Đồ án nền móng

Mặt khác, tải trọng truyền xuống công trình tương đối lớn, vì vậy phương án móng cọc BTCT được xem là lựa chọn thích hợp nhất.. Trường hợp tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu ta

TÀI LIỆU VÀ TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN:

o TCVN: 10304 – 2014_ “Móng cọc – tiêu chuẩn thiết kế”

o TCVN: 9362 – 2012_ “Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình”

o Bài Giảng “Nền Móng Công Trình” _ Msc Nguyễn Văn Liêm_Đại Học CầnThơ

o Giáo trình “Nền Móng” _ Châu Ngọc Ẩn

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

1.1 SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH.

o Số liệu công trình được dựa trên 5 lớp địa chất là: L1, L2, L3, L4, L5

o Mỗi lớp địa chất được xác định bằng quan sát đặc trưng bởi sự thay đổi màusắc, cỡ hạt, thành phần hạt trong quá trình khoan

* Mô tả các lớp đất:

• Lớp L1: Lớp đất sét pha cát lần hữu cơ, màu xám đen đến xám trắng, độ dẻotrung bình, trạng thái mềm

• Lớp L2: Lớp đất sét pha cát lẫn sỏi sạn, màu nâu đỏ vàng xám, trạng thái rắn

• Lớp L3: Lớp cát vừa đến mịn lẫn bột, màu vàng nâu, trạng thái bời rời

• Lớp L4: Lớp cát vừa đến mịn lẫn bột, màu nâu đỏ trạng thái chặt vừa

• Lớp L5: Lớp sét lẫn bột, màu nâu đỏ trạng thái cứng

- Mực nước ngầm tự nhiên ở độ sâu -1.9m so với mặt đất tự nhiên.

* Bề dày và vị trí xuất hiện các lớp đất:

Lớp đất Chiều dày (m) Vị trí xuất hiện tại độ sâu từ mặt đất (m)

Sét phacát,nâuđỏ,rắn

Cát vừa đếnmịn, vàngnâu, rời

Cát vừa đếnmịn, nâu đỏchặt vừa

Sét lẫn bộtnâu đỏ,cứng

-Tải trọng công trình truyền xuống lên móng:

• Mục đích: Sử dụng dưới hàng cột khi chịu tải trọng lớn, bước cột gần nhau

b Phương án móng cọc ép bê tông cốt thép đỗ tại chỗ:

1.2.2 Nhận xét:

Qua việc thiết kế sơ bộ ta đánh giá và chọn phương án móng như sau:

• Về mặt kỹ thuật: Móng xử lí trên nền thiên nhiên và trên nền gia cố cừ tràm đềukhông đảm bảo độ ổn định cho công trình Móng cọc BTCT và móng băng có thểđảm bảo độ ổn định cho công trình

• Về mặt kinh tế: Ta chọn phương án móng cọc BTCT vì đạt yêu cầu về kỹ thuật

so với các phương án khác Mặt khác, phương án móng cọc hiện nay được sử dụngkhá rộng rãi trên nền đất yếu như ở ĐBSCL

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÁC PHƯƠNG ÁN MÓNG

γ : trọng lượng riêng trung bình của bê tông và đất, lấy bằng 2.2 T/m2

* Sức chịu tải tiêu chuẩn của đất nền (ứng với b = 1m):

Theo tiêu chuẩn TCXD 9362 - 2012 ta có:

Đối với công trình không có tầng hầm:

)

2 1

II II

II tc

c D h

B b

A k

m m

 Trong đó:

+ m1 = 1, m2 = 1 hệ số điều kiện làm việc của nền đất và hệ số điều kiện làm việc

của nhà công trình có tác dụng qua lại với nền

+ ktc = 1 hệ số tin cậy

+ b = 1m bề rộng cạnh móng nhỏ nhất giả định

+ h = 1.5 m độ sâu chôn móng giả định

+ c = 0.36 kg/cm2 =3.6 T/m2 : Lực dính đơn vị của đất nằm dưới đáy móng + γII = 1.853 T/m3: trọng lượng riêng của đất nằm trên đáy móng

+ γII'=1.967T/m3: trọng lượng riêng trung bình của đất nằm dưới đáy móng + A, B, D: hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất nằm dưới đáy, ϕ

Với φ=16o ta dùng công thức nội suy theo bảng tiêu chuẩn ta được các giá trị:

⇒ Nền không làm việc như “vật thể đàn hồi”

⇒ Điều kiện (*) không thỏa Vậy phương án móng băng trên nền đất tự nhiên

không khả thi

* Kết luận:

 Do lớp đất quá yếu không thực hiện được phương pháp móng băng nên ta cần phảichọn một phương pháp móng khác để đáp ứng đủ khả năng an toàn cho công trình và

dễ thi công và chi phí thấp

 Qua phân tích và đánh giá sơ bộ, ta thấy móng băng không khả thi Do đó, phương ánmóng cọc bê tông cốt thép (BTCT) được xem là hợp lý là khả thi nhất về mặt kỹ thuậtlẫn kinh tế Mặt khác, tải trọng truyền xuống công trình tương đối lớn, vì vậy phương

án móng cọc BTCT được xem là lựa chọn thích hợp nhất

2.2 PHƯƠNG ÁN MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP.

2015

- MTT = 60 kN.m ⇒M tc M TT 52.17kN.m

15.1

6015

2.2.2 Chọn tiết diện và vật liệu làm cọc

- Tiết diện cọc: Chọn cọc BTCT có tiết diện 35×35 (cm2)

- Vật liệu làm cọc:

+ Sử dụng bêtông B25 có: Rb = 145 kG/cm2, Rbt = 10.5 kG/cm2.

+ Thép dọc sử dụng thép CB 300-V có: Ra = 2800 kG/cm2, Es = 2.1×106 kG/cm2.+ Thép đai sử dụng thép CB300-T có: Ra = 2250 kG/cm2, Es = 2.1×106 kG/cm2

2.2.3 Cấu tạo cọc và đài cọc.

- Đặt đáy đài móng ở cao trình 1.5 m so với mặt đất tự nhiên

- Chọn chiều dài cọc là L = 12 m, gồm 2 đoạn với mỗi đoạn dài 24m

- Đối với đài cứng và có độ cao chôn đài h > 1m thì ta có điều kiện chọn độdài ngàm như sau:

- Kiểm tra hàm lượng thép: µ =

ξ

=> Thỏa điều kiện hàm lượng thép

2.2.4 Tính toán sức chịu tải của cọc.

a Sức chịu tải cọc theo vật liệu.

Đối với móng cọc đài thấp cọc được tính như một thanh chịu nén đúng tâm, sứcchịu tải của cọc theo vật liệu là:

Qvl = ϕ(R b A b + R s A s )

 Trong đó:

+ Rb: 145 kg/cm2 – cường độ tính toán của bê tông B25

+ As =10.18 cm2 – diện tích tiết diện ngang của thép dọc (4Φ18)

+ Ab = 35x35 – 10.18 =1214.8cm2 – Diện tích tiết diện ngang của bê tông sau khicắt thép.

+ Rs = 2800 kg/cm2 – cường độ tính toán của thép CB300-V

+ ϕ - hệ số xét đến độ mãnh của cọc phụ thuộc vào giá trị λ

Trường hợp tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu ta phải xét đến ảnh hưởng của

sự uốn dọc, xem cọc ngàm trong đài và đầu cọc nằm trong đất mềm

- Tổng chiều dày của lớp đất yếu mà cọc đi qua:

Ly =11.3 + 12 = 23.3 m

- Chiều dài tính toán của cọc trong lớp đất yếu:

L01 = ν .Ly = 0.7 x 23.3 =16.3 m (ν = 0.7; Ly = 23.3 m – chiều dày lớp đất yếu)

ν: hệ số phụ thuộc vào liên kết giữa hai đầu cọc, lấy theo bảng dưới:

- Độ mãnh cọc: 01 16.3

46.6 0.35

L d

- Khi bắt đầu đóng cọc: chiều dài đoạn cọc L = 12m

→ Chiều dài tính toán: L02 =12x2= 24 m

- Độ mảnh cọc 02 24

80 0.35

L d

Đầu cọc ngàm trong đài

Đầu cọc ngàm trong đài

b Xác đinh sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền.

Theo phụ lục G TCXD 10304:2014

- Sức chịu tải cực hạn Rc,u tính bằng kN, của cọc theo đất là:

R c u , = q A b b + ∑ u f l i i

 Trong đó:

+ qb =là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc

+ Ab là diện tích tiết diện ngang mũi cọc

+ u là chu vi tiết diện ngang

+ fi là cường độ sức kháng trung bình (ma sát đơn vị) của lớp đất thứ i trên thân cọc.+ li là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ i

Tính sức chịu tải của cọc do ma sát bên:

c u a

+ k1: là hệ số, lấy k1= 40 h/d≤400 đối với cọc đóng (Lấy k1=400);

+ Np: là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 4d phía dưới và 1d phía trên mũicọc (Np=24);

+ Ab: diện tích tiết diện ngang của chân cọc, Ab = 0.1225 m2

+ u: là chu vi tiết diện ngang của cọc

c u SPT

tt

at

R R

K

= = = (T) < Qvl = 195(T)Với Kat = 2.5÷3 (Hệ số an toàn khi tính sức chịu tải theo thí nghiệm xuyên tiêu

chuẩn)

d. Xác đinh sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền (Mục 7.2.2 TCXD 10304 - 2014)

Sức chịu tải tiêu chuẩn tính theo công thức:

)(

,u c cq q b A b u cf f i l i

R =γ γ + ∑γ

 Trong đó:

+ γchệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, γc= 1.

+ q b= /m2 cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc

+ u = 1.4m chu vi tiết diện ngang thân cọc

+ ∑ fi = 51.9 KN/m2 cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc

+ Ab = 0.1225 diện tích cọc tựa lên đất

+ li = 29.3 chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ i

+ γcq=1.1, γcf=1 hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi và trên thân cọc.

c u n

tt

at

R R

n =1.1: hệ số vượt tải.

2

/ 2

2 T m

tb =

γ : trọng lượng riêng trung bình giữa đất và móng

h = 1.5m: độ sâu chôn đài

β : Hệ số xét đến ảnh hưởng của lực ngang và moment, β = 1 ÷ 1.5

P : Sức chịu tải tính toán của cọc P = 77 T

ΣN : Tổng tải trọng đứng tác dụng tại trọng tâm tiết diện đài cọc (T)

N N

- Diện tích thực tế đáy đài cọc:

2.4 KIỂM TRA MÓNG CỌC ĐÀI THẤP.

2.4.1 Kiểm tra độ sâu chôn đài.

Móng cọc được xem là móng cọc đài thấp khi tải trọng ngang hoàn toàn do các lớpđất từ đáy đài trở lên tiếp nhận (tức là tổng lực ngang nhỏ hơn trị số áp lực đất bịđộng Ep) Vì vậy điều kiện để tính toán theo sơ đồ móng cọc đài thấp là:

- Điều kiện: h≥0 h 7 min(h = 1.5 m - Độ sâu chôn đài đã chọn)

Với : hmin = tan

+ ϕ = 90 : góc ma sát trong của đất từ đáy đài trở lên

+ γ =1.853T/m3: trọng lượng riêng của đất từ đáy đài trở lên

→ Thoả điều kiện móng cọc đài thấp.

2.4.2 Kiểm tra tải trọng công trình tác dụng lên cọc.

Điều kiện để cho tất cả các cọc chịu nén, không có cọc chịu kéo để không cần kiểmtra điều kiện nhổ cọc:

min 0

max 0

P

P P

• Pc : Trọng lượng tính toán bản thân cọc

• Pn : Sức chịu tải tính toán của cọc khi chịu nén, Pn = Ptt = 77 T

i

y

y

y M x

x M n

N P

1 2 max

1 2

max max

i

y

y

y M x

x M n

N P

1 2 min

1 2

min min

xi : Khoảng cách từ trục chính y đến trục của cọc chịu nén ngoài cùng.

yi : Khoảng cách từ trục chính x đến trục của cọc chịu nén ngoài cùng

xmax : Khoảng cách từ trục chính y đến trục của cọc chịu nén ngoài cùng

xmin : Khoảng cách từ trục chính y đến trục của cọc chịu kéo ngoài cùng

y

y

x x

 Kiểm tra với lực N tt = 160T; M tt = 6Tm; H tt = 2T:

- Diện tích thực của đài cọc:

- Số lượng cọc trong đài: n = 4 cọc

- Tổng moment tính toán đối với trục chính y, trục đi qua trọng tâm của hệ

Bảng tính sức chịu tải của từng cọc

P = 40.8 > 0→ Không có cọc nào trong hệ thống chịu kéo → Không cần kiểm

tra điều kiện cọc bị nhổ (kiểm tra theo sức chịu kéo của cọc).

 Kiểm tra tải trọng ngang tác dụng lên cọc:

• H0 : Tải trọng ngang tác dụng lên đầu cọc

2.4.3 Kiểm tra cường độ đất nền dưới mũi cọc.

“Bài Giảng Nền Móng Công Trình” _ Msc Nguyễn Văn Liêm trang 116)

Để kiểm tra cường độ đất nền tại mũi cọc, người ta xem đài cọc, cọc và phần đất giữacác cọc là một khối móng qui ước Khối móng qui ước này có có chiều sâu đặt móngbằng khoảng cách từ mặt đất đến cao trình mũi cọc (ở đây hmũi = -24.8 m)

Diện tích móng khối quy ước được xác định theo công thức sau:

Xác định góc mở rộng α so với trục thẳng đứng kể từ mép ngoài của hàng cọc biên(góc truyền lực):

n i i i tb

o

φi : góc ma sát trong của lớp đất thứ i mà cọc đi qua

hi : Bề dày lớp đất thứ i mà cọc đi qua

là phải thỏa mãn các điều kiện dưới đây:

R F

N R

2

2 1

min max

max

σσσ

Fqu : diện tích móng khối quy ước

Rtc : áp lực tiêu chuẩn nền tại đáy móng quy ước

σmax, σmin : ứng suất dưới đáy móng quy ước

ax

6 1

tc m

- Xác định trọng lượng bản thân khối móng qui ước:

+ Trọng lượng bản thân khối móng qui ước từ đáy đày trở lên (tại cao trình-1.5m):

+ Trọng lượng bản thân của 4 cọc:

6

+

15 1

2 ×(1 + 23.3) = 47.5 T.m

- Độ lệch tâm: 0 044

6 1080

5

5

044 0 6 1 8 34

6 1080 6

B

e F

N

qu qu

= ∑

σ

) / ( 7 29 5.9

044 0 6 1 8 34

6 1080 6

B

e F

N

qu qu

2 min

m

R tc = qu + qu γtb +

Trong đó:

+ m = 1 : hệ số đều kiện làm việc

+ Với ϕ=29.050 tra bảng Giáo trình nền móng MSc Nguyễn Văn Liêm

29.5

07.1

D B A

.3126.70.41.5

3.3987.012938.06.7002.14.0967.11.51.853

m T h

h

i

i i

=+

+++

×+

×+

×+

×+

/ 145 7 7 26 0 04 1 ) 8 24 29 5 9 5 07 1 [(

→ Thoả điều kiện cường độ đất nền.

2.4.4 Kiểm tra độ lún của đất nền dưới mũi cọc.

- Độ lún của móng cọc được tính giống như độ lún của móng bình thường đặt trênnền tự nhiên nhưng áp lực gây lún được tính từ mặt phẳng đáy móng quy ước

- Điều kiện phải thoả mãn: S≤Sgh

h e

e e s

6.1080

m T F

∑N tc: Tổng trọng lượng khối móng quy ước, ∑N tc =1080.6T

Fqu : Diện tích khối móng quy ước, Fqu = 34.8 m2

hi : Chiều dày của các lớp đất nằm trên đáy khối móng quy ước

γi : Dung trọng của các lớp đất nằm trên đáy khối móng quy ước

h i ≤ 0 4 qu = 0 4 × 5 9 = 2 36 → Ta chọn hi = 1 m

Với Bqu : bề rộng móng quy ước, Bqu = 5.9 m

e

e e S

S

2 1

i

z )(

σ ) gây ra ở giữa lớp đất thứ (i) Từ P2(i) , dựa vào

đường cong nén lún e-p ta xác định được e2(i)

P2i = P1i + σgltb

* Bảng thí nghiệm nén cố kết:

e 1,178 1,05 1,029 1,011 0,959 0,871 0,69

Biểu đồ quan hệ giữa e và p

Chia chiều dày lớp đất thành các lớp có chiều dày hi = Bmq/5 = 1.00 (m)

BẢNG TÍNH ỨNG SUẤT DO TRỌNG LƯỢNG BẢN THÂN VÀ TẢI

i

e

e e s

Ghi chú:

1 Các giá trị ứng suất trong bảng tính độ lún có đơn vị tính ( KG/cm2)

2.1 Z

bt 2

σ (T/m )z σz gl T m( / 2)

- Trong hai sơ đồ này, muốn bảo đảm điều kiện chịu lực tốt thì các móc neo phải ở vịtrí sao cho moment dương lớn nhất bằng trị số moment âm nhỏ nhất Từ điều kiện này

ta có:

+ Hai móc neo cho vận chuyển được bố trí cách đầu cọc một đoạn a = 0.207L

+ Một móc thi công được bố trí cách đầu cọc một đoạn b = 0.294L

Trong đó:

+ q : tải trọng phân bố đều do trọng lượng bản thân cọc tạo nên

+ L : chiều dài cọc

- Như đã tính toán ở trên, chiều dài chịu lực của cọc thiết kế là 24

m, khi chế tạo chia cọc làm 2 đoạn, mỗi đoạn 12m Do mỗi đoạn cọc 12m (L≥10m)nên ta chỉ bố trí 2 móc neo vận chuyễn và đồng thời sử dụng móc vận chuyễn để thicông

- Tải trọng phân bố đều do trọng lượng bản thân của cọc tạo nên:

b R

- Cốt đai sử dụng cốt thép CB300-T có: Rsw = 225 MPa; Es = 21×104 MPa

Lực cắt của cọc khi vận chuyển.

Lực cắt của cọc khi thi công.

- Ta lấy lực cắt lớn nhất trong hai sơ đồ tải là Qmax = 1.5×1.84 = 2.76 T (hệ số động K

→ Bê tông đủ khả năng chịu lực nén

Vậy bê tông của cọc đã đủ chịu lực nén và lực cắt trong cọc, không cần cốt đai Ở đây

ta bố trí cốt đai theo cấu tạo

Như vậy, đối với cốt dọc của cọc ta bố trí 4φ18 đối xứng, cốt đai bố trí φ6 Phần đầucọc và mũi cọc chịu lực xung kích nhiều nhất, nên cốt đai bố trí với khoảng cách a =50mm, các khoảng giữa cọc bố trí bước đai a = 150mm

Phần đầu cọc chịu trực tiếp tải trọng búa, nên bố trí thêm thép gia cường 3 lớp mỗi lớpcách nhau 50mm Mũi cọc dùng để xuyên thủng các tầng cứng hay các dị vật, do đó tạimũi cọc bố trí thép định hướng φ22 hàn vào thép chịu lực

R s s ≥

2

max max

- Đối với sơ đồ chịu tải của cọc khi thi công, lực kéo lớn nhất tác dụng tại vị trí móccẩu Qmax =1.5×1.84 = 2.76T (hệ số động K=1.5)

→ Chọn móc cẩu thép CII có Rs = 2800 kg/cm2, khả năng chịu kéo của thép là Rs ×

R s s ≥

2

max max

Chiều dài đoạn neo theo cấu tạo: Lneo ≥ 30.Φ = 420 cm

2.6 TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐÀI CỌC.

2.6.1 Kiểm tra điều kiện chọc thủng

- Đài cọc sử dụng bê tông B20 có: Rb = 115 kg/cm2, Rbt = 9 kg/cm2

- Chọn tiết diện cột: Lc ×Bc = 40×40 (cm).

- Tiết diện đài: Lđ ×Bđ = 2×2 (m).

- Tiết diện cọc: bc ×hc = 35×35 (cm).

- Chiều cao đài cọc đã chôn ban đầu là: hđ = 1 m

- Chiều cao làm việc của đài: ho = hđ – Zng – a = 1 - 0.1 - 0.05 = 0.85m

Với Zng = 0.1m khoảng cách cọc ngàm vào đài

a = 0.05 lớp bê tông bảo vệ đầu cọc

Tính toán đài cọc theo điều kiện chọc thủng như tính toán móng đặt trên nền thiênnhiên, tháp chọc thủng xuất phát từ chân cột và nghiêng một góc 450 với trục đứng Kích thước đáy chọc thủng với góc nghiêng từ mép cột 450

m h

Tháp chọc thủng

2.6.2 Tính nội lực và bố trí thép cho đài cọc.

Đài cọc sử dụng bê tông B20 có: Rb = 115 kg/cm2,Rbt = 9 kg/cm2

Tiết diện cột trên móng: 40×40 (cm2)

- Moment quay quanh mặt ngàm I-I:

MI-I = ∑P i r i

Trong đó:

Pi : Phản lực đầu cọc thứ i tác dụng lên đáy đài;

ri : Khoảng cách từ mặt ngàm I-I đến tim cọc thứ

46.5 10

21.70.9 0.9 2800 85

115 632 0 100

12.24100

=> (thỏa điều kiện hàm lượng)

- Moment quay quanh mặt ngàm II-II:

max

(P +P d = (46.5 +40.8)×0.5 = 43.65 (T.m)

- Diện tích tiết diện ngang cốt thép cần thiết:

5

2 0

43.65 10

20.40.9 0.9 2800 85

115 632 0 100

s

b R

R

R

ξµ

μmin = 0.05% < μ = 0.16 % < μmax = 2.6% => (thỏa điều kiện hàm lượng)

Vậy bố trí thép 12φ16a180 theo cả hai phương I-I, II-II.