ĐỒ ÁN NỀN MÓNG 04

môn Địa kỹ thuật PHầN I Báo cáo khảo sát địa chất công trình Các ký hiệu sử dụng trong tính toán: γ : Trọng lợng riêng của đất tự nhiên kN/m3 γs : Trọng lợng riêng của hạt đất kN/m3 Lớp

môn Địa kỹ thuật

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 7

2.1 Trọng lợng bản thân trụ…… 7

2.1.1 Tính chiều cao thân trụ… 7

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 8

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 11

3.2.2 Sức kháng mũi cọc Qp… 14

3.3 Sức kháng dọc trục của cọc đơn 15

iV chọn số lợng cọc và bố trí cọc trong móng 15

4.1 Tính số lợng cọc ……… 15

4.2 Bố trí cọc trong móng…… …… 15

4.2.1 Bố trí cọc trên mặt bằng 15

4.2.2 Tính thể tích bệ……… 16

4.3 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ 16

4.3.1 Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD 16

4.3.2 Tổ hợp hợp trọng ở TTGHCĐ 16

V kiểm toán theo Trạng thái giới hạn cờng độ I 17

5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 17

5.1.1 Tính nội lực tác dụng đầu cọc 17

5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 17

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……… 20

VI kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng 20

6.1 Xác định độ lún ổn định .… .20

6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc 23

VII cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc 24

7.1 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 24

7.1.1 Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc 24

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……… 30

vIII mối nối thi công cọc……… 30

PHầN Iii

Bản vẽ

môn Địa kỹ thuật

PHầN I

Báo cáo khảo sát địa chất công trình

Các ký hiệu sử dụng trong tính toán:

γ : Trọng lợng riêng của đất tự nhiên (kN/m3)

γs : Trọng lợng riêng của hạt đất (kN/m3

Lớp đất ở trạng thái dẻo mềm, có độ sệt IL = 0.51

2@120=240 340

I Lựa chọn kích thớc công trình 1.1 Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc

Vị trí xây dựng trụ cầu ở xa bờ và phải đảm bảo thông thuyền và sự thay đổimực nớc giữa MNCN và MNTN là tơng đối cao Xét cả điều kiện mỹ quan trênsông, ta chọn các giá trị cao độ nh sau:

Cao độ đỉnh trụ chọn nh sau: 0.3m

HMNTT

m1MNCNmax

=> Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = 2.0 - 2.0 = 0 m

Vậy chọn các thông số thiết kế nh sau:

môn Địa kỹ thuật

1.2 Chọn kích thớc cọc và cao độ mũi cọc

 Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là lớn,

địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 18.50m và không phải là tầng đá gốc,nên chọn giải pháp móng là móng cọc ma sát BTCT

 Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thớc là 0.45x0.45m; đợc

đóng vào lớp số 4 là lớp cát hạt nhỏ, kết cấu chặt vừa Cao độ mũi cọc là -28.00m

Nh vậy cọc đợc đóng vào trong lớp đất số 4 có chiều dày là 9.50m

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

28d

ợc nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc

II Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế

2.1 Trọng lợng bản thân trụ

2.1.1 Tính chiều cao thân trụ

Chiều cao thân trụ Htr:

MNTN

MNCN Cao độ đỉnh trụ

2.1x(6.0x7.12

)2x25.05.48(8.0x7.1x

8

2+

π++

++

Trongđó:

MNTN = 2.8 m : Mực nớc thấp nhất

CĐĐB = 2.0 m : Cao độ đỉnh bệ

Str : Diện tích mặt cắt ngang thân trụ (m2)

2.2 Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN

Các tổ hợp tải trọng đề bài ra nh sau:

Tải trọng Đơn vị TTGHSD

o t

N - Tĩnh tải thẳng đứng kN 5000

o h

N - Hoạt tải thẳng đứng kN 2800o

h

H - Hoạt tải nằm ngang kN 120

M - Hoạt tải mômeno KN.m 900

Hệ số tải trọng: Hoạt tải : n = 1.4

Tĩnh tải : n = 1.1

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 dọc cầu ở TTGHSD

 Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu:

môn Địa kỹ thuật

tn n tr

bt

o t

o h

H = Ho = 120kN

 Mômen tiêu chuẩn dọc cầu:

)B

Đ

ĐCT

Đ

ĐC(xHM

h o SD

=900+120x(9.6−2.0)= 1812 kNm

2.2.2 Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHCĐ

 Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu

tn n tr

bt

o t

o h

CĐ

1 1.4xN 1.1x(N xV ) xV

= 1.4x2500 + 1.1x(5000 + 24.50x49.07) – 9.81x4.07 = 10282.51kN

 Tải trọng ngang tính toán dọc cầu:

Đ C 1

(xxH4.1xM4.1

h o

iii Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc

3.1 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P R

+ Cốt đai : Chọn thép ∅ 8

2@175=35045050

ϕ : Hệ số sức kháng của bê tông, ϕ = 0.75

'

c

f : Cờng độ nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa)

f : Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép (MPa).y

Ag : Diện tích mặt cắt nguyên của cọc, Ag = 450x450 = 2025000mm2

Ast: Diện tích cốt thép, Ast= 8x387=3096mm2

Vậy: PR = 0.75x0.8x{0.85x28x(2025000– 3096) + 420x3096}

= 3925422.78 N ≈3925.23KN

3.2 Sức kháng nén dọc trục theo đất nền Q R

Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: QR = ϕqpQp +ϕqsQs

môn Địa kỹ thuật

v

qs =0.7λ

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

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:

Theo phơng pháp α, sức kháng đơn vị thân cọc qs nh sau: qs =αSu

Trong đó:

Su: Cờng độ kháng cắt không thoát nớc trung bình (Mpa), Su = Cuu

α : Hệ số kết dính phụ thuộc vào Su và tỷ số

D

Db

và hệ số dính đợc tra bảngtheo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05.

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

⇒

KPa50

KPa25S

5.0

5.3D

25Kpa4

94.000.100

Tham khảo công thức xác định α của API ta có :

Kpa75Kpa8.30S

Kpa

25 < u = <

942.050

258.305.0

Chuvi(m)

Cờng độkháng cắt

Su(N/mm2)

Hệ số

α

qS(N/mm2)

Qs(N)

Lớp 1 5.2 3.5 1.8 0.0234 1.000 0.0234 147420Lớp 3 18.5 4.3 1.8 0.0308 0.937 0.0290 224460

 Đối với lớp đất cát: Sức kháng thân cọc Qs nh sau:

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 (búa/300mm).

Tên

lớp Độ sâu(m)

Chiềudày(m)

Chuvi(m)

Chỉ sốSPT

Chỉ sốSPTtrungbình

s

(mm2)

siQ

môn Địa kỹ thuật

Lớp

4

20.0 1.5 1.8 8 8.60 0.0163 2700000 4401023.0 3 1.8 12 10.00 0.0190 5400000 10260026.0 3 1.8 21 16.50 0.0314 5400000 16956028.0 2 1.8 21 21.00 0.0399 3600000 143640

D

DN038.0

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

v

σ :

Lớp 2:

2 bh

2 bh

2 h

2

+

γ

ì+γ

=γ

⇒γ

−γ

γ

−γ

08.11

81.908.16.26

=+

4 bh

4 bh

4 h

4

+

γ

ì+γ

=γ

⇒γ

−γ

γ

−γ

89.01

81.989.06.26

=+

92.1log77.0N

95005

.16038.0

mmNx

x

6.65.164.04

N

n ≥

Trong đó: N: Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐ (KN)

Ptt : Sức kháng dọc trục của cọc đơn (KN)

môn Địa kỹ thuật

Thay số: 11.22

85.916

51.10282

n≥ = Chọn n = 18 cọc

4.2 Bố trí cọc trong móng

4.2.1 Bố trí cọc trên mặt bằng

Tiêu chuẩn 22TCN 272 – 05 quy định:

 Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tới mép gần nhất của móng phảilớn hơn 225mm

 Khoảng cách tim đến tim các cọc không đợc nhỏ hơn 750mm hoặc 2.5 lần ờng kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn

đ-Với n = 24 cọc đợc bố trí theo dạng lới ô vuông trên mặt bằng và đợc bố tríthẳng đứng trên mặt đứng, với các thông số :

+ Số hàng cọc theo phơng dọc cầu là 6 Khoảng cách tìm các hàng cọc theophơng dọc cầu là 1200 mm

+ Số hàng cọc theo phơng ngang cầu là 3 Khoảng cách tim các hàng cọctheo phơng ngang cầu là 1200 mm

+ Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả hai phơng dọc cầu

và ngang cầu là 500 mm

1 P

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

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

Result Type Value Load Comb Pile *** Maximum pile forces ***

Max shear in 2 direction 0.2266E+01 KN 1 0 9 Max shear in 3 direction -0.1685E+02 KN 1 0 2 Max moment about 2 axis -0.2575E+01 KN-M 1 0 2 Max moment about 3 axis -0.2994E+00 KN-M 1 0 9 Max axial force -0.6811E+03 KN 1 0 8 Max torsional force 0.0000E+00 KN-M 0 0 0 Max demand/capacity ratio 0.1524E+00 1 0 3Vậy, Nmax = 681.1KN

5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

Công thức kiểm toán: Nmax +∆N≤Ptt

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

∆N : Trọng lợng bản thân cọc (kN)

môn Địa kỹ thuật

Ptt : Sức kháng dọc trục của cọc đơn (kN)

Ta có: Ptt = 916.85KN

KN92.1395

.24x45.0x28

d.L

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

ϕg1, ϕg2 : Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc trong đất dính, đất rời

Qg1, Qg2 : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc trong đất dính, đất rời

5.2.1 Với đất dính

Qg1 = min{ηxTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn; sức kháng trụ tơng đơng}

= min{Q1; Q2}

Với: η : Hệ số hữu hiệu

Q1 : ηxTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn trong đất dính

Q2 : Sức kháng trụ tơng đơng

Ta có : Cao độ mặt đất sau xói là : -1.7 m

Cao độ đáy bệ là : 0.00 m

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 tải riêng rẽ của từng cọc phải đợc nhân với hệ sốhữu hiệu, lấy nh sau :

η = 0.65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2.5 lần đờng kính

η = 1.00 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đờng kính

Mà khoảng cách tim đến tim bằng 2.67

45.05.22.165

.065.01d5.2d6

d5.22.165

=

−

−

−+

 Xác định Q 2 :

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

u

S : Cờng độ chịu cắt không thoát nớc

dọc theo chiều sâu cọc (MPa)

Su : Cờng độ chịu cắt không thoát nớc ở đáy móng (MPa)

459810172008

(x18)QQ

240570001336500

x18nxQ

Do lớp đất 1, 2, 3, là các lớp đất yếu, lớp đất 4 là lớp đất tốt nên độ lún ổn

định của kết cấu móng đợc xác định theo móng tơng đơng, theo sơ đồ nh hình vẽ:

Ta có: Db = 9500mm Móng tơng đơng nằm trong lớp đất 4 và cách đỉnh lớp mộtkhoảng 2/3Db = 6333mm

Với lớp đất rời ta có công thức xác định độ lún của móng nh sau:

Sử dụng kết quả SPT: ρ=

corr

N

BI

q 30

Trong đó: I = 1 – 0.125 0.5

B

'D

≥ và q =

S

NoVới:

ρ : Độ lún của nhóm cọc (mm)

q : Áp lực tĩnh tác dụng tại 2Db/3 cho tại móng tơng đơng, áp lực này bằngvới tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhóm cọc đợc chia bởi diện tích móng tơng đơng

và không bao gồm trọng lợng của các cọc hoặc của đất giữa các cọc

N0 : Tải trọng thẳng đứng tại đáy bệ ở TTGHSD, N0 = 9361.53kN

S : Diện tích móng tơng đơng

B : Chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm), B = 2850 mm

Db : Độ sâu chôn cọc trong lớp đất chịu lực

D’ : Độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2Db/3 (mm), D’ = 6333 mm

Ncorr: Giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh cho số đếm SPT của tầng phủtrên độ sâu B phía dới đế móng tơng đơng (Búa/300mm).

I : Hệ số ảnh hởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm

Ta có: I = 1 – 0.125 0.72 0.5

2850

6333x

125.01B

v 10

N : Số đếm SPT trong khoảng tính lún N đợc lấy bằng giá trị trung bình của

số đếm SPT của lớp đất đợc giới hạn từ đáy móng tơng đơng tới độ sâu một khoảng

mm3655

.16

2850

72.0x51.0x

Vậy độ lún của nhóm cọc là: 36mm = 3.6cm

6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc

Sử dụng phần mền tính toán nền móng FB-PIER ta tính đợc chuyển vị theocác phơng dọc cầu (X), phơng ngang cầu (Y), phơng thẳng đứng (Z) tại vị trí đầumỗi cọc nh sau :

**********************************************

*** Maximum pile head displacements ***

Result Type Value Load Comb Pile Max displacement in axial 0.1854E-02 M 1 0 8 Max displacement in x -0.2294E-06 M 1 0 4 Max displacement in y 0.6599E-03 M 1 0 18Kết luận chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cọc là:

• Theo phơng (X): ∆y = 0.6599 10-3 m = 0.66 mm ≤ 38mm

• Theo phơng (Y): ∆x = 0.2294 10-6 m = 0.23 10-3 mm ≤ 38mm

Vậy đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang

VII cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc

7.1 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc

Tổng chiều dài cọc dùng để tính toán và bố trí cốt thép là chiều dài đúc cọc :

Lc = 29 (m) Đợc chia thành 3 đốt, 2 đốt có chiều dài Ld = 10 (m) và 1 đốt có chiềudài Ld = 9 (m) Ta đi tính toán và bố trí cho từng đốt cọc

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

Mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2))

Trong đó:

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 = 9 m

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

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

1.8

10.04

8.048.04

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(1)= 10.04 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 9 = 2.646 (m)

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

môn Địa kỹ thuật

6.3542.646

17.36

16.35

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

Mmax(2)= 17.36 KN.m

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

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) )= max(10.04; 17.36) = 17.36 KN.m

7.1.1.2 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 :

)m(210x207.0L

2

12.4

9.92 9.92

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(1)= 12.4KN.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 :

7.06 2.94

21.44

20.18

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

Mmax(2)= 21.44 KN.m

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

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) )= max(12.4; 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 của cọc nh hình vẽ :

2@175=350 450 50

Ta đi tính duyệt lại mặt cắt bất lợi nhất trong trờng hợp bất lợi nhất là mặt cắt

có mô men lớn nhất trong trờng hợp treo cọc:

+) Cọc có chiều dài Ld= 9 m thì Mtt = 17.36 KN.m

+) Cọc có chiều dài Ld= 10 m thì Mtt = 21.44 KN.m

• Kiểm tra bê tông có bị nứt hay không trong quá trình cẩu và treo cọc