Đồ án Thiết kế môn học nền và móng

Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 1 MỤC LỤC SỐ LIỆU THIẾT KẾ…………………………………………………………………….. PHẦN I BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH 1. CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM CÁC LỚP ĐẤT ......................................... 3 2. NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ …. ............................................................................ 4 PHẦN II THIẾT KẾ KĨ THUẬT BỐ TRÍ CHUNG CÔNG TRÌNH……………………………………………………… 1. LỰA CHỌN KÍCH THƢỚC CÔNG TRÌNH......................................................................................... 6 1.1. Lựa chọn kích thƣớc và cao độ bệ cọc ...................................................................... 6 1.1.1. Cao độ đỉnh trụ………………………………………..................................... 7 1.1.2. Cao độ đỉnh bệ………………………………………. .................................... 7 1.1.3. Bề dày bệ móng………………………………………. .................................. 7 1.1.4. Cao độ đáy bệ………………………………………. ..................................... 7 1.1.5. Kích thƣớc và cao độ của cọc………………………………………. ............. 7 2. LẬP SỐ LIỆU CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ.............................................. 7 2.1. Tính toán thể tích 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 nƣớc (không kể bệ cọc) ............................................ 8 2.2. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN.............................................................. 8 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 2 2.3. Tổ hợp tải trọng theo phƣơng ngang cầu ở TTGHSD ................................................ 9 2.4. Tổ hợp tải trọng theo phƣơng ngang cầu ở TTGHCĐ .............................................. 9 3. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC ĐƠN.. ................................... 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 4. CHỌN SỐ LƢỢNG CỌC VÀ BỐ TRÍ CỌC TRONG MÓNG .................................. 15 4.1. Chọn số lƣợng cọc n …………………….. .......................................................... 15 4.2. Bố trí cọc trong móng……………….. .................................................................... 15 4.2.1. Kích thƣớc bệ cọc sau khi đã bố trí bệ cọc…………………………… ........ 15 4.2.2. Tính thể tích bệ…………………………. ................................................... 16 4.3. Tổ hợp tải trọng về đáy bệ …………………………………………………………16 4.4. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD………………. ........................................................... 16 4.5. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHCĐ……….. .................................................................... 16 5. KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƢỜNG ĐỘ I ............................... 17 5.1. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn ............................................................. 17 5.1.1. Tính nội lực tác dụng lên 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 6. KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG .................................... 20 6.1. Xác định độ lún ổn định…. …...…………………………………………………….20 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 3 6.1.1.Xác định ứng suất có hiệu do trọng lƣợng bản thân các lớp đất theo chiều sâu tính đến trọng tâm của lớp đất tính lún………………………………….. 6.1.2.Xác định ứng suất gia tăng do tải trọng ở trạng thái giới hạn sử dụng gây ra.. 6.1.3. Xác định độ lún ổn định……………………………………………………………34 6.2. Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc ................................................................ 23 7. CƢỜNG 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. Lƣới cốt thép đầu cọc……………. ......................................................................... 30 7.5. Vành đai thép đầu cọc…………….......................................................................... 30 7.6. Cốt thép móc cẩu……………….... ......................................................................... 30 8. MỐI NỐI THI CÔNG CỌC………… ....................................................................... 30 PHẦN III BẢN VẼ Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 4 THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN & MÓNG Giáo viên hƣớng dẫn : Nguyễn Bá Đồng Sinh viên thực hiện : Trần Đăng Khoa Lớp : Kết cấu xây dựng K50 Đề số : 8-5-2 SỐ LIỆU THIẾT KẾ: I. Số liệu tải trọng Phƣơng án Đơn vị Số liệu 8 Tĩnh tải thẳng đứng kN 6000 Hoạt tải thẳng đứng kN 4200 Hoạt tải nằm ngang kN 120 Hoạt tải mômen kN 750 Tổ hợp tải trọng Ngang cầu Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 5 II. Số liệu thuỷ văn Phƣơng án Đơn vị Số liệu 5 MNCN m 3.70 MNTN m 3.10 MNTT m 4.80 Chiều cao thông thuyền m 2.5 Cao độ mặt đất tự nhiên m 0.00 Cao độ mặt đất sau xói lở m -2.00 Chiều dài nhịp tính toán m 24.50 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 6 PHẦN I BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 7 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 8 1. CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LỚP ĐẤT Các kí hiệu chung trong tính toán γ (kN/m3) = Trọng lƣợng riêng của đất tự nhiên γs(kN/m 3 ) = Trọng lƣợng riêng của hạt đất γn(kN/m 3) = Trọng lƣợng riêng của nƣớc W (%) = Độ ẩm WL(%) = Giới hạn chảy WP(%) = Giới hạn dẻo a(m 2/kN) = Hệ số nén k(m/s) = Hệ số thấm n = Độ rỗng e = Hệ số rỗng Sr = Độ bão hoà C(kN/m 2 ) = Lực dính đơn vị  (độ) = Góc ma sát trong của đất  = Tỉ trọng của đất Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 9 Lớp 1: Sét màu xám vàng,nâu đỏ, trạng thái nửa cứng Lớp đất số 1 gặp ở lỗ khoan LK2 .Thành phần chính là đất sét màu xám vàng ,nâu đỏ Chiều dày của lớp xác định đƣợc ở LK2 là 2.50m . Cao độ mặt lớp tại LK2 là 0.00m, cao độ đáy là 2.5m. Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) xác định tại một điểm thí nghiệm giá trị xuyên là N= 26 (búa) Trong lớp này đã tiến hành lấy và thí nghiệm 01 mẫu đất nguyên trạng , giá trị một số chỉ tiêu cơ lí đƣợc ghi trong bảng tổng hợp. Một số chỉ tiêu khác đƣợc xác định nhƣ sau:  Hệ số rỗng *(1 0.01*W) 27.0*(1 0.01*21.5) 1 1 0.699 19.3 se         Độ rỗng 0.698 0.411 1 1 0.698 e n e       Độ bão hoà *0.01* 27.0*0.01*21.5 0.349 9.81*1.699 r W S e      Chỉ số dẻo 35.8 19.1 16.7P L PI W W      Chỉ số độ sệt 21.5 19.1 0.144 16.7 P L P W W I I      Trong đó : W = 21.5% WL = 35.8% Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 10 γs =27 kN/m 3 Wp = 19.1% γ = 19.3kN/m3 Lớp 2: Sét pha màu xám trạng thái nửa mềm Lớp đất 2 gặp ở lỗ khoan LK2, phân bố dƣới lớp 1. Thành phần là sét pha ,màu xám , trạng thái dẻo mềm Chiều dày của lớp xác định đƣợc ở LK2 là16.8m. Cao độ mặt lớp tại LK2 là -2.5m, cao độ đáy lớp là -19.30m . Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT)xác định thay đổi từ 5 đến 8 búa. Trong lớp này đã tiến hành lấy thí nghiệm của 08 mẫu đất nguyên trạng , giá trị một số chỉ tiêu cơ lí đƣợc ghi trong bảng tổng hợp. Một số chỉ tiêu khác đƣợc xác định nhƣ sau:  Chỉ số dẻo: 34.0 22.3 11.7%P L PI W W      Chỉ số độ sệt: 28.9 22.3 0.564 11.7 P P P W W I I       Hệ số rỗng *(1 0.01* ) 26.9*(1 0.01*28.9) 1 1 0.947 17.8 s We         Độ rỗng 0.947 0.486 1 1 0.947 e n e       Độ bão hoà *0.01* 26.9*0.01*28.9 0.836 9.81*0.947 r W S e     Trong đó : Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 11 W = 28.9% WL = 34.0% γs =26.9 kN/m 3 WP = 22.3% γ = 17.8kN/m3 Lớp 3: Sét pha, màu xám vàng, trạng thái nủa mềm Lớp thứ 3 gặp ở lỗ khoan LK2, phân bố dƣới lớp 2. Thành phần là sét pha ,màu xám vàng,nâu đỏ, trạng thái nửa cứng. Chiều dày của lớp xác định đƣợc ở LK2 là16.8m. Cao độ mặt lớp tại LK2 là -19,3m, cao độ đáy lớp là -34.0m . Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT)xác định thay đổi từ 32 đến 40 búa. Trong lớp này đã tiến hành lấy thí nghiệm của 07 mẫu đất nguyên trạng , giá trị một số chỉ tiêu cơ lí đƣợc ghi trong bảng tổng hợp. Một số chỉ tiêu khác đƣợc xác định nhƣ sau:  Chỉ số dẻo: 28.1 16.0 12.1%P L PI W W      Chỉ số độ sệt: 15.8 16 0.0165 12.1 P P P W W I I        Hệ số rỗng *(1 0.01* ) 27*(1 0.01*15.8) 1 1 0.461 21.4 s We           Độ rỗng 0.461 0.315 1 1 0.461 e n e       Độ bão hoà Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 12 *0.01* 27*0.01*15.8 0.943 9.81*0.461 r W S e     Trong đó : W = 15.8% WL = 28.1% γ = 21.4kN/m 3 γs =27.0 kN/m 3 WP = 16.0% 2. NHÂN XÉT KIẾN NGHỊ Theo tài liệu khảo sát địa chất công trình, phạm vi nghiên cứu và quy mô công trình dự kiến xây dựng, em xin có một số nhận xét và đề xuất sau:  Nhận xét 1. 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. 2. Lớp đất số 1 là lớp mặt có trạng thái nửa cứng . Lớp 2 là lớp đất yếu do chỉ số xuyên tiêu chuẩn và sức chịu tải nhỏ, Lớp 3 có chỉ số SPT tƣơng đối lớn . 3. Lớp đất 2 dễ bị lún sụt khi xây dựng trụ cầu tại đây  Đề xuất 1. Với các đặc điểm địa chất công trình tại đây,nên sử dụng phƣơng pháp móng cọc ma sát bằng BTCT cho công trình cầu và lấy lớp đất số 3 làm tầng tựa đầu cọc. 2. Nên để cọc ngập sâu vào lớp đất số 3 để tận dụng khả năng chịu lực ma sát của cọc Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 13 PHẦN II THIẾT KẾ KĨ THUẬT Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 14 1. LỰA CHỌN KÍCH THƢỚC CÔNG TRÌNH 1.1 Kích thƣớc và cao độ của bệ cọc, cọc Đặc điểm công trình nằm ở vị trí gần khu vực sông chỉ có tính chất thông thuyền ở mức độ trung bình. Về mùa cạn thì mực nƣớc trên sông tại vị trí xây dựng công trình là tƣơng đối thấp, còn về mùa mƣa thì nƣớc sông có tính chất dòng chảy dâng nhanh. Do cần thoát nƣớc tốt trong mùa mƣa và đảm bảo cho thông thuyền nên chọn cao độ đỉnh bệ là +2.0m. 1.1.1 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 nƣớc giữa MNCN và MNTN là tƣơng đối cao. Xét cả điều kiện mỹ quan trên sông, ta chọn các giá trị cao độ nhƣ sau: Cao độ đỉnh trụ chọn nhƣ sau: max 1 0.3 . tt MNCN m m MNTT H       Trong đó: MNCN : Mực nƣớc cao nhất, MNCN = 6.20(m) MNTT : Mực nƣớc thông thuyền MNTT = 4.80 (m) ttH : Chiều cao thông thuyền ttH = 2.50 (m). Suy ra: max(6.20+1; 4.80+2.50) - 0.3 = max(7,2; 7,3) – 0,3 = 7,0(m) => Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 7,0(m) 1.1.2 Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB) Cao độ đỉnh bệ  MNTN - 0.5m = 3,1 - 0,5 = 2,6(m) => Chọn cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = +0,0(m) 1.1.3 Bề dày bệ móng Chọn Hb= 2.00 (m) Trong đó : Hb= là bề dày bệ móng Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 15 1.1.4 Cao độ đáy bệ (CĐĐAB) Cao độ đáy bệ = CĐĐB - Hb Với Hb : Chiều dày bệ móng suy ra chọn Hb = 2 (m) => Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = 0,0 – 2,0 = -2.0( m) Vậy các thông số thiết kế:  Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = 7(m)  Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB =0 (m)  Cao độ đáy bệ : CĐĐAB = -2 (m)  Bề dầy : Hb=2m b=?450 Htt r = ? 80 60 Hb = ? 800 MNTT Cao ®é ®Ønh trô Htt Htt r = ? 150 25 = ? Hb = ? a = ? MNTN b=? 170 60 80 120 2525 1.1.5 Kích thƣớc và cao độ của cọc Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là không lớn lắm, địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất là 19.3m và không phải tầng đá gốc nên chọn giải pháp móng cọc ma sát BTCT. Cọc đƣợc chọn là cọc BTCT đúc sẵn, đƣờng kính nhỏ có kích thƣớc 450×450mm. Cọc đựơc đóng vào lớp đất số 3 là lớp đất sét pha, màu xám vàng nâu đỏ, ở trạng thái cứng. Cao độ mũi cọc là -30m . Nhƣ vậy cọc đựơc đóng trong lớp đất số 3 có chiều dày là 10.7m. Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 16 Chiều dài của cọc (Lc) đƣợc xác định nhƣ sau: Lc = CĐĐB - Hb - CĐMC Lc = 0.0 - 2.0 - (- 30.0) = 28.00 m Trong đó: CĐĐB = 0.0 m : Cao độ đỉnh bệ. Hb = 2.00 m : Chiều dày bệ móng CĐMC = -30.00m : Cao độ mũi cọc.  Kiểm tra: 28 62.22 70 0.45 cL d    => Thoả mãn yêu cầu về độ mảnh.  Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: L = Lc + 1m = 28.00 + 1m = 29.00m. Cọc đƣợc tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 29m = 10m +10m + 9m. Nhƣ vậy hai đốt thân cọc có chiều dài là 10m và đốt mũi có chiều dài 9m. Các đốt cọc sẽ đƣợc nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc 2. LẬP SỐ LIỆU CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ 2.1 Trọng lƣợng bản thân trụ 2.1.1 Tính chiều cao thân trụ Chiều cao thân trụ Htr Htr = CĐĐT - CĐĐB – CDMT Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = +7,0m Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = + 0,0m Chiều dày mũ trụ : CDMT= 0,8+0,6 = 1,4m Htr = 7,0 - 0.0 – 1,4 = 5,6m Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 17 2.1.2 Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc) MNTN MNCN Cao ®é ®Ønh trô Htt V1 V2 V3V3 V2 V1 Cao ®é ®¸y dÇm MNTT 30 Thể tích trụ toàn phần Vtr : Vtr = V1 + V2 + V3 = 2(8 4.5 0.25*2) 1.2 8*1.7*0.8 *1.7*0.6 ( 3.3*1.2)*5.6 2 4       = 10.88 + 6.63 + 28.51 = 46.02 m 3 . 2.1.3 Thể tích phần trụ ngập nƣớc (không kể bệ cọc) Thể tích trụ ngập nƣớc Vtn: Vtn = Str * (MNTN - CĐĐB) = 21.2 ( 3.3 1.2) (3.1 0.0) 15.78 4        m 3 Trongđó: MNTN = 3,1 m : Mực nƣớc thấp nhất CĐĐB = 0,0 m : Cao độ đỉnh bệ Str : Diện tích mặt cắt ngang thân trụ (m 2 ) Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 18 2.2 Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN Các tổ hợp tải trọng đề bài ra nhƣ sau: Tải trọng Đơn vị TTGHSD o tN - Tĩnh tải thẳng đứng kN 6000 o hN - Hoạt tải thẳng đứng kN 4200 o hH - Hoạt tải nằm ngang kN 120 oM - Hoạt tải mômen KN.m 750 Hệ số tải trọng: Hoạt tải : n = 1,75 Tĩnh tải : n = 1,25 bt = 24,50 kN/m 3 : Trọng lƣợng riêng của bê tông n = 9,81 kN/m 3 : Trọng lƣợng riêng của nƣớc 2.3 Tổ hợp tải trọng theo phƣơng dọc cầu ở TTGHSD  Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu: 1 ( * ) * SD o o h t bt tr n tnN N N V V     = 4200 + (6000 + 24,50*46,02) – 9,81*15,78 = 11172.688 kN  Tải trọng ngang tiêu chuẩn dọc cầu: 1 SDH = o hH = 120 kN  Mômen tiêu chuẩn dọc cầu: 1 *( ) SD o o hM M H CĐĐT CĐĐB   =750+120*(7-0.0)=1590kN.m 2.4 Tổ hợp tải trọng theo phƣơng dọc cầu ở TTGHCĐ  Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu 1.75* 1.25*( * ) *tt o oh t bt tr n tnN N N V V     = 1.75*4200 + 1.25*(6000 + 24.50*46.02) – 9.81*15.78 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 19 = 16104.56kN  Tải trọng ngang tính toán dọc cầu: ttH = 1,75x o hH = 1,75x120 =210 kN.  Mômen tính toán dọc cầu :  1.75* 1.75* * C T C Btt o ohM M H ĐĐ ĐĐ   =1.75*750+1.75*120*(7-0) =2782.5 kN.m TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ TẠI ĐỈNH BỆ Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng kN 11172.688 16104.56 Tải trọng ngang kN 120 210 Mômen kN.m 1590 2782.5 3. XÁC ĐỊNH SỨC KHÁNG NÉN DỌC TRỤC CỌC ĐƠN 3.1 Sức kháng nén dọc trục tính toán cọc theo vậ 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 ' cf = 30MPa + Thép ASTM A615, có yf = 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 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 20 2@175=350 450 50 4 5 0 2 @ 1 7 5 = 3 5 0 5 0 50 5 0 MẶT CẮT NGANG CỌC BTCT  Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu: PR Dùng cốt đai thƣờng, ta có:  R n g st y stP *P *0.8*{0.85* A – A f *A }    Trong đó:  : Hệ số sức kháng của bê tông,  = 0.75 ' cf : Cƣờng độ nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa) yf : Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép (MPa). Ag : Diện tích mặt cắt nguyên của cọc, Ag = 450x450 = 202500mm 2 Ast : Diện tích cốt thép, Ast = 8x387=3096mm 2 Vậy: PR = 0,75*0,8*{0,85*30*(202500– 3096) + 420*3096} = 3831073,2 N  3831KN. Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 21 3.2 Xác định sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc theo đất nền Sức kháng đỡ tính toán của các cọc Qr đƣợc tính nhƣ sau: Q • * *r qp p qs sQ Q   Với: *s s sQ q A ; .p p pQ q A 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 (mm 2 ) As : 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 0.7qs v  trong đất sét với 0.8v  ta có: 0,56qs  0,45qs v  trong đất cát với 0.8v  ta có: 0,36qs  0,45q v  trong đất cát với 0.8v  ta có: 0,36q  3.2.1 Sức kháng thân cọc Qs Do thân cọc ngàm trong 3 lớp đất là lớp đất dính nên ta tính Qs theo hai phƣơng pháp: tính theo phƣơng pháp  Theo phƣơng pháp , sức kháng đơn vị thân cọc qs nhƣ sau: us Sq  Trong đó: Su: Cƣờng độ kháng cắt không thoát nƣớc trung bình (Mpa), Su = Cuu Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 22  : Hệ số kết dính phụ thuộc vào Su và tỷ số D Db và hệ số dính đƣợc tra bảng theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05. Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định  của API nhƣ sau : - Nếu Su  25 Kpa 0.1 - Nếu 25 Kpa < Su < 75 Kpa 25 1 0.5 50 uS KPa KPa          - Nếu Su  75 Kpa 5.0 Lớp 1: Ta có: Su = 48.9KN/m 2 = 48.9Kpa = 0,0489Mpa.         KPa50 KPa25S 5.01 u =0.761 Lớp 2: Ta có: Su = 21.3KN/m 2 = 21.3KPa = 0,0213 Mpa.  α=1 Lớp 3 : Ta có: Su = 49.7KN/m 2 = 49.7Kpa = 0,0497Mpa         KPa50 KPa25S 5.01 u =0.753 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 23 Tên lớp Chiều dày (m) Chuvi (m) Cƣờng độ kháng cắtSu (N/mm 2 ) Hệ số  qS (N/mm 2 ) Qs=qs.4.450.L (N) Lớp 1 2.5 1,8 0,0489 0.761 0.037213 33491.7 Lớp 2 16.8 1,8 0,0213 1 0,0213 644112 Lớp 3 10.7 1,8 0,0497 0,753 0,037424 720786.24 Suy ra tổng ma sát trên bề mặt : Qs=1398391.78 N  1398.3kN 3.2.2 Sức kháng mũi cọc p p pQ • A *q Trong đó: là diện tich mũi cọc (mm) là sức kháng đơn vị mũi cọc (Mpa) Đối với đất dính =9 với Su cƣờng độ kháng cắt không thoát nƣớc trung bình Mũi cọc đặt tại lớp 3 có Su= 49.7KN/m 2 = 0,0497Mpa Suy ra sức kháng mũi cọc : Qp=450*450*9*0.0497(N)=90.58kN Vậy sức kháng nén dọc trục theo đất nền: : QR= sqspqp QQ  =0,56*(1398.3+90.578)= 833.77kN Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 24 3.3 Sức kháng dọc trục của cọc đơn Khi đấy sức kháng tính toán của cọc: Ptt=min(PR;QR)=min(3831,073; 833.77) =833.77 (KN) 4. XÁC ĐỊNH SỐ LƢỢNG CỌC VÀ BỐ TRÍ CỌC TRONG MÓNG 4.1 Tính số lƣợng cọc n Số lƣợng cọc n đƣợc xác định nhƣ sau: tt N n P  Trong đó: N : Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐ (KN). Ptt : Sức kháng dọc trục của cọc đơn (KN). Thay số: 16104.56 19.31 833.77 n   . Chọn n = 28cọc. 4.2. Bố trí cọc trong móng Tiêu chuẩn 22TCN 272 – 05 quy định:  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 đƣơng kính cọc )  Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đến mép bệ :  225 mm Với n = 28 cọc đƣợc bố trí theo dạng lƣới ô vuông trên mặt bằng và đƣợc bố trí thẳng đứng trên mặt đứng, với các thông số : + Số hàng cọc theo phƣơng dọc cầu là 7. Khoảng cách tìm các hàng cọc theo phƣơng dọc cầu là 1200 mm. + Số hàng cọc theo phƣơng ngang cầu là 4. Khoảng cách tim các hàng cọc theo phƣơng ngang cầu là 1200 mm. Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 25 + Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả hai phƣơng dọc cầu và ngang cầu là 500 mm. 5@120=600 50 3@ 12 0= 36 0 50 46 0 50 72050 4.2.1. Kích thƣớc bệ cọc sau khi đã bố trí cọc Theo phƣơng dọc cầu: B =4600 (mm) Theo phƣơng ngang cầu: L = 8200 (mm) Ta tính đƣợc: a = 1700 mm b = 1850 mm 4.2.2. Tính thể tích bệ Với 28 cọc bố trí nhƣ hình vẽ, ta có các kích bệ là: 4600mm x 8200mm. Trong đó : a = (4600-1200)/2=1700 mm b =(8200-4500)/2=1850 mm Thể tích bệ là: Vb = 8200*4600*2000 = 75.44*10 9 mm 3 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 26 4.3. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ +1.00(C§§B) +4.50(MNCN) +2.00(MNTN) doc tru cauNgang tru cau 80 60 25 25 120 170 +5.20(C§§T) -1.00(C§§AB) 0.00 a=170 a=170 20 0 80 60 52 0 25 150450 25 150 800 20 0 700 460 M N H M N H x y xy N H x y M N H y x ? ? ? ? ? ? b=125 b=125 M MN H x y M N H y x 4.4. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD  Tải trọng thẳng đứng: bnbt SD 1 SD 2 xV)(NN  = 11172.688+ (24.5 – 9.81)*75.44 = 12280.902 kN  Tải trọng ngang:  SD1 SD 2 HH 120 kN.  Mômen 2 1 1 * SD SD SD bM M H H  = 1590+ 120*2 = 1830 kN.m 4.5. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHCĐ  Tải trọng thẳng đứng: bnbt §C 1 §C 2 xV)x25.1(NN  = 16104.56 + (1.25*24,5 – 9,81)*75.44 =17674.844 kN  Tải trọng ngang:  §C1 §C 2 HH 210 KN. Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 27  Mômen 2 1 1 * CĐ CĐ CĐ bM M H H  = 2782.5+ 210*2 = 3202.5 kN.m TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN ĐÁY BỆ Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ Tải trọng thẳng đứng kN 12280.902 17674.844 Tải trọng ngang kN 120 210 Mômen kN.m 1830 3202.5 5. Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cƣờng độ I 5.1. Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn 5.1.1. Tính nội lực tác dụng lên đầu cọc Tính theo chƣơng trình FB-Pier Khai báo các thông số, chạy chƣơng trình, đƣợc kết quả nhƣ sau: Result Type Value Load Comb. Pile *** Maximum pile forces *** Max shear in 2 direction 0.2149E+02 KN 1 0 14 Max shear in 3 direction 0.2825E+01 KN 1 0 25 Max moment about 2 axis 0.6897E+01 KN-M 1 0 18 Max moment about 3 axis -0.4392E+02 KN-M 1 0 14 Max axial force -0.7433E+03 KN 1 0 11 Max torsional force -0.6089E-02 KN-M 1 0 25 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 28 Max demand/capacity ratio 0.2075E+00 1 0 11 Do đó: Nmax = 743.3 KN, vậy lấy giá trị lớn hơn là Nmax = 743.3 KN để kiểm toán 5.1.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn Công thức kiểm toán nội lực đầu cọc nhƣ sau : max tt N N P  Trong đó : Nmax : Nội lực tác dụng lên 1 cọc lớn nhất. Nmax =743.3 (kN) N : Trọng lƣợng bản thân cọc. Ta có :     bt n cocN V  Với : bt  : trọng lƣợng riêng của bê tông.  3/24 mKNbt  n : trọng lƣợng riêng của nƣớc 3 n 9.81(kN/ m )  Vcoc : Thể tich một cọc.  2 2 328 0.45 5.67coc CV L d m         24 9.81 5.67 80.457N kN     Ptt : Sức kháng nén tính toán của cọc đơn. Ptt = 833.77 (kN) Vậy ta có : max 743.3 80.457 823.75 833.77ttN N kN P kN       thỏa mãn 5.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc :   C R g g V Q Q Trong đó : VC : Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số. VC = 17674 (kN) QR : Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc  g : Các hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc. Tra theo tiêu chuẩn ta có: 0,65  Qg : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc, đƣợc xác định nhƣ sau : Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 29 Vì nhóm cọc nằm trong đất dính nên ta xác định sức kháng dọc trục danh định của nhóm cọc nhƣ sau : Qg = min{   Tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn ; sức kháng trụ tƣơng đƣơng} Qg = min (Q1,Q2) Với  : Hệ số hữu hiệu Ta có :Cao độ mặt đất sau xói là : -2.0 m Cao độ đáy bệ là : -2.00 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 đƣợc nhân với hệ số hữu hiệu  ,lấy nhƣ sau :  = 0.65 Với khoảng cách tim đến tim bằng 2.5 lần đƣờng kính  = 1.0 Với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đƣờng kính Mà ta bố trí khoảng cách tim đến tim bằng 1200 8 450 3  lần đƣờng kính cọc do đó ta nội suy                        1,2 2,5 1,2 2,5*0,45 0,65 1 0,45 0,65 1 0,45 0,676 6 , 6*0,45 2,5*0,45 d d Xác định tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn : Nhƣ ở trên ta đã xác định đƣợc sức kháng thành danh định của một cọc đơn là :  1398.3sQ kN Sức kháng mũi cọc danh định của một cọc đơn là :  90.58pQ KN Do đó tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn là :      1 0.667 28 1398.3 90.58 27806.32s pQ n Q Q kN       Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 30 Sức kháng trụ tƣơng đƣơng Sức kháng đỡ của phá hoại khối đƣợc xác theo công thức:    2 2 2 u C uQ X Y ZS XYN S Trong đó : X : là chiều rộng của nhóm cọc mX 6.3 Y : là chiều dài của nhóm cọc mY 2.7 Z : là chiều sâu của nhóm cọc 28Z m NC : Là hệ số phụ thuộc tỷ số Z X Ta có tỉ số: 28 0.2 7.77 2.5 7.5 1 3.6 C Z X N X Y             25.8 2.7 6.32.0 15.7         CN uS cƣờng độ chịu cắt không thoát nƣớc trung bình dọc theo chiều sâu của cọc  2 0.5 48.9 16.8 21.3 10.7 49.7 32.88 / 0.3 16.8 10.7 uS kN m          Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 31 Su cƣờng độ chịu cắt không thoát nƣớc tại đáy móng Su = 49.7(KN/m 2 )    2 2 3.6 2 7.2 28 32.88 3.6 7.2 8.25 49.7 30513.67Q KN           Sức kháng trụ tƣơng đƣơng: Qg = min(Q1,Q2) =27806.32 (kN) Với 0,65g  ta tính đƣợc QR = 0,65*27806.32 = 18074.1 kN > Vc = 17674.844 kN Đạt 6. KIỂM TOÁN MÓNG THEO TTGHSD 6.1Xác định độ lún ổn định 6.1.1. 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 Với mục đích tính toán độ lún của nhóm cọc ,tải trọng đƣợc giả định tác động lên móng tƣơng đƣơng đặt tại 2/3 độ sâu chôn cọc vào lớp đất chịu lực ( 2Db/3 ) .Tải trọng phân bố theo đƣờng 2:1 theo móng tƣơng đƣơng nhƣ hình vẽ. Mô hình quy đổi sang móng tƣơng đƣơng Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 32 Từ điều kiện địa chất đề ra ta có nhóm cọc đặt trong nền đăt dính có Db = -2.0 – (-30) = 28 m 2Db/3 = 18.67 m Nhƣ vậy móng tƣơng đƣơng đƣợc đặt ở độ sâu: -20.67 m, nằm trong lớp 3 cách đáy lớp 3 là 13.33m Lớp đất tính lún ở bên dƣới móng tƣơng đƣơng có chiều dày nhƣ hình vẽ: Hình vẽ: Ứng suất có hiệu do trọng lƣợng bản thân các lớp đất theo chiều sâu đƣợc xác định nhƣ sau: ' o = uz  Trong đó : z : Ứng suất tổng u : Áp lực nƣớc lỗ rỗng ứng với MNTN = 3.1m hw : là độ sâu so với MNTN. hw= Zi + 3.1 m Ứng suất có hiệu các điểm do trọng lượng bản thân Điểm Trọng lƣợng thể tích i Độ sâu Zi (m) iZ = Zi+1-Zi (m) Ứng suất (KN/m2) Ứng suất tổng Áp lực nƣớc lỗ rỗng Ứng suất có hiệu z z wnu h.  ' o = uz  A 19.3 2 0 0 50.031 50.031 0 B 19.3 2.5 0.5 9.65 59.681 54.936 4.745 C 17.8 19.3 16.8 299.04 358.721 219.744 138.977 D 21.4 20.67 1.37 29.318 388.039 233.18 154.859 E 21.4 27.335 6.665 142.631 530.67 298.57 232.10 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 33 F 21.4 34 6.665 142.631 673.301 363.95 309.351 Vậy, ứng suất có hiệu tại giữa các lớp đất tính lún là: ' 2 0 232.10 /kN m  6.1.2. 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 đƣợc xác định theo công thức sau :        ' V B z L zg gi i Trong đó :  ' : Độ tăng ứng suất có hiệu tại giữa lớp đất do tải trọng ngoài gây ra V : Tải trọng thẳng đứng theo trạng thái giới hạn sử dụng.V = 17674.844 kN Bg : Chiều rộng trên mặt bằng của nhóm cọc (Khoảng cách 2 mép cọc ngoài cùng) Lg : Chiều dài trên mặt bằng của nhóm cọc (Khoảng cách 2 mép cọc ngoài cùng) Zi : Khoảng cách từ vị trí 2Db/3 đến trọng tâm lớp đất cần tính Từ các tính toán ở trên ta có :  mBg 05.4 2 45.0 22.13   mLg 65.7 2 45.0 22.16  ta có bảng tính  ' nhƣ sau: Tên lớp Bg(m) Lg(m) Zi (m) ' (kN/m 2 ) 1 4.05 7.65 6.665 115.11 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 34 6.1.3. xác định độ lún ổn định Lớp đất tính lún Chiều dày lớp đất Chỉ số nén Chỉ số nén lại Áp lực tiền cố kết Hệ số rỗng ban đầu Ứng suất có hiệu do trọng lƣợng đất gây ra Ứng suất có hiệu do tải trọng ngoài Ứng suất thẳng đứng cuối cùng hữu hiệu Hc Cc Cr 'p e0 '0 ' 'f 1 13.33 0.16 0.024 424.0 0.459 232.10 115.11 347.21 Xét lớp đất tính lún: Ta có : ''' 0 pf    đất quá cố kết và độ lún đƣợc tính theo công thức: S ci =                ' ' 0 log 1 o f cr c C e H   Trong đó : Hc : Chiều cao của lớp đất chịu nén (mm) e0 : Tỷ số rỗng tại ứng suất thẳng đứng hữu hiệu ban đầu Ccr : Chỉ số nén ép lại,đƣợc xác định từ thí nghiệm: rcr CC  Cc : Chỉ số nén ép,đƣợc xác định từ thí nghiệm  ' p : áp lực tiền cố kết (Mpa)  ' f : ứng suất hữu hiệu thẳng đứng cuối cùng tại điểm giữa lớp đất đang xét (Mpa) '' 0 '  f Vậy độ lún của lớp đất tính lún là: Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 35 S ci =                ' ' 0 log 1 o f cr c C e H  = 13.33 347.21 0.024 log 0.0384 1 0.459 232.103 m              Sc = 0.0384 m = 38.4 mm Kết luận : Độ lún của móng là: 38.4 mm 6.2. Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc Sử dụng phần mềm tính toán nền móng FB-PIER ta tính đƣợc chuyển vị theo các phƣơng dọc cầu (X), phƣơng ngang cầu (Y), phƣơng thẳng đứng (Z), tại vị trí đầu mỗi cọc nhƣ sau : ********************************************** ***** Final Maximums for all load cases ***** ********************************************** Result Type Value Load Comb. Pile *** Maximum pile head displacements *** Max displacement in axial 0.2075E-02 M 1 0 11 Max displacement in x 0.2893E-03 M 1 0 1 Max displacement in y 0.4911E-05 M 1 0 22 Kết luận :Chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cọc là : Vậy ta có : 0.2893 38.4mm mm   => ĐẠT 7. CƢỜNG 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 = 28 (m) .Đƣợc chia thành 3 đốt ,trong đó, 2 đốt có chiều dài Ld = 9 (m) và 1 đốt có chiều dài Ld = 10 (m). Ta đi tính toán và bố trí cho từng đốt cọc. Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 36 7.1.1 Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc Mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép     max 1 max 2max ;M MttM Trong đó: Mmax(1) mômen trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc Mmax(2) mômen trong cọc theo sơ đồ treo cọc  Tính mô men 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 :  mLd 863.19207.0207.0  Chọn cẩu cách đầu cọc là :1.9m Trọng lƣợng bản thân cọc đƣợc xem nhƣ tải trọng phân bố đều trên cả chiều dài đoạn cọc  21 24.5 0.45 4.96 /btq A kN m     Dƣới tác dụng của trọng lƣợng bản thân ta có biểu đồ mô men nhƣ sau : Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 37 Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là: Mmax(1) = 8.9 (KN.m) * Tính mômen lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc Móc đƣợc đặt cách đầu cọc một đoạn  0.294 0.294 9 2.6db L m     Dƣới tác dụng của trọng lƣợng bản thân ta có biểu đồ mô men nhƣ sau : 1.9 5.2 1.9 7.8 8.9 8.9 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 38 Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(2) = 17 (KN.m) Vậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là : Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2)) = max(8.9 ; 17) = 17(KN.m)  Tính mô men cho đốt cọc Ld = 10 (m) * Tính mômen lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc: Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :  mLd 07.210207.0207.0  Chọn cẩu cách đầu cọc là :2m Trọng lƣợng bản thân cọc đƣợc xem nhƣ tải trọng phân bố đều trên cả chiều dài đoạn cọc  21 24.5 0.45 4.96 /btq A KN m     Dƣới tác dụng của trọng lƣợng bản thân ta có biểu đồ mô men nhƣ sau : 6.4 2.6 16.8 17 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 39 Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(1) = 12.32 (KN.m) * Tính mômen lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc: Móc đƣợc đặt cách đầu cọc một đoạn  mLd 94.210294.0294.0  Chọn cẩu cách đầu cọc là :2.9 m Dƣới tác dụng của trọng lƣợng bản thân ta có biểu đồ mô men nhƣ sau : 2 6 2. 12.32 10 10 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 40 Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(2) = 20.85 (KN.m) Vậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là : Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2)) = max(10.664 ; 20.85) = 20.85 (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 8  22 có  yf 420 Mpa đƣợc bố trí trên mặt cắt ngang của cọc nhƣ hình vẽ : 7.1 2.9 20.85 20.83 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 41 2@175=350 450 50 45 0 2@ 17 5= 35 0 50 50 50 Ta đi tính duyệt lại mặt cắt bất lợi nhất trong trƣờng hợp bất lợi nhất là mặt cắt có mô men lớn nhất trong trƣờng hợp treo cọc: Mtt = 21.43 KN.m  Kiểm tra bê tông có bị nứt hay không trong quá trình cẩu và treo cọc Ta có : Cƣờng độ chịu kéo khi uốn của bê tông là :  MPaff cr 451.33063.063.0 '    MPafr 761.2451.38.08.0  Ứng suất kéo tai thớ ngoài cùng của mặt cắt nguyên : Với cọc Ld = 9 (m)  MPa d Md I M f tt g tt ct 12.1 6 450 1001.17 6 2 3 6 3     rct ff 8.0 vậy cọc không bị nứt khi cẩu và treo cọc Với cọc Ld = 10 (m)  MPa d Md I M f tt g tt ct 38.1 6 450 1021 6 2 3 6 3    rct ff 8.0 Vậy cọc không bi nứt khi cẩu và treo cọc Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 42  Tính lƣợng cốt thép cần thiết + Theo bố trí trên mặt cắt : - Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo : 450 50 400sd mm   - Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến tâm cốt thép chịu nén : ' 50sd mm Do f’c = 30 MPa      836.0 7 2830 05.085.0 7 28 05.085.0 ' 1      c f + Chiều cao có hiệu của cọc : 1ddde  Với : d = 450 mm 1 50d mm là khoảng cách từ tâm cốt thép chiu kéo đến thớ chịu kéo ngoài cùng của dầm . 450 50 400( )ed mm   + Chiều cao chịu nén tƣơng đối của tiết diện cọc : Adda ee 2 2  Trong đó : 400ed mm ' '0,85 0,85 n u c c M M A f d f d   Với :    mNmKNMM ttu .1021.21 6 9.0  2 6 406.2033 4503085.09.0 1021 mmA      mma 116.5406.20332400400 2  Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 43 + Diện tích cốt thép chịu kéo cần thiết :  2 ' 246.124 420 30400116.585.085.0 mm f fda A y ce S      Vậy bố trí trên mặt cắt ngang cọc 8 thanh thép CT3 số hiệu 22 với các kích thƣớc nhƣ trên hình vẽ : 2@175=350 450 50 4 5 0 2 @ 1 7 5 = 3 5 0 5 0 50 5 0  Tính duyệt khả năng chịu lực Nhận xét : Do cốt thép đƣợc bố trí đối xứng,mặt khác ta đã biết bê tông có cƣờng độ chịu kéo nhỏ hơn nhiều so với cƣờng độ chịu nén vì vậy trục trung hòa lệch về phía trên trục đối xứng nhƣ hình vẽ. Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo   'f f fs s y Phƣơng trình cân bằng nội lực theo phƣơng trục dầm :      ' ' s1 y s2 y c s y A f A f 0,85 a d f A f Trong đó : 1SA và 2SA : Diệntích cốt thép chịu kéo (mm2) Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 44 SA ' : Diện tích cốt thép chịu nén (mm2)  2'1 11613873 mmAA SS   22 7743872 mmAS  ' c f : Cƣờng độ chịu nén của bê tông (Mpa). ' c f = 30 (Mpa) fy : Cƣờng độ chảy của côt thép . fy = 420 (Mpa) a : Chiều cao vùng nén tƣơng đƣơng d : Đƣờng kính cọc . d = 450 (mm) E : Mô đun đàn hồi của cốt thép. E = 2×105 (MPa)  Chiều cao vùng nén tƣơng đƣơng đƣợc xác định theo công thức :    2 ' ' 21 33.28 3045085.0 42011617741161 85.0 mm fd fAfAfA a c YSySyS        Ta có f’c = 30 MPa      836.0 7 2830 05.085.0 7 28 05.085.0 ' 1      c f  Vị trí của trục trung hòa đƣợc xác định :  mm a c 89.33 836.0 33.28 1   Kiểm tra sự chảy dẻo của cốt thép chịu kéo và chịu nén theo điều kiện :       s ' ' s y' ' s y c d f 0,003 c E     s ys1 s1 y fd c 0,003 c E     s ys2 s2 y fd c 0,003 c E Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 45 Trong đó : ds1 và ds2 : Khoảng cách từ trọng tâm của cốt thép chịu kéo đến thớ bê tông chịu nén ngoài cùng 'sd : Khoảng cách từ trọng tâm của cốt thép chịu nén đến thớ bê tông chịu nén ngoai cùng Ta có :         y' 3 y y 5 s f 420 2,1 10 E 2 10 3' 1043.1 89.33 5089.33 003.0   s 032.0 89.33 89.33400 003.01   s 017.0 89.33 89.33225 003.01   s Ta thấy cốt thép chịu nén chƣa chảy, bê tông đủ khả năng chịu nén gần đúng tính duyệt bỏ qua cốt thép chịu nén. Giả sử cốt thép chịu kéo chảy Ta có:    mm fd fAfA a c ySyS 82.70 3045085.0 4207741161 85.0 ' 21         mm a c 71.84 836.0 82.70 1   Từ đó ta tính đƣợc: ys   011.0 71.84 71.84400 003.01 ys   32 1097.4 71.84 71.84225 003.0 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 46 Vậy giả sử cốt thép chịu kéo chảy là đúng  Mô men kháng uốn danh định là :  2121 ' 2 85.0 ssySscn ddfA a dadfM         225400420774 2 82.70 4003045082.7085.0       nM    mKNmmNM n .4.239.104.239 6  Mô men kháng uốn tính toán là :  mKNMM nr .46.2154.2399.0  Vậy :  ttr MM đạt Kiểm tra hàm lƣợng cốt thép tối đa và hàm lƣợng cốt thép tối thiểu 42.038.0 225 71.84 2  sd c  đạt 002.0 420 30 03.003.0 017.0 400450 3878 ' min 1        y c s S f f dd A     min đạt Kết luận : Cốt thép đƣợc chọn và bố trí nhƣ trên là đảm bảo khả năng chịu lực 7.2Bố trí cốt thép đai cho cọc Do cọc chủ yếu chịu nén,chịu cắt nhỏ nên không cần duyệt về cƣờng độ của cốt thép đai.Vì vậy cốt thép đai đƣợc bố trí theo yêu cầu về cấu tạo. Ở vị trí đầu mỗi cọc ta bố trí với bƣớc cốt đai là 50 mm trên một chiều dài là : 1050mm. Tiếp theo ta bố trí với bƣớc cốt thép đai là 100 mm trên một chiều dài là:1100mm Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 47 Đoạn còn lại của mỗi đoạn cọc(phần giữa đoạn cọc ) bố trí với bƣớc cốt đai là : 150 mm 7.3 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc Cốt thép mũi cọc có sè hiệu # 40 , với chiều dài 100 mm Đoạn nhô ra khỏi mũi cọc là 50 mm 7.4 Lƣới cốt thép đầu cọc Ở đầu cọc bố trí một số lƣới cốt thép đầu cọc có số hiệu là # 6 mm ,với mắt lƣới a = 50  50mm .Lƣới đƣợc 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 đƣợc bọc bằng một vành đai thép bằng thép bản có chiều dày = 5 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 đƣợc chọn có số hiệu là # 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 2m (đối với cọc 10m) Khoảng cách từ đầu mỗi đoạn cọc đến mỗi móc neo là 1.9m (đối với cọc 9m) 8. 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 cƣờng mối nối tƣơng đƣơng hoặc lớn hơn cƣờng độ cọc tại tiết diện có mối nối Để nối các đốt cọc lại với nhau ta sử dụng 4 thép góc L-100  100  12 táp vào 4 góc của cọc rồi sử dụng đƣờng hàn để liên kết hai đầu cọc.Ngoài ra để tăng thêm an toàn cho mối nối ta sử dụng thêm 4 thép bản 520x100x10mm đƣợc táp vào khoảng giữa hai thép góc để tăng chiều dài hàn nối Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 48 Thiết kế môn học Nền và Móng Bộ môn Địa – kỹ thuật Trần Đăng Khoa Kết cấu xây dựng K50 49 PHẦN III BẢN VẼ Các bản vẽ đƣợc vẽ trên giấy A3 bao gồm: I. Bản vẽ bố trí chung: Tỷ lệ:1:180. Đơn vị:cm II. Bản vẽ cốt thép cọc III. Tỷ lệ:1:28 . Đơn vị:mm IV. Bản vẽ mối nối cọc : Tỷ lệ:1:10. Đơn vị: mm V. Bản vẽ cốt thép bệ: Tỷ lệ 1:60. Đơn vị:mm