ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN MÓNG CẦU ĐƯỜNG, ĐOÀN XUÂN LINH

Điều kiện địa chất công trình Các căn cư : Bảng chỉ tiêu vật lí và cơ học của các lớp đất: Trên cơ sở điều kiện địa chất đã có nghiên cứ tính toán các chỉ tiêu cơ lí của các lớp đất ,ta

 ẹEÀ BAỉI::THIEÁT KEÁ MOÙNG TRUẽ CAÀU VệỉA VAỉ NHOÛ.

 Soỏ lieọu ủeà baứi : Phửụng aựn 3-3-3

Cao độ mặt đất sau khi đã tính xói lở

a = ?

N

120 25

170

hx my

150 25

Nt (tc) – Túnh taỷi tieõu chuaồn KN 5500

Nh (tc) – Hoaùt taỷi tieõu chuaồn KN 1600

Hx – Hoaùt taỷi tieõu chuaồn KN 150

Hy – Hoaùt taỷi tieõu chuaồn KN 170

My – Momen hoaùt taỷi tieõu chuaồn KN.m 1000

Mx – Momen hoaùt taỷi tieõu chuaồn KN.m 1200

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

k (m/s) : Hệ số thấm

n (%) : Độ rỗng

e : Hệ số rỗng

Sr : Độ bão hoà

c (kN/m2) : Lực dính đơn vị

 ( độ ) : Góc ma sát trong của đất

 : Tỷ trọng của đất

1 Điều kiện địa chất công trình

Các căn cư : Bảng chỉ tiêu vật lí và cơ học của các lớp đất:

Trên cơ sở điều kiện địa chất đã có nghiên cứ tính toán các chỉ tiêu cơ lí của các lớp đất ,ta đánh giá trạng thái của đất để lựa chọn tầng đất tốt nhất phục vụ cho việc thiết kế móng

Tên đất và trạng thái đất được xác định và đánh giá dựa vào các bảng tra trong giáotrình cơ học đất

Tên đất xác định dựa vào Ip

Trạng thái đất xác định dựa vào IL

Căn cứ vào đề bài ta có: - Lớp đất 1 có Ip = 13.8 là đất sét pha

- Lớp đất 2 có Ip = 5.5 là đất cát pha

- Lớp đất 3 có Ip =17.4 là đất sét Đánh giá theo hệ số lỗ rỗng e

Hệ số rỗng càng lớn cường độ của đất nền càng nhỏ, biến dạng của nó càng lớn

e < 0,5 độ rỗng nhỏ, khả năng chịu lực tốt

e = 0,5 ¸ 0,7 độ rỗng trung bình, đất có khả năng chịu lực

e > 0,7 độ rỗng lớn, đất yếu

Các lớp đất đều có e > 0,7 Vậy nếu chỉ xét riêng chỉ số e thì đất không có khả năngchịu lực thích hợp để đặt móng công trình

2.đánh giá điều kiện thuỷ văn:

Mực nước cao nhất (MNCN): 5 (m)

Mực nước thấp nhất (MNTN): 2.5 (m)

Mực nước thông thuyền (MNTT):3.5 (m)

Chọn mực nước thi công (MNTC) : 4 (m)

Khi ta xây dựng cầu, móng trụ cầu trở thành vật chắn dòng chảy tự nhiên củalòng sông gây nên xói lỡ chung dòng chảy và xói lỡ cục bộ tại trụ và mố, do đó để thiếtkế 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 đồngthời xem chiều sâu nước trung bình dưới cầu sau khi xói bằng MNTC

htb =MNTC = 4.25 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 Nhưvậy ta không thể làm móng nông vì nếu làm móng nông thì phải đặt móng đến lớp đấttốt ở rất sâu dẫn đến kích thước móng rất lớn gây tốn kém về khối lượng, thời gian thicông 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 hoặcmóng cọc bệ cao Móng cọc bệ thấp có giá thành cao và thi công phức tạp hơn móng cọcbệ cao do dó ta chọn phương án móng cọc bệ cao để thiết kế kỹ thuật

PHẦN II THIẾT KẾ KỸ THUẬT LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH

I.Xác định kích thước trụ cầu và tải trọng:

A.Xác định kích thước trụ:

Vị trí xây dựng trụ cầu nằm xa bờ và phải đảm bảo thông thuyền , sự thay đổi cao độ mực nước giữa MNCN và MNTN là tương đối cao Xét cả điều kiện mỹ quan trên sông nên chọn cao độ mặt bệ thấp hơn MNTN 0,5m

Cao độ đáy dầm = MNTT+Htt = 3.5+ 4.25 = 7.75(m)

Cao độ đỉnh trụ = Cao độ đáy dầm – 0.3 = 7.75 – 0.3 = 7.45 m

Cao độ mặt bệ trụ = MNTN – 0.5 = 2.5– 0.5 = 2 (m )

Bề dày bệ móng : Hb = (1÷3)m Chọn = Hb = 2 m

Cao độ đáy bệ = cao độ mặt bệ trụ – Hb = 2.75 – 2 = 0 m

Chiều cao than trụ: Htru = CĐ đỉnh trụ – 1.4 – CĐ mặt bệ trụ

100 100

My

My cao d? dáy d?m

II Xác định tải trọng tác dụng tại đáy bệ

1.Tính toán trọng lượng trụ :

Trọng lượng trụ : G=Vtru*bt V tru' *n

Trong đó: bt = 24 kN/m3 : Trọng lượng riêng của bê tông

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

Thể tích trụ toàn phần

444.145( )

Lập bảng tính sau:

TỔ HỢP TẢI TRỌNG TẠI ĐÁY BỆ

Loại tải trọng Tải trọng tiêu

chuẩn

Hệ số Tải trọng tính

tốn Tải trọng thẳng đứng

III.Chọn kích thước cọc và tính sức kháng của cọc:

1.Chọn kích thước cọc :

1.1.Mặt cắt cọc:

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

- Thường: 2020, 2525, 3030 , 3535, 4040, 4545 cm

Chọn mặt cắt ngang :40*40cm

-Mác betong :Chọn betong cap A co ,

-Diện tích nguyên của mặt cắt :Ag= 40*40=1600cm2=160000mm2

-Diện tích nguyên của cốt thép : 2* *222 2

+ Đất cát : N 25+ Đất sét: N 20

- Độ mảnh: L 30 70

 Chiều dài cọc tính toán: Chiều dài của cọc ( LC ) được xác định như sau ( chưa kể chiều sâu cọc ngàm vào bệ ): LC = CĐĐB – CĐMC

Cọc được cắm sâu vào lớp đất tốt có N>20

Cọc cắm sâu vào lớp đất tốt >=1m

cao độ mũi cọc là ; -26

do đó ta có chiều dài cọc: Lctt = 0– (-26) = 26 m

chiều dài cọc thực ; Lcth= Lctt+1=27m

Kiểm tra: Độ mảnh của cọc: Lc/D = 27/ 0.4 = 67.5 thoả mãn yêu cầu về độ mảnh

Vậy: tổng chiều dài cọc sẽ là Lcd = 26 + 1 = 27m ( 1m nhàm vào trong bệ)

Cọc được tổ hợp từ 03 đốt với tổng chiều dài đúc cọc là: 27m = 10m + 10m+7mNhư vậy hai đốt thâân có chiều dài 10 m vµ 10 m, đốt mũi có chiều dài 7 m Các đốt cọc sẽ được nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc

2.Tính sức kháng dọc trục của cọc:

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

Công thức tính toán : Pr =  Pn

Pn = 0.8[0.85*fc’*(Ag – Ast) + fy*Ast]

Trong đó : Pr : Sức kháng lực dọc trục tính toán (N)

Pn : Sức kháng lực dọc trục danh định (N)

fc’ : Cường độ quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày

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

fy : Cường độ giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa), fy =420(MPa)

Ag : Diện tích nguyên của mặt cắt (mm2)

Ast: Diện tích nguyên của cốt thép (mm2)

 : Hệ số sức kháng ( quy định ở điều 5.5.4.2 )

Ta có :

Diện tích nguyên của mặt cắt cọc: Ag = 400 * 400 = 160000 mm2

Tra bảng một thanh cốt thép đường kính 22mm có F = 387 mm2 Ta bố trí 8 thanh cốt thép dọc chủ nên Ast = 8 * 387 = 3096 mm2

Như vậy thay số ta được sức kháng lực dọc trục danh định:

Pn = 0.8[0.85*28*(160000 – 3096) + 420*3096] = 4027708.16(N) = 4027.708(kN)Với hệ số sức kháng  = 0.75 nên sức kháng dọc trục tính toán :

Pr = 0.75 * 4027.708= 3020.78 (kN)

2.2.Sửực chũu taỷi doùc truùc cuỷa coùc theo ủaỏt neàn:

-Sửực khaựng ủụừ cuỷa coùc coự theồ ủửụùc ửụực tớnh baống caựch duứng caực phửụng phaựp phaõn tớch hay caực phửụng phaựp thớ nghieọm hieọn trửụứng.

-Sửực khaựng ủụừ tớnh toaựn cuỷa caực coùc QR coự theồ ủửụùc tớnh nhử sau :

 q=heọ soỏ sửực khaựng duứng cho sửực khaựng ủụừ cuỷa moọt coùc ủụn ,(trong ủieàu 10.5.4,hay tham khaỷo AASHTO 2007)duứng cho caực phửụng phaựp khoõng phaõn bieọt giửừa sửực khaựng toaứn boọ vaứ sửù goựp phaàn rieõng reừ cuỷa sửực khaựng muừi vaứ thaõn coùc.

 QP=sửực khaựng muừi coùc (N)

 QR=sửực khaựng thaõn coùc (N)

 qp=sửực khaựng ủụn vũ muừi coùc (MPa)

 qs=sửực khaựng ủụn vũ thaõn coùc (MPa)

 As=dieọn tớch beà maởt thaõn coùc (mm2)

 Ap=dieọn tớch muừi coùc (mm2+)

 φqP =heọ soỏ sửực khaựng ủoỏi vụựi sửực khaựng muừi coùc quy ủũnh cho baỷng 16 hay 39 trong SGK duứng cho caực phửụng phaựp taựch rụứi sửực khaựng cuỷa coùc do sửực khaựng cuỷa muừi coùc vaứ sửực khaựng thaõn coùc

 qs =heọ soỏ sửực khaựng ủoỏi vụựi sửực khaựng thaõn coùc ụỷ baỷng 16 hay 39 duứng cho caực phửụng phaựp taựch rụứi sửực khaựng cuỷa coùc do sửực khaựng cuỷa muừi coùc vaứ sửực khaựng cuỷa thaõn coùc

Tra baỷng ta coự :

- (Tớnh sức chịu tải của cọc là tớnh từ mặt đất sau xúi trở xuống)

Lớp 1 tớnh từ cao độ là -2.2 (cao độ sau xúi lỡ)

 Tớnh sửực khaựng muừi coùc: Q p = q p A p

Sức kháng dơn vị mũi cọc trong đất sét bão hoà(Mpa) có thể tính nh sau:

qp =9* SuTrong ủoự:

Su: :Cờng độ kháng cắt không thoát nớc của sét gần chân cọc (Mpa)

qp =9* Su =9*120*10-3 =1.080(Mpa)

Ap = 400*400 = 160000 (mm )

Do đó sức kháng mũi cọc bằng:

Qp = 1.080*160000 =172800 (N)=172.800(KN)

 Tính sức kháng thân cọc Qs = qs* As

Theo phương pháp dùng chỉ số SPT: q s  0 0019N Với đất rời

Theo phương pháp an –pha : qs = α*CC u Với đất dính

N : số búa SPT trung bình ( chưa hiệu chỉnh) dọc theo thân cọc(Búa/300mm)

Ta cĩ lớp 1 và 3 là đất sét nên ta tính theo phương pháp an-pha; lớp thứ 2 là đất cát ta tính theo phương pháp SPT;

2080000 91520

-9.5 Lớp 3 -21.3 2 0.12 0.75 0.09 3200000 288000

-23.3

-25.3 0.7 0.12 0.75 0.09 1120000 100800 -26

 Asi=400*hi*4 (mm2)

Với As=∑As

qsi=α*Su với qs =ma sát đơn vị bề mặt cho cọc đóng (MPa)

 Sức kháng thân cọc : Qs1 = Q si =1190.72 (KN)

 Sức kháng thân cọc : Qs2 = Q si = 525.536 (KN)

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

Q R  Q n  qp Q P  qs Q s

QR = 0.56172.800+ 0.36525.536 +0,56 1190.72 = 952.76 (KN)

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:

III.TÍNH SỨC KHÁNG TẢI TRỌNG NGANG CỦA CỌC:

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)

 Pr:Sức kháng đỡ ngang của cọc đơn

 Pu: Sức kháng đỡ tới hạn (danh định) của cọc đơn

  :Hệ số sức kháng ngang của cọc (=0.6)

Ta có: Sức kháng đỡ ngang tới hạn Pu trương hợp đầu cọc bị ngàm

C : Cường đọ chống cắt không thoát nước của đất

L = Chiều dài cọc ngập trong đất

B = đường kính cọc( cạnh cọc)

So sánh: PR = 2638.59 (kN )  max( Hy , Hx)=238(kN)  Đạt.

Hy , Hx : ngoại lực ngang tác dụng trên bệ

III.Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong bệ:

1)Số lượng cọc :

Số lượng cọc được tính theo công thức :

n> nc =  9909.2

1.5852.23

tt tk

P

(  = 1-1.5 ) lÊy  =1.5

Ptk =po=952.76 :Sức chịu tải tính toán của cọc đơn

 chọn số cọc thiết kế là nc = 18 cọc

2)Bố trí cọc trong móng :

Yêu cầu:

+ Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ (225d/ 2)mm

+Khoảng cách giữa các tim cọc  max( 2 5d; 750mm)  max( 1000 ; 750mm)

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 = 18 cọc

 + Số hàng cọc theo phương dọc cầu n =3, khoảng cách tim các hàng cọc theo phương dọc cầu là: 1,1 (m) (ở mặt phẳng đáy bệ)

 + Số hàng cọc theo phương ngang cầu m = 6, khoảng cách tim các hàng cọc theo phương ngang cầu là: 1.1 (m) (ở mặt phẳng đáy bệ)

 + Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng tới mép bệ theo phương ngang cầu là: c1 = 0.5 (m), theo phương dọc cầu là: c2 = 0.5 (m)

Kích thước bệ cọc sau khi bố trí

Sơ đồ bố trí cọc theo phương ngang cầu

500 500

KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC CỌC

DỮ LIỆU LỚP ĐẤT 1

a) Đ ư ờng cong P-y của lớp 1:

DỮ LIỆU LỚP ĐẤT LỚP 2

b) Đ ư ờng cong P-y của lớp 2:

DỮ LIỆU LỚP ĐẤT LỚP3

c) Đ ư ờng cong P-y của lớp 3:

Lớp đất

DỮ LIỆU TẢI TRỌNG

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.

VËy cäc cã lùc däc trơc lín nhÊt trong nhóm cäc lµ cäc sè 1 víi Nmax=846.29 KN b-B¶ng gi¸ trÞ lùc c¾t theo ph¬ngdọc cầu lµ:

c-B¶ng gi¸ trÞ lùc c¾t ph¬ng ngang cầu lµ

d-B¶ng gi¸ trÞ momen theo ph¬ngdọc cầu lµ:

e-B¶ng gi¸ trÞ momen theo ph¬ng gang caàu lµ:

SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CỌC

Kết luận :

Nội lực dọc trục lớn nhất trong cọc là : 846.3 kN

V.Kiểm toán móng cọc theo TTGH cường độ:

1.Kiểm toán sức kháng dọc trục:

η= 1 hệ số điều chỉnh tải trọng (tra bảng 10,11,12)

γi =1.1 hệ số tải trọng tra bang 13

Do vậy sau khi xĩi lở xảy ra đáy bệ khơng tiếp xúc chặt chẽ với đất , đồng thời lớp đất trên

bề mặt là lớp đất yếu.Do đĩ 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)

 0,65với khoảng cách từ tim đến tim bằng 2,5 lần đường kính.

 1,0 với khoảng cách từ tim đến tim bằng 6 lần đường kính

Vì đường khoảng cách từ tim cọc đến tim cọc theo phương dọc cầu là 2,75d và theo phương ngang cầu la 2.75d đều >2.5d=1 (m)

và <6d=2.7(m).Ta tính  với khoảng cách tim đến tim là 2,75d(trường hợp bất lợi nhất)

Nội suy tuyến tính ta được :

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

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

2.Kiểm toán sức kháng đỡ ngang của nhóm cọc:

1)Sức chịu tải ngang của cọc đơn

Điều kiện kiểm tra: Pr =φPu ≥Q

 Pr: sức kháng đỡ ngang tính toán của cọc đơn (kN)

 Pu: sức kháng đỡ ngang tới hạn(danh định) của cọc đơn (kN)

 : hệ số sức kháng của cọc đơn ( )

 Ta có:

Puta đã tính ở phần (4.4- Tính sức kháng đỡ ngang của cọc đơn)

PR =0.6 * 4397.65 = 2638.59 KN

Ta thấy: Pr > Q -> thỏa mãn (3) -> Móng đủ khả năng chịu lực ngang

2)Kiểm tốn sức kháng ngang của nhĩm cọc:

Qg≤PR=φPLg=ηφL∑PL

Qg=Tải trọng ngang của nhúm cọc ;Qg=max(HX,HY)=238KN

PR=sức khang ngang của nhúm cọc

PLg=Sức khang ngang danh định của nhúm cọc

PL=Sức khang ngang danh định của cọc đơn

φL=hệ số sức khang (φL=0,6)

η=hệ số nhúm, η=0,85

PR=0,85*0.6*18*4397.65 =40370.427 KN

Ta thaỏy: Pr > Qg -> thoỷa maừn -> Moựng ủuỷ khaỷ naờng chũu lửùc ngang ()

=>Vậy :múng thỏa mản trạng thỏi giới hạn cường độ

VI.Kieồm toaựn moựng coùc theo TTGH sửỷ duùng:

1.Kieồm toaựn luựn đáy moựng : Do khoaỷng caựch giửừa caực coùc nhoỷ hụn 5 laàn ủửụứng kớnh

hay caùnh coùc neõn ta coi moựng coùc nhử moựng khoỏi quy ửụực ủeồ kieồm toaựn luựn :

a xaực ủũnh kớch thửụực moựng khoỏi quy ửụực :

Vỡ lụựp ủaỏt treõn yeỏu, mong boỏ trớ treõn hai lụựp ủaàu neõn tớnh mong theo ủoà sau:

Sụ ủoàọ kớch thửụực moựng khoỏi quy ửụực :

2-Kớch thước của múng tương đương:

-chiều sõu tớnh lỳn ;tại điểm cú ứng suất do trọng lượng bản than >5 lần ứng suất do tải trọng gõy lỳn

+chiều rộng ;

2/3Db=2/3*16.5=11 m

L =5*1,1+0,4+11*1/4*2=11.4 m

B L=2*1,1+0,4+11*1/4*2=8.1 m

2 1

Từ kết quả 2 bảng ta thấy tai điểm chiều sâu số 10 ứng suất do trọng lượng bản thân >5 lần ứng suất do tải trọng gây lún vậy chiều sâu tính lún được xác định từ đáy mĩng đến điểm 10 là 10m.

1

2 1

/ m

kN

tb zi

2.5 Kiểm toán lún :

Độ lún đều móng

Điều kiện :

S < 1,5 L = 1,5 32.4= 8.54 cm

 S = 3.97 cm < 8.54 cm  ĐẠT

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:

Sử dụng phần mềm tính tốn 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

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

+) Theo phương ngang cầu (Y) : ΔN ≤ Py = 0,578 10-2(m) ≤ 38 (mm)=0,38.10-1(m)+) Theo phương dọc cầu : (X) = 0,311*10-2(m) ≤ 38 (mm) =0,38.10-1(m)

 Đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang

VII.Thiết kế thi công:

TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO CỌC VÀ BỆ CỌC

1.Tính toán và bố trí cốt thép cho cọc :

Tổng chiều dài cọc là 27m , sẽ được chia làm 3 đốt có các chiều dài tương ứng là 10m+10m+7m 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 :