BTL Nền Móng

Điều kiện địa chất công trình: Ở đồ án thiết kế này, đối với địa chất như ta đã phân tích trên, ta không thể làmmóng nông vì nếu làm móng nông thì phải đặt móng đến lớp đất tốt ở rất sâu

PHẦN THUYẾT MINH THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN & MÓNG



A/THUYẾT MINH,TÍNH TOÁN:

I/Xác định số liệu đề bài:

Số liệu đề bài:Phương án 5-7-5

1.1-Tải trọng tác dụng :

N – Tĩnh tải tiêu chuẩn

N – Hoạt tải tiêu chuẩn

H – Hoạt tải tiêu chuẩn(dọc) kN 150

H – Hoạt tải tiêu chuẩn(ngang)

kN

180

M – Momen hoạt tải tiêu chuẩn kN.m 1150

M – Momen hoạt tải tiêu chuẩn

CĐMĐ m Giả thiết cao độ lớp đất trên cùng ở cột

địa tầng là 0.00

Chiều dài nhịp tính toán

1 9.6 72.1 53.6 27.9 25.7 1.72 15.7 26.8 9.12 1.938 0.997 1o56’ 5.8 5

2 11.6 30.9 42.1 23.3 18.8 0.40 18.9 27.4 14.44 0.898 0.943 15o23’ 42.6 71

II/Xác định kích thước trụ :

2.1- Đánh giá điều kiện địa chất

Các kí hiệu sử dụng trong tính toán địa chất công trình :

γ (kN/m3) : Trọng lượng thể tích tự nhiên của đất

γS(kN/m3) : Trọng lượng riêng của hạt đất

γn(kN/m3) : Trọng lượng riêng của nước ( = 10 kN/m3)

Lớp 2 : - Sét màu nâu, trạng thái dểo cứng

- Bề dày 11.6 (m), cao độ đáy -21.2(m)

- Hệ số độ rỗng :

- Độ rỗng :

- Độ bão hoà :

*NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ :

1 Điều kiện địa chất công trình:

Ở đồ án thiết kế này, đối với địa chất như ta đã phân tích trên, ta không thể làmmóng nông vì nếu làm móng nông thì phải đặt móng đến lớp đất tốt ở rất sâu dẫn đếnkích thước móng rất lớn gây tốn kém về khối lượng, thời gian thi công ; do đó ta khôngchọn giải pháp móng nông Giải pháp còn lại ở đây là ta chọn 1 trong 2 phương án, đó làmóng cọc bệ thấp hoặc móng cọc bệ cao Móng cọc bệ thấp có giá thành cao và thi côngphức tạp hơn móng cọc bệ cao do dó ta chọn phương án móng cọc bệ cao để thiết kế kỹthuật

- Cao độ mặt đất sau xói lở CĐMĐSXL

- Chiều cao thông thuyền HTT

3.1-Xác định tải trọng tĩnh :

Trọng lượng trụ:

Gtctrụ=Vtrụ.γc – V’trụ.γn = 73.91× 24, 5 − 37.563×9,81 = 1442.30197 kN (với γc = 24,5 kN/m3: Trọng lượng riêng của bê tông)

STT Tên tải trọng Tải trọng tiêu

chuẩn

Hệ số tảitrọng Tải trọng tính toán

I

TẢI TRỌNGTHẲNG ĐỨNG

Vtc= Gtrụtc + N +

N =9597.302kN

II

TẢI TRỌNG NGANGPhương dọc

M = 1150 kN.m

IV/XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỌC, TÍNH SỨC KHÁNG CỦA CỌC ĐƠN: 4.1-Chọn kích thước cọc:

- Chọn kích thước mặt cắt ngang = 400 x 400mm

- Chọn cốt thép dọc chủ: = 22 mm

+ Cường độ chịu nén là fy =420 (MPa)

+ Mô đun đàn hồi của thép là Es = (MPa)

+Số lượng 8 thanh

+Diện tích cốt thép : As =3096(mm2)

-Chọn mác bê tông cấp A

+ = 32(MPa) (cường độ chịu nén ở 28 ngày tuổi)

0.043*24001.5*280.5=26752.5 (MPa)

Trong đó :

Hình dạng mặt cắt ngang cọc:

4.2 Chọn kích thước cọc và cao độ mũi cọc

- Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là lớn, địachất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 21.3m và không phải là tầng đá gốc,nên chọn giải pháp móng là sâu cọc BTCT đường kính nhỏ

- Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thước là 400x400mm; được đóngvào lớp số 3 là lớp sét màu nâu đỏ,đốm xám trắng, trạng thái cứng Ngoài ra mũi cọcđược đặt vào trong đất chịu lực tối thiểu là 5d

*Chọn cao độ mũi cọc căn cứ vào:

+Mặt cắt địa chất

+Biểu độ trị số SPT (N): -Cát pha: N >12

-Sét : N > 28

Tra thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn chọn cao độ mũi cọc= -30 (m)

o Khi chưa kể chiều sâu cọc ngập trong bệ:

Lc = CĐ đáy bệ - CĐ mũi cọc = 0 - (-29) = 29 (m)Trong đó:

CĐ đáy bệ = 0 m : Cao độ đáy bệ

CĐ mũi cọc = -29 m : Cao độ mũi cọc

4.3Kiểm toán độ mảnh của cọc

Kiểm tra:

với điều kiện: 30< <100 => Thoả mãn yêu cầu về độ mảnh

Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: L = Lc + 1m = 29 + 1 = 30(m) Cọc được tổ hợp từ 3đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 30 m =10 (m) + 10(m) + 10(m) Như vậymỗi cọc có chiều dài 10(m) Các đốt cọc sẽ được nối với nhau bằng mối nối hàntrong quá trình thi công đóng cọc

- Pr=sức kháng lực dọc tính toán có hoặc không có uốn (N)

- Pn=sức kháng lực dọc danh định có hoặc không có uốn (N)

- fc’=cường độ quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày ,trừ khi có quy định ở các 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 cốt thép (mm2)

• =hệ số sức kháng

* Ở đây :

+diện tích nguyên của mặt cắt : Ag = 400 x 400 = 160000 ( mm2)

+diện tích nguyên của cốt thép : Ast =3096 mm2

+cường độ giới hạn chảy quy định của cốt thép : fy =420 Mpa

+cường độ quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày :fc’ = 32 Mpa

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)

Tra bảng 10.5.5-2 Các hệ số sức kháng theo TTGHCĐ địa kĩ thuật cho các cọc chịu tác dụng của tải trọng dọc trục ta có:

Nmũi:số đếm SPT đo được (búa/300mm) =33

D: chiều rộng hay đường kính cọc ( mm)

Db:chiều sâu xuyên trong tầng chiệu lực (mm)

ql:sức kháng điểm giới hạn tính bằng 0.4Ncorr ( MPa)

σv’ :ứng suất có hiệu ( MPa)

(MPa): sức kháng đơn vị thân cọc

Su(MPa) : cườngđộkháng cắt không thoát nước của từng lớp đất

(DIM) : hệ số kết dính áp dụng cho Su ( được xác định theo đường cong thiết kế

về hệ số dính cho cọc vào đất sét (theo Tomlinson,1987))

Có các trường hợp để tính α phụ thuộc vào Su như sau:

• Su≤ 25(KPa) => α = 1 (DIM)

• Su= [25÷75] => α = 1- 0.5* (DIM)

• Su ≥ 75 (KPa) α = 0.5 (DIM)

: diện tích bề mặt thân cọc cắm trong lớp i

Lớp 1: là lớp sét pha thuộc loại đất dính nên sức kháng đơn vị thân cọc được tính

Lớp 2: Là lớp cát pha thuộc loại đất dính nên sức kháng đơn vị thân cọc được tính

theo quy tắc αSu2 = Cu2 = 64 (KPa) = 0.064 (Mpa) = 0.61

(Mpa) Diện tích bề mặt thân cọc ở lớp 2

Sức chịu tải thiết kế của cọc lấy giá trị nhỏ hơn trong 2 giá trị là sức chịu tảicủa cọc theo đất nền và sức chịu tải của cọc theo vật liệu:

Pu sức kháng đỡ ngang giới hạn danh định của cọc đơn (MPa)

hệ số sức kháng ngang của cọc = 0.6

Cu: Sức kháng cắt không thoát nước của đất dính

B Đường kính cọc hay là cạnh mặt cắt ngang cọc (m)

Trọng lượng thể tích của đất

KPHệ số áp lực bị động

L Chiều sâu ngàm trong đất

Do cả 3 lớp đều thuộc loại đất dính nên ta áp dụng công thức tính sau:

Theo 22TCN 272 -05 thì yêu cầu về bố trí cọc như sau:

+Khoảng cách tim giữa hai hàng cọc liền nhau ít nhất là 2.5d hay 750 mm chọn giá trị nào lớn hơn

+Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đến mép bệ: 225(mm)

Nên ta bố trí cọc như sau:

Các cọc được bố trí theo hình thức lưới ô vuông trên mặt bằng và hoàn toàn thẳng đứng trên mặt đứng , với các thông số :

Tổng số cọc trong móng n c = 18 (cọc)

- Số hàng cọc theo phương ngang cầu m =6 (cọc),bố trí tất cả các cọc thẳng đứng

khoảng cách tim các hàng cọc theo phương ngang cầu ở mặt phẳng đáy bệ

b =1100(mm)

- m: khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ là 500 (mm)

- Số hàng cọc theo phương dọc cầu n = 3(cọc) tất cả bố trí cọc thẳng khoảng

cách giữa tim các hàng cọc theo phương dọc cầu ở mặt phẳng đáy bệ

n=3 : số hàng cọc theo phương dọc cầu

m =6: số hàng cọc theo phương ngang cầu

c1=500 (mm): khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo phương dọc cầu

c2=500mm: khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo phương ngang cầux=1100mm :khoảng cách tim các hàng cọc theo phương dọc cầu

y=1100mm : khảng cách tim các hàng cọc theo phương ngang cầu

5.3-Tính nội lưc trong cọc:

Để tính nội lực trong cọc cho tải trọng ngoài,ta có nhiều phần mềm tính như:

FP-Pier, pilling,sap2000N9…

Ở đây ta dùng phần mềm FP-Pier để tính

5.4-Các kết quả tính toán khi sử dụng phần mềm FP-Pier:

5.4.1-Bảng số liệu đầu vào:

a/ Nhập số liệu bệ cọc:cao độ bệ cọc (xét đến trọng tâm của bệ),khoảng

cách từ tim ngoài cùng đến mép bệ (overhang)và thuộc tính của bệ(edit pile cap), đặc trưng mặt cắt ngang của cọc.

Nhập khoảng cách giữa các cọc/ Piel cap Gird Geometry

• X – direction: 8 Theo phương x sẽ có 5 đường lưới

• Y – direction: 5 Theo phương y sẽ có 8 đường lưới

-Nhập khoảng cách giữa các cọc và khoảng cách giữa cọc ngoài cùng đến mép bê tông theo 2 phương dọc và ngang cầu:

Nhập số liệu bệ cọc: môđun đàn hồi của bê tông, hệ số poisons, chiều dày bệ, trọng lượng riêng của bê tông.

- Khai báo vật liệu đặc trưng làm cọc: thuộc tính của bê tông và thép

Thuộc tính của bêtông:.Thuộc tính của cốt thép

Khai báo bố trí thép trong cọc:

b/Khai báo tải trọng và vị trí đặt tải trọng :

c/ Khai báo các lớp đất :

Lớp số 1(cường độ khi cắt không thoát nước Cu=5kPa)

Lớp số 2(cường độ khi cắt không thoát nước Cu=64kPa)

Lớp số 3(cường độ khi cắt không thoát nước Cu=0kPa)

Mô hình lớp đất

+)Khai báo lớp đất thứ 1(layer 1)

+)Khai báo lớp đất thứ 2 (layer 2).

+)Khai báo lớp đất thứ 3 (layer 3)

5.4.2-Bảng kết quả nội lực của từng cọc theo các phương dọc cầu và ngang cầu a-Bảng giá trị lực dọc trục của từng cọc trong nhóm cọc

1 MAX AXIAL FORCE (Kilo-newtons)

Vậy cọc có lực dọc trục lớn nhất trong nhóm cọc là cọc số 1 với Nmax=1217.3kN

b-Bảng giá trị lực theo phương dọc cầu là:

2 MAX PILE SHEAR FORCE IN 2 DIRECTION (kilo-newtons)

c-Bảng giá trị lực theo phương ngang cầu là

3 MAX PILE SHEAR FORCE IN 3 DIRECTION (kilo-newtons)

d- Bảng giá trị momentheo phươngdọc cầu:

4 MAX BENDING MOMENT ABOUT 2 AXIS (kN-M)

_

PILE PILE AT

# NODE DEPTH MAX

BELOW CAP MOMENT

e-Bảng giá trị momen :

5 MAX BENDING MOMENT ABOUT 3 AXIS (kN-M)

_

PILE PILE AT

# NODE DEPTH MAX

BELOW CAP MOMENT

1 1 0.00000E+00 -36.09

2 2 0.00000E+00 -36.59

3 3 0.00000E+00 -38.72

4 4 0.00000E+00 -42.78

5 5 0.00000E+00 -50.73

6 6 0.00000E+00 -68.58

7 7 0.00000E+00 -37.40

8 8 0.00000E+00 -37.93

9 9 0.00000E+00 -40.59

10 10 0.00000E+00 -45.45

11 11 0.00000E+00 -51.69

12 12 0.00000E+00 -69.49

13 13 0.00000E+00 -37.65

14 14 0.00000E+00 -38.22

15 15 0.00000E+00 -40.22

16 16 0.00000E+00 -43.49

17 17 0.00000E+00 -51.13

18 18 0.00000E+00 -66.23

f- Bảng tổng hợp giá trị Result Type Value Load Comb Pile *** Maximum pile forces *** Max shear in 2 direction 0.2576E+02 KN 1 0 12

Max shear in 3 direction -0.1987E+02 KN 1 0 6

Max moment about 2 axis -0.2535E+01 KN-M 1 0 1

Max moment about 3 axis -0.5791E+01 KN-M 1 0 12

Max axial force -0.1217E+04 KN 1 0 1

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

Max demand/capacity ratio 0.4408E+00 1 0 6

*** Maximum soil forces *** Max axial soil force 0.9224E+02 KN 1 0 1

Max lateral in X direction 0.9355E+01 KN 1 0 12

Max lateral in Y direction -0.1010E+02 KN 1 0 3

Max torsional soil force 0.5538E+00 KN-M 2 0 7

*** Maximum pile head displacements *** Max displacement in axial 0.4705E-02 M 1 0 1

Max displacement in x 0.5099E-02 M 1 0 5

Max displacement in y 0.9292E-02 M 1 0 13

5.4.3-Mô hình 3D của móng và biến dạng của nhóm cọc:

5.4.4-Vẽđường P-y theo mô hình của O’Neill(quan hệ giữa tải trọng và biến dạng ngang)

Đường cong P-y của lớp đất thứ 1 Đường cong P-y của lớp đất thứ 2:

Đường cong P-y của lớp đất thứ 3

Kết luận:

*) Nội lực dọc trục lớn nhất trong cọc l : 1217 (KN)

*) Lực cắt lớn nhất trong cọc l : 19.579(KN)

*) Mô men lớn nhất trong cọc l : 66.23(KN/m)

VI/ KIỂM TOÁN MÓNG CỌC:

6.1-Kiểm toán theo trạng thái giới hạn về cường độ:

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

Công thức kiểm toán nội lực dọc trục:

• hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc

+Sức kháng đơn vị mũi cọc trong lớp đất cát (MPa):

Lớp 1: là lớp sét pha thuộc loại đất dính nên sức kháng đơn vị thân cọc được tính

theo quy tắc α

Su1= Cu1 = 5( kPa) => Su< 25 = 1(DIM)

(Mpa)

Qs1 = qs1.As1 = 0.005 x 4 x (8200-1650) x 400 = 52400 N =52.4 KN

Lớp 2: Là lớp cát pha thuộc loại đất dính nên sức kháng đơn vị thân cọc được tính

theo quy tắc αSu2 = Cu2 = 64 (KPa) = 0.064 (Mpa) = 0.61 (DIM)

6.2-Kiểm toán theo trạng thái giới hạn về sử dụng:

6.2.1-Kiểm toán chuyển vị ngang.

Giới hạn chuyểnvị ngang của móng cọc không được vượt quá chuyển vị ngang cho phép l 38mm Theo kết quả tính tóan của phần mềm FB-Pier, ta có:

Max displacement in axial( quanh trục):0.2815E-02m (2.815mm<38mm)

Max displacement in x ( theo phương dọc cầu):

Với mục đích tính toán độ lún của nhóm cọc, tải trọng được giả định tác động lên móng tương đương đặt tại hai phần ba độ sâu chôn cọc và lớp chịu lực như hình vẽ( theo AASHTO- 2007)

Độ lún của nhóm cọc được tính cho móng cọc đặt trong đất dính, các loại đất mà bao gồm nhiều lớp đất dính, và các cọc trong lớp đất dạng rời rạc Tải trọng sử dụng để tính lún là tải trọng tác dụng thường xuyên lên móng cọc (Theo AASHTO – 2007)

Vì cọc nằm yên trong lớp đất sét nên ta dùng sơ đồ quy đổi móng tương đương sau :

Xác định các thông số :

Db = 21.8(m)

*) Db = 17 =14.53(m)

*) L= 5 1.1 + 0.4 = 5.9 (m) ;

*) B=2 1.1 + 0.4 = 2.6 (m) ;

B chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc(m)

L chiều dài móng tương đương (m)

L1khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theo chiều ngang cầu (m)

10 12.6 15.5 1.23015 0.0793650 48.67178699 0.969 47.1629

11 13.6 16.5 1.21323 0.0735294 42.3600713 0.971 41.1316

12 14.6 17.5 1.19863 0.0684931 37.20391389 0.973 36.1994

13 15.6 18.5 1.18589 0.0641025 32.93693694 0.974 32.0805(với ;K0i tra bảng 3-2(sách cơ học đất))

c)Tính ứng suất hiệu quả củađất nền :

Ta có = (kN/m2)

là trọng lượng riêng của nước , =10 (kN/m3)

Bảng ứng suất hữu hiệu của nền đất:

hi :chiều dày lớp đất phân tố tính lún thứ i

S: độ lún ổn định cuối cùng của trọng tâm đáy móng

:hệ số rỗng ban đầu – tra theo đường cong nén lún ứng với tải trọng p1(do ứng suất trọng lượng bản thân )

:hệ số rỗng do ứng suất trọng lượng bản thân và tải trọng công trình –tra theo đườngcong nén lún ứng với tải trọng p2

Với p1 =

Ta tính lún theo phương pháp cộng lún tầng lớp:

L : Chiều dài nhịp tính toán (L = 41.40 (m))

Nn: 5.86< 1.5x = 9.65 (cm) => thoả mãn điều kiện

Do vậy, công trình đảm bảo về độ lún khi chịu tác dụng của các tải trọng thiết kế và tải trọng bản thân