Điều kiện về địa chất công trình

1. Điều kiện địa chất công trình : Lớp 1 : Đất lấp dày 2,5m Lớp 2 : Sét pha dày 11,5m Lớp 3 : Cát pha dày 11m Lớp 4 : Cát hạt nhỏ dày 6,2m Lớp 5 : Cát hạt vừa dày 8,8m Lớp 6 : Lớp cuội sỏi chưa kết thúc ở độ sâu hố thăm dò 55m TT Tên lớp đất g (T/m3) W Wnh Wd j (độ) C (kg/cm2) N Qc (MPa) Δ 1 Đất lấp 2 Sét pha 1.85 33.1 37.0 23.9 9025 0.14 5 1.52 2.69 3 Cát pha 1,80 29.5 32.5 26.3 12005 0.09 9 1.78 2.65 4 Cát hạt nhỏ 1,86 24.2 - - 30 - 20 7.6 2.63 5 Cát hạt vừa 1.89 17 - - 35 - 40 12 2.63 6 Cuội sỏi 1,96 15 - - 40 - 100 2.63 Lớp 2 là lớp sét pha , có độ sệt : B = = 2,53 => lớp đất ở trạng thái nhão Lớp 3 là lớp cát pha , có độ sệt : B = = 0,52 => lớp đất ở trạng thái dẻo mềm . Lớp 4 là lớp cát hạt nhỏ , có N =20 => lớp đất ở trạng thái chặt vừa Lớp 5 là lớp cát hạt vừa , có N =40 => lớp đất ở trạng thái chặt Lớp 5 là lớp cuội sỏi , có N =100 => lớp đất ở trạng thái rất chặt Ta có kết quả trụ địa chất như sau : 2.Đề xuất phương án móng : ViÖc lùa chän ph­¬ng ¸n mãng phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt thuû v¨n vµ t¶i träng t¹i ch©n cét , ®¶m b¶o yªu cÇu vÒ ®é lón cña c«ng tr×nh . Ngoµi ra cßn phô thuéc vµo ®Þa ®iÓm x©y dùng ®Ó lùa chän biÖn ph¸p thi c«ng cäc . Tải trọng tại chân cột với cột biên là 498,7T, cột giữa là 793,8 T là lớn nên phải chọn móng cọc sâu để đưa tải trọng xuống lớp cuội sỏi phía dưới . Do vậy,các giải pháp móng có thể sử dụng được là: + Phương án móng cọc ép + Phương án cọc khoan nhồi - Phương án móng cọc ép: + Ưu điểm : -Không gây chấn động mạnh . -Dễ thi công , kiểm tra được chất lượng cọc -Giá thành rẻ + Nhược điểm : -Tiết diện cọc nhỏ do đó sức chịu tải của cọc không lớn . - Khó thi công khi phải xuyên qua lớp sét cứng hoặc cát chặt. - Phương án móng cọc khoan nhồi : + Ưu điểm : Có thể khoan đến độ sâu lớn, cắm sâu vào lớp cuội sỏi. Kích thước cọc lớn, sức chịu tải của cọc rất lớn , chịu tải trọng động tốt . Không gây chấn động trong quá trình thi công. + Nhược điểm : Thi công phức tạp , cần phải có thiết bị chuyên dùng . Khó kiểm tra chất lượng cọc . Giá thành tương đối cao. Nhận xét : Với 2 phương án trên ta thấy rằng sử dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi là phù hợp hơn về yêu cầu sức chịu tải cũng như khả năng thi công thực tế cho công trình. Thực tế cho thấy việc sử dụng móng cọc khoan nhồi cho nhà cao tầng ở Hà Nội là hợp lý . 3. Tính móng trục C: Theo kết quả tính toán của kết cấu thì nội lực tính toán dưới chân cột (đỉnh móng) là: N0tt = -793,8 T. M0tt = -22,63 Tm. Q0tt = -6,64 T. Với lực dọc đưa vào tính toán móng ta phải cộng thêm trọng lượng nền, trọng lượng dầm giằng móng, trọng lượng tường tầng 1. - Trọng lượng nền : Bảng 1: Tĩnh tải nền TT Cấu tạo các lớp qtc ( Kg/m2 ) n qtt (Kg/m2 ) 1 Gạch lát Ceramic: 0,01x2000 20 1,1 22 2 Lớp vữa lót : 0,02 x 1800 36 1,3 46,8 3 Lớp Bêtông gạch vỡ : 0,1x2200 220 1,1 242 4 Cát đen san nền : 0,2x1500 300 1,3 390 5 Đất thiên nhiên : 0,1x1500 150 1,3 195 Tổng cộng : 726 895,8 N1 = 8,4´6´895,8 = 45148,3 (kG) = 45,1 T. - Trọng lượng dầm giằng móng (220´600mm). N2 = 0,22´0,6´2,5´6x1,1= 6756,75 kG = 2,2 T. - Trọng lượng tường xây tầng 1(tường 220). N3 = 0,22´1,8´1,1´6x3,9 = 10,2 T. Vậy nội lực tính toán tại đỉnh móng là: N0tt = 793,8 + 45,1 + 2,2 + 10,2 = 851,3 T. M0tt = 22,63 Tm. Q0tt = 6,64 T. a. Vật liệu : + Cọc : Bêtông cọc mác 300 có Rn = 130 kG/cm2 , Rk = 10 kG/cm2 Cốt thép dọc chịu lực loại AII có Ra = 2800 kG/cm2 Cốt đai AI có Ra =2100 kG/cm2 Chọn 12 f 25 có Fa = 58,91 cm2 + Đài : Bêtông đài cọc mác 300 có Rn = 130 kG/cm2 Thép AII có Ra = 2800 kG/cm2 Cốt đai AI có Ra =2100 kG/cm2 Lớp lót bêtông gạch vỡ mác 75 , dày 10 cm b. Chọn sơ bộ cọc và đài cọc : Từ tài liệu địa chất chọn : Chiều sâu chôn đài hđ = 2,5 m Chiều dài cọc là 39,5 m kể từ đáy đài, phần cọc ngàm vào lớp đất sỏi là 2 m. Chọn đường kính cọc D = 1,2 m . c. Kiểm tra chiều sâu chôn đài : Kiểm tra điều kiện tính toán theo sơ đồ móng cọc đài thấp : hđ > 0,7 . hmin hmin = tg ( 45o – ) . j , g : gãc ma s¸t trong vµ träng l­îng tù nhiªn cña ®Êt tõ ®¸y ®µi trë lªn. Líp ®Êt lÊp , thµnh phÇn chÝnh lµ c¸t, c¸t pha mµu x¸m n©u, x¸m, tr¹ng th¸i dÎo cøng , Èm , cã lÉn g¹ch vôn vµ ®¸ t¶ng , dµy 2 m. Dung trọng tự nhiên gw = 1,86 g/cm3 Góc ma sát trong j = 18o Bề rộng đài móng giả thiết b =1,7m hmin = 1,12m Trong khi đó : hđ chọn là 2,5m > 0,7x1,12m => Thỏa mãn điều kiện. d. Xác định sức chịu tải của cọc : d1. Sức chịu tải của cọc theo vật liệu : Sức chịu tải của cọc nhồi chịu nén : Pv = j . ( m1. m2 . Rb. Fb + Ra . Fa ) + j : hệ số uốn dọc : j = 0,59 (cọc xuyên qua tầng sét yếu,tra bảng) + m1 : hệ số điều kiện làm việc , đối với cọc được nhồi bêtông theo phương thẳng đứng thì m1 = 0,85 + m2 : hệ số điều kiện làm việc, kể đến ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc Khi thi công cọc cần dùng ống vách và đổ bêtông dưới huyền phù (bentonite) thì m2 = 0,7 + Rb, Ra : cường độ chịu nén tính toán của bêtông và cốt thép . Rb = 130kg/cm2 Ra = 2800kg/cm2 Fb : Diện tích tiết diện ngang của bêtông cọc Fb = = = 1,13m2 Fa : Diện tích tiết diện ngang của cốt thép dọc : 58,91cm2 => Pv = 0,59x(0,85x0,7x11300x130+2800x58,91) = 613,5 (T) d.2.Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền :  Theo Meyerhof : Pđn = K1 . N . Ap + K2 . Ntb . U. L ( KN) N :chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d trên mũi cọc:N = 70 Ap : diện tích tiết diện mũi cọc = = = 1,13m2 Ntb : chỉ số SPT trung bình dọc theo thân cọc Ntb = = 34,8 U : chu vi cọc = 2 . p . R = 2 . 3,14 . 0,6 = 3,77 m L : Chiều dài cọc trong phạm vi lớp đất 39,5 m K1: hệ số = 120 cho cọc khoan nhồi K2 : hệ số = 1 cho cọc khoan nhồi ® Pđn = 1468 (T) Ptt = = = 587,3 ( T ) e.Xác định số lượng cọc : n = b . Trong đó : n : số lượng cọc trong đài b : hệ số kinh nghiệm, kể đến ảnh hưởng của lực ngang và mômen , b = 1,2 N : tổng lực đứng kể đến cao trình đáy đài , N = 851,3 T P : sức chịu tải tính toán của cọc , P = 587,3(T) ® n = 1,2 . = 1,74 =>Chọn n = 2 cọc. f.Bố trí cọc : Mặt bằng bố trí cọc như hình vẽ Như vậy kích thước đài sẽ là : 5300x1700x2500 Khoảng cách giữa 2 cọc : 3600 (=3d) Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng tới mép đài là : 250 g.Kiểm tra tải tác dụng lên cọc : Theo các giả thiết gần đúng coi cọc chỉ chịu tải dọc trục và cọc chỉ chịu nén hoặc kéo. Tải trọng tác dụng lên cọc chịu nén nhiều nhất và chịu kéo nhiều nhất xác định theo công thức : P = Nmax : tổng tải trọng đứng tại cao trình đáy đài + Trọng lượng của đài và đất trên đài : Nđtt ≈ n.Fđ. hm . γtb = 1,1.2.5,3.1,7.2,5 = 39,6 (T) Nmax = Ntt + Nđ = 851,3+39,6 = 890,9 (T) My = Mo + Q . hđ = 22,63 + 6,64 . 2 = 35,91 Tm xmax = 1,8 m , y max = 0 m S x= 2 . 1,82 = 6,48 m2 ® P’max = 455,43 ( T) ® P’min = 435,48 ( T) ® P’max = 455,43 ( T ) < Pgh = 587,3 ( T ) P’min = 435,48 ( T ) > 0 ® không cần kiểm tra điều kiện chịu nhổ . Vậy cọc đảm bảo khả năng chịu lực . h. Kiểm tra cường độ đất nền : Để kiểm tra cường độ của nền đất tại mỗi cọc, coi đài cọc , cọc và phần đất giữa các cọc là 1 móng khối quy ước có chiều sâu đáy móng bằng khoảng cách từ mặt đất tới mặt phẳng đi qua mũi cọc . Diện tích đáy móng khối quy ước xác định theo công thức : Fđq = ( A1 + 2L tg a ) . ( B1 + 2L tg a ) Trong đó : a = với jtb là góc ma sát trong trung bình của các lớp đất từ mũi cọc trở lên. jtb = = 25o12’ ® a = 6o18’ A1 = 4800 mm , B1 = 1200 mm L : chiều dài cọc tính từ lớp đất thứ 3 (lớp cát pha) tới mũi cọc = 28 m ® Fđq = ( 4,8 + 2 . 28 . tg 6o18’) . ( 1,2 + 2 . 28 . tg6o18’ ) = 10,98 . 7,38 = 81,03m2 Mômen tại tâm khối móng quy ước là : My = Moy = 35,91 Tm Xác định tải trọng tính toán dưới đáy khối móng quy ước (mũi cọc) : +Trọng lượng của đất và đài thuộc móng khối quy ước,tính từ đáy đài trở lên: N1 = Fm.γtb .= 134,35.2.2,5 = 671,75 T +Trọng lượng khối đất từ mũi cọc tới đáy đài: N2 = (Fm –Fc ).lc . γtb γtb = = (1,85.11,5+1,8.11+1,8.6.2+1,8.8,8+1,96.2)/(11,5+11+6,2+8,8+2) = 1,823 T/m3 N2 = (134,35 -1,13.2).39,5.1,823 = 9512 T + Trọng lượng cọc : Qc = 1,1.2.1,13.39,5.2,5 = 245,5 T Tải trọng thẳng đứng tại đáy khối móng quy ước : N = No + N1+N2+Qc = 11182 T Áp lực tính toán tại đáy khối móng quy ước : pmax = + = + =138,24 T/m2 pmin = + = - = 137,76 T/m2 Cường độ tính toán của đất ở đáy khối quy ước : (Theo công thức của Terzaghi) R = = = 4244,8 T/m2 Pgh = 0,5.b.Nγ .γ + g’.h.Nq + c.Nc Lớp cuội sỏi có φ = 400 tra bảng ta có : Nγ = 113 ; Nq =64,2 ; Nc =75,4 Pgh = 0,5.9,93.113 .1,96+ 1,8.41,5.64,2 = 5895,4 T/m2 => R = = = 1965,13 T/m2 Ta có : pmax = 138,24 T/m2 < 1.2.R =2358 T/m2 Ptb = 138T/m2 < R =1965,13 T/m2 Như vậy nền đất dưới mũi cọc đủ khả năng chịu lực. i. Kiểm tra lún cho móng cọc : + Ứng suất bản thân tại đáy lớp 1 : σbth=2m = γ1.h1 = 1,86.2,5 = 4,65 T/m2 + Ứng suất bản thân tại đáy lớp 2 : σbth=2+11,5(m) =4,65 + 1,85.11,5 = 25 T/m2 + Ứng suất bản thân tại đáy lớp 3 : σbth=2+11,5+11(m) = 25 +1,8.11 = 44,8 T/m2 + Ứng suất bản thân tại đáy lớp 4 : σbth=2+11,5+11+6,2(m) =44,8 +1,8.16,2 = 55,96 T/m2 + Ứng suất bản thân tại đáy lớp 5 : σbth=2+11,5+11+6,6+8,8(m) = 55,96 +1,8.8,8 = 71,8 T/m2 + Ứng suất bản thân tại đáy khối móng quy ước : σbtqư = 71,8 +1,96.2 = 75,72 T/m2 + Ứng suất gây lún tại đáy khối móng quy ước : σglz=0 = σtc - σbt = - 75,72= 44,93 T/m2 Tính lún của nền bằng cách cộng lún các lớp phân tố . S = = Trong đó : Si : độ lún của lớp đất thứ i b : hệ số = 0,8 hi : chiều dày của lớp đất thứ i Eoi : môđun biến dạng của lớp đất thứ i = 500kg/cm2 n : số phân lớp chia trong vùng ảnh hưởng Chiều dày vùng ảnh hưởng được tính từ đáy móng đến độ sâu thoả mãn điều kiện : s gl = 0,2 . sbt s gl : ứng suất gây lún tại lớp đất thứ i sbt :ứng suất bản thân do trọng lượng các lớp đất phía trên điểm cần tính gây ra. Ứng suất gây lún tại điểm nằm trên trục đáy móng khối và cách nó 1 khoảng Z là : sglz = k . sgl với k là hệ số phụ thuộc a/b và z/b . Lập bảng tính các giá trị ứng suất bản thân , ứng suất gây lún tại các điểm trên trục đi qua tâm đáy móng khối quy ước . Chia đất dưới đáy móng thành những phân lớp có chiều dày 100 cm < bqư / 4 Líp Z(m) a/b z/b K sbt (kG/cm2) sgl (kG/cm2) sgltb (kg/cm2) Si (cm) 1 0 1,49 0.000 1.000 7.572 4.493 4.3694 0.6991 1 0.136 0.945 7.768 4.246 2 1 1,49 0.136 0.945 7.768 4.246 3.9933 0.6389 2 0.271 0.881 7.964 3.741 3 2 1,49 0.271 0.881 7.964 3.741 3.3123 0.5300 3 0.407 0.771 8.160 2.884 4 3 1,49 0.407 0.771 8.160 2.884 2.4082 0.3853 4 0.542 0.670 8.356 1.932 5 4 1,49 0.542 0.670 8.356 1.932 1.5323 0.2452 5 0.678 0.586 8.552 1.132 6 5 1,49 0.678 0.586 8.552 1.132 0.8504 0.1361 6 0.813 0.502 8.748 0.568 åS = 2,635 cm Độ lún tổng cộng của khối móng quy ước là S =2,635cm < [S] = 8 cm Vậy thoả mãn yêu cầu về độ lún . k. Tính toán đài cọc : Tính với cọc tương đương có diện tích = diện tích của cọc thực tế = 1,13 m . Vậy cọc tương đương có kích thước ~ 1 m x 1 m - kiểm tra cột đâm thủng đài theo dạng hình tháp : P [a1 ( bc + c2 ) + a2 ( hc + c1 )] . ho . Rk Trong đó : P : tổng phản lực của cọc nằm ngoài phạm vi đáy tháp đâm thủng ( bỏ trọng lượng đài và đất trên đài ) P = Pmax + Pmin = Nott = 890,91 T bc = hc = 1 m ho : chiều cao hữu ích của đài ( lấy a = 15 cm ) ® ho = 2,5 – 0,15 = 2,35 m C1 , C2 : khoảng cách trên mặt bằng từ mép cột đến mép đáy tháp chọc thủng C1 = 0,85 m , C2 = 0,25 m Rk = 10 kg/cm2 = 100 T/m2 a1 = 3,59 a2 = 27,79 VP = [ 3,59 . ( 0,5 + 0,25 ) + 27,79 . ( 0,9 + 0,85 ) ] . 2,35 . 100 = 12061 T ® P = 890,91T < 12061 T ® thoả mãn điều kiện chọc thủng . - Tính toán cắt trên tiết diện nghiêng Điều kiện cường độ : Q b. b . ho . Rk Trong đó : Q : tổng phản lực của các cọc nằm ngoài tiết diện nghiêng : Q = 455,43 T b : bề rộng của đài = 1,7 m ho = 2,35 m Rk = 100 T/m2 b = 0,7 . C = 0,85 m < 0,5 . ho ® C = 0,5 ho ® b = 1,57 ® VP = 1,57 . 1,7 . 2,35 . 100 = 627,215 ( T ) ® Q = 455,43 (T) < 627,215 ( T ) Vậy thoả mãn điều kiện chịu cắt . - Tính toán đài chịu uốn : Qua việc tính toán chịu uốn xác định diện tích cốt thép đặt ở đáy đài theo phương cạnh dài , cắt qua tiết diện I-I như hình vẽ trên . Diện tích cốt thép xác định theo công thức : Fa = MI : mômen uốn tương ứng với mặt ngàm I-I MI = 455,43 . 1,35 = 614,8 Tm Ra = 2800 kg/cm2 ® Fa = = 103,8 cm2 Chọn 15f30 a120 ( Fa = 106,05 cm2 ) . Theo phương kia đặt thép theo cấu tạo 26f25 a200 . Mặt cắt móng trục C : 4. Tính móng trục D: Theo kết quả tính toán của kết cấu thì nội lực tính toán dưới chân cột (đỉnh móng) là: N0tt = -498,74 T. M0tt = -20,62 Tm. Q0tt = -7,93 T. 5. Giằng móng :