Đang tải... (xem toàn văn)
Bài đồ án mẫu hướng dẫn quy trình thiết kế tính toán và bố trí móng cọc ép ly tâm dự ứng lực và cọc khoang nhồi cho công trình nhà cao tầng thuộc phạm vi đồ án tốt nghiệp ngành kỹ thuật xây dựng, phạm vi bài chỉ thiết kế các móng trên một khung trục nhất định không thiết kế toàn bộ công trình, sau khi thiết kế 2 phương án móng tiến hành so sánh và lựa ra phương án tối ưu hơn
CHƯƠNG THIẾT KẾ KẾT CẤU MÓNG Thiết kế bên nhà cao tầng bao gồm tính tốn liên quan đến móng cơng trình Việc thiết kế móng phải đảm bảo tiêu chí sau: + Áp lực vùng không vượt khả chịu lực đất (điều kiện cường độ đất nền) + Ứng suất kết cấu không vượt khả chịu lực suốt trình tồn kết cấu (điều kiện cường độ kết cấu) + Chuyển vị biến dạng kết cấu (độ lún móng, độ lún lệch móng) khống chế khơng vượt q giá trị cho phép + Ảnh hưởng việc xây dựng công trình đến cơng trình lân cận khống chế + Đảm bảo tính hợp lý tiêu kỹ thuật, khả thi công thời gian thi cơng 1.1 ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH, NỢI LỰC TÍNH TOÁN VÀ VẬT LIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG THIẾT KẾ MÓNG 1.1.1 Vị trí địa chất khu vực - Mã số hồ sơ địa chất: 067 - Báo cáo khảo sát địa chất lấy từ cơng trình: Trụ sở ngân hàng – MP Bank - Địa điểm: đường Pasteur, phường Nguyễn Thái Bình, quận 1, TP HCM - Cấu trúc địa chất: Địa tầng khu vực khảo sát có cấu trúc tương đối phức tạp, bao gồm nhiều lớp có khả chịu tải khác 1.1.2 Phân loại mô tả lớp đất - Lớp đất san lấp: từ mặt đất hữu đến độ sâu 1.0 m /.2 m - Lớp đất 1: bùn sét lẫn hữu (OH), trạng thái dẻo chảy + Nằm bên lớp đất san lấp đến độ sâu 5.1 m /5.2 m (đáy lớp) Bề dày thay đổi từ 4.0 m/4.1 m + Thành phần lớp đất sét, bụi lẫn cát mịn Đất có trạng thái dẻo chảy, màu xám xanh + Đây lớp đất có tính lý thấp, khả chịu tải thấp, tính nén lún cxao - Lớp đất 2: cát mịn lẫn nhiều sét (SC), mật độ chặt + Từ độ sâu 5.1 m/5.2 m đến 13.0 m/13.5 m Bề dày lớp thay đổi từ 7.9 m/8.3 m + Thành phần lớp đất cát mịn lẫn nhiều sét, bụi Đất màu nâu vàng, xám trắng + Đây lớp đất có tính lý trung bình, khả chịu tải tính nén lún trung bình - Lớp đất 3: cát mịn lẫn sét, bụi ( SC – SM), mật độ chặt vừa Đất màu hồng, xám vàng + Từ độ sâu 13.0 m/3 m đến 39.4 m/40.5 m Bề dày lớp đất thay đổi từ 26.4 m/27.0 m + Đây lớp đất có tính lý trung bình, độ chặt tự nhiên trung bình, khả chịu tải tính nén lún trung bình - Lớp đất 4: sét dẻo/sét dẻo (CL/CH), trạng thái cứng + Từ độ sâu 39.4 m/40.5 m đến 50 m (độ sâu kết thúc hố khoan) Bề dày lớp lớn 9.5 m + Thành phần lớp đất cát sét, bụi lẫn cát mịn Lớp đất có trạng thái cứng, màu nâu đỏ, nâu vàng + Đây lớp đất có tính lý tốt, độ chặt tự nhiên cao, khả chịu tải cao không gây biến dạng lún - Tại trường, độ sâu mực nước ngầm bắt gặp độ sâu khoảng 1.3 m – 1.4m Hình 9.1 Trụ địa chất cơng trình 1.1.3 Tởng hợp sớ liệu địa chất Bảng 9.1 Bảng tổng hợp số liệu từ hồ sơ khảo sát địa chất STT Thông số Bề dày lớp đất Thành phần hạt Kí hiệu H Đơn vị m Lớp Lớp Lớp Lớp 5.2 8.3 27 9.5 Sạn sỏi % Cát % 12 68 82 11 Bụi % 55 13 27 Sét % 33 19 62 Độ ẩm % 61.34 24.89 17.83 19.96 Dung trọng tự nhiên g/cm3 1.5 1.85 1.90 2.06 Dung trọng khô d g/cm3 0.97 1.48 1.62 1.72 Tỷ trọng hạt Gs 2.61 2.68 2.66 2.71 10 Hệ số rỗng 1.686 0.807 0.650 0.577 11 Độ rỗng e n % 63 45 39 36 12 Độ bão hòa Sr % 95 82 73 93 13 Giới hạn chảy LL % 66.1 29.4 21.8 47.0 14 Giới hạn dẻo PL % 37.6 17.3 15.5 22.9 Tính chất vật lí 15 Chỉ số dẻo PI 16 Chỉ số chảy LI 17 Góc ma sát Lực dính 18 19 20 Thí nghiệm cắt trực tiếp Thí nghiệm nén nhanh % 28.5 12.0 6.3 24.1 0.83 0.63 0.37 -0.13 (o) 4o29’ 15o51’ 24o06’ 19o41’ C kg/cm2 0.108 0.157 0.087 0.497 Chỉ số nén lún a1.0 2.0 cm2/kg 0.137 0.032 0.022 0.016 Mô đun biến dạng E1.0 2.0 kg/cm2 22.7 121.4 194.9 237.3 21 Áp lực tính tốn qui ước R0 kg/cm2 0.6 1.5 2.5 5.5 22 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn N SPT Búa 0-1 4-9 11-30 37-37 1.2 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP MÓNG Quy mơ cơng trình với tầng hầm 15 tầng nổi, nhịp 5.5 m/7 m/7m/7 m/5.5 m nên xét đến giải pháp móng sau: + Móng nơng: lớp đất số mặt đáy tầng hầm đất có sức chịu tải trung bình nên chọn phương án móng đơn móng băng đất tự nhiên cho cơng trình có tải trọng lớn khơng khả thi Chỉ sử dụng phương án móng bè, nhiên để khảo sát tính khả thi, sinh viên cần phải kiểm tra cường độ đất + Móng sâu: sử dụng phương án móng cọc ép cọc khoan nhồi 1.2.1 Phương án móng nơng – móng bè Móng bè vừa kết cấu móng, vừa kết cấu sàn tầng hầm Sơ móng bè có kích thước: chiều dày h = 1.5 m, chiều sâu đáy móng -2.3 m, kích thước móng 18 m × 32 m (bằng với kích thước sàn tầng hầm) Theo mục 4.6.9, trang 24 TCVN 9362:2012: quy định áp lực trung bình tác dụng đáy móng khơng vượt q áp lực tính tốn R (kN/m²) tính theo cơng thức: R m1m A b II B h 'II D c II II h k tc Trong đó: + m1 m2 hệ số điều kiện làm việc đất hệ số điều kiện làm việc nhà cơng trình có tác dụng qua lại với nền, lấy theo mục 4.6.10: Ta có: độ sệt IL = W PL 61.34 37.6 0.83 0.5 LL PL 66.1 37.6 → m1 = 1.1 Với: W = 61.34 %: độ ẩm PL = 37.6 %: giới hạn dẻo LL = 66.1 %: giới hạn chảy Cơng trình có sơ đồ kết cấu mềm.→ m2 = 1.0 + ktc hệ số tin cậy lấy theo mục 4.6.11, ktc = (Các kết thí nghiệm lấy trực tiếp mẫu đất nơi xây dựng) + A, B, D: hệ số phụ thuộc vào góc ma sát lấy theo bảng 14 phụ thuộc vào góc ma sát xác định theo điều 4.3.1 đến 4.3.7 TCXD 9362:2012 Lớp đất có góc ma sát φ= 4o29’ A = 0.068, B = 1.282, D = 3.560 + b cạnh bé (bề rộng) móng bè, b = 18 m 6.03 kN / m II II + : dung trọng lớp đất từ đáy đáy bể trở xuống, ' + II trị trung bình (theo lớp) trọng lượng thể tích đất nằm phía độ 15.7 1.3 6.03 (2.25 1.3) 'II 11.62 kN / m 2.25 sâu đặt đáy bể nước: + cII giá trị lực dính đơn vị đất nằm trực tiếp đáy móng, tính kN/m Lớp đất có lực dính cII = 10.8 kN/m2 + h chiều sâu chơn móng với cốt ± 0.0, h = 0.75 + 1.5 = 2.25 m + Theo mục 4.6.9 TCVN 9362-2012 thì: h h h td 2.25 0.65 1.6 m : chiều sâu đến tầng hầm Với: h: chiều sâu chơn móng tính từ cốt + 0.00 (MĐTN) htđ: chiều sâu đặt móng tính từ bên nhà có tầng hầm, tính theo cơng thức: 25 h h1 h kc' 0 0.3 0.65m II 11.62 (h1: chiều dày lớp đất phía đáy móng h2: chiều dày kết cấu sàn tầng hầm kc : trọng lượng thể tích trung bình kết cấu sàn tầng hầm, kN/m3) Ta cường độ tiêu chuẩn đất đáy móng: 1.1 1 0.068 18 6.03 +1.282 2.25 11.62 + 3.560 10.8 11.62 1.6 66.83 kN/m R II tc = R II tc Ứng suất đáy móng bè: = N tc + Pmongbe A mongbe Trong đó: + A mongbe 18 32 576 m + Pmongbe : diện tích móng bè : trọng lượng tiêu chuẩn móng bè Xác định sau: Pmongbe A mongbe h BTCT 576 1.5 25 21600 kN N + tc : tổng lực dọc tiêu chuẩn tác dụng xuống móng ứng với tổ hợp cho lực dọc truyền xuống móng lớn CB I: TT(tc) + HT(tc) Bảng 9.2 Giá trị Base reactions xuất từ CB I ETABS Table: Base Reactions Load Case/Combo CB I: 1TT(tc)+1HT(tc) N → tc FX FY FZ MX MY MZ kN kN kN kN-m kN-m kN-m 132261.10 1209186 -2132246 0.002662 1.56E-06 -0.0004 FZ 132261.10 (kN) Như vậy, ứng suất đáy móng bè sẽ có giá trị là: N = tc + Pmongbe A mongbe Ta so sánh: 132261.10 21600 267.12 kN/m 576 = 267.12 kN/m > R II tc 66.83 kN/m Kết luận: Ta dễ dàng nhận thấy ứng suất đáy móng bè lớn so với cường độ tiêu chuẩn đất (> 75%) Nên dùng phương án móng bè cho cơng trình hồn tồn khơng khả thi mặt kinh tế lẫn thi công Ta chọn phương án móng sâu để thiết kế móng cho cơng trình 1.2.2 Phương án móng sâu 1.2.2.1 Phương án cọc ép BTCT theo TCVN 10304:2014 Xuất nội lực (giá trị Joint reactions) từ tất Combo (trừ BAO) phần mềm Etab để chọn trường hợp nội lực nguy hiểm Sơ kích thước số lượng cọc bê tơng cốt thép: Chọn móng chân cột C16 (tầng Hầm) có giá trị lực nén lớn để sơ bộ: Ntt = 8648 kN Chọn cọc ép thường sử dụng ép loại tiết diện vuông 400mm 400mm Theo mục 3.3.3 TCXD 205:1998 hàm lượng cốt thép 1.2% , ta có: min 1.2 % Chọn A s 0.4 0.4 0.012 0.4 0.4 1.92 10 m A b A A s 0.4 0.4 1.92 10 0.158 m PVL b R b A b R s A s 0.85 17000 0.158 350000 1.92 10 2955.10 kN Ptkso bo PVL 2955.10 1478 985 kN k 3 Số lượng cọc móng chân cột giữa: n coc N max k 8648 1.1 10 so bo Ptk 1478 985 Trong đó: + k = 1.1 móng chân cột + k = 1.2 móng chân cột biên + k = 1.3 móng chân cột góc + ncoc số cọc móng Nhận xét: Số lượng cọc đài khơng q lớn Phương án móng cọc bê tơng cốt thép trường hợp cơng trình khả thi 1.2.2.2 Phương án cọ ép ly tâm ứng suất trước Sơ kích thước cọc ly tâm ứng suất trước: Chọn cọc bê tông ly tâm ứng lực trước cường độ cao (PHC) cấp tải A, đường kính ngồi D = 400 có Qtk = 1480 kN (theo catalouge công ty Phan Vũ) n N tt k 8648 1.1 7 Q TK 1480 Hình 9.2 Thơng số tiêu chuẩn cọc ống bê tông ly tâm dự ứng lực Công ty Phan Vũ 1.2.2.3 Nhận xét và rút kết luận giải pháp móng cho công trình Nhận xét Cọc ly tâm ứng suất trước có ưu điểm sau: + Sản xuất nhà máy nên chất lượng đồng trì + Sử dụng bê tơng mác cao, với q trình quay ly tâm tác động ứng suất trước làm cải thiện tính như: chống nứt cọc, chống ăn mòn sulfate ăn mòn cốt thép, không xuất ứng suất gây xoắn nứt q trình đóng/ép, cho phép đóng xuyên qua lớp địa tầng cứng, cọc dài nên mối nối + Do sử dụng bê tông thép cường độ cao nên tiết diện cốt thép giảm, dẫn đến trọng lượng cọc giảm nhiều, thuận lợi cho việc di dời, vận chuyển, thi công, lắp dựng + Cốt thép bê tông, cốt thép cường độ cao, kéo căng máy kéo ứng suất trước, đạt tới giá trị ứng suất định, thiết kế trước, nằm giới hạn đàn hồi nó, trước kết cấu bê tông cốt thép chịu tải Lực căng cốt thép làm cho kết cấu bê tông biến dạng ngược với biến dạng tải trọng gây sau kết cấu làm việc Nhờ đó, kết cấu bê tơng cốt thép ứng suất trước chịu tải trọng lớn gần gấp đơi so với kết cấu này, không căng cốt thép ứng suất trước Kết luận Từ kết so sánh nhận xét trên, sinh viên chọn phương án móng cọc ly tâm ứng suất trước tính tốn thiết kế móng cho khung trục 1.3 NỢI LỰC DÙNG TRONG THIẾT KẾ MÓNG Ghi chú: Nội lực xuất từ mơ hình ETABS, nội lực bao gồm tải trọng sàn tầng hầm truyền vào Móng cơng trình tính tốn dựa theo giá trị nội lực nguy hiểm truyền xuống chân cột, vách Tính tốn với trường hợp sau kiểm tra với trường hợp còn lại Hình 9.3 Qui ước chiều nội lực tính móng Trong đó: + Mx momen quay quanh trục X + My momen quay quanh trục Y + Qx lực cắt theo phương X + Qy lực cắt theo phương Y + Chiều dương hình vẽ Bảng 9.3 Cách chọn nội lực để tính tốn Trường hợp Nợi lực max TH1 Nmax MX MY QX QY TH2 MXmax N MY QX QY TH3 MYmax N MX QX QY TH4 QXmax N MX MY QY Các nội lực lấy tương ứng cùng một Combo