Thiết kế môn học nền và móng

Thiết kế môn học nền và móng

Thiết kế môn học Nền và Móng GVHD: KS Nguyễn Văn Bắc

 MỤC LỤC 

PHẦN I: 3

BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH 3

II NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ 4 1.1 Lựa chọn kích thước và cao độ bệ cọc 8

1.1.1 Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT) 8

1.1.2 Cao độ đỉnh bệ (CĐĐIB) 8

1.1.3 Cao độ đáy bệ (CĐĐAB) 8

1.2 Chọn kích thước cọc và cao độ mũi cọc 9

1.2.1 Xác định chiều dài cọc 9

1.2.2 Kiểm tra kích thước cọc 10

II LẬP CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ 10 2.1 Tính toán trọng lượng bản thân trụ,xà mũ 10

2.1.1 Tính chiều cao thân trụ 10

2.1.2 Diện tích tiết diện ngang trụ 11

2.1.3 Thể tích toàn phần của trụ ( không kể bệ cọc ) 11

2.1.4 Thể tích phần trụ ngập nước (không kể bệ cọc) 12

2.2.Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHCĐI theo phương dọc cầu tại đỉnh bệ 12

2.2.1 Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐI theo phương dọc cầu tại đỉnh bệ 13

2.2.2 Tải trọng ngang ở TTGHCĐI theo phương dọc cầu tại đỉnh bệ 13

2.2.3 Mômen ở TTGHCĐI theo phương dọc cầu tại đỉnh bệ 13

2.3 Lập tổ hợp tải trọng ở TTGH sử dụng theo phương dọc cầu tại đỉnh bệ 13

2.3.1 Tải trọng thẳng đứng ở TTGHSD theo phương dọc cầu tại đỉnh bệ 13

2.3.2 Tải trọng ngang ở TTGHSD theo phương dọc cầu tại đỉnh bệ 13

2.3.3 Mômen ở TTGHSD theo phương dọc cầu tại đỉnh bệ 13

2.4 Lập bảng tổ hợp tải trọng 13

III XÁC ĐỊNH SỨC KHÁNG NÉN DỌC TRỤC CỦA CỌC ĐƠN 14 3.1 Xác định sức kháng nén dọc trục của cọc theo vật liệu 14

3.1.1 Chọn vật liệu 14

3.1.2 Bố trí cốt thép trong cọc 14

3.1.3 Sức kháng nén dọc trục tính toán theo vật liệu PR: 14

3.2 Xác định sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc theo đất nền 15

3.2.1 Sức kháng thân cọc Qs 16

Đối với lớp đất cát: Sức kháng thân cọc Qs như sau: 17

3.2.2 Sức kháng mũi cọc Qp 19

3.3 Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng 21

3.3.1 Xác định số lượng cọc 21

3.3.2 Bố trí cọc trong móng 21

3.4 Lập tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ 22

3.4.1 Kích thước bệ cọc sau khi đã bố trí cọc 22

3.4.2 Tính thể tích bệ cọc 23

3.4.3 Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHCĐI theo phương dọc cầu tại đáy bệ 23

3.4.4 Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHSD theo phương dọc cầu tại đáy bệ 23

3.5 Lập bảng tổ hợp tải trọng 24

IV KIỂM TOÁN MÓNG THEO TTGHCĐ I 25 1 Xác định nội lực tác dụng lên từng cọc 25

2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 27

3 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc 28

V KIỂM TOÁN MÓNG THEO TTGHSD 31 5.1 Xác định độ lún ổn định 31

5.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc 34

6.2 Bố trí cốt thép đai cho cọc 39

6.3 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc 40

6.4 Lưới cốt thép đầu cọc 40

Thiết kế môn học Nền và Móng GVHD: KS Nguyễn Văn Bắc

6.5 Vành đai thép đầu cọc 40

6.6.Cốt thép móc cẩu 40

VII TÍNH MỐI NỐI THI CÔNG CỌC 40 1.Tính toán mối nối cọc 40

1.1 Chọn đường hàn và kiểm toán mối hàn 40

1.2 Tính toán chọn búa 41

VIII THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG 43 1 Đúc cọc 43

1.1 gia công cốt thép 43

1.2 Tạo phẳng mặt bằng đúc cọc và lắp đặt ván khuôn và cốt thép 43

1.3 Đổ bê tông và bảo dưỡng cọc 43

1.4 Vận chuyển cọc 43

2 Định vị hố móng 43

3 Đóng cọc 44

3.1 Chọn phương án đóng cọc 44

3.2 Trình tự đóng cọc 44

4 Đóng vòng vây cọc ván ,đổ bê tông bịt đáy và làm khô hố móng 45

5 Đổ bê tông bệ móng 45

5.1 Đập đầu cọc ,vệ sinh hố móng ,đổ bê tông lót móng và lắp đặt ván khuôn 45

5.2 Đổ bê tông 45

PHẦN I:

BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

I.CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LỚP ĐẤT

Các ký hiệu sử dụng trong tính toán

γ : Trọng lượng riêng của đất tự nhiên (kN/m3)

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

γn : Trọng lượng riêng của nước (γn=9,81kN/m3)

Lớp 1 là lớp sét pha màu xám.Chiều dày của lớp xác định được 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 ( Bảng 2 : Điều kiện thủy văn và chiều dài nhịp) Lớp đất có độ ẩm W= 25,8%, độ bão hòa Sr= 85,3.Lớp đất ở trạngthái dẻo mềm ,có độ sệt IL=0,51

2 Lớp 2:

Lớp 2 là lớp cát hạt nhỏ,có màu xám đen, kết cấu rất rời rạc, phân bố dưới lớp 1.Chiều dày của lớp là 9,00m,cao độ mặt lớp là -2,20m, cao độ đáy là -11,20m

3 Lớp 3:

Lớp 3 gặp ở BH4 là lớp sét pha màu xám nâu,xám xanh,phân bố dưới lớp 2.Chiều dày của lớp

là 4,30m,cao độ mặt lớp là -11,20m, cao độ đáy lớp là -15,50m.Lớp đất có độ ẩm là 20,6% ,độ bão hòa Sr= 80,9.Lớp đất ở trạng thái dẻo cứng có độ sệt IL=0,47

+ Lớp đất số 2 dễ bị lún sụt khi xây dựng trụ cầu tại đây

+ 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 nên cần đặt mũi cọc tại lớp này

 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 sát của cọc

III SỐ LIỆU THIẾT KẾ:

1.TẢI TRỌNG TÁC DỤNG:

2 ĐIỀU KIỆN THỦY VĂN & CHIỀU DÀI NHỊP:

PHẦN II:

THIẾT KẾ KĨ THUẬT

1.1 Lựa chọn kích thước và cao độ bệ cọc

Trong đó:

CĐĐIB: Cao độ đỉnh bệ

MNTN: Mực nước thấp nhất, MNTN = 2,00m

Với số liệu đề bài ra ta chọn cao độ đỉnh bệ thấp hơn mực nước thấp nhất là 1m

Thay số vào ta được:

CĐĐAB = 1,00 – 2,00 = - 1,00m

Vậy đáy bệ có cao độ là -1,00m

Vậy chọn các thông số thiết kế như sau:

1.2 Chọn kích thước 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 BTCT đúc sẵn,cọc có kích thước là 0,45×0,45m,được đóng vào lớp đất số 4 là lớp cát hạt nhỏ,màu xám,kết cấu chặt vừa

 Chọn cao độ mũi cọc là -24,00m Như vậy,cọc được đóng vào trong lớp đất số 4 có chiều

1.2.2 Kiểm tra kớch thước cọc

- Kớch thước cọc phải thoả món yờu cầu về độ mảnh theo quy định:

- Như vậy,cỏc đốt cọc sẽ được nối lại với nhau bằng hàn trong quỏ trỡnh thi cụng đúng cọc

II LẬP CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ

2.1 Tớnh toỏn trọng lượng bản thõn trụ,xà mũ.

MNTN

MNCN Cao độ đỉnh trụ

CĐĐIB: Cao độ đỉnh bệ, CĐĐIB = 1,00m

Str : Diện tích mặt cắt ngang thân trụ, Str = 5,0904 (m3)

⇒ Vnn = 5,0904×(2,00 – 1,00) = 5,0904 (m3)

2.2.Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHCĐI theo phương dọc cầu tại đỉnh bệ

Các tổ hợp tải trọng đề bài ra như sau:

Ghi chú: Tải trọng tác dụng cho ở TTGH sử dụng

+ Hoạt tải : nht = 1,75

+ Tĩnh tải : ntt = 1,25

+ Trọng lượng riêng của bê tông: γbt = 24,5 kN/m3

+ Trọng lượng riêng của nước: γn = 9,81 kN/m3

2.2.1 Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐI theo phương dọc cầu tại đỉnh bệ

CĐĐIB: Cao độ đỉnh bệ, CĐĐIB = 1,00m

2.3 Lập tổ hợp tải trọng ở TTGH sử dụng theo phương dọc cầu tại đỉnh bệ

2.3.1 Tải trọng thẳng đứng ở TTGHSD theo phương dọc cầu tại đỉnh bệ

Tổ hợp tải trọng thiết kế tính với MNTN, đặt tại cao độ đỉnh bệ

III XÁC ĐỊNH SỨC KHÁNG NÉN DỌC TRỤC CỦA CỌC ĐƠN

- Sức chịu tải dọc trục của cọc đơn được xác định theo điều kiện sau:

Ptt = min( PR ; QR )

Trong đó:

PR : Sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc theo vật liệu

QR : Sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc theo đất nền

3.1 Xác định sức kháng nén dọc trục của cọc theo vật liệu

3.1.1 Chọn vật liệu.

+ Tiết diện cọc hình vuông : 0,45m×0,45m

+ Cọc bê tông cốt thép

+ Bê tông có f’c = 32 Mpa

+ Cốt thép ASTM A615M có fy = 420 Mpa

3.1.2 Bố trí cốt thép trong cọc.

+ Cốt chủ dọc : Chọn thép φ22, bố trí 8 thanh xuyên suốt chiều dài cọc

+ Cốt đai : Chọn thép φ8, bố trí ở giữa thân đốt khoảng cách bước của cốt thép đai là 15 cm, ở đầu và ở cuối mỗi đốt khoảng cách bước đai dày hơn, khoảng 5cm, gần đầu mũi cọc cũng như gần đầu mỗi đốt bố trí khoảng cách này là 10cm

2@175=350 450 50

3.1.3 Sức kháng nén dọc trục tính toán theo vật liệu P R :

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

PR : Sức kháng dọc trục tính toán có hoặc không có uốn (N)

Pn : Sức kháng dọc trục danh định có hoặc không có uốn (N)

fc’ : Cường độ quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày, fc’ = 32 Mpa

fy : Giới hạn chảy quy định của cốt thép, fy = 420 Mpa

Ag : Diện tích nguyên của mặt cắt ( mm2 )

Ast : Diện tích nguyên của các cốt thép ( mm2 )

3.2 Xác định sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc theo đất nền

- Sức kháng nén dọc trục tính toán của các cọc QR được tính như sau:

qp : Sức kháng đơn vị mũi cọc (Mpa)

qs : Sức kháng đơn vị thân cọc (Mpa)

- Đối với lớp đất cát: Tính theo phương pháp SPT

- Đối với lớp đất sét: Tính theo phương pháp α

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

D : Chiều rộng hay đường kính cọc (mm), D = 450mm

- Đồng thời ta cũng có sự tham khảo công thức xác định α của API như sau :

+ Nếu Su < 25 Kpa ⇒ α = 1,0

+ Nếu 25 Kpa < Su < 75 Kpa ⇒ α = −  − ÷

Ta có: Su = 30,8 kN/m2 = 30,8 Kpa = 0,0308Mpa => Thuộc trường hợp: 25 Kpa < Su < 75 Kpa

→Theo công thức API,có: α = −  − ÷=

Chiềudày(m)

Chuvi(m)

Cường độkháng cắt

N: Số đếm búa SPT trung bình dọc theo thân cọc (số búa/150mm)

Chuvi(m)

Chỉ sốSPT

Chỉ sốSPTtrung

qS

N : Số đếm SPT đo được (số búa/150mm).

D : Chiều rộng hay đường 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

 Tính σ ′v :

Lớp 2:

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 được nhỏ hơn 750mm hoặc 2,5 lần đường kính hay

bề rộng cọc,chọn giá trị nào lớn hơn

 Với n = 24 cọc được bố trí theo dạng lưới ô vuông trên mặt bằng và được bố trí thẳng đứng trên mặt đứng,với các thông số:

 Số hàng cọc theo phương dọc cầu là 6.Khoảng cách tim các hàng cọc theo phương dọc cầu

3.4 Lập tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ

3.4.1 Kích thước bệ cọc sau khi đã bố trí cọc

Theo phương dọc cầu:

n = 6 : Số hàng cọc theo phương dọc cầu

m = 4 : Số hàng cọc theo phương ngang cầu

c1 = 500mm : khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo phương dọc cầu

c2 = 500mm : khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo phương ngang cầu

a = 1200mm : khoảng cách tim các hàng cọc theo phương dọc cầu

b = 1200mm : khoảng cách tim các hàng cọc theo phương ngang cầu

h N2 m

x1 y1

h N m

x2 y2

3.4.4 Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHSD theo phương dọc cầu tại đáy bệ

a Tải trọng thẳng đứng ở TTGHSD theo phương dọc cầu tại đáy bệ

= + γ − γ ×

(sd) (sd)

2 1 bt n b (sd)

c Mômen ở TTGHSD theo phương dọc cầu tại đáy bệ

IV KIỂM TOÁN MÓNG THEO TTGHCĐ I

[Nội lực dọc trục tại đầu cọc N i (kN)]

2 MAX

PILESHEAR FORCE

IN 2 DIRECTION

newtons)(Qiy (kN))

(kilo-[Lực cắt lớn nhất trong cọc theo phương Y:Q iy (kN)]

3 MAX

PILESHEAR FORCE

IN 3 DIRECTIO

N (kilo-newtons)(Qix (kN))

[Lực cắt lớn nhất trong cọc theo phương X:Q ix (kN)]

4 MAX

BENDINGMOMENT ABOUT

2 AXIS (kN-M)(Miy (kN.m))

[Mômen lớn nhất trong cọc quanh trục Y:M iy

(kN.m)]

5 MAX

BENDING

MOMEN

T ABOUT

3 AXIS (kN-M)(Mix

(kN.m))

[Mômen lớn nhất trong cọc quanh trục X:

Result Type Value Load Comb Pile

*** Maximum pile forces ***

Max shear in 2 direction 0.7351E+01 KN 1 0 12

Max shear in 3 direction -0.1122E+02 KN 1 0 4

Max moment about 2 axis -0.1177E+01 KN-M 1 0 4

Max moment about 3 axis -0.1244E+01 KN-M 1 0 12

Max axial force -0.6343E+03 KN 1 0 4

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

Max demand/capacity ratio 0.1749E+00 1 0 4

*** Maximum soil forces ***

Max axial soil force 0.5583E+02 KN 1 0 4

Max lateral in X direction 0.4546E+01 KN 1 0 12

Max lateral in Y direction 0.7875E+01 KN 1 0 4

Max torsional soil force 0.1064E-01 KN-M 1 0 8

=> Kết luận:

 Nội lực dọc trục lớn nhất trong cọc là: 634,3 kN

 Lực cắt: 7,351 kN

 Mômen: -1,244 kNm

2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

Công thức kiểm toán nội lực đầu cọc như sau :

Với : γbt : trọng lượng riêng của bê tông: γbt = 24,5 kN m / 3

γn : trọng lượng riêng của nước: γ =n 9,81kN / m3

3 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc

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

ϕ ϕ : 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

3.1.Với đất dính

Qg1 = min{η×Tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn ; sức kháng trụ tương đương}

= min{Q Q1; 2}

Với: η: Hệ số hữu hiệu

Q1: η ×Tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn trong đất dính.

Q2: Sức kháng trụ tương đương

Ta có :

Cao độ mặt đất sau xói là : -2,20 m

Cao độ đáy bệ là : -1,00 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 được nhân với hệ số hữu hiệu η,lấy như sau :

η= 0,65 Với khoảng cách tim đến tim bằng 2,5 lần đường kính

η= 1,0 Với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đường kính

Mà ta bố trí khoảng cách tim đến tim bằng 1200 8

450 = 3 lần đường kính cọc do đó ta nội suy η:

Y: Chiều dài của nhóm cọc

Z : Chiều sâu của nhóm cọc

NC : Hệ số phụ thuộc tỷ số Z/X

S : Cường độ chịu cắt không thoát nước dọc theo chiều sâu cọc (Mpa).

Su : Cường độ chịu cắt không thoát nước ở đáy móng (Mpa)

Trong đó: :η Hệ số hữu hiệu, lấy =1.

Sức kháng thân cọc của cọc đơn ở lớp 2 và lớp 4 là:

ρ =

=Với: :ρ Độ lún của nhóm cọc (mm).

N0 : Tải trọng thẳng đứng tại đáy bệ ở TTGHSD , N0 = 8974,35 kN

S : Diện tích móng tương đương

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

Db : Độ sâu chôn cọc trong lớp đất chịu lực

D’ : Độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2

3

b

D

(mm) , D’ = 5666,67 mm

Ncorr: Giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh cho số đếm SPT của tầng phủ trên độ sâu X phía dưới

đế móng tương đương ( Búa/150mm)

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

Lớp yếu

Db

2 3

Ta có: 1 0,125 1 0,125.5666,67 0,83 0,5

4050

D I

X

′

Tính q:

Kích thước của móng tương đương:

+) Chiều rộng móng tương đương chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theo chiều ngang cầu+ đường kính cọc:

Nội suy ta được: N =21 (Búa/150mm)

Tính σ ′:Tính từ mặt đất sau xói đến độ sâu dưới móng tương đương một khoảng X.

c r

q I X

mm N

ρ

Vậy độ lún của nhóm cọc là: 34,24 mm = 3,424 cm

5.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc

Sử dụng phần mềm tính toán nền móng 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 :

Result Type

*** Maximum pile head displacements ***

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

 Theo phương ngang cầu: ∆ =y 0,9878.10−5m=0,9878.10−2mm<38mm

 Theo phương dọc cầu: ∆ =x 0,6019.10−3m=0,6019mm<38mm

VI CƯỜNG ĐỘ CỐT THÉP CHO CỌC VÀ BỆ CỌC

6.1 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: L = 24m.Được chia

thành 3 đốt ,mỗi đốt có chiều dài Ld = 8m.Ta đi tính toán và bố trí cho từng đốt cọc

6.1.1 Tính toán mômen theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc

M Mômen trong cọc theo sơ đồ treo cọc

 Tính mômen lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn: