ĐỒ ÁN NỀN MÓNG, ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT

 Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là lớn,địa chất gồm có 4 lớp, lớp thứ 4 có chiều dày lớn và không phải tầng đágốc nên chọn giải pháp móng cọc ma sát

PHẦN 1:

BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

1.1 Đặc điểm địa chất, thủy văn khu vực xây dựng công trình:

+ Lớp đất số 1 có trị số SPT và sức chịu tải tướng đối ổn định (IL= 0.35, SPT

<15 rất thấp) và độ dày tạm ổn định (h= 10.70m)=> Sức chịu kháng trung bình.+ Lớp đất số 2 có trị số SPT và độ sệt cũng không cao lắm (IL = 0,12; SPT

<15 ) và độ dày thấp (h = 5.8m) => sức chịu tải chưa ổn định thấp hơn lớp 1.+ Lớp đất số 3 có trị số SPT và độ sệt tương đối là ổn định (IL =0.33,SPT<15) và độ dày lớn (h = 60.40m) => sức chịu kháng lớn hơn nhiều so với 2lớp trước

PHẦN 2: THIẾT KẾ KỸ THUẬT

2.2.Chọn sơ bộ kích thước chung công trình

2.2.1.Chọn vật liệu

+ Bê tông có f c=30 MPa có  bt 24.5 (KN.m)

+ Thép ASTM A615 có f  y 420 MPa

2.2.2Kích thước và cao độ của bệ cọc

* Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT):

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

H MNTT

m MNCN

+ MNTT: Mực nước thông thyền, MNTT = 5.50 m

+ H tt: Chiều cao thông thuyền, H tt= 3.50m

Chiều dày mũ trụ: CDMT = 0.8+0.6 = 1.4m.

-4.0(C ĐĐ AB) -2.0(C ĐĐ B)

+7.9(MNCN)

+3.6 (MNTN) +5.5(MNTT)

Hình chieu ngang tru Hình chi eu doc tru

450

800

80 60

25 120 25 170

Htr = ?m

Hb = 2m

Hình 2 Tổng hợp các thông số thết kế 2.2.3 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,địa chất gồm có 4 lớp, lớp thứ 4 có chiều dày lớn và không phải tầng đágốc nên chọn giải pháp móng cọc ma sát BTCT, mũi cọc nằm ở lớp thứ 4

 Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thước là 0,45x0,45 m; đượcđóng vào lớp số 4 là lớp cát sét, cát bụi ở trạng thái chặt vừa đến chặt

 Vậy, sơ bộ chọn cao độ mũi cọc là – 30.58m

Như vậy cọc được đóng vào trong lớp đất 4 và có chiều sâu cọc ngập tronglớp đất 4 là : 11.5 m

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

-Cọc được tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 27 m = 3x9m

Như vậy ba đốt thân cọc chiều dài là 9 m Các đốt cọc sẽ được nối với nhau bằngphương pháp hàn trong quá trình thi công đóng cọc

+ Thể tích toàn phần trụ (không kể bệ cọc).

-4.0(C ĐĐ AB) -2.0(C ĐĐ B)

+7.9(MNCN)

+3.6 (MNTN) +5.5(MNTT)

Hình chieu ngang tru Hình chi eu doc tru

450

800

80 60

25 120 25 170

Htr = ?m

Hb = 2m

Hình 3 Phân chia thể tích trụ

Thể tích trụ toàn phần Vtr:

bt = 24,50 (kN/m3): Trọng lượng riêng của bê tông.

n= 9,81 (kN/m3): Trọng lượng riêng của nước

+ Tổ hợp tải trọng theo phương ngang ở TTGHSD:

Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu: Nsd

tn n tr bt

o t

o h

( ) 500 110 (8.7 2) 1677( )

h

M M H CĐĐT CĐĐB      kN m + Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHCĐ

Tải trọng thẳng đứng tính toán ngang cầu

75 1 75

.

1 M H CĐĐT CĐĐB

h o

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

+ Bê tông có f c = 28 MPa

* Bố trí cốt thép trong cọc :

+ Cốt chủ : Chọn 12 thanh  22, bố trí xuyên suốt chiều dài cọc + Cốt đai : Chọn thép 8

450 2x175=350

50 50

50

2x175=350 450 50

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

'

c

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

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

QR = qp Qp +  qs Qs

Qp = sức kháng mũi cọc (N) ; Qp  qp  Ap

Qs = sức kháng thân cọc (N) ; Qs=qs×As

qp = hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định cho trong Bảng

10.5.5-2 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sứckháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc

+ Đối với đất dính qp=0.70v

+ Đối với đất cát theo phương pháp SPT: qp=0.45v

Trong đó: v phụ thuộc phương pháp kiểm tra cọc khi thi công, v = 0.8

qs = hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc cho trong Bảng 10.5.5 -2

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

+ Đối với đất dính tính theo phương pháp a: qp=0.70v

+ Đối với đất cát theo phương pháp SPT: qp=0.45v

* Theo phương pháp : Sức kháng đơn vị thân cọc qs như sau: qs Su

Trong đó:

Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa), Su = Cu=qu/2

 : Hệ số kết dính phụ thuộc vào Cường độ kháng cắt thoát nước trung bình

Su và Chiều sâu cọc ngập trong lớp đất Db

Ở dưới đây ta dùng công thức xác định  của API như sau :

Sử dụng công thức xác định của API với Su= 32.373 kPa ta có:

25kPa < Su= 32.373 kPa < 75 kPa

Sử dụng công thức xác định của API với Su= 29.43 kPa ta có:

25kPa < Su= 29.43 kPa < 75 kPa

Qs=qs×

As

(N)

Sức kháng thân cọc như sau:

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

 Đối với đất rời:

 : Ứng suất hữu hiệu thẳng đứng

- Db: Chiều sâu xuyên trong tầng chịu lực (mm)

- ql: Sức kháng điểm giới hạn tính bằng 0.4Ncorr cho cát và 0.3Ncorr

cho bùn không dẻo (MPa)

Do mũi cọc nằm ở lớp 4 là lớp đất cát thuộc đất rời nên ta cókết quả tính như sau:N

P

đạt nên chọn lên 20 cọc

2.5.2.Bố trí cọc, chọn kích thước bệ móng:

Tiêu chuẩn 22TCN 272 – 05 quy định:

 Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tới mép gần nhất của móngphải

lớn hơn 225mm.

lần đường kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn

Với n = 20 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 4 Khoảng cách tim các hàng cọctheo phương dọc cầu là 1200 mm

+ Số hàng cọc theo phương ngang cầu là 5 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

Ta bố trí cọc trên mặt bằng như hình vẽ bên dưới :

a = (5800 - 4500) : 2 = 650 mm

Bảng 5: Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ.

2.6.Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ

2.6.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn.

a) Tính nội lực tác dụng lên đầu cọc.

Từ các thành phần tải trọng tác dụng lên đáy bệ ở TTGHCĐ,các kích thước về cọc đơn và cách bố trí cọc,các thông số của các lớp đất

Tải trọng tác dụng lên các cọc được tính theo bảng sau:

Giá trị Nmax = 806.09KN dùng để kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn

b) Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn:

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 = 806.09 KN

N: Trọng lượng bản thân cọc

Ta có: N = 0.45 x 0.45 x27 x 24.5= 133.95 KN

Kiểm toán: Nmax + N =806.09+133.95 =940.04 KN  Ptt = 1128.76 KN => Đạt

2.6.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc.

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

g g R

 = 0,65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2,5 lần đường kính

 = 1,00 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đường kính

Do móng cọc được chôn trong đất dính ta dùng phương pháp tính lún cho

móng nông để ước tính độ lún của móng cọc,bằng cách sử dụng vị trí cho móngđương tương

Với mục đích tính toán độ lún của nhóm cọc, tải trọng được giả định tác độnglên móng tương đương đặt tại 2/3 độ sâu chôn cọc vào lớp đất chịu lực(2Db/3) Tải trọng phân bố theo đường 2:1 theo móng tương đương như hình vẽ :

Lop dat yeu

Móng tu ong du ong

1 2

Lop dat tot

Db là tính từ lớp đất chịu lực, theo tài liệu khảo sát địa chất ta có cả 4 lớp đấtđều là lớp tốt đóng vai trò là lớp đất chịu lực

Cao độ bắt đầu từ lớp số 1 xuống (lớp chịu lực) (tức là từ lớp tốt) là: -4 m Như vậy ở đây Db= - 4 – (-30.58) = 26,58 m

92 , 1 log 77 , 0

X: Là chiều rộng nhỏ nhất của nhóm cọc (mm)

ρ: Độ lún của nhóm cọc (mm)

I: Hệ số ảnh hưởng của chiều sâu chon hữu hiệu của nhóm

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

Db: Độ sâu chôn cọc trong lớp chịu lực (mm)

 : ứng suất hữu hiệu thẳng đứng

q: sức kháng xuyên hình nón tĩnh trung bình trên độ sâu X dưới móng tương đương (MPa)

 Do ta sử dụng phương pháp SPT , các giá trị được tính toán như sau:

Ncđ: Tải trọng thẳng đứng tại đỉnh nhóm cọc ở TTGHSD (N), V= 9393.03×103

(N)

L: Chiều dài của móng tương đương, L=4×1200+450= 5250 (mm)

B: Chiều rộng của móng tương đương, B= 3×1200+450=4050 (mm)

X: Chiều rộng nhỏ nhất của nhóm cọc (mm) X= min (L, B) =4050 (mm)

Db: Độ sâu chôn cọc trong lớp chịu lực (mm) Db= 26580 (mm)

D’: Độ sâu hữu hiệu D’= 17720 (mm)

4050

D I

• Số đếm SPT đo trong khoảng lún (búa/300mm) : N=16.81

2.8.Tính toán kiểm tra cọc

2.8.1.Tính toán kiểm tra cọc trong giai đoạn thi công

Tổng chiều dài cọc dung để tính toán và bố trí cốt thép là chiều dài đúc cọc: Ld =

27 m

Được chia thành 3 đốt: Ld =3×9 m

 Tính toán mômen lớn nhất dung để bố trí cốt thép:

Mtt= max( M1; M2 )Trong đó: M1: Mômen lớn nhất khi cẩu cọc

M2: Mômen lớn nhất khi treo cọc

 Tải trọng bản thân cọc phân bố trên toàn bộ chiều

dài cọc và có giá trị là: q = n.Ag.γbt

Biểu đồ mômen cọc khi vận chuyển

Ta có sơ đồ khi vận chuyển cọc cũng như biểu đồ mô men như hình vẽ:

Chọn điểm cọc móc cẩu sao cho: M1  M1 

 Trường hợp treo cọc lên giá búa :

Sơ đồ treo cọc lên giá búa như sau:

4.961kN/m

9.922 kN.m

Chọn điểm móc cầu sao cho: M2  M2 

 => b= 0.294×Ld =0.294×9=2.646 mChọn b= 3m

-Lớp bê tông bảo vệ đối với cọc bê tông đúc sẵn trong môi trường không

bị ăn mòn ít nhất là 50mm, trong môi trường bị ăn mòn là 75mm.-Ta chọn cốt thép chủ lực là thép ASTM A615M

Gồm: 12 thanh #22 có fy =420 MPa được bố trí như hình vẽ:

3.0 m 6.0 m

22.32 kN.m

22.32 kN.m

 Vậy cọc không bị nứt khi cẩu và treo cọc.

- Tính duyệt khả năng chịu lực:

Giả thiết tất cả cốt thép đều chảy dẻo f s' f s f y 420Mpa

 Kiểm toán sức kháng uốn tính toán sức kháng uốn tính toán của cọc:

 : Hệ số sức kháng được quy định trong điều 5.5.4.2 tiêu chuẩn 22TCN 272- 05( 0.9)

As: diện tích cốt thép chịu kéo không dự ứng lực (mm2)

fy: giới hạn chảy quy định của cốt thép chịu kéo (MPa): fy= 420 MPaA's: diện tích cốt thép chịu nén không dự ứng lực (mm2)

f'y: giới hạn chảy quy định của cốt thép chịu nén (MPa): fy' =420 MPads: khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo không dự ứng lực (mm)

d's: khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu nén không dự ứng lực (mm)

a: chiều dày khối ứng suất tương đương (mm) a c 1

β1: Hệ số quy đổi hình khối ứng suất được lấy như sau:

'

1 '

1

' '

f MPa

f MPa

f MPa f MPa

 Giả sử trục trung hòa nằm phía trên trọng tâm tiết diện, ta có:

• As=8×330=2640 mm2

• A s'=4×330=1320mm2

•

' 1

( 28) (30 28)0.85 0.05 0.85 0.05 0.836

c f



' ' '

s

E

f c

c d

y

s

f E

79 53 390 003 0 003

s

c

 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

2.9.1 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc.

Cốt thép mũi cọc có đường kính 40, với chiều dài 300 mm

Đoạn nhô ra khỏi mũi cọc là 50 mm

2.9.2 Lưới cốt thép đầu cọc.

? đầu cọc bố trí một số lưới cốt thép đầu cọc có đường kính 40 mm ,với mắt lưới

a = 50 50mm Lưới được bố trí nhằm đảm bảo cho bê tông cọc không bị phá hoại

do chịu ứng suất cục bộ trong quá trình đóng cọc

2.9.3 Vành đai thép đầu cọc.

Đầu cọc được bọc bằng một vành đai thép bằng thép bản có chiều dày = 10 mm 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

2.9.4 Cốt thép móc cẩu.

Cốt thép móc cẩu được chọn có đường kính 22 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 ta không

3 c

cần phải làm móc thứ 3 tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công và để cọc trong b•i.

Khoảng cách từ đầu mỗi đoạn cọc đến mỗi móc neo là a = 2m = 2000 mm

2.9.5 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 cường 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 Ngoài ra để tăng thêm an toàn cho mối nối ta sử dụng thêm 4 thép bản 520x100x10mm được táp vào khoảng giữa hai thép góc để tăng chiều dài hàn nối

Phần 3