Tính toán thiết kế các phương án móng

PHẦN III NỀN MÓNG (30%) *.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG ÁN MÓNG: Sơ đồ vị trí hố khoan: Mặt cắt địa chất: Bảng tổng hợp các số liệu địa chất: Số hiệu lớp đất Tên lớp đất Chiều sâu Độ ẩm Chỉ số dẻo Wn Độ sệt B Dung trọng Khối lượng riêng Δ Hệ số rỗng tự nhiên ε0 Độ bão hoà G Lực dính C Góc ma sát trong φ Môđun biến dạng E Tự nhiên W Giới hạn chảy Wt Giới hạn dẻo WP Tự nhiên γW Khô γC m % % % % g/cm3 g/cm3 g/cm3 % kG/cm2 Độ kG/cm2 1 Đất lấp 1.6 - - - - - - - - - - - - - 2 Sét pha 10.4 20.2 35.9 21.2 14.7 0.21 2.84 1.702 2.05 0.667 85.9 0.49 17o14 208 3 Cát pha 4.0 15.7 20.5 14.0 6.5 0.26 2.69 1.834 2.12 0.465 90.5 0.075 25o22 320 4 Cát hạt trung 11.0 17.6 22.1 17.6 4.5 0.4 2.69 1.68 1.98 0.602 78.5 0.075 30o72 400 5 Sét pha 1.6 29.2 30.7 20.1 10.6 0.858 2.7 1.509 1.95 0.789 99.9 0.15 5o43 102 6 Cát hạt trung thô 11.4 17.6 21.5 16.9 4.5 0.507 2.67 1.709 2.00 0.57 82.1 0.092 22o72 500 7 Sét 9.0 18.0 38.4 22.3 16.1 0.267 2.76 1.754 2.07 0.573 86.7 0.45 30o58 300 Xác định tải trọng: .Tải trọng tường xây trên đà kiềng: q1 = n*ht*bt*γt = 1.1*4.5*0.2*1.8 = 1.78 T/m. .Trọng lượng bản thân đà kiềng :q2 Chọn sơ bộ kích thước đà kiềng: hd = (1/8 ÷ 1/12)*7.8m à Chọn hd = 70 cm, bd = 25 cm. à q2 = γ* b* h* n = 2.5*0.25*0.7*1.1 = 0.48 T/m. Qui tải phân bố về tải tập trung: .Cột D : + Do tường: P1 = 1.78* = 9.45 T + Do đà kiềng: P2 = 0.48* = 2.54 T . Cột F : + Do tường : P1’ = 1.78* = 6.95 T + Do đà kiềng: P2’ = 0.48* = 1.87 T. Vậy tổng lực dọc truyền xuống móng là: ND = 227 + 9.45 + 2.54 = 239 T NF = 169.91 + 6.95 + 1.87 = 179 T .Tổng tải trọng tác dụng xuống móng là: Cột trục MTT(Tm) MTC(Tm) NTT(T) NTC(T) QTT(T) QTC(T) 3-D 25.46 22.14 239 207.83 7.51 6.53 3-F 15.08 13.11 179 155.65 5.46 4.75 Dựa vào kết quả thăm dò địa chất, cấu tạo địa chất gồm các lớp sau: Lớp 1: đất lấp, dày 1.6m Lớp 2: Sét pha, nâu đỏ, xám vàng, xám ghi, nữa cứng – cứng, lẫn kết vón laterit có chiều dày 10.4m Lớp 3: Cát pha,xám vàng, xám ghi, vàng đậm,cứng-dẻo,đôi chỗ lẫn sạn sỏi nhỏ dày 4 m Lớp 4: Cát hạt trung ẩm bão hoà, chặt-chặt vừa đôi chỗ lẫn sạn nhỏ,dày 11m Lớp 5: Sét pha,xám xanh, xám nâu, xám tro dẻo cứng có chỗ dẻo mềm, dày 1.6m Lớp 6: Cát hạt trung thô,vàng đậm,ẩm-bão hòa, chặt-chặt vừa,dày 11.4m Lớp 7: Sét, đôi chỗ lẫn sét pha,nâu hồng xám ghi,nâu đỏ, loang lỗ,cứng, dày 9m Mực nước ngầm ổn định ở độ sâu 7.0m Dựa vào điều kiện địa chất lựa chọn các phương án móng: .Móng sâu : cọc ép, cọc khoan nhồi .Móng nông: móng băng, móng bè. Do điều kiện địa chất gồm các lớp đất tương đối tốt, nên không thể chọn phương án cọc ép ,do đó chọn phương án móng cọc khoan nhồi Do giới hạn của đồ án nên chọn 2 phương án: móng cọc khoan nhồi và phương án móng bè. PHƯƠNG ÁN I TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỌC KHOAN NHỒI BTCT: Vật liệu: Bêtông M250, có Rn = 110 kG/cm2 ,Rk = 8.3 kG/cm2 Cốt thép AII, có Ra = 2800 kG/cm2 Chọn đường kính cọc là 0.6m Chọn chiều dài cọc là 22m I. TÍNH MÓNG 3-F: 1.Xác định sức chịu tải cọc: a.Theo cường độ vật liệu: QVL = k.m(RnFb + RaFa) Trong đó : k = 1 – hệ số đồng nhất của vật liệu m = 0.85 – hệ số điều kiện làm việc của vật liệu. Rn = 110 – cường độ chịu nén của bêtông, Ra = 2800 – cường độ chịu kéo của cốt thép Fa - diện tích cốt thép trong cọc Chọn 8Ỉ18 (Fa = 20.36 cm2) Fb – diện tích tiết diện ngang cọc Fb = = 2826 cm2 QVL = 1x0.85(110*2826 + 2800*20,36) = 281.42 T b.Theo chỉ tiêu cơ lý của đất: Qgh = m(mR*R*F + u) Trong đó: m = 1 – hệ số làm việc của cọc trong đất mR = 1 – hệ số làm việc của đất mf = 0.6 – hệ số phụ thuộc phương pháp khoan,loại cọc và đặc tính đất F = = 0.283 m2 – diện tích tiết diện ngang thân cọc. u = 2πR = 1.884 m – chu vi tiết diện ngang thân cọc fi – sức kháng mặt bên đơn vị Lớp đất Zi(m) fi(T/m2) hi(m) mfi 2 Z1 = 3 Z2 = 5 Z3 =7 Z4 = 9 Z5 = 11 4.67 5.44 5.83 6.17 6.45 2 2 2 2 2 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 3 Z6 = 13 Z7 = 15 Z8 = 17 Z9 = 19 Z10 = 21 Z11 = 23 5.71 5.94 3.92 4.04 4.16 4.28 2 2 2 2 2 2 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 = 56.61 T/m2 à = 0.6*2*56.61 = 67.932 T/m R:cường độ tính toán của đất nền ở mũi cọc, xác định theo công thức: R = 0.7 β(γI’*d*A + a*γI*B*L) Trong đó:β,A,a,B - hệ số tra bảng Với φ = 30o72 à A= 34.6 ; B= 64 Với d = 0.6m, L/d = 22/0.6 > 25m à a = 0.63 ; β= 0.26 L:chiều dài cọc γI – Trọng lượng riêng trung bình của đất từ mũi cọc trở lên γI = = = 1.19 T/m3 γI’ =1.69 T/m3– trọng lượng riêng của đất dưới mũi cọc, à R = 0.75*0.26(1.69*0.6*34.6 + 0.63*1.19*22*64) = 209.82 T/m2 Vậy Qgh = 1(1*209.82*0.283 + 1.884*67.932) = 187.36 T à Sức chịu tải cho phép: Qa = = 133.83 T 2.Sơ bộ chọn kích thước đài và số lượng cọc: Chọn chiều sâu chôn móng: hm = 2m. Chiều cao đài:hđ = ac + h1 + h2 ac :chiều cao tiết diện cột, ac = 55cm h1: đoạn cọc ngàm vào đài ,h1 = 15cm h2 = 20cm à hđ = 55 + 15 + 20 = 90cm, chọn hđ = 100cm. Khi khoảng cách các cọc chọn 3d và sức chịu tải cọc là 133.83 T, thì ứng suất trung bình dưới đáy đài sẽ là: Ptt = = = 41.3 T/m2 Diện tích đế đài: Fđ = = = 4.85 m2 Chọn kích thước l x b = 3 x 1.5 = 4.5m Trọng lượng đài : N = 1.1*Fđ *γhm = 1.1*4.85*2*2 = 21.34 T à Lực tác dụng vào đài: Nott = Ntt + Nbtt = 179 + 21.34 = 200.23 T .Số lượng cọc : nctt = 1.1* = 1.3* = 1.9 cọc Chọn số lượng cọc là nc = 2 cọc. .Bố trí cọc: .Kiểm tra lại trọng lượng đài tính toán: Nđ tt = 1.1*4.5*2.2 = 19.8 T Nott = 179 + 19.8 = 198.8 T à P = = = 109.34 T thoã * Tính áp lực tác dụng lên cọc: P = ± x: trọng tâm đáy đài đến tim cọc, x = 0.9m à P = ± à Pmax = 107.8 T thoã Pmin = 15.7 T > 0 à không cần kiểm tra điều kiện chống nhổ. 3. Kiểm tra cường độ đất nền tại đáy móng khối qui ước: Từ mép 2 cọc biên hạ 2 đường xiên góc a, với a = φtb = = = 23o96 à a = = 5o97 .Diện tích đáy móng khối qui ước: Lm = 2.4 + 2*22*tga = 6.8m Bm = 0.6 + 2*22*tga = 5.0m à Fm = 6.8*5.0 = 34.0 m2 .Tổng lực tác dụng tại đáy móng khối qui ước: Nmtc = Nđất + Nđài + Ncọc + Ntc = 34.0(2.84*5.2 + 1.84*5.2 + 1.69*4 + 1.69*8 +2*2)+2**22*2.5+155.65 = 1840 T Mmtc = Mtc + Qtc*Hm = 13.11 + 4.75*24 = 127.11 Tm. Kiểm tra áp lực tại đáy móng khối qui ước: stc = ± Wm – moment chống uốn của tiết diện đáy móng khối qui ước, Wm = = = 38.53 m3 à stc= ± stcmax = 48.34 T/m2 stcmin = 43.98 T/m2 stctb = 46.16 T/m2. Tính cường độ của đất tại đáy móng khối qui ước: R= (1.1*A*Bm*γII + 1.1*B*Hm*γII’ + 3 D* CII) Trong đó: m1,m2 – là các hệ số tra bảng phụ thuộc loại đất và tỉ số L/H m1 = 1.4, m2 = 1.4. ktc = 1 – hệ số tin cậy. CII = 0.075 – lực dính của lớp đất tại đáy móng khối qui ước A,B,C – các hệ số tra bảng phụ thuộc vào φ Với φ = 30o72 à A = 1.21, B = 5.97, D = 8.25 γII = 1.69 T/m3 γII’ = γtb = 1.19 à R = (1.1*1.21*5.9*1.69 + 1.1*5.97*24*1.19 + 3*8.25*0.075) = 397.2 T/m2 à stcmax = 48.34 T/m2 < 1.2R = 1.2*397.2 = 476.7 T/m2 stctb = 46.16 T/m2 < R = 397.2 T/m2 Vậy cường độ của đất dưới mũi cọc đủ khả năng chịu lực. Tính lún cho móng: Tính lún bằng phương pháp phân tầng cộng lún Tính áp lực gây lún: sgl = stctb – γtb*Hm = 46.16 – 1.19*24 = 17.6 T/m2 Ứng suất gây lún giảm dần theo độ sâu kể từ đáy móng khối qui ước. szgl = k0*sgl szbt = szgl - ứng suất gây lún tại độ sâu z szbt – ứng suất do trọng lượng bản thân tại độ sâu z. k0 – hệ số tra bảng Chia vùng chịu lún thành các lớp đất có hi = Bm/5 = 1.18m Điểm Độ sâu z(m) Lm/Bm (m) 2z/Bm k0 szgl (T/m2) szbt (T/m2) 0.2szbt (T/m2) 0 1 2 3 4 5 0 1.18 2.36 3.54 4.72 5.9 1.3 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 1 0.97 0.839 0.666 0.514 0.397 17.6 17.07 14.76 11.72 9.05 6.98 28.56 30.73 32.9 34.9 36.9 38.9 7.78 Tại điểm 5 có szgl < 0.2szbt thì xem như độ lún kết thúc. Độ lún S = β= 1 - ; m0 :hệ số poisson, m0 = 0.2 à β= 1 - = 0.9 E = 400 kG/cm2 – Mođun biến dạng của đất à S = = 0.02 m = 2 cm < Sgh = 8cm Vậy thõa điều kiện lún. Kiểm tra điều kiện chọc thủng: Vẽ hình tháp chọc thủng ta thấy cọc nằm trong phạm vi đáy tháp nên không cần kiểm tra điều kiện chọc thủng. Tính toán cốt thép cho đài cọc: Xem đài cọc làm việc như dầm console được ngàm tại 2 mép cột chịu lực tập trung là phản lực đầu cọc. .Sơ đồ tính: .Moment theo phương cạnh dài: MI = Pmax* l = 107.8* 0.625 = 67.38 Tm FaI = = = 31.46 cm2 Chọn 10 Ỉ 20 a140 (Fa = 31.40 cm2) .Cốt thép theo phương cạnh ngắn chọn Ỉ16 a200 II. TÍNH MÓNG 3-D: 1.Sơ bộ chọn kích thước đài và số lượng cọc: Chọn chiều sâu chôn móng: hm = 2m. Chiều cao đài:hđ = ac + h1 + h2 ac :chiều cao tiết diện cột, ac = 70cm h1: đoạn cọc ngàm vào đài ,h1 = 15cm h2 = 20cm à hđ = 70 + 15 + 20 = 105cm, chọn hđ = 100cm. Khi khoảng cách các cọc chọn 3d và sức chịu tải cọc là 133.83 T, thì ứng suất trung bình dưới đáy đài sẽ là: Ptt = = = 41.3 T/m2 Diện tích đế đài: Fđ = = = 6.5 m2 Chọn kích thước l x b = 2.8 x 2.8 = 7.84m2 Trọng lượng đài : N = 1.1*Fđ *γhm = 1.1*6.5*2*2 = 28.6 T à Lực tác dụng vào đài: Nott = Ntt + Nbtt = 239 + 28.6 = 267.6 T .Số lượng cọc : nctt = 1.1* = 1.3* = 3.6 cọc Chọn số lượng cọc là nc = 4 cọc. .Bố trí cọc: .Kiểm tra lại trọng lượng đài tính toán: Nđ tt = 1.1*7.84*2.2 = 34.5 T Nott = 239 + 34.5 = 273.5 T à P = = = 75.21 T thoã * Tính áp lực tác dụng lên cọc: P = ± x: trọng tâm đáy đài đến tim cọc, x = 0.9m à P = ± à Pmax = 76.1 T thoã Pmin = 61.33 T > 0 à không cần kiểm tra điều kiện chống nhổ. 2. Kiểm tra cường độ đất nền tại đáy móng khối qui ước: Từ mép 2 cọc biên hạ 2 đường xiên góc a, với a = φtb = = = 23o96 à a = = 5o97 .Diện tích đáy móng khối qui ước: Lm = 2.4 + 2*22*tga = 6.8m Bm = 2.4 + 2*22*tga = 6.8m à Fm = 6.8*6.8 = 46.24 m2 .Tổng lực tác dụng tại đáy móng khối qui ước: Nmtc = Nđất + Nđài + Ncọc + Ntc = 46.24(2.84*5.2 + 1.84*5.2 + 1.69*4 + 1.69*8 +2*2)+2**22*2.5+207.83 = 2518 T Mmtc = Mtc + Qtc*Hm = 22.14 + 6.53*24 = 178.86 Tm. 3.Kiểm tra áp lực tại đáy móng khối qui ước: stc = ± Wm – moment chống uốn của tiết diện đáy móng khối qui ước, Wm = = = 52.4 m3 à stc= ± stcmax = 56.7 T/m2 stcmin = 50.96 T/m2 stctb = 53.83 T/m2. 4.Tính cường độ của đất tại đáy móng khối qui ước: R= (1.1*A*Bm*γII + 1.1*B*Hm*γII’ + 3 D* CII) Trong đó: m1,m2 – là các hệ số tra bảng phụ thuộc loại đất và tỉ số L/H m1 = 1.4, m2 = 1.4. ktc = 1 – hệ số tin cậy. CII = 0.075 – lực dính của lớp đất tại đáy móng khối qui ước A,B,C – các hệ số tra bảng phụ thuộc vào φ Với φ = 30o72 à A = 1.21, B = 5.97, D = 8.25 γII = 1.69 T/m3 γII’ = γtb = 1.19 à R = (1.1*1.21*5.9*1.69 + 1.1*5.97*24*1.19 + 3*8.25*0.075) = 397.2 T/m2 à stcmax = 56.7 T/m2 < 1.2R = 1.2*397.2 = 476.7 T/m2 stctb = 53.83 T/m2 < R = 397.2 T/m2 Vậy cường độ của đất dưới mũi cọc đủ khả năng chịu lực. 5.Tính lún cho móng: Tính lún bằng phương pháp phân tầng cộng lún Tính áp lực gây lún: sgl = stctb – γtb*Hm = 53.83 – 1.19*24 = 25.27 T/m2 Ứng suất gây lún giảm dần theo độ sâu kể từ đáy móng khối qui ước. szgl = k0*sgl szbt = szgl - ứng suất gây lún tại độ sâu z szbt – ứng suất do trọng lượng bản thân tại độ sâu z. k0 – hệ số tra bảng Chia vùng chịu lún thành các lớp đất có hi = Bm/5 = 1.44m Điểm Độ sâu z(m) Lm/Bm (m) 2z/Bm k0 szgl (T/m2) szbt (T/m2) 0.2szbt (T/m2) 0 1 2 3 4 5 6 0 1.44 2.88 4.32 5.76 7.2 8.64 1 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 1 0.96 0.8 0.606 0.449 0.336 0.257 25.27 24.26 20.22 15.31 11.35 8.49 6.49 28.56 30.99 33.81 36.26 38.71 41.16 43.56 8.71 Tại điểm 6 có szgl < 0.2szbt thì xem như độ lún kết thúc. Độ lún S = β= 1 - ; m0 :hệ số poisson, m0 = 0.2 à β= 1 - = 0.9 E = 400 kG/cm2 – Mođun biến dạng của đất à S = = 0.036 m = 3.6 cm < Sgh = 8cm Vậy thõa điều kiện lún. 6.Kiểm tra điều kiện chọc thủng: Vẽ hình tháp chọc thủng ta thấy cọc nằm trong phạm vi đáy tháp nên không cần kiểm tra điều kiện chọc thủng. 7.Tính toán cốt thép cho đài cọc: Xem đài cọc làm việc như dầm console được ngàm tại 2 mép cột chịu lực tập trung là phản lực đầu cọc. .Sơ đồ tính: .Moment theo phương cạnh dài: MI = 2Pmax* l = 2*76.1* 0.55 = 83.71 Tm FaI = = = 39.08 cm2 Chọn 14 Ỉ 20 a200 (Fa = 43.96 cm2) .Moment theo phương cạnh ngắn : MII = 2Pmax* l = 2*76.1* 0.775 = 117.95 Tm FaI = = = 55.06 cm2 Chọn 18 Ỉ 20 a150 (Fa = 56.52 cm2)