Đồ án cơ học đất nền móng

Cho một cột nhà cao tầng có kích thước 1,0 x 1,0m xây trên khu vực có cấu trúc nền đất như sau (hình 1): Lớp 1: Sét pha dẻo cứng, dày 5m; Lớp 2: Bùn sét, dày 12m; Lớp 3: Cát hạt trung dày vô tận. Các chỉ tiêu cơ lý và kết quả thí nghiệm ngoài trời ( xuyên tĩnh và xuyên tiêu chuẩn) trong các lớp đất như trong bảng 1 và 2. Tải trọng của công trình truyền xuống chân cột là Ptc = 460 T. Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế móng dưới cột nhà. Tính độ lún của móng dưới cột nhà. Bảng 1 Lớp 1 : Sét pha dẻo cứng Lớp 2 : Bùn sét γw (gcm3) φ Độ Nspt Búa qc (kgcm2) fs (kgcm2) γw (gcm3) φ Độ 1,88 13,5 10 28 0,9 1,51 6 Bảng 2 Lớp 3 : Cát hạt trung γbh (gcm3) φ Độ Nsqt Búa qc (kgcm2) fs (kgcm2) E0 (kgcm2) 2,08 36 34 112 1,5 240 Ghi chú: Nspt là giá trị xuyên tiêu chuẩn trung bình cho lớp. qc là sức kháng xuyên đầu mũi trong thí nghiệm xuyên tĩnh (giá trị trung bình lớp). fs là ma sát thành đơn vị trong thí nghiệm xuyên tĩnh (giá trị trung bình lớp).

MỞ ĐẦU

Cây muốn xanh tốt ắt phải có gốc chắc khỏe Thật vậy, đối với công trình muốn trường tồn với thời gian đòi hỏi phải có giải pháp thiết kế móng hợp lí

Cơ học đất, nền và móng công trình là hai môn học không thể thiếu đối với sinh viên khoa công trình các trường đại học kỹ thuật.Hiểu biết sâu sắc về đất nền

để thiết kế giải pháp nền móng công trình hợp lý, có tính khả thi,đảm bảo tính kỹ thuật và tính kinh tế là yêu cầu bắt buộc đối với các kỹ sư xây dựng, các kỹ sư địa chất công trình – địa kỹ thuật

Giúp cho mỗi sinh viên :

- Củng cố các kiến thức đã học và vận dụng nó vào các công việc cụ thể

- Biết các bước thực hiện việc thiết kế, kiểm tra và tính lún móng

- Làm cơ sở giúp cho sinh viên hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp sau này Sau một thời gian tìm hiểu và làm việc dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Văn Phóng, tôi đã hoàn thành đồ án môn học với những nội dụng sau:

Mở đầu

Chương I: Thiết kế móng

Chương II: Tính độ lún

Kết luận

Đề bài:

Cho một cột nhà cao tầng có kích thước 1,0 x 1,0m xây trên khu vực có cấu trúc nền đất như sau (hình 1):

- Lớp 1: Sét pha dẻo cứng, dày 5m;

- Lớp 2: Bùn sét, dày 12m;

- Lớp 3: Cát hạt trung dày vô tận

Các chỉ tiêu cơ lý và kết quả thí nghiệm ngoài trời ( xuyên tĩnh và xuyên tiêu chuẩn) trong các lớp đất như trong bảng 1 và 2

Tải trọng của công trình truyền xuống chân cột là Ptc = 460 T

Nhiệm vụ thiết kế:

1 Thiết kế móng dưới cột nhà

2 Tính độ lún của móng dưới cột nhà

Bảng 1 Lớp 1 : Sét pha dẻo cứng Lớp 2 : Bùn sét w

(g/cm3) Độ

Nspt Búa

qc (kg/cm2)

fs (kg/cm2)

w (g/cm3) Độ

Bảng 2 Lớp 3 : Cát hạt trung bh

(g/cm3) Độ

Nsqt Búa

qc (kg/cm2)

fs (kg/cm2)

E0 (kg/cm2)

Ghi chú:

Nspt là giá trị xuyên tiêu chuẩn trung bình cho lớp

qc là sức kháng xuyên đầu mũi trong thí nghiệm xuyên tĩnh (giá trị trung bình lớp)

fs là ma sát thành đơn vị trong thí nghiệm xuyên tĩnh (giá trị trung bình lớp)

NỘI DUNG CHÍNH CHƯƠNG I: THIẾT KẾ MÓNG

I.1Điều kiện địa chất công trình

1 2 3

- Lớp 1: Sét pha dẻo cứng, dày 5m Với Nspt = 10búa

Kết luận: Đây là lớp đất không thể làm nền cho công trình

- Lớp 2: Bùn sét, dày 12m

Kết luận: Đây là lớp đất không thể làm nền cho công trình

- Lớp 3: Cát hạt trung dày vô tận Với Nspt =34 búa

Kết luận: Đây là lớp đất có thể làm nền cho công trình

I.2 Đề xuất phương án móng thích hợp

Đây là công trình nhà cao tầng có tải trọng truyền xuống chân 1 cột là 460T, 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

I.3 Sơ bộ lựa chọn thông số thiết kế

- Số liệu công trình

Tải trọng thẳng đứng: Ptc = 460T;

Chiều sâu đặt đài: h = 2m;

Mác bê tông làm đài: 300

- Thiết kế cọc

Cọc ép bê tông cốt thép hình vuông: 0,40 x 0,40m;

Thép CT 5, Φ 0,025m;

Mác bê tông 300;

Mũi cọc sâu 20m;

Cọc ngàm vào đài: hcs = 0.5m

I.4 Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc

Pvl = φm (RbtFbt + RctFct) Trong đó:

Rbtcường độ chịu nén giới hạn của bê tông, lấy bằng 40% mác bê tông;

Fbtdiện tích tiết diện ngang của bê tông;

Rctcường độ chịu nén giới hạn của cốt thép;

Fcttiết diện ngang của cốt thép chủ;

m hệ số điều kiện làm việc, lấy bằng 0,9;

hệ số chịu uốn dọc trục, lấy bằng 0,7

Ta có:

Rbt= 40%.300 = 1200 T/m2

(Đối với cọc chế tạo sẵn thì Rbt =40% mác bê tông)

Fbt = d2 – 4 = d2 - Φ2 = 0,42 - 0,0252 = 0,158 m2

Rct = 3000 kG/cm2 = 30000 (T/m2)

Fct = 4 =Φ2= 0,0252 = 1,96.10-3(m2)

 Pvl = 0,7.0,9.(1200.0,158+30000.1,96.10-3 )= 156,49 (T/m2)

Vậy sức chịu tải của cọc theo vật liệu là: Pvl = 156,49 (T/m2)

I.5 Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền

I.5.1Sức chịu tải của cọc ma sát tính theo kết quả xuyên tĩnh

Pcpt = φm (F Rtc+ .U.) Trong đó:

φ - là hệ số đồng nhất của đất, lấy bằng 0,7;

m - là hệ số kể đến điều kiện làm việc, lấy bằng 0,85;

F - diện tích tiết diện ngang của cọc;

Rtc- sức chịu tải tiêu chuẩn của nền đất dưới mũi cọc, theo kết quả xuyên có thể tính như sau: Rtc = , với qc là sức kháng xuyên đầu mũi của nền đất mũi cọc;

U- là chu vi tiết diện ngang của cọc;

Qms - tổng ma sát xung quanh cần xuyên, tính theo ma sát thành đơn vị (Fs), Qms= (với hi và fsi lần lượt là chiều dày và ma sát thành đơn vị trung bình của lớp thứ i Chú ý khi tính bỏ qua lớp bùn)

Ta có

F = 0,4 0,4 = 0,16 m2

Rtc = 1120/2=560 T/ m2

U = 0,4 4= 1,6m

⇒Pcpt = φm (F Rtc+ .U.)

= 0,7.0,85.(0,16.560 + .1,6(3.9+3.15) = 76,16T

Vậy sức chịu tải của cọc ma sát tính theo kết quả xuyên tĩnhPx= 76,16T

I.5.2 Sức chịu tải của cọc ma sát tính theo kết quả xuyên tiêu chuẩn như sau

Ps= (m.N30.F + n.N30.Fs) (đơn vị tính bằng kN )

Trong đó:

m- hệ số, lấy bằng 400 cho cọc đóng và 120 cho cọc khoan nhồi

n – hệ số 2 cho cọc đóng và 1 cho cọc khoan nhồi

N30- Trị số SPT của đất trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d trên mũi cọc (d là đường kính hay cạnh cọc)

NN30 - Trị sô SPT trung bình của các lớp đất dọc theo thân cọc( bỏ qua lớp bùn )

F – diện tích tiết diện mũi cọc

Fs – diện tích xung quanh cọc

Giá trị sức chịu tải tính toán của cọc là trị số nhỏ nhất giữa Px và Ps

Suy ra:

⇒Ps= (400.34.0,4.0,4 + 2 0,4.4.20)= 1195KN = 119,5 T

Vậy sức chịu tải của cọc ma sát tính theo kết quả xuyên tiêu chuẩnPs=119,5 T

• Giá trị sức chịu tải tính toán của cọc là trị số nhỏ nhất giữa Px và Ps:

Ptt= min(Px,Ps)=76,16 T

• Để thu công hạ cọc vào trong đất thì trị số sức chịu tải của cọc tính theo vật liệu làm cọc tối thiểu phải bằng 2 Pvl=156,49 ˃ 2.Ptt=76,16.2= 152,32lần Ptt:

(Thỏa mãn)

I.6 Xác định số lượng cọc trong đài

n =β Trong đó:

là hệ số kinh nghiệm kể đến ảnh hưởng của tải trọng ngang và momen, lấy từ 1 ÷ 1,5 tùy theo độ lớn của các loại tải trọng này Công trình là nhà cao tầng, chọn = 1,3;

= Ptc + G tổng tải trọng thẳng đứng tính đến cao trình đáy đài (kể cả trọng lượng đài cọc);

G = h.Fđài là trọng lượng đài cọc;

Với là khối lượng thể tích trung bình đã được hiệu chỉnh giữa đất và vật liệu làm móng dao động từ 2,0 ÷ 2,2 T/m3 Chọn = 2,2 T/m3

- Xác định sơ bộ tiết diện đáy đài:

Khi nhóm cọc làm việc, khoảng cách giữa các cọc phải thỏa mãn:

3d ≤ x Nếu x < 3d thì cọc được bố trí quá dày, gây lãng phí

Nếu x quá lớn thì vùng ảnh hưởng của các cọc không chờm lên nhau dẫn đến các cọc trong nhóm cọc làm việc như cọc đơn

Chọn khoảng cách giữa các cọc là 3d

Ứng suất trung bình: σtb = = = 52,89 (T/m2)

Diện tích đáy đài đ= = = 10,65 (m2)

= Ptc + G = 460 + 2,2 2 10,65= 506,86 (T)

Số lượng cọc trong đài là: n= β= 1,3.= 8,6(cọc)

Suy ra lấy số cọc n = 9 cọc

Góc mở để xác định khối móng quy ước

= = 9o

Kích thước đáy đài : a= 1,2.2+0,4+0,15.2=3,1 (m)

b =1,2.2+0,4+0,15.2=3,1 (m)

Diện tích đáy đài thực tế Fđ’ = a.b= 3,1.3,1 = 9,61 (m2)

400 150

3100

150

I.7: Kiểm tra

I.7.1 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên đỉnh cọc:

Vì tải trọng thẳng đứng tác dụng đúng tâm và số lượng cọc xác định là 9 cọc nên không cần kiểm tra tải trọng tác dụng lên đỉnh cọc

I.7.2 Kiểm tra cường độ của đài cọc.

Kiểm tra khả năng trọc thủng đài của cọc

h2

U – chu vi tiết diện ngang của cọc

P0 - lực tác dụng lên cọc hay phản lực của nền đất lên cọc

[ ] - ứng suất cắt cho phép của vật liệu

[ ] = 0,07.3000 = 210 (T/m2)

h2- bề dày bê tông chống chọc thủng đài

h2 = 1,51 (m )

I.7.3 Kiểm tra cường độ nền đất dưới mũi cọc.

Để kiểm tra, ta coi đài cọc, cọc và đất xung quanh cọc là một móng khối quy ước được xác định bằng góc mở :

=

- góc ma sát trung bình của các lớp đất từ mũi cọc trở lên

= =1215’0’’

– góc ma sát trong của lớp thứ i

l i – chiều dày của lớp đất thứ I mà cọc xuyên qua

l – chiều dài của cọc

=1215’0’’ =33’45’’

Chiều dài móng khối quy ước

Aqư = Bqư = A+2ltan = 2,8+2.18.tan33’45’’= 4.72 (m)

Chiều cao khối móng quy ước

Hm = 18 + 2 = 20 (m)

Khối lượng của đáy móng quy ước bao gồm trọng lượng của đài cọc, các cọc

và đất giữa các cọc

Trọng lượng của cọc

N3

đ = 9.(d2.h)tb = 9.0,42.18.2,2 = 57,02(T)

Tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên đáy móng

N1

đ= Fđ.tb.hđ = 4.722.2,2.2= 98,02T (Trọng lượng từ đế đài trở lên)

N2

đ= = (1,88.3+1,51.12+2,08.5).4,722= 761,03(T) (Trọng lượng từ đế đài trở xuống)

Nđ = N1

đ + N2

đ + N3

đ= 98,02+ 761,03+ 57,02= 916,07( T)

Sức chịu tải tính toán của nền đất tại đáy khối móng quy ước

Rtc = (A.Bqư + B.Hqư + c.D

Góc ma sát trong = 36

2,08 ( T/m2)

= 1,55( T/m2)

Rtc = ( 1,81.4,48.2,08+8,24.20.1,55) = 272,30(T/m2)

Việc kiểm tra cường độ nền đất dưới mũi cọc phải thỏa mãn điều kiện sau:

= Rtc= 272,30(T/m2)

Vậy nền đất dưới mũi cọc đủ khả năng chịu lực

.

Ptc

B

CHƯƠNG II: Tính lún của móng cọc

Ứng suất bản thân của đất ở khối móng quy ước

bt==(5.1,88 + 12.1,51 + 3.2,08)= 33,76 (T/m2)

Áp lực gây lún ở đáy móng

Pgl = - bt= - bt= –33,76= 28(T/m2)

Phân bố ứng suất trong nền đất:

- ứng suất do đất nền: =

- ứng suất do tải trọng = ko Pgl (ko hệ số cha bảng)

Chia đất nền dưới đáy móng khối quy ước thành nhiều lớp có chiều dày như nhau , mỗi lớp dày 1m

Độ

sâu z (Tín

h từ mũi cọc)

Ứng suất gây lún

Ứng suất bản thân

Si

0.000 3

0.000 8

0.000 6

0.000 5 Độ lún tông S=

0.003 2

Nhận xét: Tại độ sâu Z= 9(m) từ vị trí mũi cọc trở xuống

Ta có = 8,68 (T/m2) 0,2.= 0,2 44,16 = 8,83 (T/m2)

Vậy chiều sâu vùng ảnh hưởng là 5m kể từ đáy móng quy ước

 Độ lún của nền

- Độ lún tại tâm móng được tính theo công thức sau:

hi: chiều dày phân tố lớp thứ i

ứng suất gây lún

là hệ số tra bảng lấy bằng 0,8

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

Vậy độ lún tổng cộng là Si =0,0032 (m)= 3,2mm Sgh= 8cm: thỏa mãn điều kiện cho phép

29,85 24,46 17,50 13,34 9,85 5,65 7,56 4,57

35,84 37,92 40,00 42,08 44,16 46,24 48,32 50,40

Kết Luận

Sau một thời gian được hướng dẫn của TS Nguyễn Văn Phóng cùng với việc vận dụng các kiến thức đã được học ở hai môn học “cơ học đất” và “nền – móng công trình”, đến nay em đã hoàn thành xong đồ án của mình

Trong quá trình thực hiện do còn thiếu kinh nghiệm nên đồ án còn nhiều thiếu sót, kính mong Thầy Cô và các bạn góp ý để em có thể hoàn thiện hơn trong những đồ án môn học sắp tới

Em xin chân thành cảm ơn!!!

29,42 23,40 17,39 12,25 8,97 6,79 5,33 3,99

36,77 38,86 40,95 43,04 45,13 47,22 49,31 51,4