Giáo trình Nền và Móng

Nội dung text: Giáo trình Nền và Móng

1. MỤC LỤC Nội dung Trang Lời nói đầu 4 Mở đầu 5 Chương 1. MÓNG NÔNG TRÊN NỀN THIÊN NHIÊN 1.1. Khái niệm chung 7 1.2. Vật liệu làm móng 7 1.3. Cấu tạo móng nông 8 1.4. Tính toán thiết kế móng nông 10 1.5. Thi công móng nông 25 Câu hỏi ôn tập 51 Bài tập 52 Nhiệm vụ bài tập lớn 54 Chương 2. MÓNG CỌC 2.1. Khái niệm chung về móng cọc 56 2.2. Các loại cọc dùng trong móng cọc 57 2.3. Cấu tạo bệ cọc 66 2.4. Các thiết bị thi công móng cọc 67 2.5. Thi công móng cọc 77 2.6. Xác định sức chịu tải của cọc, chọn búa đóng cọc 86 Câu hỏi ôn tập 99 Nhiệm vụ bài tập lớn 100 Chương 3. MÓNG SÂU 3.1. Móng giếng chìm 101 3.2. Móng cọc ống 108 3.3. Móng cọc nhồi 117 Câu hỏi ôn tập 118 Chương 4. MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 4.1. Khái niệm chung 119 4.2. Nén chặt bằng phương pháp cơ học 119 4.3. Nén trước bằng cố kết - thoát nước 127 4.4. Phương pháp phản áp 129 4.5. Các phương pháp cải tạo đất 131 Câu hỏi ôn tập 134 TÀI LIỆU THAM KHẢO 135 LỜI NÓI ĐẦU Nền và Móng là một trong những bộ phận thiết yếu của các công trình xây dựng gắn liền với nền đất. Khi tính toán thiết kế và cả khi xây dựng đòi hỏi chúng ta đều phải nghiên 3
2. cứu, khảo sát, thực nghiệm khá chặt chẽ. Những năm gần đây, nhiều phương pháp tính toán cùng các công nghệ thi công móng tiên tiến được áp dụng vào thực tiễn các công trình xây dựng ở Việt Nam. Để giúp cho giáo viên, học viên có tài liệu nghiên cứu, giảng dạy, học tập và làm đồ án tốt nghiệp. Chúng tôi biên soạn giáo trình "Nền và Móng" dựa theo chương trình môn học đã được phê duyệt trong kế hoạch đào tạo của nhà trường. Quá trình biên soạn chúng tôi đã bám sát vào các "Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình giao thông đường bộ" mới ban hành và mục tiêu, yêu cầu đào tạo đặt ra cùng những tài liệu và kinh nghiệm giảng dạy trong những năm trước đây của nhà trường. Toàn bộ cuốn giáo trình "Nền và Móng" gồm bài mở đầu và 4 chương với những nội dung cơ bản về tính toán và kỹ thuật xây dựng móng. Mỗi loại móng chúng tôi chỉ đề cập đến những nội dung cơ bản, những nguyên tắc chủ yếu trong tính toán, những công nghệ thi công chủ yếu ; phân tích ưu, nhược điểm và phạm vị sử dụng. Cho nên trong giáo trình đã sử dụng nhiều bảng biểu và hình vẽ để khái quát những phương pháp tính toán và mô tả kỹ thuật cơ bản cùng một số trang bị thi công chủ yếu tạo thuận lợi trong khi học tập và nghiên cứu nội dung môn học. Trong suốt quá trình biên soạn chúng tôi đã nhận được nhiều sự tham gia góp ý quý báu của các đồng chí là giáo viên và cán bộ thi công lâu năm có nhiều kinh nghiệm trong nhà trường và Tổng công ty xây dựng Trường sơn. Do được biên soạn lần đầu cùng với trình độ và thời gian hạn chế, nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót. Chúng tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của các bạn đọc. THÁNG 6/2000 NGƯỜI BIÊN SOẠN MỞ ĐẦU 1. Khái niệm chung Như chúng ta đã biết hầu hết các công trình xây dựng đều phải tựa trên nền đất và truyền tải trọng xuống đất. Vì nền đất có cường độ nhỏ hơn nhiều so với vật liệu xây dựng công trình, cho nên phần tiếp giáp giữa công trình và nền đất thường được mở rộng thêm gọi là móng ( Hình 1). Móng là bộ phận kéo dài xuống của công trình và nằm ngầm dưới đất. Móng có nhiệm vụ truyền tải trọng từ công trình bên trên xuống cho đất chịu. Mặt tiếp xúc nằm ngang giữa móng và đất gọi là đáy móng. Mặt tiếp xúc giữa móng và công trình gọi là đỉnh móng. Để đảm bảo điều kiện cường độ và ổn định thường người ta đặt móng thấp hơn mặt đất tự nhiên. Khoảng cách từ đáy móng tới mặt đất gọi là chiều sâu chôn móng. Độ sâu này phụ thuộc vào 4
3. tải trọng, địa chất, thuỷ văn và được quyết định bằng tính toán. Căn cứ vào độ sâu chôn móng; hiện nay người ta thường chia làm ba loại: Móng nông, móng sâu và móng cọc. Nền công trình là vùng đất nằm dưới đáy móng, chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng do công trình truyền xuống. Nếu công trình đặt trên các lớp 1 đất đá tự nhiên thì nền công trình đó được gọi là nền thiên nhiên. Nếu khi xây dựng móng, người ta dùng một biện pháp nào đó làm tốt hơn các tính năng chịu lực của nền thì nền đó là nền được tăng cường (nền nhân tạo). 2 2. Ý nghĩa của công tác nền móng và đối tượng nghiên cứu của môn học Khi thiết kế và xây dựng các công trình 3 chúng ta luôn phải bảo đảm hàng loạt các yêu cầu cơ bản đặt ra dưới đây: - Sự làm việc bình thường của công trình Hình 1 Sơ đồ mô tả Nền và Móng trong quá trình sử dụng. 1 - Công trình ; 2 - Móng ; 3 - Nền - Bảo đảm cường độ và ổn định của từng bộ phân công trình. - Thời gian xây dựng ngắn, giá thành công trình là rẻ nhất. Qua thực tế xây dựng cho thấy hầu hết các công trình bị hư hỏng đều do nguyên nhân việc giải quyết chưa tốt vấn đề Nền và Móng. Cho nên một công trình có sử dụng được tốt hay không, điều cơ bản đầu tiên là nhờ vào Nền và Móng. Chính vì lẽ đó việc nghiên cứu Nền và Móng công trình một cách toàn diện, nhất là mặt cơ học của nó, có một ý nghĩa rất quan trọng đối với các cán bộ kỹ thuật xây dựng. Mặt khác chúng ta cần phải biết giải quyết thật tốt những trường hợp công trình có sự cố do nguyên nhân thuộc về nền đất gây ra. Phải biết tìm các biện pháp xử lý móng một cách thích hợp khi gặp những trường hợp phức tạp xảy ra trong thực tế xây dựng. Nền và Móng là môn học sử dụng tổng hợp các kiến thức của các môn học khác như : Cơ học đất; Sức bền vật liệu; Cơ học kết cấu; Vật liệu xây dựng, Thuỷ văn v.v để nghiên cứu nguyên lý tính toán thiết kế cũng như phương pháp thi công kết cấu móng; nghiên cứu các biện pháp xử lý nền đất yếu và các loại nền phức tạp khác v.v 5
4. Chương 1 MÓNG NÔNG TRÊN NỀN THIÊN NHIÊN 1.1. Khái niệm chung Móng nông là loại móng có độ sâu chôn móng không quá 6m (thông thường từ 2  3m) và được xây dựng trong hố móng đào trần ; Tỷ số giữa chiều sâu chôn móng và bề rộng móng nhỏ hơn từ 1,5  2 lần. Móng nông được sử dụng trong điều kiện địa chất đơn giản, các lớp đất có khả năng chịu lực tốt có cấu tạo ổn định hoặc đá cơ bản ở gần mặt đất. Trong tính toán người ta thường bỏ qua sự làm việc của đất từ đáy móng trở lên vì độ sâu chôn móng không lớn. 1.2. Vật liệu làm móng Tuỳ theo tính chất chịu lực của công trình và quy mô xây dựng ; Móng nông được làm bằng các vật liệu khác nhau như : Gạch, đá, bê tông và bê tông cốt thép. Đối với các công trình ngành xây dựng cầu - đường, các móng mố trụ cầu, cống, tường chắn đất thường được làm bằng đá hộc xây vữa, bê tông và bê tông cốt thép. 1.2.1. Móng xây đá hộc Đá hộc dùng để xây móng phải là các loại đá cứng rắn, đồng chất, không nứt nẻ, không bị phong hoá. Thể tích của mỗi viên đá phải ít nhất bằng 0,001m3. Nên dùng các viên đá đẽo có cạnh ít nhất là 15cm. Cấm không được dùng các loại đá hộc tròn không sửa mặt. Cường độ tối thiểu của đá phải bằng 400kG/cm2. Trước khi đá đem dùng để xây phải được rửa sạch bùn, bụi, và các lớp chất bẩn khác làm ngăn trở vữa dính bám và bắt buộc phải cho đá hút no nước trước khi dùng ; Nên dùng cách phun nước để rửa đá. Vữa dùng trong xây móng mố trụ cầu là vữa xi măng cát vàng có mác không dưới 100. Cát để làm vữa phải là loại hạt to rắn và không có tạp chất hữu cơ. Không cho phép dùng cát bẩn quá 8% lượng tạp chất khác và quá 2% các hợp chất sulfate và quá 1% lượng mi ca. Trước khi dùng vữa xây phải thí nghiệm thành phần hạt của cát để đáp ứng yêu cầu chất lượng theo thiết kế đồng thời phải ép mẫu vữa để quyết định cấp phối vữa. Móng xây đá hộc thường được dùng trong các cầu nhỏ, cống, tường chắn thấp có khối lượng không lớn. Móng bằng đá hộc xây có ưu điểm : tốn ít xi măng, tận dụng vật liệu nơi sắn có đá xây. Nhưng có nhược điểm là công tác xây phải làm thủ công, tốc độ thi công chậm và khó cơ giới hoá. 1.2.2. Móng bê tông Là loại móng được dùng rộng rãi nhất hiện nay trong các điều kiện bình thường, mác bê tông không thấp hơn 150. Khi móng nằm trong môi trường có tác dụng phá hoại thì mác bê tông không thấp hơn 200. Xi măng dùng cho bê tông móng là loại xi măng poóclăng, xi măng puzơlan. Lượng dùng xi măng cho 1m3 bê tông móng không vượt quá 300kg và không ít hơn 230kg. Tỷ lệ nước - xi măng thường dùng từ 0,4 đến 0,65 và độ sụt không quá 4cm. Đối với móng có khối lượng lớn trong quá trình đổ bê tông móng được phép độn thêm 25% đá hộc để tiết kiệm xi măng và hạ nhiệt độ khối đổ bê tông. 1.2.3. Móng bê tông cốt thép Trường hợp móng chịu uốn lớn phải được làm bằng bê tông cốt thép, bê tông dùng mác không thấp hơn 200. Cốt thép dùng trong móng loại tròn trơn hoặc có gờ, đường kính từ 10 đến 30mm. Móng bê tông cốt thép có ưu điểm là khối lượng nhỏ, dó đó giảm đáng kể khối 6
5. lượng đất đào hố móng. Mặt khác có thể thiết kế móng bằng bê tông cốt thép lắp ghép, cho nên có khả năng cơ giới hoá quá trình thi công. 1.3. Cấu tạo móng nông 1.3.1. Độ sâu đặt móng Độ sâu đặt móng phải căn cứ vào các điều kiện địa chất, thuỷ văn và được xác định bằng tính toán. Đáy móng phải được đặt trên tầng đất ổn định, cường độ chịu lực tốt. - Những trụ cầu nằm ở vị trí lòng sông có xói thì đáy móng phải được đặt thấp hơn đường xói lở ít nhất là 1m (bao gồm độ sâu xói chung và xói lở cục bộ). Chiều sâu đặt móng được xác định dựa trên tính toán thuỷ văn khi xác định khẩu độ cầu và tính toán xói lở tại vị trí trụ cầu và được xác định theo công thức ( 1.1 ) hm = K + H ( 1.1 ) Trong đó : K - Là độ sâu đặt móng trong đất để bảo đảm độ ổn định của trụ, phụ thuộc vào từng loại đất nhưng không nhỏ hơn 2,5m. H - Là sai số có thể xảy ra khi tính toán độ sâu xói lở và được lấy bằng 10 đến 20% độ sâu xói lở tính toán tại vị trí trụ. - Ở những nơi không có nước mặt thì mặt trên của móng mố trụ cầu thường đặt bằng hoặc thấp hơn mặt đất. Nếu trụ cầu đặt ở nơi có nước mặt thì mặt trên của móng thường thấp hơn mực nước thấp nhất 0,5m để bảo đảm yêu cầu về mỹ quan. - Khi móng đặt trên tầng đá thì phải phá bỏ hết lớp phong hoá trên mặt và móng phải được ngàm vào trong lớp đá cứng ít nhất là 0,25m. Nếu lớp đá dưới đáy móng nằm nghiêng so với phương nằm ngang một góc đáng kể thì đáy móng có thể được làm thành các bậc như hình 1.1 để giảm bớt khối lượng thi công. 1.3.2. Hình dạng cấu tạo móng Hình dạng của móng phụ thuộc vào các m điều kiện địa chất, thuỷ văn, tải trọng tác dụng c 5 2 và cấu tạo của công trình bên trên. Kích thước của móng lớn hơn kích thước mặt bằng của đáy công trình bên trên ; Cho nên để tiết kiệm vật liệu, móng có cấu tạo thành các bậc như trên hình 1.2. Khoảng cách từ mép bậc Hình 1.1 Móng đặt trên tầng đá nghiêng móng trên cùng đến mép đáy công trình gọi là gờ móng, thông thường = 0,2  1m. Có hai lý do để làm gờ móng; trước hết là đề phòng sự sai lệch vị trí có thể xảy ra trong khi thi công, lúc này có thể xê dịch công trình cho đúng vị trí thiết kế; mặt khác cần làm gờ cho móng để tạo điều kiện cho việc thi công phần bên trên. 7
6. Kích thước của đáy móng được xác định phụ thuộc vào cường độ tính toán của đất nền. Nhưng do cường độ của vật liệu làm móng lớn hơn cường độ tính toán của đất nền rất nhiều. Vì vậy để đảm bảo cho đất m h h nền chịu được tải trọng bên trên móng truyền xuống, móng phải được mở rộng theo chiều sâu một góc . h Để bảo đảm cho các bậc móng khỏi bị gãy dưới b tác dụng của phản lực đất góc mở 300 khi đó mômen uốn ở gờ móng nhỏ do vậy cường độ của vật liêu làm móng đủ khả năng chịu lực. Trường hợp này không cần kiểm tra móng về uốn và cắt, khi đó gọi là móng cứng (Hình 1.3a). Nhưng vì phải khống chế góc mở của móng nên gặp trường hợp cần mở rộng đáy móng ta phải đồng thời tăng a cả chiều dày móng và chiều sâu chôn móng. Đó là một nhược điểm của móng cứng khi chịu tải trọng lớn hoặc lệch tâm với tình hình địa chất phức tạp không cho phép tăng thêm chiều sâu chôn móng. Trong trường hợp như thế thì hợp lý hơn cả là dùng móng bê tông cốt thép, khi đó góc mở > 300 và được gọi là móng mềm (Hình 1.3b). Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo móng a) b) Hình 1.3 Móng cứng và móng mềm a) - Móng cứng 300 ; b) - Móng mềm > 300 Đối với móng cứng, móng thường có cấu tạo một, hai hoặc ba bậc, chiều cao mỗi bậc từ 0,75 đến 2,5m. Khi thiết kế móng, cần thiết kế hình dạng đáy móng sao cho ứng suất dưới đáy móng phân bố đều. Trường hợp tải trọng tác dụng đúng tâm, móng có cấu tạo đối xứng như móng của trụ cầu (Hình 1.4a). Khi tải trọng tác dụng lên móng có độ lệch tâm lớn thì móng có cấu tạo không đối xứng để cho đường tác dụng của hợp lực gần trọng tâm hơn, do đó sự phân bố ứng suất dưới đáy móng tương đối đều. 8
7.  R  a) b) c) Hình 1.4 Móng cấu tạo đối xứng và không đối xứng a) - Móng trụ cầu ; b) - Móng mố cầu vòm ; c) - Móng tường chắn nền đường đắp Đối với các công trình chịu lực đẩy ngang lớn, có thể xảy ra trường hợp công trình bị trượt ở đáy móng như mố cầu vòm hoặc tường chắn nền đường đắp (Hình 1.4b và c). Khi xác định hình dạng của móng nếu góc  (góc nghiêng của hợp lực R so với phương thẳng đứng) nhỏ hơn góc ma sát giữa móng và đất nền thì đáy móng có thể đặt nằm ngang. Nếu góc  quá lớn thì phải làm đáy móng nghiêng đi một góc . Thông thường các móng của công trình như mố trụ cầu, cống, tường chắn hầu hết thi công bằng đổ bê tông tại chỗ. Do vậy có nhược điểm là phải thi công theo trình tự nhất định nên kéo dài thời gian, phụ thuộc vào thời tiết. Để khắc phục những nhược điểm trên người ta còn dùng móng lắp ghép. Móng lắp ghép được thiết kế chia ra từng khối đúc sẵn; sau khi làm xong công tác hố móng, tiến hành lắp đặt vào vị trí rồi liên kết các khối lại với nhau. Móng lắp ghép có ưu điểm nổi bật là rút ngắn được thời gian thi công, nhưng lại có nhược điểm là phải dùng nhiều cốt thép. 1.4. Tính toán thiết kế móng nông 1.4.1. Xác định tải trọng tác dụng lên móng Khi tính toán và thiết kế nền móng phải căn cứ vào các tài liệu khảo sát địa chất, thuỷ văn, xét những tải trọng và tác động có khả năng phát sinh đối với công trình để sơ bộ chọn kích thước móng. Thực tế cho thấy tải trọng tác dụng lên móng khá phức tạp và có nhiều loại, nhưng không tác dụng đồng thời theo các phương dọc và ngang cầu. Do đó trong tính toán thiết kế phải xác định được các trường hợp tải trọng tác dụng đồng thời có thể xảy ra gây bất lợi cho trạng thái chịu lực của công trình. Các trường hợp các tải trọng tác động đượt xét trong tính toán và được phân biệt theo xác suất cùng xuất hiện một lúc được chia ra như sau: - Tổ hợp tải trọng chính (Tổ hợp tải trọng cơ bản). Bao gồm một số tải trọng tác dụng thường xuyên như: Tĩnh tải, hoạt tải, áp lực đất và lực ly tâm. - Tổ hợp tải trọng phụ (Tổ hợp tải trọng bổ sung). Bao gồm một số tải trọng trong tổ hợp chính và thêm một số tải trọng tác dụng không thường xuyên như: Lực hãm xe, lực gió, lực do co ngót và từ biến của bê tông, lực do va xô của tàu bè v.v Khi thiết kế móng đối với tổ hợp này phải xét tải trọng tác dụng lên hai phương dọc cầu và ngang cầu. - Tổ hợp tải trọng đặc biệt. Bao gồm một số tải trọng tương đối lớn và ít tác dụng như: Tải trọng động đất hay tải trọng do thi công phát sinh cùng với những tải trọng khác. 9
8. Đối với mỗi tổ hợp tải trọng, sau khi xác định được các tải trọng tác dụng lên công trình; tiến hành rời các lực về trọng tâm đáy móng lấy hệ trục toạ độ x0y có gốc ở trọng tâm đáy móng (Hình 1.5). Như vậy theo hệ trục đã chọn thì 0y là phương dọc cầu còn 0x là phương ngang cầu. N 1 N 2 T u Ç c g n a g n x im w T G y M Tim däc cÇu N H y M x y x M H H N a) b) Hình 1.5 Sơ đồ tải trọng tác dụng khi tính toán móng 1.4.2. Nội dung tính toán móng nông Theo quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN 18 - 79 quy định khi tính toán móng nông theo hai trạng thái giới hạn sau: - Trạng thái giới hạn thứ nhất: Tính cường độ kết cấu móng (về vật liệu), tính cường độ của đất nền đặt móng, tính ổn định vị trí của móng (chống lật và chống trượt). Trong trường này phải dùng tải trọng tính toán và hệ số xung kích (1 + ) = 1,0. - Trạng thái giới hạn thứ hai (biến dạng): Tính độ lún của nền, chuyển vị ngang của đỉnh trụ, kiểm toán vị trí điểm đặt hợp lực chủ động. Trong trường này phải dùng tải trọng tiêu chuẩn và khi tính lún của nền chỉ dùng tải trọng tĩnh tiêu chuẩn. Đối với móng nông mà chiều cao mố trụ phía trên móng nhỏ hơn 20m, không cần xác định chuyển vị ngang đỉnh mố trụ. 1.4.2.1. Kiểm toán đất nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất 1 - Kiểm tra cường độ của đất nền. Ứng suất dưới đáy móng phụ thuộc vào tải trọng, kích thước đáy móng và độ cứng của móng. Xác định giá trị của áp lực dưới đáy móng có độ cứng hữu hạn, ngày nay có nhiều phương pháp tính toán cho kết quả khá chính xác với độ tin cậy cao. Nhưng tất cả những phương pháp này khá phức tạp, phải nhờ sự trợ giúp của máy tính điện tử. Trong thực tế thiết kế hiện nay, chúng ta có thể đơn giản hoá bằng cách dùng các công thức của sức bền vật liệu để tính như trường hợp kết cấu chịu nén đúng tâm và lệch tâm. - Khi tính cho tổ hợp tải trọng cơ bản Xét đồng thời theo hai phương dọc cầu và ngang cầu. Ứng suất tại điểm I(x,y) dưới đáy móng (Hình 1.6) được xác định. N Mx My  y x ( 1.2 ) F Jx Jy Trong đó: 10
9. F - Diện tích đáy móng Jx và Jy - Mômen quán tính của diện tích đáy móng đối với trục 0x và 0y. Đối với đáy móng mố trụ cầu hoặc cống, tường chắn x thường có tiết diện chữ nhật (Hình 1.6). Ứng suất lớn nhất và y nhỏ nhất tại các góc móng sẽ bằng. i x max N Mx My  y min a 0 F Wx Wy ( 1.3 ) Trong đó: Wx và Wy - Môđun kháng uốn của tiết diện đáy móng đối với trục 0x và 0y b Trong công thức lấy dấu (+) với ứng suất nén, dấu (- ) với ứng suất kéo. Hình 1.6 - Khi tính cho tổ hợp tải trọng bổ sung Đối với tổ hợp tải trọng này phải tính toán theo từng phương riêng biệt + Theo phương dọc cầu max N Mx N Mx min ymax ( 1.4 ) F Jx F Wx + Theo phương ngang cầu max N My N My min xmax ( 1.5 ) F Jy F Wy a) b) e M x N N H y b b n i x - m a  + m n i x  m + a m   c/3 x + a m  c = 3(b/2 - e) Hình 1.7 Biểu đồ phân bố ứng suất dưới đáy móng a) - Khi hợp lực nằm trong vùng lõi e ; b) - Khi hợp lực nằm ngoài vùng lõi e > Trong các công thức ( 1.3 ) ; ( 1.4 ) và ( 1.5 ) nếu min 0 thì khi đó chứng tỏ hợp lực nằm trong vùng lõi của tiết diện đáy móng, biểu đồ phân bố ứng suất sẽ có dạng như trên hình 11
10. 1.7a. Nhưng nếu min thì min = 0 và max tính theo các công thức ( 1.6 ). M W Trong đó : e là độ lệch tâm và là bán kính của tiết diện vùng lõi của đáy N F b móng, với hình chữ nhật thì . 6 Cường độ tính toán nén dọc trục của đất nền căn cứ vào loại đất; đối với đất nền không phải là đá được tính bằng (kG/cm2) theo công thức sau: R = 1,2{R’[1 + k1(b - 2) + k2.(h -3)} ( 1.7 ) Trong đó: R’ - Cường độ quy ước của đất nền tính bằng (kG/cm2) được lấy theo Bảng 1 - 1 ; 1 - 2 và 1 - 3. b - Chiều rộng đáy móng (cạnh nhỏ hoặc đường kính) tính bằng mét; khi b > 6m thì lấy b = 6m và b < 2m thì lấy b = 2m để tính. h - Chiều sây đặt móng tính bằng mét; khi h < 3m thì lấy h = 3m để tính.  - Dung trọng tính đổi của đất ở phía trên đáy móng tính bằng (T/m3)  ihi được xác định theo công thức :  hi i- Dung trọng của mỗi lớp đất riêng biệt nằm phía trên đáy móng. hi - Chiều dày của mỗi lớp đất (m) k1 và k2 - Hệ số lấy theo Bảng 1 - 4. Bảng 1 - 1 TRỊ SỐ CƯỜNG ĐỘ QUY ƯỚC R’ (kG/cm2) CỦA NỀN ĐẤT SÉT 12
11. Hệ số Chỉ số sệt B Tên đất rỗng  0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Cát pha sét có chỉ số dẻo 0,5 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 -  20 0,8 4,0 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 - 1,1 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 - - Ghi chú: - Khi  = 5  10 thì lấy trị số bình quân R’ giữa cát pha sét và sét pha cát.  = 15  20 thì lấy trị số bình quân R’ giữa sét pha cát và sét. - Trị số cường độ tính toán quy ước R’ đối với đất sét sệt cứng (B < 0) quy định phụ thuộc kết 2 quả thí nghiệm đất (R’ = 1,5Rcz) và lấy như sau: đối với đất cát pha sét R’ = 4  10kG/cm ; đối với đất sét pha cát R’ = 6  20kG/cm2 ; đối với đất sét R’ = 8  30kG/cm2 Bảng 1 - 2 TRỊ SỐ CƯỜNG ĐỘ QUY ƯỚC R’ (KG/cm2) CỦA NỀN ĐẤT CÁT Tên đất và độ ẩm có xét đến khả năng Trạng thái của đất biến đổi sau này của đất Chặt Chặt vừa Cát pha sỏi, cát thô không phụ thuộc vào độ 4,5 3,5 ẩm Ít ẩm 4,0 3,0 Cát hạt vừa Rất ẩm và bão hoà nước 3,5 2,5 Ít ẩm 3,0 2,0 Cát nhỏ Rất ẩm và bão hoà nước 2,5 1,5 Ít ẩm 2,5 2,0 Cát bột Rất ẩm 2,0 1,5 Bão hoà nước 1,5 1,0 Bảng 1 - 3 TRỊ SỐ CƯỜNG ĐỘ QUY ƯỚC R’ (KG/cm2) CỦA NỀN ĐẤT SỎI SẠN Tên loại đất R’ Đá dăm (cuội) có cát lấp đầy lỗ rỗng 6,0  10,0 Sỏi (sạn) do các mảnh đá kết tinh vỡ ra 5,0  8,0 Sỏi (sạn) do các mảnh đá trầm tích vỡ ra 3,0  5,0 Bảng 1 - 4 TRỊ SỐ CÁC HỆ SỐ k1 VÀ k2 TRONG CÔNG THỨC ( 1.7 ) 13
12. -1 Loại đất k1 (m ) k2 Cuội sỏi, cát pha sỏi, cát hạt to, cát hạt vừa0,100,30 Cát nhỏ 0,08 0,25 Cát bột, cát pha sét 0,06 0,20 Sét pha cát và sét cứng, sét nửa cứng 0,04 0,20 Sét pha cát và sét dẻo cứng, sét dẻo mềm 0,02 0,15 Cường độ tính toán nén dọc của nền đá (kG/cm2) được xác định theo công thức sau: R = m.k.Rcz ( 1.8 ) Trong đó: Rcz - Cường độ giới hạn (bình quân) chịu nén một trục của mẫu đá thí nghiệm ở trạng thái bão hoà nước. k - Hệ số đồng nhất của đá theo cường độ giới hạn chịu nén một trục; khi không có các số liệu thí nghiệm lấy k = 0,17. m - Hệ số điều kiện làm việc lấy bằng 3. Ứng suất lớn nhất dưới đáy móng được xác định từ các công thức ( 1.3 ) ; ( 1.4 ) ; ( 1.5 ) và ( 1.6 ) phải thoả mãn các điều kiện kiểm toán sau: - Móng đặt trên nền đất dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng cơ bản: max R. - Móng đặt trên nền đất dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng bổ sung và tổ hợp tải trọng đặc biệt; trên nền đá dưới bất kỳ tổ hợp tải trọng nào: max 1,2R. Nếu dưới đáy móng ở một độ sâu z nào đó cách đáy móng không lớn có một tầng đất yếu (Hình 1.8) thì phải kiểm tra cường độ của đỉnh tầng đất yếu b theo điều kiện sau: h z = 0,1.(h + z) + K0 Rz ( 1.9 ) Trong đó: N  - Dung trọng tính đổi của đất từ đỉnh tầng đất 0,11h  yếu trở lên (T/m3). z h - Chiều sâu đặt móng (m). z 0,1 h + z) K0. z - Khoảng cát từ đáy móng đến đỉnh tầng đất ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~~~ yếu (m). ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~~~ ~~~ ~~ ~~~ ~ N ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~  - Ứng suất bình quân dưới đáy móng F TÇng ®Êt mÒm yÕu 2 tính bằng (kG/cm ). Hình 1.8 Biểu đồ phân bố ứng suất K0 - Hệ số phân bố áp lực ở trọng tâm đáy dưới đáy móng khi phía dưới có tầng a z đất yếu móng phụ thuộc vào tỷ số và xác định theo b b Bảng 1 - 5 2 Rz - Cường độ tính toán của tầng đất yếu tính bằng (kG/cm ). Bảng 1 - 5 GIÁ TRỊ HỆ SỐ PHÂN BỐ ÁP LỰC K0 TRONG CÔNG THỨC ( 1.9 ) ĐỂ XÁC ĐỊNH TRỰC TIẾP CÁC ỨNG SUẤT LỚN NHẤT DO TẢI TRỌNG NGOÀI DƯỚI TÂM HÌNH CHỮ NHẬT CHỊU TẢI 14
13. a Tỷ số cạnh của hình chữ nhật z b  Bài b 1 1,5 2 3 6 10 20 toán phẳng 0,25 0,898 0,904 0,908 0,912 0,934 0,940 0,960 0,960 0,50 0,696 0,716 0,734 0,762 0,789 0,792 0,820 0,820 1,00 0,336 0,428 0,479 0,500 0,518 0,522 0,549 0,550 1,50 0,194 0,257 0,288 0,348 0,360 0,373 0,397 0,400 2,00 0,114 0,157 0,188 0,240 0,268 0,279 0,308 0,310 3,00 0,058 0,076 0,108 0,147 0,180 0,188 0,209 0,210 5,00 0,008 0,025 0,040 0,076 0,096 0,106 0,129 0,130 2 - Kiểm toán ổn định vị trí của móng Tải trọng tác dụng lên móng gồm có: Tải trọng thẳng đứng, mômen và tải trọng nằm ngang. Những tải trọng này thường làm cho móng dễ bị mất ổn định. Sự mất ổn định của móng thường được thể hiện ở ba trường hợp sau: - Bị lật quanh trọng tâm đáy móng do mômen gây ra. - Bị trượt do tải trọng ngang tác dụng quá lớn. - Bị trượt kéo theo cả móng và khối đất nền. Kiểm toán móng theo điều kiện ổn định chống lật. Trên hình 1.9 thể hiện hợp lực của các tải trọng thẳng đứng và nằm ngang được truyền xuống đáy móng một trụ cầu. Như vậy dễ dàng xác định được độ lệch tâm của hợp lực: M e . Căn cứ vào điều kiện cân bằng bền ta có nhận xét. N - Nếu e y thì đường tác dụng của hợp lực N đi ra ngoài tiết diện đáy móng, móng mất ổn định và bị lật. Muốn cho móng được ổn định thì mômen lật phải luôn nhỏ hơn mômen giới hạn, nghĩa là: M l  M i N.e e m ( 1.10 ) h e M gh M gh N.y max y max H N Trong đó: m - Là hệ số điều kiện làm việc được lấy như y sau: - Khi móng đặt trên nền đá m = 0,8. - Khi móng đặt trên nền đất m = 0,7. Hình 1.9 Hợp lực tại trọng tâm đáy móng khi tính ổn định lật và trượt Kiểm toán móng theo điều kiện ổn định chống trượt. 15
14. Khi móng chịu lực đẩy ngang lớn dễ xảy ra hiện tượng bị mất ổn định về trượt. Để bảo đảm cho móng ổn định không bị trượt phải bảo đảm sao cho lực ma sát dưới đáy móng lớn hơn lực đầy ngang tác dụng vào móng, tức là: Ttr Hi H m hay m ( 1.11 ) Tg  Ni.tg N.f Trong đó: H - Tổng các lực ngang tác dụng lên móng. N - Tổng các lực thẳng đứng tác dụng lên móng. m - Là hệ số điều kiện làm việc được bằng 0,8. f - Hệ số ma sát giữa đáy móng và đất nền lấy theo Bảng 1 - 6 Trường hợp đáy móng làm nghiêng như trên hình 1.10 cần phải kiểm tra trượt theo mặt phẳng nghiêng (A - B - C) và theo mặt phẳng (A - D). Kểm tra ổn định chống trượt theo mặt phẳng (A - D) phải thoả mãn điều kiện sau: Hi m ( 1.12 )  Ni.tg t C.FAD Trong đó : t - Góc nội ma sát tính toán của đất được xác định h 0 C như sau: t = tc - 5 ( tc - là góc ma sát tiêu chuẩn của đất). C - Lực dính của đất nền dưới đáy móng. D BA F - Diện tích hình chiếu của móng trên mặt phẳng nằm AD Hình 1.10 ngang. Hi và Ni - Tổng các lực đẩy ngang và thẳng đứng tác dụng lên móng. m - Hệ số điều kiện làm việc lấy bằng 0,8. Bảng 1 - 6 HỆ SỐ MA SÁT CỦA ĐÁY MÓNG VỚI ĐẤT NỀN Tình trạng địa chất Hệ số ma sát ( f ) Đất sét và đá có - Ở trạng thái ướt 0,25 bề mặt trơn phằng - Ở trạng thái khô 0,30 Đất sét pha cát và cát pha sét 0,30 Đất cát 0,40 Đất cuội sỏi 0,50 Đá bề mặt không trơn phẳng 0,60 Kiểm toán móng theo điều kiện ổn định chống trượt sâu. Trong một số trường hợp như mố cầu hoặc tường chắn đất khi chiều cao đất đắp phía sau lớn trên 10m. Sự trượt thường xảy ra cả móng và khối đất xung quanh móng theo dạng trượt vòng còn gọi là trượt sâu. Để kiểm toán ổn định, người ta giả thiết sự trượt xảy ra theo một mặt trụ tròn xoay. Tính toán phương pháp mặt trượt cung tròn trong tính toán ổn định mái đất nền đường đắp đã được trình bày trong lý thuyết ổn định mái dốc của cơ học đất. Phương pháp kiểm toán điều kiện ổn định chống trượt sâu được tiến hành như sau: Giả định một tâm trượt 0 nào đó và vẽ mặt trượt tròn đi qua mép sau của móng (Hình 1.11). Chia khu vực trượt ra thành các phân tố bởi các đường thẳng đứng, bề rộng mỗi phân tố lấy khoảng 0,1R. Giả sử trọng lượng của các phân tố là Gi. 16
15. Mômen trượt do các lực ngoài tác dụng lên khu vực trượt (gồm các lực Gi và Hi) lấy đối với tâm 0 sẽ là: Mtr = Gi.ri + Hi.hi ( 1.13 ) Trong đó: Hi - Là các tải trọng ngang tác dụng lên các mảnh chia. hi - Cánh tay đòn của các lực Hi (khoảng cách từ lực Hi đến trục nằm ngang đi qua 0). 0 ri q i R 0,1R Gi N i N Ti i H L i Hình 1.11 Sơ đồ kiểm toán trượt sâu của móng Khối đất được giữ lại chống sự trượt là do lực ma sát và lực dính trên mặt trượt cung tròn. Mômen giữ khối đất ổn định được tính toán theo công thức sau: Mg = (Ni.tg t +  Li.C)R ( 1.14 ) Trong đó : Ni = Gi.cosi (i là góc hợp bởi phương của bán kính phân tố thứ i với phương thẳng đứng) 0 t - Góc nội ma sát tính toán của đất ( t = tc - 5 ). Li - Chiều dài cung trượt của phân tố thứ i. C - Lực dính đơn vị của đất. Lấy tỷ số mômen các lực giữ với mômen các lực trượt làm hệ số ổn định chống trượt sâu nghĩa là: Mg Nitg t Li.C R Gi.cosi.f C.L R  ( 1.15 ) Mtr Gi.ri Hi.hi Gi .ri Hi .hi Tuy nhiên, việc giải bài toán đặt ra bằng cách xác định hệ số ổn định đối với mặt trượt chọn tuỳ ý chưa kết thúc được, vì cần phải chọn trong tất cả các cung có thể trượt một cung trượt nguy hiểm nhất. Điều này được thực hiện bằng cách thử dần nhờ cho trước các vị trí khác nhau của điểm quay 0; để giảm bớt số lần thử, có một nguyên tắc tìm nhanh vị trí cung trượt nguy hiểm nhất đã được trình bày trong môn “Cơ học đất”. Thông thường người ta cho rằng, khi giá trị  1,25 móng sẽ được xem là ổn định. 17
16. 1.4.2.2. Kiểm toán đất nền theo trạng thái giới hạn thứ hai Trong trạng thái giới hạn này cần phải kiểm toán về : Độ lún của đất nền và độ nghiêng lệch của đáy móng. 1 - Quy định về tính lún. Theo quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN 18 - 79 quy định khi tính toán độ lún của nền móng mố trụ cầu như sau: - Tính theo tải trọng tĩnh tiêu chuẩn và chuyển vị ngang của đỉnh trụ theo hướng dọc và ngang cầu tính theo tổ họp tải trọng phụ các tải trọng tiêu chuẩn. - Khi móng đặt trên nền đá thì không cần tính lún. - Độ lún và chuyển vị của mố trụ cầu thuộc hệ siêu tĩnh ngoài phải hạn chế tuỳ theo kết quả tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ ba có xét ảnh hưởng của lún và chuyển vị. - Trong mọi trường hợp tri số giới hạn cho phép (tính bằng cm) khi thiết kế thường không vượt quá trị số sau: + Lún đều toàn bộ trụ : Sgh 1,5 l + Chênh lệch lún đều toàn bộ trụ bên cạnh nhau : Sgh 0,75 l + Chuyển vị ngang của đỉnh trụ : 0,5 l Trong đó: l - Chiều dài nhịp ngắn kề trụ đó tính bằng m và lấy ít nhất là 25m. Trị số độ lún toàn phần tính bằng cm của móng (Hình 1.12) được xác định theo phương pháp phân tầng cộng lún; được tính bằng công thức trong “Cơ học đất”. n ihi S 0,8 ( 1.16 ) i 1 Ei Trong đó: b i - Áp lực bình quân do móng truyền xuống   h zi zi 1 N i lớp đất thứ i :  . z i 2 z1 hi - Chiều dày lớp đất thứ i trong tầng chịu nén z2 H ; tầng H này chia thành n lớp ; chiều dày mỗi lớp hi = zi H (0,2  0,4)b tính bằng cm. i 2 h Ei - Mô đun biến dạng lớp đất i (kG/cm ). H - Chiều dày tầng chịu nén quy ước (cm) được z H 5z xác định từ đáy móng đến độ sâu mà ở đó áp lực z do tải trọng ngoài bằng 0,2 trị số áp lực tự nhiên. Hình 1.12 Sơ đồ tính độ lún 2 - Quy định về độ lệch tâm của hợp lực. Khi tính nền móng mố trụ không xét đến ngàm trong đất, vị trí của hợp lực được đặc trưng bởi độ lệch tâm tương đối. e 0 ( 1.17) M tc Trong đó : e0 - Độ lệch tâm của hợp lực thẳng đứng tiêu chuẩn Ntc đối N tc với trọng tâm đáy móng. W - Bán kính lõi của tiết diện đáy móng, ở đây mômen kháng uốn W F 18
17. b lấy với trị số nhỏ, với hình chữ nhật thì : . 6 - Trị số hạn chế được lấy theo quy định sau: - Trên nền đất. + Đối với trụ giữa. Khi chỉ tính đến tĩnh tải : = 0,10. Khi tính cho tổ hợp tải trọng bổ sung : = 1,00. + Đối với mố. Khi chỉ tính đến tĩnh tải. Với cầu đường sắt : = 0,50. Với cầu đường ô tô : = 0,80. Khi tính cho tổ hợp tải trọng bổ sung. Với cầu đường sắt : = 0,60. Với cầu đường ô tô loại lớn và vừa: = 1,0 ; nhỏ = 1,2. - Trên nền đá khi tính cho tổ hợp tải trọng bổ sung : = 1,2. 1.4.2.3. Ví dụ áp dụng Cho một trụ cầu trên hình 1.13. Tiết diện đáy móng là hình chữ nhật có kích thước: a = 7,9m , b = 0 3,1m. Móng được đặt trên nền cát hạt to chặt vừa có dung 110 4 trọng  = 1,9T/m3 và mô đun biến dạng E = 300kG/cm2. Các trị số hợp lực trong các tổ hợp tải trọng tính đến trọng tâm đáy móng là: - Tổ hợp tải trọng cơ bản. 0 + Tải trọng tính toán. 0 51,0 5 N = 715 Tấn ; Mx = 115Tm ; My = 205Tm + Tải trọng tĩnh tiêu chuẩn. 50,0 N = 455 Tấn ; M = 26Tm ; M = 0 x y 4040 150 4040 - Tổ hợp tải trọng phụ. Theo phương dọc cầu. 5 + Tải trọng tính toán. 7 N = 673 Tấn ; Hy = 41 Tấn ; Mx = 285Tm. 47,5 5 7 + Tải trọng tiêu chuẩn. 310 N = 625 Tấn ; Hy = 36,5 Tấn ; Mx = 218Tm Theo phương ngang cầu. Hình 1.13 + Tải trọng tính toán. N = 698 Tấn ; Hx = 64 Tấn ; My= 368Tm. + Tải trọng tiêu chuẩn.N = 636 Tấn ; Hx = 52 Tấn ; My = 283Tm. Hãy liểm toán móng trụ cầu theo các trạng thái giới hạn. Bài giải 1 - Kiểm toán móng theo trạng thái giới hạn thứ nhất. a) - Kiểm tra cường độ của đất nền. - Tính với tổ hợp tải trọng cơ bản + Xác định độ lệch tâm M 115 b 3,1 e x 0,161m 0,517m y N 715 y 6 6 19
18. M y 205 a 7,9 e 0,289m 1,317m x N 715 x 6 6 + Vậy hợp lực N nằm trong vùng lõi tiết diện đáy móng, ứng suất dưới đáy móng chỉ có ứng suất nén và ứng suất lớn nhất max tính theo công thức ( 1.3 ). N M x M y 715 115 205 2 2 max 2 2 44,64T/m 4,464kG/cm F Wx Wy 7,9.3,1 7,9.3,1 3,1.7,9 6 6 + Xác định cường độ tính toán nén dọc của đất nền. Căn cứ vào điều kiện đất nền dưới đáy móng đã cho là cát hạt to ở trạng thái chặt vừa, tra bảng 1 - 2 cho R’ = 3,5kG/cm2 ; trang bảng 1 - 4 cho k1 = 0,1 và k2 = 0,3. Căn cứ vào hình 1.13 thì b = 3,1m ; h = 50 - 47,5 = 2,5m < 3m do vậy trong tính toán lấy h = 3m. Thay các giá trị vào công thức ( 1.7 ) ta sẽ có. R = 1,2.{3,5.[1 + 0,1.(3,1 - 2) + 0,3.1,9.(3 - 3)} = 4,662kG/cm2. + Qua kết quả kiểm tra cường độ đất nền với tổ hợp tải trọng cơ bản ta có: 2 2 max = 4,464kG/cm < R = 4,662kG/cm Đảm bảo. - Tính với tổ hợp tải trọng bổ sung. Theo phương dọc cầu + Xác định độ lệch tâm M 285 b 3,1 e x 0,423m 0,517m y N 673 y 6 6 + Vậy hợp lực N nằm trong vùng lõi tiết diện đáy móng, ứng suất dưới đáy móng chỉ có ứng suất nén và ứng suất lớn nhất max tính theo công thức ( 1.4 ). N M x 673 285 2 2 max 2 50,0T/m 5,0kG/cm F Wx 7,9.3,1 7,9.3,1 6 2 2 Vậy : max = 5,0kG/cm < 1,2R = 5,546kG/cm Đảm bảo. Theo phương ngang cầu + Xác định độ lệch tâm My 368 a 7,9 e 0,527m 1,317m x N 698 x 6 6 + Vậy hợp lực N nằm trong vùng lõi tiết diện đáy móng, ứng suất dưới đáy móng chỉ có ứng suất nén và ứng suất lớn nhất max tính theo công thức ( 1.5 ). N M y 698 368 2 2 max 2 39,91T/m 3,991kG/cm F Wy 7,9.3,1 3,1.7,9 6 2 2 Vậy : max = 3,991kG/cm < 1,2R = 5,546kG/cm Đảm bảo. b) - Kiểm tra ổn định vị trí của móng. - Kiểm tra ổn định chống lật của móng Theo phương dọc cầu Kiểm toán theo điều kiện công thức ( 1.10 ) 20
19. M l N.e y e y e y 0,423 0,273 m 0,7 Đảm bảo. M gh N.y max y max b 3,1 2 2 Theo phương ngang cầu M l N.ex ex ex 0,527 0,133 m 0,7 Đảm bảo. M gh N.x max x max a 7,9 2 2 - Kiểm tra ổn định chống trượt của móng Theo phương dọc cầu Kiểm toán theo điều kiện ( 1.11 ). Tra bảng 1 - 6 cho hệ số ma sát f = 0,4. Ttr H y 41 0,152 m 0,7 Đảm bảo. Tg N.f 673.0,4 Theo phương ngang cầu Ttr H x 64 0,229 m 0,7 Đảm bảo. Tg N.f 698.0,4 2 - Kiểm toán móng theo trạng thái giới hạn thứ hai. a) - Tính độ lún của móng. Căn cứ vào kích thước móng đã cho để tính độ lún của móng theo công thức ( 1.16 ); đất nền dưới đáy móng được chia thành các lớp mỗi lớp có bề dày 1m. Trị số về ứng suất tự nhiên của bản thân khối đất và ứng suất do tải trọng ngoài được xác định như sau: - Ứng suất tự nhiên do trọng lượng bản thân khối đất sinh ra : bt = .z - Ứng suất do tải trọng ngoài tại một điểm dưới tâm đáy móng: z = K0. K0 - Hệ số tra theo bảng 1 - 5  - Ứng suất trung bình tại đáy móng do tải trọng ngoài được tính với tĩnh tải tiêu chuẩn trong tổ hợp tải trọng cơ bản. Ntc 455 2 2  18,58T/m 1,858KG/cm F 7,9.3,1 Kết quả tính toán ứng suất và tầng chịu nén quy ước được thực hiện theo bảng sau: Điểm tính Trị số ứng suất Điểm tính Trị số ứng suất ứng suất cách (kG/cm2) ứng suất cách (kG/cm2) đáy móng (m) bt = .z z = K0. đáy móng (m) bt = .z z = K0. 0 0,475 1,858 4 1,235 0,729 1 0,665 1,604 5 1,425 0,552 2 0,855 1,253 6 1,615 0,427 3 1,045 0,942 7 1,805 0,360 Trị số độ lún của móng tính theo công thức ( 1.16 ) n  h S 0,8 i i i 1 Ei 100 1,858 2 1,604 1,253 0,942 0,729 0,552 0,427 0,360 0,8 1,76cm 300 2 21
20. S 1,76cm Sgh 1,5 l 1,5 25 7,5cm Đảm bảo. b) - Kiểm tra độ lệch tâm Vị trí của hợp lực được đặc trưng bởi độ lệch tâm tương đối kiểm tra theo điều kiện ( 1. 17 ). - Tính cho tĩnh tải trong tổ hợp tải trọng cơ bản. Mtc 26 Wx b e0 0,057m ; 0,517m Ntc 455 F 6 e 0,057 0 0,11 0,1 Không đạt để đảm bảo thỏa mãn điều kiện này thì 0,517 phải hạ thấp cao độ đáy móng xuống cao độ 47m. - Tính cho tổ hợp tải trọng bổ sung. + Theo phương dọc cầu. M tc 218 Wx b e0 0,349m ; 0,517m N tc 625 F 6 e 0,349 0 0,675 1,0 Đảm bảo. 0,517 + Theo phương ngang cầu. M tc 283 Wy a e0 0,445m ; 1,317m N tc 636 F 6 e 0,445 0 0,338 1,0 Đảm bảo. 1,317 Như vậy qua các kiểm toán của móng trụ cầu đã cho theo các trạng thái giới hạn. Kết quả kiểm toán cho thấy trụ cầu đủ khả năng chịu lực nhưng để ổn định cần phải tăng độ sâu chôn móng hoặc mở rộng móng. 1.5. Thi công móng nông Công tác thi công móng là một trong những công tác xây dựng gồm nhiều công việc khác nhau, có ảnh hưởng rất lớn đến tiến độ xây dựng và chất lượng cũng như điều kiện làm việc công trình. Công tác thi công móng bao gồm các công tác cơ bản sau đây. - Định vị hố móng. - Đào đất hố móng. - Bảo vệ đáy và thành hố móng. - Dọn nền và xây móng. Công tác định vị hố móng tuy đơn giản nhưng lại rất quan trọng. Một sai sót nhỏ của công tác này có thể gây những tác hại lớn không lường trước được. Đối với những hố móng thi công trên cạn, trước khi đào đất phải có biện pháp ngăn nước mặt như đắp bờ xẻ rãnh bên ngoài hố móng. Hệ thống bờ rãnh không hợp lý, để nước mặt chảy vào hố móng sẽ làm cho đất nền thêm ẩm ướt, cường độ giảm đi và độ lún tăng lên. 22
21. Đối với những hố móng thi công nơi có nước mặt, trước hết phải có biện pháp làm vòng vây ngăn nước rồi bơm nước ra khỏi hố móng tiến hành đào đất. Vì vậy nếu thời gian thi công kéo dài thì phải dừng công việc ở ngoài sông vào mùa mưa lũ làm ảnh hưởng đến tiến độ xây dựng công trình. Trong quá trình thi công đào và vận chuyển đất cần phải có biện pháp quy hoạch tốt, lựa chọn trình tự thi công hợp lý để bảo đảm năng suất và bảo vệ cho đất nền không bị phá hoại kết cấu tự nhiên. 1.5.1. Hố móng đào trần không chống vách Hố móng không chống vách được áp dụng ở nơi đất nguyên thổ ít ẩm ướt. Khi độ dốc vách hố móng không được dốc hơn các trị số cho trong bảng 1 - 7. Các loại tải trọng tạm thời bất kỳ đều phải đặt cách xa mép hố móng ít nhất 1m (đất đào lên, vật liệu xây dựng, máy thi công v.v ). Không được dùng hố móng đào trần không chống vách trong đất pha cát và đất hoàng thổ quá ẩm. Khi chiều sâu hố móng sâu quá 5m, thì phải theo các tính toán về ổn định mà quyết định chọn độ dốc vách hố móng. Đối với đất pha sét, nếu có khả năng sẽ bị thấm ẩm sau mưa, thì độ dốc vách hố móng không được dốc quá 1 : 1. Bảng 1 - 7 ĐỘ NGHIÊNG CỦA VÁCH HỐ MÓNG ĐÀO TRẦN Độ dốc mái đất theo chiều sâu hố Loại đất móng Nhỏ hơn 3m Từ 3 đến 6m Đất đắp, đất cát, đất sỏi 1 : 1,25 1 : 1,50 Đất pha cát 1 : 0,75 1 : 1,00 Đất pha sét 1 : 0,67 1 : 0,75 Đất sét 1 : 0,50 1 : 0,67 Đất hoàng thổ (khô) 1 : 0,50 1 : 0,75 Đá rời 1 : 0,10 1 : 0,25 Đá chặt 1 : 0,00 1 : 0,10 Nếu sau khi đào trần xong toàn bộ hoặc một phần hố móng, mà vách hố bị thấm ẩm thì có thể áp dụng các biện pháp đề phòng đất sụt lở, hay trượt, tạm thời ngừng công tác đào đất cho đến khi làm khô được vách hố, hạ được độ dốc vách hoặc đặt các chống vách. 1.5.2. Hố móng có chống vách Khi gặp đất mềm bão hoà nước, đất rời rạc không ổn định hoặc nơi mặt bằng thi công chật hẹp không đủ điều kiện làm hố móng không chống vách thường phải dùng biện pháp gia cố thành hố móng. Tuỳ theo điều kiện cụ thể, có thể dùng một trong các biện pháp gia cố thành hó móng sau đây: 1.5.2.1. Hố móng chống vách bằng ván lát Biện pháp này được sử dụng trong trường hợp không có nước ngầm và đất không xấu quá, có thể giữ được thành thẳng đứng tạm thời trong một thời gian đủ để lát ván. 23
22. 9 4 4 8 3 3 1 2 4 1 1 6 7 5 5 a) b) c) d) Hình 1.14 Các biện pháp chống vách hố móng bằng ván lát a và b) - Khi hố móng hẹp ; c và d) - Khi hố móng rộng 1 - Ván lát ngang ; 2 - Ván lát đứng ; 3 - Nẹp đứng ; 4 - Nẹp ngang ; 5 - Thanh chống ngang 6 - Thanh chống xiên ; 7 - Cọc nẹp đứng ; 8 - Cọc neo ; 9 - Dây neo Kết cấu chống vách hố móng bằng ván lát gồm ba bộ phận chính: ván lát bằng gỗ có thể đặt đứng hoặc nằm ngang, nẹp đỡ và thanh chống. Khi hố móng hẹp thì thanh chóng bố trí như trên hình 1.14a và 1.14b. Đối với hố móng rộng thì thanh chống có thể bố trí như trên hình 1.14c hoặc thay bằng hệ thống neo như trên hình 1.14d. Trong trường hợp dùng neo thì phải dùng vát lát ngang và nẹp đỡ phải cắm sâu vào đất khoảng 0,2m đối với đất tốt và 0,5  1m đối với đất yếu. Các nẹp dùng gỗ có đường kính 12  18cm. Chiều dày của ván lát lấy theo tính toán, ít nhất dày 4cm khi nền là đất ẩm tự nhiên, và ít nhất dày 5cm khi nền là cát và đất ẩm nhiều. Trường hợp ván đặt ngang thì tấm ván ngang trên cùng phải nhô cao hơn 15cm so với bờ hố móng. Khi hố móng nông hơn 3m, đặt trong đất ẩm tự nhiên, nên đặt các ván lát cách quãng với khe hở bằng chiều rộng ván. Nếu hố móng sâu hơn 3m, hoặc nền đất tơi xốp, hay quá ẩm, phải đặt các ván lát sát nhau. Các thanh nẹp đứng đặt cách nhau từ 1,5  2m tuỳ theo tính toán. Khoảng cách theo chiều thẳng đứng giữa các tầng chống ngang không nên lớn quá 1m. Phải đặt các thanh đỡ bên dưới đầu các thanh chống và đóng đinh chắc. Đối với các hố móng rộng hơn 4m, dùng các bộ phận chống vách chế sẵn bằng thép loại I300  I550 và cột thép đóng sâu ngập quá 1m bên dưới hố móng. Các ván ngang được liên kết sẵn với các nẹp gỗ đứng 5 5cm thành các mảng lớn trước khi lắp vào hố móng cho thuận tiện. Các thanh chống ngang bằng gỗ hoặc thép hình I hay [. Các bộ phận chống vách hố móng được tháo dần từ dưới lên trên trong quá trình xây móng cao dần và lấp đất dần hố móng. Không được tháo dỡ vách chống dần theo quá trình xây móng nếu nền đất là loại đất tơi xốp hoặc đất không ổn định, hoặc hố móng nằm trong phạm vi lăng thể trượt. 1.5.2.2. Hố móng chống vách bằng tường cọc ván Khi gặp trường hợp ở những nơi có mực nước ngầm cao hơn đáy hố móng thì ngoài yêu cầu chống đỡ thành hố móng còn phải bảo đảm tính không thấm nước khi thi công móng. Trong trường hợp này dùng tường cọc ván (tường cừ) gia cố thành hố móng là tốt nhất. Tường cọc ván có thể bằng gỗ, thép hoặc bê tông cốt thép. Độ ổn định của tường cọc ván chủ yếu do độ cắm sâu tính từ đáy móng quyết định. 24
23. Khi dùng tường cọc ván thì có thể hoặc không có thanh chống hoặc dùng hệ thống neo như đối với biện pháp dùng ván lát. 1 - Tường cọc ván gỗ Cọc ván gỗ được làm từ những tấm ván dày ít nhất 2,5cm, chiều dài của cọc ván thường dùng từ 4  6m. Thông thường phải dùng máy để chế tạo cọc ván gỗ và phải dùng loại mộng hình chữ nhật (kiểu mộng lồi), đối với loại cọc ván mỏng hơn 8cm thì cho phép dùng mộng hình tam giác (kiểu đuôi én). a) i b) KiÓu méng låi KiÓu ®u«i Ðn m c m ii 8 c  i - i 5 §ai thÐp bÞt ®Çu cäc b b   3 3 2 / / /    2 /   3 /  /2 /2 c c c b b  c) 3 2 4 b 1 ) 5 2 4 , 0   2 ) 2 2 , 3 0 (  Ch©n cäc 5 1 1 - Cäc v¸n ( 2 - NÑp ngang i 4/3b 2/3b 3 3 - Cäc ®Þnh vÞ 4 - Gç ®Öm ii - ii 5 - Bu l«ng gi»ng Hình 1.15 Tường cọc ván bằng cọc ván gỗ a) - Tiết diện ngang cọc ; b) - Bó cọc ván khi đóng khít ; c) - Cấu tạo khung định hướng Tỷ lệ yêu cầu giữa các kích thước theo hình cắt ngang của cọc ván gỗ ghi ở hình 1.15a. Chiều rộng và chiều cao của mộng chữ nhật phải bằng 1/3 chiều dày của cọc ván nhưng đồng thời chiều cao của mộng không được vượt quá 5cm. Chiều rộng của mộng cần phải đảm bảo cho mộng dễ lắp ghép. Chiều cao của mộng tam giác bằng nửa bề dày của cọc ván. Cọc ván gỗ phải đóng thành từng nhóm gồm 2 đến 3 cọc ván bám chặt với nhau bằng đinh đỉa cách nhau 1  1,5m. Ở gần đỉnh cọc ván phải đặt đinh đỉa cách nhau 0,5m. Đinh đỉa phải đóng chéo vào cọc ván theo hướng trái nhau để ngăn không cho cọc ván nọ trượt khỏi cọc ván kia. Các đinh đỉa cần phải đóng chìm vào gỗ để cho cọc ván đi qua khe kẹp định hướng dễ dàng. Đỉnh cọc ván phải được cưa thẳng góc với tim cọc ván. Các đầu cọc ván nằm trong một nhóm phải được liên kết với nhau bằng một đai thép hình chữ nhật (Hình 1.15b). 25
24. Các cọc ván lẻ và nhóm cọc ván phải có cùng một độ vát cạnh theo tim cọc của vòng vây ngăn nước. Chiều cao vát nhọn lấy bằng từ 1 đến 3 lần bề dày của cọc ván, mép của chỗ vát nhọn ở phía mộng đục phải được vát chéo để bảo đảm cho mép cọc ván đóng sau khít chặt với mép của cọc ván đã đóng trước . Để đảm bảo cho cọc ván đóng xuống đúng vị trí, người ta thường dùng khung định hướng. Khung định hướng (Hình 1.15c) gồm các cọc định vị và các nẹp ngang. Cọc định vị bằng gỗ tròn đường kính 18  26cm. Nẹp ngang bằng gỗ tròn đường kính 20  22cm hoặc gỗ xẻ có tiết diện 14 14cm. Liên kết giữa nẹp ngang và cọc định vị bằng bu lông. Cọc định vị bố trí ngoài nẹp ngang với khoảng cách các cọc từ 2  2,5m và đóng sâu hơn cọc ván từ 1  1,5m. 2 - Tường cọc ván thép Khi thi công những hố móng có chiều sâu lớn người ta thường dùng cọc ván thép. Cọc ván thép được chế tạo trong nhà máy có các loại tiết diện trên hình 1.16a; 1.16b ; 1.16c và 1.16d, Bảng 1 - 8 cho đặc trưng cơ bản của một số loại cọc ván thép. Thường dùng hiện nay là loại cọc ván Larsen, các đoạn cọc ván dài từ 8  22m. Khi thi công nếu cần thiết có thể nối dài cọc ván bằng các bản nối dài ít nhất 600mm với liên kết bằng hàn, bu lông hoặc đinh tán. Trước khi đóng cọc ván thép tại công trường phải kiểm tra cọc ván về hình dạng, độ thẳng của ngàm cọc. Thường dùng một đoạn cọc dài ít nhất 2m kéo thử qua từng ngàm một của cọc ván để kiểm tra. Chân cọc ván thép phải cắt cho thẳng góc với đường trục của cọc ván. a) e) 2 3m 3  x x 2 3 10° H t B b) 5 6 0 t x ° x H 3 1 43 B 5 2 3 i - i c) 1 3 t 2 2 x x H m 5 4  2 B 5 d) 4 x t x 3 3 H 1 - Cäc v¸n 2 - NÑp ngang 5 3 - Cäc ®Þnh vÞ B 4 - Gç ®Öm 5 - Bu l«ng gi»ng Hình 1.16 Tường cọc ván bằng cọc ván thép a ; b ; c ; d) - Các tiết diện ngang cọc ; e) - Cấu tạo khung định hướng a) - Loại thẳng ; b) - Loại lòng máng ; c) - Loại chữ Z ; d) - Loại Larsen 26
25. Bảng 1 - 8 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA MỘT SỐ LOẠI CỌC VÁN THÉP Kích thước tiết diện Mômen Môđun Diện Trọng ( mm ) quán chống Mặt Mã tích lượng 1 tính mặt uốn mặt cắt hiệu mặt cắt mét dài B H t r cắt cắt ( cm2 ) ( kg ) ( cm4 ) ( cm3 ) 82 64 332 73 SP - 1 400 103 - 10 Kiểu 205 160 961 188,5 phẳng 39 30 80 28 SP - 2 200 71 - 8 195 150 482 136 64 50 730 114 Kiểu SK - 1 400 75 10 10 160 125 2992 402 lòng 74 58 2243 260 máng SK - 2 400 125 10 10 185 145 10420 843 204, 94,3 74 4660 405 L - IV 400 14,8 12 Kiểu 5 236 185 39600 2200 Larsen 127,6 100 6243 461 L - V 420 196 21 15 303 238 50943 2962 Kiểu SD - 3 400 240 10 9 78 61 7600 630 chữ Z SD - 5 400 320 14 12 119 93 20100 1256 Ghi chú : - Các đặc trưng hình học thì tử số là đặc trưng của 1 cọc ván, mẫu số ứng với 1m rộng của tường cọc ván. - Với cọc ván kiểu chữ Z các đặc trưng hình học tính cho 1 cọc ván. Muốn đảm bảo cho cọc ván đóng xuống đúng vị trí người ta cũng dùng một khung định hướng, theo chiều cao của cọc định vị từ 2  3m có bố trí thêm các nẹp ngang (Hình 1.16e). Để hạ cọc ván thép vào đất, có thể dùng búa hoặc búa kết hợp với biện pháp xói nước. Để tránh các hàng cọc ván khỏi nghiêng, xiên xẹo và bảo đảm khép kín theo chu vi thì đồng thời phải đặt toàn bộ tường hoặc một đoạn tường vào vị trí qua khung dẫn hướng. Sau đó đóng cọc ván thành 2  3 đợt tuỳ theo độ sâu cần đóng. Các ngàm cọc ván thép đều phải bôi mỡ trước lúc đóng xuống để sau này dễ dàng khi nhổ cọc. 1.5.23. Tính toán chống vách hố móng. 1 - Áp lực đất tác dụng lên ván lát và cọc ván. Thông thường ván lát cũng như cọc ván chống vách hố móng chủ yếu là chịu tác dụng của áp lực đất. Áp lực ngang của đất tác dụng lên kết cấu chống vách hố móng khá phức tạp. Cho nên để cho đơn giản trong khi tính toán thường tính teo công thức của Cu-lông (Coulomb) đã được giới thiệu trong cơ học đất. Như ta đã biết mái đất bờ hố móng sẽ hình thành một lăng thể trượt, mặt trượt hợp vói phương thẳng đứng một góc trượt:  = 450 - /2. Do vậy áp lực tác dụng lên kết cấu chống hố móng theo phương ngang; tức là trọng lượng của lăng thể trượt và các tải trọng tác dụng trong phạm vi trên lăng thể trượt gây ra. 27
26. a) b) q z z H Paz = a.z H Paz = a.z + q.a   Pa = a.H Pa = a.H + q.a Hình 1.17 Biểu đồ áp lực ngang của đất a) - Khi mặt đất bờ hố móng không có tải trọng ; b) - Khi mặt đất bờ hố móng có tải trọng 2 - Cường độ áp lực ngang chủ động của đất Paz (T/m ) tại độ sâu z được xác định theo các công thức tính toán sau. + Khi mặt đất bờ hố móng không có tải trọng tác dụng (Hình 1.17a): Paz = .a.z ( 1.18 ) + Khi mặt đất bờ hố móng có tải trọng phân bố q tác dụng (Hình 1.17b): Paz = .a.z + q. a ( 1.19 ) Trong đó :  - Dung trọng tự nhiên của đất bờ hố móng (T/m3). z - Độ sâu điểm tính áp lực (m). 2 0 a - Hệ số áp lực chủ động : a tg 45 . 2 - Góc ma sát trong của đất. 2 - Tương tự như trên cường độ áp lực ngang bị động của đất Pbz (T/m ) tại độ sâu z được xác định. + Khi mặt đất bờ hố móng không có tải trọng tác dụng Paz = .b.z ( 1.20 ) + Khi mặt đất bờ hố móng có tải trọng phân bố q tác dụng: Paz = .b.z + q. b ( 1.21 ) Trong đó :  ; z và như ở trên. 2 0 b- Hệ số áp lực bị động : b tg 45 . 2 2 - Tính toán kết cấu chống vách hố móng bằng ván lát Kết cấu chống vách hố móng bằng ván lát như đã giới thiệu gồm có ba bộ phận chính: ván lát bằng gỗ có thể đặt đứng hoặc nằm ngang, nẹp đỡ và thanh chống. Nội dung tính toán chủ yếu là kiểm tra khả năng chịu lực về cường độ các bộ phận dưới tác dụng của áp lực đất. Nhưng kết cấu loại ván lát đặt ngang và đứng tính chất chịu lực cuả các bộ phận có khác nhau. Ở đây ta xét cho trường hợp kết cấu có ván lát đặt ngang, còn trường hợp ván lát đặt đứng cũng dựa trên phương pháp tính toán gần tương tự. 28
27. l R1 A 1 2 2 1 1 1 q h h 1 1 R2 B H 2 3 3 2 2 2 q h h C R3 b 3 Pa = a.H  1 S¬ ®å tÝnh nÑp ®øng vµ thanh chèng 2 l l qv = Pa.b l l S¬ ®å tÝnh v¸n Hình 1.18 Biểu đồ áp lực và sơ đồ tính kết cấu chống vách hố móng bằng ván lát ngang 1 - Ván lát ngang; 2 - Nẹp đứng; 3 - Thanh chống ngang a) - Tính ván Theo sơ đồ tính toán và biểu đồ áp lực ngang của đất trên hình 1.18. Ta thấy tấm ván cuối cùng chịu áp lực lớn nhất. Thực tế ván lát là một dầm liên tục có gối là các nẹp đứng. Để đơn giản cho tính toán ta coi ván làm việc như dầm giản đơn có khẩu độ l bằng khoảng cách hai nẹp đứng. - Giả thiết ván chịu lực phân bố đều theo chiều rộng b. Vậy tải trọng rải đều tác dụng lên ván là: qv = Pa.b = .a.H.b ( 1.22 ) - Mômen uốn lớn nhất trong ván được xác định theo công thức: 2 Mmax = m.qv.l ( 1.23 ) Trong đó : m - Hệ số kể đến tính liên tục của ván; khi có hai gối (nẹp đứng) thì: m = 0,125; khi có từ 3 gối trở lên thì: m = 0,1. - Ứng suất lớn nhất phát sinh trong ván được xác định. Mmax  R ( 1.24 ) max W u m.q .l2 3.q .l 2  v v R Khi m = 0,1 thì : max b.2 5.b.2 u ( 1.25 ) 6 Trong đó : Ru - Cường độ tính toán của gỗ làm ván lát.  - Chiều dày của ván. - Nếu biết chiều dày của ván thì khoảng cách các nẹp đứng được xác định: 2 3.qv .l 5.Ru max 2 Ru l  ( 1.26 ) 5.b. 3.Pa 29
28. b) - Tính nẹp đứng Thông thường kết cấu chống vách hố móng chỉ gồm hai hoặc ba thanh chống. Cho nên nẹp đứng là dầm giản đơn hoặc liên tục tựa lên các gối là các thanh chống ngang. Tải trọng tác dụng lên ván lát và từ ván lát truyền vào nẹp đứng. Vì vậy tải trọng tác dụng lên nẹp đứng không phải là phân bố đều. Để đơn giản cho tính toán ta coi tải trọng giữa hai thanh chống là phân bố đều tác dụng lên nẹp đứng. Cường độ của tải trọng phân bố đều được xác định là tải trọng tương đương bằng trị số tải trọng trung bình giữa hai thanh chống gần nhau. Theo sơ đồ tính trên hình 1.18 ta có: .a .h1 - Trên đoạn AB : q q .l AB 1 2 .a .H .a .h1 - Trên đoạn BC : q q .l BC 2 2 Trong đó: l - Khoảng cách giữa hai nẹp đứng. - Mômen lớn nhất trong nẹp đứng được xác định: 3 2 + Khi chỉ có hai thanh chống: M P .l.H ( 1.27 ) max 27 a 2 q2.h2 + Khi có ba thanh chống ngang: M ( 1.28 ) max 10 Mmax - Kiểm toán nẹp đứng theo điều kiện bền:  R ( 1.29 ) max W u b) - Tính thanh chống ngang Thanh chống ngang chịu áp lực từ nẹp đứng truyền sang. Trị số của áp lực này chính là phản lực gôí của các dầm là các nẹp đứng. Căn cứ vào sơ đồ tính trên hình 1.18 ta dễ dàng xác định được các phản lực Ri. Khi kiểm toán ta chỉ tính với trị số Rmax. Trị số Rmax được xác định theo hai trường hợp sau: 1 - Khi có hai thanh chống: R R P .l.H ( 1.30 ) max C 3 a q1.h1 q2.h2 - Khi có ba thanh chống: R R R ( 1.31 ) max B 2 2 2 - Kiểm toán thanh chống ngang theo điều kiện bền của thanh chịu nén đúng tâm: Rmax  R ( 1.32 ) .F n Trong đó: Rmax - Lực tác dụng lớn nhất lên thanh chống ngang được xác định theo công thức ( 1.30 ) hoặc ( 1.31 ). F - Diện tích mặt cắt chịu ép của thanh chống ngang. Rn - Cường độ tính toán chịu ép dọc thớ của gỗ làm thanh chống ngang. l0 - Hệ số uốn dọc phụ thuộc vào độ mảnh  ; với thanh chống ngang tính theo imin thanh chịu nén có lien kết khớp ở hai đầu; để đơn giản lấy l0 bằng chiều rộng của hố móng. l0 + Thanh chống tiết diện chữ nhật :  (b - Cạnh ngắn của hình chữ nhật). 0,289b 30
29. l0 + Thanh chống tiết diện tròn :  (d - Đường kính gỗ làm thanh chống). 0,25d Đối với gỗ thì hệ số uốn dọc được xác định như sau: 2  + Khi  75 thì : 1 0,8 100 3100 + Khi  > 75 thì : 2 Đối với trường hợp ván lát đặt dọc do áp lực không phân bố đều suốt chiều dài ván. Cho nên trong trường hợp này cả ván lát, nẹp ngang và thanh chống làm việc khác với kết cấu có ván lát ngang. - Mômen lớn nhất trong ván được tính như đối với nẹp đứng của ván lát ngang theo công thức ( 1.27 ) và ( 1.28 ) nhưng thay trị số l bằng b. - Mômen lớn nhất trong nẹp ngang được tính như đối với ván lát của kết cấu ván lát ngang theo công thức ( 1.23 ) với m = 0,1 nhưng trị số l là khoảng cách giữa các thanh chống 1 .a .H .a .h1 ngang và thay trị số q bằng P .H khi có hai tầng chống ngang và bằng v 3 a 2 khi có ba tầng chống ngang. - Đối với thanh chống ngang có thể tính tương tự như đối với kết cấu có ván lát ngang. 3 - Tính toán kết cấu chống vách hố móng bằng tường cọc ván a) - Tường cọc ván có một tầng chống ngang. Đối với những hố móng không sâu lắm, khi dùng kết cấu chống hố móng bằng tường cọc ván chỉ cần dùng một tầng chống ngang ở đầu cọc ván. Nội dung tính toán cho kết cấu chống vách này bao gồm tính duyệt về ổn định và cường độ cho 1m tường cọc ván dưới tác dụng của áp lực đất. - Tính duyệt về ổn định. + Dưới tác dụng của áp lực đất chủ động vách hố móng. Tường cọc ván có xu thế quay quanh điểm A (Hình 1.19). Mômen lật được xác định bởi công thức tính toán sau: 2 M E . H t A l a 3 1 ) t E . H t . H t a a + 2 H H ( 3 t / 2 1 2 + 2 0 Ea . H t .tg 45 H Ea 2 2 t 3 + Dưới tác dụng của áp lực đất bị động dưới chân Eb / t cọc ván phía hố móng. Tường cọc ván có xu thế quay 2 a.(H + t) b.t quanh điểm A theo chiều ngược lại. Mômen giữ được xác định bởi công thức tính toán sau: 2 Hình 1.19 Biểu đồ áp lực khi tính Mg Eb. H t ổn định chống lật của tường cọc ván 3 31
30. 1 2 1 2 2 0 Eb .b.t .t .tg 45 2 2 2 + Điều kiện ổn định của tường cọc ván. 1 2 2 H t .tg2 450 Ea . H t Ml 3 3 2 m 0,8 ( 1.33 ) Mg 2 1 2 2 2 0 Eb. H t t H t .tg 45 3 2 3 2 - Tính duyệt về cường độ. Giả thiết sự làm việc của tường cọc ván như một dầm tựa lên hai gối. Gối trên tại điểm 1 1 A, gối dưới tại điểm quy ước B cách đáy hố móng một khoảng  t nhưng không nhỏ 3 2 hơn 1m. Tại B được coi là ngàm khi đất cứng và là khớp nếu đất mềm, xốp. Áp lực tác dụng lên nó chỉ có áp lực chủ động. Sơ đồ tính toán và biểu đồ mômen như trên hình 1.20. A A A RA = 1/6.q.h RA = 0,1.q.h h 2 t 1 h ) 2 q 3 m / 7 2 8 1 1 4  h 9  2 4 q 2  , h  t 4 0 0 q , ) 2 H 6 / 5 0 2 0 / 1 h h 1 , ( / 1 = 0 1  x + h -  a = 5 3 m / = H x 6 a 1 n M 2 i ( m = m 2 h M 4 , M B 0 t q = .a.h q B RB = 1/3.q.h M q B RB = 0,4.q.h M a) b) c) Hình 1.20 Biểu đồ áp lực và sơ đồ tính kết cấu chống vách hố móng bằng tường cọc ván a) - Biểu đồ áp lực ; b) - Sơ đồ tính khi tại B là khớp ; c) - Sơ đồ tính khi tại B là ngàm Mmax Điều kiện bền của tường cọc ván:  R ( 1.34 ) max W u Trong đó: Mmax - Mômen lớn nhất trong tường cọc ván như trên hình 1.20. 3 2 + Khi coi B là khớp (Hình 1.20b) : M qh max 27 1 2 + Khi coi B là ngàm (Hình 1.20c) : M qh max 15 W - Môđun chống uốn của 1m tường cọc ván. Với cọc ván thép tra số liệu 100.2 bảng 1 - 8, với cọc ván gỗ : W 6 b) - Tường cọc ván có nhiều tầng chống ngang. 32
31. Đối với những hố móng có chiều sâu lớn, để giảm mômen uốn và tăng độ ổn định cho tường cọc ván; người ta thường bố trí nhiều tầng chống ngang. Đối với những tường cọc ván loại này, nói chung không tính duyệt về ổn định mà chỉ tính duyệt về cường độ. Với giả thiết coi cọc ván là dầm liên tục kê trên các gối tựa là các thanh chống ngang, còn chân cọc được coi là khớp hay ngàm tuỳ vào loại đất như đã nêu ở trên. - Mômen uốn lớn nhất tính cho 1m rộng của tường cọc ván được tính theo công thức : 2 0 3 Mmax ..tg 45 h ( 1.35 ) 2 - Phản lực gối được tính theo công thức : 2 0 2 R ..tg 45 h ( 1.36 ) 2 Trong đó: Các hệ số  và  tra theo Bảng 1 - 9 tương ứng với sơ đồ tính cho trên hình 1.21. A A A A A RA RA h h 2 5 7 7 4 4 , , 0 C 0 C RC RC h h h h h h h 8 5 2 2 5 5 , , 0 0 q q q q q B RB B RB B RB B RB B RB a) b) c) d) e) A A A A RA RA h h 2 7 3 4 3 3 h h , , 4 5 0 0 D , D 7 RD 0 RD 5 , 0 h C h 5 RC 9 7 5 h h C h h C 3 R 3 , , 0 C 0 C RC RC h h 6 5 h h , 2 4 3 0 4 , 9 9 0 2 2 , , 0 0 q q q q B RB B RB B RB B RB f ) g) h) i) Hình 1.21 Biểu đồ áp lực và sơ đồ tính kết cấu chống vách hố móng bằng tường cọc ván có nhiều tầng chống ngang Bảng 1 - 9 CÁC HỆ SỐ  VÀ  TRONG CÔNG THỨC ( 1.35 ) VÀ ( 1.36 ) Số tầng Sơ đồ Vị trí Hệ số Hệ số  chống tính toán Mmax  A B C D ngang cách A Không Hình h 0,16667 0,500 33
32. 1.20a Một tầng Hình 0,57735h 0,06415 0,167 0,333 1.20b Hình H 0,06667 0,100 0,400 1.20c Hình 0,475h 0,01786 0,183 0,317 1.20d Hình h 0,02852 0,238 0,262 1.20e Hai tầng Hình 0,5h 0,01563 0,010 0,177 0,313 1.20f Hình 0,374h 0,01200 0,034 0,183 0,283 1.20g Hình 0,574h 0,00696 0,109 0,247 0,144 1.20h Hình 0,332h 0,00610 0,132 0,227 0,141 1.20i Khi tính tường cọc ván có nhiều tầng chống ngang cần phải tính toán không chỉ cho trường hợp hố móng đã đào móng xong. Các trường hợp nguy hiểm có thể xảy ra trong cả quá trình thi công cũng phải được xét đến. Vì khi thi công thường đặt các thanh chống theo độ sâu đào đất và hút nước. Chẳng hạn theo sơ đồ trên hình 1.21f và 1.21g phải tính cọc ván theo các trường hợp sau: - Trường hợp 1: Đào đất và hút nước khi thấp hơn tầng chống 1 (gối A) từ 0,75 đến 1m. Tường cọc ván phải tính theo sơ đồ hình 1.21b hoặc 1.21c. - Trường hợp 2: Đặt tầng chống 2 (gối C), đào đất và hút nước hố móng đến độ sâu thiết kế. Tường cọc ván phải tính theo sơ đồ hình 1.21f hoặc 1.21g. c) - Tính toán độ cắm sâu của cọc ván về phương diện dòng thấm. Độ cắm sâu của cọc ván vào nền đất, ngoài những yêu cầu đảm bảo độ ổn định và cường độ còn phải bảo đảm yêu cầu không xói ở đáy hố móng khi hút nước để đào đất hố móng. Khi hút nước, các hạt đất ở đáy hố móng chịu tác động A một áp lực thuỷ động. Vì vậy điều kiện cân bằng của hạt đất không bị xói phải thoả mãn điều kiện sau: 1 MNN H [k].I.n = đn ( 1. 37 ) Trong đó: I.n - Áp lực thuỷ động đơn vị. H I - Građien thuỷ lực (Độ lớn thuỷ lực). 2 3 H n - Tỷ trọng của nước bằng 1T/m . [k] - Hệ số an toàn thường lấy [k] = 2  2,5.  1 t  - Dung trọng đẩy nổi của đất  . đn dn 1  3 0 - Tỷ trọng (mật độ) của đất (T/m ) Hình 1.22 Theo sơ đồ trên hình 1.22, độ lớn thuỷ lực I liên quan đến 34
33. H2 độ cắm sâu t cần thiết của cọc ván. Dễ dàng ta ó thể tính được I ; Thay giá trị I H2 2t vào điều kiện ( 1.37 ) ta rút ra được. H 1 k.H 2 2 . [k].I.n = k . .n = đn t n - H2 ( 1.38 ) H2 2t 2 dn 3 3 Vì n = 1T/m và đối với các loại đất có 0 = 2,6  2,8T/m và  = 0,55  0,65. Do đó đn 1T/m3. Khi đó công thức ( 1.38 ) tính độ cắm sâu của cọc ván có thể viết dưới dạng khác. H t 2 k - 1 ( 1.39 ) 2 1.5.3. Vòng vây ngăn nước khi thi công móng ở nơi có nước mặt Khi thi công móng ở những nơi có nước mặt; độ sâu mực nước càng lớn thì thi công móng càng trở nên phức tạp. Nội dung công việc cũng tương tự như đối với trường hợp thi công móng trên cạn, nhưng trước hết phải dùng biện pháp ngăn nước mặt chảy vào hố móng, tức là phải dùng kết cấu vòng vây. Vòng vây có nhiều loại; khi chọn loại vòng vây phải căn cứ vào chiều sâu mực nước, tốc độ dòng chảy, địa chất đáy sông Dùng kết cấu vòng vây loại nào thì cũng phải bảo đảm các yêu cầu chung dưới đây. - Vòng vây phải đủ cường độ và ổn định dưới tác dụng của áp lực nước và các lực khác (nếu có). - Vòng vây không bị xói do nước và sóng vỗ. - Diện tích choán dòng chảy của vòng vây phải nhỏ nhất, trị số này được xác định bằng cách tính toán xói lở đáy sông và tốc độ của dòng chảy sau khi thu hẹp. Theo điều kiện thông thuyền thì sự thu hẹp này không quá 30%. - Vòng vây phải chống thấm nước tốt và bảo vệ được nước không tràn vào hố móng. Sau đây sẽ giới thiệu về cấu tạo, điều kiện sử dụng và tính toán một số loại vòng vây khi thi công móng mố trụ cầu. 1.5.3.1. Vòng vây bằng đất Ở nơi có mức nước lớn nhất trong thời gian thi công móng không sâu quá 2m, vận tốc dòng nước sau khi thu hẹp dưới 0,5m/giây, chiều sâu hố móng đào không quá 2,5m. Có thể dùng đất ít thấm nước để đắp vòng vây ngăn nước khi đào hố móng (Hình 1.23). a) b) m m b 1m 7 7 , , 0 b 1m 0 0,5m MNTC MNTC m /3 1 m /3 5 1 2 1 2 1 , / /  1  0 1 2 2 / 1/ 1/ n n 1 Lâi ®Êt sÐt h h B l m 5 , 2 TÇng ®Êt kh«ng thÊm n−íc T−êng cäc v¸n h B t Hình 1.23 Cấu tạo vòng vây bằng đất a) - Vòng vây bằng đất có mái tự nhiên ; b) - Vòng vây có lõi đất sét để chống thấm 35
34. Chiều rộng đỉnh vòng vây thường lớn hơn 1m. Độ dốc mái taluy lấy theo góc ma sát trong của đất ở trạng thái bão hoà nước, nhưng không được dốc quá 1/2 ở phía ngoài và không được dốc quá 1/1 ở phía lòng hố móng, chân vòng vây phải cách mép hố móng một khoảng l = h.tg(450 - /2) 1m. Đỉnh vòng vây phải cao hơn mực nước thi công ít nhất 0,7m. Để an toàn, thường lấy mức nước thi công bằng mức nước cao nhất trong 10 năm (tần suất 10% theo số liệu tính toán thuỷ văn). Khi tốc độ dòng nước lớn hơn 0,1m/giây thì mái ngoài vòng vây cần phải được gia cố bằng lát cỏ, cành cây hoặc đá hộc. Vòng vây đắp bằng đất á sét là tốt nhất (Hình 1.23a). Cũng có thể dùng đất cát nhưng phải có lõi đất sét để chống thấm (Hình 1.23b). Trước khi đắp đất cần dọn sạch sẽ đáy sông để bảo đảm chống thấm tốt. Đất đắp phải được đầm lèn kỹ. Tính toán ổn định chống trượt cho vòng vây Lực gây trượt vòng vây là áp lực của nước (áp lực nước tĩnh và áp lực thuỷ động). Tính toán cho 1m dài vòng vây. - Áp lực thuỷ tĩnh tác b dụng lên vòng vây. 2  .h MNTC W n n t 3 / 1 h 2 1 / n  /2 1 - Áp lực động của nước h 1 chảy tác dụng lên vòng vây. 2 v L Wd .hn g B Trong đó: n - Dung trọng của 3 nước bằng 1T/m . Hình 1.24 hn - Chiều sâu mực nước (m). v - Vận tốc dòng nước (m/s). g - Gia tốc trọng trường bằng 9,81m/s2. Vòng vây ổn định chống trượt nhờ vào lực ma sát giữa vòng vây và đáy sông theo điều kiện kiểm toán sau: G.f 1,5 ( 1.40 ) Wt Wd Trong đó: G - Trọng lượng 1m dài vòng vây được xác định theo kích thước tiết diện vòng vây trên hình 1.24. 1 G . B b .h.1.γ ( - Dung trọng đẩy nổi của đất đắp vòng vây) 2 dn đn f - Hệ số ma sát giữa vòng vây và đáy sông; thường lấy f = 0,3  0,5. 1.5.3.2. Vòng vây cọc ván gỗ 36
35. m m 4 7 7 , 0,5m , b 0 0 MNTC 3 MNTC 3 3 m 1/ m 3  m m 5 2 2 / 5 7 1 h h H H 1 m 1 3 2 2 t m m 2 2 2 t t a) b) Hình 1.25 Cấu tạo vòng vây cọc ván gỗ a) - Vòng vây cọc ván gỗ đơn ; b) - Vòng vây cọc ván gỗ kép Vòng vây cọc ván gỗ có hai loại: vòng vây cọc ván gỗ đơn (Hình 1.25a) và vòng vây cọc ván gỗ kép (Hình 1.25b). Vòng vây cọc ván gỗ đơn được dùng ở những hố móng không sâu lắm khoảng 2  3m và cho phép thu hẹp dòng chảy đến một mức độ nào đó. Khi chiều sâu mực nước từ 3  5m thì nên dùng vòng vây cọc ván gỗ kép. Phía ngoài vòng vây cọc ván gỗ đơn và ở giữa hai tường cọc ván của vòng vây cọc ván gỗ kép thường người ta đắp đất để chống thấm. Chân tường cọc ván phải cắm sâu ít nhất là 2m. Vòng vây cọc ván gỗ kép thì khoảng cách b giữa hai tường cọc ván phụ thuộc vào chiều sâu nước mặt và chiều sâu hố móng và được xác định theo điều kiện sau: b (0,4  0,6)H và b (0,5  1,0)hn nhưng không nhỏ hơn 2m. 1.5.3.2. Vòng vây cọc ván thép Vòng vậy cọc ván thép được dùng khi mực nước sâu quá 5m, đất đáy sông m 7 , 0 chặt cứng hoặc đất có lẫn cuội sỏi. Vòng vây cọc ván thép có ưu điểm là khả năng MNTC chịu lực và chống thấm nước tốt. Khi Khung chiều sâu mực nước từ 4  6m thường làm ngang m 5 vòng vây theo hình dạng mặt bằng đáy n móng, nhưng có kích thước lớn hơn một h chút để đề phòng sự sai lệch khi đóng cọc ván. KHI MỰC NƯỚC MẶT CÓ CHIỀU SÂU TRÊN 8M, ĐỂ TĂNG ĐỘ Cäc v¸n thÐp CỨNG CHO VÒNG VÂY VÀ LỢI DỤNG ÁP LỰC NƯỚC XUNG QUANH ÁP CHẶT CÁC CỌC VÁN LẠI VỚI Líp bª t«ng bÞt ®¸y NHAU NGƯÒI TA THƯỜNG LÀM VÒNG VÂY CÓ DẠNG NHƯ HÌNH Hình 1.26 Cấu tạo vòng vây cọc ván thép 1.26. PHÍA TRONG vòng vây đặt các khung ngang là các vành tròn và nó là bộ phận chịu lực chủ yếu. Các khung ngang được ghép bằng hai thép hình máng [ liên kết với nhau bằng các bản giằng. Các khung ngang được hàn vào cọc ván để giữ ổn định. Chiều sâu đóng cọc ván căn cứ vào điều kiện ổn định của tường cọc ván và ổn định của đất, sao cho không trồi vào đáy hố móng sau khi hút nước khỏi hố móng. Trong các loại 37
36. nền đất dính kết, cát pha và cuội sỏi, thì đáy vòng vây cọc ván thấp hơn đáy hố móng ít nhất 1m. Đối với nền đất cát nhỏ và đất nhão, thì ít nhất là 2m; hơn nữa cao độ đáy vòng vây còn phụ thuộc vào đặc tính của chất đất, áp lực nước để sao cho đất không bị trồi đùn lên trong hố móng. 1.5.4. Hút nước hố móng Trong quá trình đào đất cũng như để xây hoặc đổ bê tông móng được dễ dàng và đảm bảo chất lượng công trình cần phải giải quyết vấn đề hút nước khỏi hố móng. Việc chọn phương pháp hút nước còn phụ thuộc vào điều kiện địa chất, thuỷ văn và mức độ thấm nước nơi xây dựng móng. 1.5.4.1. Hút nước lộ thiên Với những hố móng đào trần không chống vách và nơi có nước ngầm phải hút nước lộ thiên. Biện pháp này là dùng máy bơm để hút nước trực tiếp từ hố móng rồi chuyển ra xa. Để bơm nước người ta đào một hệ thống rãnh sâu hơn đáy hố móng 0,5  1m để tập trung nước (Hình 1.27) Công việc hút nước tiến hành đồng thời với đào đất để làm cho đất ráo nước trước khi đào. Khi hố móng đào đến cao độ thiết kế thì công việc MNN bơm nước vẫn duy trì cho H đến khi xây xong móng. S Trong thời kỳ này, lưu lượng nước cần bơm đi có thể tính gần đúng theo công thức của loại giếng không hoàn chỉnh Hình 1.27 Sơ đồ bố trí hút nước lộ thiên có đường kính lớn: .k 2H - S S Q ( 1.41 ) lnR - lnr Trong đó: R - Bán kính ảnh hưởng, xác định theo công thức Ryxakin: R 575S k.H ( 1.42 ) S - Độ sâu hạ thấp mực nước ngầm, tính từ đỉnh mực nước ngầm đến chiều sâu đáy hố móng chừng 0,5  1m. H - Độ dày của tầng nước ngầm. k - Hệ số thấm của tầng đất trữ nước ngầm tra theo Bảng 1 - 10. r - Bán kính quy đổi của hố móng. F r ( 1.43 ) F - Diện tích đáy hố móng. - Hệ số xét đến hình dạng của hố móng, khi chiều dài nhỏ hơn ba lần chiều rộng thì lấy = 1. Bảng 1 - 10 HỆ SỐ THẤM NƯỚC k TRUNG BÌNH CỦA MỘT SỐ LOẠI ĐẤT Loại đất Hệ số thấm k (m/giây) Sét và sét pha cát 0,00001 38
37. Cát hạt rất nhỏ có pha ít sét 0,00002  0,00005 Cát rất nhỏ và pha sét 0,00005  0,0001 Cát hạt nhỏ và cát hạt vừa có pha 0,0001  0,001 sét Cát to có sỏi sạn nhỏ 0,001  0,005 Sỏi to và sỏi vừa 0,005  0,01 1.5.4.2. Hút nước mặt và nước thấm khỏi hố móng khi có vòng vây Khối lượng nước có thể có trong hố móng gồm: nước do mưa và nước do thấm. Lượng nước do mưa vào hố móng có thể tính theo công thức sau: m.F.h Q (m3/giờ) ( 1.44 ) 24 Trong đó: F - Diện tích hố móng trong phạm vi của vòng vây (m2). h - Lượng mưa trung bình một ngày đêm (m/ngày đêm). m = 1  1,5 - Hệ số xét sự tăng thêm lượng nước mưa từ các bộ phận vòng vây chảy vào hố móng. Lượng nước thấm có thể sơ bộ xác định theo Bảng 1 - 11 hoặc theo công thức tính toán sau: Q = q.k.H.L (m3/giây) ( 1.45 ) Trong đó: q - Tỷ lượng thấm nước, tra theo Bảng 1 - 12 hoặc Bảng 1 - 13 dựa vào sơ đồ trên hình 1.28a và 1.28b. k - Hệ số thấm của đất (m/giây) tra theo Bảng 1 - 10. H - Chiều cao áp lực nước tính bằng m trên hình 1.28. L - Chu vi tường cọc ván bảo vệ hố móng (m). Bảng 1 - 11 TRỊ SỐ THAM KHẢO VỀ LƯỢNG NƯỚC THẤM Loại đất Nươc thấm trên Loại đất Nươc thấm trên 1m2 diện tích hố 1m2 diện tích hố móng (m3/giờ) móng (m3/giờ) Cát hạt nhỏ và cát pha 0,05  0,16 Cát hạt to 0,30  0,50 sét Cát hạt vừa 0,10  0,24 Đá có nứt nẻ 0,14  0,25 39
38. a) b) MNN MNN n n h h H H S S h S S b/2 b/2 b/2 b/2 h t t t t TÇng ®Êt kh«ng thÊm n−íc Hình 1.28 Sơ đồ đẻ xác định tỷ lượng q trong công thức ( 1.20 ) a) - Sơ đồ cho trị số tính toán bảng 1 - 12 ; b) - Sơ đồ cho trị số tính toán bảng 1 - 13 Bảng 1 - 12 TỶ LƯỢNG THẤM NƯỚC q THEO SƠ ĐỒ TRÊN HÌNH 1.28a t Trị số Quan hệ 0,5b 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 0 1,14 0,95 0,82 0,74 0,66 0,62 0,57 0,54 0,50 0,46 0,44 0,42 4 6 2 4 7 2 8 4 0 7 4 2 0,1 1,07 0,92 0,80 0,72 0,65 0,61 0,55 0,52 0,49 0,46 0,44 0,42 8 2 0 2 6 1 6 7 6 2 2 0 0,2 1,02 0,88 0,78 0,70 0,63 0,58 0,54 0,51 0,49 0,45 0,44 0,41 9 2 9 0 3 9 4 1 1 9 0 8 0,3 1,00 0,85 0,75 0,68 0,62 0,58 0,54 0,51 0,48 0,45 0,43 0,41 0 6 6 9 8 4 1 0 6 7 9 7 0,4 0,96 0,83 0,74 0,67 0,62 0,57 0,53 0,50 0,48 0,45 0,43 0,41 Trị 2 3 4 8 2 8 9 8 1 4 8 5 số S 0,5 0,94 0,81 0,73 0,66 0,61 0,56 0,53 0,50 0,47 0,45 0,43 0,41 4 1 3 0 1 7 6 7 6 1 6 4 0,5b 0,6 0,91 0,78 0,71 0,65 0,60 0,56 0,53 0,50 0,47 0,44 0,43 0,41 1 9 1 6 7 0 3 6 1 9 5 2 0,7 0,89 0,77 0,70 0,65 0,60 0,55 0,53 0,50 0,46 0,44 0,43 0,41 4 8 2 2 3 3 0 4 6 6 3 1 0,8 0,87 0,76 0,69 0,64 0,59 0,54 0,52 0,50 0,46 0,44 0,43 0,40 8 7 2 7 8 7 8 3 1 3 2 9 0,9 0,86 0,75 0,68 0,64 0,59 0,54 0,52 0,50 0,45 0,44 0,43 0,40 1 5 3 3 4 0 5 1 6 1 0 7 1,0 0,84 0,74 0,67 0,63 0,58 0,53 0,52 0,50 0,45 0,43 0,42 0,40 4 4 3 8 9 3 2 0 1 8 9 6 40
39. Bảng 1 - 13 TỶ LƯỢNG THẤM NƯỚC q THEO SƠ ĐỒ TRÊN HÌNH 1.28b S Trị số Quan hệ S t 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 0,1 0,989 1,033 1,078 1,144 1,322 0,2 0,789 0,833 0,878 0,922 1,122 0,3 0,678 0,700 0,733 0,789 0,967 Trị số 0,4 0,578 0,600 0,633 0,678 0,856 S t 0,5 0,489 0,511 0,556 0,600 0,771 h 0,6 0,422 0,444 0,478 0,522 0,700 0,7 0,367 0,389 0,416 0,456 0,611 0,8 0,300 0,322 0,349 0,384 0,522 0,9 0,233 0,256 0,267 0,300 0,411 Khi vòng vây đắp bằng đất thì lượng nước thấm qua 1m chu vi của vòng vây được xác định theo công thức: 2 k.hn q ( 1.45 ) 2L Trong đó: hn và L là chiều sâu mực nước và chiều dài đường thấm (Hình 1.24). Khi lựa chọn máy bơm nước, căn cứ vào các yêu cầu sau: - Năng suất máy bơm lớn hơn lượng nước cần hút theo dự kiến từ 1,5  2 lần, phải được hút thử nghiệm hố móng đó. - Máy bơm phải nhỏ, gọn nhẹ và làm việc ổn định. - Nên dùng máy bơm ly tâm. - Để tăng hệ số hiệu dụng của máy bơm, nên dùng nhiều máy bơm năng suất nhỏ hơn là dùng ít máy bơm năng suất cao. Nếu lượng nước hố móng ít (dưới 50m3/giờ) có thể dùng máy bơm di động kiểu màng và kiểu tự hút với chiều cao hút nước đến 6m, và đặt trên bờ hố móng. Nếu lượng nước cần bơm quá nhiều, nên đặt nhiều tầng máy bơm ly tâm. Các đặc trưng của một số máy bơm ly tâm ở Bảng 1 - 14. Bảng 1 - 14 TÍNH NĂNG CỦA MỘT SỐ MÁY BƠM LY TÂM DI ĐỘNG Đơn vị Số hiệu máy bơm Các tính năng tính C - 203 C - 204 C - 247 C - 240 Năng suất m3/giờ 24 120 35 120 Chiều cao hút nước m666 6 Chiều cao bơm m 9 20 20 20 Đường kính Của đường hút mm 50 100 50 100 ống dẫn nước Của đường bơm mm 50 100 30 100 nước 41
40. Công suất động cơ (Động cơ điện) KW 1,5 8 - - Công suất động cơ (Động cơ đốt Mã lực - - 3 13 trong) Dài mm 1000 1850 1200 1800 Kích thước kể cả xe goòng Rộng mm 550 850 550 1000 đỡ Cao mm 850 1200 1030 1500 Trọng lượng kể cả xe goòng và kg 155 560 205 1050 động cơ 1.5.5. Đào đất, vận chuyển đất và lấp đất hố móng 1.5.5.1. Các phương pháp đào đất hố móng Công tác đào đất hố móng, xây móng, lấp đất hố móng phải tiến hành trong thời gian ngắn, phải đảm bảo không làm phá hoại trạng thái tự nhiên của đất nền dưới đáy móng. Có thể đào đất bằng phương pháp thủ công, bằng phương pháp cơ giới, phương pháp thuỷ lực, hoặc kết hợp các phương pháp đó. Việc lựa chọn phương pháp đào đất dựa trên các điều kiện địa chất, thuỷ văn nơi xây dựng móng, khả năng thiết bị thi công khác. Dưới đây sẽ trình bày về các phương pháp đào đất và phạm vi ứng dụng của chúng. - Khi hố móng rộng và có mái dốc, đất nền có độ chặt trung bình, khô hoặc có độ ẩm bình thường. Dùng máy ủi hay máy cạp đất để đào đất hố móng. Dùng máy ủi hay máy cạp đất có lưỡi gạt để vận chuyển đất khỏi hố móng (Hình 1.29a). - Khi hố móng rộng và có mái dốc, đất nền là đất sét chặt và đất sỏi có độ ẩm bình thường. Dùng máy xúc gầu thuận hoạt động dưới đáy hố móng để đào đất hố móng có tạo vách dốc nghiêng. Dùng ô tô tự đổ để vận chuyển đất khỏi hố móng (Hình 1.29b). - Khi hố móng rộng và có mái dốc, đất nền ở trạng thái chặt và chặt vừa, khô hoặc rất ẩm. Dùng máy xúc gầu ngược để đào đất hố móng kết hợp với các biện pháp thoát nước hố móng. Dùng ô tô tự đổ hoặc máy ủi có lắp lưỡi gạt di chuyển trên bờ hố móng để vận chuyển đất (Hình 1.29c). 42
41. a) b) c) Hình 1.29 Đào đất hố móng bằng cơ giới nơi không có nước mặt - Khi hố móng trong vòng vây cọc ván, đất nền ở trạng thái chặt vừa, dính kết yếu. Dùng máy xúc gầu ngoạm thả dây, đặt trên phao nổi để đào đất hố móng. Dùng các phương tiện nổi để vận chuyển đất khỏi hố móng hoặc đổ đất ngay ra sông bên ngoài vòng vây (Hình 1.30a). - Khi hố móng trong vòng vây cọc ván, đất nền là đất dính kết yếu, và bị xói. Dùng máy hút bùn không khí hay máy hút bùn thuỷ lực để đào đất hố móng kết hợp với thoát nước. Dùng phương tiện bơm đổ đất ngay ra sông bên ngoài vòng vây (Hình 1.30b). - Khi hố móng trong vòng vây cọc ván hay thùng chụp không đáy, đất nền là đất rất chặt và đá. Dùng máy khoan cầm tay chạy bằng hơi ép để đào đất hố móng kết hợp với thoát nước. Dùng cần cẩu có móc thùng đựng đất và đổ ngay ra sông bên ngoài vòng vây. Đào đất hố móng bằng phương pháp nào thì đất lấy từ hố móng lên phải vận chuyển đi đổ ở nơi đủ xa, sao cho không làm sụt lở thành hố móng, và không cản trở các hạng mục thi công tiếp theo. Nếu đổ đất đào ra sông cần tránh hậu quả xấu làm thu hẹp dòng chảy quá mức, tăng lưu tốc, gây xói mòn đáy sông và khu vực vòng vây đang thi công. Mặt khác nơi đổ đất không làm cản trở thông thuyền. Việc đào và lấy đất bằng các máy ủi và máy xúc chỉ nên thực hiện đến cao độ cách đáy móng dự kiến khoảng 10  30cm. Phần đất còn lại được đào bằng phương pháp thủ công trước khi thi công móng. Đối với trường hợp đáy hố móng là nền đá, cần đục bỏ lớp đá phong hoá, hoặc bị phá hoại trong lúc đào hố móng, sau đó phun nước rửa sạch bột đá vụn. 43
42. a) b) èng dÉn n−íc cao ¸p èng x¶ bïn Vßi xãi n−íc Mµng läc Cäc v¸n thÐp Hình 1.30 Đào đất hố móng bằng cơ giới nơi có nước mặt a) - Đào đất bằng máy xúc gầu ngoạn ; b) - Đào đất bằng máy hút bùn thuỷ lực Khi đã xây dựng móng xong, trong quá trình đắp đất lấp hố móng, cần đắp từng lớp dày không quá 20cm, và đầm chặt từng lớp đó. Hố móng của các trụ cầu giữa sông được lấp bằng đất trộn cát - đá dăm không cần đầm nén. Không dùng đất bột để lấp hố móng bất kỳ. Trong quá trình đào đất, cần theo dõi kiểm tra tình trạng an toàn mọi mặt, và độ vững chắc ổn định của thành hố móng, vòng vây, trạng thái đất nền, tình hình thấm nước. 1.5.5.2. Đào đất bằng phương pháp thuỷ lực Phương pháp này sử dụng hợp lý khi nước lấp đầy hố móng, với chiều sâu ít nhất 3m. Trong suốt quá trình xói và hút nước ra khỏi hố móng, phải luôn giữ cho mức nước hố móng đủ ngập đầu ống hút, khi cần thiết phải bơm thêm nước vào hố móng. Chỉ nên dùng phương pháp xói hút để đào đất đến cách cao độ thiết kế 0,3  0,5m. Đất sỏi chặt và đất sét pha cát được đào bằng ống hút thuỷ lực và máy hút bùn. Khi xói nước làm tơi đất ra để hút, áp lực của vòi phụt nước phải đạt đến 9 atmôtphe, lưu lượng nước phải đạt đến 90m3/giờ. Năng suất của ống hút thuỷ lực vào khoảng 6  12m3 đất/giờ, thiết bị bơm dâng bằng khí nén vào khoảng 2  4m3 đất/giờ. Chiều sâu ngập trong nước của bộ phận buồng trộn được xác định trên cơ sở lượng 1m3 bùn dâng lên độ cao h nhỏ nhất là 1,8m khi chiều sâu nhỏ nhất hạ buồng trộn là 1,5m; độ dâng cao h lớn nhất là 5m khi chiều sâu hạ buồng trộn đến 4,5m. 1.5.6. Nghiệm thu hố móng Khi nghiệm thu hố móng của mố trụ cầu lớn, và cầu trung. Cần kiểm tra chiều dày thực tế của lớp đất chịu lực, bằng cách khoan thăm dò sâu ít nhất 4m tính từ cao độ thiết kế của đáy móng. Nếu thấy có khả năng phát hiện nước áp lực, phải khoan thăm dò kiểm tra ngoài phạm vi hố móng. Trong trường hợp móng trên nền đá và đối với hố móng của các công trình nhỏ thì chỉ cần khoan thăm dò kiểm tra theo yêu cầu đặc biệt của ban nghiệm thu. Công tác thí nghiệm đất móng chỉ cần làm nếu thiết kế quy định, hay hội đồng nghiệm thu yêu cầu. Nội dung nghiệm thu gồm các vấn đề sau: - Vị trí, kích thước và cao độ hố móng so với đồ án thiết kế. - Điều kiện địa chất thực tế so với số liệu khảo sát. - Quyết định cho phép xây dựng móng ở cao độ thiết kế hay ở cao độ khác 44
43. Các văn bản nghiệm thu hố móng được lấy làm căn cứ để sau này nghiệm thu phần xây móng. Nếu kết qủa kiểm tra hố móng cho thấy có sự khác biệt nhiều giữa địa chất thực tế và đồ án, thì phải xem xét lại tài liệu thiết kế và chọn giải pháp thích hợp. Nhưng phải có đại diện của đơn vị thiết kế cùng tham gia vào việc quyết định cách tiến hành các công việc tiếp tục về sau. 1.5.7. Xây dựng móng 1.5.7.1. Đặt lớp đệm móng Khi đáy hố móng là loại đất dính (không phải là đá) cần phải đào hố móng đến cao độ cao hơn cao độ thiết kế khoảng 0,1  0,2m. Đến thời điểm ngay trước khi xây móng mới đào thêm, và san bằng đáy hố móng cho đúng cao độ thiết kế, bằng phương pháp đào sao cho không phá hoại cấu trúc tự nhiên của đất nền, và không làm giảm sức chịu tải của đất nền. Nếu hố móng đào bằng phương pháp thuỷ lực thì phải dừng ở cao độ hơn đáy móng 0,3  0,5m, sau đó được đào bằng thủ công. Trường hợp đất nền là đất sét ướt, phải hốt đi lớp đất nhão, rồi đầm một lớp đá dăm dày ít nhất 10cm làm lớp đệm móng. Bề mặt của lớp này không được cao hơn cao độ thiết kế của đáy móng. Nếu đào tới cao độ đáy hố móng, và hút nước phát hiện thấy có mạch nước phun lên, cần phải tìm cách bịt lại, hoặc dẫn nước ra ngoài phạm vi móng. Trong trường hợp đang xây móng có phát hiện nước ngầm chảy vào hố móng, phải bơm nước đó ra để cho nước không thấm vào lớp mới xây. Trong trường hợp này cần chừa sẵn các rãnh thoát nước, và hố tụ nước ở sát vòng vây ngăn nước, và ngoài phạm vi móng. Trong trường hợp bất lợi nhất là khi dòng nước ngầm chảy vào mạnh, nếu hút được nước thì cả vữa cũng bị hút theo, và đất hố móng bị đùn lên, khi đó phải đổ lớp đệm móng bằng bê tông đổ dưới nước. Phương pháp đổ bê tông dưới nước thường theo hai phương pháp sau: - Khi khối lượng bê tông ít, nước không sâu lắm thì áp dụng phương pháp dùng bao tải. Theo phương pháp này, bê tông phải có mác cao hơn mác yêu cầu 10% và phải có độ sụt 16  20cm. Bê tông được cho vào bao tải và buộc bằng dây thừng (nút buộc phải dùng loại dễ tháo). Hạ nhẹ nhàng bao tải gần sát đáy hố móng, đứng trên bờ kéo dây tháo nút mở ra cho bê tông tụt xuống. Đổ nhiều bao tải cùng một lúc, hết đợt này đến đợt khác nhưng phải tiến hành hết sức nhẹ nhàng, tránh xáo động. Kinh nghiệm cho thấy đối với hố móng nhỏ, đổ bê tông dưới nước theo phương pháp này vẫn hoàn toàn bảo đảm yêu cầu về cường độ. - Trong trường hợp nước tương đối sâu và khối lượng bê tông cần đổ tương đối nhiều thì người ta dùng phương pháp ống dịch chuyển thẳng đứng; ống thẳng đứng bằng thép có đường kính 250  300mm, vỏ dày 4  5mm, ống được ghép với nhau từng đoạn dài 1  2m. Phía trên, ống được nối với thùng hình phễu để chứa bê tông. Ống có thể được treo bằng cần trục hoặc trên hệ thống dàn có thể nâng hạ dễ dàng. Trình tự đổ bê tông theo phương pháp này như sau: Đầu tiên dùng một nút bằng gỗ hoặc bao tải cuộn chặt để nút ống (Hình 1.31a). Nút này được giữ bằng một dây ròng ngược. Khi đổ bê tông vào phễu, nút bị đẩy dần xuống dưới, nhấc ống lên khỏi đáy móng chừng 0,2  0,3m thì nút sẽ bật ra và bê tông tràn ra ngoài. Vừa tiếp tục đổ bê tông vừa nhấc dần ống lên nhưng luôn phải bảo đảm chân ống cắm vào lớp bê tông khoảng 0,8  1,5m. Theo phương pháp này thì chỉ có lớp bê tông đàu tiên là tiếp xúc với nước còn những phần bê tông đổ tiếp theo thì được lớp bê tông trên bọc kín. Bán kính hoạt động của mỗi ống khoảng 3  4,5m. Vì vậy tuỳ theo diện tích hố móng mà tính được số ống đổ bê tông cho thích hợp. 45
44. a) b) Hình 1.31 Sơ đồ đổ bê tông dưới nước a) - Đổ bê tông dưới nước bằng phương pháp ống dịch chuyển thẳng đứng b) - Đổ bê tông dưới nước bằng phương pháp phun vữa (vữa dâng) Khi dùng phương pháp phun vữa thì cũng bố trí ống thẳng đứng như phương pháp trên rồi xếp xếp đá sỏi xung quanh sau đó phun vữa xi măng - cát để lấp lỗ rỗng (Hình 1.31b) tạo thành khối liền. Phương pháp này còn gọi là phương pháp vữa dâng. Giữa lớp bê tông bịt đáy đổ dưới nước nêu ở trên và tường cọc ván cần có lớp đệm cách ly, để sau này khi thi công xong có thể dễ dàng nhổ cọc ván. Chiều dày lớp bê tông bịt đáy này được xác định theo điều kiện cân bằng của trọng lượng nó với áp lực thuỷ tĩnh thẳng đứng có xét đến hệ số vượt tải 1,1, nhưng ít nhất phải dày 1m. Để cho bê tông chóng ninh kết người ta thường dùng một số chất phụ gia. Phải đổ lớp bê tông bịt đáy đến cao độ cao hơn 10  15cm so với cao độ tính toán. Vì sau khi đổ bê tông dưới nước xong, đợi cho bê tông đông cứng và đạt khoảng 50% cường độ thiết kế, thì tiến hành hút nước trong hố móng và phá bỏ lớp mặt bên trên 10  15cm vì lớp bê tông này chất lượng xấu. 1.5.7.2. Thi công bệ móng Móng của mố trụ cầu thường được làm bằng vật liệu sau: xây đá với đá tự nhiên có cường độ tháp nhất 400kG/cm2, bê tông, bê tông độn đá hộc và bê tông cốt thép. Về các yêu cầu cụ thể và quy cách thi công các loại kết cấu này sẽ được trình bày cụ thể trong giáo trình môn “Xây dựng cầu”. Công tác xây dựng móng phải được tiến hành ngay sau khi nạo vét hố móng đến cao độ thiết kế và ký kết các văn bản nghiệm thu. Trong quá trình xây dựng móng, các bộ phận chống đỡ được tháo ra dần và thay bằng những thanh chống ngắn một đầu tỳ vào phần móng đã xây xong, hoặc thay bằng cách lấp đất dần và đầm chặt. ở thời điểm đó khối xây của móng phải đạt ít nhất cường độ 50kG/cm2. Độ sai lệch vị trí tim móng so với thiết kế không được lớn hơn 25mm. Sai số về kích thước trên mặt bằng và về cao độ không được lớn hơn 50mm. 46
45. Câu hỏi ôn tập 1. Trình bày phương pháp xác định chiều sâu đặt móng và các kích thước cơ bản của móng nông. 2. Tại sao khi tính toán thiết kế móng nông phải theo hai trạng thái giới hạn. Điểm khác nhau cơ bản khi tính toán theo hai trạng thái giới hạn là gì? 3. Trình bày nội dung tính toán ứng suất của đất nền ngay dưới đáy móng trong các trường hợp: - Khi e . - Khi e > . - Khi dưới đáy móng có tầng đất yếu cách đáy móng một độ sâu z. 4. Cường độ tính toán nén dọc của nền dưới đáy móng là đất và đá được xác định như thế nào? Các điều kiện khi kiểm toán cường độ của đất nền dưới đáy móng theo trạng thái giới hạn thứ nhất. 5. Tại sao phải tính lún cho móng? Theo quy trình 22TCN 18 - 79 quy định khi tính toán độ lún của nền móng mố trụ cầu như thế nào? 6. Tại sao phải kiểm tra độ lệch tâm của hợp lực tác dụng lên đáy móng? Theo quy trình 22TCN 18 - 79 quy định khi tính toán vấn đề này như thế nào? 7. Thiết lập công thức tính ổn định chống lật và chống trượt cho móng. Các điều kiện kiểm toán về độ ổn định chống lật và chống trượt. 8. Trình bày phương pháp tính toán ổn định chống trượt sâu của móng. 9. Trình bày điều kiện sử dụng và cấu tạo của kết cấu chống vách hố móng bằng ván lát. 10. Trình bày điều kiện sử dụng và các quy định về thi công chống vách hố móng bằng cọc ván gỗ và cọc ván thép. 11. Nội dung tính toán kết cấu chống vách hố móng bằng ván lát. 12. Nội dung tính toán kết cấu chống vách hố móng bằng tường cọc ván có một tầng chống ngang. 13. Thiết lập công thức tính độ cắm sâu của tường cọc ván theo yêu cầu về dòng thấm. 14. Trình bày các yêu cầu chung và điều kiện sử dụng, cấu tạo, một số tính toán của các loại vòng vây ngăn nước. 15. Trình bày nội dung các tính toán lượng nước thấm vào hố móng và bố trí máy bơm hút nước hố móng. 16. Trình bày phương pháp đào đất, vận chuyển và lấp đất hố móng. 17. Trình bày nội dung về công tác nghiệm thu hố móng. 47
46. 18. Tại sao phải đặt lớp đệm móng? Các phương pháp thi công trước khi đặt lớp đệm móng. 19. Trình bày nội dung công tác thi công bê tông dưới nước khi đổ lớp bê tông bịt đáy. Các yêu cầu cơ bản về thi công và tính toán. Bài tập 1 - Cho móng một trụ cầu trên hình 1.32. Tiết diện đáy móng là hình chữ nhật có kích thước: a = 9,5m và b = 3,3m. Móng được đặt trên nền cát hạt vừa ở trạng thái chặt bão 3 m 3 hoà nước có dung trọng  = 1,85T/m . Biết tải trọng tính toán = trong tổ hợp tải trọng phụ theo phương dọc cầu tại trọng tâm h Mx đáy móng là: Hy N N = 650 Tấn ; Hy = 85 Tấn ; Mx = 380Tm. b HÃY TÍNH DUYỆT VỀ CƯỜNG ĐỘ CỦA ĐẤT NỀN VÀ ỔN ĐỊNH VỊ TRÍ CỦA MÓNG. Hình 1.32 2 - Cho móng một trụ cầu trên hình 1.33. Tiết diện đáy móng là hình chữ nhật có kích thước: a = 8,8m và b = 3,2m. Móng được đặt trên nền sét pha cát có dung trọng  = 3 b m 1,75T/m , độ sệt B = 0,2, chỉ số dẻo  = 12, hệ số rỗng  = 0,5. 3 = Biết tải trọng tính toán thẳng đứng tại trọng tâm đáy móng là: N h N = 605 Tấn. Cách đáy móng 4m có tầng đất yếu có cường độ tính toán là: R = 2,5kG/cm2. Hãy tính duyệt về cường độ của m đất nền dưới đáy móng và trên đỉnh tầng đất yếu. 4 = z ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~TÇng~ ~~ ®Êt mÒm~ ~ yÕu~ ~ ~ 3 - Tính duyệt kết cấu chống hố móng cho trên q = 0,8T/m2 5,5m/2 hình 1.34. Biết: Hình 1.33 - Đất vách hố móng có dung trọng =1,8T/m3, góc ma sát trong = 350. m 5 2 - Mặt đất thiên nhiên bờ hố móng chịu một tải , 2  = 1,8T/m3 2 m trong phân bố đều q = 0,8T/m . 4 = 35 ®é = - Kết cấu chống hố móng bằng gỗ có cường độ 2 2 H tính toán: Ru=120kG/cm ; Rn= 100kG/cm . Ván lát m 5 7 , ngang có tiết diện b  = 20 5cm. Nẹp đứng có tiết 1 diện: 15 15cm, đặt cách nhau 1,2m. Thanh chống b  ngang có tiết diện 15 15cm Hình 1.34 1m m 7 , 0 m 5 , 1 7,6m 48
47. 4 - Tính ổn định của vòng vây Hình 1.35 bằng đất cho trên hình 1.35. Biết: Đất đắp 3 vòng vây có dung trọng đẩy nổi đn = 1,08T/m . Tốc độ dòng nước 1m/s, hệ số ma sát giữa vòng vây và đáy sông là f = 0,3. 6 - Tính lượng nước thấm và bố trí máy bơm hút nước cho hố móng chống vách bằng tường cọc ván theo sơ đồ hình 1.28a. Biết: m - Đất vách hố móng là cát hạt nhỏ có hệ số thấm k = 3 0,0001m/s.  = 1,9T/m3 = 16 ®é - Hố móng có chiều rộng là b = 5m và chiều dài 20m. - Chiều sâu H = 4,5m ; S = 3m ; t = 2m. m 5 , 1 Hình 1.36 NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN 49
48. MÔN HỌC: NỀN VÀ MÓNG BÀI SỐ : 1 Thiết kế kỹ thuật và thiết kế thi công móng nông cho một trụ cầu. Với các điều kiện sau: (Cho cụ thể bằng số liệu của mỗi học viên). 1 - Biết tải trọng tác dụng trong các tổ hợp tải trọng tính đến mặt đất đáy sông. - Tổ hợp tải trọng cơ bản. tt tt + Tải trọng tính toán: Ntt ; Mx ; My tc tc + Tải trọng tĩnh tiêu chuẩn: Ntc ; Mx ; My - Tổ hợp tải trọng bổ sung. Theo phương dọc cầu trục 0y. tt tt + Tải trọng tính toán: Ntt ; Hy ; Mx tc tc + Tải trọng tiêu chuẩn: Ntc ; Hy ; Mx Theo phương ngang cầu trục 0x. tt tt + Tải trọng tính toán: Ntt ; Hx ; My tc tc + Tải trọng tiêu chuẩn: Ntc ; Hx ; My 2 - Mặt cắt ngang thân trụ theo một trong hai kiểu. Với các dữ liệu về kích thước tiết diện ngang là: B và a hoặc B và d. 3 - Địa chất đáy sông nơi xây dựng trụ gồm hai lớp: 3 0 Lớp trên là đất cát hạt vừa chiều dày h1 có  = 1,9T/m ; = 2,64 ; = 32  = 0,6 ; E = 300kG/cm2. Lớp dưới là đất sét pha có  = 1,85T/m3 ; = 2,62 ; = 160; C = 0,12kG/cm2 ;  = 0,55 ;  = 12 ; B = 0,15 ; E = 240kG/cm2. 4 - Mực nước sông tại vị trí xây dựng là : hn 5 - Kết cấu phụ cho thi công dùng bằng gỗ, thép hoặc kết hợp gỗ thép tự chọn. 2 - Gỗ nhóm VI có cường độ tính toán như sau: Uốn tĩnh : Ru = 120kG/cm ; Nén dọc 2 2 thớ Rn = 120kG/cm ; Kéo dọc thớ Rk = 100kG/cm ; Ép ngang thớ toàn 90 2 90 2 2 bộ R e 24kG/cm ; Ép ngang thớ cục bộ R em 38kG/cm ; Cắt dọc thớ Rc = 19kG/cm ; 90 2 5 2 Cắt ngang thớ R c 9,5kG/cm ; Môđun đàn hồi : E = 10 KG/cm . - Thép CT3 có cường độ tính toán : R = 2100kG/cm2 ; E = 2,1.106kG/cm2. YÊU CẦU HOÀN THÀNH BẢN THUYẾT MINH TRÊN KHỔ GIẤY A4 ĐẶT DỌC GỒM: CÁC LỜI GIỚI THIỆU, NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN THEO SỐ LIỆU CỦA MÌNH, LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC MÓNG VÀ TÍNH DUYỆT MÓNG THEO CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN, LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG MÓNG, THUYẾT MINH KỸ THUẬT VÀ TRÌNH TỰ THI CÔNG MÓNG, TÍNH TOÁN CÁC KẾT CẤU PHỤ TRỢ CHO THI CÔNG MÓNG. 50
49. CHƯƠNG 2 Móng cọc 2.1. Khái niệm chung về móng cọc Móng cọc là loại móng dùng cọc để truyền tải trọng bên trên xuống tầng đất sâu của nền. Được sử dụng khi lớp đất trên là đất yếu còn các lớp đất tốt ở dưới sâu từ 6m trở lên. Móng cọc có cấu tạo a) b) như trên hình 2.1 gồm có bệ cọc (đài cọc) và cọc. 3 Bệ cọc có tác dụng 3 để liên kết các cọc lại và 2 truyền tải trọng từ bên trên 2 xuống cho các cọc chịu. Cọc là nhiệm vụ truyền tải trọng xuống cho đất chịu. Tuỳ theo vị trí của 1 1 bệ cọc mà được phân ra thành móng cọc bệ thấp (Hình 21a) khi có bệ cọc thấp hơn mặt đất một độ sâu nhất định để áp lực Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo móng cọc ngang của đất cân bằng với a) - Móng cọc bệ thấp ; b) - Móng cọc bệ cao tải trọng ngang tác dụng từ 1 - Cọc ; 2 - Bệ cọc ; 3 - Công trình công trình truyền xuống. Móng cọc bệ cao (Hình 2.1b) khi đáy bệ thông thường ở cao hơn mặt đất. Sự làm việc của cọc (sức chịu tải của cọc) nhờ vào hai thành phần P là ma sát của đất trên thân cọc và P là sức kháng của đất nền dưới mũi cọc. Sức chịu của cọc có thể biểu thị bằng biểu thức (PCọc = P + P) cho nên về mặt chịu lực cọc được chia làm hai loại: - Cọc chống khi đó sức chịu của cọc chủ a) b) yếu nhờ vào sức kháng của đất dưới mũi cọc (P >> P). Trong trường hợp này khi mũi cọc tựa trên nền cứng (Hình 2.2a). - Cọc ma sát (còn gọi là cọc treo) khi đó sức chịu của cọc chủ yếu nhờ vào ma sát của đất trên thân cọc (P >> P). Trong trường hợp này thì cọc chỉ đi qua những lớp đất thông thường (Hình 2.2b). So với các loại móng khác thì móng cọc có nhiều ưu điểm rõ rệt như: khả năng chịu được tải trọng lớn vì có thể đóng được cọc xuống các Hình 2.2 Cọc chống và cọc ma sát tầng đất sâu của nền, giảm được khối lượng thi a) - Cọc chống ; b) - Cọc ma sát công đất, tiết kiệm được vật liệu, có thể cơ giới hoá việc thi công dễ dàng v.v Chính nhờ những ưu điểm nổi bật này mà móng cọc là loại 51
50. móng được dùng phổ biến hiện nay trong xây dựng. Mặt khác cùng với sự tiến bộ của khoa học - công nghệ mà ngày nay móng cọc càng được hoàn thiện cả về lý thuyết tính toán cũng như công nghệ thi công. 2.2. Các loại cọc dùng trong móng cọc Hiện nay có nhiều cách phân loại cọc: theo vật liệu làm cọc, theo tiết diện cọc, theo phương pháp hạ cọc. Sau đây sẽ giới thiệu các loại cọc theo vật liệu làm cọc và liên quan đến phương pháp hạ cọc. 2.2.1. Cọc gỗ Cọc gỗ hiện nay được dùng trong các công trình nhỏ hoặc công trình tạm thời chịu tải trọng nhẹ. Cọc gỗ có ưu điểm là nhẹ, vận chuyển dễ dàng, chế tạo tương đối đơn giản. Tuy nhiên gỗ có nhược điểm là sức chịu tải không lớn, dễ bị hà và mục phá hoại nhất là chỗ nằm ở mực nước thường xuyên thay đổi, chiều dài và tiết diện bị hạn chế. Nếu có được phòng mục tốt trước khi dùng và có điều kiện để cho toàn bộ cọc gỗ luôn nằm dưới mực nước ngầm thì thời gian sử dụng khá lâu, có khi đến hàng trăm năm. 2.2.1.1. Yêu cầu chất lượng gỗ làm cọc Gỗ để làm móng cọc cho mố, trụ cầu thường là loại gỗ dẻ, thông, muồng, tràm v.v Cây gỗ để làm cọc phải thẳng, độ cong một chiều của cây gỗ không được vượt quá 1% chiều dài. Không được dùng các cây gỗ có độ cong hai chiều. Đường kính thân cây gỗ thay đổi không vượt quá 1cm trên 1m dài. Thường dùng gỗ có đường kính 20  32cm làm cọc. Đường kính thân cây gỗ ở đầu ngọn không nhỏ hơn 18cm. Cây gỗ phải rắn và không có tật. Đối với loại cọc đóng làm dàn giáo, với chiều dài tự do không lớn phải dùng gỗ nhóm 3. Các cọc gỗ định vị khung dẫn hướng để đóng cọc khác, cần ưu tiên chọn các cọc gỗ tốt. 2.2.1.2. Sản xuất cọc Cọc gỗ có hai dạng: cọc đơn (làm bằng một cây gỗ), và cọc tổ hợp (ghép từ 3  4 cây gỗ). Thân cây gỗ làm cọc được chặt hết cành, mấu, rễ và róc vỏ. Nên sản xuất cọc có chiều dài lớn hơn chiều dài thiết kế khoảng 0,2  0,5m, để sau này cắt bỏ phần đầu cọc bị toè trong lúc đóng. Đầu trên của cọc được cắt phẳng và vuông góc với trục dọc thân cọc và được gọt nhỏ bớt để đủ lồng đai thép, giữ đầu cọc khỏi nứt vỡ. Vòng đai này bằng thép bản, mặt cắt khoảng 50 12mm đến 100 20mm (Hình 2.3 a và b). Trường hợp đóng cọc bằng búa có kèm theo chụp đầu cọc, thì không cần làm đai thép đầu cọc. Mũi cọc được đẽo vát thành hình chóp 3 hay 4 mặt (Hình 2.3a và b), mũi nhọn nằm đúng trên trục dọc cọc. Chiều dài đoạn đẽo vát nhọn lấy tuỳ theo độ chặt của đất nền thường bằng 1,5 đến 2 lần đường kính đầu dưới cọc. Để tránh mũi cọc bị dập nát khi đóng, phải đẽo từ đầu mũi cọc trên một đoạn dài 10cm. Trường hợp đất nền rắn chắc có thể làm vỏ chụp thép đầu mũi cọc (Hình 2.3b). 52
51. Khi cần thiết 8mm có thể nối hai cây gỗ a) b) c) d) để làm cọc cho đủ dài. Tại chỗ nối m c c đường kính của hai 0 ä 1 c đoạn nối phải bằng u Ç m nhau, và không nhỏ ® m p hơn 20cm. Mặt phẳng 0 Ð d d 1 h t khe nối phải thật x i a phẳng, và vuông góc 0 6 § x với trục dọc cọc. Liên 0 d d 0 kết mối nối cọc ) ) m 6 2 2 c m c 0 thường dùng hai kiểu:   1 3 5 5 Kiểu lập lách (Hình , , 1 1 2.3c) và kiểu vòng đai ( ( (Hình 2.3d). Vị trí mối nối cọc phải theo các yêu d d cầu sau: - Vị trí mối nối phải ngập sâu e) f) 0,707d 0,866d trong đất ít nhất là 2m. - Độ chênh d cao độ của các mối nối của hai cọc gần nhau trong nhóm cọc ít nhất là 0,75m. Hình 2.3 Cấu tạo cọc gỗ - Trong một mố hay trụ, số mối nối cọc trên cùng một cao độ không được lớn hơn 25% tổng số cọc trong bệ móng. Các cọc gỗ tổ hợp (bó cọc) có tiết diện như hình 2.3e và 2.3f có thể làm dài đến 25m, ghép từ 3 đến 4 cây gỗ bằng liên kết kiểu lập lách và bu lông 19  25mm đặt cách nhau 0,5  1m, trên đoạn gần đầu cọc và đoạn gần mũi cọc thì cự ly bu lông sát gần nhau hơn 0,3  0,5m. Các mối nối riêng của các cọc trong bó cọc cần so le nhau ít nhất 1,5m, và không gần nhau 6 lần đường kính. Sau khi ghép thành cọc tổ hợp, mới vát nhọn mũi cọc, và lắp vỏ thép chụp nũi cọc. Đầu cọc tổ hợp cũng lồng vành đai chung bằng thép. Bảng 2 - 1 cho các đặc trưng mặt cắt cọc tổ hợp. Khi sản xuất các loại cọc gỗ, phải bảo đảm sai số kích thước không lớn hơn quy định của Bảng 2 - 2. Bảng 2 - 1 CÁC ĐẶC TRƯNG MẶT CẮT CỌC GỖ TỔ HỢP Môđuyn Bán kính Chiều dài Diện tích Mômen Loại tiết kháng quán tính tự do Chu vi tiết diện quán tính diện uốn W I tính toán cọc F (cm2) I (cm4) (cm3) F lớn nhất 53
52. d 0,049087d 0,098175d 0,78540d2 0,25000d 30d 3,14159d 4 3 2,22032d2 0,39230d4 0,46665d3 0,42034d 48d 6,28319d 2.57080d2 0,66963d4 0,74025d3 0,45230d 54d 6,28319d Bảng 2 - 2 SAI SỐ CHO PHÉP CỦA KÍCH THƯỚC CỌC GỖ Sai số cho phép mm Đường kính đầu trên cọc - 20 Chiều dài mũi cọc đẽo vát 30 Độ lệch tâm của mũi cọc so với trục dọc thân cọc + 10 Độ nghiêng của mặt phẳng đầu cọc và khe nối so với mặt 1% phẳng vuông góc với trục dọc thân cọc 2.2.2. Cọc bê tông cốt thép Cọc bê tông cốt thép là loại cọc được dùng phổ biến nhất hiện nay. So với cọc gỗ thì cọc bê tông cốt thép có nhiều ưu điểm nổi bật là: Khả năng chịu tải trọng lớn, tiết diện và chiều dài không bị hạn chế có thể chế tạo theo ý muốn, trong quá trình thi công có thể sử dụng cơ giới hoá được, nên chất lượng đảm bảo, điều kiện áp dụng không phụ thuộc vào tình hình nước ngầm (tuy nhiên khi dùng cọc ở nơi nước mặn cần phải chú ý đến hiện tượng ăn mòn cốt thép trong cọc. Hiện nay khắc phục hiện tượng này bằng cách quét một lớp chống thấm xung quanh cọc hoặc thêm các chất phụ gia chống ăn mòn khi chế tạo bê tông v.v ). Tiết diện ngang của cọc đặc bê tông cốt thép thường dùng là: hình vuông, hình chữ nhật, hình tròn. Cốt thép trong cọc có hai loại là cốt thép dọc và cốt thép đai. Cốt thép dọc thường dùng loại: CT3 hoặc CT5 gồm 4 hoặc 8 thanh có đường kính 16  32mm. Cốt thép đai có hai loại: cốt đai vòng rời hoặc cốt đai xoắn lò xo, thép dùng loại CT3 có đường kính 6  8mm. Cốt thép đai ở hai đầu bố trí dày với bước là 5  10cm, đoạn giữa bố trí thưa hơn với bước là 15  20cm. Ở đầu cọc có bố trí một số lưới cốt thép tăng cường có đường 54
53. kính 6mm, kích thước ô lưới là 5 5cm. Ở đầu mũi cọc cốt thép dọc được bó lại thành đai thép. Khi vận chuyển để tránh cho cọc bị nứt cần bố trí hai móc treo cách đầu và mũi cọc một 2 1 khoảng cách L 0,207L (Hình 2.4). Khi cẩu ở một điểm để lắp cọc vào giá búa thì vị 2 2 2 trí móc treo cách đầu cọc là L 0,293L (Hình 2.5a) Trong đó L là chiều dài cọc. 2 A L 50 100 L - 400 150 100 a= 5cm a = 10cm a = 15cm a = 10cm a = 5cm A 7 31 0,207L 0,207L ThÐp gãc A - A CÊu t¹o mòi cäc 20 40cm L−íi cèt thÐp ®Çu cäc 16 32 2 Hình 2.4 Cấu tạo cọc bê tông cốt thép Nhược điểm chính của cọc bê tông cốt thép là: trọng lượng quá lớn, cồng kềnh, gây khó khăn cho công tác vận chuyển và hạ cọc. Mặt khác chính do trọng lượng bản thân qúa lớn cho nên cần phải có khối lượng cốt thép lớn để phù hợp với sơ đồ chịu lực trong quá trình vận chuyển và treo cọc, mà lượng cốt thép này sẽ không cần nhiều khi cọc đã ở trong móng, tức là công trình trên móng đã được sử dụng. Kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng trong quá trình thi công cọc, hiện tượng nứt cọc (với khe nứt 0,2  0,25mm) là hiện tượng thường hay xảy ra, ngay cả trong những trường hợp đã dùng nhiều cốt thép. Để nâng cao tính ổn định chống nứt và tiết kiệm thép người ta thường dùng cọc bê tông cốt thép dự ứng lực. 55
54. a) b) 0,293L 0,207L 0,207L L L q q 0,293L 0,707L 0,207L 0,586L 0,207L L L 2 M = 0,0429qL M = 0,0214qL2 2 M = 0,0214qL2 M = 0,0429qL Hình 2.5 Quy định về vị trí nâng, hạ cọc a) - Khi cẩu ở một điểm ; b) - Khi cẩu ở hai điểm Bê tông dùng làm cọc có mác thấp nhất là 300 đối với bê rông cốt thép thường và mác 400 cho bê tông cốt thép dự ứng lực đối với móng cọc bệ cao và 300 đối với móng cọc bệ thấp. Bảng 2 - 3 cho đặc trưng cọc BTCT dùng cho móng mố trụ cầu. Bảng 2 - 3 CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP MẶT CẮT ĐẶC Chiều dài cọc ( m ) Mặt cắt Loại cọc 5 8 12 13 15 16 20 ( cm ) Trọng lượng ( Tấn ) 30 30 1,20 1,84 2,74 - - - - Cọc BTCT thường 35 35 - 2,50 3,71 4,03 4,95 - - 40 40 - - - 5,28 6,45 - - 30 30 1,20 1,84 2,74 2,96 3,41 - - Cọc BTCT 35 35 - 2,50 3,71 4,03 4,61 4,95 6,13 dự ứng lực 40 40 - - - - - 6,45 8,04 2.2.3. Cọc thép Các loại cọc thép dùng trong xây dựng cầu gồm: cọc ống thép, cọc ray, cọc ghép bằng các thép hình I, [. Nói chung chỉ dùng cọc thép trong các trường hợp hãn hữu như chịu tải trọng ngang lớn hoặc khi đóng sâu 15  20m vào đất sỏi sạn. - Cọc ống thép: làm bằng thép ống có đường kính D = 250  600mm, chiều dày thành ống  = 8  14mm. Khi cần đóng các loại cọc dài, có thể sản xuất từng đoạn cọc, có chiều dài phù hợp với khả năng vận chuyển và cẩu lắp, sau đó nối ghép các đoạn cọc trước hoặc trong lúc đóng cọc. Mối nối các đoạn cọc có các bản thép nối ở bên ngoài và mối hàn điện tại công 56