tính toán nền móng dự án khu nhà chung cư tái định cư thị trấn Thường Tín - Hà nội
Trang 1Chơng 7: tính toán nền móng 7.1 Số liệu địa chất.
Địa chất công trình gồm các lớp đất sau:
Lớp 1 : tầng đất lấp dày 2.1 m = 17 KN/m 3
Lớp 2 : tầng sét pha dẻo cứng dày 9,7 m = 19,1 KN/m 3 , =16 0 , N = 15 Lớp 3 : tầng sét dẻo mềm dày 6 m = 18,1 KN/m 3 , =8 0 , N = 9 Lớp 4 : tầng cát pha, cứng dày 9 m =18,9 KN/m 3 , = 28 0 , N = 23 Lớp 5 : tầng cát hạt trung,chặt vừa : dày 12 m , =19 KN/m 3 3 , =30 0 , N = 35 Lớp 6: tầng cuội sỏi rất dày = 20 KN/m 3 , = 40 0 , N = 69 , E = 40x10 3 KN/m 3
= 23
= 28
= 18,9 KN/m3
= 9
= 18,1 KN/ m3 = 8
= 16°
= 15
= 19,1 KN/m3
= 17 KN/m3
Lớp á sét dẻo cứng -0,6 m( MĐTN)
Lớp sét dẻo, mềm
Lớp cát pha, cứng Lớp đất lấp
Trang 27.2 Lựa chọn phơng án nền móng
Giải pháp móng cho công trình đợclựa chọn căn cứ vào tình hình địa chất
và tải trọng do cột truyền xuống, các công trình lân cận, điều kiện kinh tế của chủ đầu t
Móng là phần hết sức quan trọng đối với nhà công trình Đây là nhà cao tầng có chiều cao h= 38 m ,tải trọng tác dụng tại chân cột tơng đối lớn, địa chất yếu, do đó ta chọn phơng án móng cọc đài thấp Có các phơng án sau :
1 Cọc đóng
2 Cọc ép
3 Cọc khoan nhồi
Ta lựa chọn phơng án cọc khoan nhồi dựa trên những phân tích sau :
- Có thể tạo ra những cọc có đờng kính lớn , chiều sâu chôn cọc lớn ,do đó sức chịu tải rất lớn
- Khi thi công không gây ra chấn động làm nguy hại đến các công trình lân cận
- Khi cọc làm việc không gây lún ảnh hởng đáng kể cho các công trình lân cận
- Quá trình thực hiện thi công móng cọc dễ dàng thay đổi các thông số của cọc ( chiều sâu, đờng kính) để đáp ứng với điều kiện cụ thể của địa chất dới nhà
* Nhợc điểm :
- Khó kiểm tra chất lợng của cọc ;Thiết bị thi công tơng đối phức tạp ;Nhân lực đòi hỏi có tay nghề cao
- Rất khó giữ vệ sinh công trờng
=>Lựa chọn phơng án cọc:
Xét về tải trọng : công trình này có nội lực ở chân cột tơng đối lớn Về
điều kiện mặt bằng, nếu sử dụng cọc đóng hoặc ép thì số lợng cọc sẽ rất lớn, khó
bố trí, nhất là chỗ móng đôi dới chân cột trục B và C
=> Do đó ta chọn phơng án cọc khoan nhồi
* Các giả thuyết tính toán, kiểm tra cọc đài thấp :
- Sức chịu tải của cọc trong móng đợc xác định nh đối với cọc đơn đứng riêng rẽ, không kể đến ảnh hởng của nhóm cọc
- Tải trọng truyền lên công trình qua đài cọc chỉ truyền lên các cọc chứ không truyền lên các lớp đất nằm giữa các cọc tại mặt tiếp xúc với đài cọc
Trang 3- Khi kiểm tra cờng độ của nền đất và khi xác định độ lún của móng cọc thì coi móng cọc nh một khối móng quy ớc bao gồm cọc, đài cọc và phần đất giữa các cọc
- Đài cọc xem nh tuyệt đối cứng, cọc đợc ngàm cứng vào đài
- Tải trọng ngang hoàn toàn do đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận
* Tính toán móng cọc nhồi M1
Tải trọng nguy hiểm tác dụng tại chân cột D( phần tử 43) lấy từ bảng tổ hợp
Nmax = 496,2.104 N Mt = 4,9.107 N.mm Qt = 2,5.104 N
7.3.Sơ bộ kích thớc cọc và đài.
+ Dự kiến dùng cọc khoan nhồi, đờng kính D =1000mm,1200mm, bê tông B25, thép cọc nhóm AII
+ Cọc cắm vào lớp đất 6 là lớp cuội sỏi 2,5 m, đến cao trình là 41,9 m
+ Chiều cao đài sơ bộ xác định theo công thức:
hđ = ho + 5 (cm)
5( cm) là chiều dày lớp bảo vệ cốt thép
h0 = 1,4x( e/2- a/4) Trong đó:
e: Khoảng cách giữa 2 tim cọc Chọn sơ bộ e= 3xdcọc khoan nhồi= 3x(11,2)= ( 3 3,6) m
m)
=> Chọn e= 3,2( m)
a: cạnh dài của tiết diện cột= (0,7 0,9) m
=> Chọn a= 0,8 m
h0 = 1,4x(3,2/2- 0,8/4)=1,68 m
=> Chọn chiều cao đài =1,7 m
Lấy mặt trên của đài móng trùng với cốt tự nhiên, nên chọn chiều sâu đặt đài là 2.3m thấp hơn so với cốt tự nhiên
Trang 47.4 Xác định sức chịu tải của cọc:
7.4.1.Theo vật liệu làm cọc:
Bê tông cọc B25 có Rn = 14,5 Mpa
Thép cọc nhóm AII có Ra = 280 Mpa
Sức chịu tải của cọc nhồi theo vật liệu làm cọc đợc xác định theo công thức (13-TCXD195:1997):
Từ công thức : Pvl= (Rn Ftt
b +Fa.Ra) Với :
hệ số uốn dọc =1
A: diện tích tiết diện cọc, A=3,14.1002/4 = 7854 cm2
Dự định bố trí cốt thép trong cọc :
Cọc 1000 : 1822 có Fa=68,4cm2
=> F tt
b = 7854- 68,4= 7785,6( cm2)
Cọc 1200: 2222 có Fa=83,6cm2
=> A tt
b = 7854- 83,6= 7770,4( cm2 )
Thay giá trị vào công thức ta đợc:
Loại cọc Rn (Mpa) Fb (cm2) Pvl ( N)
7.4.2.Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn( theo kết quả SPT)
P= m NF + n N F s (TL- 6) P: sức chiệu tảI của cọc khoan nhồi theo điều kiện đất nền
m = 120: hệ số điều kiên làm việc của cọc khoan nhồi
N : số SPT của đất ở chân cọc, N = 69
N : số SPT trung bình của đát trong phạm vi chiều dài cọc
5 2 12 9 6 5 9
69 5 2 35 12 23 9 9 6 15 5 9
Chú thích: Các giá trị N tra trong bảng( TL- 7)
n = 1 cho cọc khoan nhồi
F : diện tích tiết diện ngang chân cọc (m2)
Fs : diện tich sung quanh cọc (m2)
Vậy theo kết quả xuyên tiêu chuẩn:
P d1000 =P 1-1 tt = 120 1 3 14 1 39 2 25 5
4
1 14 3 69
2
P d1200 = P 1-2 tt = 120 1 3 14 1 2 39 2 25 5
4
2 1 14 3
Trang 57.4.3 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cờng độ đất nền:
Sức chịu tải tính toán : P cdd
u = Qs Qc
Fs Fc
Trong đó :
Fs,Fc : hệ số an toàn lấy Fs =2, Fc = 2,6
Qs: sức chịu tải cực hạn của cọc do ma sát bên cọc với đất :
Qs = K1 ui.l Ntb
Qc : sức chịu tải cực hạn của cọc đơn do lực chống: Qc = K2 Ap.Nc
K1 = 0,1( KN/ m2) hệ số lấy với cọc khoan nhồi
K2 = 12( KN/m2) hệ số lấy với cọc khoan nhồi
ui : chu vi cọc
l : chiều dài cọc
Ni : chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc thứ i
5 , 25 5
, 2 12 9 6 5 , 9
5 2 69 12 35 9 23 6 9 5 , 9 15
x x x
x x
x h
xh N N
i
i i s
tb
Nc : chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dới mũi cọc và 4d trên mũi cọc
Bảng 7.1 Sức chịu tải của cọc theo cờng độ đất nén
Cọc N F(m2) u(m) L(m) Ntb
Qc (KN)
Qs (KN)
P 2 tt
(KN)
Trang 6Bảng 7.2: chọn lựa sức chịu tải tính toán của cọc theo các công thức
Ptt min( P( Pvl P1tt P2 tt )
Loại cọc Pvl (KN) P 1
t (KN) P 2 tt (KN) P tt (KN)
7.5 Xác định số lợng cọc và bố trí cọc trong móng
400 400
4800
a
* Xác định số lợng cọc cần thiết :
+ Số lợng cọc sơ bộ:
1 4
4270
4962 2
P
N
n
Ta chọn số lợng cọc là 2 và bố trí nh hình vẽ
Diện tích đế đài thực tế :Fđ = 1,8x4,85 = 8,73 m2
+ Trọng lợng của đài và đất trên đài :
Nđtt = n.Fđ.hm.tb = 1.1x8.73x(1.7x6+1.7x25) = 506 K N
Lực dọc tính toán tác dụng đến đáy đài :
Ntt= N0tt + Nđtt = 4962 + 506 = 5468 KN
7.6.Kiểm tra móng cọc.
7.6.1.Kiểm tra sức chịu tải của cọc.
Công thức:
Ptt
min
max2
i
tt y coc
tt
X
X M n
N
=
2 5 1
5 1 49 2
5468
2x
x
= 27502716KN KN Trọng lợng cọc : Gcọc = 1,1x25x3.14x12x39/4 = 842 KN
Kiểm tra tải trọng ở mũi cọc :
P max +Gcọc = 2750 +842 = 3592 KN <[P] =4270 KN
Vì Pmin= 2716 KN >0 nên không phải kiểm tra cọc chịu nhổ
=> Vậy cọc đủ khả năng chịu lực
7.6.2.Kiểm tra điều kiện móng cọc đài thấp
Trang 7Độ sâu đặt đài phải đạt điều kiện để tính toán theo sơ đồ móng cọc đài thấp :
h 0,7hmin
Trong đó : h- độ sâu của đáy đài
min
.
m
Q h
b
+ và - trọng lợng thể tích tự nhiên của đất từ đáy đài trở lên và góc ma sát trong;
+ Q- tổng tải trọng ngang;
+ b - cạnh của đáy đài theo phơng vuông góc với tổng lực ngang;
Vậy : m
x
8 1 17
25
h=2,3 m 0,7x hmin = 0,68 m => thoả mãn
7.6.3.Tính lún của móng.
* Sơ đồ tính:
Tính nh móng nông với khối móng qui ớc đợc xác định nh hình vẽ
+ Góc mở = tb/4
tb = 16.9,5 8.6 28.9 30.12 40.2,5
23, 4 39
= 23,4/4 = 5,8
+ Diện tích đế móng qui ớc:
B = b + 2.L.tg() = 4 + 2x39.2xtg(5,8)
B = 12 m
A = a + 2.L.tg() = 1+ 2x39.tg(5,8)
A = 9 m
Trang 8b
a
L= 39 m
- 0,60 m
- 2,90 m
B A
+ Trọng lợng riêng trung bình của các lớp đất
tb =
39
2 5 2 19 12 9 , 18 9 1 , 18 6 1 , 19
5
.
= 19 (KN/m3) + ứng suất gây lún:
Pgl = 0
.
tt
N
A B + (m - tb)hm -1.hmđ =12 9
4962
+(20-19)x40,3 - 17x2,9 = 36,9 KN/m2
+ Phơng pháp dự báo lún:
Do lớp đất dới mũi cọc là lớp đất tốt nên dùng phơng pháp nền biến dạng tuyến tính là thích hợp Vậy độ lún:
S = Pgl.b..(1-m2)/E
Trong đó :
P : ứng suất gây lún
b : bề rộng móng, b = 9 m
: hệ số phụ thuộc hình dạng kích thớc đáy móng = 0,88
m : hệ số poison m=0,27
E : môđun đàn hồi lớp đất mũi cọc E= 40x10 3 KN/m 2
S = ( )
40000
27 0 1 88 0 9 9 ,
=0,0067m=6,7 cm <S gh = 8cm Vậy móng đảm bảo độ lún cho phép
7.7 Tính toán đài cọc.
7.7.1.Kiểm tra chọc thủng của cột
Trang 9400 1000 675 700 675 1000 400
700
4850
Tháp đâm thủng nh hình vẽ
Công thức tính toán đâm thủng: CT - (5.47) sách Kết cấu BTCT :
P 1(b c c2) 2(h c c1)h R o k
Trong đó :
P - lực đâm thủng bằng tổng phản lực của cọc nằm ngoài phạm vi của đáy tháp đâm thủng ở một phía của đài, có trị số bằng giá trị sức chịu tảI nhỏ nhất của cọc- Ptt
bc, hc - kích thớc tiết diện cột
ho - chiều cao hữu ích của đài, do cọc cắm vào đài h1= 20cm
h0 = hđ - h1 = 1,7- 0,2= 1,5 m
c1, c2 - khoảng cách trên mặt bằng từ mép cột đến mép của đáy tháp đâm thủng
c1= 650 mm,c2= 600 mm
R -cờng độ tính toán chịu kéo của bêtông R = 1 Mpa=1000 KN/m2
Trang 10Công thức tính toán :
P 0 , 75 R bt b tb h o
Trong đó : P- lực đâm thủng bằng phản lực của cọc - Ptt
Rk -cờng độ tính toán chịu kéo của bêtông
btb - giá trị trung bình số học của chu vi phía trên và phía dới tháp đâm thủng
btb = 1 (1 1,35)
3,14 3,14 1.675
2
VP= 0,75x1000x(3,14x1,675)x1,65 = 6508 KN
VT= 4270<VP= 6508 KN
Vậy điều kiện chọc thủng của cọc đợc thoả mãn
*Kiểm tra bền theo tiết diện nghiêng
P .b.h0.Rbt
P : tổng phản lực tổng tại các đỉnh cọc nằm giữa mặt phẳng cắt qua mép cột và mép đài gần nhất- Ptt
= 0,7 0 2
) c
h (
1
c: khoảng cách từ mép cột đến mép hàng cọc đang xét
vì c = 0,675m < 0,5.h0 , chọn c= 0,5x h0 = 750 mm
=> = 0,7 2
0
0
) h 5 , 0
h (
75 , 0 5 , 0
5 , 1 (
VP = 3x1,8.1,5.1000 = 8100 KN
P = 4270 VP= 8100 KN do vậy đài đảm bảo không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng
7.7.3 Tính toán cốt thép
Trang 11A
II
I
II
I
Cốt thép đài cọc theo phơng chịu lực
Tại tiết diện 1-1
M = Ptt x r = 4270x(1,5 0,7/2) = 4910 KN m
0 9 280 1500
10 4910 9
0
6
0
x h
R
M
a
13x103(mm)= 130 cm2
Chọn 19 30 có Fa = 134 cm 2 , a = 100
Cốt thép đài cọc theo phơng vuông góc phơng chịu lực
Chọn thép 2420 có F a = 75.41 cm 2 , a = 200
7.8 Thiết kế các đài cọc khác và hệ giằng đài:
Tính toán các đài cọc khác cũng đợc tiến hành trên nguyên tắc tơng tự
Hệ giằng đài cọc có tác dụng truyền lực ngang từ đài cọc này sang đài cọc khác, góp phần điều chỉnh lún lệch giữa các đài cạnh nhau, chịu một phần mô men từ cột truyền xuống, điều chỉnh những sai lệch do thi công cọc, tăng cờng khả năng chống chọc thủng của đài