1GIÁO TRÌNH
NỀN MÓNG CẦU ĐUỜNG
2Tài liệu tham khảo:
1. GS.TSKH. Bùi Anh Định, PGS.TS. Nguyễn Sỹ Ngọc, Nền và móng công
trình cầu đường, NXB Xây Dựng 2005.
2. Nguyễn Đình Dũng, Nền và móng, Đại học Giao thông Vận tải.
3CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VÀ TRIẾT LÝ THIẾT KẾ
1. Tổng quát
Độ tin cậy được định nghĩa là xác xuất của một đối tượng có thể thực hiện được một chức
năng yêu cầu của nó trong một thời gian và điều kiện định trước. Như vậy độ tin cậy của
nền móng công trình là xác xuất của nó có
159 trang |
Chia sẻ: huongnhu95 | Lượt xem: 554 | Lượt tải: 0
Tóm tắt tài liệu Giáo trình Nền móng cầu đường - Chương 1 đến Chương 4, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
thể chống đỡ được công trình bên trên mà không
sụp đổ hoặc gây ra độ lún quá mức cho phép trong thời gian tuổi thọ thiết kế của công
trình. Để có được độ tin cậy cần thiết là mục đích cơ bản và yêu cầu của thiết kế và xây
dựng nền móng.
Để thỏa mãn yêu cầu này, trong thiết kế chúng ta có thể đạt được bằng cách cho hệ số an
toàn cao. Tuy nhiên, tiếp cận theo cách này người thiết kế gặp phải một mâu thuẫn không
kém phần quan trọng, đó là giá thành công trình quá cao. Như vậy độ tin cậy của công trình
luôn đối nghịch với giá thành xây dựng công trình.
Thông thường người thiết kế luôn tìm sự cân bằng giữa độ tin cậy và tính kinh tế trong
thiết kế thông qua hệ số an toàn. Hệ số an toàn cao thường được sử dụng khi độ tin cậy là
rất quan trọng hoặc khi quá trình phân tích trong thiết kế có rất nhiều yếu tố không chắc
chắn, và hệ số an toàn thấp thường được dùng khi điều kiện ngược lại. Phương pháp này
được gọi là phương pháp hệ số an toàn chung. Phương pháp hệ số an toàn chung thường
không dựa vào sự đánh giá tổng thể về độ tin cậy, đặc biệt khi chúng ta xem xét cả móng
và công trình bên trên như một tỏng thể. Với phương pháp này, một số thành phần có thể
là quá an toàn. Trong lúc đó, một số thành phần có thể nguy hiểm. Giá thành phụ thêm cho
các thành phần có hệ số an toàn cao không góp phần làm tăng độ an toàn tổng thể của công
trình, do vậy phương pháp không phải là phương pháp kinh tế để tạo ra cong trình tin cậy.
Nói một cách khác, tốt hơn là nên dùng tiền của các thành phần có độ an toàn quá cao cho
các thành phần có độ an toàn thấp để tăng độ an toàn chung của công trình.
Vì lý do này phương pháp thiết kế theo độ tin cậy phát triển. Phương pháp này có xu hướng
xác định độ tin cậy để cân bằng giữa độ tin cậy và giá thành công trình. Một mục đích khác
của thiết kế theo độ tin cậy là đánh giá tốt hơn các khả năng phá hoại khác nhau, và thông
tin này được dùng để cải tiến cả thiết kế và thi công để đạt được công trình vững chắc hơn.
4Có nhiều phương pháp thiết kế theo độ tin cậy như: Phương pháp miền xác xuất cho sức
kháng và tải trọng, phương pháp bậc nhất của mô men cấp hai, phương pháp thiết kế theo
hệ số sức kháng và hệ số tải trọng (LRFD).
Thiết kế theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng (LRFD – Load and Resistance Factor
Design) là phương pháp sử dụng các hệ số tải trọng (i) nhân với tải trọng danh định (tiêu
chuẩn) để có được tải trọng có hệ số (có thể coi như tải trọng tính toán). Ngoài ra, để xét
đến tính dẻo, độ siêu tĩnh và tầm quan trọng của công trình, tải trọng tác dụng được nhân
thêm hệ số (i).
Các quy định của Bộ Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 dựa vào phương pháp luận Thiết kế theo
hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (LRFD). Các hệ số được lấy từ lý thuyết độ tin cậy dựa
trên kiến thức thống kê hiện nay về tải trọng và tính năng của kết cấu. Những quan điểm
an toàn thông qua tính dẻo, tính dư, bảo vệ chống xói lở và va chạm được lưu ý nhấn
mạnh... Bộ Tiêu chuẩn này được biên soạn, dựa trên Tiêu chuẩn thiết kế cầu theo hệ số tải
trọng và hệ số sức kháng của AASHTO (American Association of State Highway and
Transportation Officials), xuất bản lần thứ hai (1998), bản in dùng hệ đơn vị quốc tế (SI).
Theo tiêu chuẩn 22 TCN 272-05, Cầu phải được thiết kế theo các trạng thái giới hạn quy
định để đạt được các mục tiêu thi công được, an toàn và sử dụng được, có xét đến các vấn
đề: khả năng dễ kiểm tra, tính kinh tế và mỹ quan (nêu ở Điều 2.5).
Bất kể dùng phương pháp phân tích kết cấu nào thì phương trình 1 luôn luôn cần được thỏa
mãn với mọi ứng lực và các tổ hợp được ghi rõ của chúng.
Mỗi cấu kiện và liên kết phải thỏa mãn Phương trình 1 với mỗi trạng thái giới hạn, trừ khi
được quy định khác. Đối với các trạng thái giới hạn sử dụng và trạng thái giới hạn đặc biệt,
hệ số sức kháng được lấy bằng 1,0, trừ trường hợp với bu lông thì phải áp dụng quy định
ở Điều 6.5.5. Mọi trạng thái giới hạn được coi trọng như nhau.
i i Qi Rn = Rr (1)
với :
i= D R l > 0,95 (2)
Đối với tải trọng dùng giá trị cực đại của Yi:
0,1
ηηη
1η
IRD
i (3)
trong đó :
i = hệ số tải trọng: hệ số nhân dựa trên thống kê dùng cho ứng lực.
= hệ số sức kháng: hệ số nhân dựa trên thống kê dùng cho sức kháng danh định
(ghi ở các Phần 5, 6, 10, 11 và 12).
5i = hệ số điều chỉnh tải trọng; hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan
trọng trong khai thác.
D = hệ số liên quan đến tính dẻo (Điều 1.3.3).
R = hệ số liên quan đến tính dư (Điều 1.3.4).
I = hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác (Điều 1.3.5).
Qi = ứng lực
Rn = sức kháng danh định
Rr = sức kháng tính toán = Rn
Các cấu kiện và các liên kết của cầu phải thoả mãn phương trình 1 cho các tổ hợp thích
hợp của ứng lực cực hạn tính toán được quy định cho từng trạng thái giới hạn dưới đây.
2. Tải trọng tác dụng
Các tải trọng và lực thường xuyên và nhất thời sau đây phải được xem xét đến:
Tải trọng thường xuyên:
Ký hiệu Tên tải trọng
DD tải trọng kéo xuống (xét hiện tượng ma
sát âm)
down drag
DC tải trọng bản thân của các bộ phận kết
cấu & thiết bị phụ phi kết cấu
dead load of structural components
and nonstructural attachments
DW tải trọng bản thân của lớp phủ mặt và
các tiện ích công cộng
dead load of wearing surfaces and
utilities
EH tải trọng áp lực đất nằm ngang horizontal earth pressure load
EL các hiệu ứng bị hãm tích luỹ do
phương pháp thi công
accumulated locked-in effects
resulting from the construction
process
ES tải trọng đất chất thêm earth surcharge load
EV áp lực thẳng đứng do bản thân đất đắp. vertical pressure from dead load of
earth fill
6Tải trọng nhất thời:
Ký hiệu Tên tải trọng
BR lực hãm xe vehicular braking force
CE lực ly tâm vehicular centrifugal force
CR từ biến creep
CT lực va xe vehicular collision force
CV lực va tầu vessel collision force
EQ động đất earthquake
FR ma sát friction
IM lực xung kích (lực động ) của xe vehicular dynamic load allowance
LL hoạt tải xe vehicular live load
LS hoạt tải chất thêm live load surcharge
PL tải trọng người đi pedestrian live load
SE lún settlement
SH co ngót shrinkage
TG gradien nhiệt temperature gradient
TU nhiệt độ đều uniform temperature
WA tải trọng nước và áp lực dòng chảy water load and stream pressure
WL gió trên hoạt tải wind on live load
WS tải trọng gió trên kết cấu wind load on structure
Chi tiết cách tính các loại tải trọng trên có thể xem Phần 3 – Tải trọng và hệ số tải trọng
của Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 hay AASHTO – 2007.
72.1. Tải trọng thường xuyên
(1). Tĩnh tải DC, DW và EV
Tĩnh tải bao gồm trọng lượng của tất cả cấu kiện của kết cấu, phụ kiện và tiện ích công
cộng kèm theo, trọng lượng đất phủ, trọng lượng mặt cầu, dự phòng phủ bù và mở
rộng.
Khi không có đủ số liệu chính xác có thể lấy tỷ trọng như Bảng 1 để tính tĩnh tải
(2). Tải trọng áp lực đất EH
áp lực đất, tải trọng phụ gia trên đất , tải trọng kéo xuống (ma sát âm) được xác định trong
Điều 3.11.
Khi đất giữ không được thoát nước thì tác dụng của áp lực thuỷ tĩnh phải được bổ sung vào
áp lực đất. Trong trường hợp phía sau tường có thể đọng thành vũng thì tường phải
được thiết kế để chịu áp lực đất và áp lực thuỷ tĩnh. Áp lực ngang của đất phía dưới
mức nước ngầm phải tính với tỷ trọng đất ngậm nước.
Nếu mức nước ngầm ở hai phía tường khác nhau thì phải xét tác dụng thấm đến ổn
định của tường và khả năng phải đặt đường ống dẫn. áp lực lỗ rỗng sau tường được
lấy gần đúng theo phương pháp dòng tịnh hay các phương pháp phân tích khác phải
được cộng thêm vào ứng suất nằm ngang hữu hiệu khi tính tổng áp lực ngang của đất
lên tường.
Khi lường trước tác dụng của thiết bị đầm máy xảy ra trong cự ly một nửa chiều cao tường
lấy bằng chênh cao giữa điểm giao của lớp móng đường đã làm xong với lưng tường và
đáy tường thì tác dụng bổ sung của áp lực đất do đầm lèn phải được đưa vào tính toán
Bảng 1 - Tỷ trọng
Vật liệu Tỷ trọng (kg/m3)
Hợp kim nhôm 2800
Lớp phủ bê tông at-phan 2250
Xỉ than 960
Cát chặt. phù sa hay đất sét 1925
Bê tông
Nhẹ 1775
Cát nhẹ 1925
Thường 2400
Cát rời. phù sa. sỏi 1600
8Đất sét mền 1600
Sỏi. cuội. macadam hoặc balat 2250
Thép 7850
Đá xây 2725
Nước Ngọt 1000
Mặn 1025
Hiệu ứng của khả năng khuyếch đại của áp lực đất chủ động và/hoặc độ chuyển dịch
của khối đất bị động do động đất phải được xét đến.
Áp lực đất cơ bản được giả thiết là phân bố tuyến tính và tỷ lệ với chiều sâu đất và lấy
bằng:
)10.( 9 gzkp sh (4)
trong đó:
p = áp lực đất cơ bản (MPa)
kh = hệ số áp lực ngang của đất lấy bằng ko (Điều 3.11.5.2) đối với tường không
uốn cong hay dịch chuyển, hoặc ka (Điều 3.11.5.3; 3.11.5.6 và 3.11.5.7)
đối với tường uốn cong hay dịch chuyển đủ để đạt tới điều kiện chủ động
tối thiểu.
s = tỷ trọng của đất (kg/m3)
z = chiều sâu dưới mặt đất (mm)
g = hằng số trọng lực (m/s2)
Trừ quy định khác đi, tổng tải trọng ngang của đất do trọng lượng đất lấp phải giả định
tác dụng ở độ cao 0,4H phía trên đáy tường, trong đó H là tổng chiều cao tường tính
từ mặt đất đến đáy móng.
* Hệ số k0
Đối với đất được cố kết bình thường hệ số áp lực đất ngang tĩnh lấy như sau:
k0 = 1 - sinf (5)
Đối với đất quá cố kết hệ số áp lực đất ngang tĩnh có thể giả thiết thay đổi theo hàm số của
tỷ lệ quá cố kết hay lịch sử ứng suất và có thể lấy bằng:
k0 = (1 - sinf )(OCR)sint (6)
9trong đó:
f = gốc ma sát của đất thoát nước
ko = hệ số áp lực đất tĩnh của đất quá cố kết.
OCR = tỷ lệ quá cố kết
Các giá trị của ko cho các tỷ lệ quá cố kết khác nhau OCR có thể lấy ở Bảng 2. Phù sa,
sét, sét dẻo chảy không nên dùng làm đất đắp khi mà vật liệu hạt dễ thoát nước có sẵn.
Bảng 2- Hệ số điển hình của áp lực đất ngang tĩnh
Loại đất
Hệ số áp lực đất ngang k0
OCR = 1 OCR = 2 OCR = 5 OCR = 10
Cát rời 0,45 0,65 1,10 1,60
Cát vừa 0,40 0,60 1,05 1,55
Cát chặt 0,35 0,55 1,00 1,50
Đất phù sa bùn(ML) 0,50 0,70 1,10 1,60
Sét nhão (CL) 0,60 0,80 1,20 1,65
Sét dẻo chảy (CH) 0,65 0,80 1,10 1,40
* Hệ số áp lực chủ động
Trị số của hệ số áp lực chủ động có thể lấy bằng:
SinSin
Sink a 2
2
(7)
ở đây:
2
1
SinSin
SinSin (8)
trong đó:
= góc ma sát giữa đất đắp và tường(độ)
= góc của đất đắp với phương nằm ngang như trong Hình 1 (độ)
= góc của đất đắp sau tường với phương thẳng đứng như Hình 1 (độ)
10
, = góc nội ma sát hữu hiệu (độ)
Hình -1. Chú giải Coulomb về áp lực đất
Đối với các điều kiện khác với miêu tả trong Hình 1, áp lục đất chủ động có thể tính
bằng phương pháp thử dựa theo lý thuyết lăng thể trượt.
* Áp lực đất bị động
Đối với đất dính áp lực bị động có thể xác định theo:
p
9
spp kc210Zgkp (9)
trong đó:
pp = áp lực đất bị động (MPa)
s = tỷ trọng của đất (kg/m3)
z = độ sâu tính từ mặt đất
c = độ dính đơn vị (MPa)
kp = hệ số áp lực bị động lấy theo Hình 2 và 3 khi thích hợp.
(3). Tải trọng chất thêm (ES)
Khi có một tải trọng chất thêm phải bổ sung thêm một áp lực đất ngang không đổi vào áp
lực đất cơ bản - áp lực đất không đổi này có thể lấy bằng:
p = ks qs (10)
trong đó:
p = áp lực đất ngang không đổi do tác dụng của tải trọng chất thêm phân bố đều
(MPa)
ks = hệ số áp lực đất do tác dụng của tải trọng chất thêm
qs = hoạt tải tác dụng lớn nhất (MPa)
Đối với áp lực đất chủ động ks phải lấy bằng ka , với áp lực đất tĩnh ks phải lấy bằng ko.
Ngoài ra đối với loại đất đắp và độ dịch chuyển của tường cụ thể có thể dùng giá trị trung
Tường
cứng
11
gian phù hợp. Ngoài ra cách tính chi tiết các loại tải trọng chất thêm có thể tham khảo Điều
3.11.6.
HÖ sè gi¶m (R) cña Kp theo c¸c tû sè -
MÆt ph¸ ho¹i
Xo¾n èc
logarit
¸p lùc bÞ ®éng
Ghi chó : C¸c ®êng cong ®îc thÓ
hiÖn dïng cho /= -1h
Ö
sè
¸
p
lù
c
b
Þ ®
é
n
g
K
p
Gãc nèi ma s¸t theo ®é
Hình 2 - Cách tính áp lực đất bị động đối với tường nghiêng nền đắp bằng
12
HÖ sè gi¶m (R) cu¶ Kp theo c¸c tû sè /
MÆt ph¸ ho¹i
Xo¸n èc logarit
¸p lùc bÞ ®éng
h
Ö
sè
¸
p
lù
c
b
Þ
®
é
n
g
K
p
Ghi chó : C¸c ®êng cong ®îc thÓ
hiÖn dïng cho /= -1
gãc néi ma s¸t theo ®é
Hình 3 - Cách tính áp lực đất bị động đối với tường nghiêng, nền đắp dốc
(4). Lực kéo xuống (xét ma sát âm - DD)
13
Ứng lực do tác động kéo xuống đối với cọc hay cọc khoan do lún của khối đất tiếp giáp
với cọc hay cọc khoan phải được xác định theo các quy định của Phần 10 của Tiêu chuẩn.
2.2. Tải trọng nhất thời
(1). Hoạt tải xe (LL)
a). Số làn xe thiết kế
Số làn xe thiết kế được xác định bởi phần số nguyên của tỷ số w/3500, ở đây w là bề rộng
khoảng trốngcủa lòng đường giữa hai đá vỉa hoặc hai rào chắn, đơn vị là mm. Cần xét đến
khả năng thay đổi trong tương lai về vật lý hoặc chức năng của bề rộng trống của lòng
đường của cầu .
Trong trường hợp bề rộng làn xe nhỏ hơn 3500mm thì số làn xe thiết kế lấy bằng số làn
giao thông và bề rộng làn xe thiết kế phải lấy bằng bề rộng làn giao thông.
Lòng đường rộng từ 6000mm đến 7200mm phải có 2 làn xe thiết kế, mỗi làn bằng một nửa
bề rộng lòng đường.
b). Hệ số làn xe
Hệ số làn không được áp dụng cho trạng thái giới hạn mỏi, trong trường hợp đó chỉ dùng
với một xe tải thiết kế, bất kể số làn xe thiết kế. Khi dùng hệ số phân phối gần đúng của 1
làn xe đơn (như Điều 4.6.2.2. và 4.6.2.3), khác với quy tắc đòn bẩy và phương pháp tĩnh
học, ứng lực phải được chia cho 1.2.
Ứng lực cực hạn của hoạt tải phải xác định bằng cách xét mỗi tổ hợp có thể của số làn
chịu tải nhân với hệ số tương ứng trong Bảng 3.
Bảng 3 - Hệ số làn m
Số làn chất tải Hệ số làn (m)
1 1,20
2 1,00
3 0,85
> 3 0,65
14
c). Hoạt tải xe ôtô thiết kế
c.1). Tổng quát
Hoạt tải xe ôtô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ được đặt tên là HL-93 sẽ gồm một tổ hợp
của:
Xe tải thiết kế + Tải trọng làn thiết kế, hoặc
Xe 2 trục thiết kế + Tải trọng làn thiết kế
Trừ trường hợp được điều chỉnh (Điều 3.6.1.3.1), mỗi làn thiết kế được xem xét phải được
bố trí hoặc xe tải thiết kế hoặc xe hai trục chồng với tải trọng làn khi áp dụng được. Tải
trọng được giả thiết chiếm 3000mm theo chiều ngang trong một làn xe thiết kế.
c.2). Xe tải thiết kế
Trọng lượng và khoảng cách các trục và bánh xe của xe tải thiết kế phải lấy theo Hình 4.
Lực xung kích (IM) lấy theo mục (3) (hay Điều 3.6.2).
Trừ quy định trong tính tải trọng xe lên mố và trụ cầu, như phần giới thiệu các tải trọng tác
dụng lên mố và trụ dưới đây (xem Điều 3.6.1.3.1 và 3.6.1.4.1), cự ly giữa 2 trục 145.000N
phải thay đổi giữa 4300 và 9000mm để gây ra ứng lực lớn nhất.
Đối với các cầu trên các tuyến đường cấp IV và thấp hơn, Chủ đầu tư có thể xác định tải
trọng trục cho trong Hình 4 nhân với hệ số 0.50 hoặc 0.65.
c.3). Xe hai trục thiết kế
Xe hai trục gồm một cặp trục 110.000N cách nhau 1200mm. Cự ly chiều ngang của các
bánh xe lấy bằng 1800mm.
Đối với các cầu trên các tuyến đường cấp IV và thấp hơn, Chủ đầu tư có thể xác định tải
trọng xe hai trục nói trên nhân với hệ số 0.50 hoặc 0.65.
c.4). Tải trọng làn thiết kế
Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9.3N/mm (hay 9.3kN/m) phân bố đều theo chiều dọc. Theo
chiều ngang cầu được giả thiết là phân bố đều trên chiều rộng 3000mm. ứng lực của tải trọng
làn thiết kế không xét lực xung kích.
15
35 kN 145 kN 145 kN
4300 mm 4300 mm tíi 900mm
mmm
600 mm nãi chung
300mm mót thõa cña mÆt cÇu
Lµn thiÕt kÕ 3600 mm
Hình 4 - Đặc trưng của xe tải thiết kế
d). Tác dụng của hoạt tải xe thiết kế
Trừ khi có quy định khác, ứng lực lớn nhất phải được lấy theo giá trị lớn hơn của các trường
hợp sau:
Hiệu ứng của xe hai trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng tải trọng làn thiết kế, hoặc
Hiệu ứng của một xe tải thiết kế có cự ly trục bánh thay đổi như trong Điều
3.6.1.2.2 tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế, và
Đối với mô men âm giữa các điểm uốn ngược chiều khi chịu tải trọng rải đều
trên các nhịp và chỉ đối với phản lực gối giữa thì lấy 90% hiệu ứng của hai xe
tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe này cách bánh sau xe kia là
15000mm tổ hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế; khoảng cách giữa
các trục 145kN của mỗi xe tải phải lấy bằng 4300mm.
Các trục bánh xe không gây ra ứng lực lớn nhất đang xem xét phải bỏ qua.
Cả tải trọng làn và vị trí của bề rộng 3000mm của mỗi làn phải đặt sao cho gây ra ứng lực
lớn nhất. Xe tải thiết kế hoặc xe hai bánh thiết kế phải bố trí trên chiều ngang sao cho tim
của bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn:
Khi thiết kế bản hẫng: 300mm tính từ mép đá vỉa hay lan can
Khi thiết kế các bộ phận khác: 600mm tính từ mép làn xe thiết kế.
Trừ khi có quy định khác, chiều dài của làn xe thiết kế hoặc một phần của nó mà gây ra
ứng lực lớn nhất phải được chất tải trọng làn thiết kế.
16
(2). Tải trọng bộ hành (PL)
Đối với tất cả đường bộ hành rộng hơn 600m phải lấy tải trọng người đi bộ bằng 3x10-3
MPa và phải tính đồng thời cùng hoạt tải xe thiết kế. Đối với cầu chỉ dành cho người đi bộ
và/hoặc đi xe đạp phải thiết kế với hoạt tải là 4.1x10-3 MPa.
Khi đường bộ hành, cầu cho người đi bộ và cầu đi xe đạp có dụng ý dùng xe bảo dưỡng
và/hoặc xe ngẫu nhiên thì các tải trọng này phải được xét trong thiết kế. Không cần xét lực
xung kích của các loại xe này.
(3). Lực xung kích (IM)
Trừ trường hợp cho phép (trong Điều 3.6.2.2), tác động tĩnh học của xe tải hay xe hai trục
thiết kế không kể lực ly tâm và lực hãm, phải được tăng thêm một tỷ lệ phần trăm được
quy định trong bảng 4 cho lực xung kích. Lực xung kích không được áp dụng cho tải
trọng bộ hành hoặc tải trọng làn thiết kế. Hệ số áp dụng cho tải trọng tác dụng tĩnh
được lấy bằng: (1 + IM/100).
Không cần xét lực xung kích đối với :
Tường chắn không chịu phản lực thẳng đứng từ kết cấu phần trên.
Thành phần móng nằm hoàn toàn dưới mặt đất.
Lực xung kích có thể được chiết giảm cho các cấu kiện trừ mối nối, nếu đã kiểm tra đủ căn
cứ theo các quy định của Điều 4.7.2.1
Bảng 4- Lực xung kích IM
Cấu kiện IM
Mối nối bản mặt cầu
Tất cả các trạng thái giới hạn
75%
Tất cả các cấu kiện khác
Trạng thái giới hạn mỏi và giòn
Tất cả các trạng thái giới hạn khác
15%
25%
(4). Lực hãm (BR)
Lực hãm được lấy bằng 25% của trọng lượng các trục xe tải hay xe hai trục thiết kế cho
mỗi làn được đặt trong tất cả các làn thiết kế được chất tải (theo Điều 3.6.1.1.1) và coi như
đi cùng một chiều. Các lực này được coi là tác dụng theo chiều nằm ngang cách phía trên
17
mặt đường 1.800mm theo cả hai chiều dọc để gây ra ứng lực lớn nhất. Tất cả các làn thiết
kế phải được chất tải đồng thời đối với cầu và coi như đi cùng một chiều trong tương lai.
Phải áp dụng hệ số làn quy định ở trên (Điều 3.6.1.1.2).
(5). Lực va của xe (CT)
Trừ khi được bảo vệ (như quy định trong Điều 3.6.5.1), mố trụ đặt trong phạm vi cách mép
lòng đường bộ 9000 mm hay trong phạm vi 15000 mm đến tim đường sắt đều phải thiết
kế cho một lực tĩnh (va của xe cộ và tầu hỏa) tương đương là 1.800.000N tác dụng ở bất
kỳ hướng nào trong mặt phẳng nằm ngang, cách mặt đất 1200 mm.
(6). Tải trọng nước (WA)
a). Áp lực tĩnh
Áp lực tĩnh của nước được giả thiết là tác động thẳng góc với mặt cản nước. Áp lực
được tính toán bằng tích của chiều cao mặt nước phía trên điểm đang tính nhân với tỷ
trọng của nước và gia tốc trọng trường.
Mực nước thiết kế trong trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử dụng
phải tương ứng với mức lũ thiết kế cho xói. Mực nước thiết kế cho trạng thái giới hạn
đặc biệt phải tương ứng với mức lũ kiểm tra xói.
b). Lực đẩy nổi
Lực đẩy nổi của nước là một lực đẩy hướng lên trên được lấy bằng tổng của các thành phần
thẳng đứng của áp lực tĩnh (xem Điều 3.7.1), tác dụng lên tất cả các bộ phận nằm dưới mức
nước thiết kế.
c). Áp lực dòng chảy
c.1). Theo chiều dọc
Áp lực nước chảy tác dụng theo chiều dọc của kết cấu phần dưới phải được tính theo công
thức:
p = 5.14 x 10-4 CD V2 (11)
trong đó :
p = áp lực của nước chảy (MPa)
CD = hệ số cản của trụ lấy theo Bảng 5
V = vận tốc nước thiết kế tính theo lũ thiết kế cho xói ở trạng thái giới hạn cường
độ và sử dụng và theo lũ kiểm tra xói khi tính theo trạng thái giới hạn đặc biệt
(m/s)
Bảng 5 - Hệ số cản Cd
18
Loại hình Cd
Trụ đầu tròn 0,7
Trụ đầu vuông 1,4
Trụ có tụ rác 1,4
Trụ đầu nhọn với góc nhọn 900 hoặc nhỏ hơn 0,8
Lực cản dọc được tính bằng tích của áp lực dòng chảy dọc nhân với hình chiếu của diện
tích mặt hứng của trụ.
c.2). Theo chiều ngang
Áp lực ngang phân bố đều trên kết cấu phần dưới do dòng chảy lệch với chiều dọc của
trụ một góc được lấy bằng :
p = 5.14 x 10-4 CL V2 (12)
trong đó :
p = áp lực theo chiều
ngang (MPa)
CL = hệ số cản theo chiều
ngang lấy theo
Bảng 6
Trôc däc cña trô
Hình 5 - Mặt bằng trụ thể hiện áp lực dòng chảy
Bảng 6 - Hệ số cản theo chiều ngang CL
Góc giữa hướng dòng chảy và
trục dọc của trụ CL
00 0,0
50 0,5
100 0,7
200 0,9
300 1,0
Lực cản ngang được tính bằng tích của áp lực dòng chảy theo chiều ngang nhân với diện
tích lộ ra của kết cấu.
19
(7). Tải trọng gió (WL và WS)
a). Tải trọng gió ngang
Các tải trọng gió nằm ngang tác dụng vào các công trình cầu thông thường. Đối với các
kết cấu nhịp lớn hay kết cấu nhạy cảm đối gió như cầu treo dây võng, cầu dây xiên cần có
những khảo sát, nghiên cứu đặc biệt về môi trường khí hậu đối với gió và thí nghiệm trong
các tunen gió để xác định các tác động của gió trong thiết kế.
Tốc độ gió thiết kế, V, phải được xác định theo công thức:
V = VB S (13)
trong đó :
VB = tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm thích hợp
với vùng tính gió tại vị trí cầu đang nghiên cứu, như quy định trong Bảng
7.
S = hệ số điều chỉnh đối với khu đất chịu gió và độ cao mặt cầu theo quy
định trong bảng 8.
Để tính gió trong quá trình lắp ráp, có thể nhân các giá trị VB trong Bảng trên với hệ
số 0,85.
b). Tải trọng gió tác động lên công trình (WS)
b.1). Tải trọng gió ngang
Tải trọng gió ngang PD phải được lấy theo chiều tác dụng nằm ngang và đặt tại trọng
tâm của các phần diện tích thích hợp, và được tính như sau:
PD = 0,0006 V2 At Cd 1,8 At (kN) (14)
trong đó:
V = tốc độ gió thiết kế xác định theo phương trình 13 (m/s)
At = diện tích của kết cấu hay cấu kiện phải tính tải trọng gió ngang (m2)
Cd = hệ số cản được quy định trong bảng 5
Diện tích kết cấu hay cấu kiện đang xét phải là diện tích đặc chiếu lên mặt trước vuông
góc, trong trạng thái không có hoạt tải tác dụng, với các điều kiện sau đây:
Đối với kết cấu phần trên (KCPT) có lan can đặc, diện tích KCPT phải bao
gồm diện tích của lan can đặc hứng gió, không cần xét ảnh hưởng của lan
can không hứng gió.
Đối với kết cấu phần trên có lan can hở, tải trọng toàn bộ phải lấy bằng tổng
tải trọng tác dụng lên kết cấu phần trên, khi đó phải xét lan can hứng và
không hứng gió riêng rẽ từng loại. Nếu có hơn hai lan can, chỉ xét ảnh
20
hưởng những lan can nào có ảnh hưởng lớn nhất về phương diện không che
chắn.
Đối với kết cấu nhịp kiểu dàn, lực gió sẽ được tính toán cho từng bộ phận
một cách riêng rẽ cả nơi hướng gió và nơi khuất gió, mà không xét phần
bao bọc.
Bảng 7 - Các giá trị của VB cho các vùng tính gió ở Việt Nam
Vùng tính gió theo
TCVN 2737 - 1995
VB(m/s)
I 38
II 45
III 53
IV 59
Bảng 8 - Các giá trị của S
Độ cao của mặt
cầu trên mặt đất
khu vực xung
quanh hay trên
mặt nước (m)
Khu vực lộ
thiên hay mặt
nước thoáng
Khu vực có rừng hay
có nhà cửa với cây
cối, nhà cao tối đa
khoảng 10m
Khu vực có nhà
cửa với đa số
nhà cao trên
10m
10 1,09 1,00 0,81
20 1,14 1,06 0,89
30 1,17 1,10 0,94
40 1,20 1,13 0,98
50 1,21 1,16 1,01
Đối với các trụ, không xét mặt che chắn. Hệ số cản Cd phải tính theo các phương pháp
sau:
Đối với KCPT có mặt trước đặc, khi kết cấu quy đổi có các mép cạnh dốc
đứng và không có góc vuốt đáy đáng kể về khí động phải lấy Cd theo Hình
6, trong đó:
21
b = Chiều rộng toàn bộ của cầu giữa các bề mặt lan can (mm)
d = Chiều cao KCPT bao gồm cá lan can đặc nếu có (mm)
Đối với KCPT giàn, lan can và kết cấu phần dưới phải lấy lực gió đối với từng
cấu kiện (với các giá trị Cd theo Tiêu chuẩn TCVN 2737 - 1995 Bảng 6) hoặc theo
tài liệu khác được Chủ đầu tư duyệt.
Đối với mọi KCPT khác, phải xác định Cd trong hầm thí nghiệm gió.
HÖ
sè
c¶
n C
d
Tû sè b/d
hÖ sè tèi thiÓu ®èi víi
mÆt cÇu ®Æt trªn dÇm I,
víi trªn 4 dÇm, hoÆc
dÇm hép
Hình 6 - Hệ số cản Cd dùng cho kết cấu phần trên có mặt hứng gió đặc
Ghi chú dùng cho hình 6:
1. Các giá trị cho trong hình dựa trên giả thiết là mặt hứng gió thẳng đứng và gió tác dụng
nằm ngang.
2. Nếu mặt hứng gió xiên so với mặt thẳng đứng, hệ số cản Cd có thể được giảm
0.5% cứ mỗi độ xiên so với mặt đường và tối đa được giảm 30%.
3. Nếu mặt hứng gió có cả phần đứng lẫn phần dốc hoặc 2 phần dốc nghiêng với
góc khác nhau, tải trọng gió phải lấy như sau:
a) Hệ số cản cơ bản Cd tính với chiều cao toàn bộ kết cấu
b) Đối với từng mặt đứng hệ số cản cơ bản tính trên được giảm theo ghi chú 2.
c) Tính tải trọng gió tổng cộng bằng cách dùng hệ số cản thích hợp cho các diện
tương ứng.
4. Nếu kết cấu phần trên được nâng cao, phải lấy Cd tăng lên 3% cho mỗi độ
nghiêng so với đường nằm ngang, nhưng không quá 25%.
5. Nêu kết cấu phần trên chịu gió xiên không quá 50 so với hướng nằm ngang, phải
tăng Cd lên 15%. Nếu góc xiên vượt 50 phải chia hệ số cản cho một hệ số theo thí
nghiệm.
22
6. Nếu kết cấu phần trên được nâng cao đồng thời chịu gió xiên, phải lấy hệ số cản
theo kết quả khảo sát đặc biệt.
b.2). Tải trọng gió dọc
Đối với mố, trụ, kết cấu phần trên (KCPT) là giàn hay các dạng kết cấu khác có một
bề mặt cản gió lớn song song với tim dọc của kết cấu thì phải xét tải trọng gió dọc.
Phải tính tải trọng gió dọc theo cách tương tự với tải trọng gió ngang.
Đối với KCPT có mặt trước đặc, tải trọng gió lấy bằng 0.25 lần tải trọng gió ngang.
Các tải trọng gió dọc và ngang phải cho tác dụng trong từng trường hợp đặt tải riêng
rẽ, nếu thấy thích hợp thì kết cấu phải kiểm toán bằng hợp lực của gió xét đến ảnh
hưởng của các góc hướng gió trung gian (không vuông góc).
c). Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ (WL)
Khi xét tổ hợp tải trọng Cường Độ III, phải xét tải trọng gió tác dụng vào cả kết cấu
và xe cộ. Phải biểu thị tải trọng gió ngang lên xe cộ bằng tải trọng phân bố 1.5 kN/m,
tác dụng theo hướng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu và đặt ở cao độ 1800mm
so với mặt đường. Phải biểu thị tải trọng gió dọc lên xe cộ bằng tải trọng phân bố 0.75
kN/m tác dụng nằm ngang, song song với tim dọc kết cấu và đặt ở cao độ 1800mm so
với mặt đường.
Phải đặt tải lực gió ngang và dọc lên xe cộ cho từng trường hợp đặt tải riêng rẽ, nếu thích
hợp, phải kiểm toán kết cấu bằng hợp lực gió có xét ảnh hưởng của các góc hướng gió
trung gian.
(8). Động đất (EQ)
Thiết kế tải trọng động đất xem chi tiết ở Điều 3.10 của Tiêu chuẩn.
(9). Hoạt tải chất thêm (LS)
Hoạt tải chất thêm phải được xét đến khi tải trọng xe tác dụng trên mặt đất đắp trong phạm
vi một đoạn bằng chiều cao tường ở phía sau mặt sau tường. Đối với đường ôtô cường độ
tải trọng phải lấy phù hợp với các quy định (Điều 3.6.1.2).
Sự tăng áp lực ngang do hoạt tải chất thêm có thể tính theo:
p = k s g heq (x 10-9) (15)
trong đó:
p = áp lực đất ngang không đổi do tác dụng của hoạt tải chất thêm phân bố đều
(MPa)
23
s = tỷ trọng của đất (kg/m3)
k = hệ số áp lực đất
heq = chiều cao đất tương đương với xe tải thiết kế (mm).
Chiều cao đất tương đương cho tải trọng đường ôtô, heq có thể lấy từ Bảng 9. Đối với chiều
cao tường trung gian phải dùng nội suy tuyến tính.
Chiều cao tường phải lấy bằng khoảng cách từ mặt đất đắp đến đáy bệ móng.
Bảng 9 - Chiều cao tương đương của đất dùng cho tải trọng xe
Chiều cao tường (mm) heq (mm)
1500 1700
3000 1200
6000 760
9000 610
(10). Ứng lực do biến dạng cưỡng bức: SH, CR
Thiết kế ứng lực do biến dạng cưỡng bức (do từ biến CR, và do co ngót SH) xem chi tiết
ở Phần 5 của tiêu chuẩn.
(11). Lực va tàu vào trụ (CV) (xem chi tiết Điều 3.14)
a). Lực va của tàu vào trụ:
Lực va đâm thẳng đầu tàu vào trụ phải được lấy như sau:
PS = 1.2x105 V DWT (16)
trong đó:
Ps = lực va tàu tĩnh tương đương (N)
DWT = tấn trọng tải của tàu (Mg)
V = vận tốc va tàu (m/s)
b). Lực va của sà lan vào trụ:
Lực va N vào trụ do sà lan sông phải được lấy như sau:
Nếu aB < 100 mm thì:
24
PB = 6,0 x 104 aB (17)
Nếu aB 100 mm thì:
PB = 6,0 x 106 + 1600 aB (18)
trong đó:
PB = lực va tĩnh tương đương của sà lan (N)
aB = chiều dài hư hỏng của mũi xà lan quy định (mm)
Khi thiết kế kết cấu phần dưới lực tĩnh tương đương song song và thẳng góc với đường
tim của luồng vận tải phải được tác dụng riêng biệt như sau:
100% lực va thiết kế trong phương song song với đường tim luồng vận tải,
hoặc 50% của lực va thiết kế trong phương thẳng góc với đường tim luồng vận
tải.
Tất cả bộ phận của kết cấu phần dưới lộ ra để có thể tiếp xúc với bất kỳ phần nào của vỏ
tàu hay mũi tàu đều phải được thiết kế để chịu được tải trọng va. Khi xác định bộ phận tiếp
xúc lộ ra của kết cấu phần dưới với tàu thuyền phải xét đến mũi tàu nhô ra, khoảng nghiêng
hoặc thon của tàu và sà lan. Cũng phải xét đến sự va của mũi tàu gây nên tiếp xúc với bất
kỳ phân lõm nào của kết cấu phần dưới.
Trong hai trường hợp thiết kế ở đây lực va phải tác dụng vào kết cấu phần dưới phù hợp
với các giới hạn sau đây:
Để tính ổn định tổng thể, lực va thiết kế được coi là một lực tập trung tác dụng
lên kết cấu phần dưới ở mức nước cao trung bình hàng năm của đường thủy
như trong Hình 7.
Để tính lực va cục bộ, lực va thiết kế được tác dụng như một tải trọng tuyến
thẳng đứng phân bố đều dọc theo chiều cao của mũi tàu như trong Hình 8. Mũi
tàu được coi là nghiêng về phía trước khi xác định diện tích tiếp xúc tiềm tàng
của lực va với kết cấu phần dưới. Đối với va sà lan, lực va cục bộ được coi như
một tải trọng tuyến thẳng đứng phân bố đều trên mũi sà lan như trong Hình 9.
Hình 8 - Tải trọng va tầu dạng tuyến lên trụ
MỚN CÓ TẢI/CHẠY DẰN
25
mín cã t¶i/ mín kh«ng t¶i
Hình 9 - Lực va của sà lan lên trụ
3. Hệ số tải trọng và tổ hợp tải trọng
Tổng ứng lực tính toán phải được lấy như sau:
iii QQ γη (19)
trong đó:
...hí nghiệm xuyên
tĩnh hay xuyên tiêu chuẩn... sẽ làm việc phân định địa tầng khu vực xây dựng đáng tin cậy
hơn nhiều.
48
3. THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG
- Thí nghiệm xuyên tĩnh (Cone Penelration Test - CPT)
- Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Tcst - SPT)
- Thí nghiệm cát cánh (Field Vane Tcst - FVT)
- Thí nghiệm nén ngang (Prcssure Meter Test - PMT)
4. MỘT SỐ THÍ NGHIỆM ĐỊA CHẤT THỦY VĂN
Nước dưới đất ảnh hưởng rất lớn đến việc thiết kế và thi công nền móng. Trong Ihực tế
sản xuất, người ta thường xác định áp lực nước lỗ rổng, hệ số thấm và chất lượng nước
dưới đất.
Áp lực nước lổ rỗng và mực nước dưới đất thường được đo bằng dụng cụ đo áp lục nưức
gọi là piezomct (piezometcr). Có loại pÌezomet kiểu khí nén, kiểu thủy lực hay diện từ...
Các piezomet đặt trong các lỗ khoan quan trắc theo những quy định riêng. Để đo đuợc mực
nước trong lỗ khoan, người ta đùng thiết bị kiểu điện (khi chạm vào nước, đèn của thiết bị
sẽ sáng lên, hay có chuông kêu).
Dùng piezomet có thể đo được những thay đổí rất nhỏ của áp lực tới 0,021 kPa, lức là
tương đương với sự thay dổi mực nước chỉ 2,lmm.
Hệ sô' thấm k của đất đá được xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau tùy theo từng
điều kiện cụ thể của tầng chứa nước.
Phương pháp hút nước thí nghiệm được dùng trong tầng đấí bão hòa nước. Có thể bố trí
một giếng khoan đơn hay nhiểu giếng khoan tác dụng tương hỗ theo các hướng song song
và vuông góc với hướng nước chảy. Qua các số liệu thí nghiệm sẽ xác định được hệ số
thấm.
Phương pháp ép nước thí nghiệm được tiến hành trong tầng đất đá không chứa nước hoặc
nước dưới đất nằm sâu, hút nước khó khăn.
Người ta có thể ép nước trên toàn giếng khoan hay phân đoạn để ốp.
Kết quả thí nghiệm sẽ xác định được hệ số thấm k. Hộ số này về giá trị thường không
giống như khi hút nước thí nghiệm.
Phương pháp đổ nước thí nghiệm được tiến hành trong các giếng khoan hay trong các hố
đào. Phương pháp này đơn giản và kinh tế.
Phương pháp này được áp dụng khi không có nước ngầm ơ đáy hò đào, tính thấm của dất
đá ít thay đổi iheo phương thảng đứng, không có tầng xcn kẹp khổng thấm nước.
Gìn cứ theo lưựng nước đổ vào, kích thước hố đào mà có ihể suy ra hộ sô' thấm cua đất.
49
Chấl lượng của nước dưới đất đối với còng việc nền móng được quan tâtn dưới dạng xác
định khá năng ăn mòn của nuớc dối với cấu kiện bètông và sử dụng nước đc irộn bêtông.
Các tiêu chuẩn, yêu cầu về nước đối với xây dựng đã được ban hành trong các tiêu chuán
riêng. Cần được lliực hiện dc đảm bảo chất lượng công trinh.
Ngoài một số phuơng pháp chính đã nêu trên, khi khảo sál địa chất công trình khu vực xây
dựng người La cũng cần dùng một phương pháp khác như các phương pháp dịa vật lv.
phương pháp nén, cắt trong hố đào, phương pháp dùng các thiết bị do độ giãn (extensomet)
khác nhau... để thu thập được những thông tin chính xác hơn vé đặc trưng của đất đá, phục
vụ cho việc thiết kế, thi công các công trình.
50
ch¬ng 3
mãng n«ng
Bµi 1 Kh¸i qu¸t chung vÒ mãng n«ng
I. giíi thiÖu chung vÒ mãng n«ng
H×nh 12 -Toµn c¶nh trô cÇu d¹ng mãng n«ng
MNCN mùc níc cao nhÊt MNTN mùc níc thÊp nhÊt
MNTT mùc níc th«ng thuyÒn MNTC mùc níc thi c«ng
htt cao ®é th«ng thuyÒn
Mãng n«ng lµ lo¹i mãng cã chiÒu s©u ch«n mãng (h) nhá h¬n 5 ~6 m. ChiÒu s©u h cã thÓ ®îc
tÝnh tõ mÆt ®Êt hoÆc tõ MNTN ®Õn ®¸y mãng
Mãng n«ng cã h×nh d¹ng kÕt cÊu ®¬n gi¶n, víi mãng trô mè cÇu thêng chän h×nh ch÷ nhËt hoÆc
h×nh vu«ng, biÖn ph¸p thi c«ng t¬ng ®èi dÔ dµng vµ th«ng thêng th× mãng n«ng cã chi phÝ rÎ.
Tuy nhiªn, mãng n«ng cã mét sè nhîc ®iÓm nh: do chiÒu s©u ch«n mãng nhá, nªn ®é æn ®Þnh
vÒ lËt, trît cña mãng n«ng kÐm (chÞu m«men vµ lùc ngang). ë c¸c líp ®Êt phÝa trªn cã søc chÞu
t¶i kh«ng lín (trõ khi líp ®¸ gèc gÇn mÆt ®Êt) nªn søc chÞu t¶i nÒn ®Êt lµ kh«ng cao vµ do ®ã
mãng n«ng chØ chÞu ®îc t¶i träng c«ng tr×nh nhá. Trong trêng hîp mùc níc mÆt n»m s©u th×
300 300
200
20
00
200 1600
20
00
70
00
30
00
100
0
200
100
0
2001600
175
0
20
00
25
0
2000
1000
(M§SX)
+1.50
0.00(C§M§)
SÐt pha
-2.00
-4.00
SÐt pha
-6.00
+1.50(C§§B)
(C§§B)
(MNTN)
51
ph¬ng ¸n thi c«ng t¬ng ®èi phøc t¹p do ph¶i t¨ng chiÒu dµi cäc v¸n vµ c¸c c«ng tr×nh phô trî
khi thi c«ng.
II. Ph©n lo¹i mãng n«ng
1. Theo vËt liÖu lµm mãng
Mãng ®¸ x©y gièng nh mãng g¹ch x©y, mãng ®¸ x©y ph¶i ®îc thi c«ng tõ díi lªn trªn vµ kh¶
n¨ng t¹o h×nh cña ®¸ x©y lµ kÐm nªn còng lµm kÐo dµi thêi gian thi c«ng, gi¶m hiÖu qu¶ kinh tÕ.
Mãng ®¸ x©y Ýt ®îc sö dông trong c«ng tr×nh cÇu ®êng cã yªu cÇu vÒ thêi gian ng¾n vµ chÊt
lîng c«ng tr×nh cao.Mãng bªt«ng cã kh¶ n¨ng t¹o h×nh tèt, thêi gian thi c«ng nhanh. Kh¶ n¨ng
chÞu nÐn tèt nhng kh¶ n¨ng chÞu kÐo rÊt kÐm.Mãng bªt«ng cèt thÐp cã c¸c u ®iÓm cña mãng
bª t«ng, ®ång thêi cã kh¶ n¨ng chÞu kÐo tèt. HiÖn t¹i lo¹i mãng nµy ®îc ¸p dông phæ biÕn vµ
réng r·i nhÊt do tÝnh thÝch øng trong thi c«ng vµ kh¶ n¨ng chÞu t¶i tèt.
2. Theo kÝch thíc mãng
Mãng ®¬n lµ lo¹i mãng cã c¶ ba kÝch thíc (chiÒu dµi, chiÒu réng, chiÒu cao) ®Òu nhá. Mãng
b¨ng lµ mãng cã chiÒu dµi lín h¬n rÊt nhiÒu so víi chiÒu réng vµ chiÒu dµy. Mãng bÌ (mãng
b¶n ) lµ lo¹i mãng cã chiÒu dµi vµ chiÒu réng ®Òu lín h¬n rÊt nhiÒu so víi chiÒu dµy.
4. Theo vÞ trÝ t¸c dông cña t¶i träng
Mãng cã t¶i träng t¸c dông ®óng t©m ®iÓm ®Æt cña t¶i träng n»m trä t©m cña mãng. Mãng cã
t¶i träng t¸c dông lÖch t©m ®iÓm ®Æt cña t¶i träng n»m lÖch khái träng t©m mãng, ®iÓm ®Æt t¶i
träng cµng xa träng t©m th× lÖch t©m cµng lín.Mãng cã t¶i träng ngang lín thêng xuyªn vÝ dô
khi mè cÇu cã chiÒu cao lín th× ¸p lùc ®Êt phÝa sau ongsinh ra lùc ngang lín t¸c dông lªn mãng.
5. Theo biÖn ph¸p thi c«ng
Ph¬ng ph¸p thi c«ng t¹i chç cã u ®iÓm tËn dông ®îc nh©n c«ng. T¹o ra khèi bª t«ng mãng
cã tinh liªn tôc vµ dÔ dµng kh¾c phôc nh÷ng sai sè trong thi c«ng. Kh«ng ®ái hái kü thuËt thi
c«ng qu¸ cao vµ chÝnh x¸c. Nhîc ®iÓm cña ph¬ng ph¸p nµy lµ thêi gian thi c«ng l©u, dÉn ®Õn
chÞu ¶nh hëng cña yÕu tè thiªn nhiªn. ChÊt lîng bªt«ng kh«ng tèt b»ng ph¬ng ph¸p l¾p ghÐp
do diÒu kiÖn b¶o dìng t¹i hiÖn trêng kh«ng ®¶m b¶o nh trong nhµ xëng. CÇn nhiÒu thiÕt bÞ
vµ m¸y mãc phô trî trong khi thi c«ng dÉn ®Õn t¨ngchi phÝ.
Ph¬ng ph¸p thi c«ng l¾p ghÐp cã u ®iÓm thêi gian thi c«ng nhanh vµ viÖc ®óc bª t«ng kh«ng
cÇn ®ßi hái ph¶i tr×nh tù, cho nªn rót ng¾n ®îc thêi gian thi c«ng c«ng tr×nh. ChÊt lîng bª t«ng
®¶m b¶o do ®îc b¶o dìng trong nhµ xëng. Gi¶m ®îc sè lîng thiÕt bÞ vµ vËt liÖu phôc vô
52
cho thi c«ng do ®ã gi¶m ®îc chi phÝ. Tuy nhiªn nhîc ®iÓm cña ph¬ng ph¸p nµy lµ chÊt lîng
mèi nèi thi c«ng, c¸c mÆt c¾t nèi lµ n¬i xung yÕu. Yªu cÇu khi ®óc s½n ph¶i ®¶m b¶o chÝnh x¸c th×
míi l¾p r¸p ®îc. Khèi bª t«ng mãng lµ kÐm ®ång nhÊt.
Bµi 2 CÊu t¹o mãng n«ng
Nh÷ng vÊn ®Ò vÒ kÕt cÊu, thuû lùc vµ ®Þa kü thuËt cña thiÕt kÕ mãng ph¶i ®îc phèi hîp
vµ ph©n biÖt gi¶i quyÕt tríc khi duyÖt thiÕt kÕ s¬ bé.
Nh÷ng hËu qu¶ cña sù thay ®æi ®iÒu kiÖn cña mãng do t¸c dông cña lò thiÕt kÕ cho xãi
ph¶i ®îc xÐt ®Õn ë tr¹ng th¸i giíi h¹n cêng ®é vµ tr¹ng th¸i giíi h¹n sö dông. Nh÷ng
hËu qu¶ cña sù thay ®æi ®iÒu kiÖn cña mãng do t¸c dông cña lò kiÓm tra xãi cÇu ph¶i
®îc xÐt ®Õn ë tr¹ng th¸i giíi h¹n ®Æc biÖt. Xãi ë mãng cÇu ®îc nghiªn cøu cho 2 ®iÒu
kiÖn (§iÒu 3.7.5):
Lò thiÕt kÕ xãi: VËt liÖu ®¸y s«ng trong l¨ng thÓ xãi ë phÝa trªn ®êng xãi
chung ®îc gi¶ ®Þnh lµ ®· ®îc chuyÓn ®i trong c¸c ®iÒu kiÖn thiÕt kÕ. Lò thiÕt
kÕ do ma kÌm triÒu d©ng hoÆc lò hçn hîp thêng nghiªm träng h¬n lµ lò 100
n¨m hoÆc lò trµn víi chu kú t¸i xuÊt hiÖn nhá h¬n. C¸c tr¹ng th¸i giíi h¹n
cêng ®é vµ tr¹ng th¸i giíi sö dông ph¶i ¸p dông cho ®iÒu kiÖn nµy.
Lò kiÓm tra xãi: æn ®Þnh mãng cÇu ph¶i ®îc nghiªn cøu ®èi víi c¸c ®iÒu kiÖn
xãi g©y ra do lò d©ng ®ét xuÊt v× b·o ma kÌm triÒu d©ng, hoÆc lò hçn hîp
kh«ng vît qu¸ lò 500 n¨m hoÆc lò trµn víi chu kú t¸i xuÊt hiÖn nhá h¬n. Dù
tr÷ vît qu¸ yªu cÇu vÒ æn ®Þnh trong ®iÒu kiÖn nµy lµ kh«ng cÇn thiÕt. Ph¶i
¸p dông tr¹ng th¸i giíi h¹n ®Æc biÖt cho ®iÒu kiÖn nµy.
§èi víi c¸c mãng ®îc x©y dùng däc theo c¸c s«ng suèi, cÇn ph¶i ®¸nh gi¸ xãi nÒn ®Êt trong khi
thiÕt kÕ. Nh÷ng n¬i cã kh¶ n¨ng ph¸t sinh xãi th× cÇn ph¶i cã biÖn ph¸p b¶o vÖ thÝch hîp.
Gradient thñy lùc kh«ng ®îc vît qu¸ :
§èi víi bïn vµ ®Êt dÝnh : 0.2
§èi víi c¸c lo¹i ®Êt kh«ng dÝnh kh¸c: 0.3
N¬i mµ níc thÊm díi mãng, cÇn ph¶i xem xÐt t¸c ®éng cña lùc n©ng vµ lùc thÊm.
1. Cao ®é cña mãng
Cao ®é mÆt trªn ®îc lùa chän trªn c¬ së c¸c yÕu tè: Cao ®é mÆt díi; S«ng cã th«ng thuyÒn hay
kh«ng. Víi nh÷ng s«ng cã th«ng thuyÒn, cao ®é mÆt trªn cßn do cÊp th«ng thuyÒn trªn s«ng
quyÕt ®Þnh.
53
BÖ mãng nªn ®îc thiÕt kÕ víi ®Ønh bÖ thÊp h¬n møc xãi chung tÝnh to¸n ®Ó gi¶m thiÓu
trë ng¹i cho dßng lò vµ dÉn ®Õn xãi côc bé. Ngay c¶ ®é s©u thÊp h¬n còng cÇn ®îc xÐt
cho bÖ mãng ®Æt trªn cäc mµ ë ®ã c¸c cäc cã thÓ bÞ ph¸ ho¹i do xãi vµ gØ v× ph« ra tríc
dßng ch¶y.
H×nh 1.2 - CÊu t¹o mãng n«ng
Cao ®é mÆt díi ®îc lùa chän phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt. Mãng ph¶i ®îc ®Æt vµo líp
®Êt tèt, cã cêng ®é cao, tÝnh biÕn d¹ng nhá vµ æn ®Þnh vÒ lón. Tr¸nh ®Æt mãng vµo tÇng ®Êt g©y
ra lón lÖch.
Mãng më réng ®Æt trªn nÒn ®Êt hoÆc ®¸ dÔ xãi th× ®¸y cña nã cÇn ®Æt díi ®é s©u xãi do
lò kiÓm tra xãi g©y nªn. Mãng më réng ®Æt trªn nÒn ®¸ kh«ng bÞ xãi ph¶i ®îc thiÕt kÕ
vµ thi c«ng ®Ó ®¶m b¶o tÝnh toµn vÑn cña khèi ®¸ chÞu lùc.
§é s©u cña mãng ph¶i ®îc x¸c ®Þnh phï hîp víi tÝnh chÊt vËt liÖu mãng vµ kh¶ n¨ng
ph¸ ho¹i. C¸c mãng ë nh÷ng n¬i vît dßng ch¶y ph¶i ®îc ®Æt ë ®é s©u díi ®é s©u xãi
dù kiÕn lín nhÊt.
Ph¶i xem xÐt ®Õn viÖc sö dông v¶i ®Þa kü thuËt hay tÇng läc d¹ng cÊp phèi h¹t ®Ó gi¶m
kh¶ n¨ng thÈm lËu trong ®¸ x« bå hoÆc ®¾p tr¶ sau mè.
2. C¸c kÝch thíc cña mãng
KÝch thíc mÆt trªn: h×nh d¹ng vµ kÝch thíc mãng thêng phô thuéc vµo h×nh d¹ng vµ kÝch
thíc ®¸y c«ng tr×nh bªn trªn. Thêng kÝch thíc mÆt trªn cña mãng lÊy lín h¬n kÝch thíc ®¸y
c«ng tr×nh bªn trªn mét chót (thêng tõ 0.2~1.0m).
KÝch thíc mÆt díi Do søc chÞu t¶i cña nÒn ®Êt thêng nhá h¬n cêng ®é v©t liÖu lµm mãng
rÊt nhiÒu (ngo¹i trõ mãng ®Æt trªn nÒn ®¸ gèc) nªn ph¶i më réng ®¸y mãng 1 gãc (α) ®Ó gi¶m ¸p
lùc cña t¶i träng c«ng tr×nh xuèng nÒn ®Êt. §èi víi mãng cøng, gãc më (α) kh«ng ®îc vît qu¸
gi¸ trÞ cho phÐp tuú theo lo¹i vËt liÖu lµm mãng v× cã thÓ lµm g·y mãng, víi mãng mÒm mãng
BTCT th× kh«ng qui ®Þnh gãc më nµy. Cã thÓ tham kh¶o c¸c gi¸ trÞ sau:
'
'
CDMT
CDMD
54
- Mãng ®¸ héc b»ng v÷a tam hîp (XM+c¸t)
- Mãng ®¸ héc b»ng v÷a xi m¨ng
- Mãng bª t«ng ®én ®¸ héc
- Mãng bª t«ng
=230
=300
=330
=400
Víi c¸c bÖ mãng ®Æt nghiªng hoÆc cã bËc, gãc nghiªng hoÆc chiÒu cao vµ vÞ trÝ cña c¸c
bËc ph¶i sao cho tho¶ m·n c¸c yªu cÇu thiÕt kÕ t¹i mäi mÆt c¾t.
Cã thÓ lÊy chiÒu réng tæng céng cña bÖ mãng BTCT theo tiªu chuÈn JRA – 1999 (cña NhËt
B¶n) nh sau:
dLbB C 2 (24)
Trong ®ã: B = bÒ réng cña mãng.
b = chiÒu réng hiÖu qu¶ khi thiÕt kÕ theo ph¬ng ph¸p øng suÊt cho phÐp.
LC = chiÒu réng th©n trô phÝa trªn.
d = chiÒu dµy bÖ mãng.
ChiÒu dµy cña mãng ®îc quy ®Þnh phô thuéc vµo ®é lín cña t¶i träng, vµ ph¶i ®¶m b¶o chÞu
®îc m«men uèn còng nh ®ñ chiÒu s©u ch«n mãng vµo ®Êt ®Ó mãng æn ®Þnh. ChiÒu dÇy mãng
thêng cã gi¸ trÞ 1.0~1.5m (cho mãng c«ng tr×nh cã t¶i träng nhá), 1.5~2.0m (cho t¶i träng trung
b×nh) vµ 2.0~3.0m (cho t¶i träng lín). (xem tÝnh to¸n vµ bè trÝ cèt thÐp cho bÖ mãng ë phô lôc 2)
Bµi 3 ThiÕt kÕ mãng n«ng
I . KiÓm to¸n theo tr¹ng th¸i giíi h¹n cêng ®é
1. KiÓm to¸n søc kh¸ng cña nÒn ®Êt díi ®¸y mãng
C«ng thøc kiÓm to¸n:
''.' AqAqRRVV RnnRiii (25)
Trong ®ã:
Vii : Tæng t¶i träng th¼ng ®øng t¹i ®¸y mãng ®· nh©n hÖ sè.
A’ = B’xL’ : diÖn tÝch cã hiÖu cña mãng (h×nh 1-4),
55
B’ = B – 2eB
L’ = D – 2eD
B, L : chiÒu réng vµ chiÒu dµi cña mãng.
eB, eL : ®é lÖch t©m cña t¶i träng theo hai ph¬ng cña mãng.
qR: søc kh¸ng tÝnh to¸n ®· nh©n hÖ sè (tÝnh to¸n)
ultbnbR qqq .. (26)
qult : søc kh¸ng danh ®Þnh.
b : hÖ sè søc kh¸ng lÊy theo b¶ng 15, hay cã thÓ tham kh¶o theo AASHTO –
DiÖn tÝch chÞu t¶i cã hiÖu khi t¶i träng lÖch t©m thÓ hiÖn nh h×nh 1-4.
a) Trêng hîp lÖch t©m mét trôc a) Trêng hîp lÖch t©m hai trôc
H×nh 16 - DiÖn tÝch chÞu t¶i cã hiÖu
V
e
x
B /2 B /2
B
D
56
H×nh 17 - Ph©n bè øng suÊt d¹ng tam gi¸c díi ®¸y mãng
B¶ng 15 (trÝch l¹i) - HÖ sè søc kh¸ng theo TTGH cêng ®é cho mãng n«ng
Ph¬ng ph¸p / §Êt / §iÒu kiÖn HÖ sè søc kh¸ng
Kh¶ n¨ng chÞu t¶i vµ
¸p lùc bÞ ®éng
Kh¶ n¨ng chÞu t¶i vµ
¸p lùc bÞ ®éng
C¸t
- Ph¬ng ph¸p b¸n thùc nghiÖm dïng sè
liÖu SPT
- Ph¬ng ph¸p b¸n thùc nghiÖm dïng sè
liÖu CPT
- Ph¬ng ph¸p hîp lý
dïng f íc tÝnh tõ sè liÖu SPT,
dïng f íc tÝnh tõ sè liÖu CPT
0,45
0,55
0,35
0,45
SÐt
- Ph¬ng ph¸p b¸n thùc nghiÖm dïng sè
liÖu CPT
- Ph¬ng ph¸p hîp lý
dïng søc kh¸ng c¾t ®o ®îc trong
phßng thÝ nghiÖm
dïng søc kh¸ng c¾t ®o ®îc trong thÝ
nghiÖm c¾t c¸nh hiÖn trêng
dïng søc kh¸ng c¾t íc tÝnh tõ sè liÖu
CPT
0,50
0,60
0,60
0,50
§¸
- Ph¬ng ph¸p b¸n thùc nghiÖm, Carter
vµ Kulhawy (1988)
0,60
ThÝ nghiÖm bµn t¶i träng 0,55
Trît
Bª t«ng ®óc s½n ®Æt trªn c¸t
dïng f íc tÝnh tõ sè liÖu SPT
dïng f íc tÝnh tõ sè liÖu CPT
0,90
0,90
57
Bª t«ng ®æ t¹i chç trªn c¸t
dïng f íc tÝnh tõ sè liÖu SPT
dïng f íc tÝnh tõ sè liÖu CPT
0,80
0,80
Trît trªn ®Êt sÐt ®îc khèng chÕ bëi
cêng ®é cña ®Êt sÐt khi lùc c¾t cña ®Êt sÐt
nhá h¬n 0.5 lÇn øng suÊt ph¸p, vµ ®îc
khèng chÕ bëi øng suÊt ph¸p khi cêng ®é
kh¸ng c¾t cña ®Êt sÐt lín h¬n 0.5 lÇn øng
suÊt ph¸p (xem H×nh 1, ®îc ph¸t triÓn
cho trêng hîp trong ®ã cã Ýt nhÊt 150mm
líp vËt liÖu h¹t ®Çm chÆt díi ®¸y mãng)
* §Êt sÐt(Khi søc kh¸ng c¾t nhá h¬n 0.5 lÇn
¸p lùc ph¸p tuyÕn)
- dïng søc kh¸ng c¾t ®o ®îc trong phßng
thÝ nghiÖm
- dïng søc kh¸ng c¾t ®o ®îc trong thÝ
nghiÖm hiÖn trêng
- dïng søc kh¸ng c¾t íc tÝnh tõ sè liÖu
CPT
* §Êt sÐt (Khi søc kh¸ng c¾t lín h¬n 0.5 lÇn
¸p lùc ph¸p tuyÕn)
0,85
0,85
0,80
0,85
T §Êt trªn ®Êt 1,0
ep ¸p lùc ®Êt bÞ ®éng thµnh phÇn cña søc
kh¸ng trît.
0,50
æn ®Þnh chung
§¸nh gi¸ æn ®Þnh tæng thÓ vµ søc kh¸ng
®èi víi d¹ng ph¸ ho¹i s©u cña c¸c mãng
n«ng ®Æt trªn hoÆc gÇn sên dèc khi c¸c
tÝnh chÊt cña ®Êt hoÆc ®¸ vµ mùc níc
ngÇm dùa trªn c¸c thÝ nghiÖm trong
phßng hoÆc hiÖn trêng.
0,90
B¶ng 23 – HÖ sè søc kh¸ng cho søc kh¸ng ®Þa kü thuËt cña mãng n«ng
theo TTGH cêng ®é (AASHTO – 2007).
58
Ph¬ng ph¸p / ®Êt / ®iÒu kiÖn HÖ sè
søc
kh¸ng
Søc
chÞu
t¶i
b
Ph¬ng ph¸p lý thuyÕt (Munfakh et al., 2001), trong ®Êt sÐt 0.5
Ph¬ng ph¸p lý thuyÕt (Munfakh et al., 2001), trong ®Êt c¸t, sö
dông CPT
0.5
Ph¬ng ph¸p lý thuyÕt (Munfakh et al., 2001), trong ®Êt c¸t, sö
dông SPT
0.45
Ph¬ng ph¸p b¸n thùc nghiÖm (Meyerhof, 1957), tÊt c¶ c¸c lo¹i ®Êt 0.45
Mãng ®Æt trªn ®¸ 0.45
ThÝ nghiÖm b¶n nÐn 0.55
Trît
Bª t«ng ®óc s½n ®Æt trªn c¸t 0.9
Bª t«ng ®óc t¹i chç ®Æt trªn c¸t 0.8
Bª t«ng ®óc s½n hay ®æ t¹i chç ®Æt trªn sÐt 0.85
§Êt trªn ®Êt 0.9
ep Thµnh phÇn ¸p lùc ®Êt bÞ ®éng cña søc kh¸ng trît 0.5
2. X¸c ®Þnh søc kh¸ng danh ®Þnh qult cña nÒn ®Êt ®íi ®¸y mãng (22TCN 272-05)
(Ngoµi ra, cã thÓ xem tham kh¶o AASHTO - 2007)
Khi t¶i träng lÖch t©m ®èi víi träng t©m cña ®Õ mãng, ph¶i dïng diÖn tÝch h÷u hiÖu
chiÕt gi¶m, B x L n»m trong giíi h¹n cña mãng trong thiÕt kÕ ®Þa kü thuËt cho lón
hoÆc søc kh¸ng ®ì. ¸p lùc chÞu t¶i thiÕt kÕ trªn diÖn tÝch h÷u hiÖu ph¶i ®îc gi¶ ®Þnh lµ
®Òu. DiÖn tÝch h÷u hiÖu chiÕt gi¶m ph¶i lµ ®ång t©m víi t¶i träng.
2.1 C¸c ph¬ng ph¸p lý thuyÕt
a). Tæng qu¸t
Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh ®îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch dïng c¸c lý thuyÕt c¬ häc ®Êt ®· ®îc
chÊp nhËn dùa trªn c¸c th«ng sè ®o ®îc cña ®Êt. C¸c th«ng sè cña ®Êt ®îc dïng trong
59
ph©n tÝch ph¶i ®¹i diÖn cho cêng ®é kh¸ng c¾t cña ®Êt díi c¸c ®iÒu kiÖn t¶i träng vµ
díi mÆt ®Êt ®ang xem xÐt.
Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh cña ®Õ mãng trªn ®Êt kh«ng dÝnh ph¶i ®îc ®¸nh gi¸
b»ng c¸ch dïng c¸c ph©n tÝch øng suÊt h÷u hiÖu vµ c¸c th«ng sè cêng ®é kh¸ng
c¾t cña ®Êt tho¸t níc.
Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh cña ®Õ mãng trªn ®Êt dÝnh ph¶i ®îc ®¸nh gi¸ víi c¸c
ph©n tÝch øng suÊt tæng vµ c¸c th«ng sè cêng ®é cña ®Êt kh«ng tho¸t níc. Trong
c¸c trêng hîp khi ®Êt dÝnh cã thÓ bÞ mÒm ho¸ vµ mÊt cêng ®é theo thêi gian,
søc kh¸ng ®ì cña c¸c ®Êt nµy còng ph¶i ®îc ®¸nh gi¸ ®èi víi c¸c ®iÒu kiÖn chÊt
t¶i thêng xuyªn, dïng c¸c ph©n tÝch øng suÊt h÷u hiÖu vµ c¸c th«ng sè cêng ®é
cña ®Êt cã tho¸t níc.
§èi víi ®Õ mãng trªn ®Êt ®Çm chÆt, søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh ph¶i ®îc íc tÝnh
b»ng c¸c ph©n tÝch tæng øng suÊt hoÆc øng suÊt h÷u hiÖu, c¸i nµo nguy hiÓm h¬n.
NÕu cã kh¶ n¨ng bÞ h háng do c¾t côc bé hay c¾t thñng, cã thÓ íc tÝnh kh¶ n¨ng
chÞu t¶i danh ®Þnh b»ng c¸ch sö dông c¸c th«ng sè vÒ cêng ®é chÞu c¾t ®îc chiÕt
gi¶m c* vµ * trong ph¬ng tr×nh 29 vµ 30. C¸c th«ng sè chÞu c¾t chiÕt gi¶m cã thÓ lÊy
nh sau:
c* = 0.67c (29)
* = tan-1 (0.67 tan ) (30)
trong ®ã:
c* = lùc dÝnh ®¬n vÞ cña ®Êt víi øng suÊt h÷u hiÖu ®îc chiÕt gi¶m khi chÞu c¾t thñng
(MPa)
* = gãc ma s¸t trong cña ®Êt víi øng suÊt h÷u hiÖu ®îc chiÕt gi¶m khi chÞu c¾t
thñng (§é)
Khi ®Þa tÇng chøa líp ®Êt thø hai cã c¸c ®Æc trng kh¸c cã ¶nh hëng ®Õn cêng ®é
chèng c¾t trong ph¹m vi mét kho¶ng c¸ch díi mãng Ýt h¬n HCRIT ph¶i x¸c ®Þnh kh¶
n¨ng chÞu t¶i nÒn ®Êt theo quy ®Þnh ë ®©y cho nÒn ®Êt cã 2 líp ®Êt. Cã thÓ lÊy kho¶ng
c¸ch HCRIT nh sau:
L
B12
q
qlnB3
H 2
1
CRIT (31)
trong ®ã:
q1 = kh¶ n¨ng chÞu t¶i tíi h¹n cña mãng ®îc chèng ®ì bëi líp trªn cña hÖ 2
líp víi gi¶ thiÕt líp trªn cã chiÒu dµy v« h¹n. (MPa)
60
q2 = kh¶ n¨ng chÞu t¶i tíi h¹n cña mãng ¶o cã cïng kÝch thíc vµ h×nh d¹ng
nh mãng thùc nhng ®îc tùa lªn bÒ mÆt cña líp thø hai (líp díi) trong
hÖ hai líp (MPa)
B = bÒ réng mãng (mm)
L = chiÒu dµi mãng (mm)
CÇn hÕt søc tr¸nh dïng c¸c mãng cã ®¸y mãng nghiªng. NÕu kh«ng tr¸nh khái ph¶i
dïng ®¸y mãng nghiªng th× kh¶ n¨ng chÞu t¶i danh ®Þnh ®îc x¸c ®Þnh theo c¸c quy
®Þnh ë ®©y ph¶i ®îc chiÕt gi¶m tiÕp b»ng ph¬ng ph¸p hiÖu chØnh ®îc chÊp nhËn
trong ®iÒu kiÖn ®¸y mãng nghiªng cña tµi liªô tham kh¶o s½n cã .
b). Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh trong ®Êt sÐt b·o hoµ
Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh cña ®Êt sÐt b·o hoµ (MPa) ®îc x¸c ®Þnh tõ cêng ®é kh¸ng c¾t
kh«ng tho¸t níc cã thÓ lÊy nh:
qult = c Ncm+ g DfNqm10-9 (32)
ë ®©y:
c = Su = cêng ®é kh¸ng c¾t kh«ng tho¸t níc (MPa)
Ncm, Nqm = c¸c hÖ sè ®iÒu chØnh kh¶ n¨ng chÞu lùc theo h×nh d¹ng ®Õ mãng, chiÒu s©u
ch«n mãng, ®é nÐn cña ®Êt vµ ®é nghiªng cña t¶i träng (DIM)
= dung träng cña ®Êt sÐt (kg/m3)
Df = chiÒu s©u ch«n tÝnh ®Õn ®¸y mãng (mm)
* Cã thÓ tÝnh c¸c hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i Ncmvµ Nqm nh sau:
§èi víi Df/B 2,5; B/L 1 vµ H/V 0,4
V
H
L
B
B
D
NN fccm 3.11.2,01.2,01 (33)
§èi víi Df/B 2,5 vµ H/V 0,4
V
H
L
BNN ccm 3.11.2,01. (34)
Nc = 5,0 dïng cho ph¬ng tr×nh 33 trªn nÒn ®Êt t¬ng ®èi b»ng
= 7,5 dïng cho ph¬ng tr×nh 34 trªn nÒn ®Êt t¬ng ®èi b»ng
= Ncq theo h×nh 18 ®èi víi mãng trªn hoÆc liÒn kÒ m¸i dèc.
61
Nqm = 1,0 cho ®Êt sÐt b·o hoµ vµ nÒn ®Êt t¬ng ®èi b»ng
= 0,0 cho mãng trªn hoÆc liÒn kÒ m¸i ®Êt dèc
H = thµnh phÇn n»m ngang cña c¸c t¶i träng xiªn (N)
V = thµnh phÇn th¼ng ®øng cña c¸c t¶i träng xiªn (N)
Trong h×nh 18 ph¶i lÊy sè æn ®Þnh Ns nh sau:
§èi víi B < Hs
Ns = 0 (35)
§èi víi B Hs
Ns = [g Hs/c] x 10-9 (36)
trong ®ã:
B = chiÒu réng mãng (mm)
L = chiÒu dµi mãng (mm)
Hs = chiÒu cao cña khèi ®Êt dèc (mm); chiÒu s©u ch«n cäc hoÆc cäc khoan ngµm
trong ®¸.
Khi mãng ®Æt lªn nÒn ®Êt dÝnh 2 líp theo chÕ ®é chÞu t¶i kh«ng tho¸t níc, cã thÓ
x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng chÞu t¶i danh ®Þnh theo ph¬ng tr×nh 32 víi c¸c gi¶i thÝch nh sau
(h×nh 19a):
c1 = cêng ®é c¾t kh«ng tho¸t níc cña líp ®Êt trªn ®Ønh ®îc cho trong h×nh
2 (MPa)
Ncm = Nm, lµ hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i theo quy ®Þnh díi ®©y (DIM)
Nqm = 1,0 (DIM)
Khi ®Þa tÇng n»m trªn mét líp ®Êt dÝnh r¾n h¬n, cã thÓ lÊy Nm theo quy ®Þnh cña
h×nh 20. (H×nh 19b)
Khi ®Þa tÇng n»m trªn mét líp dÝnh mÒm yÕu h¬n, cã thÓ lÊy Nm nh sau:
Nm = cccc
m
NsNks1
(37)
trong ®ã:
2sm H)LB2
BL
(38)
k = c1/c2
c1 = cêng ®é chÞu c¾t cña líp ®Êt trªn (MPa)
c2 = cêng ®é chÞu c¾t cña líp ®Êt díi (MPa)
62
HS2 = kho¶ng c¸ch tõ ®¸y mãng ®Õn ®Ønh cña líp thø hai (mm)
sc = 1.0. §èi víi c¸c mãng liªn tôc.
=
c
qm
N
N
L
B1 dïng cho mãng ch÷ nhËt víi L < 5B (39)
ë ®©y:
Nc = hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh ë ®©y(DIM)
Nqm = hÖ sè søc kh¸ng ®ì ®îc x¸c ®Þnh ë ®©y
Khi mãng ®Æt lªn hÖ ®Êt dÝnh hai líp chÞu t¶i träng kh«ng tho¸t níc, cã thÓ lÊy kh¶
n¨ng chÞu t¶i danh ®Þnh theo ph¬ng tr×nh sau:
'
1
'
1
B
HtanKL
B12'
1
'
12ult cotcK
1ecotcK
1qq
'
1
(40)
trong ®ã:
'
1
2
'
f
2
sin1
sin1K
(41)
trong ®ã:
c1 = cêng ®é chÞu c¾t kh«ng tho¸t níc cña líp ®Êt trªn cïng lÊy theo h×nh 20
(MPa)
q2 = kh¶ n¨ng chÞu t¶i cùc h¹n cña mãng ¸o cã cïng kÝch thíc vµ h×nh d¹ng
cña mãng ùc nhng tùa lªn bÒ mÆt cña líp thø hai (n»m díi) cña nÒn cã
hai líp (MPa)
'1 = gãc néi ma s¸t tai øng suÊt h÷u hiÖu cña líp ®Êt trªn cïng (®é)
H = t¶i träng ngang kh«ng cã hÖ sè (N)
HS = chiÒu cao cña khèi ®Êt dèc (mm)
V = t¶i träng th¼ng ®øng cha nh©n hÖ sè (N)
63
C h i Ò u c a o / c h i Ò u r é n g m ã n g
C h i Ò u c a o / c h i Ò u r é n g m ã n g
H Ö s è æ n ® Þ n h c ñ a
m ¸ i d è c N s
H
Ö
s è
k
h
¶
n
¨ n
g
c
h Þ
u
t ¶
i
® é d è c
® é d è c C h i Ò u c a o / c h i Ò u r é n g m ã n g
H Ö s è æ n ® Þ n h c ñ a
m ¸ i d è c N s
H
Ö
s è
k
h
¶
n
¨ n
g
c
h Þ
u
t ¶
i
C ù l y m ã n g t Ý n h t õ m Ð p d è c b / B ( ® è i v í i H s = 0 )h o Æ c b / H ( ® è i v í i N s = 0 )
H×nh 18- C¸c hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i
®îc c¶i tiÕn dïng cho c¸c mãng trong
®Êt dÝnh vµ trªn nÒn ®Êt dèc hoÆc kÒ
gi¸p nÒn ®Êt dèc theo MEYERHOF
(1957).
Líp yÕu
Líp cøng
Líp cøng
Líp yÕu
H×nh 19 - §Þa tÇng hai líp.
(d¶i)
(vu«ng hoÆc trßn)
H
Ö
sè
k
h¶
n
¨n
g
ch
Þu
t¶
i ®
·
®i
Òu
c
hØ
nh
,
Tû lÖ cêng ®é kh«ng tho¸t níc
H×nh 20 – HÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i ®îc ®iÒu chØnh cho nÒn ®Êt dÝnh
hai líp víi líp ®Êt yÕu h¬n n»m ë trªn líp cøng h¬n. EPRI (1983).
64
c). Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh cña ®Êt rêi
Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh cña ®Êt rêi, nh ®Êt c¸t hoÆc sái cuéi (MPa) cã thÓ lÊy nh:
qult= 0.5 g BCw1 mN x 10-9+ g Cw2 DfNqmx 10-9 (42)
ë ®©y:
Df = chiÒu s©u ®Õ mãng (mm)
= dung träng cña ®Êt c¸t hoÆc sái cuéi (kg/m3)
B = chiÒu réng ®Õ mãng (mm)
CW1, CW2 = c¸c hÖ sè lÊy theo B¶ng 24 nh lµ hµm cña DW (DIM)
DW = chiÒu s©u ®Õn mùc níc tÝnh tõ mÆt ®Êt (mm)
Nm = hÖ sè søc kh¸ng ®ì ®îc ®iÒu chØnh (DIM)
B¶ng 24 - C¸c hÖ sè Cw1, Cw2
cho c¸c chiÒu s©u níc ngÇm kh¸c nhau
Dw Cw1 Cw2
0,0 0,5 0,5
Df 0,5 1,0
> 1,5B + Df 1,0 1,0
§èi víi c¸c vÞ trÝ trung gian cña mùc níc ngÇm, c¸c gi¸ trÞ CW1 , CW2 cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng
c¸ch néi suy gi÷a c¸c gi¸ trÞ ®îc x¸c ®Þnh trong B¶ng 24.
* Cã thÓ lÊy c¸c hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i Nm, vµ Nqm nh sau:
mN = icsN (43)
Nqm = Nqsqcqiqdq (44)
trong ®ã:
Nqm = theo quy ®Þnh trong H×nh 21 ®èi víi mãng trªn nÒn dèc hay kÒ gi¸p nÒn
dèc (DIM)
N = hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i theo quy ®Þnh trong B¶ng 25 ®èi víi mãng trªn
nÒn ®Êt t¬ng ®èi b»ng (DIM)
Nq = hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i theo quy ®Þnh cña B¶ng 25 ®èi víi nÒn ®Êt t¬ng
®èi b»ng (DIM)
= 0.0 ®èi víi mãng trªn nÒn ®Êt dèc hay kÒ gi¸p nÒn ®Êt dèc (DIM)
65
sq , s = c¸c hÖ sè h×nh d¹ng ®îc quy ®Þnh trong c¸c B¶ng 26 vµ 27 t¬ng øng
(DIM)
cq , c = c¸c hÖ sè Ðp lón cña ®Êt ®îc quy ®Þnh trong B¶ng 28 vµ 29 (DIM)
iq , i = c¸c hÖ sè xÐt ®é nghiªng cña t¶i träng ®îc quy ®Þnh trong B¶ng 30 &
31 (DIM)
dq = hÖ sè ®é s©u ®îc quy ®Þnh trong B¶ng 32 (DIM)
Ph¶i ¸p dông c¸c ®iÒu gi¶i thÝch sau:
Trong c¸c B¶ng 5 & 6, ph¶i lÊy q b»ng øng suÊt th¼ng ®øng ban ®Çu h÷u hiÖu
t¹i ®é s©u ch«n mãng, nghÜa lµ øng suÊt th¼ng ®øng ë ®¸y mãng tríc khi ®µo,
®îc hiÖu chØnh ®èi víi ¸p lùc níc.
Trong c¸c B¶ng 7 vµ 8, ph¶i lÊy H vµ V lµ t¶i träng n»m ngang vµ th¼ng ®øng
cha nh©n hÖ sè.
Trong B¶ng 9, ph¶i lÊy gi¸ trÞ cña dq trong trêng hîp ®Êt n»m trªn ®¸y mãng
còng tèt nh ®Êt díi ®¸y mãng. NÕu ®Êt yÕu h¬n, dïng dq = 1,0.
B¶ng 25 - C¸c hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i N vµ Nq ®èi víi
mãng trªn nÒn ®Êt kh«ng dÝnh (BARKER vµ ngêi kh¸c 1991)
Gãc ma s¸t
( f) ( ®é ) N Nq
28 17 15
30 22 18
32 30 23
34 41 29
36 58 38
38 78 49
66
40 110 64
42 155 85
44 225 115
46 330 160
B¶ng 26 - C¸c hÖ sè h×nh d¹ng Sq cho mãng trªn ®Êt
kh«ng dÝnh (Barker vµ ngêi kh¸c 1991 )
Gãc ma s¸t (f)
(§é)
sq
(DIM)
L/B = 1 L/B = 2 L/B = 5 L/B = 10
28 1,53 1,27 1,11 1,05
30 1,58 1,29 1,11 1,06
32 1,62 1,31 1,12 1,06
34 1,67 1,34 1,13 1,07
36 173 1,36 1,14 1,07
38 1,78 1,39 1,16 1,08
40 1,84 1,42 1,17 1,08
42 1,90 1,45 1,18 1,09
44 1,96 1,48 1,19 1,10
46 2,03 1,52 1,21 1,10
B¶ng 27 - HÖ sè h×nh d¹ng s cho mãng trªn ®Êt kh«ng dÝnh
(Barker vµ ngêi kh¸c1991)
B/L s (dim)
1 0,60
2 0,80
5 0,92
67
10 0,96
B¶ng 28 - C¸c hÖ sè Ðp lón cña ®Êt C vµ Cq cho mãng vu«ng
trªn ®Êt kh«ng dÝnh (BARKER vµ ngêi kh¸c 1991)
§é chÆt
t¬ng ®èi
Dr (%)
Gãc ma
s¸t (f)
(§é)
c = cq
q = 0,024
MPa
q = 0,048
MPa
q = 0,096
MPa
q = 0,192
MPa
20 28 1,00 1,00 0,92 0,89
30 32 1,00 1,00 0,85 0,77
40 35 1,00 0,97 0,82 0,75
50 37 1,00 0,96 0,81 0,73
60 40 1,00 0,86 0,72 0,65
70 42 0,96 0,80 0,66 0,60
80 45 0,79 0,66 0,54 0,48
100 50 0,52 0,42 0,35 0,31
B¶ng 29 - C¸c hÖ sè Ðp lón cña ®Êt c vµ cq cho c¸c mãng b¨ng
trªn ®Êt kh«ng dÝnh (Barker vµ ngêi kh¸c 1991)
§é chÆt
t¬ng ®èi
Dr (%)
Gãc ma
s¸t
(f) (§é)
c = cq ( dim)
q = 0,024
MPa
q = 0,048
MPa
q = 0,096
MPa
q = 0,192
MPa
20 28 0,85 0,75 0,65 0,60
30 32 0,80 0,68 0,58 0,53
40 35 0,76 0,64 0,54 0,49
50 37 0,73 0,61 0,52 0,47
60 40 0,62 0,52 0,43 0,39
70 42 0,56 0,47 0,39 0,35
80 45 0,44 0,36 0,30 0,27
100 50 0,25 0,21 0,17 0,15
68
B¶ng 30 - C¸c hÖ sè xÐt ®é nghiªng cña t¶i träng i vµ iq cho c¸c t¶i träng nghiªng
theo chiÒu bÒ réng mãng (Barker vµ ngêi kh¸c 1991)
H/V i
(dim)
iq
(dim)
B¨ng L/B = 2 Vu«ng B¨ng L/B = 2 Vu«ng
0,0 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
0,10 0,73 0,76 0,77 0,81 0,84 0,85
0,15 0,61 0,65 0,67 0,72 0,76 0,78
0,20 0,51 0,55 0,57 0,64 0,69 0,72
0,25 0,42 0,46 0,49 0,56 0,62 0,65
0,30 0,34 0,39 0,41 0,49 0,55 0,59
0,35 0,27 0,32 0,34 0,42 0,49 0,52
0,40 0,22 0,26 0,26 0,36 0,43 0,46
0,45 0,17 0,20 0,22 0,30 0,37 0,41
0,50 0,13 0,16 0,18 0,25 0,31 0,35
0,55 0,09 0,12 0,14 0,20 0,26 0,30
0,60 0,06 0,09 0,10 0,16 0,22 0,25
0,65 0,04 0,06 0,07 0,12 0,17 0,21
0,70 0,03 0,04 0,05 0,09 0,13 0,16
69
B¶ng 31 - C¸c hÖ sè xÐt ®é nghiªng cña t¶i träng i vµ iq cho c¸c t¶i träng nghiªng
theo chiÒu bÒ réng cña mãng (BARKER vµ ngêi kh¸c 1991)
H/V i (dim) iq (dim)
B¨ng L/B = 2 Vu«ng B¨ng L/B = 2 Vu«ng
0,0 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
0,10 0,81 0,78 0,77 0,90 0,87 0,85
0,15 0,72 0,68 0,67 0,85 0,81 0,78
0,20 0,64 0,59 0,57 0,80 0,74 0,72
0,25 0,56 0,51 0,49 0,75 0,68 0,65
0,30 0,49 0,44 0,41 0,70 0,62 0,59
0,35 0,42 0,37 0,34 0,65 0,56 0,52
0,40 0,36 0,30 0,28 0,60 0,51 0,46
0,45 0,30 0,25 0,22 0,55 0,45 0,41
0,50 0,25 0,20 0,18 0,50 0,40 0,35
0,55 0,20 0,16 0,14 0,45 0,34 0,30
0,60 0,16 0,12 0,10 0,40 0,29 0,25
0,65 0,12 0,09 0,07 0,35 0,25 0,21
0,70 0,09 0,06 0,05 0,03 0,02 0,16
B¶ng 32 - HÖ sè ®é s©u dq cho lo¹i ®Êt kh«ng dÝnh (Barker vµ ngêi kh¸c 1991)
Gãc ma s¸t f Df/B (dim) dq (dim)
32
1
2
4
8
1,20
1,30
1,35
1,40
37
1
2
4
8
1,20
1,25
1,30
1,35
70
42
1
2
4
8
1,15
1,20
1,25
1,30
H×nh 21 - C¸c hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i
®îc ®iÒu chØnh cho lo¹i mãng trong
®Êt kh«ng dÝnh vµ trªn nÒn ®Êt dèc
hay liÒn kÒ nÒn ®Êt dèc theo
Meyerhof (1957)
2.2. C¸c ph¬ng ph¸p b¸n thùc nghiÖm
ChiÒu dµi/ chiÒu réng mãng
Df/B = 0
Df/B = 1
Néi suy tuyÕn tÝnh cho c¸c
chiÒu s©u trung gian
Gãc ma s¸t néi cã hiÖu
§é nghiªng cña dèc
H
Ö
sè
k
h
¶
n
¨n
g
ch
Þu
t
¶i
N
rq
H
Ö
sè
k
h
¶
n
¨n
g
ch
Þu
t
¶i
N
rq
Cù ly mãng tÝnh tõ mãng dèc b/B
ChiÒu dµi/ chiÒu réng mãng
Df/B = 0
Df/B = 1
Néi suy tuyÕn tÝnh cho c¸c
chiÒu s©u trung gian
Gãc ma s¸t néi cã hiÖu
a). Tæng qu¸t
Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh cña c¸c ®Êt mãng cã thÓ ®îc íc tÝnh tõ c¸c kÕt qu¶ thÝ nghiÖm
hiÖn trêng hoÆc b»ng søc kh¸ng quan s¸t ®îc cña c¸c ®Êt t¬ng tù. C¸c thÝ nghiÖm sau
®©y cã thÓ ®îc dïng:
ThÝ nghiÖm xuyªn tiªu chuÈn (SPT)
ThÝ nghiÖm xuyªn h×nh nãn CPT, vµ
ThÝ nghiÖm ®o ¸p lùc
B). Dïng SPT
Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh trong c¸t (MPa) dùa trªn c¸c kÕt qu¶ SPT cã thÓ lÊy nh:
71
qult = 3,2 x 10-5 N corrB if2w1w RB
DCC
(45)
ë ®©y:
N corr = gi¸ trÞ sè bóa trung b×nh SPT ®· hiÖu chØnh trong giíi h¹n chiÒu s©u tõ ®¸y
mãng ®Õn 1.5B díi ®¸y mãng (Bóa/300mm)
B = chiÒu réng ®Õ mãng (mm)
CW1,CW2 = hÖ sè hiÖu chØnh kh«ng thø nguyªn xÐt ®Õn ¶nh hëng cña níc ngÇm, nh
®îc x¸c ®Þnh trong B¶ng 24.
Df = chiÒu s©u ch«n mãng lÊy ®Õn ®Õ mãng (mm)
R i = hÖ sè chiÕt gi¶m kh«ng thø nguyªn tÝnh ®Õn ¶nh hëng cña ®é nghiªng cña
t¶i träng ®îc cho trong c¸c B¶ng 33 vµ 34 (DIM)
H = t¶i träng ngang cha nh©n hÖ sè ®Ó x¸c ®Þnh hÖ sè H/V trong B¶ng 33 vµ 34
(N) hoÆc (N/mm)
V = t¶i träng ®øng cha nh©n hÖ sè ®Ó x¸c ®Þnh tû lÖ H/V trong B¶ng 33 vµ 34
(N) hoÆc (N/mm)
c). Dïng CPT
Søc kh¸ng uèn danh ®Þnh (MPa) ®èi víi c¸c mãng ®Æt trªn c¸t hoÆc sái, c¨n cø vµo kÕt
qu¶ CPT cã thÓ tÝnh nh sau:
qult = 8,2 x 10-5qcB if2w1w RB
DCC
(46)
trong ®ã:
qc = søc kh¸ng chïy h×nh nãn trung b×nh trªn toµn bé chiÒu s©u B díi ®Õ mãng
(MPa)
B = chiÒu réng ®Õ mãng
Df = chiÒu s©u ch«n mãng tÝnh tíi ®¸y cña mãng (mm)
Ri = hÖ sè ®iÒu chØnh ®é nghiªng t¶i träng theo quy ®Þnh ë B¶ng 33.
CW1,CW2 = hÖ sè hiÖu chØnh ¶nh hëng cña níc ngÇm, nh quy ®Þnh trong B¶ng 24 (DIM)
d). Dïng kÕt qu¶ ®o ¸p lùc
Søc kh¸ng ®ì da...ương pháp chất trực tiếp: thường được áp dụng rộng rãi. ưu điểm của phương pháp là tương đối
thuận lợi do các khối chất có thể là khối bê tông, bao tải cát
Cả hai phương pháp trên đều có chung nhược điểm là chỉ cho biết tổng sức chịu tải mà không thể phân biệt
phần nào do ma sát thành bên, phần nào do sức chống mũi. Hơn nữa, việc tiến hành thí nghiệm chỉ thuận
lợi nếu vị trí cọc ở nơi cạn, còn nếu vị trí có nước mặt thì khó thực hiện. Khối lượng thiết bị và thời gian
chuẩn bị thí nghiệm nhiều và cồng kềnh.
* Phương pháp chất bằng hộp tải trọng Osterberg: ưu điểm nổi bật của phương pháp này là có thể phân
tích được thành phần sức chịu tải do ma sát và do sức chống mũi. Có thể thí nghiệm cho bất kỳ cọc ở vị trí
nào, trên cạn hay dưới nước. Thiết bị gọn nhẹ và linh hoạt. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là
phải bố trí sẵn các kích ở trong cọc nên trong khi thi công không thận trọng có khả năng làm hỏng kích và
137
thiết bị sau khi thí nghiệm không lấy lại được nên tốn kém và lãng phí. Các công trình móng nhà cao tầng
bằng cọc Barret hiện nay rất hay sử dụng phương pháp này để thử tải.
5. Ưu nhược điểm chung
- Phản ánh được tương đối chính xác sự làm việc của cọc trong nền và cho kết quả đáng tin cậy.
- Thời gian chuẩn bị và thời gian tiến hành thí nghiệm kéo dài, thiết bị thí nghiệm cồng kềnh, tốn
kém. Đồng thời SCT xác định được là tổng SCT của cọc mà không thể phân biệt được phần nào do
ma sát thành bên, phần nào do sức chống mũi cọc (trừ phương pháp chất tải bằng hộp tải trọng
Osterberg).
- Do chi phí lớn, đặc biệt khi vị trí cọc ở dưới sông khó có thể tiến hành thí nghiệm, nên chỉ thí
nghiệm được một số ít cọc, do đó cọc thí nghiệm phần nào cũng chưa phản ánh được một cách
tổng quan cho các cọc trong móng và cho địa chất cả khu vực xây dựng công trình. (Sau này nhờ
kết hợp nén tĩnh và PDA số lượng cọc được thí nghiệm sẽ tăng lên).
BÀI 4: THIẾT KẾ MÓNG CỌC
I. LỰA CHỌN SỐ CỌC VÀ CÁCH BỐ TRÍ CỌC
1. Tính sơ bộ số lượng cọc và chọn số cọc thiết kế
a. Lựa chọn thông số cọc
138
- Mặt cắt ngang cọc 250x250, 300x300, 350x350, 400x400, 450x450mm.
- Chọn cao độ mũi cọc (CĐMC): Các cao trình mũi cọc dự kiến phải phản ánh được cao độ tại
đó có thể đạt được khả năng chịu tải cực hạn cần thiết của cọc. Các cao trình mũi cọc dự kiến
tối thiểu phải phản ánh được độ xuyên vào đất cần thiết để chống đỡ các tải trọng ngang lên
cọc, bao gồm xói lở nếu có và/hoặc độ xuyên qua các địa tầng không thích hợp nằm trên.
Cao độ đặt mũi cọc phụ thuộc vào sự phân bố các lớp đất đá tại vị trí móng. Độ xuyên của cọc phải
được xác định dựa trên khả năng chịu tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang và chuyển vị của cả
cọc và đất bên dưới. Nói chung, trừ khi đạt độ chối, độ xuyên thiết kế với bất kỳ cọc nào cũng
không được nhỏ hơn 3m trong đất dính, rắn chắc hoặc vật liệu hạt chặt và không được nhỏ hơn
6m trong đất dính mềm yếu hoặc vật liệu dạng hạt rời. Trừ khi đạt được độ chối, cọc cho trụ mố
kiểu khung phải xuyên không nhỏ hơn 1/3 chiều dài tự do của cọc.
Đóng cọc nhằm xuyên qua một lớp đất bên trên mềm hoặc rời nằm trên lớp đất chắc và cứng, phải
xuyên qua lớp đất rắn một khoảng cách thích hợp để hạn chế chuyển vị của các cọc cũng như đạt
được khả năng chịu tải thích hợp. Nếu cho cọc ngập lớn hơn nữa còn phải tuỳ thuộc vào nhiều yếu
tố như: tổng chiều dài cọc, chiều dày còn lại của lớp đất chịu lực dưới mũi cọc, tính chất của các
lớp đất phía trên là tốt hay xấu (có phát huy ma sát thành bên hay không).
Khi đóng cọc xuyên qua nền đất đắp, phải đảm bảo ngập xuyên ít nhất là 3m qua lớp đất
nguyên thuỷ trừ phi đến độ chối do gặp đá gốc hay gặp địa tầng chịu lực đủ rắn ở một độ sâu
ít hơn. Vật liệu đắp nền phải được chọn lọc sao cho không cản trở việc hạ cọc đến chiều sâu
yêu cầu. Kích cỡ hạt tối đa của bất cứ loại đất đắp nào đều không được vượt quá 150mm. Các
vị trí khoan thăm dò trước hay cọc khoan đập cần được quy định khi cần thiết, đặc biệt đối với
các loại cọc chuyển vị .
- Lựa chọn sơ bộ chiều dày bệ: h = 1.5~ 3m (xem bài cấu tạo Đ2).
- Từ CĐMC (cao độ mũi cọc) và CĐĐaB (cao độ đáy bệ) ta tìm được chiều dài cọc Lc.
- Chiều dài cọc có yêu cầu về độ mảnh: Lc/d = 30 ~ 70 (có thể = 80~100 còn tuỳ thuộc vào các lớp
đất phía dưới là tốt hay yếu). Cần chú ý đến vấn đề xói có thể làm tăng chiều dài tự do của cọc,
phần cọc chịu mô men uốn và lực ngang tăng lên, sức chịu tải của cọc có thể sẽ giảm đi do mất lớp
đất ma sát xung quanh và do đó cọc sẽ chịu lực nguy hiểm hơn.
b. Dự tính SCT (sức kháng đỡ) của cọc theo công thức qui trình 22TCN 272-05
),min( dnvltkR RRRR (126)
c. Xác định sơ bộ số lượng cọc:
tk
c R
V
nn (n phải là số nguyên) (127)
Trong đó:
V Lực thẳng đứng tính toán tại tâm đáy bệ đã nhân hệ số.
Rtk Sức kháng đỡ dọc trục của cọc.
Số lượng cọc thực tế quyết định giá trị n là bao nhiêu còn tuỳ thuộc vào cách bố trí cọc trong bệ. Số lượng
và cách bố trí cọc cuối cùng phải đảm bảo khi tính toán móng cọc phải thoả mãn các điều kiện yêu cầu.
139
2. Bố trí cọc trong móng
a) Bố trí trên mặt bằng
Hình 65 - Bố trí cọc trên mặt bằng
- Bố trí đối xứng: tức là các cọc được bố trí theo hàng và cột trên mặt bằng theo hình chữ nhật, hình
vuông hay hình hoa mai. Sơ đồ này chủ yếu áp dụng cho trường hợp móng chịu tải trọng đúng tâm hay
lệch tâm nhỏ.
- Bố trí không đối xứng: đối với ngành cầu đường thường được hiểu là các cọc vẫn được bố trí theo
hàng và cột, nhưng khoảng cách giữa các hàng và cột trong móng là không đều nhau để đảm bảo nội
lực trong các hàng cọc không chênh lệch nhau nhiều.
Theo 22TCN 272-05 thì yêu cầu về bố trí cọc như sau:
- Khoảng cách tim giữa hai hàng cọc liền nhau ít nhất là 2.5d hay 750 mm lấy giá trị nào lớn hơn.
- Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đến mép bệ: 225mm.
Sau khi bố trí cọc trên mặt bằng xác định được kích thước bệ cọc.
b) Bố trí cọc trên mặt đứng
Bố trí cọc thẳng (hình 66a): khi không có lực ngang hoặc giá trị lực ngang nhỏ. Bố trí theo sơ đồ này thì
thuận tiện cho việc thi công dễ dàng, dễ đóng cọc xuống chiều sâu thiết kế.
Bố trí cọc xiên (hình 66b): Phải dùng các cọc xiên khi sức kháng ngang của các cọc thẳng đứng không đủ
để chống lại các lực ngang truyền lên móng, hoặc khi cần tăng thêm độ cứng của toàn bộ kết cấu.
Thông thường chỉ bố trí một hay hai hàng cọc phía ngoài cùng là xiên, còn các cọc phía trong vẫn là cọc
thẳng. Khi thiết kế cọc xiên phải chú ý tới hướng của lực ngang tác dụng. Nhưng cọc xiên có nhược điểm
khó đóng cọc, không cẩn thận dễ bị sai số và lệch vị trí đồng thời có khả năng dễ xảy ra gẫy cọc trong quá
trình đóng.
Phải tránh dùng cọc xiên khi có thể có tải trọng kéo xuống (do ma sát âm) và trong Vùng động đất 3 và 4.
P5 P6 P7PP2 P3 4
P12 P13 P14PP9 P10 11
P16 P17 P18 P19 P20 P21
P1
50
0
P8
P15
P26 P27 P28PP23 P24 25
500
P
50
0
500 6@1200=7200
8200
22
3@
120
0=
36
00
46
00
46
00
3@
120
0=
36
00
22
8800
2@1200=2400500
50
0
P
500
2524P23P P 28P27P26P
15P
8P
50
0 1P
21P20P19P18P17P16P
1110P9P P 14P13P12P
43P2P P 7P6P5P
2@1300=2600 2@1400=2800
a) Bè trÝ ®Òu trªn mÆt b»ng b) Bè trÝ kh«ng ®Òu trªn mÆt b»ng
140
a) Bố trí cọc thẳng đứng b) Bố trí cả cọc đứng và cọc xiên
Hính 66 - Bố trí cọc trên mặt đứng
II. KIỂM TOÁN MÓNG CỌC THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ
1. Tính toán cọc làm việc đồng thời với nền
(1). Tổng quan
Dưới tác dụng của tải trọng đứng (kéo hoặc nén), nền đất sẽ tương tác với cọc qua những gối đàn hồi theo
phương đứng (các gối zi). Quan hệ giữa phản lực (ký hiệu là t) và chuyển vị đứng của các gối đàn hồi (ký
hiệu là z) là t = kzz, với kz là độ cứng của gối đàn hồi theo phương đứng. Quan hệ giữa t và z gọi là ‘’đường
cong t-z’’.
Dưới tác dụng của tải trọng ngang, nền đất sẽ tương tác với cọc qua những gối đàn hồi theo phương ngang
(các gối yi). Quan hệ giữa phản lực (ký hiệu là p) và chuyển vị ngang của các gối đàn hồi là p=kyy, với ky
là độ cứng của gối đàn hồi theo phương ngang. Quan hệ giữa p và y gọi là ‘’đường cong p-y’’.
Như vậy phương pháp này sử dụng phần tử hữu hạn kết hợp với mô hình nền Winkler (mô hình nền gồm
các gối đàn hồi làm việc độc lập) phi tuyến.
Thông thường phải sử dụng máy tính để giải bài toán vì khối lượng tính rất lớn. Hiện nay có rất nhiều phàn
mềm sử dụng phương pháp này như: COM624-P, LATPILE.UBC, FB-Pier (hay DEEPF), PILING... Kết
quả cho biểu đồ chuyển vị ngang, lực cắt, mômen trong cọc, phản lực đất lên cọc.
(2). Đường cong p-y
Một trong số những phương pháp thường được sử dụng khi phân tích cọc chịu tải trọng ngang là phương
pháp p-y, trong đó các phản lực của đất ứng với các chuyển vị ngang của cọc được coi như là các gối đàn
8200
1900200200
20
00
175
0
25
0
1900
500500 6@1200 6@1200500 500
1900
20
00
200 200 1900
8200
141
hồi phi tuyến cục bộ trên cơ sở các giả thiết của Winkler. Cọc được mô hình như một dầm đàn hồi đặt trên
nền biến dạng.
Phương pháp p-y là một phương pháp vô cùng linh hoạt, có thể được dùng để giải quyết các vấn đề bao
gồm các loại đất khác nhau, đất nhiều lớp, sự làm việc phi tuyến của đất, cọc gồm nhiều vật liệu, mặt cắt
ngang khác nhau; và các điều kiện liên kết đầu cọc khác nhau.
Phương pháp p-y là một công cụ tiện ích để phân tích cọc chịu tải trọng ngang. Phương pháp này thường
cho ta kết quả khá hợp lý. Thông thường, cần phải sử dụng một chương trình máy tính do độ phức tạp và
các phép lặp cần dùng để giải các phương trình trên bằng phương pháp sai phân hữu hạn hoặc một số
phương pháp khác. Cần lưu ý rằng các giả thiết của Winkler đã lờ đi hiệu ứng liên tục tổng thể. Thông
thường, nếu nền đất làm việc như một thể liên tục, độ võng của một điểm sẽ ảnh hưởng đến độ võng của
các điểm còn lại khi chịu tác dụng của tải trọng. Trong phương pháp p-y không có một biểu diễn rõ ràng
nào do ta đã giả thiết các gối đàn hồi cục bộ. Tuy đường cong p-y được xây dựng dựa trên các thí nghiệm
tải trọng và đã có xét đến ảnh hưởng tương tác tổng thể, thì vẫn có những trường hợp kết quả không như
mong đợi. Ví dụ, sử dụng phương pháp p-y có thể dự tính trước được lực cắt quá lớn đối với cọc đường
kính lớn trong đá, bỏ qua ảnh hưởng của sự liên tục và độ cứng chống cắt của đá xung quanh.
Sự chính xác của phương pháp p-y phụ thuộc vào số lượng thí nghiệm, sự đa dạng của các thông số thí
nghiệm, như là đặc trưng hình học và độ cứng của cọc, các lớp đất, cường độ và độ cứng của đất, và các
điều kiện chất tải. Phải cân nhắc thật kỹ khi ngoại suy đường cong p-y khi không tiến hành được thí nghiệm
trong điều kiện tương tự.
(2.1). Mô hình phân tích và phương trình cơ bản:
Mô hình phân tích cọc chịu tải trọng ngang bằng đường cong p-y được trình bày trong hình 67.
Hình 67 – Phân tích mô hình cọc chịu tải trọng ngang theo đường cong p-y
Phương trình cơ bản trong bài toán dầm trên nền biến dạng có thể được trình bày như sau:
02
2
4
4
qp
dz
ydP
dz
ydEI z (128)
Trong đó:
y = chuyển vị ngang của điểm x dọc theo cọc
142
EI = độ cứng chống uốn của cọc
Pz = lực dọc trục trong cột dầm
p = phản lực đất trên 1 đơn vị chiều dài, p = - Es*y, với Es là mô đun cát tuyến của phản lực đất.
q = tải trọng phân bố theo phương ngang.
Áp dụng các quan hệ sau khi xem xét điều kiện biên:
4
4
dz
ydEIM (129)
dz
dyP
dz
dMQ z (130)
dz
dy (131)
Trong đó:
M = mô men uốn,
Q = lực cắt trong cột dầm.
q = góc xoay của cọc.
(2.2). Xây dựng đường cong p-y
Đường cong p-y, hay sức kháng ngang của đất p được mô tả là hàm của chuyển vị ngang của đất y dựa trên
công tác tính toán sau khi có các kết quả thí nghiệm của cọc chịu tải trọng ngang. Đối với mỗi loại đất khác
nhau, các phương trình kinh nghiệm của đường cong p-y cũng khác nhau. Đường cong p-y cũng phụ thuộc
vào đường kính cọc, cường độ và độ cứng của đất nền, áp lực chất thêm, và điều kiện gia tải. Phải xem xét
ảnh hưởng của đất gồm nhiều lớp, cọc xiên, cọc trên mái dốc, và cọc được bố trí với khoảng cách gần nhau.
Dưới đây trình bày các phương trình đối với đất sét mềm, cát và đá.
Đất không phải là vật liệu đàn hồi tuyến tính, vì vậy độ cứng của gối đàn hồi ngang (ky=p/y) không phải là
hằng số mà là giảm dần trong quan hệ phi tuyến (chuyển vị của cọc càng lớn thì gối đàn hồi càng mềm).
Hình dạng và độ dốc của đường cong không những phụ thuộc vào tính chất của đất, mà còn phụ thuộc vào
độ sâu đoạn cọc đang xét, kích thước cọc, mực nước ngầm và dạng tải trọng (tĩnh hay động). Tuy rằng các
phương trình thể hiện đường cong p-y là khá phức tạp, nhưng khi sử dụng các phần mềm sẵn có thì việc
tính toán trở lên rất đơn giản, người dùng chỉ cần nhập một vài thông số như : đường kính cọc (B), trọng
lượng thể tích có hiệu của các lớp đất (’), 50 và Su (đất sét), (đất cát).
a). Đường cong p-y đối với sét mềm:
Matlock đề xuất một phương pháp tính toán đường cong p-y đối với sét mềm được trình bày ở Hình 68.
143
Hình 68 – Hình dạng đặc trưng của đường cong p-y của sét mềm
(theo Matlock, 1970)
Sức kháng ngang được mô tả là:
u
u
p
p
y
y
p
3/1
50
5.0
p
p
yy
yyy
50*8
(132)
pu = sức kháng ngang tới hạn của đất, tương ứng với ứng suất cắt tới hạn của đất.
y50 = chuyển vị ngang của đất tương ứng với 50% sức chịu tải ngang tới hạn (p=50%pu).
y = chuyển vị ngang của đất.
Sức kháng ngang tới hạn của đất, pu được tính toán như sau:
cB
cB
JB
x
c
x
pu
9
'3
r
r
xx
J
c
BBxx
'/6 (133)
Trong đó:
g’ = trọng lượng thể tích có hiệu của đất
x = chiều sâu tính từ mặt đất
c = cường độ cắt không thoát nước của đất
J = hệ số, thường lấy bằng 0.5.
Chuyển vị ngang của đất tương ứng với 50% sức chịu tải ngang tới hạn, y50 tính như sau:
y50=2.5e50B (134)
50 = Biến dạng đất tương ứng với ứng suất bằng 1/2 ứng suất lệch tối đa. Bảng 43 trình bày các
giá trị đặc trưng của 50.
Bảng 43 – Các giá trị đặc trưng của 50
144
b). Đường cong p-y cho đất cát:
Reese đề xuất một phương pháp tính toán đường cong p-y đối với đất cát. Trên hình 69, đường cong p-y
điển hình gồm có 4 đoạn (Bảng 44):
Bảng 44 – Các đoạn trên đường cogn p-y theo Reese
Đoạn Loại đường cong Các gía trị
của y
Các giá trị của
p
Đường cong p-y
1 Đường thẳng 0 ~ yk 0 ~ pk p=(kz)y
2 Parabol yk ~ ym pk ~ pm n
m
m y
ypp
3 Đường thẳng ym ~ yu
pm ~ p
m
mu
mu
m yyyy
pp
pp
4 Đường thẳng ≥ yu pu p = pu
Trong đó: ym, yu, pm, và pu được xác định trực tiếp từ các tham số của đất. Có thể xác định dạng đường cong
của đoạn 2 và giao điểm với đoạn 1 có thể xác định được từ ym, yu, pm, và pu như sau đây.
145
Hình 69 – Hình dạng đặc trưng đường cong p-y của đất cát (theo Reese, 1974)
Đoạn 1: bắt đầu bằng một đường thẳng với độ dốc là kz, trong đó z là chiều sâu tính từ mặt đất đến điểm
cần tính toán để xây dựng đường cong p-y. k là hệ số được xác định dựa vào độ chặt tương đối và sẽ khác
nhau khi nằm trên hoặc dưới mực nước ngầm. Các giá trị điển hình của k được nêu rõ trong Bảng 45.
Bảng 45 – Góc ma sát trong và hệ số k
Đoạn 2: là đường cong parabol, bắt đầu từ điểm cuối của đoạn 1 tại yk:
)1/(1
/
n
n
mm
k kz
ypy (135)
Và pk=(kx)yk, bậc của parabol n:
mu
mu
m
m
yy
pp
p
y
n (136)
Đoạn 3, 4 là đường thẳng. ym, yu, pm, và pu được trình bày như sau:
60
bym (138)
80
3byu (139)
146
ssm pBp (140)
ssu pAp (141)
Trong đó:
b = đường kính của cọc
As và Bs = hệ số xác định từ hình 70 và 71, phụ thuộc vào trạng thái tải trọng là tĩnh hay theo chu kỳ.
ps = min (pst, psd): lấy giá trị nhỏ nhất trong hai giá pst và psd như sau:
bKzK
zbzK
zpst
00
0
tantantantan
tantan
tan
tan
costan
sintan/
.
(142)
408 tan.tan.1tan bzKbzKp asd (143)
Trong đó:
= góc nội ma sát của đất.
= /2. và = 450+/2.
K0 = hệ số áp lực đất tĩnh, thường giả định = 0.4.
Ka = 2/45tan 02 : hệ số áp lực chủ động của đất
Hình 70 – Sự biến đổi của As theo chiều sâu của đất cát (theo Reese, 1974)
147
Hình 71 – Sự biến đổi của Bs theo chiều sâu của đất cát (theo Reese, 1974)
(3). Đường cong t-z
Tương tự như đường cong p-y, độ cứng của gối đàn hồi đứng (kz = t/z) không phải là hằng số, và quan hệ
giữa tải trọng đứng (t) và chuyển vị đứng (z) là phi tuyến, và có thể gồm nhiều đoạn.
Các ký hiệu sau áp dụng cho đường cong t-z:
tmax = sức kháng cực hạn của đất. Nếu gối đàn hồi đang xét nằm trên thân cọc thì tmax là sức kháng bên fi,
còn nếu gối đàn hồi đó nằm ở mũi cọc thì tmax là sức kháng mũi qp.
tres = sức kháng dư (sức kháng ở trạng thái biến dạng dẻo)
= tỷ số giữa tres và tmax ( 1)
zcr = chuyển vị đứng tương ứng với tmax.
zres = chuyển vị đứng ở trạng thái biến dạng dẻo,
= tỷ số giữa zres và zcr ( > 1)
a). Đường cong t-z với sức kháng bên
Đường cong t-z của cọc chế tạo sẵn trong đất dính gồm 3 đoạn như trên hình 72a, trong đó đoạn cong đầu
tiên được xây dựng qua những điểm thể hiện trong bảng 44. Còn giá trị = tres/tmax thì biến thiên trong
khoảng 0.7 đến 0.9 tương ứng với sét mềm và sét cứng.
Đối với cọc nhồi thì dường cong t-z cũng tương tự như với cọc chế tạo sẵn, đường cong này được thể hiện
trên hình 3.13, trong đó zcr 0.004B ~ 0.006B.
Đường cong của cọc chế tạo sẵn trong đất rời thì gồm hai đoạn rất đơn giản như trên hình 72b, trong đó zcr
thường không phụ thuộc vào đường kính cọc mà có giá trị khoảng 25mm. Còn đường cong t-z của cọc nhồi
như thể hiện trên hình 73, trong đó zcr 0.004B ~ 0.008B, riêng đối với sỏi thì zcr khá lớn.
148
Hình 72 - Đường cong t-z cho ma sát bên của cọc chế tạo sẵn.
Hình 73 - Đường cong t-z cho ma sát bên của cọc nhồi trong đất dính
149
Hình 74 - Đường cong t-z cho ma sát bên của cọc nhồi trong đất rời
b). Đường cong t-z với sức kháng mũi
Đối với cọc chế sẵn, đường cong t-z được thể hiện trên hình 74. Đoạn cong đầu tiên có phương trình như
sau:
3/1
max
crz
z
tt (144)
Đối với cọc nhồi, đường cong t-z thể hiện trên hình 75 và hình 76.
Hình 75 - Đường cong t-z cho sức kháng mũi cọc chế sẵn.
150
Hình 76 - Đường cong t-z cho sức kháng mũi của cọc nhồi trong đất dính
151
Hình 77 - Đường cong t-z cho sức kháng mũi của cọc nhồi trong đất rời
2. Kiểm toán sức chịu nén và chịu nhổ dọc trục của cọc đơn
1.1. Tính nội lực đầu cọc
Có thể sử dụng các lý thuyết và các chương trình tính khác nhau để tính nội lực đầu cọc (như trình bày ở
mục 1).
2.2. Điều kiện kiểm toán
RCi RPV max)( cho cọc chịu nén
RUi RV min)( cho cọc chịu kéo
(145)
(146)
Trong đó:
V(i)max= nội lực đầu cọc chịu nén dọc trục lớn nhất (tính từ mục 1.1 bằng chương trình máy tính, sử dụng
PILING hay FB-Pier)
V(i)min = nội lực đầu cọc chịu nhổ lớn nhất.
RRC = sức kháng chịu nén dọc trục của cọc, đã nhân hệ số sức kháng.
RRU = sức kháng chịu kéo (nhổ) dọc trục của cọc, đã nhân hệ số sức kháng.
P = Trọng lượng bản thân của cọc đơn (có xét đến lực đẩy nổi)
3. Kiểm toán sức kháng đỡ và chịu nhổ của nhóm cọc
152
3.1. Kiểm toán sức kháng đỡ dọc trục của nhóm cọc:
ggnRgC RRRV (147)
3.2. Kiểm toán sức kháng nhổ dọc trục của nhóm cọc:
ugugnRugU RRRV (148)
Trong đó:
VC = tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số.
VU = tổng lực gây nhổ nhóm cọc đã nhân hệ số.
RRg = sức kháng đỡ dọc trục của nhóm cọc theo cánh tính ở bài sức chịu tải.
RRug = sức kháng nhổ dọc trục của nhóm cọc theo cánh tính ở bài sức chịu tải.
g, ug = các hệ số sức kháng đỡ và kháng nhổ của nhóm cọc.
4. Kiểm tra Khả năng chọc thủng của cọc vào lớp đất yếu phía dưới đáy móng
Nếu nhóm cọc được đóng trong lớp trầm tích tốt nằm trên lớp trấm tích yếu phải xét đến khả năng phá hoại
chọc thủng của mũi cọc vào trong tầng yếu hơn. Nếu tầng đất nằm dưới bao gồm đất nén lún yếu hơn phải
xét đến khả năng lún lớn trong lớp đất yếu hơn.
Thay vì sự chỉ dẫn tại chỗ việc điều tra nghiên cứu về khả năng chịu tải của loại đất yếu bên dưới có
thể căn cứ vào tính toán tải trọng cộng tác dụng với giả thiết sự phân bố áp lực dưới các mũi cọc bằng
cách chiếu diện tích vùng được bao bởi các mũi cọc 2 mặt dốc đứng còn 1 nằm ngang . Sức kháng ở
bất kỳ chiều sâu nào dưới các mũi cọc phải được xác định trên cơ sở kích thước hình chiếu của
móng quy ước. Khả năng chịu lực phải căn cứ vào tiêu chuẩn của móng mở rộng được quy định trong
quy trình (hay trong phần tính lún khi thiết kế theo TTGH sử dụng).
5. Kiểm tra sức chịu tải ngang trục của cọc và nhóm cọc.
5.1 Kiểm tra sức chịu tải ngang của cọc đơn:
uhR RRQ (149)
Trong đó:
Q = tải trọng ngang tác dụng lên cọc đơn (đã nhân hệ số)
RR = sức chịu tải ngang tính toán của cọc
Ruh = RL : sức chịu tải ngang giới hạn (danh định) của cọc đơn (phần tải trọng ngang, bài sức chịu tải của
cọc)
= hệ số sức kháng (tra bảng 16 hay 39)
5.2 Kiểm toán sức kháng ngang của nhóm cọc:
gQ RR = RLg = L RL (150)
Trong đó:
153
Qg = tải trọng ngang tác dụng lên nhóm cọc (đã nhân hệ số)
RR = sức kháng ngang của nhóm cọc
RLg = sức kháng ngang danh định của nhóm cọc (phần tải trọng ngang, bài sức chịu tải của cọc)
RL = sức kháng ngang danh định của cọc đơn.
L = hệ số sức kháng (tra bảng 16 hay 39)
= hệ số nhóm.
III. THIẾT KẾ MÓNG CỌC THEO TTGH SỬ DỤNG
Thiết kế móng cọc đóng theo TTGH sử dụng bao gồm đánh giá độ lún do tĩnh tải và tải trọng kéo xuống
(ma sát âm), nếu có, ổn định tổng thể, sự ép ngang và biến dạng ngang.
Ổn định tổng thể của móng cọc phải được đánh giá khi móng được đặt ở những nơi sau đây:
Móng được đặt qua nền đắp.
Móng cọc được đặt trên, gần, hay trong phạm vi mái dốc.
Khả năng mất sự chống đỡ của móng cọc do xói hay tồn tại xói.
Địa tầng có độ nghiêng đáng kể.
1. Chuyển vị ngang của móng cọc
Phải đánh giá chuyển vị ngang do tải trọng ngang. Giới hạn về chuyển vị ngang của móng cọc không được
vượt quá chuyển vị ngang cho phép là 38mm.
Chuyển vị ngang của nhóm cọc phải được ước tính bằng cách dùng phương pháp có xét đến tương tác đất-
kết cấu (ví dụ đường cong p-y). Chuyển vị ngang cho phép của cọc phải dựa vào so sánh chuyển vị của các
bộ phận kết cấu, sự nối cọc tới cột, đối với điều kiện chất tải. Cần xét đến tác động của sức kháng ngang
do bệ móng được chôn ngập vào đất khi đánh giá chuyển vị ngang.
Sức kháng ngang của cọc đơn có thể xác định theo thí nghiệm tải trọng tĩnh. Nếu thí nghiệm nén tĩnh theo
phương ngang được tiến hành, thì trình tự phải tuân thủ theo ASTM D 3966. Phải tính đến tương tác của
nhóm cọc khi đánh giá chuyển vị ngang của nhóm cọc. Khi sử dụng phương pháp phân tích đường cong p-
y, theo AASHTO-2007 giá trị của p phải được nhân với hệ số Pm khi tính đến tác động nhóm. Giá trị Pm
được cho trong bảng 47.
Bảng 47 - Hệ số Pm cho các hàng cọc
Khoảng cách tim-tim của cọc (theo
hướng lực tác dụng)
Pm
Hàng 1 (Row 1) Hàng 2 (Row 2) Hàng 3 (Row 3)
và cao hơn
3d 0.7 0.5 0.35
5d 1.0 0.85 0.7
154
Hướng tải trọng và khoảng cách phải lấy
như hình 78 sau đây. Nếu hướng tải trọng
cho một hàng cọc đơn vuông góc với hàng
cọc (xem chi tiết trong hình), phải sử dụng
hệ số nhóm chiết giảm nhỏ hơn 1.0 khi
khoảng cách cọc là 5d, ví dụ như khi
khoảng cách là 3d thì hệ số chiết giảm là
0.7.
2. Lún của móng cọc
2.1. Tổng quát
Hình 78 - Xác dịnh hướng tải trọng và
khoảng cách đối với tác động nhóm
Với mục đính tính toán độ lún của nhóm cọc, tải trọng được giả định tác động lên móng tương đương đặt
tại hai phần ba độ sâu chôn cọc vào lớp chịu lực như trong Hình 79. (hay hình 80 theo AASHTO-2007).
Độ lún của nhóm cọc được tính cho móng cọc đặt trong đất dính, các loại đất mà bao gồm nhiều lớp đất
dính, và cọc trong các lớp đất dạng hạt rời rạc. Tải trọng sử dụng để tính lún là các tải trọng tác dụng thường
xuyên lên móng cọc (theo AASHTO-2007).
Trong khi áp dụng móng tương đương đối với móng cọc, không áp dụng diện tích có hiệu (giảm kích
thước tương đương B’ và L’) như đối với móng nông.
Với các cọc trong đất rời, độ lún của móng sẽ được khảo cứu bằng cách dùng tất cả các tải trọng tác dụng
trong Tổ hợp Tải trọng sử dụng. Với các cọc trong đất dính, cũng sử dụng Tổ hợp Tải trọng sử dụng với tất
cả các tải trọng, ngoại trừ các tải trọng tức thời có thể bỏ qua.
2.2. Lún của móng cọc trong đất dính
Phải dùng các phương pháp tính lún cho móng nông để ước tính độ lún của nhóm cọc, bằng cách sử dụng
vị trí móng tương đương cho trong Hình 79 và 80.
155
M ã n g t ¬ n g
® ¬ n g
L í p y Õ m
L í p t è t
M ã n g t ¬ n g
® ¬ n g
M ã n g t ¬ n g
® ¬ n g
L í p y Õ m
L í p t è t
M ã n g t ¬ n g
® ¬ n g
Hình 79 - Vị trí móng tương đương (theo Duncan và Buchignani 1976)
2.3. Lún của móng cọc trong đất rời
Độ lún của nhóm cọc trong đất rời có thể được ước tính bằng cách sử dụng kết quả thí nghiệm ngoài hiện
trường và vị trí móng tương đương cho trong Hình 77 và 78.
Độ lún của nhóm cọc trong đất rời có thể tính như sau:
Sử dụng SPT: =
601
30
N
BIq (151)
Sử dụng CPT:
cq
qBI
24
(152)
trong đó:
5,0125,01
,
B
D (153)
ở đây :
q = áp lực móng tĩnh tác dụng tại 2Db/3 cho trong Hình 79 và 80. áp lực này bằng với tải trọng tác
dụng tại đỉnh của nhóm được chia bởi diện tích móng tương đương và không bao gồm trọng
lượng của các cọc hoặc của đất giữa các cọc (MPa).
B = chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm),
= độ lún của nhóm cọc (mm)
I = hệ số ảnh hưởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm
D = độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2Db /3 (mm)
156
Hình 80 - Phân bố ứng suất dưới móng tương đương (AASHTO 2007)
Db = độ sâu chôn cọc trong lớp chịu lực như cho trong Hình 79 hay hình 80 (AASHTO 2007) (mm)
qc = sức kháng xuyên hình nón tĩnh trung bình trên độ sâu X dưới móng tương đương (MPa)
N160 = giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh đối với cả ứng suất tổng và hiệu suất có hiệu của búa.
157
N160 = CN.N60
N60 = (ER/60%).N
'10 /92.1log77.0 VNC và CN < 2.0
N = số nhát búa chưa hiệu chỉnh (Búa/300mm)
N60 = Số nhát búa dã hiệu chỉnh cho hiệu suất của búa (nhát/300mm)
ER = hiệu suất của búa tính theo phần trăm.
v = ứng suất thẳng đứng hữu hiệu (MPa)
3. Lún do ma sát âm
Sức kháng danh định của cọc để chịu lại tải trọng kết cấu và ma sát âm phải được tính toán bằng cách chỉ
xét riêng phần sức kháng thành bên và sức kháng mũi dương bên dưới lớp đất sâu nhất có hiện tương ma
sát âm. Nói chung sức kháng đỡ tính toán của đất phải lớn hơn tải trọng tính toán tác dụng lên cọc, kể cả
ma sát âm theo TTGH sử dụng. Trong trường hợp không thể xác định đúng sức kháng của đất bên dưới lớp
đất sâu nhất có hiện tượng ma sát âm, ví dụ như cọc ma sát, để chống lại ma sát âm phải thiết kế để kết cấu
chịu được độ lún toàn phần do ma sát âm và các tải trọng tác dụng khác.
Nếu sức kháng của đất chịu được ma sát âm và tải trọng công trình theo TTGH sử dụng, phải ước tính độ
lớn biến dạng cần phải huy động hoàn toàn sức kháng của đất, và kết cấu phải được thiết kế để chịu được
chuyển vị đã được dự đoán trước.
4. Nén ngang
Phải ước tính nén ngang khi mố cầu có móng là móng cọc đóng qua lớp đất yếu mà chịu tác dụng của tải
trọng nền đắp.
IV. THIẾT KẾ MÓNG CỌC THEO TTGH ĐẶC BIỆT
Móng cọc phải được kiểm toán sức kháng đỡ dọc trục và ngang trục với tổ hợp tải trọng đặc biệt với các
tải trọng được nhân với hệ số thích hợp. Khi thiết kế chống động đất, tất cả các cọc trong và trên vùng hóa
lỏng (nếu đất bị hóa lỏng) sẽ không được tính sức kháng đỡ dọc trục. Ma sát âm do đất hóa lỏng phải được
xem xét cùng với các tải trọng tác dụng lên móng. Tải trọng ma sát âm tĩnh học sẽ không được tổ hợp cùng
với ma sát âm do hóa lỏng bởi động đất. Móng cọc cũng cần phải được kiểm tra chống lại lực ngang từ việc
nén ngang do đất hóa lỏng. Khi xác định sức kháng ngang của móng cọc theo đường cong p-y thì các tham
số phải được triết giảm để tính tới việc bị hóa lỏng. Móng cọc cũng cần phải được kiểm tra về điều kiện
xói.
VÍ DỤ 3:
Tính lún hệ móng cọc có 20 cọc gồm 5 cột với khoảng cách tim các cọc 90cm. Đường kính và chiều
dài cọc là 30cm và 9m. Đỉnh bệ nằm ở độ sâu 2m so với mặt đất. Chi tiết các lớp đất được mô tả dưới
đây, với độ sâu tình từ mặt đất. Biết mực nước ngầm nằm ở độ sâu 4m so với mặt đất, móng cọc chịu
tải trọng tại trọng tâm đáy móng là 2500 kN
Độ sâu (m)
Tính chất đất
Từ Đến
158
0 2 Bùn sét , có g=16 kN/m3
2 4 Sét pha, có g=19.2 kN/m3
4 12 Sét pha, có g=19.2 kN/m3, e0=0.80, Cc=0.23
12 14 Sét, có g=18.24 kN/m3, e0=1.08, Cc=0.34
14 17 Sét, có g=20.0 kN/m3, e0=0.70, Cc=0.2
17 -- Đá không lún
BÀI LÀM
1. Phân bố ứng suất trong các lớp đất bị lún
Líp 1
N
Líp 2
Líp 3
Líp 4
Líp 5
6
4
2
3
Mãng t¬ng ®¬ng
p1
p2
p3
Líp ®Êt tÝnh lón thø 1
Líp ®Êt tÝnh lón thø 2
Líp ®Êt tÝnh lón thø 3
1
2
2. Công thức tính lún
)lg(.
1
.
'
0
'
0
0
p
e
CHS cii
Trong đó:
s’0: là ứng suất có hiệu của giữa lớp đất trước thời điểm gia tải.
Dp: Tải trọng tăng thêm tại giữa lớp đất do tải trọng gia tải gây ra.
Ta có móng tương đương với tải trọng tại trọng tâm đáy móng là 2500 kN được đặt tại đô sâu 2L/3=6m.
159
3. Tính ứng suất có hiệu tại giữa các lớp đất tính lún:
+ Đến giữa lớp 1: s’01=2x16+2x19.2+(10-4)x(19.2-9.81)= 126.74 kN/m2
+ Đến giữa lớp 2: s’02=126.74 + 2x (19.2-9.81) + 1x (18.24-9.81) = 153.95 kN/m2
+ Đến giữa lớp 3: s’03=153.95 + 1 x (18.24-9.81)+ 1.5x (20.0-9.81) = 177.67 kN/m2
4. Tính ứng suất do tải trọng gia tải gây ra tại giữa các lớp tính lún:
+ Đến giữa lớp 1: Tại độ sâu 2m so với móng tương đương,
ta có diện tích phân bố ứng suất =(3.9+2)x(3+2)=29.5m2
suy ra: Dp1=2500/29.5=84.75 kN/m2.
+ Đến giữa lớp 2: Tại độ sâu 5m so với móng tương đương,
ta có diện tích phân bố ứng suất =(3.9+5)x(3+5)=71.2m2
suy ra: Dp1=2500/71.2=35.1 kN/m2.
+ Đến giữa lớp 3: Tại độ sâu 7.5m so với móng tương đương,
ta có diện tích phân bố ứng suất =(3.9+7.5)x(3+7.5)=119.7m2
suy ra: Dp1=2500/119.7=20.9 kN/m2.
5. Tính độ lún
+ Lớp 1: mxS 113.0)
74.126
75.8474.126lg(.
80.01
23.04
1
+ Lớp 2: mxS 029.0)
95.153
1.3595.153lg(.
08.11
34.02
2
+ Lớp 2: mxS 017.0)
67.177
9.2067.177lg(.
70.01
2.03
3
Tổng độ lún: S = S1 + S2 + S3 = 0.113+0.029+0.017 = 0.159m = 16 cm
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- giao_trinh_nen_mong_cau_duong_chuong_1_den_chuong_4.pdf