Đồ án cơ học đất - nền móng pps

MỞ ĐẦUSự ra đời và phát triển của môn cơ học đất – nền móng gắn liền với lịch sử đấu tranh phát triển sản xuất của loài người.Từ thời cổ đại, loài người đã biết sử dụng đất vào mục đích

MỞ ĐẦU

Sự ra đời và phát triển của môn cơ học đất – nền móng gắn liền với lịch sử đấu tranh phát triển sản xuất của loài người.Từ thời cổ đại, loài người đã biết

sử dụng đất vào mục đích xây dựng các công trình cho mình, nhằm phục vụ các nhu cầu về đi lại, về ở, vui chơi giải trí Nhưng để tạo nên được một công trình thì bước đầu tiên đóng vai trò quyết định là ta phải xây dựng được phần móng của nó Bởi lẽ móng và bản thân nền có ổn định thì công trình bên trên mới tồn tại và sử dụng một cách bình thường Người thiết kế chỉ có thể chọn được phương án nền móng đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế khi có

sự hiểu biết sâu sắc về cơ học đất, nền và móng cũng như kỹ thuật thi công nền móng Chính vì vậy mà hai lĩnh vực cơ học đất – nền móng luôn có mối quan hệ chặt chẽ bổ trợ cho nhau

Cùng với sự phát triển của xã hội, các công trình xây dựng ngày càng có quy

mô lớn hơn cả về chiều rộng, chiều cao và chiều sâu.Đồng thời cũng đòi hỏi việc xây dựng cần có những kỹ thuật tiên tiến đảm bảo sự ổn định cho các công trình.Do đó việc nghiên cứu, thiết kế móng cho các công trình này cũng đòi hỏi phải có những kiến thức sâu rộng về cơ học đất- nền móng và đưa ra những phương án thiết kế phù hợp với quy mô, tải trọng công trình đó

Là một kỹ sư địa chất công trình trong tương lai, tôi cũng như toàn thể các sinh viên nghành ĐCCT- ĐKTđã và đang có điều kiện được các thầy cô giáo thuộc bộ môn Địa chất công trình truyền đạt và giảng dạy những kiến thức về môn cơ học đất – nền móng

Theo phương châm : “ học đi đôi với hành’’ , nhằm phục vụ cho việc nâng cao hiểu biết và áp dụng vào tính toán thiết kế, tôi được các thầy cô giáo giao

cho nghiên cứu và viết đồ án môn học cơ học đất - nền móng trong kỳ thứ II năm học thứ 4 ( 2009-2010 )

Đồ án của tôi ký hiệu III.3 với nội dung như sau :

Một khu vực cú nền đất như sau (hỡnh III.1):

- Lớp 1:Lớp đất lấp cú thành phần hỗn tạp,dày 1.5m

- Lớp 2:Sột pha dẻo cứng,dày 4m

- Lớp 3:Bựn sột,dày vụ tận

Chỉ tiêu cơ lý của cỏc lớp đất cho trong bảng III.1:

Bảng III.1: Cỏc chỉ tiêu cơ lý của lớp đất

lượng thể tớch

Khối lượng riờng

Hệ số nộn lỳn

Lực dớnh kết

Gúc ma sỏt trong

Hệ số thấm

(g/cm3)

ós

(g/cm3)

a1-2 (cm2/ kG)

c (kG/cm2)

K

10-7cm/ s

Trờn khu vực này,người ta dự kiến xõy dựng một cụng trỡnh nhà kho cú tường rộng 0.4m,tải trọng tỏc dụng đúng tâm trờn một mét dài tường là Ptc=26 (T/m)

Nhiệm vụ thiết kế:

1.Thiết kế móng dưới tường nhà kho.

2.Xõy dựng các đường cựng ứng suất nộn ộp thẳng đứng dưới đáy móng:

úz=0.6kG/cm2; úz=0.4kG/cm2; úz=0.2kG/cm2

3.Kiểm tra điều kiện ổn định về cường độ của lớp bựn

4.Tớnh toỏn và vẽ biểu đồ độ lỳn của nền đất dưới múng theo thời gian

Sau một thời gian làm việc nghiêm túc với sự hướng dẫn tận tình của thầy ThS Nguyễn Văn Phóng, tôi đã hoàn thành đồ án môn học với nội dung như sau:

Mở đầu

Chương 1: Thiết kế móng dưới tường

Chương 2: Xây dựng các đường cựng ứng suất

Chương 3: Kiểm tra điều kiện ổn định về cường độ của lớp bựn

Chương 4: Tớnh toỏn và vẽ biểu đồ độ lỳn của nền đất dưới múng theo thời gian

Kết luận

Bản đố án không những là điều kiện để tôi trau dồi, ôn luyện mở rộng thêm kiến thức mà nó còn là điều kiền để tôi tập làm quen dần với những đồ án tiếp theo lớn hơn, với yêu cầu cao hơn mà cụ thể là đồ án tốt nghiệp sau này

Do trình độ còn nhiều hạn chế nên bản đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong được sự hướng dẫn, chỉ bảo của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn đồng nghiệp

Xin chân thành cám ơn !

Hà Nội , tháng 3 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Tất Thỡn

Chương 1: Thiết kế móng dưới tường

Thiết kế móng là một công việc phức tạp liên quan đến nhiều vấn đề Căn

cứ vào điều kiện của đất nền khi xây dựng công trình : bên dưới là lớp bựn sột,dày vụ tận , lớp đất đắp bên trên là lớp sột pha dẻo cứng,dày 4m Căn cứ vào đặc điểm của công trình khi xõy dựng một cụng trỡnh nhà kho cú tường rộng 0.4m,tải trọng tỏc dụng đúng tâm trên một mét dài tường là Ptc=26 (T/m) Tôi đi đến quyết định chọn loại móng băng có độ cứng hữu hạn với chiều sâu chôn móng là h=1,7(m) Bởi nếu đặt móng vào lớp sột pha dẻo cứng công trình sẽ đảm bảo ổn định hơn so với lớp bựn sột bên dưới

Ta cú: b2 + k1.b – k2 = 0 (1)

với : k1= M1.h + M2

w

c

 - M3 tb..

w

h m





k2 = 3

H

w

m 





Trong đó: - tb là khối lượng thể tích trung bình của vật liệu làm móng và đất ở trên móng, tb = 2,2 (T/m3)

- c là lực dính của khối đất đắp c= 0,34 (kG/cm2) =3,4(T/m2)

- w là khối lượng thể tích của khối đất đắp, w= 2,01 (T/m3)

- PH là tải trọng tác dụng lên móng băng lấy cho 1(m) dài :

ta có : PH = Ptc = 26 (T)

Lớp sét pha dẻo cứng cú j = 15o nên ta có : M1 = 7,11

M2= 14,995

M3 = 3,11

Ta cú : k1=7,11.1,7 + 14,995.2,013, 4 -3,11.2, 2.1,71.2, 01 = 31,66

k2 = 3,11.26

1.2.01 =40,23 Giải phường trỡnh (1) ta cú: b1=1,22 (thỏa món), b2=-32,88 (loại)

Chọn : chiều rộng móng băng b = 1,3 ( m )

Mặt khác, do móng băng có độ cứng hữu hạn thì có 1< tgtk<2

Gọi d là chiều sâu chôn tường (m)

Suy ra: 1 <2(b b t )

h d



 <2  1<2(1, 71,3 0.4 d)<2  1,25 < d < 1,475 Chọn d=1,4 => hm=h-d = 1,7-1,4= 0,3(m)

Do hm=0,3m<0,35m nờn múng thiết kế là 1 bậc

Chọn bề rộng mặt trờn múng>bề rộng tường từ 30-40 cm nờn ta chọn chiều rộng mặt trờn múng là 0,7(m)

Kiểm tra kích thước móng, ta có bgh= bt + 2.hm.tggh = 0,4 + 2 0,3 tggh

Suy ra bgh1= 1,0 (m) < b=1,3 (m) < bgh2=1,6 (m) => thỏa mãn yêu cầu

Do đây là công trỡnh cú quy mụ vừa và nhỏ nờn ta cú:

F=

w

tc

tc β.

P

 Trong đó: Rtc = m(A.b + B.h ) w +c.D

Với: m =

tc k

m

m1. 2

m1 là hệ số điều kiện làm việc của nền, m1=1,1

m2 là hệ số điều kiện làm việc của công trình m2=1

ktc là hệ số tin cậy, lấy bằng 1,1

A,B,D là các hệ số tra bảng phụ thuộc vào góc ma sát trong của khối đất đắp, với  = 15o , ta có : A=0,325 ; B=2,3 ; D= 4,84

Ta chọn õ w=2,2 (T/m3)

=> Rtc=(0,325.1,3+2,3.1,7).2,01 + 3,4.4,84 =25,16(T/m2)

Xột cho 1m chiều dài múng:

F ≥

w

tc

tc β.

P

 => b.1 ≥25,16 2, 2.1, 726

 =>1,3 ≥ 1,2 (Thỏa món)

Tính bêtông và cốt thép :

- Tính chiều dày lớp bêtông phủ trờn cốt thộp:

h0 ≥

cp m.R

Q L

Trong đó: Q = a.ú.L

L chiều dài múng lấy =1m

a là khoảng cỏch từ mép móng đến mép tường

a = 2

t

b b =1,3 0, 4 2



=0.45(m)

ú là ứng suất tiếp xúc dưới đế múng, ú = P

F

P –ỏp lực tớnh toỏn cú kể đến hệ số vượt tải n=1,1-1,2,

P=P

tc

.n

m-hệ số điều kiện làm việc của múng lấy m=1

R

cp

- Cường độ khỏng cắt cho phộp của bê tông thường chọn

bờ tụng mỏc 100#-200#.Tra bảng được R

cp

= 65kG/cm

2

= 650T/m

2

=> ú = 26.1, 21,3 = 24(T/m2)

Q=0,45.24.1 = 10,8(T)

Ta cú: h0 ≥ 10,8

1.65.1= 0,17(m) Nờn chọn ho= 0,2(m)

Ta cú Số lượng cốt thộp :

Fa=

M

m m R h

Trong đó: M= .a 2

2

L

 =24.0,45 12

2 =2,43(T.m) m-hệ số làm việc của bờ tụng,m=0,9-1 lấy m=1

ma-hệ số làm việc của cốt thộp,ma=0,9-1 lấy=1

Ra-Cường độ chịu kộo của cốt thộp

Chọn Ra=2100(kG/cm2)= 21000 (T/m2)

=> Fa= 1 1 21000 0, 22, 43

   =5,8 (cm2) Chọn cốt thộp chịu lực là ϕ10, cốt thộp phõn bố là ϕ6

Số thanh cốt thép cho 1 đơn vị chiều dài là:

n =

a

a

f

F

5,8 3,14 0,5  = 7,4(cm)

Ta chọn số thanh cốt thép cho 1 đơn vị dài là 8 thanh ϕ10

Khoảng cỏch giữa cỏc cốt thộp chịu lực là

C = L-2eN-1 = 1-2.0,038-1 =0,13(m)

Chương 2: Xây dựng các đường cựng ứng suất

Áp lực dưới đáy móng:

Xét 1 đơn vị chiều dài múng:

P=G Ptc

F



=G

F +Ptc

F

Trong đó: G là trọng lượng móng và đất phủ trên móng :

G = F.h õ w => G

F =1.1,7.2,2 = 3,74(T/m2) P

tc

/F =26/(1.1,3)=20(T/m

2

)

=> P=3,74+20=23,74(T/m2)

Áp lực gõy lỳn: Pgl= P-h.w =23,74 – 1,7.2,01= 20,32(T/m2)=2,03(kG/cm2)

Để xây dựng các đường cùng ứng suất ta sẽ chia nền đất dưới đáy móng thành các ô vuông, kích thước tùy ý, tính úz tại các điểm mắt lưới và ghi giá trị đóvào các mắt lưới

Ta có:

úz =0,6 ( KG/cm2 )

úz =0,4 ( KG/cm2 )

úz = 0,2 ( KG/cm2 )

ứng suất dưới đáy móng được tính theo công thức

úz = k Pgl

Nhưng trong quá trình làm tôi thấy có thể xây dựng các đường cùng ứng suất bằng cách sau : Do úz và Pgl là các hằng số nênta sẽ tìm được cụ thể giá trị k

Từ đó ta có thể tìm được chính xác độ sâu của các điểm có cùng ứng suất Sau

đó ta nối các điểm có cùng ứng suất lại với nhau sẽ được đường cùng ứng suất

I Với úz =0,6 ( KG/cm2 )

=> k = z

gl

p



= 2,030,6 = 0,296 ứng với k = 0,296 ta sẽ có các cặp nghiệm tương ứng sau :

1,  0

b

y

 y = 0 , z 2, 0014

2, y 0, 25

b   y = 0,325 , z 2,0014

3, y 0,5

b   y = 0,65 , z 1, 75

b   z = 2,28( m )

4, y 0, 75

b   y = 0,975 , z 1, 45

b   z = 1,885( m )

II. Với úz =0,4 ( KG/cm2 )

=> k = z

gl

p



= 2,030, 4 = 0,197 ứng với k = 0,197 ta sẽ có các cặp nghiệm tương ứng sau :

1,  0

b

y

 y = 0 , z 3, 002

2, y 0, 25

b   y = 0,325 , z 3, 002

3, y 0,5

b   y = 0,65 , z 3, 00235

4, y 1

b   y = 1,3 , z 2

b   z = 2,6 ( m )

III Với úz =0,2 ( KG/cm2 )

=> k = z

gl

p



= 2,030, 2 = 0,1 ứng với k = 0,296 ta sẽ có các cặp nghiệm tương ứng sau :

1,  0

b

y

 y = 0 , z 6, 03

b   z = 7,84 ( m )

2, y 0, 25

b   y = 0,325 , z 6

b   z = 7,8 ( m )

3, y 0,5

b   y = 0,65 , z 6

b   z = 7,8( m )

4, y 1

b   y = 1,3 , z 6

b   z = 7,8 ( m )

Từ các giá trị tính toán ở trên ta vẽ được đường cùng ứng suất như hình sau:

Chương 3: Kiểm tra điều kiện ổn định về cường độ của lớp bựn

Kiểm tra hệ số ổn định k đối với múng khối quy ước đặt đến mặt lớp bựn

là: k=

tc qu z

bt bt

R

   ≥ [k] =1,2 Trong đó: - Rqutc là sức chịu tải tiờu chuẩn của múng khối quy ước đặt trờn mặt lớp bựn

Rqutc = A.bqu.ó2 + B.hqu.ó1 + c.D

ó2 – Khối lượng thể tớch của lớp bựn ó2=1,49(g/cm3)=1,49(T/m3)

ó1- Khối lượng thể tớch trung bỡnh của lớp 1 và lớp 2.Lấy ócủa lớp 2

=> ó1 = 2,01(T/m3)

Cỏc hệ số A,B,D tra bảng theo gúc ử của lớp 3

Với ử=5,5 => A=0,09 ; B=1,355 ; D=3,66

Trong ÄABC cú AB = 4-0,2=3,8(m)

Ta cú : tgử= AC

AB => AC= AB.tgử = 3,8.tg15=1,02(m)

=> bqu=b+2AC = 1,3+2.1,02=3,34(m)

Vậy: Rqutc= 0,09.3,34.1,49+1,355.5,5.2.01+3,4.3,66 = 27,87(T/m2)

- úbtz là ứng suất bản thân đặt tại lớp bựn

úbtz=w.hqu=2,01.5,5=11,055(T/m2)

- úz là ứng suất phụ thờm của cụng trỡnh gõy ra tại mặt lớp bựn

Ta cú:úz=kz.Pgl với Pgl=20,32(T/m2)

Ta xột những điểm nằm trờn trục đi qua tâm múng vỡ tại những điểm này ứng suất phụ thờm do tải trọng cụng trỡnh gõy ra là max nờn ta cú:

y/b=0 ; z/b=3,8/1,3=2,923

Tra bảng=> kz=0,2177

Nờn : úz=0,2177.20,32= 4,42(T/m2)

Vậy : k=11,055 4, 4227,87

 =4,2≥ [k] =1,2 => Lớp bùn đảm bảo ổn định về cường độ

Chương 4: Tính toán và vẽ biểu đồ độ lỳn của nền đất dưới

múng theo thời gian.

Ta cú : Lớp 2 cú k2 = 3.10-7(cm/s)

Lớp 3 cú k3 = 0,1.10-7(cm/s)

=> k2 >k3 nên nước thoỏt từ dưới lờn trờn

chọn sơ đồ tớnh là sơ đồ “2” với h=2hs

Chiều dày lớp tương đương hs do múng là múng mềm nờn hs=Aw0.b

Móng băng nên ỡ=0,3 tra bảng được Aw0 = 3,12

=>hs=3,12.1,3=4,056(m)

Chiều dày vựng hoạt động nộn ộp:H = 2hs=2.4,056=8,112(m)

Độ lỳn cuối cựng của móng được xác định theo phương phỏp lớp tương đương: S = aom.Pgl.hs

Ta cú :aomlà hệ số nén lún rút đổi: aom = oi

s

a hi.Zi 2h



-Với lớp 2 : w=23,1% , ó

w

=2,01(T/m

3

) , ó

s

=2,73(T/m

3

) ,

a

1-2

=0,031(cm

2

/kG)

=>o1 = s.(1 0,01 )

W

w







= 2,73.(1 0,01.23,1)

2,01



= 1,67

ao1 =

01

1

a



 = 1 1,670,031

 = 0,012(cm2/kG) -Với lớp 3 : w=69% , ów=1,49(T/m3) ; ós=2,49(T/m3)

a

1-2

=0,094 (cm

2

/kG)

=>o1 = s.(1 0,01 )

W

w







= 2, 49.(1 0,01.69)

1, 49



= 2,82

ao2 =

02

1

a



 = 1 2,820,094

 = 0,025(cm2/kG)

Ta cú : h1=3,8 (m) => h2=H- h1=8,112-3,8=4,312(m)

Z1=H- h1/2=8.112-3,8/2=6,212(m)

Z2=h2/2=4,312/2=2,156(m)

Vậy hệ số nộn lún rút đổi: aom= oi

2 s

a hi.Zi 2h



8,1122

0, 012.3,8.6, 212

0,025.4,312.2,156 2.4,056 =0,016(cm2/kG)

=>S = aom.Pgl.hs= 0,016.2,032.4,056=0,129(m)=12,9(cm)

Vỡ hệ số thấm của nền đất giảm dần theo chiều sâu nên nước thoỏt ra từ dưới lên trên.Do đó độ lỳn theo thời gian tính theo sơ đồ “2” nờn nhõn cố kết:

N2= 22

4.h

П Cvm.t

Với : Cvm= m

om

k

a n

k

m

= h /k +h / k 1 1 1 2

H

811, 2

380 / 3.10  431, 2 / 0,1.10 

-8

(cm/s) => Cvm=

8

1,83.10 0,016.0,001



=1,144.10-3(cm2/s)=36069,3(cm2/năm)

Ta cú: N2= 22

4.h

2

2 4

3,14 4.8,112 10 36069,3.t = 0,13.t => t=7,69 N2

Kết luận

Đồ án môn học Cơ học đất – Nền và móng là một đồ án quan trọng, nó giúp cho sinh viên củng cố thêm kiến thức một cách vững chắc và hiểu thêm về các công việc của một người kỹ sư Địa chất công trình

Sau một thời gian làm việc tích cực và nghiêm túc của bản thân, với

sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy giáo trong bộ môn Địa chất công trình và

sự góp ý của các bạn trong tập thể lớp ĐCCT- ĐKT B.K51, đến nay tôi đã hoàn thành bản đồ án theo đúng thời gian quy định

Đây là một trong những bản đồ án đầu tiên mà tôi hoàn thành, do trình độ cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên bản đồ án chỉ dừng lại ở mức

là làm bài tập và làm quen với công việc thiết kế Do đó không thể tránh khỏi những sai sót Tôi rất mong tiếp tục được sự chỉ bảo, hướng dẫn của các thầy

cô giáo trong bộ môn và các bạn để tôi ngày một hoàn thiện hơn

Một lần nữa, Tôi xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 18 tháng 3 năm 2010 Sinh viên thực hiện :

Nguyễn Tất Thỡn