ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN MÓNG ĐH BÁCH KHOA TP.HCM THIẾT KẾ MÓNG BĂNG VÀ MÓNG CỌC

A CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I.XỬ LÝ THỐNG KÊ ĐỊA CHẤT ĐỂ TÍNH TOÁN NỀN MÓNG

Hồ sơ khảo sát địa chất phục vụ thiết kế nền móng có số lượng hố khoan nhiều và số lượng mẫu đất trong một lớp đất lớn Vấn đề đặt ra là những lớp đất này phải được chọn theo chỉ tiêu đại diện cho nền.

Ban đầu khi khoan lấy mẫu dựa vào sự quan sát thay đổi màu, hạt độ mà ta phân chia thành từng lớp đất.

Theo QPXD 45-78 được gọi là một lớp địa chất công trình khitập hợp các giá trị có các đặc trưng cơ lý của nó phải có hệ số biến động đủ nhỏ Vì vậy ta phải loại trừ những mẫu có số liệu chênh lệch so với giá trị trung bình lớn cho một đơnnguyên địa chất.

Vì vậy thống kê địa châùt là một việc làm rất quan trọngtrong tính toán nền móng.

1.PHÂN CHIA ĐƠN NGUYÊN ĐỊA CHẤT1.1.Hệ số biến động

Chúng ta dựa vào hệ số biến động để phân chia đơn nguyên

Hệ số biến động có dạng như sau: = /A

trong đó giá trị trung bình của một đặc trưng : =

và độ lệch toàn phương trung bình :

=

nghiệm riêng.

n là số lần thí nghiệm.

1.2.Qui tắc loại trừ các sai số

Trong tập hợp mẫu của một lớp đâùt có hệ số biến động < [] thì đạt còn ngược lại phải loại trừ các số liệu cósai số lớn.

Trong đó [] là hêï số biến động lớn nhất, tra bảng trong QPXD 45-78 tuỳ thuộc vào từng loại đặc trưng.

[]

Trọng lượng riêng 0.05

Giới hạn Atterberg 0.15

Chỉ tiêu sức chống cắt 0.30Cường độ nén một trục 0.40

Kiểm tra thống kê loại trừ số lớn Ai theo công thức sau:

trong đó ước lượng độ lệch cm =

khi n 25thì lấy cm=

2 ĐẶC TRƯNG TIÊU CHUẨN

Giá trị tiêu chẩn của tất cả các đặc trưng của đấtlà giá trị trung bình cộng của các kết quả thí nghiệm riêng lẻ

; (trừ lực dính c và góc ma sát trong )

Các giá trị tiêu chuẩn của lực dính đơn vị và góc ma sát trong được thực hiện theo phương pháp bình phương cực tiểu

Trong QPXD 45-78, các đặc trưng tính toán của đất được tính toán theo công thức sau:

Att =

Trong đó : Atc là giá trị đặc trưng đang xétKd là hệ số an toàn về đất.

và cường độ chịu nén một trục tức thốic hệ số an toàn đất được xác định như sau:

kd =

trong đó : là chỉ số độ chính xác được xác định như sau:

trong đó : là hệ số phụ thuộc vào độ tin cậy  Khi tính nền theo biến dạng thì =0.85 Khi tính nền theo cường độ thì =0.95

 Các đặc trưng tính toán theo TTGH I và TTGH II có giá trị nằm trong moọt khoảng

 Khi tính toán nền theo biến dạng thì ta lấy các đặc trưng tính toán theo TTGH II(nằm trong khoảng nhỏ hơn =0.85).

II THỐNG KÊ CÁC CHỈ TIÊU CỦA CÁC LỚP ĐẤT

1.Lớp đất 5b:Do lớp 5b có nhiều mẫu

thông qua công thức dẫn xuất giữa các đại lượng

1.1.Bảng thống kê độ ẩm tự nhiên:

υσCM =2.47*0.656=1.62Độ lệch quân phương trung bình:

Theo QPXD 45-78 thì [υ] =0.15 nên υ≤ [υ]

1.2Bảng thống kê dung trọng tự nhiên:

tb= =1.953(g/cm3)=19.53(kN/ m3)Loại giá trị nếu ≥υσCM

υσCM= 2.47*0.014=0.03458Độ lệch quân phương trung bình:

Theo QPXD 45-78 thì [υ] =0.05 nên υ≤ [υ]

STT Số hiệumẫu γ γi- γ tb (γi- γtb)2 ghichú

Giá tri tính toán : Att = Atc( 1± )

Tính toán nền theo khả năng chịu lực α = 0.95

= = =0.0044

tt= tc(1± )=1.953*(1±0.0044)=1.944÷1.961(g/cm3)=19.44÷19.61 (kN/ m3)Tính toán nền theo biến dạng α = 0.85

n =11 => tα =1.1

tt= tc(1± )=1.953*(1±0.003)=1.947÷1.959(g/cm3)=19.47÷1.959 (kN/ m3)

1.3Bảng thống kê tỷ trọng hạt:

Dưa vào bảng thống kê dưới là thấy các giá trị lệch nhau rất ít ,nên ta chọn Gtb

1.4.Thống kê ứng suất tiếp  lớp 5b:

1.4.1.Thống kê ứng suất  ứng với σ =100(kPa)

STT Số hiệumẫu  (i- tb)(i- tb)2 ghichú

υσCM =2.47*0.01336= 0.033Độ lệch quân phương trung bình:

Theo QPXD 45-78 thì [υ] =0.2 nên υ≤ [υ]

1.4.2.Thống kê ứng suất  ứng với σ =200(kPa):

STT Số hiệumẫu  (i- tb)(i- tb)2 ghichuNHẬ

STT Soá hieäumaãu  i- tb (i- tb)2 ghichuù

1.5.Thống kê hệ số C và φ của lớp 5b:

BẢNG THỐNG KÊ HỆ SỐ C & φ

Ta cóσtgφ=0.00481 vàσc=1.006(kPa)

Ta dễ dàng suy ra ra các các hệ số biến đổi đặc trưng υ=σ/Atc υc=1.006/3.43=0.293 <0.3

Dungtrọngtự nhiên(KN/ m3)

Dungtrọng khô

Dungtrọngđẩy nổi

(KN/ m3)

Tỷtrọng Gs

Chỉ sốdẻo IP

Độrổng n

giới hạn I

Trị tính toántheo trạng

thái giớihạn II

PHẦN II

THIẾT KẾ MÓNG PHƯƠNG ÁN 1

MÓNG BĂNG TRÊN NỀN THIÊN NHIÊNQUY TRÌNH THIẾT KẾ

Bước 1:Thu thập và xử lý tài liệu:

Tài liệu về công trình:N,M,Q tại các cột Tài liệu về địa chất :hồ sơ địa chất Các tài liệu khác.

Bước 2:Chọn kích thước sơ bộ móng:

Kích thước móng:bề rộng,chiều dài,chiều cao,chiều sâu đặt móng.

Vật liệu móng,thép,lớp bảo vệ.Bước 3:Kiểm tra ổn định

Bước 4:Tính lún cho móng băng,so sánh với điều kiện lún Sgh.Bước 5:Tính kết cấu móng:

Kiểm tra lại chiều cao móng Tính thép cho móng

Tính cốt đai,cốt xiên.Bước 6:Cấu tạo.

Bước 7:Bản vẽ

TRÌNH TỰ THIẾT KẾ MÓNG BĂNG

I.Xác định tải trọng tác dụng lên từng cột :

Trong đó :m1,m2:hệ số điều kiệnlàm việc của nền công trình ktc:hệ số độ tin cậy.

Chọn trước bo=1m

A,B,D:các hệ số phụ thuộc vào góc ma sát φ của đất.

cII:lự dính của đất tính theo trạng thái giới hạn II.

Ta giả thiết : ktc=1(do các đặc trưng tính toán lấy trực tiếp từ thí nghiệm),m1=1.1,m2=1 Với φII=12026’ thế vào công thức ta tính được: A=0.2467;B=1.987;D=4.4778 Khi đó: Ro = 1.1x(0.2467x1x9.14+1.987x(0.5x14.76+1x9.14)+4.4778x15)= 112.5(kPa).Ta có :

;chọn γtb= 22(KN/m3)

Chọn b=3,2m, khi đó F=64(m2)

RII=1.1(0.2467x3,2x9.14+1.987x(0.5x14.76+1x9.14)+4.4778x15)=117,93(kPa) Ta thấy :(kPa)Vậy ta chọn b=3.2m.III.Kiểm tra ổn định của đất nền dưới đáy móng:Moment ứng với trọng tâm móng:

Moment chống uốn: W=bL2/6=3.2x202/6=213.33(m3)

Thỏa điều kiện ổn định

IV.Tính lún cho móng băng:

Tính bằng phương pháp tổng phân tố

Kiểm tra xem S≤ Sgh=8(cm)

Ta có bảng kết quả tính lún sau:

BẢNG KẾT QUẢ TÍNH LÚN

3 90 25.9633.57 29.8 90.1472.07 110.9 0.824 0.794 1.2834 90 33.5741.18 37.4 72.0756.65 101.76 0.822 0.795 1.1565 90 41.1848.79 45 56.6545.69 96.17 0.819 0.799 0.8586 90 48.7956.4 52.6 45.6938.75 101.9 0.814 0.8 0.6027 90 56.464 60.2 38.7533.21 96.18 0.81 0.801 0.388

8 90 72.564 68.25 33.2129.41 99.56 0.619 0.613 0.2899 90 80.9772.5 76.7 29.4126.4 104.6 0.617 0.612 0.24110 90 80.9789.46 85.2 26.423.4 110.1 0.613 0.61 0.14511 90 89.4697.95 93.7 23.420.7 115.75 0.612 0.607 0.24212 90 106.4497.95 102.2 20.719.2 122.15 0.61 0.606 0.194 S= 7.58(cm)

V.Tính toán kết cấu móng: 1.Xác định chiều cao móng: Giả thiết bs=0,35m.

 Kiểm tra chọc thủng tại chân cột giữa:

Ntt:lực dọc lớn nhất ở cột truyền xuống móng S:diện tích vùng ảnh hưởng của tải trọng.

Ta có điều kiện

 Kiểmtra cho chân cột biên:

Vậy ta chọn Giả thiết hm=0.65m

2.Tính toán thép cho móng:

a/ Tính cốt thép trong vĩ móng: Chọn bêtông mác 300,có

Rn=130(kG/cm2)=13x103(kPa);Rk=10(kG/cm2)=1000(kPa) Chọn thép AII có Ra=2800(kG/cm2)= 28 x104 (kPa)Sơ đồ tính:

Vậy ta chọn thép Ф12a150.

b/Tính cốt thép trong dầm móng băng:

Giả thiết dùng bêtông mác 300, E=2,9.107 (kPa).

Hệ số nền:

Moment quán tính:J=0.0226 (m4)

BIỂU ĐỒ MOMENT UỐN MÓNG BĂNG

BIỂU ĐỒ LỰC CẮT MÓNG BĂNG

: Hoanh do : Do vong : Luc cat : Momen :

: 0.000 : 7.550E-02 : 3.599E-04 : 1.800E-09 : : 0.150 : 7.534E-02 : 5.393E+00 : 4.046E-01 : : 0.300 : 7.518E-02 : 1.078E+01 : 1.617E+00 : : 0.450 : 7.502E-02 : 1.615E+01 : 3.637E+00 : : 0.600 : 7.486E-02 : 2.150E+01 : 6.460E+00 : : 0.750 : 7.469E-02 : 2.685E+01 : 1.009E+01 : : 0.900 : 7.452E-02 : 3.219E+01 : 1.452E+01 : : 1.050 : 7.435E-02 : 3.751E+01 : 1.974E+01 : : 1.200 : 7.417E-02 : 4.282E+01 : 2.577E+01 :

: 1.500 : 7.378E-02 : 5.340E+01 : 4.020E+01 : : 1.500 : 7.378E-02 : -7.060E+01 : 4.872E+01 :

: 1.900 : 7.316E-02 : -5.659E+01 : 2.327E+01 : : 2.300 : 7.248E-02 : -4.270E+01 : 3.415E+00 : : 2.700 : 7.180E-02 : -2.894E+01 : -1.091E+01 : : 3.100 : 7.114E-02 : -1.532E+01 : -1.976E+01 : : 3.500 : 7.053E-02 : -1.809E+00 : -2.318E+01 : : 3.900 : 6.998E-02 : 1.159E+01 : -2.122E+01 : : 4.300 : 6.949E-02 : 2.488E+01 : -1.392E+01 : : 4.700 : 6.903E-02 : 3.809E+01 : -1.323E+00 : : 5.100 : 6.858E-02 : 5.121E+01 : 1.654E+01 :

: 5.500 : 6.808E-02 : 6.425E+01 : 3.964E+01 : : 5.500 : 6.808E-02 : -8.455E+01 : 5.003E+01 :

: 6.000 : 6.733E-02 : -6.841E+01 : 1.160E+01 : : 6.500 : 6.653E-02 : -5.246E+01 : -1.861E+01 : : 7.000 : 6.580E-02 : -3.669E+01 : -4.089E+01 : : 7.500 : 6.524E-02 : -2.108E+01 : -5.532E+01 : : 8.000 : 6.491E-02 : -5.570E+00 : -6.198E+01 : : 8.500 : 6.483E-02 : 9.887E+00 : -6.090E+01 : : 9.000 : 6.501E-02 : 2.536E+01 : -5.209E+01 : : 9.500 : 6.540E-02 : 4.090E+01 : -3.553E+01 : : 10.000 : 6.593E-02 : 5.655E+01 : -1.118E+01 :

: 10.500 : 6.651E-02 : 7.233E+01 : 2.103E+01 : : 10.500 : 6.651E-02 : -7.647E+01 : 3.156E+01 :

: 11.000 : 6.703E-02 : -6.055E+01 : -3.026E+00 : : 11.500 : 6.756E-02 : -4.451E+01 : -2.930E+01 : : 12.000 : 6.821E-02 : -2.833E+01 : -4.751E+01 : : 12.500 : 6.905E-02 : -1.198E+01 : -5.760E+01 : : 13.000 : 7.014E-02 : 4.607E+00 : -5.945E+01 : : 13.500 : 7.146E-02 : 2.148E+01 : -5.294E+01 : : 14.000 : 7.301E-02 : 3.869E+01 : -3.792E+01 : : 14.500 : 7.471E-02 : 5.630E+01 : -1.419E+01 : : 15.000 : 7.647E-02 : 7.432E+01 : 1.845E+01 :

: 15.500 : 7.814E-02 : 9.275E+01 : 6.032E+01 : : 15.500 : 7.814E-02 : -5.605E+01 : 5.000E+01 :

: 15.800 : 7.906E-02 : -4.481E+01 : 3.487E+01 : : 16.100 : 7.992E-02 : -3.344E+01 : 2.313E+01 : : 16.400 : 8.075E-02 : -2.195E+01 : 1.481E+01 : : 16.700 : 8.155E-02 : -1.034E+01 : 9.967E+00 : : 17.000 : 8.234E-02 : 1.376E+00 : 8.619E+00 : : 17.300 : 8.312E-02 : 1.321E+01 : 1.080E+01 : : 17.600 : 8.388E-02 : 2.515E+01 : 1.656E+01 : : 17.900 : 8.461E-02 : 3.720E+01 : 2.591E+01 : : 18.200 : 8.531E-02 : 4.935E+01 : 3.889E+01 :

: 18.500 : 8.594E-02 : 6.160E+01 : 5.554E+01 : : 18.500 : 8.594E-02 : -6.240E+01 : 4.703E+01 :

: 18.800 : 8.651E-02 : -5.007E+01 : 3.015E+01 : : 18.950 : 8.678E-02 : -4.387E+01 : 2.311E+01 : : 19.100 : 8.703E-02 : -3.766E+01 : 1.699E+01 : : 19.250 : 8.728E-02 : -3.143E+01 : 1.181E+01 : : 19.400 : 8.753E-02 : -2.517E+01 : 7.566E+00 : : 19.550 : 8.777E-02 : -1.891E+01 : 4.260E+00 : : 19.700 : 8.801E-02 : -1.262E+01 : 1.895E+00 : : 19.850 : 8.825E-02 : -6.319E+00 : 4.742E-01 : : 20.000 : 8.849E-02 : 0.000E+00 : 0.000E+00 :

- Tính cốt thép trong dầm móng(gối và nhịp): Ta sử dụng công thức : ; ;

) Chọn thép

Fa đãchọn(c

Gối

Vậy thoả điều kiện khống chế.

-Tính khoảng cách giữa các cốt đai u: * u cấu tạo:

uct ≤ h/3=650/3=216.67(cm).*

Vậy ta chọn cốt đai 4 nhánh Ф8a100 ở gần gối,giữa nhịp là Ф8a200

phải bố trí cốt xiên.

Phần 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG CỌC BTCT

3.1.Dữ liệu để thiết kế móng cọc BTCT: Số liệu tải trọng

Tải trọng tính toán:

Tải trọng tiêu chuẩn :

Với hệ số vượt tải n = 1.15 ta tính được tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lênmóng:

 Chọn vật liệu làm móng:Bêtông M300,thép AII Ra=2800(kG/cm2)

 Chọn vật liệu làm cọc:

- Sơ bộ chọn ba cọc ,mỗi cọc dài 8m được nối với nhau.- Chọn cọc có tiết diện vuông 35x35 cm

Diện tích tiết diện cọc Ap = 0,35x0,35= 0,1225 m2

- Chọn Bê tông Mác300 có Rn = 1300 T/m2 =13000(kPa)

m , thép AII có

Qa=φ(Rb.Ab+Ra.Aa)

φ:Hệ số ảnh hưởng bởi độ mãnh của cọc,lo=v.l=0,7x24=16,8 (m), lo

/r=16,8/0.35=48,khi đó φ =0,87

Qa=0,87(13000x0.1225+280000 12,56x10-4)=1691,44(kN) b/Theo điều kiện đất nền:

Theo chỉ tiêu cơ học :

Qp=qpxAp=4186,7x0,1225=512,87(kN)

Theo chỉ tiêu vật lý:

μ:chu vi cọc theo tiết diện ngang

mR,mf:hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc và bên hông cọc Rp:sức chịu tải đơn vị diện tích của đất dưới mũi cọc

fsi:lực ma sát đơn vịgiữa đất và cọc

Lớp Độ sâu trungbình của lớp

Sơ bộ chọn n=16 cọc

3.4.Kiểm tra sức chịu tải của cọc:

Vậy cọc đủ sức chịu tải

Trong đó: n1:số hàng cọc.

n2:số cọc trong 1 hàng d : cạnh cọc.

S:khoảng cách giữa các cọc Sức chịu tải của nhóm cọc:

Với Qc:trọng lượng của cọc

Qd:trọng lượng của đất trong móng khối qui ước

Chiềudày

Kiểm tra chuyển vị ngang cho phép Q≤Png(Png:sức chịu tải ngang của cọc)

Δng=1cm:chuyển vị ngang cho phép tại đầu EJ:độ cứng của cọc.

Β=1,2:cọc đóng trong đất cát

Vậy Q≤Png thỏa

-Tính toán cọc chịu tải trọng ngang:

Moment quán của tiết diện ngang của cọc là: I=1.25x10-3(m4)

Độ cứng tiết diện ngang của cọc là:Eb.J=2,9.106x1,25.10-3=3,63.103(T.m2) Chiều rộng qui ước của cọc là:

Các chuyển vị δHH, δHM, δMH, δMM ở cao trình mặt đất do các ứng lực đơn vị

Moment uố và lực cắt của cọc tại cao trình mặt đất:

Chuyển vị ngang yo và góc xoay ψo tại cao trình mặt đất:

Chuyển vị của cọc tại cao trình đặt lực ngang H:

diện của cọc được tính theo công thức sau :

Z(m)

Biểu đồ môment của cọc chịu tải ngang

Dựa vào bảng kết quả trên ta thấy Mmax=9,845(T.m)

Vậy đối với đoạn cọc trên cùng ta cần gia cường thêm 3Ф22Bảng tính lực cắt Q dọc thân cọc

0.735 0.5 -0.125 0.0042- -0.008 0.999 0.571.029 0.7 -0.245 -0.114 -0.03 0.994 0.1531.324 0.9 -0.404 -0.243 -0.082 0.98 -0.7651.618 1.1 -0.603 -0.443 -0.183 0.946 -1.632.206 1.5 -1.105 -1.116 -0.63 0.747 -2.865

2.5 1.7 -1.396 -1.643 -1.036 0.529 -2.7852.941 2 -1.848 -2.578 -1.966 -0.057 -3.3283.529 2.4 -2.339 -4.228 -3.973 -1.592 -2.9824.118 2.8 -2.346 -6.023 -6.99 -4.445 -2.2645.147 3.5 1.074 -6.789 -13.692 13.826- -0.8995.882 4 9.244 -0.358 -15.611 -23.14 -0.366

Z(m)

Biểu đồ lực cắt của tải chịu tải ngang

Bảng tính ứng suất σytheo phương ngang một bên cọc

3.9.Xác định nội lực và bố trí cốt thép trong đài: Tính cho phương chịu tác động của môment:

Moment tại mạêt ngàm qua chân cột:

M=0,375x4x395,33+1,775x4x425=3610,495(kN.m) Chon thép AII có Ra=2800(kG/cm2),khi đó :

Chọn thép Ф22,F=3,8(cm2).Tính khoảng cách a :

Vậy ta chọn thép Ф22a150

 Tính cho phương không chịu tác động của moment:

Moment tại măt ngàm qua chân cột:

M=0,375x4x380,48+1,775x4x380,48=3272(kN.m) Chon thép AII có Ra=2800(kG/cm2),khi đó :

Chọn thép Ф22,F=3,8(cm2).Tính khoảng cách a :

Vậy ta chọn thép Ф22a170

3.10.Một số vấn đề vận chuyển,lắp ghép,thi công và nối cọc đóng BTCT

a/Tính móc cẩu để vận chuyển và thi công cọc: Trọng lượng cọc:

-Khi cẩu coc:

Trọng lượng trên một m chiều dài cọc :

n:hệ số do lực động

Mômen lớn nhất khi vận chuyển cọc : Mmax = M = 0,0214qL2

Diện tích thép cần thiết: Fa = 3,39 cm2

Thép chọn 216 có diện tích Fa = 4,02cm2 > 3,47 cm2

Vậy thép chọn như ban đầu hơi lớn cần chọn lại là 416 để thoả điều kiện vận chuyển và cẩu lắp cọc

-Nếu cọc đóng thí chọn búa đóng là: E≥25x393,36=9834