1) Nội dung: Thiết kế móng cọc cho trụ cầu. 2) Yêu cầu: Biết lựa chọn kích thước cọc, bệ cọc, tính toán nội lực đỉnh cọc, tính toán chuyển vị ngang, mô men, ứng suất ngang theo chiều sâu, tính toán vật liệu cọc, cấu tạo cọc, bệ, tính toán móng cọc theo các trạng thái giới hạn. 3) Qui trình thiết kế: .....
Hớng dẫn đồ án móng Ngành cầu đờng Phần I- nội dung yêu cầu qui trình thiết kế 1)- Néi dung: ThiÕt kÕ mãng cäc cho trơ cÇu 2)- Yêu cầu: Biết lựa chọn kích thớc cọc, bệ cọc, tính toán nội lực đỉnh cọc, tính toán chuyển vị ngang, mô men, ứng suất ngang theo chiều sâu, tính toán vật liệu cọc, cấu tạo cọc, bệ, tính toán móng cọc theo trạng thái giới hạn 3)- Qui trình thiết kế: Số liệu ban đầu Lụa chọn PA nỊn mãng TÝnh to¸n kiĨm tra theo c¸c TTGH Không thoả mãn Thoả mãn Kết luận kích th ớc móng Bản vẽ thiết kế Phần iI- số liệu đầu nội dung chi tiết I)- Các số liệu ban đầu: - Cho biết kích thớc đỉnh trụ cầu: B x L B- cạnh vuông góc với trục cầu; L- cạnh song song với trục dọc cầu; - Tải trọng tác dụng cho trờng hợp tổ hợp lực chủ cao trình đỉnh trụ; (CTĐT) x Hình 1: Sơ đồ mố trụ cầu - Điều kiện địa chất thuỷ văn: Nền gồm lớp đất, theo thứ tự A; B; C; II)- Nội dung yêu cầu: 1)- Đánh giá tình hình địa chất: xác định tên đất trạng thái đất; sở cao trình cho, chọn loại móng sâu, móng nông 2)- ThiÕt kÕ mãng cäc: - Lùc chän lo¹i mãng cäc: bƯ thÊp; bƯ cao; mãng giÕng ch×m; mãng cäc ống - Lựa chọn loại cọc chiều dài cọc; - Xác định sức chịu tải cọc; - Xác định số lợng cọc bố trí cọc bệ; - Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc; - Kiểm tra độ lún móng Cho nhịp cầu L=64 m, [S] = 8cm - VÏ biĨu ®å y(z); M(z); (z) cho cäc cã néi lùc lín nhÊt (nÕu có) - Kiểm tra điều kiện chịu lực đất nỊn díi mòi cäc vµ xung quanh - KiĨm tra cọc vận chuyển treo lên giá búa; làm việc móng - Một số vấn đề thi công móng cọc: búa hạ cọc, 3)- Thể hiện: Thuyết minh giấy A4 Bản vẽ: 01 A1 trình bày sơ đồ móng; cấu tạo cọc; bệ cọc, biểu đồ y(z); M(z); (z) (nêu có), thống kê vật liệu, ghi Phần III- ví dụ tính toán móng cọc bệ cao A)- Đầu bài: Cho sơ đồ móng cọc bệ cao (hình 2) Tải trọng tác dụng cao trình đáy bệ: Ntt =2650T; Hxtt = 360T; Mytt = 420Tm; Hệ số vợt tải =1,15 Tiết diện cọc 35x35cm, Bê tông cọc mác 300#, cốt thép CT3; Nhịp cầu L=64m; L0=4m; h1=3m; h2=6m; h3=6m Các tiêu lý đất: (bảng 1) tt MNTN MNTN N tt tt My Hx x 1:8 1:8 O z MNTN MNTN N tt y 1:8 1:8 Ox z Hình 2: Sơ đồ móng cọc đài cao Bảng Số Độ ẩm tự Tỷ trọng Giới hạn Giới hạn Góc ma Lực Mô đun w lớp nhiên hạt đất nhão dẻo sát dinh biến dạng đất W(%) (g/cm3 Wnh(% Wd(%) (®é) kG/cm kG/cm2 ) ) 24.0 1.67 2.71 32 22 0.55 80 26.4 1.77 2.69 32 25 12 0.10 70 15.0 1.78 2.69 Cát hạt vừa 24 0.05 195 B)- đánh giá đất xác định sức chịu tải cọc: 1)- Xác định tên đất trạng thái đất (Theo bảng 1; bảng phần phụ lục (PL)), ta có: Lớp 1: =Wnh-Wd đất sét; = 32 - 22 B=(W - Wd)/ = (24 - 22)/10 = 0,20 cøng Líp 2: =Wnh-Wd B=(W - Wd)/ cứng = 10 trạng thái nửa đất sét; = 32 - 25 = trạng thái dẻo = (26.4 - 25)/7 = 0,20 Lớp 3: Hệ số rỗng ban đầu o = (1+W)*n/ - 1= = 2.61*(1+0.1*16.9)*1/1.82 – = 0.68 (Theo b¶ng phần phụ lục (PL), ta có: Đất trạng thái chặt vừa 2)- Xác định SCT cọc: Tải trọng tác dụng dọc trục; Tính cho cọc thẳng đứng a)- Theo đất nền: Sử dụng công thức theo tiêu lý đất nền: Pgh = mn*(Umf*fi*li + mR*F*R); Pd = Pgh /ktc víi ktc=1,4 HƯ sè mn = mf = mR = U - chu vi cäc; F - diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cäc li - chiều dài cọc lớp đất thứ i Theo hình vẽ sơ đồ cọc móng (hình 2) theo bảng 13; bảng 14 PL, ta có: ý trị số L i1 L2 tính từ MNTN - Thành phần ma sát xung quanh thân cọc: lập bảng tính Lớp Lớp Chiều L1 dày lớp đất phân ph©n (m) tè tè 1 1.5 6.75 1.5 8.25 2.0 10 Độ sệt B Bảng Hệ số Chu vi Chiều ftci cọc dàI (trạng thái đất) (T/m2 ) 0.20 5.90 0.20 6.10 0.28 4.60 (m) 1.4 1.4 1.4 cäc li (m) 1.5 1.5 2.0 u.li ftci (T/m2) 12.39 12.81 12.88 2.0 2.0 2.0 12 14 16 2.0 18 2.0 20 0.28 0.28 Cát hạt vừa chặt vừa Cát hạt vừa chặt vừa Cát hạt vừa chặt vừa 4.80 5.00 7.30 1.4 1.4 1.4 2.0 2.0 2.0 13.44 14.00 20.44 7.56 1.4 2.0 21.17 7.90 1.4 2.0 22.12 15.0 129.25 MNTN B=0.20 f=60 KN/ m2 B=0.28 f=48 KN/ m2 B=0.18 f=73 KN/ m2 R=6300 KN/ m2 Hình 3: Sơ đồ xác định SCT cọc - Sức chống mũi cọc: L2 = 21 m; cát hạt vừa; R = 450 T/m2 Pgh = 1*(129.25+ 0.35*0.35*450) = 184,28 T Pd = 184,48/1,4 = 129,0 T b)- Theo vËt liệu: Cọc dùng bê tông mác 300# Giả thiết dùng 825 nhãm AIII (theo b¶ng 21-PL) cã Fa=39,27 cm2; Ra=3400 KG/cm2; líp b¶o vƯ cèt thÐp ac=3cm PVL = .(Rn.Fb + Ra.Fa) Theo bảng PL với đất sét trạng thái nửa cứng, dẻo cứng chọn trị số trung b×nh k=650 t/m4 F = 0.35*0.35=0.1225 m; E = 2.9*106 T/m2; (b¶ng 17-PL) J = bh3-/12 =0.354/12=0.00125 m4; EJ = 2.9*106 0.00125 = 3625 Tm2; bc = 1.5*dc+0.5 =1.5*0.35+0.5=1.025m TÝnh mÉu sè cña L e k b 650*1.025 tb c 0.184 0,713 EJ 3625 (Hc tÝnh k=(100000*mtb*bc)/EJ = 18400 dïng b¶ng 21-PL cã = 0.713) Le=2/0.713=2.8 m; Lqu = 4+2.8=6.8 m PVL Lqu/dc = 6.8/0.35 = 19.43; b¶ng 9a PL cã = 0.84 thay sè ta cã: = 1*0.84*(130*35*35+3400*39.27) = 245925 KG = 245.9 T So s¸nh trÞ sè: lÊy Pc = Pd = 129 T c)- Tính nội lực đỉnh cọc: 1)- Tính độ cứng: EJ; EF F = 0.35*0.35=0.1225 m2; E = 2.9*106 T/m2; J = bh3-/12 =0.354/12=0.00125 m4; EJ = 2.9*106 *0.00125 = 3625Tm2; EF = 2.9*106 *0.1225 = 355250 T; 2)- ChiỊu réng tÝnh to¸n cđa cäc: btt = 0.9*(dc+1) = 0.9*(0.35+1) = 1.215 m; 3)- TÝnh hÖ sè mtb: TÝnh hm = 2*(a+1) = 2*(6 + 1)= 14 m; Trong a cạnh móng; m1h1 2 h3 h2 h1 m2 h2 h3 h2 m3h32 mtb hm ®ã: m1 = m3 = 500 T/m4; m2 = 400 T/m4; (b¶ng 7aPL) thay sè cã: mtb = 502 T/m4; víi chó ý hm = 14 m; tÝnh 5 mtbbtt EJ 5 502*1.215 0.162 0.7 3625 (Hc tÝnh k=(100000*mtb*att)/EJ = 16200 dïng b¶ng 22-PL cã = 0.7) 4)- TÝnh h = *h = 0.7*15 = 10,5 ; Kh = Ch*Jh/(*E*J) ; Jh = J; Ch = m3*h; ®ã Kh =500*20/(0,7*3000000) = 0,004762 0; 5)- TÝnh chun vÞ đơn vị cao trình mặt đất: (trờng hợp cọc qua lớp đất thông thờng) theo công thức: ( B D B4 D3 ) K h ( B2 D4 B4 D2 ) HH EJ ( A3 B4 A4 B3 ) K h ( A2 B4 A4 B2 ) ( A3 D4 A4 D3 ) K h ( A2 D4 A4 D2 ) 0 MH HM EJ ( A3 B4 A4 B3 ) K h ( A2 B4 A4 B2 ) ( A3C4 A4C3 ) K h ( A2C4 A4C2 ) MM EJ ( A3 B4 A4 B3 ) K h ( A2 B4 A4 B2 ) EJ = 0,7*3625 = 2537.5 2EJ = 0,7*0,7*3625 = 1776,3 3EJ = 0,7*0,.7*0,7*3625 = 1243,4 Tra bảng 23-PL với giá trị h 5.0 (là giá trị max bảng) đợc hiệu tích số tử số mẫu số, thay vào công thøc, ta cã: 0HH =2382/(979.678*1243.4) =0.00189 m/T; 0MH = 1588.4/(979.678*1776.3) =0.000881 m-1; 0MM = (1713.28)/((979.68*2537.5) =0.000673 Tm-1; 10 Thay c¸c trị số vào công thức, ta có: = PP - HH = 7812 - 148.7 = 7663,3 T/m rvv = 7663,3*(10*0,98+20*1+9*1)+39*148,7 = 303135 ruu = 7663,3*(10*0,0154+0)+39*148,7 = 6979 r = 7663,3*(10*1,2*1,2+6*2,4*2,4+10*3,6*3,6+10*4,3*4,3*0,98)+ +148,7*(10*1,2*1,2+6*2,4*2,4+10*3,6*3,6+10*4,3*4,3)+ +2*487,2*(0+10*4,3*0,124)+39*2170,9 = 2900871 ; rvu = ruv = rv = rv = ; (do mãng ®èi xøng); ru =7663,3*10*4,3*0,124*0,99- 487,2*(29*1+10*0,99) = 21500 Ta cã hÖ phơng trình tắc: 303135* v = Ntt 6979 * u +21500* = Hxtt 21500* u + 2900871 * = Mytt Trong ®ã: Ntt =2650 T; Hxtt = 360 T; Mytt = 420 Tm; 9)- Giải hệ phơng trình, ta đợc: v=0,00875 m ; u=0,052332 m; = -0,00024 rad 10)- Xác định nội lực đỉnh cọc: Pn=(u*sin n +(v+*xn)*cos n )*PP Hn= (u*cos n - (v+*xn)*sin n )*HH - *HM Mn = *MM - (u*cos n - (v+*xn)*sin n )*HM Lập bảng để tính nội lực (bảng 4) B¶ng Nhã xn m cäc (m) -4.3 -3.6 sin n cos n -0.124 0.99 v u u*sin n x n v+x n (m) (m) (rad) (m) 0.0087 0.05233 0.00103 0.00024 0.00649 0.0098 0.0087 0.05233 0.0096 13 - 0.00086 0.00024 -2.4 0.0087 0.05233 0.00024 0.00058 0.0093 -1.2 0.0087 0.05233 0.00024 0.00029 0.0090 0 0.0087 0.05233 0.00024 0.00000 0.0088 1.2 0.0087 0.05233 0.00024 0.00029 0.0085 2.4 0.0087 0.05233 0.00024 0.00058 0.0082 3.6 0.0087 0.05233 0.00024 0.00086 0.0079 4.3 0.0087 0.05233 - 0.00648 0.00024 0.00103 0.0077 0.124 0.99 (v+x ncos n (v+x cos n n PP Pn (v+x sin n n u*cos n u*cos n - (T) + u*sin n (v+x nsin n 0.00320 7812 0.00968 25.0 0.0518 0.001212968 0.0530 0.00961 0.00961 7812 75.1 0.0523 0.0523 0.00933 0.00933 7812 72.9 0.0523 0.0523 0.00904 0.00904 7812 70.6 0.0523 0.0523 0.00875 0.00875 7812 68.4 0.0523 0.0523 0.00846 0.00846 7812 66.1 0.0523 0.0523 0.00817 0.00817 7812 63.9 0.0523 0.0523 0.00789 0.00789 7812 61.6 0.0523 0.0523 0.00764 0.01413 7812 110.4 HH 0.0518 0.000957032 0.0509 HM HH*(u*cos n - HM Hn (T) (T) (v+x nsin n) 148.7 7.88 487.2 8.0 0.1169 HM MM MM Mn (Tm) 25.83 2170.9 -0.52 -26.4 148.7 7.78 487.2 0.1169 7.9 25.50 2170.9 -0.52 -26.0 148.7 7.78 487.2 0.1169 7.9 25.50 2170.9 -0.52 -26.0 14 148.7 7.78 487.2 0.1169 7.9 25.50 2170.9 -0.52 -26.0 148.7 7.78 487.2 0.1169 7.9 25.50 2170.9 -0.52 -26.0 148.7 7.78 487.2 0.1169 7.9 25.50 2170.9 -0.52 -26.0 148.7 7.78 487.2 0.1169 7.9 25.50 2170.9 -0.52 -26.0 148.7 7.78 487.2 0.1169 7.9 25.50 2170.9 -0.52 -26.0 148.7 7.56 487.2 0.1169 7.7 24.77 2170.9 -0.52 -25.3 11)- Bảng kiểm tra kết tính toán: (bảng 5) Chú ý: Khi tính toán kiểm tra, cột Pn; Hn; Mn phải nhân với số lợng cọc nhãm B¶ng Nhã m Pn Pncos Pnsin n Pnxncos n Mn Hn Hncos n Hnsin n Hnxnsin n cäc (T) 124.8 123.5 -15.47 (m) (Tm) -531.3 -131.8 (T) 40.0 39.61 21.3313 4.96077 375.5 375.5 -1351.9 -130.1 39.5 39.49 0 218.6 218.5 -524.6 -78.1 23.7 23.70 0 353.0 353.0 -423.6 -130.1 39.5 39.49 0 205.1 205.0 23.7 23.70 0 330.5 330.5 396.6 -130.1 39.5 39.49 0 191.6 191.5 459.8 -78.1 23.7 23.70 0 308.0 308.0 1108.9 -130.1 39.5 39.49 0 551.9 546.4 68.44 2349.5 -126.5 38.4 38.01 307.5 306.7 Tæn 2659 2652 g 0.0 -78.1 53.0 1483.5 1012.7 Tổng lực theo phơng thẳng đứng: 3+(-9) sai sè 2654.2 2650 -0.0016 -0.16% 15 4.76071 20.4711 -0.2 41.8 Tổng lực theo phơng ngang: 4+8 sai số 359.64 360 -0.001 -0.10% Tổng mô men: 5-10+6 sai sè 428.9 420 0.02125 2.13% 12)- KiÓm tra tải trọng tác dụng lên cọc: + Cọc chịu nén lớn nhất: Theo bảng 4, tải trọng chịu nén lớn cọc thuộc nhóm với Nmax = 110,4 Tấn, ta lấy trị số để kiểm tra: Theo đất nền: Pmax + Gc Pc Vế trái: = 110,4+0,35*0,35*19*2,5*1,1 = 116.8 T; VÕ ph¶i Pc = 129 T; Điều kiện đợc thoả mãn Theo vật liệu: Pmax PVL ; VÕ tr¸i: = 110,4 T; VÕ phải PVL = 245,9 T Điều kiện đợc thoả mãn 13)- Tính US đáy móng khối qui ớc: Gãc më mãng khèi qui íc = tb/4 tb= (1h1 + 2h2 +3h3)/(h1+h2+h3) = (8*3+12*6+24*6)/ (3+6+6)=160 tb/4 = 40 < 708’ ; ®ã lÊy = 708’ b»ng góc nghiêng cọc xiên hqu = 15 m; (xem hình 3) aqu = 8.95 + 2*(15+4)*tg = 8.95+2*19*0.124 = 13.66 m; 16 bqu = 5.15 + 2*(15+4)*tg = 5.15+2*19*0.124 = 9.86 m; - Trọng lợng đoạn cọc L0: Gc1 = 39*4*0.35*0.35*2.5*1.1 = 52.6 T; - Träng lỵng mãng khèi qui íc: Gc2 = 13.66*9.86*15*2.0= 4040.7 T; Tỉng t¶i träng tác dụng cao trình mũi cọc: Ntt = Ntt + Gc1 + Gc2= 6743.3 T; Mtt = Mxtt + Hxtt *19 = 420 + 360*19 = 7260 Tm; tb = Ntt / Fqu = 6743.3/(13.66*9.86) = 50.0 T/m2 max = tb + Mtt/Wqu = = 50.0+(7260*6)/( 13.66*13.66*9.86) = 73.7 T/m2 Cờng độ tính toán đất (theo công thức 7a-PL): R = 1.2*{R*[1+k1*(bqu-2)]+k2*3*(hqu-3)}+0.1*Hn Theo bảng 9; b¶ng 11-PL cã: R’ = 2.5 KG/cm2 = 25 T/m2; k1 = 0.1; k2=3.0; Hn = m; bqu= 6m Thay sè vµo ta cã: R = 1.2*{25*[1+0.1*(6-2)]+3*1.78*(15-3)}+0.1*6 =119.5 T/m ; Nh vËy tb < R ; max