Chương 3 DỰ BÁO ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT
3.3 Tính độ lún ổn định của nền đất dưới móng công trình
3.3.1 Khái niệm về áp lực gây lún:
Áp lực gây lún là áp lực phụ thêm do tải trọng của công trình truyền qua móng xuống đất nền gây ra lún. Trong thực tế, khi xây dựng các công trình thì bao giờ cũng đặt móng của công trình cũng đƣợc đặt ở một chiều sâu nhất định trong đất. Vì thế không phải toàn bộ tải trọng do công trình tác dụng trên đáy móng p gây ra lún, mà phần tải trọng gây ra lún đƣợc xác định theo biểu thức:
Trong đó:
p: Áp lực đáy móng
γ: Dung trọng trung bình của đất từ đáy móng trở lên;
γtb: Dung trọng trung bình giữa các lớp đất từ đáy móng lên trên và bê tông móng (lấy bằng 20kN/m3 hoặc 22 kN/m3)
ζgl: áp lực gây lún;
hm: Độ sâu đặt móng.
Vì khi xây móng do việc đào hố móng, đất nền đƣợc giảm tải một phần. Do đó, khi bắt đầu xây móng cho đên khi trọng lƣợng của phần móng bằng trọng lƣợng của phần đất đào đi, thì trạng thái ứng suất của nền đất từ đáy móng trở xuống hoàn toàn không thay đổi và do đó nền đất sẽ không bị lún. Nền đất chỉ bị lún khi trọng lƣợng của móng và công trình lớn hơn trong lƣợng khối đất đã bị đào đi, vì thế gọi là áp lực gây lún.
Ví dụ 3.01: Cho móng đơn có kích thước BxL=2,0x3,0m chịu tải đúng tâm Ntt = 300kN, chiều sâu đặt móng hm = 1,5m. Đất nền trên MNN có trọng lƣợng riêng là 17 kN/m3 và dưới MNN là 18 kN/m3 và trọng lượng riêng trung bình của BT và đất trên đáy móng là 22kN/m3 . Hệ số vƣợt tải n=1,15; tải tiêu chuẩn Ntc = Ntt / n.
Yêu cầu tính áp lực gây lún tại đáy móng.
Trang 31
3.3.2 Tính toán độ lún của nền đất theo kết quả của lý thuyết đàn hồi.
Xem nền đất là một bán không gian đàn hồi (đồng nhất và đẳng hướng).
Phương pháp này chỉ thích hợp với nền đồng nhất.
Phương phỏp này phụ thuộc nhiều vào độ chớnh xỏc của cỏc đặc trưng E, à của đất, các đặc trưng này thường khá phân tán và rất khó xác định chính xác.
Trường hợp đế móng hình vuông hoặc hình tròn, tải trọng phân bố đều, thì độ lún của móng đƣợc tính bằng biểu thức sau:
Trong đó:
p Ứng suất gây lún.
b Chiều rông móng (hoặc đường kính móng tròn).
E, à Modun biến dạng và hệ số phoisson của đất.
ω Hệ số phụ thuộc hình dạng , kích thước cảu đáy móng, loại móng (móng cứng hay móng mềm). (tra bảng IV-1 trang 199 . BTCHĐ)
Trong đó:
o ωo hệ số để tính độ lún tại tâm móng mềm.
o ωc hệ số để tính lún tại góc móng mềm.
o ωm hệ số để tính độ lún trung bình của móng mềm.
o ωconst hệ số để tính độ lún của móng cứng.
Ví dụ 01:
3.3.3 Tính lún bằng phương pháp cộng lún các phân tố.
Nội dung phương pháp này là chia nền đất dưới móng công trình trong phạm vi chịu nén thành nhiều lớp, tính độ lún của mỗi lớp rồi cộng kết quả lại.
∑ Trình tự tính lún:
Bước 01: Chia các lớp đất dưới đáy móng thành các phân tố nhỏ có chiều dày hi
nhỏ hơn hoặc bằng b/4, đối với nền có nhiều lớp đất hay có mực nước ngầm thì các mặt cắt ngang của các phân tố cần đƣợc bố trí đúng ở những mặt phân giới giữa các loại đất và ở mặt tự do của nước ngầm.
Bước 02: Vẽ biểu đồ ứng suất gây lún và ứng suất do trọng lƣợng bản thân gây ra.
Sau khi chia nền đất thành các phân tố, cần xác định các trị áp lực ζzi
bt (áp lực bản thân) và áp lực ζzi
gl (áp lực gây lún) và hệ số nén tương đối aoi tương ứng của mỗi lớp.
Áp lực ζzi ở mỗi lớp chính là trị số trung bình của các ứng suất ở đỉnh và đáy của lớp đó, hệ số nén aoi được xác định dựa vào đường cong nén lún của lớp đang xét.
ứng suất gây lún ζzi
gl = ko.ζgl
ζgl – áp lực gây lún tại đáy móng ko – hệ số tính toán áp lực tại tâm móng.
Trong đó:
p Áp lực trung bình dưới đáy móng, dưới tác dụng của công trình bên trên.
γo Trọng lƣợng riêng trung bình của các lớp đất trong pham vi hm.
Trang 32
hm Chiều sâu chôn móng Xác định pham vi gây lún:
Đối với đất yếu: ζz
gl 0,1ζz bt
Đối với đất không yếu: ζz
gl 0,2ζz bt
Nền đất đƣợc coi là yếu khi:
Có sức chịu tải bé: 0.5 ÷ 1.0 kG/cm2.
Đất có tính nén lún lớn: a > 0.1 cm2/kG
Hệ số rỗng lớn: e > 0.1
Mô đun biến dạng bé: E < 50 kG/cm2,
Lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu≤ 0,35 daN/cm2,
Góc nội ma sát từ 0o đến 10o,
Khả năng thấm nước bé.
Hàm lượng nước trong đất cao, độ bảo hòa G > 0.8
Bước 03: Tính lún cho từng phân lớp
Khi tính độ lún Si của mỗi phân lớp có thể áp dụng kết quả của bài toán nén đất một chiều để tính độ lún của mỗi lớp
Trường hợp sử dụng đường cong nén lún e = f(p)
Phương pháp này chỉ áp dụng được khi cấp độ tăng tải không vượt quá 100 kN/m2, trường hợp lớn hơn phải phân ra các cấp tăng tải nhỏ hơn hoặc bằng 100 kN/m2.
Độ lún của mỗi lớp chia nhỏ có thể tính bằng công thức sau:
Trong đó:
S Độ lún của lớp đang xét
e1 hệ số rỗng của đất tại điểm giữa lớp đang xét, ứng với ứng suất ζz do trọng lượng bản thân đất;
Trang 33
e2 hệ số rỗng của đất cũng tại điểm trên, ứng với tổng ứng suất ζz do trọng lượng bản thân đất và do tải trọng ngoài;
a1-2 hệ số nén lún trong phạm vi từ p1 đến p2.
ao hệ số nén lún tương đối của đất tại điểm giữa lớp đang xét;
mv hệ số nén thể tích tại điểm giữa lớp đang xét;
o p1 ứng suất do trọng lượng bản thân đất tại điểm giữa mỗi lớp p1 = ζbtz
o p2 ứng suất tổng của trọng lượng bản thân đất và do tải trọng ngoài tại điểm giữa mỗi phân lớp.
p2 = p1 + ζz gl
ζz ứng suất do tải trọng ngoài gây ra tại điểm giữa đang xét;
β hệ số tính từ hệ số Poisson của đất
Các trị số β có thể lấy gần đúng như sau:
Đất cát β = 0,76
Đất cát pha β = 0,72
Đất sét pha β = 0,57
Đất sét β = 0,43
Cũng có khi người ta lấy chung β = 0,8 cho các loại đất.
E modun biến dạng của đất;
h chiều dày lớp đất đang xét
Ví dụ: Tính độ lún ổn định theo hệ số nén lún. Một lớp đất đính dày 2,8m trong nền công trình. Biết p1 = 140 kN/m2, p2 = 212 kN/m2; tương ứng có e1 = 0,920, e2 = 0,860.
Bài giải:
Xác định độ tăng áp lực. ∆p = p2 – p1 = 212 – 140 = 72 kN/m2 < 100 kN/m2
Trường hợp dùng đường cong nén e = f(lgp)
Đối với đất nén bình thường (NC). Là loại đất chưa bị nén trước (áp lực tiền cố kết (pc). (p1 và p2 < pc)
Độ lún của mỗi phân lớp đƣợc tính theo biểu thức:
( ) Trong đó:
S độ lún của lớp đang xét
Cc Hệ số nén
Trang 34
e1 Hệ số rỗng ban đầu (ứng với p1 tại điểm giữa lớp đất đang xét).
e2 Hệ số rỗng ban đầu (ứng với p1 tại điểm giữa lớp đất đang xét).
p1 ứng suất ban đầu tại điểm giữa lớp đang xét
p2 ứng suất cấp tiếp theo tại điểm giữa lớp đang xét
pc áp lực tiền cố kết.
ho chiều dày ban đầu của lớp đất.
3.3.4 Tính lún bằng phương pháp lớp tương đương
Nội dung phương pháp này là thay việc tính độ lúng S của nền đất dưới tải trọng phân bố đều cục bộ p theo lý thuyết đàn hồi bằng việc tính độ lún So của một lớp đất tương đương có chiều dày hs dưới tác dụng của tải trọng cùng cường độ nhưng phân bố đều kín khắp.
hs = Aω.b Trong đó:
Aω hệ số tra bảng IV-2, trang 200 BTCHĐ.
b chiều rộng của móng,
Trường hợp nền có nhiều lớp đất ta phải tính với hệ số nén tương đối trung bình aom
trong phạm vi vùng chịu nén 2.hs dưới đế móng S = aom.p.hs