Thiết kế hố móng sâu

Trong các môn học của ngành Xây dựng thì Chuyên đề thi công hố móng sâu là 1 môn học hay, cung cấp cho sinh viên một lượng kiến thức cực kỳ hữu ích. Sau khi học xong môn này sinh viên sẽ được giảng viên phát đề bài làm báo cáo thu hoạch. Tài liệu này sẽ giúp các bạn sinh viên tham khảo để làm báo cáo thu hoạch được tốt hơn đồng thời hiểu rõ hơn về hố móng sâu, một dạng bài toán phức tạp trong xây dựng mà hầu như các bạn sau này hành nghề đều gặp phải

CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG Đề tài: THIẾT KẾ HỐ MÓNG SÂU Qui mô công trình: Thiết kế hố móng với bề rộng B=84m, chiều dài L=150m sâu h=6m Số liệu đòa chất cho theo vẽ bên dưới: I ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ LẬP CĂN CỨ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN Đánh giá điều kiện đòa chất • Nền đất gồm hai lớp bùn sét dày (37m) bên có đặt tính lý yếu: γ=1.45-> 1.5 T/m2; φ=2->40; c =0.02kg/cm2 • Lớp đất cát chặt có đặt tính lý tốt ( γ=1.9 T/m2; φ=250) lại sâu (-37m) • Chiều sâu hố móng 6m mặt hố móng rộng (BxL=84x150m) lớp bùn sét yếu nên khối đất bò trượt tính theo điều kiện ổn đònh tổng thể lớn Điều đòi hỏi kết cấu chống đỡ phải có khả chòu lực lớn để không bò phá hoại nột lực áp lực đất gây Mặc khác kết cấu chống đỡ phải có độ sâu đủ lớn để ngăn chặn tất mặt trượt nguy hiểm có hệ số an toàn K giá vật liệu thép là: 2,204 tỷ đồng =>Như biện pháp không kinh tế Mặt khác hệ giằng chống nhiều lớp gây cản trở không nhỏ cho việc thi công hạng mục thuộc phần ngầm công trình 32 Phương án cọc trộn sâu( cọc xi măng đất ) • Cọc trộn xi măng đất có giá thành rẻ, biện pháp thiết bò thi công tương đối đơn giản, thời gian thi công ngắn Cọc xi măng đất thích hợp với lọai đất mềm(bùn, sét) lọai đất chứa nhiều nước, thuận tiện cho trình nhào trộn sâu đảm bảo giữ nước cho xi măng ninh kết • Tuy nhiên cọc xi măng đất có nhược điểm: Cọc xi măng đất bố trí làm việc theo nguyên lý tường trọng lực, trọng lượng riêng cọc xi măng đất lớn trọng lượng riêng đất tự 33 nhiên không nhiều (0,7->2,3%) cường độ thiết kế nhỏ vật liệu khác ( bê tông, thép), bề rộng tường chắn lớn, chiếm nhiều không gian Do phải ninh kết đất ( môi trường kín ) nên thời gian ninh kết cọc xi măng đất dài (3 tháng), điều làm kéo dài tiến thi công Lựa chọn phương án: Sau xem xét đánh giá ta thấy phương án cọc xi măng đất phương án tối ưu để làm kết cấu chống đỡ hố móng cho công trình Cọc xi măng đất sủ dụng theo hai phương án sau: Phương án 1: làm tường chắn xi măng đất xung quanh hố móng Phương án 2: gia cố toàn đất phạm vi hố móng thực đào đất với mái dốc tự nhiên, không cần chống đỡ Vì công trình có mặt rộng (12600m 2) nên việc gia cố toàn đất gây nhiều tốn Mặt khác cường độ cọc xi măng đất đất tự nhiên chênh lệch lớn việc đào đất theo mái dốc tự nhiên khó khăn Do ta thiết kế cọc xi măng đất chống đỡ hố móng dạng tường trọng lực theo phương án 34 III/ THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN XI MĂNG ĐẤT Chọn chiều sâu thiết kế h = 25m Hàm lượng xi măng trộn vào 15% (250 kg/m2) Trọng lượng riêng cọc xi măng đất tăng thêm 2,3%: γ '1 = 1, 023.1, 45 = 1, 48(T / m ) , γ '2 = 1, 023.1,5 = 1,53(T / m ) Cường độ chòu nén thí nghiệm phòng: q’u = MPa =40 kg/cm2 Cường độ chòu nén thiết kế: qu = 0,5 q’u =20 kg/cm2 35 Cường độ chòu kéo thiết kế: qL = 0,25 qu =5 kg/cm2 Cường độ chòu cắt thiết kế: qc = 1/3 qu =6.66 kg/cm2 kiểm tra tính ổn đònh chống trượt: • Tính áp lực đất chủ động: Chọn tải trọng bất thường (các thiết bò máy móng di chuyển bên thành hố đào): q = (T/m ) 2 Lớp đất 1: γ = 1, 45(T / m ) , ϕ1 = , c1 = 0, 2(T / m ) , h1 = 8, m Hệ số áp lực đất chủ động: K a1 = tan (450 − ϕ1 20 ) = tan (450 − ) = 0,931 2 pa1 = −2c1 K a1 = −2.0, 0,931 = -0,386(T/m) pa = (γ 1.h1 + q ) K1a − 2c1 K a1 = (1, 45.8, + 1).0,931 − 2.0, 0,931 = 12,291(T/m) 2 Lớp đất 2: γ = 1,5(T / m ) , ϕ1 = , c2 = 0, 2(T / m ) , h2 = 25 − 8, = 16,3(m) Hệ số áp lực đất chủ động: K a = tan (450 − ϕ2 40 ) = tan (450 − ) = 0,868 2 p 'a = (γ h1 + q ) K a − 2c2 K a = (1, 45.8, + 1).0,868 − 2.0, 0,868 = 11,448(T/m) pa = (γ 1.h1 + γ h2 + q ) K a − 2c2 K a = (1, 45.8, + 1,5.16,3 + 1).0,868 − 2.0, 0,868 = 32,677(T/m) Áp lực đất chủ động: Ea = Ea1 + Ea h0 = 2.c1 2.0, = = 0, 286(m) γ K a1 1, 45 0,93 1 Ea1 = pa (h1 − h0 ) = 12, 291.(8, − 0.286) = 51, 708(T ) 2 1 Ea = ( p 'a + pa ).h2 = (11, 448 + 32, 677).16,3 = 359.628(T ) 2 • Tính áp lực đất bò động: 2 Lớp đất 1: γ = 1, 45(T / m ) , ϕ1 = , c1 = 0, 2(T / m ) , h1 = 8, m 36 Hệ số áp lực đất chủ động: K p1 = tan (450 + ϕ1 20 ) = tan (450 + ) = 1,071 2 p p1 = γ 1.hm + 2c1 K p1 = 1, 45.6 + 2.0, 1, 071 = 9,113(T/m) p p = γ 1.h1 + 2c1 K p1 = 1, 45.8, + 2.0, 1, 071 = 13,919(T/m) 2 Lớp đất 2: γ = 1,5(T / m ) , ϕ1 = , c2 = 0, 2(T / m ) , h2 = 25 − 8, = 16,3(m) Hệ số áp lực đất chủ động: K a = tan (450 + ϕ2 40 ) = tan (450 + ) = 1,148 2 p ' p = γ 1.h1 + 2c2 K p = 1, 45.8, + 2.0, 1,148 = 14,911(T/m) p p = (γ 1.h1 + γ h2 ) + 2c2 K p = (1, 45.8, + 1,5.16,3 + 2.0, 1,148 = 42,981(T/m) Áp lực đất bò động: E p = E p1 + E p 1 E p1 = ( p p1 + p p ).(h1 − 6) = (9,114 + 13,919).(8, − 6) = 31,095(T ) 2 1 E p1 = ( p ' p + p p ).h2 = (14,911 + 42,981).16,3 = 471,820(T ) 2 E p = 31, 095 + 471,820 = 502,920(T / m) Hệ số an toàn: Kh = W µ + E p Ea 37 Hệ số ma sát đáy chân tường: µ = 0, W = B.(γ '1 h1 + γ '2 h2 ) = (1, 023.1, 45.8, + 1, 023.1,5.16,3).5 = 189,587(T) Kh = W µ + E p Ea = 189,587.4 + 502,920 = 1, > 1,3 411.337 (thỏa điều kiện yêu cầu) Kiểm tra điều kiện chống lật: Từ biểu đồ áp lực đất ta tính cánh tay đòn thể hình vẽ K0 = W b + E p hb Ea = 189,587.2.5+502,920.7,496 = 1, > 1, (thỏa điều kiện yêu cầu) 411,337.6,446 Kiểm tra ứng suất thân tường: • Kiểm tra khả chòu uốn: Xem tường chắn kết cấu cứng chòu mômen uốn theo sơ đồ consol Để cho an toàn tính toán đơn giản ta chọn vò trí mặt ngàm độ sâu -8,7m max σ = W1 6.e (1 ± ) B B W1 = B.γ '1 h1 = (1, 023.1, 45.8, 7).5 = 64,526(T/m) Mômen nguy hiểm vò trí mặt ngàm: M = Ea1 e= M 155, 051 = = 2, 403(m) W1 64,526 max σ = 64,526 6.2, 403 (1 ± ) 5 38 h1 8, = 53, 466 = 155,051(Tm) 3 σ max = 50,117(T/m ) < qu 200 = = 100(T / m ) 2 / σ / = / -24,307/(T/m ) = 24,307(T / m ) < qL 50 = = 25(T / m ) 2 • Kiểm tra khả chòu cắt: Mặt trượt nguy hiểm qua thân tường mặt trượt sâu cao độ -17m p lực đất độ sâu -17m: pa = p 'a + (17 − h1 ) (17 − 8, 7) ( pa − p 'a ) = 11, 448 + (32, 677 − 11, 448) = 22,258(T/m) h2 16,3 E 'a − W '.µ ' B Ứng suất cắt: τ = Hệ số chống cắt đứt thân tường : µ ' = 0,5 1 E 'a = pa (h1 − h0 ) + ( p 'a + p 'a ).(17 − h1 ) 2 E 'a = 12, 291.(8, − 0.286) + (11, 448 + 22, 258).(17 − 8, 7) = 191,593(T ) W ' = B.(γ '1 h1 + γ '2 (17 − h1 )) = 5.(1, 023.1, 45.8, + 1, 023.1,5.(17 − 8, 7)) = 128,207(T/m) τ= E 'a − W '.µ ' 191,593 − 128, 207.0,5 q 66, = = 25,498(T/m ) < c = = 33,3(T / m ) B 2  thỏa điều kiện yêu cầu Kiểm tra khả chòu lực đất đáy tường chắn Cường độ tiêu chuẩn đất độ sâu -25m: Rtc = m1.m2 ( A.b.γ II + B.h.γ 'II + D.cII ) ktc Với φ=40 => A=0,06 B=1,25 D=3,51 γ II = 1, 45.8, + 1,5.(25 − 8, 7) = 1, 48(t / m ) 25 39 γ 'II = 1,5(t / m ) 1,1.1 => Rtc = 1,1 (0, 06.1.1, 48 + 1, 25.25.1,5 + 3,51.0, 2) = 47, 66(T / m ) Ứng suất chân tường chắn ngoại lực gây ra: max σ = W 6.e (1 ± ) B B W = B.(γ '1 h1 + γ '2 h2 ) = (1, 023.1, 45.8, + 1, 023.1,5.16,3).5 = 189,587(T) e= M 155, 051 = = 0,818(m) W 189,587 max σ = 189,587 6.0,818 (1 ± ) 5 σ max = 75,137(T/m ) > 1, Rtc = 1, 2.47, 67 = 57,192(T / m )  không thỏa điều kiện yêu cầu  Như ta gia tăng chiều sâu tường chắn =>Để tránh thuyết minh dài dòng ta lại điều kiện kiểm tra thỏa mãn bên Nếu cần tham khảo xem file Excel đính kèm Cường độ tiêu chuẩn đất độ sâu -30m: Rtc = m1.m2 ( A.b.γ II + B.h.γ 'II + D.cII ) ktc Với φ=40 => A=0,06 B=1,25 D=3,51 γ II = 1, 45.8, + 1,5.(30 − 8, 7) = 1, 49(t / m ) 30 γ 'II = 1,5(t / m ) 1,1.1 => Rtc = 1,1 (0, 06.1.1, 49 + 1, 25.30.1,5 + 3,51.0, 2) = 57, 04(T / m ) Ứng suất chân tường chắn ngoại lực gây ra: 40 max σ = W 6.e (1 ± ) B B W = B.(γ '1 h1 + γ '2 h2 ) = (1, 023.1, 45.8, + 1, 023.1,5.21,3).5 = 227,950(T) e= M 155, 051 = = 0, 680( m) W 227,950 max σ = 227,587 6.0, 680 (1 ± ) 5 σ max = 82,802(T/m ) > 1, Rtc = 1, 2.57, 04 = 68, 448(T / m2 )  không thỏa điều kiện yêu cầu Cường độ tiêu chuẩn đất độ sâu -37m: Rtc = m1.m2 ( A.b.γ II + B.h.γ 'II + D.cII ) ktc Với φ=250 => A=0,78 B=4,12 D=6,68 γ II = 1, 45.8, + 1,5.(37 − 8, 7) = 1, 49(t / m ) 37 γ 'II = 1,9(t / m2 ) 1,1.1 => Rtc = 1,1 (0, 78.1.1, 49 + 4,12.37.1,9 + 6, 47.0, 2) = 292, 092(T / m ) Ứng suất chân tường chắn ngoại lực gây ra: max σ = W 6.e (1 ± ) B B W = B.(γ '1 h1 + γ '2 h2 ) = (1, 023.1, 45.8,7 + 1, 023.1,5.28,3).5 = 281,657(T) e= M 155.051 = = 0,550(m) W 281, 657 max σ = 281, 657 6.0,550 (1 ± ) 5 σ max = 93,544(T/m ) < 1, Rtc = 1, 2.292, 092 = 275,785(T / m ) 41 σ max = 19,153(T/m ) >  thỏa điều kiện yêu cầu Chuyển vò ngang đỉnh tường chắn xi măng đất tính theo công thức thực nghiệm: H Lmax ς δ= η D.B Độ sâu hố móng H=6m Chiều dài cạnh lớn hố móng :L max=150m Hệ số chất lượng thi công: ς = 0,8− > 1,5 Độ sâu tường cắm vào đất kể từ đáy hố móng trở xuống :D =37-6=31m Bề rộng tường chắn: B=5m Hệ số chuyển đổi thứ nguyên η = 10 δ= 62.150.1 = 3,5(cm) 10.31.5 Độ chuyển vò tương đối: δ 3,5 = = hm 600 170  Tuy nhiên, thực tế việc đặt chân tường tựa lên miền tiếp giáp hai lớp đất nguy hiểm cần tuyệt đối tránh thực tế Vì ta nên đònh thi công cọc đạt độ sâu 38m (cắm 1m vào lớp cát chặt) 42 Kiểm tra đẩy trồi Do tường chắn xi măng đất cắm vào lớp đất cứng ( cát chặt) nên có khả ngăn cản hoàn toàn tượng đẩy trồi ảnh hưởng khối đất bên hố móng ta không cần phải kiểm tra đẩy trồi 43 [...]... độ sâu lớn nhất mà nguy hiểm có khả năng đi qua là 17m (ứng với tọa độ 20m trên trục tung)  Như vậy chiều sâu tối thiểu của kết cấu chống đỡ hố móng vào khoảng 20m • Mặt khác cung trượt không vượt qua 42m nên ta không cần phải kiểm tra mặt trượt theo phương chiều dài L=150 m • Do lớp đất 2 có đặt tính cơ lý qua yếu nên ta cần xem xét thêm điều kiện cường độ đất nền dưới chân kết cấu chống đỡ hố móng. .. măng đất chống đỡ hố móng ở dạng tường trọng lực theo phương án 1 34 III/ THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN XI MĂNG ĐẤT Chọn chiều sâu thiết kế h = 25m Hàm lượng xi măng trộn vào là 15% (250 kg/m2) 2 Trọng lượng riêng cọc xi măng đất tăng thêm 2,3%: γ '1 = 1, 023.1, 45 = 1, 48(T / m ) , γ '2 = 1, 023.1,5 = 1,53(T / m 2 ) Cường độ chòu nén thí nghiệm trong phòng: q’u = 4 MPa =40 kg/cm2 Cường độ chòu nén thiết kế: qu... Lasen kết hợp hệ giằng chống • Tường cừ Lasen giải quyết tốt cho những công trình giáp ranh, không có nhiều khoảng trống cho kết cấu chống đỡ hố móng, thời gian thi công nhanh, khả năng chòu lực tốt 31 • Tuy nhiên, với độ sâu tối thiểu cần thiết lên đến 20m thì không tránh khỏi việc phải thực hiện rất nhiều mối nối và sử dụng một lượng thép rất lớn: Q=(84+150)x2x20x0.003x7.85=220,428(T) Giả thiết cừ... 4 MPa =40 kg/cm2 Cường độ chòu nén thiết kế: qu = 0,5 q’u =20 kg/cm2 35 Cường độ chòu kéo thiết kế: qL = 0,25 qu =5 kg/cm2 Cường độ chòu cắt thiết kế: qc = 1/3 qu =6.66 kg/cm2 1 kiểm tra tính ổn đònh chống trượt: • Tính áp lực đất chủ động: Chọn tải trọng bất thường (các thiết bò máy móng di chuyển bên thành hố đào): 2 q = 1 (T/m ) 2 0 2 Lớp đất 1: γ 1 = 1, 45(T / m ) , ϕ1 = 2 , c1 = 0, 2(T / m ) ,... quanh hố móng Phương án 2: gia cố toàn bộ nền đất trong phạm vi hố móng và thực hiện đào đất với mái dốc tự nhiên, không cần chống đỡ Vì công trình này có mặt bằng rất rộng (12600m 2) nên việc gia cố toàn bộ nền đất có thể gây nhiều tốn kém Mặt khác cường độ của cọc xi măng đất và nền đất tự nhiên chênh lệch nhau khá lớn cho nên việc đào đất theo mái dốc tự nhiên có thể sẽ khó khăn Do vậy ta sẽ thiết kế. .. do đó bề rộng tường chắn lớn, chiếm nhiều không gian Do phải ninh kết trong đất ( môi trường kín ) nên thời gian ninh kết của cọc xi măng đất rất dài (3 tháng), điều này có thể làm kéo dài tiến thi công Lựa chọn phương án: Sau khi xem xét đánh giá ta thấy rằng phương án cọc xi măng đất là phương án tối ưu nhất để làm kết cấu chống đỡ hố móng cho công trình này Cọc xi măng đất có thể được sủ dụng theo... độ đất nền ∆Rtc = 47, 7 − 38,3 = 9, 4(T / m ) Như vậy theo chiều sâu ứng suất dưới chân cọc tăng nhanh hơn cường độ đất nền Do vậy không thể cắm cọc nhồi trong lớp đất 2 mà phải cắm vào lớp đất 3  chiều sâu tối thiểu của cọc nhồi phải là 37m 27 28 2 Phương án chống đỡ bằng tường liên tục trong đất( tường Baret) có thể kết hợp với tay chống, thanh neo • Phương án này cũng có những ưu khuyết điểm tương... 1,1 (0, 006.1.1, 48 + 1, 25.20.1,5 + 3,51.0, 2) = 38,3(T / m ) II NGHIÊN CỨU VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN PHÙ HP 1 Phương án chống đỡ bằng cọc hàng có thể kết hợp với tay chống, thanh neo • Chiều sâu kết cấu chống đỡ hố móng nhỏ nhất là khoảng -20m, do đó ta nên loại bỏ phương án sử dụng các loại cọc chêù tạo sẵn như cọc đóng, cọc ép vì phải thực hiện nhiều mối nối tại hiện trường Điều này giúp ta hạn chế... tác khoan và giữ thành hố khoan bằng dung dòch Bentonize Mặt khác cọc khoan nhồi có khả năng chòu lực cao và bề rộng hàng cọc nhỏ • Tuy nhiên cọc nhồi có giá thành cao có thể gây ảnh hưởng nhiều đến giá thành công trình, vì vậy ta cần xem xét thật kó về phương diện hiệu quả kinh tế cua phương án này Xem xét về điều kiện cường độ đất nền dưới chân hàng cọc chống đỡ hố móng ở độ sâu -20m theo trạng thái... móng ở độ sâu -20m theo trạng thái giới hạn 2 Rtc = m1.m2 ( A.b.γ II + B.h.γ 'II + D.cII ) ktc Với φ=40 => A=0,06 B=1,25 D=3,51 25 γ II = 1, 45.8, 7 + 1,5.(20 − 8, 7) = 1, 48(t / m 2 ) 20 γ 'II = 1,5(t / m 2 ) 1,1.1 2 => Rtc = 1,1 (0, 006.1.1, 48 + 1, 25.20.1,5 + 3,51.0, 2) = 38,3(T / m ) II NGHIÊN CỨU VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN PHÙ HP 1 Phương án chống đỡ bằng cọc hàng có thể kết hợp với tay chống, thanh