Tài liệu PHẦN 3: NỀN MÓNG ppt

Đánh giá điều kiện địa chất công trình: Để tiến hành lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu chôn móng cần phải đánh giá tính chất xây dựng của các lớp đất.. Xác định các chỉ tiêu cơ lý:

Quảng Ngãi, tháng 07 năm

2012

I Đánh giá đặc điểm công trình:

1 Đặc điểm và vị trí xây dựng công trình:

S S

Theo TCXD 205 - 1998 (Bảng 3-5 sách "Hướng dẫn đồ án Nền &Móng") đối với khung bê tông cốt thép có tường chèn thì:

- Độ lún tuyệt đối giới hạn: Sgh = 8 cm

- Độ lún lệch tương đối gới hạn ∆Sgh = 0,001

II Điều kiện địa chất công trình:

Theo ‘Báo cáo kết quả địa chất công trình của trường ĐH Phạm Văn Đồng Tỉnh Quảng Ngãi’ giai đoạn phục vụ thiết kế kỹ thuật: khu đất xây tương đối bằng phẳng,được khảo sát bằng phương pháp xuyên tiêu chẩn (SPT) Từ trên xuống dưới gồm các lớp đất có chiều dày ít thay đổi trong mặt bằng

- Lớp 1: Đất đắp sét pha màu xám nâu, trạng thái dẻo mềm, kết cấu không đồng nhất.

- Lớp 2: Sét màu xám nâu, đốm đen, trạng thái dẻo cứng có bề dày trung bình 2m

- Lớp 3: Cát pha màu xám tro, xám ghi, trạng thái dẻo có bề dày trung bình 2.6m

- Lớp 4: Cát hạt nhỏ có bề dày trung bình 28m

- Lớp 5: Sét pha màu xám nâu, trạng thái dẻo mềm có bề dày trung bình 2.5m

- Lớp 6: Cuội sỏi chiều dày chưa kết thúc trong phạm vi hố khoan sâu 45m

Mực nước ngầm gặp ở độ sâu là 2.5m kể từ mặt đất tự nhiên.Cốt ngoài nhà -0,45m

Bảng chỉ tiêu cơ lý và kết quả thí nghiệm hiện trường các lớp đất như trong

W(%)

WL(%)

WP(%) ϕIIO

cII(kPa)

E(kPa)

III Đánh giá điều kiện địa chất công trình:

Để tiến hành lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu chôn móng cần phải đánh giá tính chất xây dựng của các lớp đất

1 Xác định các chỉ tiêu cơ lý:

nhất có chiều dày trung bình 1m không đủ khả năng chịu lực để làm nền móng cho công trình, phải bóc qua lớp này và phải đặt móng vào lớp có đủ khả năng chịu lực

do mực nước ngầm ở dưới nên không cần kể đến hiện tượng dẩy nổi

32,6 25,5

0, 44441,9 25,9

P L

0,25 < IL < 0,5 ⇒ nên đất ở trạng thái dẻo cứng

P L

W W I

nên đất ở trạng thái 3 ở trạng thái dẻo

- Mô đun biến dạng E = 6730 (kPa) khả năng chịu lực trung bình

P L

W W I

- Trọng lượng riêng đẩy nổi:

2 Điều kiện địa chất thủy văn:

Mực nước ngầm ở sâu 2.5m so với mặt đất tự nhiên, mặt nước ngầm nằm khá sâu nên bố trí đài móng nằm trên mực nước ngầm

Trụ địa chất công trình

γ γ

ϕ

γ γ ϕ

Đặc điểm của một số phương án:

Nhược điểm: kích thước và sức chịu tải của cọc bị hạn chế do tiết diện cọc, chiều dài cọc không có khả năng mở rộng và phát triển do thiết bị thi công cọc bị hạn chế hơn so với các công nghệ khác, thời gian thi công kéo dài

• Cọc nhồi: nếu dùng cọc khoan nhồi, có thể đặt cọc lên lớp đất tốt nằm ở độ sâu lớn cho hệ số an toàn cao Ưu diểm của cọc khoan nhồi là chiều dài của cọc có thể đạt tới chiều sau hàng trăm mét, do vậy phát huy được triệt để đường kính của cọc và chiều dài cọc đườn kính cọc lớn làm tăng độ cứng ngang của công trình Cọc nhồi khắc phục được các nhược điểm như tiến ồn, chấn động ảnh hưởng tới công trình xung quanh

Nhược điểm: giá thành cao, thi công phức tạp, kiểm tra chất lượng cọc gặp nhiều khó khăn

Kết luận: Từ quy mô và phương án kết cấu công trình, chủ yếu chịu lực theo phương đứng của cọc, và nội lực chân cột lớn Cấu trúc đất thiên nhiên gồm 6 lớp Trong đó lớp 4 ( lớp cát hạt nhỏ) khả năng chịu lực của lớp đất khá

Với cấu trúc nền đất trên kết hợp với nội lực của chân cột thì phải sử dụng móngcọc là phương pháp tối ưu Với cọc với tiết diện 30x30cm làm việc theo hai phươngngàm vào đài móng

Các đài liên kết với nhau bởi các giằng móng nhằm tạo độ cứng và giảm ảnh hưởng bất lợi do sự lún lệch giữa các móng

Do khoảng cách giữa hai cột trục là B và C là l=7.5m, do tải trọng ở chân cột khá lớn, diện tích đài khá rộng nên ta chọn phương án móng đỡ cọc là móng đơn

115

1 Giả thiết tính toán:

Việc tính toán móng cọc đài thấp được dựa vào các giả thiết chủ yếu sau:

- Tải trọng ngang hoàn toàn do các lớp đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận

không kể đến ảnh hưởng của nhóm cọc

- Tải trọng của công trình qua đài cọc chỉ truyền qua đài cọc chỉ truyền lên các cọc chứ không trực tiếp truyền lên phần đất nằm giữa các cọc tại mặt tiếp giáp với đài cọc

coi móng cọc như một móng khối quy ước bao gồm cọc và phần đất giữa các cọc

nhiên( bỏ qua ma sát ở mặt bên móng) cho nên trị số mômen của tải trọng ngoài đáy

±

±

±

móng khối quy ước được lấy giảm đi một cách gần đúng bằng trị số của tải trọng ngoài so với cao trình của đáy đài.

t = 0,03.18.1,3+0,22.15.1,1= 4,332KN/m2

• Xác định tải trọng giằng móng truyền vào móng:

Bố trí giằng móng dựa vào nhịp lớn nhất của công trình là 7.5m

1

10

115

móng ngàm cứng nên một cách gần đúng ta bỏ qua sự làm việc của giằng và coi gầnđúng giằng móng có chiều dài bằng khoảng cách giữa các tim cột.

Tải trọng giằng truyền lên móng:

2.2 Tải trọng tính toán tại chân cột:

Tải trọng tính toán dùng để thiết kế móng theo trạng thái giới hạn thứ nhất Móng C – 3:

- Chọn sơ bộ chiều cao đài: hđ = 1,2 m

- Chiều sâu chôn đài (so với cốt nhà): h = hđ + 0,45+ 0,8 =2,45m

2 Chọn vật liệu làm cọc:

- Bê tông B30, Rn = 17 Mpa; Rbt =1,2 Mpa;

- Cốt thép chịu lực nhóm AII có Rs = Rsc = 280 MPa ; Rsw = 225 MPa

- Cốt đai nhóm AI có Rs = Rsc = 225 MPa; Rsw = 175 Mpa

- Ta ngàm cọc vào đài bằng cách phá vỡ một phần bêtông đầu cọc cho cốt thép dọc

và ngàm thêm phần đầu cọc chưa bị phá bêtông

- Cos mũi cọc là:-(6.45 + 2.45)= -8.9 m so với cos 0.000

- Cọc cắm vào lớp cát trung một đoạn:

8.9– 6.05= 2.85 m

+ Lưới thép đầu cọc: Chọn phương pháp thi công cọc là phương pháp ép cọc nên tachọn bố trí 4 lưới ô vuông 50×50

+ Các bản thép ở đầu, ở mũi và bản thép nối có độ dày: δ = 10mm

- Tải trọng tác dụng xuống móng là tương đối lớn, ta sẽ dùng cọc cắm sâu vào lớpđất tốt: Lớp đất 4: cát hạt nhỏ trạng thái chặt vừa có chiều dày là 28m

* Tính toán cốt thép dọc và cốt thép móc cẩu:

- Tính theo sơ đồ vận chuyển:

Tiết diện có mô men lớn nhất cách đầu cọc một đoạn:

- Theo sơ đồ cẩu lắp:

Mô men lớn nhất cách đầu cọc một đoạn:

0.294xL = 0.29x7 = 2.058 m

Mmax = 0.086qL2 = 0.086x0.3375.72 = 1.422 Tm

±

Để an toàn ta tính thép với mômen theo sơ đồ cẩu lắp có: Mmax = 1.422Tm.

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

min 0

ϕ - hệ số uốn dọc với móng cọc đài thấp không xuyên qua bùn, than bùn, ϕ =1

Rn- Cường độ nén tính toán của bê tông cọc, với bê tông B30: Rn = 17 MPa

Ra - Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép, với thép AII: Ra = 280 MPa

Ab - Diện tích của bê tông Ab = 0.3x0.3 = 0.09m2

Aa - Diện tích của cốt thép dọc Aa = 4x2.545 = 10.18cm2 = 10.18x10-4 m2

Ta có : Pv = 1.(17x103x0.32 + 28x104x10.18x10-4) = 1815.04 KN=181.504T

3.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền:

3.2.1 Xác định theo chỉ tiêu cơ lý:

Mũi cọc hạ xuống lớp cuội sỏi nên cọc làm việc theo sơ đồ cọc ma sát

Sức chịu tải cực hạn của đất là:

)

.

U : chu vi của tiết diện ngang cọc; U = 4x0.3 = 1.2 m

Ap : diện tích tiết diện ngang của mũi cọc; Ap = 0.3x0.3 = 0.09 m2

R : cường độ đất nền tại mũi cọc

Với cọc ép, hạ xuống đất cát hạt nhỏ, độ sâu hạ mũi H= 8.45 m,

tra bảng 6.2 sách '' Hướng dẫn đồ án nền Móng'' ta được R = 2496,7 kPa

fsi : sức kháng ma sát trung bình trong phạm vi chiều dày hi

fsi được tra bảng 6-3( bảng 2 20TCN 21-86) Sách ‘’ Hướng dẫn đồ án Nền vàMóng’’ theo loại đất, trạng thái đất, độ sâu trung bình của lớp đất

Ở đây độ sâu hạ cọc và độ sâu trung bình của lớp đất được lấy từ cốt tự nhiênThay vào ta được

P 224.703 1.2

= 224.703 + 1.2x153.113 = 408.44KN=40.844T

Sức chịu tải cho phép của đất nền là:

29.21.4

d d d

P u

K

3.2.2 Xác định theo kết quả thí nghiệm tiêu chuẩn SPT:

Sức chịu tải cho phép của đất nền:

+α

hệ số chuyển đổi từ chỉ số SPT sang sức kháng mũi

Với cọc ép, α

= 300 + Ap : diện tích tiết diện ngang của mũi cọc, Ap = 0.3x0.3 = 0.09 m2

Vậy Pmũi = α

Na Ap = 300x 26x 0.09 =702KN=70.2T

- Sức cản phá hoại của đất ở xung quanh thành cọc: Pxq = U.( 2.Ls .Ns + cu .Lc )

+ U : chu vi tiết diện ngang của cọc, U = 4x0.3 = 1.2 m

P x mui xq ( 70 2 27 13 ) 32 44

3

1 ) (

h n p

N F

.

0

γ

−

=

Trong đó n : hệ số vượt tải, n = 1.2

γtb.htb : áp lực nén lên đáy đài do trọng lượng đài và đất trên đài gây ra

γtb: trọng lượng riêng trung bình của đài và đất trên đài, lấy γtb = 20 kN/m3

htb:chiều sâu chôn đài trung bình,

Mặt bằng bố trí cọc cho móng như hình vẽ sau:

8

4.2 Kiểm tra lực truyền lên cọc:

∗ Xác định tải trọng tính toán tại đáy đài

N P

n ( quan niệm lực nén phân phối đều cho tất cả các cọc )

.

tt

y i My

i

i i

x x

.

tt

y i My

i

i i

y y

Pmintt = 13.5T > 0 → đảm bảo cọc không bị nhổ

Trọng lượng tính toán của cọc kể từ đáy đài:

tt c

Q

= 27.63 + 1.099 = 28.73T < Pc = 29.2 T Thoả mãn điều kiện lực lớn nhất truyền xuống dãy cọc biên

Vậy tận dụng được hết khả năng chịu tải của cọc.

5 Kiểm tra nền móng cọc theo TTGH 2:

a Kiểm tra điều kiện áp lực ở đáy móng quy ước:

Bước 1: Xác định khối móng quy ước

- Xác định góc α : 4

tb

ϕ

= α

Với ϕtb: góc ma sát trong trung bình của đất trong phạm vi chiều dài làm việccủa cọc

i

i h tb

= (2x0.8+0.3) + 2x6.45xtg(6.090) = 3.3 m

-0.450.00

-2.45

-8.9

cb

m

Lch

Kh?i móngquy ý?c

Ð?y móngquy ý?c

c

tc n A h

3 = ∑

Bước 3: Xác định áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng quy ước

- Độ lệch tâm của tải trọng tiêu chuẩn tại đáy móng

+Theo trục X

18.31

0.074247.9

tc x

tc y

max min 349.9 82.34

215.3

tc tc tc

tc

TB

P P N

+ Do nền là cát hạt nhỏ không kể đến phấn và bụi.Tra bảng 3.1 ‘’ Sách hướng

m1 = 1,2 + m2 = 1 do kết cấu khung bê tông cốt thép là kết cấu mềm

+ Ktc = 1 do các chỉ tiêu cơ lý được xác định bằng thí nghiệm trực tiếp

+ A, B, D: các hệ số không thứ nguyên, tra theo ϕII

Với ϕII = 35°, tra bảng 3.2 ‘’ Sách hướng dẫn đồ án Nền và Móng’’

max

1.2 349.9 1.2 927.44 1112.93

tc

Vậy thoả mãn điều kiện áp lực tại đáy móng

b Kiểm tra điều kiện độ lún:

Bước 1: Tra TCXD 205-1998, công trình thuộc loại công trình phải kiểm tra điều

kiện biến dạng

Bước 2: Xác định các giá trị giới hạn

Công trình là nhà khung bê tông cốt thép không có tường chèn, tra TCXD

205-1998, ta phải kiểm tra theo 2 trị biến dạng giới hạn:

- Chia nền đất dưới móng thành các lớp phân tố có chiều dày mỗi lớp

hi ≤ BM /4 = 3.3/4 = 0.825 (m) và đảm bảo mỗi lớp chia ra là đồng nhất

Chọn hi = BM/5 = 3.3/5 = 0.7m

- Gọi z là độ sâu kể từ đáy móng thì ứng suất gây lún ở độ sâu z là:

gl 0

=

và

3.3 1 3.476

M M

- ứng suất bản thân ở độ sâu z kể từ đáy móng

( hay độ sâu z + 9.15m kể từ nền tự nhiên )

M M

L

gl z

σ

( kPa )

9.15

bt z

σ +

gl z bt z

γ =8.55 KN/m3 E=673 0 Kpa

γ =9.66 KN/m3 E=1100 0 Kpa

γ =9.66 KN/m3 E=1100 0 Kpa

29.9

23.4 z

Tại độ sâu z = 2.8 m kể từ đáy móng có

σ +

= 29.25 kPa => xem phạm vi kết thúc lún tại đây

do tại đó có E = 11000kPa > 5000kPa

→ Lấy giới hạn tầng chịu nén là 4.9 m

- Độ lún của lớp phân tố thứ i :

i

gl 1 zi

gl zi i

i

gl 1 zi

gl zi i

E 2

h ).

.(

8 , 0 E

2

h ).

→ Thoả mãn điều kiện độ lún tuyệt đối giới hạn

6 Tính toán đài móng theo trạng thái giới hạn 1:

a Chọn vật liệu đài móng

- Bê tông cấp độ bền B30 có Rb = 17000 kPa

Rbt = 1200 kPa

- Cốt thép nhóm AII có Rs = 280 MPa = 28.104kPa

b Kiểm tra h đ theo điều kiện chọc thủng

Quan niệm rằng tháp chọc thủng xuất phát từ các mặt bên chân cột và nghiêngmột góc 450so với trục đứng, kéo dài đến mép ngoài cọc biên

Chiều cao làm việc hữu ích của BT đài móng:

không cần kiểm tra điều kiện chọc thủng.

⇒

Vậy chiều cao đài móng hđ = 1,2m

450

-2.45-1.25

6 1

2

5 8

2

5 8

Sơ đồ tính toán đài cọc

Xmax, Ymax - khoảng cách từ tim cọc biên đến trục Y, X

Xi, Yi - khoảng cách từ trục cọc thứ i đến các trục đi qua trọng tâm diện tíchtiết diện các cọc tại mặt phẳng đáy đài (xem sơ đồ bố trí cọc) Thay số vào ta có :

Cốt thép bố trí theo hai phương một lớp trên và một lớp dưới

- Diện tích thép yêu cầu cho MI:

I S1

S 01

M

A =

0,9.R h + RS : cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép

Sử dụng thép CII nên RS = 28.104 kPa

+ h01 : chiều cao làm việc của móng tính từ đỉnh móng đến trục của cốt thép đặttheo phương cạnh l

- Diện tích thép yêu cầu cho MII:

Diện tích thép yêu cầu đặt song song theo phương cạnh ngắn móng:

II S2

S 02

M

0,9.R h + h02 : chiều cao làm việc của móng tính từ đỉnh móng đến trục của cốt thép đặttheo phương cạnh b,

II s

Khoảng cách giữa các trục thanh a1 = 168 mm

- Cốt thép cạnh ngắn b : 12thanh Φ

Khoảng cách giữa các trục thanh a2 = 185 mm

B-B

14 11

12 13

Theo tính toán ở trên: Tải trọng tính toán ở chân cột móng C-3

Móng C-3:

MXtt =-3.148 Tm ; MYtt =0.007Tm; QXtt = 0T; QYtt = -1.52T

NZtt = 58.39 + 4.215 = 62.61 T

Theo tính toán trên ta có :

Sức chịu tải của cọc :Pc = min( Pv ; [ ] P®

; PSPT) = min(181,504;29.2; 32.44 ) =29.2T

h n p

N F

.

0

γ

−

=

Trong đó n : hệ số vượt tải, n = 1.2

γtb.htb : áp lực nén lên đáy đài do trọng lượng đài và đất trên đài gây ra

γtb: trọng lượng riêng trung bình của đài và đất trên đài, lấy γtb = 20 kN/m3

htb:chiều sâu chôn đài trung bình,

70.6

1.2 2.929.2

2 Kiểm tra lực truyền lên cọc:

∗ Xác định tải trọng tính toán tại đáy đài

l: chiều dài đáy đài, l = 1.5 m

N P

n ( quan niệm lực nén phân phối đều cho tất cả các cọc )

.

tt

y i My

i

i i

x x

.

tt

y i My

i

i i

y y

Pmintt = 17.1 T > 0 → đảm bảo cọc không bị nhổ

4 Kiểm tra nền móng cọc theo TTGH 2:

a Kiểm tra điều kiện áp lực ở đáy móng quy ước:

Bước 1: Xác định khối móng quy ước

- Xác định góc α : 4

tb

ϕ

= α

Với ϕtb: góc ma sát trong trung bình của đất trong phạm vi chiều dài làm việccủa cọc

Lchq

24,366.45

-8.9

c b

Kích thước khối móng quy ước

Bước 2: Xđ tải trọng tiêu chuẩn tại đáy móng

Bước 3: Xác định áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng quy ước

- Độ lệch tâm của tải trọng tiêu chuẩn tại đáy móng

+Theo trục X

10.82

0.087124.03

tc x

tc y

tc

TB

P P N

+ Do nền là cát hạt nhỏ không kể đến phấn và bụi.Tra bảng 3.1 ‘’ Sách hướng

m1 = 1,2 + m2 = 1 do kết cấu khung bê tông cốt thép là kết cấu mềm

+ Ktc = 1 do các chỉ tiêu cơ lý được xác định bằng thí nghiệm trực tiếp

+ A, B, D: các hệ số không thứ nguyên, tra theo ϕII

Với ϕII = 35°, tra bảng 3.2 ‘’ Sách hướng dẫn đồ án Nền và Móng’’

Vậy thoả mãn điều kiện áp lực tại đáy móng

b Kiểm tra điều kiện độ lún:

Bước 1: Tra TCXD 205-1998, công trình thuộc loại công trình phải kiểm tra điều

kiện biến dạng

Bước 2: Xác định các giá trị giới hạn

Công trình là nhà khung bê tông cốt thép không có tường chèn, tra TCXD

205-1998, ta phải kiểm tra theo 2 trị biến dạng giới hạn:

- Chia nền đất dưới móng thành các lớp phân tố có chiều dày mỗi lớp

hi ≤ BM /4 = 2.68/4 = 0.67 (m) và đảm bảo mỗi lớp chia ra là đồng nhất

Chọn hi = BM/5 = 2.68/5 = 0.536m

- Gọi z là độ sâu kể từ đáy móng thì ứng suất gây lún ở độ sâu z là:

gl 0

=

và

2.68 1 2.68

M M

- ứng suất bản thân ở độ sâu z kể từ đáy móng

( hay độ sâu z + 9.95m kể từ nền tự nhiên )

M M

L

gl z

σ

( kPa )

9.95

bt z

σ +

gl z bt z

γ ðn =8.55 KN/m3 E=673 0 Kpa

4 5

σ +

=24.84 kPa => xem phạm vi kết thúc lún tại đây

do tại đó có E = 11000kPa > 5000kPa