báo cáo khảo sát công trình nền móng

Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất Các ký hiệu sử dụng trong tính toán: γ : Trọng lợng riêng của đất tự nhiên là 1.60m... Sức kháng nén dọc trục theo đất nền Q R Sức kháng nén dọc

Mục lục

PHầN I Báo cáo khảo sát địa chất công trình

I Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất 3

II Nhận xét và kiến nghị … 4

PHầN II Thiết kế kĩ thuật I Lựa chọn kích thớc công trình 6

1.1 Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc 6

1.2 Chọn kích thớc cọc và cao độ mũi cọc 7

II Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế 7

2.1 Trọng lợng bản thân trụ…… 7

2.1.1 Tính chiều cao thân trụ……… 7

2.1.2 Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc) 8

2.1.2 Thể tích phần trụ ngập nớc (không kể bệ cọc) 8

2.2 Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN 8

2.2.1 Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHSD 9

2.2.2 Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHCĐ 9

iii Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc 9

3.1 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu PR 9

3.2 Sức kháng nén dọc trục theo đất nền QR 10

3.2.1 Sức kháng thân cọc Qs 11

3.2.2 Sức kháng mũi cọc Qp……… 13

3.3 Sức kháng dọc trục của cọc đơn 14

iV chọn số lợng cọc và bố trí cọc trong móng 15

4.1 Tính số lợng cọc ……… 15

4.2 Bố trí cọc trong móng……… 15

4.2.1 Bố trí cọc trên mặt bằng 15

4.2.2 Tính thể tích bệ……… 16

4.3 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ 16

4.3.1 Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD 16

4.3.2 Tổ hợp hợp trọng ở TTGHCĐ 16

V kiểm toán theo Trạng thái giới hạn cờng độ I 17

5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 17

5.1.1 Tính nội lực tác dụng đầu cọc 17

5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 17

5.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc 17

5.2.1 Với đất dính……… 18

5.2.2 Với đất rời ……… 19

VI kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng 20

6.1 Xác định độ lún ổn định

……….20

6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc 22

VII cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc 23

7.1 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 23

7.1.1 Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc 23

7.1.2 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 24

7.2 Bố trí cốt thép đai cho cọc……… 27

7.3 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc 27

7.4 Lới cốt thép đầu cọc……… 27

7.5 Vành đai thép đầu cọc……… 27

7.6 Cốt thép móc cẩu……… 27

vIII mối nối thi công cọc………… 28

PHầN Iii

Bản vẽ

PHầN I

Báo cáo khảo sát địa chất công trình

I Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất

Các ký hiệu sử dụng trong tính toán:

γ : Trọng lợng riêng của đất tự nhiên

là 1.60m Lớp đất có độ ẩm W = 28.9%, độ bão hòa Sr = 98.9 Lớp đất ở trạng thái dẻo mềm, có độ sệt IL = 0.56

 Lớp 3:

Lớp thứ 3 gặp ở BH3 là lớp sét pha màu xám vàng, nâu đỏ,phân bố dới lớp 2 Chiều dày của lớp là 14.70 m, cao độ mặt lớp là-19.30 m, cao độ đáy lớp là -34.00m Lớp đất có độ ẩm W =15.8%, độ bão hòa Sr = 100 Lớp đất ở trạng thái cứng có độ sệt

IL < 0

II Nhận xét và kiến nghị

Theo tài liệu khảo sát địa chất công trình, phạm vi nghiêncứu và qui mô công trình dự kiến xây dựng, ta có một số nhậnxét và kiến nghị sau:

 Nhận xét:

+ Điều kiện địa chất công trình trong phạm vi khảo sátnhìn chung là khá phức tạp, chủ yếu là lớp đất sét

+ Lớp đất số 1, 2 là lớp đất yếu do chỉ số xuyên tiêu chuẩn

và sức chịu tải nhỏ, lớp 3 có trị số SPT trung bình

+ Lớp đất số 2 dễ bị lún sụt khi xây dựng trụ cầu tại đây

 Kiến nghị

+ Với các đặc điểm địa chất công trình tại đây, nên sửdụng giải pháp móng cọc ma sát bằng BTCT cho công trình cầu vàlớp đất số 3 làm tầng tựa cọc

+ Nên để cho cọc ngập sâu vào lớp đất số 3 để tận dụngkhả năng chịu ma sát của cọc

PHÇN II

ThiÕt kÕ kÜ thuËt

Bè trÝ chung c«ng tr×nh

1.00 (C§ § AB) +10.40 (C§ § T)

h× nh chiÕu ngang tr ô cÇu

độ nh sau:

Cao độ đỉnh trụ chọn nh sau: 0.3m

HMNTT

m1MNCNmax

=> Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = 3 – 2.0 = 1.00 m

Vậy chọn các thông số thiết kế nh sau:

 Chiều dài của cọc (Lc) đợc xác định nh sau:

Lc = CĐĐB - Hb - CĐMC

Lc = 3.0 - 2.0 - (- 28.0) = 29.0 m

Trong đó:

II LËp c¸c tæ hîp t¶i träng ThiÕt kÕ

2.1 Träng lîng b¶n th©n trô

2.1.1 TÝnh chiÒu cao th©n trô

ChiÒu cao th©n trô Htr:

Htr = C§§T - C§§B - CDMTHtr = 10.40 - 3.0 - 1.4 = 6.0 m

Str : Diện tích mặt cắt ngang thân trụ, m2.

1.2.2 Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN.

Tải trọng Đơn vị TTSD

o t

N - Tĩnh tải thẳng

o h

N - Hoạt tải thẳng đứng kN 3200

h

H - Hoạt tải nằm ngang kN 130

o

M - Hoạt tải mômen KN.m 550

Hệ số tải trọng: Hoạt tải: n = 1.75

o t

o h

 Tải trọng ngang tiêu chuẩn dọc cầu:

Htc = Ho = 130 kN

 Mômen tiêu chuẩn dọc cầu:

Đ

ĐCT

Đ

ĐC(xHM

h o

Mtc = 550 + 130x(10.4-3.0) = 1512 kN.m

1.2.2.2 Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHCĐ

 Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu

tn n tr bt

o t

o h

Đ

ĐCT

Đ

ĐC(xxH75.1xM75.1

14120.050

Tải trọng ngang kN 130 227.5

iii Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc

3.1 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P R

 Bố trí cốt thép trong cọc :

+ Cốt chủ : Chọn 8#22, bố trí xuyên suốt chiều dài cọc + Cốt đai : Chọn thép ∅ 8

 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu: P R

Dùng cốt đai thờng, ta có: PR = ϕxPn = ϕx0.8x{0.85xfc'x(Ag –Ast) + fyxAst}

3.2 Sức kháng nén dọc trục theo đất nền Q R

Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: QR = ϕqpQp+ϕqsQs

Với: Qs=qs.As; Qp=qp.Ap

Trong đó: Qp : Sức kháng mũi cọc (MPa)

qp : Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa)

Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định α của API nh

sau :

- Nếu Su ≤ 25 Kpa ⇒α=1.0

- Nếu 25 Kpa < Su < 75 Kpa ⇒α= −  50−KPa 

KPa25S

5.0

Tham khảo công thức xác định α của API ta có :

Tham khảo công thức xác định α của API ta có :

Chiềudày(m)

Chuvi(m)

Cờng độkhángcắtSu(N/mm2)

Hệ số

α

qS(N/mm2)

Qs(N)

Lớp 1 2.5 0.2 1.8 0.0489 0.75

0 0.0367 13212Lớp 2 19.3 16.8 1.8 0.0213 1.00

0 0.0213

644122Lớp 3 34 12.7 1.8 0.0497 0.75

0 0.0372

850392

Vậy sức kháng thân cọc nh sau:

Líp Qqs

(N)

HÖ sèsøckh¸ng

Sức khángđơn vị mũi cọc trong đất sét bão hòa qp xác định như sau: qp = 9×Su

Trong đó: Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa), Su = Cuu

Mũi cọc đặt tại lớp 3 có: Su = 49,7 kN/m 2= 0,0497 Mpa

Ptt: Sức kháng dọc trục của cọc đơn (KN) Ptt =895.04kN

Chọn n = 28 cọc

4.2 Bố trí cọc trong móng

4.2.1 Bố trí cọc trên mặt bằng

Tiêu chuẩn 22TCN 272 – 05 quy định:

 Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tới mép gầnnhất của móng phải

lớn hơn 225mm

 Khoảng cách tim đến tim các cọc không đợc nhỏ hơn750mm hoặc 2.5 lần đờng kính hay bề rộng cọc, chọn giá trịnào lớn hơn

Với n = 28 cọc đợc bố trí theo dạng lới ô vuông trên mặt bằng

M = + = 1512+ 130x2 = 1772 KN.m

4.3.2 Tæ hîp hîp träng ë TTGHC§

Đ C

V kiểm toán theo trạng thái giới hạn cờng độ i

5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

5.1.1 Tính nội lực tác dụng đầu cọc

Tớnh theo bảng Excel ;

5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

Công thức kiểm toán: Nmax + ∆N ≤P tt

Trong đó: Nmax: Nội lực lớn nhất tác dụng lên đầu cọc (lực dọctrục)

5.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc

Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc :

g g R

V ≤ =ϕ = ϕg 1Qg1 + ϕg 2Qg2

Trong đó:

VC : Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số VC =15690.33 (kN)

QR : Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc

g

ϕ : Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc

Qg : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc

ϕg1, ϕg2 : Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc trong đất dính,

Với: η : Hệ số hữu hiệu

Q1 : ηxTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn trong đấtdính

Q2 : Sức kháng trụ tơng đơng

Ta có : Cao độ mặt đất sau xói là : -1.60 m

Cao độ đáy bệ là : 1.00 m

Do vậy sau khi xói lở, đáy bệ không tiếp xúc chặt chẽ với

đất, đất trên bề mặt là mềm yếu, khi đó khả năng chịu tảiriêng rẽ của từng cọc phải đợc nhân với hệ số hữu hiệu, lấy nhsau :

η = 0.65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2.5 lần đờngkính

η = 1.00 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đờng kính

Mà khoảng cách tim đến tim bằng 1200 2.67

Với mục đích tính toán độ lún của nhóm cọc ,tải trọng được giả định tác động lên

phân bố theo đường 2:1 theo móng tương đương như hình vẽ.

Từ điều kiện địa chất đề ra ta có nhóm cọc đặt trong nền đăt dính có

6.1.1 Xác định ứng suất có hiệu do trọng lượng bản thân các lớp đất theo chiều

sâu,tính đến trọng tâm của lớp đất tính lún:

Ứng suất có hiệu do trọng lượng bản thân các lớp đất theo chiều sâu được xác

định theo công thức :

' 0 1

.

n dni i i

11.22 28.52

' ' 0

.log 1

f c

' ' 0

.log 1

f c

pc

Hc

e

Trong đú :Hc : Chiều cao của lớp đất chịu nộn (mm)

e0 : Tỷ số rỗng tại ứng suất thẳng đứng hữu hiệu ban đầu

pc: Ứng suất hữu hiệu thẳng đứng khụng bao gồm ứng suất tăng thờm

do tải trọng của múng tại điểm giữa lớp đất đang xột (MPa)

Vậy độ lỳn của múng là : Sc = 0 khi đế múng đưa lờn một đoạn là 322 mm

6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc

Sử dụng phần mền tính toán nền móng FB-PIER ta tính đợc chuyển vị theo các phơng dọc cầu (X), phơng ngang cầu (Y), ph-

ơng thẳng đứng (Z) tại vị trí đầu mỗi cọc nh sau :

Result Type Value LoadComb Pile

Maximum pile head displacements

Max displacement in axial 0.2437E-02 M 1

0 12

Max displacement in x 0.1674E-02 M 1

0 9

Max displacement in y 0.3264E-04 M 1

0 18

Kết luận chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cọc là:

38mm

Vậy đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang

VII cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc

7.1 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc

Tổng chiều dài cọc dùng để tính toán và bố trí cốt thép là chiều dài đúc cọc: Lc = 30 (m) Đợc chia thành 3 đốt có chiều dài

Ld = 10 (m) ,Ta đi tính toán và bố trí cho từng đốt cọc

7.1.1 Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc

Mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép

Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2))

Trong đó:

Mmax(1): Mômen trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc

Mmax(2): Mômen trong cọc theo sơ đồ treo cọc

7.1.1.1 Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài L d = 10 m

 Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc

Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :

0.207L d = 0.207 10 2.07( ) ì = m

 Ta chọn là 2.0 (m)

Trọng lợng bản thân cọc đợc xem nh tải trọng phân bố đều trên cả chiều dài đoạn cọc

q1 = γbt.A = 24.5x0.45 2 = 4.96 (KN/m)

Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(1)= 12.4 (KN.m)

7.1.2 Tớnh mụ men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc:

21.00

Ta cú mặt cắt cú giỏ trị mụ men lớn nhất là :

Ta chọn cốt thép dọc chủ chịu lực là thép ASTM A615M

Gồm 8Φ22 có fy = 420 MPa đợc bố trí trên mặt cắt ngang củacọc nh hình vẽ :

2@175=350 450 50

tt ct

0,85f'c

A's.f'y

+ Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo ⇒ fs'=fs =fy

Phơng trình cân bằng nội lực theo phương trục dầm :

y

' s

' c y

2 s y

x3A

As1= 's= = 2

)mm(774387

x2

E : Mô đun đàn hồi của cốt thép, E=2x105(Mpa)

Chiều cao vùng nén tơng đơng đợc xác định theo công thức :

β

+ Kiểm tra sự chảy dẻo của cốt thép chịu kéo và chịu nén

theo điều kiện :

s

' y ' y

' s '

fc

dc003

s 1

fc

cd003

s 2

fc

cd003

'

10x2

420E

=

=

=ε

=ε

33.89

s

Vậy tất cả các cốt thép đều chảy ⇒ Giả thiết là đúng

+ Mô men kháng uốn danh định là :

s 1 s y

' s 2

s 1 s y 2 s 1

s

' c

2

adfd.a

( ) ( )

28.33 0.85 28.33 450 30 400 774 420 400 225 1161 420 400 50

0, 03 0.03 2.14 10

420

c y

f f

7.2 Bố trí cốt thép đai cho cọc

Do cọc chủ yếu chịu nén, chịu cắt nhỏ nên không cần duyệt vềcờng độ của cốt thép đai Vì vậy cốt thép đai đợc bố trí theoyêu cầu về cấu tạo

+ Đầu mỗi cọc ta bố trí với bớc cốt đai là 50 mm trên một chiều

7.3 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc

Cốt thép mũi cọc có đờng kính Φ40, với chiều dài 100 mm

Đoạn nhô ra khỏi mũi cọc là 50 mm

7.4 Lưới cốt thép đầu cọc

Ở đầu cọc bố trí một số lới cốt thép đầu cọc có đờng kính

Φ6 mm,với mắt lới a = 50ì50mm Lới đợc bố trí nhằm đảm bảocho bê tông cọc không bị phá hoại do chịu ứng suất cục bộ trongquá trình đóng cọc

7.5 Vành đai thép đầu cọc

Đầu cọc đợc bọc bằng một vành đai thép bằng thép bản cóchiều dày = 10 mm nhằm mục đích bảo vệ bê tông đầu cọckhông bị hỏng khi đóng cọc và ngoài ra còn có tác dụng để hànnối các đốt cọc trong khi thi công với nhau

7.6 Cốt thép móc cẩu

Cốt thép móc cẩu đợc chọn có đờng kính Φ22 Do cốt thép

bố trí trong cọc rất thừa vì vậy ta có thể sử dụng luôn cốt thépmóc cẩu làm móc treo khi đó ta không cần phải làm móc thứ 3tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công và để cọc trong bãi

Khoảng cách từ đầu mỗi đoạn cọc đến mỗi móc neo là a = 2(m) = 2000 (mm)

vIII tính mối nối thi công cọc

Ta sử dụng mối nối hàn để nối các đoạn cọc lại với nhau Mốinối phải đảm bảo cờng độ mối nối tơng đơng hoặc lớn hơn c-ờng độ cọc tại tiết diện có mối nối

Để nối các đốt cọc lại với nhau ta sử dụng 4 thép góc L-100ì100

ì12 táp vào 4 góc của cọc rồi sử dụng đờng hàn để liên kết hai

đầu cọc Ngoài ra để tăng thêm an toàn cho mối nối ta sử dụngthêm 4 thép bản 500x100x10mm đợc táp vào khoảng giữa haithép góc để tăng chiều dài hàn nối

PHÇN IiiB¶n vÏ