Nenmong NCT C2 P3

Bài giảng Nền Móng NCT 12/11/2013

GV: TS. Trần Văn Tiếng 1

GV: TS. TRẦN VĂN TiẾNG

BÀI BÀI GIẢNG GIẢNG MÔN MÔN NỀN MÓNG NHÀ CAO TẦNGNỀN MÓNG NHÀ CAO TẦNG

[1]

CChươnghương 22: MÓNG SÂU: MÓNG SÂU

1.1. CọcCọc épép lyly tâmtâm dựdự ứngứng lựclực22.. MóngMóng cọccọc nhồinhồi33.. HiệnHiện tượngtượng mama sátsát âmâm44.. MóngMóng cọccọc đàiđài băngbăng đàiđài bèbè55.. ThửThử tĩnhtĩnh cọccọc ngoàingoài hiệnhiện trườngtrường66.. PhươngPhương pháppháp thửthử độngđộng xácxác địnhđịnh sứcsức chịuchịu tảitải

củacủa cọccọc ngoàingoài hiệnhiện trườngtrường77.. TTườườngng chchắắnn,, ttườườngng vâyvây,, mómóngng ttầầngng hhầầmm..

[2]



3.1. 3.1. TổngTổng quanquan về về ma ma sátsát âmâm3.2. 3.2. NhữngNhững nguyênnguyên nhânnhân gâygây ra ma ra ma sátsát âmâm33..33.. CácCác yếuyếu tốtố ảnhảnh hưởnghưởng đếnđến mama sátsát âmâm3.4. 3.4. ẢnhẢnh hưởnghưởng ma ma sátsát âmâm đếnđến côngcông trìnhtrình3.5. 3.5. CácCác biệnbiện pháppháp giảmgiảm ảnhảnh hưởnghưởng củacủa ma ma

sátsát âmâm3.6. 3.6. TínhTính toántoán ma ma sátsát âmâm

3. HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM

Ma sát giữa 2 vật thể sinhra do chuyển động tươngđối giữa 2 mặt phẳng tiếpxúc.

Thành phần ma sát trênthân cọc là do chuyển vịtương đối của cọc và đấtnền xung quanh coc.

Hướng chuyển vị tươngđối này sẽ quyết định lựcma sát bên cọc là âm haydương.

3.1. Tổng quan về ma sát âm



Định nghĩa hiện tượng ma sát âm Theo TCXD 189:1996 và TCXD 205 :1998, ma sátâm tác dụng lên cọc xảy ra khi tốc độ lún của đất nềnlớn hơn tốc độ dịch chuyển của cọc tại độ sâu tươngứng Đối với công trình có sử dụng móng cọc, khi cọcđược đóng vào trong tầng đất nền có quá trình cố kếtchưa hoàn toàn. Nếu tốc độ lún của đất nền dưới côngtrình nhanh hơn tốc độ lún của cọc theo chiều đi xuống,thì sự lún tương đối này phát sinh ra lực kéo xuống củatầng đất đối với cọc làm giảm khả năng chịu tải của cọcgọi là hiện tượng ma sát âm, lực kéo xuống gọi làlực ma sát âm .


SÉT MỀM HAY LỚP ĐẤT ĐẮP CÓ TÍNH NÉN LÚN

ĐẤT TỐT

MSAMSD

GĐ2




Lực ma sát âm xảy ra trên một phần thân cọc phụ thuộcvào tốc độ lún của đất xung quanh cọc và tốc độ lún củacọc.

Lực ma sát âm có chiều hướng thẳng đứng xuống dưới,có khuynh hướng kéo cọc đi xuống, do đó làm tăng lựctác dụng lên cọc.

Ta có thể so sánh sự phát sinh ma sát âm và ma sátdương thông qua hình sau:

7


(a) Söï phaùt sinh ma saùt döông.(b) Ma saùt aâm coù lôùp ñaátmôùi ñaép xaûy ra coá keát dotroïng löôïng baûn thaân.




(c) Ma saùt aâm khi lôùp seùt xoáp coá keát dothoaùt nöôùc hoaëc coù theâm lôùp ñaát môùiñaép.


~80 cm




Dù tồn tại lún của lớp đất xung quanh cọc, ma sát âmsẽ không xuất hiện nếu sự chuyển dịch xuống phíadưới của cọc dưới tác dụng của tĩnh tải và hoạt tải lớnhơn sự lún của đất nền.

Vì vậy mối quan hệ giữa biến dạng lún của nền vàbiến dạng lún của cọc là nền tảng cơ bản để lực masát âm xuất hiện.

Thông thường hiện tượng này xảy ra trong trường hợpcọc xuyên qua đất có tính cố kết và độ dày lớn; khi cóphụ tải tác dụng trên mặt đất quanh cọc.

3.2. Nguyên nhân gây ra ma sát âm

Khi nền công trình được tôn cao, gây ra tải trọng phụtác dụng xuống lớp đất phía dưới làm xảy ra hiện tượngcố kết cho lớp nền bên dưới; hoặc chính bản thân lớp nềnđắp dưới tác dụng của trọng lượng bản thân cũng xảy raquá trình cố kết.

Khi có sự tăng độ chặt của nền đất rời dưới tác dụngcủa động lực

Khi có sự lún ướt của đất ngập nước

Khi có sự tăng ứng suất hữu hiệu khi mực nước ngầmbị hạ thấp

Khi có sự giảm thể tích đất do chất hữu cơ trong đất bịphân hủy




SÐt

SÐt ®¾p

L

Z

Hf

L

Hf

Z

SÐt

C t ®¾p

L

Z

Hf

C t

SÐt ®¾p

(a) (b) (c)

Các trường hợp xuất hiện ma sát âm do tôn nền


Ma sát âm sinh ra trong trường hợp các cọc được tựatrên nền đất cứng và có tồn tại tải trọng bề mặt:




Cọc đóng trên nền chưa kết thúc cố kết: Trong thực tếthiết kế cầu đường, ma sát âm chỉ xảy ra một bên cọc dophần đường vào cầu có lớp đất đắp cao làm cho lớp đấtbên dưới bị lún do phải chịu tải trọng của lớp đất này.


Việc hạ thấp mực nước ngầm làm tăng ứng suất thẳng đứngcó hiệu tại mọi điểm của nền đất. Vì vậy, làm đẩy nhanh tốc độlún cố kết của nền đất. Lúc đó, tốc độ lún của đất xung quanhcọc vượt quá tốc độ lún của cọc dẫn đến xảy ra hiện tượng kéocọc đi xuống của lớp đất xung quanh cọc.




Việc xây dựng công trình mới bên cạnh công trình cũtrên nền đất yếu


Ma sát âm là hiện tượng phức tạp vì nó phụ thuộc vàonhiều yếu tố như: Loại cọc, chiều dài cọc, phương pháp hạ cọc, mặt cắtngang của cọc, bề mặt tiếp xúc giữa cọc và đất nền, sựco ngắn đàn hồi của cọc; Đặc tính cơ lý của đất, chiều dày lớp đất yếu, tínhtrương nở của đất; Tải trọng chất tải (chiều cao đắp nền, phụ tải); Thời gian chất tải cho đến khi xây dựng công trình; Độ lún của nền đất sau khi đóng cọc, độ lún của móngcọc; Quy luật phân bố ma sát âm trên cọc…..

3.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến ma sát âm



Làm giảm sức chịu tải của cọc.

Gây nên khe hở giữa đài cọc và lớp đất dưới đài

3.4. Ảnh hưởng của ma sát âm đến công trình

Trong một số TH, lực ma sát âm có thể vượt qua tảitrọng cho phép tác dụng lên cọc.

Trường hợp cọc chủ yếu chịu mũi, ma sát âm làm tăngứng suất mũi cọc.

Đối với việc sử dụng giếng cát: ma sát âm hạn chế quátrình cố kết của nền đất yếu sử dụng giếng cát





CỐ KẾT THẤM CỐ KẾT THẤM




23

Mực nước ngầm bị hạ thấpxây dựng công trình lân cận

CÔNG TRÌNH MỚI

MNN BAN ĐẦU

MNN SAU KHI BƠM


24

Khi xây dựng các công trình mới cạnh công trình cũ trênnền đất yếu




Biện pháp khắc phục ma sát âm có thể chia làm banhóm chính: Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất.

Biện pháp làm giảm tải trọng lên đất nền.

Biện pháp làm giảm ma sát giữa đất và cọc trong vùngma sát âm.

3.5. Các biện pháp khắc phục hưởng của ma sát âm

Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất Đối với công trình có thời gian thi công không gấp,công trình có hệ móng cọc trong đất yếu chưa cố kết:

Bố trí các phương tiện thoát nước theo phương thẳngđứng (giếng cát hoặc bấc thấm) để nước ở các lớpsâu trong đất yếu dưới tác dụng tải trọng đắp sẽ cóđiều kiện để thoát nhanh.

Tuy nhiên, để đảm bảo phát huy được hiệu quả thoátnước này thì chiều cao nền đắp tối thiểu nên là 4m, do đónếu nền đắp không đủ lớn thì ta kết hợp với gia tải trướcđể phát huy hiệu quả của các đường thấm thẳng đứng.




Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất Khi sử dụng các giải pháp thoát nước cố kết thẳngđứng nhất thiết phải bố trí tầng cát đệm. Giếng cát chỉ nên dùng loại có đường kính từ 35-45cm, bố trí kiểu hoa mai với khoảng cách giữa các giếngbằng 8-10 lần đường kính giếng. Nếu dùng bấc thấm thì cũng nên bố trí so le kiểu hoamai với cự ly không nên dưới 1,3m và không quá 2,2m. Khi sử dụng các giải pháp thoát nước cố kết thẳngđứng nên kết hợp với biện pháp gia tải trước và trong mọitrường hợp thời gian duy trì tải trọng đắp không nên dưới6 tháng.


D L

K ho ái ñ a át ñ a ép ( thö ô øng la ø c a ùt)

kh

kvkv

kh

k v

kh

k v

k h

k v

k h

k v

kh

Tru ï th o ùa t nö ô ùc

Ñ e äm ca ùt

H

H ìn h 3 -1: G ia ta ûi trö ô ùc k e át h ô ïp d u øn g g ie áng c a ùt tho a ùt n ö ô ùc la øm

3.5. Các biện pháp khắc phục hưởng của ma sát âm Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất

Ưu điểm: có thể áp dụng cho cả cọc đóng và cọc khoannhồi.Nhược điểm: cần thời gian thi công lâu và mặt bằng lớn(nếu có đắp gia tải).



Kiểm soát và hạn chế đến mức có thể ứng suất phânbố trong nền đất yếu do tải trọng chất thêm trong khithi công công trình cũng như sau khi công trình đượcđưa vào sử dụng.

Giải pháp có thể được đưa ra là sử dụng sàn giảm tảitrên hệ cọc hoặc là nền đất đắp trên hệ cọc vật liệutrộn (đất trộn xi măng, đất trộn vôi,...) có lót vải địa kỹthuật.

Đối với các công trình có phụ tải là hàng hóa, vật liệu,container, …. tải trọng phụ có giá trị lớn thì dùng cácsàn bê tông có xử lý cọc để đặt phụ tải.

3.5. Các biện pháp khắc phục hưởng của ma sát âm Biện pháp làm giảm tải trọng lên đất nền

Trong công trình giao thông, sàn giảm tải (bố trí chonền đường đắp cao sau mố cầu), ngày càng được sửdụng rộng rãi, đất đắp nền được đắp lên sàn giảm tảichứ không tác dụng trực tiếp lên nền đất yếu bêndưới.

Ưu điểmBiện pháp này dễ thi công, làm giảm đáng kể lực kéoxuống của cọc, an toàn về kỹ thuật. Biện pháp nàyđặc biệt thích hợp với các công trình được xây dựngtôn nền cao trên nền đất yếu lớn như hiện nay.




Nhược điểm– Xét về mặt kinh tế thì chưa đạt hiệu quả cao.

– Trong nhóm này còn phải kể đến phương pháp xửlý nền bằng phương pháp cố kết chân không. Cácphương pháp này mới được áp dụng tại Việt Namcó hiệu quả rất lớn tuy nhiên giá thành còn cao.


Tạo lớp phủ mặt ngoài để ngăn ngừa tiếp xúc trực tiếp giữacọc và đất xung quanh làm giảm ma sát thành bên giữa cọcvà lớp đất nền xung quanh cọc.Bitumen được sử dụng để phủ xung quanh cọc bởi vì đặc

tính dẻo nhớt của nó, ứng xử như vật liệu rắn đàn hồi dướitác động tải tức thời (đóng cọc) và như chất lỏng nhớt khi tốcđộ di chuyển thấp.Những thành công sử dụng bitumen để làm giảm lực kéo

xuống phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như:– Lọai và tính chất của bitumen,– Mức độ thâm nhập của hạt đất vào bitumen,– Sự phá hỏng của bitumen khi đóng cọc,– Nhiệt độ môi trường.

3.5. Các biện pháp khắc phục hưởng của ma sát âm Biện pháp làm giảm ma sát giữa đất và cọc trong vùng

ma sát âm



Theo kết quả nghiên cứu của Brons (1969): lực ma sátâm giảm khoảng 90% so với trường hợp không dùng lớpphủ bitumen mặt ngoài.

Lớp phủ bitumen có tác dụng làm giảm lực kéo xuốngkhoảng 75%.

Tuy nhiên, nếu không có bùn bentonite khi hạ cọc thì tácdụng của bitumen chỉ còn khoảng 30% do lớp phủbitumen bị phá hỏng trong quá trình hạ cọc.

Do đó chiều dày lớp phủ bitumen nên vào khoảng 4-5mmđể ngừa cho trường hợp bị xước khi hạ cọc.


ma sát âm

Ưu điểm : Thi công đơn giản, kinh phí thấp

Nhược điểmChỉ có thể áp dụng cho cọc đóng, không áp dụng

được cho cọc khoan nhồi.

Ngoài ra, người ta có thể khoan tạo lỗ có kích thướclớn hơn kích thước cọc trong vùng chịu ma sát âm,sau đó thi công cọc mà vẫn giữ nguyên khoảng trốngxung quanh và được lấp đầy bằng bentonite.

Ma sát dương không thể khôi phục khi kết thúc quátrình cố kết.


ma sát âm




ma sát âm

3.6. Tính toán ma sát âm Ma sát âm cực đại

Ñaát ñaép

Ñaát yeáu

Ña át toát

Ma saùt aâm

Ma saùt döông

Qu

Qp

MNN

hd

h

A B

A’ B’

D D’ C C’

E F

H

Trong điều kiện dài hạn hoặc chống cắt trong điều kiện thoát nước:fn = ’h tga = K’v tga

Nguyên lý tính ma sát âm cực đại Tại độ sâu z, lực ma sát âm đơn vịđược tính bởi biểu thức:fn = ’h tga+ca = K’v tga +ca

Tổng lực ma sát âm lên cọc:

dh h

'msa v a a

0

Q u K tg c dz

Với u là chu vi tiết diện ngang củacọc; hd bề dầy lớp đất đắp, h là bềdày vùng có ma sát âm hay vùng nềnđất yếu có chuyển vị đứng lớn hơn độlún của cọc.

dh h'

msa v a0

Q u K tg dz



3.6. Tính toán ma sát âm Xác định chiều dày vùng ma sát âm

Độ lún của cọc đơnS = S1 + S2 + S3

Xác định độ lún của nền

Với:p : áp lực trung bình tác dụng lên lớp đất,E0, 0: Module đàn hồi và hệ số poisson của lớp đất

0

S .p.hE

2o

o

211

Với

Với:S1 : độ lún do biến dạng co của thân cọc,S2 : độ lún do biến dạng nén của đất nền dưới mũi cọc,S3 : độ lún do chuyển dịch theo phương đứng của đất bởi lực ma sátgiữa đất và thân cọc .

3.6. Tính toán ma sát âm Xác định chiều dày vùng ma sát âm Độ lún của cọc đơn

Với:Qap : lực nén ở mũi cọc,Qas : lực ma sát xung quanh cọc,A : diện tích tiết diện ngang cọcE : Module đàn hồi vật liệu làm cọcL : Chiều dài cọc : Hệ số phụ thuộc hình dạng sự phân bố ma sát giữa cọc và đấtdọc thân cọc

ap as1

(Q + ξQ )s = L

A.E




Với:qap : áp lực đất nền lên mũi cọc,E0, 0: Module đàn hồi và hệ số poisson của lớp đất nền dưới mũicọcD : đường kính cọc, : Hệ số phụ thuộc hình dạng tiết diện ngang mũi cọc trong phươngpháp tính lún theo đàn hồi. Cọc vuông =0.88, cọc tròn =0.79

ap 22 0

0

q .Ds = 1-μ .α

E


Với:Qas : lực ma sát xung quanh cọc hay sức chịu tải ma sát an toàn,E0, 0: Module đàn hồi và hệ số poisson của lớp đất nền dưới mũicọc,D : đường kính cọc,L: chiều dài cọc,u chu vi tiết diện ngang cọc,Is: hệ số ảnh hưởng, theo Vesic :

2as3 0 s

0

Q Ds = . . 1-µ .Iu.L E

sLI = 2 + 0,35D



3.6. Tính toán ma sát âm Xác định chiều dày vùng ma sát âm Vùng ảnh hưởng của ma sát âm

Dựa vào sự tương quang độ lún giữa đất và cọc, xác định diểm trunghòa mà tại đó chuyển vị của cọc và đất bằng nhau. Trên điểm trunghòa cọc chịu ma sát âm, dưới điểm trung hòa cọc chịu ma sátdương.Xem độ lún cọc và đất tuyến tính theo độ sâu, chiều sâu vùng ảnhhưởng ma sát âm:

cocnf n

dat

SZ (1 ).HS

Với:Scoc : độ lún của cọc,Sdat : độ lún của đất quanh cọcHn: bề dày vùng nén lún

3.7. TCXD 189



3.8. TCXD 205

3.8. TCXD 205



3.8. TCXD 205

Nenmong NCT C2 P3

Documents

Transcript of Nenmong NCT C2 P3