Đang tải... (xem toàn văn)
thiết kế móng cọc
THUYẾT MINH THIẾT KẾ MÓNG CỌC I. TỔ HP TẢI TRỌNG Ta tính các thành phần nội lực tại mặt đất tự nhiên do các tải trọng gây ra Các lực tác dụng - Tónh tải tác dụng lên đỉnh cột : P a = 285 (KN) - Hoạt tải gió tại đỉnh cột : P g = 32,8 (KN) - Lực hãm cầu trục ngang : T c1 = 2,5 (KN) - Lực hãm cầu trục dọc : P c2 = 2,0 (KN) - Tải trọng cầu trục : P c = 311 (KN) - Tải trọng bản thân cột G = 25.0,5.0,3.9.1,1 = 37,13 (KN) Tổ hợp tt N 0 (KN) tt x Q 0 (KN) tt y Q 0 (KN) tt x M 0 (KNm) tt y M 0 (KNm) P a +P c +G +P g + T c2 633,1 3 32,8 0 2,0 13,8 450,700 P a +P c +G+ T c1 + T c2 633,1 3 2,50 2,0 13,8 172,750 P a +P c +G +0,9(T c1 +P g )+T c2 633,1 3 31,7 7 2,0 13,8 436,705 Tổ hợp nguy hiểm nhất : P a +P c +G +P g + T c2 tt N 0 = 633,13 (KN) tt x Q 0 = 32,80 (KN) ; tt y Q 0 = 2,0 (KN) tt x M 0 = 13,8(KNm); tt y M 0 = 450,700(KNm) II. XỬ LÍ SỐ LIỆU. Số liệu đòa chất : STT Số hiệu Độdà y (m) W(%) W nh (%) W d (%) W γ (KN/m 3 ) ∆ ϕ C (KN/m 3 ) q c (KN/m 3 ) N 60 1 46 4 41,6 44,5 23,7 17,8 2,69 5 o 55’ 13 210 2 2 66 5 28,5 35,4 22,9 18,6 2,70 13 o 25’ 19 1800 8 3 3 4 19,2 - - - 2,64 - - 4600 12 4 21 ∞ 15 - - - 2,63 - - 1900 37 a. Lớp 1 - Chỉ số dẻo : A = W nh - W d = 45,5% - 23,7% = 21,8% > 17%, đất này là đất sét. - Độ đặc : B = 821,0 8,21 7,236,41 = − = − A WW d 0,75 < B < 1 , đất ở trạng thái dẻo sệt. - Hệ số rỗng : ( ) ( ) 14,11 8,17 416,01.10.69,2 1 1 0 =− + =− +∆ = w n W e γ γ b. Lớp 2 - Chỉ số dẻo : A = W nh - W d = 35,4% - 22,9% = 12,5%; 7%<A< 17%, đất này là đất sét pha. - Độ đặc : B = 448,0 5,12 9,225,28 = − = − A WW d 0,25 < B < 0,5 , đất ở trạng thái dẻo. - Hệ số rỗng : 1 Hm Hd 500 300 Pc 0.0m +9,0m +6,9m G Pg Pa Tc2 Tc1 y x ( ) ( ) 865,01 5,12 285,01.10.7,2 1 1 0 =− + =− +∆ = w n W e γ γ c. Lớp 3 Thành phần hạt : d (mm) > 2 2 - 1 1 - 0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 0,1-0,05 0,05-0,01 0,01-0,002 <0,002 0 0,5 2 20 28,5 16 14,5 13 5,5 - % hạt đường kính ≥ 0,1mm = 0,5 + 2 + 20 + 28,5 = 80% < 70%, đất là cát bụi - Xuyên tiêu chuẩn N = 12 thuộc khoảng (10 , 29) , nên ở trạng thái chặt vừa. Lớp đất 1 là đất cát chặt vừa. - N ∈ [ ] 1029 ÷ ứng với e ∈ [ ] 7,055,0 ÷ , với N = 12 thì e 0 = 833,0)1029( 1029 55,07,0 7,0 =− − − + - Dung trọng tự nhiên : ( ) 2,17)192,01( 833,01 10.64,2 1 1 0 =+ + =+ + ∆ = w e n w γ γ (KN/m 3 ) -Môđun biên dạng : E o = 9200.4600.2 == co q α (KN/m 2 ) Với cát bụi chặt vừa, chọn 25,1 0 ÷= α , ta chọn 2 0 = α -góc ma sát : Trò số SPT N =12 ⇒ ϕ = 35,5 o d. Lớp 4 Thành phần hạt : d (mm) > 10 10 - 5 5 - 2 2 -1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 0,1-0,05 0,05 -0,01 % 1 7,5 21 37,5 19 10 3 2 0 - % hạt đường kính ≥ 2mm = 1 +7,5+ 21=29,5 % >25%, đất là sỏi sạn - Xuyên tiêu chuẩn N = 12 thuộc khoảng (30 , 50) , nên ở trạng thái chặt Lớp đất 1 là sỏi sạn trạng thái chặt - N ∈ [ ] 3050 ÷ ứng với e ∈ [ ] 55,0,0 ÷ , với N = 37 thì e 0 = 53075,0)3037( 20 55,0 55,0 =−− - Dung trọng tự nhiên : ( ) 76,19)15,01( 53075,01 10.64,2 1 1 0 =+ + =+ + ∆ = w e n w γ γ (KN/m 3 ) -Góc ma sát : Trò số SPT N =37 ⇒ ϕ = 41,75 o 2 Mặt cắt đòa chất III. PHƯƠNG ÁN MÓNG Lớp đất 1 là đất sét dẻo sệt ϕ , c, qc , N đều rất nhỏ, lớp đất 2 thì tố hơn nhưng vẫn còn yếu, lớp đất 3 là cát bụi chặt vừa, là lớp đất tốt, còn lớp 4 là sỏi sạn – chặt, là lớp đất rất tốt. Do đó ta có thể chọn 2 phương án móng : - Phương án 1 : Đài cọc đặt trong lớp 1, cọc xuyên qua lớp 1,2 và đặt chân cọc trong lớp 3 - Phương án 2 : Giống phương án 1 nhưng tăng thêm chiều dài cọc để xuyên qua hết lớp đất 3 để mũi cọc đến lớp đất tốt là lớp sỏi sạn. IV. THIẾT KẾ Thiết kế theo Phương án 1 1. Chiều sâu đài cọc hm > 0,7 dp BK Q γ Q = Q x = 32,8 KN K p = tg 2 )45 2 ( 0 + ϕ = tg 2 )45 2 '555 ( 0 0 + = 1,23 γ = γ w1 =17,8 KN/m 3 Giả thiết chiều rộng đài cọc b đ = 1,5m hm > 0,7 5,1.23,1.8,17 8,32 = 0,7 m Chọn hm = 1,1m, lớp bê tông dưới đế móng dày 0,1m 3 5000 4000 1 4000 2 3 4 Đất sét dẻo sệt; 0 e = 1,14 w γ = 17,8 KN/m 3 , W = 41,6% c = 13 KN/m 2 ; ϕ = 5 o 55’ Đất sét pha, trạng thái dẻo w γ = 18,6 KN/m 3 , w = 28,5 % 0 e = 0,865 ϕ = 13 o 25’ c = 19 KN/m 2 Cát bụi – chặt vừa w γ = 17,2 KN/m 3 , w = 19,2% 0 e = 0,833; ϕ = 35,5 o Đất sỏi sạn – chặt; w γ =22,3KN/m 3 ; W = 15%; 0 e = 0,8105; ϕ = 41,75 o 2. Chọn cọc. Chọn cọc dài 10m tiết diện 300 x300, thép 4 φ 14 A I , BT#250, được hạ bằng búa Diensel không khoan dẫn. Sau khi đóng cọc đập bể đầu cọc để chìa ra 0,4m thép leo vào đài cọc, vì cọc chòu mômen lớn nên chôn cọc vào đài cọc 0,1m. Trên thân cọc có 2 móc thép để móng thép trong quá trình vận chuyển dũng như thi công, 2 móc này đặt ở 2 đầu các 1 đầu cọc 1 đọan ¼ chiều dài cọc 3. Xách đònh sức chòu tải của cọc. a) Theo vật liệu làm cọc - Chòu nén P v = ϕ (R n F b + R a F a ) = 1(11000.0,09 + 2,3.10 5 . 6,15. 10 -4 ) = 1131,45(KN) Trong đó : Cọc không xuyên qua lớp bùn ϕ = 1 BT#250 : R n = 11000KN/m 2 Cọc 300x300 : F b =0,09m 2 Thép A I : R a = 2,3.10 5 KN/m 2 4 φ 14 : F a = 6,15. 10 -4 m 2 - Khả năng chòu uốn của cọc: a = 4 m ⇒ h 0 = 0,3 – 0,04 = 0,26 m α = 0 bhR FR n aa = 0,2611000.0,3. 10 6,15 10.3,2 -45 = 0,165 < 0.58 A = α (1 – 0,5 α ) = 0,165(1 – 0,5. 0,165) = 0,151 γ = 0,5(1 + A21 − = 0,5(1 + 151,0.21 − ) = 0,9176 [ M ] = γ R a F a h 0 = 0,9176. 2,3.10 5 . 6,15. 10 -4 .0,26 = 33,74 (KNm) - Kiểm tra chòu uốn khi cẩu lắp q = γ F. k d = 25.0,09. 2 = 4,5 (KN/m) M A = M B = 2 6,1. 2 q = 2 6,1.5,4 2 = 5,76(KNm) M C = 8 5. 2 q - M A = 8 3,3.5,4 2 - 5,76 = 0,37 (KNm) - Khi dựng để đưa cọc vào vò trí móng: M B = 2 5,2. 2 q = 2 6,1.5,4 2 = 5,76 < [ M] M C = 8 9,4. 2 q - 2 1 M B = 8 9,4.5,4 2 - 2 1 .5,76 = 10,63 < [ M] - Chòu kéo nếu cọc chòu nhổ P k = R a F a = 230000.6,15.10 -4 = 141,45 (KN) b) Trọng nén của cọc masát, theo kết quả thí nghiệm đất trong phòng 4 Q q A B C 1600 1600 2500 3300 A B C C B 1 6 0 0 1 6 0 0 3 3 0 0 13300 12000 10000 600 2000 2000 8000 6250 4750 3300 1900 2000 1500 1500 1400 1400 1200 4 3 2 4000 1 40005000 P đ = m(m R RF + u ∑ = 6 1i ifi lfm ) Cọc vuông : m = 1 Đóng bằng búa Diensel: m R , m fi = 1 độ sâu z = 13,3m trong đất sỏi sạn chặt thì sức kháng mũi cọc R = 9708 (KPa) F = 0,3.0,3 = 0,09 (m 2 ) u = 0,3.4 (m) Lớp I L Z i (m) m fi H i (m) 1 0,821 1,90 4,24 1,4 2 0,821 3,30 5,39 1,4 3 0,448 4,75 26,90 1,5 4 0,448 6,25 28,31 1,5 5 0,448 8,00 29,84 2,0 6 Cát bụi 10,00 34,00 2,0 7 Cát bụi 12,00 35,6 2,0 8 Sỏi sạn 13,3 69,62 0,6 P đ = 9708.0,09 + 1,2(4,24.1,4 + 5,39.1,4 + 26,9.1,5 + 28,31.1,5 + 29,84.2 + 34.2 + 35,5.2 + 69,62.0,6) = 1278 (KN) c) Sức chòu tải của cọc theo tiêu chuẩn SPT P = mNF + n N F s Cọc đóng: m = 400, n = 2 Chân cọc ở lớp 4 có N = 37 Trò số SPT trung bình: N = 3 371282 +++ = 14,75 F = 0,3.0,3 = 0,09 m 2 F s : diện tích xung quanh cọc, F s = (2,8 + 5 + 4 + 0,6).0,3.4 = 14,88(m 2 ) P = 400.37.0,09 + 2.14,75.14,88 = 1770,96 (KN) Sức chòu tải cho phép : 5 P’ = 4 P = 4 96,1770 = 442,74 (KN) d) Sức chòu tải của cọc theo kết quả của thí nghiệm xuyên tónh - Lớp sét dẻo sệt: α = 30; q s = α c q = 30 210 = 7 (KPa) - Lớp sét pha dẻo : α = 30; q s = α c q = 30 1800 = 60 (KPa) - Lớp cát bụi chặt vừa: α = 150; q s = α c q = 80 4600 = 57,5 (KPa) - Lớp sỏi sạn – chặt : α = 60; q s = α c q = 60 1900 = 31,67 (KPa) k = 0,4 ; q p = kq c = 0,4.1900 = 760 (KPa) - F = 0,3.0,3 = 0,09 m 2 ; u = 0,3.4 = 1,2 Sức cản a5i của cọc : P X ’ = q p F + u ∑ isi hq = 760. 0,09 + 1,2(7.2,8 + 60.5 + 57,5.4 + 0,6.31,67) = 750,72 (KPa) Tải trọng cho phép tác dụng xuống cọc : P X = 3 mui P + 2 xq P = 3 0,09 760. + 2 0,6.31,67) 57,5.4 60.5 1,2(7.2,8 +++ = 363,96(KPa) ( Theo 20TCN112 - 84 và 20 TCN174 -89 ) Kết luận : sức chòu tải của cọc là giá trò nhỏ nhất trong các giá trò trên [ P ] = P X = 363 (KPa) 4. Xác đònh số lượng cọc và bố trí cọc. p lực tính toán do phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài : P tt = 2 )3( d P = 2 )3,0.3( 363 = 448,15 (KPa) Diện tích sơ bộ của đáy đế đài : F đ = hnP N tbtt tt γ − 0 = 1,1.1,1.22 448,15 13,633 − = 1,50 (m 2 ) Trọng lượng của đài và đất trên đài : tt d N = nF đ h tb γ = 1,1.1,50.1,1. 22 = 39,93 (KN) Lực tính toán tác dụng đến cốt đáy đài : N tt = tt N 0 + tt d N = 633,13 + 39,93 = 673,06 (KN) Số lượng cọc sơ bộ : n c = [ ] P N tt = 363 673,06 = 1,85 Tải trọng lệch tâm lớn chọn số cọc là n c' = 4, khoảng cách giữa các tim cọc theo phương cạnh dài là 1,2m và theo phương cạnh ngắn là 0,9 Bố trí như hình vẽ : 6 3 2 1 250 1200 250 250 900 250 300 500 4 Trọng lượng tính toán của đài và đất trên đài : tt d N = nF đ h tb γ = 1,1.1,7.1,4.1,1. 22 = 63,36 (KN) Lực dọc tính toán xách đònh đến cốt đáy đài : N tt = tt N 0 + tt d N = 633,13 + 63,36 = 696,49 (KN) Mômen tính toán xác đònh đến trọng tâm tiết diện các cọc tại đáy đài: tt x M = tt x M 0 + tt oy Q h = 13,8 + 2.1,1 = 16 (KNm) tt y M = tt y M 0 + tt ox Q h = 450,7 + 32,8.1,1 = 486,78 (KNm) Lực truyền xuống các cọc : P 1 = ' c tt n N + ∑ 2 max i tt x y yM + ∑ 2 max i tt y x xM = 4 49,696 + 2 45,0.4 45,0.16 + 2 2,1.4 2,1.78,486 = 284,42(KN) P 2 = ' c tt n N - ∑ 2 max i tt x y yM + ∑ 2 max i tt y x xM = 6 21,741 - 2 45,0.6 45,0.16 + 2 2,1.4 2,1.78,486 = 266,65(KN) P 3 = ' c tt n N + ∑ 2 max i tt x y yM - ∑ i tt y x xM max = 6 91,721 + 2 45,0.6 45,0.16 - 2 2,1.4 2,1.78,486 = 81,60(KN) P 4 = ' c tt n N - ∑ 2 max i tt x y yM - ∑ 2 max i tt y x xM = 6 21,741 - 2 45,0.6 45,0.16 - 2 2,1.4 2,1.78,486 = 63,82(KN) Trọng lượng bản thân của cọc (kể từ đáy đài đến mũi cọc) G c = nFl γ = 1,1.0,09.12,4.25 = 30,69 (KN) Ta có : P max = P 1 = 284,42 (KN) P max + G c = 284,42 + 30,49 = 315,11 < [ P ] = 363 (KN) P min = P 4 = 63,82 (KN) > 0 . Không cần kiểm tra theo điều kiện chống nhổ 5. Tính toán độ bền của móng 7 Thép trong đài theo phương cạnh dài : F Ia = a R 0 I 0,9h M = 4 8.1020,9.0,6. 192,87 = 0,0012756 (m 2 ) = 12,756 (cm 2 ) Chọn 9 φ 14a170, F a = 13,580 cm 2 Thép trong đài theo phương cạnh ngắn : F Ia = a R 0 II 0,9h M = 4 8.1020,9.0,6. 109,81 =7,263.10 -4 ( m 2 ) = 7,263(cm 2 ) Chọn 7 φ 12a270, F a =7,910 cm 2 . 6. Kiểm tra nền móng theo điều kiện biến dạng. Tải tiêu chuẩn tác dụng lên móng tại cốt nền tự nhiên : tc N 0 = n N tt 0 = 1,1 13,633 = 575,57(KN) tc x M 0 = n M tt x0 = 1,1 8,13 = 12,55(KNm) tc y M 0 = n M tt y0 = 1,1 7,450 = 409,73(KNm) 8 100 r2=300 2501200 I I II II 24 13 100 hm = 700 400 ho = 600 500 300 250900250 250 r1=350 Chọn chiều cao đài móng : h m = 700mm ⇒ h 0 = 700 – 100 = 600(mm) Vẽ mặt đâm thủng, mặt này hình thành từ chân cột, xiên góc 45 0 , ta thấy mặt này phủ ra ngoài phạm 2 trục của cọc 1,2. Do đó móng dã đảm bảo diều kiện dâm thủng mà không cần kiểm tra. Chiều dày lớp đất phủ lên móng là :1100 - 700 = 400 (mm) Mô men tương ứng với mặt ngàm I – I : M I = r 1 ( P 1 + P 2 ) = 0,35(284,42 + 266,65 ) = 192,87 (KNm) Mô men tương ứng với mặt ngàm II – II : M II = r 2 ( P 1 + P 3 ) = 0,3(284,42 + 81,60) = 109,81 (KNm) tc x Q 0 = n Q tt x0 = 1,1 8,32 = 29,82(KN) tc y Q 0 = n Q tt y0 = 1,1 2 = 1,82 (KN) p lực tiêu chuẩn ở đáy khối qui ước : P max,min = 22 6 6 M tc y MM tc x MM tc BL M LB M LB N ±± = P max = 388,35 (KPa) Móng cọc ma sát cùng với đất xung quanh tạo lên khối móng qui ước: tb ϕ = 321 332211 hhh hhh ++ ++ ϕϕϕ = 6,0458,2 6,0.75,414.5,35 25'.5138,2.555 o' +++ +++ ooo = 15,89 o α = 4 bt ϕ = 3,97 o Chiều dài móng quy ước : L M = 1,2 + 0,3 + 2( 2,8 + 5 + 4 + 0,6 ) tg3,97 0 = 3,22 (m) Chiều rộng móng qui ước : B M = 0,9 + 0,3 + 2 ( 2,8 + 5 + 4 + 0,6 ) tg3,97 0 = 2,92 (m) Chiều cao của khối móng qui ước : H M = 4 + 5 + 4 + 0,6 = 13,6 (m) Trọng lượng của khối móng qui ước bao gồm - Trọng lượng đế đài và đất trên đế đài : tc N 1 = L M B M h tb γ = 3,22.2,92.1,2.22 = 248,22 (KN) - Trọng lượng đất sét dẻo sệt trong khỏang 2,8m từ đáy đế đài đến đáy lớp sét dẻo sệt là: 9 5000 4000 1 4000 2 3 4 1200280050004000600 0 1 2 3 3 2 1 w γ = 22,3KN/m 3 c = 0; ϕ = 41,75 o w γ = 17,2 KN/m 3 c = 0 (KN/m 2 ) ϕ = 35,5 o ; w γ = 18,6 KN/m 3 ϕ = 13 o 25’ w γ = 17,8 KN/m 3 ϕ = 5 o 55’ tc N 2 = ( 3,22.2,92– 4.0,3.0,3).2,8.17,8 = 450,67 (KN) - Trọng lượng của đất sét dẻo dày 5m : tc N 3 ( 3,22.2,92– 4.0,3.0,3).5.18,6 = 840,94 (KN) - Trọng lượng của đất cát bụi dày 4m : tc N 4 = ( 3,22.2,92– 4.0,3.0,3).4.17,2 = 622,12 (KN) - Trọng lượng của đất sỏi sạn dày 0,6m : tc N 4 = ( 3,22.2,92– 4.0,3.0,3).0,6.22,3 = 120,99 (KN) - Trọng lượng của các cọc dài (2,8 + 5 + 4 + 0,6 )m trong phạm vi các lớp đất : tc N 5 = 0,3.0,3. (2,8 + 5 + 4 + 0,6).25 = 27,90 (KN) Trọng lượng của móng qui ước : tc qu N = tc N 1 + tc N 2 + tc N 3 + tc N 4 + tc N 5 = 248,22 + 450,67 + 840,94 + 622,12 + 120,99 + 27,90 = 2310,84 (KN) Trò tiêu chuẩn xác đònh đến đáy khối qui ước : tc N = tc N 0 + tc qu N = 575,57 + 2310,84 = 2886,41 (KN) tc x M = tc x M 0 + tc y Q H M = 12,55+ 1,82.13,6 = 37,30 (KNm) tc y M = tc y M 0 + tc x Q H M = 409,73+ 29,82.13,6 = 815,28 (KNm) p lực tiêu chuẩn ở đáy khối qui ước : P max,min = 22 6 6 M tc y MM tc x MM tc BL M LB M LB N ±± = 22 22,3.92,2 28,815.6 22,3.92,2 30,37.6 22,3.92,2 41,2886 ±± P max = 476,46 (KPa) P min = 137,51 (KPa) P tb = 306,98 (KPa) Cường độ chòu tải tiêu chuẩn của đất nền dưới đáy móng qui ước : R tc = ) ( ' 21 IIIIMIIM tc DcHBBA K mm ++ γγ = 1 1.2,1 (2,82.2,92.22,3 + 12,28.246,38 + 0 ) = 3667,30 (KPa) Với : K tc = 1 vì các chỉ tiêu cơ lí của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất. m 1 = 1,2 ; m 2 = 1 vì đất là đất cát bụi khô và ít ẩm, công trình là nhà công nghiệp thấp tầng nhưng chiều dài lớn ( giả sử L/H > 4) ϕ = 41,75 o ⇒ A = 2,82 ; B = 12,28 ; D = 12,64 II γ = 22,3 (KN/m 3 ) H M ' II γ = 17,8.4 + 18,6.5 + 17,2.4 +22,3.0,6 = 246,38 (KN/m 2 ) Thỏa mãn điều kiện : P max < 1,2R tc P min > 0 P tb < R tc p lực bản thân tại đáy khối qui ước : bt z σ = 17,8.4 + 18,6.5 + 17,2.4 +22,3.0,6 = 246,38 (KN/m 2 ) ng suất gây lún : gl z σ = P tb - bt z σ = 306,98 – 246,38 = 60,6 (KN/m 2 ) Ứùng suất trong nền do tải bản thân và tải trọng ngoài gây ra : Điểm Độ sâu(m) 2z/b Ko gl z σ (KPa) bt z σ (KPa) 10 [...]... 255.3 264.22 273.14 Bảng tính lún : Phân lớp 1 2 3 Chiều dày (m) 0.4 0.4 0.4 σ zgl (KPa) 60.26676 58.12934 53.13558 E(KPa) 3800 3800 3800 S= Si (m) 0.005075 0.004895 0.004475 0.014445 Độ lún cuối cùng của móng S = 1,44cm < 8cm 11 . chiều dài cọc để xuyên qua hết lớp đất 3 để mũi cọc đến lớp đất tốt là lớp sỏi sạn. IV. THIẾT KẾ Thiết kế theo Phương án 1 1. Chiều sâu đài cọc hm >. chìa ra 0,4m thép leo vào đài cọc, vì cọc chòu mômen lớn nên chôn cọc vào đài cọc 0,1m. Trên thân cọc có 2 móc thép để móng thép trong quá trình vận