Bài tập lớn nền và móng

Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật Mục lục PHầN I Báo cáo khảo sát địa chất công trình I. Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất 3 II. Nhận xét và kiến nghị . 4 PHầN II Thiết kế kĩ thuật I. Lựa chọn kích thớc công trình 6 1.1. Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc 6 1.2. Chọn kích thớc cọc và cao độ mũi cọc 7 II. Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế 8 2.1. Trọng lợng bản thân trụ 8 2.1.1. Tính chiều cao thân trụ. .8 2.1.2. Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc) 8 2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nớc (không kể bệ cọc) 8 2.2. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN 9 2.2.1. Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHSD 9 2.2.2. Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHCĐ 9 III. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc10 3.1. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P R 10 3.2. Sức kháng nén dọc trục theo đất nền Q R 11 3.2.1. Sức kháng thân cọc Q s 12 3.2.2. Sức kháng mũi cọc Q p 14 3.3. Sức kháng dọc trục của cọc đơn 16 IV. chọn số lợng cọc và bố trí cọc trong móng 16 4.1. Tính số lợng cọc 16 4.2. Bố trí cọc trong móng 16 4.2.1. Bố trí cọc trên mặt bằng 16 4.2.2. Tính thể tích bệ 17 4.3. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ 17 4.3.1. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD 17 4.3.2. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHCĐ 17 1 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật V. kiểm toán theo Trạng thái giới hạn cờng độ I 18 5.1. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 18 5.1.1. Tính nội lực tác dụng đầu cọc 18 5.1.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 18 5.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc 18 5.2.1. Với đất dính 18 5.2.2. Với đất rời 22 VI. kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng 22 6.1.Xác định độ lún ổn định .22 6.2. Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc 25 VII. cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc 26 7.1. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 26 7.1.1. Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc 26 7.1.2. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 27 7.2. Bố trí cốt thép đai cho cọc 30 7.3. Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc 30 7.4. Lới cốt thép đầu cọc 30 7.5. Vành đai thép đầu cọc 30 7.6. Cốt thép móc cẩu 31 VIII. mối nối thi công cọc 31 PHầN III Bản vẽ 2 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật PHầN I Báo cáo khảo sát địa chất công trình I. Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất Các ký hiệu sử dụng trong tính toán: : Trọng lợng riêng của đất tự nhiên (kN/m 3 ) s : Trọng lợng riêng của hạt đất (kN/m 3 n : Trọng lợng riêng của nớc ( n =9.81kN/m 3 ) W : Độ ẩm (%) W L : Giới hạn chảy (%) W p : Giới hạn dẻo (%) a : Hệ số nén (m 2 /kN) k : Hệ số thấm (m/s) n : Độ rỗng e : Hệ số rỗng S r : Độ bão c : Lực dính đơn vị (kN/m 2 ) : Tỷ trọng của đất (độ) : Tỷ trọng của đất Tại lỗ khoan BH4, khoan xuống cao độ là - 37m, gặp 4 lớp đất nh sau: Lớp 1: Lớp 1 là lớp sét pha, có màu xám. Chiều dày của lớp xác định đợc ở BH4 là 2.20m, cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là -2.20m. Chiều sâu xói của lớp đất này là 2.20m. Lớp đất có độ ẩm W = 25.8%, độ bão hòa S r = 85.3. Lớp đất ở trạng thái dẻo mềm, có độ sệt I L = 0.51. Lớp 2: Lớp 2 là lớp cát hạt nhỏ, phân bố dới lớp 1. Chiều dày của lớp là 9.00m, cao độ mặt lớp là -2.20m, cao độ đáy là -11.20m. Lớp 3: Lớp thứ 3 gặp ở BH4 là lớp sét pha màu xám nâu, xám xanh, phân bố dới lớp 2. Chiều dày của lớp là 4.30 m, cao độ mặt lớp là -11.20 m, cao độ đáy lớp là -15.50m. Lớp đất có độ ẩm W = 20.6%, độ bão hòa S r = 80.9. Lớp đất ở trạng thái dẻo cứng có độ sệt I L = 0.47. Lớp 4: 3 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật Lớp thứ 4 là lớp cát hạt nhỏ, màu xám, kết cấu chặt vừa, phân bố dới lớp 3. Chiều dày của lớp là 21.50 m, cao độ mặt lớp là -15.50m, cao độ đáy lớp là -37.00m. II. Nhận xét và kiến nghị Theo tài liệu khảo sát địa chất công trình, phạm vi nghiên cứu và qui mô công trình dự kiến xây dựng, ta có một số nhận xét và kiến nghị sau: Nhận xét: + Điều kiện địa chất công trình trong phạm vi khảo sát nhìn chung là khá phức tạp, có nhiều lớp đất phân bố và thay đổi khá phức tạp. + Lớp đất số 1, 2 là lớp đất yếu do chỉ số xuyên tiêu chuẩn và sức chịu tải nhỏ, lớp 3 có trị số SPT trung bình, lớp 4 có trị số SPT và sức chịu tải khá cao. + Lớp đất số 2 dễ bị lún sụt khi xây dựng trụ cầu tại đây. Kiến nghị + Với các đặc điểm địa chất công trình tại đây, nên sử dụng giải pháp móng cọc ma sát bằng BTCT cho công trình cầu và lấy lớp đất số 4 làm tầng tựa cọc. + Nên để cho cọc ngập sâu vào lớp đất số 4 để tận dụng khả năng chịu ma sat của cọc. 4 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật PHầN II Thiết kế kĩ thuật Bố trí chung công trình -2.00(CĐĐAB) 0.00(CĐĐB) +2.0(MNTN) +3.00(MNCN) -2.20(MĐSX) 24 cọc BTCT 450 X 450 L = 28.00m -27.00 0.00(CĐMĐ) -27.00 Sét pha -11.20 -15.50 Cát hạt nhỏ Sét pha Cát hạt nhỏ +5.20(CĐĐT) 1 P P 7 P 13 P 19 P 2 P 8 P 14 P 20 P 3 P 9 P 15 P 21 P 4 P 10 P 16 P 22 P 5 P 11 P 17 P 23 P 6 P 12 P 18 P 24 -2.00 -2.20(MĐSX) D?c C?u Ngang C?u M?t B?ng C?c M?t B?ng Tr? 5 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật I. Lựa chọn kích thớc công trình 1.1. Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT) Vị trí xây dựng trụ cầu ở xa bờ và phải đảm bảo thông thuyền và sự thay đổi mực nớc giữa MNCN và MNTN là tơng đối cao. Xét cả điều kiện mỹ quan trên sông, ta chọn các giá trị cao độ nh sau: Cao độ đỉnh trụ chọn nh sau: .m3.0 HMNTT m1MNCN max tt + + Trong đó: MNCN: Mực nớc cao nhất, MNCN = 4,5 m MNTT : Mực nớc thấp nhất, MNTT = 0.0 m tt H : Chiều cao thông thuyền, tt H khụng c xột. Ta có: max(4,5+1 ; 0.0) - 0.3 = max(5,5 ; 0.0) - 0.3 = 5.2(m) => Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = +5.2 m Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB) Cao độ đỉnh bệ MNTN - 2 m = 2.0- 2.0 = 0.0 (m) => Chọn cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = +0.0 m Cao độ đáy bệ (CĐĐAB) Cao độ đáy bệ = CĐĐB - H b H b : Chiều dày bệ móng (H b = m2m5.1 ữ ). Chọn H b = 2 m => Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = 0.0 2.00 = -2.0 m Vậy chọn các thông số thiết kế nh sau: 6 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật b=? 450 H ttr = ? 8060Hb = ? 800 MNTT Cao độ đỉnh trụ H tt H ttr = ? 150 25 a = ? Hb = ? a = ? MNTN b=? 170 60 80 120 2525 Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = +5.2 m Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = +0.0 m Cao độ đáy bệ là : CĐĐAB = -2.0 m Bề dầy bệ móng : H b = 2 m. 1.2. Chọn kích thớc cọc và cao độ mũi cọc Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là lớn, địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 15.50m và không phải là tầng đá gốc, nên chọn giải pháp móng là móng cọc ma sát BTCT. Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thớc là 0.45x0.45m; đợc đóng vào lớp số 4 là lớp cát hạt nhỏ, kết cấu chặt vừa. Cao độ mũi cọc là -29.00m. Nh vậy cọc đợc đóng vào trong lớp đất số 4 có chiều dày là 13.50m. Chiều dài của cọc (L c ) đợc xác định nh sau: L c = CĐĐB - H b - CĐMC L c = 0.0 - 2.0 - (- 29.0) = 27 m. Trong đó: CĐĐB = +0.0 m : Cao độ đỉnh bệ. H b = 2.00 m : Chiều dày bệ móng CĐMC = -29.00m : Cao độ mũi cọc. Kiểm tra: 60 45.0 27 == d L c vi iu kin: ( ) 8030 = d L c => Thoả mãn yêu cầu về độ mảnh. 7 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: L = L c + 1m = 27 + 1 = 28 m. Cọc đợc tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 28 m = 10m + 10m + 8m. Nh vậy mỗi cọc có chiều dài 10 m;10 m;8 m. Các đốt cọc sẽ đợc nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc. II. Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế 2.1. Trọng lợng bản thân trụ 2.1.1. Tính chiều cao thân trụ Chiều cao thân trụ H tr : H tr = CĐĐT - CĐĐB - CDMT H tr = 5.2 0.0 -1.4 = 3.8 m. Trong đó: Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = + 5.2 m Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = + 0.0 m Chiều dày mũ trụ : CDMT = 0.8 + 0.6 = 1.4 m 2.1.2. Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc) MNTN MNCN Cao độ đỉnh trụ H tt V 1 V 2 V 3 V 3 V 2 V 1 Cao độ đáy dầm MNTT 30 Thể tích trụ toàn phần V tr : V tr = V 1 + V 2 + V 3 = 8,3)2,1.3,3 4 2,1. (6,0.7,1. 2 )825,0.25.4( 8.7,1.8 2 ++ ++ + = 10,88 + 6,63 + 12.76 = 36.85 m 3 2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nớc (không kể bệ cọc) Thể tích trụ ngập nớc V tn : V tn = S tr x (MNTN - CĐĐB) 8 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật )0.00.2).(2,1.3,3 4 2,1. ( 2 += tn V = 10,18 m 3 Trongđó: MNTN = 2.0 m : Mực nớc thấp nhất CĐĐB = 0.0 m : Cao độ đỉnh bệ S tr : Diện tích mặt cắt ngang thân trụ (m 2 ) 2.2. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN Các tổ hợp tải trọng đề bài ra nh sau: Tải trọng Đơn vị TTGHSD o t N - Tĩnh tảI thẳng đứng kN 5000 o h N - Hoạt tảI thẳng đứng kN 3200 o h H - Hoạt tảI nằm ngang kN 130 o M - Hoạt tải mômen KN.m 550 Hệ số tải trọng: Hoạt tải : n = 1.75 Tĩnh tải : n = 1.25 bt = 24,50 kN/m 3 : Trọng lợng riêng của bê tông n = 9,81 kN/m 3 : Trọng lợng riêng của nớc 2.2.1. Tổ hợp tải trọng theo phơng ngang cầu ở TTGHSD Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn ngang cầu: tnntrbt o t o h SD 1 xV)xVN(NN ++= = 4200 + (6000 + 24,50.36,85) 9.81x10,18 = 11002,96 kN Tải trọng ngang tiêu chuẩn ngang cầu: SD 1 H = H o = 130 kN Mômen tiêu chuẩn ngang cầu: )BĐĐCTĐĐC(xHMM o h oSD 1 += =550+130.(5.2-0.0)= 1226 kN.m 2.2.2. Tổ hợp tải trọng theo phơng ngang cầu ở TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng tính toán ngang cầu tnntrbt o t o h ĐC 1 xV)xVN(x25.1xN75.1N ++= 9 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật = 1,75x4200 + 1,25x(6000 + 24,50x36,85) 9,81x10,18 = 15878,67 kN Tải trọng ngang tính toán ngang cầu: ĐC 1 H = 1.75x o h H = 1.75x130 =227,5 kN. Mômen tính toán ngang cầu: )BĐĐCTĐĐC(xxH75.1xM75.1M o h oĐC 1 += =1,75.550+1,75.130.(5.2-0.0)= 2145,5 kN.m Tổ hợp tải trọng thiết kế tại Đỉnh Bệ Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng kN 11002,96 15878,67 Tải trọng ngang kN 130 227,5 Mômen kN.m 1226 2145,5 III. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc 3.1. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P R Chọn vật liệu: + Cọc bê tông cốt thép, tiết diện của cọc hình vuông: 0.45m x 0.45m + Bê tông có ' c f = 28MPa + Thép ASTM A615, có y f = 420 MPa Bố trí cốt thép trong cọc : + Cốt chủ : Chọn 8#22, bố trí xuyên suốt chiều dài cọc. + Cốt đai : Chọn thép 8 10 [...]... ổn định của kết cấu móng đợc xác định theo móng tơng đơng, theo sơ đồ nh hình vẽ: 22 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật Ta có: Db = 11500mm Móng tơng đơng nằm trong lớp đất 4 và cách đỉnh lớp t 1 khoảng 2 Db = 7666.6 mm 3 Với lớp đất rời ta có công thức xác định độ lún của móng nh sau: 30q.I X Sử dụng kết quả SPT: = N corr Trong đó: I = 1- 0.125 Với: No D' 0.5 và q = X S : Độ lún... cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc 25 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật 7.1 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc Tổng chiều dài cọc dùng để tính toán và bố trí cốt thép là chiều dài đúc cọc : Lc = 28 (m) Đợc chia thành 2 đốt có chiều dài 10m va 1 đốt có chiều dài 8m Ta đi tính toán và bố trí cho từng đốt cọc 7.1.1 Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc Mô men lớn nhất dùng để bố trí... dới đế móng tơng đơng (Búa/300mm) 23 Thiết kế môn học nền và móng I Bộ môn Địa - kỹ thuật : Hệ số ảnh hởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm D' 7666.6 = 0.76 > 0.5 Ta có: I = 1 0.125 = 1 0.125 x X 4050 Tính q: Kích thớc của móng tơng đơng : + Chiều rộng móng tơng đơng chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theo chiều ngang cầu + đờng kính cọc: Btđ = 3x1.2 + 0.45 = 4.05 m + Chiều dài móng tơng... = 0.294 x 10 = 2.94 (m) 26 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau : Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : M max( 2 ) = 4.96 x 2.94 2 = 21.44 KN.m 2 Vậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là : Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) ) = max(10,63 ; 21,44) = 21,44 (KN.m) 7.1.2 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc Ta chọn cốt... đảm bảo cho bê tông cọc không bị phá hoại do chịu ứng suất cục bộ trong quá trình đóng cọc 7.5 Vành đai thép đầu cọc 30 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật Đầu cọc đợc bọc bằng một vành đai thép bằng thép bản có chiều dày = 10 mm nhằm mục đích bảo vệ bê tông đầu cọc không bị hỏng khi đóng cọc và ngoài ra còn có tác dụng để hàn nối các đốt cọc trong khi thi công với nhau 7.6 Cốt thép móc... = 3627,68 KN 3.2 Sức kháng nén dọc trục theo đất nền Q R Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: QR = qp Q p + qs Q s Với: Q s = q s A s ; Q p = q p A p Trong đó: Qp : Sức kháng mũi cọc (MPa) qp : Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa) Qs : Sức kháng thân cọc (MPa) qs : Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa) Ap : Diện tích mũi cọc (mm2) 11 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật As : Diện tích bề mặt thân... QR =464763.6 +489304.8 = 954068.4 N = 954.068 KN 3.3 Sức kháng dọc trục của cọc đơn Ptt 15 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật Sức kháng dọc trục của cọc đơn đợc xác đinh nh sau: Ptt = min( PR , Q R ) =min(3627.68 ;954.068) = 954.068 KN IV chọn số lợng cọc và bố trí cọc trong móng 4.1 Tính số lợng cọc n: Số lợng cọc n đợc xác định nh sau: n N Ptt Trong đó: N : Tải trọng thẳng đứng ở... = 24 cọc 4.2.Bố trí cọc trong móng 4.2.1 Bố trí cọc trên mặt bằng Tiêu chuẩn 22TCN 272 05 quy định: Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tới mép gần nhất của móng phải lớn hơn 225mm Khoảng cách tim đến tim các cọc không đợc nhỏ hơn 750mm hoặc 2.5 lần đờng kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn Với n = 24 cọc đợc bố trí theo dạng lới ô vuông trên mặt bằng và đợc bố trí thẳng đứng trên... 730.9 kN, -> Chọn giá trị lớn nhất để kiểm toán Nmax= 819.29 kN 5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn Công thức kiểm toán: N max + N Ptt Trong đó: Nmax: Nội lực lớn nhất tác dụng lên đầu cọc (lực dọc trục) N : Trọng lợng bản thân cọc (kN) Ptt : Sức kháng dọc trục của cọc đơn (kN) Ta có: Ptt = 954.068 KN N = 27 x0.452 x 24.5 = 133.95kN 19 7 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật... 2@175=350 50 450 Ta đi tính duyệt lại mặt cắt bất lợi nhất trong trờng hợp bất lợi nhất là mặt cắt có mô men lớn nhất trong trờng hợp treo cọc: 27 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật +) Cọc có chiều dài Ld= 10 m thì Mtt = 21,44 (KN.m) Kiểm tra bê tông có bị nứt hay không trong quá trình cẩu và treo cọc Ta có : Cờng độ chịu kéo khi uốn của bê tông là : fr = 0.63 ì f ' c = 0.63 ì 28 = 3.334( . Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật Mục lục PHầN I Báo cáo khảo sát địa chất công trình I. Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất 3 II. Nhận xét và kiến nghị . 4 PHầN. Tr? 5 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật I. Lựa chọn kích thớc công trình 1.1. Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT) Vị trí xây dựng trụ cầu ở xa bờ và phải đảm bảo. 30 7.4. Lới cốt thép đầu cọc 30 7.5. Vành đai thép đầu cọc 30 7.6. Cốt thép móc cẩu 31 VIII. mối nối thi công cọc 31 PHầN III Bản vẽ 2 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật PHầN I Báo