Tính toán thiết kế chung cư Hiệp Phú

MÔ TẢ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH: Công tác khảo sát địa chất phục vụ công trình chung cư Hiệp Phú với khối lượng khảo sát gồm 2 hố khoan, nền đất tại đây được cấu tạo bởi 5 lớp đất như sau: 1.

HỆ ĐÀO TẠO: CHÍNH QUY NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

THÁNG 10 - 2010

CHƯƠNG 1

ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

1.1 MÔ TẢ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH:

Công tác khảo sát địa chất phục vụ công trình chung cư Hiệp Phú với khối lượng

khảo sát gồm 2 hố khoan, nền đất tại đây được cấu tạo bởi 5 lớp đất như sau:

1.1.1 Mặt cắt địa chất công trình :

Hình 5.1 Mặt cắt địa chất công trình

1.1.2 Mô tả tình hình địa chất công trình:

Từ mặt đất hiện hữu đến độ sâu đã khảo sát là 44 m , nền đất được cấu tạo bởi 6 lớp

đất thể hiện rõ trên các hình trụ hố khoan và mặt cắt địa chất công trình

1.1.2.1 Lớp đất số 1:

Là lớp đất đắp ; bề dày tại H =1.3m

1.2.1.2 Lớp đất số 2:

Sét pha cát lẫn sỏi sạn Laterite- trạng thái dẻo cứng, là lớp đất tốt

Lớp đất số 2 có bề dày H =5.70m tại cao độ -7.0m Tính chất cơ lý đặc trưng

của các lớp như sau:

Sét lẫn bột và ít cát , màu xám trắng, nâu đỏ, trạng thái dẻo cứng Lớp đất

số 3 có bề dày tại H =3.9m tại cao độ -10.9m

Tính chất cơ lý đặc trưng các lớp như sau:

1.1.3 Tình hình địa chất thủy văn:

Về mặt địa chất thuỷ văn, mực nước ngầm được quan sát tại 2 vị trí hố khoan trong

thời điểm khảo sát, mực nước xuất hiện ở độ sâu cách mặt đất hiện hữu tại H=3.0m

Dung trọng

Tỷ trọng

Độ bão hòa

Độ rỗng

Hệ số rỗng

Giới hạn chảy dẻo

Độ sệt

Nén đơn

Q u

Lực dính C

Góc

ma sát trong

g/cm3

G.hạn nhão

G.hạ

n dẻo

Chỉ

số dẻo

Tự nhiên Khô

Đẩy nổi

1.1.4 Đánh giá nhận xét điều kiện địa chất:

Kết quả khảo sát địa chất vị trí xây dựng công trình: Chung cư Hiệp Phúvới khối

lượng 2 hố khoan sâu 44m cho thấy:

- Lớp 1: là lớp đất đắp yếu

- Lớp 2: Sét pha cát lẫn sỏi sạn Laterite, trạng thái dẻo cứng, là lớp đất tốt

- Lớp 3: lớp sét lẫn boat, trạng thái dẻo cứng là lớp đất tương đối tốt

- Lớp 4: Lớp sét pha cát tương đối tốt

- Lớp 5: là lớp sét trạng thái nửa cứng, là lớp đất tương đối tốt

- Lớp 6: lớp cát trạng thái chặt vừa là lớp đất rất tốt

1.1.5 Phân tích lựa chọn phương án móng:

Dựa vào địa chất công trình và tải trọng truyền xuống chân cột lớn, do đó phương án

móng tốt nhất cho công trình là móng cọc và khoan nhồi Đối với móng cọc ta lựa chọn

phương án móng cọc ép là hợp lý hơn cọc đóng(ít gây chấn động) Bởi vì phương án móng

cọc ép có các ưu điểm sau:

+ Thích hợp với điều kiện xây chen, ít ảnh hưởng đến công trình lân cận

+ Không gây tiếng động lớn

+ Giá thành tương đối rẻ và được dùng phổ biến hiện nay

Bên cạnh những ưu điểm, phương án cọc ép còn có một số khuyết điểm sau : trong

điều kiện địa chất gặp lớp đất cát có chiều dày lớn, các chướng ngại vật, thì việc hạ cọc

gặp khó khăn

Trong những năm gần đây, để phục vụ cho vấn đề xây chen trong thành phố việc áp

dụng cọc ép, cọc khoan dẫn kết hợp với búa thủy lực để xây dựng các loại nhà cao tầng

khá phổ biến

Phương pháp ép cọc có ưu điểm là không gây chấn động và tiếng ồn khi thi công

nhưng sức ép không lớn, chiều dài và tiết diện cọc bị hạn chế Khi chiều dài cọc lớn thì

phải nối nhiều đoạn tốn thời gian thi công và thêm kinh phí Khi ép cọc gặp lớp cát hoặc

đất dính ở trạng thái dẻo cứng thì khó ép cọc qua nếu sức ép không lớn Chiều dài cọc

khoảng 26m

Khi thi công đóng hoặc ép cọc thì khối đất cọc chiếm chỗ lớn, sẽ gây trồi rất nguy

hiểm cho các công trình lân cận Do đó để khắc phục nhược điểm này thì ta chọn phương

pháp khoan dẫn áp dụng sẽ hợp lý hơn

1.2 TÍNH TOÁN NỘI LỰC CHO MÓNG :

M2

M2 M-1

MẶT BẰNG MÓNG

Từ kết quả nội lực của khung trục 5, ta chọn các cặp nội lực bất lợi nhất để tính

móng đó là:

(Mmax, Ntư); (Mmin, Ntư); (Nmax, Mtư)

BẢNG CÁC CẶP NỘI LỰC BẤT LỢI CHO 4 MÓNG KHUNG TRỤC 5

(T)

M (Tm)

Q (T)

*Nội lực tính toán được lấy từ cặp nội lực gây bất lợi nhất

- Chọn giá trị nội lực ở chân cột A5 là:

* Ta thấy nội lực ở chân cột A5 & D5, B5 & C5 chênh lệch nhau không quá 15% nội lực

nên ta chọn giá trị nội lực lớn hơn để tính cho cột còn lại

SƠ ĐỒ LỰC VÀ MÓNG

CHƯƠNG II

TÍNH MÓNG CỌC ÉP BTCT

Cọc ép được tính toán theo các trạng thái giới hạn:

- Trạng thái giới hạn thứ nhất TTGH1 (cường độ) dùng tải trọng tính toán để thiết

kế cọc, tính toán đài cọc, kiểm tra khả năng chịu tải của cọc

- Trạng thái giới hạn thứ hai TTGH2 (biến dạng) dùng tải trọng tiêu chuẩn để tính

lún móng, kiểm tra sức chịu tải của đất nền

2.1 Chọn chiều cao đài và chiều sâu chôn móng:

- Chiều cao tối thiểu của đài xác định theo công thức:

- Mũi cọc cắm vào lớp đất thứ 6 (lớp cát ) là lớp đất tốt một đoạn 1.25m

2.3 Kiểm tra cốt thép trong cọc khi vận chuyển và lắp dựng:

2.3.1 Khi vận chuyển:

Mmax2 > Mmax1 nên ta dùng Mmax2 để kiểm tra vận chuyển , cẩu lắp

* Kiểm tra khả năng chịu lực cho phép là :

2.4 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC:

2.4.1 Sức chịu tải của cọc theo điều kiện vật liệu :

- Sức chịu tải tính toán theo vật liệu của cọc được tính theo công thức sau :

Pvl = m(mRRbFb + RaFa)

- Trong đó:

m : Hệ số điều kiện làm việc, lấy m = 1

lấy mR = 1.0

Fa : Diện tích tiết diện ngang cốt dọc, Với 416 có Fa = 8.04 cm2

=>Vậy khả năng chịu lực của cọc theo vật liệu :

Pv = 1.0  1.0  (1.0  130  900 + 2800  8.04 ) = 139512 kG = 139.5(T)

2.4.2 Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền:

- Sức chịu tải của cọc đóng (ép) dựa vào điều kiện của đất nền được xác định theo

p R

tc m m q A u m f l Q

1

(5-5) Trong đó : k

- Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất: m = 1

phương pháp hạ cọc ( tra bảng A.3 trang 56 TCXD – 205 : 1998)

=> mR = 1.1

- Ap : diện tích mũi cọc lấy bằng diện tích tiết diện ngang của cọc: Ap=

- u : chu vi ngoài của tiết diện ngang của cọc: u = 120 cm=1.2m

- li : chiều dày lớp đất thứ i mà cọc xuyên qua

chuẩn (Bảng A2)

cách tra bảng (Bảng A1)

Cấu tạo các lớp đất cọc xuyên qua

Tính chất cơ lý của các lớp đất bao quanh thân cọc

Lớp đất



3 19.19 9.82 22.4 14020’

- Độ sâu tính toán ở mũi cọc: Z = -26.55 m so với mặt nền tư nhiên

- Mũi cọc cắm vào lớp đất 6 là lớp cát vừa đến cát mịn lẫn bột, màu xám trắng,

trạng thái bời rời

Độ sệt Độ h i (m) f si m f l i f i

i i f P

p R

và tuỳ thuộc vào số lượng cọc trong mĩng

2.4.3 Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền: (tính theo phụ lục B

TCXD 205:1998)

QU = QS + QP

- Trong đĩ :

a

Q Q Q

 

* Thành phần ma sát thành cọc:

QS = AS fS = u fSi..li (5-8)

qP = c.Nc + v’ Nq + ’.d.N = c.Nc + v’ Nq (bỏ qua thành phần

Trong đó:

c : Lực dính của lớp đất dưới mũi cọc (c=0.25T/m2)

Nc, Nq, N : Hệ số sức chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát của đất 

Kết luận : So sánh ba kết quả xác định sức chịu tải tính toán của cọc theo điều kiện

vật liệu và theo điều kiện đất nền, thì ta thấy sức chịu tải của cọc theo điều kiện vật liệu

lớn hơn sức chịu tải của cọc theo điều kiện đất nền, nên để thiên về an toàn ta lấy trị số

nhỏ hơn để tính toán, tức là lấy kết quả theo đất nền

Tóm lại, sức chịu tải cho phép của cọc :

2.3.6.1.Xác định sơ bộ diện tích đài cọc, số lượng cọc:

* Sơ bộ chọn diện tích đài cọc:

- Chọn sơ bộ khoảng cách giữa các cọc là 3d = 3 x 0.3 = 0.9m

- Ứng suất trung bình dưới đáy đài sẽ là:

 2 2

91.95

113.50.9

3

a tb

Q d

- Diện tích đài cọc được xác định sơ bộ theo công thức:

 





Trong đó:

+ Trọng lượng riêng trung bình của lớp đất tính từ đáy đài cọc lên

lấy tb = 2g/cm3=2 T/m3

Từ đó ta tính được diện tích sơ bộ của đài cọc như sau:

376.2

3.39 2 113.5 2.0 1.2

d

Chọn diện tích móng : 2.0x2.0m có Fd=4.00m2

* Chọn số lượng cọc trong đài:

- Tải trọng thẳng đứng tại đáy đài:

- Đối với móng chịu tải trọng lệch tâm thì số lượng cọc được xác định theo công

thức sơ bộ như sau:

tt

c

a

N n

- Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đến mép đài chọn là 0.15m

- Khoảng cách cọc ngàm trong đài: 0.15m

2.3.6.3 Kiểm tra thiết kế móng cọc:

* Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc :

* Tải trọng tác dụng lên cọc ở hàng cọc biên:

2max

min max,

i tt

c

tt

x

x M n

N P

Mtt : momen uốn tính toán ở đáy đài (có kể lực cắt tại chân cột)

xmax : khoảng cách từ trục chính của đài cọc trên mặt bằng tới trục của hàng cọc

biên

bộ cọc trên đáy đài)

N P

Ta thấy : Pmax=84.85 < Qa =91.95T : cọc đủ khả năng chịu lực, thỏa mãn điều

kiện áp lực lớn nhất truyền xuống hàng cọc nhỏ hơn sức chịu tải cho phép và Pmin>0

nên không cần kiểm tra nhổ

* Kiểm tra ổn định nền dưới đáy móng khối quy ước:

- Xác định kích thước khối móng qui ước :

* Kích thước đáy móng khối qui ước

Chiều dài của đáy móng khối quy ước :

am = a + 2 x hc x tg = 2 + 2 x 23.85 x 0.069 = 5.3(m)

Bề rộng của khối móng quy ước:

Bm = b + 2 x hc x tg = 2 + 2 x 23.85 x 0.069 = 5.3(m)

* Xác định trọng lượng của móng khối qui ước :

- Trọng lượng đất phủ trên đài:

Q1 = n x Fm x tb x h = 1.1 x 28.09 x 2 x 2.7 = 166.9 (T) h: độ sâu chôn đài

- Trọng lượng cọc 0,3 x 0,3m dài 23.85(m)

Q2 = n x nc x Fc x Lc x bt =1.1 x 5 x 0.3 x 0.3 x 23.85 x 2.5 = 29.51 (T)

- Trọng lượng đất từ mũi cọc đến đáy đài :

m tb

h F

* Ap lực tiêu chuẩn ở đáy khối móng quy ước :

Cường độ tính toán của đất ở đáy khối móng quy ước :

Tra bảng m1 = 1.2 ; m2 = 1.23 (nội suy)

 : Góc ma sát trong lớp đất dưới đáy móng khối quy ước ( = 27005’)

(Tra bảng 2-1 trang 64 sách “Nền Và Móng các công trình dân dụng và công

nghiệp” của “GSTS Nguyễn Văn Quảng”) và nội suy :

=> A = 0.913 ; B = 4.651 ; D = 7.157

’:Trị tính toán thứ hai trung bình của trọng lượng thể tích

=>  = 0.951 (T/m3) ; ’ = tb = 1.203 (T/m3)

Ctc

: Lực dính đơn vị lớp đất tại mũi cọc (Ctc= 0.25 T/m2) : Chiều cao móng khối qui ước (h

m tc

m

tc

W

M F

 Thõa mãn điều kiện Vậy nền đất dưới đáy móng khối qui ước ổn định

Móng khối quy ước

* Kiểm tra lún dưới đáy móng qui ước:

- Dùng phương pháp phân tầng cộng lún :

zgl = k0 x P0 : Áp lực gây lún tại độ sâu z

2 / )

 gl zi gl zi z



B Z

 2

i

B

Chia nền thành các lớp có chiều dày 1m, ta lập bảng tính sau:

Ñieåm hi Z 2Z/B mqu A mqu /B m

bt = 0.2 x 34.952= 6.99(T/m2)

N=1173.9T M=157.3T

5300

30.14 31.343 32.546 33.749 34.952

11.65 11.09 9.09 6.80 4.95

* Kiểm tra điều kiện xuyên thủng:

- Chọn chiều cao đài cọc:

- Tính toán và bố trí thép theo 2 phương

- Khi tính toán thép cho đài cọc ta xem sơ đồ tính như 1 console ngàm tại mép cột

(mặt ngàm 1-1 & 2-2) chịu lực tác dụng là các phản lực đầu cọc

- Tải trọng tác dụng lên mỗi cọc trong móng:

max 2

20.97 386.8

Trong đó:

 P2 P4  77.36 10.7 0.7    84.85T (xi1=0.7m)

 P5  77.36 0   77.36T (xi2=0m)

 P1P3  77.36 10.7 0.7    69.87T (xi1=-0.7m)

- Xem đài cọc làm việc như consol ngàm vào cột tại mép cột:

2.3.6.1.Xác định sơ bộ diện tích đài cọc, số lượng cọc:

* Sơ bộ chọn diện tích đài cọc:

- Chọn sơ bộ khoảng cách giữa các cọc là 3d = 3 x 0.3 = 0.9m

- Ứng suất trung bình dưới đáy đài sẽ là:

 2 2

91.95

113.50.9

3

a tb

Q d

- Diện tích đài cọc được xác định sơ bộ theo công thức:

 





Trong đó:

+ Trọng lượng riêng trung bình của lớp đất tính từ đáy đài cọc lên

lấy tb = 2g/cm3=2 T/m3

Từ đó ta tính được diện tích sơ bộ của đài cọc như sau:

615

5.54 2 113.5 2.0 1.2

d

Chọn diện tích móng : 2.5x3m có Fd=7.5m2

* Chọn số lượng cọc trong đài:

- Tải trọng thẳng đứng tại đáy đài:

- Đối với móng chịu tải trọng lệch tâm thì số lượng cọc được xác định theo công thức

sơ bộ như sau:

tt

c

N n

Q



 

Trong đó: : Hệ số xét đến ảnh hưởng của momen tác động lên móng cọc, lấy trong

Chọn :  = 1.2

- Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đến mép đài chọn là 0.15m

- Khoảng cách cọc ngàm trong đài: 0.15m

Vậy chọn số lượng cọc móng M2 trục B5 là 9 cọc

5.3.6.2.Bố trí cọc trong đài:

- Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đến mép đài chọn là 0.15m

- Khoảng cách cọc ngàm trong đài: 0.15m

Mặt bằng bố trí cọc móng M2

2.3.6.3 Kiểm tra thiết kế móng cọc:

* Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc :

* Tải trọng tác dụng lên cọc ở hàng cọc biên:

2max

min max,

i tt

c

tt

x

x M n

N P

Mtt : momen uốn tính toán ở đáy đài (có kể lực cắt tại chân cột)

xmax : khoảng cách từ trục chính của đài cọc trên mặt bằng tới trục của hàng cọc

biên

bộ cọc trên đáy đài)

N P

Ta thấy : Pmax=72.2 < Qa =91.95T : cọc đủ khả năng chịu lực, thỏa mãn điều kiện

áp lực lớn nhất truyền xuống hàng cọc nhỏ hơn sức chịu tải cho phép và Pmin>0 nên

không cần kiểm tra nhổ

* Kiểm tra ổn định nền dưới đáy móng khối quy ước:

- Xác định kích thước khối móng qui ước :

- Khối móng qui ước được xác định bằng góc mở

* Kích thước đáy móng khối qui ước

Chiều dài của đáy móng khối quy ước :

am = a + 2 x hc x tg = 3 + 2 x 23.85 x 0.069 = 6.3(m)

Bề rộng của khối móng quy ước:

Bm = b + 2 x hc x tg = 2.5+ 2 x 23.85 x 0.069 = 5.8(m)

* Xác định trọng lượng của móng khối qui ước :

- Trọng lượng đất phủ trên đài:

m tb

h F

* Nội lực tiêu chuẩn gây ra tại đáy móng khối quy ước :

Ntc = Ntc0 + Qm = 534.8+1037 = 1571.8 (T)

Mtc = Mtc

0 + Qtc

* Ap lực tiêu chuẩn ở đáy khối móng quy ước :

Cường độ tính toán của đất ở đáy khối móng quy ước :

Tra bảng m1 = 1.2 ; m2 = 1.23 (nội suy)

 : Góc ma sát trong lớp đất dưới đáy móng khối quy ước ( = 27005’)

(Tra bảng 2-1 trang 64 sách “Nền Và Móng các công trình dân dụng và công

nghiệp” của “GSTS Nguyễn Văn Quảng”) và nội suy :

=> A = 0.913 ; B = 4.651 ; D = 7.157

’:Trị tính toán thứ hai trung bình của trọng lượng thể tích

=>  = 0.951 (T/m3) ; ’ = tb = 1.133 (T/m3)

Ctc

: Lực dính đơn vị lớp đất tại mũi cọc (Ctc= 0.25 T/m2)

hm : Chiều cao móng khối qui ước (hm = 25.05 m)

m tc

m

tc

W

M F

=> Thõa mãn điều kiện Vậy nền đất dưới đáy móng khối qui ước ổn định

Móng khối quy ước

* Kiểm tra lún dưới đáy móng qui ước:

zgl = k0 x P0 : Áp lực gây lún tại độ sâu z

2 / )

 gl zi gl zi z

5.8 1.45

i

B

Chia nền thành các lớp có chiều dày 1m, ta lập bảng tính sau:

Ñieåm hi Z 2Z/B mqu A mqu /B m

bt = 0.2 x 35.178= 7.04(T/m2)

* Độ lún của nền:

i tb i

N=1571.8T M=397.8T

0 1 2 3 4

28.38 29.513 30.646 31.779 32.912

14.62 14.12 12.5 10.35 8.17

* Kiểm tra điều kiện xuyên thủng:

- Chọn chiều cao đài cọc:

- Tiết diện cột:

- Tính toán và bố trí thép theo 2 phương

- Khi tính toán thép cho đài cọc ta xem sơ đồ tính như 1 console ngàm tại mép cột

(mặt ngàm 1-1 & 2-2) chịu lực tác dụng là các phản lực đầu cọc

300 1200

P 3 +P 6 +P 9 =234.6(T) 800

- Tải trọng tác dụng lên mỗi cọc trong móng:

max 2

55.6 634.8

 P3 P6 P9  70.5 6.44 1.2    78.2T (xi1=1.2m)

 P2 P5 P8  70.5 0   70.5T (xi2=0m)

 P1P4 P7  70.5 6.44 1.2    62.77T (xi1=-1.2m)

- Xem đài cọc làm việc như consol ngàm vào cột tại mép cột:

không lớn hơn nhiệu so với sức chịu tải theo đất nền, do đó ta không thể ép được cọc

xuống tới độ sâu cần thiết Mặt khác do lớp cát quá dày nên phương án móng cọc ép

là chưa hợp lý, do đó ta sẽ dùng phương án MÓNG CỌC KHOAN NHỒI

CHƯƠNG III

TÍNH MÓNG CỌC KHOAN NHỒI

* Ưu điểm của cọc khoan nhồi :

- Xây nhà và công trình gần những công trình mà trong quá trình sử dụng lâu dài

đã có những biến dạng rõ rệt vì nếu dùng cọc đóng sẽ gây ra lực va đập và rung sẽ

ảnh hưởng có hại đến việc phát triển biến dạng không cho phép đối với công trình lân

cận

- Những nơi cho phép thi công gây ra tiếng ồn lớn như trường học, bệnh viện thì

không thể dùng máy đóng cọc mà chỉ nên sử dụng cọc khoan nhồi

- Sử dụng cọc khoan nhồi ở điều kiện đất nền mà kích thước của cọc đóng vượt

quá kích thước tiêu chuẩn thường dùng hoặc những nơi mà việc đào đất bằng máy đào

và làm rời cũng như dùng cọc đóng về mật kĩ thuật là không thực hiện được

- Làm móng nhà cao tầng hoặc cầu lớn trên đất đá đã bị phá hỏng do quá trình

phong hoá và rất khác nhau về thành phần đất

- Có thể đạt đến chiều sâu hàng trăm mét, phát huy triệt để đường kính và chiều

dài cọc

- Có khả năng tiếp thu được tải trọng lớn

* Nhược điểm của cọc khoan nhồi :

- Thi công cọc khoan nhồi phải có thiết bị tốt và chuyên gia có nhiều kinh nghiệm,

chi phí đầu tư lớn cho máy móc và thiết bị

- Khó kiểm tra chất lượng lỗ cọc và thân cọc sau khi đổ bêtông cũng như sự tiếp

xúc xấu giữa mũi cọc và lớp đất chịu lực

- Công trình có thể kém sạch sẽ do lượng đất đổ ra từ gầu khoan, nhất là những nơi

đất yếu hoặc sình lầy

- Ma sát ở thân cọc có thể giảm đáng kể so với cọc ép và cọc đóng do công nghệ

tạo lỗ khoan