Chương 1 trình bày các vấn đề về khái niệm, phân loại, cấu tạo chung và các yêu cầu chung đối với bài toán thiết kế nền và móng công trình. Cung cấp bức tranh tổng quan về nhiệm vụ cần giải quyết một bài toán về nền và móng một công trình cụ thể nào đó. KHÁI NIỆM NỀN, MÓNG 1. Nền công trình Nền là vùng đất chịu ảnh hưởng do tải trọng móng truyền xuống, được giới hạn tại một độ sâu nào đó, mà kể từ độ sâu đó trở đi ứng suất gây ra do móng truyền tới không đáng kể, không gây nên biến dạng đất.
Nền và móng 1. Móng công trình Móng công trình là một bộ phận kết cấu bên dưới của công trình, nó liên kết với kết cấu chịu lực bên trên như cột, tường… Móng có nhiệm vụ tiếp thu tải trọng từ công trình và truyền tải trọng đó xuống nền. Mặt tiếp xúc giữa mặt phẳng cuối cùng của móng với nền gọi là đáy móng. Khoảng cách hm từ đáy móng tới mặt đất tự nhiên gọi là chiều sâu chôn móng.
Vì nền đất có cường độ nhỏ hơn nhiều so với vật liệu bê tông, gạch, đá… nên phần tiếp giáp giữa công trình và nền đất thường được mở rộng thêm, phần này được gọi là móng (có thể gọi là bản móng). Để tiết kiệm vật liệu, người ta thường giật cấp hoặc vát góc móng. 2 Đối với móng bê tông cốt thép (BTCT) thường gồm các bộ phận như minh họa trong Hình 1- 1: - Giằng móng (đà kiềng): Có tác dụng đỡ tường ngăn bên trên và làm giảm độ lún lệch giữa các móng trong công trình. Khi giằng móng được kết hợp làm dầm móng để giảm độ lệch tâm móng thì phải tính toán nó như một dầm trong kết cấu khung.
- Cổ móng: Kích thước cổ móng có thể bằng với cột tầng trệt nhưng thường được mở rộng thêm mỗi phía 2,5cm để tăng lớp bê tông bảo vệ cốt thép trong cổ móng. - Móng (bản móng, đài móng): Thường có đáy dạng chữ nhật, bị vát có độ dốc vừa phải, được tính toán để có kích thước hợp lý. - Lớp bê tông lót: Thường dày 100mm, bê tông đá 4x6 hoặc bê tông gạch vỡ, vữa ximăng mác 50÷100, có tác dụng làm sạch, phẳng hố móng, chống mất nước xi măng, ngoài ra còn làm ván khuôn để đổ bê tông móng. PHÂN LOẠI NỀN, MÓNG 1.
Phân loại nền Có hai loại là nền thiên nhiên và nền nhân tạo. Nền thiên nhiên: Là nền đất với kết cấu tự nhiên, nằm ngay sát bên dưới móng chịu trực tiếp tải trọng công trình do móng truyền xuống và khi xây dựng công trình không cần dùng các biện pháp kỹ thuật để cải thiện các tính chất xây dựng của đất nền. Nền gia cố: Khi các lớp đất ngay sát bên dưới móng không đủ khả năng chịu lực với kết cấu tự nhiên, cần phải áp dụng các biện pháp nhằm nâng cao khả năng chịu lực của đất nền, lúc đó nền được gọi là nền nhân tạo hay nền gia cố. Nội dung chi tiết về nền gia cố sẽ được trình bày trong Chương 4 của giáo trình.
Phân loại móng Có nhiều cách phân loại móng khác nhau: - Phân loại theo vật liệu móng: Móng gạch, đá hộc, bê tông, bê tông đá hộc, và bê tông cốt thép. - Phân loại theo độ cứng của móng: Móng tuyệt đối cứng, móng cứng hữu hạn, và móng mềm. 3 - Theo phương pháp chế tạo móng: Móng toàn khối, móng lắp ghép, bán lắp ghép. - Theo đặc tính chịu tải: Móng chịu tải trọng tĩnh, móng chịu tải trọng động (thường gặp là móng máy), móng chịu tải ngang lớn, móng chịu tải đúng tâm, móng chịu tải lệch tâm.
- Phân loại theo độ sâu chôn móng vào đất: Móng nông, móng sâu. NỘI DUNG THIẾT KẾ NỀN VÀ MÓNG 1. Yêu cầu đối với công tác thiết kế nền và móng Khi tính toán, thiết kế và xây dựng công trình, phải làm sao đảm bảo thỏa mãn ba yêu cầu sau: - Bảo đảm sự làm việc bình thường của công trình trong quá trình xây dựng và sử dụng lâu dài sau này. - Bảo đảm ổn định về mặt cường độ và biến dạng của từng kết cấu cũng như toàn bộ công trình.
- Bảo đảm thời gian xây dựng ngắn nhất với giá thành hợp lý nhất. Tính toán nền, móng theo trạng thái giới hạn Trạng thái giới hạn (TTGH) là trạng thái ứng với khi công trình không ở điều kiện sử dụng bình thường (võng quá lớn, biến dạng lớn, nứt quá giới hạn cho phép, mất ổn định) hoặc bị phá hoại hoàn toàn. Việc tính toán nền móng có thể được tiến hành tính toán theo 3 trạng thái giới hạn như sau: - Trạng thái giới hạn thứ 1: Tính toán về cường độ và ổn định của nền và móng. - Trạng thái giới hạn thứ 2: Tính toán về biến dạng.
- Trạng thái giới hạn thứ 3: Tính toán sự hình thành và phát triển của khe nứt Ứng dụng các TTGH vào trong thiết kế nền và móng như sau: Đối với móng Tất cả các loại móng đều phải tính toán theo TTGH 1. Hầu hết móng các công trình dân dụng và công nghiệp thì chỉ cần tính toán, thiết kế theo TTGH 1 tức là tính kích thước móng, cấu tạo móng, tính cốt thép bố trí cho móng. 4 Ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt như hầm, tầng ngầm cần thiết phải kiểm tra TTGH 3. Đối với nền Nền đất chỉ có thể có hai TTGH: TTGH 1 về cường độ và TTGH 2 về biến dạng.
Theo TCVN9362-2012, “Tiêu chuẩn thiết kế nền, nhà và công trình”, đối với các trường hợp sau phải tính nền theo TTGH 1: - Nền là sét rất cứng, cát rất chặt, đất nửa đá và đá. - Nền dưới các công trình thường xuyên chịu tải trọng ngang với trị số lớn (tường chắn, đê, đập, công trình cầu…) hoặc trường hợp tính động đất. - Móng hoặc công trình đặt trên nền ở mép mái dốc (ở trên hay ngay dưới mái dốc) hay gần các lớp đất có dộ dốc lớn. - Các nền là đất sét yếu bão hòa nước và than bùn.
Ngoài ra, khi áp lực hông hai bên móng chênh lệch lớn (thường do tôn nền phía trong công trình cao) thì phải kiểm tra trượt, lật móng. Công thức cơ bản để tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất là: Về cường độ: tb R ; max 1.1 - 1) Trong đó: tb , max : ứng suất trung bình và ứng suất lớn nhất tại đáy móng. R: sức chịu tải theo phương đứng của đất nền. ng : ứng suất lớn nhất theo phương ngang tại mặt bên móng.
Rng: sức chịu tải theo phương ngang của nền. Về ổn định trượt: Tgi K tr = K t (E.1 - 2) Tt Trong đó: Ktr: hệ số ổn định trượt. 5 Tt: tổng lực trượt. Tgi : tổng lực giữ.
[Kt]: hệ số ổn định trượt cho phép, qui phạm quy định. Về ổn định lật: M gi Kl = K l (E.1 - 3) Ml Trong đó: Kl : hệ số ổn định lật Mgi: mô men giữ. Ml: mô men lật [Kl]: hệ số ổn định lật cho phép do qui phạm quy định. Việc tính toán theo TTGH 2 là bắt buộc cho mọi công trình, trừ các công trình đặt trên nền sét rất cứng, cát rất chặt, đất nửa đá và đá, nhằm khống chế biến dạng tuyệt đối, tương đối của nền không vượt quá giới hạn cho phép nhằm đảm bảo điều kiện làm việc bình thường cho công trình.
Kiểm tra nền theo TTGH 2 là chủ yếu kiểm tra các điều kiện sau đây: S Sgh (E.1 - 4) S Sgh Trong đó: S; S: độ lún và độ lún lệch của nền (biến dạng) Sgh ; Sgh: độ lún giới hạn; độ lún lệch giới hạn, là giá trị chủ đầu tư nêu ra hoặc được tra theo quy phạm phụ thuộc vào từng loại công trình. Điều kiện để triển khai việc tính toán biến dạng của nền theo các phương pháp của lý thuyết Cơ học đất là quan hệ ứng suất – biến dạng của nền theo luật tuyến tính , nghĩa là giá trị của áp lực tại đáy móng phải thỏa điều kiện không vượt quá áp lực tiêu chuẩn Rtc. Biến dạng giới hạn của nền móng công trình (Bảng 16 TCVN 9362:2012) Trị biến dạng giới hạn của nền Sgh Độ lún tuyệt đối Tên và đặc điểm kết cấu Biến dạng tương trung bình và lớn nhất, của công trình đối cm Dạng Độ lớn Dạng Độ lớn 1 2 3 4 5 1. Nhà sản xuất và nhà dân dụng nhiều tầng bằng khung hoàn toàn 1.
Khung bê tông cốt thép Độ lún lệch Độ lún tuyệt đối 0,002 8 không có tường chèn tương đối lớn nhất Sgh 1. Khung thép không có tường Độ lún lệch Độ lún tuyệt đối 0,001 12 chèn tương đối lớn nhất Sgh 1. Khung bê tông cốt thép có - 0,001 - 8 tường chèn 1. Khung thép có tường chèn - 0,002 - 12 2.
Nhà và công trình không xuất hiện nội lực thêm do tản không - 0,006 - 15 đều Võng hoặc 3. Nhà nhiều tầng không khung, Độ lún trung võng tương 0,000 7 10 tường chịu lực bằng bình Sghtb đối 1. Các loại tải trọng và tổ hợp tải trọng dùng thiết kế nền, móng Tải trọng: chủ yếu từ công trình truyền xuống, ngoài ra còn từ nền truyền vào Tĩnh tải (tải trọng thường xuyên): tải trọng tồn tại trong suốt quá trình thi công xây dựng và khai thác sử dụng của công trình (trọng lượng bản thân công trình, móng và đất trên đế móng). Tải trọng đặc biệt: hoạt tải của bom đạn, sóng nổ, động đất, va chạm của vật thể khác lên công trình,… Khi thiết kế nền móng thường phân biệt: tải tính toán và tải tiêu chuẩn.
Tải trọng tiêu chuẩn: tải lớn nhất tác dụng lên công trình mà không gây hư hỏng hay ảnh hưởng đến khả năng khai thác bình thường của công trình. Tải trọng tính toán: là tải trọng có xét đến sự sai khác giữa tải trọng thật và tải tiêu chuẩn theo hướng gây bất lợi cho công trình; Việc xắp xếp vị trí của hoạt tải để tìm giá trị nội lực lớn nhất gọi là tổ hợp tải trọng. Khi tính toán kết cấu và nền theo các trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai cần kể đến các tổ hợp bất lợi của các tải trọng hoặc hệ quả tải trọng tương ứng của chúng. Các tổ hợp này được thiết lập từ việc phân tích các phương án thực tế tác dụng đồng thời của các tải trọng khác nhau đối với giai đoạn đang xét về sự làm việc của kết cấu hoặc nền.