Tính toán móng dưới cột

Phần 3:Tính toán móng dưới cột I- Điều kiện địa chất: Dựa vào tài liệu hố khoan, điểm xuyên và tham khảo các tài liệu địa chất của khu vực xung quanh ta có số liệu sau: *Lớp 1: Là lớp đất lấp nhân tạo mới được đắp chưalâu có độ dày 1m. Đây là lớp đất bề mặt chưa ổn định nên thường đào bỏ đi. *Lớp 2: Là lớp đất sét mầu nâu hồng ở trạng thái dẻo cứng dày 5,3m có các thông số: Góc ma sát trong =15, 28o Sức kháng xuyên qc=12,7 daN/cm2 Lực ma sát bên fs=0,52 daN/cm2 Dung trọng tự nhiên =1,82g/cm3 Lực dính C=0,389daN/cm2 *Lớp 3: Là lớp đất sét pha xám đen ở trạng thái dẻo chảy dày 8,4m có các thông số: Góc ma sát trong =8,23o Sức kháng xuyên qc=10daN/cm2 Lực ma sát bên fs=0,46 daN/cm2 Dung trọng tự nhiên =1,79g/cm3 Lực dính C=0,35daN/cm2 *Lớp 4: Là lớp cát pha xám ở trạng thái dẻo dày 10,5m có các thông số: Góc ma sát trong =15, 20o Sức kháng xuyên qc=45daN/cm2 Lực ma sát bên fs=0,64 daN/cm2 Dung trọng tự nhiên =1,89g/cm3 Lực dính C=0,17daN/cm2 *Lớp 5: Là lớp đất cát mịn ở trạng thái chặt vừa dày 10,7m có các thông số: Góc ma sát trong =29o Sức kháng xuyên qc=60 daN/cm2 Lực ma sát bên fs=0,79 daN/cm2 Dung trọng tự nhiên =1,99g/cm3 Lực dính C=0 daN/cm2 *Lớp 6: Là lớp cát hạt trung và sỏi nhỏ ở trạng thái chặt vừa có chiều dày chưa xác định (tương đối lớn) có các thông số: Góc ma sát trong =32o Sức kháng xuyên qc=126 daN/cm2 Lực ma sát bên fs=0,86 daN/cm2 Dung trọng tự nhiên =1,99g/cm3 Lực dính C=0 daN/cm2 Chiều dày của lớp này chưa xác định nhưng khoan xuống 5m vẫn thấy còn tồn tại. II- Giải pháp móng cho công trình Giải pháp móng cho công trình được căn cứ vào tình hình địa chất và tải trọng do cột truyền xuống móng. Nhận xét : Đây là công trình nhà cao tầng với tải trọng tại chân cột rất lớn N>800T.Do đó giải pháp móng nônng là không thể thực hiện được.Mặt khác,do các lớp đất ở phía trên yếu không đủ chịu lực nên phải đưa móng xuống sâu để gặp tầng địa chất tốt. Từ nhận xét trên ta quyết định chọn phương án móng cọc đài thấp. Các giả thiết: -Đài móng là tuyệt đối cứng. -Cọc đựoc ngàm cứng vào đài. -Tải trọng ngang hoàn toàn do đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận. -Bỏ qua hiệu ứng cọc nhóm . -Bỏ qua sự làm việccủa đất tiếp xúc với đài. III- Tính toán móng cọc C3 1, Xác định các số liệu ban đầu Từ bảng tổ hợp nội lực ta Thấy cặp nội lực Nmax,Mtư,Qtư của tổ hợp cơ bản 2 là nguy hiểm nhất. N=-7999474,31KG800T M=9911,24KGm 10T.m Q=5452,57KG5,50T Chọn sơ bộ cọc có D=1m *Chọn chiều sâu đáy đài Theo công thức kinh nghiệm : h0,75.hmin với hmin=tg(45o-) Do lớp đất 1 là đất lấp đã bỏ đi nên đáy đài được đặt vào lớp 2 có: =15,28o; =1,82T/m =Qmax=5,5T Vì b3.Dcọc+2.0,7Dcọc b 4,4(m). Chọn b=5m. Ta có hmin=tg(45o-)* =0,6(m) Chọn sơ bộ chiều sâu đài =2m so với cốt sàn tầng hầm. Vậy đáy đài cách mặt đất tự nhiên 4m. *Chiều dài cọc =35(m) Chiều dài cọc cắm sâu trong đất =35-(0,5+0,15)=34,35(m). 2,Xác định sức chịu tải của cọc Mác bê tông cọc M#300 có Rn=130KG/cm2 Chọn cốt thép cột 2230 có Fa=156,1cm2 %==x100=1,99%>min=1% Chọn lớp bảo vệ a=5cm Khoảng cách giữa các cốt thép: a’===13,5(cm)>10cm Vậy cốt thép đã chọn đảm bảo các điều kiện về cấu tạo. Chọn cốt đai cấu tạo thép vòng =10 khoảng cách a=200mm. *Sức chịu tải xác định theo vật liệu Từ công thức : Pvl=x(RaxFa+m1xm2xRbxFb) Với : m1 là hệ số điều kiện làm việc của cọc nhồi,m1=0,85 m2 là hệ số ảnh hưởng của phương pháp thi công,m2=0,7 Pvl=1x(2600x156,1+130x104x3,14xx0,85x0,7)=1013058(KG)1013T *Sức chịu tải theo đất nền Từ công thức : Pđ=0,7xmx(3xxRxF+1x2xux) Với: m tra với cọc nhồi tì lên đất cát (số lượng cọc < 5),m=0,85 mr=1 vói cọc nhồi. R là sức chịu tải của đất nền: R=0,65..(I’.d.+.I.h.) Với : I’ là trọng lượng thể tích đất ở chân cọc, I’=1,99T/m2. I là trọng lượng thể tích trung bình của các lớp đất từmũi cọc trở lên. I==1,90(T/m3) d là đường kính cọc,d=1m. ,, tra bảng theo I là góc ma sát trong của đất tại mũi cọc. h là đọ sâu tính từ mặt đất nền tới mũi cọc ,h=38,35m. =41,6 =75,8 =0,65 =0,25 R=0,65x0,25x(1,99x41,6+0,65x1,9x38,35x75,8) =597(T) Các hệ số: 1=0,8 với cọc nhồi có D>0,8m 2=1 với cọc nhồi có Dcọc=Dmũi 3=0,6 Pđ=0,7x0,85x0,6xx597+ +0,9x1x2x3,14x1x(5,2x1,3+4,6x8,4+6,4x10,5+7,9x11,7+8,6x2,45 =505(T).<Pvl Như vậy sức chịu tải của cọc lấy theo sức chịu tải tính theo đất nền. 3,Xác định sơ bộ kích thước đài cọc Fsb= Ptt là áp lực tính toán của phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài Ptt===120(T/m2) n là hệ số vượt tải,n=1,1 Vậy diện tích sơ bộ : Fsb==6,92(m2) Chọn kích thước đài 4,6x1,8=8,28(m2) Trọng lượng của đài và đất trên đài =n.Fd.h.=1,1x8,28x2x2=36,4(T) Lực dọc tính toán xác định ở cốt đế đài Ntt=+=800+36,4=836,4(T) 4,Xác định số lượng cọc Từ công thức chọn sơ bộ ta có n=1,2x=1,2x=1,9(cọc) Chọn 2 cọc d=1m. Bố trí cọc như hình vẽ: 5,Tải trọng tính toán tác dụng tại đế đài Ntt=836,4(T) Mtt=+Q.h=10+5,5x2=21(T.m) Qtt=5,5(T) Lực tác dụng truyền xuống 1 cọc: P=== Vì Pmin=412,2(T)>0 nên không phải kiểm tra cọc chịu nhổ. Pcọc= Ptại mũi cọcmax==425,2+74,15=499,95(T)< Ptại mũi cọc min==412,2+74,15=485,35(T)< Vậy cọc đủ khả năng chịu lực. 6,Kiểm tra khả năng chịu lực và độ ổn định của đất nền Độ lún của nền móng được xác định theo độ lún của khối móng quy ước' với Chiều dài khối móng quy ước: LM = L + 2H.tg Chiều rộng khối móng quy ước: BM = B + 2H.tg Với L,B kích thước đài: L = 4,6 m ; B = 1,8 m ; H là chiều dài cọc trong đất,H = 34,35 m. jtb xác định theo công thức jtb = đ LM =4,6 + 2.34,35.tg = 10,43 ( m ) BM = 1,8 + 2.34,35.tg = 7,63 ( m ) *Xác định trọng lượng khối móng quy ước Trong phạm vi từ đài trở lên: N1TC = LM ´BM ´ hđ ´gtb = 10,43x7,63 ´ 2 ´ 2 = 318,3 ( T ) + Trong phạm vi lớp 2: N2TC = 1,82 ´ 1,3(10,43x7,63 - 2 ´) = 184,6 ( T ) + Trong phạm vi lớp 3: N3TC = 1,79 ´ 8,4(10,43x7,63 - 2 ´) =1173 ( T ) + Trong phạm vi lớp 4: N4TC = 1,89 ´ 10,5(10,43x7,63 - 2 ´) =1548,1 ( T ) + Trong phạm vi lớp 5: N5TC = 1,99 ´ 11,7(10,43x7,63 - 2 ´) = 1816,3 ( T ) +Trong phạm vi lớp 6: N6TC = 1,99 ´ 2,45 ´ ( 10,43 ´ 7,63 - 2 ´ 12 ´ ) = 380,3 (T) Tổng tải trọng của cọc: 34,35 ´ 2 ´ 12 ´ = 134,8 (T) đ Tổng tải trọng tại đáy khối móng qui ước: đ e = = 0,03 N = + 318,3 + 184,6 + 1173 + 1548,1 + 1816,3 - 380,3 +134,8 ằ 6282,67(T) M = (Mtt + Q.H) = (21+5,5.34,35) = 191 (T.m) Q = = 5 (T) ứng suất tại đáy khối qui ước: = .(1 + ) = = Xác định cường độ của đất nền tại đáy khối quy ước: RM = (1,1.A.BM.gII + 1,1.B.HM.g'II + g'II.h0 + 3.D.CII) kTC = 1 vì các số liệu cơ lí lấy trực tiếp Tra bảng 3.2 sgk ĐANM với đất lớp 6(=32,CII=0) ta có: m1 =1,4 m2 = 1,0 A = 1,34 B = 6,35 D = 8,55 gII = 1,99 T/m3 g'II = = 1,90(T/m3) h0 : độ sâu tầng hầm, h0 = 2m đ RM = .(1,1.1,34 + 7,73.1,99 + 1,1.6,35.34,35.1,9 + 1,9.2) = (482 T/m2) = 80,3 T/m2 ´ 1,1 < 1,2 RM = 1,2.482 = 578,4 (T/m2) min = 77,6 T/m2 ´ 1,1 < RM đ Nền đủ khả năng chịu lực theo trạng thái giới hạn I. * Tính toán độ lún áp lực gây lún: Pgl = tb - bt tb = (T/m2) bt lớp 2 = 1,3.1,82 = 2,37 (T/m2) bt lớp 3 = 8,4.1,79 = 15,04 (T/m2) bt lớp 4 = 10,5. 1,89 =19,85 (T/m2) bt lớp 5 = 11,7.1,99 = 23,28 (T/m2) bt lớp 6 = 2,45 .1,99 = 4,88 (T/m2) đ = 2,37 + 15,64 + 19,85 + 23,28 + 4,88 = 65,42 (T/m2) đ Pgl = 78,95 - 65,42 = 13,53 (T/m2) Chia đất nền dưới đáy khối qui ước thành các lớp bằng nhau : i = (m) Điểm Độ sâu z (m) k0 = k0.Pgl bt 0 0 0 1 13,53 65,42 1 1,526 0,4 0,972 13,15 68,47 2 3,052 0,8 0,848 11,47 71,53 3 4,578 1,2 0,682 9,23 74,58 4 6,104 1,6 0,532 7,20 77,63 5 7,63 2,0 0,414 5,60 80,68 Tại điểm 5 có = 5,60 < 0,1. bt = 0,1.80,68 = 8,068(T/m2) Ta có thể coi nền đất tắt lún taị điểm 5. Vậy độ lún: S = = ..hi = .1,526.( + 13,15 + 11,47 - 9,23 + 7,20 + ) = 0,0247 (m) = 2,47 (cm) < Sgh = 8cm Vậy móng đảm bảo độ lún cho phép. 7, Kiểm tra độ bền đài Kiểm tra chọc thủng Giả thiết h0 = 1,7 m Theo công thức: P Ê c1 = 0,6 < 0,5h0 - 0,5.1,7 = 0,85 (m) đ = 3,35=( 1,5.) c2 = = 0,6 < 0,5.h0 đ =3,35 đ VP = .1,7.100 =1480,7 (T) P= Ntt = 836,4 (T) < VP đ đai không bị phá hoại chọc thủng b) Kiểm tra bền theo tiết diện nghiêng PÊ b.b.h0.Rk b = 0,7. vì c = 0,7m < 0,5.h0 đ lấy c = 0,5.h0 để tính đ b = 0,7. = 1,60 P = Pmax = 428,2 (T) VP = 1,6.1,8.1,7.100 = 489,6 (T) P< VP do vậy đai đảm bảo không bị phá hoại trên tiết diịen nghiêng. 8, Tính toán cốt thép cho đài Tại tiết diện 1 - 1 M = Pmax.r = 425,2.(1,5 - 0,5) = 425,2 (Tm) Fa1 = (m2) = 107 (cm2) Chọn 16 f 30 có Fa = 113,1 cm2 a = (m) ằ 110 mm Theo tiết diện 2 - 2 Fa2 chọn cấu tạo f16 a200 IV- Tính toán móng dưới lõi tum lấy sáng 1, Chọn sơ bộ loại cọc và tính sức chịu tải Dòng cọc nhồi D = 1,0 m L = 35 m chôn sâu vào đài 0,65 m Lcọc trong đất = 35 - 0,65 = 34,35 (m) Sức chịu tải của cọc theo vật liệu bằng 1013 T. Sức chịu tải của cọc theo đất nền bằng 505 T. đ Sức chịu tải của cọc bằng =505 T *Nội lực tính toán Qx = 36804 kG ằ 36,8 T Qy = 31469 ằ 31,5 T Mx = 230 kG.m = 0,23 Tm MY = 676 kG.m ằ 0,688 Tm 2, Xác định sơ bộ số lượng cọc và kích thước đài cọc Fsb = n hệ số vượt tải = 1,1. đ Fsb = ằ 15,23 Chọn kích thước móng 6 ´ 6 = 36 m2 để đảm bảo bố trí cọc Số lượng đài và đất trên đài ằ 1588,4 ( T ) Lực dọc tính toán xác định ở cốt để đài Ntt = = 1760 + 158,4 = 19881,4 ( T ) 3,Xác định số lượng cọc Từ công thức sơ bộ ncọc = 1,2 Chọn 5 cọc D = 1,0 m 4, Tải trọng tính toán xác định tại đế đài Ntt = 1918,4 T MttX = 0,23 + 31,5 ´ 2 = 63,23(T.m) = 0,68 + 36,8 ´ 2 = 74,28 (T.m) Lực tác động truyền xuống 1 cọc = =383,68 ± 8,44 ± 7,19 = Pmin=368,05T > 0 nên cọc không phải kiểm tra chịu nhổ. Pcọc = 12. đ Ptại mũi cọc max = <Pcọc=505T Ptại mũi cọc max = < Pcọc=505T Vậy cọc đủ khả năng chịu lực. 5, Kiểm tra theo trạng thái giới hạn II *Độ lún của nền móng được xác định theo độ lún của khối móng qui ước' với Chiều dài khối móng quy ước: LM = L + 2Htg Chiều rộng khối móng quy ước: BM = B + 2Htg Với L,B kích thước đài: L = 6,0 m ; B = 6,0 m ; H = 34,35 m. jtb xác định theo công thức jtb = đ LM =6 + 2.34,35.tg = 11,83 ( m ) BM = 6 + 2.34,35.tg = 11,83 ( m ) *Xác định trọng lượng khối móng quy ước Trong phạm vi từ đài trở lên: N1TC = LM ´BM ´ hđ ´gtb = 11,83 ´ 11,883 ´ 2 ´ 2 = 560 ( T ) + Trong phạm vi lớp 2: N2TC = 1,82 ´ 1,3( 11,83 ´ 11,83 - 5 ´) = 321,88 ( T ) + Trong phạm vi lớp 3: N3TC = 1,79 ´ 8,4( 11,83 ´ 11,83 - 5 ´) = 2045,3 ( T ) + Trong phạm vi lớp 4: N4TC = 1,89 ´ 10,5( 11,83 ´ 11,83 - 5 ´) = 26899,4 ( T ) + Trong phạm vi lớp 5: N5TC = 1,99 ´ 11,7( 11,83 ´ 11,83 - 5 ´) = 3167 ( T ) + Trong phạm vi lớp 6: N6TC = 1,99 ´ 2,45( 11,83 ´ 11,83 - 5 ´) = 663,2 ( T ) + Tổng tải trọng cọc: N7TC = 34,35 ´ 5 ´ ´ 2,5 = 337 ( T ) đ Tổng tải trọng tác dụng lên đấy khối quy ước: NTC = + 560 + 321,88 + 2045,3 + 2699,4 + 3167 + 663,2 = 11537,7 ( T ) ằ = (63,23 + 31,5 ´ 34,35) ´ = 1145,3 ( Tm ) = (74,28 + 36,88 ´ 34,35) ´ = 13388,4 ( Tm) ex = ey = = 0,116 ứng suất tại đáy khối quy ước: = 82,44( 1 ± 0,05 ± 0,059 ) *Xác định cường độ đất nền tại đáy khối quy ước: RM = kTC = 1 vì các số liệu cơ lý lấy trực tiếp ta tra bảng 32 sách giáo khoa ĐANM với lớp đất 6 (j = 320 C = 0), ta có m1 = 1,4 ; m2 = 1,80: A = 1,34 ; B = 6,35 ; C = 5,55 gII = 1,899 ( T/m3 ) gII' = = 1,90(T/m3) h0 = độ sâu tầng hầm = 2 m đ RM = 1,4 ´1( 1,1 ´ 1,34 ´ 11,88 ´1,99 + 1,1 ´ 6,35 ´ 34,35 ´ 1,9 + 1,9 ´2 ) = 691 ( T/m2 ) smax = 1,1 ´ = 1,1 ´ 91,43 = 100,57 < 1,2 RM = 1,2 ´ 691 = 8289,2 smin = 1,1 ´ = 1,1 ´ 73,45 = 80,8 ( T/m2 ) < RM = 691 ( T/m2 ) * Tính toán độ lún: áp lực gây lún Pgl = stb - sq5t stb lớp 2 = 1,3 ´ 1,82 = 2,387 ( T/m2 ). stb lớp 3 = 8,4 ´ 1,79 = 15,4 ( T/m2 ). stb lớp 4 = 10,5´ 1,89 = 19,85 ( T/m2 ). stb lớp 5 = 11,7´ 1,99 = 23,28 ( T/m2 ). stb lớp 6 = 2,45´ 1,99 = 4,88 ( T/m2 ). đ ồ sbt =2,37 + 15,4 + 19,85 + 23,28 + 4,88 = 65,42 ( T/m2 ) đ Pgl =82,44 - 65,42 = 17,02 ( T/m2 ) Chia đất nền dưới khối quy ước thành các lớp bằng nhau dày : di = (m) Điểm Độ sâu z(m) k0 sgl = k0.Pgl stb 0 0 = 0 1 17,02 65,42 1 2,366 0,4 0,96 16,34 70,13 2 4,372 0,8 0,8 13,62 74,84 3 7,098 1,2 0,606 10,31 79,55 4 9,464 1,6 0,449 7,65 84,25 5 11,83 2,0 0,336 5,72 88,96 Ta nhận thấy tại điểm 5 sgl = 5,72 T/m2 < 0,1 ´ 88,96 = 8,896 T/m2 nên tại đây ta có thể coi móng đã tất lún. Độ lún tính toán: S = ồ Si = = = = 0,045 ( m ) = 4,5 ( cm ) < Sgh = 8 ( cm ) Vậy móng đảm bảo độ lún cho phép 6, Kiểm tra độ bền của đài Giả thiết h0= 1,7 m Kiểm tra chọc thủng *Theo điều kiện phá hoại trên tiết diện qua đầu cọc: Theo công thức Ptt ép < [ a1(bC + c2 ) + a2(hc + c1 )]h0.Rk C1 = 0,35 < 0,5h0 = 0,5 ´ 1,7 = 0,85 (m) đ a1 = 1,5 = 3,35 C2 = 0,7 < 0,5h0 = 0,85 đ VP = [ 3,35(3,0 + 0,7 ) + 3,35(2,7 + 0,35 )] ´ 1,7 ´ 100 = 3844,1 (T) VT = Ptt ép = 1918,4 < VP đ Đài không bị chọc thủng. *Theo điều kiện 2 chọc thủng do cọc giữa: Pttép = Pcọc giữa = VP = [ a1(bC + c2 ) + a2(hc + c1 )]h0.Rk C1 = 1,35 - 0,5 = 0,85 = 0,5 h0 đ a1 = 3,35 C2 = 1,5 - 0,5 = 1 > 0,5 h0 đ a2 = 1,5 = 2,96 đ VP = [ 3,35 ´( 3 + 1 ) + 2,96(2,7 + 0,85 )] ´1,7 ´ 100 = 4064,36 ( T) Pttép < VP đ Đài cọc đảm bảo điều kiện chọc thủng. *Theo điều kiện 3: Phá hoại do ứng suất cắt trực tiếp: Từ công thức: Ptt < Rc.U.hm Ptt = 383,68 RC.U.hm= 100. = 533,8 (T) đ Ptt < RC.U.hm đ đảm bảo điều kiện 3 b) Kiểm tra phá hoại trên tiết diện nghiêng Ptt ép < b.b.h0.Rk Ptt ép = Pmax + P3 = + 8,44 + 7,19 + 8,44 - 7,19 = 7884,24 ( T ) C1 = 0,35 < 0,5h0 b = 0,7 ´ = 1,56 đ VP = 1,56 ´ 6 ´ 1,7 ´ 100 = 1591,2 ( T ) 7, Tính toán cốt thép Tại tiết diện 1 - 1 M = ( Pmax + P3 ).r = 784,24(0,85) = 666,6 ( T.m) Fa1 = Chọn 35f25 có Fa = 171,82 ( cm2 ) khoảng cách a = ằ = 170 mm đ Ta chọn f 25 a.170 Theo tiết diện 2 - 2 M = ( Pmax + P2 ). r =( = 390,87( T.m) Fa1 = Chọn 32 f20 có Fa = 32.3,142 = 100,54( cm2 ) khoảng cách a = ằ = 190 mm đ Ta chọn f 20 a=190mm