Địa kĩ thuật - Thiết kế môn học nền và móng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ MÔN CƠ ĐẤT – VLXD ĐỒ ÁN NỀN MÓNG Số liệu thiết kế: Sinh viên thực hiện: Tải trọng tác dụng: 4 Lớp: Điều kiện thủy văn, Lnhịp: 8; 41,4m GVHD: Th.Sĩ Cao Văn Đoàn Điều kiện địa chất: BH4 MỤC LỤC : BÁO CÁO ĐỊA CHẤT CÔNG 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 Độ ẩm W 25,8 % Trọng lượng thể tích tự nhiên g 18,6 KN/m3 Trọng lượng thể tích khô 14,8 KN/m3 Trọng lượng riêng gh 26,8 KN/m3 Hệ số rỗng tự nhiên 0,81 Độ rỗng 0,45 Độ bão hòa 0,87 Độ ẩm giới hạn dẻo Wp 17,5 % Độ ẩm giới hạn chảy WL 33,8 % Chỉ số dẻo 16,3 % Độ sệt của đất dính 0,51 % -các chỉ tiêu vật lý của lớp 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 Lớp Hạt sỏi Hạt cát Hạt bụi Hạt sét Thô to vừa nhỏ mịn Đường kính cỡ hạt (mm) >10 10 ¸ 5 5 ¸ 2 2 ¸ 1 1 ¸ 0,5 0,5 ¸ 0,25 0,25 ¸ 0,1 0,1 ¸ 0,05 0,05 ¸ 0,01 0,01 ¸ 0,002 <0,002 2  2,5 1,6 6,5 4,9 6,6 21,1 36,9 19,9 Thành phần hạt: - Thành phần hạt của lớp 2 Lượng hạt lớn hơn 0,25mm: 2,5 + 1,6 + 6,5 + 4,9 + 6,6 = 15,6%< 50% Lượng hạt lớn hơn 0,1mm: 2,5 + 1,6 + 6,5 + 4,9 + 6,6+21,1 = 36,7 <75% Đây là cát hạt bụi Các chỉ tiêu vật lý của lớp đất 2: STT Chỉ tiêu Ký hiệu Giá trị Đơn vị Trọng lượng riêng gh 26,6 KN/m3 Trọng lượng thể tích bão hòa KN/m2 Hệ số rỗng tự nhiên e0 1,08 Hệ số rỗng lớn nhất emax 1,172 Hệ số rỗng nhỏ nhất emin 0,754 Độ chặt của đất rời 0,22 -Các chỉ tiêu vật lý của lớp đất 2 Lớp đất 2 là lớp đất cát ở trạng thái rời rạc Lớp 3: Chiều dày 4,3m, cao độ của mặt lớp là -11,2m, cao độ đáy lớp là -15,5m Lớp 3 có các chỉ tiêu vật lý sau: STT Chỉ tiêu Ký hiệu Giá trị Đơn vị Độ ẩm W 20,6 % Trọng lượng thể tích tự nhiên g 19,3 KN/m3 Trọng lượng thể tích khô 16 KN/m3 Trọng lượng riêng gh 27,0 KN/m3 Hệ số rỗng tự nhiên 0,69 Độ rỗng 0,41 Độ bão hòa 0,82 Độ ẩm giới hạn dẻo Wp 14,0 % Độ ẩm giới hạn chảy WL 27,9 % Chỉ số dẻo 13,9 % Độ sệt của đất dính 0,47 % - Các chỉ tiêu vật lý của lớp 4 Lớp 3 là đất á sét trạng thái dẻo cứng.Lớp 4: có chiều dày 21,5m, cao độ mặt lớp là -15,5m, cao độ đáy lớp là -37,0m Lớp Hạt sỏi Hạt cát Hạt bụi Hạt sét Thô to vừa nhỏ mịn Đường kính cỡ hạt (mm) >10 10 ¸ 5 5 ¸ 2 2 ¸ 1 1 ¸ 0,5 0,5 ¸ 0,25 0,25 ¸ 0,1 0,1 ¸ 0,05 0,05 ¸ 0,01 0,01 ¸ 0,002 <0,002 4 0,5 0,5 3,2 42,9 40,6 12,3 Thành phần hạt: -Thành phần hạt của lớp 4 Lượng hạt lớn hơn 0,25mm: 0,5 + 0,5 + 3,2 + 42,9 = 47,1%< 50% Lượng hạt lớn hơn 0,1mm: 0,5 + 0,5 + 3,2 + 42,9 + 40,6 =87,7 >75% Đây là cát hạt nhỏ Các chỉ tiêu vật lý của lớp đất 4: STT Chỉ tiêu Ký hiệu Giá trị Đơn vị Trọng lượng riêng gh 26,6 KN/m3 Trọng lượng thể tích bão hòa KN/m2 Hệ số rỗng tự nhiên e0 0,89 Hệ số rỗng lớn nhất emax 1,136 Hệ số rỗng nhỏ nhất emin 0,727 Độ chặt của đất rời 0,60 - Các chỉ tiêu vật lý của lớp đất 4 Lớp đất 4 là lớp đất cát ở trạng thái chặt vừa. II. NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ Theo tài liệu khảo sát địa chất công trình, phạm vi nghiên cứu và quy mô công trình dự kiến xây dựng, em xin có một số nhận xét và kiến nghị sau: Nhận xét: + Điều kiện địa chất công trình trong phạm vi khảo sát nhìn chung là khá phức tạp, có nhiều lớp đất phân bố và thay đổi khá phức tạp. + Lớp đất số 1, 2,3 là lớp đất yếu do chỉ số xuyên tiêu chuẩn và sức chịu tải nhỏ, lớp 4 có trị số SPT và sức chịu tải khá cao. + Lớp đất số 1, 2,3 dễ bị lún sụt khi xây dựng trụ cầu tại đây. Kiến nghị: + Với các đặc điểm địa chất công trình tại đây, nên sử dụng giải pháp móng cọc ma sát bằng BTCT cho công trình cầu và lấy lớp đất số 4 làm tầng tựa cọc. + Nên để cho cọc ngập sâu vào lớp đất số 4 để tận dụng khả năng chịu ma sát của cọc. : THIẾT KẾ KĨ THUẬT BỐ TRÍ CHUNG CÔNG TRÌNH - Bố trí chung công trình I. LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH 1.1. Lựa chọn kích thước và cao độ bệ cọc 1.1.1. Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT) Vị trí xây dựng trụ cầu ở sông không có nhiệm vụ phục vụ giao thông đường thủy và sự thay đổi mực nước giữa MNCN và MNTN là tương đối cao. Xét cả điều kiện mỹ quan trên sông, ta chọn các giá trị cao độ như sau: Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = MNCN + 1 -0.3 (1) Trong đó: MNCN : Mực nước cao nhất, MNCN = 4,3m Ta có: Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT =MNCN + 1 – 0.3 => Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = 4.3 + 1 – 0.3 = 5 m. 1.1.2. Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB) Cao độ đỉnh bệ MNTN - 0.5m = 2.2 - 0.5 = 1,7m (2) => Chọn cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = +1.5m 1.1.3. Cao độ đáy bệ (CĐĐAB) Cao độ đáy bệ = CĐĐB - Hb (3) Hb : Chiều dày bệ móng Chọn Hb = 2.0m => Cao độ đáy bệ: CĐĐaB = 1.5 – 2.0 = - 0.5m Vậy: chọn các thông số thiết kế như sau: -Thông số thiết kế trụ cầu Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = + 5m Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = + 1.5 m 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 công 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 không phải là tầng đá gốc, nên chọn giải pháp móng là móng cọc ma sát BTCT. Chọn cọc bê tông 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 (4) 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: (5) => Thoả mãn yêu 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 quá trình thi công 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 (6) Htr = 5.0 – 1.5 – 1.4 = 2.1m. 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 toàn phần (không kể bệ cọc) Thể tích trụ toàn phần Vtr : Vtr = V1 + V2 + V3 = (7) = 10.88 + 6.63 + 10,69 = 28,2 m3. 2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nước (không kể bệ cọc) Thể tích trụ ngập nước Vtn: Vtn = Str.(MNTN - CĐĐB) (8) = Trongđó: MNTN = +2.2 m : Mực nước thấp nhất CĐĐB = +1.5 m : Cao độ đỉnh bệ Str : Diện tích mặt cắt ngang thân trụ (m2) 2.2. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN Các tổ hợp tải trọng đề bài ra như sau: Tải trọng Đơn vị TTGHSD - Tĩnh tải thẳng đứng KN 5600 - Hoạt tải thẳng đứng KN 3700 - Hoạt tải nằm ngang KN 110 - Hoạt tải mômen KN.m 600 - Ttổ hợp tải trọng đề bài Hệ số tải trọng: Hoạt tải : 1,75 Tĩnh tải : 1,25 gbt = 24,50 kN/m3 : Trọng lượng thể tích của bê tông gn = 9,81 kN/m3 : Trọng lượng riêng của nước 2.2.1. Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn theo phương ngang cầu ở TTGHSD Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn ngang cầu: (9) = 3700 + (5600 + 24,50 x 28,2) – 9,81 x 3,56= 9955,98 KN Tải trọng ngang tiêu chuẩn ngang cầu: (10) Mômen tiêu chuẩn ngang cầu: (11) = 600 + 110 x (5,0 – 1,5) = 985 KN.m 2.2.2. Tổ hợp tải trọng tính toán theo phương ngang cầu ở TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng tính toán ngang cầu (12) = 1,75x3700 + 1,25x(5600 + 24,50. 28,2) – 9,81. 3,56= 14303,7 KN Tải trọng ngang tính toán ngang cầu: (13) Mômen tính toán ngang cầu: (14) =1,75x600 + 1,75x110.(5,0 – 1,5)= 1723,75KN.m TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ TẠI ĐỈNH BỆ Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng KN 9955,98 14303,7 Tải trọng ngang KN 110 192,5 Mômen KN.m 985 1723,75 - Tổ hợp tải trọng thiết kế tại đỉnh bệ III. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC 3.1. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu PR 3.1.1. Chọn vật liệu: Cọc bê tông cốt thép, tiết diện của cọc hình vuông: 0,45m x 0,45m Bê tông có =28MPa Thép ASTM A615, có = 420MPa 3.1.2. Bố trí cốt thép trong cọc : Cốt chủ : Chọn 8Æ22, bố trí xuyên suốt chiều dài cọc. Cốt đai : Chọn thép Æ 8 - Mặt cắt ngang cọc btct 3.1.3. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu: PR Dùng cốt đai thường, ta có: PR = j.Pn = j.0,8.{0,85.(Ag - Ast) + fy.Ast)} (15) Trong đó: j : Hệ số sức kháng của bê tông, j = 0,75 : Cường độ nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa) fy : Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép (MPa). Ag : Diện tích mặt cắt nguyên của cọc, Ag = 450.450 = 202500mm2 Ast : Diện tích cốt thép, Ast = 8x380,125= 3041mm2 Vậy: PR = 0,75x0,8x{0,85x28x(202500– 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: (16) Với: (17) Trong đó: Qp : Sức kháng mũi cọc (MPa) qp : Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa) Qs : Sức kháng thân cọc (MPa) qs : Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa) Ap : Diện tích mũi cọc (mm2) As : Diện tích bề mặt thân cọc (mm2) : Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc : Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc trong đất sét với ta có: trong đất cát với ta có: trong đất cát với ta có: 3.2.1. Sức kháng thân cọc Qs Do thân cọc ngàm trong 4 lớp đất, có cả lớp đất dính và lớp đất rời, nên ta tính Qs theo hai phương pháp: Đối với lớp đất cát: Tính theo phương pháp SPT Đối với lớp đất sét: Tính theo phương pháp a Đối với lớp đất sét: Theo phương pháp a, sức kháng đơn vị thân cọc qs như sau: Trong đó: Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa), Su = cuu a : Hệ số kết dính phụ thuộc vào Su và tỷ số và hệ số kết dính được tra bảng theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05. Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định của API như sau : Nếu Su 25 Kpa Nếu 25 Kpa < Su < 75 Kpa Nếu Su 75 Kpa Lớp 1 và Lớp 3 là đất sét. Lập bảng tính toán Tên lớp Độ sâu (m) Chiều dày (m) Chu vi (m) Cường độ kháng cắt Su (N/mm2) Hệ số a qS (N/mm2) Qs (N) Lớp 1 0 0 1,8 0,0234 1 0,0234 0 Lớp 3 11,2 4,3 1,8 0,0308 0,942 0,0290 224565 Đối với lớp đất cát: Sức kháng thân cọc Qs như sau: Qs = qs .As với qs = 0,0019 (18) Trong đó : As : Diện tích bề mặt thân cọc (mm2) : Số đếm búa SPT trung bình dọc theo than cọc (búa/300mm) Tên lớp Độ sâu (m) Chiều dày (m) Chu vi (m) Chỉ số SPT Chỉ số SPT trung bình qs As (mm2) Qsi (N) Lớp 2 2,2 0 1,8 0 0 0 0 0 3 0,8 1,8 9 4,5 0,00855 1440000 12312 6 3 1,8 3 6 0,0114 5400000 61560 9 3 1,8 5 4 0,0076 5400000 41040 11,2 2,2 1,8 10,13 7,565 0,014374 3960000 56921 171833 Lớp 4 15,5 0 1,8 15,5 7,75 0,0147 0 0 17 1,5 1,8 17 16,25 0,030875 2700000 83362,5 20 3 1,8 20 18,5 0,03515 5400000 189810 23 3 1,8 21 20,5 0,03895 5400000 210330 25 2 1,8 21 21 0,0399 3600000 143640 27 2 1,8 20 20,5 0,03895 3600000 140220 29 2 1,8 21 20,5 0,03895 3600000 140220 31 2 1,8 21 21 0,0399 3600000 143640 31,5 0,5 1,8 21 21 0,0399 900000 35910 9469152,5 –Tính sức kháng thân cọc Qs lớp 2 và lớp 4 Vậy sức kháng thân cọc như sau: Lớp (N) Hệ số sức kháng (N) 1 0 0,56 0 2 171833 0,36 61859,88 3 224565 0,56 125756,5 4 9469152,5 0,36 339657,3 Tổng 528504,88 – sức kháng thân cọc 3.2.2. Sức kháng mũi cọc Qp3 Sức kháng mũi cọc Qp: Qp = qp . Ap với (19) Với: (20) Trong đó: Ap : Diện tích mũi cọc (mm2). Ncorr : Số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ, : Ứng suất có hiệu (N/mm2), : Ứng suất tổng (KN/m2) u : Áp lực nước lỗ rỗng ứng với MNTN = 2,2m N : Số đếm SPT đo được (búa/300mm) D : Chiều rộng hay đường kính cọc (mm) Db : Chiều sâu xuyên trong tầng đất chịu lực (mm) ql : Sức kháng điểm giới hạn (MPa) ql = 0,4Ncorr cho cát và ql = 0,3Ncorr cho bùn không dẻo Tính Ta có: (21) = 9,81x(2,2+2,2)+18,6x(2,2-2,2)+17,88x9+19,3x4,3+18,69x16 = 586,11KN/m2 u = (22) = (2,2+2,2+9,0+4,3+16).9,81 = 384,552 KN/m2 Vậy: = 586,11-330,597 = 255,52KN/m2 = 0,256N/mm2 Tính Ncorr: Ta có: N = 21, D = 450mm, Ap = 202500mm2 Db = 31500 - 15500 = 16000mm Thay số vào ta có: N/ mm2 < qp = 14,75N/mm2 Chọn: qp = 5,996 N/mm2 Vậy Qp = qp.Ap = 5,996x202500 = 1214190N => = 0,56x1214190 =679946,4 N 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 Sức kháng dọc trục của cọc đơn được xác đinh như sau: Ptt =Min(3614,607 KN; 1208,45KN) = 1208,45KN IV. XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG CỌC VÀ BỐ TRÍ CỌC 4.1. Số lượng cọc được xác định như sau: (23) Trong đó: N: Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐ (kN). Ptt: Sức kháng dọc trục của cọc đơn (kN). Thay số: 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 gần nhất của móng phải lớn hơn 225mm. Khoảng cách tim đến tim các cọc không được nhỏ hơn 750mm hoặc 2,5 lần đường kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn. Với n = 28 cọc được bố trí theo dạng lưới ô vuông trên mặt bằng và được bố trí thẳng đứng trên mặt đứng, với các thông số : Số hàng cọc theo phương dọc cầu là 7. Khoảng cách tìm các hàng cọc theo phương dọc cầu là 1200 mm. Số hàng cọc theo phương ngang cầu là 4. Khoảng cách tim các hàng cọc theo phương ngang cầu là 1200 mm. Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả hai phương dọc cầu và ngang cầu là 500 mm. –Mặt bằng cọc 4.2.2. Tính thể tích bệ. Với 28 cọc bố trí như hình vẽ ta có: Kích bệ là: 4600mm .8200mm. Trong đó : a = 1700mm. b = 1850mm. Thể tích bệ là: Vb = 8200.4600.2000 = 75,44.109mm3 = 75,44m3 4.3.1. Trạng thái giới hạn sử dụng Tải trọng thẳng đứng: (24) = 9955,98+ (24,5 – 9,81) x 75,44 = 11064,19 KN. Tải trọng ngang: 110 KN (25) Mômen: (26) = 985 + 110 x 2 = 1205 KN.m 4.3.2. Trạng thái giới hạn cường độ Tải trọng thẳng đứng: (27) = 14303,7+ (1,25 x 24,5 – 9,81) x 75,44 = 15873,98 KN Tải trọng ngang: 192,5 KN (28) Mômen: = 1723,75+ 192,5 x 2 = 2108,75 KN.m (29) TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN ĐÁY BỆ Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng KN 11064,19 15873,98 Tải trọng ngang KN 110 192,5 Mômen KN.m 1205 2108,75 V. KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ I 5.1. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 5.1.1. Tính nội lực tác dụng đầu cọc Được tính ở bảng excel dưới đây : - Tính nội lực tác dụng đầu cọc Nmax Vậy, Nmax = 642,55KN, Chọn giá trị lớn nhất để kiểm toán Nmax= 642,55KN 5.1.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn Công thức kiểm toán: (30) Trong đó: Nmax : Nội lực lớn nhất tác dụng lên đầu cọc (lực dọc trục). : Trọng lượng bản thân cọc (KN) Ptt : Sức kháng dọc trục của cọc đơn (KN). Ta có: Ptt = 1208,45KN. (31) Vậy: = 642,55+ 92,22 = 734,77 KN Ptt = 1208,45 KN => Đạt 5.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc : = (Qg1 + Qg2) (32) Trong đó: VC : Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số. VC = 15873,98 (KN) QR : Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc : Các hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc. Ta có: Qg : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc Qg1, Qg2 : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc trong đất dính, đất rời Qg1 = min{hxTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn; sức kháng trụ tương đương} = min{Q1; Q2} Với: h : Hệ số hữu hiệu Ta có : Cao độ mặt đất sau xói là : -2,2 m Cao độ đáy bệ là : -0,5 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 tải riêng rẽ của từng cọc phải được nhân với hệ số hữu hiệu, lấy như sau : h = 0,65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2,5 lần đường kính h = 1,00 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đường kính Mà khoảng cách tim đến tim bằng lần đường kính cọc do đó ta nội suy h : Xác định Q1 Tên lớp Độ sâu (m) Chiều dày (m) Chu vi (m) Cường độ kháng cắt Su (N/mm2) Hệ số a qS (N/mm2) Qs (N) Lớp 1 0 0 1,8 0,0234 1 0,0234 0 Lớp 3 11,2 4,3 1,8 0,0308 1 0,0290 224565 224565 – Tính Q1 Vậy, tổng sức kháng tính toán dọc trục của nhóm cọc trong đất sét: Q1 = n.Qs.h = 28 x 224565 x 0,67 = 4212839,4N =4212,84KN (33) Xác định Q2 Sức kháng đỡ của phá hoại khối được xác theo công thức: Q2= (34) 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 => = (2x4050+2x7650)x200x0= 0 n Lớp 3: Vì lớp 1 có chiều dày 4,3 m nên (36) Vậy: Sức kháng trụ tương đương: (= (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 = hxTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn Trong đó: h : 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: Mũi cọc đặ tại cao độ -31,5m của lớp 4, sức kháng mũi cọc của các cọc đơn: Do đó: Qg2 = 26767,860+ 28499,04 = 55266,9 KN Vậy: QR = QR = 38661,83KN > VC = 15873,98 KN=> Đạt VI. KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG 6.1. Xác định độ lún ổn định 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: -Sơ đồ tính lún Ta có: Db=16000mm. Móng tương đương nằm trong lớp đất 4 và cách đỉnh lớp một khoảng Biểu thức kiểm toán : (37) Trong đó: : Độ lún giới hạn cho phép của công trình. S (mm): Độ lún của công trình. Với lớp đất rời ta có công thức xác định độ lún của móng như sau : Sử dụng kết quả SPT: (38) Trong đó: (39) (40) Với: : Độ lún của nhóm cọc (mm) q = : Áp lực đáy tĩnh tác dụng tại 2Db/3 cho tại đáy móng tương đương, áp lực này bằng với tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhóm cọc chia bởi diện tích móng tương đương và không 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: Xác định q: Kích thước của móng tương đương: + KÝch th­íc cña mãng t­¬ng ®­¬ng : ChiÒu réng mãng t­¬ng ®­¬ng chÝnh b»ng kho¶ng c¸ch 2 tim cäc xa nhÊt theo chiÒu däc cÇu + ®­êng kÝnh cäc: Bt® = 3.1,2+ 0,45 = 4,05 m ChiÒu dµi mãng t­¬ng ®­¬ng chÝnh b»ng kho¶ng c¸ch 2 tim cäc xa nhÊt theo chiÒu däc cÇu + ®­êng kÝnh cäc: Lt® = 6.1,2 + 0,45 = 7,65 m DiÖn tÝch mãng t­¬ng ®­¬ng lµ S = Bt®. Lt® = 4,05.7,65 = 30,9825m2 Do đó Xác định Ncorr: Trong đó: Ncorr : Số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ. : Ứng suất thẳng đứng có hiệu (N/mm2). : 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: 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 ta ®­îc = 23,33(Bóa/300mm) Xác định : Tính từ mặt đất sau xói đến độ sâu dưới móng tương đương một khoảng X. Trong đó: : Ứng suất có hiệu (N/mm2), : Ứng suất tổng (kN/m2) u : Áp lực nước lỗ rỗng ứng với MNTN (kN/m2), MNTN = 2,2m Ta có: (41) = 9,81(2,2+2,2) + 18,6.(2,2-2,2)+17,88.9+19,3.4,3+18,69.10,75) = 487,99 KN/m2 u = = 279,09KN/m2 => = 487,99 – 279,09 = 208,89KN/m2 = 0,209N/mm2 Thay số vào ta có: S= 23,9 (mm) < Vậy đảm bảo yêu cầu về lún 6.2. Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc. Biểu thức kiểm toán : (42) u : Chuyển vị ngang của kết cấu. : Chuyển vị ngang giới hạn cho phép của công trình, . Theo bảng execl ta có : u = 6,9mm 38mm. Vậy đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang. VII. CƯỜNG ĐỘ CỐT THÉP CHO CỌC VÀ BỆ CỌC 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: L = 31 (m). Được chia thành 3 đốt gồm: L=10+11+11=32 m.Ta đi tính toán và bố trí cho từng đốt cọc. Mômen 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 Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài Ld = 10 m + Tính mômen lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc: Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn : = Chọn Lc = 2m Trọng lượng bản thân cọc được xem như tải trọng phân bố đều trên cả chiều dài đoạn cọc q1 = gbt.A. = 24.5x0.452 = 4.96 (KN/m) Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ta có biểu đồ mômen như sau : Hình 6 Biểu đồ momen theo sơ đồ cẩu cọc chiều dài L=10m Ta có mặt cắt có giá trị mômen lớn nhất là : Mmax(1)= 12.4 (KN.m) + Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc: Móc được đặt cách đầu cọc một đoạn b = 0.294L = 0.294 x 10= 2.94 (m) Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ta có biểu đồ mô men như sau : Hình 7 Biểu đồ momen theo sơ đồ treo cọc chiều dài L=10m Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(2)= 21.44 KN.m Vậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là : Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) ) = max(12.4 ; 21.44) = 21.44 KN.m 7.1.2 Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài Ld = 11m + Tính mômen lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc: Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn : = Chọn Lc = 2.3(m) Trọng lượng bản thân cọc được xem như tải trọng phân bố đều trên cả chiều dài đoạn cọc q1 = gbt.A = 24.5x0.452 = 4.96 (KN/m) Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ta có biểu đồ mômen như sau : 2.3 6.4 2.3 12.27 13.12 13.12 Hình 8 Biểu đồ momen theo sơ đồ cẩu cọc chiều dài L=11m Ta có mặt cắt có giá trị mômen lớn nhất là : Mmax(1)= 13.12 (KN.m) + Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc: Móc được đặt cách đầu cọc một đoạn b = 0.294L = 0.294 x 11= 3.234 (m) Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ta có biểu đồ mô men như sau : 7.766 3.234 25.94 24.42 Hình 9 Biểu đồ momen theo sơ đồ treo cọc chiều dài L=11m Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(2)= 25.94 KN.m Vậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là : Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) ) = max(13.12; 25.94) = 25.94 KN.m 7.2 Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc Ta chọn cốt thép dọc chủ chịu lực là thép ASTM A615M Gồm 822 có fy = 420 MPa được bố trí trên mặt cắt ngang của cọc như hình vẽ: Hình 10 Mặt cắt bố trí cốt thép dọc cọc 45x45cm Ta đi tính duyệt lại mặt cắt bất lợi nhất trong trường hợp bất lợi nhất là mặt cắt có mô men lớn nhất trong trường hợp treo cọc: Kiểm tra bê tông có bị nứt hay không trong quá trình cẩu và treo cọc Ta có : Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông là : 0.8.fr = 0.8*3.334 = 2.667 (MPa) Ứng suất kéo tại thớ ngoài cùng của mặt cắt nguyên: +) Cọc có chiều dài Ld= 10 m: x(MPa)< 0.8fr Cọc không bị nứt khi cẩu và treo cọc +) Cọc có chiều dài Ld= 11 m: x(MPa) < 0.8fr Cọc không bị nứt khi cẩu và treo cọc Tính duyệt khả năng chịu lực Nhận xét : Do cốt thép được bố trí đối xứng, mặt khác ta đã biết bê tông có cường độ chịu kéo nhỏ hơn nhiều so với cường độ chịu nén vỡ vậy trục trung hòa lệch về phóa trên trục đối xứng như hình vẽ Hình 2.13 Sơ đồ ứng suất - biến dạng Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo Phương trình cân bằng nội lực theo phương trục dầm : Trong đó : As1và As2 : Diện tích cốt thép chịu kéo (mm2) : Diện tích cốt thép chịu nén (mm2) : Cường độ chịu nén của bê tông (Mpa), = 28 (Mpa) fy : Cường độ chảy của cốt thép, fy = 420 (Mpa) a : Chiều cao vùng nén tương đương d : Đường kính cọc, d = 450 (mm) E : Mô đun đàn hồi của cốt thép, Chiều cao vùng nén tương đương được xác định theo công thức : Do Vị trí của trục trung hòa được xác định : Kiểm tra sự chảy dẻo của cốt thép chịu kéo và chịu nén theo điều kiện : Trong đó : ds1 và ds2 : Khoảng cách từ trọng tâm của cốt thép chịu kéo đến thớ bê tông chịu nén ngoài cùng : Khoảng cách từ trọng tâm của cốt thép chịu nén đến thớ bê tông chịu nén ngoai cùng Ta có : Vậy tất cả các cốt thép đều chảy Giả thiết là đúng Mô men kháng uốn danh định là : = 238.877x106 N.mm = 238.877 KN.m Mô men kháng uốn tính toán là : Mr = φ.Mn = 0.9x238.877 = 214.989 (KN.m) > Mtt = 25.94 (KN.m) Đạt Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa và hàm lượng cốt thép tối thiểu => Đạt Ta thấy =>=> 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 không cần duyệt về cường độ của cốt thép đai. Vì vậy cốt thép đai được bố trí theo yêu 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 Đoạn nhô 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 tông đầu cọc không bị hỏng khi đóng cọc và ngoài ra còn có tác dụng để hàn nối các đốt cọc trong khi thi công 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 luôn cốt thép móc cẩu làm móc treo khi đó ta không cần phải làm móc thứ 3 tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công 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 công 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 L-10010010 táp vào 4 góc của cọc rồi sử dụng đường hàn để liên kết hai đầu cọc. Ngoài ra để tăng thêm an toàn 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. : BẢN VẼ 1. Bản vẽ Bố trí chung công 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