Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật

Bỏo cỏo bi tp ln
Nn Múng
cao độ õm 37m 4 lớp đất
1
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật

Mục lục
PHầN I
Báo cáo khảo sát địa chất công trình
I. Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất 3
II. Nhận xét và kiến nghị . 4
PHầN II
Thiết kế kĩ thuật
I. Lựa chọn kích thớc công trình 6
1.1. Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc 6
1.2. Chọn kích thớc cọc và cao độ mũi cọc 7
II. Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế 8
2.1. Trọng lợng bản thân trụ 8
2.1.1. Tính chiều cao thân trụ. .8
2.1.2. Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc) 8
2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nớc (không kể bệ cọc) 8
2.2. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN 9
2.2.1. Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHSD 9
2.2.2. Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHCĐ 9
III. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc10
3.1. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P
R
10
3.2. Sức kháng nén dọc trục theo đất nền Q

VII. cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc 26
7.1. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 26
7.1.1. Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc 26
7.1.2. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 27
7.2. Bố trí cốt thép đai cho cọc 30
7.3. Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc 30
7.4. Lới cốt thép đầu cọc 30
7.5. Vành đai thép đầu cọc 30
7.6. Cốt thép móc cẩu 31
VIII. mối nối thi công cọc 31
PHầN III
Bản vẽ

3
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ 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


Tại lỗ khoan BH4, khoan xuống cao độ là - 37m, 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 2.20m, cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là -2.20m. Chiều sâu
xói của lớp đất này là 2.20m. 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 -2.20m, cao độ đáy là -11.20m.
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 -11.20 m, cao độ
đáy lớp là -15.50m. 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:
4
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật

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 -15.50m, cao độ đáy lớp
là -37.00m.
II. Nhận xét và kiến nghị

-27.00
Sét pha
-11.20
-15.50
Cát hạt nhỏ
Sét pha
Cát hạt nhỏ
+5.20(CĐĐT)
1
P
P
7
P
13
P
19
P
2
P
8
P
14
P
20
P
3
P
9
P
15

M?t B?ng C?c
M?t B?ng Tr?
6
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật

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 = 4,5 m
MNTT : Mực nớc thấp nhất, MNTT = 0.0 m
tt

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 = +5.2 m
Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = +0.0 m
Cao độ đáy bệ là : CĐĐAB = -2.0 m
Bề dầy bệ móng : H
b
= 2 m.
1.2. Chọn kích thớc cọc và cao độ mũi cọc

==
d
L
c

vi iu kin:
( )
8030
=
d
L
c
=> Thoả mãn yêu cầu về độ mảnh.
8
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật

Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: L = L
c
+ 1m = 27 + 1 = 28 m. Cọc đợc
tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 28 m = 10m + 10m + 8m.
Nh vậy mỗi cọc có chiều dài 10 m;10 m;8 m. Các đốt cọc sẽ đợc 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

tr
:
V
tr
= V
1
+ V
2
+ V
3

=
8,3)2,1.3,3
4
2,1.
(6,0.7,1.
2
)825,0.25.4(
8.7,1.8
2
++
++
+

= 10,88 + 6,63 + 12.76 = 36.85 m
3
2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nớc (không kể bệ cọc)
Thể tích trụ ngập nớc V
tn
:

)
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 3200
o
h
H
- Hoạt tảI nằm ngang kN 130

o
M
- Hoạt tải mômen KN.m 550
Hệ số tải trọng: Hoạt tải : n = 1.75
Tĩnh tải : n = 1.25

bt
= 24,50 kN/m
3
: Trọng lợng riêng của bê tông

n
= 9,81 kN/m

=550+130.(5.2-0.0)= 1226 kN.m
2.2.2. Tổ hợp tải trọng theo phơng ngang cầu ở TTGHCĐ
Tải trọng thẳng đứng tính toán ngang cầu
tnntrbt
o
t
o
h
ĐC
1
xV)xVN(x25.1xN75.1N ++=
10
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật

= 1,75x4200 + 1,25x(6000 + 24,50x36,85) 9,81x10,18
= 15878,67 kN
Tải trọng ngang tính toán ngang cầu:

ĐC
1
H

= 1.75x
o
h
H

= 1.75x130 =227,5 kN.
Mômen tính toán ngang cầu:
)BĐĐCTĐĐC(xxH75.1xM75.1M

Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật

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

= 0.75x0.8x{0.85x28x(202500-3096) + 420x3096}
= 3627681,12 N = 3627,68 KN .
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


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

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

= 23.4KN/m
2


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 s 1 cú :
0.120
0.110
==
==


DD
DD
b
b


Cờng độ
kháng
cắt
S
u
(N/mm
2
)
Hệ số

q
S
(N/mm
2
)
Q
s
(N)
Lớp 1
2,2 -0,2 1,8 0,0234 1,000 0,0234 0
Lớp 3
15,5 4,3 1,8 0,0308 0,942 0,029 224460
Đối với lớp đất cát: Sức kháng thân cọc Q
s
nh sau:
Q
s
= q
s
x A

(N/mm
2
)
Q
s
(N)
Lớp 2
1.2 1.8 9 2160000 0.0171 36936
3 1.8 6 5400000 0.0114 61560
3 1.8 4 5400000 0.0076 41040
2 1.8 8.5 3600000 0.01615 63954
14
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật

Lớp 4 1.5 1.8 15 2700000 0.0152 41040
3 1.8 18.5 5400000 0.019 102600
3 1.8 20.5 5400000 0.0314 169560
2 1.8 21 3600000 0.0399 143640
2 1.8 20.5 3600000 0.0391 140760
2 1.8 20.5 3600000 0.0391 140760
Vậy sức kháng thân cọc nh sau:
Lớp
qs
Q
(N)
Hệ số sức
kháng
qs

qsqs

q
=
Với:
N
92.1
log77.0N
'
v
10
corr

















=
Trong đó:
A

: Chiều sâu xuyên trong tầng đất chịu lực ( lớp đất 4) (mm)
15
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật

q
l
: Sức kháng điểm giới hạn (MPa)
q
l
= 0.4N
corr
cho cát và q
l
= 0.3N
corr
cho bùn không dẻo
Tính
'
v

:
Lớp 2:
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
0
0

2
Lớp 4:
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
0
0
4
4
4
44
4
1 e
e
e
nh
bh
nbh
bhh
+
ì+
=


=



Vậy:
=
'
v
416.806 240.345 = 176.461 KN/m
2


0.176 N/mm
2
Tính N
corr
:
Ta có: N = 21 , D = 450mm, A
p
= 202500mm
2
D
b
=29-2.2=26.8m=26800 mm
Thay số vào ta có:
78.1621
176.0
92.1
log77.0
10
=




p
= 37.975 (
2
/ mmN
)
Chọn: q
p
= 6.712 N/mm
2
=>
pqp
Q

=0.36x6.712x202500 = 489304.8 N=489.305 kN
Vậy sức kháng nén dọc trục theo đất nền:
Q
R
=464763.6 +489304.8 = 954068.4 N = 954.068 KN
16
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật

3.3. Sức kháng dọc trục của cọc đơn P
tt
Sức kháng dọc trục của cọc đơn đợc xác đinh nh sau:

),min(
RRtt
QPP
=
=min(3627.68 ;954.068) = 954.068 KN

cọc theo phơng dọc cầu là 1200 mm.
+ Số hàng cọc theo phơng ngang cầu là 4. Khoảng cách tim các
hàng cọc theo phơng ngang cầu là 1200 mm.
+ Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả hai phơng
dọc cầu và ngang cầu là 500 mm.
17
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật

1
P
P
7
P
13
P
19
P
2
P
8
P
14
P
20
P
3
P
9
P
15

460
50
700
50
4.2.2. Tính thể tích bệ
Với 24 cọc bố trí nh hình vẽ, ta có các kích bệ là: 4600mm x 7000mm.
Trong đó : a = 1700mm.
b = 1250mm.
Thể tích bệ là: V
b
= 7000x4600x2000 = 64.4x10
9
mm
3
= 64.4m
3
.
4.3. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ
4.3.1. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD
Tải trọng thẳng đứng:

bnbt
SD
1
SD
2
xV)(NN +=
= 10840,94 + (24.5 - 9.81)x64.4 = 11786,98 KN
Tải trọng ngang:


==
ĐC
1
ĐC
2
HH
227.5 KN.
Mômen
18
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuậtb
ĐC
1
ĐC
1
ĐC
2
xHHMM +=
= 2145.5 + 227.5x2 = 2600,5 KN.m
Tổ hợp tải trọng tác dụng Lờn Đáy Bệ
TảI trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ
TảI trọng thẳng đứng kN 11786,98 17219,2
TảI trọng ngang kN 130 227.5
Mômen kN.m 1454 2600,5
V. kiểm toán theo trạng thái giới hạn cờng độ i
5.1. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn
5.1.1. Tính nội lực tác dụng đầu cọc
Cỏch 1: Tớnh theo múng cc b cao

22 -1.80 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 598.24
23 -1.80 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 598.24
24 -1.80 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 598.24
Ni lc cc ln nht N
max
= 819.29 kN.
Cỏch 2 : Tớnh theo chng trỡnh FB-Pier ;
Sử dụng chơng trình FB PIER V3 ta tính đợc nội lực của cọc nh sau:
Result Type Value Load Comb. Pile
*** Maximum pile forces ***
Max shear in 2 direction 0.1120E+02 KN 1 0 12
Max shear in 3 direction -0.8731E-01 KN 1 0 4
Max moment about 2 axis -0.1002E-01 KN-M 1 0 10
Max moment about 3 axis -0.1612E+01 KN-M 1 0 12
Max axial force -0.7309E+03 KN 1 0 7
Max torsional force 0.0000E+00 KN-M 0 0 0
Max demand/capacity ratio 0.1627E+00 1 0 7
Vậy, N
max
= 730.9 kN,
-> Chọn giá trị lớn nhất để kiểm toán N
max
= 819.29 kN.
5.1.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn
Công thức kiểm toán:
tt
PNN +
max
Trong đó: N
max

=
1g

Q
g1
+
2g

Q
g2
Trong đó:
V
C
: Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số. V
C
= 17219.2 (kN)
Q
R
: Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc.
g

: Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc.
Q
g
: Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc .

g1
,
g2
: Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc trong đất dính, đất rời.

Mà khoảng cách tim đến tim bằng
67.2
450
1200
=
d, cọc do đó ta nội suy :
( ) ( )
653.065.01
45.05.245.06
45.05.22.1
65.065.01
d5.2d6
d5.22.1
65.0
=
ìì
ì
+=


+=
21
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật

Xác định Q
1
Tổng sức kháng danh định dọc trục của cọc đơn trong đất sét:
Q
s
= Q

Trong đó:
X : Chiều rộng của nhóm cọc
Y : Chiều dài của nhóm cọc
Z : Chiều sâu của nhóm cọc
N
C
: Hệ số phụ thuộc tỷ số Z/X
u
S
: Cờng độ chịu cắt không thoát nớc dọc theo chiều sâu cọc (MPa).
S
u
: Cờng độ chịu cắt không thoát nớc ở đáy móng (MPa).
Ta có: X = 3x1200 + 450 = 4050mm
Y = 5x1200 + 450 = 6450mm
Do mũi cọc đặt tại lớp đất 4, nên Q
2
=
( )
u
SZYX 22 +
Lớp 1:
Z = -2.2 - (-2.2)= 0.0m
Vì lớp 1 có chiều dày 0.0 m ,do ú nú sang lp th 2 vy nên
2
0 / 0
u u
S S KN m MPa
= = =
=>

} = min{1778.38 ; 2781.24 } = 1778.38 KN
Với:

g1
= 0.65
5.2.2.Với đất rời
Q
g2
=

xTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn
Trong đó:

Hệ số hữu hiệu lấy =1
Sức kháng thân cọc của cọc đơn ở lớp 2 và lớp 4 là:
Q
s2
= 203490 N và Q
s4
= 738360 N
Vậy: Tổng sức kháng thân cọc của nhóm cọc trong đất cát:

=+=+= 22604400)738360203490(24)(
21 sss
QQnxQ
N =22604.44 KN
Mũi cọc đặt tại cao độ -29 m của lớp 4, sức kháng mũi cọc của nhóm
cọc:

=== 32620320202500712.624 xxnxQQ

đỉnh lớp t 1 khoảng
2
3
D
b
= 7666.6 mm.
Với lớp đất rời ta có công thức xác định độ lún của móng nh sau:
Sử dụng kết quả SPT:

=
corr
N
XIq 30
Trong đó: I = 1- 0.125
'
0.5
D
X

và q =
S
N
o
Với:


: Độ lún của nhóm cọc (mm).
q : p lực tĩnh tác dụng tại 2D
b
/3 cho tại móng tơng đơng, áp lực này

4050
D
x
X
= = >
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:
B
tđ
= 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:
L
tđ
= 5x1.2 + 0.45 = 6.45 m
Diện tích móng tơng đơng là S = B
tđ
x L
tđ
= 4.05x6.45 =24.50 m
2

Do đó: q =
7666.6
312.9
24.50
=
KN/m


=
Trong đó:
N
corr
: Số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ.
'
v

: ng suất thẳng đứng có hiệu (N/mm
2
).
N : Số đếm SPT trong khoảng tính lún. N đợc lấy bằng giá trị trung
bình của số đếm SPT của lớp đất đợc giới hạn từ đáy móng tơng đơng tới
độ sâu một khoảng X = 4.05m.
Ta có:
Cao độ đỉnh lớp tính lún là: -15.5-D= -15.5-7.6=-23.1m.
Cao độ đáy lớp tính lún là: - 20.0 - X = -20.0 - 4.05 = -24.05 (m)
Nội suy ta đợc N = 20.5 (Búa/300mm)
Tính
'
v

: Tính từ mặt đất sau xói đến độ sâu dới móng tơng đơng
một khoảng X.
25