ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG : thiết kế, tính toán móng của một công trình xây dựng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
BỘ MÔN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG
Đề XI.2

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

CAO SỸ NHÂN

Th.S. NGUYỄN VĂN PHÓNG

MSV: 1321020655
LỚP: ĐCCT A K58

HÀ NỘI, 5/2017
CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 1


PHẦN I : MỞ ĐẦU
“ Nền và móng công trình” là một môn học không thể thiếu đối với sinh viên
khoa công trình các trường Đại học khối kĩ thuật. Hiểu biết sâu sắc về đất nền để
thiết kế giải pháp nền móng công trình hợp lí, có tính khả thi, đảm bảo yêu cầu kĩ
thuật và kinh tế là yêu cầu bắt buộc đối với các kĩ sư xây dựng, các kĩ sư Địa chất
công trình – Địa kĩ thuật.
Cây muốn xanh tốt ắt phải có gốc chắc khỏe, với công trình xây dựng cũng
vậy, muốn trường tồn với thời gian trước tiên đòi hỏi phải có giải pháp thiết kế

móng hợp lí. Hơn nữa đất nước chúng ta còn nghèo, nền kinh tế mới chỉ trong giai
đoạn hội nhập và phát triển, công trình xây dựng lên không chỉ tồn tại một sớm,
một chiều. Nắm bắt được những đòi hỏi thiết thực của cuộc sống, của công việc,
chúng em những sinh viên năm thứ tư chuyên ngành Địa chất công trình – Địa kĩ
thuật, đã được trao cơ hội, được tự tay thiết kế, tính toán móng của một công trình
xây dựng thông qua Đồ án môn học Nền và Móng.
Trong quá trình làm đồ án ,với sự nhiệt tình giúp đỡ của thầy Th.S : Nguyễn
Văn Phóng đã giúp em hoàn thành đồ án môn học. Đây là lần đầu tiên em bước
đầu làm quen công việc thiết kế của một kỹ sư, trong quá trình làm không thể
tránh khỏi nhiều thiếu sót. Rất mong thầy và các thầy trong bộ môn góp ý kiến để
chúng em hoàn thiện hơn. Em chân thành cảm ơn!
Sinh viên : CAO SỸ NHÂN
Lớp :

CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 2

ĐCCT-ĐKT A- K58


CHƯƠNG I: THIẾT KẾ MÓNG
1.Đánh giá điều kiện địa chất công trình.
Theo tài liệu ta đánh giá sơ bộ điều kiện địa chất công trình.
Lớp 1: Sét pha dẻo cứng, dày 5m.
Lớp 2: Bùn sét, dày 12m.
Lớp 3: cát hạt trung, dày vô tận.
ST
T
1

2
3

Tên lớp đất

Lớp 1: sét pha dẻo cứng
Lớp 2: bùn sét
Lớp 3: cát hạt trung

Chiều dầy
phân bố
Từ
Đến
(m)
(m)
0
5
5
17
ꝏ
17

Khối lượng
thể tích
(ϒw, g/cm3)

Φ
(độ
)

SPT

CPT

N30

qc

fs

1.88
1.57
2.1

11
5
26

10
0
24

26
0
79

0.9
0
1.1

Hình 1: hình ảnh mô phỏng điều kiện địa chất công trình
CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 3


hình 2: cột địa tẩng dưới móng công trình
2. chọn loại móng.
Ptc= 400 T
*Phương án chọn móng:
Đây là công trình nhà cao tầng có tải trọng truyền xuống chân 1 cột là 400T, nên việc
dùng móng cọc ma sát cắm vào lớp đất chịu lực là cát hạt trung là khả thi. Cọc làm việc
nhờ vào ma sát của đất xung quanh thân cọc và cường độ của đất dưới mũi cọc.
Với công trình nhà thì ta chọn lựa phương án cọc bê tông cốt thép đài thấp.
*Chọn thông số sơ bộ của cọc:
Kích thước tiết diện cọc: 0.35x0.35 (m)
Bê tông chế tạo cọc có (mác 300) có Rbt= 120 (kg/cm2)
Cốt dọc và đài cọc: CT3 có Rct= 3000 (kg/cm2)
Ta chọn 4 thanh Ф25 làm thép chịu lực
Tổng chiều dài cọc 20 (m)
Chiều sâu đặt đài h= 2 (m)
Độ ngàm cọc vào đài hcs= 0,6 (m)
CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 4


Chiều dày đài hđ= 2 (m)
Rct= 30000 T/m3
Fct= 4*π()2 = 0,00196 m2

Rbt= 1200 T/m3
Fbt= Fc – Fct = 0,12054 m2
3. xác định sức chịu tải của cọc và đất nền
a, xác định sức chịu tải theo vật liệu.

Pvl= ϕm(Rbt.Fbt + Rct.Fct).
Trong đó : ϕ là hệ số chịu uốn dọc trục, chọn ϕ= 0.7
m là hệ số làm việc của cọc , chọn m = 0.9
Rct là cường độ chịu kéo giới hạn của cốt thép chủ
Fct diện tích tiết diện ngang của cốt thép chủ
Rbt là cường độ chịu nén giới hạn của bê tông
Fbt là diện tích tiết diện ngang của bê tông
=> giá trị sức chịu tải của cọc theo vật liệu :
Pvl= 128.3 T (*)
b. Tính sức chịu tải theo đất nền.
* theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT.

Ps= (m.N30.F + n.N30tb.Fs)
Trong đó:

m là hệ số, lấy m=400
n là hệ số, lấy n=2
N30 trị số SPT của đất trong khoảng 1d dưới mũi cọc hoặc 3d trên mũi cọc
N30tb trị số SPT trung bình của các lớp đất dọc theo thân cọc (bỏ qua lớp

bùn).
CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 5

F là diện tích mũi cọc
Fs là diện tích xung quanh cọc
=> giá trị sức chịu tải của cọc ma sát tính xuyên tiêu chuẩn là:
Ps= 70.9 T

(**)

*theo thí nghiệm xuyên tĩnh CPT.

Px = k . m (F . Rtc + . Qms )
Trong đó:

(kN)

k là hệ số động nhất của đất, lấy k= 0.7
m là hệ số làm việc, lấy m= 0.85
Rtc sức chịu tải tiêu chuẩn của đất nền ở mũi cọc
Rtc= , qc là sức kháng mũi xuyên ở đầu mũi của đất nền
Uc chu vi tiết diện ngang của cọc
Ux chi vi cần xuyên (áo ma sát), Ux= 0.113m
Qms tổng ma sát xung quanh cần xuyên theo ma sát thành đơn vị

 Giá trị sức chịu tải của cọc tính theo xuyên tĩnh là:

Px= 81.6 T

(***)

Từ (*), (**), (***) ta thu được kết quả:

Ptt= 70.9 T
c. tính toán sơ bộ đài cọc.
- Áp lực tính toán do phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài

σtt= =
Trong đó:

= 64.3 (T/m2)

Ptt là sức chịu tải tính toán
d là kích thước cạnh của cọc

-. Diện tích đáy đài cọc

CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 6


Fd =

Ptc
σ − nγ tb h
tt

Trong đó: n là hệ số vượt tải, n=1.3
ϒtb = 2.2
h là chiều sâu đặt đài
 Kết quả tính toán: Fd= 6.82 m2
-. Trọng lượng của đài và đất trên đài

G = n . Fd . h . ytb= 1.3 x 6.82 x 2 x 2.2 = 39 T
d. xác định số lượng cọc:
số lượng cọc trong đài được tính toán qua công thức

n = β.
Trong đó : là tổng mức tải trong tác dụng lên cọc
β= 1.3
= Ptc + G = 400 +39 = 439 T
 Từ công thức trên ta tính toán:

n= 1.3 x 439/70.9 = 8.1 cọc
Ta lấy n= 9 cọc
d. bố trí cọc vào đài.

CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 7


Hình 3: mạng lưới bố trí cọc trong đài cọc

CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 8


Hình 4: mô hình cấu tạo móng cọc đài thấp
Diện tích thực tế của đài:
Fđ= 2.7 x 2.7 = 7.29 m2

Trọng lượng tính toán đài và đất trên đài
G= nFhϒtb= 1.3 x 7.29 x 2 x 2.2 = 41.7 T
*Cấu tạo đài: a = b = 2700mm
ac = bc = 1000 mm
CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 9


Hình 5: hình ảnh minh họa đài học
*Bố trí cốt thép trong đài:
tính toán cốt thép trong đài:
CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 10


Ma = (a - ac)2.(2b + bc). ()
Mb =(b – bc)2.(2a + ac).()

σmax là ứng suất tiêu chuẩn tại mép cột có σmax
tính số lượng cốt thép theo từng chiều:

Fa = => na =
Fb =

=> nb =

na, nb là số lượng cốt thép bố trí theo chiều a,b của đáy đài
Fa , Fb là tổng diện tích ngang của cốt thép tính theo chiều a, b của đáy đài

fa, fb tiết diện ngang của một thanh thép bố trí theo chiều a, b của đáy đài (sử dụng cốt
thép có Ф10)
Ra cường độ chịu kéo của cốt thép ( Ra = 30000 ứng với thép CT-5)
Qua tính toán ta có:
Số thanh mỗi chiều là na = nb = 17 thanh
khoảng cách giữa các cốt thép theo chiều a, b trong đài là: 160mm

CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 11


Hình 6: hình ảnh bố trí cốt thép trong đài cọc
e. kiễm tra cường độ đài cọc và áp lực tác dụng lên đầu cọc.
*kiểm tra cường độ đài cọc tức là đi kiểm tra điều kiện chọc thủng của đài cọc

h0 = hđ - hcs ( trong đó hđ= 2 m, hcs= 0.6 m)
 h2 = 1.4 m

điều kiện để đài cọc làm việc bình thường và không bị chọc thủng là :

h2
trong đó: τ là ứng suất cho phép của vật liệu làm cọc
U là chu vi tiết diện ngang của cọc
h2 chiều dày bê tông bị chọc thủng

CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 12

n là số lượng cọc
Tính toán các giá trị:
U = 4. 0,35 = 1.4 (m)
P0 = Ptc + Gđ = (400 + 2,5. 2. 7,22)/9= 48,5 (T)
Với vật liệu làm đài là bê tông cốt thép, mác bê tông 300, Rcp= 210 T/m2
h2 ≥ = = 0,17 (m)
-

mà h2 ban đầu thiết kế =1,4m. Vậy cọc làm việc trong điều kiện đài không bị

*kiễm tra áp lực đầu cọc:
P0 = (Ptc + Gđ)/n = (400 + 2,5. 2. 7,22)/9= 48,5 (T/m2)
Với P0 là áp lực tác dụng lên đầu cọc .
n là số cọc có trong đài.
CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 13


Với vật liệu làm cọc là bê tông cốt thép, mác bê tông 300, Rcp= 210 T/m2
Vậy cọc làm việc bình thường với áp lực đã tính toán trong bài toán.
g. kiểm tra cường độ đất nền dưới mũi cọc.
để kiểm tra ta coi đài cọc, cọc và đất nền xung quanh là mội khối móng quy ước:
-

góc truyền lực

α= =

= 2.84 độ

trong đó ϕtb= = 11.35 độ

CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 14


Diện tích đáy móng quy ước, được xác định bằng công thức sau:
Fqư = (A + 2ltg α)(B + 2ltg α)
Trong đó:
A, B là khoảng cách giữa hai mép ngoài của hai hàng cọc, A = B = 2,45m do nhóm
cọc được bố trí hình vuông;
l là chiều dài cọc, l = 17m;
Fqư = (2,45 + 2. 17,5. tg 2,790)^2 = 17,27 (m2)
Khi đó áp lực dưới đáy móng quy ước là:
σ=
Trong đó:
Nd là tổng tải trọng tác dụng lên đáy khối móng quy ước, gồm P tc, trọng lượng đài
cọc, các cọc và đất giữa các cọc.
Thể tích của đài là: Vđ = 7,29. 2,5 = 18.23 (m3)
Thể tích các cọc là: Vcọc = 9. 0,352. 17,5 = 19.29 (m3)
Khối lượng các cọc là: Gcọc = 19,29. 2,5 = 48,23 T
Nd = Ptc + Gđ + Gcọc + 1,88. (2,5. 8,41 - Vđ) + 1,88. (2,5. 8,41 – 9. 0,352. 2,5)
+ 1,57. (12. 8,41 – 9. 0,352. 12) + 2,1. (3. 8,41 – 9. 0,352. 3) = 814,4 T
Áp lực dưới đáy móng quy ước là:
σ = = = 47.2 T/m2
Cường độ tính toán của đất ở đáy móng khối quy ước được xác định theo công
thức:

R = m(Aγb + Bγ’h + Dc)
Trong đó:
A, B, D là hệ số tra bảng phụ thuộc vào góc ma sát φ của đất dưới ngay đáy
móng,. Với φ = 260, các hệ số A = 0,84; B = 4,37; D = 6,9;
m là hệ số điều kiện làm việc, lấy m = 1;
CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 15


b, h là chiều rộng và chiều sâu móng khối quy ước, với b = 4,14m; h = 20m;
γ là khối lượng thể tích tự nhiên của lớp đất nằm ngay dưới khối móng, với γ =
2,1 g/cm3;
γ’ là khối lượng thể tích đất tự nhiên trung bình của các lớp đất phía trên đáy
móng, với γ’ = 0;
c là lực dính kết, với đất rời c = 0.
R = 1. (0,84. 4,2. 2,1 + 4,37. 20. 1,8 + 0. 6,9) = 164,73 (T/m 2)
Để nền đất làm việc bình thường thì áp lực tiêu chuẩn lên đáy móng khối quy
ước phải nhỏ hơn cường độ tính toán của khối móng khối. Như vậy, điều kiện của bài
được thỏa mãn:

Σσmax= ≤ 1.2*Rtc
σ = 47,2 T/m2 < R = 164,73 (T/m2)
Vậy nền đất ổn định về cường độ.

CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 16

CHƯƠNG 2: TÍNH LÚN CHO MÓNG CỌC
Chia nền đất dưới móng khối quy ước thành thành các lớp phân tố có chiều dày h i =
1m.
Gọi zi là độ sâu các lớp phân tố kể từ đáy móng khối quy ước.
Áp lực gây lún:

pgl = σ – (γ1.h1 + γ2.h2 + γ3.h3)
= 47.2 – (1,88.5+1,57.12+2,1.3)
= 12,66 T/m2
Giá trị ứng suất gây lún tại những điểm nằm trên trục qua tâm móng được tính
theo công thức:

σgl = k0. pgl
Với k0 là hệ số tra bảng.
Ứng suất bản thân:

σbt = γ. h
Với γ và h tính từ đáy móng khối quy ước trở xuống.
Độ lún của mỗi lớp phân tố trong điều kiện không nở hông:

Si =
hi chiều dày lớp phân tố thứ i;
i là ứng suất phụ thêm ở giữa lớp thứ i, tính bằng trung bình cộng giữa ứng suất
phụ thêm ở đỉnh và đáy lớp phân tố thứ i;
β là hệ số tra bảng, lấy bằng 0,8;
Ei là tổng mô đun biến dạng của đất lớp phân tố thứ i
Kết quả tính toán ghi trong bảng sau:
Z= H – L (trong đó L=20m)

Ứng suất gây Ứng suất bản

lún
thân
12.66
12.66

Độ sâu H

z/b

l/b

K0

20

0.00

1

0

21

0.23

1

0.935

11.84

14.387

0.0114

22

0.46

1

0.75

9.50

16.114

0.0071

23

0.68

1

0.506

6.41

17.841

0.0070

24

0.91

1

0.392

4.96

19.568

0.0053

CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 17

Si (m)
0.0150


25

1.14

1

0.276

3.49

21.295

0.0037

26

1.37

1

0.215

2.72

23.022

0.0034

Bảng 1
Lớp phân tố thứ 6 có σgl < 0,2. σbt. Vậy chiều sâu ảnh hưởng là đến 6m kể từ đáy
móng quy ước hay là 26 m từ mặt đất.
Độ lún tổng cộng là: Si = 0,0546 m = 5,46 cm
 đạt tiêu chuẩn cho độ lún tiêu chuẩn của xây nhà

CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 18


Biểu đồ thể hiện ứng suất dưới móng quy ước

CAO SỸ NHÂN – ĐCCT-A-K58

Trang 19