ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN VÀ MÓNG SỐ LIỆU ĐẦU BÀI - Tải trọng tác dụng Tải trọng\ Phương án Đơn vị V tĩnh tải (DC) KN 5200 V hoạt tải (LL+IM) KN 3500 H hoạt tải (LL+IM) KN 100 M hoạt tải (LL+IM) KN.M 600 Phương dọc(D), ngang (N) cầu D - Điều kiện thủy văn chiều dài nhịp: Đơn vị Cao độ MNCN (EL5) m 4.5 Cao độ MNTT (EL4) m Cao độ MNTN (EL3) m Cấp sông m Cao độ mặt đất thiên nhiên EL1 m Cao độ mặt đất sau xói EL2 m -2.2 Chiều dài nhịp tính tốn m 20.5 NGUYỄN DUY NYNH ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN VÀ MÓNG PHẦN BÁO CÁO ĐỊA CHẤT, THỦY VĂN CƠNG TRÌNH NGUYỄN DUY NYNH ĐH CƠNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG 1.1 Đặc điểm địa chất ,thủy văn khu vực xây dựng cơng trình: 1.1.1 Mơ tả cấu tạo địa chất Lớp 1: Lớp cóký hiệu lớp 2a, lớp sét pha cát, mầu xám nâu, xám xanh Chiều dày lớp 10.80m, cao độ mặt lớp 1.200m, cao độ đáy lớp -9.60m Lớp đất có độ ẩm tự nhiên W = 26.47% Lớp đất trạng thái cứng vừa đến cứng Lớp 2: Lớp có ký hiệu lớp 3, lớp cát sét, cát bụi, mầu xám vàng, xám trắng Chiều dày lớp 64.20m, cao độ mặt lớp -9.60m, cao độ đáy lớp -73.80m Lớp đất có độ âm tự nhiên W = 16.90% Lớp đất trạnh thái chặt vừa đến chặt, bão hoà nước 1.2 Nhận xét đề xuất phương án + Với đặc điểm địa chất công trình đây, nên sử dụng giải pháp móng cọc ma sát BTCT cho cơng trình cầu lấy lớp đất số làm tầng tựa cọc + Nên cọc ngập sâu vào lớp đất số để tận dụng khả chịu ma sát cọc NGUYỄN DUY NYNH ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG PHẦN THIẾT KẾ KỸ THUẬT NGUYỄN DUY NYNH ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG 2.1Bố trí chung cơng trình Hình Bản vẽ bố trí chung cơng trình NGUYỄN DUY NYNH ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG 2.2 Chọn sơ kích thước cơng trình 2.2.1 Chọn vật liệu + Bê tơng có f'c = 30 Mpa, có γbt = 24 KN/m3 + Thép ASTM A615 có fy = 420 Mpa 2.2.2 Kích thước cao độ bệ cọc * Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT): Vị trí xây dựng trụ cầu xa bờ phải đảm bảo thông thuyền thay đổi mực nước MNCN MNTN tương đối cao Xét điều kiện mỹ quân sông ta chọn giá trị cao độ sau: Cao độ đỉnh trụ chọn sau: Max Trong đó: MNCN: Mực nước cao nhất, MNCN = 4.5 m MNTT: Mực nước thông thuyền, MNTT = 0m Htt: Chiều cao thông thuyền, Htt = 0m =>CĐĐT = Max ( 5.5 0)-0.3=5.2 m * Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB): CĐĐB ≤ MNTN -0.5m = 2-0.5 = 1.5m Ta thiết kế móng cọc đài thấp nên CĐĐB ≤ cao độ mặt đất sau xói EL2= -2.20 m = > Chọn CĐĐB = -2,5 m * Cao độ đáy bệ (CĐĐAB): CĐĐAB = CĐĐB - Hb Trong đó: Hb chiều dầy bệ móng, chọn Hb = m = > CĐĐAB = -4,5 m Vậy chọn thông số thiết kế sau: NGUYỄN DUY NYNH ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = 5.2m Cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = -2,5 m Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = -4.5m Chiều dầy bệ móng Hb = 2m Hình Tổng hợp thông số thết kế NGUYỄN DUY NYNH ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG 60 Htr=? Hb = 80 ĐH CÔNG NGHỆ GTVT NGUYỄN DUY NYNH Htr=? ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN VÀ MĨNG Trong đó: Qcd1 = nt.Qot+nh.Qoh Tổ hơp tải trọng đỉnh bệ: Tải trọng Tải trọng thẳng đứng Tải trọng ngang Momen Đơn vị KN KN KN.m TTGHSD 9680.94144 100 1240 2.4 Xác định sức kháng cọc 2.4.1 Sức kháng cọc theo vật liệu PR * Bố trí cốt thép cọc : + Cốt chủ : Chọn + Cốt đai : Chọn thép 22, bố trí xuyên suốt chiều dài cọc Hb = Hình Mặt cắt ngang cọc BTC NGUYỄN DUY NYNH TTGHCĐ 13851.18 175 1880 ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG + Cọc bê tơng cốt thép, tiết diện cọc hình vng 0.45x0.45m + Bê tơng có f’c = 30 Mpa + Thép ASTM A 615 có fy = 420 Mpa Bơ trí cốt thép cọc: Cốt chủ: chọn thép d18, số lượng là: Cốt đai: chọn thép d8 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu: PR = φ.Pn = φ x 0.8 x{0.85 x f'c x (Ag - Ast) + fy x Ast} Trong đó: φ: Hệ số sức kháng bê tông, φ= 0.75 f’c: Cường độ nén quy định bê tông tuổi 28 ngày (Mpa) fy: Giới hạn chảy tối thiểu quy định cốt thép (Mpa) Ag: Diện tích mặt cắt nguyên cọc, Ag = 202500mm2 10 6.4 =2 80 NGUYỄN DUY NYNH ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN VÀ MÓNG Tải trọng Đơn vị Ncd KN Hcd KN Mcd KN.m -Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ tổng hợp theo bảng sau: Tải trọng Đơn vị TTGHSD Tải trọng thẳng đứng KN 10751.43504 Tải trọng ngang KN 100 Momen KN.m 2.6 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ TTGHCD 15189.2938 175 2230 TTGHCD 15189.2938 175 2230 2.6.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn a Tính nội lực tác dụng lên đầu cọc Trường hợp tất cọc thẳng đứng, tải trọng tác dụng lên đầu cọc xác định theo công thức sau: = + Dọc cầu Mx : My =0 (KN) Ngang cầu My: Mx=0 Trong đó: n: số lượng cọc móng N: tổng tải trọng thẳng đứng TTGHCĐ đáy bệ (KN) Mx, My: momen tải trọng TTGHCĐ lấy trục Ox Oy đáy đài (KNm) NGUYỄN DUY NYNH 16 50 P1 P2 P3 P4 P5 P6 3x120=360 ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG P8 P9 P10 P11 P12 P13 P15 P16 P17 P18 P19 P20 P22 P23 P24 P25 P26 P27 50 460 ĐH CÔNG NGHỆ GTVT 50 6x120=720 820 Tải trọng tác dụng lên cọc tính theo bảng sau: NGUYỄN DUY NYNH 17 50 ĐH CÔNG NGHỆ GTVT tên cọc ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG 28 Mx (KN.m) My (KN.m) ngang Xi Yi Ni dọc cầu cầu (m) (m) (KN) 15189.294 2230 -2.7 1.35 649 28 15189.294 2230 -1.8 1.35 649 28 15189.294 2230 -0.9 1.35 649 28 15189.294 2230 0 1.35 649 28 15189.294 2230 0.9 1.35 649 28 15189.294 2230 1.8 1.35 649 28 15189.294 2230 2.7 1.35 649 28 15189.294 2230 -2.7 0.45 578 28 15189.294 2230 -1.8 0.45 578 10 28 15189.294 2230 -0.9 0.45 578 11 28 15189.294 2230 0 0.45 578 12 28 15189.294 2230 0.9 0.45 578 13 28 15189.294 2230 1.8 0.45 578 14 28 15189.294 2230 2.7 0.45 578 15 28 15189.294 2230 -2.7 -0.45 507 16 28 15189.294 2230 -1.8 -0.45 507 17 28 15189.294 2230 -0.9 -0.45 507 18 28 15189.294 2230 0 -0.45 507 19 28 15189.294 2230 0.9 -0.45 507 20 28 15189.294 2230 1.8 -0.45 507 21 28 15189.294 2230 2.7 -0.45 507 22 28 15189.294 2230 -2.7 -1.35 436 23 28 15189.294 2230 -1.8 -1.35 436 24 28 15189.294 2230 -0.9 -1.35 436 25 28 15189.294 2230 0 -1.35 436 26 28 15189.294 2230 0.9 -1.35 436 27 28 15189.294 2230 1.8 -1.35 436 28 28 15189.294 2230 2.7 -1.35 436 90.7 28.2 n N (KN) NGUYỄN DUY NYNH 18 ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG Vậy NMax=649 Nmin=436 b Kiểm tốn sức kháng dọc trục cọc đơn Cơng thức kiểm tốn: Nmax + ΔN ≤ Ptt Trong đó: Nmax: Nội lực lớn tác dụng lên đầu cọc (lực dọc trục) ΔN : Trọng lượng thân cọc (KN) Ptt : Sức kháng dọc trục cọc đơn (KN) Ta có: Ptt =755 KN ΔN= Lc = 85,05 (KN) Vậy: Nmax + ΔN = 649+ 85,05 = 734.05< Ptt => Đạt 2.6.2 Kiểm toán sức kháng dọc nhóm Cơng thức kiểm tốn sức kháng dọc trục nhóm: VcQR= g.Qg Trong đó: Vc: Tổng lực gây nén nhóm cọc nhân hệ số Vc = 15189.2938 (KN) QR: Sức kháng đỡ dọc trục tính tốn nhóm cọc φg: Hệ số sức kháng đỡ nhóm cọc Qg: Sức kháng đỡ dọc trục tính tốn nhóm cọc Do cọc ngàm qua lớp đất rời nên Qg = Q1 Với Q1: Tổng sức kháng dọc trục cọc đơn NGUYỄN DUY NYNH 19 ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG * Tính Qg : Tổng sức kháng danh định dọc trục cọc đơn đất sét: Qn = Qs+ Qp = 330447.6 + 786258 + 1136025 = 2252736.6 (N) = 2252(KN) Móng cọc đài thấp có bệ cọc tiếp xúc chặt chẽ với đất, nên tổng sức kháng dọc trục cọc đơn là: Qg= Q1=n.Qn= 28 x 2252 = 63056(KN) Hệ số sức kháng nhóm cọc g = 0,45v=0,36 Sức kháng đỡ dọc trục tính tốn nhóm cọc : QR = 0,36 x 63056 = 22700.16(KN) > Vc = 15189.2938 (KN) => Đạt 2.7 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng (Tính lún) Với mục đích tính tốn độ lún nhóm cọc, tải trọng giả định tác động lên móng tương đương đặt 2/3 độ sâu chôn cọc vào lớp chịu lực hình vẽ y Db Lop dat tot Db Db Móng tuong duong Cao độ lớp số 2a xuống (lớp chịu lực) (tức từ lớp tốt) là: -4,5 m Như Db= - 4,5 - (-22) = 17.5 m 2Db/3 = 11.66 m NGUYỄN DUY NYNH 20 ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN VÀ MĨNG Vậy móng tương đương nằm lớp Cao độ đáy móng tương đương -73.80 m Lớp đất tính lún bên móng tương đương, có chiều dày hình vẽ NGUYỄN DUY NYNH 21 ĐH CƠNG NGHỆ GTVT NGUYỄN DUY NYNH ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN VÀ MĨNG 22 ĐH CƠNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MÓNG Do địa chất gồm lớp đất yếu, lớp đất tốt nên chiều dài Db từ đầu lớp tới mũi cọc Lớp đất rời, độ lún nhóm cọc ước tính cách sử dụng kết nghiệm ngồi trường vị trí móng tương đương cho hình vẽ Độ lún nhóm cọc đất rời tính sau: Sử dụng SPT: Trong đó: q= mà Ftd=B×L q: áp lực móng tĩnh tác dụng 2Db/3, áp lực với tải trọng tác dụng đỉnh nhóm chia diện tích móng tương đương không bao gồm trọng lượng cọc đất cọc (Mpa) X: chiều rộng hay chiều nhỏ nhóm cọc (mm) = (L, B) tính lún nhóm cọc ρ: độ lún nhóm cọc (mm) B=3*3d +d I: Hệ số ảnh hưởng chiều sâu chơn hữu hiệu nhóm B=6*3d +d D': Độ sâu hữu hiệu lấy 2Db/3 (mm) Db: Độ sâu chơn cọc lớp chịu lực (mm) (có thể lấy toàn chiều dài cọc chiều dày lớp cát tính từ mũi cọc đến đỉnh lớp cát) Ncorr: giá trị trung bình đại diện hiệu chỉnh cho số đếm SPT tầng phủ độ sâu X phía đế móng tương đương (Búa/300mm) N: Số đếm SPT đo khoảng lún (Búa/300mm) σ'v: Ứng suất thẳng đứng hữu hiệu (Mpa) qc: Sức kháng xuyên hình nón tĩnh trung bình độ sâu X móng tương đương (Mpa) * Do ta sử dụng phương pháp SPT, giá trị tính tốn sau: - Áp lực móng tĩnh tác dụng 2Db/3 (q): (Mpa NGUYỄN DUY NYNH 23 ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG Trong V: Tải trọng thẳng đứng đỉnh nhóm cọc TTGHSD (N), V = 10751.43504x103 (N) Ltd: Chiều dài móng tương đương, Ltd = 6x1350+450= 8550 mm Btd: Chiều rộng móng tương đương, Btd =3x1350+450= 4500 mm X: Chiều rộng nhỏ nhóm cọc (mm) X= (L, B) =4500 (mm) - Độ sâu chôn cọc lớp chịu lực Db =17500 mm - Độ sâu hữu hiệu D' = 11660 mm - Hệ số ảnh hưởng chiều sâu chơn hữu hiệu nhóm (I): =0.97 >0.5 => I=0.97 - Ứng suất thẳng đứng hữu hiệu: =(19,23-9,81) 10,8+(20,11-9,81) 64,2=762,99(kN/m) =0.763 (MPa) - Số đếm SPT đo khoảng lún N = 18 =>5.55 => Độ lún nhóm cọc: ρ = 98.13 mm = 9.813 (cm) 2.8 Tính tốn kiểm tra cọc 2.8.1 Tính tốn kiểm tra cọc giai đoạn thi công Tổng chiều dài cọc dùng để tính tốn bố trí cốt thép chiều dài đúc cọc : Ld = 18.0 m Được chia thành dài Ld =3x m Khi vận chuyển cọc Tải trọng thân cọc phân bố toàn chiều dài cọc có giá trị là: q = n.Ag.γbt Trong đó: n hệ số động, n= 1.75 Ag: diện tích mặt cắt nguyên cọc, Ag = 0.2025 m2 Diện tích mắt cắt ngang cọc γbt : trọng lượng riên bê tông, γbt = 24 KN/m3 => q = 8.505 KN/m = 1,75 x Ag x 24  Khi cẩu cọc: NGUYỄN DUY NYNH 24 ĐH CÔNG NGHỆ GTVT 1.0 m ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN VÀ MÓNG 4.0 m 8.505kN/m 1.0 m 17.01 kN.m 17.01 kN.m 17.01 kN.m Hình 10: Biểu đồ mơmen cọc vận chuyển Ta có sơ đồ vận chuyển cọc biểu đồ mơ men hình vẽ: Chọn điểm cọc móc cẩu cho: => a= 0.207×Ld=0.207×6=1.242 m Chọn a= 2m (KN.m) * Trường hợp treo cọc lên giá búa: NGUYỄN DUY NYNH 25 ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG 2.0 m 4.0 m 25.515 kN.m 25.515 kN.m Hình 11: Sơ đồ treo cọc lên giá búa sau: Chọn điểm móc cẩu cho => b = 0.294Ld = 1.764 m =0,294 x Lđốt Chọn b= 3m Trị số mômen dương lớn nhất: (KN.m) Vậy: Mtt = max(M1 ;M2)=max(17.01 ; 25.515 )= 25.515(kN.m) 2.8.1.2.Tính bố trí cốt thép dọc cho cầu - Lớp bê tông bảo vệ cọc bê tơng đúc sẵn mơi trường khơng bị ăn mòn 50mm, mơitrường bị ăn mòn 75mm Ta chọn cốt thép chủ chịu lực thép ASTM A615M Gồm d18 có fy = 420 Mpa đưuọc bố trí hình vẽ NGUYỄN DUY NYNH 26 ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN VÀ MĨNG Ta tính duyệt lại mặt cắt bất lợi trường hợp bất lợi mặt cắt có momen lớn trường hợp treo cọc: Cọc có chiều dài Ld= m Mtt= 25.515(kN.m) -Kiểm tra bê tơng có bị nứt hay khơng trình cẩu treo cọc: + Cường độ chịu kéo uốn bê tông là: + Ứng suất kéo thớ mặt cắt nguyên: => Tính duyệt khả chịu lực: NGUYỄN DUY NYNH 27 ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN VÀ MÓNG Giả thiết tất cốt thép chảy dẻo Kiểm tốn sức kháng uốn tính tốn sức kháng uốn tính tốn cọc: Trong đó: ϕ: hệ số sức kháng quy định điều 5.5.4.2 Mn: sức kháng danh định (N.mm), Với: As: diện tích cốt thép chịu kéo không dự ứng lực (mm2) fy: giới hạn chảy quy định cốt thép chịu kéo (Mpa), fy = 420 Mpa A's: diện tích cốt thép chịu nén khơng dự ứng lực (mm2), f'y: giới hạn chảy quy định cốt thép chịu nén (Mpa), f'y = 420 MPa ds: khoảng cách từ thớ nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo không dự ứng lực (mm) d's: khoảng cách từ thớ nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén không dự ứng lực (mm) a: chiều dày khối ứng suất tương đương (mm), a= cβ1 β1: Hệ số quy đổi hình khối ứng suất Với bê tơng có cường độ ≤ 28MPa, β1 = 0.85; với bê tơng có cường độ ≥ 28MPa, hệ số β1 giảm theo tỷ lệ 0.05 cho 7MPa vượt 28MPa không lấy nhỏ trị số 0.65 c: khoảng cách từ mặt trung hòa đến trục chịu nén (mm), với mặt cắt hình chữ nhật: Với b w: Chiều rộng bụng, với tiết diện hình chữ nhật, bw=b= = đường kính cọc Giả sử trục trung hòa nằm phía trọng tâm tiết diện, ta có • Giả sử trục trung hòa nằm phía trọng tâm tiết diện, ta có: - As=6×387=2322 mm2 - =3×387=1161 mm2 NGUYỄN DUY NYNH 28 ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN VÀ MÓNG - => - =>a= => giả thiết • Kiểm tra chảy dẻo cốt thép chịu kéo theo điều kiện: Ta có: - ds= 400 mm - => => Các cốt thép chảy dẻo => Giả thiết => NGUYỄN DUY NYNH 29 ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG → Mn =354.61 KN.m > 25.515 KN.m => Đạt Vậy cốt thép chọn bố trí đảm bảo khả chịu lực NGUYỄN DUY NYNH 30 ... khả chịu ma sát cọc NGUYỄN DUY NYNH ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN VÀ MÓNG PHẦN THIẾT KẾ KỸ THUẬT NGUYỄN DUY NYNH ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN VÀ MĨNG 2.1Bố trí chung cơng trình Hình... = 2m Hình Tổng hợp thơng số thết kế NGUYỄN DUY NYNH ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN VÀ MĨNG 60 Htr=? Hb = 80 ĐH CƠNG NGHỆ GTVT NGUYỄN DUY NYNH Htr=? ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG Trong đó: Qcd1...ĐH CÔNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MÔN HỌC NỀN VÀ MĨNG PHẦN BÁO CÁO ĐỊA CHẤT, THỦY VĂN CƠNG TRÌNH NGUYỄN DUY NYNH ĐH CƠNG NGHỆ GTVT ĐỒ ÁN MƠN HỌC NỀN VÀ MĨNG 1.1 Đặc điểm địa chất