Tình hình địa chất công trình

PHẦN 3 NỀN MÓNG TÌNH HÌNH ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Mặt cắt địa chất công trình Lớp đất số 1 Đây là lớp cát mịn lẫn đất bột, màu nâu vàng – trạng thái chặt vừa, chiều dày khoảng 1.5m Lớp đất số 2 Cát pha sét, màu nâu vàng – trạng thái dẻo cứng, là loại đất tốt, dày 2.6m có các tính chất cơ lý đặc trưng như sau: Độ ẩm : W = 20.4 % Dung trọng tự nhiên : gW = 1.904g/cm3 Lực dính đơn vị : C = 0.79 kG/cm2 Góc ma sát trong : j = 18055’ Lớp đất số 3 Đây là lớp sét pha cát, màu vàng đốm nâu đỏ xám trắng – trạng thái dẻo cứng, là loại đất tốt, dày 3.1 m có các tính chất cơ lý đặc trưng như sau: Độ ẩm : W = 23.5 % Dung trọng tự nhiên : gW = 1.923 g/cm3 Lực dính đơn vị : C = 1.5 kG/cm2 Góc ma sát trong : j = 12044’ Lớp đất số 4C Cát vừa lẫn bột, màu xám trắng – trạng thái chặt vừa, là loại đất tốt, chiều dày 2.3 m có các tính chất cơ lý đặc trưng như sau: Độ ẩm : W = 22.2 % Dung trọng tự nhiên : gW = 1.928 g/cm3 Lực dính đơn vị : C = 0.31 kG/cm2 - Góc ma sát trong : j = 2907’ Lớp đất số 5 Sét lẫn bột, màu nâu đỏ vân trắng đốm vàng, màu vàng nhạt đỏ nâu nhạt vân trắng và màu vàng nhạt vân trắng – trạng thái nữa cứng, dày 16.5m, có các tính chất cơ lý đặc trưng như sau: Độ ẩm : W = 28.1 % Dung trọng tự nhiên : gW = 1.932 g/cm3 Lực dính đơn vị : C = 3.7 kG/cm2 - Góc ma sát trong : j = 15039’ Dựa vào điều kiện địa chất thủy văn công trình và tải trọng của công trình truyền xuống móng mà ta có nhận xét như sau: Về địa chất: từ mặt đất hiện hữu cho đến độ sâu hố khoan là 26m. Nền đất được cấu tạo bởi 5 lớp đất, với các đặc tính cơ lý khác nhau, các lớp đất này cũng được cấu tạo bởi các chiều dầy khác nhau. Cụ thể như sau: Lớp đất 1: lớp này dày khoảng 1.5m. Đây là lớp cát mịn lẫn đất bột, màu nâu vàng – trạng thái chặt vừa. Lớp đất 2: có chiều dầy là 2.6m. Đây là lớp cát pha sét, màu nâu vàng – trạng thái dẻo cứng, là loại đất tốt. Lớp đất 3: có chiều dầy là 3.1m. Đây là lớp sét pha cát, màu vàng đốm nâu đỏ xám trắng – trạng thái dẻo cứng, là loại đất tốt Lớp đất 4: có chiều dầy 2.3m, đây là lớp cát vừa lẫn bột, màu xám trắng – trạng thái chặt vừa, là loại đất tốt. Lớp đất 5: có chiều dầy tính đến độ sâu hố khoan là 16.5m, đây là lớp sét lẫn bột, màu nâu đỏ vân trắng đốm vàng, màu vàng nhạt đỏ nâu nhạt vân trắng và màu vàng nhạt vân trắng – trạng thái nửa cứng. Nhận xét Nền đất xây dựng công trình thuộc nền đất tốt và tương đối ổn định, mặt phân lớp rõ ràng, có khả năng chịu lực cao. Mặt khác, tải trọng của công trình truyền xuống móng là khá lớn. Do đó, việc chọn phương án móng bè trên nền thiên nhiên đặt trên lớp đất sét ở trạng thái dẻo cứng (lớp đất 2), và móng cọc ép bê tông cốt thép khi mũi cọc đặt vào lớp đất cát ở trạng thái chặt vừa (lớp đất 5) là phù hợp cho công trình. CHƯƠNG I TÍNH TOÁN MÓNG BÈ TRÊN NỀN THIÊN NHIÊN 1. Xác định sơ bộ kích thước móng Căn cứ vào tải trọng của công trình và mặt bằng hệ lưới cột tầng trệt, sơ bộ chọn kích thước móng như sau Chiều dài bản móng L L = 34.04 + 0.3 + 2´0.5 = 35.34 (m) Bề rộng bản móng B B = 23.3 + 0.3 + 2´0.5 = 24.6 (m) Diện tích bản móng F F = B´L = 24.6´35.34 = 869.36 (m2) Căn cứ vào tính chất cơ lý của các lớp đất ta chọn chiều sâu chôn móng hm = 2 m Chọn phương án móng bè dạng bản không có dầm gân Sơ bộ chọn bề dày bản móng dm = 1 m 2. Kiểm tra kích thước móng 2.1. Xác định tải trọng đứng tại chân cột Để xác định tải trọng tác dụng xuống móng ta cần tìm tổ hợp nội lực bất lợi nhất cho móng. Từ kết quả giải khung, nhận thấy tổ hợp: Tĩnh tải + Hoạt tải chất đầy + Gió trái có tổng trị số lực dọc lớn nhất Do khi tính toán khung, ta chỉ tính khung phẳng trục 2 nên chỉ có nội lực của một khung. Vì vậy, để tính toán móng bè, nội lực ở các khung còn lại được tính toán gần đúng bằng cách suy ra từ khung trục 2 theo diện truyền tải Kết quả tính toán như sau KHUNG TRỤC 1, 8 Trục A Trục B Trục C Trục D Trục F 83.1 T 106.35 T 103.68 T 154.02 T 160.6 T KHUNG TRỤC 2, 7 Trục A Trục B Trục C Trục D Trục F 160.27 T 205.09 T 199.95 T 297.03 T 309.72 T KHUNG TRỤC 3 Trục A Trục B Trục C Trục D Trục E Trục G 129.1 T 165.21 T 161.1 T 160.82 T 141.21 T 51.98 T KHUNG TRỤC 4 Trục A Trục B Trục C Trục D Trục E Trục G 126.14 T 161.41 T 157.37 T 157.13 T 166.7 T 50.78 T KHUNG TRỤC 5 Trục A Trục B Trục C Trục D Trục E Trục F Trục G 126.14 T 161.41 T 157.37 T 157.13 T 137.96 T 105.39 50.78 T KHUNG TRỤC 6 Trục A Trục B Trục C Trục D Trục E Trục F Trục G 129.1 T 165.21 T 161.1 T 160.82 T 141.21 T 107.87 T 51.98 Kết quả tính toán tải trọng đứng truyền xuống tại các chân cột được trình bày trên sơ đồ mặt bằng cột tầng trệt như sau 2.2. Trọng lượng bản móng Gbm = Fbm ´ dbm ´ gbt ´ 1.1 Trong đó : Fbm = Bbm ´ Lbm = 24.6 ´ 35.34 = 869.36 (m2) dbm = 1 (m) Gbm = 869.36 ´ 1 ´ 2.5 ´ 1.1 = 2390.74 (T) 2.3. Trọng lượng khối đất đắp trên móng Vì đáy móng đặt trong lớp đất thứ hai ( lớp cát pha sét ) Do đó ta có : g = 1.9 (T/m3), B = 24.6 (m), L = 35.34 (m) Gđ = (hm - dm) ´ B ´ L ´ g ´ 1.1 = (2 - 1) ´ 24.6 ´ 35.34 ´ 1.9 ´ 1.1 = 1817 (T) 2.4. Tổng tải trọng thẳng đứng đặt lên đáy móng bè Pott = 83.1´2 + 160.3´2 + 129.1´2+ 126.14 + 106.35´2 + 205.1´2 + 165.2´2 + 161.4´2 + 103.7´2 + 199.9´2 + 161.1´2 + 157.37´2 + 154.02´2 + 297.03´2 + 160.9´ 2 + 157.13´2 + 141.2´2 + 166.7 + 137.9 + 160.6´2 + 309.72´2 + 105.4 + 107.87 + 51.98´2 + 50.79´2 + 2390.74 + 1817 = 11084 (T) Potc = (T) 2.5. Tải trọng ngang do gió gây ra Vì công trình nằm ở khu vực TPHCM, tra bảng 4 “ Tải trọng và tác động TCVN 2737 – 1995, ta lấy áp lực gió tiêu chuẩn là Wo = 83 (KG/m2) Hoxt c là tải trọng gió theo phương x Hoxt c = B’´ Hct´ Wo = 23.3 ´ 23.4 ´ 83 = 45253.26 (KG) » 45.25 (T) Hoyt c là tải trọng gió theo phương y Hoyt c = L’ ´ Hct´ Wo = 34.04 ´ 23.4 ´ 83 = 66112.48 (KG) » 66.11 (T) Hoxt c , Hoyt c có điểm đặt tại ½Hct Hct là chiều cao của công trình 3. Kiểm tra khả năng chịu tải của đất nền dưới đáy móng Aùp lực tiêu chuẩn tại đáy móng Trong đó : Moxtc = Hoxtc ´ (Hct / 2 + hm ) = 45.25 ´ (23.4/2 + 2) = 619.93 Tm Moytc = Hoytc ´ (Hct / 2 + hm ) = 66.11 ´ (23.4/2 +2) = 905.71 Tm Fm = Bm ´ Lm = 24.6 ´ 35.34 = 869.36 m2 Wx = B ´ L2 / 6 = 24.6 ´ 35.342 / 6 = 5120.55 m3 Wy = L ´B2 / 6 = 35.34 ´24.62 / 6 = 3564.39 m3 Xác định cường độ tiêu chuẩn của đất nền Trong đó Hm = 2 m là chiều sâu chôn móng Bm = 24.6 m gII là trọng lượng riêng của đất dưới đáy móng, gII = 1.9 (T/m3) g’II là trọng lượng riêng của đất trên đáy móng, g’II = 1.9 (T/m3) ktc là hệ số tin cậy, ktc = 1 m1, m2 là hệ số điều kiện làm việc. Tra bảng 3 – 1 sách “Hướng dẫn đồ án nền móng” của GS – TS Nguyễn Văn Quảng (vì đáy móng nằm trong lớp đất thứ hai (cát pha sét ) cho nên tra bảng ta có : m1 = 1.4 Công trình có tỷ số : L / B = 35.34 / 24.6 = 1.43 m2 = 1.4 Đáy móng công trình đặt trong lớp đất thứ hai (lớp cát pha sét) hm = 2 (m) suy ra gII = 1.9 T/m3 Cát pha sét jII =18o32’33” cII = 0.7 T/m2 Với jII =18o32’33” . Tra bảng ta có A = 0.45, B = 2.8, D = 5.39 Mực nước ngầm ổn định ở độ sâu là –4.1 m Điều kiện cần thoả là smax = 11.965 T/m2 £ 1.2Rtc = 83.37 T/m2 stb = 11.59 T/m2 £ Rtc = 69.47 T/m2 Như vậy nền đất dưới đáy móng đủ khả năng chịu tải 4. Kiểm tra điều kiện lật Hott = Hoytc ´ n Trong đó : n – hệ số an toàn, n = 1.1 Hoyt c = 66.11 T Hott = Hoytc ´ n = 66.11´ 1.1 = 72.72 T d2 = Hct / 2 + hm = 23.4 / 2 + 2 = 13.7 m Pott = Potc ´ n = 10076 ´ 1.1 = 11084 T d1 = B / 2 = 24.6 / 2 = 12.3 m Điều kiện để công trình không bị lật là : Mgiữ > Mgây lật Pott ´ d1 ³ Hott ´ d2 11084´ 12.3 = 136328.3 Tm > 72.72´13.7 = 996.3 Tm Như vậy công trình thỏa mãn điều kiện không bị lật 5. Kiểm tra điều kiện trượt Khi chịu tác động của lực xô ngang do gió gây ra công trình có khả năng bị trượt . Để công trình không bị trượt, thì cần phải kiểm tra điều kiện sau Pott ´ fms + Ebđ > Hott + Ecđ Khi bị trượt, lớp đất phía dưới đáy móng có khả năng bị phá hoại, lực ma sát để chống lại lực trượt phụ thuộc vào góc ma sát trong của lớp đất Ta có : fms = tgjtc Trong đó : fms – hệ số ma sát. jtc - góc ma sát trong của đất nền dưới đáy móng Móng được đặt trong lớp đất thứ hai, do đó ta có jtc = 18o55’40” jI = 18o23’40” gI = 1.897 T/m3 cI = 0.064 KG/cm2 = 0.64 T/m2 fms = tgjtc = tg(18o55’40”) = 0.3429 Aùp lực chủ động của đất Ecđ Ecđ = 0.5´hm2 ´ g ´ tg2(45o - jI / 2) + q ´ hm´ tg2(45o - jI / 2) Trong đó : hm = 2 (m) q – áp lực ngang của đất và = 2 T/m2 tg2(45o - jI / 2 ) = tg2(45o – (18o23’40” / 2 )) = 0.52 tg2(45o + jI / 2 ) = tg2(45o + (18o23’40” / 2 )) = 1.92 Ecđ = 0.5 ´22 ´1.897 ´ 0.52 + 2´ 2´ 0.52 = 4.05 T Aùp lực bị động của đất Ebđ Ebđ = 0.5 ´ hm2 ´ g ´ tg2(45o + jI / 2 ) = 0.5´22 ´1.897´1.92 = 7.28 T Điều kiện để công trình không bị trượt như sau Pott ´ fms + Ebđ > Hott + Ecđ 11084 ´ 0.3429 + 7.28 = 3807.9 (T) > 72.72 + 4.05 = 76.77 (T) Như vậy công trình đảm bảo điều kiện về trượt 6. Kiểm tra chiều dày bản móng theo điều kiện chọc thủng Sơ bộ chọn chiều dày bản móng là 100 cm, lớp bảo vệ a = 5 cm ho = h – a = 100 – 5 = 95 cm Vật liệu sử dụng: Bê tông móng mác 250 có Rn = 110 kG/cm2, Rk = 8.8 kG/cm2 Thép AII có Ra = 2700 kG/cm2 Do móng bè có kích thước lớn theo bề ngang cũng như bề dầy do đó có thể xem là móng bản tuyệt đối cứng Kiểm tra xuyên thủng với lực lớn nhất Nmax tại chân cột Căn cứ vào giá trị tải trọng và vị trí tải trọng trên mặt bằng móng ta thấy xuyên thủng nguy hiểm nhất cho cột 2–F và 7–F có giá trị tải trọng đứng tại chân cột là Nmax = 309.72 T Lực xuyên thủng Pxt = 322.7 (T) . Chu vi xuyên thủng uxt = utb = 4ho + (bc + hc )2 Trong đó : bc = 0.4 m ; hc = 0.6m , ho = 0.95 m utb = 4 ´ 0.95 + (0.4 + 0.6) ´2 = 5.8 m Khả năng chống xuyên thủng : 0.75Rk utb ho = 0.75´ 88 ´ 5.8 ´ 0.95 = 363.66 T Điều kiện để không bị xuyên thủng là Nmax £ 0.75Rk utb ho 309.72 T £ 363.66 T Vậy móng bè không bị xuyên thủng 7. Tính toán và kiểm tra lún cho móng bè Vì móng có bề rộng b = 24.6 (m) > 10 (m), do đó dùng sơ đồ lớp biến dạng tuyến tính có chiều dày hữu hạn để tính lún cho móng, với các chú ý sau: Độ lún trong trường hợp này là do áp lực toàn phần trung bình tác dụng ở đế móng gây ra (không trừ áp lực thiên nhiên) Chiều dày tính toán của lớp biến dạng tuyến tính H được xác định theo công thức (7) phụ lục 3 TCXD 45-78 H = H0 + tb Đối với nền đất sét thì Ho = 9 m, t = 0.15 Đối với nền đất cát thì Ho = 6 m, t = 0.1 Độ lún của móng là : Trong đó: b = 24.6 m p là áp lực trung bình dưới đáy móng có kể đến trọng lượng của đất lấp móng, p = 11.59 + 2´ 1.904 = 15.4 T/m2. M hệ số hiệu chỉnh xác định theo bảng tra phụ thuộc vào tỉ số chiều dày lớp đàn hồi và nửa chiều rộng móng 2H/b n số lớp phân chia theo tính chịu nén trong phạm vi lớp đàn hồi H ki, ki-1: hệ số phụ thuộc vào tỉ số các cạnh móng n=l/b, và tỉ số độ sâu đáy lớp đất z với nửa chiều rộng móng m = 2z/b Ei modun biến dạng của lớp đất thứ i Tính chiều dày tầng chịu nén H Do chiều rộng của bản móng tính toán b > 10m, và modun biến dạng của đất nền E > 100 kg/cm2 để xác định biến dạng của nền ta dùng sơ đồ tính toán lớp biến dạng tuyến tính. Chiều dày của lớp biến dạng tuyến tính phải xét đến áp lực thực tế trên nền, khi đó giá trị H phải nhân với hệ số kp và lấy: kp = 0.8 khi áp lực p = 10 T/m2 kp = 1.2 khi áp lực p = 50 T/m2 Với những áp lực ở khoảng trung gian, giá trị của kp được xác định bằng nội suy tuyến tính. Ở đây, p = 15.4 T/m2, nội suy ta có kp = 0.854 Khi đất nền là đất dính (đất sét) thì: Hs = (9 + 0.15b)kp = (9 + 0.15´ 24.6)0.854 =10.85 m Khi đất nền là đất cát thì: Hc = (6 + 0.1b)kp = (6 + 0.1´ 24.6)0.854 = 7.22 m Trong phạm vi từ Hc đến Hs nền bao gồm cả đất sét và đất cát nên H được xác định theo phương pháp trung bình trọng khối như sau H = Hc + = 7.22 + = 8.32m Lấy H = 8.5 m để dự phòng Với là tổng chiều dày của các lớp đất sét đến chiều sâu Hc Ta có 2H/b = 17/24.6 = 0.69 tra bảng suy ra M = 0.95 Ei là mođun biến dạng của các lớp đất thứ i Lớp đất thứ 2 : lớp cát pha sét Ta có : E2 = 119.815 (KG/cm2) = 1198.15 T/m2 Lớp đất thứ 3 : lớp sét pha cát Ta có : E3 = 121.379 (KG/cm2) = 1213.79 T/m2 Lớp đất thứ 4 : lớp cát Ta có : E4 = 129.848 (KG/cm2) = 1298.48 T/m2 Lớp đất thứ 5 : lớp sét Ta có : E5 = 156.21 (KG/cm2) = 1562.1 T/m2 Zi là độ sâu của các lớp đất tính từ đáy móng trở xuống (vì đáy móng đặt trong lớp đất thứ hai do đó ta chỉ xét từ lớp đất thứ hai trở đi) Lớp đất z (m) ki ki-1 Ei (T/m2) 2 1.4 2.1 0.17 0.0425 0 1198.15 3.54.10-5 3 1.4 5.2 0.42 0.105 0.0425 1213.79 5.15.10-5 4 1.4 7.5 0.6 0.15 0.105 1298.48 3.62.10-5 5 1.4 8.5 0.7 0.175 0.15 1562.1 1.6.10-5 S = 3.7 cm < Sgh = 8 cm Vậy móng bè thỏa mãn điều kiện về độ lún 8. Tính toán nội lực cho móng bè Sử dụng phần mềm SAP 2000 tính toán nội lực cho móng bè bằng cách mô hình hóa đất nền bên dưới móng bè bởi những lò xo. Độ cứng lò xo được xác định theo công thức: klx = ksF, trong đó ks là hệ số nền, và F là diện tích truyền tải vào lò xo sau khi chia lưới cho móng bè. Đối với lò xo ở góc klx = 90 T/m, đối với lò xo biên gần cột klx = 230 T/m, lò xo biên giữa nhịp klx = 330 T/m, lò xo biên giữa nhịp klx = 1000 T/m Sơ đồ tính móng bè Biểu đồ momen uốn M1-1(uốn theo phương cạnh dài móng bè) Biểu đồ momen uốn M2-2(uốn theo phương cạnh ngắn móng bè) 9. Tính cốt thép cho móng bè Để thiên về an toàn, ta tính cốt thép lớp trên và lớp dưới cho cả hai phương giống nhau. Từ kết quả nội lực momen M1-1 và M2-2 của móng, ta chọn giá trị momen lớn nhất ở lớp trên và lớp dưới để tính toán thép Tính cốt thép lớp trên theo cả hai phương dài và ngắn của móng bè Ta có : Mmax = 57.8 Tm Chọn thép : F18a250 (Fa = 48.34 cm2) Tính cốt thép lớp dưới theo cả hai phương dài và ngắn của móng bè Ta có : Mmax = 105.5 Tm Chọn thép : F20a220 (Fa = 67.15 cm2 )