Thiết kế môn học nền và móng 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: : Trọng lợng riêng của đất tự nhiên (kN/m 3 ) s : Trọng lợng riêng của hạt đất (kN/m 3 n : Trọng lợng riêng của nớc ( n =9.81kN/m 3 ) W : Độ ẩm (%) W L : Giới hạn chảy (%) W p : Giới hạn dẻo (%) a : Hệ số nén (m 2 /kN) k : Hệ số thấm (m/s) n : Độ rỗng e : Hệ số rỗng S r : Độ bão c : Lực dính đơn vị (kN/m 2 ) : Tỷ trọng của đất (độ) : Tỷ trọng của đất Tại lỗ khoan BH4, khoan xuống cao độ là - 40m, gặp 4 lớp đất nh sau: Lớp 1: Lớp 1 là lớp sét pha, có màu xám. Chiều dày của lớp xác định đợc ở BH4 là 5.20m, cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là -5.20m. Chiều sâu xói của lớp đất này là 1.80m. Lớp đất có độ ẩm W = 25.8%, độ bão hòa S r = 85.3. Lớp đất ở trạng thái dẻo mềm, có độ sệt I L = 0.51. Lớp 2: Lớp 2 là lớp cát hạt nhỏ, phân bố dới lớp 1. Chiều dày của lớp là 9.00m, cao độ mặt lớp là -5.20m, cao độ đáy là -14.20m. Lớp 3: Lớp thứ 3 gặp ở BH4 là lớp sét pha màu xám nâu, xám xanh, phân bố dới lớp 2. Chiều dày của lớp là 4.30 m, cao độ mặt lớp là -14.20 m, cao độ đáy lớp là -18.50m. Lớp đất có độ ẩm W = 20.6%, độ bão hòa S r = 80.9. Lớp đất ở trạng thái dẻo cứng có độ sệt I L = 0.47. Lớp 4: Lớp thứ 4 là lớp cát hạt nhỏ, màu xám, kết cấu chặt vừa, phân bố dới lớp 3. Chiều dày của lớp là 21.50 m, cao độ mặt lớp là -18.50m, cao độ đáy lớp là -40.00m. II. Nhận xét và kiến nghị Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B k46 1 Thiết kế môn học nền và móng Theo tài liệu khảo sát địa chất công trình, phạm vi nghiên cứu và qui mô công trình dự kiến xây dựng, ta 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 là lớp đất yếu do chỉ số xuyên tiêu chuẩn và sức chịu tải nhỏ, lớp 3 có trị số SPT trung bình, lớp 4 có trị số SPT và sức chịu tải khá cao. + 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 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 sat của cọc. Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B k46 2 Thiết kế môn học nền và móng PHầN II Thiết kế kĩ thuật Bố trí chung công trình 25 25150 150 0.00(CĐĐAB) +2.00(CĐĐB) +8.80(MNCN) 8060620 +2.80(MNTN) +3.90(MNTT) Ngang cầu Dọc cầu -1.70(MĐSX) 24 cọc BTCT 450 X 450 L = 29.00 m -28.00 450 1 P P 8 P 15 P 22 P 2 P 9 P 16 P 23 P 3 P 10 P 17 P 24 P 4 P 11 P 18 P 5 P 12 P 19 P 6 P 20 800 8060200 620 960 25 25120 170 200 960 mặt bằng cọc mặt bằng trụ 500 800 150 +9.60(CĐĐT) 5@120=600 125 3@120=360 170170 50 50 460 460 700 5@120=600 50 3@120=360 50 460 150 125 50 50 700 50 700 50 -28.00 -5.20 Sét pha -14.20 -18.50 Cát hạt nhỏ Sét pha Cát hạt nhỏ -1.70(MĐSX) 0.00(CĐMĐ) P 7 P 21 P 13 P 14 Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B k46 3 Thiết kế môn học nền và móng I. Lựa chọn kích thớc công trình 1.1. Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc 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 thấp nhất, MNTT = 3.9m tt H : Chiều cao thông thuyền, tt H = 6,0m. Ta có: max(8.8+1; 3.9+6.0) - 0.3 = max(9.8; 9.9) - 0.3 = 9.6m => Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 9.6m. Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB) Cao độ đỉnh bệ MNTN - 0.5m = 2.8 - 0.5 = 2.3m => Chọn cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = +2.0m Cao độ đáy bệ (CĐĐAB) Cao độ đáy bệ = CĐĐB - H b H b : Chiều dày bệ móng (H b = m2m5.1 ữ ). Chọn H b = 2 m => Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = 2.0 - 2.0 = 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 Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B k46 4 Thiết kế môn học nền và móng Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = + 9.6m Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = + 2.0m Cao độ đáy bệ là : CĐĐAB = 0m Bề dầy bệ móng : H b = 2 m. 1.2. Chọn kích thớc 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 18.50m 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 thớc là 0.45x0.45m; đợc đóng vào lớp số 4 là lớp cát hạt nhỏ, kết cấu chặt vừa. Cao độ mũi cọc là -28.00m. Nh vậy cọc đợc đóng vào trong lớp đất số 4 có chiều dày là 9.50m. Chiều dài của cọc (L c ) đợc xác định nh sau: L c = CĐĐB - H b - CĐMC L c = 2.0 - 2.0 - (- 28.0) = 28.00 m. Trong đó: CĐĐB = 2.00 m : Cao độ đỉnh bệ. H b = 2.00 m : Chiều dày bệ móng CĐMC = -28.00m : Cao độ mũi cọc. Kiểm tra: 7022.62 45,0 28 d L c == => Thoả mãn yêu cầu về độ mảnh. Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: L = L c + 1m = 28.00 + 1m = 29.00m. Cọc đợc tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 29m = 10m +10m + 9m. Nh vậy hai đốt thân cọc có chiều dài là 10m và đốt mũi có chiều dài 9m. Các đốt cọc sẽ đ- ợc nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc. II. Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế 2.1. Trọng lợng bản thân 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 Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B k46 5 Thiết kế môn học nền và móng Chiều dày mũ trụ : CDMT = 0.8+0.6 = 1.4m 2.1.2. Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc) MNTN MNCN Cao độ đỉnh trụ H tt V 1 V 2 V 3 V 3 V 2 V 1 Cao độ đáy dầm MNTT 30 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 . 2.1.3. Thể tích phần trụ ngập nớc (không kể bệ cọc) Thể tích trụ ngập nớc V tn : V tn = S tr x (MNTN - CĐĐB) = 3 2 m07.4)0.28.2(x)2.1x3.3 4 2.1x ( =+ Trongđó: 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 Các tổ hợp tải trọng đề bài ra nh sau: Tải trọng Đơn vị TTGHSD o t N - Tĩnh tải thẳng đứng kN 6500 o h N - Hoạt tải thẳng đứng kN 3700 o h H - Hoạt tải nằm ngang kN 100 o M - Hoạt tải mômen KN.m 1200 Hệ số tải trọng: Hoạt tải : n = 1.75 Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B k46 6 Thiết kế môn học nền và móng 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 cầu ở TTGHSD Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu: tnntrbt o t o h SD 1 xV)xVN(NN ++= = 3700 + (6500 + 24.50x49.07) 9.81x4.07 = 11362.29 kN Tải trọng ngang tiêu chuẩn dọc cầu: SD 1 H = H o = 100 kN Mômen tiêu chuẩn dọc cầu: )BĐĐCTĐĐC(xHMM o h oSD 1 += )0.26.9(x1001200 += = 1960 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 ĐC 1 xV)xVN(x25.1xN75.1N ++= = 1.75x3700 + 1.25x(6500 + 24.50x49.07) 9.81x4.07 = 16062.84kN Tải trọng ngang tính toán dọc cầu: ĐC 1 H = 1.75x o h H = 1.75x100 =175 kN. Mômen tính toán dọc cầu: )BĐĐCTĐĐC(xxH75.1xM75.1M o h oĐC 1 += )0.26.9(x100x75.11200x75.1 += = 3430kN.m Tổ hợp tải trọng thiết kế TạI ĐỉNH Bệ Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng kN 11362.29 16062.84 Tải trọng ngang kN 100 175 Mômen kN.m 1960 3430 Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B k46 7 Thiết kế môn học nền và móng iii. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc 3.1. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P R 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 2@175=350 450 50 450 2@175=350 50 50 50 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) 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 = 2025000mm 2 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 Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B k46 8 Thiết kế môn học nền và móng Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: 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 = vqs 45.0 = trong đất cát với 8.0 v = ta có: 36.0 qs = vq 45.0 = trong đất cát với 8.0 v = ta có: 36.0 q = 3.2.1. Sức kháng thân cọc Q s Do thân cọc ngàm trong 4 lớp đất, có cả lớp đất dính và lớp đất rời, nên ta tính Q s theo hai phơng pháp: Đối với lớp đất cát: Tính theo phơng pháp SPT Đối với lớp đất sét: Tính theo phơng pháp Đối với lớp đất sét: 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 D b 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 u S 25KPa 1 0.5 50KPa = - Nếu S u 75 Kpa 5.0= Lớp 1: Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B k46 9 Thiết kế môn học nền và móng Ta có: S u = 23.4KN/m 2 = 23.4KPa = 0.0234 Mpa. m5.37.12.5h2.5D xb === h x : Chiều sâu xói, h x = 1.7m. Tra sơ đồ 1 ta có: b b Với D = 10D = 1.00 Với D = 20D = 1.00 9 70 45.0 5.3 D D b == Nội suy ta có: =1 Tham khảo công thức xác định của API ta có : 1Kpa25Kpa4.23S u =<= Do đó ta lấy hệ số dính: =1 Lớp 3 : Ta có: S u = 30.8KN/m 2 = 30.8Kpa = 0.0308Mpa. m3.4D b = Tra sơ đồ 3 ta có: b b Với D = 10D = 0.94 Với D = 20D = 1.00 9 86 45.0 3.4 D D b == Nội suy ta có: 937.0D 9 86 D20 D10D20 94.000.1 00.1 = = Tham khảo công thức xác định của API ta có : Kpa75Kpa8.30SKpa25 u <=< 942.0 50 258.30 5.01 = = Do đó ta lấy hệ số dính: =0.942 Tên lớp Độ sâu (m) Chiều dày (m) Chu vi (m) Cờng độ kháng cắt S u (N/mm 2 ) Hệ số q S (N/mm 2 ) Q s (N) Lớp 1 5.2 3.5 1.8 0.0234 1.000 0.0234 147420 Lớp 3 18.5 4.3 1.8 0.0308 0.937 0.0290 224460 Đối với lớp đất cát: Sức kháng thân cọc Q s nh sau: Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B k46 10 [...]... kế môn học nền và móng 5.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc : Vc Q R = g Q g = g1 Qg1 + g 2 Qg2 Trong đó: VC : Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số VC = 17430.33 (kN) QR : Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc g Qg : Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc g1, g2 : Hệ số sức kháng đỡ của... 19932.01KN >VC = 17430.33 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 đất 4 là lớp đất tốt nên độ lún ổn định của kết cấu móng đợc xác định theo móng tơng đơng, theo sơ đồ nh hình vẽ: Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B k46 18 Thiết kế môn học nền và móng Ta có: Db = 9500mm Móng tơng đơng nằm trong lớp đất 4 và cách đỉnh... 0.125 = 1 0.125 x B 4050 Tính q: Kích thớc của móng tơng đơng : + Chiều rộng móng tơng đơng chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theo chiều ngang cầu + đờng kính cọc: Btđ = 3x1.2 + 0.45 = 4 .05 m + Chiều dài móng tơng đơng chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theo chiều dọc cầu + đờng kính cọc: Ltđ = 5x1.2 + 0.45 = 6.45 m Diện tích móng tơng đơng là S = Btđ x Ltđ = 4.05x6.45 =24.50 m2 12308.23... có: 1.92 N corr = 0.77 log 20 = 15.4 (Búa/300mm) 10 0.192 30 q.I B 30 x 0.502 x 0.8 4050 => = = = 49mm N corr 15.4 Vậy độ lún của nhóm cọc là: 49mm = 4.9cm Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B k46 20 Thiết kế môn học nền và móng 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), phơng thẳng... Thiết kế môn học nền và móng Thay số vào ta có: 1.92 N corr = 0.77 log 21 = 16.5 0.184 10 0.038x16.5 x 9500 qp = = 13.23N / mm 2 450 q l = 0.4 N corr = 0.4 ì 16.5 = 6.6 N/ mm2 < qp = 13.23N/mm2 Chọn: qp = 6.6 N/mm2 => qp Q p =0.36x6.6x202500 = 481140N Vậy sức kháng nén dọc trục theo đất nền: QR =435708+481140 = 916848N 916.85KN 3.3 Sức kháng dọc trục của cọc đơn Ptt Sức kháng dọc trục của... 28.0 2 1.8 21 21.00 0.0399 3600000 143640 Q s 4 = Q si 459810 Vậy sức kháng thân cọc nh sau: Lớp 1 2 3 4 Q qs (N) 147420 172008 224460 459810 Tổng Hệ số sức kháng qs 0.56 0.36 0.56 0.36 3.2.2 Sức kháng mũi cọc Qp Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B k46 11 qs Q qs (N) 82555 61923 125698 165532 435708 Thiết kế môn học nền và móng Sức kháng mũi cọc Qp: Qp = qp x Ap và q p = 0.038N corr D b q l D 1.92 Với:... => Q 2 3 = (2x 4050 +2x6450)x4300x0.0308 = 2781240N = 2781.24KN Do vây: Q 2 = (1719.90+2781.24KN) = 4501.14KN Sức kháng trụ tơng đơng: Do đó: Qg1 = min{Q1; Q2} = min{5828.10 ; 4501.14} = 4501.14KN Với: g1 = 0.65 Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B k46 17 Thiết kế môn học nền và móng 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... trí cọc trong móng 4.1 Tính số lợng cọc n: Số lợng cọc n đợc xác định nh sau: n N Ptt Trong đó: N : Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐ (KN) Ptt : Sức kháng dọc trục của cọc đơn (KN) Thay số: n 16062.84 = 17.52 Chọn n = 24 cọc 916.85 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... số sức kháng đỡ của nhóm cọc trong đất dính, đất rời Qg1, Qg2 : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc trong đất dính, đất rời 5.2.1 Với đất dính Qg1 = min{xTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn; sức kháng trụ tơng đơng} = min{Q1; Q2} : Hệ số hữu hiệu Q1 Với: : xTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn trong đất dính : Sức kháng trụ tơng đơng Q2 Ta có : Cao độ mặt đất sau xói là : -1.7 m Cao... nền và móng = 16062.84 + (1.25x24.5 - 9.81)x64.4=17403.33KN Tải trọng ngang: C H C Đ = H1 Đ = 175 KN 2 Mômen C C M C Đ = M 1 Đ + H 1 Đ xH b = 3430+ 175x2 = 3780KN.m 2 Tổ hợp tải trọng tác dụng LÊN ĐáY Bệ Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng kN 12308.23 17403.33 Tải trọng ngang kN 100.00 175.00 Mômen kN.m 2160 3780 V kiểm toán theo trạng thái giới hạn cờng độ i 5.1 Kiểm toán sức kháng . định của kết cấu móng đợc xác định theo móng tơng đơng, theo sơ đồ nh hình vẽ: Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B k46 18 Thiết kế môn học nền và móng Ta có: D b = 9500mm. Móng tơng đơng nằm. 3925.23KN. 3.2. Sức kháng nén dọc trục theo đất nền Q R Trần Trung Hiếu Cầu - Đờng bộ B k46 8 Thiết kế môn học nền và móng Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: Q R = sqspqp QQ + Với: sss A.qQ. Cầu - Đờng bộ B k46 4 Thiết kế môn học nền và móng Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = + 9.6m Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = + 2.0m Cao độ đáy bệ là : CĐĐAB = 0m Bề dầy bệ móng : H b = 2 m. 1.2. Chọn kích thớc