Giáo trình môn Nền và Móng
GIÁO TRÌNH MÔN
NỀN VÀ MÓNG
Nền và Móng là một trong những bộ phận thiết yếu của các công trình xây dựng gắn liền với nền đất. Khi tính toán thiết kế và cả khi xây dựng đòi hỏi chúng ta đều phải nghiên cứu, khảo sát, thực nghiệm khá chặt chẽ. Những năm gần đây, nhiều phương pháp tính toán cùng các công nghệ thi công móng tiên tiến được áp dụng vào thực tiễn các công trình xây dựng ở Việt Nam.
Để giúp cho giáo viên, học viên có tài liệu nghiên cứu, giảng dạy, học tập và làm đồ án tốt nghiệp. Chúng tôi biên soạn giáo trình "Nền và Móng" dựa theo chương trình môn học đã được phê duyệt trong kế hoạch đào tạo của nhà trường. Quá trình biên soạn chúng tôi đã bám sát vào các "Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình giao thông đường bộ" mới ban hành và mục tiêu, yêu cầu đào tạo đặt ra cùng những tài liệu và kinh nghiệm giảng dạy trong những năm trước đây của nhà trường.
Toàn bộ cuốn giáo trình "Nền và Móng" gồm bài mở đầu và 4 chương với những nội dung cơ bản về tính toán và kỹ thuật xây dựng móng. Mỗi loại móng chúng tôi chỉ đề cập đến những nội dung cơ bản, những nguyên tắc chủ yếu trong tính toán, những công nghệ thi công chủ yếu ; phân tích ưu, nhược điểm và phạm vị sử dụng. Cho nên trong giáo trình đã sử dụng nhiều bảng biểu và hình vẽ để khái quát những phương pháp tính toán và mô tả kỹ thuật cơ bản cùng một số trang bị thi công chủ yếu tạo thuận lợi trong khi học tập và nghiên cứu nội
dung môn học.
1. Khái niệm chung
Như chúng ta đã biết hầu hết các công trình xây dựng đều phải tựa trên nền đất và truyền tải trọng xuống đất. Vì nền đất có cường độ nhỏ hơn nhiều so với vật liệu xây dựng công trình, cho nên phần tiếp giáp giữa công trình và nền đất thường được mở rộng thêm gọi là móng.
Móng là bộ phận kéo dài xuống của công trình và nằm ngầm dưới đất. Móng có nhiệm vụ truyền tải trọng từ công trình bên trên xuống cho đất chịu. Mặt tiếp xúc nằm ngang giữa móng và đất gọi là đáy móng. Mặt tiếp xúc giữa móng và công trình gọi là đỉnh móng. Để đảm bảo điều kiện cường độ và ổn định thường người ta đặt móng thấp hơn mặt đất tự nhiên. Khoảng cách từ đáy móng tới mặt đất gọi là chiều sâu chôn móng. Độ sâu này phụ thuộc vào tải trọng, địa chất, thuỷ văn và được quyết định bằng tính toán. Căn cứ vào độ sâu chôn móng;
hiện nay người ta thường chia làm ba loại: Móng nông, móng sâu và móng cọc.
Nền công trình là vùng đất nằm dưới đáy móng, chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng do công trình truyền xuống. Nếu công trình đặt trên các lớp đất đá tự nhiên thì nền công trình đó được gọi là nền thiên nhiên. Nếu khi xây dựng móng, người ta dùng một biện pháp nào đó làm tốt hơn các tính năng chịu lực của nền thì nền đó là nền được tăng cường (nền nhân tạo).
2. Ý nghĩa của công tác nền móng và đối tượng nghiên cứu của môn học
Khi thiết kế và xây dựng các công trình chúng ta luôn phải bảo đảm hàng loạt các yêu cầu cơ bản đặt ra dưới đây:
- Sự làm việc bình thường của công trình trong quá trình sử dụng.
- Bảo đảm cường độ và ổn định của từng bộ phân công trình.
- Thời gian xây dựng ngắn, giá thành công trình là rẻ nhất.
Qua thực tế xây dựng cho thấy hầu hết các công trình bị hư hỏng đều do nguyên nhân việc giải quyết chưa tốt vấn đề Nền và Móng.
Cho nên một công trình có sử dụng được tốt hay không, điều cơ bản đầu tiên là nhờ vào Nền và Móng.
Chính vì lẽ đó việc nghiên cứu Nền và Móng công trình một cách toàn diện, nhất là mặt cơ học của nó, có một ý nghĩa rất quan trọng đối với các cán bộ kỹ thuật xây dựng. Mặt khác chúng ta cần phải biết giải quyết thật tốt những trường hợp công trình có sự cố do nguyên nhân thuộc về nền đất gây ra. Phải biết tìm các biện pháp xử lý móng một cách thích hợp khi gặp những trường hợp phức tạp xảy ra trong thực tế xây dựng.
Nền và Móng là môn học sử dụng tổng hợp các kiến thức của các môn học khác như: Cơ học đất; Sức bền vật liệu; Cơ học kết cấu; Vật liệu xây dựng, Thuỷ văn v.v... để nghiên cứu nguyên lý tính toán thiết kế cũng như phương pháp thi công kết cấu móng; nghiên cứu các biện pháp xử lý nền đất yếu và các loại nền phức tạp khác v.v...
CHƯƠNG 1
MÓNG NÔNG TRÊN NỀN THIÊN NHIÊN
1.1. Khái niệm chung
Móng nông là loại móng có độ sâu chôn móng không quá 6m (thông thường từ 2 - 3m) và được xây dựng trong hố móng đào trần; Tỷ số giữa chiều sâu chôn móng và bề rộng móng nhỏ hơn từ 1,5 - 2 lần. Móng nông được sử dụng trong điều kiện địa chất đơn giản, các lớp đất có khả năng chịu lực tốt có cấu tạo ổn định hoặc đá cơ bản ở gần mặt đất. Trong tính toán người ta thường bỏ qua sự làm việc của đất từ đáy móng trở lên vì độ sâu chôn móng không lớn.
1.2. Vật liệu làm móng
Tuỳ theo tính chất chịu lực của công trình và quy mô xây dựng; Móng nông được làm bằng các vật liệu khác nhau như : Gạch, đá, bê tông và bê tông cốt thép. Đối với các công trình ngành xây dựng cầu - đường, các móng mố trụ cầu, cống, tường chắn đất thường được làm bằng đá hộc xây vữa, bê tông và bê tông cốt thép.
1.2.1. Móng xây đá hộc
Đá hộc dùng để xây móng phải là các loại đá cứng rắn, đồng chất, không nứt nẻ, không bị phong hoá. Thể tích của mỗi viên đá phải ít nhất bằng 0,001m3. Nên dùng các viên đá đẽo có cạnh ít nhất là 15cm. Cấm không được dùng các loại đá hộc tròn không sửa mặt. Cường độ tối thiểu của đá phải bằng 400kG/cm2. Trước khi đá đem dùng để xây phải được rửa sạch bùn, bụi, và các lớp chất bẩn khác làm ngăn trở vữa dính bám và bắt buộc phải cho đá hút no nước trước khi dùng ; Nên dùng cách phun nước để rửa đá. Vữa dùng trong xây móng mố trụ cầu là vữa xi măng cát vàng có mác không dưới 100. Cát để làm vữa phải là loại hạt to rắn và không có tạp chất hữu cơ. Không cho phép dùng cát bẩn quá 8% lượng tạp chất khác và quá 2% các hợp chất sulfate và quá 1% lượng mi ca.
Trước khi dùng vữa xây phải thí nghiệm thành phần hạt của cát để đáp ứng yêu cầu chất lượng theo thiết kế đồng thời phải ép mẫu vữa để quyết định cấp phối vữa.
Móng xây đá hộc thường được dùng trong các cầu nhỏ, cống, tường chắn thấp có khối lượng không lớn.
Móng bằng đá hộc xây có ưu điểm : tốn ít xi măng, tận dụng vật liệu nơi sắn có đá xây. Nhưng có nhược điểm là công tác xây phải làm thủ công, tốc độ thi công chậm và khó cơ giới hoá.
1.2.2. Móng bê tông
Là loại móng được dùng rộng rãi nhất hiện nay trong các điều kiện bình thường, mác bê tông không thấp hơn 150. Khi móng nằm trong môi trường có tác dụng phá hoại thì mác bê tông không thấp hơn 200. Xi măng dùng cho bê tông móng là loại xi măng poóclăng, xi măng
puzơlan. Lượng dùng xi măng cho 1m3 bê tông móng không vượt quá 300kg và không ít hơn 230kg. Tỷ lệ nước - xi măng thường dùng từ 0,4 đến 0,65 và độ sụt không quá 4cm. Đối với móng có khối lượng lớn trong quá trình đổ bê tông móng được phép độn thêm 25% đá hộc để tiết kiệm xi măng và hạ nhiệt độ khối đổ bê tông.
1.2.3. Móng bê tông cốt thép
Trường hợp móng chịu uốn lớn phải được làm bằng bê tông cốt thép, bê tông dùng mác không thấp hơn 200. Cốt thép dùng trong móng loại tròn trơn hoặc có gờ, đường kính từ 10 đến 30mm. Móng bê tông cốt thép có ưu điểm là khối lượng nhỏ, dó đó giảm đáng kể khối lượng đất đào hố móng. Mặt khác có thể thiết kế móng bằng bê tông cốt thép lắp ghép, cho nên có khả năng cơ giới hoá quá trình thi công.
1.3. Cấu tạo móng nông
1.3.1. Độ sâu đặt móng
Độ sâu đặt móng phải căn cứ vào các điều kiện địa chất, thuỷ văn và được xác định bằng tính toán. Đáy móng phải được đặt trên tầng đất ổn định, cường độ chịu lực tốt.
- Những trụ cầu nằm ở vị trí lòng sông có xói thì đáy móng phải được đặt thấp hơn đường xói lở ít nhất là 1m (bao gồm độ sâu xói chung và xói lở cục bộ). Chiều sâu đặt móng được xác định dựa trên tính toán thuỷ văn khi xác định khẩu độ cầu và tính toán xói lở tại vị trí trụ cầu và được xác định theo công thức:
hm = DK + DH ( 1.1 )
Trong đó :
DK - Là độ sâu đặt móng trong đất để bảo đảm độ ổn định của trụ, phụ thuộc vào từngloại đất nhưng không nhỏ hơn 2,5m.
DH - Là sai số có thể xảy ra khi tính toán độ sâu xói lở và được lấy bằng 10 đến 20% độ sâu xói lở tính toán tại vị trí trụ.
- Ở những nơi không có nước mặt thì mặt trên của móng mố trụ cầu thường đặt bằng hoặc thấp hơn mặt đất. Nếu trụ cầu đặt ở nơi có nước mặt thì mặt trên của móng thường thấp hơn mực nước thấp nhất 0,5m để bảo đảm yêu cầu về mỹ quan.
- Khi móng đặt trên tầng đá thì phải phá bỏ hết lớp phong hoá trên mặt và móng phải được ngàm vào trong lớp đá cứng ít nhất là 0,25m. Nếu lớp đá dưới đáy móng nằm nghiêng so với phương nằm ngang một góc đáng kể thì đáy móng có thể được làm thành các bậc để giảm bớt khối lượng thi công.
