Điều kiện địa chất công trình: Kết quả thăm dò và xử lý địa chất dới công trình đợc trình bày trong bảng dới đây Lớp đất dầy mChiều Độ sâum Mặt cắt Mô tả lớp đất 6 4,5 30,2 Cát pha màu
Trang 1C – thiết kế móng khung K
I - địa chất công trình và địa chất thuỷ văn:
1 Điều kiện địa chất công trình:
Kết quả thăm dò và xử lý địa chất dới công trình đợc trình bày trong bảng dới đây
Lớp đất dầy (m)Chiều Độ sâu(m) Mặt cắt Mô tả lớp đất
6 4,5 30,2 Cát pha màu xám nâu, nâu vàng, trạng thái dẻo cứng.
trạng thái chặt
Số liệu địa chất đợc khoan khảo sát tại công trờng và thí nghiệm trong phòng kết hợp với các số liệu xuyên tĩnh cho thấy đất nền trong khu vực xây dựng gồm các lớp đất có thành phần và trạng thái nh sau:
Dung trọng tự nhiên
γ(t/m3) - 1,78 1,56 1,77 1,92 1,82 1,95 1,98
Trang 22 Điều kiện địa chất thuỷ văn :
Mực nớc ngầm tơng đối ổn định ở độ sâu −5m so với cốt tự nhiên, nớc ít ăn mòn
II Đánh giá điều kiện địa chất công trình:
Qua lát cắt địa chất ta thấy lớp đất 1 là lớp đất lấp có thành phần hỗn tạp cần phải nạo bỏ
Các lớp đất 2, 3, 4 đều là các lớp đất thuộc loại sét yếu, có môđun biến dạng thấp ( E<100 )
Lớp đất thứ 5 và 6 có cờng độ lớn hơn nhng cũng thuộc loại đất không tốt cho móng nhà cao tầng
Đến lớp đất tiếp theo (lớp 8) là lớp đất cát thô lẫn sỏi cuội có Eo = 400 kG/cm2, đây là lớp đất rất tốt và cũng là lớp đất cuối cùng trong lát cắt địa chất Vì vậy chọn phơng án móng cọc cắm vào lớp đất này để chịu tải là hợp lý
III – lập phơng án và so sánh ,lựa chọn
Công trình nhà cao tầng thờng có các đặc điểm chính: tải trọng thẳng đứng giá trị lớn đặt trên mặt bằng hạn chế, công trình cần có sự ổn định khi chịu tải trọng ngang ( )
Do đó việc thiết kế móng cho nhà cao tầng cần đảm bảo
- Độ lún cho phép
- Sức chịu tải của cọc
- Công nghệ thi công hợp lý không làm h hại đến công trình đ xây dựng ã
- Đạt hiệu quả - kinh tế - kỹ thuật
Với các đặc điểm địa chất công trình nh đ giới thiệu, các lớp đất trên đều là đất yếu không thể đặtã móng cao tầng lên đợc, chỉ có lớp cuối cùng là cát hạt thô lẫn sỏi cuội có chiều dài không kết thúc tại đáy hố khoan là có khả năng đặt đợc móng cao tầng
Vậy phơng án móng sâu là bắt buộc
1 phơng án 1: dùng cọc tiết diện nhỏ 300ì300, thi công bằng đóng hoặc ép.
2 phơng án 2: dùng cọc khoan nhồi
IV tính toán cọc khoan nhồi
1 Các bớc tính toán:
- Chọn loại, kích thớc của cọc , đài cọc
- Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu và theo đất nền.
- Sơ bộ chọn số lợng cọc cần dùng
- Bố trí cọc trên mặt bằng và mặt đứng
- Tính toán và kiểm tra móng theo các điều kiện :
+ Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc
+ Kiểm tra sức chịu tải của nền đất
+ Kiểm tra lún của nền móng
2 Chọn đờng kính cọc, chiều dài cọc và kích thớc đài cọc:
Căn cứ vào các lớp địa chất ở trên ta dự kiến cắm cọc vào độ sâu 41,2m tính từ mặt đất tự nhiên ,tức là cắm vào lớp 8 một đoạn 2m (lớp cát thô chặt, có lẫn cuội sỏi )
Căn cứ vào kết quả tổ hợp nội lực chân cột ta thấy tải trọng truyển xuống móng tại các trục biên và giữa là xấp xỉ nhau nên ta thiết kế chung cho một loại móng
Sơ bộ chọn tiết diện cọc: D = 1,0m
do nhà có tầng hầm (cốt sàn tầng hầm là - 3m) nên ta dự định đặt mặt trên đài ở độ sâu –3.5m (cách mặt đất tự nhiên 2m ) với giả thiết chiều cao đài h= 2m suy ra đáy đài cách mặt đất tự nhiên 4m (cốt - 5.5m)
Trang 3đài cọc nằm trong lớp đất thứ 2 và 3, trong đó phần đài trong lớp đất 3 là 0,1 m.
Chiều dài cọc l =41,2 - 4 = 37,2m
3 Sức chịu tải của cọc
a – theo vật liệu làm cọc :
Pvl = ψ ( m1 m2.Rb .Fb+ Ra.Fa) trong đó : - ψ : hệ số uốn dọc , cọc không xuyên qua bùn ⇒ψ =1
- m1 : hệ số điều kiện làm việc , đối với cọc BTCT đổ theo phơng thẳng đứng , m1= 0,85
- m2 : hệ số điều kiện kể đến phơng pháp thi công cọc , cọc đổ bê tông trong huyền phù sét Bentonit nên m2 = 0,7
- Rb= 130 (kg/ cm2 ): cờng độ chịu nén của bê tông
- Ra= 2800 (kg/ cm2 ): cờng độ chịu nén của thép
- Fa : diện tích thép cọc, với cọc D=1m có Fb=3,14ì12/4 = 0,785m2, ta lấy hàm lợng thép là 1% ⇒ Fa =0,00785m2
chọn 20φ 25có Fa =98,16 cm2, lớp bảo vệ a=10cm khoảng cách các thanh thép 3,14ì80/19 = 13,22cm (đảm bảo lớn hơn 10cm)
- Fb = π.R2= 3,14ì0,52= 0,785(m2) = 7850(cm2)
Vậy : Pvl = ψ ( m1 m2.Rb .Fb+ Ra.Fa) =
= 1ì( 0,85ì0,7::24ỵ24::7850 + 2800ì98,2 ) = 882157,5 kG = 882,2 (t)
b Theo đất nền : Xác định theo các chỉ tiêu cơ lý của đất nền từ kết qủa quả thí nghiệm đất trong phòng.
Sức chịu tải cho phép của cọc đơn Qa đợc tính theo công thức:
Qa =
tc k
Qtc Trong đó : ktc - Hệ số an toàn, ktc = 1,4
Qtc - Sức chịu tải tiêu chuẩn tính toán đối với đất nền của cọc đơn
Qtc = m ( mr qp Ap + u ∑
=
n
i 1
mf f i li)
m : Hệ số làm việc của cọc m = 1
mr : Hệ số điều kiện làm việc của đất dới mũi cọc, mr = 1
qp : Cờng độ chịu tải của đất dới mũi cọc, t/m2
Ap : Diện tích mũi, lấy bằng diện tích tiết diện ngang của cọc, m2
mf : hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên cọc phụ thuộc vào phơng pháp tạo lỗ khoan, lấy theo bảng A.5 TCXD 205 : 1998, lấy mf=1
fi : Ma sát bên của lớp đất i ở mặt bên của thân cọc, lấy theo bảng A.2 TCXD 205 : 1998
li : chiều dày các lớp đất mà cọc đi qua
u : chu vi cọc
Theo TCXD 205 : 1998 với cọc nhồi chống vào lớp đất cát không mở rộng đáy, cờng độ chịu tải của
đất dới mũi cọc qp xác định nh sau:
qp = 0,75 β(γΙ’dpA + ok αγIL o
k
B )
Trong đó :
Trang 4β , o
k
A , α, o
k
B : Hệ số không thữ nguyên lấy theo bảng A.6
γΙ’ : Dung trọng của đất dới mũi cọc, γΙ’ = 1,98 T/m3
γΙ : Dung trọng trung bình của các lớp đất phía trên mũi cọc
L : chiều dài cọc, L= 36,7 m
dp : Đờng kính cọc, dp = 1m
Lớp đất cuối cùng có ϕ = 33o tra bảng A.6 ta đợc :
o
k
A = 48 ; o
k
B = 87,6 ; α = 0,67 ( L/dp ≥ 25) ;β = 0,2
γΙ =
2 , 37
47 , 67 2
9 5 , 4 5 , 7 8 , 5 4 , 8
2 98 , 1 9 95 , 1 5 , 4 82 , 1 5 , 7 92 , 1 8 , 5 77 , 1 4 , 8 56 , 1 hi
hi
.i
= +
+ + + +
ì +
ì +
ì +
ì +
ì +
ì
=
∑
⇒γΙ=1,814 T/m3
⇒ qp= 544,556 T/m2.
của các lớp đất, độ sệt của đất sét hoặc trạng thái chặt của đất cát:
+ Lớp 3 : - l3 = 8,4m
- h3= 8,552m ⇒ f3 = 0,6 T/m2
- B = 1,23
+ Lớp 4 : - l3 = 7,8 m
- h3=13,3m ⇒ f4 = 0,8 T/m2
- B = 0,8
+ Lớp 5 : - l3 = 5,5m
- h3= 19,95m ⇒ f5 = 5,3 T/m2
- B = 0,32
+ Lớp 6 : - l3 = 8,5m
- h3= 25,95m ⇒ f6 = 5,152 T/m2
- B = 0,36
+ Lớp 7 : - l3 = 5m
- h3= 32,7m ⇒ f7 = 6,816 T/m2
- Cát hạt mịn chặt vừa
+ Lớp 8 : - l3 = 2m
- h3= 38,2⇒ f8 = 10 ì1,3 = 13 T/m2
- Cát hạt thô, trạng thái chặt
⇒ ∑
=
n
i 1
f i l i = 140,46 T/m
Vậy : Qtc = m ( mr qp Ap + u ∑
=
n
i 1 mf f i l i ) = 1ì[1ì517,55ì0,785 + (3,14ì1)ì1ì140,46] = 930,2 T
Qa =
tc
k
Qtc
=
4 , 1
2 , 930
= 664,442 T
Trang 5Vậy sức chịu tải tính toán của cọc là: [P] = MIN(Pvl, Qa) = Qa = 664,442 t.
2 Xác định số lợng cọc.
Móng M2 lực dọc tại chân cột N = -1076126,32 kG = 1076,2 t
n =β
]
P
[
N
=1,2ì6641076,442,2 = 1,94 Cọc ⇒ ta chọn n =2 cọc
3 Tính móng M2
Đài cọc bố trí nh hình vẽ ,kích thớc sơ bộ của đài chọn : 4ì2ì2m
a Tính toán áp lực truyền lên cột
+Trọng lợng đài :
Nđ= 4ì2ì2ì2,5ì1,1= 44 t
Nội lực tại chân cột:
Cặp 1:
M= 3,042tm
N= 1076,2 t
Q = 4,045t
Cặp 2:
M =34,314tm
N =1061,969 t
Q =7,8861t
Nội lực tại đáy đài :
Cặp 1:
M1 =M+Q1.h =3,042+4,045ì2=11,13tm
N1 = N + Nđ =1076,2+44=1120,2t
Q1=Q =4,045t
Cặp 2:
M2 =M +Q2ìh=34,314+7,886ì2=50,072tm N2=N+Nđ =1061,969+44 =1106t
Q2=7,886t
b Kiểm tra sức chịu tải của cọc
áp lực lớn nhất tác dụng lên đầu cọc
Cặp 1:
t 74 , 564 2
, 1 2
2 , 1 13 , 11 2
2 , 1120 xi
max x 1 M n
1
N
max
1 2
i
=
ì
ì +
= +
=
∑
t 46 , 555 2
, 1 2
2 , 1 13 , 11 2
2 , 1120 xi
max x 1 M n
1
N
min
1 2
i
=
ì
ì
−
=
−
=
∑
Tơng tự với cặp 2 ta có :Pmax =573,85t , Pmin =532,12 t
Pmax = 573,85< [P] =664,442 ; Pmin > 0 ⇒ cọc đủ sức chịu tải và không bị nhổ
c Kiểm tra sức chịu tải của nền
Coi đài cọc, cọc và đất giữa các cọc là một khối móng qui ớc có kích thớc :
Trang 6Lm = l +2Hìtgα ; Bm = b +2Hì tgα
Trong đó :
0 51 , 4 4
1 )
5 , 10 5 , 5 4 5 10
5 , 10 33 5 , 5 21 4 18 , 19 5 32 , 14 10 12
,
2
(
4
tb
= +
+ + +
+ +
+ +
=
=
α
suy ra : Lm =4+2.35.tg(4,51°) = 9,52m
Bm =2+ 2.35.tg(4.51°) = 7,52m
ứng suất tại đáy khối móng qui ớc :
6
52 , 9
52
,
7
Wqu= 2 =113,59 m3
wqu
M n
N min
σ
cặp 1: N=N1+Fq.γtb.H=1122,734+7,52.9,52.2.35=6134,062t
M=M1=1,565tm
2 m / 69 , 85 59 , 113
565 , 1 52 , 9
52
,
7
062 , 6134
σ
2 m / 66 , 85 59 , 113
565 , 1 52 , 9
52
,
7
062 , 6134
σ
cặp2: N=N2+ Fq.γtb.H =1099,66+2.7,52.9,52.35=6110,99t
M=M2=34,565tm
suy ra:
2 m / 05 , 85 59 , 113
565 , 34 52 , 9
52
,
7
99 , 6110
σ
2 m / 66 , 85 59 , 113
565 , 34 52 , 9
52
,
7
99 , 6110
σ
theo phụ lục III sách tính toán móng cọc của tác giả Lê Đức THắng ta có c ờng độ tính toán tại đáy khối qui
-ớc là: R =1,2.[ R’ ì(1+ K1(b-2))+K2.γ(h-3) ]
trong đó :
R’ - cờng độ qui ớc của đất theo bảng 9 với loại cát lẫn cuội sỏi ta có R’ =45 t/m2
K1=0.1; K2 =0.3 là các hệ số lấy theo bảng 11
b: chiều rộng móng b=7,5m lấy b =6m
γ =1,859 t/m3 trọng lợng thể tích đất từ đáy móng trở lên
h =40m – chiều sâu chôn móng
vậy R = 1,2ì[ 45.(1 +0,1(6-2))+0,3ì1,859ì(40-3)] =100.36t/m2
ta có σmax = 85.69 t/m2 <1.2R =120.43 t/m2
(σmin +σmax)/2 =85.68 t/m2 <R=100.36 t/m2
⇒ sức chịu tải của nền đợc đảm bảo
d Tính lún của nền :
Trang 7Độ lún của nền đợc tính với tải trọng tĩnh (tính cho cặp 1)
2 m / 67 , 11 5 , 10 98 , 1 5 , 5 96 , 1 4 95 , 1 5 94 , 1 10 6 , 1 87 , 1 05 , 4 2 , 1
22 , 6032 hi
Fqu
'
N
σ
t 22 , 6032 35
2 52 , 9 52 , 7 2 , 1
734 , 1122 H
tb Fqu
2
,
1
1
N
'
ngay tại chân đáy khối qui ớc σbt =72.64t/m2 > 5σgl tức là đ tắt lún độ lún trong khoảng Bm/5 =2m đầu tiênã dới đáy khối qui ớc
cm 8 ] S [ cm 62 , 0 m 0062 , 0 2 3000
67
,
11
8
,
0
e tính toán đài móng:
gồm : +tính toán đâm thủng
+tính toán theo lực cắt trên tiết diện nghiêng
+ tính toán đài chịu uốn
+ tính toán đâm thủng: việc tính toán đợc tiến hành theo công thức :
Rk ho )]
c hc (
) c
b
(
[
P< α1. c + 2 +α2 + 1 trong đó
P:lực đâm thủng bằng tổng phản lực của cọc nằm ngoài phạm vi đáy tháp đâm thủng ta có P
=562.02+560.7=1122.02t
bc =hc =0.8m kích thớc tiết diện cột
h°=1.85m chiều cao hữu ích của đài
c2=0 ;c1=0.3m khoảng cách trên mặt bằng từ mép cột đến mép của đáy tháp đâm thủng (hình vẽ)ta có c1< 0.5 h° -> lấy c1=0.5 h°=0.925m
α1=α2 =3.35 do c1;c2 <0.5 h°
vậy:vế phải =[3.35(0.8+0)+3.35(0.8+0.925)]1.85*100=1564.86t > P=1122.02t
vậy đài không bị chọc thủng
+tính cờng độ trên tiết diện nghiêng theo lực cắt : điều kiện cờng độ đợc viết nh sau
Q≤β b h°Rk
trong đó :
Q: tổng phản lực của các cọc nằm ngoài tiết diện nghiêng ta có Q=564.23t(cặp 2 lớn hơn)
b=2m : bề rộng đài
h°=1.85m chiều cao làm việc của đài
Rk=100t/m2 –cờng độ chịu kéo của bê tông
2 ) c
ho ( 1 7
,
=
β β :hệ số không thứ nguyên xác định theo công thức
565 , 1 ) 925 , 0
85 , 1 ( 1 7 , 0 ) c
ho
(
1
7
,
=
β
ta có :c=0.3m <0.5 h° nên lấy c=0.5 h°=0.925m suy ra
vế phải =1,565.2.1,85.100=579,05t >Q=564,23t
Trang 8vậy tiết diện nghiêng không bị phá hoại theo lực cắt
+tính đài chịu uốn :
2 cm 82 96 2800
* 85 1
* 9 0
45138000 Ra
h
0
M
o
mô men tại tiết diện I-I (hình vẽ) M=P.a=564,23.0,8=451,38tm
chọn 20φ25 có Fa = 98,1cm2, khoảng cách các cốt thép a=100 theo phơng cạnh ngắn đặt cấu tạo φ18,a200
4 Tính móng M2:
Do nội lực xấp xỉ M1(nhỏ hơn )nên ta chọn nh M1
5> Tính móngM3 (dới cọcC1)
Só lợng cọc n=1 cọc dự kiến kích thớc đài : 1,2.1,2.1,2m
+trọng lợng đài :Nđ=1,1.1,2.1,2.1,2.2,5=4,752t
+trọng lợng giằng:Ng=1,1.0.4.1.2,5(2,5+2.3,15)=9,68t
nội lực tại đáy đài :
M=6,559+1,3.1,2=8,119tm
N=170,491+4,752+9,68=182,92t
Q=1,3t
a>kiểm tra sức chịu tải của cọc : P=N\n =182,92t < 518.2t=[P]
vậy cọc đủ sức chịu tải
2 m / 329 , 74 5
, 6 5 , 6
2 35 5 , 6 5 , 6 92 , 182
Fqu
N
=
+
=
=
σ
b> kiểm tra sức chịu tải của nền : Lm= Bm =1+2.35.tg4.51°=6,5msuy raứng suất tại đáy khối qui ớc
cờng độ tính toán của đất dới đáy móng qui ớc
R=1.2[45*(1+0.1(6-2))+0.3*1.859*(40-3)]=100.36t/m2>σ
vậy sức chịu tải của nền đợc đảm bảo lực tác dụng nhỏ -> ứng suất gây lún rất nhỏ nên ta không cần kiểm tra
b>tính toán đài : vì đài chỉ có 1 cọc nên ta không cần kiểm tra chọc thủng bởi cột cũng nh cờng độ trên tiết diện nghiêng theo lực cắt đặt thép φ20a150 cho cả hai phơng
6 tính toán giằng
giằng móng có tác dụng truyền lực ngang từ đài này sang đài khác góp phần điều chỉnh lún lệch gi cácã
đài,ngoài tải trọng bản thân đài còn chịu một phần mô men ở chân cột và mô men do sự lún lệch gây ra các giả thiết khi tính toán :
+coi đài cứng vô cùng ,giằng đợc ngàm tại mép đài
+bỏ qua chuyển vị ngang của đài
+mô men chân cột xem là do giằng chịu khi đài móng chỉ có một cọc
+khi móng bị lún không gây ra nội lực trong k hung
Trang 9Ta tính toán giằng nối giữa hai móng M2và M3 là giằng dài nhất và móng M3 chỉ có một cọc
- sơ đồ tính toán : (hình bên) sơ bộ chọn tiết diện của giằng là 0,4.1m
-tải trọng tác dụng :
+tải trọng bản thân : q=1,1.0.4.1.2,5=1,1t/m
+mô men sinh ra do lún lệch : ta giả thiết độ lún lệch là ∆S = 0.002m
+mô men tại chân cột C1 là M1=6.559tm
tm 145 , 1 24
5 5 1 ,
1
24
2
ql
- nội lực trong giằng :
tm 4 , 46 002 , 0 12 25
1 4 0 2900000
6 l
EJ
6
M
3
Δ
tm 291 , 2 12
5 5 1 ,
1
12
2
ql
vậy mô men âm tác dụng trên giằng M = 2.29+46.4+6.559=55.249tm
3 0 Ad 118 , 0 9 , 0 4 , 0 1300
249 , 55 h
b
Rn
M
o mô men tác dụng trên giằng chủ yếu do sự lún lệch gây
ra nên ta đặt thép trên và dới nh nhau (do mô men âm bằng mô men dơng )
937 , 0 ) A 2 1
1
.(
5
,
=
γ
2 cm 36 , 24 90 2800 9 , 0
5524900 h
Ra
9
,
0
M
o chọn 6φ25có Fa=29.45cm2 ,cốt giá dùng 2φ16 tính cốt đai : lực cắt tại đầu dầm
t 31 , 21 125
12
002 , 0 1 4 , 0 2900000
12 2
5 1 , 1 l
EJ
12
2
l
q
Q
3
+
ta có Ko.Rn.b.ho= 0,35.130.40.90 =163800kg >Q =21310kg
mặt khác lại có 0,6.Rk.b.ho=0,6.10.40.90=21600kg >Q =21310kg
vậy không phải tính cốt đai : dùng φ8a150 đặt suốt dầm