Đồ Án Nền Móng Công Trình Cầu Đường

Đồ án Nền Móng Công Trình Cầu Đường GVHD: Msc Nguyễn Văn Liêm
ĐỒ ÁN NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH CẦU ĐƯỜNG
Số liệu tính toán:
Số liệu địa chất:
Bảng 1 : Bề dày các lớp trong cột địa tầng
Bề dày(m)
Loại địa chất công trình
5
OH 1.5
CH 8.5
ML 25
CL 10
S-CL 5.0
S 3.0
Bảng 2: Chỉ tiêu cơ lí đất
Tên chỉ tiêu
Loại đất
OH CH ML CL S-CL S
Trọng lượng riêng,γ,g/cm
3
- 1.82 1.73 1.65 1.92 1.95
Tỷ trọng,∆ - 2.69 2.68 2.67 2.65 2.66
Độ ẩm,W,% - 39 61 58 18 25
Giới hạn chảy,W
c
,% - 50 38 55 - -
Giới hạn dẻo,W
d
,% - 30 24 33 - -
Góc ma sát trong,ф
o

- 15 8 6 20 30
Lực dính, C,kg/cm
2
- 0.35 0.08 0.10 0.01 -
Hệ số nén lún,a
1-2
,cm
2
/kg - 0.12 0.062 0.098 0.15 0.18
Modul biến dạng,E
o,
kg/cm
2
- 85 35 20 140 400
Đất đắp có
tc
γ
= 1.8 g/cm
3
và
ϕ
= 35
0
Mực nước ngầm cách mặt đất tự nhiên là 0.5 m
Sinh Viên Thực Hiện : Bùi Phương Nam
MSSV : 1076847
Lớp : Cầu Đường 2 K33
Đồ án Nền Móng Công Trình Cầu Đường GVHD: Msc Nguyễn Văn Liêm
Cao trình đỉnh móng mố là + 1.8m
Cao trình đáy móng mố là - 0.2m

Số liệu về cọc
- Sử dụng cọc có tiết diện 35x35cm, chiều dài chịu lực là 40m
Kích thước bệ cọc: 12 x 6 x 2 m
- Theo phương dọc cầu ( phương X ) 6 m
- Theo phương ngang cầu ( phương Y ) 12 m
- Chiều cao bệ móng : 2 m
- Nội lực tại mặt cắt đáy bệ móng mố
TTGH
∑
V
(kN)
Theo phương dọc cầu X Theo phương ngang cầu Y
∑
My
(kN.m)
∑
Hx
(kN)
∑
Mx
(kN.m)
∑
Hy
(kN)
Cường độ I 17628 -8979.82 3813.7 0 0
Cường độ II 15172 -7141.38 3376.6 705.1 130.48
Cường độ III 17030 -8541.50 3713.8 240.3 40.89
Sử dụng 13213 -7216.46 2814.6 304.2 52.71
a/. Tính sức chịu tải của đất nền:
R

tc
= m [ (Ab + BD
f
)
1
γ
+ Dc ]
Với m = 1 ( đất sét ) ; c = 0.35 kg/cm
2
= 3.5 T/m
2
b = 12 m ;
1
γ
= 1.82 g/cm
3
=>
đn
γ
=0.82 T/m
3
; D
f
= 2m
Với
ϕ
= 15 tra bảng ta được A = 0.33 ; B = 2.3 ; D = 4.85
Vậy R
tc
=1x[(0.33x12x0.82+2.3x0.5x1.8+2.3x1x0.8+2.3x0.5x0.82+4.85x3.5]=25.07T

Ta thấy R
tc
< 1321.3 T => Thiết kế phương án móng cọc
b/. Kiểm tra độ sâu chôn bệ :
Tổ hợp tính toán : Cường độ I ;
∑
Hx
= 3813.7 kN
Sinh Viên Thực Hiện : Bùi Phương Nam
MSSV : 1076847
Lớp : Cầu Đường 2 K33
Đồ án Nền Móng Công Trình Cầu Đường GVHD: Msc Nguyễn Văn Liêm
D
fmin
= tan ( 45-
2
ϕ
)
b
H
x
γ
∑
2
Với
ϕ
=25 ;
3
/1.18 mkN=
γ

; b=12
D
fmin
= 10m => 0.7D
fmin
= 7m
Ta có D
f
= 2m < 0.7D
fmin
=> Tính toán theo móng cọc đài cao
b/. Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền :
u = 0.35x4 = 1.4m ; A
p
= 0.35x0.35 = 0.1225 m
2
Qa =
p
p
s
s
FS
Q
FS
Q
+
với FS
s
= 2 ; FS
p

= 3
- Xác định thành phần ma sát :
Q
s
= u
∑
=
n
i
isi
xlf
1

ivosi
Kcf
ϕσ
tan.'.+=
+ Lớp 1 : Ko = 1- sin
1
ϕ
= 1 – sin15
0
=0.741
L
1
= 8m =>
2
8
)102.18(5.0)102.18(1)1018(5.018' −+−+−+= xxx
v

σ
=53.9 kN.m
3
7.4515tan9.53741.035
0
1
=+= xxf
s
kN/m
2
+ Lớp 2 : Ko = 1- sin
2
ϕ
= 1 – sin8
0
=0.861
L
2
=25m=>
2
25
)103.17(5.8)102.18(1)1018(5.018' xxxx
v
−+−+−+=
σ
= 177.95 kN.m
3
53.298tan95.177861.08
0
2

=+= xxf
s
kN/m
2
+ Lớp 3: Ko = 1- sin
3
ϕ
= 1 – sin
0
=0.895
L
3
=7m=>
2
7
5.6253.75.8)102.18(1)1018(5.018' xxxxx
v
++−+−+=
σ
=291.95 kN.m
3
46.376tan95.291895.010
0
3
=+= xxf
s
kN/m
2
=> Q
s

= 1.4 ( 45.7x8 + 29.53x25 + 37.46x7 ) =1912.5 kN
- Xác định thành phần kháng mũi : Q
p
= A
p
q
p
Theo TCVN 205 :1998
Sinh Viên Thực Hiện : Bùi Phương Nam
MSSV : 1076847
Lớp : Cầu Đường 2 K33
Đồ án Nền Móng Công Trình Cầu Đường GVHD: Msc Nguyễn Văn Liêm
q
p
=
cqvpp
NcNNd ' ++
σγ
γ
với
813.6
716.1
264.0
6
0
=
=
=
=>=
c

q
N
N
N
γ
ϕ
7.31475.625)103.17(5.8)102.18(1)1018(5.018' =+−+−+−+= xxxxx
vp
σ
kN/m
2
=>q
p
= 609.68 kN/m
2
=> Q
p
= 0.1225x609.68 =74.69 kN
Sức chịu tải cho phép Qa =
2
69.74
5.1
5.1912
+
=1299.9 kN
c/. Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu: Q
vl
=
vlp
RA

φ
Với thép CII tra bảng ta có R
vl
= 270000 kN/m
2
;
φ
tra bảng theo độ mảnh = 0.68
phụ thuộc vào Lo và b
=> Q
vl
= 0.68 x 0.1225 x 270000 = 22491 kN
=> Sức chịu tải của cọc = min ( đất nền ; vật liệu ) = 1299.9 kN
d/. Xác định số lượng cọc và bố trí cọc:
Tổ hợp cường độ I: N = 17628 kN
Số lượng cọc
99.18
9.1299
17628
4.1 ===
a
c
Q
N
N
β
Chọn 24 cọc , bố trí theo phương ngang cầu 6@2m hàng, mỗi hàng 4x1.6m cọc
( theo dọc cầu ), cự ly bố trí cọc theo phương dọc cầu là 1.6m
e/. Tải trọng công trình tác dụng lên cọc, chuyển vị bệ cọc:
Nội lực tính toán:

Cường độ I
→
mkNM
kNH
kNN
y
x
.82.8979
7.3813
17628
−=
=
=
Sinh Viên Thực Hiện : Bùi Phương Nam
MSSV : 1076847
Lớp : Cầu Đường 2 K33
Đồ án Nền Móng Công Trình Cầu Đường GVHD: Msc Nguyễn Văn Liêm
Việc tính toán được tiến hành đối với 1 hàng cọc ( 6 cọc ) chịu tải theo phương
dọc cầu. Trong tính toán hệ thống phẳng ta có:
Số lượng cọc: N
c
= 4 cọc
Lực đứng: P =
6
17628
= 2938 kN
Lực ngang: H =
6
7.3813
= 635.62 kN

Moment uốn: M =
6
82.8979−
= -1496.64 kN.m
Moment uốn được tính bằng cách chuyển dời lực ngang đến khoảng cách q, cánh
tay đòn lực ngang tương ứng bằng:
q =
H
M
=
62.635
64.1496−
= -2.36 m
1/. Xác định các đặc trưng hình học và chiều dài tính toán của cọc:
- Diện tích tiết diện ngang cọc: F = 0.35x0.35= 0.1225 m
2
- Moment quán tính của tiết diện cọc: I =
12
35.035.0
3
x
= 0.001251 m
4
- Chiều dài chịu nén tính toán của cọc: L
N
= L
1
= L = 40 m
- Chiều dài chịu uốn của cọc: L
M

Với L
o
chiều dài tự do của cọc tính từ đáy bệ đến mặt đất: L
o
= 0
Ta có 2.n.d = 2x6x0.35 = 4.2 m
Ta có L
1
> 2.n.d => L
M
= L
0
+ n.d = 6x0.35= 2.1m
2/. Xác định các đặc trưng đàn hồi của cọc :
M
1
=
N
IL
F
=
40001251.0
1225.0
x
= 2.448 m
-3
M
2
=

3
12
m
L
=
3
1.2
12
= 1.3 m
-3
Sinh Viên Thực Hiện : Bùi Phương Nam
MSSV : 1076847
Lớp : Cầu Đường 2 K33
Đồ án Nền Móng Công Trình Cầu Đường GVHD: Msc Nguyễn Văn Liêm
M
3
=
2
6
m
L
=
2
1.2
6
= 1.36 m
-3
M
4
=

m
L
4
= 1.9 m
-3
3/. Xác định các phản lực đơn vị :
r
uu
’ = n
c
.m
2
= 4x1.3= 5.2 m
-3
r
uw
’ = n
c
.m
3
= 4x1.36= 5.44 m
-3
r
ww
’ = n
c
.m
4
+ m
1

∑
n
i
x
1
2
Với
∑
2
i
X
= ( 1.6 +
2
6.1
)
2
+ (
2
6.1
)
2
+ ( 1.6 +
2
6.1
)
2
+ (
2
6.1
)

2
= 12.8
r
ww
’= 1.9x4 + 2.448x12.8 = 38.93 m
-3
r
vv
’ = n
c
.m
1
= 4x2.448= 9.79 m
-3
4/. Xác định khoảng cách đến tâm đặc tính
Tâm đàn hồi : C =
'
'
uu
uw
R
R
= 1.05 m
Điểm chuyển vị không :
'
'
uw
ww
R
R

=
θ
= 7.16 m
5/. Xác định chuyển vị của đáy bệ :
- Chuyển vị đứng : V’ =
'
vv
R
P
=
79.9
2938
= 300.1 kN/ m
-3
- Góc xoay : W’ =
)05.116.7(44.5
62.635)05.136.2(
)(
)(
3
−
−−
=
−
−
cnm
Hcq
θ
= -65.21 kN/ m
-3

- Chuyển vị ngang: U’ =
)05.116.7(2.5
62.635)16.736.2(
)(
)(
2
−
−−−
=
−
−−
cnm
Hq
θ
θ
= 190.46 kN/ m
-3
BẢNG TÍNH NỘI LỰC CÁC CỌC TRONG BỆ
Cọc
số Xn M1 M2 M3 M4 V' W' U' Nn Mb Mh Qn Nn.Xn
1 -2,4 2,448 1,3 1,36 1,9 300,1 -65,21 190,46 351,52 135,13 - 158,91 -843,65
Sinh Viên Thực Hiện : Bùi Phương Nam
MSSV : 1076847
Lớp : Cầu Đường 2 K33
Đồ án Nền Móng Công Trình Cầu Đường GVHD: Msc Nguyễn Văn Liêm
197,08
2 -0,8 2,448 1,3 1,36 1,9 300,1 -65,21 190,46 606,94 135,13
-
197,08 158,91 -485,55
3 0,8 2,448 1,3 1,36 1,9 300,1 -65,21 190,46 862,35 135,13

-
197,08 158,91 689,88
4 2,4 2,448 1,3 1,36 1,9 300,1 -65,21 190,46 1117,77 135,13
-
197,08 158,91 2682,65
Tổng cộng 2938,58 540,52
-
788,32 635,64
2043,3
3
Kiểm toán bảng tính
P -
∑
n
N
= 2938 – 2938.58
≈
0
H
x
- n.Q
n
= 635.62 – 635.64
≈
0
M
y
–n.M
Bn
+

∑
n
nn
XN
1
.
= -1496.6–540.52+2043.33=6.17 ( trong giới hạn cho phép )
Xác định chuyển vị ngang bệ mố:
Chuyển vị ngang của đỉnh mố: z = -6.6m ; E
c
= 28561x10
3
kN.m
-2
U
x
=
)'.'(
1
zwu
EI
+
= 0.017m
Chuyển vị ngang cho phép của đỉnh mố:
U
gh
= 0.5
L
với L Chiều dài nhịp ngắn gác lên mố
≥

25cm , ở đây vì không có số
liệu nên ta lấy L = 25cm
=> U
gh
= 0.25m => U
x <
U
gh
Đạt
Kiểm tra tải trọng công trình tác dụng lên cọc:
- Trọng lượng bản thân cọc: Q
c
=
FnL
cb
γ
= 132.06 kN
Theo bảng tính nội lực cọc số 4 chịu tải đứng lớn nhất N
n
= 1117.77 kN
- Tổng tải trọng đứng lớn nhất tác dụng lên cọc :
N
max
= N
n
+ Q
c
= 1249.83 kN Q
a
= 1299.9 kN

=> N
max
< Q
a
Đạt
- Sức chịu tải ngang của cọc: Q
ng
=
3
1000
o
ng
L
EI∆
β
Sinh Viên Thực Hiện : Bùi Phương Nam
MSSV : 1076847
Lớp : Cầu Đường 2 K33
Đồ án Nền Móng Công Trình Cầu Đường GVHD: Msc Nguyễn Văn Liêm
Với
1=
β
;
1=∆
ng
; E = 285610 kg.cm
2
; I = 125052.05 cm
4
; L

o
= 6d = (6x35)cm
=> Q
ng

= 38.57 kN
Theo bảng tính nội lực tải trọng ngang tác dụng lên 1 cọc là Q
n
=
49.26
6
91.158
=
kN
Vậy Q
n
< Q
ng
Đạt
6/. Kiểm tra cường độ đất nền dưới mũi cọc:
A
qu
=
)2)(2(
αα
LtgBLtgA
pp
++
Với A
p

= 12m ; B
p
= 4.8m
=
++
=
40
)76()825()815( xxx
tb
φ
9.05
Góc mở
α
=
4
tb
ϕ
= 2
0
16’
Diện tích khối móng quy ước: F = 120.82 m
2
W
qu
=
4.1382
6
128.4
3
=

x
m
3
Chuyển hệ tải trọng về trọng tâm của móng khối quy ước
a. Tính toán trọng lượng thể tích của móng khối quy ước
. . .
c c c tb
qu tb
qu
n F L
V
γ
γ γ
= +
V
qu
= 120.82 x 2 = 241.62m
3
: Thể tích móng khối quy ước.
3
25 /
tb
kN m
γ
=
=>
282.120
40.35.0.24
25

2
xV
FLn
qu
tbccc
tbqu
+=+=
γ
γγ
= 25.49 kN/m
2
- Trọng lượng thể tích trung bình của các lớp đất
40
65.172573.182.18 xxx
tbd
++
=
γ
= 1.734 g/cm
3
=>
34.71034.17 =−=
dn
γ
kN/m
3
b. Chuyển hệ tải trọng về trọng tâm đáy móng khối quy ước
- Tải trọng thẳng đứng tính toán:
Sinh Viên Thực Hiện : Bùi Phương Nam
MSSV : 1076847

Lớp : Cầu Đường 2 K33
Đồ án Nền Móng Công Trình Cầu Đường GVHD: Msc Nguyễn Văn Liêm
V’
tt
= V
tt
+ n.
qutb
V.
'
γ
= 17628 + 1.1x16.42x120.82x2 = 21992.5 kN
- Tải trọng ngang tính toán:
H’
tt
= H
tt
= 3813.7 kN
- Momen tính toán theo phương dọc cầu:
M’
tt
= M
tt
+ H’
tt
.L
M
= 8979.82 + 3813.7x2.1 = 16988.59 kN.m
Tính ứng suất dưới đáy móng khối quy ước
- Ứng suất nén lớn nhất

32.194
4.1382
59.16988
82.120
5.21992
''
max
=+=+=
qu
tt
qu
tt
W
yM
F
V
σ
kN/m
2
- Ứng suất nén nhỏ nhất
74.169
4.1382
59.16988
82.120
5.21992
''
min
=−=−=
qu
tt

qu
tt
W
yM
F
V
σ
kN/m
2
Kiểm toán ứng suất dưới đáy móng
R
tc
= m [ (Ab + BD
f
)
1
γ
+ Dc ]
Với m = 1 ( đất sét ) ; c = 0.1 kg/cm
2
= 1 T/m
2
b = 12 m ;
tb
γ
= 1.642 g/cm
3
=>
đn
γ

=0.642 T/m
3
; D
f
= 42m
Với
ϕ
= 6 tra bảng ta được A = 0.1 ; B = 1.39 ; D = 3.71
Vậy R
tc
=( 0.1x12 + 1.39x42)0.642 + 1x3.71 = 41.96 T = 419.6 kN
Ta có
max
σ
= 194.32 kN < 1.2x491.6 = 503.52 kN => Đạt
min
σ
= 169.74 > 0 => Đạt
7./ Xác định độ lún của móng cọc
- Xác định tải trọng tính lún:
N
tc
= 13213 kN
- Tải trọng do trọng lượng bản thân của cọc:
P
cọc
= n
c
c
γ

L
c
F
c
= 24x25x40x0.35x0.35 = 2940 kN
Áp lực gây lún :
qu
coctc
F
PN +
=
ρ
=133.7 kN
Sinh Viên Thực Hiện : Bùi Phương Nam
MSSV : 1076847
Lớp : Cầu Đường 2 K33
Đồ án Nền Móng Công Trình Cầu Đường GVHD: Msc Nguyễn Văn Liêm
Chia vùng chịu nén ở dưới đáy móng quy ước thành các lớp đất nhỏ có chiều dày
h
i
. Dựa vào quy phạm h < 0.4 b nên ta chọn h = 1m
- Xác định trị số ứng suất nén phụ thêm
zi
σ
ở các độ sâu khác nhau. Vì diện chịu
tải là chữ nhật nên ta có
zi
σ
= k
o

ρ
Ta lập thành bảng tính sau :
Lớp đất Zi (m) Zi/b a/b Ko σzi (kN/m2)
σ
bt zi (kN/m2)
Eo(kN/m2) Si
0 0 2.5 1 133.7 314.7
CL 1 0.21 2.5 0.977 130.62 321.2 2000 0.0776
2 0.42 2.5 0.865 115.65 327.7
3 0.63 2.5 0.72 96.26 334.2
4 0.83 2.5 0.594 79.42 352.6 14000 0.0131
S-CL 5 1.04 2.5 0.489 65.38 361.8

Tổng
cộng 0.0907
Ta có độ lún giới hạn S
gh
= 1.5
40
= 9.49 (cm)
Ta có S < S
gh
Đạt
f/. Tính toán kết cấu bệ cọc:
1/. Số liệu tính toán:
-Bề rộng mặt cắt: b = 12m
- Chiều cao làm việc của mặt cắt h
o
= 2 – 0.2 = 1.8m
- Cường độ tính toán của thép: f

y
= 420 MPa
- Cường độ tính toán của bê tong: f
c
’ = 30 MPa
- Modun đàn hồi của thép: E
s
= 200000 MPa
- Trọng lượng riêng của bê tông:
5.24=
c
γ
kN.m
-3
- Modun đàn hồi của bê tong: E
c
= 28561 MPa
Nội lực tại mặt cắt 4-4
Chiều dài chịu tải: L = 6 – (2.45+1.55)=2m
Phản lực đầu cọc N
4
= 1117.77 kN ; d
4
= 2 – 0.6 = 1.4 m
Moment tại mặt cắt : M
u
= 1117.77 x 1.4 = 1564.88 kN.m
Sinh Viên Thực Hiện : Bùi Phương Nam
MSSV : 1076847
Lớp : Cầu Đường 2 K33

Đồ án Nền Móng Công Trình Cầu Đường GVHD: Msc Nguyễn Văn Liêm
Lực cắt tại mặt cắt: Q
u
= 1117.77 kN
2/. Chọn thép và bố trí thép:
Hàm lượng tối thiểu: p
min
> 0.03
002.0
'
=
fy
cf

Chọn hàm lượng thép p = 0.005
As = 0.005x12000x1800 = 108000 mm
2
=> Chọn
mm36
φ
Chọn khoảng cách các thanh thép là 100mm
Số thanh: n =
119
100
10012000
=
−
= A
s
= 121127.25 mm

2
3/. Kiểm tra khả năng chịu uốn của bệ móng:
Nội lực để kiểm tra: M
u
1564.88 kN.m
Điều kiện : M
u

n
M
φ
≤
Với
φ
theo 22TCN-05 = 0.9
a =
mm
xx
x
bf
fA
c
ys
25.166
120003085.0
42025.121127
'85.0
==
Kiểm tra hàm lượng max:
d

c
< 0.42 với c=
1
β
a
= 195.59 với
1
β
=0.85
=>
d
c
=
42.011.0
1800
59.195
<=
Thỏa
Điều kiện chịu uốn: M
n
= 0.85f’c.a.b(
)
2
a
d −
.10
-6
= 87341.72 kN.m
M
u

= 1564.88 kN.m < 0.9x87341.72 = 78607.55 kN.m Thỏa
4/. Kiểm tra khả năng chịu cắt
Tổ hợp kiểm tra là cường độ I Q
u
= 1117.77 kN
Điều kiện Q
u
<
n
Q
φ
với
9.0=
φ
Q
n
= Min
VsVcQu
dbcfQu
v
+=
=
2
'25.01
Sinh Viên Thực Hiện : Bùi Phương Nam
MSSV : 1076847
Lớp : Cầu Đường 2 K33
Đồ án Nền Móng Công Trình Cầu Đường GVHD: Msc Nguyễn Văn Liêm
Sức kháng cắt của bê tông: Q
c

= 0.083x
v
dbcf '
β
= 18724.56 kN
Khả năng chịu cắt : V
u
= 1117.77 < 0.5 x 0.9 x 18724.56 = 8426.05 kN => Thỏa
Sinh Viên Thực Hiện : Bùi Phương Nam
MSSV : 1076847
Lớp : Cầu Đường 2 K33