Móng sâu

Chương 7. Móng sâu 7-1 Chương 7 MÓNG SÂU 7.1. Khái niệm Khi xây dựng các công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu có chiều dày rất lớn còn các lớp đất chắc nằm rất sâu, nếu dùng móng cọc không đảm bảo điều kiện kỹ thuật, chẳng hạn lúc đó cọc phải rất dài không thể hạ xuống bằng các phương tiện hiện nay. Ngoài ra, nếu trong đất có các chướng ngại vật như đá tảng,… thì không thể đóng cọc qua được. Lúc đó người ta phải dùng móng sâu. Hiện nay, để thiết kế móng sâu người ta dùng các loại giếng chìm, giếng chìm hơi ép, móng kiểu tường trong đất. Các loại giếng còn được dùng làm phần ngầm của các công trình như trạm bơm, công trình thu nước, nhà nghiền quặng… Móng sâu có thể gồm một giếng hoặc một số giếng, một hai tường trong đất liên kết với nhau bằng đài móng. 7.2. Giếng chìm hơi ép Giếng chìm hơi ép được sử dụng lần đầu tiên để làm móng sâu trong đất bão hòa nước vào năm 1841 do kỹ sư người Pháp Triquer để xuất. Giếng chìm hơi ép được hạ xuống đất nhờ trọng lượng bản thân của buồng giếng và khối xây trên buồng giếng kết hợp với việc đào đất trong lòng giếng và dưới chân giếng ra. Để con người có mặt trong buồng giếng để đào đất, người ta bơm khí nén vào trong buồng giếng nhằm đẩy nước ra khỏi lòng giếng. Áp suất không khí trong buồng giếng phải bằng áp lực cột nước kể từ mặt nước đến độ sâu hạ giếng. Giếng chìm hơi ép (hình 7.1) bao gồm buồng giếng, thâm giếng, buồng hơi ép, ống giếng. Buồng giếng (1) là một cái hộp cứng gồm chân giếng (2), tấm trần (3). Tấm trần có chừa lỗ để người ra vào buồng giếng và đưa vật liệu vào, chuyển đất ra. Buồng giếng có chiều sâu h1 tối thiểu là 2,2m để đảm bảo cho con người làm việc bình thường. Không khí nén được liên tục bơm từ máy nén khí (8) qua ống (7) vào buồng giếng (1). Để đưa người vào làm việc trong buồng giếng và từ buồng giếng ra ngoài nghỉ ngơi cũng như chuyển đất ra khỏi giếng mà không cần giảm áp suất không khí nén, người ta sử dụng buồng hơi ép (6) gắn trên ống giếng (5). Ống giếng (5) gồm nhiều đốt được lắp ghép lại với nhau và lắp chặt với trần buồng giếng chìm. Khi hạ giếng xuống sâu, ống giếng được lắp thêm các đốt cho dài ra. Chương 7. Móng sâu 7-2 Hình 7.1: Sơ đồ giếng chìm hơi ép. Buồng hơi ép (6) gồm buồng chủ (a), thùng cho người ra vào (b) và thùng để di chuyển vật liệu (c). Các thùng (b) và (c) có cửa thồng với thùng chủ. Để khỏi gây ra sự tăng giảm đột ngột về áp suất không khí, có hại cho sức khỏe con người, trước khi cho người vào buồng giếng (1) phải để họ ở thùng (b) rồi tăng áp suất không khí lên một cách từ từ, còn khi đưa người từ buồng giếng ra ngoài thì phải giảm áp suất từ từ. Sau khi người vào camera (b), đóng cửa lại và xả không khí vào đó, áp suất không khí trong camera tăng lên. Thời gian xả không khí vào camera phụ thuộc vào áp suất không khí trong buồng giếng và kéo dài từ 6÷12 phút. Khi áp suất trong camera phụ (b) và camera chủ bằng nhau thì có thể mở cửa và đi vào camera chủ rồi từ đó theo thang đặt trong ống giếng để vào buồng giếng. Chương 7. Móng sâu 7-3 Khi người trong buồng giếng ra ngoài thì tiến hành theo trình tự ngược lại, nhưng thời gian họ ở lại trong camera phụ (b) để hạ áp suất không khí xuống dần phải kéo dài từ 14 phút đến 1giờ 25 phút. Đất trong giếng được đào ở phần giữa rồi đào dần ra vùng chân giếng và chuyển ra ngoài qua camera (c), có thể đào đất bằng tay hoặc bằng vòi phụt nước. Đồng thời với việc đào đất trong lòng giếng, người ta xây thân giếng. Để tránh tình trạng ma sát giữa mặt ngoài thành giếng với đất vượt quá trọng lượng giếng, cần đào đất rộng ra ngoài thân giếng một đoạn 0,1÷0,15m. Để hạ giếng nhanh người ta có thể đào hào theo chu tuyến buồng giếng và moi đất dưới chân giếng ra. Sau đó hạ áp suất trong buồng giếng xuống 50% (không được giảm nhiều hơn nữa). Khi đó khí nén trong buồng giếng sẽ ít cản lại sự hạ giếng và giếng hạ xuống nhanh hơn. Theo cách này mỗi lần chỉ hạ được 0,5m. Khi giếng bị chệch thì phải chỉnh lại. Ngày nay ở nhiều nước người ta sử dụng sơ giới để đào đất, do đó giảm được rất nhiều khó khăn khi thi công giếng chìm hơi ép. Đất được đào bằng vòi phun nước và bùn được vận chuyển ra ngoài bằng máy hút bùn. Dùng phương pháp này có thể tự động hóa toàn bộ quá trình hạ giếng, con người không phải làm việc trong buồng hơi ép. Đào đất bằng vòi phụt nước có hiệu quả đối với đất cát và bùn. Khi hạ giếng chìm hơi ép xuống đất yếu, để tránh tình trạng giếng bị hạ xuống quá nhanh ở giai đoạn đầu, người ta kê buồng giếng lên sàn để tăng diện tích tiếp xúc nhằm giảm áp lực. Sau khi giếng hạ đến độ sâu thiết kế người ta tháo thiết bị ra và lấp đầy bêtông vào phần rỗng bên trong. Khi hạ giếng trên vùng đất khô, để giảm bớt công việc đào đất trong buồng giếng trong điều kiện áp suất cao rất có hại cho sức khỏe, người ta đào hố sẵn nhưng đya hố phải cao hơn mức nước ngầm ít nhất 0,5m. Khi hạ giếng trên khu đất ngập nước thì có thể dùng đảo nhân tạo (đắp bằng đất, cát cho cao hơn mặt nước) dùng phương pháp treo trên giá đỡ và phương pháp thả nổi. Khi hạ giếng vào đá có thể xảy ra tình trạng tường ngoài của giếng bị ép vào mặt đá làm cho giếng bị kẹp không hạ xuống được. Để tránh tình trạng đó, khi đào đá dưới chân giếng phải đào rộng ra một khoảng ≥ 0,1m so với mặt ngoài chân giếng. Nếu chân giếng kê trên tầng đá có nóc lớp nghiêng thì để giảm công tác đào đất có thể không cần san bằng mặt đá mà chỉ đào đá dưới chân giếng để toàn bộ chân giếng tiếp xúc với đá. Để giảm bớt ma sát giữa đất và giếng, mặt ngoài của giếng chìm hơi ép phải phẳng và trơn. Vì vậy bề mặt các ván khuôn ốp vào mặt tường giếng phải khít nhau. Chương 7. Móng sâu 7-4 Hình 7.2: Một số ví dụ về cấu tạo chân giếng chìm hơi ép Giếng chìm hơi ép có nhiều nhược điểm như thi công chậm, giếng là một khối lớn tốn nhiều vật liệu nên giá thành cao, công nhân phải làm việc trong điều kiện áp suất cao rất có hại cho sức khỏe. Ngoài ra, vì con người có thể làm việc được dưới áp suất tối đa là 3,9atm nên chỉ hạ được giếng đến độ sâu 39m. Do đó giếng chìm hơi ép dùng khi phải hạ xuống khu đất có nhiều chướng ngại như đá tảng, gốc cây. Một ví dụ về cấu tạo giếng chìm hơi ép được trình bày ở hình 7.2. Chương 7. Móng sâu 7-5 7.2.1. Tính toán giếng chìm hơi ép Trong quá trình sử dụng, giếng chìm hơi ép chịu các tải trọng giống như giếng chìm và được tính toán hoàn toàn tương tự. Khi hạ giếng có các tải trọng sau đây tác dụng: P_ Trọng lượng bản thân của giếng, buồng hơi ép, ống giếng; P’_ Trọng lượng bản thân buồng giếng; N_ Áp lực của khí nén trong buồng giếng tác dụng lên chân giếng theo phương ngang; Q_ Áp lực của khí nén trong buồng giếng tác dụng lên tấm trần theo phương thẳng đứng; Phản lực đứng R1, R2 và nằm ngang H của đất dưới công son; Áp lực ngang lên tường phía ngoài của buồng giếng do cột nước W và áp lực đất E; Ma sát giữa đất với mặt ngoài chân giếng và thân giếng T = E.f; f_ Hệ số ma sát giữa bêtông và đất (đất cát: f = 0,5; đất sét: f = 0,3). 7.2.2. Tính toán tấm trần Trong quá trình đúc và hạ giếng chìm hơi ép có các lực sau đây tác dụng lên tấm trần: - Trọng lượng bản thân tấm trần; - Trọng lượng của khối xây thân giếng lên tấm trần (thường lấy bằng trọng lượng khối xây có chiều cao 1,5÷2,0m); - Áp lực của khí nén tác dụng lên tấm trần Q = 1,0.F.h (với h_ độ sâu kể từ mực nước đến chân giếng; F_ diện tích giếng chìm hơi ép trong mặt bằng). Các tải trọng này sẽ thay đổi trong từng giai đoạn thi công. Do đó khi xác định nội lực trong các bộ phận giếng chìm hơi ép, người ta tính cho giai đoạn hạ giếng để biêt tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất xảy ra ở giai đoạn nào. Người ta xét các trường hợp sau: 1. Giếng hạ đến độ sâu thiết kế, trong buồng giếng có áp lực toàn phần của khí nén tác dụng; chân giếng cắm sâu vào đất 0,5m. Ở trạng thái đó người ta xác định nội lực ở chỗ ngàm chân giếng và tấm trần khi giếng bị uốn về phía đất. 2. Giếng hạ đến độ sâu thiết kế, áp suất không khí trong buồng giếng giảm xuống 50%, đất ở chân giếng đã đào đi. Lúc đó giếng lún thụt xuống, gây ra một lực lớn nhất trong mặt cắt giống như trường hợp trên nhưng lúc này chân giếng bị uốn vào phía trong buồng. 3. Giếng ở mặt đất trước khi hạ nhưng trên trần có khối xây thân giếng. Lúc đó sẽ xuất hiện mômen uốn lớn nhất ở tấm trần buồng giếng. 4. Giếng nằm trên giá đỡ chỉ có trọng lượng bản thân tác dụng. Lúc đó tấm trần được kiểm tra theo sự uốn bởi mômen do chân giếng gây ra. Khi tính toán chân giếng, người ta tách ra một dải rộng 1m theo chiều cao giếng để tính. Chương 7. Móng sâu 7-6 Khi tính toán tấm trần, người ta quan niệm như bản kê 4 cạnh hoặc dầm đơn giản. 7.3. Giếng chìm Giếng chìm là giếng trọng lực (giếng khối) được hạ xuống đất nhờ trọng lượng bản thân kết hợp với việc đào đất trong lòng giếng ra. 7.3.1. Cấu tạo Bộ phận cơ bản của giếng chìm là thành giếng dày đổ tại chỗ. Nếu giếng có kích thước lớn trong mặt bằng thì lòng giếng được ngăn ra nhờ các vách đứng tạo thành những buồng nhỏ. Kích thước các buồng này được lấy tương ứng với kích thước của thiết bị xúc đất. Chân tường trong của giếng cao hơn chân tường ngoài 0,5÷2,0m. Chân giếng là bộ phận xuyên vào đất đầu tiên nên được vát nghiêng ở phía trong và được gia cường. Để trọng lượng giếng thắng ma sát khi hạ giếng và đảm bảo điều kiện bề dày tường ngoài bằng 0,3÷1,5m, bề dày tường trong bằng 0,3÷0,7m. Thành giếng có thể thẳng đứng hoặc khi cần ma sát khi hạ giếng, mặt ngoài thành giếng được chế tạo với độ nghiêng 1:80 đến 1:120 so với trục đứng hoặc làm bậc, bề rộng của bậc không quá 7÷20cm để tránh làm giảm ổn định khi hạ giếng. Loại giếng thành nghiêng và loại có bậc khi hạ xuống dễ làm đất quanh giếng bị vỡ lở xốp làm mất ổn định của nền các công trình gần nơi hạ giếng. Nếu dùng một giếng làm móng thì mặt cắt ngang của giếng phải giống mặt bằng của kết cấu bên trên. Giếng có mặt bằng hình tròn có nhiều ưu điểm so với giếng có hình dạng khác, nó dễ chế tạo, khi hạ xuống đất ít bị vênh lệch hơn, chi phí cốt thép là ít nhất. Do vậy, nếu chọn phương án giếng chìm thì nên cố gắng dùng giếng tròn và cho kết cấu bên trên có dạng gần với hình tròn. Nếu tỷ số giữa các cạnh của móng trong mặt bằng mà lớn thì dùng giếng có mặt cắt ngang hình elip hoặc chữ nhật nhưng hai cạnh ngắn được thay bởi hai cạnh hình tròn. Đối với móng có kích thước lớn thì cho phép dùng loại chữ nhật. Giếng chìm được làm bằng bêtông cốt thép, đá. 7.3.2. Thi công Giếng trọng lực được hạ xuống đất nhờ trọng lượng bản thân kết hợp với việc đào đất trong lòng giếng ra. Khi cần hạ giếng xuống không sâu lắm thì chế tạo toàn bộ giếng xong rồi hạ xuống. Khi phải hạ giếng xuống sâu thì người ta chế tạo một đoạn rồi hạ xuống, sau đó tiếp tục đúc đoạn trên và hạ giếng tiếp tục. Mỗi đoạn giếng có chiều dài từ 3÷6m. Sau khi hạ xong đoạn giếng đầu tiên, người ta lắp ván khuôn và đổ bêtông đoạn thứ hai. Sau khi bêtông đoạn thứ hai đủ bền thì tiếp tục hạ và chu trình đó cứ lặp lại cho đến độ sâu thiết kế. Công tác đào, chuyển đất ra khỏi lòng giếng và đổ bêtông lòng giếng có thể tiến hành đồng thời với việc bơm hút ra ngoài hoặc không cần bơm nước ra. Đất được lấy ra khỏi lòng giếng bằng gầu ngoạm, máy hút thủy lực hoặc máy bơm dâng bằng khí nén. Biện pháp bơm hút nước chỉ nên dùng khi đất dưới chân giếng không bị lở và trôi vào lòng giếng. Đất lở sẽ làm tăng thể tích đất phải chuyển ra khỏi lòng giếng và có thể làm cho các công trình lân cận bị biến dạng, thậm chí biến dạng nghiêm trọng. Khi mực nước trong lòng giếng cao và đất dễ thấm, khi hạ giếng không được bơm nước ra mà thậm chí còn phải bơm thêm nước vào lòng giếng để mực nước trong giếng cao hơn mực nước bên ngoài, để đất (cát nhỏ, bùn) khỏi trôi vào lòng giếng. Chương 7. Móng sâu 7-7 Phương pháp hạ giếng chìm không bơm hút nước chi nên dùng khi đất để xói lở và không lẫn những tảng đá to. Công việc hạ giếng sẽ rất khó khăn nếu nền là đá cứng, nhất là khi đá có nóc lớp nằm nghiêng. Lúc đó để chân giếng tiếp xúc với nền đá trên toàn bộ tuyến thì phải dùng phương pháp thi công dưới nước vừa khó khăn lại đắt tiền. Không được dùng giếng khối tại những vùng đất không ổn định nếu có các công trình nằm trong phạm vi lăng thể trượt. Nếu hạ giếng ở nơi khô ráo thi ngay tại đó, người ta san đất, đầm chặt rồi đặt gỗ kê, đặt ván khuôn rồi đúc giếng. Khi hạ giếng ở vùng ngập nước, nếu nước nông hơn 5m thì dùng đất đổ thành đảo nhân tạo và từ đó tiến hành hạ giếng. Nếu nước sâu hơn 5m thì dùng đất đổ thành đảo nhân tạo sẽ làm hẹp lòng sông nhiều quá thì người ta hạ giếng với các giá đỡ cố định. Ngoài ra khi nước sâu, người ta dùng giếng nổi được trên mặt nước. Để giếng có thể nổi được, thành giếng được chế tạo dạng hộp rỗng hoặc bịt kín giếng rồi cho khí nén vào. Phần phía trên giếng được bịt bằng thép hình cupôn. Để tăng nhanh tốc độ hạ giếng, người ta có thể dùng các biện pháp hỗ trợ như gia tải trọng tĩnh, bơm vữa sét bentônit vào khe hở giữa mặt ngoài thành giếng và đất tạo thành áo sét (áo xúc biến) dày 5÷10cm. Trong thực tiễn, người ta đã thi công giếng chìm trọng lực với diện tích 2000m2 trong mặt bằng va có trường hợp hạ giếng 70m kể từ mặt nước, trong đó hơn 40m hạ vào đất. 7.3.3. Tính toán giếng chìm 7.3.3.1. Sơ bộ xác định bề dày thành giếng Hình dạng và kích thước của giếng được lựa chọn dựa theo móng được thiết kế. Để hạ được giếng xuống đất thì trọng lượng của nó phải lớn hơn ma sát giữa thành giếng và đất. ∑ = τ> n 1i iih.u.mP (7.1) Trong đó trọng lượng P được xác định như sau: Khi hạ giếng có bơm hút nước ra P = V. γ . Khi hạ giếng mà không bơm hút nước ra thì trọng lượng giếng sẽ giảm, do nó bị tác dụng của lực đẩy nổi Acsimet, lúc đó trọng lượng giếng bằng: ).(VP wγ−γ= Trong đó: V_ Thể tích tường giếng; γ _ Trọng lượng riêng của vật liệu thành giếng đã nhân với hệ số vượt tải bằng 0,9; Wγ _ Trọng lượng riêng của nước bằng 9,8065 kN/m3 ≈ 10 kN/m3; m_ Hệ số điều kiện làm việc lấy bằng 1,3; u_ Chu vi của giếng; hi_ Chiều dày đất mà giếng xuyên qua lớp thứ I; Chương 7. Móng sâu 7-8 iτ _ Ma sát đơn vị giữa thành giếng và lớp đất thứ i. Dựa theo V ta xác định được bề dày cần thiết của tường giếng. 7.3.3.2. Kiểm tra độ bền của tường giếng Khi hạ xuống đất, tường giếng ở trạng thái ứng suất phức tạp dưới tác dụng của các lực sau: - Áp lực chủ động của đất: ) 2 45(tg.h. o2a ϕ−γ=σ ; - Áp lực của nước (nếu hạ giếng có bơm hút nước): nww h.γ=σ ; - Phản lực và lực đạp của đất dưới chân giếng; - Trọng lượng bản thân của giếng; - Ma sát giữa tường và đất. Tính toán tường giếng theo sự uốn trong mặt phẳng nằm ngang: được tính theo áp lực nước và đất từ phía ngoài. Khi giếng hạ đến độ sâu thiết kế, áp lực của đất được tính như áp lực chủ động lên tường chắn. Khi hạ giếng có bơm hút nước, trọng lượng trên 1m dải chịu tải lớn nhất, liền với chân giếng có thể xác định theo công thức: )hd)((p kwa +σ+σ= (7.2) Trong đó: ) 2 45(tg.h. o2wa ϕ−γ=σ ; 1w h.10=σ wσ _ Áp lực nước tĩnh; h1_ Khoảng cách từ mặt nước đến đáy giếng; hk_ Chiều cao chân giếng; Theo áp lực p đã tìm được, ta tính mômen uốn trong tường giếng và lực dọc theo các công thức ứng với hình dạng mặt cắt ngang của giếng. Hình 7.3: Mômen uốn và lực dọc tác dụng tại tiết diện giếng chìm. Giếng hình elip (hình 7.3a): - Mômen uốn tại tiết diện a: α= .a.pM 2a (7.3) Chương 7. Móng sâu 7-9 - Mômen uốn tại tiết diện c: β−= .a.pM 2c (7.4) Trị của các hệ số α , β cho trong bảng 7.1. Bảng 7.1: Trị số của α , β . a/b 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 α 0 0,057 0,133 0,237 0,391 0,629 1,049 1,927 β 0 0,060 0,148 0,283 0,496 0,871 1,576 3,128 Lực dọc: - Tiết diện a: Na = p.a (7.5) - Tiết diện c: Nc = p.b (7.6) Giếng chữ nhật có hai cạnh thay bằng hai nửa vòng tròn (hình 7.3b): Mômen uốn max và lực dọc đối với các tiết diện a, c xác định theo công thức: - Tại tiết diện a: 2 n1 n12n32. 2 t.pM 2 a π+ +π+= (7.7) p.r Na = (7.8) - Tại tiết diện c: ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +−= r 2 t.t.pMM ac (7.9) b.pNc = (7.10) Ở đây: t rn = Khi hạ giếng, chân giếng sẽ làm việc trong điều kiện bất lợi nhất. Để tính toán chân giếng, người ta quan niệm nó như một côngson rộng 1m được tách ra bởi 2 mặt phẳng thẳng đứng, ngàm vào thành giếng. Côngson được tính theo sự uốn ứng với 2 trường hợp nguy hiểm nhất. Trường hợp 1: Giếng hạ đến độ sâu thiết kế, đất duới chân giếng đã đào hết (hình 7.4), chân giếng bị uốn vào phía trong giếng. Lúc đó trọng lượng giếng được cân bằng bởi lực ma sát xuất hiện ở mặt ngoài của giếng. Mômen uốn của tiết diện a-a xác định theo công thức: 3K32K21na1a lTnlGnl)WE(n'M −++= (7.11) Lực dọc: Chương 7. Móng sâu 7-10 KK GT'N −= (7.12) Ở đây: KG _ Trọng lượng côngson; KT _ Lực ma sát tác dụng ở mặt ngoài côngson; ) 2 45(tg.h. o2a ϕ−γ=σ ; n1_ Hệ số vượt tải của áp lực đất và nước 3,1n1 = ; n2_ Hệ số vượt tải của trọng lượng thành giếng 1,1n2 = ; n3_ Hệ số an toàn của lực ma sát 9,0n3 = ; Hình 7.4: Sơ đồ tính côngson trong trường hợp 1. Trường hợp 2: Giếng hạ xuống được một nửa độ sâu thiết kế (hình 7.5) phía trên đã đổ bêtông đoạn giếng tiếp theo còn chân giếng cắm vào đất 1,0m. Trọng lượng giếng được cân bằng bởi lực ma sát, phản lực thẳng đứng của đất và phản lực của phần ngang chỗ vát xuống đế tường ngoài côngson chịu tác dụng của áp lực chủ động của đất và áp lực nước, phản lực của đất nền theo phương ngang và phương thẳng đứng, lực ma sát giữa đất và mặt ngoài vách giếng. Chương 7. Móng sâu 7-11 Hình 7.5: Sơ đồ tính côngson trường hợp 2. Tải trọng thẳng đứng do trọng lượng bản thân giếng trên 1m chân giếng theo phương ngang được lấy bằng: )ba(2 Gp H+= (7.13) Áp lực đất và nước ở độ sâu chân giếng lấy bằng: 2 H.np 4= (7.14) n4_ Hệ số vượt tải lấy 7,0n4 = . Lực ma sát trong phạm vi 2 H lấy bằng aE5,0T = (7.15) ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ϕ−⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛γ= 2 45tg 2 H 2 1E o2 2 a Các ký hiệu giống như trên. Các phản lực nằm ngang và thẳng đứng xuất hiện khi chân giếng cắm vào đất xác định theo công thức: 21 VVR += (7.16) g)(tgVU c2 δ+α= (7.17) 12 VRV −= (7.18) R. 2 CC CV 2 1 1 1 + = (7.19) Chương 7. Móng sâu 7-12 cv2 gcothC α= (7.20) cα _ Góc nghiêng của phần vát chân giếng; δ _ Góc ma sát ngoài giữa đất và bêtông tường giếng; Lực U được coi là đặt tại cao độ 3 h v . Các ký hiệu khác như trên hình vẽ. Mômen uốn và lực dọc tại tiết diện a-a của côngson xác định theo công thức: ++++=− 5222K21na1aa lvnlGnl)WE(nM ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −−− 3 hhUnlvnlTn vK24123K3 (7.21) KKaa GTRN −+=− (7.22) Theo trị số M, N ta tính tiết diện bêtông cốt thép của côngson chịu nén lệch tâm và chọn cốt thép theo các phương pháp bêtông cốt thép. Vách giếng chịu áp lực đất và các lực khác sẽ bị nén lệch tâm trong mặt phẳng nằm ngang theo 2 phương. Trị số max của lực ngang và mômen xác định theo: 2 plnN 1max = ; 14 plnM 2 1 max = (7.23) Khi hạ giếng, do đào đất dưới chân giếng và sự tập trung lực ma sát ở phần trên của giếng có thể xảy ra tình trạng là tại tiết diện nằm ngang x-x (hình 7.6) sẽ xuất hiện ứng suất kéo có trị số vượt quá độ bền của tường giếng. Lực kéo tại tiết diện x-x: xxx TGS −= (7.24a) xx T,G _ Lần lượt là trọng lượng giếng và lực ma sát ở phần giếng phía dưới tiết diện x-x. Nếu biểu đồ của lực ma sát có dạng tam giác thì lực kéo giếng xác định theo công thức: 2 2 2M x H Gx H Gx H )ba(tx H GS −=+−= (7.24b) Trị số lớn nhất của lực kéo xác định theo: 4 GS = Điều đó ứng với: 2 Hx = Chương 7. Móng sâu 7-13 Hình 7.6: Sơ đồ kiểm tra giếng theo sự kéo đứt. Việc tính toán giếng theo lực kéo tiến hành theo công thức chịu kéo của cấu kiện bêtông cốt thép hoặc bêtông. Khi chế tạo giếng cần kiểm tra độ bền vách đoạn giếng đầu tiên. Sự uốn của vách giếng do trọng lượng bản thân có thể làm giếng không đủ độ bền để chịu đựng. Mômen uốn lớn nhất thường xuất hiện khi bỏ giếng ra khỏi đệm kê cố định cuối cùng. Khi hạ giếng có thể xuất hiện ứng suất kéo đáng kể do sự chênh lệch cũng như do phần trên giếng bị ép vào đất còn phần dưới của giếng bị treo vì đào đất đi. Để tránh sự hư hỏng trong các trường hợp đó, người ta đặt cốt dọc chịu lực theo phương thẳng đứng, các cốt này được liên kết với nhau bằng các cốt đai ngang hoặc cốt đai lò xo. Thường cốt dọc được bố trí theo 2 hàng. Khi xác định đường kính và khối lượng cốt thép dọc, người ta tính theo 1/2 trọng lượng giếng. 7.4. Tính toán móng sâu ngàm vào đất Khi tính toán móng nông ta không xét đến sức cản của nền theo mặt xung quanh móng bởi vì khi móng nông thì ảnh hưởng của nó không đáng kể. Ngược lại đối với móng sâu thì ảnh hưởng đó lớn và ta phải xét đến. Dưới tác dụng của lực ngang và mômen, móng sẽ quay quanh trục đi qua điểm D nằm trên trục đứng của móng. Phương pháp tính toán mà ta xét sau đây là của Zavriev, đã được đưa vào quy trình thiết kế CH200-62 của Liên Xô cũ. Phương pháp này được xây dựng trên cở sở các giả thuyết: - Đất được coi là môi trường đàn hồi với hệ số nền tăng theo chiều sâu theo quy luật bậc nhất và tại mọi độ sâu tính nén của đất dưới tác dụng của áp lực ngang và thẳng đứng đều được đặc trưng bởi một hệ số nền. - Độ cứng của móng coi là lớn vô cùng so với độ cứng của đất, nghĩa là trong tính toán không kể đến biến dạng của móng. Chương 7. Móng sâu 7-14 - Dưới tác dụng của lực đứng, lực ngang, móng lại trượt theo mặt phẳng của nền và quay quanh một điểm nào đó gọi là tâm quay tức thời. Sự trượt của móng sẽ bị cản trở lại bởi lực ma sát và sức chống của đất theo mặt nền và mặt thẳng đứng phía trước. Sự quay của móng sẽ bị cản trở lại bởi sức chống của đất tại mặt trước và mặt sau của nền. Khi tính toán móng sâu ngàm vào đất, người ta chia làm hai loại: - Tuyệt đối cứng nếu 5,2h. ≤α ; - Có độ cứng hữu hạn nếu 5,2h. >α . Trong đó: 5 t EJ b.K=α (7.25) h _ Độ sâu chôn móng vào đất; EJ _ Độ cứng chống uốn của móng; K _ Hệ số, thể hiện sự thay đổi hệ số nền theo độ sâu và lấy theo bảng của Quy phạm (bảng 5.14). Nếu từ đế móng trở lên đất gồm nhiều lớp thì trị số m lấy trung bình theo biểu thức: - Khi có 2 lớp: 2 m 2 1m21m11 h )hh(K)hh2(hKK −+−= (7.26) - Khi có 3 lớp: [ ] 2 m 2 33232212311 h hK)hh2(hKh)hh(2hKK +++++= (7.27) Trong đó: _Ki Hệ số nền của lớp thứ I; ih _ Chiều dày mỗi lớp trong phạm vi mh ; )1D(2hm += D _ Đường kính hoặc cạnh móng, m; tb _ Bề rộng tính toán của móng mà theo đó ta xác định áp lực ngang của đất trên mặt bên của móng: )1b(nbt += ; b _ Hình chiếu của tiết diện móng trên mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng tác dụng của lực; n _ Hệ số kể đến hình dáng tiết diện ngang móng ở vị trí mà qua đó móng gây áp lực ngang vào đất. Đối với móng có tiết diện tròn n = 0,9; chữ nhật n = 1,0; tiết diện như hình 7.7 thì b d9,0n = . Chương 7. Móng sâu 7-15 Trường hợp móng tuyệt đối cứng. Xuất phát từ các giả thiết nêu trên, ta thấy nếu do biến dạng đàn hồi của đất, móng quay đi một góc vô cùng bé thì các mặt bên của móng cũng nghiêng đi một góc bằng góc quay của đế móng so với nền. Sự quay của móng xảy ra quanh một điểm gọi là tâm quay. Hình 7.7: Giếng chữ nhật có hai cạnh ngắn thay bằng hai nửa vòng tròn. Ta phân ra 3 trường hợp chuyển vị khả dĩ của móng trong đất (hình 7.8). - Trường hợp 1: Nền chuyển vị quay về phía ngược lại hướng tác dụng của lực ngang, tâm quay nằm cao hơn đế móng. - Trường hợp 2: Nền không chuyển vị, tâm quay nằm ở mặt nền tiếp xúc với đế móng. - Trường hợp 3: Nền chuyển vị theo hướng tác dụng của lực ngang, tâm quay nằm thấp hơn đế móng. Ở trạng thái cân bằng có các lực sau đây tác dụng lên móng: ngoại lực H, N; trọng lượng bản thân của móng G; tổng hợp lực của thành phần thẳng đứng của áp lực đất theo mặt bên H1 và của nền N1. Hình 7.8: Sơ đồ chuyển vị của móng và tráng thái ứng suất của đất a. Khi z0 h. Để xác định thành phần thẳng đứng của áp lực đất theo mặt bên và theo mặt xung quanh móng ta sử dụng mối quan hệ tuyến tính giữa chuyển vị và áp lực. Đất được coi là Chương 7. Móng sâu 7-16 nền Winkler với hệ số nền tăng theo chiều sâu theo quy luật bậc nhất. Theo các giả thiết đó ta tìm được biểu đồ phản lực của đất theo mặt bên của móng tuân theo luật Parabol còn biểu đồ áp lực tiếp xúc dưới đế móng tuân theo luật đường thẳng. Theo nguyên lý độc lập tác dụng của các lực, ta xét riêng chuyển vị thẳng đứng, chuyển vị ngang, góc xoay, xác định phản lực của đất tại đế móng và tại mặt xung quanh móng. Khi móng chuyển vị thẳng đứng một đại lượng z thì xuất hiện phản lực phân bố đều z'.cz (hình 7.9a). Tổng hợp lực thẳng đứng của phản lực này bằng z'.abcz . Ở đây: 'cz _ hệ số nền theo phương thẳng đứng tại đế móng. Khi móng chuyển vị ngang, theo mặt bên ở phải phải xuất hiện phản lực tăng theo chiều sâu theo luật tam giác (hình 7.9b). Áp lực phản lực ở độ sâu z kể từ mặt đất bằng h x.z'.cx . Trong đó: 'cx _ hệ số nền theo phương ngang ở độ sâu đế móng. Tổng hợp lực của áp lực này bằng 2 x.h.b'.cx . Mômen của tổng hợp lực tương ứng với điểm B bằng: b.x. 3 h'.ch 3 2.b. 2 x.h'.c 2xx = (7.28) Khi móng quay quanh điểm B một góc ϕ , trên mép trái áp suất phản lực phân bố theo quy luật Parabol. Tổng hợp lực của áp lực này bằng: b 3 h'cdz..b. h z'.c 2 x h 0 x ϕ=ϕ∫ (7.29) Mômen tổng hợp lực ứng với điểm B bằng: 4 b..h'.ch. 4 3.b. 3 .h'.c 3x 2 x ϕ=ϕ (7.30) Biểu đồ phản lực theo đế móng có dạng tam giác với tung độ lớn nhất là 2 acz ϕ± (hình 7.9c). Chương 7. Móng sâu 7-17 Hình 7.9: Sơ đồ tính toán chuyển vị của móng a. Chuyển vị thẳng đứng; b. Chuyển vị ngang; c. Góc xoay. Các phương trình cân bằng có dạng: ⎪⎪ ⎪⎪ ⎭ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎬ ⎫ =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +ϕ−++⇒= ϕ+−⇒= =−+⇒= ∑ ∑ ∑ 0 4 h'c 12 a'cb.x 3 h'bcNa'Hh0M 3 h'.c.bx. 2 h'.c.bH0X 0z.b.a'.cGN0Z 3 x 3 z 2 x 1B 2 xx z (7.31) Giải hệ phương trình này ta được các chuyển vị cần tìm. b.a'.c NGz z += (7.32) [ ] ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + +++= 3 z x3 z 1 x h. 'c 'ca3'bc Na3H)'h3h2(h8 b.h'.c H2x (7.33) [ ] ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + +=ϕ 3 z x3 z 1 h. 'c 'ca3'bc Na3)'h3h2(H12 (7.34) Theo z, x, ϕ vừa tìm được ta xác định ứng suất theo đế móng theo mặt phẳng bên: Ứng suất ở mép móng: [ ] bh. 'c 'ca3 Naa3)'h3h2(aH6 ab NG 3 z x3 1 min max ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + ++±+=σ (7.35) Chương 7. Móng sâu 7-18 Cường độ phản lực theo độ sâu z kể từ mặt đất bằng: ( )x.z h z'.cg xz −ϕ= (7.36) Cho =zg 0, ta có thể xác định được vị trí tâm quay và đặc điểm chuyển vị của móng trong đất: ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+ + +=ϕ= 1 z x 3 z x3 0 a H N3)'h3h2(h. 'c 'c6 h. 'c 'ca3 h 3 2xz (7.37) Ổn định của móng được đảm bảo nếu ⎪⎪ ⎪ ⎭ ⎪⎪ ⎪ ⎬ ⎫ =θϕ ϕγ= ≤σϕ θ≤σ ≤σ h z; cos tg4m hm; cos hm R2,1 0 0 0h 0 2 z max 0 (7.38) Trong đó: γ _ Trọng lượng thể tích của đất; ϕ_ Góc ma sát trong của đất; R _ Cường độ tính toán của đất nền. Trường hợp móng có độ cứng hữu hạn: h.α > 2,5. Ta xét phương pháp của K.X.Xilin, K.X.Zaiev, G.X.Spirô. Đất được coi là môi trường biến dạng đàn hồi với hệ số nền tăng theo chiều sâu theo luật đường thẳng. Các tác giả của phương pháp này đã sử dụng lời giải của giáo sư I.V.Urban cho trường hợp tường mềm trong môi trường đàn hồi chịu lực ngang và mômen. Họ đã phát triển thêm phương pháp của Urban và có kể đến sức cản của đất theo đế móng. Theo Urban, ổn định của tường mềm trong môi trường đàn hồi được thể hiện bởi phương trình vi phân: 0x h bxa dy xd 4 4 =++ (7.39) Ta lại có: h CC CC ' 0,x ' h,x' 0,x ' z,x −+= (7.40) ⎪⎪⎭ ⎪⎪⎬ ⎫ =γ γ=+ 5 4 4 )EJ( b z EJ bxa (7.41) Chương 7. Móng sâu 7-19 Trong đó: z _ Biến số mới; ' 0,xC ; ' h,xC _ Hệ số nền theo phương ngang tại mặt đất và ở độ sâu h. Phương trình vi phân (7.39) có thể viết: 0zx dy xd 4 4 =+ (7.42) Ở đây: γ += EJ bxaz Khi ' 0,xC = 0, xz β= Trong đó: 5 ' h,x hEJ C=β Giáo sư Urban đã tìm được nghiệm của 7.42 dưới dạng: ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎭ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎬ ⎫ β+β+β ϕ+=β β+β+β ϕ+=β β+β+β ϕ+=β ϕ β+β+β ϕ+= 43 0 42 0 4 0 403 z 33 0 32 0 3 0 302 z 23 0 22 0 2 0 20 z 13 0 12 0 1 0 10z DHCMBAxQ DHCMBAxM DHCMBAx DHCMBAxx (7.43) Trong đó: 0x , 0ϕ _ Chuyển vị ngang và góc xoay tại điểm ban đầu z = 0; 0M , 0H _ Mômen uốn và lực ngang; zx , zϕ , zM , zQ _ Lần lượt là độ võng, góc xoay, mômen, lực cắt tại độ sâu z. Các hàm ảnh hưởng xác định theo công thức sau: Chương 7. Móng sâu 7-20 ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎭ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎬ ⎫ −+−= −+−= −+−= −+−= ... !18 z4.9.14 !13 z4.9 !8 z4 !3 zD ... !17 z3.8.13 !12 z3.8 !7 z3 !2 zC ... !16 z2.7.12 !11 z2.7 !6 z2zB ... !15 z6.11 !10 z6 !5 z1A 181383 1 171272 1 16116 1 15105 1 (7.44) Để tìm trị số của A2, A3, A4 ta lần lượt lấy đạo hàm bậc nhất, bậc 2 và bậc 3 của A1. Đối với các hàm số còn lại ta cũng làm tương tự. Sức cản của nền được xác định theo công thức: nzđđ J.C.M ϕ= (7.45) Ở đây: đM _ Mômen tại đế móng do phản lực của nền; đϕ _ Góc xoay của đế móng; zC _ Hệ số nền tại đế móng; nJ _ Mômen quán tính của đế móng. Việc tính toán được tiến hành theo trình tự sau: - Trước tiên xác định hệ số biến dạng theo công thức: 5 EJ d.K=α - Tìm các chuyển vị 321 ,, δδδ (xem hình 7.10) theo các công thức sau: Hình 7.10: Sơ đồ chuyển vị của móng a. H = 1; b. M = 1. Chương 7. Móng sâu 7-21 ⎪⎪ ⎪ ⎭ ⎪⎪ ⎪ ⎬ ⎫ δδ+=δ δ+=δ δ+δ+δ+=δ MH0MM 0 3 MM 0 2 HH0MH 2 0MM 3 0 1 l EJ2 l EJ l l2l EJ3 l (7.46) Trị số của MMδ , MHδ , HHδ phụ thuộc vào độ sâu tính đổi của móng trong đất h.z α= ; MMδ _ Chuyển vị xoay do M = 1 gây ra; HHδ _ Chuyển vị ngang do H = 1 gây ra; HMδ _ Chuyển vị ngang do M = 1 gây ra; MHδ _ Chuyển vị xoay do H = 1 gây ra. Các chuyển vị đơn vị xác định theo điều kiện biên của bài toán. Mômen uốn M, lực ngang Q và áp lực tác dụng ở nơi tiếp xúc giữa mặt đất và mặt xung quanh của móng tại độ sâu bất kỳ kể từ mặt đất được xác định theo công thức: ⎪⎪ ⎪⎪ ⎭ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎬ ⎫ ⎭⎬ ⎫ ⎩⎨ ⎧ ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ α++α+α ϕ−−=σ ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ α++α+ϕ−αα= α+++ϕ−αα= 11021 0 10z 4404040 2 z 3303030z DHC)HlM( EJ 1BAyz d m DHC)HlM()BAy(EJQ DHC)HlM()BAy(EJM (7.47) Trong đó: HHMM00 H)HlM(y δ+δ+= ; MHMM00 H)HlM( δ+δ+=ϕ ; A, B, C, D là các hàm ảnh hưởng, trị số của chúng tra theo bảng 5.17. Theo kết quả tính toán thì khi móng có tiết diện chữ nhật có độ cứng hữu hạn mà tính theo móng tuyệt đối cứng thì trị số của áp lực đất theo mặt thẳng đứng tăng lên 60% hoặc hơn nữa so với khi tính toán cho móng có độ cứng hữu hạn. Do vậy, khi tính toán theo độ bền và độ ổn định của móng cần phải xét đến thực tế của móng. 7.5. Tường trong đất 7.5.1. Phạm vi ứng dụng Tường trong đất là một phương pháp tiến bộ của lĩnh vực nền móng. Nó được dùng vào 2 mục đích: làm màn chống thấm hoặc kết cấu chịu lực. Phương pháp này được dùng đầu tiên vào năm 1952 để làm màn chống thấm cho đập Kenviclêvi trên sông Columbia. Tường này được thiết kế với độ sâu 7m, rộng 1,89m để ngăn không cho nước thấm qua sỏi với hệ số thấm K = 2160m/ng.đêm. Chương 7. Móng sâu 7-22 Tường trong đất ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông, thủy công. Trong xây dựng dân dụng, công nghiệp nó được dùng để làm móng nhà. Khi nhà, công trình có tầng hầm thì tường trong đất vừa làm móng vừa làm tầng hầm và làm nhiệm vụ chống thấm rất tốt. Đối với các công trình phục vụ một lúc nhiều người như rạp hát, khách sạn, ga ra, các kho hàng lớn của cửa hàng ở những thành phố lớn cần thiết phải tạo được nhiều tầng hầm để tăng diện tích và không gian sử dụng. Vấn đề sử dụng không gian dưới đất cũng cần trong công nghiệp luyện kim, khai thác mỏ và các ngành công nghiệp khác để làm các hầm kỹ thuật, hào băng tải, bể ngầm để chứa xăng dầu, bể lắng, bể xử lý, giếng thu nước… Trên hình 7.11 trình bày một số ứng dụng tường trong đất trong xây dựng dân dụng và công nghiệp. Trong xây dựng giao thông, quân sự, tường trong đất được sử dụng để kiến thiết cầu vượt, tuynen, hầm ngầm, gara ngầm… Phương pháp này dùng trong xây dựng công trình thủy công để làm móng chân khay… và đặc biệt làm màn chống thấm. Màn chống thấm có nhiệm vụ ngăn nước trong kênh, đập, bể chứa… không bị thấm qua chân đập, qua nền mà hao hụt đi để giữ gìn nước cần sử dụng hoặc để giữ cho nước thải trong công nghiệp có chứa các chất độc hại khỏi thấm vào đất làm ô nhiễm nước dưới đất. Trong những trường hợp khác, nhiệm vụ của màn chống thấm lại là ngăn không cho nước tràn vào khu vực cách ly nước. Tùy thuộc vào điều kiện địa chất cụ thể mà màn chống thấm có thể làm dạng hở hoặc dạng khép kín. Hình 7.11: Ứng dụng tường trong đất trong xây dựng dân dụng công nghiệp a. làm móng nhà cao tầng; b. Làm móng và tường tầng hầm; c. Làm tường chắn; d. Hào băng tải; e. Hầm kho; g. Bể chứa xăng dầu; i. Bể bơi. Chương 7. Móng sâu 7-23 Phương pháp tường trong đất có một số ưu điểm sau: - Khi thi công không gây chấn động, tiếng ồn nên khi kiến thiết tường gần các công trình đang sử dụng (cách 0,8m) trong điều kiện địa chất nhất định không làm cho công trình lân cận bị lún, bị biến dạng; - Có thể thi công trong mọi loại đất và đến độ sâu cần thiết; - Tường hầm ngầm thi công bằng phương pháp này trở nên không thấm do vữa sét bentonit chui vào đất và mặt tường; - Khi thi công các công trình đạt đến độ sâu lớn sẽ kinh tế do giảm tiết diện tường, không phải thoát nước. Theo B.X.Fêđôrôv thì các tính toán kinh tế ở Liên Xô cũ cho thấy, dùng phương pháp tường trong đất thay cho các phương pháp khác trong xây dựng tường hầm sâu thì cứ 1m2 đã giảm bêtông từ 0,5 8,0÷ m3, tiết kiệm ximăng từ 125÷ 300kg, thép 10 đến 20kg, tiết kiệm điện năng, giảm khối lượng làm đất, giảm diện tích choán chỗ trong thi công. 7.5.2. Thi công tường trong đất Hiện nay có một số biện pháp thi công tường trong đất như sau: Hình 7.12: Một số ứng dụng tường trong đất trong công trình xây dựng giao thông, thủy công. a, b, c_ Tuy nen; d_ Cầu vượt; e_ Gara ngầm; g_ Màn chống thấm. 7.5.2.1. Phương pháp tạo hào Hào ngắn: Trong trường hợp này, hào được đào theo 2 giai đoạn: giai đoạn đầu, dọc theo chiều dài trục tường cần kiến thiết, người ta đào một đoạn hào dài 3÷ 6m đến độ sâu cần thiết rồi chừa lại một đoạn ngắn hơn đoạn hào vừa đào và cứ tiếp tục như vậy. Đào Chương 7. Móng sâu 7-24 xong mỗi đoạn hào lại lắp đặt khung cốt thép và đổ bêtông dưới vữa sét theo phương pháp ống chuyển vị thẳng đứng. Giai đoạn thứ 2 người ta đào các đoạn còn chừa lại và cắt một phần vào các bộ phận của giai đoạn đầu. Khi xây dựng tường bằng bêtông mác cao, việc cắt vào bêtông đoạn tường đã thi công để ghép với đoạn tường làm trong giai đoạn 2 gặp nhiều khó khăn. Do vậy, để liên kết các đoạn tường trong giai đoạn 1 và 2, người ta dùng ống đặt vào đầu và cuối đoạn hào ở giai đoạn 1 trước khi đổ bêtông. Khi bêtông đã đông cứng thì rút các ống đó ra. Như vậy sau khi đào hào của giai đoạn 2 các bộ phận tường được liên kết với nhau theo một trụ đã được tạo thành. Trong quá trình thi công, vách hào được bảo vệ bằng vữa sét bentonit đổ đầy đến miệng hào. Một lớp vỏ đất sét không thấm nước, chặt và mỏng được tạo thành trên mặt hào. Nếu hào được đào trong đất có lỗ rỗng lớn thì huyền phù sét sẽ thâm nhập vào các lỗ rỗng đó và đông đặc lại nhờ tính chất xúc biến. Qua lớp vỏ sét mà huyền phù bentônit gây áp lực lên đất. Do trọng lượng riêng của huyền phù sét lớn hơn của nước và sét thường cao hơn mực nước ngầm trong hào nên áp lực của huyền phù sét ngăn ngừa không cho nước ngầm chảy vào hào và phá hủy vách hào. Nếu kể đến cả áp lực chủ động của đất lên vách hào thì nhiều trường hợp không thể giải thích được độ ổn định của vách hào bằng áp lực thủy tĩnh của huyền phù sét và hiện tượng sét hóa. Ở vùng tiếp giáp giữa huyền phù bentônit và đất xảy ra những quá trình hóa lý phức tạp và chưa được nghiên cứu đầy đủ. Dung trọng của huyền phù sét bentônit cần đạt 10,5÷ 11,5KN/m3. Nếu dùng các loại sét khác thì vữa huyền phù phải đạt =γ 11÷ 13KN/m3. Nếu cần thì bổ sung vào sét thông thường một phần sét bentonit hoặc thủy tinh lỏng, xút ăn da (NaOH), natri cacbonat nung (Na2CO3). Hào liên tục: Được đào bằng máy khoan hoặc gầu ngoạm, sau đó hào được đổ bêtông (hình 7.14) hoặc hạ vào hào những panen chế tạo sẵn. Ví dụ người ta dùng panen kich thước 8 x 1,6 x 0,5m và 8,4 x 1,6 x 0,5m để làm nóng cho nhà ở, gara ngầm hai tầng. Chương 7. Móng sâu 7-25 Hình 7.13: Trình tự thi công tường trong đất gồm các hào ngắn. a. Đào hào và đổ bêtông các đoạn hào ở giai đoạn đầu; b. Đào hào và đổ bêtông các đoạn hào ở giai đoạn 2; 1. Cần cẩu bánh xích; 2. Gầu ngoạm; 3. Huyền phù sét bentonit; 4. Ống thép; 5. Khung cốt thép; 6rr. Bêtông. Hình 7.14: Thi công tường trong đất bằng phương pháp đào hào liên tục. Hướng chuyển động của thiết bị khoan; 2. Chuyển dịch của máy khoan; 3. Cần khoan; 4. Vữa huyền phù bentonit; 5. Bêtông; 7. Bộ phận vách ngăn; 7. Ống để đổ bêtông. Chương 7. Móng sâu 7-26 7.5.2.2. Phương pháp thi công kiểu cọc khoan nhồi Công việc thi công cọc nhồi được tiến hành theo 2 giai đoạn. Giai đoạn đầu dọc theo trục dọc tường, cứ khoan mỗi lỗ rồi lại chừa ra một khoảng bé hơn hai đườngkính lỗ khoan một ít và cứ tiếp tục như vậy. Giai đoạn 2, khoan và tạo cọc nhồi nốt các phần còn chừa lại. Các lỗ khoan trong giai đoạn 2 sẽ cắt vào một phần thân các cọc được thi công trong giai đoạn đầu đã đông cứng lại và các cọc thi công trong giai đoạn 2 sẽ ghép với các cọc trong giai đoạn đầu để tạo thành tường trong đất. Tùy theo mục đích sử dụng và biện pháp thi công, tường trong đất có thể là đoạn hào hoặc hào liên tục có dạng thẳng hoặc cong trên mặt bằng (hình 7.15). Chiều dài của tường trong đất trong thực tiễn đã xây dựng dài đến mấy cây số (màn chắn ở nền đập để bốc hơi tại nhà máy luyện dầu mỏ Krementruc có chiều dài 7,3km, màn chắn để bảo vệ cho đất khỏi bị ngập nước biển ở Caliphoocnia dài 5,7km). Tường trong đất kiểu hào có chiều dày cố định khoảng 0,2÷ 1,0m, khi lấp bằng bêtông hoặc vữa ximăng cát, còn khi lấp bằng đất hỗn hợp thì chiều rộng bằng 0,5÷ 4,0m. Bề dầy của tường kiểu cọc: 0,5÷ 1,0m (ở chỗ các cọc tiếp xúc nhau, chiều dày giảm xuống 1,5÷ 2 lần so với đường kính lỗ khoan (cọc) và bằng 0,25÷ 0,65m. Trong thực tế, tường trong đất được thi công với độ sâu tối thiểu là 6m. Chiều sâu của tường kiểu cọc và hào ngắn có chiều sâu không hạn chế nhưng khi tăng chiều sâu thì quá trình thi công sẽ phức tạp hơn mà chủ yếu là việc ghép các bộ phận riêng biệt thành tường liên tục. Các màn chống thấm bằng đất khi thi công bằng máy xúc có chiều sâu tối đa là 29m (đập số 2 của hồ chứa nước Comantre ở Mỹ). Tường kiểu hào đã được xây dựng đến độ sâu 78m (đập Xiskai trên sông Columbia). Chiều sâu lớn nhất của màn chống thấm kiểu cọc đã được xây dựng đạt tới 74m (nền đê quai tại công trình thủy điện Manikuagan). Chương 7. Móng sâu 7-27 Hình 7.15: Hình dạng các loại tường trong đất a. Tường thẳng bằng các cọc nhồi; b. Tường hào ngắn; c. Tường gồm các hào ngắn; d. Tường cong gồm các cọc nhồi; e. Tường cong bằng các hào ngắn; g. Tường lượn sóng liên tục; h. Tường hào liên tục. 7.5.3. Tính toán móng tường trong đất Móng tường trong đất và nền của nó được tính toán theo 2 trạng thái giới hạn: - Trạng thái giới hạn thứ nhất: Người ta tính ổn định của vách hào; sức chịu tải của nền, ổn định của nền khi móng chịu lực ngang, móng trên bờ dốc, nền gồm các lớp đất có độ dốc lớn; sức chịu tải của tường móng theo độ bền của vật liệu tường. - Theo trạng thái giới hạn thứ hai: Xác định độ lún của nền; chuyển vị của móng (chuyển vị ngang và góc xoay tại đỉnh móng) do lực dọc, lực ngang và mômen gây ra; độ bền chống nứt của tường bằng bêtông cốt thép. 7.5.3.1. Tính toán ổn định vách hào Vách hào được thi công thẳng đứng. Khi tính toán ổn định của nó cần kể đến điều kiện địa chất thủy văn của khu đất xây dựng, tính chất cơ học của đất, tải trọng công trình và sự gia tải lân cận. Để vách hào ổn định phải thỏa mãn điều kiện sau: nazs ppp +≥ (7.48) )QQ(1,1Q nas +≥ (7.49) Chương 7. Móng sâu 7-28 Hình 7.16: Các loại áp lực tác dụng lên vách hào Kết cấu nâng vách hào để tăng chiều cao của huyền phù sét; 2. Trục của hào; Cao trình của huyền phù sét; 4. Cao trình của bêtông đổ vào hào; Áp lực của huyền phù sét phía trên bêtông; 6. Áp lực nước; 7. Áp lực bêtông. Trong đó: nazs p,p,p _ Lần lượt là áp lực theo độ sâu của hào do huyền phù sét, đất, nước gây ra; nas Q,Q,Q _ Lần lượt là tổng hợp lực của áp lực do huyền phù sét, đất, nước gây ra theo độ sâu của hào. Các đại lượng trên được xác định theo các công thức: )hz(p sss −γ= (7.50) )hz(p nnn −γ= (7.51) Trong đó: sh , nh _ Khoảng cách từ mặt đất đến cao trình huyền phù sét và mực nước ngầm; _z Độ sâu của hào; z s s h p=γ với zh là chiều cao của cột huyền phù sét ở đô sâu cần xét; azp , aQ _ Được xác định bằng các công thức khác nhau cho từng loại hào. Dựa theo tỷ số giữa chiều dài B và chiều sâu H của đoạn hào, chúng được chia ra: Khi 2 H B > : hào dài; Khi 2 H B ≤ : hào ngắn; Chương 7. Móng sâu 7-29 Đối với hào dài: c o2 az q2 45tg.z.p −⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ϕ−γ= (7.52) c o22 a Q2 45tg.H.. 2 1Q −⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ϕ−γ= (7.53) ϕ_ Góc ma sát trong của đất; cq , cQ _ Các đại lượng kể đến ảnh hưởng lực dính của đất; ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ϕ−= 2 45Ctg2q oc (7.54) cQ _ Tổng hợp của các lực dính xác định theo biểu đồ. Đối với hào ngắn hình chữ nhật: Khi θ≤ tg 2 BH , θ≤ tg 2 Bz : ( ) ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ θ−θ ϕ−θγ= tg z43,0B tg tg.z.paz (7.55) ( ) ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ θ−θ ϕ−θγ= tg 29,0 H B tg tg. 2 H.Q 3 z (7.56) Khi θ> tg 2 BH , θ> tg 2 Bz : ( )ϕ−θγ= tg.B39,0p 2az ( )ϕ−θ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ θ−= tg.tg Htg B41,4.H.B09,0Q 2z (7.57) Dựa vào sơ đồ tính của áp lực đất và nước theo chiều của hào, ta xác định sγ cần thiết để giữ cho vách hào được ổn định. 7.5.3.2. Tính toán khả năng chịu lực của móng tường trong đất Hiện nay sự làm việc của móng tường trong đất và ảnh hưởng của huyền phù sét bentonit đối với ma sát mặt xung quanh tường và đất bao quanh chưa được nghiên cứu đầy đủ, do vậy người ta phải xác định sức chịu tải của móng tường trong đất theo các công thức dùng cho cọc nhồi. + Hình 7.17: Sơ đồ tính toán hào ngắn và đồ thị xác định góc θ . Theo đặc điểm truyền tải vào đất, tường trong đất cũng được phân ra làm hai loại: tường chống và tường treo (ma sát). Trong tính toán, các hệ số điều kiện làm việc 9,0mR = ; 6,0mf = . Cường độ tính toán của đất ở đáy tường lấy theo cường độ của đất dưới chân cọc nhồi được thi công bằng cách tạo lỗ có moi hết đất ra và đổ bêtông theo ống chuyển vị thẳng đứng. Theo chúng tôi, móng dạng tường trong đất thuộc trường hợp Chương 7. Móng sâu 7-30 bài toán phẳng, do vậy cần tiến hành thí nghiệm xác định R, f bằng thiết bị tạo ra điều kiện bài toán phẳng, hoặc nếu không thì dùng R, f của cọc khoan nhồi như nêu trên nhưng phải nhân với hệ số giảm kể đến thực tế bài toán phẳng. Sức chịu tải nén theo phương thẳng đứng của móng dạng tường trong đất theo vật liệu tường được tính theo công thức móng cọc bêtông cốt thép. Các vấn đề khác về độ bền, độ bền chống nứt, sự mở vết nứt tính theo TCVN 5574-1991. Về biến dạng và ổn định của nền tính toán theo TCXD 45-78. Chương 7. Móng sâu 7-31 Chương 7. Móng sâu ................................................................................. 7-11 7.1. Khái niệm ........................................................................................................7-11 7.2. Giếng chìm hơi ép ...........................................................................................7-11 7.3. Giếng chìm ......................................................................................................7-66 7.4. Tính toán móng sâu ngàm vào đất ..............................................................7-1313 7.5. Tường trong đất...........................................................................................7-2121