ĐỒ ÁN Thiết kế môn học nền móng thiết kế thi công nền móng cầu (KÈM CAD VÀ EXCEL)

Đánh giá điều kiện thuỷ văn: Khi ta xây dựng cầu, móng trụ cầu trở thành vật chắn dòng chảy tự nhiên của lòng sông gây nên xói lỡ chung dòng chảy và xói lỡ cục bộ tại trụ và mố, do đó đ

THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG

A HÌNH CHIẾU TRỤ CẦU :

B.SỐ LIỆU THIẾT KẾ :

1.Tải trọng tác dụng :

Tải trọng Đơn vị Giá trị

y – Momen hoạt tải tiêu chuẩn kN.m 800

2.Số liệu thuỷ văn và chiều dài nhịp :

CĐMĐ m Giả õ thiết cao độ lớp đất trên cùng ở cột địa tầng là 0.00

PHẦN I

BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LỚP ĐẤT

Các kí hiệu sử dụng trong tính toán địa chất công trình :

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

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

n(kN/m3) : Trọng lượng riêng của nước ( = 10 kN/m3)

W (%) : Độ ẩm

WL (%) : Giới hạn chảy

WP (%) : Giới hạn dẻo

a (m3/kN) : Hệ số nén lún

k (m/s) : Hệ số thấm

n (%) : Độ rỗng

e : Hệ số rỗng

Sr : Độ bão hoà

c (kN/m2) : Lực dính đơn vị

 ( độ ) : Góc ma sát trong của đất

 : Tỷ trọng của đất

1.Lơpù1: Bùn sét màu nâu vàng,nâu đỏ, trạng thái dẻo mềm :

Chiều dày lớp là 10.0 m , cao độ tại mặt lớp là + 0,0 m , cao độ đáy lớp là – 10.0 m Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) thay đổi từ 6 đến 8

Các chỉ tiêu cơ lý khác được xác định như sau :

= 0.6

- Hệ số độ rỗng :

e = 1

2 18

) 1 32 01 , 0 1 ( 3 27 1 ) 01 , 0 1 (

2.Lớp 2 : Sét màu nâu đỏ ,trạng thái cứng :

Chiều dày lớp là 2.3 m , cao độ tại mặt lớp là -10.0 m , cao độ đáy lớp là – 12.3m Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) thay đổi từ 32 đến 11 , Các chỉ tiêu cơ lý khác được xác định như sau :

0.797

3.Lớp 3 : Sét pha màu xám nâu ,xám trắng,trạng thái dẻo mềm:

Chiều dày lớp là 7.8 m , cao độ tại mặt lớp là –12.3 m , cao độ đáy lớp là -20.1m Chỉ sốxuyên tiêu chuẩn (SPT) thay đổi từ 6 đến 11

6 24 6 31

0.930

4.Lớp 4 : Sét pha màu xám nâu ,xám trắng,trạng thái dẻo mềm:

Cao độ tại mặt lớp là –20.1 m Chỉ sốxuyên tiêu chuẩn (SPT) thay đổi từ 19 đến 31

1 22 8 24

0.868

 NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ :

1 Điều kiện địa chất công trình:

Điều kiện địa chất công trình trong phạm vi khảo sát đơn giản , chủ yếu là các lớp sét, đặc biệt lớp 4 có khả năng chịu lực tốt

Các lớp số 1 và 3 cóchỉ số SPT nhỏ,lớp 2 có sức chịu tải và chỉ số SPT khá cao nhưng chiều dày nhỏ , lớp số 4 có khả năng chịu tải

Từ các nhận xét trên nên sử dụng giải pháp móng cọc ma sát bằng BTCT và lấy lớpđất số4 làm tầng tựa đầu cọc

2 Đánh giá điều kiện thuỷ văn:

Khi ta xây dựng cầu, móng trụ cầu trở thành vật chắn dòng chảy tự nhiên của lòng sông gây nên xói lỡ chung dòng chảy và xói lỡ cục bộ tại trụ và mố, do đó để thiết kế mố trụ ta cần phải tính đến yếu tố này

Giả định rằng cột nước dâng dưới cầu sau khi xây xong là không đáng kể đồng thời xem chiều sâu nước trung bình dưới cầu sau khi xói bằng MNTC

htb =MNTC = 5 m

Mặt khác ta giả định trụ cầu ít bị ảnh hưởng của xói cục bộ

Ở bài thiết kế này, đối với địa chất như ta đã phân tích trên đều là đất yếu Như vậy ta không thể làm móng nông vì nếu làm móng nông thì phải đặt móng đến lớp đất tốt ở rất sâu

dẫn đến kích thước móng rất lớn gây tốn kém về khối lượng, thời gian thi công do đó ta không chọn giải pháp móng nông

Giải pháp còn lại ở đây là ta chọn 1 trong 2 phương án đó là móng cọc bệ thấp hoặc móng cọc bệ cao Móng cọc bệ thấp có giá thành cao và thi công phức tạp hơn móng cọc bệ cao do dó ta chọn phương án móng cọc bệ cao để thiết kế kỹ thuật

PHẦN II

THIẾT KẾ KỸ THUẬT

LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH

1.Kích thước và cao độ của bệ cọc :

Vị trí xây dựng trụ cầu nằm xa bờ và phải đảm bảo thông thuyền , sự thay đổi cao độ mực nước giữa MNCN và MNTN là tương đối cao Xét cả điều kiện mỹ quan trên sông nên chọn cao độ mặt bệ thấp hơn MNTN 0.5m

Cao độ mặt bệ là (CĐMB) : 3.5m

Bề dày bệ móng : hb = 2 m

Cao độ đáy bệ sẽ là(CĐĐB) : 1.5m

2.Kích thước và cao độ của cọc :

Chọn kích thước đaý bệ:A=120+2a=120+2x100=320 cm (chọn a=100 cm)

1 , 80

Vậy tổng chiều dài cọc sẽ là Lcd = 28 + 1 = 29 m (chiều sâu cọc ngàm vào bệ 1m) Cọc được tổ hợp từ 03 đốt với tổng chiều dài đúc cọc là:

29m = 10m + 10m + 9m Như vậy hai đốt thâân có chiều dài 10 m , đốt mũi có chiều dài 9 m Các đốt cọc sẽ được nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công

đóng cọc 3.Tính toán thể tích trụ :

LẬP SỐ LIỆU CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ

Ta có:CĐĐT = MNTT + Htt – 0.3 = 5+ 6 – 0.3 = 10.7 m Trong đó : CĐĐT : cao độ đỉnh trụ

Chiều cao cột trụ Htru :

Htru = CĐĐT – CDMT – CĐMB ( với : CDMT : chiều dày mũ trụ

= 10.7 – 1.4 – 3.5 CĐMB : cao độ mặt bệ )

Trong đó: MNTN=4m :mực nước thấp nhất.

CĐMB=3.5m :cao độ đỉnh bệ

Str :diện tích ngang trụ

4.Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN :

y =800 kNm : Momen tiêu chuẩn do hoạt tải theo phương ngang cầu

bt = 24 kN/m3 : Trọng lượng riêng của bêtông

n = 10 kN/m3 : Trọng lượng riêng của nước

Vtr = 88.64 m3 : thể tích toàn phần trụ

V’

tr =44.15 m3 : Thể tích phần trụ ngậïp nước

nh = 1.4 : Hệ số tải trọng do hoạt tải

nt = 1.1 : Hệ số tải trọng do tĩnh tải

4.1.Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn với MNTN:

 Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn theo phương dọc cầu với MNTN :

(1) Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu :

Mtc= Mtc

y+ Htc

x x(CĐĐT – CĐĐB) = 800 + 150x(10.7 – 1.5)

=2180 KNm

 Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn theo phương ngang cầu với MNTN :

(1) Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn ngang cầu :

Mtc= Mtc

x+ Htc

y x(CĐĐT – CĐĐB) = 950 + 170x(10.7 – 1,5)

= 2514 KNm

4.2 Tổ hợp tải trọng tính toán cầu với MNTN :

 Tổ hợp tải trọng tính toán theo phương dọc cầu với MNTN (1) Tải trọng thẳng đứng tính toán docï cầu :

Ptt = 1.1xNt

tc + 1.4Nh

tc +1.1x (bt*Vtr - n*V’

tr) = 1.1x5250 + 1.4x1350 + 1.1 x1685.86

= 9519.43 kN

(2) Tải trọng ngang tính toán dọc cầu :

Htt

x= 210 KN(3) Momen tính toán dọc cầu :

Mtt= 1.4xMtc

y+ Htt

x x(CĐĐT – CĐĐB) = 1120 + 210 x(10.7 – 1,5)

= 3052 kNm

 Tổ hợp tải trọng tính toán theo phương ngang cầu với MNTN

(1) Tải trọng thẳng đứng tính toán ngangï cầu :

Ptt =1.1xNt

tc +1.4x Nh

tc + 1.1x( bt*Vtr - n*V’

tr) = 1.1x5250 + 1.4x1350 + 1.1 x1685.86

= 9519.43 KN

(2) Tải trọng ngang tính toán ngang cầu :

Htt

y= 238 KN (3) Momen tính toán ngang cầu :

Mtt=1.4 Mtc

x+ Htt

y x(CĐĐT – CĐĐB) = 1330 + 238x(10.7 – 1,5)

= 3519.6 KNm

BẢNG TỔ HỢP TẢI TRỌNG THEO PHƯƠNG DỌC CẦU

Thẳngđứng(kN)

Ngang(kN)

Momen(kNm)

Hệ sốvượttải

Thẳngđứng(kN)

Ngang(kN)

Momen(kNm)

Hoạt tải tiêu chuẩn

Têên tải trọng Tiêu chuẩn Tính toán

Thẳngđứng(KN) Ngang(KN) Momen(KNm) Hệ sốvượt

tải

Thẳngđứng(KN) Ngang(KN) Momen(KNm)

Hoạt tải tiêu chuẩn

XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC

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

Công thức tính toán :

PrPn

Cấu kiện cốt thép đai thường:

'0.8(0.85 (c g st) y st)

Pn f A  A  f A =0.8(0.85*11.5*10^3*(0.16-3.14*0.01^2) = 1794.52 (KN)

Pr = 0.75*1794.52 = 1345.89 (KN)

 Pr: Sức kháng lực dọc trục tính tốn hoặc khơng cĩ uốn (KN)

 Pn: Sức kháng lực dọc trục danh định cĩ hoặc khơng cĩ uốn (KN)

 f’c: Cường độ quy định của bê tơng ở tuổi 28 ngày(mpa)

 fy: Cường độ giới hạn quy định của thép (mpa)

 Ag: Diện tích nguyên của mặt cắt (mm2)

 Ast: Diện tích nguyên của cốt thép (mm2)

 qp: Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc

 qs: Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc

Công thức tính sức kháng đơn vị:

10.038 0.038 23 6.4 1000

13984( )0.4

b p

 D : chiều rộng hay đường kính cọc (mm)

 D b: Chiều sâu xuyên trong tầng chịu lực (mm)

3 Sức chịu tải thiết kế của cọc:

Sức chịu tải thiết kế của cọc lấy giá trị nhỏ hơn trong 2 giá trị là sức chịu tải của cọc theo đất nền và sức chịu tải của cọc theo vật liệu:

Số lượng cọc được tính theo công thức :

nc =

0

9519.431,5

1345.89

tt P

x P

Ptt :Sức chịu tải tính toán của cọc đơn

 chọn số cọc thiết kế là nc = 15 cọc

2)Bố trí cọc trong móng :

2.1)Bố trí cọc trong móng :

Các cọc được bố trí theo hình thức lưới ô vuông trên mặt bằng và hoàn toàn thẳng đứngtrên mặt đứng , với các thông số :

Tổng số cọc trong móng nc = 15 cọc

Số hàng cọc theo phương dọc cầu n =3 , khoảng cách tim các hàng cọc theo phương dọc cầu là a = 1.1m (ở mặt phẳng đáy bệ)

Số hàng cọc theo phương ngang cầu m = 5 , khoảng cách tim các hàng cọc theo phương ngang cầu là b = 1.2 m

Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng tới mép bệ theo phương ngang cầu là c1= 0.85m Phương dọc cầu là c2= 0.5m

Kích thước bệ cọc sau khi bố trí

MẶT BẰNG BỐ TRÍ CỌC

 Theo phương dọc cầu:

A=ax(n-1)+2x c1 = 110x(3-1) + 2x50 = 320 cm

 Theo phương ngang cầu:

B=bx(m-1)+2xc2=120(5 - 1) + 2x85 = 650 cm

Trong đó :

n=3 : số hàng cọc theo phương dọc cầu

m =5: số hàng cọc theo phương ngang cầu

c1=85cm: khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo phương ngang cầu

c2=50cm: khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo phương dọc cầu

a=110 cm: khoảng cách tim các hàng cọc theo phương dọc cầu

b=120 cm : khảng cách tim các hàng cọc thoe phương ngang cầu

KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THỨ NHẤT

1.Kiểm tra sức chịu tải của cọc :

1.1Tính nội lực đầu cọc :

Do bệ cọc nằm trên mặt đất ( so với cao độ mặt đất sau xói ) nên móng thuộc loại móng cọc bệ cao , tính toán nội lực đầu cọc theo phương pháp móng cọc bệ cao

 BƯỚC1:Tính chiều dài chịu nén và chiều dài chịu uốn của từng cọc

* Chiều dài chịu nén LN = L

L0 = 3.1 m : Khoảng cách từ đáy bệ tới mặt đất sau xói

L1 = 24.9m : Khoảng cách từ mặt đất sau xói tới mũi cọc

 LN = L = 28 m

* Chiều dài chịu uốn LM

Chọn  = 7

Do L1 = 24.9m > 2d = 2*7*0.4 = 5.6 m Nên LM = L0 + d = 3.1 + 7x0,4 = 5.9m

 BƯỚC 2:Tính toán hệ số của phương trình chính tắc

rik : phản lực trong liên kết i do chuyển vị đơn vị tại liên kết k gây ra

SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CỌC

Tính toán móng cọc bệ cao chịu tải trọng ngang và mômen uốn lớn vì vậy ta thiết kế móng cọc xiên với độ xiên (1:10 ) góc xiên  = 5.710 như hình vẽ

Ni

i

L

J E L

F

= 65088.47

rωω =  i i

Ni

i x L

F

Mi

i L

J E

F

Mi

i L

J

cos2

= 19285.76

 BƯỚC 3 : giải phương trình chính tắc :

Thay số vào hệ phương trình chính tắc ta có :

2291098.20 v = 9519.43

65088.47u + 19285.76 = 210

19285.76u + 2423942.31  = 3052Giải hệ ta được :

v = 0.004155 m

u = 0.00286 m  = 0.001236 m

 BƯỚC 4 : Tính nội lực từng cọc

Các cọc cùng 1 hàng theo phương dọc cầu đều có nội lực bằng nhau và được tính theo công thức sau :

* Lực dọc trục hàng thứ (i) tính theo công thức :

* Lực cắt của hàng thứ (i) tính theo công thức :

)sincos

sin(12

M

i i

i i i

M

i

L

EJ x

u v

i i i

M

i

L

EJ x

u v

L

)sincos

sin(

6

Kết quả tính toán nội lực trong móng

 BƯỚC 5 : Kiểm tra kết quả tính toán :

Công thức kiểm tra dựa trên nguyên tắc cân bằng tĩnh học

Ni cosi- Qisini= Ptt

1

Ni sini+ Qicosi= Hxtt

Ni xi cosi- Qixi sini - MT= M1tt

 Theo phương ngang cầu :

Ptt

1 = 9519.43 kN : tải trọng thẳng đứng tính toán theo phương dọc cầu

Hytt = 238 kN : tải trọng ngang tính toán theo phương dọc cầu

M1tt = 3519.6kNm : momen tính toán theo phương dọc cầu

u,v, : chuyển vị ngang , chuyển vị thẳng đứng , góc quay của bệ quang điểm O ( trọng tâm hệ toạ độ tính toán tại đáy bệ)

rik : phản lực trong liên kết i do chuyển vị đơn vị tại liên kết k gây ra

Tính các hệ số rik :

rvv =  i

Ni

i L

Ni

i

L

J E L

i Ni

i

L

J E x

J

cos

2 = - 148922.723

 BƯỚC 3 : giải phương trình chính tắc :

Thay số vào hệ phương trình chính tắc ta có :

 BƯỚC 4 : Tính nội lực từng cọc

Các cọc cùng 1 hàng theo phương dọc cầu đều có nội lực bằng nhau và được tính

* Lực dọc trục hàng thứ (i) tính theo công thức :

* Lực cắt của hàng thứ (i) tính theo công thức :

)sincos

sin(12

M

i i

i i i

M

i

L

EJ x

u v

i i i

M

i

L

EJ x

u v

L

)sincos

sin(

BƯỚC 5 : Kiểm tra kết quả tính toán :

Công thức kiểm tra dựa trên nguyên tắc cân bằng tĩnh học

Kết quả kiểm tra được tính trong bảng sau:

1.2Kiểm toán nội lực dọc trục :

Công thức kiểm toán nội lực dọc trục :

0 : sức chịu tải cọc theo đất nền

Nmax : Lực dọc trục lớn nhất

∆N : trọng lượng bản thân các cọc

1.3 Kiểm tra tải trọng ngang của cọc :

Sức kháng đỡ ngang của cọc đơn

Điều kiện kiểm tra : PrPu M ax(H ,H )

 Pr:Sức kháng đỡ ngang của cọc đơn

 Pu: Sức kháng đỡ tới hạn (danh định) của cọc đơn

  :Hệ số sức kháng ngang của cọc (=0.6)

Sức kháng đỡ tới hạn (danh định) của cọc đơn

Trường hợp đầu cọc bị ngàm và đất nên là đất dính

9 ui ( 1.5 )

Pui C  B L B

 C u: Cường độ chống cắt khơng thốt nước của đất

 B: Đường kính cọc hay chiều dài cạnh hình vuơng

 L: Chiều dài cọc ngập trong đất

Do khoảng cách giữa các cọc nhỏ hơn 5 lần đường kính hay cạnh cọc nên ta coi móng cọc như móng khối quy ước để kiểm toán lún :

1.Xác định tải trọng lún :

Gĩc mở quy đổi về mĩng tương đương:

0 1

2 4.8 0.4 2 28 16.45 21.73

2 2.2 0.4 2 28 16.45 19.13

tb tb

 tb: Gĩc mở quy đổi về mĩng tương đương

 A1: Chiều dài mĩng tương đương

 B1: Chiều rộng mĩng quy đổi

 A: khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theo chiều ngang cầu

 B: khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theo chiều dọc cầu

 l : Chiều dài cọc

 :Trọng lượng riêng của đất

2.Biểu đồ phân bố ứng suất dưới đáy móng khối quy ước :

Phân lớp đất dưới móng khối quy ước làm nhiều lớp phân tố :

2.1 tính toán ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất theo chiều sâu :

Công thức :



n i i

1



Trong đó :

bt : thành phần ứng suất có hiệu do trọng lượng bản thân các lớp đất gây ra tại điểm biên dưới của lớp đất phân tố thứ i

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

hi bề dày lớp đất thứ i

n : số lớp đất tính từ mặt đất sau xói đến điểm cần tính ứng suất Để vẽ được biểu đồ ứng suất do tải trọng bản thân của đất dưới đáy móng , ta tính ứng suất tại một số điểm đặc biệt , đó là các điểm biên trên và biên dưới của mỗi lớp đất tự nhiên , điểm mũi cọc , riêng với tầng đất nằn dưới móng khối quy ước ta

tính ứng suất tại các điểm biên trên và biên dưới của móng khối quy ước Kết quả như bảng sau :

Bảng tính ứng suất do tải trọng bản thân của đất

zi : ứng suất gia tăng do tải trọng gây lún gây ra ở điểm thứ i

p : áp lực gây lún tại đáy móng khối quy ước

Ki : hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại móng

Tính ứng suất gia tăng do tải trọng gây lún gây ra tại các điểm tương ứng với các điểm trong lớp dưới móng khối quy ước như trong bảng tính ứng suất do trọng lượng bản thân

Bảng tính :ứng suất phụ thêm tại một số điểm dưới móng khối

Biểu đồ phân bố ứng suất

2.3 Chiều sâu tính lún :

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

Kết quả tính lún được trình bày ở bảng sau :

điểm

us trung

Ta có:U=u+Htru+tru  0.5 L cm

=0.66+0.048x9.2=1.1016<3.22 cm (Theo phương ngang cầu)

 ĐẠT

TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO CỌC VÀ BỆ CỌC

1.Tính toán và bố trí cốt thép cho cọc :

Tổng chiều dài cọc là 29m , sẽ được chia làm 3 đốt có các chiều dài tương ứng là

10m+10m+9m Việc tính toán cốt thép cho giai đoạn thi công cẩu và treo các đốt cọc

Chọn đốt có chiều dài 10m để tính

1.1Tính momen theo sơ đồ 1 :