tính toán thiết kế tường chắn đất

Lêi Nãi §Çu Sau khi học xong giáo trình cơ học đất và nền móng, chúng tôi được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học cơ học đất và nền móng với mục đích sau: -Củng cố phần lý thuyết đã được họ

Lêi Nãi §Çu Sau khi học xong giáo trình cơ học đất và nền móng, chúng tôi được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học cơ học đất và nền móng với mục đích sau:

-Củng cố phần lý thuyết đã được học

-Làm quen với công tác thiết kế, tính toán một công trình cụ thể

-Biết được trình tự viết và tính toán thiết kế trong một đồ án môn học chuyên ngành Chúng tôi nhận được đồ án với số liệu cụ thể sau:

Cho một tường chắn đất dài 50m: Chiều cao H=12m, lưng tường gãy khúc gồm một đoạn thẳng đứng và một đoạn nằm nghiêng với phương thẳng đứng một góc ε=15o, đất sau lưng tường nằm ngang gồm hai lớp: Lớp trên là cát hạt nhỏ dày h1= 5m Lớp dưới là sét dẻo dày vô tận Trọng lượng một mét đài tường là 92(T/m) lệch tâm với trọng tâm đáy một khoảng e= 0.92(m) Chiều rộng đáy tường là 3,3(m)

Nhiệm vụ thiết kế:

1.Tính áp lực chủ động của đất tác dụng lên lưng tường

2.Thiết kế móng dưới tường chắn

3.Tính ổn định trượt lật của tường chắn

4.Tính độ lún cuối cùng của móng theo phương pháp phân tầng lấy tổng

Trong thời gian nhận đồ án, dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Hồng Nội dung đồ án gồm các chương sau:

.Chương I :Tính áp lực chủ động của đất lên tường chắn

Chương II:Thiết kế móng dưới tường chắn

Chương III: Tính ổn định trượt lật của tường chắn

Chương IV : Tính độ lún cuối cùng

CHƯƠNG I TÍNH ÁP LỰC CHỦ ĐỘNG CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN

I.1.Tính áp lực chủ động của đất trên đoạn tường AB

C G

2

t b=3.3(m)

1

h=5(m)

H=12(m)

t

B

A

γ=1.90 T/m

ϕ=22 ϕ=19

ϕ=13 ϕ=22 ε=0,64

c=0,21kg/cm

a =0,021cm/kg

Sử dụng công thức của trường hợp lưng tường thẳng đứng,trơn nhẵn đất sau lưng tường là đất dời nằm ngang,để xác định áp lực hông tại A và B:

Tại A có σ2A=0 do hA=0

Tại B có σ2B=γ1.h1.tg2(45o

-2

1

ϕ

)=1,90.5.tg2(45o

-2

22 )=4,322(T/m2)

Áp lực chủ động tác dụng lên đoạn tường AB là diện tích tam giác vuông có đáy là 4,322 và

có chiều cao là hB=h1=5(m)

Vậy E1c=

2

1 4,322.5=10.8(T/m)

Điểm đặt của E1c cách B một khoảng là :x1=

3

1 5=1,666(m)

Phương của E1c nghiêng 1 góc ϕo1=19o so với phương ngang

E1c A

B

C

19°

I.2.Tính áp lực chủ động lên đoạn tường BC

Tường BC có lưng tường nghiêng âmε = −150, mặt đất sau lưng tường nằm ngang đất là đất dính có :γ2=1,95(T/m3);ϕ2=13o;ϕ02=22o;c=0,21(KG/cm2);ε0=0,64;β=0

II.2.1.Tính áp lực hông tác dụng lên lưng tường BC.

2 2 ϕ 2c

Vì lớp đất trên BC là đất rời ta quy đổi đất trong đoạn AB thành cột đất trong đoạn BC có chiều cao hs

Ta có: γ1 1.h =γ2.h s⇒h

s=

2

1

1

γ

=11,90,95.5=4,8(m)

Tính σ2 ϕ:

σ2 ϕ=λ2c.γ2.z

Ta có:λ2c=

2

02

2 02

2 02

2

2 2

cos cos

sin sin

1 cos

cos

cos

















− +

− +

+ +

−

ε β ε

ϕ

β ϕ ϕ

ϕ ε

ϕ ε

ε ϕ

Do tường trơn nhẵn nên ϕ02=0.Vậy thay số ta tính được:

λ2c=

2

2

) 15 ( 0 cos 15 0 cos

0 13 sin 0 13 sin 1

15 0 cos )

15 ( cos

) 15 ( 13 cos













−

−

−

− +

+

−

−

−

−

=0,55

Tại D có σ2 ϕ=0 do z=0

Tại B có σ2 ϕ=0,55.1,95.4,8=5,1(T/m2)

Tại C có σ2 ϕ=0,55.1,95.(H+hs-h1)=0,55.1,95.11,8=12,6(T/m2)

Tính σ2c:

2 45 ( cos

cos

2

2

ε ϕ

ϕ

−

−

o

c

=

) 2

) 15 ( 13 45 ( cos

13 cos 21 , 0

=0,27(KG/cm2)=2,7(T/m2)

Tại vị trí mà σ2 ϕ=σ2c có độ cao hc=

2 2

2

.γ λ

σ

c

c

=0,552,.71,95=2,5(m)

Vì vị trí cắt có độ cao hc=2,5(m) nên biểu đồ áp lực hông là hình thang có đáy lớn là:12,6-2,5=10,1;đáy nhỏ là:5,1-2,5=2,6 và có chiều cao là:(H-h1).cos(15o)=7.0,966=6,76

Vậy áp lực hông tác dụng lên đoạn tường BC là diện tích hình thang trên

E2c=( )

2

76 , 6 6 , 2 1 ,

10 +

=42(T/m)

Điểm đặt cạnh đáy của hình thang một khoảng:x2=

3

76 , 6 6 , 2 1 , 10

6 , 2 2 1 , 10

+

+

=2,7(m)

Phương của E2c hợp với phương nằm ngang một góc 7o

A

B

C E

D

2c

CHƯƠNG II THIẾT KẾ MÓNG DƯỚI TƯỜNG CHẮN

E2c

1c E

C

A

B

t H=12(m)

h=5(m)1

b=3.3(m)t

G

II.1.Phân tích các lực tác dụng lên móng.

Các lực thẳng đứng tác dụng lên móng:

Pt/c= G(t) + E1c.sin22o+E2c.sin7o

=92 +10,7.sin22o +42.sin7o

=100(T/m)

Các lực nằm ngang tác dụng lên móng:

Hn= E1c.cos22o+E2c.cos7o

=10,7.cos22o+42.cos7o.

=51,82(T/m)

II.2.Chọn kết cấu móng.

Vì đây là tường chắn đất chiều dài l= 50m, nên ta chọn móng băng để tính toán Trước tiên

ta chọn chiều sâu chôn móng h=2m Ta đi tìm bề rộng móng b theo phương trình:

b2+ K1b –K2 = 0

Trong đó: K1=M1.h+M2

2

c

γ -M3

2

m

β γ γ

K2=M3

2

/

.γ

m

P t c

Ta chọn m=1; β γm=2

Các hệ số M1,M2,M3 phụ thuộc vào góc ϕ2 tra bảng ta có:

M1=7,84; M2=14,995; M3=2,56

95 , 1

1 , 2 -2,56

95 , 1 1

2 2

=26.6

K2=2,56

95 , 1

1

100

=131,2

Ta có phương trình: b2 + 26,6.b – 131,2=0

=>b1=4,3m; b2=-31(loại)

Để đảm bảo sức chịu tải của nền ta chọn b=9m

•Ta kiểm tra điều kiện: b≤bgh =bt+ 2hm.tgαgh

1<tgαgh<2

m

b b h

−

<2



4

t

b b−

< hm <

2

t

b b−



4

3 , 3

9−

< hm <

2

3 , 3

9−

 1,425 < hm <2.85

Ta chọn hm=1,5m

m

t

h

b b

2

−

= 5 , 1 2

3 , 3

9−

=1,9 < 2 (thoả mãn)

III.3.Kiểm tra sức chịu tải của nền.

σt/c

max=

W

/

F

G

P + + ≤1,2.Rt/c

σt/c

min=

W

/

F

G

σt/c =

2

/

Min c t

σ + <Rt/c

Bây giờ ta tính cho 1 (m) chều dài móng:

Ta có:

-G=b.h .β γm=9.2.2=36(T/m)

-F=L.b=9(m2)

-W=

2

6

Lb =13,5(m3)

- Rt/c=m.(A.b+B.h).γ2+c.D

Trong đó :G-Trọng lượng 1m dài móng

F:Diện tích 1m dài móng

W:Mô men chống lật.

Rt/c:Sức chịu tải của nền

Ta lấy m=1

A,B,D được tính dựa vào tra bảng,phụ thuộc vào ϕ2:

=>A=0,26;B=2,055;D=4,555

=>Rt/c=1.(0,26.9+2,055.2).1,95+2,1.4,555

=22,143(T/m2)

-Mô men của các lực lấy đối với trọng tâm đáy móng:Mt/c

Mt/c=-G(t).e–E2cy.(

2

t

b

+x2.sin15o)–E1cy.(

2

t

b

+7.tg15o)+E2cx.(h+x2.cos15o)+E1cx(h+7+x1)

=-92.0,92-41,912.sin7o.(

2

3 , 3 +2,68.sin15o)-10,8.sin19o.(

2

3 , 3 +7.tg15o)+

41,912.cos7o.(2+2,68.cos15o) + 10,8.cos19o.(2+7+

3

5 )

=149.2(T.m)

=> σt/c

max=

W

/

F

G

P + +

=

5 13

2 , 149 9

36

100+ + =26,16(T/m2) < 1,2.Rt/c=26,4(T/m2)

=> σt/c

min=

W

/

F

G

P + −

=

5 , 13

2 , 149 9

36 100

−

+

=4,06(T/m2)>0

=> σt/c =

2

/

Min c t

σ + =15,23 (T/m2)< Rt/c =22,143(T/m2)

Vậy ta chọn b=9 (m)

h=2(m)

hm=1,5 (m)

Do hm=1,5(m)=150(cm)>90(cm) ⇒ta chọn cấu tạo móng 3 bậc

III.4.Tính toán bê tông cốt thép.

III.4.1.Tính chiều dày lớp bê tông bảo vệ.

Chiều cao làm việc của bê tông Ho được xác định theo công thức:

Ho≥m R Q L

cp Trong đó:

Q=a.σ.L

L-chiều dài móng,lấy 1m.

a=

2

t

b

b−

:khoảng cách từ mép móng tới tường

m:hệ số làm việc của móng ,lấy m=0,9÷1,0

Rcp:cường độ kháng cắt cho phép của bê tông

σ =

2

max σi

:ứng suất tiếp xúc đế móng

Biểu đồ ứng suất:

σmax t/c

t/c min

σ

t/c i

σ

Bây giờ ta đi tính Q:

Ta có:a=

2

t

b

b−

= 2

3 , 3

9−

=2,85(m)

σmax=n.σt/c

max

ta chọn n=1,1⇒σmax=1,1.26,26=28,7(T/m2)

σt/c

i=σt/c min+

b

b

b t

2

+

.(σt/c max-σt/c min)

=4,06+

9 2

3 , 3

9+

.(26,16-4.06)=19,2(T/m2)

σi=n.σt/c

i=1,1.19,2=21,12

2

max σi

=σ =

2

12 , 21 7 ,

28 +

=24,91(T/m2)

Do ta tính cho 1m chiều dài đặt móng ⇒L=1(m)

Vậy Q=2,8.24,9.1=70(T)

Ta chọn mác Bêtông 200 có Rn=900(T/m2)

⇒ Rcp=0,18.900=162(T/m2)

Ta chọn m=1,0

⇒ Ho≥

162

70

=0,43(m)=43(cm)

Do lớp bảo vệ Bêtông lấy từ 4÷6(cm) ⇒lấy chiều dày lớp bảo vệ Bêtông là 5(cm)

Vậy chiều cao làm việc của Bêtông Ho=145(cm)

III.4.2.Tính toán cốt thép.

Tổng diện tích tiết diện ngang của cốt thép :

F=

o a

m m

M

Trong đó:

m-hệ số làm việc của Bêtông,lấy m=1,0

ma-hệ số làm việc của cốt thép,lấy ma=1,0

Ra-cường độ chịu kéo của cốt thép,tra bảng tính được Ra=30000(T/m2)

M=

2

.a2 L

σ ;L=1đơn vị chiều dài,lấy =1m.

2

1 85 , 2 91 ,

=97(T.m)

Vậy F=

45 , 1 30000 1 1

97

=2,2.10-3(m2)=22(cm2)

Ta chọn thép có φ=22(mm).⇒tiết diện của cốt thép fa=3,14.(1,1)2=3,78(cm2)

Số thanh cốt thép cho 1 đơn vị chiều dài: n=

a

f

F

= 78 , 3

22

=6 ;vậy lấy n=6

Khoảng cách giữa các thanh cốt thép(C):

C=

1

2

−

−

N

e L

Trong đó:

N=L.n:số thanh cốt thép cho cả chiều dài móng

L:chiều dài móng

e:bề dày Bêtông bảo vệ cốt thép,e=2÷4(cm) ta lấy e=4(cm)

⇒ C=

1 6 50

4 2 5000

−

−

=16,7(cm)

CHƯƠNG III TÍNH ỔN ĐỊNH TRƯỢT LẬT CỦA TƯỜNG CHẮN

III.1.Kiểm tra ổn định trượt.

Tổng các lực gây trượt:

P1=Pgtr=Hn=51,82(T/m)

Tổng các lực chống trượt:

Hệ số ổn định trượt thoả mãn điều kiện Kt≥[ ]K : t

Ta chọn [ ]K =2 t

Kt=

1

2

P

P

= 82 , 51

136

=2,6>2 (thoả mãn)

III.2.Kiểm tra ổn định lật.

Lấy mômen của các lực chống lật,gây lạt đối với mép trước của đáy móng

Tồng mômen của các lực gây lật đối với trục đi qua mép trước của đáy móng:

M1=E1cx.(7+

3

5 +2)+E2cx.(2,7+2) =10,7.cos22o.10,66+42.cos7o.4,7

=303,5(T.m)

Tổng mômen của các lực chống lật đối với trục đi qua mép trước của đáy móng:

M2=G

2

b

+Gt.(e+

2

b

)+E1cy.(

2

t

b

b+

+7.tg15o)+E2cy.(

2

t

b

b+

+2,56.tg15o

=36.4,5+92.4,92+10,7.sin22o.(6,15+7.tg15o) + 42.sin7o

(6,15+2,7.tg15o)

=674,35(T.m)

Hệ số ổn định lật (Kl) phải thoả mãn điều kiện Kl>[ ]K l

Ta chọn [ ]K =2 l

Kl=

1

2

M

M

=

5 , 303

35 , 674

=2,22>2 (thoả mãn)

CHƯƠNG IV TÍNH ĐỘ LÚN CUỐI CÙNG

Vì tải trọng truyền xuống đáy móng là tải trọng lệch tâm,nên ta chuyển áp lực phân bố dưới móng thành dạng phân bố đều:

P=σt/c=15,23(T/m2)

Pgl=P- γ2.h=15,23-1,95.2=11,33(T/m2) Ứng suất bản thân của đất:σzbt=γ2.z Ứng suất tại tâm móng:σzi=Ko.Pgl

Ta có bảng sau:

Biểu đồ ứng suất:

Tại điểm 7 có σz=4,645(T/m2),σzbt=25,74(T/m2) thoả mãn điều kiện σz<0,2.σzbt nên chiều dày vùng hoạt động nén ép là:11,2(m)

Vậy độ lún cuối cùng tại tâm móng là:

i

oi h

a σ

6

1

∑

i

a σ

6

1

∑

=

Trong đó:

ao=

o

a

ε +

1 =1 0,64

021 , 0

+ =0,0128(cm2/KG).

hi=160(cm)

Vậy:

S=0,0128.160.(

2

133 , 1 +1,107+0,9992+0,8542+0,7239+0,6174+0,5325+

2

0,4645

)

=11,53(cm)

KL:Độ lún cuối cùng là S=11,53(m)

KẾT LUẬN Qua việc tính toán móng dưới tường chắn ,chúng tôi đã thu được những kết quả sau :

1.Áp lực chủ động lên đoạn tường AB là 10,8(T/m) ,lên đoạn tường BC là 42(T/m) 2.Kích thước móng (b=9m;h=2m;hm=1,5m)

3.Sức chụi tải của móng băng chụi được tải trọng truyền xuống đáy móng mà không cần gia cố gì thêm

4.Công tác kiểm tra ổn định cho thấy móng có thể làm việc ổn định

5.Chiều sâu của vùng ảnh hưởng của hoạt động lén ép la 11,2(m)

6 Độ lún tại tâm móng là :S=11,53(cm)

Trong quá trình làm đồ án,do khả năng có hạn và đây là đồ án đầu tiên nên không tranh khỏi những thiếu sót,tôi mong đươc sự góp ý của thầy cô giáo trong bộ môn và của các bạn để giúp tôi sau này làm đồ án khác được hoàn thiền hơn.Cuối cùng Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hồng cùng các bạn sinh viên lớp Xây dựng công trình ngầm và Mỏ K51 đã tạo điều kiện và giúp

đỡ tôi hoàn thành đồ án này