Đồ án môn học Nền Móng Thiết kế Móng Cọc đài thấp 1- Tài liệu công trình - Kích thớc mặt kết cấu phần trên: Chiều dài l = m, b = m (H×nh 1) - Các tải trọng tác dụng lên công trình: Tải trọng tính toán: - Tải đứng trọng thẳng Ntt = - Tải trọng nằm ngang Ttt = - Mô men uốn Mtt = Tải trọng tiêu chuẩn: - Tải đứng trọng thẳng Ntc = - Tải trọng nằm ngang Ttc = - Mô men uốn Mtc = - Độ lún giới hạn : Sgh = cm 2- Tài liệu địa chất a) Đề từ số đến sè 20 §Êt nỊn gåm hai líp : - Líp đất cát hạt vừa, độ chặt trung bình; góc ma sát = 300 ; trọng lợng riêng = 19 KN/m3 Lớp đất dầy m kể từ mặt đất - Lớp dới ®Êt ¸ sÐt cã ®é sƯt B = 0,3; hƯ số rỗng = 0,6; góc ma sát = 160 , lùc dÝnh c = 15 KN/m2, träng lợng riêng = 19 KN/m3 , môđun biến dạng E0 = 30000 KN/m2 Mực nớc sông sâu m b) Đề từ số 21 đến số 40 Đất gồm hai lớp : - Lớp đất cát hạt vừa, độ chặt trung bình; góc ma sát = 280 ; trọng lợng riêng = 18 KN/m3 Lớp đất dầy m kể từ mặt đất - Lớp dới đất sét có độ sệt B = 0,3; hệ số rỗng = 0,6; gãc ma s¸t ϕ = 180 , lực dính c = 16 KN/m2, trọng lợng riêng = 18,5 KN/m3 , môđun biến dạng E0 = 30000 KN/m2 Mực nớc sông sâu m c) Đề từ số 41 đến số 60 Đất gồm hai lớp : - Lớp đất cát hạt vừa, độ chặt trung bình; góc ma sát = 300 ; trọng lợng riêng = 19 KN/m3 Lớp đất dầy m kể từ mặt đất - Lớp dới đất sét có độ sệt B = 0,3; hệ số rỗng = 0,6; góc ma s¸t ϕ = 180 , lùc dÝnh c = 16 KN/m2, trọng lợng riêng = 18,5 KN/m3 , môđun biến dạng E0 = 30000 KN/m2 Mực nớc sông sâu m d) Đề từ số 61 ®Õn sè 80 §Êt nỊn gåm hai líp : - Lớp đất cát hạt vừa, độ chặt trung bình; góc ma sát = 280 ; trọng lợng riêng = 18,5 KN/m3 Lớp đất dầy m kể từ mặt đất - Lớp dới đất sét có độ sệt B = 0,3; hệ số rỗng = 0,6; góc ma sát ϕ = 180 , lùc dÝnh c = 15 KN/m2, trọng lợng riêng = 18,5 KN/m3 , môđun biến dạng E0 = 30000 KN/m2 Mực nớc sông sâu m 8m m m H×nh 2: KÝch thíc sơ chọn đài cọc 7m 5m Hình 1: Kích thớc mặt Kết cấu phần 10 m Lớp Lớp Hình 3: Sơ đồ Móng cọc líp ®Êt _ 3- Yêu cầu thiết kế - Thuyt minh thit kế phải đợc bố cục hợp lý, trình bầy rõ ràng, giấy trắng khổ A4 - Các hình vẽ rõ ràng, nghiêm túc Những biểu đồ biểu diễn đại lợng cần phải thể hệ toạ độ chọn tỷ lệ thích hợp, vẽ giấy kẻ ly khổ A4 - Quá trình tính toán đại lợng nh: tính sức kháng ma sát đất xung quanh cọc, tính ứng suất thân, ứng suất tăng thêm dới khối móng quy ớc, tính lún cho lớp đất chia v.v phải đợc thể hình vẽ bảng biểu thích hợp - án đợc đóng thành quyển; chữ bìa đợc in theo nội dung quy định (có ghi số đề bài) phải nộp hạn Hớng dẫn Đồ án môn học Tính toán Móng cọc đài thấp Các bớc thiết kế bản: Chọn loại móng cọc: - Căn vào tài liệu địa chất, tầng đá lớp đất cứng nằm sâu, chọn loại móng cọc ma sát thích hợp - Ph¬ng trơc cäc: Trong thiÕt kÕ mãng cäc, t thc vào trị số tải trọng ngang tác dụng lên đầu cọc mà ngời ta định bố trí cọc thẳng đứng, nghiêng chiều hai chiều Vì tải trọng ngang công trình tơng đối nhỏ (Ttt =700ữ 900 KN) nên bố trí cọc thẳng đứng Sau xác định đợc số lợng cọc (n), ta kiểm tra lại theo công thức: Hng = Ttt < Pngc n (1) Trong ®ã: Hng – Tải trọng ngang tác dụng lên cọc; Pngc Sức chịu tải tính toán theo phơng ngang cọc Chọn độ sâu đặt đài cọc sơ chọn kích thớc đài cọc: a) Chọn độ sâu đặt đài cäc: - HiÖn ngêi ta cho r»ng mãng cäc đài thấp có đài đặt sâu đất, cho tải trọng nằm ngang tác dụng vào đài hoàn toàn đất phía trớc đài chịu; nh thân cọc không chịu lực ngang, mà chịu tải trọng dọc trục Muốn độ sâu đặt đài cọc phải thoả mãn điều kiện sau : hb ≥ αhmin (2) HÖ sè α < 1, thêng lÊy = 0,5 ữ 0,7, dùng dể xét ảnh hởng lực ma sát đáy mặt bên đài với đất Độ sâu tối thiểu đặt đài cọc h rút từ điều kiện cân tổng tải trọng ngang (T tt) áp lực bị động đất từ đáy đài trở lên (Eb) : hmin = tg(450- 2Ttt ϕ ) lb γ (3) _ - Trªn thực tế trờng hợp đài thấp có cọc phải chịu lực ngang, có quy định kiểm tra khả chịu tải ngang cọc Vì vậy, điều kiện (2) để tham khảo, tốt cần vào điều kiện làm việc thực tế công trình để chọn sơ độ sâu đặt đáy đài cọc, sau kiểm tra theo điều kiện (1) đặc điểm công tr×nh ta chän h b = m kĨ tõ mặt đất tự nhiên b) Kích thớc đài cọc thờng chọn lớn kích thớc phần công trình phải đảm bảo đủ diện tích để bố trí cọc móng Chọn loại cọc, chiều dài, kích thớc tiết diện phơng án thi công: Chọn loại cọc bê tông đúc sẵn, chiều dài 20,4 m ( phần cọc ngàm vào đài 0,4 m ), tiết diện cọc 0,3 ì 0,3 m, bê tông mác 300, cốt thép dọc chịu lực gồm 426 loại có gờ cán nóng CT5 Vì móng chịu mô men lớn nên ngàm cọc vào đài cách phá vỡ phần bê tông đầu cọc cho trơ cốt thép dọc đoạn 0,2 m, chôn thêm đoạn cọc 0,2 m giữ nguyên vào đài Dùng búa điêzen để đóng cọc Xác định sức chịu tải cọc theo vật liệu làm cọc theo đất nền: a) Theo vật liệu làm cọc, khả chịu lực cọc đợc xác định theo công thức: Pvl = mc (mcbRbFb + RaFa ) (4) ®ã, mc -Hệ số điều kiện làm việc, lấy cọc đợc chế tạo đất 0,6; cọc lại 1,0; mcb -hệ số làm việc bê tông; Rb, Ra -sức kháng nén tính toán tơng ứng bê tông cốt thép; Fb, Fa -diện tích tiết diện ngang tơng ứng bê tông vµ cèt thÐp Fb cã thĨ lÊy b»ng diƯn tÝch tiÕt diƯn cäc; víi cèt thÐp CT5 th× cã thĨ chän R a = 24.000 T/m2 b) Theo cêng ®é đất nền, khả chịu lực cọc đợc xác định theo công thức: Pđn = mc (mRRF + uΣmf fi li ); (5) ®ã, mc -hƯ sè ®iỊu kiƯn lµm viƯc cđa cäc ®Êt cã thĨ lÊy m = 1; R -søc kh¸ng tÝnh to¸n cđa ®Êt díi mòi cäc, tra b¶ng V-1; F -diƯn tÝch tựa lên đất cọc, lấy diện tích tiết diƯn ngang cđa cäc; u -chu vi cđa cäc; fi - sức kháng tính toán lớp đất thứ i mặt bên cọc, tra bảng V-2; li -chièu dầy lớp đất thứ i tiếp giáp với mặt bên cọc, theo TCXD cần chia lớp đất với li m ; mR, mf -các hệ số điều kiện làm việc đất tơng ứng dới mũi cọc bề mặt bên cọc, phụ thuộc vào phơng pháp hạ cọc sức kháng đất, tra bảng V-3 fi R _ Khả chịu tải cọc lấy với giá trị nhỏ hai trị số Pvl Pđn Xác định số lợng cọc bố trí cọc móng: a) Số lợng cọc (n) móng đợc xác định theo công thức: n= N (6) Pc ®ã, β - hƯ sè xÐt ®Õn sù gia tăng số cọc, tuỳ thuộc mức độ lệch tâm tải trọng, lấy 1,1 ữ 1,3 N - tải trọng dọc trục cọc tác dụng đáy đài N = Ntt + Gđc; Gđc- trọng lợng đài cọc, đợc tính với trọng lợng riêng bê t«ng γ bt = 25KN/m ; Pdn , kc Pc - khả chịu tải cọc, Pc = (7) kc - hƯ sè tin cËy cã thĨ lÊy 1,4 Số lợng cọc nên chọn cho bố trí cọc đảm bảo số cọc hàng lµ nh b) Bè trÝ cäc: Cã thĨ bè trÝ cäc theo hai c¸ch: - Bè trÝ c¸c cäc để chúng chịu tải trọng công trình truyền xuống nh Theo cách khoảng cách cọc không nhau, tiết kiệm đợc số lợng cọc, nhng thi công phức tạp - Bố trí khoảng cách cọc Theo cách cọc chịu lực khác nhau, nhng thi công đơn giản nên thực tế thờng hay đợc áp dụng Theo quy định, khoảng cách tâm cọc phải lớn lần nhỏ lần đờng kính hay cạnh cọc, khoảng cách từ mép đài cọc đến tâm cọc gần không nhỏ 1,5 lần đờng kính cạnh cọc Kiểm tra khả chịu tải cọc: Để đảm bảo ổn định mặt cờng độ, trớc hết cọc phải đảm bảo đợc tải trọng mà công trình truyền xuống cho nó, nghĩa phải thoả mãn điều kiện sau: a) Đối với tải trọng thẳng đứng: Pmax Pc ; Pmin > (8) đó, Pmax, Pmin tải trọng thẳng đứng truyền cho cọc biên (cọc chịu lực lớn nhỏ tơng ứng) P max = ∑N ± M x n ∑x y max i (9) đó, N -tải trọng dọc trục cọc tác dụng đáy đài (đã tính trên), n -số cọc móng, My -mô men trục y đáy đài; My = Mtt + Ttt h ; h = m ; xmax -kho¶ng cách cọc biên, xi -khoảng cách cọc thứ i tới trục y b) Đói với lực tác dụng ngang: cọc cần đảm bảo điều kiện sau, Png ≤ Pngc (10) _ đó, Png -tải trọng ngang truyền cho cọc ( giả thiết tải trọng ngang truyền cho c¸c cäc mãng, Png = Ttt / n ) Pngc-khả chịu tải cho phép cọc đợc lấy theo điều 4.4.1 Tiêu chuẩn thiết kế Móng cọc - TCXD 205 :1998 Trong phạm vi đồ án, dùng cách tra bảng: với loại đất cát cỡ hạt trung bình, trạng thái chặt vừa, cọc thuộc loại bê tông cốt thép tiết diện 0,3 ì 0,3 cã thĨ lÊy Pngc = 60 KN Chó ý: - Nếu điều kiện không thoả mãn cần phải tăng thêm số cọc, tăng thêm chiều dài hay tiết diện cọc - Trong này, trị số tải trọng ngang nhỏ nên không cần kiểm tra khả mang tải móng cọc, nghĩa không cần kiểm tra trợt cắt ngang qua cọc cắt sâu xuống Kiểm tra móng cọc theo trạng thái giới hạn biến dạng Vì lực ngang nhỏ so với lực thẳng đứng nên yêu cầu kiểm tra độ lún móng cọc ma sát Độ lón cđa nỊn mãng cäc ( khèi mãng quy íc ) tính theo TCXD 205 :1998 Để tính toán cần thực bớc sau: a) Xác định kích thớc cđa mãng khèi quy íc: D A CÇn thĨ hiƯn hình vẽ mặt cắt móng khối quy ớc, ®ã: α= (11) ϕtb = ϕ tb ; hc ϕ1 h1 + ϕ h2 + ; h1 + h2 + B (12) - ChiỊu réng cđa khèi mãng quy íc, Bm = bc + hc tg(ϕtb / 4); (13) - ChiỊu dµi cđa khèi mãng quy íc, Lm = lc + hc tg(ϕtb / 4); C bc Bm (14) ®ã: hc - chiỊu dài cọc đất kể từ đáy đài; bc, lc - khoảng cách hai mép cọc theo chiều rộng chiều dài móng cọc b) Xác định cờng độ áp lực thẳng đứng mặt khèi mãng quy íc: p max = §é lƯch t©m ∑N 6e 1 ± ; Bm Lm Bm tc e= ∑M ∑N ptb = tc pmax + pmin (15) (16) tc c) TÝnh ®é lún khối móng quy ớc: - Điều kiện để áp dụng công thức tính lún cần đảm bảo đất làm việc giai đoạn biến dạng tuyến tính, nghĩa cần đảm bảo điều kiện: ptb Rtc vµ pmax ≤ 1,2 Rtc (17) _ Rtc cờng độ tiêu chn cđa ®Êt nỊn díi khèi mãng cäc quy íc, xác định nh sau: Rtc = m1 m2 ( A. Bm + B.γ Hm + D c ) ; k (18) đó, - trọng lợng riêng đất dới đáy móng cọc - trọng lợng riêng đất phía đáy móng A, B, D - c¸c hƯ sè phơ thc gãc ϕ cđa ®Êt nỊn díi mãng cäc quy íc c - lực dính đơn vị lớp đất díi mãng cäc quy íc Bm, Lm, Hm - kÝch thíc khèi mãng quy íc m1 - hƯ sè lµm việc, phụ thuộc loại đất, xác định cách tra bảng Với đất đất sét có ®é sÖt B = 0,3, lÊy m1 =1,2 m2 - hệ số phụ thuộc độ cứng công trình loại đất Công trình không thuộc loại tuyệt đối cứng cho nªn lÊy m2 =1 k - hƯ sè phơ thuộc cách chọn tiêu lý đất Vì tiêu lý lấy theo sè liƯu thÝ nghiƯm trùc tiÕp ®èi víi ®Êt, cho nªn lÊy k = Sau kiĨm tra theo ®iỊu kiƯn (17) tho¶ m·n, ta cã thĨ tÝnh ®é lón cđa nỊn theo quan niƯm nỊn biÕn d¹ng tun tính Theo tiêu chuẩn xây dựng, cần tính cho điểm móng Theo phơng pháp cộng lún lớp, độ lún xác định theo công thức sau, S= Eo ∑σ zi hi (19) ®ã: β - hƯ số, lấy 0,8 ; Eo - môđun biến dạng, b»ng 30.000 KN/m2 ; σzi- øng st g©y lón ë lớp đất thứ i ; hi - chiều dầy lớp đất thứ i Để tính toán độ lún cÇn thùc hiƯn mét sè h m bíc: hc - Vẽ biểu đồ ứng suất thân zđ = i.hi Đờng quan hệ zđ z có gốc toạ độ pmi mặt đất tự nhiên (z =0, σz® = 0) n B - VÏ biĨu đồ ứng suất gây lún (ứng suất tăng thêm) trục với ứng suất thân điểm móng (quan hệ z với z) Tại đáy khối móng quy íc cã: σzo = ptb σz® , víi σz® cã giá trị z = Hm (zđ z Tại ®é s©u zi cã: σzi = 4K1 σzo D A opma Hm x C Bm Ha (σz∼ z ) ) z _ HƯ sè ph©n bè øng st K phơ thc tû sè L 'm / B 'm vµ z/ B 'm , tính cho điểm móng, tra bảng thích hợp môn Cơ Học Đất Lu ý: -Quá trình tính toán ứng suất phải đợc trình bầy thành bảng - Chiều sâu vùng chịu nén Ha theo tiêu chuẩn xây dựng, lấy tới độ sâu ®ã σz = 0,2 σz® - Chia vïng chÞu nén thành lớp có bề dầy hi Ha/10, tính độ lún Si lớp theo công thức: Si = β σ zi h i ; Eo (20) sau tính độ lún toàn lớp dầy Ha diểm móng khối quy ớc - KiĨm tra theo ®iỊu kiƯn S ≤ Sgh Trong thực tế tải trọng đặt lệch tâm lớn cần phải tính độ lún lệch tơng đối móng, có lực ngang lớn cần kiểm tra chuyển dịch ngang đầu cọc Lu ý: Trị số biến dạng giới hạn cho phép đợc xác định tuỳ thuộc vào loại công trình, cấp công trình, mục đích sử dụng công trình : (1)- Đối với công trình cầu: - Độ lún Sgh = 1,5 - Độ lún lệch trụ cầu Sgh = 0,75 l , (cm) - Chuyển vị ngang đỉnh trô Ugh l , (cm) = 0,5 l , (cm) l- Chiều dài nhịp ngắn tiếp giáp với trơ (tÝnh b»ng m.), lÊy Ýt nhÊt lµ 25 m (2)- Đối với nhà cửa công trình khác: Trị số biến dạng giới hạn cho phép lấy theo quy định CNIP 2.02.01-83, phụ lục 4, trang 47 (bản gốc- NXB Mockba, 2000) Sgh = ữ 15 cm ∆S L = 0,002 ÷ 0,006 gh Hà Nội, ngày 19 tháng 10 năm 2005 Soạn theo Đề cơng ĐAMH Nền Móng PGS TS Nguyễn Hữu Thái _ ... max i (9) đó, N -tải trọng dọc trục cọc tác dụng đáy đài (đã tính trên), n -số cọc móng, My -mô men trục y đáy đài; My = Mtt + Ttt h ; h = m ; xmax -khoảng cách cọc biên, xi -khoảng cách cọc... tra bảng V-1; F -diện tích tựa lên ®Êt cđa cäc, lÊy b»ng diƯn tÝch tiÕt diƯn ngang cña cäc; u -chu vi cña cäc; fi - søc kháng tính toán lớp đất thứ i mặt bên cọc, tra bảng V-2; li -chièu dầy lớp... dới khối móng cọc quy ớc, xác định nh sau: Rtc = m1 m2 ( A.γ Bm + B.γ Hm + D c ) ; k (18) đó, - trọng lợng riêng ®Êt nỊn díi ®¸y mãng cäc γ - träng lợng riêng đất phía đáy móng A, B, D - c¸c hƯ