Tài liệu Thiết kế môn học nền và móng ppt

Qult: Sức kháng đỡ của một cọc đơn N Qp : Sức kháng mũi cọc N Qs : Sức kháng thân cọc N qp : Sức kháng đơn vị mũi cọc MPa qs : Sức kháng đơn vị thân cọc MPa As : Diện tích bề mặt thân cọ

CĐMĐTN m Giả õ thiết cao độ lớp đất trên cùng ở cột địa tầng là 0.00

My – Momen hoạt tải tiêu chuẩn KN.m 1100

Mx – Momen hoạt tải tiêu chuẩn KN.m 1300

PHẦN I

BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LỚP ĐẤT Các kí hiệu sử dụng trong tính tốn 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)

Tên đất và trạng thái đất được xác định và đánh giá dựa vào các bảng tra trong giáo trình

cơ học đất

Tên đất xác định dựa vào Ip

Trạng thái đất xác định dựa vào IL

Căn cứ vào đề bài ta có: - Lớp đất 1 có Ip = 9.4 < 17 là đất sét pha

BỐ TRÍ CHUNG TRỤ CẦU:

a a

I.Xác định kích thước trụ cầu và tải trọng:

A.Xác định kích thước trụ:

Vị trí xây dựng trụ cầu nằm xa bờ và phải đảm bảo thông thuyền , sự thay đổi cao độ mực nước giữa MNCN và MNTN là tương đối cao Xét cả điều kiện mỹ quan trên sông nên chọn cao độ mặt bệ thấp hơn MNTN 0,5m

Cao độ đáy dầm = MNTT+Htt = 4.25 + 4.5 = 8.75đm

Cao độ đỉnh trụ = Cao độ đáy dầm – 0.3 = 8.75 – 0.3 = 8.45 m

Cao độ mặt bệ trụ = MNTN – 0.5 = 3.25 – 0.5 = 2.75 m

Bề dày bệ móng : Hb = (1÷3)m Chọn = Hb = 2 m

Cao độ đáy bệ = cao độ mặt bệ trụ – Hb = 2.75 – 2 = 0.75 m

Chiều cao trụ: Htru = CĐ đỉnh trụ – 1.4 – CĐ mặt bệ trụ

Trong đó: γbt = 24 kN/m3 : Trọng lượng riêng của bê tông

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

2.Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN :

γbt = 24 kN/m3 : Trọng lượng riêng của bêtông

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

2.1.Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn với MNTN,đặt tại cao độ đỉnh bệ:

 Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn theo phương dọc cầu với MNTN :

(1) Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu :

Mtc = My

tc + Hx

tc*(CĐĐT – CĐĐB) = 1100 + 150*(8.45 – 0.75)

= 2255 KNm

 Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn theo phương ngang cầu với MNTN :

(1) Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn ngang cầu :

Mtc = Mx

tc + Hy

tc*(CĐĐT – CĐĐB) = 1300 + 175(8.45 – 0.75)

= 2647.5 KNm

2.2 Tổ hợp tải trọng tính tốn cầu với MNTN :

 Tổ hợp tải trọng tính tốn theo phương dọc cầu với MNTN (1) Tải trọng thẳng đứng tính tốn docï cầu :

Ptt = nh*Nh

tc + nt(Nt

tc + Gtc) = 1,4*1650 + 1,1(6000 + 1502.55)

= 10562.81KN

(2) Tải trọng ngang tính tốn dọc cầu :

Htt = nh*Hx

tc = 1,4*150 = 210 KN(3) Momen tính tốn dọc cầu :

Mtt = nh*My

tc + nh*(CĐĐT-CĐĐB)* Hx

tc = 1,4*1100 + 1,4*(8.45 – 0.75)*150 = 3157 KNm

 Tổ hợp tải trọng tính tốn theo phương ngang cầu với MNTN

(1) Tải trọng thẳng đứng tính tốn ngangï cầu :

Ptt = nh*Nh

tc + nt(Nt

tc + Gtc) = 1,4*1650 + 1.1*(6000 + 1502.55)

= 10562.81 KN

(2) Tải trọng ngang tính tốn ngang cầu :

Htt = nh*Hy

tc = 1,4*175 = 245 KN(3) Momen tính tốn ngang cầu :

Mtt = nh*Mx

tc + nh*(CĐĐT-CĐĐB)*Hy

tc = 1,4*1300+ 1,4*(8.45 – 0.75)175 = 3706.5 KNm

1 , 80

Vậy tổng chiều dài cọc sẽ là Lcd = 27 + 1 = 28 m

Cọc được tổ hợp từ 03 đốt với tổng chiều dài đúc cọc là:

28m = 11.8m + 11.8m + 4.4m Như vậy hai đốt thâân có chiều dài 10 m , đốt mũi có chiều dài 8 m Các đốt cọc sẽ được nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc

 Vật liệu làm cọc:

 Bê tông đúc sẵn M350 : do đó ta có fc’= 14.5 Mpa

 Cốt thép dọc chủ AIII, đường kính 22mm, có fy=365 MPa

2.Tính sức kháng dọc trục của cọc:

2.1.Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu :

Công thức tính tốn : Pr = ϕ Pn

Pn = 0.8[0.85*fc’*(Ag – Ast) + fy*Ast]

Trong đó : Pr : Sức kháng lực dọc trục tính tốn (N)

Pn : Sức kháng lực dọc trục danh định (N)

fc’ : Cường độ quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày

fy : Cường độ giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa)

Ag : Diện tích nguyên của mặt cắt (mm2)

Ast: Diện tích nguyên của cốt thép (mm2)

ϕ : Hệ số sức kháng ( quy định ở điều 5.5.4.2 )

Ta có :

Diện tích nguyên của mặt cắt cọc: Ag = 400 * 400 = 160000 mm2

Tra bảng một thanh cốt thép đường kính 22mm có F = 387 mm2 Ta bố trí 8 thanh cốt thép dọc chủ nên Ast = 8 * 387 = 3096 mm2

Như vậy thay số ta được sức kháng lực dọc trục danh định:

ϕq : Hệ số sức kháng dùng cho sức kháng đỡ của một cọc đơn, (trong Điều

10.5.4,hay tham khảo AASHTO2007) dùng cho các phương pháp không phân biệt giữa sức kháng tồn bộ và sự góp phần riêng rẽ của sức kháng

mũi và thân cọc

Qult: Sức kháng đỡ của một cọc đơn (N)

Qp : Sức kháng mũi cọc (N)

Qs : Sức kháng thân cọc (N)

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)

ϕqp : Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định cho trong Bảng 16 hay 39 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc

ϕqs : Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc cho trong Bảng 16 hay 39

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

 Tính sức kháng mũi cọc: Qp = qp Ap

Theo phương pháp sử dụng kết quả SPT, sức kháng đơn vị mũi cọc danh định

(MPa) được tính như sau:

≤ ql Trong đó:

N1 : Số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ,δ’v

(Búa/300mm)

N : Số đếm SPT đo được (Búa/300mm)

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 0.4 Ncorr cho cát và 0.3 Ncorr cho

Theo phương pháp sử dụng kết quả SPT, sức kháng đơn vị bề mặt thân cọc

được tính đối với cọc đóng chuyển dịch là: qs = 0.0019N

Để tiện cho việc tính tốn ta lập bảng tính sau:

Hi(m) (Búa/300mm)Ni hi (mm) Ni qsi=0.0019Ni Asi=cvi*hi Qsi=qsi*Asi

+ Khoảng cách từ tim cọc ngồi cùng đếnmép bệ ≥ 225mm

+Khoảng cách giữa các tim cọc ≥ max( 2 5d; 750mm) ≥ max( 1000 ; 750mm)

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

Tính tốn móng cọc bệ cao chịu tải trọng ngang và mômen uốn lớn vì vậy ta thiết kế móng cọc xiên với độ xiên (1:10 ) góc xiên δ= 5.710 như hình vẽ Bố trí các cọc

2,3,4,12,13,14 xiên theo phương dọc cầu còn 4 cọc 1,5,11,14 vừa xiên theo phương ngang cầu vừa xiên theo phương dọc cầu

IV.Tính nội lực trong cọc :

Ta dùng chương trình FB.Pier để tính nội lực trong cọc

Mô hình cọc chạy chương trình như sau:

Pmax + ∆N < Pđn

Trọng lượng cọc ∆N = 0.4*0.4*28*24 = 107.52 (kN)

=> Pmax + ∆N = 1170 + 107.52 = 1277.52 (kN) < Pđn = 1500.15 (kN)

2.Kiểm tốn sức kháng đỡ ngang của nhóm cọc:

Sức kháng đỡ ngang của nhóm cọc được tính như sau:

Trong đó:

Pu : Sức kháng đỡ giới hạn(danh định) của cọc đơn(MPa)

ϕ : Hệ số sức kháng ngang của cọc,lấy bằng 0.65

η : Hệ số hữu hiệu của nhóm cọc, lấy bằng 0.85

 Xác định Pu theo phương pháp Broms:

Trường hợp đầu cọc bị ngàm và đất nên là đất dính

• B: Đường kính cọc hay chiều dài cạnh hình vuông

• L: Chiều dài cọc ngập trong đất

• C u: Cường độ chống cắt không thốt nước của đất

Cu được lấy như sau : Cu = N/10 với đất sét dẻo cao

Cu = N/15 với đất sét dẻo vừa

0.04 6.2 0.32 14.4 0.34 3.75

0.2526.2 14.4 3.75

i i tb

i

l l

tb tb

ϕϕ

• ϕtb: Góc mở quy đổi về móng tương đương

• A1: Chiều dài móng tương đương

• B1: Chiều rộng móng quy đổi

• A: khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theo chiều ngang cầu

• B: khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theo chiều dọc cầu

• H: Chiều dài cọc chôn trong đất

• γqu= 20 (kN/m2) : Trọng lượng riêng quy ước.

• γtb: Trọng lượng riêng trung binh

Ta có: γtb = ∑ = ∑γhi ihi 16.2*8.1 18.7*14.4 19.7*3.758.1 14.4 3.75+ + + + =18.1(kN/m3)

=> Ứng suất gây lún ở đế móng:

p = 674.75 – 18.1*24.35 = 234.015(kN/m2)

2.Biểu đồ phân bố ứng suất dưới đáy móng khối quy ước :

Phân lớp đất dưới móng khối quy ước làm nhiều lớp phân tố :

2.1 Tính tốn ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất theo chiều sâu :

Công thức :

bt =∑n i h i

1

γσ

γi : trọng lượng thể tích có hiệu của lớp đất phân tốt thứ i.

hi bề dày lớp đất thứ i

n : số lớp đất tính từ mặt đất sau xói đến điểm cần tính ứng suất

Để vẽ được biểu đồ ứng suất do tải trọng bản thân của đất dưới đáy móng , ta tính ứng suất tại một số điểm đặc biệt , đó là các điểm biên trên và biên dưới của mỗi lớp đất tự nhiên , điểm mũi cọc , riêng với tầng đất nằn dưới móng khối quy ước ta tính ứng suất tại các điểm biên trên và biên dưới của móng khối quy ước

Kết quả như bảng sau :

Lớp đất  i

(kN/m 3 ) Bề dày_h (m)

Tọa độ tính từ biên trên của điểm tính ứng suât

σzi : ứng suất gia tăng do tải trọng gây lún gây ra ở điểm thứ i

p : áp lực gây lún tại đáy móng khối quy ước

Ki : hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại móng

Tính ứng suất gia tăng do tải trọng gây lún gây ra tại các điểm tương ứng với các điểm trong lớp dưới móng khối quy ước như trong bảng tính ứng suất do trọng lượng bản thân

Điểm móng khối quy ướcTọa độ tính từ đáy

z i (m)

A (m)

zi i

i p

p 2 = 1 σ+ hi : chiều dày tầng đất thứ i.

Kết quả tính lún được trình bày ở bảng sau :

3.Kiểm tốn chuyển vị ngang:

Theo kết quả chạy chương trình F.B.Pier ta có chuyển vị ngang:

u = max (ux;uy) = max (12.6mm; 1.01mm) < 38 mm

=> ĐẠT

VII.Thiết kế thi công:

Tổng chiều dài cọc là 28m , sẽ được chia làm 3 đốt có các chiều dài tương ứng là

11.8m+11.8m+4.4m Việc tính tốn cốt thép cho giai đoạn thi công cẩu và treo các đốt cọc Chọn đốt có chiều dài 10m để tính

1 Kiểm tra cọc khi cẩu theo hai sơ đồ

a Tính momen cọc theo sơ đồ 1 :

Diện tích 4 thép góc = 61.92 cm2

Thép bịt đầu cọc dùng để hàn nối các cọc dùng thép hình vuông loại M270M cấp 345

có cường độ chảy Fy = 345 Mpa có kích thước: 11440 × 4000× 10.

b.

Chọn đường hàn và kiểm tốn mối hàn

Chọn đường hàn có chiều dày w = 10 cm,được chế tạo bằng que hàn E70XX có cường độ Fexx =540 Mpa

Sức kháng cắt : R r =0.6φe1F exx

Trong đó:

1

φ : Tra bảng hệ số sức kháng.

Chiều dày tính tốn của đường hàn = 0.707×10.

Khả năng chịu nén trên một đơn vị chiều dài(1mm) đường hàn là:

10.6

'=> Cường độ chịu cắt là quyết định

Tổng chiều dài đường hàn = 5424 mm

=>Khả năng chịu lực của tồn liên kết

Rr =2001 × 5424 = 10853.424(N)= 10853.424(KN)

 Kiểm tốn:

Rr =10853.424 kN > P(Tổng tải trọng thẳng đứng )= 10562.81 (KN)Vậy mối nối đủ khả năng chịu lực

-Cách chọn búa:

Trong đó:

Ptt =1500.15 (KN): Sức chịu tải thiết kế của cọc(kN)

E = Năng lực xung kích của búa(N.m)'=> E ≥ 25 × 1206.03 = 37503.75 (N.m)=37.504(KN.m)+) Chọn quả búa có trọng lượng Q=1,2 tấn=12KN

+ Năng lượng tối đa /một nhát búa :7200 KG.m

+ Một hành trình tối đa :1.2 m

+ Một hành trình tối thiểu:0.2 m

+ Tốc độ đánh búa khi hành trình ,dài 1.2m

+ Trọng lượng thân trược của búa: 6100 KG

+ Trọng lượng của đầu búa(không tính mũi) 9400 KG

Pgh : sức chịu tải giới hạn của cọc

Q : trọng lượng của quả búa

H :chiều cao rơi búa

F: diện tích mặt ngang cọc

q: tổng trọng lượng cọc

n=10(daN/cm2): hệ số kinh nghiệm(tra bảng)

K1=0.45 : hệ số phục hồi sau va chạm( xác định từ thực nghiệm)

Vậy độ chối e = 8.04mm/1 nhát búa đập

VIII.Thiết kế tổ chức thi công:

A-Đúc cọc:

-Lựa chọn vị trí thích hợp và giải phóng mặt bằng vị trí đúc cọc,khi chọn vị trí đúc c

ọc cần chú ý sao cho địa hình bằng phẳng ,đủ không gian để đúc hàng loạt cọc ,đủ chỗ chứa vật liệu gia công cốt thép ,điều kiện vận chuyển vật liệu…

• A-1.gia công cốt thép

- Chọn nơi gia công cốt thép sao cho gần bãi đúc cọc nhất hoặc vận chuyển đến bãi đúc cọc thuận tiện nhất ,các loại cốt thép được gia cong đúng theo thiết kế nghĩa là phải đảm bảo

về kích thước ,số lượng …và sau khi gia công xong ta tập hợp lại theo từng chủng loại và vậnn chuyển đến bãi đúc cọc

để cốt thép không bị nghiêng méo và ló ra ngồi bê tông

• A-3.đổã bê tông và bảo dưỡng cọc

Trước khi đỗ bê tông ta tiến hành kiêûm ta lại kích thước ván khuôn cà lồng thép lại một lần nữa bê tông có thể chế tạo tại bãi đúc cọc hoặc vận chuyển từ nhà máy đến ,cần lưu ý

là quá trình đỗ bê tông phải được tiến hành liên tục và kết hợp với đầm rung ,đầm dùi để bê tông đươc lèn chặt

Sau khi đỗ bê tông xong ta dùng bao ni lon phủ kín các cọc và thương xuyên tưới nước để đảm bảo đủ độ ăm trong quă trình hình thành cường độ của bê tông

• A-4.Vận chuyển cocï

sau khi bảo dưỡng cọc đến khi đạt cường độ thì ta tiến hành vân chuyển cọc đến công

trường,nếu cọc được đúc tại công trường thì việc vận chuyển ta không quan tâm và nếu bãi đúc cọc ở xa công trường thì ta dùng xe để chở cọc,quá trình vận chuyển cọc phải cẩn thận và nhẹ nhàn ,kê kích cọc đúng vị trí như ta đã giới thiệu ở phần trước

B.Định vị hố móng

Căn cứ vào tim của công trình (tim cầu) và các cọc móc định vị ta dùng mia ,máy kinh

vĩ ,thước dây hoặc thước thép để xác định tim hố móng

Việc định vi hố móng bằng máy kinh vĩ ở đây ta không giới thiệu cách thực hiện các thao tác làm máy mà chú ý đến cách đánh dấu vị trí các cọc tim để sao cho nó không bị mất trong suốt quá trình thi công công trình khi định vị cọc tim ta cần phải đóng thêm các cọc móc phụ ngồi phạm vi thi công hố móng để tiện kiểm tra tim hố móng tim bệ … Trong quá trình thi công

C.Đóng cọc.

• C-1.Chọn phương án đóng cọc

Công trình là móng trụ cầu ở nơi không có nước mặt ,với MNTC là tương đối sâu nên ta chọn phương án đóng cọc trên phao nổi là thích hợp

• C-2.Trình tự đóng cọc

Vị trí của các cọc được định vị bằng máy kinh vĩ ,sau khi định vị được vị trí của từng cọc ta di chuyển giá búa đến vị trí đó và tiến hành đóng cọc

+ Đặt búa trên đầu cọc ,tiến hành ép cọc bằng sức ép thuỷ lực

+ Để thuận tiện cho việc theo dõi quá trình hạ cọc ta dùng sơn đánh dấu lên cọc với khoảng cách nhất định để kiểm tra cao độ

+ Trong quá trình đóng cọc phải luôn theo dõi trục tim cọc so với phương thẳng đứng để nếu

E- Đổ bê tông bệ móng

• E-1.Đập đầu cọc ,vệ sinh hố móng ,đỗ bê tông lót móng và lắp đặt ván khuôn

- Sau khi thực hiện các bước đã nêu trên xong ta tiến hành đập đầu cọc ,ta dùng búa đập thủ công ,bóc bỏ bê tông đầu c ọc vừa đập lên khỏi hố móng ,dùng dụng cụ thủ công để tạo phẳng đáy hố móng và sau đó tién hành đỗ lớp BT lót móng Mac 150.

-Dùng máy kinh vĩ định tim và phạm vi bệ móng ,cẩu lắp cốt thép xuống hố móng -Sau khi đỗ lớp bê tông lót móng xong ta dùng cẩu để cẩu lắp các ván khuôn xuống hố móng ,các ván khuôn liên kết với nhau và liên kết với cót thép bằng hàn điện

-Dùng máy thuỷ bình để định vị trí đỉnh móng để phục vụ cho việc đỗ bê tông

• E-2.Đổ bê tông

Có thê chế tạo bê tông tại công trường hoặc chở từ nhà máy ra ,bê tông được chế tạo đúng theo thiết kế ,xe bơm (máy bơm) bê tông đứng trên xà lan bê tông vào hố mong thông qua đường ống dẫn bê tông,dưới bệ có đầm dùi kết hợp với đầm rung gắn xung quanh thành ván khuôn để làm tăng độ chặc của bê tông.quá trình đỗ bê tông được tiến hành đến khi đạt cao độ thiết kế thì kết thúc.chú ý trong quá trình đỗ bê tông không được gián đoạn vì sẽ sinh hiện tượng phân tầng

-Sau khi đỗ xong ta tiến hành bảo dưỡng cho đến khi bê tông đạt cường độ thì tháo ván khuôn và tiếp tục hồn thiện phần thân tường chắn

-Cần chú ý so sánh giữa khối lượng bê tông đỗ thực tế và khối lượng thiết kế ,hai số liệu này không được sai lệch quá nhiều