tính toán nền móng

tính toán nền móng

Chơng 7: tính toán nền móng

7.1 Số liệu địa chất

Theo báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình, khu đất xây dựng công trình khá bằng phẳng, từ trên xuống gồm các lớp đất có các chỉ tiêu cơ lý nh sau:

Đất yếu

Lớp 2:

Sét pha

Lớp 3:

Sét

Lớp 4: Cát vừa

STT Têngọi lớp đất Chiềudày (m) γ

(T/m3)

W (%)

WL (%)

WP (%)

ϕ

(độ)

C (kg/cm2)

E (kg/cm2)

Mặt cắt địa chất công trình

1: Đất yếu có chiều dày trung bình 0,9m 2: Sét pha có chiều dày trung bình 3m 3: Sét có chiều dày trung bình 5,6 m 4: Cát vừa cha kết thúc trong phạm vi lỗ khoan

Hình 7.1: Mặt cắt địa chất công trình

Đánh gía điều kiện địa chất công trình

 Lớp đất 1: là lớp đất yếu, sức chịu tải không đáng kể, dự kiến đầu móng sẽ đặt tại lớp đất 1

 Lớp đất 2: là đất sét pha trạng thái cứng Đây là lớp đất tơng đối tốt nhng chiều dày của nó không lớn lắm (3 m)

 Lớp đất 3: Sét Đây là lớp đất tơng đối tốt, nhng chiều dày của nó không lớn lắm (5,6 m)

 Lớp đất 4: Cát hạt vừă Đây là lớp đất tốt, chiều sâu của lớp đất theo chiều khoan thăm dò địa chất thì cho đến hết hố khoan vẫn cha kết thúc lớp đất này Đây là lớp đất mà ta dự kiến chọn làm để chịu tải chính cho công trình

7.2 Lựa chọn giải pháp móng

Các cặp giá trị nội lực nguy hiểm nhất dùng để tính toán móng

Việc so sánh lựa chọn giải pháp móng phụ thuộc vào các yếu tố sau đây :

- Điều kiện địa chất thuỷ văn nơi xây dựng công trình

- Tải trọng tác dụng lên công trình

- Đặc diểm cấu tạo và sử dụng công trình

2

3

4 -15000 -9500

-3000

cao độ tự nhiên

1

- Điều kiện và khả năng thi công móng.

- Yêu cầu về thời gian

- Tình hình , đặc điểm các móng và các công trình lân cận

- Quan trọng nhất là chỉ tiêu kinh tế

Nhận thấy nội lực chân cột lớn nhất là Nmax= - 357 T (Chân cột B) Do đó, giải pháp móng nông (móng băng dới cột) là không phù hợp Do đó, các giải pháp móng sẽ chú trọng tới giải pháp móng sâu

Công trình xây dựng là trụ sở là việc của HĐND - UBND Tỉnh Thái Bình

- Giải pháp cọc khoan nhồi: Giá thành lớn, mặt khác tải trọng do công trình truyền xuống không quá lớn cho nên không xét đến phơng án này

- Giải pháp móng cọc ép: Có u điểm là không gây chấn động và tiếng ồn trong khi thi công, nhng 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 tăng kinh phí Khi gặp lớp cát hoặc đất dính ở trạng thái dẻo cứng thì khó ép qua nếu sức ép không lớn ép cọc th-ờng tốn điện năng và kéo dài thời gian thi công

điểm là gây tiếng ồn lớn trong thi công và chấn động cho các công trình xung quanh

⇒ Qua so sánh các giải pháp ta thấy phơng án móng cọc ép là hợp lí nhất Và đi tính toán thiết kế móng cho công trình là Móng cọc ép.

Thiết kế móng trục A

7.3 Sơ bộ kích thớc cọc, đài cọc

Cặp giá trị nội lực tính toán:

- Dài 10m, tiết diện 0,3 x 0,3m,

- Thép dọc chịu lực 4 φ 16 AII: Ra = 2700kg/cm2

- Thép đai AI: Ra = 1700kg/cm2

- Bê tông M250: có Rn= 110kg/cm2; Rk = 8,8kg/cm2

(tính từ cốt thiên nhiên) Ngàm cọc vào đài 0,1m bằng cách đập bê tông đầu cọc cho cốt thép chủ của cọc ngàm chặt vào đài 0,3 m

• Chọn chiều sâu đặt đế đài: h = 1,5 m (Nằm vào lớp đất 2)

Làm lớp vữa lót bê tông xi măng M75 đá 4x 6 dày 10cm dới đáy đài

7.4 Xác định sức chịu tải của cọc

7.4.1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc

PVL = φ.(Ra.Fa + Rb.Fb) (7-1)

φ =1: Móng cọc đài thấp, cọc không xuyên qua bùn, than bùn

Rb = 110 KG/cm2

Fb = 30 30 = 900 cm2

Ra = 2700 kG/cm2

Fa = 8,04 cm (4 φ 16)

Pvl = 1.(2700 8,04 + 110 900) = 120708 KG = 120,708 (T)

7.4.2 Sức chịu tải của cọc theo đất nền

Mũi cọc tỳ lên lớp cát vừa nên cọc làm việc theo sơ đồ cọc ma sát Sức chịu tải của cọc theo đất nền xác định theo công thức:

Pđ = m.(mR R F+ u

n

f i i

i 1

m f h

=

∑ ) (7-2) Trong đó:

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

mR, mf = 1: Hệ số điều kiện làm việc của đất, tra trong bảng 5-5 giáo trình Nền

và móng - Trờng Đại học kiến trúc Hà Nội

U: chu vi tiết diện ngang cọc

li: chiều dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc

fi: cờng độ tính toán của ma sát thành lớp đất thứ i với bề mặt xung quanh cọc, tra bảng 5-4 SGK Nền và móng có nội suy

F: diện tích tiết diện ngang cọc

Cờng độ tính toán của đất ở mũi cọc với độ sâu H = - 11 m (Kể từ cốt thiên nhiên) Tra bảng 5-2 giáo trình Nền và móng, đối với cát vừa (có nội suy) có:R = 400 (T/m2) Cờng độ tính toán của đất theo mặt xung quanh:

Chia nền đất thành các lớp phân tố có chiều dày hi≤ 2m (Zi và H tính từ cốt thiên nhiên) Cụ thể lớp cát vừa mà cọc cắm vào là 1,5m chia 1 lớp Sơ đồ xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền nh hình 7 2

h 0 0

m

0

n

-15000

cao độ tự nhiên

-9500

-3900

4

3

2 1

Hình 7.2: Sơ đồ xác định sức chịu tải của cọc móng trục A

Tra bảng 5 - 3 giáo trình Nền - Móng (có nội suy) ta có:

Z1 = 2,1 m, IL = 0,24 ⇒ f1 = 3,74 (T/m2); h1 = 1 m

Z2 = 3,25 m, IL = 0,24 ⇒ f2 = 4,385 (T/m2); h2 = 1,3 m

Z3 = 4,9 m, IL = 0,22 ⇒ f3 = 5,252 (T/m2); h3 = 2m

Z4 = 6,9 m, IL = 0,22 ⇒ f4 = 5,942 (T/m2); h4 = 2m

Z5 = 8,7 m, IL = 0,22 ⇒ f5 = 5,938 (T/m2); h5 = 1,6m

Pđ =1.[1 400 0,3 0,3 + 0,3.4 (3,74 1 + 4,385 1,3 + 5,252 2 + 5,942 2 + 5,938 1,6 + 6,153 1,5)] = 96,67 (T)

d tc

Có P’đ = 69,05 T < Pv = 120,708 T Nên lấy P’đ để đa vào tính toán

7.5 Xác định số lợng cọc và bố trí cọc trong móng

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

'

Giả thiết trọng lợng thể tích trung bình của đài và đất trên đài là γtb = 2 T/m3

Diện tích sơ bộ đáy đài:

tt

2 0

tt tb

85,24 2.1,5.1,1

−

Trọng lợng của đài và đất trên đài:

Nđtt = n Fđ h γtb = 1,1 3,36 1,5 2 = 11,09 (T) (7-5) Lực dọc tính toán đến cốt đế đài:

Ntt = N0tt + Nđtt = 275,694 + 11,09 = 286,784 (T)

Số lợng cọc sơ bộ:

tt

d

69,05 P

Vì móng chịu tải lệch tâm nên lấy số cọc nc’ = 6 cọc

Bố trí các cọc trong mặt bằng nh hình 7.3:

bố trí cọc móng trục A.

7.6 Kiểm tra móng cọc

7.6.1 Kiểm tra sức chịu tải của cọc

Giả thiết chiều cao đài là: hđ = 0,7m

Diện tích đế đài thực tế:

Fđ’ = 2,3 1,4 = 3,22m2

Trọng lợng tính toán của đài và đất trên đài thực tế:

N’đtt = n.F’đ h γtb = 1,1 3,22 1,5 2 = 10,626 (T)

Lực dọc xác định đến cốt đế đài thực tế:

Ntt = N0 + Ntt = 275,694 + 10,626 = 286,32 (T)

Mômen tính toán xác định tơng ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đế

đài:

Mtt = M0 + H0 hđ = 11,702 + 7,783 0,7 = 17,15 (T.m) (7-7) Lực dọc truyền xuống các cọc dãy biên:

tt tt

2 c

i 1

M x

P

6

=

2300

3 2

1

250 900

900 250

300

500

max = 50,1 (T)

Ptt

min = 45,34 (T)

Trọng lợng tính toán của cọc:

Pc = 0,3 0,3 9,65 2,5 1,1 = 2,4 (T)

ở đây: Ptt

max + Pc = 50,1 + 2,475 = 52,5 (T) < P’đ = 69,05 (T) Thoả mãn điều kiện lực max truyền xuống dãy cọc biên và Ptt

min = 45,34 > 0 nên không phải kiểm tra theo

điều kiện chống nhổ

7.6.2 Kiểm tra cờng độ đất nền

Độ lún của nền móng cọc đợc tính theo độ lún của nền khối móng quy ớc có mặt cắt là: abcd

3,5 4,21 5,07 6,34 7,96 10,14 13,16 16,91 21,29 24,59 25,345

T/m2 T/m2

Z gl

s

bt Z

s 68,43 59,4 51,25 44,01 37,7 32,26 27,74.

24,12 21,4 19.6

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

b

0

h

cao độ tự nhiên

1 2

3

4

Hình 7.4: Sơ đồ tính lún móng trục A.

4

φ

α = (7-9)

tb

17,76

o

17,76

4, 44

Chiều dài khối móng quy ớc:

LM = L+2H tgα = 0,9 2 + 0,3 + 2.9,65 tgα = 3,56 m (7-11) Chiều rộng khối móng quy ớc:

BM = B+2H tgα= 0,9 + 0,3 + 2 9,65 tgα = 2,66 m (7-12) Chiều cao khối móng quy ớc: HM = 11m

•Xác định trọng lợng của khối móng quy ớc

- Trị tiêu chuẩn của cọc dài 10 m:

Nctc= 10 0,3 0,3 2,5 = 2,25 (T)

- Trong phạm vi từ đế đài trở lên có thể xác định theo công thức:

N1c = LM BM h γtb = 3,56 2,66 1,6 2 = 30,3 (T)

- Trọng lợng của lớp sét pha trong phạm vi từ đế đài đến hết lớp sét pha (trừ đi phần thể tích bị cọc chiếm chỗ):

N2c = (3,56 2,66 2,3 - 2,3 0,3 0,3 6) 1,73 = 35,53 (T)

- Trọng lợng của 6 đoạn cọc trong phạm vi lớp sét pha:

c

10

- Trọng lợng của lớp sét từ hết lớp sét pha đến hết lớp sét:

N3c = (3,56 2,66 5,6 - 5,6 0,3 0,3 6) 1,72 = 86,01 (T)

- Trọng lợng của 6 đoạn cọc trong phạm vi lớp sét:

c

10

- Trọng lợng của lớp cát từ hết lớp sét đến đáy khối quy ớc:

N4c = (3,56 2,66 1,5 -1,5 0,3 0,3 6) 1,7 = 22,77 (T)

- Trọng lợng của 6 đoạn cọc trong phạm vi lớp sét:

c

10

⇒ Trọng lợng của khối móng quy ớc:

Nc

q = N1c + N 2c + Nc2c + N3c + Nc3c + N4c + Nc4c

= 30,3 + 35,53 + 3,1 + 86,01 + 7,56 + 22,77 + 2,025 = 187,295 (T)

- Lực dọc tiêu chuẩn xác định đến đáy khối quy ớc:

NKc = N0c+ Nqc =Nott Ncqu 275,694 187, 295 417,04

- Mômen tiêu chuẩn tơng ứng tại trọng tâm đáy khối quy ớc:

MKc = M0c + H0c H =Mtto Hott H 11,702 7,783.11 81,1(T.m)

Độ lệch tâm:

c K c K

417,04 N

= = = (7-15)

- áp lực tiêu chuẩn tại đáy khối quy ớc:

c

max

min

σ =

- Cờng độ tính toán của đất ở đáy khối móng quy ớc:

tc

m m

K

Trong đó: Ktc = 1 (vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp) Tra bảng: 2 -2 giáo trình Nền và Móng có:

m1 = 1,4; m2 = 1 (Vì công trình không thuộc loại tuyệt đối cứng)

ϕII = 23o tra bảng 2 -1 giáo trình Nền và móng ta có:

γII = 1,7 (T/m3)

II

1,7

(T/m3) (7-18)

1

1,2.RM = 1,2 117,6 = 141,12 (T/m2)

Thoả mãn điều kiện: σcmax =58,51(T / m )2 < 1,2.RM = 141,12 (T/m2)

Vậy có thể tính toán đợc độ lún của nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính Trờng hợp này đất từ mũi cọc trở xuống có chiều dày lớn, đáy của khối móng quy ớc

có diện tích bé nên dùng mô hình nền nửa không gian biến dạng tuyến tính để tính toán Tính toán theo phơng pháp phân tầng lấy tổng

7.6.3 Kiểm tra biến dạng (độ lún) của móng cọc

- Tại đáy lớp đất yếu:

- Tại đáy lớp sét pha:

- Tại đáy lớp sét:

- Tại đáy khối móng quy ớc:

σglz 0= = σ − σ =ctb bt 44,04 18,695 25,345(T / m )− = 2 (7-19) Chia nền đất dới đáy khối móng quy ớc thành các lớp phân tố có chiều dày bằng

Kết quả tính toán độ lún của các lớp phân tố đợc ghi trong bảng 7-1

Bảng 7-1: Kết quả tính lún lớp phân tố.

Điểm

2Z B

M M

L

(T/m 2)

σz bt

(T/m 2)

66 , 2

56 , 3

Giới hạn nền lấy đến điểm 7 ở độ sâu 3,724 m kể từ đáy khối quy ớc Thoả mãn

điều kiện σzgl = 6,34 < 1 zbt 44,01 8,8(T / m )2

Độ lún của nền:

5

gl i zi i

i 1

E

=

β

=∑ σ (7-20) Lấy β = 0,8

25,345 24,585 24,585 21, 29 21,29 16,91

16,91 13,164 13,164 10,138 10,138 7,96 7,96 6,34 2500

S = 0,019 m = 2,2cm < Sgh = 8cm

Điều kiện độ lún tuyệt đối đợc thoả mãn Trong phạm vi các móng thuộc trục này,

điều kiện địa chất của đất dới các móng ít thay đổi, tải trọng căn bản là giống nhau do vậy độ lún lệch tơng đối giữa các móng trong trục này đảm bảo không vợt quá giới hạn

cho phép, còn độ lún lệch tơng đối giữa các móng trong trục này và các móng thuộc trục khác sẽ đợc kiểm tra khi tính toán đợc độ lún cho các móng thuộc trục khác

7.7 Tính toán đài cọc

Lấy lớp bê tông bảo vệ a = 15cm

7.7.1 Tính toán chọc thủng

Xác định chiều cao đài cọc theo điều kiện chọc thủng: vẽ tháp chọc thủng thì đáy tháp nằm ra ngoài trục các cọc Nh vậy đài cọc không bị chọc thủng, nên điều kiện chọc thủng đợc đảm bảo

7.7.2 Tính toán chịu uốn

h0 = h – a = 0,7 – 0,15 = 0,55 m

Sơ đồ mặt ngàm móng trục A nh hình 7.5

500

300

6 5

4

2300

I

I

Hình 7.5: Sơ đồ mặt ngàm móng trục A.

MI = r1.(P3+ P6) (7-21) Trong đó: P3 = P6 = Pmax = 50,1 (T)

⇒ MI = 0,55 2 50,1 = 55,11 (T.m)

MII = r2.(P1 + P2+ P3)

⇒ MII = 0,2.(45,34 + 47,72 + 50,1) = 28,63 (T.m) (7-22) Diện tích cốt thép chịu mômen MI - I:

5

2 1

a1

Chọn14 thanh φ 20 Fa= 43,96 cm2, a = 10cm, chiều dài mỗi thanh: 2,2m

Diện tích cốt thép chịu mômen MII - II:

5

2 2

0,9.52,5.2700 0,9.h R

Chọn 12 thanh φ 18 Fa= 30,54 cm2, a = 20 cm Chiều dài mỗi thanh: 1,3m

Thiết kế móng trục B

Cặp giá trị nội lực tính toán:

Thiết kế móng trục C

Cặp giá trị nội lực tính toán:

Thiết kế móng trục d

Cặp giá trị nội lực tính toán:

Tính toán thiết kế các móng thuộc các trục B, C, D đợc thực hiện theo trình tự tính toán nh trong móng cột trục A, và đợc tổng hợp số liệu tính toán trong bảng 7-2

Bảng 7-2: Tổng hợp tính toán thiết kế móng các trục.

Móng

Số cọc trong

đài

Độ lún tính toán

Chọn Fa cho

đài theo ngàm I – I (cm2)

Chọn Fa cho

đài theo ngàm II – II (cm2)

Fa=43,96

12 φ 18 Fa=30,54 N=-275,694

Q = 7,783

Fa=53,2

12 φ 18 Fa=30,54 N= - 357

Q = - 6,974

Fa=53,2

12 φ 8 Fa=30,54 N=339,312

Q = 6,631

Fa=43,96

12 φ 18 Fa=30,54

N=-251,695

Q = - 7,095

Bố trí cốt thép đài móng trục A, B, C, D nh trên hình 7.6

I

I

2300

250 900

900 250

ii

5 4

300

500

a 200

a 100 1 2

1

2

a)

a 200

a 100

a 200

a 200

2

1

a 100

a 100

2 1

500

300

3 2

1

ii

2300

I

I

ii

b)

Hình 7.6: Bố trí cốt thép đài móng trục A, B, C, D

a) Bố trí cốt thép đài móng trục A,D; b) Bố trí cốt thép đài móng trục B ,C