ĐỒ án nền MÓNG NGUYỄN văn NGÂN cầu ĐƯỜNG PHÁP k47

Các đốt cọc sẽ được nối với nhaubằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc.2.. Với n = 24 cọc được bố trí theo dạng lưới ô vuông trên mặt bằng và được bốtrí thẳng đứng trên mặt đứng, với

1 Cấu trúc địa chất khu vực xây dựng.

Mô tả sơ bộ cấu tạo địa chất khu vực:

Tại lỗ khoan BH1, khoan xuống cao độ là - 34m, gặp 3 lớp đất như sau:

 Lớp 1:

Lớp 1 là lớp bùn sét, có màu xám, xám đen, lẫn hữu cơ Chiều dày của lớp xácđịnh được ở BH1 là 5.30 m, cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là -5.30 m Lớpđất có độ ẩm W = 59.1%, độ bão hòa Sr = 98.4% Lớp đất ở trạng thái chảy, có độsệt IL = 1.14

PHẦN II THIẾT KẾ KĨ THUẬT

Nguyễn Văn Ngân

1 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.

1.1.1 Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT).

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

Cao độ đỉnh trụ CĐĐT chọn như sau: max 1 0 3m.

H MNTT

m MNCN

Trong đó:

+ MNCN: Mực nước cao nhất, MNCN = 4.5 m

+ MNTT: Mực nước thông thuyền

+ H : Chiều cao thông thuyền, tt

Ở đây theo số liệu cho thì sông không thông thuyền

1.1.4 Chọn kích thước và cao độ mũi cọc.

 Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thước là 0.45x0.45m; đượcđóng vào lớp số 3 là lớp sét ở trạng thái nửa cứng Ngoài ra mũi cọc được đặt vàotrong lớp đất chịu lực tối thiểu là 5d

Vậy, chọn cao độ mũi cọc là - 24.00m

Như vậy cọc được đóng vào trong lớp đất 3 có chiều sâu là 3.3m

 Chiều dài của cọc (Lc) được xác định như sau:

 Kiểm tra: 51 11 70

45 0

=

d

L c

=> Thoả mãn yêu cầu về độ mảnh

 Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: Lcd = Lc + 1m = 23 + 1m = 24 m Cọc được tổhợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 24 m = 3x8m Như vậy hai đốt thân

Nguyễn Văn Ngân

-1.00(C§§AB) 0.00

cọc chiều dài là 8m và đốt mũi có chiều dài 8m Các đốt cọc sẽ được nối với nhaubằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc.

2 Lập tổ hợp tải trọng tác tại đỉnh bệ với MNTN

2.1 Tính toán thể tích trụ

2.1.1 Tính chiều cao thân trụ

Chiều cao thân trụ Htr:

Htr = CĐĐT - CĐĐB - CDMT

Htr = 5.2 – 1.0 - 1.4 = 2.8 m

Trong đó: Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 5.2 m

Cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = + 1.0 mChiều dày mũ trụ: CDMT = 0.8 + 0.6 = 1.4m

2.1.2 Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc).

NGANG CÇU DäC CÇU

150 800

170

25 120 25

Hình 3: Phân chia tính thể tích trụ

Thể tích trụ toàn phần Vtr:

Vtr = V1 + V2 + V3 = =

8 2 ) 2 1 ) 2 1 5 4 ( 4

2 1 ( 6 0 7 1 2

) 2 25 0 5 4 8 ( 8 0 7 1

3

CĐĐB = +1.0 m: Cao độ đỉnh bệ.

Str: Diện tích mặt cắt ngang thân trụ, m2

2.2 Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN

Tiến hành Tính các tải trọng: thẳng đứng lực ngang và mômen đối với mặt cắt

đỉnh bệ ứng với mặt cắt tự nhiên Đề bài đã cho ta Tải trọng ở TTGHSD ta phảitiếp tục tính ở TTGHCĐ

Bảng 1: Tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN

o t

N - Tĩnh tải thẳng đứng kN 4500

o h

N - Hoạt tải thẳng đứng kN 2800

h

H - Hoạt tải nằm ngang kN 110

o

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

2.2.1 Tổ hợp tải trọng theo phương dọc ở TTSD.

 Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu: Ntt

tn n tr bt

o t

o h

 Tải trọng ngang tiêu chuẩn dọc cầu:

Htc = Ho = 110 kN

 Mômen tiêu chuẩn dọc cầu:

× +

h o

tc M H

) 0 1 2 5 ( 110

=

tc

2.2.2 Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHCĐ

 Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu

tn n tr bt

o t

o h

N = 1 75 × + 1 25 × ( + γ × ) − γ ×

09 5 81 9 ) 76 31 50 24 4500 ( 25 1 2800 75

.

=

tt N

×

h o

M 1 75 1 75 (CĐĐT – CĐĐB)

) 0 1 2 5 ( 110 75 1 500 75

3 Xác định sức kháng nén dọc trục của cọc đơn

3.1 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu

Chọn vật liệu

+ Cọc bê tông cốt thép

+ Tiết diện của cọc hình vuông: 0.45m x 0.45m

+ Bê tông có fc' = 28MPa

+ Thép ASTM A615, có f = 420 MPay

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

'

c

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

f : Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép (MPa).y

Ag : Diện tích mặt cắt nguyên của cọc, Ag = 450x450 = 202500mm2

Ast: Diện tích cốt thép, Ast= 8x387=3096mm2

Nguyễn Văn Ngân

Trong đó: Qp: Sức kháng mũi cọc (MPa)

qp: Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa)

Qs: Sức kháng thân cọc (MPa)

qs: Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa)

Ap: Diện tích mũi cọc ( mm2 )

As: Diện tích bề mặt thân cọc ( mm2 )

ϕqp : Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc.

ϕqs : Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc.

Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa), Su = Cuu

α : Hệ số kết dính phụ thuộc vào Su và tỷ số Db/D và hệ số dính được trabảng theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 Hình 10.7.3.3.2a-1

Ở đó Db là chiều sâu cọc trong lớp đất chịu lực, D: đường kính cọc

Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định α của API như sau :

- Nếu Su ≤ 25 Kpa ⇒α =1.0

- Nếu 25 Kpa < Su < 75 Kpa ⇒α= −  50−KPa 

KPa25S

5.0

- Nếu Su ≥75 Kpa ⇒α=0.5

 Lớp 1:

Ta có: Su= 15.7 kN/m2= 15.7 kPa = 0.0157 MPa

1 3 2 2 3 5 3

1

Su= 15.7 kN/m2 ≤ 25 Kpa ⇒α=1.0

 Lớp 2:

Ta có: Su= 34.7 kN/m2= 34.7 kPa = 0.0347MPa

Sử dụng phương pháp tra biểu đồ:

Ta thấy cấu tạo địa chất gần giống sơ đồ 2 do đó ta sẽ sử dụng sơ đồ 2:

Với chiều sâu Db tính từ đỉnh lớp 2 hay: Db =15.4m

22 34 45

0

4

KPa25S

5

0

1 u  α= −  50− =

25 7 34 5 0

Tra sơ đồ 2, với chiều sâu Db tính từ đỉnh lớp 2 hay: Db=25-5.3=18.7m

56 41 45

0

7

KPa25S

5

0

1 u  α= −  50− =

25 9 48 5 0

Nguyễn Văn Ngân

Cường độkhángcắt: Su

(N/mm2)

Hệ sốkết dính

Lớp 2 20.70 15400 0,0347 0.83 0,028801 798363,72Lớp 3 34.00 3300 0,0489 0.76 0,037164 220754,16Sức kháng thân cọc như sau:

QS= 87606 + 798363,72 + 220754,16 = 1106723.88 N

3.2.2 Sức kháng mũi cọc Q p

Sức khángđơn vị mũi cọc trong đất sét bão hòa qp xác định như sau: qp = 9.Su

Trong đó: Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa), Su = Cuu

Mũi cọc đặt tại lớp 3 có: Su= 48.9 kN/m2= 0.0489 Mpa

Tiêu chuẩn 22TCN 272 – 05 quy định:

 Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tới mép gần nhất của móng phảilớn hơn 225mm

 Khoảng cách tim đến tim các cọc không được nhỏ hơn 750mm hoặc 2.5 lầnđường kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn

Với n = 24 cọc được bố trí theo dạng lưới ô vuông trên mặt bằng và được bốtrí thẳng đứng trên mặt đứng, với các thông số :

+ Số hàng cọc theo phương dọc cầu là 6 Khoảng cách tìm các hàng cọc theophương dọc cầu là 1200 mm

+ Số hàng cọc theo phương ngang cầu là 4 Khoảng cách tim các hàng cọctheo phương ngang cầu là 1200 mm

+ Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả hai phương dọccầu và ngang cầu là 500 mm

Nguyễn Văn Ngân

-1.00(C§§AB) 0.00

N H

x y

Hy x

M N H

y x

Hình 6 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ

§ C

5 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ I

5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn

5.1.1 Tính nội lực tác dụng lên đầu cọc

Cách 2: Tính theo chương trình FB-Pier

Khai báo các thông số, chạy chương trình, được kết quả như sau:

Do đó: Nmax = 547.5 KN, vậy lấy giá trị lớn hơn là Nmax = 547.5 KN để kiểm toán

Hình 7 Biểu đồ nội lực cọc trong Fb-pier

5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn

Nguyễn Văn Ngân

Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn:

Nmax + ∆N ≤ Ptt

Trong đó:

Ptt: Sức kháng tính toán chịu nén của cọc đơn

Nmax: Nội lực tác dụng lớn nhất lên một cọc, Nmax = 547.5 KN

∆N: Trọng lượng bản thân cọc

Ta có: ∆N = 0.45 x 0.45 x 24 x 24.5= 119.07 KN

Kiểm toán:

N max + ∆N = 547.5 + 119.07 = 666.57 kN ≤ P tt = 669.67 kN => Đạt

5.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc

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

g g R

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 của từng cọc phải được nhân với hệ

số hữu hiệu, lấy như sau:

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 bằng 2.67

450

1200

= lần đường kính cọc do đó tanội suy h :

( ) (1 0.65) 0.653

45.05.245.06

45.05.22.165

.065.01d5.2d6

d5.22.165

=

−

−

−+

8.21

05.42.01(5.7)2,01.(

5

S : Cường độ chịu cắt không thoát nước trung bình dọc theo chiều sâu của cọc

Nguyễn Văn Ngân

S U 0.034MPa

3.34.151.3

3.30489.04.150347.01.30157.0

=+

+

×+

×+

6 Kiểm toán móng theo TTGHSD

Hình 9 Mô hình quy đổi sang móng tương đương

Db là tính từ lớp đất chịu lực, theo tài liệu khảo sát địa chất lớp 1 là lớp xấu, chỉ

Lớp đất tính lún ở bên dưới móng tương đương, có chiều dày như hình vẽ

Nguyễn Văn Ngân

Bảng 5: Ứng suất có hiệu các điểm do trọng lượng bản thân

i Z

∆ =

Zi+1-Zi

(m)

Ứng suất (KN/m2)Ứng suất tổng

Áp lựcnước lỗrỗng

w n u Z

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 tại giữa lớp đất do tải trọng ở trạng thái sử dụng gây

ra được xác định theo công thức sau :

Nguyễn Văn Ngân

++

=σ

∆ : Độ tăng ứng suất có hiệu tại giữa lớp đất do tải trọng ngoài gây ra

V: Tải trọng thẳng đứng theo trạng thái giới hạn sử dụng, V = 9136.40KN

Bg: Chiều rộng trên mặt bằng của nhóm cọc (=X)

Lg: Chiều dài trên mặt bằng của nhóm cọc (=Y)

Zi : Khoảng cách từ vị trí 2Db/3 đến trọng tâm lớp đất cần tính lún

'

Bảng 6: Ứng suất có hiệu các điểm do tải trọng ở TTGHSD

Hc: Chiều cao của lớp đất chịu nén Hc = 13.93m

e0: Tỉ số rỗng tại ứng suất thẳng đứng hữu hiệu ban đầu

Hình 12: Đường cong nén cố kết điển hình đối với đất nền quá cố kết-Quan

hệ biến dạng thẳng đứng với ứng suất thẳng đứng hữu hiệu EPRI (1983)

f c

6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc

Cách 1: Kết quả từ cách tính theo móng cọc bệ cao:

• Theo phương ngang cầu: ∆ngang= 0.00 mm ≤ 38mm

• Theo phương dọc cầu: ∆dọc = 0.005 m = 5 mm ≤ 38mm

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

vị theo các phương dọc cầu (X), phương ngang cầu (Y), phương thẳng đứng (Z) tại

vị trí đầu mỗi cọc như sau :

Chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cọc là:

• Theo phương ngang cầu: ∆x= 0.3876 10-5 m = 0.39.10-2 mm ≤ 38mm

• Theo phương dọc cầu: ∆x = 0.2301 10-2 m = 2.301 mm ≤ 38mm

Vậy đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang

7 cường 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 là chiều dài đúc cọc :

L = 24 (m) Được chia thành 3 đốt, mỗi đốt có chiều dài Ld = 8 m Ta đi tính toán

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

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

 Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài L d = 8 m

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

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

Trọng lượng bản thân cọc được xem như tải trọng phân bố đều trên cả chiều dàiđoạn cọc

q1 = gbt.A = 24,5 x 0,452 = 4,96 (kN/m)

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

Hình 13 Tính toán cọc theo sơ đồ cẩu cọc

Nguyễn Văn Ngân

1,6 m8

x2.0L

2

1,6 4,8

1,6

7.94

6.35 6.35

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(1)= 7.94 kN.m

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

Móc được đặt cách đầu cọc một đoạn:

0.294Ld = 0.294 x 10 = 2.94(m)

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

Hình 14 Tính toán cọc theo sơ đồ treo cọc

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

Mmax(2)= 13.72 KN.m

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

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) )= max(7.94; 13.72) = 13.72 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

Gồm 8Φ22 có fy = 420 MPa được bố trí trên mặt cắt ngang của cọc như hình vẽ :

5.648 2.352

13.72

12.92

2@175=350 450 50

• Kiểm tra bê tông có bị nứt hay không trong quá trình cẩu và treo cọc

+) Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông là :

)MPa(334.32863

.0'f63

ct g

f

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

• Tính duyệt khả năng chịu lực

Nhận xét : Do cốt thép được bố trí đối xứng, mặt khác ta đã biết bê tông có cường

độ chịu kéo nhỏ hơn nhiều so với cường độ chịu nén vì vậy trục trung hòa lệch vềphía trên trục đối xứng

+ Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo ⇒ fs' =fs =fy

Phương trình cân bằng nội lực theo phương trục dầm :

y

' s

' c y

2 s y 1

s f A f 0.85a.d.f A f

Nguyễn Văn Ngân

)mm(774387

x2

fy : Cường độ chảy của côt thép, fy = 420 (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 :

mm35.3028

x450x85.0

420x)1161774

1161(f

.d.85.0

fAfAfA

c y

' s y 2 s y 1

35.30a

' s '

s

E

fc

dc003

=ε

s

y y 1

s 1

fc

cd003

=ε

s

y y 2

s 2

s

E

fc

cd003

=ε

3 5

s

y y

'

10x2

420E

=

=

=ε

=

ε

3 '

71.35

5071.35003

=

ε

03.071

.35

)71.35400(003.0

1

ε

016.071

.35

)71.35225(003.0

2

ε

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

+ Mô men kháng uốn danh định là :

s 1 s y

' s 2

s 1 s y 2 s 1

s

' c

2

adf.d

35.3040028x450x35.30x

71.35

387x8bxd

2803.0f

'f03,0

+ Đầu mỗi cọc ta bố trí với bước cốt đai là 50 mm trên một chiều dài là: 750 mm

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

Nguyễn Văn Ngân

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

là : 150 mm

7.3 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc

Cốt thép mũi cọc có đường kính Φ40, với chiều dài 100 mm

Đoạn nhô ra khỏi mũi cọc là 50 mm

Đầu cọc được bọc bằng một vành đai thép bằng thép bản có chiều dày δ

=10mm nhằm mục đích bảo vệ bê tông đầu cọc không bị hỏng khi đóng cọc và

ngoài ra còn có tác dụng để hàn nối các đốt cọc trong khi thi công với nhau

7.6 Cốt thép móc cẩu

Cốt thép móc cẩu được chọn có đường kính Φ22 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 takhông cần phải làm móc thứ 3 tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công và để cọctrong bãi

Khoảng cách từ đầu mỗi đoạn cọc đến mỗi móc neo là a = 1.6 m = 1600 mm

8 Tính mối nối thi công cọc

Ta sử dụng mối nối hàn để nối các đoạn cọc lại với nhau Mối nối phải đảm bảocường độ mối nối tương đương hoặc lớn hơn cường độ cọc 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 đường hàn để liên kết hai đầu cọc (đối với cọc đặc, vuông

ta thường sử dụng mối nối hàn; đối với cọc tròn, ống ta thường sử dụng mối nối bulông) Ngoài ra để tăng thêm an toàn cho mối nối ta sử dụng thêm 4 thép bản500x100x10mm được táp vào khoảng giữa hai thép góc để tăng chiều dài hàn nối

Nguyễn Văn Ngân