Giáo trình Nền và móng - Biên soạn: PGS.TS. Tô Văn Lận

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP. HỒ CHÍ MINH NỀN VÀ MĨNG Dùng cho sinh viên ngành Xây dựng Dân dụng và Cơng nghiệp Biên soạn : PGS.TS. Tơ Văn Lận Năm 2014 1 MỤC LỤC MỤC LỤC .................................................................................................................................................. 1 MỞ ĐẦU .................................................................................................................................................... 7 GIẢI THÍCH CÁC KÝ HIỆU ................................................................................................................... 8 Chương 1 .................................................................................................................................................. 10 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN ............................................................................................................. 10 1.1 Tổng quát ............................................................................................................................. 10 1.2 Phân loại nền mĩng ............................................................................................................... 11 1.2.1 Phân loại nền .................................................................................................................. 11 1.2.2 Phân loại mĩng ............................................................................................................... 11 1.3 Các tài liệu cần cĩ để thiết kế nền mĩng ................................................................................ 11 1.3.1 Tài liệu về khu vực xây dựng .......................................................................................... 11 1.3.2 Tài liệu về cơng trình và tải trọng tác dụng xuống nền mĩng ............................................ 12 1.3.3 Khả năng cung ứng vật liệu xây dựng .............................................................................. 12 1.3.4 Năng lực về máy mĩc, thiết bị thi cơng ............................................................................ 12 1.4 Tải trọng tác dụng xuống mĩng ............................................................................................. 12 1.4.1 Tải trọng và tổ hợp tải trọng ............................................................................................ 12 1.4.1.1 Tải trọng thường xuyên ................................................................................................... 12 1.4.1.2 Tải trọng tạm thời ........................................................................................................... 12 1.4.1.3 Tổ hợp tải trọng .............................................................................................................. 12 1.4.2 Xác định tải trọng tác dụng xuống mĩng ......................................................................... 13 1.5 Đề xuất và lựa chọn các giải pháp nền mĩng.......................................................................... 14 1.5.1 Đề xuất giải pháp xử lý nền ............................................................................................. 14 1.5.2 Đề xuất và lựa chọn giải pháp mĩng ................................................................................ 14 1.6 Lựa chọn chiều sâu đặt mĩng ................................................................................................ 15 1.6.1 Điều kiện về địa hình, địa chất cơng trình, địa chất thủy văn khu vực xây dựng ................ 15 1.6.1.1 Điều kiện về địa hình ...................................................................................................... 15 1.6.1.2 Điều kiện về địa chất cơng trình, địa chất thủy văn .......................................................... 16 1.6.1.3 Trị số và tính chất của tải trọng ....................................................................................... 16 1.6.1.4 Đặc điểm và yêu cầu sử dụng cơng trình .......................................................................... 17 1.6.1.5 Điều kiện thi cơng ........................................................................................................... 17 1.7 Tính tốn nền mĩng theo trạng thái giới hạn .......................................................................... 17 1.7.1 Tính tốn nền mĩng theo theo sức chịu tải ....................................................................... 18 1.7.2 Tính tốn nền mĩng theo theo biến dạng ......................................................................... 19 Chương 2 .................................................................................................................................................. 22 MĨNG NƠNG TRÊN NỀN TỰ NHIÊN ................................................................................................. 22 2.1 Phân loại mĩng nơng ............................................................................................................. 22 2.1.1 Mĩng đơn ....................................................................................................................... 22 2.1.2 Mĩng kết hợp dưới hai cột .............................................................................................. 22 2.1.3 Mĩng băng ..................................................................................................................... 23 2.1.4 Mĩng bè ......................................................................................................................... 24 2.1.5 Mĩng hộp ....................................................................................................................... 26 2.2 Trình tự thiết kế mĩng nơng trên nền tự nhiên ....................................................................... 26 2.3 Xác định cường độ tính tốn của đất nền ............................................................................... 26 2.3.1 Dựa vào chỉ tiêu cơ lý của đất nền ................................................................................... 26 2 2.3.2 Dựa vào cường độ tính tốn quy ước ............................................................................... 28 2.4 Xác định kích thước sơ bộ và kiểm tra điều kiện áp lực tại đáy mĩng ..................................... 31 2.4.1 Mĩng đơn ....................................................................................................................... 31 2.4.1.1 Mĩng chịu tải trọng đúng tâm .......................................................................................... 31 2.4.1.2 Mĩng chịu tải trọng lệch tâm ........................................................................................... 32 2.4.2 Mĩng kết hợp dưới hai cột ............................................................................................... 33 2.4.3 Mĩng băng ...................................................................................................................... 35 2.4.3.1 Mĩng băng dưới tường .................................................................................................... 35 2.4.3.2 Mĩng băng dưới dãy cột .................................................................................................. 35 2.4.4 Mĩng bè .......................................................................................................................... 35 2.5 Kiểm tra điều kiện áp lực tại đỉnh lớp đất yếu ........................................................................ 35 2.6 Tính tốn theo trạng thái giới hạn 1 ........................................................................................ 37 2.6.1 Sức chịu tải của nền đá .................................................................................................... 37 2.6.2 Sức chịu tải của nền đất ................................................................................................... 37 2.6.2.1 Phương pháp giải tích ...................................................................................................... 37 2.6.2.2 Phương pháp đồ giải - giải tích ........................................................................................ 38 2.7 Tính tốn theo trạng thái giới hạn 2 ........................................................................................ 39 2.7.1 Tính tốn độ lún thẳng đứng ............................................................................................ 39 2.7.1.1 Tính tốn theo sơ đồ bán khơng gian biến dạng tuyến tính ................................................ 40 2.7.1.2 Tính tốn theo sơ đồ lớp biến dạng tuyến tính cĩ chiều dày hữu hạn ................................. 42 2.7.2 Kiểm tra về lún lệch ........................................................................................................ 44 2.7.3 Xác định độ nghiêng của mĩng khi chịu tải trọng lệch tâm ............................................... 44 2.7.3.1 Độ nghiêng của mĩng chữ nhật........................................................................................ 44 2.7.3.2 Độ nghiêng của mĩng trịn............................................................................................... 44 2.8 Tính tốn độ bền và cấu tạo mĩng .......................................................................................... 45 2.8.1 Mĩng đơn gạch, đá, bê tơng dưới cột ............................................................................... 45 2.8.2 Mĩng đơn bê tơng cốt thép dưới cột ................................................................................. 47 2.8.2.1 Xác định chiều cao mĩng ................................................................................................ 47 2.8.2.2 Tính tốn nội lực và cốt thép cho mĩng ........................................................................... 49 2.8.3 Mĩng kết hợp dưới hai cột ............................................................................................... 51 2.8.3.1 Xác định tiết diện mĩng................................................................................................... 51 2.8.3.2 Xác định nội lực trong mĩng ........................................................................................... 51 2.8.3.3 Tính tốn cốt thép mĩng .................................................................................................. 52 2.8.4 Những yêu cầu về cấu tạo đối với mĩng bê tơng cốt thép ................................................. 53 2.8.4.1 Lớp bê tơng bảo vệ .......................................................................................................... 53 2.8.4.2 Khoảng cách tối thiểu giữa các thanh thép ....................................................................... 53 2.9 Tính tốn mĩng mềm............................................................................................................. 53 2.9.1 Phân loại mĩng mềm ....................................................................................................... 53 2.9.2 Các loại mơ hình nền ....................................................................................................... 54 2.9.2.1 Mơ hình nền biến dạng cục bộ ......................................................................................... 54 2.9.2.2 Mơ hình nền biến dạng tổng quát ..................................................................................... 54 2.9.3 Tính tốn mĩng mềm theo mơ hình nền biến dạng cục bộ ................................................ 55 2.9.3.1 Phương trình vi phân cơ bản ............................................................................................ 55 2.9.3.2 Tính mĩng dầm dài vơ hạn .............................................................................................. 56 2.9.3.3 Tính mĩng dầm ngắn ....................................................................................................... 59 2.9.4 Tính tốn mĩng mềm theo mơ hình nền biến dạng tổng quát ............................................ 60 2.9.4.1 Phương pháp của Gorbunơv - Pơxađơv ............................................................................ 61 2.9.4.2 Phương pháp của Ximvulidi ............................................................................................ 63 3 2.9.4.3 Phương pháp của Jemoskin ............................................................................................. 64 2.9.5 Tính tốn mĩng mềm theo mơ hình lớp đàn hồi cĩ chiều dày hữu hạn .............................. 66 2.9.5.1 Phạm vi áp dụng ............................................................................................................. 66 2.9.5.2 Các giả thiết .................................................................................................................... 66 2.9.5.3 Kết quả tính tốn ............................................................................................................. 67 2.9.6 Tính tốn mĩng mềm theo phương pháp phần tử hữu hạn ................................................ 67 2.9.6.1 Phạm vi áp dụng ............................................................................................................. 67 2.10 Bài tập ví dụ ......................................................................................................................... 67 2.10.1 Thiết kế mĩng đơn .......................................................................................................... 67 Chương 3 .................................................................................................................................................. 81 MĨNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU ................................................................................................................ 81 3.1 Khái niệm. ............................................................................................................................ 81 3.2 Đệm cát ................................................................................................................................ 81 3.2.1 Phạm vi áp dụng ................................................................................................................... 81 3.2.2 Tính tốn đệm cát ................................................................................................................. 82 3.2.3 Kiểm tra độ lún ..................................................................................................................... 83 3.3 Cọc cát ................................................................................................................................. 83 3.3.1 Phạm vi áp dụng ................................................................................................................... 83 3.3.2 Tính tốn cọc cát ................................................................................................................... 83 3.3.2.1 Xác định kích thước sơ bộ đáy mĩng ..................................................................................... 83 3.3.2.2 Xác định diện tích nén chặt ................................................................................................... 84 3.3.2.3 Xác định hệ số rỗng của nền sau khi gia cố ............................................................................ 84 3.3.2.4 Xác định định số lượng cọc và bố trí cọc trên mặt bằng.......................................................... 84 3.3.2.5 Xác định diện tích nén chặt ................................................................................................... 85 3.3.2.6 Kiểm tra cường độ tính tốn của nền sau khi gia cố cọc cát .................................................... 85 3.4 Giếng cát .............................................................................................................................. 86 3.4.1 Đặc điềm, phạm vi áp dụng ................................................................................................... 86 3.4.2 Cấu tạo và tính tốn giếng cát ................................................................................................ 86 3.4.2.1 Đệm cát .......................................................................................................................... 86 3.4.2.2 Lớp gia tải ...................................................................................................................... 87 3.4.2.3 Giếng cát ........................................................................................................................ 87 3.4.3 Tính biến dạng của nền ......................................................................................................... 88 3.4.4 Thi cơng giếng cát ................................................................................................................. 88 3.5 Bài tập ví dụ ......................................................................................................................... 88 3.5.1 Ví dụ 3.1 ............................................................................................................................... 88 Chương 4 .................................................................................................................................................. 99 MĨNG CỌC............................................................................................................................................. 99 4.1 Khái niệm ............................................................................................................................. 99 4.2 Phân loại cọc và cấu tạo ........................................................................................................ 99 4.2.1 Cọc tre, tràm, gỗ ........................................................................................................... 100 4.2.1.1 Cọc tre .......................................................................................................................... 100 4.2.1.2 Cọc tràm ....................................................................................................................... 100 4.2.1.3 Cọc gỗ .......................................................................................................................... 101 4.2.2 Cọc thép ....................................................................................................................... 101 4.2.3 Cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn ......................................................................................... 102 4.2.3.1 Cọc lăng trụ .................................................................................................................. 102 4.2.3.2 Cọc ống ........................................................................................................................ 104 4.2.3.3 Cọc bê tơng cốt thép ứng suất trước ............................................................................... 105 4 4.2.4 Cọc bê tơng cốt thép đổ tại chỗ ...................................................................................... 106 4.2.4.1 Cọc khoan nhồi ............................................................................................................. 106 4.2.4.2 Cọc ba-rét ..................................................................................................................... 108 4.3 Trình tự thiết kế mĩng cọc ................................................................................................... 108 4.3.1 Đánh giá điều kiện địa chất cơng trình, địa chất thủy văn ............................................... 109 4.3.2 Xác định tải trọng tác dụng xuống mĩng ........................................................................ 109 4.3.3 Xác định độ sâu đặt đáy đài ........................................................................................... 109 4.4 Xác định các thơng số về cọc ............................................................................................... 110 4.4.1 Xác định cao trình đặt mũi cọc ...................................................................................... 110 4.4.2 Xác định chiều dài, tiết diện cọc .................................................................................... 110 4.4.2.1 Chiều dài cọc ................................................................................................................ 110 4.4.2.2 Tiết diện cọc ................................................................................................................. 111 4.4.3 Lựa chọn phương pháp thi cơng cọc .............................................................................. 112 4.4.3.1 Cọc đúc sẵn ................................................................................................................... 112 4.4.3.2 Cọc bê tơng cốt thép đổ tại chỗ ...................................................................................... 112 4.4.4 Lựa chọn vật liệu cọc .................................................................................................... 112 4.4.4.1 Bê tơng ......................................................................................................................... 112 4.4.4.2 Cốt thép ........................................................................................................................ 112 4.5 Tính tốn sức chịu tải của cọc đơn chịu lực dọc trục ............................................................. 113 4.5.1 Sức chịu tải trọng nén thẳng đứng của cọc theo vật liệu làm cọc ..................................... 114 4.5.1.1 Cọc tre, tràm, gỗ ............................................................................................................ 114 4.5.1.2 Cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn ......................................................................................... 114 4.5.1.3 Cọc bê tơng cốt thép ứng suất trước ............................................................................... 116 4.5.1.4 Cọc bê tơng cốt thép đổ tại chỗ ...................................................................................... 118 4.5.2 Sức chịu tải của cọc bê tơng cốt thép chịu kéo. ............................................................... 119 4.5.3 Sức chịu tải trọng nén thẳng đứng của cọc theo đất nền .................................................. 119 4.5.3.1 Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (Phụ lục A - TCXD 205:1998) ....................................... 119 4.5.3.2 Theo chỉ tiêu cường độ (Phụ lục B - TCXD 205:1998) ................................................... 127 4.5.3.3 Theo kết quả xuyên tĩnh (Phụ lục C - TCXD 205:1998) ................................................. 129 4.5.3.4 Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn (Phụ lục C – TCXD 205:1998) ....................................... 131 4.5.3.5 Theo kết quả thử tải trọng động (Phụ lục D – TCXD 205:1998) ..................................... 131 4.5.3.6 Theo kết quả thử tải trọng tĩnh ....................................................................................... 134 4.6 Hiện tượng ma sát âm .......................................................................................................... 136 4.6.1 Khái niệm ..................................................................................................................... 136 4.6.2 Những nguyên nhân gây ra lực ma sát âm ...................................................................... 136 4.6.3 Sức chịu tải của cọc khi xét đến ma sát âm ..................................................................... 137 4.6.4 Những biện pháp làm giảm ảnh hưởng của ma sát âm .................................................... 138 4.7 Xác định số lượng cọc và kiểm tra áp lực xuống cọc ............................................................ 138 4.7.1 Xác định số lượng cọc, bố trí cọc trong mĩng ................................................................ 138 4.7.2 Kiểm tra điều kiện áp lực xuống cọc .............................................................................. 140 4.7.2.1 Điều kiện kiểm tra ......................................................................................................... 140 4.7.2.2 Áp lực tác dụng xuống cọc ............................................................................................ 140 4.7.2.3 Sự làm việc của cọc trong nhĩm .................................................................................... 140 4.8 Kiểm tra cọc khi chịu đồng thời mơ-men và lực ngang ......................................................... 141 4.8.1 Sơ đồ phân bố tải ngang lên đầu cọc .............................................................................. 141 4.8.1.1 Với mĩng cĩ 1 cọc ........................................................................................................ 141 4.8.1.2 Mĩng cĩ 2 hoặc nhiều cọc, bố trí theo 1 hàng................................................................. 142 4.8.2 Xác định nội lực trong cọc ............................................................................................. 143 5 4.9 Kiểm tra điều kiện áp lực của nền đất tại mặt phẳng mũi cọc................................................ 146 4.9.1 Xác định áp lực xuống đất nền tại mặt phằng mũi cọc .................................................... 146 4.9.2 Mĩng khối quy ước ....................................................................................................... 147 4.9.2.1 Cách 1 .......................................................................................................................... 147 4.9.2.2 Cách 2 .......................................................................................................................... 148 4.9.3 Sức chịu tải của đất nền tại mặt phằng mũi cọc .............................................................. 149 4.10 Tính tốn kiểm tra độ lún của mĩng cọc .............................................................................. 149 4.10.1 Điều kiện kiểm tra......................................................................................................... 149 4.10.2 Tính tốn độ lún của cọc đơn......................................................................................... 150 4.10.2.1 Đối với cọc đơn khơng mở rộng đáy .............................................................................. 150 4.10.2.2 Đối với cọc đơn mở rộng đáy ........................................................................................ 151 4.10.3 Tính tốn độ lún của nhĩm cọc ...................................................................................... 151 4.10.4 Tính tốn độ lún của mĩng băng cọc ............................................................................. 151 4.10.5 Tính tốn độ lún của mĩng bè cọc ................................................................................. 152 4.11 Thiết kế đài cọc. .................................................................................................................. 153 4.11.1 Lựa chọn sơ bộ chiều cao đài cọc .................................................................................. 153 4.11.2 Tính tốn và cấu tạo đài cọc .......................................................................................... 153 4.11.2.1 Kiểm tra điều kiện chọc thủng đài cọc ........................................................................... 153 4.11.2.2 Kiểm tra điều kiện cường độ trên tiết diện nghiêng theo lực cắt...................................... 154 4.11.2.3 Tính tốn cốt thép đài.................................................................................................... 155 4.12 Tính tốn, kiểm tra cọc đúc sẵn trong quá trình thi cơng....................................................... 155 4.12.1 Kiểm tra cọc khi vận chuyển và lắp dựng ...................................................................... 155 4.12.2 Tính tốn mĩc cẩu......................................................................................................... 156 4.13 Đặc điểm thiết kế mĩng cọc trong vùng cĩ động đất ............................................................ 157 4.14 Tính tốn mĩng cọc theo tiêu chuẩn châu Âu (EN 1997-1), [1]; [26] .................................... 158 4.14.1 Những nội dung chính của EN 1997-1 trong thiết kế mĩng cọc ...................................... 158 4.14.2 Cọc chịu nén ................................................................................................................. 159 4.14.3 Cọc chịu kéo ................................................................................................................. 160 4.14.4 Nội dung các phương pháp thiết kế đối với cọc .............................................................. 160 4.15 Ví dụ .................................................................................................................................. 163 Chương 5 ................................................................................................................................................ 189 MĨNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ...................................................................................................... 189 5.1 Khái niệm ........................................................................................................................... 189 5.2 Phân loại máy và mĩng máy ................................................................................................ 189 5.3 Cấu tạo mĩng máy .............................................................................................................. 190 5.3.1 Mĩng dạng khối. ................................................................................................................. 190 5.3.2 Mĩng dạng khung ............................................................................................................... 190 5.4 Những yêu cầu cơ bản đối với mĩng máy ............................................................................ 190 5.5 Các đặc trưng động lực học của nền .................................................................................... 191 5.6 Thiết kế nền mĩng máy ....................................................................................................... 191 5.6.1 Các tài liệu cần cĩ để thiết kế mĩng máy ............................................................................. 191 5.6.1.1 Số liệu về đặc tính của máy ................................................................................................. 191 5.6.1.2 Số liệu về nơi đặt máy ......................................................................................................... 191 5.6.2 Tính tốn mĩng khối dưới máy hoạt động cĩ chu kỳ ............................................................ 192 5.6.3 Thiết kế mĩng khối dưới máy búa ....................................................................................... 193 5.6.3.1 Chiều dày phần mĩng.......................................................................................................... 193 5.6.3.2 Diện tích sơ bộ đáy mĩng .................................................................................................... 193 5.6.3.3 Kiểm tra kích thước mĩng theo biên độ dao động ................................................................ 193 6 5.6.3.4 Kiểm tra điều kiện áp lực ..................................................................................................... 194 5.6.4 Độ lún của nền khi rung....................................................................................................... 194 5.6.5 Biện pháp chống rung động ................................................................................................. 195 5.7 Đặc điểm thiết kế nền, nhà và cơng trình xây ở những vùng động đất ................................... 196 Chương 6 ................................................................................................................................................. 198 SỰ CỐ VỀ NẾN MĨNG VÀ CÁCH GIA CỐ SỬA CHỮA .................................................................. 198 6.1 Khái niệm. .......................................................................................................................... 198 6.2 Những nguyên nhân chính gây ra sự cố nền mĩng ................................................................ 198 6.2.1 Giai đoạn khảo sát ............................................................................................................... 198 6.2.2 Giai đoạn thiết kế ................................................................................................................ 198 6.2.3 Giai đoạn thi cơng ............................................................................................................... 198 6.2.4 Giai đoạn sử dụng cơng trình ............................................................................................... 199 6.3 Các tài liệu cần cĩ để gia cố, sửa chữa nền mĩng ................................................................. 199 6.4 Các biện pháp gia cố, sửa chữa nền mĩng ............................................................................ 200 6.4.1 Biện pháp gia cố bản thân mĩng .......................................................................................... 200 6.4.2 Biện pháp tăng diện tích đế mĩng ........................................................................................ 200 6.4.3 Biện pháp tăng chiều sâu mĩng ............................................................................................ 202 6.4.4 Biện pháp về mĩng .............................................................................................................. 202 6.4.4.1 Biện pháp dùng mĩng cọc.................................................................................................... 202 6.4.4.2 Biện pháp thay mĩng ........................................................................................................... 202 6.4.5 Biện pháp gia cố nền dưới đáy mĩng ................................................................................... 203 Phụ lục................................................................................................................................................... 204 Tài liệu tham khảo ................................................................................................................................ 216 7 MỞ ĐẦU Nền và Mĩng là một trong số các mơn học chuyên ngành được giảng dạy cho sinh viên của tất cả các ngành kỹ thuật cơng trình nĩi chung. Riêng đối với chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Cơng nghiệp, mơn học này sẽ cung cấp các kiến thức cơ bản giúp sinh viên nắm được một số lý thuyết cơ bản và thực hành về tính tốn, thiết kế một số loại mĩng phổ biến thuộc dạng cơng trình nhà cửa. Trong giai đoạn cơng nghiệp hĩa và hiện đại hĩa nước ta hiện nay, ngày càng cĩ nhiều cơng trình xây dựng với qui mơ lớn, cao tầng, cĩ nhiều tầng hầm Cĩ nhiều phương thức xây dựng nền mĩng mới được đưa vào Việt Nam so với những năm về trước như: cọc ba-rét, cọc khoan nhồi đường kính lớn, các biện pháp mới cải tạo tính năng xây dựng của đất Do vậy địi hỏi phải cĩ các tài liệu mới giới thiệu nguyên lý tính tốn cũng như các biện pháp thi cơng cho các kỹ thuật nền mĩng mới này. Qua đĩ giúp cho sinh viên ra trường dễ dàng áp dụng các kiến thức đã học vào trong cơng việc thực tế. Tuy nhiên, các giáo trình Nền và Mĩng được sử dụng ở nước ta hiện nay đều được biên soạn cũng cách nay khá lâu và cĩ một số vấn đề chưa thật phù hợp với thực tiễn. Việc tính tốn thiết kế nền mĩng hiện nay, các kỹ sư cĩ thể sử dụng các Quy phạm Xây dựng Việt Nam đồng thời tham khảo Quy phạm các nước tiên tiến để tính tốn thiết kế. Các Quy phạm này được viết vào các thời điểm khác nhau tương ứng với các mức độ phát triển lý thuyết tính tốn và cơng nghệ thi cơng khác nhau nên cĩ nhiều điểm khơng phù hợp với giai đoạn hiện nay. Những vấn đề này sẽ gây ra những khĩ khăn nhất định cho khơng ít các kỹ sư làm cơng tác thiết kế nền mĩng. Từ những thực tế như trên, ngồi việc phải cĩ những thay đổi cơ bản về phương pháp dạy và học trong các trường Đại học, thì giáo trình, tài liệu giảng dạy và học tập cho giảng viên và sinh viên đĩng vai trị hết sức quan trọng và cần thiết, đặc biệt với hình thức học chế tín chỉ hiện nay. Vì thế, Khoa Xây Dựng trường Đại học Kiến Trúc TP. Hồ Chí Minh đã bắt đầu cải tiến chương trình đào tạo, rà sốt nội dung kiến thức của các mơn học để cập nhật phù hợp với tình hình xây dựng trong nước hiện nay, các giáo trình sử dụng để giảng dạy cũng phải thay đổi cho phù hợp và cần được biên soạn lại theo hướng cập nhật các tiến bộ mới của Khoa học kỹ thuật Xây dựng và sử dụng các ứng dụng của cơng nghệ thơng tin trong tính tốn, thiết kế nền mĩng cơng trình. Giáo trình này được biên soạn trong khuơn khổ đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Bộ năm 2012 – “Nghiên cứu đổi mới nội dung các giáo trình đào tạo kỹ sư chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Cơng nghiệp theo trình độ phát triển của cơng nghệ xây dựng hiện nay” với sự thực hiện của các giảng viên thuộc Bộ mơn nền mĩng, Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc TP. Hồ Chí Minh. Ban biên soạn giáo trình xin cảm ơn các nhà khoa học, các chuyên gia và đồng nghiệp về lĩnh vực nền mĩng cơng trình đã tham gia, đĩng gĩp ý kiến về nội dung cuốn giáo trình này. 8 GIẢI THÍCH CÁC KÝ HIỆU W % Độ ẩm WP % Giới hạn dẻo WL % Giới hạn chảy IP Chỉ số dẻo Is Chỉ số sệt E kPa Mơ-đun biến dạng của đất γw kN/m3 Trọng lượng thể tích tự nhiên của đất γII kN/m3 Trị tính tốn thứ 2 trọng lượng thể tích tự nhiên của đất γII ’ kN/m3 Trị tính tốn thứ 2 trung bình trọng lượng thể tích tự nhiên của đất nằm trên chiều sâu đặt mĩng ν Hệ số Pốt-xơng của đất FS Hệ số an tồn chung của cọc FSs Hệ số an tồn cho ma sát biên của cọc FSs Hệ số an tồn cho sức chống tại mũi cọc G Độ no nước; độ bão hịa e Hệ số rỗng của đất fi kPa Ma sát bên tại lớp đất thứ i fc kPa Cường độ chịu nén của bê tơng h m Chiều sâu đặt mĩng kể từ cao trình quy hoạch h’ m Chiều sâu đặt mĩng kể từ mặt đất tự nhiên hm m Chiều cao mĩng hđ m Chiều cao đài cọc ho m Chiều cao làm việc của tiết diện i Độ nghiêng tính tốn của mĩng igh Độ nghiêng cho phép của mĩng l m Chiều dài tính tốn của cọc li m Chiều dày của lớp đất thứ i trong chiều dài tính tốn của cọc NSPT Chỉ số SPT từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn Nc; Nq;Nγ Thơng số sức chịu tải lấy theo giá trị gĩc ma sát trong đất nền  độ gĩc ma sát trong I độ Trị tính tốn thứ nhất của gĩc ma sát trong II độ Trị tính tốn thứ hai của gĩc ma sát trong n độ Gĩc ma sát giữa cọc và đất c kPa Lực dính đơn vị của đất cI kPa Trị tính tốn thứ nhất lực dính đơn vị của đất cII kPa Trị tính tốn thứ hai lực dính đơn vị của đất ca kPa Lực dính giữa cọc và đất xung quanh cọc cu kPa Sức chống cắt khơng thốt nước của đất nền Qa kN Sức chịu tải trọng nén cho phép của cọc Qak kN Sức chịu tải trọng nhổ cho phép của cọc Qah kN Sức chịu tải trọng ngang cho phép của cọc Qu kN Sức chịu tải trọng nén cực hạn của cọc Quk kN Sức chịu tải trọng nhổ cực hạn của cọc Quh kN Sức chịu tải trọng ngang cực hạn của cọc 9 Qs kN Sức chịu tải trọng cực hạn của cọc đơn do ma sát bên Qp kN Sức chịu tải trọng cực hạn của cọc đơn do lực chống mũi qp kN Cường độ chịu tải cực hạn của đất ở mũi cọc qc kN Sức chống mũi của cọc ở thí nghiệm xuyên tĩnh R kPa Áp lực tính tốn tác dụng lên đất nền; sức chịu tải của đất nền Ro kPa Áp lực tính tốn quy ước lên đất nền Rn kPa Cường độ cực hạn về nén một trục của đá S m; cm Trị biến dạng tính tốn của nền nhà hoặc cơng trình Sgh m; cm Trị biến dạng cho phép của nền nhà hoặc cơng trình u m Chu vi tiết diện ngang thân cọc 10 Chương 1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Tổng quát Mĩng là bộ phận cuối cùng của cơng trình, tiếp nhận tồn bộ tải trọng do kết cấu bên trên truyền xuống. Thơng thường, mĩng được mở rộng ra xung quanh để làm giảm áp lực xuống nền. Tuy nhiên trong một số trường hợp, khi cơng trình xây dựng ở gần với các cơng trình cĩ sẵn - mĩng cĩ thể chỉ bằng hoặc thậm chí cịn thu hẹp hơn so với phạm vi cơng trình bên trên. Mĩng chính là phần kéo dài thêm của cơng trình và nằm ngầm trong lịng đất. Mĩng cĩ nhiệm vụ truyền tải trọng từ cơng trình xuống nền đất. Hình 1.1 – Các bộ phận trong cơng trình xây dựng Để đảm bảo điều kiện về cường độ và ổn định của cơng trình mĩng được đặt sâu vào trong đất, khoảng cách từ mặt đất đến đáy mĩng được gọi là độ sâu đặt mĩng. Tuỳ theo loại tải trọng, đặc điểm của nền đất và quy mơ của cơng trình mà mĩng được cấu tạo thành nhiều dạng khác nhau, sử dụng những loại vật liệu khác nhau để thoả mãn điều kiện về kinh tế và kỹ thuật. Nền cơng trình là vùng đất đá nằm dưới đáy mĩng, chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng cơng trình truyền xuống qua mĩng. Căn cứ vào đặc điểm của nền đất, tải trọng cơng trình và sự phân bố ứng suất trong đất, giới hạn của nền được xem xét ở độ sâu mà ứng suất do tải trọng ngồi gây ra bằng 0,1 ÷ 0,2 lần ứng suất do trọng lượng bản thân của đất nền. Thiết kế nền mĩng là một cơng việc phức tạp vì nĩ liên quan đến nhiều vấn đề: đặc điểm của cơng trình xây dựng; nền mĩng của các cơng trình lân cận hịện cĩ; điều kiện địa chất cơng trình, địa chất thủy văn của khu đất xây dựng. Đất nền cĩ nhiều loại khác nhau và khơng đồng nhất cả về thành phần hạt, tính chất cơ lý và địa tầng Vì vậy để cĩ thể thiết kế được một cơng trình cĩ nền mĩng bảo đảm chịu lực, địi hỏi người thiết kế trước hết phải nắm vững về cơ học đất, nền mĩng và kỹ thuật thi cơng, nghiên cứu kỹ và nắm vững điều kiện địa chất cơng trình, địa chất thủy văn của khu đất xây dựng, từ đĩ mới cĩ 11 thể lựa chọn được giải pháp nền mĩng tối ưu, đảm bảo các yếu tố kinh tế - kỹ thuật trong xây dựng. Khi khơng nắm vững các yếu tố trên cĩ thể dẫn đến những sai lầm trong việc lựa chọn giải pháp nền mĩng, sai lầm cĩ thể theo 2 khuynh hướng: - Gây lãng phí, tốn kém khơng cần thiết do quá thiên về an tồn. - Gây sự cố cho cơng trình do nền mĩng khơng đủ sức chịu tải hoặc biến dạng quá lớn làm cho cơng trình khơng thể sử dụng bình thường được. Cần lưu ý rằng những sai phạm đối với các kết cấu bên trên, sự cố sảy ra cĩ thể chỉ ở mức cục bộ, nhưng sự cố đối với nền mĩng cĩ thể gây ra sụp đổ, hư hỏng cơng trình mà việc xử lý nền mĩng là hết sức phức tạp về kỹ thuật và tốn kém về kinh phí. 1.2 Phân loại nền mĩng 1.2.1 Phân loại nền Nền được chia thành hai loại: - Nền tự nhiên: đất ở đáy mĩng cĩ đủ khả năng chịu tải trọng của cơng trình. Nền tự nhiên bao gồm các loại nền đất và nền đá. - Nền nhân tạo: khi nền đất khơng đủ sức tiếp thu tải trọng của cơng trình do vậy phải dung những biện pháp gia cường nhằm làm tăng sức chịu tải và làm giảm độ lún của cơng trình. 1.2.2 Phân loại mĩng Cĩ thể phân loại mĩng theo nhiều cách khác nhau: - Theo vật liệu làm mĩng: mĩng gạch đá, mĩng bê tơng, bê tơng cốt thép. - Theo đặc điểm làm việc của mĩng: đối với mĩng nơng, cĩ thể phân chia thành mĩng cứng, mĩng mềm; đối với mĩng cọc, phân chia thành mĩng cọc đài cao, đài thấp. - Theo cơng nghệ thi cơng mĩng: mĩng lắp ghép, mĩng đổ tại chỗ, mĩng bán lắp ghép. - Theo chiều sâu đặt mĩng: mĩng nơng, mĩng sâu. 1.3 Các tài liệu cần cĩ để thiết kế nền mĩng Để cĩ thể thiết kế nền mĩng cho một cơng trình, người thiết kế phải cĩ được những tài liệu sau đây: Tài liệu về khu vực xây dựng; tài liệu về cơng trình được thiết kế và khả năng về vật liệu xây dựng và thiết bị thi cơng. 1.3.1 Tài liệu về khu vực xây dựng Người thiết kế cần phải biết được địa điểm, khu vực xây dựng để xác định ảnh hưởng của thiên nhiên đối với cơng trình và nền mĩng của nĩ, cũng từ đĩ xác định được thuộc khu vực nào của tải trọng giĩ, tải trọng động đất Những tài liệu này thể hiện qua các báo cáo, bản đồ khảo sát địa hình, địa chất cơng trình, địa chất thủy văn, bao gồm: - Bản đồ đo đạc địa hình, bản đồ liên hệ vùng của khu vực xây dựng, bản vẽ thiết kế san nền với các cao trình đào đắp và đường đồng mức. - Tài liệu về địa chất cơng trình, địa chất thủy văn: cung cấp các số liệu về các đặc trưng cơ lý của đất, cao trình mực nước ngầm cũng như tính chất của nước ngầm (ăn mịn 12 hay khơng) để cĩ biện pháp nền mĩng hợp lý, địa tầng, các hiện tượng địa chất của khu vực xây dựng (như các-xtơ ở vùng đá vơi, cát chảy,). - Bản đồ quy hoạch khu vực xây dựng, quy hoạch tổng mặt bằng cơng trình. 1.3.2 Tài liệu về cơng trình và tải trọng tác dụng xuống nền mĩng - Bản vẽ kiến trúc của cơng trình: mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt, chi tiết; các tài liệu này sẽ biết được quy mơ, đặc điểm của cơng trình sẽ xây dựng như chiều cao tầng, số tầng, loại nhà, loại tải trọng sử dụng. - Hồ sơ thiết kế kết cấu (hoặc phác thảo, phương án) phần bên trên: đặc điểm kết cấu khung hay tường chịu lực, lắp ghép hay đổ tại chỗ 1.3.3 Khả năng cung ứng vật liệu xây dựng - Tình hình cung ứng các vật liệu xây dựng của nơi xây dựng cơng trình để thiết kế vật liệu làm mĩng cho phù hợp. 1.3.4 Năng lực về máy mĩc, thiết bị thi cơng - Khả năng đáp ứng về máy mĩc, thiết bị thi cơng của các nhà thầu sẽ thi cơng cơng trình; tay nghề, trình độ thi cơng để đề ra biện pháp thiết kế thi cơng, tổ chưc thi cơng hợp lý nhằm đảm bảo kỹ thuật và hạ giá thành cơng trình. 1.4 Tải trọng tác dụng xuống mĩng 1.4.1 Tải trọng và tổ hợp tải trọng Tiêu chuẩn Việt Nam về tải trọng và tác động (TCVN 2737-1995) phân loại tải trọng thành 2 loại: tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời (chia thành 3 loại: dài hạn, ngắn hạn và đặc biệt) tùy theo thời gian tác dụng của chúng. 1.4.1.1 Tải trọng thường xuyên Bao gồm tải trọng bản thân cơng trình (cĩ được từ các kích thước hình học của cơng trình, loại vật liệu sử dụng); áp lực đất; áp lực nước Tải trọng thường xuyên tác dụng trong suốt quá trình thi cơng và sử dụng cơng trình. 1.4.1.2 Tải trọng tạm thời Là tải trọng tác dụng khơng thường xuyên trong quá trình thi cơng và sử dụng cơng trình. Tùy theo thời gian tác dụng, tải trọng tạm thời được chia thành: - Tải trọng tạm thời tác dụng dài hạn: chúng tồn tại lâu dài trong giai đoạn thi cơng và sử dụng cơng trình; - Tải trọng tạm thời tác dụng ngắn hạn hạn: chúng chỉ tồn tại trong một thời gian nhất định khi thi cơng và sử dụng cơng trình; - Tải trọng đặc biệt: là những tải trọng chỉ tồn tại trong những trường hợp đặc biệt như do động đất; do cháy nổ; hoặc tải trọng do vi phạm nghiêm trọng trong quá trình cơng nghệ, do thiết bị trục trặc, hư hỏng tạm thời; tác động của biến dạng nền gây ra do thay đổi cấu trúc, tác động do biến dạng của mặt đất ở vùng cĩ nứt đất, cĩ ảnh hưởng việc khai thác mỏ và hiện tượng các-xtơ. 1.4.1.3 Tổ hợp tải trọng Đối với cơng trình xây dựng dân dụng và cơng nghiệp, tải trọng được tổ hợp theo ba loại tổ hợp cơ bản I, tổ hợp cơ bản II và tổ hợp đặc biệt. Cụ thể như sau: - Tổ hợp cơ bản I bao gồm: 13 + Tồn bộ các tải trọng thường xuyên; + Tồn bộ tải trọng tạm thời dài hạn; + Một trong những tải trọng tạm thời ngắn hạn cĩ ảnh hưởng nhiều nhất đến trạng thái ứng suất của tiết diện, cấu kiện hoặc tồn bộ kết cấu. - Tổ hợp cơ bản II bao gồm: + Tồn bộ các tải trọng thường xuyên; + Tồn bộ tải trọng tạm thời dài hạn; + Tồn bộ tải trọng tạm thời ngắn hạn nhưng khơng ít hơn 2. - Tổ hợp đặc biệt bao gồm: + Tồn bộ các tải trọng thường xuyên; + Tồn bộ tải trọng tạm thời dài hạn; + Tải trọng tạm thời ngắn hạn cĩ thể cĩ hoặc khơng; + Một trong những tải trọng đặc biệt cĩ ảnh hưởng nhiều nhất đến trạng thái ứng suất của tiết diện, cấu kiện hoặc tồn bộ kết cấu. 1.4.2 Xác định tải trọng tác dụng xuống mĩng Xác định tải trọng tính tốn: thơng thường khi tính tốn kết cấu bên trên, ta sử dụng các giá trị là tải trọng tính tốn, từ đĩ nội lực tại chân cột (hoặc tường, vách) là nội lực tính tốn bao gồm: lực dọc N tto , mơ-men M tto và lực cắt Q tt o và đây cũng là ngoại lực để tính tốn mĩng. Xác định tải trọng tiêu chuẩn: để đơn giản trong tính tốn, giá trị tiêu chuẩn được xác định bằng giá trị tính tốn chia cho hệ số vượt tải trung bình - lầy bằng 1,15:             1,15 Q Q 1,15 MM 1,15 NN tt otc o tt otc o tt otc o (1.1) Tải trọng tính tốn và tải trọng tiêu chuẩn được sử dụng trong tính tốn mĩng cọc như sau: - Khi tính tốn theo chỉ tiêu cường độ như kiểm tra sức chịu tải của cọc, kiểm tra chọc thủng đài cọc, tính tốn cốt thép cho đài, cọc thì sử dụng tải trọng tính tốn; - Khi tính tốn theo điều kiện sử dụng như kiểm tra ổn định của nền dưới mũi cọc, tính tốn độ lún thì sử dụng tải trọng tiêu chuẩn. Lựa chọn tổ hợp tải trọng để tính tốn và thiết kế mĩng cọc: nguyên tắc chung là lựa chọn các cặp tổ hợp nội lực nguy hiểm, thơng thường lựa chọn các trường hợp sau đây: - Cặp tổ hợp 1 - lực dọc lớn nhất: (1)     Q;Q M;M N tt oy tt ox tt oy tt ox tt maxo 14 - Cặp tổ hợp 2 - mơ-men lớn nhất: (2)       N Q;Q M M tt o tt oy tt ox tt oy tt maxox hoặc       N Q;Q M M tt o tt oy tt ox tt ox tt maxoy - Cặp tổ hợp 3 - lực dọc lớn nhất: (3)       N M;M Q Q tt o tt oy tt ox tt oy tt maxox hoặc       N M;M Q Q tt o tt oy tt ox tt ox tt maxoy Thơng thường sử dụng cặp tổ hợp 1 để tính tốn, dùng cặp tổ hợp 2 và 3 để kiểm tra. Tuy nhiên, khi mĩng chịu tải trọng lệch tâm lớn hoặc cĩ lực ngang lớn thì dùng cặp tổ hợp 2 hoặc 3 để tính tốn, các cặp khác để kiểm tra. 1.5 Đề xuất và lựa chọn các giải pháp nền mĩng 1.5.1 Đề xuất giải pháp xử lý nền Căn cứ vào tài liệu địa chất cơng trình cĩ được và các số liệu về cơng trình, loại cơng trình và quy mơ cơng trình người thiết kế cần xác định tải trọng tác dụng xuống mĩng, áp lực nền, độ lún của cơng trình từ đĩ quyết định sử dụng nền tự nhiên hay phải dùng nền nhân tạo với các biện pháp gia cố nhằm tăng sức chịu tải và làm giảm độ lún của cơng trình. Việc lựa chọn giải pháp nào để xử lý nền phải căn cứ phải căn cứ vào tình hình thực tế của đất nền và tải trọng tác dụng xuống và các yếu tố khác như quy mơ cơng trình, độ lún cho phép, đồng thời cần xem xét những dự kiến về quy hoạch, xây dựng những cơng trình khác ở lân cận nhằm đánh giá tác động của chúng đến sự làm việc của cơng trình sau này. Khả năng và điều kiện thi cơng cũng là một nhân tố cần xem xét trong việc lựa chọn giải pháp xử lý nền. Các phương pháp cải tạo, xử lý nền được đề cập trong chương III dưới đây. 1.5.2 Đề xuất và lựa chọn giải pháp mĩng Cũng như đối với những bộ phận khác của cơng trình, khi thiết kế nền mĩng nhiệm vụ của người kỹ sư là phải đề xuất được phương án mĩng tốt nhất cả về kỹ thuật và kinh tế. Thơng thường với nhiệm vụ thiết kế đã cho, người ta cĩ thể đề xuất nhiều phương án nền mĩng để so sánh và lựa chọn. Tùy theo tính tốn cĩ thể đề xuất các phương án mĩng nơng, mĩng sâu trên nền tự nhiên hay nền nhân tạo. Mỗi phương án đĩ lại cĩ thể bao gồm những phương án nhỏ như mĩng nơng cĩ thể là mĩng đơn, mĩng băng hoặc mĩng bè. Mĩng cọc cũng cĩ thể là cọc tre, tràm; cọc bê tơng từ đĩ lại đề xuất những biện pháp chi tiết hơn cho phương án chọn. Số lượng các phương án đề xuất phụ thuộc vào mức độ phức tạp của cơng trình. Bằng kinh nghiệm của người kỹ sư kết hợp với cơng cụ máy tính, người ta cĩ thể nhanh chĩng đề xuất ra những phương án hợp lý, khả thi để lựa chọn. Khi tính tốn sơ bộ và lựa chọn phương án, sau khi đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật như sức chịu tải, độ lún thường dựa vào các chỉ tiêu về kinh tế để quyết định. Tuy nhiên, khi quyết định chính thức phương án nền mĩng thì khơng thể chỉ dựa vào các chỉ tiêu kinh tế mà cịn phải dựa trên các yếu tố khác như điều kiện kỹ thuật, điều kiện thi cơng và yêu cầu về thời gian thi cơng; khả năng cung ứng vật liệu 15 1.6 Lựa chọn chiều sâu đặt mĩng Chiều sâu đặt mĩng là khoảng cách kể từ mặt đất quy hoạch (cĩ thể đắp thêm hoặc san ủi đi) cho đến đáy mĩng (khơng kể lớp bê tơng lĩt mĩng) được lựa chọn căn cứ vào (điểm 4.5.1 TCVN 9362:2012): - Chức năng cũng như đặc điểm kết cấu của nhà và cơng trình (cĩ hay khơng cĩ tầng hầm, đường ống ngầm, mĩng của thiết bị, ); - Trị số, đặc điểm của tải trọng và các tác động lên nền; - Chiều sâu đặt mĩng của nhà, cơng trình và thiết bị bên cạnh; - Địa hình hiện tại và địa hình thiết kế của nơi xây dựng cơng trình; - Điều kiện địa chất của nơi xây dựng (tính chất xây dựng của đất, đặc điểm hình thành lớp của từng loại đất, cĩ các lớp nằm nghiêng dễ trượt, các hang lỗ do phong hĩa hoặc do hịa tan muối,); - Điều kiện địa chất thủy văn (mực nước ngầm, tầng nước mặt và khả năng thay đổi khi xây dựng và sử dụng nhà và cơng trình, tính ăn mịn của nước ngầm,); - Sự xĩi mịn đất ở chân các cơng trình xây dựng ở các lịng sơng (mố cầu, trụ các đường ống,). 1.6.1 Điều kiện về địa hình, địa chất cơng trình, địa chất thủy văn khu vực xây dựng 1.6.1.1 Điều kiện về địa hình Nếu cơng trình xây dựng trên sườn dốc thì phải đảm bảo nguyên tắc đáy mĩng phải nằm ngang. Khi đĩ để khỏi chơn mĩng quá sâu, đối với mĩng băng dưới tường nên chia thành từng phần theo chiều dài tường, ở từng phần này đáy mĩng đặt ở cùng một cao trình. Khi chuyển từ phần này sang phần khác thì cĩ thể giật cấp mĩng để tiết kiệm chi phí. Hình 1.2 - Cấu tạo mĩng dật cấp theo địa hình a)- Mĩng đơn; b)- Mĩng băng 16 1.6.1.2 Điều kiện về địa chất cơng trình, địa chất thủy văn Điều kiện địa chất cơng trình và địa chất thủy văn khu vực xây dựng cơng trình là yếu tố cĩ ảnh hưởng nhiều nhất đến việc lựa chọn chiều sâu đặt mĩng; trong đĩ vị trí của lớp đất chịu lực là điều kiện quan trọng nhất. Xem xét 4 sơ đồ phân bố đất nền thường gặp trong thực tế dưới đây (hình 1.3): - Khi nền là đất tốt (sơ đồ 1), đồng nhất, chiều sâu đặt mĩng do tính tốn quyết định. Mĩng được đặt dưới lớp đất trồng trọt và sâu ít nhất 40 ÷ 50 cm. - Trường hợp ngược lại, khi nền là đất yếu dày (sơ đồ 2), lúc này tùy thuộc vào tải trọng cơng trình; biện pháp sử lý nền mà lựa chọn độ sâu chơn mĩng. - Trường hợp bên trên là đất yếu và bên dưới là lớp đất tốt (sơ đồ 3), cĩ thể sảy ra các trường hợp sau: khi lớp đất yếu khơng lớn lắm, cĩ thể đưa đáy mĩng đặt xuống lớp đất tốt và chơn sâu vào lớp đất tốt ít nhất 20 ÷ 25cm. Trường hợp lớp đất yếu dày thì chiều sâu đặt mĩng phụ thuộc vào biện pháp xử lý nền. - Sơ đồ 4, lớp đất yếu xen kẹp giữa các lớp đất tốt ở trên và dưới. Đây là trường hợp phức tạp hơn cả. Việc lựa chọn phương án mĩng, chiều sâu đặt mĩng, biện pháp xử lý nền phụ thuộc vào loại cơng trình; tải trọng tác dụng và chiều dày thực tế của mỗi lớp đất mà quyết định. Hình 1.3 - Sơ đồ phân bố đất nền thường gặp trong thực tế Về điều kiện thủy văn của khu vực xây dựng cần phải được xem xét thận trọng về biên độ dao động của mực nước ngầm, dịng chảy ngầm cĩ thể gây ra hiện tượng cát chảy đây là một trong những yếu tố làm cơ sở cho việc lựa chọn phương án mĩng, chiều sâu đặt mĩng, biện pháp thi cơng mĩng Khi mực nước ngầm nằm cao hơn đế mĩng, do tác dụng đẩy nổi của nước, sẽ làm giảm trị số ứng suất tác dụng lên nền và hạn chế khả năng chống trượt khi chịu lực ngang. Vì vậy, cố gắng đặt mĩng ở bên trên mực nước ngầm. 1.6.1.3 Trị số và tính chất của tải trọng Đối với tải trọng, chiều sâu đặt mĩng lựa chọn theo nguyên tắc sau: - Khi cơng trình chịu tải trọng lớn thì mĩng cần đặt sâu để giảm bớt diện tích đế mĩng và hạn chế khả năng lún và biến dạng khơng đều của đất nền. Theo kinh nghiệm, đối với cơng trình xây dựng dân dụng và cơng nghiệp sử dụng phương án mĩng nơng trên nền tự nhiên, chiều sâu đặt mĩng nên chọn như sau: 1 1h= ÷ H 12 15       (1.2) Trong đĩ H là chiều cao cơng trình, (m). - Khi cơng trình chịu tải trọng ngang và mơ-men uốn lớn, mĩng cũng phải cĩ chiều sâu đủ lớn để đảm bảo ổn định về trượt và lật. 17 1.6.1.4 Đặc điểm và yêu cầu sử dụng cơng trình Chiều sâu đặt mĩng cịn phụ thuộc vào sự cĩ mặt của các cơng trình như tầng hầm, đường giao thơng, đường ống dẫn nước cũng như các cơng trình lân cận đã xây dựng: - Đáy mĩng phải được đặt sâu hơn tầng hầm ít nhất 40 cm và mặt trên của mĩng phải nằm ở dưới sàn tầng hầm. - Khi cơng trình tiếp cận với các đường giao thơng ngầm thì đế mĩng cần đặt sâu hơn các vị trí trên tối thiểu 20 ÷ 40 cm. Việc xem xét tình hình xây dựng và đặc điểm mĩng của các cơng trình lân cận là hết sức quan trọng. Khi cao trình đáy mĩng mới và cũ khác nhau thì phải đảm bảo điều kiện sau đây: 1 1 1 Δh C=tg +tg L P   (1.3) Trong đĩ: 1 - trị tính tốn gĩc ma sát trong của đất; C1 - trị tính tốn lực dính của đất; h - độ chênh lệch giữa chiều sâu chơn mĩng của mĩng cũ và mĩng mới; L - khoảng cách từ mép mĩng cũ đến mép đối diện của mĩng mới; P1 - áp lực tại đáy mĩng nơng hơn. Hình 1.4 - Bố trí mĩng mới bên cạnh mĩng cũ đã cĩ 1.6.1.5 Điều kiện thi cơng Chiều sâu đặt mĩng cĩ liên quan đến phương pháp thi cơng mĩng. Nếu lựa chọn chiều sâu đặt mĩng một cách hợp lý thì cĩ thể rút ngắn thời gian xây dựng mĩng và biện pháp thi cơng khơng địi hỏi phức tạp. Cĩ thể đề xuất ra nhiều phương án mĩng, chiều sâu đặt mĩng để lựa chọn phương án cho phù hợp. 1.7 Tính tốn nền mĩng theo trạng thái giới hạn Trạng thái giới hạn của nền và cơng trình là trạng thái mà chỉ cần vượt quá giới hạn này là cơng trình bị hư hỏng hoặc khơng sử dụng một cách bình thường được nữa. Việc tính tốn nền mĩng phải được tiến hành theo 2 nhĩm trạng thái giới hạn: nhĩm trạng thái giới hạn thứ nhất tính tốn về cường độ và ổn định; nhĩm trạng thái giới hạn thứ hai tính tốn về điều kiện sử dụng. 18 1.7.1 Tính tốn nền mĩng theo theo sức chịu tải Mục đích tính tốn là đảm bảo độ bền của nền và tính ổn định của nền đất (khơng phải là đá), cũng như khơng cho phép mĩng trượt theo đáy và khơng cho phép lật dẫn đến sự chuyển vị đáng kể của từng mĩng hoặc của tồn bộ cơng trình và do đĩ cơng trình khơng thể sử dụng được. Tính nền theo sức chịu tải xuất phát từ điều kiện: kN tc  (1.4) Trong đĩ: N - tải trọng tính tốn trên nền, (kN);  - sức chịu tải của nền; ktc - hệ số tin cậy, do cơ quan thiết kế quy định tùy theo tính chất quan trọng của nhà hoặc cơng trình; lấy ktc khơng nhỏ hơn 1,2. Cụ thể hố cơng thức 1.4 như sau: - Về cường độ: σđtb  R (1.5) σđmax  1,2R (1.6) σngmax  Rng (1.7) Trong đĩ: σđtb và σđmax - ứng suất trung bình và ứng suất lớn nhất tại đáy mĩng, (kPa); σngmax - ứng suất lớn nhất tác dụng theo phương ngang tại mặt bên của mĩng, (kPa); R - cường độ tính tốn của đất nền, (kPa). - Về ổn định trượt: kt = t gi T T  [kt] (1.8) Trong đĩ: kt - hệ số ổn định về trượt; Tt - tổng lực gây trượt, (kN); Tgi - tổng lực giữ, (kN); [kt] - hệ số ổn định về trượt cho phép, lấy khơng nhỏ hơn 1,2. - Về ổn định lật: kl = l gi M M  [kl] (1.9) Trong đĩ: kl - hệ số ổn định lật; Ml - tổng mơ-men gây lật; Mgi - tổng mơ-men giữ; 19 [kl] - hệ số ổn định về lật cho phép, lấy khơng nhỏ hơn 1,2. 1.7.2 Tính tốn nền mĩng theo theo biến dạng Mục đích tính tốn nền mĩng theo biến dạng là hạn chế biến dạng của nền, mĩng và kết cấu trên mĩng trong phạm vi đảm bảo khơng sảy ra tình hình cản trở việc sử dụng bình thường của nhà và cơng trình nĩi chung, hay của từng kết cấu hoặc giảm tính bền vững lâu dài của chúng do xuất hiện các chuyển vị khơng cho phép (độ lún, nghiêng, thay đổi độ cao thiết kế và vị trí kết cấu, phá hoại các liên kết của chúng,). Cần chú ý tính tốn độ bền và tính chống nứt của mĩng và kết cấu trên mĩng với nội lực xuất hiện khi cĩ tác dụng qua lại giữa nhà và cơng trình với nền nén lún. Tính tốn nền mĩng theo trạng thái giới hạn 2 bao gồm một số hoặc tồn bộ các điều kiện sau: Các điều kiện theo trạng thái giới hạn thứ hai: S  Sgh (1.10) S/L  Sgh/L (1.11) i  igh (1.12) Trong đĩ: S - độ lún tuyệt đối của nền thuộc các mĩng riêng rẽ, (cm); Sgh - độ lún tuyệt đối của nền giới hạn, (cm); S/L - độ lún lệch tương đối tính tốn; Sgh/L - độ lún lệch tương đối giới hạn; i - độ nghiêng của mĩng tính tốn; igh - độ nghiêng của mĩng giới hạn. Độ lún tương đối và khơng đều của hai mĩng xác định như sau: L SS S ij ji ij   (1.13) Trong đĩ: Si, Sj - độ lún tương đối của các mĩng i,j, (cm); Lij - khoảng cách giữa trọng tâm hai mĩng i và j, (cm). Độ nghiêng của mĩng xác định như sau: l SSi 21l  và b SSi 43b  (1.14) Trong đĩ: S1, S2 - độ lún tại điểm giữa hai cạnh ngắn của đáy mĩng, (cm); S3, S4 - độ lún tại điểm giữa hai cạnh dài của đáy mĩng, (cm); l, b - cạnh dài và cạnh ngắn của đáy mĩng, (cm). Khi mĩng được sử dụng kết hợp với những chức năng khác như kết hợp làm tường chắn cĩ yêu cầu cách nước; tầng hầm; bể chứa, mĩng cần được kiểm tra về khe nứt. Trình tự tính tốn theo điều kiện này được tiến hành theo cách thơng thường trình bày trong các tài liệu, yêu cầu tính tốn đối với kết cấu bê tơng cốt thép.