CHUONG 5 MONG COC cong trinh xay dung

Tổng độ sâu đã khoan là 70.m với 35 mẫu đất nguyên dạng dùng để thăm dò địa tầng và thí nghiệm xác định tính chất cơ lý của các lớp đất... Lớp đất số 3: Sét pha cát lẫn sỏi sạn leterit m

CHƯƠNG V : THIẾT KẾ MÓNG CÔNG TRÌNH

A. XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT:

I GIỚI THIỆU :

1/Giới thiệu công trình:

Nhà ở biệt thự ,được xây dựng tại khu nhà ở Khang Điền, phường Phước Long B, quận 9, TP Hồ Chí Minh

2/Số liệu địa chất công trình:

Khối lượng khảo sát gồm 2 hố khoan mỗi hố sâu 35.0m kí hiệu HK1 , HK2 Tổng độ sâu đã khoan là 70.m với 35 mẫu đất nguyên dạng dùng để thăm dò địa tầng và thí nghiệm xác định tính chất cơ lý của các lớp đất

II CẤU TẠO ĐỊA CHẤT :

1 Lớp đất số 1:

Trên mặt nền là lớp gạch xà bần và đất cát có bề dày HK1=0.9m, HK2=0.7m

2 Lớp đất số 2:

Sét pha nhiều cát màu xám nhạt độ dẻo trung bình trạng thái mềm có bề dày tạiHK1=1.2, HK2=1.6 với các tính chất cơ lý đặc trưng sau :

3 Lớp đất số 3:

Sét pha cát lẫn sỏi sạn leterit màu nâu đỏ/ nâu vàng xám trắng có độ dẻo trung bìnhtrạng thái mềm có bề dày tại HK1=HK2=1.1m với các tính chất đặc trưng cơ lýýsau :

- Góc ma sát trong : φ = 16o30’

4 Lớp đất số 4:

Sét pha cát màu xám trắng vân nâu vàng nhạt đốm nâu đỏ có độ dẻo trung bìnhtrạng thái dẻo cứng có bề dày tại HK1=6.3m,HK2=4.2m với các tính chất cơ lý đặctrưng sau:

- Dung trọng đẩy nổi : γ’ = 0.974 g/cm3

- Sức chịu nén đơn : Qu = 1.566 kg/cm2

5 Lớp đất số 5:

Cát mịn vừa lẫn bột và ít sỏi sạn nhỏ màu nâu vàng nhạt đến nâu đỏ nhạt vânxám trắng trạng thái chặt gồm 2 lớp :

* Lớp5a:

Trạng thái chặt vừa có bề dày tại HK1 = 7.7m, HK2 = 9.8m với các tính chất đặctrưng cơ lý sau :

Trong phạm vi khảo sát địa tầng khu vực chấm dứt ở đây

III TÍNH CHẤT CƠ LÝ VÀ ĐỊA CHẤT THỦY VĂN :

Tại thời điểm khảo sát, mực nước ngầm ổn định được ghi nhận ở độ sâu tại HK2=-1.3m, và ổn định ở độ sâu tại HK1= -1.4m, HK2= - 1.5m so với mặt đất hiện hữu

IV KẾT LUẬN :

• Lớp đất số 1: trên bề mặt là lớp đất đắp có bề dày tại HK1=0.9m, HK2=0.7m

• Lớp đất số 2: bên dưới lớp sét pha nhiều cát trắng trạng thái mềm là lớp đất tương

đối tốt

• Lớp đất số 3: đến độ sâu 2,1m tại HK1 và 2,3m tại HK2 gặp lớp sét pha cát lẫn sỏi

sạn laterit trạng thái nửa dẻo đến nửa cứng là lớp đất tốt,sức chịu tải cao

• Lớp đất số 4 ,5: kế tiếp là lớp sét pha cát trạng thái dẻo cứng (lớp 4) và lớp cát

trạng thái chặt vừa là lớp đất tốt( lớp 5b)

=> tùy vào tải trọng của công trình mà người thiết kế cần kết hợp với số liệu địa chất của từng hố khoan để tính toán,lựa chọn giải pháp cho an toàn và thích hợp

B. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG:

I XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÁC MÓNG:

Từ bảng kết quả tổ hợp nội lực của khung trục,chọn ra các cặp nội lực dùng đểtính móng ,cách làm như sau:

Tính ứng suất tại chân cột dựa theo các cặp nội lực đã được tổ hợp ,từ đó chọn

ra các cặp nội lực cho ứng suất lớn nhất và dùng các cặp nội lực đó để tính chocác móng

KHUNG TRỤC 4

BỘ NỘILỰC

Căn cứ vào tải trọng tại các chân cột ta nhận thấy tải trọng do cột A, A’ và B, C là gần như nhau cho nên ta lấy giá trị cột A’ để tính móng cho 4 cột Tính toán và kiểm tra thêm móng A-1, các móng còn lại tính toán tương tự.

N3 M3 Q3

N4 M4 Q4

=> vậy chọn chiều sâu chôn móng là 1,5m.

2/Chọn vật liệu và kích thước cọc :

Dựa vào sơ đồ địa chất ta thấy,lớp đất số 4 là lớp đất tốt,nhưng có bề dày hơi mỏng(HK 2=4,2m),nên ta chọn cọc cắm xuống lớp 5a cũng là lớp đất tốt

- Chọn cọc 30 x 30 cm, chiều dài cọc chọn 12m => chiều dài tính toán là 11m

- Thép dọc chọn là 4φ14 CII

- Đáy đài cọc là lớp BT đá 1x2, dày 100

- Đoạn thép neo vào đài cọc chọn là 0.4m

- Diện tích cọc: Fc =30 30 = 900 cm2

 Cường độ chịu kéo tính toán : Rbt = 0,9 Mpa = 9 daN/cm2

 Modun đàn hồi : Eb = 27 x 103 Mpa = 27 x 104 Mpa

 Modun đàn hồi :Eb = 2.1 x 106 daN/cm2

 Modun đàn hồi :Eb = 2.1 x 106 daN/cm2

III XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC :

1/Sức chịu tải của cọc theo cường độ vật liệu :

Aùp dụng công thức :

PVL = K m (Rb .Ac + Rs As)Trong đó :

K : hệ số đồng nhất vật liệu làm cọc, lấy bằng K = 0,7

m : hệ số điều kiện làm việc lấy bằng m = 1

Ac : diện tích ngang của cọc Ac =900 cm2

Fa : diện tích ngang của cốt thép trong cọc Fa =6,16 cm2

=> PVL = 0,7 1.(115 900 + 2800 6,16) = 84523 (daN) = 84,523 T

2/Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền :

Sức chịu tải cho phép của cọc đơn theo chỉ tiêu cơ lí được tính :

Qa =

Trong đó :

+ Ktchệ số an toàn lấy bằng 1.4

+ Qtc = m (mR qp Ap + u∑ mf ƒsi.li)

+ m : Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy bằng 1

- mR ,mf : Hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc và ở mặt bên cọc có kể đếnphương pháp hạ cọc (tra bảng 3.18 sách nền móng của thầy Châu Ngọc Ẩn) =>

mR = 1.1 ; mf =1

- qp : Cường độ chịu tải ở mũi của cọc (tra bảng 3.19 sách nền móng của thầyChâu Ngọc Ẩn) => qp = 250 T/m2 (cát mịn trung lẫn bụi ở độ sâu 12,5m)

- Ap : Diện tích mũi cọc => Ap = (0,3 x 0,3) = 0,09 cm2

- li : chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt bên của cọc ( mỗi lớp 2m).

• fsi : Cường độ chịu tải mặt bên của cọc (tra bảng 3.20 sách nền móng của thầyChâu Ngọc Ẩn)

3/Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cườngù độ đất nền :

Sức chịu tải cực hạn của cọc :

QU = QS + QP = Asfs + ApQp

Trong đó :

- Qs : sức chịu tải do ma sát xung quanh cọc

- Qp : sức chịu tải do áp lực đất tác dụng lên mũi cọc

Sức chịu tải cho phép của cọc : Qa = QS / FSS + QP / FSP

Trong đó :

-Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên : FSS = 2

-Hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc : FSP = 2,5

* Tính ma sát bên của cọc:

• QS = AS fS = u ∑fSi..li

Với:

- u = 4 0,3 =1,2 m chu vi của cọc

- Ma sát tác dụng lên cọc :

fSi = σv’ tgϕa.(1 – sinϕ)+ ca

Trong đó :

- (1 – sinϕ ) là hệ số áp lực ngang của đất

- ca: lực dính giữa thân cọc và đất

- ϕa: góc ma sát giữa cọc và nền

Do cọc bêtông nên các thông số giữa cọc và đất nền : ϕa = ϕ , ca = c

- Độ sâu z (m) lấy từ mặt đất tự nhiên

- Dung trọng lớp đất đắp lớp 1 : γ = 1.8 T/m³ , h= 0,9m

- Mực nước ngầm cách mặt đất tự nhiên : h = 1.5 m

⇒ qp = 0,22 13,25 + 12,271 24,21 + 0,936 0,3 14,69 = 304,12 (T/m²)

⇒ QP = 0.09 x 304,12 = 27,4 (T)

⇒ Sức chịu tải cực hạn : Qu = Qs + Qp = 44,97 + 27,4= 72,37 (T)

⇒ Sức chịu tải cho phép : Qa = 44,97 / 2 + 27,4 / 2,5 = 33,45 (T)

KẾT LUẬN : So sánh ba kết quả xác định sức chịu tải tính toán của cọc theođiều kiện vật liệu và theo điều kiện đất nền, thì ta thấy sức chịu tải của cọc theođiều kiện vật liệu lớn hơn sức chịu tải của cọc theo điều kiện đất nền, nên đểthiên về an toàn ta lấy trị số nhỏ hơn để tính toán, tức là lấy kết quả theo đấtnền

Tóm lại , sức chịu tải cho phép của cọc :

Qa = Min ( QVL , Qa1 , Qa2 )

= min(84,523 ; 43,25 ; 33,45) = 33,45 (T)

Vậy ta dùng giá trị P = 33,45 T để thiết kế móng

IV TÍNH TOÁN MÓNG CỌC :

1/Tính Móng M1 :

a/Tải trọng tác dụng:

Mxtt = 1.475 (Tm) Mxtc = 1.283 (Tm)

Mytt = 0.748 (Tm) Mytc = 0.65 (Tm)

Qxtt = 1.529 (T) Qxtc = = 1.33 (T)

b/ Xác định kích thước đài cọc và số cọc :

-Ta chọn khoảng cách giữa các cọc và đài 3d thì áp lực tính toán do phản lực đầucọc tác dụng lên đế đài là :

h : chiều sâu đặt đài

n : Hệ số vượt tải bằng 1,1

γtb :Trọng lượng riêng trung bình của đài cọc và đất trên đài γtb

với k = 1 – 1,5 chọn theo độ lớn của giá trị mômen => chọn 2 cọc bố trí như hình vẽ:

c Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc :

-Diện tích thực của đế đài là :

Fđ = 1,5 0,6 = 0,9 (m2 )Chọn hđ = 0,6 (m)

- Trọng lượng tính toán của đài và đất trên đài :

d Kiểm tra ổn định của khối móng quy ước dưới mũi cọc :

- Góc ma sát trung bình theo chiều dài cọc :

- Góc mở :

- Kích thước của khối móng quy ước :

+Bề rộng đáy móng khối quy ước :

Bqu

m = B + 2 H tgα = 0,3 + 2 11 tg(40 21’) = 1,97 ( m)

Lqu

m = L + 2 H tgα = 1,2 + 2 11 tg(40 21’) = 2,87 ( m) +Diện tích đáy móng khối quy ước :

Fqu

m = 1,97 2,87 = 5,654( m2)Trong đó :

B,L : khoảng cách xa nhất hai biên của hai cọc xa nhất

H : chiều dàicọc tiếp xúc với đất

-Trọng lượng của khối móng quy ước :

+ Thể tích đài và cọc :

Vđ = 0,6 0,6 1,5 + 2 0,09 11 = 2,52 (m3 )+ Thể tích trung bình của đất trong khối móng quy ước :

Vm

tb = 5,656 12 – 2,52 = 65,352 (m3 )+ Trọng lượng thể tích trung bình của đất trong khối móng quy ước :

+ Trọng lượng của khối móng quy ước :

Qm = (Fqư – n.d2).γTB.hc + Vđ.γbt = Vm

tb γTB + Vđ.γbt = 65,352 0,955 + 2,52.2.5 = 68.71 (T)

+ Giá trị tiêu chuẩn lực dọc xác định tại đáy khối móng quy ước :

Ntc = N0tc + Qm = 39,09 + 68,71 =107,81 (T) -Trọng lượng thể tích trung bình các lớp đất từ mũi cọc trở lên :

- Áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng khối quy ước :

Rtc =Trong đó :

k = 1 : vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất

Tra bảng1.12 sách Nền Móng – GS.TS Châu Ngọc Aån được :

m1 = 1;m2 = 1 Có ϕ = 27015 tra bảng 3-2 được :

A = 0.97

B = 4.72

D = 7.1

Rtc =

- Ứng suất trung bình thực tế dưới đáy khối móng quy ước :

- Ứng suất lớn nhất ở mép khối móng quy ước :

+ Momen kháng uốn của khối móng quy ước :

+ Momen tiêu chuẩn tại đáy khối móng quy ước :

Thoả mãn điều kiện về lực dưới đáy khối móng quy ước :

- Ứng suất nhỏ nhất :

> 0 => Hoàn toàn thoả mãn các điều kiện

e Kiểm tra lún của móng cọc :

• Cách 1:

- Ta aÙp dụng phương pháp cộng lún từng lớp để xác định độ lún của móng cọc

- Áp lực gây lún dưới đáy khối móng quy ước :

Kết quả tính lún được thể hiện ở bản sau :

1,457

00,250,50,7511,251,51,75

10,9430,7740,5830,4260,3220,2460,192

8.037.56.224.683.422.591.981.54

13,1113,5714,0414,514,9615,4215,8916,35

Bảng kết quả nén cố kết

(lấy trong thí nghiệm nén cố kết lớp đất tại độ sâu cọc trong hồ sơ địa chất công

trình.Mẫu số 1-9 tại độ sâu 9,5 m-10 m)

Theo tài liệu khảo sát địa chất ta có:

;

=>

S = 0,0313m = 3,13 (cm)

SƠ ĐỒ TÍNH LÚN MÓNG M1

Theo TCXD 45 – 78 có Sgh = 8 cm

Vậy S =0.0313m= 3,13 cm < Sgh = 8 cm Vậy thoả mãn điều kiện về tính lún

f Tính toán đài cọc :

- chiều cao hđ = 0,6m đã chọn

- Chều cao làm việc của đài h0 = 0,6 – 0,15 = 0,45m

- Do các dãy cọc nằm trong lăng thể chọc thủng của đài cọc nên không cần kiểm tra điều kiện cột chọc thủng đài

- Cọc cũng có khả năng xuyên thủng đài với phản lực trên đài cọc, ta sẽ tính toán với phản lực trên dầu cọc lớn nhất và trên chu vi xuyên thủng là 4(bc + ho)

Pcmax = 26.487 T

Pcxt=0.75(bcọc+h0)4*h0*Rbt

= 0.75*(0.3+0.45)*4*0.45*90

= 91.125(T)

Ta thấy Pcmax < Pcxt ⇒thỏa điều kiện xuyên thủng từ dưới lên

→chiều cao đài mĩng đã chọn là hợp lí

• Tính cốt thép cho đài :

+ Thép theo phương cạnh dài :

Với : Pmax = 26.487 (T) Tổng moment M = Pmax 0,35

= 26.487 0,35 =9.27 (T.m)

Diện tích tiết diện cốt thép là :

Fa1 = => Chọn 4φ18 (As =10.18 cm2)

+ Thép theo phương cạnh ngắn :

Do theo Phương cạnh ngắn không có cọc nên ta bố trí cốt thép theo cấu tạo => Chọn φ12a200

2/Tính Móng M2 :

a/Tải trọng tác dụng:

b/ Xác định kích thước đài cọc và số cọc :

-Ta chọn khoảng cách giữa các cọc và đài 3d thì áp lực tính toán do phản lực đầucọc tác dụng lên đế đài là :

h : chiều sâu đặt đài

n : Hệ số vượt tải bằng 1,1

γtb :Trọng lượng riêng trung bình của đài cọc và đất trên đài γtb

- Ước tính số lượng cọc :

với k = 1 – 1,5 chọn theo độ lớn của giá trị mômen

=> chọn 1 cọc bố trínhư hình vẽ:

c Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc :

-Diện tích thực của đế đài là :

Fđ = 0,6 0,6 = 0,36 (m2 )Chọn hđ = 0,5 (m)

- Trọng lượng tính toán của đài và đất trên đài :

⇒ Tải trọng lớn nhất tác dụng lên hàng cọc biên :

d Kiểm tra ổn định của khối móng quy ước dưới mũi cọc :

- Góc ma sát trung bình theo chiều dài cọc :

- Góc mở :

- Kích thước của khối móng quy ước :

+Bề rộng đáy móng khối quy ước :

Bqu

m = B + 2 H tgα = 0,3 + 2 11 tg(40 21’) = 1,97 ( m)

Lqu

m = L + 2 H tgα = 0,3 + 2 11 tg(40 21’) = 1,97 ( m) +Diện tích đáy móng khối quy ước :

Fqu

m = 1,97 1,97 = 3,8809( m2)Trong đó :

B,L : khoảng cách xa nhất hai biên của hai cọc xa nhất

H : chiều dài cọc tiếpxúc với đất

-Trọng lượng của khối móng quy ước :

+ Thể tích đài và cọc :

Vđ = 0,5 0,6 0,6 + 0,09 11 = 1,17 (m3 )+ Thể tích trung bình của đất trong khối móng quy ước :

Vm

tb = 3,8809 12 – 1,17 = 45,4 (m3 )+ Trọng lượng thể tích trung bình của đất trong khối móng quy ước :

γtb = + Trọng lượng của khối móng quy ước :

Qm = (Fqư – n.d2).γTB.hc + Vđ γ = Vm

tb γTB + Vđ γ = 45,4 0,955 + 1,17.2,5 = 46,282 (T)

+ Giá trị tiêu chuẩn lực dọc xác định tại đáy khối móng quy ước :

Ntc = N0tc + Qm = 22,08 + 46,282 =68,362 (T) -Trọng lượng thể tích trung bình các lớp đất từ mũi cọc trở lên :

- Áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng khối quy ước :

Rtc =Trong đó :

k = 1 : vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất

Tra bảng1.12 sách Nền Móng – GS.TS Châu Ngọc Aån được :

m1 = 1;m2 = 1 Có ϕ = 27015 tra bảng 3-2 được :

A = 0.97

B = 4.72

D = 7.1

Rtc =

- Ứng suất trung bình thực tế dưới đáy khối móng quy ước :

- Ứng suất lớn nhất ở mép khối móng quy ước :

+ Momen kháng uốn của khối móng quy ước :

+ Momen tiêu chuẩn tại đáy khối móng quy ước :

Mxtc =Mxtco + Q0ytc Hm = 0,776 + 0,608 12 = 8.072 (Tm )

Mytc =Mytco + Q0xtc Hm = 0,708 + 1,579 12 = 19.656 (Tm )

⇒

Vậy: σtc = 39,37 ( T/m2 )< 1,2 x Rtc = 1,2 55,5 (T/m2)

- Ứng suất nhỏ nhất :

> 0 => Hoàn toàn thoả mãn các điều kiện

e Kiểm tra lún của móng cọc :

• Cách 1:

- Ta aÙp dụng phương pháp cộng lún từng lớp để xác định độ lún của móng cọc

- Áp lực gây lún dưới đáy khối móng quy ước :

Kết quả tính lún được thể hiện ở bản sau :

Trong đó :

- ko : hệ số phụ thuộc vào l/b và z/b được tra trong bảng 2.4 trang 113sách Cơ Học Đất của tác giả Châu Ngọc Ẩn

;

Từ bảng tính các giá trị ứng suất trên, chỉ cần tính lún cho tới điểm 7 là đủ

Điểm Độ sâu

1

00,250,50,7511,251,51,75

10,920,7030,4880,3360,2430,2010,15

9.8329.056.914.83.32.391.981.47

13,1113,5714,0414,514,9615,4215.8916.35

Tổng độ lún:

Bảng kết quả nén cố kết

(lấy trong thí nghiệm nén cố kết lớp đất tại độ sâu cọc trong hồ sơ địa chất công

trình.Mẫu số 1-9 tại độ sâu 9,5 m-10 m)

• Cách 2:

Aùp dụng công thức:

Theo tài liệu khảo sát địa chất ta có:

SƠ ĐỒ TÍNH LÚN MÓNG M1

Theo TCXD 45 – 78 có Sgh = 8 cm

Vậy S =0.021m= 2.1 cm < Sgh = 8 cm Vậy thoả mãn điều kiện về tính lún

f Tính toán đài cọc :

- chiều cao hđ = 0,5 m đã chọn

- Chều cao làm việc của đài h0 = 0,5 – 0,15 = 0,35m

- Do cọc nằm trong lăng thể chọc thủng của đài cọc nên không cần kiểm tra điều kiện chọc thủng đài

• Tính cốt thép cho đài :

Vì đài chỉ có 1 cọc nên cốt thép theo 2 phương được bố trí theo

cọc.Do điều kiện vân chuyển nên ta chia cọc ra làm 2 đoạn để tiên vận chuyển.Chọn vị trí đặt móc cẩu như sau:

a = 0,207.L = 0,207 6 = 1,242 (m)

- sơ đồ chịu tải:

+ khi vận chuyển (sơ đồ 1):

+ khi cẩu lắp (sơ đồ 2):

1/khi vận chuyển: (sơ đồ 1)

- Trọng lượng bản thân cọc:

p = 1,1 0,3 0,3 2,5 = 0,25 (T/m)

- lấy gia tốc khi nâng vật a = 5 m/s2

=>

Mômen lớn nhất giữa dối và nhịp là:

Kiểm tra thép trong cọc ứng với M = 0,3 (T.m) thì an toàn trong lúc vận chuyển

Vậy ta chọn 4 φ14 có Fa = 6,16 cm2 như ban đầu là bảo đảm

2/khi vận chuyển: (sơ đồ 2)

- Mômen lớn nhất giữa dối và nhịp là:

- Kiểm tra thép trong cọc ứng với M = 0,588 (T.m) thì an toàn trong lúc cẩu lắp

Vậy ta chọn 4φ14 có Fa = 6,16 cm2 như ban đầu là bảo đảm

3/tính móc neo:

Lực do một nhánh thép chịu trong quá trình cẩu cọc

Diện tích thép yêu cầu