Đồ án tốt nghiệp ĐHXD - Tính toán móng cọc

Công trình 9 tầng, 1 tầng bán hầm. Chiều cao 39,6m.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XÂY DỰNG – TRUNG TÂM KỸ THUẬT CHỈ HUY CỤC 682 – BỘ CÔNG AN GVHD KẾT CẤU: ThS. VŨ HOÀNG – GVHD THI CÔNG: KS. NGUYỄN DUY NGỤ CHƯƠNG III TÍNH TOÁN KẾT CẤU MÓNG I. ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH – MẶT BẰNG KẾT CẤU MÓNG 1. MÔ TẢ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH 1.1. ĐỊA TẦNG - Theo kết quả khảo sát thì đất nền gồm các lớp đất khác nhau. Do độ dốc của các lớp đất nhỏ, chiều dày khá đồng đều nên theo một cách gần đúng có thể xem nền đất tại mọi điểm của công trình đều có chiều dày và cấu tạo như mặt cắt địa chất điển hình (như hình vẽ). - Địa tầng được phân chia theo thứ tự từ trên xuống dưới với các chỉ tiêu cơ lý như sau: Lớp Tên đất Dày tn γ (kN/m 3 ) Hệ số rỗng e W (%) ϕ C (kG/cm 2 ) E (MPa) 1 Cát san lấp 1 - - - - - - 2 Bùn sét dẻo 7,5 14,5 2,2 84,07 3 o 55’ 0,048 0,753 3 Cát pha dẻo 16,4 20,2 0,538 20,2 24 o 46’ 0,068 8,4 4 Cát trung chặt vừa 10 20,5 0,57 17,85 33 o 2’ 0,049 28,61 5 Sét pha lẫn sạn, trạng thái cứng - 20,7 0,543 21,8 20 o 42’ 0,281 46,3 SVTH: HOÀNG KHÁNH VŨ (9553.54 – 54XD10) TRANG 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XÂY DỰNG – TRUNG TÂM KỸ THUẬT CHỈ HUY CỤC 682 – BỘ CƠNG AN GVHD KẾT CẤU: ThS. VŨ HỒNG – GVHD THI CƠNG: KS. NGUYỄN DUY NGỤ ±0.00 -2.00 -4.00 -6.00 -8.00 -10.00 -12.00 -14.00 -16.00 -18.00 -20.00 -22.00 -24.00 -26.00 -28.00 -30.00 -32.00 -34.00 -36.00 -38.00 -40.00 -42.00 -44.00 -46.00 -48.00 -50.00 -52.00 -54.00 -56.00 -58.00 -60.00 ±0.00 -2.00 -4.00 -6.00 -8.00 -10.00 -12.00 -14.00 -16.00 -18.00 -20.00 -22.00 -24.00 -26.00 -28.00 -30.00 -32.00 -34.00 -36.00 -38.00 -40.00 -42.00 -44.00 -46.00 -48.00 -50.00 -52.00 -54.00 -56.00 -58.00 -60.00 LỚP1: CÁT SAN LẮP LỚP4: CÁT TRUNG CHẶT VỪA LỚP5: SÉT PHA LẪN SẠN, TRẠNG THÁI CỨNG MNN -6.5m +1.00 +1.00 MĐTN LỚP2: BÙN SÉT DẺO LỚP3: CÁT PHA DẺO MẶT CẮT TRỤ ĐỊA CHẤT 1.2. ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT - Lớp đất số 1: Trên mặt là cát san lấp: cát, sạn sỏi có chiều dày trung bình 1m. Lớp đất này sẽ được loại bỏ khi làm tầng hầm. SVTH: HỒNG KHÁNH VŨ (9553.54 – 54XD10) TRANG 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XÂY DỰNG – TRUNG TÂM KỸ THUẬT CHỈ HUY CỤC 682 – BỘ CÔNG AN GVHD KẾT CẤU: ThS. VŨ HOÀNG – GVHD THI CÔNG: KS. NGUYỄN DUY NGỤ - Lớp đất số 2: Lớp bùn sét màu xám đen, ở trạng thái chảy, khả năng chịu tải yếu, có chiều dày không quá lớn (7,5m). Lớp đất này không thể sử dụng làm nền móng cho công trình. - Lớp đất số 3: Lớp cát pha màu xám vàng, lẫn ít sỏi sạn laterite, trạng thái dẻo, khả năng chịu tải khá lớn. Chiều dày 16,4m có thể xem xét để làm nền cho công trình. - Lớp đất số 4: Lớp cát trung, thô, màu xám trắng, lẫn sạn sỏi thạch anh, trạng thái chặt vừa, khả năng chịu tải lớn, biến dạng lún nhỏ, chiều dày lớn (10m), thích hợp để làm nền móng cho công trình. - Lớp đất số 5: Lớp sét pha màu xám trắng, loang lỗ nâu đỏ, lẫn sạn cát mịn, ở trạng thái cứng. Lớp đất này có khả năng chịu tải lớn, chiều dày lớn, thích hợp làm nền móng cho công trình. 1.3. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NỀN MÓNG - Trên mặt bằng chỉ bố trí 2 hố khoan chưa xem xét được hết điều kiện địa chất ở dưới tất cả các cọc. Tuy nhiên một cách gần đúng có thể xem nền đất tại mọi điểm dưới công trình có chiều dày và cấu tạo như mặt cắt địa chất điển hình với các chỉ tiêu cơ lý như trên. Do đó, ta có thể dựa vào kết quả trên để tính móng. - Nước ngầm ở khu vực khảo sát dao động tuỳ theo mùa. Mực nước tĩnh mà ta quan sát được nằm khá sâu, cách cốt thiên nhiên 6,5 m. Nếu lựa chọn giải pháp móng sâu, mực nước ngầm ít ảnh hưởng đến công trình. Khi thi công tầng hầm ở cao độ -1,5 m (so với cốt tự nhiên) khá thuận lợi. - Lớp đất số 2 dưới mặt đáy tầng hầm là đất yếu nên giải pháp sử dụng móng nông (móng băng, móng bè trên nền thiên nhiên) là không khả thi. Do đó giải pháp móng sâu (móng cọc) là giải pháp thích hợp. SVTH: HOÀNG KHÁNH VŨ (9553.54 – 54XD10) TRANG 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XÂY DỰNG – TRUNG TÂM KỸ THUẬT CHỈ HUY CỤC 682 – BỘ CÔNG AN GVHD KẾT CẤU: ThS. VŨ HOÀNG – GVHD THI CÔNG: KS. NGUYỄN DUY NGỤ - Các lớp đất 3 và 4 có khả năng chịu tải khá, chiều dày khá lớn. Tuy nhiên lớp đất 3 lại nằm khá gần cốt tự nhiên, do đó để đảm bảo chiều dài cọc thì chọn phương án mũi cọc được ngàm vào lớp đất số 4. 2. KÍCH THƯỚC – SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 2.1. CẤU TẠO CỌC - Bê tông B25 có: R n = 145 daN/cm 2 R k = 10,5 daN/cm 2 - Cốt thép chịu lực AII: R s = R sc = 2800 daN/cm 2 - Thép đai nhóm AI: R ad = 1750 daN/cm 2 2.2. SƠ BỘ CHỌN CHIỀU SÂU ĐÁY ĐÀI - Thiết kế mặt đáy đài trùng với mép trên kết cấu sàn tầng hầm (-1.50m so với mặt đất tự nhiên). - Móng cọc được thiết kế là móng cọc đài thấp vì vậy độ sâu của đài phải thoả mãn điều kiện lực ngang tác động ở đáy công trình cân bằng với áp lực đất tác động lên đài cọc. - Chọn chiều cao đáy đài là: h đ = 1,5m. - Chiều sâu đặt đáy đài từ cốt đất tự nhiên (quy ước 0.00) là -3.00m - Chiều sâu đặt đáy đài nhỏ nhất được thiết kế với yêu cầu cân bằng áp lực ngang theo giả thiết tải ngang hoàn toàn do lớp đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận. SVTH: HOÀNG KHÁNH VŨ (9553.54 – 54XD10) TRANG 4 H m N M Q h ñ Q M 1 E p -E a ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XÂY DỰNG – TRUNG TÂM KỸ THUẬT CHỈ HUY CỤC 682 – BỘ CÔNG AN GVHD KẾT CẤU: ThS. VŨ HOÀNG – GVHD THI CÔNG: KS. NGUYỄN DUY NGỤ - Dùng ax 59,16( ) m Q kN= để kiểm tra điều kiện cân bằng áp lực ngang đáy đài theo công thức thực nghiệm: φ γ ≥ = − max min 2 0.7 (45 ) 2 tt o m d Q H h tg B = − = < = min 3, 55 2.59,16 0.7 (45 ) 1,19 3 2 14, 5.2, 5 o m h tg m H m (giả thiết bề rộng đài là 2,5 m) - Vậy chiều sâu đáy móng thoả mãn điều kiện cân bằng áp lực ngang nên ta có thể tính toán móng với giả thiết tải ngang hoàn toàn do lớp đất trên từ đáy đài tiếp nhận. 2.3. KÍCH THƯỚC CỌC - Sơ bộ chọn cọc đặc có tiết diện vuông 35x35 (cm). 2 0,35 0,35 0,1225( ) c cmA = × = - Cốt thép dọc 4 18 φ có 2 10,18 s A cm = . - Chiều dài cọc được tính gồm: đoạn cốt thép neo vào đài cọc 30d 54 neo l cm = = , đoạn đầu cọc nằm trong đài 10 d l cm= , đoạn cọc trong đất tĩnh dưới đáy đài l c . + Sơ bộ chọn chiều dài cọc đảm bảo mũi cọc được ngàm vào lớp đất 4, chiều dài đoạn ngàm phải lớn hơn 3 lần kích thước tiết diện cọc: 3D N c L > SVTH: HOÀNG KHÁNH VŨ (9553.54 – 54XD10) TRANG 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XÂY DỰNG – TRUNG TÂM KỸ THUẬT CHỈ HUY CỤC 682 – BỘ CÔNG AN GVHD KẾT CẤU: ThS. VŨ HOÀNG – GVHD THI CÔNG: KS. NGUYỄN DUY NGỤ + Mũi cọc nằm ở độ sâu ngàm 1,2 (m) trong lớp đất 4 (cát trung chặt vừa). Mũi cọc nằm ở độ sâu -25,1 (m) so với cốt tự nhiên. + Đoạn cọc nằm trong đài: 0,6 (m). + Đoạn cọc nằm trong đất (giả thiết đáy đài ở độ sâu -3 m): 22,1 (m). => Chiều dài cọc: L = 22,7 (m) gồm hai đoạn cọc: cọc 1 (11,7m) và cọc 2 (11m). ±0.00 -2.00 -4.00 -6.00 -8.00 -10.00 -12.00 -14.00 -16.00 -18.00 -20.00 -22.00 -24.00 -26.00 -28.00 -30.00 -32.00 -34.00 -36.00 -38.00 -40.00 LÔÙP 2 LÔÙP 3 LÔÙP 5 600 15001500 22100 MNN LÔÙP 1 +1.00 MÑTN -3.00 -6.50 -25.10 LÔÙP 4 2.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 2.4.1. SỨC CHỊU TẢI THEO VẬT LIỆU LÀM CỌC - Sức chịu tải theo vật liệu của cọc được tính theo công thức: ( ) s s vl b b P R A R A ϕ = + Trong đó: SVTH: HOÀNG KHÁNH VŨ (9553.54 – 54XD10) TRANG 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XÂY DỰNG – TRUNG TÂM KỸ THUẬT CHỈ HUY CỤC 682 – BỘ CÔNG AN GVHD KẾT CẤU: ThS. VŨ HOÀNG – GVHD THI CÔNG: KS. NGUYỄN DUY NGỤ ϕ : hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc, phụ thuộc vào độ mảnh của cọc 2 0,00161,028 0,0000288 λϕ λ −= − 0 l d λ = với 0 l vl= Do cọc ngàm vào trong đài và mũi cọc tựa trên nền đất cứng nên 0,7v = => 0 0,7 22,1 15,5l vl m= = × = => 0 15,5 44 0,35 l d λ = = = => 2 0,0016 44 0,911,028 0,0000288 44 ϕ − × == − × b R : cường độ chịu nén của bêtông B25. 2 0,145 / n T cmR = . b A : diện tích mặt cắt ngang của cọc. s R : cường độ tính toán của cốt thép AIII. 2 3,65 / a T cm R = . s A : diện tích tiết diện ngang của cốt dọc. 2 10,18 a cm F = . => [ ]0,91. 0,145.(35.35 10,18) 3,65.10,18 195 vl P T= − + = 2.4.2. SỨC CHỊU TẢI THEO CƯỜNG ĐỘ ĐẤT NỀN a) Công thức tổng quát: - SCT cực hạn: u s p Q Q Q= + Trong đó: SVTH: HOÀNG KHÁNH VŨ (9553.54 – 54XD10) TRANG 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XÂY DỰNG – TRUNG TÂM KỸ THUẬT CHỈ HUY CỤC 682 – BỘ CÔNG AN GVHD KẾT CẤU: ThS. VŨ HOÀNG – GVHD THI CÔNG: KS. NGUYỄN DUY NGỤ • s Q : ma sát thân cọc (T). o s s s Q A f = : cọc nằm trong một lớp đất (T). o 1 n i s si si Q A f = = ∑ : cọc nằm trong n lớp đất (T). • p Q : sức kháng mũi cọc (T). o p p p Q A q = (T). Trong đó: o si A : diện tích mặt bên cọc nằm trong lớp đất i (m 2 ). o si f : ma sát đơn vị thân cọc lớp đất i (T/m 2 ). ' *tan si ai ai hi f c σ ϕ = + Với: o ai c : lực dính giữa thân cọc và lớp đất i (T/m 2 ), với cọc BTCT, 0,7 ai cc = trong đó c là lực dính của lớp đất thứ i. o ' hi σ : ứng suất hữu hiện trong đất do tải trọng bản thân các lớp đất ở trạng thái tự nhiên gây ra theo phương vuông góc với mặt bên cọc của lớp đất thứ i (T/m 2 ). o ai ϕ : góc ma sát trong giữa cọc và lớp đất i, với cọc BTCT lấy a ϕ ϕ = (góc ma sát trong của lớp đất thứ i, độ). o p A : diện tích tiết diện mũi cọc (m 2 ). SVTH: HOÀNG KHÁNH VŨ (9553.54 – 54XD10) TRANG 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XÂY DỰNG – TRUNG TÂM KỸ THUẬT CHỈ HUY CỤC 682 – BỘ CÔNG AN GVHD KẾT CẤU: ThS. VŨ HOÀNG – GVHD THI CÔNG: KS. NGUYỄN DUY NGỤ o p q : cường độ chịu tải cực hạn của đất mũi cọc (T/m 2 ) ' * * * * c vp q p p c N N d N q γ σ γ = + + Với: o c : lực dính đất nền dưới mũi cọc (T/m 2 ) o ' vp σ : ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất ở trạng thái tự nhiên (T/m 2 ). o , , c q N N N γ : hệ số SCT, phụ thuộc vào ma sát trong của đất, hình dạng mũi cọc, phương pháp thi công cọc (tra theo biểu đồ quan hệ). o ( 1)*cot c q N N g ϕ = − o 2 tan tan (45 )* 2 q eN π ϕ ϕ = + o 2 *( 1)*tan q N N γ ϕ = + o γ : trọng lượng thể tích đất ở độ sâu mũi cọc (T/m 3 ). o p d : bề rộng tiết diện cọc. SVTH: HOÀNG KHÁNH VŨ (9553.54 – 54XD10) TRANG 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XÂY DỰNG – TRUNG TÂM KỸ THUẬT CHỈ HUY CỤC 682 – BỘ CÔNG AN GVHD KẾT CẤU: ThS. VŨ HOÀNG – GVHD THI CÔNG: KS. NGUYỄN DUY NGỤ - SCT cho phép của cọc: S S p s s p a Q Q F F Q + = Với: o S s F : hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, 1,5 2,0S s F = ÷ . o S p F : hệ số an toàn cho sức chống mũi cọc, 2,0 3,0S p F = ÷ . b) Công thức đơn giản tính gần đúng cho từng loại đất: - SCT cực hạn của cọc trong đất dính: u s p s u p c u Q Q Q A c A N c α = + = + Với: o u c : sức chống cắt không thoát nước của đất nền (T/m 2 ), '*tan u uu c c σ ϕ = + , với uu c : lực dính đơn vị của đất theo TN UU (không cố kết không thoát nước), ' σ : ứng suất pháp tuyến hữu hiệu, trong trường hợp cọc thẳng đứng, ma sát dọc thân cọc => ' σ vuông góc với thân cọc. o α : hệ số, không có thứ nguyên. Đối với cọc đóng lấy theo hình B.1 trong TCVN 205-1998 thiết kế móng cọc, với cọc nhồi lấy từ 0,3 0,45÷ cho sét dẻo cứng và 0,6 0,8÷ cho sét dẻo mềm. o c N : hệ số sức chịu tải lấy bằng 9,0 cho cọc đóng trong sét cố kết thường và 6,0 cho cọc nhồi. o Lưu ý : Hệ số an toàn khi tính toán SCT của cọc theo công thức trên lấy bằng 2,0 3,0÷ SVTH: HOÀNG KHÁNH VŨ (9553.54 – 54XD10) TRANG 10 . -2 .00 -4 .00 -6 .00 -8 .00 -1 0.00 -1 2.00 -1 4.00 -1 6.00 -1 8.00 -2 0.00 -2 2.00 -2 4.00 -2 6.00 -2 8.00 -3 0.00 -3 2.00 -3 4.00 -3 6.00 -3 8.00 -4 0.00 -4 2.00 -4 4.00 -4 6.00. -4 6.00 -4 8.00 -5 0.00 -5 2.00 -5 4.00 -5 6.00 -5 8.00 -6 0.00 ±0.00 -2 .00 -4 .00 -6 .00 -8 .00 -1 0.00 -1 2.00 -1 4.00 -1 6.00 -1 8.00 -2 0.00 -2 2.00 -2 4.00 -2 6.00 -2 8.00 -3 0.00