ĐA nền móng, móng đơn, móng băng, móng cọc

Đồ án nền móng: Thiết kế móng đơn, móng băng và móng cọc trên nền tự nhiên theo đúng tiêu chuẩn thiết kết hiện hành. Phần móng băng có diễn giải chi tiết cách dùng phần mềm SAP2000. Thiết kế móng cọc ép.

Chương 1 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓNG NÔNG TRÊN NỀN TỰ NHIÊN ( MÓNG ĐƠN )

1 Số liệu thiết kế và số liệu địa chất

1.1 Số liệu và trình tự thiết kế

1.1.1 Số liệu thiết kế

 Tên gọi móng thiết kế : Móng đơn M ( C-1 )

Bảng 1: Nội lực tính toán dưới chân cột tại độ cao mặt đất

1.1.2 Trình tự thiết kế móng đơn

 Đánh giá điều kiện địa chất, lựa chọn chiều sâu đặt móng

 Sơ bộ kích thước đáy móng và kiểm tra điều kiện áp lực

 Kiểm tra điều kiện áp lực tại đỉnh lớp đất yếu ( nếu có )

 Tính toán nền và móng theo trạng thái giới hạn thứ nhất

 Tính toán nền và móng theo trạng thái giới hại thứ hai

 Tính toán và bố trí cốt thép

2 Phân tích điều kiện địa chất

2.1 Quy trình thực hiện

 Khảo sát hiện trường

 Khoan khảo sát địa chất

 Lấy mẫu thí nghiệm

 Bảo quản và vận chuyển mẫu thí nghiệm

3 Xử lý, tổng kết chi tiết số liệu địa chất

3.1 Lớp đất 1a: Lớp san lấp, trọng lượng riêng 1,7 g/cm3, dày 1,5 m

3.2 Lớp đất 1: Sét pha nặng màu xám trắng – nâu đỏ, trạng thái dẻo cứng, dày 3 m

Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 1:

Mô đuyn TBD (kG/cm2)

3.3 Lớp đất 2 : Sét pha lẫn sỏi sạn laterit, màu nâu đỏ, trạng thái nửa cứng, dày 0,3 m

Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 2:

Mô đuyn TBD (kG/cm2)

3.4 Lớp đất 3 : Sét pha, màu xám trắng- nâu vàng, trạng thái dẻo cứng, dày 1 m

Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 3:

Mô đuyn TBD (kG/cm2)

3.5 Lớp đất 4 : Sét, màu nâu vàng- nâu đỏ, trạng thái cứng, dày 1,5 m

Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 4:

Mô đuyn TBD (kG/cm2)

3.6 Lớp đất 5 : Cát nhỏ lẫn ít bụi màu nâu vàng, trạng thái chặt vừa, dày 10 m

Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 5:

Mô đuyn TBD (kG/cm2)

Lớp san lấp, trọng lượng riêng 1,7 g/cm3

Xét pha nặng, màu xám trắng- nâu đỏ, trạng thái dẻo cứng

5 Thiết kế móng đơn trục C−1

5.1 Đánh giá và đưa ra phương án móng

Dựa vào kết quả trụ địa chất ở trên ta thấy nền đất không có lớp đất yếu cùng với tải trọng công trình không lớn vì vậy lựa chọn phương án móng đơn trên nền tự nhiên Lớp 1a là lớp đất san lấp không chắc chắn để đặt chân móng Lớp đất 1 là sét pha ở trạng thái dẻo cứng khá tốt khi đặt

móng nông vì vậy chọn h = 1,7 m ( h tính từ mặt đất tới đáy móng, không kể lớp bê tông lót )

5.2 Vật liệu sử dụng

Bê tông B25: Rb = 14,5 MPa ; Rbt = 1,05 MPa ( Bảng 13 TCVN 5574−2012 trang 41 )

Thép chịu lực AII: Rs = 280 MPa ( Bảng 21 TCVN 5574−2012 trang 52 )

5.3 Vị trí đặt móng

5.4 Nội lực truyền xuống móng

Nội lực tính toán chân cột tại độ cao mặt đất

 γII – Trị tính toán trọng lượng thể tích của đất nằm trực tiếp dưới đáy móng

Đáy móng nằm trực tiếp ở lớp đất 1 nên γII = 20 kN/m3

 ’II – Trị tính toán trung bình trọng lượng thề tích của đất từ đáy móng trở lên

 m1 – hệ số điều kiện làm việc của nền

 m2 – hệ số điều kiện làm việc của công trình

Các hệ số m1, m2 tra trong bảng số 15 mục 4.6.9 TCVN 9362-2012; nhà có sơ đồ kết cấu cứng và giả thuyết L/H ≤ 1,5

Thay ao và a1 vào phương trình (1) <=> 5,44×1,2b3 + 172,43×1,2b2 – 486,96 = 0

Giải phương trình bậc 3 ta được b = 1,5 m => l = 1,8 m

Vì móng chịu tải trọng lệch tâm nên chọn b = 1,5 m và l = 1,9 m

5.6 Kiểm tra sự ảnh hưởng của mực nước ngầm

5.7 Kiểm tra lại với kích thước đáy móng đã chọn

4, 54% 10%

Vậy kích thước đáy móng sơ bộ là b × l = ( 1,5 × 1,9 ) m

5.8 Kiểm tra điều kiện áp lực tại đỉnh lớp đất yếu

Lớp đất 2 có φ = 19°05’ > φ = 11°05’ của lớp đất 1 là lớp đất đặt đáy móng nên không cần kiểm

tra điều kiện áp lực

5.9 Kiểm tra nền và móng theo TTGH II

 Lực gây lún tại trọng tâm của đáy móng Pgl = tc

 Chia đất nền dưới đáy móng thành những phân tố đồng nhất có chiều dày hi ≤ b

4 = 0,375 m Chọn hi = 0,3 m

 Ứng suất bản thân tại vị trí đáy móng bt

3,1

3,4

3,716,8018,7722,1826,4230,01

36,7842,4553,5568,7589,46116,48147,08170,39

-1,5m

-4,0m

-4,5m

-5,8m -4,8m

78,22

80,32

83,7486,89

90,04

35,0729,07

Hình 2: Biểu đồ phân bố ứng suất trong nền đất

z(m)

Bảng 2: Bảng tính giá trí ứng suất móng Lớp

z (m)

γ,γđn (kN/m3)

lb

z

bt z

e2i là hệ số rỗng của đất tại điểm giữa của lớp phân tố đang xét, nội suy theo quan hệ e−p với

Với β là hệ số tính từ hệ số poisson của đất, lớp đất 2 là sét pha có thể lấy gần đúng β = 0,57

E là mô đuyn biến dạng của đất, với lớp đất 2, E = 5836,95 kPa

zplà ứng suất gây lún do tải trọng ngoài gây ra tại điểm giữa lớp phân tố đang xét

 Độ lún phải thoả S ≤ Sgh ( Mục 4.6.6 TCVN 9362−2012 trang 23 )

 Độ lún tuyệt đối lớn nhất Sgh = 8cm ( TCVN 9362−2012 trang 31,32 )



(kPa)

zp

(kPa)

P1i(kPa)

P2i

Si(cm)

5.10 Kiểm tra nền và móng theo TTGH I

 Do công trình không nằm trong phạm vi mái dốc, các móng công trình không có khả năng xảy ra trượt cục bộ do vậy không cần kiểm tra nền theo TTGH I

5.11 Tính toán độ bền và cấu tạo móng

 Sơ bộ kích thước tiết diện cột:

b

kNA

R ( Công thức 1-3, sách tính toán cấu kiện cột BTCT

GS Nguyễn Đình Cống trang 20 )

Chọn k = 1,5 khi ảnh hưởng bởi momen lớn

Ta thấy Nct ≤ Ncct nên ho = 51,5 cm đã chọn thỏa mãn điều kiện chọc thủng

Chọn lớp bê tông bảo vệ a = 3,5 cm; hm = ho+ a = 51,5 + 3,5 = 55 cm

5.12 Tính toán và bố trí thép cho móng M ( C−1 )

 Vẽ sơ đồ tính toán, xem đáy móng như 1 dầm console ngàm tại mép cổ móng, chịu tải trọng phân bố do phản lực của đất nền Dùng mặt cắt 1-1 và 2-2 đi qua mép cột theo 2 phương

Chương 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓNG BĂNG TRỤC 3

1 Dữ liệu tính toán

l1 = 3,5 m ; l2 = 2,5 m

2 Đánh giá và đưa ra phương án

 Với số liệu địa chất đã phân tích ở chương 1, tải trọng công trình không quá lớn, lựa chọn phương án móng nông trên nền đất tự nhiên Dựa vào số liệu tải trọng và độ dài ở bên trên, ta thấy tải trọng giữa các trục có sự chênh lệch lớn, cùng với việc khoảng cách giữa các trục không lớn Vì vậy chọn phương án móng băng một phương và chọn chiều sâu chôn móng là

h = 1,7 m

3 Sơ bộ kích thước đáy móng

 Chiều dài móng L = li lm1 lm2 ( lm1 ; lm2 là chiều dài các đầu thừa lấy bằng 0,5 m )

Qott (kN)

Notc (kN)

Motc(kN.m)

Qotc (kN)

 Trong đó:

 h – chiều sâu đặt móng; h = 1,7 m

 γII – Trị tính toán trọng lượng thể tích của đất nằm trực tiếp dưới đáy móng

Đáy móng nằm trực tiếp ở lớp đất 1 nên γII = 20 kN/m3

 ’II – Trị tính toán trung bình trọng lượng thề tích của đất từ đáy móng trở lên

 m1 – hệ số điều kiện làm việc của nền

 m2 – hệ số điều kiện làm việc của công trình

Các hệ số m1, m2 tra trong bảng số 15 mục 4.6.9 TCVN 9362-2012; nhà có sơ đồ kết cấu cứng và giả thuyết L/H ≤ 1,5

m1 = 1,2 ; m2 = 1,1

 ktc - hệ số tin cậy; ktc = 1,0 vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo thí nghiệm trực tiếp

 Theo nguyên tắc P = R ( P là áp lực đáy móng )

Thay ao và a1 vào phương trình (1) <=> 5,44b2 + 172,43b – 227,33 = 0

Giải phương trình bậc 2 ta được b = 1,27 Chọn b = 1,3 m

4 Kiểm tra sự ảnh hưởng của mực nước ngầm

5 Kiểm tra lại với kích thước đáy móng đã chọn

 F = 1,3 × 7 = 9,1 m2

3

2,17% 10%

Vậy kích thước đáy móng sơ bộ là b × l = ( 1,3 × 7 ) m

6 Kiểm tra điều kiện áp lực tại đỉnh lớp đất yếu

Lớp đất 2 có φ = 19°05’ > φ = 11°05’ của lớp đất 1 là lớp đất đặt đáy móng nên không cần kiểm

tra điều kiện áp lực

7 Kiểm tra nền và móng theo TTGH II

 Lực gây lún tại trọng tâm của đáy móng Pgl = tc

 Chia đất nền dưới đáy móng thành những phân tố đồng nhất có chiều dày hi ≤ b

4 = 0,325 m Chọn hi = 0,3 m

 Ứng suất bản thân tại vị trí đáy móng bt

 Ứng suất gây lún tại z được tính : zp k Po gl

 Lớp phân tố thứ 8 và thứ 10 có hi = 0,2 m, lớp phân tố thứ 15 có hi = 0,1 m các lớp còn lại có

hi = 0,3 m

-4,0m

-4,5m

-5,8m -4,8m

41,07 47,07 53,07 59,07 65,07 71,07 75,07 78,22 80,32 83,74 86,89 90,04

34,08 37,92 42,41 47,76 51,77

58,95 64,58 74,74 87,64 104,23 125,67 151,32

173,40 35,07

29,75 26,98 24,57 22,47 20,60

4,1 4,3 4,7 5,0 5,3

Hình 1: Biểu đồ phân bố ứng suất trong nền đất (móng băng)

z(m)

z

bt z



(kPa)

zp

(kPa)

bt z

 Độ lún phải thoả S ≤ Sgh ( Mục 4.6.6 TCVN 9362−2012 trang 23 )

 Độ lún tuyệt đối lớn nhất Sgh = 8cm ( TCVN 9362−2012 trang 31,32 )

8 Kiểm tra nền và móng theo TTGH I

Do công trình không nằm trong phạm vi mái dốc, các móng công trình không có khả năng xảy ra trượt cục bộ do vậy không cần kiểm tra nền theo TTGH I

9 Tính toán độ bền và cấu tạo móng

Vật liệu sử dụng

Bê tông B25: Rb = 14,5 MPa ; Rbt = 1,05 MPa ( Bảng 13 TCVN 5574-2012 trang 41 )

Thép chịu lực AII: Rs = 280 MPa ( Bảng 21 TCVN 5574-2012 trang 52 )

 Sơ bộ kích thước tiết diện cột trục A−3

 Sơ bộ kích thước tiết diện cột trục B−3

Chọn k = 1,1 vì không bị ảnh hưởng bởi momen

 Sơ bộ kích thước tiết diện cột trục C−3

Chọn k = 1,5 khi ảnh hưởng bởi momen lớn

 Tính chiều cao móng theo điều kiện BTCT chịu uốn

 Kiểm tra lại ho với điều kiện chọc thủng ( Để an toàn cho bản móng, ở đồ án này em kiểm tra chọc thủng trong phạm vi móng ở trục B có lực dọc lớn nhất, phần diện tích tính toán được lấy bằng cách chia đôi mỗi nhịp chính )

Ta thấy Nct ≤ Ncct nên ho = 31,5 cm đã chọn thỏa mãn điều kiện chọc thủng

Chọn lớp bê tông bảo vệ a = 3,5 cm; hm = ho+ a = 31,5 + 3,5 = 35 cm

Phạm vi tính toán xuyên thủng Diện tích áp lực đất nền

tác dụng lên đáy móng gây xuyên thủng

– độ lún đàn hồi

Trình tự thực hiện khai báo trong sap:

Bước 1: File≫New model≫Beam sau đó khai báo số nhịp, do móng có 2 nhịp chính và 2 đầu thừa nên ta khai báo 4 nhịp

Bước 2: Edit Grid≫Spacing sau đó nhập độ dài mỗi nhịp

Bước 3: Define≫Materials sau đó khai báo vật liệu bê tông

Bước 4: Define≫Section properties≫Frame sections; tại mục Property type chọn “Concrete” rồi chọn “Precast I”

Bước 5: Khai báo tiết diện móng

Bước 6: Tiến hành gán tải trọng; Assign≫Joint loads≫Forces

 Tải trọng tại trục A

 Tải trọng trục B

 Tải trọng trục C

Sau khi khai báo tải trọng xong ta có sơ đồ dầm như sau

Bước 7: Edit≫Edit lines≫Divide frames; chia nhỏ từng đoạn dầm, đoạn AB chia làm 5 đoạn,

BC chia làm 25 đoạn, CD chia làm 35 đoạn và DE chia làm 5 đoạn Dưới đây trình bày cho đoạn dầm AB, các đoạn còn lại làm tương tự

Bước 8: Assign≫Joint≫Springs; chọn toàn bộ điểm nút vừa chia và khai báo hệ số lò xo K2

Với điểm ở đầu và cuối khai báo hệ số lò xo K1

Bước 9: Analyze≫Analysis options≫XZ plane sau đó bỏ chọn “UX”

Bước 10: Tiến hành chạy kết quả, biểu đồ momen và lực cắt được thể hiện ở bên dưới

Hình 5 Biểu đồ lực cắt dầm móng (kN)

11 Tính cốt thép cho móng

Hình 6 Cấu tạo cốt thép móng băng ( Hình vẽ không biểu thị cho kết quả tính bên dưới )

Thép vị trí nhịp

Thép đai

Thép cánh móng phương cạnh ngắn Thép vị trí gối

Thép cánh móng phương cạnh dài

Chọn 4 cây ∅12 cho 1m dài ( As = 4,52 cm2 )

 Khoảng cách giữa các cây thép

 Momen căng thớ dưới dùng để tính thép cho vị trí gối, tiết diện hình chữ nhật 300×600

Lấy momen Mmax = 90,47 kN.m để tính diện tích cốt thép

Theo lý thuyết đặt 70%As trong dầm móng và 30%As cho thép theo phương cạnh dài ngoài cánh

móng, nhưng vì diện tích cốt thép nhỏ nên đặt 100%As cho dầm móng

 Momen căng thớ trên dùng để tính thép cho vị trí nhịp, tiết diện hình chữ T

Lấy momen Mmin = 334,25 kN.m để tính diện tích cốt thép cho nhịp từ trục B đến trục C, giả thiết a = 5,5 cm

 Xác định Sc: ( Dầm làm việc chung với bản móng )

Đối với nhịp từ trục A đến trục B, do momen Mmin nhỏ nên chỉ cần dùng 4 cây ∅22

 Tính cốt đai: Đai ∅10 loại AI, Rsw = 175000 MPa ( Bảng 21 TCVN 5574-2012 trang 52 )

( b3= 0,6 đối với bê tông nặng; theo mục 6.2.3.3 TCVN 5574−2012 trang 83 )

 Bêtông không đủ khả năng chịu cắt, cần phải tính cốt đai chịu cắt

Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓNG CỌC

1 Số liệu thiết kế và số liệu địa chất

1.2 Số liệu và trình tự thiết kế

1.2.1 Số liệu thiết kế

Bảng 6: Nội lực tính toán dưới chân cột tại độ cao mặt đất

n ; chọn hệ số vượt tải n = 1,15 ( Bảng 4 mục 3.1 TCVN 2737−1995 trang 4 )

 Tính toán nền móng theo TTGH I (về cường độ)

 Tính toán nền móng theo TTGH II (về biến dạng)

 Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc

 Tính toán và bố trí thép cho đài cọc

 Kiểm tra trong quá trình vận chuyển và lắp dựng, tính toán móc cẩu (đối với cọc đúc s n)

2 Phân tích điều kiện địa chất

2.2 Quy trình thực hiện

 Khảo sát hiện trường

 Khoan khảo sát địa chất

 Lấy mẫu thí nghiệm

 Bảo quản và vận chuyển mẫu thí nghiệm

3 Xử lý, tổng kết chi tiết số liệu địa chất

3.1 Lớp đất 1a: Lớp san lấp, trọng lượng riêng 1,7 g/cm3, dày 1 m

3.2 Lớp đất 1: Sét pha nặng màu xám trắng – nâu đỏ, trạng thái dẻo cứng, dày 2,5 m

Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 1:

Các kết quả thí nghiệm

Thí nghiệm nén nhanh

lún (cm2/kG)

Mô đuyn TBD (kG/cm2)

3.3 Lớp đất 2a : Bùn sét, màu xám xanh đen- xám đen, trạng thái chảy, dày 5 m

Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 2a:

Các kết quả thí nghiệm

Thí nghiệm nén nhanh

lún (cm2/Kg)

Mô đuyn TBD (Kg/cm2)

3.4 Lớp đất 3 : Sét pha, màu xám trắng- nâu vàng, trạng thái dẻo cứng, dày 2,5 m

Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 3:

Các kết quả thí nghiệm

Thí nghiệm nén nhanh

lún (cm2/Kg)

Mô đuyn TBD (Kg/cm2)

3.5 Lớp đất 4 : Sét, màu nâu vàng- nâu đỏ, trạng thái cứng, dày 3 m

Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 4:

Các kết quả thí nghiệm

Thí nghiệm nén nhanh

lún (cm2/Kg)

Mô đuyn TBD (Kg/cm2)

3.6 Lớp đất 5 : Cát nhỏ lẫn ít bụi màu nâu vàng, trạng thái chặt vừa, rất dày

Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 5:

Các kết quả thí nghiệm

Thí nghiệm nén nhanh

lún (cm2/Kg)

Mô đuyn TBD (Kg/cm2)

Lớp san lấp, trọng lượng riêng 1,7 g/cm3

Xét pha nặng, màu xám trắng- nâu đỏ, trạng thái dẻo cứng

5 Thiết kế móng cọc

5.1 Vật liệu sử dụng

Bê tông B25: Rb = 14,5 MPa ; Rbt = 1,05 MPa ( Bảng 13 TCVN 5574−2012 trang 41 )

Thép chịu lực AII: Rs = 280 MPa ( Bảng 21 TCVN 5574−2012 trang 52 )

5.2 Đánh giá và đưa ra phương án

Tải trọng công trình lớn, trong nền có lớp bùn sét khá dày Vì vậy chọn phương án móng cọc đài thấp để đảm bảo an toàn Đài cọc được chôn vào lớp đất 1, lớp đất thứ 5 là cát nhỏ, trạng thái chặt vừa, rất dày, thích hợp cho việc đặt mũi cọc

5.3 Xác định độ sâu đặt đáy đài:

Sơ bộ chọn độ sâu đặt đáy đài h = 2,0 (m)

Giả thiết chiều rộng đài B = 2,0 (m); tiến hành kiểm tra điều kiện cân bằng giữa áp lực đất bị động ở mặt bên đài và tổng tải trọng ngang tính toán tác dụng tại đỉnh đài:

tt 0

(Sách “Nền và móng” – Tô Văn Lận – trang 194 – mục 3.16.1.3)

Vậy độ sâu đáy đài đã chọn thỏa điều kiện cân bằng áp lực

5.4 ựa chọn s bộ vật iệu àm cọc:

 Cốt thép dọc loại A-II có Rs = 280000 kPa

Chọn 4 ∅20 có As = 12,57 cm2

 Cốt đai ∅6 loại A-I có Rsw = 175000kPa

 Sơ bộ bê tông cọc cấp độ bền B25 có Rb = 14500 kPa; Rbt = 1050 kPa; Eb = 30000 MPa

5.5 Chiều dài và tiết diện cọc:

 Cao trình đặt mũi cọc: căn cứ vào trụ địa chất và đánh giá điều kiện đất nền ở trên, lựa chọn

lớp đất 5 để đặt mũi cọc và chôn vào lớp đất 5 là 2 (m) > 1 (m)

(mục 8.14 – TCVN 10304:2014 – trang 51)

 Chọn cọc có tiết diện vuông, kích thước 30 (cm) 30 (cm)

Diện tích tiết diện ngang của cọc là Ab = 900 cm2 = 0,09 m2

 Cao trình mũi cọc ở độ sâu –16,0 (m) (không kể phần vát nhọn của mũi cọc)

 Chiều dài tính toán của cọc:

 Lm – chiều dài đoạn mũi cọc lấy bằng độ dài cạnh của cọc – d = 0,3 m

(sách “Nền và móng” – Tô Văn Lận – mục 3.5.2.1 – trang 121)

5.7 Xác định s c chịu tải của cọc:

5.7.1 S c chịu tải theo cư ng độ vật iệu:

Sức chịu tải theo cường độ vật liệu được tính theo công thức:

Rv = φ(RbAb + RsAs) (1) (sách “Nền và móng” – Tô Văn Lận – công thức 3.9 – trang 127)

 Cách 1:

Vì cọc có xuyên qua lớp đất yếu (lớp đất 2a – bùn sét có IL = 1,31 >1,0 ) nên xác định hệ số uốn dọc φ dựa vào độ mảnh λ = ly/b = 6,5/0,3 = 21,67 (với ly là khoảng cách từ đáy đài đến đáy lớp đất yếu trong nền mà cọc đi qua – 6,5 m)

Tra bảng 3,4 (sách “Nền và móng” – Tô Văn Lận – trang 128), ta được φ = 0,78

Thay số vào công thức (1), ta được:

Rv = φ(RbAb + RsAs) = 0,78(14500 0,32 + 28000012,5710-4) = 1292,43 kN