Ch-ơng 4. Tổ hợp nội lực
5.5. thiết kế móng 1. Địa chất công trình
5.5.2. Lựa chọn ph-ơng án móng
Công trình nhà cao tầng th-ờng có các đặc điểm chính: tải trọng thẳng đứng giá trị lớn đặt trên mặt bằng hạn chế, công trình cần có sự ổn định khi chịu tải trọng ngang
Do đó việc thiết kế móng cho nhà cao tầng cần đảm bảo - Độ lún cho phép
- Sức chịu tải của cọc
- Công nghệ thi công hợp lý không làm h- hại đến công trình xung quanh.
- Đạt hiệu quả - kinh tế - kỹ thuật
Với các đặc điểm địa chất công trình nh- đã giới thiệu, các lớp đất trên là đất yếu xen kẹp không thể đặt móng cao tầng lên đ-ợc, chỉ có lớp cuối cùng là lớp cuội sỏi chặt cho phép đặt móng cọc chống vào và đảm bảo tính chịu lực cho công trính.
Vậy ph-ơng án móng sâu là bắt buộc. Nếu dùng cọc ép sẽ khó đảm bảo khả năng chịu lực đồng thời số l-ợng cọc có thể lớn, khó thi công và bố trí đài. Hơn nữa dù là cọc đóng hay cọc ép thì độ lún của công trình vẫn khá lớn.Vậy ta quyết định dùng ph-ơng án cọc khoan nhồi có thể đáp ứng các yêu cầu nêu trên và khắc phục đ-ợc nh-ợc điểm của các ph-ơng pháp cọc đóng hoặc ép.
5.5.3. Tính toán cọc khoan nhồi 5.5.3.1. Các b-ớc tính toán:
- Chọn loại, kích th-ớc của cọc, đài cọc.
- Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu và theo đất nền.
- Sơ bộ chọn số l-ợng cọc cần dùng.
- Bố trí cọc trên mặt bằng và mặt đứng.
- Tính toán và kiểm tra móng theo các điều kiện:
+ Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc.
+ Kiểm tra sức chịu tải của nền đất.
+ Kiểm tra lún của nền móng.
5.5.3.2. Chọn đ-ờng kính cọc, chiều dài cọc và kích th-ớc đài cọc:
Chọn tiết diện cọc: Chọn D=800 D = 1000 và D = 1200
Căn cứ vào các lớp địa chất ở trên ta dự kiến cắm cọc vào độ sâu 41,5m tính từ mặt đất tự nhiên, tức là cắm vào lớp 7 một đoạn 2m (lớp sỏi cuội chặt).
Xác định kích th-ớc đài cọc:
+ Chọn chiều cao đài cọc sơ bộ theo công thức thực nghiệm nh- sau:
Hđ=0,1.n+0,1=0,1.18+0,1=1.9 (m) trong đó : n: là số tầng.
Chọn Hđài = 2 m suy ra đáy đài cách mặt đất tự nhiên 5,5 m.
Đài cọc nằm trong lớp đất thứ 2.(lớp cát pha dẻo)
Chiều dài cọc đ-ợc xác định đảm bảo sức chịu tải của cọc t-ơng đ-ơng sức chịu tải của đất nền.
Chiều dài cọc l = 41,5 – 5,5 = 36 m 5.5.3.3. Sức chịu tải của cọc.
a> theo vật liệu làm cọc : theo tiêu chuẩn 195: 1997 Pvl = Ru Fb+ RanFa
Trong đó:
Ru c-ờng độ tính toán bê tông cọc nhồi đ-ợc xác định nh- sau:
Đối với cọc đổ bêtông d-ới n-ớc hoặc dung dịch sét Ru=R/4,5 nh-ng không lớn hơn 60 (kg/cm2).
Trong đó:
R : mác thiết kế của bêtông cọc Fb diện tích tiết diện cọc.
Fa diện tích cốt thép dọc trục.
Ran c-ờng độ tính toán của cốt thép đ-ợc xác định nh- sau:
Đối với thép nhỏ hơn 28 Ran = Rc/1,5 nh-ng không lớn hơn 2200 kg/cm2 Đối với thép lớn hơn 28 Ran = Rc/1,5 nh-ng không lớn hơn 2000 kg/cm2 Rc giới hạn chảy của cốt thép, em chọn thép AII Rc=3000
Tính toán cho cọc có d = 1000, Fb = 0,785 m2 =7850 cm2,
Đối với cọc khoan nhồi chịu tải ngang hàm l-ợng cốt thép không nhỏ hơn
=0.,4%-0,65% giả thiết hàm l-ợng cốt thép là 0.7% nên:
Fa = 0,007.7850=54,95 cm2 chọn 12 25 có Fa = 58.9 cm2
Ran=3000/1,5=2000 kg/cm2
Vậy Pvl = 60x7850 + 58.9x2000 = 588800kg = 588.8 Tấn b. Theo đất nền :
Xác định theo các chỉ tiêu cơ lý của đất nền từ kết qủa quả thí nghiệm đất trong phòng.
Sức chịu tải cho phép của cọc đơn Qa đ-ợc tính theo công thức: Qa = ktc
Qtc. Trong đó : ktc - Hệ số an toàn, ktc = 1,4.
Qtc - Sức chịu tải tiêu chuẩn tính toán đối với đất nền của cọc đơn.
Qtc = m ( mr . qp . Ap + u .
n
i 1
mf .f i . li) m : Hệ số làm việc của cọc m = 1.
qp : C-ờng độ chịu tải của đất d-ới mũi cọc, t/m2.
Ap : Diện tích mũi, lấy bằng diện tích tiết diện ngang của cọc, m2.
mf : hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên cọc phụ thuộc vào ph-ơng pháp tạo lỗ khoan, lấy theo bảng A.5 TCXD 205 : 1998, lấy mf = 0,6
fi : Ma sát bên của lớp đất i ở mặt bên của thân cọc, lấy theo bảng A.2 TCXD 205 : 1998.
li : chiều dày các lớp đất mà cọc đi qua.
u : chu vi cọc.
Xác định qp:
Theo TCXD 205 : 1998 với cọc nhồi chống vào lớp đất sỏi cuội(lớp đất tốt) không mở rộng đáy, c-ờng độ chịu tải của đất d-ới mũi cọc qp xác định nh- sau:
qp = 0,75 ( ’dpAok+ ILBok).
Trong đó:
, Aok, ,Bok: Hệ số không thứ nguyên lấy theo bảng A.6.
’ : Dung trọng của đất d-ới mũi cọc, ’ = 1,98 T/m3.
Dung trọng trung bình của các lớp đất phía trên mũi cọc. Mực n-ớc ngầm sâu 5m phía d-ới mực n-ớc ngầm phải tính với dung trọng đẩy nổi.
L : chiều dài cọc, L= 36 m.
dp : Đ-ờng kính cọc, dp = 1 m.
=>l/ dp=36/1=36>25.
Lớp đất cuối cùng có = 35.5o tra bảng A.6 ta đ-ợc : Aok Bok
γ . 0,87 0, 2 0,81 6,5 0,95 5, 7 0,96 8.9 0,98 12, 7 1.03 2 0, 2 6,5 5, 7 8,9 12, 7 2 0.94
i hi x
hi
0,94T/m3.
qp = 0,75x0,185x(1.98x1x80,49 + 0,71x0,94x36x141,5)= 493,83 (T/m2).
Tính fi - lực ma sát đơn vị giới hạn trung bình của các lớp đất, phụ thuộc vào chiều sâu trung bình của các lớp đất (tính từ mặt lớp 3 do lớp đất lấp không tính vào), độ sệt của đất sét hoặc trạng thái chặt của đất cát:
+ Lớp 2 :- l3 = 0,2 m.
- h3=1,2+(4,5/2) =3,45m. f3 = 0,623 T/m2. - LL = 0,915
+ Lớp 5 :- l3 =8,9m.
- h3= 23,35m. f6 = 8,37 T/m2 - Cát hạt mịn chặt vừa.
+ Lớp 3 : - l3 = 6,5 m
2
+ Lớp 6 :- l3 =12,7 m.
2
- LL = 0,8 - Cát hạt vừa chặt vừa.
+ Lớp 4 : - l3 = 5,7 m
- h3=12,2+(5,7/2)=15,05m f5 = 4,83 T/m2. - LL = 0,32.
+ Lớp 7 : - l3 = 2 m
- h3= 40,5 f8 = 10 T/m2. - Cuội sỏi chặt.
n
i 1
f i . l i = 251 T/m.
Vậy sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc là:
Với cọc d= 1000, Qtc = 1 [1 493,83 0,785 + (3,14 1) 0,6 251] = 860.5(T).
Qa = ktc
Qtc = 860,5
1, 4 = 614.4 (T).
Vậy sức chịu tải tính toán của cọc là: [P] = MIN(Pvl, Qa) = Qa = 588.8 T.
Để có giải pháp chọn đ-ờng kính cọc hợp lý nhất em có tính với các cọc nhồi có đ-ờng kính khác nh- sau để so sánh.
Tính toán t-ơng tự cho cọc có d = 800 và d = 1200 em có :
D = 800 D = 1000 D = 1200
Pvl = 449,24 T Pvl = 588,8 T Pvl = 836,5 T Qa = 384,93 T Qa = 614,4 T Qa = 716,26 T
[P] = 384,93 T [P] = 588,8 T [P] = 716,26 T
ơ
Chọn ph-ơng án cọc có đ-ờng kính D=1000 mm ,có F= 0,785 cm2,chọn thép đai 10s200.Thép dọc chọn theo công thức kinh nghiệm:
As=(0,4-0,65)%F, chọn 12 25 có As chọn=58,8 cm2
=> 58,8
.100% 0, 75(%) 7850