Tính Toán Thiết Kế Móng Nông Trên Nền đệm Cát

Link tải bảng tính móng đơn trên nền gia cố đệm cát

1. Tổng quan về móng nông trên nền đệm cát

1.1. Nguyên lý

Vì ứng suất giảm dần theo độ sâu (với tải trọng ngoài) nên khi gặp lớp đất yếu người ta thay thế nó bằng 1 lớp đất khác có tính chất phù hợp và đầm lu chặt (cát hạt trung, cát thô, cuội sỏi …).

1.2. Công dụng

• Lớp đệm đóng vai trò như 1 lớp chịu lực; tiếp thu được tải trọng công trình và truyền xuống lớp đất yếu ở dưới.
• Giảm bớt độ lún toàn bộ và lún không đồng đều; làm tăng nhanh tốc độ cố kết vì lớp đệm có hệ số thấm lớn nên đệm là nơi để nước trong đất yếu thoát vào.
• Tăng khả năng ổn định khi công trình có tải trọng ngang vì lớp đệm sau khi được đầm chặt sẽ có lực ma sát lớn.
• Kích thước và chiều sâu chôn móng sẽ giảm vì cường độ của lớp đệm cao.
• Thi công đơn giản.

1.3. Phạm vi sử dụng: 

• Lớp đệm dùng hiệu quả nhất khi lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước và chiều dày ≤ 3m (nếu sâu hơn không kinh tế)
• Khi nước ngầm có áp lực tác dụng trong phạm vi lớp đệm thì không dùng biện pháp này vì cát trong lớp đệm có khả năng di động.

2. Tính toán thiết kế móng nông trên nền đệm cát

2.1. Xác định kích thước đệm cát theo các yêu cầu sau:

• Dưới tác dụng của tải trọng công trình đệm phải ổn định.
• Áp lực do tải trọng công trình truyền lên mặt lớp đất yếu ở dưới lớp đệm phải nhỏ hơn cường độ của lớp đó.
• Đảm bảo độ lún của nền nhỏ hơn độ lún cho phép.
• Để đảm bảo ổn định của nền xung quanh lớp đệm cát thì chiều rộng lớp đệm phải có kích thước đủ để biến dạng ngang do tải trọng gây ra không lớn, nằm trong giới hạn cho phép. Theo kinh nghiệm để đảm bảo yêu cầu trên α lấy = φđ (góc ma sát trong của đệm) hoặc α = 30 ÷ 45o.

2.2. Xác định kích thước đệm: hđ = ?  giả thiết một chiều dày nào đó xong kiểm tra và điều chỉnh cho phù hợp.

Khi có đệm cát thì nền là môi trường phức tạp nên trạng thái ứng suất ở đây hoàn toàn khác với các trường hợp nêu trong cơ học đất vì ở đây kích thước đệm cát là giới hạn. Tuy nhiên để đơn giản tính toán người ta dùng các phương pháp gần đúng sau:

Xem lớp đệm như bộ phận của nền và vận dụng các quy luật phân bố ứng suất trong cơ đất để tính toán.

Xác định kích thước đệm dựa và điều ổn định về mặt cường độ:

Để xác định Pgh của nền thì ta phải tính toán trượt sâu theo phương pháp cung trượt tròn và trượt sâu theo mặt tiếp xúc đáy đệm cát và đỉnh lớp đất yếu và chiều dày của tầng đệm cát được xác định đúng dần theo yêu cầu trên.

Tuy nhiên gần đúng có thể làm như sau:

Giả định hđ sau đó kiểm tra các điều kiện:

Điều kiện về cường độ:

Tại đáy móng:

Kiểm tra sức chịu tải theo các công thức: ptc ≤ R;  ptcmax ≤ 1.2 R

Trong đó:

ptc , ptcmax áp lực trung bình và lớn nhất do tải trọng tiêu chuẩn gây ra tại đáy móng.

ptc = Ntc + γtbhm

ptcmax = Ntc/bl + Mtcx/Wy + Mtcy/Wx + γtbhm

R = cường độ lớp đệm tính theo công thức: R = Pgh/FS

Pgh = sức chịu tải của lớp đệm cát tính gần đúng theo công thức trong giáo trình Cơ học đất.

FS = hệ số an toàn.

Tại đáy lớp đệm cát:

Sức chịu tải của lớp đất yếu nằm dưới đáy đệm cát được kiểm tra theo công thức: σ1 + σ2 ≤ Rdy = Pghdy/FS

Trong đó:

σ1= ứng suất thường xuyên do trọng lượng bản thân đất nền và đệm cát tác dụng lên mặt lớp đất yếu dưới đáy đệm: σ1= γdhd + γhm

γ, γd = trọng lượng thể tích của đất và của lớp đệm.

γm, γd = chiều sâu đặt móng và chiều dày lớp đệm.

σ1 = ứng suất do tải trọng ngoài gây ra tại bề mặt lớp đất yếu tính theo công thức sau:

σ2 = Ko(ptc – γhm) với Ko = f (l/b, z/b)

Để tính toán sức chịu tải giới hạn của nền đấy dưới đáy đệm cát Pghdy, ta tạo ra móng quy ước với kích thước đáy móng khối quy ước như sau:

bqu=b+2hdtgα

lqu=l+2hdtgα

Góc a có thể lấy bằng φ – góc ma sát trong của lớp đệm ( thường lấy 30o)

Độ dốc ta luy thành hố đào (m) được xác định trên cơ sở phân tính ổn định mái dốc thực hiện trong lớp đất yếu.

Điều kiện về biến dạng:

Tính lún bằng phương pháp cộng lún từng lớp: S = ∑si ≤ [Sgh]

3. Vật liệu và biện pháp thi công

3.1. Vật liệu

Cát to hoặc cát trung, theo kinh nghiệm 2 loại này khi đầm có khả năng đạt đến độ chặt khá cao tiếp thu được tải trọng lớn của công trình và không di động dưới tác dụng của nước ngầm.

3.2. Biện pháp thi công:

Khi thi công phải đảm bảo độ chặt lớn nhất và không làm phá hoại kết cấu đất thiên nhiên dưới tầng đệm cát.

Tuỳ theo vật liệu đệm và thiết bị đầm mà chọn biện pháp thi công cho phù hợp.

Rải cát thành từng lớp chiều dày lớp rải tuỳ thuộc thiết bị đầm nén: ví dụ đầm thủ công chiều dày =20cm; đầm bàn rung =25cm… đầm rung có phun nước U20 =100→150cm..

Nếu đất nền dưới đệm vẫn là lớp đất yếu thì nên rải một lớp vật liệu ngăn cách để → tránh cát bị chìm xuống đất yếu tạo điều kiện đầm chặt lớp cát theo yêu cầu. Vật liệu ngăn cách phổ biến hiện nay là vải địa kỹ thuật: (geotextile)

Nếu thi công trong nước có thể dùng biện pháp xỉa lắc cát; đây là biện pháp thi công trong điều kiện bão hoà nước, nên mực nước ngầm trong lớp đệm phải cao hơn mặt lớp cát rải khoảng 5cm→10cm.