Thiết kế bệnh viện Từ Dũ 01 Cống Quỳnh - Q1 - TPHCM

g bình 2.0(m) so với mặt đất tự nhiên. 7.1.2 Lập sơ đồ tải trọng Sơ đồ tải trọng tại các chân cột như sau: Hình 7.1- Sơ đồ tải trọng Cọc ép được thiết kế theo 2 trạng thái: trạng thái giới hạn 1 và trạng thái giới hạn 2. Trạng thái giới hạn 1 dùng tải trọng tính toán để thiết kế, kiểm tra khả năng chịu lực của cọc và đài cọc. Trạng thái giới hạn 2 dùng để tính lún móng và kiểm tra sức chịu tải của đất nền. Nội lực tiêu chuẩn được tính bởi công thức sau: Ntc = Ntt/1,2 Bảng 7.1- Bảng nội lực tính toán Nội lực Cột 5A Cột 5B Cột 5C Cột 5D Cột 5E Cột 5F N(T) 442 473 542 537 467 335 M(T.m) 17.66 16.32 26.13 22.55 14.78 -15.8 Q(T) 6.51 5.21 10.02 -8.31 -6.2 -7.22 Bảng 7.2- Bảng nội lực tiêu chuẩn Nội lực Cột 5A Cột 5B Cột 5C Cột 5D Cột 5E Cột 5F N(T) 368 394 452 448 389 279 M(T.m) 14.72 13.6 21.78 18.79 12.32 -13.17 Q(T) 5.43 4.34 8.35 -6.93 -5.17 -6.02 7.1.3 Chọn chiều sâu đặt móng thỏa điều kiện móng cọc đài thấp Chọn chiều sâu chôn móng thỏa điều kiện cân bằng của tải trọng ngang H và áp lực đất bị động: Trong đó: Htt = Qtt (T). chọn Qtt = 8,35(T). γ : dung trọng đẩy nổi của đất dưới đáy đài. Chọn γ = 0,396 (T.m). Sơ bộ lấy B = 2,5(m) là bề rộng theo phương thẳng góc với phương tải trọng ngang. Lớp thứ 1 có φ = 3022’ = 3,366. = 2,68(m) Vậy chiều sâu chôn móng: h = 2,7(m) so với mặt đất tự nhiên. 7.1.4 Chọn vật liệu làm cọc và thép trong cọc Bê tông làm cọc mác 300: Rn = 130 (kG/cm2); Rk = 10 (kG/cm2). Cốt thép trong cột dùng thép AII: Ra = 2800 (kG/cm2); Rađ = 2200(kG/cm2). Chọn tiết diện cọc: 30x30(cm) → S = dxd = 30x30 = 900(cm2) u = 4d = 120(cm) Chọn sơ bộ số lượng thép trong cọc: Chọn 4Φ18, Fa = 10,17(cm2), (μ = 1,26% ≥ 1%). Chọn sơ bộ chiều dài cọc: Lcọc = 9,5(m). Kiểm tra cốt thép trong cọc khi vận chuyển và cẩu lắp: Khi vận chuyển: Sơ đồ vận chuyển: Hình 7.2- Sơ đồ vận chuyển cọc Để đảm bảo khi vận chuyển, dựa vào điều kiện cân bằng momen ta có: M1 = M2 = Mmax = qx(0,207L)2/2 Trong đó: q = γbxAp = 2,5 x 0,09 = 0,225(T/m). L = 9,5(m) : chiều dài đoạn cọc. → Mmax = 0,225 x (0,207 x 9,5)2/2 = 0,435(T.m). Chọn lớp bảo vệ cọc a = 3,5(cm), a0 = 5(cm) → h0 = 30 – 5 = 25(cm). Diện tích cốt thép cần để cọc chịu được momen M1 và M2 là: Fa = = 0,69 (cm2) Vậy thép ta chọn ban đầu trong cọc là hợp lý: 4Φ18, Fa /2 = 5,08(cm2). Khi cẩu lắp: Sơ đồ cẩu lắp: Hình 7.3- Sơ đồ cẩu lắp Để đảm bảo khi vận chuyển, dựa vào điều kiện cân bằng momen ta có: M1 = M2 = Mmax = qx(0,294L)2/2 Trong đó: q = γbxAp = 2,5 x 0,09 = 0,225(T/m). L = 9,5(m) : chiều dài đoạn cọc. → Mmax = 0,225 x (0,294 x 9,5)2/2 = 0,878(T.m). Chọn lớp bảo vệ cọc a = 3,5(cm), a0 = 5(cm) → h0 = 30 – 5 = 25(cm). Diện tích cốt thép cần để cọc chịu được momen M1 và M2 là: Fa = = 1,39 (cm2) Vậy thép ta chọn ban đầu trong cọc là hợp lý: 4Φ18, Fa /2 = 5,08(cm2). 7.1.5 Chọn chiều dài cọc Chiều sâu chôn móng: hm = 2,7(m). Chiều cao đài cọc, sơ bộ chọn: hd = 1,5(m). Dựa vào sơ đồ địa chất ta thấy cọc nên cắm vào lớp đất thứ 3, độ sâu từ 17,5-24,4(m). Chọn chiều dài cọc bằng 19(m) gồm 2 đoạn cọc L = 9,5(m). Vậy độ sâu mũi cọc cắm vào lớp đất thứ 3 là: h = -(2,7 + 2 x 9,5) = -21,7(m). 7.1.6 Xác định sức chịu tải của cọc 7.1.6.1 Theo chỉ tiêu vật liệu làm cọc Sức chịu tải tính toán của cọc theo điều kiện vật liệu được xác định như sau: Qu = QVL = φ ( RnAp + RatAat ) Trong đó: Rn : cường độ tính toán của bê tông, Rn = 130 (kG/cm2). Ap : diện tích tiết diện cọc, Ap = S = 900 (cm2). Aat : diện tích tiết diện ngang của cốt thép dọc trục, Aat = Fa = 10,17(cm2). Rat : cường độ tính toán của cốt thép, Ra = 2800 (kG/cm2). φ : hệ số ảnh hưởng uốn dọc phụ thuộc vào độ mảnh λd . λd = L0/d = μL/d = 0,7 x 21,7 / 0,3 = 50,63. Nội suy ta có φ = 0,87. (μ : hệ số phụ thuộc liên kết của 2 đầu cọc khi làm việc 1 đầu ngàm 1 đầu khớp). → QVL = 0,87(130 x 900 + 2800 x 10,17) = 126564,12 (kG) = 126,56(T). Hình 7.4- Trụ địa chất 7.1.6.2 Theo phương pháp tra bảng thống kê Sức chịu tải của cọc đơn được dùng là: Qa = Qtc/Kat Trong đó: Kat : hệ số an toàn khi xét đến hiệu ứng của nhóm cọc. Dự kiến móng có trên 6 cọc nên Kat = 1,65. Qtc : được xác định gồm 2 thành phần là khả năng chịu mũi và khả năng bám trượt bên hông của cọc. Qtc = mR.qm.Fc + u.∑mf.fsi.Li mR : hệ số điều kiện làm việc tại mũi cọc. mf : hệ số điều kiện làm việc của đất bên hông cọc. Cọc cắm vào đất sét có độ sệt B<0 nên chọn mR = 1 và mf = 1. Fc = 0,09(m2) : tiết diện cọc. u = 1,2(m) : chu vi cọc. qm : khả năng chịu mũi của cọc. Cọc cắm vào đất sét có độ sệt B<0 tại độ sâu 24(m), nội suy ta có qm = 1316(T/m2). Li = 2(m) : chiều dài phân đoạn lớp đất. fsi : khả năng bám trượt của đất xung quanh cọc. Chia chiều dày lớp đất thành các phân đoạn 2(m). Dựa vào độ sệt của đất ta xác định được fsi, được lập thành bảng sau: Bảng 7.3- Khả năng bám trượt bên hông cọc h(m)  2-10 12 14 16 18 20 22 24 B >1 >1 >1 1.58 0 0 0 0 fsi(T/m2) 0.084 0.095 0.095 0.1 7.62 7.9 8.18 8.39 ( Với lớp đất có độ sệt B>1 ta lấy fsi = c ) Vậy Qtc = 1 x 1316 x 0,09 + 1,2[(2 x(7,62 + 7,9 + 8,14)] = 195,46(T). Qa = 195,46/1,65 = 118,46(T). Khả năng chịu tải cọc Qc được lấy là trị số nhỏ nhất giữa 2 giá trị QVL và Qa. Qc = min(QVL ; Qa ) = min (126,56 ; 118,46 ) = 118,46(T). Dựa vào nội lực tác dụng lên chân cột ta chia thành 3 loai mong như sau: Bảng 7.4- Bảng tổng hợp nội lực tại chân cột khung trục 5 Cột Nội lực tính toán Nội lực tiêu chuẩn N(T) M(T.m) Q(T) N(T) M(T.m) Q(T) 5F 335 -15.8 -7.22 279 -13.17 -6.02 5A,5B,5E 473 16.32 5.21 394 13.6 4.34 5C,5D 542 26.13 10.02 452 21.78 8.35 7.1.7 Xác định sơ bộ số lượng cọc trong đài Số lượng cọc được ước tính bằng cách gia tăng tải trọng thẳng đứng Ntt lên α=1,2÷1,4 lần tùy theo giá trị Mtt lớn hay nhỏ và móng khối quy ước trên đài cọc. Ở đây ta chọn α=1,4. Số lượng cọc được tính như sau: ncọc = 1,4Ntt/Qc Trong đó: Qc = 118,46 (T). Bảng 7.5- Bảng số lượng cọc chọn sơ bộ Cột Móng Ntt(T) ncọc số lượng cọc chọn 5F M1 335 4.06 5 5A , 5B , 5E M2 473 5.59 6 5C , 5D M3 542 6.41 7 Dựa vào bảng số lượng cọc trong đài ta chia thành 3 loại móng với kích thước đài khác nhau ( nội lực tính toán trong móng M2 được lấy theo trị số lớn nhất giữa móng MA, MB và ME; nội lực tính toán trong móng M3 được lấy theo trị số lớn nhất giữa móng MC và MD ). Hình 7.5- Móng M1, M2 và M3 Hệ số nhóm các cọc được xác định như sau: E = Trong đó: D : bề rộng cọc, D = 0,3(m). e : khoảng cách giữa các cọc, e = 3D = 0,9(m). arctg(D/e) = arctg(1/3) = 18,435 n : số hàng cọc. m : số cọc trong mỗi hàng. n.m : tổng số cọc trong đài. Bảng 7.6- Bảng xác định hệ số nhóm Móng nxm n(hàng) m(cọc) Hệ số nhóm E M1 5 3 1.67 0.77 M2 6 3 2 0.76 M3 7 3 2.33 0.75 7.1.8 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc 7.1.8.1 Tĩnh tải tác dụng lên đáy đài Nđtt = Ntt + Wqư Trong đó: Wqư : trọng lượng móng khối quy ước tính trên đáy đài cọc. Wqư = BđxLđxhđxγtb ( γtb = 2,2 T/m3 ) hđ = 1,5(m) γtb = 2,2 (T/m3) Pctt = Nđtt/ncọc Bảng 7.7- Bảng tĩnh tải tác dụng lên đáy đài Móng Ntt(T) Bđ(m) Lđ(m) hđ(m) Wqư Nđtt(T) ncọc Pctb(T) M1 335 1.5 2.4 1.5 11.88 346.88 5 69.38 M2 473 1.5 2.4 1.5 11.88 484.88 6 80.81 M3 542 2.4 2.4 1.5 19.01 561.01 7 80.14 7.1.8.2 Tĩnh tải tác dụng lên đầu cọc Tải trọng lớn nhất tác dụng lên cọc biên lớn nhất: Pcmax = Pctb + Tải trọng lớn nhất tác dụng lên cọc biên nhỏ nhất: Pcmin = Pctb - Trong đó: Mtt : momen tính toán tác dụng lên đầu cọc theo phương Y, Mtt xem như không đổi khi đã coi như lực ngang H cân bằng với áp lực đất bị động. ∑yi2 : khoảng cách từ tim cọc thứ i đến trọng tâm của đài cọctheo phương Y. Móng M1 : ∑yi2 = 2(-0,9)2 + (0)2 + 2(0,9)2 = 3,24(m). Móng M2 : ∑yi2 = 2[(-0,9)2 + (0)2 + (0,9)2] = 3,24(m). Móng M3 : ∑yi2 = 1(-0,9)2 + 2(-0,45)2 + 1(0)2 + 2(0,45)2 + 1(0,9)2 = 2,43(m). ymax = 0,9(m). Bảng 7.8- Bảng tĩnh tải tác dụng lên đầu cọc Móng Pctb(T) Mtt(T.m) Qtt(T) ∑yi2(m) ymax(m) Pcmax(T) Pcmin(T) M1 69.38 15.8 7.22 3.24 0.9 73.77 64.99 M2 80.81 16.32 5.21 3.24 0.9 85.34 76.27 M3 80.14 26.13 10.02 2.43 0.9 86.82 70.46 Kiểm tra: Pcmin > 0 : vậy cọc không bị nhổ Pcmax < EixQc ( Ei là hệ số nhóm của móng thứ i ). Móng M1 : E1xQc = 0,77 x 118,46 = 91,21(T) > 73,77(T) Móng M2 : E2xQc = 0,76 x 118,46 = 90,03(T) > 85,34(T) Móng M3 : E3xQc = 0,75 x 118,46 = 88,85(T) > 86,82(T). 7.1.9 Kiểm tra xuyên thủng đài cọc 7.1.9.1 Kiểm tra xuyên thủng cổ cột với đài móng Công thức kiểm tra chọc thủng đài cọc: Pxt ≤ Pcx = 0,75Rkx4(bc + h0)h0 Trong đó: Rk : khả năng chịu kéo của bê tông, bêtông mác 300 có Rk = 100(T/m2). bc : bề rộng tiết diện cột. h0 = 1,45(m) : chiều cao làm việc của đài cọc. Pxt : lực gây xuyên thủng tính toán, là tổng phản lực của các cọc nằm ngoài phạm vi xuyên thủng. Dựa vào sơ đồ xuyên thủng ta thấy không có cọc nào nằm ngoài phạm vi xuyên thủng nên không cần kiểm tra xuyên thủng cổ cột với đài móng. Sơ đồ tháp xuyên thủng của đài: Hình 7.6- Sơ đồ tháp xuyên thủng của đài móng M1, M2, M3 7.1.9.2 Kiểm tra xuyên thủng cọc với đài móng Công thức kiểm tra chọc thủng đài cọc: Pxt ≤ Pcx = 0,75Rkx4(D + h0)h0 Trong đó: Rk : khả năng chịu kéo của bêtông, bêtông mác 300 có Rk = 100(T/m2). D = 0,3(m) : bề rộng tiết diện cọc. ho = 1,45(m) : chiều cao làm việc của đài cọc. 4(D+h0) : chu vi xuyên thủng. Pcx = 0,75x100x4(0,3+1,45)1,45 = 761,25(T). Pxt = Pmax : phản lực đầu cọc lớn nhất. Dựa vào sơ đồ xuyên thủng ta thấy không có cọc nào nằm ngoài phạm vi xuyên thủng nên không cần kiểm tra xuyên thủng cọc với đài móng. Vậy các móng đều thỏa điều kiện xuyên thủng. 7.1.10 Kiểm tra ổn định của móng khối quy ước dưới mũi cọc Móng khối quy ước của 3 loại móng M1, M2, M3 đều có hình lập phương. Đáy móng khối có dạng hình vuông hoặc chữ nhật với các cạnh là Li và Bi ( Li là cạnh dài, Bi là cạnh ngắn ). Việc tính toán và kiểm tra trong bước này được thực hiện theo giá trị tiêu chuẩn của tải trọng. Tính góc ma sát trung bình của các lớp đất theo chiều dài cọc: φtb = = 13,34 φtb/4 = 13,34/4 = 3,335 Bề dài và rộng móng khối quy ước: Li = L’ + 2tg(φtb/4)Lc ; Bi = B’ + 2tg(φtb/4)Lc ( L’ ; B’ : khoảng cách xa nhất hai biên của hai cọc xa nhất ) L’ = Lđ – D và B’ = Bđ – D Móng M1: L’= 2,4-0,3 = 2,1(m); L1 = 2,1 + 2tg(3,335)19,5 = 4,25(m) B’= 1,5-0,3 = 1,2(m); B1 = 1,2 + 2tg(3,335)19,5 = 3,35(m) Móng M2: L’= 2,4-0,3 = 2,1(m); L2 = 2,1 + 2tg(3,335)19,5 = 4,25(m) B’= 1,5-0,3 = 1,2(m); B2 = 1,2 + 2tg(3,335)19,5 = 3,35(m) Móng M3: L’= B’ = 2,4-0,3 = 2,1(m) L3 = B3 = 2,1 + 2tg(3,335)19,5 = 4,25(m). Dung trọng đẩy nổi bình quân của các lớp đất từ đáy móng đến mũi cọc: γtb = = 0,645 (T/m3) Tải trọng tác dụng dưới móng khối quy ước: Nmtc = Ntc + W Ntc : tải trọng tiêu chuẩn tại chân cột. W : trọng lượng lớp đất tính từ đỉnh đài đến mũi cọc. W = Wđ + Wm + Wc Với Wđ : trọng lượng trung bình của đài và đất đắp trên đài. Wđ = LixBix γtbxhđ Móng M1 : Wđ = 4,25 x 3,35 x 2,2 x 1 = 31,32(T) Móng M2 : Wđ = 4,25 x 3,35 x 2,2 x 1 = 31,32(T) Móng M3 : Wđ = 4,25 x 4,25 x 2,2 x 1 = 39,73(T) Wm : trọng lượng lớp đất của móng khối quy ước tính từ đáy đài đến mũi cọc. Wm = [(L1xB1)- ncọcD] γtbxLcọc Móng M1 : Wm = (4,25x3,35 – 5x0,3)x0,645x19,5 = 160,21(T) Móng M2 : Wm = (4,25x3,35 – 6x0,3)x0,645x19,5 = 156,43(T) Móng M3 : Wm = (4,25x4,25– 7x0,3)x0,645x19,5 = 200,77(T) Wc : trọng lượng các cọc trong mỗi đài. Wc = ncọcxScọcxγbtxLcọc Móng M1 : Wc = 5x0,32x2,5x19,5 = 21,94(T) Móng M2 : Wc = 6x0,32x2,5x19,5 = 26,33(T) Móng M3 : Wc = 7x0,32x2,5x19,5 = 30,71(T) → W = Wđ + Wm + Wc Móng M1 : W = 31,32 + 160,21 + 21,94 = 213,47(T) Móng M2 : W = 31,32 + 156,43 + 26,33 = 214,08(T) Móng M3 : W = 39,73 + 200,77 + 30,71 = 271,21(T). Hình 7.7- Biểu đồ phân bố ứng suất trong nền đất Độ lệch tâm: e = Mtc/Nmtc Phản lực bình quân dưới đáy móng: σtb = Nmtc/(Li x Bi) Phản lực dười móng khối quy ước: σmax = σtb( 1 + ) ; σmin = σtb( 1 - ) Bảng 7.9- Bảng tính áp lực dưới móng khối quy ước Móng Mtc(T) Ntc(T) W(T) Nmtc(T) Li(m) Bi(m) e(m) σtb(T/m2) σmax(T/m2) σmin(T/m2) M1 13.17 279 213.47 492.47 4.25 3.35 0.027 34.59 35.90 33.28 M2 13.6 394 214.08 608.08 4.25 3.35 0.022 42.71 44.06 41.36 M3 21.78 452 371.21 823.21 4.25 4.25 0.026 45.58 47.28 43.87 Tải trọng tiêu chuẩn dưới móng khối quy ước ngay tại mũi cọc: Rtc = m(AB1γ + BHmγ’tb + Dc) Trong đó: m : là hệ số, chọn m = 0,7. γ : dung trọng đẩy nổi bình quân của lớp đất dưới mũi cọc. Lớp đất dưới mũi cọc có: γ = 0,946(T/m3); c = 0,932(kg/cm2) = 9,32(T/m2); φ = 25018’ = 25,3. Tra bảng ta có: A = 0,798 ; B = 4,188 ; D = 6,736. γ’tb : dung trọng đẩy nổi bình quân của các lớp đất từ mặt đất tự nhiên đến mũi cọc. γ’tb = = = 0,614(T/m3). Hm : chiều sâu móng khối quy ước. Hm = 21,7(m). Móng M1 , M2 : Rtc = 0,7(0,798x3,35x0,946 + 4,188x21,7x0,614 + 6,736x9,32) = 84,78 (T/m2) Móng M3 : Rtc = 0,7(0,798x4,25x0,946 + 4,188x21,7x0,614 + 6,736x9,32) = 85,25(T/m2) Ta thấy cả 3 móng đều có σmax < 1,2Rtc nên thỏa điều kiện tính lún. 7.1.11 Tính lún Dùng phương pháp cộng lún từng lớp phân tố để xác định độ lún của móng cọc. Áp lực bản thân đáy móng khối quy ước: σbt = Σ γihi = 0,396x5+0,394x2+0,49x5+0,478x2,95+0,507x3,05+1,039x3+0,983x3 = 14,04(T/m2) Ứng suất gây lún: σgl = σtb - σbt Móng M1 : σgl = 34,59 – 14,04 = 20,55(T/m2) Móng M2 : σgl = 42,71 – 14,04 = 28,67(T/m2) Móng M3 : σgl = 45,58 – 14,04 = 31,54(T/m2) Chia lớp đất dưới đáy móng khối quy ước thành từng lớp bằng nhau: hi = B1/4 Móng M1, M2 : h1,2 = 3,35/4 = 0,8375(m) Móng M3 : h3 = 4,25/4 = 1,0625(m) Tính ứng suất gây lún cho đến khi nào thỏa điều kiện σzigl < 0,2x σzigl thì cho phép ngưng tính lún đến độ sâu đó. Bảng 7.10- Bảng tính áp lực lên từng lớp phân tố dưới móng khối quy ước Móng M1 Lớp Độ sâuz(m) Bi(m) Li/Bi z/Bi k0 σzigl =k0.σgl(T/m2) σzibt = σbt + γ.zi(T/m2) 0 0 3.35 1.269 0 1 20.55 14.04 1 0.8375 3.35 1.269 0.25 0.935 19.21 14.89 2 1.675 3.35 1.269 0.5 0.74 15.21 15.74 3 2.5125 3.35 1.269 0.75 0.538 11.06 16.59 4 3.35 3.35 1.269 1 0.38 7.81 17.44 5 4.1875 3.35 1.269 1.25 0.283 5.82 18.29 6 5.025 3.35 1.269 1.5 0.225 4.62 19.15 7 5.8625 3.35 1.269 1.75 0.16 3.29 20.00 8 6.7 3.35 1.269 2 0.13 2.67 20.85 Móng M2 Lớp Độ sâuz(m) Bi(m) Li/Bi z/Bi k0 σzigl =k0.σgl(T/m2) σzibt = σbt + γ.zi(T/m2) 0 0 3.35 1.269 0 1 28.67 14.04 1 0.8375 3.35 1.269 0.25 0.935 26.81 14.89 2 1.675 3.35 1.269 0.5 0.74 21.22 15.74 3 2.5125 3.35 1.269 0.75 0.538 15.42 16.59 4 3.35 3.35 1.269 1 0.38 10.89 17.44 5 4.1875 3.35 1.269 1.25 0.283 8.11 18.29 6 5.025 3.35 1.269 1.5 0.225 6.45 19.15 7 5.8625 3.35 1.269 1.75 0.16 4.59 20.00 8 6.7 3.35 1.269 2 0.13 3.73 20.85 Móng M3 Lớp Độ sâuz(m) Bi(m) Li/Bi z/Bi k0 σzigl =k0.σgl(T/m2) σzibt = σbt + γ.zi(T/m2) 0 0 4.25 1 0 1 31.54 14.04 1 1.0625 4.25 1 0.25 0.935 29.49 15.12 2 2.125 4.25 1 0.5 0.74 23.34 16.20 3 3.1875 4.25 1 0.75 0.538 16.97 17.28 4 4.25 4.25 1 1 0.38 11.99 18.36 5 5.3125 4.25 1 1.25 0.283 8.93 19.44 6 6.375 4.25 1 1.5 0.225 7.10 20.52 7 7.4375 4.25 1 1.75 0.16 5.05 21.60 8 8.5 4.25 1 2 0.13 4.10 22.68 P1i = ; P2i = P1i + Bảng 7.11- Bảng kết quả nén cố kết P(kG/cm2) 0.25 0.5 1 2 4 ε 0.543 0.533 0.517 0.492 0.46 Tổng độ lún: S = Bảng 7.12- Bảng tính độ lún các móng Móng M1 Lớp hi(m) P1i(T/m2) P2i(T/m2) ε1i ε2i Si(m) 1 0.8375 14.47 34.35 0.504 0.469 0.019 2 1.675 15.32 32.53 0.502 0.472 0.017 3 2.5125 16.17 29.31 0.501 0.48 0.012 4 3.35 17.02 26.46 0.499 0.482 0.009 5 4.1875 17.87 24.69 0.497 0.484 0.007 6 5.025 18.72 23.94 0.494 0.486 0.004 7 5.8625 19.58 23.54 0.493 0.487 0.003 8 6.7 20.43 23.41 0.491 0.487 0.002 ∑Si = 0,073(m) Móng M2 Lớp hi(m) P1i(T/m2) P2i(T/m2) ε1i ε2i Si(m) 1 0.8375 14.47 36.43 0.504 0.469 0.019 2 1.675 15.32 34.12 0.502 0.472 0.017 3 2.5125 16.17 30.73 0.501 0.476 0.012 4 3.35 17.02 27.74 0.499 0.48 0.009 5 4.1875 17.87 25.92 0.497 0.483 0.008 6 5.025 18.72 25.2 0.494 0.484 0.006 7 5.8625 19.58 24.84 0.493 0.484 0.005 8 6.7 20.43 24.59 0.491 0.485 0.003 ∑Si = 0,079(m) Móng M3 Lớp hi(m) P1i(T/m2) P2i(T/m2) ε1i ε2i Si(m) 1 1.0625 14.58 39.38 0.506 0.461 0.022 2 2.125 15.66 37.05 0.503 0.465 0.019 3 3.1875 16.74 32.96 0.5 0.471 0.012 4 4.25 17.82 29.34 0.497 0.477 0.008 5 5.3125 18.9 27.07 0.494 0.481 0.006 6 6.375 19.98 26.09 0.49 0.482 0.004 7 7.4375 21.06 25.51 0.489 0.483 0.003 8 8.5 22.14 25.3 0.487 0.483 0.002 ∑Si = 0,076(m) Vậy điều kiện tính lún được thỏa. 7.1.12 Tính toán và bố trí cốt thép cho đài móng Đài cọc được xem là 1 bản consol một đầu tự do một đầu ngàm tại mép cột. Ngoại lực làm đài cọc bị uốn là phản lực đặt tại tim các cọc. Để thiên về an toàn, khi tính toán ta chọn phản lực lớn nhất tại đầu cọc. Thép trong đài được bố trí theo hai phương dựa vào số cọc mỗi phương. Bê tông trong đài dùng mác 300: Rn = 130(kG/cm2) Thép dùng trong đài loại AII: Ra = 2800(kG/cm2) Chiều cao đài h = 150(cm), lớp bảo vệ a0 = 5(cm), h0 = 145(cm). Hình 7.8- Khoảng cách từ mép cột đến tim cọc của các móng M1, M2, M3 Hình 7.9- Sơ đồ tính toán đài móng M1 Hình 7.10- Sơ đồ tính toán đài móng M2 Hình 7.11- Sơ đồ tính toán đài móng M3 Móng M1: Momen theo phương Y: MY = 2P1max x 0,625 = 2 x 73,77 x 0,625 = 92,21(T.m) Momen theo phương X: MX = 2P1max x 0,175 = 2 x 73,77 x 0,175 = 25,82(T.m) Móng M2: Momen theo phương Y: MY = 2P2max x 0,625 = 2 x 85,34 x 0,625 = 106.67(T.m) Momen theo phương X: MX = 2P2max x 0,175 = 2 x 85,34 x 0,175 = 29,87(T.m) Móng M3: Momen theo phương Y: MY = 2P3max x 0,15 + P3max x 0,625 = 2 x 86,82 x 0,15 + 86,82 x 0,625 = 80,31(T.m) Momen theo phương X: MX = 2P3max x 0,6 = 2 x 86,82 x 0,6 = 104,18(T.m) Bảng 7.13- Bảng bố trí thép trong đài móng Móng Momen(T.m) Fa=M/(0,9Rah0)(cm2) Chọn thép Fachọn(cm2) M1 MY 92.21 25.24 10Ø18a150 25.45 MX 25.82 7.07 10Ø12a200 11.31 M2 MY 106.67 29.19 12Ø18a120 30.54 MX 29.87 8.17 10Ø12a200 11.31 M3 MY 80.31 21.98 16Ø14a150 24.62 MX 104.18 28.51 19Ø14a120 29.24 7.2 Thiết kế móng cọc khoan nhồi ( Phương án 2 ) 7.2.1 Lập sơ đồ tải trọng Sơ đồ tải trọng tại các chân cột như sau: Hình 7.12- Sơ đồ tải trọng Cọc khoan nhồi được thiết kế theo 2 trạng thái: trạng thái giới hạn 1 và trạng thái giới hạn 2. Trạng thái giới hạn 1 dùng tải trọng tính toán để thiết kế, kiểm tra khả năng chịu lực của cọc và đài cọc. Trạng thái giới hạn 2 dùng để tính lún móng và kiểm tra sức chịu tải của đất nền. Nội lực tiêu chuẩn được tính bởi công thức sau: Ntc = Ntt/1,2 Bảng 7.14- Bảng nội lực tính toán Nội lực Cột 5A Cột 5B Cột 5C Cột 5D Cột 5E Cột 5F N(T) 442 473 542 537 467 335 M(T.m) 17.66 16.32 26.13 22.55 14.78 -15.8 Q(T) 6.51 5.21 10.02 -8.31 -6.2 -7.22 Bảng 7.15- Bảng nội lực tiêu chuẩn Nội lực Cột 5A Cột 5B Cột 5C Cột 5D Cột 5E Cột 5F N(T) 368 394 452 448 389 279 M(T.m) 14.72 13.6 21.78 18.79 12.32 -13.17 Q(T) 5.43 4.34 8.35 -6.93 -5.17 -6.02 7.2.2 Chọn chiều sâu đặt móng thỏa điều kiện móng cọc đài thấp Chọn chiều sâu chôn móng thỏa điều kiện cân bằng của tải trọng ngang H và áp lực đất bị động: Trong đó: Htt = Qtt (T). chọn Qtt = 8,35(T). γ : dung trọng đẩy nổi của đất dưới đáy đài. Chọn γ = 0,396 (T.m). Sơ bộ lấy B = 4(m) là bề rộng theo phương thẳng góc với phương tải trọng ngang. Lớp thứ 1 có φ = 3022’ = 3,366. = 2,14(m) Vậy chiều sâu chôn móng: h = 2,7(m) so với mặt đất tự nhiên. 7.2.3 Chọn vật liệu làm cọc và thép trong cọc Bê tông làm cọc mác 300: Rn = 130 (kG/cm2); Rk = 10 (kG/cm2). Cốt thép trong cột dùng thép AII: Ra = 2800 (kG/cm2); Rađ = 2200(kG/cm2). Chọn đường kính cọc: D = 80(cm) → S = πD2/4 = 3,1416 x 802 / 4 = 5027(cm2) u = πD = 251,3(cm) Chọn sơ bộ số lượng thép trong cọc: Fa = 0,5%Scọc = 0,005 x 5027 = 25,14(cm2) Chọn 10Φ18, Fa = 25,43(cm2), (μ = 0,66%). 7.2.4 Chọn chiều dài cọc Chiều sâu chôn móng là 2,7(m). Chiều cao đài cọc, sơ bộ chọn: hd = 1,5(m). Dựa vào sơ đồ địa chất ta thấy cọc nên cắm vào lớp đất thứ 5, độ sâu từ 29,5-30,45(m). Chọn chiều dài cọc bằng 27,3(m). Vậy độ sâu mũi cọc cắm vào lớp đất thứ 5 là: h = -(2,7 + 27,3) = -30(m). 7.2.5 Xác định sức chịu tải của cọc 7.2.5.1 Theo chỉ tiêu vật liệu làm cọc Sức chịu tải tính toán của cọc theo điều kiện vật liệu được xác định như sau: Qu = QVL = RuAp + RanAa Trong đó: Ru : cường độ tính toán của bê tông cọc nhồi được xác định như sau: Đối với cọc đổ bê tông trong dung dịch sét: Ru = nhưng không lớn hơn 60(kG/cm2) Với R là mác thiết kế của bê tông cọc, mác 300. → Ru = = = 66,7(kG/cm2) > 60(kG/cm2) Lấy Ru = 60(kG/cm2). Ap : diện tích tiết diện cọc, Ap = 5027 – 25,43 = 5001,16(cm2). Aa : diện tích tiết diện ngang của cốt thép dọc trục, Aa = 25,43(cm2). Ran : cường độ tính toán của cốt thép, khi thép nhỏ hơn Ø28mm thì: Ran = nhưng không lớn hơn 2200(kG/cm2) Rc : giới hạn chảy của cốt thép, với thép AII lấy Rc = 2800(kG/cm2). Ran = = = 1867(kG/cm2) → QVL = 60 x 5001,16 + 1867 x 25,43 = 347547(kG) = 348(T). Hình 7.13- Trụ địa chất 7.2.5.2 Theo phương pháp tra bảng thống kê Sức chịu tải của cọc đơn được dùng là: Qa = Qtc/Kat Trong đó: Kat : hệ số an toàn khi xét đến hiệu ứng của nhóm cọc. Dự kiến móng có dưới 6 cọc nên Kat = 1,65. Qtc : được xác định gồm 2 thành phần là khả năng chịu mũi và khả năng bám trượt bên hông của cọc. Qtc = mR.qm.Fc + u.∑mf.fsi.Li mR : hệ số điều kiện làm việc tại mũi cọc, cọc cắm vào đất sét nên mR = 0,7 mf : hệ số điều kiện làm việc của đất bên hông cọc, cọc khoan nhồi mf = 0,6 Fc = 5027(cm2) = 0,5027(m2) : tiết diện cọc. u = 251,3(cm) = 2,513(m) : chu vi cọc. qm : khả năng chịu mũi của cọc. Cọc cắm vào đất sét có độ sệt B<0 tại độ sâu 30(m), tra bảng ta có qm = 330(T/m2). Li = 2(m) : chiều dài phân đoạn lớp đất. fsi : khả năng bám trượt của đất xung quanh cọc. Chia chiều dày lớp đất thành các phân đoạn 2(m). Dựa vào độ sệt của đất ta xác định được fsi, được lập thành bảng sau: Bảng 7.16- Khả năng bám trượt bên hông cọc Li(m)  2-10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 B >1 >1 >1 1.58 0 0 0 0 0 0.44 0 fsi(T/m2) 0.084 0.095 0.095 0.1 7.62 7.9 8.18 8.46 8.74 4.08 9.3 u∑mf.fsi.Li = 2,513x0,6x2(0,084x5+0,095x2+0,1+7,62+7,9+8,18+8,46+8,74+4,08+9,3) = 165,83(T) Vậy Qtc = 0,7 x 330 x 0,5027 + 165,83 = 281,95(T). Qa = 281,95/1,65 = 171(T). Khả năng chịu tải cọc Qc được lấy là trị số nhỏ nhất giữa 2 giá trị QVL và Qa. Qc = min(QVL ; Qa ) = min ( 348 ; 171 ) = 171(T). Dựa vào nội lực tác dụng lên chân cột ta chia thành 3 loai mong như sau: Bảng 7.17- Bảng tổng hợp nội lực tại chân cột khung trục 5 Cột Nội lực tính toán Nội lực tiêu chuẩn N(T) M(T.m) Q(T) N(T) M(T.m) Q(T) 5F 335 -15.8 -7.22 279 -13.17 -6.02 5A,5B,5E 473 16.32 5.21 394 13.6 4.34 5C,5D 542 26.13 10.02 452 21.78 8.35 7.2.6 Xác định sơ bộ số lượng cọc trong đài Số lượng cọc được ước tính bằng cách gia tăng tải trọng thẳng đứng Ntt lên α=1,2÷1,4 lần tùy theo giá trị Mtt lớn hay nhỏ và móng khối quy ước trên đài cọc. Ở đây ta chọn α=1,4. Số lượng cọc được tính như sau: ncọc = 1,4Ntt/Qc Trong đó: Qc = 171(T). Bảng 7.18- Bảng số lượng cọc chọn sơ bộ Cột Móng Ntt(T) ncọc số lượng cọc chọn 5F MF 335 3.04 4 5A , 5B , 5E MB 473 3.87 4 5C , 5D MC 542 4.44 5 Dựa vào bảng số lượng cọc trong đài ta chia thành 2 loại móng khác nhau ( nội lực tính toán trong móng M1 được lấy theo trị số lớn nhất giữa 2 móng MB và MF ; nội lực tính toán trong móng M2 được lấy theo trị số của móng MC ). Hình 7.14- Móng M1, M2 Hệ số nhóm được lấy theo công thức FIELD Sách Nền Móng_Lê Anh Hoàng, trang 118. Ta có: Móng M1: Hệ số nhóm E = 0,82 Móng M2: Hệ số nhóm E = 0,80 7.2.7 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc 7.2.7.1 Tĩnh tải tác dụng lên đáy đài Nđtt = Ntt + Wqư Trong đó: Wqư : trọng lượng móng khối quy ước tính trên đáy đài cọc. Wqư = BđxLđxhđxγtb ( γtb = 2,2 T/m3 ) hđ = 1,5(m) γtb = 2,2 (T/m3) Pctt = Nđtt/ncọc Bảng 7.19- Bảng tĩnh tải tác dụng lên đáy đài Móng Ntt(T) Bđ(m) Lđ(m) hđ(m) Wqư Nđtt(T) ncọc Pctb(T) M1 473 4.2 4.2 1.5 58.21 531.21 4 132.8 M2 542 4.2 4.2 1.5 58.21 600.21 5 120.04 7.2.7.2 Tĩnh tải tác dụng lên đầu cọc Tải trọng lớn nhất tác dụng lên cọc biên lớn nhất: Pcmax = Pctb + Tải trọng lớn nhất tác dụng lên cọc biên nhỏ nhất: Pcmin = Pctb - Trong đó: Mtt : momen tính toán tác dụng lên đầu cọc theo phương Y, Mtt xem như không đổi khi đã coi như lực ngang H cân bằng với áp lực đất bị động. ∑yi2 : khoảng cách từ tim cọc thứ i đến trọng tâm của đài cọctheo phương Y. Móng M1 : ∑yi2 = 2[(-1,3)2 + (1,3)2] = 6,76(m). Móng M2 : ∑yi2 = 2(-1,3)2 + 1(0)2 + 2(1,3)2 = 6,76(m). ymax = 1,3(m). Bảng 7.20- Bảng tĩnh tải tác dụng lên đầu cọc Móng Pctb(T) Mtt(T.m) Qtt(T) ∑yi2(m) ymax(m) Pcmax(T) Pcmin(T) M1 132.8 16.32 5.21 6.76 1.3 135.94 129.66 M2 120.04 26.13 10.02 6.76 1.3 125.07 115.02 Kiểm tra: Pcmin > 0 : vậy cọc không bị nhổ Pcmax < EixQc ( Ei là hệ số nhóm của móng thứ i ). Móng M1 : E1xQc = 0,82 x 171 = 140,22(T) > 135,94(T) Móng M2 : E2xQc = 0,80 x 171 = 136,8(T) > 125,07(T). Vậy cọc thỏa điều kiện kiểm tra. 7.2.8 Kiểm tra xuyên thủng đài cọc 7.2.8.1 Kiểm tra xuyên thủng cổ cột với đài móng Công thức kiểm tra chọc thủng đài cọc: Pxt ≤ Pcx = 0,75Rkx4(bc + h0)h0 Trong đó: Rk : khả năng chịu kéo của bê tông, bêtông mác 300 có Rk = 100(T/m2). bc : bề rộng tiết diện cột. h0 = 1,45(m) : chiều cao làm việc của đài cọc. Pxt : lực gây xuyên thủng tính toán, là tổng phản lực của các cọc nằm ngoài phạm vi xuyên thủng. Dựa vào sơ đồ xuyên thủng ta thấy không có cọc nào nằm ngoài phạm vi xuyên thủng nên không cần kiểm tra xuyên thủng cổ cột với đài móng. Sơ đồ tháp xuyên thủng của đài: Hình 7.15- Sơ đồ tháp xuyên thủng của đài móng M1, M2 7.2.8.2 Kiểm tra xuyên thủng cọc với đài móng Công thức kiểm tra chọc thủng đài cọc: Pxt ≤ Pcx = 0,75Rkx4(u/4 + h0)h0 Trong đó: Rk : khả năng chịu kéo của bêtông, bêtông mác 300 có Rk = 100(T/m2). u = 2,513(m) : chu vi cọc. ho = 1,45(m) : chiều cao làm việc của đài cọc. 4(u/4+h0) : chu vi xuyên thủng. Pcx = 0,75x100x4(2,513/4+1,45)1,45 = 904(T). Pxt = Pmax : phản lực đầu cọc lớn nhất. Dựa vào sơ đồ xuyên thủng ta thấy không có cọc nào nằm ngoài phạm vi xuyên thủng nên không cần kiểm tra xuyên thủng cọc với đài móng. Vậy các móng đều thỏa điều kiện xuyên thủng. 7.2.9 Kiểm tra ổn định của móng khối quy ước dưới mũi cọc Móng khối quy ước của 2 móng M1, M2 đều có hình lập phương. Đáy móng khối có Dạng hình vuông với các cạnh là Li = Bi . Việc tính toán và kiểm tra trong bước này được thực hiện theo giá trị tiêu chuẩn của tải trọng. Tính góc ma sát trung bình của các lớp đất theo chiều dài cọc: φtb = = = 13,2 φtb/4 = 13,2/4 = 3,3 Bề dài và rộng móng khối quy ước: Li = L’ + 2tg(φtb/4)Lc ; Bi = B’ + 2tg(φtb/4)Lc Trong đó: L’ = Lđ – D và B’ = Bđ – D L’ = B’ = 4,2 – 0,8 = 3,4(m) Li = Bi = 3,4 + 2tg(3,3)27,3 = 6,54(m). Dung trọng đẩy nổi bình quân của các lớp đất từ đáy móng đến mũi cọc: γtb = = = = 0,748(T/m3). Hình 7.16- Biểu đồ phân bố ứng suất trong nền đất Tải trọng tác dụng dưới móng khối quy ước: Nmtc = Ntc + W Ntc : tải trọng tiêu chuẩn tại chân cột. W : trọng lượng lớp đất tính từ đỉnh đài đến mũi cọc. W = Wđ + Wm + Wc Với Wđ : trọng lượng trung bình của đài và đất đắp trên đài. Wđ = L1xB1x γtbxhđ = 6,54 x 6,54 x 2,2 x 1,5 = 141(T) Wm : trọng lượng lớp đất của móng khối quy ước tính từ đáy đài đến mũi cọc. Wm = [(L1xB1)- ncọcD] γtbxLcọc Móng M1 : Wm = (6,54x6,54 – 4x0,8)x0,748x27,3 = 808(T) Móng M2 : Wm = (6,54x6,54 – 5x0,8)x0,748x27,3 = 792(T) Wc : trọng lượng các cọc trong mỗi đài. Wc = ncọcxScọcxγbtxLcọc Móng M1 : Wc = 4x0,5027x2,5x27,3= 137(T) Móng M2 : Wc = 5x0,5027x2,5x25= 172(T) → W = Wđ + Wm + Wc Móng M1 : W = 141 + 808 + 137 = 1086(T) Móng M2 : W = 141 + 792 + 172 = 1105(T). Độ lệch tâm: e = Mtc/Nmtc Phản lực bình quân dưới đáy móng: σtb = Nmtc/(Li x Bi) Phản lực dười móng khối quy ước: σmax = σtb( 1 + ) ; σmin = σtb( 1 - ) Bảng 7.21- Bảng tính áp lực dưới móng khối quy ước Móng Mtc(T) Ntc(T) W(T) Nmtc(T) Li(m) Bi(m) e(m) σtb(T/m2) σmax(T/m2) σmin(T/m2) M1 13.6 394 1086 1480 6.54 6.54 0.010 32.03 32.32 31.74 M2 21.78 452 1105 1557 6.54 6.54 0.014 33.78 34.25 33.32 Tải trọng tiêu chuẩn dưới móng khối quy ước ngay tại mũi cọc: Rtc = m(AB1γ + BHmγ’tb + Dc) Trong đó: m : là hệ số, chọn m = 0,7. γ : dung trọng đẩy nổi bình quân của lớp đất dưới mũi cọc. Lớp đất dưới mũi cọc có: γ = 1,016(T/m3); c = 0,911(kg/cm2) = 9,11(T/m2); φ = 22031’ = 25,5. Tra bảng ta có: A = 0,63 ; B = 3,54 ; D = 6,11. γ’tb : dung trọng đẩy nổi bình quân của các lớp đất từ mặt đất tự nhiên đến mũi cọc. γ’tb = = + + = = 0,616(T/m3) Hm : chiều sâu móng khối quy ước. Hm = 30(m). Móng M1 , M2 : Rtc = 0,7(0,63x6,54x1,016 + 3,54x30x0,616 + 6,11x9,11) = 87,69(T/m2) Ta thấy cả 2 móng đều có σmax < 1,2Rtc nên thỏa điều kiện tính lún. 7.2.10 Tính lún Dùng phương pháp cộng lún từng lớp phân tố để xác định độ lún của móng cọc. Áp lực bản thân đáy móng khối quy ước: σb._.