ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG : thiết kế, tính toán móng của một công trình xây dựng

CHƯƠNG I: THIẾT KẾ MÓNG 1.Đánh giá điều kiện địa chất công trình. Theo tài liệu ta đánh giá sơ bộ điều kiện địa chất công trình. Lớp 1: Sét pha dẻo cứng, dày 5m. Lớp 2: Bùn sét, dày 12m. Lớp 3: cát hạt trung, dày vô tận. STT Tên lớp đất Chiều dầy phân bố Khối lượng thể tích (ϒw, gcm3) Φ (độ) SPT CPT Từ (m) Đến (m) N30 qc fs 1 Lớp 1: sét pha dẻo cứng 0 5 1.88 11 10 26 0.9 2 Lớp 2: bùn sét 5 17 1.57 5 0 0 0 3 Lớp 3: cát hạt trung 17 ꝏ 2.1 26 24 79 1.1 Hình 1: hình ảnh mô phỏng điều kiện địa chất công trình hình 2: cột địa tẩng dưới móng công trình 2. chọn loại móng. Ptc= 400 T Phương án chọn móng: Đây là công trình nhà cao tầng có tải trọng truyền xuống chân 1 cột là 400T, nên việc dùng móng cọc ma sát cắm vào lớp đất chịu lực là cát hạt trung là khả thi. Cọc làm việc nhờ vào ma sát của đất xung quanh thân cọc và cường độ của đất dưới mũi cọc. Với công trình nhà thì ta chọn lựa phương án cọc bê tông cốt thép đài thấp. Chọn thông số sơ bộ của cọc: Kích thước tiết diện cọc: 0.35x0.35 (m) Bê tông chế tạo cọc có (mác 300) có Rbt= 120 (kgcm2) Cốt dọc và đài cọc: CT3 có Rct= 3000 (kgcm2) Ta chọn 4 thanh Ф25 làm thép chịu lực Tổng chiều dài cọc 20 (m) Chiều sâu đặt đài h= 2 (m) Độ ngàm cọc vào đài hcs= 0,6 (m) Chiều dày đài hđ= 2 (m) Rct= 30000 Tm3 Fct= 4π(d2)2 = 0,00196 m2 Rbt= 1200 Tm3 Fbt= Fc¬ – Fct = 0,12054 m2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

BỘ MÔN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG

Đề XI.2

HÀ NỘI, 5/2017

SINH VIÊN THỰC HIỆN: CAO SỸ NHÂN MSV: 1321020655 LỚP: ĐCCT A K58 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Th.S NGUYỄN VĂN PHÓNG

PHẦN I : MỞ ĐẦU

“ Nền và móng công trình” là một môn học không thể thiếu đối với sinh viên khoa công trình các trường Đại học khối kĩ thuật Hiểu biết sâu sắc về đất nền để thiết kế giải pháp nền móng công trình hợp lí, có tính khả thi, đảm bảo yêu cầu kĩ thuật và kinh tế là yêu cầu bắt buộc đối với các kĩ sư xây dựng, các kĩ sư Địa chất công trình – Địa kĩ thuật.

Cây muốn xanh tốt ắt phải có gốc chắc khỏe, với công trình xây dựng cũng vậy, muốn trường tồn với thời gian trước tiên đòi hỏi phải có giải pháp thiết kế móng hợp lí Hơn nữa đất nước chúng ta còn nghèo, nền kinh tế mới chỉ trong giai đoạn hội nhập và phát triển, công trình xây dựng lên không chỉ tồn tại một sớm, một chiều Nắm bắt được những đòi hỏi thiết thực của cuộc sống, của công việc, chúng em những sinh viên năm thứ tư chuyên ngành Địa chất công trình – Địa kĩ thuật, đã được trao cơ hội, được tự tay thiết kế, tính toán móng của một công trình xây dựng thông qua Đồ án môn học Nền và Móng.

Trong quá trình làm đồ án ,với sự nhiệt tình giúp đỡ của thầy Th.S : Nguyễn Văn Phóng đã giúp em hoàn thành đồ án môn học Đây là lần đầu tiên em bước đầu làm quen công việc thiết kế của một kỹ sư, trong quá trình làm không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót Rất mong thầy và các thầy trong bộ môn góp ý kiến để chúng em hoàn thiện hơn Em chân thành cảm ơn!

Sinh viên : CAO SỸ NHÂN Lớp : ĐCCT-ĐKT A- K58

CHƯƠNG I: THIẾT KẾ MÓNG

1.Đánh giá điều kiện địa chất công trình.

Theo tài liệu ta đánh giá sơ bộ điều kiện địa chất công trình

Lớp 1: Sét pha dẻo cứng, dày 5m

Lớp 2: Bùn sét, dày 12m

Lớp 3: cát hạt trung, dày vô tận

ST

T Tên lớp đất Chiều dầy phân bố Khối lượng thể tích

(ϒw, g/cm3)

Φ (độ )

Từ (m)

Đến (m)

N30 qc fs

Hình 1: hình ảnh mô phỏng điều kiện địa chất công trình

hình 2: cột địa tẩng dưới móng công trình

2 chọn loại móng.

Ptc= 400 T

*Phương án chọn móng:

Đây là công trình nhà cao tầng có tải trọng truyền xuống chân 1 cột là 400T, nên việc dùng móng cọc ma sát cắm vào lớp đất chịu lực là cát hạt trung là khả thi Cọc làm việc nhờ vào ma sát của đất xung quanh thân cọc và cường độ của đất dưới mũi cọc

Với công trình nhà thì ta chọn lựa phương án cọc bê tông cốt thép đài thấp

*Chọn thông số sơ bộ của cọc:

Kích thước tiết diện cọc: 0.35x0.35 (m)

Bê tông chế tạo cọc có (mác 300) có Rbt= 120 (kg/cm2)

Cốt dọc và đài cọc: CT3 có Rct= 3000 (kg/cm2)

Ta chọn 4 thanh Ф25 làm thép chịu lực

Tổng chiều dài cọc 20 (m)

Chiều sâu đặt đài h= 2 (m)

Độ ngàm cọc vào đài hcs= 0,6 (m)

Chiều dày đài hđ= 2 (m)

Rct= 30000 T/m3

Fct= 4*π(π(d2)2 = 0,00196 m2

Rbt= 1200 T/m3

Fbt= Fc – Fct = 0,12054 m2

3 xác định sức chịu tải của cọc và đất nền

a, xác định sức chịu tải theo vật liệu.

Pvl= ϕm(Rm(Rbt.Fbt + Rct.Fct).

Trong đó : ϕm(R là hệ số chịu uốn dọc trục, chọn ϕm(R= 0.7

m là hệ số làm việc của cọc , chọn m = 0.9

Rct là cường độ chịu kéo giới hạn của cốt thép chủ

Fct diện tích tiết diện ngang của cốt thép chủ

Rbt là cường độ chịu nén giới hạn của bê tông

Fbt là diện tích tiết diện ngang của bê tông

=> giá trị sức chịu tải của cọc theo vật liệu :

P vl = 128.3 T (*)

b Tính sức chịu tải theo đất nền.

*π( theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT

Ps= 13(m.N30.F + n.N30tb.Fs) Trong đó: m là hệ số, lấy m=400

n là hệ số, lấy n=2

N30 trị số SPT của đất trong khoảng 1d dưới mũi cọc hoặc 3d trên mũi cọc

N30tb trị số SPT trung bình của các lớp đất dọc theo thân cọc (bỏ qua lớp bùn)

F là diện tích mũi cọc

Fs là diện tích xung quanh cọc

=> giá trị sức chịu tải của cọc ma sát tính xuyên tiêu chuẩn là:

P s = 70.9 T (**)

*π(theo thí nghiệm xuyên tĩnh CPT

Px = k m (F Rtc + Uc Ux Qms ) (kN) Trong đó: k là hệ số động nhất của đất, lấy k= 0.7

m là hệ số làm việc, lấy m= 0.85

Rtc sức chịu tải tiêu chuẩn của đất nền ở mũi cọc

Rtc= qc2 , qc là sức kháng mũi xuyên ở đầu mũi của đất nền

Uc chu vi tiết diện ngang của cọc

Ux chi vi cần xuyên (áo ma sát), Ux= 0.113m

Qms tổng ma sát xung quanh cần xuyên theo ma sát thành đơn vị

 Giá trị sức chịu tải của cọc tính theo xuyên tĩnh là:

P x = 81.6 T (***)

Từ (*), (**), (***) ta thu được kết quả:

P tt = 70.9 T

c tính toán sơ bộ đài cọc.

- Áp lực tính toán do phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài

σtt= (3 d )2Ptt = (3 x 0.35)270.9 = 64.3 (T/m2)

Trong đó: Ptt là sức chịu tải tính toán

d là kích thước cạnh của cọc - Diện tích đáy đài cọc

d tt

tb

Ptc F

n h





Trong đó: n là hệ số vượt tải, n=1.3

ϒtb = 2.2

h là chiều sâu đặt đài

 Kết quả tính toán: Fd= 6.82 m2

- Trọng lượng của đài và đất trên đài

G = n Fd h ytb= 1.3 x 6.82 x 2 x 2.2 = 39 T

d xác định số lượng cọc:

số lượng cọc trong đài được tính toán qua công thức

n = β ∑Ptt N Trong đó : ∑N là tổng mức tải trong tác dụng lên cọc

β= 1.3

∑N= Ptc + G = 400 +39 = 439 T

 Từ công thức trên ta tính toán:

n= 1.3 x 439/70.9 = 8.1 cọc

Ta lấy n= 9 cọc

d bố trí cọc vào đài.

Hình 3: mạng lưới bố trí cọc trong đài cọc

Hình 4: mô hình cấu tạo móng cọc đài thấp Diện tích thực tế của đài:

Fđ= 2.7 x 2.7 = 7.29 m2

Trọng lượng tính toán đài và đất trên đài

G= nFhϒtb= 1.3 x 7.29 x 2 x 2.2 = 41.7 T

*Cấu tạo đài: a = b = 2700mm

a c = b c = 1000 mm

Hình 5: hình ảnh minh họa đài học

*Bố trí cốt thép trong đài:

tính toán cốt thép trong đài:

Ma = 241 (a - ac)2.(2b + bc) (σmaxmax+σmaxi2 )

Mb =241 (b – bc)2.(2a + ac).(σmaxmax+σmaxmin2 )

σmax là ứng suất tiêu chuẩn tại mép cột có σmax

tính số lượng cốt thép theo từng chiều:

Fa = m ma Ra ho Ma => na = Fa fa

Fb = m mb Ra ho Mb => nb = F b fb

na, nblà số lượng cốt thép bố trí theo chiều a,b của đáy đài

Fa , Fb là tổng diện tích ngang của cốt thép tính theo chiều a, b của đáy đài

fa, fb tiết diện ngang của một thanh thép bố trí theo chiều a, b của đáy đài (sử dụng cốt thép có Ф10)

Ra cường độ chịu kéo của cốt thép ( Ra = 30000 ứng với thép CT-5)

Qua tính toán ta có:

Số thanh mỗi chiều là na = nb = 17 thanh

khoảng cách giữa các cốt thép theo chiều a, b trong đài là: 160mm

Hình 6: hình ảnh bố trí cốt thép trong đài cọc

e kiễm tra cường độ đài cọc và áp lực tác dụng lên đầu cọc.

*π(kiểm tra cường độ đài cọc tức là đi kiểm tra điều kiện chọc thủng của đài cọc

h0 = hđ - hcs( trong đó hđ= 2 m, hcs= 0.6 m)

 h2 = 1.4 m

điều kiện để đài cọc làm việc bình thường và không bị chọc thủng là :

h2 ≥ Ptc+Gđ

n U τ

trong đó: τ là ứng suất cho phép của vật liệu làm cọc

U là chu vi tiết diện ngang của cọc

h2 chiều dày bê tông bị chọc thủng

n là số lượng cọc

- Tính toán các giá trị:

U = 4 0,35 = 1.4 (m)

P0 = Ptc + Gđ = (400 + 2,5 2 7,22)/9= 48,5 (T)

Với vật liệu làm đài là bê tông cốt thép, mác bê tông 300, Rcp= 210 T/m2

h2 ≥ P0

U [τ ] = P0

m U Rcp=

48,5

1.1,4 210 = 0,17 (m)

mà h2 ban đầu thiết kế =1,4m Vậy cọc làm việc trong điều kiện đài không bị

*kiễm tra áp lực đầu cọc:

P0 = (Ptc + Gđ)/n = (400 + 2,5 2 7,22)/9= 48,5 (T/m2)

Với P0 là áp lực tác dụng lên đầu cọc

n là số cọc có trong đài

Với vật liệu làm cọc là bê tông cốt thép, mác bê tông 300, Rcp= 210 T/m2

Vậy cọc làm việc bình thường với áp lực đã tính toán trong bài toán

g kiểm tra cường độ đất nền dưới mũi cọc.

để kiểm tra ta coi đài cọc, cọc và đất nền xung quanh là mội khối móng quy ước:

- góc truyền lực

α=ϕtbtb4 = 11.354 = 2.84 độ trong đó ϕtb= ϕtbi li l = 11.35 độ

Diện tích đáy móng quy ước, được xác định bằng công thức sau:

Fqư = (A + 2ltg α)(B + 2ltg α) Trong đó:

A, B là khoảng cách giữa hai mép ngoài của hai hàng cọc, A = B = 2,45m do nhóm cọc được bố trí hình vuông;

l là chiều dài cọc, l = 17m;

Fqư = (2,45 + 2 17,5 tg 2,790)^2 = 17,27 (m2)

Khi đó áp lực dưới đáy móng quy ước là:

σ = F N d

qư

Trong đó:

Nd là tổng tải trọng tác dụng lên đáy khối móng quy ước, gồm Ptc, trọng lượng đài cọc, các cọc và đất giữa các cọc

Thể tích của đài là: Vđ = 7,29 2,5 = 18.23 (m3)

Thể tích các cọc là: Vcọc = 9 0,352 17,5 = 19.29 (m3)

Khối lượng các cọc là: Gcọc = 19,29 2,5 = 48,23 T

Nd = Ptc + Gđ + Gcọc + 1,88 (2,5 8,41 - Vđ) + 1,88 (2,5 8,41 – 9 0,352 2,5)

+ 1,57 (12 8,41 – 9 0,352 12) + 2,1 (3 8,41 – 9 0,352 3) = 814,4 T

Áp lực dưới đáy móng quy ước là:

σ = F N d

qư = 814,417,27 = 47.2 T/m2

Cường độ tính toán của đất ở đáy móng khối quy ước được xác định theo công thức:

R = m(Aγb + Bγ’h + Dc)b + Bγb + Bγ’h + Dc)’h + Dc)h + Dc) Trong đó:

A, B, D là hệ số tra bảng phụ thuộc vào góc ma sát φ của đất dưới ngay đáy móng, Với φ = 260, các hệ số A = 0,84; B = 4,37; D = 6,9;

m là hệ số điều kiện làm việc, lấy m = 1;

b, h là chiều rộng và chiều sâu móng khối quy ước, với b = 4,14m; h = 20m;

γb + Bγ’h + Dc) là khối lượng thể tích tự nhiên của lớp đất nằm ngay dưới khối móng, với γb + Bγ’h + Dc) = 2,1 g/cm3;

γb + Bγ’h + Dc)’h + Dc) là khối lượng thể tích đất tự nhiên trung bình của các lớp đất phía trên đáy móng, với γb + Bγ’h + Dc)’h + Dc) = 0;

c là lực dính kết, với đất rời c = 0

R = 1 (0,84 4,2 2,1 + 4,37 20 1,8 + 0 6,9) = 164,73 (T/m2)

Để nền đất làm việc bình thường thì áp lực tiêu chuẩn lên đáy móng khối quy ước phải nhỏ hơn cường độ tính toán của khối móng khối Như vậy, điều kiện của bài được thỏa mãn:

Σσmax= Ptc +G F ≤ 1.2*π(Rtc

σ = 47,2 T/m2 < R = 164,73 (T/m2)

Vậy nền đất ổn định về cường độ

CHƯƠNG 2: TÍNH LÚN CHO MÓNG CỌC

Chia nền đất dưới móng khối quy ước thành thành các lớp phân tố có chiều dày hi = 1m

Gọi zi là độ sâu các lớp phân tố kể từ đáy móng khối quy ước

Áp lực gây lún:

pgl = σ – (γb + Bγ’h + Dc)1.h1 + γb + Bγ’h + Dc)2.h2 + γb + Bγ’h + Dc)3.h3)

= 47.2 – (1,88.5+1,57.12+2,1.3)

= 12,66 T/m2

Giá trị ứng suất gây lún tại những điểm nằm trên trục qua tâm móng được tính theo công thức:

σgl = k0 pgl

Với k0 là hệ số tra bảng

Ứng suất bản thân:

σbt = γb + Bγ’h + Dc) h

Với γb + Bγ’h + Dc) và h tính từ đáy móng khối quy ước trở xuống

Độ lún của mỗi lớp phân tố trong điều kiện không nở hông:

Si = E β

i

h i σmax´i

hi chiều dày lớp phân tố thứ i;

´

σmaxi là ứng suất phụ thêm ở giữa lớp thứ i, tính bằng trung bình cộng giữa ứng suất phụ thêm ở đỉnh và đáy lớp phân tố thứ i;

β là hệ số tra bảng, lấy bằng 0,8;

Ei là tổng mô đun biến dạng của đất lớp phân tố thứ i

Kết quả tính toán ghi trong bảng sau:

Z= H – L (trong đó L=20m)

Độ sâu H z/b l/b K0 Ứng suất gây

lún

Ứng suất bản

Bảng 1

Lớp phân tố thứ 6 có σgl < 0,2 σbt Vậy chiều sâu ảnh hưởng là đến 6m kể từ đáy móng quy ước hay là 26 m từ mặt đất

Độ lún tổng cộng là: Si = 0,0546 m = 5,46 cm

 đạt tiêu chuẩn cho độ lún tiêu chuẩn của xây nhà ≤ 8 cm

Biểu đồ thể hiện ứng suất dưới móng quy ước