cho công trình có tính chấttĩnh định nên phần nào làm nó nặng nề thêm và kém phầnmỹ thuật. Do đó cần hết sức giảm bớt khớp nối mềm trong công trình. -Tốtnhấtlàdự tính đượccácyếutố biếndạng của công trình rồitừđótínhtoánnội lực trong kếtcấusiêutĩnh củacácbộ phận công trình. ∆S=SA-SB S SB A B A L NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 7 3- Tăng thêm cường độ cho kết cấu công trình * Mục đích, Yêu cầu: - Làm tăng thêm cường độ cho kếtcấu công trình để các bộ phậncủanó đủ sức chịu thêm các ứng lựcsinhradocôngtrìnhbị lún không đềulàmộtphương hướng chủ động tích cựckhithiếtkế công trình theo trạng thái giớihạncóxétđếntácdụng tương hỗ giữababộ phậncủamột công trình. - Không đượclàmảnh hưởng nhiều đến độ mềmcủa công trình * Biện pháp: - Trong các công trình dân dụng và công nghiệpngườitasử dụng các giằng bê tông cốt thép (giằng tường, giằng móng), (xem Hình) - Các giằng có tác dụng tăng cường khả năng chịu ứng suất kéo phát sinh khi tường chịuuốn mà không ảnh hưởng đến độ mềmcủa công trình. Giằng bê tông cốt thép - Tính toán kếtcấugiằng gia cường theo p/pháp dầm têtrênnền đàn hồi. Trong thiết kế thường lấy cốt thép cấutạolà5-15cm2. -Cóthể dùng biện pháp gia cố cụcbộđểtăng cường Giằng cốt thép độ chống cắtcụcbộ củatường hay củabộ phận công trình bằng cách đặtgiằng hoặc đặt thêm cốtthéptại những nơidựđoán có phát sinh ứng lựccắtlớn. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 8 4
§4.3 Các biện pháp về móng - Thay đổi chiều sâu chôn móng. - Thay đổi kích thước đáy móng. - Thay đổi loại móng và độ cứng móng. I. Thay đổi chiều sâu chôn móng - Cơ sở củaaph phương pháp: + Công thức tính sức chịu tải và cường độ tiêu chuẩn của nền có dạng chung là: γ pgh = A .b + Bq + Dc A, B, D: các hệ số phụ thuộc góc ma sát trong ϕ của đất. γ, c: trọng lượng riêng và lực dính đơn vị của đất. b: chiều rộng móng. q: tải trọng bên móng. Như vậy, khi tăng độ sâu đặt γ móng hm , tức là tăng (q = .hm), thì pgh khả năng chịutảicủanền(pgh) được γ tăng lên. q= .hm hm +Mặt khác, nền nói chung có độ chặttăng theo chiều sâu, nên khi hm o tăng là đã đặt móng tạilớp đấttốt hơn, do đó độ lún S giảm. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 9 - Xét các trường hợp thực tế: * Trường hợpcaotrìnhđặt móng thiếtkế không thay đổi: Do nhiều điềukiệnkhống chế, móng thường phải đặttạimột cao trình thiếtkế nhất định. . Bảo đảm được cao trình đặt móng thiếtkế (tứclàbảo đảm cao trình củacácbộ phận công trình) là mộtvấn đề rất quan trọng và khó khăn, nhấtlàđốivớinền đấtyếu. . Để giảmbớt độ chênh lệch giữacaotrìnhđặtmóng thiếtkế với cao trình đáy móng sau khi lún ổn định thì thường phải nâng cao trình đặt móng thiếtkế lên mộttrị số dự phòng, tính gần đúng theo công thức: Sdp =½(S + Stc ) (4.2) Sdp - độ nâng thêm củacaotrìnhdự phòng. S-độ lún ổn định do tính toán. hm Stc - độ lún xảy ra khi thi công. Sdp . Đốivới các công trình dân dụng công TK nghiệp xây trên nền đấtloạisétcóthể lấy: Sdp =0,7S (4.3) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 10 5
* Nếu công trình có nguy cơ bị nghiêng, bị lún không đềuthìcóthể dùng biện pháp thay đổichiều sâu chôn móng để xử lý khi thiếtkế thi công (Hình 1). * Gặptrường hợptầng đấtyếucóchiều dày thay đổi nhiều, để giảm chênh lệch lún, có thểđặt móng ở nhiều cao trình khác nhau (Hình 2). P e NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 11 II. Thay đổi kích thước và hình dáng móng - Hiệuquả: +Thayđổitrựctiếpáplựctácdụng lên mặtnền, do đócảithiện được điềukiện chịutảicũng như biếndạng củanền. +Nếu công trình có nguy cơ bị nghiêng, bị lún không đềuthìcũng có thể dùng biện pháp thay đổichiềurộng móng để xử lý khi thiếtkế thi công (Hình 1). +Nếutầng đấtcóchiềudày chịu nén khác nhau, dùng biện pppháp thay đổichiều rộng móng để cân bằng lún cho toàn bộ công trình (Hình 2). P e NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 12 6
+ Trường hợp đất nền có tính nén lún tăng theo chiều sâu thì việc mở rộng đáy móng thường không có tác dụng (Hình 3). III. Thay đổi loại móng và độ cứng của móng +Tuỳ tình hình phân bố tảitrọng tác dụng lên móng và điềukiện địachấtmàchọn móng cho thích hợp (móng đơn, móng băng, móng băng giao nhau, móng bản, móng hộp(cóđộ cứng lớn, nhẹ). +Khiđộ võng móng ΔS quá lớn thì phảităng độ cứng móng. + Để tăng cường độ cứng của móng có thể dùng các biện pháp: tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc, kếthợpvớikếtcấuphần trên; dùng loại móng hộp, độ cứng lớnvànhẹ. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 13 §4.4 Các biện pháp xử lý nền I. Khái niệm ¾ Trường hợpcầnXLN:saukhiđãthayđổikếtcấuphần trên, đãmở rộng hợplýdiện tích đáy móng mà những điềukiệncần đảmbảokhithiếtkế (về cường độ,về biếndạng) không đượcthoả mãn thì mới phảixử lý nền, pmax nềnphảixử lý gọilànền đấtyếu. p min hm ¾ Phạmvinềnphảixử lý:làbộ phận đấtyếunằm ở lớp đấtmặt, thông thường lớp đất này có những đặc điểm o sau: *Chịu ứng suấtdotảitrọng truyềnxuống lớn Ha * Trong điềukiệntồntạitự nhiên có hệ số rỗng (ε) (σ ∼z) lớnhơn nhiềusovớilớp đấtnằm phía dưới. z *Chịu ảnh hưởng nhiềucáctácđộng từ bên ngoài. ¾ Mục đíchXLN: Các phương ppápháp xử lý hiệnnay đều nhằmcảithiện điềukiệncủa đấtnền: -làm tăng độ bền của đất, -giảm độ lún tổng và chênh lệch lún. Cụ thể là: *Giảm tính rỗng. *Tăng cường độ liên kếtgiữacáchạt. *Giảm tính thấmnướccủanền(đặcbiệt đ/vớicông trình thuỷ lợi). NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 14 7
¾ Phân loại các phương pháp XLN: Hiện nay có nhiềuphương pháp, vấn đề quan trọng là làm sao chọn đượcphương pháp xử lý thích hợpchocácloại đất riêng biệt, thỏamãnđượcyêucầuthiếtkếđối với công trình, đồng thờirútngắn đượcthời gian thi công, giảm chi phí xây dựng, nâng cao tính hiệuquả của công trình. Nói chung có thể phân thành ba loạichủ yếu sau: 1) Thuộcloạibiện pháp cơ họccó:p.pháp làm chặtbằng đầm, p.pháp làm chặtbằng chấn động, p.pháp làm chặtbằng các loạicọc, p.pháp thay đất, p.pháp nén trước, p.pháp phản áp, v. v 2) Thuộcloạibiện pháp vậtlýcó:p.pháp hạ mựcnướcngầm, p.pháp giếng cát, p.pháp điệnthấm, p.p bấcthấm, vải địakỹ thuật, v. v 3) Thuộcloạibiện pháp hoá họccó:p.pháp keo kếtbằng xi măng, p.pháp si li cát hoá, p.pháp điện hoá v. v - Trong ch ương trình chỉ giớiithi thiệuum mộtts số biện pháp x ử lý n ền sau: . pp.đệm cát, . pp.cọc cát, . pp.nén trước, . các pp. lợi dụng thi công để xử lý nền. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 15 II.Phương pháp đệm cát 1- Nội dung và điều kiện áp dụng: -Nội dung: Thay lớp đấtyếunằm ngay dưới đáy móng chịu ứng suấtlớnbằng một đệmcátđể đủ sứcchịutảitrọng mà vẫntậndụng đượckhả năng củalớp đấtyếunằmdưới. -Ápdụng: thường trong các điềukiệnsau * Đất yếu là đất sét chảy (nếu dùng biện pháp đầm thì không lợi). * Chiều dày lớp đấtyếutương đốimỏng ( 3 - 6 m ). * Vậtliệucátdễ kiếm. * Đốivới công trình thuỷ lợi, do có độ chênh cộtnước, cầncóbiện pháp chống xói ngầm (dùng tường, bảncừ ) và phảichúýđếnhiệntượng hoá lỏng dưới tác dụng củatảitrọng động. 2- Hiệuquả: -Tăng sứcchịutảicủanền. - Giảm độ lún của móng công trình (vì đất cát có môđun biến dạng Eo lớn hơn của đất sét). -Giảm độ chênh lệch lún củamóng(vì có sự phân bố lại ứng suấtdotảitrọng ngoài gây ra trong đấtnềnnằmdướitầng đệmcát). -Giảmchiều sâu chôn móng, do đógiảm đượckhốilượng vậtliệu làm móng. -Tăng nhanh tốc độ cố kếtcủanền, do đólàmtăng nhanh sứcchịutảicủanềnvàrút ngắn quá trình lún. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 16 8
3- Tính toán, thiếtkế tầng đệm cát: + Nguyên tắc tính toán: . Xác định kích thướccủatầng đệm cát bao gồmchiềudày(hc)vàchiềurộng đáy tầng đệmcát(bc), đảmbảo hai điềukiệnkỹ thuậtcơ bảnlà: - Đảmbảonền (sau khi có đệmcát)ổn định về mặtcường độ. - Đảmbảo độ lún củanền(saukhicóđệmcát)nhỏ hơn độ lún cho phép của công trình. . Để làm được điều trên ta phải tính thử dần; thông thường các bước tính toán đượctiến hành như dưới đây: a) Sơ bộ chọnkíchthước đệm cát: *Chọn hc: theo kinh nghiệmcóthể lấy vào khoảng0,5-3mcókhilà5-6m. b *Chọn bc: hiệnnayngườitaxácđịnh kích thướcchiềurộng đáy đệm cát theo góc mở α.Căncứ vào hiệntượng h khuyếch tán ứng suất trong nềnngườita m lấy α như sau: α α h α =30-350 đốivớicát. c 0 α =40-45đốivớidăm, sỏi. bc Có trường hợplấy α =60o Suy ra: α bc =b+2hc .tg (4.4) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 17 ¾Sau khi chọnkíchthước đệmcát(hc, bc)thìtuỳ từng loại công trình và tình hình tác dụng củatảitrọng để kiểm tra theo các nội dung dưới đây : - Tính toán kiểm tra theo trạng thái giớihạn1(về cường độ, ổn định trượt). - Tính toán kiểm tra theo trạng thái giớihạn2(về biếndạng). ¾Đệmcátđược xem như mộtbộ phậncủa đấtnền nhiềulớp: lớpcátnằmtrên,lớp đấtyếunằmdưới. b) Trường hợp công trình chịu tác dụng của lực đẩy ngang: Cần tính toán ổn định của nền đã xử lý bằng đệm cát. - Cát có ma sát lớn nên móng không có khả năng trượtphẳng. - Khi tính toán nền theo ổn định (TTGH-1) cầnphảitiến hành kiểmtratrượtsâu theo phương pháp cung trượttrònvàtrượt sâu theo mặttiếp xúc giữa đáy đệmcátvà đỉnh lớp đấtyếu. (Khi tính toán, cầnkểđếnsự thay đổicácchỉ tiêu cường độ chống cắtcủa đấtnềndocố kếtnhờ có tầng đệm cát thoát nước). P T O γ hm q= .hm M r K = ∑ ct ≥ []K M hc ∑ gt NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 18 9
P T hm γ q= .hm hc -Khicầnphảikiểm tra theo TTGH-2: Độ lún củanềnvẫntínhbìnhthường đốivới nền nhiềulớp. Nếu được thi công đầmchặttốtthìcátcủatầng đệmsẽ có môđun biến dạng khá lớnvàokhoảng 12.000 – 20.000 kN/m2. Trong trường hợp đócóthể bỏ qua độ ép lún của tầng đệm cát. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 19 c) Tính toán đệm cát theo biếndạng củanền gồm các bước (theo TCXD): ε * Chọnhệ số rỗng nc củacát,từđó xác định môđun biếndạng E0 cát: Từ công thức độ chặttương đốicủa đấtcát: ε − ε -Tínhε , bằng cách khống chế D =0,70 ÷ 0,80: D = max nc nc ε − ε (4.5) ε ε ε ε max min nc = max - D( max - min ) ε Từ nc củacáttìmra E0 cát, có thể lấy theo bảng IV-1/tr.68. b * Kiểmtraứng suất đáy đệm cát: h Đệmcáttruyềnáplực đáy móng xuống tầng m đất thiên nhiên phía dưới trong mộtphạmvilớn α α hc hơndiện tích đáy móng. Để đảmbảotầng đất thiênnhiên dưới lớp đệmcát vẫncòn làmviệc σc σc zđ z trong giai đoạnbiếndạng tuyếntínhthìứng suất Ha thẳng đứng tác dụng lên lớp đấtyếu không được vượt quá áp lựctiêuchuẩn Rtc: σ c + σ c ≤ tc ( z zđ ) R (4.6) z NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 20 10
Bảng IV-1/tr.68: Các giá trị tiêu chuẩn của lực dính ctc , MPa, góc ϕ ma sát trong tc , độ, và môđun biến dạng Eo , Mpa của đất cát Giá trị của các đặc trưng khi hệ số rỗng LOẠI bằng CÁT Các đặc trưng 0,45 0,55 0,65 0,75 c 0,002 0,001 - Cát hạtthô tc ϕ 43 40 43 - và cát sỏi tc 50 40 50 Eo ctc 0,003 0,002 0,001 - ϕ Cát hạtvừa tc 40 38 35 - 50 40 30 - Eo ctc 0,006 0,004 0,002 - ϕ Cát hạtnhỏ tc 38 36 32 28 48 38 28 18 Eo ctc 0,008 0,006 0,004 0,002 ϕ Cát bụi tc 36 34 30 26 39 28 18 11 Eo NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 21 b σ c + σ c ≤ tc ( z zđ ) R (4.6) hm Trong đó: σ c α α h z : ứng suấttăng thêm tại đỉnh lớp đấtyếu. c σc zđ :ứng suấtbản thân của đất bao gồm đệmcáttừđỉnh lớp đấtyếutrở lên: σc σc zđ z σc γ γ Ha zđ = .hm + c.hc (4.7) Rtc :áplựctiêuchuẩncủa đấttại đỉnh lớp đấtyếu, Rtc = m(p¼) *Tínhlún:củalớp đấtkể cảđệm cát theo phương pháp tổng cộng từng lớp(đã trình bày z trong môn Cơ học đất): β n = i σ (4.8) = (4.9) S i zi hi S ∑ Si E0i i=1 - Độ lún tổng cộng tính theo công thức(4.9) không đượcvượt quá độ lún giớihạn: S ≤ S (4.10) - Nếu các tiêu chuẩnkiểm tra theo công thức gh (4.6) hoặc (4.10) không đảmbảo thì ta phải chọnlạikíchthước đệm cát, và các bướctính toán đượclặplại. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 22 11
d) Thi công tầng đệm cát Hiệuquả củatầng đệm cát phụ thuộcphầnlớnvàođộ chặtcủa nó. Khi thi công đệm cát phải đảmbảo độ chặtlớnnhất đồng thời không làm phá hoạikết cấu đất thiên nhiên dướitầng đệmcát.Thường gặp2trường hợp sau: - Khi hố đào khô: cát được đổ từng lớp dày 20 cm và đầmchặt(bằng đầm lăn, xung kích, chấn động). - Trừơng hợpmựcnướcngầmcao(mà không dùng biện pháp hạ mực nướcngầm): thì nên dùng biện pháp thi công trong nước(xỉalắccát,đầm dùi cho D = 0,7). NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 23 III. Phương pháp lèn chặt đất bằng cọc cát 1- Nội dung và điều kiện áp dụng: *Nội dung phương pháp: Hạ cọc vào trong đấtyếu, nhờ thể tích cọcchiếmchỗ mà đất đượclènchặtlại (nén chặt sâu). Đây cũng là cơ sởđểtính cọc sau này. Trong khuôn khổ môn họctachỉ nghiên cứu tính toán đốivớicọccát. * Thi công cọc cát: Các phương pháp thi công khác nhau chủ yếu ở cách tạolỗ: Tạolỗ dùng ống thép: đường kính vào khoảng 30 ÷ 50 cm. Mũicọcnhọnbằng thép gồm 4 cánh mắcbảnlề.Khiđang đóng ống thép xuống thì mũicọc khép lại, khi rútlênthìmũicọcmở ra (xem Hình 1). Mũicọccóthể làm bằng nút gỗ hoặc bê tông, sau khi hạống tạolỗ có thểđểlại trong đất(xemHình2). NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 24 12
Ống rỗng thường đượchạ xuống nền đấtbằng búa đóng cọchoặcbằng phương pháp chấn động tùy theo loại đất.Việc thi công cọc cát theo hai cách hạ ống thép như sau: - Đóng ống thép xuống tới cao trình thiếtkế,sauđórútlênrồinhồicátvàolỗ, đồng thời đầmtừng lớpmộtbằng búa treo, chiềudàymỗilớpkhoảng 1,0 m. → Thường dùng với đấtsétdẻo, dẻocứng (Hình 1). -Dùngchấn động hạống thép xuống tới độ sâu thiếtkế,nhồicátvàotừng lớp dầy khoảng 1,0 m, sau đó dùng chấn động để làm chặt lớp cát, rút ống lên khoảng 0,5 m cho cát tụtxuống. Cứ tiến hành như thếđốivớicáclớptiếp theo. → Thường dùng với đấtsétdẻochảy, đấtcáthạtnhỏ,mịn bão hòa nước (Hình 2). Hình 1 Hình 2 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 25 Tạolỗ bằng mìn nổ ép đất (theo chiều sâu cọc): sau đó đổ cát vào đầmtừng lớp. Với cách thi công này có thể tạo đượccọc cát dài khoảng 18 ÷ 20 m. Lưuýrằng, do chấn động khi nổ làm cho lớp đấttrêndàykhoảng 2 m bị tơira,cầncóbiệnpháp xử lý trượt khi làm móng. *Ápdụng: Trong xây dựng, phương pháp cọccátthường dùng để nén chặtcáclớp đấtyếu khá dầy(>2,0m),chịutảitrọng tương đốilớn. Như các loại đất cát nhỏ,cátbụi ở trạng thái bão hoà nước, đấtcátxenkẽ những lớp bùn mỏng, đấtdínhyếu, đất bùn và than bùn. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 26 13
2- Hiệuquả: - Đấtnền đượclènchặtdothể tích cọccátchiếmchỗ trong đất trong phạmvi chiềudàicọc, độ ẩmgiảm; môđun biếndạng, lực dính và góc ma sát trong tăng lên. Vì thế biếndạng củanềngiảmvàcường độ tăng rõ rệt. -Cọc cát có tính nén lún không khác nhiềusovới tính nén lún của đất xung quanh nó, cho nên có thể coi cọc cát cùng chịutảitrọng với đấtnền xung quanh, và khi tính toán thì lớp đấtcócọccátđượccoilàmộtlớpnềncócácchỉ tiêu cường độ chống cắt ε γ tương ứng với độ chặtthiếtkế ( tk, tk). -Cọccátcótácdụng tăng nhanh tốc độ cố kếtcủa đấtnền. Phầnlớn độ lún của nền đấtcócọccátthường kết thúc trong quá trình thi công, làm cho công trình mau chóng đạt đếngiátrịổn định. -Về mặtkinhtế, cát dùng trong cọclàloạivậtliệurẻ hơnsovớicọclàmbằng vật liệucứng và không bịănmònnếunướcngầm có tính xâm thực. Biện pháp thi công cọc cát tương đối đơn giản, không đòi hỏi những thiết bị phức tạp. Vì những lý do trên mà giá thành xây dựng khi dùng cọccátthường rẻ hơnsovớimộtsố phương án xử lý khác. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 27 3- Tính toán thiếtkế: Nội dung thiếtkế: f . Xác định khoảng cách cọccát:c . Xác định số lượng cọc: n . Xác định chiều dài cọc: L a) Xác định (c): F * Giả thiết: . Độ giảmthể tích của đất(thể tích rỗng) bằng thể tích cọccátđưa vào. . Đấtnền không bị trồilênkhicócọc. c 3 . Đất đượclènchặt đềugiữacáccọc. 2 * Chứng minh: Bố trí cọc cát trên mặtbằng (xem Hình) 600 -Xétmộtlăng thểđấtcóđáy là tam giác đều, chiều c cao là L (mang tính đạibiểu). - Áp dụng công thức (4.13): ΔV ε − ε = 0 tk (4.13) + ε V 1 0 ε 0 –hệ số rỗng tự nhiên của đấtnền(khichưacócọccát): ε tk –hệ số rỗng thiếtkế của đấtnền (sau khi có cọccát): NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 28 14
Thể tích rỗng giảm: ε − ε ε − ε 1 c 3 ΔV = 0 tk V = 0 tk × c L lt + ε lt + ε 1 0 1 0 2 2 c 3 ε − ε c 2 3 2 = 0 tk × L (4.14) + ε 1 0 4 Thể tích c ọccátc cát đưa vào: c 1 πd 2 v = L (4.15) c 2 4 Cân bằng (4.14) và (4.15) sẽ được công thức tính khoảng cách cọc cát: π 1+ ε c = d . 0 (4.16) ε − ε 2 3 0 tk Giả sử rằng: trong quá trình lèn chặt, độ ẩm ω của đất không đổi thì từ (4.16) ta có: π γ c = d . tk (4.17) γ − γ 2 3 tk 0 d - đường kính cọc cát, d = 30 - 40 cm tuỳ theo đường kính tạo lỗ ε Cần phải chọn độ chặt thiết kế của nền đất sau khi xử lý cọc cát ( tk ): NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 29 - Đối với nền đất cát: ε ε ε ε tk = max - D( max - min ) (4.18) , Với D = 0,7 ÷ 0,8 - Đối với nền đất cát bụi: ε tk = 0,6 - 0,8 (ở trạng thái chặt vừa) (4.19) - Đối với nền đất sét bão hoà nước: γ ε = h (ω + 0,5 A) (4.20 ) tk 100 γ d n f b) Xác định n: ΔV ε − ε -Thể tích rỗng giảm trong cả nền cọc: Từ F = 0 tk + ε F VF 1 0 ε − ε ΔV = o tk × FL (4.21) F ε 1 + o -Thể tích 1 cọc cát: vc = f.L, (4.22) với f = π.d2/4 ΔV F ε − ε n = F = . 0 tk (4.23) -Vậy số lượng cọc n: + ε vc f 1 0 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 30 15
c) Xác định L : Có thể dựa trên hai cơ sở: ≥ -Khống chế về mặt biến dạng: lấy L Ha với Ha là chiều sâu vùng nền ảnh hưởng lún. -Khống chế về mặt cường độ, ổn định: lấy L > độ sâu lớn nhất của vùng nền trượt. Trị số L còn phụ thuộc vào khả năng của phương tiện đóng nhổ ống thép. Hiện nay chưa có phương pháp chính xác tìm chiều dài cọc L. II P gh b II T gh hm b h Ha L m Hmax L σ ∼ ( z z) z NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 31 IV. Phương pháp nén trước 1- Nội dung và trường hợp áp dụng: a) Nội dung phương pháp: - Trướckhixâydựng công trình dùng các loạivậtliệu(cát,sỏi, gạch, đá v.v ) chất đống lên mặt đất trong phạmvixâydựng móng để gây ra mộtáplực nén (gọilàáplực nén trước)tácdụng lên mặtnền, làm cho đấtnềnbị lún do đó đất đượcchặtlại. Khi đấtnền đạt được độ chặtyêucầu, ngườitadỡ áp lực nén trướcrồitiến hành xây dựng công trình. Lúc này nền công trình vừacócường độ đạt yêu cầuvừa có tính nén lún nhỏ. b) Áp dụng: pnt -Phương pháp thường được dùng đốivới đất sét và sét pha cát ở trạng thái chẩy; phạmvi nền không lớn. - Trong thựctế xây dựng, các lớp đấtloại sét có tính nén lún lớn, cố kếtbìnhthường nằm ở một độ sâu giớihạnvàlúncố kếtlớncóthể xảyradoviệcxâydựng các tòa nhà lớn, đường hay đập đất thì phương pháp nén trướccóthểđượcsử dụng để giảm thiểu lún sau khi xây dựng. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 32 16
c) Cơ sở lý thuyết: Phương pháp nén trướcdựatrênquyluậtgiảm tính nén lún của đấtdướitácdụng củatảitrọng (quan hệ e∼p). 2- Hiệu quả: e Đất sau khi nén trướccótínhnénlúnnhỏ;hệ eo số rỗng (e)vàhệ số nén (as ptk . Đảmbảo không phá hoạinền,bằng cách tăng tảitrọng từng cấp, khống chế tốc độ tăng tải nén trướcsaochonền không bị phá hoại. 9Chọn(tnt):Liên quan tới quá trình cố kếtcủa đấtvàtiến độ xây dựng công trình. Cả hai đạilượng cần tìm lại có quan hệ mậtthiếtvới nhau. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 33 Trong thựctế,nếu đấtnền là sét bão hòa nước và có tính nén lớndiễnratrongthời gian dài, dùng biện pháp nén trướcvẫn không đảmbảoyêucầuthiếtkế thì có thể áp dụng kếthợpbiện pháp giếng cát. A- Trường hợp không có giếng cát: Áp dụng lờigiảicủa bài toán cố kếtmộthướng để tìm thờigiantnt,vàtảitrọng nén trước pnt .(XemChương 6, Cơ Học Đất) = St Qt (4.24) S = () Qt f Tv (4.25) trong đó = Cvt Tv = nhân tố thời gian Tv (4.26) H 2 Cv = hệ số cố kết t = thời gian H =chiều dài đờđường thấm NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 34 17
B- Trường hợp cần có giếng cát: Nếu (tnt) tìm được theo trường hợp trên quá lớn, không đạt yêu cầu; hoặc cần xét làm Với thời gian yêu cầu tnt mà độ lún Stnt giếng cát kết hợp quá nhỏ Trường hợp này thuộc bài toán cố kết thấm 3 hướng, đối xứng trục, có công thức: Qt = 1 - (1 - Qtz) (1 - Qtr) (4.27) Trong đó: Qt - độ cố kết chung của nền Qtz - độ cố kết của nền không có 2r giếng cát, tính theo lý thuyết cố kết thấm một H hướng, theo chi ều đứng (z). Qr - độ cố kết của nền có giếng cát theo hướng xuyên tâm (r). R NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 35 C k (1+ ε ) Q = f (T ) T = v t C = z 0 (4.28) tz z z 2 v γ H Cc n R C k (1+ε ) Q = f (T , n = ) T = r t C = r 0 (4.29) tr r r 2 r γ r 4R Cc n Trong đó: H -chiều dài giếng cát R -khoảng cách giữa các tim giếng cát r - bán kính giếng cát 2r H R NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 36 18
t + Công thức kinh nghiệm kết hợp quan trắc: S = S = f (t) (4.30) t a +t Trong đó: t -thời gian nén trước α -hệ số kinh nghiệm - Trị số S xác định từ tài liệu quan trắc lún S α = t − t trong quá trình nén trước theo các công S 1 1 thức: t1 t − t S = 2 1 Với S là độ lún thựctếđo được ứng với t t t t1 1 α = S − 2 − 1 (t1 ứng vớicấpáplựccuối cùng). t2 t2 St 2 St1 St 2 p (4.31) t1 t2 t St1 St2 S(mm) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 37 V. Dùng biện pháp thi công để xử lý nền Tuỳ tình hình thực tế, có thể lợi dụng biện pháp thi công để xử lý nền rất có hiệu quả. Dưới đây nêu ra ba biện pháp nhằm cải thiện đất nền. 1- Nén chặt đất bằng cách hạ thấp mực nước ngầm: * Khi thi công các công trình ở những nơi có mực nước ngầm cao, có thể dùng biện pháp hạ mực nước ngầm để làm khô hố móng. Khi hạ thấp mực nước ngầm thì đất trong ph ạm vi thay đổimi mựcnc nướccng ngầmms sẽ được nén ch ặttl lạiidoápl do áp lực nén tăng lên tương ứng. (xem Hình). - Trong điều kiện tự nhiên, khi mực nước ở cao trình 1 thì tại cao trình 2 đất chịu áp lực thẳng đứng là: γ γ p1 = ω h1 + đn h2 (4.32) -Khi hạ thấp mực nước ngầm đến cao trình 2 thì áp lực tại đó là: γ γ γ p2 = ω (h1 + h2) = ωh1 + ωh2 (4.33) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 38 19
Như vậy p2 lớn hơn p1 một lượng là: Δ γ γ p = p2 - p1 = ( ω - đn) h2 (4.34) Trong đó: γω: trọng lượng riêng của đất ở trạng thái tự nhiên có độ ẩm ω. γ đn: trọng lượng riêng đẩy nổi của đất ngập nước. * Đấttự nhiên có trọng lượng riêng vào khoảng 18 - 20 kN/m3.Vìthế theo công thức (4.34), khi hạ thấpmựcnướcngầm, áp lựcnénthẳng đứng tăng lên vào khoảng 100 kN/m2 ứng với độ hạ thấpmựcnướcngầm là 10 m. Ngoài ra, khi hút nước để hạ mựcnướcmgầmthìđấtcònchịutácdụng củaáplựcthủy động hướng xuống làm cho đấtchặt thêm. Biện pháp này có thể dùng để nén chặt đấtloạisét,đấtcátbồi tích. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 39 2- khống chế tốc độ thi công để cải thiện điều kiện chịu lực của nền: -Tốc độ thi công công trình về mặtcơ họclàtốc độ tăng tảitrọng lên nền đất. Các đấtsétyếucóhệ số rỗng và độ ẩmtự nhiên lớnthìsứcchống cắtrấtnhỏ, khi xây dựng trên các loại đất ấycóthể khống chế tốc độ thi công trong giai đoạn đầu để làm tăng sứcchịutảicủanền. - Theo lý thuyếtcố kết thì quá trình lèn chặt đất dính bão hoà nước là quá σ trình ứng suất trung hoà (ut)giảm đivàứng suấthiệuquả ( 't)tăng lên. Mặt khác, σ theo lý thuyết Coulomb thì cường độ chống trượtcủa đấttỷ lệ với 't: τ σ ϕ σ σ = 't tg +c,với 't = -ut Như vậy, tốc độ tăng tải càng chậm thì càng có thờigianđể đạttrị sốứng σ suất 't lớnvàsứcchịutảicủanềntăng. * Để làm rõ, có thể lấykếtquả thí nghiệm sau đây: NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 40 20
- Hình (a) biểuthị tốc độ thi công (σ ~ t) - Hình (b) là quan hệ giữa độ rỗng của đấtvàáplực(n ~ σ) - Hình (c) là quan hệ giữacường độ chống cắtcủa đấtvàáplực(τ ~ σ). σ Theo lý thuyếtcố kết, nếutăng tảitrọng độtngộttừ trị số áp lực0đếnáplực c (đường 1a) thì nước trong lỗ rỗng của đấtchưakịp thoát ra, nền đấtchưabị nén chặt, nên sự thay đổi độ rỗng và cường độ chống cắt đượcbiểuthị bằng đường 1b và 1c. Nếutăng tảitrọng đềutrong suốtthời gian thi công (đường 2a) thì tính nén và cường độ chống trượtcủa đất đượcbiểuthị tương ứng bằng đường 2b và 2c. Đối với đất sét yếu, lượng ngậmnướccao,nêntăng tảitheođường 3a: thờigian đầu thi công chậm để cho mức độ cố kếttăng lên tương ứng với độ tăng áp lực. Sau σ khi đạt đếntrị số t, độ cố kếtcủa đấtnền đã khá cao, cường độ chống cắtkhálớn thì bắt đầutăng nhanh tốc độ thi công (đường 3b và 3c). a) b) c) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 41 3- Thay đổi tiến độ thi công để cải thiện điều kiện biến dạng của nền: -Một trong những nguyên nhân gây ra chênh lệch lún giữacácbộ phậncủa công trìnhlàdonền đất không đồng nhất (theo mặtbằng). Đốivớinhững công trình rộng thì nguyên nhân này thường là phổ biến. Trong trường hợpnàycầnphải nghiên cứulát cắt địachấtvàlợidụng quá trình thi công để xử lý nền. Về nguyên tắc, những bộ phận công trình nằmtrênphầnnềncótínhnénlớnthìcần thi công sớmhơn. Cần theo dõi sự tiếntriểnlúncủacácbộ phậnnàyđể bắt đầu thi công những bộ phậntiếp giáp. Phương phápnàày được áp dụng rất có hiệuquả khi thi công đê, đập đất, đập đất đá hỗnhợp. Trong thựctếđãcónhững đoạngiữanền đập đấtthuộcloại bùn có độ lún tính toán lớncònở hai đầulànềntốt nên độ lún nhỏ thì ngườitaquyết định thay đổi trình tự thi công như sau: đắp đất đoạngiữatrướcsauđómới đắp hai đầu. Sau khi thi công, bằng quan trắcthựctế ngườitađãchứng minh biện pháp này có hiệuquả tốt. - Đốivới công trình có móng cứng cầnkếthợpvớibiện pháp làm khe lún. Giai đoạn 2 Giai đoạn 2 Giai đoạn 1 Vùng đất yếu NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 42 21
Kết thúc chương 4 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 43 22
Nền Móng Chương V: Móng cọc NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG §5.1 Khái niệm chung I. Cấu tạo móng cọc: -Gồm3bộ phận: cọc, đài cọc, đất bao quanh cọc 9 Cọclàbộ phận chính có tác dụng truyềntảitrọng từ công trình lên đất ởđầumũi và xung quanh cọc. MNN 9 Đài cọcliênkếtcáccọc thành mộtkhối và phân phối tải trọng công tìtrình lêncáccọc. 9 Đất xung quanh cọc đượccọclènchặttiếpthumột phầntảitrọng và phân bốđềuhơnlênđất đầumũi cọc. II. Phạm vi và trường hợp áp dụng: 1. Phạmviápdụng -MCcóthể coi là biện pháp xử lý sâu, có tác dụng truyền tảitrọng từ c.trình tớilớp đấtcócường độ lớn ởđầumũi cọcvàxung quanh móng. - Dùng khi tảitrọng công trình tương đốilớn, lớp đấttốt nằm sâu, mựcnướcngầmtương đối cao. - Dùng ở những bộ phậnchịutảitrọng lớnhoặcnhững chỗ Hình: Cấu tạo móng cọc a) Đài thấp; b) Đài cao; đấtyếu. 1- cọc; 2- đài cọc; 3- công trình NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 2 1
2. Các trường hợpápdụng a) Khi một hay nhiềulớp đất bên trên có tính nén lún lớn và quá yếu để chịutải trọng do công trình truyềnxuống, cọc được dùng để truyềntảitrọng xuống tầng đất đá cứng nằm dưới (hìn h 11.1a). Khi tầng đất đácứng ở sâu không chạmtới được, cọc được dùng để truyềntảitrọng công trình lên đấtchủ yếunhờ sứcchống ma sát ở mặttiếp xúc giữa đấtvàcọc. (hình 11.1b) b) Khi chịulực ngang (xem Hình 11.1c), móng cọcchống lạibằng cách uốn cong trong khi vẫnchịutảitrọng thẳng đứng do Hình 11.1 Những tr ường h ợppc cần công trình truyềnxuống. Tình huống này dùng móng cọc thường gặp trong thiếtkế và xây dựng các công trình chắn đất và móng của các công trình cao tầng chịutácdụng củagió mạnh hay lực động đất. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 3 c) Trong trường hợp, đấttrương nở và đấtlúnsụtxuấthiệntạivị trí dựđịnh xây dựng công trình. Đấttrương nở và co ngót khi độ ẩmcủanótăng và giảm, áp lực trương nở của đấtlàđáng kể.Nếu dùng móng nông trong trường hợpnhư vậy, công trình sẽ phảichịusự hư hạilớn. Tuy nhiên, có thể lựachọn móng cọcvớicọckéo dài qua vùng có hiệntượng trương nở và co ngót. (Xem Hình 11.1d) d) Móng mộtsố công trình như tháp truyền hình, giàn khoan ngoài khơi, và móng bè nằmdướimựcnướcthường chịulực đẩynổi. Đôi khi cọc được dùng cho các móng này để chống lạilực đẩy nổi. (Xem Hình 11.1e.) e) Mố và trụ cầu luôn đượcxâydựng trên móng cọc để tránh làm giảmkhả năng chịutải mà móng nông có thể chịu do xói mòn đấttrênbề mặt. (Xem Hình 11.1f.) III. Ưu điểm nổi bật của MC: -Tiếpthutảitrọng lớn(cả tảitrọng đứng và ngang), tiếpkiệm VL móng, giảmkhối lượng đào đắp, tậndụng lớp đấtnềncũ. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 4 2
§5.2 Phân loại cọc và móng cọc I. Phân loại cọc: theo 4 cơ sở 1. PL theo tác dụng làm việc giữa đất và cọc: - Cọcchống:truyềntảitrọng lên lớp đất đácó cường độ lớn, vì thế lực ma sát ở mặt xung quanh cọcthựctế không xuấthiệnvàkhả năng chịutảicủa cọcchỉ phụ thuộckhả năng chịutảicủa đất đầumũi cọc. - Cọctreo(cọcmasát):Đất bao quanh cọclàđất chịu nén (đấtyếu) và tảitrọng đượctruyềnlênnền nhờ lựcmasátở xung quanh cọcvàcường độ của đất đầumũicọc 2. PL theo vật liệu làm cọc: - Cọcgỗ, c. tre, c.bê tông, c.bê tông cốt thép, c.thép, c. hỗnhợp -Chọnvậtliệucọcphảicăncứ cụ thể vào . khả năng cung cấpvậtliệu, . công nghệ chế tạocọc, . điềukiện ĐCCT và ĐCTV. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 5 a) Cọcthép Cọc thép thường là cọc ống hay cọc thép cán tiếtdiệnchữ H, chữ I. .Cáccọc ống được đóng xuống đấtvới đáy hở hay bịtkín. .Cáccọcchữ Hthường được dùng nhiềuhơnvìchiều dày thân và cánh của chúng bằng nhau. Vớidầm có cánh rộng và mặtcắtchữ I, chiều dày thân nhỏ hơnchiều dày cánh. Trong nhiềutrường hợp, những cọc ống sau khi đóng xuống đượclấp đầy bê tông. Mộtsốđặc điểm khái quát về cọc thép: -Chiều dài thông thường: 15 m ÷60m -Tảitrọng thông thường: 300 kN÷1200 kN Có thể tham khảokíchthướccọc thép theo các Bảng: -Bảng 11.1a Tiếtdiệncọcchữ H Hình 11.2 Cọc thép: (a) mốighép thường được dùng ở Mỹ (Đơnvị SI) bằng hàn củacọcchữ H; (b) mối ghép -Bảng 11.2a Mộtsố tiếtdiệncọc bằng hàn củacọc ống; (c) mối ghép ống (Đơnvị SI) bằng đinh tán và bu-lông củacọcchữ H; (d) gia cố mũicọc ống phẳng; (e) gia cố mũicọc ống hình nón NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 6 3
b) Cọc bê tông, bê tông cốtthép Được dùng tương đốiphổ biến trong xây dựng. (a) cọc bê tông: thường đượcchế tạotạihiệntrường xây dựng. Dùng trong trường hợptảitrọng không lớn và không có lực ngang tác dụng. Thí dụ,cọc bê tông khoan nhồi. (b) cọc bê tông cốt thép: thường đượcchế tạotại các nhà máy; có khả năng chịuuốnlớn. Dùng trong trường hợptải trọng đứng và ngang lớn. Có thể hạ cọc này vào trong đấtbằng các biện pháp cơ học(như hạ bằng búa xung lựchoặc búa rung). c) Cọc gỗ Các cọcgỗ là những thân cây có các cành và vỏđược đẽogọt cẩnthận. Chiều dài tối đacủahầuhếtcáccọcgỗ là 10÷20 m. Để có đủ điều kiện làm việc như một cọc, cây gỗ nên thẳng, vững chắc, và không có bấtkỳ khuyếttật nào. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 7 -Cọcgỗ không thể chịu được ứng suất đóng cọclớn; do vậy, khả năng chịutảicủa cọc nói chung bị hạnchế.Tacóthể dùng mũibịtbằng thép để không làm hư hạimũi cọc(đáy). Đỉnh cọcgỗ cũng có thể bị hư hại trong quá trình đóng cọc. -Việc phá hỏng các thớ gỗ gâyradosự tác động của búa xung kích đượcgọilàchẻ thớ. Ngườitabảovệđỉnh cọcbằng đai kim loại hay mũ. - Không nên ghép nốicáccọcgỗ, đặcbiệtkhi chúng phảichịutảitrọng kéo hay tảitrọng ngang. Tuy nhiên, nếucầnthiết, có thể ghép nốibằng cách dùng ống bao (xem Hình 11.5a) hay đai kẹp kim loạibằng bu lông (xem Hình 11.5b). -Cọcgỗ có thể tồn tại lâu dài nếu đất xung quanh bão hòa nước. Không nên để cọcgỗ nhô lên khỏimựcnước Hình 11.5 Mối ghép nối của cọc gỗ: (a) ống bao; (b) dùng đai kẹp kim loại ngầm để tránh mối và bu lông mọt. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 8 4
d) Cọc hỗn hợp Những đoạncọcphầntrênvàphầndướicủacọchỗnhợp đượclàmtừ các vậtliệu khác nhau. Ví dụ,cọchỗnhợpcóthểđượclàmtừ thép và bê tông hay gỗ và bê tông. -Cáccọc thép-bê tông gồmcóđoạncọcphầndướibằng thép và đoạncọcphầntrên bằng bê tông đổ tạichỗ.Loạicọcnàyđược dùng khi yêu cầuchiều dài cọcchokhả năng chịutảicầnthiếtlớnhơnkhả năng chịutảicủacọc đơnthuầnbằng bê tông đổ tạichỗ. -Cáccọcgỗ-bê tông thường bao gồm đoạn cọcphầndướibằng gỗ nằmdướimựcnước không đổivàđoạncọcphầntrênbằng bê tông. Trong mọitrường hợp, việctạomối ghép hoàn chỉnh giữa hai vậtliệu khác nhau là khó khăn, do đó, cọchỗnhợp không đượcsử dụng rộng rãi. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 9 3. PL theo phương pháp chế tạo cọc a) Cọc đúc sẵn: Liên quan tớibavấn đề:Chế tạocọc-Vận chuyểncọc-Đưacọc vào trong đất. Cọc đượcgiacố bằng cách dùng cốt thép thông thường, và có mặtcắt ngang hình vuông hay hình tám cạnh. (Xem Hình 11.3.) Việcgiacố bằng cốt thép cho phép cọc chống lại mômen uốnxuấthiện trong khi nâng và vận chuyểncọc, tảitrọng thẳng đứng và mômen uốn gây ra bởitảitrọng ngang. Cọc được đúc đạt chiều dài mong muốnvà đượcxử lý trước khi vận chuyển đến công trường. Mộtsốđặc điểm khái quát về cọc bê tông như sau: -Chiều dài thông thường: 10 m÷15 m -Tảitrọng thông thường: 300 kN÷3000 kN Hình 11.3 Cọc đúc sẵn với cốt thép thông thường NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 10 5
Cọc đúc sẵncũng có thểđượctạo ứng suấttrướcbằng cách dùng dây cáp bằng thép cường độ cao chịu ứng suấttrước. Cường độ giớihạncủanhững cáp này vào khoảng 1800 MN/m2. Trong quá trình đúc cọc, dây cáp đượctạo ứng suấtcăng trước khoảng 900÷1300 MN/m2,vàbêtôngđược đổ xung quanh dây cáp. Sau khi bảo dưỡng bê tông, cắt đứtdâycáptạoralực nén lên mặtcắtcọc. (Bảng 11.3a (đơnvị SI) đưa ra thêm thông tin về cọc bê tông chịu ứng suấttrướccómặtcắt ngang hình vuông và hình támcạnh). Một số đặc điểm chung về cọc đúc sẵn chịu ứng suất trước như sau: -Chiều dài thông thường: 10 m÷45 m -Chiều dài lớn nhất: 60 m -Tải trọng tác dụng lớn nhất: 7500 kN÷8500 kN Phân loạicọc đúc sẵn theo phương pháp thi công hạ cọc: Phầnlớncáccọc đượchạ bằng búa xung lựchoặc búa rung. Trong các trường hợp đặc biệt,cọccũng có thể được hạ bằng phương phápxói nước hoặc khoan. Các loại búa đóng cọcbaogồm (a) búa rơi, (b) búa hơi hay khí nén tác động đơn, (c) búa hơi hay khí nén tác động kép và khác, (d) búa diesel. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 11 - Búa rơi (xem Hình 11.7a): đượckéolênbằng tờivà rơixuống từđộcao H đãbiết. Đây là loại búa đóng cọc cổ nhất. Nhược điểm chính củaloại búa rơilàtốc độ các nhát đậpchậm. - Búa hơihaykhínéntácđộng đơn (Hình 11.7b): Bộ phậnvađập, hay quả tạ, được nâng lên bởiáplựckhí hay hơivàsauđórơixuống do trọng lượng của nó. - Búa hơihaykhínéntácđộng kép và so lệch (Hình 11.7c): Không khí và hơi nướccùng đượcsử dụng để nâng quả búa lên và đẩynóxuống, bằng cách ấylàm tăng vậntốcvađậpcủaquả búa. - Búa diesel (xem Hình 11.7d): về cơ bảngồmcóquả búa, khối đe, và hệ thống phun nhiên liệu. Đầutiênquả búa được nâng lên và nhiên liệu được phun vào gần đe. Sau đóthả quả búa ra. Khi quả búa rơixuống, nó làm nén hỗnhợp nhiên liệukhívàđốtcháyhỗnhợp. Tác động này đẩycọc đixuống và nâng quả búa lên. Loại búa diesel làm việc tốt trong các điều kiện đóng cọckhókhăn. Trong các loại đấtmềmyếu, chuyểndịch đixuống củacọclàkhálớn, và chuyểndịch đilêncủa quả búa lạinhỏ.Sự chênh lệch này có thể không đủ để đốtcháyhệ thống nhiên liệu khí, nên quả búa có thể phải được nâng bằng tay. Hình 11.7 Thiết bị đóng cọc (a, b, c, d) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 12 6
- Máy hạ cọcchấn động (Hình 11.7e): Thiếtbị này về cơ bảngồm có hai khốinặng quay ngượcchiều nhau. Các thành phầnlựclytâmnằm ngang phát sinh do sự quay các khốinặng triệttiêulẫn nhau. Kếtquả là lựcthẳng đứng động hình sin đượcsản sinh và dẫncọc đixuống. Hình 11.7 Thiếtbịđóng cọc: (e) máy đóng cọckiểu rung động; (f) ảnh máy hạ cọcchấn động (Được phép của Michael W. O'Neill, Đạihọc Houston) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 13 Hình 11.8 Công tác đóng cọc ở hiệntrường. -Xóinước là kỹ thuật đôi khi được dùng trong đóng cọckhicọccầnxuyên qua lớp đấtcứng mỏng (như cát và sỏi sạn) phủ bên trên lớp đất yếu hơn. Theo kỹ thuật này, nước đượcxả ra ở mũicọc qua một ống đường kính 50-75 mm (2-3 in.) để rửavàlàmtơicát,sỏi sạn. - Cọc xoắn: NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 14 7
b) Cọc đúc tạichỗ: được đúc bằng cách tạomộtlỗ (bằng đóng ống thép hoặcnổ mìn) trong đất, sau đó đặtcốtthépnếucần, rồi đổ đầy bê tông vào và đầmchặt bê tông trong hố. Có nhiềuloạicọc bê tông đổ tại chỗ khác nhau hiện đượcsử dụng trong xây dựng, và hầuhết đã được các nhà sảnxuấtcấpbằng sáng chế. Các cọc này được phân thành hai loại chính: (a) cọc đổ theo khuôn và (b) cọc đổ không theo khuôn. Cả hai loạicóthể có chân đế ở đáy. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 15 Cọc đổ theo khuôn : đượctạorabằng cách đóng ống chống bằng thép vào đất vớisự trợ giúp củamộttrụclõiđặt bên trong ống. Khi đạttới độ sâu yêu cầuthìrút trụclõilênvàđổ đầy bê tông vào ống chống. Hình 11.4a, b, c, và d chỉ ra mộtsố ví dụ củacọc đổ theo khuôn không mở rộng đáy. Hình 11.4e trình bày cọc đổ theo khuôn mở rộng đáy. Phầnmở rộng đáy có dạng hình bầubêtôngđượctạorabằng cách đóng búa lên bê tông tươi. Hình 11.4 Cọc bê tông đổ tại chỗ NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 16 8
Cọc đổ không theo khuôn : (Hình 11.4f và 11.4g) là hai loạicọc đổ không theo khuôn, trong đómộtloại có chân đế mở rộng và loại kia không có. Để tạoracọc đổ không theo khuôn đầu tiên đóng ống chống xuống đến độ sâu yêu cầu, tiếp đến đổ bê tông tươi vào. Ống chống sau đó đượctừ từ rút lên. c) Cọc đẩychènvàcọc không đẩy chèn: Tùy theo đặc tính hạ cọccóthể phân làm hai loại Cọc đẩy chèn: Cọc đóng là các cọc đẩy chèn vì chúng làm dịch chuyểnmộtítđất theo phương ngang; do đólàmtăng mật độ của đất xung quanh các cọc. Cọc bê tông và cọc ống mũibịtkínlàcáccọc đẩy chèn cao. Tuy nhiên, cọc thép chữ Hdịch chuyểnítđấthơn theo phương ngang khi đóng cọc, nên chúng là các cọc đẩy chèn thấp. Cọc không đẩychèn:Cọc khoan là các cọc không đẩy chèn vì việchạ cọclàm thay đổirấtíttrạng thái ứng suất trong đất. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 17 4. PL theo phương trục cọc: -Cọc đứng: -CọcXiên:các cọc đóng nghiêng so vớiphương thẳng đứng một góc, gọilàcáccọc xiên. Các cọcxiênđược dùng trong nhóm cọckhicầnlàmtăng khả năng chịutải theo phương ngang. Cọccũng có thểđượchạ bằng cách khoan mộtphầnnhờ máy khoan trướccáclỗ.Sauđócáccọc được đưa vào trong các lỗ và đóng đến độ sâu yêu cầu. Có thể phân thành: •Cọc xiên một hướng: góc xiên giữa trục cọc và phương thẳng đứng từ 50 đến 100 có thể đến 150 •Cọc xiên hai hướng hoặc nhiều hướng (cọc nạng): Góc xiên > 100 ÷ 150 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 18 9
II. Phân loại móng cọc: theo 2 cơ sở 1. PL theo vị trí đài cọc: • Móng cọc đài thấp: thường có đài đặtthấp dướimặt đấtvàcótácdụng truyềnmộtphần áp lực thẳng đứng lên đất nền. (thường dùng trong các công trình thuỷ lợi, xây dựng) • Móng cọc đài cao: Đài của móng cọc đài cao thường đặt ở vị trí cao hơnmặt đất, nó liên kếtvớicáccọctạo thành mộthệ kếtcấu không gian siêu tĩnh nhiềubậc, sự tiếpthu lựcvàlàmviệccủacáccọcsẽ phứctạpvà khác nhiềusovới móng cọc đài thấp. (thường dùng trong các công trình giao thông, cầu, cảng). 2. PL theo tác dụng trong đất của cọc: • Móng cọc chống • Móng cọc treo NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 19 §5.3 Sự làm việc của cọc và đất bao quanh cọc I. Ý nghĩa thực tiễn 1. Nguyên nhân và mục đích nghiên cứu • NN: Khi hạ cọc vào trong đất trạng thái ƯS, BD của đất sẽ thay đổi (tùy theo độ sâu hạ cọc) khác vớicủa đấttự nhiên, do đócầnn/c sự làm việctương hỗ giữacọcvàđất bao quanh. •MĐ:Dựatrêncơ sởđó, có thể chọn đượckíchthướccọc, khoảng cách cọc, tính toán SCT cọc đơnvàthiếtkế móng cọc 2. Phương pháp nghiên cứu • Dùng biện pháp thí nghiệm đóng cọc vào trong đất; trong quá trình cọchạ sâu vào đất, ghi lạinhững thay đổivề trạng thái ƯS, BD của đất bao quanh NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 20 10
§5.3 Sự làm việc của cọc và đất bao quanh cọc (tiếp) II. Cọcchống • Đấtdướimũicọcchống chặtvàbềnhơn đáng kể so với đất xung quanh mặt bên cọc, phầntảitrọng truyềnchođấtx/qcọc Đất yếu nhỏ hơn đáng kể so vớiphầntruyềncho đất đầumũicọc. • Đấtnềncọcchỉ chịulựctrongphạmviđầu mũicọc, đấtx/qcọcchủ yếucótácdụng Đất tốt chống uốndọctrụccọc. Fc NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 21 III. Cọc treo 1. Quá trình lèn chặt đất khi hạ cọc -Khihạ cọcvàotrongđất, phần đấtcọc đi qua vị biếndạng, thể tích đấtdocọc đẩyralàm đất bao quanh cọcbị trượt đốixứng. -Khiđộ sâu hạ cọc còn nhỏ thì sự lèn d chặt đấtchỉ xảyradưới đầumũicọc, còn đất xung quanh bịđẩytrồi(éptrồi) lên trên mặtnền. -Khiđộ sâu hạ cọctăng đếnmức độ nào đó thì khả năng đấttrồi lên trên mặtsẽ không còn, sự trượt đốixứng sẽ kếtthúcở bên trong h khối đất. Vùng Đất nén chặt Đấtbị ép ra từ dướimũicọcsẽ dồntớikhu vực bao quanh cọcvàlènchặt đất ởđó, hình thành mộtthể tích hình trụ có đường kính Đất yếu giớihạn ngoài gầngấp6lần đường kính cọc (d). -Thể tích hình trụ nén chặtnàytạorasức chống trượtcủa đất ởđầumũicọcvàlàmtăng trị số ma sát giớihạn ở bề mặt xung quanh cọc. D=6d NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 22 11
§5.3 Sự làm việc của cọc và đất bao quanh cọc (tiếp) III. Cọc treo (tiếp) - Hiệntượng đẩytrồitại đầumũicọccũng như sự lèn chặttrongphạmvihìnhtrụ trong đấtcát và đất dính có nhiều điểm khác nhau: Hiện tượng ép trồi trong đấtdínhtiếntriểnchậm chạp, thường kéo dài vài ngày sau khi kết thúc ϕ việc hạ cọc → cần chú ý khi xác định thời gian tb/4 đổ bê tông đài cọc. - Biểu đồ phân bốứng suất ở cao trình đầumũi cọc không đều, có hiệntượng tập trung ứng Đất yếu suất. Trong tính toán giả thiết ứng suất phân bố đều. σ - Diện tích phân bốứng suất ở cao trình đầu tb mũicọc đượcxácđịnh như diện tích của đáy nón có đường sinh làm vớitrụccọcmột góc ϕ tb/4. - Khi hạ cọcxuống, kéo theo mộtvỏđất(dày Đất tốt đến 1 cm) bao quanh bề mặtcọc, do đómasát trên thựctế không xuấthiệngiữavậtliệucọcvà đấtmàgiữa đất xung quanh cọcvà“vỏđất” NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 23 2. Ảnh hưởng của chế độ đóng cọc tới sức kháng của đất -Sức kháng của đất (sức chịu tải của cọc) khi đóng liên tục và khi nghỉ đóng cọc khác nhau: Q Q H H fi fi S S Rgh Rgh NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 24 12
Đốivới đấtdính: -Khiđóng cọcliêntục, nướctrongđấtthoátrachậm, chỉđủ bôi trơn xung quanh cọc, cọcdễđóng và sứcchịutảigiảm. H -Khinghỉđóng,kếtcấu đất được khôi phụcvàsứcchịutải tăng. Đốivới đấtrời:xảyrangượclạivới đất dính. -Khiđóng liên tục, do rung động, đấtcátởđầumũicọc được lèn chặtcụcbộ gây khó đóng, sứcchịutảităng. - Khi nghỉđóng, đấtcátđầumũi dãn ra, do đódễđóng hơn. Hiệntượng trên đượcgọilàhiệntượng giả khi đóng cọc, liên quan đếnkhả năng thoát nước trong đấtvàhiệntượng nới dãn của đất. Đối với những đất mà sự nghỉ ảnh hưởng tới sức kháng, thì cầnphảilấykếtquả thí nghiệm sau khi nghỉ,mớibiểuthịđúng đặc tính trạng thái của đấtkhichịutảitrọng tĩnh của công trình. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 25 §5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn I. KN về sức chịu tải của cọc đơn 1. Định nghĩa Sứcchịutảicủacọc đơnlàtảitrọng lớnnhấttácdụng lên cọcvàđảm bảo hai điềukiện: - Cọc không nứtvỡ (điềukiệnvậtliệucọc) - Đấất ở mũicọc và quanh cọc không bị phá hoạivề cường độ hoặc về biếndạng (điềukiện đấtnền). Như vậy, SCT củacọclàkhả năng chịutảilớnnhất, phụ thuộcvào Pc = f (vậtliệucọc, cường độ đất bao quanh cọc) Tuỳ theo phương củatảitrọng tác dụng lên đầucọc, phân biệt -Sứcchịutảidọctrụccủacọc -Sứcchịutải ngang trụccủacọc. 2. Nggyuyên tắc xác định GọiPvl : SCT tính theo cường độ vậtliệulàmcọc Pđ : SCT tính theo cường độ đất bao quanh cọc. Về kỹ thuật: Pc =min(Pvl ,Pđ ) (5-1) ≅ Về kinh tế : Pvl Pđ (5-2) Trong mọitrường hợpcầnchọnkíchthướccọc sao cho, ≥ Pvl Pđ (5-3) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 26 13
§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp) I. KN về sức chịu tải của cọc đơn (tiếp) 3. Mục đích + Chọn loại cọc dùng; + Xác định số lượng cọc. II. Xác định sứcchịutảidọctrụccủacọc đơn A- Sức chịu tải dọc trục theo điều kiện cường độ vật liệu cọc (Pvl ) Pvl =mc(mcb Rb Fb +Ra Fa ) (5-4) mc -hệ sốđiềukiệnlàmviệc, lấybằng 0,6 đốivớicọcchế tạo trong đất, và bằng 1 đốivớicáccọc khác. B-Sứcchịutảidọctrục theo điềukiện đất bao quanh cọc(Pđ ) Hai phương pháp xác định: -Phương pháp phân tích lực, - Phương pháp thí nghiệm hiện trường. 1) Phương pháp phân tích lực a) Nội dung phương pháp: Tách sứcchịutảidọctrụccủacọc thành hai thành phần: +Docường độ đất đầumũicọctạonên(Pcm), +Dosức kháng của đất bao quanh cọctạonên(Pcb). NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 27 Pđ = mc(Pcm + Pcb) (5.6) b) Đối với cọc chống: Pđ = mc Pcm P =m= m m RFR F (5-7) đ c R R m : hệ số điều kiện làm việc của cọc trong nền đất, lấy bằng 1. c F c) Đối với cọc treo (cọc ma sát): Khả năng chịu tải của cọc treo được xác định bởi hai thành phần: Pđ = mc ( Pcm + Pcb ) (5-8) Với: Pcm = mR R F ; Pcb = u ∑ mf fi li (5-9) Pđ = mc (mR R F + u ∑ mf fi li ) (5-10) mc: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, m = 1 fi Trong công thức (5-10), R và fi là hai đại lượng chưa biết cần được xác định. R NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 28 14
Pc d) Xác định sức kháng tính toán của đất (R, fi ): Thường dùng ba phương pháp: -Phương pháp lý thuyết -Phương pháp thí nghiệmbằng cọc xuyên tĩnh. h -Phương pháp thống kê các tài liệuthựctế. c Phương pháp lý thuyết-Xácđịnh R R q . Cơ sở của pphhươngng pphápháp:D: Dựa vvàoào llýý tthuyhuyết câcânn bằnngg ggiiới gh hạnvàsự xuấthiệncácmặttrượt liên tục trong đất đầu mũicọc(đấtnềncọc). Pc .Nhờ cách giảigần đúng các bài toán lý thuyếtcân bằng giớihạncủakhối đấtbiếndạng đốixứng trục, Berezanxev đãlập được công thứctínhtải trọng giớihạncủa đấtnền đầumũicọc: γ Rgh =A. .d+B.q+C.c (5-11) q: tảitrọng bên tác dụng lên mặtngggang đầumũi cọc: hc α γ α q= . .hc ,với <1 d α α γ c :hệ số xét đến ảnh hưởng củalực dính (c) và q= . .hc Rgh lực ma sát trong chiềusâuhc d: đường kính cọc. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 29 §5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp) II. Xác định SCT dọc trục của cọc đơn (tiếp) d) Xác định sức kháng tính toán của đất (R, fi ) (tiếp) Phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh - Thiết bị thí nghiệm: Giới thiệu một loại thiết bị xuyên. - Các đặcct trưng kỹ ttuhuật : Cần xuyên •Chiều sâu tối đa: 15 m •Tổng lực nén: 10.000 KG ống bao •Sức chịu nén của mũi xuyên: 5.000 KG •Đường kính mũi xuyên: 36 mm •Góc nghiêng của mũi xuyên: 600 •Đường kính ngoài của cần xuyên: 36 mm •Đường kính cần xuyên: 18 mm •Vậntn tốc xuyên: 0250,25 - 050m/ph0,50 m/ph mũi xuyên NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 30 15
§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp) II. Xác định SCT dọc trục của cọc đơn (tiếp) - Mô tả thí nghiệmvàsử dụng kếtquả thí nghiệm: Ta tiến hành thí nghiệmvà thu được hai đạilượng qx và fx, trong đó: .qx:trị số sức kháng bình cọc quân của đấtdướimũi xuyên (kPa, T/m2). Trị số qx đượcxácđịnh dc trong phạmvitừ phía trên cao trình mũicọcthiếtkế dc một đoạnbằng dc đến phía tk dướicaotrìnhmũicọcthiết kế một đoạn=4dc;(dc- đường kính, tính bằng m). f .f:trị số sức kháng bình x x 4d quân của đất trên thành bên c của xuyên (KPa, T/m2). qx NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 31 §5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp) II. Xác định SCT dọc trục của cọc đơn (tiếp) - Sức kháng giớihạncủa đấtdướimũicọclấytheokếtquả xuyên tại điểm thí nghiệm tính theo công thức: β 2 R= 1 qx (KPa, T/m ) - sức kháng giớihạncủa đất trên thành bên cọclấy theo kếtquả xuyên tại điểm thí nghiệm được tính theo công thức: β 2 f= 2 fx , (KPa, T/m ) β β 1, 2 tra bảng V-4, GTr. NM - Thay R, f tính được vào công thức (5-10) để xác định Pc. Phương pháp thống kê các tài liệuthựctế (phương pháp kinh nghiệm) - Dùng công thức kinh nghiệmvàcáctrị số kinh nghiệm đãchotrongTCXD để tính R, f (xem bảngV-1vàV-2;hệ số mR và mf đượcxácđịnh theo bảng V-3). NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 32 16
2) Phương pháp thí nghiệm ở hiện trường Hai phương pháp thí nghiệm: - Phương pháp nén cọc (dùng tảitrọng tĩnh) -Phương pháp động (dùng tảitrọng động) a) Phương pháp thí nghiệm nén cọc: + Nội dung củaphương pháp: Đóng cọc đến độ sâu nào đó(thường là chiềusâudự tính củangườithiếtkế), sau đó chất tải trọng tĩnh lên cọc theo nguyên tắc tăng dần từng cấp cho đến khi nền đất không đủ sứcgiữ cọcnữa. Trong quá trình chấttải có theo dõi độ lún củacọcbằng thiếtbịđặcbiệt. + Thí nghiệmvàkếtquả : -Việcchấttảitrọng tĩnh lên cọc đượcthựchiệnbằng nhiều cách (Hình). -Kếtquả thí nghiệmthể hiệnbằng biểu đồ quan hệ (S~P) 0 P(Δ) Pgh P(kN) Δ P Đường lún ổn định quy ước S(mm) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 33 + Sử dụng kếtquả thí nghiệm để xác định sứcchịu tải (tính toán) củacọc: Công thứcxácđịnh sứcchịutải tính toán củacọc P(Δ) Pgh P(kN) bằng thí nghiệm nén cọc: 0 Δ Đường lún ổn Sgh Ptc định quy ước Pc = mc (5-12) kc Ptc:tảitrọng giớihạntiêuchuẩncủacọc đượcxác định theo kếtquả thí nghiệm (quan hệ S~P) tùy thuộcloại TTGH : S(mm) y Tính toán theo TTGH 1: Ptc = Pgh Δ y Tính toán theo TTGH 2: Ptc = P( ) Δ ξ = Sgh (5-13) Sgh:trị sốđộlún trung bình g.h của móng nhà hoặc công trình, lấy theo yêu cầuTK ξ :hệ số chuyển đổitừ trị sốđộlún trung bình giớihạn(Sghtb)của móng nhà hoặc công trình dướitácdụng củatảitrọng dài hạn sang độ lún củacọcnhận đượckhithí nghiệm theo tảitrọng tĩnh ứng vớisự ngừng lún quy ước. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 34 17
b) Phương pháp thí nghiệm đóng cọc : - Nội dung củaphương pháp :Khihạ cọctớimộtchiều sâu nào đó, rồi dùng búa (trọng lượng Q) đóng một nhát vào cọc, cọcsẽ bị lún xuống (S). Trị sốđộlún củacọcdomột nhát búa gây ra gọilà độ chốivàkýhiêụ là (e). Rõ ràng là, sứcchịutảicủacọc càng lớn(đấtcứng) thì độ chối e càng bé và ngượclại, sứcchịutải Q càng bé (đấtyếu) thì e càng lớn. Như vậy, giữasứcchịutảicủacọcvàđộ chốiecómột H liên hệ nghịch biến nào đó(Pgh~e). Nếubiết liên hệđó, thì sau khi đóng cọc đếnchiềusâutuỳ ý, dùng búa đóng thửđểđoe, ta sẽ tìm đượcPgh củacọc. - Lập công thứcliênhệ (Pgh ~ e):giớithiệu cách thiếtlập công thức của N.M. Gerxêvanov, tác giả Nga. Công thức được thành lậpdựa trên hai nguyên lý: +Nguyênlýbảo toàn năng lượng (cân bằng công khi đóng cọc) + Nguyên lý va chạmtự do giữa hai vậtthểđàn hồi. Theo nguyên lý bảotoànnăng lượng thì: e Công củamột nhát búa sẽ sinh ra công làm cọclúnxuống, P công do búa dộilại(khắcphụcbiếndạng đàn hồicủacọcvà gh búa) và công tiêu hao (do sinh nhiệt, khắcphụcbiếndạng đàn hồicủa đất ): NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 35 α -hệ số xét đến sự tiêu hao động năng do sinh nhiệt, biến dạng đàn hồi Đượcbiểudiễnnhư sau: α QH = Pgh.e+Qh+ QH (5-14) . Để đơngiản, Gerxevanov giả thiếth=0,khiđó công thức (5-10) có dạng: Q α (1 - )QH= Pgh .e . Đặt(1-α)=β ,tacó: H β QH = Pgh . e (5-15) β . Trị số phụ thuộcvàovậtliệulàmcọc, phương pháp đóng cọc, và Pgh, . Tuy vậy, trong quá trình đóng cọcnhất định nào đó thì ngoài trị số Pgh , còn tấtcả các yếutố khác đều không đổi, do đó β chỉ phụ thuộcvào Pgh. β . Gerxevanov đưarahàm = f(Pgh) là hàm giảmdầncódạng hypecbol như sau: P A + B gh β = F P (5.16) n + gh F e n:hệ số,phụ thuộcvậtliệucọcvàđiềukiện đóng cọc. Pgh F:diện tích tiếtdiện ngang cọc. A,B: hai hằng số cần tìm. NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 36 18
+ Tìm A: Giả thiết:lúcmới đầu đóng cọc, cọc và búa coi như hai vậtthể va chạmtự do, nghĩalàPgh/F = 0,vìvậy theo lý thuyếtvachạmtự do của2vậtthể thì xung lượng sau khi va chạm được tính như sau: β 2 2 W= o.Q.(v1 /2g), mà Q.(v1 /2g)=QH Q + K 2q do đó, từ (5.16) :A=β.n = β .n = 1 n (5.17) o Q + q v1 :tốc độ của búa trước khi va chạm g :giatốctrọng trường (=9,81m/s2) β o:hệ số hiệuquả khi va chạmtự do . 2 K1:hệ số phụchồitốc độ khi va chạm(khiđóng cọcthìK1 =0,2,khihạ bằng chấn 2 động thì K1 =0). q:trọng lượng cọc bao gồmcả mũ cọc, đệmcọcvàcọcdẫnnếucó + Tìm B: Giả thiết: Trường hợp đóng búamà cọc không Q + K 2q 1 n thể lún xuống đượcnữa (e = 0). Lúc đó + công có ích hoàn toàn dùng để phá vỡ vật β = Q q ∞ Pgh liệucọcdođótrị số Pgh/F= ,từ (5-16) ta n + có: β =B,nhưng vì e=0nên β =0và như F vậy B=0. Thay vào (5.16) ta tìm được: (5.18) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 37 β Thay (5-18) vào (5-15), QH = Pgh .evà giảiratađược: nF ⎡ 4 QH Q + 0,2q ⎤ P = 1+ −1 gh ⎢ + ⎥ (5.19) 2 ⎣ nF e Q q ⎦ Sứcchịutải tính toán củacọc theo kếtquả thí nghiệm động (và tĩnh) là: P = gh Pc mc (5.20a) kc m nF ⎡ 4 QH Q + 0,2q ⎤ P = c 1+ −1 (5.20b) gh ⎢ + ⎥ kc 2 ⎣ nF e Q q ⎦ n: hệ số,phụ thuộcvậtliệucọcvàphương pháp đóng cọc; cọc vuông hoặccólỗ tròn, cọctiếtdiệntrònrỗng có lắp đầumũi, có mũđệmkhiđóng n=1.500KN/m2;cọcgỗ,khiđóng không đặtmũđệm n = 1.000KN/m2. Ứng dụng : Dùng kếtquả t/n động để kiểmtraSCTcủacọc -Nếu dùng búa có trọng lượng nhất định (()Q),tiếtdiệncọc đãbiếtvàbắtbuộccọc đóphảichịumộttảitrọng tính toán là Ptt,thìtừ (5-20b) sẽ tính được độ chối tính toán ett = f (Q,F,Ptt) , xem công thức (5.21) g.tr. NM. - Khi thí nghiệm đóng cọcthử,chỉ việc đóng cọc đếnchiềusâuthiếtkế : -Nếuethực =ett.thì cọc đủ dài và SCT củacọcPc=Ptt . -Nếuethực >ett thì chiều dài cọcchưa đủ,cầncóbiện pháp tăng thêm chiều dài củacọc(hoặctăng thêm số lượng cọc) . NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 38 19
III. Sứcchịutải ngang trụccủacọc đơn 1) Phương pháp lý thuyết Nghiên cứusự làm việccủacọcvớichiềudàil và đường kính d có thể chia cọc thành hai loại: +Cọcngắn: l/d <12, coi là thanh cứng chỉ bị quay do lực ngang. +Cọc dài: l/d ≥ 12, thanh mềmuốn được trong đấtdướitácdụng củalực ngang. Do điềukiệnlàmviệc khác nhau, tính toán cũng khác nhau. +Cọcngắn (cọccứng): Khi cọc quay (quanh điểm0)chorằng cọcvẫnthẳng, và đến mộtmức nào đấycácmặttrước, sau củacọcchịutácdụng củaphảnlực đất thuộcloạiáplực đấtchủđộng và bịđộng. Bỏ qua tác dụng ma sát hai bên cọc. -SCTcủacọcngắnchỉ phụ thuộcvàođiềukiện đấtnền. T T h E ct Ebp E2 O E1 Ebt Ecp γ γ (Kb-Kc) h (Kb-Kc) h NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 39 +Cọcdài(cọcmềm): Khi chịulực ngang cọcdàibị uốnvàchuyểnvị ngang đáng kể (nhấtlàđầucọc) thường bị hư hỏng do vậtliệulàmcọc không đủ cường độ chịu ứng suấtdomômenuốncọc gây ra. -SCTcủacọcdàiphụ thuộcvàokhả năng chịuuốncủaVLcọcvàđặc điểmbiếndạng của đấtnền. Để tính toán mô men uốnvàchuyểnvị của đầucọctacoicọcnhư dầmtựatrên nền đàn hồi(nềnbiếndạng tuyếntính),vớihệ số nềncủanótăng tỷ lệ theo chiều sâu: pz = Cz.u ; với hệ số nền Cz = m.z u u M p T T=9,8kN 4,6mm 19,1kN/m2 38,5kNm T NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 40 20
§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp) III. Sức chịu tải ngang trục của cọc đơn (tiếp) 2) Phương pháp kinh nghiệm Trong TCXD ngườitachotrị số kinh nghiệm, xác định sứcchịu ngang của cọc đóng (cường độ tiêu chuẩncủacọc) theo trị số chuyểnvị ngang của Δ Δ đầucọc ng -bảng 16(12) HDTKMC tr. 117, cho ứng với ng =1cm. 3) Phương pháp thí nghiệmtĩnh bằng tảitrọng ngang -Từ thí nghiệm, vẽđường quan hệ giữachuyểnvị ngang u của đầucọcvới cấptảitrọng ngang tương ứng (P~u) - Công thức tính sứcchịutải ngang trụccủacọc: u ∆ P ng ng 0 u(mm) Png(∆ng) Pnggh Png NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 41 §5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp) III. Sức chịu tải ngang trục của cọc đơn (tiếp) Công thức tính sứcchịutải ngang trụccủacọc: ∆ng tc u(mm) Png 0 P = m (5.22) cng c ) tc kc ng tc Xác định Png : ∆ P ( ng + Tính theo trạng thái giớihạnthứ hai: ng P tc P = ξ . P (Δ ) (5.23) ng ng ng ng Pnggh trong đó: Δ Png ng :chuyểnvị ngang cho phép của móng hoặc công trình ξ ng :hệ số kểđếnsự tiếntriển chuyểndịch ngang theo thời gian trong quá trình sử dụng, xác định bằng thí nghiệm. Khi không có tài liệuthí nghiệm thì cho phép lấy ξ =0,8. + Tính theo trạng thái giớihạnthứ nhất: tc Png = Pgh (5-24) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 42 21
§5.4 Xác định sức chịu tải của cọc đơn (tiếp) IV. Ảnh hưởng của nhóm cọc đến sự làm việc của cọc đơn 1- Nguyên nhân cầnn/c: Do có sự tương tác giữacáccọc trong nhóm nên độ lún củanhómcũng như SCT củacọc trong nhóm khác vớicủacọc đơn(tagọilàHiệu ứng nhóm ). Khi thiết kế cầnxét ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm đến khả năng chịutảivàbiếndạng củacọc. 2- Nhóm cọcchống: Sứcchịutảidọctrụccọc: -Diện tích truyềntảitrọng của đầumũicọc lên lớp đấtchịulựcbằng diện tích ngang (diện tích tựa) củacọc, sứcchịutảidọctrụccủa mỗicọc trong nhóm cọcvẫnbằng sứcchịutải của cọc đơn. Đấtyt yếu -Sự thay đổikhoảng cách cọcchỉảnh hưởng đến độ lún nhưng ở mức độ nhỏđáng kể so vớicọc treo, vì thế trong tính toán thường lấy độ lún của nhóm cọcchống bằng độ lún của Đất tốt cọc đơn(xácđịnh bằng thí nghiệmtảitrọng tĩnh). NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 43 - Sứcchịutải ngang trục:doảnh hưởng của nhóm cọc, đất bao quanh cọc đượclènchặt lại trong quá trình hạ cọc, sứcchịutải ngang trụccủacọc đơnvàcọc trong nhóm khác nhau; nhưng để kểđến thì còn nhiềutồntại 3- Nhóm cọctreo: Hiệu ứng nhóm cọc, trước hết là yếu tố khoảng cách cọccóảnh hưởng rấtlớn đếnsức chống cũng nhưđộlún củacọc, (xem Hình). NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 44 22
- Nhóm cọc xa nhau:cókhoảng cách giữacáccọclớnhơn6d (d đường kính cọc), các cọc trong nhóm cọclàmviệcnhư cọc đơn. Trong thựctế ít khi bố trí các cọc xa nhau lớnhơn6d. - Nhóm cọcgần nhau:cókhoảng cách giữacáccọcnhỏ hơn 6d. Nếubố trí khoảng cách các cọc trong vòng 3d - 6d thì: .Sứcchịutảicủacọc trong nhóm lớnhơncủacọc đơn. . Độ lún của nhóm cọclớnhơn độ lún củacọc đơn. Nếukhoảng cách các cọcnhỏ hơn 3d thì nhóm cọc đượcgọi là chùm cọc. Sứcchịutảicủacọc trong chùm cọcgiảmkhikhoảng cách các cọc càng nhỏ. - Từ phân tích trên rút ra: +Khoảng cách tốtnhấtgiữacáccọc: 3d≤ KCC ≤ 6d + Không nên bố trí: KCC 6d d d d 6d 6d 6d 6d 6d NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 45 §5.5 Tính nền và móng cọc đài thấp theo TTGH I. Khái niệm Dướitácdụng củatảitrọng và các tác động thì móng cọccóthểđạt TTGH. Cần tính toán theo 3 TTGH: - Trạng thái giới hạn 1: Kiểm tra về cường độ (đ/với cọc, đài cọc) và về ổn định (đ/vớinềncọc) - Trạng thái giớihạn2:Kiểmtravề biếndạng (đốivớinềncọc). - Trạng thái giớihạn3:Kiểmtravềđiềukiện hình thành và mở rộng các vết nứt(đốivớicọc và móng cọc). Khi tính toán móng cọcvànền theo sứcchịutảicần tính với tổ hợptải trọng cơ bản và đặcbiệt; khi tính toán theo biếndạng thì tính theo tổ hợp cơ bản. Dùng các chỉ tiêu tính toán (Att)củavậtliệu(cọc, đài cọc) và của đấtnền. Mục đích tính toán: Đảmbảo cho công trình xây dựng trên móng làm việcbìnhthường trong quá trình khai thác, sửachữa v. v II. Tính theo TTGH thứ nhất 1. Tính toán móng cọcchống: NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 46 23
1. Tính toán móng cọcchống : -Dođặc điểm làm viêc củacọcchống trong nhóm, chỉ cầntínhđốivớimỗicọc cũng là tính cho toàn móng cọcchống. - Tính toán móng cọcchống phải đảmbảo hai điềukiện: P ≤ ci = N i Fci (5.25) kc P ≤ cngi = (5.26) H i Fcngi kc Ni,Hi:tảitrọng tính toán tác dụng lên đầucọcthứ i theo phương dọctrục và ngang trục(ứng vơítổ hợptảitrọng bấtlơị nhất) Pci,Pcngi:sứcchịutải tính toán dọctrục và ngang trụccủacọcthứ i kc:hệ số tin cậy, phụ thuộcphương pháp x/đ SCT cọc, kc >1 Fci,Fcngi:tảitrọng tính toán cho phép trên đầucọcthứ i. 2. Tính toán móng cọctreo: a- Đốivớicọc: * Kiểm tra theo công thức (5-25) và (5-26), xét về toàn móng thì có thể nói đây là điềukiện để cọcvàđất xung quanh cọclàmviệcnhư mộtkhốimómg hoàn chỉnh. b- Đốivớinềncủa móng cọc: NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 47 b- Đốivớinềncủa móng cọc: *Trường hợpmóngcọcchỉ chịutảitrọng thẳng đứng: biểuthức tính toán là: ≤ Ntt Pgh (5-27) Ntt =N1 +N2 ; (5-28) τ Pgh =Rgh .Fm +Um ∑ i hi (5-29) Um = 2(a+b); Fm =(axb)=diện tích đáy bệ cọc. Ntt :tảitrọng tính toán tác dụng lên mặtnềncủa móng cọc. Rgh :cường độ giớihạncủa móng cọc(xácđịnh như hình vẽ trên) τ i:cường độ chống cắt(tiêuchuẩn) của đất ở mặt bên củakhối móng cọc ở lớp τ đấtthứ icóchiềudầyhi.(Trị số i đượclấygần đúng = fi ) N1 hm hm R N2 gh τ h τ i c q i hc o 45 45o-ϕ/2 b NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 48 24
§5.5 Tính nền và móng cọc đài thấp theo TTGH (tiếp) II. Tính theo TTGH thứ nhất (tiếp) *Trường hợp móng cọcchịutácdụng củatảitrọng ngang lớn: Cầnphảixétổn định cường độ củacả khối, dùng phương pháp mặt trượttrụ tròn (điquađầumũicọchoặccắt qua các cọc, nếumặttrượt cắt qua các cọc thì phải tính đếnsứcchống cắtcủacáccọc). Bỏ qua sứcchống trượt ở hihai mặt bêncủa khối trượt (hìn h). Tacó biểu thức: O M K = ∑ gh ≥ [K] (5.30) at M P ∑ tt T r ∑Gi τ o NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 49 §5.5 Tính nền và móng cọc đài thấp theo TTGH (tiếp) III. Tính theo TTGH thứ hai 1. Tính toán móng cọc chống: * Đối với Cọc chống: Dùng biểu thức tính (5.25), (5.26), Khống chế độ lún và biếndn dạng ngang cọc. P ≤ ci = N i Fci (5.25) kc P ≤ cngi = (5.26) H i Fcngi kc Nhưng Pci và Pcngi lấy theo kết quả thí nghiệm tải trọng tĩnh, ứng với trị số Sgh và Δ ng (xem lại kết quả thí nghiệm trang sau) * Đốivi với Móng c ọcchc chống: không tiến hành tính toán độ lún, (trị số độ lún có thể xảy ra của móng cọc đó được lấy bằng độ lún của cọc khi thí nghiệm theo tải trọng tĩnh) NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 50 25
Nhắc lại kết quả t/nghiệm ép Δ Δ ξ cọc và đẩy cọc Pci = P( ), = Sghtb 0 P(Δ) Pgh P(kN) Δ Sgh S(mm) ξ Δ u Pcngi = ng. Png( ng) Png ∆ng 0 u(mm) Ptc Png(∆ng) ng Pnggh Png NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 51 2. Tính toán móng cọc treo: D Lấy điềukiệnbiếndạng để khống chế theo A biểuthức: ≤ S Sgh (5-31) Δ≤Δ gh (5-32) - Để tính S ta đưavề móng quy ước: Khốimóngquy hc α ϕ ước là ABCD, góc = tb/4 α bqu =bc +2hc tg B C α bc lqu =lc +2hc tg bqư ∑hi =hc γ ptl =po - (hc +hm) Tínhlúnvàkiểm tra theo tinh thầnTCXDvới ≤ A D po Rtc. - Kiểm tra theo điềukiện (5-32) cho cọc. Điềukiện(5- 32) đượcbiểudiễn thông qua điềukiện: ≤ Δ Hi Pngi ( tk ) (5-33) IV. Tính theo trạng thái giớihạnthứ ba. - Theo sự xuấthiệnvếtnứt - Theo độ mở rộng cho phép vếtnứt. B C NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 52 26
§5.6 Thiết kế móng cọc đài thấp I. Các só liệucầnthiếtkếđểthiếtkế 1. Tài liệuvề công trình 2. Tài liệuvềđấtnền II. Nội dung và trình tự thiết kế 1. Chọnloại móng cọc 2. Xác định độ sâu đặt đài cọcvàsơ bộ chọnkíchthước đài cọc 3. Chọnloạicọc, xác định kích thướccọcvàsứcchịutảicủacọc 4. Xác định số lượng cọcvàbố trí cọc 5. Kiểmtrasứcchịutảicủacọc 6. Tính toán kiểm tra móng cọcvànềnmóngcọctheotrạng thái giới hạn1haytrạng thái giớihạn2tuỳ theo loại công trình 7. Tính toán bệ cọc và cọc theo trạng thái giới hạn 3 (tức tính toán kiểm tra kẽ nứt) theo quy phạmthiếtkế các cấukiện bê tông cốtthép NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 53 Kết thúc chương 5 NGUYỄN HỮU THÁI – NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NỀN MÓNG 54 27