nền móng

Thiết kế mơn học Nền Móng Bộ mơn Địa k thut Mục lục PHầN I Báo cáo khảo sát địa chất công trình I Cấu trúc địa chất đặc điểm lớp đất II Nhận xét kiến nghị PHÇN II ThiÕt kế kĩ thuật I Lựa chọn kích thớc công trình 1.1 Lùa chọn kích thớc cao độ bệ cọc 1.2 Chän kÝch thớc cọc cao độ mũi cọc .7 II Lập tổ hợp t¶i träng ThiÕt kÕ .7 2.1 Trọng lợng thân trụ 2.1.1 Tính chiều cao thân trụ7 2.1.2 Thể tích toàn phần (không kĨ bƯ cäc) .8 2.1.2 Thể tích phần trụ ngập nớc (không kể bệ cäc) 2.2 LËp c¸c tỉ hợp tải trọng thiết kế với MNTN 2.2.1 Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu TTGHSD 10 2.2.2 Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu TTGHCĐ 10 iii Xác định sức chịu t¶i däc trơc cđa cäc 10 3.1 Søc kh¸ng nÐn däc trơc theo vËt liƯu PR 11  Bè trÝ cèt thÐp cäc…………………………………………………… 11  Søc kh¸ng nÐn däc trơc theo vËt liƯu PR………………………………… 11 3.2 Søc kháng nén dọc trục theo đất QR 11 3.2.1 Sức kháng thân cäc Qs 11 3.2.2 Søc kh¸ng mịi cäc Qp……… .14 3.3 Søc kh¸ng däc trục cọc đơn 15 iV chọn số lợng cọc bè trÝ cäc mãng 15 4.1 TÝnh sè lỵng cäc …………………… .15 4.2 Bè trÝ cäc mãng……………… .15 4.2.1 Bè trÝ cọc mặt 15 4.2.2 TÝnh thĨ tÝch bƯ……… 16 4.3 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ 16 4.3.1 Tæ hỵp hỵp träng ë TTGHSD 16 4.3.2 Tỉ hỵp hỵp träng ë TTGHC§ .16 V kiểm toán theo Trạng thái giới hạn cờng độ I 17 5.1 KiĨm to¸n søc kh¸ng däc trục cọc đơn 17 5.1.1 Tính nội lực tác dụng đầu cọc .17 5.1.2 KiĨm to¸n sức kháng dọc trục cọc đơn 17 5.2 KiĨm to¸n søc kh¸ng däc trơc cña nhãm cäc 18  Víi ®Êt dÝnh…………………………………………………………… 21 Thiết kế mơn học Nền Móng Bộ mơn Địa – kỹ thuật  Xác định Qg1 22 Xác định Qg2 22 VI kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng 23 6.1 Xác định độ lún ổn định 23 6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang đỉnh cọc 30 VII cêng ®é cèt thÐp cho cäc vµ bƯ cäc 31 7.1 TÝnh vµ bè trÝ cèt thÐp däc cho cäc 31 7.1.1 Tính mô men theo sơ đồ cÈu cäc vµ treo cäc 31 7.1.2 TÝnh vµ bè trÝ cèt thÐp däc cho cäc .32 7.2 Bè trÝ cèt thÐp ®ai cho cäc……… 35 7.3 Chi tiÕt cèt thÐp cøng mòi cäc 36 7.4 Lới cốt thép đầu cọc 36 7.5 Vµnh ®ai thÐp ®Çu cäc…………… 36 7.6 Cèt thÐp mãc cÈu…………… 36 vIII mèi nèi thi c«ng cäc………… .37 PHầN Iii Bản vẽ PHN I BO CO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH Thiết kế mơn học Nền Móng Bộ mơn Địa – kỹ thuật Cấu trúc địa chất khu vực xây dựng Mô tả sơ cấu tạo địa chất khu vực: Tại lỗ khoan BH1, khoan xuống cao độ - 34m, gặp lớp đất sau:  Lớp 1: Lớp lớp bùn sét, có màu xám, xám đen, lẫn hữu Chiều dày lớp xác định BH1 11.30 m, cao độ mặt lớp 0.00m, cao độ đáy -11.30 m Lớp đất có độ ẩm W = 59.1%, độ bão hòa S r = 98.4% Lớp đất trạng thái chảy, có độ sệt IL = 1.14  Lớp 2: Lớp lớp sét màu xám vàng, trạng thái dẻo cứng, phân bố lớp Chiều dày lớp 15.40m, cao độ mặt lớp -11.30m, cao độ đáy -26.70m Lớp đất có độ ẩm W = 29.7%, độ bão hòa Sr = 98.8% Lớp đất trạng thái chảy, có độ sệt IL = 0.33  Lớp 3: Lớp thứ gặp BH1 lớp sét, màu xám vàng, xám xanh, nâu đỏ loang lổ, trạng thái nửa cứng, phân bố lớp Chiều dày lớp 13.3 m, cao độ mặt lớp -26.7 m, cao độ đáy lớp -34.00 Lớp đất có độ ẩm W = 21.5%, độ bão hòa Sr = 97.2% Lớp đất trạng thái chảy, có độ sệt IL = 0.14 Nhận xét kiến nghị Theo tài liệu khảo sát địa chất cơng trình, phạm vi nghiên cứu qui mơ cơng trình dự kiến xây dựng, em xin có số nhận xét kiến nghị sau: • Nhận xét: + Điều kiện địa chất cơng trình phạm vi khảo sát nhìn chung phức tạp, có nhiều lớp đất phân bố thay đổi phức tạp + Lớp đất số lớp đất yếu số xuyên tiêu chuẩn sức chịu tải nhỏ, lớp 2, có trị số SPT sức chịu tải cao (Lớp 2: IL = 0.33; SPT > 15; Lớp 3: IL = 0.14, SPT cao) + Lớp đất số dễ bị lún sụt xây dựng trụ cầu • Kiến nghị + Với đặc điểm địa chất cơng trình đây, nên sử dụng giải pháp móng cọc ma sát BTCT cho cơng trình cầu lấy lớp đất số làm tầng tựa cọc + Nên cọc ngập sâu vào lớp đất số để tận dụng khả chịu ma sát cọc Thiết kế mơn học Nền Móng Bộ mơn Địa – kỹ thuật PHẦN II THIẾT KẾ KĨ THUẬT Thiết kế mơn học Nền Móng Bộ mơn Địa – kỹ thuật Lựa chọn kích thước cơng trình bố trí cọc móng 1.1 Lựa chọn kích thước cao độ bệ móng, mũi cọc 1.1.1 Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT) Vị trí xây dựng trụ cầu xa bờ phải đảm bảo thông thuyền thay đổi mực nước MNCN MNTN tương đối cao Xét điều kiện mỹ quan sông, ta chọn giá trị cao độ sau: MNCN + 1m  Cao độ đỉnh trụ CĐĐT chọn sau: max   − 0.3m MNTT + H tt  Trong đó: + MNCN: Mực nước cao nhất, MNCN =5,4m + MNTT: Mực nước thông thuyền + H tt : Chiều cao thông thuyền Ở theo số liệu cho sơng khơng thơng thuyền Ta có :  CĐĐT = 5,4 + – 0,3 = 6,1m Vậy: CĐĐT = + 6,1 m 1.1.2 Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB) CĐĐB ≤ MNTN – 0,5 m MNTN = 1,8 m  CĐĐB ≤ 1,8 - 0,5 = 1,3 m Vậy Chọn cao độ đỉnh bệ là: CĐĐB = + 1m 1.1.3 Cao độ đáy bệ Cao độ đáy bệ = CĐĐB - Hb Trong đó: Hb lµ chiều dày bệ móng (Hb =1,5m ÷ 2m ) Chọn Hb = m  Cao độ đáy bệ = 1,0 – 2,0 = - 1,0 m Thiết kế môn học Nền Móng Bộ mơn Địa – kỹ thuật Dọc cầu Ngang cầu 800 170 60 80 +6,8(CĐĐT) +5,1(MNCN) 440 25 120 25 +3.20(MNTT) +1.80(MNTN) 185 170 170 +1.00(C§§B) 200 0.00(C§§AB) 200 185 -1.00(C§§AB) -2.10(M§SX) 50 3@120=360 460 50 Hình 2: Tổng hợp thơng số thiết kế Vậy chọn thông số thiết kế sau: Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 6,8 m Cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = + 1,0 m Cao độ đáy bệ là: CĐĐAB = - 1,0 m Bề dầy bệ móng: Hb = m Chiều dày mũ trụ: CDMT = 0,8+0,6 = 1,4m 1.1.4 Chọn kích thước cao độ mi cc Theo tính chất công trình cầu có tải trọng truyền xuống móng lớn, địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 26,7m tầng đá gốc, nên chọn giải pháp móng móng cọc ma sát BTCT Chn cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thước 0,45x0,45m; đóng vào lớp số lớp sét trạng thái nửa cứng Ngoài mũi cọc đặt vào lớp đất chịu lực tối thiểu 5d Vậy, chọn cao độ mũi cọc – 30,00m Như cọc đóng vào lớp đất có chiều sâu 7,3m  Chiều dài cọc (Lc) xác định sau: Lc = CĐĐB - Hb - CĐMC Lc = 1.0 - 2.0 - (- 30.00) = 29.00 m Trong đó: CĐĐB = 1.0 m: Cao độ đỉnh bệ Hb = 2.0 m: Chiều dày bệ móng Thiết kế mơn học Nền Móng CĐMC  Kiểm tra: Bộ mơn Địa – kỹ thuật = - 30.0 m: Cao độ mũi cọc Lc 30 = = 66,7 ≤ 70 d 0.45 => Thoả mãn yêu cầu độ mảnh  Tổng chiều dài đúc cọc là: L cd = Lc + 1m = 29 + 1m = 30 m Cọc tổ hợp từ đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 30 m = 3x10m Như hai đốt thân cọc chiều dài 8m đốt mũi có chiều dài 8m Các đốt cọc nối với hàn q trình thi cơng đóng cọc Lập tổ hợp tải trọng tác đỉnh bệ với MNTN 2.1 Tính tốn thể tích trụ 2.1.1 Tính chiều cao thân trụ Chiều cao thân trụ Htr: Htr = CĐĐT - CĐĐB - CDMT Htr = 6,8 – 1,0 – 1,4 = 4.4m Trong đó: Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 6,8 m Cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = + 1,0 m Chiều dày mũ trụ: CDMT = 0,8 + 0,6 = 1,4m 2.1.2 Thể tích tồn phần (khơng kể bệ cọc) NGANG CÇU DäC CÇU No Mo Ho 170 80 V1 800 60 V2 150 120 25 25 25 V3 230 25 450 Hình 3: Phân chia tính thể tích trụ 150 Thiết kế mơn học Nền Móng Bộ mơn Địa – kỹ thuật Thể tích trụ tồn phần Vtr: Vtr = V1 + V2 + V3 = 2.1.2 Thể tích phần trụ ngập nước (khơng kể bệ cọc) Thể tích trụ tồn phần Vtn : Vtn = Str x (MNTN - CĐĐB) Trong đó: MNTN = +1,8 m: Mực nước thấp CĐĐB = +1,0 m: Cao độ đỉnh bệ Str: Diện tích mặt cắt ngang thân trụ, m2 2.2 Lập tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN Tiến hành Tính tải trọng: thẳng đứng lực ngang mơmen mặt cắt đỉnh bệ ứng với mặt cắt tự nhiên Đề cho ta Tải trọng TTGHSD ta phải tiếp tục tính TTGHCĐ Bảng 1: Tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN T¶i träng - Tĩnh tải thẳng đứng Đơn vị kN TTGHSD 5500 - Hoạt tải thẳng đứng kN 2800 H oh - Hoạt tải nằm ngang kN 110 KN.m 1000 N ot N oh M o - Hoạt tải mômen H s tải trọng: Hoạt tải: n = 1,75 Tĩnh tải: n = 1,25 γbt = 24,50 (kN/m3): Trọng lượng riêng bê tông γn= 9,81 (kN/m3): Trọng lượng riêng nước 2.2.1 Tổ hợp tải trọng theo phương dọc TTSD SD  Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu: Ntc N tcSD = N ho + ( N to + γ bt × Vtr ) − γ n × Vtn Thiết kế mơn học Nền Móng Ntc SD Bộ môn Địa – kỹ thuật =2800+(5500+24,50.39,91)-9,81x4,07=8324,48(KN)  Tải trọng ngang tiêu chuẩn dọc cầu: o Htc= H =110 (KN)  Mômen tiêu chuẩn dọc cầu: M tcSD = M o + H ho × (CĐĐT – CĐĐB) SD Mtc =1000+110x(6,8-1,0)=1638(KN.m) 2.2.2 Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu TTGHCĐ  Tải trọng thẳng đứng tính tốn dọc cầu N ttCD = 1.75 × N ho + 1.25 × ( N to + γ bt × Vtr ) − γ n × Vtn CD Ntt =1,75x2800+1,25x(5500+24,5.39,91)-9,81.4,07=12957,3(KN)  Tải trọng ngang tính tốn dọc cầu: H tt CD = 1,75x H ho = 1,75x110 =192,5 kN  Mômen tính tốn dọc cầu: M ttCD = 1.75 × M o + 1.75 × H ho × (CĐĐT – CĐĐB) Mtt CD =1,75x1000+1,75x110x(6,8-1,0) = 2866,5(KN) Bảng 2: Tổng hợp tải trọng tác dụng theo phương dọc cầu với MNTN Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng kN 8324,48 12957,3 Tải trọng ngang kN 110 192.5 Mômen kN.m 1638 2866,5 Xác định sức kháng nén dọc trục cọc đơn 3.1 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu Chọn vật liệu Thiết kế môn học Nền Móng Bộ mơn Địa – kỹ thuật + Cọc bê tông cốt thép + Tiết diện cọc hình vng: 0,45m x 0,45m + Bê tơng có fc' = 28MPa + Thép ASTM A615, có fy = 420 MPa 450 50 2@175=350 50  Bố trí cốt thép cọc + Cốt chủ : Chọn 8#22, bố trí xuyên suốt chiều dài cọc + Cốt đai : Chọn thép ∅ 50 2@175=350 50 450 Hình Mặt cắt ngang cọc BTCT  Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu PR Dùng cốt đai thường, ta có: PR = ϕxPn = ϕx 0.8x{0.85x fc' x(Ag – Ast) + fyxAst} Trong đó: ϕ : Hệ số sức kháng bê tông, ϕ = 0,75 fc' : Cường độ nén quy định bê tông tuổi 28 ngày (MPa) fy : Giới hạn chảy tối thiểu quy định cốt thép (MPa) Ag : Diện tích mặt cắt nguyên cọc, Ag = 450x450 = 202500mm2 Ast: Diện tích cốt thép, Ast = 9x387=3483mm2 Vậy: PR = 0.75x0.8x{0.85x28x(2025000– 3483) + 420x3483} ≈ 3719,67KN 3.2 Sức kháng nén dọc trục theo đất QR 10 Thiết kế môn học Nền Móng Bộ mơn Địa – kỹ thuật Kiểm tốn móng theo TTGHSD 6.1 Xác định độ lún ổn định 6.1.1 Xác định ứng suất có hiệu trọng lượng thân lớp đất theo chiều sâu, tính đến trọng tâm lớp đất tính lún Với mục đích tính tốn độ lún nhóm cọc, tải trọng giả định tác động lên móng tương đương đặt 2/3 độ sâu chôn cọc vào lớp đất chịu lực (2D b/3) Tải trọng phân bố theo đường 2:1 theo móng tương đương hình vẽ Hình Mơ hình quy đổi sang móng tương đương Db tính từ lớp đất chịu lực, theo tài liệu khảo sát địa chất lớp lớp xấu, có lớp 2, lớp tốt, lớp chịu lực Độ sâu lớp (lớp chị lực) (tức từ lớp tốt) là: -11,3 m Như Db= - 11,3 – (-30) = 18,7 m ⇒ 2Db/3 = 12,46 m Như móng tương đương nằm lớp 2, cách đáy lớp là: (15,40 – 12,47) = 2,93 m Lớp đất tính lún bên móng tương đương, có chiều dày hình vẽ 22 Thiết kế mơn học Nền Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật +1.80(MNTN) A 0.00(CÐMÐ) L?p Bùn sét -11.3 L?p Sét - D?o c?ng 2,93 6,23 Db=18,7 12,47 B C D E F 26.7 L?p Sét C? ng Hình 10 Phân chia lớp tính lún Ứng suất có hiệu trọng lượng thân lớp đất theo chiều sâu xác định sau: σ'o = σ z − σ u Trong : σz : Ứng suất tổng σ u : Áp lực nước lỗ rỗng ứng với MNTN = 1,8 m hw : độ sâu so với MNTN hw= Zi + 23 Thiết kế môn học Nền Móng Bộ mơn Địa – kỹ thuật Bảng 5: Ứng suất có hiệu điểm trọng lượng thân Ứng suất (KN/m2) Điểm Trọng lượng thể tích γi A B C D E E1 E2 E3 F E4 E5 E6 E7 E8 16.3 16.3 18.8 18.8 18.8 19,3 19,3 19,3 19,3 19,3 19,3 19,3 19,3 19,3 Độ sâu Zi (m) 11.30 23,77 25,235 26,7 27,7 28,7 29,7 30,35 30,7 31,7 32,7 27,7 28,7 ∆Z i = Zi+1-Zi (m) 11.30 12.47 1.465 1.465 1 0,65 1 0,35 Ứng suất tổng ∆σ z σz 184.2 234.4 27.54 27.54 19.3 19.3 19.3 12.55 6.755 19.3 19.3 19.3 19.3 17,658 436.28 463.83 491.37 518.91 538.21 557.51 576.81 589.36 596.11 615.41 634.71 654.01 673.31 Vậy, ứng suất có hiệu lớp đất tính lún là: Lớp đất thứ 1: σ'o1 = 265.21kN/m2 Lớp đất thứ 2: σ 'o = 315.39kN/m2 24 Áp lực nước lỗ rỗng Ứng suất có hiệu σ'o σ u = γ n hw = γ n ( Z i + 2) = σ − σ z u 17,658 128.51 250.84 265.21 279.59 289.4 299.21 309.02 315.39 318.83 328.64 338.45 348.26 358.07 307.77 212.98 226.15 239.33 248.82 258.31 267.8 273.96 277.29 286.78 296.27 305.76 315.25 Thiết kế mơn học Nền Móng Bộ mơn Địa – kỹ thuật 6.1.2 Xác định ứng suất gia tăng tải trọng trạng thái giới hạn sử dụng gây Độ tăng ứng suất có hiệu lớp đất tải trọng trạng thái sử dụng gây xác định theo công thức sau : V ∆σ '= F F = Atđ Btđ = ( B g + 2.z i tgα ).( Lg + 2.z i tgα ) Ta có : tgα = ' => ∆σ = V (B g + z i )(L g + z i ) Hình 11 Minh họa quy đổi vùng diện tích điểm tính ứng suất có hiệu Trong : ∆σ' : Độ tăng ứng suất có hiệu lớp đất tải trọng gây V: Tải trọng thẳng đứng theo trạng thái giới hạn sử dụng, V = 9432,69 KN Bg: Chiều rộng mặt nhóm cọc (=X) 25 ... PHẦN II THIẾT KẾ KĨ THUẬT Thiết kế môn học Nền Móng Bộ mơn Địa – kỹ thuật Lựa chọn kích thước cơng trình bố trí cọc móng 1.1 Lựa chọn kích thước cao độ bệ móng, mũi cọc 1.1.1 Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT)... 2Db/3 = 12,46 m Như móng tương đương nằm lớp 2, cách đáy lớp là: (15,40 – 12,47) = 2,93 m Lớp đất tính lún bên móng tương đương, có chiều dày hình vẽ 22 Thiết kế mơn học Nền Móng Bộ mơn Địa – kỹ... (- 30.00) = 29.00 m Trong đó: CĐĐB = 1.0 m: Cao độ đỉnh bệ Hb = 2.0 m: Chiều dày bệ móng Thiết kế mơn học Nền Móng CĐMC  Kiểm tra: Bộ môn Địa – kỹ thuật = - 30.0 m: Cao độ mũi cọc Lc 30 = = 66,7