Tài liệu Nền và móng các công trình dân dụng công nghiệp.

1U Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C K IẼ N T R Ú C H A N Ộ I CK.0000068935 IĂ N QUẢNG -KS. NGUYỄN HỮU KHÁNG -K S. UÔNG ĐÌNH CHAT NỀN VÀ MÓNG CÁC CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG - CÔNG NGHIỆP NHÀ XUẤ T BẢN XÂY DỤNG T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C K IÊ N T R Ú C H À N Ộ I GS. TS. NGUYỄN VĂN QUANG - KS. NGUYÊN HỮU KHÁNG KS. UÔNG ĐÌNH CHẤT N Ề N V À M Ó N G CÁC CÔNG TRINH DÂN DỤNG ■ CỐNG NGHIỆP (Tái bản) NHÀ XUẤ T BẢN XÂ Y DỰNG HÀ NỘ I -2 0 1 3 LÒI NÓI DẦU Dê phục vụ cho công tác giáng dạy và hục tập cùa sinh viên các ngành Xây dựHỊỊ dân dụng và công ngliiệp thuộc các hệ dài hạn, cliuyẽn lu vàlại chức. Bộ m ôn Dịu kỹ thuật khoa Xây dựng irưòng Dụi hục Kiến trúc Hà Nội c o lái bàn có bổ sung, điêu chinh cuốn giáo trình "Nền và móng các công trình dân dụng và công nghiệp". Cuốn sách này có thể làm tài liệu tliam khảo cho nliững người thiết k ế nền móng. Klù biên soạn cuốn sách này chúng lôi dữ vận (lụng các tiêu chuẩn hiện lĩành à nưóc la và có trình hày một 'số cách lính theo quy phạm các nước khác như Mỹ, A nh, Pháp, Canada, Nhật Bàn... đê tham khảo. Các ký hiệu được dùng theo quy địnli cùa hội Co học dùì và mỏng quốc tế ISSM FE (International Society fo r Soil Mechanics and Foundation Engineering). Dùng đơn vị SI (System International). Các phần dược phân công như sau : GS. TS Nguyễn Văn Quảng : chương IV KS Nguyền Hữu Kháng : phần mở đàu, chương I, II, III, V, VI. GS TS Nguyễn Văn Quàng và KS Nguyễn Hữu Kháng : chương VII. KS Nguyên Hữu Kháng vd KS Uông Dinh Chất : chương VUI Do thời gian yêu càu rất gấp, các thông tin, tư liệu khua học kỹ thuật về linh vực nền móng nhất lù móng cọc rất nhiều, do kinh nghiệm và kiến thức cỏ hạn nên không tránh khỏi ihiếu sót. Mong bạn đọc chì giáo cho. Mọi sự góp ý về nội dung cuốn sách se được liếp nhận với lòng biết ơn. NHÓM TÁC GIẨ 3 TƯONG QUAN GIỨA CÁC ĐON VỊ HỆ MKGSS VÀ HỆ SI Đơn vị T8n gọi các đại lượng Chiều dài Lực Ký hiệu Tuong quan với đon vị hệ SI Centim et cm l< r2m Micrômét fi m 1 0 '6m KilAgam lực KG 9.80665N T ín gọi Tấn lực T 9806,65N KG/m 9,80665 N/m Tân lực trân m ét T/m 9806,65 N/m Kilôgam lực trên KG/m2 9,80665 Pa KG/cm2 0,098 MPa T/m2 9806,65 Pa KG/cm2 0,098 MPa G/cm3 9,80665 KN/m3 T/m3 9,80665 KN/m3 cm2/KG 0,1 cm2/N Tài trọng ph&n bổ tuyến tinh KilAgam lực trên mét Tài trọng phân bố bề m ặt và các Úng su ãt (sức chđng) mét vuông KiIOgam lực trôn centim ét vuông T ín lực trên m ét • vuông Mỗđun dàn hđi Kilôgam lục trân centimét vuông Trọng lượng riêng Gam lực trôn centim ét khối Tân lực trân m ét khỗi Hộ số biến đổi thố tích Centim ét vuông trên kilâgam lực Ghi chú : Trong tin h toán kỹ th u ật cổ trường họp- cho phổp quy trò n 9,80665 th àn h 9,81. Khi tinh toán khOng yêu c íu chinh xác quá cao th l quy trốn là 10. 4 MỎ DẦU 81. KHÁI NIỆM Để công trìn h tồn tại và sử dụng được m ột cách bình thường thì không những các k ét cáu b ên trên phải đủ độ bền, ổn định mà bản thân nền và móng cũng phải ổn định, có độ bền cần th iét và bién dạng nằm trong phạm vi giới hạn cho phép. N ền là chiều dày cốc lớp đ át đá trực tiếp chịu tài trọng của công trình do m óng truyền xuống. M óng là phần dưới đ á t của công trình làm nhiệm vụ truyền tài trọng của công trình xuống nền. T hiét ké nền m óng là m ột công việc phức tạp vì nó liên quan dén đặc điểm của công trình th iét ké, nền móng công trình lân cận, điều kiện địa chát công trình, địa chất thủy vãn của khu đ á t xây dựng. Bản thân đ á t có nhiều loại khác nhau, ở nhiều trạng thái khác nhau, trong thực tiễn chúng phân bố rá t d a dạng. Ngưởi thiết kế chi có thể chọn dược phương án nền móng bảo đảm điều kiện kỹ th u ật và kinh té trê n cơ sở hiểu biét sâu sắc về cơ học dát, nền và móng, kỹ th u ật thi công nền m óng cùng các khoa học khốc về ngành xây dựng và chi sau khi nghiên cứu kỹ diều kiện địa chát công trình, địa chát thủy văn của khu d át xây dựng và các đặc điểm của công trình. Nếu thiếu các yếu tó vừa nêu thì có thể dãn đến các sai phạm nghiêm trọng trong công tác nên m óng mà hậu quả của nó có thể lá quá thiên về an to àn gây lãng phl hoặc cồng trìn h bị sự có phải có biện phốp sửa chữa hay nguy hại hơn nữa là công trin h bị sụp đổ. Trong thực tiễn, phần nhiều các công trinh bị sự có là do sai sót trong công tác nền và m óng gây ra. Ö đây ta xét m ột số trường hợp công trình bị sự cố. Trạm ché biến ngũ cổc ở Canada được xây dựng vào năm 1912 gồm 65 xi lỗ bằng bètông cố t thép, cao 27,4m, trọng lượng khoảng 20.000 tán. Khi gia tải lẩn dầũ vói 22.000 tán lúa mì, trạm bị lún r ấ t nhiều và bị nghiêng 26°50’ về hướng Tầy, Ỏ phía này mép bản móng bị ép chìm xuống d á t 8,7m, còn ở phía đối diện bản móng bị nâng lên l,5m. Phần công trin h ở phía Bắc lún sâu hơn phía Nam l,2m. Sở dĩ công trình này bị sự cố là do đ át nền bị m át ổn định và bị ép trổi sang một phía. Nhờ có độ cứng lớn nên thân các xilô không bị hư hỏng do dó người ta dã đưa nó về vị trí thẳng đứng nhưng đế công trình phải đ ặt sâu xuống 4,2m so với cát đáy móng lúc đầu. 5 H ìn h 1 : Sụ cố trạm chế biến ngũ cóc Transconski Canada. Trạm chế biến ngũ cốc ở thành phố Fargo (Mỹ) năm 1940 dã bị phá hủy hoàn toàn. Xilô có bề rộng 15m, dài 68,5m, cao 23,25m. Đ ất nền là sét dẻo có độ ẩm tảng theo chiều sâu từ 34 - 46%. Xilô được kiến thiết trên bản móng bêtông cốt thép đ ặt sâu 3,25m. Công trình này bị lún với tốc độ tăng dần theo thời gian H ìn h 2 : Trạm chế biến ngũ cốc ỏ Fargo (My) bị dó 6 và bị đổ d ộ t ngột. N guyên nh ân là do đ á t ở m ép móng bị phá hoại và bị ép trồi ra ngoài. M ột trưởng hợp khác là sự cố của bể chứa dầu cố voi ở F redriestad (Na Uy) năm 1952. Bể chứa có đường kính 25m được kiến th iết trên lớp đ á t sét dẻo yếu có chiều dày lớn. Khi gia tải th ử bằn g cách cho nước vào, bể dã bị lún xuóng và nghiêng. Ngôi nhà nghiền ở Tunhix (Bắc Phi) được xây dựng trên cốt láp, móng nhà là b ản b êtông cốt th ép to àn khối. Ấp lực xuống nền chi bằng 40 KPa. Tầi nạn xảy ra do đ á t nền không đủ độ bển và m át ổn định. Có thể ở đây do nguyên nhân cát bị chảy do rung động và các nguyên nhân khác thường gặp ở cát bão hòa nước chưa được n én chặt. C ầu vòm bêtông cố t thép qua sông K adanca (Nga) xây dựng năm 1929. Mố cầu được kiến th iết trê n cọc gỗ đóng sâu vào d á t 8m. Mỗi mố có 410 cọc. Mặc dù vậy, mố cầu b ên phải đă bị lún trung bình l,5m và bị nghiêng đén mức độ lún lớn n h át của m óng là 2,06m. Nguyên nhân sự cố là do sự lún của lớp than bùn dày 3,6m trong n ền của mố cầu b ê n phải chi cách mũi cọc 3,Om. M ột ví dụ điển hình vể sự lún theo thời gian là tháp Piza (Italia). Đ ây là m ột tro n g những kỳ qu an của th ế giới. H àng năm có tới khoảng 350.000 khách du lịch đ é n tham quan và m ón lợi này Italia đã được hưởng từ nhiều thé kỷ nay. Tháp được xây dựng ở thàn h phố Piza gần sông A m ô. Tháp cao 54,5m. M óng tháp có d ạng vành khuyên với dường kính trong là 4,52m, đưòng kính ngoài 19,5m được ghép từ các tảng đá. D iện tlch đế m óng bằng 282m2, trọ n g lượng tháp 144860KN. Áp lực xuống nền khoảng 510 KN/m2. Đ á t nền gồm lớp cốt dày lim , dưới đó là lớp sé t dày dẻo mềm. T h áp Piza được xây dựng từ năm 1171. Sau khi xây dựng xong tần g th ứ nhốt cao l l m tháp đă bị nghiêng và độ nghiông cứ ngày càng tăng. N ăm 1186 sau khi xây xong tần g b a, công việc p h ải dừng lại. N ăm 1233 người ta xây tần g tư, sau đó 26 năm lại xây luôn tầ n g nàm và tầ n g sáu vởi các cộ t có chiều dài khác n h au dể sàn của tầ n g m ới xây nằm ngang. Lúc đó th á p lại bị nghiêng. Chín m ươi năm sau, đ én năm 1350 người ta mới k é t thúc công việc xây th áp và m ộ t th á p chuông tư ơ ng d ổ i nhẹ đă được xây lên trê n cùng. N hư vậv sau 162 n ăm th áp Piza m ới được xây xong. N hững người xây dựng đ ă làm trầ n ngăn của m ỗi tầ n g d u n g vị trí n ằm ngang nhưng khi họ xây tầ n g sau thi tần g trước đ ã bị nghiêng rồi. K ết qu ả nghiên cứu của giáo dư K arl Terzaghi cho tháy thời gian đầu thốp lún r ấ t m ạnh, càng ngày sự lún càng chậm dần. Nguyèn nhân của sự lún theo thời gian này là do sự ép th o á t nước từ trong 16 rỗng của đ á t sé t mềm. Khi két thúc công việc xây dựng thì đỉnh tháp đá nghiêng khỏi trục đứng 2 ,lm . Tháp bị nghiêng về hướng Nam , tức là về phía sông Arnô chảy qua gần đó. Những năm năm mươi của thế kỷ này hàng năm tháp vẫn lún khoảng l,2min/năm. Tốc dộ nghiêng của tháp lớn n h át vào năm 1958, chì sau m ột năm thốp đã bị nghiêng thêm 12,7mm và gây ra cảm giác là tháp sắp sửa đổ xuống. Đ ến năm 1959 đinh tháp đã lệch khỏi trục đứng 5,29m. Để cứu tháp Piza, các chuyên gia đã đề xuất hàng loạt giải pháp. Vào cuối những năm 1930, người ta đã bơm vữa ximăng vào dưới móng, ngừng kéo chuông và đưa các tuyén giao thông ra khỏi khu vực gần tháp. Các biện pháp này có hiệu quả trong m ột thời gian, nhưj;g sau trận đánh trên sông Araô thì quá trình nghiêng lại tiép diễn m ạnh hưu. Giáo sư R om uan Xebectovich ở trường Đ ại học Bách khoa Gơđanxcơ đã kiến nghị bơm vào đ át dung dịch Silicát N atri và Clorua Canxi. Cốc chát này sẽ tham gia phản ứng hóa học tạo ra hợp chát làm đ á t biến thành khối đá cứng. Ngoài ra các nhà khoa học khác còn kiến nghị các giải pháp khác. Từ I n h 3 : Tháp Piza (Italia) bị nghiêng. năm 1990 người ta dâ đình chi việc thăm viéng tháp Piza dể chuẩn bị sửa chữa. Các kỹ sư và cốc nhà phục ché dã làm cho tháp bớ t nghiêng bằng cách hạ các óng và n h ét vào đ át nền khoảng 670 tán chì. Sự cố của các công trình do sai phạm trong công tác nền và móng gặp rát nhiều trong thực té từ những hiện tượng n ứ t tường làm giảm tuổi thọ của công trình, bị lún nhiều, bị nghiêng cản trở dén việc sử dụng công trình cho đến những trưòng hợp công trình bị sụp đổ. o nưởc ta cũng có khá nhiều công trình bị sự cố. Tầi H à Nội, H ải Phòng, thành phó Hồ Chí Minh, ... có khá nhiều công trìn h bị hư hỏng phải gia cố, sửa chữa. Nguyên nhân có nhiều nhưng chủ yếu là do giải pháp nền m óng chưa bảo đảm yêu cầu kỹ th u ật hoặc do thi công nền m óng công trìn h mới gần công trình dang sử dụng mà không có biện pháp cừ, neo tường cừ để bảo vệ nền công trình cũ hoặc do công trình nhỏ bị lún thêm do ản h hưởng tải trọng công trình lớn ở gần... 8 Nếu công trìn h bị sự cổ phải sửa chữa thì phải chi phl vẽ vật liệu, sức người, máy móc. Công việc sửa chữa thường "khó khăn hơn nhiều so với xây dựng mđi, có khi phải kéo dài thời gian, thường phải buộc nhà máy, xí nghiệp ngừng h o ạt động hoặc sơ tán người ra khỏi nhà để sửa chữa mà tá t cả các việc đó đều gây tổ n phí. M uốn có dược những nền m óng bảo đảm cho công trình sử dụng dược bình thường và thỏa m ãn yêu cầu về kinh tế thì phải chú ý đầy đủ mọi yèu cầu kỹ th u ậ t trong các khâu khảo sát, thiết kẻ, thi công và sử dụng công trình. Khảo sát địa chát công trin h phải phản ánh khá chính xác tình trạn g p hân bó các lớp đát. Phải sử dụng phương pháp khảo sát phù hợp với loại đát, tăng cưòng các phương pháp thí nghiệm hiện trường. Thí nghiệm hiện trường và trong phòng về đất, nước, phải m ang lại k é t quả chinh xác. Người th iết ké phải nghiên cứu kỹ điểu kiện địa ch á t công trình, địa chát thủy văn, đậc điểm công trình, đề xuát phương án nền m óng hợp lý và tính toốn chính xác. Trong thi công phải bảo dảm chát lượng, chú ý không để cho nước ngầm, nước m ặt, tác dụng động của máy móc... phố vỡ k é t cáu của đ á t nền khi dào hố m óng bởi vì hiện tượng phá vở kết cáu của đ á t sẽ gây ra độ lún bổ sung mà độ lún này hiện nay chưa có phương pháp xác định. §2. BIẾN DẠNG CỦA CÔNG TRÌNH KHI NỀN BỊ LÚN T hông qua móng, công trìn h liên hệ với nền. Tấc động của tải trọ n g lên công trinh sẽ truyền xuống n ền qua móng. Bién dạng của nền sẽ làm cho m óng bị lún và làm công trìn h bị bién dạng. N hư vậy công trình - m óng - nển là m ộ t hệ chóng liên quan chột chẽ với nhau, tác dụng qua lại lẫn nhau. 1. Biến dạng của đất nền Đ ất nền có thể bị b ién dạn g theo phương b ấ t kỳ. Bién d ạng đó có thể phân thành các thàn h p h ẩ n theo phương trục đứng và hai trục nằm ngang trong hệ tọ a lđộ Đề các. Các công trìn h d ân dụng và công nghiệp chủ yéu chịu tải trọ n g thẳng đứng nên ta chì chú ý đ én chuyển vị của nền theo phương thẳng dứng còn gọi là độ lún. Độ lún của nền bao gồm các th àn h phần sau : s = s nc + s n + s et + S fk Trong đó : Snc - độ lún do đ á t bị nén chặt bởi tải trọng của công trìn h xét, công trìn h lân cận, sự gia tải gần móng, của cốc tải trọng khác như phương tiện vận tải, sự giảm độ ẩm... Sn - đ á t bị nở ra do m át áp lực bản th ân khi đào hố móng. 9 S e t- độ lún do đ á t nển trong vùng biến dạng dẻo cục bộ ở dưới mép m óng bị ép trồi ra ngoài. Sfk - độ lún do d á t bị phá vã kết cáu do tác dụng động của m áy móc khi đào hố móng, do tác động của ánh nắng m ặt trời, gió làm đ á t ở đáy hố m óng bị giảm độ ẩm hoặc nước mưa làm tăng độ ẩm ; do áp lực thủy động, thủy tĩnh. Ngoài ra còn có thể xảy ra các loại bién dạng khác như hòa ta n muối, p h ân hủy các chát hữu cơ, xói ngầm... 2. Các loại biến dạng của nhả và cAng trình Phụ thuộc vào độ cứng của công trình, tải trọng sự ph ân bó của đ á t trong m ặt bằng có đối xứng hay không mà có thể có cốc loại bién dạng sau : a) Lún d ìu (H ình 4a). Khi toàn bộ công trìn h lún m ột dộ lún như nhau. Trường hợp này xảy ra khi tải trọng, dộ cứng của công trình và tín h nén lún của đ át nền phân bó đồng đều trong m ặt bằng. Trong thực tiễn gặp m ột số trường hợp công trìn h bị lún r á t lớn, chẳng hạn nhà hốt dân tộc ở thành phố Mêhicô đã lún hơn 3m và m uốn đ én bệ đài dộc lập người ta phải từ m ặt dường phố theo m ột cầu thang xuống sâu dưới đát. Cũng tại Mêhicô người ta tháy có những ngôi nhà ở mà cửa ra vào và cửa sổ của tầng m ột đến nay chì nhìn tháy m ột phần rá t bé như cửa sổ con vì những ngôi nhà này bị lún quá nhiều. Tby nhiên các công trình vừa nêu vẫn tồn tại m à không bị hư hỏng vì khi nhà hoặc công trình bị lún đều thì không làm xuát hiện các ứng su ấ t bổ sung trong các két cáu siêu tĩnh. b) Nghiêng (H ình 4b) đó là sự quay của công trìn h so với trục nằm ngang. Trường hợp này có thể xảy ra khi gia tải không đối xứng hoặc khi cốc lớp d ất p han bó không đối xứng so với trục đúng của móng. Loại bién dạng này hay gặp ở cốc công trình có độ cứng lớn. Đối với các công trình cao như ống khói, tháp vô tuyến, nhà cao tần g có m ặt bằng bé... thì sự nghiêng rá t nguy hiểm vì nó sẽ làm tăng m ôm en lật, chính sự tăng m ôm en sẽ làm cho công trình bị nghiêng thêm và có thể dẵn đén công trình bị lật nhào. c) Võng xuống (H ình 4c), vòng lên (H ình 4d). Khi bị các loại biến dạng này công trình sẽ bị uón. Loại bién dạng này có thể gặp ở các công trìn h có độ cứng không lớn. Khi bị võng xuổng thl vùng tường phía dưới bị kéo, vùng trê n bị nén. Do các vật liệu như gạch, bêtông chịu kéo kém hơn nhiều so với chịu nén nên vùng chịu kéo sẽ bị nứt. Khi bị vồng lên thì tình hình sẽ ngược lại, vết nứt sẽ có th ể xuát hiện ở phía trên. 10 Trong m ột công trình dài có thể ở doạn này thì vồng lên, ở đoạn khác lại võng xuống (H ình 4e) khi vồng lên hoặc võng xuống néu công trìn h có dộ cứng càng lớn thì dộ võng càng giảm và ứng suất bổ sung xuát hiện trong kết cáu sẽ càng tăng. H ìn h 4. : Các loại biến dạng cùa cõng trình. d) Lệcli (vênh) xuát hiện khi các phần gần nhau của công trìn h bị lún chênh nhau nhiều và các phần đó vẫn giữ nguyên vị trí thẳng dứng. T rên hình 4g trình bày sự lệch của nhà tường chịu lực còn trên hình 4h trình báy sự lệch của nhà khung. 11 e. Xoắn : H iện tượng xoắn quan sát tháy khi công trình bị nghiêng không như nhau theo chiều dọc và đặc biệt khi sự nghiêng của công trìn h p h át triển theo hai hưóng khác nhau. Các loại bién dạng như nghiêng, võng xuống, vồng lên, lệch, xoắn là do sự lúr, không đều gây ra. Sự lún không đểu làm xuát hiện các ứng su át bổ sung tro»;; các kél cáu siêu tĩnh và nhiều khi làm cho kết cáu bị hư hỏng. 3. Nguyên nhân của sự lún khổng đều Sụ lún không đều, dặc biệt khi có trị số lớn rá t nguy hiểm cho k ết cấu siéu tĩnh, gây cản trở đối với việc sử dụng công trình, làm m át mỹ quan công trình. Do đó phải khống chế sự lún không đều dể nó không vượt quá trị số giới hạn cho phép. Có nhiều nguyên nhân gây ra sự lún không đều, nhưng ta có thể chia ra các loại sau : a) Do lính nén lún cùa dất phân b ố không dóng đều trong mũ! hilfIỊỊ và du ítịa hình phức lạp. Khi trong nền có lớp d át yếu có chiều dày thay đổi nhiều, lúc đó néu tài trọng xuóng các móng như nhau và kích thước các móng như nhau thì dưới móng nào lớp d át yếu có chiểu dày lớn hơn, móng dó sẽ lún nhiều hơn. Ngoài ra lúc đó đáy lớp đ át có độ dóc lớn và có thể toồn bộ hoặc m ột ph ần của lớp đ á t sẽ trượt tương hổ với lớp phía dưới làm cho công trình bị lún không đều. Trưòng hợp trong các lớp đát tố t có các tháu kính đ át yếu như bùn, than bùn, hoặc trong lóp đ át có các tháu kính đát tố t hơn như cát chặt, cuội sỏi, dá mồ côi ; khi trong nền có iạch bùn, hó sâu, giếng đã láp, m óng cũ còn sót lại... Khi công trình nằm à những vùng d át dốc như bd dóc, bờ khe, vực, bờ sông... thi có thể xẩy ra hiện tượng đ ất bị trượt hoặc bị chuyển vị ngang. Khi trong nền có casto phân bó không đểu thì sự lún cũng có thể xảy ra không đều nhau. b) Do đất bị phá vở kết cấu : Khi kết cáu của đ át bị phá vỡ thì nó sẽ lún thêm. Nếu sự phá vở k ét cáu của đ át xảy ra không đồng đều dưới các mỏng thì sẽ xảy ra sự lún không đẻu. Đ át có thể bị phá vỡ kết cáu do sử dụng cốc phương tiện cơ giới nặng để dào hố móng. Khi hố móng đào xong phải để m ột thời gian lâu mới thi công móng, lúc đó vì m ất áp lực bản thân - do dào bỏ d át trong phạm vi hó m óng - đ át sẽ bị nở ra và k ét cáu nguyên của nó bị phá vỡ. Ngoài ra lúc đó ánh nắng mặt tròi làm cho đ át bị nứt nẻ hoặc hố móng bị ngấm nước mưa cũng làm cho két cáu của d át bị phá vỡ. Khi đào hố móng thấp hơn mực nước ngầm, nước sẽ chảy vào hổ móng. Lúc dó áp lực thủy dộng có thể làm cho đ á t bị phá vỡ kết cáu. Trường hợp dào hố móng sâu hơn bên cạnh các móng đ ặ t nông hơn, nếu không 12 bảo đảm các yêu cầu kỹ th u ậ t thì đ ất nền dưởi móng nông hơn sẽ bị phá vỡ kết cáu, có thể bị trượt. c) Do nước : Chuyển dộng của nước dưới đ ất có thể cuốn theo các hạt đ át làm cho đ ất bị xốp và lún thêm. Khi bơm hút nước lên, mực nước ngầm sẽ hạ xuóng, lúc dó d ẩ t sẽ lún thêm vì ứng su á t bản thân của d á t táng lên do đ ất không còn bị dẩy nổi nữa. Néu tro ng phạm vi công trìn h mực nước ngầm bị hạ xuống không như nhau có thể gây ra sự lún không đều. Trường hợp đ át nền là loại ướt lún, nếu d át bị ướt không như nhau dưới từng phần công trình thì dưới phần nào đ ất bị ướt nhiều hơn sẽ lún nhiều hơn. ả) Do líìi trụng : Sự gia tải lệch tám sẽ làm cho móng bị nghiêng. Khi từng phần công trình có tải trọng khác nhau, nếu diều kiện địa chất và giải pháp nền móng không bảo đảm độ lún như nhau th ì sẽ xảy ra sự lún không đều. Sự gia tải gần m óng như trọng lượng của vật liệu, hàng hóa, thiết bị... xuống sàn kho, tải trọng của các móng lân cận có vai trò to lớn trong việc gây ra độ lún bổ sung và lún lệch, đặc biệt là ảnh hưởng của các ngôi nhà xây dựng gần nhau. Ò H à Nội có khá nhiều ngôi nhà bị nứt do xây dựng các ngôi nhà cao hơn ở b ên cạnh. Ngoài ra sự chán dộng do dóng cọc ở gần cốc ngôi nhà đang sử dụng và sự chán dộng do các phương tiện vận tải có thể làm cho công trình bị lún thêm và lún không đều. Khi các móng được gia tải không dồng thời có thể làm xuất hiện sự lún lệch. §3. CÁC BIỆN PHÁP KẾT CẤU NHẢM G1ẨM ẢNH HƯỎNG CỦA Sự LÚN KHỔNG ĐÊU Khi công trình bị lún không đều thì trong các kết cấu như tường, khung, sàn mái sẽ x u át hiện các nội lực bổ sung có thể làm nứt hỏng k ết cáu. Để bảo vệ két cáu khỏi bị hư hỏng ta có thể dùng các biện pháp k ết cáu để giảm ảnh hưởng của sự lún không đểu. Các biện pháp này nhằm vào hai hướng : Hướng thứ n h át là giảm sự chênh lệch độ lún để ứng suất phụ thêm không lớn, do vậy không làm hư hỏng k ế t cáu. Các biện pháp theo hướng này gồm có : 1. Cắt công trình bằng khe lún N ếu khe nhiệt chi cắt công trình từ mái đến dinh móng mà không cắt móng ra thì khe lún cắt công trình từ mái đến hết móng. Khe lún cắt nhà ra-từng phần ngắn, b iệt lập với nhau và độ lún lệch trong từng phần đó sẽ giảm, làm giảm 13 ứng suất bổ sung trong kết cấu nên không bị hỏng. Tuy vậy, việc làm khe lún gây ra những khó khăn như tăng số tường ngang vì mỗi phần được cắt ra cần phải có độ cứng không gian cần thiết, gây khó khăn cho việc sử dụng công trình, khai thác các dường óng cáp, thoát nước, hơi... Mỗi phần công trình dược cắt ra bằng khe lún có thể lún đều, bị nghiêng ra xa nhau (H ình 5a) hoặc nghiêng vào nhau (H ình 5b), lúc đó mỹ quan của công trình khó dược bảo đảm. a. Do đó khe lún chi làm khi th ậ t cần thiết như - Khi đ át nền là loại có tính nén lún lớn ; H ìn h 5 : Biến dạng cùa công trình dã cát bàng khe lún. - Khi tính biến dạng của đ ấ t nền thay đổi nhiều trong m ặt bằng ; - Khi công trình có hình dạng phức tạp trong m ặt bằng (H ình 6a), khi nhà có chiều cao thay đổi nhiều (Hình 6b) ; - Khi nhà dài và có khả năng xảy ra sự lún không đểu. H ỉnh 6 : Mật số trường hợp căn làm khe lún. Nên bố trí khe lún trùng vói khe nhiệt để giảm việc cắt công trình ra. Bể rộng tói thiểu của mạch khe lún : <5= K.h (tgỡp - tgớtr ) 14 (1) Trong đó : h - khoảng cách từ đé móng đến độ cao mà ở đó ta xác định khe hở tgớp - độ nghiêng của móng công trình phần bên phải tgớtr - độ nghiêng của móng công trình phần bên trái. Nếu các ph ần công trình nghiêng vào nhau thì tgớtr láy trị âm. K = 1,3-5- 1,5 - hệ só kể đến tính không đồng nhất của đ ất nên. H ìn h 7 : Biện p.háp thay dổi kích thước dày móng, dộ său chõn m óng và chiiu dùi cọc. 2. Thay đổi kích thước để m óng hoặc chiểu sâu chôn m óng khi nền có lớp đ át yếu có .chiều dày thay dổi nhiều trong m ặ t bằng (H lnh 7a, b), dùng cọc với chiểu dài khác nhau để đ ạ t đến lớp đ á t chắc (H ình 7c). 3. D ùng các loại m óng có khả năng giảm sự lún không đều như m óng băng, băng giao thoa, m óng bè, m óng cọc. TVong thực tiễn, có khi công trình bị nghiêng vì lún không đều, ngưdi ta đã gia tải thêm ở phía lún ít dể công trình bớ t nghiêng và đã thu được k ết quả tốt. Trường hợp khác, m ột ống khói của nhà mốy xây dựng trê n khu đ ấ t ướt lún, bị nghiêng nhiều do d á t nền ở các phía bị ướt không như nhau. Người ta đã cho đ át nền ở phía khô hơn ngám nước thêm và k ết quả là độ nghiêng của ống khói đã giảm đi r á t nhiều. T\iy nhiên biện pháp này khá mạo hiểm và nhiều khi mang lại hậu quả không lưòng trước dược. H ướng thứ hai là tăng dộ bền của kết cấu để có thể chịu được các ứng suất bổ sung do lún không đều gây ra mà không bị hư hỏng. Theo hướng này, người ta đ ặ t giằng bêtông cốt thép trong tường dể chịu ứng suất kéo do sự vồng lên 15 hay võng xuống gây ra. Lúc dó ta chì cần dặt giằng bêtông cốt thép ở vùng tường chịu kéo tức là nếu tường bị võng xuống thì chi cần đ ặt dai ở vùng dưới, còn khi tường bị vồng lên thì chi cần d ặt đai ở phía trên ; song Khố khó cò có tne thể biết dược công trình sẽ bị võng xuống hay vồng lên m và loại biến dạng đó xẩy ra lúc dang thi công hay khi sử dụng công trình. Do đó để ứng suát kéo khỏi làm nứt tường, ngưòi ta đ ặt giằng bêtông cốt thép ở dinh móng băng dưói tường. Khi nhà tường chịu lực xây dựng trên nền đ ất yéu thì nên làm giằng móng kiểu dầm hộp dể H ỉn h 8 : Giàng bétông cốt tliép. bảo vệ tường, sàn, mái a - B6 trí trong móng láp gliép ; b - Bó trí trong tường. khỏi nứt. Trường hợp sàn lắp từ các panen thì trong tường cứ mỗi tầng lại đ ặt m ột giằng. Các giằng hoặc dầm hộp này đ ặt theo chu tuyến của nhà. Đối với nhà khung có thể làm dầm giằng móng để táng độ cứng của khung, dể giảm sự lún không đều và để xây tường lên dó khi có tường. Khi toàn bộ hay từng phần công trình đã cắt bằng khe lún sẽ lún đều thì người ta cỏ thể cho công trình một độ nâng xây dựng, tức là kiến thiết công trình cao hơn cổt th iết ké m ột khoảng bằng dộ lún của công trìn h và khi lún xong thì nó có thể d ạt cốt thiết ké. Dùng con sơn để đỡ cột, tường dể tăng khoảng cách giữa các móng của công trình lân cận. 16 Chương I N H Ữ NG NGUYÊN TẮC c o BẤN CỦA TH IẾT KẾ NỀN VÀ MÓNG §1.1. KHẤO SÁT ĐỊA KỸ THUẬT I. MIC DÍ CH KHẤO SÁT DỊA KỸ THUẬT - Làm sáng tỏ hình dạng, thế nằm các lớp đát, đá - Kác định các chỉ tiêu vật lý và cơ học của các lớp đất - Khi m óng đ ặ t lên nền đá thì xác định hệ thống khe nứt - í ác định mực nưóc dưới đát, sự biến đổi mực nưđc dưới d á t theo mùa, khi cần tiì xác định tính ăn m òn của nưđc dưới đ á t đối với vật liệu làm móng. Khảo sát đ a kỹ th u ậ t giúp cho việc quy hoạch công trình chọn loại k ết cáu công trình thiết kế nền móng. II - CẤC PHƯƠNG PHẤP KHẨO SẤT ĐỊA KỸ THUẬT 1. Đ) vẽ địa chất cồng trình. - riến h ành theo tuyến dược xác định trước 2. Đio thăm dừ. Đio hố, giếng thăm dò (khi chiểu sâu > 12m), hào thăm dò, hám thăm dò để njhiên cứu cáu tạo địa chất theo chiều sâu và chiều rộng để thí nghiệm hiện trườig hoặc láy m ẫu dát, m ẫu nước dể thí nghiệm trong phòng. 3. Kloan thăm dừ. - E)ể nghiên cứu cáu tạo địa chát theo chiều sâu và chiều rộng dể tiến hành thí rghiệm hiện trưởng trong lỗ khoan như xuyên tĩnh, xuyên tiêu chuẩn s.p. T, cắt cuay, nén ngang, thử bàn nén láy m ẫu đất, m ảu nước để thí nghiệm trong phòig. ỏ Mỹ, N hật, Thụy Sỹ dùng đường kính lỗ khoan 63 - 80mm. Ỏ Liên Xô cũ 89, 127, 168mm. Có khoan tay và khoan máy. Ỏ nhiểu nước trê n thế giới rá t chú ý chát lượng lấy mẫu d á t trong các lỗ khoai chẳng hạn ở Thụy Sỹ, Nhật... dùng ống láy m ẫu thành mỏng, đường kính 50 - 75mm có van hoặc pittông, vách ống dày l,2m m (kiểu của Thụy Sỹ) khi đ át á t yểu thì dùng ống láy m ẫu lá kim loại đường kinh 68mm chi dày 0,1 mm (kiểi của Thụy Sĩ) hoặc loại của Pháp, của Thụy Điển. 17 4. Xuyên tĩnh. Được dùng đầu tiên tại H à Lan những năm 1930 để thử mô hình cọc. Ngày nay được dùng rộng rãi trê n thế giới. Xuyên tĩnh là dùng kích ép vào d át với tóc độ không đổi m ột chiếc cọc tròn thu nhỏ gần chòng xuyên và cần xuyên. Cần xuyên là óng dày nối từ máy tới chuông xuyên. Chòng xuyên gồm côn dể do lực cản của đ át đối với mũi cọc. Côn xuyên thường có góc ở đinh 60°, đường kính đáy 35,7mm và m ăng xông ma sát trên đó ta được lực ma sát hông để tính ra ma sát đơn vị. Ấn riêng mũi xuyên vào đ á t m ột đoạn 4cm, đo lực cản mũi xuyên. Tiếp đó m ăng xông ma sát tién theo côn xuyên cùng khoảng cách đó. Sau dó toàn -Ồng ngoài / -p í H ìn h 1.1 : Xuyên tinh 1. Côn ; 2. Càn cứng ; 3. Ổng ; 4. Thiết bị do ; 5. Kích. bộ côn và m ăng xông, cần được án xuống 1 đoạn dài 16cm, đo lực to àn phần. Lực hông là hiệu giữa lực toàn phần và lực ở mũi xuyên. Ma sá t đơn vị : ì ƠI Qt ( 1. 1) Lxq Fxq - diện tích m ặt bên của m ăng xông ma sát ¿nành. .ễ Vành nôí I Trong quá trình xuyên, bộ phận ghi tự động sẽ liên tục vẽ biểu đồ lực chống ở mũi theo chiều sâu q và đường cong thể hiện m a sát thành. hơ’ Có loại thiết bị xuyên chi cho sức cản mũi xuyên, có loại cho biểu đổ sức cản mũi qc, ma sá t thành dơn vị fs và áp lực trong nước lỗ rỗng. 'Côn H ìn h 1.2 : Uău Cáu ttạo của xuyên tinh. 18 K ét quả xuyên tĩnh được dùng dể đánh giá độ chặt của cát, cường độ của đ á t nền, mô đun biến dạng cùa đ ấ t và sức chịu tải của cọc. 5. Xuyên động. q KPa Là đóng vào đ á t m ột cọc kim loại trò n đường kính mũi cọc lớn hơn dường kinh thân cọc để loại trừ ma sát thành. Tầ (búa) trọng lượng 0,635 ± 0,005 KN dạng hình trụ độ cao rơi búa là 0,75 ± 0,02m. Nhịp dập búa 20 - 60 lần/phút. Ghi số lần đập búa dể xuyên xuống dược 0,2m. K ết quả xuyên dộng dược thể hiện dưới dạng biểu đổ sức cản dộng theo chiều sâu từng 0,2m m ột và nếu cần thì thể hiện biểu đồ bậc thang số n h át búa N cho m ột đoạn ngập sâu 0,2m (hình 1.5). K ết quả xuyên động được dùng dể dánh giá độ chặt của cát, cũng có thể dùng để xác định các dặc trưng khác của nền. 0) Ccrdgckhoi lildngtốich s ố l ầ i dậfjN 9Ơ* i *62 i 0,2 Mũi co iđ ịn h E E 32i03' *1 đãè uc_âh *_Ị+ ho^rênỊ X 4>51± ỉx:2MM % Mũi cõ định H ìn h 1.4 : Các loại xuyên dộng a) Kiểu D.P.A ; b. Kiều D.P.B H ìn h 1.5 : Kết quả xu yín dộng (Thề hiện tổ nhái dạp N d i dông xuyén vào đ á t lOcm). 19 6. Xuyên tiêu chuẩn S.P.T. Thí nghiệm xuyên dộng bằng cách đóng ống láy mẫu d át để xác định tính năng xây dựng của dát, nhát là cát. 0 Mỹ phương pháp này được gọi là thử tiêu chuẩn bằng xuyên (Standard penetration test). Ỏ ng láy mẫu (H ình 1.6.) là m ột ống rỗng gồm hai nửa vỏ trụ được lắp ghép lại nhờ vòng cắt và bộ chuyển tiếp dùng dể nói ống láy mẫu với các đoạn cần đường kính 42mm tạo thành thiết bị xuyên. X uyên này được đóng vào đ át bằng búa có trọng lượng 0,635 KN, rơi tự do từ độ cao 76,2cm. ID rc> _ a í H ìn h 1 .6 : ố n g láy m&u d í thừ dát. báng xuyên dộng 1. Cốc tháo láp ; 2. Bộ chuyền tiếp (dầu nối) ; 3. Dai (vòng cầt). •Đá trô n g tr ọ t, ủ cót ỏ sét, cứ n g 8 n9 ■10 lu 22 Sét pha nhẹ 6 1............................. ... 'í-, ", Cát h ạ t nhỏ 19 ^ Sét pha b ụ i nhẹ.phân Idp, dêò a/na • Cát n h ỏ 13 S õlâh độp trên 1ũcm E 0 ^ ip 2p 3) - Xem thêm -