tính toán nền móng đồ án công trình trường cao đẳng Công Nghệ Đà Nẵng

tính toán nền móng đồ án công trình trường cao đẳng Công Nghệ Đà Nẵng

Ch ơng 7 : Tính toán nền móng

7.1 số liệu dịa chất

7.1.1 Đánh giá điều kiện địa chất công trình

Theo báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình, giai đoạn phục vụ thiết kế bản vẽ thi công: khu đất xây dựng tơng đối bằng phẳng đợc khảo sát bằng các phơng pháp khoan thăm

dò, xuyên tiêu chuẩn SPT đến độ sâu 35m Từ trên xuống dới gồm các lớp đất có chiều dày ít

thay đổi trong mặt bằng:

- Lớp đất 1: Đất lấp - độ sâu lớp đất từ 0  1,5 m

- Lớp đất 2: Sét pha - độ sâu lớp đất từ 1,5 m  12 m

- Lớp đất 3: Cát pha - độ sâu lớp đất từ 12m và cha kết thúc trong phạm vi

- Mực nớc ngầm gặp ở độ sâu -7 m so với mặt đất tự nhiên

Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nh trong bảng:

Bảng chỉ tiêu cơ lý của đất STT Tên lớpđất (kN/mw 3) (kN/mh 3) W% W%L (%)WP (m/s)K (m3a/kN) o (kPa)CII (kPa)E

spt (N)

-2 phaSét 18,2 26,7 31 39 26 2,7.10 8 1,4.10 4 17 19 9000 6 -11

3 phaCát 20,5 26,6 18 21 15 2,7.10 7 0,6.10 4 22 20 18000 12 - 18

Để lựa chọn phơng án nền móng, cần đánh giá tính chất xây dựng của các lớp đất:

* Lớp 1: Lớp đất đắp chiều dày 1,5m

Đây là lớp đất lấp thành phần chủ yếu là sét pha lẫn phế thải xây dựng trạng thái không

ổn định, chiều dày nhỏ hơn nữa cha đủ thời gian cố kết nên cần đào qua và đặt móng xuống lớp đất ổn định bên dới

* Lớp 2: Lớp sét pha đầy 12m:

39 26

W Wp

18, 2

h w

W

e 



n

h





Tra bảng 1-2 (sách hớng dẫn đố án nền móng) ta có:

0,25  IL = 0,385 0,5  Đất ở trạng thái dẻo cứng

Hệ số rỗng e = 0,922

Môđun tổng biến dạng E = 9000 kPa cho thấy đây là lớp đất có tính nén lún trung bình Chỉ tiêu sức kháng cắt c = 19kPa;  = 17o; N30 = 7 cho thấy đây là lớp đất có sức chịu tải trọng trung bình Vậy đây là lớp đất có tính chất xây dựng tơng đối kém

Một phần lớp đất nằm dới mực nớc ngầm nên cần kể đến đẩy nổi:

3

dn2

26,7 10

8,69(kN / m )

Nếu chọn phơng án móng nông trên nền thiên nhiên, có thể đặt trực tiếp đáy móng vào lớp đất này thì có khả năng diện tích móng phải lớn gây tốn kém vật liệu

Nếu là phơng án móng nông trên đệm cát thì đây là phơng án khá tốt do giảm đợc diện tích đáy móng và độ sâu chôn móng, hơn nữa thi công phổ thông thuận tiện nên giảm đợc giá

thành cho công tác nền móng, tuy nhiên mực nớc ngầm ở độ sâu -7m nên lớp đệm cát một phần nằm dới mực nớc ngầm có thể gây ra sói ngầm cho lớp đệm cát

Nếu là phơng án móng cọc, do đáy đài đặt trên nền cọc nên giảm đợc độ sâu đào đáy móng, hơn nữa đây là phơng án tạo ổn định tốt cho công trình nên rất hay đợc dùng trong thực

tế

* Lớp 3: Lớp cát pha:

21 15

W Wp

20,5

h w

W

e 



n

h





Tra bảng 1-2 (sách hớng dẫn đố án nền móng) ta có:

0,25  IL = 0,5 0,5  Đất ở trạng thái dẻo cứng

Hệ số rỗng e = 0,531

Môđun tổng biến dạng E = 18000 kPa cho thấy đây là lớp đất thuộc loại tơng đối tốt có thể đặt móng

Chỉ tiêu sức kháng cắt c = 20kPa;  = 22o; N30 = 16 cho thấy đây là lớp đất có sức chịu tải trọng tốt Vậy đây là lớp đất có tính chất xây dựng tốt

Lớp đất nằm dới mực nớc ngầm nên cần kể đến đẩy nổi:

3

dn3

26,6 10

10,84(kN / m )

Nếu là phơng án móng cọc, do đáy đài đặt trên nền cọc nên giảm đợc độ sâu đào hố móng, hơn nữa đây là phơng án tạo độ ổn định tốt cho công trình nên rất hay đợc dùng trong thực tế Lớp đất này có chiều dày khá lớn, tính chất xây dựng tơng đối tốt nên có thể cho mũi cọc tỳ lên lớp đất này

sét pha

-0.750

cốt thiên nhiên

1

-7.750 MNN

3

CáT pha

trụ địa chất công trình

đất lấp -2,25

-14,25

7.1.2 Điều kiện địa chất thủy văn

Tại thời điểm khảo sát nớc dới đất xuất hiện và ổn định ở độ sâu -7 m Tuy nhiên mực nớc này sẽ bị biến đổi theo mùa và chế độ thủy văn tới tiêu khu vực

7.2 lựa chọn phơng án nền móng

7.2.1 Lựa chọn giải pháp nền móng:

- Phơng án 1: Móng nông trên nền thiên nhiên

Kết cấu khung chịu lực bê tông cốt thép; tải trọng công trình tơng đối lớn; ta không thể

sử dụng giải pháp móng nông trên nền thiên nhiên Hơn nữa do điều kiện địa chất không phù hợp; lớp đất thứ nhất trên cùng là đất lấp dày trung bình 1,5 m cha đủ thời gian cố kết; lớp đất thứ 2 dày trung bình 12 m có sức chịu tải trung bình

- Phơng án 2: Móng nông trên nền nhân tạo (đệm cát)

Móng nông trên nền nhân tạo cũng là giải pháp tơng đối kinh tế; nhng cũng không phù hợp với điều kiện địa chất công trình do tải trọng tác dụng xuống tơng đối lớn, mặt khác mực

n-ớc ngầm khá cao dễ gây sói mòn ảnh hởng lớn tới đệm cát

- Phơng án 3: Móng cọc

Với đặc điểm công trình nh trên; tải trọng công trình tơng đối lớn; tính chất công trình

t-ơng đối quan trọng và còn căn cứ vào điều kiện địa chất công trình nh đã phân tích Ta lựa chọn giải pháp móng cọc là hợp lý

Kết luận:

Căn cứ vào đặc điểm công trình, tải trọng tác dụng lên công trình, điều kiện địa chất công trình và vị trí xây dựng; dựa vào các phân tích trên ta quyết định chọn phơng án móng cọc

ép để thiết kế nền móng cho công trình

Căn cứ vào nhịp khung và bớc cột nhỏ ta lựa chọn giải pháp một móng đơn trục 8-M

Do nhà gồm có hai khối có diện tích khác nhau, mặt khác nhà có chiều rộng lớn nên ta

bố trí khe lún giữa hai khối nhằm trách xảy ra lún lệch giữa hai khối nhà gây ảnh hởng đến độ bền của kết cấu phần thân bên trên

7.2.2 Lựa chọn độ sâu đặt móng

Do đài cọc đợc đặt trên nền cọc nên độ sâu đáy đài không cần phải đặt sâu Tuy nhiên thiết kế cần đảm bảo đế đài cọc thực tế không bị nhô lên khỏi mặt đất Trong quá trình chạy khung mặt ngàm (chân cột) đợc xác định ở cos -1,55 thấp hơn cos tự nhiên 0,8m, hơn nữa lớp

đất lấp dày trung bình 1m Do vậy với công trình này tiến hành chọn:

Độ sâu đặt đế đài: h = 2,55m (so với cos ± 0.000 trong nhà) tức là nằm ở độ sâu -1,8m so với cos nền đất tự nhiên

7.3 sơ bộ kích thớc cọc, đài cọc

- Sử dụng cọc BTCT đúc sẵn tiết diện 30x30cm, chiều dài cọc 18m bao gồm 3 đoạn cọc, 1

đoạn cọc C1 dài 6m và 2 đoạn cọc C2 dài 6m Để nối 2 đoạn cọc với nhau ta dùng phơng pháp hàn, bằng cách hàn sẵn các bản thép vào thép dọc của cọc

Để hạ cọc vào nền ngời ta dùng phơng pháp ép cọc bằng kích thuỷ lực không khoan dẫn

7.4 xác định sức chịu tải của cọc

7.4.1 Theo vật liệu làm cọc

- Do cọc không xuyên qua lớp bùn, than bùn   = 1

- Tiết diện ngang cọc Fb = 0,3.0,3 = 0,09m2

- Cốt thép dọc 416 có As = 8,04 cm2

7.4.2 Theo sức chịu tải của đất nền

7.4.2.1 Theo kết quả thí nghiệm trong phòng

Chân cọc tỳ lên lớp cát hạt nhỏ nên cọc làm việc theo sơ đồ cọc treo; sức chịu tải của cọc lên đất nền đợc xác định theo công thức:

n

*

i 1



Trong đó:

m : hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, đối với cọc vuông m = 1

mR, mfi : hệ số điều kiện làm việc của đất; hạ cọc bằng ép rung không khoan dẫn và cọc trụ đặc có mR= 1,1, mfi =1

F : diện tích tiết diện ngang chân cọc; F= 0,09m2

u : chu vi tiết diện ngang cọc u = 4*0,3 = 1,2m

li : chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc

fi : cờng độ tính toán của ma sát thành lớp đất thứ i theo bề mặt xung quanh cọc (KPa)

đợc tra theo bảng A-2 TCXD 205-1998

R : cờng độ tính toán của đất dới mũi cọc với độ sâu H = 19,95m Tra bảng A-1 TCXD 205-1998, với cát hạt mịn nội suy có R = 3197(KPa)

sét pha

Cát pha

P*



*

d

d

d

-19.95

-0.750 cos thiên nhiên

sét PHA

CáT pha

SƠ Đồ XáC ĐịNH SứC CHịU TảI CủA CọC MA SáT

+ 0.000

-2.25

-14.250

7.4.2.2 Theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT

1

Trong đó:

300

Ls - Chiều dài cọc cắm qua cát mịn

Ns – Số SPT của lớp cát pha

Lc - Chiều dài đoạn cọc cắm qua đất sét pha, cát pha

Cu – Sức kháng cắt của đất sét pha

u = 4*0,3 = 1,2m - chu vi cọc

(kPa)

Ls.Ns

(kN/m)

Cu.Lc

(kN/m)

SPT

1

Ta thấy Pv = 1530,12 kN > Pđ = 722,11 kN > PSPT = 550,98 kN

Lấy PSPT = 550,98 kN vào để tính toán

* Tải trọng tác dụng xuống móng

Khi chạy nội lực khung ta cha kể đến trọng lợng của cột tầng 1, giằng móng và tờng tầng 1 nên ta phải kể thêm các tải trọng này khi tính móng

1 Giải pháp giằng móng:

- Sử dụng hệ giằng móng bố trí theo hệ trục ngang, dọc của mặt bằng công trình Bố trí

hệ giằng móng để giảm ảnh hởng của việc lún không đều của móng công trình; tạo ổn định ngang cho hệ móng công trình; đồng thời kết hợp làm kết cấu đỡ tờng tầng 1 Với nhịp nhà 2,4m và 7,8m, bớc cột 3,6m nên ta chọn 2 loại giằng móng kích thớc 300*400 cho đơn nguyên

2 và 300x300 cho đơn nguyên 1

- Giằng móng làm việc nh dầm trên nền đàn hồi, giằng truyền một phần tải trọng đứng

xuống đất Tuy nhiên để đơn giản tính toán và thiên về an toàn ta xem tải trọng giằng truyền nguyên vẹn lên móng theo diện truyền tải Ngoài ra giằng còn truyền tải trọng ngang giữa các móng, tuy nhiên theo sơ đồ tính khung ta coi cột và móng ngàm cứng nên một cách gần đúng

ta bỏ qua sự làm việc của giằng

2 Tải trọng tác dụng xuống móng M1 (trục 8-M)

- Nội lực tác dụng tại mức mặt móng -1,55m so với cos ±0.000 theo kết quả chạy nội lực khung

Nội lực

tt o

N

(kN)

tt o

M

(kN.m)

tt o

Q

(kN)

Tổ hợp 1

- Do quá trình chạy khung cha kể đến trọng lợng bản thân của cột, tờng và giằng móng, vì vậy khi thiết kế móng cần kể đến đầy đủ trọng lợng của các bộ phận này

- Do trọng lợng cột (bao gồm cả lớp trát):

tt

gc

- Do trọng lợng tờng (bao gồm cả lớp trát):

tt

gt

+(1/2)*0,22*3,6*(4,2+1,55 - 0,8)*18*1,3+2*(1/2)*0,015*3,6*(4,2+1,55 - 0,8)*18*1,3 = 165,1kN

- Do trọng lợng giằng:

tt

gg

Tổng cộng: N0tt 1972,27 35,01 165,1 20,52 2192,9kN   

- Nội lực tính toán

Nội lực

tt o

N

(kN)

tt o

M

(kN.m)

tt o

Q

(kN)

Tổ hợp 1

(1,2,3,4)

- Nội lực tiêu chuẩn bằng tải trọng tính toán chia cho hệ số vợt tải n = 1,2

Nội lực

tc o

N

(kN)

tc o

M

(kN.m)

tc o

Q

(kN)

Tổ hợp 1

7.5 xác định số lợng cọc và bố trí cọc trong móng

- áp lực tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc gây ra:

tt SPT

- Diện tích sơ bộ đế đài:

tt

2 0

d tt

tb tb

0

tb : Trọng lợng thể tích bình quân của đài và đất trên đài; tb = 20 kN/m3

n : Hệ số vợt tải; n = 1,2

tb

- Trọng lợng sơ bộ của đài và đất trên đài:

tt

d sb tb tb

- Lực dọc sơ bộ tính toán xác định đến đế đài:





tt N N

- Số lợng cọc sơ bộ:

tt c SPT

Lấy số cọc n'c= 6cọc Bố trí các cọc trong mặt bằng nh hình vẽ

3

4

2400

x

700

m

6

550

Mặt bằng bố trí cọc 7.6 kiểm tra móng cọc

7.6.1 Kiểm tra sức chịu tải của cọc

* Kiểm tra điều kiện lực max truyền xuống cọc dãy biên:

- Diện tích đế đài thực tế:

Fđtt= 2,4.1,5 = 3,6 m2

- Trọng lợng tính toán đài và đất trên đài đến cốt đế đài:

d dtt tb tb

- Lực dọc tính toán đến cốt đế đài:

- Mô men tính toán xác định tơng ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đế đài:

tt tt tt '

Mtt = 324,24 + 105,94.1,5 = 483,15 (kNm)

- Lực truyền xuống các cọc dãy biên là:

tt tt

y max tt

min

M x N

P

 Trong đó: xmax là khoảng cách từ trọng tâm đài đến trọng tâm cọc biên xmax = 0,9(m)

tt

min

P

 

 

Trọng lợng bản thân tính toán của cọc:

Pc = 1,1.0,3.0,3. 5,2.25 + 12,2.( 25 -10 ) = 30,987kN

Trọng lợng của đất bị cọc hoán chỗ:

Pđ = 1,1.0,3.0,3.(5,2.18,2 + 6,5.8,69 + 5,7.10,84)= 21,08kN

Trọng lợng hiệu dụng của cọc:

Qc = Pc – Pđ = 30,987 – 21,08 = 9,907kN

Ta thấy tt

max

P + Qc = 528,31 + 9,907 = 538,22kN < PSPT = 550,98kN

 Thoả mãn điều kiện lực max truyền xuống cọc dãy biên

Đồng thời tt

min

P = 259,9kN > 0 nên không phải kiểm tra điều kiện chống nhổ của cọc

7.6.2 Kiểm tra cờng độ nền đất

Với quan niệm nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất bao quanh, tải trọng của móng đợc truyền trên diện rộng hơn, xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy đài và nghiêng một góc

tb

4



- Độ lún của nền móng cọc đợc tính theo độ lún của nền móng khối quy ớc có mặt cắt là

abcd nh hình vẽ Trong đó:

0

1 1 2 2 tb

18,64

tb

0

18,64

4,66



LM= L+2.H'.tg= (1,8 + 2.0,3

- Bề rộng của đáy khối quy ớc:

BM= B+2.H'.tg= ( 0,9 + 2.0,3

0= 4,037 m

- Xác định trọng lợng của khối móng quy ớc:

+ Trọng lợng tiêu chuẩn khối quy ớc trong phạm vi từ đáy đài trở lên có thể xác định theo công thức:

tc

1M

N = LM.BM.htb.tb = 4,937.4,037.1,9875.20 = 792,244 kN

+ Trọng lợng riêng trung bình của các lớp đất kể từ đáy đài trở xuống:

IItb

i

12,34kN / m



 + Trọng lợng tiêu chuẩn khối móng quy ớc kể từ đáy đài trở xuống ( đã trừ đi trọng lợng của cọc):

tc

2M

N = (LM.BM– nc.Fc).IItb.Lc = (4,937.4,037 – 6.0,09).12,34.17,4 = 4163,49kN

+ Trọng lợng tiêu chuẩn của cọc trong khối móng quy ớc:

tc

c

N = 6.0,3.0,3.(5,2.25 + 12,2.15) = 169,02 kN

Vậy tổng trọng lợng tiêu chuẩn của khối móng quy ớc :

tc

qu

1M

N +N +tc2M tc

1 c

- Giá trị tiêu chuẩn lực dọc xác định đến đáy khối móng quy ớc:

Ntc = tc

0

qu

- Momen tiêu chuẩn tơng ứng với trọng tâm đáy khối móng quy ớc

tc tc tc '

- Độ lệch tâm:( Cạnh dài L theo phơng X)

l tc

- áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối quy ớc:

tc

max

tc

max

P = 459,04 kN/m2 ; tc

min

P = 238,60 kN/m2 ; tc

tb

- Cờng độ tính toán của đất tại đáy khối quy ớc:

1 2

tc

m m

K

Trong đó:

m1 = 1,2 : do đất cát mịn no nớc

m2 = 1: Do công trình không thuộc loại tuyệt đối cứng (nhà khung)

Ktc= 1 các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất

II

 : Trị tính toán thứ hai của trọng lợng riêng đất dới đáy khối quy ớc

II

 =  = 10,84kN/mdn5 3

II = 22 tra bảng đợc A = 0,61; B = 3,44; D = 6,01

Trọng lợng riêng trung bình của đất từ đáy khối móng quy ớc đến cos thiên nhiên:

II

1,5.17,2 5,5.18,2 6,5.8,69 5,7.10,84

12,72kN / m 1,5 5,5 6,5 5,7

M

1,2.1

1

tc

max

P = 459,04 (kN/m2) < 1,2.RM = 1,2.816,87 = 980,244 (kN/m2)

tc

tb

P = 348,82 (kN/m2) < RM = 816,87 (kN/m2)

 Thoả mãn điều kiện áp lực dới đáy khối móng quy ớc

7.6.3 Kiểm tra độ lún của móng cọc

Ta có thể tính toán độ lún của nền móng theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính Tr-ờng hợp này đất từ chân cọc trở xuống có chiều dầy lớn, đáy khối quy ớc có diện tích bé nên dùng quan niệm là nửa không gian biến dạng tuyến tính để tính toán

- ứng suất bản thân tại đáy khối quy ớc :

bt

z 0 

- ứng suất bản thân tại mực nớc ngầm :

bt

z 0 

- ứng suất bản thân tại vị trí kết thúc lớp đất sét pha :

bt

z 0 

- ứng suất gây lún tại đáy khối quy ớc:

gl tc bt

z 0 ptb z 0

Chia đất nền dới đáy khối quy ớc thành các lớp phân tố có chiều dày

i

zi K 0i z 0

zi

zi

 :

Điểm LM BM z(m) LM/bM 2z/BM ko glzi btzi

2 4,937 4,037 2,018 1,223 1,0 0,7438 77,836 265,542

zi

 < 0,1. btzi

Độ lún của móng:

n

gl

zi i

i 0 i

0,8

E



S = 0,0152m = 1,52cm < Sgh = 8cm

Vậy độ lún của móng đảm bảo yêu cầu về độ lún tuyệt đối

7.6.4 Kiểm tra cờng độ của cọc khi vận chuyển và cẩu lắp

Trong quá trình vận chuyển và cẩu lắp, các dây cáp đợc đặt vào các vị trí thích hợp cho

ta sơ đồ tính nh sau:

2

l=6000 q

M1=0,0214q.l M1

M1

sơ đồ tính khi vận chuyển

l=6000 0,294.l

sơ đồ tính khi cẩu lắp

2

M2

M2=0,043q.l

q

Trờng hợp này cọc bị uốn, tải trọng lấy bằng trọng lợng bản thân cọc trên 1m chiều dài nhân với hệ số động lực 1,5

q 1,5.0,3.0,3.25 3,375(kN / m)

Trong hai sơ đồ tính toán trên, thấy rằng mômen lớn nhất xuất hiện khi tiến hành cẩu lắp cọc Vậy lợng thép đặt trong cọc đợc tính toán để chịu mômen này:

max 2

Diện tích thép dọc của cọc:

Ta có

6

b 0

6

2 s



- Khi chuyển chở và bốc xếp cọc:

Cọc đợc đặt theo phơng ngang, các điểm kê hoặc treo buộc cách các mút một đoạn a = 0,207l = 0,207.6 = 1,242m

- Khi cẩu lắp:

Điểm treo buộc cách mút trên một đoạn a = 0,294.l = 0,294.6 = 1,764m

* Liên kết cọc vào đài: Cọc đợc ngàm vào đài 60 cm gồm 15 cm phần cọc còn nguyên và 45cm phần cốt thép bị đập trơ ra

Cọc sau khi đã ngàm vào đài thì còn lại trong đất nền 17,4m; Mũi cọc cắm vào lớp cát pha 5,7m