ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN MÓNG K2004 ĐH BÁCH KHOA ĐN THIẾT KẾ MÓNG NÔNG VÀ MÓNG CỌC

II.Nghiên cứu phương án: Do yêu cầu thiết kế đối với công trình dân dụng,nhà làm việc nên ta có thể thiết kế và tính toán nền móng theo các phương án sau: 1.. Phương án 1 : Thiêt kế và

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN NỀN

MÓNG

ĐỀ BÀI : THIẾT KẾ NỀN MÓNG CHO MỘT CÔNG TRÌNH

XÂY DỰNG THEO CÁC SỐ LIỆU

1.Sơ đồ mặt bằng : SƠ ĐỒ 1

2.Kích thước cột : 55x 30(cm2)

3.Tải trọng tính toán:

TẢI TRỌNG CỘT GIỮAN(t) M(tm) Q(t) CỘT BIÊNN(t) M(tm) Q(t)

Dungtrọng

(g/cm3 )

Độẩmtựnhiênw(%)

Giớihạnnhão

wnh(%)

Giớihạndẻo

wd(%)

tc(độ)

PHẦN 1: ĐÁNH GIÁ VÀ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN

I Đánh giá tình hình nền đất :

1 Lớp 1: Đất cát hạt trung.

Hệ số rỗng tự nhiên e0 =0.684 (0.55≤ e0 ≤ 0.70 ) =>Lớp đất 1 ở trạng thái chặt vừa

Độ bảo hòa nước:   

0 1

01 , 0



w

684 , 0

64 , 2 25 01 , 0

0.965

G1=0.868 > 0,8 => Đất ở trạng tháiú no nước

2.Lớp 2: Đất á sét

Chỉ số dẻo: Aw nh w d 36-22= 14

Chỉ số sệt:   

A

w w

Độ bảo hòa nước:   

0 1

01 , 0



w G

743 , 0

67 , 2 26 01 , 0

Độ bảo hòa nước:   

0

1 0 , 01



w G

692 , 0

71 , 2 26 01 , 0

= 1,018

G1=1,018>0,8Đất ở trạng thái no nước

Nhận xét: Lớp đất đầu tiên ở trạng thái rất ẩm , có nhiều trạng thái vật lý tương đối

tốt.Do đó có thể làm đất nền thiên thiên cho các công trình xây dựng

II.Nghiên cứu phương án: Do yêu cầu thiết kế đối với công

trình dân dụng,nhà làm việc nên ta có thể thiết kế và tính toán nền móng theo các phương án sau:

1 Phương án 1 : Thiêt kế và tính toán móng nông bằng bê tông

cốt thép (loại móng đơn)

-Thiết kế và tính toán móng cho cột giữa

-Thiết kế và tính toán móng cho cột biên (lệch tâm)

2 Phương án 2 : Thiết kế và tính toán móng cọc đài thấp bao

gồm:

-Thiết kế và tính toán móng cho cột giữa

-Thiết kế và tính toán móng cho cột biên

PHẦN 2: THIẾT KẾ VÀ TÍNH

TOÁN.

PHƯƠNG ÁN 1: MÓNG NÔNG.

I.Thiết kế và tính toán móng nông cho cột giữa :

1.Chọn vật liệu làm móng:

-Bê tông mác 200 có:Rn= 900(T/m2) ; Rk=75 (T/m2)

-Cốt thép AII có: Ra=26000(T/m2).(thép gờ)

hm=1.5m , đảm bảo cách mực nước ngầm không nhỏ hơn 0,5 m.Móng nằm trong lớp cát hạt trung có: t/c = 300;

ct/c= 0,06(Kg/cm2)=0.6(T/m2)

3.Sơ bộ chọn kích thước móng :

15 81

 (T); Mtc = 1 88

2 , 1

25 2

 (T);  

2 , 1

tc Q

2 , 1

7 1

 (T);+ Xác định sơ bộ kích thước móng bằng cách giải phương trình:

b3+K1b2-K2=0.(1) Trong đó : K1=







m tb tc

m

h M C M h

Với M1,M2,M3 là các hệ số phụ thuộc : t/c = 300.Tra bảng có:

23 , 2 872 , 0 96 , 1

6 , 0 93 6 5 1 87 ,

K2= 21 49

96 1 4 , 1 1

625 67 872 ,

Thay K1, K2 vào phương trình (1) có: b3+7.938b2-21.49=0

Giải phương trình trên ta có:b= 1,509(m); => chọn b=1,8(m) => a=1.8.1,4 =2.5(m)

+ cường độ tiêu chuẩn của nền đất :

m

tc m A b B h D c

Trong đó A,B,D là các hệ số phụ thuộc vào t/c.

Tra bảng ta có :A=1,15;B=5,59;D=7,95;Lấy hệ số điều kiện làm việc :m = 1

Rtc= (1,15.1,8+5,59.1,5).1,96+7,95.0,6 = 25,262(T/m2)

Từ điều kiện:

m tb tc

tc

h R

N F

4 Kiểm tra nền theo điều kiện áp lực tiêu chuẩn :

a, Xác định áp lực trung bình tại đáy móng :tbd (T/m)

tbtc = 2 , 23 1 , 5 18 373 ( / )

5 , 4

625

m T h

Vậy tbtc = 18,373(T/m2) < Rtc = 25,262(T/m2)

b, Tính áp lực lớn nhất và nhỏ nhất tại đáy móng :

tc

min max,

e b

5,1.42.188.1

tc tc

2 1 875 , 1

0

N

h Q M

tc

tc tc

059 , 0 6 1 5 , 2 8 , 1

6775 , 82

059 , 0 6 1 5 , 2 8 , 1

6775 , 82

a, Chia đất móng thành từng lớp phân tố và có chiều dày hi :

hi ≤ (0,2÷0,4).b (m).chọn=> hi = 0,5 (m), đối với cả 3 lớp.b,Tính và vẽ biểu đồ ứng suất do trọng lượng bản thân của đất gây ra :

i

n

i i

trong đó : zi :là chiều dày lớp phân tố thứ i

i :là dung trọng lớp đất thứ i (Nếu lớp đất trong mực nước ngầm thì dùng dn của lớp đất đó)

684 , 0 1

) 1 64 , 2 (

1 1

(

).

1 (

) 0



743 , 0 1

) 1 67 , 2 (

1 1

) 1 (



692 , 0 1

) 1 71 , 2 (

1 1

) 1 (

Với:k0i la ìhệ số phụ thuộc vào tỷ số 

. là áp lực gây lún tại đáy móng

Lập bảng tính toán và vẽ biểu đồ: Bảng 1

Điể

tb zi

 (T/

m2)

gl zi

Tính độ lún:

Độ lún được xác định theo công thức sau:  

S S

1

2 1

1 





Trong đó : 1i, 2i được xác định bởi biểu đồ đường cong nén lún tương ứng với P1i,P2i được xác định theo côngthức sau:

) (

Hinh ve

6 Tính toán nền theo trạng thái giới hạn I ü:

Dùng tổ hợp bổ sung, tải trọng tính toán:

Ctc: lực dính đơn vị của nền, Ctc =0.6(T/m2)

hm: chiều sâu chân móng, hm = 1.5 (m)

x: tọa độ của điểm tính sức chịu tải: x=(b/2=2/2=)=1(m)

3 97

N

)

6 1

m tb a

N

)

6 1

tt tt a

N

h Q M

3 97

5 , 1 9 , 1 4 4

0745 , 0 6 1 ( 5 4

3 97



bị trượt theo mặt đáy móng ,phải thỏa mãn điều kiện sau:

f :Hệ số ma sát giữa móng và đất nền,lấy f =0,45

T tt:Tổng tải trọng xô ngang tại đáy và mô men tính toán

h

M Q

5 , 1

4 4 9 ,

1   T



Vậy: tt tt

d f T

N  :Thỏa mãn điều kiện ổn định về trượt

7 Tính toán kết cấu móng :

R a

.(

66 ,

55 , 0 5 , 2 (

66 ,

c R b

.(

66 ,

3 , 0 8 , 1 (

66 ,

b.

Sơ bộ chọn chiều cao móng đảm bảo độ bền chống chọc thủng trên mặt phẳng nghiêng:

Như vậy chọn chiều cao móng h =0,7 m là phù hợp

8 Tính toán và bố trí cốt thép:

Trước hết ta tính các giá trị mômen theo hai tiết diện I-I,II-II :

Ta xem móng được ngàm qua chân cột vuông góc với cạnh dài đế móng

Lấy hai giá trị mô men trên dùng để tính toán cốt thép cho móng

*Tính toán cốt thép: Tổng Diện tích cốt thép:

a a

I

I

a

R m h

M

F

10 034 ,

10 573 ,

Chọn và bố trí cốt thép :

+ Với FaI-I=19,36(cm2) => Chọn 1314 có FaI-I =20,01(cm2)

Khoảng cách giữa 2 cốt thép liên tiếp: 200

12

50 2 2500







Chọn a = 200(mm), lớp bảo vệ hai đầu là 3,5 cm, chiều dài

mỗi thanh thép : L = 1730(mm)

Vậy lớp cốt thép cần dùng : 1314, a = 200, L= 1730(mm)

+Với FaII-II = 15,91(cm2)

=> Chọn 1114 có FaI-I =16,93(cm2)

Khoảng cách giữa 2 cốt thép liên tiếp:

10

50 2

1800 



Chọn a = 170 (mm) , lớp bảo vệ hai đầu là 3.5 cm chiều dài

mỗi thanh thép là : L = 2430 (mm)

Vậy lớp cốt thép cần dùng : 1114, a = 170, L= 2430(mm)

0,2(mII

I

0,4(m)

I

II

a=17 0 2

10030090?

100

1

1314 2

. .

đma x

II.Thiết kế và tính toán móng nông cho cột biên:

Tổ hợp cơ bản,tải trọng tiêu chuẩn ở mặt móng:

) ( 92 , 66 2

65 , 2

00 , 2

-Cốt thép AII có: Ra=26000(T/m2)

2.Xác định kích thước móng:

Chiều sâu chôn móng: hm=1,5(m)

Kích thước móng:

+ Xác định sơ bộ kích thước móng bằng cách giải phương trình:

b3+K1b2-K2=0.(1) Trong đó : K1=







m tb tc

m

h M C

M h

Với M1,M2,M3 là các hệ số phụ thuộc : t/c = 300.Tra bảng có:

M1=4,87; M2=6,93; M3=0,872;   1 , 83

b a

a=17 0 I

I

K1= 1 , 5 7 , 938

96 , 1

23 , 2 872 , 0 96 , 1

6 , 0 93 , 6 5 , 1 87 ,

K2= 16 , 239

96 , 1 2 , 1 1

92 , 66 872 ,

Thay K1, K2 vào phương trình (1) có: b3+7,938b2 -16,239=0

Giải phương trình trên ta có:

b= 1,325(m); => chọn b=1,4(m) => a=1,83.1,4=2,56(m)=>chọn a=2,6 (m)

Vậy ta có : F=a.b=2,6.1,4=3,64(cm2)

m

tc m A b B h D c

Trong đó :A,B,D là các hệ số phụ thuộc vàot/c.=300

Tra bảng ta có :A=1,15;B=5,59;D=7,95; m=1;ctc=0,6(T/m2)

Rtc=1 ( 1 , 15 1 , 40 5 , 59 1 , 5 ) 1 , 96 7 , 95 0 , 6 29 , 232 ( / 2 ).

m T

tc h R

N F

92 ,

Diện tích đáy móng : F =a.b =1,4.2,6 =3,64 (m2)

3.Kiểm tra móng: maxtc  1 , 2R tc

tc tc

tb R



) / ( 729 , 21 5 , 1 23 , 2 64 , 3

92 , 66

tc

b

e a

e F

N

.)6.61(

0 min

tc m tc tc

a

N

h Q

5 , 1 67 , 1 21 , 2

070 , 0 6 1 ( 64 , 3

92 , 66

Điều kiện được thoả mản

4.Kiểm tra điều kiện lún của móng theo trạng thái giới hạn thứ 2:

Với S  [ Sgh ] = 8 (cm).

a, Chia đất móng thành từng lớp phân tố và có chiều dày hi :

hi ≤ (0,2÷0,4).b (m).chọn=> hi = 0,5 (m), đối với cả 3 lớp.b,Tính và vẽ biểu đồ ứng suất do trọng lượng bản thân của đất gây ra :

i

n

i i

trong đó : zi :là chiều dày lớp phân tố thứ i

i :là dung trọng lớp đất thứ i (Nếu lớp đất trong mực nước ngầm thì dùng dn của lớp đất đó)

684,01

)164,2.(

11

(

)

1(

) 0



743,01

)167,2.(

11

)1(



692,01

)171,2.(

11

)1(

i

zi k 

  0 . Với:k0i la ìhệ số phụ thuộc vào tỷ số 

. là áp lực gây lún tại đáy móng

Lập bảng tính toán và vẽ biểu đồ: Bảng 1

Điể

bt zi

 (T/

m2)

gl zi

=>Ta tính lún đến lớp này, độ sâu so với đáy móng là 5,0(m).

Tính độ lún:

Độ lún được xác định theo công thức sau:  

S S

1

2 1

1 





Trong đó : 1i, 2i được xác định bởi biểu đồ đường cong nén lún tương ứng với P1i,P2i được xác định theo côngthức sau:

) (

Thỏa mãn điều kiện S i =6,66(cm) <Sgh=8,00(cm)

5.Tính toán kiểm tra theo trạng thái giới hạn thứ nhất:

Tổ hợp bổ sung,tải trọng tính toán của móng như sau:

) ( 45 ,

Trong đó: Rgh : sức chịu tải giới hạn của nền đất, được tính theo công thức:

m C C h

Ctc: lực dính đơn vị của nền, Ctc =0,6 (T/m2)

hm: chiều sâu chân móng, hm = 1,5 (m)

x: tọa độ của điểm tính sức chịu tải: x=0,5 (m)

45 , 88

N

)

6 1 (

min

tt tt a

N

h Q M

e   . 4,0288,245,5.1,5 0,0878 (m)

=>mã min tt ,  ) 2 , 23 1 , 5

6 , 2

0878 , 0 6 1 ( 64 , 3

45 , 88



 => tt

max

 = 32,57(T/m2) tt

min

 =22,718(T/m2)Vậy tb tt  27 , 644 R gh  87 , 229 (T/m2)

mintt  22 , 718  0

maxtt  32 , 57  1 , 2R gh 

Các điều kiện trên đều thoả

bị trượt theo mặt đáy móng ,phải thỏa mãn điều kiện sau:

f :Hệ số ma sát giữa móng và đất nền,lấy f =0,45

T tt:Tổng tải trọng xô ngang tại đáy và mô men tính toán

h

M Q

5 , 1

02 , 4 5 ,



Vậy: tt tt

d f T

N  :Thỏa mãn điều kiệnổn định về trượt

7 Tính toán kết cấu móng :

R a

.(

66 ,

55 , 0 6 , 2 (

66 ,

R b

.(

66 ,

3 , 0 4 , 1 (

66 ,

(0,55+0,3+1,5h0)h0

Thay giá trị h0=0,65 m vào bất phương trình

53,894 ≤ 177,188

Như vậy chọn chiều cao móng h =0,7 m là phù hợp

8 Tính toán và bố trí cốt thép:

Trước hết ta tính các giá trị mômen theo hai tiết diện I-I,II-II :

Ta xem móng được ngàm qua chân cột vuông góc với cạnh dài đế móng

(Tm)

Lấy hai giá trị mô men trên dùng để tính toán cốt thép cho

móng

*Tính toán cốt thép:

Tổng Diện tích cốt thép:

a a a

R m h

M F

9 ,

0 0

max



h0 : chiều cao làm việc của cốt thép,có h0=0,75(m)=75(cm)

Ra : cường độ chịu kéo của cốt thépAII, có

10 954 ,

10 808 ,

=> Chọn 916 có FaI-I =18,10 (cm2)

Khoảng cách giữa 2 cốt thép liên tiếp:

8

50 2

Vậy lớp cốt thép cần dùng : 916, a = 160, L= 2530(mm)

+Với FaII-II =8,42(cm2) => Chọn 1012 có FaII-II =11,31(cm2)

Khoảng cách giữa 2 cốt thép liên tiếp: 277

9

50 2 2600







Chọn a = 280(mm), lớp bảo vệ hai đầu là 3,5 cm, chiều dài

mỗi thanh thép : L = 1330(mm)

Vậy lớp cốt thép cần dùng : 1012, a = 280, L= 1330(mm)

II 0,2(m)

0,3(m)

I

II

tt mã

)

PHƯƠNG ÁN 2: THIẾT KẾ MÓNG CỌC ĐÀI THẤP

I.Thiết kế và tính toán móng giữa:

1.Chọn vật liệu làm cọc và đài cọc:

-Cọc bê tông cốt thép mác 250: Rn=1100(T/m2);Rk=88(T/m2)-Dùng 414 làm cốt dọc ,có diện tích Fa=6,16(cm2)

-Cọc ngàm vào đài 500(mm),trong đó:phần thép nhô ra là

350(mm)ì; phần thân cọc là 150(mm) (xem laị)

-Cọc ma sát hạ bằng búa thường

-Bê tông đài Mác 200 : Rn=900(T/m2);Rk=75(T/m2)

-Cốt thép AII (cốt chịu lực) có: Ra=2600(Kg/cm2)=26000(T/m2)

; thép AI dùng làm đai

Chọn kích thước và tiết diện cọc :

-Cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông đặc ,kích thướcF=25.25=625(cm2)

-Chiều dài cọc: L=7,5(m)

Chọn kích thước đài cọc :

độ sâu đáy đài là 1,2 m

2.Xác định sức chịu tải của cọc theo phương dọc trục :

a.Theo vật liệu làm cọc:

Móng cọc bê tông cốt thép có sức chịu tải theo phương dọc trục của cọc là:

P vl   (R.b F b R a F a)

Trong đó: Rb: cường độ của bê tông khi chịu nén dọc trục

Rb=1100(T/m2)

Ra: cường độ chịu nén của cốt thép Ra=26000(T/m2)

Fb,Fa:diện tích thiết diện ngang của bê tông và cốt thép dọc

φ:hệ số uốn dọc của cọc, cọc xuyên qua lớp đất yếu (á sét dẻo mềm) nên phải xét đến uốn dọc:

Đáy lớp á sét cách đáy đài 5,8m =>ltt=5,8m , 23 , 2

25 , 0

8 , 5

i

i fi

fi :lực ma sát giới hạn đơn vị trung bình của mổi lớp đất mà cọc đi qua,phụ thuộc trạng thái và chiều sâu trung bình của mổi lớp đất tính từ mặt đất tự nhiên hoặc mực nước

0,6(m)

2(m)0,6(m)

4(m)

3(m)

=>P dn  18 , 93 (T) P vl  62 , 73 (T) ( nhận thấy Pvl ≈(2÷2,5)Pđn

=> hợp lí)

Vậy ta dùng P đn  29 , 91 (T) làm giá trị tính toán

3.Xác định kích thước sơ bộ của đế đài:

Aïp lực tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc gây ra:

) 25 , 0 3 (

91 , 29 )

3 (

2 2

15 , 81

2

m h

N F

m tb tt

4.Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng:

Số lượng cọc trong móng sơ bộ được xác định theo công

P sức chịu tải tính toán

của mổi cọc P coc P 29 , 91 (T)

:

 hệ số kinh nghiệm kể đến

ảnh hưởng của tải trọng ngang

395 , 86

Sơ đồ bố trí cọc:

c :khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng

đến mép đài ≥ 5cm =>chọn c = 7,5cm

L: khoảng cách từ tim cọc đến tim cọc gần nhau trong đài (L≥ 3d) , chọn L= 1000cm

6.Xác định chiều sâu chôn đài ;

Móng cọc đaì thấp phải thoã mãn điều kiện : h  0,7hmin

Với hmin =

b

H tg

.

).

2 45 ( 0



Với :  = 300 ;  = 1,96; b = 1,4(m);

H Q tt = 1,7(T)

4 , 1 96 , 1

7 , 1 ).

2

30 45 (

0 0

200

200

250250

550

300

n tt

x

x M n

N P

1 2

max max

k tt

x

x M n

N P

1 2

max min

Q M

n x

x :khoảng cách lớn nhất từ trọng tâm cọc chịu nén nhiều nhất đến trục vừa nói trên, và cọc chịu kéo nhiều nhất

xmax=1000/2=500(mm)=0,5(m)n:số cọc trong móng ,n=4

xI:khoảng cách từ trọng tâm cọc i đến trục đó, có:

    0 , 5 ( )  2  4 0 , 5 2  1 , 0 ( 2 )

4 3 2

59 , 103

59 , 103

min

P

Vậy cọc chịu nén tốt, với p0min >0 nên không có cọc chịu kéo,

ta không cần kiểm tra điều kiện chống nhổ

b, Kiểm tra tải trọng ngang tác dụng lên cọc:

Với điều kiện : H0 < Hng

H0 : Lực tác dụng lên mỗi cọc, giả thiết tải trọng ngang phân bố đều lên tất cả các cọc trong móng H0 =

).

( 475 , 0 4

9 , 1

T n

6.Kiểm tra cường độ của đất nền:

Để kiểm tra cường độ của đất nền tại mũi cọc, coi cọc,đài cọc và phần đất giữa các cọc là một móng khối quy

ước(phần gạch chéo trên hình) Diện tích đáy móng khối quy ước xác định theo công thức sau đây :

h h

h

01 , 22 2

, 2 4 3

15 2 , 2 19 4 30 0 , 3

3 2 1

3 3 2 2 1

đ mã

W

M F

6

3 3

a

d

Vậy áp lực đáy khối quy ước là :

/ ( 462 , 40 93

, 2

2 , 8 9 , 1 4 , 4 75 , 6

09 , 227

m T W

M F

N

đq đq

2 , 8 9 , 1 4 , 4 75 , 6

09 , 227

m T W

M F

N

đq đq

b, xác định sức chịu tải của đất nền :

Cường độ tính toán của đất dưới đáy móng quy ước xác định theo công thức sau :

] ).

.

tc tb

qu qu

2 , 8 442 , 3 6 , 2 610 , 0 [(



qu tc

i i

h S

1

1

2 1

 i i

bt  h

 1,96.3+0.958.4+1,011.1,2=10,925(T/m2 )(lớp đất dưới mực nước ngầm thay   đn)

 Vẽ biểu đồ ứng suất do tải trọng ngoài gây ra: gl

gl   H

  

tb

 : áp lục trung bình dưới mặt phẳng đáy khối móng qui ước

31 , 30 75

, 6

5 , 123 15 , 81

của lớp đất trên mặt phẳng mủi cọc , dưới mực nước ngầm lấy đn )

Chia nền đất dưới đáy khối móng qui ước thành nhiều lớp phân tố có chiều dày:

) ( 04 , 1 6 , 2 4 , 0 4

2 , 0 257

=>xem phạm vi nén lún kết thúc tại đây

Bảng xác định các giá trị:P1i,P2i ,1i ,2i

=>thỏa mãn điều kiện nén lún

Biểu đồ đường cong nén lún:

11.Kiểm tra cường độ của cọc khi vận chuyển và khi treo lên giá búa:

Muốn đảm bảo điều kiện chịu lực tốt nhất thì phải đặt vị trí các móc treo sao cho trị số mômen dương lớn nhất bằng trị số mômen âm lớn nhất.Từ điều này ta xác định được đoạn

K: he so tai trong dong

M gh R a.F a.(h o  a' )  2600 3 , 08 ( 25  4 )  168168 (kG.cm)  1 , 68 (Tm)