Tải bản đầy đủ (.pdf) (39 trang)

bài tập lớn nền móng

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (615.88 KB, 39 trang )

THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
PHẠM TRUNG OÁNH Trang 1 Cầu Hầm _ K50
2@175=350
450
50
450
2@175=350
50
50
50
As1.fy
As2.fy
0,85f'c
A's.f'y
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
2
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
GVHD : …………………….
Sinh viên : Phạm Trung Oánh
Lớp : Cầu Hầm - K50
Mã sv : 0919247
Đề bài : 7-6-2
A-YÊU CẦU CHUNG
1. Thuyết minh
Lựa chọn loại cọc, cấu tạo và kiểm toán móng cọc về cường độ và lún (khổ A4).
2. Bản vẽ
Bố trí chung, cốt thép cọc và mối nối cọc (khổ A3).


HÌNH CHIẾU TRỤ CẦU

PHẠM TRUNG OÁNH Trang 3 Cầu Hầm _ K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
Hình chiếu dọc trụ cầu Hình chiếu ngang trụ cầu
b=?
450
H
ttr
= ?
80
60
Hb = ?
800
MNTT
Cao ®é ®Ønh trô
H
tt
H
ttr
= ?
150
25
a = ?
Hb = ?
a = ?
MNTN
b=?
170

60
80
120
25
25

Hình: 1 Mô hình chung kết cấu trụ cầu (đơn vị: cm)

4
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
B- SỐ LIỆU THIẾT KẾ
1. Tải trọng
Tải trọng Đơn vị Giá trị
N – Tĩnh tải thẳng đứng KN 5800
N – Hoạt tải thẳng đứng KN 4000
H - Hoạt tải nằm ngang KN 110
M - Hoạt tải mô men KN.m 700
Tổ hợp tải trọng Ngang cầu
2. Điều kiện thủy văn và chiều dài nhịp.
Tên gọi Đơn vị Số liệu
MNCN m 7,10
MNTN m 2,70
MNTT m 4,40
Chiều cao thông thuyền m 3,50
Cao độ mặt đất tự nhiên m 0.00
Cao độ mặt đất sau xói lở m -1,90
Chiều dài nhịp tính toán m 32,40
3. Điều kiện địa chất
TT Chỉ

tiêu
Đơn
vị
Lớp
1
Lớp
2
Lớp
3
TT Chỉ
tiêu
Đơn
vị
Lớp
1
Lớp
2
Lớp
3
1 W % 21,5 28,9 15,8 11 I
L
- 0,14 0,56 <0
2
w
γ
kN/m
3
19,3 17,8 21,4 12
ϕ
độ 18̊51’ 8̊38’ 23̊47’

3
d
γ
kN/m
3
15,9 13,8 18,5 13 c kN/m
2
44,2 14,7 43,6
4
s
γ
kN/m
3
27,0 26,9 27,0 14
UU
ϕ
độ 0̊00’ 0̊00’ 0̊00’
5 e
0
- 0,698 0,94
9
0,45
9
15
UU
c
kN/m
2
48,9 21,3 49,7
6 n % 41,1 48,7 31,5 16 C

c
- 0,22 0,25 0,16
7 S
r
% 93,2 98,9 100 17 C
r
- 0,028 0,027 0,024
8 W
L
% 35,8 34,0 28,1 18
σ
kN/m
2
356,0 187,0 424,0
9 W
P
% 19,1 22,3 16,0 19
50
ε
- 0,03 0,03 0,03
10 I
P
% 16,7 11,7 12,1
PHẦN I : BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
PHẠM TRUNG OÁNH Trang 5 Cầu Hầm _ K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LỚP ĐẤT
Các ký hiệu sử dụng trong tính toán:
γ


: Trọng lượng riêng của đất tự nhiên (kN/m
3
)
γ
s

: Trọng lượng riêng của hạt đất (kN/m
3
γ
n

: Trọng lượng riêng của nước (
γ
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
Theo số liệu khảo sát địa chất công trình và các kết quả thí nghiệm, ta có các lớp đất
với đặc điểm như sau:
1. Lớp số 1: Lớp đất sét màu xám vàng, nâu đỏ; lớp này có bề dày 2,5 m; cao độ mặt
lớp là 0,00 m; cao độ đáy là -2,5 m. Lớp đất có độ ẩm W = 21,5%; độ bão hòa Sr =
93,2. Lớp đất ở trạng thái nửa cứng có độ sệt I
L
= 0,14.
2. Lớp số 2: Lớp đất sét pha màu xám, trạng thái dẻo mềm; chiều dày 16,8 m; cao độ
mặt lớp là -2,50m; cao độ đáy là -19,30 m. Lớp đất có độ ẩm W = 28.9%, độ bão hòa
Sr = 98,9. Lớp đất ở trạng thái mềm có độ sệt I
L
= 0,56.
3. Lớp số 3: Lớp đất sét pha, màu xám vàng, nâu đỏ, chiều dày 14,7 m; cao độ mặt
lớp là -19,30 m, cao độ đáy lớp là -34,00 m. Lớp đất có độ ẩm W = 15,8%; độ bão hòa
S
r
= 100. Lớp đất ở trạng thái cứng có độ sệt I
L
<0.



Nhận xét:
1- Điều kiện địa chất công trình trong phạm vi khảo sát tương đối phức tạp , có 3 lớp
đất, các lớp đất có tính chất cơ lý rất khác nhau.
2-Lớp đất số 1 là lớp đất dễ bị xói khi xây dựng trụ cầu tại đây.
3-Lớp đất số 3 có chỉ số SPT tương đối lớn và chỉ số độ sệt I
l
< 0 nên đặt mũi cọc tại
lớp này.


Kiến nghị:
1- Với đặc điểm địa chất công trình tại đây, nên sử dụng giải pháp móng cọc đường
kính nhỏ bằng BTCT cho công trình cầu và lấy lớp đất số 3 làm tầng dựa đầu cọc.
2- Nên để cho cọc ngập vào trong lớp đất số 3 để tận dụng khả năng ma sát của cọc.
6
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
PHẦN II : THIẾT KẾ KỸ THUẬT
I. LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH VÀ BỐ TRÍ CỌC TRONG MÓNG
1. Lựa chọn các cao độ và các kích thước
a
a
SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CHUNG TRỤ CẦU
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 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 chọn như sau:
1( )
max 0,30( ).

tt
MNCN m
m
MNTT H
+
 

 
+
 
Trong đó:
+ MNCN: Mực nước cao nhất, MNCN = 7,10 (m).
+ MNTT: Mực nước thông thuyền, MNTT = 4,40 (m).
+
tt
H
: Chiều cao thông thuyền,
tt
H
= 3,50 (m).
Ta có : max(7,10 + 1; 4,40 + 3,50) – 0,30 = max(8,10; 7,90) – 0,30 = 7,80 (m).
=> Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 7,80 (m).
1.2. Cao độ mặt bệ(CĐMB):
Vị trí xây dựng trụ cầu nằm ở khu vực sông có thông thuyền. Sự thay đổi cao độ
giữa MNCN và MNTN là tương đối lớn .Để tạo mỹ quan sông , ta chọn cao độ đỉnh
bệ thấp theo điều kiện sau :
CĐMB

MNTN – 0,50(m) = 2,70 – 0,50 = 2,20 (m).
Trong đó :

CĐMB : Cao độ mặt bệ
MNTN : Mực nước thấp nhất
=>
Vậy ta chọn: CĐMB = +2,00 (m).
1.3. Cao độ đáy bệ(CĐĐB):
Ta chọn bệ có chiều dày là : H
b
= 2,00 (m).
Do đó đáy bệ có cao độ là :
CĐĐB = CĐMB - H
b.
Trong đó :
PHẠM TRUNG OÁNH Trang 7 Cầu Hầm _ K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
CĐĐB : Cao độ đáy bệ
CĐMB : Cao độ mặt bệ
H
b
: Chiều dày bệ móng

CĐĐB = 2,20 – 2,00 = 0,00 (m).
=> Vậy đáy bệ có cao độ là : CĐĐB = 0,00 (m).
1.4. Chọn kích thước và cao độ mũi cọc(CĐMC):
Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là tương đối
lớn, địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất khá sâu(lớp đất 3 có cao độ mặt lớp
là -19,30 m) và không phải là tầng đá gốc, nên ta chọn giải pháp móng là móng cọc ma
sát BTCT.
Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thước là 0,45.0,45 (m
2

).
Cọc được ngàm vào trong lớp đất thứ 3 là lớp đất sét pha ở trạng thái cứng và
phải đảm bảo các điều kiện theo quy định(mũi cọc phải được ngàm vào lớp chịu lực
tối thiểu là 5d = 2,25 (m)).Ta chọn cao độ đặt mũi cọc là :
CĐMC = - 31,00 (m).
Như vậy cọc được ngàm vào lớp đất 3 với độ sâu là 11,70 (m).
1.4.1. Xác định chiều dài cọc:
Chiều dài cọc được xác định :
L
c
= CĐĐB – CĐMC = 0,00 – ( - 31,00) = 31,00 (m).
Vậy cọc được thiết kế có chiều dài là 31,00 (m).
Trong đó :
CĐĐB = 0,00 (m) : Cao độ đáy bệ
CĐMC = -31,00 (m) : Cao độ mũi cọc
1.4.2. Kiểm tra kích thước cọc:
Kích thước cọc phải thoả mãn yêu cầu về độ mảnh theo quy định :
≤ ≤
30 70
c
L
d



< = = <
31 00
30 68 89 70
0 45 0 45
,

,
, ,
c
L

Vậy kích thước cọc đã chọn thỏa mãn yêu cầu về độ mảnh.
Cọc được ngàm vào bệ 1,00 (m).

Tổng chiều dài đúc cọc là :
L = L
c
+ 1,00 = 31,00 + 1,00 = 32,00 (m).
Cọc được tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là :
L = 32,00 (m) = 11,00 (m) + 11,00 (m) + 10,00 (m).
Như vậy đốt thân có chiều dài là 11 m và đốt mũi có chiều dài là 10 m. Các đốt cọc sẽ
được nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc.
1.5. Chiều dày mũ trụ(CDMT):
Chiều dày mũ trụ là: CDMT = 0,80 + 0,06 = 1,40 (m).
8
THIT K MễN HC NN MểNG B mụn a K
Thut
2. Lp t hp ti trng ti nh b ng vi MNTN
S liu cho nh sau :
N
tt
= 5800(kN) : Lc thng ng theo TTGHSD do tnh ti tỏc dng ti nh tr.
N
ht
= 4000(kN) : Lc thng ng theo TTGHSD do hot ti tỏc dng ti nh tr.
H

ht
= 110(kN) : Lc ngang theo TTGHSD do hot ti tỏc dng theo phng ngang cu.
M
ht
= 700(kN.m) : Mụmen theo TTGHSD do hot ti tỏc dng theo phng ngang cu.

bt
= 24,50(kN/m
3
) : Trng lng riờng ca bờ tụng.

n
= 9,81(kN/m
3
) : Trng lng riờng ca nc
n
h
= 1,75 : H s ti trng do hot ti.
n
t
= 1,25 : H s ti trng do tnh ti.
2.1.Tớnh toỏn th tớch tr:
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
Hỡnh chiu tr cu
2.1.1. Chiu cao ca tr H
c
(m ):
H
c
= CT CDMT CMB
Trong ú : CT = 7,80 (m) : Cao nh tr.
CDMT = 1,40 (m) : Chiu dy m tr.
CMB = 2,00 (m) : Cao mt b.


H
c
= 7,8 1,40 2,00 = 4,40 (m).
2.1.2. Din tớch tit din ngang tr:
PHM TRUNG ONH Trang 9 Cu Hm _ K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ

Thuật
( )
π
 
= + − =
 ÷
 
2
2
1 20
4 50 1 20 1 20 5 091
4
. ,
, , . , , ( ).
tr
S m
2.1.3. Thể tích toàn phần của trụ( không kể bệ cọc ):
Thể tích toàn phần của trụ được xác định như sau :
V = V
1
+ V
2
+ V
3
Trong đó :
= =
3
1
1 70 8 00 0 80 10 88, . , . , , ( ).V m
( )

= + =
3
2
1
5 00 8 00 0 60 1 70 6 63
2
, , . , . , , ( ).V m
= = =
3
3
4 40 5 091 22 40. , . , , ( ).
tr c
V S H m

V = 10,88 + 6,63 + 22,40 = 39,91 (m
3
).
2.1.4. Thể tích phần trụ ngập nước( không kể bệ cọc ):
= −
3
§MB)=5,091.(2,70-2,00)=3,56(m.( ).
nn tr
V S MNTN C
2.2. Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:
( có xét đến lực đẩy của nước)
2.2.1. Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:
( )
γ γ
= + + −
1

. . . .
C
N n N n N V V
n nn
t tt
h ht bt
®
( )
= + + −
1
1 75 4000 1 25 5800 24 5 39 91 9 81 3 56, . , . , . , , . ,
C
N
®
=
1
15437 32, ( ).
C
N kN
®
2.2.2. Tải trọng ngang ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:
= = =
1
1 75 110 192 50. , . , ( ).
C
H n H kN
h ht
®
2.2.3. Mômen ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:
( )

= +
1
§§T-C§MB. . .
C
M n M n H C
h ht h ht
®

( )
= + −
1
1 75 700 1 75 110 7 80 2 00, . , . . , ,
C
M
®

=
1
2341 5, ( . ).
C
M kN m
®
Trong đó :
CĐĐT = 7,80 (m) : Cao độ đỉnh trụ.
CĐMB = 2,00 (m) : Cao độ mặt bệ.
2.3. Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:
2.3.1. Tải trọng thẳng đứng ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:
10
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật

γ γ
= + + −
1
. .
SD
N N N V V
n nn
tt
ht bt
= + + −
1
4000 5800 24 5 39 91 9 81 3 56, . . , . ,
SD
N
=
1
10742 87, ( ).
SD
N kN
2.3.2. Tải trọng ngang ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:
= =
1
110( ).
SD
H H kN
ht
2.3.3. Mômen ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:
( )
= +
1

§§T-C§MB.
SD
M M H C
ht ht
( )
= + − =
1
700 110 7 80 2 00 1338. , , ( . ).
SD
M kN m
2.4. Lập bảng tổ hợp tải trọng:
Tên tải trọng Đơn vị TTGHCĐI TTGHSD
Tải trọng thẳng đứng kN 15437,32 10742,87
Tải trọng ngang kN 192,5 110
Mômen kN.m 2341,5 1338
3. Xác định sức kháng nén dọc trục của cọc đơn:
Sức chịu tải dọc trục của cọc đơn được xác định theo điều kiện sau :
{ }
= min ;
tt
r r r
Q P Q
Trong đó :
P
r
: Sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc theo vật liệu.
Q
r
: Sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc theo đất nền.
Chú ý: Trong thực tế người ta sẽ thiết kế sao cho

r
tt
r r r
P Q Q Q
> ⇒ =
.
3.1. Xác định sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc theo vật liệu:
Chọn vật liệu:
+ Tiết diện của cọc hình vuông: 0,45(m) x 0,45 (m).
+ Cọc bê tông cốt thép.
+ Bê tông có f

c
= 30 Mpa.
+ Cốt thép ASTM A615M có f
y
= 420 Mpa
Bố trí cốt thép trong cọc :
PHẠM TRUNG OÁNH Trang 11 Cầu Hầm _ K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
+ Cốt chủ : Chọn thép  22, bố trí 8 thanh xuyên suốt chiều dài cọc.
+ Cốt đai : Chọn thép  8, bố trí ở giữa thân đốt khoảng cách bước của cốt thép
đai là 15 cm, ở đầu và cuối mỗi đốt khoảng cách cốt thép đai dầy hơn, khoảng 5 cm,
gần đầu mũi cọc cũng như gần đầu mỗi đốt bố trí khoảng cách này là 10 cm
Mặt cắt ngang cọc bê tông cốt thép
Sức kháng tính toán của cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén đối xướng qua các trục
chính được xác định như sau :
ϕ
= .P P

r n
Trong đó :
Đối với cấu kiện có cốt thép đai thường :
( )
 
= − +
 
0 8 0 85
'
, , . . .
n c g st y st
P f A A f A
Ở đây :
P
r
: Sức kháng lực dọc trục tính toán có hoặc không có uốn (N).
P
n
: Sức kháng lực dọc trục danh định có hoặc không có uốn (N).
f

c
: Cường độ quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày, f

c
= 30 (MPa).
f
y
: Giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa), f
y

= 420 (MPa).
A
g
: Diện tích nguyên của mặt cắt ( mm
2
).
A
st
: Diện tích nguyên của các cốt thép (mm
2
).
ϕ
: Hệ số sức kháng (
ϕ
= 0,75).
Ta có :
2
450.450 202500( ).A mm
g
= =
2
8.387 3096( ).
st
A mm
= =
Vậy ta có :
( )
. 0,75.0,8. 0,85.30. 202500 3096 420.3096
r
P P

n
ϕ
= = − +
 
 


3831073,2( ) 3831,07( ).N kN
= =

3.2. Xác định sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc theo đất nền:
Sức kháng đỡ tính toán của các cọc Q
R
được tính như sau :
ϕ ϕ ϕ
= = +. . .
r n qp p qs s
Q Q Q Q
Với :
=
.
p p p
Q q A
12
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
= .
s s s
Q q A
Trong đó :

Q
p
: Sức kháng mũi cọc (N).
Q
s
: Sức kháng thân cọc (N).
q
p
: Sức kháng đơn vị mũi 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
).
ϕ
qp
: Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định
Đất ở mũi cọc là đất dính( đất sét):


ϕ λ
= = =0 7 0 7 0 8 0 56

v
qp
, . , . , ,

v
: Giá trị phụ thuộc vào phương pháp kiểm tra thi công các cọc và
đánh giá khả năng chịu tải của chúng trong và sau khi đóng cọc vào đất sẽ được quy
định trong các hồ sơ thầu. Ta lấy λ
v
=

0,8 là giá trị bất lợi nhất để tính toán.)
ϕ
qs
: Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc quy định.
Đất ở thân cọc ở cả 3 lớp đều là đất dính(đất sét):


ϕ λ
= = =0 7 0 7 0 8 0 56
v
qs
, . , . , ,
3.2.1. Sức kháng thân cọc:
Do thân cọc ngàm trong 3 lớp đất, đều là lớp đất dính(đất sét) nên ta tính q
s
phương
theo phương pháp .
Ma sát đơn vị bề mặt danh định (MPa) có thể được xác định bằng công thức :
α

=
.
s u
q S
Trong đó:
S
u
: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (MPa).
α
: Hệ số kết dính áp dụng cho S
u
(DIM).
Hệ số dính
α
phụ thuộc vào S
u
và tỷ số
b
D
D
và hệ số dính
α
được tra bảng theo tiêu
chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05.
Đồng thời ta cũng có sự tham khảo công thức xác định
α
của API như sau :
- Nếu S
u
< 25 kPa



α
= 1,00
PHẠM TRUNG OÁNH Trang 13 Cầu Hầm _
K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
- Nếu 25 kPa < S
u
< 75 kPa


α

 
= −
 ÷
 
25
1 0,50.
50
u
S kPa
kPa
- Nếu S
u
> 75 kPa



α
= 0,50
- Lớp đất 1:
Vì lớp đất chịu lực là lớp sét cứng và trên nó không còn lớp đất nào nên ta tra
α

theo biểu đồ tương ứng gần với sơ đồ làm việc của nó là sơ đồ ở hình 3 trong quy trình
và giá trị D
b
= (- 1900) - (- 2500) = 600 (mm) (ta xét sau xói có cao độ mặt đất là
-1,9m.)
Ta có :
= =
600 4
450 3
b
D
D
S
u
= C
uu
= 48,9 kN/m
2
= 48,9 kPa = 0.0489 MPa

α
α








b
b
Víi D = 10D = 0,94
Víi D = 20D = 1,00
Tiến hành nội suy ta có :
α
  
⇒ − =
 ÷ ÷
  
b
4 1,00-0,94 4
Víi D = D = 1,00- 20 0,888
3 20D-10D 3
D D
Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định
α
của API ta có :
< = <
25 48,9 75
u
kPa S kPa kPa

α


 
= − =
 ÷
 
48,9 25
1 0,5 0,761
50
Do đó ta lấy hệ số dính
α
= 0,761.
Ma sát đơn vị bề mặt danh định của lớp 1 là :
2
. 0,761.48,9 37,21( / ).
1
q S kN m
u
s
α
= = =
Diện tích bề mặt thân cọc trong lớp 1 là :
( ) ( )
( )
2
1
4.0,45. 1,90 2,50 1,08( ).
s
A m= − − − =
- Lớp đất 2 :
Vì lớp đất chịu lực là lớp sét cứng và trên nó là lớp sét nửa cứng nên ta tra
α


theo biểu đồ tương ứng gần với sơ đồ làm việc của nó là sơ đồ ở hình 3 trong quy trình
và giá trị D
b
= ( - 1900 ) – ( - 19300 ) = 17400 (mm).
Ta có :
= =
17400 116
450 3
b
D
D
14
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
S
u
= C
uu
= 21,3 (kN/m
2
) =21,3 (kPa) = 0,0213 (MPa).

α
α








b
b
Víi D = 10D = 1,00
Víi D = 20D = 1,00
Tiến hành nội suy ta có :
α
  
⇒ − =
 ÷ ÷
  
b
116 1,00-1,00 116
Víi D = D = 1,00- 20 1,00
3 20D-10D 3
D D
Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định
α
của API ta có :
α
= < ⇒ =
21,3 25 1,00
u
S kPa kPa
Do đó ta lấy hệ số dính
α
= 1,00
Ma sát đơn vị bề mặt danh định của lớp 2 là :
2

. 1,00.21,3 21,30( / ).
2
q S kN m
u
s
α
= = =
Diện tích bề mặt thân cọc trong lớp 2 là :
( ) ( )
( )
2
2
4.0,45. 2,50 19,30 30,24( ).
s
A m= − − − =
- Lớp đất 3 :
Vì lớp đất chịu lực là lớp sét cứng và trên nó là lớp sét dẻo mềm nên theo quan
điểm của Tominson ta tra
α
theo biểu đồ tương ứng gần với sơ đồ làm việc của nó là
sơ đồ ở hình 2 trong quy trình và giá trị của D
b
= (-19300) - (-31000) = 11700 (mm).
Ta có :
= =
11700
26
450
b
D

D
S
u
= C
uu
= 49,7 (kN/m
2
) = 49,7 (kPa) = 0,0497 (MPa).

α
α







b
b
Víi D = 10D = 0,42
Víi D = 20D = 0,76
Tiến hành nội suy ta có :
( )
α
 
⇒ − =
 ÷
 
b

0,76-0,42
Víi D = 26D = 0,76- 20 26 0,96
20D-10D
D D
Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định
α
của API ta có :
< = <25 49,7 75
u
kPa S kPa kPa

α

 
= − =
 ÷
 
49,7 25
1 0,5 0,753
50
PHẠM TRUNG OÁNH Trang 15 Cầu Hầm _
K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
Do đó ta chọn hệ số dính
α
= 0,753
Ma sát đơn vị bề mặt danh định của lớp 3 là :
2
. 0,753.49,7 37,42( / ).

3
q S kN m
u
s
α
= = =
Diện tích bề mặt thân cọc trong lớp 3 là :
( ) ( )
( )
2
3
4.0,45. 19,30 31,00 21,06( ).
s
A m= − − − =
Do đó ta có bảng tính sức kháng thân cọc của các lớp đất như sau :
Tên lớp Chiều dày
(m)
Diện tích
mặt cọc
(m
2
)
S
u
= C
uu
(kN/m
2
)
Hệ số

α
q
s
(kN/m
2
)
Q
s
(kN)
1 0,60 1,08 48,9 0,761 37,21 40,19
2 16,8 30,24 21,3 1,00 21,30 644,11
3 9,70 21,06 49,7 0,753 37,42 788,07
Tổng 1472,37
3.2.2. Sức kháng mũi cọc:
- Sức kháng đơn vị mũi cọc trong đất sét bão hoà (MPa) được tính như sau :
= 9
p u
q S
S
u
: Cường độ kháng cắt không thoát nước của sét gần chân cọc (MPa).
Theo đề ra ta có cường độ kháng cắt không thoát nước của sét gần chân cọc là :
=
2
49 7
u
S kN m, ( / )
=0,0497 (Mpa).

= =9 0 0497 0 4473

p
q Mpa. , , ( ).
- Tính diện tích mũi cọc A
p
:
2
450.450 202500( ).
p
A mm= =

Sức kháng mũi cọc là :
. 0,4473.202500 90578( ) 90,58( ).
p p p
Q q A N kN= = = =
Vậy sức chịu tải của cọc theo đất nền là :
0,56.1472,37 0,56.90,58 875,25( ).
r
Q kN= + =
Sức chịu tải thiết kế của cọc là :
{ }
= =3831 07 875 25 875 25min , ; , , ( ).
tt
Q kN
16
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
4. Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng
4.1. Xác định số lượng cọc:
Số lượng cọc trong móng được xác định theo điều kiện sau :
≥ = =

1
15437,32
17,64
875,25
C
yc
r
N
n
Q
®

Chọn số cọc thiết kế là : n = 28 (cọc).
4.2. Bố trí cọc trong móng:
Theo quy trình 22TCN 272-05 thì yêu cầu về bố trí cọc như sau :
- Khoảng cách tim giữa hai hàng cọc liền nhau ít nhất là 2,5d hay 750 mm lấy giá
trị nào lớn hơn (d là đương kính cọc).
- Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đến mép bệ :

225 (mm).
(Thực tế khoảng cách từ mép cọc ra ngoài mép bệ lấy

250 (mm).)
Với n = 24 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).
Ta có bố trị cọc trên mặt bằng:
PHẠM TRUNG OÁNH Trang 17 Cầu Hầm _
K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
8200
4600
500 3x1200 500
500
6x1200
500
5. Lập tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ
5.1. Kích thước bệ cọc sau khi đã bố trí cọc:
Theo phương dọc cầu:
B=a.(m-1)+2.c =1200.(4-1) + 2.500 = 4600 (mm).
1
Theo phương ngang cầu:
L=b.(n-1)+2.c =1200.(7-1)+2.500 = 8200 (mm).
2
Trong đó :
n = 4 : Số hàng cọc theo phương dọc cầu.
m = 7 : Số hàng cọc theo phương ngang cầu.
c
1
= 500 (mm) : Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo phương
dọc cầu.
c
2
= 500 (mm) : Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo phương

ngang cầu.
a = 1200 (mm) : Khoảng cách tim các hàng cọc theo phương dọc cầu.
b = 1200 (mm) : Khoảng cách tim các hàng cọc theo phương ngang cầu.
5.2. Tính thể tích bệ cọc:
= = =
3
8 20 4 60 2 00 75 44. . , . , . , , ( ).
b b
V L B H m
5.3. Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đáy bệ:
5.3.1. Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đáy bệ:
( )
γ γ
= + −
2 1
. .
C C
b
N N n V
n
t
bt
® ®
( )
= + −
2
15437 32 1 25 24 5 9 81 75 44, , . , , . ,
C
N
®

18
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
=
2
17008 36, ( ).
C
N kN
®
5.3.2. Tải trọng ngang ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đáy bệ:
= =
2 1
192 50
C C
H H kN, ( ).
® ®
5.3.3. Mômen ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đáy bệ:
= +
2 1 1 b
M M H H.
c® c® c®

= +
2
2341 50 192 50 2, , .M


=
2
2726 50, ( . ).M kN m


5.4. Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đáy bệ:
5.4.1. Tải trọng thẳng đứng ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đáy bệ:
( )
γ γ
= + −
2 1
SD SD
N N V
n
bt b
.
( )
= + −
2
10742 87 24 5 9 81 75 44, , , . ,
SD
N
=
2
11851 08, ( ).
SD
N kN
5.4.2. Tải trọng ngang ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đáy bệ:
= =
2 2
110
SD SD
H H kN( ).
5.4.3. Mômen ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đáy bệ:

= +
2 1 1
SD SD SD
b
M M H H.
= + =
2
1338 110 2 1558. ( . ).
SD
M kN m
5.5. Lập bảng tổ hợp tải trọng :
Tên tải trọng Đơn vị TTGHCĐI TTGHSD
Tải trọng thẳng đứng kN 17008,36 11851,08
Tải trọng ngang kN 192,5 110
Mômen kN.m 2726,5 1558
II. KIỂM TOÁN MÓNG THEO TTGHCĐ I
1. Xác định nội lực tác dụng lên từng cọc
Nội lực tác dụng lên đầu cọc được tính toán bằng phần mềm PB-pier :

PHẠM TRUNG OÁNH Trang 19 Cầu Hầm _
K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
**********************************************
***** Final Maximums for all load cases *****
**********************************************
Result Type Value Load Comb. Pile
*** Maximum pile forces ***
Max shear in 2 direction 0.1089E+02 KN 1 0 16
Max shear in 3 direction 0.7680E+01 KN 1 0 26

Max moment about 2 axis 0.1755E+01 KN-M 1 0 26
Max moment about 3 axis -0.2298E+01 KN-M 1 0 16
Max axial force -0.7777E+03 KN 1 0 13
Max torsional force 0.0000E+00 KN-M 0 0 0
Max demand/capacity ratio 0.2171E+00 1 0 13
*** Maximum soil forces ***
Max axial soil force 0.8257E+02 KN 1 0 13
Max lateral in X direction 0.8003E+01 KN 1 0 16
Max lateral in Y direction -0.5430E+01 KN 1 0 26
Max torsional soil force -0.9049E-02 KN-M 1 0 24
Kết luận : Nội lực dọc trục lớn nhất trong cọc là : N
max
= 777,70 (kN).
Được thể hiện trên hình sau :
2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn
Công thức kiểm toán nội lực đầu cọc như sau :
+ ∆ ≤
max tt
N N Q
Trong đó :
N
max
: Nội lực tác dụng lên 1 cọc lớn nhất. N
max
= 777,70 (kN).
N

: Trọng lượng bản thân cọc. Ta có :
( )
∆ = − ×

bt n coc
N V
γ γ
Với :
bt
γ
: trọng lượng riêng của bê tông.
( )
γ
=
3
24,50 /
bt
kN m
n
γ
: trọng lượng riêng của nước
3
n
9,81(kN / m )
γ =
V
coc
: Thể tich một cọc.
( )
= = =
2 2 3
. 31,00.0,45 6,28
coc c
V L d m

20
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật

( ) ( )
∆ = − =24,50 9,81 .6,28 92,25N kN
Q
tt
: Sức kháng nén tính toán của cọc đơn Q
tt
= 875,25 (kN).
Vậy ta có :
( ) ( )
max
777,70 92,25 870,25 875,25
tt
N N kN Q kN OK
+ ∆ = + = ≤ = ⇒
3. Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc
Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc :
1 1 2 2
. . .
C r g g g g g g
V Q Q Q Q
ϕ ϕ ϕ
≤ = = +
Trong đó :
V
C
: Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số V

C
= 17008,36 (kN).
Q
r
: Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc.
ϕ
g
: Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc. Vì là đất dính nên φ
g
= 0,65.
1 2
,
g g
ϕ ϕ
: Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc trong đất dính, đất rời.
Q
g
: Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc.
1 2
,
g g
Q Q
: Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc trong đất dính, đất rời.
Vì nhóm cọc nằm trong cả 3 lớp đều là đất dính nên ta xác định sức kháng dọc
trục danh định của nhóm cọc như sau :
Q
g
= min{
η
×

Tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn(Q
g1
); Sức kháng trụ
tương đương(Q
g2
)}
3.1. Tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn :
Với
η
: Hệ số hữu hiệu
Ta có :
Cao độ mặt đất sau xói là : -1,90 (m).
Cao độ đáy bệ(CĐĐB) là : 0,00 (m).
Do vậy sau khi xói lở đáy bệ không tiếp xúc chặt chẽ với đất, đồng thời ta có đất
trên bề mặt là đất sét nửa cứng để cho an toàn ta coi bề mặt là đất yếu,khi đó khả năng
chịu tải riêng rẽ của từng cọc phải được nhân với hệ số hữu hiệu
η
,lấy như sau :
η
= 0,65 Với khoảng cách tim đến tim bằng 2,5 lần đường kính.
η
= 1,00 Với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đường kính.
Mà ta bố trí khoảng cách tim đến tim bằng
1200 8
450 3
=
lần đường kính cọc do đó ta nội
suy
η
PHẠM TRUNG OÁNH Trang 21 Cầu Hầm _

K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
η

 
 
= − − =
 ÷
 ÷

 
 
1,00 0,65 8
1,00 6 0,67
6 2,5 3
Như ở trên ta đã xác định được sức kháng thành danh định của một cọc đơn là :
( )
=1472,37
S
Q kN
Sức kháng mũi cọc danh định của một cọc đơn là :
( )
= 90,58
P
Q kN
Do đó tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn là :
( )
= + = + =
1

.( ) 28. 1472,37 90,58 43762,60( )
g S P
Q n Q Q kN

3.2. Sức kháng trụ tương đương:
Sức kháng đỡ của phá hoại khối được xác theo công thức:
( )
2
2 2
g u C u
Q X Y ZS XYN S= + +
Trong đó :
X : là chiều dài cạnh nhỏ của nhóm cọc
=
4,05( ).X m
Y : là chiều dài cạnh lớn của nhóm cọc
=
7,65( ).Y m
Z : là chiều sâu của nhóm cọc
( ) ( )
= − − − =1,90 31,00 29,10( ).Z m
N
C
: Là hệ số phụ thuộc tỷ số
Z
X
Ta có :
= =
29,10
7,19 2,50

4,05
Z
X
>

 
 
= + = + =
 ÷
 ÷
 
 
0,2. 0,2.4,05
7,5 1 7,5 1 8,29
7,65
C
X
N
Y
u
S
: Cường độ chịu cắt không thoát nước trung bình dọc theo chiều sâu của cọc(MPa)
( )
+ +
= =
+ +
0,0489.0,60 0,0213.16,80 0,0497.14,70
0,0348
0,60 16,80 14,70
u

S MPa
S
u
: Cường độ chịu cắt không thoát nước tại đáy móng(MPa). S
u
= 0.0348(MPa)

( )
= + +
2
2.4050 2.7650 .29100.0,0348 4050.7650.8,29.0,0348
g
Q

( ) ( )
= =32634915 32634,92N kN
22
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật


{ }
{ } ( )
= = =
1 2
min ; min 0,67.43762,60;32634,92 29320,94
g g g
Q Q Q kN
Vậy ta có :
( )

ϕ
= = =. 0,65.29320,94 19058,61
R g g
Q Q kN
Kiểm toán :
( ) ( )
= > = ⇒19058,61 17008,36
R C
Q kN V kN §¹T
III. KIỂM TOÁN MÓNG THEO TTGHSD
1. Xác định độ lún ổn định
Với mục đích tính toán độ lún của nhóm cọc ,tải trọng được giả định tác động lên
móng tương đương đặt tại 2/3 độ sâu chôn cọc vào lớp đất chịu lực ( 2D
b
/3 ) .Tải trọng
phân bố theo đường 2:1 theo móng tương đương như hình vẽ.
Từ điều kiện địa chất đề ra ta có nhóm cọc đặt trong nền đăt dính có
D
b
= ( -1,90 ) - ( -31,00 ) = 29,10 (m)


2
3
b
D
= 19,40 (m).
Ta đi tính lún cho các lớp đất từ đấy móng tương đương trở xuống
1.1. Xác định ứng suất có hiệu do trọng lượng bản thân các lớp đất theo chiều
sâu,tính đến trọng tâm của lớp đất tính lún:

Ứng suất có hiệu do trọng lượng bản thân các lớp đất theo chiều sâu được xác
định theo công thức :
'
0
1
.
n
dni i
i
h
γ
σ
=
=

Trong đó :
dni i n
γ γ γ
= −
: Trọng lượng đẩy nổi của lớp đất thứ i
i
γ
: Trọng lượng riêng của lớp đất thứ i
n
γ
: Trọng lượng riêng nước
( )
3
n
9,81 kN / m .γ =

Do đó ứng suất có hiệu tại giữa các lớp đất tính lún là :
- Lớp tính lún :
( ) ( ) ( )
'
0
19,3 9,81 .2,5 17,8 9,81 . ( 2,5) ( 19,3)
σ = − + − − − −
2
14,7
(21,4 9,81). 243,144( / ).
2
kN m+ − =
Ứng suất có hiệu tại đáy của lớp tính lún là :
( ) ( ) ( ) ( )
'
0h
19,30 9,81 .2,5 17,8 9,81 . ( 2,5) ( 19,3) 21,4 9,81 .14,7σ = − + − − − − + −
PHẠM TRUNG OÁNH Trang 23 Cầu Hầm _
K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật

( )
2
328,33 kN / m .
=
1.2. Xác định ứng suất gia tăng do tải trọng ở trạng thái giới hạn sử dụng gây ra:
Độ tăng ứng suất có hiệu tại giữa lớp đất tính lún do tải trọng ở trạng thái sử dụng gây
ra được xác định theo công thức sau :
( ) ( )

σ
∆ =
+ +
'
.
V
B z L z
g g
i i
Trong đó :
σ

'
: Độ tăng ứng suất có hiệu tại giữa lớp đất do tải trọng ngoài gây ra.
V : Tải trọng thẳng đứng theo TTGHSD V = 11851,08 (kN).
B
g
: Chiều rộng trên mặt bằng của nhóm cọc (Khoảng cách 2 mép cọc ngoài cùng).
L
g
: Chiều dài trên mặt bằng của nhóm cọc (Khoảng cách 2 mép cọc ngoài cùng).
Z
i
: Khoảng cách từ vị trí 2D
b
/3 đến trọng tâm lớp đất cần tính.
Từ các tính toán ở trên ta có :
( )
g
0,45

B 3.1,2 2. 4,05 m
2
= + =
( )
g
0,45
L 6.1,2 2. 7,65 m
2
= + =
- Lớp đất tính lún có
( )
14,7 (19,4 19,3)
Z 7,3 m
2
− −
= =
( ) ( )
( )
' 2
11851,08
69,843 kN / m
4,05 7,3 . 7,65 7,3
⇒ ∆σ = =
+ +
Độ gia tăng ứng suất có hiệu tại đáy của lớp đất tính lún là :
( ) ( )
( )
h
' 2
11851,08

28,560 kN / m
4,05 14,6 7,65 14,6
∆σ = =
+ +
1.3 Xác định chiều sâu tính lún:
Nhận xét : Ta thấy
'
oh
'
h
328,33
11,496
28,560
σ
= = ⇒
∆σ
Lớp đất từ đấy lớp tính lún trở xuống coi
như không lún nữa.
1.4 Độ lún tổng cộng của nền dưới móng cọc:
So sánh các giá trị
σ
'
0i

σ
'
,p i
Độ lún của lớp đất được xác định bằng công thức sau :
Nếu
' '

0 p
σ σ
<

Đất quá cố kết :
( )
σ σ
σ σ
 
 
 
= +
 
 ÷
 
 ÷
+
 
 
 
 
 
' '
' '
0 0
. .log .log
1
p f
p
H

c
S C C
c cr c
e
24
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG Bộ môn Địa Kỹ
Thuật
Nếu
' '
0 p
σ σ
=

Đất cố kết bình thường :
( )
σ
σ
=
+
'
'
0
. .log
1
f
c
p
H
c
S C

c
e
Nếu
' '
0 p
σ σ
>

Đất chưa cố kết hoàn toàn :
( )
σ
σ
=
+
'
'
0
. .log
1
f
c
pc
H
c
S C
c
e
Trong đó : H
c
: Chiều cao của lớp đất chịu nén (mm).

e
0
: Tỷ số rỗng tại ứng suất thẳng đứng hữu hiệu ban đầu.
C
cr
: Chỉ số nén ép lại,được xác định từ thí nghiệm.
C
c
: Chỉ số nén ép,được xác định từ thí nghiệm.
σ
'
p
: Áp lực tiền cố kết (MPa).
σ
'
f
: Ứng suất hữu hiệu thẳng đứng cuối cùng tại điểm giữa lớp đất đang
xét (Mpa).

= + ∆
σ σ
' '
0f
p
σ
'
pc
: Ứng suất hữu hiệu thẳng đứng không bao gồm ứng suất tăng thêm
do tải trọng của móng tại điểm giữa lớp đất đang xét (MPa).
Xét lớp đất tính lún :

Ta có :
( ) ( )
' 2 ' 2
0 p
243,144 kN / m 424,0 kN / mσ = σ = ⇒<
Lớp tính lún là đất quá cố kết
Vậy độ lún của lớp đất tính lún là :
( )
σ σ
σ σ
 
= +
 
+
 
 
' '
' '
0 0
. .log .log
1
p f
cr
p
H
c
S C C
c c
e
+

 
= + = −
 
+
 
14,7 424,0 (243,144 69,843)
. 0,024.log 0,16.log 0,154( )
(1 0,459) 243,144 424,0
m
Vậy độ lún của móng là : S
c
= 0 khi đế móng đưa lên một đoạn là 15,4 mm.
2. Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc
Sử dụng phần mềm tính toán nền móng FB-PIER ta tính được chuyển vị theo các
phương dọc cầu (X), phương ngang cầu (Y), phương thẳng đứng (Z), tại vị trí đầu mỗi
cọc như sau :
*** Maximum pile head displacements ***
Max displacement in axial 0.2337E-02 M 1 0 13
Max displacement in x 0.3402E-03 M 1 0 14
PHẠM TRUNG OÁNH Trang 25 Cầu Hầm _
K50

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay
×