Đồ án nền móng, ĐẶC ĐIỂM THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH

I. ĐẶC ĐIỂM THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH +Công trình thiết kế là nhà khung bê tông cốt thép không có tường chèn. +Tra TCVN 9362 2012 có trị biến dạng cho phép: Độ lún lệch tuyệt đối lớn nhất : Sgh=0,08m Độ lún lệch tương đối : Sgh=0,002 II.ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNHĐỊA CHẤT THỦY VĂN 1. Vị trí địa hình: +Hiện trạng của công trình là khu đất trống đã được san lấp mặt bằng, thuận tiện cho việc khoan, khảo sát địa chất. 2. Địa tầng và các chỉ tiêu cơ lý: Bảng chỉ tiêu cơ lý các lớp đất Lớp đất Số hiệu Loại đất Chiều dày (m) Trọng lượng riêng tự nhiên  (kNm3) Trọng lượng riêng hạt s (kNm3) Độ ẩm W % Giới hạn chảy WL % Giới hạn dẻo WP % Góc ma sát trong II (o) Lực dính cII (kPa) Mô đun biến dạng E (kPa) Sức kháng mũi xuyên qc (kPa) Chỉ số SPT N¬30 1 Tt Trồng trọt 2,0 17 2 S3 Sét 4,5 18,4 26,5 38 45 26 17 27 10000 1400 7 3 Sf4 Sét pha 5,0 18,5 26,8 30 36 22 16 10 10000 1800 8 4 Cf4 Cát pha 3,0 18,3 26,4 30 31 25 15 28 7800 2200 5 5 Ct1 Cát trung 8,0 19,2 26,5 18 35 31000 10300 45 Lớp 1: Đất trồng trọt, có chiều dày trung bình 2,0m. + Lớp đất này không đủ chịu lực để làm móng công trình, không có tính năng xây dựng, phải bóc bỏ lớp này và phải đặt móng xuống lớp đất dưới đủ khả năng chịu lực. Lớp 2 : Đất sét dày trung bình 4,5m: + Có độ sệt:  nền đất ở lớp 2 này ở trạng thái ‘dẻo mềm’. +Hệ số rỗng: e= = +Trọng lượng riêng đẩy nổi: +Đất sét trạng thái ‘dẻo mềm’ có môđun biến dạng E = 10000 (kPa) đất khá tốt. Lớp 3: Sét pha dày trung bình 5,0m có: +Độ sệt: nền đất ở lớp 3 này ở trạng thái ‘dẻo mềm’. +Hệ số rỗng: +Trọng lượng riêng đẩy nổi: +Đất sét pha ở trạng thái ‘dẻo mềm’ có môđun biến dạng E =10000(kPa) đất khá tốt. Lớp 4:Lớp cát pha dày trung bình 3,0m có: +Độ sệt: nền đất ở lớp 4 này ở trạng thái ‘dẻo’.

I ĐẶC ĐIỂM THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH

+Công trình thiết kế là nhà khung bê tông cốt thép không có tường chèn.

+Tra TCVN 9362 -2012 có trị biến dạng cho phép:

- Độ lún lệch tuyệt đối lớn nhất : S gh =0,08m

- Độ lún lệch tương đối : S gh =0,002

II.ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH-ĐỊA CHẤT THỦY VĂN

1 Vị trí địa hình:

+Hiện trạng của công trình là khu đất trống đã được san lấp mặt bằng, thuận tiện

cho việc khoan, khảo sát địa chất.

2 Địa tầng và các chỉ tiêu cơ lý:

Lớp 1: Đất trồng trọt, có chiều dày trung bình 2,0m.

+ Lớp đất này không đủ chịu lực để làm móng công trình, không có tính năng xây

dựng, phải bóc bỏ lớp này và phải đặt móng xuống lớp đất dưới đủ khả năng chịu

lực

+ Có độ sệt:

p L

=

26,5(1 0,01.38) 1 0,9875 18,4

Lớp 4:Lớp cát pha dày trung bình 3,0m có:

+Độ sệt:

2 1

3

4

5

MNN

Lớp 5:Lớp cát trung dày trung bình 8,0m có:

 0,55<e=0,629<0,7  Cát ở trạng thái ‘chặt vừa’.

+Trọng lượng riêng đẩy nổi ñn

3 Địa chất thủy văn:

+Mực nước ngầm ở độ sâu 4,1m kể từ mặt đất tự nhiên.Tức là ở cốt

Mo = n Motc =1,2.183=219,6 (kNm)

Qtt = n Qtc =1,2.155=186(kN)

III.1 THIẾT KẾ MÓNG ĐƠN BTCT TRÊN NỀN TỰ NHIÊN

Lựa chọn độ sâu chôn móng h và chiều cao móng h m

+Chọn độ sâu chôn móng là 1m từ mặt sàn tầng hầm, tức độ sâu so với cos sàn tầng

1 là 3,0+1,0=4,0 mét, độ sâu so với cos nền tự nhiên là 4,0-0,45=3,55m

Xác định sơ bộ kích thước đáy móng:

Cường độ tính toán của đất nền tại đáy móng :

Tra bảng 15 (TCVN :9362-2012): m 1 =1,1

Kết cấu khung bê tông là kết cấu mềm :m 2 =1,0

+k tc =1 : vì các chỉ tiêu cơ lý của đất được xác định bằng thí nghiệm trực tiếp.

+Đáy móng hạ vào lớp sét có ϕII =17 0 Tra bảng 14 (TCVN :9362-2012) ta có :

+Chọn m=1,4

=

− γ

tc o sb

Kiểm tra kích thước móng theo trạng thái giới hạn II

Kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng.

Như vậy kích thước đế móng là 3,2x3,6 (m) là đạt yêu cầu thiết kế.

Kiểm tra điều kiện áp lực trên bề mặt lớp đất yếu.

 Trọng lượng riêng hiệu quả của các lớp đất:

+Ứng suất bản thân tại đáy lớp thứ 2 (dưới mực nước ngầm):

1410 20.2,565.3,2.3,6

37,2( )53,79

 Đảm bảo áp lực trên nền đất yếu.

Kiểm tra biến dạng của nền:

+ Ứng suất bản thân tại đáy móng: 3,55

+ Chia các lớp đất dưới móng thành các phân tố có chiều dày hi:

→Thỏa mãn điều kiện độ lún tuyệt đối.

Biều đồ ứng suất bản thân và ứng suất gây lún

-0.45m

0.00m

-3.00m -3.30m -4,00m

*Kết luận: Chọn diện tích móng là 3,2x3,6m

Tính toán và cấu tạo cho móng (Theo trạng thái giới hạn I)

Tính toán độ bền của móng theo điều kiện chọc thủng.

 Tải trọng tính toán tại đỉnh móng:

N o tt = n N o tc =1,2.1410 =1692(kN)

M o tt = n M o tc =1,2.183=219,6 (kNm)

Q tt = n Q tc =1,2.155=186(kN)

s 01

MA

+Chiều dài của một thanh: l * =l-2a ’ =3600-25.2=3550(mm)

+Khoảng cách giữa trục các cốt thép cạnh nhau:

Chọn 19ϕ12, có

chon s1

2148(mm 2 ) Tính lại: h 01 =h m -a bv -0,5ϕ=0,8-0,035-0,5.0,012=0,759(m)

Đạt Chọn a 2 =170mm -Diện tích cốt thép yêu cầu đặt song song theo phương cạnh ngắn móng:

+Trị số momen tại ngàm II-II:

s 02

MA

+Chiều dài của một thanh: b * =b-2a ’ =3200-2.(15+10)=3150(mm)

+Khoảng cách giữa trục các cốt thép cạnh nhau:

791(mm 2 ) Tính lại: h 01 =h m -a bv -0,5ϕ=0,8-0,035-0,5.0,006=0,762(m)

III.2 THIẾT KẾ MÓNG ĐƠN BÊ TÔNG CỐT THÉP CHÔN NÔNG TRÊN NỀN ĐỆM CÁT

1 Lựa chọn cát làm nền:

Dùng cát hạt trung làm đệm, đầm đến độ chặt trung bình, tra bảng TCXD 9362-2012 (bảng D-1 trang 87) ta có cường độ tính toán của cát làm đệm Ro = 400Kpa, cường độ này ứng với bl = 1m; h1 = 2m

2 Lựa chọn độ sâu chôn móng h, và chiều cao móng h m

Thiết kế móng đơn bê tông cốt thép trên nền đệm cát, chọn độ sâu chôn móng 4,3m từ cốt 0.00 , Sàn tầng 1 cao hơn mặt đất tự nhiên là 0,45m; như vậy đáy móng ở độ sâu 4,3-0,45=3,85m so với mặt đất tự nhiên Chọn bề rộng móng sơ bộ b=2m, chọn chiều cao móng hm= 0,8 (m) Đế móng đặt ở lớp đất thứ 2 là lớp đất sét, và ở trên mực nước ngầm

0.00m

-3.00m

-4,30m

-0.45m

3 Xác định kích thước sơ bộ đáy móng.

Tải trọng tiêu chuẩn ở đỉnh móng:

Ntc

0=1410(KN)

Mtc

0=183(KNm)

1(1 b b ) k II.( l

Lấy b=2,0m → l=2,4m b.l=2,0.2,4 (m)

4 Tính toán theo trạng thái giới hạn II

Áp lực tiêu chuẩn ở đế móng, kiểm tra điều kiện kinh tế:

c dc

+Kiểm tra điều kiện kinh tế:

1

-Xác định sơ bộ h đ:

Chọn chiều cao đệm cát hđ=0,7m

-Kiểm tra điều kiện áp lực dưới đáy đệm cát:

Ứng suất nền tại đáy móng ở trạng thái tự nhiên:

ktc =1 do các chỉ tiêu cơ lý xác định bằng thí nghiệm trực tiếp đối với đất.

1410 20.2,86.2.2,4

6,8( )247,49

Kiểm tra biến dạng nền:

Tra bảng theo quy phạm với cát hạt trung ta có Ec = 30000(Kpa) Chia nền đất thành các lớp phân tố đồng nhất về tính nén (E = const) có chiều dày mỗi lớp hi ≤ b/4

Biểu đồ ứng suất bản thân và ứng suất gây lún

đ = 3,6(m)

- Chiều dài phía trên lớp đệm cát: lt

đ = ld

đ + 2.0,7tg300 =3,2 + 2.0,7.tag300 = 4,4m Chọn lt

đ = 4,0m

T ính toán độ bền và cấu tạo móng.

Chọn bê tông và côt thép

Chọn bê tông móng B15 có R b = 8500 (Kpa), R bt = 750 (Kpa); thép móng dùng thép CII có Rs =280000 (Kpa)

Chọn lớp bê tông bảo vệ abv = 35 (mm) → chiều cao làm việc của bê tông móng ho =

hm - abv ho = 800 – 35 = 765 (mm

Kiểm tra độ bền móng theo điều kiện chọc thủng

 Tải trọng tính toán tại đỉnh móng:

Chọn thép A II, có R s =280Mpa=28.10 4 (kPa)

-Coi cánh móng là dầm công-xôn ngàm tại tiết diện chân cột, bị uốn bởi phản lực nền.

+Trị số momen uốn tại mặt ngàm I-I:

s 01

MA

+Chiều dài của một thanh: l * =l-2a ’ =2400-2.(15+10)=2350(mm)

+Khoảng cách giữa trục các cốt thép cạnh nhau:

2461(mm 2 ) Tính lại: h 01 =h m -a bv -0,5ϕ=0,8-0,035-0,5.0,016=0,757(m)

Đạt Chọn a 2 =130mm

+Trị số momen tại ngàm II-II:

s 02

MA

+Chiều dài của một thanh: b * =b-2a ’ =2000-2.(15+10)=1950(mm)

+Khoảng cách giữa trục các cốt thép cạnh nhau:

1582(mm 2 ) Tính lại: h 01 =h m -a bv -0,5ϕ=0,8-0,035-0,5.0,012=0,751(m)

III.3 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÓNG CỌC.

1 Chọn loại cọc, kích thước cọc, phương án thi công.

Chọn tiết diện, chiều dài,vật liệu, thép…

-Chọn bê tông B20 có Rb=11,5Mpa

-Chọn thép dọc cọc là 4Φ14-CII có Rs=280000Mpa, thép đai Φ6

-Chọn cọc Bê tông cốt thép chế tạo sẵn có tiết diện 25x25(cm) Cọc dài 18m được nối từ 2 đoạn cọc dài 10m, phần cọc ngàm vào đài là 0,15m, phần râu thépđập đầu cọc 0,4m, cọc được nối với nhau bằng phương pháp hàn Cọc được hạ bằng phương pháp đóng

+Chiều dài cọc làm việc là: lclv=l-lngàm=20-(0,4+0,15)=19,45(m)

-Chọn chiều cao đài sơ bộ là 0,7m, đáy đài ở cốt 4,2m,

+Cốt mũi cọc: -(19,45+4,2)= 23,65(m) (so với cốt sàn tầng 1) Như vậy cọc được cắm sâu vào lớp đất thứ 5(lớp cát trung) là 8,7m,và ở độ sâu 23,2m so với mặt đất tự nhiên

Sơ đồ hàn nối cọc

Kiểm tra cọc trong quá trình vận chuyển,cẩu, lắp.

*Các móc cẩu cách đầu cọc và mũi cọc 1 đoạn : 0,207L = 0,207.10 =2,07(m)

=2070 mm với giá trị mômen Mmax,1 = 0,043qL2 ,và khi cẩu nghiêng là:

Mmax,2=0,086qL2 Tải trọng q lấy bằng trọng lượng bản thân nhân với hệ số động lực 1,1:

2070 2070

10000

250

Sơ đồ cẩu lắp

2 Xác định sức chịu tải của cọc

Sức chịu tải theo vật liệu làm cọc:

Pv = ϕ(RbAb + RscAs)

1

=

φ

- hệ số uốn dọc(cọc không xuyên qua lớp đất bùn)

Rb=11500 kPa:Cường độ chịu nén của bê tông

Rsc=280000kPa: Cường độ chịu nén của cốt thép CII

As=616 mm2=616.10-6m2: Diện tích tiết diện ngang của cốt thép

Ab =0,25.0,25=0,0625m2-:diện tích tiết diện ngang của cọc

Pv = 1.(11500 0,25.0,25 + 280000.616.10-6) = 891,23(kN)

Xác định sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền (theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 mục 7.2.2.1)

-Chân cọc ngàm vào lớp cát hạt vừa (Lớp cát trung) nên cọc làm việc theo sơ đồ cọc

23,65-0,45=23,2m so với mặt đất tự nhiên, kết hợp

Chiềusâu mũicọc(m)

qb –Cát hạtvừa(Kpa)

nội suy=>qb=5056(kPa)

+ fi là cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i” được lấy theo bảng 3 (TCVN -10304-2014)

Chia nền đất thành các lớp đất đồng nhất, chiều dày mỗi lớp được chia ≤ 2m

-3.00m

-4,20m -0.45m

-23,65m

Xác định sức chịu tải của cọc theo sức kháng mũi xuyên tĩnh q c (Theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014).

Tải trọng cho phép của cọc :

qb là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc được xác định: qb = k.qc

qc là cường độ sức kháng mũi xuyên trung bình của đất khoảng 3d phía trên và 3d phía dưới mũi cọc, d là cạnh tiết diện ngang cọc,qc=10300 (kPa)

k là hệ số chuyển đổi sức kháng mũi xuyên thành sức kháng mũi cọc, tra bảng G2 với E của lớp cát trung là 10300(kPa) cho cọc đóng, có k = 0,4 → qb = k.qc = 0,4.10300 = 5150 (kPa)

b

A

là diện tích ngang mũi cọc

u là chu vi tiết diện ngang cọc

li là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ “i”

fi là cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc trong lớp đất thứ “i” được xác

định :

,

c i i i

q f

là cường độ sức kháng mũi xuyên trung bình trong lớp đất thứ ‘i”

*Theo viện kiến trúc Nhật Bản:

-Sức chịu tải cực hạn của cọc :

+Np là chỉ sô SPT trung bình khoảng dưới 1d và 4d trên mũi cọc Np =N30= 45

Trong đó: Ns,i là chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời thứ "i"

cu,i là sức kháng cắt không thoát nước của đất dính thứ "i"

p

α

và fL là các hệ số, dựa trên hình G2 (TCVN 10304-2012) có :-Ứng suất bản thân của đất tại các điểm:

-3.00m

-4,20m -0.45m

-23,65m

A B

C

D

E

F

=>αp=1,0

Lớp đất l s,i N si f s,i f s,i l s,i c u,i l c,i σ v c u /σ

Đất sét 7 43.7 5 2.75 84.44 0.52 0.8 1 76. 8 0.8 9 31.3 7 86.26

Sét pha 8 50 5 123.4 3 0.41 0.9 4 76. 8 0.8 9 41.6 0 208.0 1Cát pha 5 31.2 5 3 214.4 8 0.15 1 76. 8 0.8 9 27.6 6 82.98

tt tt

M e

N

)

Tổng lực dọc tính toán tại đáy đài với kích thước đài bxl = 1,3x1,8(m)

-Lực truyền xuống các cọc dãy biên:

tt

M x N

4 Kiểm tra nền móng cọc theo trạng thái giới hạn I

Kiểm tra điều kiện áp lực dưới đáy khối móng quy ước.

*Xác định kích thước khối móng quy ước:

-Góc ma sát trong trung bình của đất trong phạm vi chiều dài làm việc của cọc

lclv=19,45m:

017.2,75 16.5 15.3 35.8,7 476,25

24,42

i i tb

i

h h

24,42

6,1

o tb

φ

- Chiều dài của đáy móng khối quy ước:

LM = L* + 2Lclv tgα = (2*0,65+2*0,125) + 2.19,45.tg6,10 = 5,7(m)

(0,125 là 1 nửa đường kính của cọc =0,25/2=0,125)

- Bề rộng của đáy khối quy ước:

BM = B* + 2Lclv tgα = (2*0,4+2*0,125)+ 2.19,45 tg6,10 = 5,2(m)

- Chiều cao khối móng quy ước:

HM = 3,75+19,45 = 23,2 ( m)

*Xác định trọng lượng của khối quy ước:

+ Trọng lượng của đài và đất trong phạm vi từ đáy đài lên:

1

tc

N

= LM BM htb γtb = 5,7.5,2.2,56.20=1517,6( kN)

+ Cọc ép là cọc chiếm chỗ chỉ làm giảm thể tích khối đất mà không làm tổng trọng lượng khối đất trong phạm vi khối móng quy ước thay đổi → Trọng lượng của đất trong phạm vi từ đáy đài lên đến chân cọc là:

-3.00m

-4.20m -0.45m

-23.65m

Độ lệch tâm của tải trọng tiêu chuẩn tại đáy móng:

5689,6

0,68( )8348,8

Tra bảng 2-1(Tính toán thực hành nền móng công trình)

m1=1,2 do đất cát hạt vừa; m2=1 do nhà khung bê tông cốt thép là khung mềm

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

Kiểm tra biến dạng của nền:

-Ứng suất bản thân tại đáy khối quy ước:

-Cốt thép nhóm CII R b =11500 kPa ; R bt =900 kPa ;R s =280000 kPa.

-Chiều cao làm việc hữu ích của bê tông đài móng

Kiểm tra điều kiện đâm thủng:

-Khi vẽ tháp đâm thủng từ mép cột nghiêng một góc 450 so với phương thẳng đứng của cột ta thấy tháp nằm trùm ra ngoài trục các cọc Như vậy đài cọc không bị đâm thủng

Tính toán thép đặt cho đài cọc:

-Chiều cao làm việc hữu ích của bê tông móng: h0= 0,7 - 0,15 = 0,55 (m)

y

c

i i

M N

-Khoảng cách giữa hai trục cốt thép cách nhau:

-Diện tích cốt thép tương ứng với mặt ngàm II-II:

-Chiều dài thanh thép : b*= b - 2.abv = 1300- 2.35 = 1230 (mm)

-Khoảng cách giữa các cốt thép cạnh nhau: