Móng cọc bê tông cốt thép

CHÖÔNG II MOÙNG COÏC BEÂTOÂNG COÁT THEÙP Öu ñieåm Hieän nay, trong xaây daân duïng vaø coâng nghieäp, moùng coïc beâtoâng coát theùp ñuùc saün ngaøy caøng ñöôïc duøng nhieàu, sôû dó nhö vaäy laø do moùng coïc coù caùc öu ñieåm nhö : - Kieåm soaùt ñöôïc chaát löôïng beâtoâng coïc - Phaùt huy ñöôïc söùc khaùng beân vaø söùc khaùng muõi - Giaûm chi phí vaät lieäu, giaûm khoái löôïng coâng taùc ñaát, coù theå giaûm hoaëc traùnh ñöôïc aûnh höôûng cuûa nöôùc ngaàm ñoái vôùi coâng taùc thi coâng, cô giôùi hoùa cao vaø thöôøng luùn ít Nhöôïc ñieåm - Gaây ra aûnh höôûng chaán ñoäng ñeán caùc coâng trình hieän höõu xung quanh. - Vaän chuyeån caùc thieát bò trong khu vöïc ñoâng daân cö thöôøng khoù khaên. Ngaøy nay, ñoái vôùi caùc coâng trình lôùn, ngöôøi ta ñuùc coïc beâtoâng coát theùp taïi hieän tröôøng - Khoâng theå xuyeân qua caùc taàng seùt cöùng, caùt chaët, ñaëc bieät khi caùc taàng naøy naèm döôùi saâu, do vaäy chieàu daøi thöôøng haïn cheá CHOÏN CAÙC CAËP NOÄI LÖÏC TÍNH TOAÙN - Töø keát quaû giaûi vaø toå hôïp noäi löïc cuûa khung, ta choïn ra caùc caëp noäi löïc taïi caùc chaân coät ñeå tính moùng. - Ta choïn caëp noäi löïc Mmax – Ntu, taïi chaân coät cuûa caùc truïc A, B, C, D, F cuûa khung truïc 2 ñeå tính moùng. - Noäi löïc taïi chaân coät khung truïc 2 Chaân coät truïc A B C D F Ntt (T) 160,27 205,1 199,9 297,03 309,72 Mtt (Tm) 13,85 14,02 12,65 26,35 17,32 Qtt (T) 4,96 4,0 3,91 8,82 7,28 ÔÛ ñaây, ta thieát keá moùng cho coät truïc B vaø boá trí chung cho coät truïc A, C vaø thieát keá moùng cho coät truïc F, D I. THIEÁT KEÁ MOÙNG M1 (truïc F-2) Taûi troïng tieâu chuaån vaø taûi troïng tính toaùn Noäi löïc M (T.m) N(T) Q(T) Taûi troïng tính toaùn 17,32 309,72 7,28 Taûi troïng tieâu chuaån 15,06 269,32 6,33 - Duøng beâ toâng maùc 250 coù: Rn = 110 (kG/cm2 ); Rk = 8.8 (kG/cm2 ) - Theùp AI coù: Ra = R’a = 2100 (kG/cm2 ); Rx = Rañ = 1700 (kG/cm2 ) - Theùp AII coù: Ra = R’a = 2700 (kG/cm2 ); Rx = Rañ = 2150 (kG/cm2 ) Choïn sô boä chieàu saâu ñaët muõi coïc, tieát dieän coïc vaø chieàu saâu ñaët ñaøi moùng - Döïa vaøo taøi lieäu baùo caùo ñòa chaát, choïn muõi coïc töïa vaøo lôùp ñaát seùt laãn boät coù ñoä seät B < 0.6 (m), chieàu daøi laøm vieäc cuûa coïc Lc = 16 m - Choïn coïc coù tieát dieän laø: 30´30 cm - Choïn chieàu saâu choân ñaøi coïc hm = 2 (m) - Coïc ngaøm vaøo trong ñaøi moät ñoaïn laø15(cm) - Choïn phöông phaùp haï coïc laø eùp coïc - Vì hm = 2 (m) < 3 (m) cho neân ta choïn maët ñaát tính toaùn truøng vôùi maët ñaát töï nhieân. Xaùc ñònh söùc chòu taûi cuûa coïc theo ñieàu kieän ñaát neàn a/ Söùc chòu taûi neùn giôùi haïn cuûa coïc Caùt ; H = 1.5 m Caùt pha seùt; c=0.7(T/m2); j=18032’23”;g=1.9(T/m3); B=0.41;H=2.6 m Seùt pha caùt;c=1.5(T/m2); j=12044’5”;g=1.914(T/m3); B=0.43;H= 3.1m Caùt; c=0.31(T/m2);j=2907’4”; g=1.92 (T/m3);H=2.3 m Seùt;H =16.5(m);c=3.71(T/m3); j=15038’25”;g=1.926(T/m3) ; B = 0.09 Söùc chòu taûi cuûa coïc ma saùt laø do ma saùt giöõa maët xung quanh coïc vaø ñaát bao quanh vaø cuûa ñaát neàn ôû chaân coïc taïo ra. fgh = km(mR.R.Fb + uSmf.fi.li) Trong ñoù: km = 0.7: heä soá ñieàu kieän laøm vieäc cuûa coïc trong ñaát mR = 1: heä soá ñieàu kieän laøm vieäc cuûa ñaát ôû döôùi muõi coïc Fb = 0.32 = 0.09(m2): dieän tích tieát dieän ngang cuûa coïc mf = 0.9: heä soá ñieàu kieän laøm vieäc cuûa ñaát beân hoâng coïc u = 4d = 4.0.3 = 1.2(m): chu vi tieát dieän ngang coïc fi ( T/m2): cöôøng ñoä tính toaùn cuûa lôùp ñaát thöù i theo maët xung quanh coïc, ñöôïc xaùc ñònh baèng caùch chia caùc lôùp ñaát maø coïc xuyeân qua thaønh nhöõng lôùp phaân toá coù chieàu daøy li £ 2m. li : chieàu daøy cuûa lôùp ñaát thöù i tieáp xuùc vôùi coïc R ( T/m2): cöôøng ñoä tính toaùn cuûa ñaát döôùi chaân coïc Fgh: Söùc chòu taûi giôùi haïn cuûa ñaát neàn Taïi muõi coïc Zm = 17.4 (m), B = 0.09, ñaát seùt R = 750 (T/m2) Xaùc ñònh cöôøng ñoä tính toaùn cuûa caùc lôùp ñaát theo maët beân cuûa coïc b/ Söùc chòu taûi cho pheùp cuûa coïc : Xaùc ñònh soá löôïng coïc vaø sô ñoà boá trí coïc trong ñaøi Xaùc ñònh soá löôïng coïc trong ñaøi Do moùng chòu taûi leäch taâm, neân soá löôïng coïc caàn thieát ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : (coïc) Vôùi: b = 1.1 ¸1.5: heä soá taêng soá löôïng coïc do phaûi chòu löïc leäch taâm. Vaäy choïn nc = 8 (coïc) Caáu taïo ñaøi coïc Khoaûng caùch giöõa caùc coïc : Kieåm tra laïi kích thöôùc ñaøi coïc - Dieän tích thöïc ñaøi coïc - Taûi troïng thöïc taùc duïng leân ñaøi coïc - Taûi troïng tính toaùn ñöôïc tính laïi - Kieåm tra laïi ñieàu kieän Vaäy kích thöôùc moùng ñaõ choïn laø hôïp lyù Kieåm tra löïc taùc duïng leân töøng coïc trong nhoùm - Taûi troïng truyeàn xuoáng ñaùy moùng - Taûi troïng taùc duïng leân ñaàu coïc bieân Trong ñoù: + xmax = 0.9(m) + Vaäy : - Troïng löôïng tính toaùn cuûa coïc Kieåm tra ñieàu kieän löïc taùc duïng lôùn nhaát truyeàn xuoáng daõy moùng bieân Vaäy coïc ñuû khaû naêng chòu taûi Kieåm tra ñieàu kieän löïc taùc duïng nhoû nhaát truyeàn xuoáng daõy moùng bieân Þ khoâng caàn kieåm tra coïc choáng nhoå Kieåm tra löïc taùc duïng leân ñaát neàn döôùi muõi coïc Xaùc ñònh kích thöôùc moùng khoái quy öôùc - Xaùc ñònh goùc ma saùt trong trung bình cuûa caùc lôùp ñaát maø coïc xuyeân qua. - Goùc truyeàn löïc: - Chieàu roäng moùng khoái quy öôùc Vôùi: Bñ = 2.2 (m): chieàu roäng ñaøi coïc D = 0.3(m): beà roäng coïc H = 15.4(m): chieàu daøi coïc tính töø ñaùy ñaøi Do ñoù : - Chieàu daøi moùng khoái qui öôùc Vôùi: Lñ =2.4(m): chieàu daøi ñaøi coïc Do ñoù : - Chieàu cao moùng khoái qui öôùc - Troïng löôïng khoái moùng qui öôùc trong phaïm vi caùc lôùp ñaát töø ñaùy ñaøi coïc ñeán ñaùy muõi coïc Trong ñoù: gtb: troïng löôïng trung bình cuûa ñaát töø ñaùy ñaøi ñeán ñaùy muõi coïc Do ñoù: - Trò tieâu chuaån löïc doïc xaùc ñònh ñeán ñaùy moùng khoái qui öôùc. - Moâmen tieâu chuaån töông öùng troïng taâm khoái moùng qui öôùc - Ñoä leäch taâm theo phöông caïnh daøi - AÙp löïc tieâu chuaån taïi ñaùy moùng khoái qui öôùc Þ Þ Þ b. Xaùc ñònh cöôøng ñoä tính toaùn cuûa ñaát ôû ñaùy moùng khoái qui öôùc Trong ñoù: ktc = 1: heä soá ñoä tin caäy (caùc chæ tieâu cô lyù ñaát neàn xaùc ñònh töø keát quaû khaûo saùt ñòa chaát coâng trình) m1 =1.3: heä soá ñieàu kieän laøm vieäc cuûa ñaát (tra baûng) m2 = 1: heä soá ñieàu kieän laøm vieäc cuûa coâng trình (vì coâng trình khoâng thuoäc loaïi tuyeät ñoái cöùng) cII = 3.71 (T/m2): löïc dính cuûa lôùp ñaát döôùi muõi coïc jII = 15038’ : goùc ma saùt trong cuûa lôùp ñaát döôùi muõi coïc, tra baûng ta ñöôïc giaù trò A = 0.35, B = 2.4, D =5 HM = 17.4 m: chieàu cao moùng khoái qui öôùc Trò soá 1.1 laø keå ñeán söï taêng troïng löôïng rieâng ñaát do eùp coïc Heä soá 3 keå ñeán söï taêng löïc dính c gII = 1.926 T/m3 : troïng löôïng rieâng cuûa ñaát töø ñaùy ñaøi trôû leân g’II = 1.055 T/m3 troïng löôïng rieâng cuûa ñaát töø ñaùy ñaøi ñeán muõi coïc Thay caùc giaù trò vaøo coâng thöùc tính cöôøng ñoä ñaát neàn ta ñöôïc Suy ra: Thoûa maõn ñieàu kieän: Keát luaän : thoûa maõn ñieàu kieän tính toaùn ñoä luùn cuûa moùng Tính toaùn ñoä luùn cho moùng coïc Tính öùng suaát do troïng löôïng baûn thaân (szbt) szbt = gZ (T/m2) Z(m) 0 4.1 7.2 9.5 17.4 23 szbt (T/m2) 0 7.79 10.62 12.74 20.1 25.3 Tính öùng suaát gaây luùn cuûa moùng khoái quy öôùc taïi ñoä saâu Zm Taïi muõi coïc : Zm = 17.4 m sgl = stb - smbt = 33.18 – 20.1 = 13.08 T/m2 ÖÙùng suaát gaây luùn cuûa moùng khoái quy öôùc taïi ñoä saâu Z > Zm szgl = k0´s gl k0 laø heä soá tra baûng phuï thuoäc vaøo Lm/Bm vaø 2Z/B Ta coù : Lm = 4.45 (m) ; Bm = 4.25 m Lm / Bm = 4.45/4.25 = 1.05 Z > Zm(m) 17.4 18 19 20 21 22 23 (Z - Zm) / B 0 0.14 0.4 0.6 0.85 1.1 1.3 k0 1 0.97 0.8 0.61 0.42 0.3 0.23 s gl (T/m2) 12.9 12.5 10.3 7.8 5.4 3.9 3 stb gl (T/m2) 12.7 11.4 9.1 6.6 4.7 3.5 hi (m) 0.6 1 1 1 1 1 Xaùc ñònh chieàu daøy chòu neùn Hcn Ta coù : szgl £ 0.2szbt Taïi ñoä saâu Z = 23 (m), ta coù Vaäy ta coù theå xem phaïm vi chòu luùn keát thuùc taïi ñoä saâu Hcn = 5.6(m) keå töø ñaùy moùng khoái qui öôùc Tính toaùn ñoä luùn cho moùng coïc Tính toaùn ñoä luùn theo phöông phaùp phaân taàng coäng luùn, töø ñoù xaùc ñònh ñoä luùn cuoái cuøng Trong ñoù : b0 = 0.8 E0 = 156.21 (KG/cm2) = 1562.1 (T/m2) = 2.5 cm Tra baûng 16 TCXD 45-78 ñoái vôùi nhaø khung beâ toâng coát theùp coù cheøn töôøng thì ñoä luùn tuyeät ñoái lôùn nhaát Sgh = 8(cm) Nhö vaäy ñieàu kieän: ñaõ thoûa ñieàu kieän Kieåm tra ñieàu kieän xuyeân thuûng Sô boä choïn chieàu cao ñaøi coïc h0 = 80 cm Ta coù : bc = 0.4 m ; hc = 0.6 m - Chu vi xuyeân thuûng uxt uxt = ( bc + hc )2 + 4ho = ( 0.4 + 0.6 )´ 2 + 4´0.8 = 5.2 m - Dieän tích xuyeân thuûng Fxt Fxt = (bc + ho)´(hc + ho) = (0.4 + 0.8 ) ´ (0.6 + 0.8) = 1.68 m2 - Dieän tích ngoaøi phaïm vi xuyeân thuûng F(npvxt) = Fbeä - Fxt = (2.4´2.2) – 1.68 = 3.6 m2 - Löïc xuyeân thuûng Pxt Pxt = F(npvxt) ´ Pctb = 41.62´3.6 = 149.83 T 0.75´Rk´uxt´ho = 0.75´88´5.2´0.8 = 274.56 T - Ñieàu kieän xuyeân thuûng caàn thoûa laø Pxt £ 0.75´ Rk´uxt´ho 149.83 (T) £ 274.56 (T) Keát luaän: ñieàu kieän xuyeân thuûng ñaõ ñöôïc thoûa. Vaäy kích thöôùc moùng ñaõ choïn ôû treân laø hôïp lyù Kieåm tra ñieàu kieän vaän chuyeån vaø caåu laép coïc a. Kieåm tra coïc khi vaän chuyeån q = n´gc´Fc = 1.1´2.5´0.3´0.3 = 0.25 (T/m) Trong ñoù : n – heä soá tin caäy gc – troïng löôïng rieâng cuûa coïc (T/m3) Fc – dieän tích cuûa coïc (m2) Momen lôùn nhaát khi caåu coïc (khi ñaõ keå ñeán heä soá ñoäng kñ = 2) M1 = 0.043´0.25´82 = 0.731 (T.m) = 731 (KG.m) b. Kieåm tra coïc khi döïng laép Momen lôùn nhaát khi döïng coïc (khi ñaõ keå ñeán heä soá ñoäng kñ = 2) M2 = 0.086´0.25´82 (T.m) = 1462 (KG.m) Choïn : M = max (M1,M2) = 1462 (KG.m) Tính coát theùp trong coïc Beâ toâng duøng ñeå ñuùc coïc laø beâ toâng Maùc 250 coù : Rn = 110 (KG/cm2) Rn = 8.8(KG/cm2) Theùp AII coù Ra = Ra’= 2700 (KG/cm2), Rañ = 2150 (KG/cm2) Trong ñoù : bc = 0.3 (m), hc = 0.3 (m), a = 3.5 cm ho = h – a = 30 – 3.5 = 26.5 cm Choïn theùp : 4F18 coù Fa = 10.17 (cm2) Tính toaùn coïc chòu taûi troïng ngang (theo Phuï Luïc G – TCXD 205 : 1998) Taûi troïng tính toaùn: Noäi löïc Tính toaùn Tieâu chuaån Qott (T) 7.28 6.33 Nott (T) 309.72 269.32 Mott (T.m) 17.32 15.06 Taûi troïng truyeàn xuoáng moãi ñaàu coïc (khoâng keå momen Mtt) Ñoái vôùi löïc doïc truïc truyeàn xuoáng cho moãi ñaàu coïc seõ laáy löïc doïc truïc cuûa coïc coù giaù trò lôùn nhaát ñeå tính toaùn, kieåm tra. Tính toaùn chuyeån vò ngang vaø goùc xoay ñaàu coïc Tính toaùn coïc chòu taûi troïng ngang (theo bieán daïng) nhaèm kieåm tra ñieàu kieän: trong ñoù: - chuyeån vò ngang (meùt) vaø goùc xoay (radian) cuûa ñaàu coïc, xaùc ñònh theo tính toaùn. - giaù trò giôùi haïn cho pheùp cuûa chuyeån vò ngang vaø goùc xoay cuûa ñaàu coïc, ñöôïc qui ñònh trong nhieäm vuï thieát keá nhaø vaø coâng trình Chuyeån vò ngang (meùt) vaø goùc xoay (radian) cuûa ñaàu coïc, ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: Caùc coâng thöùc lieân quan: trong ñoù: . Eb = 265´104 T/m2 - moâñun ñaøn hoài cuûa beâtoâng maùc 250 . bc - chieàu roäng qui öôùc cuûa coïc, d = 0.3m < 0.8m laáy bc = 1.5d + 0.5 = 0.95m . I - moâmen quaùn tính tieát dieän ngang cuûa coïc: m4 . K - heä soá tæ leä, phuï thuoäc vaøo loaïi ñaát xung quanh coïc vaø ñaëc tröng cuûa noù ñöôïc xaùc ñònh theo Baûng G.1 - TCXD 205 : 1998. Khi tính toaùn coïc chòu taûi troïng ngang, thöïc chaát coïc chæ laøm vieäc vôùi moät ñoaïn coïc coù chieàu daøi tính töø ñaùy cuûa ñaøi coïc goïi laø chieàu saâu aûnh höôûng cuûa neàn ñaát khi coïc chòu löïc ngang. Chieàu saâu aûnh höôûng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc thöïc nghieäm: m Do ñoaïn coïc coù chieàu saâu aûnh höôûng ñi qua lôùp ñaát caùt pha seùt (lôùp thöù 2) coù e0 = 0.69 => tra baûng ta coù : K = 780 (T/m4) Heä soá bieán daïng: (m-1) A0, B0, C0 - caùc heä soá khoâng thöù nguyeân laáy theo Baûng G.2 - TCXD 205 : 1998 phuï thuoäc vaøo chieàu saâu tính ñoåi cuûa phaàn coïc trong ñaát Le Tra baûng G.2: A0 = 2.441, B0 = 1.621, C0 = 1.751 Chuyeån vò ngang cuûa tieát dieän bôûi löïc H0 = QCtt = 1 m/T Chuyeån vò ngang vaø goùc xoay cuûa tieát dieän bôûi moâmen M0 = MCtt = 1 vaø löïc H0 = QCtt = 1 1/T Goùc xoay cuûa tieát dieän bôûi moâmen M0 = MCtt = 1 1/(Tm) vaø - chuyeån vò ngang vaø goùc xoay cuûa tieát dieän ngang coïc taïi cao trình ñaùy ñaøi (ñaøi thaáp) H0, H - giaù trò tính toaùn cuûa löïc caét taïi ñaàu coïc, laáy H0 = H = QCtt M0, M - giaù trò tính toaùn cuûa moâmen taïi ñaàu coïc, laáy M0 = M + QCtt´l0 - chieàu daøi ñoaïn coïc (m) töø ñaùy ñaøi ñeán maët ñaát, coïc ñaøi thaáp Vì ñaàu coïc ngaøm cöùng vaøo ñaùy ñaøi neân döôùi taùc duïng cuûa löïc ngang treân ñaàu coïc xuaát hieän moâmen ngaøm Mng taùc duïng taïi choå gaëp nhau cuûa coïc vaø ñaøi Tm Chuyeån vò ngang cuûa tieát dieän coïc m Chuyeån vò ngang cuûa ñaàu coïc mm < 1 cm Nhö vaäy coïc thoaû maõn ñieàu kieän chuyeån vò ngang Kieåm tra laïi chuyeån vò xoay cuûa ñaàu coïc Vôùi: (rad) Giaù trò chuyeån vò xoay cuûa ñaàu coïc gaàn baèng 0. Ñieàu naøy noùi leân raèng vieäc giaû thieát ban ñaàu coïc ngaøm vaøo ñaøi khoâng chòu chuyeån vò xoay laø ñuùng. Xaùc ñònh aùp löïc tính toaùn, moâmen uoán, löïc caét vaø löïc doïc trong tieát dieän coïc AÙp löïc tính toaùn sz (T/m2), moâmen uoán Mz (T.m), löïc caét Qz (T) vaø löïc doïc Nz (T) trong tieát dieän coïc ñöôïc tính toaùn theo caùc coâng thöùc sau: A1, B1, C1 vaø D1 A3, B3, C3 vaø D3 A4, B4, C4 vaø D4 Caùc heä soá laáy theo Baûng G.3 - TCXD 205 : 1998 Nz = N trong ñoù:ze – chieàu saâu tính ñoåi: (m) z – chieàu saâu thöïc teá vò trí tieát dieän coïc trong ñaát tính töø ñaùy ñaøi coïc ñoái vôùi coïc ñaøi thaáp (m). Caùc thoâng soá coøn laïi coù yù nghóa nhö ñaõ trình baøy ôû phaàn treân. Baûng giaù trò momen uoán vaø löïc caét doïc theo chieàu daøi coïc Töø baûng tính giaù trò noäi löïc Mz ta xaùc ñònh ñöôïc giaù trò noäi löïc lôùn nhaát taïi ngaøm cuûa ñaàu coïc laø M = 1 Tm < Mmax = 1.462 Tm khi coïc döïng laép, do ñoù theùp trong coïc thoûa maõn ñieàu kieän chòu löïc ngang Kieåm tra söùc chòu taûi cuûa coïc theo cöôøng ñoä cuûa vaät lieäu Söùc chòu taûi cuûa coïc theo cöôøng ñoä cuûa vaät lieäu ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc fvl = j(Rb.Fb + Ra.Fa) Trong ñoù j = 1: Heä soá uoán doïc khi moùng coïc ñaøi thaáp, coïc xuyeân qua lôùp ñaát khoâng phaûi buøn hoaëc than. Rb, Ra : Cöôøng ñoä chòu neùn tính toaùn cuûa beâtoâng, cuûa coát theùp Fb, Fa : Dieän tích tieát dieän ngang cuûa beâtoâng, cuûa coát theùp doïc Caùc giaù trò Rb, Ra, Fb, Fa nhö sau: Rb = 110 kG/cm2 = 1100 T/m2 Fb = 0.32 = 0.09 m2 Ra = 2700 kG/cm2 = 27000 T/m2 Fb = 10.17 cm2 = 10.17x10-4 m2 ( theùp 4f18) Vaäy khaû naêng chòu löïc cuûa coïc theo vaät lieäu: fvl =1(1100 x 0.09 + 27000 x 10.17x10-4) fvl = 126.45 T So saùnh 2 giaù trò: fgh = 106.8 T < fvl = 126.45 T. Tính ñoä beàn vaø caáu taïo ñaøi coïc Khi tính toaùn giaù trò noäi löïc cho moùng ta xem nhö ñaøi coïc laø moät thanh ngaøm taïi meùp coät vaø löïc taùc duïng chính laø phaûn löïc ñaàu coïc Taûi troïng lôùn nhaát taùc duïng leân caùc coïc bieân laø Pmax = 49.48 T, M = åxiPi 12.1. Tính theùp cho moùng theo phöông l = 2.4 m x = 0.575 m, Pmax = 49.48 T M1-1 = 2´0.575´49.48 = 56.902 Tm Choïn theùp : 17F16 a130 coù Fa = 34.17 cm2 12.2. Tính theùp cho moùng theo phöông b = 2.2 (m) x = 0.6 m, Pmax = 49.48 T M2-2 = 3´0.6´49.48 = 89.064 Tm Choïn theùp : 21F18 a110 coù Fa = 53.43 cm2