ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN MÓNG CẦU ĐƯỜNG, ĐỖ TIẾN SY

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỌC, SỨC KHÁNG CỦA CỌC ĐƠN 4.1.Xác định kích thước mặt cắt ngang, mác bê tông, cốt thép dọc chủ, cao độ mũi cọc, chiều dài cọc aMặt cắt ngang bChiều dài cọc: - Xác đị

a a

120 25

Đơn vị

2.1 Số liệu thuỷ văn và chiều dài nhịp :

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

 (kN/m3) : Trọng lượng thể tích tự nhiên của đất

S(kN/m3) : Trọng lượng riêng của hạt đất

n(kN/m3) : Trọng lượng riêng của nước ( = 10 kN/m3)

W (%) : Độ ẩm

WL (%) : Giới hạn chảy

WP (%) : Giới hạn dẻo

a (m3/kN) : Hệ số nén lún

1 Cao độ đáy dầm ( CĐĐD ) : CDDDầm =MNTT + Hthôngthuyền

III XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TẠI ĐÁY BỆ a) Thể tích trụ:

a.1 : Thể tích trụ

V tru = V 1 + V 2 + V 3 +2×V 4

800

100100

n= 10 KN/m3

 Gtrụ = 79,73 × 24 – 44,145 ×10 = 1472 KN

b Tổ hợp tải trọng

Nt(tc) = 6000kN : Lực thẳng đứng tiêu chuẩn do tĩnh tải tác dụng tại đỉnh trụ

Nh(tc) = 1650kN: Lực thẳng đứng tiêu chuẩn do hoạt tải tác dụng tại đỉnh trụ

Hx (tc) = 150kN : Lực ngang tiêu chuẩn do hoạt tải theo phương dọc cầu

Hy (tc) = 175kN : Lực ngang tiêu chuẩn do hoạt tải theo phương ngang cầu

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

Mx(tc) = 1300kN.m : Momen tiêu chuẩn do hoạt tải theo phương dọc cầu

-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 doc cầu :

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

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

N2(tc) = Nt(tc) + Nh(tc) + Gtrụ

= 6000 + 1650 + 1472 = 9122 kN

(2) Tải trọng ngang tiêu chuẩn ngang cầu :

H1y(tc) = Hy(tc) =175kN

Mx(tc) = Mx(tc) + H1y(tc)  (CĐĐT – CĐĐB)

= 1300 + 175 (7,7 – 0,25) = 2604 kN.m

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

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

IV XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỌC, SỨC KHÁNG CỦA CỌC ĐƠN

4.1.Xác định kích thước mặt cắt ngang, mác bê tông, cốt thép dọc chủ, cao độ mũi cọc, chiều dài cọc

a)Mặt cắt ngang

b)Chiều dài cọc:

- Xác định cao độ mũi cọc phụ thuộc: mặt cắt địa chất, SPT

Các đốt cọc sẽ được nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc c)Cốt thép dọc chủ và mác bê tông trong cọc:

+ φ=12÷32mm ( phụ thuộc tính toán).

+ Lớp bê tông bảo vệ( bê tông đúc sẵn) - Không ăn mòn:>50mm

- Ăn mòn : > 75mm

XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC THEO TC 22-TCN 272-05

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

Sức kháng tính toán của cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén đối xứng qua trục chính được xác định;

f ' c = Cường độ quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày(MPa)

2.Sức chịu tải của cọc theo đất nền :

cho các phương pháp không phân biệt giữa sức kháng toàn bộ và sự góp phần riêng rẽ củasức kháng mũi và thân cọc

cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thâncọc

các phương pháp tach rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thâncọc.

0,038 29 6450

18.38400

Dựa vào biểu đồ xuyên SPT , giá trị N và chiều dày lớp ta có bảng sau:

Su (Mpa)

Vậy: sức kháng đỡ của cọc theo đất nền là:

QR= ϕQn= ϕqpQP+ ϕqsQs

4.3 Xác định sức kháng đỡ ngang của cọc :

a.Sức kháng đỡ ngang của cọc đơn

Điều kiện kiểm tra : Pr Pu M ax(H , x Hy )

IV TÍNH TOÁN SỐ LƯỢNG CỌCVÀ BỐ TRÍ CỌC TRONG MÓNG

1)Số lượng cọc :

Số lượng cọc được tính theo công thức :

nc = β

10455,11,5

1249,35

tt tt

Sức chịu tải thiết kế của cọc :

Sức chịu tải tính toán thiết kế (Ptt) của cọc là giá trị lấy nhỏ hơn trong hai giá trị Q R , P r

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 :

Kích thước bệ cọc sau khi bố trí

5501800

18001800

I Kiểm toán móng cọc theo TTGH cường độ:

1)Kiểm toán nội lực đầu cọc:

a/Tính nội lực đầu cọc:

Có 3 phương pháp để tính nội lực đầu cọc: phương pháp chính xác, phương pháp phần tử hưũ hạn

và phương pháp gần đúng Trước đây theo tiêu chuẩn thiết kế 22 TCN 18-1979 thì việc tính nội lựcđầu cọc được tính toán theo phương pháp gần đúng Sai số của phương pháp này khoảng từ 3-5%, cóthể chấp nhận được Hiện nay để giảm thiểu tối đa sai số, tiêu chuẩn thiết kế 22 TCN 272-05 đã ápdụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán

Thông thường phải sử dụng phần mềm máy tính để tính toán vì khối lượng tính rất lớn

Hiện nay có rất nhiều phần mềm sử dụng phương pháp này như: COM624-P, FB-Pier, PILING Dưới đây em xin trình bày cách sử dụng phần mềm FB-Pier để tính toán

1> Trình tự tính toán 1.1> Thiết lập các thông số đầu vào

1.1.1> Lựa chọn kết cấu và hệ đơn vị tính toán

+Vào File-> chọn New

+ Structure Type: (loại kết cấu) Chọn Pile and cap only: cọc làm việc độclập

+ Units: (Hệ đơn vị) Chọn SI(KPa,m)

1.2> Thiết lập các thông số trong quá trình tính toán 1.2.1 Nhập số liệu cho cọc:

+từ của sổ model da → pile and cap

1 Nhập khoảng cách giữa các cọc: Pie

and cap gird Geometry

X – direction: 4 Theo phương x sẽ có 5đường lưới

Y – direction: 4 Theo phương y sẽ có 6đường lưới

Spacing : (Xem và hiệu chỉnh khoảng cáchgiữa các cọc và các trục tọa độ) Spacing ->

Variable

2 Chia phần tử cọc trong phần tự do/ Pile Length data

Tip Elev : Chiều sâu mũi cọc Ta nhập số liệu -26,75mNodes in Free length: Số lượng nút của phần tử trong đoạn tự do ta chọn bằng 53.Nhập mặt cắt cọc/ Pile Cross Section Type

Chọn Full Cross Section: dạng mặt cắt đầy đủ+ Edit Cross Section: hiệu chỉnh mặt cắt cọc

-Khai báo nhóm cọc:

Chú ý:chương trình mặc định ban đầu sẽ khai báo cho tất cả các cọc đều thuộc nhóm 1,sau đó để thay đổi cho nhóm thứ 2 ta chọn từng cọc và tiến hành hiệu chỉnh cho từng cọc Ta chi khai báo 1 nhóm cọc

1.2.2 Nhập số liệu cho bệ cọc

+ Nhập số liệu bệ cọc / Pile Cap Data

Head Cap elevation: Cao độ của bệ cọc (xét đến trọng tâm bệ cọc): -1,25 m Chọn Aplly overhang:

Nhập giá trị vào Over hang: Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ: 0,55 m

+ Chọn loại cọc sử dụng:

-Modify Curent section:cọc do người dùng tự định nghĩa,khi chọn cọc tự định nghĩa thì phải chọn loại mặt cắt cọc và khai báo các đặc trưng cho loại cọc sử dụng như khai báo đặc trưng của vật liệu làm cọc (đặc trưng của cốt thép,bêtong làm cọc)

+Chọn edit proporties: Khai báo đặc trưng vật liệu làm cọc

Concrete Modunlus ( Mođun) :

26752500 kpa

+Chọn (Edit section contents ) hiệu chỉnh cọc và loại mặt cắt:

+Chọn edit proporties: Khai báo đặc trưng vật liệu làm cọcChọn mild steel: Yeld strees : 420000 kpa

+ khai báo kích thước mặt cắt cọc(chiều dài cọc,mặt cắt ngang của cọc)

+ Chọn Ok để nhận khai báo trên và thoát khỏi hộp thoại

+ Chọn Edit Pile Cap để hiệu chỉnh thuộc tính bệ.

Modun đàn hồi bê tông( Young’ modulus): 24 kN

Hệ số poát xông (poison’s ratio): 0,2

Bề dày bệ( thickness): 2mTrọng lượng thể tích bê tông( weight) : 24 kN/m3

5 Liên kết cọc và bệ / Pile to Cap Connection

+ Pinned: Liên kết khớp+ Fixed :Liên kết ngàm Chọn liên kết ngàm

1.3 Nhập số liệu địa chất

1.Nhập số liệu các lớp đất/ Soil Layer Data:

+Khai báo lớp đất 1, 2,3 : Model Data -> chọn Soil + Các thông số được nhập như hình

Lớp 1, là đất sét nên chọnConhension

Lớp 2, 3 đất cát nên chọn conhensionless

+ Unit Weight: Dung trọng tự nhiên của đất:

Lớp 1: 16,9 (kN/m3)

2 Nhập số liệu cơ lý của đất/ Soil Strength Criteria:

- Đối với đất sét: Thông số cần nhập là cường độ cắt không thoát nước/

Undrained shear Strength (C) Lớp 1: 5 kpa

- Đối với đất cát thông số cần nhập là: internal Friction AngleLớp 2 : 19

Lớp 3 : 26

- Đối với giá trị của #Cycles: Giá trị này chỉ yêu cầu đối với các mô hình tương tác theo lý thuyết của Reese và Welch's Stiff Clay Above Water Table

Thường chọn giá trị là 0

3 Nhập số liệu chiều dày các lớp đất/ Elevations:

+Water: Cao độ của mực nước ngầm: 2,75 m+Top of Layer: cao độ đỉnh lớp đất:

Lớp 1 : -2.1 mLớp 2 : -8,2 mLớp 3 : -20,3 m+Bottom of Layer: cao độ đáy lớp đất

Lớp 1 : -8,2 mLớp 2 : -20,3 mLớp 3 : -32,4 m

Đường cong P-y của lớp 2:

Đường cong P-y của lớp 3:

Bảng tải trọng:

Sơ đồ các lớp đất

BẢNG TỔNG HỢP :

5.4.2-B¶ng kÕt qu¶ néi lùc cña tõng cäc theo c¸c ph¬ng däc cÇu vµ ngang cÇu:

a-B¶ng gi¸ trÞ lùc däc trôc cña tõng cäc trong nhãm cäc.

Vậy cọc lực dọc trục lớn nhất trong nhóm cọc là cọc Nmax=1317 KN

b-Bảng giá trị lực cắt theo phương dọc cầu là:

c-Bảng giá trị lực cắt theo phương ngang cầu:

d-Bảng giá trị mô men theo phương dọc cầu:

e-Bảng giá trị mô men theo phương ngang cầu:

Mô hình hóa sơ đồ làm việc của móng cọc bằng phần mềm FB-Pier ta có kết quả sau:

Bố trí cọc

Biểu đồ nội lực

Kết luận :

Nội lực dọc trục lớn nhất trong cọc là : 13,1 kN

VI/ KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ

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

Do địa chất là các lớp đất dính nên sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc theo công thức:

Ta có :

+) Cao độ măt đất sau xói là : -2,1 (m)

+) Cao độ đáy bệ là : +0,25 (m)

Do vậy sau khi xói lở xảy ra đáy bệ không tiếp xúc chặt chẽ với đất , đồng thời lớp đất trên bề mặt

là lớp đất yếu.Do đó khả năng chịu tải riêng rẽ từng cọc phải được nhân với hệ số hữu hiệu η.Do khoảng cách tim đến tim của các cọc bằng 1,1 (m)

Vì khoảng cách tim cọc đến tim cọc đến tim cọc theo phương dọc cầu 4,5d và theo phương ngang cầu là 2,62d

Nội suy tuyến tính ta được :

= 0.66 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 nó được xác định theo phương pháp α như đã xác định ở phần trên Dựa vào kết quả tính toán ở trên ta có :

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

Qs = 1086128 (N) Sức mũi cọc danh định của các cọc đơn là :

Ta có sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc ứng với phần nằm trong đất dính là :

Theo tính toán ở phần trên P L =2785,5 KN

⇒ P  R 0,85 0,6 12 2785,5 17047, 26    KN

So sánh: PR = 17047, 26 KN ¿ max( Hy , Hx)=245kN ⇒ Đạt

Hy , Hx : ngoại lực ngang tác dụng trên bệ

VII/ KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG

Do khoảng cách giữa các cọc nhỏ hơn 5 lần đường kính hay cạnh cọc nên ta coi móng cọc như móngkhối quy ước để kiểm toán lún :

2-Kích thước của móng tương đương:

-chiều sâu tính lún ;tại điểm có ứng suất do trọng lượng bản thân >5 lần ứng suất do tải trọng gây lún.

qu o

N G P

1 2 2

2 3 3

s n dn

s n dn

e e e

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 toán ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất theo chiều sâu :

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

Bảng tính ứng suất do tải trọng bản thân của đất

zi : 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

K0 : hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại móng ( bảng 3.3_ cơ học đất)

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

Bảng tính :ứng suất phụ thêm tại một số điểm dưới móng khối quy ước :

Điểm

Toạ độ tính từ đáy móng khối quy ước (z i ) (m) (m) L (m) L/B B Z i/ B (kN/mP 2) K i

Ki*P (kN/m 2 )

Sét pha màu xám lẫn sạn ,trạng thái dẻo chảy

Cát pha màu xám,trạng thái dẻo

Cát hạt to,màu xám vàng kết cấu chặt vừa

2.3 Chiều sâu tính lún :

ứng suất do trọng lượng bản thân của đất lớn hơn từ 5- 10 lần ứng suất phụ thêm

Ta nhận thấy tại độ sâu z = 9m tính từ đáy mĩng khối quy ước , ứng suất phụ thêm

a a

0,002

1, 231 10

a a

Trong đó : - S tổng độ lún của nền đất dưới móng (cm)

- L chiều dài nhịp ngắn nhất gác lên trụ (m)

3 Kiểm toán chuyển vị ngang ( Theo số liệu chạy chương trình FB_PIER)

Kết luận : chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cọc là :

TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO CỌC VÀ BỆ CỌC 1.Tính toán và bố trí cốt thép cho cọc :

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

10m+9m+9m Việc tính toán cốt thép cho giai đoạn thi công cẩu và treo các đốt cọc Chọn đốt

có chiều dài 10m để tính

1.1Tính momen theo sơ đồ cẩu cọc :

Để cẩu cọc hoặc kê cọc khi vận chuyển người ta thường bố trí móc cẩu bằng thép tròn trơn cách đầu cọc 0,207×l ( Ta nên chọn 0,2×l để khoảng cách chẵn tiện thi công, với l chiều dài đốt cọc) Khi đó cọc được coi là an toàn nhất trong quá trình kê cọc

Mômen tính toán :

2

q (0,2L)

Mtt = max(Mmax(1);Mmax2)) = 16,60 KNm

+) Kiểm tra bê tông có nứt hay không trong quá trình cẩu và treo cọc



⇒

f ct≤0,8f r = 2,667 (MPa) ⇒ Cột không bị nứt khi cẩu và treo cọc

+) Tính duyệt khả năng chịu lực :

nhiều so với cường độ chịu nén vì vậy trục trung hòa lệch về phía trên trục đối xứng như hình vẽ

Giả định cả cốt thép chịu kéo và cốt thép chịu nén đều đã chảy :

Ta có :

As1×fy + As2×fy = 0,85×f’c×b×a + A’s×f’y (phương trình cân bằng lực 

X = 0) Trong đó:

Tra quy trình :As1 = A’s = 3 # 22= 3×380 = 1140 (mm2)

⇒ ρ = 0,019 > ρ min = 0,002 ⇒ Đạt

Mô men kháng uốn danh định là :

Lấy mô men tại vị trí As1fy ta được.

Phía trên đầu cọc ta đặt những lưới cốt thép buộc lại bởi các thanh có đường kính không nhỏ hơn 12mm.Mắt lưới từ 10*10cm đến 15*15cm

2 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG HÀN MỐI NỐI THI CÔNG CỌC :

Cọc được nối tại đầu các đốt cọc bằng phương pháp hàn nối

Chọn thép nối :

+ 4 thanh thép góc đều cạnh L100*100*10, có chiều dài là 500mm

+ 4 thép bản có kích thước 100*500*10

Việc tính toán đường hàn là tiến hành kiểm toán lại cường độ đường hàn khi chịu lực dọc là nội lực trong cọc

công thức kiểm toán :

Mối nối thi công cọc

PHẦN III : 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 cọc cần chú ý sao cho địa hình bằng phẳng ,đủ không gian để đúc hàng loạt cọc ,đủ chỗ chứa vật liệu gia

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

A-3.đỗ bê tông và bảo dưỡng cọc

Trước khi đỗ bê tông ta tiến hành kiêm 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 thường xuyên tưới nước để đảm bảo

đủ độ ăm trong quă trình hình thành cường độ của bê tông

A-4.Vận chuyển coc

sau khi bảo dưỡng cọc đến khi đạt cường độ thì ta tiến hành vân chuyển cọc đến công trường,nếu cọcđược đúc tại công trường thì việc vận chuyển ta không quan tâm và nếu bãi đúc cọc ở xa công trườngthì ta dùng xe để chở cọc,quá trình vận chuyển cọc phải cẩn thận và nhẹ nhàn ,kê kích cọc đúng vị trínhư ta đã giới thiệu ở phần trước

C.Chọn búa đóng cọc.

Loại búa đóng cọc ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của công tác đóng cọc ,tuỳ theo trọng lượngcọc ,độ sâu đóng cọc yêucầu khả năng chịu lực của coc và điều kiện thi công mà ta cần cân chắc để chọn loại búa cho hợp lí

Theo công thức kinh nghiệm ,năng lượng của một nhát búa ít nhất phải >= 25lần khả năng chịu lực giới hạn của cọc

Tức là :E >= 25.P (N.m)

Trong đó P là sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền

P = 1239.48 KN

 E >= 25x1239.48 = 30987 KN.m = 3098.7 KG.m

Với năng lực cần thiết như trên hầu như không có loại búa diezen nào phù hợp để đóng ,do đó

ta phải dùng loại búa thuỷ lực có số hiệu V100D6 có các thông số kỹ thuật như sau

+ Năng lượng tối đa /một nhát búa :72000 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 12m là 40