- Qua các chỉ tiêu trên, ta thấy lớp đất sét thứ 2 Sét pha, trạng thái dẻo cứng có độ dày 4,0m, có tính chất cơ lý tốt hơn so với lớp thứ 1 Bùn, trạng thái chảy có độ dày 1m và MNN có độ
SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT VÀ TRÌNH TỰ CHUNG THIẾT KẾ MÓNG NÔNG
Trình tự chung tính toán móng nông
- Xác định tải trọng tác dụng xuống móng (N, M, Q)
- Đánh giá điều kiện địa chất, thủy văn của khu vực
- Lựa chọn chiều sâu đặt móng
- Xác định cường độ tính toán của đất nền
- Sơ bộ kích thước đế móng và kiểm tra điều kiện áp lực tại đáy móng
- Kiểm tra điều kiện áp lực tại đỉnh lớp đất yếu (nếu có)
- Tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn thứ I
- Tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn thứ II
- Tính toán độ bền và cấu tạo móng.
Phân tích và đánh giá điều kiện địa chất
- Tải trọng công trình không lớn lắm
Lớp đất sét thứ 2 (Sét pha, trạng thái dẻo cứng) có độ dày 4,0m và tính chất cơ lý tốt hơn lớp đất thứ 1 (Bùn, trạng thái chảy) với độ dày 1m, trong khi mực nước ngầm (MNN) có độ sâu -4,5m Do đó, lớp đất 2 là lựa chọn phù hợp để thực hiện phương án móng nông trên nền đất tự nhiên, và nên đặt móng trực tiếp trên lớp đất này.
=> Dùng móng đơn bê tông cốt thép và đặt vào lớp đất thứ 2
- Chọn chiều sâu đặt móng h m =2m(Không kể đến lớp bê tông lót ở đáy móng).
Xử lý số liệu địa chất
- Lớp đất 1: Bùn sét, màu xám đen, trạng thái chảy, dày 1,0 m
- Lớp đất 2: Sét pha, màu xám xanh, trạng thái dẻo cứng
- Lớp đất 3: Cát pha, màu xám nâu – xám vàng – nâu vàng, trạng thái dẻo, rất dày chưa xác định
Bảng 1.1: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất
Chỉ tiêu Ký hiệu Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Đơn vị Độ ẩm tự nhiên w 76,90 25,28 19,38 %
Dung trọng đẩy nổi γ’ 5,3 9,8 10,5 kN/m 3
Trọng lượng riêng hạt γ s 26,3 27,1 26,7 kN/m 3
Hệ số rỗng e 2,225 0,736 0,581 - Độ rỗng n 69,0 42,4 37,5 % Độ bão hòa Sr 98,2 93,0 86,2 %
Chỉ số dẻo Ip 30,3 14,04 5,81 % Độ sệt IL 1,31 0,36 0,46 -
Góc ma sát trong 04˚17’ 16˚12’ 24˚21’ Độ
- Tổng hợp các kết quả thí nghiệm khác
Bảng 1.4: Quan hệ giữa áp lực nén p và hệ số rỗng e trong thí nghiệm nén cố kết e
Lớp 25 kPa 50 kPa 100 kPa 200 kPa 400 kPa 800 kPa Lớp 1 2,142 2,012 1,812 1,504
Hình 1.1: Biểu đồ quan hệ e – p lớp đất 2
Hình 1.2: Biểu đồ quan hệ e – p lớp đất 3
Kết quả trụ địa chất
Bùn sét, màu xám đen, trạng thái chảy
Sét pha, màu xám xanh, trạng thái dẻo cứng
I Cát pha, màu xám nâu – xám vàng – nâu vàng, trạng thái dẻo
I Hình 1.1: Trụ địa chất thiết kế nền móng
- Nhận xét điều kiện địa chất để đưa ra phương án thiết kế:
Lớp đất 1 là lớp bùn sét dày 1,0 m, đang ở trạng thái chảy Các chỉ tiêu cơ lý cho thấy đây là lớp đất yếu, có khả năng chịu tải trọng thấp và biến dạng lớn, không phù hợp để đặt móng.
Lớp đất 2 là lớp sét pha với trạng thái dẻo cứng, có các chỉ tiêu cơ lý cho thấy đây là lớp đất trung bình Lớp đất này có tính nén lún khá thấp, khả năng chịu tải trọng tương đối trung bình và biến dạng nhỏ, do đó rất thích hợp để đặt móng.
Lớp đất 3 là lớp đất cát pha, có trạng thái dẻo – cứng và độ chặt vừa – chặt, cho thấy đây là một lớp đất có đặc tính tốt với tính nén lún thấp và khả năng chịu tải cao Tuy nhiên, do lớp đất này nằm sâu dưới mặt đất, việc đặt móng vào lớp đất này không kinh tế và yêu cầu kỹ thuật thi công phức tạp Do đó, nên xem xét các phương án móng khác thay vì sử dụng lớp đất này.
Lớp đất 2, với đặc điểm cơ lý phù hợp, là lựa chọn lý tưởng để đặt móng nông Do đó, việc sử dụng móng bê tông cốt thép trên lớp đất này (Sét pha, màu xám xanh, trạng thái dẻo cứng) là phương án sơ bộ được đề xuất.
- Chọn chiều sâu chôn móng tính từ mặt đất tự nhiên: h (Không kể lớp bê tông lót đáy móng)
- Dùng lớp bê tông lót đáy móng, đá 4 6 , M100, dày 100 mm để làm phẳng mặt bằng thi công và bảo vệ lớp bê tông cấu tạo đáy móng.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓNG NÔNG M (E – 3)
Tải trọng truyền xuống móng
Bảng 2.1: Nội lực tính móng của cột tại cao độ mặt đất
N0 (kN) M0 tt (kNm) Q0 tt (kN)
- Chọn hệ số vượt tải = f 1,15 ( Từ Bảng 1, mục 7.2 trang 16 trong tài liệu [4])
- Giá trị tải trọng tiêu chuẩn được xác định theo công thức và trình bày dưới Bảng 2.2 tt tc f
Bảng 2.2: Giá trị tải trọng tiêu chuẩn dưới chân cột tại cao độ mặt đất
N0 (kN) M tc 0(kNm) Q tc 0 (kN)
- Hình vẽ quy ước phương, chiều, điểm đặt tải trọng xuống móng như sau:
Hình 2.1: Hình vẽ quy ước phương, chiều, điểm đặt tải trọng xuống móng
2.2 Xác định kích thước đáy móng
- Chọn chiều sâu chôn móng h = 1,8 m tính từ mặt bằng san lấp
- Cường độ tính toán nền của đất nền được xác định theo công sau:
II II II II 0 tc
- Các giá trị A, B, D, m , m 1 2 lần lượt tra Bảng 14,15, tài liệu [6], trang 25,26
- m 1 =1, 2 (do I L 0,5); m 2 =1 (giả sử công trình có sơ đồ kết cấu mềm)
- chọn k tc =1 - hệ số tin cậy do các chỉ tiêu cơ lý lấy theo thí nghiệm trực tiếp
- II : Trị tính toán của trọng lượng thể tích đất dưới đáy móng
Lớp đất trực tiếp dưới đáy móng là lớp đất 2 có = II 19,5kN / m 3
- ' II : Trị tính toán trung bình trọng lượng thể tích từ đáy móng trở lên
- c : II Trị tính toán lực dính đơn vị của đất trực tiếp dưới đáy móng cII $, 4 kPa
- = II 16 12 ' o , ta tìm được giá trị A, B và D ( Tra bảng nội suy từ bảng 2.1 trang 39, Tài liệu [2])
- Vì nhà không có tầng hầm nên h 0 =0m
- Chọn đáy móng hình chữ nhạt với tỉ lệ hai cạnh móng là l b 1,3
= = (móng chịu tải lệch tâm)
0 1 2 ' tb II II II tc
- Vậy ta có phương trình bậc 3 theo b:
= = - 0 1 2 ( ' II II ) tb tc a m m Bh Dc h
= + - Thay a ,a 0 1 vào phương trình a 0 + −b 3 a b 1 2 N tc 0 =0ta được:
+ − Giải phương trình ta được b=1, 75m l 1,3 1, 75 2, 28m
Hình 2.2: Chiều sâu chôn móng và kích thước đáy móng b× l = 1,8m× 2,3m
Kiểm tra ảnh hưởng mực nước ngầm đến đáy móng
- Vì Z r =2, 4m bé hơn khoảng cách từ đáy móng đến mực nước ngầm là 2,7m nên mực nước ngầm không ảnh hưởng đến đáy móng
II II II II 0 tc
Hình 2.3: Phạm vi ảnh hưởng của Z r khi tính R
Kiểm tra kích thước đáy móng (với trường hợp tải trọng lệch tâm)
- p tc max 1, 2R (mục 4.6.19 – Tài liệu [6] – trang 27,28)
- p min tc 0 (móng không bị nhổ)
- p tc tb R (mục 4.6.9 – Tài liệu [6] – trang 24)
- Áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng do các tải trọng tiêu chuẩn gây ra là:
+ Xác định tải trọng tiêu chuẩn tại trọng tâm đáy móng: tc tc
+ Áp lực giá trị tải trọng tiêu chuẩn gây ra: tc tc tc ox oy
M =M +Q hR,17 17,39 1,8+ , 48kNm tc tc tc max 2
kPa tc tc tc min 2
kPa tc tc tc max min tb p p 298,64 193, 44 p 246,04
Hình 2.4: Sơ đồ tải trọng tiêu chuẩn và phản lực nền dưới đáy móng nông M(E-3)
Kích thước đáy móng M(E-3) thỏa điều kiện áp lực
❖ Kiểm tra sự họp lý của kích thước đáy móng: tc
Vậy kích thước móng tận dụng được tối đa khả năng làm việc của nền trong giai đoạn biến dạng tuyến tính.
Kiểm tra điều kiện áp lực tại đỉnh lớp đất yếu
- Do lớp đất 3 có = 3 24 21 o ' = 2 16 12 ' của lớp đất 2 là lớp đất đặt đáy móng nền không cần kiểm tra điều kiện áp lục.
Tính toán nền theo TTGH I
Do các công trình không nằm trong phạm vi mái dốc và các móng không có khả năng trượt cục bộ hoặc bị lật, nên việc kiểm tra nền theo TTGH I là không cần thiết.
Tính toán nền theo TTGH II
- Lực gây lún tại tâm đáy móng p gl =p tc tb − 'h m %6,04 17,11 1,8− !5, 24 kPa
- Tính lún theo phương pháp cộng lún các lớp phân tố Chia phạm vi nền bị nén lún thành các lớp phân tố đồng nhất có chiều dày i b 1,8 h 0, 45
- chọn h i =0, 44m, cụ thể chia như sau:
+ Các phân lớp còn lại có h i =0, 4m
- Ứng suất bản thân tại đáy móng: = ' v ' II h,11 1,80 0,80kPa
- Ứng suất gây lún tại độ sâu z: = zp k 0 p gl
= = = (tra bảng C.1 – Tài liệu [6] – trang 74)
Bảng 2.3: Bảng tính giá ứng suất móng M(E-3)
- Căn cứ vào bảng tính zp và ' v
- Tại điểm số 13 có = zp 17,94kPa0, 2 = ' v 12, 29kPa
Giới hạn nén lún H cn =5, 2m
Hình 2.5: Biểu đồ phân bố ứng suất trong nền đát dưới móng M(E-3)
- chia H cn =4,6m thành 11 lớp phân tố
- Độ lún được xác định theo công thức cộng lún
Tính lún theo công thức i th zp i i
Bảng 2.3: Bảng tính lún của móng M(E-3) theo modun E 100-200 Điểm Phân lớp hi E 100 200 − (kPa) tb zp (kPa) S i (cm)
S=Si =5, 27cm S gh = 8 cm → Thỏa
Tính lún theo công thức i tb zp i i
Bảng 2.3: Bảng tính lún của móng M(E-3) theo modun E 100-200 Điểm Phân lớp P1 (kPa) P 2 (kPa) E 1 E 2 h i (m) S i (cm)
S=Si =7,61cm S gh = 8 cm → Thỏa
Vậy móng M(E-5) thỏa điều kiện về độ lún giới hạn
2.8 Tính toán độ bền và cấu tạo móng
- Chọn vật liệu làm móng:
+ Sử dụng bê tông có cấp độ bền B20 có: R b = 11,5 MPa = 11500 kPa
+ R bt = 900 kPa (tra Bảng 13 trang 41 tài liệu [5])
+ Thép dùng loại CB300-V có R s = 0,9 MPa = 900 kPa
(tra Bảng 13 trang 52 tài liệu [5])
- Sơ bộ tiết diện theo công thức: tt 0 c b
= R (Tài liệu [3]) + Do ảnh hưởng của momen lớn, chọn k = 1,3
+ Thay vào công thức, ta được:
- Xác định chiều cao làm việc của móng theo điều kiện BTCT chịu uốn: tt tt 0 0 tr b p l h L
= = - Dời tải trọng tính toán về tâm đáy móng: tt tt
- Áp lực tính toán tại đáy móng: tt tt tt max
= − = − tt tt tt max min tb p p 341,64 220,65 p 281,15kPa
= = - Chiều cao làm việc của móng theo điều kiện BTCT chịu uốn là: tt tt 0 0 tr b p l 316, 65 2,3 h L 0,95 0, 60m 60cm
Chọn h 0 a,5cm a) Tính toán theo điều kiện b) Tính toán theo điều kiện chọc thủng
Hình 2.6: Sơ đồ tính toán móng M(E-3)
- Kiểm tra lại chiều cao làm việc của móng h 0 theo điều kiện chọc thủng
+ Trường hợp móng chịu tải lệch tâm, điều kiện không xảy ra chọc thủng là: ct cct bt 0 tb
+ Tính lực gây chọc thủng N ct =F ct p c tt
+ Với diện tích đáy tháp chọc thủng (tính gần đúng) c 2 ct ct 0 l l 2,3 0, 4
tt tt tt 2 max c p p 339,52 341,64 p 340,58kPa
- Tính lực chống chọc thủng N cct
Kết luận N ct 5,37kNN cct 79,84kNnên h 0 a,5cmđã thỏa điều kiện chọc thủng Chọn a bv =3,5cm
Vậy chiều cao đáy móng: h m =h 0 +a bv a,5 3,5+ ecm
2.9 Tính toán và bố trí thép cho móng
Vẽ sơ đồ tính toán cánh móng như một dầm console ngàm tại mép cổ móng, chịu tải trọng phân bố từ phản lực của đất nền Để thực hiện tính toán, sử dụng hai mặt cắt 1-1 và 2-2 đi qua mép cổ móng theo hai phương khác nhau.
- Chiều cao tính toán của ngàm theo 2 phương là: l lc 2,3 0, 4
= = Hình 2.7: Sơ đồ tính thép cho móng M(E-3)
- Momen uốn quanh ngàm 1-1 tt tt
- Diện tích cốt thép chịu momen uốn theo phương cạnh dài
- Khoảng cách cốt thép: 1800 2 50 a 106, 25mm
= − − → chọn a 110mm=> Thỏa điều kiện cấu tạo về khoảng cách cốt thép a0200(mm)và chọn
=> Vậy chọn bố trí thép theo phương cạnh dài: 17 12a110
- Momen uốn quanh ngàm 2-2 tt 2 2
= = - Diện tích cốt thép chịu momen uốn theo phương cạnh ngắn
- Khoảng cách cốt thép: 2300 2 50 a 200mm
= − − → chọn a 200mm=> Thỏa điều kiện cấu tạo về khoảng cách cốt thép a0200(mm)và chọn
=> Vậy chọn bố trí thép theo phương cạnh ngắn: 12 12a200
Hình 2.8: Mặt cắt và mặt bằng bố trí thép móng M(E-3)
Tính toán và bố trí thép cho móng
Để tính toán cánh móng, chúng ta xem nó như một dầm console ngàm tại mép cổ móng, chịu tải trọng phân bố từ phản lực của đất nền Việc tính toán được thực hiện thông qua hai mặt cắt 1-1 và 2-2 đi qua mép cổ móng theo hai phương khác nhau.
- Chiều cao tính toán của ngàm theo 2 phương là: l lc 2,3 0, 4
= = Hình 2.7: Sơ đồ tính thép cho móng M(E-3)
- Momen uốn quanh ngàm 1-1 tt tt
- Diện tích cốt thép chịu momen uốn theo phương cạnh dài
- Khoảng cách cốt thép: 1800 2 50 a 106, 25mm
= − − → chọn a 110mm=> Thỏa điều kiện cấu tạo về khoảng cách cốt thép a0200(mm)và chọn
=> Vậy chọn bố trí thép theo phương cạnh dài: 17 12a110
- Momen uốn quanh ngàm 2-2 tt 2 2
= = - Diện tích cốt thép chịu momen uốn theo phương cạnh ngắn
- Khoảng cách cốt thép: 2300 2 50 a 200mm
= − − → chọn a 200mm=> Thỏa điều kiện cấu tạo về khoảng cách cốt thép a0200(mm)và chọn
=> Vậy chọn bố trí thép theo phương cạnh ngắn: 12 12a200
Hình 2.8: Mặt cắt và mặt bằng bố trí thép móng M(E-3)
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓNG NÔNG M (D – 1)
Tải trọng truyền xuống móng
Bảng 3.1: Nội lực tính móng của cột tại cao độ mặt đất
N0 (kN) M 0 tt (kNm) Q 0 tt (kN)
- Chọn hệ số vượt tải = f 1,15 ( Từ Bảng 1, mục 7.2 trang 16 trong tài liệu [4])
- Giá trị tải trọng tiêu chuẩn được xác định theo công thức và trình bày dưới Bảng 3.2 tt tc f
Bảng 3.2: Giá trị tải trọng tiêu chuẩn dưới chân cột tại cao độ mặt đất
N0 (kN) M tc 0 (kNm) Q tc 0 (kN)
- Hình vẽ quy ước phương, chiều, điểm đặt tải trọng xuống móng như sau:
Hình 3.1: Hình vẽ quy ước phương, chiều, điểm đặt tải trọng xuống móng
3.2 Xác định kích thước đáy móng
- Chọn chiều sâu chôn móng h = 1,8 m tính từ mặt bằng san lấp
- Cường độ tính toán nền của đất nền được xác định theo công sau:
II II II II 0 tc
- Các giá trị A, B, D, m , m 1 2 lần lượt tra Bảng 14,15, tài liệu [6], trang 25,26
- m 1 =1, 2 (do I L 0,5); m 2 =1 (giả sử công trình có sơ đồ kết cấu mềm)
- chọn k tc =1 - hệ số tin cậy do các chỉ tiêu cơ lý lấy theo thí nghiệm trực tiếp
- II : Trị tính toán của trọng lượng thể tích đất dưới đáy móng
Lớp đất trực tiếp dưới đáy móng là lớp đất 2 có = II 19,5kN / m 3
- ' II: Trị tính toán trung bình trọng lượng thể tích từ đáy móng trở lên
- c : II Trị tính toán lực dính đơn vị của đất trực tiếp dưới đáy móng cII $, 4 kPa
- = II 16 12 ' o , ta tìm được giá trị A, B và D ( Tra bảng nội suy từ bảng 2.1 trang 39, Tài liệu [2])
- Vì nhà không có tầng hầm nên h 0 =0m
- Chọn đáy móng hình chữ nhạt với tỉ lệ hai cạnh móng là l b 1,3
= = (móng chịu tải lệch tâm)
- lấy p tc =Rhay 0 tc tb 1 2 II ' II II tc
- Vậy ta có phương trình bậc 3 theo b:
= = - 0 1 2 ( ' II II ) tb tc a m m Bh Dc h
= + - Thay a ,a 0 1 vào phương trình a 0 + −b 3 a b 1 2 N tc 0 =0ta được:
+ − Giải phương trình ta được b=1, 28m l 1,3 1, 28 1, 66m
Kiểm tra kích thước đáy móng (với trường hợp tải trọng lệch tâm)
- p tc max 1, 2R (mục 4.6.19 – Tài liệu [6] – trang 27,28)
- p min tc 0 (móng không bị nhổ)
- p tc tb R (mục 4.6.9 – Tài liệu [6] – trang 24)
- Áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng do các tải trọng tiêu chuẩn gây ra là:
+ Xác định tải trọng tiêu chuẩn tại trọng tâm đáy móng: tc tc
N =N +A hE2,17+(1,3 1, 7) 20 1,8 S1, 73kN + Áp lực giá trị tải trọng tiêu chuẩn gây ra: tc tc tc ox oy
M =M +Q hs,91 30, 43 1,8 128,70+ = kNm tc tc tc max 2
= + = + kPa tc tc tc min 2
= − = − kPa tc tc tc max min tb p p 446,13 35,07 p 240,60
- p tc max D6,13kPa 1, 2R )9, 23kPa Không thỏa
Kích thước đáy móng M(D-1) không thỏa điều kiện áp lực
Tăng kích thước đáy móng lên thành: b l =1, 6m 2,1m
II II II II 0 tc
- Áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng do các tải trọng tiêu chuẩn gây ra là:
+ Xác định tải trọng tiêu chuẩn tại trọng tâm đáy móng: tc tc
- Áp lực giá trị tải trọng tiêu chuẩn gây ra: tc tc tc ox oy
M =M +Q hs,91 30, 43 1,8 128,70+ = kNm tc tc tc max 2
kPa tc tc tc min 2
kPa tc tc tc max min tb p p 280,01 61,14 p 170,58
Kích thước b l =1, 6m 2,1m đáy móng M(D-1) thỏa điều kiện áp lực
Hình 3.2: Chiều sâu chôn móng và kích thước đáy móng b× l = 1,8m× 2,1m
Kiểm tra ảnh hưởng mực nước ngầm đến đáy móng
- Vì Z r =1,7m bé hơn khoảng cách từ đáy móng đến mực nước ngầm là 2,7m nên mực nước ngầm không ảnh hưởng đến đáy móng
II II II II 0 tc
Hình 3.3: Phạm vi ảnh hưởng của Z r khi tính R
Hình 3.4: Sơ đồ tải trọng tiêu chuẩn và phản lực nền dưới đáy móng nông M(D-1)
Kiểm tra điều kiện áp lực tại đỉnh lớp đất yếu
- Do lớp đất 3 có = 3 24 21 o ' = 2 16 12 ' của lớp đất 2 là lớp đất đặt đáy móng nền không cần kiểm tra điều kiện áp lục.
Tính toán nền theo TTGH I
Do các công trình không nằm trong phạm vi mái dốc, các móng của công trình không có nguy cơ trượt cục bộ hoặc lật, vì vậy không cần thiết phải kiểm tra nền theo tiêu chuẩn TTGH I.
Tính toán nền theo TTGH II
- Lực gây lún tại tâm đáy móng p gl =p tc tb − 'h m 0,58 17,11 1,8 139,78− = kPa
- Tính lún theo phương pháp cộng lún các lớp phân tố Chia phạm vi nền bị nén lún thành các lớp phân tố đồng nhất có chiều dày i b 1,6 h 0, 4
- chọn h i =0, 4m, cụ thể chia như sau:
+ Các phân lớp còn lại có h i =0, 4m
- Ứng suất bản thân tại đáy móng: = ' v ' II h,11 1,80 0,80kPa
- Ứng suất gây lún tại độ sâu z: = zp k 0 p gl
= = = = (tra bảng C.1 – Tài liệu [6] – trang 74)
Bảng 3.3: Bảng tính giá ứng suất móng M(D-1)
- Căn cứ vào bảng tính zp và ' v
- Tại điểm số 11 có = zp 16,10kPa 0, 2 = ' v 19,61kPa
Giới hạn nén lún H cn =4, 4m
Hình 3.5: Biểu đồ phân bố ứng suất trong nền đát dưới móng M(D-1)
- chia H cn =4, 2m thành 11 lớp phân tố
- Độ lún được xác định theo công thức cộng lún
Tính lún theo công thức i th zp i i
Bảng 3.3: Bảng tính lún của móng M(D-1) theo modun E 100-200 Điểm Phân lớp hi E 100 200 − (kPa) tb zp (kPa) S i (cm)
S=Si =3, 46cm S gh = 8 cm → Thỏa
Tính lún theo công thức i tb zp i i
Bảng 2.3: Bảng tính lún của móng M(E-3) theo modun E 100-200 Điểm Phân lớp P1 (kPa) P 2 (kPa) E 1 E 2 h i (m) S i (cm)
S=Si =6,06cm S gh = 8 cm → Thỏa
Vậy móng M(D-1) thỏa điều kiện về độ lún giới hạn
3.8 Tính toán độ bền và cấu tạo móng
- Chọn vật liệu làm móng:
+ Sử dụng bê tông có cấp độ bền B20 có: R b = 11,5 MPa = 11500 kPa
+ R bt = 900 kPa (tra Bảng 13 trang 41 tài liệu [5])
+ Thép dùng loại CB300-V có R s = 0,9 MPa = 900 kPa
(tra Bảng 13 trang 52 tài liệu [5])
- Sơ bộ tiết diện theo công thức: tt 0 c b
= R (Tài liệu [3]) + Do ảnh hưởng của momen lớn, chọn k = 1,3
+ Thay vào công thức, ta được:
- Xác định chiều cao làm việc của móng theo điều kiện BTCT chịu uốn: tt tt 0 0 tr b p l h L
= = - Dời tải trọng tính toán về tâm đáy móng: tt tt
M =M +Q =h 85 35 1,8 148, 00kNm+ - Áp lực tính toán tại đáy móng: tt tt tt max
= − = − tt tt tt max min tb p p 320, 21 68,51 p 194,36kPa
= = - Chiều cao làm việc của móng theo điều kiện BTCT chịu uốn là: tt tt 0 0 tr b p l 266, 27 2,1 h L 0,9 0,57m 57cm
Chọn h 0 a,5cm a) Tính toán theo điều kiện b) Tính toán theo điều kiện chọc thủng BTCT chịu uốn
Hình 3.6: Sơ đồ tính toán móng M(D-1)
- Kiểm tra lại chiều cao làm việc của móng h 0 theo điều kiện chọc thủng
+ Trường hợp móng chịu tải lệch tâm, điều kiện không xảy ra chọc thủng là: ct cct bt 0 tb
+ Tính lực gây chọc thủng N ct =F ct p c tt
+ Với diện tích đáy tháp chọc thủng (tính gần đúng) c 2 ct ct 0 l l 2,1 0,3
tt tt tt 2 max c p p 296,93 320, 21 p 308,57kPa
- Tính lực chống chọc thủng N cct
Kết luận N ct 08,57kNN cct 38,33kNnên h 0 a,5cmđã thỏa điều kiện chọc thủng Chọn a bv =3,5cm
Vậy chiều cao đáy móng: h m =h 0 +a bv a,5 3,5+ ecm
3.9 Tính toán và bố trí thép cho móng
Vẽ sơ đồ tính toán cánh móng như một dầm console ngàm tại mép cổ móng, chịu tải trọng phân bố từ phản lực của đất nền Sử dụng hai mặt cắt 1-1 và 2-2 đi qua mép cổ móng theo hai phương để thực hiện các phép tính cần thiết.
- Chiều cao tính toán của ngàm theo 2 phương là: l lc 2,1 0,3
= = Hình 3.7: Sơ đồ tính thép cho móng M(D-1)
- Momen uốn quanh ngàm 1-1 tt tt
- Diện tích cốt thép chịu momen uốn theo phương cạnh dài
- Khoảng cách cốt thép: 1600 2 50 a 136,36mm
= − − → chọn a 140mm=> Thỏa điều kiện cấu tạo về khoảng cách cốt thép a0200(mm)và chọn
=> Vậy chọn bố trí thép theo phương cạnh dài: 12 12a140
- Momen uốn quanh ngàm 2-2 tt 2 2
= = - Diện tích cốt thép chịu momen uốn theo phương cạnh ngắn
- Khoảng cách cốt thép: 2100 2 50 a 333,33mm
= − − → chọn a 200mm-Tính lại số thép với a đã chọn: 2100 2 50 n 1 10
=> Vậy chọn bố trí thép theo phương cạnh ngắn: 11 12a200
Hình 3.8: Mặt cắt và mặt bằng bố trí thép móng M(D-1)
SƠ BỘ CÁC MÓNG CÒN LẠI
Tính toán và bố trí thép cho móng
Để tính toán cánh móng như một dầm console ngàm tại mép cổ móng, cần vẽ sơ đồ tính toán và xác định tải trọng phân bố do phản lực của đất nền Việc tính toán được thực hiện thông qua hai mặt cắt 1-1 và 2-2 đi qua mép cổ móng theo hai phương khác nhau.
- Chiều cao tính toán của ngàm theo 2 phương là: l lc 2,1 0,3
= = Hình 3.7: Sơ đồ tính thép cho móng M(D-1)
- Momen uốn quanh ngàm 1-1 tt tt
- Diện tích cốt thép chịu momen uốn theo phương cạnh dài
- Khoảng cách cốt thép: 1600 2 50 a 136,36mm
= − − → chọn a 140mm=> Thỏa điều kiện cấu tạo về khoảng cách cốt thép a0200(mm)và chọn
=> Vậy chọn bố trí thép theo phương cạnh dài: 12 12a140
- Momen uốn quanh ngàm 2-2 tt 2 2
= = - Diện tích cốt thép chịu momen uốn theo phương cạnh ngắn
- Khoảng cách cốt thép: 2100 2 50 a 333,33mm
= − − → chọn a 200mm-Tính lại số thép với a đã chọn: 2100 2 50 n 1 10
=> Vậy chọn bố trí thép theo phương cạnh ngắn: 11 12a200
Hình 3.8: Mặt cắt và mặt bằng bố trí thép móng M(D-1)
SƠ BỘ CÁC MÓNG CÒN LẠI
SỐ LIỆU TẢI TRỌNG VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT
Trình tự chung tính toán móng cọc
Bảng 1.1: Nội lực tính toán dưới chân cột tại cao độ mặt đất
M(B-4) Số liệu và tải trọng thiết kế
N 0 M tt 0x Q tt 0x M tt 0y Q tt 0y Đơn vị kN kNm kN kNm kN
- Đánh giá điều kiện địa chất, thủy văn của khu vực xây dựng công trình
- Xác định tải trọng tác dụng xuống móng
- Lựa chọn chiều sâu đặt đế móng
- Xác định các thông số về cọc
- Xác định sức chịu tải của cọc
- Xác định số lượng cọc trong móng
- Tính toán nền và móng theo trạng thái giới hạn thứ 1 (TTGH 1)
- Tính toán nền và móng theo trạng thái giới hạn thứ 2 (TTGH 2)
- Tính toán độ bền và cấu tạo móng
- Kiểm tra cọc trong quá trình vận chuyển và lắp dựng
Phân tích điều kiện địa chất
- Chuẩn bị thiết bị khoan
- Khoan khảo sát địa chất
- Thí nghiệm trong phòng kết hợp với thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) để xác định các chỉ tiêu của đất
1.3 Xử lý số liệu địa chất:
Dựa trên kết quả khảo sát hiện trường và thí nghiệm trong phòng, địa chất của công trình được phân chia thành các lớp đất chính.
- Lớp đất 1 là lớp đất bùn sét, màu xám đen, trạng thái chảy Chiều dày 8,0 m
- Lớp đất 2 là lớp đất sét, màu vàng nâu - xám xanh, trạng thái nửa cứng Chiều dày 2,0 m
- Lớp đất 3 là lớp đất sét pha, màu xám xanh – vàng nâu Trạng thái dẻo cứng Chiều dày 1,5 m
- Lớp đất 4 là lớp đất cát pha, màu xám nâu - xám vàng – nâu vàng , trạng thái dẻo Chiều dày 3,5 m
- Lớp đất 5 là lớp đất cát trung, rất dày , màu nâu vàng - xám vàng - nâu hồng, kết cấu chặt vừa, rất dày
- Mực nước ngầm cách mặt đất tự nhiên là 6,0 m
Bảng 1.2: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất
Chỉ tiêu Ký hiệu Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 Đơn vị Độ ẩm tự nhiên w 76,90 26,36 25,28 19,38 17,29 %
Dung trọng đẩy nổi γ’ 5,3 9,8 9,8 10,5 11,0 kN/m 3
Trọng lượng riêng hạt γ s 26,3 27,3 27,1 26,7 26,7 kN/m 3
Hệ số rỗng e 2,225 0,777 0,736 0,581 0,516 - Độ rỗng n 69,0 47,0 42,4 37,5 34,0 % Độ bão hòa Sr 98,2 93,1 93,0 86,2 89,0 %
Chỉ số dẻo Ip 30,3 23,7 14,04 5,81 - % Độ sệt IL 1,31 0,13 0,36 0,46 - -
Góc ma sát trong 04˚17’ 14˚06’ 16˚12’ 24˚21’ 30˚21’ Độ
Hệ số nén lún a100 200 − 0,212 0,024 0,026 0,014 - 10 − 2 k a P − 1 Modul biến dạng E100-200 543,3 6150,5 6352,3 9763,0 9844,0 kPa
1.3 Kết quả trụ địa chất:
Bùn sét, màu xám đen, trạng thái chảy
Sét, nâu vàng nâu – xám xanh, trạng thái dẻo cứng
Sét pha, màu xám xanh, trạng thái dẻo cứng
Cát pha, màu xám nâu – xám vàng – nâu vàng, trạng thái dẻo
Cát trung, màu nâu vàng – xám vàng -nâu hồng, trạng thái dẻo cứng
Hình 1.1: Trụ địa chất thiết kế móng cọc
• Đánh giá và đưa ra phương án móng
Với tải trọng công trình lớn và đặc điểm cơ lý kém của lớp đất phía trên, cùng với chiều dày lớp đất yếu lớn, phương án móng nông không phù hợp Do đó, lựa chọn tối ưu là móng cọc đài thấp, với đài cọc được chôn vào lớp đất 1.
Qua các chỉ tiêu cơ lý đã được thí nghiệm và báo cáo trong hồ sơ khảo sát địa chất, chúng ta nhận thấy lớp đất thứ tư là cát pha với màu sắc đa dạng từ xám nâu, xám vàng đến nâu vàng và có trạng thái dẻo.
5 (cát trung, rất dày, nâu vàng – xám vàng – nâu hồng, kết cấu chặt vừa) thích hợp để đặt mũi cọc
→ Chọn phương án móng cọc đài thấp, đài cọc chôn vào lớp đất 1, mũi cọc chôn vào lớp đất 5, thi công bằng phương pháp cọc ép.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓNG CỌC
Giới thiệu số liệu tải trọng
Bảng 2.1: Nội lực tính toán dưới chân cột tại cao độ mặt đất
Nội lực N tt 0 M tt 0x Q tt 0x M tt 0y Q tt 0y Đơn vị kN kNm kN kNm kN
- Chọn hệ số độ tin cậy về tải trọng: = f 1,15
- Giá trị tải trọng tiêu chuẩn được xác định theo công thức: tt tc f
Bảng 2.2: Giá trị nội lực tiêu chuẩn tại cao độ mặt đất
Nội lực N tc 0 M tc 0x Q tc 0x M tc 0y Q tc 0y Đơn vị kN kNm kN kNm kN
Xác định các thông số về cọc
* Lựa chọn sơ bộ vật liệu làm cọc:
- Cốt thép dọc lại CB300 – V: R s &0000kPa
- Cốt đai loại CB240 – T: R sw 0000kPa
- Bê tông cọc cấp độ bền B20: R b 500kPa; R bt 0kPa; E b '500MPa
* Chiều dài và tiết diện cọc:
- Sơ bộ chọn chiều sâu đặt đáy đài là h 2m= , đặt vào lớp đất 1 (dày 8,0m)
Cao trình đặt mũi cọc được xác định dựa trên trụ địa chất và điều kiện đất nền Để đảm bảo độ ổn định, cần lựa chọn lớp đất 5 làm vị trí đặt mũi cọc, với độ sâu chôn cọc là 2,0m.
- Chọn cọc có tiết diện vuông, kích thước 40 40(cm)
- Diện tích tiết diện ngang cọc A b 00cm 2 =0,16m 2
- Cao trình mũi cọc ở độ sâu: 17m− (không kể phần vát nhọn của mũi cọc)
Chiều dài tính toán của cọc được xác định bằng công thức ltt = (8,0 + 2,0) - (2,0 + 1,5 + 3,5 + 2,0 + 15,0) (m) Chiều dài thực tế của cọc được tính bằng lthucte = l1 + l2 + ltt + lmui = 0,5 + 0,1 + 15,0 + 0,4 = 16,0 (m) Trong đó, l1 là chiều dài đoạn cọc đập bỏ, với l1 > 0,5m; l2 là chiều dài đoạn cọc chôn vào đài, chọn l2 = 0,1m; ltt là chiều dài tính toán của cọc; và lmui là chiều dài đoạn mũi cọc, với lmui = 0,4m.
* Lựa chọn phương pháp thi công cọc:
Dựa trên kết quả khảo sát địa tầng, các lớp đất mà cọc đi qua không quá cứng, với lớp đất thứ 5 là cát nhỏ thô có màu nâu vàng, xám vàng và nâu hồng, có trạng thái chặt vừa đến chặt, điều này cho thấy phù hợp để đặt mũi cọc Vì vậy, phương pháp hạ cọc bằng cách đóng ép là lựa chọn khả thi.
Hình 2.1: Độ sâu chôn móng và cao trình đặt mũi cọc
Xác định sức chịu tải của cọc
a Sức chịu tải của cọc theo cường độ vật liệu làm cọc
(Tham khảo Mục 3.6.2.2 – tài liệu [1])
- Đối với cọc BTCT hình lăng trụ đúc sẵn, đặc, chịu nén tính theo công thức sau: v b b s s
+ R b - cường độ tính toán của bê tông cọc (kPa); R b 500kPa
+ A b - diện tích tiết diện ngang cọc (m ) 2
= − = − + R s - cường độ tính toán của cốt thép (kPa); R s &0000kPa
+ A s - diện tích tiết diện ngang cốt thép (m ) 2 ; A s , 08 10 m − 4 2
+ - hệ số uốn dọc của cọc, được xác định như sau:
Móng cọc đài thấp được thiết kế để cọc xuyên qua lớp đất yếu, đặc biệt là lớp đất bùn sét Để xác định chiều sâu của móng cọc, cần tính toán dựa vào tỷ lệ giữa khoảng cách từ đáy đài đến đáy lớp đất yếu (l y) với chiều rộng tiết diện ngang của cọc (b) Cụ thể, l y phải lớn hơn 1, trong đó b được quy định là 0,4.
Tra bảng 3.4, trang 128 – tài liệu [1] và nội suy, xác định được =0,91
=> R v =0,91 (11500 0,1584 +260000 16, 08 10 ) − 4 38,11(kN) b Sức chịu tải theo điều kiện đất nền
Cọc ma sát và cọc ống có lõi đất được hạ bằng phương pháp đóng hoặc ép Sức chịu tải trọng nén cực hạn của cọc được xác định dựa trên tổng sức kháng của đất dưới mũi cọc và lực ma sát trên thân cọc.
+ c - hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, = c 1
Các hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi và trên thân cọc, ký hiệu là cq và cf, phản ánh ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức kháng của đất Theo Bảng 3.9 trong tài liệu [1], đối với đất cát nhỏ thô ở trạng thái chặt vừa, các giá trị được xác định là cq = 1,1 và cf = 1.
+ q b - cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc tại độ sâu Z M m, lấy theo Bảng 3.7 – tài liệu [1]; q b E60kPa
+ A b - diện tích tiết diện cọc tựa lên đất; A b =0, 4 2 =0,16m 2
+ u - chu vi tiết diện ngang thân cọc, u 4 0, 4 1,6m= + f i - cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc, lấy theo Bảng 3.8 – tài liệu [1]
Chiều dài của đoạn cọc nằm trong lớp phân tố đất thứ “i” được chia thành các lớp phân tố đất đồng nhất, với độ dày tối đa là 2m Các lớp đất này được phân chia cụ thể để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình thi công.
Lớp đất 1 có chỉ số sệt I L 1, ma sát đơn vị f i 0, nên không cần phải chia thành các phân tố nhỏ
Hình 2.2: Sơ đồ tính toán thành phần ma sát bên giữa đất và thành cọc
Việc tính toán được lập thành bảng sau:
Bảng 2.3: Thành phần sức kháng bên của cọc
Chiều dày l (m) i Độ sâu z (m) i cf ,i
R = ( q A +u f l ) 1 (1,1 4560 0,16 1,6 435,97) 1500,11(kN)= + c Sức chịu tải cực hạn theo công thức của viện kiến trúc Nhật Bản
Tham khảo mục G.3.2, phụ lục G – tài liệu [9]
Cọc có khả năng xuyên qua cả đất dính và đất rời, vì vậy việc tính toán sức chịu tải cho phép của cọc cần tuân theo công thức của Viện Kiến trúc Nhật Bản (1988): c,u 2 b b c,i c,i s,i s,i.
+ q b - cường độ kháng của đất dưới mũi cọc nằm trong đất rời, với cọc ép: b p q 00 N 00 50 000kPa
+ l c,i - chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ “i”
+ l s,i - chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ “i”
+ f c,i - cường độ sức kháng trong đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ “i”: c,i p L u,i f = f c
Hệ số điều chỉnh p cho cọc ép được xác định dựa trên tỷ lệ giữa sức kháng cắt không thoát nước của đất dính c_u và giá trị trung bình của ứng suất pháp hiệu quả thẳng đứng Thông tin chi tiết về hệ số này có thể tham khảo trong biểu đồ tại hình G.2a, phụ lục G của tài liệu [9].
+ f L - hệ số điều chỉnh theo độ mảnh L d của cọc đóng; L d 17 0,4 42,5= = xác định theo biểu đồ trên hình G.2b, phụ lục G – tài liệu [9] được f L =1
+ f s,i - cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ “i”: s,i s,i f 10N
Hình 2.3: Sơ đồ tính toán thành phần ma sát bên giữa đất và thành cọc theo Viện Kiến trúc
Bảng 2.4: Bảng tính toán thành phần ma sát bên giữa cọc và đất xung quanh cọc
Lớp đất Loại đất Độ sâu m li m N c kPa
Tổng sức chịu tải cực hạn của cọc như sau: c,u 2 b b c,i c,i s,i s,i
R =q A +u(f l +f l ) 15000 0,16 1,6 896,88= + 835(kN) d Tổng hợp và lựa chọn sức chịu tải cho phép của cọc
- Sức chịu tải theo điều kiện vật liệu: R v 38,11(kN)
- Sức chịu tải theo điều kiện đất nền: R c,u1 00,11(kN)
- Sức chịu tải theo công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản: R c,u 2 835(kN)
→ Chọn giá trị sức chịu tải nhỏ nhất: R c,tk =R c,u1 00,11(kN) để tính toán e Sức chịu tải cho phép của cọc
(Tham khảo mục 7.1.11 – tài liệu [1])
- Sức chịu tải cho phép:
+ 0 : hệ số điều kiện làm việc, kể đến yếu tố tăng mức độ đồng nhất của nền đất khi sử dụng móng cọc, lấy bằng 1,15 trong móng nhiều cọc
+ n : hệ số tin cậy về tầm quạn trọng của công trình, lấy bằng 1,15 với tầm quan trọng của công trình cấp II (công trình nhà ở)
Hệ số tin cậy k cho đất và cọc treo chịu tải trọng nén được xác định cho móng cọc đài thấp nằm trên lớp đất biến dạng lớn, với giả định có từ 6 đến 10 cọc, lấy k = 1,65 Đối với móng cọc bê tông cốt thép đóng sẵn và hạ cọc bằng phương pháp ép, cần kiểm tra thêm điều kiện ép cọc: v c,tk.
=> Cọc không bị phá hoại (gãy cọc hay vỡ đầu cọc) trong quá trình hạ cọc
Xác định số lượng cọc, bố trí cọc trong móng
Khoảng cách tối thiểu giữa các cọc cần đảm bảo là 3d Áp lực tính toán do phản lực đầu cọc tác động lên đáy đài được xác định theo công thức: c,tk tt.
- Diện tích sơ bộ đáy đài: tt sb 0 2 d tt tb
- Tổng lực dọc tính toán tại đáy đài: tt tt tt tt tt
- Số lượng cọc trong móng: tt c c,tk
Trong đó: - hệ số kể đến momen, móng chịu tải lệch tâm =1, 2 1,5 ; chọn =1,5
- Tham khảo mục 8.13 – tài liệu [9], ta sơ bộ chọn 7 cọc và bố trí theo hình
Khi bố trí cọc trên mặt bằng, khoảng cách tối thiểu giữa hai tim cọc liền kề phải đạt ít nhất 3d, tương đương với 1,2m, do đó chọn khoảng cách 1,2m Bên cạnh đó, khoảng cách từ tim cọc đến mép đài cũng không được nhỏ hơn 0,4m, vì vậy chọn khoảng cách 0,4m.
- Khoảng cách cọc và kích thước thực tế của đài được bố trí như hình dưới đây:
Hình 2.4: Mặt bằng bố trí cọc
2.5 Kiểm tra điều kiện áp lực xuống đỉnh cọc
Dựa trên số lượng cọc được bố trí trong móng, cần thực hiện kiểm tra áp lực tại đỉnh cọc Điều kiện kiểm tra tổng quát bao gồm các thông số: tt tt tt max c c,tk min.
(Tham khảo mục 3.8.2.1 – tài liệu [1]) Trong đó:
+ R c,tk - sức chịu tải thiết kế của cọc
+ P c tt - trọng lượng tính toán của cọc
+ P max tt ; P min tt - áp lực lớn nhất và nhỏ nhất tác dụng xuống cọc
- Lực và momen tính toán đến đáy đài: tt tt tt tt tt
- Áp lực tác dụng xuống đầu cọc trong trường hợp móng chịu tải lệch tâm 2 phương: tt tt tt y i tt x i i 2 2 c
+ n c - số lượng cọc trong móng
+ x ; y i i - tọa độ của cọc thứ “i” so với hệ trục đi qua trọng tâm của nhóm cọc (m)
Bảng 2.5: Áp lực tính toán xuống các đầu cọc
Vậy tìm được: P max tt =P 3 tt v4, 29(kN); P min tt =P 4 tt 46, 24(kN)
- Trọng lượng tính toán của cọc từ đáy đài đến mũi cọc: tt c c tt bt
- Kiểm tra điều kiện tt tt max c c,tk
Với chênh lệch giữa áp lực tại đáy cọc và sức chịu tải thiết kế cho phép: tt tt c,tk max c c,tk
→ Vậy số lượng cọc và khoảng cách cọc đã bố trí là hợp lý
- Kiểm tra sự làm việc vủa cọc trong nhóm theo biểu thức:
(Theo mục 3.8.2.3 – tài liệu [1]) tt n hom c c,tk
+ Hệ số nhóm tính theo công thức Labarre: c c d (m 1)n (n 1)m 0, 4 (3 1) 2 (2 1) 3
+ l c - khoảng cách giữa các cọc, l c =1, 2m
+ m - số hàng cọc, m 3+ n - số cột cọc, n 2Thay số: R n hom =0, 76 6 909,16 A45, 77(kN)N tt 331, 6(kN)
Móng thỏa điều kiện làm việc trong nhóm
Kiểm tra cọc chịu tải trọng ngang
a Kiểm tra chuyển vị ngang của cọc tại cao trình đáy đài
- Lực cắt tác dụng lên 1 cọc theo 2 phương lần lượt: tt 0x 1 c
= = - Momen quán tính tiết diện ngang cọc:
- Chiều rộng quy ước của cọc: c c d =0, 4m0,8m→b =1,5d+0,5 1,5 0, 4 0,5 1,1(m)= + Chú ý: tại mục này, b c là chiều rộng quy ước của cọc
(Tham khảo mục 3.9.2 – tài liệu [1])
- Xác định hệ số nền K, do nền đất gồm nhiều lớp đất nên hệ số K được xác định bằng tam giác ảnh hưởng với: ah ah b =1(m);l =2(d 1)+ = 2 (0, 4 1)+ =2,8(m)
→ Mũi tam giác ảnh hưởng không qua lớp đất 2 (khoảng cách từ đáy đài đến đỉnh lớp đất 2 là 6m)
Hình 2.5: Sơ đồ tính toán hệ số nền trung bình
- Tại cao trình đáy đài thuộc lớp đất 1 (bùn sét, trạng thái chảy) có chỉ số sệt I L =1,31, lấy
K1e0(kN / m ) (Theo Bảng 3.2, mục 3.9.2 – tài liệu [1])
= F = - Hệ số biến dạng: c 5 1 bd 5 b
= = - Chiều sâu tính đổi: e bd tt l = =l 0, 414 15 =6, 214
- Tra bảng 3.24, mục 3.9.2 – tài liệu [1], xác định giá trị các hệ số:
- Chuyển vị ngang của cọc ở cao trình mặt đất do lực đơn vị H 0 =1 gây ra:
- Chuyển vị ngang của cọc ở cao trình mặt đất do lực đơn vị M 0 =1 gây ra:
- Góc xoay của cọc ở cao trình mặt đất do lực đơn vị M 0 =1 gây ra:
- Momen uốn của cọc tại cao trình đáy đài
(Tham khảo mục G.1 và mục G.8, phụ lục G – tài liệu [10])
Trong đó: l 0 - chiều dài đoạn cọc tính từ mặt đất lên đáy đài, trường hợp móng cọc đài thấp l 0 =0
- Chuyển vị ngang y 0 tại cao trình đáy đài:
= Vậy tổng chuyển vị ngang của cọc:
0 01 02 y = y +y = 1,70 +2,83 =3,30(mm) 10mm b Kiểm tra khả năng chịu uốn của cọc
- Tính toán giá trị momen uốn M (kNm) z (tham khảo công thức G.17, mục G.7, phụ lục
G – tài liệu [10]) theo công thức sau:
+ M 0 =M ng 2 = −27,96(kNm), lấy theo phương có H lớn hơn
+ = 0 0 do tại ngàm không có góc xoay
Hệ số A , B , C , D 3 3 3 3 tra bảng 3.22 – tài liệu [1]
Thay vào các hệ số, ta có bảng giá trị momen uốn dọc theo thân cọc như sau:
Biểu đồ momen dọc theo thân cọc:
- Điều kiện kiểm tra: Mz max M
- Tại độ sâu z 0m= kể từ đáy đài (thuộc lớp đất 1) có M z max ',96(kNm)
- Kiểm tra khả năng chịu uốn của cọc đã chọn với tiết diện 40 40(cm) , thép dọc 8 16 có
As , 088(cm ) Bê tông cọc có cấp độ bền B20: R b 500(kPa)
- Lượng thép dọc chịu uốn 3 16 , A s =6, 033(cm ) 2 =6, 033 10 (m ) − 4 2
= − = − - Khả năng chịu uốn của cọc:
M = Rb b h0 2 =0,09 11500 0, 4 0,36 2 S,65(kNm) Kiểm tra: Mz max ',96(kNm) M S,65(kNm)
=> Momen uốn do lực xô ngang lớn nhất Q tt 0 y u(kN) gây ra không đủ để phá hoại tiết diện cọc Vậy cọc thỏa điều kiện áp lực ngang.
Kiểm tra điều kiện áp lực tại mặt phẳng mũi cọc
Điều kiện kiểm tra áp lực đất nền tại mặt phẳng mũi cọc được xác định như sau: áp lực đất tiêu chuẩn trung bình (tc) và áp lực đất lớn nhất (tc max) phải thỏa mãn điều kiện M max ≤ R và p ≤ 1,2R, với đơn vị đo là kPa.
RM - sức chịu tải của đất nền tại mặt phẳng mũi cọc, (kPa) a Xác định kích thước của khối móng quy ước
Lớp đất 1 là lớp đất yếu với thành phần bùn sét và chỉ số sệt I L = 1,31 Góc mở để xác định ranh giới của khối móng quy ước được tính từ đáy lớp đất này, và phạm vi khối móng quy ước được thể hiện trong hình bên dưới.
Hình 2.6: Kích thước khối móng quy ước
Góc ma sát trung bình của các lớp đất mà cọc xuyên qua: o o o o i i o tb i l 14 06' 2 16 12' 1,5 24 21' 3,5 30 21' 2
Cạnh đáy của khối móng quy ước:
= + = + b Xác định trọng lượng của móng khối quy ước
Trọng lượng móng khối quy ước bao gồm các thành phần như cổ móng, đài cọc, cọc và các lớp đất xung quanh Để tính toán trọng lượng này, cần xem xét từng bộ phận trong phạm vi móng khối quy ước.
- Trọng lượng cổ móng, đài cọc và đất trên đài: d d tb
- Trọng lượng lớp đất 1 – từ mặt đất đến mực nước ngầm (-6m) trong phạm vi móng khối quy ước:
G =(V −V ) =(90,98 12,8) 15, 2 1188,34(kN)− - Trọng lượng do các lớp đất từ mực nước ngầm đến mũi cọc:
+ Lớp đất 1: G 1 ' =V 1 ' = 1 ' (3,34 4,54 2) 5,3 160, 73(kN) + Lớp đất 2: G 2 =V 2 = ' 2 (3,34 4,54 2) 9,8 )7, 21(kN)
Trọng lượng toàn bộ các cọc trong đất:
G6 = 6 0, 4 0, 4 25 3 (25 10) 11 + − #0, 4(kN) Trọng lượng móng khối quy ước: tc oqu d 1 2 3 4 5 6
= + + + + + + + c Áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng Áp lực tiêu chuẩn trung bình tại đáy móng: tc tc tc qu 0 0qu tc tb qu qu
= = = Áp lực tiêu chuẩn lớn nhất tại tâm đáy móng: tc tc tc qu xqu yqu tc max qu x y
= + + = + + Trong đó: M tc xqu =M tc 0x +Q tc 0 y =h 330, 43 65, 22 17 1439,17(kNm)+ tc tc tc yqu 0 y 0x
= = d Sức chịu tải của nền tại mặt phẳng mũi cọc
Sức chịu tải của nền tại mặt phẳng mũi cọc được xác định theo công thức:
M qu II qu II tc m m
Trong nghiên cứu này, m1 được xác định là 1, 2, đại diện cho loại đất dưới đáy móng khối quy ước là cát pha với chỉ số sệt I L ≤ 0,5 M2 được giả định là 1, cho thấy cấu trúc nhà có sơ đồ kết cấu mềm Các chỉ tiêu cơ lý của đất được xác định thông qua các thí nghiệm trực tiếp.
= ; tra bảng 2.1 – tài liệu [7] có: A 1,18;B 5,72;D 8,06= = cII =1,8kPa
Thay số vào công thức, ta có:
= + + So sánh các điều kiện: tc tb M p 89, 00(kPa)R 06, 68(kPa) (thỏa) tc max M p b0,59(kPa)1, 2R =1, 2 1406, 68 1688, 02(kPa) = (thỏa)
Thỏa mãn điều kiện áp lực lên đất nền tại mặt phẳng mũi cọc
Kiểm tra độ lún của móng
Phạm vi tính lún của móng cọc được xác định từ mặt phẳng mũi cọc cho đến độ sâu thỏa mãn điều kiện p z ≤ 0,2 p × dz, với điều kiện là mũi cọc phải được đặt vào lớp đất có chất lượng tốt.
Trong đó: Áp lực do trọng lượng bản thân của đất nền tại mặt phẳng mũi cọc: n dz 17m i i i 1 p = l 15, 2 6 5,3 2 9,8 2 9,8 1,5 10,5 3,5 11 2 194,85(kPa)
= = + + + + + Áp lực phụ thêm do tải trọng ngoài tại mặt phẳng mũi cọc: tc
0 tb dz 17 p =p −p = 89, 00 194,85 194,15(kPa)− Công trình thuộc nhà khung bê tông cốt thép có tường chèn, theo bảng 16 – tài liệu [7] có độ lún tuyệt đối lớn nhất S gh m
Tính toán đọ lún theo phương pháp tổng độ lún các lớp phân tố bằng cách chia nền đất thành những lớp phân bố đồng nhất có chiều dày i 3,34 h 0,8m 0,83m
= 4 Áp lực đất phụ thêm do tải trọng công trình ở độ sâu z kể từ đáy móng khối quy ước: z 0 p = p = 194,15(kPa)
Hệ số k 0 được tính toán theo công thức 2.66 trong mục 2.4.1.4 của tài liệu [2], dựa trên chiều sâu z của các điểm phân tố và kích thước đáy móng B qu × L qu Việc tính toán này được thực hiện thông qua công cụ bảng tính Microsoft Excel.
+ z - độ sâu của điểm cần tính ứng suất kể từ đáy móng
= = = - với b,l là chiều rộng và chiều dài móng Điểm h (m) i h(m) z(m) '(kN / m ) 3 k 0 ' (kPa) v zp (kPa)
- Giới hạn nén lún (H ) cn được lấy tại điểm số 5 có H cn =5, 6m Tại đó có: v zp
Hình 2.7: Biểu đồ phân bố ứng suất của đất nền dưới đáy móng (kPa)
- Độ lún được xác định theo phương pháp phân tầng công lún theo công thức sau:
+ e 1i được xác định bằng cách nội suy quan hệ e – p theo p 1i ; 1i ' vi ' v(i 1) p 2
+ e 2i được xác định bằng cách nội suy quan hệ e – p theo p 2i ; p 2i p 1i zpi zp(i 1)
+ E i - mô đun biến dạng đàn hồi của lớp phân tố đất (kPa)
+ tb zp - ứng suất gây lún trung bình tại vị trí giữa lớp phân tố đất (kPa)
+ h i - bề dày của lớp phân tố đất (m)
Kết quả độ lún của móng được tính toán theo công thức và trình bày trong bảng sau:
Bảng 2.6: Bảng tính toán lún của móng M(B-4)
Phân lớp h (m) i tb zp (kPa) E (kPa) i S (cm) i
- Độ lún tuyệt đối lớn nhất: SS gh =8(cm) (Bảng 16, mục 4.6.28 – tài liệu [7])
- Ta có tổng độ lún của các lớp phân tố (độ lún ổn định của móng): i gh
S=S =4,92(cm)S =8(cm) (thỏa điều kiện biến dạng) Thỏa mãn điều kiện về độ lún giới hạn.
Tính toán và cấu tạo đài cọc
a Chọn sơ bộ kích thước cột
Bê tông: sử dụng bên tông móng cấp độ bền B20 có R b 500kPa; R bt 0kPa Tra bảng 7 – tài liệu [8]
Cốt thép: sử dụng cốt thép CB300-V có R s &0000kPa Tra bảng 13 – tài liệu [8]
Sơ bộ tiết diện cột theo công thức:
= R (công thức 1 – 3 trang 20 – tài liệu [3])
Trường hợp nén lệch tâm, chọn 3050 2 k (1,3 1,5) (0,345 0,398)(m )
Sơ bộ chiều cao đài cọc:
Chiều cao làm việc của đài được chọn là h0 = 1,1m, với chiều dài đoạn đầu cọc ngàm vào trong đài là 0,1m, dẫn đến chiều cao đài cọc là hd = 1,2m Để đảm bảo tính ổn định, cần kiểm tra áp lực xuống các đầu cọc dựa trên kết quả tính toán đã thực hiện.
P (kN) 1 P (kN) 2 P (kN) 3 P (kN) 4 P (kN) 5 P (kN) 6
Hình 2.8: Sơ đồ tính toán chọc thủng của cột đối với đài và chọc thủng ở góc đài
* Kiểm tra chọc thủng của cột đối với đài: Điều kiện kiểm tra: Pct Pcct = 1(bc+c )2 + 2(lc +c ) h R1 0 bt
Lực dọc gây chọc thủng do các cọc 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7: ct 1 2 3 4 5 6 7
+ b ;l c c - kích thước tiết diện cột; b c =l c 0,5 0, 7(m)
Vậy P ct 331, 60(kN)P cct c75, 60(kN) (Thỏa điều kiện chọc thủng đài)
* Kiểm tra chọc thủng ở góc đài Điều kiện kiểm tra: Pct Pcct =0,51(b2+0,5c )2 + 2(b1+0,5c ) h R1 0 bt
Trong đó: b ; b 1 2 : xác định như hình; 1 2 d 0, 4 b b d 0, 4 0,6(m)
Pcct =0,5 2,95 (0,6 0,5 0,15) 3,35 (0,6 0,5 0,65) + + + 1,1 900%19,55(kN) Vậy P ct v4, 29(kN)P cct %19,55(kN) (Thỏa điều kiện chọc thủng ở góc đài)
* Kiểm tra điều kiện cường độ trên tiết diện nghiêng theo lực cắt Điều kiện kiểm tra: QQ c = bh R 0 bt
Q - tổng phản lực của các cọc nằm ngoài tiết diện nghiêng, do các cọc 1, 2, 3:
Q=P +P v4, 29 567, 07+ 31,36(kN) b - chiều rộng đài; b 2mKhi 0,5h 0 = =c c 1 0, 65h 0 :
Hình 2.9: Sơ đồ kiểm tra điều kiện cường độ trên tiết diện nghiêng c Tính toán và bố trí thép cho đài cọc
Hình 2.10: Sơ đồ tính toán thép cho đài cọc
- Mô men tại ngàm tương ứng với mặt cắt 1-1:
- Mô men tại ngàm tương ứng với mặt cắt 2-2:
- Diện tích cốt thép đài theo phương ngang của đài cọc:
Chọn thép 18 có A s =2,545(cm ) 2 Số cây thép cần thiết:
Chọn 18 18 , tính khoảng cách giữa các thanh thép:
= = − − → chọn a 110mmChiều dài thanh thép: l1= −l 2a 200 2 40− 120(mm)
→ Đường kính và khoảng cách cốt thép đã chọn thỏa mãn các yêu cầu cấu tạo
Bố trí thép theo phương ngang của đài cọc: 18 18a110
- Diện tích cốt thép đài theo phương dọc của đài cọc:
Chọn thép 12 có A s =1,131(cm ) 2 Số cây thép cần thiết:
Chọn 24 12 , tính khoảng cách giữa các thanh thép:
= = − − → chọn a 130mmChiều dài thanh thép: l1= −b 2a 00 2 40 1920(mm)− → Đường kính và khoảng cách cốt thép đã chọn thỏa mãn các yêu cầu cấu tạo
Bố trí thép theo phương dọc của đài cọc: 24 12a130
Kiểm tra cọc khi vận chuyển và lắp dựng, tính móc cẩu
Hình 2.11: Sơ đồ tính toán kiểm tra cọc khi vận chuyển và lắp dựng cọc a Kiểm tra cọc khi vận chuyển và lắp dựng
Bố trí móc ở vị trí 1 5 từ các đầu cọc, lúc này giá trị momen uốn lớn nhất ứng với 2 sơ đồ khi vận chuyển và lắp dựng là:
+ L - chiều dài đoạn cọc, ứng với đoạn cọc mũi có L 8m+ q - trọng lượng bản thân cọc: d b b q= k A Với: + k d - hệ số khí động, lấy bằng 1,5 2,0 Chọn k d =1,5
+ b - trọng lượng đơn vị của bê tông (kN / m ) 3 ; = b 25(kN / m ) 3
+ A b - diện tích tiết diện ngang cọc; A b =0, 4 0, 4 =0,16(m ) 2
Thay số vào ta có: q 1,5 25 0,16 6(kN / m)= Momen uốn lớn nhất:
Khả năng chịu uốn của cọc đã tính trong phần kiểm tra cọc chịu tải trọng ngang, có
Như vậy: Mmax26,88(kNm) M S, 77(kNm)
Kết luận: Cọc đủ khả năng chịu lực trong quá trình vận chuyển và lắp dựng b Tính móc cẩu
Diện tích cốt thép móc cẩu yêu cầu: tt moc c s s
+ P c tt - trọng lượng tính toán của cọc: tt
Pc = = =q L 6 8 48(kN) + R s - cường độ chịu kéo tính toán của thép; chọn thép CB300-T có R s &0000(kPa)
→ Thay số vào ta có diện tích cốt thép móc cẩu: tt moc c 4 2 2 s s
= = = − Chọn thép 16 có A moc s =2, 01(cm ) 2
SƠ BỘ CÁC MÓNG CÒN LẠI Tải trọng tính toán xác định đến đỉnh đài trên một m 2 mặt bằng móng:
Và tt sb 0 2 d tt tb
= Tính số lượng cọc tt c c,tk n N
Sơ bộ kích thước móng M(A-1):
- Tải trọng tính toán tác dụng trên một m 2 mặt bằng móng M(A-1): tt
- Diện tích đáy đài móng M(A-1): tt sb 0 2 d tt tb
- Tổng lực dính tính toán đến đáy đài: tt tt sb
- Số lượng cọc trong móng: tt c c,tk
Bảng 2.11: Sơ bộ các kích thước móng còn lại
