báo cáo khảo sát địa chất công trình

Các đốt cọc sẽ được nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc.. 8 fr Cọc không bị nứt khi cẩu và treo cọc • Tính duyệt khả năng chịu lực Nhận xét : Do cốt thép được bố trí

BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT

CÔNG TRÌNH

1 Cấu trúc địa chất khu vực xây dựng.

Mô tả sơ bộ cấu tạo địa chất khu vực:

Tại lỗ khoan BH1, khoan xuống cao độ là - 34m, gặp 3 lớp đất như sau:

ở trạng thái chảy, có độ sệt IL = 0.14

2 Nhận xét và kiến nghị

Theo tài liệu khảo sát địa chất công trình, phạm vi nghiên cứu và qui mô công trình

dự kiến xây dựng, em xin có một số nhận xét và kiến nghị sau:

• Nhận xét:

+ Điều kiện địa chất công trình trong phạm vi khảo sát nhìn chung là khá phức tạp,

có nhiều lớp đất phân bố và thay đổi khá phức tạp

+ Lớp đất số 1 là lớp đất yếu do chỉ số xuyên tiêu chuẩn và sức chịu tải nhỏ, lớp 2, 3

có trị số SPT và sức chịu tải khá cao (Lớp 2: IL = 0.33; SPT > 15; Lớp 3: IL = 0.14, SPT cao)

+ Lớp đất số 1 dễ bị lún sụt khi xây dựng trụ cầu tại đây

PHẦN II THIẾT KẾ KĨ THUẬT

1 Lựa chọn kích thước công trình và bố trí cọc trong móng

1.1 Lựa chọn kích thước và cao độ bệ móng, mũi 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 thay đổi mực nước giữa MNCN và MNTN là tương đối cao Xét cả điều kiện mỹ quan trên sông, ta chọn các giá trị cao độ như sau:

H MNTT

m MNCN

Trong đó:

+ MNCN: Mực nước cao nhất, MNCN = 4,5 m

+ MNTT: Mực nước thông thuyền

+ Htt: Chiều cao thông thuyền,

Ở đây theo số liệu cho thì sông không thông thuyền

1.1.4 Chọn kích thước và cao độ mũi cọc.

 Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thước là 0.45x0.45m; được đóng vào lớp số 3 là lớp sét ở trạng thái nửa cứng Ngoài ra mũi cọc được đặt vào trong lớp đất chịu lực tối thiểu là 5d

Vậy, chọn cao độ mũi cọc là – 30.50m

Như vậy cọc được đóng vào trong lớp đất 3 có chiều sâu là 3.30m

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

=

d c

 Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: Lcd = Lc + 1m = 30 + 1m = 31m Cọc được tổ hợp từ

3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 31 m = (2 x 10 + 11)m Như vậy hai đốt thân cọc chiều dài là 10m và đốt mũi có chiều dài 11m Các đốt cọc sẽ được nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc

2 Lập tổ hợp tải trọng tác tại đỉnh bệ với MNTN

2.1 Tính toán thể tích trụ

2.1.1 Tính chiều cao thân trụ

Chiều cao thân trụ Htr:

Htr = 5.2 – 1.5 - 1.4 = 2.3 m

Trong đó: Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = +5.2 m

Cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = + 1.0 mChiều dày mũ trụ: CDMT = 0.8 + 0.6 = 1.4m

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

NGANG CÇUDäC CÇU

150 800

170

25 120 25

Hình 3: Phân chia tính thể tích trụ

Thể tích trụ toàn phần Vtr:

Vtr = V1 + V2 + V3 = =

3 2 ) 2 1 ) 2 1 5 4 ( 4

2 1 ( 6 0 7 1 2

) 2 25 0 5 4 8 ( 8 0 7 1 8

2

×

×

− +

× +

×

×

× + + +

Trong đó: MNTN = +2.0 m: Mực nước thấp nhất

CĐĐB = +1.5m: Cao độ đỉnh bệ

Str: Diện tích mặt cắt ngang thân trụ, m2.

2.2 Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN

Tiến hành Tính các tải trọng: thẳng đứng lực ngang và mômen đối với mặt cắt đỉnh

bệ ứng với mặt cắt tự nhiên Đề bài đã cho ta Tải trọng ở TTGHSD ta phải tiếp tục tính ở TTGHCĐ

Bảng 1: Tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN

o t

o h

h

o

Hệ số tải trọng: Hoạt tải: n = 1,75

Tĩnh tải: n = 1,25

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

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

2.2.1 Tổ hợp tải trọng theo phương dọc ở TTGHSD.

 Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu: Ntt

tn n tr bt

o t

o h

h o

)

5.12.5(130

1100+ × −

=

tc

2.2.2 Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHCĐ

 Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu

tn V n tr

V bt

o t N

o h N tt

55,281.9)22,2950,246000(25,1320075

,

1 × + × + × − ×

=

tt N

h o

)5.12,5(13075.1110075

3 Xác định sức kháng nén dọc trục của cọc đơn

3.1 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu

Chọn vật liệu

+ Cọc bê tông cốt thép

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

+ Bê tông có fc' = 28MPa

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

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

Ast: Diện tích cốt thép, Ast= 8x387=3096mm2

Vậy: PR = 0.75x0.8x{0.85x28x(202500– 3096) + 420x3096}

= 3925222.78N ≈3925.23KN.

3.2 Sức kháng nén dọc trục theo đất nền Q R

Sức kháng nén dọc trục theo đất nền được xác định như sau: QR = ϕqpQp +ϕqsQs

Với: Qs = qs As; Qp =qp.Ap

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 )

ϕqp : Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc.

ϕqs : Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc.

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

α : Hệ số kết dính phụ thuộc vào Su và tỷ số Db/D và hệ số dính được tra bảng theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 Hình 10.7.3.3.2a-1

Ở đó Db là chiều sâu cọc trong lớp đất chịu lực, D: đường kính cọc

Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định α của API như sau :

- Nếu Su ≤ 25 Kpa ⇒α=1.0

- Nếu 25 Kpa < Su < 75 Kpa ⇒ α = −   50 − KPa  

KPa 25 S

5 0

KPa 25 S

5

0

1 u  α= −  50− =

257.345.0

KPa 25 S

5

0

1 u  α= −  50− =

259.485.0

Bảng 3: Sức kháng thân cọc Q s ở các lớp đất

Tên lớp

Độ sâulớp đất(m)

Chiều dàylớp đất Sau xói: L (mm)

Cường độ kháng cắt:

Su

(N/mm2)

Hệ sốkết dính

Sức khángđơn vị mũi cọc trong đất sét bão hòa qp xác định như sau: qp = 9.Su

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

Mũi cọc đặt tại lớp 3 có: Su = 48.9 kN/m2= 0.0489 Mpa

Thay số: 17.38

803.54

85.13969

Tiêu chuẩn 22TCN 272 – 05 quy định:

 Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tới mép gần nhất của móng phải

-1.00(C§§AB) 0.00

x y

M N H

y x

Hình 6 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ

Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ

5 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ I

5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn

5.1.1 Tính nội lực tác dụng lên đầu cọc

Tính theo chương trình FB-Pier

Khai báo các thông số, chạy chương trình, được kết quả như sau:

**********************************************

***** Final Maximums for all load cases *****

**********************************************

Result Type Value Load Comb Pile

*** Maximum pile forces ***

Max shear in 2 direction -0.5361E-01 KN 1 0 14

Max shear in 3 direction -0.6795E+01 KN 1 0 28

Max moment about 2 axis -0.4549E+01 KN-M 1 0 6

Max moment about 3 axis 0.5631E-01 KN-M 1 0 14

Max axial force -0.6493E+03 KN 1 0 3

Max torsional force 0.0000E+00 KN-M 0 0 0

Max demand/capacity ratio 0.2528E+00 1 0 3

Do đó: Nmax = 649.3 KN, vậy lấy giá trị là Nmax = 649.3 KN để kiểm toán

5.1.2 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 = 649.3KN

∆N: Trọng lượng bản thân cọc

Ta có: ∆N = 0.45 x 0.45 x 29 x 24.5= 143.88 KN

Kiểm toán:

N max + ∆ N = 649.3 + 143.88 = 793.18 kN ≤ P tt = 803,54 kN => Đạt

5.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc

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

g g R

η = 0.65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2.5 lần đường kính

η = 1.00 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đường kính

45 0 5 2 2 1 65

0 65 0 1 d 5 2 d 6

d 5 2 2 1 65

=

−

−

− +

Z : Chiều sâu của khối đất dưới bệ cọc, Z = (-2.2) – (- 30.5) = 28.3m

05.4

3.28

05.42.01(5.7)2,01.(

5

3.30489.04.150347.01.90157.0

=+

+

×+

×+

6 Kiểm toán móng theo TTGHSD

Hình 9 Mô hình quy đổi sang móng tương đương

Db là tính từ lớp đất chịu lực, theo tài liệu khảo sát địa chất lớp 1 là lớp xấu, chỉ có lớp

i Z

z

σ

)2.(

w n u

6.1.2 Xác định ứng suất gia tăng do tải trọng ở trạng thái giới hạn sử dụng gây ra

Độ tăng ứng suất có hiệu tại giữa lớp đất do tải trọng ở trạng thái sử dụng gây ra được xác định theo công thức sau :

'

++

=σ

∆

Hình 11 Minh họa quy đổi vùng diện tích điểm tính ứng suất có hiệu

Bg: Chiều rộng trên mặt bằng của nhóm cọc (=X)

Lg: Chiều dài trên mặt bằng của nhóm cọc (=Y)

Zi : Khoảng cách từ vị trí 2Db/3 đến trọng tâm lớp đất cần tính lún

Ta có bảng tính ∆ σ'như sau :

Bảng 6: Ứng suất có hiệu các điểm do tải trọng ở TTGHSD

Hc: Chiều cao của lớp đất chịu nén Hc = 12.60m

e0: Tỉ số rỗng tại ứng suất thẳng đứng hữu hiệu ban đầu

Hình 12: Đường cong nén cố kết điển hình đối với đất nền quá cố kết-Quan hệ biến dạng thẳng đứng với ứng suất thẳng đứng hữu hiệu EPRI (1983)

 Lớp đất thứ 1:

579.0227

28.427log.31.0093.200

227log.043.0903.01

60.12

112.322log.31.0422.246

356log.043.0903.01

60.12

f c

112.322log.22.0903.01

60.12

c

S

Vậy độ lún của móng là : S c = 0.579 + 0.169 = 0.748 m = 74.8 cm

6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc

Cách 1: Kết quả từ cách tính theo móng cọc bệ cao:

• Theo phương ngang cầu: ∆ngang= 0.00 mm ≤ 38mm

• Theo phương dọc cầu: ∆dọc = 0.005 m = 5 mm ≤ 38mm

Cách 2: Sử dụng phần mền tính toán nền móng FB-PIER ta tính được chuyển vị theo các phương dọc cầu (X), phương ngang cầu (Y), phương thẳng đứng (Z) tại vị trí đầu mỗi cọc như sau :

*** Maximum pile head displacements ***

Max displacement in axial 0.1621E-01 M 1 0 3

Max displacement in x 0.2329E-05 M 1 0 8

Max displacement in y 0.2839E-01 M 1 0 14

Chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cọc là:

• Theo phương ngang cầu: ∆x = 0.2329.10-5 m = 0.2329.10-2 mm ≤ 38mm

• Theo phương dọc cầu: ∆x = 0.2839.10-1 m = 28.39 mm ≤ 38mm

Vậy đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang

7 cường độ cốt thộp cho cọc và bệ cọc

7.1 Tớnh và bố trớ cốt thộp dọc cho cọc

Tổng chiều dài cọc dựng để tớnh toỏn và bố trớ cốt thộp là chiều dài đỳc cọc :

L = 31 (m) Được chia thành 3 đốt, 2 đốt cú chiều dài Ld = 10 m, 1 đốt cú chiều dài Ld =

11 m Ta đi tớnh toỏn và bố trớ 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:

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

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

1.8

10.04

8.048.04

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

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

Móc đợc đặt cách đầu cọc một đoạn

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

Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :

6.3542.646

17.36

16.35

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

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

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

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

) m ( 2 10 x 207 0 L

2 6

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 đợc đặt cách đầu cọc một đoạn

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

Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :

7.062.94

21.44

20.18

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

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 Tớnh và bố trớ cốt thộp dọc cho cọc

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

Gồm 8Φ22 cú fy = 420 MPa được bố trớ trờn mặt cắt ngang của cọc như hỡnh vẽ :

2@175=350 450 50

Ta đi tính duyệt lại mặt cắt bất lợi nhất trong trường hợp bất lợi nhất là mặt cắt có

mô men lớn nhất trong trường hợp treo cọc:

+) Cọc có chiều dài Ld= 11 m thì Mtt = 25.94 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 :

) MPa ( 334 3 28 63

0 ' f 63

tt tt ct

Vậy: fct < 0 8 fr 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 độ chịu kéo nhỏ hơn nhiều so với cường độ chịu nén vì vậy trục trung hòa lệch về phía trên trục đối xứng

+ Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo ⇒ ' s y

' c y

2 s y 1

x 3 A

) mm ( 774 387

x 2

f : Cường độ chịu nén của bê tông (Mpa), fc'= 30 (Mpa)

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 :

mm 35 30 28

x 450 x 85 0

420 x ) 1161 774

1161 ( f

d 85 0

f A f A f A

c y

' s y 2 s y 1

35 30 a

' s '

f c

d c 003

= ε

s

y y 1

s 1

s

E

fc

cd003

0 − ≥ε =

=ε

s

y y 2

s 2

s

E

fc

cd003

0 − ≥ε =

=ε

s

y y

'

10x2

420E

=

=

=ε

=

ε

3 '

71 35

50 71 35 003

=

ε

03 0 71

35

) 71 35 400 ( 003 0

1

ε

016 0 71

35

) 71 35 225 ( 003 0

2

ε

Vậy tất cả cỏc cốt thộp đều chảy ⇒ Giả thiết là đỳng

s 1 s y

' s 2

s 1 s y 2 s 1

s

' c

2

a d f d

35 30 400 28 x 450 x 35 30 x

71 35

387x8bxd

2803.0f

'f03,0

+ Đầu mỗi cọc ta bố trí với bớc cốt đai là 50 mm trên một chiều dài là: 500 mm.

+ Tiếp theo ta bố trí với bớc cốt thép đai là 100 mm trên một chiều dài là:1000mm + Đoạn còn lại của mỗi đoạn cọc (phần giữa đoạn cọc) bố trí với bớc cốt đai

là : 150 mm.

7.3 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc

Cốt thép mũi cọc có đờng kính Φ40, với chiều dài 100 mm.

Đoạn nhô ra khỏi mũi cọc là 50 mm.

7.4 Lới cốt thép đầu cọc

ở đầu cọc bố trí một số lới cốt thép đầu cọc có đờng kính Φ 6 mm ,với mắt lới

a = 50ì50mm Lới đợc bố trí nhằm đảm bảo cho bê tông cọc không bị phá hoại do chịu ứng suất cục bộ trong quá trình đóng cọc.

7.5 Vành đai thép đầu cọc

Đầu cọc đợc bọc bằng một vành đai thép bằng thép bản có chiều dày bằng 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.

7.6 Cốt thép móc cẩu

Cốt thép móc cẩu đợc chọn có đờng kính Φ22 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 cần phải làm móc thứ 3 tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công và để cọc trong bãi.

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

VIII 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 cờng độ mối nối tơng đơng hoặc lớn hơn cờng độ cọc tại tiết diện có mối nối.

Để nối các đốt cọc lại với nhau ta sử dụng 4 thép góc L-100ì100ì12 táp vào 4

góc của cọc rồi sử dụng đờng hàn để liên kết hai đầu cọc Ngoài ra để tăng thêm an toàn cho mối nối ta sử dụng thêm 4 thép bản 500x100x10mm đợc táp vào khoảng giữa hai thép góc để tăng chiều dài hàn nối.

8 Tớnh mối nối thi cụng cọc

Ta sử dụng mối nối hàn để nối cỏc 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 cú mối nối

Để nối cỏc đốt cọc lại với nhau ta sử dụng 4 thộp gúc L-100ì100ì12 tỏp vào 4 gúc của cọc rồi sử dụng đường hàn để liờn kết hai đầu cọc (đối với cọc đặc, vuụng ta thường

sử dụng mối nối hàn; đối với cọc trũn, ống ta thường sử dụng mối nối bu lụng) Ngoài ra

để tăng thờm an toàn cho mối nối ta sử dụng thờm 4 thộp bản 500x100x10mm được tỏp vào khoảng giữa hai thộp gúc để tăng chiều dài hàn nối