Thiết kế móng bê tông cốt thép

THIEÁT KEÁ MOÙNG BEÂ TOÂNG COÁT THEÙP A.THOÁNG KEÂ SOÁ LIEÄU ÑÒA CHAÁT : I.SOÁ LÖÔÏNG HOÁ KHOAN : -Goàm 2 hoá khoan : + Hoá khoan 1 ( HK1 ) : saâu 35 m + Hoá khoan 2 ( HK2 ) : saâu 40 m II.ÑAËC ÑIEÅM ÑÒA CHAÁT COÂNG TRÌNH : - Möïc nöôùc ngaàm taïi hoá khoan 1 laø 5,2 m vaø ôû hoá khoan 2 laø 5.5m . Lôùp 1 : Seùt pha maøu xaùm traéng , traïng thaùi deûo meàm , phaân boá ôû ñoä saâu töø 0 -3 m , beà daøy lôùp thay ñoåi töø 2,3 – 3 m Caùc chæ tieâu cô lyù ñaëc tröng cuûa lôùp naøy nhö sau : - Khoái löôïng theå tích töï nhieân : g ( g/cm3 ) : 1,86 - Goùc ma saùt trong j : 5021’ - Löïc dính , C ( kG/ cm2 ) : 0,196 Lôùp 2 : Seùt maøu naâu ñoû , laãn saïn soûi laterite , traïng thaùi nöûa cöùng phaân boá ngay döôùi lôùp 1 ôû ñoä saâu 3 – 6.5 m . Beà daøy lôùp thay ñoåi töø 3m (HK1) ñeán 4.2 m (HK2 ). Caùc chæ tieâu cô lyù ñaëc tröng cuûa lôùp naøy nhö sau : - Khoái löôïng theå tích töï nhieân : g ( g/cm3 ) : 2,05 - Goùc ma saùt trong j : 17001’ - Löïc dính , C ( kG/ cm2 ) : 0,482 Lôùp 3 : Thaønh phaàn ñaát ñaù bieán ñoåi maïnh töø seùt pha ñeán caùt haït thoâ laãn saïn soûi . Lôùp naøy coù theå chia laøm 2 phuï lôùp : Phuï lôùp 1 : thaønh phaàn chuû yeáu laø seùt pha maøu xaùm xanh , laãn saïn thaïch anh , traïng thaùi nöûa cöùng ñeán cöùng . Phuï lôùp naøy chæ gaëp trong hoá khoan1 ôû ñoä saâu töø 6 – 15,3 m . Beà daøy cuûa phuï lôùp naøy laø 9,3m Caùc chæ tieâu cô lyù ñaëc tröng cuûa lôùp naøy nhö sau : - Khoái löôïng theå tích töï nhieân : g ( g/cm3 ) : 1,93 - Goùc ma saùt trong j : 23005’ - Löïc dính , C ( kG/ cm2 ) : 0,133 Phuï lôùp 2 : caùt haït trung ñeán thoâ maøu xaùm vaøng , laãn nhieàu saïn soûi laterite . Phuï lôùp naøy chæ gaëp ôû HK2 ôû ñoä saâu töø 6,5 – 19 m . Beà daøy cuûa phuï lôùp laø 12,5 m - Khoái löôïng theå tích töï nhieân : g ( g/cm3 ) : 2 - Goùc ma saùt trong j : 30015’ - Löïc dính , C ( kG/ cm2 ) : 0,062 Lôùp 4 : Seùt , seùt pha maøu hoàng , tím laãn saïn thaïch anh , traïng thaùi deûo cöùng ñeán cöùng , lôùp naøy phaân boá ngay döôùi lôùp 3 , ôû ñoä saâu töø 15,3 – 25 m .Beà daøy lôùp thay ñoåi töø 1,2 m( HK1 ) ñeán 6m ( HK2 ) Caùc chæ tieâu cô lyù ñaëc tröng cuûa lôùp naøy nhö sau : - Khoái löôïng theå tích töï nhieân : g ( g/cm3 ) : 1,89 – 1,92 - Goùc ma saùt trong j : 16004’- 24019’ - Löïc dính , C ( kG/ cm2 ) : 0,128 – 0,133 Lôùp 5 : Caùt haït mòn ñeán thoâ maøu hoàng , laãn saïn soûi thaïch anh , thoâ daàn theo chieàu saâu . Lôùp naøy phaân boá ngay döôùi lôùp 4 , ôû ñoä saâu 16,5 m ( HK1 ) ñeán 38 m ( HK2 ) Beà daøy lôùp thay ñoåi töø 15 m ( HK2 ) ñeán 18,4 m ( HK1 ) Caùc chæ tieâu cô lyù ñaëc tröng cuûa lôùp naøy nhö sau : - Khoái löôïng theå tích töï nhieân : g ( g/cm3 ) : 1,98 - Goùc ma saùt trong j : 30038’ - Löïc dính , C ( kG/ cm2 ) : 0,083 Lôùp 6 : Seùt pha maøu vaøng , traïng thaùi deûo cöùng , phaân boá ngay döôùi lôùp 5 . Taïi hoá khoan 1 chöa khoan ñeán lôùp naøy . Taïi hoá khoan 2 gaëp lôùp naøy ôû ñoä saâu 38 m . Do hoá khoan keát thuùc ôû ñoä saâu 40 m neân chöa khoan heát beà daøy cuûa lôùp ñaát naøy. Caùc chæ tieâu cô lyù ñaëc tröng cuûa lôùp naøy nhö sau : - Khoái löôïng theå tích töï nhieân : g ( g/cm3 ) : 2 - Goùc ma saùt trong j : 24011’ - Löïc dính , C ( kG/ cm2 ) : 0,122 - BAÛNG THOÁNG KEÂ CAÙC CHÆ TIEÂU CÔ LYÙ CUÛA CAÙC LÔÙP ÑAÁT : HK1 Beà daøy lôùp (m) Giôùi haïn chaûy Wch Giôùi haïn deûo Wd Chæ soá deûo Id Ñoä seät B Ñoä aåm töï nhieân W (%) Khoái löôïng theå tích g (g/cm3) Tæ troïng D Ñoä roãng n (%) Heä soá roãng e Ñoä baõo hoøa G (%) Heä soá neùn luùn a (cm2/kG) Lôùp 1 3 25 13 12 0.57 19.8 1.86 2.7 42.6 0.742 72 0.054 Lôùp 2 3 36 19 17 0.12 21 2.05 2.74 38.3 0.621 93 0.441 Lôùp 3 9.3 21 14 7 0.13 14.9 1.93 2.68 38.4 0.624 64 0.554 Lôùp 4 1.2 68 36 32 < 0 27 1.89 2.74 48.2 0.93 80 0.042 Lôùp 5 18.4 16.6 1.98 2.67 37.8 0.608 73 0.023 B.TAÛI TROÏNG TÍNH TOAÙN MOÙNG : - MOÙNG M1 : M = 5,69 ( T.m) N = 148 ( T ) - MOÙNG M2 : M = 8.17 ( T.m) N = 200 ( T ) - MOÙNG M3 : M = 13,15 ( T.m) N = 273 ( T ) - MOÙNG M4 : M = 26,68 ( T.m) N = 398 ( T ) - Löïc caét lôùn nhaát taïi chaân coät Qmax = 8.48 ( T ) C .TÍNH TOAÙN MOÙNG BEÂ TOÂNG COÁT THEÙP : PHÖÔNG AÙN 1 THIEÁT KEÁ MOÙNG COÏC EÙP - Choïn phöông aùn thieát keá moùng coïc ñaøi thaáp , coïc ñöôïc haï ñeán ñoä saâu thieát keá baèng phöông phaùp eùp coïc . I. CHOÏN CHIEÀU SAÂU CHOÂN MOÙNG THOÛA ÑIEÀU KIEÄN MOÙNG COÏC ÑAØI THAÁP : - Moùng coïc ñaøi thaáp laø moùng coïc ñöôïc caáu taïo vôùi ñaøi coïc naèm trong ñaát taïi ñoä saâu hm theo ñoù phaûi thoûa ñieàu kieän laøm vieäc nhö sau : + Taûi troïng ngang H phaûi ñöôïc caân baèng vôùi aùp löïc bò ñoäng cuûa ñaát ñeå cho coïc khoâng bò taùc duïng cuûa löïc ngang maø chæ hoaøn toaøn laøm vieäc chòu neùn . + Moâmen ngoaïi löïc ñöôïc caân baèng vôùi caùc phaûn löïc taïi ñaàu coïc vôùi caùc toïa ñoä x,y cuûa coïc - Ñeå thoûa caùc ñieàu kieän treân , chieàu saâu choân moùng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : hm = 0,7 . tg ( 450 - ) . - Do kích thöôùc cuûa ñaøi coïc chöa xaùc ñònh neân taïm thôøi laáy Bd = 1,5 m , g laø dung troïng cuûa ñaát ñaép sau khi thi coâng moùng khoaûng 18 kN / m3 . hm = 0,7.tg (450 – ) = 1,61 m . Choïn hm = 2m . II.CHOÏN KÍCH THÖÔÙC TIEÁT DIEÄN COÏC , MAÙC BEÂ TOÂNG , COÁT THEÙP COÏC : -Choïn coïc coù tieát dieän 30 x 30 cm , beâ toâng maùc 300 coù Rn = 13000 kPa, coát theùp 4f22 nhoùm CIII coù Ra = 340000 kPa . III. TÍNH KHAÛ NAÊNG CHÒU TAÛI CUÛA COÏC : - Choïn vò trí muõi coïc ñaët ôû ñoä saâu 17,5 m , chieàu daøi coïc 16 m goàm 2 ñoaïn coïc moãi ñoaïn daøi 8m , coïc ñöôïc eùp saâu vaøo ñaát so vôùi maët ñaát 1,5 m vaø choân vaøo ñaøi 0,5 m baèng caùch ñaäp beå ñaàu coïc vaø caâu theùp chôø vaøo ñaøi coïc . 1. THEO VAÄT LIEÄU LAØM COÏC : PVL = km ( Ra Fa + RnFb ) - Trong ñoù : km = 0,7 - heä soá ñoàng nhaát . m = 1 – heä soá ñieàu kieän laøm vieäc Fa = 15,204 cm2 – dieän tích tieát dieän coát theùp trong coïc Fb = 0,09 m2 – dieän tích tieát dieän beâ toâng - Vaäy : PVL = 0,7 ( 340000.15,204 .10-4 + 13000.0,09 ) = 1181 kPa. 2. KHAÛ NAÊNG CHÒU TAÛI CUÛA COÏC THEO ÑAÁT NEÀN : 2.1. THEO PHUÏ LUÏC A CUÛA TCVN 205 – 1998 : - Söùc chòu taûi cuûa coïc theo ñaát neàn ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : - Trong ñoù : m = 1 – heä soá ñieàu kieän cuûa coïc laøm vieäc trong ñaát mR , mf – heä soá ñieàu kieän laøm vieäc cuûa ñaát ôû muõi coïc vaø ôû beân hoâng coïc Haï coïc baèng phöông phaùp eùp coïc , lôùp ñaát döôùi muõi coïc laø caùt thoâ vaø trung neân mR = 1,2 -Lôùp 1 : L= 1m , seùt pha , B = 0,57 , mf = 0,9 - Lôùp 2 :L = 3m , B = 0,12 xaùc ñònh mf baèng phöông phaùp noäi suy , mf = 0.974 - Lôùp 3 :L = 9,3 m , B = 0,13 xaùc ñònh mf baèng phöông phaùp noäi suy , mf = 0.976 - Lôùp 4 : L = 1,2 m , B< 0 , mf = 1 - Lôùp 5 : L = 1m , caùt haït thoâ vaø trung , mf = 1 . * Xaùc ñònh fsi : L ( m ) Z (m ) B fs (kPa) Lôùp 1 1 2.5 0.57 14,65 Lôùp2 2 4 0.12 53 1 4.5 0.12 5.45 2 7 < 0 60 2 9 < 0 63.5 Lôùp 3 2 11 < 0 66.4 2 13 < 0 69.2 1,3 14.65 < 0 71.51 Lôùp 4 1.2 15.9 73.26 Lôùp 5 1 17 74.8 * Tính qm : Zm = 17,5 m tra baûng ñöôïc qm = 4600 kPa. Vaäy : Qtc = 1 . 4600 . 0,09 . 1,2 ( 0,9 . 14,65 . 1 . 0,976 . (53 .2 + 54,5 . 1 ) + 0,974 ( 60 . 2 + 63,5 . 2 + 66,4 . 2 + 69,2 . 2 + 71,51 . 1,3 ) ) = 1330 kPa - Döï kieán boá trí töø 6 – 9 coïc , xeùt ñeán hieäu öùng nhoùm , choïn heä soá an toaøn k = 1,65 Qa = = 806 kPa 2.2 .TÍNH THEO PHUÏ LUÏC B CUÛA TCVN 205 – 1998 - Söùc chòu taûi cuûa coïc theo ñaát neàn ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : Qu = Qm + Qf = qm . Fc + u å(fsi . Li ) * Tính qm : qm = c.Nc + g’. L . Nq -Trong ñoù : Nc, Nq – heä soá söùc chòu taûi cuûa neàn Vôùi j = 30 0 38’ duøng bieåu ñoà tra Nc , Nq cuûa Meyerhof tra ñöôïc Nq = 50 , Nc = 230 g’. L – öùng suaát do troïng löôïng baûn thaân ñaát taïi ñaùy coïc . g’L = 3. 18,6 + 2,2 . 20,5 + 0,8 . 10,5 + 9,3 . 9,3 + 1,2 . 8,9 + 1. 9,8 = 216,27kPa. - Vaäy qm = 8,3. 230 + 216,27 . 50 = 12722 kPa Qm = 12722 . 0.09 = 1145 kPa * Tính fsi : fsi = s’. ks . tg ( ja ) + Ca - Trong ñoù : s’= g’ . Z – aùp löïc höõu hieäu thaúng ñöùng ja = ( 0,7 – 1 ) j - ma saùt giöõa coïc vaø ñaát , laáy ja = 0,7 j Ca = ( 0,7 – 1 ) c – löïc dính giöõa coïc vaø ñaát , laáy Ca = 0,7c Ks = ( 1,2 – 1,4 ) ( 1 – sin j ) , laáy Ks = 1,2 ( 1 – sin j ) Lôùp ñaát Li ( m ) Z'i (m ) g' (kN/m3) c (kPa) j0 Ks g' Z (kPa) fsi (kPa) 1 1 1.5 18.6 19.6 5 1.095 27.9 15.59 2 2.2 4.1 20.5 48.2 17 0.849 84.05 48.78 2 0.8 5.6 10.5 48.2 17 0.849 58.8 94.33 3 9.3 10.65 9.3 13.3 23 0.73 99.1 30.18 4 1.2 15.9 8.9 12.8 16 0.869 141.51 33.31 5 1 17 9.8 8.3 30 0.6 166.6 44.18 Qf = 1,2 ( 15.59 . 1 + 48,78 . 2,2 + 94,33 . 0,8 + 30,18 . 9,3 + 33,31 . 1,2 + + 4,48 . 1 ) = 676,6 kN Laáy heä soá an toaøn = 3 cho Qm vaø = 2 cho Qf ta coù : - Söùc chòu taûi cuûa coïc theo ñaát neàn : Qu = + = + = 720 kN - So saùnh giöõa söùc chòu taûi cuûa coïc theo vaät lieäu vaø söùc chòu taûi cuûa coïc theo ñaát neàn ta thaáy Qvl > Qu vaø Qa do ñoù coïc coù theå haï ñeán ñoä saâu thieát keá maø khoâng bò phaù hoaïi . Vaäy ta choïn khaû naêng chòu taûi cuûa coïc laø Pa = 720 kN ñeå thieát keá trong ñoù coù keå ñeán hieäu öùng nhoùm E . IV. THIEÁT KEÁ MOÙNG COÏC ÑAØI THAÁP A. MOÙNG M4 : M = 267 kN.m N = 3980 kN 1. CHOÏN SOÁ LÖÔÏNG COÏC VAØ BOÁ TRÍ COÏC : - Soá löôïng coïc ñöôïc choïn theo coâng thöùc : n = = = 7.74 coïc - Xeùt theâm troïng luôïng cuûa moùng khoái qui öôùc vaø ñoä leäch taâm , choïn n = 9 coïc . - Coïc ñöôïc boá trí nhö hình veõ : 2. KIEÅM TRA TAÛI TROÏNG TAÙC DUÏNG LEÂN ÑAÀU COÏC : - Toïa ñoä cuûa caùc coïc so vôùi troïng taâm ñaùy moùng : x1 = x4 = x7 = - 0,9 m x3 = x6 = x9 = 0,9m x2 = x5 = x8 = 0 y1 = y2 = y3 = 0,9 m y4 = y5 = y6 = 0 y7 = y8 = y9 = -0.9 m åxi2 = 6 ( 0,9 ) 2 = 4,86 m2 åyi2 = 6 ( 0,9 ) 2 = 4,86 m2 - Troïng löôïng moùng khoái qui öôùc taïi ñaùy moùng : Wqö = 2,4 . 2,4 . 2 .22 = 253 kN - Taûi troïng trung bình taùc duïng leân ñaàu coïc : Ptb = = = 470 kN - Taûi troïng taùc duïng leân ñaàu coïc : Pi = Ptb + P1 = P4 = P7 = 470 + (- 0.9 ) = 420 kN P3 = P6 = P9 = 470 + ( 0.9 ) = 519 kN P2 = P5 = P8 = 470 + ( 0 ) = 470 kN Boá trí 9 coïc nhö hình , heä soá nhoùm E = 0,72 PNc = Pa . E = 720 . 0,72 = 518,4 kN Vaäy Pmax ~ PNc ( thoûa) 3. KIEÅM TRA ÖÙNG SUAÁT DÖÔÙI MUÕI COÏC : - Taûi troïng duøng ñeå kieåm tra öùng suaát döôùi muõi coïc laø taûi troïng tieâu chuaån . Ntc = = 3317 kN Mtc = = 223 kN.m - Goùc ma saùt trung bình beân hoâng coïc : jtb = = 200 - Kích thöôùc moùng khoái qui öôùc taïi muõi coïc : Lm = L’ + 2 Zc .tg (jtb / 4 ) Bm = B’ + 2 Zc .tg (jtb / 4 ) Trong ñoù : L’ = L + D B’ = B + D L, B – khoaûng caùch cuûa 2 coïc xa nhaát töông öùng theo chieàu daøi vaø chieàu roäng cuûa ñaøi . Zc – chieàu daøi cuûa ñoaïn coïc naèm trong ñaát. L’ = B’ = 1,8 + 0,3 = 2,1 m Lm =Bm = 2,1 + 2 . 15,5 .tg ( 20/4) = 4,81 m . - Troïng löôïng moùng khoái qui öôùc : Wqö = 4,81 . 4,81 . ( 3,2 . 22 + 12,3 . 12 ) = 5044 kN - Taûi troïng taïi muõi coïc : Nmtc = Ntc + Wqö = 3317 + 5044 = 8361 kN - Ñoä leäch taâm : e = M/ N = 223/ 8361 = 0.027 m - Aùp löïc trung bình taïi muõi coïc : ptb = = 361 kPa - Tính pmax , pmin : pmax = ptb ( 1 + ) = 361 ( 1 + ) = 373 kPa pmin = ptb ( 1 - ) = 361 ( 1 -) = 349 kPa - Tính Rtc taïi muõi coïc : Rtc = ( A.B1.g + B.Zm . g’tb ) + D.c m1. m2 = 1,1 ktc = 1 j = 300 tra baûng ñöôïc A = 1,15 ; B = 5,59 ; D = 7,95 Rtc = 1,1 ( 1,15 . 4,81 . 9,8 + 5,59 . 216,27 + 7,95 . 8,3 ) = 1462 kN > pmax (thoûa ñieàu kieän öùng suaát döôùi muõi coïc ) 4. TÍNH LUÙN NHOÙM COÏC : - Chia lôùp ñaát beân döôùi muõi coïc thaønh töøng lôùp nhoû daøy 1m 4.1.ÖÙng suaát do troïng löôïng baûn thaân ñaát : - Taïi vò trí muõi coïc : s0 = 3 . 18,6 + 2,2 . 20,5 . 0,8 . 10,5 + 9,3 . 9.3 + 1,2 . 9,9 + 1 .9,8 = 217 kPa -Taïi 1 : s1 = 217 + 9,8 .1 = 227 kPa -Taïi 2 : s1 = 227 + 9,8 .1 = 237 kPa -Taïi 3 : s1 = 237 + 9,8 .1 = 247 kPa -Taïi 4 : s1 = 247 + 9,8 .1 = 257 kPa -Taïi 5 : s1 = 257 + 9,8 .1 = 267 kPa -Taïi 6 : s1 = 267 + 9,8 .1 = 277 kPa 4.2 . ÖÙng suaát gaây luùn taïi muõi coïc : sgl0 = ptb - sbt0 = 361 – 217 = 144 kPa - Keát quaû tính toaùn öùng suaát gaây luùn taïi muõi coïc ñöôïc trình baøy toùm taét trong baûng sau Baûng tính öùng suaát gaây luùn taïi muõi coïc Vò trí Z (m) b (m ) Z/b k s0gl ( kPa) s( kPa) 1 1 4.81 0.21 0.952 144 137.09 2 2 4.81 0.42 0.781 144 112.46 3 3 4.81 0.62 0.586 144 84.38 4 4 4.81 0.83 0.434 144 62.50 5 5 4.81 1.04 0.324 144 46.66 - Taïi vò trí 5 ta coù 0,2 sbt > sgl , keát quaû tính toaùn ñöôïc trình baøy ôû baûng döôùi ñaây Vò trí 1 2 3 4 5 s0gl 137.09 112.46 84.38 62.5 46.6 0,2 sbt 45.4 49.4 51.40 53.4 55.4 - Moâdun bieán daïng cuûa ñaát neàn döôùi muõi coïc : E0 = = = 3478 kPa - Ñeå tính toaùn ñoä luùn chính xaùc moâdun bieán daïng cuûa ñaát phaûi nhaân theâm heä soá ñieàu chænh m Vôùi heä soá roãng e = 0,608 tra bieåu ñoà ta ñöôïc m = 4,5 E0 = 3478 . 4,5 = 16866 kPa - Ñoä luùn cuûa moùng ñöôïc tính theo coâng thöùc : S = ( stbigl .hi ) = ( 144/2 + 137 + 112,46 + 84,38 + 62,5 + 46,6 + 46,66/2 ) = 2,44 cm < Sgh = 8cm ( thoûa ñieàu veà ñoä luùn )