Nền và móng - Chương I: Các khái niệm cơ bản

1Nguyễn Hồng Nam, 2010 1 NỀN MÓNG PGS.TS. Nguyễn Hồng Nam Hà Nội, 1/2010 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT Nguyễn Hồng Nam, 2010 2 NỘI DUNG • Chương I: Các khái niệm cơ bản • Chương II: Móng nông trên nền thiên nhiên • Chương III: Tính toán móng mềm • Chương IV: Xây dựng công trình trên nền đất yếu • Chương V: Móng cọc 2Nguyễn Hồng Nam, 2010 3 Chương I: Các khái niệm cơ bản • §1.1: Khái niệm về nền và móng • §1.2: Tính nền móng theo trạng thái giới hạn • §1.3: Các tài liệu cần thiết để tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn • §1.4: Đề xuất-so sánh và lựa chọn phương án nền móng Nguyễn Hồng Nam, 2010 4 Chương I: Các khái niệm cơ bản • §1.1: Khái niệm về nền và móng 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Phân loại móng 1.1.3 Phân loại nền 1.1.4 Nguyên tắc thiết kế 3Nguyễn Hồng Nam, 2010 5 1.1.1 Định nghĩa Móng Móng là bộ phận phía dưới công trình, có tác tác dụng truyền tải trọng công trình lên mặt nền. Nền Nền là phạm vi đất phía dưới móng chịu ảnh hưởng của tải trọng phần trên. Nền Móng Kết cấu phần trên Mặt đất tự nhiên Nền, móng và kết cấu phần trên là 3 bộ phận của công trình. Nguyễn Hồng Nam, 2010 6 Nhận xét • Nền, móng và kết cấu phần trên có quan hệ mật thiết, tác động qua lại với nhau khi chịu tác dụng của tải trọng. 4Nguyễn Hồng Nam, 2010 7 1.1.2 Phân loại móng A. Phân loại móng theo giáo trình cũ • a) Phân loại theo vật liệu • Móng gạch xây, đá xây, bê tông • Móng bê tông cốt thép • Móng thép (công trình công nghiệp), gỗ (công trình tạm) • b) Phân loại theo phương pháp thi công • Móng nông: đào toàn bộ hố móng khi thi công móng • Móng sâu: không đào hoặc chỉ đào một phần hố móng khi thi công • c) Phân loại theo phương pháp chế tạo • Móng có cấu tạo toàn khối, đổ tại chỗ • Móng lắp ghép • d) Phân loại móng theo đặc tính chịu tải • Móng chịu tải trọng tĩnh • Móng chịu tải trọng động (móng dưới bệ máy) Nguyễn Hồng Nam, 2010 8 1.1.2 Phân loại móng B. Phân loại theo giáo trình mới • Móng có thể chia làm 2 loại chính sau: - Móng nông (móng đơn, móng băng, móng bản). Móng nông truyền tải trọng kết cấu lên đất nền gần bề mặt - Móng sâu (móng cọc). Móng sâu truyền một phần hay toàn bộ tải trọng kết cấu xuống đất nền phía sâu hơn. 5Nguyễn Hồng Nam, 2010 9 Phân loại móng (theo Coduto, 2001) Nguyễn Hồng Nam, 2010 10 1.1.3 Phân loại nền • Có thể phân làm 2 loại: - nền tự nhiên: bao gồm các lớp đất thiên nhiên - Nền nhân tạo: Nền được xử lý cải thiện tính năng của nền trước khi xây dựng 6Nguyễn Hồng Nam, 2010 11 1.1.4 Nguyên tắc thiết kế • Yêu cầu về cường độ • Yêu cầu về khả năng phục vụ • Yêu cầu về tính khả thi về xây dựng • Yêu cầu về kinh tế Nguyễn Hồng Nam, 2010 12 Tải trọng thiết kế • Có 4 loại tải trọng thiết kế: • -Lực pháp tuyến P • - Lực tiếp tuyến V • -Mô men M • -Lực xoắn T 7Nguyễn Hồng Nam, 2010 13 Tải trọng thiết kế • Tải trọng thiết kế cũng có thể được phân loại dựa trên: -Thời gian tác dụng: Tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời (lâu, ngắn) -Cường độ: Tải trọng tiêu chuẩn, tải trọng tính toán -Phương thức tác dụng: tải trọng động, tải trọng tĩnh Nguyễn Hồng Nam, 2010 14 Yêu cầu về cường độ • Cường độ đất nền • Cường độ kết cấu 8Nguyễn Hồng Nam, 2010 15 Yêu cầu về cường độ đất nền Công trình không bị trượt lật So sánh lực cắt với cường độ chống cắt của đất PP thiết kế ứng suất cho phép (ASD) Nguyễn Hồng Nam, 2010 16 Yêu cầu về cường độ kết cấu • Tính nguyên vẹn của kết cấu và khả năng chịu tải an toàn • Phân tích cường độ kết cấu sử dụng phương pháp ASD hoặc LRFD phụ thuộc vào loại móng, vật liệu kết cấu, và luật. 9Nguyễn Hồng Nam, 2010 17 Yêu cầu về khả năng phục vụ • Lún • Trồi • Nghiêng • Dịch chuyển ngang • Rung • Bền Nguyễn Hồng Nam, 2010 18 §1.2 Tính nền móng theo trạng thái giới hạn Định nghĩa: • Công trình đạt trạng thái giới hạn khi nó không đảm bảo điều kiện làm việc bình thường theo yêu cầu thiết kế. Nguyên nhân: • Mất ổn định về cường độ do trượt hoặc lật • Do lún, chênh lệch lún, hoặc dịch chuyển ngang quá lớn. • Riêng đối với công trình thuỷ lợi, trạng thái giới hạn còn do ảnh hưởng của dòng thấm quá lớn gây ra. 10 Nguyễn Hồng Nam, 2010 19 Tính nền theo trạng thái giới hạn 1 (giới hạn về cường độ) a) Mục đích & phạm vi áp dụng: Đảm bảo SCT của nền để công trình làm việc bình thường (không trượt, lật). Tính toán theo TTGH1 thường được áp dụng đ/v các công trình trên nền đá; trên mái dốc; thường xuyên chịu lực ngang lớn. b) Nội dung tính toán: Tính lực gây trượt N Tính lực chống trượt giới hạn R Kiểm tra điều kiện công trình không bị trượt: N≤R Nếu xét các yếu tố bất lợi (TCVN 4253-86): (1-1) Trong đó: nc: hệ số tổ hợp tải trọng: tổ hợp cơ bản: nc=1.0, tổ hợp đặc biệt: nc=0.9; tổ hợp tải trọng khi thi công nc=0.95 m: hệ số điều kiện làm việc, phụ thuộc công trình và nền. kn: Hệ số độ tin cậy, tuỳ theo cấp công trình Công trình cấp 1: kn=1.25; cấp 4-5, kn=1.10 Nếu kiểm tra ổn định theo mặt trượt dạng trụ tròn: (1-2) Đối với công trình đê đập, hệ số kn được chọn theo quy phạm riêng. n c K mRNn ≤ n gtr ctr k M Mk ≥= Nguyễn Hồng Nam, 2010 20 Tính nền theo trạng thái giới hạn 2 (giới hạn về biến dạng) a) Mục đích & phạm vi áp dụng: Khống chế lún, chênh lệch lún hoặc chuyển vị ngang trong giới hạn cho phép để công trình làm việc bình thường. Tính toán theo TTGH2 thường được áp dụng đối với các công trình trên nền đất, chỉ chịu lực thẳng đứng tác dụng thường xuyên. b) Nội dung tính toán: Tính độ lún S, chênh lún ∆S, hoặc chuyển vị ngang U Xác định các trị số giới hạn về độ lún, chênh lún, chuyển vị ngang [S], [∆S], [U] Kiểm tra điều kiện: S ≤ [S] ∆S ≤ [∆S] U ≤ [U] Chú ý: Để công trình làm việc bình thường, nên đảm bảo 2 điều kiện về cường độ và biến dạng. Tuy nhiên, đối với mỗi công trình, không nhất thiết phải tính cho cả hai trạng thái giới hạn. Ví dụ, tính nền theo TTGH2, khi tính lún, chênh lún cần điều kiện đất nền làm việc trong giai đoạn biến dạng tuyến tính P ≤ PIgh . Điều kiện này cho thấy điều kiện về cường độ được đảm bảoÆ không phải tính nền theo TTGH1. 11 Nguyễn Hồng Nam, 2010 21 Các chỉ tiêu cơ lý của đất dùng trong tính toán nền móng theo TTGH • Giá trị riêng Ai: là trị số của một đặc trưng cơ lý của đất được xác định từ một mẫu thí nghiệm đơn lẻ. • Giá trị tiêu chuẩn Atc: là giá trị trung bình của các giá trị riêng. (1-3) Trong đó: n là số mẫu thí nghiệm (theo quy định n ≥ 6 mẫu cho 1 lớp đất). • Đối với lực dính c và góc ma sát trong ϕ: giá trị tiêu chuẩn được xác định bằng phương pháp xử lý các kết quả thí nghiệm theo phương pháp bình phương nhỏ nhất (TCVN 4253-86). ∑ = == n i itbtc An AA 1 1 Nguyễn Hồng Nam, 2010 22 Các chỉ tiêu cơ lý của đất dùng trong tính toán nền móng theo TTGH • Giá trị tính toán Att: Là giá trị của một đặc trưng cơ lý nào đó của lớp đất được sử dụng để tính toán nền móng như một hằng số vật lý: (1-4) Trong đó: Kd: hệ số an toàn đối với đất Trong đó (1-5) ρ: chỉ số độ chính xác trong việc đánh giá trị số trung bình của các đặc trưng của tập hợp thống kê. • Dấu trước ρ được chọn để đảm bảo độ tin cậy lớn hơn (thiên về an toàn). • Đối với các chỉ tiêu xem như những đại lượng độc lập (γ, ∆, w) • Đối với c và tgϕ: (1-7) (1-6) Trong đó: • V: hệ số biến thiên (hệ số biến sai) (1-8) • σ: độ lệch quân phương của tập hợp. tα: hệ số lấy theo bảng 2 (TCVN 4253-86) phụ thuộc: • xác suất tin cậy một phía α: là xác suất mà giá trị thực tế của đặc trưng không vượt không vượt ra ngoài giới hạn dưới (hoặc trên) của khoảng cách tin cậy một phía. • số bậc tự do của tập hợp thống kê (= n-1 cho các chỉ tiêu độc lập, = n-2 cho c và ϕ). d tc tt K AA = ρ±= 1 1 dK n Vtαρ =Vt .αρ = tcA V σ= ( ) 1 2 1 − − = ∑ = n AA n i itc σ 12 Nguyễn Hồng Nam, 2010 23 §1.3 Các tài liệu cần thiết để tính nền móng theo TTGH Tài liệu địa chất thủy văn: • Mực nước ngầm ổn định, dao động, có tầng chứa nước áp lực không. • Tính chất hoá lý của nước ngầm, nồng độ pH để xét mức độ xâm thực các công trình BTCT hoặc gạch đá xây. • Mực nước dâng bình thường (MNDBT), mực nước lớn nhất, nhỏ nhất ở phía thượng lưu và hạ lưu công trình. Nguyễn Hồng Nam, 2010 24 §1.3 Các tài liệu cần thiết để tính nền móng theo TTGH Tài liệu địa chất công trình: • Bản đồ địa hình địa mạo khu vực xây dựng công trình • Các hình trụ hố khoan, các mặt cắt địa chất • Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của từng lớp đất và phương pháp chỉnh lý thống kê số liệu thí nghiệm để lựa chọn các giá trị tiêu chuẩn và giá trị tính toán đối với từng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất. 13 Nguyễn Hồng Nam, 2010 25 §1.3 Các tài liệu cần thiết để tính nền móng theo TTGH Tài liệu về công trình: • Bản vẽ mặt bằng và các mặt cắt ngang, dọc công trình; Đặc điểm của công trình; Cấp công trình • Tài liệu về tải trọng: Trọng lượng bản thân, Áp lực đất, áp lực nước tĩnh phía thượng, hạ lưu công trình • Áp lực sóng, gió, lực hãm của các động cơ và các phương tiện vận chuyển • Lực động đất, lực do sự cố hư hỏng gây ra. Tài liệu khác: Quy hoạch vùng Nguyễn Hồng Nam, 2010 26 §1.4 Đề xuất, so sánh và chọn phương án nền móng 1.4.1 Lựa chọn các nhân tố chủ yếu a) Chiều sâu đặt móng (Hm) - Điều kiện địa chất và địa chất thủy văn ảnh hưởng nhiều nhất - Các yếu tố khác: đặc điểm cấu tạo công trình, khả năng thi công, ảnh hưởng của công trình lân cận, giá thành a) Loại móng và vật liệu làm móng Phụ thuộc điều kiện ĐC, ĐCTV, khả năng thi công 1.4.2 So sánh lựa chọn phương án nền móng Các phương án nền móng cần được so sánh nhằm lựa chọn một PA tối ưu về kỹ thuật-kinh tế.