Báo cáo Tình trạng khảo sát địa chất công trình

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 thước công trình 6 1.1. Lựa chọn kích thước và cao độ bệ cọc 6 1.2. Chọn kích thước cọc và cao độ mũi cọc 7 II. Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế 7 2.1. Trọng lượng bản thân trụ…….. 7 2.1.1. Tính chiều cao thân trụ… 7 2.1.2. Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc) 8 2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nước (không kể bệ cọc) 8 2.2. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN 8 2.2.1. Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHSD 9 2.2.2. Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHCĐ 9 iii. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc.. 10 3.1. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu PR 10 3.2. Sức kháng nén dọc trục theo đất nền QR 11 3.2.1. Sức kháng thân cọc Qs... 11 3.2.2. Sức kháng mũi cọc Qp… 14 3.3. Sức kháng dọc trục của cọc đơn 15 iV. chọn số lượng cọc và bố trí cọc trong móng 15 4.1. Tính số lượng cọc …………….. 15 4.2. Bố trí cọc trong móng……... ……. 15 4.2.1. Bố trí cọc trên mặt bằng 15 4.2.2. Tính thể tích bệ………. 16 4.3. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ 16 4.3.1. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD 16 4.3.2. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHCĐ 16 V. kiểm toán theo Trạng thái giới hạn cường độ I 17 5.1. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 17 5.1.1. Tính nội lực tác dụng đầu cọc 17 5.1.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 17 5.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc. 18 5.2.1. Với đất dính…………… 18 5.2.2. Với đất rời …………….. 20 VI. kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng 20 6.1. Xác định độ lún ổn định. ...…. .. 20 6.2. Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc 23 VII. cường độ cốt thép cho cọc và bệ cọc. 24 7.1. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 24 7.1.1. Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc 24 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. Lưới cốt thép đầu cọc…………. 30 7.5. Vành đai thép đầu cọc…………………. 30 7.6. Cốt thép móc cẩu…………………. 30 vIII. mối nối thi công cọc………………………………... 30 PHầN Iii Bản vẽ 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 lượng riêng của đất tự nhiên (kN/m3) s : Trọng lượng riêng của hạt đất (kN/m3 n : Trọng lượng riêng của nước (n=9.81kN/m3) W : Độ ẩm (%) WL : Giới hạn chảy (%) Wp : Giới hạn dẻo (%) a : Hệ số nén (m2/kN) k : Hệ số thấm (m/s) n : Độ rỗng e : Hệ số rỗng Sr : Độ bão c : Lực dính đơn vị (kN/m2) j : Tỷ trọng của đất (độ) D : Tỷ trọng của đất Tại lỗ khoan BH4, khoan xuống cao độ là - 40m, gặp 4 lớp đất như sau: Lớp 1: Lớp 1 là lớp sét pha, có màu xám. Chiều dày của lớp xác định được ở BH4 là 5.20m, cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là -5.20m. Chiều sâu xói của lớp đất này là 1.80m. Lớp đất có độ ẩm W = 25.8%, độ bão hòa Sr = 85.3. Lớp đất ở trạng thái dẻo mềm, có độ sệt IL = 0.51. Lớp 2: Lớp 2 là lớp cát hạt nhỏ, phân bố dưới lớp 1. Chiều dày của lớp là 9.00m, cao độ mặt lớp là -5.20m, cao độ đáy là -14.20m. Lớp 3: Lớp thứ 3 gặp ở BH4 là lớp sét pha màu xám nâu, xám xanh, phân bố dưới lớp 2. Chiều dày của lớp là 4.30 m, cao độ mặt lớp là -14.20 m, cao độ đáy lớp là -18.50m. Lớp đất có độ ẩm W = 20.6%, độ bão hòa Sr = 80.9. Lớp đất ở trạng thái dẻo cứng có độ sệt IL = 0.47. Lớp 4: Lớp thứ 4 là lớp cát hạt nhỏ, màu xám, kết cấu chặt vừa, phân bố dưới lớp 3. Chiều dày của lớp là 21.50 m, cao độ mặt lớp là -18.50m, cao độ đáy lớp là -40.00m. II. Nhận xét và kiến nghị 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 trung bình, lớp 4 có trị số SPT và sức chịu tải khá cao. + Lớp đất số 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 cầu và lấy lớp đất số 4 làm tầng tựa cọc. + Nên để cho cọc ngập sâu vào lớp đất số 4 để tận dụng khả năng chịu ma sat của cọc. PHầN II Thiết kế kĩ thuật Bố trí chung công trình I. Lựa chọn kích thước công trình 1.1. Lựa chọn kích thước 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 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: Trong đó: MNCN: Mực nước cao nhất, MNCN = 8.8m MNTT : Mực nước thấp nhất, MNTT = 3.9m : Chiều cao thông thuyền, = 6,0m. Ta có: max(8.8+1; 3.9+6.0) - 0.3 = max(9.8; 9.9) - 0.3 = 9.6m => Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 9.6m. Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB) Cao độ đỉnh bệ MNTN - 0.5m = 2.8 - 0.5 = 2.3m => Chọn cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = +2.0m Cao độ đáy bệ (CĐĐAB) Cao độ đáy bệ = CĐĐB - Hb Hb : Chiều dày bệ móng (Hb = ). Chọn Hb = 2m => Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = 2.0 - 2.0 = 0 m Vậy chọn các thông số thiết kế như sau: Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = + 9.6m Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = + 2.0m Cao độ đáy bệ là : CĐĐAB = 0m Bề dầy bệ móng : Hb = 2 m. 1.2. Chọn kích thước cọc và cao độ mũi cọc Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là lớn, địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 18.50m và không phải là tầng đá gốc, nên chọn giải pháp móng là móng cọc ma sát BTCT. Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thước là 0.45x0.45m; được đóng vào lớp số 4 là lớp cát hạt nhỏ, kết cấu chặt vừa. Cao độ mũi cọc là -28.00m. Như vậy cọc được đóng vào trong lớp đất số 4 có chiều dày là 9.50m. Chiều dài của cọc (Lc) được xác định như sau: Lc = CĐĐB - Hb - CĐMC Lc = 2.0 - 2.0 - (- 28.0) = 28.00 m. Trong đó: CĐĐB = 2.00 m : Cao độ đỉnh bệ. Hb = 2.00 m : Chiều dày bệ móng CĐMC = -28.00m : Cao độ mũi cọc. Kiểm tra: => Thoả mãn yêu cầu về độ mảnh. Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: L = Lc + 1m = 28.00 + 1m = 29.00m. Cọc được tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 29m = 10m +10m + 9m. Như vậy hai đốt thân cọc có chiều dài là 10m và đốt mũi có chiều dài 9m. Các đốt cọc sẽ được nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc. II. Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế 2.1. Trọng lượng bản thân trụ 2.1.1. Tính chiều cao thân trụ Chiều cao thân trụ Htr: Htr = CĐĐT - CĐĐB - CDMT Htr = 9.6 - 2.0 - 1.4 = 6.2m. Trong đó: Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = + 9.6m Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = + 2.0m Chiều dày mũ trụ : CDMT = 0.8+0.6 = 1.4m 2.1.2. Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc) Thể tích trụ toàn phần Vtr: Vtr = V1 + V2 + V3 = = 10.88 + 6.63 + 31.56 = 49.07 m3. 2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nước (không kể bệ cọc) Thể tích trụ ngập nước Vtn: Vtn = Str x (MNTN - CĐĐB) = Trongđó: MNTN = 2.8 m : Mực nước thấp nhất. CĐĐB = 2.0 m : Cao độ đỉnh bệ. Str : Diện tích mặt cắt ngang thân trụ (m2). 2.2. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN Các tổ hợp tải trọng đề bài ra như sau: Tải trọng Đơn vị TTGHSD - Tĩnh tải thẳng đứng kN 5000 - Hoạt tải thẳng đứng kN 2800 - Hoạt tải nằm ngang kN 120 - Hoạt tải mômen KN.m 900 Hệ số tải trọng: Hoạt tải : n = 1.4 Tĩnh tải : n = 1.1 gbt = 24,50 kN/m3 : Trọng lượng riêng của bê tông. gn = 9,81 kN/m3 : Trọng lượng riêng của nước. 2.2.1. Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHSD Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu: = 2500 + (5000 + 24.50x49.07) – 9.81x4.07 = 8662.29kN. Tải trọng ngang tiêu chuẩn dọc cầu: = Ho = 120kN. Mômen tiêu chuẩn dọc cầu: = 1812 kNm 2.2.2. Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu = 1.4x2500 + 1.1x(5000 + 24.50x49.07) – 9.81x4.07 = 10282.51kN. Tải trọng ngang tính toán dọc cầu: = 1.4x = 1.4x120 = 168kN. Mômen tính toán dọc cầu: = 2536.8kN.m Tổ hợp tải trọng thiết kế TạI ĐỉNH Bệ Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng kN 8662.29 10282.51 Tải trọng ngang kN 120 168 Mômen kN.m 1812 2536.8 iii. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc 3.1. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu PR Chọn vật liệu: + Cọc bê tông cốt thép, tiết diện của cọc hình vuông: 0.45m x 0.45m + Bê tông có = 28MPa. + Thép ASTM A615, có = 420 MPa Bố trí cốt thép trong cọc : + Cốt chủ : Chọn 8#22, bố trí xuyên suốt chiều dài cọc. + Cốt đai : Chọn thép ặ 8 Mặt cắt ngang cọc BTCT Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu: PR Dùng cốt đai thường, ta có: PR = jxPn = jx0.8x{0.85xx(Ag – Ast) + fyxAst} Trong đó: j : Hệ số sức kháng của bê tông, j = 0.75 : Cường độ nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa) : Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép (MPa). Ag : Diện tích mặt cắt nguyên của cọc, Ag = 450x450 = 2025000mm2 Ast : Diện tích cốt thép, Ast = 8x387=3096mm2 Vậy: PR = 0.75x0.8x{0.85x28x(2025000– 3096) + 420x3096} = 3925422.78 N 3925.23KN. 3.2. Sức kháng nén dọc trục theo đất nền QR Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: QR = Với: ; Trong đó: Qp : Sức kháng mũi cọc (MPa). qp : Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa). Qs : Sức kháng thân cọc (MPa). qs : Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa). Ap : Diện tích mũi cọc (mm2). As : Diện tích bề mặt thân cọc (mm2). : Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc. : Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc. trong đất sét với ta có: trong đất cát với ta có: trong đất cát với ta có: 3.2.1. Sức kháng thân cọc Qs Do thân cọc ngàm trong 4 lớp đất, có cả lớp đất dính và lớp đất rời, nên ta tính Qs theo hai phương pháp: Đối với lớp đất cát: Tính theo phương pháp SPT. Đối với lớp đất sét: Tính theo phương pháp a. Đối với lớp đất sét: Theo phương pháp a, sức kháng đơn vị thân cọc qs như sau: Trong đó: Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa), Su = Cuu a : Hệ số kết dính phụ thuộc vào Su và tỷ số và hệ số dính được tra bảng theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05. Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định của API như sau : - Nếu Su 25 Kpa - Nếu 25 Kpa < Su < 75 Kpa - Nếu Su 75 Kpa + Lớp 1: Ta có: Su = 23.4KN/m= 23.4KPa = 0.0234 Mpa. hx : Chiều sâu xói, hx = 1.7m. Tra sơ đồ 1 ta có: Nội suy ta có: =1 Tham khảo công thức xác định của API ta có : Do đó ta lấy hệ số dính: =1 + Lớp 3 : Ta có: Su = 30.8KN/m= 30.8Kpa = 0.0308Mpa. Tra sơ đồ 3 ta có: Nội suy ta có: Tham khảo công thức xác định của API ta có : Do đó ta lấy hệ số dính: =0.942 Tên lớp Độ sâu (m) Chiều dày (m) Chu vi (m) Cường độ kháng cắt Su (N/mm2) Hệ số a qS (N/mm2) Qs (N) Lớp 1 5.2 3.5 1.8 0.0234 1.000 0.0234 147420 Lớp 3 18.5 4.3 1.8 0.0308 0.937 0.0290 224460 Đối với lớp đất cát: Sức kháng thân cọc Qs như sau: Qs = qs x As và qs = 0.0019 Trong đó : As : Diện tích bề mặt thân cọc (mm2). : Số đếm búa SPT trung bình dọc theo thân cọc (búa/300mm). Tên lớp Độ sâu (m) Chiều dày (m) Chu vi (m) Chỉ số SPT Chỉ số SPT trung bình A (mm2) (N) Lớp 2 5.2 0 1.8 0 0 0 0 0 6.0 0.8 1.8 9 4.50 0.0086 1440000 12384 9.0 3 1.8 3 6.00 0.0114 5400000 61560 12.0 3 1.8 5 4.00 0.0076 5400000 41040 14.2 2.2 1.8 10.13 7.57 0.0144 3960000 57024 172008 Lớp 4 18.5 0 1.8 9.2 0 0 0 0 20.0 1.5 1.8 8 8.60 0.0163 2700000 44010 23.0 3 1.8 12 10.00 0.0190 5400000 102600 26.0 3 1.8 21 16.50 0.0314 5400000 169560 28.0 2 1.8 21 21.00 0.0399 3600000 143640 459810 Vậy sức kháng thân cọc như sau: Lớp (N) Hệ số sức kháng (N) 1 147420 0.56 82555 2 172008 0.36 61923 3 224460 0.56 125698 4 459810 0.36 165532 Tổng 435708 3.2.2. Sức kháng mũi cọc Qp Sức kháng mũi cọc Qp: Qp = qp x Ap và Với: Trong đó: Ap : Diện tích mũi cọc (mm2). Ncorr: Số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ, : Ứng suất có hiệu (N/mm2), : Ứng suất tổng (KN/m2). u : Áp lực nước lỗ rỗng ứng với MNTN = 2.8m . N : Số đếm SPT đo được (búa/300mm). D : Chiều rộng hay đường kính cọc (mm). Db : Chiều sâu xuyên trong tầng đất chịu lực ( lớp đất 4) (mm). ql : Sức kháng điểm giới hạn (MPa). ql = 0.4Ncorr cho cát và ql = 0.3Ncorr cho bùn không dẻo. Tính : Lớp 2: = KN/m2 Lớp 4: = KN/m2 Ta có: = 18.6x(5.2-1.7) + 17.88x9 + 19.3x4.3 + 18.69x9.5 = 486.57 KN/m2 u = = 302.15 KN/m2 Vậy: 486.57 - 302.15 = 184.12 KN/m2 = 0.184 N/mm2 Tính Ncorr: Ta có: N = 21, D = 450mm, Ap = 202500mm2 Db =9.50m = 9500mm Thay số vào ta có: N/ mm2 < qp = 13.23N/mm2 Chọn: qp = 6.6 N/mm2 => =0.36x6.6x202500 = 481140N Vậy sức kháng nén dọc trục theo đất nền: QR =435708+481140 = 916848N 916.85KN Sức kháng dọc trục của cọc đơn Ptt Sức kháng dọc trục của cọc đơn được xác đinh như sau: =min(3925.23; 916.85) = 916.85KN iV. chọn số lượng cọc và bố trí cọc trong móng 4.1. Tính số lượng cọc n: Số lượng cọc n được xác định như sau: Trong đó: N : Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐ (KN). Ptt : Sức kháng dọc trục của cọc đơn (KN). Thay số: . Chọn n = 18 cọc. Bố trí cọc trong móng 4.2.1. Bố trí cọc trên mặt bằng Tiêu chuẩn 22TCN 272 – 05 quy định: Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tới mép gần nhất của móng phải lớn hơn 225mm. Khoảng cách tim đến tim các cọc không được nhỏ hơn 750mm hoặc 2.5 lần đường kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn 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 6. Khoảng cách tìm các hàng cọc theo phương dọc cầu là 1200 mm. + Số hàng cọc theo phương ngang cầu là 3. 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. 4.2.2. Tính thể tích bệ Với 24 cọc bố trí như hình vẽ, ta có các kích bệ là: 3600mm x 7000mm. Trong đó : a = 110mm. b = 1250mm. Thể tích bệ là: Vb = 7000x3400x2000 = 47.6x109mm3 = 47.6m3. 4.3. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ 4.3.1. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD Tải trọng thẳng đứng: = 8662.29 + (24.5 - 9.81)x47.6 = 9361.53KN Tải trọng ngang: 120 KN. Mômen = 1812+ 120x2 = 2052KN.m 4.3.2. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng: = 10282.51 + (1.1x24.5 - 9.81)x47.6 = 11098.37KN Tải trọng ngang: 168 KN. Mômen = 2536.8+ 168x2 = 2872.8KN.m Tổ hợp tải trọng tác dụng LÊN ĐáY Bệ Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng kN 9361.53 11098.37 Tải trọng ngang kN 120 168 Mômen kN.m 2052 2872.8 V. kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ i 5.1. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 5.1.1. Tính nội lực tác dụng đầu cọc Sử dụng chương trình FB – PIER V3 ta tính được nội lực của cọc như sau: Result Type Value Load Comb Pile *** Maximum pile forces *** Max shear in 2 direction 0.2266E+01 KN 1 0 9 Max shear in 3 direction -0.1685E+02 KN 1 0 2 Max moment about 2 axis -0.2575E+01 KN-M 1 0 2 Max moment about 3 axis -0.2994E+00 KN-M 1 0 9 Max axial force -0.6811E+03 KN 1 0 8 Max torsional force 0.0000E+00 KN-M 0 0 0 Max demand/capacity ratio 0.1524E+00 1 0 3 Vậy, Nmax = 681.1KN. 5.1.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn Công thức kiểm toán: Trong đó: Nmax: Nội lực lớn nhất tác dụng lên đầu cọc (lực dọc trục). : Trọng lượng bản thân cọc (kN) Ptt : Sức kháng dọc trục của cọc đơn (kN). Ta có: Ptt = 916.85KN. Vậy: = 681.1 + 139.92 = 821.02 KN Ptt = 916.85 KN => Đạt 5.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc : = Qg1 + Qg2 Trong đó: VC : Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số. VC = 11098.37 (kN) QR : Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc. : Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc. Qg : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc . jg1, jg2 : Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc trong đất dính, đất rời. Qg1, Qg2 : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc trong đất dính, đất rời. Với đất dính Qg1 = min{hxTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn; sức kháng trụ tương đương} = min{Q1; Q2} Với: h : Hệ số hữu hiệu Q1 : hxTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn trong đất dính. Q2 : Sức kháng trụ tương đương Ta có : Cao độ mặt đất sau xói là : -1.7 m Cao độ đáy bệ là : 0.00 m Do vậy sau khi xói lở, đáy bệ không tiếp xúc chặt chẽ với đất, đất trên bề mặt là mềm yếu, khi đó khả năng chịu tải riêng rẽ của từng cọc phải được nhân với hệ số hữu hiệu, lấy như sau : h = 0.65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2.5 lần đường kính h = 1.00 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đường kính Mà khoảng cách tim đến tim bằng d, cọc do đó ta nội suy h : Xác định Q1 Tổng sức kháng danh định dọc trục của cọc đơn trong đất sét: Qs = Qs1 + Qs3 = 147420 + 224460 = 371880N Vậy: Q1 = nxQsxh = 18x371880x0.653 = 4371077 N = 4371.08KN Xác định Q2: Tính với lớp đất 1 và lớp đất 3. Sức kháng đỡ của phá hoại khối được xác theo công thức: Q2 = Trong đó: X : Chiều rộng của nhóm cọc Y : Chiều dài của nhóm cọc Z : Chiều sâu của nhóm cọc NC : Hệ số phụ thuộc tỷ số Z/X : Cường độ chịu cắt không thoát nước dọc theo chiều sâu cọc (MPa). Su : Cường độ chịu cắt không thoát nước ở đáy móng (MPa). Ta có: X = 2x1200 + 450 = 2850mm Y = 5x1200 + 450 = 6450mm Do mũi cọc đặt tại lớp đất 4, nên Q2 = Lớp 1: Z = -1.7 – (-5.2) = 3.5m Vì lớp 1 có chiều dày 3.5 m nên => = (2x2850+2x6450)3500x0.0234 = 1523340N = 1523.34KN Lớp 3: Z = -14.20 – (-18.50) = 4.3m. Vì lớp 3 có chiều dày 4.3 m nên => = (2x2850+2x6450)x4300x0.0308 = 2463384N = 2463.38KN Do vậy: = (1523.34+ 2463.38) = 3986.72KN Sức kháng trụ tương đương: Do đó: Qg1 = min{Q1; Q2} = min{4371.08 ; 3986.72} = 3986.72KN Với: jg1 = 0.65 Với đất rời Qg2 = hxTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn Trong đó: h : Hệ số hữu hiệu lấy =1 Sức kháng thân cọc của cọc đơn ở lớp 2 và lớp 4 là: Qs2 = 172008 N và Qs4 = 459810 N Vậy: Tổng sức kháng thân cọc của nhóm cọc trong đất cát: Mũi cọc đặt tại cao độ -28m của lớp 4, sức kháng mũi cọc của nhóm cọc: Do đó: Qg2 = 11372.72 + 24057.00 = 35429.72KN Với: jg2 = Hệ số sức kháng của cọc đơn, jg2 = 0.36 Vậy sức kháng dọc trục của nhóm cọc: QR = 0.65x3986.72 + 0.36x35729.07 = 15096.54KN > VC = 11098.37 KN => Đạt VI. kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng 6.1. Xác định độ lún ổn định Do lớp đất 1, 2, 3, là các lớp đất yếu, lớp đất 4 là lớp đất tốt nên độ lún ổn định của kết cấu móng được xác định theo móng tương đương, theo sơ đồ như hình vẽ: Ta có: Db = 9500mm. Móng tương đương nằm trong lớp đất 4 và cách đỉnh lớp một khoảng 2/3Db = 6333mm. Với lớp đất rời ta có công thức xác định độ lún của móng như sau: Sử dụng kết quả SPT: = Trong đó: I = 1 – 0.125 và q = Với: : Độ lún của nhóm cọc (mm). q : Áp lực tĩnh tác dụng tại 2Db/3 cho tại móng tương đương, áp lực này bằng với tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhóm cọc được chia bởi diện tích móng tương đương và không bao gồm trọng lượng của các cọc hoặc của đất giữa các cọc. N0 : Tải trọng thẳng đứng tại đáy bệ ở TTGHSD, N0 = 9361.53kN S : Diện tích móng tương đương. B : Chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm), B = 2850 mm. Db : Độ sâu chôn cọc trong lớp đất chịu lực. D’ : Độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2Db/3 (mm), D’ = 6333 mm. Ncorr: Giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh cho số đếm SPT của tầng phủ trên độ sâu B phía dưới đế móng tương đương (Búa/300mm). I : Hệ số ảnh hưởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm. Ta có: I = 1 – 0.125 Tính q: Kích thước của móng tương đương : Chiều rộng móng tương đương chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theo chiều ngang cầu + đường kính cọc: Btđ = 2x1.2 + 0.45 = 2.85 m Chiều dài móng tương đương chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theo chiều dọc cầu + đường kính cọc: Ltđ = 5x1.2 + 0.45 = 6.45 m Diện tích móng tương đương là S = Btđ x Ltđ = 2.85x6.45 =18.38 m2 Do đó: q = KN/m2 = 0.51N/mm2 Tính Ncorr: Trong đó: Ncorr: Số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ. : Ứng suất thẳng đứng có hiệu (N/mm2). N : Số đếm SPT trong khoảng tính lún. N được lấy bằng giá trị trung bình của số đếm SPT của lớp đất được giới hạn từ đáy móng tương đương tới độ sâu một khoảng B = 2.85m. Ta có: Cao độ đỉnh lớp tính lún là: - 18.5 – D’ = - 18.5 - 6.333 = - 24.833m. Cao độ đáy lớp tính lún là: - 24.833- B = -24.833 – 2.85 = -27.683(m) Nội suy ta được N = 21(Búa/300mm) Tính : Tính từ mặt đất sau xói đến độ sâu dưới móng tương đương một khoảng B. : Ứng suất tổng (KN/m2) u : Áp lực nước lỗ rỗng ứng với MNTN(KN/m2), MNTN = 2.8m. = (5.2-1.7)x18.6 + 17.88x9 + 19.3x4.3 + 18.69x9.183 = 480.64KN/m2 u = = 299.04KN/m2 => = 480.64 – 299.04 = 181.60KN/m2 0.182N/mm2 Thay số vào ta có: (Búa/300mm) => = = Vậy độ lún của nhóm cọc là: 36mm = 3.6cm. 6.2. Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc Sử dụng phần mền 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 *** Result Type Value Load Comb Pile Max displacement in axial 0.1854E-02 M 1 0 8 Max displacement in x -0.2294E-06 M 1 0 4 Max displacement in y 0.6599E-03 M 1 0 18 Kết luận chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cọc là: Theo phương (X): y = 0.6599 .10-3 m = 0.66 mm 38mm Theo phương (Y): x = 0.2294 .10-6 m = 0.23 .10-3 mm 38mm Vậy đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang VII. cường độ cốt thép cho cọc và bệ cọc 7.1. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc Tổng chiều dài cọc dùng để tính toán và bố trí cốt thép là chiều dài đúc cọc : Lc = 29 (m). Được chia thành 3 đốt, 2 đốt có chiều dài Ld = 10 (m) và 1 đốt có chiều dài Ld = 9 (m). Ta đi tính toán và bố trí cho từng đốt cọc. 7.1.1. Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc Mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2)) Trong đó: Mmax(1): Mômen trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc Mmax(2): Mômen trong cọc theo sơ đồ treo cọc 7.1.1.1. Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài Ld = 9 m Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn : a = . Chọn a = 1.8m Trọng lượng bản thân cọc được xem như tải trọng phân bố đều trên cả chiều dài đoạn cọc: q1 = gbt.A = 24,5*0,452 = 4,96 (KN/m) Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ta có biểu đồ mô men như sau : Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(1)= 10.04 KN.m Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc Móc được đặt cách đầu cọc một đoạn b = 0.294Ld = 0.294 x 9 = 2.646 (m) Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ta có biểu đồ mô men như sau : Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(2)= 17.36 KN.m Vậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là : Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) ) = max(10.04; 17.36) = 17.36 KN.m 7.1.1.2. Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài Ld = 10 m Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn : Trọng lượng bản thân cọc được xem như tải trọng phân bố đều trên cả chiều dài đoạn cọc q1 = gbt.A = 24,5*0,452 = 4,96 (KN/m) Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ta có biểu đồ mô men như sau : Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(1)= 12.4KN.m Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc Móc được đặt cách đầu cọc một đoạn b = 0.294Ld = 0.294 x 10 = 2.94(m) Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân ta có biểu đồ mô men như sau : Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(2)= 21.44 KN.m Vậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là : Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) ) = max(12.4; 21.44) = 21.44 KN.m 7.1.2. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc Ta chọn cốt thép dọc chủ chịu lực là thép ASTM A615M Gồm 822 có fy = 420 MPa được bố trí trên mặt cắt ngang của cọc như hình vẽ : Ta đi tính duyệt lại mặt cắt bất lợi nhất trong trường hợp bất lợi nhất là mặt cắt có mô men lớn nhất trong trường hợp treo cọc: +) Cọc có chiều dài Ld= 9 m thì Mtt = 17.36 KN.m +) Cọc có chiều dài Ld= 10 m thì Mtt = 21.44 KN.m Kiểm tra bê tông có bị nứt hay không trong quá trình cẩu và treo cọc Ta có : Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông là : 0.8.fr = 0.8*3.334 = 2.667 (MPa) Ứng suất kéo tại thớ ngoài cùng của mặt cắt nguyên : +) Cọc có chiều dài Ld= 9 m: x(MPa) +) Cọc có chiều dài Ld= 10 m: x(MPa) Vậy: Cọc không bị nứt khi cẩu và treo cọc Tính duyệt khả năng chịu lực Nhận xét : Do cốt thép được bố trí đối xứng,mặt khác ta đã biết bê tông có cường độ chịu kéo nhỏ hơn nhiều so với cường độ chịu nén vì vậy trục trung hòa lệch về phía trên trục đối xứng. Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo Phương trình cân bằng nội lực theo phương trục dầm : Trong đó : As1và As2 : Diện tích cốt thép chịu kéo (mm2) : Diện tích cốt thép chịu nén (mm2) : Cường độ chịu nén của bê tông (Mpa), = 30 (Mpa) fy : Cường độ chảy của côt thép, fy = 420 (Mpa) a : Chiều cao vùng nén tương đương d : Đường kính cọc, d = 450 (mm) E : Mô đun đàn hồi của cốt thép, Chiều cao vùng nén tương đương được xác định theo công thức : Do f’c =28 MPa b1 = 0,85 Vị trí của trục trung hòa được xác định : Kiểm tra sự chảy dẻo của cốt thép chịu kéo và chịu nén theo điều kiện : Trong đó : ds1 và ds2 : Khoảng cách từ trọng tâm của cốt thép chịu kéo đến thớ bê tông chịu nén ngoài cùng : Khoảng cách từ trọng tâm của cốt thép chịu nén đến thớ bê tông chịu nén ngoai cùng Ta có : Vậy tất cả các cốt thép đều chảy Giả thiết là đúng Mô men kháng uốn danh định là : = 238.86x106 N.mm = 238.86 KN.m Mô men kháng uốn tính toán là : Mr = jf.Mn = 0.9x238.86 =214.98 (KN.m) > Mtt = 21.44 (KN.m) Đạt Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa và hàm lượng cốt thép tối thiểu => Đạt => => Đạt Kết luận : Cốt thép được chọn và bố trí như trên là đảm bảo khả năng chịu lực 7.2. Bố trí cốt thép đai cho cọc Do cọc chủ yếu chịu nén, chịu cắt nhỏ nên không cần duyệt về cường độ của cốt thép đai. Vì vậy cốt thép đai được bố trí theo yêu cầu về cấu tạo. Đầu mỗi cọc ta bố trí với bước cốt đai là 50 mm trên một chiều dài là: 1350 mm. Tiếp theo ta bố trí với bước cốt thép đai là 100 mm trên một chiều dài là:1100mm Đoạn còn lại của mỗi đoạn cọc (phần giữa đoạn cọc) bố trí với bước cốt đai là : 150 mm 7.3. Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc Cốt thép mũi cọc có đường kính 40, với chiều dài 100 mm Đoạn nhô ra khỏi mũi cọc là 50 mm 7.4. Lưới cốt thép đầu cọc Ở đầu cọc bố trí một số lưới cốt thép đầu cọc có đường kính 6 mm ,với mắt lưới a = 5050mm. Lưới được bố trí nhằm đảm bảo cho bê tông cọc không bị phá hoại do chịu ứng suất cục bộ trong quá trình đóng cọc 7.5. Vành đai thép đầu cọc Đầu cọc được bọc bằng một vành đai thép bằng thép bản có chiều dày = 10 mm nhằm mục đích bảo vệ bê tông đầu cọc không bị hỏng khi đóng cọc và ngoài ra còn có tác dụng để hàn nối các đốt cọc trong khi thi công với nhau. 7.6. Cốt thép móc cẩu Cốt thép móc cẩu được chọn có đường kính 22. Do cốt thép bố trí trong cọc rất thừa vì vậy ta có thể sử dụng luôn cốt thép móc cẩu làm móc treo khi đó ta không cần phải làm móc thứ 3 tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công và để cọc trong bãi Khoảng cách từ đầu mỗi đoạn cọc đến mỗi móc neo là a = 2m = 2000 mm vIII. tính mối nối thi công cọc Ta sử dụng mối nối hàn để nối các đoạn cọc lại với nhau. Mối nối phải đảm bảo cường độ mối nối tương đương hoặc lớn hơn cường độ cọc tại tiết diện có mối nối Để nối các đốt cọc lại với nhau ta sử dụng 4 thép góc L-10010012 táp vào 4 góc của cọc rồi sử dụng đường hàn để liên kết hai đầu cọc. Ngoài ra để tăng thêm an toàn cho mối nối ta sử dụng thêm 4 thép bản 500x100x10mm được táp vào khoảng giữa hai thép góc để tăng chiều dài hàn nối. PHầN Iii Bản vẽ 1. Bản vẽ Bố trí chung công trình Tỉ lệ bản vẽ : 1/150 Đơn vị : cm 2. Bản vẽ cốt thép cho cọc Tỉ lệ bản vẽ : 1/50 Đơn vị : mm 3. Bản vẽ mối nối cọc Tỉ lệ bản vẽ : 1/10 Đơn vị : mm 4. Bản vẽ cốt thép bế Tỉ lệ bản vẽ : 1/50 Đơn vị : mm