Đồ án nền móng công trình (móng cọc )

Nội dung thiết kế : 1. Đánh giá điều kiện địa chất công trình của khu vực xây dựng. Xác định tính chất cơ lý của đất. Tính toán sức chịu tải của nền. 2. Nghiên cứu giải pháp mặt bằng móng tùy thuộc vào điều kiện địa chất – thủy văn, tính chất và trị số của tải trọng mà chọn móng nông hay móng sâu, nền tự nhiên hay nhân tạo. Mỗi giải pháp mặt bằng móng cần : Chọn và lập luận chiều sâu chôn móng. Xác định kích thước đế móng. Tính lún cho móng. So sánh kinh tế các phương án. 3.Tính toán thiết kế cụ thể cho một phương án đã chọn ( bao gồm xác định tải trọng tác dụng, kích thước đế móng, tính cốt thép cho móng, tính lún, kiểm tra ổn định của nền...) 4.Nghiên cứu cấu trúc của lớp chống thấm ( khi có tầng hầm và mực nước ngầm cao ). 5. Các đề nghị về phương pháp thi công : Các biện pháp ngăn ngừa khả năng phá hoại cấu tạo tự nhên của nền đất.

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN NỀN MÓNG PHẦN I : TÓM TẮT ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

I.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH :

- Tên công trình : Nhà sở chỉ huy Quân khu

- Công năng sử dụng : Công trình được sử dụng làm nhà làm việc

- Quy mô xây dựng : Công trình được xây dựng với quy mô 06 tầng Chiều cao tầng thiết kế 3,9m Diện tích sàn tầng điển hình là 719,33 m2

- Giải pháp kết cấu lựa chọn :

+ Công trình sử dụng khung Bê tông cốt thép làm kết cấu chịu lực chính Kết hợp với tường xây 220 làm kết cấu bao che và phân chia không gian

+ Nhịp nhà cách đều 6.0m Chiều cao tầng thiết kế 3,9m

+ Sử dụng bê tông cấp độ bền B20 Cốt thép có được kính ≤ 10 mm sử dụng thép CI, đường kính > 10mm sử dụng thép CII

I.2 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN:

1.2.1 Sơ đồ mặt bằng : Sơ đồ 03

1

1.2.2.Sơ đồ địa chất : HK - 01

2

I.3 ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÀ ĐỊA CHẤT THỦY VĂN CÔNG TRÌNH :

1.3.1 Điều kiện địa chất công trình :

Trong phạm vi khảo sát đến chiều sâu - 16,2m ( tính từ Cos ± 0,00m ) nền đất được cấu tạobao gồm 6 lớp đất, cụ thể là :

+ Lớp 6 : Lớp đất dính Chiều dày 4.05m.

Tính chất cơ lý của các lớp đất thể hiện trên sơ đồ HK-01

1.3.2 Điều kiện địa chất thủy văn công trình :

Công trình xây dựng ở khu vực có nước ngầm khá sâu Cao trình mực nước ngầm ở Cos-8,15m Nước ngầm có sự thay đổi theo mùa

I.4.NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN :

1.4.1: Yêu cầu thiết kế :

Thiết kế móng dưới cột trục A (B); C (D); dầm đỡ tường trục B.

1.4.2: Nội dung thiết kế :

1. Đánh giá điều kiện địa chất công trình của khu vực xây dựng Xác định tính chất cơ lý của đất.Tính toán sức chịu tải của nền

2.Nghiên cứu giải pháp mặt bằng móng tùy thuộc vào điều kiện địa chất – thủy văn, tính chất vàtrị số của tải trọng mà chọn móng nông hay móng sâu, nền tự nhiên hay nhân tạo Mỗi giảipháp mặt bằng móng cần :

- Chọn và lập luận chiều sâu chôn móng

4.Nghiên cứu cấu trúc của lớp chống thấm ( khi có tầng hầm và mực nước ngầm cao )

5 Các đề nghị về phương pháp thi công : Các biện pháp ngăn ngừa khả năng phá hoại cấu tạo

tự nhên của nền đất

PHẦN II : ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

THIẾT KẾ MÓNG.

Căn cứ Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình ( HK-01) cho thấy : Khu vực xây dựng

có cấu tạo địa chất khá phức tạp trong phạm vi chiều sâu khảo sát, bao gồm 06 lớp đất có trạngthái và tính chất cơ lý khác nhau.Vì vậy cần xem xét tính toán kỹ để lựa chọn phương án thiết

kế móng phù hợp, đảm bảo khả năng làm việc của móng cũng như tiết kiệm vật liệu và chi phíthi công

4

Trong phạm vi chiều dày khảo sát địa chất có thấy sự xuất hiện của mực nước ngầm, tuynhiên mực nước ngầm ở khá sâu ( - 8,15m) nên ít có khả năng ảnh hưởng tới phương án thicông móng.

2.1.Đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất và tính chất xây dựng của đất :

( Theo TCVN 9362:2012) -Lớp 1 : Lớp đất trồng trọt, chiều dày 0,65m.

đây là lớp đất không có khả năng xây dựng

l í p (m)

l í p B? dÇy K? hiÖu th¹ ch häc m« t ¶ ®?a t Çng

- Nhận xét : Nền đất có cấu tạo lớp không đồng nhất, các lớp đất yếu và đất tốt nằm xen kẽnhau Lớp đất số 1 là đất trồng trọt không có khả năng xây dựng Lớp đất số 2 có sức chịu tảitrung bình nhưng chiều dày không lớn, lại nằm trên lớp đất số 3 là lớp bùn sét có sức chịu tảikém hơn nên nếu đặt móng vào lớp đất này phải tiến hành xử lý nền đất Các lớp đất số 4, 5 , 6

có sức chịu tải tương đối tốt nhưng nằm ở dưới sâu

5

- Mực nước ngầm ở khá sâu nên ít có khả năng ảnh hưởng tới việc thi công móng.

Từ các đặc điểm trên, có thể lựa chọn một số phương án móng cho công trình như sau :

2.2.1 : Phương án 1 : Móng nông trên nền nhân tạo :

- Sử dụng móng đơn BTCT dưới cột, móng đặt trên lớp đệm cát hạt trung

2.2.2 : Phương án 2 : Móng sâu :

- Sử dụng móng cọc, dùng cọc Bê tông cốt thép để truyền tải trọng của công trình xuống cáclớp đất tốt phía dưới có sức chịu tải lớn hơn

2.3 : Tính toán sơ bộ phương án 1:Móng nông trên nền nhân tạo.

- Dựa vào điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn công trình, đặc điểm tải trọng tác dụng ta lựa chọn phương án dùng đệm cát dưới móng Đệm cát thay thế cho một phần lớp đất sét pha có tính chất cơ học thấp, chiều dày nhỏ.

2.3.1.Tính toán thiết kế móng đơn BTCT cho cột trục C (D).

- Trên cơ sở tải trọng và điều kiện địa chất, giả thiết chiều dày lớp đệm hd = 1,5m

- Chọn giải pháp móng đơn BTCT, chiều sâu chôn móng h = 1,5m, chiều rộng móng b=1,5m

6

2 c

- Cường độ tính toán của nền đệm cát được xác định theo công thức :

- Giả thiết tỉ số giữa chiều dài và rộng đế móng là 1,2, dó đó chiều rộng đế móng sẽ là : b=

= 1,4 m ; chọn b = 1,5 m; chiều rộng của móng :l = 1,2.1,4 = 1,68m, chọn l=1,8m.Như vậy chiều rộng b là khá phù hợp với giả thiết

- Kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng :

Tổng tải trọng tác dụng tại cao trình đáy móng :

 Tính lại R với b = 1,8m: R = 40 = 38,5 T/m2

.

- Kiểm tra lại điều kiện áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng :

Tổng tải trọng tác dụng tại cao trình đáy móng :

= 36,3 (T/m2) < 1,2R = 46,2(T/m2) = 5,07 (T/m2) > 0.

(T/m2) < R = 38,5 (T/m2)

* Kết luận : Kích thước móng chọn đảm bảo điều kiện áp lực tiêu chuẩn dưới đáy móng

- Kiểm tra điều kiện áp lực lên nền đất yếu :

Do đệm cát đặt lên lớp đất số 3 có E3 = 32KG/cm2 < Eđ = 300 KG/cm2 nên phải kiểm tra điềukiện áp lực lên nền đất yếu

Điều kiện kiểm tra : σgl z = 1,5m + σ bt z = 3m ≤ Rđy

Ứng suất trong nền tại đáy móng ở trạng thái thự nhiên là :

T/m2.Ứng suất trong nền tại mặt đất yếu ở trạng thái thự nhiên là :

T/m2.Ứng suất tăng thêm trong nền tại mặt đất yếu do tải trọng công trình gây ra :

;trong đó K0 là hệ số tra bảng, phụ thuộc vào tỉ số ( 2hđ/b

=2.1,5/1,8 =1,67 ; l/b = 2,1/1,8 = 1,4 ) → K0 = 0,511

 Tổng ứng suất tại mặt trên lớp đất yếu là : σgl z = 1,5m + σ bt z = 3m = 5,52+9,21 =14,73T/m 2

.-Cường độ tính toán của lớp đất số 3 ( đất yếu ) : Rđy = )

Trong đó :

+ m1 = 1,1 – Đất sét có độ sệt B = 0,9 > 0,5

+ m2 = 1 – Kết cấu khung BTCT là kết cấu mềm

+ ktc = 1 – Các chỉ tiêu cơ lý được xác định bằng thí nghiệm trực tiếp đối với đất

+ Lớp đất yếu là lớp bùn sét có cII = 0,3T/m2 ; φII = 6o ; tra bảng ta được : A = 0,1 ; B= 0,139 ; D

+ Diện tích đáy móng quy ước : Ay = = 8,49 m2.

+ Bề rộng đáy móng quy ước : by = -a với a=(l-b)/2 = 0,15m ;

=> by = = 2,77 m

Thay số ta được :

Rđy = = 2,57 T/m2

So sánh ta thấy : σgl z = 1,5m + σ bt z = 3m = 14,73 T/m 2 > Rđy = 2,57 T/m2 ; Như vậy kích thước móng

đã chọn không thỏa mãn điều kiện áp lực trên bề mặt lớp đất yếu này Cần phải tăng chiều sâuđệm cát để thay thế cho lớp đất yếu.Do lớp đất yếu khá dày nên việc thay thế toàn bộ lớp đấtyếu bằng lớp cát đệm là rất tốn kém và không kinh tế Vì vậy nên lựa chọn phương án móngkhác cho phù hợp với thực tế và yêu cầu xây dựng

* Đề xuất lựa chọn giải pháp móng :

- Do công trình có tải trọng trung bình, chịu tải trọng lệch tâm theo 2 phương Nền đất cấu tạokhông đồng nhất, các lớp đất tốt nằm sâu phía dưới nên lựa chọn phương án móng sâu là hợplý

- Việc lựa chọn phương án móng sâu sẽ đảm bảo độ ổn định và bền vững của công trình domóng được ngàm sâu vào lớp đất tốt bên dưới Tải trọng công trình được truyền trực tiếp xuốngcác lớp đất tốt thông qua cọc BTCT

- Việc thi công móng sâu không bị ảnh hưởng bởi mực nước ngầm Chiều sâu hố đào nhỏ nêngiảm được khối lượng đào – đắp và không phải áp dụng các biện pháp chống sạt lở thành hốđào

- Với trình độ công nghệ thi công hiện nay có thể thi công cọc ép trước dễ dàng, nhanh chóng,giúp rút ngắn thời gian thi công móng, góp phần đẩy nhanh tiến độ thi công công trình

- Lựa chọn phương án tính toán : Dùng cọc BTCT 30x30 cm, đài cọc đặt vào lớp đất số 2,

mũi cọc hạ sâu xuống lớp đất thứ 5 khoảng 3 m.Thi công bằng phương pháp ép trước (hoặcđóng )

PHẦN III : THIẾT KẾ CHI TIẾT PHƯƠNG ÁN MÓNG CỌC.

A.Tính toán dầm đỡ tường trục B.

1 Chọn sơ đồ tính :

- Coi mỗi nhịp dầm móng là dầm đơn giản, 2 đầu liên kết ngàm với đài móng Chỉ chịu tảitrọng của khối xây tường tầng 1, trục B truyền xuống

10

- Do nhịp nhà đều nên chỉ cần tính toán 1 nhịp dầm rồi bố trí cho tất cả các nhịp còn lại.

- Chiều dài nhịp tính toán lấy bằng khoảng cách giữa các trục của cột, ld = 6m

2 Chọn vật liệu móng, xác định các đặc trưng tính toán của vật liệu :

- Sử dụng bê tông cấp độ bền B20, có Rb = 1150T/m2 ; Rbt = 90T/m2

- Thép chịu lực sử dụng thép nhóm AII, có Rs = Rsc = 28000T/m2, �r = 0,650, � r = 0,439.

- Thép đai sử dụng thép nhóm AI, có Rs = Rsc = 22500T/m2, Rsw = 17500 T/m2, �r = 0,673, �r =0,446

- Bê tông lót sử dụng BT mác 100, dày 10cm

- Chiều dày lớp bảo vệ cốt thép lấy bằng 30mm

3 Chọn kích thước tính toán :

+ Xác định chiều cao khối xây tường tầng 1 ht : Theo sơ đồ kiến trúc ta có :

- Cos +0,00m là Cos nền tầng 1 Cos tự nhiên là Cos -0,60m Giả thiết Cos mặt dầm móngtrùng với Cos mặt đài móng, sâu so với Cos tự nhiên 0,5m

- Chiều cao tầng 1 tính từ Cos +0.00 là h1 = + 3,900m Chiều cao dầm tầng 2 : h2 lấy bằng(1/8 -:- 1/12)ld , lấy h2 = 0,6m

 Chiều cao xây tường tầng 1 ht =0,5+0,6+3,9-0,6 = 4,4m

+ Chiều cao dầm móng : hd = (1/8 -:- 1/12) ld , với ld = 6000mm => hd = (750 -:- 500)

Biểu đồ Mô men M (kN.m)

Biểu đồ lực cắt Q ( kN )

+ Mô men tại nhịp giữa dầm : Mn = qtt.ld/24 = 2,409*62/24 = 3,614 T.m

+ Mô men tại gối 1 và 2 : M1 = M2 = qtt.ld2/12 = 2,409*62/12 =7,227 T.m

Tải trọng tính toán trục A; ( B ) Tải trọng tiêu chuẩn tính với hệ số vượt

Lực dọc tính toán tác dụng lên đáy đài cọc: N0tt = N + Qmax, trong đó :

+ N: tải trọng do công trình truyền xuống

+ Qmax : Tải trọng do dầm đỡ tường khối xây truyền vào đài móng, xác định theo biểu đồ lựccắt, Qmax = 2*7,227 = 14,454 T

- Thép cấu tạo sử dụng thép nhóm AI, có Rs = Rsc = 22500T/m2, Rsw = 17500 T/m2

- Bê tông lót sử dụng BT mác 100, dày 10cm

- Chiều dày lớp bảo vệ cốt thép lấy bằng 25mm

13

* Chọn tiết diện cọc : Sử dụng cọc vuông

30x30 cm, thép dọc chịu lực 4� 16 ( AII )

* Chọn độ sâu chôn đài hm = 1,5m

* Chọn chiều dài cọc : Chọn chiều sâu cọc

hạ vào lớp 5 (cát hạt nhỏ chặt vừa ) là 3m

Thép cọc neo trong đài 1 đoạn > 20d, chọn

lneo = 40cm Đầu cọc ngàm trong đài 15cm

Đầu cọc có mặt bích bằng thép(150x250x8)

mm để tránh vỡ đầu cọc khi ép (hoặc đóng)

và để hàn nối 2 đoạn cọc với nhau Như vậy

chiều dài cọc tính toán ( không kể phần mũi

* Biện pháp thi công cọc : Chia cọc thành 2

đoạn, Cọc mũi C1 = 5,5m , Cọc C2 dài 5m,

liên kết với nhau bằng hàn mặt bích Hạ cọc

bằng máy ép Rôbôt và ép âm cọc đến Cos

thiết kế bằng cọc dẫn

Sè hiÖu

l í p (m)

l í p B? dÇy K? hiÖu th¹ ch häc

Sơ đồ làm việc của cọc trong nền.

3.Xác định sức chịu tải của cọc :

3.1.Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu :

- Cọc bê tông cốt thép chịu nén, sức chịu tải được xác định theo công thức :

Pv = φ(RbAb + RscAs) , trong đó :

+ φ: hệ số uốn dọc,φ = 1 với móng cọc đài thấp, cọc không xuyên qua bùn, than bùn

+ Rb : Cường độ chịu nén tính toán của bê tông, bê tông B20 có Rb = 1150T/m2

+ Ab : Diện tích tiết diện ngang của bê tông, A b = 0,3*0,3 = 0,09m2

+ Rsc : Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép Thép AII có Rsc = 28000T/m2

+ As : Diện tích cốt thép dọc Thép cọc 4� 16 có As = 4*(3,14*0,016 2)/4= 8,04.10-4m2

14

 Pv = 1.(1150.0,09+28000.8,04.10-4) = 126,01 T.

3.2.Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền :

- Cọc ma sát, mũi cọc cắm sâu vào lớp cát hạt nhỏ chặt vừa 3m Sức chịu tải cực hạn được xácđịnh theo công thức :

Pu,n = m.(mR.R.A+U.fsi.hi), trong đó :+ m : hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, cọc ép có m = 1

+ mR, mfi : hệ số điều kiện làm việc của đất kể tới phương pháp thi công cọc Do lựa chọn biện

pháp thi công là ép cọc vào lớp cát hạt nhỏ chặt vừa, tra bảng A3 – TCVN 205 :1998 có mR =

1,1 mfi = 1

+ hi : Chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc

+ fsi : Cường độ tính toán của ma sát thành lớp đất thứ i với bề mặt xung quanh cọc Xác định

bằng tra bảng A2 – TCVN 205 :1998

+ R : Sức chống của đất ở mũi cọc, tra bảng A1 – TCVN 205 :1998 với độ sâu mũi cọc Hc =

11,15 m, cọc hạ vào lớp cát hạt nhỏ chặt vừa => R = 266,9 T/m2

+ A : Diện tích tiết diện ngang của cọc A = 0,3.0,3 = 0,09 m2

+ U : chu vi tiết diện ngang của cọc U = 4.0,3 = 1,2m

Tính toán ma sát mặt bên cọc, chia đất xung quanh cọc thành các lớp dày nhỏ hơn 2m

Loại đất B hoặc

độ chặt

Lớpphân tố

Chiều dàyhi(m)

Độ sâuzi(m) fsi (T/m

 Sức chịu tại trọng nén cho phép của cọc là : Pđ.n = Pu.n/1,4 = 48,41 T.

Chọn sức chịu tải của cọc khi nén : Pc = min ( Pvl ; Pđ.n) = 48,41 T

4.Xác định sơ bộ số lượng cọc và bố trí cọc trong đài :

- Số lượng cọc trong đài được xác định sơ bộ theo công thức : n = β ; trong đó :

+ n : Số cọc trong móng

+ Pc : Sức chịu tải của cọc khi nén, Pc = 48,41 T

+ Ntt : Tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên đài móng ( bao gồm tải trọng công trình, phầntrọng lượng đài và đất đắp trên đài móng ), Ntt = N0tt + Nđ , với Nđ = �tb.Fd.hm ;

16

trong đó �tb = 2T ; Fd – diện tích sơ bộ của đáy đài, chọn sơ bộ theo công thức :

Fd = , Quan niệm các cọc đơn ít ảnh hưởng lẫn nhau trong phạm vị ≥ 3d tính từ tim cọc, nhưvậy áp lực tính toán do phản lực 1 đầu cọc trong phạm vi (3d)2 là : ptt = Pn/(3d)2 = 48,41/(3.0,3)2

= 59,77 T/m2, Fd = 324,454/(59,77-2.1,5) = 5,72m2

 Nđ = 2.5,72.1,5 = 17,16 T

 Ntt = 324,454 + 17,16 = 341,61 T

+ β : hệ số kể đến ảnh hưởng của tải trọng ngang và mô men, lấy β = 1,4

 Số lượng cọc trong đài : n = 1,4.341,61/48,41 = 9,87 ; Chọn n = 12 cọc

Bố trí cọc làm 4 hàng, mỗi hàng 3 cọc Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép đài là250mm, khoảng cách từ tim giữa các cọc theo các phương là 900mm

Kích thước đáy đài ( bx x ly ) = ( 2,3 x 3,2 )m

* Kiểm tra lại chiều sâu chôn đài :

+ Công thức kiểm tra : hm ≥ hmin

11 12 10

5.Chọn sơ bộ chiều cao đài cọc :

Tính : h0 =( Bd - Bc )/2 –c = (2300-220)/2 – 100 = 940mm

hd = h0 + h1 = 940+150 = 1090

 Chọn chiều cao đài hđ = 1,2 m

17

6.Kiểm tra móng cọc :

a.Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc :

- Xác định tổng tải trọng tác dụng tại đáy đài :

+ Cọc chịu kéo : Pmin - Gcọc ≤ Pkc

trong đó : - Pmax ; Pmin là tải trọng tác dung lên cọc chịu nén nhiều nhất và tải trọng tác dụng lêncọc chịu kéo nhiều nhất

- Gcọc : Trọng lượng bản thân của cọc

- Pnc ; Pkc : Sức chịu tải của cọc khi chịu nén và chịu kéo

• Lực truyền xuống cọc số i được xác định theo công thức :

Pi =

18

 Pmin = 18,9 > 0 nên tất cả các cọc trong đài đều chịu nén, không phải kiểm tra kéo.

b.Kiểm tra móng theo điều kiện biến dạng :

Độ lún của móng cọc được tính theo độ lún của nền móng quy ước có mặt cắt là abcd với

=

Trong đó : + ,li : Góc ma sát trong và chiều dầy lớp thứ i mà cọc đi qua,

+ l: Chiều dài cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc

- Chiều rộng móng khối qui ước:

BM = B1+2 .tgα = 2,1 + 2.9,65.tg( ) = 3,60 (m)

- Chiều dài móng khối qui ước:

LM = L1+2 .tgα = 3 + 2.9,65.tg(4,45o) = 4,50 (m)

Trong đó: B1 , L1 là khoảng cách từ mép 2 hàng cọc ngoài cùng đối diện nhau theo 2 phía

- Diện tích đáy móng khối qui ước là :

Fqd = LM.BM = 4,50.3,60 = 16,2 (m2)

19

- Chiều cao móng khối qui ước:

* Kiểm tra điều kiện ứng suất do tải trọng ngoài gây ra phải nhỏ hơn áp lực tiêu chuẩn củalớp đất dưới đế móng khối qui ước:

- Tính toán trị số áp lực tiêu chuẩn của lực dọc và mô men tại đáy móng khối qui ước:

+ m2 =1 vì công trình không thuộc loại tuyệt đối cứng.

Sè hiÖu

l í p (m)

l í p

B? dÇy K? hiÖu th¹ ch häc

Biểu đồ ứng suất bản thân, ứng suất gây lún móng trục A(B).

c Tính toán cọc khi vận chuyển và treo lên giá búa :

23