Nền móng

Bài tập lớn Nền Móng

Mục lục PHẦN I BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

I ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 4

II NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ … 5

PHẦN II THIẾT KẾ KĨ THUẬT I LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH 8

1.1 Lựa chọn kích thước và cao độ bệ cọc 8

1.2 Kích thước cọc và cao độ của cọc 8

II LẬP CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ 10

2.1 Trọng lượng bản thân trụ…… 10

2.1.1 Tính chiều cao thân trụ……….10

2.1.2 Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc) 10

2.1.2 Thể tích phần trụ ngập nước (không kể bệ cọc) 11

2.2 Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN 11

2.2.1 Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHSD 11

2.2.2 Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHCĐ 12

III XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC 12

3.1 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu PR 12

3.2 Sức kháng nén dọc trục theo đất nền QR 13

3.2.1 Sức kháng thân cọc Qs 14

3.2.2 Sức kháng mũi cọc Qp……… 17

3.3 Sức kháng dọc trục của cọc đơn 18

IV CHỌN SỐ LƯỢNG CỌC VÀ BỐ TRÍ CỌC TRONG MÓNG 19

4.1 Tính số lượng cọc……… 19

4.2 Bố trí cọc trong móng……… 19

4.2.1 Bố trí cọc trên mặt bằng 19

4.2.2 Tính thể tích bệ……… 20

4.3 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ 20

4.3.1 Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD 20

4.3.2 Tổ hợp hợp trọng ở TTGHCĐ 20

V KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ I 21

5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 21

5.1.1 Tính nội lực tác dụng đầu cọc 21

5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 21

5.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc 22

5.2.1 Với đất dính……… 22

5.2.2 Với đất rời ……… 24

VI KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG 24

6.1 Xác định độ lún ổn định ……….24

6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc 27

VII CƯỜNG ĐỘ CỐT THÉP CHO CỌC VÀ BỆ CỌC 28

7.1 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 28

7.1.1 Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc 28

7.1.2 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 30

7.2 Bố trí cốt thép đai cho cọc……… 34

7.3 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc 34

7.4 Lưới cốt thép đầu cọc……… 34

7.5 Vành đai thép đầu cọc……… 34

7.6 Cốt thép móc cẩu……… 34

VIII MỐI NỐI THI CÔNG CỌC………… 34

PHẦN III BẢN VẼ

PHẦN I

BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

I ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Các ký hiệu sử dụng trong tính toán:

 : Trọng lượng riêng của đất tự nhiên (kN/m3)

s : Trọng lượng riêng của hạt đất (kN/m3

n : Trọng lượng riêng của nước (n=9.81kN/m3)

+ Lớp 2:

Lớp 2 là lớp cát hạt nhỏ, phân bố dưới lớp 1 Chiều dày của lớp là 3.9m, cao

độ mặt lớp là -4.3m, cao độ đáy là -8.20m Lớp đất có độ ẩm W = 52.2%, độ bãohòa Sr = 99.92% Lớp đất ở trạng thái dẻo cứng có độ sệt IL = 1.46%

+ Lớp 3:

Lớp thứ 3 gặp ở B H3 là lớp cát nhỏ ,màu xám nâu, kết cấu chặt vừa, phân

bố dưới lớp 2 Chiều dày của lớp xác định ở lỗ khoan BH3 là 28.0m, cao độ mặtlớp là -8.20m, cao độ đáy lớp là -37.0m.,

+ Lớp 4:

Lớp thứ 4 là lớp cát hạt nhỏ, màu xám, kết cấu rất chặt , phân bố dưới lớp 3

Chiều dày của lớp là 3m, cao độ mặt lớp là -37 0m, cao độ đáy lớp là -40.00m

II NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ

Theo tài liệu khảo sát địa chất công trình, phạm vi nghiên cứu và qui môcông trình dự kiến xây dựng, ta có một số nhận xét và kiến nghị sau:

PHẦN II

THIẾT KẾ KỸ THUẬT

120 170 170

L?p 3 cát ch?t nh? màu xám

185 125

I LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH

1.1 Lựa chọn kích thước và cao độ bệ 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 thayđổi mực nước giữa MNCN và MNTN là tương đối cao Xét cả điều kiện mỹquan trên sông, ta chọn các giá trị cao độ như sau:

Cao độ đỉnh trụ chọn như sau: 0.3m

HMNTT

m1MNCNmax

=> Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = 2.0 +2.0 = -4.0 m

Vậy chọn các thông số thiết kế như sau:

1.2 Kích thước cọc và cao độ của cọc

+ Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng làlớn, địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 18.50m và không phải là tầng

đá gốc, nên chọn giải pháp móng là móng cọc ma sát BTCT

+ Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thước là 0.45x0.45m;được đóng vào lớp số 4 là lớp cát hạt nhỏ, kết cấu chặt vừa Cao độ mũi cọc là-28.00m Như vậy cọc được đóng vào trong lớp đất số 4 có chiều dày là 9.50m + Chiều dài của cọc (Lc) được xác định như sau:

II LẬP CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ

2.1 Trọng lượng bản thân trụ

2.1.1 Tính chiều cao thân trụ

Chiều cao thân trụ Htr

Htr = CĐĐT - CĐĐB - CDMT

Htr = 9.6 –(- 2.0) - 1.4 = 10.20 m Trong đó:

Str : Diện tích mặt cắt ngang thân trụ (m2)

2.2 Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN

Các tổ hợp tải trọng đề bài ra như sau:

o t

N - Tĩnh tải thẳng đứng kN 4000

o h

N - Hoạt tải thẳng đứng kN 2500

o h

H - Hoạt tải nằm ngang kN 120

M - Hoạt tải mômeno KN.m 450

Hệ số tải trọng: Hoạt tải : n = 1.75

Tĩnh tải : n = 1.15

bt = 24 kN/m3 : Trọng lượng riêng của bê tông

n = 9.81 kN/m3 : Trọng lượng riêng của nước

2.2.1 Tổ hợp tải trọng theo phương ngang cầu ở TTGHSD

+ Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu:

tn n tr bt

o t

o h

SD

= 2500 + (4000 + 24.0 x69.13) – 9.81 x 24.44= 7954.14KN+ Tải trọng ngang tiêu chuẩn dọc cầu:

SD 1

H = Ho = 120 kN+ Mômen tiêu chuẩn dọc cầu:

M1SD = Mo + Hho x (CĐĐT – CĐĐB) = 450 + 120 x (9.6 + 2.0) = 1842kN.m

2.2.2 Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHCĐ

+ Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu

tn n tr bt

o t

o h

§ C

= 1.75 x 2500 + 1.25 x (4000 + 24.0 x 69.13) – 9.81x 24.44 = 11252.6kN

+ Tải trọng ngang tính toán dọc cầu:

§ C 1

III XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC

3.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu P R

+ Chọn vật liệu:

+ Cọc bê tông cốt thép, tiết diện của cọc hình vuông: 0.45m x 0.45m + Bê tông có f = 28MPac'

+ Thép ASTM A615, có f = 420 MPay

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

'

c

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 = 450 x 450 = 202500mm2

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)

qp : Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc

qs : Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc

Đối với lớp đất cát: Tính theo phương pháp SPT

Đối với lớp đất sét: Tính theo phương pháp 

Đồng thời ta cũng tham khảo cụng thức xỏc định  của API như sau :

KPa25S

5.0

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

- Nếu 0.025 Mpa < Su< 0.075 Mpa 

025 0 5

0 1

Với: N 0.77log 1.92' N

v 10

u : Áp lực nước lỗ rỗng ứng với MNTN = 2.80m

N : Số đếm SPT đo được (búa/300mm)

D : Chiều rộng hay đường kính cọc (mm)

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

ql : Sức kháng điểm giới hạn (MPa)

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

n� �  Chọn n = 24 cọc.

4.2 Bố trí cọc trong móng

4.2.1 Bố trí cọc trên mặt bằng

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

 Khoảng cách tim đến tim các cọc không được nhỏ hơn 750mm hoặc 2.5lần đường kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn

Với n = 24 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 6 Khoảng cách tìm các hàng cọctheo phương dọc cầu là 1200 mm

+ Số hàng cọc theo phương ngang cầu là 4 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

SD b

1

SD 1

V KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ I

5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

Mx, My: Moomen của tải trọng ngoài ở TTGHCĐ lấy đối với trục

Tên cọc n N(kN) M x

(kN.m)

M y (kN.m)

X i (m) Y i (m) N i (kN)

Dọc cầu

Ngang cầu

Vậy: Nmax = 633.15KN.

5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

Công thức kiểm toán: NmaxNPtt

Trong đó: Nmax: Nội lực lớn nhất tác dụng lên một cọc (lực dọc trục)

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

g g R

Trong đó: : hệ số hữu hiệu

Ta có : Cao độ mặt đất sau xói là : -1.70 m

Cao độ đáy bệ là :-4.0 m

Do vậy sau khi xói lở, đáy bệ không tiếp xúc chặt chẽ với đất, đất trên bềmặt là mềm yếu, khi đó khả năng chịu tải riêng rẽ của từng cọc phải được nhânvới hệ số hữu hiệu, lấy như sau :

 = 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

Mà khoảng cách tim đến tim bằng 2.67

450

1200

 lần đường kính cọc do đó tanội suy  :

45.05.245.06

45.05.22.165.065.01d5.2d6

d5.22.1

.Ta có: Db = 24800mm Móng tương đương nằm trong lớp đất 3 và cách đỉnh lớpmột khoảng 2

3Db = 16533 mm

-4.0 (CÐÐAB) -2.0 (CÐÐB=MÐSX) -1.89

Trong đó: I = 1 – 0.125 0.5

B

'D

 và q =

S

NoVới:

 : Độ lún của nhóm cọc (mm)

q : Áp lực tĩnh tác dụng tại 2Db/3 cho tại móng tương đương, áp lực nàybằng với tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhóm cọc được chia bởi diện tích móngtương đương và không bao gồm trọng lượng của các cọc hoặc của đất giữa cáccọc

N0 : Tải trọng thẳng đứng tại đáy bệ ở TTGHSD, N0 =12143.456KN

S : Diện tích móng tương đương

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’ = 16.53 m

Ncorr: Giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh cho số đếm SPT của tầngphủ trên độ sâu B phía dưới đế móng tương đương (Búa/300mm)

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

B

  �   � 

Kích thước của móng tương đương :

 Chiều rộng móng tương đương chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xanhất theo chiều ngang cầu + đường kính cọc:

v 10

Nội suy tuyến tính ta được N = 21.5 (Búa/300mm)

Do chiều dày của lớp đất giới hạn từ đỉnh lớp đất tính lún thứ 2 tới độ sâu

B = 4.05m phía dưới đáy móng tương đương là không lớn lắm Vì vậy ta tính ú’v

tại giữa lớp đất này

q30

có chiều dài Ld = 10 (m) Ta đi tính toán và bố trí cho từng đốt cọc

7.1.1 Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc

Mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2))

Trong đó:

Mmax(1): Mômen trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc

Mmax(2): Mômen trong cọc theo sơ đồ treo cọc

7.1.1.2 Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài L d = 10 m

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

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

)m(210x207.0L207

2

12.4

9.92 9.92

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(1)= 12.4KN.m

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

Móc được đặt cách đầu cọc một đoạn

b = 0.294Ld = 0.294 x 10 = 2.94(m)

Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ta có biểu đồ mô men như sau :

20.18

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là :

Mmax(2)= 21.44 KN.mVậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là :

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) )= max(12.4; 21.44) = 21.44 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 8 thanh 22 có fy = 420 MPa được bố trí trên mặt cắt ngang của cọc nhưhình

vẽ :

 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 :

)MPa(334.32863

.0'f63.0

� 0.8.fr = 0.8 x 3.334 = 2.667 (MPa)Ứng suất kéo tại thớ ngoài cùng của mặt cắt nguyên :

M62

M62

 Tính duyệt khả năng chịu lực

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

+ Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo � fs' fsfy

Phương trình cân bằng nội lực theo phương trục dầm :

y

' s

' c y

2 s y

x3A

)mm(774387

x2

fy : Cường độ chảy của côt thép, fy = 420 (Mpa)

a : Chiều cao vùng nén tương đương

d : Đường kính cọc, d = 450 (mm)

E : Mô đun đàn hồi của cốt thép, E2x105(Mpa)

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

mm35.3028

x450x85.0

420x)1161774

1161(

fd.85.0

fAfAfA

c y

' s y 2 s y 1 s

35.30a

' s '

fc

dc003





y y 1

s 1

fc

cd003

s 2

fc

cd003

s

y y

'

10x2

420E

71.35

5071.35003

.35

)71.35400(003.0

1



016.071

.35

)71.35225(003.0

2

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

adfd.a

35.3040028x450x35.30x85.0

71.35

387x8bxd

2803.0f

'f03,

7.3 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc

Cốt thép mũi cọc có đường kính 40, với chiều dài 100 mm

Đoạn nhô ra khỏi mũi cọc là 50 mm

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 vàngoài ra còn có tác dụng để hàn nối các đốt cọc trong khi thi công với nhau

VIII TÍNH MỐI NỐI THI CÔNG CỌC

Ta sử dụng mối nối hàn để nối các đoạn cọc lại với nhau Mối nối phải đảmbảo cường độ mối nối tương đương hoặc lớn hơn cường độ cọc tại tiết diện cómối nối

Để nối các đốt cọc lại với nhau ta sử dụng 4 thép góc L-10010012 tápvào 4 góc của cọc rồi sử dụng đường hàn để liên kết hai đầu cọc Ngoài ra đểtăng thêm an toàn cho mối nối ta sử dụng thêm 4 thép bản 500x100x10mm đượctáp vào khoảng giữa hai thép góc để tăng chiều dài hàn nối

PHẦN III BẢN VẼ