đồ án kết cấu móng cọc bê tông cốt thép

Lần lượt xét các phương án móng: móng đơn, móng băng, móng đơn trên nền cừ tràm, móng băng trên nền cừ tràm, móng cọc, móng cọc khoan nhồi. Chọn phương án móng nào vừa khả thi về kinh tế vừa khả thi về kỹ thuật mà vẫn đảm bảo sự ổn định cho công trình.Trong thiết kế sơ bộ để so sánh các phương án móng, cho phép sử dụng tải trọng thẳng đứng, bỏ qua mômen tức là xem như móng đúng tâm.

Mục lục

CHƯƠNG I: ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH 3

1.1 Số liệu địa chất: 3

1.2 Lực tác dụng của công trình truyền xuống móng 4

1.3 Phân tích các phương án móng 4

1.3.1 Các phương án nền móng: 4

1.3.2 Nhận xét: 5

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ CHỌN PHƯƠNG ÁN MÓNG 6

2.1 Phương án móng băng 6

2.2 Phương án móng bê tông cốt thép 8

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN MÓNG CỌC BÊTÔNG CỐT THÉP 10

3.1 Chọn tiết diện và vật liệu làm cọc, tính cốt thép làm móc cẩu: 10

3.1.1 Tiết diện cọc: Sử dụng cọc BTCT tiết diện 35x35cm 10

3.1.2 Vật liệu làm cọc: 10

3.1.3 Cấu tạo cọc và đài cọc .10

3.2 Xác định sức chịu tải của cọc 11

3.2.1 Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu 11

3.2.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền 12

3.3 Tính toán móng cọc đài thấp 15

3.3.1 Xác định kích thước sơ bộ đài cọc 16

3.3.2 Xác định số lượng cọc 16

3.3.3 Bố trí cọc 16

3.4 Tính toán kiểm tra móng cọc đài thấp: 17

3.4.1 Kiểm tra độ sâu chôn đài: 17

3.5 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc 18

3.5.1 Tải trọng tác dụng lên từng cọc 18

3.5.2 Kiểm tra tải trọng ngang tác dụng lên cọc 20

3.5.3 Kiểm tra cường độ đất nền dưới mũi cọc 21

3.5.4 Kiểm tra độ lún của đất nền dưới mũi cọc 24

3.6 Kiểm tra và tính toán khi vận chuyển cẩu lắp cọc: 27

3.6.1 Kiểm tra lượng cốt thép 27

3.6.2 Tính cốt dọc 29

3.6.3 Tính cốt đai 30

3.7 Tính toán đài cọc: 32

3.7.1 Kiểm tra điều kiện chọc thủng 33

3.7.2 Kiểm tra điều kiện chịu cắt 33

3.7.3 Tính nội lực và bố trí thép cho đài cọc theo điều kiện uốn 34

3.7.4 Kiểm tra thép trong cọc theo điều kiện cẩu lắp 36

3.8 Tính cốt thép làm móc cẩu 38

CHƯƠNG I: ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN CHẤT

1.3.1 Các phương án nền móng:

 Phương án móng băng:

Móng băng thường được thiết kế cho móng dưới tường nhà, dưới tườngchắn,dướihàng cột Móng băng có thể một phương độc lập hay giao nhau

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

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

Cọc BTCT có nhiều đường kính từ 20x20cm đến 40x40cm.Cọc BTCT dễ chế

tạo, sử dụng phổ biến, tải trọng công trình lớn và có tải trọng ngang

Mục đích: Sử dụng trên nền đất tốt dưới sâu, giải quyết khả năng lún lệch trong điềukiện địa chất phức tạp, chống lực ngang

 Các phương án móng khác.

Ngoài 2 phương án móng băng và móng cọc ép bê tông cốt thép đỗ tại chỗ có thể xét

thêm các phương án móng khác như: móng bè, móng cọc BTCT dự ứng lực, cọckhoan nhồi, cọc Baret và các giải pháp xử lý nền như: bấc thấm, cọc cát, cọc xi măngđất, cọc BTCT tiết diện nhỏ kết hợp vãi địa kỹ thuật, đệm cát.

1.3.2 Nhận xét:

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

không đảm bảo độ ổn định cho công trình Móng cọc BTCT và móng băng có thểđảm bảo độ ổn định cho công trình

với các phương án khác Mặt khác, phương án móng cọc là phương án hiện nayđang được sử dụng rộng rãi ở những nơi có nền đất yếu như ở ĐBSCL

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ CHỌN PHƯƠNG ÁN MÓNG

TC tc

h=2 m là độ sâu chôn móng đã dự kiến.

c = 1.14 T/m2 : Lực dính đơn vị của đất nằm dưới đáy móng

=1.280 T/m3 : trọng lượng riêng của đất nằm trên đáy móng

 Kiểm tra điều kiện: Rtc≥ ptc

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 án móng cọc bê tông cốt thép (BTCT) được xem là hợp lý là khả thinhất về mặt kỹ thuật lẫn kinh tế Mặt khác, tải trọng truyền xuống công trìnhtương đối lớn, vì vậy phương án móng cọc BTCT được xem là lựa chọn thíchhợp nhất Phương án móng này sẽ được phân tích rõ và tính toán cụ thể ở phầndưới đây

2.2 Phương án móng bê tông cốt thép.

 Ưu điểm:

- Có khả năng chịu tải lớn, sức chịu tải của cọc ép với đường kính lớn và chiều

sâu lớn có thể chịu tải hàng trăm tấn

- Không gây ảnh hưởng chấn động đối với các công trình xung quanh, thích hợp

với việc xây chen ở các đô thị lớn, khắc phục các nhược điểm của cọc đóngkhi thi công trong điều kiện này

- Giá thành rẻ so với các phương án móng cọc khác.

- Công nghệ thi công không đòi hỏi kỹ thuật cao.

 Khuyết điểm:

- Cọc ép sử dụng lực ép tĩnh để ép cọc xuống đất, do đó chỉ thi công được trong

các loại đất như: sét mềm, sét pha cát Đối với những loại đất như: sét cứng,cát có bề dày lớn thì không thể thi công được

- Một trong những loại cọc bêtông chế tạo sẵn được dùng phổ biến nhất hiện

nay là cọc có tiết diện vuông vì tính ưu điểm là dễ chế tạo Chiều dài và tiếtdiện cọc được chọn phụ thuộc vào công suất thiết bị vận chuyển và thi côngcọc

- Tùy theo tính chất làm việc, cọc được chia làm 2 loại: cọc chống và cọc ma

sát Trong phạm vi của Đồ Án ta chỉ đề cập đến cọc ma sát vì nó phù hợp vớiđiều kiện địa chất khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long

⇒ Từ các ưu, nhược điểm trên ta thấy phương án móng cọc ép bê tông cốtthép (BTCT) được xem là hợp lý là khả thi nhất về mặt kỹ thuật lẫn kinh tế.Vậy, ta chọn phương án móng cọc bê tông cốt thép để thiết kế

 Cơ sở tính toán.

- Để thiết kế và tính toán cọc BTCT, trước hết ta phải lựa chọn cọc và chiều dài

cọc Từ đó ta sẽ tính toán sức chịu tải của cọc và xác định số lượng cọc cần bốtrí Tuy nhiên để chủ động hơn trong tính toán cũng như để việc lựa chọn cọc,tiết diện cọc được dễ dàng và có cơ sở hơn ta có thể làm như sau:

- Chọn các loại tiết diện cọc có thể dùng để thiết kế.

- Xác định sức chịu tải theo đất nền của từng loại cọc qua các lớp đất nền (ví

sức chịu tải của cọc theo đất nền thường nhỏ hơn sức chịu tải của cọc theo vậtliệu và được lấy làm sức chịu tải tính toán của cọc) Từ đó vẽ được biểu đồmối quan gệ giữa sức chụi tải của cọc và chiều dài của cọc

- Từ tổng tải ở chân cột, ta ước lượng số lượng cọc sơ bộ, từ đó tính được sức

chịu tải trung bình cần thiết của một cọc đơn

- Dựa vào biểu đồ tra chiều dài chịu lực cần thiết ứng với mỗi loại tiết diện cọc.

- Chọn loại tiết diện có mối quan hệ thích hợp giữa L và d (với cách làm này ta

cũng có thể dễ dàng thay đổi tiết diện và chiều dài cọc, thay đổi các phương án

để tìm ra loại cọc hợp lý nhất: về tiết diện và chiều dài)

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN MÓNG

CỌC BÊTÔNG CỐT THÉP

3.1 Chọn tiết diện và vật liệu làm cọc, tính cốt thép làm móc cẩu:

3.1.1 Tiết diện cọc: Sử dụng cọc BTCT tiết diện 35x35cm.

3.1.2 Vật liệu làm cọc:

Bêtông: B20 có: Rb = 115 kg/cm2, Rbt = 9 kg/cm2

Thép dọc CII có: Rs = 2800 kg/cm2, Es = 2.1x106 kg/cm2

Thép đai CI có: Rs = 2250 kg/cm2, Es = 2.1x106 kg/cm2

3.1.3 Cấu tạo cọc và đài cọc.

- Chọn chiều dài cọc L = 30m, gồm 3 đoạn cọc mỗi cọc dài 10 m.

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

Đối với đài cứng và có độ cao chôn đài h > 1m thì ta có điều kiện để chọn độ dài đoạnngàm như sau:

+ Khi d ≤ 60 cm => độ ngàm tối thiểu (zng ) ¿ 2d

+ Khi d > 60cm => độ ngàm tối thiểu (zng ) ¿ 1.2 m

- Độ sâu chôn đài móng là 2 m.

- Cao trình mũi cọc so với mặt đất tự nhiên là -31.3 m

µmin = 0.1 < µ < µmax = 2.56% => thỏa điều kiện hàm lượng thép

3.2 Xác định sức chịu tải của cọc

3.2.1 Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Ta có : Pvl = φ[Rs.As+AbRb]

Trong đó:

Rb - Cường độ chịu nén của bê tông ( T/m2 )

Fb - Diện tích tiết diện ngang của bê tông trong cọc ( m2 )

Rs - Cường độ chịu kéo của thép (T/m2 )

Fs - Diện tích ngang của cốt thép dọc trong cọc ( m2 )

l0= vl

Trong đó: l - chiều dài thực của đoạn cọc khi bắt đầu đóng cọc vào đất dính từ đầu cọc đến diểm ngàm trong đất hoặc l được chọn là chiều dày lớp

đất yếu có cọ đi ngang qua

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

Do đầu cọc ngàm trong đài và mũi cọc nằm trong đất mềm nên v = 2

⇒ l0=2∗10=20

20

0 35=57 m ϕ=1.028−0.0000288∗(57)2−0.0016∗(57)=0.84

Từ công thức trên:

=> Pvl = 0.84*[2800*10.18+115*1214.82] = 141.3 T

3.2.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền [theo phục lục B của TCXD 205-1998]

Tính sức chịu tải của đất nền

Sức chịu tải cho phép được xác định theo:

 = 0.5

 = 0.7

 = 2

Đầu cọc ngàm trongđài và mũi cọc tựa lênđất cứng hoặc đá

Đầu cọc ngàm trongđài và mũi cọc ngàmtrong đá

Đầu cọc ngàm trong

đài và mũi cọc nằm

trong đất mềm

li: chiều dài ma sát của đoạn cọc nằm trong lớp thứ i

Fsf: hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên lấy 1.5 – 2

FSp: hệ số an toàn cho thành phần kháng mũi lấy 2 – 3

φ: góc ma sát giữa cọc và đất nền , với cọc bê tông cốt thép hạ bằng phươngpháp

đóng, lấy φ là góc ma sát trong trong của đất nền quanh cọc

c: lực dính giữa thân cọc và đất,

với cọc bê tông cốt thép, c là lực dính của lớp đất dưới mũi cọc

σ’v: ứng suất có hiệu của đất tại mũi cọc: σ’

qp: cường độ đất dưới mũi cọc

Ap: diện tích tiết diện ngang của mũi cọc c: lực dính của đất dưới đáy mũi cọc

γ: trọng lượng riêng của đất dưới mũi cọc

dp: cạnh hoặc đường kính cọcσ’vp: Ứng suất có hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại mũi cọc

Nc,Nq,Nγ: Hệ số sức kháng tải, phụ thuộc vào góc ma sát của đất ở dướimũi cọc.

Ứng mỗi lớp đất, ta tính áp lực ma sát chung quanh thân cọc fs và cường

độ của đất dưới mũi cọc qp cho từng lớp đất (khi cọc dừng lại ở lớp đất đó)

Ap – Diện tích tiết diện ngang mũi cọc (m2 ).

qp – Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc ( T/m2 )

qp = γ*dp*Nγ + σ’vp*Nq + c*Nc

c - Lực dính đơn vị của lớp đất chứa mũi cọc

do trọng

lượng bản thân đất (T/m2 )

 - Trọng lượng thể tích của đất tự nhiên ở độ sâu mũi cọc

dp - Bề rộng tiết diện mũi cọc ( m )

dp = Rp ( bán kính cọc tròn ) hay dp = Bp= 0.35 ( cạnh cọc vuông )

Nc, Nq, N - Hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào ma sát trong của đất, hìnhdạng mũi cọc và phương pháp thi công cọc, có thể tra bảng 2.8 (theo vesic ,trang 34,sách phân tích và tính toán móng cọc)

3.3 Tính toán móng cọc đài thấp

Thiết kế điển hình móng E1 có các cặp nội lực sau:

3.3.1 Xác định kích thước sơ bộ đài cọc

Áp lực tính toán tác dụng lên đế đài do phản lực của đầu cọc ( khả năng chịu tải củacọc)

σtt= Ptt

(3 d )2 =

65 53 ( 3x 0 35 )2 =59 44T /m

γtb = 2.2 T/m3: trọng lượng riêng trung bình giữa đất và móng

h = 2 m : độ sâu chôn đài

n c=β ΣNN

P tt =β

N 0tt+N tt d

β: Hệ số khi kể đến ảnh hưởng của lực ngang và moment (β = 1.2 – 1.5)

Ptt: Sức chịu tải tính toán của cọc

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

3.3.3 Bố trí cọc ( trang 44, sách Phân tích và tính toán móng cọc – Võ Phán)

Mặt bằng:

Khoảng cách giữa hai cọc phải thỏa điều kiện sau:

3d ≤ lc ≤ 6d  3*0.35 ≤ lc ≤ 6*0.35  1.05 ≤ lc ≤ 2.1

Chọn lc = 1.1m

Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép ngoài đài: chọn bằng 0.35m

Diện tích thực của đáy đài cọc: 1.8*2.6 = 4.68 m2

3.4 Tính toán kiểm tra móng cọc đài thấp:

3.4.1 Kiểm tra độ sâu chôn đài:

Móng cọc được xem là móng cọc đài thấp khi tải trọng ngang hoàn toàn do các lớp đất

từ đáy đài trở lên tiếp nhận (tức là tổng lực ngang nhỏ hơn trị số áp lực đất bị động

Ep), vì vậy điều kiện để tính toán theo sơ đồ móng cọc đài thấp: h ≥ 0.7hmin

Với

0 min

2 tan 45

2

H h

Ta có h = 2m > 0.7hmin=1.792m=> thỏa điều kiện

3.5 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc

3.5.1 Tải trọng tác dụng lên từng cọc

Đối với móng chịu tải trọng lệch tâm ta có điều kiện sau:

Pomax + Pc < Pn

Pomin > 0Trong đó:

P0max và P0min : Tải trọng công trình tác dụng lên cọc chịu nén nhiều nhất

và cọc chịu kéo nhiều nhất

Pn : Sức chịu tải tính toán của cọc khi chịu nén: Pn = Ptt = 65.53 T

P omax=∑N

n c +

M y xmax

∑1

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

Kiểm tra với lực N tt = 210 T; M tt = 7 Tm; H tt = 7 T

Trọng lượng thực tế của đài cọc và đất trên đài (gồm cả lớp đất đắp)

Nđ = Fn* γtb *n*h = 4.68*2.2*1.1*2=22.65T

Tổng tải trọng công trình tác dụng tại trọng tâm hệ thống cọc

˜N = Ntt = N0tt + Ndtt = 210 + 22.65 = 232.65T

Số lượng cọc trong đài: n = 5

Tổng moment tính toán đối với trục chính y đi qua trọng tâm của hệ thống cọc:

Mtt

y = My0 + Q.Hd = Mtt + Qtt.h = 7 + 72 = 21Tm

Xmax = 0.95m; Xmin = 0.55m: khoảng cách từ trục chính đối với trục cọc chịu nén

và chịu kéo ngoài cùng

P0max + Pc = 49.85 + 9.870= 59.72T < Pn =65.53 => thỏa điều kiện cọc làm việc

P0min = 40.8T > 0 => không cần kiểm tra điều kiện cọc bị nhổ

Bảng tính toán tải trọng tác dụng lên từng cọc

3.5.2 Kiểm tra tải trọng ngang tác dụng lên cọc

(trường hợp cọc đứng)Trong đó:

H0: Tải trọng ngang tác dụng lên đầu cọc

Hngang: Tải trọng tác dụng thẳng góc với trục cọc

˜H: Tổng tải trọng ngang của công trình: ˜H = Qmax = 7T

3.5.3 Kiểm tra cường độ đất nền dưới mũi cọc

Diện tích móng khối quy ước được xác định như sau:

Fqu = Aqu*Bqu = (A1+2*L*tanα)(B)(B1+2*L*tanα)(B)

Trong đó:

chiều dài đài cọc: A1= 1.9+0.35 = 2.25m ; B1=1.1+0.35 = 1.45m

i i

h h

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

M Q

-2.000

Sau khi xem móng cọc như một khối móng quy ước thì việc kiểm tra cường độ củađất nền ở mũi cọc được tiến hành như đối với móng nông nền thiên nhiên Trường hợpmóng chịu tải lệch tâm:

qu

N

R F

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

tc m

M e

N



Kiểm tra đối với nội lực N tt = 210T, M tt = 7Tm, H tt = 7T

Trọng lượng đất và đài cọc từ đáy đài trở lên:

Nqu tc=Ndtt+Ndat+ Nc=44 87+242 48+49 35=336 7 T

Tổng tải trọng tác dụng tại cao trình đáy móng quy ước

∑ Ntc= N0tc+ Nqu tc=182 6+336 7=519 3 T

γ: Trọng lượng riêng trung bình của đất nằm trên đáy móng khối quy ước:

→ Thỏa điều kiện cường độ đất nền

3.5.4 Kiểm tra độ lún của đất nền dưới mũi cọc

Điều kiện phải thỏa: S ≤ Sgh

Trong đó:

S: Độ lún ổn định của móng

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

Độ lún (S) của nền được xác định theo công thức:

S = 7.968Bảng tính lún

Tổng độ lún :

S = 7.968 cm < Sng = 10cm

=> Thỏa điều kiện về độ lún tuyệt đối của nền dưới đáy khối móng quy ước.(TCVN10304:2014, phụ lục E, trang 77)

3.6 Kiểm tra và tính toán khi vận chuyển cẩu lắp cọc:

3.6.1 Kiểm tra lượng cốt thép

Trong móng cọc đài thấp, thường thì cọc làm việc chịu nén hay chịu kéo nênkết cấu cọc được tính toán và kiểm tra theo điều kiện vận chuyển và thi công Khi vậnchuyển cọc từ vị trí chế tạo ra hiện trường và khi treo cọc lên giá búa thì cọc chịu lựctheo sơ đồ:

Trong hai sơ đồ này, muốn bảo đảm điều kiện chịu lực tốt thì các móc neo

phải ở vị trí sao cho moment dương lớn nhất bằng trị số momen 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 và giátrị nội lực Mvcmax = 0.043qL2

+ Một móc thi công được bố trí cách đầu cọc một đoạn b=0.294L và giá trị nội lực

là Mtcmax = 0.086qL2

Như đã tính toán ở trên, chiều dài chịu lực của cọc thiết kế là 30 m Khi chế tạo chiacọc làm 3 đoạn dài 10m

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

-Trọng lượng trên một m chiều dài cọc :

α m= M

R b bh o 2=

636000115∗35∗312=0 164<αR=0 429

2

)

Vậy ta chọn 4 φ 18 có As = 10.18 > 8.05

→ thoả điều kiện

- Kiểm tra hàm lượng thép:

Hàm lượng của thép trong tiết diện bê tông: