Đồ Án Nền Móng Công Trình Cầu Đường

Việc tính toán được tiến hành đối với 1 hàng cọc 6 cọc chịu tải theo phương dọc cầu... = x m3 Chuyển hệ tải trọng về trọng tâm của móng khối quy ước a.. Tính toán trọng lượng thể tích

ĐỒ ÁN NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH CẦU ĐƯỜNG

Số liệu tính toán:

Số liệu địa chất:

Bảng 1 : Bề dày các lớp trong cột địa tầng

Bề dày(m) Loại địa chất công trình

5

Bảng 2: Chỉ tiêu cơ lí đất

Trọng lượng riêng,γ,g/cm3 - 1.82 1.73 1.65 1.92 1.95

Lực dính, C,kg/cm2 - 0.35 0.08 0.10 0.01

-Hệ số nén lún,a1-2,cm2/kg - 0.12 0.062 0.098 0.15 0.18 Modul biến dạng,Eo,kg/cm2 - 85 35 20 140 400

Đất đắp có γtc= 1.8 g/cm 3 và ϕ= 35 0

Mực nước ngầm cách mặt đất tự nhiên là 0.5 m

Cao trình đỉnh móng mố là + 1.8m

Cao trình đáy móng mố là - 0.2m

Số liệu về cọc

- Sử dụng cọc có tiết diện 35x35cm, chiều dài chịu lực là 40m

Kích thước bệ cọc: 12 x 6 x 2 m

- Theo phương dọc cầu ( phương X ) 6 m

- Theo phương ngang cầu ( phương Y ) 12 m

- Chiều cao bệ móng : 2 m

- Nội lực tại mặt cắt đáy bệ móng mố

Cường độ II 15172 -7141.38 3376.6 705.1 130.48 Cường độ III 17030 -8541.50 3713.8 240.3 40.89

Sử dụng 13213 -7216.46 2814.6 304.2 52.71

a/ Tính sức chịu tải của đất nền:

Rtc = m [ (Ab + BDf )γ1 + Dc ]

Với m = 1 ( đất sét ) ; c = 0.35 kg/cm2= 3.5 T/m2

b = 12 m ; γ1= 1.82 g/cm3 =>γđn =0.82 T/m3; Df = 2m

Với ϕ = 15 tra bảng ta được A = 0.33 ; B = 2.3 ; D = 4.85

Vậy Rtc=1x[(0.33x12x0.82+2.3x0.5x1.8+2.3x1x0.8+2.3x0.5x0.82+4.85x3.5]=25.07T

Ta thấy Rtc < 1321.3 T => Thiết kế phương án móng cọc

b/ Kiểm tra độ sâu chôn bệ :

Tổ hợp tính toán : Cường độ I ; ∑Hx= 3813.7 kN

Dfmin = tan (

45-2

ϕ

)

b

H x

γ

∑

2

Với ϕ=25 ; γ =18.1kN/m3 ; b=12

Dfmin= 10m => 0.7Dfmin= 7m

Ta có Df = 2m < 0.7Dfmin => Tính toán theo móng cọc đài cao

b/ Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền :

u = 0.35x4 = 1.4m ; Ap= 0.35x0.35 = 0.1225 m2

Qa =

p

p s

s

FS

Q FS

Q

+ với FSs = 2 ; FSp = 3

- Xác định thành phần ma sát :

Qs = u ∑

=

n

i

i

si xl

f

1

i v o

si c K

+ Lớp 1 : Ko = 1- sinϕ1 = 1 – sin150=0.741

L1 = 8m =>

2

8 ) 10 2 18 ( 5 0 ) 10 2 18 ( 1 ) 10 18 ( 5 0 18

7 45 15 tan 9 53 741

0

1 = + x x =

+ Lớp 2 : Ko = 1- sinϕ2 = 1 – sin80=0.861

L2 =25m=>

2

25 ) 10 3 17 ( 5 8 ) 10 2 18 ( 1 ) 10 18 ( 5 0 18

53 29 8 tan 95 177 861

0

2 = + x x =

+ Lớp 3: Ko = 1- sinϕ3 = 1 – sin0=0.895

L3=7m=>

2

7 5 6 25 3 7 5 8 ) 10 2 18 ( 1 ) 10 18 ( 5 0 18

46 37 6 tan 95 291 895

0

3 = + x x =

=> Qs = 1.4 ( 45.7x8 + 29.53x25 + 37.46x7 ) =1912.5 kN

- Xác định thành phần kháng mũi : Qp = Apqp

Theo TCVN 205 :1998

qp = γ.d p.Nγ +σ'vp.N q +c.N c với

813 6

716 1

264 0

60

=

=

=

=>

=

c

q

N N

Nγ

ϕ

7 314 7 5 6 25 ) 10 3 17 ( 5 8 ) 10 2 18 ( 1 ) 10 18 ( 5

0

18

=>qp= 609.68 kN/m2

=> Qp = 0.1225x609.68 =74.69 kN

Sức chịu tải cho phép Qa =

2

69 74 5

1

5

1912 + =1299.9 kN

c/ Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu: Qvl = φA p R vl

Với thép CII tra bảng ta có Rvl = 270000 kN/m2 ; φ tra bảng theo độ mảnh = 0.68

phụ thuộc vào Lo và b

=> Qvl = 0.68 x 0.1225 x 270000 = 22491 kN

=> Sức chịu tải của cọc = min ( đất nền ; vật liệu ) = 1299.9 kN

d/ Xác định số lượng cọc và bố trí cọc:

Tổ hợp cường độ I: N = 17628 kN

9 1299

17628 4

=

=

a c

Q

N

Chọn 24 cọc , bố trí theo phương ngang cầu 6@2m hàng, mỗi hàng 4x1.6m cọc ( theo dọc cầu ), cự ly bố trí cọc theo phương dọc cầu là 1.6m

e/ Tải trọng công trình tác dụng lên cọc, chuyển vị bệ cọc:

Nội lực tính toán:

Cường độ I →

m kN M

kN H

kN N

y

x

82 8979

7 3813 17628

−

=

=

=

Việc tính toán được tiến hành đối với 1 hàng cọc ( 6 cọc ) chịu tải theo phương dọc cầu Trong tính toán hệ thống phẳng ta có:

Số lượng cọc: Nc = 4 cọc

Lực đứng: P =

6

17628

= 2938 kN

Lực ngang: H =

6

7 3813

= 635.62 kN

Moment uốn: M =

6

82 8979

−

= -1496.64 kN.m Moment uốn được tính bằng cách chuyển dời lực ngang đến khoảng cách q, cánh tay đòn lực ngang tương ứng bằng:

q =

H

M

=

62 635

64 1496

−

= -2.36 m

1/ Xác định các đặc trưng hình học và chiều dài tính toán của cọc:

- Diện tích tiết diện ngang cọc: F = 0.35x0.35= 0.1225 m2

- Moment quán tính của tiết diện cọc: I =

12

35 0 35

= 0.001251 m4

- Chiều dài chịu nén tính toán của cọc: LN = L1 = L = 40 m

- Chiều dài chịu uốn của cọc: LM

Với Lo chiều dài tự do của cọc tính từ đáy bệ đến mặt đất: Lo = 0

Ta có 2.n.d = 2x6x0.35 = 4.2 m

Ta có L1 > 2.n.d => LM = L0 + n.d = 6x0.35= 2.1m

2/ Xác định các đặc trưng đàn hồi của cọc :

M1 =

N

IL

F

=

40 001251

0

1225 0

x = 2.448 m-3

M2 = 3

12

m

1 2

12

= 1.3 m-3

M3 = 2

6

m

1 2

6

= 1.36 m-3

M4 =

m

L

4

= 1.9 m-3

3/ Xác định các phản lực đơn vị :

ruu’ = nc.m2 = 4x1.3= 5.2 m-3

ruw’ = nc.m3 = 4x1.36= 5.44 m-3

rww’ = nc.m4 + m1

∑n x i

1 2

Với ∑ 2

i

X = ( 1.6 +

2

6 1 )2 + (

2

6 1 ) 2 + ( 1.6 +

2

6 1 )2 + (

2

6 1 ) 2 = 12.8

rww’= 1.9x4 + 2.448x12.8 = 38.93 m-3

rvv’ = nc.m1 = 4x2.448= 9.79 m-3

4/ Xác định khoảng cách đến tâm đặc tính

Tâm đàn hồi : C = '

'

uu

uw

R

R

= 1.05 m Điểm chuyển vị không : '

'

uw

ww

R

R

=

θ = 7.16 m

5/ Xác định chuyển vị của đáy bệ :

- Chuyển vị đứng : V’ = '

vv

R

P

= 79 9

2938 = 300.1 kN/ m-3

- Góc xoay : W’ = ( ( ) ) ( 52..4436(7.116.05)1635.05.)62

−

−

=

−

−

c nm

H c q

- Chuyển vị ngang: U’ = ( ( ) ) ( 52..236(7.167.161.)05635).62

−

−

−

=

−

−

−

c nm

H q

θ

θ

= 190.46 kN/ m-3

BẢNG TÍNH NỘI LỰC CÁC CỌC TRONG BỆ

Cọc

Tổng cộng 2938,58 540,52 788,32- 635,64 2043,33

Kiểm toán bảng tính

P - ∑N n = 2938 – 2938.58 ≈ 0

Hx - n.Qn = 635.62 – 635.64 ≈ 0

My–n.MBn+ ∑n N n X n

1

= -1496.6–540.52+2043.33=6.17 ( trong giới hạn cho phép )

Xác định chuyển vị ngang bệ mố:

Chuyển vị ngang của đỉnh mố: z = -6.6m ; Ec = 28561x103 kN.m-2

Ux = 1 (u' w'.z)

EI + = 0.017m

Chuyển vị ngang cho phép của đỉnh mố:

Ugh = 0.5 L với L Chiều dài nhịp ngắn gác lên mố ≥ 25cm , ở đây vì không có số

liệu nên ta lấy L = 25cm

=> Ugh = 0.25m => Ux < Ugh Đạt

Kiểm tra tải trọng công trình tác dụng lên cọc:

- Trọng lượng bản thân cọc: Qc = γb L c Fn= 132.06 kN

Theo bảng tính nội lực cọc số 4 chịu tải đứng lớn nhất Nn = 1117.77 kN

- Tổng tải trọng đứng lớn nhất tác dụng lên cọc :

Nmax = Nn + Qc = 1249.83 kN Qa = 1299.9 kN

=> Nmax < Qa Đạt

- Sức chịu tải ngang của cọc: Qng = 3

1000

ng

L

EI

∆ β

Với β =1; ∆ng =1; E = 285610 kg.cm2; I = 125052.05 cm4 ; Lo = 6d = (6x35)cm

=> Qng = 38.57 kN

Theo bảng tính nội lực tải trọng ngang tác dụng lên 1 cọc là Qn = 26.49

6

91

Vậy Qn < Qng Đạt

6/ Kiểm tra cường độ đất nền dưới mũi cọc:

Aqu = (A p +2Ltgα)(B p +2Ltgα)

Với Ap = 12m ; Bp = 4.8m

= +

+

=

40

) 7 6 ( ) 8 25 ( )

8

15

tb

Góc mở α =

4

tb

ϕ

= 2016’

Diện tích khối móng quy ước: F = 120.82 m2

Wqu = 1382.4

6

12

8

=

x

m3

Chuyển hệ tải trọng về trọng tâm của móng khối quy ước

a Tính toán trọng lượng thể tích của móng khối quy ước

c c c tb

qu tb

qu

n F L

V

γ

Vqu = 120.82 x 2 = 241.62m3: Thể tích móng khối quy ước

3

25 /

γ =

=> . . . 25 24120.0..35822.240

x V

F L n

qu

tb c c c tb

- Trọng lượng thể tích trung bình của các lớp đất

40

65 1 7 25 73 1 82

1

tbd

+ +

=

=>γdn =17.34−10=7.34kN/m3

b Chuyển hệ tải trọng về trọng tâm đáy móng khối quy ước

- Tải trọng thẳng đứng tính toán:

V’tt = Vtt + n.γtb'.V qu= 17628 + 1.1x16.42x120.82x2 = 21992.5 kN

- Tải trọng ngang tính toán:

H’tt = Htt = 3813.7 kN

- Momen tính toán theo phương dọc cầu:

M’tt = Mtt + H’tt.LM = 8979.82 + 3813.7x2.1 = 16988.59 kN.m

Tính ứng suất dưới đáy móng khối quy ước

- Ứng suất nén lớn nhất

32 194 4

1382

59 16988 82

120

5 21992 '

'

max = + = + =

qu

tt qu

tt

W

y M F

V

- Ứng suất nén nhỏ nhất

74 169 4

1382

59 16988 82

120

5 21992 '

'

min = − = − =

qu

tt qu

tt

W

y M F

V

Kiểm toán ứng suất dưới đáy móng

Rtc = m [ (Ab + BDf )γ1 + Dc ]

Với m = 1 ( đất sét ) ; c = 0.1 kg/cm2= 1 T/m2

b = 12 m ; γtb= 1.642 g/cm3 =>γđn =0.642 T/m3; Df = 42m

Với ϕ = 6 tra bảng ta được A = 0.1 ; B = 1.39 ; D = 3.71

Vậy Rtc=( 0.1x12 + 1.39x42)0.642 + 1x3.71 = 41.96 T = 419.6 kN

Ta có σmax= 194.32 kN < 1.2x491.6 = 503.52 kN => Đạt

min

σ = 169.74 > 0 => Đạt

7./ Xác định độ lún của móng cọc

- Xác định tải trọng tính lún:

Ntc = 13213 kN

- Tải trọng do trọng lượng bản thân của cọc:

Pcọc = ncγcL

cFc = 24x25x40x0.35x0.35 = 2940 kN

Áp lực gây lún :

qu

coc tc

F

P

=

Chia vùng chịu nén ở dưới đáy móng quy ước thành các lớp đất nhỏ có chiều dày

hi Dựa vào quy phạm h < 0.4 b nên ta chọn h = 1m

- Xác định trị số ứng suất nén phụ thêm σzi ở các độ sâu khác nhau Vì diện chịu

tải là chữ nhật nên ta có σzi= koρ

Ta lập thành bảng tính sau :

Lớp đất Zi (m) Zi/b a/b Ko σzi (kN/m2) σbt zi (kN/m2) Eo(kN/m2) Si

2 0.42 2.5 0.865 115.65 327.7

4 0.83 2.5 0.594 79.42 352.6 14000 0.0131

Tổng

Ta có độ lún giới hạn Sgh = 1.5 40= 9.49 (cm)

Ta có S < Sgh Đạt

f/ Tính toán kết cấu bệ cọc:

1/ Số liệu tính toán:

-Bề rộng mặt cắt: b = 12m

- Chiều cao làm việc của mặt cắt ho = 2 – 0.2 = 1.8m

- Cường độ tính toán của thép: fy = 420 MPa

- Cường độ tính toán của bê tong: fc’ = 30 MPa

- Modun đàn hồi của thép: Es = 200000 MPa

- Trọng lượng riêng của bê tông: γc =24.5kN.m-3

- Modun đàn hồi của bê tong: Ec = 28561 MPa

Nội lực tại mặt cắt 4-4

Chiều dài chịu tải: L = 6 – (2.45+1.55)=2m

Phản lực đầu cọc N4 = 1117.77 kN ; d4 = 2 – 0.6 = 1.4 m

Moment tại mặt cắt : Mu = 1117.77 x 1.4 = 1564.88 kN.m

Lực cắt tại mặt cắt: Qu = 1117.77 kN

2/ Chọn thép và bố trí thép:

Hàm lượng tối thiểu: pmin > 0.03 ' =0.002

fy

c f

Chọn hàm lượng thép p = 0.005

As = 0.005x12000x1800 = 108000 mm2 => Chọn φ36mm

Chọn khoảng cách các thanh thép là 100mm

Số thanh: n = 119

100

100 12000

=

−

= As = 121127.25 mm2

3/ Kiểm tra khả năng chịu uốn của bệ móng:

Nội lực để kiểm tra: Mu 1564.88 kN.m

Điều kiện : Mu ≤φM n

Với φ theo 22TCN-05 = 0.9

x x

x b

f

f

A

c

y

s

25 166 12000 30

85 0

420 25 121127 '

85

Kiểm tra hàm lượng max:

d

c

< 0.42 với c=

1

β

a

= 195.59 với β1=0.85

=>

d

c

= 0.11 0.42

1800

59

195

<

Điều kiện chịu uốn: Mn = 0.85f’c.a.b( )

2

a

d − 10-6 = 87341.72 kN.m

Mu = 1564.88 kN.m < 0.9x87341.72 = 78607.55 kN.m Thỏa

4/ Kiểm tra khả năng chịu cắt

Tổ hợp kiểm tra là cường độ I Qu = 1117.77 kN

Điều kiện Qu < φQ nvới φ =0.9

Qn = Min

Vs Vc Qu

d b c f

+

=

=

2

' 25 0 1

Sức kháng cắt của bê tông: Qc = 0.083xβ f'c.b.d v = 18724.56 kN

Khả năng chịu cắt : Vu = 1117.77 < 0.5 x 0.9 x 18724.56 = 8426.05 kN => Thỏa