ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN MÓNG CẦU ĐƯỜNG, NGÔ VĂN VŨ

+Lớp 1: Sét màu nâu vàng, nâu đỏ, trạng thái dẽo mềm.: phân bố trên bề mặt đất, có chiều dày của lớp là 10,0m; trong đất chứa nhiều thành phần hữu cơ nên có cường độ yếu,không có khả năn

THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN & MÓNG

SỐ LIỆU THIẾT KẾ :

1.Tải trọng tác dụng :

y – Momen hoạt tải tiêu chuẩn kN.m 1200

2.Số liệu thuỷ văn và chiều dài nhịp :

CĐMĐ m Giả thiết cao độ lớp đất trên cùng ở cột địa tầng là 0.00

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

W L (%)

W P

(%)

I P (%) I L

g (kN/m 3 )

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

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

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

gn(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.Lơpù1:Sét nâu vàng,nâu đỏ,trạng thái dẻo mềm.

Chiều dày lớp là 10 m , cao độ tại mặt lớp là + 0,0 m , cao độ đáy lớp là – 10 mChỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) thay đổi từ 0 đến 32

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

- Chỉ số dẻo : IP = WL – WP = 18.3%

- Chỉ số độ sệt : IL = 0.6

- Hệ số độ rỗng : e = 0.982

- Độ bão hoà : Sr = 0,893

2.Lớp 2 : Sét màu đỏ trạng thái cứng.

Chiều dày lớp là 2.3 m , cao độ tại mặt lớp là -10 m , cao độ đáy lớp là –12.3m Chỉ sốxuyên tiêu chuẩn (SPT) thay đổi từ 32 đến 11 , Các chỉ tiêu cơ lý khác được xác định nhưsau :

- Chỉ số dẻo : IP = WL – WP = 19.2%

- Chỉ số độ sệt : IL < 0

- Hệ số độ rỗng : e = 0.679

0,797

Cao độ tại mặt lớp là –12.3 m Chỉ sốxuyên tiêu chuẩn (SPT) thay đổi từ 11 đến19

- Chỉ số độ sệt : IL = 0,54

- Hệ số độ rỗng : e = 0.914

0,93

4.L

ớp 4 : Sét pha màu nâu,trạng thái nửa cứng

Cao độ tại mặt lớp là -20.1 m Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) thay đổi từ 19 đến 25 ,Các chỉ tiêu cơ lý khác được xác định như sau :

- Chỉ số dẻo : IP = WL – WP = 16.1%

- Chỉ số độ sệt : IL = 0.17

- Hệ số độ rỗng : e = 0.777

0,868

1 Điều kiện địa chất công trình:

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

+Lớp 1: Sét màu nâu vàng, nâu đỏ, trạng thái dẽo mềm.: phân bố trên bề mặt đất, có

chiều dày của lớp là 10,0(m); trong đất chứa nhiều thành phần hữu cơ nên có cường độ yếu,không có khả năng chịu lực khi đặt móng trong tầng đất này

+Lớp 2: Sét màu nâu đỏ, trạng thái cứng: phân bố ở lớp giữa, có chiều dày lớp là 2,3(m) ;đất ở trạng thái cứng ,chỉ số SPT < 32 nhưng quá mõng nên không đủ khả năng chịu lựckhi đặt tải trọng lên lớp đất này

+Lớp 3: Sét pha màu xám nâu, xám trắng, trạng thái dẽo mềm: phân bố ở giữa , có cườngđộ yếu, chỉ số SPT <19 nên không đủ khả năng chịu lực khi đặt móng công trình trongtầng đất này

+Lớp 4: Sét pha màu nâu, trạng thái nửa cứng: phân bố sát tầng đá gốc , có cường độ ổnđịnh, chỉ số SPT >20 nên đủ khả năng chịu lực khi đặt móng công trình trong tầng đất này Từ các nhận xét trên nên sử dụng giải pháp móng cọc ma sát bằng BTCT và lấy lớp đấtsố 4 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 củalòng sông gây nên xói lỡ chung dòng chảy và xói lỡ cục bộ tại trụ và mố, do đó để thiết kếmố 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 thờixem chiều sâu nước trung bình dưới cầu sau khi xói bằng MNTC

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 rấtsâu 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 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

1 Xác định kích thước trụ cầu:

Vị trí xây dựng trụ cầu nằm xa bờ và phải đảm bảo thông thuyền , sự thay đổi cao độ mựcnước giữa MNCN và MNTN là tương đối cao Xét cả điều kiện mỹ quan trên sông nênchọn cao độ mặt bệ thấp hơn MNTN 0.5m

-Cao độ đáy dầm:

CĐĐD = MNTT + Htt = 4 + 4.50 = 8.50 m

-Xác định cao độ đỉnh trụ(CĐĐT) =cao độ đáy dầm (CĐĐD) – 0,3 m

CĐĐT = 8.50 – 0.3 = 8.20 m

-Cao độ mặt bệ trụ =MNTN – ( 0,5) = 3 - 0,5 = 2,5 m

-Chiều dày bệ trụ: h b  ( 1  3 )m  2m

Cao độ đáy bệ = Cao độ đỉnh bệ - h b

= 2,5 – 2 = 0.5 m

-Chiều cao thân trụ:

H tru  CĐĐTï- 1,4 –CĐ mặt bệ = 8.20 -1,4 – 2,5 =4,3 m

-Chiều rộng bệ:

a= (0,2 -1)m chọn a=1m

b= (0,2 -1)m chọn b=1m

kích thước đáy bệ : B =1,2 + 2.a = 1,2 + 2 = 3,2 m

L = 4,5 + 2.b = 4,5 + 2 = 6,5 m

Cao độ mặt đất sau xói Cao độ đáy dầm = 850

Cao độ mặt đất sau xói

a=100 a=100

cao độ đáy bệ

2.Xác định tải trọng:

a,Trọng lượng trụ: G = V tru gbt V tru' gn

120 120 450 4

120 200 320

120 200 320

-Tính thể tịch trụ nằm dưới MNTN (V’trụ):

V’trụ = 650 320 H b  ( R2 450  2 R 120 ).(MNTN-CĐ mặt bệ)

=[650.320.200 + ( + (450 – 2.60).120).(300 - 250)] = 44,15.cm3 =44,15 m3

Trọng lượng trụ : G = V tru gbt V tru' gn

b, Tổ hợp tải trọng:

Loại tải trọng Tải trọng theo phương dọc cầu Tải trọng theo phương ngang cầu

Tiêu chuẩn Hệ số Tính toán Tiêu chuẩn Hệ số Tính toán I.Tải trọng thẳng đứng P tc=9657,50 =11119,75 0P tc=9657,5 =11119,75 1,Trọng lượng trụ G tc=1502,50 1,1 =1652,75 0G tc=1502,5 1,1 =1652,75

3.Xác định kích thước cọc và vật liệu làm cọc:

a,Kích thước cọc:

*Mặt cắt ngang cọc: mặt cắt ngang cọc là hình vuông, kích thước 40x40 cm

b,Vật liệu chế tạo cọc:

-Bê tông: Mac M350 có ’=25 MPa , Ag=400X400=160000

-Cốt thép:

+Cốt thép dọc chủ: chọn 8 thanh  22 có: f y =420MPa

Có : Ast=3096

c, Chiều dài cọc:

-Chọn cao độ mủi cọc căn cứ vào:

+Mặt cắt địa chất

+Biểu đồ trị số SPT (N): -Sét pha: N >20

-Đất cát: N >25

+Mủi cọc cắm sâu vào lớp đất chịu lực 1m

-Căn cứ vào các điều kiện trên cọc được chọn là cọc bê tông cốt thép đúc sẵn , đường kínhvừa có kính thước 400x400mm Cọc được đóng vào lớp đất số 3 Cao độ mũi cọc là -28.5

m

Chiều dài cọc( LC ) được xác định như sau ( chưa kể chiều sâu cọc ngàm vào bệ ) :

Lc=cao độ đáy bệ – cao độ mủi cọc

Trong đó: Cao độ đáy bệ = cao độ mặt bệ - h be=2,5 – 2 = 0,5 m

Chiều dài của cọc

Lc= 0,5 – (-28,5) =29 m

Độ mảnh của cọc: Lc /d= 29/ 0,4 = 72,5 < 70;80 thoả mãn yêu cầu về độ mảnh: Vậy tổng chiều dài cọc sẽ là Lcd = 29 + 1 = 30 m (chiều sâu cọc ngàm vào bệ 1m)

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

30m = 10m + 10m +10m Như vậy đốt đầu cọc có chiều dài 10 m , đốt mũi có chiều dài10m Các đốt cọc sẽ được nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc

4.Tính sức kháng dọc trục của cọc đơn :

4.1, Sức kháng dọc trục theo vật liệu:

-Sức kháng tính toán của cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén đối xứng qua các trục đượcxác định như sau:

Với :

 Pr=sức kháng lực dọc tính toán có hoặc không có uốn (N)

 P n=sức kháng lực dọc danh định có hoặc không có uốn (N)

 f 'c= 25(MPa) cường độ quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày

 f y= 420 (MPa)cường độ giới hạn chảy quy định của cốt thép

 A g= 160000(mm2) diện tích nguyên của mặt cắt

 A st= 3096 (mm2) diện tích nguyên cốt thép

 =hệ số sức kháng ,=0.75

=0,8.[0,85.25.(160000-3096) + 420.3096] =3707624 N

=3707,62 KN

= 0,75.3707,62 = 2780,72 kN

4.2, Sức chịu tải của cọc theo đất nền:

Sức kháng đỡ của cọc có thể được tính bằng cách dùng các phương pháp phân tích hayphương pháp thí nghiệm hiện trường

Sức kháng đỡ tính toán của các cọc Q r được tính như sau:

s qs p qp n

r Q Q Q

Với:

s s s

p p p

A q Q

A q Q

 Q P=sức kháng mũi cọc (N)

 Q s=sức kháng thân cọc (N)

 q P=sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa)

 q s=sức kháng đơn vị thân cọc (MPa)

 A s=diện tích bề mặt thân cọc (mm2)

 A P=diện tích mũi cọc (mm2)

 qP=hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định cho bảng 16 hay 39 trong SGK dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc

 qs=hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc ở bảng 16 hay 39 dùng cho các

phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng của thân cọc

Tra bảng ta có :Vì dùng phương pháp  nên xác định qPvà qs như sau:

-Hệ số sức kháng mũi cọc :qP=0,7v (vì đất sét )với  v 0,8

-Hệ số sức kháng thân cọc :qs= 0,7v (vì đất sét ),  v 0,8

Ở đây ta chọn phương pháp α để tính toán : qs = α.Su (MPa)

Với : Su = cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (MPa)

α = hệ số kết dính α được tra biểu đồ phụ thuộc vào Db/d (Db :chiều dài của cọc trong đất phần chịu lực: phụ thuộc vào lớp đất phía trên)

Lớp 2:

Su2 = Cu2 = 140 kN/m2 = 0,14 MPatra biểu đồ hình 50 ứng với lớp sét cứng ta được : α = 0.65

Su3 = Cu3 = 93 kN/m2 = 0,093 MPa tra biểu đồ hình 50 ứng với lớp sét dẻo mềm ta được : α = 0.90

Lớp 4:

Su4 = Cu4 =153 kN/m2 = 0,153 MPa tra biểu đồ hình 50 ứng với lớp sét nử cứng ta được : α = 0.44

Ta cĩ bảng giá trị như sau :

4.3-Tính sức kháng đỡ ngang của cọc đơn:

Sức kháng đỡ ngang của cọc đơn được tính theo công thức sau:

P R P u

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

=hệ số sức kháng ngang của cọc =0,6

+)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,

4 , 7 5 , 0 75 , 13 8 2 75

7

,

1

7 , 1 5 , 0 12 , 2 3

2 , 7 5 , 0 16 , 5 8 , 7 2 16 ,

7

,

7

7 , 7 5 , 0 67 , 3 3

 -Sức kháng đỡ ngang tới hạn trong trường hợp đầu cọc ngàm

 -Sức kháng đỡ ngang tới hạn P u trong trường hợp đầu cọc bị ngàm được tính theo côngthức sau :

Vì toàn bộ là đất sét thuộc loại đất dính :P u 9C B L u ( 1,5 )B

 Cu: Cường độ chống cắt không thoát nước của đất

 L: Chiều dài cọc ngập trong đất

5, Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong bệ:

5.1,Xác định số lượng cọc:

Số lượng cọc được tính theo công thức:

75 , 11119 5 ,

5.2,Bố trí cọc trong móng:

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

Tổng số cọc trong móng: nc = 15 cọc

-Số hàng cọc theo phương dọc cầu : n = 3

-Số hàng cọc theo phương ngang cầu: m = 5

+Khoảng cách tim các hàng cọc theo phương dọc cầu: a = 1,15 m

+Khoảng cách tim các hàng cọc theo phương ngang cầu: b = 1,4 m

+Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng tới mép bệ theo phương dọc cầu: 0,45 m

+Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng tới mép bệ theo phương ngang cầu: 0,45 m

6, -Tính nội lực trong cọc: (CHẠY CHƯƠNG TRÌNH)

Bảng số liệu đầu vào:

ữ liệu lớp đất 1 :

ữ liệu lớp đất 2

ữ liệu lớp đất 3

ữ liệu lớp đất 4

ữ liệu tải trọng:

S ơ đồ bố trí cọc:

iểu đồ nội lực trong từng cọc:

KẾT QUẢ:

Kết luận:

*) Nội lực dọc trục lớn nhất trong cọc là :1107(KN)

*) Lực cắt lớn nhất trong cọc là : 23.13 (KN)

*) Mơ men lớn nhất trong cọc là : 55.250 (KN/m)

7-KIỂM TOÁN MÓNG CỌC :Dựa vào phần mềm tính nội lực PIER

FB-7.1 - Kiểm toán móng cọc theo trạng thái giới hạn cường độ :

7.1.1-Kiểm toán sức khang đỡ dọc trục của cọc đơn:

Thay số vào trên ta được :

Do vậy sau khi xói lở xảy ra đáy bệ không tiếp xúc chặt chẽ với đất , đồng thời lớp đất trên bềmặt 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 1.4 (m) Nội suy tuyến tính ta được :

4 0 5 2 4 0 6

4 0 5 2 4 1 65 0 65 0 1 5 2 6

5 2 4 1

Dựa vào kết quả tính toán ở trên ta có bảng sau:

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

Qs = 2156960 (N)

Sức kháng tính toán của cọc đơn là:

Ta cĩ :

5 2 8 9

0 1

4 14 1 6

108 0 2 078 0 4 14 005

7.1.3 Sức kháng đỡ ngang

a) Kiểm toán sức đỡ ngang của cọc đơn.

Điều kiện kiểm tra: Pr = Pu  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)

 Q : Tải trọng ngang tác dụng lên cọc đđơn (ã nhân hệ số), theo kết quả của FB – Pier

ta có Q = 21.697 (KN)

Pr = 0.64518,36= 2711,02 (kN);

Ta thấy: Pr =2711,02(kN) > Q = 21.697 (KN) -> thỏa mãn (*)

b) Kiểm tốn sức đỡ ngang của nhĩm cọc:

Kết luận : Móng đảm bảo điều kiện an toàn theo trạng thái giới hạn về cường độ.

7.2.Kiểm tốn trang thái giới hạn sử dụng :

7.2.1 Kiểm tốn chuyển vị ngang của đỉnh cọc:

Phải đánh giá chuyển vị ngang do tải trọng ngang Giới hạn về chuyển vị ngang của mĩng cọc khơng dược vượt quá chuyển vị ngang cho phép là 38 (mm)

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 = 0.208.10-1(m) = 20.8(mm) ≤ 38 (mm) +) Theo phương dọc cầu (X) : ΔN ≤ Px = 0.152.10-1 (m) = 15.2 (mm) ≤ 38 (mm)

 Thỏa mãn chuyển vị ngang.

Vì cọc nằm yên trong lớp đất sét nên ta dùng sơ đồ quy đổi móng tương đương sau :

Đáy móng tương đương nằm ở độ sâu -28.5+6.1 = -22.4 m

2 Kích thước móng tương đương :

*) B1 = 41.15 + 0.4 + 212.2 tg1 , Với tg1 = 1/4  B1 = 11.1 (m)

*) L1 = 21.4 + 0.4 + 2  12.2  tg 1

 L1 = 21.4 + 0.4 + 212.21/4 = 12.1(m)

*) Xét tại đáy móng tương đương:

P 1 =

11119.75

82.7911.1 12.1

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

Ki : hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại móng

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

Tọa độ tính từ đáy mĩng khối quy ước

g4 = 19.1 – 9.8 = 9.3 (kN/m3 )

hi bề dày lớp đất thứ i

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 suấttại 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 Kết quả như bảng sau :

Bảng tính ứng suất có hiệu do tải trọng bản thân của đất

i i

hi : chiều dày lớp đất phân tố tính lún thứ i

S : độ lún ổn định cuối cùng của trọng tâm đáy móng.

e 1i : hệ số rỗng ban đầu – tra theo đường cong nén ứng với tải trọng

p1( do ứng suất trọng lượng bản thân )

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2))

a).Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc:

Hai móc cẩu đặt cách đầu đốt cọc một đoạn :

a =0,207*Lđ = 0,207*10= 2.07 (m)

Lấy a = 2 m để dễ thi công

Trọng lượng bản thân được xem như tải trọng phân bố đều trên cả chiều dài đoạn cọc :

q1 = γbt.F = 24 * 0,42 = 3.84 (KN/m)

Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ta có biểu

9.6

7.68 7.68

3,84

Mô men tại vị trí 2 gối là : Mgối = 7.68 (KN.m)

Vậy giá trị mô men lớn nhất là Mmax(1) = max( Mgd ; Mgối ) = 9.6 (KN.m)

b).Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc;