Đồ án nền móng

• Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là lớn, địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 8.20m và không phải là tầng đá gốc, nên chọn giải pháp móng là

THIẾT KẾ MễN HỌC NỀN VÀ MểNG

Giỏo viờn hướng dẫn: Nguyễn Đức Hạnh

Sinh viờn : Nguyễn Văn Vĩ

Lớp : Cầu đường Anh Khúa 47

Mó SV : 0617421

Đề bài : 9-8-3

PHầN I

Báo cáo khảo sát địa chất công trình

I Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất

Các ký hiệu sử dụng trong tính toán:

Lớp 1 là lớp cát xám , xám đen, kết cấu rời rạc Chiều dày của lớp xác định đợc

ở BH3 là 4.30m, cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là -4.30m Chiều sâu xói của lớp đất này là 1.70m

Lớp thứ 4 gặp ở BH3 là lớp cát hạt trung, màu xám, kết cấu rất chặt, phân bố

d-ới lớp 3 Chiều dày của lớp là 3.0 m, cao độ mặt lớp là -37.0 m, cao độ đáy lớp là -40.0m

C¸t h¹t trung, mµu x¸m, kÕt cÊu rÊt chÆt.

I Lựa chọn kích thớc công trình 1.1 Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc

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

HMNTT

m1MNCNmax

=> Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = 2.0 - 2.0 = 0 m

Vậy chọn các thông số thiết kế nh sau:

• Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là lớn,

địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 8.20m và không phải là tầng đá gốc, nên chọn giải pháp móng là móng cọc ma sát BTCT

đóng vào lớp số 3 là lớp cát hạt nhỏ, kết cấu chặt vừa Cao độ mũi cọc là -31.0m

Nh vậy cọc đợc đóng vào trong lớp đất số 3 có chiều dày là 22.80m

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

ợc nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc

II Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế

2.1 Trọng lợng bản thân trụ

2.1.1 Tính chiều cao thân trụ

Chiều cao thân trụ Htr:

2.1.2 Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc)

MNTN

MNCN Cao độ đỉnh trụ

2.1x(6.0x7.12

)2x25.05.48(8.0x7.1x

8

2

+

π++

++

Trongđó:

MNTN = 2.8 m : Mực nớc thấp nhất

CĐĐB = 2.0 m : Cao độ đỉnh bệ

2.2 Lập cỏc tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN

Các tổ hợp tải trọng đề bài ra nh sau:

o t

o h

o h

Hệ số tải trọng: Hoạt tải : n = 1.75

Tĩnh tải : n = 1.25

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

2.2.1 Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHSD

 Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu:

tn n tr bt

o t

o h

 Mômen tiêu chuẩn dọc cầu:

)B

Đ

ĐCT

Đ

ĐC(xHM

h o SD

= 1500 130 (9.6 2.0) + x − = 2488 kN.m

2.2.2 Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHCĐ

 Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu

tn n tr bt

o t

o h

Đ C

= 1.75x5100 + 1.25x(8200 + 24.50x49.07) - 9.81x4.07 = 20637.84 kN

 Tải trọng ngang tính toán dọc cầu:

Đ C 1

H = 1.75xHoh = 1.75x130 =227.5 kN

 Mômen tính toán dọc cầu:

)B

Đ

ĐCT

Đ

ĐC(xxH75.1xM75.1

h o

Đ C

3.1 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P R

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

'

c

f : Cờng 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

Vậy: PR = 0.75x0.8x{0.85x28x(202500 - 3096) + 420x3096}

3.2 Sức kháng nén dọc trục theo đất nền Q R

Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: QR = ϕqpQp +ϕqsQs

ϕ trong đất sét với λv =0.8 ta có: ϕqs =0.56

ϕqs =0.45λv trong đất cát với λv =0.8 ta có: ϕqs =0.36

ϕq =0.45λv trong đất cát với λv =0.8 ta có: ϕq =0.36

Do thân cọc ngàm trong 3 lớp đất, có cả lớp đất dính và lớp đất rời, nên ta tính

Qs theo hai phơng pháp:

Đối với lớp đất cát: Tính theo phơng pháp SPT

Đối với lớp đất sét: Tính theo phơng pháp α

 Đối với lớp đất sét:

Theo phơng pháp α, sức kháng đơn vị thân cọc qs nh sau: qs =αSu

Trong đó:

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

α : Hệ số kết dính phụ thuộc vào Su và tỷ số

D

Db

và hệ số dính đợc tra bảng theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05.

Chiều dày(m)

Chuvi(m)

Cờng độ kháng cắt

Su(N/mm2)

Hệ số

α

qS(N/mm2)

Qs(kN)

 Đối với lớp đất cát: Sức kháng thân cọc Qs nh sau:

Qs = qs x As và qs = 0.0019 NTrong đó : As : Diện tích bề mặt thân cọc (mm2)

N : Số đếm búa SPT trung bình dọc theo thân cọc (búa/300mm)

Chuvi(m)

Chỉ số SPT

Chỉ số SPT trung bình

s

q 10-3

6 (mm2)

v 10

D : Chiều rộng hay đờng kính cọc (mm)

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

ql : Sức kháng điểm giới hạn (MPa)

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

Số lợng cọc n đợc xác định nh sau:

ttP

4.2 Bố trí cọc trong móng

4.2.1 Bố trí cọc trên mặt bằng

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 đợc nhỏ hơn 750mm hoặc 2.5 lần ờng kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn

đ-Với n = 28 cọc đợc bố trí theo dạng lới ô vuông trên mặt bằng và đợc bố trí thẳng đứng trên mặt đứng, với các thông số :

+ Số hàng cọc theo phơng dọc cầu là 7 Khoảng cách tim các hàng cọc theo phơng dọc cầu là 1200 mm

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

+ Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả hai phơng dọc cầu

Đ C

5.1.1 Tính nội lực tác dụng đầu cọc

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

Vậy, Nmax = 958.6 kN.

5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

Công thức kiểm toán: Nmax +∆N≤Ptt

Trong đó: Nmax: Nội lực lớn nhất tác dụng lên đầu cọc (lực dọc trục)

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

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

5.2.1 Với đất dính

Qg1 = min{ηxTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn; sức kháng trụ tơng đơng} = min{Q1; Q2}

Với: η : Hệ số hữu hiệu

Q1 : ηxTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn trong đất dính

Q2 : Sức kháng trụ tơng đơng

Ta có : Cao độ mặt đất sau xói là : -1.7 m

Cao độ đáy bệ là : 0.00 m

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 đợc nhân với hệ số hữu hiệu, lấy nh sau :

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

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

45.05.22.165

.065.01d5.2d6

d5.22.165

=

−

−

−+

Y : Chiều dài của nhóm cọc

Z : Chiều sâu của nhóm cọc

u

S : Cờng độ chịu cắt không thoát nớc dọc theo

chiều sâu cọc (MPa)

Ta có: X = 3x1200 + 450 = 4050mm

Y = 6x1200 + 450 = 7650mm

Do mũi cọc đặt tại lớp đất 3, nên Q2 = (2X 2+ Y)ZSu

q 30

Trong đó: I = 1 - 0.125 0.5

B

'D

S

NoVới:

ρ : Độ lún của nhóm cọc (mm).

q : Áp lực tĩnh tác dụng tại 2Db/3 cho tại móng tơng đơng, áp lực này bằng với tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhóm cọc đợc chia bởi diện tích móng tơng đơng

và không bao gồm trọng lợng của các cọc hoặc của đất giữa các cọc

S : Diện tích móng tơng đơng

Db : Độ sâu chôn cọc trong lớp đất chịu lực

Ncorr: Giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh cho số đếm SPT của tầng phủ trên độ sâu B phía dới đế móng tơng đơng (Búa/300mm)

chiều ngang cầu + đờng kính cọc:

Btđ = 3x1.2 + 0.45 = 4.05 m

chiều dọc cầu + đờng kính cọc:

v 10

N : Số đếm SPT trong khoảng tính lún N đợc lấy bằng giá trị trung bình của

số đếm SPT của lớp đất đợc giới hạn từ đáy móng tơng đơng tới độ sâu một khoảng

6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc

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 0.2909E-02 M 1 0 14 Max displacement in x 0.7409E-04 M 1 0 4 Max displacement in y 0.9926E-03 M 1 0 25

Kết luận chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cọc là:

• Theo phơng (X): ∆y = 0.7409 10-4 m = 0.074 mm ≤ 38mm

• Theo phơng (Y): ∆x = 0.9926 10-3 m = 0.9926 mm ≤ 38mm

Vậy đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang

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 là chiều dài đúc cọc :

Lc = 32 (m) Đợc chia thành 3 đốt, 2 đốt có chiều dài Ld = 11 (m) và 1 đốt có chiều 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 = 10 m

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

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

a = 0.207L d = 0.207 10 2.07( )x = m Chọn a = 2.0 m

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

q1 = γbt.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 :

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

 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 10 = 2.94 (m) Chọn b = 2.90 m Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :

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

Mmax(2)= 20.86 kNm

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

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

7.1.1.2 Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài L d = 11 m

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

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

a = 0.207L d = 0.207 11 2.277( )x = m Chọn a = 2.3m

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

q1 = γbt.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 :

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(1)= 13.12 kNm

 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 11 = 3.234(m) Chọn b = 3.2 m

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

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

Mmax(2)= 25.40 kNm

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

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) )= max(13.12; 25.40) = 25.40 kNm

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 đợc bố trí trên mặt cắt ngang của cọc nh hình vẽ :

Ta đi tính duyệt lại mặt cắt bất lợi nhất trong trờng hợp bất lợi nhất là mặt cắt

có mô men lớn nhất trong trờng hợp treo cọc:

.0'f63

+ Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo ⇒ f s' = f s = f y = 420Mpa

Phơng trình cân bằng nội lực theo phơng trục dầm :

y

' s

' c y

2 s y

x3A

)mm(774387

x2

'

c

f : Cờng độ chịu nén của bê tông (Mpa), f = 28 (Mpa)c'

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, E=2x105(Mpa)

Chiều cao vùng nén tơng đơng đợc 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

s 1

fc

cd003

s 2

fc

cd003

10x2

420E

=

=

=ε

=

ε

3 '

71.35

5071.35003

.35

)71.35400(003

.35

)71.35225(003

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

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,

+ Đầu mỗi cọc ta bố trí với bớc cốt đai là 50 mm trên một chiều dài là: 1400 mm

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

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

là : 150 mm

7.3 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc

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 Φ6 mm ,với mắt lới

chịu ứng suất cục bộ trong quá trình đóng 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 a = 2m = 2000 mm đối với đốt cọc 10m, và a=2.3m=2300mm đối với đốt cọc 11m

vIII tính mối nối thi công cọc

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

Để nối các đốt cọc lại với nhau ta sử dụng 4 thép góc L-100ì100ì12 táp vào 4 góc của cọc rồi sử dụng đờng hàn để liên kết hai đầu cọc Ngoài ra để tăng thêm an toàn cho mối nối ta sử dụng thêm 4 thép bản 520x100x10mm đợc táp vào khoảng giữa hai thép góc để tăng chiều dài hàn nối