Đồ án Thiết kế móng cọc ma sát bằng BTCT cho công trình cầu và lấy lớp đất số 3 làm tầng tựa cọc

 Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tới mép gần nhấtcủa móng phải lớn hơn 225mm. Khoảng cách tim đến tim các cọc không đợc nhỏ hơn 750mmhoặc 2.5 lần đờng kính hay bề rộng cọc, c

PHẦN I BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

I Đặc điểm địa chất khu vực xây dựng

 Lớp I: Sét có màu xám vàng, nâu đỏ

Trạng thái nửa cứng

- Lớp I có N=26 nhưng bề dày nhỏ(2.5m), lớp II đất ở trạng thái dẻomềm

- Lớp III là đất tốt có trị SPT và sức chịu tải cao

 Kiến nghị:

- Với các đặc điểm địa chất ở đây nên sử dụng giải pháp bằng móngcọc ma sát bằng BTCT cho công trình cầu và lấy lớp đất số III làmtầng tựa cọc

- Nên để cọc ngập sâu vào lớp đất số III để tận dụng khả năng chịu

ma sát của cọc

PHẦN II THIẾT KẾ KỸ THUẬT

SÐt nöa cøng

SÐt pha deo mÒm

I Lựa chọn kích thước công trình và bố trí cọc trong móng

1.1 Lựa chọn kích thước và cao độ bệ móng, mũi cọc

Vị trí xây dựng trụ cầu ở xa bờ và phải đảm bảo thôngthuyền và sự thay đổi mực nớc giữa MNCN và MNTN là tơng đốicao Xét cả điều kiện mỹ quan trên sông, ta chọn các giá trị cao

 Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thớc là0.45x0.45m; đợc đóng vào lớp số III lớp sét pha trạng thái cứng

 Cao độ mũi cọc là -28.50m Nh vậy cọc đợc đóng vào tronglớp đất số III chiều dày là 8.7m

 Chiều dài của cọc (Lc) đợc xác định nh sau:

Lc = CĐĐB - Hb - CĐMC

Lc = 2.5 - 2 - (- 28.50) = 29 m

2.1.1 TÝnh chiÒu cao th©n trô

ChiÒu cao th©n trô Htr:

MNTN

MNCN Cao độ đỉnh trụ

2.2 Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN

Các tổ hợp tải trọng đề bài ra nh sau:

- Hoạt tải nằm ngang kN 140

= 1.75

Tĩnh tải : n = 1.25

bt = 24,50 kN/m3 : Trọng lợng riêng của bê tông

n = 9,81 kN/m3 : Trọng lợng riêng của nớc

2.2.1 Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHSD

 Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu:

= 4300 + (7000 + 24.50x32.27) - 9.81x2.54 =12065.70 kN

 Tải trọng ngang tiêu chuẩn dọc cầu:

= Ho = 140 kN

 Mômen tiêu chuẩn dọc cầu:

2.2.2 Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHCĐ

 Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu

= 1.75x4300 + 1.25x(7000 + 24.50x32.27) 9.81x2.54

= 17238.35 kN

 Tải trọng ngang tính toán dọc cầu:

 Mômen tính toán dọc cầu:

17238.35

III Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc

3.1 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P R

Dïng cèt ®ai thêng, ta cã: PR =xPn=x0.8x{0.85x x(Ag - Ast) +

= 3925422.78 N 3925.23KN.

Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: QR =

trong đất sét với ta có:

Sau khi đóng cọc xong thì đo sóng ứng suất cho 2% đến 5% sốcọc và dùng tải trọng tĩnh để kiểm tra khả năng chịu tải

Theo phơng pháp , sức kháng đơn vị thân cọc qs nh sau:

Trong đó:

Su: Cờng độ kháng cắt không thoát nớc trung bình (Mpa), Su =

Cuu

đợc tra bảng theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05

đất(m)

Chiềudàylớp

đất(m)

Chuvicọc(m)

Cờng độkhángcắt

Su

(MPa)

Hệ sốkếtdính

 Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tới mép gần nhấtcủa móng phải lớn hơn 225mm.

 Khoảng cách tim đến tim các cọc không đợc nhỏ hơn 750mmhoặc 2.5 lần đờng kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn.Với n = 35 cọc đợc bố trí theo dạng lới ô vuông trên mặt bằng và

Trong đó : a = 2300mm.

Thể tích bệ là: Vb = 8200x5800x2000 = 95.12x109mm3 = 95.12m3

4.3 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ

4.3.1 Trạng thái giới hạn sử dụng

Tải trọng ngang kN 140 245

V kiểm toán theo trạng thái giới hạn cờng độ i

5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

5.1.1 Tính nội lực tác dụng đầu cọc

Khai bỏo cỏc thụng số, chạy chương trỡnh, được kết quả như sau:

Sử dụng chơng trình FB - PIER V3 ta tính đợc nội lực của cọc nhsau:

**********************************************

***** Final Maximums for all load cases *****

**********************************************

Result Type Value Load Comb Pile

*** Maximum pile forces ***

Max shear in 2 direction 0.7229E+01 KN 1 0 20

Max shear in 3 direction 0.2377E+00 KN 1 0 33

Max moment about 2 axis 0.2496E+00 KN-M 1 0 33

Max moment about 3 axis -0.5415E+01 KN-M 1 0 18

Max axial force -0.6032E+03 KN 1 0 16

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

Max demand/capacity ratio 0.2614E+00 1 0 18

Do đó: Nmax = 603.2 KN, vậy lấy giỏ trị lớn hơn là Nmax = 603.2 KN để kiểm toỏn

5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

5.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc

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

Trong đó :

VC : Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số VC =12554.53 (kN)

QR : Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc

Các hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc Ta có:

định nh sau

Do vậy sau khi xói lở, đáy bệ không tiếp xúc chặt chẽ với đất,

đất trên bề mặt là mềm yếu, khi đó khả năng chịu tải riêng rẽ củatừng cọc phải đợc nhân với hệ số hữu hiệu, lấy nh sau :

=0.65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2.5 lần đờng kính

=1.00 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đờng kính

Sức kháng đỡ của phá hoại khối đợc xác theo công thức:

VI.KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG

6.1 Xác định độ lún ổn định

6.1.1 Xác định ứng suất có hiệu do trọng lợng bản thân các lớp đất theo chiều sâu

Với mục đích tính toán độ lún của nhóm cọc, tải trọng đợc giả

định tác động lên móng tơng đơng đặt tại 2/3 độ sâu chôn cọc

móng tơng đơng nh hình vẽ

Ta có: Db = ( -2.20 ) - ( -28.50 ) = 26.30 m 2Db/3 = 17.53 m.

Nh vậy móng tơng đơng nằm trong lớp III, cách đỉnh lớp III là0.43m.Lớp đất tớnh lỳn chỉ cú lớp thứ III

34567891011

ứng suất có hiệu do trọng lợng bản thân các lớp đất theo chiều sâu

đợc xác định nh sau: =

Trong đó : : ứng suất tổng

: Áỏp lực nớc lỗ rỗng ứng với MNTN = 2.0m

i Z

(m)

ứng suÊt (KN/m2)ưng suÊt tæng

áp lùcníc lçrçng

311.27

6.1.2 Xác định ứng suất gia tăng do tải trọng ở trạng thái giới hạn sử dụng gây ra

Độ tăng ứng suất có hiệu do tải trọng ở trạng thái sử dụng gây

Ta tớnh và tại điểm giữa lớp đất cần tớnh lỳn cỏch múng tương đương 7.135m:

6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc

Cỏch 1: Kết quả từ cỏch tớnh theo múng cọc bệ cao:

 Theo phương ngang cầu: ngang= 0.00 mm  38mm

Cách 2 : Sử dụng phần mền tính toán nền móng FB-PIER ta tính

đợc chuyển vị theo các phơng dọc cầu (X), phơng ngang cầu (Y),phơng thẳng đứng (Z) tại vị trí đầu mỗi cọc nh sau :

*** Maximum pile head displacements ***

Max displacement in axial 0.1508E-01 M 1 0 16

Max displacement in x 0.1748E-01 M 1 0 18

Max displacement in y -0.1117E-05 M 1 0 1

Chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cọc là:

 Theo phơng ngang cầu: y = 0.1117x10-5m = 0.0011 <

VII cờng 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 làchiều dài đúc cọc : L = 29 (m) Đợc chia thành 3 đốt, 3 đốt cóchiều dài Ld = 10 (m) Ta đi tính toán và bố trí cho từng đốt cọc

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

Mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2))

Trong đó:

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

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

7.1.1.1 Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài L d = 9 m

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

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

1.8

10.04

8.048.04

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(1)= 10.04 KN.m

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

Móc đợc đặt cách đầu cọc một đoạn

b = 0.294Ld = 0.294 x 9 = 2.646 (m)

Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :

6.3542.646

17.36

16.35

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

Mmax(2)= 17.36 KN.m

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

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) ) = max(10.04; 17.36) = 17.36 KN.m

7.1.1.2 Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài L d = 10 m

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

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

Trọng lợng bản thân cọc đợc xem nh tải trọng phân bố đều trên cảchiều dài đoạn cọc

q1 = bt.A = 24,5*0,452 = 4,96 (KN/m)

Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :

2 6

2

12.4

9.92 9.92

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(1)= 12.4KN.m

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

Móc đợc đặt cách đầu cọc một đoạn

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

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) ) = 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

nh hình vẽ :

2@175=350 450 50

x (MPa)

 Tính duyệt khả năng chịu lực

Nhận xét : Do cốt thép đợc bố trí đối xứng,mặt khác ta đã biết bêtông có cờng độ chịu kéo nhỏ hơn nhiều so với cờng độ chịu nénvì vậy trục trung hòa lệch về phía trên trục đối xứng

 Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo

Phơng trình cân bằng nội lực theo phơng trục dầm :

Trong đó :

As1và As2 : Diện tích cốt thép chịu kéo (mm2)

: Cờng độ chịu nén của bê tông (Mpa), = 30 (Mpa)

fy : Cờng độ chảy của côt thép, fy = 420 (Mpa)

a : Chiều cao vùng nén tơng đơng

d : Đờng kính cọc, d = 450 (mm)

E : Mô đun đàn hồi của cốt thép,

Chiều cao vùng nén tơng đơng đợc xác định theo công thức :

Do f’c =28 MPa 1 = 0,85

Vị trí của trục trung hòa đợc xác định :

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

Vậy tất cả các cốt thép đều chảy Giả thiết là đúng

 Mô men kháng uốn danh định là :

7.2 Bố trí cốt thép đai cho cọc

Do cọc chủ yếu chịu nén, chịu cắt nhỏ nên không cần duyệt về ờng độ của cốt thép đai Vì vậy cốt thép đai đợc bố trí theo yêucầu về cấu tạo

c- Đầu mỗi cọc ta bố trí với bớc cốt đai là 50 mm trên một chiều dàilà: 1350 mm

 Tiếp theo ta bố trí với bớc cốt thép đai là 100 mm trên một chiềudài là:1100mm

 Đoạn còn lại của mỗi đoạn cọc (phần giữa đoạn cọc) bố trí vớibớc cốt đai là : 150 mm

7.3 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc

Cốt thép mũi cọc có đờng kính 40, với chiều dài 700 mm

Đoạn nhô ra khỏi mũi cọc là 50 mm

7.4 Lới cốt thép đầu cọc

Ở đầu cọc bố trí một số lới cốt thép đầu cọc có đờng kính 6

mm ,với mắt lới a = 50 50mm Lới đợc bố trí nhằm đảm bảo cho bêtông cọc không bị phá hoại do chịu ứng suất cục bộ trong quá trình

đóng cọc

7.5 Vành đai thép đầu cọc

Đầu cọc đợc bọc bằng một vành đai thép bằng thép bản cóchiều dày = 10 mm nhằm mục đích bảo vệ bê tông đầu cọckhông bị hỏng khi đóng cọc và ngoài ra còn có tác dụng để hànnối các đốt cọc trong khi thi công với nhau

7.6 Cốt thép móc cẩu

Cốt thép móc cẩu đợc chọn có đờng kính 22 Do cốt thép bốtrí trong cọc rất thừa vì vậy ta có thể sử dụng luôn cốt thép móccẩu làm móc treo khi đó ta không cần phải làm móc thứ 3 tạo điềukiện thuận lợi cho việc thi công và để cọc trong bãi

Khoảng cách từ đầu mỗi đoạn cọc đến mỗi móc neo làa=2m=2000mm

VIII.TÍNH MỐI NỐI THI CễNG CỌC

Ta sử dụng mối nối hàn để nối các đoạn cọc lại với nhau Mối nốiphải đảm bảo cờng độ mối nối tơng đơng hoặc lớn hơn cờng độcọc tại tiết diện có mối nối

Để nối các đốt cọc lại với nhau ta sử dụng 4 thép góc L-100 100

12 táp vào 4 góc của cọc rồi sử dụng đờng hàn để liên kết hai đầucọc Ngoài ra để tăng thêm an toàn cho mối nối ta sử dụng thêm 4thép bản 500x100x10mm đợc táp vào khoảng giữa hai thép góc

để tăng chiều dài hàn nối.

`