Đồ án môn học nền và móng

Đồ án môn học chuyên ngành xây dựng

ÁN NỀN MÓNG

TRÌNH XÂY DỰNG THEO CÁC SỐ LIỆU

1.Sơ đồ mặt bằng :

2 Kích thước cột: 30x 20 (cm2)

3 Tải trọng tính toán:

Tỷîtrọng()

Dungtrọn

g (g/cm

3)

Độẩmtựnhiênw(%)

Giớihạnnhão

wnh(%)

Giớihạndẻo

wd(%)

1tc

(độ)

PHẦN 1: ĐÁNH GIÁ VÀ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN

I Đánh giá tình hình nền đất:

1 Lớp 1: Đất á sét

Chỉ số dẻo: A=w nh −w d =26 - 12 = 14

A

w w

14

12 22

0,714 0,5< B < 0,75 => Đất ở trạng thái dẻo mềm

664 , 0

66 , 2 22 01 , 0 01 , 0

0

W

0,8 < G1 < 1 => Đất á sét ở trạng thái no nước

2.Lớp 2: Đất á cát

Chỉ số dẻo: A=w nh −w d = 22 - 17 = 5

A

w w

0 < B < 1 => Đất á cát ở trạng thái dẻo

0 1

01 , 0

ε

w

625 , 0

65 , 2 20 01 , 0

0,848 > 0,8 => Đất á cát ở trạng thái no nước

3 Lớp 3: Đất á sét.

0 1

01 , 0

ε

w

685 , 0

65 , 2 24 01 , 0

II Nghiên cứu phương án:

Do yêu cầu thiết kế đối với công trình dân dụng,nhà làmviệc nên ta có thể thiết kế và tính toán nền móng theo cácphương án sau:

1 Phương án 1: Thiết kế và tính toán móng nông bằng bê

tông cốt thép (loại móng đơn)

-Thiết kế và tính toán móng cho cột giữa

-Thiết kế và tính toán móng cho cột biên (lệch tâm)

2 Phương án 2: Thiết kế và tính toán móng cọc đài thấp

bao gồm:

-Thiết kế và tính toán móng cho cột giữa

-Thiết kế và tính toán móng cho cột biên

ÁN NỀN MÓNG

* PHẦN 2: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN.

PHƯƠNG ÁN 1: MÓNG NÔNG.

I.Thiết kế và tính toán móng nông cho cột giữa:

1.Chọn vật liệu làm móng:

- Bê tông mác 200 có:Rn= 90 (Kg/cm2) ; Rk=7,5 (Kg/cm2)

- Cốt thép AI có: Ra = 1800 (Kg/cm2)

2.Chọn chiều sâu chôn móng:

Theo giả thiết mạch nước ngầm cách mặt đất thiên

cách mực nước ngầm không nhỏ hơn 0,5 m Móng nằm tronglớp á sét có: t/c = 200 ; Ct/c= 0,15 ( Kg/cm2 ) =1,5 (T/m2)

3.Sơ bộ chọn kích thước móng:

Chọn đáy móng có dạng hình chữ nhật

Sơ bộ chọn chiều rộng móng b=2,4 m để tính cường độtính toán của nền đất :

m

tc m A b B h D c

R = ( + ) γ +

Trong đó A,B,D là các hệ số phụ thuộc vào t/c.

Tra bảng ta có :A = 0,51; B = 3,06 ; D = 5,66 ; Lấy hệ số điềukiện làm việc :m=1

 Rtc=1 ( 0 , 51 2 , 4 + 3 , 06 2 , 0 ) 1 , 95 + 5 , 66 1 , 5 =22,91 T/m2

Từ điều kiện:

m tb tc tc h R

N F

tt

2 , 1

20 , 85

Với M1, M2, M3 là các hệ số phụ thuộc :t/c = 200

2 , 1

20 , 85

= = =

n

Q Q

tt

2 , 1

5 , 1

= = =

n

M M

tt

2 , 1

7 , 1

=

95 , 1

2 942 , 1 95 , 1

5 , 1 99 , 10 2 32 ,

942 ,

m tb

tc d

maî

0 min

917 , 3 2 2 5 , 7

71

14,51T/m2)Vaì d

min

75 , 3

917 , 3 2 2 5 , 7

71

12,42 (T/m2) d

σ + =

2

42 , 12 51 ,

14 +

= 13,467 (T/m2) d

ÁN NỀN MÓNG

Vẽ biểu đồ ứng suất do trọng lượng bản thân đất và tảitrọng gây ra :Ta chia nền đất thành nhiều lớp phân tố cóchiều dày hI < 0,25 × 2,5 = 0,625 (m) => chọn h i = 0 , 5(m)

a Xác định ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây ra:

d

1

γσ

trong đó : hi là chiều dày lớp phân tố thứ i

I là dung trọng lớp đất thứ i (Nếu lớp đất trong

γ

+

−

∆ 1

) 1 (

σ(T/m2)

p zi

S S

1

2 1

1 ε

ε ε

Trang 5

4

10

3

65

789

ÁN NỀN MÓNG

lún tương ứng với P1i,P2i được xác định theo công thức sau:

2

1 1 1

d zi d zi i

2

1 1 2

p zi p zi i

6 Tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất về cường độ:

Dùng tổ hợp bổ sung, tải troûng tính toán:

Ntt = 117,30 (T) => Ntt = 1171,2,3 = 97,75

Ctc: lực dính đơn vị của nền, Ctc = 1,5 (T/m2)

hm: chiều sâu chân móng, hm = 2,0 (m)

x: tọa độ của điểm tính sức chịu tải:

3 , 117

19,64 (T/m2)

a

tt d

a

e F

N

)

6 1 (

3 , 117

2 6 , 1 2 , 4

3 , 117

× +

3 ,

• Kiểm tra ổn định về trượt:

Để đảm bảo móng khỏi bị trượt theo mặt đáy móng , phải

thỏa mãn điều kiện sau:

ÁN NỀN MÓNG

m

tc tc tc

h

M Q

d f T

• Kiểm tra điều kiện ổn định về lật: Mgiữ > 1.5Mlật

b N

m tt tt lât M Q h

8 Tính toán và bố trí cốt thép:

Trước hết ta tính các giá trị mômen theo hai tiết diện I-I, II-II

Ta xem móng được ngàm qua chân cột vuông góc với cạnhdài đế móng

ÁN NỀN MÓNG

* Tính toán cốt thép : Diện tích cốt thép:

a a

R h

M F

9 ,

0 0

=

h0: chiều cao làm việc của cốt thép, có h0= 0,8(m) = 80(cm)

Ra:cường độ của cốt thép AI,có Ra= 1800 (Kg/cm2)

, 0 9 , 0

12 , 40

, 0 9 0

776 , 51

Trang 9

3 (m)

tt mã

1

1616 a=16 0 I

I

a=16 0

1

1616

100300850

ÁN NỀN MÓNG

II Thiết kế và tính toán móng nông cho cột biên:

Tổ hợp cơ bản,tải trọng tiêu chuẩn ở mặt móng:

) ( 67 , 58 2 , 1

4 , 70

N tc = = T ; 2 , 75 ( )

2 , 1

3 , 3

Tm

2 , 1

5 , 1

T

Q tc = =

1.Chọn vật liệu làm móng:Tương tự như đối với cột

giữa

2.Xác định kích thước móng:

c D h

B b A m

Trong đó :A,B,D là các hệ số phụ thuộc vào t/c.=200

(T/m2)

 Rtc=1 ( 0 , 51 × 2 , 5 + 3 , 06 × 3 ) 1 , 95 + 5 , 66 × 1 , 5 = 22,413 T/m2

ÁN NỀN MÓNG

Từ điều kiện:

m tb tc

tc

h R

N F

γ

67 , 58

Với M1, M2, M3 là các hệ số phụ thuộc : t/c

t/c =200, Tra bảng có: M1= 5,91; M2 = 10,99; M3 = 1,942; 

2 942 , 1 95 , 1

5 , 1 99 , 10 2 91 ,

67 , 58 942

,

Thay K1, K2 vào phương trình (1) có: b3 + 16 , 29b2 − 48 , 69 = 0

Giải phương trình trên ta có:b= 1,7 (m); => chọn b = 2 => a

m tb

tc d

σTrong đó: F= 2× 2,4 = 4,8 (m2) ; tb = 2 (T/m2).; hm = 2 m ;

2 × 2 = 1,9 (m3) => d

max

9 , 1

25 , 5 2 2 8 , 4

67 , 58

18,99 (T/m2)Và d

max

9 , 1

25 , 5 0 , 2 2 8 , 4

67 , 58

σ + =

2

46 , 13 99 ,

Trang 11

4.Kiểm tra điều kiện lún:

Tính lún theo phương pháp cộng lún từng lớp:

a.Xác định ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây ra:

d

1

γγ

σ

trong đó : hi là chiều dày lớp phân tố thứ i

I là dung trọng lớp đất thứ I

Lập bảng tính toán và vẽ biểu đồ:

σ

(T/m2)

p zi

S S

1

2 1

1 εε

ε

Trong đó :ε1i,ε 2i được xác định bởi biểu đồ đường cong nén

lún tương ứng với P1i,P2i được xác định theo công thức sau:

2

1 1 1

d zi d zi i

P = σ − + σ

2

1 1 2

p zi p zi i

ÁN NỀN MÓNG

(cm)

Thỏa mãn điều kiện ∑= 6,8 cm <Sgh=10(cm)

5.Tính toán kiểm tra theo trạng thái giới hạn thứ nhất:

Tổ hợp bổ sung,tải trọng tính toán của móng như sau:

Dùng tổ hợp bổ sung, trạng thái giới hạn:

Ctc: lực dính đơn vị của nền, Ctc = 1,5 (T/m2)

hm: chiều sâu chân móng, hm = 2 (m)

x: tọa độ của điểm tính sức chịu tải: x = 2 (m)

5 , 93

23,48 (T/m2)

tt d

b

e F

N

)

6 1 (

5 , 93

2 6 , 1 7 , 4

5 , 93

× +

5 , 93

× +

• Kiểm tra ổn định về trượt:

Để đảm bảo móng khỏi bị trượt theo mặt đáy móng ,phảithỏa mãn điều kiện sau:

tt tt

d f T

N >

• Kiểm tra điều kiện ổn định về lật: = ≥ 1 , 5

lât

giu

M

M k

b N

8 Tính toán và bố trí cốt thép:

Trước hết ta tính các giá trị mômen theo hai tiết diện I-I, II

II-Ta xem móng được ngàm qua chân cột vuông góc với cạnhdài đế móng

* Tại thiết diện I-I:

N tt

4 , 2

084 , 0 6 1 ( 8 , 4

5 ,

93 + ×

= 23,57(T/m2)min

tt

σ = ( 1 6 )

a

e F

N tt

4 , 2

084 , 0 6 1 ( 8 , 4

5 ,

93 − ×

= 15,39(T/m2)

Trang 15

ÁN NỀN MÓNG

⇒ σtbI = + =

2

min max

)

c

b b a b

• Tính toán cốt thép:

Diện tích cốt thép:

a a

R h

M F

9 ,

0 0

=

h0:chiều cao làm việc của cốt thép, có h0= 0,7(m) = 70 (cm)

Ra:cường độ của cốt thép AI, có Ra = 1800 (Kg/cm2) =18000(T/m2)

II 0,3(m)1,8(m)

0,5(m)

I

II

tt mã

σ

tt

min

σ

9 , 0

10 48 ,

9 , 0

10 68 ,

Trang 17

2400

300900

2000

2000

300200

a=21 0

I

3

4

2022 a=120

1016 a=21 0 I

ÁN NỀN MÓNG

PHƯƠNG ÁN 2: THIẾT KẾ MÓNG CỌC ĐÀI THẤP

I Thiết kế và tính toán móng giữa:

1.Chọn vật liệu làm móng:

- Bê tông mác 200: Rn= 90 (Kg/cm2); Rk= 7,5 (Kg/cm2)

- Cốt thép AII có: Ra=2400 (Kg/cm2) = 24000(T/m2)

35 = 1225 (cm2)

- Chiều dài cọc: L=8(m)

- Dùng 416 làm cốt dọc , có diện tích Fa= 8,04 (cm2)

Chọn chiều sâu chôn đài hm=1(m) cách mực nước ngầm2(m) nằm trong lớp đất thứ nhất :lớp á sét

Cọc ngàm vào đài 500(mm), trong đó: phần thép nhô ra là350(m);

2.Xác định sức chịu tải của cọc:

a.Theo vật liệu làm móng cọc:

Móng cọc bê tông cốt thép có sức chịu tải theo phương dọctrục của cọc là:

P vl =m(R.b F b +R.a F a)

Trong đó: m :hệ số diều kiện làm việc , m =1

Ra, Rb: cường độ chịu nén của bê tông và cốt thép (Rb=900T/m2)

Fb, Fa:diện tích thiết diện của bê tông và cốt thépdọc

Ta có: Fa= 8,04 (cm2); Fb = 1225 - 8,04 = 1216,96 (cm2)

=> Pvl = 1× ( 900 × 1216,96 + 2400 × 8,04)10-4 = 111,46 T

b.Sức chịu tải của cọc theo đất nền:

Sức chịu tải của cọc ma sát là do ma sát giữa mặt xungquanh cọc và đất bao quanh và của đất nền dưới chân cọcgây ra

α1 : hệ số kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến

ma sát giữa đất và cọc α1= 1

α1 : hệ số kể đến ảnh hưởng của ma sát đến cọc đối với cọckhoan nhồi, cọc khác α2 = 1

α3 : hệ số kể đến việc mở rộng chân cột α3 = 1

u : chu vi tiết diện , u = 2(0,35+0,35) =1,4(m)

fi : lực ma sát giới hạn đơn vị trung bình của mỗi lớp đất,phụ thuộc loại đất, tính chất của đất và chiều sâu trung bìnhcủa mỗi lớp đất

i

R : cường độ giới hạn

Nền đất được chia thành các lớp nhỏ đồng nhất có chiềudày l i ≤2 m( ).(như hình vẽ)

2,75(

m)

8,5mmm)

4,5(m)

1,5(m)

6,25(

m)8(m)

0,3(m)0,7(m)

1,5(m)

2(m)

1,5(m)

Vậy ta dùng Pdn= 43,65 (T) làm giá trị tính toán.

3.Xác định kích thước sơ bộ của đế đài:

Aïp lực tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phảnlực đầu cọc gây ra:

) 35 , 0 3 (

65 , 43 )

3 (

2 2

3 , 117 m

tb tt

tt d

h

N F

γ

=>Ta chọn : Fd =1,8×1,8 = 3,24 m2

4.Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng:

Số lượng cọc trong móng sơ bộ được xác định theo côngthức:

cao trình đáy đài

∑N tt =N tt +n× γtb×h m F= 117,3 + 1,1 × 2× 1× 3,24 = 124,43

:

coc

43 , 124 2 ,

Sơ đồ bố trí cọc:

1200100

300

300

350350

300

200

ÁN NỀN MÓNG

5.Xác định độ sâu chôn đài:

h ≥ 0.7hmin

hmin =tg (45o - ϕ/2) ∑γ.H b

trong đó : hmin :độ sâu chôn móng cọc

∑ H : Tổng tải trọng ngang tác dụng lên đài cọc ,

∑ H = Qtc + Mtc/h = 11,,26+14,,22 =4,83 T

ϕ = 200 góc nội ma sát từ đáy đài trở lên

γ = 1,95 dung trọng từ đáy đài trở lên

b: Cạnh dày dài vuông góc với ∑H (b =1,8 m)

× 1 , 8 95 , 1

83 , 4

0,89 m

Để phù hợp với tính toán sơ bộ và chiều dài của đài tachọn chiều sâu chôn móng 1m

6.Tính toán và kiểm tra móng cọc đài thấp

6.1 Kiểm tra móng cọc theo TTGH I:

a/ Xác định tải trọng và tổ hợp:

Tải trọng tính toán là tải trọng bổ sung :Ntt =117,3 ; Mtt =4,2

Tm ; Qtt =1,6T

b/ Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc:

Vì cọc được bố trí theo hai phương đều nhau nên ta có côngthức kiển tra

-Với cọc chịu kéo :Pmin ≤ Pk

-Với cọc chịu nén: Pmax ≤ Pn = Ptt

Pma x =

mã

tt x n

i

tt

y yi

M n

N

2

i

tt

y yi

M n

N

2

08 , 7 4

3 , 117

08 , 7 4

3 , 117

2 ×

×

Pma x = 32,275 (T) < Ptt = 43,65 (t) nên cọc chịu nén tốt

6.2.Kiểm tra trường hợp tải trọng ngang tác dựng lên cọc

Trang 21

T Hng

6.3 Kiểm tra cường độ nền đất

Xác định khối móng qui ước

Diện tích khối móng qui ước : Fqư = Aqư.Bqư

Trong đó Aqư = A1 +2 l.tgα , Bqư = B1 + 2l.tgα

Với α góc ma sát trung bình ,

α = = ∑ ∑ = × 3+, 5+3×, 5+1+, 5 × =

) 5 , 1 28 5 , 3 24 5 , 3 20 ( 4

1 4

1 4

1

i

i i tb

l

l

ϕϕ

W

M Fqư

N

2 , 1 max =∑ +∑ ≤

ÁN NỀN MÓNG

9

9 , 250

Fqư

N tc tb

5 , 4

83 , 14 9

9 , 250 max

83 , 14 9

9 , 250 min

Tính Rtc = m ( A.Bqư + B.h) + D.ctc ; Bqư = 3m

m = 1, ϕ = 280 ⇒ A = 0,98 ; B = 1,93 ; D = 7,4 ; ctc = 0,6t/m2

max = <

σmin = 24 , 58 > 0

Như vậy điều kiện về cường độ được bảo đảm

6.4Kiểm tra độ lún của móng cọc

Kiểm tra lún của móng khối quy ước

σgl = σo - γtb hm = σtc

tb - 2 × 8,5 = 27,88 - 17 =10,88 (T/m2)Chia đất nền dưới đáy khối móng quy ước thành các phầnbằng nhau và ≤ 0 , 4B qư

Ta có 0,4Bqư = 0,4× 3 =1,2 m, chọn hi = 1m

- Xác định ứng suất do tải trọng ngoài gây ra :σzi =ko σgl

- Xác định ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây ra:

γ

γ

σ

tb i

S S

1

2 1

1 εε

ε

Trong đó :ε1i,ε 2i được xác định bởi biểu đồ đường cong nén

lún tương ứng với P1i,P2i được xác định theo công thức sau:

2

1 1 1

d zi d zi i

P = σ − + σ ; .( )

2

1 1 2

p zi p zi i

bt zi

σ

(T/m2)

p zi

dừng tính lún tại đây

7 Kiểm tra khi vận chuyển và khi treo lên giá búa

-Tải trọng : q=k.F.γ ; Trong đó: k_hệ số tải trọng động k=1,5

-Suy ra q =1,5× 0,352 × 2,5 = 0,459 (T/m)

a) Khi vận chuyển : ta có công thức để tính như sau

Mvc = 0,043ql2 =0,043× 0,459× 82 = 1,263 (T.m)

Ở đây cốt thép đối xứng Fa =Fa’ =8.044 cm2

tính được khả năng

chịu lực của cọc như sau:

Mgh =RaFa(ho-a’) =2400× 4.022×(35-4) = 2,99 T.m

68000

q

M=

1,263Tm

2352

ÁN NỀN MÓNG

So sánh ta thấy Mgh =2,99 (Tm) > Mvc= 1,263 (T.m)

Như vậy cọc đủ khả năng chịu lực khi vận chuyển

b) Khi cẩu lắp: công thức tính như sau

Mcl =0,086ql2 =0,086× 0,459 × 82 = 2,526 (T.m) < Mgh =2,99(T.m)

Như vậy cọc đủ khả năng chịu lực khi cẩu lắp

8.Thiết kế đài cọc

a)Kiểm tra điều kiện chọc thủng của đài cọc

Xác định chiều cao làm việc của đài theo điêù kiện chọcthủng

Chọn h0 =

p

np c c

R

P a a

+ +

−

4 2

3 , 0 2

3 ,

+ +

= 1,086

Pnp = 43,65 (T) ≤ (ac+ho)hokRp = (0,3 + 0,65)×0,65× 1,086×75 =50,3 (T) Như vậy điều kiện kiểm tra chọc thủng được thỏamãn

b) Tính toán chịu uốn của đài cọc

Xác định mômen uốn tại tiết diện I và II

Trang 25

Tính toán cốt thép

Khoảng cách giữa các thanh a = 18013−10=13 cm

, 0

4146000

9 ,

0 R h0

M Fa

a

II II

12 cm

I Thiết kế và tính toán móng biên:

1.Chọn vật liệu làm móng:

Giống như đối với móng biên

2.Xác định sức chịu tải của cọc:

a.Theo vật liệu làm móng cọc:

=> Pvl = 111,46 T

b.Sức chịu tải của cọc theo đất nền:

=> Pdn = 43,65 T

Vậy ta dùng Pdn= 43,65 (T) làm giá trị tính toán

3.Xác định kích thước sơ bộ của đế đài:

Aïp lực tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phảnlực đầu cọc gây ra:

) 35 , 0 3 (

65 , 43 )

3 (

2 2

5 , 93 m

tb tt

tt d

h

N F

13 , 99 2 ,

Sơ đồ bố trí cọc:

5.Xác định độ sâu chôn đài:

h ≥ 0,7hmin

hmin =tg (45o - ϕ/2) ∑γ.H b

trong đó : hmin :độ sâu chôn móng cọc

∑ H : Tổng tải trọng ngang tác dụng lên đài cọc ,

∑ H = Qtc + Mtc/h = 11,,26+14,,27 =5,25 T

ϕ = 200 góc nội ma sát từ đáy đài trở lên

γ = 1,95 dung trọng từ đáy đài trở lên

b: Cạnh dày dài vuông góc với ∑H (b =1,6 m)

× 1 , 6 95 , 1

25 , 5

0,9 m

Để phù hợp với tính toán sơ bộ và chiều dài của đài tachọn chiều sâu chôn móng 1m

6.Tính toán và kiểm tra móng cọc đài thấp

6.1 Kiểm tra móng cọc theo TTGH I:

Trang 27

ÁN NỀN MÓNG

a/ Xác định tải trọng và tổ hợp:

Tải trọng tính toán là tải trọng bổ sung :Ntt = 93,5 ; Mtt = 4,7

Tm ; Qtt = 1,6T

b/ Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc:

Vì cọc được bố trí theo hai phương đều nhau nên ta có côngthức kiển tra

-Với cọc chịu kéo :Pmin ≤ Pk

-Với cọc chịu nén : Pmax ≤ Pn = Ptt =43,65 T

Pma x =

mã

tt x n

i

tt

y yi

M n

N

2

i

tt

y yi

M n

N

2

13 ,

99 + ×

=27,93 (T)

5 , 0 3 , 6 4

13 ,

99 − ×

=21,63 (T)

Vì Pmin > 0 nên không cần kiểm tra chống nhổ cọc

Pma x = 27,93 (T) < Ptt = 43,65 (t) nên cọc chịu nén tốt

6.2.Kiểm tra trường hợp tải trọng ngang tác dựng lên cọc

Ta có điều kiện kiểm tra ∑ <

n

H

Hng

Trong đó ∑ H = Qtt tổng tải trọng ngang , n số lượng cọc

được Hng = 2,5 (T)

4

6 , 1

T Hng

6.3.Kiểm tra cường độ nền đất

Xác định khối móng qui ước

Diện tích khối móng qui ước : Fqư = Aqư.Bqư

Trong đó Aqư = A1 +2l.tgα ; Bqư = B1 + 2l.tgα

Với α góc ma sát trung bình ,

i i tb

l

l

ϕϕ

ϕ

4

1 4

1

= 5,76o

L = 7,5 m , A1 = B1 = 1,3 m

Aqư = Bqư = 1,3 + 2×7,5× tg 5,76o = 2,81m