THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG

Sức chịu tải của cọc theo đất nền QR =ϕqp Qp + ϕqsQs Trong đó: Qp = sức kháng mũi cọc N Qs = sức kháng thân cọc N ϕqp = hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định cho trong B

Phần i

Báo cáo khảo sát địa chất công trình

Đặc điểm địa chất khu vực công trình xây dựng:

(Mô tả sơ bộ cấu tạo địa chất khu vực xây dựng nh: Các lớp đất, chiều dày và trạng thái của

đất)

nhận xét và kiến nghị:

(Nhận xét về khả năng chịu lực các lớp đất Kiến nghị chọn loại móng và đặt vào lớp đất nào)

Phần iI

thiết kế kỹ thuật

Bố trí chung công trình

(Đa bản vẽ bố trí chung công trình vào tờ giấy A4 tại đây)

lựa chọn kích thớc công trình

(Tiến hành lựa chọn các số liệu sau:

1 Kích th ớc và cao độ của bệ cọc:

• Cao độ đỉnh trụ

• Cao độ đỉnh bệ

• Bề dày bệ móng

• Cao độ đáy bệ

2 Kích th ớc và cao độ của cọc:

• Cao độ mũi cọc

• Chiều dài của cọc

• Đờng kính cọc

• Tổng chiều dài đúc cọc, và chia thành các chiều dài các đốt cọc

Lập số liệu các tổ hợp tải trọng thiết kế

1 Trọng l ợng bản thân trụ:

(Tiến hành tính thể tích trụ của các bộ phận trên đỉnh bệ của trụ ứng với MNTN)

2 Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN:

(Tiến hành tính các tải trọng: thẳng đứng, lực ngang và mô men đối với mặt cắt đỉnh bệ ứng với MNTN theo một chiều (dọc cầu hoặc ngang cầu) nh đề ra đã cho)

3 Lập bảng tổ hợp tải trọng:

Kết quả Cờng độ trên đợc đa vào bảng 2-1 để tiện theo dõi:

Bảng 2.1 : Tổ hợp tải trọng thiết kế tính với MNTN, đặt tại cao độ đỉnh bệ.

(Ghi chú: bảng này chỉ sử dụng để xác định số lợng cọc, còn khi kiểm toán các trạng thái giới hạn

dùng bảng 2-3) Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc

1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu:

Chú ý: Tính theo Sử dụng 22TCN272-05 nh ở môn Kết cấu bê tông

2 Sức chịu tải của cọc theo đất nền

QR =ϕqp Qp + ϕqsQs Trong đó:

Qp = sức kháng mũi cọc (N)

Qs = sức kháng thân cọc (N)

ϕqp = hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định cho trong Bảng 10.5.5-2 dùng cho

các phơng pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc

+ Đối với đất dính ϕqp= 070 λ v

+ Đối với đất cát theo phơng pháp SPT: ϕqp= 045 λ v

Trong đó: λv phụ thuộc phơng pháp kiểm tra cọc khi thi công,

ϕqs = hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc cho trong Bảng 10.5.5 -2 dùng cho các

phơng pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc

+ Đối với đất dính tính theo phơng pháp α: ϕqp= 070 λ v

+ Đối với đất cát theo phơng pháp SPT: ϕqp= 045 λ v

a Sức kháng ma sát

Qs = qs As

As = diện tích bề mặt thân cọc (mm2)

qs = sức kháng đơn vị thân cọc (MPa)

*) Đối với đất dính (tính theo phơng pháp α):

qs = α Su

ở đây:

Su = cờng độ kháng cắt không thoát nớc trung bình (MPa)

α = hệ số kết dính áp dụng cho Su (DIM), tra trong hình 10.7.3.3.2a-1- Các đờng cong thiết kế về hệ số kết dính cho cọc đóng vào đất sét (theo Tomlinson, 1987) của Sử dụng 22TCN272-05

Lập thành bảng dạng nh sau:

Tên lớp Chiều dày Chu vi

cọc

Cờng độ kháng cắt

Hệ số Ma sát

bề mặt

Tổng ma sát bề mặt

1

2

Tổng cộng ma sát bề mặt Qs

*) Đối với đất cát và bùn không dẻo

ở đây:

qs = ma sát đơn vị bề mặt cho cọc đóng (MPa)

N = số đếm búa SPT trung bình (cha hiệu chỉnh) dọc theo thân cọc (Búa/300mm)

Lập thành bảng dạng nh sau:

Tên lớp Độ sâu Chỉ số

SPT

Chiều dày

Chu vi cọc

Số SPT trung bình

Ma sát bề mặt

Tổng ma sát bề mặt

1

2

Tổng cộng ma sát bề mặt Qs

b Sức kháng mũi cọc:

Qp = qp Ap Trong đó:

Ap = diện tích mũi cọc (mm2)

qp = sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa)

*) Đối với đất dính:

qp = 9 Su

Su = cờng độ kháng cắt không thoát nớc của sét gần chân cọc (MPa)

Lập thành bảng dạng tơng tự nh trên:

*) Đối với đất cát và bùn không dẻo

D

D N 038 , 0

p = ≤ với:

































′

=

σ

92 , 1 log 77 ,

ở đây:

Ncorr = số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ, σ′ (Búa/300mm)

N = số đếm SPT đo đợc (Búa/300mm), lấy số SPT tại mũi cọc

D = chiều rộng hay đờng kính cọc (mm)

Db = chiều sâu xuyên trong tầng chịu lực (mm)

q = sức kháng điểm giới hạn tính bằng 0,4 Ncorr cho cát và 0,3 Ncorr cho bùn không dẻo (MPa)

σ′ = ứng suất hữu hiệu thẳng đứng (MPa), đợc tính tơng tự nh đối với đất dính ở trên

3 Sức kháng tính toán của cọc đơn

) P

; P min(

Ptt = vl dn

Chọn số lợng cọc và bố trí cọc trong móng

1 Tính số l ợng cọc

Số lợng cọc sơ bộ đợc tính theo công thức sau:

tt

tt c

P

N

n ≥ Sau đó chọn số cọc thiết kế

2 Bố trí cọc trong móng

a) Bố trí cọc trong móng:

Các cọc đợc bố trí theo hình thức lới ô vuông trên mặt bằng và hoàn toàn thẳng đứng trên mặt đứng, với các thông số thoả mạn các điều kiện về bố trí cọc trong móng (xem bài cấu tạo móng cọc):

b) Kích th ớc bệ cọc sau khi bố trí :

Tiến hành tính lại các kích thớc của bệ móng BxL

c) Tính thể tích bệ cọc:

3 Chuyển tổ hợp tải trọng về đáy bệ

(Tiến hành tính tôt hợp lực Sử dụng và Cờng độ tác dụng tại đáy móng)

Bảng 2.3 : Tổ hợp tải trọng thiết kế tính đến MNTN tại cao độ đáy bệ.

(Ghi chú: Bảng tải trọng 2-3 dùng cho phần kiểm toán móng cọc theo các trạng thái giới hạn)

Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cờng độ I

1 Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn

a) Tinh nội lực tác dụng lên đầu cọc:

b) Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn:

tt

P N

Nmax +∆ ≤ Trong đó:

Ptt: Sức kháng tính toán chịu nén của cọc đơn

∆N: Trọng lợng bản thân cọc

Nmax: Nội lực tác dụng lớn nhất lên 1 cọc (kết quả tính toán bằng phần mềm FB-pier hoặc các phần mềm tơng tự)

2 Kiểm toán sức kháng dọc trục nhóm cọc

g g R

V ≤ =ϕ Trong đó:

VC = tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số

QR = sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc

ϕg = các hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc

Qg = sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc, xác đinh nh sau:

a) Đất dính:

Qg=min{η xΤổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn; sức kháng trụ tơng đơng}

Trong đó : η : hệ số hữu hiệu lấy nh sau:

Nếu nh bệ cọc không tiếp xúc chặt chẽ với đất, và nếu đất trên bề mặt là mềm yếu khả năng chịu tải riêng rẽ từng cọc phải đợc nhân với hệ số hữu hiệu η, đợc lấy nh sau:

 η = 0.65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2,5 lần đờng kính,

 η = 1.0 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đờng kính,

Đối với các khoảng cách trung gian, giá trị của η có thể đợc xác định bằng nội suy tuyến tính

Theo AASHTO, móng (trụ) khối tơng đơng để kiểm tra phá hoại khối thờng áp dụng đối với

nhóm cọc trong đất dính

Cho một nhóm cọc có chiều rộng X, chiều dài Y, và chiều sâu Z nh hình 56 dới đây, sức kháng

đỡ của phá hoại khối, tính theo (N), sẽ là:

Q = 2 +2 + (105)

Trong đó :

Khi ≤2.5

X

Z











 +











 +

=

X

Z Y

X

N C 5 1 0.2 1 0.2

hi ≥2.5

X

Z











 +

=

Y

X

N C 7.5 1 0.2

Hình - Tác động của nhóm cọc nh

một móng khối

u

S = cờng độ chịu cắt không thoát nớc trung bình dọc theo chiều sâu của cọc (MPa)

Su = cờng độ chịu cắt không thoát nớc tại đáy móng (MPa)

b) Đất rời:

Qg=η xΤổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn.

Trong đó : η : hệ số hữu hiệu lấy =1

Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng

1 Xác định độ lún ổn định :

a) Công thức xác định:

Lún của móng cọc trong đất rời

60 1

30

N

B I q

Trong đó: Ι=1−0,125 , ≥0,5

B

D

q = áp lực móng tĩnh tác dụng tại 2Db/3 cho tại móng tơng đơng áp lực này bằng với

tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhóm đợc chia bởi diện tích móng tơng đơng và không bao gồm trọng lợng của các cọc hoặc của đất giữa các cọc (MPa)

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

ρ = độ lún của nhóm cọc (mm)

I = hệ số ảnh hởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm

D′ = độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2Db /3 (mm)

Db = độ sâu chôn cọc trong lớp chịu lực (mm)

N160 = giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh đối với cả ứng suất tổng và hiệu suất có

hiệu của búa

N160 = CN.N60 N60 = (ER/60%).N

101.92/ log

77

N

C = σ và CN < 2.0

N = số nhát búa cha hiệu chỉnh (Búa/300mm)

N60 = Số nhát búa dã hiệu chỉnh cho hiệu suất của búa (nhát/300mm)

σ′v = ứng suất thẳng đứng hữu hiệu (MPa)

Có thể dự tính độ lún đàn hồi của các móng trên nền đất không dính theo công thức sau:

z s

2 0 e

E

A v 1 q S

β

-trong đó:

q0 = cờng độ tải trọng (MPa)

A = diện tích móng (mm2)

Es = mô đun Young của đất lấy theo kết quả thí nghiệm trong phòng (MPa)(có thể

lấy bằng Eo)

βZ = hệ số hình dạng lấy theo quy định

v = hệ số Poisson lấy theo quy định

Lún của móng cọc trong đất dính

Tùy thuộc trạng thái ban đầu của đất là quá cố kết, cố kết bình thờng hoặc dới cố kết

để có công thức tính nh sau:

• Đối với đất quá cố kết ban dầu ( nghĩa là σ′ p > σ′ o ),



























+











 +

p

' f c ' o

' p cr o

e 1

H

σ

σ σ

σ

• Đối với đất cố kết thông thờng ban đầu ( nghĩa là σ/ p = σ′ o)





































 +

p

' f c o

log C e 1

H

C

σ σ

• Đối với đất cha cố kết hoàn toàn ban đầu (nghĩa là σ′ p < σ′ o)







































 +

pc

' f c o

c c

σ

σ log C e 1

H S

Trong đó:

Hc = chiều cao của lớp đất chịu nén (mm)

e0 = tỷ số rỗng tại ứng suất thẳng đứng hữu hiệu ban đầu

Ccr = chỉ số nén ép lại, đợc xác định từ thí nghiệm

Cc = chỉ số nén ép , đợc xác định từ thí nghiệm

σ′

p = ứng suất hữu hiệu thẳng đứng lớn nhất quá khứ trong đất tại điểm

giữa của lớp đất đang xét (MPa)( còn gọi là áp lực tiền cố kết)

σ′

o = ứng suất thẳng đứng hữu hiệu ban đầu trong đất tại điểm giữa của

lớp đất đang xét (MPa)

σ′

f = ứng suất thẳng đứng cuối cùng hữu hiệu trong đất tại điểm giữa của

lớp đất đang xét (MPa), σ′ f=σ′ o+∆σ', với ∆σ là thành phần ứng suất có

hiệu do tải trọng ngoài gây ra

σ′

pc = ứng suất hữu hiệu thẳng đứng hiện có trong đất không bao gồm ứng

suất tăng thêm do tải trọng móng, tại điểm giữa lớp đất đang xét

(MPa)

Trình tự tính toán độ lún của đất dính nh sau:

(1) Xác định ứng suất có hiệu do trọng l ợng bản thân các lớp đất theo chiều sâu,tính đến trọng tâm của lớp đất

=

= n

h

1 0

σ

dni

γ : là trọng lợng thể tích đẩy nổi của đất

(2) Xác định ứng suất gia tăng do tải trọng ở trạng thái sử dụng gây ra

tải trọng tác dụng tại độ sâu 2Db/3 Tải trọng phân bố theo đờng 2:1 theo móng tơng đơng

nh hình vẽ

Độ tăng ứng suất có hiệu tại giữa lớp đất do tải trọng ngoài gây ra

) ).(

(

'

i g i

B

V

+ +

=

∆σ

Trong đó:

'

σ

V: tải trọng thẳng đứng theo trạng tháI giới hạn sử dụng

Zi: khoảng cách từ vị trí 2Db/3đến trọng tâm lớp đất cần tính

Soánh σ′

o và σ′ p để biết là đất ở điều kiện cố kết thông thờng, cha cố kết hoặc quá cố kết

Tên

lớp

Chiều

dày

Lớp

đất

Chỉ

số nén

Chỉ

số nén lại

áp lực tiền

cố kết

Hệ số rỗng ban

đầu

ứng suất

có hiệu

do trọng lợng đất gây ra

ứng suất có hiệu do tải trọng ngoài gây ra

ứng suất thẳng

đứng cuối cùng hữu hiệu

Độ lún cố kết của lớp thứ i

(1)

Cc

(2)

Cr (3)

σ ′

p

(4)

eo (5)

σ ′

o

(6)

∆σ

(7)

σ ′

f

(8)=(6)+(7 )

S ci

1

2

Tổng cộng

Chú ý:

Khi đất cố kết thông thờng (σ′ o=σ′ f)có thể tính nh sau:







 +

=













































+

0

' 0 c o

' p

' f c o

log C e

1

H log

C e

1

H

C

σ

' σ

σ

2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc

Điều kiện u ≤ 38mm

Trong đó : u - là chuyển vị ngang của đỉnh cọc, lấy từ kết quả tính nội lực đầu cọc

Cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc tính mối nối thi công cọc

1 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc:

a) Tính mômen theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc:

* Mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép:

) M

; M

max(

Mtt = max(1) max(2)

Trong đó:

Mmax(1): Mô men trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc

Mmax(2): Mô men trong cọc theo sơ đồ treo cọc

b) Tính l ợng cốt thép cần thiết:

(Theo môn học Kết cấu bê tông)

y

c s

f

adf

A = 0.85

Trong đó:

As = diện tích cốt thép chịu kéo cần thiết (mm2)

fy = giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa)

ds = khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo (mm)

A's = diện tích cốt thép chịu nén (mm2)

y

f′ = giới hạn chảy của cốt thép chịu nén (MPa)

d's = khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén (mm)

c

f′ = cờng độ chịu nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa)

β1 = hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất quy định trong Điều 5.7.2.2 nh sau:















≥

≤

≤







−

≤

=

Mpa f

khi

Mpa f

Mpa khi

f

Mpa f

khi

c

c c

c

56 65

0

56 28

7

28 05

0 85 0

28 85

0

'

' '

'

1 β

a = cβ1 ; Chiều dày của khối ứng suất tơng đơng (mm)

A d d

trong đó:

d f

M A

c

n

' 85 0

=

d e : Chiều cao có hiệu (chiều cao làm việc) của cọc, có thể lấy: d e =(0.8ữ0.9)d hoặc d e =d-d 1 với d 1 kà trọng tâm cốt thép chịu kéo đến thớ chịu kéo của dầm.

ϕtt

M

ϕ: Hệ số sức kháng quy ớc (với cấu kiện chịu uốn ϕ=0.9)

c) Chọn đ ờng kính cốt thép dọc của cọc và bố trí vào mặt cắt ngang cọc

2 Bố trí cốt thép đai cho cọc:

(Do cọc chịu lực cắt nhỏ nên không cần Cờng độ cốt thép đai mà chỉ cần bố trí theo yêu cầu cấu tạo)

Phần iIi

Bản vẽ

Yêu cầu các bản vẽ

1 Bản vẽ Bố trí chung :

- Đa ra đợc 3 hình chiếu của trụ cầu (mặt chính, mặt bằng, chiếu cạnh)

- Trong mỗi hình chiếu đều phải có đầy đủ các kính thớc: kính thớc chi tiết và kích thớc tổng)

- Quy cách viết chữ trong bản vẽ, đờng gióng kích thớc phải thống nhất trong 1 bản vẽ

và thống nhất với các bản vẽ còn lại

2 Bản vẽ cốt thép cọc

- Thể hiện sơ đồ chia đốt cọc

- Thể hiện mặt chính của các đốt cọc và các mặt cắt ngang thể hiện cọc

- Các yêu cầu về ghi kích thớc và chữ viết nh ở bản vẽ Bố trí chung

3 Bản vẽ mối nối cọc

- Thể hiện mặt chính của mối nối cọc và các mặt cắt ngang thể hiện chi tiết

- Các yêu cầu về ghi kích thớc và chữ viết nh ở bản vẽ Bố trí chung

4 Bản vẽ cốt thép bệ

- Đa ra đợc 3 mặt cắt cơ bản của bệ

- Các yêu cầu về ghi kích thớc và chữ viết nh ở bản vẽ Bố trí chung

Ghi chú

1 Các số liệu đợc vẽ trong bản vẽ phải là kết quả của bản tính đa lại

2 Các bản vẽ phải đợc vẽ theo tỷ lệ nhất định để hợp lý trong bản vẽ, phải vẽ đúng kích thớc của nó

Một số chú ý khi tính toán bằng phần mềm FB-pier để xác định nội lực của cọc

1 Trong menu Problem chọn Pile and Cap only

2 Trong menu Pile and Cap

+ Xác định vi trí cọc bằng tọa độ x, y.(Ví dụ nh hình vẽ số cọc theo trục x là 4 và số cọc theo trục y là 3)

+ Cao độ mũi cọc: Tip Elev: -25m

+ Có thể chọn cọc theo ô Pile/Shaft type:

• Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn: vào phần Precast: chọn đờng kính cọc

d=30-45cm

• Cọc khoan nhồi: Drilled Shaft

+ Có thể sửa đổi mặt cắt cọc bằng phần Edit cross section:

• Vào section dimentions để thay đổi kích thớc cọc nh chiều dài(length), chiều rộng(width) và chiều dày(depth)

• Thay đổi cốt thép cọc vào phần Edit section contents :

 Chỉ dùng phần group 1 và group 2 ( ví dụ 8 thanh cốt thép dọc)

 Điền vào diện tích mặt cắt ngang của cốt thép dọc: Bar Area

 Khoảng cách giữa cốt thép dọc : Start 2 coord

3 Trong menu Soil

+ Đất dính: Cohesive:

• Điền giá trị sức kháng cắt không thoát nớc(Undrained shear strength)

• Trọng lợng thể tích(Unit)

• Mô hình tơng tác giữa cọc- đất có thể chọn theo hình vẽ(đối với cọc đóng)

• Cao độ mực nớc và các cao độ của lớp đất(đỉnh lớp và đáy lớp)

+ Đất rời: Cohesionless

4 Trong menu Load( Gán tải trọng)

g + Trong cửa sổ 3D view chọn vị trí gán tải trọng

+ Chú ý:

• Đối với phơng dọc cầu

 Tải trọng thẳng đứng Z (Z load)

 Tải trọng ngang Y (Y load)

 Mô men Mx(moment about X)

• Đối với phơng ngang cầu

 Tải trọng thẳng đứng Z (Z load)

 Tải trọng ngang X (X load)

 Mô men My(moment about Y)

4 Chạy chơng trình và xuất các kết quả