BÀI tập lớn môn học nền MÓNG

IV/ Xác định số lượng cọc, bố trí cọc trong bệ, tính nội lực trong cọc : 4.1 Chọn kích thước cọc và cao độ mũi cọc CĐMC :  Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuố

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC NỀN MÓNG

A/THUYẾT MINH, TÍNH TOÁN :

I/Số liệu thiết kế :

1.1 Tải trọng tác dụng :

Tải trọng

Sông có thông thuyền

1.3 Số liệu địa chất :

Cấu trúc địa chất và đặc điểm của các lớp đất

Chiều sâu lỗ khoan: 37.0m

Lớp 1: Sét pha màu xám, lẫn sạn, trạng thái dẻo chảy

Lớp đất số 1 gặp ở lỗ khoan PA01 ở trạng thái dẻo chảy Chiều dày của lớp

là 10.2 m Cao độ mặt lớp là 0.0 m Cao độ đáy lớp là -10.2 m

Độ rỗng n = 0.663

Lớp 2: Cát pha màu xám, trạng thái dẻo.

Lớp đất số 2 gặp ở lỗ khoan PA01 ở trạng thái dẻo Chiều dày của lớp là 13.2

m Cao độ mặt lớp là -10.2 m Cao độ đáy lớp là -23.4 m

Độ rỗng n = 0.478

Lớp 3: Cát hạt to, màu xám, kết cấu chặt vừa

Lớp đất số 3 gặp ở lỗ khoan PA01 ở trạng thái chặt vừa.Cao độ mặt lớp là-23.4 m Cao độ đáy lớp vượt quá chiều sâu mũi khoan

Độ rỗng n = 0.447

II/ Xác định kích thước trụ :

2.1 Xác định cao độ đáy dầm và cao độ đỉnh trụ:

Căn cứ vào MNTT, Htthuyền ta xác định

+ Cao độ đáy dầm (CĐĐaD) :

+ Cao độ đỉnh trụ ( CĐĐT) :

2.2 Xác định cao độ đỉnh bệ trụ, chiều dày bệ, cao độ đáy bệ

Căn cứ vào MNTN, cao độ mặt đất sau xói lở

+ Cao độ đỉnh bê trụ (CĐĐB):

Theo yêu cầu của quy trình, cao độ đỉnh bệ trụ thấp hơn MNTN tốithiểu 0.2 m Vị trí xây dựng trụ cầu nằm xa bờ, sự thay đổi cao độ mực nước giữaMNCN và MNTN là khá lớn, sông có thông thuyền Xét cả điều kiện mỹ quan trênsông ta chọn cao độ đỉnh bệ thấp hơn MNTN là 0.2 m

ta chọn Hb = 1.5 m + Cao độ đáy bệ ( CĐĐaB) :

+ Chiều cao thân trụ ( Httrụ ) :

Httrụ = CĐĐT – 1.4m – CĐĐB = +4.1 – 1.4 – 1.5 = 1.2 m

+ Gờ bệ móng a, b :

Đối với công trình cầu đường a, b = 0.2  1 m

Để phòng sai số khi thi công thân trụ ta chọn a = b = 0.5 m

III/ Xác định tải trọng tác dụng tại đáy bệ :

trọng lượng thể tích của bê tông

+ Lực đẩy Ascimet ( A )

A = Vtrụnn n = 13.118 x 10 = 131.18 KN Với n = 10 kN/m3 trọng lượng thể tích của nước Bảng số liệu tĩnh tải :

N tc tt kN 6520

3.2 Xác định hoạt tải :

Bảng số liệu hoạt tải :

3.3 Tổ hợp tải trọng tại đáy bệ :

3.3.2 Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn ở MNTN

 Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn theo phương dọc cầu ở MNTN

(1) Tải trọng thảng đứng tiêu chuẩn theo phương dọc cầu

Ptc = Nht

tc + Ntt

tc + Gtrụ - A = 1450 + 6520 +857.232 -131.18

(1) Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn ngang cầu

Ptc = Nht

tc + Ntt

tc + Gtrụ - A = 1450 + 6520 +852.232 + 131.118

 Tổ hợp tải trọng tính toán theo phương dọc cầu ở MNTN

(1) Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu

Ptt = nh.Nht

tc + nt Ntt

tc + nt.Gtrụ - A = 1.75 x 1450 + 1.25 x 6520 + 1.25 x 857.232 – 131.118 = 11627.922 kN

(2) Tải trọng ngang tính toán phương dọc cầu

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

(1) Tải trọng thẳng đứng tính toán ngang cầu

Ptt = nh.Nht

tc + nt Ntt

tc + nt.Gtrụ - A = 1.75 x 1450 + 1.25 x 6250 + 1.25 x 857.232 – 131.118 = 11627.922 kN

(2) Tải trọng ngang tính toán phương ngang cầu

BẢNG TỔNG HỢP TẢI TRỌNG TẠI ĐÁY BỆ

IV/ Xác định số lượng cọc, bố trí cọc trong bệ, tính nội lực trong cọc :

4.1 Chọn kích thước cọc và cao độ mũi cọc ( CĐMC ) :

 Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là khálớn, địa chất có lớp chịu lực nằm cách mặt đất 23.4 m và không phải là tầng đá gốcnên chọn giải pháp là móng cọc ma sát BTCT

 Chọn cọc BTCT đúc sẵn có kích thước mặt cắt là 400 x 400 mm, đượcđóng vào lớp thứ 3 là lớp sét màu loang lổ, trạng tahí nửa cứng Cao độ mũi cọc là-26 m tại đó có số búa SPT N = 30 đủ khả năng chịu được tai trọng công trình

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

Lc = CĐĐB - Hb - CĐMC

= 1.5 - 1.5 - (- 26.0) = 26 m

Trong đó: CĐĐB = 1.5 m : Cao độ đỉnh bệ

CĐMC = -26.00m : Cao độ mũi cọc.

30 < < 70

D = 0.4 m : cạnh mặt cắt ( m )

=> Thỏa mãn yêu cầu về độ mảnh

 Cọc được tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài chế tạo là

27m = 9m + 9m +9m

Các đốt cọc được nối với nhau bằng thép góc trong quá trình thi công

4.2 Tính sức kháng dọc trục của cọc đơn theo quy trình 22 TCN 272-2005

4.2.1 Tính sức kháng dọc trục theo vật liệu ( P vl ):

Yêu cầu cốt thép dọc chủ

+ Đường kính  = 12  32 mm ( tra bảng diện tích cốt thép tròn theo ASTM A615M – 22 TCN 272-2005 ) + Bố trí không ít hơn 4 thanh và thường là 8  12 thanh

+ Diện tích cốt thép ¿ 1.5 Diện tích mặt cắt ngang của bê tông Chọn : 8 thanh với  = 19 mm

Es= 200000 MPa

Sức kháng tính toán của cấu kiện BTCT chịu nén đối xứng qua trục chính đượcxác định Pr=ϕ.Pn (1)

Trong đó đối với cấu kiện có cốt thép đai thường

(2)

Pn = Sức kháng lực dọc trục danh định có hoặc không có uốn (N)

tuổi khác (MPa)

fy = Cường độ giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa)

Ag = Diện tích nguyên của mặt cắt (mm2)

Ast = Diện tích nguyên của cốt thép (mm2)

khảo AASHTO 2007), dùng cho các phương pháp không phân biệt giữa sức khángtoàn bộ và sự góp phần riêng rẽ của sức kháng mũi và thân cọc.

Qult = Sức kháng đỡ của 1 cọc đơn ( N )

Qp = Sức kháng mũi cọc ( N )

Qs = Sức kháng thân cọc ( N )

qp = Sức kháng đơn vị mũi cọc ( MPa )

qs = Sức kháng đơn vị thân cọc ( MPa )

As = Diện tích bề mặt thân cọc ( mm2 )

Ap = Diện tích mũi cọc ( mm2 )

cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sứckháng thân cọc

qs = Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc quy định dùngcho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sứckháng thân cọc

a Sức kháng mũi cọc

Do mũi cọc cắm vào lớp đất sét loang lổ nên dùng phương pháp SPT để xácđịnh sức kháng mũi cọc

q p=9∗S U =9∗106=954∗10−3

Sức kháng mũi cọc Qp = qp.Ap = 400 2 ∗954∗10 −3

Qp = 1526.4 KN

b.Sức kháng thân cọc : + Lớp 1, 2 là đất dính nên dùng phương pháp  để tính sức khángđơn vị thân cọc qs1, qs2 ( MPa ) tại lớp 1 và 2

qs =  Su

Su = Cu = cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (MPa)

 = hệ số kết dínhTra  theo :

As2 = 4.h2.D = 4 x 13.2 x 0.40 = 21120000 mm2

Sức kháng thân cọc lớp 2 :

 Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc do ở lớp đất rờidùng phương pháp SPT : qp = 0.7V

 Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc : + Lớp 1, 2 đất dính dùng ppháp  : qs1 = qs2 = 0.7V + Lớp 3 đất rời dùng ppháp SPT : qs3 = 0.7V

5.2.1 Bố trí trong mặt bằng :

Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 quy định :

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

 Khoảng cách tim đến tim các cọc không được nhỏ hơn 750mm hoặc 2,5 lần đường kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn

Với n = 15 cọc được bố trí theo dạng lưới vuông trên mặt bằng vàđược bố trí thẳng đứng trên mặt đứng, với các thông số :

+ Số hàng dọc theo phương dọc cầu là 5 Khoảng cách tim cáchàng cọc theo phương dọc cầu là 1000 mm

+ Số hàng dọc theo phương ngang cầu là 3 Khoảng cách tim cáchàng cọc theo phương dọc cầu là 1000 mm

+ Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả 2

50 mm

Chạy FB – Pier :

VI/ Kiểm toán móng cọc :

6.1 Kiểm toán theo TTGHCĐ:

6.1.1 Kiểm toán sức kháng đỡ dọc trục của cọc đơn:

Result Type Value Load Comb Pile

*** Maximum pile forces ***

Max shear in 2 direction 0.1787E+02 KN 1 0 9 Max shear in 3 direction 0.2490E+02 KN 1 0 1 Max moment about 2 axis -0.8688E+01 KN-M 1 0 2 Max moment about 3 axis -0.7340E+01 KN-M 1 0 9 Max axial force -0.1178E+04 KN 1 0 1 Max torsional force 0.0000E+00 KN-M 0 0 0 Max demand/capacity ratio 0.5181E+00 1 0 3 *** Maximum soil forces ***

Max axial soil force 0.9824E+02 KN 1 0 1

Max lateral in X direction 0.1855E+02 KN 1 0 9 Max lateral in Y direction 0.2894E+02 KN 1 0 3 Max torsional soil force -0.1448E+00 KN-M 1 0 11Input File = "nguyenductiep " Analysis Run on 5-10-2012at 09:5Page 68

Công thức kiểm toán : N max + N  P tk

6.1.2 Kiểm toán sức kháng đỡ dọc trục của nhóm cọc :

Công thức kiểm toán :

g1, g2 = Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc trong đất dính và đất rời

đất rời

a Đoạn nằm trong đất dính ( Lớp 1 và 2)

Sức kháng trụ tương đương ở phần đất dính )

số hữu hiệu, lấy như sau :

 = 0.65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2.5 lần đường kính

 = 1 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đường kính

Mà khoảng cách tim đến tim bằng 1000400 =2.5 D , do đó ta nội suy 

X : Chiều rộng của nhóm cọc

Y : Chiều dài của nhóm cọc

Z : Chiều sâu của nhóm cọc

b.Đoạn nằm trong đất rời (Lớp 3):

Pu = 9CuB(L-1.5B) …… đất dính ( Lớp 1,2 và 3 )

Trong đó : Cu = cường độ chông cắt không thoát nước của đất

L = chiều dài cọc ngập trong đất

B = đường kính hay cạnh của cọc

6.2 Kiểm toán theo trạng thái GHSD :

6.2.1 Kiểm toán chuyển vị ngang

Sử dụng phần mềm tính toán nền mong FB-PIER ta tính được

chuyển vị theo các phương dọc cầu (X), phương ngang cầu (Y) lớn nhất như sau :

Result Type Value Load Comb Pile *** Maximum pile head displacements ***

Max displacement in axial 0.4257E-02 M 1 0 1 Max displacement in x 0.3606E-02 M 1 0 2 Max displacement in y 0.1491E-01 M 1 0 10

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

Vậy đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang

6.2.2 Kiểm toán chuyển vị thẳng đứng

Theo Quy trình TCN 272 – 05, để tính lún cho móng cọc trong đất ta sử

dụng vị trí móng tương đương Trong bài thiết kế này, ta sử dụng phương pháp

phân tầng cộng lún 1-Vị trí đặt móng tương đương:

Móng tương đương nằm cách mặt lớp đất tốt 1 đoạn 8.533 m

=> Cao độ móng tương đương là : -13.2 – 8.533 = -21.733 m

Vậy móng tương đương đặt ở lớp 3

2 Kích thước móng tương đương :

 Chiều rộng móng tương đương

 Chiều dài móng tương đương :

Tải trọng phân bố đều đáy móng :

q = N A=11627.92210.9025 =1066.537 KN/m2 = 1.066 MPa

3 Tính độ lún của móng :

Chia đất thành nhiều lớp phân tố bởi các mặt cắt ngang, sao cho trongphạm vi mỗi lớp biểu đồ gia tăng ứng suất do tải trọng ngoài gây ra thay đổi khôngđáng kể và biến dạng lún ở mọi lớp đất phân tố xẩy ra như trong điều kiện không

nở ngang tính lún của mổi lớp đất phân tố bằng tố công thức của bài toán nén lúnmột chiều độ lún của bằng tổng độ lún của các phân tố

Tọa độ tính

từ biên trêncủa điểm tínhứng suất

hi (m)

ixhi

Điểm so vớimóng tươngđương

Nếu trong tầng đất cách đáy móng không sâu có một tầng cứng không lúnvùng chịu uốn lấy toàn bộ chiều dày lớp đất từ đáy móng đến tầng cứng Nếu chiều dày tầng cứng rất sâu thì vùng chịu nén đến một giới hạn nhấtđịnh

Tiến hành tính lún từng lớp phân tố bằng phương pháp áp dụng trực tiếp

(2)Trong đó

Trong đó : S = tổng độ lún của nền đất dưới móng ( cm )

L = chiều dài nhịp tính toán ( m )

6.2.3 Kiểm toán ổn định chống nứt của bản thân cọc trong quá trình thi công

a.Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc :

Mô men lớn nhất dùng để kiểm toán cốt thép Mtt = ( Mmax1, Mmax2 )

Mmax2 = momen lớn nhất của cọc theo sơ đồ treo cọc

Trọng lượng bản thân cọc được xem như tải trọng rải đều trên cả chiều

dài cọc : q = B2.bt = 0.452 x 24 = 4.86 KN/m

 Tính mô men lớn nhất của cọc theo sơ đồ cẩu cọc :

+ Các móc cẩu đặt cách đầu cọc 1 đoạn :

a = 0.207.Ld = 0.207 x 9 = 1.863 m Chọn a = 1.85 m

+ Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ta có biểu đồ momen

- Momen tại A và B

MA = MB = qa2/2 = 4.86 x 1.852/2 = 8.317 KNm (căng thớ trên)

- Momen tại C

MC = q.(Ld - 2a)2/8 – qa2/2 = 4.86 x(9 – 2 x 1.85)2/8 – 8.317 = 8.748 KNm ( căng thớ dưới )

 Tính mô men lớn nhất của cọc theo sơ đồ treo cọc :

+ Móc treo đặt cách đầu cọc 1 đoạn :

mm4

Vậy cọc không bị nứt

d Kiểm tra khả năng chịu uốn ngang trong quá trình

Nhận xét : Do cốt thép được bố trí đối xứng, mặt khác ta đã biết beetoong có cường độ chịu kéo nhỏ hơn nhiều so với cường độ chịu nén vì vậy trục trung hòa lệch về phía trên trục đối xứng

Giả thiết cốt thép chịu nén chảy fs '=fs=f y

Phương trình cân bằng nội lực theo phương trục

Trong đó

As1 và As2 = Diện tích cốt thép chịu kéo (mm2)

A’s = Diện tích cốt thép chịu nén (mm2)

As1 = A’s = 3 x 387 = 1161 mm2

As2= 2 x 387 = 774 mm2

fy = cường độ chảy của thép, fy = 420 (Mpa)

a = chiều cao vùng chịu nén tương đương ( mm )

D = đường kính cọc , D= 450 (mm)

E = mô dun đàn hồi của thép, E = 2.105 MPa

Chiều cao vùng chịu nén tương đương được xác định theo công thức:

=> cốt thép chịu nén không chảy dẻo

Tính lại

c = = = 80.873 mm

Khoảng cách từ trọng tâm của cốt thép chịu kéo đến thớ bêtông chịu nén ngoài

Mô men kháng uốn tính toán:

Lý do chọn búa : khi đóng cọc để dễ dàng quan sát độ chối của cọc hay

để đảm bảo bê tông đầu cọc không bị phá hỏng

Trong đó:

Ptt = : Sức chịu tải thiết kế của cọc , Ptk = 1303.92 KN

E = Năng lượng xung kích của búa (N.m) => E 25 1303.92 = 32598 (N.m) +) Quả búa có trọng lượng Q = 12000 N +) Trọng lượng của cọc:

q = ( 27 x 0.452 ) x 24 = 131.22 KN = 131220 N

Với yêu cầu như trên ta dùng loại búa thủy lực có số hiệu V100D6

có thong số kỹ thuật như sau :

+ Năng lượng tối đa / 1 nhát búa :7200 KG.m

+ Một hành trình tối đa : 1.2 m

+ Một hành trình tối thiểu : 0.2 m

+ Thân trượt của búa : 6100 KG

+ Đầu búa (không tính mũ ) 9400 KG

Q = trọng lượng quả búa rơi

k = 0.45 : hệ số phục hồi sau va chạm ( xác định từ thực nghiệm)

1.Gia công cốt thép:

Chọn nơi gia công cốt thép sao cho gần bãi đúc cọc nhất hoặc vận chuyển đếnbãi đúc cọc thuận tiện nhất, các loại cốt thép được gia công đúng theo thiết kếnghĩa là phải đảm bảo về kích thước,số lượng …và sau khi gia công xong ta tậphợp lại theo từng chủng loại và vận chuyển đến bãi đúc cọc

2.Tạo phẳng mặt bằng đúc cọc và lắp đặt ván khuôn và cốt thép:

- Trước khi lắp đặt ván khuôn ta làm bằng phẳng bề mặt đúc cọc và đỗ lớp bêtông dày khoảng 5 cm để tạo mặt bằng đúc cọc thật vững chắc.

- Sau khi tạo phẳng xong ta tiến hành lắp đặt ván khuôn và cốt thép, để tiếtkiệm chi phí ván khuôn ta đúc các cọc xen kẽ nhau nghĩa là cọc trước sẽ làm vánkhuôn cho cọc sau

- Sau khi lắp đặt ván khuôn xong ta tiến hành đặt rọ thép vào lòng ván khuôn

và cân chỉnh cho chính xác để cốt thép không bị nghiêng méo và ló ra ngoài bêtông

3.Đỗ bê tông và bảo dưỡng cọc :

Trước khi đỗ bê tông ta tiến hành kiểm tra lại kích thước ván khuôn và lồngthép lại một lần nữa bê tông có thể chế tạo tại bãi đúc cọc hoặc vận chuyển từ nhàmáy đến, cần lưu ý là quá trình đỗ bê tông phải được tiến hành liên tục và kết hợpvới đầm rung, đầm dùi để bê tông đươc lèn chặt

Sau khi đỗ bê tông xong ta dùng bao nilon phủ kín các cọc và thường xuyên tướinước để đảm bảo độ ẩm trong quá trình hình thành cường độ của bê tông

4.Vận chuyển cọc:

Sau khi bảo dưỡng cọc đến khi đạt cường độ thì ta tiến hành vận chuyểncọc đến công trường, nếu cọc được đúc tại công trường thì việc vận chuyển takhông quan tâm và nếu bãi đúc cọc ở xa công trường thì ta dùng xe để chở cọc,quátrình vận chuyển cọc phải cẩn thận và nhẹ nhàn ,kê kích cọc đúng vị trí như ta đãgiới thiệu ở phần trước