Bài tập lớn nền móng UTC chỉ cần thay số

ThiÕt kÕ m«n häc nÒn vµ mãng Bé m«n §Þa kü thuËt Môc lôc PHÇN I B¸o c¸o kh¶o s¸t ®Þa chÊt c«ng tr×nh I CÊu tróc ®Þa chÊt vµ ®Æc ®iÓm c¸c líp ®Êt 3 II NhËn xÐt vµ kiÕn nghÞ 4 PHÇN II ThiÕt kÕ kÜ thuËt I Lùa chän kÝch th­íc c«ng tr×nh 6 1 1 Lùa chän kÝch th­íc vµ cao ®é bÖ cäc 6 1 2 Chän kÝch th­íc cäc vµ cao ®é mòi cäc 7 II LËp c¸c tæ hîp t¶i träng ThiÕt kÕ 8 2 1 Träng l­îng b¶n th©n trô 8 2 1 1 TÝnh chiÒu cao th©n trô 8 2 1 2 ThÓ tÝch toµn phÇn (kh«ng kÓ bÖ cäc) 8 2 1 2 ThÓ tÝch phÇn trô ngËp n­.

Mục lục

PHầN I Báo cáo khảo sát địa chất công trình

I Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất 3

II Nhận xét và kiến nghị … 4

PHầN II Thiết kế kĩ thuật I Lựa chọn kích thớc công trình 6

1.1 Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc 6

1.2 Chọn kích thớc cọc và cao độ mũi cọc 7

II Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế 8

2.1 Trọng lợng bản thân trụ…… 8

2.1.1 Tính chiều cao thân trụ……… 8

2.1.2 Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc) 8

2.1.2 Thể tích phần trụ ngập nớc (không kể bệ cọc) 8

2.2 Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN 9

2.2.1 Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHSD 9

2.2.2 Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHCĐ 9

III Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc 10

3.1 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu PR 10

3.2 Sức kháng nén dọc trục theo đất nền QR 11

3.2.1 Sức kháng thân cọc Qs 12

3.2.2 Sức kháng mũi cọc Qp……… 14

3.3 Sức kháng dọc trục của cọc đơn 16

IV chọn số lợng cọc và bố trí cọc trong móng 16

4.1 Tính số lợng cọc ……… 16

4.2 Bố trí cọc trong móng……… 16

4.2.1 Bố trí cọc trên mặt bằng 16

4.2.2 Tính thể tích bệ……… 17

4.3 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ 17

4.3.1 Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD 17

4.3.2 Tổ hợp hợp trọng ở TTGHCĐ 17

Bộ môn Địa - kỹ thuật

V kiểm toán theo Trạng thái giới hạn cờng độ I 18

5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 18

5.1.1 Tính nội lực tác dụng đầu cọc 18

5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 18

5.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc 18

5.2.1 Với đất dính……… 18

5.2.2 Với đất rời ……… 22

VI kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng 22

6.1 Xác định độ lún ổn định

……….22

6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc 25

VII cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc 26

7.1 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 26

7.1.1 Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc 26

7.1.2 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 27

7.2 Bố trí cốt thép đai cho cọc……… 30

7.3 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc 30

7.4 Lới cốt thép đầu cọc……… 30

7.5 Vành đai thép đầu cọc……… 30

7.6 Cốt thép móc cẩu……… 31

VIII mối nối thi công cọc………… 31

PHầN III

Bản vẽ

PHầN I

Báo cáo khảo sát địa chất công trình

I Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất

Các ký hiệu sử dụng trong tính toán:

γ : Trọng lợng riêng của đất tự nhiên

Lớp 1 là lớp sét pha, có màu xám Chiều dày của lớp xác định

đợc ở BH4 là 2.20m, cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là-2.20m Chiều sâu xói của lớp đất này là 1.80m Lớp đất có độ

Bộ môn Địa - kỹ thuật

20.6%, độ bão hòa Sr = 80.9 Lớp đất ở trạng thái dẻo cứng có độsệt IL = 0.47

 Lớp 4:

Lớp thứ 4 là lớp cát hạt nhỏ, màu xám, kết cấu chặt vừa, phân

bố dới lớp 3 Chiều dày của lớp là 21.50 m, cao độ mặt lớp là -15.50m,

cao độ đáy lớp là -37.00m

II Nhận xét và kiến nghị

Theo tài liệu khảo sát địa chất công trình, phạm vi nghiêncứu và qui mô công trình dự kiến xây dựng, ta có một số nhậnxét và kiến nghị sau:

 Nhận xét:

+ Điều kiện địa chất công trình trong phạm vi khảo sátnhìn chung là khá phức tạp, có nhiều lớp đất phân bố và thay

đổi khá phức tạp

+ Lớp đất số 1, 2 là lớp đất yếu do chỉ số xuyên tiêu chuẩn

và sức chịu tải nhỏ, lớp 3 có trị số SPT trung bình, lớp 4 có trị sốSPT và sức chịu tải khá cao

+ Lớp đất số 2 dễ bị lún sụt khi xây dựng trụ cầu tại đây

 Kiến nghị

+ Với các đặc điểm địa chất công trình tại đây, nên sửdụng giải pháp móng cọc ma sát bằng BTCT cho công trình cầu vàlấy lớp đất số 4 làm tầng tựa cọc

+ Nên để cho cọc ngập sâu vào lớp đất số 4 để tận dụngkhả năng chịu ma sat của cọc

+3.60(MNTN) +5.50(MNTT)

3@120=360

170 170

50

-1.80(M§ SX)

độ nh sau:

HMNTT

m1MNCNmax

=> Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = 0 - 2.00 = -2.00 m

Vậy chọn các thông số thiết kế nh sau:

 Chiều dài của cọc (Lc) đợc xác định nh sau:

II LËp c¸c tæ hîp t¶i träng ThiÕt kÕ

2.1 Träng lîng b¶n th©n trô

2.1.1 TÝnh chiÒu cao th©n trô

ChiÒu cao th©n trô Htr:

2.2 Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN

Các tổ hợp tải trọng đề bài ra nh sau:

o t

N - Tĩnh tảI thẳng

o h

o h

n = 1.75

Tĩnh tải : n = 1.25

γbt = 24,50 kN/m3 : Trọng lợng riêng của bê tông

γn = 9,81 kN/m3 : Trọng lợng riêng của nớc

2.2.1 Tổ hợp tải trọng theo phơng ngang cầu ở TTGHSD

 Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn ngang cầu:

tn n tr bt

o t

o h

SD

1 N (N xV ) xV

= 4200 + (6000 + 24.50x29.22) – 9.81x7.64 =10840.94 kN

Tải trọng ngang tiêu chuẩn ngang cầu:

Bộ môn Địa - kỹ thuật

SD 1

H = Ho = 120 kN

 Mômen tiêu chuẩn ngang cầu:

)B

Đ

ĐCT

Đ

ĐC(xHM

h o SD

= 750 120 (3,7 0) + x − = 1194 kN.m

2.2.2 Tổ hợp tải trọng theo phơng ngang cầu ở TTGHCĐ

Tải trọng thẳng đứng tính toán ngang cầu

tn n tr bt

o t

o h

Đ C

1 1.75xN 1.25x(N xV ) xV

= 1,75x4200 + 1,25x(6000 + 24,50x29,22) –9,81x7,64

= 15669,9 kN

Tải trọng ngang tính toán ngang cầu:

Đ C 1

H = 1.75xHoh= 1.75x120 =210 kN

Mômen tính toán ngang cầu:

)B

Đ

ĐCT

Đ

ĐC(xxH75.1xM75.1

h o

Đ C

III Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc

3.1 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P R

+ Thép ASTM A615, có f = 420 MPay

 Bố trí cốt thép trong cọc :

+ Cốt chủ : Chọn 8#22, bố trí xuyên suốt chiều dài cọc + Cốt đai : Chọn thép ∅ 8

2@175=35045050

3.2 Sức kháng nén dọc trục theo đất nền Q R

ϕ trong đất sét với λv =0.8 ta có: ϕqs=0.56

ϕqs=0.45λv trong đất cát với λv =0.8 ta có: ϕqs=0.36

ϕq =0.45λv trong đất cát với λv =0.8 ta có: ϕq=0.36

3.2.1 Sức kháng thân cọc Q s

Do thân cọc ngàm trong 4 lớp đất, có cả lớp đất dính và lớp

đất rời, nên ta tính Qs theo hai phơng pháp:

Đối với lớp đất cát: Tính theo phơng pháp SPT

Đối với lớp đất sét: Tính theo phơng pháp α

 Đối với lớp đất sét:

Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định α của API nh

sau :

- Nếu Su ≤ 25 Kpa ⇒α=1.0

- Nếu 25 Kpa < Su < 75 Kpa ⇒α= −  50−KPa 

KPa25S

5.0

25Kpa4

0 1 10

D D

3.4D

Chiềudày(m)

Chuvi(m)

Cờng độkhángcắt

Bộ môn Địa - kỹ thuật

Qs = qs x As và qs = 0.0019 NTrong đó : As : Diện tích bề mặt thân cọc (mm2)

N : Số đếm búa SPT trung bình dọc theo thân cọc

Tên lớp

Chiề

u dày (m)

Chu vi (m)

Chỉ số SPT trung bình (búa/300 m)

Lớp Qqs

(N)

Hệ sốsứckháng

Với: N 0.77log 1.92' N

v 10

D : Chiều rộng hay đờng kính cọc (mm)

Db : Chiều sâu xuyên trong tầng đất chịu lực ( lớp đất 4)

(mm)

ql : Sức kháng điểm giới hạn (MPa)

ql = 0.4Ncorr cho cát và ql = 0.3Ncorr cho bùn không dẻo

 Tính '

v

σ :

2 bh

2 bh

2 h

2

+

γ

×+γ

=γ

⇒γ

−γ

γ

−γ

08.11

81.908.16

+

×+

4 bh

4 bh

4 h

4

+

γ

×+γ

=γ

⇒γ

−γ

γ

−γ

89.01

81.989.06

+

×+

KN/m2

Ta cã: σ γ = n(1.5 +h x) + γ 1 (h1 −h x) + γ 2 2h + γ 3 3h + γ 4 4h

= 9.81x(1.5+2.4) + 18.6x(0) + 17.88x(9-0,2) + 19.3x4.3+ 18.69x7.5

Tiêu chuẩn 22TCN 272 – 05 quy định:

 Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tới mép gầnnhất của móng phải

lớn hơn 225mm

 Khoảng cách tim đến tim các cọc không đợc nhỏ hơn750mm hoặc 2.5 lần đờng kính hay bề rộng cọc, chọn giá trịnào lớn hơn

Với n = 24 cọc đợc bố trí theo dạng lới ô vuông trên mặt bằng

4.2.2 TÝnh thÓ tÝch bÖ

Víi 24 cäc bè trÝ nh h×nh vÏ, ta cã c¸c kÝch bÖ lµ: 4600mm x7000mm

2 H

 Mômen

1

Đ C 1

Đ C

V kiểm toán theo trạng thái giới hạn cờng độ i

5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

5.1.1 Tính nội lực tác dụng đầu cọc

Cỏch 2 : Tớnh theo chương trỡnh FB-Pier ;

Sử dụng chơng trình FB – PIER V3 ta tính đợc nội lực của cọc nhsau:

Result Type Value Load Comb.Pile

*** Maximum pile forces ***

Max shear in 2 direction 0.1120E+02 KN 1 012

Max shear in 3 direction -0.8731E-01 KN 1 04

Max moment about 2 axis -0.1002E-01 KN-M 1 010

Max moment about 3 axis -0.1612E+01 KN-M 1 012

Max axial force -0.7309E+03 KN 1 07

Max torsional force 0.0000E+00 KN-M 0 00

Max demand/capacity ratio 0.1627E+00 1 07

Vậy, Nmax = 730.9 kN,

-> Chọn giá trị lớn nhất để kiểm toán Nmax= 819.29 kN.

5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

Công thức kiểm toán: Nmax + ∆N ≤P tt

Trong đó: Nmax: Nội lực lớn nhất tác dụng lên đầu cọc (lực dọctrục)

5.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc

Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc :

g g R

Qg : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc

g1, g2 : Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc trong đất dính,

Do vậy sau khi xói lở, đáy bệ không tiếp xúc chặt chẽ với

đất, đất trên bề mặt là mềm yếu, khi đó khả năng chịu tảiriêng rẽ của từng cọc phải đợc nhân với hệ số hữu hiệu, lấy nhsau :

Với 0.65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2.5 lần đờng kính 1.00 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đờng kính

45.05.22.165.065.01d5.2d6

d5.22.165

=

−

−

−+

Tính với lớp đất 1 và lớp đất 3 Sức

kháng đỡ của phá hoại khối đợc xác

theo công thức:

Q2 = (2X+2Y)ZSu +XYNcSu

Trong đó:

X : Chiều rộng của nhóm cọc

Y : Chiều dài của nhóm cọc

Z : Chiều sâu của nhóm cọc

NC : Hệ số phụ thuộc tỷ số Z/X

q 30

Trong đó: I = 1- 0.125D' 0.5

X ≥ và q =

S

NoVới:

ρ : Độ lún của nhóm cọc (mm).

q : Áp lực tĩnh tác dụng tại 2Db/3 cho tại móng tơng

đ-ơng, áp lực này bằng với tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhómcọc đợc chia bởi diện tích móng tơng đơng và không bao gồmtrọng lợng của các cọc hoặc của đất giữa các cọc

N0 : Tải trọng thẳng đứng tại đáy bệ ở TTGHSD, N0

=11786,98 KN

X : Chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm), X =

4050 mm

Db : Độ sâu chôn cọc trong lớp đất chịu lực

D’ : Độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2Db/3 (mm), D’ = 7666.6 mm

Ncorr: Giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh cho số đếm

SPT của tầng phủ trên độ sâu X phía dới đế móng tơng đơng

cọc xa nhất theo chiều dọc cầu + đờng kính cọc:

Bộ môn Địa - kỹ thuật

N92.1log77.0

v 10

Ta có:

Cao độ đỉnh lớp tính lún là: -15.5-D’= -15.5-7.6=-23.1m.Cao độ đáy lớp tính lún là: - 20.0 - X = -20.0 - 4.05 = -24.05(m)

Nội suy ta đợc N = 20.5 (Búa/300mm)

1.92 0.77 log 20.5 17.03

q 30

=30 0.313 0.76 4050

17.03

Vậy độ lún của nhóm cọc là: 26.67 mm = 2.667 cm

6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc

Cách 1: Chuyển vị tính theo móng cọc bệ cao nh sau:

• Theo phơng ngang cầu: ∆y= 0.0 mm

• Theo phơng dọc cầu: ∆x= 0.006 m= 6 mm ≤ 38mm

Cách 2: Sử dụng phần mền tính toán nền móng FB-PIER ta tính

đợc chuyển vị theo các phơng dọc cầu (X), phơng ngang cầu (Y), phơng thẳng đứng (Z) tại vị trí đầu mỗi cọc nh sau :

Result Type Value Load Comb.Pile

*** Maximum pile head displacements ***

Max displacement in axial 0.2037E-02 M 1 07

Max displacement in x 0.2662E-03 M 1 09

Max displacement in y -0.4750E-08 M 1 024

Kết luận chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cọc là:

• Theo phơng ngang cầu: ∆y = 0.475 10-8 m ≤ 38mm

• Theo phơng dọc cầu: ∆x = 0.2662 10-3 m = 0.2662 mm ≤

38mm

Vậy đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang

VII cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc

Mmax(1): Mômen trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc

Mmax(2): Mômen trong cọc theo sơ đồ treo cọc

7.1.1.1 Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài L d = 10 m

 Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(1)= 10.63 KN.m

 Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc

Móc đợc đặt cách đầu cọc một đoạn

b = 0.294Ld = 0.294 x 10 = 2.94 (m)

Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :

12.92

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là :

Mmax(2)= 4.96x(2.94^2/2)=21.44 KN.m

Vậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là :

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) ) = max(10,63 ; 21,44) = 21,44

(KN.m)

7.1.2 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc

Ta chọn cốt thép dọc chủ chịu lực là thép ASTM A615M

Gồm 8Φ22 có fy = 420 MPa đợc bố trí trên mặt cắt ngang củacọc nh hình vẽ :

2@175=350 450 50

+ Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo ⇒ fs'=fs =fy

Phơng trình cân bằng nội lực theo phơng trục dầm :

y

' s

' c y

2 s y

x3A

s 1

)mm(774387

x2

E : Mô đun đàn hồi của cốt thép, E=2x105(Mpa)

Chiều cao vùng nén tơng đơng đợc xác định theo công thức :

mm35.3028

x450x85.0

420x)1161774

1161(

fd.85.0

fAfAfA

c y

' s y 2 s y 1

=

Do f’c =28 MPa ⇒ β= 0,85

⇒ Vị trí của trục trung hòa đợc xác định :

mm71.3585.0

35.30a

β

=

theo điều kiện :

s

' y ' y

' s '

fc

dc003

s 1

fc

cd003

s 2

fc

cd003

'

10x2

420E

=

=

=ε

=ε

3 '

71.35

5071.35003

.35

)71.35400(003

.35

)71.35225(003

Vậy tất cả các cốt thép đều chảy ⇒ Giả thiết là đúng

s 1 s y

' s 2

s 1 s y 2 s 1

s

' c

2

adfd

35.3040028x450x35.30x

387x8bxd

2803.0f

'f03,

7.2 Bố trí cốt thép đai cho cọc

Do cọc chủ yếu chịu nén, chịu cắt nhỏ nên không cần duyệt vềcờng độ của cốt thép đai Vì vậy cốt thép đai đợc bố trí theoyêu cầu về cấu tạo

+ Đầu mỗi cọc ta bố trí với bớc cốt đai là 50 mm trên một chiềudài là: 1350 mm

+ Tiếp theo ta bố trí với bớc cốt thép đai là 100 mm trên mộtchiều dài là:1100mm

+ Đoạn còn lại của mỗi đoạn cọc (phần giữa đoạn cọc) bố trívới bớc cốt đai là : 150 mm

7.3 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc

Cốt thép mũi cọc có đờng kính Φ40, với chiều dài 100 mm

Đoạn nhô ra khỏi mũi cọc là 50 mm

7.4 Lới cốt thép đầu cọc

Ở đầu cọc bố trí một số lới cốt thép đầu cọc có đờng kính

Φ6 mm ,với mắt lới a = 50ì50mm Lới đợc bố trí nhằm đảm bảocho bê tông cọc không bị phá hoại do chịu ứng suất cục bộ trongquá trình đóng cọc

7.5 Vành đai thép đầu cọc

Đầu cọc đợc bọc bằng một vành đai thép bằng thép bản cóchiều dày = 10 mm nhằm mục đích bảo vệ bê tông đầu cọckhông bị hỏng khi đóng cọc và ngoài ra còn có tác dụng để hànnối các đốt cọc trong khi thi công với nhau

7.6 Cốt thép móc cẩu

Cốt thép móc cẩu đợc chọn có đờng kính Φ22 Do cốt thép

bố trí trong cọc rất thừa vì vậy ta có thể sử dụng luôn cốt thépmóc cẩu làm móc treo khi đó ta không cần phải làm móc thứ 3tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công và để cọc trong bãi

Khoảng cách từ đầu mỗi đoạn cọc đến mỗi móc neo là a =2m = 2000 mm

VIII tính mối nối thi công cọc

Ta sử dụng mối nối hàn để nối các đoạn cọc lại với nhau Mốinối phải đảm bảo cờng độ mối nối tơng đơng hoặc lớn hơn c-ờng độ cọc tại tiết diện có mối nối

Để nối các đốt cọc lại với nhau ta sử dụng 4 thép góc L-100ì100

ì12 táp vào 4 góc của cọc rồi sử dụng đờng hàn để liên kết hai

đầu cọc Ngoài ra để tăng thêm an toàn cho mối nối ta sử dụngthêm 4 thép bản 100x100x10mm cú chiều dài 520mm đợc táp vàokhoảng giữa hai thép góc để tăng chiều dài hàn nối Chiều dày đường hàn là 10 mm.

PHầN III

Bản vẽ