Đề tài Thiết kế chung cư cao tầng quận 5 – Thành phố Hồ Chí Minh

PHẦN III TÍNH TOÁN NỀN MÓNG CHƯƠNG 7 XỬ LÝ THỐNG KÊ SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MÓNG 7.1. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CÔNG TÁC KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Công tác khảo sát địa chất công trình nhằm cung cấp những số liệu cần thiết phục vụ cho công tác tính toán nền móng công trình. Đối với công trình Chung cư cao tầng Quận 5, công tác khoan khảo sát được tiến hành với 03 hố khoan kỹ thuật được ký hiệu là: HK1 sâu 70.0 m HK2 sâu 70.0 m HK3 sâu 70.0 m Tổng cộng 210 m khoan. Cao độ mặt đất miệng các hố khoan khảo sát được lấy giả định là 0.00 m. Công tác thí nghiệm được tiến hành với 105 mẫu đất nguyên dạng. Các mẫu đất nguyên dạng được lấy bằng ống thành mỏng và được ghi số thứ tự theo độ sâu của từng hố khoan, được bọc sáp và được bảo quản cẩn thận để giữ được độ ẩm và tính nguyên dạng của đất. Các mẫu đất nguyên dạng được lấy trong hố khoan với khoảng cách trung bình cứ 2m lấy một mẫu, đại diện cho tất cả các lớp đất gặp trong quá trình khoan. 7.2. SƠ ĐỒ VỊ TRÍ HỐ KHOAN Đây là giai đoạn khảo sát cho thiết kế kỹ thuật nên cự ly giữa các điểm khảo sát phải nhỏ hơn hoặc bằng 30 m. Với cự ly ngắn như vậy mới có thể phát hiện được đầy đủ và chính xác cấu tạo địa tầng tại vị trí xây dựng. Các điểm khảo sát nên bố trí theo chu vi móng và trong phạm vi công trình. Đối với công trình Chung cư cao tầng Quận 5, vị trí các hố khoan được bố trí như trên hình 7.1. Hình 7.1: Mặt bằng bố trí hố khoan 7.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Căn cứ vào kết quả khoan khảo sát và thí nghiệm, có thể xác định địa tầng của khu vực khảo sát như sau: 1/ Lớp cát san lấp Nằm ngay trên bề mặt địa hình và độ sâu phân bố ở các hố khoan như sau: Hố khoan HK1 : từ 0.0 m đến 1.5 m. Hố khoan HK2 : từ 0.0 m đến 1.3 m. Hố khoan HK3 : từ 0.0 m đến 1.5 m. Thành phần là cát san lấp. 2/ Lớp bùn sét Nằm dưới lớp cát san lắp và độ sâu phân bố ở các hố khoan như sau: Hố khoan HK1 : từ 1.5 m đến 20.5 m. Hố khoan HK2 : từ 1.3 m đến 19.5 m. Hố khoan HK3 : từ 1.5 m đến 19.8 m. Thành phần là bùn sét lẫn cát bụi, màu xám đen, xám xanh. Trạng thái chảy. 3/ Lớp sét pha nặng Nằm dưới lớp bùn sét và độ sâu phân bố ở các hố khoan như sau: Hố khoan HK1 : từ 20.5 m đến 28.5 m. Hố khoan HK2 : từ 19.5 m đến 28.9 m. Hố khoan HK3 : từ 19.8 m đến 28.6 m. Thành phần là sét pha nặng, màu xám xanh, xám trắng, nâu vàng. Trạng thái dẻo cứng. 4/ Lớp cát pha nặng Nằm dưới lớp sét pha nặng và độ sâu phân bố ở các hố khoan như sau: Hố khoan HK1 : từ 28.5 m đến 35.2 m. Hố khoan HK2 : từ 28.9 m đến 35.6 m. Hố khoan HK3 : từ 28.9 m đến 36.0 m. Thành phần là cát pha nặng, màu xám trắng lẫn vàng. Trạng thái dẻo. Kết cấu chặt vừa. 5/ Lớp sét Nằm dưới lớp cát pha nặng và độ sâu phân bố ở các hố khoan như sau: Hố khoan HK1 : từ 35.2 m đến 41.6 m. Hố khoan HK2 : từ 35.6 m đến 42.3 m. Hố khoan HK3 : từ 36.0 m đến 41.8 mét. Thành phần là sét, màu xám xanh, xám vàng. Trạng thái dẻo cứng. 6/ Lớp cát pha nặng Nằm dưới lớp sét và độ sâu phân bố ở các hố khoan như sau: Hố khoan HK1 : từ 41.6 m đến 70 m. Hố khoan HK2 : từ 42.3 m đến 70 m. Hố khoan HK3 : từ 41.8 m đến 70 m. Thành phần là cát pha nặng, màu xám vàng lẫn nâu đỏ. Cát có hạt độ từ mịn chuyển qua thô theo tính xếp lớp. Trạng thái dẻo. Kết cấu chặt vừa đến chặt. * Mực nước ngầm : Độ sâu mực nước ngầm ổn định ở các hố khoan khoảng 0.5 m. Nước không có tính ăn mòn đối với vật liệu bêtông. 7.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ THỐNG KÊ SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT 7.4.1. Nguyên tắc chung Phương pháp xử lí thống kê các số liệu địa chất từ các kết quả thí nghiệm đất được thực hiện đúng theo TCXD 74 : 1987. Phương pháp xử lí thống kê được sử dụng để xử lí kết quả, xác định các đặc trưng của đất sau: Đặc trưng vật lí của đất ở tất cả các dạng; Đặc trưng độ bền: lực dính kết đơn vị, góc ma sát trong của đất và cường độ kháng nén tức thời khi nén một trục của đất; Môđun biến dạng của đất. Việc xử lí thống kê các đặc trưng cơ lí của đất được sử dụng để tính toán các trị tiêu chuẩn và trị tính toán cần thiết cho thiết kế nền, móng nhà và công trình. Xử lí thống kê các đặc trưng của đất đá được thực hiện đối với đất ở các khu xây dựng, những khoảng riêng biệt của khu xây dựng hoặc ở từng nền nhà và công trình. Xử lí thống kê các đặc trưng cơ lí của đất để phân tích tập hợp những giá trị đặc trưng của đất trong phạm vi đơn nguyên địa chất công trình đã được sơ bộ phân chia nhằm loại những giá trị khác biệt hẳn với phần lớn những giá trị của dãy thống kê. Loại trừ những giá trị ấy nếu như chúng có được do sai lầm của những thí nghiệm hoặc quy chúng vào một tập hợp tương xứng khi có loại đất khác lẫn trong đơn nguyên địa chất công trình. Đơn nguyên địa chất công trình là đơn vị địa chất công trình cơ bản, tại đó tiến hành xử lí thống kê các đặc trưng đất – đá. Một đơn nguyên địa chất công trình là một khối đất đá đồng nhất có cùng tên gọi thoả mãn một trong những điều kiện sau: Các đặc trưng đất đá trong phạm vi đơn nguyên biến thiên không có tính quy luật. Nếu các đặc trưng biến thiên có quy luật thì quy luật này có thể bỏ qua. Các trị trung bình cộng của các kết quả xác định riêng được lấy làm trị tiêu chuẩn của tất cả các đặc trưng đất – đá (trừ lực dính đơn vị và góc ma sát trong). Các thông số có quan hệ tuyến tính giữa lực chống cắt và áp suất, nhận được bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất được lấy làm trị tiêu chuẩn của lực dính đơn vị và góc ma sát trong. Các giá trị tính toán của những đặc trưng dùng trong việc tính nền bằng giá trị các đặc trưng tiêu chuẩn chia cho hệ số an toàn về đất. Các giá trị riêng của các đặc trưng của đất, đá phải xác định theo một phương pháp thống nhất. Phân chia sơ bộ đất – đá mặt bằng xây dựng thành các đơn nguyên địa chất công trình có xét đến tuổi, nguồn gốc, những đặc điểm kết cấu kiến trúc và tên gọi của đất đá. Phải kiểm tra sự đúng đắn của việc phân chia đơn nguyên địa chất công trình trên cơ sở đánh giá tính biến đổi theo không gian của các đặc trưng bằng các chỉ tiêu tính chất của đất. * Điều kiện kiểm tra loại trừ những sai số thô Khi tổng hợp những tài liệu thí nghiệm trong phạm vi một đơn nguyên địa chất công trình, để phân chia phải tiến hành kiểm tra thống kê để loại trừ những sai số thô. Phải loại trừ những giá trị Ai (lớn nhất và nhỏ nhất), nếu không thoả mãn điều kiện sau: trong đó: . Ai - giá trị riêng của đặc trưng; . n - số lần xác định các đặc trưng; . V - chỉ số thống kê được lấy tuỳ thuộc vào số lần xác định n . 7.4.2. Phương pháp xử lý thống kê số liệu địa chất a. Trị tiêu chuẩn Trị tiêu chuẩn Atc của tất cả các đặc trưng của đất (trừ lực dính kết đơn vị Ctc và góc ma sát trong jtc) là giá trị trung bình số học Ā các kết quả xác định riêng biệt và được tính theo công thức: Trị tiêu chuẩn của lực dính kết đơn vị Ctc và góc ma sát trong jtc là các thông số tìm được bằng các phương pháp bình phương nhỏ nhất từ quan hệ tuyến tính giữa sức chống cắt và áp lực pháp tuyến đối với toàn bộ tập hợp các trị số thí nghiệm trong đơn nguyên địa chất công trình: trong đó: - sức chống cắt, (kG/cm2); p - áp lực pháp trên mẫu đất, (kG/cm2); j - góc ma sát trong, độ; C - lực dính kết đơn vị, (kG/cm2). Trị tiêu chuẩn Ctc và jtc được tính theo công thức: Xác định trị tiêu chuẩn mođun biến dạng của đất theo các công thức sau: + Hệ số nén lún: (cm2/daN) + Mođun biến dạng: (daN/cm2) trong đó: pi – cấp áp lực; εi – hệ số rỗng của mẫu đất ứng với từng cấp áp lực pi. b. Trị tính toán Trị tính toán các đặc trưng Att của đất được xác định theo biểu thức: trong đó: Atc - trị tiêu chuẩn của đặc trưng; Kđ - hệ số an toàn về đất. + Với các đặc trưng ngoài C, j, g, lấy Kđ = 1: Att = Atc. + Với các đặc trưng C, j, g thì Kđ tính theo biểu thức: trong đó: r - là chỉ số độ chính xác khi đánh giá trị trung bình các đặc trưng của đất. Dấu ở trước đại lượng r được chọn sao cho đảm bảo được độ tin cậy lớn nhất khi tính toán nền móng. + Ứng với C và tgj: ; + Ứng với g: . trong đó: ta - hệ số tra Bảng 2 Phụ Lục 1/, tuỳ thuộc xác suất tin cậy a (a =0.95: tính nền theo sức chịu tải; a =0.85: tính nền theo biến dạng) và (n-2) khi xác định trị tính toán C và tgj; (n-1) khi xác định trị tính toán các đặc trưng khác; v - hệ số biến đổi đặc trưng: ; s - sai số toàn phương trung bình của đặc trưng. + Đối với C và tgj: + Đối với g: Từ các biểu thức trên, trị tính toán các đặc trưng của đất viết lại như sau + Đối với C và j: + Đối với g: 7.5. KẾT QUẢ XỬ LÝ THỐNG KÊ SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH 7.5.1. Lớp đất thứ 1 Vì đây là lớp cát san lấp nên không cần xử lý thống kê. 7.5.2. Lớp đất thứ 2 Bảng 7.1: Bảng chỉ tiêu cơ lý (trừ C, φ) của lớp đất thứ 2 Bảng 7.2: Mođun biến dạng E của lớp đất thứ 2 Bảng 7.3: Bảng tính giá trị C và φ của lớp đất thứ 2 Bảng 7.3 (tt): Bảng tính giá trị C và φ của lớp đất thứ 2 Bảng 7.4: Bảng tính giá trị γtc và γtt ø của lớp đất thứ 2 7.5.3. Lớp đất thứ 3 Bảng 7.5: Bảng chỉ tiêu cơ lý (trừ C, φ) của lớp đất thứ 3 Bảng 7.6: Mođun biến dạng E của lớp đất thứ 3 Bảng 7.7: Bảng tính giá trị C và φ của lớp đất thứ 3 Bảng 7.8: Bảng tính giá trị γtc và γtt ø của lớp đất thứ 3 7.5.4. Lớp đất thứ 4 Bảng 7.9: Bảng chỉ tiêu cơ lý (trừ C, φ) của lớp đất thứ 4 Bảng 7.10: Mođun biến dạng E của lớp đất thứ 4 Bảng 7.11: Bảng tính giá trị C và φ của lớp đất thứ 4 Bảng 7.12: Bảng tính giá trị γtc và γtt ø của lớp đất thứ 4 7.5.5. Lớp đất thứ 5 Bảng 7.13: Bảng chỉ tiêu cơ lý (trừ C, φ) của lớp đất thứ 5 Bảng 7.14: Mođun biến dạng E của lớp đất thứ 5 Bảng 7.15: Bảng tính giá trị C và φ của lớp đất thứ 5 Bảng 7.16: Bảng tính giá trị γtc và γtt ø của lớp đất thứ 5 7.5.6. Lớp đất thứ 6 Bảng 7.17: Bảng chỉ tiêu cơ lý (trừ C, φ) của lớp đất thứ 6 Bảng 7.17 (tt): Bảng chỉ tiêu cơ lý (trừ C, φ) của lớp đất thứ 6 Bảng 7.18: Mođun biến dạng E của lớp đất thứ 6 Bảng 7.18 (tt): Mođun biến dạng E của lớp đất thứ 6 Bảng 7.19: Bảng tính giá trị C và φ của lớp đất thứ 6 Bảng 7.19 (tt): Bảng tính giá trị C và φ của lớp đất thứ 6 Bảng 7.19 (tt): Bảng tính giá trị C và φ của lớp đất thứ 6 Bảng 7.20: Bảng tính giá trị γtc và γtt ø của lớp đất thứ 6 Bảng 7.20 (tt): Bảng tính giá trị γtc và γtt ø của lớp đất thứ 6 7.5.7. Kiểm tra kết quả tính toán Ctc và φtc Kiểm tra kết quả tính toán Ctc và φtc theo các công thức sau: Nếu tính toán đúng thì τ1 = τ2. Kết quả kiểm tra được trình bày trong bảng 7.21. Bảng 7.21: Kiểm tra kết quả tính toán Ctc và φtc Lớp n tgφtc Ctc Σpi Στi p τ1 τ2 Kiểm tra 2 27 0.057 0.184 15.75 5.87 0.58 0.217 0.217 THỎA 3 18 0.162 0.294 36.00 14.72 2.00 0.818 0.818 THỎA 4 18 0.496 0.165 36.00 25.27 2.00 1.157 1.157 THỎA 5 18 0.202 0.366 36.00 13.84 2.00 0.770 0.770 THỎA 6 54 0.569 0.098 108.00 66.73 2.00 1.236 1.236 THỎA 7.5.8. Tổng hợp chỉ tiêu các lớp đất Kết quả tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất được trình bày trong bảng 7.22. Bảng 7.22: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất Lớp Giới hạn chảy Wnh (%) Giới hạn dẻo Wd (%) Độ sệt B Độ ẩm W (%) Tỉ trọng Δ Dung trọng γW (T/m3) Góc ma sát trong φ (độ) Lực dính đơn vị C (daN/cm2) γttI γttII φttI φttII CttI CttII 2 70.19 28.37 1.11 73.09 2.63 1.509 1.512 1.20 1.98 0.161 0.170 3 41.67 20.92 0.31 29.95 2.69 1.931 1.936 8.64 8.97 0.270 0.279 4 26.08 13.92 0.31 18.59 2.67 1.903 1.919 24.51 25.31 0.141 0.150 5 53.33 30.00 0.30 30.82 2.70 1.457 1.463 10.53 10.92 0.341 0.351 6 32.60 14.00 0.32 18.90 2.66 2.000 2.008 28.50 29.16 0.075 0.083 Từ kết quả trên, kết hợp với chiều dày các lớp đất ở 3 hố khoan, ta lựa chọn trụ địa chất bất lợi nhất làm trụ địa chất tính toán. Kết quả được thể hiện trên hình 7.2. Hình 7.2: Trụ địa chất tính toán 7.6. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MÓNG CHO CÔNG TRÌNH. Trong thiết kế nhà cao tầng, không chỉ việc chọn lựa kết cấu chịu lực chính bên trên là quan trọng, mà các giải pháp về nền móng bên dưới cũng được quan tâm không kém. Sự lựa chọn kiểu móng có ý nghĩa quyết định đối với toàn bộ công trình và phải xét đến nhiều nhân tố như: điều kiện địa chất nền, tính khả thi về mặt kỹ thuật, về mặt an toàn, về tốc độ thi công nhanh, về môi trường và kinh tế Nhà cao tầng có chiều cao tương đối lớn, nên tải trọng đứng rất lớn và tập trung, mặt khác trọng tâm công trình cách mặt đất đáng kể, nên rất nhạy đối với nghiêng lệch. Khi chịu tác động của tải trọng ngang, sẽ sinh ra mômen lật cực lớn. Vì vậy, chọn giải pháp móng sâu, cụ thể là móng cọc cho nhà cao tầng là rất hợp lý. Ở đây có 3 phương án móng sâu phù hợp với các công trình cao tầng: móng cọc ép, móng cọc barret và móng cọc khoan nhồi. 7.6.1. Móng cọc ép Phương án móng này được sử dụng rộng rãi hiện nay khi xây dựng nhà cao tầng. Ưu điểm của phương án này là dễ thi công, giá thành rẻ, không gây ồn ào và kiểm tra được chất lượng cọc, phát huy được sức kháng bên và sức kháng mũi của cọc. Với đặc điểm địa chất trên cùng với tải trọng của cột truyền xuống móng tại chân mỗi cột lớn nên ta không thể đặt mũi cọc tại lớp đất thứ 5 mặc dù lớp đất này có tính năng xây dựng tốt. Do đó có thể đặt mũi cọc tại lớp đất thứ 6 nhưng có những hạn chế sau đây: vì cọc ép có sức chịu tải không lớn nên ở độ sâu đặt mũi cọc không lớn cần phải sử dụng nhiều cọc mà điều kiện mặt bằng không cho phép sử dụng nhiều cọc, nên cần phải đặt mũi cọc sâu hơn, mà để ép cọc đến độ sâu lớn như thế thì rất khó, dễ bị chối cọc hoặc hỏng cọc và hạn chế của thiết bị ép. Vì cọc có chiều dài hạn chế nên muốn ép cọc đến độ sâu thiết kế thì cần phải nối cọc, như vậy sẽ làm giảm sức chịu tải của cọc.Vậy phương án này không phù hợp cho công trình. 7.6.2. Móng cọc barette Trên thế giới, cọc barret đã được sử dụng phổ biến khi xây dựng các nhà cao tầng. Tuy nhiên giá thành cho móng cọc barret còn khá cao, thiếu thiết bị thi công và trình độ thi công cũng còn hạn chế. Vì các lý do trên nên ta không chọn phương án này cho móng của công trình. 7.6.3. Móng cọc khoan nhồi Loại cọc này có những ưu điểm sau đây: Sưcù chịu tải của mỗi cọc đơn lớn, có thể đạt hàng nghìn tấn khi chôn ở độ sâu lớn; Cọc khoan nhồi có thể xuyên qua các tầng đất cứng ở độ sâu lớn; Số lượng cọc cho mỗi móng ít, phù hợp với mặt bằng có diện tích nhỏ; Không gây tiếng ồn đáng kể như khi thi công cọc; Phương pháp thi công cọc là khoan nên không gây chấn động cho các công trình lân cận. Mặc dù cọc khoan nhồi có một vài nhược điểm như khi thi công cọc dễ bị sập thành hố khoan, chất lượng bêtông cọc không cao do không được đầm vv nhưng so với những nhược điểm của hai loại cọc kể trên thì các nhược điểm này có thể khắc phục được. KẾT LUẬN: Dựa vào những phân tích về ưu nhược điểm của các phương án móng trên, quyết định chọn phương án móng cọc khoan nhồi cho công trình cao tầng Quận 5.