THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN VÀ MÓNG. docx

XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC.... Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu.. Sức kháng tính toán của cọc đơn.. CƯỜNG ĐỘ CỐT THÉP CHO CỌC VÀ BỆ CỌC, TÍNH MỐI NỐI THI CÔNG CỌC.

Mục lục

Trang

PHẦN 1: BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH 4

1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 4

1.1 Các ký hiệu sử dụng trong tính toán 4

1.2 Mô tả sơ bộ cấu tạo địa chất khu vực xây dựng 4

2 NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ 5

2.1 Nhận xét 5

2.2 Kiến nghị 5

PHẦN 2 : THIẾT KẾ KỸ THUẬT 6

1 BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH 6

2 LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH 7

2.1 Lựa chọn kích thước và cao độ bệ cọc 7

2.2 Lựa chọn kích thước và cao độ cọc 8

3 LẬP SỐ LIỆU CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ 9

3.1 Trọng lượng bản thân trụ 9

3.2 Lập các tỏ hợp tải trọng thiết kế với MNTN 10

3.3 Lập bảng tổ hợp tải trọng 11

4 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC 11

4.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu 11

4.2 Sức chịu tải của cọc theo đất nền 13

4.3 Sức kháng tính toán của cọc đơn 17

5 CHỌN SỐ LƯỢNG CỌC VÀ BỐ TRÍ CỌC TRONG MÓNG 17

5.1 Tính số lượng cọc: 17

5.2 Bố trí cọc trong móng : 18

5.3 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ: 19

6 KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ 20

6.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn 20

6.2 Kiểm toán sức kháng nhóm cọc 20

7 KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG 23

7.1 Xác định độ lún ổn định 23

7.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc 26

8 CƯỜNG ĐỘ CỐT THÉP CHO CỌC VÀ BỆ CỌC, TÍNH MỐI NỐI THI CÔNG CỌC 27

8.1 Cường độ cốt thép cho cọc và bệ cọc 27

8.2 Tính mối nối thi công cọc 34

PHẦN 3 : BẢN VẼ 35

1 Bản vẽ bố trí chung 35

2 Bản vẽ cốt thép cọc 35

3 Bản vẽ mối nối cọc 35

4 Bản vẽ cốt thép bệ 35

THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN VÀ MÓNG

Sinh viên: Nguyễn Hữu Dân

Lớp: Kỹ thuật hạ tầng đô thị - Khóa 50

Trường: Đại học giao thông vận tải

Mã sinh viên: 0901958

Đề bài: 7-5-3

PHẦN 1: BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

1.1 Các ký hiệu sử dụng trong tính toán

 : Trọng lượng riêng của đất tự nhiên (kN/m3)

s : Trọng lượng riêng của hạt đất (kN/m3)

n : Trọng lượng riêng của nước (n=9.81kN/m3)

1.2 Mô tả sơ bộ cấu tạo địa chất khu vực xây dựng

Tại lỗ khoan BH3, khoan xuống cao độ là -40m, gặp 4 lớp đất như sau:

 Lớp 1:

Lớp 1 là lớp cát xãm, xám đen, kết cấu rời rạc Chiều dày của lớp xác định được ở BH3 là 4.30m Cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ mặt đáy là -4.30m Chiều sâu xói của lớp đất này là 1.70m

 Lớp đất 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 số SPT và sức chịu tải lớn

 Lớp đất số 2 dễ bị lún sụt khi xây dựng trụ cầu tại đó

500

H¹ l-u 25

24

P

23

P P P 26 P 27 P 28 15

P

9

P P P 12 P 13 P 14

4 3

-18.00 -16.00

1000 2000

3@1200 500

2 LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH

2.1 Lựa chọn kích thước và cao độ bệ cọc

Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT)

Vị trí xây dựng trụ cầu ở xa bờ và phải đảm bảo thông thuyền và sự thay đổi mực nước giữa MNCN và MNTN là tương đối cao Xét cả điều kiện mỹ quan trên sông ta chọn giá trị các cao độ như sau:

Cao độ đỉnh trụ được chọn như sau: max 𝑀𝑁𝐶𝑁 + 1𝑚𝑀𝑁𝑇𝑇 + 𝐻

𝑡𝑡 – 0.3m

Trong đó:

MNCN: Mực nước cao nhất, MNCN = 6.20m

MNTT: Mực nước thông thuyền, MNTT = 4.80m

Htt : Chiều cao thông thuyền, Htt = 2,50m

Cao độ đỏy bệ : CĐĐaB = 0 m

2.2 Lựa chọn kớch thước và cao độ cọc

 Theo tớnh chất của cụng trỡnh là cầu cú tải trọng truyền xuụng múng là lớn, địa chất cú lớp đất chịu lực nằm cỏch mặt đất 8.20m và khụng phải là tầng đỏ gốc nen chọn giải phỏp

là múng cọc ma sỏt bờ tong cốt thộp

 Chọn cọc bờ tụng đỳc sẵn, cọc cú kớch thước là 0.45x0.45 𝑚2; được đúng vào lớp đất

số 3 là lớp cỏt hạt nhỏ, kết cấu chặt vừa Cao độ mũi cọc là -31.0m như vậy cọc ngập sõu vào lớp đất số 3 là 22.80m

 Chiều dài của cộc được xỏc định như sau:

⇒ Thỏa món yờu cầu về độ mảnh

 Tổng chiều dài đỳc cọc sẽ là : L = Lc +1m = 31.0 + 1.0 = 32.0m Cọc được tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đỳc cọc là: 32m = 11m +11m +10m Như vậy 2 đốt than cọc cú

450 800

Cao độ mặt đất sau khi đã tính xói lở

chiều dài 11m và đốt mũi cọc có chiều dài 10m Các cọc được nối với nhau bằng phương pháp hàn trong quá trình thi công đóng cọc

3 LẬP SỐ LIỆU CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ

3.1 Trọng lượng bản thân trụ

 Tính chiều cao thân trụ

Chiều cao thân trụ Htr:

Trong đó:

Str :Diện tichsmawtj cắt ngang thân trụ

MNTN : Mực nước thấp nhất

CĐĐB : Cao độ đỉnh bệ

3.2 Lập các tỏ hợp tải trọng thiết kế với MNTN

Các tổ hợp tải trọng đề bài ra như sau:

𝑁𝑡𝑜- tĩnh tải thẳng đứng KN 5800

𝑁𝑕𝑜- hoạt tải thẳng đứng KN 4000

Hệ số tải trọng:

Hoạt tải : n = 1.75

Tĩnh tải : n = 1.25

𝛾𝑏𝑡 = 24.50 KN/𝑚3 : trọng lượng riêng của bê tông

𝛾𝑛 = 9.81 KN/𝑚3 : trọng lượng riêng của nước

 Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHSD:

- Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu

 Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHCĐ:

- Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu

TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ TẠI ĐỈNH BỆ

Tải trọng thẳng đứng KN 10625.59 15295.73

4 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC

4.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu

 Chọn vật liệu:

- Cọc bê tông cốt thép, tiết diện của cọc hình vuông : 0.45 x 0.45 (𝑚2)

- Bê tông có : 𝑓𝑐′ = 32 MPa

- Thép ASTM A615, có 𝑓𝑦 = 345 MPa

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

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

𝑓𝑦 : Giới hạn chảy tối thiểu của thanh cốt thép (MPa)

Ag : Diện tích mặt cắt nguyên của cọc, Ag = 450 x 450 = 202500 (𝑚𝑚2)

4.2 Sức chịu tải của cọc theo đất nền

Đối với lớp đất sét : tính theo phương phap α

Đối với lớp đất cát : tính theo phương pháp SPT

- Đối với lớp đất xét

Theo phương pháp α, sức kháng đơn vị qs được xác định như sau:

qs = α x Su.

Chiều dày (m)

Chu

vi (m)

Cường độ kháng cắt

Su(N/𝑚𝑚2)

Hệ số

(N/𝑚𝑚2)

Qs(KN)

Tên

lớp

Độ sâu (m)

Chiều dày (m)

Chu

vi (m)

Chỉ

số SPT

Chỉ số SPT trung bình

Ap : diện tích mũi cọc ( 𝑚𝑚2)

Ncorr : số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ, 𝜎′ ( búa/300mm)

N : số đếm SPT đo được (búa/300mm), lấy số SPT tại mũi cọc

𝜎′ : ứng suất có hiệu (N/𝑚𝑚2), 𝜎′ = 𝜎 – u

𝜎 : ứng suất tổng ( KN/𝑚2)

u : áp lực nước lỗ rỗng ứng với MNTN = 3.1m

D : chiều rộng hay đường kính cọc (mm)

Db : chiều sâu xuyên trong tầng đất chịu lực ( tầng đất 3) (mm)

ql : sức kháng điểm giới hạn ( MPa)

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

4.3 Sức kháng tính toán của cọc đơn

Sức kháng tính toán của cọc đơn được xác định như sau:

Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 quy định:

- Khoảng cách từ mặt bên của bất kỳ cọc nào đến mép gần nhất của móng phải lớn hơn

P17 P13

P14

P15 P11

P10 P9

580

50

6 KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ

6.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn

 Tính nội lực tác dụng lên đầu cọc

Sử dụng chương trình FB-Pier ta tính được nội lực tác dụng lên đầu cọc như sau :

*** Maximum pile forces ***

Max shear in 2 direction 0.2425E+02 KN 1 0 15

Max shear in 3 direction -0.3302E+01 KN 1 0 3

Max moment about 2 axis -0.7065E+00 KN-M 1 0 3

Max moment about 3 axis -0.4253E+01 KN-M 1 0 15

Max axial force -0.8244E+03 KN 1 0 13

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

Max demand/capacity ratio 0.2268E+00 1 0 13

Vậy : Nội lực dọc trục lớn nhất trong cọc là Nmax = 824.4 KN

Lực cắt là 24.25 KN

Momen là 4.253 KN.m

 Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn

Công thức kiểm toán : Nmax + ∆N ≤ Ptt

Trong đó :

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

η = 0.65 Với khoảng cách tim đến tim bằng 2.5 lần đường kính

η = 1.00 Với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đường kính

Mà khoảng cách tim đến tim các cọc là 1200mm

⇒ 1200

450 = 2.67 hay khoảng cách tim đến tim bằng 2.67d nên ta nội suy để tìm η

Y : Chiều dài của nhóm cọc

Z : Chiều sâu của nhóm cọc

NC : Hệ số phụ thuộc tỷ số Z/X

u

S : Cường độ chịu cắt không thoát nước dọc theo chiều sâu cọc (MPa)

Su : Cường độ chịu cắt không thoát nước ở đáy móng (MPa)

Ta có : X = 3x1200 + 450 = 4050mm

Y = 4x1200 + 450 = 5250mm

Do mũi cọc đặt tại lớp đất 3 nên Q2 =  2 X  2 Y  Z Su

Tác động của nhóm cọc như một móng khối

Trong đó : η là hệ số hữu hiệu, lấy =1

- Sức kháng thân cọc của cọc đơn ở lớp 1 và lớp 3 là :

N0 : Tải trọng thẳng đứng tại đáy bệ ở TTGHSD, N0 =11409.45 KN

S : Diện tích móng tương đương

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

Db : Độ sâu chôn cọc trong lớp đất chịu lực

𝐷′: Độ sâu hữu hiệu, lấy bằng 2𝐷𝑏

3 (mm), D’ = 15200 mm

B phía dưới đế mong tương đương (Búa/300mm)

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

Ta có:

I = 1 – 0.125 × 15200

4050 = 0.53 > 0.5

 Tính q:

Kích thước của móng tương đương

- Chiều rộng móng tương đương chính là khoảng cách giữa tim của 2 cọc xa theo chiều ngang cầu nhất cộng với đường kính cọc :

7.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc

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

*** Maximum pile head displacements ***

Max displacement in axial 0.2008E-02 M 1 0 13

Max displacement in x 0.6673E-03 M 1 0 17

Max displacement in y -0.1161E-04 M 1 0 1

Vậy :

Chuyển vị theo phương X : ∆y = 0.6673 × 10−3 m = 0.6673 mm < 38 mm

Chuyển vị theo phương Y : ∆x = 0.1161 × 10−4 m = 0.01161 mm < 38 mm

⇒ Đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang

8 CƯỜNG ĐỘ CỐT THÉP CHO CỌC VÀ BỆ CỌC, TÍNH MỐI NỐI THI CÔNG CỌC

;M

max(

Mtt  max(1) max(2)

Trong đó :

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

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

- Tính mô men cho đốt cọc có chiều dài Ld = 10m

 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) = 12.4 KN.m

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

Móc treo được đặt cách đầu cọc một đoạn một đoạn :

b = 0.294Ld = 0.294 × 10 = 2.94m, chọn b = 2.90m

Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ta có biểu đồ mô men như sau:

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(2) = 20.86 KN.m

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

)M

;Mmax(

Mtt  max(1) max(2) = max (12.4; 20.86) = 20.86 KN.m

- Tính mô men cho đốt cọc có chiều dài Ld = 11m

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

Móc cẩu được đặt cách đầu cọc một đoạn là :

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là Mmax(1) = 13.12 KN.m

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

Móc treo được đặt cách đầu cọc một đoạn một đoạn :

b = 0.294Ld = 0.294 × 11 = 3.234m, chọn b = 3.2m

Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ta có biểu đồ mô men như sau:

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(2) = 25.40 KN.m

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

)M

;Mmax(

Mtt  max(1) max(2) = max (13.12; 25.40) = 25.40 KN.m

 Tính và bố trí cốt thép cho cọc

Ta chọn cốt thép dọc chủ chịu lực là ASTM A625M

Gồm 8 #22, có fy = 420MPa được bố trí trên mặt cắt ngang của cọc như hình vẽ :

- Kiểm tra xem bê tông có bị nứt hay không trong quá trình treo cọc

Ta có cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông là:

)(564.33263.0'63

Vậy: fct 0.8fr  Cọc không bị nứt khi cẩu và treo cọc

- Tính duyệt khả năng chịu lực

Giả sử trục trung hòa đi qua phía trên trục đối xứng (0< c ≤ 225mm)

 Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo ⇒ 𝑓𝑠′ = 𝑓𝑠 = 𝑓𝑦 = 345 MPa

Phương trình cân bằng nội lực theo phương trục dầm

x 3

A

) mm ( 774 387

f : Cường độ chịu nén của bê tông (Mpa), fc' = 32(Mpa)

fy : Cường độ chảy của cốt thép, fy = 345(Mpa)

a : Chiều cao vùng nén tương đương

d : Đường kính cọc, d = 450 (mm)

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

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

f d

f A f A f A a

c

y s y s y s

82.2132

45085.0

345)1161774

1161(

.85

' 2

⇒ Vị trí của trục trung hòa được xác định :

c = 𝑎

21.28 0.82 = 25.95 mm

⇒ Điều giả sử là đúng

 Kiểm tra sự chảy dẻo của cốt thép chịu kéo và chịu nén theo điều kiện:

s

' y ' y

' s '

s

E

fc

dc003

s 1

s

E

f c

c d

s 2

s

E

f c

c d

108.295.25

5095.25

25

) 95 25 400

25

) 95 25 225

 Mô men kháng uốn danh định là

1 ' 2 1 2 1

'

2

⇒ thỏa mãn yêu cầu hàm lượng cốt thép tối thiểu

Kết luận : Cốt thép được chọn và bố trí như trên là đảm bảo khả năng chịu lực

 Bố trí cốt thép đai cho cọc

Do cọc chủ yếu chịu nén, chịu cắt nhỏ nên không cần duyệt về cường độ của cốt thép đai

Vì vậy cốt thép đai được bố trí theo yêu cầu về cấu tạo

Đầu mỗi cọc ta bố trí với bước cốt đai là 50 mm trên một chiều dài là 1400 mm

 Tiếp theo ta bố trí với bước cốt thép đai là 100 mm trên một chiều dài là 1100 mm

Đoạn còn lại của mỗi đoạn cọc ( phần giữa đoạn cọc) bố trí với bước cốt đai là 150

mm

 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc

Mũi cọc sử dụng cốt thép ϕ 40, với chiều dài 750 mm

Đoạn nhô ra khỏi mũi cọc là 50 mm

 Lưới cốt thép đầu cọc

Ở đầu cọc bố trí một số lưới cốt thép đầu cọc có đường kính ϕ 6 mm, với mắt lưới là a =

50 mm × 50 mm, lưới được bố trí nhằm đảm bảo cho bê tông cọc không bị phá hoại do chịu ứng suất cục bộ trong quá trình đóng cọc

 Vành đai thép đầu cọc

Đầu cọc được bọc bằng một vành đai thép bằng thép bản có chiều dày 10 mm, nhằm mục đích bảo vệ bê tông đầu cọc không bị phá hoại trong quá trình đóng cọc, ngoài ra còn có tác dụng hàn nối các đốt cọc với nhau trong quá trình thi công cọc

 Cốt thép móc cẩu

Móc cẩu được làm bằng cốt thép #22, do cốt thép bố trí trong cọc rất thừa vì vậy ta có thể

sử dụng luôn cốt thép móc cẩu làm móc treo Khi đó ta không cần phải làm móc thứ 3, tạo 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 2m = 2000 mm đối với đốt cọc 10

m và là 2.3 m = 2300 mm đối với đốt cọc 11m

8.2 Tính mối nối thi công cọc

Ta sử dụng mối nối hàn để nối các đoạn cọc với nhau, mối nối phải đảm bảo cường độ mối nối tương đương hoặc lớn hơn cường độ cọc tai tiết diện có mối nối

Để nối các đốt cọc lại với nhau ta sử dụng 4 thanh thép góc L100×100×12 táp vào 4 góc của mỗi cọc rồi sử dụng đường hàn để lien kết 2 đầu cọc Ngoài ra để tăng them độ an toàn cho mối nối ta sử dụng them 4 thép bản 520×100×10 táp vào khoảng giữa 2 thép góc

để tăng chiều dài đường hàn