CHƯƠNG VIII THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN DƯỚI VÀ NỀN MÓNG
8.4 Thiết kế nền móng
Để lựa chọn loại móng cho mố trụ, các vấn đề sau cần được xem xét đánh giá:
- Độ lớn và chiều tác dụng của tải trọng;
- Chiều sâu của lớp đất phù hợp để chịu lực;
- Mức độ xói và xử lý chống xói như trình bày ở chương 5 và chương 6;
- Các yêu cầu về công năng bao gồm độ lún, độ chuyển dịch ngang, ổn định tổng thể (trên mái dốc), sức kháng nén của đất nền, ổn định lật, trượt;
- Thuận lợi cho thi công và thời gian thi công;
- Tác động đến mối trường khi thi công;
- Các hạn chế công địa thi công, về mặt bằng, ảnh hưởng chấn động đến các công trình lân cận và đường tiếp cận đến công trường.
Dựa trên các xem xét trên để quyết định nền móng mố trụ là móng đế đặt trên nền thiên nhiên (móng nông) hay là móng sâu. Móng nông là ưu tiên lựa chọn khi điều kiện đất nền gần bề mặt có sức kháng tốt, có thể đào trần ngay cả khi chiều sâu mực nước không lớn.
Các cầu vượt qua suối hoặc kênh mương có chiều sâu nước không quá 1,5m đều có thể dùng móng nông nếu lớp đất chịu lực ở không ở sâu. Trong trường hợp này có thể dùng vòng vây bằng bao tải cát kết hợp tre làm vòng vây chắn nước thi công.
Móng nông sẽ không kinh tế khi chiều sâu đào móng lớn hơn 3m hoặc 5m. Trong trường hợp vùng núi, tại vị trí cầu có lớp sỏi cuội dày hơn 2m, có thể lựa chọn móng nông kết hợp với biện pháp chống xói cho móng nông như trình bày ở chương 6.
Khi các điều kiện hiện trường không cho phép dùng kết cấu móng nông thì sử dụng móng trên nền cọc. Để tránh phải huy động các thiết bị nặng, chủ yếu dùng cọc đóng. Đối với vùng miền núi trung du cũng có thế áp dụng móng giếng đào đường kính 1,5m hoặc 2,0m.
Việc thiết kế nền móng có yếu tố quyết định đến giá thành công trình và an toàn công trình. Vì vậy khi thiết kế cần phải tuân thủ các bước:
- Nghiên cứu tài liệu địa chất, thủy văn;
- Tính các lực tác dụng;
- Xác định sơ kích thước kết cấu mố trụ và móng theo loại hình kết cấu đã gợi ý cho từng vùng nêu trên;
- Kiểm toán điều kiện xói cục bộ để xác định cao độ đặt móng;
- Kiểm toán kết cấu theo điều kiện chịu lực, biến dạng, mố đặt trên nền dốc phải kiểm toán ổn định tổng thể theo bài toán ổn định truợt mái dốc;
- Điều chỉnh, định kích thước thiết kế chính thức cuối cùng.
8-15
Quá trình thiết kế phải có sự phối hợp làm việc chặt chẽ giữa kỹ sư thiết kế kết cấu với kỹ sư Địa chất công trình, kỹ sư tính toán thủy văn.
8.4.2 Các trạng thái giới hạn thiết kế nền móng
Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05, kết cấu phần dưới được kiểm soát theo các trạng thái giới hạn sau:
- Trạng thái giới hạn cường độ I: liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn không xét gió;
- Trạng thái giới hạn cường độ II: liên quan đến cầu chịu tác dụng của gió vượt quá vận tốc 25 m/s ;
- Trạng thái giới hạn cường độ III: liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn với gió vận tốc 25 m/s ;
- Trạng thái giới hạn đặc biệt: liên quan đến tải trọng động đất (dự án này không xét);
- Trạng thái giới hạn sử dụng: liên quan khai thác cầu theo tải trọng danh định và gió vận tốc 25 m/s.
8.4.3. Thiết kế chịu động đất
Trong dự án này cầu có qui mô nhỏ không xét đến thiết kế chịu động đất.
8.4.4 Các tải trọng tác dụng lên kết cấu phần dưới và nền móng
Hình 8.4.4-1 minh họa vị trí và hướng các tải trọng tác dụng để thiết kế kết cấu phần dưới và nền móng. Hình này cũng biểu thi các cao độ yêu cầu để thiết kế mố và kết cấu phần dưới. Chú ý rằng khi dùng cọc để thiết kế trụ dẻo thì cọc vừa là thân trụ vừa là một bộ phận của móng. Đối với móng đế thì phương thiết kế cũng vuông góc với móng. Bởi vì các tải trọng dọc hoặc ngang hoặc xiên từ kết cấu phần trên sẽ chuyển đổi theo các vec tơ thành phần thành các tải trọng vuông góc hoặc song song với móng. Các lực tác dụng lên kết cấu phần dưới qui định trong chương 3 của tiêu chuẩn 22TCN 272-05.
Tất cả các thành phần liên quan đến lực do tính tải (DC) đều phải xét đến, các tác động gây ra chuyển vị ngang nào mà làm tăng ứng suất.
Một điều cần chú ý khi tính tác động hoạt tải (LL) theo Điều 3.6.2 của tiêu chuẩn thiết kế cầu không tính đến lực xung kích đối với các kết cấu vùi trong đất. Các bộ phận của mố tiếp xúc với đất được coi là kết cấu vùi trong đất nên không tính xung kích (IM) của hoạt tải.
Các lực do kết cấu tạm như đà giáo, giá long môn nâng dầm hay lực do đặt lệch tâm các phiến dầm lắp ghép đều phải được xét đến khi tính kết cấu phần dưới và nền móng.
Hình 8.4.4-1 Các lực tác d 8.4.5 Thiết kế móng nông
Phần này trình bày thiết kế
nông cho trụ đặt trên nền móng nông có cùng các bư thép được trình bày cho móng Trụ
8.4.5.1. Các tải trọng và các hệ s Trên Hình 8.4.5.1-1 mô tả Chú ý rằng độ lệch tâm để tính ứ độ lệch tâm để đánh giá ổn định l
Điều quan trọng là không thay
điểm tính mô men quay ở vị tri tim móng hay đi AASHTO LRFD, mô men tính v
lấy hệ số tải trọng với giá trị lớn nh Các giá trị ghi trên Hình 8.4.5
c tác dụng vào kết cấu phần dưới và móng
ế móng nông cho mố là chính, các bước thiế n móng nông có cùng các bước tương tự. Các cách b
ụ và Mố .
số tải trong để thiết kế móng
ả vị trí các lực và mô men tác dụng trên móng k
ứng suất đáy móng là tính theo tim móng trong khi đó nh lật là lấy theo điểm 0 ở mép móng.
ng là không thay đổi các giá trị hệ số tải trọng Max, Min dù r tri tim móng hay điểm 0. Theo tiêu chuẩn thi
ới điểm tim của móng Bảng 8.4.5.1-1 chỉ dẫ n nhất hoặc nhỏ nhất.
Hình 8.4.5.1-1 theo định nghĩa sau:
8-16
ết kế móng cách bố trí cốt
ng trên móng kết cấu.
t đáy móng là tính theo tim móng trong khi đó
ng Max, Min dù rằng n thiết kế cầu ẫn khi nào
Hình 8.4.5.1 DC, LL, EQ = Tải trọng th tải, tải trọng động đất) DCabut = tải trọng kết cấu do tr EQabut = lực quán tính mố do t
EVheel = Trọng lượng bệ móng phía sau tư EVtoe = Trọng lượng khối đấ
EHsoil = Tải trọng nằm ngang do áp l mố
LS = Áp lực ngang của đ EQsoil = Tải trọng nằm ngang t cộng với áp lực đất do động đ Rep = Cường độ cực hạn áp l Rτ = Sức kháng chịu cắt của đ σv = Ứng suất thẳng đứng t R = Tổng hợp lực tại đáy móng
.1 -1 Sơ đồ lực tác dụng lên tường thân mố ng thẳng đứng kết cấu tác dụng lên móng/tường (t
u do trọng lượng của mố do tải trọng động đất móng phía sau tường mố
ất trên móng phía trước tường mố
m ngang do áp lực đất chủ động hay áp lực nghỉ c
a đất do hoạt tải chất trên
m ngang tổ hợp hiệu ứng của áp lực chủ động ho ng đất phía sau mố
n áp lực đất bị động
a đất dọc theo đáy móng tại mặt tiếp xúc giữ ng tổng cộng đáy móng
i đáy móng
8-17
ng (tĩnh tải, hoạt
của đất phía sau
ng hoặc áp lực nghỉ
ữa đất -bê tông
8-18
eo = Độ lệch tâm tính toán quanh điểm 0 Xo = Khoảng cách từ điểm O tới Hợp lực R B = Chiều rộng móng
H = Tổng chiều cao mố cộng với chiều cao dầm
Bảng 8.4.5.1-1 Lựa chọn hệ số tải trọng lớn nhất và nhỏ nhất cho móng nông theo các trường hợp phá hoại khác nhau theo trạng thái giới cường độ
Hệ số tải trọng
Tải trọng Kiểm toán Trượt Kiểm toán lật e0 Ứng suất nén (ec, v) DC, DCabut Lấy hệ số min Lấy hệ số min Lấy hệ số Max
LL, LS Lấy hệ số hoạt tải Lấy hệ số hoạt tải Lấy hệ số hoạt tải EVheel , EVtoe Lấy hệ số min Lấy hệ số min Lấy hệ số Max
EHsoil Lấy hệ số Max Lấy hệ số Max Lấy hệ số Max