đồ án cơ học đất nền móng móng cọc

đồ án cơ học đất nền móng móng cọc trường đại học mỏ địa chất, bài tập móng cọc, thiết kế và thi công móng cọc, hố móng sâu và giải pháp ổn định , đồ án móng cọc, đồ án nền móng trường đại học mỏ địa chất, bài tập lớn cơ học đất nền móng, áp lực đất lên tường chắn, tính toán thiết kế tường chắn đất, tường cừ.

Trang 1

BỘ MÔN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

CƠ HỌC ĐẤT-NỀN MÓNG

Đề số: XIII-2

Sinh viên: Lê Đình Thuật

Msv : 1321020738

Lớp : ĐCCT-58A

Thầy hướng dẫn

ThS: Nguyễn Văn Phóng

HÀ NỘI, THÁNG 04 NĂM 2017

Trang 2

Lê Đình Thuật-ĐCCT58A Trang 2

MỞ ĐẦU

Cơ học đất, nền và móng công trình là hai môn học là hai môn học không thể thiếu đối với sinh viên khoa công trình các trường đại học kỹ thuật hiểu biết sâu sắc về đất nền, về các quá trình cơ học xảy ra trong nền dưới tác dụng của tải trọng ngoài để từ đó thiết kế giải pháp nền móng hợp lý là yêu cầu bắt buộc đối với các

kỹ sư xây dựng, các kỹ sư Địa chất công trình – Địa kỹ thuật

Với vấn đề đặt ra cho nền móng là phần công trình làm việc chung với lớp đất bên dưới trực tiếp gánh đỡ tải trọng bên trên truyền xuống công việc tính toán nền móng là nhằm chon được một loại nền móng công trình đảm bảo các điều kiện

 Công trình phải tuyệt đối an toàn, không bị sụp đổ do nền móng, đảm bảo công năng sử dụng của công trình

 Khả thi nhất cho công trình

 Giá thành hợp lý

Trong chương trình đào tạo của trường Đại Học Mỏ-Địa Chất đối với sinh viên ngành Địa chất công trình - Địa kỹ thuật ngoài việc học trên lớp giáo trình Cơ học đất, Nền và móng công trình còn có đồ án môn học nó giúp cho mỗi sinh viên:

 Củng cố các kiến thức đã học và vận dụng nó vào các công việc cụ thể

 Biết được các bước thực hiện và thiết kế, kiểm tra móng

 Làm cơ sở cho sinh viên hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp sau này

Với mục đích như vậy thầy giáo đã giao cho mỗi sinh viên một đề tài với những yêu cầu và nhiệm vụ khác nhau

Sau một thời gian làm việc nghiêm túc với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo ThS: Nguyễn Văn Phóng, em đã hoàn thành đồ án với những nội dung sau

 Mở đầu

 Đề bài

 Chương 1: Thiết kế chiều sâu cắm tường cừ và lực neo giữ cần thiết của neo ở đỉnh tường

 Chương 2: Thiết kế móng với giải pháp móng cọc ma sát

 Kết luận

Trang 3

ĐỀ BÀI

Trên nền đất cát hạt nhỏ, người ta xây dựng một nhà cao 5 tầng với 2 tầng hầm với chiều sâu thi công tầng hầm là Hh Tải trọng công trình truyền xuống mỗi cột

là Ptc Trên thành hố móng có tải trọng phân bố đều q (hình 1) Số liệu cụ thể cho trong bảng 1

Hình 1

Đề số

(g/cm3)

(độ)

k (10-3cm/s)

Ptc (T)

Hh

(m)

q (T/m2) XIII-2 1,92 29,00 3,2 200 7,5 5,0

Bảng 1: Các thông số của nền đất và công trình

Nhiệm vụ thiết kế

1 Xác định chiều sâu cắm tường cừ và lực neo giữ cần thiết của neo ở đỉnh tường

2 Thiết kế móng với giải pháp móng cọc ma sát

Trang 4

CHƯƠNG I

THIẾT KẾ CHIỀU SÂU CẮM TƯỜNG CỪ VÀ LỰC NEO GIỮ

CẦN THIẾT CỦA NEO Ở ĐỈNH TƯỜNG

I.1 Giới thiệu chung về tường cừ

Khi thi công hố móng ở những chổ không tạo được mái dốc, hoặc khi độ sâu đào hố móng lớn Để đảm bảo an toàn cho người và phương tiện khi thi công trong

hố móng người ta thường sử dụng đến tường cừ nhằm mục đích là chắn giữ cho mái hố đào không bị sạt, trượt vào trong hố móng Việc tính toán thiết kế tường cừ hợp lý không những đảm bảo cho công trình được an toàn mà còn tiết kiệm được nhiều chi phí xây dựng

Thường với khi chiều sâu chống đỡ của tường cừ lớn hơn 5m nếu chỉ sử dụng tường cừ ngàm nó trở nên không phù hợp vì chiều dài yêu cầu của nó cắm vào trong lòng đất khá lớn và sớm trở nên không kinh tế Do đó người ta thường kết hợp tường cừ với các thanh chống hoặc neo nhằm mục đích làm giảm chiều sâu cằm tường cừ vào trong đất cùng với việc giảm cả chuyển vị hông và momen uốn tác dụng lên tường cừ, từ đó làm giảm đáng kể về chi phí xây dựng

Trong tính toán thiết kế thiết kế tường cừ có chống (neo) ta có hai phương pháp giải tính, với sự khác biệt giữa chúng là giả thiết đưa ra khi lưu ý đến sự ngàm cứng bởi đất ở chân tường

Với phương pháp “chống đỡ đất - tự do” giả thiết là tường xoay tự do, vì thế

không có sức kháng cắt bị động ở phía sau tường

Với phương pháp “chống đỡ đất – cố định” giả thiết là ngàm hoàn toàn chống

lại xoay, sức kháng bị động có cả ở hai phía

Trong trường hợp này sử dụng phương pháp “ chống đỡ đất – tự do” để tính

chiều sâu cắm tường cừ d vào đất và lực neo giữ T cần thiết của neo ở đỉnh tường

Trang 5

(g/cm3)

(độ)

Hh (m)

q (T/m2) 1,92 29,00 7,5 5,0

I.2 thiết kế chiều sâu cắm tường cừ

Ta có:

Hệ số áp lực đất chủ động: Ka = tg2(45 - ) = 0,347

Hệ số áp lực đất bị động: Kb = tg2(45 + ) = 2,882

là khối lượng thể tích lớp cát: = 1,92 g/cm3 = 1,92 T/m3

Ta tiến hành quy đổi tải trọng phân bố đều q thành chiều cao cột đất tương

đương hs:

hs = =

= 2,6 m

Áp lực hông của đất tại A: = hs.Ka = q.Ka = 5.0,347 = 1,735 T/m2

Áp lực hông của đất tại C: = (hs + Hh + d)Ka = (10,1 + d) Ka (1) Tổng áp lực đất chủ động Ea bằng diện tích biểu đồ áp lực chủ động:

Ea = ( + )(Hh + d) (2)

Trang 6

Điểm đặt của Ea cách đáy tường (điểm C) một khoảng Xa

Xa = (

)( ) (3)

Áp lực đất bị động Eb: Eb = Kbd2 (4) Điểm đặt của Eb cách đáy tường ( điểm C) một khoảng Xb = (5)

Để xác định chiều sâu cắm tường cừ d ta tiến hành cân bằng momen các lực đối với điểm neo ( coi như tại điểm A) cho bằng 0

Tức là :

Ea = Eb Với :

là khoảng cách từ điểm đặt áp lực đất chủ động Ea đến điểm neo (điểm A)

là khoảng cách từ điểm đặt áp lực đất chủ động Eb đến điểm neo (điểm A)

= ( Hh + d) – Xa = ( Hh + d) – (

)( )

= ( )(3 -

)

= ( )(

)

= (Hh + d) – Xb = (Hh + d) –

=

 Ea = Eb

 ( + )(Hh + d) ( )(

) = Kbd2( )

 (Hh + d)2( + 2 ) = Kbd2(3Hh + 2d)

 (Hh + d)2(1,735 + 2(10,1 + d) Ka) = Kbd2(3Hh + 2d) (*) Thay các giá trị:

Hh = 7,5 m

1,92 T/m3

Trang 7

Ka = 0,347

Kb = 2,882

Vào (*) ta được:

(7,5 + d)2(1,735 + 2.1,92.0,347(10,1 + d)) = 1,92.2,882.d2(3.7,5 + 2d)

 (7,52

+ 15d +d2)(15,2 + 1,33d) = 124,4d2 + 11,06d3

 855 + 228d + 15,2d2

+ 74,81d + 19,95d2 + 1,33d3 = 124,4d2 + 11,06d3

 -9,73d3

– 89,25d2 + 302,81d + 855 = 0

 d = 4,01 m

Làm tròn thành 4,1 m (thiên về an toàn)

Vậy chiều sâu cắm tường cừ cần thiết là: d = 4,1 m

I.3 tính lực neo giữ cần thiết của neo ở đỉnh tường

Thay d= 4,1 vào các biểu thức (1), (2), (3), (4), (5) Ta được các giá trị:

= (10,1 + d) Ka = 9,46 T/m2

Ea = ( + )( Hh + d) = (9,46 + 1,735)(7,5 + 4,1) = 64,93T/m

Xa = (

)( ) = (

)( ) = 4,46 m

Eb = Kbd2 = 1,92.2,882.4,12 = 46,51 T/m

Xb = = = 1,37 m

Để xác định lực neo giữ cần thiết T của neo ở đỉnh tường ta cân bằng các lực theo phương ngang

Tức là:

T – Ea + Eb = 0

 T = Ea – Eb = 64,93– 46,51 = 18,42 Tấn

Vậy lực neo giữ cần thiết ở đỉnh tường là T = 18,42 Tấn

Trang 8

CHƯƠNG II THIẾT KẾ MÓNG VỚI GIẢI PHÁP MÓNG CỌC MA SÁT

II.1 Chọn giải pháp móng

Theo cấu tạo, hình dạng và phương pháp thi công, móng được chia ra 4 loại: móng nông, móng cọc, móng sâu và móng máy

1) Móng nông: là loại móng được thi công khi hố móng đã lộ thiên, thường được đặt trên nền đất tốt, và thường áp dụng cho các công trình dân dụng vừa và nhỏ

2) Móng cọc: là loại móng gồm các thanh riêng rẽ cắm sâu vào trong nền đất

và được liên kết với nhau bằng đài cọc để đặt công trình lên trên

Móng cọc lại được phân loại ra:

 Theo vật liệu làm cọc có cọc bê tông cốt thép, cọc thép, cọc gỗ…

 Theo vị trí đáy đài so với mặt đất có móng cọc đài cao và móng cọc đài thấp

 Theo sự làm việc giữa đất và cọc có cọc chống và cọc ma sát

 Theo hình dạng có cọc vuông, cọc tròn…

 Theo biện pháp thi công hạ cọc có cọc đóng, cọc ép, cọc đỗ tại chỗ ( cọc nhồi)…

3) Móng sâu: là loại móng được đưa xuống đất sâu, thi công bằng phương pháp đặc biệt như móng giếng chìm, kesson, móng cọc ống…

4) Móng máy: là loại móng làm bệ cho các máy Móng phải có đủ độ cứng, đảm bảo tối đa hạn chế rung động của máy đến nền và không ảnh hưởng đến hoạt động của máy củng như sản phẩm của máy

Với công trình nhà cao 5 tầng với 2 tầng hầm, được xây trên nền cát hạt nhỏ với tải trọng truyền xuống mỗi cột là Ptc= 200 (Tấn) Đây là loại công trình cấp III, tải trọng vừa, nền đất cát hạt nhỏ dầy, không có lớp đá cứng, cuội sỏi…xét về chi phí xây dựng củng như điều kiện thi công và tính khả thi cho công trình ta lựa chọn 2 giải pháp móng là móng nông hoặc móng cọc

Trang 9

Đối với móng nông trong trường hợp này cần đưa ra các biện pháp gia cố, xử lý

nền cũng như kết cấu móng Nên ở đây ta lựa chọn giải pháp móng cọc ma sát làm

bằng bê tông cốt thép đúc sẵn, đài thấp

 Sơ bộ chọn các số liệu về công trình và cọc

 Cọc: Chọn chiều sâu mũi cọc: l= 18m ,(gồm 3 đoạn 6m)

Loại cọc: cọc vuông kích thước: d = 0,3*0,3 (m)

Thép: 4 thanh thép chủ lực CT-3, = 0,02 m

Mác bê tông làm cọc: #300

 Đài cọc: Chọn độ sâu đặt đài: h= 2(m)

Mác bê tông làm đài: #200

 Phương pháp hạ cọc: Hạ cọc bằng búa đóng thường

Trang 10

II.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc

Đối với cọc bê tông cốt thép sức chịu tải của cọc được xác định theo công thức:

P vl = m( R bt F bt + R ct F ct )

Trong đó:

là hệ số uốn dọc trục phụ thuộc tỉ số Lc/d (Lc là chiều dài cọc, d là đường kính hay cạnh cọc vuông) Với móng cọc đài thấp chọn = 1

m là hệ số điều kiện làm việc của cọc: với công trình nhà, đài thấp chọn m=

0,8

Rbt là cường độ chịu nén giới hạn của bê tông (lấy bằng 40% mác bê tông làm cọc) suy ra

Rbt = 0,4.300 = 120 (kG/ cm2) = 1200 (T/m2)

Fbt là diện tích tiết diện ngang của bê tông:

Fbt = F – Fct = 0,32 - 4.3,14.0,022 = 0,09 - 1,256.10-3 = 0,0888 m2 ( F là tiết diện ngang của cọc )

Rct cường độ chịu nén giới hạn của cốt thép ( tra bảng)

Rct= 2100 kG/cm2 = 21000 T/m2

Fct diện tích tiết diện ngang của cốt thép chủ

Fct = 4.3,14.0,022 = 1,256.10-3, m2

 Pvl = 0,8.1.(1200.0,0888 +21000.1,256.10-3)

 P vl = 106,34 ( T)

II.3 Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền của đất nền

Đối với cọc ma sát, cọc chịu nén:

P đn = 0,7m( U∑ + F )

Trong đó:

m là hệ số điều kiện làm việc của cọc: với công trình nhà, đài thấp chọn m=

0,8

là hệ số ảnh hưởng đến phương pháp hạ cọc, ở đây hạ bằng búa thường chọn = 1

là hệ số kể đến ma sát giữa đất và cọc: chọn = 1

Trang 11

là hệ số ảnh hưởng đến việc mở rộng chân cọc đến sức chịu tải của nền đất

ở mũi cọc: chọn = 0,7

U là chu vi tiết diện ngang của cọc: U=4.0,3 = 1,2 (m)

là chiều dày lớp đất thứ i mà cọc xuyên qua

F là diện tích tiết diện ngang của cọc: F= 0,3.0,3=0,09 (m2)

n là số lớp đất trong phạm vi đóng cọc

là lực ma sát giới hạn đơn vị trung bình của mỗi lớp đất mà cọc xuyên qua ̅ là cường độ đất nền dưới mũi cọc ( tra bảng)

Để cho kết quả chính xác ta chia chiều dày lớp đất mà cọc xuyên qua thành nhiều lớp nhỏ

n Độ sâu trung

bình, (m) (m)

̅, (T/m2) ̅ li ̅

8 16,85 1,7 5,2 10,4 298

 Pdn=0,7.0,8.(1.1.1,2.72,4 + 0,7.0,09.298)

 P dn = 59,17 (T)

 Sức chịu tải tính toán của cọc:

P tt = min(P vl ,P dn ) = 59,17 (T)

II.4 xác định số lượng cọc trong đài

n =

Trong đó:

n là số lượng cọc trong đài

hệ số kinh nghiệm kể đến ảnh hưởng của tải trọng ngang và momen:

Trang 12

chọn = 1,1

Ptc là tải trọng công trình truyền xuống mỗi cột: Ptc=200 (T)

G là trọng lượng đài và đất trên đài: G = .h.Fđ

là khối lượng thể tích trung bình của đất và móng: = 2 (T/m2)

h là chiều sâu đặt đài: h= 2(m)

Fđ là diện tích đáy đài: Fđ=

Chọn khoảng cách giữa các cọc là 3d

 =

=

= 73,05 (T/m2)

 Fđ =

=

= 2,89 m2

 G = .h.Fđ = 2.2.2,89 = 11,56 (T)

 Số lượng cọc trong đài là:

n= 1,1 = 3,93

 chọn n =4 cọc (thiên về an toàn)

II.5 bố trí cọc vào đài

Để đảm bảo các cọc bố trí vào trong đài chịu lực tương đối đồng đều, các cọc được đóng xuống độ sâu cần thiết kế ta thiết kế 4 cọc thành ô vuông với khoảng cách giữa hai tâm cọc gần nhất là 3d = 0,9m

Mép cọc ngoài cùng đến mép đài: a = 0,1 m

Chiều sâu cắm cọc vào trong đài : hcs = 0,3 m

Chọn chiều cao đài: hđ = 0,9 m

 chiều dày làm việc của đài: h2 = hđ – hcs = 0,6 m

diện tích đày đài là: Fđ =( 0,9 + (0,25.2))2 = 1,96 m2

Trang 13

II.6 kiểm tra tải trọng tác dụng lên đỉnh cọc

Kiểm tra tải trọng tác dụng lên đỉnh cọc nhằm đảm bảo điều kiện cọc không bị phá hủy trong quá trình làm việc khi chịu tải trọng tác dụng

Với trường hợp tải trọng tác dụng thẳng đứng đúng tâm và việc bố trí các cọc trong đài chịu tải trọng đồng đều, không có các cọc chịu kéo thì tải trọng tác dụng lên cọc chịu nén phải nhỏ hơn hoặc bằng sức chịu tải tính toán ban đầu đưa ra Tức là: Ptt

Với Ptt = 59,17 (T)

= ∑ =

Ptc là tổng tải trọng thẳng đứng: ptc = 200T

Gđ là trọng lượng đài và đất trên đài: Gđ = .h.Fđ

là khối lượng thể tích trung bình của đất và móng: = 2 (T/m2)

h: chiều sâu đặt đài: h = 2 m

Fđ – diện tích đáy đài : Fđ = 1,42 = 1,96 T

Trang 14

 Gđ = .h.Fđ = 1,42.2.2 = 7,84 T

n là số cọc trong đài: n = 4

 =

= = 51,96 (T) < Ptt = 59,17 (T)

 Cọc đảm bảo điều kiện bền

II.7 kiểm tra cường độ đài cọc

Kiểm tra cường độ đài cọc tức là kiểm tra khả năng chọc thủng đài của cọc

Để đài cọc có thể chống lại việc chọc thủng đó chiều dày làm việc của đài cọc (

h2 = hđ – hcs ) phải thỏa mãn:

m.U.h2.Rcp P0 hay h2

trong đó:

m là hệ số điều kiện làm việc của cọc: m = 0,8

U là chu vi của một cọc: U = 0,3.4 = 1,2 m

h2 là bề dày làm việc của cọc

Rcp là ứng suất cắt cho phép của vật liệu làm đài, lấy bằng 7% mác bê tông làm đài: Rcp = 0,07.200 = 14 kg/cm2 = 140 T/m2

P0 là lực tác dụng lên cọc hay phản lực của đất nền lên cọc:

P0 =

Với

Ptc = 200T

Gđ là trọng lượng đài và đất trên đài

Gđ = h.Fđ = 2.2.1,42 = 7,84 T

n là số cọc trong đài: n = 4

 P0 = = 51,96 T

 h2 =0,6 m >

=

= 0,39 m ( thỏa mãn điều kiện)

 Chiều dày đài cọc đã chọn an toàn

Trang 15

II.8 kiểm tra cường độ đất nền dưới mũi cọc

Đối với móng cọc ma sát cần kiểm tra cường độ đất nền dưới mũi cọc để kiểm tra ta coi đài cọc, cọc và đất xung quanh cọc là một móng khối quy ước, phạm vi móng khối quy ước được xác định bằng góc mở

Trong đó: là góc ma sát trung bình của các lớp đất từ mũi cọc trở lên

Ở đây là nền đất đồng nhất nên = = 29 độ

 = = 7,25 độ

Ta có:

Trang 16

Fqu = ( Bqu.Lqu) = (A + 2.L.tg )(B + 2.L.tg ) Với:

Fqu : diện tích đáy khối móng quy ước

A,B: khoảng cách từ 2 hàng mép cọc ngoài cùng đối diện theo 2 phía

ở đây A = B = 1,2 m

L: chiều dài cọc tính từ đáy đài tới mũi cọc

L = Lc – hcs = 18 – 0,3 = 17,7 m

 Fqu = (1,2 + 2.17,7.tg7,25) (1,2 + 2.17,7.tg7,25)

 Fqu = 32,53 m2

Với trường hợp tải trọng tác dụng đúng tâm phải thỏa mãn điều kiện:

=

R Trong đó:

Nd là tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên đáy móng khối quy ước gồm tải trọng công trình truyên xuống mỗi cột, trọng lượng đài cọc, các cọc và đất giữa các cọc

Nqu = Fqu H

Nqu là trọng lượng khối móng quy ước

là khối lượng thể tích trung bình của khối móng quy ước: = 2 T/m3

H là khoảng cách từ mặt đất đến đáy móng khối quy ước:

H = h + L = 2 + 17,7 = 19,7 m

 Nqu = 19,7.2.32,53 = 1281,6 T

 Nd = Nqu + Ptc = 1281,6 + 200 = 1481,6 T

R là sức chịu tải của đất nền:

R = m(A.Bqu + B.H) + c.D Trong đó

m là hệ số điều kiện làm việc của nền và công trình: chọn m= 1

c là lực dính của đất dưới đáy móng : c = 0

là khối lượng thể tích tự nhiên của đất: = 1,92 T/m3

A, B, D các hệ số phụ thuộc và góc ma sát trong ( tra bảng)

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	1,13 MB