Đồ án Tính toán thiết kế móng cọc ma sát bằng BTCT cho công trình cầu và lấy lớp đất số 4 làm tầng tựa cọc

+ Với các đặc điểm địa chất công trình tại đây, nên sử dụng giải pháp móngcọc 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 đ

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/m3)

s : Trọng lợng riêng của hạt đất (kN/m3

Lớp đất ở trạng thái dẻo mềm, có độ sệt IL = 0.51

 Lớp 4:

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 -18.50m, cao độ đáy lớp là -40.00m

+ Với các đặc điểm địa chất công trình tại đây, nên sử dụng giải pháp móngcọc 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 masat của cọc

PHẦN II

Thiết kế kĩ thuật

Bố trí chung công trình

25 25

Ngang cÇu Däc cÇu

-18.50

C¸t h¹t nhá

SÐt pha -2.20

+2.00(MNTN) +1.50(CÐÐB) +2.00(MNCN)+5.00(CÐÐT)

Cao độ đỉnh trụ chọn nh sau: max 1 0 3m.

H MNTT

m MNCN

=> Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = 1.5 - 2.0 = - 0.5 m

Vậy chọn các thông số thiết kế nh sau:

 Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là tơng

đối lớn, địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 18.50m và không phải làtầng 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 -28.50m

Nh vậy cọc đợc đóng vào trong lớp đất số 4 có chiều dày là 10.0m

 Chiều dài của cọc (Lc) đợc xác định nh sau:

ợc 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 Htr:

Vtr = V1 + V2 + V3 =

1 2 ) 2 1 3 3 4

2 2 1 ( 6 0 7 1 2

) 2 25 0 5 4 8 ( 8 0 7 1

Trongđó:

MNTN = 2.0 m : Mực nớc thấp nhất

CĐĐB = 1.5 m : Cao độ đỉnh bệ

Str : Diện tích mặt cắt ngang thân trụ (m2)

2.2 Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN

Các tổ hợp tải trọng đề bài ra nh sau:

o t

N - Tĩnh tải thẳng đứng kN 6500

o h

N - Hoạt tải thẳng đứng kN 3700

o h

o

Hệ số tải trọng: Hoạt tải : n = 1.75

Tĩnh tải : n = 1.25

bt = 24,50 kN/m3 : Trọng lợng riêng của bê tông

n = 9,81 kN/m3 : Trọng lợng riêng của nớc

2.2.1 Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHSD

 Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu:

tn n tr bt o t o h SD

H = Ho = 100 kN

 Mômen tiêu chuẩn dọc cầu:

) B

Đ

Đ C T

Đ

Đ C ( x H M

 1200  100x( 5 0  1 5 )= 1550 kN.m

2.2.2 Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHCĐ

 Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu

tn n tr bt o t o

h

Đ C

1 1 75 xN 1 25 x ( N xV ) xV

= 1.75x3700 + 1.25x(6500 + 24.50x28.2) - 9.81x2.55

= 15438.61kN

 Tải trọng ngang tính toán dọc cầu:

Đ C 1

Đ

Đ C T

Đ

Đ C ( x xH 75 1 xM 75 1

h o

Đ C

III Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc

3.1 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P R

 Bố trí cốt thép trong cọc :

+ Cốt chủ : Chọn 8#22, bố trí xuyên suốt chiều dài cọc

+ Cốt đai : Chọn thép  8

2@175=35045050

 : Hệ số sức kháng của bê tông,  = 0.75

'

c

f : Cờng độ nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa)

f y : Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép (MPa)

Ag : Diện tích mặt cắt nguyên của cọc, Ag = 450x450 = 2025000mm2

Ast: Diện tích cốt thép, Ast= 8x387=3096mm2

Vậy: PR = 0.75x0.8x{0.85x28x(2025000 - 3096) + 420x3096}

= 3925422.78 N 3925.23KN

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

 trong đất sét với v  0 8 ta có: qs  0 56

 qs  0 45  v trong đất cát với v  0 8 ta có: qs  0 36

 q  0 45  v trong đất cát với v  0 8 ta có: q  0 36

3.2.1 Sức kháng thân cọc Q s

Do thân cọc ngàm trong 4 lớp đất, có cả lớp đất dính và lớp đất rời, nên ta tính

Qs theo hai phơng pháp:

Đối với lớp đất cát: Tính theo phơng pháp SPT

Đối với lớp đất sét: Tính theo phơng pháp 

 Đối với lớp đất sét:

Theo phơng pháp , sức kháng đơn vị thân cọc qs nh sau: qs   Su

Trong đó:

Su: Cờng độ kháng cắt không thoát nớc trung bình (Mpa), Su = Cuu

 : Hệ số kết dính phụ thuộc vào Su và tỷ số

D

Db

và hệ số dính đợc tra bảngtheo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05

Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định  của API nh sau :

- Nếu Su  25 Kpa    1 0

- Nếu 25 Kpa < Su < 75 Kpa       

KPa 50

KPa 25 S 5 0

25 Kpa

Kpa

942 0 50

25 8 30 5

Chiềudày(m)

Chuvi(m)

Cờng độkháng cắt

ChØ sèSPT

ChØ sèSPTtrungb×nh

D

D N 038 0

Víi: N 0 77 log 1.92' N

v 10

D : Chiều rộng hay đờng kính cọc (mm)

Db : Chiều sâu xuyên trong tầng đất chịu lực ( lớp đất 4) (mm)

ql : Sức kháng điểm giới hạn (MPa)

ql = 0.4Ncorr cho cát và ql = 0.3Ncorr cho bùn không dẻo

2

bh

2 bh

81 9 08 1 6 26

4

bh

4 bh

81 9 89 0 6 26

92 1 10 log 77

1000 15 16 038

p

46 6 15 16 4 0 4

Tiêu chuẩn 22TCN 272 - 05 quy định:

 Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tới mép gần nhất của móng phảilớn hơn 225mm

 Khoảng cách tim đến tim các cọc không đợc nhỏ hơn 750mm hoặc 2.5 lần ờng kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn

đ-Với n = 24 cọc đợc bố trí theo dạng lới ô vuông trên mặt bằng và đợc bố tríthẳng đứng trên mặt đứng, với các thông số :

+ Số hàng cọc theo phơng dọc cầu là 6 Khoảng cách tìm các hàng cọc theophơng dọc cầu là 1200 mm

+ Số hàng cọc theo phơng ngang cầu là 4 Khoảng cách tim các hàng cọctheo phơng ngang cầu là 1200 mm

+ Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả hai phơng dọc cầu

4.3 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ

4.3.1 Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD

 Tải trọng thẳng đứng:

SD bt n b

1 SD

= 10856.88 + (24.5 - 9.81)x64.4 = 11811.92KN

 Tải trọng ngang:

HSD2  H1SD 100 KN

 Mômen

SD b

1 SD 1 SD

M   = 1550+ 100x2 = 1750 KN.m

4.3.2 Tổ hợp hợp trọng ở TTGHCĐ

 Tải trọng thẳng đứng:

1

Đ

C

2 N ( 1 25 x ) xV

= 15438.61 + (1.25x24.5 - 9.81)x64.4=16779.1 KN

 Tải trọng ngang:

HC2Đ  HC1Đ 175 KN

 Mômen

C Đ b

1

Đ C 1

Đ C

M   = 2712.5 + 175x2 = 3062.5 KN.m

Tổ hợp tải trọng tác dụng LÊN ĐáY Bệ

Tải trọng thẳng đứng kN 11811.92 16779.1

Tải trọng ngang kN 100 175

Mômen kN.m 1750 3062.5 V kiểm toán theo trạng thái giới hạn cờng độ I 5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 5.1.1 Tính nội lực tác dụng đầu cọc Sử dụng chơng trình FB – PIER V3 ta tính đợc nội lực của cọc nh sau: ********************************************** ***** Final Maximums for all load cases ***** ********************************************** Result Type Value Load Comb Pile Max shear in 2 direction 0.5024E-01 KN 1 0 15

Max shear in 3 direction -0.6491E+01 KN 1 0 21

Max moment about 2 axis -0.4781E+01 KN-M 1 0 7

Max moment about 3 axis -0.5303E-01 KN-M 1 0 15

Max axial force -0.8200E+03 KN 1 0 2

Max torsional force 0.0000E+00 KN-M 0 0 0

Max demand/capacity ratio 0.2946E+00 1 0 3 Vậy, Nmax = 820 KN

5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

Công thức kiểm toán: Nmax   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 = 916.85KN

KN 92 83 ) 81 9 5 24 ( x 45 0 x 28 ) (

5.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc

Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc :

g g R

 ,  2: Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc trong đất dính, đất rời

Qg1, Qg2 : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc trong đất dính, đất rời

5.2.1 Với đất dính

Qg1 = min{ x Tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn; sức kháng trụ tơng đơng} = min{Q1; Q2}

Với:  : Hệ số hữu hiệu

Q1 :  x Tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn trong đất dính

Q2 : Sức kháng trụ tơng đơng

Ta có : Cao độ mặt đất sau xói là : -2,2 m

Cao độ đáy bệ là : -0,5 m

Do vậy sau khi xói lở, đáy bệ không tiếp xúc chặt chẽ với đất, đất trên bề mặt

là mềm yếu, khi đó khả năng chịu tải riêng rẽ của từng cọc phải đợc nhân với hệ sốhữu hiệu, lấy nh sau :

 = 0.65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2.5 lần đờng kính

 = 1.00 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đờng kính

Mà khoảng cách tim đến tim bằng 2,67

45,05,22,165

,065,015,26

5,22,1

Vậy: Q1 = nxQsx = 24x350820x0,667 = 5615927 N = 5615,93 KN

 Xác định Q 2 :

Tính với lớp đất 1 và lớp đất 3 Sức kháng đỡ

của phá hoại khối đợc xác theo công thức:

Q2 = 2 X  2 YZ S u  XYNcSu

Trong đó:

X : Chiều rộng của nhóm cọc

Y : Chiều dài của nhóm cọc

Z : Chiều sâu của nhóm cọc

NC : Hệ số phụ thuộc tỷ số Z/X

u

S : Cờng độ chịu cắt không thoát nớc

dọc theo chiều sâu cọc (MPa)

Su : Cờng độ chịu cắt không thoát nớc ở đáy móng (MPa)

x s

Q s Q

KN N

x p

Do lớp đất 1, 2, 3, là các lớp đất yếu, lớp đất 4 là lớp đất tốt nên độ lún ổn

định của kết cấu móng đợc xác định theo móng tơng đơng, theo sơ đồ nh hình vẽ:

Ta có: Db = 10000mm Móng tơng đơng nằm trong lớp đất 4 và cách đỉnh lớpmột khoảng 2/3Db = 6667mm

Với lớp đất rời ta có công thức xác định độ lún của móng nh sau:

Sử dụng kết quả SPT:  =

corr N

B I

và không bao gồm trọng lợng của các cọc hoặc của đất giữa các cọc

N0 : Tải trọng thẳng đứng tại đáy bệ ở TTGHSD, N0 = 11811,92(KN)

S : Diện tích móng tơng đơng

B : Chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm), B = 4050 mm

Db : Độ sâu chôn cọc trong lớp đất chịu lực

D’ : Độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2Db/3 (mm), D’ = 6667 mm

Ncorr: Giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh cho số đếm SPT của tầng phủ

trên độ sâu B phía dới đế móng tơng đơng (Búa/300mm).

I : Hệ số ảnh hởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm

Ta có: I = 1 - 0,125 0,79 0,5

4050

6667125

,01

v 10

N : Số đếm SPT trong khoảng tính lún N đợc lấy bằng giá trị trung bình của

số đếm SPT của lớp đất đợc giới hạn từ đáy móng tơng đơng tới độ sâu một khoảng

B = 4,05m

Ta có:

Cao độ đỉnh lớp tính lún là: - 18,5 - D’ = - 18,5 - 6,667 = - 25,167(m)

Cao độ đáy lớp tính lún là: - 25,167 - B = - 25,167 - 4,05 = - 29,217(m).Nội suy ta đợc N = 20(Búa/300mm)

Thay số vào ta có:

3 15 20 195 0

92 1 10 log 77

B I q 30

3.15

4050

79.0482.0360



Vậy độ lún của nhóm cọc là: 570mm = 57cm

6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc

Sử dụng phần mền tính toán nền móng FB-PIER ta tính đợc chuyển vị theocác phơng dọc cầu (X), phơng ngang cầu (Y), phơng thẳng đứng (Z) tại vị trí đầumỗi cọc nh sau :

**********************************************

*** Maximum pile head displacements ***

Result Type Value Load Comb Pile

Max displacement in axial 0.2192E-01 M 1 0 2 Max displacement in x -0.1315E-06 M 1 0 20 Max displacement in y 0.3197E-01 M 1 0 15

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

 Theo phơng (X): y = 0.3197 10-1 m = 32 mm  38mm

 Theo phơng (Y): x = 0.1315 10-6 m = 0.13 10-3 mm  38mm

Vậy đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang

VII cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc

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 = 29 (m) Đợc chia thành 3 đốt, 2 đốt có chiều dài Ld = 10 (m) và 1 đốt có chiềudài Ld = 9 (m) 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 cốt thép

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

Trong đó:

 Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

10.04

8.048.04

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(1)= 10.04 KN.m

 Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc

Móc đợc đặt cách đầu cọc một đoạn

b = 0.294Ld = 0.294 x 9 = 2.646 (m)

Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :

6.3542.646

17.36

16.35

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là :

Vậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là :

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) ) = max(10.04; 17.36) = 17.36 KN.m

 Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

) m ( 2 10 x 207 0 L

2

12.4

9.92 9.92

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(1)= 12.4KN.m

 Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc

Móc đợc đặt cách đầu cọc một đoạn

b = 0.294Ld = 0.294 x 10 = 2.94(m)

Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :

20.18

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là :

Vậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là :

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) ) = max(12.4; 21.44) = 21.44 KN.m

7.1.2 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc

Ta chọn cốt thép dọc chủ chịu lực là thép ASTM A615M

Gồm 822 có fy = 420 MPa đợc bố trí trên mặt cắt ngang của cọc nh hình vẽ :

2@175=350 450 50

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:

.

0

fr   c   

 0.8.fr = 0.8*3.334 = 2.667 (MPa)

ứng suất kéo tại thớ ngoài cùng của mặt cắt nguyên :

+) Cọc có chiều dài Ld= 9 m:

g

tt ct

M 6 2

d

3 6 3

M 6 2

d

3 6 3

 Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo  s y

'

s f f

f  Phơng trình cân bằng nội lực theo phơng trục dầm :

y ' s ' c y

2 s y

As1 's   2

) mm ( 774 387 x

E : Mô đun đàn hồi của cốt thép, E  2 x 105( Mpa )

Chiều cao vùng nén tơng đơng đợc xác định theo công thức :

mm x

x

x c

f d

y f s A y f s A y f s

A

28 450 85 0

420 ) 1161 774

1161 ( '

85 0

' 2

85 0

35 30

' s '

s

E

f c

d c 003

s 1

s

E

f c

c d 003

s 2

s

E

f c

c d 003





y y '

10 x 2

420 E

71 35

50 71 35 003

35

) 71 35 400 ( 003

35

) 71 35 225 ( 003

Vậy tất cả các cốt thép đều chảy  Giả thiết là đúng

 Mô men kháng uốn danh định là :

s 1 s y ' s 2 s 1 s y 2 s 1

s ' c

2

a d f d

35 30 400 28 x 450 x 35 30

71 35

387 x bxd

28 03 0 f

' f 03

,

0

y

c min     

 Đầu mỗi cọc ta bố trí với bớc cốt đai là 50 mm trên một chiều dài là: 500 mm

 Tiếp theo ta bố trí với bớc cốt thép đai là 100 mm trên một chiều dài là:1000mm

 Đoạn còn lại của mỗi đoạn cọc (phần giữa đoạn cọc) bố trí với bớc cốt đai

là : 150 mm

7.3 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc

Cốt thép mũi cọc có đờng kính 40, với chiều dài 100 mm

Đoạn nhô ra khỏi mũi cọc là 50 mm

7.4 Lới cốt thép đầu cọc

ở đầu cọc bố trí một số lới cốt thép đầu cọc có đờng kính 6 mm ,với mắt lới

a = 5050mm Lới đợc bố trí nhằm đảm bảo cho bê tông cọc không bị phá hoại dochịu ứng suất cục bộ trong quá trình đóng cọc

7.5 Vành đai thép đầu cọc

Đầu cọc đợc bọc bằng một vành đai thép bằng thép bản có chiều dày bằng 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 cẩu

Cốt thép móc cẩu đợc chọn có đờng kính 22 Do cốt thép bố trí trong cọcrất thừa vì vậy ta có thể sử dụng luôn cốt thép móc cẩu làm móc treo khi đó takhông cần phải làm móc thứ 3 tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công và để cọctrong bãi

Khoảng cách từ đầu mỗi đoạn cọc đến mỗi móc neo là a = 2 m = 2000 mm

VIII Tính mối nối thi công cọc

Ta sử dụng mối nối hàn để nối các đoạn cọc lại với nhau Mối nối phải đảmbảo cờng độ mối nối tơng đơng hoặc lớn hơn cờng độ cọc tại tiết diện có mối nối

Để nối các đốt cọc lại với nhau ta sử dụng 4 thép góc L-10010012 táp vào 4góc của cọc rồi sử dụng đờng hàn để liên kết hai đầu cọc Ngoài ra để tăng thêm antoàn cho mối nối ta sử dụng thêm 4 thép bản 500x100x10mm đợc táp vào khoảnggiữa hai thép góc để tăng chiều dài hàn nối