Một số vấn đề cơ bản về nền móng

1 CƠ HỌC ĐẤT – NEÀN MOÙNG HTTN HI 01LTCÑCTN NỀN MÓNG CHƯƠNG 1: MỘT SỐ VĐ CƠ BẢN VỀ NỀN MÓNG 1.1. Khái niệm cơ bản về nền móng. 1.1.1. Móng ¾Móng Móng là bộ phận chịu lực đặt thấp nhất, là kết cấu cuối cùng của nhà hoặc công trình. Nó tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó lên nền đất dưới đáy móng. ¾Mặt móng Bề mặt móng tiếp xúc với công trình bên trên (chân cột, chân tường) gọi là mặt móng. Mặt móng thường rộng hơn kết cấu bên trên một chút để tạo điều kiện cho việc thi công cấu kiện bên trên một cách dễ dàng. ¾Gờ móng Phần nhô ra của móng gọi là gờ móng, gờ móng được cấu tạo để đề phòng sai lệch vị trí có thể xảy ra khi thi công các cấu kiện bên trên, lúc này có thể xê dịch cho đúng thiết kế. ¾Đáy móng Bề mặt móng tiếp xúc với nền đất gọi là đáy móng. Đáy móng thường rộng hơn nhiều so với kết cấu bên trên. Sở dĩ như vậy bởi vì chênh lệch độ bền tại mặt tiếp xúc móng - đất rất lớn (từ 100 - 150 lần), nên mở rộng đáy móng để phân bố lại ứng suất đáy móng trên diện rộng, giảm được ứng suất tác dụng lên nền đất. 1.1.2. Nền Nền là phần đất nằm dưới đáy móng, tiếp thu tải trọng từ móng truyền xuống. Người ta phân nền làm hai loại: 2 + Nền thiên nhiên: Là nền khi xây dựng công trình, không cần biện pháp nào để xử lư về mặt vật lư và cơ học của đất. + Nền nhân tạo: Là loại nền khi xây dựng cần dùng các biện pháp nào đó để cải thiện, làm tăng cường khả năng chịu tải của đất nền. 1.1.3. Phân loại móng: ¾Móng nông: Là móng xây trên hố móng đào trần, sau đó lấp lại, độ sâu chôn móng từ 1.2÷3.5m. Móng nông sử dụng cho các công trình chịu tải trọng nhỏ và trung bình, đặt trên nền đất tương đối tốt (nền đất yếu thì có thể xử lư nền). Thuộc loại móng nông người ta phân ra các loại sau: + Móng đơn: Sử dụng dưới chân cột nhà, cột điện, mố trụ cầu… + Móng băng: Sử dụng dưới các tường chịu lực, tường phụ hoặc các hàng cột, móng các công trình tường chắn. + Móng bản (móng bè): Thường sử dụng khi nền đất yếu, tải trọng công trình lớn, hoặc công trình có tầng hầm. B D f y z ey N H L x B B D f y z ey NL x B N M xH y N M xH y 3 ¾Móng sâu: Là loại móng khi thi công không cần đào hố móng hoặc chỉ đào một phần rồi dùng phương pháp nào đó hạ, đưa móng xuống độ sâu thiết kế. Thường sử dụng cho các công trình có tải trọng lớn mà lớp đất tốt nằm ở tầng sâu. + Moùùng truïï goààm caùùc coäät lôùùn choâân saââu gaùùnh ñôơ caùùc coââng trình caààu, caûûng, giaøøn khoan ngoaøøi bieåån,…. + Moùùng coïïc laøø moäät loaïïi moùùng saââu, thay vì ñöôïïc caááu taïïo thaøønh moäät truïï to, ngöôøøi ta caááu taïïo thaøønh nhieààu thanh coùù kích thöôùùc beùù hôn truïï. Bao goààm: Coïïc goãã, coïïc theùùp, coïïc beââ toââng, coïïc beââ toââng coáát theùùp (ñuùùc saüün, khoan nhoàài),… 1.1.4. Ý nghĩa công tác TK nền móng: Khi tính toán thiết kế và xây dựng công trình, cần chú ý và cố gắng làm sao đảm bảo thỏa mãn ba yêu cầu sau: ¾1- Bảo đảm sự làm việc bình thường của công trình trong quá trình sử dụng. ¾2- Bảo đảm cường độ của từng bộ phận và toàn bộ công trình. ¾3- Bảo đảm thời gian xây dựng ngắn nhất và giá thành rẻ nhất. 1.2. Vấn đề về biến dạng của nền và lún của móng 4 Toåång ñoää luùùn cuûûa moùùng coââng trình töøø luùùc khôûûi coââng ñeáán suoáát quaùù trình söûû duïïng coââng trình coùù theåå goààm: ¾Ñoää luùùn do haïï möïïc nöôùùc ngaààm ñeåå chuaåån bò thi coââng ñaøøo hoáá moùùng ¾Ñoää nôûû do ñaøøo hoáá moùùng ¾Ñoää luùùn do thi coââng moùùng vaøø coââng trình ¾Ñoää nôûû do daââng möïïc nöôùùc ngaààm trôûû laïïi khi ngöøøng bôm haïï möïïc nöôùùc ngaààm ¾Ñoää luùùn do ñaøøn hoàài cuûûa neààn ñaáát ¾Ñoää luùùn do coáá keáát sô caááp cuûûa neààn ñaáát döôùùi taûûi toaøøn boää coââng trình ¾Ñoää luùùn do neùùn thöùù caááp cuûûa neààn ñaáát döôùùi taûûi toaøøn boää coââng trình. Khi thieáát keáá neààn moùùng coââng trình, caààn phaûûi tính toåång ñoää luùùn vaøø vaään toáác cuûûa noùù. Vôùùi neààn ñaáát bieáán daïïng ñöôïïc, ñoää luùùn cuûûa moùùng thöôøøng ñöôïïc tính baèèng vôùùi bieáán daïïng ñöùùng cuûûa neààn ñaáát, noùù goààm ba thaøønh phaààn S = Si + Sc + Ss Trong ñoùù Si – ñoää luùùn töùùc thôøøi do tính ñaøøn hoàài cuûûa neààn ñaáát Si = (0.1 ÷ 0.4) Sc Sc – ñoää luùùn coáá keáát cuûûa vuøøng neààn tröïïc tieááp gaùùnh ñôơ moùùng, noùù phuïï thuoääc theo thôøøi gian thoââng qua ñaëëc tính thoaùùt nöôùùc cuûûa ñaáát neààn Ss – ñoää luùùn thöùù caááp do ñaëëc tính töøø bieáán cuûûa ñaáát neààn, noùù phuïï thuoääc theo thôøøi gian sau khi ñaơ luùùn coáá keáát. 1.2.1. Độ lún cố kết ( lún ổn định) Sc Phương pháp phân tầng lấy tổng ¾Tính áp lực gây lún. ¾Chia vùng tính lún thành nhiều lớp phân tố hi. ¾Tính ứng suất bản thân cho từng lớp hi. ¾Tính ứng suất tăng thêm do tải trọng ngoài gây ra (hi). ¾Xác định chiều sâu vùng hoạt động nén ép. ¾Xác định độ lún từng lớp. ¾Xác định độ lún tổng cộng (ổn định) Löu yùù: ÖÙÙng suaáát do troïïng löôïïng baûûn thaâân cuûûa moïïi loaïïi ñaáát naèèm döôùùi möïïc nöôùùc ngaààm ñeààu ñöôïïc tính vôùùi troïïng löôïïng theåå tích ñôn vò ñaååy noååi Phương pháp phân tầng lấy tổng Hoặc tính theo CT sau: ∑ = Δ= n i iihpE S 1 β ∑∑ == + −== n i i i ii n i i he eesS 1 1 21 1 1 ∑ = Δ= n i ii i i hp E S 1 β 5 Phương pháp lư thuyết bán không gian đàn hồi: P: áp lực trung bình tại đáy móng b: bề rộng móng α: hệ số tra bảng = f(l/b), tra bảng 1.1/28 E: module biến dạng μ: hệ số poisson, tra bảng 1.2/29 1.2.1. Độ lún thứ cấp Ss Độ lún thứ cấp Ss là do biến dạng thứ cấp của đất nền dưới một ứng suất hữu hiệu không đổi, xảy ra sau quá trình phân tán nước lỗ rỗng thặng dư (cố kết sơ cấp) Trong đó: Δlogt: gia tăng tg của cố kết thứ cấp ep: hệ số rỗng tương ứng với điểm đầu của đoạn tuyến tính dưới của đường cong e~logt. Cα: chỉ số nén thứ cấp 1.3. Vấn đề sức chịu tải của nền Khi thieáát keáá neààn moùùng coââng trình, vieääc xaùùc ñònh söùùc chòu taûûi cuûûa neààn ñaáát laøø raáát phöùùc taïïp vaøø noùù aûûnh höôûûng raáát lôùùn ñeáán söïï an toaøøn cuûûa coââng trình. Coùù nhieààu phöông phaùùp öôùùc löôïïng söùùc chòu taûûi cuûûa neààn ñaáát döôùùi moùùng noââng nhö: phöông phaùùp caâân baèèng giôùùi haïïn ñieååm trong phaïïm vi neààn ñaáát ngay saùùt döôùùi ñaùùy moùùng, phöông phaùùp haïïn cheáá vuøøng phaùùt trieåån bieáán daïïng deûûo. E bpS )1(** 2μα += )log( 1 tH e CS p s Δ+= α t eC logΔ Δ=α 6 1.3.1. QPXDVN dựa trên pp mức độ phát triển vùng bd dẻo: Zmax = b/4 (45-70) (45-78) Trong ñoùù: A, B, C = f(ϕ) tra bảng b – chieààu roääng (caïïnh nhoûû) cuûûa ñaùùy moùùng; Df – ñoää saââu ñaëët moùùng, keåå töøø maëët ñaáát töïï nhieâân hoaëëc maëët ñaáát quy hoaïïch; ñoââi khi ñöôïïc kyùù hieääu laøø hm. γ1 – troïïng löôïïng ñôn vò theåå tích cuûûa ñaáát naèèm treâân möùùc ñaùùy moùùng; γ2 – troïïng löôïïng ñôn vò theåå tích cuûûa ñaáát ôûû ñaùùy moùùng; c – löïïc dính ñôn vò cuûûa ñaáát ôûû ñaùùy moùùng; Trong ñoùù – heää soáá ñieààu kieään laøøm vieääc „ m = 0,6 khi neààn laøø caùùt boäät döôùùi möïïc nöôùùc ngaààm „ m = 0,8 khi neààn laøø caùùt mòn döôùùi möïïc nöôùùc ngaààm „ m = 1 vôùùi caùùc tröôøøng hôïïp khaùùc. „ m1, m2 – heää soáá ñieààu kieään laøøm vieääc cuûûa neààn ñaáát vaøø cuûûa coââng trình trong söïï töông taùùc vôùùi neààn, tra baûûng. „ktc – heää soáá ñoää tin caääy, choïïn tuøøy theo PP xaùùc ñònh caùùc chæ tieââu cô lyùù tính toaùùn cuûûa ñaáát, laááy baèèng: 1 – khi caùùc chæ tieââu xaùùc ñònh theo kq thí nghieääm tröïïc tieááp caùùc maããu ñaáát; 1,1 – khi caùùc chæ tieââu xaùùc ñònh moäät caùùch giaùùn tieááp (khoââng thí nghieääm tröïïc tieááp) maøø duøøng caùùc baûûn cho saüün treâân cô sôûû thoááng keââ. )( 12 Dcfγ BDAbmRP tctc ++=≤ γ )'(2 IIP 1 IIIIf tc IItc DcBDAbk mmR ++=≤ γγ 1.3.2. PP tính dựa trên giả thiết cân bằng giới hạn điểm: Taûûi troïïng giôùùi haïïn cuûûa moäät moùùng noââng ñöôïïc xaùùc ñònh döôùùi taùùc ñoääng ñoààng thôøøi cuûûa ba traïïng thaùùi: Söùùc khaùùng ôûû traïïng thaùùi rôøøi cuûûa ñaáát neààn naèèm döôùùi coáát ñeáá moùùng. 7 8 Hoaïït ñoääng cuûûa ñaáát neààn naèèm treâân coáát ñaùùy moùùng. Hoaïït ñoääng cuûûa thaøønh phaààn löïïc dính keáát cuûûa ñaáát. Coââng thöùùc toåång quaùùt coùù daïïng: Pgh = 0.5γ2bNγ + γ1DfNq + cNc Trong ñoùù: „Thaøønh phaààn ñaààu (0,5.γ2.b.Nγ) goïïi laøø thaøønh toáá beàà maëët, tyûû leää vôùùi beàà roääng moùùng b. „Thaøønh phaààn thöùù hai (γ1.Df.Nq) goïïi laøø thaøønh toáá ñoää saââu. „Thaøønh phaààn thöùù ba (c.Nc) goïïi laøø thaøønh toáá dính keáát. Vôùùi „γ1 – troïïng löôïïng ñôn vò theåå tích cuûûa ñaáát naèèm treâân möùùc ñaùùy moùùng; „γ2 – troïïng löôïïng ñôn vò theåå tích cuûûa ñaáát ôûû ñaùùy moùùng; „c – löïïc dính ñôn vò cuûûa ñaáát ôûû ñaùùy moùùng; „Nγ, Nc, Nq – Caùùc heää soáá söùùc chòu taûûi, chæ phuïï thuoääc vaøøo ϕ, vaøø caùùc giaùù trò cuûûa chuùùng ñöôïïc laááy theo lôøøi giaûûi cuûûa caùùc nhaøø nghieâân cöùùu nhö Terzaghi, Meyerhof, Caquot-Kerisel, Sokolovski, Berezantsev. ¾Theo Berezanxev: Pgh = γbNγ + γhNq + cNc ¾Theo Terzaghi: 9Móng băng Pgh = 0.5γbNγ + γhNq + cNc 9Móng vuông Pgh = 0.4γbNγ + γhNq + 1.3cNc 9Móng tròn Pgh = 0.3γbNγ + γhNq + 1.3cNc 1.4. Các phương pháp tính nền móng Coùù nhieààu pp tính toaùùn neààn moùùng coââng trình nhöng töïïu trung coùù hai nhoùùm cô baûûn: „Nhoùùm 1: Tính toaùùn oåån ñònh ñaáát neààn nhaèèm choááng tröôïït hoaëëc laäät coââng trình. „Nhoùùm 2: Haïïn cheáá ñoää luùùn vaøø ñoää luùùn leääch cuûûa moùùng nhaèèm ñaûûm baûûo cho coââng trình luoâân vaään haøønh toáát. 1.4.1. Tính toán nền theo trạng thái ứng suất cho phép: Phöông phaùùp naøøy döïïa treâân vieääc tính toaùùn söùùc chòu taûûi cöïïc haïïn cuûûa ñaáát neààn theo coââng thöùùc Terzaghi hoaëëc caùùc hieääu chænh sau ñoùù. Haààu heáát ñeààu tính theo phöông phaùùp toåång öùùng suaáát vaøø caùùc ñaëëc tröng choááng caéét cuûûa thí nghieääm caéét tröïïc tieááp hoaëëc söùùc choááng caéét khoââng thoaùùt nöôùùc cu suy ra töøø thí nghieääm neùùn moäät truïïc. Söùùc chòu taûûi cho pheùùp ñöôïïc ñònh nghóa baèèng vôùùi söùùc chòu taûûi cöïïc haïïn chia cho heää soáá an toaøøn FS, ñöôïïc laááy töøø 2 ñeáán 3. 1.4.2. Tính toán nền theo TTGH về cường độ (TTGH I): Noääi dung phöông phaùùp goààm khoááng cheáá khaûû naêêng tröôïït, laäät cuûûa moùùng vaøø khoââng cho neààn bò phaùù hoaïïi caéét. Thöôøøng aùùp duïïng ñoáái vôùùi ñaáát neààn cöùùng hoaëëc ñaùù, hoaëëc coââng trình chòu taûûi ngang laøø chuûû yeááu. Trong ñoùù: FS NcNDNb FS Pp cq fult ......5,0 12 ++=≤ γγ γ 9 „kt – heää soáá an toaøøn choááng tröôïït; „kl – heää soáá an toaøøn choááng laäät; „kcp – heää soáá an toaøøn cho pheùùp (1.2÷1.5) „qult, pgh – söùùc chòu taûûi cöïïc haïïn cuûûa neààn ñaáát. „Caùùc heää soáá an toaøøn k hoaëëc FS cho pheùùp tuøøy vaøøo quy ñònh cuûûa caùùc QPXD vaøø loaïïi ct. 1.4.3. Tính toán nền theo TTGH về biến dạng (TTGH II): Ñieààu kieään caààn: „Vôùùi moùùng chòu taûûi ñuùùng taââm: )( 12 DcBDAbmRp f tc ++=≤ γγ „Vôùùi moùùng chòu taûûi ñöùùng leääch taââm, ngoaøøi ñieààu kieään treâân coøøn caààn coùù pmin≥0, khi caùùc moùùng deåå laäät ñieààu kieään naøøy trôûû thaøønh pmin/pmax≥0,25 vaøø pmax≤1,2Rtc hoaëëc RIIx1,2 Ñieààu kieään ñuûû: S≤Sgh ΔS≤ΔSgh i≤igh Trong ñoùù „S vaøø Sgh – ñoää luùùn vaøø ñoää luùùn giôùùi haïïn. „ΔS vaøø ΔSgh - ñoää luùùn leääch vaøø ñoää luùùn leääch giôùùi haïïn. „i vaøø igh – goùùc xoay vaøø goùùc xoay giôùùi haïïn. 1.5. Các dữ liệu để tính toán nền móng 1.5.1. Các loại tải trọng: oPhân loại theo thời gian tác dụng: ¾Taûûi troïïng thöôøøng xuyeâân laøø taûûi troïïng taùùc ñoääng lieâân tuïïc khi thi coââng vaøø suoáát quaùù trình söûû duïïng coââng trình nhö troïïng löôïïng baûûn thaâân, aùùp löïïc ñaáát, aùùp löïïc nöôùùc,… ¾Taûûi troïïng taïïm thôøøi 9Taûûi troïïng taïïm thôøøi ngaéén haïïn chæ xuaáát hieään trong töøøng giai ñoïïan thi coââng hoaëëc trong quaùù trình söûû duïïng nhö: taûûi troïïng gioùù, taûûi troïïng do soùùng,… [ ]cp gt ct gt ct t kM M F Fk ≥== [ ]cp gl cl l kM Mk ≥= FS q k p p ultghtt =≤ )**(21 oIIIIIIII tc II hDcBhAbk mmRp γγγ −++=≤ 10 9Taûûi troïïng taïïm thôøøi daøøi haïïn taùùc ñoääng trong moäät thôøøi gian töông ñoáái daøøi khi thi coââng hoaëëc trong quaùù trình söûû duïïng coââng trình nhö: troïïng löôïïng caùùc duïïng cuïï vaøø thieáát bò tónh, taûûi taùùc ñoääng leâân maùùi coââng trình,… 9Taûûi troïïng ñaëëc bieäät xuaáát hieään trong nhöơng tröôøøng hôïïp thaäät ñaëëc bieäät nhö taûûi do ñoääng ñaáát, do saääp ñoåå moäät boää phaään coââng trình,… oPhân loại theo trị số: ¾Tải trọng tiêu chuẩn: Ntc ¾Tải trọng tính toán: Ntt = n * Ntc Ntc là tải trọng lớn nhất theo quy định n: hệ số vượt tải, thường n > 1 (n = 1.15) nhưng có TH chọn n < 1. oPhân loại theo phương thức tác dụng: Tác dụng của động cơ, máy bơm…: tải trọng động 1.5.2. Tổ hợp tải trọng: ¾Toåå hôïïp chính, goààm taûûi troïïng thöôøøng xuyeâân, taûûi troïïng taïïm thôøøi daøøi haïïn, vaøø moäät taûûi troïïng taïïm thôøøi ngaéén haïïn (taûûi ngaéén haïïn naøøy coùù aûûnh höôûûng nhieààu ñeáán tröôøøng öùùng suaáát trong neààn thöôøøng ñöôïïc choïïn laøø taûûi troïïng gioùù) ¾Toåå hôïïp phuïï, goààm taûûi troïïng thöôøøng xuyeâân, taûûi troïïng taïïm thôøøi daøøi haïïn, vaøø ít nhaáát laøø hai taûûi troïïng taïïm thôøøi ngaéén haïïn ¾Toåå hôïïp ñaëëc bieäät, goààm taûûi troïïng thöôøøng xuyeâân, taûûi troïïng taïïm thôøøi daøøi haïïn, vaøø moäät soáá taûûi troïïng taïïm thôøøi ngaéén haïïn vaøø moäät taûûi ñaëëc bieäät (thöôøøng ñöôïïc choïïn laøø taûûi ñoääng ñaáát trong vuøøng coùù ñoääng ñaáát) Khi tính toán nền theo TTGH I (ổđ) lấy tổ hợp phụ, tổ hợp đặc biệt, tải trọng tính toán Ntt. Khi tính toán nền theo TTGH II (bd) lấy tổ hợp chính, tải trọng tiêu chuẩn Ntc. 1.5.3. các tài liệu cần thiết: ¾Tài liệu về địa chất thủy văn: 9 Cao trình mực nước ngầm 9 Trạm bơm: bể hút, bể xả 9 Tính chất MNN 9 Cao trình MNDBT, MNLTK ¾Tài liệu về địa chất công trình: 9 Bản đồ địa hình, địa mạo nơi xây dựng. 9 Các hố khoan địa chất. 9 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lư ¾Tài liệu về tải trọng: 9 Có bản vẽ mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt quan trọng 9 Áp lực đất, áp lực nước TL, HL 9 Trọng lượng thiết bị, người 9 Lực do sự cố CT, những máy móc sử dụng trong qt thi công. ¾Những tài liệu cần thiết khác: Cần thu thập tài liệu của các công trình đã xây dựng và sẽ xây dựng.