Tính toán móng nông, móng cọc

Vì hệ tọa độ địa phương của cột có trục 2 trùng với trục 3 của hệ tọa độ địa phương móng nên kết quả nội lực tại tâm móng để tính móng như sau:Hình: Momem do lực cắt : Hình :nội lực tại

Sơ bộ kích thước tiết diện cột

Tiết diện cột được xác định theo công thức:

Chọn tỷ số giữa 2 cạnh của cột a/b =1.5

Chọn: b = 250 mm

a = 1.5 b =375 mm chọn a= 400mm

2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC MÓNG BĂNG MỘT PHƯƠNG

a) Nội lực tại chân cột gữa:

Quy ước hệ trục tọa độ như hình vẽ :

3 2

1

M2 N2

N N3M3

Hình 1: Hệ trục tọa độ tại chân cột

3

2

1

N M2 N2

M2 N2

N N3M3

Vậy ta chọn b=2.117 <2.5m thỏa mãn yêu cầu không cần chọn lại kích thước móng

3 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN

- Nội lực tại tâm móng

Vì hệ tọa độ địa phương của cột có trục 2 trùng với trục 3 của hệ tọa độ địa phương móng nên kết quả nội lực tại tâm móng để tính móng như sau:

Hình:

Momem do lực cắt :

Hình :nội lực tại tâm móng

- Tính sức chịu tải của nền theo TCXD 45_78

Trong đó:

Ta có điều kiện thỏa mãng của đất nền

Đất nền đủ chịu: vậy móng băng thỏa điều kiện ổn định

- Kiểm tra lún cho móng băng :

Độ lún của móng được tính theo tổng phân tố tức là tính toán trong vùng chịu nén Đối với nhà khung bê tông cốt thép đọ lún giới hạn là 8cm ta tính cho móng đặt tại lớp đất 2

Với Dung trọng tự nhiên γtc=2.06, dung trọng đẩy nổi γ’=γ-γn=20.9-10=10.9 KN/m3

Áp lực gây lún :

Ứng suất bản than tại đáy móng:khi chưa đặt công trình :

1

N M2 N2

72.5 14.368

Tính lún ta có :

Trong đó : Si là độ lún ở phân tố lớp thứ i

Và e1i là hệ số rỗng tương ứng với cấp áp lực đất lớp i trước khi đặt công trình

Và e2i là hệ số rỗng tương ứng với cấp áp lực đất lớp i sau khi đặt công trình

Mỗi lớp đất được chia với bề dày TCXD 45-78, phạm vi gây lún cho

móng được xác định theo công thức sau:ta có lớp đất số một có mô dun E0>5Mpa nên

Biểu đồ đường e-p của thí nghiệm cố kết cửa từng lớp đất

:

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0.46 0.48 0.5 0.52 0.54 0.56

lớp 4

Lớp 3a và lớp 4

BẢNG TÍNH LÚN CHO MÓNG BĂNGLớp điểm Z(m) γ' Z/b k0 σz σbt p1l p2l e1i e2i Si

Sơ đồ tính :

Trong đó :

Áp dụng các phương pháp cơ học kết cấu để giải nội lực của dầm lật ngược trên

Theo công thức trên ta có:

Dùng phương pháp tích phân trong cơ kết cấu kết để tính nội lực cho dầm trên

Dùng phương pháp tách lực tác dụng ra 2 sơ đồ dầm như sau:

12.165KN 11.568KN 6.951KN

2.371KN 0.579KN

151.56KN

Dùng phương pháp cộng tác dụng biểu đồ nội lực của 2 dầm trên ta dc:

Pmax

Sử dụng Pmax để tính toán: Pmax =73.49 (KN/m2)

Xét trên một mét chiều dài của móng (l=1m)

Tính thép tại tiết diện ngàm của cánh móng;

Chọn 4 Φ12 trên một mét dài (As=4.52 cm2)

Vậy thép ngang bố trí trong móng là Φ12a200

- Tính cốt thép chạy dọc trong sườn móng :

Chọn thép đặt 5Φ25 đặt thép 1 lớp đặt thơ trên của sườn móng

Tính cốt thép cho gối số 2 căn thớ dưới của sườn:

Chọn 5Φ28 cho thớ dưới của sườn móng:

Tương tự ta tính toán như trên tại các tiết diện khác:

h(mm)

Lực cắt lớn nhất trong sườn móng là Q= 767.099 tại gối số 3.

Chọn cốt đai Φ 12.vì sườn có bề rộng lớn hơn 350 nên đai phải bố trí 3 nhánh đai:Diện tích tiết diện của 1 nhánh đai asw=1.131, n=3 Suy ra Asw=3*asw

Gọi:

Ta có Qmin=238.14<Q=767.099<Qmax=21829.5

Vậy ta phải đặt cốt đai theo tính toán

Cốt đai cấu tạo Sct=15Φmin=15*25=375

Vậy chọn đai Φ12 S=200mm.s

Với các tiết diện giữa dầm: lực cắt nhỏ đặt theo cấu tạo s=400mm

MÓNG SÂU : MÓC CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP

2 Tải trọng tiêu chuẩn

Hệ số vựa tải là n=1.15 vậy tải trọng tiêu chuẩn:

II Lựa chọn giải pháp móng cọc :

Địa chất tại vị trí xây dựng có 8 lớp đất và 1 lớp đất san lắp:

- Lớp đất 1: Sét pha xám trắng trạng thái dẻo mềm (độ sâu 0.6m -2.8m )

- Lớp đất 2: Sét nâu vàng xám trắng trạng thái dẻo cứng ( từ 2.8m-12.6m)

- Lớp đất 3: Sét xám đen trạng thái dẻo cứng (từ 12.6m - 14.9m)

- Lớp đất 4: Cát pha nâu xám trạng thái dẻo (từ 14.9 m -16.8 m)

- Lớp đất 5: Cát vừa nâu xám kết cấu chặt vừa (16.8 m - 35.2m)

- Lớp đất 6: Sét nâu xám vàng trạng thái cứng ( từ 35.2 m - 42.8m )

- Lớp đất 7: Sét pha , nâu xám trắng, trạng thái nữa cứng(từ 42.8m- 44.8m)

- Lớp đất 8: Cát bụi vừa, nâu xám, xám tro kết cấu chặt vừa (từ 44.8m-60m)

Nhận xét : trong hố khoan khảo sát địa chất thì lớp đất số 6 :là nâu xám trạng thái cứng cố thể cấm cọc vào.Nhưng độ sâu lớnở code 35.5 m nên việc dung cọc ép là không thực tế Nên ta chọn cọc cấm vào lớp đất số 5 ở độ sâu 28.5 m có chỉ số SPT =12 cọc lức này là cọc chiuj ma sátbên nên ta có thể cấm mũi cọc vào được

Mực nước ngầm ở code -0.6m

1 Các giả thuyết tính toán

- Tải trọng ngang do áp lực đất chủ động các lớp đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận

- Đài cọc xem như tuyệt đối cứng khi tính toán lực truyền xuống cọc

- Tải trọng của công trình qua đài cọc chỉ truyền lên các cọc chứ không trực tiếp truyềnlên phần đất nằm giữa các cọc tại mặt tiếp giáp với đài cọc

- Khi xác định độ lún của móng cọc thì người ta coi móng cọc như một móng khối quy ước bao gồm cọc và các phần đất giữa các cọc

- Vì việc tính toán móng khối quy ước giống như tính toán móng nông trên nền thiên nhiên (bỏ qua ma sát mặt ở bên móng) nên trị số moment của tải trọng ngoài tại đáy móng khối quy ước được lấy giảm đi một cách gần đúng bằng trị số moment của tải trọng ngoài so với cao trình đáy đài

- Giằng móng có tác dụng tiếp thu nội lực kéo xuất hiện khi lún không đều, làm tăng cường độ và độ cứng không gian của kết cấu Tuy nhiên khi mô hình tính khung, ta xem như cột ngàm cứng vào móng nên ta đã bỏ qua sự làm việc của giằng móng

2 Chọn chiều sâu đặt đài

Dựa vào điều kiện lực cắt tại chân cột cân bằng với áp lực đất tác dụng lên đài cọc

Chọn Bd=4 m

H=max(V2,V3)=-24 T, vì có mực nước ngầm nên

Vì có các đà kiềng cùng chịu tải trọng ngang.nên từ công thức trên ta có thể biếng đổi và ước lượng độ sâu chôn móng theo công sau đây

- Cốt thép chịu lực trong đài là thép AII, Ra = 28000 (T/m2)

- Bê tông lót: đá 4x6, B12.5 dày 100

- Thép đai : Ф6a50 trong đoạn đặt dày và Ф6a100 trong đoạn đặt thưa

- Chiều dài mỗi cọc : L = 9.5m, số lượng cọc : 3

- Ba cọc nối nhau, chiều dài cọc 9.53 = 28.5 m

- Đoạn ngàm vào đài 0.7 m, gồm:

 Thép của cọc neo trong đài đoạn 30 (18 × 30 = 540 mm)  chọn 550cm

 Đầu cọc trong đài 1 đoạn 15 cm

 Chiều dài cọc còn lại: m

Đoạn cọc cắm sâu vào lớp 5:

Kiểm tra cọc khi vận chuyển:

a Tính toán cọc khi cẩu lắp

Tải trọng phân bố đều tác dụng lên cọc khi vận chuyển, lắp dựng chính là tải trọng bản thân cọc

Pk

0.294L L

M max = 0.043qL 2

q

(T.m)Lấy M = max(M1max , M2max) = 1.308 T.m để kiểm tra cốt thép

Nếu xét đến ảnh hưởng của gia tốc khi vận chuyển, lấy hệ số động là 1.5 thì M = 1.308 × 1.5 = 1.962 T.m

Bê tông B25: Rn = 1450 (T/m2)

Thép AIII: Ra = 36500 (T/m2), γb2 =1 → ξR= 0.563, 0.405

Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép cọc là a = 3cm, b= 35cm, ho= 32cm

Vậy khả năng chịu lực của thép móc cẩu lớn hơn tải trọng tác dụng vào móc cẩu.

→ Dùng móc cẩu loại thép AIII, 1ф16 thì móc cẩu đủ khả năng chịu lực

III Xác định sức chịu tải của cọc

1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Vì là cọc bê tông cốt thép nên sức chịu tải vật liệu của cọc được tính theo công thức sau:

Trong đó:

 : Hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc vào độ mảnh của cọc và theothực nghiệm lấy như sau:

Với

Vì cọc ngàm trong đài và mũi cọc tựa trên nền đất chặt vừa nên  = 0.7

lo = 0.7 × 27.8 = 19.6(m)

 Rb - Cường độ chịu nén của bêtông B25 Rb = 1450 (T/m2)

 Ab - Diện tích mặt cắt ngang của cọc Fb = 0.1225 (m2)

 Rs- Cường độ tính toán của thép AIII Ra = 36500 (T/m2)

 As- Diện tích tiết diện ngang cốt dọc Fa = 10.18 (cm2)

(T)

2 Sức chịu tải của cọc theo đất nền:

a Theo phương pháp tĩnh (Chỉ tiêu cường độ):

Theo TCXD 205:1998

 Qs – sức chịu tải cực hạn do ma sát bên

 Qp – sức chịu tải cực hạn do kháng mũi

 FSs – hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, lấy bằng 1.5 – 2.0

 FSp – hệ số an toàn cho sức kháng mũi lấy bằng 2.0 – 3.0

Việc chọn hệ số an toàn cho thành phần ma sát nhỏ hơn hệ số an toàn cho thành phầnkháng mũi vì : Hai đại lượng trên không đạt cực hạn cùng lúc, thường thành phần ma sátbên đạt cực hạn trước sức kháng mũi

Xác định sức chịu tải cực hạn do ma sát bên Q s :

 u – chu vi của tiết diện cọc; (m)

 mfi – hệ số điều kiện làm việc của thành phần ma sát fi, lấy bằng 1 khi thi công hạcọc bằng phương pháp ép (đóng)

 li – chiều dài của lớp đất thứ i mà cọc đi qua

 fsi – lực ma sát đơn vị của lớp đất thứ i tác dụng lên cọc Công thức chung, tínhtoán ma sát bên tác dụng lên cọc là:

Trong đó:

 ca – lực dính giữa thân cọc và đất nền; với cọc đóng (ép) bêtông cốt thép ca=c

 φa – góc ma sát giữa cọc và đất nền; với cọc bêtông cốt thép hạ bằng phương phápđóng (ép) lấy φa = φ

 - ứng suất pháp tuyến hữu hiệu tại mặt bên cọc (tính ở giữa lớp đất đang xét).Tính theo công thức sau:

 Hệ số Ks chọn theo áp lực ngang của đất ở trạng thái tĩnh Ko

(lấy φ = φ’)Tính: bỏ qua lớp đất san lấp, mực nước ngầm xuất hiện ở code -0.6m,

Lớp đất được chia ra thành nhiều lớp để việc tính toán ứng suất ngang được chính xác hơn

Vì có mực nước ngầm nên ta dung dung trọng đẩy nổi, và đất đắp 0.6m

γdắp=1.9 T/m

Sức chịu tải cực hạn do ma sát bên

Lớp đất Lớp chia

Độ dàylớp đất γi σv ϕa tangϕa Ca(T/m2) σ'h fsi fsixli(m) (T/m3) (T/m2) độ - - (T/m2) (T/m2) (T/m)lớp 1 1 0.3 1.09 1.304 8022' 0.147 1.25 1.113 1.414 0.424

lớp 3 6 2.3 1.01 8.193 1102' 0.195 2.69 6.628 3.983 9.160lớp 4 7 1.9 1.07 9.210 2302' 0.425 1.92 5.609 4.304 8.177

Xác định sức chịu tải cực hạn do kháng mũi Q p

 Ap – diện tích tiết diện ngang của mũi cọc , Ap = 0.1225 (m2)

 qp – cường độ đất nền dưới mũi cọc

Theo Terzaghi: Đối với cọc vuông:

Trong đó:

 Nc, Nq, N: các hệ số chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất dưới mũi cọc(tra bảng)

 c - lực dính của đất dưới mũi cọc, c = 1.92 (T/m2)

 - ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng do đất nền gây ra tại cao trìnhmũi cọc

 d – cạnh cọc vuông, d = 0.35 (m)

Mũi cọc cắm vào lớp cát vừa nâu xám kết cấu chặt vừa có

Tra bảng ta có : Nc = 38.08; Nq =20.82; N = 17.93

Vậy sức chịu tải cho phép :

b Theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT):

Sức chịu tải cho phép của cọc Qa (tấn) trong nền gồm các lớp đất dính và đất rời: (Theo TCXD

195 – 1997)

Xác định theo công thức:

Trong đó:

 N – Chỉ số xuyên động tiêu chuẩn của đất

 - Chỉ số xuyên tiêu chuẩn trung bình của đất trong khoảng 1d dưới mũi cọc và

 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 ngang của mũi cọc, Ap = 0.1225(m2)

 Ls – Chiều dài phần thân cọc nằm trong lớp đất dính, (m)

 Lc – Chiều dài phần thân cọc nằm trong lớp đất rời, (m)

 Ω – 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)

SPT trung bình của lớp đất 1 (chỉ xét chiều dài lớp đất cọc xuyên qua, L = 0.3m):

SPT trung bình của lớp 2 (chỉ xét chiều sâu lớp đất cọc xuyên qua, L = 9.8 m):

SPT trung bình của lớp 3(chỉ xét chiều sâu lớp đất cọc xuyên qua,L=2.3m)

SPT trung bình của lớp 4(chỉ xét chiều sâu lớp đất cọc xuyên qua, L=1.9m)

SPT=13SPT của lớp đất lớp số 5( chỉ xét chiều sâu lớp đất cọc xuyên qua, l=13.5m)

Sức chịu tải cho phép của cọc tính theo công thức của Nhật Bản: (Theo TCXD 205 - 1998)

 Na – chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc, Na = 12

 Ns – chỉ số SPT của lớp cát bên thân cọc;

 C – lực dính không thoát nước của đất sét; clớp 2 = 1.92 (T/m2);

 Ls – chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát

 Lc – chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét

 u – chu vi của tiết diện cọc vuông, ucoc = 1.4 (m)

 Ap – diện tích tiết diện ngang của mũi cọc, Ap = 0.1225(m2)

 - hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công cọc; Cọc bê tông cốt thép thicông bằng phương pháp đóng (ép):

SPT trung bình của lớp đất – đất cát (chỉ xét chiều dài lớp đất cọc xuyên qua):

Vậy Qa TK = min (Qvl, Qa cường độ, Qa SPT)  Qvl

a Nguyên tắc bố trí cọc trong đài:

 Thông thường các cọc được bố trí theo hàng, dãy hoặc theo lưới tam giác đều

 Khoảng cách giữa các cọc (từ tim cọc đến tim cọc): (d – đường kính haycạnh cọc), nếu bố trí trong khoảng này thì cọc đảm bảo được sức chịu tải và các cọclàm việc theo nhóm

 Để ít bị ảnh hưởng đến sức chịu tải của cọc (do cọc làm việc theo nhóm), thì nên bốtrí cọc tối thiểu là 3d = 3×35 = 105 cm

 Khi bố trí cọc lớn hơn 6d = 6×35 = 210 cm thì ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cọc cóthể bỏ qua, khi đó xem như cọc làm việc riêng lẻ

 Khi tải đứng lệch tâm hoặc kích thước đài lớn có thể bố trí sao cho phản lực đầu cọctương đối bằng nhau

 Nên bố trí cọc sao cho tâm cột trùng với trọng tâm nhóm cọc và đài cọc

Hiệu ứng nhóm  của Converse-Labarre:

d – đường kính hoặc cạnh cọc.

V Kiểm tra sức chịu tải của cọc:

 Từ mặt bằng bố trí cọc ta có diện tích đáy đài thực tế là:

Pmax = 63.604 (T)

Pmin = 55.21 (T)

 Trọng lượng bản thân của cọc (kể từ đáy đài đến mũi cọc):

 Kiểm tra lực truyền xuống cọc :

Pmaxtt + Pc = 63.604 + 9.365 = 72.969 (T) < Qa = 0.7 × 104.095 = 73.465 (T)

Thoả mãn điều kiện lực truyền xuống cọc; Chênh lệch lực truyền xuống cọc và sứcchịu tải của cọc nhỏ nên chọn cọc có đường kính và chiều sâu chôn cọc như trên là đạtyêu cầu

 Kích thước đáy khối móng quy ước:

 Chiều rộng và chiều dài đáy khối móng quy ước:

 Tải tiêu chuẩn tác dụng lên khối móng quy ước:

 Trọng lượng bản thân cọc:

 Trọng lượng của đất và đài trong khối móng quy ước từ đáy đài trở lên:

 Trọng lượng của đất trong khối móng quy ước từ đáy đài trở xuống:

 Trị tiêu chuẩn xác định đến đáy khối quy ước xác định theo công thức :

 Áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng khối quy ước được xác định:

 ktc – hệ số độ tin cậy; ktc = 1 : đặc trưng tính toán lấy trực tiếp từ thí nghiệm

 II - dung trọng lớp đất ở đáy khối móng qui ước ; II = 1.136 (g/cm3)

 ’II - dung trọng các lớp đất từ đáy khối móng qui ước trở lên

 A, B, D – hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong của nền Đáy móng quy ước nằm ở lớp đấtthứ 2 có φII = 30017’ Tra bảng ta có: A = 1.1735; B = 5.694; D = 8.635

 cII = 1.92 (T/m2)

 b = Bmq =10.01 (m)

 Thỏa điều kiện áp lực đáy móng

VII Kiểm tra độ lún cho móng quy ước:

 Ta dùng tải trọng tiêu chuẩn và quan niệm móng cọc và đất như móng quy ước và coi

nó như móng nông trên nền thiên nhiên Độ lún trong trường hợp này là do nền dưới đáykhối quy ước gây ra

 Ta dùng công thức tính lún cho móng trên nền thiên nhiên và theo phương pháp cộng lớpphân tố

 Ứng suất gây lún:

Trong đó: là ứng suất bản thân tại đáy móng khối quy ước

Gọi σ bt: Ứng suất bản thân tại tâm móng.

z’, z: lần lượt là độ sâu từ mặt đất và từ đáy khối móng quy ước

Ta thấy lớp đất 2 có E > 5 MPa, tính lún tới độ sâu sao cho > thì dừng lai.các lớpđất bên dưới đây hầu như lớp đất này không lún

Chia đất nền bên dưới thành nhiều lớp :

Tổng độ lún của khối móng quy ước dc tính trong bảng sau:

Vậy S=3.0184 (cm) <Sgh=8 (cm) Thỏa điề kiện lún

VIII.Kiểm tra lại chiều cao đài cọc, kiểm tra điều kiện chống xuyên thủng:

Để thiên về an toàn chọn lực xuyên thủng chính là lực dọc của cột truền xuống:

Với chiều cao đài cọc như đã chọn: h=1.6m

Pxt=Ntt=873 (T)

Pcxt=0.75x(bc+h0)xh0xRbtx4= =913.5 (T)Trong đó:

 bc – bề rộng chân cột; bc = 550 mm

 Cọc liên kết ngàm vào đài cọc h1 = 15 (cm)

 Chiều cao làm việc của đài là: ho = hd – h1 (cm)

Ta chọn chiều ao đài cọc là 1.6 m là thỏa điều kiện xuyên thủng

P5,P6, P7,P8 P1,P2,P3,4

P2,P6, P10,P14 P1,P5,P9,P13

 Cọc liên kết ngàm vào đài cọc h1 = 15 (cm)

 Chiều cao làm việc của đài là: h0 = hd – 1 =160 - 15 = 145 (cm)

 Moment tại tiết diện mặt cắt I - I: