Số liệu địa chất công trình và các phương án móng

PHẦN III NỀN MÓNG GVHD: THẦY NGUYỄN TRÍ DŨNG CHƯƠNG 7: SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN MÓNG 7.1. Đặc điểm công trình: - Công trình chung cư Tân Cảng bao gồm 12 tầng, được xây dựng tại Q. Bình Thạnh TP.HCM. - Dựa vào kết quả nội lực đã giải ở phần tính toán khung Chương 4: Phương án Hệ kết cấu khung - giằng (ở đây ta sử dụng kết quả nội lực của phương án kết cấu đã chọn là Phương án Hệ kết cấu khung - giằng), ta phân cùng một loại móng cho các chân cột có lực dọc lệch nhau không quá 15%. Mặt bằng móng. - Địa chất công trình tại khu đất được khảo sát bằng 2 hố khoan. 7.2. Cấu tạo địa chất công trình: _Khối lượng đã khảo sát gồm 2 hố khoan ký hiệu HK1, HK2 mỗi hố sâu 40m. Tổng độ sâu đã khoan là 80 m với 40 mẫu đất nguyên dạng dùng để thăm dò địa tầng và thí nghiệm xác định tính chất cơ lý của các lớp đất. _Từ mặt đất hiện hữu đến độ sâu đã khảo sát là 40 m, nền đất tại đây được cấu tạo bởi 4 lớp đất với 60 mẫu đất nguyên dạng, thể hiện trên hình trụ hố khoan, theo thứ tự từ trên xuống như trong Hình 7.2. Mặt cắt địa chất công trình 7.2.1. Đánh giá tính chất xây dựng của mỗi lớp đất: 7.2.2.1. Lớp đất số 1: - Toàn bộ mặt bằng đã được sang lấp, cát san lấp thành phần là cát mịn màu xám nâu, có bề dày tại HK1 = 2.1 m, HK2 = 2.2 m. 7.2.1.2. Lớp đất số 2(OH): - Đất sét hữu cơ thành phần sét, bột, bụi lẫn hữu cơ, màu xám đen, độ dẻo cao, trạng thái rất mềm, có bề dày tại HK1 = 13.6 m, HK2 = 13.1 m. Sức kháng xuyên tiêu chuẩn N = 0 đến 1. - Các tính chất cơ lý đặc trưng như sau: +Độ ẩm tự nhiên: ; +Dung trọng uớt: ; +Dung trọng khô: ; +Dung trọng đẩy nổi: ; +Sức chịu nén đơn: ; +Lực dính đơn vị: ; +Góc ma sát trong: . Lớp đất số 3(SM1): -Cát vừa đến mịn lẫn ít sét, màu xám trắng, trạng thái bời rời,có bề dày tại HK1=0.9m, HK2=1.3 m. Tính chất cơ lý đặc trưng của lớp đất như sau: Độ ẩm: W = 28.9 % Dung trọng ướt : gw = 18.54 kN/m3. Dung trọng khô: . Dung trọng đẩy nổi: =8.99 kN/m3. Lực dính đơn vị: C = 1.5 kN/m2. Góc ma sát trong: j = 19055’. 7.2.1.4. Lớp đất số 4(CH): - Thuộc đất sét thành phần sét, bột, bụi lẫn ít cát mịn, màu xám xanh vàng nâu, độ dẻo cao, trạng thái rất rắn, có bề dày tại HK1 = 3.1 m, HK2 = 2.9 m với các tính chất cơ lý đặc trưng như sau. Sức kháng xuyên tiêu chuẩn N = 18 đến 24: - Các tính chất cơ lý đặc trưng như sau: +Độ ẩm tự nhiên: ; +Dung trọng uớt: ; +Dung trọng khô: ; +Dung trọng đẩy nổi: ; +Lực dính đơn vị: ; +Góc ma sát trong: . 7.2.1.5. Lớp đất số 5(SM): - Thuộc cát mịn đến thô lẫn bột và ít sỏi nhỏ, màu xám trắng, xám nâu vàng, trạng thái chặt vừa đến rất chặt, phân bố từ độ sâu tại HK1 = 19.7 m, HK2 = 19.8m đến hết chiều sâu khảo sát. Sức kháng xuyên tiêu chuẩn N = 21 đến 113. - Các tính chất cơ lý đặc trưng như sau: +Độ ẩm tự nhiên: ; +Dung trọng uớt: ; +Dung trọng khô: ; +Dung trọng đẩy nổi: ; +Lực dính đơn vị: ; +Góc ma sát trong: . 7.2.1.6. Địa chất thuỷ văn: - Mực nước dưới đất được quan trắc tại vị trí các hố khoan trong thời điểm khảo sát như sau: Hố khoan Mực nước xuất hiện(m) Mực nước ổn định(m) HK1 1.10 0.50 HK2 1.20 0.40 7.2.1.7. Thống kê địa chất: - Trong quá trình khảo sát địa chất, mỗi lớp địa chất tiến hành lấy nhiều mẫu ở độ sâu khác nhau và ở các hố khoan khác nhau nên chúng cần được thống kê để đưa ra một chỉ tiêu duy nhất của giá trị tiêu chuẩn Atc và giá trị tính toán Att phục cho việc tính toán nền móng theo các trạng thái giới hạn khác nhau. 7.2.2. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm các mẫu đất: - Do khối lượng tính toán phần nền móng không yêu cầu cao nên ta không tiến hành thống kê chính xác từng lớp đất một mà chỉ lấy giá trị trung bình của tất cả các mẫu thí nghiệm để rút ra tính chất cơ lý đặc trưng của cả lớp đất. Kết quả thống kê của một số chỉ tiêu cần thiết để tính toán móng được tổng hợp trong bảng sau: TÍNH CHẤT CƠ LÝ CÁC LỚP ĐẤT Các lớp đất Chiều dày Độ ẩm Dung trọng Tỷ trọng Hệ số rỗng Độ bảo hoà Thí nghiệm cắt Giới hạn chảy dẻo Độ sệt Hệ số nén Môdun tổng biến dạng (m) W(%) (kN/m3) (kN/m3) (kN/m3) (kN/m3) e S% (kN/m2) (độ) Nhão Dẻo C/s dẻo B a (m2/kN) Eo (kN/m2) 2 13.7 72.70 14.81 8.61 5.31 26.11 1.993 91.1 9.1 3o5’ 62.2 32.3 29.9 1.24 - - 3 0.9 28.9 18.54 14.38 8.99 26.88 0.855 90.1 1.5 19o55’ Không dẻo - - - 4 3.1 21.90 19.58 16.29 10.24 26.97 0.668 92.9 35.8 17o10’ 53.7 27.1 26.6 - 0.00010 3701 5 20.3 18.20 19.83 16.78 10.48 26.62 0.590 83.2 4.8 31o21’ Không dẻo - 0.00015 21000 7.3. Đề xuất các phương án móng : - Theo như cấu tạo địa chất công trình đất nền tương đối yếu. Trong khi đó công trình xây dựng là công trình chung cư cao tầng, vì vậy chỉ sử dụng được các loại móng sâu. Đồng thời kết hợp với những phương án móng thi công phổ biến hiện nay, ta đưa ra các phương án móng phù hợp với công trình như sau : 7.3.1. Phương án 1 : Móng cọc ép bê tông cốt thép đài thấp. - Trong điều kiện hiện nay, móng cọc ép được sử dụng rất phổ biến vì có ưu thế về khả năng chịu lực, kĩ thuật thi công đơn giản không đòi hỏi thợ có trình độ cao. Móng cọc ép được thực hiện bằng cách ép các đoạn cọc đơn nguyên được nối lại với nhau xuống đến độ sâu thiết kế bằng kích thủy lực gắn chặt trên bệ có các đối trọng tạo phản lực. Do được ép tĩnh nên không gây chấn động ảnh hưởng lớn đến các công trình xung quanh, đây cũng là ưu thế của cọc ép so với cọc đóng. - Cọc ép có thể có tiết diện hình vuông hay hình tròn tùy mục đích sử dụng, cũng có các cọc được ứng suất trước để làm tăng khả năng ổn định cho cọc. Hiện nay cọc thông thường được sử dụng có tiết diện vuông cạnh 200, 250, 300, 350, 400 và một số cọc hình tròn được ứng suất trước có đường kính 200, 250, 300, 350, 400. Ưu điểm: - Khả năng chịu lực tương đối lớn, có khả năng cắm sâu đến lớp đất tốt. - Thi công dễ dàng, không đòi hỏi kĩ thuật cao. - Không gây chấn động làm phá hoại vùng đất xung quanh cọc, và không ảnh hưởng đến các công trình xung quanh. - Các đoạn cọc được chế tạo tại chổ hay mua từ các đơn vị sản xuất nên dễ dàng kiểm tra được chất lượng các cọc. Nhược điểm: - Đối với những công trình chịu tải lớn thì số lượng cọc tăng lên hoặc phải tăng kích thước cọc dẫn đến chi phí thi công đài cọc tăng lên, hoặc tiết diện cọc quá lớn nên không thể ép xuống được. - Quá trình ép cọc thường xảy ra sự cố khi gặp các lớp đất cứng, đá cuội hay đụng phải các tảng đá mồ côi mà trong khi khoan địa chất không phát hiện được. Các sự cố thường gặp khi ép cọc như: cọc bị chối khi chưa đến độ sâu thiết kế, cọc bị gãy trong quá trình ép,… - Không ép được đối với các địa chất cứng, đá sỏi… - Không sử dụng được các loại cọc đường kính lớn. 7.3.2. Phương án 2 : Móng cọc khoan nhồi. - Cọc khoan nhồi là loại cọc được đổ bêtông tại chổ và thi công bằng nhiều phương pháp khác nhau tùy theo yêu cầu truyền tải của công trình. - Trong những năm 80, ở nước ta đã sử dụng loại cọc khoan nhồi bằng phương pháp tạo lỗ thủ công để tạo nên cọc, cho đến nay chúng ta đã sử dụng các thiết bị hiện đại để tạo lỗ (máy khoan) và bơm bêtông vào lỗ khoan theo các biện pháp và qui trình thi công khác nhau. - Cọc khoan nhồi được sử dụng rộng rãi trong các ngành cầu đường, trong các công trình thủy lợi, trong những công trình dân dụng và công nghiệp. Đối với việc xây dựng nhà cao tầng ở các đô thị lớn nhất là tại Tp. Hồ Chí Minh trong điều kiện xây chen là chủ yếu, khả năng áp dụng cọc khoan nhồi đã được phát triển và ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn do nhu cầu nhà ở cao tầng tại Việt Nam tăng lên trong những năm tới đây. Ưu điểm: - Có thể thi công với điều kiên địa chất bất kỳ. - Có khả năng chịu tải lớn, sức chịu tải của cọc khoan nhồi có thể đạt đến ngàn tấn nên thích hợp với các công trình cao tầng, các công trình có tải trọng lớn… - Không gây ra ảnh hưởng chấn động đối với các công trình xung quanh, thích hợp với việc xây chen ở các đô thị lớn, khắc phục được các nhược điểm của các loại cọc đóng khi thi công trong điều kiện này. - Có khả năng mở rộng đường kính và chiều dài cọc đến mức tối đa. Hiện nay có thể sử dụng loại đường kính cọc khoan nhồi từ 600 mm đến 2500 mm hoặc lớn hơn (cọc khoan nhồi móng trụ cầu Cần Thơ có đường kính 3000 mm, sâu 98 m). Chiều sâu cọc khoan nhồi có thể hạ đến độ sâu 100 m (trong điều kiện kĩ thuật thi công ở Việt Nam). - Lượng cốt thép bố trí trong cọc khoan nhồi thường ít hơn so với cọc đóng do trong cọc khoan nhồi cốt thép chủ yếu dùng để chịu tải trọng ngang (đối với cọc đài cao). Nhược điểm: - Theo tổng kết sơ bộ, đối với các công trình nhà cao tầng không lớn lắm (dưới 12 tầng), kinh phí xây dựng nền móng thường lớn hơn 2 - 2.5 lần khi so sánh với các cọc ép. Tuy nhiên, nếu số lượng tầng lớn hơn dẫn đến tải trọng công trình đòi hỏi lớn hơn, lúc đó giải pháp cọc khoan nhồi lại trở thành giải pháp hợp lý. - Công nghệ thi công đòi hỏi kỹ thuật cao, để tránh các hiện tượng phân tầng (có lỗ hổng trong bêtông) khi thi công đổ bêtông dưới nước có áp, có dòng thấm lớn hoặc đi qua các lớp đất yếu có chiều dày lớn (các loại bùn, các loại cát nhỏ, cát bụi bão hoà thấm nước). - Biện pháp kiểm tra chất lượng bêtông trong cọc thường phức tạp gây nhiều tốn kém trong quá trình thực thi chủ yếu sử dụng phương pháp thử tải tĩnh, và siêu âm một số cọc thử để kiểm tra chất lượng bêtông cọc. - Việc khối lượng bê tông thất thoát trong quá trình thi công do thành lỗ khoan không bảo đảm và dễ bị sập vách lỗ khoan cũng như việc nạo vét ở đáy lỗ khoan trước khi đổ bê tông dễ gây ra ảnh hưởng xấu đối với chất lượng thi công cọc. - Ma sát bên thân cọc có phần giảm đi đáng kể so với cọc đóng và cọc ép do công nghệ khoan tạo lỗ. CHƯƠNG 8: XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÁC MÓNG TRONG KHUNG TRỤC 3 8.1. Xác định nội lực do khung truyền xuống móng : - Từ bảng kết quả tổ hợp nội lực khung trục 3, chọn ra các cặp nội lực dùng để tính móng, cách làm như sau: - Tính ứng suất tại chân cột dựa theo cặp nội lực đã tổ hợp, từ đó chọn ra các cặp nội lực cho ứng suất lớn nhất và dùng cặp nội lực đó để tính cho móng. BẢNG TÍNH ỨNG SUẤT TẠI CHÂN CỘT Các cặp nội lực Giá trị Cột trục A (40 x 65) cm N max (kN) Mx tư (kNm) My tư (kNm) 3492.8 -127.92 9.19 21140.1 Mx max (kNm) My tư (kNm) Ntư (kN) -129.45 9.12 3170.8 19987.4 My max (kNm) Mx tư (kNm) N tư (kN) -138.38 -28.8 2940.3 17883.3 N min (kN) Mx tư (kNm) My tư (kNm) 2652.2 73.53 -15.16 14981.1 Mx min (kNm) My tư (kNm) Ntư (kN) -23.07 -135.35 2878.7 17208.2 My min (kNm) Mx tư (kNm) N tư (kN) -0.65 -27.32 2975.2 13042.3 Qx max (kN) -54.9 Qy max (kN) -113.9 Các cặp nội lực Giá trị Cột trục B (50 x 60) cm N max (kN) Mx tư (kNm) My tư (kNm) 2924.4 33.85 120.07 15104.3 Mx max (kNm) My tư (kNm) Ntư (kN) 204.63 -9.81 2442 16652.2 My max (kNm) Mx tư (kNm) N tư (kN) -144.08 31.5 2392.9 14039 N min (kN) Mx tư (kNm) My tư (kNm 2317.4 26.92 -141.06 13503.5 Mx min (kNm) My tư (kNm) Ntư (kN 26.09 122.4 2614.3 13837.9 My min (kNm) Mx tư (kNm) N tư (kN -0.97 -136.26 2540.9 13952.4 Qx max (kN) -54.9 Qy max (kN) -113.9 Cột trục C (50 x 60) cm N max (kN) Mx tư (kNm) My tư (kNm) 2846.4 134.17 -4.2 14994.8 Mx max (kNm) My tư (kNm) Ntư (kN) -204.19 -9.8 2442.1 16634.6 My max (kNm) Mx tư (kNm) N tư (kN) -144.38 -31.5 2392.9 14049 N min (kN) Mx tư (kNm) My tư (kNm) 2317.4 -26.92 -141.06 13503.5 Mx min (kNm) My tư (kNm) Ntư (kN) -26.09 122.24 2614.3 13832.6 My min (kNm) Mx tư (kNm) N tư (kN) -0.96 136.7 2540.9 13969.7 Qx max (kN) -54.9 Qy max (kN) 113.7 Các cặp nội lực Giá trị Cột trụcD (40 x 65) cm N max (kN) Mx tư (kNm) My tư (kNm) 3493 128.18 9.23 21157.3 Mx max (kNm) My tư (kNm) Ntư (kN) 129.71 9.15 3171 20004.3 My max (kNm) Mx tư (kNm) N tư (kN) -138.38 28.8 2940.3 17883.3 N min (kN) Mx tư (kNm) My tư (kNm) 2652.4 -73.28 -15.13 14966.4 Mx min (kNm) My tư (kNm) Ntư (kN) 23.07 -135.35 2878.7 17208.2 My min (kNm) Mx tư (kNm) N tư (kN) -0.65 27.32 2952 12953.1 Qx max (kN) -49.6 Qy max (kN) -76.3 - Nội lực để tính toán móng được lấy từ nội lực chân cột tại vị trí cần thiết kế móng sau đó quy đổi về vị trí trọng tâm móng. - Dựa vào bảng tính ứng suất chọn ra các cặp nội lực dùng để tính móng cho khung trục 3 như sau: Nội lực được chọn A B C D Mx = 127.92kN.m Mx = 204.63kN.m Mx = 204.19kN.m Mx =128.18kN.m My = 9.19 kN.m My =9.81 kN.m My = 9.8kN.m My = 9.23kN.m N = 3492.8kN N = 2442 kN N = 2442.1kN N = 3493 kN Qx = 54.9kN Qx = 54.9kN Qx = 54.9kN Qx = 49.6 kN Qy = 113.9 Kn Qy = 113.9kN Qy = 113.7kN Qy =76.3 kN 8.2 Tính tải trọng do đà kiềng, tường và sàn tầng hầm: - Vì trong qua trình giải khung để tăng khả năng nguy hiểm cho khung ta không tính đà kiềng, sàn tầng hầm và tường xây trên đà kiềng vào khung nên khi tính móng ta cộng thêm vào các tải trọng này vào phần lục dọc N. 8.2.1. Tải trọng truyền lên móng trục A: - Tiết diện đà kiềng chọn là (30 × 50) cm. - Theo phương trong mặt phẳng khung: - Theo phương vuông góc với mặt phẳng khung: - Tải trọng do tường tầng hầm bằng bê tông cốt thép (dày 15cm): - Tải trọng do sàn tầng hầm dày 20cm, có diện tích truyền tải: - Vậy lực dọc tác dụng vào móng trục A là: Tải tính toán Giá trị Tải tiêu chuẩn Giá trị Cột trục A (40 x 65) Nott (kN) 3758.862 Notc (kN) 3132.39 Moxtt (kN.m) 127.92 Moxtc (kN.m) 106.6 Moytt (kN.m) 9.19 Moytc (kN.m) 7.65833 Qoxtt (kN) 54.9 Qoxtc (kN) 45.75 Qoytt (kN) 113.9 Qoytc (kN) 94.9167 - Vì tải trọng tác dụng vào khung là tải trọng tính toán nên để khi tính toán móng cọc ở trạng thái giới hạn II ta chia cho hệ số vượt tải n=1.2 để có tải trọng tiêu chuẩn. 8.2.2. Tải trọng truyền lên móng trục B: - Tiết diện đà kiềng chọn là (30 × 50) cm. - Theo phương trong mặt phẳng khung: - Theo phương vuông góc với mặt phẳng khung: - Tải trọng do sàn tầng hầm dày 20cm, có diện tích truyền tải: - Vậy lực dọc tác dụng vào móng trục B là: Tải tính toán Giá trị Tải tiêu chuẩn Giá trị Cột trục B (40 x 65) Nott (kN) 2704.35 Notc (kN) 2253.63 Moxtt (kN.m) 204.63 Moxtc (kN.m) 170.525 Moytt (kN.m) 9.81 Moytc (kN.m) 8.175 Qoxtt (kN) 54.9 Qoxtc (kN) 45.75 Qoytt (kN) 113.9 Qoytc (kN) 94.92 - Vì tải trọng tác dụng vào khung là tải trọng tính toán nên để khi tính toán móng cọc ở trạng thái giới hạn II ta chia cho hệ số vượt tải n=1.2 để có tải trọng tiêu chuẩn. 8.2.3. Tải trọng truyền lên móng trục C: - Tiết diện đà kiềng chọn là (30 × 50) cm. - Theo phương trong mặt phẳng khung: - Theo phương vuông góc với mặt phẳng khung: - Tải trọng do sàn tầng hầm dày 20cm, có diện tích truyền tải: - Vậy lực dọc tác dụng vào móng trục C là: Cột trục C (40 x 65) Nott (kN) 2704.45 Notc (kN) 2253.708 Moxtt (kN.m) 204.19 Moxtc (kN.m) 170.158 Moytt (kN.m) 9.8 Moytc (kN.m) 8.167 Qoxtt (kN) 54.9 Qoxtc (kN) 45.750 Qoytt (kN) 113.7 Qoytc (kN) 94.750 - Vì tải trọng tác dụng vào khung là tải trọng tính toán nên để khi tính toán móng cọc ở trạng thái giới hạn II ta chia cho hệ số vượt tải n=1.2 để có tải trọng tiêu chuẩn. 8.2.4. Tải trọng truyền lên móng trục D: - Tiết diện đà kiềng chọn là (30 × 50) cm. - Theo phương trong mặt phẳng khung: - Theo phương vuông góc với mặt phẳng khung: - Tải trọng do tường tầng hầm bằng bê tông cốt thép (dày 15cm): - Tải trọng do sàn tầng hầm dày 20cm, có diện tích truyền tải: - Vậy lực dọc tác dụng vào móng trục D là: Tải tính toán Giá trị Tải tiêu chuẩn Giá trị Cột trục D (40 x 65) Nott (kN) 3759.062 Notc (kN) 3132.55 Moxtt (kN.m) 128.18 Moxtc (kN.m) 106.82 Moytt (kN.m) 9.23 Moytc (kN.m) 7.69 Qoxtt (kN) 49. 6 Qoxtc (kN) 41.33 Qoytt (kN) 76.3 Qoytc (kN) 63.58 Vì tải trọng tác dụng vào khung là tải trọng tính toán nên để khi tính toán móng cọc ở trạng thái giới hạn II ta chia cho hệ số vượt tải n = 1.2 để có tải trọng tiêu chuẩn. CHƯƠNG 9: PHƯƠNG ÁN 1: MÓNG CỌC ÉP BTCT ĐÀI THẤP 9.1.Tính toán sơ bộ: 9.1.1.Chiều sâu chôn móng: - Đối với móng cọc đài thấp, tải trọng ngang hoàn toàn do các lớp đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận. Vì vậy độ sâu đặt đế đài (Hm) phải thoã mãn chịu tải ngang và áp lực bị động của đất. - Giả sử bề rộng đài : Bđ = 2m. - Đài móng đặt ở lớp thứ 2 có: - Chọn Hm = 2.5m. - Đế đài được đặt trong lớp thứ 2 và nằm ở độ sâu 2.5m kể từ cốt tầng hầm (-3m). - Với độ sâu đặt đáy đài như trên, tải trọng ngang đã tự cân bằng với áp lực đông của đất. Vì vậy mômen tại đáy vẫn không đổi, vẫn bằng mômen tại mặt ngàm qui ước. 9.1.2. Chọn cọc và kiểm tra cọc khi vận chuyển cẩu lắp: 9.1.2.1. Chọn cọc: - Cọc dự tính được ép xuống lớp đất số 5. Chiều dài cọc L = 20m,bao gồm đoạn cọc ngàm vào đài 0.1 5 m, đoạn đập đầu cọc để neo thép vào đài 0.5 m và chiều dài cọc đi qua các lớp đất. - Chọn cọc tiết diện vuông có cạnh (35 × 35) Þ Mỗi đoạn cọc dài 10 m, vậy để đến độ sâu thiết kế ta phải sử dụng 2 đoạn cọc. - Bê tông làm cọc mác 300: Rn = 1.3kN/cm2. - Thép cọc chịu lực: 4Þ18 => Fa= 10.18 cm2. 9.1.2.2. Kiểm tra khi cẩu, vận chuyển cọc: Khi cẩu cọc: - Sơ đồ tính: 2.070 2.070 L=10m q=3.07kN/m 13.201KNm Sơ đồ tính toán cọc khi cẩu cọc - Trọng lượng trên 1m dài của cọc: /m - Mômen cẩu lắp cọc: - Diện tích cốt thép cần cho cẩu lắp: < 2Ø18 (Fa= 5.09 cm2) _ Mà Fchọn là 2 Þ18 nên thép chọn cấu tạo cọc thoả điều kiện vận chuyển Khi lắp dựng cọc: - Sơ đồ tính: 2.94 L=10m q=3.07kN/m 26.402kNm Sơ đồ tính toán cọc khi dựng cọc - Mômen cẩu lắp cọc: - Diện tích cốt thép cần cho cẩu lắp: < 2 Þ 8 (Fa = 5.09cm2) - Mà Fchọn là 2 Þ18 nên thép chọn cấu tạo cọc thoả điều kiện vận chuyển Tính thép móc cẩu: - Khi cọc được cẩu lên thì ta xem một móc cẩu sẽ chịu một nửa trọng lượng cọc. Tải trọng một móc cẩu phải chịu là: Þ diện tích cốt thép cần thiết dùng làm móc cẩu: Þ chọn 1 Þ 14 () - Tính đoạn thép neo móc treo vào trong cọc: lneo ≥ =13.15cm - Vì lneo < 30 Þ nên chọn lneo = 30 × 1.4= 42cm Chọn lneo = 40cm 9.1.3. Chọn chiều cao đài: - Chiều cao đài tối thiểu được xác định theo công thức: ≥ +ac : cạnh lớn của cột +lngàm : chiều dài cột ngàm vào đài. - Chọn hđ = 1.2m 9.1.4. Xác định sức chịu tải của cọc: 9.1.4.1. Khả năng chịu tải theo vật liệu: - Sức chịu tải tính toán theo vật liệu cọc được tính theo công thức: - Trong đó: +m: hệ số điều kiện làm việc của cọc; m = 1 +: hệ số uốn dọc. +Cọc không xuyên qua lớp đất bùn yếu do đó: = 1 +mR : hệ số điều kiện làm việc của bê tông. Tiết diện cọc ≥ (35 × 35cm) do đó chọn mR =1 +Rb : Cường độ chịu nén của bê tông M300, Rn =130 daN/cm2. +Fb : diện tích mặt cắt ngang của cọc, Fa = 1225cm2 +Ra Cường độ tính toán của thép AII, Ra = 2800 daN/cm2. +Fa : Diện tích tiết diện ngang của cốt dọc, Fa = 10.17 cm2. 9.1.4.2. Sức chịu tải của tiêu chuẩn của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền ( Theo phụ lục A TCXD 205-1998): - Công thức: - Trong đó: +m: Hệ số điều kiện làm việc của cọc, lấy m=1. +Ktc : Hệ số tin cậy, Ktc = 1.4. +mR , mf : Hệ số làm việc của đất ở mủi cọc và ở xung quanh cọc có thể kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc. Do rung động và ép cọc vào lớp đất cát mịn nên mR = 1.1, mf =1(Tra bảng A.3, trang 56 trong TCVN 205-1998). +fsi : cường độ tính toán của lớp thứ i theo mặt xung quanh cọc. +li : chiều dài của lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc. +Ap , u: tiết diện và chu vi cọc. u = 0.35 × 4 = 1.4 m Ap = 0.35 × 0.35 = 0.1225 m2 +qp: cường độ tính toán chịu tải của đất ở mũi cọc. - Với độ sâu cọc cắm vào lớp đất thứ 5 là lớp cát mịn, chặt vừa H = 23.95 m tính từ mặt đất tự nhiên. Tra bảng A.1, trang 55 trong TCVN 205-1998 và nội suy ta có qp = 3437 kN/m2. - Để tính fsi ta chia đất thành từng lớp với chiều dày li như hình vẽ : Sơ đồ phân chia các lớp đất ( fsi tra bảng A.2, trang 55 trong TCVN 205-1998.) - Kết quả tính fsi được thống kê trong bảng sau : Bảng tra cường độ tính toán mặt xung quanh cọc fsi Lơp đất Độ sâuZi (m) Độ sệtB fi(kN/m2) li (m) fili(kN/m) 2 5.6 1.24 6 2 12 7.6 6 2 12 9.6 6 2 12 11.6 6 2 12 13.6 6 2 12 15.6 6 2 12 16.7 6 1.1 6.6 3 17.6 Cát mịn 53.6 0.9 48.24 4 19.6 < 0 78.44 2 156.88 20.7 79.98 1.1 87.978 5 22.7 Cát mịn đến thô lẫn bột, rất chặt 58.7 2 117.4 24.95 60.95 2.25 137.138 Sfili 626.236 Qtc = m(mR.qp.Ap + u.åmfi.fsi.li) Qtc =1×(1.1 × 3437 × 0.1225 + 1.4 × 1 × 626.236) = 1339.86 kN = = 957.04(kN) 9.1.4.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền (Phụ lục B, TCXD 205 – 1998): - Theo Phụ lục B TCXD 205 - 1998 thì sức chịu tải của cọc bao gồm 2 thành phần: ma sát bên và sức chống dưới mũi cọc. - Do cọc đi qua nhiều lớp đất nên: - Trong đó: +Qu : sức chịu tải cực hạn của cọc, kN; +Qs : sức chịu tải cực hạn do ma sát bên, kN; +Qp : sức chịu tải cực hạn do mũi cọc, kN; +fs : ma sát bên đơn vị giữa cọc và đất, kN/m2; +qp: cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc, kN/m2; +As : diện tích của mặt bên cọc, m2; +Ap : diện tích mũi cọc, m2; Ap = 0.1225 m2 +fsi : ma sát bên tại lớp đất thứ i, kN/m2; +li : chiều dày của lớp đất thứ i, m; +u : chu vi cọc, m. - Sức chịu tải cho phép của cọc tính theo công thức sau: +FSs : hệ số an toàn dọc thân cọc, ; +FSp : hệ số an toàn ở mũi cọc, ; - Ma sát đơn vị fs tính theo công thức sau: - Trong đó: +ca : lực dính giữa cọc và đất, ca = c (đối với cọc bêtông) +s’v : ứng suất theo phương thẳng đứng do tải trọng của cột. +h : Chiều dày lớp đất tính từ đáy đài đến đáy lớp đất tính toán. +hm : Chiều sâu chôn móng +Ks : hệ số áp lực ngang trong đất, ; ja : góc ma sát giữa cọc và đất nền, đối với cọc ép (với j là góc ma sát trong của lớp đất đang xét). Lớp đất Chiều sâu kN/m3 Lực dínhCa (kN/m2) Góc masát trongja=j Hệ số Ks σ'v(kN/m2) li(m) fsi(kN/m2) lifsi(kN/m) Từ Đến 2 4.6 15.7 5.31 9.1 30 05' 0.946 42.75 11.1 11.28 125.208 3 15.7 16.6 8.99 1.5 190 55' 0.659 76.42 0.9 19.74 17.766 4 16.6 19.7 10.24 35.8 17010' 0.705 102.91 3.1 58.21 180.451 5 19.7 23.95 10.48 4.8 31021' 0.480 127.59 4.25 42.1 178.925 Sfsili 502.35 - Cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc qp tính theo công thức Terzaghi như sau: - Trong đó: +g, c : trọng lượng thể tích và độ dính của đất nền tại mũi cọc; +s’vp : Ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất, kN/m2 . +dp : Đường kính mũi cọc (dp = 0.35 m) +Nc, Nq, Ng : hệ số sức chịu tải phụ thuộc chủ yếu vào góc ma sát trong j của đất và hình dạng mũi cọc, tra trong Bảng 3.5 trang 174 sách “Nền móng - Châu Ngọc Ẩn”. j = 31 021’ tra bảng ta có : Nc = 42.27 Nq = 27 Ng = 25 - Cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc. = Sgihi = 5.31 × 13.7 + 8.99 × 0.9 + 10.24 × 3.1 + 10.48 × 4.25 = 157.122 kN/m2 qp = 1.3× 4.8 × 42.27 + 157.122 × 27 +0.4× 10.48 × 0.35 × 25 = 4542.74 kN/m2 - Sức chịu tải cực hạn của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền là - So sánh các trường hợp sức chịu tải cho phép ta có : Qa = min (Pvl ; QAa ; QBb ) = min [ 1877.26 (kN) ; 957.04 (kN) ; 574.23(kN)] _Lấy Qa = QBb = 574.23 (kN). 9.2 . Tính móng : 9.2.1.  Tính móng M1 (trục 3-A) 9.2.1.1. Tải trọng tính toán móng M1: Tải tính toán Giá trị Tải tiêu chuẩn Giá trị Cột trục A (40 x 70) Nott (kN) 3758.862 Notc (kN) 3132.39 Moxtt (kN.m) 127.92 Moxtc (kN.m) 106.6 Moytt (kN.m) 9.19 Moytc (kN.m) 7.65 Qoxtt (kN) 54.9 Qoxtc (kN) 45.75 Qoytt (kN) 113.9 Qoytc (kN) 94.9167 9.2.1.2. Xác định diện tích móng và số lượng cọc : - Chọn khoảng cách các cọc là 3.d = 3 × 0.35 = 1.05 m - Ứng suất trung bình dưới đế đài: stb = = = 520.84 kN/m2 - Dung trọng trung bình của đài và đất trên đài: gtb = 20 kN/m3 - Diện tích bệ cọc được xác định sơ bộ như sau: = 7.98 m2 - Chọn ađ = 3m, bđ = 3m => Fđ = 3 × 3 = 9 m2 - Trọng lượng bệ và lớp đất phủ trên bệ được xác định sơ bộ như sau: kN - Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài sơ bộ: kN - Xác định số lượng cọc: +Số lượng cọc sơ bộ : n = = = 8.9cọc : hệ số kể đến ảnh hưởng của moment. +Chọn số lượng cọc trong đài là n = 9 cọc. - Bố trí cọc như hình vẽ sau: Sơ đồ mặt bằng bố trí cọc 9.2.1.3. Kiểm tra lực tác dụng lên đầu cọc: - Trọng lượng đài và lớp đất phủ trên bệ được xác định theo thực tế là: kN - Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: kN - Momen tại đáy bệ: 127.92+ 54.9× 2.5 = 265.17 kN.m 9.19 + 113.9 × 2.5 = 293.94 kN.m 9.2.1.4. Lực truyền xuống các cọc: - Trong đó: +n - số lượng cọc trong đài; +, - khoảng cách tính từ trục của hàng cọc biên đến trục đi qua trọng tâm đài, xmax = 1.1m; ymax = 1.1m; +xi, yi - khoảng cách tính từ trục cọc thứ i đến trục đi qua trọng tâm đài, +m2; +m2; + Þ Þ - Ta thấy : Pmax < Qa = 574.23 kN Pmin = 387.88 kN > 0 - Như vậy đã thỏa mãn điều kiện lực lớn nhất truyền xuống cọc dãy biên. 9.2.1.5. Kiểm tra lực tác dụng lên đất nền: Xác định kích thước móng khối quy ước: - Góc ma sát trong trung bình của móng khối quy ước: jtb = - Trong đó: + li : chiều dày lớp đất thứ i mà cọc đi qua + ji : góc ma sát trong của lớp đất thứ i Móng khối quy ước. = = 12020 ; tg= tg(305) = 0.0538 - Chiều dài của đáy khối móng quy ước: am = a + 2hctg = 3 + 2 × 19.35 × 0.0538 = 5.082m - Chiều rộng của đáy móng khối quy ước: bm = b + 2hctg = 3 + 2 × 19.35 × 0.0538 = 5.082m - Diện tích của đáy khối móng quy ước: m2 - Xác định trọng lượng móng khối quy ước: +Trọng lượng đất phủ trên đài: kN +Trọng lượng toàn bộ cọc trong móng từ đáy móng đến mũi cọc: kN +Trọng lượng đất từ đáy đài đến mũi cọc: Qtc3= (25.83 – 9 × 0.1225) × (5.31×11.1+8.99×0.9+3.1×10.24+4.25×10.48) = 3543.84 kN - Trọng lượng khối móng quy ước: = 1291.5+ 426.66 + 3543.84 = 5262kN - Trọng lượng trung bình của các lớp đất kể từ mũi cọc trở lên: = (kN/m3) - Nội lực tiêu chuẩn gây ra tại khối móng quy ước: kNm kNm kN - Độ lệch tâm e: m m - Cường độ tính toán của đất ở đáy khối quy ước: Rtc = - Trong đó: + m1 =1.2 + m2 = 1.3 + Ktc =1 vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất. + jII = 31021 tra bảng 2-1 trang 64 sách “Nền Và Móng Các Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp” của tác giả “GSTS. Nguyễn Văn Quảng”. Þ( nội suy) + gII - dung trọng của lớp đất nằm trực tiếp dưới đế móng. gII = gđn = 5.31kN/m2 + g’II - trị tính toán trung bình của trọng lượng thể tích đất kể từ mũi cọc trở lên. g’II = == 7 kN/m2 CII = 9.1 kN/m3 – lực dính đơn vị của lớp đất nằm trực tiếp dưới đế móng. + bm = 5.082 m – cạnh ngắn của móng khối quy ước. + hm = 24.95 m – chiều sâu móng khối quy ước từ mặt đất tới mũi cọc Rtc = = 1819.18 kN/m2 => 1.2Rtc = 1.2 ´ 1819.18 = 2183 kN/m2 _ Ứng suất dưới đáy khối móng quy ước : = 455.44 kN/m2 = 194.53 kN/m2 == 324.98 kN/m2 - Nhận xét: kN/m2 0 kN/m2 < = 1819.18 kN/m2 - Các điều kiện đã thỏa mãn, vậy ta có thể tiến hành tính toán độ lún của nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính. 9.2.1.6. Tính lún cho nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính: - Để tính lún ta dùng tải trọng tiêu chuẩn để tính toán. - Tính lún cho móng theo phương pháp cộng phần tử. - Theo TCXD 45-78 giới hạn chịu lún ở độ sâu tại đó có - Ứng suất do bản thân tại mũi cọc: == 157.122 kN/m2 - Ứng suất gây lún tại mũi cọc: = 324.98 – 9.32 × 24.95 = 92.45 kN/m2 - Ứng suất gây lún tại giữa mỗi lớp đất ta xác định các trị số: () - Ta có : - Chia đất ở dưới đáy móng khối quy ước thành từng lớp có chiều dày : hi ≤ . Chọn hi = 0.5 m Trị số k0 tra bảng 2.7, trang 69, sách “Nền Và Móng Các Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp” của tác giả “GSTS. Nguyễn Văn Quảng”. Điểm Z(m) lm/bm 2Z/bm ko glZi btZ tbZ kN/m2 kN/m2 kN/m2 0 0 1 0.000 1 92.45 157.122 159.742 1 0.5 1 0.197 0.98 90.601 162.362 164.982 2 1 1 0.394 0.961 88.8445 167.602 170.222 3 1.5 1 0.590 0.884 81.7258 172.842 175.462 4 2 1 0.787 0.805 74.4223 178.082 180.702 5 2.5 1 0.984 0.712 65.8244 183.322 185.942 6 3 1 1.181 0.615 56.8568 188.562 191.182 7 3.5 1 1.377 0.536 49.5532 193.802 196.422 8 4 1 1.574 0.459 42.4346 199.042 201.662 9 4.5 1 1.771 0.4 36.98 204.282 - Tại lớp đất thứ 9 ta có => ngừng tính lún ở điểm 9 ở độ sâu 4.5m kể từ đáy khối móng quy ước - Độ lún: S = ; Si = - Ta có : Eo = 21000 kN/m2 (159.742+164.982+170.222+175.462+180.702+185.492+191.182+196.422+201.662) = 0.031 m Þ S = 3.1 cm < Sgh = 8 cm. Sơ đồ tính lún 9.2.1.7. Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc: Kiểm tra chọc thủng: - Chọn chiều cao đài là: hđ = 1.2 m - Chiều cao làm việc của đài cọc: ho = hđ – 0.15 = 1.2 - 0.15 = 1.05 m - Tiết diện cột 400 × 650 - Vẽ tháp chọc thủng. Tháp chọc thủng - Tháp chọc thủng nằm bao bên ngoài các cọc, do đó không cần kiểm tra chọc thủng cho móng. Þ Đài cọc không bị chọc thủng. Tính moment và thép đặt cho đài cọc: - Sử dụng cốt thép AII, Ra = 2800 daN/cm2 P1 = P7 = Pmin = 387.88 kN. P3 = P9 = Pmax = 557.3 kN. P6 = kN P2 = kN P5 = kN Sơ đồ tính thép đài cọc. - Sơ đồ tính thép cho đài cọc : Xem như một consol ngàm tại mép cột như hình vẽ. - Momen tương ứng với mặt ngàm A-A: kNm cm2 Þ Chọn 20Þ18, a = 150 (mm), Fachọn = 50.9 cm2 Momen tương ứng với mặt ngàm B-B: = kNm Þ Chọn 20Þ18, a= 150(mm), Fachọn = 50.9 cm2 9.2.2. Tính móng M2 (trục 3-B và 3-C): 9.2.2.1. Tải trọng tính toán móng M2: Tải tính toán Giá trị Tải tiêu chuẩn Giá trị Cột trục B (40 x 65) Nott (kN) 2704.35 Notc (kN) 2253.63 Moxtt (kN.m) 204.63 Moxtc (kN.m) 170.525 Moytt (kN.m) 9.81 Moytc (kN.m) 8.175 Qoxtt (kN) 54.9 Qoxtc (kN) 45.75 Qoytt (kN) 113.9 Qoytc (kN) 94.92 Cột trục C (40 x 65) Nott (kN) 2704.45 Notc (kN) 2253.708 Moxtt (kN.m) 204.19 Moxtc (kN.m) 170.158 Moytt (kN.m) 9.8 Moytc (kN.m) 8.167 Qoxtt (kN) 54.9 Qoxtc (kN) 45.750 Qoytt (kN) 113.7 Qoytc (kN) 94.750 9.2.2.2. Xác định diện tích móng và số lượng cọc : - Khoảng cách giữa các cọc là 3.d - Chọn khoảng cách các cọc là 3.d = 3 × 0.35 = 1.05 m - Ứng suất trung bình dưới đế đài: stb = kN/m2 - Dung trọng trung bình của đài và đất trên đài: gtb = 20 kN/m3. - Diện tích bệ cọc được xác định sơ bộ như sau: m2 - Chọn ab = 5.2m, bb = 3m => Fb = 5.2 × 3 = 15.6 m2 - Trọng lượng bệ và lớp đất phủ trên bệ được xác định sơ bộ như sau: kN - Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài sơ bộ: kN - Xác định số lượng cọc: - Số lượng cọc sơ bộ : n = = cọc : hệ số kể đến ảnh hưởng của moment. - Chọn số lượng cọc trong đài là n = 15 cọc. - Bố trí cọc như hình vẽ sau: Mặt bằng bố trí cọc 9.2.2.3. Kiểm tra lực tác dụng lên cọc: - Từ việc bố trí cọc ta xác định được diện tích đế đài thực tế là: Fb = 5.2 × 3 = 15.6 m2 - Trọng lượng bệ và lớp đất phủ trên bệ được xác định theo thực tế là: kN - Để tiện tính toán ta quy về móng tương đương có nội lực như sau: Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: kN = 0.63 kNm kNm - Momen tại đáy bệ: = 0.63 + (-109.8) × 2.5 = -273.87kN.m 19.61 + (-0.2) × 2.5 = -19.11 kN.m 9.2.2.4. Lực truyền xuống các cọc: - Trong đó: + n - số lượng cọc trong đài; + , - khoảng cách tính từ trục của hàng cọc chịu nén lớn nhất đến trục đi qua trọng tâm đài, ; ; + xi, yi - khoảng cách tính từ trục cọc thứ i đến trục đi qua trọng tâm đài ; ; ; kN kN < Qa = 574.23 kN kN > 0 - Như vậy đã thỏa mãn điều kiện lực lớn nhất truyền xuống cọc dãy biên. 9.2.2.5. Kiểm tra lực tác dụng lên đất nền: Xác định kích thước móng khối quy ước: - Góc ma sát trong trung bình của móng khối quy ước: jtb = - Trong đó: + li : chiều dày lớp đất thứ i mà cọc đi qua + ji : góc ma sát trong của lớp đất thứ i = = 12020 ; tg= tg(305) = 0.0538 Móng khối quy ước. - Chiều dài của đáy khối móng quy ước: am = a + 2hctg= 5.2 + 2 × 19.35 × 0.0538= 7.28 m - Chiều rộng của đáy móng khối quy ước: bm = b + 2hctg= 3 + 2 × 19.35× 0.0538 = 5.08 m - Diện tích của đáy khối móng quy ước: m2 - Xác định trọng lượng móng khối quy ước: + Trọng lượng đất phủ trên đài: kN + Trọng lượng toàn bộ cọc trong móng từ đáy đến mũi cọc: kN + Trọng lượng đất từ đáy đài đến mũi cọc: Ntc3 = (36.98– 15 × 0.1225) × (11.1 × 5.31 + 0.9 × 8.99+ 3.1 × 10.24 + 4.25 × 10.48) = 5036.48 kN - Trọng lượng khối móng quy ước: = 2033.9+ 711.11+ 5036.48 = 7781.49 kN - Trọng lượng trung bình của các lớp đất kể từ mũi cọc trở lên : = kN/m3 - Nội lực tiêu chuẩn gây ra tại khối móng quy ước: kNm kNm kNm - Độ lệch tâm e: m m - Cường độ tính toán của đất ở đáy khối quy ước: Rtc = - Trong đó: + m1 = 1.2 + m1 = 1.3 + Ktc = 1 vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất. + jII = 31021 tra bảng 2-1 trang 64 sách “Nền Và Móng Các Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp” của tác giả “GSTS. Nguyễn Văn Quảng”. Þ( nội suy) + gII - dung trọng của lớp đất nằm trực tiếp dưới đế móng. gII = gđn = 5.31kN/m2 + g’II - trị tính toán trung bình của trọng lượng thể tích đất kể từ mũi cọc trở lên. g’II = == 7 kN/m2 CII = 9.1 kN/m3 – lực dính đơn vị của lớp đất nằm trực tiếp dưới đế móng + bm = 5.08 m – cạnh ngắn của móng khối quy ước. + hm = 24.95 m – chiều sâu móng khối quy ước từ mặt đất tới mũi cọc Rtc = = 1819.54 kN/m2 => 1.2Rtc = 1.2 ´ 1819.54 = 2183.45kN/m2 - Ứng suất dưới đáy khối móng quy ước : = = 410.44 kN/m2 = = 302.9kN/m2 = = 356.69 kN/m2 - Nhận xét: kN/m2 < = 2183.45 kN/m2 kN/m2 > 0 kN/m2 < = 1819.54 kN/m2 - Các điều kiện đã thỏa mãn, vậy ta có thể tiến hành tính toán độ lún của nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính. 9.2.2.6. Tính lún cho nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính: - Để tính lún ta dùng tải tiêu chuẩn để tính toán : - Tính lún theo phương pháp cộng lún từng lớp. - Ứng suất do bản thân tại mũi cọc: == 157.122 kN/m2 - Ứng suất gây lún tại mũi cọc: = 356.69 – 10.87 × 24.95 = 85.48 kN/m2 - Ứng suất gây lún tại giữa mỗi lớp đất ta xác định các trị số: () - Ta có : - Chia đất ở dưới đáy móng khối quy ước thành từng lớp có chiều dày : hi ≤ . Chọn hi = 0.5 m Trị số k0 tra bảng 2.7, trang 69, sách “Nền Và Móng Các Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp” của tác giả “GSTS. Nguyễn Văn Quảng”. Điểm Z(m) lm/bm 2Z/bm ko glZi btZ tbZ kN/m2 kN/m2 kN/m2 0 0 1.43 0.000 1 85.48 157.122 159.742 1 0.5 1.43 0.197 0.986 84.28 162.362 164.982 2 1 1.43 0.394 0.973 83.17 167.602 170.222 3 1.5 1.43 0.591 0.913 78.04 172.842 175.462 4 2 1.43 0.787 0.914 78.13 178.082 180.702 5 2.5 1.43 0.984 0.774 66.16 183.322 185.942 6 3 1.43 1.181 0.693 59.24 188.562 191.182 7 3.5 1.43 1.378 0.619 52.91 193.802 196.422 8 4 1.43 1.575 0.545 46.59 199.042 201.662 9 4.5 1.43 1.772 0.485 41.46 204.282 206.902 10 5 1.43 1.969 0.427 36.50 209.522 - Tại lớp đất thứ 10 ta có - Độ lún: S =; Si = - Ta có Eo = 21000 kN/m2. (159.742 + 164.982 + 170.222 + 175.462 + 180.702 + 185.942 + 191.182 + 196.442 + 201.662 + 206.902)= 0.035 m Þ S = 3.5 cm < Sgh = 8cm Sơ đồ tính lún 9.2.2.7. Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc: Kiểm tra chọc thủng: - Chọn chiều cao đài là 1.2 m - Tiết diện cột 400 × 650 - Vẽ tháp chọc thủng. Tháp chọc thủng - Tháp chọc thủng nằm bao bên ngoài các cọc, do đó không cần kiểm tra chọc thủng cho móng theo phương y. Kiểm tra theo phương x: - Theo công thức: - Trong đó: Q: Tổng phản lực các cọc nằm ngoài tiết diện nghiêng (không kể trọng lượng bản thân cọc). P3 + P8 + P13 = 419.51+ 417.78 + 416 = 1253.29 kN h0 : Chiều cao làm việc của tiết diện xét; h0 =1.05 m b : Hệ số không thứ nguyên: c : Khoảng cách từ mép cột tới mép gần nhất của cọc nằm ngoài tháp ép lõm; c = 1.425 m =0.922 0.922 × 3 × 1.05 × 1000 = 2904.3 kN Ta có: Q = 1253.29 kN < [Q] = 2904.3 kN Þ Đài cọc không bị chọc thủng. Tính moment và thép đặt cho đài cọc: - Sử dụng cốt thép AII, Ra = 2800 daN/cm2 P5 = P15 = Pmax = 436.11kN P1 = P11 = Pmin = 399.44 kN P4 = P14 = kN P2 = P12 = kN P8 = 417.78 kN P3 = kN P13 = kN P9 = kN P7 = Kn P10 = Kn P6 = Kn Sơ đồ moment tính thép cho đài cọc. Momen tương ứng theo phương y: = 1777.01KNm xy : khoảng cách từ tim cọc đến mép cột. F1 = = = 67.15 cm2 Þ Chọn28 Þ18, a = 180(mm), Fachọn =71.26 cm2 Momen tương ứng theo phương x: - Sơ đồ tính: Sơ đồ moment tính thép cho đài cọc. - Tính thép: +Tính thép cho lớp dưới (Momen gối): Mg = 391.9(kNm) Fg = = = 14.8cm2 Þ Chọn 15Þ14, a = 200 (mm), Fachọn = 23.08cm2. +Tính thép cho lớp trên (Momen nhịp): Mg = 2381.251 (kNm) Fg = = = 73.21 cm2 Þ Chọn24 Þ20, a = 125 (mm), Fachọn =75.36 cm2. CHƯƠNG 10: PHƯƠNG ÁN II : MÓNG CỌC KHOAN NHỒI 10.1. Tính toán sơ bộ : 10.1.1. Chiều sâu chôn móng : - Giả sử chọn bề rộng đài : Bđ = 2(m). - Đài móng đặt ở lớp thứ 2 có: - Chọn Hm = 2.5m. - Đế đài được đặt trong lớp thứ 2 và nằm ở độ sâu 2.5m kể từ cốt tầng hầm (-3m). - Với độ sâu đặt đáy đài như trên, tải trọng ngang đã tự cân bằng với áp lực đông của đất. Vì vậy mômen tại đáy vẫn không đổi, vẫn bằng mômen tại mặt ngàm qui ước. 10.1.2. Chọn tiết diện, chiều dài cọc: - Chọn cọc có kích thước D = 0.8 m. Mũi cọc cắm vào lớp đất cát mịn chặt vừa. Chiều dài cọc chọn 24(m). - Trong đó: + Đoạn chôn vào đài 15 cm +Thép neo vào đài là 35 þ = 35 × 16 = 560 mm, lấy tròn 650 mm = 65 cm. - Diện tích ngang của cọc: Fc = p × d2/4= 3.14 × 0.82/4= 0.503 (m2) - Cọc được đổ bằng bê tông mác 300 có Rb = 130 kN/m2. Cốt thép AII: Rct = 2800 (daN/cm2) Chọn 12 þ 16 có Fa = 24.132 (cm2) 10.2. Xác định sức chịu tải của cọc: 10.2.1. Theo điều kiện vật liệu: Pvl = Ru × Fc + Ra × Fa - Với: Fc = 0.503 m2. Cọc dùng bê tông mác 300 có: Ru = = 66.67 daN/cm2 > 60 daN/cm2 .Lấy Ru = 6000kN/m2. Fa = 24.132 ´ 10-4m2 Ra = 2800 daN/cm2 = 280000 kN/m2. - Vậy khả năng chịu lực của cọc theo vật liệu: Pv = 6000´0.503 + 280000´24.132´10-4 = 3693.69kN 10.2.2. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền ( Phụ lục A TCXD 205-1998): : Sức chịu tải cho phép của cọc cho đất nền - Trong đó: ktc : Hệ số độ tin cậy lấy bằng 1.4 dựa trên quy phạm Qa : Sức chịu tải của đất nền Qtc = m × (mR × qp × Ap + U × åmf × fi × hi) m : Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy bằng m = 1 mR, mf : Hệ số làm việc của cát trung ở mũi cọc và ở mặt xung quanh có kể đến phương pháp hạ cọc ( tra bảng A.5 TCXD 205 : 1998) Hệ số : mR = 1.0 hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc nhồi mf = 0.6 hệ số điều kiện làm việc của đất ở thân cọc (phụ thuộc phương pháp tạo lổ khoan, loại cọc) Ap: Diện tích tiết diện ngang chân cọc: Ap = F = 0.503 m2 U : Chu vi tiết diện ngang cọc, u = p´ 0.8 = 2.513 m li : Chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc. fi : Cường độ tính toán của lớp đất thứ i theo mặt xung quanh cọc lấy theo bảng A2 (TCXD 205-1998) Sức chống tính toán của đất dưới mũi cọc: qp = 0.75 × b × (gI × dp × A0k + a × gtb × L × B0k) - Với: b, Ako,a,Bko: hệ số không thứ nguyên lấy theo bảng A6 (TCXD 205-1998) phụ thuộc vào góc ma sát trong của lớp đất dưới mũi cọc. gI(KN/m3) : giá trị của trọng lượng thể tích đất ở dưới mũi cọc. gtb (KN/m3) : giá trị trung bình của trọng lượng thể tích đất từ mũi cọc trở lên. d: đường kính cọc nhồi D = 0.8m. L: chiều dài cọc trong đất jI L(m) d(m) A0k B0k L/d a b 31021’ 23.1 0.8 37.05 68.13 28.9 0.64 0.26 Lớp đất 2 3 4 5 hi (m) 13.7 0.9 3.1 8 (kn/m3) 5.31 8.99 10.24 10.48 hi (kN/ m2) 72.747 8.091 31.744 83.84 gtb = = 8 (kN/m3) -Trọng lượng thể tích đất ở dưới mũi cọc (có kể đẩy nổi) = 10.48 (kN/m3) qp = 0.75 × 0.26 × (10.48 × 0.8 × 37.05 + 0.64 × 8× 23.1× 68.13) = 1631.8 (kN/ m2) - Tính toán lực do masát bên gây ra: - Để tính fsi ta chia đất thành từng lớp với chiều dày li như hình vẽ: - Xác định li , fi bằng cách chia các lớp đất ra thành các phân tố đồng chất , có chiều dày 2.0 m , như hình vẽ : Mặt bằng bố trí cọc Bảng tra cường độ tính toán mặt xung quanh cọc fsi Lơp đất Độ sâuZi (m) Độ sệtB fi(kN/m2) li (m) fili(kN/m) 2 5.6 1.24 6 2 12 7.6 6 2 12 9.6 6 2 12 11.6 6 2 12 13.6 6 2 12 15.6 6 2 12 16.7 6 1.1 6.6 3 17.6 Cát mịn 53.6 0.9 48.24 4 19.6 < 0 78.44 2 156.88 20.7 79.98 1.1 87.978 5 22.7 Cát mịn đến thô lẫn bột, rất chặt 58.7 2 117.4 24.7 60.7 2 121.4 26.7 62.7 2 125.4 28.7 64.7 2 129.4 Sfili 865.298 - Vậy sức chịu tải của đất nền là : Qtc = m × ( mR × qp × Ap + U × å mf × fi × hi) = 1 × (1 × 1631.8× 0.503 + 2.513 × 0.6 × 865.298) = 2125.49 (kN) - Sức chịu tải cho phép của cọc theo tính chất cơ lý của đất nền : (kN) 10.2.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền (Phụ lục B_ TCXD 205 – 1998): - Theo Phụ lục B TCXD 205 - 1998 thì sức chịu tải của cọc bao gồm 2 thành phần: ma sát bên và sức chống dưới mũi cọc. - Do cọc đi qua nhiều lớp đất nên: - Trong đó: Qu : sức chịu tải cực hạn của cọc, kN Qs : sức chịu tải cực hạn do ma sát bên, kN; Qp : sức chịu tải cực hạn do mũi cọc, kN; fs : ma sát bên đơn vị giữa cọc và đất, kN/m2; qp: cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc, kN/m2; As : diện tích của mặt bên cọc, m2; Ap : diện tích mũi cọc, m2; = 0.503 m2 fsi : ma sát bên tại lớp đất thứ i, kN/m2; li : chiều dày của lớp đất thứ i, m; u : chu vi cọc, m. U = 2.531m - Sức chịu tải cho phép của cọc tính theo công thức sau: FSs : hệ số an toàn dọc thân cọc,; FSp : hệ số an toàn ở mũi cọc,; - Ma sát đơn vị fs tính theo công thức sau: - Trong đó: ca : lực dính giữa cọc và đất, ca = c (đối với cọc bêtông). s’v : ứng suất theo phương thẳng đứng do tải trọng của cột. h : Chiều dài lớp đất tính từ đáy đài đến lớp đất tính toán. hm : Chiều sâu chôn móng Ks : hệ số áp lực ngang trong đất, ; ja : góc ma sát giữa cọc và đất nền, đối với cọc ép (với j là góc ma sát trong của lớp đất đang xét). Lớp đất Chiều sâu kN/m3 Lực dínhCa (kN/m2) Góc masát trongja=j Hệ số Ks σ'v(kN/m2) li(m) fsi(kN/m2) lifsi(kN/m) Từ Đến 2 4.6 15.7 5.31 9.1 30 05' 0.946 42.75 11.1 11.28 125.208 3 15.7 16.6 8.99 1.5 190 55' 0.659 76.42 0.9 19.74 17.766 4 16.6 19.7 10.24 35.8 17010' 0.705 102.91 3.1 58.21 180.451 5 19.7 27.7 10.48 4.8 31021' 0.480 147.76 8 48 384 Sfsili 707.425 - Cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc qp tính theo công thức Terzaghi như sau: - Trong đó: g, c : trọng lượng thể tích và độ dính của đất nền tại mũi cọc; s’vp : Ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất, kN/m2 . dp : Đường kính mũi cọc (dp = 0.8 m) Nc, Nq, Ng : hệ số sức chịu tải phụ thuộc chủ yếu vào góc ma sát trong j của đất và hình dạng mũi cọc, tra trong Bảng 3.5 trang 174 sách “Nền móng - Châu Ngọc Ẩn”. j = 31 021’ tra bảng ta có : Nc = 42.27 Nq = 27 Ng = 25 - Kết quả tính toán sức chịu tải của cọc theo phụ lục B được trình bày như sau: - Cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc. = SgIhi = 5.31 × 13.7 + 8.99 × 0.9 + 10.24 × 3.1 + 10.48 × 8 = 196.422 kN/m2 qp = 4.8 × 42.27 + 196.422 × 27 + 10.48 × 0.8 × 25 = 5715.89 (kN/m2) - Sức chịu tải cực hạn của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền là (Kn) - So sánh các trường hợp sức chịu tải cho phép ta có : Qa = min (Pvl ; QAa ; QBb ) = min [3693.69kN; (kN) ; (kN)] - Lấy Qa = QAa = (kN) 10.3 . Tính móng : 10.3.1.  Tính móng M1 (trục 3-A) 10.3.1.1. Tải trọng tính toán móng M1: Tải tính toán Giá trị Tải tiêu chuẩn Giá trị Cột trục A (40 x 65) Nott (kN) 3758.862 Notc (kN) 3132.39 Moxtt (kN.m) 127.92 Moxtc (kN.m) 106.6 Moytt (kN.m) 9.19 Moytc (kN.m) 7.65 Qoxtt (kN) 54.9 Qoxtc (kN) 45.75 Qoytt (kN) 113.9 Qoytc (kN) 94.9167 10.3.1.2. Xác định diện tích móng và số lượng cọc : - Chọn khoảng cách các cọc là 3.d = 3 × 0.8 = 2.4 (m). - Ứng suất trung bình dưới đế đài: stb = = = 263.57 (kN/m2). - Dung trọng trung bình của đài và đất trên đài: gtb = 20 (kN/m3) - Diện tích bệ cọc được xác định sơ bộ như sau: = =17.6(m2) - Trọng lượng bệ và lớp đất phủ trên bệ được xác định sơ bộ như sau: (kN) - Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài sơ bộ: (kN) Xác định số lượng cọc: - Số lượng cọc sơ bộ : (cọc) : hệ số kể đến ảnh hưởng của moment. - Chọn số lượng cọc trong đài là n = 4(cọc). - Bố trí cọc như hình vẽ sau: Mặt bằng bố trí cọc 10.3.1.3. Kiểm tra lực tác dụng lên đầu cọc: - Từ việc bố trí cọc ta xác định được diện tích đế đài thực tế là: Fb = 4 × 4 = 16 (m2). - Trọng lượng đài và lớp đất phủ trên bệ được xác định theo thực tế là: (kN) - Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: (kN) - Momen tại đáy bệ: 127.92+ 54.9× 2.5 = 265.17 (kN.m) 9.19+ 113.9× 2.5 = 293.94 (kN.m) 10.3.1.4. Lực truyền xuống các cọc: - Trong đó: n - số lượng cọc trong đài; , - khoảng cách tính từ trục của hàng cọc chịu nén lớn nhất đến trục đi qua trọng tâm đài, xmax = 1.2 m; ymax = 1.2 m; xi, yi - khoảng cách tính từ trục cọc thứ i đến trục đi qua trọng tâm đài, ; - Ta thấy: Pmax < Qa =1518.2 kN Pmin = 1043.23 kN > 0 - Như vậy đã thỏa mãn điều kiện lực lớn nhất truyền xuống cọc dãy biên. 10.3.1.5. Kiểm tra lực tác dụng lên đất nền: Xác định kích thước móng khối quy ước: - Góc ma sát trong trung bình của móng khối quy ước: jtb = - Trong đó: li : chiều dày lớp đất thứ i mà cọc đi qua ji : góc ma sát trong của lớp đất thứ i = 150260 ; tg= tg(3052) = 0.0675 - Chiều dài của đáy khối móng quy ước: am = a + 2hctg- d = 4 + 2 × 24 × 0.0675 – 0.8 = 6.44 (m). - Chiều rộng của đáy móng khối quy ước: bm = b + 2hctg- d = 4 + 2 × 24 × 0.0675 – 0.8 = 6.44 (m). - Diện tích của đáy khối móng quy ước: (m2). Móng khối quy ước - Xác định trọng lượng móng khối quy ước: + Trọng lượng đất phủ trên đài: (kN) +Trọng lượng toàn bộ cọc trong móng từ đáy đến mũi cọc: (kN) + Trọng lượng đất từ đáy đài đến mũi cọc: Ntc3 = (41.5 – 4×0.503) × (5.31×11.1 + 8.99×0.9 + 10.24×3.1 + 10.48×8) = 7211.14 (kN) Trọng lượng khối móng quy ước: = 2282.5+ 1161.93 + 7211.14 = 10655.57(kN) - Trọng lượng trung bình của các lớp đất kể từ mũi cọc trở lên: = (kN/m3) - Nội lực tiêu chuẩn gây ra tại khối móng quy ước: (kNm) (kNm) (kN) - Độ lệch tâm e: (m) (m) - Cường độ tính toán của đất ở đáy khối quy ước: Rtc = - Trong đó: + m1 = 1.2 + m2 = 1.3 + Ktc = 1 vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất. + jII = 31021 tra bảng 2-1 trang 64 sách “Nền Và Móng Các Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp” của tác giả “GSTS. Nguyễn Văn Quảng”. Þ( nội suy) + gII - dung trọng của lớp đất nằm trực tiếp dưới đế móng. gII = gđn = 5.31kN/m2 + g 'II – trị tính toán trung bình của trọng lượng thể tích đất kể từ đáy mũi cọc trở lên. g’II = = = 7.47 kN/m2 + CII = 9.1 kN/m3 – lực dính đơn vị của lớp đất nằm trực tiếp dưới đế móng. + bm = 6.44m – cạnh ngắn của móng khối quy ước. + hm = 28.7m – chiều sâu chôn móng kể từ mặt đất đến mũi cọc. Rtc = = 2208.8 kN/m2 Þ 1.2Rtc = 1.2 × 2208.8 = 2650.56 kN/m2 - Ứng suất dưới đáy khối móng quy ước : = = 406.52 kN/m2 = = 257.95 kN/m2 = = 332.24 kN/m2 - Nhận xét: (kN/m2) < (kN/m2) > 0 (kN/m2) < - Các điều kiện đã thỏa mãn, vậy ta có thể tiến hành tính toán độ lún của nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính. 10.3.1.6. Kiểm tra cọc khi chịu tác dụng đồng thời của N, Q, M: Tính chuyển vị ngang của 1 cọc : - Giả sử đầu cọc được ngàm vào đài, do đó đầu cọc chỉ chuyển vị ngang, không có chuyển vị xoay. - Mômen quán tính tiết diện ngang của cọc: J = = ´ 3.14´ 0.84 = 0.02 m4 - Độ cứng tiết diện ngang của cọc: E.J = 2.65 ×107× 0.02 = 530000 (kN/m2) - Chiều rộng quy ước bc: Theo TCXD 205-1998 d ≥ 0.8m Þ bc = d + 1m = 0.8 + 1 = 1.8 m - Chiều dài ảnh hưởng cọc: lah = 2(d+1) = 2 × (0.8 + 1) = 3.6 m => Cọc nằm trong lớp đất có B =1.24, tra bảng G1 trong TCVN 205-1998, ta có k1 = 500 kN/m4 - Biểu đồ biểu thị độ ảnh hưởng của các lớp đất trong phạm vi làm việc đến chiều dài của các lớp đất - Hệ số biến dạng (m) - Chiều sâu tính đổi hạ cọc trong đất : Le = abd.L = 0.28 ´ 24 = 6.72 m. Le = 6.72 m > 4m, cọc tựa lên đất, tra bảng G2 trong TCVN 205-1998, ta có: Ao = 2.441 Bo = 1.621 Co = 1.751 - Các chuyển vị dHH, dHM, 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/kN) bởi Ho = 1 gây ra dHM : chuyển vị ngang của tiết diện (1/kN) bởi Mo = 1 gây ra dMH : góc xoay của tiết diện (1/kN) bởi Ho = 1 gây ra dMM : góc xoay của tiết diện (1/kNm) bởi Mo = 1 gây ra = 2.07 × 10-4 (m/kN) = 3.9× 10-5 (1/kN) = 1.18 × 10-5 (1/kNm) - Lực cắt của cọc tại cao trình đáy đài: Qxtt = 54.9 kN(4 cọc) suy ra H0x = = 13.73 kN Qytt = 113.9 kN (4 cọc) suy ra H0y = = 28.5 kN - Tổng lực cắt của cọc tại cao trình đáy đài: = 31.63 kN - Vì đầu cọc bị ngàm cứng vào đài dưới tác dụng của lực ngang, trên đầu cọc có xuất hiện momen gọi là momen ngàm = = - Chuyển vị ngang yo(m) tại cao trình đáy đài: yo = H0 × dHH + M0 × dHM = 31.63 ´ 2.07 × 10-4 – 104.54 ´ 3.9× 10-5 = 2.47 ´ 10-3 m - Chuyển vị của cọc ở cao trình đặt lực ngang H0: - Do L0=0; ; Þ = y0 = 2.47 ´ 10-3 m= 0.247cm < [Sgh] = 1cm thỏa yêu cầu tính toán Mômen uốn M ở độ sâu z Mz) Mz = abd2EjyoA3 - abdEJyoB3 + M0C3 + D3 +Với : = 102.633  ; kNm ; = 112.96 Þ - Trong đó các giá trị A3, B3, C3, D3 được lấy theo bảng G.3 trang 76 trong TCVN 205-1998. Phụ thuộc vào chiều sâu tính đổi của vị trí tiết diện cọc trong đất Ze. - Với : Z = - Trong đó Z là chiều sâu thực tế vị trí tiết diện cọc trong đất tính từ đáy đài, (m). Mômen uốn Mz (kN.m) Ze Z A3 B3 C3 D3 Mz 0 0.00 0 0 1 0 -104.54 0.1 0.36 0 0 1 0.1 -93.24 0.2 0.71 -0.001 0 1 0.2 -82.05 0.3 1.07 -0.005 -0.001 1 0.3 -71.17 0.4 1.43 -0.011 -0.002 1 0.4 -60.48 0.5 1.79 -0.021 -0.005 0.999 0.5 -50.11 0.6 2.14 -0.036 -0.011 0.998 0.6 -40.25 0.7 2.50 -0.057 -0.02 0.996 0.699 -31.01 0.8 2.86 -0.085 -0.034 0.992 0.799 -22.17 0.9 3.21 -0.121 -0.055 0.985 0.897 -14.07 1 3.57 -0.167 -0.083 0.975 0.994 -6.78 1.1 3.93 -0.222 -0.122 0.96 1.09 -0.02 1.2 4.29 -0.287 -0.173 0.938 1.183 6.12 1.3 4.64 -0.365 -0.238 0.907 1.273 11.52 1.4 5.00 -0.455 -0.319 0.866 1.358 16.17 1.5 5.36 -0.559 -0.42 0.881 1.437 12.85 1.6 5.71 -0.676 -0.543 0.739 1.507 23.60 1.7 6.07 -0.808 -0.961 0.646 1.566 26.44 1.8 6.43 -0.956 -0.867 0.53 1.612 28.57 1.9 6.79 -1.118 -1.074 0.385 1.64 30.26 2 7.14 -1.295 -1.314 0.207 1.646 31.38 2.2 7.86 -1.693 -1.906 -0.271 1.575 32.48 2.4 8.57 -2.141 -2.663 -0.941 1.352 31.36 2.6 9.29 -2.621 -3.6 -1.877 0.917 30.80 2.8 10.00 -3.103 -4.718 -3.108 0.197 28.69 3 10.71 -3.541 -6 -4.688 -0.891 26.01 3.5 12.50 -3.919 -9.544 -10.34 -5.854 17.46 4 14.29 -1.614 -11.71 -17.92 -15.08 4.27 - Biểu đồ Mz theo chiều sâu : - Kiểm tra lại cốt thép đã chọn: 104.54 kNm - Quy đổi tiết diện cọc thành hình chữ nhật tương đương với cạnh là: a = = 0.71 m - Chọn h0 = 0.6 m = 60 cm. - Diện tích cốt thép - Ta có : 6.91 cm2 < 24.143cm2 thép ban đầu chọn là hợp lý - Kiểm tra : m2 = 20.12 cm2 - Chọn 1216 với, Fa = 24.143cm2 > cm2 - Tại vị trí Z = 14.29 M thì Mz = 4.27kNm do đó vị trí cắt thép ta chọn như sau: Z = 14.29 m so sánh với vị trí cắt thép là Z= 2/3´24 = 16m, nên ta chọn vị trí cắt thép tại độ sâu Z = 16m. 10.3.1.7. Tính lún cho nền theo quan niện nền biến dạng tuyến tính - Để tính lún ta dùng tải tiêu chuẩn để tính toán : - Tính lún theo phương pháp cộng lún từng lớp. - Theo TCXD 45-78 giới hạn chịu lún ở độ sâu tại đó có - Ứng suất do bản thân tại mũi cọc: == 196.422 (kN/m2) - Ứng suất gây lún tại móng khối quy ước là: = 332.24 – 10.03 × 25.7 = 74.47 (kN/m2) - Ứng suất gây lún tại giữa mỗi lớp đất ta xác định các trị số: () - Ta có : - Chia đất ở dưới đáy móng khối quy ước thành từng lớp có chiều dày : hi ≤ . Chọn hi = 0.5m - Trị số k0 tra bảng 2.7, trang 69, sách “Nền Và Móng Các Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp” của tác giả “GSTS. Nguyễn Văn Quảng”. Z(m) lm/bm 2Z/bm ko glZi btZ tbtbZ kN/m2 kN/m2 kN/m2 0 1 0.00 1 74.47 196.422 199.04 0.5 1 0.16 0.984 73.278 201.662 204.28 1 1 0.31 0.969 72.161 206.902 209.52 1.5 1 0.47 0.932 69.406 212.142 214.76 2 1 0.62 0.872 64.938 217.382 220 2.5 1 0.78 0.808 60.172 222.622 225.24 3 1 0.93 0.737 54.884 227.862 230.48 3.5 1 1.09 0.66 49.15 233.102 235.72 4 1 1.24 0.59 43.937 238.342 1739.1 Tại lớp đất thứ 9 ta có => Hcn = 4.5 m S = ; Si = Ta có Eo =21000 kN/m2. - Độ lún: S = = 0.033 m S = 3.3cm < Sgh = 8cm Biểu đồ ứng suất gây lún . 10.3.1.8. Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc: Kiểm tra chọc thủng: - Chọn chiều cao đài là: hđ = 1.6 (m). - Chiều cao làm việc của đài cọc: ho = hđ – 0.15 = 1.6 - 0.15 = 1.45m - Tiết diện cột 400 × 650 - Vẽ tháp chọc thủng. Tháp chọc thủng. => Tháp chọc thủng nằm bao bên ngoài các cọc, do đó không cần kiểm tra chọc thủng cho móng. => Đài cọc không bị chọc thủng. 10.3.1.9. Tính móng: - Sử dụng cốt thép AII, Ra = 2800 daN/cm2 - Để an toàn cho đài móng ta coi 4 cọc đều chịu tải lớn nhất: P1 = P2 = P3 = P4 = Pmax =1276.2 kN. Sơ đồ tính thép cho đài cọc : Xem như một consol ngàm tại mép cột như hình vẽ. Sơ đồ tính thép đài cọc. Momen tương ứng với mặt ngàm B-B: kNm FaI = FaII = = =61.12cm2 Þ Chọn 28Þ18, a = 140 (mm), Fachọn = 71.26 cm2 Momen tương ứng với mặt ngàm A-A: kNm FaI = FaII = = cm2 Þ Chọn 28Þ18, a = 140 (mm), Fachọn = 71.26 cm2 10.3.2. Tính móng M2 (trục 3-B và 3-C): 10.3.2.1. Tải trọng tính toán móng M2: Tải tính toán Giá trị Tải tiêu chuẩn Giá trị Cột trục B (40 x 70) Nott (kN) 2704.35 Notc (kN) 2253.63 Moxtt (kN.m) 204.63 Moxtc (kN.m) 170.525 Moytt (kN.m) 9.81 Moytc (kN.m) 8.175 Qoxtt (kN) 54.9 Qoxtc (kN) 45.75 Qoytt (kN) 113.9 Qoytc (kN) 94.92 Cột trục C (40 x 70) Nott (kN) 2704.45 Notc (kN) 2253.708 Moxtt (kN.m) 204.19 Moxtc (kN.m) 170.158 Moytt (kN.m) 9.8 Moytc (kN.m) 8.167 Qoxtt (kN) 54.9 Qoxtc (kN) 45.750 Qoytt (kN) 113.7 Qoytc (kN) 94.750 10.3.2.2. Xác định diện tích móng và số lượng cọc : - Khoảng cách giữa các cọc là 3.d - Chọn khoảng cách các cọc là 3.d = 3 × 0.8 = 2.4 m - Ứng suất trung bình dưới đế đài: stb = kN/m2 - Dung trọng trung bình của đài và đất trên đài: gtb = 20 kN/m3. - Diện tích bệ cọc được xác định sơ bộ như sau: m2 - Chọn ab = 6.8 m, bb = 4.4 m => Fb = 6.8 × 4.4 = 29.92 m2 - Trọng lượng bệ và lớp đất phủ trên bệ được xác định sơ bộ như sau: kN - Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài sơ bộ: kN - Xác định số lượng cọc: - Số lượng cọc sơ bộ : n = = cọc : hệ số kể đến ảnh hưởng của moment. - Chọn số lượng cọc trong đài là n = 6 cọc. - Bố trí cọc như hình vẽ sau: Mặt bằng bố trí cọc 10.3.2.3. Kiểm tra lực tác dụng lên cọc: - Từ việc bố trí cọc ta xác định được diện tích đế đài thực tế là: Fb = 6.8 × 4.4 = 29.92 m2 - Trọng lượng bệ và lớp đất phủ trên bệ được xác định theo thực tế là: kN -Để tiện tính toán ta quy về móng tương đương có nội lực như sau: Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: kN = 0.63 kNm kNm - Momen tại đáy bệ: = 0.63 + (-109.8) × 2.5 = -273.87kN.m 19.61 + (-0.2) × 2.5 = -19.11 kN.m 10.3.2.4. Lực truyền xuống các cọc: - Trong đó: + n - số lượng cọc trong đài; +, - khoảng cách tính từ trục của hàng cọc chịu nén lớn nhất đến trục đi qua trọng tâm đài, ; ; + xi, yi - khoảng cách tính từ trục cọc thứ i đến trục đi qua trọng tâm đài ; ; ; kN kN < Qa = 1518.2kN kN > 0 - Như vậy đã thỏa mãn điều kiện lực lớn nhất truyền xuống cọc dãy biên. 10.3.2.5. Kiểm tra lực tác dụng lên đất nền: - Xác định kích thước móng khối quy ước: - Góc ma sát trong trung bình của móng khối quy ước: jtb = - Trong đó: li : chiều dày lớp đất thứ i mà cọc đi qua ji : góc ma sát trong của lớp đất thứ i = 150260 ; tg= tg(3052) = 0.0675 - Chiều dài của đáy khối móng quy ước: am = a + 2hctg- d = 6.8 + 2 × 24 × 0.0675 - 0.8 = 9.24 (m) - Chiều rộng của đáy móng khối quy ước: bm = b + 2hctg- d = 4.4 + 2 × 24 × 0.0675 - 0.8 = 6.84 (m) - Diện tích của đáy khối móng quy ước: (m2) Móng khối quy ước. - Xác định trọng lượng móng khối quy ước: + Trọng lượng đất phủ trên đài: (kN) +Trọng lượng toàn bộ cọc trong móng từ đáy đến mũi cọc: (kN) + Trọng lượng đất từ đáy đài đến mũi cọc: Ntc3 = (63.2 – 6×0.503) × (5.31×11.1 + 8.99×0.9 + 10.24×3.1 + 10.48×8) = 10990.2 (kN) Trọng lượng khối móng quy ước: = 3476 + 1810.8 + 10990.2 = 16277 (kN) - Trọng lượng trung bình của các lớp đất kể từ mũi cọc trở lên: = (kN/m3) - Nội lực tiêu chuẩn gây ra tại khối móng quy ước: (kNm) (kNm) (kN) - Độ lệch tâm e: (m) (m) - Cường độ tính toán của đất ở đáy khối quy ước: Rtc = - Trong đó: + m1 =1.2 + m2 = 1.3 + Ktc = 1 vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất. + jII = 31021 tra bảng 2-1 trang 64 sách “Nền Và Móng Các Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp” của tác giả “GSTS. Nguyễn Văn Quảng”. Þ( nội suy) + gII - dung trọng của lớp đất nằm trực tiếp dưới đế móng. gII = gđn = 5.31kN/m2 + g 'II – trị tính toán trung bình của trọng lượng thể tích đất kể từ đáy mũi cọc trở lên. g’II = = = 7.5 kN/m2 + CII = 9.1 kN/m3 – lực dính đơn vị của lớp đất nằm trực tiếp dưới đế móng. + bm = 6.84m – cạnh ngắn của móng khối quy ước. + hm = 28.7m – chiều sâu chôn móng kể từ mặt đất đến mũi cọc. Rtc = = 2221.2kN/m2 Þ 1.2Rtc = 1.2 × 2221.2 = 2665.44 kN/m2 - Ứng suất dưới đáy khối móng quy ước : = = 372.42 kN/m2 = = 313.8 kN/m2 = = 343.13 kN/m2 - Nhận xét: (kN/m2) < (kN/m2) > 0 (kN/m2) < - Các điều kiện đã thỏa mãn, vậy ta có thể tiến hành tính toán độ lún của nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính. 10.3.2.6. Kiểm tra cọc khi chịu tác dụng đồng thời của N,Q,M: Tính chuyển vị ngang của 1 cọc : - Giả sử đầu cọc được ngàm vào đài, do đó đầu cọc chỉ chuyển vị ngang, không có chuyển vị xoay. - Mômen quán tính tiết diện ngang của cọc : J = = ´ 3.14´ 0.84 = 0.02m4 - Độ cứng tiết diện ngang của cọc: E.J = 2.65 × 107 × 0.02 = 530000 (kN/m2) - Chiều rộng quy ước bc: Theo TCXD 205-1998 d ≥ 0.8m Þ bc = d + 1 = 0.8 + 1 = 1.8 m - Chiều dài ảnh hưởng cọc: lah = 2(D+1) = 2 × (0.8 + 1) = 3.6m => Cọc nằm trong lớp đất lớp có B = 1.24. Tra bảng G1 trong TCVN 205-1998, ta có k1= 500 kN/m4 - Biểu đồ biểu thị độ ảnh hưởng của các lớp đất trong phạm vi làm việc đến chiều dài của các lớp đất. - Hệ số biến dạng (m) - Chiều sâu tính đổi hạ cọc trong đất : Le = abd.L = 0.28 ´ 22.5 = 6.3 m. Le = 6.3 m > 4m, cọc tựa lên đất, tra bảng G2 trong TCVN 205-1998, ta có: Ao = 2.441 Bo = 1.621 Co = 1.751 - Các chuyển vị dHH, dHM, 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/kN) bởi Ho = 1 gây ra dHM : chuyển vị ngang của tiết diện (1/kN) bởi Mo = 1 gây ra dMH : góc xoay của tiết diện (1/kN) bởi Ho = 1 gây ra dMM : góc xoay của tiết diện (1/kNm) bởi Mo = 1 gây ra = 2.07 × 10-4 (m/kN) = 3.9 × 10-5 (1/kN) = 1.18 × 10-5 (1/kNm) - Lực cắt của cọc tại cao trình đáy đài: Qxtt = 217.79kN (6 cọc) suy ra H0x = = 18.3 kN Qytt = 95.63kN (6 cọc) suy ra H0y = = 0.03kN - Tổng lực cắt của cọc tại cao trình đáy đài: = 18.3 kN - Vì đầu cọc bị ngàm cứng vào đài dưới tác dụng của lực ngang, trên đầu cọc có xuất hiện momen gọi là momen ngàm Mngàm = = - Chuyển vị ngang yo(m) tại cao trình đáy đài: yo = H0 × dHH + M0 × dHM = 18.3 ´ 2.07´10-4 – 60.48 ´ 3.9 ´ 10-5 = 14.29´10-4 m - Chuyển vị của cọc ở cao trình đặt lực ngang H0: - Do L0 = 0; Þ= y0 = 14.29 × 10-4 m = 0.1429 cm < [Sgh] = 1cm thỏa yêu cầu tính toán Mômen uốn M ở độ sâu z (Mz): Mz = abd2EJyoA3 - abdEJyoB3 + M0C3 + D3 +Với: = 59.37 ; ; = 65.35 => - Trong đó các giá trị A3, B3, C3, D3 được lấy theo bảng G.3 trang 76 trong TCVN 205-1998. Phụ thuộc vào chiều sâu tính đổi của vị trí tiết diện cọc trong đất Ze. - Với : Z = - Trong đó Z là chiều sâu thực tế vị trí tiết diện cọc trong đất tính từ đáy đài, (m). Mômen uốn Mz (kN.m) Ze Z A3 B3 C3 D3 Mz 0 0.000 0 0 1 0 -60.480 0.1 0.357 0 0 1 0.1 -53.945 0.2 0.714 -0.001 0 1 0.2 -47.469 0.3 1.071 -0.005 -0.001 1 0.3 -41.172 0.4 1.429 -0.011 -0.002 1 0.4 -34.993 0.5 1.786 -0.021 -0.005 0.999 0.5 -28.991 0.6 2.143 -0.036 -0.011 0.998 0.6 -23.286 0.7 2.500 -0.057 -0.02 0.996 0.699 -17.943 0.8 2.857 -0.085 -0.034 0.992 0.799 -12.828 0.9 3.214 -0.121 -0.055 0.985 0.897 -8.138 1 3.571 -0.167 -0.083 0.975 0.994 -3.925 1.1 3.929 -0.222 -0.122 0.96 1.09 -0.009 1.2 4.286 -0.287 -0.173 0.938 1.183 3.540 1.3 4.643 -0.365 -0.238 0.907 1.273 6.665 1.4 5.000 -0.455 -0.319 0.866 1.358 9.356 1.5 5.357 -0.559 -0.42 0.881 1.437 7.437 1.6 5.714 -0.676 -0.543 0.739 1.507 13.654 1.7 6.071 -0.808 -0.961 0.646 1.566 15.297 1.8 6.429 -0.956 -0.867 0.53 1.612 16.532 1.9 6.786 -1.118 -1.074 0.385 1.64 17.514 2 7.143 -1.295 -1.314 0.207 1.646 18.163 2.2 7.857 -1.693 -1.906 -0.271 1.575 18.803 2.4 8.571 -2.141 -2.663 -0.941 1.352 18.154 2.6 9.286 -2.621 -3.6 -1.877 0.917 17.838 2.8 10.000 -3.103 -4.718 -3.108 0.197 16.621 3 10.714 -3.541 -6 -4.688 -0.891 15.074 3.5 12.500 -3.919 -9.544 -10.34 -5.854 10.133 4 14.286 -1.614 -11.71 -17.92 -15.08 2.500 Biểu đồ Mz theo chiều sâu : - Kiểm tra lại cốt thép đã chọn: 60.48 kNm - Quy đổi tiết diện cọc thành hình chữ nhật tương đương với cạnh là: a = = 0.71 m - Chọn h0 = 0.6 m = 60 cm. - Diện tích cốt thép: - Ta có: 4 cm2 < 24.132 cm2 thép ban đầu chọn là hợp lý. - Kiểm tra: m2 = 20.12 cm2 - Chọn 1216 với Fa = 24.132 cm2 > cm2 - Tại vị trí Z=14.286m thì Mz = 2.5kNm do đó vị trí cắt thép ta chọn như sau: - So sánh với vị trí cắt thép là Z= 2/3´4= 16m, nên ta chọn vị trí cắt thép tại độ sâu Z= 16m. 10.3.2.7. Tính lún cho nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính: - Để tính lún ta dùng tải tiêu chuẩn để tính toán : - Tính lún theo phương pháp cộng lún từng lớp. - Theo TCXD 45-78 giới hạn chịu lún ở độ sâu tại đó có - Ứng suất do bản thân tại mũi cọc: == 196.422 (kN/m2) - Ưng suất gây lún tại đáy móng khối quy ước là: = 343.13 – 11.1 × 25.7 = 57.86 kN/m2 - Ưng suất gây lún tại giữa mỗi lớp đất ta xác định các trị số: () - Ta có : - Chia đất ở dưới đáy móng khối quy ước thành từng lớp có chiều dày : hi ≤ . Chọn hi = 0.5m Trị số k0 tra bảng 2.7, trang 69, sách “Nền Và Móng Các Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp” của tác giả “GSTS. Nguyễn Văn Quảng”. Z(m) lm/bm 2Z/bm ko glZi btZ bttbZ kN/m2 kN/m2 kN/m2 0 1.35 0.00 1 57.86 196.422 199.042 0.5 1.35 0.15 0.989 57.22 201.662 204.282 1 1.35 0.29 0.979 56.64 206.902 209.522 1.5 1.35 0.44 0.958 55.43 212.142 214.762 2 1.35 0.58 0.914 52.88 217.382 220.002 2.5 1.35 0.73 0.867 50.16 222.622 225.242 3 1.35 0.88 0.809 46.81 227.862 230.482 3.5 1.35 1.02 0.751 43.45 233.102 235.722 1739.06 - Tại lớp đất thứ 14 ta có - Độ lún: S =; Si = - Ta có Eo = 21000 kN/m2. = 0.033m Þ S = 3.3cm < Sgh = 8 cm Sơ đồ tính lún 10.3.2.8. Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc: Kiểm tra chọc thủng: - Chọn chiều cao đài là 1.6 m - Tiết diện cột 500 × 600 - Vẽ tháp chọc thủng. Tháp chọc thủng - Tháp chọc thủng nằm bao bên ngoài các cọc, do đó không cần kiểm tra chọc thủng của móng theo phương y. Kiểm tra theo phương x: Tháp chọc thủng - Theo công thức: - Trong đó: Q: Tổng phản lực các cọc nằm ngoài tiết diện nghiêng (không kể trọng lượng bản thân cọc). P2 + P5 = 2 × 1178.38 = 2356.76 Kn kN h0: Chiều cao làm việc của tiết diện xét; h0 =1.45 m b : Hệ số không thứ nguyên: c: Khoảng cách từ mép cột tới mép gần nhất của cọc nằm ngoài tháp ép lõm; c = 1.2 m =1.04 1.04 × 4.4 × 1.45 × 1000 = 6635.2kN Ta có: Q = 2356.76 kN < [Q]= 6635.2kN Þ Đài cọc không bị chọc thủng. 10.3.2.9. Tính moment và thép đặt cho đài cọc: - Sử dụng cốt thép AII, Ra = 2800 daN/cm2 P3 = P6 =Pmax = 1206.9 kN P1 = P4 =Pmin =1144.54 kN P2 = P5 = 1178.38 kN Sơ đồ moment tính thép cho đài cọc. Momen tương ứng phương X: Momen tương ứng với ngàm A-A: Hình 3.13 :Sơ đồ moment tính thép cho đài cọc theo phương cạnh ngắn. = 0.950 × (1144.54 + 1178.38 + 1206.9) = 3353.33 (kNm) xy: khoảng cách từ tim cọc đến mép cột. F1 = = = 91.77 cm2 Þ Chọn 46Þ16, a = 140(mm), Fachọn = 92.506 cm2 Momen tương ứng phương Y: - Sơ đồ tính: Sơ đồ moment tính thép cho đài cọc theo phương cạnh dài. - Tính thép: +Tính thép cho lớp dưới : Mg = 1466.04 (kNm) Fg = = = 33.03 cm2 Þ Chọn 22Þ14, a = 200 (mm), Fachọn = 33.85 cm2. +Tính thép cho lớp trên : Mg = 1035.75 (kNm) Fg = = = 28.35 cm2 Þ Chọn 22Þ14, a = 200 (mm), Fachọn = 33.03 cm2. CHƯƠNG 11: SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MÓNG Tổng hợp vật liệu: - Theo kết quả phân loại móng thì trong công trình có 16 móng M1, 8 móng M2. Dựa vào bảng vẽ NM01 và NM02 ta thống kê khối lượng cốt thép và bêtông của từng phương án. Cuối cùng ta được kết quả sau: - Phương án móng cọc ép: Khối lượng bêtông: 302.925 T; Khối lượng cốt thép: 9282.12 kG. - Phương án móng cọc khoan nhồi: Khối lượng bêtông: 656.105 T; Khối lượng cốt thép: 8320.15kG. So sánh và lựa chọn phương án móng: - Để so sánh và lựa chọn phương án móng cho công trình ta dựa vào các yếu tố như sau: Điều kiện kĩ thuật: - Cả hai phương án đều có đủ khả năng chịu tải trọng do công trình truyền xuống, các điều kiện về độ lún và các điều kiện về ổn định.Móng cọc khoan nhồi là ưu việt vì khả năng chịu lực lớn và có thể hạ độ sâu cọc tới độ sâu tối đa mà kĩ thuật thi công cho phép để tăng khả năng chịu lực của cọc, còn cọc ép thì không thể ép xuống sâu quá vì lúc này cọc sẽ rất mảnh và không có thiết bị để ép sâu quá (thường thì chỉ ép xuống tới độ sâu khoảng 30 m và cọc có khả năng chịu được tải trọng 1000 kN). Điều kiện thi công: - Cả hai phương án đều có đầy đủ các thiết bị thi công cần thiết. - Cọc ép thi công đơn giản nhưng gây chấn động làm ảnh hưởng đến các công trình xung quanh và thường hay gặp sự cố trong quá trình thi công do gặp phải đá ngầm, không thể ép qua các lớp đất cứng, đất cát… - Cọc khoan nhồi thi công phức tạp hơn cọc ép nhưng có thể thi công qua các lớp đất cứng, ít gặp sự cố trong quá trình thi công và không gây chấn động ảnh hưởng đến các công trình xung quanh. Và trong điều kiện hiện nay cọc khoan nhồi đã trở nên thông dụng ở nước ta nên kĩ thuật thi công cũng được cải tiến nhiều và có nhiều máy móc hiện đại giúp cho việc thi công nhanh hơn và chính xác hơn tránh các rủi ro xảy ra trong quá trình thi công. Điều kiện kinh tế: - Dựa vào kết quả thống kê ta có phương án móng cọc ép có khối lượng thép lớn hơn phương án móng cọc khoan nhồi nhưng lại có khối lượng bêtông nhỏ hơn. - Phương án cọc khoan nhồi có giá thành thi công cao hơn do đòi hỏi kĩ thuật cao, công nhân có tay nghề và các máy móc hiện đại. Còn phương án móng cọc ép thì thi công đơn giản không đòi hỏi kĩ thuật cao, công nhân lành nghề, mấy móc hiện đại… nên giá thành hạ. Các điều kiện khác: - Ngoài các điều kiện trên để đưa ra lựa chọn phương án móng để áp dụng vào công trình còn phải dựa vào nhiều yếu tố khác như: quy mô công trình, điều kiện thi công, phương pháp thi công, thời gian thi công, điều kiện khí hậu,... Lựa chọn phương án: - Dựa vào các điều kiện so sánh trên, các ưu nhược điểm của từng phương án đã được nêu ra trong phần tính toán từng phương án móng và quy mô công trình là tương đối lớn (12 tầng, mặt bằng 42m×21.8m) ta chọn phương án MÓNG CỌC KHOAN NHỒI để áp dụng cho công trình. (Chi tiết xem tại bản vẽ NM03)