Trịnh Hoàng Sơn – Bộ môn sở – ĐHCNGTVT CHƢƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Khái niệm chung Trong công trình xây dựng, móng phận có tác dụng truyền tải trọng bên xuống cho đất chịu Khi chịu lực, đất xảy tượng ảnh hưởng đến kết cấu bên Vấn đề nghiên cứu tương đối kỹ môn Cơ học đất Môn học Nền Móng sử dụng kiến thức Cơ học đất, cụ thể hóa cho thích hợp với điều kiện thực tế đồng thời sử dụng phương pháp nghiên cứu để tính toán thiết kế kết cấu móng khác Ngoài môn học chuyên môn thực dụng có phần thiếu vấn đề thi công móng Nội dung mục đích đối tượng nghiên cứu môn học Người ta thường chia công trình xây dựng hai phần lớn: Kết cấu phần kết cấu phần Từ mặt móng trở lên kết cấu phần trên, từ mặt móng trở xuống kết cấu phần Kết cấu phần gồm hai phận: + Móng phận công trình có tác dụng truyền tải trọng bên xuống cho đất chịu + Nền phận móng tiếp thu tất lực móng truyền xuống Nền thường phân biệt thiên nhiên nhân tạo Người ta gọi thiên nhiên đáy móng đặt trực tiếp lên đất thiên nhiên nhân tạo đất dung biện pháp xử lý để làm cho cứng Hình 1.1 Sơ đồ móng trụ cầu – Kết cấu phần trên; – Móng; – Mặt móng; – Đáy móng; – Nền chặt Thí dụ xây dựng đất bùn nhão người ta đào bỏ lớp đất thay tầng đất cát đầm chặt dùng biện pháp xử lý để giảm bớt nước cho đất trở nên khô cứng Về lý thuyết mà nói, coi giới hạn chịu tác dụng tải trọng mặt đất điểm chịu ứng suất định thực tế thường coi phạm vi đất có ảnh hưởng đáng kể đến công trình Thí dụ giới hạn điểm chịu ưng suất quy ước -5- Trịnh Hoàng Sơn – Bộ môn sở – ĐHCNGTVT 1.2 Phân loại móng Trong nghành xây dựng cầu, cống móng thường chia làm hai loại: Móng nông móng sâu a) Phân loại móng nông Móng nông loại móng có độ sâu chôn kể từ mặt đất đến đáy móng nhỏ 5-6cm, móng nông trụ cầu thường có cấu tạo hình 1.1 - Theo vật liệu làm móng + Móng đá xây: giống móng gạch xây, móng đá xây phải thi công từ lên khả tạo hình đá xây nên làm kéo dài thời gian thi công, giảm hiệu kinh tế Móng đá xây sử dụng công trình cầu đường có yêu cầu thời gian ngắn chất lượng công trình cao + Móng bêtông: khả tạo hình tốt, thời gian thi công nhanh Khả chịu nén tốt khả chịu kéo + Móng bêtông cốt thép: có ưu điểm móng bê tông, đồng thời có khả chịu kéo tốt Hiện loại móng áp dụng phổ biến rộng rãi tính thích ứng thi công khả chịu tải tốt - Theo kích thước móng + Móng đơn: móng đơn loại móng có ba kích thước (chiều dài, chiều rộng, chiều cao) nhỏ + Móng băng: móng băng móng có chiều dài lớn nhiều so với chiều rộng chiều dày + Móng bè (móng ): móng bè loại móng có chiều dài chiều rộng lớn nhiều so với chiều dày - Theo độ cứng móng + Móng cứng: móng có biến dạng móng nhỏ so với biến dạng + Móng mềm: móng có biến dạng móng tương đương với biến dạng + Móng nửa cứng: móng có độ cứng trung gian móng mềm móng cứng - Theo vị trí tác dụng tải trọng + Móng có tải trọng tác dụng tâm: điểm đặt tải trọng nằm trọ tâm móng -6- Trịnh Hoàng Sơn – Bộ môn sở – ĐHCNGTVT + Móng có tải trọng tác dụng lệch tâm: điểm đặt tải trọng nằm lệch khỏi trọng tâm móng, điểm đặt tải trọng xa trọng tâm lệch tâm lớn + Móng có tải trọng ngang lớn thường xuyên: ví dụ mố cầu có chiều cao lớn áp lực đất phía sau ongsinh lực ngang lớn tác dụng lên móng - Dựa vào phương pháp thi công + Phương pháp thi công chỗ Ưu điểm: Tận dụng nhân công Tạo khối bê tông móng có tinh liên tục dễ dàng khắc phục sai số thi công Không đỏi hỏi kỹ thuật thi công cao xác Nhược điểm: Thời gian thi công lâu, dẫn đến chịu ảnh hưởng yếu tố thiên nhiên Chất lượng bêtông không tốt phương pháp lắp ghép diều kiện bảo dưỡng trường không đảm bảo nhà xưởng Cần nhiều thiết bị máy móc phụ trợ thi công Chi phí quản lý tăng + Phương pháp thi công lắp ghép Ưu điểm: Thời gian thi công nhanh việc đúc bê tông không cần đòi hỏi phải trình tự, rút ngắn thời gian thi công công trình Chất lượng bê tông đảm bảo bảo dưỡng nhà xưởng Giảm số lượng thiết bị vật liệu phục vụ cho thi công Giảm chi phí quản lý Nhược điểm: Vấn đề chất lượng mối nối thi công, mặt cắt nối nơi xung yếu Yêu cầu đúc sẵn phải đảm bảo xác lắp ráp Khối bê tông móng đồng Đối với vị trí xây dựng mà tầng đất mặt có cường độ chịu lực nhỏ nằm không ổn định, móng bắt buộc phải đặt xuống tầng đất sâu Móng đặt sâu thi công khó khăn hơn, phải có biện pháp thi công đặc biệt để ngăn nước mặt nước ngầm chảy vào hố móng đào đất xây móng b) Phân loại móng sâu Móng sâu gồm có: - Móng giếng chìm: Móng cấu tạo giếng đúc sẵn mặt đất, dùng máy móc nhân lực đào đất bên giếng để tụt dần vào đến độ sâu thiết kế Sơ đồ cấu tạo loại móng xem hình 1.2a -7- Trịnh Hoàng Sơn – Bộ môn sở – ĐHCNGTVT Hình 1.2 Các loại móng sâu - Móng giếng chìm ép: Có cấu tạo nguyên lý giống móng giếng chìm thường, móng đặt sâu địa chất xung quanh không cho phép hút nước để đào xây, người ta phải bịt mặt giếng tạo thành buồng kín, sau dùng ép dùng ép bơm vào buồng để đẩy nước tiến hành đào đất, hạ xuống tầng đặt móng (xem sơ đồ hình 1.2b) Một loại móng khác coi móng sâu nguyên lý cấu tạo khác loại móng móng cọc Móng cọc loại móng dùng cọc làm phận truyền tải bên xuống cho tầng đất sâu chịu Trong móng cọc chia hai loại móng cọc nhỏ móng cọc đường kính lớn - Móng cọc nhỏ loại móng dùng cọc đường kính kích thước tiết diện nhỏ, hình 1.2c Đường kính cọc thường nhỏ 0,6m - Móng cọc vừa lớn móng cọc đường kính từ 0,6m trở lên Đường kính cọc lớn – 4m, lớn giếng chìm có đường kính tới – 6m (hình 1.2d) -8- Trịnh Hoàng Sơn – Bộ môn sở – ĐHCNGTVT 1.3 Nguyên lý chung tính toán thiết kế móng theo trạng thái giới hạn 1.3.1.Khái niệm trạng thái giới hạn Trạng thái giới hạn hiểu ngưỡng cuối phương diện kỹ thuật mà công trình cố (về độ võng, nứt, biến dạng, ổn định) toàn vẹn lẫn việc khai thác, sử dụng cách bình thường Theo tính toán thiết kế phận công trình nói chung phải kiểm toán ba trạng thái giới hạn (TTGH): Trạng thái giới hạn 1: Tính toán cường độ ổn định móng Trạng thái giới hạn 2: Tính toán biến dạng, lún móng Trạng thái giới hạn 3: Tính toán hình thành phát triển khe nứt (chỉ sử dụng cho tính toán kết cấu móng) 1.3.2.Tính toán thiết kế móng theo trạng thái giới hạn a Tính toán theo TTGH 1: Tính toán theo TTGH đòi hỏi phải thỏa mãn điều kiện sau:  N FS Trong đó: N: Tải trọng thiết kế tải trọng tác dụng lên trường hợp bất lợi - Φ: Sức chịu tải theo phương lực tác dụng FS: Hệ số an toàn, phụ thuộc loại tính chất tải trọng, công trình - Đối với thân móng:  max  R Trong đó:  max : ứng suất lớn móng tải trọng công trình phản lực đất gây R: cường độ cho phép (cường độ tính toán) đất tương ứng với phá hoại ứng suất b Tính toán theo TTGH 2: Việc tính toán theo TTGH thực tế tính toán nhằm hạn chế lún dạng trừ loại đất sét cứng, cát chặt, đất nửa đá đá Thiết kế phải đảm bảo điều kiện sau: S < [S] ∆S < [∆S] -9- Trịnh Hoàng Sơn – Bộ môn sở – ĐHCNGTVT Trong đó: S, S: chuyển vị lún, lún lệch tải trọng gây [S], [∆S]: chuyển vị lún, lún lệch giới hạn 1.3.3 Thiết kế móng theo TTGH (1) Thiết kế móng theo TTGH cƣờng độ Móng phải thiết kế mặt kích thước cho sức kháng tính toán không nhỏ tác động tải trọng tính toán xác định Phần a) Móng nông xem xét vấn đề sau: Sức chịu tải thông thường Lật hay tiếp xúc mức Trượt đáy móng b) Móng cọc cọc khoan nhồi xem xét vấn đề sau: Sức chịu nén dọc trục cọc đơn Sức chịu nén nhóm cọc Sức chịu nhổ cọc đơn Sức chịu nhổ nhóm cọc Khả chọc thủng cọc vào lớp đất yếu phía đáy móng Sức chịu tải ngang cọc đơn nhóm cọc (2) Thiết kế móng theo TTGH sử dụng  Lún,  Chuyển vị ngang (do đất đắp phía sau mố)  ổn định tổng thể (trượt sâu móng đặt mái dốc)  Xói với lũ thiết kế Xem xét lún phải dựa độ tin cậy tính kinh tế Các tiêu chuẩn chuyển vị thẳng đứng ngang móng phải phát triển phù hợp với chức loại kết cấu, tuổi thọ phục vụ dự kiến, hậu chuyển vị không cho phép khả làm việc kết cấu Các tiêu chuẩn chuyển vị chấp nhận phải thiết lập phương pháp thực nghiệm hay phân tích kết cấu, hai - 10 - Trịnh Hoàng Sơn – Bộ môn sở – ĐHCNGTVT Độ lún gây tải trọng đắp sau mố cầu phải nghiên cứu Trong vùng có động đất, phải xem xét khả lún móng cát rung gây động đất Chuyển vị ngang móng phải nhỏ chuyển vị ngang cho phép 38mm (3) Thiết kế móng theo TTGH đặc biệt theo quy định - 11 - Trịnh Hoàng Sơn – Bộ môn sở – ĐHCNGTVT Chương MÓNG NÔNG TRÊN NỀN THIÊN NHIÊN 2.1.KHÁI NIỆM CHUNG 2.1.1.Khái niệm Móng nông loại móng có độ sâu từ đáy móng tới mặt đất hay tới mực nước thi công nhỏ 5÷6m Móng nông thiết kế cho công trình xây dựng điều kiện địa chất tương đối đơn giản, lớp đất cứng, chặt gần mặt đất có cấu tạo ổn định 2.1.2 Phân loại a.Theo vật liệu làm móng Đối với ngành xây dựng cầu đường, để làm móng trụ, mố cầu thường dùng móng xây đá hộc, móng bê tông móng bê tông cốt thép *Móng đá hộc: Xây với vữa xi măng, dùng với cầu cống nhỏ trung, tải trọng không lớn * Móng bê tông: Đây móng phổ biến loại móng nông, Rbt≥100 kg/cm2 móng nằm môi trường bị phá hoại Rbt≥200 kg/cm2 * Móng bê tông cốt thép: - Khối lượng công trình nhỏ giảm nhẹ phần công tác đào đất thi công móng - Có thể thiết kế loại móng lắp ghép bê tông cốt thép đưa đến khả giới hóa công nghiệp hóa toàn trình thi công công trình - Thường dùng bê tông mác lớn 200 cốt thép có đường kính Ф10 ÷ Ф30 b Theo kích thước móng - Móng khối: Các kích thước chiều cao, chiều rộng chiều dài không chênh nhiều VD: Móng mố trụ cầu: - Móng băng: Chiều dài lớn kích thước lại nhiều VD: Móng cống, móng tường chắn - Móng bản: Móng có bề dày mỏng VD: Móng cột - 12 - Trịnh Hoàng Sơn – Bộ môn sở – ĐHCNGTVT 2.2 CẤU TẠO MÓNG NÔNG Khi thiết kế móng nông bước thứ phải giả định kích thước móng Hình dạng móng tùy thuộc vào điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, tải trọng cấu tạo công trình bên 2.2.1 Độ sâu đặt móng Độ sâu đặt móng vào mặt cắt địa chất để chọn Độ chôn sâu mặt đất sau xói lở lớn đáy móng, tối thiểu là: h= Δh + Δk Trong đó: h: độ sâu chôn móng Δh: độ sâu đặt móng đất để đảm bảo ổn định trụ, tùy thuộc vào điều kiện cường độ ổn định đất ( ≥ 2,5m) Δk: sai số xảy tính toán độ sâu xói lở cạnh trụ, lấy từ 10% ÷ 20% độ sâu xói lở tính toán cạnh trụ Chú ý: -Không nên đặt móng mặt đất đất đắp, đặt móng mặt đất bị ảnh hưởng xấu nhiều yếu tố thiên nhiên xói mòn nước mưa mặt đất, phá hoại côn trùng ảnh hưởng trực tiếp đất -Móng mố trụ cầu đặt tầng đá yêu cầu phải phá hết lớp phong hóa mặt đáy móng vào lớp cứng sâu 25cm -Nếu trụ cầu đặt sông không thông thuyền đỉnh móng thường lấy thấp mực nước thấp tối thiểu 0,5m Nếu sông thông thuyền khoảng cách tùy thuộc vào cấp sông 2.2.2.Các kích thƣớc móng -Kích thước bình diện mặt móng thường làm lớn kích thước mặt công trình đoạn gờ móng Δ (mục đích làm gờ móng để phòng sai lệch vị trí thi công móng) Đối với mố trụ cầu Δ = 0,2 ÷ 1m - 13 - Trịnh Hoàng Sơn – Bộ môn sở – ĐHCNGTVT Hình 2.1: 1-Mặt móng; 2-Đáy móng; 3-Thân trụ; 4-Mũ trụ; 5- Thân mố; 6-Mũ mố; 7-Tường cánh -Kích thước đáy móng xác định tùy thuộc vào cường độ tính toán đất R nên phải mở rộng đáy móng đủ lớn để giảm áp lực đáy móng lên đất Tuy nhiên mở rộng lớn móng bị gãy phản lực đất nền.Để gờ móng không gãy phải mở rộng theo góc   : Là góc mở vật liệu, phụ thuộc vào loại vật liệu- Tra bảng 2-1 trang 46 GT VD: Móng bê tông:  = 400 - Nếu  lớn trị số qui định phải làm móng bêtông cốt thép gọi móng mềm Hình 2.2.a)Lực tác dụng tâm, cấu tạo móng đối xứng b)Lực tác dụng lệch tâm, cấu tạo hố móng không đối xứng - 14 - Trịnh Hoàng Sơn – Bộ môn sở – ĐHCNGTVT cứng với cường độ > 450kG/cm2, dùng búa rơi để phá vỡ đá trước dùng gầu ngoạm đưa 2) Máy khoan xoay Hiện có nhiều loại thiết bị khoan xoay với tính kỹ thuật khác ngày cải tiến để đáp ứng yêu cầu thi công thuận lợi Máy khoan xoay thường loại máy khoan lưỡi xoắn ốc (Auger), máy khoan gầu xoay…  Máy khoan xoắn ốc: Việt Nam sử dụng máy SANWA D-60KP-SE D80KP Đây loại máy khoan không gây chấn động, không gây ồn, giải việc thi công móng cọc vùng dân cư, khu đô thị  Máy khoan gầu xoay: loại máy khoan ED4000 ED5500 hãng Nippon Sharyo Nhật Bản chế tạo Máy dùng để khoan tạo lỗ với đường kính D=1500mm cho tất loại đất, D=1700mm cho đất sét bùn phù sa Nếu dùng mũi doa mở rộng đường kính tới 2000mm Chiều sâu khoan đạt tới 43m (ED5500 đạt tới 58m) Chiều dài cần cẩu 18m (23m) Gầu khoan có nắp mở đáy, vừa có chức cắt đất, vừa có chức chứa đất để lấy phoi đất khỏi lỗ khoan Gầu khoan có hai tốc độ: tốc độ cao 28vòng/phút tốc độ chậm 14vòng/phút Sau khoan đến cao độ thiết kế, gầu khoan thay loại gầu đặc biệt để dọn đáy lỗ khoan Một số loại máy khoan gầu xoay khác như: RT3-Soilmex Italia, máy khoan Ruston Bucyrus hãng ISHIKO nhật Bản chế tạo  Máy khoan theo nguyên lý tuần hoàn thuận, ngƣợc: loại máy khoan đưa đất đá phoi khoan bên nhờ dòng dung dịch khoan máy bơm hút máy bơm đẩy trình mũi khoan làm việc Căn vào điều kiện địa chất, vào chiều sâu khoan đường kính cọc thiết kế để chọn loại lưỡi dao khoan thích hợp, phương pháp tuần hoàn dung dịch khoan Với đường kính cọc khoan nhỏ có địa tầng dễ bị sập vách tuần hoàn dung dịch thuận, trường hợp dung dịch khoan bơm theo ống cần khoan xuống đáy lỗ khoan hút bơm mặt dung dịch lỗ khoan Đối với cọc khoan có đường kính lớn, phương pháp tuần hoàn thuận hiệu vận tốc dung dịch lên hố khoan nhỏ, không đủ sức đưa phoi khoan ngoài, phải chọn phương pháp tuần hoàn ngược Phương pháp tuần hoàn ngược sử dụng bơm hút có lưu lượng lớn để hút dung dịch từ đáy lỗ khoan theo ống đặt cần khoan Vì đường kính ống không lớn nên vận tốc dòng chảy ống cao đủ sức phoi khoan đưa (với chiều sâu hút