đề tài thiết kế môn học nền và móng (bài tham khảo 7)

" 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 8.2m và không phải là tầng đá gốc, nên chọn giải pháp móng là

PHAN I BAO CaO KHAO SAT DiA CHAT CONG TRINH

I Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất

Các ký hiệu sử dụng trong tính toán:

: Trọng lượng riêng của đất tự nhiên (KN/m) : Trọng lượng riêng của hạt đất (KNÑ/mỶ : Trọng lượng riêng của nước (y,=9.81kN/m°) : Độ ẩm (%)

: Giới hạn chảy (%) : Giới hạn dẻo (%)

: Hệ số nén (m”/KÑ)

: Hệ số thấm (m/s)

: Độ rỗng : Hệ số rỗng : Độ bão : Lực dính đơn vị (KN/m”) : Tỷ trọng của đất (độ)

" Lớp l:

Lớp 1 là lớp cát bụi,màu xám,xám đen kết cấu rất rời rạc Chiều dày của lớp xác

định được ở BH3 là 4.30m, cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là -4.30m Chiều

sâu xói của lớp đất này là 2.40m

" Lớp2:

Lớp 2 là lớp sét màu xám nâu,xám đen.,trạng thái chảy, phân bố dưới lớp 1

Chiều dày của lớp là 3.90m, cao độ mặt lớp là -4.30, cao độ đáy là -8.20m.Lớp đất

có độ ẩm W = 52.2% ,do bao hoa S, = 99.2.co do sét I,= 1.42

" Lớp 3:

Lớp thứ 3 gặp ở BH3 là lớp cát hạt nhỏ màu xám,kết cấu chặt vừa, phân bố

dưới lớp 2 Chiều dày của lớp là 28.80 m, cao độ mặt lớp là -8.20 m, cao độ đáy lớp

là -37.0m

" Lớp 4:

Lớp thứ 4 là lớp cát hạt trung, màu xám, kết cấu rất chặt, phân bố dưới lớp 3 Chiều dày của lớp là 3.00 m, cao độ mặt lớp là -37.0m, cao độ đáy lớp là -40.0m

TI Nhận xét và kiến nghị

Theo tài liệu khảo sát địa chất công trình, phạm vi nghiên cứu và qui mô công

trình dự kiến xây dựng, ta có một số nhận xét và kiến nghị sau:

PHAN II THIẾT Ké Ki THUAT

fo] ee Ble & & ds iy |g

B Đường sắt K47

Sông không thông thuyền

=> Cao d6 dinh tru: CDDT = MNCN + 0.5 = 3.0 + 0.5 = +3.5m

=> Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = I.0 - 2.0 = -1.0m

Vậy chọn các thông số thiết kế như sau:

+ Cao dé dinh trụ 4

170

" 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 8.2m 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 thước là 0.45x0.45m; được đóng vào lớp số 3 là lớp cát hạt nhỏ, kết cấu chặt vừa Cao độ mũi cọc là -29.00m Như vậy cọc được đóng vào trong lớp đất số 3 có chiều dày là 20.8m

" Chiều dài của cọc (L„) được xác định như sau:

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

II Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế

2.1 Trọng lượng bản thân trụ

2.1.1 Tính chiều cao thân trụ

Chiều cao thân trụ H,:

S, : Diện tích mặt cắt ngang thân trụ (m’)

2.2 Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN

Các tổ hợp tải trọng đề bài ra như sau:

N° - Tĩnh tải thẳng đứng kN 5500

Np - Hoat tai thang ding kN 3800

Hệ số tải trọng: Hoạttải :n= 1.75

Tĩnh tải :n= 1.25 Y„ = 24.50 kN/m : Trọng lượng riêng của bê tông

Y, =9,81 KN/m’ : Trọng lượng riêng của nước

2.2.1 Tổ hợp tải trọng theo phương ngang cầu ở TTGHSD

" Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn ngang cầu:

2.2.2 Tổ hợp tải trọng theo phương ngang cầu ở TTGHCĐ

= Tai trọng thẳng đứng tính toán ngang cầu

Tai trong Don vi | TTGHSD | TTGHCD

+ Cọc bê tông cốt thép, tiết diện của cọc hình vuông: 0.45m x 0.45m + Bê tông có f = 30MPa

+ Thép ASTM A615, có f, = 420 MPa

" Bố trí cốt thép trong cọc :

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

+ Cốt đai : Chọn thép Ø 8

ọ : Hệ số sức kháng của bê tông, @ = 0.75

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

f, : Gidi hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cét thép (MPa)

A, : Diện tích mặt cắt nguyên của cọc, A, = 450x450 = 2025000mm?

A„¡: Diện tích cốt thép, A.,= 8x387=3096mm?

Trong dé: Q, : Sức kháng mũi cọc (MPa)

qp : Sức kháng đơn vị mũi coc (MPa)

Q, : Stic khang than coc (MPa)

q, : Sttc khang don vi than coc (MPa)

A, : Diện tích mũi cọc (mm?)

A, : Diện tích bể mặt thân cọc (mm?)

@„„ : Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc

@„„ : Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc

% =0.7%, trong đất sét với À„ =0.8 ta có: qs = 0.56

@,, =0.45A, trong đất cát với À„ =0.8 ta có: @„, = 0.36

@¿ =0.452., trong đất cát với 2, =0.8 ta có: ọ, =0.36

3.2.1 Sức kháng thân cọc Q,

Do thân cọc ngàm trong 4 lớp đất, có cả lớp đất dính và lớp đất rời, nên ta tính

Q, theo hai phương pháp:

Đối với lớp đất cát: Tính theo phương pháp SPT

Đối với lớp đất sét: Tính theo phương pháp œ

" Đối với lớp đất sét:

Theo phương pháp œ, sức kháng đơn vị thân cọc q, như sau: q, =ơS,

Trong đó:

S„: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa), S„ = Cụụ

œ : Hệ số kết dính phụ thuộc vào S, và tỷ số D và hệ số dính được tra bảng

theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05

Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định œ của API như sau :

- NéuS, < 25Kpa >a=1.0

- Néu 25 Kpa<S,<75 Kpa > a=1 | SH 50KPa

- NéuS, 275 Kpa >a=0.5

Lớp 2:

Ta có: S,= 17.2KN/m°= 17.2Kpa = 0.0172Mpa D, = 3.90m

Trong đó : A, : Diện tích bề mặt thân cọc (mm”)

N: Số đếm búa SPT trung bình dọc theo thân cọc (búa/300mm)

Vậy sức kháng thân cọc như sau:

Với: N.„ -|o.7g (E?)h

NÑ: Số đếm SPT đo được (búa/300mm)

D_ : Chiều rộng hay đường kính cọc (mm)

D, : Chiều sâu xuyên trong tầng đất chịu lực ( lớp dat 3) (mm)

q, : Sức kháng điểm giới hạn (MPa)

q =0.4N corr cho cát và q¡ = 0.3N,„„ cho bùn không dẻo

" Tính ơ,:

o'= Yen xh, +7, xh, + Yin I

Trong đó:

z‡„: trọng lượng thể tích đẩy nổi của lớp đất 1

z‡,: trọng lượng thể tích đẩy nổi của lớp đất 2

zỷ,: trọng lượng thể tích đẩy nổi của lớp đất 3

h;b,;h, tương ứng là bề dày lớp đất 1, 2, 3

Ta có:

(A-1)xy,

Van = l+e

Với :

A: tỷ trọng của từng lớp đất

z„: trọng lượng thể tích của nước = 9.81 KN/m3

e: hệ số rỗng tự nhiên của lớp đất tương ứng

Căn cứ vào số liệu thí nghiệm của từng lớp đất ta thấy A của các lớp đất đều bằng nhau:

Tiêu chuẩn 22TCN 272 - 05 quy định:

" Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tới mép gần nhất của móng phải lớn hơn 225mm

" Khoảng cách tim đến tim các cọc không được nhỏ hơn 750mm hoặc 2.5 lần

đường kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn

Với n = 24 cọc được bố trí theo dạng lưới ô vuông trên mặt bằng và được bố trí

thẳng đứng trên mặt đứng, với các thông số :

+ Số hàng cọc theo phương dọc cầu là 6 Khoảng cách tìm các hàng cọc theo

phương dọc cầu là 1200 mm

+ Số hàng cọc theo phương ngang cầu là 4 Khoảng cách tim các hàng cọc

theo phương ngang cầu là 1200 mm

+ Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả hai phương dọc cầu và ngang cầu là 500 mm

V kiém toán theo trạng thái giới hạn cường độ i

5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

5.1.1 Tinh noi luc tac dung dau cọc

Sử dung chuong trinh FB — PIER V3 ta tính được nội lực của cọc như sau:

*** Maximum pile forces ***

Max shear in 2 direction 0.2045E+02 KN 1 0 12

Max shear in 3 direction 0.4696E+01 KN 1 0 22 Max moment about 2 axis 0.1172E+01 KN-M_ 1 0 22 Max moment about 3 axis -0.4186E+01 KN-M 1 0 12

Max demand/capacity ratio 0.2303E+00 1 0 11

Vay, Ninax = 776.4KN

5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

Công thức kiểm toán: N„„„ + AN < Pụ

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

AN : Trọng lượng bản thân coc (KN)

P, : Sức kháng dọc trục của coc don (KN)

Ta có: P„ = 895.75KN

AN =L,.4”.(7„ —7„) = 29x0.45 x(24.5— 9.81) =86.3KN

Vậy: N„„„ + AN =776.4 + 86.3 = 862.7 KN< P¿ = 895.75 KN => Đạt

5.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc

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

V SQr= @,Q,= ®,, Qui + Oy Quo

O,,, Oy : Hé s6 sttc khang dé cua nhóm cọc trong đất dính, đất rời

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

5.2.1 V6i dat dinh

Qe = min{[IxTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn; sức kháng trụ tương đương }

= min{Q,; Q}

Với: H II Hệ số hữu hiệu

Q,_ : ñxTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn trong đất dính

: Chiểu dài của nhóm cọc

: Chiều sâu của nhóm cọc

Do hiện nay theo quy trình của chưa có công thức đầy đủ để tính toán cho cọc ngàm vào các lớp đất không đồng nhất.Và với thiết kế cọc co l = 29m ngàm sâu vào tầng chịu Iực(lóp thứ 3) một đoạn I = 20.8m.Ta chỉ huy động kiểm toán sức

kháng cud nhóm cọc trong lóp thứ 3 Ta có :

Với đất rời

Q„„=Ũx Tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn

Trong đó: [_ñ Hệ số hữu hiệu lấy =1

" Sức kháng thân cọc của cọc đơn ở lớp 3là:

VI kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng

6.1 Xác định độ lún ổn định

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 được xác định theo móng tương đương, theo sơ đồ như hình

N, : Tai trọng thẳng đứng tại đáy bệ ở TTGHSD, N, =10787.27KN

S_ : Diện tích móng tương đương

B_ : Chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm), B = 4050 mm

D, : D6 sau chon cọc trong lớp đất chịu lực

D' : Độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2D,/3 (mm), D’ = 13870 mm

Duo: ắt K47

N.„: Giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh cho số đếm SPT của tầng phủ trên độ sâu B phía dưới đế móng tương đương (Búa/300mm)

I_ : Hệ số ảnh hưởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm

Ta có: I=1— 0.125 =1~0.125y 28 — 0.572 > 0.5

= Tính q:

Kích thước của móng tương đương :

+ Chiều rộng móng tương đương chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theo chiều ngang cầu + đường kính cọc:

N.„„: Số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ

Ơ% : Ứng suất thẳng đứng có hiệu (N/mm?)

Nos = EÊ y=.Š92 _y 4

6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc

Sử dụng phần mền tính toán nền móng FB-PIER ta tính được chuyển vị theo các phương dọc cầu (X), phương ngang cầu (Y), phương thẳng đứng (Z2) tại vị trí đầu mỗi cọc như sau :

*** Maximum pile head displacemen(s ***

Max displacement in axial 0.2243E-02 M 1 0 9

Max displacement in x 0.1085E-02 M 1 0 10

Max displacement in y 0.2613E-04 M 1 0 21

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

e Theo phương (X): A,= 0.2613 10?m = 0.026 mm < 38mm

e Theo phương (Y): A,=0.1085 107m= 1.085 mm < 38mm

Vay dam bảo yêu cầu về chuyển vị ngang

VII cường 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 :

L, = 29 (m) Được chia thành 3 đốt, 2 đốt có chiều dài L„ = 10 (m) và 1 đốt có chiều dài L¡ = 9 (m) Ta đi tính toán và bố trí cho từng đốt cọc

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

Mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép

Mụ = max(M„„vú; ; Ma,y¿,)

Trong đó:

My: Mômen trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc

M,„„¿;: Mômen trong cọc theo sơ đồ treo cọc

7.1.1.1 Tinh mémen cho dot coc cé chiéu dai L,= 9 m

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

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

tei de dt te eee tte eee

T

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : M max()— 10.04 KN.m

Duo: it K47

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

Móc được đặt cách đầu cọc một đoạn

M, = max(M, max(1) 3 Myx) ) = max(10.04; 17.36) = 17.36 KN.m

Duo: ắt K47

7.1.1.2 Tính mômen cho đốt cọc có chiêu dài Lạ= 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 : M,„,„.=

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

Móc được đặt cách đầu cọc một đoạn

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

Monaxgy= 21.44 KN.m

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

M, = max(M, max() ? M,„„¿y ) = 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 8® 22 có f, = 420 MPa được bố trí trên mat cắt ngang của cọc như hình vẽ :

Ta di tính duyệt lại mặt cắt bất lợi nhất trong trường hợp bất lợi nhất là mặt cắt

có mô men lớn nhất trong trường hợp treo cọc:

+) Coc có chiêu dài Lạ= 9 m thì M, = 17.36 KN.m

+) Coc c6 chiéu dai L,= 10 m thi M, = 21.44 KN.m

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

Vay: f., <0.8f, Coc khong bi nttt khi cẩu và treo cọc

e Tính duyệt khả nang chịu lực

Nhận xét : Do cốt thép được bố trí đối xứng,mặt khác ta đã biết bê tông có cường

độ chịu kéo nhỏ hơn nhiều so với cường độ chịu nén vì vậy trục trung hòa lệch về

phía trên trục đối xứng

+ Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo = f, =f, = f,

Phương trình cân bằng nội lực theo phương trục dầm :

Agfy + Agfy =0.85a.d.f, + A £,

Trong đó :

A „và A ; : Diện tích cốt thép chịu kéo (mm”)

A.: Diện tích cốt thép chịu nén (mm?)

A, =A, =3x387=1161 (mm’)

Ay =2x387=774 (mm”)

f.: Cường độ chịu nén của bê tông (Mpa), f= 30 (Mpa)

f, : Cường độ chảy của côt thép, f, = 420 (Mpa)

a : Chiều cao vùng nén tương đương

d: Đường kính cọc, d = 450 (mm)

E: Mô đun đàn hồi của cốt thép, E= 2xI0”(Mpa)

Chiều cao vùng nén tương đương được xác định theo công thức :