Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa kĩ thuật 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 BH1, khoan xuống cao độ là - 34.00m, gặp 3 lớp đất nh sau: Lớp 1: Lớp 1 là lớp bùn sét, có màu xám đen. Chiều dày của lớp xác định đợc ở BH1 là 11.30m, cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là -11.30m. Chiều sâu xói của lớp đất này là 2.40m. Lớp đất có độ ẩm W = 59.1%, độ bão hòa S r = 98.4%, độ sệt I L = 1.14 Lớp 2: Lớp 2 là lớp sét, màu xám vàng phân bố dới lớp 1. Chiều dày của lớp là 15.40m, cao độ mặt lớp là -11.30m, cao độ đáy là -26.7m. Lớp đất có độ ẩm W = 29.7%, độ bão hòa S r = 98.8%. Lớp đất ở trạng thái dẻo cứng, độ sệt I L = 0.33. Lớp 3: Lớp 3 là lớp sét pha màu xám vàng, xám xanh, phân bố dới lớp 2. Chiều dày của lớp là 7.30 m, cao độ mặt lớp là -26.70 m, cao độ đáy lớp là -34.00m. Lớp đất có độ ẩm W = 21.5%, độ bão hòa S r = 97.2. Lớp đất ở trạng thái nửa cứng có độ sệt I L = 0.14. II. Nhận xét và kiến nghị Lê Viết Toàn Cầu - Đờng bộ B k46 1 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa kĩ thuật 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 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 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. Lê Viết Toàn Cầu - Đờng bộ B k46 2 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa kĩ thuật PHầN II Thiết kế kĩ thuật Bố trí chung công trình Ngang cầu Dọc cầu 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 P11 P 18 P 25 P 5 P 12 P 19 P 26 P 6 P 13 P 20 P 27 !"#$%& ' %()$%& *%+ mặt bằng cọc mặt bằng trụ ' '' ' , , ' ' ' Lê Viết Toàn Cầu - Đờng bộ B k46 3 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa kĩ thuật I. Lựa chọn kích thớc công trình 1.1. Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT) Cao độ đỉnh trụ chọn nh sau: .m3.0 HMNTT m1MNCN max tt + + Trong đó: + MNCN: Mực nớc cao nhất, MNCN = 3.00 m + MNTT: Mực nớc thấp nhất, MNTN = 1.50 m + tt H : Chiều cao thông thuyền, tt H = 0 m. Do sông không thông thuyền nên CĐĐT = 3.00 + 1.00 0.3 = 3.70m. Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB) Cao độ đỉnh bệ MNTN - 0.50m = 1.50- 0.50 = 1.00m Xét đến yêu cầu về thẩm mỹ của thân trụ. Chọn CĐĐB = 0 m 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 = 0 - 2.00 = -2.00 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 = + 3.70m Cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = 0m Cao độ đáy bệ là: -1.00m Bề dày bệ móng: H b = 2 m. Lê Viết Toàn Cầu - Đờng bộ B k46 4 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa kĩ thuật 1.2. Chọn kích thớc cọc 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 -30.00m. Nh vậy cọc đợc đóng vào trong lớp đất số 4 có chiều dày là 3.30m. Chiều dài của cọc (L c ) đợc xác định nh sau: L c = CĐĐB - H b - CĐMC = 0 - 2.00 - (- 30.00) = 28.00 m. Trong đó: CĐĐB = 0 m : Cao độ đỉnh bệ H b = 2.00 m : Chiều dày bệ móng CĐMC = -30.00m : 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 = 3.70 0 - 1.40 = 2.30m. Trong đó: Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 3.70m Cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = 0m Chiều dày mũ trụ: CDMT = 0.80+0.60 = 1.40m. Lê Viết Toàn Cầu - Đờng bộ B k46 5 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa kĩ thuật 2.1.2. Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc) MNTN MNTT Cao độ đỉnh trụ H tt V 1 V 2 V 3 V 3 V 2 V 1 Thể tích trụ toàn phần V tr : V tr = V 1 + V 2 + V 3 = 3.2x)2.1x3.3 4 2.1x (6.0x7.1x 2 )2x25.05.48( 8.0x7.1x8 2 + + ++ + = 10.88 + 6.63 + 11.71 = 29.22 m 3 . 2.1.2. 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 m66.7)050.1(x)2.1x3.3 4 2.1x ( =+ Trong đó: MNTN = 1.50 m : Mực nớc thấp nhất. CĐĐB = 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 5000 o h N - Hoạt tải thẳng đứng kN 2500 o h H - Hoạt tải nằm ngang kN 120 o M - Hoạt tải mômen KN.m 900 Hệ số tải trọng: Hoạt tải: n = 1.75 Tĩnh tải: n = 1.25 Lê Viết Toàn Cầu - Đờng bộ B k46 6 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa kĩ thuật 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: N SD tnntrbt o t o h SD 1 xV)xVN(NN ++= = 2500 + (5000 + 24.50x29.22) 9.81x7.66 = 8213.74kN. Tải trọng ngang tiêu chuẩn dọc cầu: SD 1 H = o h H = 120 kN Mômen tiêu chuẩn dọc cầu: )BĐĐCTĐĐC(xHMM o h oSD 1 += )070.3(x120900 += = 1344 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 ++= = 1.75x2500 + 1.25x(5000 + 24.50x29.22) 9.81x7.66 = 11444.72 kN. Tải trọng ngang tính toán dọc cầu: ĐC 1 H = 1.75x o h H = 1.75x120 = 210kN. Mômen tính toán dọc cầu: )BĐĐCTĐĐC(xxH75.1xM75.1M o h oĐC 1 += )070.3(x120x75.1900x75.1 += = 2352kN.m Tổ hợp tải trọng thiết kế với mntn đặt tại cao độ đáy bệ Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng kN 8213.74 11444.72 Tải trọng ngang kN 120.00 210.00 Mômen kN.m 1344.00 2352.00 Lê Viết Toàn Cầu - Đờng bộ B k46 7 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa kĩ thuật iii. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc 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) 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 = 8x387=3096mm 2 Vậy: P R = 0.75x0.8x{0.85x28x(202500 3096) + 420x3096} = 3627681 N 3627.68KN. Lê Viết Toàn Cầu - Đờng bộ B k46 8 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa kĩ thuật 3.2. Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: Q R 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 = 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 (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= Lớp 1: Ta có: S u =15.7KN/m 2 =15.7KPa = 0.0157 Mpa. m9.84.23.11h3.11D xb === Tra sơ đồ 3 ta có: 9 178 45.0 9.8 D D b == => D b 20D. Do đó: =1 Lê Viết Toàn Cầu - Đờng bộ B k46 9 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa kĩ thuật Tham khảo công thức xác định của API ta có : Kpa25Kpa7.15S u <= => =1. Vậy, ta lấy hệ số dính: =1 Lớp 2: Ta có: S u = 34.7KN/m 2 = 34.7Kpa = 0.0347Mpa. m4.15D b = Tra sơ đồ 2 ta có: 9 308 45.0 4.15 D D b == => D b >20D. Do đó: =0.84 Tham khảo công thức xác định của API ta có : Kpa75Kpa7.34SKpa25 u <=< 903.0 50 257.34 5.01 = = . Vậy, ta lấy hệ số dính: =0.84 Lớp 3: Ta có: S u = 48.9KN/m 2 = 48.9Kpa = 0.0489Mpa. mD b 7.184.153.3 =+= Tra sơ đồ 2 ta có: 9 374 45.0 7.18 == D D b => D b >20D. Do đó: =0.76. Tham khảo công thức xác định của API ta có : Kpa75Kpa9.48SKpa25 u <=< 76.0 50 259.48 5.01 = = . Vậy, ta lấy hệ số dính: =0.76 Tên lớp Độ sâu lớp đất (m) Chiều dày lớp đất (m) Chu vi cọc (m) Cờng độ kháng cắt S u (N/mm 2 ) Hệ số kết dính q S (N/mm 2 ) Q s (N) Lớp 1 11.30 8.90 1.8 0,0157 1.00 0,0157 251514 Lớp 2 26.70 15.40 1.8 0,0347 0.84 0,0291 806652 Lớp 3 30.00 3.30 1.8 0,0489 0.76 0.0372 220968 Sức kháng thân cọc nh sau: Q s = 251514 + 806652 + 220968 = 1279134 N Lê Viết Toàn Cầu - Đờng bộ B k46 10 [...]... 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 Trong đó : Lê Viết Toàn 13 Cầu - Đờng bộ B k46 Bộ môn Thiết kế môn học nền và móng Địa kĩ thuật VC : Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số VC = 12785.21(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...Bộ môn Thiết kế môn học nền và móng Địa kĩ thuật 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 trung bình (Mpa), Su = Cuu Mũi cọc đặt tại lớp 3 có: Su = 48.9KN/m 2 = 0.0489Mpa => Qp = Apqp = 4502x9x0.0489 = 89120N Vậy Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: QR = qp Q p + qs Q s = 0.56(1279134... kế môn học nền và móng Địa kĩ thuật Ta có: Z 27.6 = = 6.81 > 2.5 X 4.05 0.2X 0.2x 4.05 Do đó: N c = 7.5 1 + = 7.5 1 + = 8.44 Y 6.45 S u : Cờng độ chịu cắt không thoát nớc trung bình dọc theo chiều sâu của cọc 0.0157x8.9 + 0 .034 7x15.4 + 0.0489 x3.3 = 0.03MPa 8.9 + 15.4 + 3.3 Su : Cờng độ chịu cắt không thoát nớc tại đáy móng( Mpa) Su = 0.0489 Mpa => Qg2 = (2x4050+2x6450)x27600x0 .03 + 4050x6450x8.44x0.0489... = 238.86 KN.m ( ) + Mô men kháng uốn tính toán là : Lê Viết Toàn 23 Cầu - Đờng bộ B k46 Bộ môn Thiết kế môn học nền và móng Địa kĩ thuật Mr = f.Mn = 0.9x238.86 =214.98 (KN.m) > Mtt = 21.44 (KN.m) Đạt Kiểm tra hàm lợng cốt thép tối đa và hàm lợng cốt thép tối thiểu c 35.71 = = 0.158 < 0.42 => Đạt d s2 225 As 8x387 = = 0.017 bxd ( 450 50)450 f' 28 min = 0 ,03 ì c = 0 .03 ì = 0.002 fy 420 = => > min... 0.653 6 d 2.5d 6 ì 0.45 2.5 ì 0.45 Xác định Qg1 Nh đã xác định ở trên, sức kháng thân cọc danh định Qs = 1279.13 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(1279.13 + 891.20)x0.653 = 34013.41KN = 0.65 + Xác định Qg2 Sức kháng đỡ của phá hoại khối đợc xác theo công thức: Qg2 = ( 2 X + 2Y ) Z S u + XYN... force -0.5968E +03 Max torsional force 0.0000E+00 Max demand/capacity ratio 0.1328E+00 Load KN KN KN-M KN-M KN KN-M 1 1 1 1 1 0 1 Comb 0 0 0 0 0 0 0 Pile 13 3 3 13 10 0 3 Vậy, Nmax = 596.8KN 5.1.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn Công thức kiểm toán: N max + N Ptt Trong đó: Nmax : Nội lực lớn nhất tác dụng lên đầu cọc (lực dọc trục) N : Trọng lợng bản thân cọc (kN) Ptt : Sức kháng dọc trục của... 28169.17} = 25169.17 KN Sức kháng dọc trục của nhóm cọc: QR = g Q g = 0.65x28169.17 = 1839.96 KN > Vc = 12785.21 => Đạt VI kiểm toán móng theo ttghSD 6.1 Xác định độ lún ổn định 6.1.1 Xác định ứng suất có hiệu do trọng lợng bản thân các lớp đất theo chiều sâu, tính đến trọng tâm của lớp đất tính 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... chôn cọc vào lớp đất chịu lực (2Db/3) Tải trọng phân bố theo đờng 2:1 theo móng tơng đơng nh hình vẽ Ta có: Db = ( -2.4 ) - ( -30.0 ) = 27.6 m 2Db/3 = 18.4 m Nh vậy móng tơng đơng nằm trong lớp 2, cách đáy lớp 2 là 5.9m Lê Viết Toàn 15 Cầu - Đờng bộ B k46 Bộ môn Thiết kế môn học nền và móng Địa kĩ thuật +1.50(MNTN) 15.4 Lớp 1 Móng tương đương Lớp 2 2/3Db = 18.4 11.3 -2.40(MĐSX) 1 5.9 7.3 Ta có: Với:... 16 Cầu - Đờng bộ B k46 Bộ môn Thiết kế môn học nền và móng Địa kĩ thuật Bg: Chiều rộng trên mặt bằng của nhóm cọc Lg: Chiều dài trên mặt bằng của nhóm cọc Zi : Khoảng cách từ vị trí 2Db/3 đến trọng tâm lớp đất cần tính lún Tên lớp 1 2 Bg (m) 4.05 4.05 Lg (m) 6.45 6.45 Zi (m) 2.95 9.55 ' (kN/m ) 139.21 42.09 2 6.1.2 Tính độ lún của nền dới móng cọc ' So sánh giữa 'o và p : ' 'o1 = 170.55 KN/m2 < ... 0.043x log + 0.31x log S c1 = = 0.15m 1 + 0. 903 170.55 227 Độ lún của lớp đất thứ 2: 356.0 (231.71 + 42.09) 7.30 S c2 = 0.028x log 231.71 + 0.22 x log = 0.09m < 0 356.0 1 + 0.698 => Lớp đất thứ 2 không lún Vậy độ lún của móng là : Sc = 0.15m = 15cm Lê Viết Toàn 17 Cầu - Đờng bộ B k46 Bộ môn Thiết kế môn học nền và móng Địa kĩ thuật 6.2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc Sử dụng phần . Cầu - Đờng bộ B k46 8 Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa kĩ thuật 3.2. Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: Q R Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: Q R = sqspqp QQ + Với: sss A.qQ. cọc. MPa03.0 3.34.159.8 3.3x0489.04.15x0347.09.8x0157.0 S u = ++ ++ = S u : Cờng độ chịu cắt không thoát nớc tại đáy móng( Mpa). S u = 0.0489 Mpa => Q g2 = (2x4050+2x6450)x27600x0 .03 + 4050x6450x8.44x0.0489. nền và móng Bộ môn Địa kĩ thuật Tham khảo công thức xác định của API ta có : Kpa25Kpa7.15S u <= => =1. Vậy, ta lấy hệ số dính: =1 Lớp 2: Ta có: S u = 34.7KN/m 2 = 34.7Kpa = 0 .034 7Mpa.