Xem mẫu
- Chương 7. Móng sâu
Chương 7
MÓNG SÂU
7.1. Khái niệm
Khi xây dựng các công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu có chiều dày rất lớn
còn các lớp đất chắc nằm rất sâu, nếu dùng móng cọc không đảm bảo điều kiện kỹ
thuật, chẳng hạn lúc đó cọc phải rất dài không thể hạ xuống bằng các phương tiện
hiện nay. Ngoài ra, nếu trong đất có các chướng ngại vật như đá tảng,… thì không thể
đóng cọc qua được. Lúc đó người ta phải dùng móng sâu. Hiện nay, để thiết kế móng
sâu người ta dùng các loại giếng chìm, giếng chìm hơi ép, móng kiểu tường trong đất.
Các loại giếng còn được dùng làm phần ngầm của các công trình như trạm bơm, công
trình thu nước, nhà nghiền quặng…
Móng sâu có thể gồm một giếng hoặc một số giếng, một hai tường trong đất liên
kết với nhau bằng đài móng.
7.2. Giếng chìm hơi ép
Giếng chìm hơi ép được sử dụng lần đầu tiên để làm móng sâu trong đất bão hòa
nước vào năm 1841 do kỹ sư người Pháp Triquer để xuất. Giếng chìm hơi ép được hạ
xuống đất nhờ trọng lượng bản thân của buồng giếng và khối xây trên buồng giếng kết
hợp với việc đào đất trong lòng giếng và dưới chân giếng ra. Để con người có mặt
trong buồng giếng để đào đất, người ta bơm khí nén vào trong buồng giếng nhằm đẩy
nước ra khỏi lòng giếng. Áp suất không khí trong buồng giếng phải bằng áp lực cột
nước kể từ mặt nước đến độ sâu hạ giếng.
Giếng chìm hơi ép (hình 7.1) bao gồm buồng giếng, thâm giếng, buồng hơi ép,
ống giếng. Buồng giếng (1) là một cái hộp cứng gồm chân giếng (2), tấm trần (3). Tấm
trần có chừa lỗ để người ra vào buồng giếng và đưa vật liệu vào, chuyển đất ra. Buồng
giếng có chiều sâu h1 tối thiểu là 2,2m để đảm bảo cho con người làm việc bình
thường. Không khí nén được liên tục bơm từ máy nén khí (8) qua ống (7) vào buồng
giếng (1). Để đưa người vào làm việc trong buồng giếng và từ buồng giếng ra ngoài
nghỉ ngơi cũng như chuyển đất ra khỏi giếng mà không cần giảm áp suất không khí
nén, người ta sử dụng buồng hơi ép (6) gắn trên ống giếng (5). Ống giếng (5) gồm
nhiều đốt được lắp ghép lại với nhau và lắp chặt với trần buồng giếng chìm. Khi hạ
giếng xuống sâu, ống giếng được lắp thêm các đốt cho dài ra.
7-1
- Chương 7. Móng sâu
Hình 7.1: Sơ đồ giếng chìm hơi ép.
Buồng hơi ép (6) gồm buồng chủ (a), thùng cho người ra vào (b) và thùng để di
chuyển vật liệu (c). Các thùng (b) và (c) có cửa thồng với thùng chủ. Để khỏi gây ra sự
tăng giảm đột ngột về áp suất không khí, có hại cho sức khỏe con người, trước khi cho
người vào buồng giếng (1) phải để họ ở thùng (b) rồi tăng áp suất không khí lên một
cách từ từ, còn khi đưa người từ buồng giếng ra ngoài thì phải giảm áp suất từ từ.
Sau khi người vào camera (b), đóng cửa lại và xả không khí vào đó, áp suất không
khí trong camera tăng lên. Thời gian xả không khí vào camera phụ thuộc vào áp suất
không khí trong buồng giếng và kéo dài từ 6 ÷ 12 phút. Khi áp suất trong camera phụ (b)
và camera chủ bằng nhau thì có thể mở cửa và đi vào camera chủ rồi từ đó theo thang
đặt trong ống giếng để vào buồng giếng.
7-2
- Chương 7. Móng sâu
Khi người trong buồng giếng ra ngoài thì tiến hành theo trình tự ngược lại, nhưng
thời gian họ ở lại trong camera phụ (b) để hạ áp suất không khí xuống dần phải kéo dài
từ 14 phút đến 1giờ 25 phút.
Đất trong giếng được đào ở phần giữa rồi đào dần ra vùng chân giếng và chuyển
ra ngoài qua camera (c), có thể đào đất bằng tay hoặc bằng vòi phụt nước. Đồng thời
với việc đào đất trong lòng giếng, người ta xây thân giếng. Để tránh tình trạng ma sát
giữa mặt ngoài thành giếng với đất vượt quá trọng lượng giếng, cần đào đất rộng ra
ngoài thân giếng một đoạn 0,1 ÷ 0,15m. Để hạ giếng nhanh người ta có thể đào hào theo
chu tuyến buồng giếng và moi đất dưới chân giếng ra. Sau đó hạ áp suất trong buồng
giếng xuống 50% (không được giảm nhiều hơn nữa). Khi đó khí nén trong buồng giếng
sẽ ít cản lại sự hạ giếng và giếng hạ xuống nhanh hơn. Theo cách này mỗi lần chỉ hạ
được 0,5m. Khi giếng bị chệch thì phải chỉnh lại.
Ngày nay ở nhiều nước người ta sử dụng sơ giới để đào đất, do đó giảm được rất
nhiều khó khăn khi thi công giếng chìm hơi ép. Đất được đào bằng vòi phun nước và
bùn được vận chuyển ra ngoài bằng máy hút bùn. Dùng phương pháp này có thể tự
động hóa toàn bộ quá trình hạ giếng, con người không phải làm việc trong buồng hơi
ép. Đào đất bằng vòi phụt nước có hiệu quả đối với đất cát và bùn.
Khi hạ giếng chìm hơi ép xuống đất yếu, để tránh tình trạng giếng bị hạ xuống
quá nhanh ở giai đoạn đầu, người ta kê buồng giếng lên sàn để tăng diện tích tiếp xúc
nhằm giảm áp lực.
Sau khi giếng hạ đến độ sâu thiết kế người ta tháo thiết bị ra và lấp đầy bêtông
vào phần rỗng bên trong.
Khi hạ giếng trên vùng đất khô, để giảm bớt công việc đào đất trong buồng giếng
trong điều kiện áp suất cao rất có hại cho sức khỏe, người ta đào hố sẵn nhưng đya hố
phải cao hơn mức nước ngầm ít nhất 0,5m. Khi hạ giếng trên khu đất ngập nước thì có
thể dùng đảo nhân tạo (đắp bằng đất, cát cho cao hơn mặt nước) dùng phương pháp
treo trên giá đỡ và phương pháp thả nổi. Khi hạ giếng vào đá có thể xảy ra tình trạng
tường ngoài của giếng bị ép vào mặt đá làm cho giếng bị kẹp không hạ xuống được.
Để tránh tình trạng đó, khi đào đá dưới chân giếng phải đào rộng ra một khoảng ≥ 0,1m
so với mặt ngoài chân giếng. Nếu chân giếng kê trên tầng đá có nóc lớp nghiêng thì để
giảm công tác đào đất có thể không cần san bằng mặt đá mà chỉ đào đá dưới chân giếng
để toàn bộ chân giếng tiếp xúc với đá.
Để giảm bớt ma sát giữa đất và giếng, mặt ngoài của giếng chìm hơi ép phải
phẳng và trơn. Vì vậy bề mặt các ván khuôn ốp vào mặt tường giếng phải khít nhau.
7-3
- Chương 7. Móng sâu
Hình 7.2: Một số ví dụ về cấu tạo chân giếng chìm hơi ép
Giếng chìm hơi ép có nhiều nhược điểm như thi công chậm, giếng là một khối
lớn tốn nhiều vật liệu nên giá thành cao, công nhân phải làm việc trong điều kiện áp
suất cao rất có hại cho sức khỏe. Ngoài ra, vì con người có thể làm việc được dưới áp
suất tối đa là 3,9atm nên chỉ hạ được giếng đến độ sâu 39m. Do đó giếng chìm hơi ép
dùng khi phải hạ xuống khu đất có nhiều chướng ngại như đá tảng, gốc cây. Một ví dụ
về cấu tạo giếng chìm hơi ép được trình bày ở hình 7.2.
7-4
- Chương 7. Móng sâu
7.2.1. Tính toán giếng chìm hơi ép
Trong quá trình sử dụng, giếng chìm hơi ép chịu các tải trọng giống như giếng
chìm và được tính toán hoàn toàn tương tự.
Khi hạ giếng có các tải trọng sau đây tác dụng:
P_ Trọng lượng bản thân của giếng, buồng hơi ép, ống giếng;
P’_ Trọng lượng bản thân buồng giếng;
N_ Áp lực của khí nén trong buồng giếng tác dụng lên chân giếng theo phương
ngang;
Q_ Áp lực của khí nén trong buồng giếng tác dụng lên tấm trần theo phương
thẳng đứng;
Phản lực đứng R1, R2 và nằm ngang H của đất dưới công son;
Áp lực ngang lên tường phía ngoài của buồng giếng do cột nước W và áp lực đất
E;
Ma sát giữa đất với mặt ngoài chân giếng và thân giếng T = E.f;
f_ Hệ số ma sát giữa bêtông và đất (đất cát: f = 0,5; đất sét: f = 0,3).
7.2.2. Tính toán tấm trần
Trong quá trình đúc và hạ giếng chìm hơi ép có các lực sau đây tác dụng lên tấm
trần:
- Trọng lượng bản thân tấm trần;
- Trọng lượng của khối xây thân giếng lên tấm trần (thường lấy bằng trọng
lượng khối xây có chiều cao 1,5 ÷ 2,0m);
- Áp lực của khí nén tác dụng lên tấm trần Q = 1,0.F.h (với h_ độ sâu kể từ mực
nước đến chân giếng; F_ diện tích giếng chìm hơi ép trong mặt bằng).
Các tải trọng này sẽ thay đổi trong từng giai đoạn thi công. Do đó khi xác định nội
lực trong các bộ phận giếng chìm hơi ép, người ta tính cho giai đoạn hạ giếng để biêt
tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất xảy ra ở giai đoạn nào.
Người ta xét các trường hợp sau:
1. Giếng hạ đến độ sâu thiết kế, trong buồng giếng có áp lực toàn phần của khí
nén tác dụng; chân giếng cắm sâu vào đất 0,5m. Ở trạng thái đó người ta xác
định nội lực ở chỗ ngàm chân giếng và tấm trần khi giếng bị uốn về phía đất.
2. Giếng hạ đến độ sâu thiết kế, áp suất không khí trong buồng giếng giảm
xuống 50%, đất ở chân giếng đã đào đi. Lúc đó giếng lún thụt xuống, gây ra
một lực lớn nhất trong mặt cắt giống như trường hợp trên nhưng lúc này chân
giếng bị uốn vào phía trong buồng.
3. Giếng ở mặt đất trước khi hạ nhưng trên trần có khối xây thân giếng. Lúc đó
sẽ xuất hiện mômen uốn lớn nhất ở tấm trần buồng giếng.
4. Giếng nằm trên giá đỡ chỉ có trọng lượng bản thân tác dụng. Lúc đó tấm trần
được kiểm tra theo sự uốn bởi mômen do chân giếng gây ra.
Khi tính toán chân giếng, người ta tách ra một dải rộng 1m theo chiều cao giếng
để tính.
7-5
- Chương 7. Móng sâu
Khi tính toán tấm trần, người ta quan niệm như bản kê 4 cạnh hoặc dầm đơn
giản.
7.3. Giếng chìm
Giếng chìm là giếng trọng lực (giếng khối) được hạ xuống đất nhờ trọng lượng
bản thân kết hợp với việc đào đất trong lòng giếng ra.
7.3.1. Cấu tạo
Bộ phận cơ bản của giếng chìm là thành giếng dày đổ tại chỗ. Nếu giếng có kích
thước lớn trong mặt bằng thì lòng giếng được ngăn ra nhờ các vách đứng tạo thành
những buồng nhỏ. Kích thước các buồng này được lấy tương ứng với kích thước của
thiết bị xúc đất. Chân tường trong của giếng cao hơn chân tường ngoài 0,5 ÷ 2,0m. Chân
giếng là bộ phận xuyên vào đất đầu tiên nên được vát nghiêng ở phía trong và được gia
cường.
Để trọng lượng giếng thắng ma sát khi hạ giếng và đảm bảo điều kiện bề dày
tường ngoài bằng 0,3 ÷ 1,5m, bề dày tường trong bằng 0,3 ÷ 0,7m.
Thành giếng có thể thẳng đứng hoặc khi cần ma sát khi hạ giếng, mặt ngoài thành
giếng được chế tạo với độ nghiêng 1:80 đến 1:120 so với trục đứng hoặc làm bậc, bề
rộng của bậc không quá 7 ÷ 20cm để tránh làm giảm ổn định khi hạ giếng. Loại giếng
thành nghiêng và loại có bậc khi hạ xuống dễ làm đất quanh giếng bị vỡ lở xốp làm
mất ổn định của nền các công trình gần nơi hạ giếng.
Nếu dùng một giếng làm móng thì mặt cắt ngang của giếng phải giống mặt bằng
của kết cấu bên trên. Giếng có mặt bằng hình tròn có nhiều ưu điểm so với giếng có
hình dạng khác, nó dễ chế tạo, khi hạ xuống đất ít bị vênh lệch hơn, chi phí cốt thép là
ít nhất. Do vậy, nếu chọn phương án giếng chìm thì nên cố gắng dùng giếng tròn và
cho kết cấu bên trên có dạng gần với hình tròn.
Nếu tỷ số giữa các cạnh của móng trong mặt bằng mà lớn thì dùng giếng có mặt
cắt ngang hình elip hoặc chữ nhật nhưng hai cạnh ngắn được thay bởi hai cạnh hình
tròn. Đối với móng có kích thước lớn thì cho phép dùng loại chữ nhật. Giếng chìm được
làm bằng bêtông cốt thép, đá.
7.3.2. Thi công
Giếng trọng lực được hạ xuống đất nhờ trọng lượng bản thân kết hợp với việc
đào đất trong lòng giếng ra. Khi cần hạ giếng xuống không sâu lắm thì chế tạo toàn bộ
giếng xong rồi hạ xuống. Khi phải hạ giếng xuống sâu thì người ta chế tạo một đoạn
rồi hạ xuống, sau đó tiếp tục đúc đoạn trên và hạ giếng tiếp tục. Mỗi đoạn giếng có
chiều dài từ 3 ÷ 6m. Sau khi hạ xong đoạn giếng đầu tiên, người ta lắp ván khuôn và đổ
bêtông đoạn thứ hai. Sau khi bêtông đoạn thứ hai đủ bền thì tiếp tục hạ và chu trình đó
cứ lặp lại cho đến độ sâu thiết kế.
Công tác đào, chuyển đất ra khỏi lòng giếng và đổ bêtông lòng giếng có thể tiến
hành đồng thời với việc bơm hút ra ngoài hoặc không cần bơm nước ra. Đất được lấy
ra khỏi lòng giếng bằng gầu ngoạm, máy hút thủy lực hoặc máy bơm dâng bằng khí
nén. Biện pháp bơm hút nước chỉ nên dùng khi đất dưới chân giếng không bị lở và trôi
vào lòng giếng. Đất lở sẽ làm tăng thể tích đất phải chuyển ra khỏi lòng giếng và có
thể làm cho các công trình lân cận bị biến dạng, thậm chí biến dạng nghiêm trọng.
7-6
- Chương 7. Móng sâu
Khi mực nước trong lòng giếng cao và đất dễ thấm, khi hạ giếng không được
bơm nước ra mà thậm chí còn phải bơm thêm nước vào lòng giếng để mực nước trong
giếng cao hơn mực nước bên ngoài, để đất (cát nhỏ, bùn) khỏi trôi vào lòng giếng.
Phương pháp hạ giếng chìm không bơm hút nước chi nên dùng khi đất để xói lở
và không lẫn những tảng đá to. Công việc hạ giếng sẽ rất khó khăn nếu nền là đá cứng,
nhất là khi đá có nóc lớp nằm nghiêng. Lúc đó để chân giếng tiếp xúc với nền đá trên
toàn bộ tuyến thì phải dùng phương pháp thi công dưới nước vừa khó khăn lại đắt tiền.
Không được dùng giếng khối tại những vùng đất không ổn định nếu có các công trình
nằm trong phạm vi lăng thể trượt.
Nếu hạ giếng ở nơi khô ráo thi ngay tại đó, người ta san đất, đầm chặt rồi đặt gỗ
kê, đặt ván khuôn rồi đúc giếng. Khi hạ giếng ở vùng ngập nước, nếu nước nông hơn
5m thì dùng đất đổ thành đảo nhân tạo và từ đó tiến hành hạ giếng. Nếu nước sâu hơn
5m thì dùng đất đổ thành đảo nhân tạo sẽ làm hẹp lòng sông nhiều quá thì người ta hạ
giếng với các giá đỡ cố định. Ngoài ra khi nước sâu, người ta dùng giếng nổi được trên
mặt nước. Để giếng có thể nổi được, thành giếng được chế tạo dạng hộp rỗng hoặc
bịt kín giếng rồi cho khí nén vào. Phần phía trên giếng được bịt bằng thép hình cupôn.
Để tăng nhanh tốc độ hạ giếng, người ta có thể dùng các biện pháp hỗ trợ như gia
tải trọng tĩnh, bơm vữa sét bentônit vào khe hở giữa mặt ngoài thành giếng và đất tạo
thành áo sét (áo xúc biến) dày 5 ÷ 10cm.
Trong thực tiễn, người ta đã thi công giếng chìm trọng lực với diện tích 2000m2
trong mặt bằng va có trường hợp hạ giếng 70m kể từ mặt nước, trong đó hơn 40m hạ
vào đất.
7.3.3. Tính toán giếng chìm
7.3.3.1. Sơ bộ xác định bề dày thành giếng
Hình dạng và kích thước của giếng được lựa chọn dựa theo móng được thiết kế.
Để hạ được giếng xuống đất thì trọng lượng của nó phải lớn hơn ma sát giữa
thành giếng và đất.
n
P > m.u.∑ τi h i (7.1)
i =1
Trong đó trọng lượng P được xác định như sau:
Khi hạ giếng có bơm hút nước ra P = V. γ . Khi hạ giếng mà không bơm hút nước
ra thì trọng lượng giếng sẽ giảm, do nó bị tác dụng của lực đẩy nổi Acsimet, lúc đó
trọng lượng giếng bằng:
P = V.( γ − γ w )
Trong đó:
V_ Thể tích tường giếng;
γ _ Trọng lượng riêng của vật liệu thành giếng đã nhân với hệ số vượt tải bằng
0,9;
γ W _ Trọng lượng riêng của nước bằng 9,8065 kN/m3 ≈ 10 kN/m3;
m_ Hệ số điều kiện làm việc lấy bằng 1,3;
7-7
- Chương 7. Móng sâu
u_ Chu vi của giếng;
hi_ Chiều dày đất mà giếng xuyên qua lớp thứ I;
τi _ Ma sát đơn vị giữa thành giếng và lớp đất thứ i.
Dựa theo V ta xác định được bề dày cần thiết của tường giếng.
7.3.3.2. Kiểm tra độ bền của tường giếng
Khi hạ xuống đất, tường giếng ở trạng thái ứng suất phức tạp dưới tác dụng của
các lực sau:
- Áp lực chủ động của đất:
ϕ
σ a = γ.h.tg 2 (45 o − ) ;
2
- Áp lực của nước (nếu hạ giếng có bơm hút nước):
σ w = γ w .h n ;
- Phản lực và lực đạp của đất dưới chân giếng;
- Trọng lượng bản thân của giếng;
- Ma sát giữa tường và đất.
Tính toán tường giếng theo sự uốn trong mặt phẳng nằm ngang: được tính theo áp
lực nước và đất từ phía ngoài. Khi giếng hạ đến độ sâu thiết kế, áp lực của đất được
tính như áp lực chủ động lên tường chắn. Khi hạ giếng có bơm hút nước, trọng lượng
trên 1m dải chịu tải lớn nhất, liền với chân giếng có thể xác định theo công thức:
p = (σ a + σ w )(d + h k ) (7.2)
Trong đó:
ϕ
σ a = γ w .h.tg 2 (45 o − ) ; σ w = 10.h1
2
σ w _ Áp lực nước tĩnh;
h1_ Khoảng cách từ mặt nước đến đáy giếng;
hk_ Chiều cao chân giếng;
Theo áp lực p đã tìm được, ta tính mômen uốn trong tường giếng và lực dọc theo
các công thức ứng với hình dạng mặt cắt ngang của giếng.
Hình 7.3: Mômen uốn và lực dọc tác dụng tại tiết diện giếng chìm.
Giếng hình elip (hình 7.3a):
7-8
- Chương 7. Móng sâu
- Mômen uốn tại tiết diện a:
M a = p.a 2 .α (7.3)
- Mômen uốn tại tiết diện c:
M c = −p.a 2 .β (7.4)
Trị của các hệ số α , β cho trong bảng 7.1.
Bảng 7.1: Trị số của α , β .
a/b 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3
α 0 0,057 0,133 0,237 0,391 0,629 1,049 1,927
β 0 0,060 0,148 0,283 0,496 0,871 1,576 3,128
Lực dọc:
- Tiết diện a:
Na = p.a (7.5)
- Tiết diện c:
Nc = p.b (7.6)
Giếng chữ nhật có hai cạnh thay bằng hai nửa vòng tròn (hình 7.3b): Mômen uốn
max và lực dọc đối với các tiết diện a, c xác định theo công thức:
- Tại tiết diện a:
p.t 2 2 + 3πn + 12n
Ma = .
2 π (7.7)
1+ n
2
N a = p.r (7.8)
- Tại tiết diện c:
t
M c = M a − p.t. + r (7.9)
2
N c = p.b (7.10)
Ở đây:
r
n=
t
Khi hạ giếng, chân giếng sẽ làm việc trong điều kiện bất lợi nhất.
Để tính toán chân giếng, người ta quan niệm nó như một côngson rộng 1m được
tách ra bởi 2 mặt phẳng thẳng đứng, ngàm vào thành giếng. Côngson được tính theo sự
uốn ứng với 2 trường hợp nguy hiểm nhất.
Trường hợp 1:
Giếng hạ đến độ sâu thiết kế, đất duới chân giếng đã đào hết (hình 7.4), chân
giếng bị uốn vào phía trong giếng. Lúc đó trọng lượng giếng được cân bằng bởi lực ma
7-9
- Chương 7. Móng sâu
sát xuất hiện ở mặt ngoài của giếng. Mômen uốn của tiết diện a-a xác định theo công
thức:
M a ' = n1 (E a + Wn )l1 + n 2 G K l 2 − n 3TK l 3 (7.11)
Lực dọc:
N' = TK − G K (7.12)
Ở đây:
G K _ Trọng lượng côngson;
TK _ Lực ma sát tác dụng ở mặt ngoài côngson;
ϕ
σ a = γ.h.tg 2 (45 o − ) ;
2
n1_ Hệ số vượt tải của áp lực đất và nước n1 = 1,3 ;
n2_ Hệ số vượt tải của trọng lượng thành giếng n 2 = 1,1 ;
n3_ Hệ số an toàn của lực ma sát n 3 = 0,9 ;
Hình 7.4: Sơ đồ tính côngson trong trường hợp 1.
Trường hợp 2:
Giếng hạ xuống được một nửa độ sâu thiết kế (hình 7.5) phía trên đã đổ bêtông
đoạn giếng tiếp theo còn chân giếng cắm vào đất 1,0m. Trọng lượng giếng được cân
bằng bởi lực ma sát, phản lực thẳng đứng của đất và phản lực của phần ngang chỗ vát
xuống đế tường ngoài côngson chịu tác dụng của áp lực chủ động của đất và áp lực
nước, phản lực của đất nền theo phương ngang và phương thẳng đứng, lực ma sát giữa
đất và mặt ngoài vách giếng.
7-10
- Chương 7. Móng sâu
Hình 7.5: Sơ đồ tính côngson trường hợp 2.
Tải trọng thẳng đứng do trọng lượng bản thân giếng trên 1m chân giếng theo
phương ngang được lấy bằng:
GH
p= (7.13)
2( a + b )
Áp lực đất và nước ở độ sâu chân giếng lấy bằng:
H
p = n4. (7.14)
2
n4_ Hệ số vượt tải lấy n 4 = 0,7 .
H
Lực ma sát trong phạm vi lấy bằng
2
T = 0,5E a (7.15)
2
1 H ϕ
E a = γ tg 2 45 o −
2 2 2
Các ký hiệu giống như trên.
Các phản lực nằm ngang và thẳng đứng xuất hiện khi chân giếng cắm vào đất xác
định theo công thức:
R = V1 + V2 (7.16)
U = V2 tg (α c + δ)g (7.17)
V2 = R − V1 (7.18)
C1
V1 = .R
C2 (7.19)
C1 +
2
C 2 = h v cot gα c (7.20)
7-11
- Chương 7. Móng sâu
α c _ Góc nghiêng của phần vát chân giếng;
δ _ Góc ma sát ngoài giữa đất và bêtông tường giếng;
hv
Lực U được coi là đặt tại cao độ .
3
Các ký hiệu khác như trên hình vẽ.
Mômen uốn và lực dọc tại tiết diện a-a của côngson xác định theo công thức:
M a −a = n 1 (E a + Wn )l1 + n 2 G K l 2 + n 2 v 2 l 5 +
h
n 3TK l 3 − n 2 v1l 4 − n 2 U h K − v (7.21)
3
N a −a = R + TK − G K (7.22)
Theo trị số M, N ta tính tiết diện bêtông cốt thép của côngson chịu nén lệch tâm và
chọn cốt thép theo các phương pháp bêtông cốt thép.
Vách giếng chịu áp lực đất và các lực khác sẽ bị nén lệch tâm trong mặt phẳng
nằm ngang theo 2 phương.
Trị số max của lực ngang và mômen xác định theo:
n1pl n pl 2
N max = ; M max = 1 (7.23)
2 14
Khi hạ giếng, do đào đất dưới chân giếng và sự tập trung lực ma sát ở phần trên
của giếng có thể xảy ra tình trạng là tại tiết diện nằm ngang x-x (hình 7.6) sẽ xuất hiện
ứng suất kéo có trị số vượt quá độ bền của tường giếng. Lực kéo tại tiết diện x-x:
Sx = G x − Tx (7.24a)
G x , Tx _ Lần lượt là trọng lượng giếng và lực ma sát ở phần giếng phía dưới tiết
diện x-x.
Nếu biểu đồ của lực ma sát có dạng tam giác thì lực kéo giếng xác định theo công
thức:
G t (a + b ) 2 G G
S= x− M x = x − 2 x2 (7.24b)
H H H H
Trị số lớn nhất của lực kéo xác định theo:
G
S=
4
H
Điều đó ứng với: x =
2
7-12
- Chương 7. Móng sâu
Hình 7.6: Sơ đồ kiểm tra giếng theo sự kéo đứt.
Việc tính toán giếng theo lực kéo tiến hành theo công thức chịu kéo của cấu kiện
bêtông cốt thép hoặc bêtông.
Khi chế tạo giếng cần kiểm tra độ bền vách đoạn giếng đầu tiên. Sự uốn của
vách giếng do trọng lượng bản thân có thể làm giếng không đủ độ bền để chịu đựng.
Mômen uốn lớn nhất thường xuất hiện khi bỏ giếng ra khỏi đệm kê cố định cuối
cùng.
Khi hạ giếng có thể xuất hiện ứng suất kéo đáng kể do sự chênh lệch cũng như
do phần trên giếng bị ép vào đất còn phần dưới của giếng bị treo vì đào đất đi. Để tránh
sự hư hỏng trong các trường hợp đó, người ta đặt cốt dọc chịu lực theo phương thẳng
đứng, các cốt này được liên kết với nhau bằng các cốt đai ngang hoặc cốt đai lò xo.
Thường cốt dọc được bố trí theo 2 hàng.
Khi xác định đường kính và khối lượng cốt thép dọc, người ta tính theo 1/2 trọng
lượng giếng.
7.4. Tính toán móng sâu ngàm vào đất
Khi tính toán móng nông ta không xét đến sức cản của nền theo mặt xung quanh
móng bởi vì khi móng nông thì ảnh hưởng của nó không đáng kể. Ngược lại đối với
móng sâu thì ảnh hưởng đó lớn và ta phải xét đến.
Dưới tác dụng của lực ngang và mômen, móng sẽ quay quanh trục đi qua điểm D
nằm trên trục đứng của móng.
Phương pháp tính toán mà ta xét sau đây là của Zavriev, đã được đưa vào quy trình
thiết kế CH200-62 của Liên Xô cũ. Phương pháp này được xây dựng trên cở sở các giả
thuyết:
- Đất được coi là môi trường đàn hồi với hệ số nền tăng theo chiều sâu theo quy
luật bậc nhất và tại mọi độ sâu tính nén của đất dưới tác dụng của áp lực
ngang và thẳng đứng đều được đặc trưng bởi một hệ số nền.
- Độ cứng của móng coi là lớn vô cùng so với độ cứng của đất, nghĩa là trong
tính toán không kể đến biến dạng của móng.
7-13
- Chương 7. Móng sâu
- Dưới tác dụng của lực đứng, lực ngang, móng lại trượt theo mặt phẳng của
nền và quay quanh một điểm nào đó gọi là tâm quay tức thời.
Sự trượt của móng sẽ bị cản trở lại bởi lực ma sát và sức chống của đất theo mặt
nền và mặt thẳng đứng phía trước. Sự quay của móng sẽ bị cản trở lại bởi sức chống
của đất tại mặt trước và mặt sau của nền.
Khi tính toán móng sâu ngàm vào đất, người ta chia làm hai loại:
- Tuyệt đối cứng nếu α.h ≤ 2,5 ;
- Có độ cứng hữu hạn nếu α.h > 2,5 .
Trong đó:
K.b t
α=5 (7.25)
EJ
h _ Độ sâu chôn móng vào đất;
EJ _ Độ cứng chống uốn của móng;
K _ Hệ số, thể hiện sự thay đổi hệ số nền theo độ sâu và lấy theo bảng của Quy
phạm (bảng 5.14).
Nếu từ đế móng trở lên đất gồm nhiều lớp thì trị số m lấy trung bình theo biểu
thức:
- Khi có 2 lớp:
K 1h 1 ( 2 h m − h 1 ) + K 2 ( h m − h 1 ) 2
K= (7.26)
h2m
- Khi có 3 lớp:
K1h1 [ 2(h 3 + h 2 ) + h1 ] + K 2 h 2 (2h 3 + h 2 ) + K 3 h 3
2
K= (7.27)
h2m
Trong đó:
K i _ Hệ số nền của lớp thứ I;
h i _ Chiều dày mỗi lớp trong phạm vi h m ;
h m = 2(D + 1)
D _ Đường kính hoặc cạnh móng, m;
b t _ Bề rộng tính toán của móng mà theo đó ta xác định áp lực ngang của đất trên
mặt bên của móng:
b t = n (b + 1) ;
b _ Hình chiếu của tiết diện móng trên mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng tác
dụng của lực;
7-14
- Chương 7. Móng sâu
n _ Hệ số kể đến hình dáng tiết diện ngang móng ở vị trí mà qua đó móng gây áp
lực ngang vào đất. Đối với móng có tiết diện tròn n = 0,9; chữ nhật n = 1,0; tiết
d
diện như hình 7.7 thì n = 0,9 .
b
Trường hợp móng tuyệt đối cứng. Xuất phát từ các giả thiết nêu trên, ta thấy nếu
do biến dạng đàn hồi của đất, móng quay đi một góc vô cùng bé thì các mặt bên của
móng cũng nghiêng đi một góc bằng góc quay của đế móng so với nền. Sự quay của
móng xảy ra quanh một điểm gọi là tâm quay.
Hình 7.7: Giếng chữ nhật có hai cạnh ngắn thay bằng hai nửa vòng tròn.
Ta phân ra 3 trường hợp chuyển vị khả dĩ của móng trong đất (hình 7.8).
- Trường hợp 1: Nền chuyển vị quay về phía ngược lại hướng tác dụng của lực
ngang, tâm quay nằm cao hơn đế móng.
- Trường hợp 2: Nền không chuyển vị, tâm quay nằm ở mặt nền tiếp xúc với đế
móng.
- Trường hợp 3: Nền chuyển vị theo hướng tác dụng của lực ngang, tâm quay
nằm thấp hơn đế móng.
Ở trạng thái cân bằng có các lực sau đây tác dụng lên móng: ngoại lực H, N; trọng
lượng bản thân của móng G; tổng hợp lực của thành phần thẳng đứng của áp lực đất
theo mặt bên H1 và của nền N1.
7-15
- Chương 7. Móng sâu
Hình 7.8: Sơ đồ chuyển vị của móng và tráng thái ứng suất của đất
a. Khi z0 < h; b. Khi z0 = h; c. Khi z0 > h.
Để xác định thành phần thẳng đứng của áp lực đất theo mặt bên và theo mặt xung
quanh móng ta sử dụng mối quan hệ tuyến tính giữa chuyển vị và áp lực. Đất được coi
là nền Winkler với hệ số nền tăng theo chiều sâu theo quy luật bậc nhất. Theo các giả
thiết đó ta tìm được biểu đồ phản lực của đất theo mặt bên của móng tuân theo luật
Parabol còn biểu đồ áp lực tiếp xúc dưới đế móng tuân theo luật đường thẳng.
Theo nguyên lý độc lập tác dụng của các lực, ta xét riêng chuyển vị thẳng đứng,
chuyển vị ngang, góc xoay, xác định phản lực của đất tại đế móng và tại mặt xung
quanh móng.
Khi móng chuyển vị thẳng đứng một đại lượng z thì xuất hiện phản lực phân bố
đều c z '.z (hình 7.9a). Tổng hợp lực thẳng đứng của phản lực này bằng abc z '.z .
Ở đây: c z ' _ hệ số nền theo phương thẳng đứng tại đế móng.
Khi móng chuyển vị ngang, theo mặt bên ở phải phải xuất hiện phản lực tăng theo
chiều sâu theo luật tam giác (hình 7.9b). Áp lực phản lực ở độ sâu z kể từ mặt đất bằng
c x '.z.x
.
h
Trong đó: c x ' _ hệ số nền theo phương ngang ở độ sâu đế móng. Tổng hợp lực
c '.b.h.x
của áp lực này bằng x .
2
Mômen của tổng hợp lực tương ứng với điểm B bằng:
c x '.h.x 2 c '.h 2
.b. h = x .x.b (7.28)
2 3 3
Khi móng quay quanh điểm B một góc ϕ , trên mép trái áp suất phản lực phân bố
theo quy luật Parabol. Tổng hợp lực của áp lực này bằng:
h
z h 2ϕ
∫ c x '. h .b.ϕ.dz = c x ' 3 b (7.29)
0
Mômen tổng hợp lực ứng với điểm B bằng:
c x '.h 2 .ϕ 3 c '.h 3 .ϕ.b
.b. .h = x (7.30)
3 4 4
c z aϕ
Biểu đồ phản lực theo đế móng có dạng tam giác với tung độ lớn nhất là ±
2
(hình 7.9c).
7-16
- Chương 7. Móng sâu
Hình 7.9: Sơ đồ tính toán chuyển vị của móng
a. Chuyển vị thẳng đứng; b. Chuyển vị ngang; c. Góc xoay.
Các phương trình cân bằng có dạng:
∑ Z = 0 ⇒ N + G − c z '.a.b.z = 0
b.c x '.h c x '.h 2
∑ X = 0 ⇒ H − 2 .x + b. 3 ϕ (7.31)
bc ' h 2
c 'a 3
c 'h
3
∑ M B = 0 ⇒ Hh '+ Na 1 + x
3
x − ϕ.b z
12 + x
4
= 0
Giải hệ phương trình này ta được các chuyển vị cần tìm.
G+N
z= (7.32)
c z '.a.b
2H 8h[ ( 2h + 3h ' ) H + 3Na 1 ]
x= +
c x '.h.b c ' (7.33)
bc z ' 3a 3 + x .h 3
cz '
12[ H(2h + 3h ' )3Na 1 ]
ϕ=
c ' (7.34)
bc z ' 3a 3 + x .h 3
cz '
Theo z, x, ϕ vừa tìm được ta xác định ứng suất theo đế móng theo mặt phẳng bên:
Ứng suất ở mép móng:
G + N 6[ aH(2h + 3h ' ) + 3Naa 1 ]
σ max = ±
min ab 3 cx ' 3 (7.35)
3a +
.h b
cz '
Cường độ phản lực theo độ sâu z kể từ mặt đất bằng:
7-17
- Chương 7. Móng sâu
c x '.z
gz = ( z.ϕ − x ) (7.36)
h
Cho g z = 0, ta có thể xác định được vị trí tâm quay và đặc điểm chuyển vị của
móng trong đất:
cx ' 3
3a 3 + .h
x 2 cz '
z0 = = h+ (7.37)
ϕ 3 c ' N
6 x .h (2h + 3h ' ) − 3 a 1
cz ' H
Ổn định của móng được đảm bảo nếu
σ max ≤ 1,2R
m θh
σ z0 ≤ 0 ; σ h ≤ m 0 h (7.38)
2
cos ϕ
4 tgϕ z
m0 = γ ;θ = 0
cos ϕ h
Trong đó:
γ _ Trọng lượng thể tích của đất;
ϕ _ Góc ma sát trong của đất;
R _ Cường độ tính toán của đất nền.
Trường hợp móng có độ cứng hữu hạn: α.h > 2,5.
Ta xét phương pháp của K.X.Xilin, K.X.Zaiev, G.X.Spirô. Đất được coi là môi
trường biến dạng đàn hồi với hệ số nền tăng theo chiều sâu theo luật đường thẳng.
Các tác giả của phương pháp này đã sử dụng lời giải của giáo sư I.V.Urban cho trường
hợp tường mềm trong môi trường đàn hồi chịu lực ngang và mômen. Họ đã phát triển
thêm phương pháp của Urban và có kể đến sức cản của đất theo đế móng. Theo Urban,
ổn định của tường mềm trong môi trường đàn hồi được thể hiện bởi phương trình vi
phân:
d 4 x a + bx
+ x=0 (7.39)
dy 4 h
Ta lại có:
C 'x ,h − C 'x , 0
C '
x ,z =C '
x,0 + (7.40)
h
a + bx
= γz
EJ
4 (7.41)
b
γ=5
(EJ ) 4
Trong đó:
7-18
- Chương 7. Móng sâu
z _ Biến số mới;
C'x , 0 ; C'x ,h _ Hệ số nền theo phương ngang tại mặt đất và ở độ sâu h.
Phương trình vi phân (7.39) có thể viết:
d4x
+ zx = 0 (7.42)
dy 4
Ở đây:
a + bx
z=
EJγ
Khi C x , 0 = 0, z = βx
'
Trong đó:
C 'x ,h
β=5
hEJ
Giáo sư Urban đã tìm được nghiệm của 7.42 dưới dạng:
ϕ0 M H
x z = x 0 A1 + B1 + 20 C1 + 30 D1
β β β
ϕz ϕ0 M0 H0
= x 0A 2 + B2 + 2 C2 + 3 D 2
β β β β
(7.43)
Mz ϕ0 M0 H0
= x 0A3 + B3 + 2 C 3 + 3 D 3
β2 β β β
Qz ϕ0 M0 H0
= x 0A4 + B4 + 2 C 4 + 3 D 4
β 3
β β β
Trong đó:
x 0 , ϕ0 _ Chuyển vị ngang và góc xoay tại điểm ban đầu z = 0;
M 0 , H 0 _ Mômen uốn và lực ngang;
x z , ϕz , M z , Q z _ Lần lượt là độ võng, góc xoay, mômen, lực cắt tại độ sâu z.
Các hàm ảnh hưởng xác định theo công thức sau:
z5 z10 z15
A1 = 1 − +6 − 11.6 ...
5! 10! 15!
z 6
z 11
z 16
B1 = z − 2 + 7.2 − 12.7.2 ...
6! 11! 16!
2 7 12 (7.44)
z z z z17
C1 = − 3 + 8. 3 − 13.8.3 ...
2! 7! 12! 17!
z3 z8 z13 z18
D1 = − 4 + 9.4 − 14.9.4 ...
3! 8! 13! 18!
7-19
- Chương 7. Móng sâu
Để tìm trị số của A2, A3, A4 ta lần lượt lấy đạo hàm bậc nhất, bậc 2 và bậc 3 của
A1. Đối với các hàm số còn lại ta cũng làm tương tự.
Sức cản của nền được xác định theo công thức:
M đ = ϕđ .C z .J n (7.45)
Ở đây:
M đ _ Mômen tại đế móng do phản lực của nền;
ϕđ _ Góc xoay của đế móng;
C z _ Hệ số nền tại đế móng;
J n _ Mômen quán tính của đế móng.
Việc tính toán được tiến hành theo trình tự sau:
- Trước tiên xác định hệ số biến dạng theo công thức:
K.d
α=5
EJ
- Tìm các chuyển vị δ1 , δ 2 , δ3 (xem hình 7.10) theo các công thức sau:
Hình 7.10: Sơ đồ chuyển vị của móng
a. H = 1; b. M = 1.
l3
δ1 = 0 + δ MM l 0 + 2δ MH l 0 + δ HH
2
3EJ
l0
δ2 = + δ MM (7.46)
EJ
l0
δ3 = + δ MM l 0 δ MH
2EJ
Trị số của δ MM , δ MH , δ HH phụ thuộc vào độ sâu tính đổi của móng trong đất
z = α.h ;
δ MM _ Chuyển vị xoay do M = 1 gây ra;
δ HH _ Chuyển vị ngang do H = 1 gây ra;
7-20
nguon tai.lieu . vn
