đồ án Nền Móng công trình

Thiết kế phần móng công trình cho mộtkhung theo 3 phương án: Móng nông trên nền tự nhiên, nền nhân tạo và móng cọc.Sau đó chọn phương án thích hợp nhất cho các móng còn lại.. Áp lực tính

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN NỀN MÓNG Nội dung thuyết minh:

A Các tài liệu dùng để thiết kế

B Thiết kế móng trong một khung

Phần 1 Thiết kế móng nông trên nền thiên nhiên

Phần 2 Thiết kế móng nông trên nền nhân tạo

Phần 3 Thiết kế móng cọc

A Tài liệu thiết kế

1. Nhiệm vụ được giao:

Tự lựa chọn một công trình để thiết kế phần móng Nội lực do tải trọng tính toánnguy hiểm nhất gây tại chân cột (đỉnh móng) Thiết kế phần móng công trình cho mộtkhung theo 3 phương án: Móng nông trên nền tự nhiên, nền nhân tạo và móng cọc.Sau đó chọn phương án thích hợp nhất cho các móng còn lại

- Tài liệu tham khảo :

Giáo trình: “Nền và Móng các công trình dân dụng – công nghiệp”

Hướng dẫn đồ án Nền và Móng

(GSTS Nguyễn Văn Quảng – Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội)

Số liệu tính toán theo đề ra là:

• Phương án móng nông trên nền thiên nhiên:

Hình 1 Mặt bằng kết cấu móng

2

Phần I Móng nông trên nền thiên nhiên

I. Tài liệu thiết kế

(n là hệ số vượt tải n=1.1 ÷1.5 lấy n=1.2)

2. Xử lý số liệu địa chất công trình:

Nền đất gồm 9 lớp, có số liệu địa chất như bảng dưới:

Loại đất

Chiềudày(m)

Trọnglượngriêng tựnhiên

γw

(kN/m3

)

Trọnglượngriênghạt

γh

(kN/m3)

ĐộẩmW(%)

Giớihạnchảy

WL

(%)

Giớihạndẻo

WP

(%)

Gócmasáttrong

ϕII

( 0 )

Lựcdính

cII

(kPa)

Mô đunbiến dạngE(kPa)

5

)38.01(1065.21)1

- Độ sệt : d

p

I

W W

=

= 19 0.632

2638

=

−

Từ độ sệt B = 0.632 ta có trạng thái của đấtsét là trạng thái dẻo mềm

- Tỷ trọng hạt :

26.5

2.65 10

h n

γγ

=

= Từ độ sệt B = 0.667 ta có trạng thái của đất làtrạng thái dẻo

- Tỷ trọng hạt :

26.8

2.68 10

h n

γγ

− =

Từ độ sệt B = 0.571 ta có trạng thái của đấtsét pha là trạng thái dẻo mềm

- Tỷ trọng hạt :

26.5

2.65 10

h n

γγ

− =

Từ độ sệt B = 0.67 ta có: Trạng thái của đất cátpha là trạng thái dẻo

- Tỷ trọng hạt :

26.6

2.66 10

h n

γγ

− =

Từ độ sệt B = 0.643 ta có: Trạng thái của đấtsét pha là trạng thái dẻo mềm

- Tỷ trọng hạt :

26.8

2.68 10

h n

γγ

− =

Từ độ sệt B = 0.571 ta có trạng thái của đất làtrạng thái dẻo mềm

- Tỷ trọng hạt :

26.5

2.65 10

h n

γγ

h n

γγ

− =

Từ độ sệt B = 0.5 ta có trạng thái của đất làtrạng thái dẻo

Ta có trụ địa chất như sau:

∆ = 2,65; e0 = 0,988 ; W = 38%; WL = 45%

WP = 26%; ϕ II = 17 0 ;cII = 27 (KPa);E = 10000(KPa) (DÎo mÒm)

II. Phương án nền, móng

Tải trọng công trình khá lớn, lớp đất trên cùng là đất trồng trọt không có khả năng chịutải vì vậy tiến hành bóc bỏ lớp đất này Lớp đất thứ hai là đất sét dẻo mềm dày 1.3mkhả năng chịu tải trung bình Thiết kế móng nông trên nền tự nhiên, đáy móng đặt ởlớp 2

III.Chọn và kiểm tra kích thước móng

Ký hiệu móng đơn dưới cột C là M

- Chọn vật liệu: Bê tông cốt thép

- Chọn chiều sâu chôn móng h = 1.2(m) trong đó có tôn nền htn = 0.4(m) Khi đó đếmóng đặt lên lớp đất thứ 2 là sét pha 3

- Giả thiết chọn kích thước b = 1.8(m)

+ Sức chịu tải của đất: TCXD 45-70

R m Ab Bh =   ( + ) γ +II DcII 

Trong đó: m=1

Sét pha có: ϕII = 170 , cII = 27 (kN) Tra bảng 3.2 (sách hướng dấn đồ án) Có:

A = 0.39 ; B = 2.57 ; D = 5.15 ; γ =II 18.4(kN / m )3

+ Diện tích sơ bộ của đế móng :

Móng chịu tải lệch tâm khá lớn nên ta tăng diện tích đáy móng lên để chịu mômen

Cường độ tính toán của lớp sét pha 3 ứng với bề rộng đế móng b = 2m

IV.Kiểm tra kích thước sơ bộ đáy móng

1.Theo điều kiện áp lực đáy móng:

Giả sử chiều cao của móng là 0.8m

+ Độ lệch tâm của móng là:

+ Áp lực tiêu chuẩn ở đế móng : (lệch tâm 1 phương)

+ Kiểm tra:

<

<

Vậy thỏa mãn điều kiện áp lực Ta chọn sơ bộ kích thước đế móng là

2.Kiểm tra điều kiện áp lực lên nền đất yếu

Từ trụ địa chất ta thấy lớp 3 (lớp cát pha 2: E =14.000 (kpa) chắc hơn lớp 2 (sét 3: E=10.000 (kpa) nên ta không phải kiểm tra điều kiện áp lực

3.Kiểm tra kích thước móng theo điều kiện biến dạng- Tính lún.

a ứng suất bản thân:

+ Ứng suất bản thân tại đáy móng :

+ Ứng suất bản thân tại điểm đáy lớp đất 2 :

+ Ứng suất bản thân tại điểm sâu 4m dưới mặt lớp thứ 3 :

b ứng suất gây lún:

+ Ứng suất gây lún tại đáy móng :

+ Chia nền đất thành các lớp phân tố có chiều dày:

chọn Quá trình tính toán được lập thành bảng sau:

Tại độ sâu 4m kể từ đáy móng thì

Do vậy ta lấy chiều sâu nén lún là z = 4m kể từ đáy móng

Độ lún của các lớp phân tố là:

i

gl zi i i

Vậy đất nền đảm bảo độ lún tuyệt đối Độ lún lệch tương đối giữa các móng sẽ bảo

đảm vì điều kiện địa chất dưới các móng không thay đổi mấy và tải trọng tácdụng xuống các móng cơ bản như nhau Như vậy kích thước đáy móng đã chọn đảm bảo

V.Tính toán độ bền và cấu tạo móng

Áp lực tính toán trung bình trên phần L là:

Chiều cao làm việc của móng xác định theo kết cấu bê tông cốt thép chịu uốn

Làm lớp bêtông lót móng dày 10cm , do đó lớp bảo vệ cốt thép lấy abv=0,035m

Chiều cao toàn bộ của móng

Lấy chiều cao móng:

Chiều cao làm việc của móng:

4.Kiểm tra chiều cao của móng theo điều kiện chọc thủng.

Giả thiết coi móng là bản conson ngàm tại mép cột, chịu phản lực đất po

- Cột đâm thủng móng theo hình tháp nghiêng về các phía góc 450, gần đúng coi cộtđâm thủng móng theo một mặt xiên góc 450 về phía pmax Dựa theo điều kiện phá hoạitrên mặt phẳng nghiêng:

Nct ≤ 0.75×Rk×h0×btb

- Kích thước cột : bc×lc = 25×40 cm

Vậy móng thoã mãn điều kiện phá hoại trên mặt phẳng nghiêng.

5.Tính toán cốt thép cho móng:

Cốt thép dùng cho móng chịu mômen do áp lực phản lực của đất gây ra Khi tínhmomen người ta quan niệm cánh như những congson được ngàm vào các tiết diện quachân cột

• Mô men tương ứng với mặt ngàm I-I

Diện tích cốt thép để chịu mômen MI

Chọn 13φ12 Fa =14.70(cm2)

Chiều dài một thanh thép dài:

Khoảng cách giữa tim các cốt thép:

a=

(n là số thanh dài cần thiết bố trí vào đế móng)

Chọn a= 160 mm

Thoả mãn điều kiện 100≤a 200mm≤

• Mô men tương ứng với mặt ngàm II-II:

⇒

Diện tích cốt thép để chịu mômen

Có:

Chọn cốt thép 13φ10 có Fa =10.21(cm2)

Chiều dài mỗi thanh thép ngắn:

Chiều dài giữa tim các cốt thép:

Chọn a= 190mm

Thoả mãn điều kiện 100 ≤ a ≤ 200mm

Bố trí thép như hình vẽ dưới đây:

14

Hình 5 Cấu tạo móng nông trên nền thiên nhiên (M2)

Phần IIMúng nụng trờn nền nhõn tạo

(n là hệ số vượt tải n=1.1 ữ1.5 lấy n=1.2)

2 Xử lý số liệu địa chất cụng trỡnh:

Nền đất gồm 9 lớp, cú số liệu địa chất như bảng dưới:

Loại đất

Chiều dày (m)

Trọng lợng riêng tự nhiên γ w

(kN/m 3 )

Trọng lợng riêng hạt

γ h

(kN/m 3 )

Độ ẩm W (%)

Giới hạn chảy

W L

(%)

Giới hạn dẻo

W P

(%)

Góc ma sát trong

ϕ II

( 0 )

Lực dính

c II

(kPa)

Mô đun biến dạng E (kPa)

Lớp 3: Đất cát pha 4, chiều dày 4.5m

Lớp 4: Đất cát pha 3, chiều dày 4.0m

Lớp 5: Đất sét pha 4, chiều dày 1.1 m

Lớp 6: Đất cát pha 1, chiều dày 1.1m

Lớp 7: Đất cát pha 2, chiều dày 1.2m

5

-Hệ số rỗng:

Lớp 9: Đất cát trung 1, chiều dày 20m

-Tỷ trọng hạt :

65 2 10

5

18

* Phương án móng nông trên nền gia cố đệm cát:

Lớp đệm cát được sử dụng có hiệu quả nhất khi lớp đất yếu ở trạng thái bão hoànước( sét nhão, sét pha nhão, cát pha bão hoà nước, bùn, than bùn) và có chiều dàynhỏ hơn 3m

Sau khi thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới móng công trình đệm cát đóng vaitrò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu được tải trọng của công trình và truyềntải trọng đó xuống lớp đất thiên nhiên bên dưới

Giảm bớt độ lún toàn bộ và độ lún không đều của công trình, đồng thời làm tăngnhanh quá trình cố kết của đất nền ( vì cát trong lớp đệm có hệ số thấm lớn)

Làm tăng khả năng ổn định của công trình kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng, vìcát được nén chặt sẽ tăng lực ma sát và tăng sức chống trượt

Kích thước móng và chiều sâu chôn móng sẽ được giảm bớt, vì áp lực tính toán(sức chịu) của đất nền tăng

Phương pháp thi công đơn giản, không đòi hỏi các thiết bị phức tạp

* Phương án móng nông trên nền gia cố cọc cát:

Cọc cát làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp cho nước lỗ rộng trong đất thoát ranhanh, nên làm cho quá trình cố kết của đất tăng lên và độ lún chóng ổn định hơnKhi thi công cọc nền cọc cát thì trước hết ống thép (tạo lỗ) đã bước đầu làm giảmthể tích đất, sau đó cát trong các lỗ đó lại tiếp tục nén chặt thêm Tức là làm cho độrỗng của đất giảm bớt, nước lỗ rộng trong đất thoát ra và do đó làm cho cường độ củađất nền cọc cát ( bao gồm cọc cát và đất giữa các cọc) được tăng lên

Nền cọc cát được thi công một cách đơn giản với các vật liệu rẻ tiền ( cát thô, sảnsỏi) nên giá thành thường ít hơn các loại móng cọc và đệm cát Do những ưu điểm nhưvậy nên cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày lớn (≥ 3m)

Nhận xét: Điều kiện địa chất của nền đất đang xét cũng không quá yếu Các lớp đất

phía trên có khả năng chịu tải trung bình dày 10.7m (không kể lớp đất trồng trọt) Xemxét về tính kinh tế, và điều kiện thi công ta chọn phương án móng nông trên nền gia cốđệm cát

- Móng dạng đơn BTCT dưới cột

- Các tường chèn, bao che có thể dùng móng gạch hay dầm giằng để đỡ

- Các khối nhà có tải chênh lệch được tách ra bởi khe lún

(Giả thiết chiều cao móng )

- Vật liệu làm đệm cát: Chọn loại cát vàng, hạt thô không phụ thuộc vào độ ẩm, sạch làm đệm, đầm đến độ chặt trung bình

III Chọn và kiểm tra kích thước móng

1 Chọn kích thước sơ bộ:

Ký hiệu móng đơn dưới cột C là M

Tra bảng (Bảng 3-3 trang 29 sách HDĐA Nền và Móng-Nguyễn Văn Quảng) Cường

độ tính toán quy ước của cát làm đệm là cát thô vừa không phụ thuộc vào độ ẩm:

R0=400(KPa)=400(kN/m2) Cường độ này ứng với độ dày b1=1m, h1 =2m

+ Chọn bề rộng b=1.5(m)

- Sức chịu tải của đất cát tính theo công thức tính đổi quy phạm

20

Khi h ≤ 2m: 1

1 1

1 1

b b K R

- Diện tích sơ bộ của đáy móng:

+ Vì móng chịu tải lệch tâm khá lớn nên tăng diện tích đáy móng lên:

F*= 1.2×F= 1.2×1.68=2.02(m2)

Sức chịu tải của đất cát ứng với b = 1.5m là:

2 Kiểm tra kích thước sơ bộ đáy móng theo điều kiện áp lực

Coi lớp đệm cát như một bộ phận của đất nền, tức là đồng nhất và biến dạng tuyến tính Do đó có thể sử dụng được những công thức tính ứng suất và biến dạng của môn

cơ học đất

Để đảm bảo cho đệm cát ổn định và biến dạng trong giới hạn cho phép thì phải đảm

bảo điều kiện:

Ứng suất gây lún tại đáy móng là: (tại đáy móng: z=0)

Ứng suất tại đáy đệm cát là:

*Kiểm tra chiều cao đệm cát theo điều kiện biến dạng.

Tra bảng quy phạm với cát thô vừa, chặt vừa được: E=35000(kPa)

Chia nền đất dưới đế móng thành các lớp phân tố có chiều dày

→chọn

+ ứng suất bản thân ở cốt thiên nhiên: σbt=0

+ ứng suất bản thân ở đáy móng:

+ ứng suất gây lún tại trọng tâm diện tích đáy móng :

+ ứng suất gây lún tại độ sâu z: oz glz

Do vậy ta lấy giới hạn nền đến độ sâu 3.1m kể từ đáy móng

gl zi i i

gl zi i

oi

E

h E

Khoảng cách từ mép móng đến mép cột theo phương cạnh ngắn là:

Khoảng cách từ mép móng đến mép cột theo phương cạnh dài là:

Áp lực tính toán tại đáy móng:

Theo quy tắc tam giác đồng dạng ta tính được :

26

Chọn chiều cao làm việc của móng:

Theo công thức tính cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn:

;

Chiều cao móng:

Lấy chiều cao làm việc của móng:

3 Kiểm tra chiều cao của móng theo điều kiện đâm thủng.

- Giả thiết coi móng là bản conson ngàm tại mép cột, chịu phản lực đất po

- Cột đâm thủng móng theo hình tháp nghiêng về các phía góc 450, gần đúng coi cộtđâm thủng móng theo một mặt xiên góc 450 về phía pomax Điều kiện chống đâm thủngkhông kể ảnh hưởng của thép ngang và không có cốt xiên, đai:

Lực chống đâm thủng là:

0.75×Rk×h0×btb=0.75×750×0.515×0.765=221.61(KN) > Nct = 160.11(KN)

Vậy móng thoã mãn điều kiện phá hoại trên mặt phẳng nghiêng

3 Tính toán cường độ trên tiết diện thẳng đứng - Tính toán cốt thép.

Cốt thép dùng cho móng chịu mômen do áp lực phản lực của đất gây ra Khi tínhmômen người ta quan niệm cánh móng như những con son được ngàm vào các tiếtdiện qua chân cột

• Mô men tương ứng với mặt ngàm I-I

Diện tích tiết diện ngang cốt thép để chịu mômen MI

Chọn 10φ12 Fa =11.3(cm2)

Chiều dài một thanh thép dài:

Khoảng cách giữa tim các cốt thép:

a =

(n là số thanh dài cần thiết bố trí vào đế móng)

Chọn a= 150 mm

Thoả mãn điều kiện 100≤a 200mm≤

⇒

Diện tích cốt thép để chịu mômen

28

Có:

Chọn cốt thép 10φ10 có Fa =7.07(cm2)

Chiều dài mỗi thanh thép ngắn:

Chiều dài giữa tim các cốt thép:

a =

Chọn a= 190mm

Thoả mãn điều kiện 100 ≤ a ≤ 200mm

Bố trí thép như hình vẽ dưới đây

Hình 4 Cấu tạo móng nông trên nền nhân tạo

Phần III THIẾT KẾ MÓNG CỌC

I. Số liệu thiết kế

30

(n là hệ số vượt tải n=1.1 ữ1.5 lấy n=1.2)

2. Xử lý số liệu địa chất cụng trỡnh:

Nền đất gồm 8 lớp, cú số liệu địa chất như bảng dưới:

Loại đất

Chiều dày (m)

Trọng lợng riêng tự nhiên γ w

(kN/m 3 )

Trọng lợng riêng hạt

γ h

(kN/m 3 )

Độ ẩm W (%)

Giới hạn chảy

W L

(%)

Giới hạn dẻo

W P

(%)

Góc ma sát trong

ϕ II

( 0 )

Lực dính

c II

(kPa)

Mô đun biến dạng E (kPa)

- Hệ số rỗng:

Vì : Id = 19% >17% nên đây là loại đất sét

- Độ sệt : Từ độ sệt 0.75> B = 0.58 ta có trạng thái củađất sét là trạng thái dẻo mền

Lớp 3: Đất cát pha 2 chiều dày 1.2m

Lớp 4: Đất sét pha 4, chiều dày 3.0 m

Lớp 5:Cát bụi1, chiều dày 13.5m

- T tr ng h t : ỷ ọ ạ

Lớp 6: Đất cát pha 1, chiều dày 4.5m

32

Lớp 7:Đất cát pha 2, chiều dày 5.3 m

- Tỷ trọng hạt :

26.8

2.68 10

h n

γγ

=

= Từ độ sệt B = 0.667 ta có trạng thái của đất làtrạng thái dẻo mềm

Lớp 8: Cuội sỏi, chiều dày 10m

- Tỷ trọng hạt :

Ta có trụ địa chất như sau:

Hình 1 Trụ địa chất phương án 3

II. Phương án nền, móng:

Thiết kế móng cọc cho cột C không có tường chèn Cột có tiết diện 0,3x0,5 m

- Lớp đất trên cùng là đất trồng trọt không có khả năng chịu tải vì vậy tiến hành bóc

bỏ lớp đất này

Sau đó đặt đài móng ở lớp thứ hai là đất sét 3

- Chọn chiều sâu đặt đáy đài: Độ sâu đế đài móng cọc đài thấp cần bảo đảm cho đài đủchiều cao chịu lực, để đài khỏi bị trồi lên trên mặt đất, không làm hư hại nền móngcông trình lân cận

Tính hmin- chiều sâu đặt đài cọc yêu cầu nhỏ nhất:

34

Dùng cốt thép nhóm AII có Ra = 280000 KPa = 280000 KN/m2

36

Lớp bê tông bảo vệ cốt thép dọc abv = 0,025m Giả thiết a = 0,04 m

Mmax = 0,043.ql2

Với q = 1,5.n.γbt.Fcọc = 1,5.1,1.25.0,32 = 3,71 (1,5:hệ số động lực)

→ Mmax = 0,043 3,71.72 = 7.82 (KNm)

Chọn bố trí thép kéo : 2φ12 (As= 226 mm2)

Vậy thép trên tiết diện ngang của cọc gồm 4φ12 (As= 452 mm2)

Cọc được hạ xuống bằng búa Điêzen, không khoan dẫn Để nối hai cọc với nhau ta

dùng phương pháp hàn 2 đầu cọc lại với nhau băng các tấm thép (Để nối cọc bằng phương pháp hàn, ta hàn sẵn các bản thép vào thép dọc của cọc).

IV.2 Xác định sức chịu tải của cọc đơn

IV.2.1 Xác định sức chịu tải của móng đơn theo vật liệu làm cọc

Pv = ϕ.(Rb.Fb + Ra.Fa)

ϕ=1 (Do cọc không xuyên qua lớp đất bùn)

Bê tông B25 có: Rb = 14500 (KPa);

Chân cọc tỳ lên lớp cát pha 1 ở trạng thái chặt vừa nên cọc làm việc theo sơ đồcọc ma sát.

m = 1 là hệ số làm việc của cọc trong đất

mR = 1 ; mfi =1 do hạ cọc bằng búa Diezel không khoan dẫn và cọc trụ đặc

R - Cường độ giới hạn trung bình của lớp đất ở mũi cọc, phụ thuộc vào loại đất

và chiều sâu mũi cọc (với độ sâu H = 21,5 m với cát pha 1 tra bảng ta được R= 3290KPa

U – Chu vi = 4.0,3 = 1,2 m

Chia đất nền thành các lớp đồng nhất như hình vẽ (chiều dày mỗi lớp này ≤ 2m).Cường độ tính toán của ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất bao quanh fi đượctra theo TCXD 205:1998, kết quả nội suy ghi trong bảng

38

-20.5

-0.45 -0.95

±0.000

1

6 5

3 2

Ta có : Pv >P’dTa đưa Pd’ = 748,25 KN vào tính toán.

IV.3 Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng

*).áp lực tính toán giả định tác dụng lên đáy đài do phản lực đầu cọc gây ra: