TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH - Phương pháp khảo sát: khoan lấy mẫu thí nghiệm trong phòng, kết hợp xuyên tĩnh CPT và xuyên tiêu chuẩn SPT - Khu vực xây dựng, nền đất gồm 4 lớp có chiều
Trang 1I TÀI LIỆU THIẾT KẾ
I.1 tài liệu công trình
đặc điểm kết cấu: kết cấu nhà khung ngang BTCT kết hợp tường chịu lực
Tải trọng tiêu chuẩn dưới chân cột, tường:
Ntco = Ntto ; Mtco = Mtto ; Qtco = Qtto
với n là hệ số vượt tải, chọn n = 1.15
I.1 TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
- Phương pháp khảo sát: khoan lấy mẫu thí nghiệm trong phòng, kết hợp xuyên tĩnh (CPT)
và xuyên tiêu chuẩn (SPT)
- Khu vực xây dựng, nền đất gồm 4 lớp có chiều dày hầu như không đổi
Lớp 1 có các tiêu chí cơ lý như sau
Lượng hạt cỡ > chiếm % => đất cát bụi
Hệ số rỗng tự nhiên: e0 = Δ γn ( 1+W) -1 = x1x(1+ ) - 1 =
γ
e0
có < < => trạng thái đất rất ẩm
tra bảng phụ lục với: cát bụi , trạng thái đất rất ẩm
=> trạng thái đất: Xốp rời
kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT: N = 7
nhận xét: cát bụi, trạng thái đất rất ẩm, Xốp rời
Eo = (T/m2) , qc = (T/m2) , N = 7
=> lớp đất có đặc tính xây dựng yếu
Lớp 2 có các tiêu chí cơ lý như sau
- Hệ số rỗng tự nhiên: e0 = Δ γn ( 1+W) -1 = x1x(1+ ) - 1 =
γ
- Chỉ số dẻo: A = Wnh - Wd = - = % < 7 % => đất Cát pha
A
123.91
Thành phần hạt (%) tương ứng với các cỡ hạt
<
0.002
2.63
> 2
225
28.5
3
1 - 0.5
46.5
độ ẩm
W %
34.4
9
0.711
225
0.1mm
0.5
độ ẩm
Wd %
γ T/m3 ∆
độ ẩm
Wnh %
35.6 28.9 1.7
kG
2.66 1.038 2.63
6.7
0.1- 0.05
0.05 -0.01
0.847
2 - 1
cm2
0.847 675
0.01 - 0.002
35.6 34.4
0.987
KQTN nén ép e-p với áp lực
nén p (Kpa)
độ ẩm
W %
2.66
22.5 675
0.5 - 0.25
0.25 - 0.1
2.25
1.75 0.229
1.75
N
φ (độ)
qc (Mpa)
0.847
γ T/m3 ∆
2.63 14
0.229
N 0.711
1.75 225
400 0.947 0.08
28.9
1.103 0.344
1.7
qc
(Mpa) 1.08 0.915
2 22.9
độ
0.821
Trang 2- Kết quả CPT: qc = (MPa) = (T/m2)
- Mô đun biến dạng: Eo = α qc = 5 x = (T/m2)
Nhận xét:
đất Cát pha, trạng thái dẻo
γ = T/m3, Eo = (T/m2) , N = 6
qc = (T/m2)
=> lớp đất có đặc tính xây dựng yếu
Lớp 3 có các tiêu chí cơ lý như sau
Lượng hạt cỡ > chiếm % => đất cát vừa
Hệ số rỗng tự nhiên: e0 = Δ γn ( 1+W) -1 = x1x(1+ ) - 1 =
γ
e0
có < < => trạng thái đất rất ẩm
tra bảng phụ lục với: cát vừa , trạng thái đất rất ẩm
=> trạng thái đất: Chặt vừa
kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT: N = 27
nhận xét: cát vừa, trạng thái đất rất ẩm, Chặt vừa
Eo = (T/m2) , qc = (T/m2) , N = 27
=> lớp đất có đặc tính xây dựng tốt
Lớp 4 có các tiêu chí cơ lý như sau:
Hệ số rỗng tự nhiên: e0 = Δ γn ( 1+W) -1 = x1x(1+ ) - 1 =
γ Chỉ số dẻo: A = Wnh - Wd = - = % < 17 % => đất Sét pha
A
1.91
cm2
2.63
0.708 1.94
0 10.5
độ ẩm
W %
độ ẩm
Wnh %
độ ẩm
Wd %
γ T/m3 ∆
8.8
qc (Mpa)
N
> 2 2 - 1 1 - 0.5 0.5 -
0.25
0.25 - 0.1
0.1- 0.05
0.05 -0.01
0.01 - 0.002
<
Thành phần hạt (%) tương ứng với các cỡ hạt
độ ẩm
W %
γ T/m3 ∆
φ
φ c KQTN nén ép e-p với áp lực
nén p (Kpa) qc
(Mpa) N
0.646 0.633 5.72
108
1.103
0.636
0.778
880
1.7
108
108 1.08
540 0.8
1.91 2.63
2.7
15.3 0.636
540
0.188
0.227
88 1760
0.778
0.900 0.950 1.000 1.050 1.100 1.150
Trang 3Kết quả CPT: qc = (MPa) = (T/m2)
Mô đun biến dạng: Eo = α qc = 4 x = (T/m2)
Nhận xét:
đất Sét pha, trạng thái cứng
e0 = , c = (T/m2), φ = 20 o 20
γ = T/m3, Eo = (T/m2) ,N= 26
qc = (T/m2)
=> lớp đất có đặc tính xây dựng tốt
TRỤ ĐỊA CHẤT
nhận xét chung: 2 lớp đất phía trên yếu so với tải trọng đặt vào móng, lớp đất thứ 3 và 4 tốt nhưng
ở dưới sâu
2288
572
572
cát vừa, trạng thái đất rất ẩm, Chặt vừa
Eo = (T/m2) , qc = (T/m2) , N = 27
1.91
đất Cát pha, trạng thái dẻo
e0 = , c = (T/m2) , φ = 9 o 30
, Eo = (T/m2) , N = 6
qc = 108 (T/m2)
1.103
0.8
cát bụi, trạng thái đất rất ẩm, Xốp rời
Eo = (T/m2) , qc = (T/m2) , N = 7
0.847 675
225
đất Sét pha, trạng thái cứng
572
0.620 0.630 0.640 0.650 0.660 0.670 0.680 0.690 0.700 0.710 0.720
±0.00
73
15
96
67
Trang 4I.3 Tiêu chuẩn xây dựng
- Độ lún cho phép đối với nhà khung chèn tường Sgh=8cm & chênh lún tương đối cho phép ΔS.gh = 0.2%
- Phương pháp tính toán ở đây là phương pháp hệ số an toàn duy nhất L
II ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỀN MÓNG:
- Tải trọng công trình khá lớn, đặc biệt lệch tâm lớn
- Khu vực xây dựng biệt lập, bằng phẳng
- Nước ngầm không xuất hiện trong phạm vi khảo sát
=> Chọn giải pháp móng cọc đài thấp
+ Phương án 1: Dùng cọc 25 x 25 cm, đài cọc đặt vào lớp 1, mũi cọc hạ sâu vào lớp 3 khoảng 1 ÷ 2 m
+ Phương án 2: Dùng cọc 25 x 25 cm, đài cọc đặt vào lớp 1, mũi cọc hạ sâu vào lớp 3 khoảng 4 ÷ 5 m
Ở đây chọn phương án 1
III PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG VÀ VẬT LIỆU MÓNG CỌC
Đài cọc:
- Sử dụng bê tông cấp độ bền: B20
- Sử dụng thép dọc nhóm: AII
- Lớp lót dùng bê tông nghèo, mác 100 dày 10 cm
- Đài liên kết ngàm với cột và cọc Thép của cọc neo trong đài ≥ 20d (ở đây chọn 40 cm) và đầu cọc trong đài 10 cm Cọc đúc sẵn hạ bằng phương pháp đóng cọc:
- Sử dụng bê tông cấp độ bền: B25
- Sử dụng thép chịu AII, thép đai AI
IV CHIỀU SÂU ĐÁY ĐÀI H mđ
- Chiều sâu chôn móng yêu cầu nhỏ nhất:
hmin = 0.7 tg ( 45o - ϕ ) Qo
2 \ ɣb Với lớp đất 1 có ϕ = 28 o 10 , ɣ = T/m3 , bề rộng đài sơ bộ chọn b = m, Qo = T
x Chọn hm = m > hmin = m
=> Với độ sâu đáy đài đủ lớn, lực ngang Q nhỏ, trong tính toán gần đúng coi như bỏ qua tải trọng ngang
V CHỌN CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA MÓNG CỌC.
V.1 Cọc
- Tiết diện cọc 25x25 (cm) Thép dọc chịu lực 4 φ 18
- Chiều dài cọc: chọn chiều sâu hạ cọc vào lớp 3 khoảng 1.3 m, => chiều dài cọc (chưa kể mũi cọc)
chiều dài tính toán của cọc: lc = m
- Cọc được chia thành 2 đoạn C1, C2 dài 5.5 m nối bằng cách hàn bản mã
V.1.1 Sức chịu tải của cọc
1.a Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
PVL = m ϕ (Rb Fb + Ra Fa)
Trong đó: m = 0.9 là hệ số điều kiện làm việc
ϕ = 1; Fa = 4 x πd2/4 = cm2 ; Fb = Fc - Fa = x - = cm2
1.b Sức chịu tải của cọc theo đất nền.
a) Xác định theo kết quả của thí nghiệm trong phòng:
28.17
25
2
11 10.5
28000 280
105
1.75
0.5
Trang 5Pgh = αR.Rn.Fc + ατ.uc.∑li.τi
Với cọc vuông hạ bằng phương pháp đóng hoặc ép thì αR = ατ = 1
; Fc = m2 ; uc = m
trạng thái đất rất ẩm
B = trạng thái đất rất ẩm
Độ sâu mũi cọc h = m và đất (cát vừa)
=> Rn = kN/m2
=> Pgh = 1 x ( 2 x 21.8 + 1.5 x 26.9 + 2 x 7.79 + 2 x 7.79 + 1.7 x 7.79 + 1.3 x 56.76) +
+ 4136 x 0.0625 =
Pđn = Pgh = = kN
Fs
b) Xác định theo kết quả của thí nghiệm xuyên tĩnh CPT
Pđn = Pgh = Qc + Qs
Fs
Trong đó:
+ Qc = k qcm Fc là sức cản phá hoại của đất ở mũi cọc
k- hệ số phụ thuộc loại đất và loại cọc Tra bảng được k =
+ Qs = uc.∑(qci/αi).li : sức kháng ma sát của đất ở thành cọc
αi- hệ số phụ thuộc vào loại đất và loại cọc, biện pháp thi công Tra bảng được:
c) Xác định theo kết quả của thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT
Pđn = Pgh = Qc + Qs
Fs
+ Qc = m Nm Fc là sức cản phá hoại của đất ở mũi cọc
+ Qs = n uc.∑Ni.li : sức kháng ma sát của đất ở thành cọc (bỏ quả lớp 2 vì đất quá yếu) Với cọc đóng: m =400, n = 2)
=> Qc = 400 x 27 x = kN
5.7
+ + 1080 x 5.7 30
đất Cát pha, trạng thái dẻo
2.5
345
Chặt vừa cát vừa
4136
3
418
275
2
346.5
2.5
5.7
=> Qs = 1.00 x (
lớp
) =
0.5
qci
(kN/m 2250 loại đất trạng thái li (m) αi
460.6
460.6
1.3 11.05
1.4
2 11.7
26.9 7.79
1.5 3.95
0.063
li (m) Li (m) τi
1
Xốp rời cát bụi
loại đất
21.8
329
1080
80
lớp
1
56.76 1.7 9.55 7.79
±0.00
-4.20
-10.60
-14.90
Trang 6=> Để đảm bảo an toàn ta chọn sức chịu tải của cọc là Pđn = 33 T (≈ (1/3÷1/2)Pvl Chọn tiết diện như vậy đã hợp lý)
V.1.2 Chọn số lượng cọc và bố trí.
Chọn 6 cọc bố trí như hình vẽ (đảm bảo khoảng cách các cọc từ 3d ÷ 6d)
Kích thước đài cọc: Lđ x Bđ x hđ = x x
Chiều cao tính toán: ho = 0.6 - 0.1 = 0.5 m
VI Tải trọng phân phối lên cọc.
- Theo các giả thiết gần đúng coi cọc chỉ chịu kéo, nén
+ Trọng lượng của đài và đất trên đài:
Gđ ≈ Fđ hm Ɣtb = x x x 20 = kN
+ Tải trọng tiêu chuẩn tại đáy đài là:
Mytc = Mtco = kN
Qytc = Qtco = kN
+ Tải trọng tác dụng lên cọc tính theo công thức: Pi = N ± Mx.yi ± My.xi
n ∑yi2 ∑xi2
+ Phản lực tính toán của cọc tại đáy đài (không kể trọng lượng bản thân đài và lớp đất phủ từ đáy đài trở lên):
VII TÍNH TOÁN KIỂM TRA CỌC.
VII 1 Kiểm tra cọc trong giai đoạn thi công.
- Khi vân chuyển cọc: tải trọng phân bố đều q = ɣ F n
Trong đó: n là hệ số động, n = 1.5
=> q = 25 x 1.5 x = kN/m
Chọn a sao cho M+1 = M-1 => a = 0.207 l = 0.207 x = m
172.8
273.7
0.8
0.8
0.8 1304.6
800
2100
302.2
65.5
180 33
450
0.8
0.063 2.344
Trang 7M1 = M+1 = M-1 = qa2/2 = x 2 / 2 = kNm
- Khi treo cọc lên giá búa: để M+2 = M-2 => b = 0.294 l = m
M2 = M+2 = M-2 = qb2/2 = x 2
/ 2 = kNm
M2 > M1 nên dùng M2 để kiểm tra
+ Chọn a = 3 cm => h0 = 25 - 3 = 22 cm
=> Fa = M2 = x 105 = cm2
0.9 x h0 x Rs 0.9 x 22 x Cốt thép dọc chịu momen uốn của cọc là 2φ18 (Fa = 5.1 cm2)
- Tính toán cốt thép làm móc cẩu:
+ Lực kéo ở móc cẩu trong trường hợp cẩu lắp cọc: Fk = q l
Lực kéo ở 1 nhánh tính gần đúng: F' = Fk/4 = q l/4 = x = kN
=> Fa = F' = x 103
Rs Chọn thép móc cẩu φ12AI có Fa = 1.13 cm2
- Chọn búa và độ chối thích hợp: Trọng lượng cọc qc = 2.5 x Fc x Lc = 2.5 x x = 2 T
=> Chọn búa có Qb = T
Độ chối cọc tính theo công thức Hà Lan với Qb = T, chiều cao rơi H = 2 m, q = 2 T ,SCT giới hạn Pgh = 33 T
Pgh = (5÷7)Pđn = Q2H ,thì độ chối ε = 10 mm
(Q+q)ε
VII.2 Trong giai đoạn sử dụng.
Pmin + q'c >0 nên tất cả các cọc đều chịu nén => điều kiện kiểm tra là: P = Pmax + q'c ≤ [P]
Trọng lượng tính toán cọc q'c = 25 x Fc x lc = 25 x x = kN
=> P = Pmax + q'c = + = kN < [P] = kN
Như vậy tất cả các cọc đều đủ khả năng chịu tải và bố trí như trên là hợp lý
11
16.4
3.22
0.063
0.063 10.5
4 3.22
21000
0.153
1.6
1.8
1.8
330
28000
0.54 3
M1
M +
M 1
b
M -2
M+
Fk
Trang 8VIII TÍNH TOÁN KIỂM TRA ĐÀI CỌC
Đài cọc làm việc như là bản conson cứng H = 0.6 m, phía trên chịu lực tác dụng dưới cột No, Mo, phía dưới là phản lực đầu cọc P0i
VIII.1 Kiểm tra cường độ trên tiết diện nghiêng- điều kiện đâm thùng:
- Kiểm tra cột đâm thủng đài theo dạng hình chóp do lực cắt:
Điều kiện kiểm tra là Pđt ≤ Pcđt
trong đó Pđt là lực cắt hay lực đâm thủng chính là tổng phản lực của cọc nằm ngoài phạm vi đáy tháp đâm thủng
Pcđt là lực chống đâm thủng
Pđt = P01 +P02 + P03 + P04 + P05 + P06 = 2x( + + ) = kN
Pcđt = Rk.h0.[ 2(lc + c1)h0/c2 + 2(bc + c2)h0/c1]
Ở đây bc x lc = x m
h0 là chiều cao làm việc của đài: h0 = m
c1, c2 là khoảng cách trên mặt bằng từ mép dưới cột đến mép của đáy tháp đâm thủng
Vậy Pđt = kN < Pcđt = kN => chiều cao đài đủ điều kiện không đâm thủng
- Kiểm tra khả năng hàng cọc chịu lực lớn chọc thủng đài theo tiết diện nghiêng:
c1
c2
237.5
0.45
0.13 3545
0.45
1425
0.5
2.1
0.3
0.5 0.6
1
2
3
5
Trang 9Điều kiện kiểm tra: Q ≤ Qb = 2Rk.b.(h0)2/c
trong đó : Q là tổng phản lực của các cọc nằm ngoài tiết diện nghiêng
Qb là lực chống chọc thủng Giá trị trong giới hạn 0.6Rkbh0 ≤ Qb ≤ 2.5Rkbh0
Có Q = P05 +P06 = 2 x = kN
c = c1 = m, b = m
=> lấy giá trị Qb = kN
Vậy Q = kN < Qb = kN
=> chiều cao đài đủ điều kiện không chọc thủng
Do không lệch tâm theo phương x nên không cần kiểm tra
khả năng chọc thủng của cọc tại góc đài
VIII.1 Tính toán cường độ trên tiết diện thẳng đứng- Tính cốt thép đài c
Coi đài cứng làm việc như bản conson ngàm tại mép cột, độc lập theo 2 phương
- Momen tại mép cột theo mặt cắt I-I
MI = r1 x (P05 + P06) = x ( + ) = kNm
+ Cốt thép yêu cầu:
0.9Rsh0 0.9 x x
)
- Momen tại mép cột theo mặt cắt II-II
MII = r2 x (P01 + P03 + P05) =
+ Cốt thép yêu cầu:
0.9Rsh0 0.9 x x
IX KIỂM TRA TỔNG THỂ MÓNG CỌC
Giả thiết coi hệ móng cọc là móng khối quy ước như hình vẽ:
IX Kiểm tra sức chịu tải của đất dưới đáy móng khối.
- Điều kiện kiểm tra:
Pqư ≤ Rđ và Pmaxqư ≤ 1.2Rđ
237.5
351 1463 1300
347.5
178.1 0.575 302.2
1300
27.6
302.2
Mlng
302.2 604.4
4 2
5
6
1
6
Trang 10- Xác đinh kích thước khối móng quy ước:
Góc mở: α = ϕtb = ∑ϕihi = o
4∑hi Kích thước móng quy ước:
Bm = b + 2.lc.tgα = + 2 x x tg ( o ) = m
Lm = l + 2.lc.tgα = + 2 x x tg ( o
- Xác định tải trọng tiêu chuẩn dưới đáy khối móng quy ước (mũi cọc):
+ Trọng lượng của đất và đài từ đáy đài trở lên:
+ Trọng lượng khối đất từ mũi cọc tới đáy đài: N2 = ∑( LM BM - n.Fc)li.ɣi
=> Tải trọng tiêu chuẩn tại đáy móng quy ước là:
Mqư = kN
- Áp lực tiếp xúc dưới đáy khối móng quy ước:
Cường độ tính toán tại đáy khối móng quy ước
Rđ = 0.5NγnγγBm + Nqnqq +Ncncc
Fs lớp 3 là cát vừa có
φ = 34 o 50 => Nγ = ; Nq = ; Nc =
nγ = 1 - 0.2 b/l = 1 - 0.2 x = ; nq = 1; nc = 1 + 0.2b/l = 1 + 0.2 x =
thay vào ta có:
3
Ta có: ptx = kN/m2 < Rđ = kN/m2
pmax = kN/m2 < 1.2Rđ = kN/m2
=> Lớp đất trên đủ sức chịu tải
IX.2 Kiểm tra lún móng cọc
- Ứng suất bản thân tại đáy khối móng quy ước:
σbt = kN/m2
- Ứng gây lún tại đáy khối móng quy ước:
σgl = σtc - σbt = - = kN/m2
- Độ lún của móng cọc có thể được tính gần đúng theo lý thuyết đàn hồi như sau:
4.953
4.953 4.953
2418
180
17 3.12
45.45 3.12 0.841
1.159
204
3.12
204
2611
Nqư
Trang 11S = 1 - µ2o b.ω.pgl Với Lm = = => ω =
Bm
=> S = 1 - 0.252
0.983
17600
Eo
3.92 3.12
1.256