Đồ án nền móng

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 cólớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 15.50m và không phải là tần

MỤC LỤC

CHƯƠNG I : BÁO CÁO ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH 4

I CẤU TRÚC VÀ ĐỊA CHẤT CÁC LỚP ĐẤT 4

II NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ 7

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ KĨ THUẬT 8

I LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH 9

1.1 Lựa chọn kích thước và cao độ bệ cọc 9

1.1.2 Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB) 9

1.1.3 Cao độ đáy bệ (CĐĐAB) 9

1.2 Chọn kích thước cọc và cao độ mũi cọc 10

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) 11

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 12

2.2.1 Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn theo phương ngang cầu ở TTGHSD 12

2.2.2 Tổ hợp tải trọng tính toán theo phương ngang cầu ở TTGHCĐ 12

III XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC 13

3.1 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu PR 13

3.1.1 Chọn vật liệu: 13

3.1.2 Bố trí cốt thép trong cọc : 13

3.1.3 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu: PR 13

3.2 Sức kháng nén dọc trục theo đất nền QR 14

3.2.1 Sức kháng thân cọc Qs 14

a Đối với lớp đất sét: 14

b Đối với lớp đất cát: 15

3.2.2 Sức kháng mũi cọc Qp3 16

IV XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG CỌC VÀ BỐ TRÍ CỌC 18

4.1 Số lượng cọc được xác định như sau: 18

4.2 Bố trí cọc trong móng 18

4.2.1 Bố trí cọc trên mặt bằng 18

4.2.2 Tính thể tích bệ 19

4.3.1 Trạng thái giới hạn sử dụng 19

4.3.2 Trạng thái giới hạn cường độ 19

V KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ I 19

5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 19

5.1.1 Tính nội lực tác dụng đầu cọc 20

5.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc 21

5.2.2 Với đất rời 23

VI KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG 23

6.1 Xác định độ lún ổn định 23

6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc 26

VII CƯỜNG ĐỘ CỐT THÉP CHO CỌC VÀ BỆ CỌC 27

7.1 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 27

7.1.1 Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài Ld = 10 m 27

7.1.2 Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài Ld = 11m 29

7.2 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 30

7.4 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc 34

7.5 Lưới cốt thép đầu cọc 34

7.6 Cốt thép móc cẩu 34

7.7 Tính mối nối thi công cọc 35

CHƯƠNG III : BẢN VẼ 35

I CẤU TRÚC VÀ ĐỊA CHẤT CÁC LỚP ĐẤT

Tại lỗ khoan BH4, khoan xuống cao độ là - 37m, gặp 4 lớp đất như sau:

Lớp 1: Chiều dày 2,2m, cao độ của mặt lớp là 0m, cao độ đáy lớp là -2,2m

2  1

1  0,5

0,5  0,25

0,25

 0,1

0,1  0,05

0,05

 0,01

0,01  0,002 <0,002

Thành phần hạt:

Bảng2 - Thành phần hạt của lớp 2

Lượng hạt lớn hơn 0,25mm: 2,5 + 1,6 + 6,5 + 4,9 + 6,6 = 15,6%< 50%

Lượng hạt lớn hơn 0,1mm: 2,5 + 1,6 + 6,5 + 4,9 + 6,6+21,1 = 36,7 <75% Đây là cát hạt bụi

Đường kính cỡ hạt (mm)

>10 10 

5

5  2

2  1

1  0,5

0,5  0,25

0,25

 0,1

0,1  0,05

0,05

 0,01

0,01  0,002 <0,002

+ Với các đặc điểm địa chất công trình tại đây, nên sử dụng giải pháp móng cọc

ma sát bằng BTCT cho công trình cầu và lấy lớp đất số 4 làm tầng tựa cọc

+ Nên để cho cọc ngập sâu vào lớp đất số 4 để tận dụng khả năng chịu ma sátcủa cọc

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ KĨ THUẬT

BỐ TRÍ CHUNG CÔNG TRÌNH

0.00 (C§§aB) +9.6 (C§ §T)

Hình1 - Bố trí chung công trình

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 sông không có nhiệm vụ phục vụ giao thông đườngthủy và sự thay đổi mực nước giữa MNCN và MNTN là tương đối cao Xét cả điềukiện mỹ quan trên sông, ta chọn các giá trị cao độ như sau:

Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = MNCN + 1 -0.3 Trong đó:

1.1.3 Cao độ đáy bệ (CĐĐAB)

Cao độ đáy bệ là : CĐĐaB =- 0.5 m

Bề dầy bệ móng : Hb = 2m

1.2 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, địa chất cólớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 15.50m và không phải là tầng đá gốc, nên chọn giảipháp móng là móng cọc ma sát BTCT

Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thước là 0.45x0.45m, được đóngvào lớp số 4 là lớp cát hạt nhỏ, kết cấu chặt vừa Cao độ mũi cọc là -29,50m Như vậycọc được đóng vào trong lớp đất số 4 có chiều dày là 14m

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

=> Thoả mãn yêu cầu về độ mảnh

Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: L = Lc + 1m = 31,00 + 1m = 32,00m Cọc được tổhợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 30m = 11m + 11m + 10m Các đốt cọc

sẽ được nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc

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 = 5.0 – 1.5 – 1.4 = 2.1m

Trong đó:

Cao độ đỉnh trụ :CĐĐT = +5.0m

Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = +1.5mChiều dày mũ trụ : CDMT = 0.8+0.6 = 1.4m

2.1.2 Thể tớch toàn phần (khụng kể bệ cọc)

MNTN

MNCN Cao độ đỉnh trụ

Str : Diện tớch mặt cắt ngang thõn trụ (m2)

2.2 Lập cỏc tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN

Cỏc tổ hợp tải trọng đề bài ra như sau:

Tải trọng Đơn vị TTGHSD

- Tĩnh tải thẳng đứng KN 5600

- Hoạt tải thẳng đứng KN 3700

- Hoạt tải nằm ngang KN 110

- Hoạt tải mômen KN.m 600

Bảng7 - Ttổ hợp tải trọng đề bài

Hệ số tải trọng: Hoạt tải : 1,75

bt = 24,50 kN/m3 : Trọng lượng thể tích của bê tông

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

2.2.1 Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn theo phương ngang cầu ở TTGHSD

Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn ngang cầu:

= 3700 + (5600 + 24,50 x 28,2) – 9,81 x 3,56= 9955,98 KNTải trọng ngang tiêu chuẩn ngang cầu:

Mômen tiêu chuẩn ngang cầu:

= 600 + 110 x (5,0 – 1,5) = 985 KN.m

2.2.2 Tổ hợp tải trọng tính toán theo phương ngang cầu ở TTGHCĐ

Tải trọng thẳng đứng tính toán ngang cầu

= 1,75x3700 + 1,25x(5600 + 24,50 28,2) – 9,81 3,56= 14303,7 KN

Tải trọng ngang tính toán ngang cầu:

Mômen tính toán ngang cầu:

=1,75x600 + 1,75x110.(5,0 – 1,5)= 1723,75KN.m

TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ TẠI ĐỈNH BỆ

Tải trọng thẳng đứng KN 9955,98 14303,7

Bảng8 - Tổ hợp tải trọng thiết kế tại đỉnh bệ

III XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC

3.1 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P R

3.1.1 Chọn vật liệu:

Cọc bê tông cốt thép, tiết diện của cọc hình vuông: 0,45m x 0,45m

Bê tông có =28MPaThép ASTM A615, có = 420MPa

: 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 = 450.450 = 202500mm2

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)

: Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc

: Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc

trong đất sét với ta có:

trong đất cát với ta có:

trong đất cát với ta có:

3.2.1 Sức kháng thân cọc Q s

Do thân cọc ngàm trong 4 lớp đất, có cả lớp đất dính và lớp đất rời, nên ta tính

Qs theo hai phương pháp:

Đối với lớp đất cát: Tính theo phương pháp SPT Đối với lớp đất sét: Tính theo phương pháp 

a Đối với lớp đất sét:

Theo phương pháp , sức kháng đơn vị thân cọc qs như sau:

Trong đó:

Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa), Su = cuu

 : Hệ số kết dính phụ thuộc vào Su và tỷ số và hệ số kết dính đượctra bảng theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 Đồng thời ta cũngtham khảo công thức xác định của API như sau :

Nếu Su 25 Kpa

Nếu 25 Kpa < Su < 75 Kpa Nếu Su 75 Kpa

Chuvi(m)

Cường độkháng cắt

Chuvi(m)

Chỉ sốSPT

Chỉ sốSPTtrungbình

u : Áp lực nước lỗ rỗng ứng với MNTN = 2,2m

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

Trong đó: N: Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐ (kN).

Ptt: Sức kháng dọc trục của cọc đơn (kN)

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 móng phảilớn hơn 225mm

 Khoảng cách tim đến tim các cọc không được nhỏ hơn 750mm hoặc 2,5 lầnđường 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 thẳngđứng trên mặt đứng, với các thông số :

 Số hàng cọc theo phương dọc cầu là 7 Khoảng cách tìm các hàng cọc theophương dọc cầu là 1200 mm

 Số hàng cọc theo phương ngang cầu là 4 Khoảng cách tim các hàng cọc theophương ngang cầu là 1200 mm

 Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả hai phương dọc cầu vàngang cầu là 500 mm

V KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ I

5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

5.1.1 Tính nội lực tác dụng đầu cọc

Được tính ở bảng excel dưới đây :

Bảng11 - Tính nội lực tác dụng đầu cọc Nmax

Vậy, Nmax = 642,55KN, Chọn giá trị lớn nhất để kiểm toán Nmax= 642,55KN

5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

Công thức kiểm toán: Trong đó:

Nmax : Nội lực lớn nhất tác dụng lên đầu cọc (lực dọc trục)

5.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc

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

= (Qg1 + Qg2) Trong đó:

VC : Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số VC = 15873,98 (KN)

QR : Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc

: Các hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc Ta có:

Qg : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc

Qg1, Qg2 : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc trong đất dính, đất rời

Qg1 = min{xTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn; sức kháng trụ tương

đương}

= min{Q1; Q2}

Với:  : Hệ số hữu hiệu

Ta có : Cao độ mặt đất sau xói là : -2,2 m

Cao độ đáy bệ là : -0,5 m

Do vậy sau khi xói lở, đáy bệ không tiếp xúc chặt chẽ với đất, đất trên bề mặt là mềmyếu, khi đó khả năng chịu tải riêng rẽ của từng cọc phải được nhân với 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 lần đường kính cọc do đó ta nội suy  :

Xác định Q1

Tên lớp Độ

sâu

Chiềudày

Chuvi

Y : Chiều dài của nhóm cọc

Z : Chiều sâu của nhóm cọc

 : Hệ số hữu hiệu lấy =1 Sức kháng thân cọc của cọc đơn ở lớp 2 và lớp 4 là:

Qs2 = 171833N

Qs4 = 9469152,5 N

Vậy: Sức kháng thân cọc của các cọc đơn:

Mũi cọc đặ tại cao độ -31,5m của lớp 4, sức kháng mũi cọc của các cọc đơn:

Hình5 -Sơ đồ tính lún

Ta có: Db=16000mm Móng tương đương nằm trong lớp đất 4 và cách đỉnh lớp mộtkhoảng

Biểu thức kiểm toán : Trong đó: : Độ lún giới hạn cho phép của công trình

V : Tải trọng thẳng đứng tại đáy bệ ở TTGHSD, V=11064,19 KN

X = B : Chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm)

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

D’ : Độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2Db/3 (mm), 2Db/3 = 10,67(mm)

Db : Độ sâu chon cọc trong lớp đất chịu lực

Ncorr : Giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh cho số đếm SPT của tầng phủtrên độ sâu X phủ dưới đế móng tương đương (Búa/300mm)

 Vậy đảm bảo yêu cầu về lún

6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc.

Biểu thức kiểm toán :

u : Chuyển vị ngang của kết cấu

: Chuyển vị ngang giới hạn cho phép của công trình,

Theo bảng execl ta có :

 u = 6,9mm 38mm Vậy đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang VII CƯỜNG ĐỘ CỐT THÉP CHO CỌC VÀ BỆ CỌC

Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc

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

L = 31 (m) Được chia thành 3 đốt gồm: L=10+11+11=32 m.Ta đi tính toán và bố trícho từng đốt cọc

 Mômen 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 Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài Ld = 10 m

+ Tính mômen lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc:

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

2 6

2

12.4

9.92 9.92

Hình 6 Biểu đồ momen theo sơ đồ cẩu cọc chiều dài L=10m

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

+ Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc:

Móc được đặt cách đầu cọc một đoạn

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

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

21.44

20.18

Hình 7 Biểu đồ momen theo sơ đồ treo cọc chiều dài L=10m

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

Mmax(2)= 21.44 KN.m

Vậy 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 mômen cho đốt cọc có chiều dài Ld = 11m

+ Tính mômen lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc:

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

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

Hình 8 Biểu đồ momen theo sơ đồ cẩu cọc chiều dài L=11m

Ta có mặt cắt có giá trị mômen lớn nhất là : Mmax(1)= 13.12 (KN.m)

+ Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc:

Móc được đặt cách đầu cọc một đoạn

b = 0.294L = 0.294 x 11= 3.234 (m)

2.36.4

2.3

12.27

13.1213.12

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

Hình 9 Biểu đồ momen theo sơ đồ treo cọc chiều dài L=11m

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

Mmax(2)= 25.94 KN.m

Vậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là :

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) ) = max(13.12; 25.94) = 25.94 KN.m

7.2 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc

Ta chọn cốt thép dọc chủ chịu lực là thép ASTM A615M

Gồm 8 22 có fy = 420 MPa được bố trí trên mặt cắt ngang của cọc như hình vẽ:

25.94

24.42

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

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

Cọc không bị nứt khi cẩu và treo cọc

Tính duyệt khả năng chịu lực

Nhận xét : Do cốt thép được bố trí đối xứng, mặt khác ta đã biết bê tông có cường độchịu kéo nhỏ hơn nhiều so với cường độ chịu nén vỡ vậy trục trung hòa lệch về phóatrên trục đối xứng như hình vẽ

As1.fy As2.fy 0,85f'c

A's.f'y

Hình 2.1 Sơ đồ ứng suất - biến dạng

 Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo

Phương trình cân bằng nội lực theo phương trục dầm :

Trong đó :

As1và As2 : Diện tích cốt thép chịu kéo (mm2)

: Diện tích cốt thép chịu nén (mm2)

: Cường độ chịu nén của bê tông (Mpa), = 28 (Mpa)

fy : Cường độ chảy của cốt 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,

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

Do

Vị trí của trục trung hòa được xác định :

 Kiểm tra sự chảy dẻo của cốt thép chịu kéo và chịu nén theo điều kiện :

Vậy tất cả các cốt thép đều chảy Giả thiết là đúng

 Mô men kháng uốn danh định là :

= 238.877x106 N.mm = 238.877 KN.m

 Mô men kháng uốn tính toán là :

 Đầu mỗi cọc ta bố trí với bước cốt đai là 50mm.

 Tiếp theo ta bố trí với bước cốt thép đai là 100mm

 Đoạn còn lại của mỗi đoạn cọc (phần giữa đoạn cọc) bố trớ với bước cốt đailà: 150mm

7.4 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc

Cốt thép mũi cọc có đường kính 40, với chiều dài 800 mm

Đoạn nhô ra khỏi mũi cọc là: 50 mm

7.5 Lưới cốt thép đầu cọc

Đầu cọc được bọc bằng một vành đai thép bằng thép bản có chiều dày 10mmnhằm mục đích bảo vệ bê tông đầu cọc không bị hỏng khi đóng cọc và ngoài ra còn cótác dụng để hàn nối các đốt cọc trong khi thi công với nhau

7.6 Cốt thép móc cẩu