5.1.1. Cấu tạo địa tầng
Tầng địa chất bao gồm 5 lớp.
Lớp 1: Đất lấp dày trung bình 1,5m Lớp 2: Có chỉ tiêu cơ lí như sau:
W (%) W(%)nh (%)Wd γ (T/m3¿ Δ (độ)φ (Kg/ccm2¿ qc (T/m3) N 29,5 41,5 26,9 1,9 2,69 17° 0,29 225,7 18 - Chỉ số dẻo: A=Wnh−Wd=41,5−26,9=14,6 % →7%<14,6 %=A<¿ 17% → Lớp 2 là đất Á sét. - Độ sệt: B=W−AWd=29,514,6−26,9=0,178<0,25 → Lớp 2 là đất Á sét ở trạng thái nửa cứng . - Hệ số rỗng tự nhiên: e0=Δ∗γn∗(γ1+W)−1=2,69∗1∗(1+0,295) 1,9 −1=0,833
Môdun nén ép(mô dun biến dạng trong thí nghiệm không nở ngang)
E0s=α∗qc(T/m2)
lớp 2 là lớp á sét nên ta chọn α = 5 → E = 5*225,7=1128,5 (T/m2)
Lớp 3: Có chỉ tiêu cơ lí như sau: W (%) Wnh (%) Wd (%) γ (T/m3¿ Δ (độ)φ (Kg/ccm2¿ qc (T/m3) N 35,5 42,1 26,9 1,86 2,96 8°25 3,3 154,4 4 - Chỉ số dẻo: A=Wnh−Wd=42,1−26,9=15,31% →7%<15,31 %=A<¿ 17% → Lớp 3 là đất Á sét. - Độ sệt:
B=W−AWd=35,515,31−26,9=0,562>0,5
→ Lớp 3 là đất Á sét ở trạng thái dẻo mềm . - Hệ số rỗng tự nhiên:
e0=Δ∗γn∗(γ1+W)−1=2,96∗1∗(1+0,355)
1,86 −1=1,156
Môdun nén ép(mô dun biến dạng trong thí nghiệm không nở ngang)
E0s=α∗qc(T/m2)
lớp 3 là lớp á sét nên ta chọn α = 5 → E = 5*157,4=787 (T/m2)
Lớp 4: Có chỉ tiêu cơ lí như sau: W (%) Wnh (%) Wd (%) γ (T/m3¿ Δ (độ)φ (Kg/ccm2¿ qc (T/m3) N 29,2 48,9 27 1,85 2,69 20°2 0,18 230,3 21 - Chỉ số dẻo: A=Wnh−Wd=48,9−27=21,9 % →7,7%<21,9 %=A → Lớp 4 là đất Sét. - Độ sệt: B=W−AWd=29,221,9−27=0,348>0,25 → Lớp 4 là đất Sét ở trạng thái dẻo. - Hệ số rỗng tự nhiên: e0=Δ∗γn∗(1+W) γ −1= 2,69∗1∗(1+0,292) 1,85 −1=0,879
Môdun nén ép(mô dun biến dạng trong thí nghiệm không nở ngang)
E0s=α∗qc(T/m2)
lớp 4 là lớp sét nên ta chọn α = 6 → E = 6*230,3=1381,8 (T/m2) Lớp 5: Có chỉ tiêu cơ lí như sau:
W (%) Wnh (%) Wd (%) γ (T/m3¿ Δ (độ)φ (Kg/ccm2¿ qc (T/m3) N 15 - - 1,89 2,64 40° - 1050 30 - Hệ số rỗng tự nhiên: e0=Δ∗γn∗(1+W) γ −1= 2,64∗1∗(1+0,15) 1,89 −1=0,606
→ Lớp 5 là đất Cát hạt thô ở trạng thái chặt vừa. Môdun biến dạng.
E0s=α∗qc(T/m2)
5.1.2. Ảnh hưởng của mực nước ngầm
Mực nước ngầm ảnh hưởng nhiều đến độ lún công trình. Lớp đất phía trên mực nước ngầm không chịu ảnh hưởng của mực nước ngầm nhưng các lớp đất phía dưới mức nước ngầm thì trọng lượng riêng của đất chỉ còn là trọng lượng riêng đẩy nổi.
Khi tính toán độ lún của công trình thì nên lưu ý tại lớp đất bên dưới mực nước ngầm tắt lún rất nhanh vì độ lún phụ thuộc vào trọng lượng riêng đẩy nổi của đất.
5.1.3. Phân tích, đánh giá điều kiện địa tầng
Dựa vào các thành phần lớp đất thuộc trụ địa chất phân tích trên, ta thấy sự phân bố các lớp đất theo chiều hướng càng sâu dần thì các lớp đất bên dưới càng tốt. Dựa vào đặc tính các lớp phía trên thì phương án móng có công trình cao tầng là không khả thi, vì vậy để chọn phương án truyền tải trọng từ công trình xuống nền đất thì móng cần được truyền vào cọc và đầu mũi cọc phải được đặt vào lớp đất tốt, như trong trụ địa chất lựa chọn thì lớp 4 là lớp cát hạt thô chặt vừa đủ chỉ tiêu để đặt đầu mũi cọc.
Chọn giải pháp móng cọc đặt vào lớp đất thứ 4 là lớp đất tốt để tạo cho công trình độ ổn định.
5.2. PHÂN TÍCH. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP MÓNG5.2.1. Cơ sở lựa chọn giải pháp móng 5.2.1. Cơ sở lựa chọn giải pháp móng
Vì công trình là nhà cao tầng nên tải trọng đứng truyền xuống móng nhân theo số tầng là rất lớn. mặt khác, vì chiều cao nhà gần 40m nên tải trọng ngang tác dụng là khá lớn, đòi hỏi móng có độ ổn định cao. Do đó phương án móng sâu là hợp lý nhất để chịu được tải trọng từ công trình truyền xuống. Xem xét một số phương án như sau:
+ Móng cọc đóng: Ưu điểm là kiểm soát được chất lượng cọc từ khâu chế tạo đến khâu thi công nhanh. Nhưng hạn chế của nó là tiết diện nhỏ, khó xuyên qua hố cát, thi công gầy ồn và rung ảnh hưởng đến công trình thi công bên cạnh đặc biệt là khu vực thị xã. Hê móng cọc đcojg không dùng được cho các công trình có tải trọng lớn do không đủ chỗ bố trí các cọc.
+ Móng cọc ép: Loại cọc này chất lượng cao độ tin cậy cao, thi công êm dịu. Hạn chế của nó là khó xuyên qua lớp cát dày chặt, tiết diện cọc và chiều dài cọc bị hạn chế. Điều này dẫn đến khả năng chịu tải trọng của cọc chưa cao.
+ Móng cọc khoan nhồi: Là loại cọc đòi hỏi công nghệ thi công phúc tạp. Tuy nhiên nó vẫn được dùng nhiều trong kết cấu nhà cao tầng vì nó có tiết diện và chiều sâu lớn do đó nó có thể tựa được vào lớp đất tốt nằm ở sâu vì khả năng chịu tải của cọc sẽ rất lớn.
Mặc dù vậy nhưng nế xét về hiệu quả kinh tế đối với từng công trình cục thể thì việc thi công móng bằng công nghệ thi công cọc khoan nhồi có được coi là phù hợp.
- Phân tích phương án lựa chọn: công trình nhà cao tầng thường có đặc điểm tải trọng tahwngr đứng có giá trị lớn, đặt trên mặt bằng hạn chế, công trình cần có sự ổn định khi có tải trọng ngang,..do vậy khi thiết kế phương án móng cho công trình cần đảm bảo:
+ Độ lứn cho phép + Sức chịu tải của cọc
+ Công nghệ thi công hợp lý không làm hư hại đến csc công trình đã xây dựng. + Đạt được hiệu quả kinh tế mà vẫn đảm bảo biện pháp kỹ thuật
Với các đặc điểm địa chất công trình như đã giới thiệu, các lớp đất phía trên đều là đất yếu, không thể đặt móng nhà cao tầng lên được, chỉ có các lớp đất cuối cùng là cát hạt thô chặt vừa có chiều dài kết thúc tại đáy hố khoan là có khả năng đặt được monga nhà cao tầng. Hiện nay có rất nhiều phương án xử lí nền móng, với công trình cao gần 40m so với mặt đất tự nhiên, tải trọng công trình đặt vào móng là khá lớn, do đó ta chọn phương án móng sâu dùng cọc truyền tải công trình xuống lớp đất tốt.
+ Phương án 1: dùng cọc bê tông đúc sẵn bằng phương án đóng cọc + Phương án 2: dùng cọc bê tông đúc sẵn bằng phương pháp ép cọc + Phương án 3: dùng cọc khoan nhồi.
- Ưu nhược điểm của cọc BTCT đúc sẵn.
Ưu điểm:
+ Tựa lên nền đất tốt có khả năng mang tải lớn.
+ Dễ kiểm tra được chất lượng cọc, các thông số kĩ thuật trong quá trình thi công
+ Việc thay thế và sửa chữa dễ dàng khi có sự cố về kĩ thuật và chất lượng cọc. + Môi trường thi công móng sạch sẽ hơn
+ Giá tành xây dựng tương đối rẻ và phù hợp.
+ Nếu thi công bằng phương pháp ép cọc thì khoong gây tiếng ồn và nó phù hợp với việc thi công trong thị xã.
+ Phương tiện, máy móc thi công đơn giản, nhiều đọi ngũ cán bộ kỹ thuật và công nhnhaakinh nghiệm có tay nghề cao.
+ Trong không gian chật hẹp thì phương pháp này tỏ ra hữa hiệu thay vì có thể dùng chính tải trọng cong trình làm đối trọng ( phương pháp ép sau)
Nhược điểm:
+ Không phù hợp với nền đất có các lớp đất tốt nằm sâu hơn 40m, các lớp đất có nhiều nại vật như đá.
+ Phải nối nhiều đoạn, không có biện pháp bảo vệ mố nối hiệu quả
+ Dù là ép hay đóng thì khả năng giữ cọc thẳng đứng gặp khó khăn, và nhiều sự cố thi công khác như: chối giả, gãy cọc, vỡ đầu cọc.
+ Quá trình thi công gây ra những chấn động ( phương án đóng) làm ảnh hưởng không gian lân cận
- Ưu nhược điểm của cọc khoan nhồi.
Ưu điểm:
+ Có thể tạo ra những cọc có đường kính lớn do đó chịu tải trọng nén lớn + Do cách thi công, mặt bên của cọc khoan nhòi thường bị nhám do đó độ ma sát giữa cọc và đấ nói chung có trị số lớn so với các loai cọc khác
+ Khi cọc làm việc không gây lún ảnh hưởng đáng kể cho các công trình lân cận
+ Quá trình thực hiện thi công móng cọc dễ dàng thay đổi các thông số của cọc
Nhược điểm:
+ Khó kiểm tra chất lượng cọc
+ Thiết bị thi công tương đối phức tạp + Nhân lực đòi hỏi có tay nghề cao
+ Rất khó giữ vệ sinh công trường trong quá trình thi công.
5.2.2. Lựa chọn phương án móng cọc
Qua những phân tích phương án lựa chọn tho công móng công trình trên, ta thấy để phù hợp với công trình đang chọn thì phương án sử dụng cọc BTCT đúc sẵn thi công bằng phương pháp Ép cọc là phù hợp hơn cả.
- Sức chịu tải của cọc trong móng được xác định như đối với cọc đơn đứng riêng rẽ, không kể đến ảnh hưởng của nhóm cọc.
- Tải trọng truyền lên công trình qua đài cọc chỉ truyển lên các cọc chứ không truyển lên các lớp đất nằm giữa các cọc tại mặt tiếp xúc với đài cọc.
- Khi kiểm tra cường độ của nền đất và khi xác định độ lún của móng cọc thì coi móng cọc như một khối móng quy ước bao gồm cọc, đài cọc và phần đất giữa các cọc.
- Vì việc tính toán khối móng quy ước giống như tính toán móng nông trên nền thiên nhiên (bỏ qua ma sát ở mặt bên móng) cho nên trị số mômen của tải trọng ngoài tại đáy móng khối quy ước được lấy giảm đi một cách gần đúng bằng trị số mômen của tải trọng ngoài so với cao trình đáy đài.
- Đài cọc xem như tuyệt đối cứng. - Cọc được ngàm cứng vào đài.
- Tải trọng ngang hoàn toàn do đất từ đấy đài trở nên tiếp nhận. - Độ lún cho phép đối với nhà khung [S]=8(cm).
5.3. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC5.3.1. Vật liệu chế tạo móng cọc 5.3.1. Vật liệu chế tạo móng cọc
- Đài cọc:
+ Bê tông cấp độ bền B30, có Rb=17,0MPa, Rbt=1,2MPa.
+ Cốt thép: thép chịu lực trong đài là loại thép CB400-V, có Rs=350MPa. + Lớp lót đài là bê tông gạch vỡ cấp độ bền B7.5 ↔ Bê tông mác 100#. + Đài liên kết ngàm với cột và cọc. Thép của cọc neo trong đài ≥20d. + Đầu cọc trong đài 10cm.
+ Cọc đúc sẵn hạ bằng phương pháp ép.
- Bê tông cọc B25 ↔ Bê tông mác 350#, có Rb=14,5MPa, Rbt=1,05MPa. + Tiết diện cọc: 35×35cm, thép dọc chịu lực 4ϕ18.
+ Chọn chiều sâu hạ vào lớp 5 khoảng (1-1,5)m.
5.3.1.1. Chiều sâu chôn đài hđ
Tính hmin: chiều sâu chôn đài yêu cầu nhỏ nhất:
hmin=0.7∗tg(45o−φ2)∗√ Q
γ∗b
Trong đó: Q - tổng các lực ngang, Qx=5,2(T)
γ - dung trọng tự nhiên của lớp đất đặt mặt đài, γ=1,9(T/m3)
b - bề rộng đài chọn sơ bộ, b=1,5(m)
→hmin=0,7∗tg(45o−φ2)∗√ Q
γ∗b=0,7∗tg(45o−182o)∗√ 5,2
1,9∗1,5
↔hmin=0,46(m)
Ta chọn độ sâu đáy đài hđ=0,9(m)
Với độ sâu đáy đài đủ lớn, lực ngang Q nhỏ, trong tính toán gần đúng coi như bỏ qua tải trọng ngang.
Do công trình có tầng hầm nên ta mặt trên của đài trùng với mặt trên sàn tầng hầM.
5.3.1.2. Đặc trưng móng cọc
- Cọc:
Tiết diện cọc 35×35(cm), thép dọc chịu lực 4ϕ18 loại thép CB400-V.
- Từ đặc điểm địa chất thủy văn và kích thước của cột ta chọn kích thước móng cọc như sau:
Do nhà có tầng hầm (cốt sàn tầng hầm là -3m), với mặt móng trùng với mặt sàn tầng hầm nên ta dự định đặt mặt trên đài ở độ sâu -3m kết hợp với điều kiện chọn độ sâu đáy đài hđ=0,9(m) suy ra đáy đài cách mặt đất tự nhiên 2,7m (cốt -3,9m), đài cọc nằm trong lớp đất thứ 2.
Dự kiến ép cọc vào lớp đất thứ 5 cát thô ở trạng thái chặt vừa 1 đoạn khoảng 1,2m. Chiều dài cọc (chưa kể mũi cọc):
Lc=(1,5+6+5+8+1,2)−2,7+0,5=19,5(m)
Cọc được chia làm ba đoạn bằng nhau, mỗi đoạn dày 6,5m. Nối bằng hàn bản mã.
5.3.2. Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu
PVL=m∗φ∗(Rb∗Fb+Ra∗Fa)
Trong đó: m - hệ số điều kiện làm việc phụ thuộc vào loại cọc, số lượng cọc trong móng,
m=0,85÷1, chọn m=0,9.
φ - hệ số uốn dọc, chọn φ=1
Fa - diện tích cốt thép, Fa=10,18(cm2)
Fb - diện tích phần bê tông, Fb=Fc−Fa=35∗35−10,18=1214,82(cm2)
Bê tông cấp độ bền B25, có Rb=14,5MPa=0,145(T/m2)
Thép nhóm CB400-V, có Ra=350MPa=3,5(T/m2)
→PVL=m∗φ∗(Rb∗Fb+Ra∗Fa)=1,0∗1∗(0,145∗1214,82+3,5∗10,18)
↔PVL=240,78(T)
5.3.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền 5.3.3.1. Thep phương pháp thống kê
Pgh=αR∗Rn∗Fc+αt∗uc∗∑ i=1 n li∗τi [P]đn=Pgh Fs
Trong đó: αR,αt - hệ số xét đến ảnh hưởng của phương pháp thi công đến khả năng làm việc của đất nền.
Rn - cường độ của đất ở mũi cọc.
Fc - diện tích tiết diện cọc, Fc=0,35∗0,35=0,1225(m2)
uc - chu vi cọc,uc=4∗0,35=1,4(m)
τi - sức kháng cắt đơn vị của đất ở lớp thứ i dọc thành bên cọc. Ta tra được
τi theo giá trị độ sâu trung bình li của mỗi lớp đất, loại đất và trạng thái đất (tra bảng 23 phụ lục, sách Nền và Móng – Phan Hồng Quân).
kđ❑ - hệ số độ tin cậy của đất, lấy kđ=1,4.
Chia đất nền thành các lớp đồng nhất như hình vẽ (chiều dày mỗi lớp này ≤2m) Tính từ đáy đài ta có:
+ Lớp 2: Đất á sét nửa cứng dày 2m, ta chia làm 1 lớp: 2m.
+ Lớp 3: Đất á sét dẻo mềm dày 5m, ta chia làm 3 lớp: 1,7m, 1,7m, 1,6m. + Lớp 4: Đất sét dẻo dày 8m, ta chia làm 4 lớp: 4 x 2m
+ Lớp 5: Cát hạt nhỏ rời dày 1,2m, ta chia làm 1 lớp: 1,2m.
Ta có trụ địa chất và sơ đồ phân tích cọc theo phương pháp thống kê như trong hình vẽ dưới đây:
Lớp đất Loại đất li (m) Li (m) τi (T/m2) li∗τi (T/m) 2 Đất Á sét, nửa cứng B = 0,18 2 3 4,81 9,62 2 5 5,61 11,22 3 Đất Á sét , dẻo mềm B = 0,56 1,7 6,85 2,21 3,76 1,7 8,55 2,28 3,88 1,6 10,2 2,30 3,68 4 Đất Sét, dẻo B = 0,35 2 12 4,20 8,40 2 14 4,35 8,70 2 16 4,55 9,10 2 18 4,70 9,40 5 Cát thô, chặt 1,2 19,6 7,85 9,42 Tổng 77,18
Độ sâu mũi cọc -22,90m kể từ mặt đất tự nhiên, cát thô, chặt →Rn=880(T/m2)
Cọc ép BTCT →αR=1,0,αt=1,0 →Pgh=αR∗Rn∗Fc+αt∗uc∗∑ i=1 n li∗τi=1∗880∗0,1225+1,0∗1,4∗77,18 ↔Pgh=215,85(T) → pđn=Pgh kđ =215,851,4 =154,18(T)
5.3.3.2. Theo phương pháp xuyên tĩnh CPT Pđn=(kn∗qcn)∗Fc+uc∗∑ i=1 n qci αi∗li=Pmũi+Pxq [P]đn=Pmũi Fs1+Pxq Fs2 Fs1=1,0÷1,5, Fs2=2,0÷3,0
Trong đó: qcn,qci - giá trị trung bình sức kháng xuyên ở mũi cọc và ở lớp đất thứ i trên thành bên cọc, lấy theo kết quả thí nghiệm.
kn,αi - hệ số phụ thuộc loại đất, loại cọc và biện pháp thi công lấy theo bảng 25
+Pmũi=(kn∗qcn)∗Fc
Tại mũi cọc, cát hạt to, trạng thái chặt vừa, qc=1050(T/m2), cọc ép
→kn=0,5 →Pmũi=(kn∗qcn)∗Fc=(0,5∗1050)∗0,1225=64,3(T)+Pxq=uc∗∑ i=1 n qci αi∗li Lớp 2: Đất Á sét, trạng thái nửa cứng, l1=4(m), α2=40,qc=225,7T/m2, τ1=qc/α1=225,7 / 40=5,64(T/m2), τmax=8(T /m2) →chọn τ1=5,64(T/m2).
Lớp 3: Đất Á sét, trạng thái dẻo chảy, l2=5(m),α3=30,qc=154,5T/m2,