ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN MÓNG CẦU ĐƯỜNG, NGUYỄN VĂN HƯNG

Từ các nhận xét trên nên sử dụng giải pháp móng cọc ma sát bằng BTCT và lấy lớp đất số4 làm tầng tựa đầu cọc.. do dó ta chọn phương án móng cọc bệ cao để thiết kế kỹ thuật...  sức kháng

THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN & MÓNG

THIẾT KẾ MÓNG TRỤ CẦU VỪA VÀ NHỎ.

A/ THUYẾT MINH,TÍNH TOÁN:

I/ Xác định số liệu đề bài:

Số liệu đề bài:Phương án 2-2-9

1.1-Tải trọng tác dụng :

y – Momen hoạt tải tiêu chuẩn kN.m 900

1.2-Số liệu thuỷ văn và chiều dài nhịp :

Hạng mục Đơn

MNTC m Lấy cao hơn MNTN (1  1.5)m

CĐMĐ m Giả thiết cao độ lớp đất trên cùng ở cột

địa tầng là 0.00

Chiều dài nhịp

tính toán

1.3- Số liệu hố khoan địa chất ( theo hình trụ lỗ khoan )

II/Xác định kích thước trụ

2.1- Đánh giá điều kiện địa chất

Các kí hiệu sử dụng trong tính toán địa chất công trình :

 (kN/m 3 ) : Trọng lượng thể tích tự nhiên của đất

S(kN/m 3 ) : Trọng lượng riêng của hạt đất

n(kN/m 3 ) : Trọng lượng riêng của nước ( = 10 kN/m 3 )

W (%) : Độ ẩm

WL (%) : Giới hạn chảy

WP (%) : Giới hạn dẻo

a (m 3 /kN) : Hệ số nén lún

k (m/s) : Hệ số thấm

n (%) : Độ rỗng

e : Hệ số rỗng

Sr : Độ bão hoà

c (kN/m 2 ) : Lực dính đơn vị

 ( độ ) : Góc ma sát trong của đất

 : Tỷ trọng của đất

1.Lơpù1: Bùn sét màu nâu vàng,nâu đỏ, trạng thái dẻo mềm :

Chiều dày lớp là 10.0 m , cao độ tại mặt lớp là + 0,0 m , cao độ đáy lớp là – 10.0 m

Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) thay đổi từ 6 đến 8

Các chỉ tiêu cơ lý khác được xác định như sau :

- Chỉ số dẻo :

IP = WL – WP = 3.94 –21.1 = 18.3 %

- Chỉ số độ sệt :

2.Lớp 2 : Sét màu nâu đỏ ,trạng thái cứng :

Chiều dày lớp là 2.3 m , cao độ tại mặt lớp là -10.0 m , cao độ đáy lớp là – 12.3m Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) thay đổi từ 32 đến 11 , Các chỉ tiêu cơ lý khác được xác định như sau :

679 0

3.Lớp 3 : Sét pha màu xám nâu ,xám trắng,trạng thái dẻo mềm:

Chiều dày lớp là 7.8 m , cao độ tại mặt lớp là –12.3 m , cao độ đáy lớp là -20.1m Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) thay đổi từ 6 đến 11

6 24 6 31

4.Lớp 4 : Sét pha màu xám nâu ,xám trắng,trạng thái dẻo mềm:

Cao độ tại mặt lớp là –20.1 m Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) thay đổi từ 19 đến 31

1 22 8 24

NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ :

1 Điều kiện địa chất công trình:

Điều kiện địa chất công trình trong phạm vi khảo sát đơn giản , chủ yếu là các lớp sét, đặc biệt lớp 4 có khả năng chịu lực tốt.

Các lớp số 1 và 3 cóchỉ số SPT nhỏ,lớp 2 có sức chịu tải và chỉ số SPT khá cao nhưng chiều dày nhỏ , lớp số 4 có khả năng chịu tải.

Từ các nhận xét trên nên sử dụng giải pháp móng cọc ma sát bằng BTCT và lấy lớp đất số4 làm tầng tựa đầu cọc

2 Đánh giá điều kiện thuỷ văn:

Khi ta xây dựng cầu, móng trụ cầu trở thành vật chắn dòng chảy tự nhiên của lòng sông gây nên xói lỡ chung dòng chảy và xói lỡ cục bộ tại trụ và mố, do đó để thiết kế mố trụ ta cần phải tính đến yếu tố này.

Giả định rằng cột nước dâng dưới cầu sau khi xây xong là không đáng kể đồng thời xem chiều sâu nước trung bình dưới cầu sau khi xói bằng MNTC.

htb =MNTC =3.75 m.

Mặt khác ta giả định trụ cầu ít bị ảnh hưởng của xói cục bộ.

Ở bài thiết kế này, đối với địa chất như ta đã phân tích trên đều là đất yếu Như vậy ta không thể làm móng nông vì nếu làm móng nông thì phải đặt móng đến lớp đất tốt

ở rất sâu dẫn đến kích thước móng rất lớn gây tốn kém về khối lượng, thời gian thi công

do đó ta không chọn giải pháp móng nông

Giải pháp còn lại ở đây là ta chọn 1 trong 2 phương án đó là móng cọc bệ thấp hoặc móng cọc bệ cao Móng cọc bệ thấp có giá thành cao và thi công phức tạp hơn móng cọc bệ cao do dó ta chọn phương án móng cọc bệ cao để thiết kế kỹ thuật.

2.2-Căn cứ vào MNTT,Ht-thông thuyền xác định cac cao độ:

Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = MNTT + Htt – 0.3 = 3.25 + 4.25 - 0.3 = 7.2m

Chiều dài mũ trụ: CĐMT = 0.6 + 0.8 =1.4 m

Cao độ mặt bệ: CĐMB = MNTN – 0.75 = 2.25 – 0.75 = 1.5(m)

Chiều dày bệ trụ : Hbệ = 1 3   m  Hbệ = 2 (m)

Cao độ đáy bệ: CĐĐB = CĐMB - Hbệ = 1.5 – 2 =- 0.5 (m)

Chiều cao cột trụ HC :

III/XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG TẠI ĐÁY BỆ:

3.1-Xác định tải trọng tĩnh :

Thể tích trụ toàn phần :

V trụ = V đỉnh trụ + V thân trụ + V bệ

Vđỉnh trụ = Võ xâ mũ trên + Vxã mũ dưới

KN V

3.2-Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN :

Nt(tc) = 5400kN : Lực thẳng đứng tiêu chuẩn do tĩnh tải tác dụng tại đỉnh trụ

Nh(tc) = 1500kN : Lực thẳng đứng tiêu chuẩn do hoạt tải tác dụng tại đỉnh trụ

Hx (tc) = 160kN : Lực ngang tiêu chuẩn do hoạt tải theo phương dọc cầu

Hy (tc) = 170kN : Lực ngang tiêu chuẩn do hoạt tải theo phương ngang cầu

My(tc) = 900kN.m : Momen tiêu chuẩn do hoạt tải theo phương dọc cầu

Mx(tc) = 1100kN.m : Momen tiêu chuẩn do hoạt tải theo phương ngang cầu

bt = 24kN/m 3 : Trọng lượng riêng của bêtông

n = 10kN/m 3 : Trọng lượng riêng của nước

Vtr = 81m3 : thể tích toàn phần trụ (chưa kể móng bệ)

Vtn = 45.42m 3 :thể tích phần trụ ngậïp nước (chưa kể móng bệ)

nh = 1.4 : Hệ số tải trọng do hoạt tải

nt = 1.1 : Hệ số tải trọng do tĩnh tải

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

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

- Tổ hợp tải trọng tính toán theo phương dọc cầu với MNTN

(1) Tải trọng thẳng đứng tính toán docï cầu :

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

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

- Tổ hợp tải trọng tính toán theo phương ngang cầu với MNTN

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

M tt =1.4 *M tc x+ H tt y x(CĐĐT – CĐĐB)

= 1.4*1100 + 238*(7.2+ 0.5) =3372.6 kNm

BẢNG TỔ HỢP TẢI TRỌNG

Loại tải trọng Theo phương dọc cầu Theo phương ngang cầu

Tiêu chuẩn (KN) Hệ số tt Tính toán(KN) Tiêu chuẩn(KN) Hệ số tt Tính toán(KN)

TT thẳng đứng:

1.Trọng lượng trụ

2.Tĩnh tải tiêu chuẩn

3.Hoạt tải tiêu chuẩn

IV/XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỌC, TÍNH SỨC KHÁNG CỦA CỌC ĐƠN:

4.1-Chọn kích thước cọc:

- Chọn kíck thước mặt cắt ngang = 40 40  cm

- Chọn cốt thép dọc chủ:  = 22 mm

+ Cường độ chịu nén là fy =420(MPa)

+ Mô đun đàn hồi của thép là Es = 2 10  5 (MPa)

+Số lượng 8 thanh.

+Diện tích cốt thép : As =387 (mm 2 )

-Chọn mác bêtông cấp A

 Hình dạng mặt cắt ngang cọc:

4.2-Xác định chiều dài cọc:

*Xác định cao độ mũi cọc căn cứ vào :

 mặt cắt địa chất

 biểu đồ xuyên SPT

+Mũi cọc cắm sâu vào lớp đất tốt > 1 m

+Đất cát tri số N > 25

+Đất sét trị số N > 20 

Tra thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn chọn cao độ mũi cọc = -28.2 ứng với giá trị xuyên N=24.

LC = CĐĐB – CĐMC = -0.5 - ( - 28.2)=27.7 m

Vậy chọn chiều dài cọc Lc=28m (nội suy ta có N=23.9)

Từ đó ta có cao độ mũi cọc là : -0.5-28=-28.5 m.

Độ mảnh của cọc: LC /D = 28/0.4=70 thoả mãn yêu cầu về độ mảnh :

100

30  

D

L C

Vậy tổng chiều dài cọc sẽ là Lcd =28+1 =29 m (chiều sâu cọc ngàm vào bệ 1m )

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

29m = 10 m+10 m+9 m Như vậy hai đốt thâân có chiều dài 10 m , đốt mũi có chiều dài 9 m.Các đốt cọc sẽ được nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc

4.3- Xác định sức kháng của cọc theo 22-TCN 272-05:

a- Sức kháng lực dọc trục tính toán của cọc theo vật liệu

+ Ở đây :

_ diện tích nguyên của mặt cắt : Ag = 40 40  = 1600 (cm 2 ) = 160000 ( mm 2 )

_ diện tích nguyên của cốt thép : Ast = 8 387  = 3096 (mm 2 )

_ cường độ giới hạn chảy quy định của cốt thép : fy = 420 Mpa

_ cường độ quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày :fc ’ = 28 Mpa

_ hệ số sức kháng  = 0.75

 Sức kháng lực dọc trục danh định

Q p q p*A p

Q s q s*A s

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 (mm 2 )

Ap : diện tích mũi cọc (mm 2 )

Tra bảng 16 ta có:

56 0 8 0

* 7 0

* 7 0

 hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc

_ sức kháng đơn vị mũi cọc:

9 9 0.153 1.377

Trong đó: Su là cường độ kháng cắt không thoát nước của đất sét gần mũi cọc.

 sức kháng mũi cọc:

Su:cường độ kháng cắt không thoát nước của từng lớp đất

 : hệ số kết dính áp dụng cho Su ( được xác định theo đường cong thiết kế về hệ số dímh cho cọc vào đất sét (theo Tomlinson,1987))

.A : diện tích bề mặt thân cọc cắm trong lớp i si

 q s3   3 S u3  0.90 0.093 0.0837(Mpa)  

Lớp 4: Db =8400(mm)

d = 400 (mm)

A =4*400*8400=13440000(mm s4 2 )

Db>20d = 8000 mm

Su3 = Cu3 = 153 kN/m2 = 0.153 MPaTra biểu đồ hình 50 – b ứng với lớp sét cứng ta được : α = 0.44

 q s4   4 S u4  0.44 0.153 0.06732   (MPa)

Ta có bảng giá trị như sau :

Lớp Độ sâu(mm)  Su qsi Asi(mm2) Qsi(N)

c) Sức chịu tải thiết kế của cọc :

Sức chịu tải thiết kế của cọc lấy giá trị nhỏ hơn trong 2 giá trị là sức chịu tải của cọc theo đất nền và sức chịu tải của cọc theo vật liệu:

Với :P u=sức kháng đỡ ngang giới hạn (danh định)của cọc đơn(MPa)

=hệ số sức kháng ngang của cọc =0.6

Dùng phương pháp Broms xác định P u :

 Sức kháng đỡ ngang tới hạn P u trong trường hợp đầu cọc tự do được tính theo công thức sau :

Vì toàn bộ là đất sét thuộc loại đất dính :

+)L : chiều dài cọc ngập trong đất

+)H : Cánh tay địn của lực ngang tới mặt đất,

+)L’ : chiều dài ngàm của cọc, tính từ độ sâu cách mặt đất 1.5B, hay L’ = L – 1.5B

+)Lo : Là chiều sâu tới tâm quay,

  

2 12.93 2 7.1 12.93 0.5 7.1

9 26 0.4 7.1 2.8 1.5 0.4

9 140 0.4 1.7 10.5 1.5 0.4

9 93 0.4 7.2 12.8 1.5 0.4

9 153 0.4 4.31 20.6 1.5 0.4

Với : C ui : Cường độ chống cắt không thoát nước của đất

B : Cạnh hay đường kính cọc

:Chiều dài cọc ngập trong đất

( 64 7514 6

0 4

5.1- Xác định sơ bộ số lượng cọc:

Số lượng cọc được tính theo công thức :

1.5 9678.804 9.42

1540.6

o

V n P

+ Po = min(Pvl ; Pđn) = min(2704.989; 1540.6) =1540.6 (kN)

 chọn số cọc thiết kế là nc = 15 cọc

5.2-Bố trí cọc trong bệ :

Theo 22TCN 272 -05 thì yêu cầu về bố trí cọc như sau:

+Khoảng cách tim giữa hai hàng cọc liền nhau ít nhất là 2.5d

+Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đến mép bệ:  225 mm

Nên ta bố trí cọc như sau:

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

Tổng số cọc trong móng nc = 15 cọc

Số hàng cọc theo phương ngang cầu n =5, bố trí tất cả các cọc thẳng đứng khoảng cách tim các hàng cọc theo phương ngang cầu ở mặt phẳng đáy bệ b=1.35

m;khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ là 0.55 m

Số hàng cọc theo phương dọc cầu m = 3 tất cả bố trí cọc thẳng khoảng cách giữa tim các hàng cọc theo phương dọc cầu ở mặt phẳng đáy bệ a=1.05 m

khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ là 0.55 m

MẶT BẰNG BỐ TRÍ CỌC

n=3 : số hàng cọc theo phương dọc cầu

m =5: số hàng cọc theo phương ngang cầu

c1=55cm: khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo phương dọc cầu

c2=55cm: khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo phương ngang cầu

a=105 cm: khoảng cách tim các hàng cọc theo phương dọc cầu.

b=135 cm : khảng cách tim các hàng cọc theo phương ngang cầu.

5.3-Tính nội lưc trong cọc:

Để tính nội lực trong cọc cho tải trọng ngoài,ta có nhiều phần mềm tính như:

FP-Pier, pilling,sap2000N9…

Ở đây ta dùng phần mềm FP-Pier để tính

5.4- Các kết quả tính toán khi sử dụng phần mềm FP-Pier:

5.4.1- Bảng số liệu đầu vào:

a/ Nhập số liệu bệ cọc:cao độ bệ cọc (xét đến trọng tâm của bệ),khoảng

cách từ tim ngoài cùng đến mép bệ (overhang)và thuộc tính của bệ(edit pile cap), đặc trưng mặt cắt ngang của cọc.

-Nhập khoảng cách giữa các cọc và khoảng cách giữa cọc ngoài cùng đến mép bê tông theo 2 phương dọc và ngang cầu:

Nhập số liệu bệ cọc:môđun đàn hồi của bê tông,hệ số poisons,chiều dày bệ,trọng lượng riêng của bêtông

- Khai báo vật liệu đặc trưng làm cọc:thuộc tính của bêtông và thép

Thuộc tính của bêtông:

Lớp số 1(cường độ khi cắt không thoát nước Cu=26kPa) có  50=0.01

Lớp số 2(cường độ khi cắt không thoát nước Cu=140kPa) có  50=0.005

Lớp số 3(cường độ khi cắt không thoát nước Cu=93kPa) có  50=0.007

Lớp số 4(cường độ khi cắt không thoát nước Cu=153kPa có 50=0.005

_Khai báo lớp đất thứ 1 (layer 1)

_Khai báo lớp đất thứ 2 (layer 2)

_Khai báo lớp đất thứ 3 (layer 3)

_Khai báo lớp đất thứ 4 (layer 4)

5.4.4-V ẽ đường P-y theo moâ hình cuûa O’Neill(quan hệ giữa tải trọng ve biến dạng ngang)

a- Đường cong P-y của lớp đất thứ 1:

b- Đư ờ ng cong P-y c ủ a l ớ p đất thứ 2:

VI/ KIỂM TOÁN MÓNG CỌC:

6.1-Kiểm toán theo trạng thái giới hạn về cường độ:

6.1.1-Kiểm toán sức kháng đỡ dọc trục của cọc đơn.

Công thức kiểm toán nội lực dọc trục:

V(i)max + ∆P ≤ QRC

Ta có: 986.80 +71.456=1058.256<1540.6 kN

 Đạt

Trong đó:

1(kết quả tính toán khi sử dụng FP-Pier)

Trong đĩ :

φqs = Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc của cọc đơn trong đất

dính ,theo tính tốn ở trên ta cĩ : φqs1 = 0.56 = 0.7 v với v = 0.8

φg= Hệ số sức kháng cho trụ tương đương : Tra quy trình ta được : φg1 = 0.65

Tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn : Ở phần này sức kháng của cọc đơn

là sức kháng thành bên do lớp đất sét tác dụng lên và nĩ được xác định theo phương pháp α như đã xác định ở phần trên

Dựa vào kết quả tính tốn ở trên ta cĩ bảng sau:

Sức kháng dọc trục danh định của mỗi cọc đơn là :

Qs = 253074.8 (N)Sức kháng mũi cọc danh định của các cọc đơn là :Qp = 220320 (N)

Tổng sức kháng dọc trục tính tốn của các cọc đơn do các lớp đất gây ra là :

QR1 = φqs* η* n* (Qs + Qp) = 0.56*0.7375*15*(2530748.8+220320)

=17042871.22(N)=17042.87(kN)

°Sức kháng trụ tương đương Q gtt:

Sức kháng đỡ của phá hoại khối được tính theo cơng thức :

Qg2 =  2X  2YZ S u XYN C S u (N) (*)

Trong đó :

X = là chiều rộng của nhóm cọc : X = 2100 (mm) = 2.1 (m)

Y = là chiều dài của nhóm cọc : Y = 5400 (mm) = 5.4 (m)

Z = chiều sâu của nhóm cọc nằm trong đất dính : Z = 26200 (mm) = 26.2 (m)

6.1.3-Kiểm toán sức kháng đỡ ngang của cọc đơn :

*Theo phương dọc cầu :

_Điều kiện kiểm tra : QPR=PU

Trong đó:

Q:tải trọng ngang tác dụng lên cọc đơn (đã nhân hệ số)

PR:sức chịu tải ngang tính tốn của cọc

PU=PL: sức chịu tải ngang giới hạn (danh định ) của cọc đơn

*Theo phương ngang cầu:

_Điều kiện kiểm tra : QPR=PU

Q:tải trọng ngang tác dụng lên cọc đơn (đã nhân hệ số)

PR:sức chịu tải ngang tính tốn của cọc

PU=PL: sức chịu tải ngang giới hạn (danh định ) của cọc đơn

6.1.4-Kiểm tra sức kháng ngang của nhĩm cọc :

*Theo phương dọc cầu :

6.2-Kiểm toán theo trạng thái giới hạn về sử dụng:

6.2.1-Kiểm toán chuyển vị ngang.

Giới hạn chuyển vị ngang của mĩng cọc khơng được vượt quá chuyển vị ngang cho phép là 38 mm Theo kết quả tính tốn của phần mềm FB-Pier, ta cĩ:

Max displacement in axial( quanh trục): 0.4174E-02m (4.174 mm<38mm)

Max displacement in x ( theo phương dọc cầu):

0.4846E-04m(0.04846mm<38mm)

Max displacement in y (theo phöông ngang caàu): 0.4307E-02m

Độ lún của nhóm cọc được tính cho móng cọc đặt trong đất dính, các loại đất màbao gồm nhiều lớp đất dính, và các cọc trong lớp đất dạng rời rạc Tải trọng sử dụng để tính lún là tải trọng tác dụng thường xuyên lên móng cọc (Theo