Móng cọc ép 2D

Chương 8: Móng Cọc Ép 2D Dựa vào kết quả nội lực giải khung ta chọn ra tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất để tính móng 2D Tải trọng truyền xuống móng: Ntt = -537.589 (T) Mtt = -150.985 (Tm) Qtt = -35.076 (T) Lấy hệ số an toàn n =1.15 Ntc = -467.468 (T) Mtc = -131.291 (Tm) Qtc = -30.5 ( T) 8.1.Chọn chiều sâu đặt đài cọc: Chiều sâu đài cọc được chọn theo điều kiện cân bằng lực ngang với áp lực bị động phía sau đài cọc: EP ³ gh2tg2(450 - )b ³ Þ hmin ³ tg(450 - ) Với j : góc ma sát của đất j==15.85(độ) g : dung trọng của đất 0.857(T/) : lực ngang b : bề rộng đài cọc Tuy nhiên trong quá trình làm việc thành phần ma sát dưới đáy móng tiếp thu một phần lực ngang (khoảng 30%) nên chiều sâu đặt móng cần thiết là: h ³ 0.7hmin Sơ bộchọn b = 3m Þ hmin ³ tg(45 - ) = 3.9m h ³ 0.7hmin = 0.7x3.9 = 2.73m Chọn h = 3m Chọn chiều cao đài hđ = 2m. 8.2.Chọn kích thước cọc,vật liệu làm cọc: Chọn cọc vuông kích thước 300x300 mm. Cọc được chế ngay tại công trường nên để cho việc sử dụng thép một cách kinh tế ta chọn chiều dài mỗi đoạn cọc là 8m. Dự định thiết kế cọc gồm 3 đoạn Þ L = 3x8 = 24 m Chọn đoạn neo vào đài 0.2m. Đoạn thép đầu cọc neo vào đài 30F = 30x0.02 = 0.6m (dự định dùng thép F20). Vậy chiều dài thực của cọc LP = 24 – 0.2 – 0.6 = 23.2m Diện tích cọc : AP = d2 = (0.30)2 = 0.09 m2 Bê tông dùng trong cọc Mác 300 Rn = 130 Kg/cm2 Rk = 10 Kg/cm2 8.3.Chọn cốt thép cọc: Tính tóan bố tr1i cốt thép cho cọc trong các trường hợp (vận chuyển, cẩu lắp) tương tự như trường hợp móng 1D. 8.4.Tính sức chịu tải của cọc: 8.4.1.Theo vật liệu làm cọc: Qu = j(RnAP + R’nAat) j : hệ số uốn dọc phụ thuộc vào chiều dài cọc và điều kiện liên kết ở 2 đầu cọc. Đầu cọc ngàm trong đài và mũi cọc nằm trong lớp cát mịn (đất mềm). Theo giáo trình Nền-Móng của thầy Châu Ngọc Ẩn ta có v = 2. Chiều dài tính toán của cọc: l0 = vLP = 2x8 = 16 m ld = = = 53.33 Hệ số uốn dọc theo công thức thực nghiệm: j = 1.028 – 0.0000288l – 0.0016ld = 1.028 – 0.0000288(53.33)2 – 0.0016x53.33 = 0.86 Þ Qu = 0.86(1300x0.09 + 28000x8.04x10-4) = 120(T) 8.4.2.Theo đất nền: 8.4.2.1.Theo chỉ tiêu cơ lý: Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc đơn: Qtc = m(mRqPAP + uSmffsili) m: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất lấy bằng 1 mR , mf : hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi và mặt bên cọc có kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức chống tính toán của đất, xác định theo bảng trang 20 (giáo trình NỀN MÓNG của Ts.Châu Ngọc Ẩn) qP : sức chống của đất ở mũi cọc (T/m2) tra theo bảng trang 21 (giáo trình NỀN MÓNG của Ts.Châu Ngọc Ẩn)với độ sâu mũi cọc –28.25m so với đáy tầng hầm qP = 369.5 () fsi:ma sát bên (T/m2) tại độ sâu trung bình của lớp thứ i mà cọc đi qua, tra theo bảng trang 21 (giáo trình NỀN MÓNG của Ts.Châu Ngọc Ẩn) Cọc đi qua 2 lớp đất khác nhau,trong mỗi lớp ta chia ra thành các lớp nhỏ như sau: Lớp 2 (dày 4.95m) : 2x2m + 0.95m Lớp 3 (18.25m) : 9x2m + 0.25m li:chiều dày của lớp thứ i (m) SƠ ĐỒ XÁC ĐỊNH SỨ CHỊU TẢI CỌC CHIỀU DÀY (m) ĐSTB (m) fsi (T/) (T/) 2 4 2.5 4.4 2 6 2.57 5 0.95 7.475 4.49 2.442 2 8.95 4.69 8.98 2 10.95 4.89 9.38 2 12.95 5.09 9.78 2 14.95 5.29 10.18 2 16.95 5.49 10.58 2 18.95 5.69 10.98 2 20.95 5.89 11.38 2 22.95 6.09 11.78 2 24.95 6.207 12.18 0.25 26.075 2.5 1.552 108.613 u:chu vi cọc (m) u = 0.3*4 = 1.2 (m) Sức chịu tải cho phép : Qa = Ktc :hệ số an toàn được lấy như sau: Móng có trên 21 cọc Ktc = 1.4 Móng có từ 11¸ 20 cọc Ktc = 1.55 Móng có từ 6 ¸ 10 cọc Ktc = 1.65 Móng có từ 1 ¸ 5 cọc Ktc = 1.75 Þ Qtc = 1(1.1x369.5x0.09 + 1.2x1x108.613) = 166.92 (T) Dự định móng có từ 11¸ 20 cọc Þ Ktc = 1.55 Qa = = = 107.7 (T) 8.4.2.2.Theo chỉ tiêu cường độ: Theo chỉ tiêu cường độ ta có: Lớp đất 1: = 1.577 (T/) = 0.057 = 4.91 (Độ) Lớp đất 2: = 1.835 (T/) = 0.17 = 13.8 (Độ) Lớp đất 3: = 1.84 (T/) = 0.024 = 26.53 (Độ) Sức chịu tải cực hạn của cọc: Qu = Qs + QP = Asfs + APqP Với fs = ca + stgja ca:lực dính giữa thân cọc và đất (T/m2),với cọc BTCT ca = c (lực dính của đất ) ja :góc ma sát giữa cọc và đất,cọc BTCT lấy ja = j (góc ma sát trong của đất nền) s:ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc với mặt bên cọc (T/m2). Theo giáo trình Nền-Móng của thầy Châu Ngọc Ẩn trang 62, với cọc ép ta có s = 1.4(1 - sinj)s s:ứng suất hữu hiệu theo phương đứng tại giữa lớp đất thứ i mà cọc đi qua. qP:cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc qP = c’Nc + sNq + gdPNg Nc, Nq, Ng :hệ số sức chịu tải phụ thuộc vào ma sát trong của đất ,hình dạng mũi cọc, phương pháp thi công cọc tra bảng các hệ số sức chịu tải của Terzaghi. (công thức bán thực nghiệm được phát triển trên cơ sở các công thức sức chiụ tải của móng nông với sơ đồ trượt của đất dưới mũi cọc tương tự như sơ đồ trượt của đất dưới móng nông, các hệ số được thiết lập cho móng nông tiết diện tròn hoặc vuông). s:ứng suất hữu hiệu theo phương đứng tại mũi cọc. g : dung trọng của đất ở độ sâu mũi cọc. Tính Qs: Lớp 2: fs2 = 1.7 + 1.4tg13.80(1 – sin13.80)[0.835x(2*4.95/2)] = 2.79 T/m2 Lớp 3: fs3 = 0.24+1.4tg26.530(1–sin26.530)(17.35/2x0.84 + 7.95x0.835 ) = 5.61 T/m2 Þ Qs = Asfs = uSfsili = 1.2(2.79x4.95 + 5.61x18.25) = 139.431 (T) Tính QP : s= SgIhi = (7.95x0.835 + 0.84x18.25 ) = 21.96 T/m2 Với j = 26.530 ta có : Nc = 28 Nq = 15.1 Ng = 9.7 qP = 0.24*28 + 21.96x15.1 + 0.84x0.3x9.7 = 340.76 T/m2 Þ QP = APqP = 0.09x340.76 = 30.67 (T) Sức chịu tải cho phép của cọc: Qa = FSs :hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên lấy bằng 2 FSP :hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc lấy bằng 3 Þ Qa = = 79.93 (T) 8.5.Xác định số lượng cọc: Từ kết quả tính sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu ở mục trên ta chọn ra giá trị nhỏ nhất để thiết kế. Qa = 79.93 (T) Số lượng cọc: n= b b = 1.2 ¸ 1.4 là hệ số xét đến ảnh hưởng của momen. Chọn b = 1.4 SN : tổng lực dọc truyền đến đáy đài SN = 537.59 (T) Þ n = 1.4 = 9.41 Chọn n = 12 cọc. 8.6.Bố trí cọc trong đài: Khoảng cách giữa mép cọc hàng biên đến mép đài là ¸ Chọn 0.2 m. Khoảng cách giữa các cọc từ 3d ¸ 6d. Chọn 1m. Lớp bê tông lót phủ ra khỏi mép đài một đoạn là 100mm. Bố trí cọc trên mặt bằng như hình trên. 8.7.Kiểm tra móng cọc: 8.7.1.Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc: Khi giải bài toán khung ta đã giả định mặt ngàm móng nằm sát đáy tầng hầm ( nhưng trên bảng vẽ cho ta thiết kế cho mặt ngám cách đáy là 0.3m < 0.7m (mặt ngàm móng tính toán). Điều kiện kiểm tra: Qmax £ Qn Qmin £ Qk Qmax = Qmin = Qmax, Qmin :tải trọng lớn nhất và nhỏ nhất tác dụng lên cọc (T). Qn, Qk : sức chịu tải của cọc chịu nén và chịu kéo.(T) SNd = SN + Wđài + Wđất +Wcọc :tổng tải trọng tác dụng lên cọc (T). n:số lượng cọc trong đài. SMy: tổng momen quay quanh trục y, tại đáy đài. (Tm). x, x: khoảng cách từ tâm móng đến cọc chịu nén, kéo max (m). xi: khoảng cách từ tâm móng đến cọc thứ i (m). Trọng lượng của đài và đất trên đài: W = Wđài + Wđất = 3.7x2.7x2x2.5 + 3.7x2.7x3.05x0.835 =75.39 (T) SNđ = 537.588 + 75.39 = 612.978 (T) SMy = My + Qxhđ = 150.985 + 35.076x2 = 221.137 Tm. Qmax = = 75.96 (T) Qmin = = 50.23 (T) Qmax = 75.39 (T) < Qa = 77.86 (T) Þ Cọc thỏa khả năng chịu lực. Qmin = 50.23(T) > 0 Þ cọc chịu nén. 8.7.2.Kiểm tra ổn định nền dưới đáy móng khối qui ước: Điều kiện kiểm tra: P P P P, P, P:ứng suất trung bình,cực đại,cực tiểu tiêu chuẩn tại đáy móng khối qui ước. RII:sức chịu tải ở trạng thái giới hạn II của đất nền tại đáy móng khối qui ước. Góc = = nội ma sát trung bình của các lớp đất theo chiều dài cọc: Góc truyền lực : a = Diện tích móng khối qui ước: Amp = A + 2Ltga = 3.7 + 2x23.2tg5.990 = 8.5 Bmq = B + 2Ltga = 2.7 + 2x23.2tg5.990 = 7.5 Diện tích móng khối qui ước: Fmq = AmqBmq = 8.5*7.5 = 63.75 m2 Trọng lượng móng khối qui ước: Wqu = Wcọc+Wđất Dung trọng đẩy nổi trung bình của các lớp đất: gtb= = 0.922 T/m3 Wqu = 0.84*63.75*25.2+(1.5-0.84)*(3.7*2.7*2)+12*0.3*0.3*23.2*1.5 = 1400 (T). Tổng lực đứng tiêu chuẩn tại đáy móng khối qui ước: SN= Wqu + SNtc = 1400 + =1867 (T) Ứùng suất trung bình tiêu chuẩn tại đáy móng khối qui ước: P = T/m2 Ứng suất cực đại,cực tiểu tại đáy móng khối qui ước: P P Trong đó: W,:momen chống uốn theo trục x tại đáy móng khối qui ước = m3 =131.29+30.5*(23.2+2)= 899.89 Tm Suy ra: T/m2 T/m2 Sức chịu tải TTGH II của đất nền: Theo Tài liệu NỀN MÓNG của thầy Châu Ngọc Ẩn ta có: RII = (Abg + Bhg* + Dc) Trong đó: =1.2; =1.3:hệ số điều kiện làm việc =1.1 HS độ tin cậy A, B, D :hệ số tra bảng phụ thuộc vào jII=26.53(độ) A = 0.87; B = 4.51; D = 7.02 b: bề rộng của móng khối qui ước =0.842 :dung trọng lớp đất dưới đáy móng ở TTGH II h, g* :chiều dày và dung trọng lớp đất từ đáy móng khối qui ước trở lên. C ==0.032 lực dính đất nền lớp 3 ở TTGH II ÞRII = (1.2*1.3/1.1)(0.87x7.5x0.842+4.51*(1400/90.31) + 7.02x0.032 ) = 107.26 T/m2 Vậy: P T/m2 P P Các điều kiện trên thoả Þ Có thể xem nền còn hoạt động như vật thể “đàn hồi”. 8.8.Kiểm tra lún: Phần lún của móng cọc là độ lún của đất nằm dưới móng khối qui ước hay độ lún của nền dưới mũi cọc. Ứng suất gây lún: P = P = 29.28 – (0.8x1.591 +1.2*0.591+ 4.95x0.844 + 18.25x0.842) = 7.75 T/m 2 Từ số liệu thống kê ta có Biểu Đồ Cố Kết (trong phần thống kê số liệu địa chất) của lớp đất thứ 3. Dùng phương pháp tổng phân tố (phân tầng cộng lún)để tính lún với bề dày mỗi lớp là 1m. Bảng kết quả tính lún trình bày ở trang sau. Phan To H(m) Z(m) Ko s(T/m) s(T/m) P1(T/m) P2(T/m) SI 1 1 0 1 21.52 7.75 21.9425 29.6011 0.6702 0.6671 0.001856 1 0.9764 22.365 7.5671 2 1 1 0.9764 22.365 7.5671 22.7875 30.1020 0.6702 0.667 0.001916 2 0.9112 23.21 7.0618 3 1 2 0.9112 23.21 7.0618 23.6325 30.3173 0.6695 0.6669 0.001557 3 0.8139 24.055 6.3077 4 1 3 0.8139 24.055 6.3074 24.4775 30.3195 0.6692 0.6669 0.001378 4 0.6938 24.9 5.3766 5 1 4 0.6938 24.9 5.3766 25.3225 30.2387 0.6688 0.6669 0.001139 5 0.5749 25.745 4.4558 6 1 5 0.5749 25.745 4.4555 26.1675 29.8852 0.6685 0.667 0.000899 6 0.3845 26.59 2.9799 0.007846 Như vậy tại độ sâu z = 6 m ta thỏa được điều kiện phạm vi chịu nén s< 0.2s Vậy vùng nền sâu 6 + 28.25 = 34.25m kể từ mặt đất tự nhiên. Tổng độ lún là S = 0.7cm< [S] = 8cm. 8.9.Kiểm tra đài cọc: 8.9.1.Kiểm tra xuyên thủng giữa cột và đài: Từ cổ móng kẻ đường 450 xuống thì hình tháp xuyên thủng bao trùm lên các cọc nên không cần kiểm tra xuyên thủng giữa cột với đài. 8.9.2.Kiểm tra xuyên thủng giữa cọc và đài: Ta chọn trường hợp nguy hiểm nhất là cọc nằm ngay tại góc đài để tính xuyên thủng. Kẻ đường 450 từ mép cọc xuống đài. Ta có diện tích của hình tháp xuyên thủng là: Stb = 1.26/cos45 = 1.78 . Lực chống xuyên: Pcx = Rk *Stb = 1.78**10 = 178 T Pcx > Qmax = 79.93 T Điều kiện chống xuyên giữa cọc và đài thoả. 8.10.Tính toán, bố trí cốt thép trong đài: Sơ đồ tính của đài là một console ngàm vào cột theo chu vi cột. Ngoại lực làm đài bị uốn là những phản lực đầu cọc. M = SPili Trong đó: Pi :phản lực tại đầu cọc thứ i li : khoảng cách từ cọc i đến vị trí ngàm. 8.10.1.Phương x: P = 3*79.93 =239.79( T) M = Pl = 239.79*1.025=245.78 (Tm) Momen cho 1m bề rộng : M = = 91.03 Tm. Fa = . Chọn F22a100. 8.10.2.Phương y: Bố trí cốt thép cho đài cọc tương tự như cốt thép theo phương X (do tính đối xứng) P = 4*79.93 =319.72 ( T) M = Pl = 319.72*0.675=215.811 (Tm) Momen cho 1m bề rộng : M = = 58.32 Tm. Fa = . Chọn F18a100. 8.11.Kiểm tra cọc chịu tải trọng ngang: Hệ số nền trung bình theo phương ngang: K = T/m4 Momen quán tính tiết diện ngang cọc: I = Độ cứng ngang của cọc: EbI = 2.9x106x0.00068 = 1957.5 Tm2 Chiều rộng qui ước của cọc bc = b+2*b*tg = 0.3+2*0.3tg23.98= 0.566 m Hệ số biến dạng: abd = Chiều dài tính đổi phần cọc trong đất: le = abdLP = 0.15x23.2 = 16.47 m > 4 Þ A0 = 2.441 B0 = 1.621 C0 = 1.751 Các chuyển vị dHH, dHM, dMM của cọc ở cao trình mặt đất do các ứng lực đơn vị đặt tại cao trình này gây ra: dHH = m/T dHM = dMH = T-1 dMM = T-1m-1 Momen uốn và lực cắt tại cao trình đáy tầng hầm: H0 = H = 35.076 T M0 = M +Hl0 = Tm Chuyển vị ngang và góc xoay tại cao trình đáy tầng hầm: y0 = H0dHH + M0dHM = 35.076x0.0035 + 231.25x0.0016= 0.092 m y0 = H0dMH + M0dMM = 35.076x0.0016 + 231.25x0.0013 = 0.09(rad) = 0.80 Momen uốn trong cọc: Mz = a = 0.712x1957.5x0.0132A3– 0.71x1957.5x0.008B3+231.25C3 + D3 = 13.025A3 –11.1B3 + 231.25C3 + 233.84D3 Z Ze A3 B3 C3 D3 Mz 0 0 0 0 1 0 4.88 0.67 0.1 0 0 1 0.1 5.1 1.33 0.2 -0.001 0 1 0.2 5.31 2.00 0.3 -0.005 -0.001 1 0.3 5.49 2.67 0.4 -0.011 -0.002 1 0.4 5.64 3.33 0.5 -0.021 -0.005 0.999 0.5 5.76 4.00 0.6 -0.036 -0.011 0.998 0.6 5.84 4.67 0.7 -0.057 -0.02 0.996 0.699 5.88 5.33 0.8 -0.085 -0.034 0.992 0.799 5.87 6.00 0.9 -0.121 -0.055 0.985 0.897 5.81 6.67 1 -0.167 -0.083 0.975 0.994 5.69 7.33 1.1 -0.222 -0.122 0.96 1.09 5.55 8.00 1.2 -0.287 -0.173 0.938 1.183 5.36 8.67 1.3 -0.365 -0.238 0.907 1.273 5.11 9.33 1.4 -0.455 -0.319 0.866 1.358 4.83 10.00 1.5 -0.559 -0.42 0.881 1.437 4.84 10.67 1.6 -0.676 -0.543 0.739 1.507 4.14 11.33 1.7 -0.808 -0.691 0.646 1.566 3.74 12.00 1.8 -0.956 -0.867 0.53 1.612 3.3 12.67 1.9 -1.118 -1.074 0.385 1.64 2.85 13.33 2 -1.295 -1.314 0.207 1.646 2.35 14.67 2.2 -1.693 -1.906 -0.271 1.575 1.25 16.00 2.4 -2.141 -2.663 -0.941 1.352 0.06 17.33 2.6 -2.621 -3.6 -1.877 0.917 -1.32 18.67 2.8 -3.103 -4.718 -3.408 0.197 -4.24 20.00 3 -3.541 -6 -4.688 -0.891 -4.36 21.21 3.5 -3.919 -9.544 -10.84 -5.894 -2.13 *Momen max = 5.88 Tm, chọn a = 4 cm Þ h0 = 26cm Fa = cm2 Fa > Att = 3.078 cm. Nên ta chọn lại thép cọc. Chọn lại : 2f20 cho mỗi cạnh. *Tính cốt đai: H = 35.076 T = 35076Kg utt = Chọn đai F8, n = 2, fd = 0.503 cm2 utt = umax = uct = 20cm Chọn u = 200 mm.