Nền và móng cọc ép

PHẦN 3: NỀN VÀ MÓNG CHƯƠNG I: MẶT CẮT ĐỊA CHẤT VÀ CHỈ TIÊU CƠ LÝ I- MẶT CẮT ĐỊA CHẤT: CÔNG TRÌNH PETRONAS ĐỊA CHỈ: 170 HAI BÀ TRƯNG, PHƯỜNG ĐA KAO, QUẬN 1. TP- HCM. II- BẢNG TỔNG HỢP CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA CÁC LỚP ĐẤT: Lớp Đất tc ctc tc TTGH 1 TTGH 2 T/m3 KG/cm3 Độ I CI I II CII II LỚP1 1,95 0,326 11020 1,85 0,310 10020 1,91 0,320 11010 LỚP2 1,929 0,413 14000 1,85 0,382 1205 1,92 0,405 13010 LỚP3 1,846 0,224 12000 1,720 0,19 11002 1,810 0,215 11032 LỚP4 1,968 0,035 29038 1,87 0,025 28002 1,932 0,029 29010 Lớp Đất đn (T/m3) W% WL WP PI B Hệ số nén lún a1-2 (cm2/KG) Mođul biến dạng E1-2 (KG/cm2) LỚP1 0,872 0,64 19,4 25 18 7 0,2 0,05 109,22 LỚP2 0,87 0,778 27,5 37,4 18,4 19 0,48 0,023 170 LỚP3 0,846 0,791 23,4 28,1 18 10,1 0,53 0,054 42.45 LỚP4 0,989 0,687 24,5 0,022 174,7 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MÓNG PHƯƠNG ÁN 1: MÓNG CỌC ÉP ---O0O--- I- CHỌN CHIỀU SÂU ĐẶT ĐÀI CỌC: - Căn cứ vào trụ địa chất tại nơi xây dựng, ta chọn lớp đất đặt đáy đài cọc là lớp đất sét pha màu nâu vám trắng và đáy đài cánh mặt trên của lớp đất đắp là 1,5m. - Sử dụng bê tông mác 300, thép AIII để làm vật liệu thi công đài cọc. II- CHỌN LOẠI VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU CỌC: - Sử dụng cọc bê tông cốt thép có tiết diện: dxd= 30 x 30 cm. - Bê tông cọc Mac 300 có: Rn= 130 KG/cm2 Rk= 10 KG/cm2 - Cốt thép AIII có: Ra= 3600 KG/cm2 Ra/= 2800 KG/cm2 III- XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC: 1. Xác định kích thước cọc: - Chọn chiều sâu chôn đài cọc : 1,5 m - Chọn chiều dài đúc cọc: 22 m gồm 2 đoạn 11m nối lại với nhau kể cả phần cọc ngàm vào đài là 100mm và phần đập bể đầu cọc là 600 mm. Nên chiều dài tính toán của cọc là 21,3 m 2. Xác định sức chịu tải của cọc theo điều kiện đất nền: - Sức chịu tải cho phép của một cọc đơn được xác định theo công thức: Theo TCXD 205-1998 tacó: Qa= Trong đó Ktc= 1,4 Qtc= m(mR.qP.AP + u.) Với: m= 1 mR= 1 qP: Cường độ tính toán sức chịu tải của đất ở mũi cọc Z= 22,8 m Lớp đất số 4 là đất cát mịn, lẫn bột ít sét sau khi nội suy trong bảng tra ta có: qP= 188,4 T/m2 AP= 0,3 x 0,3= 0,09 m2 u= 0,3 x 4=1,2 m mfi= 0,9 Với các fsi : + Z1=2,5 m, h1=2 m, B=0,16 Þ f1= 4,5 T/m2 + Z2=4,5 m, h2=2 m, B=0,16 Þ f2= 5,5 T/m2 + Z3=6,5 m, h3=2 m, B=0,16 Þ f3= 5,9 T/m2 + Z4=8,5 m, h4=2 m, B=0,16 Þ f4= 6,2 T/m2 + Z5=10,5 m, h5=2 m, B=0,48 Þ f5= 2,8 T/m2 + Z6=12,5 m, h6=2 m, B=0,48 Þ f6= 2,7 T/m2 + Z7=14 m, h7=1 m, B=0,48 Þ f7= 2,9 T/m2 + Z8=15,5m, h8=2 m, B=0,53 Þ f8= 2,57 T/m2 + Z9=17,5 m, h9=2 m, B=0,53 Þ f9= 2,6 T/m2 + Z10=19,5 m, h7=2 m, B=0,53 Þ f10= 2,7 T/m2 + Z11=20,75 m, h8=0,5 m, B=0,53 Þ f11= 2,7 T/m2 + Z12= 21,9 m, h9=1,8 m, Là lớp cát mịn lẫn bột, ít sét hặt vừa Þ f12= 4,2 T/m2 = (4,5 x 2 + 5,5 x 2 + 5,9 x 2 + 6,2 x 2 + 2,8 x 2 + 2,7 x 2 + 2,9 x 1 + 2,5 x 2 + 2,6 x 2 + 2,7 x 0,5 + 4,2 x 1,8) = 77,21 T/m2 Þ Qtc= 1(1 x 176,9 x 0,09 + 0,9 x 1,2 x 77,21)= 99,3 T Sức chịu tải cho phép của cọc: Qa= = = 70,9 T IV- THIẾT KẾ MÓNG KHUNG TRỤC 6: IV.1- TÍNH MÓNG B6: M1 Tải trọng toàn bộ công trình tác dụng xuống móng M1 được tổng hợp ở bảng sau: TẢI TRỌNG TRUYỀN XUỐNG MÓNG M1 Tải Cột NMax (T) MTư (T) QTư (T) Tiêu chuẩn 6B 143,87 11,04 1,2 Tính toán 6B 172,64 13,25 1,44 IV.1.1- Xác định sơ bộ kích thước đài cọc: - Ta chọn h=1,5m nên MĐTT = MĐĐ - Tải tính toán: ptt= = = 87,5 T/m2 p0tt=ptt-.h.1,1= 87,5 – 2 x 1,5 x 1,1= 84,2 T/m2 * Xác định sơ bộ kích thước đáy bệ: Fb= = = 1,95 m2 - Tính lại trọng lượng của bệ tính toán: Nbtt =1,1.Fb.h.=1,1 x 2 x 1,5 x 1,95= 6,6 T N0tt= Ntt + Nbtt= 172,64 + 6,6= 175,94 T IV.1.2- Xác định số lượng cọc: nctt= = = 2,5 - Khi xét đến ảnh hưởng của momen ta tăng số lượng cọc lên b lần: nctt.b= 2,5 x 1,4= 3,5 cọc Þ Chọn : 4 cọc. IV.1.3- Cấu tạo và tính toán đài cọc: - Chọn chiều dài cọc ngàm vào đài: h1= 10 cm - Chọn chiều cao sơ bộ của đài: hđ= 1 m - Kiểm tra điều kiện: P < Qa P= = = 61,58 T < Qa= 70,9 TÞ Thỏa. M0tt= Mtt + Qtt.h= 13,25 + 1,44 x 1,5= 15,41 Tm Pmax= + = + = 48,27 T Pmin= - = - = 39,7 T - Kiểm tra điều kiện: Pmax= 48,27 T < Qa= 70,9 T (thoả) Pmin= 39,7T > 0 và Pmax= 48,27 T < Pc= 90 T Ptb= = 43,99 T Vậy: Với chiều cao giả định hđ= 1m, thì đầu cọc nằm ngoài phạm vi chọc thủng nên không cần kiểm tra. - Tải tác dụng lên cọc nhỏ hơn sức chịu tải của cọc và Pmin > 0 nên không cần kiểm tra chống nhổ cho nên thiết kế như trên là thỏa: IV.1.4- Kiểm tra ổn định của nền nằm dưới khối móng quy ước và kiểm tra lún của móng: Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của khối móng quy ước trong đó: jtb= Trong đó: hi: chiều dày lớp đất thứ i mà cọc đi qua jHi: góc ma sát trong cảu lớp thứ i Ta có: Lớp 1: jII=110 10; h= 8 m Lớp 2: jII=130 10; h= 5 m Lớp 3: jII=110 32; h= 6,5 m Lớp 4: jII=290 10; h= 1.8 m jtctb= = 13.480 a= = = 3.40, tga= tg3.40= 0,059 - Chiều dài của đáy móng khối quy ước: Lm= l + 2tg().Lc= 1,5 + 2 x 0,059 x 21,3= 3,8 m - Bề rộng móng khối quy ước: Bm= b + 2tg().Lc=1,2 + 2x 0,059 x 21,3= 3 m - Diện tích đáy móng khối quy ước: Fm= 3 x 3,8= 11,4 m2 - Xác định trọng lượng của khối móng quy ước: Qmqư= B1.L1.(h + Lc)gtb= 3 x 3,8 x (1,5 + 21,3) x 0,873 = 226,9 T 1. Áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng khối quy ước Rm== Với Ktc= 1 (hệ số độ tin cậy tiến hành khoan khảo sát tại hiện trường) m1,m2: hệ số điều kiện làm việc của đất nền và dạng kết cấu công trình tác động qua lại với nền đất. m1= 1,2 (đất cát vừa và mịn) m2= 1,27 (đất cát vừa và mịn) hm= 21,3 m CII= 0,029 T/m2 gII: dung trọng đất bên dưới mũi cọc, lấy với gđn= 0,989 T/m3 : dung trọng trung bình của đất từ đáy móng khối quy ước trở lên = = 0,873 T/m3 Và jII= 29010/, Tra bảng (nội suy) tacó: A= 1,065, B= 5,26, D= 7,675 Þ Rm= = 170,28 T/m2 - Ứng suất trung bình thực tế dưới đáy móng khối quy ước: Vậy: cho nên đất nền dưới đáy móng đủ sức chịu tải. - Ứng suất cực đại và cực tiểu dưới đáy móng khối quy ước: < >0, Vậy đất nền dưới khối móng quy ước ổn định 2. Tính lún theo phương pháp phân tầng cộng lún - Theo quy phạm Việt Nam, độ lún của móng cọc được tính với lớp đất dưới mũi cọc ( Lớp đất dưới đáy móng khối quy ước). - Theo TCXD 45-78 giới hạn chịu lún ở độ sâu tại đó có: - Dùng phương pháp cộng lún từng lớp: S= ; si= Tính lún dưới đáy móng khối quy ước: Lm= 3,8 m, Bm= 3 m. - Ứng suất bản thân đất tại mũi cọc: - Ứng suất gây lún tại tâm diện tích đáy móng khối quy ước: p0= = 32,52 - 18,61= 13,91 T/m2 - Tại giữa mỗi lớp đất ta sét các trị số: + jtb=: Áp lực bản thân + : Áp lực gây lún + - Trị số k0 tra bảng ứng với và tỷ số: = = 1,125 ( Z tính từ đáy mĩng khối quy ước ) - Chia nền đất dưới mũi cọc thành các lớp cĩ chiều dày: hi= 1 m Ta có lập bảng tính như sau: STT ĐỘ SÂU Z(m) k0 () () () 1 0 0 1 13,91 18,61 13,14 2 1 0,6 0,889 12,36 19,6 11,2 3 2 1,3 0,722 10,04 20,59 8,85 4 3 2 0,551 7,66 21,58 6,32 5 4 2,6 0,358 4,98 22,58 4,2 6 5 3,3 0,246 3,42 23,47 3,1 7 6 5 0,195 2,71 24,46 2,45 8 7 4,5 0,158 2,19 25,44 Tại độ sâu Z= 7m dưới đáy mĩng khối quy ước cĩ: Tính lún theo phương pháp cộng lún từng lớp Modul biến dạng của lớp đất 4 được thống kê trong sử lý địa chất E0= 214,7 KG/cm2= 2147 T/m2 b= 0,8 Độ lún được tính bởi cơng thức: = Như vây: S= 0,018 cm < [ Sgh ]= 8 cmÞ Thỏa yêu cầu biến dạng. IV.1.5 Tính đài cọc và bố trí thép cho đài 1- Kiểm tra điều kiện xuyên thủng Với chiều cao hđ= 1 m thì đầu cọc nằm ngoài phạm vi chọc thủng, nên không cần kiểm tra. 2- Tính cốt thép - Tính momen phương cạnh dài: L= 2 m và L1= 400 m L2= 325 m PI=+=+= 50,42 T PII=-=-= 37,78 T MI= LI(PI + PII)= 0,4(50,42 + 37,78)= 35,28 Tm Þ FaI= Chọn : 9f16 (Có Fa= 18,1 cm2), @200 Bố trí f16, a= 200 - Tính moment theo phương cạnh ngắn B=1,5m MII= LII(PI + PII)= 0,3(50,42 + 37,78)= 26,46 Tm Þ FaI= Chọn : 6f16 (Có Fa= 12,06 cm2), @200 Bố trí f16, a= 220 IV.1.6 Tính toán cọc chịu tác dụng của tải ngang - Giả sử đầu cọc được ngàm vào đài do đĩ đầu cọc chỉ chuyển vị ngang, khơng cĩ chuyển vị xoay. - Momen quán tính tiết diện ngang của cọc: I= - Độ cứng tiết diện ngang của cọc Eb.I= = 1957 Tm2 - Chiều rộng quy ước bc: Theo TCXD 205-1998 + d ³ 0,8 m Þ bc= d+1 + d £ 0,8 m Þ bc= 1,5d + 0,5= 1,5 x 0,3 + 0,5= 0,95 m - Hệ số tỷ lệ k trong cơng thức: Cz= k.z - Chiều dài ảnh hưởng: lah= 2(d + 1)= 2(0,3 + 1)= 2,6 m - Chiều dài ảnh hưởng nằm trong lớp đất thứ 1, là lớp đất sét pha trạng thái nửa cứng cho nên tra bảng ta được hệ số tỷ lệ là: k= 598 T/m4 - Hệ số biến dạng: 0,781 m-1 - Chiều dài tính đổi của phần cọc trong đất: Le= abd.L= 0,781 x 21,3= 16,64 - Các chuyển vị dHH, dMH, dMM của cọc ở cao trình đáy đài do các ứng lực đơn vị, đặt tại cao trình đáy đài. dHH: chuyển vị ngang của tiết diện (m/T), bởi H0= 1 T dHM: chuyển vị ngang của tiết diện (1/T), bởi M0= 1 Tm dMH: gĩc xoay của tiết diện (1/T), bởi H0= 1 T dHH: gĩc xoay của tiết diện (1/Tm), bởi M0= 1 Tm Le= 16,64 > 4, cọc tựa trên đất Þ A0= 2,441; B0= 1,621; c0= 1,571 Cơng thức tính: dHH= 14,71.10-4 m/T dMH= 13,57.10-4 1/T dMM= 10,28.10-4 1/Tm - Lực cắt của cọc tại cao trình đáy đài: Qtt= 1,44 T (đối với 4 cọc) Þ Hf= - Vì đầu cọc bị ngàm cứng vào đài dưới tác dụng của lực ngang, trên đầu cọc cĩ xuất hiện momen gọi là momen ngàm: -= -0,48 (Vì Lo= 0) - Chuyển vị ngang y0(m) tại cao trình đáy đài: + yo= Hf.dHH + Mf.dHM= 0,36 x 14,71.10-4 - 0,48 x 13,57.10-4= 0,00012 m - Momen uốn Mz=(T/m) trong các tiết diện của cọc. Mz= Với: Chiều sâu tính đổi: ze= abd.z EbI K abd y0 0 Mf Hf 1957 598 0,781 0,00012 0 -0,48 0,36 Momen uốn dọc thân cọc: z(m) ze A3 B3 C3 D3 Mz(Tm) 0.000 0,0 0,000 0.000 1,000 0,000 -0,48 0.285 0,2 -0,001 0.000 1,000 0,243 -0,37 0.571 0,45 -0,012 -0,002 1,000 0,410 -0,29 0.856 0,5 -0,037 -0,012 0,987 0,624 -0,18 1.427 1,0 -0,167 -0,083 0,975 0,996 -0,03 2.140 1,6 -0,056 -0,430 0,871 1,448 0,24 2.853 2,2 -1,295 -1,316 0,204 1,742 0,52 3.424 2,7 -2,145 -2,665 -0,963 1,331 0,77 3.994 3 -3,192 -4,721 -3,518 0,186 1,32 4.993 3,9 -3,999 -9,546 -11,213 -6,748 1,69 5.706 4,5 -1,632 -11,752 -18,105 -15,218 1,44 - Momen uốn lớn nhất trong cọc: Mmax= 1,69 Tm - Diện tích cốt thép trong cọc: Fa= - Chọn 4f16, Có Fa= 8,04cm2 > 1,93 cm2 Kiểm tra độ ổn định của đất nền quanh trục khi chịu áp lực ngang: - Điều kiện khơng phá hỏng cọc khi chịu áp lực ngang sz £ sgh sz: Áp lực tính tốn tại độ sâu Z. sz= Vì Le= 16,64 > 2,5. ta kiểm tra điều kiện này tại vị trí: Z= Ze= abd.Z= 0,781x1,1= 0,86 Các giá trị A1, B1, C1, D1. Được tra bảng G3 của TCXD 205-1998. Với: Ze= 0,86m, tra bảng được như sau: A1= 0,996, B1= 0,849, C1= 0,363, D1= 0,103. = 0,16 T/m2 sgh: Áp lực giới hạn tại độ sâu Z= 1,1 m. sgh= h1.h2. Trong đĩ: h1= 1 h1: Hệ số kể đến phần tải trọng thường xuyên trong tổng tải trọng, tính theo cơng thức. h2= Mđh: Momen tải trọng thường xuyên Mđh= 18,84 Tm M= 13,25 Tm Þ h2= Với cọc BTCT: z= 0,3 Đầu cọc nằm trong lớp đất thứ 4 nên ta cĩ các tính chất cơ lý sau: gI= 1,87 T/m3 CI= 0,025 T/m2 jI= 28,020 Þ sgh= 1x0,54=2,69 T/m2 Vậy: sgh= 2,69 T/m2 > sz= 0,16 T/m2 nên cọc khơng bị phá hỏng khi chịu áp lực ngang. IV.1.7 Kiểm tra cọc trong quá trình vận chuyển và cẩu lấp 1. Khi vận chuyển cọc: - Trọng lượng cọc trên 1m dài: q= 1,1 x 0,3 x 0,3 x 2,5= 0,25 T/m Mmax= 0,0434 x qL2= 0,0434 x 0,25 x 112= 1,31 Tm - Chiều dày lớp bảo vệ a= 3 cm A= g= 0,5(1+= 0,5(1+= 0,95 Fa= < 8,04cm2= 4f16 2. Khi cẩu lắp: Mmax= 0,086qL2= 0,086 x 0,25 x 112= 2,6 Tm A= g= 0,5(1+= 0,5(1+= 0,91 Fa= < 8,04cm2= 4f16 Þ Cốt thép trong cọc đã thỏa mãn điều kiện về cẩu lắp và vận chuyển. 3. Tính thép làm mĩc neo: Lực do 1 thanh thép chịu khi cẩu lắp: P= Fa= Þ Chọn thép f16 có Fa= 2,01 cm2 4. Tính đoạn thép mĩc treo neo vào trong cọc: Lneo= , (Vì u= p.d= 3,14x1,6= 5,024cm) Chọn Lneo= 30.d= 30 x 1,6= 48 cm > 16,52 cm. IV.1.8. Kiểm tra sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc: Qvl= j(Rb.Fb+Ra.Fa) Trong đĩ: Qvl: Sức chịu tải của cọc theo vật liệu j= 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc. Rb= 130 KG/cm2: Cường độ chịu nén của bê tơng mac 300. Fb= 30x30= 900 cm2: Diện tích tiết diện ngang của cọc. Ra= 3600 KG/cm2 Fa= 8,04 cm2: diện tích tiết diện ngang của cốt thép. Þ Qvl= 1(130 x 900 + 8,04 x 3600)= 145,9 T Vậy: Qvl= 145,9T > 1,4.Qa= 1,4 x 90= 126 TÞ Cọc ép khơng bị vỡ. V. Bố trí thép xem bản vẽ: