Tài liệu Nghiên cứu và ứng dụng móng kim cương vào các công trình chịu tải trọng nhỏ

  • Số trang: 71 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 48 |
  • Lượt tải: 0
bangnguyen-hoai

Đã đăng 3509 tài liệu

Mô tả:

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA KĨ THUẬT CÔNG TRÌNH  BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÓNG KIM CƢƠNG VÀO CÁC CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG NHỎ PHẠM VĂN NAM BIÊN HÒA, THÁNG 12/2012 TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA KĨ THUẬT CÔNG TRÌNH  BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÓNG KIM CƢƠNG VÀO CÁC CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG NHỎ Sinh viên thực hiện: PHẠM VĂN NAM LÊ NGỌC LINH Giáo viên hƣớng dẫn: ThS. Trần Minh Phụng BIÊN HÒA, THÁNG 12/2012 LỜI CẢM ƠN ---------Trước tiên, chúng em xin gởi lời cảm ơn tới các bậc sinh thành đã tạo mọi điều kiện vật chất và tinh thần cho chúng em trong suốt quá trình học tập, rèn luyện và nghiên cứu khoa học để ngày hôm nay chúng em tự tin đứng đây để thực hiện ước mơ, hoài bảo của mình. Nghiên cứu khoa học là một công trình lớn đối với sinh viên, là cơ sở để đánh giá năng lực của sinh viên qua quãng thời gian ngồi trên giảng đường Đại Học. Chúng em xin chân thành gửi lời tri ân tới thầy hướng dẫn ThS. Trần Minh Phụng và các thầy bộ môn đã tận tình chỉ dạy, giúp đỡ và hướng dẫn chúng em trong quá trình làm nghiên cứu, luôn theo sát, đóng góp những ý kiến quý báu giúp chúng em hoàn thành bài báo cáo một cách tốt nhất. Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn thầy Hiệu trưởng cùng quý thầy cô trường Đại Học Lạc Hồng đã tạo mọi điều kiện để chúng em có thể hoàn thành tốt bài nghiên cứu. Qua đây em cũng xin cảm ơn tất cả bạn bè và những người thân luôn quan tâm động viên và ủng hộ chúng em trong quá trình làm nghiên cứu cũng như trong suốt thời gian học tại trường Đại Học Lạc Hồng. Xin gữi những lời cảm ơn chân thành nhất ! Sinh viên thực hiện Phạm Văn Nam Lê Ngọc Linh MỤC LỤC CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ....................................1 1.1. Phần mở đầu .....................................................................................................1 1.2. Tổng quan về lịch sử nghiên cứu của đề tài .....................................................1 1.3. Công trình thực tế ............................................................................................. 2 CHƢƠNG II: NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA MÓNG KIM CƢƠNG ............................................................... 6 2.1. Quy trình nghiên cứu ....................................................................................... 6 2.1.1. Tài liệu chính............................................................................................. 6 2.1.2. Tiêu chuẩn áp dụng: ..................................................................................6 2.2. Phương pháp tính toán khả năng chiu lực ........................................................ 6 2.2.1. Sức chịu tải do chỉ tiêu cường độ của đất nền ..........................................8 2.2.1.1. Sức chịu tải do ma sát xung quanh thân cọc ......................................8 2.2.1.2. Sức chịu tải do mũi cọc ......................................................................9 2.2.1.3. Sức chịu tải cực hạn .........................................................................10 2.2.1.4. Sức chịu tải cho phép .......................................................................10 2.2.2. Sức chịu tải của cọc theo vật liêu ............................................................ 11 2.2.3. Quy đổi khối móng kim cương về khối hình học đơn giản để tính toán 12 2.2.3.1. Cách quy đổi thứ nhất ......................................................................12 2.2.3.2. Cách quy đổi thứ hai ........................................................................12 2.2.4. Nội lực tác dụng lên đầu cọc ...................................................................13 2.2.4.1. Tính toán theo móng cọc đài thấp với các cọc xem như thẳng đứng ....................................................................................................................... 13 2.2.4.2. Xét góc xiên trong cọc .....................................................................13 2.2.4.3. Kiểm tra sức chịu tải của cọc ........................................................... 14 2.2.5. Kiểm tra bền cho cọc ống thép ................................................................ 15 CHƢƠNG III: THIẾT KẾ MÓNG KIM CƢƠNG .............................................17 3.1. Kết cấu hệ thống............................................................................................. 17 3.1.1.Kết cấu phía trên mặt đất .........................................................................17 3.1.2. Kết cấu phía dưới mặt đất .......................................................................19 3.1.3. Kết cấu tổng thể ...................................................................................... 19 3.2. Vật liệu thiết kế móng kim cương ..................................................................20 3.2.1. Vật liệu ....................................................................................................20 3.2.2. Mặt cắt .....................................................................................................21 3.3. Tính toán khả năng chịu lực ...........................................................................21 3.3.1. Thông số đầu vào ...................................................................................21 3.3.2. Tính toán cho móng kim cương .............................................................. 21 3.3.2.1. Sức chịu tải do chỉ tiêu cường độ của đất nền .................................21 3.3.2.2. Sức chịu tải của cọc theo vật liêu .................................................... 24 3.3.2.3. Nội lực tác dụng lên đầu cọc ............................................................ 24 3.3.2.4. Tính toán lún cho khối móng kim cương .........................................25 3.3.3. Tính toán cho móng đơn .........................................................................29 3.3.3.1. Chọn chiều sâu đặt móng Df =0.5 (m) .............................................29 3.3.3.2. Xác định kích thước móng b x l sao cho đất nền dưới đáy móng thỏa điều kiện ổn định .......................................................................................... 29 3.3.3.3. Kiểm tra điều kiện cường độ ............................................................ 30 3.3.3.4. Kiểm tra tính ổn định chống trượt .................................................... 31 3.3.3.5. Kiểm tra điều kiện xuyên thủng ....................................................... 32 3.3.3.6. Kiểm tra lún...................................................................................... 32 3.3.3.7. Tính toán và bố trí cốt thép .............................................................. 34 CHƢƠNG IV: SO SÁNH VỚI MỘT SỐ MÓNG NÔNG KHÁC ...................... 35 4.1. So sánh về khả năng chịu lực .........................................................................35 4.2. So sánh về kinh tế .......................................................................................... 35 4.3. So sánh về mỹ quan........................................................................................ 36 4.4. So sánh về thời gian thi công .........................................................................37 CHƢƠNG V: XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ THỬ TẢI ........................................38 5.1. Xây dựng mô hình móng kim cương ............................................................. 38 5.1.1. Công tác làm ván khuôn ..........................................................................38 5.1.2. Công tác gia công và lắp đặt thép .......................................................... 40 5.1.3. Công tác đổ bê tông: ...............................................................................41 5.1.4. Công tác bảo dưỡng bê tông. ..................................................................41 5.2. Thử tải ............................................................................................................42 5.2.1. Địa điểm, địa chất nơi thử tải ..................................................................42 5.2.2. Tiến hành thử tải ..................................................................................... 44 5.3. Kết quả tính toán cho mô hình thử tải trên cơ sở lý thuyết ........................... 47 5.3.1. Sức chịu tải do chỉ tiêu cường độ của đất nền ........................................48 5.3.2. Sức chịu tải của cọc theo vật liêu ........................................................... 50 5.3.3. Nội lực tác dụng lên đầu cọc ...................................................................50 CHƢƠNG VI: ĐÁNH GIÁ KHẢ THI ..................................................................55 6.1. Đánh giá kết quả nghiên cứu ..........................................................................55 6.2. Kiến nghị ........................................................................................................55 Tài Liệu Tham Khảo ............................................................................................... 56 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Cầu nhỏ với kết cấu bên trên là thép hoặc gỗ. ............................................2 Hình 1.2. Cầu bộ hành đi trong khu du lịch sinh thái. ................................................3 Hình 1.3. Cầu bộ hành đi trên vùng đất yếu. .............................................................. 4 Hình 1.4. Nhà tải trọng nhỏ với kết cấu bên trên là gỗ. ..............................................5 Hình 2.1. Hình ảnh cọc xiên chịu tác dụng của lực ma sát và lực mũi cọc. ...............7 Hình 2.2. Cọc ống thép. .............................................................................................. 8 Hình 2.3. Mô phỏng cọc xiên qua các lớp đất. ........................................................... 8 Hình 2.4. Mô hình liên kết thể hiện hệ số độ mảnh. .................................................11 Hình 2.5. Hình chiếu bằng và hình chiếu cạnh của khối móng. ............................... 12 Hình 2.6. Thể hiện góc α và β ...................................................................................14 Hình 2.7. Mô hình lực tác dụng lên ống thép............................................................ 15 Hình 3.1. Kết cấu phía trên khối móng. ....................................................................17 Hình 3.2. Cấu tạo bulông neo trong móng kim cương..............................................17 Hình 3.3. Móng kim cương sử dụng bát 1 phương. ..................................................18 Hình 3.4. Móng kim cương sử dụng bát 2 phương. ..................................................18 Hình 3.5. Kết cấu phía dưới khối móng. ...................................................................19 Hình 3.6. Kết cấu tổng thể khối móng. .....................................................................19 Hình 3.7. Cọc ống thép. ............................................................................................ 20 Hình 3.8. Mặt cắt của khối móng. .............................................................................21 Hình 3.9. Biểu đồ vùng biến dạng dẻo. .....................................................................26 Hình 3.10. Biểu đồ lực dọc. ...................................................................................... 27 Hình 3.11. Biểu đồ độ lún. ........................................................................................ 28 Hình 5.1. Mô hình ván khuôn. ..................................................................................38 Hình 5.2. Tấm ván khuôn số 1. .................................................................................39 Hình 5.3. Tấm ván khuôn số 2. .................................................................................39 Hình 5.4. Tấm ván khuôn số 3. .................................................................................39 Hình 5.5. Tấm ván khuôn số 4 ..................................................................................40 Hình 5.6. Tấm ván khuôn số 5. .................................................................................40 Hình 5.7. Gia công bố trí thép. ..................................................................................41 Hình 5.8. Đóng cọc vào đất. ...................................................................................... 45 Hình 5.9. Lắp đặt hệ thống đo độ lún........................................................................45 Hình 5.10. Đặt tải lần một lên móng kim cương....................................................... 46 Hình 5.11. Đặt tải lần hai lên móng kim cương. ....................................................... 47 Hình 5.12. Biểu đồ vùng biến dạng dẻo. ...................................................................52 Hình 5.13. Biểu đồ lực dọc. ...................................................................................... 52 Hình 5.14. Biểu đồ độ lún. ........................................................................................ 53 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Gía trị nội lực trong cọc. ...........................................................................26 Bảng 3.2. Gía trị độ lún. ............................................................................................ 27 Bảng 3.3. Bảng nội suy hệ số k .................................................................................32 Bảng 4.1. Chi phí vật liệu xây dựng cho một móng kim cương .............................. 35 Bảng 4.2. Chi phí vật liệu xây dựng cho một móng đơn ..........................................36 Bảng 4.3. Bảng khảo sát về thời gian thi công của hai loại móng. ........................... 37 Bảng 5.1. Thông số địa chất nơi thử tải. ...................................................................42 Bảng 5.2. Gía trị độ lún quan sát thử tải. ..................................................................47 Bảng 5.3. Gía trị thông số đầu vào…………………………………………………51 Bảng 5.4. Gía trị nội lực trong cọc. ...........................................................................53 Bảng 5.5. Gía trị độ lún. ............................................................................................ 54 1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1. Phần mở đầu Trong thời điểm hiện nay, sự tiến bộ của khoa học hiện đại vượt bậc đã đưa con người tới một kỷ nguyên mới, kỷ nguyên của công nghệ máy móc và khoa học. Nhưng những công nghệ khoa học đó phải được phát triển và mở rộng trên toàn thế giới. ”Móng kim cương” là một đề tài đã được nghiên cứu và ứng dụng tại Mỹ. Nó được ứng dụng rất nhiều trong các công trình xây dựng cầu nhỏ, công trình nhà cửa, các công trình tạm, các con đường trong khu du lịch .v.v….Ở nước ta đề tài móng Kim cương còn rất mới lạ. Chưa có một công trình nghiên cứu, ứng dụng vào thực tế hay lý thuyết tính toán về loại móng này. Vì vậy cần nghiên cứu thiết kế “Móng kim cương” sao cho phù hợp với các yêu cầu về kỹ thuật, mỹ quan, điều kiện xây dựng, khí hậu ở nước ta, đặc biệt là giá thành và thời gian thi công. Từ những yêu cầu đó chúng tôi thấy cần nghiên cứu và sớm đưa đề tài vào áp dụng thực tiễn trong công tác thiết kế và thi công. Nội dung đề tài: “Nghiên cứu và ứng dụng móng kim cƣơng vào các công trình chịu tải trọng nhỏ”. 1.2. Tổng quan về lịch sử nghiên cứu của đề tài Trên thế giới công trình sử dụng móng kim cương đã được nghiên cứu và áp dụng tại nước Mỹ vào thập niên 90 của thế kỷ trước. Móng kim cương là một sản phẩm độc quyền của công ty DIAMOND PIER. Nhưng cơ sở lý thuyết tính toán họ không nêu ra để phổ biến rộng rãi cho ngành xây dựng. 2 1.3. Công trình thực tế Dưới đây là công trình xây dựng sử dụng móng kim cương ở mỹ.  Móng kim cương được sử dụng làm cầu nhỏ. Đi qua vùng đất ngập nước, thủy triều. Hình 1.1. Cầu nhỏ với kết cấu bên trên là thép hoặc gỗ. 3  Móng kim cương được sử dụng làm các con đường bộ hành trong công viên, khu du lịch sinh thái nhằm tạo điểm nhấn và mỹ quan. Hình 1.2. Cầu bộ hành đi trong khu du lịch sinh thái. 4  Đặc biệt móng kim cương cũng được sử dụng cho các công trình có địa chất yếu. Hình 1.3. Cầu bộ hành đi trên vùng đất yếu. 5  Móng kim cương cũng được ứng dụng tại mỹ đối với các công trình dân dụng, các công trình nhà xưởng, nhà tạm có tải trọng nhỏ. Hình 1.4. Nhà tải trọng nhỏ với kết cấu bên trên là gỗ. 6 CHƢƠNG II: NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA MÓNG KIM CƢƠNG 2.1. Quy trình nghiên cứu 2.1.1. Tài liệu chính - Châu Ngọc Ẩn (2010), Nền móng, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh. - Lê Mục Đích (2011), Sổ tay công trình sư, Nhà xuất bản Xây Dựng. - Vương Hách (2011), Sổ tay sử lý sự cố công trình, Nhà xuất bản Xây dựng. 2.1.2. Tiêu chuẩn áp dụng: - 22TCN 272-05 (2005), Một số vấn đề trong tính toán sức chịu tải cọc, Nhà xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội. - TCXDVN 205:1998 (2002), Móng Cọc – Tiêu Chuẩn Thiết Kế, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội 2.2. Phƣơng pháp tính toán khả năng chiu lực Cọc trong móng kim cương được thiết kế với góc xiên α. Độ xiên của cọc giúp coc tăng khả năng chống đở các ngoại lực xiên. Khi tải ngang đổi chiều do gió, do lực hãm của xe, do áp lực nước chảy trong vùng có ảnh hưởng thủy triều… Sức chịu tải của cọc xiên có thể tính theo công thức quen thuộc như sau: QU  q p Ap  f s As (2.1) qp : Là cường độ đất nền tại mũi cọc. Ap : Là diện tích tiết diện ngang của cọc. f s : Là lực ma sát giữa đất và cọc ở độ sâu z. As : Là diện tích xung quanh của cọc. f s   , n tg a  c , a Với:  , n ứng suất pháp thẳng góc với mặt cọc ở độ sâu z. Tại độ sâu này ta nhận thấy ellipse ứng suất có ½ trục dài là ứng suất chính đại  , v và ½ trục ngắn là ứng suất chính tiểu  , h nên  , h <  , v bất chấp độ xiên của cọc là bao nhiêu. Do vậy 7 để đơn giản tính toán và thiên về an toàn, có thể sử dụng công thức tính f s như cọc thẳng đứng.  h, tg a  ca,  f s   , n tg a  c , a Tương tự cũng có thể sử dụng công thức tính sức chịu tải đơn vị của đất nền ở mũi cọc q p của cọc thẳng đứng để tính cho cọc xiên. z Qu ´v fs ´h ´n ´n qp Hình 2.1. Hình ảnh cọc xiên chịu tác dụng của lực ma sát và lực mũi cọc. 8 2.2.1. Sức chịu tải do chỉ tiêu cƣờng độ của đất nền 2.2.1.1. Sức chịu tải do ma sát xung quanh thân cọc QS  u   f si  li (2.2) u : Là chu vi tiết diện ngang cọ: u  2R li : Là chiều dài đoạn cọc cắm trong lớp đất thứ i. f si : Là ma sát đơn vị trung bình giữa đất và cọc trong lớp đất thứ i. A A A-A Hình 2.2. Cọc ống thép. Cọc thép rỗng: Được làm bằng thép không gỉ. Có đường kính ngoài là: D Có đường kính trong là: d 1, C1 2, C2 3, C3 Hình 2.3. Mô phỏng cọc xiên qua các lớp đất. 9 Chiều dài của cọc thép trong từng lớp đất. li  Hi cos  Diện tích xung quanh của cọc trong từng lớp đất. Asi  D   Hi cos  Lực ma sát đơn vị trung bình giữa đất và cọc trong lớp i. f si  (1  sin  , )  OCR   vi,  tg ai  cai Với : (2.3)  h,  k 0   vi,  (1  sin  , )   vi,  vi, : Là ứng suất có hiệu theo phương đứng do trọng lượng bản thân của đất đặt tại trung điểm của lớp đất đang tính f si .  vi,   i  Hi   v, (i 1) 2 OCR : Là tỉ số cố kết trước của lớp đất thứ i ≥ 1. Lực dính và góc nội ma sát: - Cọc bê tông cốt thép:  ai   i c ai  ci - Cọc thép:  ai  (0.67  0.83)   i c ai  (0.67  0.83)  ci Chú ý: Nếu có mực nước ngầm trong một lớp đất thi phân làm hai lớp để tính.  Qs  Asi  f si  As1  f s1  As 2  f s 2  .......  Asn  f sn (2.4) 2.2.1.2. Sức chịu tải do mũi cọc Q p  Ap  q p Diện tích tiết diện ngang cọc: Ap( xem cọc thép là cọc đặc ). (2.5) 10 Ap    D2 4 (2.6) Cường độ đất nền tại mũi cọc(Sức chịu tải đơn vị): qp - Theo Terzaghi:  Cọc vuông: q p  1.3  c  N C   vp,  N q  0.4    d  N  (2.7)  Cọc tròn: q p  1.3  c  N C   vp,  N q  0.3    d  N  (2.8) - Theo TCXD 205:1998. q p  c  N C   vp,  N q    d  N  (2.9) Với: - d là cạnh hình vuông, đường kính hình tròn hoặc chiều sâu chôn móng. - Nc , Nq , Nγ là các hệ số phụ thuộc vào góc nội ma sát φ. (Châu Ngọc Ẩn, 2010) - σ'vp là ứng suất có hiệu theo phương đứng tại mũi cọc.  vp,   ( i  zi ) (2.10) Vậy sức chịu tải do mũi cọc tính theo TCXD 205:1998 Qp    D2 4  (c  N C   vp,  N q    d  N  ) (2.11) 2.2.1.3. Sức chịu tải cực hạn Qu  Qs  Q p (2.12) 2.2.1.4. Sức chịu tải cho phép Qa  Qu Qs Q p   Fs Fss Fsp Fs: Hệ số an toàn tổng (FS=2-:-3). FSS : Hệ số an toàn phần chịu tải do ma sát( FSS =1.5-:-2). Fsp: Hệ số an toàn do mũi cọc(Fsp=2-:-3). (2.13) 11 2.2.2. Sức chịu tải của cọc theo vật liêu Pvl    ( AS  RS ) (2.14) Cường độ của cọc thép. Rs  Rsc Diện tích tiết diện ngang cọc. As    D2 4   d2 4 (2.15) Sức chịu tải của cọc theo vật liệu. Pvl    ( AS  RS )    ( Rs  (   D2 4   d2 4 )) (2.16) Với: - Ф là hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc.   1.028  0.00002882  0.0016  Lo Lo  d r (Châu Ngọc Ẩn, 2010) - Lo là chiều dài tính toán của cọc: L0 = υ x l - υ là hệ số độ mảnh. Hình 2.4. Mô hình liên kết thể hiện hệ số độ mảnh. (2.17)
- Xem thêm -