Đồ án Cơ học đất- nền và móng

Trang 1

Bộ môn :Địa chất công trình Đồ án :Cơ học đất - nền móng

Hiện nay trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hoá đất nớc, ngày càng có nhiều khu công nghiệp, thành phố, thị xã, thị trấn mới đợc hình thành Cùng với nó là

sự phát triển không ngừng của công tác xây dựng cả về số lợng, quy mô và tính chất đã

đặt ra nhiều vấn đề cần giải quyết liên quan đến điều kiện xây dựng của một khu đất.

Đó là những vấn đề sự ổn định, bền vững và tính kinh tế của mỗi công trình

Nhng để tạo nên đợc một công trình thì đầu tiên là ta phải xây dựng đợc phần móng của nó Bởi lẽ móng và bản thân nền có ổn định thì công trình bên trên mới tồn tại và sử dụng một cách bình thờng Ngời thiết kế chỉ có thể chọn đợc phơng án nền móng đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế khi có sự hiểu biết sâu sắc về cơ học đất , nền và móng , cũng nh kỹ thuật thi công nền móng Chính vì vậy mà hai lĩnh vực cơ học đất – nền móng luôn có mối quan hệ chặt chẽ bổ chợ cho nhau.

Là một kỹ s địa chất công trình tơng lai , tôi cũng nh toàn thể sinh viên của lớp

ĐCCT-ĐKT.K49B đã và đang có điều kiện đợc các thầy giáo thuộc bộ môn Địa chất công trình truyền đạt và giảng dạy những kiến thức về môn cơ học đất – nền móng Theo phơng châm : “ học đi đôi với hành’’ , nhằm phục vụ cho việc nâng cao hiểu biết và áp dụng vào tính toán thiết kế , tôi đợc các thầy giáo giao cho đồ án cơ học đất

- nền móng trong kỳ thứ II năm học 2007-2008

Đồ án của tôi ký hiệu IV4 với nội dung nh sau :

(1) Thiết kế móng dới nhà công nghiệp trên khối đất đắp biết chiều rộng của tờng

bt=0,5 (m) ,trọng lợng phân bố đều xuống đáy tờng p=5,8 kG/cm2 Các chỉ tiêu cơ lý của khối đất đắp cát pha : II=1,90 (T/m3) ;II=26o, CII=0,10(kG/cm2) ; và

đất nền là sét dẻo mềm có I=18o ; CI=0,23kG/cm2

(2) Xác định vùng biến dạng dẻo trong nền đất , qua đó đánh giá mức độ ổn định của đất nền

(3) Xác định độ lún cuối cùng lớn nhất của móng trong khối đất đắp khi hệ số nở hông của khối đất đắp tb=0,30 ; và hệ số rỗng trớc khi đặt móng là

1= 0,76 ; và sau khi đặt móng là 2=0,72

Kích thớc nh hình vẽ :

Trang 2

Bản đố án không những là điều kiện để tôi trau dồi , ôn luyện mở rộng thêm kiến thức

mà nó còn là điều kiền để tôi tập làm quen dần với những đồ án tiếp theo lớn hơn , với yêu cầu cao hơn mà cụ thể là đồ án tốt nghiệp sau này

Do trình độ còn nhiều hạn chế nên bản đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót,

rất mong đợc sự chỉ bảo của các thầy giáo và sự góp ý của các bạn

Xin trân thành cám ơn !

Hà Nội , tháng 4 năm 2008.

Sinh viên thực hiện :

Hồ Duy Hùng

Hồ Duy Hùng -2- Lớp ĐCCT.K

Trang 3

Phần I :

thiết kế móng

Để xây dựng một công trình nói chung và xây dựng nhà công nghiệp nói

riêng ,thì việc móng là một công việc hết sức phức tạp nó liên quan đến nhiều vấn đề

Dựa vào đặc điểm của lớp đất nền khi xây dựng công trình : bên dới là lớp sét dẻo mềm , lớp đất đắp bên trên là cát pha với chiều dày H= 9m Căn cứ vào đặc điểm của công trình khi xây dựng là một nhà công nghiệp chịu tải trọng phân bố đều xuống đáy móng là p = 5,8 (kG/cm2) với chiều rộng tờng là bt= 0,5 (m) Vì những lý do trên , chọn loại móng nông là thích hợp nhất , mà cụ thể là móng băng có độ cứng hữu hạn với chiều sâu chôn móng là h=1,5(m) Bởi nếu đặt móng vào lớp cát pha công trình sẽ

đảm bảo ổn định hơn so với lớp sét dẻo mềm bên dới

Gọi :

- b : chiều rộng móng (m)

- PH : tải trọng tác dụng lên móng băng lấy cho 1(m) dài :

ta có : PH= 5,8.10.0,5 = 29 (T/m)

- G : trọng lợng móng và đất phủ trên móng :

G = F.h.tb (T) (1)

Trong đó

tb : khối lợng thể tích trung bình của vật liệu làm móng và đất ở trên móng , tb = 2,2 (T/m3)

F : Diện tích đáy móng , với móng băng ta lấy F=b

- N : phản lực của nền tác dụng lên đáy móng

N= F.RH (T) (2).

Trong đó :

RH là sức chịu tải của nền đất đắp dới đáy móng băng và đợc tính theo công thức sau:

RH=

tc

k

m

m1. 2

( A.b.II + B.h.tb + cII.D) (T/m2) (3) Trong đó : cII là lực dính củakhối đất đắp cII= 0,10 (kG/m3)

A,B,D là các hệ số tra bảng phụ thuộc vào góc ma sát trong của khối

đất đắp II=26o , ta có : A=0,84 ; B=4,37 ; D= 6,9

II là khối lợng thể tích của khối đất đắp , II= 1,90(T/m3)

m1 là hệ số điều kiện làm việc của nền , m1=1,1

m2 là hệ số điều kiện làm việc của công trình m2=1

ktc là hệ số tin cậy , lấy bằng 1

ta có : N= PH +G (4)

từ (1) ;(2) ;(3) và (4) ta suy ra chiều rộng b của móng băng là nghiệm của phơng trình bậc hai nh sau : b2 + k1.b – k2 = 0

Trong đó :

Trang 4

k1=M1.h + M2.

II II

c

 - M3.

II

tb

m

h



.

ta có m=1 , M1=







 25 , 0

cotg II II

+2 =





 25 , 0

180

26 26

cot g

+2= 5,19

M2=4.cotgII=4.cotg26 = 8,201

M3= M1- 4 = 5,19- 4 = 1,19

 k1= M1.h + M2.

II II

c

 - M3.

II

tb

m

h



.

= 5,19.1,5 + 8,201.10,,9010 .10 – 1,19.21,.21,.901,5

= 10,034

k2 =

II

H

m

P M





3

= 11,191,9029



=18,163 suy ra : b1=1,57 (thoả mãn) ; b2= - 11,6 (loại)

Chọn chiều cao móng băng hm= 0,80(m)  tgtk=

80 , 0

54 , 0

=0,67 Vì móng băng có độ cứng hữu hạn nên 1< tgtk<2 nên ta phải tăng kích thớc móng lên là b= 2,5 (m) ,thì tgtk= 1,25 (thoả mãn điều kiện)

Tiến hành kiểm tra kích thớc móng nh sau:

Ta có bgh= bt + 2.hm.tggh = 0,5 + 2 0,80 tggh

Suy ra bgh1= 2,1 (m) < b=2,5 (m) < bgh2=3,7 (m)

Ta có ứng suất trung bình dới đáy móng băng với chiều rộng b=2,5 (m) tính cho 1m dài là :

σtbH =

b

n b

P  t

+ tb..h = 5802,,551,2 + 2,2 1,5 = 17,22 (T/m3) Sức chịu tải của nền đất đắp dới đáy móng :

RH =

tc

k

m

m1 2

( A.b.II + B.h.tb + cII.D) = 1 ,11,11( 0,84.2,5.1,90 + 4,37.1,5.2,2 +1,0.6,9 ) = 25,31 (T/m2)

Vậy σtbH < RH do đó bài toán đã thoả mãn về điều kiện áp lực

Vì 0,35 < hm= 0,80(m) < 0,9(m), nên số bậc móng theo chiều cao móng là 2 bậc Chiều rộng của bậc trên là C1=50(cm) ; chiều rộng của bậc thứ 2 là C2=50(cm) Tơng ứng với chiều dày h1=40 (cm) , và h2=40 (cm) Vậy chiều rộng của móng băng là b= 2,5 (m).

Tính toán xong chiều rộng móng, thì công việc tiếp theo là thiết kế và bố trí cốt thép vào trong móng, sao cho phù hợp với kích thớc móng và khả năng chịu lực của móng Khi móng chịu tác dụng của tải trọng ngoài sẽ phát sinh phản lực nền gây tạo lực cắt với trị số :

Q= σσtb .a.L

Với a là khoảng cách từ mép tờng ra mép móng , a= 1,00(m) , L = 1 (m)

Suy ra Q= 17,22 1,00.1 = 17,22 (T)

Trang 5

Chọn bê tông mác 200 Kg/cm2 thì Rn=1000 (T/m2) do đó ,cờng độ kháng cắt cho phép của bê tông sẽ là: Rcp = 0,18.900 =162 (T/m2) , giọi i = 0,04 (m) là chiều dày lớp bê tông phủ cốt thép , nên chiều dày hoạt động móng sẽ bằng :

Ho = hm – i = 0,80- 0,04 = 0,76 (m) m R Q L

 =

1 162 1

22 17



 = 0,106 (m) (thoả mãn)

- Mô men uốn gây ra cho phản lực nền :

M = Q.a/2 = 17,22 1,00/2 = 8,61 (Tm)

- Tổng diện tích cốt thép chịu lực tính cho 1m dài móng băng là :

Fa=

o a

m m

M



76 , 0 28000 1

9 , 0

61 , 8



 = 4,5 10-4 (m2) = 4,5 (cm2) Chọn cốt thép làm việc là loại AII thì Ra là cờng độ chịu kéo cho phép của cốt thép là 28000 (T/m2).

- m là hệ số làm việc từ 0,9 đến 1

- ma là hệ số làm việc của cốt thép : 0,9 đến 1

ở đây chọn cốt thép chịu lực là thép có Ф σ= 10 mm

Số lợng thanh cốt thép trên 1m dài móng là :

n =

a

f

F

=

4 14 , 3

5 , 4 2

d

4

1 14 , 3

5 , 4 2

  6 (thanh) Khoảng cách giữa các thanh sẽ là:

C=

1

04 , 0



n

L

=

1 6

04 , 0 1



=0,20(m) = 20 (cm) Cốt đai chọn Ф6 , chọn bớc cốt đai : u = 22 (cm)

Số thanh cốt đai trên mặt cắt ngang móng là:

n1=

u

i

b 2

=

22

4 2

250 

 11 (thanh) Cấu tạo móng nh sau :

Trang 6

Phần II

Xác định vùng biến dạng dẻo trong nền đất - đánh

giá mức độ ổn định của đất nền .

Khi tải trọng ngoài tác dụng lên nền đất tăng dần thì đến một lúc nào đó nền sẽ hình thành những khu vực biến dạng dẻo , tức là ở đó đất bị phá hoại ( τ>σ tg +c) Theo điều kiện cân bằng giới hạn của Mor-Renkin viết cho đất dính :

Sin2 =  

2 2

cot 2

4









g c

y z

yz y

z





Đất ở trạng thái cân bằng giới hạn khi góc lệch θ bằng góc ma sát trong của đất I Vì vậy , để xác định vùng biến dạng dẻo trong nền đất cần phải tìm những điểm mà ở đó

có θmax I rồi nối chúng lại với nhau Ta có tải trọng lớn nhất của khối đất đắp ( tính bằng trọng lợng cột đất ) là :

P1= II H = 1,90 9 = 17,1(T/m2).

Tải trọng do công trình bên trên và phần gia tăng tải khi xây dựng công trình gây ra

đối với nền đất :

P2=

b

n b

P  t

+ (tb - . II ).h =

5 2

2 , 1 5 , 0

+( 2,2 - 1,90 ) 1,5 = 14,37 (T/m2).

Nh vậy tải trọng tác dụng lên đất nền chia làm 4 hình nh sau:

Hình (1) : là tải trọng của khối đất đắp hình chữ nhật gây ra : P1=17,1(T/m2).

Hình (2) và (3) : là tải trọng của khối đất đắp hình tam giác gây ra:

Pmax= P1=17,1(T/m2).

Hình (4) : là tải trọng của phần công trình bên trên và phần tăng tải khi xây dựng móng so với đất đắp gây ra với đất nền : P2=14,37 (T/m2).

Bảng ứng suất hình (1)

Điểm

Trang 7

Trang 8

Trang 9

Do tải trọng hình (2) gây ra

Điểm

Cỏc ứng suất thành

phần

Trang 10

Trang 11

Do tải trọng hình 3 gây ra

Điểm

Hệ số

Trang 12

Trang 13

Do tải trọng công trình gây ra :

Điểm

Trang 14

Trang 15

Bảng tính :

Điểm

z+ y + 2c.cotg

Trang 16

Trang 17

Độ lớn nhất của vùng biến dạng dẻo xác định đợc là :hmax=30 (m)

Vùng biến dạng dẻo đợc thể hiện bằng hình vẽ :

Trang 18

Phần III

tính độ lún cuối cùng lớn nhất trong lớp đất đắp

Nh đã biết ,đối với đất loại sét và đất loại cát khi chịu tác dụng của lực ngoài thì đất

sẽ bị phá huỷ kết cấu Đầu tiên đất đợc nén chặt lại , độ lỗ rỗng giảm , mật độ hạt rắn trong một đơn vị thể tích đất tăng lên Tính chất đó đợc gọi là khả năng biến dạng của

đất , và để đánh giá cho khả năng biến dạng này ngời ta dùng chỉ tiêu về tính nén lún của đất Chính vì vậy mà việc xác định biến dạng lún cho mỗi công trình có ý nghĩa rất quan trọng

Để tính độ lún cuối cùng cho công trình tôi thiết kế móng , trớc hết tôi đi xác định

hệ số nén lún a ( theo định luật nén lún ) Ta có : a =

1 2

2 1

P

P 

 



Với 1= 0,76 ; 2= 0,72 lần lợt là các hệ số rỗng trớc và sau khi đặt móng

Trang 19

P1= II h = 1,90 1,5 =2,85 (T/m2) = 0,285 (kG/cm2) ,là tải trọng ứng với trớc khi xây dựng công trình tại độ sâu đặt móng

P2=

b

n b

P  t

+ tb.h = 5802,,551,2 + 2,2 1,5 =19,12 (T/m2) =1,912 (kG/cm2) , là tải trọng phân bố dới đáy móng sau khi xây dựng công trình

Do đó a =

1 2

2 1

P

P 

 



= 1,0912,76 00,,28572



= 0,025 (cm2/kG)

Hệ số nén lún tơng đối ao=

1

1  

a

=10,0250,76

 =0,014 (cm2/kG) Chiều dày lớp tơng hs khi xác định độ lún cuối cùng ứng với tb=0,3 và l/b >10 (vì là móng băng): hs=Aconstb =2,6 2,5 =6,5 (m)

Suy ra độ lún cuối cùng lớn nhất (có kể đến hệ số vợt tải)đợc tính theo phơng pháp lớp tơng đơng :

S = aoPgl hs= ao( P2-P1) hs= 0,014.(1,912- 0,285) 6,5 =14,8(cm)

Vậy độ độ lún cuối cùng S = 14,8cm nằm trong giới hạn cho phép (Sgh =15 cm)

Kết luận

Sau thời gian hai tuần làm việc tích cực nghiêm túc của bản thân , với sự hớng dẫn nhiệt tình của các thầy giáo trong bộ môn Địa chất công trình và sự góp ý của các bạn trong tập thể lớp ĐCCT- K49B , đên nay tôi đã hoàn thành bản đồ án theo đúng thời gian quy định

Đây là một trong những bản đồ án đầu tiên mà tôi hoàn thành ,do đó trình độ cũng nh king nghiệm còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai xót Rất mong tiếp tục

đợc sự chỉ bảo hớng dẫn của các thầy cô và các bạn để tôi ngày một hoàn thiện hơn

Một lần nữa , xin trân thành cảm ơn !

Hà Nội , ngày 20 tháng 4 năm 2005

Sinh viên thực hiện :

Hồ Duy Hùng

Tiêu đề	Cơ học đất - nền móng
Tác giả	Hồ Duy Hùng
Trường học	Đại học Xây dựng
Chuyên ngành	Cơ học đất
Thể loại	Đồ án
Năm xuất bản	2008
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	1,12 MB