THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

PHẦN CHỌN KÍCH THƯỚC CỌC&CHIỀU DÀY MÁI GIA CỐ I CĂN CỨ PHÁP LÝ - QCXDVN 02:2008/BXD- Qui chuẩn xây dựng Việt Nam số liệu điều kiện tự nhiên dùng xây dựng - TCVN 9901-2014- Cơng trình thủy lợi: Yêu cầu thiết kế đê biển - TCVN 10304:2014: Móng cọc-tiêu chuẩn thiết kế; - TCVN 9362-2012: Thiết kế nhà cơng trình - TCVN 5574-2012 ‘’Kết cấu bê tông bê tông cốt thép-Tiêu chuẩn thiết kế’’; - Giáo trình Nền Móng- Lê Anh Hồng-Nhà xuất Xây dựng; - Giáo trình Nền Móng- Đại học Thủy lợi; - Giáo trình Cơ học đất- Đại Học Thủy Lợi; - Giáo trình Cơ học đất - Đại học xây dựng miền Trung; - Căn vào kết khảo sát địa chất hố khoan dọc tuyến kè II CƠ SỞ CHỌN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH Cơ sở chọn kích thước cọc Để tìm chiều dài tiết diện cọc hợp lý cọc chọn thiết kế phải đáp ứng yêu cầu sau: - Đảm bảo chuyển vị cọc lớn nằm giới hạn cho phép - Khả chịu tải cực hạn cọc đảm bảo khả đóng cọc đất - Chiều dài cọc, tiết diện cọc đảm bảo độ lún theo ứng suất - Cọc chọn mật độ cọc hợp lý để đảm bảo tính kinh tế khả làm việc - Cọc chọn phải đảm bảo không bị phá hủy kết cấu đóng hay ép - Chọn mắt cắt bất lợi để tính tốn mặt cắt C10, chọn tiết diện cọc tính tốn (10x10)cm, (15x15)cm, (20x20)cm, (25x25)cm Căn theo mặt cắt C10 chiều dài tính tốn cọc tính dần 2,5m; 3m, 4m, 5m, 6m Sơ chọn kết cấu mái gia cố Căn vào cơng trình gia cố mái thực hệ thống, bao gồm: - Gia cố mái kênh dẫn vào bể hút trạm bơm Nhân Hòa thực năm 2017 - Gia cố mái kênh tiêu trạm bơm Nhâm Tràng năm 2016 - Các công trình gia cố mái thực địa bàn tỉnh Nam Định Kết cấu sơ mái cơng trình sau: + Mái làm bê tơng cốt thép M200 dày 10cm, có bê tơng lót M100 dày 5cm Bố trí khe lún (5m/khe) + Chân mái cố định cọc bê tông cốt thép M250, có bê tơng chắn đất (1x1x0,1)m Kích thước cọc tính tốn phương pháp thử dần Hình 1: Mặt cắt nguy hiểm C12 Chọn kích thước cọc a) Mơ hình tính tốn tiêu lý đất Cắt 1m đoạn giằng cọc, ta có mơ hình tính tốn hình vẽ Hình 2: Mơ hình tính tốn cọc b) Chỉ tiêu lý đất Cọc tính tốn nằm lớp đất số có tiêu lý sau: Bảng 1: Chỉ tiêu lý lớp đất số 3.1 Kiểm tra độ lún móng cọc - Cắt 1m bề ngang cơng trình, để tiện cho tính toán phản ánh làm việc cọc ta đặt cọc phạm vi 1m tính tốn hình - Căn vào tài liệu địa chất cắt ngang thiết kế mái kè móng cọc qui ước nằm lớp đất số - Tính tốn chọn chiều dài cọc đảm bảo độ lún cách thử dần chiều dài cọc từ 2,5m đến 6m ứng với tiết diện cọc (10x10)cm, (15x15)cm, (20x20)cm, (25x25)cm Hình 3: Mơ hình tính tốn lún với móng khối qui ước Từ mép ngồi cọc biên kẻ đường xiên góc góc ma sát trung bình lớp đất có chiều dày hi bên hông chiều dài cọc (ở lớp số 3) Kiểm tra cọc có tiết diện (10x10) có chiều dài 2,5m a) Diện tích khối móng qui ước Trong đó: - B1 khoảng cách mép cọc biên tính bề rộng đài cọc, Bl=0,234m - L1 khoảng cách mép cọc biên tính bề dài đài cọc, Ll=1,23m - L: chiều dài lớp đất khối móng qui ước, L=2,5m - = = 7004’ Vậy: b) Tổng tải trọng đứng đáy móng khối qui ước -: tải trọng mái tác dụng lên khối móng (Lmái=5,81m, chiều dày bê tơng+lót: 0,15m) - W1: Tải trọng giằng W1=0,3*0,3*1*2,5*1,1=0,248 (Tấn) - W2coc: Tải trọng cọc bê tông cốt thép W2coc=(0,1*0,1*2,5*2,5x1,1)*2=0,138 (Tấn) (2,5 1,1 trọng lượng riêng bê tông hệ số vượt tải tính tốn) - Wdat:Tải trọng đất (Tấn) Vậy: =0,248+0,138+1,203=1,588 (Tấn) c) Độ lệch tâm e Trong đó: - Mơ men gây lật Tải trọng ngang gây lật W’o=W’ cos27o=5,81*0,15*1*2,5*1,1cos27o=0,891 (Tấn) Vậy: d) Phản lực móng khối qui ước e) Áp lực tiêu chuẩn Để đảm bảo độ lún phải thỏa mãn điều kiện sau: Ta có: Trong đó: - m1, m2 : Hệ số điều kiện làm việc đất nhà cơng trình + m1=1,1 với đất có độ sệt B=0,98>0,5 + m2=1 cơng trình có sơ đồ kết cấu cứng với tỉ số chiều dài cơng trình đơn ngun với chiều cao L/H>4 - k: hệ số phụ thuộc cách chọn tiêu lý, k=1 với tiêu lý lấy từ thí nghiệm trực tiếp Với dung trọng khơ chiều cao khối móng qui ước - A, B, D hệ số phụ thuộc vào góc ma sát Với nội suy ta A=0,118, B=1,471, D=3,823 (Tra bảng 4.1: Giáo trình Nền Móng-Lê Anh Hồng) -C: lực dính lớp đất số 3, C =0,68T/m2 Vậy: So sánh Ta thấy: Vậy độ lún móng cọc khơng đảm bảo Tính tốn tương tự cho tiết diện chiều dài cọc khác ta có bảng so sánh sau đây: Bảng 2: Kết tính ứng suất theo tiết diện chiều dài cọc Nhận xét: Nhìn vào bảng tổng hợp ta thấy: - Chiều dài cọc 3m không đảm bảo điều kiện ổn định lún - Khi tăng chiều dài lên 3,5m có cọc tiết diện (20x20)cm (25x25)cm thỏa mãn - Khi chiều dài cọc ≥4m cọc thỏa mãn ổn định lún 3.2 Tính chuyển vị cọc Cắt 1m chiều ngang cơng trình, đoạn cắt có tính đến bê tơng (1x1x0,1)m Khi toán đưa cọc ngang chịu tải trọng ngang chịu tải trọng - Tải trọng đứng: Ntt Mơ men: Mtt Tải trọng ngang: Htt Hình 5: Sơ đồ tính chuyển vị cọc a) Xác định tải trọng - Bê tông 1m: dầm ngang (20x20)cm W1 = x 2,5x x 0,2x 0,2 x 1,2 = 0,36 (Tấn) - Bê tông dầm dọc (20x20)cm: W2= 5,82 x 0,2 x 0,2 x 2,5 x 1,2 = 0,7(Tấn) - Bê tông đổ dày 10cm: W3= 2,81 x 0,4 x 0,1 x x 2,5 x 1,2 = 1,35(Tấn) → W = W1 + W2 + W2 = 0,36+0,7,1,35 = 2,41 T *Tải trọng đứng Ntt Ntt = N1 = W.sin 270=2,41 sin 270 =1,09(Tấn) *Mô men Mtt Ntt = N2= W.cos 270=2,41 cos 270 =2,15(Tấn) *Tải trọng ngang Htt - Xét trường hợp bất lợi nhất, ta coi cọc dầm công xôn bị ngàm vào đất chừa đoạn 1m Trọng lượng đất đè lên bê tông (1x1x0,1)m tính lực ngang tác dụng vào đầu mũi cọc làm cho cọc bị chuyển vị -Vì phần đá xô bồ không đáng kể đơn giản tính tốn nên ta coi tồn khối đất tác dụng vào cọc lớp đất số Trọng lượng khối đất tính tốn là: Wđất = 5,36*1*1*1,69*1,1=9,96 (Tấn) Do đó: Htt=Wđất= 9,96 (Tấn) b) Tính tốn hệ số *Hệ số mềm theo phương ngang Cx Theo bảng 4.14, giá trị Cx ứng với đất sét mềm –chảy độ sâu 3,7m: Cx = 2÷40 (MN/m3) Ta chọn, Cx=2 (MN/m3) D bề rộng chịu tải, D =1,5x0,1 =0,15m - Độ cứng cọc theo phương ngang: E: Modul đàn hồi cọc bê tông, E=21.106kPa - Hệ số lệch tâm: =e-λz(sin0,272+1,294(sin0,272+cos0,272))=1,421 - Moment lớn nhất: Phương trình mơ men: Hay: - Chuyển vị ngang tổng cộng trường hợp đầu cọc tự do: Lớn vị trí z=0 Khi đó: Thay vào ta có: ≈5cm Chuyển vị cho phép cọc [x]=3,8cm Ta thấy chuyển vị trường hợp 5cm>[x], cọc tính tốn tốn khơng đảm bảo Thử dần cho tiết diện cọc khác ta có bảng kết sau 3.3 Khả chịu tải cực hạn theo (Công thức 4-27 trang 144 giáo trình Nền nhà cơng trình-Lê Anh Hồng) Trong đó: - Fc: Tiết diện cọc, Fc=0,2*0,2=0,04m2 - U: chu vi cọc, U=4*0,2=0,8m - fs: Sức bám trượt hông xung quanh cọc - Lc: Chiều dài cọc, Lc = 4m - Qm : Khả chịu tải mũi cọc - fs: Tính ma sát hơng (ma sát bám trượt xung quanh) a) Khả chịu tải mũi cọc Qm Toàn thân cọc L=4m nằm lớp đất số (Cơng thức 4-29 Giáo trình Giáo trình Nền Móng-Lê Anh Hồng) Trong đó: - C: Lực dính đất, c=6,8T/m2 - γ': Dung trọng đất mũi cọc γ'=1,69T/m3 - Z: Chiều sâu mũi cọc cắm vào đất Z=0,2m - D: Đường kính cọc, chọn D=0,2m - Nc, Nq, Nγ: Hệ số sức chịu tải phụ thuộc vào ma sát đất, hình dạng mũi cọc phương pháp thi công Với φ=704’ => Nq=1,47, Nc=3,82, N=0,12 (Tra bảng 4.16, giáo trình Nền Nhà cơng trình Lê Anh Hồng) Vậy: Qm=0,68*3,82+1,69*0,2*1,47+1,69*0,2*0,12=3,13(T/m2) b) Tính ma sát hơng (ma sát bám trượt xung quanh) (Cơng thức 4-28 Giáo trình Giáo trình Nền Móng-Lê Anh Hồng) Trong đó: - ca: Lực dính cọc đất, ca=(0.7÷1)c - a: góc ma sát cọc đất, a=(0,7-1)φ - σ': Áp lực hữu hiệu thẳng đứng, σ'=γ’.Z - γ’: Dung trọng lớp đất tiếp xúc cọc (T/m3) - Z: chiều sâu cọc lớp đất tiếp xúc (m) - Ks = (1.2÷1.4)(1-sinφ) Lớp đất 3: + ca = 0,7c=0,7*0,68=0,47(T/m2) + a=0,7φ=0,7*7o4’=4,950 10 PHẦN TÍNH ỔN ĐỊNH CƠNG TRÌNH I Căn pháp lý - TCVN 4447:2012 Công tác đất – Thi công nghiệm thu TCVN 2737 - 2006: Tiêu chuẩn tải trọng tác động TCVN 9836-2012 2012 ‘’Thiết kế công trình chịu động đất’’ TCVN 9844-2013: Yêu cầu thiết kế, thi công, nghiệm thu vải địa kỹ thuật xây - dựng đắp đất yếu Sổ tay kỹ thuật thủy lợi tập III Cẩm nang dành cho kỹ sư Địa Kỹ Thuật-NXB Xây Dựng Giáo trình Thủy cơng tập II-Đại học Thủy Lợi Giáo trình Thi cơng cơng trình thủy lợi-Đại học Thủy lợi Cơ sở lý thuyết phương pháp tính ổn định mái dốc TS Đỗ Văn Đệ-ĐHXD - Hà Nội Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính tốn Slope/Geo-Slope TS Nguyễn Quang - Thạo- Viện Thủy lợi thuộc trường Đại học Thủy Lợi Bài giảng Hướng dẫn sử dụng Geo-Slope trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng-Bộ - môn đường tơ đường thành phố Quy trình vận hành hệ thống thủy lợi Bắc Nam Hà Và tài liệu liên quan khác II Dữ liệu tính tốn Mặt cắt Các yêu cầu đặt lựa chọn mặt cắt tính tốn - Tính tốn cho mặt cắt vị trí có lỗ khoan địa chất - Đề cập hết dạng mặt cắt địa chất điển hình Căn đồ án thiết kế tài liệu báo cáo địa chất cơng trình, mặt cắt chọn để tính ổn định mái ghi bảng Số liệu địa chất - Sử dụng báo cáo địa chất Công ty cổ phần BC&D - Đối với đất đắp mái kè gọi lớp đất * (*) đất đắp tận dụng từ đất đào có tiêu lý đất 16 III Trường hợp tính tốn Cắt ngang 1m chiều dài cơng trình; tính ổn định cơng trình trường hợp sau: Trường hợp - Cơng trình vừa thi cơng xong, hạ lưu khơng có nước, thượng lưu mực nước kênh cao trình (-0.30) mực nước bể hút trường hợp có dự báo áp thấp nhiệt đới, bão ảnh hưởng trực tiếp đến khu vực (Trang 11- Qui trình vận hành hệ thống thủy - lợi Bắc Nam Hà) Tải trọng xe H10 Cơng trình chịu động đất cấp Trường hợp Cơng trình vừa thi cơng xong, hạ lưu khơng có nước, thượng lưu mực nước kênh cao trình mực nước thi cơng (+0.50) mực nước thấp rút xuống - trạm để đảm bảo vận hành cho sản xuất Tải trọng xe H10 Cơng trình chịu động đất cấp IV Tính tốn tải trọng Tải trọng ô tô đường Để đảm bảo kết cấu đường phương tiện lưu thông đặc biệt xe ô tô; vào kết cấu đường ta chọn xe có tải trọng H10 có trọng lượng xe đầy hàng G1=13 Tấn l e/ b d b e/ B Sơ đồ bố trí xe ô tô 17 Tải trọng xe cộ xem tải trọng số xe nặng tối đa lúc đỗ kín khắp bề rộng đường phân bố 1m chiều dài đường; tải trọng quy đổi tương đương thành lớp đất có chiều cao hx xác định theo cơng thức sau: (*) Trong đó: + G- tải trọng tiêu chuẩn xe H10 chở nặng, G= 1,2*Go=1,2*13=15,6T (1,2 hệ số động xe) (22TCN 18-79, Phụ lục 9-Bảng 1: Chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu đoàn xe ô tô tiêu chuẩn, Go=13 tấn) + n- Số xe tối đa xếp phạm vi bề rộng đường, n=1 + γ- Dung trọng đất đắp đường (T/m3), γ=1,79T/m3 + l- Phạm vi phân bố tải trọng xe theo hướng dọc (m), Đối với xe H10 chọn l=4,2m + B- Bề rộng phân bố ngang xe (m) B=nb+(n-1)d+2 (**) Với loại tơ b=1,8m, d khoảng cách ngang tối thiểu xe (thường lấy d=1,3m); e bề rộng lốp đôi (e=0,5-0,8m); n chọn giá trị tối đa đảm bảo B tính theo (**) nhỏ bề rộng đường (chọn n=0,06) B=nb+(n-1)d+2=0,06*1,8+(1-1)*0+2=2,11(m) Do đó: Vậy tải trọng phân bố mặt đường xe qua Tải trọng bê tông mái nghiêng kè Ở chiều dày bê tơng cốt thép mái bê tơng lót tính thành chung bê tông cốt thép để gia tăng tải phân bố, ta có: Trong đó: - Dung trọng bê tông cốt thép, (T/m3) - Chiều dày lớp bê tơng, =0,15m α: góc hợp với phương ngang mái nghiêng, α=27o Do đó: 18 /m2 Tải trọng đường bê tơng Trong đó: - Dung trọng bê tông, (T/m3) - Chiều dày đá xây, =0,20m Do đó: Hệ số động đất Căn theo TCVN 9386-2012, Tra Phụ lục H Bảng phân vùng gia tốc theo địa danh hành Gia tốc khu vực huyện Ý Yên-Tỉnh Nam Định ag=0,1123 - Từ ag=0,1123 tra Bảng I.1 - Bảng chuyển đổi từ đỉnh gia tốc sang cấp động đất cấp động đất vị trí cơng trình cấp VII-thang Thang MSK-64 (Hoặc tra theo đồ phân vùng động đất Việt Nam cấp động đất tỉnh Nam Định cấp VII) - Từ cấp động đất-cấp VII ta có hệ số động đất theo phương ngang Trong đó: + α: Tỉ số gia tốc thiết kế gia tốc trọng trường + S: Hệ số Căn theo địa chất đường địa chất sau khoan loại D Tra Bảng 3.2 - Giá trị tham số mô tả phổ phản ứng đàn hồi S=1,35 + r: Hệ số để tính tốn hệ số động đất theo phương ngang Đây công trình có dạng kết cấu tường chắn bê tơng cốt thép chịu uốn nên r=1 Do đó: Vải địa kỹ thuật Theo TCVN 9844-2013: Yêu cầu thiết kế, thi công, nghiệm thu vải địa kỹ thuật xây dựng đắp đất yếu - Lực kéo đứt vải (cường độ chịu kéo): 25kN/m (Theo bảng 3: Yêu cầu kỹ thuật vải làm tầng lọc nước) - Hệ số an tồn vật liệu (độ tin cậy): k=2 (với vải làm polyester-Trang 11) - Lực kháng ma sát (Theo Slope/Geo-slope) 19 Trong đó: - Dung trọng lớp đất số 2, (T/m3) - Chiều dày lớp đất số 2, =2,9m L- Chiều dài vải địa kỹ thuật, L= 5,8m (Nhập giá trị tính tốn vào Modul Slope, tải trọng tác dụng lên lớp đất tổng tải trọng ô tô mặt đường bê tông) IV Trình tự tính tốn phần mềm Geoslope Theo báo cáo kết khảo sát địa chất thân đường, đường lớp đất (đất sét pha tồn tuyến) Mặt khác, q trình khảo sát thu thập số liệu tồn tuyến khơng có tượng thấm sau thân đường gây sạt trượt nên tuyến cơng trình đảm bảo an tồn thấm Tuy nhiên để đảm bảo độ xác tính toán phản ánh chất ổn định mái ta phải tính tốn thấm thơng qua Modul Seep/W sau tích hợp qua Modul Slope/W để tính ổn định trường hợp chưa tính có tính đến yếu tố động đất V Phân tích kết tính ổn định Cơng trình đảm bảo an toàn ổn định trượt thỏa mãn điều kiện Kminmin>[K] Trong đó: - [K]-Hệ số an tồn ổn định chống trượt đê đất Theo bảng trang 24 QCVN 04-05/BNNPTNT cơng trình cấp III mái bê tông cốt thép, điều kiện sử dụng bình thường [K]=1,15 - Kminmin- hệ số ổn định nhỏ tập hợp hệ số ổn đỉnh; hệ số lấy từ kết tính tốn ổn định Để đảm bảo độ xác cách lấy giá trị K minmin, miền khu vực chứa tâm trượt nguy hiểm xác định theo phương pháp Filennit Fanđêép (Giáo trình Thủy cơng tập trang 153, 154-Đại học Thủy Lợi) VI Kết kết luận Kết tính tốn 20 Xem phụ lục tính tốn kèm theo Kết luận Căn vào bảng kết tính tốn ta thấy - Hiện trạng cơng trình mái đất khơng đảm bảo ổn định có tượng sạt lở suốt chiều dài tuyến khảo sát - Khi tiến hành gia cố mái sau tính tốn cơng trình sau hồn thiện điều kiện làm việc bình thường ta thấy khối đất trượt có hệ số Kminmin>[K] - Với kết cấu cơng trình mái gia cố sau hồn thiện tiến hành nạo vét lịng sơng Kết quẩ kiểm tra cho thấy cơng trình ổn định sau nạo vét, khối đất trượt có hệ số Kminmin>[K] Vậy kết cấu tồn cơng trình đảm bảo ổn định Nam Định, ngày tháng năm 2019 Tính tốn Bùi Việt Hùng PHỤ LỤC TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH Tính tốn ổn định cơng trình mặt cắt C6 * Trường hợp 1: cao trình mực nước thi cơng (0.00) 21 Khi khơng có động đất Khi có động đất * Trường hợp 2: Tại cao trình mực nước (-0.30) 22 Khi khơng có động đất Khi có động đất Tính tốn ổn định cơng trình mặt cắt C14 * Trường hợp 1: cao trình mực nước (0.00) 23 Khi khơng có động đất Khi có động đất * Trường hợp 2: cao trình mực nước (-0.30) 24 Khi khơng có động đất Khi có động đất Tính tốn ổn định cơng trình mặt cắt C22 * Trường hợp 1: cao trình mực nước (0.00) 25 ... nhiên để đảm bảo độ xác tính toán phản ánh chất ổn định mái ta phải tính tốn thấm thơng qua Modul Seep/W sau tích hợp qua Modul Slope/W để tính ổn định trường hợp chưa tính có tính đến yếu tố động... thước cọc tính tốn phương pháp thử dần Hình 1: Mặt cắt nguy hiểm C12 Chọn kích thước cọc a) Mơ hình tính tốn tiêu lý đất Cắt 1m đoạn giằng cọc, ta có mơ hình tính tốn hình vẽ Hình 2: Mơ hình tính. .. dày cọc thuận lợi cho trình thi cơng cự ly cọc bố trí cách 1m (tính từ tim cọc) tức khoảng cách cọc 80cm hợp lý Tính tốn cốt thép cọc Tính tốn cốt thép theo trạng thái giới hạn thứ nhất, theo TCVN