thiết kế móng cọc

Căn cứ vào điều kiện địa chất công trình, tính chất xây dựng của các lớp đất có hai giải pháp móng đợc đa ra là: Móng nông trên nền thiên nhiên và móng cọc.. Nếu là phơng án móng cọc, do

giáo viên hớng dẫn : ths Nguyễn thu hồng

sinh viên thực hiện : đào duy hiếu

Nhiệm vụ:

I - Đánh giá đặc điểm công trình.

II - Đánh giá điều kiện địa chất công trình

III - Tính toán thiết kế móng khung k2

Các khu nhà xởng có cấu tạo gồm nhiều dãy nhà, kết cấu chính của công trình là khung thép tiền chế Tờng bao che của công trình đợc xây trên hệ giằng móng đến cao độ +1(m) so với cốt 0,000(m)±(cốt trong nhà) Hệ giằng đợc gối lên móng

Phân xởng thiết kế là nhà công nghiệp mặt bằng có dạng hình chữ nhật, một tầng ba nhịp có chiều rộng các nhịp biên là 18(m),nhịp giữa là 24(m) và 1 khối nhà nằm vuông góc ngay sau có nhịp là 24 (m) Trong đó có 3 nhịp dài 84( m) và một nhịp dài 60( m) Do đó cần có giải pháp khe lún cho nhịp dài

60 (m) Tất cả các bớc cột là 6m, cao trình đỉnh ray là: 9 m so với cốt 0,000m (cốt trong nhà) tổng±chiều cao cột:10,5(m) Kết cấu chính của công trình là khung thép tiền chế mái gồm một lớp tôn và một lớp cách nhiệt Ngoài ra còn có các hệ giằng mái và giằng xà gồ

Nền của công trình đợc tôn lên 0,3 (m) so với nền đất thiên nhiên Mặt bằng kiến trúc của công trình đơn giản

Do có cầu trục với sức trục 5 (T) và 16(T) hoạt động trong nhà nên không gian trong nhà tơng đối thông thoáng, trong nhà có các kho nhỏ chứa dụng cụ, vật liệu, thành phẩm,vệ sinh Do kết cấu chính của nhà là khung thép có tờng chèn

Lớp 1: Đất lấp dày trung bình 2 m

Lớp 2: Sét pha dẻo mềm dày trung bình 3,1(m)(bề dày của lớp từ 2,3-3,9 m)

Lớp 3: Bùn sét pha dày trung bình 1,85 (m) (bề dày của lớp từ 1,2-3,5 m)

Lớp 4: Sét pha dẻo mềm dày trung bình 3,75 (bề dày của lớp từ 3-4,5 m)

Lớp 5: Sét pha dẻo cứng khoan đến độ sâu 15 (m) vẫn cha thấy kết thúc

2.2 Điều kiện địa chất thuỷ văn.

Địa tầng vị trí khảo sát gồm 5 lớp, đó là các lớp cách nớc hoặc chứa nớc kém Khi khoan đến độ sâu 1,2( m) gặp mức nớc ngầm

Các mặt cắt địa chất từ trên xuống nh hình vẽ 1

Hình 1: Trụ địa chất công trình

EKPa

2.4 Đánh giá tính chất xây dựng các lớp đất.

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

- Lớp 1: Đất lấp, có chiều dày 2( m) , là loại đất yếu không đủ khả năng chịu lực, không có tính năng xây dựng Khi đặt móng cần đào qua lớp đất này để đặt móng xuống lớp đất tốt bên dới

- Lớp 2: Sét pha dẻo cứng, có chiều dày trung bình 3,1 m

+ Độ sệt

p L

+ Môđun biến dạng: E = 4,64 (MPa) < 5(MPa)

KL: Lớp 2 là sét pha dẻo mềm có khả năng chịu tải trung bình, tính năng xây dựng không cao

- Lớp 3: Bùn sét pha dày trung bình 1,85( m)

+ Độ sệt

p L

+ Môđun biến dạng: E = 1( MPa) < 5(MPa)

KL: Lớp 3 là bùn sét pha ở trạng tháI chảy có khả năng chịu tải rất kém Do đó không thể làm nền cho công trình đợc

-Lớp 4: Sét pha dẻo mềm, có chiều dày 3,75(m)

+ Độ sệt

p L

s w

+ Môđun biến dạng: E = 5 (MPa)

KL: Lớp 4 là sét pha dẻo mềm có khả năng chịu tải trung bình, tính năng xây dựng trung bình -Lớp 5: Sét pha dẻo cứng, có chiều dày cha kết thúc

+ Độ sệt

p L

+ Môđun biến dạng: E = 7,94 (MPa) > 5 (MPa)

KL: Lớp 5 là sét pha dẻo cứng có khả năng chịu tải tốt, tính năng xây dựng khá cao

III lựa Chọn giải pháp nền móng.

3.1- Chọn loại nền móng cho công trình.

Đặc điểm chính của công trình là nhà công nghiệp có khẩu độ lớn nhng sử dụng khung tiền chế cùng với sức cầu trục không quá lớn nên tải trọng tác dụng thẳng đứng là không lớn, Tuy nhiên do tác dụng của tải trọng ngang do đó nội lực dới móng có độ lệch tâm đáng kể

Căn cứ vào điều kiện địa chất công trình, tính chất xây dựng của các lớp đất có hai giải pháp móng

đợc đa ra là: Móng nông trên nền thiên nhiên và móng cọc

Giải pháp móng nông có u điểm là tính toán và thi công đơn giản, không đòi hỏi các máy móc thi công phức tạp, tốn kém Tuy nhiên móng nông chỉ thích hợp với loại nền đất nền tơng đối tốt

Nếu là phơng án móng cọc, do đáy đài đặt trên nền cọc nên giảm đợc độ sâu đào hố móng, hơn nữa

đây là phơng án tạo độ ổn định tốt cho công trình nên rất hay đợc dùng trong thực tế.Tuy nhiên phơng

án móng cọc do giá thành dắt nên nó chỉ thờng đợc sử dụng cho những công trình chịu tải trọng tơng

đối lớn (hoặc cần có độ ổn định lớn do lực xô ngang lớn)

Trong khi đó các nền đất phía bên trên công trình có sức chịu tải yếu,chiều sâu lớn,mà mặt móng phảI đặt trên cos nền nhà chính vì thế giả pháp móng nông sẽ không hợp lý(do chiều sâu chôn móng và kích thớc đế móng sẽ lớn).Ta lựa chọn giảI pháp móng cọc cho công trình

3.2- Giải pháp mặt bằng móng.

Mặt bằng móng gồm có các móng và hệ dầm giằng móng để liên kết các khung và đỡ tờng bao che bên trên Dầm giằng móng ở cột biên và cột giữa đợc liên kết với móng xem bản vẽ (M – 01)

Ngoài ra do bố trí mặt bằng nhà không đối xứng (xem bản vẽ KT) Ta cần bố trí khe lún giữa khung trục 16 xem bản vẽ (M – 01).

IV.thiết kế móng cột biên M1

1.Xác định tải trọng tác dụng xuống móng.

- Tổng tải trọng tiêu chuẩn tác dụng xuống móng:

D định đặt cọc bê tông cốt thép cắm vào lớp sét pha dẻo cứng có E=7940(kPa)

+Chọn chiều cao đài là hđ = 0,8(m)

+ Chọn loại cọc:

- Công trình áp dụng biện pháp thi công cọc bằng búa Điêzen, không khoan dẫn

- Dùng loại cọc tiết diện 0,25ì 0,25(m)

- Thép dọc chịu lực gồm 4φ18 nhóm CII

- Bê tông cọc B25, đầu cọc có mặt bích bằng thép Phần trên của cọc ngàm vào đài 0,2(m),phần râu thép đập đầu cọc lớn hơn 20.φ

L= 20.φ=20.18= 360 (mm), lấy là 0,4 (m)

- Đầu dới của cọc cắm vào lớp đất sét pha dẻo cứng 7,5(m)

- Vậy ta có chiều dài của cọc là:

Lcọc = 0,4 + 0,2 + 1,2 + 3,1 + 1,85 + 3,75 + 7,5 = 18m

Vậy ta chọn cọc dài 18(m) đợc nối từ 2 đoạn 9 (m)

-2,00 0,00

5

4 3 2

S¬ bé bè trÝ cäc

2 Xác định sức chịu tải của cọc đơn

a Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc.

Với móng cọc đài thấp, cọc đợc tính nh một thanh chịu nén đúng tâm chịu lực dọc trục Sức chịu tải theo độ bền vật liệu làm cọc:

Pv = m.ϕ.(Rb.Ab + Rs.As)

Trong đó:

+ ϕ là hệ số uốn dọc Khi móng cọc đài thấp, cọc xuyên qua 1 lớp bùn sét pha,tuy nhiên lớp này có chiều dày không lớn(1,85m),mô đun tổng biến dạng 1000 (kPa) nên không phải kể đến sự ảnh hởng của uốn dọc ϕ = 1,0

+ m là hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất (m = 1)

+ Thép nhóm CII, 4φ18 có: As = 10,18 cm2 ; Rs = 280000 (kPa)

+ Bêtông B25 có : Rb= 14500 kPa ; Ab= 0,25.0,25 = 0,0625 (m2)

⇒Pv = 1.1.(14500.0,0625 + 28.104 10,18 10-4 ) = 1191,3( kN)

b Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm đất trong phòng:

Chân cọc tỳ lên lớp sét pha nên cọc làm việc theo sơ đồ cọc ma sát, sức chịu tải của cọc theo cờng độ

đất nền đợc xác định theo công thức :

Pđ

1.( R n fi )i i

Trong đó: + m: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất

Cọc là cọc đóng tiết diện vuông nên m = 1

+ mR, mfi: Hệ số điều kiện làm việc của đất có kể đến ảnh hởng của

phơng pháp thi công cọc đối với cờng độ tính toán của đất dới chân

cọc và xung quanh cọc

mR = 1; mfi = 1: cọc trụ đặc hạ bằng búa diesel không khoan dẫn

+ fi: Cờng độ tính toán của ma sát thành lớp đất thứ i với bề mặt xung

quanh cọc

+ U: chu vi tiết diện ngang của mũi cọc

+ R: Cờng độ tính toán dới mũi cọc

+ F: Diện tích tiết diện ngang của mũi cọc

Chia đất nền từ đế đài đến chân cọc thành các lớp đồng nhất nh hình vẽ (chiều dày mỗi lớp này ≤ 2m) Tính từ đáy đài ta có :

- Lớp sét pha dẻo mềm 3,1(m) , ta chia làm 1 lớp 1,5 (m); và 1 lớp 1,6(m)

- Lớp bùn sét pha 1,85(m) , ta có 1 lớp: 1,85(m )

- Lớp sét pha dẻo mềm 3,75(m), ta chia làm 2 lớp : 1 lớp 2(m),1 lớp 1,75(m)

- Lớp sét pha dẻo cứng 7,5(m), ta chia làm 3 lớp : 3 lớp 2(m),1 lớp 1,5(m)

Cờng độ tính toán của ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất bao quanh fi đợc tra bảng 6-3.tr115

HD ĐANM (nội suy), ta có đợc bảng sau :

Bảng cờng độ tính toán ma sát thành của đất

Với H = 18,2(m) so với cốt tự nhiên, tra bảng 6-2.tr114 HD ĐANM với sét pha , Il=0,37 ta có cờng

độ tính toán của đất nền ở chân cọc là R = 3518 (kPa)

(Kđ = 1,4 hệ số an toàn đối với đất)

Sơ đồ tính sức chịu tải của nền đất

c Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuấn SPT:

Sức chịu tải theo công thức Nhật bản:

α_Hệ số, phụ thuộc vào phơng pháp thi công,-Cọc bê tông cốt thép thi công bằng phơng pháp đóng, α = 300-Cọc khoan nhồi,α = 15

u_Chu vi tiết diện cọc, u =1 m

γtb - Dung trọng thể tích bình quân trung bình của đài và đất trên đài lấy γtb =25(kN/m3)

h tb =h d =0,8( )m :do mặt đài nằm trên cos nền nhà(không có đất bên trên đài)

SPT

N n

tt tt

x

x M n

N P

1 2

max '

min max

Q c =0, 25.0, 25.(17,6.25).1,1 30, 25= (KN).

Xét thấy Pmaxtt +Q c =181, 47 30, 25 211,72(+ = KN)<P SPT =417,62(KN)

Vậy điều kiện lực lớn nhất đợc thoả mãn

Pmin = −75,76(KN) 0< kiểm tra cọc theo điều kiện chống nhổ

4.Kiểm tra nền móng cọc theo điều kiện biến dạng:

Độ lún của nền móng cọc đợc tính theo độ lún của nền khối móng quy ớc có mặt cắt là abcd nh trên hình vẽ

Trong đó: α =ϕtb/4

ϕtb= i i. 8,84.3,1 4, 27.1,85 9, 26.3,75 11,35.3,53,1 1,85 3,75 3,5 90

i

h h

∑

∑ ⇒ α= 9 2, 250

c d

*Xác định trọng lợng của khối quy ớc :

-Trọng lợng tiêu chuẩn của khối móng quy ớc kể từ đế đài trở lên :

N1tc=LM.BM.( h d + h lot).γtb = 3,63.1,63.(0,8 +0,1).22 = 117,15( KN)

γtb:trọng lợng trung bình của đất và đài móng kể từ đáy móng đến cos 0,00

Lấy γtb=22(kN m/ 3)

-Trọng lợng tiêu chuẩn cuả đất lấp (lớp thứ 1) trong phạm vi từ đế đài đến đáy lớp sét pha dẻo mềm (lớp thứ 2) pha (phải trừ đi phần thể tích bị cọc chiếm chỗ),cha kể trọng lợng cọc.

N2tc =(3,63.1,63.0,3 – 2.0,25.0,25.0,3).17 + (3,13.1,63.0,8 – 2.0,25.0,25.0,8).7 =61,97( KN) -Trọng lợng tiêu chuẩn khối quy ớc trong phạm vi lớp sét pha dẻo mềm (lớp 2) trừ phần cọc bị chiếm chỗ

M M

M

qu tc tc tc

L

e B

L

N N

Ktc=1,0 vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất

m1=1,2 do đất sét pha dẻo cứng có Il=0,37 ; m2=1 do nhà khung

ϕ=11,350 Tra bảng ⇒ A= 0,214; B =1,87 ; D = 4,34; γ = ( 3)

' . 17.0,3 7.0,8 8.3,1 6,3.1,85 8,1.3,75 8,7.3,5 8, 2

1, 2 3,1 1,85 3,75 3,5

i i II

i

h h

tb = 183,8(kN m / 2) < R= 437,5(kN m / 2 ) Thoả mãn điều kiện áp lực đáy móng

5 Kiểm tra điều kiện biến dạng:

-Do điều kiện áp lực dới đáy móng quy ớc thỏa mãn vậy ta có thể tính toán đợc độ lún của nền theo

quan niệm biến dạng tuyến tính

Tính toán độ lún cho khối móng quy ớc

* ứng suất do trọng lợng bản thân của đất: bt

z

n i

σ = =0,2 156,38=31,276 (kPa).

Kết luận :Không cần phải tính lún tại đáy khối quy ớc.(móng không lún)

6.Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc:

*Chọn vật liệu:

Dùng bê tông cấp độ bền B 20 Rb = 11500(kPa); Rbt = 900 (kPa)

Thép AII có Rs = 280000( kPa )

Lớp BT lót dày 10cm , bêtông mác 100# đá 4x6cm

*Kiểm tra chiều cao theo đài móng điều kiện đâm thủng

Điều kiện kiểm tra: Muốn cho đài không bị chọc thủng thì phải thoả mãn điều kiện:

Chiều dài chọc thủng trên 1 đầu cọc lcoc=lct– a =0,28 – 0,125 = 0,155 (m)

a:khoảng cách từ mép cọc biên đến mép ngoài đài(a=125 mm)

Diện tích đầu cọc gây ra lực chọc thủng

Tại mặt 2 tháp chọc thủng trùm ra ngoài cọc biên→không có lực chọc thủng tại mặt 2

Kết luận: Chiều cao đài thoả mãn điều kiện chọc thủng

*Tính toán mô men và thép đặt cho đài cọc.

n : số thanh cần bố trí vào đáy móng n= 4.Chọn a = 140 (mm)

Vậy ta chọn 4φ16 a140, cốt thép nhóm CII, và đợc bố trí ở phía dới

+ Mô men t ơng ứng với mặt ngàm II - II:

Tại mặt ngàm 2-2 không có mô men gây uốn nên thép đợc đặt theo cấu tạo làφ10 a200

- Chiều dài của một thanh cốt thép

1.Xác định tải trọng tác dụng xuống móng.

-Từ bảng tổ hợp chọn ra các cặp nội lực nguy hiểm để tính toán

D định đặt cọc bê tông cốt thép cắm vào lớp sét pha dẻo cứng có E=7940(kPa)

+Chọn chiều cao đài là hđ = 0,8(m)

+ Chọn loại cọc:

- Công trình áp dụng biện pháp thi công cọc bằng búa Điêzen, không khoan dẫn

- Dùng loại cọc tiết diện 0,25ì 0,25(m)

- Thép dọc chịu lực gồm 4φ18 nhóm CII

- Bê tông cọc B25, đầu cọc có mặt bích bằng thép Phần trên của cọc ngàm vào đài 0,2(m),phần râu thép đập đầu cọc lớn hơn 20.φ

L= 20.φ=20.18= 360 (mm), lấy là 0,4 (m)

- Đầu dới của cọc cắm vào lớp đất sét pha dẻo cứng 7,5(m)

- Vậy ta có chiều dài của cọc là:

Lcọc = 0,4 + 0,2 + 1,2 + 3,1 + 1,85 + 3,75 + 7,5 = 18m

Vậy ta chọn cọc dài 18(m) đợc nối từ 2 đoạn 9 (m)

2 Xác định sức chịu tải của cọc đơn

(Xem chi tiết phần thiết kế móng cọc biên)

a Xácđịnh sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc.

Pv = 1191,3( kN)

b Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm đất trong phòng:

Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền:

Pđ’ 630 450( )

1, 4

d d

P

kN K

N F

P γ h n

=

− Trong đó:

No - Tải trọng tính toán xác định đến đỉnh đài

n - Hệ số vợt tải: n=1,

Ptt- áp lực tính toán khi thay tác dụng của phản lực đầu cọc lên đế đài bằng tác dụng của áp lực phản lực lên đáy đài

γtb - Dung trọng thể tích bình quân trung bình của đài và đất trên đài lấy γtb =25(kN/m3)

h tb =h d =0,8( )m :do mặt đài nằm trên cos nền nhà(không có đất bên trên đài)

3.1 Tính toán với tổ hợp nội lực thứ 1

742, 43 25.0,8.1,1

tt sb

SPT

N n

tt tt

x

x M n

N P

1 2

max '

min max

Q c=0, 25.0, 25.(17,6.25).1,1 30, 25= (KN).

Xét thấy Pmaxtt +Q c =167,8 30, 25 198,05(+ = KN)<P SPT =417,62(KN)

Vậy điều kiện lực lớn nhất đợc thoả mãn

Pmin = −64(KN) 0< kiểm tra cọc theo điều kiện chống nhổ

→Điều kiện chống nhổ đợc thỏa mãn

3.2 Tính toán với tổ hợp nội lực thứ 2

742, 43 25.0,8.1,1

tt sb

N n

tt tt

x

x M n

N P

1 2

max '

min max

.

Q c=0, 25.0, 25.(17,6.25).1,1 30, 25= (KN).

Xét thấy Pmaxtt +Q c =179,36 30, 25 209,61(+ = KN)<P SPT =417,62(KN)

Vậy điều kiện lực lớn nhất đợc thoả mãn

Pmin = −18,86(KN) 0< kiểm tra cọc theo điều kiện chống nhổ

→Điều kiện chống nhổ đợc thỏa mãn

4.Kiểm tra nền móng cọc theo điều kiện biến dạng:

Độ lún của nền móng cọc đợc tính theo độ lún của nền khối móng quy ớc có mặt cắt là abcd nh trên hình vẽ

Trong đó: α =ϕtb/4

ϕtb= i i. 8,84.3,1 4, 27.1,85 9, 26.3,75 11,35.3,53,1 1,85 3,75 3,5 90

i

h h

∑

∑ ⇒ α= 9 2, 250

cd

*Xác định trọng lợng của khối quy ớc :

-Trọng lợng tiêu chuẩn của khối móng quy ớc kể từ đế đài trở lên :

( 1 6 )

.

0 min max,

M M

M

qu tc tc tc

L

e B

L

N N

Ktc=1,0 vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất

m1=1,2 do đất sét pha dẻo cứng có Il=0,37 ; m2=1 do nhà khung

i

h h

M M

M

qu tc tc tc

L

e B

L

N N

Ktc=1,0 vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất

m1=1,2 do đất sét pha dẻo cứng có Il=0,37 ; m2=1 do nhà khung

i

h h

tb = 200,17(kN m / 2) < R= 437,5(kN m / 2 ) Thoả mãn điều kiện áp lực đáy móng

5 Kiểm tra điều kiện biến dạng:

- Sau khi tiến hành tính toán với 2 tổ hợp tải trọng gây nguy hiểm cho móng la lựa chọn cặp nội lực gây nguy hiểm cho móng để tính biến dạng và cấu tạo đài cọc

- Kiểm tra điều kiện biến dạng với áp lực trung bình tại đáy móng do tổ hợp nội lực thứ 2 gây ra tại

σ = =0,2 156,38=31,276 (kPa)

Kết luận : Cần phải tính lún tại đáy khối quy ớc

Kiểm tra điều kiện biến dạng theo điều kiện :

1

08,0

Độ lún của nền xác định theo công thức: