Thiết kế nền móng công trình

g - thiết kế nền móng công trình I- Quy trình thết kế móng I.1_ Tài liệu cho việc thiết kế nền móng công trình : I.1.1_ Tài liệu địa chất : - Để thiết kế nền móng công trình cần thu thập đủ các tài liệu về địa chất thuỷ văn khu vực xây dựng công trình. Các tài liệu địa chất phải đủ để thiết lập mặt cắt địa chất với các lớp đất có đủ các thông số về chỉ tiêu cơ lý, mực nước ngầm. - Hệ thống kết quả của các thí nghiệm hiện trường (CPT, SPT…) hoặc các thí nghiệm trong phòng phải được cơ quan có thẩm quyền lập và kiểm định để dùng làm căn cứ xác định sức chịu tải của cọc trong quá trình thiết kế. I.1.2_ Vật liệu dùng thiết kế móng : - Thông thường sử dụng bêtông cốt thép cho việc thi công nền móng công trình. Khi đó cần có các thống số về cường độ vật liệu, các thông tin về phụ gia sử dụng nếu có. Trong trường hợp thiết kế các loại nền móng đặc biệt cần có các thông tin chỉ dẫn kèm theo. I.1.3_ Tải trọng dùng thiết kế móng : - Tải trọng thiết kế móng thường là tải trọng chân cột được tổ hợp theo quy định. Việc sử dụng tải trọng tính toán hay tiêu chuẩn tuỳ theo từng quá trình thiết kế hay kiểm tra móng. Đối với việc sử dụng đài cọc chung cho một hệ móng lớn cần có những phân tích chính xác về sự tác dụng của tải trọng để tìm ra được tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất. I.2_ Quy trình chung thiết kế móng cọc : 1- Thống kê các tài liệu, thông số thiết kế: đất nền, vật liệu, tải trọng, tiêu chuân thiết kế, các yêu cầu riêng đối với công trình nếu có. 2- Chọn loại cọc, chiều sâu hạ cọc, chiều sâu chôn đài. Việc chon loại cọc tiến hành trên cơ sở các phương án cọc được đề xuất, đánh giá tuỳ theo điều kiện cụ thể của công trình, khả năng thi công, các chỉ tiêu về kinh tế kỹ thuật tổng hợp. 3- Xác định sức chịu tải của cọc đơn. 4- Xác định sơ bộ số lượng cọc, bố trí cọc trong đài. 5- Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc. 6- Kiểm tra tính toán cọc và đài cọc. 7- Kiểm tra ổn định tổng thể, dự báo độ lún của móng cọc. 8- Hoàn thiện thiết kế và bản vẽ. II- Thiết kế móng: II.1_ Thông số thiết kế : II.1.1_ Tài liệu địa chất : - Trên cơ sở các biện pháp thí nghiệm hiện trường, ta xác định được hệ thống các lớp đất nền với các chỉ tiêu cơ lý cơ bản như sau: Lớp Lớp đất Trạng thái Độ dày lớp(m) Độ sâu tự nhiên Cao độ công trình áp lực tính toán quy ước kg/cm2 N30 - Đất san lấp 1.00 -1 -4.5 1 Sét, sạn sỏi Nâu đỏ, nửa cứng 5.20 -6.2 -9.7 3.55 12 2 Sét pha, cát Vàng nhạt, dẻo cứng 2.20 -8.4 -11.9 2.25 12 3 Cát pha Xám vàng, dẻo 29.40 -37.8 -41.3 2.45 15 3b Sét pha Xám vàng, dẻo cứng 4.30 -42.1 -45.6 2.34 9 4 Sét Xám vàng, cứng 15.10 -57.2 -60.7 5.00 37 4a Sét pha Nâu vàng, cứng 3.90 -61.1 -64.6 2.75 31 5 Cát pha Xám xanh, dẻo 23.55 -84.65 -88.15 2.65 34 6 Cát hạt trung Chặt Chưa xác định 5.00 41 - Mực nước ngầm ở độ sâu 8.21m tính từ mặt đất tự nhiên - Trên cơ sở các thông số thí nghiệm, chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất được xác định thông qua hệ thống các công thức sau: + Các loại dung trọng: + Hệ số rỗng: Với các thông tin thu thập được, hệ thống chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất được tính toán và tổng hợp trong bảng sau: TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 3b Lớp 4 Lớp 4a Lớp 5 Lớp 6 Thành phần hạt (mm) 1 sét <.005 p % 19 23 11 17 53 26 9 5 Bột 0.01->0.005 5 2 3 5 10 3 3 2 0.05->0.01 12 6 5 14 17 8 6 3 Cát 0.1->0.05 9 7 5 18 8 10 5 4 0.25->0.1 9 29 29 45 7 28 28 23 0.5->0.25 6 28 29 1 4 21 32 29 1.0->0.5 3 5 12 1 4 10 27 2.0->1.0 2 4 5 5 Sạn sỏi 2->5 3 1 2 2 5->10 8 1 10->20 24 2 Tính chất vật lý Độ ẩm tự nhiên W % 24.5 21.8 19.3 20.4 19.3 17.5 18.2 18.5 3 Dung trọng tự nhiên g/cm3 2.01 1.93 1.95 1.94 2.01 1.96 1.96 1.98 4 Dung trọng khô g/cm3 1.62 1.59 1.63 1.61 1.69 1.67 1.66 1.67 5 Tỷ trọng g/cm3 2.78 2.68 2.67 2.68 2.7 2.68 2.66 2.67 6 Hệ số rỗng e - 0.719 0.692 0.634 0.66 0.606 0.605 0.605 0.599 7 Độ rỗng n % 42 41 39 40 38 38 38 38 8 Độ bão hòa G % 94 85 81 83 86 78 80 83 9 Hạn độ chảy - dẻo Độ ẩm giới hạn chảy LL % 38.5 29.1 22 26.2 45.3 32.7 21.8 10 Độ ẩm giới hạn dẻo PL % 20.7 17.4 16 16.8 23.7 18.5 15.9 11 Chỉ số dẻo PI % 17.9 11.7 6 9.4 21.6 14.2 5.9 12 Độ sệt B - 0.21 0.36 0.53 0.39 -0.21 -0.05 0.38 13 Thí nghiệm cắt Góc nội ma sát độ 21044' 17056' 24043' 18040' 21007' 21055' 25055' 31001' 14 Lực dính kết c kG/cm2 0.224 0.154 0.101 0.15 0.419 0.226 0.1 0.033 Thí nghiệm nén Hệ số rỗng ε - 0.709 0.646 0.6 0.631 0.576 0.576 0.574 0.57 15 Hệ số lún a cm2/kG 0.037 0.039 0.03 0.032 0.026 0.027 0.028 0.025 16 Cường độ chịu tải quy ước R kG/cm2 3.55 2.25 2.45 2.34 5.00 2.75 2.65 5.00 17 Mô đun tổng biến dạng E kG/cm2 34.20 35.91 62.13 40.42 41.42 55.29 67.00 77.07 18 Số búa trung bình/30cm N30 búa  12 15  9  37   31 34  41  Lập lát cắt địa chất: - Đánh giá điều kiện địa chất : + Địa chất các lớp đất mặt hầu hết là đất yếu, không có giá trị trong tính toán sức . chịu tải cho cọc, mặt khác các lớp bùn sét nhão còn có thể gây hiện tượng ma sát âm, ảnh hưởng tới khả năng chịu lực của cọc khi làm việc. + Lớp đất 5 là các lớp cát tương đối tốt. Ta có thể đặt cọc vào trong lớp đất này. Địa chất thành phố HCM có tầng cuội sỏi ở rất sâu nên ta phải tận dụng khả nặng chịu kháng mũi và kháng ma sát bên của các lớp đất cát để tạo ra sức chịu tải cho cọc. + Mực nước ngầm có độ sâu 8,21m. Khi thiết kế cọc phải kể đến ảnh hưởng nước ngầm thông qua việc dùng dung trọng đẩy nổi đối với các lớp đất nằm dưới mực nước ngầm. II.1.2_ Vật liệu : - Vật liệu làm móng là bêtông cốt thép. - Bêtông B30 (M400): Rn = 17Mpa = 170 kG/cm2 , Rk =1.2Mpa = 12 kG/cm2 - Cốt thép nhóm AII: Ra = 280Mpa = 2800 kG/cm2 II.1.3_ Tải trọng dùng thiết kế móng : - Tải trọng tính toán móng cho cột được lấy từ bảng tổ hợp nội lực cột. Tổ hợp được dùng là tổ hợp Nmax, Mtu. II.2_ Lựa chọn và tính toán phương án móng : II.2.1_ Phương án móng : - Với các dạng công trình dân dụng và nhà cao tầng, ta có thể sử dụng các phương án móng như sau: a/ Móng cọc BTCT chiếm chỗ: là dạng móng cọc BTCT sản xuất trước, được hạ vào nền bằng phương pháp thông dụng là đóng hoặc ép. Trong điều kiện xây chen trong thành phố thì phương pháp ép cọc được lựa chọn sử dụng - Ưu điểm: + Không gây chấn động mạnh do đó thích hợp với công trình xây chen. + Dễ thi công, nhất là với đất sét và á sét mềm. + Trong quá trình ép có thể đo chính xác lực ép, kiểm tra chất lượng cọc dễ dàng + Giá thành rẻ, phương tiện đơn giản, kỹ thuật không phức tạp - Nhược điểm: + Tiết diện cọc nhỏ do đó sức chịu tải của cọc không lớn. + Cọc không xuống được độ sâu lớn, khó thi công khi phải xuyên qua lớp sét cứng hoặc cát chặt dày. + Chiều dài đoạn cọc thi công nhỏ nên số lượng mối nối lớn, khó kiểm tra chất lượng mối nối cọc trong quá trình thi công b/ Móng cọc khoan nhồi: là dạng móng cọc thay thế - Ưu điểm: + Có thể khoan đến độ sâu lớn, cắm sâu vào lớp đất chịu lực tốt nhất . + Kích thước cọc lớn, sức chịu tải của cọc rất lớn, chịu tải trọng động tốt. + Không gây chấn động trong quá trình thi công, không ảnh hưởng đến công trình xung quanh - Nhược điểm: + Thi công phức tạp, cần phải có thiết bị chuyên dùng, kỹ sư có trình độ và kinh nghiệm, công nhân lành nghề + Khó kiểm tra chất lượng lỗ khoan và thân cọc sau khi đổ bê tông cũng như sự tiếp xúc không tốt giữa mũi cọc và lớp đất chịu lực. + Giá thành thi công và thí nghiệm kiểm tra chất lượng cọc lớn. + Công trường bị bẩn do bùn và bentonite chảy ra. c/ Móng cọc Barrette và tường chắn : - Ưu điểm: + Cọc barrete cũng là một dạng cọc khoan nhồi nên nó cũng mang những ưu nhược điểm giống cọc khoan nhồi khi so sánh với các phương án cọc khác. + Cọc Barrette có thể được chế tạo với kích thước lớn do cấu tạo gầu đào nên sức chịu tải của nó cũng lớn hơn cọc khoan nhồi, có thể đạt đến 6000 tấn và rất ưu việt khi xây dựng các công trình có nhiều tầng hầm vì nó có thể làm tường Barrette chắn đất và tường bao của các tầng hầm. + Tường chắn vừa có tác dụng chịu lực như tường tầng hầm vừa có chức năng như tường cừ và khả năng chống thấm rất tốt nên có thể sử dụng kết hợp để giảm chi phí, đảm bảo không ảnh hưởng đến công trình xung quanh. - Nhược điểm: + Cọc Barrette chỉ dùng cho các công trình có tải trọng lớn hoặc xây dựng trên nền đất yếu vì giá thành của nó rất cao. ở Việt Nam hiện nay chỉ có một số ít công ty có thiết bị và khả năng thi công cho loại cọc này. + Phương pháp tính toán phức tạp, chưa thống nhất. Thi công đòi hỏi thiết bị hiện đại, kỹ thuật phức tạp và công nhân tay nghề cao. => Trong đồ án này em dự kiến sử dụng phương án cọc khoan nhồi có thổi rửa đáy cọc. - Dự kiến hạ cọc vào lớp đất 5 một khoảng 3000 – 10’000 mm. Như vậy, cao trình mũi cọc là -64,1 -> -74,1m so với mặt đất tự nhiên, chiều dài cọc khoan nhồi là 38,1 – 45,1m tính từ đáy đài đến mũi cọc. - Chiều dài cọc trong các lớp đất Lớp đất 3 3b 4 4a 5 Li (m) 11,8 4,3 15,1 3,9 3->10 N 15 9 37 31 34 - Cọc khoan nhồi dùng dưới cột có thể sử dụng loại đường kính: 1m; 1,2m; 1,4m; 1,5m; II.2.2_ Xác định sức chịu tải của cọc đơn : - Sức chịu tải của cọc khoan nhồi: Qa = min (Qavl , Qad) - Sức chịu tải theo vật liệu làm cọc Trong đó: - Cường độ tính toán của bê tông cọc nhồi, vì nhà thầu thi công dùng dung dịch sét để giữ thành hố đào nên = R/4,5 theo tiêu chuẩn TCVN 195:1997, R – Mác thiết kế của bê tông cọc nhồi. Kg/m2 Fb – Diện tích tiết diện cọc Fa – Diện tích tiết diện cốt thép dọc trục Ran – Cường độ tính toán cốt thép, xác định như sau: - Đối với thép ≤ f28, Ran = Rc / 1,5 nhưng không lớn hơn 2200kg/cm2. - Đối với thép > f28, Ran = Rc / 1,5 nhưng không lớn hơn 2000kg/cm2. R – Giới hạn chảy của cốt thép, kg/cm2. Ta có bảng tính toán khả năng chịu lực của cọc khoan nhồi theo vật liệu như sau: f cọc (m) R (kg/cm2) Ru kg/cm2) Fb (cm2) Fa (cm2) A (cm2) Rc (AII) Ran<2000 Pvl (tấn) 0.80 400.00 88.89 5024.00 12.56 5011.44 2800.00 1866.67 468.91 1.00 400.00 88.89 7850.00 19.63 7830.38 2800.00 1866.67 732.68 1.20 400.00 88.89 11304.00 28.26 11275.74 2800.00 1866.67 1055.05 1.40 400.00 88.89 15386.00 38.47 15347.54 2800.00 1866.67 1436.05 1.50 400.00 88.89 17662.50 44.15 17618.35 2800.00 1866.67 1648.51 - Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền được tính theo công thức trong tiêu chuẩn 195 – 1997 “Nhà cao tầng – Thiết kế cọc khoan nhồi” : Trong đó: - Chỉ số xuyên tiêu chuẩn của đất; - Chỉ số xuyên tiêu chuẩn trung bình của đất trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d dưới mũi cọc. Nếu N > 60, khi tính toán N lấy N = 60; nếu N >50 thì trong công thức (12) lấy N = 50; Nc - Giá trị trung bình của chỉ số xuyên tiêu chuẩn trong lớp đất rời; Ns - Giá trị trung bình của chỉ số xuyên tiêu chuẩn trong lớp đất dính; Ap - Diện tích tiết diện mũi cọc, m2; Ls - Chiều dài phần thân cọc nằm trong lớp đất dính, m; Lc - Chiều dài phần thân cọc nằm trong lớp tất rời, m; - Chu vi tiết diện cọc, m; Wp - Hiệu số giữa trọng lượng cọc và trọng lượng của trụ đất nền do cọc thay thế, tấn. Cọc 1400 chôn vào lớp 5: 4,9m Đường kính cọc (m) 1.4 Lớp Chiều dày lớp (m) Nlop Lcoc Ntb Ap (m2) Nc Lc(m) Ns Ls (m) omega (m) Wp W (tan) dung trong tu nhien (t/m3) Qa (tan) 1 40 25.2 1.54 24.5 16.7 25.67 23.3 4.40 32.39 1426 2 3 3 11.8 15 9.99 1.95 3b 4.3 9 3.70 1.94 4 15.1 37 11.38 2.01 4a 3.9 31 3.24 1.96 5 4.9 34 4.07 1.96 Cọc 1400 chôn vào đáy lớp 4a. Đường kính cọc (m) 1.4 Lớp Chiều dày lớp (m) N Lcoc Ap (m2) Nc Lc(m) Ns Ls (m) (m) Wp Wp (tấn) γ(t/m3) Qa (tấn) 1 35,1 23 1.54 15 11.8 25.67 23.3 4.40 29.08 1272 2 3 3 11.8 15 10.75 1.95 3b 4.3 9 3.70 1.94 4 15.1 37 11.38 2.01 4a 3.9 31 3.24 1.96 5 Đường kính cọc (m) 1.2 Lớp Chiều dày lớp (m) N Lcoc Ap (m2) Nc Lc(m) Ns Ls (m) (m) Wp Wp (tấn) γ(t/m3) Qa (tấn) 1 35,1 23 1,13 15 11.8 25.67 23.3 3.77 21.36 1094 2 3 3 11.8 15 7.90 1.95 3b 4.3 9 2.72 1.94 4 15.1 37 8.36 2.01 4a 3.9 31 2.38 1.96 5 Đường kính cọc (m) 1.0 Lớp Chiều dày lớp (m) N Lcoc Ap (m2) Nc Lc(m) Ns Ls (m) (m) Wp Wp (tấn) γ(t/m3) Qa (tấn) 1 35,1 23 0.79 15 11.8 25.67 23.3 3.14 14.83 903 2 3 3 11.8 15 5.48 1.95 3b 4.3 9 1.89 1.94 4 15.1 37 5.81 2.01 4a 3.9 31 1.65 1.96 5 Như vậy, sức chịu tải của cọc: Qa = min (Qavl , Qad) Cọc 1400 chôn vào lớp 5: 4,9m Cọc ỉ 1400: Qa = min (Qavl , Qad)=min (1436.05 tấn; 1426.02 tấn) = 1426 tấn. Cọc 1400 chôn tới đáy lớp 4a. Cọc ỉ 1400: Qa = min (Qavl , Qad)=min (1436.05 tấn; 1272 tấn) = 1272 tấn. Cọc ỉ 1200: Qa = min (Qavl , Qad)=min (1055.05 tấn; 1094.26 tấn) = 1055.05 tấn. Cọc ỉ 1000: Qa = min (Qavl , Qad)=min (732.68 tấn; 903 tấn) = 732.68 tấn. Cột Tầng hầm 6 M3 (kNm) M2 (kNm) N (kN) Q3 (kN) Q2 (kN) Số cọc Đường kính (m) Một cọc (tan) Tổng - kN c 74 -145.0 117.4 -8751.7 -70.0 88.7 2 1 732.68 14653.6 c 76 -154.5 -1.8 -9137.6 3.7 94.5 2 1 732.68 14653.6 c 78 -169.5 -3.5 -10411.7 4.7 103.8 2 1 732.68 14653.6 c 80 -162.3 116.3 -9578.3 -69.4 99.2 2 1 732.68 14653.6 c 82 -191.4 -41.4 -26593.8 28.1 117.2 3 1.4 1272 38160 c 84 -181.0 -17.6 -32689.3 13.5 110.7 3 1.4 1272 38160 c 86 -254.1 -7.9 -36417.7 7.4 155.8 3 1.4 1272 38160 c 88 -34.9 -5.2 -32978.0 5.8 20.3 3 1.4 1272 38160 c 90 -24.9 15.0 -31658.0 -6.7 14.1 3 1.4 1272 38160 c 92 -188.4 -37.9 -32766.3 26.0 115.1 3 1.4 1272 38160 c 94 -88.9 2.7 -33798.3 0.9 53.5 3 1.4 1272 38160 c 96 -104.1 -182.8 -28892.3 115.5 62.9 3 1.4 1272 38160 II.3_ Tính toán cọc và đài cọc : cột C96 ( phương án: 2 cọc 1000) II.3.1_ Tính toán số lượng cọc và bố trí cọc trong đài : Đài cọc làm bằng bê tông cốt thép, được thiết kế như cấu kiện dưới tác dụng của tải trọng công trình và hản lực của cọc. Tùy theo cách liên kết giữa các đài cọc, có thể xem đài cọc làm việc như hệ kết cấu độc lập, hệ kết cấu phẳng hay hệ kết cấu không gian. Đối với công trình này các đài cọc liện hệ với nhau bằng sàn tầng hầm 6. Như vậy có thể coi gần đúng các đài cọc làm việc độc lập với nhau. Chọn chiều cao đài: 1, Móng cọc thiết kế là móng cọc đài thấp, khi móng cọc tiếp nhận tải trọng từ công trình, đài cọc là bộ phận phân bố tải trọng vào đất nền thông qua tiếp xúc giữa đất với đài và với cọc. Tồn tại phản lực đất lên đáy và thành bên đài khi đài thấp hơn mặt đất. Trong phần lớn trường hợp, phản lực đất lên đáy đài được coi như không đáng kể và trong tính toán thường bỏ qua. áp lực ngang của đất lên thành bên đài cọc một mặt phụ thuộc vào tính chất của đất; một mặt phụ thuộc chính tải trọng ngang gây ra chuyển vị ngang của đài; mặt khác phụ thuộc rất lớn vào độ sâu đáy đài. Khi đáy đài đủ sâu, áp lực đất lên thành bên cân bằng với tải trọng ngang Q0 thì có thể coi gần đúng rằng cọc không chịu tải trọng ngang và momen. Móng cọc trong trường hợp này được gọi là móng cọc đài thấp. Về nguyên lý khi đài bị dịch chuyển ngang, áp lực đất chủ động xuất hiện mặt trước đài trong khi áp lực đất bị động xuất hiện mặt sau đài, các mặt bên xuất hiện phản lực ma sát cùng đồng thời cản trở chuyển vị của đài. Nếu tải trọng ngang Q0 đủ lớn hoặc độ sâu hđ đủ bé, các giá trị phản lực đất lên đài theo hướng tải trọng Q0 đạt giá trị cực trị có thể xác định theo các phương pháp đã biết trong Cơ học đất. Chiếu lên phương ngang các lực tác dụng vào đài cọc ta tính toán như sau: (theo sách “Nền và Móng”_ Phan Hồng Quân) Phương trình mô tả quan hệ cân bằng: Trong đó: - : Tổng phản lực đất lên đài ứng với độ sâu chôn đài h. - : Tổng phản lực của cọc ứng với chuyển vị ngang tương ứng. Tải trọng tính toán: Cột Tầng hầm 6 Phương án móng Nmax (kN) M2 (kNm) M3 (kNm) Q2 (kN) Q3 (kN) Số cọc Đường kính (m) c 78 -10411.7 3.5 169.5 4.7 103.8 2 1.0 Tải trọng tiêu chuẩn: Cột Tầng hầm 6 Phương án móng Nmax (kN) M2 (kNm) M3 (kNm) Q2 (kN) Q3 (kN) So coc Đường kính (m) c 78 10411,7/1,15 3,5/1,15 169,5/1,15 4,7/1,15 103,8/1,15 2 1.0 = 9054 = 3 = 147 = 4 = 90 Tính: với hd là độ sâu đài. Đài cọc đặt vào lớp đất cát pha vàng dẻo có chỉ tiêu cơ lý như sau: TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Lớp 3 Thành phần hạt (mm) 1 sét <.005 p % 11 Bột 0.01->0.005 3 0.05->0.01 5 Cát 0.1->0.05 5 0.25->0.1 29 0.5->0.25 29 1.0->0.5 12 2.0->1.0 4 Sạn sỏi 2->5 1 5->10 1 10->20 2 Tính chất vật lý Độ ẩm tự nhiên W % 19.3 3 Dung trọng tự nhiên g/cm3=10 kN/m3 1.95 4 Dung trọng khô g/cm3 1.63 5 Tỷ trọng g/cm3 2.67 6 Hệ số rỗng e - 0.634 7 Độ rỗng n % 39 8 Độ bão hòa G % 81 9 Hạn độ chảy - dẻo Độ ẩm giới hạn chảy LL % 22 10 Độ ẩm giới hạn dẻo PL % 16 11 Chỉ số dẻo PI % 6 12 Độ sệt B - 0.53 13 Thí nghiệm cắt Góc nội ma sát độ 24o43' 14 Lực dính kết c KG/cm2 0.101 Thí nghiệm nén Hệ số rỗng - 0.6 15 Hệ số lún a cm2/KG 0.03 16 Cường độ chịu tải quy ước R KG/cm2 2.45 17 Mô đun tổng biến dạng E KG/cm2 62.13 18 Số búa trung bình/30cm N30 búa 15 => lực tác dụng của đất mặt bên đài chỉ tính như lực tĩnh. Phân bố tam giác theo chiều sâu đài. Quy đổi về lực tập trung : chỉ tính toán với Q3 = 16,95 tấn. Như vậy ta có Theo công thức IV.61 trong (theo sách “Nền và Móng”_ Phan Hồng Quân) => Thử lại thấy như vật thỏa mãn. Lấy khoảng cách giữa các tim cọc 4d. Đài hai cọc như hình vẽ. Do biện pháp thi công dùng cọc khoan nhồi làm cọc biện pháp không tính cọc này vào sự làm việc của kết cấu nhưng ảnh hưởng tới thiết kế kích thước và thi công công trình. Vì thế ta có hình vẽ trên. Kích thước đài là 5,6m x 2,0m x 1,5m. Cọc ngàm vào đài 15 cm. Tổng chiều dài cọc là 36,6 m, tính từ đáy đài đến mũi cọc. Trên đây cũng chính là điều kiện chọc thủng của đài cọc. II.3.2_ Tải trọng phân phối lên cọc: Theo các giả thiết gần đúng coi cọc chỉ chịu tải dọc trục và cọc chỉ chịu nén hoặc chịu kéo. Trọng lượng của đài: (không có đất trên đài mặt trên đài = mặt sàn tầng hầm 6) +, Gd = 5,6 x 2,0 x 1,5 x 2,5=420 kN Tải trọng tác dụng lên cọc được tính theo công thức: trong đó trục x, y tương ứng với trục 2 và 3. => => và =>=> và So sánh: => cọc chỉ chịu nén Và => cọc chỉ chịu nén II.3.3_ Kiểm tra tổng thể móng cọc : II.3.3.1_ Mô hình khối móng quy ước : Mô hình khối móng quy ước được lấy theo TCXD 205-1998, với góc mở jtb/4 kể từ đáy đài. Góc mở Khối móng quy ước có Bm = Bdai + 2.Lcoc.tg = 2,0 + 2x36,6xtg(22o11’/4) = 9,1 (m) Lm = Ldai + 2.Lcoc.tg = 5,6 + 2x36,6xtg(22o11’/4)= 12,7 (m) Hm = Lcoc + hd=35,1 + 1,5 = 36,6 (m) II.3.3.2_ Kiểm tra ổn định đáy khối móng - Tải trọng đứng chân cột (bỏ qua mômen lệch tâm vì giá trị nhỏ) : N = kN - Trọng lượng đài Gd = 5,6 x 2,0 x 1,5 x 25=420 kN - Trọng lượng cọc 1000: Gc = 36,6 x 3,14 x 1,02/4 x 25 = 718 kN/coc - Đài và cọc nằm trong vùng dưới mực nước ngầm, dung trọng đẩy nổi trung bình các lớp đất từ mặt đài đến mũi cọc là: ; Đường kính cọc (m) 1.5 Tỉ trọng Hệ số rỗng   Dung trọng đẩy nổi ( Tấn/m3) Dung trọng đẩy nổi trung bình  ( Tấn/m3) Dung trọng đẩy nổi trung bình  ( Tấn/m3) Lớp Chiều dày lớp (m) 1 2.78 0.72 1.04 2 2.68 0.69 0.99 3 2.67 0.63 1.02 3 11.8 2.68 0.66 1.01 11.94 1.027 1.027 3b 4.3 2.70 0.61 1.06 4.55 4 15.1 2.68 0.61 1.05 15.81 4a 3.9 2.66 0.61 1.03 4.03 5 2.67 0.60 1.04 5.12 Tải trọng đứng quy về đáy khối móng là : (có kể đến cọc biện pháp thay thế đất) Nm = Nc + Gd + Gcoc + ( Vm – Vd – Vcoc).gdntb =+420+718x2+(12,7x9,1x36,6–16,8-32,57).10,27+3,14x1,42/4x20x(25-1,027) = 55655 (kN) ứng suất đáy khối móng là : Cường độ đất nền ở đáy khối quy ước tính theo Terzaghi : (theo sách “Nền và Móng”_ Phan Hồng Quân) + Đáy móng đặt mặt lớp đất 5 có j = 25o55’, ta có Ng = 10,4; Nq = 10,7 ; Nc = 20,7 c = 0kN/cm2. + + + + Thay số vào ta có R = 378 T/m2 >> sm = 48,2 T/m2 - Vậy điều kiện cường độ khối móng được đảm bảo II.3.3.3_ Dự báo độ lún của khối móng : a, Do đáy khối móng đặt hoàn toàn trong lớp đất 5 nên độ lún của khối móng có thể được tính gần đúng theo công thức của lý thuyết đàn hồi áp dụng cho nền đồng nhất Trong đó: + Pgl = sm - g.H = 48,2 - ồ(gi.hi) = 48,2 - 71,3<0 + wo tra bảng theo móng chữ nhật, có wo = 1,38 + mo = 0,3 đối với đất cát pha. + Lớp đất 5 có Eo = 670 T/m2 Như vậy nền đất dưới đáy khối móng quy ước đủ khả năng chịu lực. II.4_ Thiết kế thép cho cọc và đài cọc : II.4.1_ Tính toán cốt thép cho cọc : Hàm lượng cốt thép cọc khoan nhồi lấy khoảng m = 0,4-0,6%. Ta dùng 16f22 bố trí đều theo chu vi với khoảng cách thép dọc khoảng 300. Hàm lượng cốt thép đạt 0,7%. Để đảm bảo trong quá trình cẩu lồng. Thép dọc được tổ hợp thành các lồng thép dài 8-11,7 m tuỳ theo điều kiện cẩu lắp. Thiết kế cụ thể lồng thép được quyết định khi lên phương án thi công cọc. Cốt đai f10, xoắn a200 bố trí đều theo chiều dài cọc. Đai thi công f20, a = 2m. ống siêu âm chất lượng cọc f60, bố trí 4 ống chia đều khoảng cách trên chu vi lồng thép. II.4.2_ Tính toán cốt thép cho đài cọc : Sơ đồ tính coi đài cọc như dầm conson, ngàm tại mép cột. Tiết diện I-I: MI = .3,3 = .1,3= 6719.83(kNm) Dùng 6f32/1m, a160 đặt hình vẽ Fa = 96,5cm2 Tiết diện II-II: Cốt thép theo cấu tạo. Để đảm bảo thi công bêtông đài, theo chỉ dẫn thiết kế đài cọc, cốt thép đài nên bố trí thành dạng lồng thép. Các mặt bên của đài ta dùng thép f20, a250 II.5_Thiết kế móng côt c86: II.5.1_Tải trọng: Tải trọng tính toán móng cho cột biên trục I3 được lấy từ bảng tổ hợp nội lực cột. Tổ hợp được dùng là tổ hợp Nmax, Mtu, Qtu. Giá trị tải trọng tính toán chân cột là: Tải trọng tính toán: Cột Tầng hầm 6 Phương án móng Nmax (kN) M2 (kNm) M3 (kNm) Q2 (kN) Q3 (kN) Số cọc Đường kính (m) c 86 -36417.7 7.9 254.1 155.8 7.4 3 1.4 Tải trọng tiêu chuẩn: Cột Tầng hầm 6 Phương án móng Nmax (kN) M2 (kNm) M3 (kNm) Q2 (kN) Q3 (kN) So coc Đường kính (m) c 86 36417.7/1.15 7.9/1.15 254.1/1.15 155.8/1.15 7.4/1.15 3 1.4 =31668 =7 =221 =135 =6 Tải trọng tiêu chuẩn được sử dụng để tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn thứ hai. Tải trọng đã tính được là tải trọng tính toán, muốn có tổ hợp các tải trọng tiêu chuẩn đúng ra phải làm bảng tổ hợp khác bằng cách nhập tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên công trình. Tuy nhiên, để đơn giản quy phạm cho phép dùng hệ số vượt tải trung bình n = 1,15. Như vậy, tải trọng tiêu chuẩn nhận được bằng cách lấy tổ hợp các tải trọng tính toán chia cho hệ số vượt tải trung bình. II.5.2_Chọn số lượng cọc: Dùng cọc khoan nhồi D1400 có [P]= 14260,2 (kN). Hàm lượng cốt thép cọc khoan nhồi lấy khoảng m = 0,4-0,6%. Ta dùng 16f22 bố trí đều theo chu vi với khoảng cách thép dọc khoảng 300. Hàm lượng cốt thép đạt 0,4%. Để đảm bảo trong quá trình cẩu lồng. Thép dọc được tổ hợp thành các lồng thép dài 8-11,7 m tuỳ theo điều kiện cẩu lắp. Thiết kế cụ thể lồng thép được quyết định khi lên phương án thi công cọc. Cốt đai f10, xoắn a200 bố trí đều theo chiều dài cọc. Đai thi công f20, a = 2m. ống siêu âm chất lượng cọc f60, bố trí 4 ống chia đều khoảng cách trên chu vi lồng thép. Kiểm tra chống đâm thủng trên mặt phẳng nghiêng: Có thể coi gần đúng mặt cắt nghiêng như hình vẽ. Diện tích của mặt cắt nghiêng: Đài cọc phải thỏa mãn điều kiện chống đâm thủng theo tiết diện nghiêng và tiết diện thẳng đứng. Chiều cao đài xác đinh theo trạng thái giới hạn về cường độ của vật liệu chủ yếu khi coi đài cọc như một bản chịu nén cục bộ và chịu ép thủng từ 2 phía: chịu nén dưới tác dụng của tải trọng công trình, No, trên diện tích cột đường kính 2m và chịu nén dưới tác dụng của phản lực cọc, Pi, trên các diện tích cọc 1,4 m. Điều kiện xác định chiều cao đài: Trong đó: + : ứng suất trong bản đài do tải trọng nén cục bộ gây ra, xác định theo các trạng thái làm việc tương ứng. + R : Cường độ tương ứng của bê tông đài, , lấy theo Mac bê tông thiết kế. ; Trong đó: + : Tổng lực dọc thiết kế tác dụng lên móng; + : Tổng phản lực đầu cọc của các cọc có mặt trong phạm vi mặt bằng cột (nếu có). + lấy còn lấy : góc mặt đáy đài và tiết diện nghiêng. + u: chu vi cột, với d là đường kính cột. + : Diện tích xung quanh của lăng thể ép thủng trên đó tồn tại ứng suất kéo chính lớn nhất ( được giả thiết là phân bố đều). + ho: chiều cao làm việc của đài, ;chiều cao của đài; a: chiều dày lớp bảo vệ cốt thép đài. => =>2,5m Vậy chọn chiều cao đài móng hđ = 2,5 m. Số lượng cọc sơ bộ: Trong đó: n: số lượng cọc trong móng. N : Tổng lực đứng tính đến cao trình đáy đài. P : sức chịu tải tính toán của mỗi cọc. β : hệ số kinh nghiệm kể đến ảnh hưởng của tải trọng ngang và moomen, lấy từ 1.0 đến 1.5 cọc Chọn số cọc n= 3. Khoảng các giữa các tim cọc ³ 3d = 400 cm, Khoảng cách từ tim cọc đến mép đài ³ 0.7d = 98 cm, lấy 110cm Mặt bằng bố trí cọc như hình vẽ : II.5.3 Kiểm tra chiều sâu chôn đài: Số liệu địa chất dưới đáy đài: Đài cọc đặt vào lớp đất cát pha vàng dẻo có chỉ tiêu cơ lý như sau: TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Lớp 3 Thành phần hạt (mm) 1 sét <.005 p % 11 Bột 0.01->0.005 3 0.05->0.01 5 Cát 0.1->0.05 5 0.25->0.1 29 0.5->0.25 29 1.0->0.5 12 2.0->1.0 4 Sạn sỏi 2->5 1 5->10 1 10->20 2 Tính chất vật lý Độ ẩm tự nhiên W % 19.3 3 Dung trọng tự nhiên g/cm3=10 kN/m3 1.95 4 Dung trọng khô g/cm3 1.63 5 Tỷ trọng g/cm3 2.67 6 Hệ số rỗng e - 0.634 7 Độ rỗng n % 39 8 Độ bão hòa G % 81 9 Hạn độ chảy - dẻo Độ ẩm giới hạn chảy LL % 22 10 Độ ẩm giới hạn dẻo PL % 16 11 Chỉ số dẻo PI % 6 12 Độ sệt B - 0.53 13 Thí nghiệm cắt Góc nội ma sát  j độ 24o 43' 14 Lực dính kết c KG/cm2 0.101 Thí nghiệm nén Hệ số rỗng ε - 0.6 15 Hệ số lún a cm2/KG 0.03 16 Cường độ chịu tải quy ước R KG/cm2 2.45 17 Mô đun tổng biến dạng E KG/cm2 62.13 18 Số búa trung bình/30cm N30 búa 15 Chiều sâu chôn đài tính từ đáy đài đến mặt nền tầng hầm (hđ) và phải thỏa mãn điều kiện hđ >0,7hmin để đảm bảo là móng cọc đài thấp. và là góc nội ma sát và trọng lượng thể tích đơn vị của đất từ đáy đài trở lên. là tổng tải trọng ngang. Từ kết quả nội lực ta có : Qmax = 155,8kN=15,58T B là cạnh đài theo phương vuông góc với tải trọng nằm ngang, b = 6,2 m Thay số tính được hmin = 0,73m Chiều cao đài hđ = 2,5m > 0,7.hmin = 0,7.0,73= 0,51m II.5.4 Lực dọc phân phối lên cọc: Lực dọc tính toán xác định đến đáy dài: Ntt = Trong đó Là trọng lượng bản thân đài. Fd : là diện tích đài móng. hd : chiều cao đài. Vậy Ntt = 36417,7+1655,5= 3807,32 kN Ntc =31668+1655,5=33323,5 kN Tải trọng tác dụng lên cọc được tính theo công thức : Tải trọng truyền lên cọc không kể trọng lượng bản thân đài: Khoảng cách giữa 2 cọc là d=4,0 m thì tọa độ của các cọc 1,2,3 là (x,y)=(; 2.0);(;- 2.0);(- ; 0) Tính cho các cọc ta có bảng sau : Xi(m) Yi(m) Pi(kN) Poi(kN) 1 1.15 2.0 12267 10684 2 1.15 -2.0 12013 10430 3 -2.3 0 12136 10554 Trọng lượng tính toán của cọc: Pc = ( 40+0,15) . 3,14 . 0,72. 2,5 . 1,1 = 169,88 (T). Kiểm tra lực truyền xuống cọc: < [P] = 1426,02 T Cọc đủ khả năng chịu lực. Mặt khác >0 nên ta không phải tính toán kiểm tra theo điều kiện chống nhổ. II.5.5 Kiểm tra tổng thể móng cọc: Kiểm tra áp lực dưới đáy móng khối : Điều kiện : pqư ≤ Rd pmaxqu≤ 1.2Rd * Xác định khối móng quy ước : Tiết diện nền cọc tại mức đáy đài được xác định như hình vẽ trên là cơ sở để tính khối móng qui ước. S’=S+∆S=S+√3d=4,0+√3x1,4=11,1(m) Sơ đồ xác định kích thước khối móng quy ước như hình vẽ Ta thấy: B’E=B’B+BD+DE B’B=LC tg BD=√3S/2 DE=1/2 LC tg =>B’E= Vậy S*= Với quan niệm nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất bao quanh, tải trọng của móng được truyền trên diện rộng hơn, xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy dài và nghiêng một góc= Trong đó ở đây: Vậy Cạnh đáy khối móng quy ước: S*==11,1+=11,26 (m) Diện tích mặt đáy khối móng qui ước : * Xác định tải trọng tiêu chuẩn dưới đáy khối móng quy ước (mũi cọc) : Trọng lượng của đất và đài từ đáy đài trở lên: Trọng lượng của đất từ mũi cọc tới đáy đài: Trọng lượng cọc: Tải trọng ở mức đáy móng : N=N0+N1+N2+Qc=3087+274,5+4427+462=8250,5 T Mx=Mxtc=0,7 Tm My=Mytc=13,5 Tm áp lực tại đáy khối móng quy ước : Tọa độ các điểm A’ ; B’ ; C’ tại đáy khối móng quy ước là (x,y)=(; );(;-);( ;0) (x,y)=(; );(;-);( ;0) Ptb=150,4(T/m2) Tính toán khả năng chịu tải của đất dưới khối móng quy ước(theo công thức của Terzaghi) Thực hiện qui đổi đáy móng tam giác đều A’B’C’ cạnh S* về đáy móng hình chữ nhật tương đương có kích thước beq và leq thỏa mãn đồng thời các điều kiện sau Tâm O1 và hệ trục XO1Y không đổi Diện tích bằng nhau Mômen quán tính trung tâm theo cạnh Y bằng nhau Ta có: leq ==7,96(m) và beq = =6,89(m) Cường độ đất nền ở đáy khối quy ước tính theo Terzaghi : (theo sách “Nền và Móng”_ Phan Hồng Quân). + Đáy móng đặt mặt lớp đất 5 có j = 25o55’, ta có Ng = 10,4; Nq = 10,7 ; Nc = 20,7 c = 0kN/cm2. + + + + So sánh : pmax=150,55 T/m2 < 1.2Rd=478,98 T/m2 Ptb=150,4T/m2 < Rd=399,15 T/m2 Vậy nền đất dưới mũi cọc đủ khả năng chịu lực. b. Kiểm tra lún cho móng cọc: Do khối móng quy ước thực tế có hình tam giác, nên ta tính lún cho khối móng quy ước đã quyđổi thành hình chữ nhật với các kích thước leq=9.23(m) ; beq=8(m) Tính ứng suất bản thân tại đáy khối móng quy ước: Tính ứng suất gây lún tại đáy khối móng quy ước: Độ lún của móng cọc: Trong đó : + wo tra bảng theo móng chữ nhật, có wo = 1,01 + mo = 0,21 đối với đất cát pha. + Lớp đất 5 có Eo = 670 kG/cm2 Như vậy nền đất dưới đáy khối móng quy ước đủ khả năng chịu lực. II.5.6 Tính toán cường độ trên tiết diện thẳng đứng - Tính cốt thép đài: Khi tính toán ta coi đài như một thanh công xôn được ngàm vào cột tại mép của cột, như vậy thanh công xôn này sẽ chịu tác dụng của phản lực đầu cọc. Tính toán cốt thép trên tiết diện 1-1 và tiết diện 2-2. Tuy nhiên do khoảng cách cánh tay đòn từ điểm đặt lực đến tiết diện ngàm 2-2 rất nhỏ nên trên ta chỉ tính cốt thép cho mặt cắt 1-1. Coi thanh công xôn có tiết diện hình chữ nhật 2,31x2,5 m, chiều dài 1,309 m như hình vẽ. Tiết diện I-I: MI = .1,309 = .1,309= 18281,2(kNm) Dùng 6f32/1m, a160 đặt hai lớp như hình vẽ Fa = 96,5cm2 Tiết diện II-II: Cốt thép theo cấu tạo. Để đảm bảo thi công bêtông đài, theo chỉ dẫn thiết kế đài cọc, cốt thép đài nên bố trí thành dạng lồng thép. Các mặt bên của đài ta dùng thép f20, a250