Đồ án môn học Cơ đất – VLCD đề tài Đồ án nền móng được nghiên cứu với các nội dung: Báo cáo địa chất công trình, thiết kế kĩ thuật, lập các tổ hợp tải trọng thiết kế, xác định sức chịu tải dọc trục của cọc, xác định số lượng cọc và bố trí cọc, kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ I, kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng, cường độ cốt thép cho cọc và bệ cọc, bản vẽ.
Thiết kế mơn học nền và móng KỹThuật Bộ mơn Địa TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI BỘ MƠN CƠ ĐẤT – VLXD ĐỒ ÁN NỀN MĨNG Số liệu thiết kế: Tải trọng tác dụng: Sinh viên thực hiện: Lớp: Điều kiện thủy văn, 8; Lnhịp: 41,4m Điều kiện địa chất: GVHD: Th.Sĩ Cao Văn Đồn BH4 Thiết kế mơn học nền và móng KỹThuật Bộ môn Địa MỤC LỤC CHƯƠNG I : BÁO CÁO ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH CHƯƠNG II : THIẾT KẾ KĨ THUẬT 7.1Tính bố trí cốt thép dọc cho cọc 27 7.1.1 Tính mơmen cho đốt cọc có chiều dài Ld = 10 m 27 CHƯƠNG III : BẢN VẼ 35 CHƯƠNG I : BÁO CÁO ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH I. CẤU TRÚC VÀ ĐỊA CHẤT CÁC LỚP ĐẤT Tại lỗ khoan BH4, khoan xuống cao độ là 37m, gặp 4 lớp đất như sau: Lớp 1: Chiều dày 2,2m, cao độ của mặt lớp là 0m, cao độ đáy lớp là 2,2m Lớp 1 có các chỉ tiêu vật lý sau: STT Chỉ tiêu Ký hiệu Giá trị Đơn vị Thiết kế mơn học nền và móng KỹThuật Bộ môn Địa Độ ẩm W Trọng lượng thể tích tự nhiên Trọng lượng thể tích khơ Trọng lượng riêng Hệ số rỗng tự nhiên γk = γ 1+W h e0 = γh 25,8 % 18,6 KN/m3 14,8 KN/m3 26,8 KN/m3 0,81 e0 + e0 0,45 ∆.W e0 0,87 γ k Độ rỗng n= Độ bão hòa Sr = Độ ẩm giới hạn dẻo Wp 17,5 % Độ ẩm giới hạn chảy WL 33,8 % 10 Chỉ số dẻo I p = WL − WP 16,3 % 11 Độ sệt của đất dính IL = W − WP WL − WP 0,51 % Bang1 ̉ các chỉ tiêu vật lý cua l ̉ ơp 1 ́ Lớp 1 là đất á sét trạng thái dẻo mềm Lớp 2: có chiều dày 9m, cao độ mặt lớp là 2,2m, cao độ đáy lớp là 11,2m Thành phần hạt: Hạt cát Hạt sỏi Thơ Lớp >10 10 5 2 2,5 1,6 6,5 to vừa nhỏ Hạt bụi mịn Đường kính cỡ hạt (mm) 0,5 0,25 0,1 1 0,5 0,25 0,1 0,05 4,9 6,6 21,1 36,9 0,05 0,01 19,9 Hạt sét 0,01 0,002 Cao độ đáy bệ: CĐĐaB = 1.5 – 2.0 = 0.5m Vậy: chọn các thơng số thiết kế như sau: Ca o ®é ®Ø nh trơ MNTT b =? 450 b =? Hb = ? MNTN a =? Hb = ? a =? 150 25 Httr = ? Httr = ? Htt 25 120 25 60 80 800 60 80 170 Hinh2 ̀ Thông số thiết kế tru câu ̣ ̀ Cao độ đỉnh trụ Cao độ đỉnh bệ : CĐĐT : CĐĐB = + 5m = + 1.5 m Thiết kế mơn học nền và móng KỹThuật Bộ mơn Địa Cao độ đáy bệ là : CĐĐaB = 0.5 m Bề dầy bệ móng : Hb = 2m 1.2. Chọn kích thước cọc và cao độ mũi cọc Theo tính chất của cơng trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là lớn, địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 15.50m và khơng phải là tầng đá gốc, nên chọn giải pháp móng là móng cọc ma sát BTCT Chọn cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thước là 0.45x0.45m, được đóng vào lớp số 4 là lớp cát hạt nhỏ, kết cấu chặt vừa. Cao độ mũi cọc là 29,50m Như vậy cọc được đóng vào trong lớp đất số 4 có chiều dày là 14m Chiều dài của cọc (Lc) được xác định như sau: Lc = CĐĐB Hb CĐMC Lc = 1.5 2.0 ( 31,50) = 31m Trong đó: CĐĐB = +2.00m : Cao độ đỉnh bệ Hb = 2.00m : Chiều dày bệ móng CĐMC = 31,50m : Cao độ mũi cọc Kiểm tra độ mảnh của cọc: λ = Lc 31 = = 68,89 < 70 D 0, 45 => Thoả mãn u cầu về độ mảnh Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: L = Lc + 1m = 31,00 + 1m = 32,00m. Cọc được tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 30m = 11m + 11m + 10m. Các đốt cọc sẽ được nối với nhau bằng hàn trong q trình thi cơng đóng cọc II. LẬP CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ 2.1. Trọng lượng bản thân trụ 2.1.1. Tính chiều cao thân trụ Chiều cao thân trụ Htr: Htr = CĐĐT CĐĐB CDMT Htr = 5.0 – 1.5 – 1.4 = 2.1m. Thiết kế mơn học nền và móng KỹThuật Bộ môn Địa Trong đó: Cao độ đỉnh trụ :CĐĐT = +5.0m Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = +1.5m Chiều dày mũ trụ : CDMT = 0.8+0.6 = 1.4m 2.1.2. Thể tích tồn phần (khơng kể bệ cọc) Cao ®é đá y dầm 30 Cao độ đỉnh trụ V1 V2 V1 V2 H tt MNCN V3 V3 MNTT MNTN Thể tích trụ tồn phần Vtr : Vtr = V1 + V2 + V3 = (8 + 4.5 + 0.25 2) 0.6 � π 1.22 � 1.7 0.8 + � 1.7 + + 3.3 1.2 � � � 2,1 = 10.88 + 6.63 + 10,69 = 28,2 m3 2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nước (khơng kể bệ cọc) Thể tích trụ ngập nước Vtn: Vtn = Str.(MNTN CĐĐB) �π 1, 22 � + 3,3 1, � (2, − 1,5) = 3,56m3 = � � � � � Trongđó: MNTN = +2.2 m : Mực nước thấp nhất CĐĐB = +1.5 m : Cao độ đỉnh bệ 10 Thiết kế mơn học nền và móng KỹThuật Bộ môn Địa Xác định Q1 Độ Chiề Chu sâu u dày vi (m) (m) (m) Lớp 1 0 Lớp 3 11,2 4,3 Tên lớp Cường độ kháng cắt Hệ số Su qS Qs (N/mm2) (N) 1,8 (N/mm ) 0,0234 0,0234 1,8 0,0308 0,0290 224565 224565 Bang12 ̉ – Tinh Q ́ Vậy, tổng sức kháng tính tốn dọc trục của nhóm cọc trong đất sét: Q1 = n.Qs = 28 x 224565 x 0,67 = 4212839,4N =4212,84KN Xác định Q2 Sức kháng đỡ của phá hoại khối được xác theo cơng thức: Q2= 2X 2Y ZSu XYN CSu Trong đó: X : Chiều rộng của nhóm cọc Y : Chiều dài của nhóm cọc Z : Chiều sâu của nhóm cọc NC : Hệ số phụ thuộc tỷ số Z/X Ta có: X = 3.1200 + 450 = 4050mm Y = 6.1200 + 450 = 7650mm z = 2.2 (2.2)= 0.0m vì lớp 1 có chiều dày 0.0 m do đó nó sang lớp thứ 2 vậy nên Su = Su = KN / m = 0MPa 22 Thiết kế mơn học nền và móng KỹThuật Bộ môn Địa => Q2lop1 = (2x4050+2x7650)x200x0= 0 n Lớp 3: Z = −11, 20 – ( −15,50 ) = 4,3m ; � 0, X Y � 1+ � N c = �� Z 4,30 = = 1, 06 < 2,5 X 4, 05 � 0, 4, 05 � � 0, 4,3 � � � 0, Z � �� 1+ 1+ 1+ = 6, 70 � �= �� � � 7, 65 � 4, 05 � �� X � � � � Vì lớp 1 có chiều dày 4,3 m nên Su = Su = 30.8kN / m = 0.0308MPa Vậy: Q2lop = ( 4050 + 7650 ) 4300 0, 0308 + 4050 7650 6, 70 0, 0308 = 9492644,7 N = 9492, 645 kN Sức kháng trụ tương đương: = 9492644,7 N = 9492, 645 kN ( Q2 = (Q2lop1 + Q2lop ) = (0 +9492,645) = 9492,645 KN Do đó: Qg1 = min{Q1; Q2} = min{4212,84; 9492,645 } = 4212,84 KN 5.2.2. Với đất rời Qg2 = xTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn Trong đó: : Hệ số hữu hiệu lấy =1 Sức kháng thân cọc của cọc đơn ở lớp 2 và lớp 4 là: Qs2 = 171833N Qs4 = 9469152,5 N Vậy: Sức kháng thân cọc của các cọc đơn: �Qs = n.(Qs + Qs ) = 18.(171835 + 9469152,5) = 9640985,5 N = 940,99 KN Mũi cọc đặ tại cao độ 31,5m của lớp 4, sức kháng mũi cọc của các cọc đơn: �Q p = n.Q p = 28 �4,368 �450 �450 = 24766560 N = 24766,56 KN Do đó: Qg2 = 26767,860+ 28499,04 = 55266,9 KN Vậy: QR = ϕg (Qg1 + Qg ) = 0, 65.(4212,84 + 55266,9) = 38661,83KN QR = 38661,83KN > VC = 15873,98 KN=> Đạt VI. KIỂM TỐN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG 6.1. Xác định độ lún ổn định 23 Thiết kế mơn học nền và móng KỹThuật Bộ mơn Địa Do lớp đất 1, 2, 3 là các lớp đất yếu, lớp 4 là lớp đất tốt nên độ lún ổn định của kết cấu móng được xác định theo móng tương đương, theo sơ đồ như hình vẽ: Hinh5 ̀ Sơ đơ tinh lun ̀ ́ ́ Ta có: Db=16000mm. Móng tương đương nằm trong lớp đất 4 và cách đỉnh lớp một khoảng Db 10, 67 mm Biểu thức kiểm toán : S � S gh � � � S gh � S gh � Trong đó: � � �: Độ lún giới hạn cho phép của cơng trình. � � �= 25, 4mm S (mm): Độ lún của cơng trình Với lớp đất rời ta có cơng thức xác định độ lún của móng như sau : Sử dụng kết quả SPT: S = ρ = 30q.I X N corr Trong đó: I = − 0,125 � D' X 0,5 � � 1,92 � �N � � � � � 0, 77 lg � N corr = � �σ ' � � v � Với: ρ : Độ lún của nhóm cọc (mm) q = V : Áp lực đáy tĩnh tác dụng tại 2Db/3 cho tại đáy móng tương đương, áp Atd lực này bằng với tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhóm cọc chia bởi diện tích móng 24 Thiết kế mơn học nền và móng KỹThuật Bộ môn Địa tương đương và khơng bao gồm trọng lượng của các cọc hoặc của đất giữa các cọc (MPa) V : Tải trọng thẳng đứng tại đáy bệ ở TTGHSD, V=11064,19 KN X = B : Chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm) I : Hệ số ảnh hưởng chiều sâu chon hữu hiệu của nhóm D’ : Độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2Db/3 (mm), 2Db/3 = 10,67(mm) Db : Độ sâu chon cọc trong lớp đất chịu lực. Ncorr : Giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh cho số đếm SPT của tầng phủ trên độ sâu X phủ dưới đế móng tương đương (Búa/300mm) Ta có: I = − 0,125 D' 10666, = − 0,125 = 0, 67 X 4050 0,5 Xác định q: Kích thước của móng tương đương: + KÝch thíc cđa mãng t¬ng đơng : Chiều rộng móng tơng đơng khoảng cách tim cọc xa theo chiều dọc cầu + ®êng kÝnh cäc: Bt® = 3.1,2+ 0,45 = 4,05 m Chiều dài móng tơng đơng khoảng cách tim cäc xa nhÊt theo chiỊu däc cÇu + ®êng kÝnh cäc: Lt® = 6.1,2 + 0,45 = 7,65 m Diện tích móng tơng đơng S = Btđ Lt® = 4,05.7,65 = 30,9825m2 Do đó q = 11064,19 = 320, 05KN / m = 0,320 N / mm 30,98 Xác định Ncorr: � � � 1,92 � �N N corr = � 0, 77 lg � � �σ ' � � � � v � � � Trong đó: Ncorr : Số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ σ v' : Ứng suất thẳng đứng có hiệu (N/mm2) 25 Thiết kế mơn học nền và móng KỹThuật Bộ môn Địa N : số đếm SPT trong khoảng tính lún. Được tính bằng chỉ số SPT trung bình tính từ cao độ đáy móng tương đương tới đáy lớp 4 Cao độ đỉnh lớp tính lún là: −15,5 − D ' = −15,5 − 10, 67 = −26,17 m Cao độ đáy lớp tính lún: 37m Cao độ -26,17 -27 -29 -31 -33 -35 -37 N 20,33 20 21 21 26 27 28 N N= 20,33 + 20 + 21 + 21 + 26 + 27 + 28 = 23,33 ta ®ỵc N = 23,33(Bóa/300mm) Xác định σ v' : Tính từ mặt đất sau xói đến độ sâu dưới móng tương đương một khoảng X. Trong đó: σ v' : Ứng suất có hiệu (N/mm2), σ v' = σ − u σ : Ứng suất tổng (kN/m2) u : Áp lực nước lỗ rỗng ứng với MNTN (kN/m2), MNTN = 2,2m Ta có: σ = γ n (hx + MNTN ) + γ 1.(h1 − hx ) + γ bh h2 + γ h3 + γ bh h4 = 9,81(2,2+2,2) + 18,6.(2,22,2)+17,88.9+19,3.4,3+18,69.10,75) = 487,99 KN/m2 u = (2, + h1 + h2 + h3 + h4 )γ n = (2, + 2, + 9, + 4,3 + 10, 75).9,81 = 279,09KN/m2 => σ v' = 487,99 – 279,09 = 208,89KN/m2 = 0,209N/mm2 Thay số vào ta có: � � �1,92 � N corr = � 0, 77 lg � �23,33 = 17,38 ( Búa / 300mm ) � 0, 208 � � � � S = ρ = 30q.I X 30.0,325.0, 67 4050 = = 23,9(mm) N corr 17,38 S gh � S= 23,9 (mm) Mtt = 25.94 (KN.m) Đạt Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa và hàm lượng cốt thép tối thiểu c 35.71 = = 0.16 < 0.42 => Đạt ds2 225 ρ= As x387 = = 0.019 bxd (450 − 50) x450 Ta thấy 0,03 f 'c fy 0.03 28 0.002 => 420 => Đạt Kết luận : Cốt thép được chọn và bố trí như trên là đảm bảo khả năng chịu lực 7.3 Bố trí cốt thép đai cho cọc Do cọc chủ yếu chịu nén, chịu cắt nhỏ nên khơng cần duyệt về cường độ của cốt thép đai. Vì vậy cốt thép đai được bố trí theo u cầu về cấu tạo Đầu mỗi cọc ta bố trí với bước cốt đai là 50mm Tiếp theo ta bố trí với bước cốt thép đai là 100mm Đoạn còn lại của mỗi đoạn cọc (phần giữa đoạn cọc) bố trớ với bước cốt đai là: 150mm 7.4 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc Cốt thép mũi cọc có đường kính 40, với chiều dài 800 mm 34 Thiết kế mơn học nền và móng KỹThuật Bộ mơn Địa Đoạn nhơ ra khỏi mũi cọc là: 50 mm 7.5 Lưới cốt thép đầu cọc Đầu cọc được bọc bằng một vành đai thép bằng thép bản có chiều dày 10mm nhằm mục đích bảo vệ bê tơng đầu cọc khơng bị hỏng khi đóng cọc và ngồi ra còn có tác dụng để hàn nối các đốt cọc trong khi thi cơng với nhau 7.6 Cốt thép móc cẩu Cốt thộp móc cẩu được chọn có đường kính 22. Do cốt thép bố trí trong cọc rất thừa vì vậy ta có thể sử dụng ln cốt thép móc cẩu làm móc treo khi đó ta khơng cần phải làm móc thứ 3 tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi cơng và để cọc trong bãi Khoảng cách từ đầu mỗi đoạn cọc đến mỗi móc neo của đoạn cọc 10m là a = 2 (m) = 2000 (mm) Khoảng cách từ đầu mỗi đoạn cọc đến mỗi móc neo của đoạn cọc 11m là a = 2.3 (m) = 2300 (mm) 7.7 Tính mối nối thi cơng cọc Ta sử dụng mối nối hàn để nối các đoạn cọc lại với nhau. Mối nối phải đảm bảo cường độ mối nối tương đương hoặc lớn hơn cường độ cọc tại tiết diện có mối nối Để nối các đốt cọc lại với nhau ta sử dụng 4 thép góc L100 100 10 táp vào 4 góc của cọc rồi sử dụng đường hàn để liên kết hai đầu cọc. Ngồi ra để tăng thêm an tồn cho mối nối ta sử dụng thêm 4 thép bản 520x100x10mm được táp vào khoảng giữa hai thép góc để tăng chiều dài hàn nối CHƯƠNG III : BẢN VẼ 35 Thiết kế mơn học nền và móng KỹThuật Bộ môn Địa 1. Bản vẽ Bố trí chung cơng trình Tỉ lệ bản vẽ : 1/150 Đơn vị : cm 2. Bản vẽ cốt thép cho cọc Tỉ lệ bản vẽ : 1/50 Đơn vị : mm 3. Bản vẽ mối nối cọc Tỉ lệ bản vẽ : 1/10 Đơn vị : mm 4. Bản vẽ cốt thép bệ Tỉ lệ bản vẽ : 1/50 Đơn vị : mm 36 ... Vậy sức kháng nén dọc trục theo đất nền: QR = 528504,88+ 679946,4 = 1023836,08N =1208,45KN Sức kháng dọc trục của cọc đơn Ptt 16 Thiết kế mơn học nền và móng KỹThuật Bộ môn Địa... Vậy: PR = 0,75x0,8x{0,85x28x(20250 0– 3041) + 420x3041} = 3614606,52N 3614,607kN 3.2. Sức kháng nén dọc trục theo đất nền QR Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: Q r = ϕqp Qp + ϕqs Qs ... VI. KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG 6.1. Xác định độ lún ổn định 23 Thiết kế mơn học nền và móng KỹThuật Bộ mơn Địa Do lớp đất 1, 2, 3 là các lớp đất yếu, lớp 4 là lớp đất tốt nên độ lún ổn định của