thiết kế móng khung K

C thiết kế móng khung K

I - địa chất công trình và địa chất thuỷ văn:

1. Điều kiện địa chất công trình:
Kết quả thăm dò và xử lý địa chất dới công trình đợc trình bày trong bảng dới đây
Chiều
dầy (m)

Lớp đất

Độ sâu
(m)

Mặt cắt

Mô tả lớp đất

1

1,6

1,6

Đất lấp .

2

2,3

3,9

Sét màu xám xanh, xám nâu, dẻo mềm

3

8,5

12,4

Bùn sét pha lẫn hữu cơ màu xám đen

4

5,8

18,2

Sét pha màu xám ghi, xám nâu, dẻo
chảy

5

7,5

25,7

Sét pha màu nâu vàng, nâu gụ, dẻo
cứng

6

4,5

30,2

Cát pha màu xám nâu, nâu vàng, trạng
thái dẻo cứng.

7

9

39,2

Cát hạt mịn, trạng thái chặt vừa
Cát hạt thô,lẫn cuội sỏi màu nâu vàng,
trạng thái chặt.

8

Số liệu địa chất đợc khoan khảo sát tại công trờng và thí nghiệm trong phòng kết hợp với các số liệu xuyên
tĩnh cho thấy đất nền trong khu vực xây dựng gồm các lớp đất có thành phần và trạng thái nh sau:
Các chỉ tiêu cơ lý của đất :
Lớp đất

1

2

3

4

5

6

7

8

Chiều dầy h(m)

1,6

2,3

8,5

7,8

5,5

8,5

5

Dung trọng tự nhiên
(t/m3)

-

1,78

1,56

1,77

1,92

1,82

1,95

1,98

Hệ số rỗng e



1,105

1,653

1,050

0,813

0,77

0,61

Tỉ trọng



2,69

2,6

2,68

2,72

2,63



2,68

Độ ẩm tự nhiên W(%)



38,6

58,2

35,0

28,2

20,4



19

Độ ẩm gh chảy Wl(%)



44,3

54,7

37,6

37,2

24,6





Độ ẩm gh dẻo Wp(%)

25,4

39,2

24,5

23,9

18





Độ sệt

B



0,7

1,23

0,8

0,32

0,36





Góc ma sát trong 0



5

3

6

13

21

25,2

33


2. Điều kiện địa chất thuỷ văn :
Mực nớc ngầm tơng đối ổn định ở độ sâu 5m so với cốt tự nhiên, nớc ít ăn mòn.
II. Đánh giá điều kiện địa chất công trình:
Qua lát cắt địa chất ta thấy lớp đất 1 là lớp đất lấp có thành phần hỗn tạp cần phải nạo bỏ.
Các lớp đất 2, 3, 4 đều là các lớp đất thuộc loại sét yếu, có môđun biến dạng thấp ( E<100 ).

Lớp đất thứ 5 và 6 có cờng độ lớn hơn nhng cũng thuộc loại đất không tốt cho móng nhà cao tầng.
Đến lớp đất tiếp theo (lớp 8) là lớp đất cát thô lẫn sỏi cuội có Eo = 400 kG/cm 2, đây là lớp đất rất tốt và
cũng là lớp đất cuối cùng trong lát cắt địa chất. Vì vậy chọn phơng án móng cọc cắm vào lớp đất này để chịu
tải là hợp lý.
III lập phơng án và so sánh ,lựa chọn
Công trình nhà cao tầng thờng 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 đã xây dựng .
- Đạt hiệu quả - kinh tế - kỹ thuật
Với các đặc điểm địa chất công trình nh đã giới thiệu, các lớp đất trên đều là đất yếu không thể đặt
móng cao tầng lên đợc, chỉ có lớp cuối cùng là cát hạt thô lẫn sỏi cuội có chiều dài không kết thúc tại đáy hố
khoan là có khả năng đặt đợc móng cao tầng.
Vậy phơng án móng sâu là bắt buộc .

1. phơng án 1: dùng cọc tiết diện nhỏ 300ì300, thi công bằng đóng hoặc ép.
2. phơng án 2: dùng cọc khoan nhồi .
IV. tính toán cọc khoan nhồi
1. Các bớc tính toán:
- Chọn loại, kích thớc của cọc , đài cọc.

- Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu và theo đất nền.
- Sơ bộ chọn số lợng 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.

2. Chọn đờng kính cọc, chiều dài cọc và kích thớc đài cọc:
Căn cứ vào các lớp địa chất ở trên ta dự kiến cắm cọc vào độ sâu 41,2m tính từ mặt đất tự nhiên ,tức là
cắm vào lớp 8 một đoạn 2m (lớp cát thô chặt, có lẫn cuội sỏi ).
Căn cứ vào kết quả tổ hợp nội lực chân cột ta thấy tải trọng truyển xuống móng tại các trục biên và
giữa là xấp xỉ nhau nên ta thiết kế chung cho một loại móng.
Sơ bộ chọn tiết diện cọc: D = 1,0m
do nhà có tầng hầm (cốt sàn tầng hầm là - 3m) nên ta dự định đặt mặt trên đài ở độ sâu 3.5m (cách
mặt đất tự nhiên 2m ) với giả thiết chiều cao đài h= 2m suy ra đáy đài cách mặt đất tự nhiên 4m (cốt - 5.5m).


đài cọc nằm trong lớp đất thứ 2 và 3, trong đó phần đài trong lớp đất 3 là 0,1 m.
Chiều dài cọc l =41,2 - 4 = 37,2m

3. Sức chịu tải của cọc
a theo vật liệu làm cọc :
Pvl = ( m1. m2.Rb .Fb+ Ra.Fa)
trong đó : - : hệ số uốn dọc , cọc không xuyên qua bùn =1.
- m1 : hệ số điều kiện làm việc , đối với cọc BTCT đổ theo phơng thẳng đứng , m1= 0,85.
- m2 : hệ số điều kiện kể đến phơng pháp thi công cọc , cọc đổ bê tông trong huyền phù sét
Bentonit nên m2 = 0,7
- Rb= 130 (kg/ cm2 ): cờng độ chịu nén của bê tông
- Ra= 2800 (kg/ cm2 ): cờng độ chịu nén của thép
- Fa : diện tích thép cọc, với cọc D=1m có Fb=3,14ì12/4 = 0,785m2, ta lấy hàm lợng thép là
1% Fa =0,00785m2
chọn 20 25có Fa =98,16 cm2, lớp bảo vệ a=10cm khoảng cách các thanh thép
3,14ì80/19 = 13,22cm (đảm bảo lớn hơn 10cm)
- Fb = .R2= 3,14ì0,52= 0,785(m2) = 7850(cm2).
Vậy : Pvl = ( m1. m2.Rb .Fb+ Ra.Fa) =

= 1ì( 0,85ì0,7ì130ì7850 + 2800ì98,2 ) = 882157,5 kG = 882,2 (t).
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 đợc tính theo công thức:
Qtc
Qa =
.
k tc
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.
n

Qtc = m ( mr . qp . Ap + u .


i =1

mf .f i . li)

m : Hệ số làm việc của cọc m = 1.
mr : Hệ số điều kiện làm việc của đất dới mũi cọc, mr = 1.
qp : Cờng độ chịu tải của đất dới mũi cọc, t/m2.
Ap : Diện tích mũi, lấy bằng diện tích tiết diện ngang của cọc, m 2 .
mf : hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên cọc phụ thuộc vào phơng pháp tạo lỗ khoan, lấy



theo bảng A.5 TCXD 205 : 1998, lấy mf =1
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 cát không mở rộng đáy, cờng độ chịu tải của
đất dới mũi cọc qp xác định nh sau:
o

o

qp = 0,75 (dp A k + IL B k ).
Trong đó :


o
o
, A k , , B k : Hệ số không thữ nguyên lấy theo bảng A.6.

: Dung trọng của đất dới mũi cọc, = 1,98 T/m3.
: Dung trọng trung bình của các lớp đất phía trên mũi cọc.
L : chiều dài cọc, L= 36,7 m.
dp : Đờng kính cọc, dp = 1m.
Lớp đất cuối cùng có = 33o tra bảng A.6 ta đợc :
A ok = 48 ; B ok = 87,6 ; = 0,67 ( L/dp 25) ; = 0,2.
=

i.hi = 1,56 ì 8,4 + 1,77 ì 5,8 + 1,92 ì 7,5 + 1,82 ì 4,5 + 1,95 ì 9 + 1,98 ì 2 = 67,47
8,4 + 5,8 + 7,5 + 4,5 + 9 + 2
37,2
hi

.

=1,814 T/m3.

qp = 544,556 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, độ sệt của đất sét hoặc trạng thái chặt của đất cát:
+ Lớp 3 : - l3 = 8,4m.
- h3= 8,552m. f3 = 0,6 T/m2.
- B = 1,23

+ Lớp 4 : - l3 = 7,8 m
- h3=13,3m f4 = 0,8 T/m2.
- B = 0,8

+ Lớp 5 : - l3 = 5,5m
- h3= 19,95m f5 = 5,3 T/m2.
- B = 0,32.

+ Lớp 6 : - l3 = 8,5m.
- h3= 25,95m. f6 = 5,152 T/m2.
- B = 0,36.

+ Lớp 7 : - l3 = 5m.
- h3= 32,7m. f7 = 6,816 T/m2.
- Cát hạt mịn chặt vừa.

+ Lớp 8 : - l3 = 2m
- h3= 38,2 f8 = 10 ì1,3 = 13 T/m2.
- Cát hạt thô, trạng thái chặt.

n





f i . l i = 140,46 T/m.

i =1

n

Vậy : Qtc = m ( mr . qp . Ap + u .
Qa =


i =1

Qtc 930,2
=
= 664,442 T.
k tc
1,4

mf .f i . l i ) = 1ì[1ì517,55ì0,785 + (3,14ì1)ì1ì140,46] = 930,2 T.


Vậy sức chịu tải tính toán của cọc là: [P] = MIN(Pvl, Qa) = Qa = 664,442 t.
2. Xác định số lợng cọc.
Móng M2 lực dọc tại chân cột N = -1076126,32 kG = 1076,2 t.

N
1076,2
n =.
=1,2ì
= 1,94 Cọc ta chọn n =2 cọc
[ P]
664,442

3. Tính móng M2

i

I

Đài cọc bố trí nh hình vẽ ,kích thớc sơ bộ của đài chọn : 4ì2ì2m
a. Tính toán áp lực truyền lên cột
+Trọng lợng đài :
Nđ= 4ì2ì2ì2,5ì1,1= 44 t
Nội lực tại chân cột:
Cặp 1:
M= 3,042tm
N= 1076,2 t
Q = 4,045t
Cặp 2:
M =34,314tm
N =1061,969 t
Q =7,8861t
Nội lực tại đáy đài :
Cặp 1:
Cặp 2:

M1 =M+Q1.h =3,042+4,045ì2=11,13tm
M2 =M +Q2ìh=34,314+7,886ì2=50,072tm
N1 = N + Nđ =1076,2+44=1120,2t
N2=N+Nđ =1061,969+44 =1106t
Q1=Q =4,045t
Q2=7,886t

b. Kiểm tra sức chịu tải của cọc
áp lực lớn nhất tác dụng lên đầu cọc
Cặp 1:
P max =

N1 M1.x i max 1120,2 11,13 ì 1,2
+
=
+
= 564,74 t
2
n
2
2 ì 1,2 2
2
xi
1

P min =

N1 M1.x i max 1120,2 11,13 ì 1,2

=

= 555,46t
2
n
2
2 ì 1,2 2
2
xi
1

Tơng tự với cặp 2 ta có :Pmax =573,85t , Pmin =532,12 t
Pmax = 573,85< [P] =664,442 ; Pmin > 0 cọc đủ sức chịu tải và không bị nhổ
c. Kiểm tra sức chịu tải của nền
Coi đài cọc, cọc và đất giữa các cọc là một khối móng qui ớc có kích thớc :


Lm = l +2Hìtg ; Bm = b +2Hì tg
Trong đó :
tb
2,12.10 + 14,32.5 + 19,18.4 + 21.5,5 + 33.10,5 1
=
=(
). = 4,510
4
10 + 5 + 4 + 5,5 + 10,5
4
suy ra : Lm =4+2.35.tg(4,51) = 9,52m
Bm =2+ 2.35.tg(4.51) = 7,52m
ứng suất tại đáy khối móng qui ớc :
7,52.9,52 2

=113,59 m3.
6
N
M
max, min =
n wqu
Wqu =

cặp 1: N=N1+Fq.tb.H=1122,734+7,52.9,52.2.35=6134,062t
M=M1=1,565tm
6134,062 1,565
max =
+
= 85,69 t / m2
7,52.9,52 113,59
min =

6134,062 1,565

= 85,66 t / m2
7,52.9,52 113,59

cặp2: N=N2+ Fq.tb.H =1099,66+2.7,52.9,52.35=6110,99t
M=M2=34,565tm
suy ra:
min =

6110,99 34,565

= 85,05t / m2

7,52.9,52 113,59

max =

6110,99 34,565
+
= 85,66 t / m2
7,52.9,52 113,59

theo phụ lục III sách tính toán móng cọc của tác giả Lê Đức THắng ta có c ờng độ tính toán tại đáy khối qui ớc là: R =1,2.[ R ì(1+ K1(b-2))+K2.(h-3) ]
trong đó :
R - cờng độ qui ớc của đất theo bảng 9 với loại cát lẫn cuội sỏi ta có R =45 t/m 2
K1=0.1; K2 =0.3 là các hệ số lấy theo bảng 11
b: chiều rộng móng b=7,5m lấy b =6m
=1,859 t/m3 trọng lợng thể tích đất từ đáy móng trở lên
h =40m chiều sâu chôn móng
vậy R = 1,2ì[ 45.(1 +0,1(6-2))+0,3ì1,859ì(40-3)] =100.36t/m2
ta có max = 85.69 t/m2 <1.2R =120.43 t/m2
(min +max)/2 =85.68 t/m2 sức chịu tải của nền đợc đảm bảo
d. Tính lún của nền :


Độ lún của nền đợc tính với tải trọng tĩnh (tính cho cặp 1)
N'
6032,22
gl =
i .hi =
4,05.1,87 1,6.10 1,94.5 1,95.4 1,96.5,5 1,98.10,5 = 11,67t / m2
Fqu

1,2
N' =

N1
1122,734
+ Fqu.tb.H =
+ 7,52.9,52.2.35 = 6032,22 t ứng suất gây lún:
1,2
1,2

ngay tại chân đáy khối qui ớc bt =72.64t/m2 > 5gl tức là đã tắt lún .độ lún trong khoảng Bm/5 =2m đầu tiên
dới đáy khối qui ớc
11,67
S = 0,8.
.2 = 0,0062 m = 0,62 cm < [S] = 8cm
3000

e. tính toán đài móng:
gồm :

+tính toán đâm thủng
+tính toán theo lực cắt trên tiết diện nghiêng
+ tính toán đài chịu uốn

+ tính toán đâm thủng: việc tính toán đợc tiến hành theo công thức :
P < [ 1. (b c + c 2 ) + 2 .( hc + c 1 )].ho.Rk trong đó
P:lực đâm thủng bằng tổng phản lực của cọc nằm ngoài phạm vi đáy tháp đâm thủng ta có P
=562.02+560.7=1122.02t
bc =hc =0.8m kích thớc tiết diện cột
h=1.85m chiều cao hữu ích của đài

c2=0 ;c1=0.3m khoảng cách trên mặt bằng từ mép cột đến mép của đáy tháp đâm thủng (hình vẽ)ta có c1<
0.5 h -> lấy c1=0.5 h=0.925m
1=2 =3.35 do c1;c2 <0.5 h
vậy:vế phải =[3.35(0.8+0)+3.35(0.8+0.925)]1.85*100=1564.86t > P=1122.02t
vậy đài không bị chọc thủng
+tính cờng độ trên tiết diện nghiêng theo lực cắt : điều kiện cờng độ đợc viết nh sau
Q b hRk
trong đó :
Q: tổng phản lực của các cọc nằm ngoài tiết diện nghiêng ta có Q=564.23t(cặp 2 lớn hơn)
b=2m : bề rộng đài
h=1.85m chiều cao làm việc của đài
Rk=100t/m2 cờng độ chịu kéo của bê tông
= 0,7. 1 + (
= 0,7. 1 + (

ho 2
) :hệ số không thứ nguyên xác định theo công thức
c

ho 2
1,85 2
) = 0,7. 1 + (
) = 1,565
c
0,925

ta có :c=0.3m <0.5 h nên lấy c=0.5 h=0.925m suy ra
vế phải =1,565.2.1,85.100=579,05t >Q=564,23t

vậy tiết diện nghiêng không bị phá hoại theo lực cắt
+tính đài chịu uốn :
M
45138000
Fa =
=
= 96.82 cm2
0.9 h o Ra 0.9 * 1.85 * 2800
mô men tại tiết diện I-I (hình vẽ) M=P.a=564,23.0,8=451,38tm
chọn 2025 có Fa = 98,1cm2, khoảng cách các cốt thép a=100 theo phơng cạnh ngắn đặt cấu tạo 18,a200
4. Tính móng M2:
Do nội lực xấp xỉ M1(nhỏ hơn )nên ta chọn nh M1
5> Tính móngM3 (dới cọcC1)
Só lợng cọc n=1 cọc dự kiến kích thớc đài : 1,2.1,2.1,2m
+trọng lợng đài :Nđ=1,1.1,2.1,2.1,2.2,5=4,752t
+trọng lợng giằng:Ng=1,1.0.4.1.2,5(2,5+2.3,15)=9,68t
nội lực tại đáy đài :
M=6,559+1,3.1,2=8,119tm
N=170,491+4,752+9,68=182,92t
Q=1,3t
a>kiểm tra sức chịu tải của cọc : P=N\n =182,92t < 518.2t=[P]
vậy cọc đủ sức chịu tải
N
182,92 + 6,5.6,5.35.2
=
=
= 74,329 t / m2
Fqu
6,5.6,5
b> kiểm tra sức chịu tải của nền : Lm= Bm =1+2.35.tg4.51=6,5msuy raứng suất tại đáy khối qui ớc

cờng độ tính toán của đất dới đáy móng qui ớc
R=1.2[45*(1+0.1(6-2))+0.3*1.859*(40-3)]=100.36t/m2>
vậy sức chịu tải của nền đợc đảm bảo .lực tác dụng nhỏ -> ứng suất gây lún rất nhỏ nên ta không cần kiểm
tra
b>tính toán đài : vì đài chỉ có 1 cọc nên ta không cần kiểm tra chọc thủng bởi cột cũng nh cờng độ trên tiết
diện nghiêng theo lực cắt .đặt thép 20a150 cho cả hai phơng

6. tính toán giằng
giằng móng có tác dụng truyền lực ngang từ đài này sang đài khác góp phần điều chỉnh lún lệch gi ã các
đài,ngoài tải trọng bản thân đài còn chịu một phần mô men ở chân cột và mô men do sự lún lệch gây ra
các giả thiết khi tính toán :
+coi đài cứng vô cùng ,giằng đợc ngàm tại mép đài
+bỏ qua chuyển vị ngang của đài
+mô men chân cột xem là do giằng chịu khi đài móng chỉ có một cọc
+khi móng bị lún không gây ra nội lực trong k hung


Ta tính toán giằng nối giữa hai móng M2và M3 là giằng dài nhất và móng M3 chỉ có một cọc
- sơ đồ tính toán : (hình bên) sơ bộ chọn tiết diện của giằng là 0,4.1m
-tải trọng tác dụng :
+tải trọng bản thân : q=1,1.0.4.1.2,5=1,1t/m
+mô men sinh ra do lún lệch : ta giả thiết độ lún lệch là S = 0.002m
+mô men tại chân cột C1 là M1=6.559tm
ql2 1,1.5.5
M+ =
=
= 1,145tm
24
24

- nội lực trong giằng :
M =
M =

6 EJ. 6.2900000.0.4.13
=
.0,002 = 46,4 tm
l2
25.12

ql2 1,1.5.5
=
= 2,291tm M1 =6.559tm
12
12

vậy mô men âm tác dụng trên giằng M = 2.29+46.4+6.559=55.249tm
M
55,249
A=
=
= 0,118 < Ad = 0.3 mô men tác dụng trên giằng chủ yếu do sự lún lệch gây
Rn.b.h o 1300.0,4.0,9
ra nên ta đặt thép trên và dới nh nhau (do mô men âm bằng mô men dơng )
= 0,5.(1 + 1 2 A ) = 0,937
Fa =

M
5524900
=

= 24,36 cm2 chọn 625có Fa=29.45cm2 ,cốt giá dùng 216
0,9.Ra.h o 0,9.2800.90

tính cốt đai : lực cắt tại đầu dầm
q.l 12EJ 1,1.5 12.2900000.0,4.13.0,002
+
=
+
= 21,31t
2
l3
2
12.125
ta có Ko.Rn.b.ho= 0,35.130.40.90 =163800kg >Q =21310kg
mặt khác lại có 0,6.Rk.b.ho=0,6.10.40.90=21600kg >Q =21310kg
Q=

vậy không phải tính cốt đai : dùng 8a150 đặt suốt dầm