ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN MÓNG SỐ 01

phần ibáo cáo khảo sát địa chất công trình tính toán các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất đá Các ký hiệu chung trong tính toán... Đối với lớp này, đã tiến hành lấy và thí nghiệm 03 mẫu đ

phần i

báo cáo khảo sát

địa chất công trình

tính toán các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất đá

Các ký hiệu chung trong tính toán

: độ rỗng: độ bão hoà: hệ số nén : độ chặt của đất: độ sệt của đất: chỉ số dẻo: môđun biến dạng của đất: hệ số thấm

1 Lớp đất số 1: Cát pha ở trạng thái dẻo chảy.

Lớp đất số 1 gặp ở lỗ khoan LK1 và đợc phân bố ngay ở phần đáy sông.Chiều dày của lớp xác định đợc ở lỗ khoan LK1 là 6m Cao độ mặt lớp tạiLK1 là 0.0m, cao độ đáy lớp là -6.0m

Đối với lớp này, đã tiến hành lấy và thí nghiệm 03 mẫu đất nguyên trạng,giá trị một số chỉ tiêu cơ lý đợc ghi trong bảng tổng hợp

Các chỉ tiêu cơ lý khác đợc xác định nh sau:

 Độ sệt của đất:

97 , 0 25 31

25 8 , 30

P L

w w

w w I

 Chỉ số dẻo:

IP = wL - wP = 31 - 25 = 6%

 Hệ số độ rỗng:

887 , 0 1 3

, 18

) 308 , 0 1 ( 4 , 26 1 ) 1 (

887 , 0

 Độ bão hoà:

934 , 0 887 , 0 81 , 9

308 , 0 4 , 26

n

s r





Trong đó:

w = 30,8% wL = 31% wP = 25%  = 18,3 kN/m3 S = 26,4 kN/m3

2 Lớp đất số 2: Sét pha ở trạng thái dẻo chảy

Lớp đất số 2 gặp ở lỗ khoan LK1, phân bố ngay dới lớp 1

Chiều dày của lớp xác định đợc ở lỗ khoan LK1 là 8m Cao độ mặt lớp tạiLK1 là -6.0m, cao độ đáy lớp là -14.0m

Đối với lớp này, đã tiến hành lấy và thí nghiệm 03 mẫu đất nguyên trạng,

IP = wL - wP = 33,2 - 22 = 11,2%

 Hệ số độ rỗng:

93 , 0 1 5

, 18

) 332 , 0 1 ( 8 , 26 1 ) 1 (

93 , 0

 Độ bão hoà:

975 , 0 93 , 0 81 , 9

332 , 0 8 , 26

n

s r





Trong đó:

w = 33,2% wL = 36% wP = 22%  = 18,5 kN/m3 S = 26,8 kN/m3

3 Lớp đất số 3: Sét pha ở trạng thái dẻo cứng.

Lớp đất số 3 gặp ở lỗ khoan LK1, phân bố ngay dới lớp 2

Chiều dày của lớp xác định đợc ở lỗ khoan LK1 là 5m Cao độ mặt lớp tạiLK1 là -14.0m, cao độ đáy lớp là -19.0m

Đối với lớp này, đã tiến hành lấy và thí nghiệm 03 mẫu đất nguyên trạng,giá trị một số chỉ tiêu cơ lý đợc ghi trong bảng tổng hợp

Các chỉ tiêu cơ lý khác đợc xác định nh sau:

 Độ sệt của đất:

28 , 0 5 , 11 24

5 , 11 15

P L

w w

w w I

 Chỉ số dẻo:

IP = wL - wP = 24 - 11,5 = 12,5%

 Hệ số độ rỗng:

391 , 0 1 5

, 21

) 15 , 0 1 ( 0 , 26 1 ) 1 (

391 , 0

 Độ bão hoà:

0 , 1 391 , 0 81 , 9

15 , 0 0 , 26

n

s r





Trong đó:

w = 15% wL = 24% wP = 11,5%  = 21,5 kN/m3 S = 26,0 kN/m3

4 Lớp đất số 4: Sét ở trạng thái dẻo mềm.

Lớp đất số 4 gặp ở lỗ khoan LK1, phân bố ngay dới lớp 3

Chiều dày của lớp xác định đợc ở lỗ khoan LK1 là 5m Cao độ mặt lớp tạiLK1 là -19.0m, cao độ đáy lớp là -24.0m

Đối với lớp này, đã tiến hành lấy và thí nghiệm 03 mẫu đất nguyên trạng,giá trị một số chỉ tiêu cơ lý đợc ghi trong bảng tổng hợp

Các chỉ tiêu cơ lý khác đợc xác định nh sau:

 Độ sệt của đất:

74 , 0 27 46

27 41

P L

w w

w w I

 Chỉ số dẻo:

IP = wL - wP = 46 - 27 = 19%

 Hệ số độ rỗng:

096 , 1 1 1

, 18

) 41 , 0 1 ( 9 , 26 1 ) 1 (

096 , 1

 Độ bão hoà:

0 , 1 096 , 1 81 , 9

41 , 0 9 , 26

n

s r





Trong đó:

w = 41% wL = 46% wP = 27%  = 18,1 kN/m3 S = 26,9 kN/m3Lớp đất này là lớp, hệ số rỗng lớn, tính nén lún lớn nên không thể đặt móngtại lớp đất này

5 Lớp đất số 5: Lớp cát hạt trung, trạng thái chặt vừa, tính nén lún nhỏ

Lớp đất số 5 gặp ở lỗ khoan LK1, phân bố ngay dới lớp 4

 Hệ số độ rỗng:

629 , 0 1 2

, 19

) 18 , 0 1 ( 5 , 26 1 ) 1 (

629 , 0

 Độ bão hoà:

773 , 0 629 , 0 81 , 9

18 , 0 5 , 26

n

s r

phÇn iI

thiÕt kÕ kü thuËt

lựa chọn kích thớc công trình

Căn cứ các quy định trong Tiêu chuẩn 22TCN - 18 - 1979

1 Cao độ của bệ.

Do đặc điểm thuỷ văn của công trình về mùa cạn thì mực nớc trên sông

t-ơng đối lớn ( 4,6m ), về mùa ma thì dòng chảy dâng nhanh Do cần thoát nớc tốttrong mùa ma nê chọn cao độ của bệ móng nh sau:

- Cao độ mũi cọc là: -29.90m, nh vậy cọc đợc đóng ngập vào lớp đất số 5một đoạn dài 9,9m

- Chiều dài cọc (L C) đợc xác định nh sau:

L C = CĐĐB - H b - CĐMC = 2,6 - 2,0 - (-29,9)

5 , 30

d

L C

thoả mãn yêu cầu về độ mảnh

Lập và tính toán các tổ hợp tải trọng

1 Tính toán thể tích bản thân trụ cầu.

Hình2-2: Hình chiếu trụ cầu.

Các ký hiệu sử dụng trong tính toán:

MNCN = + 8,20m : mực nớc cao nhất

MNTN = +4,60m : mực nớc thấp nhất

CĐĐB = + 2,6m : cao độ đỉnh bệ

CĐĐT : cao độ đỉnh trụ

CDMT = 1,75m : chiều dày mũ trụ

CCTT = 4,50m : chiều cao thông thuyền

1 2

) (

4

2

2 2

d

V tn

= 3,14 m 3

2 Tính toán với tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN.

Các ký hiệu trong tính toán:

P t TC = 21500 kN : tĩnh tải tiêu chuẩn

P h TC = 10000 kN : hoạt tải tiêu chuẩn

V tr = 28,86 m 3 : thể tích toàn bộ trụ ( cha kể bệ cọc )

V tn = 3,14 m 3 : thể tích phần trụ ngập nớc ( cha kể bệ cọc )

bt = 25 kN/m 3 : trọng lợng thể tích của bêtông mác 300

H h TC = 350 kN : hoạt tải tiêu chuẩn theo phơng dọc cầu

M h TC = 700 kNm: hoạt tải tiêu chuẩn theo phơng dọc cầu

n t = 1,1 : hệ số tĩnh tải

n h = 1,4 : hệ số vợt tải

n = 9,81 kN/m 3 : trọng lợng riêng của nớc

2.1 Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn theo phơng dọc cầu.

* Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn

Công thức tính: N 1 TC = P t TC + P h TC + V t bt - V tn n

= 21500 + 10000 + 28,86 24,525 - 3,14 9,81

3 Lập bảng tổ hợp tải trọng thiết kế.

Kết quả tính toán ở trên đợc đa vào bảng 2-1 để tiện theo dõi

Bảng 2-1: Bảng tổ hợp tải trọng tính với MNTN tại chân công trình bên trên

Tên tải trọng Đơn vị tính tiêu chuẩn Tải trọng Tải trọng tính toán

Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc

1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu.

1.1 Mặt cắt ngang cọc.

- Sử dụng 8 thanh  20 - CT5

Fct = 25,12 104 m2

- Sử dụng bêtông mác 300, chế tạo tại hiện trờng

1.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu

45 , 0

+ Kiểm tra điều kiện: 42 , 3 0 , 956

13 , 0

5 , 5

325 - Quy trình thiết kế cầu cống 22TCN 18-79:  = 0,956 ).

Với L m = 3,3m: chiều dài chịu uốn của cọc ( xem phần tính nội lực đầu cọc )

m 2 = 1: hệ số điều kiện làm việc

1 = 1: hệ số xét đến ảnh hởng của phơng pháp hạ cọc ( Bảng 1 - Phụ lục 25

- Chơng VII - Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình giao thông đờng bộ 22TCN 18-79 )

2 = 1: hệ số xét đến ảnh hởng của lực ma sát xung quanh đến sức chịu tải của cọc ( Bảng 3 - Phụ lục 25 - Chơng VII - Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình giao thông

đờng bộ 22TCN 18-79 )

u: chu vi tiết diện cọc u = 4 0,45 = 1,8 m

F: diện tích mặt cắt ngang cọc F = 0,45 0,45 = 0,2025 m 2

L i : chiều dày lớp đất thứ i mà cọc đi qua

R i = 5836,95 kN/m 2 : sức chịu tải quy ớc của đất nền tới mũi cọc ( Bảng 4 Phụ lục 25 trang 486 - Quy trình thiết kế cầu cống 22TCN 18-79 22TCN 18-19: với

-đất dới chân cọc là cát hạt trung, chiều sâu đóng cọc tính từ MNTN đến chân cọc là 34,5m R i = 595 T/m 2 = 5836,95 kN/m 2 )

i: lực ma sát giới hạn đơn vị trung bình của lớp đất thứ i mà cọc đi qua(Bảng 2 - Phụ lục 25 trang 485 - Quy trình thiết kế cầu cống 22TCN 18-79)

Bảng 2-2: Bảng tính toán cho ma sát thành bên của cọc trong đất

Lớp

đất Tên gọi IL

Độ sâu trung bình (m)

Bề dày tầng đất (L i )

3 Søc chÞu t¶i thiÕt kÕ cña cäc

Ptt = min ( Pvl, P®n ) = min ( 2722,425 vµ 2284,73 ) = 2284,73 kN

TÝnh to¸n sè lîng cäc vµ bè trÝ cäc trong mãng

1 TÝnh sè lîng cäc.

- C«ng thøc tÝnh:

21 , 25

73 , 2284

767 , 38397 5 , 1

 Số hàng cọc theo phơng dọc cầu: n = 4

Khoảng cách tim các hàng cọc theo phơng dọc cầu: a = 1400 mm ( 1400

> 3d = 3.450 = 1350 mm )

 Số hàng cọc theo phơng ngang cầu: m = 6

Khoảng cách tim các hàng cọc theo phơng ngang cầu b = 1400 mmKhoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ cả hai phơng dọc cầu vàngang cầu: c1 = c2 = 500 mm ( 500 > d/2 + 250 = 450/2 + 250 = 475 )

m = 7: số hàng cọc theo phơng ngang cầu

c 1 = c 2 = 500mm: khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo

ph-ơng dọc cầu và phph-ơng ngang cầu

a = b = 1400 mm: khoảng cách tim các hàng cọc theo phơng dọc cầu và

5200 8000

Hình 2-5: Hình chiếu và kích thớc bệ cọc.

3 Lập bảng tổ hợp tải trọng thiết kế đến cao độ đáy bệ.

3.1 Tính toán với tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn

* Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn.

N 1 TC : tải trọng tiêu chuẩn thẳng đứng tại trọng tâm đỉnh bệ

H 1 TC : tải trọng ngang tiêu chuẩn tại trọng tâm đỉnh bệ

3.2 Tính toán với tổ hợp tải trọng tính toán tại cao độ đáy bệ

* Tải trọng nằm ngang tính toán theo phơng dọc cầu

Bảng 2-3: Bảng tổ hợp tải trọng tính với MNTN tại cao độ đáy bệ

Tên tải trọng Đơn vị tính tiêu chuẩn Tải trọng Tải trọng tính toán

kiểm toán móng cọc theo trạng thái giới hạn i

1 Kiểm toán sức chịu tải của cọc ( kiểm tra nội lực đầu cọc )

1.1 Tính nội lực đầu cọc.

* Xác định loại móng cọc bệ cao hay bệ thấp.

Đáy bệ nằm cao hơn mặt đất sau xói ( CĐĐB = +0,60m, CĐMĐ sau xói = 2,20m ), vì vậy móng cọc là bệ cao

-Vì vậy kiểm toán nội lực đầu cọc sẽ đợc tính theo phơng pháp tính móng

Trong đó:

L 0 = 2,8m: phần chiều dài cọc tự do từ đáy bệ

đến mặt đất sau xói

h = 27,7m: phần chiều dài cọc ngập trong đất

* Chiều dài chịu uốn: LMChọn  = 6 (vì lớp đất trên cùng là đất rờirạc)

wu wv

tt x uw

uu uv

tt vw

vu vv

M w

r u

r v

r

H w

r u

r v

r

N w

r u

r v

r

Trong đó:

- N TT , H X TT , M Y TT : tải trọng tính toán đến cao độ đáy bệ (bảng 2-3)

E L

EF L

F E L

F E

r

N N

n Nn

n

5 , 30

86 , 4 5

, 30

2025 , 0 24 24

0 cos

24 1

24 1

24

2 24

1

24 1

24

2

5 , 5 12

45 , 0 24 12

12 0 sin 12

sin

E

L

J E L

F E L

J E L

F E

r

M N

Mn

n n

Nn

n uu

45 , 0 24 4 8 , 58 5 , 30

2025 , 0

24 4 )]

) 1 , 2 ( ) 7 , 0 ( 7 , 0 1 , 2 [

6

4 0 cos 4

cos

4

2 2

2 2

24 1

2 2 24

1

24 1

24 1

2 2

E E

L

J E L

EF

L

J E X

L

F E L

J E X

L

F E

r

M N

M

n N Mn

n n

n Nn

n ww

24 1

24

24 6 0 cos 6

0 cos 0 sin

cos 6

cos sin

J E J

E X

F E

L

J E X

L

F E r

Mn

n n

n n Nn

n wu

J n = J = 0,45 4 /12 m 4 : mômen quán tính của tiết diện ngang cọc

E= 315.10 5 kN/m 2 : môđun đàn hồi của vật liệu cọc (bêtông mác 300) 1.1.3 Giải ph ơng trình chính tắc.

Thay các giá trị trên vào hệ phơng trình chính tắc ta có:

0

01626 7 ,

0

490

016 267 ,

0

0059 15 ,

0

999 ,

396 76

1593 44 ,

0

Ew Eu

Ew Eu

= 0,007905

u =

E

16 , 126562

= 0,004018

w =

E

148 , 15898

= 0,000505

1.1.4 Xác định nội lực trong từng cọc.

Các cọc trong cùng một hàng theo phơng ngang cầu đều có nội lực bằng

nhau và đợc tính theo công thức sau ( toạ độ các cọc xem hình 2-7 ):

Nội lực dọc trục: ( .cos n .sin n n .cos n)

X u

v L

EJ Q

M

n n

n n n

M

n

6 ) sin cos

sin

(

EJ w

X u

v L

EJ M

M

n n

n n n

M

n n

4 ) sin cos

sin

(

B¶ng 2-4: KÕt qu¶ tÝnh to¸n lùc däc trôc cña c¸c cäc trong mãng

) cos sin

cos

w L

EJ w

X u

v L

EJ Q

M

n n

n n n

M

n

6 ) sin cos

sin

(

B¶ng 2-6: KÕt qu¶ tÝnh to¸n m«men t¹i ®Çu cäc cña c¸c cäc trong mãng

w L

EJ w

X u

v L

EJ M

M

n n

n n n

M

n n

4 ) sin cos

sin

(

1.1.7 Kiểm tra kết quả tính toán:

Nh vậy kết quả tính toán là chính xác

1.2 Kiểm toán nội lực đầu cọc.

Công thức kiểm toán: Ni nénmax + N  NnénTT

Trong đó:

N i nén max = 1874,873 kN: nội lực lớn nhất tác dụng lên đầu cọc.

N = L N F.bt = 30,5.0,2025.24,525 = 151,473 kN: trọng lợng bản thân cọc.

N nén TT = 2313,167 kN: tải trọng tính toán của cọc.

Vế trái = 1874,873 + 151,473 = 2026,346 kN  2313,167 kN Đạt

2 Kiểm toán ứng suất đất nền tại mũi cọc.

2.1 Tính ứng suất nền đất tại mũi cọc

6 5 5 8 8 , 3 ( 4

6 35 5 11 5 24 8 16 8 , 3 15 4

i : góc nội ma sát của lớp đất thứ i mà cọc đi qua

h i : chiều dày của lớp đất thứ i mà cọc đi qua ( xem bảng 2-2 )

2.1.2 ChuyÓn t¶i träng vÒ träng t©m mãng khèi quy íc.

a Träng l îng riªng mãng khèi quy íc

934 , 3234

525 ,.

24 2025 , 0 24 28 ,

V

L F

5 5 8 8 , 3

6 2 , 19 5 1 , 18 5 5 , 21 8 5 , 18 8 , 3 3 , 18

i i n

i

i i

tb

l

L V

= 39673,999 + ( 3234,934 9,317 ).1,1 = 72827,867 kN

* Tải trọng nằm ngang tính toán

N TT 0 : tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy bệ ( bảng 2-3 )

H X TT-O : tải trọng ngang tính toán tại đáy bệ ( bảng 2-3 )

M Y TT-O : mômen tính toán tại đáy bệ ( bảng 2-3 ).

2.1.3 Tính ứng suất dới đáy móng khối.

*

ứ ng suất nén lớn nhất:

851 , 184

5096 785

, 116

867 , 72827

qu

qu TT

W

M F

5096 785

, 116

867 , 72827

qu

qu TT

W

M F

) 297 , 12

; 497 , 9 min(

6

) ,

, 623

638 , 1484 198

, 1237 2 , 1 174 , 651

Vậy điều kiện kiểm toán ứng suất đợc thoả mãn

3 Kiểm toán tải trọng ngang trục của cọc.

Công thức kiểm toán: m2

T P

n

H

X

TC C

490

  1 Đạt với cọc 400x400mm

Do vậy đạt với cọc 450 x 450mm

kiểm toán móng cọc theo trạng thái giới hạn II

Do khoảng cách giữa các cọc nhỏ hơn 4 lần kích thớc cọc (1,4m<4.0,45 =1,8m) nên ta coi móng cọc nh móng khối quy ớc để kiểm toán

1 Tải trọng tính lún.

áp lực tính lún đợc tính theo công thức:

785 , 116

341 , 3635 901

F

P N

Chia phân lớp dới đáy móng khối quy ớc 7 lớp phân tố, mỗi lớp dày 2m (

2m < 0,4b = 0,4.9,497 = 3,7988 m : thoả mãn điều kiện về bề dày lớp đất phân tố: Phụ lục 31 trang 496 - Quy trình thiết kế cầu cống 22 TCN - 18-79)

2.1 Tính ứng suất do trọng lợng bản thân các lớp đất theo chiều sâu:

Công thức tính: bti = 

n i

i hi

Trong đó:

bti : ứng suất do trọng lợng bản thân các lớp đất gây ra tại điểm biên dới

của lớp đất phân tố thứ i

i : trọng lợng thể tích có hiệu của lớp đất phân tố thứ i.

h i : chiều dày lớp đất thứ i.

n : số lớp đất tính từ mặt đất sau xói đến điểm cần tính ứng suất.

Lớp đất i(kN/m3) Bề dày

(m)

Điểm tính ứng suất tính từ mặt các lớp đất (hi)(m)

8,498,6911,69

Điểm

tính

Toạ độ tính từ

đáy móng khối quy ớc

91,013 117,559 154,217 202,568 289,136 304,326

316,019 1 2 3 4 5 6

Hình 2-8: Phân bố ứng suất do trọng lợng bản thân và ứng suất phụ thêm dới

đáy móng khối quy ớc.

3 Lập bảng tính kết quả.

3.1 Chiều sâu tính lún (H C )

Quy định: chiều sâu HC của tầng đất chịu nén tính từ đáy móng đến cao độ

mà ở đó ứng suất phụ thêm zi = 0,2 trị số ứng suất do trọng lợng bản thân của

đất bt

Tại độ sâu z = 14m tính từ đáy móng khối quy ớc:

ứng suất phụ thêm 9 < 0,2 ứng suất do trọng lợng bản thân

1

8 ,

i : áp lực phụ thêm bình quân do móng chuyển xuống trong phạm vi lớp

đất tính thêm vào áp lực đất thiên nhiên

2

) 1

z i





h i: chiều dày lớp đất i trong đoạn tầng chịu nén z

a oi : hệ số nén lún tơng đối của mỗi lớp phân tố đất Với lớp đất thứ 5

kN m e

a

63 , 0 1

00001 , 0 1

0,000006 0,000006

0,001631 0,001251 0,001011

0,003722

135,888 104,286 84,219

0,000006

0,000006

310,173 281,731 230,852 178,393

7

275,863 1

2 3

4 5

: tổng độ lún của nền đất dới móng (cm)

L: chiều dài nhịp ngắn nhất gác lên trụ (m)

Ta có:  = 0,0151 m = 1,51 cm < 1 , 5 L  1 , 5 42  9 , 72cm  Đạt

kiểm toán móng cọc theo trạng thái giới hạn iii

200

5200 1000

h 0 = 1,9m: chiều cao làm việc tổng cộng của bệ cọc.

b: cạnh đáy đài song song với aK

a K: cạnh của tiết diện cột song song mép của lăng thể chọc thủng

k: hệ số phụ thuộc c/h0 ( c: khoảng cách từ mép cột hoặc trụ đến mép hàng cọc

đang xét )

R P = 32 kg/cm2 =3139,2 kN/m2: sức chịu kéo tính toán của bêtông bệ (Bảng 5-1 trang 311 - Quy trình thiết kế cầu cống 22TCN 18-79: mác bêtông 300, cọc đúc tại hiện trờng)

P np: tổng nội lực tại các đỉnh cọc nằm giữa mép đài và mép lăng thể chọcthủng

1.1 Kiểm toán lăng thể chọc thủng A 1 B 1 C 1 D 1 , A 2 B 2 C 2 D 2

sơ đồ tính toán chọc thủng theo mặt bằng a1b1c1d1

P1 P2 P3 P4 P5 P6

P8 P7 P9 P10 P11 P12

P14 P13 P15 P16 P17 P18

P20

P18 P12

P19 P13

P22 P20 P21 P23

P16 P15

P7 P1

P10 P9

, 0 9 , 1

275 , 1