Tính toán về nền móng

C- Tính toán nền móng I. Điều kiện địa chất công trình, lựa chọn giải pháp móng 1. Điều kiện địa chất công trình Địa chất công trình gồm các lớp đất sau: Lớp 1: tầng đất lấp dày 1m g = 1,7T/m3 Lớp 2: tầng á sét dẻo cứng dày 4m có các thông số g =1,94T/m3, j =150, c =1,1T/m2, B= 0,3, t =3T/m2 Lớp 3: tầng á sét dẻo mềm dày 10m có các thông số g=1,82T/m3, j =120, c =0,6T/m2, B= 0,5 t =3,4T/m2 Lớp 4: tầng bùn sét pha dày 12m có các thông số g =1,65T/m3, j = 90, c =0,2T/m2, B= 0,8, t =0,8T/m2 Lớp 5: tầng sét dẻo cứng dày 10m có các thông số g=1,96T/m3, j =170, c =1,9T/m2, B =0,4, t =3,4T/m2 Lớp 6: tầng cuội sỏi bắt đầu từ độ sâu -37m có các thông số g =2T/m3, j =330, e= 0,6, t =10T/m2 2. 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. Móng là phần hết sức quan trọng đối với nhà cao tầng. Đây là công trình có chiều cao tương đối lớn do vậy, tải trọng tác dụng vào móng là khá lớn N > 650T. Trong khi đó công trình lại được xây dựng trong thành phố, móng cần phải đảm bảo - Độ lún của công trình phải nhỏ hơn độ lún cho phép - Cọc không bị phá hoại khi làm việc - Thi công không ảnh hưởng tới công trình xung quanh cũng như môi trường cũng như chất lượng cọc ( Không gây hư hỏng cọc đã thi công, không làm sụt lún các công trình gần bên) . Dựa vào số liệu địa chất công trình và tải trọng tác dụng tại chân cột ta thấy:Tải trọng nén lớn, độ lệch tâm nhỏ. Các lớp đất phía trên tương đối nhỏ, các lớp đất chịu tải tốt dưới sâu. Như vậy móng cho công trình chịu tải lớn và phải truyền được tải trọng xuống các lớp đất sâu. Từ nhận xét trên ta quyết định chọn phương án móng cọc đài thấp. + Cọc khoan nhồi là loại cọc được chế tạo ngay tại chỗ mà cọc sẽ làm việc sau khi xây dựng xong công trình . Nguyên tắc chế tạo cọc này là bằng cách nào đó tạo ra một lỗ rỗng thẳng đứng trong đất sau đó đổ bê tông vào ngay hố rỗng thẳng đứng đó rồi đầm chặt. Ưu, nhược điểm của cọc khoan nhồi: + Ưu điểm: Có thể tạo ra những cọc có đường kính lớn do đó sức chịu tải của cọc rất cao. Do cách thi công, mặt bên của cọc nhồi thường bị nhám do đó ma sát giữa cọc và đất nói chung có trị số lớn so với các loại cọc khác. Tốn ít cốt thép vì không phải tính cọc khi vận chuyển. Khi thi công không gây ra chấn động làm nguy hại đến các công trình lân cận. Loại cọc khoan nhồi đặt sâu không gây lún ảnh hưởng đáng kể cho các công trình lân cận. Quá trình thực hiện thi công móng cọc, dễ dàng thay đổi các thông số của cọc ( chiều sâu, đường kính) để đáp ứng với điều kiện cụ thể của địa chất dưới nhà . Đầu cọc có thể chọn ở độ sâu tuỳ ý cho phù hợp với kết cấu công trình và qui hoạch kiến trúc mặt bằng. + Nhược điểm: Khó kiểm tra chất lượng của cọc . Thiết bị thi công tương đối phức tạp . Công trường dễ bị bẩn trong quá trình thi công. Các giả thuyết tính toán, kiểm tra cọc đài thấp: Sức chịu tải của cọc trong móng được xác định như đối với cọc đơn dứng riêng rẽ, không kể đến ảnh hưởng của nhóm cọc. Tải trọng truyền lên công trình qua đài cọc chỉ truyền lên các cọc chứ không truyền lên các lớp đất nằm giữa các cọc tại mặt tiếp xúc với đài cọc. Khi kiểm tra cường độ của nền đất và khi xác định độ lún của móng cọc thì coi móng cọc như một khối móng quy ước bao gồm cọc, đài cọc và phần đất giữa các cọc. Vì việc tính toán khối móng quy ước giống như tính toán móng nông trên nền thiên nhiên (bỏ qua ma sát ở mặt bên móng) cho nên trị số mômen của tải trọng ngoài tại đáy móng khối quy ước được lấy giảm đi một cách gần đúng bằng trị số mômen của tải trọng ngoài so với cao trình đáy đài. Đài cọc xem như tuyệt đối cứng Cọc được ngàm cứng vào đài. Tải trọng ngang hoàn toàn do đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận. II. Tính toán móng cọc nhồi Tải trọng nguy hiểm tác dụng tại chân cột lấy từ bảng tổ hợp Cột D2: Nmax = -652204 kG Mtư =26424 kGm Qtư =-10719 kG Cột A2: Nmax = -481953 kG Mtư =-24716 kGm Qtư = 9687 kG Cột E2: Nmax = -542279 kG Mtư =26273 kGm Qtư =-10593 kG 1.Tính móng cột D2 a. Chọn độ sâu đặt đài Dự kiến dùng cọc khoan nhồi, đường kính 800mm, bê tông mác 300 thép nhóm AIII. Cọc cắm vào lớp đất 6 là lớp cuội sỏi 1,5 m, dự kiến đến cao trình - 38,5 m. Chiều cao đài sơ bộ xác định theo công thức: hđ = (0,08 á 0,12).n Với n là số tầng = 13 à ta chọn chiều cao đài =1,5 m Độ sâu đặt đài phải đạt điều kiện để tính toán theo sơ đồ móng cọc đài thấp: h ³ 0,7hmin Trong đó: h- độ sâu của đáy đài. g và j- trọng lượng thể tích tự nhiên của đất từ đáy đài trở lên và góc ma sát trong; ồQ- tổng tải trọng ngang; b - cạnh của đáy đài theo phương thẳng góc với tổng lực ngang; Vậy: h ³ 0,7.1,32=0,93 m Ta chọn chiều sâu đặt đài là 2m so với sàn tầng hầm. b. Xác định sức chịu tải của cọc Theo vật liệu làm cọc: Bê tông cọc mác 300 có Rn=130 kG/cm2. Thép cọc nhóm AIII có Ra=3600 kG/cm2. Sức chịu tải của cọc nhồi theo vật liệu làm cọc được xác định theo công thức: Pvl=m.(Ra . Fa+m1. m2.Rb.Fb) 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 FBT: diện tích tiết diện cọc, FBT=3,14.0,4x0,4= 0,503 m2 = 5030 cm2 FCT: diện tích cốt thép trong cọc chọn cốt dọc 15 F25 có FCT=73,65cm2 RBT: cường độ chịu nén tính toán của bêtông mác 300 có RBT=130 kG/cm2 RCT: cường độ chịu kéo của cốt thép RCT = 3600kG/cm2 Pvl =1.(3600.73,65+130.5030.0,85.0,7) = 654210 kG =655 T Sức chịu tải của cọc theo đất nền được xác định theo công thức: Pđ = k.m.(a1.Ri.F + u.ồa2.ti.li) Trong đó: m: hệ số điều kiện làm việc: m = 1. k: hệ số đồng nhất của đất: lấy k = 0,7. a1: hệ số làm việc của đất dưới mũi cọc: a1 = 1. a2: hệ số làm việc của đất xung quanh mũi cọc: a2 = 0,6. u: chu vi cọc = 2,52 m Ri: cường độ của đất dưới mũi cọc được xác định theo công thức: Mũi cọc ở độ sâu –38,5m so với mặt đất tự nhiên và chống vào lớp cuội sỏi với cường độ: Ri = 0,75b( g1dAk0 + ag2LBk0 ) Với: 1 là trọng lượng thể tích đất ở chân cọc, I =2000 kG/m3. 2 là trọng lượng thể tích trung bình của các lớp đất từ mũi cọc trở lên. 2===1,83 T/m3 = 1830 kG/m2 L: chiều dài cọc = 34,7 m d: đường kính cọc=0,8 m. ,,a, b tra bảng theo I =330 =48,6, =87,6 a = 0,67, b = 0,25 à R=0,75.0,25.(2.0,8.48,6+0,67.1,83.34,7.87,6) =713,4 T à Pđ = 0,7.[713,4.0,503 + 2,52.0,6(1,2.3 +10.3,4 +12.0,8 +10.3,4 +1,5.10)] = 353 T Pđ < PVL nên sức chịu tải của cọc lấy theo sức chịu tải của đất nền [P] =353 T c. Xác định kích thước đài móng và số lượng cọc áp lực tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc gây ra: Diện tích sơ bộ của đế đài gây ra: gtb-trị số trung bình của trọng lượng riêng bêtông đài cọc và đất lấp trên các bậc đài lấy = 2T/m2 hđ- độ sâu đặt đài; n- hệ số vượt tải n = 1,1 N0tt-lực dọc tính toán xác định tại cốt đỉnh đài; Xác định số lượng cọc cần thiết: Trọng lượng của đài và đất trên đài: Nđtt=n.Fđ.h.gtb=1,1.11,4.2.2 = 50,16 T Lực dọc tính toán tác dụng đến đế đài: Ntt= N0tt + Nđtt = 652,2 + 50,16 = 702,36 T Số lượng cọc sơ bộ: Với b = 1-1,5: hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen và lực cắt. Trên thực tế đối với nhà cao tầng khi kể đến việc xuất hiện không đồng thời của các trường hợp tải trọng và sự làm việc thực tế của cọc người ta cho phép cọc được làm việc với tải trọng P Ê 1,2 [P] Ta chọn số lượng cọc là 2 và bố trí như hình vẽ Diện tích đế đài thực tế:Fđ =1,3.3,7= 4,81 m2 Trọng lượng thực tế của đài và của đất trên đài: Nđtt=n.F’đ.h.gtb=1,1.4,81.2.2 = 21,2 T Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài Ntt= N0tt + Nđtt = 652,2 +21,2 =673,4 T Mômen tính toán xác định tương ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đế đài: Mtt = Mtt0 + Qtt.h = 26,424 + 10,72.2 =47,87 Tm P=== Vì Pmin=317 T >0 nên không phải kiểm tra cọc chịu nhổ. Trọng lượng cọc Pcọc= Ptại mũi cọcmax==357 +48 = 405 T < 1,2 Vậy cọc đủ khả năng chịu lực. d. Tính toán kiểm tra cường độ của nền đất a -38500 -3800 -1800 Để kiểm tra cường độ của nền đất tại mỗi cọc, người ta coi đài cọc, cọc và phần đất giữa các cọc là một khối móng quy ước. Móng khối này có chiều sâu đáy móng bằng khoảng cách từ mặt đất tới mặt phẳng đi qua mũi cọc. Diện tích đáy khối móng quy ước xác định theo công thức sau: Fdq=(A1 + 2Ltga)(B1 + 2Ltga) = LM.BM Trong đó: A1 và B1: Khoảng cách từ hai mép hàng cọc ngoài cùng theo hai phía A1= 0,8 m, B1 = 3,2m L: chiều dài cọc tính từ đáy đài tới mũi cọc =34,7. a- góc mở rộng so với trục thẳng đứng, kể từ mép ngoài của hàng cọc ngoài cùng. Theo quy phạm: jtb-góc ma sát trung bình của các lớp đất từ mũi cọc trở lên. Fdq= (0,8+2.34,7.tg3,390) x(3,2+2.34,7.tg3,390) = 4,92x7,32m= 36,02 m2 Xác định trọng lượng của khối móng quy ước: + Trọng lượng từ đế đài trở lên mặt tầng hầm: N1TC = LMxBMhgtb = 36,02.2.2 = 144,1 T + Trọng lượng của lớp đất thứ 2 N2TC = (36,02 - 4.3,14.0,82/4).1,2.1,94 = 79,2 T + Trọng lượng của lớp đất thứ 3 N3TC = (36,02 - 3,14.0,82).10.1,96 = 666,6 T + Trọng lượng của lớp đất thứ 4 N4TC = (53,58 - 3,14.0,82).12.1,65 = 673,4 T + Trọng lượng của lớp đất thứ 5 N5TC = (53,58 - 3,14.0,82).10.1,82 = 618 T + Trọng lượng của lớp đất thứ 5 N5TC = (53,58 - 3,14.0,82).1,5.2 = 102,1 T + Trọng lượng của các cọc là: N6TC = 3,14.0,82.34,7.2,5.2 = 349 T Tổng tải trọng khối móng quy ước: = 144,1 +79,2 +666,6 +673,4 +618 +102,1 +349 = 2633 T Lực dọc tiêu chuẩn do cột truyền xuống: Tổng lực dọc tác dụng tại đáy khối móng quy ước: N = 2633 +544 = 3177 T Mômen tương ứng với tiết diện đáy khối móng quy ước: Độ lệch tâm: áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối móng quy ước: ị smax = 94,8 T/m2 smin = 80,6 T/m2 Xác định cường độ của đất nền tại đáy khối móng quy ước: RM = (1,1.A.BM.gII +1,1.B.HM.g'II +3.D.CII) kTC = 1 vì các chỉ tiêu cơ lý lấy theo các thí nghiệm trực tiếp Tra bảng 3.2 sgk ĐANM với đất lớp 6(=33, CII=0) ta có: m1 =1,4, m2 =1 gII = 2 T/m3, g'II = 1,83 T/m3 A = 1,44; B = 6,78; D = 8,87 RM = .(1,1.1,44.7,32.2 +1,1.6,78.34,7.1,83 +3.8,87.0) = 695,5 T/m2 smax = 94,8 T/m2 <1,2R sTb = 87,7 T/m2 <R Nền đủ khả năng chịu lực theo trạng thái giới hạn I. e.Tính lún của móng Trong công trình này cọc nhồi được tựa lên lớp cuội sỏi có khả năng chịu lực rất cao nên cọc làm việc như cọc chống. Độ lún của cọc gồm độ lún phía dưới bản và độ lún đàn hồi của cọc phía trên thông thường là rất nhỏ so với độ lún cho phép, nên ta có thể bỏ qua việc tính lún của công trình. Ta có thể kiểm chứng điều này khi sử dụng công thức tính lún sơ bộ theo TCXD 195-1997: S = Nmũi cọc = 405 T aQms = au.ồti.li = 0,33.2,52.(1,2.3 +10.3,4 +12.0,8 +10.3,4 +1,5.10) = 80 T S = = 0,0195 m = 1,95 cm < Sgh = 8cm Vậy móng đảm bảo độ lún cho phép. f. Kiểm tra độ bền đài Kiểm tra chọc thủng Theo công thức: P Ê Giả thiết h0 = 1,35 m Vì c1 =0,45, c2 = 0,4 < 0,5h0: khoảng cách từ mép cột đến hàng cột đang xét đ = a2 =( 1,5.) = 3,36 VP = [3,36.(0,5 +0,4) + 3,36.(0,7 +0,45)].1,35.100 = 930 T VP > P= NTT = 702,4 T đài móng không bị phá hoại do chọc thủng Kiểm tra bền theo tiết diện nghiêng P Ê b.b.h0.Rk P tổng phản lực tổng tại các đỉnh cọc nằm giữa mặt phẳng cắt qua mép cột hoặc trụ và mép đài gần nhất P = 357 T b = 0,7. c: khoảng cách từ mép cột đến mép hàng cọc đang xét vì c = 0,45m < 0,5.h0 b = 0,7. = 1,57 VP = 1,57.3,7.1,35.100 = 784 T P< VP do vậy đai đảm bảo không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng. g. Tính toán cốt thép cốt thép đài cọc Tại tiết diện 1-1 M = Pmax.r = 357.(1,2 - 0,35) = 304 Tm Fa1 = cm2 Chọn 19 F22 có Fa = 72,2 cm2 a= 200 Tiết diện 2-2 đặt thép F12 a200 theo cấu tạo. cốt thép cọc Thép dọc trong cọc được đặt theo cấu tạo với tỷ lệ cốt thép m ³ mmin = 0,5% Cốt thép dọc đặt 15 F25 a = 180 có Fa = 73,65 cm2 Cốt đai chọn F10 a200 2. Tính móng cột A2 Dự kiến dùng 1 cọc khoan nhồi, đường kính 1000, bê tông mác 300 thép nhóm AIII. Diện tích cọc Fb = 0,786m2 Thép dọc cọc lấy 17 F25 Fa = 83,5 cm2 Cọc cắm vào lớp đất 6 là lớp cuội sỏi 1,5 m, dự kiến đến cao trình - 38,5 m. Ta chọn chiều sâu đặt đài là 2m so với sàn tầng hầm như móng cột E. a. Xác định sức chịu tải của cọc Sức chịu tải theo vật liệu làm cọc Pvl = m.(Ra . Fa+m1. m2.Rb.Fb) Pvl=1.(3600.83,5+130.7860.0,85.0,7) = 908571 kG =908,6 T Sức chịu tải theo đất nền Pđ = k.m.(a1.Ri.F + u.ồa2.ti.li) Ri = 0,75b( g1dAk0 + ag2LBk0 ) ,,a, b tra bảng theo I =330 =48,6; =87,6; g1 = 2 T/m3 a = 0,67; b = 0,25; g2 = 1,83 T/m3 à R=0,75.0,25.(2.1.48,6+0,67.1,83.34,7.87,6) = 717,1 T à Pđ = 0,7.[717.0,786 + 3,14.0,6(1,2.3 +10.3,4 +12.0,8 +10.3,4 +1,5.10)] = 521,2T với a1 = 1; a2 = 0,6; k = 0,7 Ta lấy sức chịu tải của cọc theo sức chịu tải của đất nền = 521,2T Ta chọn kích thước đài và bố trí cọc như hình bên. Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài Ntt= N0tt + Nđtt = N0tt + n.F’đ.h.gtb = 482 +1,1.3.2.2 = 496 T Mômen tính toán xác định tương ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đế đài: Mtt = Mtt0 + Qtt0.h = 24,716 + 9,687.2 = 44,09 Tm Vì cọc bố trí chính giữa đài nên 1 phần mômen uốn do cốt thép trong cọc tiếp nhận, phần còn lại phân phối vào trong các giằng móng ngang và dọc. Lúc này cọc làm việc như cấu kiện chịu nén lệch tâm. để chịu được mômen này cốt thép cọc và cốt thép trong cột được neo vào với nhau như trong cấu kiện chịu nén lệch tâm Vì Pcọc = Ntt = 496 >0 nên không phải kiểm tra cọc chịu nhổ. Trọng lượng cọc Pcọc= Ptại mũi cọcmax==496 +75 = 571 T < 1,2= 625,5 T Vậy cọc đủ khả năng chịu lực. Khi tính toán móng cột D2 ta thấy do cọc chống vào lớp cuội sỏi có khả năng chịulực khá lớn nên áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối móng quy ước nhỏ hơn rất nhiều cường độ của đất nền R tại đáy khối móng quy ước. Do vậy ta bỏ qua quá trình kiểm tra khả năng chịu lực của đất nền tại móng cột A2. Tính lún S = Nmũi cọc = 574 T aQms = au.ồti.li = 0,33.3,14.(1,2.3 +10.3,4 +12.0,8 +10.3,4 +1,5.10) = 99,7 T S = = 0,02 m = 2 cm < Sgh = 8cm Vậy móng đảm bảo độ lún cho phép. Do cột bố trí đúng tâm nên trong đài móng ta bố trí thép cấu tạo F12 a200. Thép dọc trong cọc được đặt theo cấu tạo với tỷ lệ cốt thép m ³ mmin = 0,5% Thép dọc trong cọc chọn 17 F25 Fa = 83,5 cm2 Thép đai chọn F10 a200. 3. Giằng móng Do bước cột khá lớn 6x7,2m nên ta chọn kích thước mặt cắt ngang của giằng móng 400 x700 mm. Cốt thép dọc chịu lực của giằng móng lấy m =1%, chọn 10 F 20 bố trí thành 2 lớp mỗi lớp 5 thanh F20. Cốt đai đặt theo cấu tạo F8 khoảng cách a=300