Tài liệu Nghiên cứu đánh giá giải pháp móng cọc trên nền đất yếu cho công trình xây dựng có xét đến độ tin cậy của số liệu nền đất trên địa bàn tp. quảng ngãi

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP MÓNG CỌC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHO CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG CÓ XÉT ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CỦA SỐ LIỆU NỀN ĐẤT TRÊN ĐỊA BÀN TP. QUẢNG NGÃI Học viên: Tôn Long Mỹ Chuyêng ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 - Lớp: K34.XDD.QNg Tóm tắt: Điều kiện địa chất có lớp đất yếu dày ở nông so với mặt đất tự nhiên, xu thế sử dụng móng cọc bê tông cốt thép dưới các công trình xây dựng ở khu vực Quảng Ngãi trở nên phổ biến. Bên cạnh đó, các khu dân cư mới và các khu cụm công nghiệp được đầu tư xây dựng ngày càng nhiều và không ít trường hợp phải hình thành trên nền trước kia là vùng trũng (ruộng lúa thấp, ao mương…) cần san lấp để đạt cao độ quy hoạch hay tôn nền để vượt lũ. Sự cố kết của đất yếu dưới nền đắp làm gây ra ma sát âm tác dụng lên móng cọc dưới các công trình xây dựng tại các khu này. Hiện tượng này làm giảm sức chịu tải của cọc, làm tăng tải trọng tác dụng vào cọc và có thể gây mất ổn định cho công trình. Ở khía cạnh khác, móng cọc có khả năng chịu tải lớn những giá thành lại khá cao và chiếm một tỷ trọng lớn trong tổng giá thành công trình. Chính vì vậy, khi sử dụng móng cọc cần phải có thiết kế hợp lý. Chính vì vậy, trong luận văn này tác giả đã thực hiện được các bài toán đánh giá giải pháp móng cọc trên nền đất yếu có xét đến độ tin cậy của số liệu nền đất ở Quảng Ngãi với ba bài toán: - Bài toán 1 (mục 3.2): Tính toán móng cọc của công trình khi xây dựng trên nền đất yếu, khi đó độ lún và sức chịu tải của cọc sẽ thay đổi khi có ảnh hưởng của hiện tượng ma sát âm. - Bài toán 2 (mục 3.3): Xác định các đặc trưng thống kê (giá trị trung bình và độ lệch chuẩn) của sức chịu tải của cọc khi xét đến độ tin cậy của số liệu nền đất (c, φ, γ), bên cạnh đó, khi so với giá trị tới hạn Pmax, chúng ta cũng xác định được độ tin cậy của móng cọc khi có xét và không xét đến ảnh hưởng của hiện tượng ma sát âm. - Bài toán 3 (mục 3.4: Móng cọc có khả năng chịu tải lớn những giá thành lại khá cao và chiếm một tỷ trọng lớn trong tổng giá thành công trình. Chính vì vậy, khi sử dụng móng cọc cần phải có thiết kế hợp lý. Trong bài toán này, tác giả tiến hành phân tích bài toán tối ưu kết cấu móng cọc, trong đó hàm mục tiêu bao gồm cực tiểu thể tích móng cọc (gồm cọc và đài cọc) và độ lún của móng cọc. Biến thiết kế bao gồm chiều dài cọc Lc và đường kính cọc Dc. Ràng buộc về giới hạn khả năng chịu tải Pmax và ràng buộc về giới hạn độ lún Smax. Từ khóa: Nền đất yếu, móng cọc bê tông cốt thép RESEARCH AND EVALUATE THE SOLUTION OF PILE FOUNDATION ON SOFT GROUND FOR CONSTRUCTION CONSIDERING THE RELIABILITY OF THE GROUND DATA IN THE CITY AREA QUANG NGAI Summary: The geological condition has a thick layer of soft soil in the shallow compared to the natural ground, the trend of using reinforced concrete pile foundation under construction works in Quang Ngai area becomes popular. In addition, new residential areas and industrial complexes have been built and more and more cases have to be formed in the past as low-lying areas (low rice fields, ditches ...) to be leveled. to reach the planning level or to build the foundation to overcome flood The consolidation of soft soil under the embankment causes negative friction on pile foundation under construction works in these areas. This phenomenon reduces the load capacity of the pile, increasing the load applied to the pile and can cause instability for the building. On the other hand, pile foundation has a large load capacity but the price is quite high and accounts for a large proportion in the total cost of the project. Therefore, when using pile foundation, there should be reasonable design. - Herefore, in this dissertation, the author has performed the problems of assessing pile foundation solutions on soft ground considering the reliability of the ground data in Quang Ngai with three problems: - Problem 1 (Section 3.2): Calculating pile foundation of the construction when building on soft ground, then the settlement and load capacity of the pile will change when there is influence of negative friction phenomenon. - Problem 2 (Section 3.3): Determine the statistical characteristics (average value and standard deviation) of pile bearing capacity when considering the reliability of ground ground data (c, φ, γ) Besides, when comparing with the critical value Pmax, we can also determine the reliability of pile foundation when considering and not consider the effect of negative friction phenomenon. - Problem 3 (Section 3.4: The pile foundation has a large load capacity but the cost is quite high and accounts for a large proportion of the total cost of construction. Therefore, when using pile foundation, it is necessary to have a suitable design. In this problem, the author analyzes the optimal problem of pile foundation structure, in which the objective function consists of minimum volume of pile foundation (including pile and pile station) and settlement of pile foundation. The design includes Lc pile length and pile diameter Dc Constraints on limiting load capacity Pmax and binding on settlement limit Smax. Keywords: Soft soil foundation, reinforced concrete pile foundation MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Sự cần thiết của đề tài..................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................. 2 4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 2 5. Cấu trúc của luận văn ..................................................................................... 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP MÓNG CỌC CHO CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI ...........................................................................................................4 1.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NỀN, MÓNG ................................................. 4 1.1.1. Khái niệm nền, móng ............................................................................... 4 1.1.2 Phân loại nền, móng ................................................................................. 5 1.2. SƠ LƯỢC VỀ MÓNG CỌC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG [16] ........................ 9 1.3. NHẬN XÉT SƠ BỘ VỀ NỀN ĐẤT Ở THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI ........... 14 1.4. ẾT LUẬN ........................................................................................................ 15 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ HOA HỌC THIẾT Ế, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP MÓNG CỌCTRÊN NỀN ĐẤT YẾU CHO CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TẠI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI ................................................................................................ 16 2.1. YÊU CẦU CHUNG VỀ CÔNG TÁC THIÊT Ê NỀN MÓNG ..................... 16 2.1.1. Ý nghĩa công tác thiết kế nền móng ...................................................... 16 2.1.2. Nội dung công tác thiết kế nền móng .................................................... 16 2.2. CÔNG TÁC HẢO SÁT ĐỊA Ỹ THUẬT PHỤC VỤ CÔNG TÁC THIẾT Ế NỀN MÓNG. ......................................................................................................17 2.3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH, ĐỊA CHẤT HU VỰC THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI ......................................................................................................................... 17 2.3.1. Đặc điểm địa hình................................................................................... 17 2.3.2. Đặc tính địa chất công trình ................................................................... 17 2.3.3. Phân vùng địa chất khu vực thành phố Quảng Ngãi .............................. 17 2.4. QUY TRÌNH TÍNH TOÁN MÓNG CỌC ......................................................... 17 2.4.1 Sơ bộ chọn kích thước tiết diện cọc ........................................................ 18 2.4.2. Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền vật liệu làm cọc. .................. 18 2.4.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo tính chất cơ lý của đất nền. ............. 19 2.4.4. Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền ................ 19 2.4.5. Xác định số cọc, kích thước đài cọc. ...................................................... 20 2.4.6. Tính toán móng cọc ................................................................................ 21 2.4.7. iểm tra sức chịu tải cọc theo điều kiện sau : ........................................ 21 2.4.8. Tính lún cho móng cọc đài đơn (theo trang thái giới hạn thứ hai)......... 21 2.4.9. Tính toán móng cọc trên nền đất yếu có ảnh hưởng của hiện tượng ma sát âm ................................................................................................................23 2.10. PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY CỦA ẾT CẤU DỰA VÀO PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MONTE CARLO ................................................................................28 2.10.1 Tổng quan về lý thuyết tính toán độ tin cậy .......................................... 28 2.10.2. Các bước cơ bản của bài toán phân tích độ tin cậy của kết cấu ........... 30 2.10.3. Phương pháp mô phỏng Monte-Carlo Simulation (MCS) ................... 32 2.11. ẾT LUẬN ...................................................................................................... 33 CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP MÓNG CỌC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI HI XÉT ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CỦA SỐ LIỆU NỀN ĐẤT .................................................................................................................34 3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 34 3.2. BÀI TOÁN 1: Phân tích móng cọc trên nền đất yếu - ảnh hưởng hiện tượng ma sát âm......................................................................................................................... 35 3.3. BÀI TOÁN 2 : Phân tích các đặc trưng thống kê của sức chịu tải móng cọc trên nền đất yếu khi xét đến độ tin cậy của số liệu nền đất ..............................................37 3.3.1. Cơ sở lý thuyết ....................................................................................... 37 3.3.2. Các bước tính toán.................................................................................. 37 3.3.3. ết quả tính toán đặc trưng thống kê của sức chịu tải và độ tin cậy của móng cọc trên nền đất yếu ................................................................................39 3.3.4. hảo sát độ tin cậy của móng cọc khi thay đổi tải trọng truyền xuống cọc, phụ tải đất đắp và mực nước ngầm ........................................................... 40 3.4. BÀI TOÁN 3 : Đánh giá hiệu quả giải pháp móng cọc thông qua bài toán tối ưu đa mục tiêu ................................................................................................................ 42 3.4.1. Đặt vấn đề ............................................................................................... 42 3.4.2. Mô tả bài toán ......................................................................................... 43 3.4.3. Thiết kế sơ bộ móng cọc ........................................................................ 44 3.4.4. Đánh giá giải pháp móng cọc thông qua bài toán tối ưu giữa chi phí và khả năng chịu lực của móng cọc ......................................................................44 ẾT LUẬN VÀ IẾN NGHỊ................................................................................... 47 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM HẢO ..................................................................49 PHỤ LỤC ..................................................................................................................50 BẢN SAO ẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Số liệu địa chất......................................................................................... 35 Bảng 3.2. Đặc trưng thống kê sức chịu tải của cọc ................................................... 39 Bảng 3.3. Tải trọng tính toán tại chân cột .................................................................43 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Nền và móng. .............................................................................................. 4 Hình 1.2. Cột đất trộn xi măng để gia cố thành hố đào móng. ..................................6 Hình 1.3. Móng băng giao thoa ..................................................................................7 Hình 1.4. Thi công móng đơn ....................................................................................8 Hình 1.5. Thi công móng cọc ép ................................................................................8 Hình 1.6. Một đài cọc sau khi đổ bê tông xong ......................................................... 9 Hình 1.7. Thi công móng cọc khoan nhồi ..................................................................9 Hình 1.8. Móng cọc ...................................................................................................10 Hình 1.9. Cấu tạo cọc bê tông cốt thép .....................................................................11 Hình 2.1. Cọc trong nền đất mềm và chống vào lớp đất tốt .....................................24 Hình 2.2. Sự phát sinh ma sát dương .......................................................................24 Hình 2.3. Ma sát âm có lớp đất mới đắp xảy ra cố kết do trọng lượng bản thân ......25 Hình 2.4. Ma sát âm khi lớp đất sét xốp cố kết do thoát nước hoặc có thêm lớp đất mới đắp ................................................................................................ 25 Hình 2.5. Các trường hợp xuất hiện ma sát âm do đất đắp nền ................................ 26 Hình 2.6. Các trạng thái của kết cấu. ........................................................................30 Hình 3.1. Cấu tạo địa chất của nền đất đặt móng cọc ...............................................36 Hình 3.2. Sơ đồ khối của phương pháp Monte Carlo ...............................................38 Hình 3.3. Biểu đồ tần suất xuất hiện các giá trị sức chịu tải của cọc với 2 trường hợp có xét và không xét đến ảnh hưởng của nền đất yếu do hiện tượng ma sát âm. ............................................................................................ 39 Hình 3.4. hảo sát ảnh hưởng của Pmax đến độ tin cậy của kết cấu .......................... 40 Hình 3.5. hảo sát ảnh hưởng của Pgl đến độ tin cậy của kết cấu ............................ 41 Hình 3.6. hảo sát ảnh hưởng của MNN đến độ tin cậy của kết cấu ...................... 41 Hình 3.7. Mặt bằng móng cọc ................................................................................... 44 Hình 3.8 Sơ đồ khối tính toán tối ưu .........................................................................45 1 MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của đề tài Với điều kiện địa chất có lớp đất yếu dày ở nông so với mặt đất tự nhiên, xu thế sử dụng móng cọc bê tông cốt thép dưới các công trình xây dựng ở khu vực thành phố Quảng Ngãi trở nên phổ biến. Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội, các khu dân cư mới và các khu cụm công nghiệp được đầu tư xây dựng ngày càng nhiều và không ít trường hợp phải hình thành trên nền trước kia là vùng trũng (ruộng lúa thấp, ao mương…) cần san lấp để đạt cao độ quy hoạch hay tôn nền để vượt lũ. Sự cố kết của đất yếu dưới nền đắp làm gây ra ma sát âm tác dụng lên móng cọc dưới các công trình xây dựng tại các khu này. Hiện tượng này làm giảm sức chịu tải của cọc, làm tăng tải trọng tác dụng vào cọc và có thể gây mất ổn định cho công trình. Bên cạnh đó, những dữ liệu đầu vào khi tính toán móng cọc như chỉ tiêu cơ lý đất nền, tải trọng tác dụng …sẽ không mang giá trị tất định, mà sẽ dao động ngẫu nhiên quanh giá trị thiết kế ban đầu tuân theo một qui luật phân phối xác suất nhất định. Sự dao động này làm cho ứng xử đầu ra của kết cấu cũng dao động và đôi khi vượt quá giới hạn cho phép, dẫn đến phá hủy kết cấu móng. Vì vậy, việc xác định xác suất phá hủy của kết cấu móng khi xét đến yếu tố ngẫu nhiên là hết sức quan trọng trong quá trình tính toán, thiết kế móng cọc. Để xác định rõ vấn đề này ta dùng đến bài toán đánh giá độ tin cậy cho kết cấu móng cọc. Ở khía cạnh khác, một trong những ưu điểm chính của kết cấu móng cọc là khả năng chịu tải lớn, so với các loại móng khác như móng nông. Ngoài ra, độ ổn định khi sử dụng móng cọc cũng tốt hơn so với móng nông. Tuy nhiên, nhược điểm của kết cấu móng cọc là có giá thành xây dựng khá cao, và chiếm một tỷ trọng lớn trong tổng giá thành công trình. Vì vậy trong thực tế, để việc thiết kế và thi công móng cọc vừa đảm bảo độ bền, độ ổn định, cũng như đảm bảo giá thành cạnh tranh, thì việc thiết lập và giải các bài toán tối ưu thiết kế cho kết cấu móng cọc là một vấn đề quan trọng cần được quan tâm nghiên cứu. Vì vậy, nghiên cứu có thể giải bài toán thiết kế tối ưu đa mục tiêu cho kết cấu móng cọc, trong đó hàm mục tiêu bao gồm cực tiểu thể tích móng cọc (gồm cọc và đài cọc) và độ lún của móng cọc. Biến thiết kế bao gồm chiều 2 dài cọc Lc và đường kính cọc Dc Ràng buộc về giới hạn khả năng chịu tải Pmax và ràng buộc về giới hạn độ lún Smax. Chính các lý do nêu trên, nội dung: “Nghiên cứu đánh giá giải pháp móng cọc trên nền đất yếu cho công trình xây dựng có xét đến độ tin cậy của số liệu nền đất trên địa bàn TP. Quảng Ngãi” được tác giả lựa chọn làm đề tài luận văn của học viên. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Xác định sự ảnh hưởng của ma sát âm khi tính toán móng cọc, đặc biệt trong trường hợp nền đất yếu (ví dụ như ở khu vực thành phố Quảng Ngãi). - Đánh giá độ tính cậy khi xét đến yếu tố đầu vào ngẫu nhiên khi tính toán móng cọc, so sánh trường hợp không kể đến và có kể đến ảnh hưởng ma sát âm khi tính toán móng cọc. - Giải bài toán thiết kế tối ưu đa mục tiêu cho kết cấu móng cọc, trong đó hàm mục tiêu bao gồm cực tiểu thể tích móng cọc (gồm cọc và đài cọc) và độ lún của móng cọc. Biến thiết kế bao gồm chiều dài cọc Lc và đường kính cọc Dc Ràng buộc về giới hạn khả năng chịu tải Pmax 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Móng cọc và các tham số đầu vào ngẫu nhiên. - Phạm vi nghiên cứu: Ảnh hưởng của hiện tượng ma sát âm khi tính toán móng ở hai địa chất thuộc thành phố Quảng Ngãi 4. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu; tìm hiểu lý thuyết tính toán móng cọc có kể đến và không kể đến ảnh hưởng của ma sát âm. - Nghiên cứu lý thuyết độ tin cậy, phương pháp mô phỏng Monte Carlo. - Tính toán áp dụng với một số nền đất cụ thể tại khu vực tỉnh Quảng Ngãi và áp dụng mô phỏng Monte Carlo để tính xác suất phá hủy - So sánh, tổng hợp, nhận xét và rút ra kiến nghị. 3 5. Cấu trúc của luận văn Mở đầu Chương 1: Tổng quan về giải pháp móng cọc cho công trình xây dựng dân dụng trên nền đất yếu ở địa bàn thành phố Quảng Ngãi Chương 2: Cơ sở khoa học thiết kế, lựa chọn giải pháp móng cọc trên nền đất yếu cho công trình xây dựng tại thành phố Quảng Ngãi. Chương 3: Đánh giá giải pháp móng cọc trên nền đất yếu ở thành phố Quảng Ngãi khi xét đến độ tin cậy của số liệu nền đất. Kết luận và kiến nghị 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP MÓNG CỌC CHO CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU Ở ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI 1.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NỀN, MÓNG 1.1.1. Khái niệm nền, móng a. Nền công trình Nền công trình là chiều dày lớp đất, đá nằm dưới đáy móng, có tác dụng tiếp thu tải trọng công trình bên trên do móng truyền xuống từ đó phân tán tải trọng đó vào bên trong nền [1]. Một cách đơn giản có thể hiểu nền là nửa không gian phía dưới đáy móng, còn một cách cụ thể thì phải hiểu nền là một không gian có giới hạn dưới đáy móng. Giới hạn này gần giống với hình bóng đèn hoặc hình trái xoan, nó bắt đầu từ đáy móng và phát triển tới độ sâu Hnc từ đáy móng. Hnc gọi là chiều sâu nén chặt và được xác định từ điều kiện tính lún móng. Tại độ sâu đó, ứng suất gây lún bằng 1/5 lần (bằng 1/10 lần đối với đất yếu) ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây ra. Hình 1.1 Nền và móng. 5 b. Móng công trình Móng công trình là một bộ phận kết cấu bên dưới của công trình, nó liên kết với kết cấu chịu lực bên trên như cột, tường… Móng có nhiệm vụ tiếp thu tải trọng từ công trình và truyền tải trọng đó phân tán xuống nền. Mặt tiếp xúc giữa đáy móng với nền bắt buộc phải phẳng và nằm ngang (không có độ dốc). Mặt này được gọi là đáy móng. Khoảng cách h từ đáy móng tới mặt đất tự nhiên gọi là chiều sâu chôn móng. Vì nền đất có cường độ nhỏ hơn nhiều so với vật liệu bê tông, gạch, đá… nên phần tiếp giáp giữa công trình và nền đất thường được mở rộng thêm, phần này được gọi là móng (có thể gọi là bản móng). Để tiết kiệm vật liệu, người ta thường giật cấp hoặc vát góc móng. Đối với móng BTCT thường gồm các bộ phận sau: - Giằng móng (đà kiềng): Có tác dụng đỡ tường ngăn bên trên và làm giảm độ lún lệch giữa các móng trong công trình. Khi giằng móng được kết hợp làm dầm móng để giảm độ lệch tâm móng thì phải tính toán nó như một dầm trong kết cấu khung. - Cổ móng: Kích thước cổ móng có thể bằng với cột tầng trệt nhưng thường được mở rộng thêm mỗi phía 2,5cm để tăng lớp bê tông bảo vệ cốt thép trong cổ móng. - Móng (bản móng, đài móng): Thường có đáy dạng chữ nhật, bị vát có độ dốc vừa phải, được tính toán để có kích thước hợp lý (tính toán trong chương 2, 3). - Lớp bê tông lót: Thường dày 100, bê tông đá 4x6 hoặc bê tông gạch vỡ, vữa ximăng mác 50÷100, có tác dụng làm sạch, phẳng hố móng, chống mất nước xi măng, ngoài ra nó còn làm ván khuôn để đổ bê tông móng. - Cuối cùng là nền công trình. 1.1.2 Phân loại nền, móng a. Phân loại nền Có hai loại là nền thiên nhiên và nền nhân tạo. Nền thiên nhiên: Là nền đất với kết cấu tự nhiên, nằm ngay sát bên dưới móng chịu đựng trực tiếp tải trọng công trình do móng truyền sang và khi xây dựng công trình không cần dùng các biện pháp kỹ thuật để cải thiện các tính chất xây dựng của nền. 6 Nền nhân tạo: Khi các lớp đất ngay sát bên dưới móng không đủ khả năng chịu lực với kết cấu tự nhiên, cần phải áp dụng các biện pháp nhằm nâng cao khả năng chịu lực của nó như: - Đệm vật liệu rời như đệm cát, đệm đá thay thế phần đất yếu ngay sát dưới đáy móng để nền có thể chịu đựng được tải trọng công trình. - Gia tải trước bằng cách tác động tải trọng ngoài trên mặt nền đất để cải tạo khả năng chịu tải của nền đất yếu, nhằm làm giảm hệ số rỗng của khung hạt đất. - Ngoài ra có thể gia tải trước kết hợp với biện pháp tăng tốc độ thoát nước bằng các thiết bị thoát nước như giếng cát hoặc bấc thấm nhằm rút ngắn thời gian giảm thể tích lỗ rỗng đối với đất yếu có độ thấm nước kém. - Cọc vật liệu rời như cọc cát nhằm làm giảm hệ số rỗng của khung hạt đất do cát có độ thấm nước tốt giúp tăng cường độ của đất nền. - Sợi hoặc vải địa kỹ thuật, được trải một hoặc nhiều lớp trong nền các công trình đất đắp hoặc trong các lớp đệm vật liệu rời để tăng cường khả năng chịu kéo và giảm độ lún của đất nền. - Phụt vữa xi măng hoặc vật liệu liên kết vào vùng nền chịu lực để tăng lực dính giữa các hạt đất và giảm thể tích lỗ rỗng. - Cột đất trộn xi măng (phương pháp DCM – deep cement mixing), một số loại thiết bị khoan đặc biệt cho phép trộn đất yếu với xi măng hình thành các cột đất trộn xi măng ứng dụng trong gia cố nền đường trên đất yếu, thành hố đào móng... Hình 1.2 Cột đất trộn xi măng để gia cố thành hố đào móng. 7 b. Phân loại móng Có nhiều cách phân loại móng khác nhau: - Phân loại theo vật liệu móng: Móng bằng gỗ (cọc gỗ), gạch, đá hộc, bê tông, bê tông cốt thép, thép… - Phân loại theo độ cứng của móng: Móng cứng, móng mềm. - Theo phương pháp chế tạo móng: Móng đổ toàn khối, móng lắp ghép, bán lắp ghép. - Theo đặc tính chịu tải: Móng chịu tải trọng tĩnh, móng chịu tải trọng động (thường gặp là móng máy). - Phân loại theo độ sâu chôn móng vào đất: Móng nông, móng sâu: +Móng nông: Là các loại móng được thi công trên hố đào trần, sau đó lấp đất lại, độ sâu chôn móng không quá lớn thường từ 1,5÷3m, nhiều trường hợp đặc biệt chiều sâu chôn móng có thể chọn 5÷6m. Trong thực tế, ta có thể phân biệt móng nông dựa vào tỷ lệ giữa độ sâu chôn móng và bề rộng móng (h/b). Tuy nhiên, tỷ lệ định lượng là bao nhiêu cũng chưa thật rõ ràng. Chính xác nhất là dựa vào phương diện làm việc của đất nền, khi chịu tải trọng nếu không tính đến ma sát hông của đất ở xung quanh với móng thì đó là móng nông, ngược lại là móng sâu. Một số loại móng nông thường gặp: Móng đơn (móng đơn đúng tâm, lệch tâm, móng chân vịt), móng băng dưới tường, móng băng dưới cột (móng băng một phương, móng băng giao thoa), móng bè. Hình 1.3. Móng băng giao thoa 8 Hình 1.4 Thi công móng đơn +Móng sâu: Là các loại móng mà khi thi công không cần đào hố móng hoặc chỉ đào một phần rồi dùng thiết bị thi công để hạ móng đến độ sâu thiết kế. Nó thường dùng cho các công trình có tải trọng lớn. Các loại móng sâu thường gặp: Móng cọc (đóng, ép), cọc khoan nhồi, cọc barrette, móng giếng chìm, giếng chìm hơi ép… Hình 1.5 Thi công móng cọc ép 9 Hình 1.6 Một đài cọc sau khi đổ bê tông xong Hình 1.7 Thi công móng cọc khoan nhồi 1.2. SƠ LƯỢC VỀ MÓNG CỌC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG [16] Móng cọc đã được sử dụng rất sớm từ khoảng 1200 trước, những người dân của thời kỳ đồ đá mới của Thụy Sỹ đã biết sử dụng các cọc gỗ cắm xuống các hồ nông để xây dựng nhà . Cũng trong thời kỳ này, người ta đóng các cọc gỗ xuống các vùng đầm lầy để chống quân xâm lược, người ta đóng các cọc gỗ để làm tường chắn đất, dùng thân cây, cành cây để làm móng nhà… 10 Ngày nay, cùng với tiến bộ về khoa học kỹ thuật nói chung móng cọc ngày càng được cải tiến, hoàn thiện, đa dạng về chủng loại cũng như phương pháp thi công, phù hợp với yêu cầu cho từng loại công trình. Sự phát triển của kỹ thuật làm cọc đã sản sinh không ngừng các kiểu cọc mới, điều đó đã mở ra cho việc thiết kế móng cọc nhà đặc biệt là nhà cao tầng, khiến cho người thiết kế có thể lựa chọn được những loại cọc có tính năng kỹ thuật tốt hơn, lợi ích kinh tế cao hơn. a) b) 3 3 2 1 Hình 1.8. Móng cọc a. Móng cọc đài thấp; b. Móng cọc đài cao; 1. Cọc đứng; 2.Cọc nghiêng; 3. Đài cọc Các bộ phận chính của móng cọc [2, 12] Móng cọc gồm hai bộ phận chính là cọc và đài cọc. + Cọc Cọc là kết cấu có chiều dài lớn so với bề rộng tiết diện ngang, được đóng hay thi công tại chỗ vào lòng đất, đá, để truyền tải trọng công trình xuống các tầng đất, đá, sâu hơn nhằm cho công trình bên trên đạt các yêu cầu của trạng thái giới hạn quy định. Cọc bê tông cốt thép là loại cọc đúc sẵn đưa xuống lòng đất để chịu lực đứng hay lực ngang. + Đài cọc Đài cọc là kết cấu dùng để liên kết các cọc lại với nhau và phân bố tải trọng của công trình lên các cọc. 11 Nội lực ở cọc do tải trọng kết cấu phần trên truyền xuống qua hệ đài bản chất sinh ra do chuyển vị tại điểm liên kết cọc với hệ đài. Có thể phân ra làm đài tuyệt đối cứng và đài mềm trong tính toán thiết kế hệ cọc. Coi đài móng cứng tuyệt đối khi chiều cao đài phải rất lớn . Dưới tác dụng của tải trọng thì chuyển vị tại các điểm trên mặt cắt ngàm cọc là tuyến tính do đó thông thường cọc ở vị trí biên sẽ có nội lực lớn nhất. Lực truyền xuống cọc trong trường hợp đài cọc mềm sẽ đi theo đường ngắn nhất nghĩa là các cọc ngay dưới lõi vách, phản lực lớn hơn rất nhiều so với cọc biên . Trong khi đó ở trường hợp đài cọc tuyệt đối cứng các cọc biên sẽ chịu lực lớn nhất. Hình 1.9. Cấu tạo cọc bê tông cốt thép * Cấu tạo đài Đài của móng cọc đơn, móng bè, móng dầm giao thoa và bản đáy của móng hình hộp phải có cấu tạo liên kết với cọc theo các yêu cầu sau đây: * ích thước cơ bản của đài: 12 hoảng cách từ trung tâm của cột biên tới mép của đài không nên nhỏ hơn đường kính của cột, đường kính hoặc chiều dài cạnh bình quân của cọc, khoảng cách tính từ cọc tới mép đài không nên nhỏ hơn 150mm Bề rộng bản đáy của đài cọc hai hàng hoặc đài cọc một hàng không nên nhỏ hơn 2 lần đường kính hoặc chiều dài cạnh cọc, cũng không nên nhỏ hơn 600mm, khoảng cách tính từ mép cọc tới mép đài không nên nhỏ hơn 150mm. Độ dày của đài móng cọc phải căn cứ vào yêu cầu của kết cấu bên trên để xác định, và độ dày này tính từ mặt lớp đệm lên không được nhỏ hơn 300mm, khi đài hình côn, độ dày của mép đài cũng không được nhỏ hơn 300mm. Yêu cầu đối với bê tông và đặt thép đài: Cấp cường độ bê tông không được thấp hơn B15; đường kính cốt thép dọc trong dầm đài không nên nhỏ hơn 12mm, đường kính cốt đứng không nên nhỏ hơn 10mm, đường kính cốt đai không nhỏ hơn 8mm. Đài có dạng bản nên dùng cốt thép chịu lực đường kính tương đối nhỏ, nhưng không dưới 10mm, khoảng cách không nên lớn hơn 200mm, cũng không nên nhỏ hơn 100mm, cốt thép chịu lực ở mặt đáy của đài nên trực tiếp để trên mặt đầu cọc sau khi đầu cọc đã được làm phẳng theo đúng cốt thiết kế. Yêu cầu liên kết cọc với đài hoặc với bản đáy của móng hộp: Độ dài phần đầu cọc ngàm vào trong đài hoặc bản đáy của móng hộp không nên nhỏ hơn 50mm. Độ dài cốt thép dọc của cọc kéo vào đài hoặc vào bản đáy của móng hộp lấy theo độ dài neo giữ khi chịu kéo. Độ dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép đài: Độ dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép đài không nhỏ hơn 50mm, khi có lớp đệm bê tông thì lớp bảo vệ cốt thép ở bên dưới có thể giảm xuống còn 30mm. Vấn đề tính toán chịu cắt của bản đáy móng cọc bè và cọc hộp Một số ưu điểm và phạm vi áp dụng Móng cọc sử dụng hợp lý đối với các công trình chịu tải trọng lớn mà lớp đất tốt nằm dưới sâu, giảm được biến dạng lún và lún không đều. 13 hi dùng móng cọc làm tăng tính ổn định cho các công trình có chiều cao lớn, tải trọng ngang lớn như các nhà cao tầng, nhà tháp,… Móng cọc với nhiều phương pháp thi công đa dạng như: cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhồi,…. nên có thể sử dụng làm móng cho các công trình có điều kiện địa chất, địa hình phức tạp mà các loại móng nông không đáp ứng được như vùng có nền đất yếu hoặc công trình trên sông… Móng cọc được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp, cầu đường, thủy lợi – thủy điện. Cọc có nhiều loại để phục vụ cho những công trình khác nhau với nhiệm vụ để gia cố nền đất hoặc truyền tải cho móng. Phân loại theo vật liệu: Cọc gỗ (Cọc tre,Cọc cừ tràm…). Cọc bê tông cốt thép. Cọc thép. Cọc cát. Cọc xi măng đất Phân loại theo đài cọc + Cọc đài thấp, cọc đài cao + Móng băng cọc, Móng bè cọc Phân loại theo chiều dài cọc: + Cọc ngắn chiều dài dưới 6m; + Cọc vừa chiều dài khoảng 20÷25m; + Cọc dài trên 25m có thể tới 50, 60m hoặc hơn nữa. Riêng đối với loại cọc bê tông cốt thép thường dùng phổ biến thì còn chia ra các loại cọc: Cọc ống (cọc rỗng), cọc đặc, cọc bê tông cốt thép thường và cọc bê tông cốt thép dự ứng lực. Phân loại theo cách chế tạo cọc: + Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc bê tông cốt thép đổ tại chỗ,… + Cọc bê tông cốt thép đổ tại chỗ có thể chia ra làm hai loại : Cọc nhồi (Cọc khoan nhồi), cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ. + Cọc barrette Phân loại theo biện pháp thi công cọc : Cọc đóng; cọc ép