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).
Đồ án học đất - móng – ĐCCT-ĐKT A K58 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, móng công trình hai môn học thiếu đối với sinh viên khoa công trình các trường đại học kỹ thuật.Hiểu biết sâu sắc đất để thiết kế giải pháp móng công trình hợp lý, có tính khả thi,đảm bảo tính kỹ thuật tính kinh tế yêu cầu bắt buộc đối với các kỹ sư xây dựng, các kỹ sư địa chất công trình – địa kỹ thuật Giúp cho sinh viên : - Củng cố các kiến thức học vận dụng nó vào các công việc cụ thể - Biết các bước thực việc thiết kế, kiểm tra tính lún móng - Làm sở giúp cho sinh viên hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp sau Sau một thời gian tìm hiểu làm việc dưới sự hướng dẫn TS Nguyễn Văn Phóng, hoàn thành đồ án môn học với nội dụng sau: Mở đầu Chương I: Thiết kế móng Chương II: Tính độ lún Kết luận Bộ môn Địa chất công trình Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án học đất - móng – ĐCCT-ĐKT A K58 Đề bài: Cho một cột nhà cao tầng có kích thước 1,0 x 1,0m xây khu vực có cấu trúc đất 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 tiêu lý kết quả thí nghiệm trời ( xuyên tĩnh xuyên tiêu chuẩn) các lớp đất bảng Tải trọng công trình truyền xuống chân cột Ptc = 460 T Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế móng dưới cột nhà Tính độ lún móng dưới cột nhà Bảng w (g/cm ) 1,88 Lớp : Sét pha dẻo cứng Nspt qc Độ Búa (kg/cm2) 13,5 10 28 Bộ môn Địa chất công trình Lớp : Bùn sét fs (kg/cm2) 0,9 w (g/cm3) 1,51 Độ Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án học đất - móng – ĐCCT-ĐKT A K58 Bảng bh (g/cm ) Độ 2,08 36 Lớp : Cát hạt trung Nsqt qc Búa (kg/cm2) 34 112 fs (kg/cm2) E0 (kg/cm2) 1,5 240 Ghi chú: Nspt giá trị xuyên tiêu chuẩn trung bình cho lớp qc sức kháng xuyên đầu mũi thí nghiệm xuyên tĩnh (giá trị trung bình lớp) fs ma sát thành đơn vị thí nghiệm xuyên tĩnh (giá trị trung bình lớp) Bộ môn Địa chất công trình Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án học đất - móng – ĐCCT-ĐKT A K58 NỘI DUNG CHÍNH CHƯƠNG I: THIẾT KẾ MÓNG 12m 5m I.1Điều kiện địa chất công trình - Lớp 1: Sét pha dẻo cứng, dày 5m Với Nspt = 10búa Kết luận: Đây lớp đất làm cho công trình - Lớp 2: Bùn sét, dày 12m Kết luận: Đây lớp đất làm cho công trình - Lớp 3: Cát hạt trung dày vô tận Với Nspt =34 búa Kết luận: Đây lớp đất có thể làm cho công trình I.2 Đề xuất phương án móng thích hợp Đây công trình nhà cao tầng có tải trọng truyền xuống chân cột 460T, nên việc dùng móng cọc ma sát cắm vào lớp đất chịu lực cát hạt trung khả thi Cọc làm việc nhờ vào ma sát đất xung quanh thân cọc cường độ đất dưới mũi cọc Với công trình nhà thì ta chọn lựa phương án cọc bê tông cốt thép đài thấp I.3 Sơ lựa chọn thông số thiết kế - Số liệu công trình Tải trọng thẳng đứng: Ptc = 460T; Bộ môn Địa chất công trình Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án học đất - móng – ĐCCT-ĐKT A K58 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 cọc theo vật liệu làm cọc Pvl = φm (RbtFbt + RctFct) Trong đó: Rbtcường độ chịu nén giới hạn bê tông, lấy 40% mác bê tông; Fbtdiện tích tiết diện ngang bê tông; Rctcường độ chịu nén giới hạn cốt thép; Fcttiết diện ngang cốt thép chủ; m hệ số điều kiện làm việc, lấy 0,9; hệ số chịu uốn dọc trục, lấy 0,7 Ta có: Rbt= 40%.300 = 1200 T/m2 (Đối với cọc chế tạo sẵn thì Rbt =40% mác bê tông) Fbt = d2 – = d2 - Φ2 = 0,42 - 0,0252 = 0,158 m2 Rct = 3000 kG/cm2 = 30000 (T/m2) Fct = =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 cọc theo vật liệu là: Pvl = 156,49 (T/m2) I.5 Xác định sức chịu tải cọc theo đất I.5.1Sức chịu tải cọc ma sát tính theo kết xuyên tĩnh Bộ môn Địa chất công trình Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án học đất - móng – ĐCCT-ĐKT A K58 Pcpt = φm (F Rtc+ U.) Trong đó: φ - hệ số đồng đất, lấy 0,7; m - hệ số kể đến điều kiện làm việc, lấy 0,85; F - diện tích tiết diện ngang cọc; Rtc- sức chịu tải tiêu chuẩn đất dưới mũi cọc, theo kết quả xuyên có thể tính sau: Rtc = , với qc sức kháng xuyên đầu mũi đất mũi cọc; U- chu vi tiết diện ngang cọc; Qms - tổng ma sát xung quanh cần xuyên, tính theo ma sát thành đơn vị (Fs), Qms= (với hi fsi lần lượt chiều dày ma sát thành đơn vị trung bình lớp thứ i Chú ý 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 cọc ma sát tính theo kết quả xuyên tĩnhPx= 76,16T I.5.2 Sức chịu tải cọc ma sát tính theo kết xuyên tiêu chuẩn sau Ps= (m.N30.F + n.N30.Fs) (đơn vị tính kN ) Trong đó: Bộ môn Địa chất công trình Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án học đất - móng – ĐCCT-ĐKT A K58 m- hệ số, lấy 400 cho cọc đóng 120 cho cọc khoan nhồi n – hệ số cho cọc đóng cho cọc khoan nhồi N30- Trị số SPT đất khoảng 1d dưới mũi cọc 4d mũi cọc (d đường kính hay cạnh cọc) NN30 - Trị sô SPT trung bình 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 cọc trị số nhỏ Px Ps Suy ra: ⇒Ps= (400.34.0,4.0,4 + 0,4.4.20)= 1195KN = 119,5 T Vậy sức chịu tải cọc ma sát tính theo kết quả xuyên tiêu chuẩnPs=119,5 T • Giá trị sức chịu tải tính toán cọc trị số nhỏ Px Ps: Ptt= min(Px,Ps)=76,16 T • Để thu công hạ cọc vào đất thì trị số sức chịu tải cọc tính theo vật liệu làm cọc tối thiểu phải P vl=156,49 ˃ 2.Ptt=76,16.2= 152,32lần Ptt: (Thỏa mãn) I.6 Xác định số lượng cọc đài n =β Trong đó: Bộ môn Địa chất công trình Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án học đất - móng – ĐCCT-ĐKT A K58 hệ số kinh nghiệm kể đến ảnh hưởng tải trọng ngang momen, lấy từ ÷ 1,5 tùy theo độ lớn các loại tải trọng Công trình 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 trọng lượng đài cọc; Với khối lượng thể tích trung bình được hiệu chỉnh đất 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 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 các cọc không chờm lên dẫn đến các cọc nhóm cọc làm việc cọc đơn Chọn khoảng cách các cọc 3d Ứng suất trung bình: σtb = = = 52,89 (T/m2) Diện tích đáy đài đ= = = 10,65 (m2) = Ptc + G = 460 + 2,2 10,65= 506,86 (T) Số lượng cọc đài là: n= β= 1,3.= 8,6(cọc) Suy lấy số cọc n = 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) Bộ môn Địa chất công trình Trường Đại học Mỏ - Địa Chất – ĐCCT-ĐKT A K58 2 Đồ án học đất - móng 150 400 0 150 3100 Bộ môn Địa chất công trình Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án học đất - móng – ĐCCT-ĐKT A K58 I.7: Kiểm tra I.7.1 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên đỉnh cọc: Vì tải trọng thẳng đứng tác dụng tâm số lượng cọc xác định cọc nên không cần kiểm tra tải trọng tác dụng lên đỉnh cọc I.7.2 Kiểm tra cường độ đài cọc Kiểm tra khả trọc thủng đài cọc h2 U – chu vi tiết diện ngang cọc P0 - lực tác dụng lên cọc hay phản lực đất lên cọc [ ] - ứng suất cắt cho phép 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 đất mũi cọc Để kiểm tra, ta coi đài cọc, cọc đất xung quanh cọc một móng khối quy ước được xác định góc mở : = - góc ma sát trung bình các lớp đất từ mũi cọc trở lên = =1215’0’’ – góc ma sát lớp thứ i li – chiều dày lớp đất thứ I mà cọc xuyên qua l – chiều dài cọc Bộ môn Địa chất công trình Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án học đất - móng – ĐCCT-ĐKT A K58 =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 + = 20 (m) Khối lượng đáy móng quy ước bao gồm trọng lượng đài cọc, các cọc đất các cọc Trọng lượng cọc N3đ = 9.(d2.h)tb = 9.0,42.18.2,2 = 57,02(T) Tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên đáy móng N1đ= Fđ.tb.hđ = 4.722.2,2.2= 98,02T (Trọng lượng từ đế đài trở lên) N2đ= = (1,88.3+1,51.12+2,08.5).4,722= 761,03(T) (Trọng lượng từ đế đài trở xuống) Nđ = N1đ + N2đ + N3đ= 98,02+ 761,03+ 57,02= 916,07( T) Sức chịu tải tính toán đất đáy khối móng quy ước Rtc = (A.Bqư + B.Hqư + c.D Góc ma sát = 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 đất dưới mũi cọc phải thỏa mãn điều kiện sau: Bộ môn Địa chất công trình Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án học đất - móng – ĐCCT-ĐKT A K58 = Rtc= 272,30(T/m2) Vậy đất dưới mũi cọc đủ khả chịu lực A Ptc B CHƯƠNG II: Tính lún móng cọc Bộ môn Địa chất công trình Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án học đất - móng – ĐCCT-ĐKT A K58 Ứng suất bản thân đất khối móng quy ước bt==(5.1,88 + 12.1,51 + 3.2,08)= 33,76 (T/m ) Áp lực gây lún đáy móng Pgl = - bt= - bt= –33,76= 28(T/m2) Phân bố ứng suất đất: - ứng suất đất nền: = - ứng suất tải trọng = ko Pgl (ko hệ số cha bảng) Chia đất dưới đáy móng khối quy ước thành nhiều lớp có chiều dày , lớp dày 1m Độ sâu z (Tín h từ mũi cọc) z/b l/b ko Ứng suất gây lún 1 28 Ứng suất bản thân 33.76 0.21 0.94 26.32 35.84 0.42 0.64 1 0.77 0.551 21.56 15.43 37.92 40 0.85 0.42 11.76 42.08 1.06 0.31 8.68 44.16 Độ lún tông S= Si 0.000 0.000 0.001 0.000 0.000 0.003 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 5m kể từ đáy móng quy ước Độ lún - Độ lún tâm móng được tính theo công thức sau: Bộ môn Địa chất công trình Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án học đất - móng – ĐCCT-ĐKT A K58 S= hi: chiều dày phân tố lớp thứ i ứng suất gây lún hệ số tra bảng lấy 0,8 E tổng mô đun biến dạng lớp phân tố thứ i Vậy độ lún tổng cộng Si =0,0032 (m)= 3,2mm Sgh= 8cm: thỏa mãn điều kiện cho phép Bộ môn Địa chất công trình Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án học đất - móng – ĐCCT-ĐKT A K58 Ptc 35,84 29,85 37,92 40,00 17,50 24,46 42,08 13,34 44,16 9,85 46,24 7,56 48,32 5,65 50,40 4,57 Bộ môn Địa chất công trình Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án học đất - móng – ĐCCT-ĐKT A K58 Kết Luận Sau một thời gian được hướng dẫn TS Nguyễn Văn Phóng với việc vận dụng các kiến thức được học hai môn học “cơ học đất” “nền – móng công trình”, đến em hoàn thành xong đồ án mình Trong quá trình thực còn thiếu kinh nghiệm nên đồ án còn nhiều thiếu sót, kính mong Thầy Cô các bạn góp ý để em có thể hoàn thiện đồ án môn học sắp tới Em xin chân thành cảm ơn!!! Bộ môn Địa chất công trình Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án học đất - móng – ĐCCT-ĐKT A K58 Ptc 36,77 29,42 38,86 23,40 40,95 17,39 43,04 12,25 45,13 8,97 47,22 6,79 49,31 5,33 51,4 3,99 Bộ môn Địa chất công trình Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án học đất - móng Bộ môn Địa chất công trình – ĐCCT-ĐKT A K58 Trường Đại học Mỏ - Địa Chất