Đồ án Đánh giá điều kiện địa chất công trình cầu Nhật Tân ở giai đoạn nghiên cứu khả thi. Thiết kế phương án khảo sát địa chất công trình chi tiết phục vụ cho thiết kế kỹ thuật công trình trên, thời gian thi công phương án 5 tháng

h N = 40. Chỉ tiêu cơ của lớp đất được hiện ở bảng 2.19. Bảng 2.19 TT Chỉ tiêu cơ lí Kí hiệu Đơn vị Giá trị TB 1 Thành phần hạt 5 - 2 P % 5.1 2 - 1 1,1 1 - 0,5 2,4 0,5 - 0,1 56,02 0,1 - 0,05 17,70 < 0,05 17,0 2 Khối lượng riêng gs (g/cm3) 2,66 3 Góc ma sát trong w độ 30019' 4 Mô đun tổng biến dạng E0 (kG/cm2) 420 5 Sưc chịu tải qui ước R0 (kG/cm2) 3,50 6 Giá trị trung bình xuyên tiêu chuẩn NSPT búa 40 Lớp 20: Cát sỏi màu xám, trạng thái chặt vừa, bảo hoà nước. Lớp này gặp ở lỗ khoan LC4. Cao độ mặt lớp -20,08m, Chiều dày lớp 13,00m. Trong lớp này đã tiến hành thí nghiệm 04 mẫu không nguyên trạng, thí nghiệm SPT cho giá trị trung bình N = 27. Chỉ tiêu cơ lí của lớp đất được thể hiện ở bảng 2.20. Bảng 2.20 TT Chỉ tiêu cơ lí Kí hiệu Đơn vị Giá trị TB 1 Thành phần hạt 40 - 20 P % 13,9 20 - 10 7,8 10 - 5 6,6 5 - 2 3,2 2 - 1 2,2 1 - 0,5 4,2 0,5 - 0,25 30,6 0,25 - 0,1 13,5 <0,1 18,0 2 Khối lượng riêng gs (g/cm3) 2,66 3 Góc ma sát trong w độ 30021' 4 Mô đun tổng biến dạng E0 (kG/cm2) 400 5 Sức chịu tải qui ước R0 (kG/cm2) 3,50 6 Giá trị trung bình xuyên tiêu chuẩn NSPT búa 27 Lớp 21 : Sỏi sạn lẫn cát màu xám vàng, xám xanh, xám trắng, trạng thái chặt, bảo hoà nước: Lớp này gặp ở lỗ khoan LC2. Cao độ mặt lớp -26,06m, chiều dày lớp 3,60m. Trong lớp này đã tiến hành thí nghiệm 01 mẫu không nguyên trạng. Thí nghiệm SPT cho giá trị trung bình N = 49. Chỉ tiêu cơ lí của lớp được thể hiện ở bảng 2.21. Bảng 2.21 TT Chỉ tiêu cơ lí Kí hiệu Đơn vị Giá trị TB 1 Thành phần hạt 40 - 20 P % 14,4 20 - 10 26,0 10 - 5 7,9 5 - 2 9,3 2 - 1 3,2 1 - 0,5 4,4 0,5 - 0,25 13,8 0,25 - 0,1 9,3 < 0,1 11,7 2 Khối lượng riêng gs (g/cm3) 2,66 3 Góc ma sát trong w độ 30028' 4 Mô đun tổng biến dạng E0 (KG/cm2) 5 5 Sức chịu tải qui ước R0 (KG/cm2) 4,00 6 Giá trị trung bình xuyên tiêu chuẩn NSPT búa 49 Lớp 22: Sỏi cuội lẫn cát màu xám vàng, xám xanh, xám trắng, trạng thái rất chặt, bảo hoà nước: lớp này gặp ở lỗ khoan LC3. Cao độ mặt lớp -26,73m, chiều dày lớp 13,00m. Trong lớp này đã tiến hành thí nghiệm 04 mẫu không nguyên trạng. Thí nghiệm SPT cho giá trị N >50. Chỉ tiêu cơ lí của lớp được thể hiện ở bảng 2.22 Bảng2.22 TT Chỉ tiêu cơ lí Kí hiệu Đơn vị Giá trị TB 1 Thành phần hạt 40 - 20 P % 31,6 20 - 10 15,5 10 - 5 25,8 5 - 2 11,3 2 - 1 3,7 1 - 0,5 1,9 0,5 - 0,25 3,8 0,25 - 0,1 4,2 < 0,1 2,5 2 Khối lượng riêng gs (g/cm3) 2,66 3 Góc ma sát trong w độ 30030' 4 Mô đun tổng biến dạng E0 (KG/cm2) 600 5 Sức chịu tải quy ước R0 (KG/cm2) 5,00 6 Giá trị trung bình xuyên tiêu chuẩn NSPT búa >50 Lớp 23: Cuội sỏi màu xám, xám xanh, trạng thái rất chặt, bảo hoà nước: Lớp này gặp tại tất cả các lỗ khoan từ LC1 đến LC5. Cao độ mặt lớp thay đổi từ -39,73m (LC3) đến - 29,66m (LC2), chiều dày lớp chưa xác định, mà mới chỉ khoan xuyên vào lớp này với chiều dày thay đổi từ 6,19m (LC2) đến 10,0m (LC4), 12,0m (LC5), 15,35m (LC1) và 20,75m (LC3), chiều dày trung bình 12.90m. Trong lớp này đã tiến hành thí nghiệm 18 mẫu không nguyên trạng. Thí nghiệm SPT chogiá trị N >100. Chỉ tiêu cơ lí của lớp đất được thể hiện ở bảng 2.23 Bảng2.23. TT Chỉ tiêu cơ lí Kí hiệu Đơn vị Giá trịh TB 1 Thành phần hạt 60 - 40 P % 22,38 40 - 20 30,36 20 - 10 23,00 10 - 5 8,60 5- 2 5,30 2 -1 1,40 1 - 0,5 1,20 0,5 - 0,25 3,20 0,25 -0,1 2,70 < 0,1 4,60 2 Khối lượng thể tích tự nhiên g (g/cm3) 2,1 3 Khối lượng riêng gs (g/cm3) 2,66 4 Góc ma sát trong w độ 370 5 Mô đuyn tổng biến dạng E0 (KG/cm2) 650 6 Cường độ qui ước R0 (KG/cm2) 8,00 7 Giá trị trung bình xuyên tiêu chuẩn NSPT búa > 100 . 2.3. Thuỷ văn và địa chất thuỷ văn. - Đặc điểm thuỷ văn: Đoạn sông xây dựng cầu Nhật tân . Chế độ thuỷ văn ở đây chịu ảnh hưởng trực tiếp chế độ khí hậu miền Bắc Việt Nam. Mùa mưa bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 10, mùa khô bắt đầu từ tháng 11 và kết thúc vào tháng 3 năm sau. Mực nước sông thay đổi theo mùa và chịu ảnh hưởng sự phân lũ của hồ chứa nước thuỷ điện Hoà Bình thông qua việc đóng mở các cửa xả lũ. Về mùa khô mực nước sông thường xuống thấp, về mùa mưa lũ ở thượng nguồn đổ về làm nước sông dâng cao, chảy xiết gây ngập úng, tại đây dòng chảy chính ở bờ phía Hữu Ngạn (thành phố Hà Nội) nên khu vực bờ sông phía này đã và đang bị xói lở. trong thời gian khảo sát đã lấy 01 mẫu nước sông tại vị trí tuyến cầu đi qua để phân tích thành phần hoá học và tính ăn mòn bêtông của nước. Mẫu nước sông Hồng được thể hiện bằng công thức Cuốclốp: Tên nước: Bicacbonat Canxi. Theo tiêu chuẩn đánh giá ăn mòn của nước trong xây xựng TCVN 3994-85, nước này không có tính ăn mòn đổi với kết cấu bêtông và bêtông côt thép. - Đặc điểm địa chất thuỷ văn: Dựa vào kết quả khoan khảo sát ĐCCT và các tài liệu thu thập được cho ta thấy nước dưới đất ở đây tồn tại trong các lớp cát pha, cát nhỏ, cát trung và cuội sỏi. Trong thời gian khảo sát, tại vị trí các lỗ khoan trên cạn đã quan trắc được mực nước ổn định thay đổi từ +5,43m (LĐ2) đến +9,47m (LC3), và đã lấy 01 mẫu nước dưới đất (trong lỗ koan LC5) để phân tích thành phần hoá học và tính ăn mòn của nước đổi với các kết cấu bêtông và bêtông cốt thép. Mẫu nước trong lỗ khoan LC5, thể hiện bằng công thức Cuốclốp: Tên nước: Bicacbonat canxi. Theo tiêu chuẩn đánh giá ăn mòn của nước trong xây dựng TCVN 3994-85, nước này có tính ăn mòn Cacbonic ở mức độ yếu với các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. 2.4. Các hiện tượng địa chất động lực công trình + Hiện tượng trượt lở bờ sông. Trượt lở bờ sông Hồng trong địa bàn Hà Nội đã làm mất đi nhiều héc ta hoa mầu, đe dọa trực tiếp đến ổn định nhiều công trình công cộng, kho tàng trên bờ sông, thậm chí cả tính mạng con người. Các cơ quan chức năng có nhiều giải pháp như làm kè chắn chỉnh trị dòng… nhưng sạt lở vẫn tiếp diễn hàng năm. Về diện trượt lở bờ sông phát triển mạnh tại các khu vực lòng sông tiến sát vào bờ, mái dốc dựng đứng, như Liên Mạc, Phú Thượng, Lương Yên, Yên Mỹ ở bờ Hữu sông Hồng và Lõng La, Hải Bối, Xuân Canh, Bát Tràng ở bờ Tả sông Hồng. Các lớp sét pha, sét và sét pha bãi bồi thềm bậc I và bậc II bền vững hơn cả nếu so về quan hệ tác dụng với nước. Tỷ lệ chiều dày các lớp xen kẹp (cát pha, cát) với chiều dày chung của bờ sông càng lớn thì khả năng trượt lở bờ sông càng tăng. Một tác nhân nữa ảnh hưởng đến tốc độ sạt lở bờ có thể kể đến là sự hình thành các đới ảnh hưởng của các đứt gãy kiến tạo hoạt động dưới sâu, mà bản chất của nó là sự hình thành trong các lớp đất có bề mặt nằm trên đứt gãy kiến tạo hoạt động, các vùng dị thường ứng suất. Trong đới ảnh hưởng của các đứt gãy kiến tạo, đất đá rất nhạy cảm với các tác động bên ngoài, đó là điều kiện thuận lợi cho việc phát triển các quá trình địa chất động lực. Có thể cũng vì lý do đó mà một số đoạn bờ sông Hồng thuộc địa phận Hà Nội liên tục phải kè đi, kè lại nhiều lần mà bờ sông vẫn bị phá hủy. Tốc độ phá hủy bờ tại một số nơi do trượt lở bờ lên tới 13m/năm ở Liên Mạc, Phú Gia; 7m/năm ở Tranh Khúc, Võng La. Về thời gian, trượt lở bờ sông Hồng phát triển mạnh vào thời kỳ mưa lũ, khi mực nước lên cao và tốc độ dòng chảy lớn. Đặc biệt là sau khi nước lũ rút đi, mức nước sông hạ thấp, nước ngầm có chiều vận động từ trong ra sông. Mực nước ngầm ở vùng gần bờ sông cũng hạ xuống tương đối đột ngột, tạo nên những vùng “bị dỡ tải” ở ven bờ và quá trình sạt lở phát triển mạnh hơn. Như vậy, tham gia vào quá trình trượt lở bờ sông bao gồm rất nhiều yếu tố khác nhau, chúng thay đổi trong phạm vi nghiên cứu và có mối quan hệ nhân quả với nhau. Tổ hợp chung các yếu tố đó lại mỗi điểm sẽ quyết định mức độ phát triển quá trình trượt lở bờ tại điểm đó. + Hiện tượng động đất Trên địa phận khu vực Hà Nội và các vùng lân cận, phần lớn các trận động đất mạnh tập trung dọc các đứt gãy chính của trũng Hà Nội như đứt gãy Sông Lô, Sông Chảy. Qua tài liệu quan trắc của thủ đô Hà Nội trong nhiều năm (1930-1989) khu vực Hà Nội thuộc trung tâm động đất và chịu ảnh hưởng nhiều của tâm động đất lãnh thổ. Theo thống kê đo đạc được thì Hà Nội thuộc vùng động đất cấp 6-7. Đặc biệt năm 1981 đã có động đất cấp 8. Vì vậy, để đảm bảo cho các công trình hoạt động bình thường thì khi thiết kế xây dựng cần có các biện pháp kết cấu công trình thích hợp, tránh các ảnh hưởng của động đất. 2.5. Vật liệu khoáng tự nhiên: Để có cơ sở đánh giá khả năng cung cấp vật liệu xây dựng phục vụ cho việc thi công xây dựng cầu Nhật Tân, Thành phố Hà nội(giai đoạn TKKT), công tác điều tra mỏ vật liệu đã được tiến hành. Qua công tác khảo sát hiện trường và thí nghiệm trong phòng cho thấy có 2 mỏ đá, 4 mỏ cát có thể phục vụ cho công trình: 4.5.1. Mỏ cát Lĩnh Nam. Mỏ này đã và đang được khai thác, nằm gần khu vực xây dựng cầu Thanh Trì. Trữ lượng của mỏ này khả lớn đủ cung cấp cho dự án. Cát ở đây được khai thác bằng cách hút từ dưới đáy sông Hồng lên bằng máy hút cát. Cát lấy từ mỏ được vận chuyển bằng đường bộ hoặc đường thuỷ. Cự ly vận chuyển đến công trình khoảng 18km. Kết quả thí nghiệm như sau: - Tên đất: Cát cấp phối xấu, màu xám xẫm, không có tính dẻo. - Dung trọng khô lớn nhất biến đổi từ 1,58 - 1,59 T/m3. - Độ ẩm tốt nhất biến đổi từ 17,5 - 18,0% - CBR biển đổi từ 9 - 20% 4.5.2. Mỏ cát ở xí nghiệp sửa chữa đường thủy. Mỏ cát này nằm ở gần khu vực xây dựng cầu Thanh Trì, ở đây gồm có 2 loại cát: + Loại cát được khai thác từ lòng sông Hồng, loại cát này giống cát ở mỏ Lĩnh Nam. + Loại cát được khái thác từ lòng sông Lô và được vận chuyển đến đây bằng đường thuỷ. Trữ lượng của mỏ này chưa đánh giá được chính xác nhưng đủ cung cấp cho dự án, cát ở đây được vận chuyển bằng đường bộ hoặc đường thuỷ, cự ly vận chuyển đến công trình khoang 20 km Kết quả thí nghiệm của mỏ này như sau: - Tên đất: Cát cấp phối tốt, màu vàng, không có tính dẻo. - Dung trọng khô lớn nhất biển đổi từ 1,80 - 1,80 T/m3 - Độ ẩm tốt nhất biển đổi từ 12.0 - 12.2%. CBR biển đổi từ 20,5 - 31,0% 4.5.3. Mỏ cát Dương Hà. Mỏ này nằm ở xã Dương Hà, huyện Gia Lâm, Thành phố Hà Nội, cạnh sông Đuống, trữ lượng mỏ này tương đối lớn đủ cung cấp cho dự án. Cát được khai thác bằng cách hút từ dưới lòng sông Đuống. Cát từ mỏ này được vận chuyển bằng đường bộ. Cự ly vận chuyển đến công trình là 35km. Kết quả thi nghiệm như sau: - Tên đất: Cát cấp phối xấu lẫn bụi, mầu xám sẫm, không có tính dẻo. - Dung trọng khô lớn nhất biến đổi từ 1,36 đến 1,65T/m3. - Độ ẩm tốt nhất biến đổi từ 15,2 đến15,7%. - CBR biến đổi từ11 đến 21%. 4.5.4. Mỏ cát An Đinh. Mỏ cát này nằm ở gần cầu Đuống, Gia Lâm, Hà Nội và nằm gần mỏ cát Hà Dương. Ở đây gồm 2 loại cát: + Loại cát được khai thác từ lòng sông Đuống. Loại cát này cũng có đặc điểm giống cát ở mỏ Dương Hà. + Loại cát được khai thác từ lòng sông Lô và được vận chuyển đến đây bằng đường thuỷ. Kết quả thí nghiệm như sau: - Tên đất: Cát cấp phối tốt lẫn sỏi sạn , màu vàng xanh, không có tính dẻo. - Dung trọng khô lớn nhất là 1,84T/m3. - Độ ẩm tốt nhất biến đổi từ 10%. - CBR biến đổi từ 20,5 đến 32,5%. Trữ lượng của mỏ này có thể cung cầp đủ cho dự án. Điều kiện khai thác vận chuyển rất thuận tiện. Cát lấy từ đây được vận chuyển bằng đường bộ. Cự ly vận chuyển đến công trình là 30km. 4.5.5. Mỏ đá Miếu Môn. Mỏ này thuộc Tân Vinh, Lương Sơn, Hoà Bình được xí nghiệp Thái Thịnh khai thác và quản lí. Đây là mỏ đá vôi, màu xám sẫm. Xung quanh mỏ còn có nhiều mỏ đá nhỏ cũng khai các loại đá tương tự. Trữ lượng của mỏ này lớn đủ cung cấp cho dự án. Điều khiện khai thác và vận chuyển rất thuận tiện. Đá từ đây được vận chuyển bằng đường bộ. Cự ly vận chuyển đến công trình khoảng 40km. 4.5.6. Mỏ đá Kiện Khê. Mỏ đá này thuộc Châu Sơn, Kim Bảng, Phủ Ly, Hà Nam (gần nhà máy xi măng Bút Sơn) và được xí nghiệp đá Phủ Ly thuộc liên hiệp đường sắt Việt Nam khai thác và quản lí. Đây là mỏ đá vôi, màu xám sẫm, tại mỏ đá này có 4 máy nghiền đá với công suất mỗi máy 200T/ngày. Trữ lượng của mỏ đá này khá lớn, đủ cung cấp cho dự án. Điều kiện khai thác và vận chuyển rất thuận tiện. Đá từ đây được vận chuyển bằng đường bộ. Cự ly vận chuyển đến công trình khoảng 50km. 2.6. Kết luận và kiến nghị. Do mỏ đá ở xa nên giá thành vận chuyển lớn dẫn đến chi phí cho công trình cao. Trong khi đó lại có các mỏ vất liệu ở gần, giá thành chi phí vận chuyển ít mà có thể dùng để đắp nền đường được nên chúng tôi tiến hành điều tra các mỏ cát. Tất cả các mỏ vật liệu nêu trên đều có điều kiện khai thác và vận chuyển rât thận tiện. Hơn nũa trữ lượng của các mỏ này cũng lớn đủ cung cấp cho dự án. Chất lượng đã được kiểm chứng là tốt, đảm bảo chất lượng cho việc xây dựng công trình. Khi thi công nền đường đầu cầu, kiến nghị nên dùng cát ở các mỏ Lĩnh Nam, Dương Hà làm vật liệu đắp. Khi xây dựng cầu, kiến nghi nên sử dụng 2 mỏ đá Miếu Môn, Kiện Khê và cát ở mỏ cát Anh Định, cát ở xí nghiệp sửa chữa Đường Thuỷ. CHƯƠNG 3: DỰ BÁO CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH. Vấn đề ĐCCT là những vấn đề bất lợi về mặt ổn định khi xây dựng và sử dựng công trình, phát sinh do điêu kiện ĐCCT không đáp ứng được điệu kiện xây dựng (làm việc của công trình). Vấn đề ĐCCT mang tính chủ quan phát sinh liên quan đến hoạt động xây dựng công trình cụ thể. Do vậy, khi xây dựng công trình cần phải đánh giá và dự báo những bất lợi đối với công trình, từ đó tìm ra biện pháp hạn chế hoặc ngăn ngừa các bất lợi đó. Đối với công trình cầu Nhật Tân khi xây dựng và sử dụng có thể phát sinh các vấ đề ĐCCT sau: + Vấn đề xâm thực lòng sông + Vấn đề ổn định của trụ và mố cầu 3.1. Đánh giá khả năng phát sinh các vấn đề ĐCCT 3.1.1. Vấn đề xâm thực: Khi xây dựng cầu sẽ làm cho dòng sông thu hẹp lại, làm cho vận tốc của dòng chảy tăng lên, làm phát sinh xâm thực sâu ở dưới dòng sông. Nếu chiều sâu xâm thực vượt quá chiều sâu đặt móng trụ và mố cầu thì sẽ mất ổn định cho cầu. Do vậy cần xác định lượng xâm thực để thiết kế cầu cho an toàn. Thường móng trụ và mố cầu phải thiết kế sâu hơn chiều sâu xâm thực lớn nhất của dòng chảy ít nhất là 2 m. Lượng xâm thực thêm của dòng chảy do xây dựng cầu bao gồm lượng xâm thực chung và lượng xâm thực cục bộ ở tại trụ và mố cầu. Lượng xâm thực thêm chung là lượng xâm thực xảy ra trên toàn bộ dòng sông, chủ yếu phụ thuộc vào chế độ thuỷ văn của sông và sự thay đổi tiêt diện dòng sông được tính theo công thức sau: (3 - 1) Trong đó: : Lượng xâm thực thêm chung (m). H : Chiều sâu mực nước sông H = 6.3m. B1 : Chiều rộng của lòng sông trước khi xây dựng B1 = 1437.0 m. B2 : Chiều rộng của lòng sông sau khi xây dựng B2 = 1389,7 m. B2 = B1 - Chiều rộng 9 trụ (9*4.3 = 47,3m) Thay số vào (3 - 1). = 0,21m Lượng xâm thực cục bộ xảy ra khi xây dựng cầu, mực nước ở thượng lưu dâng lên làm tốc độ dòng chảy ở hạ lưu tăng, cùng với sự thay đổi hướng dòng chảy sự chênh lệch áp xâm thực cục bộ chỉ xảy ra ở các vị trí trụ cầu ở phía hạ lưu. Lượng xâm thực cục bộ được tính theo công thức sau: (3 - 2) h2 =P*Htb (3 - 2a) Trong đó: Lượng xâm thực cục bộ sau khi xây dựng (m). h2 : Lượng xâm thực cục bộ lớn nhất (m). H: Chiều sâu mực nước sông, H = 6.3m. V1 : Vận tốc dòng chảy chính trong lòng sông, V1= 3.5m/s V0 : Vận tốc dòng chảy cho phép lớn nhất không gây ra hiện tượng xâm thực trầm tích lòng sông, V0= 0.7m/s P : Hệ số kinh nghiệm, P =1.2 n : Hệ số phụ thuộc vào hình dáng trụ và hướng tác dụng của dòng chảy lên mặt trụ, n = Thay số vào (3 - 2a). h2 =1,2 . 6,3= 11,3 m Thay số vào (3 - 2). Dh2 = 11,3 - 6,3 = 5,0 m Lượng xâm thực sau khi xây dựng xong cầu: Dh = Dh1+ Dh2 = 0,21 + 5,0 = 5,21 m Khi thiết kế móng cầu nhất thiết phải bố trí móng sâu hơn so với chiều sâu xâm thực lòng sông ít nhất là 2.00m. Sông Hồng là con sông lớn nhất miền Bắc nước ta, về mùa mưa lũ ở thượng nguồn đổ về làm nước sông dâng cao chảy xiết, tại đây dòng chảy chính ở bờ phía Hữu ngạn (Thành phố Hà Nội) nên khu vực bờ sông phá này đã và đang xói lở. Để giữ sông khỏi bị xỏi lở và phá hoại, phải có các biện pháp chống xỏi lở, kể cả những biện pháp có tính chất đề phòng cần trồng cỏ hai bên bờ và xây dựng các công trình nắn dòng, làm giảm xói lở của hai bờ sông. 3.1.2. Vấn đề ổn định của trụ và mố cầu: Dưới tác dụng của tải trọng ngoài, trong nền đất sẽ xuất hiện ứng suất. Nếu tải trọng tăng dần thì đến một lúc nào đó, trong đất sẽ xuất hiện các mặt trượt do ứng suất tiếp gây ra. Vượt quá tải trọng đó thì nền đất sẽ bị phá huỷ, công trình mất ổn định. Vì vậy vấn đề đặt ra là phải xác định tải trọng giới hạn của công trình với tải trọng đó nền đất còn làm việc an toàn. Khi thiết kế công trình, tuỳ thuộc quy mô tải trọng, tầm quan trọng của công trình, người thiết kế có thể xác định hai trị số tải trọng giới hạn. Nếu tải trọng thiết kế của công trình P PIIgh nền đất bị phá hoại và hoàn toàn mất khả năng chịu tải. PIIgh gọi là tải trọng giới hạn ổn định 3.2. Đánh giá các vấn đề ĐCCT. Căn cứ vào cấu trúc địa chất khu vực nghiên cứu, qui mô tải trọng, đặc điểm công trình ta chọn lớp 23 làm lớp tựa cọc. Lớp 23 là lớp cuội, trạng thái rất chặt gặp trong tất cả các lỗ khoan. Chiều dày lớp chưa xác định, chiều dày khoan được thay đổi từ 6,19m(LC2) đến 10,0m(LC4), 12,0m(LC5), 15,35m(LC1) và 20,75m(LC3). Giá trị N30 >50, R0 = 8,0 kG/cm2, E0 = 650 kG/cm2. Dựa vào mặt cắt ĐCCT và sơ đồ bố trí công trình thăm dò ta chọn địa tầng hố khoan LC1 làm cơ sở tính toán cho trụ cầu chính (nhịp hộp 130m), LC5 làm cơ sở tính toán cho trụ cầu dẫn (nhịp dầm 50m). 3.2.1 - Tính toán cho trụ cầu chính Trụ cầu chính cầu Nhật Tân được thiết kế với tải trọng thẳng đứng tại trụ Ntd = 3800(T), tải trọng ngang Pn = 120(T), mô men uốn M = 1200 (Tm) Địa tầng hố khoan LC1 theo thứ tự từ trên xuống: Lớp số 2: Cát vừa màu xám tro trạng thái xốp, bảo hoà nước, dày 8,0m, N30 = 3, gs = 2,66 g/cm3 , j = 29012', E0 = 200 kG/cm2, R0 = 1,50 kG/cm2. Lớp số 14: Cát Sạn màu xám tro, trạng thái chặt, dày 4,0m, N30 = 38, gs = 2,67 g/cm3, j = 30010', E0 = 400 kG/cm2, R0 = 4,0 kG/cm2. Lớp số 15: Cát sỏi đôi chỗ lẫn cuội, màu xám, trạng thái rất chặt, bảo hoà nước, dày 7,0m N30 >50, gs = 2,66 kG/cm2, j = 30012', E0 = 420 kG/cm2, R0 = 4,50 kG/cm. Lớp số 16: Sỏi màu xám tro, trạng thái chặt, bảo hoà nước, dày = 7,0m, N30 = 36, gs = 2,66, j = 30010', E0 = 350 kG/cm2, R0 = 4,0 kG/cm2 Lớp số 19: cát vừa màu xám xanh, trạng thái chặt, bảo hoà nước. Dày 4,00m, N30 = 40; j = 30019', E0 = 420 kG/cm2; R0 = 3,50kG/cm2. Lớp số 23: Cuội màu xám vàng, xám xanh, trạng thái rất chặt, bảo hoà nước. Dày 15,35m; N30 = 100; gw = 2,1 g/cm3; E0 = 650 kG/cm2; R0 =8,0kG/cm2; j = 370 3.2.1.1. Chọn loại cọc, chiều sâu đặt cọc và đài cọc. Căn cứ và cấu trúc địa chất nền khu vực nghiên cứu, để đảm bảo các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật ta chọn phương án cọc khoan nhồi có đường kính d = 1.2m, bê tông mác 300#, thép dọc chịu lực 10 thanh f 20 A - IICT5 cọc được chống vào lớp cuội, kết cấu rất chặt (lớp 23). Cao độ đáy dài - 3,46m, cao độ mũ cọc - 37,46m, cọc cắm vào lớp 23 là 5,0m, Cọc cắm vào đài là 1,0m, chiều dài cọc là 34,0m. Độ sâu chôn đài là 6,0m 3.2.1.2. Xác định sức chịu tải tính toán của cọc. + Xác định sức chiụ tải của cọc theo vật liệu làm cọc (PVL ): Sức chịu tải của cọc nhồi được xác định theo công thức (3-3) PVL= j (m1. m2. RbFb + RaFa) (3-3) Trong đó: j - Hệ số uốn dọc của cọc, j lấy = 1. m1- Hệ số điều kiện làm việc, m1 = 0,85. m2- Hệ số làm việc kể đến ảnh hưởng của biện pháp thi công, m2= 0,7 Ra- Cường độ tính toán của cốt thép, với loạ thép A-II lấy Ra= 28000T/m2 Fa - Diện tích tiết diện cốt thép (m2), tính theo công thức (3-3a) Rb - Cường độ tính toán của bê tông, Rb = 1300T/m2 Fa - Diện tích tiết diệncủa bê tông (m2), tính theo công thức (3-3b) Diện tích tiết diện cốt thép: Fa = P R2 (3-3a) Fa = 3,14 . (0,001)2 = 0,0031( m2) Diện tích tiết diện bê tông: Fb = P R2 (3-3b) Fb = 3,14 . (0,6)2 = 1,13 (m2) Sức chịu tải của cọc: Thay số vào công thức (3-3): PVL = 1 . (0,85 . 0,7 . 1300 . 0,003 + 28000 . 1,13) = 954,8 (T) + Xác định sức chịu tải của cọc theo cường độ chịu tải của đất nền Pđn: Sức chịu tải của cọc theo công thức (3-3): Pđn = m (mRRF + U fi li) (3-3) Trong đó: m - Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, m = 1,0 mR- Hệ số điều kiện làm việc của đất, mR = 1 R - Sức chịu tải tính toán của đất dưới mũi cọc, R được xác định theo công thức(3-3a) R= 0,65b(g,I dA0K + aghB0K) (3-3a) Trong đó: a,b, A0K, B0K - Xác định theo bảng (5-7) nền và móng, 0.74;0.18;108;185 F - Diện tích tiết diện ngang của mũi cọc, F = 1,13 (m2) U - Chu vi tiết diện ngang cọc, U = 3,14 . 1,2 = 3,77 (m) li - Chiều dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc fi - Cường độ tính toán của ma sát thành lớp đất thứ i với bề mặt xung quanh cọc (Bảng 2 - 20TCN 21 - 86) bảng 5 - 3 Nền và móng. g,I - Khối lượng thể tích tự nhiên của đất ở chân cọc. g,I = 2,1 kG/cm3 gI - Khối lượng thể tích trung bình của đất tính từ mũi cọc lên, gI = 1,95 kG/cm3 d - Đường kính của cọc. 1,2 m h - độ sâu tính toán từ mặt đất thiên nhiên đến cao trình đáy cọc 40,0 m Thay số vào công thức (3-3a): R =0,65 . 0,18 (2,1 . 1,2 . 108 + 0,74 . 1,95 . 40 .185) = 1281,2 (kG/cm2) Để tính Sfili theo qui phạm ta phải chia đất nền trong phạm vi chiều dài cọc thành các lớp phân tố đồng nhất có bề dày không quá 2,0 m. kết quá tính toán được trình bày ở bảng 3.1 Bảng 3.1 Thứ tự lớp Độ sâu TB lớp chia (m) Li (m) fi(T/m2) fili 2,00 2,00 0,48 0,96 4,00 2,00 0,48 0,96 Lớp số 2 6,00 2,00 0,48 0,96 8,00 2,00 0,48 0,96 10,00 2,00 0,48 0,96 12,00 2,00 0,48 0,96 Lớp số 14 14,00 2,00 0,52 1,04 16,00 2,00 0,52 1,04 17,75 1,75 0,75 1,31 Lớp số 15 19,5 0 1,75 0,75 1,31 21,25 1,75 0,75 1,31 23,00 1,75 0,75 1,31 Lớp số 16 25,00 2,00 0,86 1,72 27,00 2,00 0,86 1,72 39,00 2,00 0,86 1,72 31,00 2,00 0,86 1,72 lớp số 19 33,00 2,00 0,94 1,88 35,00 2,00 0,94 1,88 Lớp số 23 36,70 1,70 1,10 1,87 38,40 1,70 1,10 1,87 40,00 1,6 1,10 1,76 S 25,48 Thay số vào công thức (3-3): Pđn= 1(1 . 1281,2 . 1,13 + 3,77 . 25,48) = 1543,8 (T) + Xác định sức chịu tải cảu cọc theo giá trị SPT. áp dụng công thức cọc khoan nhồi của Nhật Bản (TCXD -205.19980): PSPT = Trong đó: a -Hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công, với cọc khoan nhồi a = 15 Na- Giá trị SPT của đất dưới mũi cọc, Na = 100 F - Diện tích tiết diện cọc Ns - Giá trị SPT của đất cát xung quanh cọc, Ns = 36 Ls -Chiều dài đoạn cọc trong đất cát, Ls = 34m C - Lực dính Lc - Chiều dài đoạn cọc trong đất sét d - Dường kính cọc Thay số vào công thức trên ta có: PSPT = = 1026,5 (T) So sánh ba giá trị ta thấy Pđn > PSPT > PVL, Chọn sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc để tính toán, PVL = 954.8 (T) 3.2.1.3. Xác định kích thước đài cọc, số lượng cọc bố trí trong đài. + xác định kích thước đài cọc Móng cọc ở đây là móng cọc đài thấp, tải trọng thẳng đứng tại trụ Ntd = 3800(T), tải trọng ngang Pn = 120(T), mô men uốn M = 1200 (Tm). Theo quy phạm khoảng cách giữa các cọc > 3d, d là đường kính cọc. Với công trình này chọn khoảng cách giữa các trục của cọc = 3d, khi đó ứng suất trung bình dưới đáy đài được tính theo công thức (3- 4) Ptb = (3- 4) Ptb = = 73,67 (T/m2) Xác định diện tích đài cọc, tính theo công thức (3-5) Fđ = (3-5) Trong đó: Ptc - Tải trong tiêu chuẩn truyền xuống mỗi đài, Ptc =3800 (T) n - Hệ số vượt tải, n =1.1 - Trọng lượng thể tích trung bình của đầi và đát trên đài, = 2,2 (T/m3) h - Chiều sâu chôn đế đài, h = 6,0m Thay số vào công thức (3-5): Fđ = = 64,2 (m2) Lấy Fđ = 66,25m2. + Xác định số lượng cọc (nc). Số lượng cọc được xác định theo công thức (3- 6) nc = (3- 6) Trong đó: m - Hệ số kể đến sự lệch tâm tải trọng công trình, m =1,5 Pđ - Trọng lượng của đài và đất phủ trên đài, Pđ = gtb Fđ h Pđ = 2,2 . 66,25 . 6 = 874,5 (T) Thay số vào công thức (3-6): nc = = 7,3 (cọc) Số lượng cọc trong đài lấy tròn 8 cọc. + Bố trí cọc trong đài: Theo qui phạm khoảng cách giữa các cọc đứng phải ≥3d, đối với móng trụ cầu khoảng cách từ mép đài đến mép ngoài dãy cọc biên phải > 0.25m. Đối với công trình này ta chọn cách bố trí cọc trong đài như hình 3.1 5.3m 0.85 0.85 10.8m 0.85 12.5m Hình 3.1 + Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc Khi móng chịu lực lệch tâm thì xảy ra hiện tượng một số cọc trong móng chịu tải trọng lớn và một số khác chịu tải trọng bé. Vì vậy phải tiến hành kiểm tra tải trọng tác dụng đối với cọc chịu nén theo công thức (3-8) P0max ≤ PVL (3-8) P0max - Tải trọng tác dụng lên đỉnh cọc chịu nén lớn nhất, được xác định theo công thức (3 - 9) P0max = (3-9) Trong đó: PH - Tổng tải trọng thẳng đứng tại đáy đài PH = Ptc + Pđ = 3800 + 954,8 = 4754,8 (T) n - Số lượng cọc trong đài, n = 8 cọc. M - Tổng mô men của tải trọng ngoài so với trụ đi qua trọng tâm của các tiết diện tại đáy đài, M = 1200 + (120 . 2) = 1440 Tm. x - Khoảng cách từ tâm cọc đến tâm đài theo chiều có lực lệch tâm, x =1.8m xi - Khoảng cách từ tâm cọc thứ i đến tâm đài. Thay số vào công thức (3 - 9) ta có: P0max = = 727,68 (T) So sánh điều kiện ở công thức (3 - 8) ta thấy: P0max = 7