ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN VÀ MÓNG. THS. LÊ XUÂN MAI

 Phương án thứ hai : Thiết kế và tính toán móng cọc đài thấp Móng cho cột giữa Móng cho cột biên... Biểu đồ ứng suất dưới đáy móng .6 – Kiểm tra nền theo TTGH I: Nền chúng ta ở đây khơn

CHƯƠNG I: SƠ BỘ ĐÁNH GIÁ NỀN ĐẤT

VÀ NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MĨNG I- Số liệu thiết kế :

1- Sơ đồ mặt bằng : sơ đồ 2

2- Tải trọng tính toán ở mặt móng :

Bảng I-1 : Bảng tải trọng tính toán

Tải

trọng N (T) Cột giữaM (Tm) Q (T) N (T) Cột biênM (Tm) Q (T)Tổ hợp cơ bản 82,50 3,00 1,50 70,63 3,50 2,00Tổ hợp bổ sung 88,60 4,10 1,85 84,60 4,50 2,60

3- Kết quả thí nghiêm nén lún :

ST

T Lớp đất Hệ số rỗng e

i ứng với các cấp áp lực Pi (KG/cm2 )

0,6480,5910,570

0,6240,5690,548

0,6060,5550,535

0,5950,5460,530

4- Kết quả thí nghiệm đất :

ST

T Lớpđất Chiềudày h

(m)

Tỷtrọng()

Dungtrọng



(g/cm3)

Độ ẩm tựnhiên

W (%)

G/hạnnhão

Wnh(%)

G/hạndẻo

Wd(%

)

Gócnộimasát

(0)

LựcdínhđvịC(kg/c

m2)21

2,662,722.68

1,981,981,98

251825

283228

181424

181622

0,180,300,20

5- Kích thước cột :

F = 50 x 30; cm2

Mực nước ngầm cách mặt đất tự nhiên 3m

Độ lún giới hạn Sgh = 8cm

II- Đánh giá tình hình nền đất và nghiên cứu và nghiên cứu các phương án thiết kế móng :

1- Đánh giá sơ bộ tình hình nền đất : gồm 3 lớp đất

a- Lớp thứ nhất (N o 21) : lớp đất Aù sét, h = 4; m.

18 28

18 25

d

W W

W W

0, 5 < B = 0,7< 0,75 nên đất ở trạng thái dẻo mềm (tra giáo trình CHĐ-Lê Xuân Mai-Đỗ Hữu Đạo trang 35 bảng I-7:Đánh giá trạng thái của đất dính(QPXD 45-78))Độ bảo hoà nước : G= 2 , 66 0 , 98

679 , 0

25 01 , 0 01

, 0

0,8<G=0,98<1 nên đất ở trạng thái bão hịa nước

Hệ số nén lún :

i i

P P

e e

14 18

d

W W

W W

0< B = 0,22 <0,25 nên đất ở trạng thái nửa rắn

Độ bảo hoà nước : G= 2 , 72 0 , 79

621 , 0

18 01 , 0 01

, 0

0,5<G=0,79 0,8 nên thuộc loại đất ẩm

Hệ số nén lún :

i i

P P

e e

Độ sệt B = 0 , 25

24 28

24 25

d

W W

W W

0  B = 0,25  1 nên đất ở trạng thái dẻo

Độ bảo hoà nước : G= 2 , 68 1 , 11

601 , 0

25 01 , 0 01

, 0

0,8 < G=1,11 nên đất ở trạng thái bão hịa nước

Hệ số nén lún :

i i

P P

e e

2- Các phương án thiết kế nền móng :

 Phương án thứ nhất : Thiết kế và tính toán móng nông BTCT

Móng cho cột giữaMóng cho cột biên

 Phương án thứ hai : Thiết kế và tính toán móng cọc đài thấp

Móng cho cột giữa Móng cho cột biên

Phương án I : Móng Nông I- Móng nông cột giữa :

1 - Vật liệu làm móng :

Bê tông Mac 200 có Rn = 90 kG/cm2

có Ra = 2600kG/cm2

R’a= 2600 kG/cm2

Rad = Rax =2100 kG/cm2

2 – Chọn chiều sâu chơn mĩng:

Sơ bộ chọn chiều sâu chơn mĩng h=1,5m

3 - Xác định diện tích đáy móng :

Dùng tổ hợp cơ bản, tải trọng tiêu chuẩn (N015)

Ntc = 68 , 8

2 , 1

50 , 82

 (T)

Mtc = 2 , 5

2 , 1

0 , 3

 (Tm)

Qtc = 1 , 3

2 , 1

5 , 1

 (T) Chọn độ sâu chôn móng hm = 1,5; m

Sơ bộ xác định kích thước hợp lí của mĩng đơn:

b a

G

N tc o tb đ









Trong đĩ: N o tc  lực dọc tiêu chuẩn tại đáy cơng trình

G- trọng lượng vật liệu mĩng và đất trên mĩng

K2=M3m

N tc o

(m=1)M1, M2, M3=f( tc

 ) tra ở bảng 2.5 trang 27 sách “Bài giảng nền móng”

150 2 32 , 2 98 , 1

180 31 , 12 150 32

10 8 , 68 32 ,

2

6 2

e b

a

N

tb b a

tc o đ



min max,

N

h Q M N

M

tc o

tc o

tc o tc o

tc

10,08

,68

5,13,15,2

1 , 0 6 1 ( 8 , 1 5 , 2

8 , 68 maxd

min



đ đ đ tb





 Xác định Rtc theo TCXD 45-78:

1. 2 ( ' tc)

m tc

k

m m

Trong đó:

Rtc-cường độ tiíu chuẩn của nền đất

 ,  ': dung trọng trung bình của đất dưới vă trín đây móng

=1,98 (g/cmg/cm3)

m1 = 1,2 ; m2 =1,0; kt/c=1 là các hệ số phụ thuộc điều kiệnlàm việc của nền đất, táïc động tương hỗ giữa công trìnhvà nền đấtvà hệ số tin cậy

A,B,D = f(g/cmtc) tra bảng 2.4 trang 23 sâch “Băi giảng nền móng”

Với tc  18o

Tra bảng ta có :A =0,43 ; B=2,72 ; D=5,31

 Rtc= ( 0 , 43  180  1 , 98  2 , 72  150  1 , 98  5 , 31  180 ) 

0 , 1

0 , 1 2 , 1

5- Kieơm tra luùn cho moùng theo TTGH II:

Sau khi đê xâc định được kích thước đây móng theo điều kiện về âp lực tiíu chuẩn cầnkiểm tra lại nền theo TTGH về biến dạng hay còn gọi TTGH II

1

][

Duøng toơ hôïp cô bạn, tại tróng tieđu chuaơn

) 1 66 , 2 ( 1 1

) 1

n dn



06 , 1 621 , 0 1

) 1 72 , 2 ( 1 1

) 1



05 , 1 601 , 0 1

) 1 68 , 2 ( 1 1

) 1 ( 3



c - Tính neùn luùn theo phöông phaùp coông luùn töøng lôùp :

Aùp dúng cođng thöùc :

hi

e

e e S

d- Chiều dày các lớp phân tố :

Chia nền đất dưới đế mĩng thành các lớp đất phân tố chiều dày

m b

bt zi

bt i z bt zi i

gl i

Zi K 

zi i

Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau :

(xem ở trang sau)

Tại điểm thứ 9 (thuộc lớp 2) có Z = 1,50  0,2 bt

Z

 = 0,2  9,05 = 1,81 KG/cm2nên chỉ tính lún đến điểm thứ 9

e

e e S

Biểu đồ ứng suất dưới đáy móng

6 – Kiểm tra nền theo TTGH I:

Nền chúng ta ở đây khơng thuộc 4 loại nền cần kiểm tra theo TTGH I, do đĩ ở đây takhơng cần phải kiểm tra lại theo TTGH I

7 – Tính toán chiều cao móng:

7.1 Tính chiều cao móng theo điều kiện chống nứt gãy do mômen uốn:

Khi chịu tác dụng của tải trọng ngoài (N, M, Q) dưới đáy móng phát sinh phản lựcnền, phản lực này gây ra moomen uốn ở phần chìa ra của móng (phần này làm việc nhưdầm congxon) nên có thể gây ra nứt gãy móng

W- mômen chống uốn của td tính toán

Đối với móng bê-ct 3,5

2

m

bh

W  TCXD 41-70

Rku- cường độ chịu kéo khi uốn của VL làm móng

Chiều cao móng xđ theo đk độ bền chống uốn:

ku c I

I

m

R

r a a

max,

b

e a

e b

a

o tt

M

tt o

tt o

tt o tt

o

tt

808,06

,88

5,185,11,4

max,

b

e a

e b

a

o tt

08 , 0 6 1 ( 8 , 1 5 , 2

6 ,

91 , 15 47 , 23 2

2 min

tt tt tt

tb     



Ta cần tính thêm 1 ứng suất ngay tại mép móng bằng cách tính tỉ lệ

) / ( 45 , 20 0 , 1 5

, 2

91 , 15 47 , 23 47 , 23 0 , 1 5

, 2

2 min

max max

2 max

suy ra chiều cao móng theo đk độ bền chống uốn theo các td tính toán như sau:

) ( 77 , 0 65

96 , 21 ).

5 , 0 5 , 2 (

66 , 0 )

( 66 ,

R

r a a h

ku c I

I

) ( 54 , 0 65

69 , 19 ).

3 , 0 8 , 1 (

66 , 0 )

( 66 ,

R b b h

ku

tt tb c II

7.2- Xác định chiều cao móng đảm bảo độ bền chống cắt (chống chọc thủng):

Ñieàu kieän kieåm tra :

Z U R

88 T

N tt

o  -lấy tải trọng tính toán của tổ hợp bổ sung

) / ( 69 ,

U U

U chu vi trung bình của tháp chọc thủng

Ut=2(ac+bc)

) 4 (

2 a b h tg

U đ  c  c  n  U tb  2 (a c b c  2h n tg )

Lấy hn=ho=70-5=65 cm –chiều cao làm việc của móng

Utb=2(0,5+0,3+2.0,65.1)=4,2(m)+Z  h o 

3

2cánh tay đòn nội ngẫu lực 0 , 65 0 , 433 ( )

Hình a Hình b

Sơ đồ tính toán chịu uốn (a) và chọc thủng(b) như hình vẽ

8- Tính toán và bố trí cốt thép cho móng:

Dùng 2 gỉa thiết cơ bản:

+toàn bộ ứng suất kéo do cốt thép tiếp thu

+cánh tay đòn nội ngẫu lực z=0,9ho

ho-chiều cao làm việc của móng

ho=hm-c với c=(3-5cm) chiều dày lớp bêtông bảo vệ

với hm=0,7 m và chọn c=5 cm , ta có h o =0,65m

Diện tích cốt thép trong móng:

9 , 0 max

ct o ct

R h

tb c

c tt

tb II

13 2600 65 9 , 0

10 76 , 19

cm f

ct I

Với pa 1: bước cốt thép theo phương cạnh dài:

a 15 , 73cm

11

5 , 3 2 180

1 , 9 2600 65

9 , 0

10 84 , 13

cm f

ct II

-Theo phương cạnh dài chọn pa 2: 9  14với bước a=215mm

-Theo phương cạnh ngắn chọn pa 1 :12  10với bước a=220 mm

( Theo phương cạnh ngắn ta chỉ có thể chọn theo pán 1: 12  10, còn theo phương cạnh dài ta có 2 pán để chọn Thông thường trong cùng 1 móng nếu có hai loại cốt thép chịu lực khác nhau thì đường kính nên cách nhau >2mm để dễ nhận biết Do đó ta sẽ chọn pán2: 9 14 để bố trí cốt thép theo phương cạnh dài Mặt khác dt thép theo 2 pán 1và 2 cũng xấp xỉ nhau.)

Hình-Bố trí cốt thép cho mĩng nơng cột giữa II- Móng nông cột biên :

1- Vật liệu làm mĩng:

Chọn tương tự như mĩng nơng cột giữa

2- Chọn chiều sâu chơn mĩng:

Sơ bộ chọn chiều sâu chơn mĩng: hm=1,5m

3- Xác định diện tích đáy móng :

Dùng tổ hợp cơ bản, tải trọng tiêu chuẩn (N015)

Ntc = 58 , 9

2 , 1

63 , 70

 (T)

Mtc = 2 , 9

2 , 1

5 , 3

 (Tm)

Qtc = 1 , 7

2 , 1

0 , 2

 (T) Độ sâu chôn móng đ hm = 1,5; m

Sơ bộ xác định kích thước hợp lí của mĩng đơn:

b a

G

N tc o tb

(m=1)M1, M2, M3=f(tc) tra ở bảng 2.5 trang 27 sách “Bài giảng nền mĩng”

150 2 32 , 2 98 , 1

180 31 , 12 150 32

10 9 , 58 32 , 2

6 2

e b

a

N

tb b a

tc o

min max,

N

h Q M N

M

tc o

tc o

tc o tc o

tc

09,09

,58

5,17,19,2

5 , 3 2 1 /

2 , 1

2 2 1 /

09 , 0 6 1 ( 7 , 1 4 , 2

9 , 58 max

09 , 0 6 1 ( 7 , 1 4 , 2

9 , 58 min

min



đ đ đ tb

k

m m

0 , 1 2 , 1

5- Tính lún cho móng nông cột biên theo TTGH II:

Sau khi đã xác định được kích thước đáy móng theo điều kiện về áp lực tiêu chuẩn cầnkiểm tra lại nền theo TTGH về biến dạng hay còn gọi TTGH II

1

][

Dùng tổ hợp cơ bản, tải trọng tiêu chuẩn

) 1 66 , 2 ( 1 1

) 1

n dn



06 , 1 621 , 0 1

) 1 72 , 2 ( 1 1

) 1



05 , 1 601 , 0 1

) 1 68 , 2 ( 1 1

) 1 ( 3



c - Tính nén lún theo phương pháp cộng lún từng lớp :

Aùp dụng công thức :

hi

e

e e S

d- Chiều dày các lớp phân tố :

Chia nền đất dưới đế mĩng thành các lớp đất phân tố chiều dày

m b

bt zi

bt i z bt zi i

gl i

Zi K 

zi i

Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau :

(xem ở trang sau)

Tại điểm thứ 8 (thuộc lớp 2) có Z = 1,58  0,2 bt

Z

 = 0,2  8,52 = 1,70 KG/cm2 nênchỉ tính lún đến điểm thứ 8

e

e e S

6 – Kiểm tra nền theo TTGH I:

Nền chúng ta ở đây là á sét dẻo mềm khơng thuộc 4 loại nền cần kiểm tra theo TTGH I,

7 – Tính toán chiều cao móng:

7.1 Tính chiều cao móng theo điều kiện chống nứt gãy do mômen uốn:

M- momen uốn do phản lực nền gây ra tại td tính toán I-I và II-II

W- mômen chống uốn của td tính toán

Đối với móng bê-ct

5 , 3

2

m

bh

W  TCXD 41-70

Rku- cường độ chịu kéo khi uốn của VL làm móng

Chiều cao móng xđ theo đk độ bền chống uốn:

ku c I

I

m

R

r a a

max,

b

e a

e b

a

o tt

M

tt o

tt o

tt o tt o

tt

1010,06

,84

5,16,25,4

max,

b

e a

e b

a

o tt

10 , 0 6 1 ( 7 , 1 4 , 2

6 ,

55 , 15 92 , 25 2

2 min

tt tt tt

tb     



Ta cần tính thêm 1 ứng suất ngay tại mép móng bằng cách tính tỉ lệ

) / ( 82 , 21 95 , 0 4

, 2

55 , 15 92 , 25 92 , 25 95 , 0 4

, 2

2 min

max max

2 max

suy ra chiều cao móng theo đk độ bền chống uốn theo các td tính toán như sau:

) ( 76 , 0 65

87 , 23 ).

5 , 0 4 , 2 (

66 , 0 )

( 66 ,

R

r a a h

ku c I

I

) ( 04 , 1 65

74 , 20 ).

3 , 0 7 , 1 (

32 , 1 )

( 32 ,

R b b h

ku

tt tb c II

II

Vì móng thiết kế là móng bêtông-cốt thép, toàn bộ ứng suất kéo do mômen gây rađều do cốt thép tiếp thu, do đó chọn chiều cao móng thường hm=(0,6-0,7)m

Kết luận: chọn h m =0,7m

7.2- Xác định chiều cao móng đảm bảo độ bền chống cắt (chống chọc thủng):

Ñieàu kieän kieåm tra :

Z U R

84 T

N tt

o  -lấy tải trọng tính toán của tổ hợp bổ sung

) / ( 74 ,

U U

U chu vi trung bình của tháp chọc thủng

Ut=2(ac+bc)

) 3 (

2 a b h tg

U đ  c  c  n  )

2

3 (

2 a b h tg

U tb  c c nLấy hn=ho=70-5=65 cm –chiều cao làm việc của móng

Utb=2(0,5+0,3+23 0,65.1)=3,55(m)+Z  h o 

3

2cánh tay đòn nội ngẫu lực 0 , 65 0 , 433 ( )

Sơ đồ tính toán chịu uốn (a) và chọc thủng(b) như hình vẽ

8- Tính toán và bố trí cốt thép cho móng nông cột biên:

Dùng 2 gỉa thiết cơ bản:

+toàn bộ ứng suất kéo do cốt thép tiếp thu

+cánh tay đòn nội ngẫu lực z=0,9ho

ho-chiều cao làm việc của móng

ho=hm-c với c=(3-5cm) chiều dày lớp bêtông bảo vệ

với hm=0,7 m và chọn c=5 cm , ta có h o =0,65m

Diện tích cốt thép trong móng:

9 , 0 max

ct o ct

R h

tb

c c

tt tb II

04 , 12 2600 65

9 , 0

10 31 , 18

cm f

ct I

Với pa 1: bước cốt thép theo phương cạnh dài:

a 16 , 3cm

10

5 , 3 2 170

07 , 32 2600 65

9 , 0

10 78 , 48

cm f

ct II

-Theo phương cạnh dài chọn pa 1: 11  12với bước a=160 mm

-Theo phương cạnh ngắn chọn pa 1 :1616với bước a=155 mm

( Cốt thép chịu lực trong cùng móng nên chọn chênh lệch nhau >2mm để dễ nhận biết Theo phương cạnh ngắn để tiết kiệm thép ta chọn pán1: 16 16 có dt thép nhỏ hơn nhưng vẫn bảo đảm đk chịu lực, do đó theo phương cạnh dài ta nên chọn pán1:11 12 để

dễ nhận biết 2 loại thép và mặt khác dt thép theo 2 pán 1 và 2 cũng gần bằng nhau.)

Phương án II : Móng Cọc

I - Móng cọc đài thấp cho cột giữa :

2- Chọn kích thước và tiết diện cọc:

Chọn cọc hình vuông có tiết diện 25 x 25; cm

Chiều dài của cọc là 7,5 m

Cốt thép dọc chịu lực chọn 416 có F = 8,04 cm2

Sơ đồ 4 cọc

3- Sơ bộ xác định kích thước đài cọc:

Ứng với sơ đồ 4 cọc kích thước đài cọc cĩ thể được tính sơ bộ như sau:

Đài hình vuơng với chiều dài cạnh=85+25+30=140 cm (với c=0,85m)

Như vậy, kích thước đài sơ bộ : 1 , 4  1 , 4m

4 - Xác định độ sâu chôn đài cọc :

* Giả thiết tồn bộ tải trọng ngang tác dụng lên đài do đất từ đáy đài trở lên tiếp thu

* Kiểm tra đk tính tốn mĩng cọc đài thấp:

h 0,7 hmin với h-độ chơn sâu của đáy đài, chọn h=1m

hmin = tg(450 - /2) 2H.b

, : góc ma sát trong và dung trọng tại đáy đài

H :tổng lực xô ngang tính đến đáy đài

H = 1,5+13,,04 = 4,9 T

b : bề rộng của đáy đài vuông góc với lực xô ngang b = 1,4 m

hmin = tg(450 – 180/2) 1,29841,9,4 = 1,37 m => 0,7 hmin = 0,96m

Kết quả : 1,0m=h 0,7 hmin=0,96m thỏa mãn

5- Xác định sức chịu tải của cọc :

Công thức : PVL = (RctFct + RbFb)

: hệ số uốn dọc, móng cọc đài thấp không xuyên qua than bùn chọn = 1 +Fct= 416 8,04 cm2

Rct=2600 kG/cm2

+ Rb-cường độ chịu nén của bêtơng Rb=110 kG/cm2

Fb-diện tích td ngang của phần bêtơng Fb=Fcoc-Fct=625-8,04=616,96 cm2

b - Theo đất nền :

Như trên đã chọn chiều dài cọc L=7,5m Như vậy mũi cọc sẽ được đặt vào lớp đất thứ 3

là lớp á cát Cọc làm việc theo sơ đồ cọc ma sát

Sức chịu tải của cọc theo đất nền được xác định theo công thức sau :

Pđn = m(mRRF + U



n 1

i mfi fi li )

m : hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất m=1

mR=mf=1 : hệ số kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức kháng mũi

và sức kháng bên

F : diện tích td ngang cọc F=0,0625 (m2)

U : chu vi tiết diện ngang cọc U=4.0,25=1(m)

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

fi : ma sát bên của lớp đất thứ i theo mặt xung quanh thân cọc

R : cường độ chịu tải của lớp đất dưới mũi cọc, độ sâu mũi cọc

tra bảng chọn R = 400 T/m2

(Bảng 3.7 Bảng tra R(theo 20TCN 21-86) trang 100 bài giảng nền mĩng)

Chia đất nền thành các lớp đồng nhất như trong hình vẽ trên Cường độ tính toáncủa ma sát xung quanh cọc và đất bao quanh fi tra bảng, nội suy có :

Lớp đất

Lớp đấtptố li(m) Li(m) tr/thái fi(T/m2) li*fi

77 , 88







Pđ Pvl

Pmin= min{Pvl,Pđn}=Pđn=49,65 (T)

[P]= 35 , 46 ( )

4 , 1

65 , 49 min

T Ktc

52 , 92 2 ,

Đảm bảo 2 nguyên tắc:

+Đảm bảo các cọc chịu lực tốt

+Tạo thuận lợi cho việc thi cơng

Bố trí trên mặt đứng và mặt bằng như hình vẽ bên cạnh

8- Tính tốn và kiểm tra:

Khi tính tốn và kiểm tra người ta dựa vào 5 gt cơ bản:

+Tồn bộ tải trọng ngang do đất từ đáy đài trở lên tiếp thu

+Đất ở đáy đài khơng trực tiếp làm việc

+Sức chịu tải của mỗi cọc trong mĩng bằng sức chịu tải của một cọc đơn

+Cọc và đài cọc xem như ngàm cứng

+Coi hệ thống cọc, đài cọc và đất xung quanh cọc làm thành 1 mĩng khối quy ước

8.1 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc:

k đ

x

Mx n

N

1 2

max ,

Nđ : tổng tải trọng thẳng đứng tính đến đáy đài

M : tổng mômen do tải tải trọng ngoài gây ra so với trục đi qua trọng tâm

của các tiết diện cọc tại đáy đài

xmax

n,k : khoảng cách từ cọc chịu nén và kéo nhiều nhất đến trục đi qua

trọng tâm của các tiết diện cọc tại đáy đài

xi : kc từ cọc thứ i đến trọng tâm củacác td cọc tại đáy đài

Thay số liệu vào biểu thức trên:

Nđ= Ntt+G=92,52(T)

n=4 cọc

M=Mtt+Q.h=4,1+1,85.1=5,95(Tm)

) ( 425 , 0 2

85 , 0

425 , 0 95 , 5 4

52 , 92

Vậy Pmax = 26,63T Pn =[P]= 35,46 T

Pmin =19,63 T > 0 không có lực kéo nên không kiểm tra theo điềukiện chịu kéo của cọc

Kết luận: việc thiết kế cọc như trên là tương đối hợp lí, cọc cĩ đủ khả năng chịu tải

8.1.2 Tải trọng tác dụng ngang :

Theo quy phạm về mĩng cọc (sách BGNM/119) việc kiểm tra mĩng cọc đài thấp chịutải trọng ngang được tiến hành như sau: