Đồ án môn học Cơ học đất – Nền và móng

ĐỀ VII.2 Trên một sườn đá hình gãy khúc, người ta đắp một khối đất sét pha và dự tính xây một nhà công nghiệp cách vai dốc 3m với chiều rộng của nhà 7m chạy dài theo mái dốc, chiều dày của tường là 0,4m. Các số liệu theo số thứ tự VII.4: Đề số VII.2 Góc dốc α1 (độ) 11 α2 (độ) 35 α3 (độ) 29 α4 (độ) 30 Tải trọng q (Tm) 26 Đề số K.lg thể tích TN w Độ ẩm W K.lg riêng s Góc ma sát trong  Lực dính kết C Hệ số rỗng ứng với các cấp áp lực P = 1; 2; 3; 4 kGcm2 (Tm3) (%) (Tm3) (độ) (kGcm2) 1 2 3 4 VII.2 1,88 22 2,68 20 0,18 0,70 0,65 0,62 0,60 Yêu cầu thiết kế: 1. xác định áp lực trượt của khối đất trên sườn đá. 2. thiết kế móng dưới tường nhà công nghiệp. 3. tính độ lún cuối lớn nhất của móng (bỏ qua ảnh hưởng của lớp đá cứng.)

MỞ ĐẦU Sự đời phát triển môn học đất – móng gắn liền với lịch sử đấu tranh phát triển sản xuất loài người.Từ thời cổ đại, loài người biết sử dụng đất vào mục đích xây dựng công trình cho mình, nhằm phục vụ nhu cầu lại, ở, vui chơi giải trí Nhưng để tạo nên công trình bước đóng vai trò định ta phải xây dựng phần móng Bởi lẽ móng thân có ổn định công trình bên tồn sử dụng cách bình thường Người thiết kế chọn phương án móng đảm bảo yêu cầu kỹ thuật kinh tế có hiểu biết sâu sắc học đất, móng kỹ thuật thi công móng Chính mà hai lĩnh vực học đất – móng có mối quan hệ chặt chẽ bổ trợ cho Cùng với phát triển xã hội, công trình xây dựng ngày có quy mô lớn chiều rộng, chiều cao chiều sâu.Đồng thời đòi hỏi việc xây dựng cần có kỹ thuật tiên tiến đảm bảo ổn định cho công trình.Do việc nghiên cứu, thiết kế móng cho công trình đòi hỏi phải có kiến thức sâu rộng học đất- móng đưa phương án thiết kế phù hợp với quy mô, tải trọng công trình Là kỹ sư địa chất công trình tương lai, toàn thể sinh viên nghành ĐCCT- ĐKT có điều kiện thầy cô giáo thuộc môn Địa chất công trình truyền đạt giảng dạy kiến thức môn học đất – móng Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 ĐỀ VII.2 Trên sườn đá hình gãy khúc, người ta đắp khối đất sét pha dự tính xây nhà công nghiệp cách vai dốc 3m với chiều rộng nhà 7m chạy dài theo mái dốc, chiều dày tường 0,4m Các số liệu theo số thứ tự VII.4: Đề số α1 (độ) α2 (độ) Góc dốc α3 (độ) α4 (độ) Tải trọng q (T/m) VII.2 11 35 29 30 26 K.lg Góc thể ma Độ K.lg Hệ số rỗng ứng với Lực dính tích ẩm riêng sát cấp áp lực P = 1; 2; 3; kết C W γs kG/cm2 Đề số TN γw ϕ (T/m (%) (T/m3) (độ) (kG/cm2) ε1 ε2 ε3 ε4 ) 0,7 0,6 0,6 VII.2 1,88 22 2,68 20 0,18 0,60 Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 q (T/m) 7m 3m α α α α 8m 5m 6m 4m Yêu cầu thiết kế: xác định áp lực trượt khối đất sườn đá thiết kế móng tường nhà công nghiệp tính độ lún cuối lớn móng (bỏ qua ảnh hưởng lớp đá cứng.) Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 Chương I Xác định áp lực trượt khối đất sườn đá Để xác định áp lực trượt sườn đá ta dùng phương pháp “mặt trượt gãy khúc” Shakhunhian Ta chia khối đất trượt làm phân tố cho mặt trượt phân tố mặt phẳng - Công thức tính hệ số ổn định: Trong đó: Ni: lực pháp tuyến thứ i; Ti: lực tiếp tuyến thứ I; Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 L: chiều dài mặt trượt; C: lực kết dính; - Tiếp theo ta tính trọng lượng lăng thể phân tố Gi - Tính tải trọng phụ thêm tác dụng lên lăng thể phân tố Pi - Tính tổng tải trọng tác dụng lên lăng thể phân tố: Qi = Gi + Pi - Tính lực pháp tuyến Ni lực tiếp tuyến Ti Ni = Qi cos αi Ti = Qi sin αi - Tính chiều dài toàn mặt trượt L: Đổi C = 0,18 kG/cm2 = 1,8 T/m2; Bảng tính thong số lăng thể: Phân tố Xi (m) góc αi (độ) 11 35 29 4 30 L = L1+L2+L3+L4 = 25,75 (m); Li (m) 8,15 6,10 6,88 4,62 Có bảng số liệu sau: Lăng Diện Gi Pi Qi = Ni Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 tgϕ Ni.tgϕ C.L Ti η thể số tích (T/m) (T/m) Gi + Pi (T/m) lăng (Fi.γs) (T/m) thể Fi (m2) 36,6 98,09 98,09 96,29 37,05 99,29 104 203,29 166,53 0,3 23,91 31,76 126 220,08 192,49 4,6 12,33 12,33 10,68 - Tính áp lực cho lăng thể phân tố: (T/m) 35,05 60,61 70,06 3,89 (T/m) (T/m) 46,32 18,72 116,60 1,19 106,70 6,16 Ei + Ni Tgϕ + C.Li – Ti – Ei-1 = Với áp lực nhân tố 1: E1 + N1 Tgϕ + C.L1 – T1 = E1 = T1 – ( N1 Tgϕ + C.L1 ) E1 = 18,72 – ( 35,05 + 1,8.8,15 ) = -31 T/m2 Áp lực nhân tố 2: E2 + N2 Tgϕ + C.L2 – T2 – E1 = E2 = (T2 + E1) – (N2 Tgϕ + C.L2) E2 = (116,60 – 31) – (60,61 + 1,8.6,10) = 14,01 T/m2 Áp lực nhân tố 3: E3 + N3 Tgϕ + C.L3 – T3 – E2 = 0E3 = (T3 + E2) – (N3 Tgϕ + C.L3) E3 = (106,70 + 14,01) – (70,06 + 1,8.6,88) = 38,27 T/m2 Áp lực nhân tố 4: E4 + N4 Tgϕ + C.L4 – T4 – E3 = E4 = (T4 + E3) – (N4 Tgϕ + C.L4) Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 E3 = (6,16 + 38,27) – (3,89 + 1,8.4,62) = 32,23 T/m2 Tổng áp lực trượt: E = -31 + 14,01 + 38,27 + 32,23 = 53,51 T/m2 Biểu đồ áp lực trượt: q (T/m) 7m 3m α α α α 8m 5m 4m 6m E3 = 38,27 T/m2 E4 = 32,23 T/m2 E2 = 14,01 T/m2 E1= -31 T/m2 Chương II Thiết kế móng Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 Chọn độ sâu đặt móng: Theo yêu cầu đề ta thiết kế móng tường nhà công nghiệp với vai dốc 3m, chiều rộng nhà 7m chạy dài theo mái dốc, chiều dày tường 0,4m, bên khối đất đắp sét pha nên ta chọn giải pháp thiết kế móng băng có độ cứng hữu hạn độ sâu đặt móng h = 1,5m Tính toán chiều rộng móng: Chiều rộng móng tính theo công thức: Với: Trong đó: tra bảng ta được: A = 0,51 B = 3,06 D = 5,66 Vậy 16,33 37,12 Thay , vào phương trình (1) ta được: Chọn b = 2,2 m *Kiểm tra : Do móng móng cứng hữu hạn Trong đó: Theo lý thuyết bê tông hay bê tông cốt thép thì: Do móng có độ cứng hữu hạn nên: Chọn suy Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 Như chiều rông móng b = 2,2m phù hợp Xác định sức chịu tải đất Trong tính toán, thiết kế nề móng công trình ta tính theo hai trạng thái giới hạn Trạng thái giới hạn 1: theo sức chịu tải, cường độ ổn định Trạng thái giới hạn 2: theo biến dạng lún Sức chịu tải móng tính theo công thức: Góc ma sát trong: Tra bảng ta được: A = 0,51; B = 3,06 ; D = 5,66 thay vào công thức ta có: Tính toán, kiểm tra kích thước móng bố trí cốt thép Xác định kích thước móng theo công thức: Trong đó: F – diện tích đáy móng – tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên đáy móng – áp lực tiêu chuẩn ) F = 1,95 Theo tính toán: F = l.b = 2,2 Vậy F thỏa mãn điều kiện - Xét cho m dài móng Ứng suất tiếp xúc đáy móng: Như vậy, nề đất hoàn toàn có khả chịu lực - Tính toán bố trí cốt thép vào móng: Do có phản lực làm việc móng uốn quanh mép tường, người ta phải tính toán chiều dày bê tông lượng cốt thép để chống lại lực cắt Q mômen uốn M móng Tính toán chiều dày bê tông Trong đó: m – hệ số làm việc móng, lấy m = 0,9 chọn mác bê tông 200 L – chiều dài tường lấy 1m Vậy Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép cm suy chiều dày bê - tông theo tính toán là: Tính toán lượng cốt thép Số lượng cốt thép bố trí vào móng cho đủ sức chống lại mômen uốn phản lực gây lên mép móng: Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 Trong đó: m – hệ số làm việc bê tông, m = 0,9 – hệ số làm việc cốt thép, = 0,9 – cường độ chịu kéo cốt thép, chọn thép CT-O suy = 1800 kG/ = 18000 T/ M – mômen gây uốn Ta chọn cốt thép mm Số thép cho đơn vị chiều dài: - tiết diện ngang cốt thép: Lấy n = Bố trí khoảng cách cốt thép: Cấu tạo móng: Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 10 bt=0,4m h=1,5m hm=0,6m e b =2,2m Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 11 C=14cm Chương III Tính lún cuối Tính áp lực gây lún đáy móng Nền đất đáy móng đồng vận dụng phương pháp phân tầng lấy tổng để tính độ lún cuối - Áp lực đáy móng tính cho 1m dài P = γtb.h + Trong đó: F: diện tích đáy móng tính cho 1m dài h: chiều sâu đặt móng → P = 2.1,5 + 26/2,2 = 14,82 T/m2 - Áp lực gây lún: Pgl = P – γw.h → Pgl = 14,82 – 1,88.1,5 = 12 T/m2 - Để vẽ biểu đồ ứng suất gây lún biểu đồ ứng suất trọng lượng thân đất gây ta chia thành nhiều lớp nhỏ có chiều dày Chia đất thành phân tố có chiều dày zi = 0,5m Xác định ứng suất phụ thêm ứng suất thân đất: σbt = γw.(h + zi) Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 12 σz = Pgl.k0 Kết tính ứng suất trình bày bảng sau: độ sâu b (m) l/b z/b z (m) 0,5 2,2 0,23 0,9626 11,55 3,76 2,2 0,45 0,8495 10,19 2,5 4,7 1,5 2,2 0,68 0,7098 8,52 5,64 2,2 0,91 0,5914 7,10 3,5 6,58 2,5 2,2 1,14 0,4989 5,99 7,52 2,2 1,36 0,4314 5,18 4,5 8,46 3,5 2,2 1,59 0,376 4,51 9,4 2,2 1,82 0,3339 4,01 5,5 10,34 4,5 2,2 2,05 0,2995 3,59 11,28 2,2 2,27 0,2723 3,27 6,5 12,22 5,5 2,2 2,50 0,2495 2,99 13,16 2,2 2,73 0,2286 2,74 7,5 14,1 6,5 2,2 2,95 0,2168 2,60 15,04 2,2 3,18 0,1972 2,37 8,5 15,98 Giá trị ứng suất gây lún đáy móng (z=0): σz=0 = pgl = 12 T/m Vì không đưa vào bảng Tại độ sâu 6m tính từ đáy móng = 2,74 T/m2;= 14,1T/m2 thỏa mãn điều kiện < 0.2= 2,82 T/m2 nên chiều sâu vùng hoạt động nén ép chọn H=6m Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 13 Biểu đồ phân bố ứng suất thân ứng suất gây lún qua tâm móng 2,37 12 3,76 0,5m 4,7 1m 5,64 1,5m 6,58 2m 7,52 2,5m 8,46 3m 3,5m 9,4 10,34 4m 11,28 4,5m 12,22 5m 13,16 5,5m 14,1 6m 11,55 10,19 8,52 7,10 5,99 5,18 4,51 4,01 3,59 3,27 2,99 2,74 z Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 14 - Nén lún ban đầu đất: e0 = - = – = 0,739 ứng với trị số áp lực P 0, P1, P2, P3, P4 ta có trị số hệ lỗ rỗng e 0, e1, e2, e3, e4 dựa vào ta vẽ biểu đồ đường cong nén lún đất sau: Dựa vào biểu đồ đường cong nén lún ta xác định hệ số nén lún a: a = = 0,05 cm2/kG = 0,005 m2/T → Hệ số nén lún tương đối: a0 = = 0,005/(1+0,739) = 2,87.10-3 (m2/T) Vì đất sét pha đồng nên hệ số nén lún lớp đất = 2,87.10-3 (m2/T) Tính độ lún móng Chiều sâu phân bố lớp đá cứng (lấy tâm công trình) 4.5m => chiều sâu tính toán lún h = 4.5-1.5=3 m (1.5 chiều sâu đặt móng) Chia đất đáy móng thành lớp mỏng có chiều dày Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 15 2,37 3,01 11,78 12 3,76 0,5m 11,55 10,87 4,23 4,7 1m 10,19 5,17 9,36 5,64 1,5m 6,11 7,81 8,52 2m 6,58 7,05 6,55 7,10 2,5m 7,52 7,99 5,56 5,99 3m 8,46 5,18 z Trị số ứng suất trung bình lớp dựa vào biểu đồ phân bố ứng suất Xác định hệ số rỗng ei ứng với ứng suất dựa đường cong nén lún đất, sau tính lún cho lớp phân tố theo công thức: Si = hi Trong đó: • e1i ; e2i – hệ số rỗng đất tương ứng với cấp áp lực p1i p2i • • xác định biểu đồ nén lún p1i tính ứng suất thân lớp thứ i (σzi ) p2i = p1i + σi Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 16 • σi - ứng suất phụ thêm lớp thứ i, tính trung bình cộng ứng suất phụ thêm đỉnh đáy lớp phân tố thứ i Kết tính toán trình bày bảng đây: Lớp phân tố Tổng Chiều dày hi (m) 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 p1i = σbti (T/m2) 3,01 4,23 5.17 6,11 7,05 7,99 e1i 0,73 0,724 0,72 0,716 0,71 0,708 σzi (T/m2) 11,78 10,87 9,36 7,82 6,55 5,56 p2i = p1i + σzi (T/m2) 19.86 18.77 17.07 15.69 14.89 14.60 e2i si (m) 0.652 0.658 0.662 0.676 0.679 0.681 0.0225 0.0191 0.0169 0.0117 0.0091 0.0079 0.0872 Bảng Kết tính toán lún Vậy độ lún cuối công trình s= = 0.0872 (m) = 8.72 cm Kết luận Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 17 Đồ án môn học Cơ học đất – Nền móng đồ án quan trọng, giúp cho sinh viên củng cố thêm kiến thức cách vững hiểu thêm công việc người kỹ sư Địa chất công trình Sau thời gian làm việc tích cực nghiêm túc thân, với hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo môn Địa chất công trình góp ý bạn tập thể lớp ĐCCT A.K58, đến hoàn thành đồ án theo thời gian quy định Đây đồ án mà hoàn thành, trình độ kinh nghiệm hạn chế nên đồ án dừng lại mức làm tập làm quen với công việc thiết kế Do tránh khỏi sai sót Tôi mong tiếp tục bảo, hướng dẫn thầy cô giáo môn bạn để ngày hoàn thiện Đào Trọng Khang – 1321020587 – ĐCCT A-K58 18