BÀI tập lớn môn học nền MÓNG

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC NỀN MÓNGA/THUYẾT MINH, TÍNH TOÁN :

I/Số liệu thiết kế :

1.1 Tải trọng tác dụng :

Tải trọng

Sông có thông thuyền 1.3 Số liệu địa chất :

IP (%) : Chỉ số dẻo của đất IL : Độ sệt của đất

 (kN/m3) : Trọng lượng thể tích tự nhiên của đất S (kN/m3) : Trọng lượng thể tích của hạt đất c (kN/m3) : Trọng lượng thể tích khô của đất e : Hệ số rỗng

Sr : Hệ số bão hòa

 ( Độ ) : Góc ma sát trong của đất C (kN/m2) : Lực dính đơn vị

Cu (kPa) : Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bìnha (m3/kN) : Hệ số nén lún

Cấu trúc địa chất và đặc điểm của các lớp đất

Chiều sâu lỗ khoan: 37.0m.

Lớp 1: Sét pha màu xám, lẫn sạn, trạng thái dẻo chảy.

Lớp đất số 1 gặp ở lỗ khoan PA01 ở trạng thái dẻo chảy Chiều dày của lớplà 10.2 m Cao độ mặt lớp là 0.0 m Cao độ đáy lớp là -10.2 m.

Độ rỗng n = 0.663

Lớp 2: Cát pha màu xám, trạng thái dẻo.

Lớp đất số 2 gặp ở lỗ khoan PA01 ở trạng thái dẻo Chiều dày của lớp là 13.2m Cao độ mặt lớp là -10.2 m Cao độ đáy lớp là -23.4 m.

Độ rỗng n = 0.478

Lớp 3: Cát hạt to, màu xám, kết cấu chặt vừa.

Lớp đất số 3 gặp ở lỗ khoan PA01 ở trạng thái chặt vừa.Cao độ mặt lớp là-23.4 m Cao độ đáy lớp vượt quá chiều sâu mũi khoan

Độ rỗng n = 0.447

II/ Xác định kích thước trụ :

2.1 Xác định cao độ đáy dầm và cao độ đỉnh trụ:

Căn cứ vào MNTT, Htthuyền ta xác định + Cao độ đáy dầm (CĐĐaD) :

+ Cao độ đỉnh trụ ( CĐĐT) :

2.2 Xác định cao độ đỉnh bệ trụ, chiều dày bệ, cao độ đáy bệ

Căn cứ vào MNTN, cao độ mặt đất sau xói lở + Cao độ đỉnh bê trụ (CĐĐB):

Theo yêu cầu của quy trình, cao độ đỉnh bệ trụ thấp hơn MNTN tốithiểu 0.2 m Vị trí xây dựng trụ cầu nằm xa bờ, sự thay đổi cao độ mực nước giữaMNCN và MNTN là khá lớn, sông có thông thuyền Xét cả điều kiện mỹ quan trênsông ta chọn cao độ đỉnh bệ thấp hơn MNTN là 0.2 m

Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB) = +1.5 m+ Bề dày bệ móng :

Theo quy trình + cầu nhỏ có Hb = 1 1.5 m + cầu trung Hb = 2  3 m

+ Hb  2D ( D là đường kính cọc )

ta chọn Hb = 1.5 m + Cao độ đáy bệ ( CĐĐaB) :

+ Chiều cao thân trụ ( Httrụ ) :

Httrụ = CĐĐT – 1.4m – CĐĐB = +4.1 – 1.4 – 1.5 = 1.2 m + Gờ bệ móng a, b :

Đối với công trình cầu đường a, b = 0.2  1 m

Để phòng sai số khi thi công thân trụ ta chọn a = b = 0.5 m

III/ Xác định tải trọng tác dụng tại đáy bệ :

3.1 Xác định tải trọng tĩnh :

+ Thể tích toàn bộ trụ ( Vtrụ ) : Vtrụ = Vbệ + Vthân + Vđỉnh

Vbệtrụ = 5.5 x 2.2 x 1 = 12.1 m3

Vđỉnhtrụ = (8 x 1.4 – 1.5 x 0.6) x 1.7 = 17.51 m3 Vtrụ = 35.718 m3

+ Thể tích phần trụ ngập nước ( Vtrụnn ) :

Vtrụnn = Vbệtrụ + V thântrụnn = 12.1 + 6.108 0.2/1.2 = 13.118 m3

+ Trọng lượng trụ ( Gtrụ ):

Gtrụ = Vtrụ.bt = 35.718 x 24 = 857.232 KN Với bt = 24 kN/m3

trọng lượng thể tích của bê tông

Ntctt kN 6520

3.2 Xác định hoạt tải :

Bảng số liệu hoạt tải :

3.3 Tổ hợp tải trọng tại đáy bệ :

3.3.2 Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn ở MNTN

 Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn theo phương dọc cầu ở MNTN

(1) Tải trọng thảng đứng tiêu chuẩn theo phương dọc cầu Ptc = Nht

tc + Ntt

tc + Gtrụ - A

= 1450 + 6520 +857.232 -131.18 = 9184.856 kN

(2) Tải trọng ngang tiêu chuẩn theo phương dọc cầu Htc = Htc

(1) Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn ngang cầu Ptc = Nht

tc + Ntt

tc + Gtrụ - A

= 1450 + 6520 +852.232 + 131.118 = 8691.114 kN

(2) Tải trọng ngang tiêu chuẩn theo phương ngang cầu Htc = Htc = 170 kN

(3) Momen tiêu chuẩn theo phương ngang cầu Mtc = Mtc

x + Htc

= 1600 + 170 x (4.1 – 0 ) = 2297 kNm

 Tổ hợp tải trọng tính toán theo phương dọc cầu ở MNTN

(1) Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu

Ptt = nh.Nht

tc + nt Ntt

tc + nt.Gtrụ - A

= 1.75 x 1450 + 1.25 x 6520 + 1.25 x 857.232 – 131.118 = 11627.922 kN

(2) Tải trọng ngang tính toán phương dọc cầu Htt = nh.Htc

 Tổ hợp tải trọng tính toán theo phương ngang cầu ở MNTN

(1) Tải trọng thẳng đứng tính toán ngang cầu

Ptt = nh.Nht

tc + nt Ntt

tc + nt.Gtrụ - A

= 1.75 x 1450 + 1.25 x 6250 + 1.25 x 857.232 – 131.118 = 11627.922 kN

(2) Tải trọng ngang tính toán phương ngang cầu

Htt = nh.Htc = 1.75 x 170 = 297.5 kN(3) Momen tính toán ngang cầu

Mtt = nh.Mtc

x + nh.Htc

= 1.75 x 1600 + 1.75 x 170 x (4.1 – 0) = 4019.75 kNm

Với nt = hệ số tĩnh tải = 1.75 nh = hệ số hoạt tải = 1.25

BẢNG TỔNG HỢP TẢI TRỌNG TẠI ĐÁY BỆ

Lực thẳngđứng

IV/ Xác định số lượng cọc, bố trí cọc trong bệ, tính nội lực trong cọc :

4.1 Chọn kích thước cọc và cao độ mũi cọc ( CĐMC ) :

 Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là khálớn, địa chất có lớp chịu lực nằm cách mặt đất 23.4 m và không phải là tầng đá gốcnên chọn giải pháp là móng cọc ma sát BTCT.

 Chọn cọc BTCT đúc sẵn có kích thước mặt cắt là 400 x 400 mm, đượcđóng vào lớp thứ 3 là lớp sét màu loang lổ, trạng tahí nửa cứng Cao độ mũi cọc là-26 m tại đó có số búa SPT N = 30 đủ khả năng chịu được tai trọng công trình.

 Chiều dài của cọc ( Lc ) được xác định như sau : Lc = CĐĐB - Hb - CĐMC

= 1.5 - 1.5 - (- 26.0) = 26 m.Trong đó: CĐĐB = 1.5 m : Cao độ đỉnh bệ.

CĐMC = -26.00m : Cao độ mũi cọc.

30 < < 70

D = 0.4 m : cạnh mặt cắt ( m ) => Thỏa mãn yêu cầu về độ mảnh.

 Cọc được tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài chế tạo là 27m = 9m + 9m +9m.

Các đốt cọc được nối với nhau bằng thép góc trong quá trình thi công.

4.2 Tính sức kháng dọc trục của cọc đơn theo quy trình 22 TCN 272-2005

4.2.1 Tính sức kháng dọc trục theo vật liệu ( Pvl ):

Yêu cầu cốt thép dọc chủ

+ Đường kính  = 12  32 mm ( tra bảng diện tích cốt thép tròn theo ASTM A615M – 22 TCN 272-2005 ) + Bố trí không ít hơn 4 thanh và thường là 8  12 thanh

+ Diện tích cốt thép ¿ 1.5 Diện tích mặt cắt ngang của bê tông Chọn : 8 thanh với  = 19 mm

Es= 200000 MPa

Sức kháng tính toán của cấu kiện BTCT chịu nén đối xứng qua trục chính đượcxác định Pr=ϕ.Pn (1)

Trong đó đối với cấu kiện có cốt thép đai thường (2)

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

tuổi khác (MPa)fy = Cường độ giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa)

Ag = Diện tích nguyên của mặt cắt (mm2)Ast = Diện tích nguyên của cốt thép (mm2) = 0.75 hệ số sức kháng

khảo AASHTO 2007), dùng cho các phương pháp không phân biệt giữa sức khángtoàn bộ và sự góp phần riêng rẽ của sức kháng mũi và thân cọc.

Qult = Sức kháng đỡ của 1 cọc đơn ( N ) Qp = Sức kháng mũi cọc ( N )

Qs = Sức kháng thân cọc ( N )

qp = Sức kháng đơn vị mũi cọc ( MPa ) qs = Sức kháng đơn vị thân cọc ( MPa ) As = Diện tích bề mặt thân cọc ( mm2 ) Ap = Diện tích mũi cọc ( mm2 )

cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sứckháng thân cọc.

qs = Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc quy định dùngcho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sứckháng thân cọc.

a Sức kháng mũi cọc

Do mũi cọc cắm vào lớp đất sét loang lổ nên dùng phương pháp SPT để xácđịnh sức kháng mũi cọc

qp=9∗SU =9∗106=954∗10−3

Sức kháng mũi cọc Qp = qp.Ap = 4002∗954∗10−3 Qp = 1526.4 KN

b.Sức kháng thân cọc :

+ Lớp 1, 2 là đất dính nên dùng phương pháp  để tính sức khángđơn vị thân cọc qs1, qs2 ( MPa ) tại lớp 1 và 2

Su1 = 2 KPa = 0.002 MPa => 1 = 1 qs1 = 1 Su1 = 1 x 0.002 = 0.002 MPa Diện tích bề mặt thân cọc ở lớp 1 :

As1 = 4.(h1-hx).D = 4 x (10.2 - 1.8) x 0.40 = 13.44 m2

= 13440000 mm2

Sức kháng thân cọc lớp 1 :

Qs1 = qs1.As1 = 0.002 x 13440000 =26880 N Lớp 2:

Su2 = 78 KPa = 0.078 MPa => qs2 = 2 Su2 = 0.5 x 0.078= 0.039 MPa Diện tích bề mặt thân cọc ở lớp 2 :

As2 = 4.h2.D = 4 x 13.2 x 0.40 = 21120000 mm2

Sức kháng thân cọc lớp 2 :

Qs2 = qs2.As2 = 0.039 x 21120000 =823680 N+ Lớp 3 qs3 = 0.5*106*10−3

V = 0.8 => qp = 0.7 x 0.8 = 0.56 qs1 = qs2 = 0.7 x 0.8 = 0.56 qs3 = 0.7 x 0.8 = 0.56

5.2.1 Bố trí trong mặt bằng :

Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 quy định :

 Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tới mép gần nhất phảilớn 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 = 15 cọc được bố trí theo dạng lưới vuông trên mặt bằng vàđược bố trí thẳng đứng trên mặt đứng, với các thông số :

+ Số hàng dọc theo phương dọc cầu là 5 Khoảng cách tim cáchàng cọc theo phương dọc cầu là 1000 mm

+ Số hàng dọc theo phương ngang cầu là 3 Khoảng cách tim cáchàng cọc theo phương dọc cầu là 1000 mm

+ Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả 2

50 mm

Chạy FB – Pier :

VI/ Kiểm toán móng cọc :

6.1 Kiểm toán theo TTGHCĐ:

6.1.1 Kiểm toán sức kháng đỡ dọc trục của cọc đơn:

Result Type Value Load Comb Pile*** Maximum pile forces ***

Max shear in 2 direction 0.1787E+02 KN 1 0 9 Max shear in 3 direction 0.2490E+02 KN 1 0 1 Max moment about 2 axis -0.8688E+01 KN-M 1 0 2 Max moment about 3 axis -0.7340E+01 KN-M 1 0 9 Max axial force -0.1178E+04 KN 1 0 1 Max torsional force 0.0000E+00 KN-M 0 0 0 Max demand/capacity ratio 0.5181E+00 1 0 3 *** Maximum soil forces ***

Max axial soil force 0.9824E+02 KN 1 0 1

Max lateral in X direction 0.1855E+02 KN 1 0 9 Max lateral in Y direction 0.2894E+02 KN 1 0 3 Max torsional soil force -0.1448E+00 KN-M 1 0 11Input File = "nguyenductiep " Analysis Run on 5-10-2012at 09:5Page 68

Công thức kiểm toán : Nmax + N  Ptk

6.1.2 Kiểm toán sức kháng đỡ dọc trục của nhóm cọc :

Công thức kiểm toán :

g1, g2 = Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc trong đất dính và đất rời.

đất rời.

a Đoạn nằm trong đất dính ( Lớp 1 và 2)

Sức kháng trụ tương đương ở phần đất dính )

Qg1 = min( Q1, Q2 )Với  = hệ số hữu hiệu.

Q2 = Sức kháng trụ tương đương ở phần đất dính.Ta có : Cao độ mặt đất sau xói là -1.8 m

Cao độ đáy bệ là 0.0 m

Do vậy sau khi xói lở, đáy bệ không tiếp xúc chặt chẽ với đất, đất trên bềmặt là mềm yếu, khi đó khả năng chịu tải riêng lẻ từng cọc phải được nhân với hệsố hữu hiệu, lấy như sau :

 = 0.65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2.5 lần đường kính  = 1 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đường kính Mà khoảng cách tim đến tim bằng 1000400 =2.5 D , do đó ta nội suy 

Q2 = (2 X +2Y)Z Su+XYNcSu

Trong đó:

X : Chiều rộng của nhóm cọc Y : Chiều dài của nhóm cọc Z : Chiều sâu của nhóm cọc

NC = 8.318 Xét 1 lớp nên Su=78 MPa

= 20853.93 KNDo vậy :

b.Đoạn nằm trong đất rời (Lớp 3):

= .Q3

Trong đó :  = Hệ số hữu hiệu lấy = 1  Sức kháng thân cọc của nhóm cọc ở lớp 3 QS3 = n.Qs3 = 15 x 220.480=3307.2KN

 Sức kháng mũi cọc của nhóm cọc ở lớp 3 Q

p = n.Qp = 15 x 4526.4 = 22896 KN

 Tổng sức kháng dọc trục của nhóm cọc nằm trong đất set Q3 = 26203.2KN

Do đó : Qg2 = .Q3 = 1 x 26203.2 = 26203.2 KN g2 = 0.56

Vậy sức kháng dọc trục của nhóm coc :

QRg= 0.65 x 8292.960 + 0.56 x 260203.2= 14823.504 KN >VC = 11627.922 KN => ĐẠT

Pu = 9CuB(L-1.5B) …… đất dính ( Lớp 1,2 và 3 )

Trong đó : Cu = cường độ chông cắt không thoát nước của đất L = chiều dài cọc ngập trong đất

B = đường kính hay cạnh của cọc

’ = bh - n = trọng lượng thể tích đất có hiệu Kp = tan2(45 + /2) hệ số áp lực đất bị động ;  : góc ma sát của đất rời

6.2 Kiểm toán theo trạng thái GHSD : 6.2.1 Kiểm toán chuyển vị ngang

Sử dụng phần mềm tính toán nền mong FB-PIER ta tính được chuyển vị theo các phương dọc cầu (X), phương ngang cầu (Y) lớn nhất như sau :

Result Type Value Load Comb Pile *** Maximum pile head displacements ***

Max displacement in axial 0.4257E-02 M 1 0 1 Max displacement in x 0.3606E-02 M 1 0 2 Max displacement in y 0.1491E-01 M 1 0 10 Kết luận chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cọc là :

Vậy đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang6.2.2 Kiểm toán chuyển vị thẳng đứng

Theo Quy trình TCN 272 – 05, để tính lún cho móng cọc trong đất ta sử

dụng vị trí móng tương đương Trong bài thiết kế này, ta sử dụng phương pháp

phân tầng cộng lún 1-Vị trí đặt móng tương đương:

Xem lớp đất tốt tính từ vị trí có số SPT  15 tại vị trí 13.2 m Db = -13.2 - (-26) = 12.8 m

Móng tương đương nằm cách mặt lớp đất tốt 1 đoạn 8.533 m => Cao độ móng tương đương là : -13.2 – 8.533 = -21.733 m Vậy móng tương đương đặt ở lớp 3

2 Kích thước móng tương đương : Chiều rộng móng tương đương

 Chiều dài móng tương đương :

Tải trọng phân bố đều đáy móng :

q = NA=11627.92210.9025 =1066.537 KN/m2 = 1.066 MPa

3 Tính độ lún của móng :

Chia đất thành nhiều lớp phân tố bởi các mặt cắt ngang, sao cho trongphạm vi mỗi lớp biểu đồ gia tăng ứng suất do tải trọng ngoài gây ra thay đổi khôngđáng kể và biến dạng lún ở mọi lớp đất phân tố xẩy ra như trong điều kiện khôngnở ngang tính lún của mổi lớp đất phân tố bằng tố công thức của bài toán nén lúnmột chiều độ lún của bằng tổng độ lún của các phân tố

Tọa độ tínhtừ biên trêncủa điểm tính

ứng suấthi (m)

Điểm so vớimóng tương

Nếu trong tầng đất cách đáy móng không sâu có một tầng cứng không lúnvùng chịu uốn lấy toàn bộ chiều dày lớp đất từ đáy móng đến tầng cứng Nếu chiều dày tầng cứng rất sâu thì vùng chịu nén đến một giới hạn nhấtđịnh

Tiến hành tính lún từng lớp phân tố bằng phương pháp áp dụng trực tiếp (2)

Trong đó

a0i : Hệ số nén lún tương đối ( m2/KN )ai : Hệ số nén lún ( m2/KN )

Mô men lớn nhất dùng để kiểm toán cốt thép Mtt = ( Mmax1, Mmax2 )

Mmax2 = momen lớn nhất của cọc theo sơ đồ treo cọc

Trọng lượng bản thân cọc được xem như tải trọng rải đều trên cả chiều

dài cọc : q = B2.bt = 0.452 x 24 = 4.86 KN/m

 Tính mô men lớn nhất của cọc theo sơ đồ cẩu cọc :+ Các móc cẩu đặt cách đầu cọc 1 đoạn :

a = 0.207.Ld = 0.207 x 9 = 1.863 m Chọn a = 1.85 m + Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ta có biểu đồ momen - Momen tại A và B

MA = MB = qa2/2 = 4.86 x 1.852/2 = 8.317 KNm (căng thớ trên)

- Momen tại C

MC = q.(Ld - 2a)2/8 – qa2/2 = 4.86 x(9 – 2 x 1.85)2/8 – 8.317 = 8.748 KNm ( căng thớ dưới )

MC = q.(Lc – b)2/8 – q.b2/2 = 4.86 x (9 – 2.65)2/8 – 17.065 = 7.431 KNm ( căng thớ dưới )

mm4

Vậy cọc không bị nứt

d Kiểm tra khả năng chịu uốn ngang trong quá trình

Nhận xét : Do cốt thép được bố trí đối xứng, mặt khác ta đã biết beetoong có cường độ chịu kéo nhỏ hơn nhiều so với cường độ chịu nén vì vậy trục trung hòa lệch về phía trên trục đối xứng.

Giả thiết cốt thép chịu nén chảy fs'=fs=f y

Phương trình cân bằng nội lực theo phương trụcTrong đó

As1 và As2 = Diện tích cốt thép chịu kéo (mm2)A’s = Diện tích cốt thép chịu nén (mm2) As1 = A’s = 3 x 387 = 1161 mm2