Đang tải... (xem toàn văn)
BÁO CÁO ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH.Tính chất vật lý và cơ học của các lớp đất đã được xác định. Tại thời điểm khảo sát, mực nước ngầm ổn định và đươc xác định ở độ sâu 2m so với mặt đất hiện hữu.Để xây dựng, người thiết kế cần kết hợp tải trọng của công trình so với số liệu địa chất của từng lớp đất để tính toán kích thước và độ sâu đặt nền móng cho thích hợp và an toàn.
ĐỒ ÁN NỀN MÓNG GVHD: Võ Quang Trung Phần 1 BÁO CÁO ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH. I- CẤU TẠO ĐỊA CHẤT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA CÁC LỚP ĐẤT: Từ mặt đất hiện hữu đến độ sâu khảo sát là 40m nền đất tại đây được cấu tạo bởi 4 lớp đất, theo thứ tự từ trên xuống như sau: 1. Lớp đất số 1: Cát san lấp, dày 1m, có tính chất cơ lý như sau: - Dung trọng tự nhiên: γ = 1,7 T/m 3 . - Lực dính đơn vị: c = 0,7 T/m 3 . - Góc ma sát trong: ϕ = 20 0 . 2. Lớp đất số 2: Cát mịn đến trung, xám vàng, kết cấ chặt vừa, dày 4m, có tính chất cơ lý như sau: - Độ ẩm: W = 21 %. - Dung trọng tự nhiên: γ = 2.05 T/m 3 . - Dung trọng đẩy nổi: γ đn = 1.07 T/m 3 . - Tỷ trọng: ∆ = 2.73. Hệ số rỗng 0 0.25 0.5 1 2 3 4 Áp lực p (kg/cm 2 ) 0.136 0.08 0.043 0.021 0.011 - Lực dính đơn vị: c = 3.65 T/m 2 . - Góc ma sát trong: ϕ = 17.5 0 . 3. Lớp đất số 3: Sét pha nặng nâu dỏ, xám trắng, trạng thái dẻo cứng, dày 5m, có tính chất cơ lý như sau: - Độ ẩm: W = 18 %. - Dung trọng tự nhiên: γ = 2.06 T/m 3 . - Dung trọng đẩy nổi: γ đn = 1.1 T/m 3 . - Tỷ trọng: ∆ = 2.69. - Độ sệt: I L = 0.33 . - - 1 - Áp lực p (kg/cm 2 ) 0 0.25 0.5 1 2 3 4 Hệ số nén a (kg/cm 2 ) 0.537 0.498 0.474 0.453 0.429 ĐỒ ÁN NỀN MÓNG GVHD: Võ Quang Trung - Lực dính: c = 2.71 T/m 3 . - Góc ma sát trong: ϕ = 16.5 0 . 4. Lớp đất số 4: Sét pha nặng nâu dỏ, xám trắng, trạng thái dẻo cứng, dày 25m, có tính chất cơ lý như sau: - Độ ẩm: W = 19 %. - Dung trọng tự nhiên: γ = 2.02 T/m 3 . - Dung trọng đẩy nổi: γ đn = 1.06 T/m 3 . - Tỷ trọng: ∆ = 2.67. - Độ sệt: I L = 0.22 . - - Lực dính: c = 1.0 T/m 3 . - Góc ma sát trong: ϕ = 24 0 . II- ĐỊA CHẤT THỦY VĂN: Tính chất vật lý và cơ học của các lớp đất đã được xác định như đã nêu trên. Tại thời điểm khảo sát, mực nước ngầm ổn định và đươc xác định ở độ sâu -2m so với mặt đất hiện hữu. III- KẾT LUẬN: Kết quả công tác khảo sát địa chất tại khu vực xây dựng công trình cho thấy nền đất tại đây có những đặc điểm cơ lý như sau: Lớp số 1: cát san lấp, dày 1m (đất không tốt). Lớp số 2: Cát mịn đến trung, xám vàng, kết cấ chặt vừa, dày 4m (đất không tốt). Lớp số 3: Sét pha nặng nâu dỏ, xám trắng, trạng thái dẻo cứng, dày 5m (đất không tốt). Lớp số 4: Sét pha nặng nâu dỏ, xám trắng, trạng thái dẻo cứng , dày 25m (lớp đất tương đối tốt). Để xây dựng, người thiết kế cần kết hợp tải trọng của công trình so với số liệu địa chất của từng lớp đất để tính toán kích thước và độ sâu đặt nền móng cho thích hợp và an toàn. - 2 - bÁp lực p (kg/cm 2 ) 0.25 0,5 1 2 4 Hệ số nén a (kg/cm 2 ) 0.099 0.068 0.04 0.02 0.01 ĐỒ ÁN NỀN MÓNG GVHD: Võ Quang Trung Phần 2 THIẾT KẾ MÓNG. Tải trọng truyền xuống móng là khá lớn. Tuy nhiên, địa chất các lớp đất phía trên tương đối yếu nên không thể thiết kế móng đơn, móng băng hay móng bè (mặc dù vẫn có thể thiết kế được nhưng phải gia cố nền đất, gây tốn kém và mất thời gian). Vì vậy, để thuận tiện cho việc thi công, đảm bảo yêu cầu kĩ thuật ta chọn phương án móng cọc (cọc đóng) là hợp lý nhất. I- TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MÓNG: 1. Tải trọng tiêu chuẩn: tc o N = 170 (Tấn). tc o M = 8 (Tấn.m). tc o H = 6 (Tấn). 2. Tải trọng tính toán: Chọn hệ số vượt tải n = 1,15 ta tính được tải trọng tính toán như sau: tt o N = tc o N * n = 170 * 1,15 = 195.5 (Tấn). tt o M = tc o M * n = 8 * 1,15 = 9.2 (Tấn.m). tt o H = tc o H * n = 6 * 1,15 = 6.9 (Tấn). II- THIẾT KẾ ĐÀI CỌC: 1. Kích thước và vật liệu đài: - Tiêt diện: 40 * 40 (cm). - Vật liệu làm đài là bê tông B25 ứng với M350. - Chọn bề rộng của đài là: B đ = 1,5m. - Chiều cao đài là: h đ = 0,7m. 2. Độ sâu đặt đài: Độ sâu đặt đài phải thỏa mãn điều kiện của móng cọc đài thấp: đtb tt o m B H tgh hh * *2 2 45 .*7.0 0 min min γ ϕ × −= ≥ - 3 - ĐỒ ÁN NỀN MÓNG GVHD: Võ Quang Trung Trong đó: tt o H = 3.45 (Tấn): tải trọng ngang tính toán. ϕ =26.4 0 : góc ma sát trong của lớp đất chứa đài cọc. tb γ =1.95: trọng lượng riêng trung bình của lớp đất từ đáy đài cọc trở lên. đ B = 1,5m: chiều rộng đài cọc. 5,1*05.2 9.6*2 2 5.17 45 0 0 min × −= tgh = 1.55 m. 05.2*7.0≥ m h > 1,435m. Chọn m h = 1,5m. III- CHỌN KÍCH THƯỚC, VẬT LIỆU CỌC VÀ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC: 1. Chọn chiều dài cọc: - Chọn cọc có chiều dài c l = 20m (10m+10m) đóng xuống lớp đất có trạng thái nửa cứng (lớp đất số 4). - Cọc có tiết diện vuông: 35 * 35 cm. Vậy diện tích tiết diện cọc là: A p = 0,35 * 0,35 = 0.12 m 2 . - Mực nước ngầm nằm ở độ sâu -2m so với mặt đất hiện hữu nên hầu hết chiều dài cọc nằm trong môi trường có nước (độ ẩm lớn), cọc dễ bị phá hoại do môi trường nước gây ra. Vì vậy ta chọn bê tông cọc có cấp độ bền chịu nén là B25 ứng với M350 để giảm bớt sự phá hoại cọc do môi trường nước gây ra nhằm kéo dài tuổi thọ cọc. Ta có: bê tông B25 R b = 14,5MPa = 145kg/cm 2 = 1450 tấn/m 2 . - Chọn cốt thép dọc chịu lực trong cọc là 4 φ 16, thép nhóm CII. F = 8,04 (cm 2 ). Ta có: thép nhóm CII R s = 280MPa = 2800kg/cm 2 = 28000 tấn/m 2 . - Chọn đoạn cọc ngàm vào đài là h 1 = 100mm, dưới đáy đài là lớp bê tông đá 1 x 2cm và vữa ximăng cát có cấp độ bền B20 ứng với M250 có chiều dày δ = 100mm, cọc được neo vào đài một đoạn h 2 = 400mm (25 φ ) phần thép (do đầu cọc được đập vỡ). - Phần vát nhọn đầu cọc: b c = 1,5d = 1,5 * 0,35 = 0,525m chọn b c = 0,55m. Chiều dài thực của cọc: b l = c l - h 1 - δ - h 2 – b c = 20 - 0,1 - 0,1 - 0,4 - 0,55 = 18,85m. 2. vật liệu làm cọc: )**( sspbvl ARARP += ϕ Với ϕ = 1,028 - 0,0000288 2 λ - 0,0016 λ Mà d l = λ c ll * µ = = 2 * 10 = 20m. - 4 - ĐỒ ÁN NỀN MÓNG GVHD: Võ Quang Trung 67,66 3,0 20 == λ . ϕ = 1,028 - 0,0000288 2 67,66* - 0,0016*66,67= 0,79. Vậy sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc là: vl P =( 0,79 * (1450 * 0,12 + 28000 * 8,04. 4 10 − ))*2 = 310.5(Tấn). tải trọng truyền xuống móng nhỏ hơn sức chịu tải cho phép của cọc. N tt < P vl Trong đó: R b = 1450 T/m 2 : cường độ chịu nén của bê tông cọc. R s = 28000 T/m 2 : cường độ chịu kéo của cốt thép dọc chịu lực. A p = 0,12m 2 : diện tích tiết diện ngang của cọc. A s = 8,04. 4 10 − m 2 : diện tích tiết diện của cốt thép dọc chịu lực. 3. Kiểm tra thép theo điều kiện vận chuyển và cẩu lắp: Trọng lượng riêng trên 1m chiều dài cọc: q = n * A p * tb γ = 1.2 * 0.12 * 2.5 = 0.36 (tấn/m). Với n = 1.2: hệ số vượt tải. tb γ = 2500kg/m 3 = 2.5 tấn/ m 3 : khối lượng trung bình của bê tông. - Chọn lớp bê tông bảo vệ cho cọc là: a c = 5cm. h o = 35 - 5 = 30cm = 0,3m. a) Khi vận chuyển cọc: 0,207L 0,207L L M M M q Hình 1: Sơ đồ vận chuyển cọc. Momen lớn nhất khi vận chuyển cọc: M max1 = 0.0214qL 2 Khi vận chuyển có kể đến hệ số động K đ = + g a 1 = 2 nên giá trị momen tính toán lớn nhất khi vận chuyển cọc là: tt M 1max = M max1 * 2 = 0.0214 * 0.36 * 2 10 * 2 = 1.5408 (Tấn.m). Diện tích cốt thép cần thiết: == oa tt a hR M F ** 1max 1 γ = 30*9.0*8.2 10.5408.1 2 2.03 (cm 2 ). b) Khi cẩu lắp cọc: (dựng cọc). - 5 - ĐỒ ÁN NỀN MÓNG GVHD: Võ Quang Trung M M q L 0,293L Hình 2: Sơ đồ cẩu lắp cọc. Momen lớn nhất khi cẩu lắp cọc: M max2 = 0,043qL 2 . Khi cẩu lắp cọc có kể đến hệ số động K đ = + g a 1 = 2 nên giá trị momen tính toán lớn nhất khi cẩu lắp cọc là: tt M 2max = M max2 * 2 = 0,043 * 0,36 * 2 10 * 2 = 3.096 (Tấn.m). Diện tích cốt thép cần thiết: == oa tt a hR M F ** 2max 2 γ = 30*9,0*8,2 10.096.3 2 4.09 (cm 2 ). = max a F max( 21 , aa FF ) = 4.09 (cm 2 ). F > max a F Thép ban đầu đã chọn thỏa mãn điều kiện vận chuyển và cẩu lắp. * Tính thép cho cọc: So sánh giá trị momen 2 trường hợp, ta thấy: tt M 2max > tt M 1max = 3.096 (Tấn.m). Ta lấy tt M 2max làm M đi tính toán cốt thép dọc chịu lực trong cọc. Ta có: == 2 ** ob m hbR M α = 2 3,0*3,0*1450 096.3 0,079. m αζ 211 −−= 079,0*211 −−= = 0,082. == s ob s R hbR A ζ *** = 28000 082,0*3,0*35,0*1450 4.4 4 10 − (m 2 ) =4.4(cm 2 ). Tra bảng ta chọn 164 φ , có c s A = 8,04cm 2 161 φ = 4 10.01,2 − m 2 . Kiểm tra hàm lượng cốt thép dọc trong cọc: min µ = 0,8%. - 6 - ĐỒ ÁN NỀN MÓNG GVHD: Võ Quang Trung µ = o c s hb A * *100% = 3,0*35,0 10.04,8 4− *100 = 0.765%. max µ = 100* ** s bbR R R γξ = 100* 10.280 10.5,14*9,0*632,0 3 3 = 2,95%. Với: R ξ = 0,632 (tra bảng) b γ = 0,9: hệ số điều kiện làm việc của bê tông ( tra bảng) b R = 14,5MPa = 1450 Tấn/m 2 : cấp độ bền chịu nén của bê tông (tra bảng) s R = 280MPa = 28000 Tấn /m 2 : cường độ chịu kéo của cốt thép (tra bảng) min µ < µ < max µ thỏa điều kiện hàm lượng cốt thép. Vậy ta chọn 4 φ 16 làm cốt thép dọc chịu lực cho cọc. 4. Theo chỉ tiêu trạng thái đất nền: (Meyerhof 1956). - Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc: Q tc = K 1 .A p .N+K 2 .N tb .L c .U Trong đó: U = b * 4: chu vi cọc. U = 0.35 * 4 = 1.4m. N = 30m chiều sâu khảo sát cọc. K 1 = 400 (cọc đóng) và 120 (cọc khoan nhồi). K 2 = 2 cọc đóng N tb = 12m Lc = 20m A p = 0.12m 2 : diện tích tiết diện ngang của cọc. Vậy sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu trạng thái đất nền là: tc Q = 400*30*0.12+2*1.2*12*20 = 2016 (KN)= 201.6 (Tấn) - Sức chịu tải cho phép của cọc: 3 tc a Q Q = 3 6.201 = a Q ≈ 67.2 (Tấn). - 7 - ĐỒ ÁN NỀN MÓNG GVHD: Võ Quang Trung IV- XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG VÀ BỐ TRÍ CỌC: 1. Xác định số lượng cọc: Từ kết quả tính toán sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu trên, ta chọn ra giá trị nhỏ nhất để thiết kế. min= tk Q { vl P ; a Q } = { 310.5; 67.2 } = 67.2 (Tấn). - Chọn sức chịu tải theo chỉ tiêu trạng thái đất nền: Q a = 67.2 (Tấn). - Số lượng cọc: a tt Q N kn = Với: k = 1 - 1,5: hệ số xét đến ảnh hưởng của momen tác động lên móng cọc, chọn k = 1,2. Q a = 67.2tấn: sức chịu tải cho phép của một cọc. tt N : tải trọng thẳng đứng, là tổng trọng lượng tính toán sơ bộ của đài; đất trên nền đài với tt o N (lực dọc tính toán). - Áp lực tính toán do phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài: 2 )3( d Q p a tt = = 2 )35,0*3( 67.2 = 60.95 (Tấn). Với: 3d là khoảng cách giữa các tim cọc. - Diện tích sơ bộ của đáy đài: nhp N F mtb tt tt o sb ** γ − = Với: tb γ = 20 - 22KN/m 3 : trị trung bình của trọng lượng riêng đài cọc và đất trên các bậc đài, chọn tb γ = 20KN/m 3 = 2,0 Tấn/m 3 . m h = 1,5m: độ sâu đặt đáy đài. n = 1,1: hệ số vượt tải. 1,1*5,1*0,295.60 5.195 − = sb F = 3.39(m 2 ). - Trọng lượng tính toán sơ bộ của đài và đất trên nền đài: tbmsb tt sb hFnN γ ***= = 1,1 * 3.9 * 1.5 * 2.2 = 14.15 (Tấn). - Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: tt N = tt sb N + tt o N = 14.15+170 ≈ 184.15 (Tấn). Vậy số lượng cọc là: 2.67 15.184 *2,1=n = 2.74 Ta chọn số cọc là: n = 4 2. Bố trí cọc trong đài: - 8 - ĐỒ ÁN NỀN MÓNG GVHD: Võ Quang Trung Khoảng cách của tim cọc hàng ngoài cùng đến mép đài ≥ 0,7d tức là ≥ 210 mm. Chọn 214(mm). Khoảng cách giữa các tim cọc ≥ 3d tức là ≥ 900 (mm). Bố trí cọc trên mặt bằng như hình vẽ: 0 y x 1 2 3 4 5 364 636 364 636 364636 364636 Hình 4: Bố trí cọc trong đài. Vậy diện tích thực tế của đáy đài là: tt F = 1.52 * 1.52 = 2.3(m 2 ). - Trọng lượng tính toán của đài và đất trên nền đài: tbmtt tt tt hFnN γ ***= = 1,1 * 2.3 * 1,5 * 2,0 = 7.6 (Tấn). - Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: tt N = tt tt N + tt o N = 7.6 + 195.5 = 203.1 (Tấn). VI- KIỂM TRA MÓNG CỌC: - Moment tính toán xác định tương ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đế đài (tổng moment dưới đáy đài): đ tt o tt o tt hHMM *+= = 8 + (6,9 * 0,7) = 12.83 (Tấn.m). - Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài (tổng tải thẳng đứng dưới đáy đài): tt N = tt N + tt o N = 7.6+ 195,5 ≈ 203.1 (Tấn). 1. Kiểm tra theo khả năng chịu lực dọc: - Lực truyền xuống các cọc dãy biên: ∑ = += n i i tt y tt tt x xM n N P 1 2 max max * = 2 45,0*3.2 45,0*83.12 4 1.203 + ≈ 63.17 (Tấn). ∑ = −= n i i tt y tt tt x xM n N P 1 2 max min * = 2 45,0*3.2 45,0*83.12 4 1.203 − = 38.38 (Tấn). Trọng lượng tính toán của cọc: - 9 - ĐỒ ÁN NỀN MÓNG GVHD: Võ Quang Trung nlAP btbpc *** γ = Với: p A = 0,09 (m 2 ): diện tích tiết diên cọc. b l = 18,9m: chiều dài thực của cọc. bt γ = 2,5 (Tấn/m 3 ): trọng lượng riêng của bê tông. n = 1,1: hệ số vượt tải. Vậy: c P = 0,12* 18,9 * 2,5 * 1,1 ≈ 4.2 (Tấn). tt P = tt P max + c P = 63.17 + 3;2 ≈ 66.37 (Tấn). Q a = 67.2 (Tấn). tt P < Q a thỏa mãn điều kiện lực max truyền xuống cọc biên. tt P min > 0 cọc chịu nén, không phải kiểm tra theo điều kiện chống nhổ. 2. Kiểm tra sức chịu tải của đất nền dưới đáy khối móng quy ước: (TTGH thứ 2). Điều kiện kiểm tra: ≥ ≤ < 0 2,1 min max tc tctc tctc tb P RP RP Với: tc tb P , tc P max , tc P min : ứng suất trung bình; cực đại; cực tiểu tiêu chuẩn tại đáy khối móng quy ước. tc R : sức chịu tải tiêu chuẩn của đất nền tại đáy khối móng quy ước. Góc nội ma sát trung bình của các lớp đất theo chiều dài cọc: n nn n i i n i ii tb hhh hhh h h +++ +++ == ∑ ∑ = = * ** * 21 2211 1 1 ϕϕϕ ϕ ϕ 4.1254,1 4.12*245*5.164.1*5.17 000 ++ ++ = tb ϕ ≈ 21 o .31’. Góc truyền lực: 4 tb ϕ α = = 4 31'21 0 = 5 0 22’. a) Kích thước khối móng quy ước: - Chiều rộng và chiều dài khối móng quy ước: α tgHBLB MM *2+== = 1.52 + 2* 18,9 * tg 5 0 22’0’’ = 5.05 (m). - Diện tích khối móng quy ước: MMM LBF *= = 5.05 * 5.05 ≈ 25.5 (m 2 ). - Chiều cao khối móng quy ước:s δ ++= mbM hlH = 18,9 + 1,5 + 0,1 = 20,5 (m). b) Kiểm tra ổn định của đất nền dưới đáy khối móng quy ước: - 10 - . 0.01 ĐỒ ÁN NỀN MÓNG GVHD: Võ Quang Trung Phần 2 THIẾT KẾ MÓNG. Tải trọng truyền xuống móng là khá lớn. Tuy nhiên, địa chất các lớp đất phía trên tương đối yếu nên không thể thiết kế móng đơn, móng. ĐỒ ÁN NỀN MÓNG GVHD: Võ Quang Trung Phần 1 BÁO CÁO ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH. I- CẤU TẠO ĐỊA CHẤT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA CÁC LỚP ĐẤT: Từ mặt đất hiện hữu đến độ sâu khảo sát là 40m nền đất. 25.5 (m 2 ). - Chiều cao khối móng quy ước:s δ ++= mbM hlH = 18,9 + 1,5 + 0,1 = 20,5 (m). b) Kiểm tra ổn định của đất nền dưới đáy khối móng quy ước: - 10 - ĐỒ ÁN NỀN MÓNG GVHD: Võ Quang Trung