TRANG 138 Hình 9.1-Hình trụ hố khoan 2
Chiều sâu mực nước ngầm : 5.5 (m)
Căn cứ vào kết quả khảo sát hiện trường và kết quả thí nghiệm trong phòng với 1 hố khoan , địa tầng tại công trường có thể chia thành các lớp đất chính sau:
TRANG 139 Lớp k: Đất, xà bần san lấp
Chiều dày 1.3 (m), nằm từ mặt đất tự nhiên đến -1.3 (m).
Lớp 1: Bùn sét, màu xám đen – xám xanh, trạng thái chảy
Chiều dày 30.9 (m), độ sâu từ -1.3 (m) đến -32.2 (m).
Lớp 2: Cát pha màu xám đen – xám vàng
Chiều dày 6.2 (m), độ sâu từ -32.2 (m) đến -38.4 (m).
Lớp 3: Cát pha màu xám vàng – nâu hồng
Chiều dày 8 (m), độ sâu từ -38.4 (m) đến -46.4 (m).
Các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất trong hố khoan được trình bày như sau:
Bảng 9.1- Các chỉ tiêu cơ lý của đất 9.2.2.Đánh giá tính chất của đất nền
Lớp k: Đất, xà bần san lấp, có chiều dày 1.3(m). Lớp này sẽ được loại bỏ khi làm tầng
hầm.
Lớp 1: Bùn sét, màu xám đen – xám xanh, trạng thái chảy.Là lớp đất yếu (có chỉ số SPT=1) nên không thể sử dụng làm móng cho công trình.
Lớp 2: Cát pha màu xám đen – xám vàng. Chỉ số SPT từ 36-50 nên có thể sử dụng lớp đất này làm nền móng công trình.
TRANG 140
Lớp 3: Cát pha màu xám vàng – nâu hồng. Chỉ số SPT từ 15-23 nên có thể sử dụng lớp đất này làm nền móng công trình.
9.3. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP MÓNG CHO CÔNG TRÌNH
Công trình có nhịp tương đối và quy mô công trình là 18 tầng nên tải trọng truyền xuống móng là khá lớn nên các giải pháp móng có thể xét đến là:
- Móng nông: chỉ có thề là móng bè, có thể sử dụng móng bè trên nền cọc tuy nhiên cần phải kiểm tra cường độ đất nền.
- Móng sâu: móng cọc ly tâm dự ứng lực.
9.3.1.Phương án móng bè
Để khảo sát tính khả thi của phương án móng nông sinh viên thử chọn phương án móng bè
Sơ bộ chiều dày móng bè có bề dày h = 1.2m, chiều sâu đáy móng -3.000 m. Kích thước móng bằng kích thước tầng hầm.
Áp lực tính toán tác dụng lên đất nền theo Error! Reference source not found.
' 1 2 II II II II tc m m R A.b. B.h. D.c k Trong đó:
m1, m2 lần lượt là hệ số điều kiện làm việc của đất nền và hệ số làm việc của nhà hoặc công trình có tác dụng qua lại với nền, m1 = 1.1, m2 =1 lấy theo mục
4.6.10, TCVN 9362.-2012.
ktc là hệ số độ tin cậy, lầy bằng 1 (các kết quả thí nghiệm lấy trực tiếp các mẫu đất tại nơi xây dựng)
A, B, D: hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong nền được lấy theo bảng 14 phụ
thuộc vào góc ma sát trong được xác định theo điều 4.3.1 đến 4.3.7 TCVN 9362-
2012[5]
A = 0.053 B = 1.221 C = 3.467 CII = 5.7 kN/m2
II: dung trọng lớp đất từ đáy đài trở xuống, 3 II 5.4(kN / m )
II’: dung trọng các lớp đất từ đáy móng trở lên
tc 2 II 1.1 1 R = 0.053 25.2 5.4 +1.221 1.5 15.1 + 3.467 5.7 60.09(kN / m ) 1
Ứng suất dưới đáy móng
mb 2 tc 2 mb N + P 348323.5 + (25.2 34 1.2 25) = = = 436.5kN / m R 60.09kN / m A 25.2 34 Trong đó:
TRANG 141
Amb : Diện tích móng bè,
Pmb : Trọng lượng của móng bè
Kết luận:
Muốn làm giải pháp móng bè cần phải gia cố nền, tuy nhiên quy mô công trình tương đối lớn sẽ dẫn đến việc gia cố phức tạp, chi phí cao. Như vậy giải pháp móng bè trong trường hợp này đối với công trình là không khả thi.
9.3.2.Phương án móng sâu
Địa chất công trình có lớp đất thứ 2 và lớp đất thứ 3 có khả năng chịu tải tốt, độ sâu khoảng từ -32.2 đến -42.0m. Bên cạnh đó nhịp của công trình lớn, nên tải truyền xuống chân cột cũng đáng kể, nên dự kiến đặt mũi cọc tại lớp đất thứ 2 và lớp đất thứ 3. Trong đồ án sinh viên tính toán với phương án móng: móng cọc ly tâm ứng suất
trước.
9.4. CƠ SỞ TÍNH TOÁN 9.4.1.Các giả thuyết tính toán 9.4.1.Các giả thuyết tính toán
Móng cọc được quan niệm là móng cọc đài thấp, việc thiết kế chấp nhận một số giả thiết sau:
+ Đài cọc xem như tuyệt đối cứng khi tính toán lực truyền xuống cọc.
+ Tải trọng của công trình qua đài cọc chỉ truyền xuống lên các cọc chứ không trực tiếp truyền lên phần đất nằm giữa các cọc tại mặt tiếp giáp với cọc.
+ Khi kiểm tra cường độ của đất nền và khi xác định độ lún của móng cọc thì người ta coi móng cọc như một khối móng quy ước bao gồm cọc và các phần đất ở giữa các cọc. Vì việc tính móng khối quy ước giống như tính toán móng nông trên nền thiên nhiên (bỏ qua ma sát ở mặt bên móng) cho nên trị số moment của tải trọng ngoài tại đáy móng quy ước được giảm đi một cách gần đúng bằng trị số moment của tải trọng ngoài so với cao trình đáy đài.
9.4.2.Các loại tải trọng tính toán móng
9.4.2.1. Truyền tải sàn tầng hầm
Do quan niệm ngàm tại mặt sàn hầm và không mô hình sàn hầm vào tính toán khung nên sinh viên truyền tay tải sàn hầm để tính toán cho móng.
Tĩnh tải: Bảng 9.2-Tĩnh tải sàn hầm STT Vật liệu Trọng lượng riêng Chiều dày Tĩnh tải tiêu chuẩn Hệ số vượ t tải Tĩnh tải tính toán (kN/m3 ) (mm) (kN/m2 ) (kN/m2 ) 1 Bản thân kết cấu sàn 25 200 5.00 1.1 5.50 2 Các lớp hoàn thiện sàn và trần
TRANG 142
- Vữa lát nền + tạo dốc 18 50 0.90 1.3 1.17
- Lớp chống thấm 10 3 0.03 1.3 0.04
3 Hệ thống kỹ thuật 0.00 0.00
4 Tường xây trên sàn 0.00 0.00
5 Tổng tĩnh tải: 0.93 1.21
Hoạt tải:
Bảng 9.3-Hoạt tải sàn hầm STT Chức
năng
Giá trị tiêu chuẩn (kN/m2)
Hệ số vượt tải Hoạt tải tính toán (kN/m2) Phần dài hạn Phần ngắn hạn Toàn phần 1 Nhà để xe 1.80 3.20 5.00 1.2 6.00 Tổng tải trọng tính toán sàn hầm: qtt = 6.71 + 6.00 = 12.71 (kN/m2) Truyền tải sàn tầng hầm:
Bảng 9.4-Truyền tải sàn hầm xuống móng Cột Diện tích truyền tải q k N (m2) (kN/m2) (kN) Biên 27.00 12.71 1.2 411.8 Giữa 52.31 12.71 1.1 731.3
Móng công trình được tính toán theo giá trị nội lực nguy hiểm nhất có kể đến sàn hầm truyền xuống chân cột, bao gồm:
(Nmax, Mtư và Qtư) (Mmax, Ntư và Qtư)
Tuỳ thuộc theo số liệu, sinh viên tính toán với 1 trong 2 tổ hợp trên rồi sau đó kiểm tra với tổ hợp còn lại.
9.4.2.2. Tải trọng tính toán
Tải trọng tính toán được sử dụng để tính nền móng theo trạng thái giới hạn thứ I. Vì khung đối xứng nên chỉ cần tính móng cho cột biên trục 1-C và cột giữa trục 2-C,3-C từ bảng tổ hợp nội lực sinh viên chọn ra các tổ hợp nguy hiểm nhất để tính toán cho móng khung trục C. Bảng 9.5-Tổ hợp tải trọng tính toán móng M1(cột trục 1-C) Trường hợp tải Tổ hợp Ntt (kN) Mxtt (kN.m) Mytt (kN.m) Qxtt (kN) Qytt (kN)
Nmax, Mxtư,Mytư,
Qxtư, Qytư Comb9 4724.34 5.10 74.90 78.13 12.00
Mxmax, Ntư,Mytư,
Qxtư, Qytư Comb3 3812.09 76.30 44.80 46.77 -23.02
Mymax, Ntư,Mytư ,
TRANG 143 Bảng 9.6-Tổ hợp tải trọng tính toán móng M2(cột trục 2-C) Trường hợp tải Tổ hợp Ntt (kN) Mxtt (kN.m) Mytt (kN.m) Qxtt (kN) Qytt (kN)
Nmax, Mxtư,Mytư, Qxtư
, Qytư Comb8 8442.13 51.90 5.80 -34.09 -49.36
Mxmax, Ntư,Mytư, Qxtư
, Qytư Comb7 7788.03 164.20 -59.00 -62.32 -58.41
Mymax, Ntư,Mytư,
Qxtư, Qytư Comb6 7292.18 35.80 -122.80 -89.41 -48.04
Chọn tổ hợp Nmax tính toán sau đó kiểm tra với 2 tổ hợp còn lại.
9.4.2.3. Tải trọng tiêu chuẩn
Tải trọng tiêu chuẩn được sử dụng để tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn thứ hai.
Tải trọng lên móng đã tính được từ ETABS 18 là tải trọng tính toán, muốn có tổ hợp các tải trọng tiêu chuẩn lên móng đúng ra phải làm bảng tổ hợp nội lực chân cột khác bằng cách nhập tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên công trình. Tuy nhiên, để đơn giản quy phạm cho phép dùng hệ số vượt tải trung bình n =1.15. Như vậy, tải trọng tiêu chuẩn nhận được bằng cách lấy tổ hợp các tải trọng tính toán chia cho hệ số vượt tải trung bình.
Tải trọng tiêu chuẩn tại chân cột
Bảng 9.7-Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn móng M1(cột trục 1-C) Trường hợp tải Tổ hợp Ntc (kN) Mxtc (kN.m) Mytc (kN.m) Qxtc (kN) Qytc (kN)
Nmax, Mxtư,Mytư,
Qxtư, Qytư Comb9 4108.12 4.43 65.13 67.94 10.44
Mxmax, Ntư,Mytư,
Qxtư, Qytư Comb3 3314.86 66.35 38.96 40.67 -20.02
Mymax, Ntư,Mytư ,
Qxtư, Qytư Comb8 4000.32 23.22 86.96 76.38 -18.55
Bảng 9.8-Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn móng M2(cột trục 2-C) Trường hợp tải Tổ hợp Ntc (kN) Mxtc (kN.m) Mytc (kN.m) Qxtc (kN) Qytc (kN)
Nmax, Mxtư,Mytư, Qxtư
, Qytư Comb8 7340.98 45.13 5.04 -29.65 -42.92
Mxmax, Ntư,Mytư,
Qxtư, Qytư Comb7 6772.20 142.78 -51.30 -54.19 -50.79
Mymax, Ntư,Mytư,
TRANG 144 9.5. GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ MÓNG CỌC LY TÂM ỨNG LỰC TRƯỚC
9.5.1.Đặc điểm
Cọc bê tông ly tâm ứng suất trước đã xuất hiện ở Việt Nam một số năm gần đây và đã được các kỹ sư đưa vào thiết kế nền móng cho công trình. Cọc được chế tạo dựa trên công nghệ cáp ứng lực trước căng trước và công nghệ quay ly tâm kết hợp với phụ gia để bêtông có thể đạt cường độ 800 kG/cm2, bảo dưỡng bằng hơi nước nên có thể rút ngắn thời gian bảo dưỡng và đảm bảo cường độ của bêtông.Cọc dạng ống có đường kính phổ biến từ 300 – 800.Chiều dài cọc có thể lên đến 20m. Có thể thi công bằng phương pháp ép hoặc đóng. Dùng chung máy ép, hoặc đóng cọc vuông, khi ép chỉ cần thay thế má ép cọc vuông bằng má ép cọc tròn.
Tùy theo cường độ kéo của thép mà cọc được phân ra làm 3 loại (theo tiêu chuẩn Nhật Bản):
- Loại A:
Cọc có sức chịu nén tốt nhất và chịu uốn kém nhất vì thép được kéo ít nhất, Bêtông không mất nhiều sức chịu nén.
- Loại C:
Cọc có sức chịu nén kém nhất và chịu uốn tốt nhất vì thép được kéo nhiều nhất. - Loại B:
Có đặc tính trung gian của 2 loại trên.
Tuy bước đầu ứng dụng còn nhiều sai sót nhưng không thể phủ nhận những ưu điểm nổi bật của cọc bêtông ly tâm ứng suất trước:
Cọc tiết kiệm vật liệu hơn những cọc có cùng tiết diện vì áp dụng công nghệ căng cáp ứng suất trước và quay ly tâm.
Sức chịu tải của cọc lớn hơn cọc bêtông bình thường mặc dù bêtông đã bị nén trước. Cùng xuất phát từ mác bêtông 400 được chế tạo bằng ximăng PCB40, nếu cọc bình thường ta sẽ được cường độ phá hoại là 400 kG/cm2. Nhưng với cọc bêtông ly tâm, công nghệ quay ly tâm kết hợp với phụ gia làm mác bêtông tăng lên 800, sau khi kéo cáp làm nén bêtông lại thì cường độ phá hoại của bêtông vẫn còn 500 – 600 kG/cm2. Hơn hẳn so với cọc thường trong khi lại tốn ít vật liệu hơn, đặc biệt lượng thép dùng rất ít ( thép dọc 18d7, thép đai d4 với cọc D600).
Cọc có trọng lượng bản thân nhẹ hơn cọc thường, có khả năng chịu uốn tốt hơn. Vì vậy người ta có thể chế tạo những cọc dài đến 20m mà vẫn đảm bảo điều kiện chuyên chở. Hạn chế tối đa được các mối nối giữa thân cọc do đó hạn chế được sự giảm sức chịu tải của cọc do việc nối cọc.
Cọc có khả năng chống nứt cao vì bê tông có cường độ cao và được nén trước. Đặc biệt khi thi công bằng phương pháp đóng và cọc đã đạt đến độ chối, nếu bêtông không được nén trước thì rất dễ bị nứt vì khả năng chịu kéo của bêtông rất yếu.
TRANG 145
Trong những trường hợp tiến độ thi công được đặt lên hàng đầu thì cọc bêtông ly tâm càng chứng tỏ được ưu điểm vì cọc được chế tạo theo dây chuyền tại nhà máy, với công nghệ hấp cao áp thì sau khi đổ bêtông và quay ly tâm thì chỉ cần hấp cao áp khoảng 2 – 3 giờ là có thể chuyên chở ra công trường thay vì phải đợi hàng tuần như cọc bêtông thường. Mặt khác với mỗi máy ép ôm, mỗi ngày có thể thi công được 10 – 15 tim cọc trong khi máy ép tĩnh thông thường chỉ thi công được 4 – 6 tim cọc.
9.6. CẤU TẠO CỌC VÀ ĐÀI CỌC 9.6.1.Vật liệu 9.6.1.Vật liệu
Bê tông B30 Rb = 17.0 MPa
Thép CB-240T Rs = 210 MPa ; Rsw = 170 MPa Thép CB-400V Rs = 350 MPa ; Rsw = 280 MPa
Để tạo nên sự hợp lý trong giải pháp móng cọc ly tâm ứng suất trước nên sinh viên chọn vật liệu như trên nhằm đạt được sự tương xứng giữa sức chịu tải vật liệu và sức chịu tải đất nền trong điều kiện đất nền.
Để chọn đường kính cọc và chiều sâu mũi thích hợp nhất cho điều kiện địa chất và tải trọng công trình, cần phải đưa ra phương án kích thước khác nhau để so sánh và lựa chọn. Trong đồ án sinh viên chọn đường kính cọc D = 600 mm phù hợp với điều kiện đất nền và khả năng thi công cọc khoan nhồi hiện nay.
Mũi cọc cắm sâu vào lớp đất cát (lớp 2) một đoạn 5.8(m). Do đó chiều sâu mũi cọc tính từ lớp đất tự nhiên 1.3 + 30.9 + 5.8 = 38(m).
Chiều dài cọc (tính từ đáy đài đến mũi cọc) là: 38 – 4.2= 33.8 m. Chọn 3 đoạn cọc, 2 đoạn dài 12(m), 1 đoạn 9.8 (m)
9.6.2.Sơ bộ chiều cao đài móng
Thiết kế mặt đài trùng mép trên của sàn tầng hầm Chọn chiều cao đài móng dự kiến hđ = 1.2 (m)
Chiều sâu đặt đáy đài tính từ mặt nền san lấp là 4.2 (m)
9.7. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 9.7.1.Sức chịu tải của cọc theo vật liệu 9.7.1.Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
Khả năng chịu lực cho phép của cọc theo số liệu thiết kế của đơn vị sản xuất ( CTY
CỔ PHẦN ĐẦU TƯ PHAN VŨ).
Cọc D = 600 mm loại PC, cấp tải loại A.
Dựa vào bảng thông số kỹ thuật thì cọc D = 600 mm, cấp tải loại A: Tải trọng làm việc dài hạn: RaS= 3140 kN.
Tải trọng làm việc ngắn hạn: RaL=6280 kN. Momen kháng nứt cho phép: Mcr= 166.8 kNm. Trọng lượng bản thân cọc: q= 4.08 kN/m.
TRANG 146 Hình 9.2-Catalogue cọc ly tâm ứng suất trước của công ty Phan Vũ
9.7.2.Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền
Tính toán theo Mục 7.2.2 TCVN 10304 – 2014[6]
c ,u c cq b b cf i i
TRANG 147
Trong đó
c
là hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất , c 1;
qb là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, tra bảng 2 TCVN 10304-2014[2] ta được qb = 14808 (kN/m2)
u là chu vi tiết diện ngang thân cọc, ud 0 6. 1 885. ( m )
Ab là diện tích cọc tựa lên đất, lấy bằng diện tích tiết diện ngang mũi cọc đặc,
2 2 2 0 6 0 283 4 4 b d . A . ( m )
fi là cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc, lấy theo bảng 3
TCVN 10304-2014[2];
li là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ i;
cq
,cf tương ứng là các hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi và trên thân cọc;
1 1
cq .
,cf 1
Kết quả tính toán được ghi vào bảng sau
Sức kháng mũi cọc cq bq Ab1 1 14808 0 283 4609 7. . . ( kN ) Sức kháng thành :
Bảng 9.9-Giá trị thành phần chịu tải do ma sát STT Lớp đất Độ sâu tính toán li IL cf fsi cffsili (m) (m) (kN/m2) (kN) 1 Lớp 1 -5.00 2.00 0.00 1.00 6.00 12.00 2 -7.00 2.00 0.00 1.00 6.00 12.00 3 -9.00 2.00 0.00 1.00 6.00 12.00 4 -11.00 2.00 0.00 1.00 6.00 12.00 5 -13.00 2.00 0.00 1.00 6.00 12.00 6 -15.00 2.00 0.00 1.00 6.00 12.00