Đồ án cơ học đất và nền móng

ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG
MỤC LỤC

[Type text]

Page 1


ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, nước ta đang trong quá trình đổi mới và phát triển,
đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đát nước và xây dựng cơ sở hạ tầng, hàng loạt
các công trình xây dựng được mọc lên nhằm phục vụ các mục đích khác nhau về kinh
tế, văn hóa xã hội và an ninh quốc phòng… Đó là các công trình như: Cầu vượt,
đường giao thông, nhà cao tầng, các khu trung cư, khu đô thị, các khu công nghiệp…
Một bộ phận hết sức quan trọng trong các công trình xây dựng đó là móng của
công trình, một công trình bền vững, có độ ổn định cao, có thể sử dụng an toàn lâu dài
phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng móng công trình và việc lựa chọn các giải pháp
móng thích hợp cho công trình.
Trên thực tế những kỹ sư Địa chất công trình thường có kiến thức rất tốt về nền
đất nhưng ngược lại những kiến thức về thiết kế kết cấu móng còn rất hạn chế. Trên cơ
sở đó Bộ môn Địa chất công trình, Trường đại học Mỏ - Địa chất đã dựa vào chương
trình đào tạo môn Cơ học đất, Nền và móng cho các sinh viên ngành địa chất công
trình, bên cạnh đó là đồ án đi kèm để sinh viên có thể nắm rõ những gì mình đã học và
bước đầu làm quen với việc thiết kế và đưa ra các giải pháp móng thích hợp cho công
trình nhằm đảm bảo an toàn cho công trình và mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Nội dung đồ án gồm những phần sau:
Mở đầu
Chương 1: Thiết kế móng
Chương 2: Xác định tải trọng giới hạn

Chương 3: Tính lún theo thời gian
Kết Luận

Hà Nội, Tháng 5, Năm 2017
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Đức Chiều

Svth: Nguyễn Đức Chiều

2

Lớp : ĐCCT-A-K58


ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG
Đề bài I-7:

Hình 1: Nền đất và công trình

- Cho một tường nhà công nghiệp kích thước 60 x 60 cm; trọng lượng tường
Ptc1 = 50 (T/m); trọng lượng cầu chạy và vật treo P tc2 = 8 (T/m). Tường đặt trên

-

nền đất gồm 2 lớp:
Lớp 1: Sét pha dày 4m;
Lớp 2: Cát pha dày vô tận;

Các số liệu nền đất được cho trong bảng:
Svth: Nguyễn Đức Chiều

3

Lớp : ĐCCT-A-K58


ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG
Bảng 1: Bảng chỉ tiêu cơ lý
K.lg
thể
tích
TN

Lớp
đất

K.lg
riêng

Độ
ẩm
W

1.00

1,92

γs
(T/m3
)

2,7

2.00

1,84

2,7

γw
(T/m3)

Góc
Hệ số rỗng ứng với các cấp áp lực
ma
sát
P = 1; 2; 3; 4 kG/cm2
trong
ε1

ε2

ε3

ε4

20.00

0,665

0,610

0,586

0,565

21.00

0,743

0,699

0,668

0,652

(%)

Lực dính
kết

Hệ số
thấm

φ

C

K

(độ)

(kG/cm2)

(cm/s)

21.00

0,22

1,1.10-7
1,1.10-4

Nhiệm vụ thiết kế:
1. Thiết kế móng dưới tường nhà công nghiệp.
2. Xác định tải trọng giới hạn của nền đất dưới tâm và 2 mép móng theo lý thuyết cân
bằng giới hạn.
3. Tính toán và vẽ biểu đồ độ lún của nền đất dưới đáy móng theo thời gian.

CHƯƠNG 1
THIẾT KẾ MÓNG

1.1.

-

Xác định kích thước móng
Theo yêu cầu đề bài thì ta chọn giải pháp móng đơn chịu tải trọng thẳng đứng lệch tâm.
Svth: Nguyễn Đức Chiều

4

Lớp : ĐCCT-A-K58


ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG

- Đặt móng vào lớp sét pha
- Chọn độ sâu đặt móng sơ bộ h = 1.5m.
- Xác định chiều rộng móng sơ bộ
Trong đó: b là chiều rộng móng
Với:

- Các hệ số M1, M2, M3 tra bảng, M1, M2, M3 phụ thuộc vào góc ma sát trong.
Ta có: φ = 21o suy ra: M1= 5,8; M2= 10,45;

M3 = 1,79;

Ptc = Ptc1 + Ptc2 = 50 + 8 = 58 (T/m)
βγm = γtb = 2,2 (T/m3)
Chọn m = 1
Suy ra:
Với k1, k2 giải (1) ta được b = 1.62 (m).
Chọn b = 2,5 (m).
Chọn chiều dày móng hm = 0,6 (m).

1.2.

Kiểm tra kích thước móng
Móng vông: a = b = 2,5m. chọn hm = 0,6m ; d = 0,9m
Đk: a = b > agh = bgh = ac +2hm.tgαgh

Ta có: agh = bgh = 0,6 + 2.0,6.1 = 1,8
Vậy a = b = 2,5 > agh = bgh = 1,8 ( thỏa mãn )

1.3. Xác định sức chịu tải của nền đất dưới đáy móng.
Theo quy phạm:
φ = 21o tra bảng được: A = 0,56;

B = 3,25;

D = 5,85;

→ (T/m3).

1.4. Kiểm tra tiết diện đáy móng.
F = a.b = 6,25 > = = 2,8 ( thoảm mãn )

1.5. Kiểm tra điều kiện chịu lực của nền đất dưới đáy móng.
 Momen do tải trọng lệch tâm gây ra: M = Ptc2.0,5 = 8.0,5 = 4 (T.m).
Svth: Nguyễn Đức Chiều

5

Lớp : ĐCCT-A-K58


ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG

 Momen chống uốn của móng: = 2,604 (m3).
 Ứng suất dưới đáy móng:
- ứng suất trung bình: (T/m2).

- ứng suất lớn nhất: (T/m2).
- ứng suất nhỏ nhất: (T/m2).
 Kiểm tra điều kiện chống lật móng và khả năng chịu lực của nền :

-

Như vậy nền đủ khả năng chịu lực.
Ta chọn móng có kích thước a × b = 2,5 × 2,5
tgα = = = 1,58

thỏa mãn điều kiện 1≤ tgαtk ≤ 2

1.6. Tính toán bê tông – cốt thép.
- Tải trọng tính toán: (lấy hệ số vượt tải n = 1,1)
Ptt = n.Ptc =1,1.58 = 63,8 (T/m)
M = 1,1.4 = 4,4 ( T.m )

1.6.1. Tính chiều dày làm việc tối thiểu của bê tông. ( homin)

-

ho - Chiều dày làm việc bê tông
ho = hm – e chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ e = 0,04 m
vậy ho = 0,6 – 0,04 = 0,56 m
Đk: ho >
Trong đó: m – hệ số làm việc của bê tông lấy m = 0,9
Chọn mac bê tông 200 vậy Rcp = 115 (T/m2)
= n. = 1,2× 58 = 69,6 T
Vậy: = = 0,28 < ho = 0,56 ( thỏa mãn )
1.6.2. Tính cốt thép

Cốt thép trong trường hợp móng chịu tải trọng thẳng đứng lệch tâm cũng phải nhiều
hơn trường hợp chịu tải đúng tâm.
- Momen do phản lực nền gây ra được tính như sau:
= = 14,25
= = 10,87
= + (.( 1- )
= 10,87 + ( 14,25 – 10,87). (1 - = 12,97 (T/m2).

Svth: Nguyễn Đức Chiều

6

Lớp : ĐCCT-A-K58


ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG

Hình 2: Áp lực nền
Ma =.(a-ac)2.( 2.b + bc). ( ) = 11,46 (T.m)
Mb =.(b-bc)2.( 2.a + ac). ( ) = 10,58 (T.m)

1.6.3. Tính số lượng cốt thép theo chiều cạnh a và b
Chọn thép CT3: Ra = 21.103 T/m2
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ: 4 cm
Diện tích cốt thép cần thiết được tính theo công thức:
( m2 )
( m2 )
m,ma hệ số làm việc của bê tông và thép lấy =0,9

 Số thanh thép trên chiều dài cạnh a:

Chọn thép Ф 12: fa = 1,13.10-4 m2
10,65 thanh.
Chọn na = 11 thanh
Khoảng cách bố trí cốt thép:
. cm
Svth: Nguyễn Đức Chiều

7

Lớp : ĐCCT-A-K58


ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG

- Ta thấy, khoảng cách giữa các thanh thép vượt quá phạm vi cho phép thuộc khoảng 1520 cm thỏa mãn điều kiện để bê tông và cốt thép làm việc đồng thời.
 Vậy ta chọn số thanh thép Ф 12 theo cạnh a tăng lên là 13 thanh khi đó :
. cm
Chọn khoảng cách bố trí thép là 20 cm

 Số thanh thép trên chiều dài cạnh b:
Chọn thép Ф 12: fa = 1,13.10-4 m2
9,82 thanh.
Chọn na = 10 thanh
Khoảng cách bố trí cốt thép:
. cm

- Ta thấy, khoảng cách giữa các thanh thép vượt quá phạm vi cho phép thuộc khoảng 1520 cm thỏa mãn điều kiện để bê tông và cốt thép làm việc đồng thời.
 Vậy ta bố trí thép như chiều cạnh a là hợp lý về độ an toàn và phù hợp với điều kiện
làm việc của bê tông và cốt thép
. cm

1.7.

Bản vẽ thi công.

Svth: Nguyễn Đức Chiều

8

Lớp : ĐCCT-A-K58


ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG
CHƯƠNG 2
XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIỚI HẠN

 Ta xác định tải trọng giới hạn của nền đất theo phương pháp Xocolovxki: Trước hết,
ta xác định YT theo biểu thức sau :
YT =
Từ YT tra bảng để xác định Pgh tại điểm có tọa độ y như sau
Pgh = PT.( c + + γ .h

Hình 3: Lực phân bố và tải trọng giới hạn
2.1. Xác định tải trọng tới hạn tại tâm móng ( y = b/2 ).
Ta có: YT = = 0,72
Tra bảng ta có : PT = 21,14
Vậy Pgh = 21,14.( 2,2 + + 1,92 .1,5 = 72,76 ( T/m2)
 Nhận xét ta thấy: σtbtc = 11,04 ( T/m2) < Pgh = 72,76 ( T/m2)
Vậy tại tâm móng nền ổn định.
2.2. Xác định tải trọng tới hạn tại (y = 0 ).

Ta có: YT = 0 = 0
Tra bảng ta có : PT = 15,98
Vậy Pgh = 15,98.( 2,2 + + 1,92 .1,5 = 55,70 ( T/m2)
 Nhận xét ta thấy: σmintc = 9,5 ( T/m2) < Pgh = 55,70 ( T/m2
Vậy tại mép móng ( y = 0 ) nền ổn định.
2.3. Xác định tải trọng tới hạn tại (y = b = 2,5 ).
Ta có: YT = 2,5 = 1,45
Tra bảng ta có : PT = 25,62
Vậy Pgh = 25,62.( 2,2 + + 1,92 .1,5 = 87,57( T/m2)
 Nhận xét ta thấy: σmaxtc = 12,58 ( T/m2) < Pgh = 87,57 ( T/m2)
Vậy tại mép móng ( y = b =2,5 ) nền ổn định.
Svth: Nguyễn Đức Chiều

9

Lớp : ĐCCT-A-K58


ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG

Svth: Nguyễn Đức Chiều

10

Lớp : ĐCCT-A-K58


ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG

CHƯƠNG 3

TÍNH LÚN THEO THỜI GIAN

3.1. Tính độ lún cuối cùng tại tâm móng.
- Ta xem tải trọng hình thang là tải trọng phân bố đều với σtctb = = 11,04 (T/m2)
- Áp lực gây lún Pgl = σtctb - γ1.h = 11,04 – 1,92.1,5 = 8,16 (T/m2)
- Giá trị ứng suất gây lún tại những điểm nằm trên trục đi qua tâm móng được tính theo
công thức:

-

σz = k0.Pgl với ko là hệ số tra bảng
Ta chia nền thành 7 lớp phân tố mỗi lớp dày 0,5m, trị số ứng xuất trung bình của mỗi
lớp được xác định ở biểu đồ sau:

Biểu đồ 1: Ứng suất bản thân và ứng suất gây lún

lớp1
( sét pha )

lớp 2
( cát pha)

độ sâu z
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00

3.50

z/b
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4

l/b
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4

k0
1.000
0.949
0.756
0.547
0.390
0.285
0.214

0.165

σgl

σbt

8.16
7.74
6.17
4.46
3.18
2.33
1.75
1.35

2.88
3.84
4.80
5.76
6.72
7.36
8.28
9.20

0,2 σbt
0.58
0.77
0.96
1.15
1.34

1.47
1.66
1.84

Bảng 2 : Ứng suất bản thân và ứng suất gây lún theo độ sâu dưới tâm móng
Svth: Nguyễn Đức Chiều

11

Lớp : ĐCCT-A-K58


ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG

 Như vậy với điều kiện: σgl ≤ 0,2σbt ta xác định được chiều dày hoạt động nén ép là
3,5m tính từ tâm móng tức là 5m tính từ mặt đất.
Biểu đồ 2: Biểu đồ nén lún lớp 1

-

Biểu đồ 3: Biểu đồ nén lún lớp 2
Xác định hệ số lỗ rỗng ứng với mỗi ứng suất trên đó trên đường cong nén lún, kết quả
được thể hiện ở bảng sau:
Lớp phân
tố
1
2
3
4
5

6
7

Chiều dày
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5

P1i = σbt
(T/m2)
3.84
4.80
5.76
6.72
7.36
8.28
9.20

e1i

P2i = σgl + P1i

e2i

Si

0.680
0.679
0.672
0.671
0.755
0.754
0.753

12.00
12.54
11.93
11.18
10.54
10.61
10.95

0.658
0.661
0.663
0.665
0.740
0.738
0.737
Tổng
Si

0.007
0.005
0.003
0.002

0.004
0.005
0.005
0.030

Bảng 3: Kết quả tính lún

 Vậy độ lún cuối cùng tính được là 3,0 cm
 Việc thiết kế móng hợp lý về kích thước và chiều sâu chôn móng nên lún của công
trình rất ít đảm bảo cho kết cấu bên trên công trình hoạt động bình thường.
 Tuy nhiên việc thiết kế kích thước móng có kích thước lớn 2,5× 2,5 m có thể gây tốn

-

kém hơn về kinh tế.
3.2. Tính lún theo thời gian.
Với Chiều sâu hoạt động nén ép đến 3,5m tính từ tâm móng nước thấm 2 chiều. Vậy ta
tính toán theo “ TH0”

Svth: Nguyễn Đức Chiều

12

Lớp : ĐCCT-A-K58


ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG

Hình 4: Sơ đồ thấm

 Trong lớp sét pha.
- Với hệ số nén lún a1 = = 0,002 ( m2/T ) ; ao1 = 0,0011( m2/T )
Trong đó : P1 = σzbt = 4.1,92 = 7,68 (T/m2); ε1 = 0,670
P2 = σzbt + σztc = 7,68 + 2,33 =10,01 (T/m2); ε2 = 0,665( m2/T )
 Trong lớp cát pha.
- Với hệ số nén lún a1 = = 0,0047( m2/T ); a02 = 0,0028
Trong đó : P1 = σzbt = 9,2 (T/m2); ε1 = 0,745
P2 = σzbt + σztc = 9,2 + 1,35 =10,67 (T/m2); ε2 = 0,738
Ta có: h1 – 2,5m ; h2 = H –h1 = 1m
Z1 = H – h/2 = 2,25 m
Z1 =h2/2 = 0,5m
Khi đó: am = = 0,00124 ( m2/T )
Km = = =1,54. ( cm/s ) = 4,62. ( m/năm )
Cvm = = 37,26 (m/năm)
Nhân cố kết
Vậy t =0,03.N

Svth: Nguyễn Đức Chiều

13

Lớp : ĐCCT-A-K58


ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG

- Kết quả tính lún theo thời gian được bảng kết quả sau:
STT

θt

N

t = 0,03N( năm)

1
2
3
4
5
6

0.10
0.25
0.50
0.75
0.90
0.95

0.02
0.12
0.49
1.18
2.09
2.80

6,00.10-4
3,60.10-3
1,47.10-2
3,54.10-2

6,27.10-2
8,40.10-2

St = θt.S∞
(cm)
0.30
0.75
1.50
2.25
2.70
2.85

Bảng 4: Kết quả tính lún theo thời gian

- Từ bảng kết quả trên ta vẽ được biểu đồ lún theo thời gian của nền đất:

KẾT LUẬN
Đồ án đã trình bày nội dung, nhiệm vụ, phương pháp tính toán móng đơn cho
nhà công nghiệp. Tính toán thiết kế được giải pháp móng đảm bảo yêu cẩu kỹ thuật và
kinh tế, xác định tải trọng giới hạn theo các tác giả khác nhau, tính và vẽ được biểu đồ
lún theo thời gian của công trình.
Việc tích lũy kiến thức ở hai môn học cơ học đất và nền móng công trình đã giúp
tôi rất nhiều trong việc thực hiện đồ án này. Tuy nhiên yếu tố kinh nhiệm chưa có nên
việc thiết kế tính toán còn chưa hợp lý kính mong thầy cô và các bạn góp ý thêm để tôi
hoàn thiện hơn về cả kiến thức và kinh nghiệm thực tế.
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, góp ý của thầy hướng dẫn: T.S: Nguyễn Văn
Phóng và một số bạn bè trong lớp đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đồ án này.

Svth: Nguyễn Đức Chiều

14

Lớp : ĐCCT-A-K58


ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Whitlow. R (1996), Cơ học đất, ( T1 và T2), Nxb Giáo dục. Hà Nội.
[2]. Tạ Đức Thịnh (2002), Giáo trình Cơ học đất, Nxb Xây dựng, Hà Nội.
[3]. Tạ Đức Thịnh (2009), Nền và Móng công trình, Nxb Xây dựng, Hà Nội.
[4]. Tạ Đức Thịnh (2009), Đồ án Cơ học đất nền móng, Nxb Xây dựng, Hà Nội.
[5]. Tạ Đức Thịnh, Nguyễn Huy Phương, Nguyễn Văn Phóng, Bài tập Cơ học đất,
NXB Xây dựng, Hà Nội.

Svth: Nguyễn Đức Chiều

15

Lớp : ĐCCT-A-K58


ĐỒ ÁN CƠ HỌC ĐẤT VÀ NỀN MÓNG
[6]. TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 9362:2012. TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ NỀN
NHÀ VÀ CÔNG TRÌNH. Specifications for design of foundation for buildings and
structures

Svth: Nguyễn Đức Chiều

16

Lớp : ĐCCT-A-K58