Thiết kế phần nền móng

CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ PHẦN NỀN MÓNG 8.1. Tải trọng và số liệu địa chất 87.1.1 Số liệu địa chất công trình. a. Cấu tạo các lớp đất : Hình 7.1 - Mặt cắt cấu tạo các lớp địa chất - Lớp 1 : có bề dày h = 2.8 m Bùn sét cát xám đen ,kẹp cát trung - mịn ,tàn tích hửu cơ ,xác thực vật - Lớp 2 : có bế dày h = 157 m Sét xám trắng , xám vàng loang lỗ , trạng thái dẻo mềm đến dẻo cứng - Lớp 3 : có độ sâu từ -18.5 đến -40 m ,chưa kết thúc trong phạm vi lỗ khoang . Cát sét hạt trung- mịn màu xám xanh,xám trắng ,kẹp các ổ sét trạng thái dẻo. b. Bảng chỉ tiêu cơ lý của đất Lớp Bề dày (m) Tên đất kN/m3 e W (%) Wnh (%) Wd (%) C (kPa) () (Mpa) N 1 2.8 Bùn sét 16.79 2.67 1.26 44.4 36.6 25 6.68 1.04 2 15.7 Sét xám 17.17 2.68 1.14 39.28 50.3 28.31 20.84 1.01 11 3 >18.5 Cát hạt trung 19.15 2.68 0.67 22.06 24.8 19.56 12.37 4.80 26 c. Tải trọng Nội lực tại chân cột được lấy theo kết quả tính khung phần bên trên ,lấy từ các tổ hợp có Nmax và M tương ứng. Ký hiệu Nội lực Cột A-3 Cột B-3 Cột C-3 Cột D-3 Cột E-3 Cột F-3 N0tt (T) 270 260.50 282.62 281.26 260.46 269.79 Mtt (T.m) 6.87 6.49 6.59 6.72 6.64 6.74 Qtt (T) 3.41 2.70 2.88 2.92 2.75 3.37 Tải trọng tường và sàn tầng hầm tại các vị trí chân cột : Trọng lượng các lớp cấu tạo sàn STT Các lớp cấu tạo (daN/m2) D (mm) n gstc (daN/m2) gstt (daN/m2) 1 Gạch ceramic 2000 10 1.1 20 22 2 vữa lót 1800 30 1.3 54 70.2 3 BTCT 2500 150 1.1 412.5 453 g 545 Tải trọng sàn: - Cột A-3: (daN) - Cột B-3: (daN) - Cột C-3: (daN) - Cột D-3: (daN) - Cột E-3: (daN) - Cột F-3: (daN) Tải trọng tường: (daN/m) Tổng tải trọng tác dụng xuống móng: Ký hiệu Nội lực Cột A-3 Cột B-3 Cột C-3 Cột D-3 Cột E-3 Cột F-3 Ntt (T) 275 263.34 291.05 292.23 268.30 273.714 Mtt (T.m) 6.87 6.49 6.59 6.72 6.64 6.74 Qtt (T) 3.41 2.70 2.88 2.92 2.75 3.37 Dựa vào kết quả nội lực tính toán ,phân thành nhóm nội lực với cột có sự chênh lệch N không quá 10% - Nhóm 1: cột A,B,E,F - Nhóm 2: cột C,D 8.2. Xác định phương án móng Từ kết quả địa chất ta thấy rằng : các lớp đất 1,2,các lớp đất thuộc dạng yếu và trung bình .Lớp đất thứ 3 là lớp đất cát pha hạt trung thuộc dạng lớp đất tốt có mođun biến dạng lớn nên thuận lợi cho việc tiếp thu tải trọng công trình . Vì vậy giải pháp móng ở đây là móng sâu truyền tải công trình xuống lớp đất 3. với công trình 11 tầng này ta có thể sử dụng hai phương án móng : phương án móng cọc ép và cọc khoan nhồi. 8.2.1 Phương án móng cọc ép Sơ lược về phương án móng sử dụng : - ưu điểm: .Khả năng chịu lực tương đối lớn ,có khả năng cắm sâu vào lớp đất tốt,thi công tương đối dể dàng không đòi hỏi kỹ thuật cao. .Không gây chấn động làm phá hoại vùng đất xung quanh cọc,ít ảnh hưởng đến công trình xung quanh .Các đoạn cọc được đúc sẵn trong nhà máy nên dể dàng kiểm tra được chất lượng cọc. -Nhược điểm: .Với những công trình chịu tải lớn thì số lượng cọc tăng lên hoặc phải tăng kích thước dẫn đến chi phí thi công đài cọc tăng hay tiết diện cọc quá lớn không thể ép xuống được. . Quá trình ép cọc thường xảy ra sự cố khi gặp các lớp đất cứng , tảng đá mồ côi…cọc bị chối khi chưa đến độ sâu thiết kế, cọc bị gãy trong quá trình ép cọc …Quá trình thi công kéo dài ,không kiểm soát được sự làm việc các mối nối. 87.3 Tính toán móng M1 dưới chân cột trục A,B&E,F: 8.3.1 Chọn loại cọc và chiều sâu đặt mũi cọc -Với phương án móng cọc ,ta đặt chiều sâu đặt tại mũi cọc từ 1-1.5m vào lớp đất thứ 3 - Chọn cọc đặt tiết diện hình vuông 30x30cm chiều dài cọc 21 m gồm 3 đoạn cọc ,mỗi đoạn dài 7m. Bêtông mác M300 (Rn= 130 daN/cm2 ,Rk=10daN/cm2) Cốt dọc 416 ,nhóm thép CII (Ra= 2600 daN/cm2 ) Thép đai 6 và lưới thép đầu cọc 6a50. Chọn sơ bộ chiều cao đài cọc 1.0m .Cọc cắm vào đài 0.15m ,đoạn bê tông đầu cọc 0.5m(đập vở để râu thép cắm vào đài dài 0.5m).Độ sâu đặt đáy đài kể từ mặt đất tự nhiên là 2.2m. 8.3.2 Kiểm tra độ sâu đặt đáy đài và chiều cao đài cọc: Độ sâu đặt đế đài phải thỏa điều kiện chịu tải ngang và áp lực bị động của đất : Trong đó : - là góc ma sát trong và dung trọng tự nhiên của đất từ đáy đài trở lên chính là lớp đất 1 (bùn sét) ,T/m3 - : giá trị tính toán của tải trọng ngang - Bđ : Bề rộng đáy đài ,chọn sơ bộ 0.73 (m) vậy chọn chiều sâu chôn đài cọc h=2.2m (so với mặt đất tự nhiên là hợp lý Vì đài cọc được đặt ở cao trình ngang với mặt sàn tầng hầm. Vậy đài cọc sơ bộ được chọn như trên. 8.3.3 Xác định sức chịu tải của cọc a. Sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc Sức chịu tải tính toán theo vật liệu của cọc được tính theo công thức sau Trong đó : -: hệ số uốn dọc của cọc, lấy =1 - : cường độ chịu nén của bêtông M300 ,(daN/cm2) - : diện tích mặt cắt ngang của cọc , = 30x30(cm2) - : cường độ tính toán của thép CII, =2600 (daN/cm2 ) - : diện tích tiết diện ngang cốt dọc ,=8.044 (cm2) daN=137.914 (T) b. Sức chịu tải của cọc theo đất nền Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc theo đất nền được xác định theo công thức sau : Trong đó : - m là hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, m=1 - ,: các hệ số điều kiện của đất ở mũi cọc và ở mặt xung quanh cọc có xét đến ảnh hưởng phương pháp hạ cọc được xác định theo bảng A3 ,TCXD 205,1998. , - : diện tích tiết diện đầu cọc ,(m2) - u : chu vi thân cọc , (m) - : chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc - : cường độ đất nền mũi cọc xác định bằng cách tra bảng A1 TCXD 205:1998. Tại độ sâu z=22.5m đất cát hạt trung (tra bảng A1 thì cường độ tính toán của đất nền dưới mũi cọc (nội suy) là (T/m2) : cường độ tiêu chuẩn của mas sát thành ứng với lớp đất thứ I với bề mặt xung quanh cọc ,được tính toán bằng cách tra bảng A2,TCXD 205 Chia đất nền thành các lớp đồng nhất như hình vẽ (chiều dày mỗi lớp lấy 2m).Z,H lấy từ mặt đất tự nhiên. Lớp đất Loại đất (m) (m) (T/m2) (T/m) 1 Sét xám Đen 1 2.5 1.68 0 1 0 2 Sét xám trắng 2 3.8 0.5 2.16 1 4.32 2 5.8 0.5 2.48 1 4.96 2 7.8 0.5 2.59 1 5.18 2 9.8 0.5 2.69 1 5.38 2 11.8 0.5 2.73 1 5.46 2 13.8 0.5 2.77 1 5.54 2 15.8 0.5 2.83 1 5.66 1.7 17.65 0.5 2.91 1 4.95 3 Cát sét hạt trung 2 19.5 0.48 2.96 1 5.92 2 21.5 0.48 3.06 1 6.12 53.49 Vậy (T) Sức chịu tải cho phép của cọc đơn : (T) Hình 7.2 –Phân chia các lớp đất nền thành các lớp đồng nhất b. Sức chịu tải của cọc bằng kết quả xuyên tĩnh (theo TCXD 205.1998) - Sức chịu tải cực hạn của cọc tính theo công thức : . Sức chống cực hạn mặt bên xác định theo công thức : . Sức chống cực hạn của mũi xuyên xác định theo công thức : Trong đó: - u chu vi tiết diện cọc : (m) - độ dài của cọc trong lớp đất thứ i - hệ số phụ thuộc vào loại đất ,loại cọc - sức cản mũi xuyên của lớp đất thứ i - lực ma sát bên đơn vị của cọc ở lớp đất thứ i, có chiều dày hi - hệ số mang tải ,phụ thuộc loại đất loại cọc , tra bảng - diện tích tiết diện của đầu cọc : (m2) Bảng tính sức chống cực hạn mặt bên Lớp đất u(m) (m) (T/m2) (T) Sét xám Đen 1.2 2.8 104 30 14 Sét xám trắng 1.2 15.7 101 30 76.6 Cát sét hạt trung 1.2 4 480 150 15.36 Sức chống cực hạn mặt bên: 106 .Sức chống cực hạn của mũi xuyên : (T) Vậy sức chịu tải cho phép của cọc bằng kết quả xuyên tĩnh: (T) Như vậy sức chịu tải thiết kế của cọc là giá trị nhỏ nhất giữa sức chịu tải theo vật liệu,sức chịu tải theo đất nền , và sức chịu tải theo kết quả xuyên tĩnh. (T) 8.3.4 Xác định số lượng cọc và bố trí cọc - Phản lực của cọc lên đáy đài khi cọc cách nhau 3d (T) - Diện tích sơ bộ đáy đài : (m2) - Trọng lượng của đài và đất trên đài (T) - Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài (T) - Số lượng cọc sơ bộ: cọc -chọn số cọc là: =6 - Bố trí cọc trong đài với khoảng cách giữa các cọc là :3d=30.3=0.9(m) - Khoảng cách giữa mép cọc hàng biên với mép đài là : d/2=0.15 (m) - Diện tích đài cọc : (m2) Hình 7.3 - Mặt bằng bố trí cọc 8.3.5 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc - Diện tích thực tế của đài cọc : (m2) - Trọng lượng tính toán thực tế của đế đài và đất nền trên đài (T) -Lực dọc tính toán của đáy đài (T) -Tải trọng tác dụng bình quân lên đầu cọc (T) -Tải trọng tác dụng lớn nhất tác dụng lên cọc biên (m) Với : (m2) (T) -Trọng lượng bản thân cọc (T) (T) <(T) Như vậy thỏa mản điều kiện áp lực max truyền xuống dãy cọc biên 8.3.6 Kiểm tra ổn định của móng khối quy ước dưới mũi cọc Hình 7.4 – Móng khối quy ước -Xác định kích thước móng khối quy ước Góc ma sát trung bình của các lớp đất theo chiều dài cọc : - Chiều dài quy ước đế đài : (m) Với (khoảng cách xa nhất giữa hai biên của hai cọc xa nhất) - Chiều rộng quy ước của đài (m) Với (khoảng cách xa nhất giữa hai biên của hai cọc xa nhất) - Chiều cao khối móng quy ước :(m) - Diện tích khối móng quy ước (m2) Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên móng khối quy ước : - Trọng lượng móng khối quy ước: (T) - Lực dọc tiêu chuẩn tại đáy móng khối quy ước (T) ( (T)) - Moment tiêu chuẩn ứng với trọng tâm đáy móng khối quy ước: (T) Độ lệch tâm : (m) Phản lực bình quân dưới đáy móng : (T/m2) - Phản lực dưới móng khối quy ước: (T/m2) (T/m2) Tải trọng tiêu chuẩn dưới móng khối quy ước : Với m1,m2 = 1 hệ số điều kiện làm việc của đất nền : dung trọng lớp đất từ đáy móng khối quy ước trở xuống : dung trọng bình quân trên mũi cọc , được tính bằng : (T/m2) c: lực dính đơn vị của đất ngay móng khối quy ước A,B,D - hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong nền ,đáy móng khối quy ước nằm ởlớp đất thứ 3 có =,tra bảng ta có : A=0.62, B=3.49, D=6.06 Tải trọng tiêu chuẩn dưới móng khối quy ước : (T/m2) Nhận thấy : (T/m2) <(T/m2) (T/m2) <(T/m2) Như vậy thỏa mãn điều kiện để tính lún,có thể tính toán được độ lún của nền theo quan niệm biến dạng tuyến tính . 8.3.7 Kiểm tra độ lún nền đất dưới móng cọc Tính toán độ lún của móng cọc trong trường hợp này như độ lún của khối móng quy ước trên nền thiên nhiên. Ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất : -Ứng suất do trọng lượng bản thân ở đáy lớp đất 1:( h=2.8m) (T/m2) -Ứng suất do trọng lượng bản thân ở đáy lớp đất 2:( h=15.7m) (T/m2) -Ứng suất do trọng lượng bản thân ở đáy móng khối quy ước :(h=4m) (T/m2) -Ứng suất gây lún tại đáy móng khối quy ước : (T/m2) . Chia đất nền dưới móng khối quy ước thành các lớp bằng nhau và bằng : Xét một điểm thuộc trục qua tâm móng ,có độ sâu z kể từ đáy móng: Ứng suất do tải trọng ngoài gây ra : với Ứng suất dotrọng lượng bản thân đất gây ra : (T/m2) Hình 7.5- Biểu đồ phân bố ứng suất gây lún Hình 7.5- Biểu đồ phân bố ứng suất gây lún -Bảng phân bố ứng suất dưới đáy móng khối quy ước Điểm (m) (T/m2) (T/m2) 0 0 1.27 0 1 22.77 39.32 0.533 1 0.8 1.27 0.24 0.942 21.44 40.85 0.483 2 1.6 1.27 0.48 0.765 17.41 42.38 0.379 3 2.4 1.27 0.72 0.579 13.18 43.92 0.277 4 3.2 1.27 0.96 0.404 9.2 45.45 0.186 Chiều sâu vùng nén cực hạn dưới đáy móng kết thúc tại độ sâu có ở độ sâu 3.2 dưới đáy móng khối quy ước . Tính độ lún của móng khối quy ước theo công thức: Với : ứng suất trung bình do tải trọng ngoài gây ra tại giữa lớp đất đang xét., hi=0.8 (m),, 660 (T/m2) Bảng tính độ lún của móng Lớp đất Lớp phân tố Chiều dày (m) (T/m2) (T/m2) (T/m2) (m) 3 1 0.8 22.77 660 0.8 0.020 22.10 21.44 2 0.8 21.44 660 0.8 0.018 19.42 17.41 3 0.8 17.41 0.014 15.29 13.18 4 0.8 13.18 0.010 10.90 8.71 Tổng độ lún 0.062 Như vậy độ lún của móng (cm) < (cm) thỏa mãn điều kiện lún cho phép. 8.3.8 Tính toán và bố trí cốt thép cho đài a.Kiểm tra điều kiện xuyên thủng Trên hình bên ta nhận thấy tháp chọc thủng 450từ chân cột trùm ra ngoài Các tim cọc do vậy đài cọc không bị đâm thủng nên không phải kiểm tra điều kiện chọc thủng Hình 7.- Tháp chọc thủng b. Tính toán cốt thép cho đài cọc Mômen ngàm tại chân cột được tính từ các phản lực trên các cọc và được lấy với giá trị trung bình Pctb nhân với khoảng cách từ mép cột tới các đầu cọc ai: Mi = Pctb.∑ai I-I I-I Sơ đồ tính toán tại mặt cắt I-I: Moment tương ứng với mặt ngàm I - I: Các phản lực do do cọc P3 ,P6 tác dụng lên đài cọc : (Tm) Chọn 11 f18(với a = 150) có Fa’ = 28(cm2) Chiều dài mỗi thanh: lI = 2.3 (m) Sơ đồ tính toán tại mặt cắt II-II: Moment tương ứng với mặt ngàm II-II (Tm) Chọn 12 f16 (với a = 200) có Fa’ = 24.12(cm2) Chiều dài mỗi thanh: lI I= 1.4 (m) 8.3.9 Kiểm tra cọc trong quá trình vận chuyển và cẩu lắp Sơ đồ tính của móc cẩu như hình bên dưới : Hình 7.7-Sơ đồ hai móc cẩu lắp dựng Hình 7.8-Sơ đồ một móc cẩu lắp dựng Trọng lượng cọc : (T) Trọng lượng phân bố trên 1m chiều dài Kiểm tra khả năng chịu lực của cọc là : - Cốt thép chịu lực trong cọc 416 , Fa = 8.044(cm2) Cốt đai 6 , lớp bêtông bảo vệ abv=3(cm) Chiều cao làm việc của bêtông : Ta có : Khả năng chịu lực của cọc nên cọc đảm bảo cường độ khi vận chuyển.