Thiết kế môn học nền móng cao độ âm 40m 4 lớp đất SV PHAN XUÂN HIẾU

ThiÕt kÕ m«n häc nÒn vµ mãng Bé m«n §Þa - kü thuËt Thiết kế môn học Nền Móng cao độ âm 40m 4 lớp đất SV PHAN XUÂN HIẾU Phan Xuân Hiếu 1 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật Mục lục PHầN I Báo cáo khảo sát địa chất công trình I. Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất 3 II. Nhận xét và kiến nghị . 4 PHầN II Thiết kế kĩ thuật I. Lựa chọn kích thớc công trình 6 1.1. Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc 6 1.2. Chọn kích thớc cọc và cao độ mũi cọc 7 II. Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế 8 2.1. Trọng lợng bản thân trụ 8 2.1.1. Tính chiều cao thân trụ. .8 2.1.2. Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc) 8 2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nớc (không kể bệ cọc) 8 2.2. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN 9 2.2.1. Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHSD 9 2.2.2. Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHCĐ 9 III. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc10 3.1. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P R 10 3.2. Sức kháng nén dọc trục theo đất nền Q R 11 3.2.1. Sức kháng thân cọc Q s 12 3.2.2. Sức kháng mũi cọc Q p 14 3.3. Sức kháng dọc trục của cọc đơn 16 IV. chọn số lợng cọc và bố trí cọc trong móng 16 4.1. Tính số lợng cọc 16 4.2. Bố trí cọc trong móng 16 4.2.1. Bố trí cọc trên mặt bằng 16 4.2.2. Tính thể tích bệ 17 4.3. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ 17 4.3.1. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD 17 4.3.2. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHCĐ 17 V. kiểm toán theo Trạng thái giới hạn cờng độ I 18 5.1. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 18 Phan Xuõn Hiu 2 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật 5.1.1. Tính nội lực tác dụng đầu cọc 18 5.1.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 18 5.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc 18 5.2.1. Với đất dính 18 5.2.2. Với đất rời 22 VI. kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng 22 6.1.Xác định độ lún ổn định .22 6.2. Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc 25 VII. cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc 26 7.1. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 26 7.1.1. Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc 26 7.1.2. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 27 7.2. Bố trí cốt thép đai cho cọc 30 7.3. Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc 30 7.4. Lới cốt thép đầu cọc 30 7.5. Vành đai thép đầu cọc 30 7.6. Cốt thép móc cẩu 31 VIII. mối nối thi công cọc 31 PHầN III Bản vẽ Phan Xuõn Hiu 3 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật PHầN I Báo cáo khảo sát địa chất công trình I. Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất Các ký hiệu sử dụng trong tính toán: : Trọng lợng riêng của đất tự nhiên (kN/m 3 ) s : Trọng lợng riêng của hạt đất (kN/m 3 n : Trọng lợng riêng của nớc ( n =9.81kN/m 3 ) W : Độ ẩm (%) W L : Giới hạn chảy (%) W p : Giới hạn dẻo (%) a : Hệ số nén (m 2 /kN) k : Hệ số thấm (m/s) n : Độ rỗng e : Hệ số rỗng S r : Độ bão c : Lực dính đơn vị (kN/m 2 ) : Tỷ trọng của đất (độ) : Tỷ trọng của đất Tại lỗ khoan BH4, khoan xuống cao độ là - 40m, gặp 4 lớp đất nh sau: Lớp 1: Lớp 1 là lớp sét pha, có màu xám. Chiều dày của lớp xác định đợc ở BH4 là 2.20m, cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là -2.20m. Chiều sâu xói của lớp đất này là 2.20m. Lớp đất có độ ẩm W = 25.8%, độ bão hòa S r = 85.3. Lớp đất ở trạng thái dẻo mềm, có độ sệt I L = 0.51. Lớp 2: Lớp 2 là lớp cát hạt nhỏ, phân bố dới lớp 1. Chiều dày của lớp là 9.00m, cao độ mặt lớp là -2.20m, cao độ đáy là -11.20m. Lớp 3: Lớp thứ 3 gặp ở BH4 là lớp sét pha màu xám nâu, xám xanh, phân bố dới lớp 2. Chiều dày của lớp là 4.30 m, cao độ mặt lớp là -11.20 m, cao độ đáy lớp là -15.50m. Lớp đất có độ ẩm W = 20.6%, độ bão hòa S r = 80.9. Lớp đất ở trạng thái dẻo cứng có độ sệt I L = 0.47. Lớp 4: Lớp thứ 4 là lớp cát hạt nhỏ, màu xám, kết cấu chặt vừa, phân bố dới lớp 3. Chiều dày của lớp là 21.50 m, cao độ mặt lớp là -15.50m, cao độ đáy lớp là -37.00m. II. 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, ta 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. Phan Xuõn Hiu 4 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật + Lớp đất số 1, 2 là lớp đất yếu do chỉ số xuyên tiêu chuẩn và sức chịu tải nhỏ, lớp 3 có trị số SPT trung bình, lớp 4 có trị số SPT và sức chịu tải khá cao. + Lớp đất số 2 dễ bị lún sụt khi xây dựng trụ cầu tại đây. Kiến nghị + 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 sat của cọc. Phan Xuõn Hiu 5 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật PHầN II Thiết kế kĩ thuật Bố trí chung công trình -2.00(CĐĐAB) 0.00(CĐĐB) +2.0(MNTN) +3.00(MNCN) -2.20(MĐSX) 24 cọc BTCT 450 X 450 L = 28.00m -27.00 0.00(CĐMĐ) -27.00 Sét pha -11.20 -15.50 Cát hạt nhỏ Sét pha Cát hạt nhỏ +5.20(CĐĐT) 1 P P 7 P 13 P 19 P 2 P 8 P 14 P 20 P 3 P 9 P 15 P 21 P 4 P 10 P 16 P 22 P 5 P 11 P 17 P 23 P 6 P 12 P 18 P 24 -2.00 -2.20(MĐSX) D?c C?u Ngang C?u M?t B?ng C?c M?t B?ng Tr? Phan Xuõn Hiu 6 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật I. Lựa chọn kích thớc công trình 1.1. Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc 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 nớc giữa MNCN và MNTN là tơng đối cao. Xét cả điều kiện mỹ quan trên sông, ta chọn các giá trị cao độ nh sau: Cao độ đỉnh trụ chọn nh sau: .m3.0 HMNTT m1MNCN max tt + + Trong đó: MNCN: Mực nớc cao nhất, MNCN = 7.1 m MNTT : Mực nớc thấp nhất, MNTT = 2.7 m tt H : Chiều cao thông thuyền, tt H khụng c xột. Ta có: max(7,1+1 ; 3.5) - 0.3 = max(8.1 ; 3.5) - 0.3 = 7.8(m) => Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = +7.8 m Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB) Cao độ đỉnh bệ MNTN - 2 m = 2.7- 2.0 = 0.7 (m) => Chọn cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = +2.0 m Cao độ đáy bệ (CĐĐAB) Cao độ đáy bệ = CĐĐB - H b H b : Chiều dày bệ móng (H b = m2m5.1 ữ ). Chọn H b = 2 m => Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = 2.0 2.0 = 0.0 m Vậy chọn các thông số thiết kế nh sau: b=? 450 H ttr = ? 8060Hb = ? 800 MNTT Cao độ đỉnh trụ H tt H ttr = ? 150 25 a = ? Hb = ? a = ? MNTN b=? 170 60 80 120 2525 Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = +7.8 m Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = +2.0 m Cao độ đáy bệ là : CĐĐAB = 0.0m Phan Xuõn Hiu 7 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật Bề dầy bệ móng : H b = 2 m. 1.2. Chọn kích thớc cọc và cao độ mũi cọc Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là lớn, địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 15.50m 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 thớc là 0.45x0.45m; đợc đóng vào lớp số 4 là lớp cát hạt nhỏ, kết cấu chặt vừa. Cao độ mũi cọc là -29.00m. Nh vậy cọc đợc đóng vào trong lớp đất số 4 có chiều dày là 13.50m. Chiều dài của cọc (L c ) đợc xác định nh sau: L c = CĐĐB - H b - CĐMC L c = 2.0 - 2.0 - (- 29.0) = 29 m. Trong đó: CĐĐB = +2.0 m : Cao độ đỉnh bệ. H b = 2.00 m : Chiều dày bệ móng CĐMC = -29.00m : Cao độ mũi cọc. Kiểm tra: 60 45.0 27 == d L c vi iu kin: ( ) 8030 = d L c => Thoả mãn yêu cầu về độ mảnh. Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: L = L c + 1m = 29 + 1 = 30 m. Cọc đợc tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 30 m = 10m + 10m + 10m. Nh vậy mỗi cọc có chiều dài 10 m;10 m;10 m. Các đốt cọc sẽ đợc nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc. II. Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế 2.1. Trọng lợng bản thân trụ 2.1.1. Tính chiều cao thân trụ Chiều cao thân trụ H tr : H tr = CĐĐT - CĐĐB - CDMT H tr = 7.8 2.0 -1.4 = 4.4 m. Trong đó: Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = + 7.8 m Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = + 2.0 m Chiều dày mũ trụ : CDMT = 0.8 + 0.6 = 1.4 m 2.1.2. Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc) Phan Xuõn Hiu 8 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật MNTN MNCN Cao độ đỉnh trụ H tt V 1 V 2 V 3 V 3 V 2 V 1 Cao độ đáy dầm MNTT 30 Thể tích trụ toàn phần V tr : V tr = V 1 + V 2 + V 3 = 4.4)2,1.3,3 4 2,1. (6,0.7,1. 2 )825,0.25.4( 8,0.7,1.8 2 ++ ++ + = 10,88 + 6,63 + 22.4 = 39.91 m 3 2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nớc (không kể bệ cọc) Thể tích trụ ngập nớc V tn : V tn = S tr x (MNTN - CĐĐB) )0.27.2).(2,1.3,3 4 2,1. ( 2 += tn V = 3.56 m 3 Trongđó: MNTN = 2.7 m : Mực nớc thấp nhất CĐĐB = 2.0 m : Cao độ đỉnh bệ S tr : Diện tích mặt cắt ngang thân trụ (m 2 ) 2.2. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN Các tổ hợp tải trọng đề bài ra nh sau: Tải trọng Đơn vị TTGHSD o t N - Tĩnh tảI thẳng đứng kN 5500 o h N - Hoạt tảI thẳng đứng kN 4000 o h H - Hoạt tảI nằm ngang kN 120 o M - Hoạt tải mômen KN.m 650 Phan Xuõn Hiu 9 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật Hệ số tải trọng: Hoạt tải : n = 1.75 Tĩnh tải : n = 1.25 bt = 24,50 kN/m 3 : Trọng lợng riêng của bê tông n = 9,81 kN/m 3 : Trọng lợng riêng của nớc 2.2.1. Tổ hợp tải trọng theo phơng ngang cầu ở TTGHSD Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn ngang cầu: tnntrbt o t o h SD 1 xV)xVN(NN ++= =4000 + (5500 + 24,50.39,91) 9.81x3,56 = 10442,87 kN Tải trọng ngang tiêu chuẩn ngang cầu: SD 1 H = H o = 120 kN Mômen tiêu chuẩn ngang cầu: )BĐĐCTĐĐC(xHMM o h oSD 1 += =650+120.(7.8-2.0)= 1346 kN.m 2.2.2. Tổ hợp tải trọng theo phơng ngang cầu ở TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng tính toán ngang cầu tnntrbt o t o h ĐC 1 xV)xVN(x25.1xN75.1N ++= = 1,75x4000 + 1,25x(5500 + 24,50x39,91) 9,81x3,56 = 15062,32 kN Tải trọng ngang tính toán ngang cầu: ĐC 1 H = 1.75x o h H = 1.75x120 =210 kN. Mômen tính toán ngang cầu: )BĐĐCTĐĐC(xxH75.1xM75.1M o h oĐC 1 += =1,75.650+1,75.120.(7.8-2.0)= 2355,5 kN.m Tổ hợp tải trọng thiết kế tại Đỉnh Bệ Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng kN 10442,87 15062,32 Tải trọng ngang kN 120 210 Mômen kN.m 1346 2355,5 III. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc 3.1. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P R Chọn vật liệu: + Cọc bê tông cốt thép, tiết diện của cọc hình vuông: 0.45m x 0.45m Phan Xuõn Hiu 10 [...]... QR = 0.65x2 043 .86+ 0.36x552 24. 7= 21209 .4 KN >VC = 17258.1 KN => Đạt VI kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng 6.1 Xác định độ lún ổn định Do lớp đất 1, 2, 3, là các lớp đất yếu, lớp đất 4 là lớp đất tốt nên độ lún ổn định của kết cấu móng đợc xác định theo móng tơng đơng, theo sơ đồ nh hình vẽ: Phan Xuõn Hiu 22 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật Ta có: Db = 11500mm Móng tơng đơng... ) Tên lớp Lớp 2 Lớp 4 Chiều dày (m) Chu vi (m) 1.2 3 3 2 1.5 3 3 2 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 Phan Xuõn Hiu Chỉ số SPT trung bình (búa/300 m) 9 6 4 8.5 15 18.5 20.5 21 13 As(mm) qS (N/mm2) Qs (N) 2160000 540 0000 540 0000 3600000 2700000 540 0000 540 0000 3600000 0.0171 0.01 14 0.0076 0.01615 0.0152 0.019 0.03 14 0.0399 36936 61560 41 040 639 54 41 040 102600 169560 143 640 Thiết kế môn học nền và móng 2... Xuõn Hiu 21 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật Lớp 3: Z = -11.20 (-15.50) = 4. 30 m Vì lớp 3 có chiều dày 4. 3 m nên S u = S u = 30.8KN / m 2 = 0.0308MPa lop => Q 2 3 = (2x4050+2x 645 0)x4300x0.0308 = 2781 240 N = 2781.24KN Do vây: Q 2 = 0+2781. 24 = 2781. 24 KN Sức kháng trụ tơng đơng: Do đó: Qg1 = min{Q1; Q2} = min{2 043 .8 64 ; 2781. 24 } = 2 043 .8 64 KN Với: g1 = 0.65 5.2.2.Với đất rời Qg2... kháng thân cọc của cọc đơn ở lớp 2 và lớp 4 là: Qs2 = 20 349 0 N và Qs4 = 738360 N Vậy: Tổng sức kháng thân cọc của nhóm cọc trong đất cát: Q s = nx(Qs1 + Qs 2 ) = 24( 20 349 0 + 738360) = 226 044 00 N =226 04. 44 KN Mũi cọc đặt tại cao độ -29 m của lớp 4, sức kháng mũi cọc của nhóm cọc: Q p = nxQ p = 24 x6.712 x 202500 = 32620320 N = 32620 KN Do đó: Qg2 = 226 04. 44+ 32620 = 552 24. 76 KN g2 = Hệ số sức kháng... Hiu 16 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật Thể tích bệ là: Vb = 7000x4600x2000 = 64. 4x109mm3 = 64. 4m3 4. 3 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ 4. 3.1 Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD Tải trọng thẳng đứng: SD N SD = N 1 + ( bt n )xVb 2 = 1 044 2,87+ ( 24. 5 - 9.81)x 64. 4 = 11388,906 KN Tải trọng ngang: SD H SD = H1 = 120 KN 2 Mômen SD SD M SD = M1 + H1 xH b =1 346 + 120x2 =1586 KN.m 2 4. 3.2 Tổ... trong tầng đất chịu lực ( lớp đất 4) (mm) : Sức kháng điểm giới hạn (MPa) = 0.4Ncorr cho cát và ql = 0.3Ncorr cho bùn không dẻo Phan Xuõn Hiu 14 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật Tính 'v : Lớp 2: e( 2) = s ( 2 ) bh ( 2 ) ( 2 ) + e0 ì n 26.6 + 1.08 ì 9.81 ( 2) bh = s = = 17.88 KN/m2 ( 2) (1 + e0 ) bh n 1 + 1.08 Lớp 4: e ( 4) 26.6 + 0.89 ì 9.81 h ( 4 ) bh ( 4 ) h ( 4 ) + e0... đầu cọc một đoạn b = 0.294Ld = 0.2 94 x 10 = 2. 94 (m) Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau : Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Phan Xuõn Hiu 26 Thiết kế môn học nền và móng M max( 2 ) = Bộ môn Địa - kỹ thuật 4. 96 x 2. 94 2 = 21 .44 KN.m 2 Vậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là : Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) ) = max(10,63 ; 21 ,44 ) = 21 ,44 (KN.m) 7.1.2 Tính và... + 4 [ 15.5 ( 24. 05 ) ] = 9.81x(1.5+1.9)+(2.2-1.9)x18.6 + 17.88x9 + 19.3x4.3 + 18.69x8.55 = 45 7.126 KN/m2 u = (1.5 + h1 + h2 + h3 + [ 15.5 ( 24. 05) ] ) n = (1.5 + 2.2 + 9.0 + 4. 3 + 8.55) x9.81 = 250.65 KN/m2 Phan Xuõn Hiu 24 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật => 'v =45 7.126-250.65 = 206 .47 63 KN/m2 0.21 N/mm2 Thay số vào ta có: 1.92 N corr = 0.77 log10 x 24 = 15. 54 (Búa/300mm)... trong đất sét với v = 0.8 ta có: qs = 0.56 qs = 0 .45 v trong đất cát với v = 0.8 ta có: qs = 0.36 q = 0 .45 v trong đất cát với v = 0.8 ta có: q = 0.36 3.2.1 Sức kháng thân cọc Qs Do thân cọc ngàm trong 4 lớp đất, có cả lớp đất dính và lớp đất rời, nên ta tính Qs theo hai phơng pháp: Đối với lớp đất cát: Tính theo phơng pháp SPT Đối với lớp đất sét: Tính theo phơng pháp Đối với lớp đất sét:... 2.67 d, cọc do đó ta nội suy 45 0 : 1 2 2 5 d ( 1 0.65) = 0.65 + 1.2 2.5 ì 0 .45 (1 0.65) = 0.653 6 d 2 5 d 6 ì 0 .45 2.5 ì 0 .45 Xác định Q1 Tổng sức kháng danh định dọc trục của cọc đơn trong đất sét: Qs = Qs1 + Qs3 = 842 4 + 2 244 60 = 2328 84 N Vậy: Q1 = x N x qs x QS =0.653x21x0.56x2328 84 = 1788381 .4 N =2 043 .86 KN = 0.65 + Xác định Q2: Tính với lớp đất 1 và lớp đất 3 Sức kháng đỡ của phá hoại . häc nÒn vµ mãng Bé m«n §Þa - kü thuËt Thiết kế môn học Nền Móng cao độ âm 40 m 4 lớp đất SV PHAN XUÂN HIẾU Phan Xuân Hiếu 1 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật Mục lục PHầN I Báo. 639 54 Lớp 4 1.5 1.8 15 2700000 0.0152 41 040 3 1.8 18.5 540 0000 0.019 102600 3 1.8 20.5 540 0000 0.03 14 169560 2 1.8 21 3600000 0.0399 143 640 Phan Xuõn Hiu 13 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn. -11.20m. Lớp 3: Lớp thứ 3 gặp ở BH4 là lớp sét pha màu xám nâu, xám xanh, phân bố dới lớp 2. Chiều dày của lớp là 4. 30 m, cao độ mặt lớp là -11.20 m, cao độ đáy lớp là -15.50m. Lớp đất có độ ẩm