ĐỒ án nền và MÓNG, đại học CÔNG NGHỆ GTVT, NGUYỄN QUỐC TUYÊN

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 6 lớp, lớp thứ 4 khá dày và không phải là tầng đá gốc, nên...

ĐỒ ÁN NỀN VÀ MÓNG

PHẦN 1 BÁO CÁO ĐỊA CHẤT, THỦY VĂN CÔNG TRÌNH

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

1.1.1 Mô tả cấu tạo địa chất

Lớp 1:

Lớp 1 cóký hiệu lớp 2a, là lớp sét pha cát, mầu xám nâu, xám xanh Chiều dày của lớp là 9.80m, cao độ mặt lớp là 0.60m, cao độ đáy lớp là -9.20m Lớp đất có độ ẩm tự nhiên W = 26.47% Lớp đất ở trạng thái cứng vừa đến cứng

Lớp 2:

Lớp 2 cóký hiệu lơp TK2, là lớp cát sét lẫn sỏi, mầu xám nâu, nâu đỏ Chiều dày của lớp là 7.50m, cao độ mặt lớp là -9.20m, cao độ đáy lớp là -16.70m Lớp đất có độ ẩm tự nhiên W = 20.80% Lớp đất ở trạnh thái chặt vừa

Lớp 3:

Lớp 3 có ký hiệu lớp 2a, là lớp sét pha cát, mầu xám nâu, xám xanh.Chiều dày của lớp là 4.20m, cao độ mặt lớp là -16.70m, cao độ đáy lớp

là -20.90m Lớp đất có độ ẩm tự nhiên W = 26.47% Lớp đất ở trạng tháicứng vừa đến cứng

+ Nên để cho cọc ngập sâu vào lớp đất số 6 để tận dụng khả năng chịu

ma sát của cọc

PHẦN 2 THIẾT KẾ KỸ THUẬT

2.1Bố trí chung công trình

2.2 Chọn sơ bộ kích thước công trình

2.2.1 Chọn vật liệu

+ Bê tông có f'c = 30 Mpa, có γbt = 24 KN/m3

+ Thép ASTM A615 có fy = 420 Mpa

2.2.2 Kích 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 quân trên sông ta chọn các giá trị cao độ như sau:

Cao độ đỉnh trụ chọn như sau: Max{MNCN +1m

MNTT +H tt}−0.3 m

Trong đó:

MNCN: Mực nước cao nhất, MNCN = 5,4 m

MNTT: Mực nước thông thuyền, MNTT = 3.20 m

Htt: Chiều cao thông thuyền, Htt = 2,5 m

5

2 5 15

-4,50 (C§§AB)

2,50(C§§B)

-+5.40M N C

N )

+1,80 (M N TN )

H ×nh chiÕu ngang cÇu

H ×nh chiÕu däc

c©u

45 0 80 0

2 5

12 0 17 0 +6.10 (C§§T)

2.2.3 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 6 lớp, lớp thứ 4 khá dày và không phải là tầng đá gốc, nên

chọn giải pháp móng là 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: 0.45 x 0.45 m: được đóng vào lớp số 4là lớp cát sét, cát bụi, mầu xám vàng, xám trắng, trạnh thái chặt vừa đến chặt, bão hoà nước.

Kiểm tra: Lc d = 17 ,50.45 = 38,89< 70 = > Thoả mãn yêu cầu về độ mảnh

Tông chiều dài đúc cọc sẽ là: L = Lc + 0.5m = 17,5 + 0.5 = 18m

Cọc được tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài cọc là:

2,50(CĐĐB )

-+5.40(M N C

N )

+1,80 (M N TN )

H ×nh chiÕu N GAN G cẦU

H ×nh chiÕu däc

cẦU

45 0 80 0

Noh – Hoạt tải thẳng đứng KN 2500

Trọng lượng riêng của bê tông γ bt= 24 KN/m3

* Bố trí cốt thép trong cọc :

+ Cốt chủ : Chọn 8φ22, bố trí xuyên suốt chiều dài cọc

+ Cốt đai : Chọn thép φ 8

Hình 4 Mặt cắt ngang cọc BTC

+ Cọc bê tông cốt thép, tiết diện của cọc hình vuông 0.45x0.45m

+ Bê tông có f’c = 30 Mpa

+ Thép ASTM A 615 có fy = 420 Mpa

Bô trí cốt thép trong cọc:

Cốt chủ: chọn thép d18, số lượng thanh là: 8 thanh

Cốt đai: chọn thép d8

Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu:

PR = φ.Pn = φ x 0.8 x{0.85 x f'c x (Ag - Ast) + fy x Ast}

Trong đó:

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

f’c: Cường độ nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (Mpa)

fy: Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép (Mpa)

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

+ Đối với đất dính φ qp= 0.70λv = 0.56

+ Đối với đất cát theo phương pháp SPT: φ qp = 0.45λv = 0.36

φ qs : hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc dosức kháng của mũi cọc

và sức kháng thân cọc.

+ Đối với đất dính tính theo phương pháp α:φqs = 0.70λv = 0.56 + Đối với đất cát theo phương pháp SPT: φ qs = 0.45λ v = 0.36

 Theo phương pháp α, sức kháng đơn vị thân cọc Qs như sau:

Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định α của API như sauNếu Su ≤ 25 KPa => α = 1.0

Nếu 25KPa ≤ Su ≤ 75 KPa =>α =1−0 ,5[ S u −25 Kpa

50 Kpa ]Nếu Su ≥ 75 Kpa => α = 0.5

* Theo phương pháp ước tính sức kháng của cọc dựa trên thí nghiệmhiện trường sử dụng kết quả SPT xácđịnh Qs như sau:

Đối với cọc đóng dịch chuyển:q s =0 , 0019×N

qs: ma sát đơn vị bề mặt cho cọc đóng (Mpa)

N: số đếm búa SPT trung bình (chưa hiệu chỉnh) dọc theo thân(Búa/300mm)

Số đếm búa SPT trung bình dọc theo thân búa của lớp 4 là:

N=14 (Búa/300mm)Kết quả Qs được lập thành bảng như sau:

(Mpa)

Với: N corr=[0 ,77 log10(1 , 92

σ ' v ) ]NTrong đó:

Ncorr: Số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ, σ'v

(Búa/300mm)

N: số đếm SPT đo được (Búa/300mm)

σ'v: Ứng suất hữu hiệu thẳng đứng TAI MUI COC (Tinh tu tren Mat dat

tu nhien > mui coc)

D: Chiều rộng hay đường kính cọc (mm)

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

ql: sức kháng điểm giới hạn tính bằng 0.4Ncorr cho cát va 0.3Ncorr cho bùnkhông dẻo (Mpa)

Do mũi cọc nằm trong lớp 4là lớp đất rời nên ta có kết quả tính Qp như trong bảng sau:

D(mm)

Db

(mm)

Ncorr(búa/300mm)

q1

(Mpa)

qp

(Mpa)

QR = φ qp Q p + φ qs Q s = 0,56*276660 + 0,36*661500 + 0,56*219240 + 0,36*1710 + 0,36*599400 = 732243.6(N) =732 (KN)

=> Sức kháng dọc trục của cọc đơn Ptt:

Ptt = Min (PR : QR) = 732 (KN)

Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 quy định:

Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tới mép gần nhất của móng phải lớn 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= 28 cọc được bố trí theo dạng lưới ô vuông trên mặt bằng và được

bố trí thẳng đứng trên mặt đứng, với các

thông số :

+ Số hàng cọc theo phương dọc cầu là: 4 hàng

Khoảng cách tim các hàng cọc theo phương dọc cầu là: 900mm 3d

>6d

+Số hàng cọc theo phương ngang cầu là 7hàng 3d 4.5d

Khoảng cách tim các hàng cọc theo phương ngang cầu là: 900mm 4d + Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả hai phương dọc cầu và ngang cầu là: 500mm

2.5.3 Tổ hợp tải trọng tại tâm đáy bệ cọc

- Tổ hợp tải trọng ở trạng thái giới hạn sử dụng:

2.6 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ

2.6.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

a Tính nội lực tác dụng lên đầu cọc

Trường hợp tất cả các cọc đều thẳng đứng, tải trọng tác dụng lên đầu cọc được xác định theo công thức sau:

Trong đó:

n: là số lượng cọc trong móng

N: là tổng tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐ ở đáy bệ (KN)

Mx, My: momen của tải trọng ngoài ở TTGHCĐ lấy đối với trục Ox và

b Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

Công thức kiểm toán: Nmax + ΔN ≤ Ptt

2.6.2 Kiểm toán sức kháng dọc của nhóm

Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm:

V c≤Q R = φg Q g

Do cọc ngàm qua lớp đất rời nên Qg = Q1

Với Q1: Tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn

* Tính Qg :

Tổng sức kháng danh định dọc trục của cọc đơn trong đất sét:

Qn = Qs+ Qp =276660+661500+219240+1710+599400 = 178510(N)

= 1785 (KN) Móng cọc đài thấp có bệ cọc tiếp xúc chặt chẽ với đất, nên tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn là:

Q g = Q 1 =n.Q n = 28 x 1785 = 49980(KN)

Hệ số sức kháng của nhóm cọc φg = 0,45λv =0,36

Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc :

Q R = 0,36 x 49980 = 17992,8(KN) > V c = 12038 (KN) => Đạt

2.7 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng (Tính lún)

Với mục đích tính toán độ lún của nhóm cọc, tải trọng được giả định tác động lên móng tương đương đặt tại 2/3 độ sâu chôn cọc vào lớp chịu lực như hình vẽ

y

1 2

Móng tuong duong

Cao độ bắt đầu từ lớp số 2a xuống (lớp chịu lực) (tức là từ lớp tốt) là: -4,5 m

Như vậy ở đây D b = - 4,5 - (-22) = 17.5 m

 2D b /3 = 11.67 m

Vậy móng tương đương nằm trong lớp 2

Cao độ đáy của móng tương đương -28.90 m

Lớp đất tính lún ở bên dưới móng tương đương, có chiều dày như hình vẽ

Do địa chất gồm lớp 1 và lớp 3 là đất yếu, lớp 2 và lớp 4 là đất tốt nên chiều dài D b

từ đầu lớp 4 tới mũi cọc

Lớp 4 là đất rời, vì vậy độ lún của nhóm cọc có thể được ước tính bằng cách sử dụng kết quả thì nghiệm ngoài hiện trường và vị trí móng tương đương cho trong hình vẽ trên

Độ lún trong nhóm cọc trong đất rời có thể tính như sau:

X: chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm) = min (L, B) trong tính lún

nhóm cọc

ρ: độ lún của nhóm cọc (mm) B=3*3d +d

I: Hệ số ảnh hưởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm B=6*3d +d

D': Độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2D b /3 (mm)

D b: Độ sâu chôn cọc trong lớp chịu lực (mm) (có thể lấy toàn bộ chiều dài cọc

hoặc chiều dày của lớp cát tính từ mũi cọc đến đỉnh lớp cát)

N corr : giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh cho số đếm SPT của tầng phủ trên độ sâu X phía dưới đế móng tương đương (Búa/300mm)

N: Số đếm SPT đo trong khoảng lún (Búa/300mm)

σ' v : Ứng suất thẳng đứng hữu hiệu (Mpa)

q c : 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:

V: Tải trọng thẳng đứng tại đỉnh của nhóm cọc ở TTGHSD (N), V = 8057x103

(N)

L td : Chiều dài của móng tương đương, L td = 6x1350+450= 8550 mm

B td : Chiều rộng của móng tương đương, B td =3x1350+450= 4500 mm

X: Chiều rộng nhỏ nhất của nhóm cọc (mm) X= min (L, B) =4500 (mm)

- Độ sâu chôn cọc trong lớp chịu lực D b =17500 mm

- Độ sâu hữu hiệu D' = 11670 mm

- Hệ số ảnh hưởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm (I):

I=1−0,12511670

=> I=0.67

- Ứng suất thẳng đứng hữu hiệu: σ' v = 0.29 Mpa

- Số đếm SPT đo trong khoảng lún N = 10

=> N corr = 6.3

=> Độ lún của nhóm cọc: ρ = 44.73 mm = 4.473 (cm)

2.8 Tính toán kiểm tra cọc

2.8.1 Tính toán kiểm tra cọc trong giai đoạn thi công

Tổng chiều dài cọc dùng để tính toán và bố trí cốt thép là chiều dài đúc cọc :

A g : diện tích mặt cắt nguyên cọc, A g = 0.2025 m2 Diện tích mắt cắt ngang cọc

γ bt : trọng lượng riên của bê tông, γ bt = 24 KN/m3

=> q = 8.505 KN/m = 1,75 x Ag x 24

 Khi cẩu cọc:

Hình 10: 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: => a= 0.207×L d =0.207×6=1.242 m

Hình 11: Sơ đồ treo cọc lên giá búa như sau:

Chọn điểm móc cẩu sao cho => b = 0.294L d = 1.764 m =0,294 x Lđốt

2.8.1.2.Tính và bố trí cốt thép dọc cho cầu

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

ăn mòn ít nhất là 50mm, trong môitrường bị ăn mòn là 75mm

Ta chọn cốt thép chủ chịu lực là thép ASTM A615M

Gồm 8 thanh d18 có f y = 420 Mpa đưuọc bố trí như hình vẽ

Ta đi tính duyệt lại mặt cắt bất lợi nhất trong trường hợp bất lợi nhất là mặt cắt có momen lớn nhất trong trường hợp treo cọc:

Cọc có chiều dài L d = 6m thì M tt = 25.515(kN.m)

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

+ Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông là:

+ Ứng suất kéo tại thớ ngoài cùng của mặt cắt nguyên:

Tính duyệt khả năng chịu lực:

Giả thiết tất cả cốt thép đều chảy dẻo

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

Trong đó:

ϕ: hệ số sức kháng được quy định trong điều 5.5.4.2

M n : sức kháng danh định (N.mm),

Với: A s : diện tích cốt thép chịu kéo không dự ứng lực (mm 2 )

f y : giới hạn chảy quy định của cốt thép chịu kéo (Mpa), f y = 420 Mpa

A' s : diện tích cốt thép chịu nén không dự ứng lực (mm 2 ),

f' y : giới hạn chảy quy định của cốt thép chịu nén (Mpa), f' y = 420 MPa

d s : 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= cβ 1

β1: Hệ số quy đổi hình khối ứng suất Với bê tông có cường độ ≤ 28MPa, β1 = 0.85; với bê tông có cường độ ≥ 28MPa, hệ số β1 giảm đi theo tỷ lệ 0.05 cho từng 7MPa vượt quá 28MPa nhưng không lấy nhỏ hơn trị số 0.65

c: khoảng cách từ mặt trung hòa đến trục chịu nén (mm), với mặt cắt hình chữ nhật:

Với b

w : Chiều rộng của bản bụng, với tiết diện hình chữ nhật, b w=b= = đường kính cọc

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

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