Thiết kế móng cho 1 cột nhà công nghiệp có kích thước 60x60cm, đặt trên 1 nền đất gồm 2 lớp lớp trên là lớp sét dày 4m, lớp dưới là lớp cát pha dày vô tận

Mở đầu.
Cơ học đất , Nền và Móng là những môn học quan trọng đối với sinh
vien nghanh Địa Chất Công Trình. Nhằm trang bị những kiến thức cần thiết
và tap cho sinh vien làm quen dan với công việc cu the ; chúng tôi tiến hành
làm đồ án môn học với sự hướng dẫn của các thầy cô trong bộ môn ĐCCT.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS-TS Ta Duc Thinh đã hướng dẫn tôi hoàn
thành đồ án này.

1. Đề bài:
Cho 1 cột nhà công nghiệp có kích thước 60x60cm, đặt trên 1 nền đất gồm
2 lớp : lớp trên là lớp sét dày 4m, lớp dưới là lớp cát pha dày vô tận (hình 1)

P1tc

P2tc

0.5m

0.6x0.6m

4m

SÐt pha

C¸t pha
(Hình 1)


Các chỉ tiêu cơ lý của 2 lớp đất cho trong bảng sau:

γ(T/m3) ∆(T/m3) W(%)

Lớp Sét Pha
1.80
2.70
24
Lớp Cát Pha
1.90
2.75
16

e1 , e 2 , e 3 , e 4

φ(độ) C(T/m2) e1
22
2.5
0.78
0.74

e2
0.74
0.70

(Bảng 1)
các giá trị hệ số rỗng tương ứng với các cấp áp lực 1; 2;

3; 4(kG/cm2)
Tải trọng tác dụng lên móng gồm: Trọng lượng cột Ptc1 (T) tác dụng đúng
tâm,
trọng lượng xà ngang Ptc2(T) tác dụng lệch tâm 1 khoảng e = 0.5m so với
trọng tâm cột

Giá trị lực tác dụng cho trong bảng sau:
P1tc
48

Độ lớn (T)
Độ lệch tâm
0
eo(m)
(Bảng 2)

P2tc
6
0.5

Nhiệm vụ thiết kế:
1.Thiết kế móng dưới cột nhà công nghiệp.
2. Vẽ biểu đồ ứng suất σz theo phương thẳng đứng tại tâm móng và các
điểm M(x=0,y=b/4); N(x=0, y= b/2); K(x=0, y=-b/2).
3. Xác định tải trọng giới hạn của nền đất dưới tâm móng và 2 mép
móng theo lý thuyết cân bằng giới hạn.
4. Tính độ lún cuối cùng lớn nhất của móng/

2.Lời Giải
2.1.Thiết kế móng
Gọi h : chiều sâu đặt móng
b : chiều rộng móng
2.1.1.Xác định kích thước móng
Chọn h=1.5m.

e3

0.71
0.67

e4
0.70
0.65


Để phù hợp với điều kiện truyền tải trọng, ta thiết kế móng theo tỷ lệ:
a ac
= =1 => a = b = F (m)
b bc
Để tìm b ta giải phương trình bậc 3: b3 + K1b2 – K2 = 0.
M2.c
β.γm.h
K1 = M1.h + γw - M3. γw
P4
K2 = M3.
m.γw
cotgϕ +ϕ
+2 ; M2 = 4.cotgφ ; M3 = M1 – 4.
với M1=
0.25π
Ta có phương trình b3 + 19.48.b2 – 49.2=0 .
Giải phương trình trên và kết hợp với điều kiện móng chịu lực lệch tâm ta
tìm được giá trị thoả mãn b = 1.8m.
Vậy kích thước móng chọn là a = b = 1.8m.
2.1.2.Kiểm tra móng.
Xác định sức chịu tải của nền đất :
Rtc = m(A.b + B.h )γ + D.c

φ(độ)
22

A
B
0.61
3.44
(Bảng 3)
Kiểm tra kích thước móng
Diện tích móng :

D Rtc(T/m2)
6.04
26.36

ΣPtc
Fchọn= a.b >F= ─────── (m2) Chọn βγm=2.0(T/m3)
Rtc – βγmh
F(m2)
2.31

Fchọn (m2) b=a(m) hm(m) tgα agh=bgh G(T) βγm(T/m3)
3.24
1.80
0.50 1.20 1.80 9.72
2
(Bảng 4)

Kiểm tra điều kiện chịu lực của nền dưới đất móng
ΣPtc + G

M tc
σmaxtc = ────── + ──── ≤ 1.2*Rtc
F
W
tc
M : Mô men lực lệch tâm gây lật móng


ba2
W = ── : Mô men chống uốn của móng (m3)
6
tc
ΣP + G
M tc
σmintc = ────── - ──── ≥ 0
F
W
tc
tc
σmax + σmin
tc
σtb = ──────
≤ Rtc
2
Kết quả tính toán :
M(T.m) W(m3) бmax(T/m2) бmin(T/m2) бtb(T/m2) 1.2*Rtc(T/m2) Rtc(T/m2) бi(T/m2)
3.00
0.97
22.76
16.57

19.67
31.63
26.36 20.70
(Bảng 5)
Các điều kiện về kích thước móng và điều kiện chịu lực đều thoả mãn.
2.1.3. Cấu tạo móng.
Hình chiếu bằng và đứng của móng trên hình 2
P

ac=600
a=1800

(Hình 2 )

h=1500

G

bc=600
b=1800

ατκ

ho=460
hm=500

M


Tính lượng cốt thép bố trí vào móng :

Xác định chiều cao làm việc của bê tông (ho):
P
hochọn ≥ hotính = ─────── (m)
2(ac + bc)mRcf
ac , bc : Kích thước tiết diện cột nhà (ac= bc =0.6m)
P
: Áp lực tính toán ( có kể đến hệ số vượt tải n =1.1)
Rcf Cường độ kháng cắt cho phép của bê tông ( Chọn Rcf = 75
2
T/m ứng
với mác bê tông 200)
hotính(m) hochọn(m) e(m)
0.30
0.46
0.04
(Bảng 6)
Tính cốt thép : mô men uốn do phản lực nền gây ra
2
1
 σ max + σ i 
a − ac ) .( 2b + bc ) .
(
Ma =
÷
24
2


2
1

 σ max + σ min 
b − bc ) . ( 2 a + a c ) . 
(
÷
24
2


Σi : ứng suất tiêu chuẩn tại mép cột phía có σmax
 hmtgα 
Σi = σmin + (σmax - σmin ) 1a ÷

Tính số lượng cốt thép theo chiều từng cạnh :
Fa
Ma
Fa =
=> na = fa
m.ma.Ra.ho
Fb
Mb
Fb =
=> nb = fb
m.mb.Ra.ho
na nb : Số lượng cốt thép bố trí theo chiều a & b của đáy móng
Fa Fb : Tổng diện tích tiết diện ngang của cốt thép bố trí theo chiều a &
b của đáy móng
fa fb : Tiết diện ngang của 1 thanh cốt thép bố trí theo chiều a & b của
đáy móng (Sử dụng cốt thép có Ф10, diện tích tiết diện của 1 thanh thép
theo bảng 7)
Ra : Cường độ chịu kéo của cốt thép ( Ra = 18000T/m2 ứng với thép

CT-O)
fa(mm2) fb(mm2)

Mb =


0.785

0.785

(Bảng 7)
Khoảng cách giữa các cốt thép theo chiều a , b trong móng là :
a-2e
Ca =
na
a-2e
Cb =
e: bề dày lớp bảo vệ cốt thép e = 4 (cm)
nb
Mb
Ma Fa(m2) Fb(m2) natính nbtính
nachọn
nbchọn Ca(m) Cb(m) Gcốtthép(KG)
4.96
5.46 0.008 0.007 10.20 9.01 10.00
9.00 0.18 0.19
20.71
(Bảng 8)
Vẽ móng với sự bố trí cốt thép trong móng:

(H ình 3)
2.2.Vẽ biểu đồ σz theo phương thẳng đứng


Tại điểm K, O, M, N

3
2

4

1

K

O

M

N

(Hình 4)
2.2.1. Tại tâm móng
Xem taỉ trọng hình thang là tải trọng phân bố đều với cường độ:
σmaxtc + σmintc
σtbtc = ────── = 19.67(T/m2)
2


Kết quả tính trong bảng sau:

z(m)
0.0
1.5
2.2
2.9
3.6
4.0
4.7
5.4
(Bảng 9)

бbt(T/m2) (z-1.5)/b
0.00
2.70
0.00
3.96
0.39
5.22
0.78
6.48
1.17
7.20
1.39
8.46
1.78
9.72
2.17

a/b

1
1
1
1
1
1
1
1

(Biểu đồ 1)
2.2.2.Tại điểm N và k

ko
1
0.82
0.48
0.26
0.201
0.132
0.095

бz(T/m2) Pgl(T/m2)
16.97
16.97
13.91
8.15
4.41
3.41
2.24
1.61

Chia tải trọng hình thang ra thành các tải trọng phân bố đều (σmintc) và tải
trọng tam giác
(σmaxtc - σmintc)
Ứng suất do tải trọng phân bố đều gây ra tại điểm N và K.

z(m)
0.00
1.50
2.20
2.90
3.60
4.00
4.70
5.40

(z-1.5)/b

a/b
2.0
2.0
2.0
2.0
2.0
2.0
2.0
2.0

0.00

0.39
0.78
1.17
1.39
1.78
2.17

kc
0.250
0.240
0.219
0.183
0.165
0.134
0.110

Pgl(T/m2) ∑б(T/m2)
13.87
7.10
6.82
6.22
5.20
4.69
3.81
3.13

(Bảng 10)
Ứng suất do tải trọng phân bố hình tam giác gây ra tại điểm N và K.
z(m)
0.0

1.5
2.2
2.9
3.6
4.0
4.7
5.4

(z-1.5)/b a/b
0.5
0.00
0.5
0.39
0.5
0.78
0.5
1.17
0.5
1.39
0.5
1.78
0.5
2.17
0.5

KA

KD

0

0.04
0.042
0.036
0.03
0.028
0.021

0.25
0.169
0.105
0.063
0.038
0.028
0.024
(Bảng 11)

Biểu đồ ứng suất tại K và N

P(T/m2) ∑бZA(T/m2) ∑бZD(T/m2)
6.19
0.00
3.09
0.51
2.10
0.52
1.30
0.44
1.78
0.37
0.47

0.35
0.35
0.26
0.31


z(m)
0.0
1.5
2.2
2.9
3.6
4.0
4.7
5.4

∑бK(T/m2) ∑бN(T/m2)
7.10
7.33
6.74
5.64
5.06
4.16
3.39

10.20
8.92
7.52
5.98
5.16

4.16
3.44

(Bảng 12)

(Biểu đồ2)
2.2.3.Biểu đồ ứng suất tại M
Phân tải trọng hình thang ra thành 4 tải trọng như trong hình 4
Ứng suất tại điểm M do 4 tải trọng 1, 2, 3, 4 gây ra
Tính ứng suất do tải trọng 1 và 2 tác dụng tại điểm M:
Tải trọng 1 : Tải trọng phân bố đều σmintc
Ứng suất tại M do tải trọng 1 tác dụng lên dáy móng tại điểm M là :
σz1 =k1.Pgl1


Tải trọng 4 : Tải trọng phân bố đều (3σmax tc + σmintc)/4
Ứng suất tại M do tải trọng 4 tác dụng lên dáy móng tại điểm M là :
σz4 =k4.Pgl4
z(m) (z-1.5)/b a/b
k1 Pgl1(T/m2) бz1(T/m2)
0.0
1.50
13.87
1.5
0.00 1.50 0.250
6.94
2.2
0.39 1.50 0.243
6.74
2.9

0.78 1.50 0.213
5.90
3.6
1.17 1.50 0.173
4.80
4.0
1.39 1.50 0.154
4.28
4.7
1.78 1.50 0.121
3.36
5.4
2.17 1.50 0.100
2.77

a/b
2
2
2
2
2
2
2
2

k4
0.25
0.24
0.219
0.183

0.165
0.134
0.11

Pgl4(T/m2) бz4(T/m2)
18.39
9.20
8.82
8.06
6.72
6.06
4.32
4.04

(Bảng 13)
Tính ứng suất do tải trọng 2 và 3 tác dụng tại điểm M
Tải trọng 2 : Tải trọng phân bố hình tam giác 3.(σmax tc - σmintc)/4
Ứng suất tại M do tải trọng 2 tác dụng lên dáy móng tại điểm M là :
σz2 =kD2.Pgl2
Tải trọng 3 : Tải trọng phân bố hình tam giác (σmax tc - σmintc)/4
Ứng suất tại M do tải trọng 3 tác dụng lên dáy móng tại điểm M là :
σz3 =kA3.Pgl3
z(m)
0.0
1.5
2.2
2.9
3.6
4.0
4.7

5.4

(z-1.5)/b
0.00
0.39
0.78
1.17
1.39
1.78
2.17

a/b
0.67
0.67
0.67
0.67
0.67
0.67
0.67
0.67

kD2 Pgl2(T/m2) бz2(T/m2) a/b kA3 Pgl3(T/m2) бz3(T/m2)
4.64
2
1.54
0.250
2.32
2
0
0.00

0.185
1.72
2
0.05
0.15
0.135
1.25
2
0.07
0.22
0.0915
0.85
2 0.076
0.23
0.052
0.48
2 0.065
0.20
0.036
0.33
2
0.06
0.18
0.028
0.26
2
0.05
0.15
(Bảng 14)

Ứng suất tổng tại M :


z(m)
0.0
1.5
2.2
2.9
3.6
4.0
4.7
5.4

∑бM(T/m2)
18.46
17.43
15.43
12.16
11.02
8.19
7.22

(Bảng 15 )
Biểu đồ ứng suất tại điểm M:

(Biểu đồ 3)
2.3.Xác định tải trọng giới hạn
Tải trọng giới hạn tính theo lý thuyết cân bằng giới hạn.Theo phương pháp
của Xôcôlôvxki.
γ

xT = γ .h.tgϕ + c .x
Từ giá trị xT ứng với các điểm A (x=0), O (x=b/2), B(x=b) tra bảng xác định
được PT.phụ thuộc vào giá trị góc φ.


Thay giá trị PT vào công thức tính tải trọng giới hạn:
Pgh = PT(c + q.tgφ) + q

Điểm A
Điểm O
Điểm B

XT
0
0.2
0.6

q(T/m2) (qtgφ+c)
PT Pgh(T/m2)
2.7
3.59
17.16
64.32
Min
18.9
70.57
22.16
82.27
Max

h(m)
1.5

(Bảng 16)

Pgh(o)

Pghmax

Pghmin

q= h

q= h
A

O

B

x

z

(Hình 5)
2.4. Tính lún cuối cùng
Hệ số rỗng ban đầu.
eo =

Δs.(1+0,01W) -1

γw

Từ các giá trị eo e1 e2 e3 e4với các cấp tải trọng P = 0, 1, 2, 3, 4 (kG/m2) ta
vẽ được đường cong nén cho 2 lớp đất: Sét pha, cát pha.
P1 = σzbt, P2 = σzbt +σIItb
Xác định hệ số nén lún a
Lớp sét pha
P(T/m2)

ei

a


0
10
20
30
40

0.86
0.78
0.74
0.71
0.7

0.008
0.004
0.003
0.001

ei
ei
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0

5

10

15

Lớp cát pha
P(T/m2)
0
10
20
30
40

ei
0.82
0.74
0.7
0.67
0.65

a
0.008
0.004
0.003
0.002

20

25

30

35

40

45


ei
0.9
0.8
0.7

0.6
0.5
ei
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

(Bảng 18)
Ranh giới vùng hoạt động nén ép lấy ở độ sâu mà tại đó ứng suất nén

ép σz=0,2.σbt .
Từ đồ thị σz theo phương thẳng đứng tại tâm móng (Bảng 9) ta xác định
chiều dày vùng hoạt động nén ép h=5.4m.
Tính lún cuối cùng tại tâm móng theo phương pháp phân tầng lấy tổng


Chia nền đất dưới đế móng thành 6 lớp phân tố mỏng, chiều dày mỗi lớp
hi=0.7m, riêng lớp phân tố 6 có chiều dày là 0.4m.Kết quả tính trong bảng
sau:
Lớp phân Chiều
P (T/m2)
tố
dày(m) 1i
1
0.7
3.33
2
0.7
4.59
3
0.7
5.85
4
0.7
6.84
5
0.7
7.83
6
0.4

9.09
∑
3.9

e1i

P2i(T/m2)

e2i

si(m)

0.865
0.843
0.821
0.801
0.854
0.791

(Bảng 19)
6

Độ lún cuối cùng của móng S= ∑ Si = (cm)
i =1

Kết luận
Trong quá trình tiến hành thực hiện đồ án môn học Cơ học đất - Nền và
Móng tôi rút ra được nhiều điều bổ ích cho kiến thức môn học và bài học
cho riêng mình. Với bài toán thiết kế móng dưới cột nhà công nghiệp mà tôi
thiết kế tôi mới chỉ đưa ra một phương án thiết kế móng. Do đó tôi nhận

thấy bài toán Cơ học đất, Nền và Móng có nhiều điều rất phức tạp cần nhiều


kiến thức tổng hợp để giải quyết bài toán sao cho có kết quả tốt nhất, hiệu
quả nhất. Đơn cử một trường hợp đơn giản sau: trong việc thiết kế móng đơn
việc chọn chiều sâu chôn móng, từ đó tính ra chiều rộng và chiều dài móng
là môt công việc đòi hỏi có kiến thức tổng hợp nhiều yếu tố như tải trọng
công trình, nền đất thiên nhiên, yếu tố ĐCCT – ĐCTV, giá thành công trình,
ý nghĩa công trình, điều kiện thi công, ảnh hưởng của các công trình xung
quanh, quy phạm quy định,… Do đó mà cũng tồn tại nhiều phương án thiết
kế móng khác nhau với hiệu quả khác nhau. Để chọn một phương án móng
sao cho có hiệu quả nhất là một công việc phụ thuộc vào kinh nghiệm
chuyên môn, giá trị sử dụng của công trình, giá thành của công trình... Tuy
nhiên đồ án mới chỉ dừng ở mức là làm bài tập và làm quen với công việc do
đó mà đồ án không tránh khỏi thiếu sót, tôi mong được sự góp ý của các
thầy cô và các bạn sinh viên trong lớp. Tôi xin chân thành cảm ơn.