Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa kỹ thuật PHầN I Báo cáo khảo sát địa chất công trình Chu Mi nh Tuấn Cầu - Đờng bộ B k46 1 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa kỹ thuật I. Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất. Tại lỗ khoan BH1, khoan xuống cao độ là - 34m, gặp 3 lớp đất nh sau: Lớp 1: Lớp 1 là lớp bùn sét, có màu xám, xám đen, lẫn hữu cơ. Chiều dày của lớp xác định đợc ở BH1 là 11.30m, cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là -11.30. Lớp đất có độ ẩm W = 59.1%, độ bão hòa S r = 98.4%. Lớp đất ở trạng thái chảy, có độ sệt I L = 1.14 Lớp 2: Lớp 2 là lớp sét màu xám vàng, trạng thái dẻo cứng, phân bố dới lớp 1. Chiều dày của lớp là 15.40m, cao độ mặt lớp là -11.30m, cao độ đáy là -26.70m. Lớp đất có độ ẩm W = 29.7%, độ bão hòa S r = 98.8%. Lớp đất ở trạng thái chảy, có độ sệt I L = 0.33 Lớp 3: Lớp thứ 3 gặp ở BH1 là lớp sét, màu xám vàng, xám xanh, nâu đỏ loang lổ, trạng thái nửa cứng, phân bố dới lớp 2. Chiều dày của lớp là 7.3 m, cao độ mặt lớp là -26.7 m, cao độ đáy lớp là -34.00. Lớp đất có độ ẩm W = 21.5%, độ bão hòa S r = 97.2%. Lớp đất ở trạng thái chảy, có độ sệt I L = 0.14 II. Nhận xét và kiến nghị Theo tài liệu khảo sát địa chất công trình, phạm vi nghiên cứu và qui 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 chug là khá phức tạp, có nhiều lớp đất phân bố và thay đổi khá phức tạp. + 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 và sức chịu tải khá cao. + Lớp đất số 1, 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 sử dụng giải pháp móng cọc ma sát bằng BTCT cho công trình cầu và lấy lớp đất số 3 làm tầng tựa cọc. + Nên để cho cọc ngập sâu vào lớp đất số 3 để tận dụng khả năng chịu ma sát của cọc. Chu Mi nh Tuấn Cầu - Đờng bộ B k46 2 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa kỹ thuật PHầN II Thiết kế kĩ thuật Chu Mi nh Tuấn Cầu - Đờng bộ B k46 3 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa kỹ thuật Bố trí chung công trình Ngang cầu Dọc cầu mặt bằng cọc mặt bằng trụ 1 P P 7 P 13 P 19 P 2 P 8 P 14 P 20 P 3 P 9 P 15 P 21 P 4 P 10 P 16 P 22 P 5 P 11 P 17 P 23 P 6 P 12 P 18 P 24 !"#$%&'( !"')*&'( +', ! Chu Mi nh Tuấn Cầu - Đờng bộ B k46 4 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa kỹ thuật 1. Lựa chọn kích thớc công trình và bố trí cọc trong móng 1.1. Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ móng, mũi cọc. 1.1.1. Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT). Vị trí xây dựng trụ cầu ở xa bờ và phải đảm bảo thông thuyền và sự thay đổi mực nớc giữa MNCN và MNTN là tơng đối cao. Xét cả điều kiện mỹ quan trên sông, ta chọn các giá trị cao độ nh sau: Cao độ đỉnh trụ chọn nh sau: .m3.0 HMNTT m1MNCN max tt + + Trong đó: + MNCN: Mực nớc cao nhất, MNCN = 8.8m + MNTT: Mực nớc thông thuyền, MNTT = 3.9m + tt H : Chiều cao thông thuyền, tt H = 6 m. Ta có : max(8.8+1; 3.9+6) - 0.3 = max(9.8; 9.9) - 0.3 = 9.6m => Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 9.6m. 1.1.2. Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB). Cao độ đỉnh bệ MNTN - 0.5m = 2.8 - 0.5 = 2.3 m => Chọn cao độ đỉnh bệ là: + 2.0m. 1.1.3. Cao độ đáy bệ. Cao độ đáy bệ = CĐĐB - H b Trong đó: H b : Chiều dày bệ móng (H b = m2m5.1 ữ ). Chọn H b = 2 m. => Cao độ đáy bệ = 2.0 - 2.0 = 0.0 m. Vậy chọn các thông số thiết kế nh sau: b=? 450 H ttr = ? 8060Hb = ? 800 MNTT Cao độ đỉnh trụ H tt H ttr = ? 150 25 a = ? Hb = ? a = ? MNTN b=? 170 60 80 120 2525 Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 9.6m Chu Mi nh Tuấn Cầu - Đờng bộ B k46 5 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa kỹ thuật Cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = + 2.0m Cao độ đáy bệ là: + 0.0m Bề dầy bệ móng: H b = 2 m. Chiều dày mũ trụ: CDMT = 0.8+0.6 = 1.4m. 1.1.4. Chọn kích thớc và cao độ mũi cọc. Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thớc là 0.45x0.45m; đợc đóng vào lớp số 3 là lớp sét ở trạng thái nửa cứng. Ngoài ra mũi cọc đợc đặt vào trong lớp đất chịu lực tối thiểu là 5d. Vậy, chọn cao độ mũi cọc là -29.00m. Nh vậy cọc đợc đóng vào trong lớp đất 3 có chiều sâu là 2.3m. Chiều dài của cọc (L c ) đợc xác định nh sau: L c = CĐĐB - H b - CĐMC L c = 2.0 - 2.0 - (- 29.00) = 29.00 m. Trong đó: CĐĐB = 2.0 m : Cao độ đỉnh bệ H b = 2.0 m : Chiều dày bệ móng CĐMC = -29.0m : Cao độ mũi cọc Kiểm tra: 7044.64 45.0 29 d L c == => thoả mãn yêu cầu về độ mảnh. Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: L cd = L c + 1m = 29 + 1m = 30m. Cọc đợc tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 30m = 10m + 10m + 10m. Nh vậy hai đốt thân cọc chiều dài là 10m và đốt mũi có chiều dài 10m. Các đốt cọc sẽ đợc nối với nhau bằng hàn trong qúa trình thi công đóng cọc. 2. Lập tổ hợp tải trọng tác tại đỉnh bệ với MNTN 2.1. Tính toán thể tích trụ 2.1.1. Tính chiều cao thân trụ Chiều cao thân trụ H tr : H tr = CĐĐT - CĐĐB - CDMT. H tr = 9.6 2.0 - 1.4 = 6.2m. Trong đó: Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 9.6m Cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = + 2.0m Chiều dày mũ trụ: CDMT = 0.8+0.6 = 1.4m. 2.1.2. Thể tích toànphần (không kể bệ cọc). Chu Mi nh Tuấn Cầu - Đờng bộ B k46 6 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa kỹ thuật MNTN MNTT Cao độ đỉnh trụ H tt V 1 V 2 V 3 V 3 V 2 V 1 t tr B 2 h 2 h 2 Thể tích trụ toàn phần V tr : V tr = V 1 + V 2 + V 3 = = 2.6x)2.1x3.3 4 2.1x (6.0x7.1x 2 )2x25.05.48( 8.0x7.1x8 2 + + ++ + = 10.88 + 6.63 + 31.56 = 49.07 m 3 . 2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nớc(không kể bệ cọc). Thể tích trụ toàn phần V tn : V tn = S tr x (MNTN - CĐĐB) = 3 2 m07.4)0.28.2(x)2.1x3.3 4 2.1x ( =+ Trong đó: MNTN = +2.8 m : Mực nớc thấp nhất. CĐĐB = +2.0 m : Cao độ đỉnh bệ. S tr : Diện tích mặt cắt ngang thân trụ, m 2 . 2.2. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN Tải trọng Đơn vị TTSD o t N - Tĩnh tải thẳng đứng kN 4500 o h N - Hoạt tải thẳng đứng kN 2000 h H - Hoạt tải nằm ngang kN 100 o M - Hoạt tải mômen KN.m 800 Chu Mi nh Tuấn Cầu - Đờng bộ B k46 7 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa kỹ thuật Hệ số tải trọng: Hoạt tải: n = 1.75 Tĩnh tải: n = 1.25 bt = 24,50 (kN/m 3 ): Trọng lợng riêng của bê tông. n = 9,81 (kN/m 3 ): Trọng lợng riêng của nớc 2.2.1. Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc ở TTSD. Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu: N tt tnntrbt o t o h tc xV)xVN(NN ++= = tc N 2000 + (4500 + 24.50x49.07) 9.81x4.07 = 7662.29 kN. Tải trọng ngang tiêu chuẩn dọc cầu: H tc = H o = 100 kN Mômen tiêu chuẩn dọc cầu: )BĐĐCTĐĐC(xHMM o h otc += )0.26.9(x100800M tc += = 1560 kN.m 2.2.2. Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHCĐ. Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu tnntrbt o t o h tt xV)xVN(x25.1xN75.1N ++= = tt N 1.75x2000 + 1.25x(4500 + 24.50x49.07) 9.81x4.07 = tt N 10587.84 kN. Tải trọng ngang tính toán dọc cầu: H tt = 1.75x o h H = 1.75x100 =175 kN. Mômen tính toán dọc cầu: )BĐĐCTĐĐC(xxH75.1xM75.1M o h ott += )0.26.9(x100x75.1800x75.1M tt += = 2730 kN.m Bảng tổng hợp tải trọng tác dụng theo phơng dọc cầu vơi MNTN Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng kN 7662.29 10587.84 Tải trọng ngang kN 100.00 175.00 Chu Mi nh Tuấn Cầu - Đờng bộ B k46 8 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa kỹ thuật Mômen kN.m 1560 2730 3. Xác định sức kháng nén dọc trục của cọc đơn 3.1. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu. Chọn vật liệu + Cọc bê tông cốt thép + Tiết diện của cọc hình vuông: 0.45m x 0.45m + Bê tông có ' c f = 28MPa + Thép ASTM A615, có y f = 420 MPa Bố trí cốt thép trong cọc + Cốt chủ : Chọn 8#22, bố trí xuyên suốt chiều dài cọc. + Cốt đai : Chọn thép 8 Mặt cắt ngang cọc BTCT Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P R Dùng cốt đai thờng, ta có: P R = xP n = x0.8x{0.85x ' c f x(A g A st ) + f y xA st } Trong đó: : Hệ số sức kháng của bê tông, = 0.75 ' c f : Cờng độ nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày ( MPa) Chu Mi nh Tuấn Cầu - Đờng bộ B k46 9 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa kỹ thuật y f : Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép ( MPa). A g : Diện tích mặt cắt nguyên của cọc, A g = 450x450 = 202500mm 2 A st : Diện tích cốt thép, A st : Diện tích cốt thép, A st = 8x387=3096mm 2 Vậy: P R = 0.75x0.8x{0.85x28x(2025000 3096) + 420x3096} = 3925422.78 N 3925.23KN. 3.2. Sức kháng nén dọc trục theo đất nền Q R Sức kháng nén dọc trục theo đất nền đợc xác định nh sau: Q R = sqspqp QQ + Với: sss A.qQ = ; ppp A.qQ = Trong đó: Q p : Sức kháng mũi cọc (MPa) q p : Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa) Q s : Sức kháng thân cọc (MPa) q s : Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa) A p : Diện tích mũi cọc ( mm 2 ) A s : Diện tích bề mặt thân cọc ( mm 2 ) qp : Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc. qs : Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc. vqs 7.0 = trong đất sét với 8.0 v = ta có: 56.0 qs = vq 7.0 = trong đất sét với 8.0 v = ta có: 56.0 q = 3.2.1. Sức kháng thân cọc Q s Do thân cọc ngàm trong 3 lớp đất, đều là lớp đất sét nên ta tính Q s phơng theo phơng pháp . Theo phơng pháp : Sức kháng đơn vị thân cọc q s nh sau: us Sq = Trong đó: S u : Cờng độ kháng cắt không thoát nớc trung bình (Mpa), S u = C uu : Hệ số kết dính phụ thuộc vào S u và tỷ số D b /D và hệ số dính đợc tra bảng theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05. Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định của API nh sau : - Nếu S u 25 Kpa 0.1= - Nếu 25 Kpa < S u < 75 Kpa = KPa50 KPa25S 5.01 u - Nếu S u 75 Kpa 5.0= Chu Mi nh Tuấn Cầu - Đờng bộ B k46 10 [...]... Sức kháng tính toán chịu nén của cọc đơn Nmax: Nội lực tác dụng lớn nhất lên một cọc, Nmax = 561.7 KN N: Trọng lợng bản thân cọc Ta có: N = 0.45 x 0.45 x 29 x 24.5= 143.88 KN Chu Minh Tuấn Cầu - Đờng bộ B k46 14 3 Thiết kế môn học Nền và Móng thuật Bộ môn Địa kỹ Kiểm toán: Nmax + N = 561.7 + 143.88 = 705.58KN Ptt = 739.80 KN => Đạt 5.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc Công thức kiểm toán sức... direction -0.2976E +01 KN 1 0 13 Max shear in 3 direction -0.1301E+02 KN 1 0 3 Max moment about 2 axis -0.2085E +01 KN-M 1 0 3 Max moment about 3 axis 0.4666E+00 1 0 13 Max axial force -0.5617E+03 KN 1 0 10 0 0 KN-M Max torsional force 0.0000E+00 KN-M 0 Max demand/capacity ratio 0.1225E+00 1 0 Do đó: Nmax = 561.7KN 5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn:... 1.00 qS Qs (N/mm2) (N) 0 ,015 7 271296 Thiết kế môn học Nền và Móng thuật Lớp 2 Lớp 3 26.70 29.00 15.40 2.30 Bộ môn Địa kỹ 0,0347 0,0489 1.8 1.8 0.84 0.76 0,0291 0.0372 806652 154008 Sức kháng thân cọc nh sau: Qs = 271296 + 806652 + 154008 = 1231956 N 3.2.2 Sức kháng mũi cọc Qp Sức khángđơn vị mũi cọc trong đất sét bão hòa qp xác định nh sau: qp = 9.Su Trong đó: Su: Cờng độ kháng cắt không thoát nớc... kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc : Vc Q R = g Q g Trong đó : VC : Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số VC = 11928.33 (kN) QR : Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc g : Các hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc Ta có: g = 0.65 Qg : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc, đợc xác định nh sau Với đất dính: Qg = min{xTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn; sức kháng trụ tơng đơng}... định Qg1 Nh đã xác định ở trên, sức kháng thân cọc danh định Qs = 1231.96 KN Sức kháng mũi cọc danh định Qp = 891.20KN Vậy, tổng sức kháng tính toán dọc trục của nhóm cọc trong đất sét: Qg1 = nx(Qs + Qp) x = 24x(1231.96 + 891.20)x0.653 = 33274.16KN = 0.65 + Xác định Qg2 Chu Minh Tuấn Cầu - Đờng bộ B k46 15 Thiết kế môn học Nền và Móng thuật Bộ môn Địa kỹ Sức kháng đỡ của phá hoại khối đợc xác theo... 0 .015 7x9.6 + 0.0347x15.4 + 0.0489x 2.3 = 0.03MPa 9.6 + 15.4 + 2.3 Su : Cờng độ chịu cắt không thoát nớc tại đáy móng( Mpa) Su = 0.0489 Mpa => Qg2 = (2x4050+2x6450)x27300x0.03 + 4050x6450x8.44x0.0489 = 278 9017 = 27890.17KN Su = Vậy, Qg= min{Qg1; Qg2} = min {33274.16; 27890.17} = 27890.17 KN Sức kháng dọc trục của nhóm cọc: QR = g Q g = 0.65x 27890.17 = 18128.61KN > Vc = 11928.33KN => Đạt 6 kiểm toán móng. .. lún Với mục đích tính toán độ lún của nhóm cọc, tải trọng đợc giả định tác động lên móng tơng đơng đặt tại 2/3 độ sâu chôn cọc vào lớp đất chịu lực (2D b/3) Tải trọng phân bố theo đờng 1:2 theo móng tơng đơng nh hình vẽ Chu Minh Tuấn Cầu - Đờng bộ B k46 16 Thiết kế môn học Nền và Móng thuật Bộ môn Địa kỹ Ta có: Db = ( -1.70 ) - ( -29.00 ) = 27.30 m 2Db/3 = 18.20 m Nh vậy móng tơng đơng nằm trong... toán và bố trí cốt thép là chiều dài đúc cọc : Chu Minh Tuấn Cầu - Đờng bộ B k46 19 Thiết kế môn học Nền và Móng thuật Bộ môn Địa kỹ L = 30 (m) Đợc chia thành 3 đốt, mỗi 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. .. Thiết kế môn học Nền và Móng thuật Bộ môn Địa kỹ Tải trọng ngang: C H C Đ = H1 Đ = 175KN 2 Mômen C C M C Đ = M 1 Đ + H 1 Đ xH b = 2730 + 175x2 = 3080 KN.m 2 Tổ hợp tải trọng tác dụng LÊN ĐáY Bệ Tải trọng Tải trọng thẳng đứng Tải trọng ngang Mômen Đơn vị kN kN kN.m TTGHSD 8608.33 100 1760 TTGHCĐ 11928.33 175 3080 5 kiểm toán theo trạng tháI giới hạn cờng độ I 5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc...Thiết kế môn học Nền và Móng thuật Bộ môn Địa kỹ Lớp 1: Ta có: Su=15.7KN/m 2 =15.7KPa = 0 .015 7 Mpa D b = 11.3 h x = 11.3 1.7 = 9.6 m Tra sơ đồ 3 ta có: D b 9.6 64 = = => Db >20D Do đó: =1 D 0.45 3 Tham khảo công thức xác định của API ta có : S u = 15.7Kpa < 25Kpa => =1 Vậy, ta lấy hệ số dính: =1 Lớp 2: Ta có: Su = 34.7KN/m 2 = 34.7Kpa = 0.0347Mpa D b = 15.4 m Tra sơ đồ 2 ta có: D b 15.4 . Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa kỹ thuật PHầN I Báo cáo khảo sát địa chất công trình Chu Mi nh Tuấn Cầu - Đờng bộ B k46 1 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa kỹ thuật. - Đờng bộ B k46 2 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa kỹ thuật PHầN II Thiết kế kĩ thuật Chu Mi nh Tuấn Cầu - Đờng bộ B k46 3 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa kỹ thuật Bố trí. Đờng bộ B k46 4 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa kỹ thuật 1. Lựa chọn kích thớc công trình và bố trí cọc trong móng 1.1. Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ móng, mũi cọc. 1.1.1. Cao độ đỉnh