đồ án tốt nghiệp thiết kế móng mố cầu

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÓNG MỐ CẦU SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 1 1 1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng I - SỐ LIỆU THIẾT KẾ MÓNG MỐ I.1 - SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT, THỦY VĂN + Mố thiết kế: lấy mố MA để thiết kế điển hình. + Mực nước cao nhất: +3,04 m + Mực nước thấp nhất: - 2,5 m + Mực nước thông thuyền: +1,5 m + Cao độ mặt đất tự nhiên: +2,52 m + Cao độ đỉnh đài cọc: +1,89 m + Địa chất: +Lớp 1: Bùn sét màu xám nâu xen kẹp cát mỏng trạng thái chảy, Lớp này xuất hiện ở tất cả các lỗ khoan với chiều dày trung bình từ 3,02 m đến 4,50 m. +Lớp 2: Cát hạt mịn màu xám xanh, Lớp này xuất hiện ở tất cả các lỗ khoan với chiều dày trung bình từ 3,19 m đến 5,51 m, +Lớp 3: Sét màu xám xanh lẫn vàng trạng thái nửa cứng, Lớp này xuất hiện ở tất cả các lỗ khoan với chiều dày trung bình từ 7,09 m đến 10,02m, +Lớp 4: Á cát nặng màu vàng xám xanh trạng thái chặt vừa, Lớp này xuất hiện ở tất cả các lỗ khoan với chiều dày trung bình từ 13,44 m đến 19,10 m, +Lớp 5: Cát trung lẫn sạn sỏi màu vàng trạng thái chặt, Lớp này xuất hiện ở tất cả các lỗ khoan khi kết thúc lỗ khoan và chưa thấy lớp đất mới với chiều dày trung bình từ 6,13 m đến 10,35m, + Hình trụ lỗ khoan tại trụ xem cụ thể phần bố trí chung móng trụ. Các số liệu địa chất được tập hợp trong bảng sau đây: SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 2 2 2 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng Chỉ tiêu KH ĐV Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 Độ ẩm W % 48,26 23,60 30,40 23,69 17,80 Dung trọng tự nhiên γ w g/cm³ 1,620 1,780 1,860 1,850 1,940 Dung trọng khô γ k g/cm³ 1,100 1,440 1,550 1,500 1,660 Tỷ trọng D - 2,650 2,660 2,730 2,670 2,660 Hệ số rỗng e 0 - 1,429 0,847 0,916 0,787 0,606 Ứng với cấp tải P 1 e 1 - 1,330 0,819 0,871 0,668 0,612 kG/cm² P 2 e 2 - 1,265 0,800 0,847 0,649 0,601 P 3 e 3 - 1,182 0,779 0,812 0,622 0,589 P 4 e 4 - 1,078 0,753 0,773 0,590 0,577 Hệ số nén lún P 1 a 1 cm²/kG 0,335 0,056 0,089 0,055 0,029 Ứng với cấp tải P 2 a 2 cm²/kG 0,260 0,039 0,048 0,039 0,020 kG/cm² P 3 a 3 cm²/kG 0,166 0,021 0,035 0,027 0,013 P 4 a 4 cm²/kG 0,103 0,013 0,019 0,016 0,006 Sức chống cắt P 1 σ 1 kG/cm² 0,099 0,414 0,591 0,573 0,661 Ứng với cấp tải P 2 σ 2 kG/cm² 0,113 0,702 0,825 1,039 1,248 kG/cm² P 3 σ 3 kG/cm² 0,127 1,041 1,058 1,487 1,887 Độ rỗng n - 58,60 45,90 47,60 43,90 37,70 Giới hạn chảy Wl % 41,30 - 46,50 - 46,50 Giới hạn dẻo Wp % 25,70 - 27,50 - 27,50 SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 3 3 3 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng Chỉ số dẻo Ip - 15,60 - 19,00 - 19,00 Độ sệt B - 1,45 - 0,150 - 0,150 Độ bảo hoà G - 89,50 74,00 90,00 80,10 75,50 Góc ma sát trong φ 0 - 3 0 12' 17 0 24' 13 0 8' 24 0 33' 31 0 5' Lực dính C kG/cm² 0,09 0,09 0,36 0,12 0,05 Trị số SPT 0↔5 11↔12 19↔32 13↔45 34↔69 I.2 - VẬT LIỆU THIẾT KẾ - Bê tông cọc và đài cọc: ' 30 c f MPa = và 1.5 ' 1,5 0.043* * 0,043*2500 * 30 29440 ( ) c c c E f MPa γ = = = - Cốt thép chủ: thép AIII có 365 y f MPa = và 200000E MPa = . - Thép đai: Thép AII 280 y f MPa = và 200000E MPa = . I.3 - TỔ HỢP TẢI TRỌNG TẠI TIM ĐỈNH ĐÀI CỌC I.3.1 - Trạng thái giới hạn cường độ + Tải trọng thiết kế ở TTGHCĐ tại tim trụ trên đỉnh đài cọc lấy từ phần tổ hợp nội lực thiết kế mố ta chọn hai tổ hợp sau: + TH1: 1 làn xếp tải + tải bộ hành xếp 1 bên (TTGHCĐ I) Lực nén V (N) Cắt dọc cầu Hx (N) Cắt ngang cầu Hy (N) Uốn dọc cầu My (N.mm) Uốn ngang cầu Mx (N.mm) SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 4 4 4 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng 5.271.776 1.025.456 0 607.595.625 3.140.322.979 + TH2: 2 làn xếp tải + tải bộ hành xếp 2 bên (TTGHCĐ I) Lực nén V (N) Cắt dọc cầu Hx (N) Cắt ngang cầu Hy (N) Uốn dọc cầu My (N.mm) Uốn ngang cầu Mx (N.mm) 6.194.009 1.139.206 0 2.091.180.000 1.057.110.717 I.3.2 - Trạng thái giới hạn sử dụng + Tải trọng thiết kế ở TTGHSD tại tim mố trên đỉnh đài cọc lấy từ phần tổ hợp nội lực thiết kế mố ta có: + TH2: 2 làn xếp tải + tải bộ hành xếp 2 bên (TTGHSD) Lực nén V (N) Cắt dọc cầu Hx (N) Cắt ngang cầu Hy (N) Uốn dọc cầu My (N.mm) Uốn ngang cầu Mx (N.mm) 4.428.217 846365 49800 1.312.194.000 821.578.267 SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 5 5 5 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng II - TÍNH SỨC CHỊU TẢI VÀ CHỌN SỐ CỌC II.1 - TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC II.1.1 - Sức chịu tải theo vật liệu + Cọc sử dụng là cọc BTCT đường kính 40x40 cm và có bố trí 8 thanh thép dọc đường kính 25mm đều theo chu vi thân cọc. + Sức chịu tải của cọc theo vật liệu được tính như một cấu kiện cột bêtông cốt thép ngàm tại độ sâu bằng chiều dài chịu nén uốn M L của cọc (xem tính phần sau). + Công thức tính sức chịu tải tính toán của cọc theo vật liệu trong trường hợp chịu lực dọc trục: * r n P P φ = Trong đó: 0,75 φ = - Hệ số sức kháng của cấu kiện bêtông cốt thép chịu nén. ( ) ( ) ' .0,8* 0,85. . n c g st y st P f A A f A λ φ = − + - Sức kháng danh định của cấu kiện có cốt đai thường. + Diện tích nguyên mặt cắt bê tông cọc: ( ) 2 400*400 16.000 g A mm = = + Cọc bố trí đều theo chu vi 8 thanh thép đường kính 25 mm, diện tích tổng cốt thép dọc trong cọc: ( ) 2 2 8*3.14*25 3925 4 s A mm = = + Cường độ chảy dẻo của thép: ( ) 365 y f MPa = SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 6 6 6 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng + Cường độ chịu nén của bêtông cọc: ( ) ' 30 c f MPa = + Hệ số kinh nghiệm 0,78 λ φ = tra được từ Bảng 3.2 sách Nền Móng-Châu Ngọc Ẩn để xét đến độ mảnh λ của cọc, tra với độ mảnh tính như sau: - Độ mảnh của cọc vuông: 12. . 12 *2*3,9 67,5 0,4 M K L b λ = = = - Trong đó: b = 0,4 m - là chiều rộng cọc. K = 2 - là hệ số chiều dài tính toán. ( ) 3,9 M L m = - Chiều dài chịu nén uốn của cọc (xem phần tính và giải phương trình chính tắc). + Sức kháng danh định: ( ) ( ) ( ) 0,78*0,8* 0,85*30* 160000 3925 365*3925 3.377.423 n P N = − + = + Sức chịu tải dọc trục tính tóan của cọc theo vật liệu: ( ) 0,75*3.377.423 2.533.067 r P N = = II.1.2 - Sức chịu tải theo đất nền II.1.2.1 - Tính sức kháng mũi danh định của cọc + Theo điều 10.7.3.2 của 22TCN 272-05 ta có sức kháng mũi cọc danh định: ( ) * 3,9*160000 624000 p p p Q q A N = = = Trong đó: ( ) 4 400*400 160.000 p A mm = = SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 7 7 7 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng ( ) orr orr 0,038. . 0,4. c b p l c N D q q N MPa D = ≤ = - là sức kháng mũi đơn vị của cọc theo điều 10.7.3.4.2.a của 22TCN 272-05. ( ) orr 0,4. l c q N MPa = - Sức kháng điểm giới hạn của đất cát dưới mũi cọc. D = 400 mm – đường kính cọc. ( ) ( ) ( ) 28,22 31,61 3,39 3390 b D m mm= − − − = = - là chiều sâu cọc xuyên trong tầng chịu lực chống. ( ) orr 10 10 ' orr 1,92 1,92 * 0,77*log 40* 0,77*log 0,777 12,1 /300 c v c N N N Bua mm σ     = =         → = N = 40 (búa/300mm) – Số đếm SPT đo được tại mũi cọc. ' v σ - Áp lực tầng phủ hữu hiệu thẳng đứng tại mũi cọc (MPa) + Trong trường hợp ở mố không có nước ngầm và không có nước mặt, tính áp lực tầng phủ hữu hiệu thẳng đứng tại mũi cọc : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ' ' 2 . 1,62 *3,84 1,78*3,31 1,86*7,38 1,85*16,21 1,94*11,25 77,7 / 0,777 v i i v h T m MPa σ σ σ = = + + + + → = = ∑ Trong đó: i σ và i h - dung trọng tự nhiên và chiều dày lớp đất thứ i. SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 8 8 8 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng + Tính sức kháng mũi đơn vị của cọc: ( ) ( ) ( ) 0,038*12,1*3390 3,9 0,4*12,1 4,84 400 3,9 p l p q MPa q MPa q MPa = = ≤ = = → = II.1.2.2 - Tính sức kháng thân danh định của cọc + Sức kháng thân cọc theo điều 10.7.3.2 và 10.7.3.4.2b của 22TCN 272-05 là: ( ) 6 * 0,0494*51,2*10 2.529.280 s s s Q q A N = = = + Tổng diện tích xung quanh thân cọc trong đất: ( ) ( ) 6 2 32000* 4*400 51,2*10 s A mm = = + Sức kháng thân đơn vị của cọc: ( ) 0,0019. 0,0019* 26 0,0494 s q N MPa= = = Trong đó: N - Số SPT trung bình (chưa hiệu chỉnh) dọc theo thân cọc (Búa/300mm). ( ) 1 5 11 12 19 25 32 28 13 15 21 35 34 40 45 35 34 40 17 26 /300 n i i N N n N Bua mm = + + + + + + + + + + + + + + + + = = → = ∑ II.1.2.3 - Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền + Theo điều 10.7.3.2 của 22TCN 272-05, ta có sức kháng đỡ tính toán của cọc đơn là: ( ) . . 0,36*624000 0,36*2.529.280 1.135.181 R qp p qs ps Q Q Q N = Φ + Φ = + = SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 9 9 9 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng + Trong đó: qp Φ và qs Φ lần lượt là hệ số sức kháng mũi và kháng ma sát bề mặt cọc. Tra bảng 10.5.5-2 trong trường hợp tính theo SPT ta có: . 0,45* 0,45*0,8 0,36 qp qs v λ Φ = Φ = = = Với 0,8 v λ = - tra theo bảng 10.5.5-2 theo phương pháp thi công và đánh giá khả năng chịu lực của cọc trong và sau khi đóng cọc. p Q và ps Q - Sức kháng mũi, sức kháng thân cọc vừa tính ở trên. II.2 - TÍNH VÀ BỐ TRÍ SƠ BỘ CỌC, ĐÀI CỌC II.2.1 - Tính sơ bộ số cọc + Số lượng cọc được tính sơ bộ theo công thức: 6.194.009 * 2,5* 14 1.135.181 tt V n P β = = = (cọc) Trong đó: ( ) 6.194.009 NV = - Tải trọng thẳng đứng tính toán lớn nhất tại tim đỉnh bệ cọc ở trạng thái giới hạn cường độ. ( ) 1.135.181 tt P N = - Sức chịu tải tính tóan của cọc đơn (lấy bằng sức chịu tải theo đất nền). 2,5 β = - Hệ số xét đến ảnh hưởng của mômen. + Chọn số cọc thiết kế: 21 cọc bố trí cách nhau theo hai phương >= 3d. Theo phương dọc cầu bố trí cách nhau 1,5 m; theo phương ngang cầu 1,52 m. + Kích thước đài cọc: 10,02 x 3,9 x 1,5 mét. SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 10 10 10 [...]...11 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng II.2.2 - Bố chí chung hệ móng cọc 11 SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 11 12 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng 12 SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 12 13 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng III - TRẠNG THÁI GIỚI... CD04016 29 30 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng 30 SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 30 31 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng III.2.6 - Kiểm tra kết quả tính III.3 - KIỂM TOÁN TTGH CƯỜNG ĐỘ III.3.1 - Kiểm tóan sức chịu tải của cọc + Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền: QR = 1.135.181( N ) + Tải trọng dọc trục tính toán lớn nhất trên... Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 22 23 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng * Lực ngang cầu: H x = 0( N ) * Mômen uốn ngang cầu: M = M + H x h = 3.140.322.979 + 0 = 3.140.322.979 ( N mm ) Trong đó: h = 1500 mm là chiều cao bệ cọc + Vậy tổ hợp nội lực tính toán móng cọc theo phương ngang cầu là: Lực nén N (kN) Cắt ngang cầu Hy (kN) Uốn ngang cầu Mx (kN.m) 7103,56 0 3.140,323 III.2.2... kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng + Tính các hệ số của phương trình chính tắc: + Thế số vào hệ phương trình chính tắc: 27 SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 27 28 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng + Kết quả giải phương trình chính tắc: III.2.5 - Tính nội lực trong tầng cọc 28 SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 28 29 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường... kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng + Tính các hệ số của phương trình chính tắc: + Thế số ta vào phương trình chính tắc: + Kết quả giải hệ phương trình chính tắc: III.1.5 - Tính nội lực trong tầng cọc 19 SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 19 20 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng 20 SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 20 21 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường... SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 31 32 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng N max = 626, 74 ( kN ) = 626740 ( N ) + Kiểm toán: QR = 1.135.181( N ) ≥ N max = 626740 ( N ) → Đạt III.3.2 - Kiểm toán độ bền kết cấu cọc + Cốt thép cọc thiết kế: + Lớp bê tông bảo vệ cọc lấy là 5 cm III.3.2.1 - Kiểm toán cọc chịu tải trọng ở TTGHCĐ + Kiểm toán cọc như cột chịu nén uốn ngàm tại độ... 25 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng + Công thức tính các hệ số trong ma trận A của phương trình chính tắc: n rvv = E.∑ 1 n ruu = E.∑ 1 n Fi cos 2 βi LNi n Fi J sin 2 βi + 12.E.∑ 3i cos 2 βi LNi 1 LMi rωω = E.∑ 1 n Fi 2 J yi cos 2 βi + 4.E.∑ i LNi 1 LMi n ruv = rvu = E.∑ 1 Fi sin βi cosβi LNi 25 SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 25 26 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu. .. 17 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng + Công thức tính các hệ số trong ma trận A của phương trình chính tắc: n rvv = E.∑ 1 Fi cos 2 βi LNi n ruu = E.∑ 1 n rωω = E.∑ 1 n Fi J sin 2 βi + 12.E.∑ 3i cos 2 βi LNi 1 LMi n Fi 2 J xi cos 2 βi + 4.E.∑ i LNi 1 LMi n ruv = rvu = E.∑ 1 Fi sin βi cosβi LNi 17 SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 17 18 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu. .. PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng III.1.6 - Kiểm tra kết quả tính 21 SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 21 22 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng III.2 - TÍNH NỘI LỰC KHI TỔ HỢP TẢI TRỌNG THEO PHƯƠNG NGANG CẦU III.2.1 - Tổ hợp tải trọng tại tim đáy bệ cọc theo phương ngang cầu + Chọn tổ hợp tải trọng tại tâm đỉnh bệ cọc tính theo phương ngang cầu: + TH1: 1 làn xếp tải + tải bộ hành... 13 14 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng γ c - là khối lượng thể tích của bê tông, ở đây ta không xét đến lực đẩy nổi của nước vì bệ cọc không nằm trong nước * Lực cắt dọc cầu: H x = 1.139.206 ( N ) * Mômen uốn dọc cầu: M = M + H x h = 2.091.180.000 + 1.139.206*1500 = 3.799.989.000 ( N mm ) Trong đó: h = 1500 mm là chiều cao bệ cọc + Vậy tổ hợp nội lực tính toán móng cọc . Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÓNG MỐ CẦU SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 1 1 1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường. CD04016 10 10 10 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng II.2.2 - Bố chí chung hệ móng cọc SVTH: Nguyễn Quang Đại MSSV: CD04016 11 11 11 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư XD Cầu Đường. XD Cầu Đường GVHD: PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng I - SỐ LIỆU THIẾT KẾ MÓNG MỐ I.1 - SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT, THỦY VĂN + Mố thiết kế: lấy mố MA để thiết kế điển hình. + Mực nước cao nhất: +3,04 m + Mực nước