Đồ án Cơ học đất- nền và móng

Bộ môn :Địa chất công trình Đồ án :Cơ học đất - nền móng

Mở đầu
Hiện nay trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hoá đất nớc, ngày càng có
nhiều khu công nghiệp, thành phố, thị xã, thị trấn mới đợc hình thành. Cùng với nó là sự
phát triển không ngừng của công tác xây dựng cả về số lợng, quy mô và tính chất đã đặt
ra nhiều vấn đề cần giải quyết liên quan đến điều kiện xây dựng của một khu đất. Đó là
những vấn đề sự ổn định, bền vững và tính kinh tế của mỗi công trình.
Nhng để tạo nên đợc một công trình thì đầu tiên là ta phải xây dựng đợc phần
móng của nó . Bởi lẽ móng và bản thân nền có ổn định thì công trình bên trên mới tồn
tại và sử dụng một cách bình thờng . Ngời thiết kế chỉ có thể chọn đợc phơng án nền
móng đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế khi có sự hiểu biết sâu sắc về cơ học đất , nền
và móng , cũng nh kỹ thuật thi công nền móng . Chính vì vậy mà hai lĩnh vực cơ học đất
nền móng luôn có mối quan hệ chặt chẽ bổ chợ cho nhau.
Là một kỹ s địa chất công trình tơng lai , tôi cũng nh toàn thể sinh viên của lớp
ĐCCT-ĐKT.K
49B
đã và đang có điều kiện đợc các thầy giáo thuộc bộ môn Địa chất công
trình truyền đạt và giảng dạy những kiến thức về môn cơ học đất nền móng .
Theo phơng châm : học đi đôi với hành , nhằm phục vụ cho việc nâng cao hiểu
biết và áp dụng vào tính toán thiết kế , tôi đợc các thầy giáo giao cho đồ án cơ học đất -
nền móng trong kỳ thứ II năm học 2007-2008 .
Đồ án của tôi ký hiệu IV
4
với nội dung nh sau :
(1) Thiết kế móng dới nhà công nghiệp trên khối đất đắp biết chiều rộng của tờng
b
t
=0,5 (m) ,trọng lợng phân bố đều xuống đáy tờng p=5,8 kG/cm
2
. Các chỉ tiêu

cơ lý của khối đất đắp cát pha :
II
=1,90 (T/m
3
) ;
II
=26
o
,

C
II
=0,10(kG/cm
2
) ; và đất
nền là sét dẻo mềm có
I
=18
o
; C
I
=0,23kG/cm
2
.
(2) Xác định vùng biến dạng dẻo trong nền đất , qua đó đánh giá mức độ ổn định của
đất nền .
(3) Xác định độ lún cuối cùng lớn nhất của móng trong khối đất đắp khi hệ số nở
hông của khối đất đắp à
tb
=0,30 ; và hệ số rỗng trớc khi đặt móng là

1
= 0,76 ; và sau khi đặt móng là
2
=0,72 .
Kích thớc nh hình vẽ :
Hồ Duy Hùng -1- Lớp ĐCCT.K
49B

Bộ môn :Địa chất công trình Đồ án :Cơ học đất - nền móng

Bản đố án không những là điều kiện để tôi trau dồi , ôn luyện mở rộng thêm kiến thức
mà nó còn là điều kiền để tôi tập làm quen dần với những đồ án tiếp theo lớn hơn , với
yêu cầu cao hơn mà cụ thể là đồ án tốt nghiệp sau này .
Do trình độ còn nhiều hạn chế nên bản đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót,
rất mong đợc sự chỉ bảo của các thầy giáo và sự góp ý của các bạn.
Xin trân thành cám ơn !

Hà Nội , tháng 4 năm 2008.
Sinh viên thực hiện :
Hồ Duy Hùng
Hồ Duy Hùng -2- Lớp ĐCCT.K
49B

Bộ môn :Địa chất công trình Đồ án :Cơ học đất - nền móng
Phần I :
thiết kế móng
Để xây dựng một công trình nói chung và xây dựng nhà công nghiệp nói riêng ,thì
việc móng là một công việc hết sức phức tạp nó liên quan đến nhiều vấn đề . Dựa vào
đặc điểm của lớp đất nền khi xây dựng công trình : bên dới là lớp sét dẻo mềm , lớp đất

đắp bên trên là cát pha với chiều dày H= 9m . Căn cứ vào đặc điểm của công trình khi
xây dựng là một nhà công nghiệp chịu tải trọng phân bố đều xuống đáy móng là p = 5,8
(kG/cm
2
) với chiều rộng tờng là b
t
= 0,5 (m) . Vì những lý do trên , chọn loại móng nông
là thích hợp nhất , mà cụ thể là móng băng có độ cứng hữu hạn với chiều sâu chôn
móng là h=1,5(m) .Bởi nếu đặt móng vào lớp cát pha công trình sẽ đảm bảo ổn định hơn
so với lớp sét dẻo mềm bên dới .
Gọi :
- b : chiều rộng móng (m)
- P
H
: tải trọng tác dụng lên móng băng lấy cho 1(m) dài :
ta có : P
H
= 5,8.10.0,5 = 29 (T/m)
- G : trọng lợng móng và đất phủ trên móng :
G = F.h.
tb
(T) (1)
Trong đó

tb
: khối lợng thể tích trung bình của vật liệu làm móng và đất ở trên
móng ,
tb
= 2,2 (T/m
3

) .
F : Diện tích đáy móng , với móng băng ta lấy |F|=|b|
- N : phản lực của nền tác dụng lên đáy móng
N= F.R
H
(T) (2).
Trong đó :
R
H
là sức chịu tải của nền đất đắp dới đáy móng băng và đợc tính theo
công thức sau:
Hồ Duy Hùng -3- Lớp ĐCCT.K
49B

Bộ môn :Địa chất công trình Đồ án :Cơ học đất - nền móng
R
H
=
tc
k
mm
21
.
( A.b.
II
+ B.h.
tb
+ c
II
.D) (T/m

2
) (3) .
Trong đó : c
II
là lực dính củakhối đất đắp c
II
= 0,10 (kG/m
3
)
A,B,D là các hệ số tra bảng phụ thuộc vào góc ma sát trong của khối
đất đắp
II
=26
o
, ta có : A=0,84 ; B=4,37 ; D= 6,9

II
là khối lợng thể tích của khối đất đắp ,
II
= 1,90(T/m
3
)
m
1
là hệ số điều kiện làm việc của nền , m
1
=1,1
m
2
là hệ số điều kiện làm việc của công trình m

2
=1
k
tc
là hệ số tin cậy , lấy bằng 1 .
ta có : N= P
H
+G (4)
từ (1) ;(2) ;(3) và (4) ta suy ra chiều rộng b của móng băng là nghiệm của phơng trình
bậc hai nh sau : b
2
+ k
1
.b k
2
= 0
Trong đó :
k
1
=M
1
.h + M
2
.
II
II
c

- M
3

.
II
tb
m
h


.
.
ta có m=1 , M
1
=


ì
+
25,0
cot
IIII
g
+2 =


ì
ì
+
25,0
180
26
26cot g

+2= 5,19
M
2
=4.cotg
II
=4.cotg26 = 8,201
M
3
= M
1
- 4 = 5,19- 4 = 1,19

k
1
= M
1
.h + M
2
.
II
II
c

- M
3
.
II
tb
m
h

.
.
= 5,19.1,5 + 8,201.
90,1
10,0
.10 1,19.
90,1.1
5,1.2,2

= 10,034
k
2
=
II
H
m
PM

ì
ì
3
=
90,11
2919,1
ì
ì
=18,163
suy ra : b

1
=1,57 (thoả mãn) ; b
2
= - 11,6 (loại)
Chọn chiều cao móng băng h
m
= 0,80(m)

tg
tk
=
80,0
54,0
=0,67
Vì móng băng có độ cứng hữu hạn nên 1< tg
tk
<2 nên ta phải tăng kích thớc móng lên
là b= 2,5 (m) ,thì tg
tk
= 1,25 (thoả mãn điều kiện)
Tiến hành kiểm tra kích thớc móng nh sau:
Ta có b
gh
= b
t
+ 2.h
m.
tg
gh
= 0,5 + 2 . 0,80 .tg

gh
Suy ra b
gh1
= 2,1 (m) < b=2,5 (m) < b
gh2
=3,7 (m)
Hồ Duy Hùng -4- Lớp ĐCCT.K
49B

Bộ môn :Địa chất công trình Đồ án :Cơ học đất - nền móng
Ta có ứng suất trung bình dới đáy móng băng với chiều rộng b=2,5 (m) tính cho 1m
dài là :

tb
H
=
b
nbP
t
ìì
+
tb.
.h =
5,2
2,15,058
ìì
+ 2,2. 1,5 = 17,22 (T/m
3
)
Sức chịu tải của nền đất đắp dới đáy móng :

R
H
=
tc
k
mm
21
.
( A.b.
II
+ B.h.
tb
+ c
II
.D) =
1,1
11,1
ì
( 0,84.2,5.1,90 + 4,37.1,5.2,2
+1,0.6,9 ) = 25,31 (T/m
2
)
Vậy
tb
H
< R
H
do đó bài toán đã thoả mãn về điều kiện áp lực .
Vì 0,35 < h
m

= 0,80(m) < 0,9(m), nên số bậc móng theo chiều cao móng là 2 bậc . Chiều
rộng của bậc trên là C
1
=50(cm) ; chiều rộng của bậc thứ 2 là C
2
=50(cm) .Tơng ứng với
chiều dày h
1
=40 (cm) , và h
2
=40 (cm) . Vậy chiều rộng của móng băng là b= 2,5 (m).
Tính toán xong chiều rộng móng, thì công việc tiếp theo là thiết kế và bố trí cốt thép vào
trong móng, sao cho phù hợp với kích thớc móng và khả năng chịu lực của móng. Khi
móng chịu tác dụng của tải trọng ngoài sẽ phát sinh phản lực nền gây tạo lực cắt với trị
số :
Q=
tb
H
.a.L
Với a là khoảng cách từ mép tờng ra mép móng , a= 1,00(m) , L = 1 (m)
Suy ra Q= 17,22. 1,00.1 = 17,22 (T)
Chọn bê tông mác 200 Kg/cm
2
thì R
n
=1000 (T/m
2
) do đó ,cờng độ kháng cắt cho phép
của bê tông sẽ là: R
cp

= 0,18.900 =162 (T/m
2
) , giọi i = 0,04 (m) là chiều dày lớp bê tông
phủ cốt thép , nên chiều dày hoạt động móng sẽ bằng :
H
o
= h
m
i = 0,80- 0,04 = 0,76 (m)

LRm
Q
cp
ìì
=
11621
22.17
ìì
= 0,106 (m) (thoả
mãn)
- Mô men uốn gây ra cho phản lực nền :
M = Q.a/2 = 17,22 . 1,00/2 = 8,61 (Tm)
- Tổng diện tích cốt thép chịu lực tính cho 1m dài móng băng là :
F
a
=
oaa
HRmm
M
ììì

=
76,02800019,0
61,8
ììì
= 4,5. 10
-4
(m
2
) = 4,5 (cm
2
) Chọn
cốt thép làm việc là loại A
II
thì R
a
là cờng độ chịu kéo cho phép của cốt thép là 28000
(T/m
2
).
- m là hệ số làm việc từ 0,9 đến 1
- m
a
là hệ số làm việc của cốt thép : 0,9 đến 1
Hồ Duy Hùng -5- Lớp ĐCCT.K
49B

Bộ môn :Địa chất công trình Đồ án :Cơ học đất - nền móng
ở đây chọn cốt thép chịu lực là thép có = 10 mm .
Số lợng thanh cốt thép trên 1m dài móng là :
n =

a
a
f
F
=
4
14,3
5,4
2
d
ì
=
4
1
14,3
5,4
2
ì

6 (thanh)
Khoảng cách giữa các thanh sẽ là:
C=
1
04,0


n
L
=
16

04,01


=0,20(m) = 20 (cm)
Cốt đai chọn
6
, chọn bớc cốt đai : u = 22 (cm) .
Số thanh cốt đai trên mặt cắt ngang móng là:
n
1
=
u
ib .2

=
22
4.2250


11 (thanh)
Cấu tạo móng nh sau :


Hồ Duy Hùng -6- Lớp ĐCCT.K
49B

Bộ môn :Địa chất công trình Đồ án :Cơ học đất - nền móng
Phần II
Xác định vùng biến dạng dẻo trong nền đất - đánh
giá mức độ ổn định của đất nền .

Khi tải trọng ngoài tác dụng lên nền đất tăng dần thì đến một lúc nào đó nền sẽ hình
thành những khu vực biến dạng dẻo , tức là ở đó đất bị phá hoại (>. tg +c) Theo
điều kiện cân bằng giới hạn của Mor-Renkin viết cho đất dính :
Sin
2
=
( )
( )
2
22
cot..2
.4


gc
yz
yzyz
++
+

Đất ở trạng thái cân bằng giới hạn khi góc lệch bằng góc ma sát trong của đất
I
. Vì
vậy , để xác định vùng biến dạng dẻo trong nền đất cần phải tìm những điểm mà ở đó có

max

I
rồi nối chúng lại với nhau . Ta có tải trọng lớn nhất của khối đất đắp ( tính
bằng trọng lợng cột đất ) là :
P
1
=
II
.H = 1,90 .9 = 17,1(T/m
2
).
Tải trọng do công trình bên trên và phần gia tăng tải khi xây dựng công trình gây ra đối
với nền đất :
P
2
=
b
nbP
t
ìì
+ (
tb
-
.

II
).h =
5.2
2,15,058
ìì
+( 2,2 - 1,90 ). 1,5 = 14,37 (T/m

2
).
Nh vậy tải trọng tác dụng lên đất nền chia làm 4 hình nh sau:
Hình (1) : là tải trọng của khối đất đắp hình chữ nhật gây ra : P
1
=17,1(T/m
2
).
Hình (2) và (3) : là tải trọng của khối đất đắp hình tam giác gây ra:
P
max
= P
1
=17,1(T/m
2
).
Hình (4) : là tải trọng của phần công trình bên trên và phần tăng tải khi xây dựng
móng so với đất đắp gây ra với đất nền : P
2
=14,37 (T/m
2
).
Bảng ứng suất hình (1)
im
tớnh
y/b z/b Cỏc h s Cỏc ng sut thnh phn

z
/p
y

/p
zy
/p
z

y

zy
1 0
0.09
0.9856 0.802 0 16.854 13.714 0
a 0.5
0.09
0.564 0.3308 0.108 9.644 5.657 1.847
b 0.91
0.09
0.1074 0.1097 0.0342 1.837 1.876 0.585
c 1.32
0.09
0.0026 0.0382 0.0088 0.044 0.653 0.15
Hồ Duy Hùng -7- Lớp ĐCCT.K
49B

Bộ môn :Địa chất công trình Đồ án :Cơ học đất - nền móng
d 1.73
0.09
0 0.0202 0.0019 0 0.345 0.032
2 0
0.18
0.9712 0.604 0 16.608 10.328 0

a 0.5
0.18
0.528 0.3416 0.216 9.029 5.841 3.694
b 0.91
0.18
0.1068 0.1619 0.0684 1.826 2.768 1.17
c 1.32
0.18
0.0052 0.0763 0.0176 0.089 1.305 0.301
d 1.73
0.18
0 0.0405 0.0039 0 0.693 0.067
3 0
0.27
0.9488 0.4284 0 16.224 7.326 0
a 0.5
0.27
0.4984 0.3404 0.2968 8.523 5.821 5.075
b 0.91
0.27
0.11 0.2033 0.0997 1.881 3.476 1.705
c 1.32
0.27
0.01 0.1097 0.0282 0.171 1.876 0.482
d 1.73
0.27
0.0009 0.0595 0.0074 0.015 1.017 0.127
4 0
0.36
0.8984 0.3312 0 15.363 5.664 0

a 0.5
0.36
0.4912 0.2972 0.2824 8.4 5.082 4.829
b 0.91
0.36
0.1265 0.2073 0.1207 2.163 3.545 2.064
c 1.32
0.36
0.0223 0.1264 0.0455 0.381 2.161 0.778
d 1.73
0.36
0.0048 0.0742 0.0166 0.082 1.269 0.284
5 0
0.45
0.848 0.234 0 14.501 4.001 0
a 0.5
0.45
0.484 0.254 0.268 8.276 4.343 4.583
b 0.91
0.45
0.1429 0.2114 0.1417 2.444 3.615 2.423
c 1.32
0.45
0.0347 0.1431 0.0628 0.593 2.447 1.074
d 1.73
0.45
0.0086 0.0888 0.0257 0.147 1.518 0.439
6 0
0.55
0.79 0.16 0 13.509 2.736 0

a 0.5
0.55
0.474 0.212 0.248 8.105 3.625 4.241
b 0.91
0.55
0.1624 0.212 0.1562 2.777 3.625 2.671
c 1.32
0.55
0.0492 0.1557 0.0784 0.841 2.662 1.341
d 1.73
0.55
0.0148 0.1019 0.0359 0.253 1.742 0.614
7 0
0.72
0.688 0.092 0 11.765 1.573 0
a 0.5
0.72
0.4536 0.1508 0.2072 7.757 2.579 3.543
b 0.91
0.72
0.1978 0.2066 0.1655 3.382 3.533 2.83
c 1.32
0.72
0.075 0.1668 0.0988 1.283 2.852 1.689
d 1.73
0.72
0.0284 0.1186 0.0532 0.486 2.028 0.91
8 0
0.91
0.5932 0.0544 0 10.144 0.93 0

a 0.5
0.91
0.4244 0.108 0.1744 7.257 1.847 2.982
b 0.91
0.91
0.2204 0.1631 0.1626 3.769 2.789 2.78
c 1.32
0.91
0.1011 0.1527 0.1147 1.729 2.611 1.961
d 1.73
0.91
0.0441 0.1304 0.0695 0.754 2.23 1.188
9 0
1.18
0.4852 0.0256 0 8.297 0.438 0
a 0.5
1.18
0.3812 0.0684 0.1312 6.519 1.17 2.244
b 0.91
1.18
0.2303 0.1117 0.143 3.938 1.91 2.445
c 1.32
1.18
0.1296 0.124 0.1164 2.216 2.12 1.99
d 1.73
1.18
0.0666 0.121 0.0836 1.139 2.069 1.43
11 0
1.45
0.412 0.012 0 7.045 0.205 0

a 0.5
1.45
0.338 0.044 0.104 5.78 0.752 1.778
b 0.91
1.45
0.2314 0.0784 0.127 3.957 1.341 2.172
c 1.32
1.45
0.144 0.0975 0.1115 2.462 1.667 1.907
d 1.73
1.45
0.0841 0.1031 0.0862 1.438 1.763 1.474
Hồ Duy Hùng -8- Lớp ĐCCT.K
49B