1

BÀI GIẢNG NỀN MÓNG

BỘ MÔN CƠ HỌC ĐẤT – NỀN MÓNG

2

CHƯƠNG 1: MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN

§1. Khái niệm chung

Kết cấu bên trên

Móng

Nền

3

I. Móng

* Móng: là phần công trình (CT) kéo dài xuống dưới đất làm nhiệm vụ chuyển tiếp giữa CT bên trên với nền đất.- Nhiệm vụ:+ Đỡ CT bên trên;+ Tiếp nhận tải trọng từ KC bên trên và truyền tải trọng vào nền đất.- Khả năng tiếp nhận tải trọng của các vật liệu CT >> khả năng của đất nền ⇒ móng có kích thước mở rộng hơn so với CT bên trên (để giảm tải lên nền).- Sự mở rộng có thể theo bề ngang, theo chiều sâu hoặc cả 2 hướng.

4

II. Nền

hm hhb

b

(2 -

3)bNền

5

II.Nền (tiếp)* Nền: là phần đất dưới đáy móng, trực tiếp tiếp nhận tải trọng CT truyền xuống thông qua móng.- Khi thiết kế cần phải chọn sao cho nền phải là “đất tốt”.+ Nếu nền đất tự nhiên đủ tốt có thể sử dụng trực tiếp làm nền CT thì gọi là nền thiên nhiên.+ Nếu nền đất tự nhiên không tốt, muốn sử dụng làm nền CT thì phải xử lý nền làm cho tính năng XD của nền “tốt lên” trước khi đặt móng. Nền sau xử lý gọi là nền nhân tạo.

6

III. Phân loại móng1. Móng nông và móng sâu.a. Móng nông- Thi công trực tiếp từ đáy móng trong hố đào sẵn.- Đặc điểm của móng nông:+ Độ sâu đặt móng hm “đủ bé”.+ Tải trọng CT truyền lên đất nền qua diện tiếp xúc của đáy móng với đất, bỏ qua ma sát bên của đất với móng.* Phạm vi áp dụng: - Tải trọng CT không lớn;- Đất tốt ở bên trên hoặc xử lý nền đất yếu bên trên cóhiệu quả.

7

Móng đơn

8

Móng băng

9

Móng bè

10

b. Móng sâu- Thi công: không đào hố móng hoặc chỉ đào 1 phần rồi bằng 1 phương pháp nào đó đưa móng xuống chiều sâu thiết kế.- Đặc điểm của móng sâu:+ Độ sâu đặt móng lớn Hm;+ Tải trọng CT truyền lên đất nền qua đáy móng và qua mặt bên móng (do chiều sâu đặt móng lớn).* Phạm vi áp dụng: - Tải trọng CT lớn;- Đất tốt ở dưới sâu.

11

Móng cọc

Hm

hđ

L

hΔL

Đài cọc

Cọc

Mp mũi cọc“đáy móng”

Mặt đỉnh đài

Mặt đáy đài

12

III. Phân loại móng (tiếp)

2. Phân loại theo tiêu chí khác* Theo vật liệu: gạch, đá, bêtông, BTCT, thép…* Theo biện pháp thi công: thi công toàn khối, lắp ghép.* Theo đặc tính chịu tải: tải trọng tĩnh, tải trọng động…* Theo hình dạng: móng đơn, móng băng, móng bè, móng hộp…* Theo độ cứng: móng cứng, móng mềm.

13

IV. Các bộ phận cơ bản của móng

b

l

bc

lc

hmh

Gờ móng CT bên trên

Mặt đáy móng

Mặt đỉnh móng

BT lót

± 0.00

14

Móng nông

hm hhb

b

Gờ móng

Bậc móng

± 0.00

15

Móng cọc

Hm

hđ

L

hΔL

Đài cọc

Cọc

Mp mũi cọc“đáy móng”

Mặt đỉnh đài

Mặt đáy đài

± 0.00

16

IV. Các bộ phận cơ bản của móng (tiếp)* Độ sâu đặt móng (chiều sâu chôn móng): độ sâu kể từmặt đất tới mặt đáy móng.

Móng nông: hm; Móng cọc: Hm.* Chiều cao bản thân móng nông h: chiều cao từ mặt đỉnh móng đến mặt đáy móng.- Chiều cao bản thân đài cọc h: chiều cao từ mặt đỉnh đài đến mặt đáy đài.h: tính toán đảm bảo điều kiện cường độ vật liệu móng.* Đáy móng nông:- Kích thước đáy móng xác định thỏa mãn điều kiện cường độ và ổn định; thỏa mãn điều kiện biến dạng.

17

IV. Các bộ phận cơ bản của móng (tiếp)* Đáy đài cọc:- Hình dạng và kích thước đài cọc phụ thuộc vào sơ đồbố trí cọc.* Mặt đỉnh móng: là mặt tiếp xúc giữa móng và CT (kết cấu bên trên).* Gờ móng: khoảng cách từ mép bậc móng trên cùng đến mép đáy CT. * Bêtông lót móng: lớp đệm dưới đáy móng bằng bêtông có cường độ thấp. * Bậc móng: cấu tạo để tiết kiệm vật liệu khi thiết kế

móng mà vật liệu móng là các loại vật liệu chịu kéo kém (gạch, đá, BT).

18

V. Khái niệm tính toán thiết kế nền móng* Theo quan điểm tính toán thiết kế kết cấu công trình có 2 phương pháp:- Phương pháp tính toán kết cấu tổng thể (công trình + móng + nền).- Phương pháp tính toán kết cấu rời rạc.* Theo quan điểm hệ số an toàn:- Hệ số an toàn tổng thể (hệ số an toàn duy nhất)- Hệ số an toàn riêng phần (phương pháp TTGH)

19

V.1. Nội dung tính toán nền móng

a. Tính toán theo điều kiện cường độ, ổn định* Tính toán theo TTGH I phải thỏa mãn điều kiện sau:

FsN Φ≤ (I.1)

- N: tải trọng thiết kế hoặc tác động khác từ CT lên đất;- Φ: thông số tính toán tương ứng theo phương tác dụng của lực N;- Fs: hệ số an toàn.

20

a. Tính toán theo điều kiện cường độ và ổn định (tiếp)

Fsp

R ghđ =

][ trtr

gitr k

TT

k ≥=

* Đối với nền:- Điều kiện về cường độ:

ptb ≤ Rđ

pmax ≤ 1,2Rđ

- Điều kiện về ổn định trượt:[ktr]: hệ số ổn định trượt cho phép;ktr: hệ số ổn định trượt;

ptb: tải trọng tiếp xúc trung bình ở đáy móng;pmax: tải trọng tiếp xúc lớn nhất ở đáy móng;pgh: sức chịu tải giới hạn của nền;Rđ ([p]): sức chịu tải tính toán của nền.

Tgi: tổng lực giữ; Ttr: tổng lực gây trượt.

21

* Đối với móng: vật liệu móng phải thỏa mãn điều kiện cường độ:

σmax ≤ Rσmax: ứng suất lớn nhất trong móng do tải trọng CT vàphản lực đất gây ra, σmax = {τmax, σkc, σk};R: cường độ cho phép (cường độ tính toán) của vật liệu móng tương ứng với sự phá hoại của ứng suất:

R = {Rc, Rk}

][ ll

gil k

MM

k ≥=- Điều kiện về ổn định lật:[kl]: hệ số ổn định lật cho phép;kl: hệ số ổn định lật;Mgi: tổng mômen giữ; Mtr: tổng mômen gây lật;

a. Tính toán theo điều kiện cường độ và ổn định (tiếp)

22

b. Tính toán theo điều kiện biến dạng

* Tính toán theo điều kiện biến dạng:S ≤ Sgh; ΔS ≤ ΔSgh

Với CT đặc thù (CT có độ cao lớn: trụ cầu, tháp nước, tháp vô tuyến, ống khói, cầu tầu…) còn cần điều kiện:

θ ≤ [θ]; u ≤ [u]; Co ≤ [Co];- S, ΔS, θ, u: lần lượt là độ lún cuối cùng (độ lún ổn định) của nền, độ lún lệch giữa các cấu kiện, góc nghiêng và chuyển vị ngang của móng;- Sgh (hay [S]); ΔSgh (hay [ΔS]), [θ], [u]: độ lún giới hạn (độ lún cho phép); độ lún lệch cho phép; góc nghiêng cho phép và chuyển vị ngang cho phép của móng.

23

§3. Phân tích lựa chọn phương án móng

Sơ đồ dạng a Sơ đồ dạng b Sơ đồ dạng c

Đất tốtĐất tốt

Đất tốt

Đất tốt

Đất yếu

Đất yếuhy

hy

h1

I. Các sơ đồ cấu trúc địa tầng cơ bản

24

4

2

3

1

yÕu

Các dạng cấu trúc địa tầng

tèt

yÕu

tè t

f)

25

yÕu

tèt

tèt

tèt

tèt

yÕu

26

II. Phân tích lựa chọn phương án móngViệc lựa chọn phương án móng liên quan đến việc chọn độ sâu đặt móng.* Lựa chọn độ sâu đặt móng phụ thuộc vào các yếu tố:- Điều kiện ĐCCT và ĐCTV khu vực XD;- Trị số (độ lớn) và đặc tính của tải trọng;- Các điều kiện và khả năng thi công móng;- Tình hình và đặc điểm của móng các CT lân cận.* Nguyên tắc lựa chọn độ sâu đặt móng:- Móng phải được đặt vào lớp đất tốt.- Móng càng nông càng thuận lợi cho thi công.

27

II. Lựa chọn P.A móng theo điều kiện địa chấta. Địa tầng cơ bản dạng a: nền gồm toàn lớp đất tốt.→ Độ sâu đặt móng = f(mức độ tải trọng).* CT tải trọng nhỏ và trung bình: P.A móng nông.* CT tải trọng lớn: P.A móng cọc. Độ sâu mũi cọc được lựa chọn theo sức chịu tải của cọc và nhóm cọc.b. Địa tầng cơ bản dạng b: đất tốt nằm dưới một hoặc nhiều lớp đất yếu có chiều dày hữu hạn.* CT tải trọng nhỏ và trung bình: P.A móng nông.→ Độ sâu đặt móng = f(mức độ tải trọng, chiều dày hy…- Lớp đất yếu không dày lắm: loại bỏ lớp đất yếu, đặt móng vào lớp đất tốt bên dưới với hm = hy + Δh

Δh = (0,2 ÷ 0,3)m.

28

b. Địa tầng cơ bản dạng b: đất tốt nằm dưới một hoặc nhiều lớp đất yếu có chiều dày hữu hạn.

- Lớp đất yếu khá dày: xử lý nền trước khi đặt móng+ Thay một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu bằng vật liệu tốt hơn: “Đệm cát”.+ Xử lý “cọc cát”, “cọc đất – ximăng”… trên toàn bộhoặc một phần chiều dày lớp đất yếu.* CT tải trọng lớn: P.A móng cọc. - Độ sâu mũi cọc phải được nằm trong lớp đất tốt 1 khoảng ≥ 3Dc (Dc: cạnh của cọc vuông hoặc đường kính của cọc tròn).

29

b. Địa tầng cơ bản dạng b (tiếp)

- Lớp đất yếu dày: xử lý nền trước khi đặt móng+ Thay một phần đất yếu bằng vật liệu tốt hơn: “Đệm cát”.+ Xử lý “cọc cát”, “cọc đất – ximăng”… trên toàn bộhoặc một phần chiều dày lớp đất yếu.* CT tải trọng lớn: P.A móng cọc. - Độ sâu mũi cọc phải được nằm trong lớp đất tốt 1 khoảng ≥ 3Dc (Dc: cạnh của cọc vuông hoặc đường kính của cọc tròn).

30

c. Địa tầng cơ bản dạng c: dạng xen kẹp: đất yếu nằm giữa các lớp đất tốt

→ Độ sâu đặt móng = f(chiều dày các lớp đất, tải trọng…).* CT tải trọng nhỏ và trung bình: P.A móng nông.- Lớp đất tốt bên trên h1 “đủ dày” → phân tích tương tự như địa tầng dạng a: đặt trực tiếp móng lên lớp này.- Lớp đất tốt bên trên h1 không “đủ dày” → phân tích tương tự như địa tầng dạng b.+ Xử lý KC bên trên: dùng KC vật liệu nhẹ…+ Xử lý nền: xử lý đất yếu bên dưới nhưng cố gắng tránh làm tổn hại đến lớp đất tốt bên trên.+ Kết hợp cả 2 giải pháp trên.

31

c. Địa tầng cơ bản dạng c (tiếp)

* CT tải trọng lớn: P.A móng cọc.- Lớp đất tốt bên trên h1 “đủ dày” → phân tích tương tự như địa tầng dạng a: mũi cọc hạ vào lớp đất tốt bên trên.- Lớp đất tốt bên trên h1 không “đủ dày” → phân tích tương tự như địa tầng dạng b: mũi cọc hạ vào lớp đất tốt bên dưới 1 khoảng ≥ 3Dc.

32

§4. Tải trọng trong tính toán thiết kế nền móng

I. Phân loại tải trọngI.1. Phân loại tải trọng theo thời gian tác dụngTheo thời gian tác dụng chia làm 2 loại: tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời.a. Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải – tải trọng nhóm A):tải trọng tác dụng không thay đổi trong quá trình thi công và sử dụng CT (tồn tại cùng với CT).* Tải trọng tạm thời: tải trọng tồn tại trong một thời gian nào đó khi thi công, khi sử dụng CT. - Tải trọng tạm thời có thể thay đổi về điểm đặt, giá trị, phương chiều.

33

b. Tải trọng tạm thời (tải trọng không thường xuyên –hoạt tải):

+ Tải trọng tạm thời dài hạn (tải trọng nhóm B1): gắn bóvới CT nhằm phục vụ chức năng chính mà CT đảm nhiệm.+ Tải trọng tạm thời ngắn hạn (tải trọng nhóm B2): chỉxuất hiện trong những khoảng thời gian nào đó (có thểdự đoán được). + Tải trọng cực ngắn (tải trọng đặc biệt – tải trọng nhóm D): xuất hiện một cách ngẫu nhiên liên quan đến các sự cố bất khả kháng ở một thời điểm nào đó trong quá trình tồn tại của CT.

34

I.2. Phân loại theo giá trị của tải trọng

a. Giá trị danh nghĩa hay giá trị tiêu chuẩn của tải trọng (tải trọng tiêu chuẩn Ntc): là giá trị của từng loại tải trọng thường gặp trong quá trình sử dụng CT mà chưa xét đến sự sai khác do thi công, do chế tạo gây ra.b. Giá trị thực hay giá trị tính toán của tải trọng (tải trọng tính toán Ntt): là giá trị của tải trọng kể đến sự sai khác do thi công, do chế tạo gây ra làm thay đổi giá trịcủa tải trọng thiên về phía nguy hiểm cho CT.- Để xét đến sự sai khác người ta đưa vào hệ số an toàn về tải trọng (hệ số vượt tải – hệ số độ tin cậy):Giá trị tính toán = Giá trị tiêu chuẩn*hệ số tin cậy của tải trọng.

35

II. Tổ hợp tải trọng (THTT)Tổ hợp tải trọng là tập hợp các tải trọng có thể cùng tồn tại, cùng đồng thời gây ảnh hưởng đến CT.II.1. Tổ hợp tải trọng cơ bản – THCB (tổ hợp tải trọng gắn chặt với CT)* Tổ hợp cơ bản = Các tải trọng loại A + Các tải trọng loại B1 + một số tải trọng loại B2.Khả năng xuất hiện đồng thời các tải trọng loại B2 sẽ cócác THCB khác nhau. Khả năng cùng đồng thời tồn tại của các tải trọng được xét đến bằng hệ số tổ hợp (hệ số đồng thời)

36

II.1. Tổ hợp cơ bản (tiếp)- THCB có 1 tải trọng tạm thời

THCB = Các tải trọng A + 1B- THCB có 2 tải trọng tạm thời trở lên thì giá trị tính toán của tải trọng tạm thời phải được nhân với hệ số tổhợp:+ Khi không phân tích được ảnh hưởng của từng tải trọng tạm thời:

THCB = Các A + Các B*0,9;+ Khi có thể phân tích ảnh hưởng riêng biệt của từng tải trọng tạm thời ngắn hạn thì tải trọng tạm thời có ảnh hưởng lớn nhất không giảm; tải trọng ảnh hưởng thứhai nhân 0,8; các tải trọng còn lại nhân 0,6:

THCB = Các A + 1B + 1B*0,8 + Các B khác*0,6.

37

II.2. Tổ hợp đặc biệt (THĐB)* THĐB gồm các tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn, một vài tải trọng tạm thời ngắn hạn và các tải trọng tạm thời đặc biệt (tải trọng cực ngắn)- TTĐB với tải trọng do nổ hoặc do va chạm cho phép không xét đến các tải trọng loại B2.- THĐB do tác động của động đất không tính đến tải trọng gió;- THĐB có một tải trọng tạm thời = Các A + 1B + 1D- THĐB có 2 tải trọng tạm thời trở lên, giá trị tải trọng đặc biệt lấy không giảm; giá trị tính toán của tải trọng tạm thời được nhân với hệ số tổ hợp như sau: tải trọng loại B1 nhân 0,95; tải trọng loại B2 nhân 0,8:

THĐB = Các A + B1*0,95 + B2*0,8 + 1D

38

§5. Nguyên tắc chung khi thiết kế nền móng CT* Phương án thiết kế phải khả thi* Phương án thiết kế phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật- Về kỹ thuật PA móng phải đảm bảo bền, an toàn và sử

dụng bình thường.* Phương án thiết kế phải đảm bảo hiệu quả kinh tế- Kinh phí XD CT phụ thuộc nhiều vào việc lựa chọn giải pháp móng hợp lý theo yêu cầu kỹ thuật đề ra.- Mục tiêu của việc thiết kế phải là một giải pháp thỏa hiệp giữa yêu cầu kỹ thuật và hạn mực kinh phi cho phép.

39

§6. Các tài liệu cần thiết cho thiết kế nền móng

1. Tài liệu về công trình* Các tài về CT dự kiến XD phải bao gồm:- Bản đồ địa hình khu vực XD và lân cận;- Hồ sơ thiết kế kiến trúc, kết cấu CT và các yêu cầu riêng biệt và khai thác và sử dụng CT, các yêu cầu làm phát sinh các dạng tải trọng đặc biệt. Trong số đó, các tài liệu không thể thiếu:+ MB đáy CT: Hình dáng, kích thước đáy CT;Đặc điểm của CT (tầng hầm, tầng 1, công sự…);+ MB tải trọng đáy CT và các tài liệu liên quan đến việc xác định tải trọng (giá trị và tính chất) tương ứng.

40

2. Tài liệu về ĐCCT* Tài liệu về ĐCCT bao gồm:- Bản đồ địa hình, địa mạo nơi XD CT;- MB bố trí các điểm thăm dò – vị trí khảo sát (nên được định vị theo MB bố trí các hạng mục CT);- Kết quả khảo sát: + Phương pháp tiến hành khảo sát, + Các tài liệu về cột khoan địa chất và các mặt cắt địa chất: ghi rõ cao trình các lớp đất, mô tả sơ bộ các lớp đất, khoảng cách các hố khoan, vị trí lấy mẫu đất thínghiệm, mực nước ngầm xuất hiện và ổn định; + Kết quả và những đánh giá sơ bộ ban đầu phẩm chất của đất; giá trị các chỉ tiêu cơ – lý quan trọng liên quan trực tiếp đến tính toán thiết kế nền móng…

41

3. Tài liệu về ĐCTV* Thông tin về nước mặt, nước ngầm trong đất:- Cao trình mực nước và sự thay đổi mực nước theo mùa: mực nước thường xuyên (mực nước trung bình); mực nước cao nhất; mực nước thấp nhất.- Tính chất ăn mòn vật liệu XD của nước, các tính chất lý – hóa của nước ngầm, độ pH, tính xâm thực…4. Tài liệu về CT lân cận- Tầm cỡ CT, mức tải trọng, phạm vi ảnh hưởng đến nền đất CT mới;- Tuổi thọ CT, tình trạng kết cấu hiện thời, kết cấu móng CT cũ phải được khảo sát kỹ gồm vật liệu móng, hình dạng, kích thước, phạm vi chiếm đất và độ sâu đặt móng.