Đồ án Móng cọc tiêu chuẩn

Xử lí các số liệu địa chất, đánh giá điều kiện xây dựng công trình Đề xuất phương án móng nông khả thi trên nền đất tự nhiên hoặc gia cố và chọn một phương án thiết kế Thiết kế phương án móng đã chọn.

ĐỒ ÁN NỀN MÓNG

(PHẦN MÓNG CỌC ĐÀI THẤP)

Họ và Tên: Ngô Quang Tuấn

Lớp môn học: L02 Lớp quản lí: K57A-KTXD

Mã sinh viên: 1251051984 Đề số: 131

I TÀI LIỆU CÔNG TRÌNH

1 Tải trọng:

Tổ hợp tải trọng tính toán

N 0 = 203.1 (T) ; M 0 = 22.3 (T.m) ; Q 0 = 4.5 (T)

2 Nền đất:

- Xử lí các số liệu địa chất, đánh giá điều kiện xây dựng công trình

- Đề xuất phương án móng cọc đài thấp khả thi và chọn một phương án thiết kế

- Thiết kế phương án móng đã chọn.

Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Văn Bắc

TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

I.1 Đặc điểm kết cấu: Kết cấu nhà khung ngang BTCT, thi công toàn khối Tiết diện cột

l c x b c = 0,6 x 0,4 (m)

- Tải trọng tính toán tại chân cột:

N 0 = 203,1 (KN) ; M 0y = 22,3 (KN.m) ; Q 0x = 4,5 (KN)

- Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn: Không có tổ hợp tải tiêu chuẩn nên số liệu tải

trọng tại chân cột có thể được lấy như sau:

n

Q Q n

M M n

N N

tt o tc o

tt o tc o

tt o tc

(n là hệ số vượt tải gần đúng có thể chọn chung n = 1.1 – 1.2 ở đây chọn n = 1.2)

Tải trọng tiêu chuẩn tại chân cột:

+ tc

o

N =169,25 ( kN )

+ M o tc =18,58 ( kNm )

+ Q o tc =3,75 ( kN )

Nhận xét độ lệch tâm:

y o

0

M 3,75

N 169,25

I.2 Tài liệu địa chất

Phương pháp khảo sát: Khoan lấy mẫu thí nghiệm trong phòng, kết hợp xuyên tĩnh (CPT) và xuyên tiêu chuẩn(SPT)

- Khu vực xây dựng, nền đất gồm 4 lớp có chiều dày hầu như không đổi

Lớp 1 : số hiệu 8 dày a = 5.1 m

Lớp 2 : số hiệu 21 dày b = 4.4 m

Lớp 3 : số hiệu 85 dày c = 3.5 m

Lớp 4 : số hiệu 62 rất dày

Lớp 1: Số hiệu 8, dày 5.1 m có các chỉ tiêu cơ lý như sau:

W

%

W nh

%

W d

%

γ T/m 3 ∆ φ

độ

c kg/cm 2

Q c (Mpa)

N 60 47.2 43.7 31.3 1.69 2.69 0.42 1

Từ đó ta có:

0

( 1 W ) 2.69 1 ( 1 0.472 )

1.69

γ

=

- Chỉ số dẻo: IP = Wnh - Wd = 43.7 - 31.3 = 12.4 → lớp 1 là sét pha

L

P

→ E0 = α×qc = 4×138 = 552 (T/m2) (sét pha dẻo mềm chọn α = 3)

Vậy đất có tính chất xây dựng không tốt

Lớp 2: Số hiệu 21; dày h2=4.4 m có các chỉ tiêu cơ lý như sau:

W

%

W nh

%

W d

%

γ T/m 3 ∆ φ

độ

c kg/cm 2

Kết quả thí nghiệm ép e ứng với

P (KPa)

Q c (Mpa) N60

50 100 200 400 48.7 52.5 31.4 1.75 2.71 5 0 50 0.13 1.263 1.235 1.203 1.174 0.84 5

- Hệ số rỗng tự nhiên :

n 0

( 1 W )

1 2.71 1 ( 1 0.487 )

1 1.303 1.

e

75

γ

γ

× × +

=

- Hệ số nén lún trong khoảng

áp lực 100 – 200 kPa:

( )

4

1 2

1.235 1.203

20

−

−

−

−

- Chỉ số dẻo:

IP = Wnh - Wd = 52.5 – 31.4 = 21.1% → lớp 1 là sét

L

P

→ E0 = α×qc = 5×84 = 420 (T/m2) (cát pha dẻo mềm chọn α = 7).

Lớp 3: Số hiệu 85; h3 = 3.5 m; có các chỉ tiêu cừ lý của đất như sau:

Trong đất các cỡ hạt d(mm) chiếm (%)

W

MP a

N 60

1 ÷ 2 0,5÷

1

0,25

÷ 0,5

0,1 ÷

0,25

0,05

÷ 0,1

0,01 ÷

0, 05

0,002

÷ 0,01 <

0,002

d > 0.25mm chiếm 38 %

chặt vừa

0

( 1 W ) 2.64 1 ( 1 0.189 )

1.9

γ γ

- Độ bão hoà:

o

trạng thái rất ẩm

- Mô đun biến dạng: E o = ×α q c ;

2 c

q =610T / m ; lấy α =2

o

E = ×2 610 1220(T / m )=

Đất có tính chất xây dựng không tốt

Lớp 4: Số hiệu 62; rất dày có các chỉ tiêu cơ lý như sau

W

%

W nh

% W%d

γ T/m 3 ∆ φ

độ

c kg/cm 2

Kết quả thí nghiệm ép e ứng với

P (KPa) Qc

(Mpa) N60

50 100 200 400 21.8 28.7 22.9 1.93 2.68 22 0 25 0.26 0.670 0.651 0.627 0.606 6.13 28

- Hệ số rỗng tự nhiên :

n 0

( 1 W )

1 2.68 1 ( 1 0.218 )

1 0.69 1

e

.93

γ

γ

× × +

- Hệ số nén lún trong khoảng

áp lực 100 – 200 kPa:

1 2

0.651 0.627 20

−

−

−

−

- Chỉ số dẻo:

IP = Wnh - Wd = 28.7 – 22.9 = 5.8% → lớp 1 là cát pha

- Độ sệt:

L

P

thái cứng

→ E0 = α×qc = 5.5×556 = 3058 (T/m2)

Đất có tính chất xây dựng tốt

Ta có kết quả trụ địa chất như sau:

Sét, dẻo nhão : ; q c =0.84 Mpa ; N 60 =5 ; e o =1.303

γ =1,75 T/m 3 ; ∆ =2.71 ; ϕ = 5 0 50 ; E o =420 T/m 2

I p =21.1% ; I L =0.82 ;

Sét pha, chảy dẻo : ; q c =0.42Mpa ; N 60 =1 ; e o =1.34

γ =1,67 T/m 3 ; ∆ =2,69 ; ϕ = 31 0 30 ; E o =552 T/m 2

I p =12,4% ; I L =1.28 ; 1

4 3 2

Nhận xét chung:

Lớp đất thứ nhất, thứ hai và lớp 3 thuộc loại mềm yếu, lớp 4 rất tốt nhưng ở dưới sâu

phép ΔS/L = 0,2%

II ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN

- Công trình có tải khá lớn, đặc biệt lệch tâm khá lớn

- Khu vực xây dựng biệt lập, bằng phẳng

- Đất nền gồm 4 lớp:

+ Lớp 1: sét pha chảy dẻo rất yếu dày 5,1 m

+ Lớp 2: sét, dẻo nhão lớp khá yếu, dày 4,4 m

+ Lớp 3: là lớp cát mịn dày 3,5 m

+ Lớp 4: lớp cát pha cứng, tính xây dựng tốt nhưng ở dưới sâu

Vậy nên ta chọn giải pháp móng cọc đài thấp

Phương án: dùng cọc BTCT 25 x 25 cm, đài đặt vào lớp 1, mũi cọc hạ sâu

xuống lớp 4 khoảng 2 đến 4 m Thi công bằng phương pháp đóng cọc

III PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG VÀ LIỆU MÓNG CỌC

Cát pha, cứng : ; q c =6.13 Mpa ; N 60 =28 ; e o =0.69

γ =1.93 T/m 3 ; ∆ =2,68 ; ϕ = 22 0 25 ; E o =3050 T/m 2

I p =5.8% ; I L =0.19

B = 0,576, q c = 200 T/m 2 , N 60 =8, E 0 = 800 T/m 2

Cát mịn, chặt vừa : ; q c =7 Mpa ; N 60 =23 ; e o =0.65

γ =1,9 T/m 3 ; ∆ =2,64 ; ϕ = 33 0 ; E o =1220T/m 2

G=0.77 ; I L =1.28 ;

- Đài cọc:

+ Bê tông : B20 có Rn = 1150 (T/m2), Rbt = 90 (T/m2)

+ Cốt thép: AII có Rs = 28000 (T/m2)

+ Bê tông lót: B7.5 dày 10 cm

+ Đài cọc liên kết ngàm với cột và cọc (xem bản vẽ) Thép của cọc neo trong

20d

- Cọc đúc sẵn:

+ Bê tông : B25 Rn = 1450 (T/m2)

+ Cốt thép: AII, AI

+ Các chi tiết cấu tạo xem bản vẽ

IV CHỌN CHIỀU SÂU ĐÁY ĐÀI H m :

Trong thiết kế: giả thiết tải trọng ngang do đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận nên muốn tính toán theo móng cọc đài thấp phải thoả mãn điều kiện sau:

h ≥0.7h

hm - độ chôn sâu của đáy đài

o

min

φ γ

ϕ; γ: góc nội ma sát và trọng lượng thể tích đơn vị của đất từ đáy đài trở lên:

ϕ = 31030 ; γ = 1.67 (T/m3)

b : bề rộng đài chọn sơ bộ b =1,5 m

hmin = 0,679 m ; ở đây chọn hm = 1,2 m > 0,679 m

V CHỌN CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA MÓNG CỌC

V.1 Cọc

- Tiết diện cọc 25 × 25 (cm) Thép dọc 4φ 16 AII

lc = 5,1 + 4,4 + 3,5 +2,7 – 1,2 + 0,5 = 14 m

- Cọc được chia thành 2 đoạn C1; C2 dài 7,0 m Nối bằng hàn bản mã (xem bản vẽ)

V.1.1 Sức chịu tải của cọc.

1-a Sức chịu tải của cọc theo vật liệu.

PVL = m× ×ϕ ( Rb Fb + Rs Fa )

Trong đó:

m - hệ số điều kiện làm việc phụ thuộc loại móng và số lượng cọc trong móng (ta lấy m=1)

ϕ - hệ số uốn dọc, lấy ϕ =1

n

R =1450(T / m )

s

R =28000( T / m )

Thép 16φ → Fa : diện tích cốt thép, Fa = 8,04 cm2

Diện tích phần bê tông: Fb = Fc – Fa =0,25.0,25 - 8,04×10-4 =0,062 (m2)

VL

P = × × 1 1 1450 0,062 2.8 10× + × ×8.04 10× − 112,4 (T )=

1-b Sức chịu tải của cọc theo nền đất.

- Xác đinh theo kết quả của thí nghiệm trong phòng (phương pháp thống kê):

Sức chịu tải của cọc theo nền đất xác định theo công thức:

tc

P P k

=

i 1

=

= ×∑ × ×

i

h - Chiều dày lớp đất mà cọc đi qua

Qc : lực kháng mũi cọc: Q c = × ×α2 R F

Trong đó:

2

1 ; α

F 0.25 0.25 0.0625( cm )= × = 2

i

u - chu vi cọc:

i

u = ×4 0.25 1( m )=

bảng tra đượcτi theo l ( i l - khoảng cách từ mặt đất đến điểm giữa của mỗi lớp i

chia)

Lớp phân tố Chiều sâu h i (m) Độ dày l i (m) Độ sệt I L (m) T i T i× L i

7 11,25 1,5 Cát hạt vừa 3,85 5,775

16,183

=

∑

n

i 1

Q α u τ l 1 1 16,183 16,183(T )

=

Q α R F 1 1146 0.0625 71,625(T )

P Q Q 16,183 71,625 87,808(T )

tk

1-c Theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPT:

P =Q +Q

[ ]

s

gh

F

P

P =

Trong đó:

+ Q c = ×k q cm×F : sức cản phá hoại của đất ở mũi cọc

k - hệ số phụ thuộc loại đất và loại cọc: Tra bảng có: k = 0,7

→ Q c = ×k q cm× =F 0,7 613 0,0625 27,9(T )× × =

i

q

α

i

1

α = 30, h1 = 3,9(m) ; qc1 = 42( T/m2)

2

α = 40, h2 = 4,5(m) ; qc2 = 84( T/m2)

3

α = 80, h3 = 3,5(m) ; qc3 = 700( T/m2)

α = 150, h4 = 2(m) ; qc4 = 613( T/m2)

i

α

tk

Q Q 27,9 53,49

1-d Theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT: theo công thức Meyerhof

tk

P

3

+

=

+ Q c = ×m N m×F c sức kháng phá hoại của đất ở mũi cọc

(N m - số SPT của lớp đất tại mũi cọc)

→ Q c = ×m N m× =F c 400 26 0,0625 650(T )× × =

+

n

i 1

=

i

N - số SPT của lớp đất thứ i mà cọc đi qua

(Với cọc đóng: m = 400, n = 2)

i 1

=

[ ] 650 227,2 292,4( kN ) 29,24(T )

3

+

P

→ Sức chịu tải của cọc lấy theo kết quả xuyên tiêu chuẩn [P] = 29,24 T

V.1.2 Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng:

203,1

29,24

SVTH: Ngô Quang Tuấn Trang MSV: 1251051984

V.2 Đài cọc

Hđ = 0,8→h0 = 1,7 – 0,1 = 1,6 (m)

VI TẢI TRỌNG PHÂN PHỐI LÊN CỌC

- Theo các giả thiết gần đúng coi cọc chỉ chịu tải dọc trục và cọc chỉ chịu nén hoặc kéo

+ Trọng lượng đài và của đất trên đài:

G ≈F × ×h γ =2,5 2,5 2 2 25(T )× × × =

+ Tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng tại đáy dài:

tc

tc

+ Tải trọng truyền lên đài không kể trọng lượng bản thân cọc và lớp đất phủ từ đáy đài trở lên tính với tải trọng tính toán:

i

194,25 18,58 x

P

×

∑

Với xmax = 1,0 m thay vào (*) ta có

P1=P2=P3=25,34 (T),

P4=P5=P6=22,69 (T),

P7=P8=P9=18,05 (T)

VII KIỂM TRA TỔNG THỂ ĐÀI CỌC.

VII.1 Tính toán kiểm tra cọc

- Khi vận chuyển cọc: tải trọng phân bố q= × ×γ F n

Trong đó: n là hệ số động, n = 1.5

→q 2.5 0.062 1.5 0.234(T / m )= × × =

Chọn a sao cho M 1+ ≈M 1− → a 0,207 l 1.45( m )= × =c

2

1

2

qa 0.234 1.45

0,25(Tm )

- Trường hợp treo cọc lên giá búa: đểM 2+ ≈M 2− → b 0,29 l 2,03 m≈ × =c

+ Trị số mô men dương lớn nhất:

2 2

2

qb 0,234 2,03

0,48 (T m )

M2 để tính toán

0

h =25 3 22( cm )− =

2 2

a

a

2 16( Fφ =4cm )

SVTH: Ngô Quang Tuấn Trang MSV: 1251051984

M-1

M + 1

M -2

M + 2

b

→Cọc đủ khả năng chịu tải khi vận chuyển, cẩu lắp.

- Tính toán cốt thép làm móc cẩu:

k

F q l 0,234 7

cẩu:

'

2 k

a

a

F 0,805

R 21000

a

F =1,13( cm )

VII.2 Trong giai đoạn sử dụng.

Pmin+qc>0 →các cọc đều chịu nén→Kiểm tra: P P= max + ≤q c [ ]P

Trọng lượng tính toán của cọc:

q =2,5 F l× × × =n 2,5 0,0625 14 1,1 2,406(T )× × × =

P 25,34 2,406 27,746(T)= + = <[ ]P =29,24(T )

Vậy tất cả các cọc đều đủ khả năng chịu lực và bố trí như trên là hợp lý

VIII TÍNH TOÁN KIỂM TRA ĐÀI CỌC

VIII.1 Kiểm tra cường độ trê tiết diện nghiêng – điều kiện đâm thủng

Fk

Giả thiết bỏ qua ảnh hưởng của cốt ngang

- Kiểm tra cột đâm thủng đài theo dạng hình tháp:

P xt ≤ P ct

Trong đó:

dt

P - là xuyên thủng bằng tổng các phản lực nằm ngoài

phạm vi tháp xuyên bên mặt cắt nguy hiểm nhất

Pct – là lực chống xuyên tính toán: P ct =0,75 R× ×k S xptx

2

S =h ×( b +h ) 1.6 ( 0.4 1.6 ) 3.2( m )= × + =

ct

P 0.75 90 3.2 216(T )

VIII.2 Tính toán và bố trí cốt thép cho đài.

- Mômen tại mép cột theo mặt cắt I-I:

M I = ×r ( P 1 01 +P 02 +P ) 03

Trong đó: r1: khoảng cách từ trục

cọc 1, 2 và 3 đến mặt cắt I-I r 1 =1,0( m )

76 ,02(Tm )

=

Diện tích cốt thép

2

aI

I

76,02

0,9 1,6 28000

M

Chọn 13 φ14 a 170 Fa = 20 cm2;

Mô men tại mép cột theo mặt cắt II-II:

SVTH: Ngô Quang Tuấn Trang MSV: 1251051984

r2

r1

I I

M II = ìr ( P 2 01+P 04 +P ) 07

Trong đú: r 2 =1,0( m )

M =1,0 ( Pì +P +P ) 1,0 ( 25,34 22,69 18,05 ) 66 ,08(Tm )= ì + + =

2 II

0

aII

a

16 ,39( cm )

F

000

=

chọn 13 φ 14 a200 : Fa = 20,12 cm2

250 160

a

F

L h

IX KIỂM TRA TỔNG THỂ MểNG CỌC

Giả thiết coi hệ múng cọc là múng khối quy ước như

hỡnh vẽ:

IX.1 Kiểm tra áp lực dới đáy móng khối

- Điều kiện kiểm tra :

pqư≤ Rđ

pmaxqư ≤ 1,2.Rđ

- Xác định khối móng quy ước:

+ Gúc mở theo TCVN mở từ mộp hàng cọc biờn

4 4

i

h h

Σ

Do lớp đất 1 và 2 là những lớp yếu, khi tớnh

bỏ qua ảnh hưởng của cỏc lớp đất này

h

3

=3,5 m và h

4

= 2m nờn ta cú thể lấy gúc mở α=30

0

+ Bề rộng múng quy ước: Bm= (1,0 +0,3) + 2 3,5 tg300 = 5,3 m.

- Xác định tải trọng tiêu chuẩn dưới đáy khối móng quy ước (mũi cọc):

+ Trọng lượng của đất và đài từ đỏy đài trở lờn:

1 m .tb m 6,34.5,3.2.1,5 100,81

+ Trọng lượng khối đất từ mũi cọc tới đỏy đài: N

2

=∑(L

m

.B

m

-F

c

)l

i

.γ

i

N

2

= (6,34.5,3-0,0625).(3,6.1,67+4,4.1,78+3,5.1,9+2.1,93) = 816,82 T

+ Trọng lượng cọc: Q

c

=9.0,0625.14.2,4 = 18,9 T Tải trọng tiờu chuẩn tại mức đỏy múng qui ước

1 2 203,1 100,81 816,82 18,9 1139,63

22,3

qu

W W

y x

M M N p

F

3 5,3.6,34

m m y

B L

m

max,min

203,1 22,3 33,602 35,5

p

max 6, 673 /

min 5, 416 /

- Cờng độ tính toán của đất ở đáy khối quy ước (Theo công thức của Terzaghi):

s

c c q q qu

s

gh

d

F

N c S N q S N B S F

P

R 0,5. . . . + . . + . .

=

Lớp 4 có ϕ =22025 tra bảng ta có: Nγ =5,405 ; Nq = 8,24 ; Nc = 17,5

2 0,5.5, 405.1,67.5,3 8, 24.2.15,5 623

93, 2 /

d

max 6,673 / d 93, 2 /

p = T m <R = T m

IX.2 Kiểm tra lỳn múng cọc:

- Ứng suất bản thõn tại khối múng quy ước:

2 1,67.5,1 1,75.4, 4 1,9 3,5 21,617 /

- Ứng suất gõy lỳn tại đỏy khối múng quy ước:

SVTH: Ngụ Quang Tuấn Trang MSV: 1251051984

2 27,55 21,617 5,933 /

- Độ lún của móng cọc có thể được tính gần đúng:

2

0

0

1

. gl

E

−

2

1 0, 25

.2,5.0,88.1,94 0, 251 (cm) 1600

X CẤU TẠO VÀ BẢN VẼ