Đồ án nền móng 11

Tài liệu tham khảo về Đồ án nền móng dành cho sinh viên chuyên ngành xây dựng, tài liệu đưa ra các thông số kỹ thuật, các chỉ tiêu vật lý cho việc xây đắp nền móng, các vật liệu cọc, kiểm tra thé

I TỔ HỢP TẢI TRỌNG

Công trình : Nhà công nghiệp

Cột : - Tiết diện cột : lc x bc = 80cm x 60cm

- Cao trình cầu trục : 7,5m

- Cao trình đỉnh cột : 9,5m

Tải trọng :

Các lực tác dụng :

- Tĩnh tải tác dụng lên đỉnh cột : Pa = 590 (KN)

- Hoạt tải gió tại đỉnh cột : Pg = 32,8 (KN)

- Lực hãm cầu trục ngang : Tc1 = 5,4 (KN)

- Lực hãm cầu trục dọc : Tc2 = 3,8 (KN)

- Tải trọng cầu trục : Pc = 525 (KN)

- Tải trọng bản thân cột G = 25.0,8.0,6.10.1,1

= 132(KN)

(KN)

tt x

Q0

(KN)

tt y

(KN)

tt x

M0

(KNm)

tt y

(KNm) Tĩnh tải (TT) + hoạt tải gió (HT1) P a +P c +G +P g 1247 32,8 0 0 590,0 Tĩnh tải + hoạt tải cần trục (HT2) P a +P c +G+ T c1 + T c2 1247 5,4 3,8 30,4 305,7

TT + 0,9(HT1 + HT2) P a +P c +G +0,9(T c1 +P g +T c2 ) 1247 34,4 3,4 27,4 596,6

Tổ hợp nguy hiểm nhất :Tổ hợp3 là TT + 0,9(HT1 + HT2) vì :

+ Trường hợp 1 và 3 đều có tt

y

M0 lớn hơn trường hợp 2 rất nhiều + Trường hợp 3 có tt

x

Q0 Q0tt y M0 tt x lớn hơn trường hợp 1 nhiều Tải trọng tính toán và tải tiêu chuẩn tại chân cột trong trường hợp 3 : n = 1,2

Tải trọng N0 (KN) Q x

0 (KN) Q0 y (KN)

x

M0 (KNm) M0y (KNm)

II XỬ LÍ SỐ LIỆU

P c

0 0 m

+ 9 ,5 m

+ 7 , 5 m

G

P g

T c 2

T c 1

y x

8 0 0

3 7 1,7 22,5 - - - 2,64 - - 6400 16

4 19 ∞ 14 - - - 2,63 - - 16000 30

A Lớp 1

- Chỉ số dẻo : A = Wnh - Wd = 38,8% - 25,9% = 12,9% > 7%, đất này là đất sét pha

9 , 12

9 , 25 2 , 36

=

−

=

−

A

W

0,75 < B < 1 , đất ở trạng thái dẻo sệt

- Hệ số rỗng :

6 , 17

362 , 0 1 10 64 , 2 1

1

w

e

γ γ

B Lớp 2

- Chỉ số dẻo : A = Wnh - Wd = 34,4% - 20,6% = 13,8%; 7%<A< 17%, đất này là đất sét pha

8 , 13

6 , 20 1 , 38

=

−

=

−

A

W

B >1 , đất ở trạng thái sệt

- Hệ số rỗng :

7 , 17

381 , 0 1 10 68 , 2 1

1

w

e

γ γ

C Lớp 3

Thành phần hạt :

d

(mm) > 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 <0,002

- % hạt đường kính ≥ 0,1mm = 2 + 18 + 28 + 32 = 80% > 75%, đất là cát nhỏ

- Xuyên tiêu chuẩn N = 16 thuộc khoảng (10 , 29) , nên ở trạng thái chặt vừa

Lớp đất 1 là đất cát chặt vừa

- N ∈ [29 ÷10] ứng với e ∈ [0,55÷0,7] , với N = 16 thì

eo = ( 16 10 ) 0 , 65

10 29

55 , 0 7 , 0 7 ,

−

−

−

- Dung trọng tự nhiên :

65 , 0 1

10 64 , 2 1

∆

e

n w

γ

-Môđun biên dạng :

(mm) > 10 5 5 - 2 2 -1 1-0,5 0,25 0,25-0,1 0,1-0,05 0,01

- % hạt đường kính ≥ 0,5mm = 20 + 27 + 23 = 70 % > 50%, đất là cát thô

- Xuyên tiêu chuẩn N = 30 thuộc khoảng (30 , 50) , nên ở trạng thái chặt

Lớp đất 1 là cát thô ở trạng thái chặt

- N ∈ [50 ÷30] ứng với e ∈ [0 ÷, 0,55] , với N = 30 thì

e0 = 0,55

- Dung trọng tự nhiên :

55 , 0 1

10 63 , 2 1

∆

e

n w

γ

- Góc ma sát :

Trị số SPT N =30 ⇒ ϕ = 40o

- Modul biến dạng E ( đối với đất cát chọn α = 2)

E = α qc = 2.16000 = 32000 Mặt cắt địa chất

1

2

3

4

Đất sét pha dẻo sệt; e0 = 1,04

w

γ = 17,6 KN/m3, W = 36,2%

c = 9 KN/m2

Đất sét pha, trạng thái sệt

w

γ = 17,7 KN/m3, w = 38,1 %

0

e = 1,09

Cát nhỏ – chặt vừa

w

γ = 19,6 KN/m3, w = 22,5%

0

e = 0,65; ϕ = 36,5o

Lớp đất 1 là đất sét pha dẻo sệt ϕ, c, qc , N đều rất nhỏ, lớp đất 2 thì tốt hơn nhưng vẫn còn yếu, lớp đất 3 là cát nhỏ chặt vừa, là lớp đất tốt nhưng hơi mỏng, còn lớp 4 là cát thô – chặt, là lớp đất rất tốt Do đó ta có thể chọn 2 phương án móng :

- Phương án 1 : Đài cọc đặt trong lớp 1, cọc xuyên qua lớp 1,2 và đặt chân cọc trong lớp 3, lúc này ta có thể chọn cọc dài 12m thì không phải nối cọc Nhưng phương án này

vì cọc quá dài, sức chịu tải của cọc theo vật liệu nhỏ hơn sức chịu tải theo đất nền nhiều dẫn đến lãng phí vì cọc sẽ bị phá hoại trước khi đất nền bị phá hoại Chưa kể đến việc sản xuất và chuyên chở cọc càng dài càng phức tạp nên phương án này chưa phải là tối ưu

- Phương án 2 : Giống phương án 1 nhưng tăng thêm chiều dài cọc để xuyên qua hết lớp đất 3 để mũi cọc đến lớp đất tốt là lớp sỏi sạn, chấp nhận nối cọc nhưng ít lãng phí hơn và công tác chuyên chở, cẩu… đơn giản hơn

IV THIẾT KẾ

Thiết kế theo Phương án 2

1 Chiều sâu đài cọc

hm > 0,7

d

p B K

Q

γ

Q = Qx = 34,4 KN

Kp = tg2

) 45 2 (ϕ + 0 = tg2

) 45 2

' 45 6

0

+ = 1,27

γ = γ w1 =17,6 KN/m3

Giả thiết chiều rộng đài cọc bđ = 1,5m

hm > 0,7

5 , 1 27 , 1 6 , 17

4 ,

Chọn hm = 1,1m, lớp bê tông dưới đế móng dày 0,1m, bê tông đá 4x6 mác 100

2 Chọn cọc

Chọn cọc dài 8m tiết diện 300 x300, thép 4φ14 AI, BT#250, được hạ bằng búa Diesel không khoan dẫn Sau khi đóng cọc đập bể đầu cọc để chìa ra 0,5m thép neo vào đài cọc, vì cọc chịu mômen lớn nên chôn cọc vào đài cọc 0,15m Trên thân cọc có 2 móc thép để móc thép trong quá trình vận chuyển cũng như thi công, 2 móc này đặt ở 2 đầu cách mỗi đầu cọc 1 đọan ¼ chiều dài cọc

3 Xác định sức chịu tải của cọc

a) Theo vật liệu làm cọc

4φ14 : Fa = 6,15 10-4 m2

- Khả năng chịu uốn của cọc:

a = 4 cm ⇒ h0 = 0,3 – 0,04 = 0,26 m

0

bh R

F R n

a

0,26 11000.0,3

10 6,15

10 3 ,

2 5 -4 = 0,165 < 0.58

A = α (1 – 0,5α ) = 0,165(1 – 0,5 0,165) = 0,151

γ = 0,5(1 + 1 −2A ) = 0,5(1 + 1 −2.0,151) = 0,9176

[ M ] = γ RaFah0 = 0,9176 2,3.105 6,15 10-4.0,26 = 33,74 (KNm)

- Kiểm tra chịu uốn khi cẩu lắp

q = γ F kd = 25.0,09 2 = 4,5 (KN/m)

MA = MB =

2

6 , 1

2

2 5 ,

= 9 (KNm) < [M]

MC =

8

5 2

8

4 5 ,

4 2 - 9 = 0 (KNm)

- Khi dựng để đưa cọc vào vị trí móng:

MB =

2

.l2 q

=

2

2 5 ,

= 9 < [ M]

MC =

8

6 2

q

-

2

1

MB =

8

6 5 ,

-

2

1

.9 = 15,75 < [ M]

- Chịu kéo nếu cọc chịu nhổ

Pk = RaFa = 230000.6,15.10-4

= 141,45(KN)

b) Sức chịu tải trọng nén của cọc masát, theo kết quả thí nghiệm đất trong phòng

Q

q = 4,5

A

B C

2

2

4

Pđ = m(mRRF + u∑

= 6

1

i i

fi f l

Cọc vuông : m = 1 Đóng bằng búa Diesel: mR, mfi = 1

Ơû độ sâu z = 15,7m trong đất cát thô chặt thì sức kháng mũi cọc R = 8250 (KPa)

F = 0,3.0,3 = 0,09 (m2)

u : chu vi mặt cắt cọc = 0,3.4 = 1,2 (m)

Lớp IL Zi (m) fi li (m) fili

∑

9

= 400,424

4 3 2

Trị số SPT trung bình: N =

4

30 16 1

3 + + + = 12,5

F = 0,3.0,3 = 0,09 m2

Fs : diện tích xung quanh cọc, Fs = 15,3.0,3.4 = 19,36(m2)

P = 400.30.0,09 + 2.12,5.19,36 = 1564 (KN) Sức chịu tải cho phép :

P’ =

4

P =

4

1564 = 391 (KN) d) Sức chịu tải của cọc theo kết quả của thí nghiệm xuyên tĩnh

- Lớp sét pha dẻo sệt: α = 30; qs =

α

c

30

280 = 9,3 (KPa)

- Lớp sét pha dẻo : α = 30; qs =

α

c

30

210 = 7 (KPa)

- Lớp cát nhỏ chặt vừa: α = 100; qs =

α

c

100

6400 = 64 (KPa)

- Lớp cát thô – chặt : α = 150; qs =

α

c

150

16000 = 106,7 (KPa)

k = 0,4 ; qp = kqc = 0,4.16000 = 6400(KPa)

- F = 0,3.0,3 = 0,09 m2

; u = 0,3.4 = 1,2 Sức chịu tải của cọc :

PX’ = qp F + u∑q si h i = 6400 0,09 + 1,2(9,3.3,2 + 7.6,8 + 64.1,7 + 106,7.3,6) = 1264,4 (KPa) Tải trọng cho phép tác dụng xuống cọc :

PX =

3

mui

2

xq P

=

3

0,09 1264,4. +

2

106,7.3,6) 64.1,7

7.6,8 2

1,2(9,3.3, + + + = 382,1(KPa) ( Theo 20TCN112 - 84 và 20 TCN174 -89 )

Kết luận : sức chịu tải của cọc là giá trị nhỏ nhất trong các giá trị trên

[ P ] = PX = 382 (KPa)

4 Xác định số lượng cọc và bố trí cọc

Aùp lực tính toán do phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài :

Ptt = 2

) 3

( d

) 3 , 0 3 (

382 = 471 (KPa) Diện tích sơ bộ của đáy đế đài :

Số lượng cọc sơ bộ :

nc =

382

1321,5 = 3,5 Tải trọng lệch tâm lớn chọn số cọc là nc' = 6, khoảng cách giữa các tim cọc theo phương cạnh dài là 1,2m và theo phương cạnh ngắn là 0,9

Bố trí như hình vẽ :

Mômen tính toán xác định đến trọng tâm tiết diện các cọc tại đáy đài:

tt x

x

M0 + tt

oy

Q h = 27,4 + 3,4.1,1 = 31,1 (KNm)

tt y

y

ox

Q h = 596,6 + 34,4.1,1 = 634,4 (KNm) Lực truyền xuống các cọc :

P1 = '

c

tt n

∑ 2 max

i

tt x y

y

∑ 2 max

i

tt y x

x M

=

6

1247 + 2

45 , 0 6

45 , 0 4 ,

75 , 0 4

75 , 0 6 ,

596 = 349,75(KN)

P2 = '

c

tt n

∑ 2 max

i

tt x y

y

∑ 2 max

i

tt y x

x M

=

6

1247 + 2

45 , 0 6

45 , 0 4 ,

75 , 0 4

0 6 ,

596 = 217,15(KN)

P3 = '

c

tt n

∑ 2 max

i

tt x y

y

∑ i

tt y x

x

=

6

1247 + 2

45 , 0 6

45 , 0 4 ,

75 , 0 4

75 , 0 6 ,

596 = 84,55(KN)

P4 = '

c

tt n

∑ 2 max

i

tt x y

y

∑ 2 max

i

tt y x

x M

=

6

1247 - 2

45 , 0 6

45 , 0 4 ,

75 , 0 4

75 , 0 6 ,

P5 = 'tt

n

∑ 2 max

tt x y

y

∑ 2 max

tt y x

x M

=

6

1247 - 2

45 , 0 6

45 , 0 4 ,

75 , 0 4

0 6 ,

596 = 196,85(KN)

800

Pmax + Gc = 284,42 + 37,9 = 322,3 < [ P ] = 382 (KN)

Pmin = P4 = 64,25 (KN) > 0 Không cần kiểm tra theo điều kiện chống nhổ

5 Tính toán độ bền của móng

Thép trong đài theo phương cạnh dài :

FIa =

a R

0

I 0,9h

8.10 2 0,9.0,55

Chọn 6φ20a200, Fa = 18,85 cm2

Thép trong đài theo phương cạnh ngắn :

150

100

3 2 1

750 750

250 250

800 600

550

500 350

I I

Chọn chiều cao đài móng :

⇒ h0 = 700 – 150 = 550(mm)

Vẽ mặt đâm thủng, mặt này hình

thành từ chân cột, xiên góc 450, ta

thấy mặt này phủ ra ngoài phạm 2

trục của cọc Do đó móng đã đảm bảo

điều kiện dâm thủng mà không cần

kiểm tra

Chiều dày lớp đất phủ lên móng

là :1100 - 700 = 400 (mm)

Mô men tương ứng với mặt ngàm

I – I :

MI = r1( P1 + P4 )

= 0,35(349,75 + 329,45 )

= 237,72 (KNm)

Mô men tương ứng với mặt ngàm

II – II :

MII = r2( P1 + P2 + P3)

= 0,15(349,45 + 217,15 +

84,55) = 97,7 (KNm)

Tải trọng N0 (KN) Q0 x(KN) Q0 y (KN) M0x (KNm) M0y (KNm)

Aùp lực tiêu chuẩn ở đáy khối qui ước :

M

tc y M

M

tc x M

M

tc

BL

M L

B

M L

B

N

±

Pmax = 388,35 (KPa)

Móng cọc ma sát cùng với đất xung quanh tạo lên khối móng qui ước:

tb

3 2 1

3 3 2 2 1 1

h h h

h h h

+ +

+

6 , 3 7 , 1 8 , 6 2 , 3

6 , 3 75 , 41 7 , 1 5 , 36 25'.6,8 13

2 , 3 55

+ + +

+ +

o

= 21,23o

4

bt

ϕ = 5,3o

Chiều dài móng quy ước :

LM = 1,5 + 0,3 + 2( 3,2 + 6,8 + 1,7 + 3,6 ) tg5,30 = 4,64 (m) Chiều rộng móng qui ước :

B = 0,9 + 0,3 + 2( 3,2 + 6,8 + 1,7 + 3,6 ) tg5,30 = 4,04 (m)

0 1 2 3

2 1 3

1

2

3 4

sét pha dẻo sệt là:

N2 = ( 4,64.4,04– 4.0,3.0,3).3,2.17,6 = 1035,5 (KN)

- Trọng lượng của đất sét pha sệt dày 6,8m :

N3 (4,64.4,04– 4.0,3.0,3).6,8.17,7 = 2212,9 (KN)

- Trọng lượng của đất cát nhỏ chặt vừa dày 1,7m :

N4 = (4,64.4,042– 4.0,3.0,3).1,7.19,6 = 612,6 (KN)

- Trọng lượng của đất cát thô chặt dày 3,6m :

N5 = (4,64.4,04– 4.0,3.0,3).3,6.22,3 = 1476 (KN)

- Trọng lượng của một cọc dài (3,2 + 6,8 + 1,7 +3,6 )m trong phạm vi các lớp đất :

N6 = 0,3.0,3 (3,2 + 6,8 + 1,7 +3,6 )25 = 34,43 (KN) Trọng lượng của móng qui ước :

tc

qu

N3 + tc

N6

= 494,9 + 1035,5 + 2212,9 + 612,6 + 1476 + 6.34,43 = 6038,5 (KN) Trị tiêu chuẩn xác định đến đáy khối qui ước :

tc

N0 + tc

qu

N = 1039,2 + 6038,5 = 7077,7 (KN)

tc

x

x

y

Q HM = 22,8+ 2,8.15,3 = 65,64 (KNm)

tc

y

y

x

Q HM = 497,2+ 28,7.15,3 = 936,3 (KNm) Aùp lực tiêu chuẩn ở đáy khối qui ước :

M

tc y M

M

tc x M

M

tc

BL

M L

B

M L

B

N

±

64 , 4 04 , 4

3 , 936 6 64 , 4 04 , 4

64 , 65 6 64 , 4 04 , 4

7 , 7077

±

Pmax = 446, 6 (KPa)

Pmin = 308,4 (KPa)

Ptb = 377,5 (KPa)

Cường độ chịu tải tiêu chuẩn của đất nền dưới đáy móng qui ước :

II II

M II

M tc

Dc H

B B

A K

m m

+

1

1 2 ,

1 (2,46.4,04.22,3 + 10,84.311,4 + 0 ) = 4316,6 (KPa)

Với :

Ktc = 1 vì các chỉ tiêu cơ lí của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất

m1 = 1,2 ; m2 = 1 vì đất là đất cát thô khô và ít ẩm, công trình là nhà công nghiệp thấp tầng nhưng chiều dài lớn ( giả sử L/H > 4)

ϕ = 41,75o ⇒ A = 2,46 ; B = 10,84 ; D = 11,73

= 22,3 (KN/m3)

bt z

σ = 17,8.4,4 + 17,7.6,8 + 19,6.1,7 +22,3.3,6 = 312,3 (KN/m2) Ưùng suất gây lún :

gl z

z

σ = 377,5 – 312,3 = 65,22 (KN/m2) Ứùng suất trong nền do tải bản thân và tải trọng ngoài gây ra :

z

σ (KPa) bt

z

σ (KPa)

Bảng tính lún :

Phân lớp Chiều dày (m) gl

z

σ (KPa) E(KPa) Si (m)

S = 0.001886 Độ lún cuối cùng của móng S = 0.2cm < 8cm