Tính toán kiểm tra chống đẩy nổi công trình

Chương 13 Tính toán kiểm tra chống đẩy nổi công trình Với mực nước ngầm ở độ sâu cos -9,5m nên tồn tại lực đẩy Acsimet khá lớn tác dụng lên bản đáy, trọng lượng bản thân công trình không đủ làm đối trọng thì công trình có xu hướng bị đẩy nổi lên trên. Để khắc phục tình trạng trên người ta đã đưa ra một số phương án chống đẩy nổi cho công trình như sau: - Tăng trọng lượng bản thân các cấu kiện chịu lực trong công trình: Sử dụng tường trọng lực, dùng các vật liệu có trọng lượng lớn. - Sử dụng các chi tiết bổ xung để lợi dụng trọng lượng của đất vào cùng làm việc với công trình. - Giảm áp lực nước: Dùng các phương pháp hạ mực nước ngầm. 1-Tường trọng lực; 2,4-Tấm BTCT dạng gẫy khúc; 4- Tai giữ đất Hình 1- Tường với các chi tiết bổ sung để lợi dụng trọng lượng đất Các nhân tố tham gia chống đẩy nổi cho công trình đang xét: - Trọng lượng bản thân các cấu kiện trong công trình gồm: sàn, cột, dầm, tường chắn đất, cọc khoan nhồi, thành giếng. - Hoạt tải sàn ( Lấy 30% giá trị). - Ma sát thành ( Giữa đất và cấu kiện BTCT, bao gồm mặt trong và mặt ngoài). Tuy nhiên để thiên về an toàn ta sẽ tính toán chống đẩy nổi cho công trình này trong điều kiện sau. +Thiết kế chống đẩy nổi khi công trình ở trạng thái nhẹ nhất(Các hoạt tải ở các sàn lúc này là không có). +Mực nước ngầm ở trạng thái nguy hiểm nhất(Tức là lúc này ta có xét trường hợp công trình của ta bị ngập chìm toàn bộ trong nước. Bởi vì trong quá trình sử dụng trong điều kiện thời tiết hay có mưa, rất có thể công trình rơi vào tình trạng bị ngập toàn bộ trong nước). I.tính toán các yếu tố chống đẩy nổi I.1. Trọng lượng bản thân các cấu kiện (Đã tính toán sơ bộ trong chương 4). Tóm tắt lại như sau: Tĩnh tải sàn mái(Có 1 sàn mái): gtc= 2,612(T/m2); gtt= 2,9442(T/m2) Diện tích sàn mái: Smái = 39,5.34,2+ 3,14.17,12- 2.3,14.4,52= 2141,897(m2) Số 4,5(m): là bán kính của lõi thang máy. Vậy trọng lượng bản thân sàn mái G1= 2,612.2141,897= 5594,636(T); G1’= 2,9442. 2141,897= 6306,174(T) Tĩnh tải sàn đô thị(Sàn tầng 1, 2, 3):Trong đó sàn tầng 3 là phần sàn bao xung quanh lõi giếng gtc= 0,466(T/m2); gtt= 0,499(T/m2). Diện tích sàn đô thị S1= S2= Smái= 2141,897(m2) S3= Smái- Slõigiếng+ Sloi thang máy= 2141,897- 2.3,14.122+ 2.3,14.4,52= 1364,747(m2) Tổng trọng lượng bản thân sàn đô thị. G2= 0,466.(2. 2141,897+ 1364,747)= 2632,2(T) G2’= 0,499. (2. 2141,897+ 1364,747)= 2818,622(T) Tĩnh tải sàn chứa ôtô(Có 7 sàn chứa ôtô): gtc= 0,41(T/m2); gtt= 0,4594(T/m2) Diện tích 1 sàn chứa ôtô(Chính là diện tích lõi giếng trừ diện tích lỗ hở chứa thang máy) Ssànôtô= Slõigiếng - Slỗ = 2.(3,14.122 - 3,14.4,52)= 777,15(m2). Tổng trọng lượng bản thân 7 sàn chứa ôtô G3= 0,41.7.777,15= 2330,421(T) G3’= 0,4594.7.777,15= 2499,159(T) Tĩnh tải bản đáy khu 4 tầng(bản đáy này đã chọn sơ bộ độ dày là: 0,6(m)) gtc= 1,572 (T/m2); gtt= 1,7328 (T/m2). Diện tích bản đáy này là: S4= S3= 1364,747 (m2). Trọng lượng bản thân bản đáy này: G4= 1,572. 1364,747= 2145,382(T) G4’= 1,7328. 1364,747= 2364,834(T) Tĩnh tải bản đáy khu 10 tầng( bản đáy này đã chọn sơ bộ độ dày là: 1,5(m)) gtc= 3,768 (T/m2); gtt= 4,168 (T/m2). Diện tích bản đáy này là: S10= Slõigiếng= 2. 3,14.122= 904,32(m2). Trọng lượng bản thân bản đáy này: G5= 3,768. 904,32= 3407,478(T) G5’= 4,168. 904,32= 3769,206(T) Tĩnh tải thành giếng gtc= 226,08 (T/m); gtt= 248,688  (T/m). Như vậy trọng lượng bản thân của thành giếng G6= 226,08.19,1= 4318,128(T) G6’= 248,688.19,1= 4749,94(T) Số 19,1 là chiều cao của thành giếng Tĩnh tải tường trong đất gtc= 158  (T/m); gtt= 173,8 (T/m). Như vậy trọng lượng bản thân của thành giếng G7= 158.30= 4740(T) G7’= 173,8 .30= 5214(T) Số 30 là chiều cao của tường Tĩnh tải cọc khoan nhồi(Trong hàng cọc khoan nhồi) gtc= 214,776 (T/m); gtt= 236,25  (T/m). Như vậy trọng lượng bản thân của thành giếng G8= 214,776.30= 6443,28(T) G8’= 236,25 .30= 7087,5(T) Số 30(m) là chiều cao của cọc. Tĩnh tải của 28 cọc khoan nhồi dưới các cột Trọng lượng của cọc là (Đã tính toán trong chương 10: Phần thiết kế cọc khoan nhồi ) P= w= 9,33(T) Như vậy trọng lượng của 28(cọc) sẽ là: G9= 28.w= 28.9,33= 261,24(T) Tĩnh tải của các cột (Bao gồm 24 cột trong lõi tiết diện 300x600(mm), 24 cột trên thành giếng tiết diện 300x300(mm), 18 cột tại khu giữa tiết diện 300x300(mm)) gtt(Cột tiết diện 300x600(mm))= 0,495(T/m) Do đó trọng lượng của 24 cột này sẽ là: Gcột= 24.27,1.0,495= 321,948(T) Số 27,1(m), là chiều cao của cột tính từ tầng 1 đến tầng 10 gtt(Cột tiết diện 300x300(mm))= 0,2475(T/m) Do đó trọng lượng của 24 cột trên thành giếng là: Gcột= 24.8.0,2475= 47,52(T) Số 8,0(m), là chiều cao của cột tính từ tầng 1 đến tầng 2 Trọng lượng của 18 cột tại khu giữa là: Gcột= 18.14,5.0,2475= 64,6(T) Số 14,5(m), là chiều cao của cột tính từ tầng 1 đến tầng 4 Tổng trọng lượng cột tham gia chống đẩy nổi là: G10= 321,948+ 47,52+ 64,6= 434,068(T) Tổng hợp lại ta có tĩnh tải tham gia chống đẩy nổi là: G= Giá trị tính toán là: =6306,174+ 2818,622+ 2499,159+2364,834+3769,206+ 4749,94+5214+7087,5+ 261,24+ 434,068= 35504,74(T) I.2. Ma sát giữa công trình với môi trường đất: Công trình được bao bọc trong môi trường đất nên chịu ma sát đất tác dụng lên toàn bộ diện tích mặt ngoài: mặt tiếp xúc của kết cấu chắn giữ, của kết cấu chịu lực móng. Trong tính móng thông thường lực này ít được tính tới nhưng với công trình đang xét, diện tiếp xúc với môi trường đất rất lớn thì vai trò của thành phần lực này là rất đáng kể. Ta tiến hành tính toán cụ thể những tải này như sau: Tính ma sát theo mặt ngoài Lực ma sát tác dụng lên tường trong đất Lực ma sát xung quanh mặt ngoài tường và hàng cọc khoan nhồi sẽ là: Fms1 = uồ(mflifi) Trong đó: mf: hệ số điều kiện làm việc. mf= 0,8 U: Là chu vi mặt ngoài công trình. U= 2.39,5+ 2.3,14.(17,1+ 0,4)= 188,9(m) Số 39,5(m): là chiều dài của đoạn tường. Số 17,1(m): là bán kính tường tại 2 vị trí cong. Chia lớp đất xung quanh tường thành những lớp đất có bề dầy 2 (m). Tiến hành nội suy ma sát xung quanh tường theo bảng 2.2. Tài liệu [3] Ta có được những giá trị sau: z 1 = 1 m f1 = 2,23 (T/m2) z 2= 2,15 m f2 = 3 (T/m2) z 3= 3,3 m f3 = 2,56 (T/m2) z 4= 4,35 m f4 = 2,77 (T/m2) z 5= 5,4 m f5 = 5,152 (T/m2) z 6= 7,4 m f6 = 5,51 (T/m2) z 7= 8,55 m f7 = 5,68 (T/m2) z 8= 9,7 m f8 = 3,39 (T/m2) z 9= 11,7 m f9 = 3,54 (T/m2) z 10= 13,7 m f10 = 3,7 (T/m2) z 11= 15,7 m f11 = 3,842 (T/m2) z 12= 17,05 m f10 = 3,923 (T/m2) z 13= 18,4m f13 = 2,47 (T/m2) z 14= 20,4 m f14 = 2,51 (T/m2) z 15= 22,4 m f15 = 2,55 (T/m2) z 16= 24,4m f16 = 8,52 (T/m2) z 17= 26,4 m f17 = 8,796 (T/m2) z 18= 28,4 m f18 = 9,076 (T/m2) z 19= 30 m f19 = 9,3 (T/m2) Như vậy lực ma sát sẽ là: Fms1=188,9.0,8.(2,23.2+3.0,3+ 2,56.2+2,77.0,1+5,152.2+5,51.2+5,68.0,3+3,39.2+3,54.2+3,7.2+3,842.2+ +3,923.0,7+2,47.2+2,51.2+2,55.2+8,52.2+8,976.2+9,076.2+9,3.2) Fms1 =23012,42(T) Lực ma sát tác dụng lên thành giếng z 1 = 15 m f1 = 7,2 (T/m2) z 2= 16,7 m f2 = 7,44 (T/m2) z 3= 18,4 m f3 = 2,468 (T/m2) z 4= 20,4 m f4 = 2,508 (T/m2) z 5= 22,4 m f5 = 2,548 (T/m2) z 6= 24,4 m f6 = 8,516 (T/m2) z 7= 27,1 m f7 = 8,894 (T/m2) Lực ma sát xung quanh mặt ngoài thành giếng sẽ là: Fms2 = uồ(mflifi) Trong đó: U: Là chu vi mặt ngoài thành giếng. U= 2.2.3,14.(12+)= 154,488(m) Như vậy lực ma sát sẽ là: Fms2=154,488.0,8.(7,2.2+7,44.1,4+2,468.2+2,508.2+2,548.2+8,516.2+ +8,894.1,7) Fms2 =8900,46(T) Tính ma sát theo mặt trong z 1 = 15 m f1 = 7,2 (T/m2) z 2= 16,7 m f2 = 7,44 (T/m2) z 3= 18,4 m f3 = 2,468 (T/m2) z 4= 20,4 m f4 = 2,508 (T/m2) z 5= 22,4 m f5 = 2,548 (T/m2) z 6= 24,4 m f6 = 8,516 (T/m2) z 7= 26,4 m f7 = 8,796 (T/m2) z 8= 28,4 m f8 = 9,076 (T/m2) z 9= 30 m f9 = 9,3 (T/m2) Lực ma sát xung quanh mặt trong tường và hàng cọc khoan nhồi sẽ là: Fms3 = uồ(mflifi) Trong đó: mf: hệ số điều kiện làm việc. mf= 0,8 U: Là chu vi mặt ngoài công trình. U= 2.39,5+ 2.3,14.(17,1- )= 183,876(m) Như vậy lực ma sát sẽ là: Fms3=183,876.0,8.(7,2.2+7,44.1,4+2,468.2+2,508.2+2,548.2+8,516.2+ +8,796.2+9,076.2+9,3.0,6) Fms3=14501,2(T) Lực ma sát xung quanh cọc khoan nhồi dưới các cột: Lực ma sát xung quanh 28 cọc khoan nhồi dưới cột(Khu 4 tầng)(Đã tính toán ở chương 10)(Số lượng cọc khoan nhồi xác định dựa vào mặt bằng kết cấu móng) Vẫn chia các lớp đất xung quanh cọc thành những lớp có chiều dày Lực ma sát của 1 cọc là: Fms1’=0,8.1,884.0,8.(2.5,21+2,468.2+2,508.2+2,548.2+8,52.2+8,796.2+ +9,076.2+9,356.2+9,636.2+10.2) Fms1’= 164,27(T) Như vậy lực ma sát của 28(cọc) là: Fms4= 28. 164,27= 4600(T) Tổng lực ma sát tham gia chống đẩy nổi là(Bao gồm cả ma sát mặt trong và mặt ngoài): Fms= 23012,42+8900,46+14501,2+4600= 51014,05 Tổng giá trị tham gia chống đẩy nổi cho toàn công trình này là: = 35504,74+ 51014,05= 86518,82(T) I.3.Tính toán lực đẩy Acsimet(Tác nhân gây đẩy nổi) Lực đẩy Acsimet tác dụng lên công trình này, xét trong trường hợp toàn bộ công trình này ngập chìm trong nước là: Dựa vào bản vẽ sau ta tính toán được thể tích toàn bộ công trình ngập chìm trong nước (Tính trong trường hợp mực nươc ngầm tại cos 0.00) là: Thể tích này chia làm 3 phần: Phần 1(V1), phần 2(V2), phần 3(V3). Trong đó V2= V3, Thể tích của phần 1: V1 V1= 15,5.S1 Trong đó: Số 15,5(m): Là chiều cao của phần 1(Giá trị thể hiện tại hình vẽ trang 326) S1= 39,5.34,2+ 3,14.17,12- 2.3,14.122= 1364,747(m2) Vậy V1= 15,5. 1364,747= 21153,58(m3) Thể tích của phần 2, 3: V2,3 V2= V3= 16,6.S2 Trong đó: Số 16,6(m): Là chiều cao của phần 2, 3(Giá trị thể hiện tại hình vẽ trang 326) S2= 3,14.122= 452,16(m2) Vậy V2= V3= 16,6. 452,16= 7505,856(m3) Như vậy lực đẩy Acsimet tác dụng lên công trình sẽ là: F= =1.(21153,58+ 7505,856+ 7505,856)= 36165,29(T) Trong đó: = 1(T/m3), là trọng lượng của nước So sánh giá trị của = 86518,82(T)và F= 36165,29(T). Ta thấy > F. Nghĩa là công trình đảm bảo chống đẩy nổi trong điều kiện bất lợi nhất. Đó là điều kiện: + Công trình không có hoạt tải sử dụng. + Mực nước ngầm nằm tại vị trí cao nhất, tại cos . ii. Tính toán điều kiện ổn định của giếng chìm (Ta sẽ kiểm tra ổn định cho 1 lõi) Trọng lượng bản thân thành giếng Gt= Trọng lượng bản thân tấm đáy Gđ= Lý do chia cho 2 là: Khi tính toán G6’ và G5’ ta tính cho cả 2 lõi giếng. Lực ma sát xung quanh lõi giếng(Ta tính toán trong trường hợp khi hạ xong 8 đốt giếng thì hút bỏ lớp áo sét xung quanh thành giếng). Nghĩa là giá trị lực ma sát trong trường hợp này Fms’> Bởi vì khi tính toán Fms2 ở trên là ta tính trong trường hợp công trình trong lúc hoàn thành, hai tầng 3, 4 đã thi công đào đất xong, còn lực Fms’ là tính trong trường hợp hai tầng 3,4 chưa đào đất: Vậy nên Fms’> Từ đó ta tính ra các lực tham gia chống đẩy nổi cho thành giếng và bản đáy là: Q= Gt+ Gđ+ Fms’> 2374,97+ 1884,603+ 4450,23> 8709,803(T) Lực đẩy Acsimet Facimet= .V Trong đó V= 18,1. Số 18,1(m), là chiều sâu tính từ mực nước ngầm(cos –9.500) đến cos phía dưới thành giếng(cos –27.600) Do đó : Facimet= .V= 1.8184,096= 9184,096(T) So sánh Q> 8709,803(T) với Facimet= 8184,096(T), ta thấy Q> Facimet Nghĩa là thành giếng và bản đáy ta chọn như vậy là hoàn toàn hợp lý về điều kiện bền cũng như điều kiện ổn định.