Nền móng địa chất

Phần IV: NỀN MĨNG CHƯƠNG I: THỐNG KÊ ĐỊA CHẤT I.1: Điều kiện địa chất cơng trình CHƯƠNG II: TÍNH TỐN PHƯƠNG ÁN MĨNG CỌC KHOAN NHỒI II.1 Chọn đặc trưng của mĩng cọc II.1.1 Đặc trưng vật liệu Bêtông mac 300: Cường độ chịu nén tính toán Rn = 130 kG/cm2 Cường độ chịu kéo tính toán Ra = 10 kG/cm2 Môđun đàn hồi Eb = 2.9x105 kG/cm2 Hệ số poisson của bêtông n = 0.20 Môđun đàn hồi trượt của bêtông: Cốt thép: Sử dụng cốt thép nhóm C Cường độ thép AI (f<10): Ra= 2000 kG/cm2 Cường độ thép AIII (f>10): Ra = 3600 kG/cm2 II.1.2 Tính tốn sức chịu tải Chọn chiều sâu đặt đài cọc là -3m (lấy bằng cao trình của sàn tầng hầm ) tính từ cao trình mặt đất tự nhiên. Lấy chiều dày các lớp đất tại hố khoan BH3 để tính tốn, độ sâu hố khoan là 80 m, độ sâu mực nước ngầm là -8,66 m. Ta chọn cọc khoan nhồi cĩ đường kính D = 60cm và được khoan xuống lớp đất số 5, cĩ độ sâu là 34,15m kể từ mặt đất tự nhiên. Chọn sơ bộ chiều cao đài cọc theo cơng thức: hđ = 2.D +10 = 2 x 60 +10 = 130 cm Bêtơng sử dụng là bêtơng mác 300, Rn = 130 kG/cm2 ( Cường độ của bêtơng khơng quá 60 kG/cm2 ) Cốt thép làm cọc AIII, Ra = 3600 kG/cm2 ( theo TCXD - 195 : 1997 đối với cọc khoan nhồi thì: kG/cm2 2200 kG/cm2 chọn kG/cm2) Xác định sức chịu tải của cọc nhồi theo vật liệu làm cọc được xác định theo cơng thức: - Cơng thức tính tốn: Trong đĩ: m - hệ số điều kiện làm việc phụ thuộc vào loại cọc trong mĩng. Chọn m = 1 j - Hệ số uốn dọc. Lấy j = 1, khi mĩng cọc đài thấp, cọc khơng xuyên qua bùn, than bùn. Rn, Ra - Cường độ chịu nén, kéo của bêtơng, cốt thép; Fb, Fa - Diện tích tiết diện của bêtơng và cốt thép dọc. Fb = p.r2 = 3,14 x 302 = 2826 cm2, Fa = cm2 chọn cốt thép dọc bố trí là : 12 f16 ( Fa = 25,13 cm2 ) kG = 224,846 T Hình 2.1 Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lí của đất nền (theo SNiP 2.02.03.85) Sức chịu tải cho phép của cọc đơn, theo đất nền, được tính: Trong đĩ: Qa - Sức chịu tải trọng nén cho phép của cọc; Qtc - Sức chịu tải tiêu chuẩn tính tốn theo đất nền của cọc đơn; Ktc - Hệ số độ tin cậy, lấy bằng 1,4 ( sức chịu tải xác định bằng tính tốn, kể cả theo kết quả thử động cọc mà khơng kể đến biến dạng đàn hồi của đất. Sức chịu tải của cọc nhồi cĩ và khơng cĩ mở rộng đáy cũng như của cọc chịu tải trọng nén đúng tâm xác định theo cơng thức: Trong đĩ: m - hệ số điều kiện làm việc, lấy m = 1; mR - Hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc . Lấy mR = 1 trong mọi trường hợp trừ khi cọc mở rộng đáy bằng nổ mìn. Ap - Diện tích mũi, m2 , đối với cọc nhồi khơng mở rộng đáy và đối với cọc trụ lấy bằng diện tích tiết diện ngang của chúng; mf - hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc, phụ thuộc vào phương pháp tạo lỗ khoan, lấy theo bảng A.5/72 – TCXD 205 : 1998, lấy mf = 0,6. fi – Ma sát bên của lớp đất i ở mặt bên của thân cọc, T/m2, lấy theo bảng A.2/68 – TCXD 205 : 1998; u – Chu vi tiết diện cọc. qp - cường độ chịu tải của đất dưĩi mũi cọc, T/m2, đối với đất độn là đất cát và đối với đất cát trong trường hợp cọc nhồi cĩ và khơng cĩ mở rộng đáy, cọc ống hạ cĩ lấy hết nhân đất và cọc trụ - tính theo cơng thức: Trong đĩ: - - Hệ số thứ nguyên lấy theo bảng A.6/73 – TCXD : 205 : 1998 Tra bảng với gĩc ma sát trong của đất tại mũi cọc là: jI = Ta được: b = 0,27, , a = 0,59, gI’ - Trị tính tốn của trọng lượng thể tích đất, T/m3, ở phía dưới mũi cọc (khi đất no nước cĩ kể đến sự đẩy nổi trong nước), gI’ = 1,92 T/m3 gI - Trị tính tốn trung bình (theo các lớp) của trọng lượng thể tích đất, T/m3 (khi đất no nước cĩ kể đến sự đẩy nổi trong nước) L - Chiều dài cọc, L = 30,6 m. dp - Đường kính, m , của cọc nhồi hoặc của đáy cọc ( nếu mở rộng đáy cọc). Giá trị ma sát bên của cọc ta tiến hành chia chiều dài cột thành những đoạn cột, sao cho mỗi đoạn cĩ chiều dày khơng quá 2m. Hình 2.2 Trong hình 2.2 là hình thể hiện cách chia các lớp đất đồng nhất, chiều dày mỗi lớp 2m Lớp đất Loại đất hi (m) li (m) fsi (T/m2) 3 Sét pha nửa cứng, dẻo cứng 5,35 1.5 2.62 Độ sệt IL=0,43 4a Cát pha chứa sạn sỏi, TT dẻo 6,75 1.3 4.275 8,05 1.3 4.405 4 Cát pha sét bột, TT dẻo 9,7 2 4.57 11,7 2 4.77 13,7 2 4.97 15,7 2 5.17 17,7 2 5.37 19,7 2 5.57 21,7 2 5.77 23,7 2 5.97 25,7 2 6.142 27,6 2 6.36 29.5 1.8 6.55 31.5 2 6.72 33.32 1.65 6.866 Bảng 2.1 Giá trị ma sát bên T II.1.3 Chọn số lượng cọc bố trí -Nội lực tại chân cột được lấy từ các trường hợp tổ hợp nội lực trong Etabs như sau: Mĩng NX (T) NY (T) NZ (T) MX (T.m) MY (T.m) MZ (T.m) 1 2.89 9.13 480.1 1.97 2.785 0.001 2 0.06 9.12 480.23 1.958 0.02 0.001 Bảng 2.2 Từ giá trị lực dọc NZ trong bảng trên ta tiến hành chia nhĩm mĩng đề tính tốn sao cho các lực dọc chênh nhau khơng lớn hơn 20% Từ giá trị NZ ta tính số lượng cọc cho từng mĩng như sau: Số lượng cọc tính theo cơng thức : ncọc = với k = 1,2 - Hệ số độ tin cậy NZ - lực dọc tính tốn của cột truyền xuống mĩng Mĩng NZtt (T) NZtc (T) Số Cọc Chọn (Cọc) M1 480.1 417.48 3.429 4 480.23 417.50 3.429 4 Bảng 2.3 Đảm bảo khoảng cách các cọc là: 3d – 6d, Giá trị , với n = 1,1 1,2, ở đây lấy n = 1,15. II.1.4 Mĩng M1 Bố trí cọc cách nhau một khoảng S 3D = 1,8 m Khoảng cách từ tim cọc ngồi cùng tới mép mĩng 0,7D = 420 mm, Chọn khoảng cách là 450mm Chiều cao của đài cọc như đã chọn ở trên là 1,3m Hình 2.3 Bố trí cọc mĩng M1 II.1.4.1 Tải trọng phân phối lên cọc - Theo giả thíêt gần đúng coi cọc chỉ chịu tải dọc trục và cọc chỉ chịu nén hoặc kéo. - Giá trị nội lực: Giá trị Nmax (T) MX (T.m) MY (Tm) QX (T) QY (T) Tính toán 480.1 1.97 2.785 2.89 9.13 Tiêu chuẩn 417.48 1.71 2.42 2.51 7.94 Bảng 2.4 - Theo giả thíêt gần đúng coi cọc chỉ chịu tải dọc trục và cọc chỉ chịu nén hoặc kéo. + Trọng lượng của đài: Gđ Fđ. hm.gtb = (2,7 x 2,7) x 1,3 x 2,5 = 23,7 (T) + Tải trọng tác dụng lên cọc được tính theo cơng thức: + Tải trọng tính với tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn tại đáy đài: Ntc = 417,50 + 23,7 = 441.2 T, Mxtc = 1,97 T.m, Mytc = 2,785 T.m Ntt = 480,12 + 23.7 = 503.82 T, M0xtt = 1,71 T.m, M0ytt = 2,42 T.m Với xmax = 0,9 m, ymax = 0,9 m + Tải trọng truyền lên cọc khơng kể trọng lượng bản thân cọc và lớp đất phủ từ đáy đài trở lên tính với tải trọng tính tốn: + Giá trị tính tồn tải trọng phân phối lên cọc thể hiện trong bảng sau: Cọc xi (m) yi (m) Pi ( T) P0i (T) 1 -0.9 0.9 110.50 126.22 2 0.9 0.9 111.45 127.32 3 -0.9 -0.9 109.15 124.68 4 0.9 -0.9 110.10 125.78 Bảng 2.5Tải trọng phân phối lên cọc II.1.4.2 Tính tốn kiểm tra đài cọc Đài cọc làm việc như bản conson cứng, phía trên chịu tác dụng dưới cột N0 ,M0, phía dưới là phản lực đầu cọc P0i cần phải tính tốn hai khả năng. Kiểm tra cường độ trên tiết diện nghiêng - điều kiện đâm thủng - Kiểm tra cột đâm thủng đài theo dạng hình tháp: Hình 2.4Tháp đâm thủng Ta thấy tất cả các cọc đều nằm trong phạm vi đáy của tháp đâm thủng vì vậy lực đâm thủng( bằng tổng phản lực của cọc nằm ngồi phạm vi đáy của tháp đâm thủng) bằng khơng đài cọc thỏa điều kiện chống đâm thủng. Tính tốn cường độ trên tiết diện thẳng đứng – tính cốt thép đài Đài tuyệt đối cứng, coi đài làm việc như bản conson ngàm tại mép cột. - Mơmen tại mép cột theo mặt cắt I – I: M1 = r1.(P02 + P04) Trong đĩ: r1 - khoảng cách từ trục cọc 2 và 4 tới măt cắt I – I , r1 = 0,45 m MI = 0,45.(127,32 + 125,78) = 114 T.m Cốt thép yêu cầu ( chỉ đặt cốt đơn) Chọn thép 18 f 16 a 150, Fa = 36,2 cm2 - Mơmen tại mép cột theo mặt cắt II – II: MII = r2.(P01 + P02) Trong đĩ: r1 - khoảng cách từ trục cọc 1,2 và 3 tới măt cắt II – II , r1 = 0,45 m MI = 0,45.(126,22 + 127,32) = 114,1 T.m Chọn thép 18 f 16 a 150, Fa = 36,2 cm2 II.1.4.3 Kiểm tra tổng thể mĩng cọc Kiểm tra cọc ma sát theo điều kiện biến dạng: độ lún của nền mĩng cọc được tính theo độ lún của nền mĩng khối qui ước cĩ mặt cắt là abcd. ji – gĩc ma sát trong của lớp đất cĩ chiều dày hi, đơn vị Độ (0) ở đây a = 70 Chiều dài của đáy mĩng khối qui ước: LM = 2,4 + 2.29,85.tg70 = 9,7 m Bề rộng của đáy mĩng khối qui ước: BM = 2,4 + 2.29,85.tg70 = 9,7 m Chiều cao mĩng khối qui ước: HM = 31,15 m Xác định trọng lượng của mĩng khối qui ước: Trong phạm vi từ đáy đài trở lên cĩ thể được tính theo cơng thức: N1tc = LM x BM.h.gtb = 9,7.9,7.1,3.2,5 = 305,8 T Trọng lượng đất trong phạm vi từ đê đài đến hết lớp 2(khơng kể trọng lượng cọc): N2tc = (9,7.9,7.0,3 – 0,3.p.0,32.4).2,08 = 58 T - Trị tiêu chuẩn trọng lượng cọc trịn d = 0,6 m, dài 30,6 m 30,6.0,2826.2,5 = 21,62 T - Trọng lượng cọc trong phạm vi lớp 2: T Trọng lượng đất trong phạm vi lớp 3 (khơng kể trọng lượng cọc): N3tc = (9,7.9,7.1,5 – 1,5.0,2826.4).1,93 = 269,1 T - Trọng lượng cọc trong phạm vi lớp 3: Trọng lượng đất trong phạm vi lớp 4a (khơng kể trọng lượng cọc): N4atc = (9,7.9,7.2,6 – 2,6.0,2826.4).1,94 = 469 T - Trọng lượng cọc trong phạm vi lớp 4a: Trọng lượng đất trong phạm vi 5 (khơng kể trọng lượng cọc): N4tc = (9,7.9,7.19,8 – 19,8.0,2826.4).(1,92 – 1) = 1693,34 T (Trường hợp cĩ tính đến sự đẩy nổi với gn = 1 T/m3) - Trọng lượng cọc trong phạm vi lớp 5: Trọng lượng đất trong phạm vi 5 (khơng kể trọng lượng cọc): N4tc = (9,7.9,7.5,65 – 5,65.0,2826.4).(1,92 – 1) = 483,2 T (Trường hợp cĩ tính đến sự đẩy nổi với gn = 1 T/m3) - Trọng lượng cọc trong phạm vi lớp 4: Trọng lượng mĩng khối qui ước: = 305,8 + 58 + 0,85 + 269,1 + 4,24 + 469 + 7,224 + 1693,34 + 55,2 + 483,2 + 16 3362 T Trị tiêu chuẩn lực dọc tính đến đáy mĩng khối quy ước: Ntc = + NZtc = 3362 + 417,5 3780 T Mơmen tiêu chuẩn tại đáy mĩng khối quy ước: Mtc = M0tc + Qtc. HM = 2,42 + 7,94.31,15 = 250 T.m Độ lệch tâm: Áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối quy ước: = 41,8 T/m2 = 38,5 T/m2 = 40,15 T/m2 Cường độ tính tốn của đất ở đáy khối quy ước: Ktc = 1,0 - hệ số độ tin cậy khi các chỉ tiêucơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất m1, m2 - hệ số tra bảng 3 -1 sách “ Hướng dẫn đồ án nền và mĩng” ta được: m1 = 1,4, m2 = 1,0 (vì cơng trình khơng phải tuyệt đối cứng) A, B, D - hệ số tra bảng 3 – 2 sách “ Hướng dẫn đồ án nền và mĩng” dựa vào trị tính ( lớp đất số 5 ) tốn của gĩc ma sát trong jII = 2901’, ta được: A = 1,06, B = 5,24, D = 7,67 gII – Dung trọng tự nhiên của đất dưới mũi cọc ( khi đất no nước cĩ kể đến sự đẩy nổi trong nước): gII = 1,92 – 1 = 0,92 T/m3 g’II - Trị trung bình dung trọng tự nhiên của các lớp đất tính từ đáy mĩng khối quy ước lên đến mặt đài cọc: RM = = 359 T/m2 1,2RM = 431 T/m2 Thỏa mãn điều kiện: 1,2RM RM Vậy ta cĩ thể tính tốn được độ lún của nền theo quan niệm biến dạng tuyến tính. Ứng suất bản thân - Ứng suất tại đáy đài: = 1,4.2,5 = 3,5 T/m2 - Ứng suất tại đáy lớp 2: T/m2 - Ứng suất tại đáy lớp 3: T/m2 - Ứng suất tại đáy lớp 4a: T/m2 - Ứng suất tại đáy lớp 4: = 29,5 T/m2 - Ứng suất tại đáy mĩng khối quy ước: = 34,7 T/m2 - Ứng suất gây lún đáy mĩng khối quy ước: = 40,15 – 34,7 = 5,45 T/m2 Ta nhận thấy ngay tại vị trí đáy mĩng khối quy ước nên khơng cần thiết phải tính lún cho mĩng. Độ lún S luơn thỏa nhỏ hơn 8 cm.