BÀI GIẢNG NỀN MÓNG MỐ TRỤ CẦU

Texto

(1)TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG MIỀN TRUNG KHOA CẦU ĐƯỜNG BỘ MÔN CẦU & CÔNG TRÌNH NGẦM --------------------. ĐOÀN HỮU SÂM. BÀI GIẢNG MÔN HỌC. NỀN MÓNG VÀ MỐ TRỤ CẦU. Chuyên ngành : XÂY DỰNG CẦU ĐƯỜNG (DÀNH CHO SINH VIÊN HỆ CAO ĐẲNG) (LƯU HÀNH NỘI BỘ). TP. TUY HÒA, tháng 12 năm 2011.

(2) MỤC LỤC CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NỀN MÓNG VÀ MỐ TRỤ CẦU ................1 1.1.. Khái niệm chung về nền, móng ...........................................................................1. 1.1.1. Khái niệm cơ bản về nền, móng...........................................................................1 a.. Nền công trình.....................................................................................................1. b.. Móng công trình..................................................................................................2. 1.1.2. Phân loại nền, móng.............................................................................................2 a.. Phân loại nền .......................................................................................................2. b.. Phân loại móng....................................................................................................6. 1.2.. Khái niệm chung về mố trụ cầu ...........................................................................9. 1.2.1. Khái niệm chung về mố trụ cầu ...........................................................................9 1.2.2. Phân loại mố trụ cầu...........................................................................................10 a.. Phân loại theo độ cứng dọc cầu.........................................................................11. b.. Phân loại theo hệ thống kết cấu nhịp ................................................................13. c.. Phân loại theo vật liệu xây dựng .......................................................................15. d.. Phân loại theo phương pháp xây dựng..............................................................16. e.. Phân loại theo hình thức cấu tạo của mố trụ .....................................................16. f.. Phân loại theo yêu cầu sử dụng.........................................................................18. 1.2.3. Vật liệu xây dựng mố trụ cầu.............................................................................18 1.2.4. Xác định các kích thước cơ bản của mố trụ cầu ...............................................19 a.. Cao độ đỉnh móng .............................................................................................19. b.. Cao độ đỉnh mố trụ............................................................................................20. c.. Kích thước mũ mố trụ trên mặt bằng ................................................................21. d.. Xác định một số các kích thước khác ...............................................................23.

(3) CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG NÔNG..............................................24 2.1.. Các khái niệm cơ bản về móng nông .................................................................24. 2.1.1. Khái niệm ...........................................................................................................24 2.1.2. Cấu tạo ...............................................................................................................28 2.2.. Thiết kế móng nông trên nền thiên nhiên ..........................................................32. 2.2.1. Trình tự thiết kế..................................................................................................32 2.2.2. Xác định sơ bộ kích thước đáy móng ................................................................34 a.. Trường hợp móng chịu tải đúng tâm ................................................................36. b.. Trường hợp móng chịu tải lệch tâm..................................................................39. 2.2.3. Tính toán nền theo trạng thái giới hạn (TTGH).................................................45 2.2.4. Tính toán cường độ bản thân móng ...................................................................46 a.. Xác định chiều cao bệ móng .............................................................................46. b.. Tính toán cốt thép cho bệ móng........................................................................49. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG CỌC .................................................57 3.1.. Khái niệm, phân loại móng cọc .........................................................................57. 3.1.1. Khái niệm móng cọc ..........................................................................................57 3.1.2. Phân loại cọc, móng cọc ....................................................................................58 a.. Phân loại cọc .....................................................................................................58. b.. Phân loại móng cọc ...........................................................................................59. 3.1.3. Cấu tạo cọc và bệ cọc.........................................................................................60 a.. Cấu tạo cọc........................................................................................................60. b.. Cấu tạo bệ cọc ...................................................................................................63. 3.2.. Xác định sức chịu tải của cọc.............................................................................68. 3.2.1. Khái niệm ...........................................................................................................68.

(4) 3.2.2. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu..........................................69 3.2.3. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền ..........................................71 a.. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền. (phương pháp tĩnh)........................................................................................................72 b.. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc theo chỉ tiêu trạng thái (chỉ tiêu vật. lý) của đất nền (phương pháp thống kê) .......................................................................83 c.. Một số phương pháp thông dụng khác về tính sức chịu tải dọc trục của cọc. theo đất nền ...................................................................................................................88 3.3.. Thiết kế móng cọc đài thấp ................................................................................94. 3.3.1. Kiểm tra điều kiện móng cọc làm việc dạng đài thấp........................................94 3.3.2. Xác định sức chịu tải tính toán của cọc .............................................................96 3.3.3. Xác định số lượng cọc và bố trí cọc...................................................................96 3.3.4. Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc theo phương đứng .....................................96 3.3.5. Kiểm tra cường độ của nền đất dưới mũi cọc ....................................................98 3.3.6. Kiểm tra độ lún của móng cọc ...........................................................................99 3.3.7. Tính toán cọc chịu tải trọng ngang ..................................................................100 3.3.8. Tính toán đài cọc..............................................................................................106 a.. Kiểm tra xuyên thủng giữa cột (trụ) và đài.....................................................106. b.. Kiểm tra xuyên thủng giữa cọc và đài ............................................................107. c.. Tính toán chịu uốn và bố trí cốt thép cho đài..................................................109. 3.4.. Thiết kế móng cọc đài cao ...............................................................................125. 3.4.1. Khái niệm .........................................................................................................125 3.4.2. Tính toán móng cọc đài cao tuyệt đối cứng theo sơ đồ bài toán phẳng...........125 a.. 0 Xác định quan hệ giữa iK và iK ...................................................................128. b.. Xác định quan hệ giữa iK và iK ...................................................................129.

(5) c.. Xác định quan hệ giữa  i và v, u, w...............................................................130. d.. Xác định các chuyển vị v, u, w của đài cọc ....................................................131. CHƯƠNG 4: CẤU TẠO TRỤ CẦU DẦM................................................................136 4.1.. Cấu tạo các bộ phận của trụ cầu.......................................................................136. 4.1.1. Mũ trụ...............................................................................................................136 4.1.2. Thân trụ ............................................................................................................138 4.1.3. Móng trụ...........................................................................................................138 4.1.4. Lát mặt mố trụ cầu ...........................................................................................138 4.2.. Cấu tạo trụ cầu toàn khối .................................................................................139. 4.2.1. Trụ nặng ...........................................................................................................139 4.2.2. Trụ thân cột ......................................................................................................141 4.2.3. Trụ thân hẹp .....................................................................................................144 CHƯƠNG 5: CẤU TẠO MỐ CẦU DẦM .................................................................145 5.1.. Ý nghĩa, nhiệm vụ của mố trong công trình cầu..............................................145. 5.2.. Cấu tạo mố toàn khối .......................................................................................154. 5.2.1. Cấu tạo mố chữ U ............................................................................................154 5.2.2. Cấu tạo mố vùi .................................................................................................157 5.3.. Mố cầu 4 khớp .................................................................................................160. CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN MỐ TRỤ CẦU DẦM ....................................................162 6.1.. Khái niệm chung ..............................................................................................162. 6.1.1. Khái niệm chung về thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng (LRFD).........162 6.1.2. Các tải trọng tác dụng lên công trình cầu ........................................................164 6.1.3. Các trạng thái giới hạn, hệ số tải trọng và tổ hợp tải trọng..............................165 6.2.. Xác định một số tải trọng để tính toán mố trụ cầu...........................................168.

(6) 6.2.1. Tải trọng thường xuyên....................................................................................168 6.2.2. Tải trọng tức thời..............................................................................................169.

(7) 1. CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NỀN MÓNG VÀ MỐ TRỤ CẦU 1.1. Khái niệm chung về nền, móng Trong công trình xây dựng, người ta thường chia các bộ phận của công trình ra làm hai phần lớn: kết cấu phần trên (kết cấu thượng tầng) và kết cấu phần dưới (kết cấu hạ tầng). Việc phân chia cụ thể kết cấu phần trên và kết cấu phần dưới bao gồm những bộ phận nào là tùy thuộc vào từng ngành. Kết cấu phần dưới lại được chia làm 2 bộ phận là nền công trình và móng công trình. 1.1.1. Khái niệm cơ bản về nền, móng a. Nền công trình Nền công trình là phần địa chất (đất, đá) nằm ngay dưới đáy móng, tiếp nhận toàn bộ tải trọng công trình bên trên truyền xuống thông qua móng. Mặt đất tự nhiên Df. Móng. Hn. Nền. Hình 1.1. Nền và móng công trình. Về lý thuyết, có thể coi nền như không có giới hạn vì khi chịu tác dụng của tải trọng từ công trình bên trên thì tại bất kỳ một điểm nào đó trong nền đều chịu một giá trị ứng suất nhất định, nhưng trong thực tế thường coi nền là phạm vi địa chất có ảnh hưởng đáng kể đến công trình. Vì vậy nền có giới hạn là một mặt bao với các điểm nằm trên mặt ấy có cùng một giá trị ứng suất quy ước nào đó. Kích thước theo chiều sâu của vùng nền Hn thường lấy bằng chiều dày của lớp đất bị nén chặt ngay dưới đáy móng (chiều dày vùng nén lún), được xác định kể từ đáy móng đến độ sâu z mà ở đó thỏa mãn điều kiện thường dùng sau đây:.  z(bt )  5 z( gl ). đối với nền đất dưới đáy móng là nền đất tốt..  z(bt )  10 z( gl ) đối với nền đất dưới đáy móng là nền đất yếu..

(8) 2 b. Móng công trình Móng công trình là một bộ phận thuộc kết cấu phần dưới của công trình, nó liên kết trực tiếp với kết cấu phần trên của công trình, tiếp nhận toàn bộ tải trọng từ bên trên (và có thể nói là cả bên hông móng) và truyền xuống cho nền công trình gánh đỡ.. 1.1.2. Phân loại nền, móng a. Phân loại nền Nền thường được phân biệt ra nền thiên nhiên và nền nhân tạo. Nền thiên nhiên: là nền gồm các lớp đất có kết cấu tự nhiên được tạo thành từ lịch sử hình thành các lớp địa chất, có khả năng chịu được tải trọng công trình theo thiết kế mà không cần sử dụng các biện pháp kỹ thuật để cải thiện khả năng chịu lực của nền. Nền nhân tạo: khi nền có các lớp đất ngay sát bên dưới móng không đủ khả năng chịu lực với kết cấu tự nhiên của nó, để xây dựng công trình ở những vị trí này ta cần phải áp dụng các biện pháp kỹ thuật nhằm nâng cao khả năng chịu lực của các lớp đất đó hoặc thay các lớp đất đó bằng các lớp đất tốt hơn. Những nền như vậy được gọi là nền nhân tạo. Các biện pháp kỹ thuật sử dụng trong nền nhân tạo: Cải tạo kết cấu khung hạt đất nhằm gia tăng sức chịu tải và giảm độ biến dạng lún của nền đất:  Đệm vật liệu rời (đệm cát, đệm đá, …).  Gia tải trước.  Gia tải trước kết hợp biện pháp tăng tốc độ thoát nước.  Cột vật liệu rời (cột cát, cột đá, …).  Cột đất trộn vôi hoặc trộn xi măng.  Phương pháp điện thấm.  Phụt vữa xi măng hoặc vật liệu liên kết vào vùng nền chịu lực..

(9) 3. Hình 1.2. Gia tải trước kết hợp bấc thấm thoát nước đứng và thoát nước ngang.. Hình 1.3. Thi công cột vật liệu rời (cột đá)..

(10) 4. Hình 1.4. Thi công cột đất trộn xi măng.. Hình 1.5. Phụt vật liệu liên kết gia cường nền. Tăng cường các vật liệu chịu kéo cho nền đất (đất có cốt):  Sử dụng sợi hoặc vải địa kỹ thuật.  Sử dụng thanh hoặc vỉ địa kỹ thuật.  Sử dụng thanh neo..

(11) 5. Hình 1.6. Ứng dụng vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đường.. Hình 1.7. Ứng dụng lưới địa kỹ thuật trong xây dựng nền đường.. Hình 1.8. Sử dụng thanh neo tăng cường ổn định của nền đường trên sườn dốc..

(12) 6 b. Phân loại móng Có nhiều cách phân loại móng khác nhau:  Phân loại theo vật liệu xây dựng móng: móng gạch, đá hộc, bê tông, bê tông cốt thép, thép, gỗ.  Phân loại theo độ cứng của móng: móng cứng, móng mềm (móng chịu uốn).  Phân loại theo phương pháp thi công: móng đổ toàn khối, bán lắp ghép, lắp ghép.  Phân loại 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: móng nông, móng sâu, móng nửa sâu. Thông thường khi nói tới việc phân loại móng, ta thường quan tâm đến cách phân loại theo độ sâu chôn móng. Hiện nay, cơ sở để phân loại móng theo cách này được thống nhất hơn cả trong ngành xây dựng là khi tính sức chịu tải của đất nền thì thành phần ma sát giữa thành móng với đất nền được xem xét như thế nào. Theo cách phân loại này, móng được chia thành móng nông, móng sâu và móng nửa sâu. Móng nông: là phần mở rộng của đáy công trình nhằm có được một diện tích tiếp xúc thích hợp để đất nền có thể gánh chịu được áp lực đáy móng, loại móng này không xét đến lực ma sát giữa thành móng với đất xung quanh khi tính sức chịu tải của nền đất. Móng nông thường được chia thành móng đơn, móng phối hợp, móng băng, móng bè. Móng sâu: khi chiều sâu chôn móng lớn hơn chiều sâu tới hạn Dc, từ độ sâu này sức chịu tải của đất nền ở đáy móng không tăng theo chiều sâu nữa mà đạt giá trị không đổi và thành phần ma sát giữa thành móng với đất xung quanh được xét đến khi tính sức chịu tải của nền đất. Một số loại móng sâu như móng trụ, móng cọc. Móng trụ gồm các trụ lớn chôn sâu gánh đỡ các công trình cầu, cảng, giàn khoan ngoài biển, … Nếu trụ gồm các đốt rỗng và phương pháp thi công hạ vào lòng đất từng đoạn trụ được thực hiện giống như thi công giếng thì móng được gọi là móng giếng chìm. Khi móng giếng chìm đặt quá sâu hoặc địa chất xung quanh không cho phép hút nước để đào và xây, người ta phải bịt mặt trên các giếng tạo thành một buồng kín, sau đó dùng hơi ép bơm vào buồng này để đấy nước ra mà tiến hành đào đất hạ giếng, lúc này móng được gọi là móng giếng chìm hơi ép..

(13) 7 Móng cọc được cấu tạo bởi các thanh có kích thước bé hơn trụ, gọi là cọc hay cừ. Loại này rất đa dạng như cọc gỗ, cọc thép, cọc bê tông cốt thép, cọc ống thép nhồi bê tông, … Cọc bê tông cốt thép có loại chế tạo sẵn (tiết diện vuông, tròn, ống có hoặc không có thép dự ứng lực) và loại nhồi bê tông vào trong lỗ tạo trước trong lòng đất (cọc khoan nhồi, cọc barrette – tường barrette) Móng nửa sâu: khi chiều sâu chôn móng nhỏ hơn chiều sâu tới hạn Dc, nhưng không phải là móng nông như: móng cọc ngắn, móng trụ ngắn và một số móng giếng chìm.. Hình 1.9. Móng đơn.. Hình 1.10. Móng băng.. Hình 1.11. Móng bè..

(14) 8. Hình 1.12. Móng cọc chế tạo sẵn. Hình 1.13. Móng giếng chìm.. và móng cọc khoan nhồi.. Hình 1.14. Thi công tường barrette..

(15) 9. 1.2. Khái niệm chung về mố trụ cầu 1.2.1. Khái niệm chung về mố trụ cầu. Hình 1.15. Mố và trụ.. 1-Mố cầu.. 2-Trụ cầu.. Mố trụ cầu là một bộ phận quan trọng trong công trình cầu, có chức năng đỡ kết cấu nhịp và truyền toàn bộ tải trọng xuống đất nền. Về mặt kinh tế, mố trụ cầu chiếm một tỷ lệ đáng kể trong tổng vốn đầu tư xây dựng công trình. Mố trụ cầu là công trình thuộc kết cấu phần dưới. Ngoại trừ các cầu trên cạn, đa số mố trụ cầu nằm trong vùng ẩm ướt, dễ bị xâm thực, xói lở, bào mòn. Việc xây dựng, thay đổi, sữa chữa rất khó khăn nên khi thiết kế cần chú ý sao cho phù hợp với địa hình, địa chất, các điều kiện kỹ thuật khác và dự đoán trước sự phát triển tải trọng. Vì vậy mố trụ cầu phải đảm bảo những yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật và khai thác. Đảm bảo yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật nghĩa là mố trụ cầu sử dụng vật liệu một cách hợp lý, các kích thước cơ bản được chọn sao cho có trị số nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo về cường độ, độ cứng, độ ổn định, không bị xói lở, lún, sụt. Đảm bảo yêu cầu về khai thác bao gồm đảm bảo thoát nước thuận lợi dưới cầu, đảm bảo tính mỹ quan, không cản trở lưu thông dưới cầu trong cầu vượt, chống bào mòn bề mặt mố trụ ….

(16)  10 . Hình 1.16. Một công trình cầu trong thực tế. Mố cầu là một bộ phận thuộc kết cấu phần dưới của công trình cầu, được bố trí ở hai đầu cầu, ngoài chịu tải trọng từ kết cấu nhịp truyền xuống còn làm nhiệm vụ của một tường chắn đất, chịu áp lực ngang của đất đắp, đảm bảo ổn định của nền đường đầu cầu. Mố còn là bộ phận chuyển tiếp, đảm bảo xe chạy êm thuận từ đường vào cầu. Ngoài ra mố còn là công trình điều chỉnh dòng chảy và đảm bảo chống xói lở bờ sông đối với các cầu vượt sông. Tải trọng ngang truyền vào mố chủ yếu theo phương dọc cầu và giá trị tải trọng ngang theo hai hướng của phương dọc cầu thường khác nhau nhiều nên cấu tạo của mố theo phương dọc thường không đối xứng. Trụ cầu là một bộ phận thuộc kết cấu phần dưới của công trình cầu, có vị trí ở giữa hai nhịp kề nhau, phân chia các nhịp cầu, chịu tải trọng từ kết cầu nhịp truyền xuống. Đối với cầu vượt sông, trụ cầu được xây dựng trong phạm vi dòng chảy nên tiết diện ngang phải có dạng hợp lý về thủy động học để thoát nước tốt, bên ngoài trụ có lớp vỏ đặc biệt để chống xâm thực. Ngoài ra trụ cầu cũng phải được thiết kế hợp lý để đảm bảo thông thuyền đối với cầu có thiết kết thông thuyền. Đối với các cầu vượt và cầu cạn, hình dạng trụ phải đảm bảo mỹ quan và không cản trở lưu thông dưới cầu. Trụ cầu làm việc theo hai phương: dọc cầu và ngang cầu, và thường có cấu tạo đối xứng theo cả hai phương.. 1.2.2. Phân loại mố trụ cầu Có nhiều cách phân loại mố trụ cầu:.

(17)  11   Phân loại theo độ cứng dọc cầu.  Phân loại theo hệ thống kết cấu nhịp.  Phân loại theo vật liệu xây dựng.  Phân loại theo phương pháp xây dựng.  Phân loại theo hình thức cấu tạo của mố trụ.  Phân loại theo yêu cầu sử dụng. a. Phân loại theo độ cứng dọc cầu Theo độ cứng dọc cầu có thể phân thành: mố trụ cứng và mố trụ dẻo. Mố trụ cứng là loại có kích thước lớn, độ cứng lớn. Thường gặp trong hầu hết các công trình cầu. Khi chịu lực, biến dạng của mố trụ tương đối nhỏ có thể bỏ qua. Mố trụ có khả năng chịu được toàn bộ tải trọng ngang theo phương dọc cầu từ nhịp truyền đến và tải trọng ngang do áp lực đất gây ra. Hình 1.16 thể hiện một dạng mố trụ cứng. Mố trụ dẻo là loại có kích thước thanh mảnh, độ cứng nhỏ. Trên mũ mố trụ chỉ có gối cố định hoặc không cần gối. Khi chịu lực ngang theo phương dọc cầu, toàn bộ kết cấu nhịp và trụ sẽ làm việc như một khung và tải trọng ngang sẽ truyền cho các trụ theo tỷ lệ độ cứng của chúng. Lúc này cầu làm việc như một khung nhiều nhịp, do đó giảm lực ngang tác dụng lên trụ và kích thước trụ khi tính toán thiết kế sẽ giảm đi nhiều. Tuy nhiên, mố trụ dẻo chịu xô va kém nên cần lưu ý khi chọn loại mố trụ này. Trụ dẻo thường có dạng trụ cột, trụ cọc hoặc tường mỏng (hình 1.17). Trụ dẻo thường áp dụng cho các cầu nhịp nhỏ và có chiều cao không lớn lắm (thường là cầu dẫn).. Hình 1.17. Trụ dẻo.. a-Trụ cọc.. 1-Dầm mũ (xà mũ hay mũ trụ).. 2-Cọc.. b-Trụ tường mỏng. 3-Cột.. 4-Móng.. c-Trụ cột. 5-Thân trụ..

(18)  12 . Liên biên. Liên giữa. Hình 1.18. Mố trụ dẻo dạng cọc với kết cấu nhịp là các dầm giản đơn liên kết với mũ mố trụ bằng các gối tựa cố định (liên kết chốt).. Hình 1.19. Trụ dẻo dạng cọc thép và gỗ.. Hình 1.20. Trụ dẻo dạng tường mỏng.. Hình 1.21. Trụ dẻo dạng cột..

(19)  13  b. Phân loại theo hệ thống kết cấu nhịp Theo hệ thống kết cấu nhịp có thể phân thành: mố trụ không chịu lực đẩy và mố trụ chịu lực đẩy từ kết cấu nhịp.  Mố trụ không chịu lực đẩy từ kết cấu nhịp thường có cấu tạo tương đối đơn giản: mố trụ cầu dầm, mố trụ cầu khung.  Mố trụ chịu lực đẩy từ kết cấu nhịp là hệ thống chịu lực đẩy ngang lớn nên có cấu tạo nặng nề, thiết kế phức tạp và không có khả năng lắp ghép: mố trụ cầu vòm, mố trụ cầu treo. Mố trụ cầu dầm: dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng trên kết cấu nhịp, chỉ có áp lực thẳng đứng truyền xuống gối của mố trụ cầu.. Mố. Mố Trụ. Hình 1.22. Mố trụ cầu dầm. Mố trụ cầu khung: giống cầu dầm nhưng trụ liên kết ngàm với kết cấu nhịp tạo thành nút khung nên trong thân trụ xuất hiện moment lớn..

(20)  14 . Hình 1.23. Trụ cầu khung. Mố trụ cầu vòm: dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng trên kết cấu nhịp, mố trụ cầu chịu lực đẩy ngang lớn tại chân vòm.. Hình 1.24. Mố trụ cầu vòm..

(21)  15  Mố trụ cầu treo: dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng trên kết cấu nhịp, mố cầu chịu lực nhổ xiên rất lớn.. Hình 1.25. Mố trụ cầu treo dây võng. c. Phân loại theo vật liệu xây dựng Mố trụ cầu có thể được xây dựng bằng đá xây, bê tông, bê tông cốt thép (đổ tại chỗ, bán lắp ghép, lắp ghép). Một số trường hợp như trụ cầu cạn có thể được xây dựng bằng thép, gỗ. Các tháp cầu treo cũng có thể được xây dựng bằng thép.. Hình 1.26. Mố trụ cầu bằng đá xây..

(22)  16  d. Phân loại theo phương pháp xây dựng Theo phương pháp xây dựng, mố trụ được phân thành các loại: toàn khối, bán lắp ghép và lắp ghép. Mố trụ toàn khối được xây dựng ngay tại vị trí công trình, theo yêu cầu công nghiệp hóa thì những mố trụ loại này còn chưa hợp lý. Tuy nhiên trong trường hợp chịu lực phức tạp (mố trụ cầu vòm, cầu treo) hoặc do điều kiện kinh tế, khả năng thi công trụ cầu trên các sông lớn có thông thuyền, giải pháp trụ toàn khối là thích hợp. Trụ bán lắp ghép (hình 1.27b) gồm những khối vỏ bằng BTCT và bê tông lấp lòng. Lớp vỏ bên ngoài vừa đóng vai trò là lớp áo ngoài, vừa là ván khuôn khi đổ bê tông. Trụ lắp ghép (hình 1.27c) được xây dựng bằng những khối bê tông đặc, đúc sẵn hoặc có thể làm bằng thép. Hình 1.27. Trụ nặng. a-Trụ toàn khối. b-Trụ bán lắp ghép. c-Trụ lắp ghép. 1-Mũ trụ; 2-Thân trụ; 3-Móng; 4-Lớp vỏ BTCT; 5-Bê tông lấp lòng; 6-Bê tông lắp ghép.. e. Phân loại theo hình thức cấu tạo của mố trụ Theo hình thức cấu tạo có thể phân thành: Mố trụ nặng bao gồm các loại có kích thước lớn, kết cấu nặng nề. Mố trụ nặng thường áp dụng cho các cầu nhịp lớn hoặc các cầu thuộc hệ thống lực đẩy. Loại này thường được xây dựng bằng đá, bê tông, bê tông đá hộc, bê tông cốt thép. Mố trụ nhẹ có hình dạng thanh mảnh hơn, có thể gồm các hàng cột, hàng cọc hoặc tường mỏng. Đối với các cầu cạn, cầu vượt đường và ngay cả đối với các cầu qua sông có thể áp dụng các loại trụ cột tiết diện đặc hoặc cột ống BTCT rỗng (hình 1.28). Nếu kết cấu nhịp chỉ có hai dàn chủ, thân trụ có thể cấu tạo gồm hai cột đặt đúng tim dàn. Trong.

(23)  17  trường hợp cần đảm bảo tầm nhìn và không cản trở giao thông dưới cầu (cầu cạn, cầu vượt, cầu chéo) có thể áp dụng trụ một cột.. Hình 1.28. Trụ dạng cột. Mố trụ có móng riêng: móng trụ có thể là móng nông, móng cọc, móng giếng chìm … Mố trụ có cấu tạo liền với móng: kết cấu móng không tách biệt rõ với phần thân mố trụ: mố trụ dạng cọc, cột ống. Mố trụ có cấu tạo thẳng trên bình đồ: trục tim cầu vuông góc với dòng chảy hoặc hướng lưu thông. Mố trụ có cấu tạo xiên trên bình đồ: trục tim cầu xiên góc với dòng chảy hoặc hướng lưu thông. Để đảm bảo yêu cầu thoát nước và lưu thông tốt nhất, trên mặt bằng chiều dài trụ nên bố trí song song dọc theo dòng chảy, chiều ngang trụ nên hẹp tới mức tối đa (hình 1.29a). Loại này thường áp dụng cho cầu có độ xiên lớn. Đối với cầu qua đường, còn có thể bố trí mố trụ trên mặt bằng theo hình bậc thang (hình 1.29b), kết cấu nhịp vẫn đặt thẳng. Loại này thường kém mỹ quan và cản trở tầm nhìn nên ít được áp dụng..

(24)  18 . Hình 1.29. Sơ đồ mố trụ trong cầu xiên. 1-Tim đường.. 2-Tim cầu.. 3-Tim các cột trụ.. 4-Đá kê gối.. f. Phân loại theo yêu cầu sử dụng Theo yêu cầu sử dụng có các loại mố trụ cầu đường ô tô, mố trụ cầu đường sắt, hoặc kết hợp cả đường ô tô và đường sắt.. 1.2.3. Vật liệu xây dựng mố trụ cầu Đối với bê tông và cốt thép, áp dụng theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05. Đá xây: đá xây mố trụ cầu là các loại đá tự nhiên, chất lượng tốt, không bị nứt nẻ, phong hóa, có cường độ lớn hơn 600 kg/cm2 (≈ 60 MPa), kích thước nhỏ nhất của đá hộc là 25 cm. Những trụ bằng bê tông đá hộc, đá có cường độ lớn hơn 400 kg/cm2 (≈ 40 MPa), lượng đá không lớn hơn 20% khối lượng bê tông toàn bộ. Vữa dùng trong các trụ lắp ghép hoặc trong các trụ đá xây yêu cầu phải có cường độ tối thiểu là 100 kg/cm2 (≈ 10 MPa)..

(25)  19  1.2.4. Xác định các kích thước cơ bản của mố trụ cầu Hình dạng mố trụ cầu và các kích thước cơ bản của chúng được xác định xuất phát từ điều kiện thủy văn, địa chất, chiều cao cầu, chiều dài nhịp và hàng loạt các yếu tố khác. Tuy nhiên, một vài kích thước cơ bản được xác định theo các yêu cầu cấu tạo và khai thác như cao độ đỉnh móng mố trụ, cao độ đỉnh mố trụ, kích thước mũ mố trụ trên mặt bằng, chiều dày tối thiểu của các bộ phận, kích thước các gờ, bậc. a. Cao độ đỉnh móng Cao độ đỉnh móng được quyết định xuất phát từ điều kiện làm việc của mố trụ trong quá trình khai thác, từ điều kiện xây dựng và những lý do kinh tế. Trên những vùng khô cạn, phần bãi sông, cầu vượt, cầu cạn, cầu qua thung lũng, cao độ đỉnh móng không phụ thuộc loại mố trụ và thường đặt cao độ tại mặt đất, trừ các loại mố vùi. Đối với các trụ cầu qua sông có móng trên nền thiên nhiên, móng cọc bệ thấp, móng sâu, cao độ đỉnh móng thường đặt dưới mực nước thấp nhất (MNTN) từ 0,5 m đến 0,7 m. Tại các nhịp thông thuyền, cao độ đỉnh móng phải đảm bảo để tàu bè qua lại không va vào mép đỉnh móng.. Hình 1.30. Cao độ đỉnh móng trong móng cọc. 1-Bệ móng.. 2-Cọc.. 3-Thân trụ.. Với những mố trụ móng cọc bệ cao, bệ trụ có thể đặt ở cao độ bất kỳ (hình 1.30). Khi đặt bệ trụ cao hơn MNTN thì xây dựng trụ dễ dàng, khối lượng thân trụ giảm nhưng không đảm bảo yêu cầu mỹ quan. Nếu cọc có chiều dài lớn, để giảm moment.

(26)  20  uốn và chiều dài tự do chịu nén của cọc, nên đặt bệ cọc ở độ sâu hợp lý, vừa có lợi về mặt chịu lực, vừa thuận tiện cho việc thi công. b. Cao độ đỉnh mố trụ Cao độ đỉnh mố trụ được quyết định xuất phát từ yêu cầu sau: đáy dầm cũng như đỉnh mố trụ phải cao hơn mực nước cao nhất tính toán (MNCN) tối thiểu là 0,5 m. Vị trí đáy kết cấu nhịp được xác định từ chiều cao tĩnh không dưới cầu đối với cầu vượt, cầu cạn hoặc từ chiều cao tĩnh không thông thuyền với những nhịp thông thuyền và có cây trôi. Cao độ đáy kết cấu nhịp cao hơn cao độ đỉnh mố trụ một trị số bằng chiều cao gối cầu (hình 1.31).. Hình 1.31. Xác định cao độ đỉnh trụ. a-Đỉnh trụ cao hơn MNCN. b-Chọn cao độ đỉnh trụ theo mực nước thông thuyền (MNTT). Đối với những cầu vượt qua thung lũng, khe sâu, những yêu cầu trên không cần xét vì chiều cao cầu, chiều cao trụ được xác định từ cao độ tuyến đường qua cầu. Trong trường hợp chung, cao độ đỉnh trụ sẽ lấy trị số lớn nhất trong hai cao độ sau: MNCN + h MNTT + htt – hg Trong đó: MNCN – Mực nước cao nhất tính toán. MNTT – Mực nước thông thuyền. h – Khoảng cách nhỏ nhất từ MNCN đến đỉnh trụ, trên sông không thông thuyền h = 0,5 m. htt – Chiều cao nhỏ nhất cho phép của khổ thông thuyền. hg – Chiều cao gối cầu..

(27)  21  Liên quan đến tĩnh không thông thuyền, tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN-272-05 nói rõ: trừ khi có chỉ định khác, khổ giới hạn thông thuyền phải tuân theo các giá trị cho trong bảng sau, lấy từ TCVN 5664-1992. Khổ giới hạn thông thuyền trên các sông có thông thuyền Cấp đường sông I II III IV V VI. Khổ giới hạn tối thiểu trên mức nước cao có chu kỳ 20 năm (m) Theo chiều ngang Theo chiều thẳng đứng (trên toàn chiều rộng) Cầu qua sông Cầu qua kênh 80 50 10 60 40 9 50 30 7 40 25 6 (thích hợp) 5 (tối thiểu) 25 20 3,5 15 10 2,5. Trên những vùng khô cạn, đáy kết cấu nhịp phải cao hơn mặt đất tối thiểu là 1m. c. Kích thước mũ mố trụ trên mặt bằng Chiều rộng nhỏ nhất (theo phương dọc cầu) và chiều dài (theo phương ngang cầu) của mũ mố trụ được xác định như hình 1.32.. Hình 1.32. Xác định kích thước mũ mố trụ. 1-Kết cấu nhịp. 2-Thớt gối. 3-Tấm kê gối (đá kê gối). 4-Mũ trụ. 5-Tường đỉnh..

(28)  22  Đối với trụ cầu: bp  b3  b2  b2  bo  2(15  20)  2b1. (cm). a p  na2  ao  2(15  20)  2a1. (cm). Đối với mố cầu:. bp  b3  b2 . bo  (15  20)  b1 2. (cm). a p giống mũ trụ. Trong đó: bp , a p - Chiều rộng và chiều dài mũ mố trụ.. n - Số khoảng cách giữa tim các dầm chủ. bo , ao - Kích thước thớt gối.. (15÷20) cm - Khoảng cách nhỏ nhất từ mép thớt gối đến mép bệ kê gối. b2 , b2 - Khoảng cách từ tim gối đến đầu dầm của các dầm nhịp bên trái và bên. phải trụ. b3 - Khoảng cách giữa hai đầu dầm cạnh nhau hoặc đầu dầm và tường đỉnh mố.. b3  5 cm. với gối cố định.. b3   t ol  5 cm. với gối di động..  - Hệ số dãn nở do nhiệt độ của dầm. t o - Hiệu số giữa nhiệt độ cao nhất và nhiệt độ trung bình.. l - Chiều dài toàn dầm.. a2 - Khoảng cách giữa tim các dầm kề nhau theo phương ngang cầu. b1 , a1 - Khoảng cách nhỏ nhất từ mép bệ kê gối đến mép mũ mố trụ theo. phương dọc và phương ngang cầu (theo quy trình 22TCN-18-79) Trị số b1 lấy tùy thuộc chiều dài nhịp: Chiều dài nhịp (m) b1 (cm). 15÷20 15. 30÷100 25. >100 35. Trị số a1 lấy tùy thuộc loại kết cấu nhịp: Loại kết cấu nhịp Kết cấu nhịp bản Mọi kết cấu nhịp khác với gối phẳng và gối tiếp tuyến Mọi kết cấu nhịp khác với gối con lăn và con quay. a1 (cm) 20 30 50.

(29)  23  d. Xác định một số các kích thước khác. Chiều cao tường đỉnh của mố h1 được xác định bằng tổng chiều cao xây dựng của kết cấu nhịp (tính từ đáy dầm tại mố đến cao độ phần xe chạy), chiều cao gối cầu và chiều dày tấm kê gối (hình 1.32). Chiều dày tường đỉnh của mố nặng (tại cao độ mũ mố) được chọn bằng (0,5÷0,6)h1 và bề dày phía trên tường đỉnh không nhỏ hơn 0,5m. Kích thước tiết diện thân trụ cầu phụ thuộc vào nhiều điều kiện: hình dạng mố trụ, chiều cao mố trụ, trị số tải trọng, vật liệu … Vì vậy tùy trường hợp cụ thể sẽ được xác định theo quy trình hoặc theo kinh nghiệm thiết kế. Chiều dày xà mũ của các trụ cọc, mũ trụ và dầm mũ của các loại mố trụ khác không được nhỏ hơn 0,4m để đảm bảo phân bố tải trọng từ kết cấu nhịp đến các bộ phận hoặc các khối xây thân trụ. Chiều dày tường của các khối BTCT tiết diện hình hộp rỗng không được nhỏ hơn 15 cm (nếu các khối này không được lấp đầy bằng bê tông) và không nhỏ hơn 1/15 chiều cao tiết diện khi không có bản ngăn ngang. Chiều dày thành trụ ống không nhỏ hơn các trị số sau: Đường kính trong của ống d (m) 0,4 0,6 1,2÷3 4÷5. Chiều dày t (cm) 8 10 12 14. Theo kinh nghiệm thiết kế, chiều dày trụ nặng bê tông hoặc bê tông đá hộc tại mặt cắt đỉnh móng không nên nhỏ hơn 1/5÷1/6 chiều cao. Chiều dày tường trước (tường thân) của các mố có tường cánh hoặc thân mố vùi (tại mặt cắt đỉnh móng) không nên nhỏ hơn 0,35÷0,4 chiều cao đất đắp. Chiều dày tường của các khối bê tông rỗng không nên nhỏ hơn 25÷30 cm. Tuy nhiên trong các trường hợp riêng, nếu công nghệ chế tạo kết cấu hoàn thiện thì các đề nghị trên có thể thay đổi..

(30)  24 . CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG NÔNG 2.1. Các khái niệm cơ bản về móng nông 2.1.1. Khái niệm. Móng nông là phần mở rộng của đáy công trình nhằm có được một diện tích tiếp xúc thích hợp để đất nền có thể gánh chịu được áp lực đáy móng. Khi tính sức chịu tải của nền đất, thành phần lực ma sát và lực dính giữa thành móng với đất xung quanh được bỏ qua. Cũng có định nghĩa về móng nông dựa vào nhiều quan trắc thực nghiệm kết hợp với thí nghiệm xuyên tĩnh CPT như sau: móng nông là móng có tỷ số De/B < 1,5.. Hình 2.1. Chiều sâu ngàm móng tương đương. Với De là chiều sâu ngàm móng tương đương (hình 2.1), xác định theo công thức sau: D. 1 De  qc ( z )dz qce 0 Trong đó: qce là sức kháng mũi tương đương, xác định như sau: qce . 1 3a  b. D 3a. . qcc ( z )dz. D b. Với qcc(z) là sức kháng mũi qc(z) san bằng các giá trị lớn hơn 1,3qcm qcm là giá trị trung bình của qc(z) trong khoảng từ (D – b) đến (D+3a) qcm . 1 3a  b. D 3 a. . D b. qc ( z )dz.

(31)  25 . qce qcm 1,3qcm. Hình 2.2. Sơ đồ tính chiều sâu ngàm móng tương đương. Trong các công thức trên:. a = B/2. nếu B>1m. a = 0,5m. nếu B<1m. b = min{a,h} với h là chiều sâu đặt móng trong lớp đất chịu lực. Đơn giản hơn, có thể xem móng nông là móng có chiều sâu chôn móng Df ≤ 2B đối với các móng nông riêng lẻ. Móng nông được thi công trên những hố đào lộ thiên, sau đó được lấp đất đến cao trình thiết kế. Chiều sâu chôn móng thường khoảng 2-3m, một số trường hợp có thể chôn sâu đến 5-6m. N. N. Df. Mx. H. Đáy móng. Mặt móng. B. B. z. Hông móng. Mx. H. Df. s. y. z. p. Hình 2.3. Sơ đồ một móng nông (dạng móng đơn) chịu tác dụng của các ngoại lực và phản lực của đất nền. Trong tính toán móng nông, ta cần phải xác định áp lực đáy móng (ngược chiều với phản lực đất nền)..

(32)  26  Áp lực đáy móng (cũng như phản lực đất nền) phụ thuộc vào các yếu tố sau:  Độ cứng của móng.  Loại đất nền (đá, đất dính, đất) và trạng thái của chúng.  Chiều sâu chôn móng.  Thời gian cố kết đối với đất hạt mịn.  Hình dạng và kích thước của đáy móng.. Móng cứng. Móng chịu uốn. Móng chịu uốn. Móng cứng. a. Đất cứng. b. Đất dính. Móng cứng. Móng chịu uốn c. Đất cát. Hình 2.4. Các dạng biểu đồ phản lực đất nền lên đáy móng. Đối với đất thoát nước nhanh, quá trình thay đổi áp lực đáy móng xảy ra gần như tức khắc. Đối với đất thoát nước chậm, quá trình thay đổi áp lực đáy móng phụ thuộc vào thời gian phân tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong đất nền. Trong tính toán nền móng thường có 2 cách chọn biểu đồ áp lực đáy móng (cũng như phản lực nền):  Với móng tuyệt đối cứng: áp lực đáy móng được xem là tuyến tính.  Với móng chịu uốn (móng mềm): áp lực đáy móng thường được giả thuyết là tỷ lệ với chuyển vị thẳng đứng của đáy móng (biến dạng đàn hồi theo phương đứng của nền). Nền đất dưới đáy móng như vậy thường được gọi là nền Winkler (hay nền đàn hồi cục bộ) và đất nền được đặc trưng bằng hệ các lò xo đàn hồi..

(33)  27  Móng nông có thể được phân loại theo các cách sau: Theo hình dạng móng, có thể chia thành:  Móng đơn (móng đơn chịu tải đúng tâm, chịu tải lệch tâm, móng chân vịt).  Móng phối hợp (móng phối hợp bởi các móng đơn).  Móng băng (móng băng đơn thuần dưới tường, cột, móng băng giao thoa).  Móng bè (móng bè dưới nhiều tường, nhiều cột của một phần hoặc toàn bộ công trình, móng bè dạng bản, dạng sàn nấm, dạng hộp). N. N Df. Hy. Mx B. Hy. Df y. Mx B. Df. Hy. Mx. y. B. z x. z x. z x. ey. ey. ey. Hy. Hy. y N. L. N. B. y. L. y. Hy L. B. y. N B. Hình 2.5. Các dạng móng đơn chịu tải lệch tâm một phương. Theo vật liệu xây dựng móng, có thể chia thành:  Móng gạch: thích hợp cho công trình có tải trọng nhỏ, nằm trên mực nước ngầm (MNN) và chỉ chịu ứng suất nén.  Móng đá hộc: thích hợp cho công trình có tải trọng trung bình, có thể nằm trên hoặc dưới mực nước ngầm và chỉ chịu ứng suất nén.  Móng bê tông: sử dụng trong các móng chỉ chịu ứng suất nén.  Móng bê tông cốt thép: được sử dụng phổ biến trong mọi trường hợp. Theo phương pháp xây dựng móng, có thể chia thành:  Móng đổ toàn khối (hay móng đổ tại chỗ): được xây dựng ngay tại vị trí cần xây dựng công trình.  Móng lắp ghép: gồm các cấu kiện được chế tạo sẵn ở nhà xưởng, bãi đúc. Sau đó vận chuyển các cấu kiện này đến vị trí xây dựng công trình và lắp ghép tạo thành móng..

(34)  28   Móng bán lắp ghép: là sự kết hợp giữa hai phương pháp trên. Theo độ cứng của móng, có thể chia thành:  Móng cứng: khi chịu tải, biến dạng của móng rất nhỏ, có thể bỏ qua trong quá trình tính toán.  Móng mềm (hay móng chịu uốn): khi chịu tải, móng bị uốn cong, biến dạng của móng được xét đến trong quá trình tính toán. Đa số các móng đơn đều là những móng cứng, trong khi các móng băng dưới cột, móng bè dưới các tường, cột là những móng mềm. Theo đặc điểm chịu tải của móng, có thể chia thành:  Móng chủ yếu chịu tải thẳng đứng, ổn định của móng phụ thuộc vào độ lún của móng và sức chịu tải cho phép của nền đất.  Móng chủ yếu chịu tải ngang như móng của bờ kè, tường chắn đất, mố cầu, đê đập, trụ quạt gió, trụ điện… Ổn định của các loại móng này phụ thuộc vào cường độ chống trượt của nền đất.. 2.1.2. Cấu tạo Mục này sẽ trình bày chủ yếu về cấu tạo móng nông trong ngành cầu đường. Khi thiết kế móng nông, trước hết ta phải xác định được sơ bộ các kích thước của móng. Hình dạng móng tùy thuộc vào điều kiện địa chất, thủy văn, tải trọng và cấu tạo của công trình bên trên. Độ sâu đặt móng căn cứ vào mặt cắt địa chất để chọn, phải đặt lên các tầng đất có cấu tạo ổn định và cường độ tính toán phù hợp, ngoài ra còn phải đảm bảo không bị lật đổ do hiện tượng xói mòn lòng sông. Đối với mố trụ cầu, đáy móng phải được chôn sâu dưới mặt đất sau khi xói lở lớn nhất, tối thiểu là: h = h + k Trong đó: h – Độ sâu chôn móng. k – Sai số có thể xảy ra trong khi tính toán độ sâu xói lở. h – Độ sâu đặt móng trong đất để đảm bảo sự ổn định của mố trụ..

(35)  29  Giá trị k có thể lấy từ 10% ÷ 20% độ sâu xói lở tính toán. Giá trị h tùy thuộc vào điều kiện cường độ và ổn định của đất nền, thông thường h ≥ 2,5m. Đối với nhà dân dụng và một số công trình công nghiệp có thể chôn móng ở độ sâu h ≥ 0,5m. Không nên đặt móng trên mặt đất hoặc nền đất mới đắp. Móng đặt trên mặt đất sẽ bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố như sự xói mòn của nước mưa trên mặt đất, sự phá hoại của côn trùng cũng như ảnh hưởng trực tiếp của thời tiết. Móng đặt trên nền đất mới đắp thường có độ lún lớn, độ lún không đều có thể làm phá hoại công trình. Mặt trên của móng nông thường đặt ngang mặt đất đối với những nơi không có nước mặt, chẳng hạn như móng của mố trụ cầu trên cạn, trên bãi sông. Nếu mố trụ cầu đặt ở những nơi có nước mặt thì mặt trên của móng thường lấy thấp hơn mực nước thấp nhất (MNTN) từ 0,5 ÷ 0,7m. Ở những sông có thông thuyền, mặt trên của móng cần chú ý đến điều kiện đảm bảo không va chạm của phương tiện lưu thông trên sông. Hình 2.6 thể hiện cấu tạo móng nông của trụ cầu và mố cầu. Hình 2.6. Trụ cầu và mố cầu trên móng nông. a-Trụ cầu. α. b-Mố cầu. 1-Mặt trên móng 2-Đáy móng 3-Thân trụ 4-Mũ trụ 5-Thân mố 6-Mũ mố 7-Tường cánh.

(36)  30  Gờ móng  thường lấy từ 0,2 ÷ 1m đối với mố trụ cầu và 0,1 ÷ 0,5m đối với nhà dân dụng và một số công trình công nghiệp. Kích thước của đáy móng xác định tùy thuộc vào cường độ của đất nền. Nếu móng được xây dựng bằng các vật liệu như gạch, đá xây, bê tông và đáy móng được mở rộng ra quá nhiều thì dưới tác dụng của phản lực nền các bậc móng  có thể bị gãy (vì các vật liệu này có cường độ chịu kéo rất kém so với cường độ chịu nén). Để đảm bảo cho các bậc móng không bị gãy thì góc α phải nhỏ hơn một trị số cho phép (tùy thuộc vào vật liệu xây móng) để trong móng chỉ xuất hiện ứng suất nén mà không xuất hiện ứng suất kéo. Đối với móng nông của nhà dân dụng và một số công trình công nghiệp, có thể lấy α theo bảng sau:. Bảng giá trị góc α Móng xây dựng bằng các loại vật liệu khác nhau. Giá trị góc α. - Móng đá hộc bằng vữa tam hợp. 23o. - Móng đá hộc bằng vữa xi măng. 30o. - Móng bê tông độn đá hộc. 33o. - Móng bê tông. 40o. Góc α được xác định gần đúng với góc phân bố ứng suất bên trong của khối xây móng. Nếu cấu tạo của móng có góc α lớn hơn các trị số quy định ở trên, do tác dụng của phản lực nền, móng sẽ chịu uốn và sinh ra ứng suất kéo ở đáy móng. Trong trường hợp này, có thể sử dụng móng bê tông cốt thép với cốt thép được bố trí ở đáy móng để chịu ứng suất kéo do moment uốn từ phản lực nền sinh ra. Khi thiết kế móng, hình dạng đáy móng nên chọn sao cho áp lực đáy móng phân bố đều. Nếu tải trọng chỉ có lực đứng tác dụng đúng tâm, đáy móng nên làm đối xứng. Nếu tải trọng bao gồm lực đứng, lực ngang và moment thì đáy móng nên cấu tạo không đối xứng sao cho áp lực đáy móng phân bố đều hơn. Nói cách khác là làm sao cho hợp lực của tải trọng càng gần trọng tâm đáy móng càng tốt. Nói chung hợp lực của tải trọng không nằm ngoài lõi móng..

(37)  31 . a). b). N M. H R. N pmin. pmax Hình 2.7. Móng nông chịu tải đúng tâm và lệch tâm. a. Móng chỉ chịu tác dụng của lực đứng đúng tâm, cấu tạo móng đối xứng. b. Móng chịu tác dụng của lực đứng, lực ngang và moment, cấu tạo móng không đối xứng. Đối với các công trình chịu lực ngang lớn, có thể xảy ra trường hợp công trình bị trượt ở đáy móng và bị phá hoại. Khi xác định hình dạng của móng, nếu thấy tgβ < f (với f là hệ số ma sát giữa đáy móng và đất) tức là lực gây trượt nhỏ hơn sức kháng trượt ở đáy móng thì đáy móng có thể đặt nằm ngang. Nếu góc β quá lớn, hay gặp đối với mố của cầu vòm hay tường chắn đất, có thể làm móng nghiêng đi một góc ε nào đó (hình 2.8a).. ε Hình 2.8. Đáy móng có cấu tạo nghiêng và cấu tạo bậc. a. Đáy móng của mố cầu vòm được cấu tạo nghiêng. b. Đáy móng có cấu tạo thành bậc đặt trên tầng đá có phân lớp nằm nghiêng. Khi móng mố trụ cầu đặt trên tầng đá, yêu cầu phải phá hết lớp phong hóa trên mặt và đặt móng vào lớp cứng tối thiểu là 25cm. Trường hợp tầng đá dưới đáy móng có các phân lớp nằm nghiêng, có thể cấu tạo móng thành các bậc như hình 2.8b Khi thiết kế móng đặt không sâu lắm, để đảm bảo cho nền đất chịu được tải trọng bên trên phải mở rộng đáy móng lớn hơn góc α. Trong trường hợp này thường sử dụng.

(38)  32  móng bê tông cốt thép. Móng bằng bê tông cốt thép có thể thi công theo phương pháp đổ toàn khối, lắp ghép, hoặc bán lắp ghép. Hình 2.9 thể hiện cốt thép được bố trí trong một số dạng móng đơn bằng bê tông cốt thép thi công theo phương pháp đổ toàn khối và bán lắp ghép.. Hình 2.9. Một số dạng móng đơn bê tông cốt thép toàn khối và bán lắp ghép.. 2.2. Thiết kế móng nông trên nền thiên nhiên 2.2.1. Trình tự thiết kế Trình tự thiết kế móng nông trên nền thiên nhiên nói chung cho các ngành xây dựng có thể thực hiện theo các bước sau:  Xác định các tải trọng tác dụng tại đỉnh móng.  Đánh giá địa chất, thủy văn, các chỉ tiêu cơ lý của đất nền.  Chọn độ sâu chôn móng.  Xác định sơ bộ kích thước đáy móng.  Tính toán nền móng theo các trạng thái giới hạn. Trong ngành xây dựng cầu đường, khi thiết kế theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05 (dựa trên tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO xuất bản năm 1998 của Mỹ, trên cơ sở phương pháp luận thiết kế theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng LRFD), trình tự đó có thể hệ thống thành các bước như thể hiện trong sơ đồ hình 2.10..

(39)  33  1. Bố trí sơ bộ về tổng thể công trình cầu (ST) 2. Xem xét các điều kiện địa chất, thủy văn có sẵn (GT) 3. Khảo sát hiện trường (GT) 4. Xác định độ sâu chôn móng từ tính toán xói lở (GT). 6. Xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất nền từ thí nghiệm hiện trường và thí nghiệm trong phòng (GT). 5. Xác định tải trọng tác dụng lên móng (ST). 7. Tính toán sức kháng đỡ danh định ở trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn đặc biệt (GT). 8. Tính toán sức kháng đỡ danh định ở trạng thái giới hạn sử dụng (GT). 11. Xác định kích thước móng ở trạng thái giới hạn sử dụng (ST). 9. Tính toán sức kháng trượt và sức kháng bị động của đất ở trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn đặc biệt (GT). 12. Kiểm tra áp lực đáy móng, độ lệch tâm và trượt ở trạng thái giới hạn cường độ (ST). 10. Kiểm tra ổn định tổng thể dưới tác dụng của tải trọng sử dụng (tải trọng không có hệ số) (GT). 13. Kiểm tra áp lực đáy móng, độ lệch tâm và trượt ở trạng thái giới hạn đặc biệt (ST). ST = Structural (thuộc về tính toán kết cấu móng) GT = Geotechnical (thuộc về tính toán nền). 14. Thiết kế kết cấu móng sử dụng tải trọng có hệ số (ST). Hình 2.10. Sơ đồ trình tự thiết kế móng nông cho công trình cầu..

(40)  34 . 2.2.2. Xác định sơ bộ kích thước đáy móng Kích thước đáy móng có thể xác định sơ bộ theo sức chịu tải tiêu chuẩn của đất nền Rtc được trình bày trong môn cơ học đất. Sức chịu tải tiêu chuẩn này tương ứng với vùng biến dạng dẻo ở biên đáy móng phát triển đến độ sâu bằng 1/4 bề rộng b của đáy móng hình băng. Với kích thước của vùng biến dạng dẻo như vậy, nền còn có thể được xem là bán không gian biến dạng tuyến tính. Khi đó ta có thể áp dụng lý thuyết của Boussinesq để tính ứng suất trong nền và tính lún cho nền. Công thức xác định sức chịu tải tiêu chuẩn của đất nền: R tc  m(A b  BDf  *  Dc tc ) R tc  R II . (theo TCXD 45-70). m1m 2 (Ab II  BD f  *II  Dc II ) k tc. (theo TCXD 45-78). Trong đó: m – hệ số điều kiện làm việc của đất nền, được chọn như sau: m = 0,6 khi nền là cát bột dưới mực nước ngầm. m = 0,8 khi nền là cát mịn dưới mực nước ngầm. m = 1 cho các trường hợp còn lại. m1, m2 – lần lượt là hệ số điều kiện làm việc của nền đất và hệ số điều kiện làm việc của công trình tác động qua lại với nền đất, được chọn theo bảng tra. ktc – hệ số độ tin cậy, được chọn như sau: ktc = 1 khi các chỉ tiêu cơ lý của đất nền được lấy từ kết quả thí nghiệm. ktc = 1,1 khi các chỉ tiêu cơ lý của đất nền được lấy theo các kết quả thống kê. A, B, D – các hệ số phụ thuộc góc ma sát trong φ dưới đáy móng, có thể tra bảng hoặc xác định theo các công thức sau: A. 0, 25 cot g   .  2. , B  1.  cot g   .  2. , D.  cot g cot g   . b – bề rộng móng (m). Df – độ sâu chôn móng (m).  ,  II - dung trọng của đất dưới đáy móng (kN/m3).  * ,  *II - dung trọng của đất từ đáy móng trở lên (kN/m3).. c tc ,c II - lực dính của đất dưới đáy móng (kN/m2)..  2.

(41)  35  Lưu ý: Đất trên mực nước ngầm, dùng dung trọng tự nhiên. Đất dưới mực nước ngầm dùng dung trọng đẩy nối.. Giá trị các hệ số điều kiện làm việc Hệ số m2 đối với nhà và công trình có sơ đồ kết cấu cứng với tỷ số giữa chiều dài Hệ số của nhà (công trình) hoặc từng đơn m1 nguyên với chiều cao L/H bằng: ≥4 ≤ 1,5. Loại đất. Đất hòn lớn có chất nhét là cát và đất cát không kể đất phấn và bụi. 1,4. 1,2. 1,4. Cát mịn: -. Khô và ít ẩm. 1,3. 1,1. 1,3. -. No nước. 1,2. 1,1. 1,3. Cát bụi: -. Khô và ít ẩm. 1,2. 1,0. 1,2. -. No nước. 1,1. 1,0. 1,2. 1,2. 1,0. 1,1. 1,1. 1,0. 1,0. Đất hòn lớn có chất nhét là sét và đất sét có độ sệt IL ≤ 0,5 Như trên có độ sệt IL > 0,5 Ghi chú:. 1. Sơ đồ kết cấu cứng là những nhà và công trình mà kết cấu của nó có khả năng đặc biệt để chịu nội lực thêm gây ra bởi biến dạng của nền. 2. Đối với nhà có sơ đồ kết cấu mềm thì hệ số m2 lấy bằng 1. 3. Khi tỷ số L/H của nhà, công trình nằm giữa các trị số nói trên thì hệ số m2 xác định bằng nội suy.. Giá trị hệ số sức chịu tải A, B, D φ. o. φ (rad). A. 0, 25 cot g   .  2. B  1.  cot g   .  2. D.  cot g cot g   . 0. 0.000. 0.0000. 1.0000. 3.1416. 2. 0.035. 0.0290. 1.1159. 3.3196. 4. 0.070. 0.0614. 1.2454. 3.5100. 6. 0.105. 0.0976. 1.3903. 3.7139.  2.