CHUONG 7 MONG

Ổn định móng trong thiết kế công trình chịu tải động đất thìthường đòi hỏi yêu cầu móng bất biến dạng dưới tác độngcủa các loại tải trọng.. Do đó, đài móng công trình cần có độcứng lớn đ

CHƯƠNG VII: PHƯƠNG ÁN II CỌC KHOAN NHỒI

I XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÍNH MÓNG

1 Giới thiệu sơ lược việc chọn phương án móng để tính toán:

Trong kết cấu nhà cao tầng, móng có vai trò rất quan trọngnó vừa chịu lực ngang và chịu lực đứng Để đảm bảo côngtrình ổn định thì móng phải ổn định khi chịu tác độïng củacác loại tải trọng

Đối với kết cấu cao tầng, để đảm bảo độ ổn định thì taphải chôn móng sâu dưới mặt đất một đoạn từ 1 1

12 15� chiềucao công trình Với cách tính như trên tuỳ chiều cao công trìnhmà ta có thể lựa chọn độ sâu chôn móng và thiết kế nhà 1hay 2 tầng hầm cho phù hợp kiến trúc, công năng sử dụngvà khả năng chịu lực của công trình

Thông thường sàn tầng hầm được tính toán và cấu tạo saocho nó có đủ khả năng chịu và truyền lực ngang giữa cácmóng với nhau góp phần rất lớn vào độ ổn định của móngcông trình Do vậy, sàn tầng hầm luôn được liên kết với hệdầm tầng hầm Hệ dầm tầng hầm đôi khi còn đảm nhiệmchức năng giằng các móng của công trình lại với nhau nhằmchống chuyển dịch theo các phương và tăng khả năng hổ trợvới nhau khi chịu lực trong công trình theo cả hai phương

Dầm tầng hầm thường được thiết kế có tiết diện và độcứng lớn để đảm khả năng truyền lực và chống chuyển vịnhư đã nói ở trên

Chiều cao dầm thường chọn trong khoảng �1 1

8 10 nhịp kết cấu.

Do vậy, đối với công trình "CHUNG CƯ 4A-LÀNG QUỐC TẾTHĂNG LONG HÀ NỘI", công trình nay có chiều cao 63m Nhưvậy, theo tính toán thì độ sâu ngàm công trình khoảng

( ) ( ) 63 (4.3 5.25)

12 15� �H 12 15� �  � m Công trình này có 1 tầnghầm, sàn tầng hầm cách mặt đất tự nhiên 1.8m Chiều caođài móng trng khoảng từ 2,5÷3m Chiều sâu ngàm công trìnhlà (4.3÷4.8)m, thỏa điều kiệân cấu tạo ngàm ổn địh côngtrình

Ổn định móng trong thiết kế công trình chịu tải động đất thìthường đòi hỏi yêu cầu móng bất biến dạng dưới tác độngcủa các loại tải trọng Do đó, đài móng công trình cần có độcứng lớn để chống biến dạng khi chịu tải tác động.

Do đặc trưng công trình, thiết kế móng bè trên nền cọclà hợp nhất về mặt chịu lực Do công trình có nhiều tườngcứng liên kết nhau được bố trí gần kề nhau để chống độngđất, đồng thời tải trọng tác động lên công trình là rất lớn.Cho nên chỉ có thể thiết kế công trình với cọc khoan nhồichịu tải trọng lớn thì mới đảm bảo khả năng chịu lực

Khi tính toán móng bè cho toàn bộ công trình, ta có thể chọgiải pháp móng bề trên nên cọc ép hay cọc khoan nhồi tùytheo điều kiện kinh tế và kỷ thuật để lựa chọn cho phù hợp

Do sự hạn chế về thời gian, trong phạm vi đồ án này em chỉtính toán móng dưới tường cứng đơn lẻ chứ không tính toánmóng bè cho toàn bộ công trình Cho nên chỉ có thể thiếtkế công trình với cọc khoan nhồi chịu tải trọng lớn thì mớiđảm bảo khả năng chịu lực

2 Phân nhóm các móng đặc trưng để tính toán :

2.1 Thống kê nội lực tính toán truyền xuống móng :

Do hệ khung đã được giải theo sơ đồ khung không giannên ta thu được nội lực lớn nhất tại các chân cột, dựa vàokết quả tổ hợp nội lực: ta nhận thấy bộ ba Nmin , Mtư , Qmax cógiá trị nguy hiểm nhất Do đó, ta sẽ chọn các giá trị của bộ

ba này để tính toán cho móng

Do đặc trưng công trình, thiết kế móng bè trên nền cọclà hợp nhất về mặt chịu lực Do công trình có nhiều tườngcứng liên kết nhau đươc bố trí gần kề nhau để chống độngđất, đồng thời tải trọng tác động lên công trình là rất lớn.Cho nên chỉ có thể thiết kế công trình với cọc khoan nhồichịu tải trọng lớn thì mới đảm bảo khả năng chịu lực

Công trình chịu tác động của động đất, nội lực tính toántrong tường được tính dựa vào cách tính được hướng dẫn trongsách" Nhà Cao Tầng-Chịu Tác Động Của Tải Trọng Ngang GióBão Và Động Đất" của GS.MAI HÀ SAN

Do cách cấu tạo hệ kết cấu cho công trình, để tránhvách chịu tác động cục bộ do tải truyền từ dầm nên tại vịtrí dầm giao với vách em bố trí cột chịu tải trong trực tiếp từ

dầm truyền vào Nội lực trong cột được lấy từ chương trình tínhtoán kết cấu Sap 2000 với các tải trọng được nhập đầy đủ.

Ở đây, khi tính toán móng dưới tường cứng 3 và15, taxét các tổ hợp có liên quan đến các loại tải trọng sau:

- Tĩnh tải

- Hoạt tải

- Động đất theo cả hai phương X, phương Y

Theo các loại tải trọng như trên ta chọn ra được 4 tổ hợpgây ra nội lực nguy hiểm cho móng để tính toán

- Tổ hợp 14 :TT+HT+DDX+DDY

- Tổ hợp 15 :TT+HT+DDX+DD-Y

- Tổ hợp 16 :TT+HT+DD-X+DDY

- Tổ hợp 17 :TT+HT+DD-X+DD-Y

Các thành phần nội lực của tường và cột được thể hiệnnhư hình vẽ sau:

2.2 Quan niệm tính toán móng như sau:

Khi tính toán và bố trí cọc, ta xem đài móng là tuyệt đốicứng có khả năng truyền tải trọng tường và cột bên trêntruyền xuống và phân bố cho các cọc

Giá trị nội lực trong trong tường và cột được xem như tảitrọng tác động lên móng và được qui về trọng tâm cọc xemnhư tải trọng tác động vào vị trí đó với đầy đủ 6 thànhphần như sau:

+ Nz: lực nén theo phương Z, (T)

+ Hx: lực ngang theo phương X, (T)

+ Hy: lực ngang theo phương Y, (T)

+ Mx: mômen uốn theo phương X, (Tm)

+ My: mômen uốn theo phương Y, (Tm)

BẢNG GIÁ TRỊ NỘI LỰC CỦA CỘT THEO TỔ HỢP

1468 430.081 4.069 -19.022 -0.86 -3.013

TỔN

G 1610.753 7.059 -33.577 -16.293 18.7231346

BẢNG GIÁ TRỊ NỘI LỰC CỦA TƯỜNG THEO TỔ HỢP

T6-YY

14

274.497 1.114 0.000 0.000 51.613T6-XX 984.130 0.000 49.696 -2308.000 0.000

TỔNG 2193.964 16.625 49.696 -2308.000 771.447T6-YY

15

274.497 1.114 0.000 0.000 51.613T6-XX 984.130 0.000 -49.696 2308.000 0.000

TỔNG 2193.964 16.625 -49.696 2308.000 771.447T6-YY

16

274.497 -1.114 0.000 0.000 -51.613T6-XX 984.130 0.000 49.696 -2308.000 0.000T16-YY 935.337 -15.511 0.000 0.000 -719.834TỔNG 2193.964 -16.625 49.696 -2308.000 -771.447T6-YY 17 274.497 -1.114 0.000 0.000 -51.613

T6-XX 984.130 0.000 -49.696 2308.000 0.000T16-YY 935.337 -15.511 0.000 0.000 -719.834

TỔNG 2193.964 -16.625 -49.696 2308 -771.447

BẢNG QUI ĐỔI GIÁ TRỊ NỘI LỰC CỦA TƯỜNG VÀ CỘT

THEO TỔ HỢP VỀ TRỌNG TÂM MÓNG

Mx lệch tâm My lệch tâm

Diện tích sàn tầng hầm truyền tải lên móng: F

=25.35+25.35+7.605=58.305m2

Tải trọng phân bố trên sàn tầng hầm bao gồm tĩnh tải và hoạt tải: p=1.534T/m2

Tải trọng tập trung :Ns=1.534×58.305=89.44 T

Do đặc trưng cấu tạo công trình, cột chỉ là cấu kiện gia cường nhằm giúp cho tường cứng chịu tác động của lực nén tốt hơn chống phá hoại do nén cục bộ.Vì thế , Lực cắt Q và mômen M tính toán trong cột đã được kể đến khi tính vách nên ở đây ta không xét đến tác động của các thành phần này khi tính móng

GIÁ TRỊ TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN TẠI MẶT MÓNG

Vậy ta chọn tải trọng của tổ hợp 15 để tính toán cho móng dưới tường cứng 14 và 3 giá tri tải trọng tại mặt móng như sau:

Khi tính toán móng chịu tải trọng ngang ta phải chọn tổ hợp có Qmax theo từng phương để kiểm tra độ ổn định và tính toán móng để đảm bảo chịu được Qmax theo phương đó.

Tổ hợp nội lực cho móng dưới tường cứng số 2 như tronghình vẽ Ta nhận xét thấy nội lực trong tường cứng 2 nguyhiểm nhất khi tính toán với tổ hợp tải trọng có chứa tĩnh tải,hoạt tải vàlực động đất theo phương Y

Vậy, ta có các loại tổ hợp sau:

Tổ hợp 7: TT+HT+DDY

Tổ hợp 9: TT+HT+DD-Y

BẢNG GIÁ TRỊ NỘI LỰC CỦA CỘT VÀ TƯỜNG

THEO TỔ HỢP TẢI TRỌNG

Tải trọng do sàn tầng hầm truyền lên móng ta xem như đặt

tại trong tâm móngDiện tích sàn tầng hầm truyền tải lên móng: F

BẢNG GIÁ TRỊ TẢI TRỌNG TẠI MẶT MÓNGTỔ

7 2347.592 -3.433 34.151 -2166.115 1.172

9 2247.668 -3.436 -30.205 2245.414 0.224

* Ghi chú: Do giải khung không gian nên ta phải tính toán

móng chịu lực theo 2 phương Phương gây ảnh hưởng của nộilực được biểu diễn thông qua các trục X, Y

2.3 Tính toán thiết kế móng:

Móng được thiết kế theo các trạng thái giới hạn : trạngthái giới hạn thứ nhất và trạng thái giới hạn thứ hai

- Trạng thái giới hạn thứ nhất ( cường độ) dùng tải trọngtính toán để thiết kế cọc , tính toán đài cọc, kiểm tra khảnăng chịu tải của cọc

- Trạng thái giới hạn thứ hai (biến dạng) dùng tải trọngtiêu chuẩn để tính lún móng, kiểm tra sức chịu tải của đấtnền

II TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC:

1 Tính Sức Chịu Tải Theo Vật Liệu:

Sức chịu tải theo vật liệu của cọc tính theo TCXD 205 – 1998.Pvl= RuFb+RanFa

Trong đó:

Fb – là diện tiết diện cọc, (m2)

Ru – cường tính toán của bêtông cọc khoan nhồi, (T/m2), xác định như sau:

Đối với cọc đổ bêtông dưới nước hoặc dung dịch sét, Ru

nhưng không lớn hơn 600 T/m2

Fa – là diện tích cốt thép dọc trong cọc

Ra – cường độ tính toán của cốt thép xác định như sau:

Đối với cốt thép nhỏ hơn  28,

5.1

Ru =

5

1

30000

=20000 T/m2 Chọn cọc có đường kính d = 1 m, có Fb = 0.50265 m2

Chọn cốt dọc là 1620, có Fa = 0.0050 m2

Khả năng chịu lực do bêtông, Pbt = 600(0.50265-0.00502) = 298.578 T

Khả năng chịu lực do cốt thép, Pct = 200000.00502=100.4 T.Khả năng chịu lực theo vật liệu, Pvl = 298.578 + 100.4 =

398.978 T

2 Tính sức chịu tải theo cường độ của đất nền:

2.1 Lý Thiết Tính Toán

Sức chịu tải của cọc theo đất nền đươc tính theo phụ lục B trong TCXD 205 : 1998

Sức chịu tải cực hạn của cọc tính theo công thức:

Qu = Asfs + Apqp (7.1)Trong đó:

As – là diện tích xung quanh cọc, (m2)

fs – ma sát bên tác dụng lên cọc, (T/m2)

Ap – là diện tích tiết diện ngang ở mũi cọc, (m2)

qp – cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, (T/m2)

Sức chịu tải cho phép của cọc tính theo công thức:

Qa = Asfs – Sức chịu tải do ma sát bên của cọc (T)

Qa = Ap.fs - Sức chịu tải do sức chống mũi của cọc (T)

FSs – hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, lấy bằng 1.5  2.0

FSs – hệ số an toàn cho thành phần sức chống mũi dưới cọc, lấy bằng 2.0  3.0

Công thức chung tính toán lực ma sát bên tác dụng lên cọc là:

fs = ca + ’htana (7.3)Trong đó:

ca – là lực dính giữa đất và thân cọc, (T/m2); với cọc bê tôngcốt thép ca=c, với c là lực dính của đất nền

a – góc ma sát giữa cọc và đất nền, với cọc bê tông cốt thép a = ;  là góc ma sát trong của đất nền

’h – ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc vớimặt bên cọc, (T/m2)

’h = Ks’v

Trong đó:

’v – là ứng suất hữu hiệu theo phương đứng trong đất do trong lương bản thân của đất, (T/m2)

Ks – là hệ số áp lực ngang phụ thuộc vào loại đất và

phương pháp hạ cọc, được xác định như sau:

Ks = (1-sin) (7.4)Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc tính theo công thức:

qp = cNc + ’vpNq + ’dpN (7.5)Trong đó:

c – là lực dính của đất , (T/m2)

’vp – Ứng suất hữu hiệu theo phương đứng tại độ sâu mũi cọc do trong lượng bản thân đất, (T/m2)

’ – trọng lượng thể tích hữu hiệu của đất ở độ sâu mũi cọc, (T/m3)

Nc, Nq,N - hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất, hình dạng mũi cọc và phương pháp thi công cọc

2.2 Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền:

2.2.1 Xác định sức chống cắt giữa đất và mặt bên cọc:Đáy móng đặt tại độ sâu 3.8 m tính từ mặt đất Ứng suất có hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu đáy móng:

Mức nước ngầm tại độ sâu -1.3m tính từ mặt đất tự nhiên.Lớp đất san lấp :=1.8 T/m3,dày 1.3m

fsi(T/m2) (T/m)fsihi f si h i

 Cọc dài 34.5 m: chiều sâu mũi cọc z= 39.5 m

Tổng sức chống cắt giữa đất và mặt bên của cọc

3.1 Giá trị tải trọng tính toán móng:

Vậy ta chọn tải trọng của tổ hợp 16 để tính toán cho móng dưới tường cứng 16 và 6 giá tri tải trọng tại mặt móng như sau:

Khi tính toán móng chịu tải trọng ngang ta phải chọn tổ hợp có Qmax theo từng phương để kiểm tra độ ổn định và tính toán móng để đảm bảo chịu được Qmax theo phương đó.

Chọn cọc có sức chịu tải của cọc Qa = 374.41 T (cọc dài 34.5 m)

3.2 Tính số cọc và chiều cao đài:

3.2.1 Chiều cao đài móng:

00.7 (45 )

': dung trọng tự nhiên của đất dưới mũi cọc T/m3

Q: lực ngang chọn theo phương Y (T)

φ : góc ma sát trong của lớp đất quanh đài

Ta có các giá trị sau: tính toán với lớp đất thứ 2

Bề trộng đài B =25.5+20.4+1= 12.8m  chọn B=13m.Chiều dài đài L = 25.5+20.4+1= 12.8m  chọn L=13m

- Ta chọn chiều cao đài móng Hđ=2.0m

- Trọng lượng đài cọc: Qđài =(1313)  2 (2.5-1) 1.1=557.7 T

- Chiều cao đài và lớp bê tông lót hm1 = 2+0.1 =2.1 m

- Chọn lớp bảo vệ a=0.05 m

- Chọn chiều cao đài là h = 2.0 m, nên ho = 2.0-0.3-0.05=1.65

m

 Giá trị lực nén tính toán móng như sau

Ntt =3894.157 + 557.7 =4451.857 T Mômen do lực Qx, Qy gây ra tại đáy móng:

49.969 2 99.9382997.357 99.938 3097.295

Tính lực tác dụng lên đầu cọc:

i y

y

y M x

x M n

N

(7.6)Trong đó N – là lực dọc tại đáy đài

My, Mx – là môment tại đáy đài

xi, yi – là tọa độ của các cọc trong đài so với trọng tâm đài

Kiểm tra chọc thủng đài cọc:

Do cấu tao đài và bố trí cọc như trên nên ta chỉ tính chọc thủng đài cọc do cọc gây ra vì bên dưới tường và vách đều có cọc nên nó sẽ không gây chọc thủng cho đài cọc.Lực chọc thủng đài tính cho Pcọc lớn nhất Pmax=355.81(T)Diện xung quanh tháp chọc thủng: F=

3.2.4 Tính Lún Cho Móng Cọc:

Có nhiều phương pháp tính lún cho móng cọc: tính lún cho nhóm cọc, tính lún cho khối móng qui ước Ơû đây, em tính lún cho móng cọc theo cách tính lún cho khối móng qui ước theo phương pháp cộng lún từng lớp

a Tính toán các thông số cần thiết:

Tính góc ma sát trung bình của các lớp đất có cọc đi qua IItb =





i

i i

Môment chống uốn của tiết diện:

Thể tích đài Vđài = 1692 = 338m3

Thể đất trong khối móng Vđất = 12686.5 – 338 – 312.15 = 12036.35 m3

Khối lượng riêng trung bình của các lớp đất trong khối móng qui ước

Khối lượng đất Qđất = 12686.50.94 = 11925.3 T

b Kiểm tra điều kiện nền còn làm việc như vật liệu đàn hồi:

Tổng lực tác dụng lên khối móng qui ước:

min =49.44 -2693.81 2272.56

1004.76 1004.76 = 44.5 T/m2.Sức chịu tải theo trang thái giới hạn II

m1=1.2, m2= 1.1

ktc=1 vì sử dung trực tiếp các kết quả thí nghiện trong

’ vp = 35.97 T/m2 (đã tính ở trên)

Thay vào công thức (7.7)

RII=1.2 1.1

1

�(1.06518.20.94+5.2635.97+0.547.675)=279.06 T/m2

Vậy ta có tb = 49.44 T/m2 < RII = 279.06 T/m2

max= 54.38 T/m2 <1.2RII = 334.9T/m2

min= 44.5 T/m2> 0

Thỏa điều kiện nền còn làm việc như “vật liệu đàn hồi”.Bên dưới lớp cát chặt này là lớp đất sét cứng tương đốitốt nên ta không cần kiểm tra khả năng chịu lực của đất nền tại các lớp bên dưới nữa

c Tính toán lún khối móng qui ước:

Ứng suất ở đáy khối móng qui ước do trọng lượng bản thân gây ra:

BẢNG TÍNH LÚN CHO KHỐI MÓNG QUI ƯỚC:

37.89 35.97 39.65 42.41 45.38 48.35

13.47 11.63 9.79 7.03 4.06 1.09

gl

bt

Để tính toán cốt thép cho đài móng, ta quan niệm đài làmột bản phẳng được gối trên các gối đàn hồi.

Tính toán lực do kết cấu bên trên truyền xuống cho móng ta quan truyền như sau:

- Lực nén N sẽ được qui về trong tâm đặt lực mà tại trọngtâm đó các lực N chỉ qui về giá trị lực nén không làm phát sinh thêm mômen

- Giá trị mômen theo 2 phương cũng được qui về trọng tâmlực với giá trị không đổi

- Từ đó ta chọn kích thước móng và bố trí cọc trong đài móng sao cho trọng tâm cọc trung trọng tâm đài để hạn chế tác động quá lớn do mômen lệch tâm gây ra

Với các giá trị lực nén và mômen đã tính được ta phân bố lại cho các nút được chia trên đài móng để giảm ứng suất cục bộ cho khi đài làm việc

Nội lực trong vách cứng được qui thành tải trọng tác dụng lên đài móng và được phân bố vào các nút bên dưới vách Nội lực tính toán do cột vẫn giữ nguyên giá trị và chuyển thành tải tác dụng tập trung tại nút dưới chân cột

Hệ số nền 355.81 4447.6

0.08

P k s

3.3 Tải trọng phân bố cho đài:

- Ta khai báo bản phẳng có kích thước 14x14x1.65m

- Trọng lượng đài được tính toán và phân bố đều cho toàn đài:

Gđ =14×14×2×1.5×1.1= 646.8 T

Giá trị lực phân bố: 646.8 3.3 / 2

196

đ đ

BẢNG GIÁ TRỊ Nz , My CHO VÁCH T6 THEO PHƯƠNG YY

BẢNG TÍNH LỰC N1 CỦA TƯỜNGNu

ùt Khoảngchia (kg/m)N Mx(Tm/m) N (kg) Mx(Tm)

1 1.00 137.249 25.807 41.175 30.316

2 1.00 137.249 25.807 82.349 60.632