BTL Nền Móng

Bài Tập Lớn Nền Móng GVHD : Trần Văn Thuận PHẦN THUYẾT MINH THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN & MĨNG  A/THUYẾT MINH,TÍNH TỐN: I/Xác định số liệu đề bài: Số liệu đề bài:Phương án 5-7-5 1.1-Tải trọng tác dụng : Tải trọng Đơn vị kN Giá trị 6500 N – Tĩnh tải tiêu chuẩn kN 1655 N – Hoạt tải tiêu chuẩn kN 150 H – Hoạt tải tiêu chuẩn(dọc) kN 180 H – Hoạt tải tiêu chuẩn(ngang) kN.m 1150 M – Momen hoạt tải tiêu chuẩn IP IL γ γS γk e Sr ϕ C (%) (%) (%) (-) (-) (-) (Độ) kN/m2 SV: Lớp : Đường Bộ - K54 Trang :1 Cu kPa WP kN/m3 (%) WL kN/m3 (m) W kN/m3 lớpBề dày Tên lớp kN.m 1550 M – Momen hoạt tải tiêu chuẩn 1.2-Số liệu thuỷ văn chiều dài nhịp : Hạng mục Đơn Số liệu vị MNCN m 7.9 MNTN m 3.6 MNTT m 5.5 Ht-thuyền m 3.5 MNTC m Lấy cao MNTN (1 1.5)m CĐMĐ m Giả thiết cao độ lớp đất cột địa tầng 0.00 CĐMĐSX m -1.85 Chiều dài m 32.40 nhịp tính tốn 1.3- Số liệu hố khoan địa chất ( theo hình trụ lỗ khoan ) Bài Tập Lớn Nền Móng 9.6 72.1 53.6 27.9 25.7 1.72 15.7 26.8 11.6 0.40 18.9 27.4 14.44 0.898 0.943 15o23’ 42.6 19.2 26.5 15.14 0.750 0.947 32o48’ 1.0 30.9 42.1 23.3 18.8 26.8 9.12 GVHD : Trần Văn Thuận 1.938 0.997 1o56’ 5.8 II/Xác định kích thước trụ : 2.1- Đánh giá điều kiện địa chất Các kí hiệu sử dụng tính tốn địa chất cơng trình : γ (kN/m3) γS(kN/m3) γn(kN/m3) W (%) WL (%) WP (%) a (m3/kN) k (m/s) n (%) e Sr c (kN/m2) : Trọng lượng thể tích tự nhiên đất : Trọng lượng riêng hạt đất : Trọng lượng riêng nước ( = 10 kN/m3) : Độ ẩm : Giới hạn chảy : Giới hạn dẻo : Hệ số nén lún : Hệ số thấm : Độ rỗng : Hệ số rỗng : Độ bão hồ : Lực dính đơn vị SV: Lớp : Đường Bộ - K54 Trang :2 71 Bài Tập Lớn Nền Móng GVHD : Trần Văn Thuận ϕ( độ ) : Góc ma sát đất ∆ : Tỷ trọng đất Lớp1 - Bùn sét màu xám đen, lẫn di tích thực vật - Có bề dày 9.6 (m), cao độ mặt lớp 0.00m, cao độ đáy -9.6 (m) - Lớp đất có độ ẩm W = 72.1% - Độ bão hòa Sr = 0.997 - Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) thay đổi từ đến - Hệ số độ rỗng : - Độ rỗng : - Độ bão hoà : Lớp : - Sét màu nâu, trạng thái dểo cứng - Bề dày 11.6 (m), cao độ đáy -21.2(m) - Lớp đất có độ ẩm W = 30.9% - Độ bão hòa Sr = 0.943 - Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) thay đổi từ đến 14 - Hệ số độ rỗng : - Độ rỗng : - Độ bão hoà : 3.Lớp : - Cát hạt trung, màu xám, kết cấu chặt vừa - Bề dày lớp 8.8 m - Lớp đất có độ ẩm W = 26.8% - Độ bão hòa Sr = 0,947 - Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) thay đổi từ 16 đến 30 SV: Lớp : Đường Bộ - K54 Trang :3 Bài Tập Lớn Nền Móng GVHD : Trần Văn Thuận - Hệ số độ rỗng : - Độ rỗng : - Độ bão hoà : *NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ : Điều kiện địa chất cơng trình: Ở đồ án thiết kế này, địa chất ta phân tích trên, ta khơng thể làm móng nơng làm móng nơng phải đặt móng đến lớp đất tốt sâu dẫn đến kích thước móng lớn gây tốn khối lượng, thời gian thi cơng ; ta khơng chọn giải pháp móng nơng Giải pháp lại ta chọn phương án, móng cọc bệ thấp móng cọc bệ cao Móng cọc bệ thấp có giá thành cao thi cơng phức tạp móng cọc bệ cao dó ta chọn phương án móng cọc bệ cao để thiết kế kỹ thuật * CÁC KÝ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG: - Cao độ đáy dầm CĐĐD - Cao độ đỉnh trụ CĐĐT - Cao độ mặt bệ CĐMB - Cao độ đáy bệ CĐĐB - Cao độ mũi cọc CĐMC - Cao độ mặt đất sau xói lở CĐMĐSXL - Chiều cao thông thuyền HTT - Chiều cao cột trụ Htrụ - Mực nước cao MNCN - Mực nước thấp MNTN - Mực nước thông thuyền MNTT SV: Lớp : Đường Bộ - K54 Trang :4 Bài Tập Lớn Nền Móng GVHD : Trần Văn Thuận 2.2 Lựa chọn kích thước trụ: - Cao độ đáy dầm : CĐĐD = MNTT + HTT = 5.5 + 3.5 = m - Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = CĐĐD – 0.3 = m – 0,3 = 8.7 m - Cao độ mặt bệ: CĐMB = MNTN – 1.25 = 3.6 – 1.25 = 2.35 m - Chiều dày bệ: Hbệ = 1.5m - Cao độ đáy bệ : CĐĐB = CĐMB – Hbệ = 2.35 – 1.5 = 0.85 m - Chiều cao cột trụ: Htrụ = CĐĐT – CĐMB – 1.4 = 8.7 – 2.35 - 1.4 = 4.95 m - Kích thước bệ theo phương ngang, phương dọc cầu: B = 1,2 + 2.a L=4,5 + 2.b Chọn a = b = m Suy ra: B = 3.2 m; L = 6.5 m - Thể tích tồn trụ: Vtrụ = Vbệ + Vcột trụ + Vxà mũ = 8×1.7 × 0.8 + ( + 8) × 0.6× 0.5×1.7 + ( 4.5 −1.2) ×1.2×4.95 +π × 0.6 × 4.95 + 6, × 3, × 1.5 = m - Thể tích phần trụ MNTN: V’trụ             1.25 4.5 1.2 1.25 1.2 6.5 3.2 1.5 37.563m 0.6 SV: Lớp : Đường Bộ - K54 Trang :5 III/XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG TẠI ĐÁY BỆ: 3.1-Xác định tải trọng tĩnh : Trọng lượng trụ: tc G trụ=Vtrụ.γc – V’trụ.γn = 73.91× 24, − 37.563×9,81 = 1442.30197 kN (với γc = 24,5 kN/m : Trọng lượng riêng bê tông) STT Tải trọng tiêu chuẩn Tên tải trọng TẢI TRỌNG THẲNG ĐỨNG I Hệ số tải trọng Vtc = Gtrụ tc + N + Vtt = Gtrụtt + N + N = 9597.302kN Gtrụ tc = 1442.302 kN Trọng lượng trụ đứng Tĩnh tải N = 6500 kN Hoạt tải N =1655 kN Tải trọng tính tốn N = 11053.532kN 1.1 Gtttrụ= 1586.532 kN 1.1 N = 7150 kN 1.4 N = 2317 kN TẢI TRỌNG NGANG II Phương dọc cầu Phương ngang cầu H = 150 kN H = 180 kN MOMEN M = M + H Z = 2727.5 kN.m Phương dọc cầu 1.4 H 1.4 1.4 = 210 kN H = 252 kN M = M + H Z = 3818.5 kN.m M = 1550 kN.m H x Z = 1177.5 kN.m II I Phương ngang cầu M = M + H Z = 2563 kN.m 1.4 M = M + H Z = 3588.2 kN.m M = 1150 kN.m H x Z = 1413 kN.m Với Z = CĐĐT – CĐĐB = 8.7 – 0.85 = 7.85 m Bài Tập Lớn Nền Móng GVHD : Trần Văn Thuận IV/XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỌC, TÍNH SỨC KHÁNG CỦA CỌC ĐƠN: 4.1-Chọn kích thước cọc: - Chọn kích thước mặt cắt ngang = 400 x 400mm - Chọn cốt thép dọc chủ: = 22 mm + Cường độ chịu nén fy =420 (MPa) + Mô đun đàn hồi thép Es = (MPa) +Số lượng +Diện tích cốt thép : As =3096(mm2) -Chọn mác bê tông cấp A + = 32(MPa) (cường độ chịu nén 28 ngày tuổi) + Mô đun đàn hồi Ec = (MPa) 0.043*24001.5*280.5=26752.5 (MPa) Trong : Hình dạng mặt cắt ngang cọc: 4.2 Chọn kích thước cọc cao độ mũi cọc - Theo tính chất cơng trình cầu có tải trọng truyền xuống móng lớn, địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 21.3m tầng đá gốc, nên chọn giải pháp móng sâu cọc BTCT đường kính nhỏ SV: Lớp : Đường Bộ - K54 -Trang :8 Bài Tập Lớn Nền Móng GVHD : Trần Văn Thuận - Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thước 400x400mm; đóng vào lớp số lớp sét màu nâu đỏ,đốm xám trắng, trạng thái cứng Ngoài mũi cọc đặt vào đất chịu lực tối thiểu 5d *Chọn cao độ mũi cọc vào: +Mặt cắt địa chất +Biểu độ trị số SPT (N): -Cát pha: N >12 -Sét : N > 28 Tra thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn chọn cao độ mũi cọc= -30 (m) o Khi chưa kể chiều sâu cọc ngập bệ: Lc = CĐ đáy bệ - CĐ mũi cọc = - (-29) = 29 (m) Trong đó: CĐ đáy bệ = m : Cao độ đáy bệ CĐ mũi cọc = -29 m : Cao độ mũi cọc 4.3Kiểm toán độ mảnh cọc Kiểm tra: với điều kiện: 30< Thoả mãn yêu cầu độ mảnh Tổng chiều dài đúc cọc là: L = Lc + 1m = 29 + = 30(m) Cọc tổ hợp từ đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 30 m =10 (m) + 10(m) + 10(m) Như cọc có chiều dài 10(m) Các đốt cọc nối với mối nối hàn q trình thi cơng đóng cọc 4.4-Xác định sức kháng cọc theo 22-TCN 272-05: a Sức kháng lực dọc trục tính tốn cọc theo vật liệu Cơng thức tính tốn : Sức kháng tính tốn cấu kiện bê tơng cốt thép chịu nén đối xứng qua trục phải xác định sau: P r = Pn Trong : -Cấu kiện có cốt thép đai thường : Với : - Pr=sức kháng lực dọc tính tốn có khơng có uốn (N) - Pn=sức kháng lực dọc danh định có khơng có uốn (N) SV: Lớp : Đường Bộ - K54 -Trang :9 Bài Tập Lớn Nền Móng GVHD : Trần Văn Thuận - fc’=cường độ quy định bê tông tuổi 28 ngày ,trừ có quy định tuổi khác (Mpa) - fy=cường độ giới hạn chảy quy định cốt thép (MPa) • Ag=diện tích nguyên mặt cắt(mm2) • Ast=diện tích nguyên cốt thép (mm2) • =hệ số sức kháng * Ở : +diện tích nguyên mặt cắt : Ag = 400 x 400 = 160000 ( mm2) +diện tích nguyên cốt thép : Ast =3096 mm2 +cường độ giới hạn chảy quy định cốt thép : fy =420 Mpa +cường độ quy định bê tông tuổi 28 ngày :fc’ = 32 Mpa +hệ số sức kháng = 0.75 Sức kháng lực dọc trục danh định Pn =( 0.75 x 0.8 x (0.85 x 32 x 160000 - 3096 +420 x 3096) = 33408700 N = 3340.87 KN Sức kháng lực dọc tính tốn : Pvl =Pr = 3340.87(kN) b-Sức chịu tải cọc theo đất : 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) Tra bảng 10.5.5-2 Các hệ số sức kháng theo TTGHCĐ địa kĩ thuật cho cọc chịu tác dụng tải trọng dọc trục ta có: • • SV: Lớp : Đường Bộ - K54 :hệ số sức kháng sức kháng mũi cọc hệ số sức kháng sức kháng thân cọc -Trang :10 Bài Tập Lớn Nền Móng GVHD : Trần Văn Thuận c-Bảng giá trị lực theo phương ngang cầu MAX PILE SHEAR FORCE IN DIRECTION (kilo-newtons) PILE MAX # SHEAR -19.579 -19.522 -19.450 -19.516 -19.736 -19.869 -11.058 -11.026 -10.926 10 -10.994 11 -11.214 12 -11.353 13 -8.8709 14 -8.8184 15 -8.6184 16 -8.6998 17 -9.0319 18 -9.1799 d- Bảng giá trị momentheo phươngdọc cầu: MAX BENDING MOMENT ABOUT AXIS (kN-M) _ PILE PILE AT # NODE DEPTH MAX BELOW CAP MOMENT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 SV: Lớp : Đường Bộ - K54 170 186 234 250 266 282 298 314 330 346 362 378 394 410 0.00000E+00 0.00000E+00 0.48750E+01 0.48750E+01 0.00000E+00 0.00000E+00 0.48750E+01 0.48750E+01 0.48750E+01 0.48750E+01 0.48750E+01 0.48750E+01 0.48750E+01 0.48750E+01 0.48750E+01 0.48750E+01 0.48750E+01 0.48750E+01 -30.42 -30.09 29.71 29.67 -29.98 -29.96 22.18 22.18 22.26 22.16 21.90 21.72 19.40 19.44 19.67 19.55 19.13 18.99 -Trang :23 Bài Tập Lớn Nền Móng e-Bảng giá trị momen : GVHD : Trần Văn Thuận MAX BENDING MOMENT ABOUT AXIS (kN-M) _ PILE # PILE NODE AT DEPTH BELOW CAP MAX MOMENT 1 0.00000E+00 -36.09 2 0.00000E+00 -36.59 3 0.00000E+00 -38.72 4 0.00000E+00 -42.78 5 0.00000E+00 -50.73 6 0.00000E+00 -68.58 7 0.00000E+00 -37.40 8 0.00000E+00 -37.93 9 0.00000E+00 -40.59 10 10 0.00000E+00 -45.45 11 11 0.00000E+00 -51.69 12 12 0.00000E+00 -69.49 13 13 0.00000E+00 -37.65 14 14 0.00000E+00 -38.22 15 15 0.00000E+00 -40.22 16 16 0.00000E+00 -43.49 17 17 0.00000E+00 -51.13 18 18 0.00000E+00 -66.23 f- Bảng tổng hợp giá trị Result Type Value Load Comb Pile *** Maximum pile forces *** Max shear in direction 0.2576E+02 KN 12 Max shear in direction -0.1987E+02 KN Max moment about axis -0.2535E+01 KN-M 1 Max moment about axis -0.5791E+01 KN-M 12 Max axial force -0.1217E+04 KN 1 Max torsional force 0.0000E+00 KN-M 0 Max demand/capacity ratio 0.4408E+00 *** Maximum soil forces *** Max axial soil force 0.9224E+02 KN 1 Max lateral in X direction 0.9355E+01 KN 12 Max lateral in Y direction -0.1010E+02 KN Max torsional soil force 0.5538E+00 KN-M *** Maximum pile head displacements *** Max displacement in axial 0.4705E-02 M 1 Max displacement in x 0.5099E-02 M Max displacement in y 0.9292E-02 M 13 5.4.3-Mơ hình 3D móng biến dạng nhóm cọc: SV: Lớp : Đường Bộ - K54 -Trang :24 Bài Tập Lớn Nền Móng GVHD : Trần Văn Thuận 5.4.4-Vẽđường P-y theo mơ hình O’Neill(quan hệ tải trọng biến dạng ngang) Đường cong P-y lớp đất thứ SV: Lớp : Đường Bộ - K54 Đường cong P-y lớp đất thứ 2: -Trang :25 Bài Tập Lớn Nền Móng GVHD : Trần Văn Thuận Đường cong P-y lớp đất thứ SV: Lớp : Đường Bộ - K54 -Trang :26 Bài Tập Lớn Nền Móng SV: Lớp : Đường Bộ - K54 GVHD : Trần Văn Thuận -Trang :27 Bài Tập Lớn Nền Móng GVHD : Trần Văn Thuận Kết luận: *) Nội lực dọc trục lớn cọc l : 1217 (KN) *) Lực cắt lớn cọc l : 19.579(KN) *) Mô men lớn cọc l : 66.23(KN/m) VI/ KIỂM TỐN MĨNG CỌC: 6.1-Kiểm tốn theo trạng thái giới hạn cường độ: 6.1.1-Kiểm toán sức kháng đỡ dọc trục cọc đơn: Cơng thức kiểm tốn nội lực dọc trục: SV: Lớp : Đường Bộ - K54 -Trang :28 Bài Tập Lớn Nền Móng Nmax + N ≤ Ptt GVHD : Trần Văn Thuận Trong : Ptt = Sức kháng tính tốn chịu nén cọc đơn : Ptt = min(Pvl,Pdn)=1289.05(kN) N = Trọng lượng thân cọc : N = ɣbt Vcoc Với :ɣ bt = Trọng lượng riêng bê tông : ɣbt = 24 (kN/m3) Vcoc = Thể tích cọc : Vcoc = Lc d2 = 29 0.402 = 4.6 (m3) Thay số vào ta : N = ( ɣbt-ɣn) Vcoc = (24-10) 4.6= 64.4(kN) Nmax = Lực dọc trục lớn xuất cọc số ( kết chạy FB- Pier): Nmax = 1217 (kN) Ta có : Nmax + N = 1217 + 64.4 = 1281.4 (kN) ≤ Ptt = 1289.05(KN) ĐẠT 6.1.2-Kiểm toán sức kháng đỡ dọc trục nhóm cọc : VC ≤ QgR = nc*QR-cat + ŋ*nc*QR-dinh Trong : VC = Tổng lực gây nên nhóm cọc nhân hệ số : VC = 12773.76 (kN) QRg= Sức kháng đỡ dọc trục tính tốn nhóm cọc QR-cat = Sức kháng đỡ dọc trục tầng cát QR-dinh = Sức kháng đỡ dọc trục tầng đất dính nc = số cọc nhóm cọc = 6x3=18 (cọc) ŋ = Hệ số hữu hiệu ( xác định cách nội suy) 2.5d = 1000 (mm) => ŋ =0.65 X = 1100 (mm) => ŋ =? 6d =2400 (mm) => ŋ = =>ŋ = 0.675 * Tra bảng 10.5.5-2 Các hệ số sức kháng theo TTGHCĐ địa kĩ thuật cho cọc chịu tác dụng tải trọng dọc trục ta có: • SV: Lớp : Đường Bộ - K54 :hệ số sức kháng sức kháng mũi cọc -Trang :29 Bài Tập Lớn Nền Móng GVHD : Trần Văn Thuận • hệ số sức kháng sức kháng thân cọc • :hệ số sức kháng sức kháng thân cọc +Sức kháng đơn vị mũi cọc lớp đất cát (MPa): (Mpa) (Mpa) qp = (qp;ql) = 9.2 Mpa sức kháng mũi cọc: Lớp 3: Là lớp đất cát thuộc loại đất rời nên sức kháng đơn vị thân cọc tính theo quy tắc : (Mpa) = (20+27+30+31+33)/5 =>QR-cat = 0.36*(1472+822.56)= 826.04(kN) * SV: Lớp : Đường Bộ - K54 -Trang :30 Bài Tập Lớn Nền Móng GVHD : Trần Văn Thuận Lớp 1: lớp sét pha thuộc loại đất dính nên sức kháng đơn vị thân cọc tính theo quy tắc α Su1= Cu1 = 5( kPa) => Su< 25 = 1(DIM) (Mpa) Qs1 = qs1.As1 = 0.005 x x (8200-1650) x 400 = 52400 N =52.4 KN Lớp 2: Là lớp cát pha thuộc loại đất dính nên sức kháng đơn vị thân cọc tính theo quy tắc αSu2 = Cu2 = 64 (KPa) = 0.064 (Mpa) = 0.61 (DIM) (Mpa)  QRdinh = 0.56 x (52.4 + 774.4) = 463 KN Vậy:QgR = 18 x 826.04 + 18 x 0.675 x 774.4 = 24277.68(kN) >VC =12773.6 (kN) => Đạt 6.2-Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng: 6.2.1-Kiểm toán chuyển vị ngang Giới hạn chuyểnvị ngang móng cọc khơng vượt chuyển vị ngang cho phép l 38mm Theo kết tính tóan phần mềm FB-Pier, ta có: Max displacement in axial( quanh trục):0.2815E-02m (2.815mm thoả mãn điều kiện Do vậy, cơng trình đảm bảo độ lún chịu tác dụng tải trọng thiết kế tải trọng thân SV: Lớp : Đường Bộ - K54 -Trang :36 Bài Tập Lớn Nền Móng SV: Lớp : Đường Bộ - K54 GVHD : Trần Văn Thuận -Trang :37