Tài liệu Hướng dẫn đồ án môn học nền móng cầu đường

Đồ án môn học Nền móng Phần I Báo cáo khảo sát địa chất công trình Đặc điểm địa chất khu vực công trình xây dựng: (Mô tả sơ bộ cấu tạo địa chất khu vực xây dựng như: Các lớp đất, chiều dày và trạng thái của đất) nhận xét và kiến nghị: (Nhận xét về khả năng chịu lực các lớp đất. Kiến nghị chọn loại móng và đặt vào lớp đất nào) Phần II Thiết kế kỹ thuật Bố trí chung công trình (Đưa bản vẽ bố trí chung công trình vào tờ giấy A4 tại đây) lựa chọn kích thước công trình (Tiến hành lựa chọn các số liệu sau: 1. Kích thước và cao độ của bệ cọc: + Cao độ đỉnh trụ + Cao độ đỉnh bệ + Bề dày bệ móng + Cao độ đáy bệ 2. Kích thước và cao độ của cọc: + Cao độ mũi cọc + Chiều dài của cọc + Đường kính cọc + Tổng chiều dài đúc cọc, và chia thành các chiều dài các đốt cọc. Lập số liệu các tổ hợp tải trọng thiết kế 1. Trọng lượng bản thân trụ: (Tiến hành tính thể tích trụ của các bộ phận trên đỉnh bệ của trụ ứng với MNTN) 2. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN: (Tiến hành tính các tải trọng: thẳng đứng, lực ngang và mô men đối với mặt cắt đỉnh bệ ứng với MNTN theo một chiều (dọc cầu hoặc ngang cầu) như đề ra đã cho) 3. Lập bảng tổ hợp tải trọng: Kết quả Cường độ trên được đưa vào bảng 2-1 để tiện theo dõi: Bảng 2.1 : Tổ hợp tải trọng thiết kế tính với MNTN, đặt tại cao độ đỉnh bệ. Tên tải trọng Đơn vị Tải trọng thẳng đứng kN Tải trọng ngang kN Mômen Sử dụng Cường độ I kN.m 1 Đồ án môn học Nền móng (Ghi chú: bảng này chỉ sử dụng để xác định số lượng cọc, còn khi kiểm toán các trạng thái giới hạn dùng bảng 2-3) Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc 1. Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu: Chú ý: Tính theo Sử dụng 22TCN272-05 như ở môn Kết cấu bê tông. 2. Sức chịu tải của cọc theo đất nền QR =  q p Qp +  qs Qs Trong đó: Qp = sức kháng mũi cọc (N) Qs = sức kháng thân cọc (N) qp = hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định cho trong Bảng 10.5.5-2 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc. + Đối với đất dính qp=070v + Đối với đất cát theo phương pháp SPT: qp=045v Trong đó: v phụ thuộc phương pháp kiểm tra cọc khi thi công, qs = hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc cho trong Bảng 10.5.5 -2 dùng cho các phương pháp tách rời sức kháng của cọc do sức kháng của mũi cọc và sức kháng thân cọc. + Đối với đất dính tính theo phương pháp a: qp=070v + Đối với đất cát theo phương pháp SPT: qp=045v a. Sức kháng ma sát Q s = q s As As = diện tích bề mặt thân cọc (mm2) qs = sức kháng đơn vị thân cọc (MPa) *) Đối với đất dính (tính theo phương pháp ): qs =  Su ở đây: Su = cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (MPa)  = hệ số kết dính áp dụng cho Su (DIM), xác định theo API phụ thuộc vào Su Lập thành bảng dạng như sau: Tên lớp Chiều dày Chu vi cọc Li U Cường độ kháng cắt Hệ số Ma sát bề mặt Tổng ma sát bề mặt Su a qs qs*Ai 1 2 2 Đồ án môn học Nền móng Tổng cộng ma sát bề mặt Qs *) Đối với đất cát và bùn không dẻo qs = 0,0019 N ở đây: qs = ma sát đơn vị bề mặt cho cọc đóng (MPa) = số đếm búa SPT trung bình (chưa hiệu chỉnh) dọc theo thân cọc (Búa/300mm) N Lập thành bảng dạng như sau: Tên lớp Độ sâu Chỉ số SPT Chiều dày Chu vi cọc z N Li U Số SPT trung bình N Ma sát bề Tổng ma mặt sát bề mặt qs qs*Ai 1 2 Tổng cộng ma sát bề mặt Qs b. Sức kháng mũi cọc: Q p = q p Ap Trong đó: Ap = diện tích mũi cọc (mm2) qp = sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa) *) Đối với đất dính: qp = 9 Su Su = cường độ kháng cắt không thoát nước của sét gần chân cọc (MPa) Lập thành bảng dạng tương tự như trên: *) Đối với đất cát và bùn không dẻo qp  0,038N corr D b  q D với:   1,92   N N corr  0,77 log 10           ở đây: Ncorr N D Db = = = = số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ,  (Búa/300mm) số đếm SPT đo được (Búa/300mm), lấy số SPT tại mũi cọc. chiều rộng hay đường kính cọc (mm) chiều sâu xuyên trong tầng chịu lực (mm) 3 Đồ án môn học Nền móng q = sức kháng điểm giới hạn tính bằng 0,4 Ncorr cho cát và 0,3 Ncorr cho bùn không dẻo (MPa).  = ứng suất hữu hiệu thẳng đứng (MPa), được tính tương tự như đối với đất dính ở trên. 3. Sức kháng tính toán của cọc đơn Ptt  min( Pvl ; Pdn ) Chọn số lượng cọc và bố trí cọc trong móng 1. Tính số lượng cọc Số lượng cọc sơ bộ được tính theo công thức sau: nc  N tt Ptt Sau đó chọn số cọc thiết kế 2. Bố trí cọc trong móng a) Bố trí cọc trong móng: Các cọc được bố trí theo hình thức lưới ô vuông trên mặt bằng và hoàn toàn thẳng đứng trên mặt đứng, với các thông số thoả mạn các điều kiện về bố trí cọc trong móng (xem bài cấu tạo móng cọc): b) Kích thước bệ cọc sau khi bố trí : Tiến hành tính lại các kích thước của bệ móng BxL c) Tính thể tích bệ cọc: 3. Chuyển tổ hợp tải trọng về đáy bệ (Tiến hành tính tôt hợp lực Sử dụng và Cường độ tác dụng tại đáy móng) Bảng 2.3 : Tổ hợp tải trọng thiết kế tính đến MNTN tại cao độ đáy bệ. Tên tải trọng Đơn vị Tải trọng thẳng đứng kN Tải trọng ngang kN Mômen Sử dụng Cường độ I kN.m (Ghi chú: Bảng tải trọng 2-3 dùng cho phần kiểm toán móng cọc theo các trạng thái giới hạn) Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ I 1. Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn a) Tinh nội lực tác dụng lên đầu cọc: * Đối với móng cọc đài thấp tính như sau : Pi  V M y .x i M x .yi  n  n n 2  x i  yi2 1 1 Trong đó: V – tổng tải trọng tác dụng tại đáy bệ đã nhân hệ số N – số lượng cọc My – mô men theo phương ngang cầu Mx – mô men theo phương dọc cầu 4 Đồ án môn học Nền móng xi; yi – tọa độ của cọc thứ i tới trục quán tính trung tâm * Đối với móng cọc đài cao tính như sau: ( Dùng phương pháp chuyển vị trong cơ học kết cấu) giải hệ phương trình chính tác sau: rvv .v  rvu .u  rvw  N  0  ruv .v  ruu .u  ruw  H  0 r .v  r .u  r  M  0 wu ww  wv Trong đó: rik – phản lực đơn vị tại các liên kết của hệ cơ bản, chỉ số i chỉ phương của phản lực. u, v,w – chuyển vị ngang, chuyển vị đứng và góc xoay của đài tuyệt đối cứng; N – Tổng tải trọng tác dụng tại đáy đài ( tải trọng thẳng đứng) H – Tổng tải trọng ngang tác dụng M – Tổng mô men tác dụng; LN – chiều dài chịu nén tính toán của cọc lấy bằng chiều dài cọc từ đáy đài đến mũi cọc. LM – chiều dài chịu uốn tính toán của cọc được xác định như sau: - khi h <= 2ηd  LM = L0 + 2ηd – 0,5h - khi h > 2ηd  LM = L0 + 2ηd h – Chiều sâu cọc cắm vào đất η – Hệ số kinh nghiệm, lấy η = 5 7 ( nếu đất tốt η nhỏ, nếu đất yếu thì η lớn) d- đương kính hay cạnh của cọc; L0 – đoạn dài tự do từ đáy bệ đến mặt đất (sau khi xói lở). - Các phản lực đơn vị của hệ phương trình chính tác được xác định như sau: n sin 2  i J cos 2   12 i 3 i ) L Ni L Mi i 1 n ruu  E( Fi i 1 n rww = E( Fi x i2 i 1 n rvv  EFi  i 1 n cos 2  i J  4 i ) L Ni i 1 L Mi cos 2 i ) L Ni n ruw  rwu =E( Fi x i i 1 n rvu  ruv =E  i 1 n Fcosi sin i i L Ni rvw  rwv =E  i 1 n cos i sin  i J cos  6 i 2 i ) L Ni L Mi i 1 Fi x i cos 2  i L Ni Trong đó: Fi – diện tích tiết diện ngang của cọc : E – Mô đun đàn hồi của vật liệu cọc : Ji – Mô men quán tính của tiết diện cọc ứng với trục qua trọng tâm tiết diện cọc : αi – Góc nghiêng của cọc so với phương thẳng đứng ; 5 Đồ án môn học Nền móng n – Số lượng cọc trong sơ đồ tính ; LNi ; LMi – Chiều dài chịu nén và chịu uốn tính toán của cọc xi - tọa độ của cọc thứ i tới gốc tọa độ O. - Tính toán nội lực đầu cọc ( lực dọc trục cọc Ni ; Lực cắt Qi và mô men MD tại điểm ngàm cọc vào đất tính theo (**) và MT tại vị trí ngàm đầu cọc vào đài tính theo (*) ) Ni  EFi (vcosi  u sin i  wx i cos i ) L Ni Qi  12EJ i 6EJ ( v sin i  ucosi - wx i sin i )  2 i w 3 L Mi L Mi Mi  6EJ i 4EJ i ( v sin i  ucos i - wx i sin  i )  w (*) 2 L Mi L Mi 6EJ i 2EJ i ( v sin i  ucos i - wx i sin  i )  w (**) 2 L Mi L Mi Mi   Kết quả tính nội lực đầu cọc được lập thành bảng sau: Cọc xi Sinαi Cosαi LN LM F J N Q Mđất Mđài 1 2 3 … Kiểm tra kết quả tính toán :  N cos   Q .sin   P  N sin   Q .cos  H  N x cos   Q .x .sin    M tt i i i i i i i i tt i i i i i i T  M tt Trong đó Ptt ; Htt ;Mtt - tải trọng thẳng đứng, ngang và mô men tính toán của cầu b) Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn: N max  N  Ptt Trong đó: Ptt: Sức kháng tính toán chịu nén của cọc đơn DN: Trọng lượng bản thân cọc Nmax: Nội lực tác dụng lớn nhất lên 1 cọc (kết quả tính toán bằng phần mềm FB-pier hoặc các phần mềm tương tự) 2. Kiểm toán sức kháng dọc trục nhóm cọc VC  QR   g Qg = g1.Qg1  g2 .Qg2 Trong đó: VC = tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số. QR = sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc. g = các hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc. Qg = sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc, 6 Đồ án môn học Nền móng g1; g2 = hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc trong đất dính và đất rời Qg1; Qg2 = sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc trong đất dính và đất rời và được xác đinh như sau: a) Đất dính: Qg=min{ xTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn; sức kháng trụ tương đương} Trong đó :  : hệ số hữu hiệu lấy như sau: Nếu như bệ cọc không tiếp xúc chặt chẽ với đất, và nếu đất trên bề mặt là mềm yếu khả năng chịu tải riêng rẽ từng cọc phải được nhân với hệ số hữu hiệu , được lấy như sau: +  = 0.65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2,5 lần đường kính, +  = 1.0 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đường kính, Đối với các khoảng cách trung gian, giá trị của  có thể được xác định bằng nội suy tuyến tính. Theo AASHTO, móng (trụ) khối tương đương để kiểm tra phá hoại khối thường áp dụng đối với nhóm cọc trong đất dính. Cho một nhóm cọc có chiều rộng X, chiều dài Y, và chiều sâu Z như hình 56 dưới đây, sức kháng đỡ của phá hoại khối, tính theo (N), sẽ là: Qg  2 X  2Y Z Su  XYN C Su Trong đó : Khi Z  2.5 X  0.2 X  0.2Z  N C  51  1   Y  X   hi Z  2.5 X  0.2 X  N C  7.51   Y   Hình - Tác động của nhóm cọc như một móng khối S u = cường độ chịu cắt không thoát nước trung bình dọc theo chiều sâu của cọc (MPa) Su = cường độ chịu cắt không thoát nước tại đáy móng (MPa) b) Đất rời: Qg= xTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn. Trong đó :  : hệ số hữu hiệu lấy =1. (chú ý khi có cả đất dính và đất rời xen kẽ thì tính đất dính riêng, đất rời riêng rồi cộng lại) Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng 1. Xác định độ lún ổn định : a) Công thức xác định: 7 Đồ án môn học Nền móng Lún của móng cọc trong đất rời Sử dụng SPT: Trong đó: =   1  0,125 30 q I B N160 D,  0,5 B q = áp lực móng tĩnh tác dụng tại 2Db/3 cho tại móng tương đương. áp lực này bằng với tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhóm được chia bởi diện tích móng tương đương và không bao gồm trọng lượng của các cọc hoặc của đất giữa các cọc (MPa). B = chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm),  = độ lún của nhóm cọc (mm) I = hệ số ảnh hưởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm D = độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2Db /3 (mm) Db = độ sâu chôn cọc trong lớp chịu lực (mm) N160 = giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh đối với cả ứng suất tổng và hiệu suất có hiệu của búa. N160 = CN.N60 N60 = (ER/60%).N   ' C N  0.77 log10 1.92 /  V N =  và CN < 2.0 số nhát búa chưa hiệu chỉnh (Búa/300mm) N60 = Số nhát búa dã hiệu chỉnh cho hiệu suất của búa (nhát/300mm) ER = hiệu suất của búa tính theo phần trăm. (thường lấy 60%) v = ứng suất thẳng đứng hữu hiệu (MPa) Lún của móng cọc trong đất dính Tùy thuộc trạng thái ban đầu của đất là quá cố kết, cố kết bình thường hoặc dưới cố kết để có công thức tính như sau: Đối với đất quá cố kết ban dầu ( nghĩa là p > o ), ' σ'  H C    C cr log p  C c log σ f Sc     σ 'o σ 'p  1  e o        Đối với đất cố kết thông thường ban đầu ( nghĩa là /p = o)  H C   σ' SC    C c log 'f   σp  1  e o        Đối với đất chưa cố kết hoàn toàn ban đầu (nghĩa là p < o)  σ'  H c   f  Sc    C c log '  σ pc  1  e o         Trong đó: 8 Đồ án môn học Nền móng 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, được xác định từ thí nghiệm. Cc = chỉ số nén ép , được xác định từ thí nghiệm.  p = ứng suất hữu hiệu thẳng đứng lớn nhất quá khứ trong đất tại điểm giữa của lớp đất đang xét (MPa)( còn gọi là áp lực tiền cố kết)  o = ứng suất thẳng đứng hữu hiệu ban đầu trong đất tại điểm giữa của lớp đất đang xét (MPa).  f = ứng suất thẳng đứng cuối cùng hữu hiệu trong đất tại điểm giữa của lớp đất đang xét (MPa), f=o+', với  là thành phần ứng suất có hiệu do tải trọng ngoài gây ra.  p = ứng suất hữu hiệu thẳng đứng hiện có trong đất không bao gồm ứng suất tăng thêm do tải trọng móng, tại điểm giữa lớp đất đang xét (MPa) c Trình tự tính toán độ lún của đất dính như sau: (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 Công thức : n  ' 0    dni hi i 1  dni : là trọng lượng thể tích đẩy nổi của đất (2) Xác định ứng suất gia tăng do tải trọng ở trạng thái sử dụng gây ra tải trọng tác dụng tại độ sâu 2Db/3. Tải trọng phân bố theo đường 2:1 theo móng tương đương như hình vẽ Độ tăng ứng suất có hiệu tại giữa lớp đất do tải trọng ngoài gây ra. 9 Đồ án môn học Nền móng  '  V ( B g  z i ).( L g  z 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 Bg: chiều rộng trên mặt bằng của nhóm cọc (khoảng cách mép 2 cọc ngoài cùng) Lg: chiều dài trên mặt bằng của nhóm cọc (khoảng cách mép 2 cọc ngoài cùng) Zi: khoảng cách từ vị trí 2Db/3đến trọng tâm lớp đất cần tính (3) Độ lún tổng cộng của nền dưới móng cọc : Soánh o và p để biết là đất ở điều kiện cố kết thông thường, chưa cố kết hoặc quá cố kết Tên lớp Chiều dày Lớp đất Chỉ số nén Chỉ số nén lại áp lực tiền cố kết Hc Cc Cr p eo o  f (3) (4) (5) (6) (7) (8)=(6)+(7) (1) (2) Hệ số ứng suất rỗng có hiệu ban do trọng đầu lượng đất gây ra ứng suất có ứng suất hiệu do tải thẳng đứng trọng ngoài cuối cùng gây ra hữu hiệu 1 2 Tổng cộng Chú ý: Khi đất cố kết thông thường (o=f)có thể tính như sau:  H C   σ' SC    C c log 'f  σp  1  e o      H C   σ '   '      C c log 0 '     1  e o   σ0       2. Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc Điều kiện u ≤ 38mm Trong đó : u - là chuyển vị ngang của đỉnh cọc, lấy từ kết quả tính nội lực đầu cọc. Cường độ cốt thép cho cọc và bệ cọc tính mối nối thi công cọc 1. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc: a) Tính mômen theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc: * Mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép: M tt  max( M max( 1 ) ; M max( 2 ) ) Trong đó: Mmax(1): Mô men trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc Mmax(2): Mô men trong cọc theo sơ đồ treo cọc b) Tính lượng cốt thép cần thiết: (Theo môn học Kết cấu bê tông) 10 Độ lún cố kết của lớp thứ i Sci Đồ án môn học Nền móng As  0.85adf c fy Trong đó: As fy ds (mm). A's  fy = = = diện tích cốt thép chịu kéo cần thiết (mm2). giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa). khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo = = diện tích cốt thép chịu nén (mm2) giới hạn chảy của cốt thép chịu nén (MPa) d's = nén (mm) =  fc khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu d 1 sau: = đường kính cọc (mm) hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất quy định trong Điều 5.7.2.2 như = cường độ chịu nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa) 0.85 khi f c'  28Mpa   f '  28   '  1  0.85  0.05 c  7  khi 28Mpa  f c  56Mpa    0.65 khi f '  56Mpa c  a = c1 ; Chiều dày của khối ứng suất tương đương (mm) a  d e  d e  2 A : chiều cao chịu nén tương đối của tiết diện cọc, trong đó: A  Mn 0.85 f c' d de: Chiều cao có hiệu (chiều cao làm việc) của cọc, có thể lấy: de=(0.80.9)d hoặc de=d-d1. với d1 kà trọng tâm cốt thép chịu kéo đến thớ chịu kéo của dầm. Mn: Mô men kháng uốn danh định Mn= M tt  : Hệ số sức kháng quy ước (với cấu kiện chịu uốn =0.9) Mtt: Mô men uốn Cường độ c) Chọn đường kính cốt thép dọc của cọc và bố trí vào mặt cắt ngang cọc 2. Bố trí cốt thép đai cho cọc: (Do cọc chịu lực cắt nhỏ nên không cần Cường độ cốt thép đai mà chỉ cần bố trí theo yêu cầu cấu tạo). 3. Tính toán mối nối cọc Chọn đường hàn có chiều dày W(mm), được chế tạo bằng que hàn (…..) có cường độ Fexx (MPa) Khả năng kháng cắt trên một đơn vị chiều dài đường hàn là: R r  0,6.e2 .Fexx .0,707w 11 Đồ án môn học Nền móng φe2 - hệ số sức kháng cắt của đường hàn Khả năng chịu cắt trên một đơn vị chiều dài của thanh mối nối mỏng hơn v .R n  v .(0,58.t.Fy ) Khả năng chịu lực toàn diện của liên kết Pr  R r .L L – Tổng chiều dài của đường hàn 12 Đồ án môn học Nền móng Phần iIi Bản vẽ Yêu cầu các bản vẽ 1. Bản vẽ Bố trí chung : - Đưa ra được 3 hình chiếu của trụ cầu (mặt chính, mặt bằng, chiếu cạnh) - Trong mỗi hình chiếu đều phải có đầy đủ các kính thước: kính thước chi tiết và kích thước tổng) - Quy cách viết chữ trong bản vẽ, đường gióng kích thước phải thống nhất trong 1 bản vẽ và thống nhất với các bản vẽ còn lại 2. Bản vẽ cốt thép cọc - Thể hiện sơ đồ chia đốt cọc - Thể hiện mặt chính của các đốt cọc và các mặt cắt ngang thể hiện cọc - Các yêu cầu về ghi kích thước và chữ viết như ở bản vẽ Bố trí chung 3. Bản vẽ mối nối cọc - Thể hiện mặt chính của mối nối cọc và các mặt cắt ngang thể hiện chi tiết - Các yêu cầu về ghi kích thước và chữ viết như ở bản vẽ Bố trí chung 4. Bản vẽ cốt thép bệ - Đưa ra được 3 mặt cắt cơ bản của bệ. - Các yêu cầu về ghi kích thước và chữ viết như ở bản vẽ Bố trí chung Ghi chú 1. Các số liệu được vẽ trong bản vẽ phải là kết quả của bản tính đưa lại 2. Các bản vẽ phải được vẽ theo tỷ lệ nhất định để hợp lý trong bản vẽ, phải vẽ đúng kích thước của nó. 13 Đồ án môn học Nền móng 14