tính toán nền móng

tính toán nền móng

Chơng 7 tính toán nền móng7.1.Đặc điểm địa kỹ thuật, địa chất của nền đất công trình.

7.1.1 Điều kiện địa chất công trình.

- Sơ đồ địa chất có các chỉ tiêu nền dới công trình nh sau:

0 II

ϕ CII

KPa

EKPa

- Cát hạt trung cha kết thúc trong phạm vi lỗ khoan sâu -25m

7.1.2 Đánh giá điều kiện địa chất công trình và thuỷ văn.

Theo báo cáo kết quả địa chất công trình về khu đất cần xây dựng công trình có các lớp đất tơng đối bằng phẳng, bao gồm các lớp đất có chiều dày ít thay đổi trong mặt bằng và có trị số trung bình nh trong bảng chỉ tiêu nền dới công trình

* Lớp 1: Là đất lấp dày 1,2m Đây là lớp đất có các chỉ số không ổn định, chiều dày của lớp đất này cũng tơng đối nhỏ

* Lớp 2: Là sét pha dày 3,6m

- Môđun biến dạng: E = 10000(KPa) = 1000(T/m2)

- Độ sệt: IL = WW WW 3931 2626

P L

γ

− γ

=

γ

92 , 1

10 7 , 26 e 1

n s

Mực nớc ngầm -3,9m nằm tại lớp đất này, mực nớc ngầm này có độ sâu vừa phải,

nó không gây ảnh hởng gì đến việc thi công móng sau này Đất có khả năng chịu tải trung bình, nó có chiều dày nhỏ nên không thích hợp cho việc cắm đầu cọc vào

* Lớp 3: Là lớp cát pha có chiều dày 6,4(m)

- Môđun biến dạng: E = 14000(KPa) = 1400(T/m2)

- Độ sệt: IL=

18 24

18 23 W W

W W

P L

0,55 < e=0,697 < 0,7 là loại cát chặt vừa

- Trạng thái đẩy nổi:

=

−

= +

γ

− γ

=

γ

697 , 1

10 5 , 26 e 1

n s

Lớp đất này có khả năng chịu lực trung bình, nó ở trạng thái chặt vừa, chiều dày lớn, đã có thể cắm đầu cọc vào đợc, tuy nhiên do công trình có tải trọng khá lớn nên ta vẫn cho cọc cắm xuyên qua lớp đất này

* Lớp 4: Là lớp cát hạt trung có chiều dày cha kết thúc ở hố khoan có chiều sâu -25(m)

- Môđun biến dạng: E = 40000(KPa) = 4000(T/m2)

, 1

10 5 , 26 e 1

n s

+

γ

− γ

=

Đây là lớp đất rất tốt, trạng thái của đất là chặt vừa, thích hợp cho việc cắm đầu cọc vào

7.2 Lựa chọn giải pháp móng cho công trình.

Việc lựa chọn phơng án móng có ý nghĩa rất lớn vì nó liên quan trực tiếp đến công trình về phơng diện chịu lực, khả năng thi công, giá thành công trình và điều kiện sử

- Phơng án móng nông.

Đây là phơng án thờng áp dụng thiết kế cho các công trình nhỏ, nếu áp dụng phơng

án này cho công trình có tải trọng lớn đài móng sẽ rất lớn dẫn đến tốn nguyên liệu, công sức và thời gian thi công lại phải tốn chi phí cho việc đào và vận chuyển loại bỏ

đất hố móng với khối lợng lớn

- Phơng án móng cọc.

* Phơng án móng cọc đóng.

Đây là giải pháp móng dành cho những công trình có tải trọng tơng đối lớn và yêu cầu kỹ thuật thi công rất phổ biến phù hợp với khả năng của nhiều đơn vị thi công Nh-

ng phơng án này khi thi công gây chấn động lớn và ô nhiễm cho môi trờng ảnh hởng

đến các công trình lân cận cũng nh các khu dân c, công sở xung quanh

* Phơng án móng cọc ép.

Cũng nh móng cọc đóng đây là phơng án thờng đợc áp dụng thiết kế cho các công trình có tải trọng tơng đối lớn và yêu cầu kỹ thuật thi công đơn giản lại không gây ra chấn động và ảnh hởng tới môi trờng xung quanh, đảm bảo đợc độ ổn định cho công trình, phơng án này có giá thành rẻ Phù hợp với điều kiện địa chất của công trình.7.2.1 Sơ bộ kích thớc cọc, đài cọc

7.2.2 Xác định sức chịu tải của cọc

7.2.3 Theo vật liệu làm cọc

7.2.4 Theo điều kiện đất nền

7.2.5 Xác định số lợng cọc và bố trí cọc trong móng

7.2.6 Kiểm tra móng cọc

7.2.7 Kiểm tra sức chịu tải của cọc

7.2.8 Kiểm tra cờng độ nền đất

7.2.9 Kiểm tra biến dạng của móng cọc( kiểm tra lún)

7.2.10 Tính toán đài cọc

7.2.11 Tính toán chọc thủng

7.2.12 Tính toán phá hoại theo mặt phẳng nghiêng

7.2.13 Tính toán chịu uốn

* Phơng án móng cọc khoan nhồi

Đây là phơng án móng áp dụng cho các công trình có tải trọng lớn và rất lớn Phơng

án này khi thi công không gây ra chấn động và ô nhiễm môi trờng tuy nhiên phơng án

này đòi hỏi kỹ thuật thi công phức tạp, đội ngũ cán bộ công nhân viên có trình độ, kinh nghiệm cao và giá thành lớn.

Kết luận: Từ những đánh giá trên quyết định chọn giải pháp thiết kế và thi công móng cọc ép, phơng án này phù hợp với điều kiện địa chất công trình, tải trọng công trình và khu vực xây dựng công trình

7.3.1.2 Theo điều kiện đất nền

Chân cọc tỳ lên cát hạt trung chặt vừa nên cọc làm việc theo sơ đồ cọc ma sát Sức chịu tải của cọc ma sát đợc xác định theo công thức :

Pđ=m.(mR.R.F + U.∑n fi i i

i=1

m f l )Trong đó:

m - hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, ở đây m =1;

Tra bảng 5.4 [10] có: mR = 1,2 ; mf = 1,0;

F - diện tích tiết diện cọc (m2);

U - chu vi tiết diện cọc (m);

⇒ tra bảng 5.2 trang 269 [10] đối với cát hạt trung chặt vừa ta có cờng độ tính toán của đất ở chân cọc là: R = 438000(kG/m2);

f1 - cờng độ tính toán của đất theo xung quanh cọc (kG/m2);

Chia đất thành các lớp đồng nhất có chiều dày hi≤ 2(m) Cụ thể:

12

N - tải trọng tính toán xác định đến đỉnh đài (T);

γtb - trọng lợng thể tích bình quân của đài và đất trên đài (T);

n - hệ số vợt tải;

h - chiều sâu chôn móng (m);

Trọng lợng của đài, đất trên đài :

P = 44,96(T) > 0 nên không phải kiểm tra điều kiện chống nhổ.

7.3.2.3 Kiểm tra nền móng cọc theo điều kiện biến dạng.

Độ lún của nền móng cọc đợc tính theo độ lún nền của khối móng quy ớc có mặt cắt là abcd Trong đó :

5,6554

áp lực bản thân tại đáy lớp đất lấp: σ1bt = 1,2*1,69 = 2,028(T/m2)

áp lực bản thân tại vị trí mực nớc ngầm: σ2bt = σ1bt + 2,7*1,82 = 6,942(T/m2)

áp lực bản thân tại đáy lớp sét pha: σ3bt = σ2bt + 0,9*0,87 = 7,725(T/m2)

áp lực bản thân tại đáy lớp cát pha: σ4bt = σ3bt + 6,4*0,972 = 13,946(T/m2)

áp lực bản thân của ở đáy khối quy ớc: σbt = σ4bt +2,8*1,012 = 16,780(T/m2)ứng suất gây lún tại đáy khối quy ớc:

bt tc

4,914 5,697

11,918

16,776 17,67 18,56 19,45

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

20,342

22,123 23,013 23,904

25,985

21,232

24,794

14,665 12,225 10,133 8,52 7,169 6,08 5,186

Zi i i=1 0i

σ *hE

7.3.2.4.Kiểm tra cờng độ của cọc khi vận chuyển và treo lên giá búa

a.Khi chuyên chở:

Khi chuyên chở hay cẩu lắp cột bị uốn, tải trọng lấy bằng trọng lợng bản thân nhân với hệ số động lực 1,5

Đoạn cọc 1 dài 6m: g1 = 1,5.2,5.0,3.0,3.1,1 =0,37125 T/m

Xét các trờng hợp bốc xếp, treo buộc chọn ra 2 sơ đồ tính ở hình sau:

Khi chuyên chở và bốc xếp, cột đợc đặt theo phơng ngang các điểm kê hoặc treo buộc cách mút cột 1 đoạn a1 = 1,2 m; Mô men âm tại gối

Giả thiết lớp bảo vệ dày 5 cm, với chiều cao đài là 1,0m ⇒ h0 = 100 - 5 = 95cm

+Kiểm tra chọc thủng cột đối đài

  =1,5

2

95155

  =1,5

2

95155

Hình 7.6:Sơ đồ tháp chọc thủng.

7.3.2.6 Tính cờng độ trên tiết diện nghiêng theo lực cắt

Điều kiện cờng độ đợc viết nh sau

Q < bhoRK

- Q :Tổng phản lực của các cọc nằm ngoài tiết diện nghiêng

- b :Bề rộng của đài

- ho :Chiều cao hữu ích của tiêt diện đang xét

- RK:Cờng độ chịu kéo của bê tông

+  ữ  =1,64 VP=1,64.240.95.8,3=310,354 T

Q=2*31,0365=62,073 T

Vậy thảo mãn lực cắt trên tiết diện nghiêng

7.3.2.7 Tính toán độ bền và cấu tạo móng.

- Dùng bê tông 300# có Rn = 130(kG/cm2)

- Thép chịu lực AII có Ra = 2800(kG/cm2)

- Xác định chiều cao đài cọc theo điều kiện đâm thủng:

- Lấy chiều sâu chôn đài là: -2,4(m).

- Tính toán mômen và đặt thép cho đài cọc :

+ Mômen tơng ứng với mặt ngàm I-I

Khoảng cách giữa các thanh cốt thép: a = 300(mm)

Chiều dài thanh thép l’ = 2330(mm)

+ Mômen tơng ứng với mặt ngàm II-II

7.4.2.2 Theo điều kiện đất nền.

Chân cọc tỳ lên cát hạt trung chặt vừa nên cọc làm việc theo sơ đồ cọc ma sát Sức chịu tải của cọc ma sát đợc xác định theo công thức :

F - diện tích tiết diện cọc (m2);

U - chu vi tiết diện cọc (m);

R - cờng độ tính toán của đất ở chân cọc H =15m

⇒ tra bảng 5.2 trang 269 [10] đối với cát hạt trung chặt vừa ta có cờng độ tính toán của đất ở chân cọc là: R = 440000(kG/m2);

f1 - cờng độ tính toán của đất theo xung quanh cọc (kG/m2);

Chia đất thành các lớp đồng nhất có chiều dày hi≤ 2(m) Cụ thể:

7.4.2.3 T¶i träng t¸c dông.

- Nội lực chân vách thang máy được Sap xuất ra theo các điểm chia trên shell dọc theo chu vi của mỗi thang máy Do hai thang máy ở cạnh nhau và tải trọng chân vách lớn nên khi bố trí đài riêng sẽ không đủ chỗ để bố trí cọc cho từng đài của mỗi thang

Do đó lựa chọn phương án dùng đài chung cho hệ vách hai thang máy Khi đó phải kể đến sự làm việc đồng thời của cả hai cụm vách thang khi nằm chung trong một đài

- Tiến hành xuất nội lực chân vách và quy đổi theo phương án : phản lực nút chân thang của mỗi thang máy được quy về điểm tâm hình học của thang máy tương ứng Ta chỉ quy đổi các lực Fz, Fx, Fy, còn các mômen nút ta bỏ qua vì quá trình quy đổi phức tạp

và giá trị momen quy đổi không lớn do có sự triệt tiêu lẫn nhau

- Tiến hành tổ hợp nội lực theo 2 phương X,Y nhận thấy:

+ Theo phương X : Fz(1) và Fz(2) của 2 thang máy luôn cùng dấu trong các trường hợp tải trọng Do đó Fz = Fz(1) + Fz(2) đạt max trong cùng 1 tổ hợp Ta lấy tổ hợp này làm Nmax tính móng chung cho hai thang máy

+ Theo phương Y : Fz(1) và Fz(2) của 2 thang máy ngược dấu khi có GIOY Trong cùng một tổ hợp, Fz không đạt max do có sự triệt tiêu lẫn nhau của Fz(1) và Fz(2), nhưng

sẽ tạo ra mômen Mymax Ta dùng tổ hợp này để kiểm tra móng

B¶ng 7.3: TÝnh to¸n t¶i träng t¸c dông lªn khèi mãng

- Bảng tổ hợp nội lực tính móng cho thang máy được trình bày trong phụ lục Từ bảng tổ hợp ta chọn được nội lực để tính và kiểm tra móng như sau:

+ Nội lực tính móng: Tổ hợp CB2 theo X (TT + 0.9HT + 0.9GIOX)

Fđ =

tt' tt tb

Trong đó :

tt

N - tải trọng tính toán xác định đến đỉnh đài (T);

γtb - trọng lợng thể tích bình quân của đài và đất trên đài (T);

Lực truyền xuống dãy biên:

P = 53,363 (T) > 0 nên không phải kiểm tra điều kiện chống nhổ

7.4.2.5 Kiểm tra nền móng cọc theo điều kiện biến dạng.

Độ lún của nền móng cọc đợc tính theo độ lún nền của khối móng quy ớc có mặt cắt là abcd Trong đó :

= +

+

ϕ + ϕ + ϕ

=

ϕ

3 2 1

3 3 2 2 1

1

tb

h h h

h h h

áp lực bản thân tại vị trí mực nớc ngầm: σ1bt = 2,7*1,82 = 4,914(T/m2)

áp lực bản thân tại đáy lớp sét pha: σ2bt = σ1bt + 0,9*0,87 = 5,697(T/m2)

áp lực bản thân tại đáy lớp cát pha: σ3bt = σ2bt + 6,4*0,972 = 11,918(T/m2)

áp lực bản thân của ở đáy khối quy ớc: σbt = σ3bt +4,8*1,012 = 16,776(T/m2)

ứng suất gây lún tại đáy khối quy ớc: 0

gl tc bt

z P tb

σ = = −σ = 39,346-16,776 = 21,791 (T/m2)

Chia đất dới nền thành các khối bằng nhau hi BM 5,3

4,914 5,697

11,918

16,776 17,67 18,56 19,45

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

20,342

22,123 23,013

Tính lún theo công thức :

S = 0,8*

gl n

Zi i i=1 0i

σ *hE

∑ = 0,0195(m)

Độ lún của móng: S = 1,95(cm) < Sgh = 8(cm)

Vậy độ lún của móng là đảm bảo

7.4.2.6 Tính toán chọc thủng đài móng.

Giả thiết lớp bảo vệ dày 5 cm, với chiều cao đài là 1,0m ⇒ h0 = 100 - 5 = 95cm

+Kiểm tra chọc thủng cột đối đài

P<[α1(bc+c2)+ α2(hc+c1)]h0.Rk

c1 ,c2 là khoảng cách trên mặt bằng từ mép cột đến mép đáy tháp chọc thủng

  =1,5

2

95155

P=9.39,364=354,276 t <565,7 t (Thoả mãn điều kiện chọc thủng)

7.4.2.7 Tính cờng độ trên tiết diện nghiêng theo lực cắt.

Điều kiện cờng độ đợc viết nh sau

Q < bhoRK

-Q :Tổng phản lực của các cọc nằm ngoài tiết diện nghiêng+

-b :Bề rộng của đài

-ho :Chiều cao hữu ích của tiêt diện đang xét

-RK:Cờng độ chịu kéo của bê tông

+  ữ  =1,64 VP=1,64.530.95.8,3=685,346 T

Q=3*39,364=118,092 T

Vậy thảo mãn lực cắt trên tiết diện nghiêng

7.4.2.8 Tính toán độ bền và cấu tạo móng.

- Dùng bê tông 300# có Rn = 130(kG/cm2)

- Thép chịu lực AII có Ra = 2800(kG/cm2)

- Lấy chiều sâu chôn đài là: -1,2 (m)

- Tính toán mômen và đặt thép cho đài cọc :

+ Mômen tơng ứng với mặt ngàm I-I:

Khoảng cách giữa các thanh cốt thép: a = 300(mm)

Chiều dài thanh thép l’ = 11700(mm)

+ Mômen tơng ứng với mặt ngàm II-II:

Chiều dài thanh thép b’ = 11700(mm)

Cấu tạo chi tiết đài móng ĐC2 xem bản vẽ kết cấu móng

7.5.2.2 Theo điều kiện đất nền.

Chân cọc tỳ lên cát hạt trung chặt vừa nên cọc làm việc theo sơ đồ cọc ma sát Sức chịu tải của cọc ma sát đợc xác định theo công thức :

F - diện tích tiết diện cọc (m2);

U - chu vi tiết diện cọc (m);

R - cờng độ tính toán của đất ở chân cọc H =18m

⇒ tra bảng 5.2 trang 269 [10] đối với cát hạt trung chặt vừa ta có cờng độ tính toán của đất ở chân cọc là: R = 464000(kG/m2);

f1 - cờng độ tính toán của đất theo xung quanh cọc (kG/m2);

Chia đất thành các lớp đồng nhất có chiều dày hi≤ 2(m) Cụ thể:

Bảng 7.5: Tính toán tải trọng tác dụng lên khối móng.

Móng Nội lực Tải trọng tác dụng lên móng

Khung Cột Tờng Giằng móng

Trong đó :

tt

N - tải trọng tính toán xác định đến đỉnh đài (T);

γtb - trọng lợng thể tích bình quân của đài và đất trên đài (T);

4 5

6

7 8

Lùc truyÒn xuèng d·y biªn:

min

P = 53,067 (T) > 0 nên không phải kiểm tra điều kiện chống nhổ

7.5.2.5 Kiểm tra nền móng cọc theo điều kiện biến dạng.

Độ lún của nền móng cọc đợc tính theo độ lún nền của khối móng quy ớc có mặt cắt là abcd Trong đó :

= +

+

ϕ + ϕ + ϕ

=

ϕ

3 2 1

3 3 2 2 1

1

tb

h h h

h h h

Mtc = M +Q *12, 6tc tc = 56,665/1,15 + 17,841/1,15*17,8 = 325,422 (Tm)

Độ lệch tâm :

áp lực bản thân tại vị trí mực nớc ngầm: σ1bt = 2,7*1,82 = 4,914(T/m2)

áp lực bản thân tại đáy lớp sét pha: σ2bt = σ1bt + 0,9*0,87 = 5,697(T/m2)

áp lực bản thân tại đáy lớp cát pha: σ3bt = σ2bt + 6,4*0,972 = 11,918(T/m2)

áp lực bản thân của ở đáy khối quy ớc: σbt = σ3bt +7,8*1,012 = 19,812(T/m2)

ứng suất gây lún tại đáy khối quy ớc:

bt tc

4,914 5,697

11,918

19,812 20,703 21,594 22,485

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Hình 7.17:Sơ đồ tính lún

Tại độ sâu Z = 6,16(m) tính từ đáy khối móng có: gl

Zi

σ < 0,2* bt

Z

σ Vậy ta lấy phạm vi tính lún là: h= 6,16 (m)

Tính lún theo công thức :

S = 0,8*

gl n

Zi i i=1 0i

σ *hE

Độ lún của móng: S = 1,2(cm) < Sgh = 8(cm)

Vậy độ lún của móng là đảm bảo

7.5.2.6 Tính toán chọc thủng đài móng

Giả thiết lớp bảo vệ dày 5 cm, với chiều cao đài là 1,0m ⇒ h0 = 100 - 5 = 95cm

+Kiểm tra chọc thủng cột đối đài

  =1,5

2

95155

  =1,5

2

95155

Q < bhoRK

-Q :Tổng phản lực của các cọc nằm ngoài tiết diện nghiêng

-b :Bề rộng của đài

-ho :Chiều cao hữu ích của tiêt diện đang xét

-RK:Cờng độ chịu kéo của bê tông

+  ữ  =1,64 VP=1,64.530.95.8,3=685,346 T

Q=2*33,385=66,77 T

Vậy thảo mãn lực cắt trên tiết diện nghiêng

7.3.2.8 Tính toán độ bền và cấu tạo móng.

- Lấy chiều sâu chôn đài là: -1,2(m)

- Tính toán mômen và đặt thép cho đài cọc :

+ M«men t¬ng øng víi mÆt ngµm I-I

Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c thanh cèt thÐp: a = 300(mm)

ChiÒu dµi thanh thÐp l’ = 2330(mm)

+ M«men t¬ng øng víi mÆt ngµm II-II

13 ỉ 14 a=180

13 ỉ 14

a=180

13 ỉ 14 a=180

4

3 ỉ 10 a=200

Hình 7.20:Bố trí thép cột trục C-1

Cấu tạo chi tiết đài móng ĐC2 xem bản vẽ kết cấu móng