Đồ án môn học Nền móng

Tại lỗ khoan BH4, khoan xuống cao độ là – 37.00m, gặp 4 lớp đất như sau: Lớp 1:Lớp 1 là lớp sét pha màu xám, trạng thái dẻo mềm. Chiều dày của lớp là 2.20m,cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là 2.20m. Chiều dày sau xói của lớp đất nàylà 0.0m. Cao độ mặt đất sau xói 2.40m Lớp 2:Lớp 2 là lớp cát hạt nhỏ, màu xám đen, kết cấu rất rời rạc, phân bố dưới lớp 1.Chiều dày của lớp là 9.00m, cao độ mặt lớp là 2.20m, cao độ đáy là 11.20m.Chiều dày sau xói của lớp đất này là 8.8m Lớp 3:Lớp thứ 3 là lớp sét pha màu xám nâu, xám xanh, trạng thái dẻo cứng, phân bốdưới lớp 2. Chiều dày của lớp là 4.30m, cao độ mặt lớp là 11.20m, cao độ đáylớp là 15.50m. Lớp đất có độ ẩm W = 20.6%. Lớp 4:Lớp thứ 4 là lớp cát hạt nhỏ, màu xám, kết cấu chặt vừa, phân bố dưới lớp 3.Chiều dày của lớp là 21.50m, cao độ mặt lớp là 15.50m, cao độ đáy lớp là 37.00m.

PHẦN I BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT

CÔNG TRÌNH

1 Cấu trúc địa chất khu vực xây dựng.

Mô tả sơ bộ cấu tạo địa chất khu vực:

Tại lỗ khoan BH4, khoan xuống cao độ là – 37.00m, gặp 4 lớp đất như sau:

PHẦN II THIẾT KẾ KĨ THUẬT

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 = 3.0 m

+ MNTT: Mực nước thông thuyền

+ H : Chiều cao thông thuyền, Htt tt = 0.0 m

Sông không thông thuyền

 CĐĐT =3.0 1.0 0.3+ − (m)

= 3.7 m Vậy: CĐĐT = + 3.7 m

Hinh chieu doc tru cau Hinh chieu Ngang tru cau

80 60

25 25 120

-4.50 200

80 60

480 25150

450

25 150

800

200 -2.50

+3.00

Ghi chú

Kích thu?c: cm Cao d?: m

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 - 27.50m

Như vậy cọc được đóng vào trong lớp đất 3 có chiều sâu là 6.8m

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

Lc = CĐĐB - Hb - CĐMC

Lc = -2.5 - 2.0 - (- 27.50) = 23.00 mTrong đó:

CĐĐB = -2.5 m: Cao độ đỉnh bệ

Hb = 2.0 m: Chiều dày bệ móngCĐMC = -27.5 m: Cao độ mũi cọc

 Kiểm tra: 23 51.11 70

0.45

c

L

d = = ≤ => 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 thâncọc chiều dài là 8m và đốt mũi cũng có chiều dài 8m Các đốt cọc sẽ được nối vớinhau bằng 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 = 3.7 – (-2.5) - 1.4 = 4.8 m

Trong đó: Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 3.7 m

Cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = - 2.5 mChiều dày mũ trụ: CDMT = 0.8 + 0.6 = 1.4m

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

450

No Mo Ho 170

25 120 25

NGANG CÇU DäC CÇU

150 800

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 4000

o h

N - Hoạt tải thẳng đứng kN 2500

h

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:

tn n tr bt

o t

o h

h o

tc M H

450 120 (3.7 ( 2.5))

tc

2.2.2 Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHCĐ

 Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu

×

h o

M 1 75 1 75 (CĐĐT – CĐĐB)1.75 450 1.75 120 (3.7 ( 2.5))

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

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 cú cao độ mặt đất sau xúi: -2.4m => lớp đất số 1 bị mất

Lớp 3:

Ta cú: Su= 30.8 kN/m2= 30.8 kPa = 0.0308MPa

Sử dụng phương phỏp tra biểu đồ:

Với chiều sõu Db tớnh từ đỉnh lớp 3 hay: Db = 4.3m

4.3

9.56 0.45

KPa25S

5

Chuvi(mm)

Diện tích

As

(mm)

Cờng độkháng cắt

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

Bảng : Sức khỏng thõn cọc Q s ở cỏc lớp đất rời

ChØ sèSPT

ChØ sèSPTtrungb×nh

s

(mm2)

siQ

Với: N 0.77log 1.92' N

v 10

D : Chiều rộng hay đờng kính cọc (mm)

Db : Chiều sâu xuyên trong tầng đất chịu lực (lớp đất 4) (mm)

ql : Sức kháng điểm giới hạn (MPa)

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

2 bh

2 bh

2 h

2

+

γ

ì+γ

=γ

⇒γ

−γ

γ

−γ

bh

bh h

+

ì +

4

4 4

4 γ γ γ

γ γ

γ

89.01

81.989.06.26

=+

0.218 10

Ncorr   ữ

§ C

5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn

5.1.1 Tính nội lực tác dụng lên đầu cọc

Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được xác định theo công thức sau:

∑ ∑ (KN) theo phương dọc cầu nên My=0

Trong đó: N: là tổng tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐ ở đáy bệ, N = 11998.04 kN

5.1.2 Kiểm toỏn sức khỏng dọc trục cọc đơn

Cụng thức kiểm toỏn sức khỏng dọc trục cọc đơn:

Nmax + ∆N ≤ Ptt

Trong đú:

Ptt: Sức khỏng tớnh toỏn chịu nộn của cọc đơn, Ptt = 906.22 kN

Nmax: Nội lực tỏc dụng lớn nhất lờn một cọc, Nmax = 453.36 kN

∆N: Trọng lượng bản thõn cọc

Ta cú: ∆N = 0.45 x 0.45 x 23 x 24.5= 114.11 KN

Kiểm toỏn:

Nmax + ∆N = 453.36 + 114.11 = 567.47 kN ≤ P tt = 906.22 kN => Đạt

Cụng thức kiểm toỏn sức khỏng dọc trục của nhúm cọc:

g g R

Qg: Sức khỏng đỡ dọc trục danh định của nhúm cọc, được xỏc định như sau

η g1, η g2: 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

Với đất dớnh

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 : -2.4 m

Cao độ đáy bệ là : -4.5 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 sốhữu hiệu, lấy nh sau :

η = 0.65 với khoảng cỏch tim đến tim bằng 2.5 lần đường kớnh

η = 1.00 với khoảng cỏch tim đến tim bằng 6 lần đường kớnh

Mà khoảng cỏch tim đến tim bằng 2.67

450

1200

= lần đường kớnh cọc do đú tanội suy h :

45.05.245.06

45.05.22.165

.065.01d5.2d6

d5.22.165

=

−

−

−+

Hỡnh 8 Quy đổi kớch thước nhúm cọc

Tính với lớp đất 1 và lớp đất 3 Sức kháng đỡ của phá hoại khối đợc xác theo côngthức:

Q2 = (2X+2Y)ZSu +XYNcSu

Trong đó:

X : Chiều rộng của nhóm cọc

Y : Chiều dài của nhóm cọc

Z : Chiều sâu của nhóm cọc

NC : Hệ số phụ thuộc tỷ số Z/X

S : Cờng độ chịu cắt không thoát nớc dọc theo chiều sâu cọc (MPa)

Su : Cờng độ chịu cắt không thoát nớc ở đáy móng (MPa)

Ta có: Db = 12000mm Móng tơng đơng nằm trong lớp đất 4 và cách đỉnh lớpmột khoảng 2/3Db = 8000mm.

Với lớp đất rời ta có công thức xác định độ lún của móng nh sau:

Sử dụng kết quả SPT: ρ=

corr

N

BI

q 30

Trong đó: I = 1 – 0.125 0.5

B

'D

≥ và q =

S

NoVới:

ρ : Độ lún của nhóm cọc (mm)

q : ép lực tĩnh tác dụng tại 2Db/3 cho tại móng tơng đơng, áp lực này bằngvới 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

N0 : Tải trọng thẳng đứng tại đáy bệ ở TTGHSD, N0 = 11998.04 KN

S : Diện tích móng tơng đơng

B : Chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm), B = 4050 mm

Db : Độ sâu chôn cọc trong lớp đất chịu lực

D’ : Độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2Db/3 (mm), D’ = (2x12000)/3 = 8000 mm

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

I : Hệ số ảnh hởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm

+ Chiều dài móng tơng đơng chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theochiều 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

q .

30 =30 0. 0.753 4050

3

5 0

33 13

Vậy độ lún của nhóm cọc là: 36.96 mm = 3.696 cm

7 Cường độ cốt thộp cho cọc và bệ cọc 7.1 Tớnh và bố trớ cốt thộp dọc cho cọc

Tổng chiều dài cọc dựng để tớnh toỏn và bố trớ cốt thộp là chiều dài đỳc cọc :

L = 24 (m) Được chia thành 3 đốt, mỗi đốt cú chiều dài Ld = 8 m Ta đi tớnh toỏn

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

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

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

q1 = γbt.A = 24,5*0,452 = 4,96 (KN/m2)

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

0.207L 0.586L

4.96 1.66

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(1) = 6.83 KN.m

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

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

0.706L 0.294L

M3

M4Chọn điểm móc cẩu sao cho M3 = M4 => b = 0.294xL = 0.294x8 = 2.352m

2 2 3

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

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) ) = max(6.83; 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 đợc bố trí trên mặt cắt ngang của cọc nh hình vẽ :

2@175=350 450 50

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:

+) Cọc có chiều dài Ld= 8 m thì Mtt = 13.72 KN.m

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

Ta có :

Cờng độ chịu kéo khi uốn của bê tông là :

)MPa(334.32863

.0'f63

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

Phơng trình cân bằng nội lực theo phơng trục dầm :

y

' s

' c y

2 s y

x3A

)mm(774387

x2

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

' y ' y

' 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

+ 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.a

35.3040028x450x35.30x

71.35

387x8bxd

2803.0f

'f03,

+ §Çu mçi cäc ta bè trÝ víi bíc cèt ®ai lµ 50 mm trªn mét chiÒu dµi lµ: 750 mm

+ TiÕp theo ta bè trÝ víi bíc cèt thÐp ®ai lµ 100 mm trªn mét chiÒu dµi lµ:1100mm

+ §o¹n cßn l¹i cña mçi ®o¹n cäc (phÇn gi÷a ®o¹n cäc) bè trÝ víi bíc cèt ®ai

lµ : 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

7.4 Lưới cốt thép đầu cọc

Ở đầu cọc bố trí một số lưới cốt thép đầu cọc có đường kính Φ6 mm ,với mắtlưới a = 50×50mm Lưới được bố trí nhằm đảm bảo cho bê tông cọc không bị pháhoại do chịu ứng suất cục bộ trong quá trình đóng cọc

7.5 Vành đai thép đầu cọc

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 4góc 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