Giáo trình Kỹ thuật nền móng

UBND TỈNH NAM ĐỊNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ NAM ĐỊNH -----------o0o----------- GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT NỀN MĨNG Nam Định , tháng năm 20 Chương 1: Khái niệm về nền móng 1 Chương 1: KHÁI NIỆM VỀ NỀN MÓNG. I. VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ NỀN MÓNG Nền móng là phần công trình làm việc chung với lớp đất bên dưới trực tiếp gánh đỡ tải trọng bên trên truyền xuống. Công việc tính toán nền móng là nhằm chọn được một loại nền móng công trình đảm bảo các điều kiện sau: 1-Công trình phải tuyệt đối an toàn. 2-Khả thi nhất cho công trình. 3-Giá thành rẻ nhất. 1. Phân loại móng: 1-Móng nông là phần mở rộng của chân cột hoặc đáy công trình nhằm có được một diện tích tiếp xúc thích hợp để đất nền có thể gánh chịu được áp lực đáy móng, loại móng này không xét lực ma sát xung quanh thành móng với đất khi tính toán khả năng gánh đỡ của đất. Móng nông thường được chia thành móng đơn chịu tải đúng tâm, móng đơn chịu tải lệch tâm lớn (móng chân vịt), móng phối hợp (móng kép), móng băng, móng bè. 2-Móng sâu khi độ sâu chôn móng lớn hơn chiều sâu tới hạn Dc, từ độ sâu này sức chịu tải của đất nền không tăng tuyến tính theo chiều sâu nữa mà đạt giá trị không đổi, và thành phần ma sát giữa đất với thành móng được xét đến trong sức chịu tải của đất nền, gồm các loại móng trụ, móng cọc, móng barrette. Chương 1: Khái niệm về nền móng 2 Móng trụ gồm các cột lớn chôn sâu gánh đỡ các công trình cầu, cảng, giàn khoan ngoài biển,. Móng cọc là một loại móng sâu, thay vì được cấu tạo thành một trụ to, người ta cấu tạo thành nhiều thanh có kích thước bé hơn trụ. Bao gồm: Cọc gỗ, cọc thép, cọc bê tông, cọc bê tông cốt thép (đúc sẵn, khoan nhồi), 3-Móng nửa sâu khi độ sâu chôn móng nhỏ hơn chiều sâu tới hạn Dc, nhưng không phải là móng nông như: móng cọc ngắn, móng trụ ngắn và phần lớn móng caisson. 2. Phân loại nền: 1-Nền tự nhiên là nền gồm các lớp đất có kết cấu tự nhiên, nằm ngay sát bên dưới móng, chịu đựng trực tiếp tải trọng công trình do móng truyền sang. 2-Nền nhân tạo: khi các lớp đất ngay sát bên dưới móng không đủ khả năng chịu lực với kết cấu tự nhiên (thường gặp là sét, á sét, á cát trạng thái dẻo nhão, nhão, bùn, cát xốp (rời), 0,2 kG/cm2  Rtc  0,8 kG/cm2), cần phải áp dụng các biện pháp nhằm nâng cao khả năng chịu lực của nó như: a) Cải tạo kết cấu của khung hạt đất nhằm gia tăng sức chịu tải và giảm độ biến dạng lún của nền đất: * Đệm vật liệu rời như đệm cát, đệm đá, thay thế phần đất yếu ngay sát dưới đáy móng để nền có thể chịu được tải công trình. * Gia tải trước là biện pháp cải tạo khả năng chịu tải của nền đất yếu, nhằm giảm hệ số rỗng bằng cách tác động tải ngoài trên mặt nền đất. * Gia tải trước phối hợp với biện pháp tăng tốc độ thoát nước bằng các thiết bị thoát nước như giếng cát hoặc bấc thấm nhằm rút ngắn thời gian giảm thể tích lỗ rỗng đối với đất yếu có độ thấm nước kém. * Cọc vật liệu rời như: cọc cát, cọc đá nhằm làm giảm hệ số rỗng của khung hạt đất cát rời có độ thấm nước tốt hoặc thay thế đất yếu bằng các cột vật liệu rời có đặc tính tốt hơn đất nền tự nhiên, nhằm tăng khả năng chống cắt dọc các mặt có khả năng bị trượt. * Cọc đất trộn vôi hoặc trộn xi măng, một số loại thiết bị khoan đặc biệt cho phép trộn đất yếu với vôi hoặc xi măng hình thành các cọc đất trộn vôi và đất trộn xi măng nhằm chịu những tải trọng tương đối bé như nền kho, đường qua đất yếu. * Phương pháp điện thấm nhằm giảm hệ số rỗng của nền đất bằng cách hút nước ra khỏi các giếng là cực âm của một hệ thống lưới các thanh điện cực âm – dương của dòng điện một chiều được đóng vào lớp đất cần cải tạo. * Phụt vữa xi măng hoặc vật liệu liên kết vào vùng nền chịu lực để tăng lực dính giữa các hạt đất và giảm thể tích của các lỗ rỗng. b) Tăng cường các vật liệu chịu kéo cho nền đất còn được gọi là đất có cốt như: Chương 1: Khái niệm về nền móng 3 * Sợi hoặc vải địa kỹ thuật, được trải một hoặc nhiều lớp trong nền các công trình đất đắp hoặc trong các lớp đệm vật liệu rời để tăng cường khả năng chịu kéo và giảm độ lún của đất nền. * Thanh hoặc vỉ địa kỹ thuật, được trải từ 3 đến 5 lớp dưới các móng băng chịu tải trọng lớn hoặc các mái dốc cao, nhằm tăng khả năng chịu lực và giảm độ lún một cách đáng kể cho đất nền. * Thanh neo thường được dùng để giữ ổn định các tường chắn hoặc vách tầng hầm. II. VẤN ĐỀ BIẾN DẠNG CỦA NỀN VÀ LÚN CỦA MÓNG: Tổng độ lún của móng công trình từ lúc khởi công đến suốt quá trình sử dụng công trình có thể gồm: - Độ lún do hạ mực nước ngầm để chuẩn bị thi công đào hố móng - Độ nở do đào hố móng - Độ lún do thi công móng và công trình - Độ nở do dâng mực nước ngầm trở lại khi ngừng bơm hạ mực nước ngầm - Độ lún do đàn hồi của nền đất - Độ lún do cố kết sơ cấp của nền đất dưới tải toàn bộ công trình - Độ lún do nén thứ cấp của nền đất dưới tải toàn bộ công trình. Khi thiết kế nền móng công trình, cần phải tính tổng độ lún và vận tốc của nó. Với nền đất biến dạng được, độ lún của móng thường được tính bằng với biến dạng đứng của nền đất, nó gồm ba thành phần S=Si+Sc+Ss Trong đó Si – độ lún tức thời do tính đàn hồi của nền đất Sc – độ lún cố kết của vùng nền trực tiếp gánh đỡ móng, nó phụ thuộc theo thời gian thông qua đặc tính thoát nước của đất nền Ss – độ lún thứ cấp do đặc tính từ biến của đất nền, nó phụ thuộc theo thời gian sau khi đã lún cố kết. 1. Độ lún cố kết của nền đất theo phương pháp tổng phân tố với đường quan hệ e-’: Nội dung phương pháp bao gồm các bước sau: - Kiểm tra áp lực đáy móng đủ nhỏ để không gây vùng biến dạng dẻo quá lớn trong nền, sao cho toàn nền ứng xử như vật thể đàn hồi. II tctc RRp  - Tính áp lực gây lún chính là độ gia tăng ứng suất tại đáy móng do tải công trình bên trên truyền xuống, áp lực này cùng tính chất như sức chịu tải ròng. fglgl Dpp ' ,   Chương 1: Khái niệm về nền móng 4 15 bti = +=p2i 1ip gli glip1i Lớp thứ i bt  gl5 4 3 2 1 0 H gl D f Chiều dày vùng nén lún là bán kính không gian biến dạng tuyến tính được tính từ đáy móng nông hoặc đáy khối móng quy ước dưới móng cọc đến chiều sâu z mà ở đó, thỏa điều kiện: )()( '2,0' zbtzgl   - đối với đất nền có module biến dạng E  5Mpa )()( '1,0' zbtzgl   - đối với đất nền có module biến dạng E  5Mpa - Chia vùng nén lún thành nhiều lớp nhỏ, mỗi lớp phân tố có bề dày nhỏ hơn 0,4 bề rộng móng. Nếu vùng nén lún gồm nhiều lớp đất khác nhau, mặt phân chia các lớp đất phải là mặt phân chia các lớp phân tố. - Tính ứng suất do trọng lượng bản thân ở giữa lớp phân tố đất thứ i, p1i = ’bt(i), từ ứng suất này ta suy ra hệ số rỗng e1i của phân tố đất ở trạng thái ban đầu, khi chưa gánh chịu công trình, nhờ vào đường cong (e-p) cũng chính là đường (e-’) của thí nghiệm nén ép không nở hông hay thí nghiệm nén cố kết. - Tính và vẽ đường ứng suất do tải trọng ngoài z(i) dọc theo trục muốn tính độ lún, thường là tâm diện chịu tải. Từ tổng ứng suất p2i = ’bt(z) + z(i) tác động tại giữa lớp phân tố thứ i và đường cong nén ép (e-p) sẽ suy ra hệ số rỗng e2i của phân tố đất thứ i. Chương 1: Khái niệm về nền móng 5 Aùp dụng công thức tính biến dạng đứng của lớp đất thứ i: i i ii i h e ee s 1 21 1   (1.1) - Độ lún của móng là tổng các độ biến dạng đứng của các phân tố.      n i i i ii n i i h e ee sS 1 1 21 1 1 (1.2) Từ định nghĩa hệ số nén lún tương đối ao và module biến dạng E, công thức tính lún trên sẽ có thêm hai dạng sau         n i iioi n i i ii ii i ii n i i hpah pp pp e ee sS 11 12 12 1 21 1 1 (1.3)    n i ii i i hp E S 1  (1.4) Nếu nền đồng nhất và chấp nhận giả thiết các hệ số nén tương đối aoi, hệ số i và module biến dạng Ei không đổi theo chiều sâu. Hai công thức độ lún trên sẽ trở thành    n i iio n i i hpasS 11 (1.5)    n i ii hp E S 1  (1.6) Lưu ý: Ứng suất do trọng lượng bản thân của mọi loại đất nằm bên dưới mực nước ngầm đều được tính với trọng lượng thể tích đơn vị đẩy nổi wsat  ' hoặc e ws    1 '   2. Độ lún tính theo đường quan hệ e-log’: Độ lún do đất nền cố kết khi chịu sự gia tăng ứng suất do tải trọng công trình, phụ thuộc vào thông số thời gian và nó chỉ xảy ra với nền đất bão hòa nước có hệ số thấm bé. Độ lún của móng do cố kết của của lớp đất dính được tính như sau - Với đất cố kết thường: o o o o c c p pp H e C S    log 1 (1.7) - Với đất cố kết trước nặng có áp lực tác động giữa lớp đất là po+p<p thì độ lún là biến dạng đàn hồi của nền có dạng: o o o o s c p pp H e C S    log 1 (1.8) - Với đất cố kết trước nhẹ có po< p <po+p p o o o c o p o o s c pp H e C p H e C S        log 1 log 1 (1.9) Trong đó po – áp lực do trọng lượng bản thân ở giữa lớp sét Chương 1: Khái niệm về nền móng 6 p – ứng suất thẳng đứng gia tăng do tải trọng công trình gây ra ở giữa lớp đất sét p – Ứng suất cố kết trước eo – hệ số rỗng ban đầu của lớp sét (ứng với thời điểm trước khi xây dựng công trình) Cc – chỉ số nén; Cs – chỉ số nở. Ho – bề dày lớp đất sét ban đầu trước khi xây công trình Tính độ lún theo đường e-logp có thể tính theo phương pháp tổng phân tố, tương tự như phương pháp dựa theo đường e-p. oi ioi oi oi i p pp H e C S    log 1 (1.10) III. VẤN ĐỀ SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN: Khi thiết kế nền móng công trình, việc xác định sức chịu tải của nền đất là rất phức tạp và nó ảnh hưởng rất lớn đến sự an toàn của công trình. Có nhiều phương pháp ước lượng sức chịu tải của nền đất dưới móng nông như: phương pháp dựa trên giả thiết mặt trượt bên dưới đáy móng là mặt gảy phẳng, phương pháp cân bằng giới hạn điểm trong phạm vi nền đất ngay sát dưới đáy móng, phương pháp hạn chế vùng phát triển biến dạng dẻo. Mặt khác, cũng có thể phân chia các phương pháp tính toán sức chịu tải của nền đất thành hai nhóm: Sức chịu tải tức thời với các đặc trưng chống cắt không thóat nước cu và u và sức chịu tải với các đặc trưng chống cắt có thoát nước c’ và ’ tương ứng với nền đất đã lún ổn định do cố kết thấm. 1. Phương pháp tính dựa trên mức độ phát triển của vùng biến dạng dẻo trong nền Nội dung chứng minh của phương pháp nhằm hạn chế vùng biến dạng dẻo trong phạm vi nền dưới đáy móng nông sao cho nền đất còn ứng xử như một vật liệu đàn hồi để có thể ứng dụng các kết quả lý thuyết đàn hồi vào tính toán các ứng suất trong nền. Chiều sâu lớn nhất Zmax của vùng biến dạng dẻo dưới móng có dạng       HDp DZ f f          2 sin 2sin max , với H = c.cotg Hoặc       H g Dp DZ f f          2 cot max   ffz DgcDz g p        cot 2 cot maxmax (1.11) Trong đó 2 - góc nhìn từ điểm khảo sát về hai biên móng. Công thức được sử dụng trong các quy phạm xây dựng 45-78 củaViệt Nam Chương 1: Khái niệm về nền móng 7 Khi tính toán sức chịu tải của nền theo trạng thái giới hạn về biến dạng, để độ lún của móng có sai số nhỏ, nền đất phải còn hoạt động như vật liệu biến dạng đàn hồi, vì cách xác định các ứng suất trong tính lún đều dựa vào lý thuyết Boussinesq. Sức chịu tải của nền được chọn tương ứng với vùng biến dạng dẻo phát triển từ đáy móng đến độ sâu Zmax = b/4. ffb z DgcD b g p               cot 4 2 cot4 max DcBDAbpR fbZ   124/max  (1.12) Trong đó: 2 cot 25,0      g A 2 cot 1      g B 2 cot cot      g g D Z m ax = b/ 4  1 2  b D f , c, Các hệ số A, B, D phụ thuộc góc ma sát trong  của nền được lập thành bảng để tiện cho việc tính toán. Chương 1: Khái niệm về nền móng 8 Bảng 1.1: Giá trị hệ số sức chịu tải A, B, D A B D 0 0 1 3.1416 2 0.0290 1.1159 3.3196 4 0.0614 1.2454 3.5100 6 0.0976 1.3903 3.7139 8 0.1382 1.5527 3.9326 10 0.1837 1.7349 4.1677 12 0.2349 1.9397 4.4208 14 0.2926 2.1703 4.6940 16 0.3577 2.4307 4.9894 18 0.4313 2.7252 5.3095 20 0.5148 3.0590 5.6572 22 0.6097 3.4386 6.0358 24 0.7178 3.8713 6.4491 26 0.8415 4.3661 6.9016 28 0.9834 4.9337 7.3983 30 1.1468 5.5872 7.9453 32 1.3356 6.3424 8.5497 34 1.5547 7.2188 9.2197 36 1.8101 8.2402 9.9654 38 2.1092 9.4367 10.7985 40 2.4614 10.8454 11.7333 42 2.8784 12.5137 12.7873 Trong đó: b – chiều rộng (cạnh nhỏ) của đáy móng; Df – độ sâu đặt móng, kể từ mặt đất tự nhiên hoặc mặt đất quy hoạch; đôi khi được ký hiệu là h. 1 – trọng lượng đơn vị thể tích của đất nằm trên mức đáy móng; 2 – trọng lượng đơn vị thể tích của đất ở đáy móng; c – lực dính đơn vị của đất ở đáy móng; Trong QPXD 45-70, công thức này được giới thiệu dưới dạng sức chịu tải tiêu chuẩn của đất nền có dạng )( 12 DcBDAbmR f tc   (1.13) Các đặc trưng đất nền trong Rtc là các đặc trưng tiêu chuẩn gồm tc, ctc và tc. Trong QPXD 45-78, sức chịu tải tiêu chuẩn được xét thêm điều kiện làm việc Chương 1: Khái niệm về nền móng 9 đồng thời giữa nền và công trình và được gọi là sức chịu tải tính toán theo trạng thái giới hạn thứ hai RII của đất nền. )'(21 IIIIfII tc II DcBDAb k mm R   (1.14) Trong đóm – hệ số điều kiện làm việc m = 0,6 khi nền là cát bột dưới mực nước ngầm m = 0,8 khi nền là cát mịn dưới mực nước ngầm m = 1 với các trường hợp khác. m1, m2 – hệ số điều kiện làm việc của nền đất và của công trình trong sự tương tác với nền, tra bảng. ktc – hệ số độ tin cậy, chọn tùy theo phương pháp xác định các chỉ tiêu cơ lý tính toán của đất, lấy bằng: 1 – khi các chỉ tiêu xác định theo kết quả thí nghiệm trực tiếp các mẫu đất; 1,1 – khi các chỉ tiêu xác định một cách gián tiếp (không thí nghiệm trực tiếp) mà dùng các bản cho sẵn trên cơ sở thống kê. Bảng 1.2 Giá trị các hệ số điều kiện làm việc. Loại đất Tỷ lệ kích thước công trình 4 1,5 Đất hòn lớn lấp đầy cát Các loại cát (trừ cát mịn và cát bụi) 1,4 1,2 1,4 Cát mịn - Khô và ít ẩm - Bão hòa nước 1,2 1,1 1,1 1,1 1,3 1,3 Cát bụi - Khô và ít ẩm - Bão hòa nước 1,2 1,1 1,1 1,0 1,2 1,2 Đất hòn lớn lấp đầy sét Các loại có độ sệt B>0,5 1,1 1,0 1,0 2. Phương pháp tính dựa trên giả thuyết cân bằng giới hạn điểm: Tải trọng giới hạn của một móng nông được xác định dưới tác động đồng thời của ba trạng thái: - Sức kháng ở trạng thái rời của đất nền nằm dưới cốt đế móng. - Hoạt động của đất nền nằm trên cốt đáy móng. - Hoạt động của thành phần lực dính kết của đất. Công thức tổng quát có dạng: cquu NcNDNbqp ......5,0 12    (1.15) Trong đó: m1 m2 Chương 1: Khái niệm về nền móng 10 - Thành phần đầu (0,5.2.b.N) gọi là thành tố bề mặt, tỷ lệ với bề rộng móng b. - Thành phần thứ hai (1.D.Nq) gọi là thành tố độ sâu. - Thành phần thứ ba (c.Nc) gọi là thành tố dính kết. Với 1 – trọng lượng đơn vị thể tích của đất nằm trên mức đáy móng; 2 – trọng lượng đơn vị thể tích của đất ở đáy móng; c – lực dính đơn vị của đất ở đáy móng; N, Nc, Nq – Các hệ số sức chịu tải, chỉ phụ thuộc vào , và các giá trị của chúng được lấy theo lời giải của các nhà nghiên cứu như Terzaghi, Meyerhof, Caquot-Kerisel, Sokolovski, Berezantsev. 3. Công thức sức chịu tải có xét đến ảnh hưởng của dạng móng, chiều sâu chôn móng và độ nghiêng của tải tác động Công thức sức chịu tải đất nền dưới móng nông có dạng: idsqiqdqsqcicdcscu FFFbNFFFqNFFFcNq 5,0 (1.16) 4. Sức chịu tải ròng theo các thí nghiệm hiện trường: 1-Theo thí nghiệm xuyên động chuẩn SPT: Theo Meyerhof (1956), đề nghị công thức thực nghiệm ước lượng sức chịu tải ứng với độ lún s=2,54cm b1,22m => qa(net) = 11,98N (kN/m 2) b>1,22m => qa(net) = 7,99N[(3,28b+1)/3,28b] 2 (kN/m2) Với: N – số búa của thí nghiệm SPT và b là bề rộng móng (m) Theo Bowles (1977) đề nghị công thức hiệu chỉnh có dạng: b1,22m => qa(net) = 19,16NFd(S/25,4) (kN/m 2) b>1,22m => qa(net) =11,98N[(3,28b+1)/3,28b] 2Fd(S/25,4) (kN/m 2) Trong đó: S – độ lún tính bằng mm. Fd=1+0,33(Df/b)1,33 – Hệ số ảnh hưởng độ sâu chôn móng. 2-Theo thí nghiệm xuyên tĩnh CPT Theo Meyerhof, công thức thực nghiệm xác định sức chịu tải ứng với độ lún s=2,54cm, như sau: b1,22m => qa(net) = qc/15 b>1,22m => qa(net) = qc/25[(3,28b+1)/3,28b] 2 Với: qc – lực kháng mũi trong thí nghiệm nón xuyên tĩnh. 3-Theo thí nghiệm bàn nén hiện trường: - Sức chịu tải tức thời của một móng nông trên nền đất sét cố kết thường có thể suy ra trực tiếp từ kết quả của thí nghiệm nén như sau: qu(m) = qu(b) Với qu(m) – sức chịu tải cực hạn của móng. qu(b) - sức chịu tải cực hạn của bàn nén. - Sức chịu tải của một móng nông trên nền đất cát được tính: qu(m) = qu(b)(bm/bb) Với bm – bề rộng móng; bb – bề rộng bàn nén. Chương 1: Khái niệm về nền móng 11 - Độ lún của móng với cùng cấp áp lực tác động qo theo kết quả thí nghiệm bàn nén có thể tính như sau: * Với đất dính: b m bm b b SS  * Với đất rời: 22 128,3 128,3                m b b m bm b b b b SS IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH NỀN MÓNG: Có nhiều phương pháp tính toán nền móng công trình nhưng tựu trung có hai nhóm cơ bản: - Nhóm 1: Tính toán ổn định đất nền nhằm chống trượt hoặc lật công trình. - Nhóm 2: Hạn chế độ lún và độ lún lệch của móng nhằm đảm bảo cho công trình luôn vận hành tốt. Trong đó có thể chia phương pháp tính hiện hành thành. 1. Tính toán nền theo trạng thái ứng suất cho phép Phương pháp này dựa trên việc tính toán sức chịu tải cực hạn của đất nền theo công thức Terzaghi hoặc các hiệu chỉnh sau đó. Hầu hết đều tính theo phương pháp tổng ứng suất và các đặc trưng chống cắt của thí nghiệm cắt trực tiếp hoặc sức chống cắt không thoát nước cu suy ra từ thí nghiệm nén một trục. Sức chịu tải cho phép được định nghĩa bằng với sức chịu tải cực hạn chia cho hệ số an toàn FS, được lấy từ 2 đến 3. FS NcNDNb FS P p cqult ......5,0 12     2. Tính toán nền theo trạng thái giới hạn về biến dạng (trạng thái II): Điều kiện cần: - Với móng chịu tải đúng tâm: )( 12 DcBDAbmRp f tc   theo QPXD 45-70 )**(21 oIIIIIIII tc II hDcBhAb k mm Rp   theo QPXD 45-78 - Với móng chịu tải đứng lệch tâm, ngoài điều kiện trên còn cần có pmin0, khi các móng dể lật điều kiện này trở thành pmin/pmax0,25 và pmax1,2R tc hoặc RIIx1,2 Điều kiện đủ: SSgh SSgh iigh trong đó S và Sgh – độ lún và độ lún giới hạn. Chương 1: Khái niệm về nền móng 12 S và Sgh - độ lún lệch và độ lún lệch giới hạn. i và igh – góc xoay và góc xoay giới hạn. 3. Tính toán nền theo trạng thái giới hạn về cường độ (trạng thái I): Nội dung phương pháp gồm khống chế khả năng trượt, lật của móng và không cho nền bị phá hoại cắt. Thường áp dụng đối với đất nền cứng hoặc đá, hoặc công trình chịu tải ngang là chủ yếu.   cp gt ct gt ct t k M M F F k    cp gl cl l k M M k  Hoặc FS q k p p ult ghtt  Trong đó: kt – hệ số an toàn chống trượt; kl – hệ số an toàn chống lật; kcp – hệ số an toàn cho phép; qult, pgh – sức chịu tải cực hạn của nền đất. Các hệ số an toàn k hoặc FS cho phép tùy vào quy định của các quy phạm xây dựng và loại công trình. V. CÁC LOẠI TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG: 1. Các loại tải trọng: Tải trọng thường xuyên là tải trọng tác động liên tục khi thi công và suốt quá trình sử dụng công trình như trọng lượng bản thân, áp lực đất, áp lực nước, Tải trọng tạm thời a. Tải trọng tạm thời ngắn hạn chỉ xuất hiện trong từng giai đọan thi công hoặc trong quá trình sử dụng như: tải trọng gió, tải trọng do sóng, b. Tải trọng tạm thời dài hạn tác động trong một thời gian tương đối dài khi thi công hoặc trong quá trình sử dụng công trình như: trọng lượng các dụng cụ và thiết bị tĩnh, tải tác động lên mái công trình, c. Tải trọng đặc biệt xuất hiện trong những trường hợp thật đặc biệt như tải do động đất, do sập đổ một bộ phận công trình, Mặt khác, tải có thể xem như tử trọng (dead load) là các loại tải cố định và hoạt tải (live load) là các tải có thể dịch chuyển. 2. Tổ hợp tải trọng: a. Tổ hợp chính, gồm tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn, và một tải trọng tạm thời ngắn hạn (tải ngắn hạn này có ảnh hưởng nhiều đến trường ứng suất trong nền thường được chọn là tải trọng gió) b. Tổ hợp phụ, gồm tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn, và ít nhất là hai tải trọng tạm thời ngắn hạn c. Tổ hợp đặc biệt, gồm tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn, và một số tải trọng tạm thời ngắn hạn và một tải đặc biệt (thường được chọn là tải động đất trong vùng có động đất) Chương 1: Khái niệm về nền móng 13 Ngoài ra tải trọng còn được phân thành tải tiêu chuẩn và tải tính toán. Tải trọng tiêu chuẩn là tải trọng mà có thể kiểm sóat được giá trị của nó trong điều kiện thi công hoặc sử dụng công trình bình thường. Độ sai lệch (lớn hoặc bé) của tải trọng về phía bất lợi cho công trình so với tải tiêu chuẩn, do biến động của tải hoặc thay đổi điều kiện sử dụng công trình, được xét đến bằng hệ số vượt tải n. Tải trọng tính toán được định nghĩa là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số vượt tải n. Hệ số vượt tải từ 1,1 đến 1,4 tùy theo loại tải trọng. Khi tính toán nền theo trạng thái giới hạn biến dạng được tiến hành với tổ hợp chính các tải trọng tiêu chuẩn. Khi tính toán nền theo trạng thái giới hạn cường độ được thực hiện với tổ hợp phụ, tổ hợp đặc biệt các tải trọng tính toán. Khi tính toán nền theo ứng suất cho phép được thực hiện với tổ hợp phụ, tổ hợp đặc biệt các tải trọng tính toán và các hệ số an toàn thích hợp. Ntt, Mtt, Qtt Ntc, Mtc, Qtc Dùng để tính: - Chiều cao móng. - Cốt thép móng. - Tính ổn định: lật, trượt. Dùng để tính: - Diện tích móng - Tính lún cho nền - Kiểm tra ổn định nền VI. THỐNG KÊ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT: 1. Đặt vấn đề: Khi gặp nền đất có nhiều lớp đất và trong mỗi lớp đất có nhiều mẫu đất, mục đích của chúng ta là đi tìm ra chỉ tiêu đại diện cho toàn nền. Từ chỉ tiêu đại diện này ta ứng dụng vào các phần tính toán thiết kế. 2. Cách tìm chỉ tiêu đại diện cho nền: Các chỉ tiêu đại diện được xác định bằng công thức:    n i i A n A 1 1 ngoại trừ lực dính và góc ma sát trong tính bằng phương pháp bình phương cực tiểu (Trên 6 mẫu cho một lớp đất, nếu dưới 6 mẫu cho phép tính trung bình cộng).            n i ii n i i n i n i i tcc 111 2 1 1             n i i n i ii n i i tc ntg 111 1  Với: 2 11 2         n i i n i in  Chương 1: Khái niệm về nền móng 14 i – ứng suất tiếp i - ứng suất pháp trong thí nghiệm cắt. Để tính nhanh ctc, tc dùng hàm Linest trong Excel. Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 1 Chương 2:TÍNH TOÁN & THIẾT KẾ MÓNG NÔNG. I. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. Định nghĩa: Móng nông được định nghĩa như phần mở rộng của đáy công trình, tiếp nhận tải trọng công trình và truyền vào đất nền sao cho nền còn ứng xử an toàn và biến dạng đủ bé để không làm hư hỏng kết cấu bên trên và ảnh hưởng đến tính năng làm việc của công trình. Chiều rộng móng: ký hiệu b Chiều dài móng: ký hiệu l Chiều sâu chôn móng: ký hiệu Df (cũng có thể được ký hiệu là h) Móng Mặt nền công trình trực tiếp gánh đỡ móng Nền: Khu vực đất Hình 2.1: Sơ đồ nền móng công trình 2. Phân loại: Móng nông: là móng khi mà tỷ số Df/b 2, tuy nhiên giới hạn này chỉ là tương đối. * Theo hình dạng, móng nông có thể chia thành: - Móng đơn: móng đơn chịu tải đúng tâm, móng đơn lệch tâm nhỏ, móng đơn lệch tâm lớn như móng chân vịt - Móng phối hợp đặt dưới hai cột. - Móng băng: gồm móng băng một phương và hai phương dưới nhiều cột hoặc dưới tường chịu lực Có thể phân biệt:  Móng tròn: b=2R  Móng vuông: b=l  Móng chữ nhật: b<l Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 2 - Móng bè: là móng có kích thước lớn, nâng cả khối nhà hay một phần khối nhà. Móng bè có thể cấu tạo dạng bản, dạng sàn nấm, dạng bè hộp. Ví dụ: Cả tòa nhà đặt trên một móng bè, các bồn chứa dầu hoặc bồn nước đặt trên móng bè. * Theo cách thi công thì có móng lắp ghép được chế tạo sẵn và móng thi công tại chỗ thường được gọi là móng toàn khối. * Theo vật liệu, móng nông có thể chia thành: - Móng gạch: chỉ thích hợp cho tải trọng nhỏ và nằm trên mực nước ngầm. - Móng đá hộc: thích hợp cho tải trọng trung bình, nằm trên hoặc dưới mực nước ngầm và chỉ chịu ứng suất nén. - Móng bê tông khối được sử dụng trong các móng chỉ chịu ứng suất nén. - Móng bê tông cốt thép được sử dụng phổ biến trong mọi trường hợp. * Theo độ cứng, móng nông có thể chia thành: - Móng cứng có độ lún đồng đều trong toàn móng. - Móng mềm hoặc móng chịu uốn là móng có thể biến dạng cong được. 3. Chiều sâu đặt móng: Chiều sâu đặt móng nông phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Đáy móng phải được đặt trong lớp đất chịu lực >10cm. - Độ sâu mực nước ngầm - Sâu hơn vùng nứt nẻ do khí hậu gây ra - Tránh tác động rễ cây lớn - Thấp hơn các đường ống cấp thóat nước ngầm, các đường dây điện ngầm. - Phụ thuộc vào độ sâu đặt móng của công trình cũ kế cận. 2 3 H. 2.2:Điều kiện đặt móng lân cận khi 2 móng đặt cạnh nhau, để tránh ảnh hưởng lẫn nhau chiều sâu đặt móng của chúng phải nhỏ hơn độ dốc lớn nhất là 2/3 Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 3 II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG ĐƠN 1. Cấu tạo móng đơn: CÁT LÓT DÀY 100 BÊ TÔNG ĐÁ 4x6 M75 DÀY 100 CĐĐM 1 0 0 1 00 50 50bc b100 100 l 1 0 0 1 0 0 100100 b h - Lớp bê tông đá 4x6 mác 50100 dày 100, giữ vai trò như cốt pha đáy. - Cát lót dày 100-200, giữ vai trò biên thoát nước khi nền đất bão hòa bị biến dạng. - Cốt thép dùng loại có đường kính 10 2. Trường hợp móng đơn chịu tải thẳng đứng đúng tâm Theo quy phạm xây dựng 45-78, một móng nông chịu tải đứng đúng tâm được tính theo trạng thái giới hạn về biến dạng cho nền đất, và trạng thái giới hạn về cường độ cho kết cấu móng, gồm bốn bước như sau: Bước1: Kiểm tra áp lực đáy móng đủ nhỏ để không gây vùng biến dạng dẻo quá lớn trong nền, sao cho toàn nền ứng xử như vật thể đàn hồi. II tctc RRp  (2.1) Trong đó: ptc – áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng. ftb tc tc D F N p  (2.2) )( 12 DcBDAbmR f tc   theo QPXD 45-70 (2.3) Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 4 )'(21 IIIIfII tc II DcBDAb k mm R   theo QPXD 45-78 (2.4) tb – trọng lượng đơn vị thể tích trung bình của bê tông móng và đất ở trên móng (=2022 kN/m3) F - diện tích đáy móng Bước 2: Kiểm tra biến dạng của nền hoặc độ lún ở tâm móng S: S  Sgh (2.5) Tính toán độ lún của nền đất có thể tiến hành với phương pháp tổng phân tố và áp dụng các dạng công thức sau:      n i i i ii n i i h e ee sS 1 1 21 1 1 ;    n i iioi hpaS 1 ;    n i ii i i hp E S 1  với i i i      1 2 1 2 (2.6) Ba công thức trên được tính toán với đường cong e-p của thí nghiệm nén cố kết. Hoặc tính độ lún theo đường e-logp      n i oi ioi oi oi i p pp H e C S 1 log 1 (2.7) Bước 3: Tính bề dày móng h Bề dày móng h được chọn sao cho móng không bị chân cột xuyên thủng qua. Lực gây xuyên thủng bằng với áp lực đáy móng ptt nhân với phần diện tích đáy móng nằm ngoài tháp xuyên. Pxt = p tt.Sngoài tháp xuyên = [bl-(bc+2ho) (hc+2ho)].p tt (2.8) Lực chống xuyên thủng bằng với tích số của sức chống kéo bê tông và diện tích xung quanh của “tháp xuyên tính toán”. Pcx = ¾[Rk.Sxung quanh của tháp xuyên] # 0,75Rk[2 ho (bc+ho)+ 2 ho (hc+ho)] =0,75Rk.2 ho [2ho+ bc +hc] (2.9) Với chiều dày làm việc: ho = h-ab Trong đó ab – lớp bê tông bảo vệ thép đáy móng Rk – sức chống cắt của bê tông móng. bc – bề rộng cổ cột hc – bề dài cổ cột Tháp xuyên tính toán được chọn gần đúng bằng diện tích xung quanh của khối lập phương cạnh bc+ho và dầy ho. Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 5 Mặt chống xuyên tính toán +hoch bc o+h ttp xtP N ttttN bc hoho 45° h o ptt b h o h o h cl Bước 4: Tính cốt thép trong móng ttp b bc ch I-IM I-IM h MI-I MI-I (b+bc)/2 (b-bc)/2 l MII-II II-IIM Xem mặt I-I như là mặt ngàm, moment tác động lên mặt này là       842 2 cttcctt II bbl p bblbb pM      (2.10) Diện tích cốt thép cần thiết, được tính theo công thức gần đúng sau: oa II oa II a hR M hR M F 9,0    (2.11) Xem mặt II-II như là mặt ngàm, moment tác động lên mặt này là       842 2 cttcctt IIII hlb p hlbhl pM      (2.10) Diện tích cốt thép cần thiết, được tính theo công thức gần đúng sau: oa IIII oa IIII IIaII hR M hR M F 9,0     (2.11) Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 6 Ví dụ 2.1: Thiết kế móng đơn dưới chân cột có kích thước 0,3mx0,3m, lực dọc tại chân cột Ntc=48T. Đất nền có =1,92T/m3, c=0T/m2, =30o. Mực nước ngầm ở độ sâu 12m kể từ mặt đất tự nhiên. Bê tông móng mác 250, có Rn=110kG/cm 2; Rk=8,8kG/cm 2. Cốt thép trong móng sử dụng loại có Ra = 2300kG/cm 2. Kết quả thí nghiệm nén cố kết đất nền như sau: p(T/m2) 0 2.5 5 10 20 40 64 80 e 0.632 0.612 0.591 0.584 0.573 0.56 0.551 0.54 Giải: Chọn chiều sâu chôn móng là 1,5m. 1-Xác định sơ bộ kích thước móng: Từ điều kiện ftb tc tc tctc DR N FRp   Giả sử b=1m, tính Rtc: )( 12 DcBDAbmR f tc   =30o =>A=1,15; B=5,59; D=7,95 Rtc=1(1,15.1.1,92+5,59.1,5.1,92)=18,31T/m2. F  48/(18,31-2,2.1,5) = 3,198m2. Chọn móng có kích thước F=bxl=1,8x1,8 = 3,24m2. 2-Kiểm tra điều kiện ổn định nền: 2/11,185,1.2,2 24,3 48 mTD F N p ftb tc tc   Rtc=1(1,15.2.1,92+5,59.1,5.1,92)=20,07T/m2. Vậy tctc Rp  => Đảm bảo điều kiện ổn định nền. 3-Kiểm tra biến dạng của nền: Ứng suất gây lún: gl = p tc-Df = 18,11-1,92.1,5=15,23T/m 2. Chia lớp đất dưới móng thành các lớp mỏng có chiều dày hi=0,45m. Độ lún tổng cộng : S = 2,55cm  Sgh = 8cm Đảm bảo yêu cầu về biến dạng. 4- Tính bề dày móng h Chọn móng có chiều dày h=0,4m. Chiều dày lớp bê tông bảo vệ ab = 0,05m. Chiều cao làm việc ho = h-ab = 0,4-0,05=0,35m Lực gây xuyên thủng: Pxt = [bl-(bc+2ho) (hc+2ho)].p tt Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 7 =[1,8.1,8-(0,3+2.0,35). (0,3+2.0,35)].1,15 .18,11=46,66T Lực chống xuyên thủng: Pcx = 0,75Rk.2 ho [2ho+ bc +hc] =0,75. 88.2. 0,35. (2.0,35+0,3+0,3) =60,06T Pcx>Pxt=> Đảm bảo yêu cầu chống xuyên thủng BẢNG KẾT QUẢ TÍNH LÚN Lớp Z(m) Z/b K0 Chiều dày bt P1i gl P2i 1i 2i Si phân tố hi (m) T/m2 (m) 1 0.45 0.25 0.898 0.45 2.88 3.312 15.2348 17.7698 0.6052 0.5755 0.0083 3.744 13.6809 2 0.9 0.50 0.696 0.45 3.744 4.176 13.6809 16.3181 0.5979 0.5771 0.0059 4.608 10.6034 3 1.35 0.75 0.541 0.45 4.608 5.040 10.6034 14.4627 0.5909 0.5791 0.0034 5.472 8.2420 4 1.8 1.00 0.386 0.45 5.472 5.904 8.2420 12.9653 0.5897 0.5807 0.0025 6.336 5.8806 5 2.25 1.25 0.29 0.45 6.336 6.768 5.8806 11.9174 0.5885 0.5819 0.0019 7.200 4.4181 6 2.7 1.50 0.194 0.45 7.200 7.632 4.4181 11.3188 0.5873 0.5825 0.0014 8.064 2.9556 7 3.15 1.75 0.154 0.45 8.064 8.496 2.9556 11.1469 0.5861 0.5827 0.0010 8.928 2.3462 8 3.6 2.00 0.114 0.45 8.928 9.360 2.3462 11.4015 0.5849 0.5825 0.0007 9.792 1.7368 9 4.05 2.25 0.1 0.45 9.792 10.224 1.7368 11.8541 0.5838 0.5820 0.0005 10.656 1.5235 5- Tính cốt thép trong móng ttp b bc ch I-IM I-IM h MI-I MI-I (b+bc)/2 (b-bc)/2 l Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 8 MI-I = 0,15.18,11.1,8.(1,8-0,3) 2/8 = 10,54662Tm. FaI-I = 1054662/(0,9.35.2300)=14,56cm 2 Chọn thép 13Þ12 khoảng cách 140 Phương còn lại được tính và bố trí tương tự. 3. Trường hợp móng đơn chịu tải thẳng đứng lệch tâm nhỏ Bước1: Kiểm tra điều kiện để nền còn làm việc như vật thể đàn hồi: II tctc RRp  II tctc RRp 2,12,1max  0min  tcp hoặc với một số công trình có cầu chạy 25,0 max min  tc tc p p (2.12) Trong đó: ptc – áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng. ftb tc tc D F N p  (2.13) ftb yx tc tc D l e b e F N p        66 1minmax, (2.14) )( 12 DcBDAbmR f tc   theo QPXD 45-70 (2.15) )'(21 IIIIfII tc II DcBDAb k mm R   theo QPXD 45-78 (2.16) ey=M tc x/N tc ex=M tc y/N tc tb – trọng lượng đơn vị thể tích trung bình của bê tông móng và đất ở trên móng (=2022 kN/m3) F - diện tích đáy móng Bước 2: Kiểm tra biến dạng của nền hoặc độ lún ở tâm móng S: S  Sgh (2.17) i  igh (2.18) Với góc xoay iy hay il theo phương y (trục dài của móng) và góc xoay ix hay ib theo phương x (trục ngắn của móng) được xác định theo phương pháp tổng phân tố với công thức iy=Sy/by và ix=Sx/bx Hoặc được xác định theo phương pháp lớp biến dạng tuyến tính 3 2 )2/( 1 x x xx b Ne k E i   và 3 2 )2/( 1 y y yy b Ne k E i   (2.19) Bước 3: Tính bề dày móng h, tải lệch tâm một phương Tháp xuyên tính toán được chọn gần đúng bằng diện tích xung quanh của khối lập phương cạnh bc+ho và dầy ho. Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 9 Cùng nguyên tắc tính toán như trường hợp móng chịu tải đúng tâm, nhưng do phản lực đáy móng phân bố không đều, khả năng móng bị bẻ gãy ở khu vực phản lực đáy móng cực đại nhiều hơn, nên cần tính toán với một mặt bị xuyên bất lợi nhất thay vì tính cho cả tháp xuyên thủng. l ho hohc tính toán xtP tt N b c h o h o 45° h o ptt b maxmin ttp 1 ptt +hcb o max ttp Mặt chống xuyên M tt tt MN tt ttp 1 1F Pxt =0,5[pmax+p1].F1 (2.20) Với F1=1/4[b 2-( bc+2ho) 2+2b(a+bc-b-hc)] (2.20) Lực chống xuyên cũng chỉ xét với một mặt của tháp xuyên quy ước. Pcx = ¾[Rk.Smột mặt bên của tháp xuyên] # 0,75Rk(bc+ho)ho (2.21) Với chiều dày làm việc: ho = h-ab Trong đó ab – lớp bê tông bảo vệ thép đáy móng Rk – sức chống cắt của bê tông móng. bc – bề rộng cổ cột Bước 4: Tính cốt thép trong móng (b-bc)/2(b+bc)/2 PmnI-I )0.5(pC D+p I-IM I-IM )+pBA0.5(p h y x D A BC MII-IIII-IIM MI-I MI-I ye ex hc cb l b Với sơ đồ tải trọng tác động như hình vẽ, xác định pttA, p tt B, p tt C, p tt D. Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 10                ftb yx tc tt A D l e b e F N p  66 1*15,1                ftb yx tc tt B D l e b e F N p  66 1*15,1                ftb yx tc tt C D l e b e F N p  66 1*15,1                ftb yx tc tt D D l e b e F N p  66 1*15,1 Xem mặt I-I như là mặt ngàm, xác định: pAB = 0,5(pA+pB) pCD = 0,5(pC+pD) Từ đó suy ra pmnI-I bằng cách nội suy Xác định pmaxI-I = Max(pAB; pCD) Gọi b1 =( b-bc)/2 Moment tại mặt ngàm I-I MI-I = (pmnI-I+2 pmaxI-I) .l.b1 2/6 (2.22) Diện tích cốt thép cần thiết, được tính theo công thức gần đúng sau: oa II oa II IaI hR M hR M F 9,0     (2.23) Xem mặt II-II như là mặt ngàm, xác định: pAD = 0,5(pA+pD) pBC = 0,5(pB+pC) Từ đó suy ra pmnII-II bằng cách nội suy Xác định pmaxII-II = Max(pAD; pBC) Gọi l1 =( l-hc)/2 Moment tại mặt ngàm II-II MII-II=(pmnII-II+2 pmaxII-II) .b.l1 2/6 (2.24) Diện tích cốt thép cần thiết, được tính theo công thức gần đúng sau: oa IIII oa IIII IIaII hR M hR M F 9,0     (2.25) Ví dụ 2.2: Thiết kế móng đơn dưới chân cột có kích thước 0,3mx0,3m, lực dọc tại chân cột Ntc=48T, moment Mx tc=3,6Tm. Đất nền có =1,92T/m3, c=0T/m2, =30o. Mực nước ngầm ở độ sâu 12m kể từ mặt đất tự nhiên. Bê tông móng mác 250, có Rn=110kG/cm 2; Rk=8,8kG/cm 2. Cốt thép trong móng sử dụng loại có Ra = 2300kG/cm 2. Kết quả thí nghiệm nén cố kết đất nền như sau: Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 11 p(T/m2) 0 2.5 5 10 20 40 64 80 e 0.632 0.612 0.591 0.584 0.573 0.56 0.551 0.54 Giải: Chọn chiều sâu chôn móng là 1,5m. 1-Xác định sơ bộ kích thước móng: Từ điều kiện ftb tc tc tctc DR N FRp   Giả sử b=1m, tính Rtc: )( 12 DcBDAbmR f tc   =30o =>A=1,15; B=5,59; D=7,95 Rtc=1(1,15.1.1,92+5,59.1,5.1,92)=18,31T/m2. F  48/(18,31-2,2.1,5) = 3,198m2. Chọn móng có kích thước F=bxl=1,8x1,8 = 3,24m2. 2-Kiểm tra điều kiện ổn định nền: 2/11,185,1.2,2 24,3 48 mTD F N p ftb tc tc   ey=M tc x/N tc=0,075m 2 max /82,215,1.2,2 8,1 075,0.6 1 24,3 486 1 mTD l e F N p ftb y tc tc               2 min /41,145,1.2,2 8,1 075,0.6 1 24,3 486 1 mTD l e F N p ftb y tc tc               Rtc=1(1,15.2.1,92+5,59.1,5.1,92)=20,07T/m2. Vậy tctc Rp  2max /084,242,1 mTRp tctc  0min  tcp => Đảm bảo điều kiện ổn định nền. 3-Kiểm tra biến dạng của nền: Ứng suất gây lún: gl = p tc-Df = 18,11-1,92.1,5=15,23T/m 2. Chia lớp đất dưới móng thành các lớp mỏng có chiều dày hi=0,45m. Tương tự ví dụ 2.1, độ lún tổng cộng : S = 2,55cm  Sgh = 8cm Đảm bảo yêu cầu về biến dạng. 4- Tính bề dày móng h Chọn móng có chiều dày h=0,4m. Chiều dày lớp bê tông bảo vệ ab = 0,05m. Chiều cao làm việc ho = h-ab = 0,4-0,05=0,35m Lực gây xuyên thủng: Pxt =0,5[pmax+p1].F1 Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 12 Với F1=1/4[b 2-( bc+2ho) 2+2b(a+bc-b-hc)] =0,56m 2. pttmax =1,15.21,82=25,09T/m 2. ptt1 =23,2T/m 2. =>Pxt = 13,52T Lực chống xuyên thủng: Pcx = 0,75Rk(bc+ho)ho]=0,75.88.(0,3+0,35).0,35=15,02T Pcx>Pxt=> Đảm bảo yêu cầu chống xuyên thủng 5- Tính cốt thép trong móng (b-bc)/2(b+bc)/2 PmnI-I I-IM I-IM y x D A BC MII-IIII-IIM MI-I MI-I ye ex hc cb l b MII-II MII-II mnII-IIP (l+hc)/2 (l-hc)/2 p min tt tt max p tb =p tt h h Moment tại mặt ngàm I-I MI-I =p tt tb .l.b1 2/2=20,83.1,8.((1,8-0,3)/2)^2/2=10,545Tm. FaI-I = 1054500/(0,9.35.2300)=14,56cm 2 Chọn thép 13Þ12 khoảng cách 140 Moment tại mặt ngàm II-II MII-II =(pmnII-II+2p tt max) .b.l1 2/6 =(21,542+2.25,091).1,8.((1,8-0,3)/2)^2/6=12,1035Tm. FaI-I = 1210350/(0,9.35.2300)=16,71cm 2 Chọn thép 15Þ12 khoảng cách 120 Ví dụ 2.3: Thiết kế móng đơn dưới chân cột có kích thước 0,3mx0,3m, lực dọc tại chân cột Ntc=50T, moment Mx tc=3,75Tm, moment My tc=1,25Tm. Đất nền có =1,89T/m3, c=3,01T/m2, =20o. Mực nước ngầm ở độ sâu 11m kể từ mặt đất tự nhiên. Bê tông móng mác 300, có Rn=130kG/cm 2; Rk=10kG/cm 2. Cốt thép trong móng sử dụng loại có Ra = 2300kG/cm 2. Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 13 Kết quả thí nghiệm nén cố kết đất nền như sau: p(kG/cm2) 0 0,25 0,5 1 2 4 6,4 8 e 0,719 0,705 0,69 0,673 0,639 0,594 0,54 0,504 Giải: Chọn chiều sâu chôn móng là 1,5m. 1-Xác định sơ bộ kích thước móng: Từ điều kiện ftb tc tc tctc DR N FRp   Giả sử b=1m, tính Rtc: )( 12 DcBDAbmR f tc   =20o =>A=0,51; B=3,06; D=5,66 Rtc=1(0,51.1.1,89+3,06.1,5.1,89+5,66.3,01)=26,68T/m2. F  50/(26,68-2,2.1,5) =2,138m2. Chọn móng có kích thước F=bxl=1,4x1,8 = 2,52m2. 2-Kiểm tra điều kiện ổn định nền: 2/14,235,1.2,2 52,2 50 mTD F N p ftb tc tc   ey=M tc x/N tc=0,075m ex=M tc y/N tc=0,025m 2 max /23,30 66 1 mTD l e b e F N p ftb yx tc tc         2min /06,16 66 1 mTD l e b e F N p ftb yx tc tc         Rtc=1(0,51.1,4.1,89+3,06.1,5.1,89+5,66.3,01)=27,06T/m2. Vậy tctc Rp  2 max /472,322,1 mTRp tctc  0min  tcp => Đảm bảo điều kiện ổn định nền. 3-Kiểm tra biến dạng của nền: Ứng suất gây lún: gl = p tc-Df = 23,14-1,89.1,5=20,31T/m 2. Chia lớp đất dưới móng thành các lớp mỏng có chiều dày hi=0,56m. Độ lún tổng cộng : S = 6,519cm  Sgh = 8cm Đảm bảo yêu cầu về biến dạng. Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 14 Lớp L/b Z (m) Z/b K0 Ch. dày bt P1i gl P2i 1i 2i Si phâ n tố hi (m) T/m2 (m) 1 1.30 0.56 0.40 0.79 0.56 2.835 3.3642 20.3063 21.4875 0.6998 0.6357 0.0211 3.893 15.9404 2 1.30 1.12 0.80 0.53 0.56 3.893 4.4226 15.9404 17.7740 0.6935 0.6466 0.0155 4.952 10.7623 3 1.30 1.68 1.20 0.34 0.56 4.952 5.4810 10.7623 14.3041 0.6884 0.6584 0.0099 6.010 6.8838 4 1.30 2.24 1.60 0.21 0.56 6.010 6.5394 6.8838 12.1439 0.6848 0.6657 0.0063 7.069 4.3252 5 1.30 2.8 2.00 0.14 0.56 7.069 7.5978 4.3252 11.1819 0.6812 0.6690 0.0041 8.127 2.8429 6 1.30 3.36 2.40 0.11 0.56 8.127 8.6562 2.8429 11.2046 0.6776 0.6689 0.0029 9.185 2.2540 7 1.30 3.92 2.80 0.08 0.56 9.185 9.7146 2.2540 11.6843 0.6740 0.6673 0.0022 10.244 1.6854 8 1.30 4.48 3.20 0.06 0.56 10.244 10.773 1.6854 12.2655 0.6704 0.6653 0.0017 11.302 1.2996 9 1.30 5.04 3.60 0.05 0.56 11.302 11.831 1.2996 13.0295 0.6668 0.6627 0.0014 12.361 1.0965 4- Tính bề dày móng h Chọn móng có chiều dày h=0,45m. Chiều dày lớp bê tông bảo vệ ab = 0,05m. Chiều cao làm việc ho = h-ab = 0,45-0,05=0,4m Lực gây xuyên thủng: Pxt =p*tb.F1 Với F1=1/4[b 2-( bc+2ho) 2+2b(a+bc-b-hc)] =0,4675 m 2. Công thức xác định pttA’, p tt B’, p tt C’, p tt D’:                   ftb ocyocx tc tt A D l hhe b hbe F N p  22' )2/(12)2/(12 1*15,1 Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 15                   ftb ocyocx tc tt B D l hhe b hbe F N p  22' )2/(12)2/(12 1*15,1                   ftb ocyocx tc tt C D l hhe b hbe F N p  22' )2/(12)2/(12 1*15,1                   ftb ocyocx tc tt D D l hhe b hbe F N p  22' )2/(12)2/(12 1*15,1 pttA =34,76 T/m 2. pttD =29,87 T/m 2. pttA’ =32,02 T/m 2. pttD’ =28,18 T/m 2. p*tb=( p tt A+ p tt D+ p tt A’+ p tt D’)/4=31,208 T/m 2. =>Pxt = 14,59 T Lực chống xuyên thủng: Pcx = 0,75Rk(bc+ho)ho]=0,75.10.(0,3+0,4).0,4=21 T Pcx>Pxt=> Đảm bảo yêu cầu chống xuyên thủng A' ttp ,ptt D' D tt,pptt A hc hoho l A'D' AD F1 l ho h o h c tt N bc hoho 45° h o b M tt 5- Tính cốt thép trong móng Moment tại mặt ngàm I-I MI-I = (pmnI-I+2 p tt maxI-I).l.b1 2/6 =(27,136+2.29,057).1,8.((1,4-0,3)/2)^2/6=7,7365Tm. FaI-I = 773650/(0,9.40.2300)=9,34cm 2 Chọn thép 12Þ10 khoảng cách 150 Moment tại mặt ngàm II-II MII-II =(pmnII-II+2p tt max) .b.l1 2/6 =(27,563+2.32,317).1,4.((1,8-0,3)/2)^2/6=12,1008Tm. FaI-I = 1210080/(0,9.40.2300)=14,61cm 2 Chọn thép 13Þ12 khoảng cách 110 Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 16 y x D A BC MII-IIII-IIM MI-I MI-I ye ex hc cb l b +p ) tt B mnI-IP A tt 0,5(p (l-hc)/2(l+hc)/2 PmnII-II II-IIM II-IIM h h MI-I MI-I (b+bc)/2 (b-bc)/2 +p ) tttt 0,5(pC D 0,5(p tt C tt +p ) +p ) tt A tt 0,5(p DB 4. Móng đơn chịu đồng thời tải đứng, moment và tải ngang Khi moment và lực ngang tác động lên móng tương đối nhỏ so với lực đứng, móng có khuynh hướng trượt phẳng, hệ cân bằng của lực của móng như sau: Ntt và My tt cân bằng với tổng phản lực đất nền p, được tính toán như móng chịu tải lệch tâm và kiểm tra an toàn chống trượt của móng theo điều kiện sau: Qx tt cân bằng với tổng lực chống cắt đáy móng sxF   FctgNFctgpFsQ ttttttx .....   (2.28) Do đó, ngoài các bước tính toán như bài toán móng đơn chịu tải thẳng đứng lệch tâm nhỏ cần kiểm tra thêm điều kiện ổn định chống trượt ngang. Ví dụ 2.4: Thiết kế móng đơn dưới chân cột có kích thước 0,3mx0,3m, lực dọc tại chân cột Ntc=50T, moment Mx tc=2,5Tm, lực ngang Qy tc=5T. Đất nền có =1,89T/m3, c=3,01T/m2, =20o. Mực nước ngầm ở độ sâu 11m kể từ mặt đất tự nhiên. Bê tông móng mác 250, có Rn=110kG/cm 2; Rk=8.8kG/cm 2. Cốt thép trong móng sử dụng loại có Ra = 2300kG/cm 2. Kết quả thí nghiệm nén cố kết đất nền như sau: p(kG/cm2) 0 0,25 0,5 1 2 4 6,4 8 e 0,719 0,705 0,69 0,673 0,639 0,594 0,54 0,504 Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 17 Giải: Chọn chiều sâu chôn móng là 1,5m. 1-Xác định sơ bộ kích thước móng: Từ điều kiện ftb tc tc tctc DR N FRp   Giả sử b=1m, tính Rtc: )( 12 DcBDAbmR f tc   =20o =>A=0,51; B=3,06; D=5,66 Rtc=1(0,51.1.1,89+3,06.1,5.1,89+5,66.3,01)=26,68T/m2. F  50/(26,68-2,2.1,5) =2,138m2. Chọn móng có kích thước F=bxl=1,4x1,8 = 2,52m2. 2-Kiểm tra điều kiện ổn định nền: 2/14,235,1.2,2 52,2 50 mTD F N p ftb tc tc   Chọn bề dày móng h=0,5m. ey=M tc x/N tc= (Mtcx+ Qy tc.h)/ Ntc= 0,1m 2 max /76,29 6 1 mTD l e F N p ftb y tc tc         2 min /53,16 6 1 mTD l e F N p ftb y tc tc         Rtc=1(0,51.1,4.1,89+3,06.1,5.1,89+5,66.3,01)=27,06T/m2. Vậy tctc Rp  2max /472,322,1 mTRp tctc  0min  tcp => Đảm bảo điều kiện ổn định nền. 3-Kiểm tra biến dạng của nền: Ứng suất gây lún: gl = p tc-Df = 23,14-1,89.1,5=20,31T/m 2. Chia lớp đất dưới móng thành các lớp mỏng có chiều dày hi=0,56m. Tương tự ví dụ 2.3, độ lún tổng cộng : S = 6,519cm  Sgh = 8cm =>Đảm bảo yêu cầu về biến dạng. 4- Tính bề dày móng h Chọn móng có chiều dày h=0,5m. Chiều dày lớp bê tông bảo vệ ab = 0,05m. Chiều cao làm việc ho = h-ab = 0,5-0,05=0,45m Lực gây xuyên thủng: Pxt =0,5[pmax+p1].F1 Với F1=1/4[b 2-( bc+2ho) 2+2b(a+bc-b-hc)] =0,41m 2. pttmax =1,15.23,14=34,218T/m 2. Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 18 ptt1 =21,542T/m 2. =>Pxt = 13,51T Lực chống xuyên thủng: Pcx = 0,75Rk(bc+ho)ho]=0,75.88.(0,3+0,45).0,45=22,28T Pcx>Pxt=> Đảm bảo yêu cầu chống xuyên thủng 5- Tính cốt thép trong móng Moment tại mặt ngàm I-I MI-I =p tt tb .l.b1 2/2=7,24524Tm. FaI-I = 7,78cm 2 Chọn thép 10Þ10 khoảng cách 180 Moment tại mặt ngàm II-II MII-II =(pmnII-II+2p tt max) .b.l1 2/6=12,64156Tm. FaI-I = 13,57cm 2 Chọn thép 12Þ12 khoảng cách 120 (b-bc)/2(b+bc)/2 PmnI-I I-IM I-IM y x D A BC MII-IIII-IIM MI-I MI-I ye ex hc cb l b MII-II MII-II mnII-IIP (l+hc)/2 (l-hc)/2 p min tt tt max p tb =p tt h h Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 19 III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG BĂNG 1. Cấu tạo móng băng dưới cột: MẶT CẮT MÓNG MB1 MẶT BẰNG MÓNG MB1 3 3 3 32 21 1 Fa6 Fa5 Fa4 Fa3 Fa2 Fa1 1 0 0 1 0 0 h s x l1 l2 x l l xl2l1x b Fa7Fa7 Fa2 Fa1 CĐĐM 1 0 0 1 0 0 50 50bs b100 100 h s 2 - 2 h ch c 1 - 1 h s 100100 b bs 5050 1 0 0 1 0 0 BÊ TÔNG ĐÁ 4x6 M75 DÀY 100 CÁT LÓT DÀY 100 h CĐĐM h - Lớp bê tông đá 4x6 mác 50100 dày 100, giữ vai trò như cốt pha đáy. - Cát lót dày 100-200, giữ vai trò biên thoát nước khi nền đất bão hòa bị biến dạng. - x: đầu thừa, chọn bằng (1/81/4) nhịp liền kề. - Fa1 là thép trong vỉ móng băng theo phương cạnh dài, thép này bố trí theo cấu tạo Þ10a200. - Fa2 là thép trong vỉ móng băng theo phương cạnh ngắn, được tính toán dựa vào điều kiện chịu uốn của cánh móng. - Fa3 là thép dọc trong dầm móng băng, được tính toán dựa vào điều kiện chịu uốn dọc của dầm móng. - Fa4 là cốt đai ở phạm vi gần cột, được tính toán dựa vào điều kiện chịu cắt của dầm móng. Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 20 - Fa5 là cốt đai ở phạm vi giữa nhịp dầm, được bố trí theo cấu tạo. - Fa6 là cốt thép chờ ở cổ cột để liên kết móng với kết cấu bên trên. - Fa7 là thép cấu tạo trong dầm móng băng (cốt giá), bố trí khi hs 600, thường chọn Þ12. 2. Tính toán thiết kế móng băng dưới cột: Bước1: Kiểm tra điều kiện để nền còn làm việc như vật thể đàn hồi: II tctc RRp  II tctc RRp 2,12,1max  0min  tcp (2.12) Trong đó: ptc – áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng. ftb tc tc D F N p  (2.13) W M D F N p tc ftb tc tc  minmax, (2.14) )( 12 DcBDAbmR f tc   theo QPXD 45-70 (2.15) )'(21 IIIIfII tc II DcBDAb k mm R   theo QPXD 45-78 (2.16) tb – trọng lượng đơn vị thể tích trung bình của bê tông móng và đất ở trên móng (=2022 kN/m3) F=bxl - diện tích đáy móng W = b.l2/6 – moment chống uốn của tiết diện móng. Mtc – tổng moment tại trọng tâm đáy móng. Bước 2: Kiểm tra biến dạng của nền hoặc độ lún ở tâm móng S: S  Sgh (2.17) Bước 3: Tính bề dày móng h dựa vào điệu kiện chống xuyên thủng: Lực gây xuyên thủng được lấy bằng lực dọc tính toán lớn nhất tại các chân cột. Lực chống xuyên thủng bằng với tích số của sức chống kéo bê tông và diện tích xung quanh của “tháp xuyên tính toán”. Pcx = ¾[Rk.Sxung quanh của tháp xuyên] # 0,75Rk[4(bc+ho)ho] (2.9) Với chiều dày làm việc: ho = h-ab Trong đó ab – lớp bê tông bảo vệ thép đáy móng Rk – sức chống cắt của bê tông móng. bc – bề rộng cổ cột Bước 4: Tính cốt thép trong cánh móng Tính cốt thép cho 1m dài của móng Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 21 (b-bs)/2(b+bs)/2 I-IM I-IM ptt Xem cánh móng như bản console ngàm ở mép dầm, moment tác động lên mặt này là:       842 .1. 2 sttsstt II bb p bbbb mpM      (2.10) Diện tích cốt thép cần thiết, được tính theo công thức gần đúng sau: oa II oa II a hR M hR M F 9,0    (2.11) Phương cạnh dài chỉ cần thép cấu tạo Þ10a200. Bước 5: Tính cốt thép trong dầm móng Nội lực trong móng do phản lực đất nền được tính theo hai phương pháp: 1-Trong điều kiện tuân theo giả thuyết phản lực nền phân bố tuyến tính, có thể tính nội lực trong dầm móng băng như sơ đồ dầm chịu tác dụng của phản lực đất nền có chiều từ dưới đi lên, còn được gọi là phương pháp tính như “dầm lật ngược”. Sơ đồ tính: ttp min max x l1 l2 x l ptt Sử dụng các phương pháp trong cơ học kết cấu hoặc các phần mềm tính toán kết cấu như SAP để giải tìm nội lực. 2-Tính nội lực trong dầm móng theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi cục bộ Winkler. Sơ đồ nền Winkler, đất nền được tương đồng với một hệ vô số các lò xo đàn hồi tuyến tính, hằng số đàn hồi của hệ các lò xo được gọi là hệ số phản lực nền, k. Hệ số nền k = /S (kN/m3) Với -Aùp lực gây lún S- độ lún của nền. Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 22 Chia dầm móng thành các đoạn nhỏ, mỗi nút tương ứng với một lò xo có độ cứng ki = k.Ai (Ai – diện tích đáy móng tác động trong phạm vi nút thứ i) Có thể sử dụng phần mềm SAP 2000 hoặc Kricom để giải tìm nội lực trong dầm móng. Nút thứ i n đoạnk đoạn l đoạn m đoạn Sau khi có được kết quả nội lực M, Q trong dầm móng, tiến hành tính tóan cốt thép chịu uốn và cốt đai chống cắt theo các phương pháp tính đã biết trong môn học BTCT. Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 23 IV. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG BÈ 1. Cấu tạo móng bè: Móng bè dạng bản. Móng bè dạng sàn nấm. Móng bè dạng có sườn.(gồm loại có sườn nổi và laọi có sườn chìm) Móng bè dạng hộp. Chương 2: Tính toán và thiết kế móng nông 24 2. Tính toán móng bè: Việc tính toán móng bè một cách tương đối chính xác tiến hành theo lý thuyết tính bản trên nền đàn hồi có kể đến độ cứng chống uốn của kết cấu móng. Việc giải bài toán này cần sự hỗ trợ của máy tính. Với mức độ chính xác có thể chấp nhận được, việc tính móng bè dùng phương pháp đơn giản nhất là xem áp lực dưới đáy móng phân bố đều rồi tính móng bè như bản sàn lật ngược. Đối với móng bè bản phẳng, sau khi tính và kiểm tra áp lực dưới đáy móng, tính toán như sàn nấm lật ngược. Đối với móng bè có sườn, sau khi tính và kiểm tra áp lực dưới đáy móng, tính toán như sàn có dầm lật ngược. Chương 3: Tính toán và thiết kế móng cọc 1-5 Chương 3:TÍNH TOÁN & THIẾT KẾ MÓNG CỌC. I. TỔNG QUÁT VỀ CỌC II. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÓNG CỌC 1. Định nghĩa cọc: Cọc thuộc loại móng sâu là loại móng khi tính sức chịu tải theo đất nền có kể đến thành phần ma sát xung quanh móng với đất và có chiều sâu chôn móng khá lớn so với bề rộng móng. Khi các phương án móng nông không còn thích hợp để gánh đỡ công trình, hoặc do tải trọng công trình quá lớn, lớp đất nền bên trên là loại đất yếu có khả năng chịu lực kém. Người ta nghĩ đến móng sâu làm bằng các vật liệu như gỗ, bê tông, thép để truyền tải trọng đến những lớp đất chịu lực cao. 2. Phân loại cọc: * Theo vật liệu làm cọc: - Cọc gỗ: thông, tràm, tre Cọc gỗ phải được thường xuyên nằm dưới mực nước ngầm nhằm giữ cho phần thớ gỗ khôn bị tấn công bởi mốc, mục, mối, mọt - Cọc bê tông: + Cọc bê tông tiền chế: thường có cạnh hình vuông d=20÷40cm, dài từ 4÷20m, cho mỗi đoạn. Ngoài ra cọc còn có tiết diện tròn, tam giác, lục giác đặc hoặc rỗng ruột. + Cọc nhồi: là loại cọc được đúc bằng bê tông tại chỗ và lỗ trống được đào hoặc khoan trong lòng đất, tiết diện ngang là tròn, hình chữ nhật hoặc dạng chữ thập, chữ H, chữ L, Cọc nhồi được chia làm các nhóm chính:  Cọc nhồi ổn định thành vách bằng ống chống có thu hồi ống vách hoặc không thu hồi ống vách.  Cọc nhồi không có thành vách khi nền đất là sét dẻo trung bình đến cứng.  Cọc nhồi ổn định thành vách bằng bùn khoan (dung dịch huyền phù bentonite) - Cọc thép: Cọc thép rất đắt tiền thường được sử dụng trong những điều kiện không thể thay thế bằng cọc bê tông. * Theo đặc tính chịu lực: - Cọc chịu mũi khi phần lớn tải trọng được truyền qua mũi cọc vào lớp đất cứng ở mũi cọc. - Cọc ma sát khi cọc không tựa đến lớp đất cứng, tải trọng được phân bố phần lớn qua lực ma sát đất xung quanh cọc và một phần nhỏ qua mũi cọc. Cọc ma sát còn được gọi là cọc treo. 3. Phân loại móng cọc: - Móng cọc đài cao: là loại móng cọc có đài cọc nằm trên mặt đất tự nhiên (Công trình cầu, cảng, thủy lợi) Đặc điểm: Dưới tác dụng của lực ngang, dọc, moment thì các cọc trong đài vừa chịu nén vừa chịu uốn. - Móng cọc đài thấp: là loại móng cọc có đài thường nằm dưới mặt đất, thuờng gặp trong các công trình XDDD & CN. Đặc điểm: Dưới tác dụng của lực ngang, dọc, moment thì các cọc trong đài chỉ chịu nén nếu ta đặt chiều sâu chôn đài hợp lý. III. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC: Chương 3: Tính toán và thiết kế móng cọc 2-5 1. Theo vật liệu làm cọc: Qvl = (Ra.Fa+Rn.Fb)  - hệ số uốn dọc, phụ thuộc vào độ mảnh  của cọc, tức là phụ thuộc vào điều kiện liên kết giữa đầu cọc ngàm vào đài và mũi cọc ngàm vào đất, tra bảng để tìm giá trị này, tính toán lấy gần đúng  = 0,7. Ra – Sức chịu kéo hay nén cho phép của thép Fa – diện tích cốt thép Rn – cường độ chịu nén của bê tông. Fb – Tiết diện ngang cọc. 2. Theo đất nền: a. Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu trạng thái của đất nền hay còn gọi là phương pháp thống kê: (Phụ lục A – TCXD 205 – 1998): - Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc: isi n i fppRtc lfmuAqmQ    1 mR và mf – các hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc và ở mặt bên cọc u – chu vi cọc fsi – là lực ma sát xung quanh cọc, có vị trí nằm ở giữa lớp đất mà cọc đi qua, tra bảng, phụ thuộc vào tên đất, trạng thái của đất, khoảng cách từ fsi đến mặt đất tự nhiên. li – chiều dày lớp đất mà cọc đi qua. Ap – diện tích tiết diện ngang của cọc qp – cường độ đất nền ở mũi cọc, tra bảng, phụ thuộc vào tên đất, trạng thái của đất, khoảng cách từ mũi cọc đến mặt đất tự nhiên. - Sức chịu tải cho phép của cọc là: tc tc a k Q Q  Nếu móng có từ: 15 cọc: ktc=1,75 610 cọc: ktc=1,65 1120 cọc: ktc=1,55 >20 cọc: ktc=1,4 b. Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền (PL B – TCXD 205-1998) - Sức chịu tải cực hạn của cọc là: Qu = Qs + Qp Qu = Asfs + Apqp Với: As – diện tích xung quanh cọc Ap – diện tích tiết diện ngang của cọc fs – lực ma sát giữa đất và mặt bên cọc. aavs ctgf   ,)sin1( a, ca – là góc ma sát và lực dính của đất và cọc. + Đối với cọc BTCT: ca = c; a =  + Đối với cọc thép: ca = 0,7c; a = 0,7 v’ – Ứng suất có hiệu do trọng lượng bản thân của đất theo phương thẳng đứng tác dụng ở giữa lớp đất mà cọc đi qua.  - góc ma sát đại diện của lớp đất Chương 3: Tính toán và thiết kế móng cọc 3-5 c – lực dính đại diện của lớp đất qp – cường độ đất nền ở mũi cọc. cqvppp NcNNdq .... ,    N, Nq, Nc – tra bảng từ  tc (góc ma sát của lớp đất ở mũi cọc) dp – cạnh cọc  - dung trọng của đất ở mũi cọc (dưới mực nước ngầm dùng đn ) c – lực dính của đất ở mũi cọc. vp ’ – là ứng suất có hiệu do trọng lượng bản thân của đất theo phương thẳng đứng tác dụng ở mũi cọc    n i iivp h 1 , . - Sức chịu tải cho phép của cọc là: p p s s a FS Q FS Q Q  Với: FSs = 1,52; FSp = 23 - Sau khi xác định sức chịu tải của cọc bằng các phương pháp trên, ta chọn giá trị nhỏ nhất để thiết kế. IV. TÍNH SỐ LƯỢNG CỌC VÀ BỐ TRÍ CỌC TRONG ĐÀI: a tt Q N n    Ntt = N tt + Trọng lượng đài và đất ở trên đài - Cọc được bố trí dựa vào khoảng cách giữa các cọc S=3d6d và khoảng cách từ mép cọc biên đến mép đài. - Cách bố trí: V. KIỂM TRA KHI THIẾT KẾ MÓNG CỌC: 1. Kiểm tra tải trọng tác động lên các cọc trong móng cọc: Điều kiện an toàn cho các cọc trong móng cọc như sau: Qo max Qa nén Qo min Qa kéo Vế trái:       n i i nx n i i ny tt đ o y yM x xM n N Q 1 2 max 1 2 max max ..       n i i kx n i i ky tt đ o y yM x xM n N Q 1 2 max 1 2 max min .. My, Mx – tổng moment ở đáy đài xn max – là khoảng cách tính từ hàng cọc chịu nén nhiều nhất cho đến trục đi qua trọng tâm của đài theo phương trục x. xk max – là khoảng cách tính từ hàng cọc chịu kéo nhiều nhất cho đến trục đi qua trọng tâm của đài theo phương trục x. xi – là khoảng cách tính từ trục cọc thứ I cho đến trục đi qua trịong tâm của đài. Qo min<0: Cọc chịu nhổ Chương 3: Tính toán và thiết kế móng cọc 4-5 Vế phải: p p s snén a FS Q FS Q Q  s skéo a FS Q Q  2. Kiểm tra tính ổn định của nền dưới đáy móng khối quy ước: - Xác định góc truyền lực : 4 tb        n i i n i ii tb h h 1 1 .  - Xác định diện tích móng khối quy ước: Fmq = Amq.Bmq Fmq = (A1+2Lptg)( B1+2Lptg) - Điều kiện kiểm tra ổn định: ptb tc  Rtc pmax tc  1,2Rtc pmin tc 0 Vế trái: mq tc đq mq tc tb F N F Q p   đq tc đq mq tc đqtc W M F N p  max đq tc đq mq tc đqtc W M F N p  min mq tctc đq QNN   iimqmq hFQ . : Khối lượng của móng khối quy ước. 6 . 2 mqmq đq AB W    tcđ tc đq MM : Tổng moment ở đáy móng khối quy ước Vế phải:  DchBBA k mm R tc mq tc tc ..... 12 21   3. Kiểm tra lún: - Tính và vẽ ứng suất do trọng lượng bản thân:  ii bt z h - Tính và vẽ ứng suất do tải trọng ngoài Chương 3: Tính toán và thiết kế móng cọc 5-5 pko p z . Ko – hệ số giảm áp lực, phụ thuộc Amq/Bmq; z/Bmq P – áp lực gây lún mq tc F N p   - Xác định vùng nền cần tính lún H - Chia H ra làm các lớp phân tố hi = 0,4Bmq - Tính lún bằng phương pháp tổng các lớp phân tố. i n i i ii n i i h e ee SS      1 1 21 1 1 4. Kiểm tra cốt thép trong cọc khi vận chuyển và lắp dựng: - Khi vận chuyển: q’=n.q q – trọng lượng cọc/m n = 1,21,5 – hệ số xét đến ảnh hưởng động trong quá trình cẩu lắp. M1=0,043q’Lp 2 oa a hR M F .9,0 1 1  - Khi dựng cọc lên giá búa M2 = 0,086q’Lp 2 oa a hR M F .9,0 2 2  - So sánh Fa1, Fa2 với Fa chọn sơ bộ khi thiết kế cọc. Nếu Fa1, Fa2 <Fa: Giữ nguyên Fa; nếu Fa1, Fa2 >Fa: Tính lại sức chịu tải theo vật liệu. VI. Xác định chiều cao đài cọc: Dưới tác dụng của ngoại lực, đặc biệt là lực dọc sẽ tạo ra ở các đầu cọc phản lực đầu cọc làm cho đài cọc bị xuyên thủng. Công thức tính toán: Dựa vào điều kiện