Móng cọc khoan dẫn đóng bêtông cốt thép

CHƯƠNG 4 PHƯƠNG ÁN II MÓNG CỌC KHOAN DẪN ĐÓNG BÊTÔNG CỐT THÉP I. XÁC ĐỊNH CHIỀU SÂU CHÔN ĐÀI Chọn chiều sâu đặt đáy đài là h = 3,5 m so với đất nền tự nhiên Chọn cọc có tiết diện b ´ h = 30 ´ 30 ( cm ) Bêtông cọc M250 Rn = 110 kG/cm2 Rk = 8,8 kG/cm2 Bêtông đài cọc M300 Rn = 130 kG/cm2 Rk = 10 kG/cm2 Cốt thép cọc và đài cọc AII Ra = 2800 kG/cm2, Rađ = 2200 kG/cm2 Căn cứ vào mặt cắt địa chất tại địa điểm xây dựng công trình nhận thấy lớp đất 5a là lớp đất tốt, có độ dày tương đối lớn đủ khả năng chịu tải trọng công trình. Vậy chọn lớp đất thứ 5a để cắm mũi cọc Chọn chiều dài cọc là 20 m, chia làm 2 đoạn, mỗi đoạn 10 m Phần đầu cọc chôn vào đài 0,15 m, đập bỏ đầu cọc 0,35 m. Mũi cọc đặt ở độ sâu 23,5 m so với mặt đất tự nhiên Trọng lượng cọc Pc = 2,25 T Cốt thép bố trí trong cọc 4f18, Fa = 10,18 cm2 II. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CHỊU TẢI TRỌNG THẲNG ĐỨNG 1. Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền Sức chịu tải cực hạn của cọc Qtc = m( mRApqp + umfifsili ) Sức chịu tải cho phép của cọc Trong đó m – hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy m = 1 mR, mf – các hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất lần lượt ở mũi cọc và ở mặt bên cọc có kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức chống tính toán của đất, xác định theo bảng A.3( TCXD 205 – 1998 ) Hạ cọc vào đất bằng cách đóng vào lỗ khoan mồi với độ sâu mũi cọc không nhỏ hơn 1m dưới đáy hố khoan, khi đường kính lỗ khoan mồi nhỏ hơn cạnh cọc vuông 5 cm Dưới mũi cọc mR = 1 Xung quanh cọc mf = 0,6 u – chu vi tiết diện ngang thân cọc qp, fs – cường độ chịu tải ở mũi và mặt bên cọc, lấy theo bảng A.1 và A.2 Diện tích tiết diện ngang cọc Ap = 0,3 ´ 0,3 = 0,09 m2 Chiều sâu hạ mũi cọc ZR = 23,5 m, lớp cát vừa đến mịn Tra bảng A.1 ( tài liệu [ 8 ] trang 68 ) được qp = 341 T/m2 Chu vi tiết diện ngang cọc u = 0,3 ´ 4 = 1,2 m Chia đất nền dưới đáy đài thành các lớp phân tố, chiều dày mỗi lớp li £ 2m Cường độ tính toán của ma sát giữa mặt xung quanh cọc đất bao quanh fsi được tra bảng A.2( tài liệu [ 8 ] trang 68 ) Lớp phân tố Tên lớp đất li (m) Z (m) mfi fi T/m2 fili T/m mfifili T/m 1 Sét pha IL = 0,4 2 4,5 0,6 2,8 5,6 3,36 2 2 6,5 0,6 3,15 6,3 3,78 3 2 8,5 0,6 3,325 6,65 4 4 2 10,5 0,6 3,44 6,88 4,128 5 2 12,5 0,6 3,6 7,2 4,32 1 Cát vừa đến mịn 2 14,5 1 5,05 10,1 10,1 2 2 16,5 1 5,25 10,5 10,5 3 2 18,5 1 5,45 10,9 10,9 4 2 20,5 1 5,65 11,3 11,3 5 2 22,5 1 5,85 11,7 11,7 Sức kháng dưới mũi cọc mRApqp = 1 ´ 0,09 ´ 341 = 30,69 T Cường độ ma sát xung quanh thân cọc umfifsili = 1,2 ´ 74,078 = 88,9 T Sức chịu tải cực hạn của cọc Qtc = 1( 30,69 + 88,9 ) = 119,6 T Sức chịu tải cho phép của cọc T 2. Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền Sức chịu tải cực hạn của cọc Qu = Qp + Qs = Apqp + Asfs Sức chịu tải cho phép của cọc Trong đó Qp – sức chịu tải của cọc đơn do lực chống dưới mũi cọc Qs – sức chịu tải của cọc đơn do ma sát bên Ap – diện tích tiết diện ngang thân cọc As – tổng diện tích xung quanh cọc tiếp xúc với đất, AS = uL fsi – ma sát bên tại lớp đất thứ i li – chiều dày lớp đất thứ i u – chu vi tiết diện ngang cọc qp – cường độ chịu tải cực hạn của đất ở mũi cọc FSp – hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc, lấy FSp = 2 ¸ 3 FSs – hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, lấy FSs = 1,5 ¸ 2 2.1 Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc qp = gdpNg + s’vpNq + cNc Trong đó g – trọng lượng thể tích của đất ở độ sâu mũi cọc, T/m3 dp – đường kính cọc, dp = d s’vp – ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất, T/m2 c – lực dính của đất, T/m2 Ng, Nq, Nc – hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất, hình dạng mũi cọc và phương pháp thi công cọc Mũi cọc đặt vào lớp đất 5a( cát vừa đến mịn ) gtc = 1,857 T/m3 gđn = 0,917 T/m3 c = 0,246 T/m2 jI = 26,570 tra bảng 4.5 Sách HDNM ( TS.Châu Ngọc Ẩn ) Ng = 12,834 Nq = 15,166 Nc = 28,305 s’vp = Sgili = 2 ´ 1,5 + 0,968 ´ 1 + 0,967 ´ 11 + 0,917 ´ 10 = 23,775 T/m2 Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc qp = 0,917 ´ 0,3 ´ 12,834 + 23,775 ´ 15,166 + 0,246 ´ 28,305 = 371,07 T/m2 Sức chống dưới mũi cọc Qp = Apqp = 0,3 ´ 0,3 ´ 371,07 = 33,4 T 2.2 Cường độ của lực ma sát bên tác dụng lên cọc fs = ca + s’htgja = ca + kss’vtgja Trong đó ca – lực dính giữa thân cọc và đất, T/m2; với cọc đóng bêtông cốt thép ca = c, c là lực dính của đất nền s’h – ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc với mặt bên cọc, T/m2 s’v – ứng suất hữu hiệu trong đất tại độ sâu tính toán ma sát bên tác dụng lên cọc s’v = ( + hm )gđn ks – hệ số áp lực ngang trong đất ở trạng thái nghỉ Đối với cọc đóng bêtông cốt thép : ks = k0 = 1 - sinj ja – góc ma sát trong giữa cọc và đất nền, với cọc bêtông cốt thép hạ bằng phương pháp đóng lấy ja = j, j là góc ma sát trong của đất nền j – góc ma sát trong của đất nền - Lớp đất 4( sét pha ) gtc = 1,907 T/m3 gđn = 0,967 T/m3 jtc = 13,3830 ctc = 1,42 T/m2 1 – sinj = 1 – sin13,3830 = 0,761 s’v = S gizi = 2 ´ 0,75 + 0,968 ´ 2 + 0,967 ´ 0,5 + 0,967 ´ 8,5 = 12,139 T/m2 s’h = kss’v = 0,761 ´ 12,139 = 9,24 T/m2 Cường độ của lực ma sát bên tác dụng lên cọc fs1 = 1,42 + 9,24 ´ tg13,3830 = 3,7 T/m2 - Lớp đất 5a( cát vừa đến mịn ) gtc = 1,857 T/m3 gđn = 0,917 T/m3 jtc = 270 ctc = 0,246 T/m2 1 – sinj = 1 – sin270 = 0,546 s’v = S gizi = 2 ´ 0,75 + 0,968 ´ 2 + 0,967 ´ 9 + 0,917 ´ 28,5 = 38,274 T/m2 s’h = kss’v = 0,547 ´ 38,274 = 20,9 T/m2 Cường độ của lực ma sát bên tác dụng lên cọc fs2 = 0,246 + 20,9 ´ tg270 = 10,9 T/m2 QS1 = ASfS1 = 0,3 ´ 4 ´ 10 ´ 3,7 = 44,4 T QS2 = ASfS2 = 0,3 ´ 4 ´ 10 ´ 10,9 = 130,8 T Sức chịu tải cho phép của cọc T Sức chịu tải tính toán của cọc được chọn trong 2 giá trị Qa = min( Qcla, Qđna ) = min( 85,4 T; 98,7 T ) Chọn Qa = 85,4 T để tính toán móng III. TÍNH TOÁN MÓNG KHUNG TRỤC 2 A. MÓNG A2( M1 ) 1. Tải trọng tác dụng xuống móng Từ bảng tổ hợp tải trọng khung ngang chọn giá trị tải trọng tác dụng truyền xuống móng Tải trọng Mtư ( Tm ) Nmin ( T ) Q ( T ) Tính toán 28,44 471,8 11,013 Tiêu chuẩn 24,73 410,26 9,58 Lấy hệ số vượt tải trung bình n = 1,15 2. Xác định sơ bộ diện tích đáy đài và số lượng cọc Chọn khoảng cách giữa các cọc là 3d = 3 ´ 0,3 = 0,9 m Áp lực tính toán do phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài T/m2 Dung trọng trung bình của đài và đất trên đài gtb = 2 T/m2 Diện tích sơ bộ đáy đài m2 Trọng lượng đài và đất phủ trên đài Nđ = 1,1Fđgtbh = 1,1 ´ 4,827 ´ 2 ´ 3,5 = 37,168 T Số lượng cọc cọc Chọn số lượng cọc nc = 8 cọc Kích thước đài cọc b ´ l = 2,2 ´ 2,4 ( m ) Không xét đến hệ số nhóm do khoảng cách giữa các cọc là 3d £ a £ 6d nên có thể bỏ qua ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cọc 3. Kiểm tra tải tác dụng trên đầu cọc Tổng tải trọng tác dụng trên đầu cọc được xác định theo công thức Trọng lượng tính toán của đài và đất trên đài Nttđ = 1,1Fđgtbh = 1,1 ´ 2,2 ´ 2,4 ´ 2 ´ 3,5 = 40,656 T Lực dọc tính toán xác định tại đáy đài Ntt0 = Ntt + Nttđ = 471,8 + 40,656 = 512,456 T T < Qa = 85,4 T Trọng lượng cọc tính toán Pc = 1,1 ´ 0,3 ´ 0,3 ´ 20 ´ 2,5 = 4,95 T Momen tính toán xác định tương ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đáy đài Mtt0 = Mtt + Qtt ´ h = 28,44 + 11,013 ´ 1 = 39,453 Tm = 64,057 ± 9,741 Pttmax = 73,8 T Pttmin = 54,316 T Pttmax + Pc = 73,8 + 4,95 = 78,75 T < Qa = 85,4 T Nhận xét Pttmax = 73,8 T < Qa = 85,4 T Pttmin = 54,316 T > 0 Như vậy thỏa mãn điều kiện lực ma sát truyền xuống cọc dãy biên nên không phải kiểm tra theo điều kiện chống nhổ 4. Kiểm tra ổn định của móng khối quy ước dưới mũi cọc Mực nước ngầm cách mặt đất tự nhiên 1,5m nên phải tính đến đẩy nổi Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của khối móng quy ước Cọc được đóng qua hai lớp đất Lớp 4 ( sét pha )jII = 13,3830; h = 10 m Lớp 5a ( cát vừa, mịn ) jII = 26,70; h = 10 m Góc ma sát trung bình theo chiều dài cọc Góc truyền lực ð tga = tg50 = 0,0875 Chiều dài của đáy khối móng quy ước LM = a1 + 2Ltga = 2,1 + 2 ´ 20 ´ 0,0875 = 5,6 m Chiều rộng của đáy khối móng quy ước BM = b1 + 2Ltga = 1,9 + 2 ´ 20 ´ 0,0875 = 5,4 m Diện tích của đáy khối móng quy ước Fqu = LMBM = 5,6 ´ 5,4 = 30,24 m2 Trong đó a1, b1 – khoảng cách giữa các mép ngoài của cọc biên theo chiều dài và chiều rộng của đài cọc - Xác định trọng lượng móng khối quy ước Tổng lực dọc xác định tại đáy khối móng quy ước Ntcqu = Nđất + Nđài + Ncọc + Ntc Trọng lượng đất và đài tính từ mũi cọc đến mặt đất tính toán Nđất + Nđài = 30,24( 2 ´ 1,5 + 0,968 ´ 1,0 + 0,967 ´ 11 + 0,917 ´ 10 ) = 719 T Ncọc = 1,1 ´ 0,3 ´ 0,3 ´ 8 ´ 20 ´ 2,5 = 39,6 T Tổng lực dọc xác định tại đáy móng khối quy ước Ntcqu = Nđất + Nđài + Ncọc + Ntc = 719 + 39,6 + 410,26 = 1168,86 T Momen tiêu chuẩn tại trọng tâm đáy móng khối quy ước Mtcqu = Mtc + QtcH = 24,73 + 9,58 ´ 23,5 = 249,86 Tm Cường độ tính toán của đất nền ở đáy móng khối quy ước Rm = ( ABMgII + BHmgII’ + DCII ) ktc = 1 – hệ số độ tin cậy, do tiến hành khoan khảo sát tại hiện trường m1, m2 – hệ số điều kiện làm việc của đất nền và dạng kết cấu công trình tác động qua lại với nền đất m1 = 1,2 cát vừa đến mịn m2 = 1,3 = = 0,766 < 1,5 gII – dung trọng của đất dưới mũi cọc, lấy gđn = 0,913 T/m3 g’II – dung trọng trung bình của đất từ đáy móng khối quy ước trở lên T/m3 Lớp cát vừa đến mịn có jII = 26,70 Tra bảng 3.2 ( tài liệu [ 3 ] trang 27 ) được A = 0,889; B = 4,566; D = 7,075 CII = 0,12 T/m2 HM = 23,5 m Rz = ( 0,889 ´ 5,4 ´ 0,917 + 4,566 ´ 23,5 ´ 1,0 + 7,075 ´ 0,12 ) Rz = 175,58 T/m2 - Áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng khối quy ước = 38,653 ± 8,853 stcmax = 47,506 T/m2 stcmin = 29,8 T/m2 - Kiểm tra điều kiện đất nền dưới đáy khối móng quy ước stcmax = 47,506 T/m2 < 1,2Rm = 210,7 T/m2 stcmin = 29,8 T/m2 < Rm = 175,58 T/m2 Vậy đất nền dưới đáy móng khối quy ước ổn định 5. Kiểm tra độ lún của cọc Tính lún theo phương pháp phân tầng cộng lún Theo quy phạm Việt Nam, độ lún của móng cọc được tính cho lớp đất dưới mũi cọc Theo TCXD 45 – 78 giới hạn chịu lún ở độ sâu tại đó có sglz < 0,2sbtz Ứng suất do trọng lượng bản thân tại đáy móng khối quy ước sbtz = Ssbtzi = 2 ´ 1,5 + 0,968 ´ 1 + 0,967 ´ 11 + 0,917 ´ 10 = 23,775 T/m2 Ứng suất gây lún tại trọng tâm đáy móng khối quy ước sglz=0 = stctb – sgz = 38,653 – 23,775 = 14,878 T/m2 Chia đất nền dưới đáy khối quy ước thành các lớp bằng nhau, có chiều dày hi £ m. Chọn hi = 1 m Lập bảng tính lún : Điểm Độ sâu z ( m ) k0 sglz T/m2 sbtz T/m2 0,2sbtz T/m2 0 0 0 1 14.878 23.775 4.755 1 1 0,37 0,964 14.34953 24.692 4.9384 2 2 0,74 = 1,04 0,83 12.34874 25.609 5.1218 3 3 1,11 0,658 9.789724 26.526 5.3052 4 4 1,48 0,505 7.51339 27.443 5.4886 5 5 1,85 0,387 5.757786 28.36 5.672 6 6 2,22 0,3 4.4634 29.277 5.8554 Giới hạn nền lấy đến điểm 6 ứng với sglz = 4,74 T/m2 < 0,2sbtz = 5,85 T/m2 ở độ sâu 6m tính từ đáy móng khối quy ước, cách đáy đài 26 m Độ lún cuối cùng của nền được tính theo công thức Trong đó ð e1i ð e2i hi – chiều dày lớp phân tố thứ i [ m ] Lớp đất Lớp p.tố hi m sbtz T/m2 p1i kG/cm2 sglz T/m2 sgltb T/m2 p2i kG/cm2 e1i e2i Si m Cát vừa mịn 0 1 23.775 2.423 14.878 14.6137 3.885 0.6937 0.672 0.012812 1 1 24.692 2.515 14.3495 13.3491 3.850 0.6923 0.6723 0.011818 2 1 25.609 2.607 12.3487 11.0692 3.714 0.691 0.6743 0.009876 3 1 26.526 2.698 9.7897 8.652 3.564 0.6895 0.6765 0.007695 4 1 27.443 2.790 7.5134 6.6356 3.454 0.6882 0.6782 0.005923 5 1 28.36 2.882 5.75778 5.1106 3.393 0.6868 0.6791 0.004565 6 1 29.277 4.4634 0.005268 Độ lún cuối cùng của nền SS = 5,27 cm < [ Sgh ] = 8 cm Vậy đất nền dưới đáy móng khối quy ước thỏa điều kiện về biến dạng 6. Tính toán và bố trí cốt thép cho đài cọc 6.1 Kiểm tra điều kiện chọc thủng của đài Xem đài cọc như dầm công – xôn được ngàm tại các tiết diện đi qua chân cột và bị uốn do các phản lực đầu cột gây ra Chọn chiều cao làm việc của đài h0 = 0,85 m Lớp bêtông bảo vệ a = 0,15 m Chiều cao đài thực tế hđ = 0,85 + 0,15 = 1 m Do các dãy cọc nằm trong lăng thể chọc thủng của đài cọc nên không phải kiểm tra điều kiện chọc thủng đài 6.2 Tính cốt thép cho đài cọc Bêtông đài cọc M300 Rn = 130 kG/cm2 Rk = 10 kG/cm2 Cốt thép dọc AII Ra = 2800 kG/cm2 Momen quay quanh mặt ngàm I – I MI = = r1 ( P3 + P8 ) + r2P5 Trong đó n – số lượng cọc trong phạm vi công – xôn ri – khoảng cách từ mặt ngàm đến tim cọc thứ i P – phản lực đầu cọc thứ i tác dụng lên đáy đài P3 = P8 = Pmax = 73,8 T/m2 P5 = Ptb = 64,057 T/m2 MI = 0,675( 2 ´ 73,8 ) + 0,125 ´ 64,057 = 107,64 Tm cm2 Chọn 17f20( Fa = 53,4 cm2 ) Bề rộng bố trí thép b = 2,4 – 0,05 – 0,03 = 2,32 m Chiều dài mỗi thanh L = 2,12 m Bố trí f20a140( Fa = 53,86 cm2 ) Momen tại mặt ngàm II – II MII = = r3 ( P1 + P2 + P3 ) P1 = P2 = P3 = Ptb = 64,057 T/m2 MII = 0,575( 3 ´ 64,057 ) = 110,5 Tm cm2 Chọn 17f20( Fa = 53,4 cm2 ) Bề rộng bố trí thép b = 2,2 – 0,05 – 0,03 = 2,12 m Chiều dài mỗi thanh L = 2,32 m Bố trí f20a130( Fa = 53,17 cm2 ) 7. Tính toán cọc chịu tác dụng của tải trọng ngang Momen quán tính tiết diện ngang của cọc m-1 Độ cứng tiết diện ngang cọc EbI = 265 ´ 104 ´ 67,5 ´ 10 -5 = 1788,75 Tm2 Theo TCXD 1998, chiều rộng quy ước d ³ 0,8 m ð bc = d + 1 d £ 0,8 m ð bc = 1,5d + 0,5 = 1,5 ´ 0,3 + 0,5 = 0,95 m Chiều dài ảnh hưởng lah = 2( d + 1 ) = 2( 0,3 + 1 ) = 2,6 m Chiều dài ảnh hưởng nằm trong lớp đất 4 là lớp sét pha, độ dẻo trung bình, trạng thái dẻo cứng có độ sệt IL = 0,4 Khi tính toán cọc chịu tải trọng ngang, đất quanh cọc được xem như môi trường đàn hồi biến dạng tuyến tính, đặc trưng bằng hệ số nền Cz Giá trị tính toán của hệ số nền Cz của đất quanh cọc Cz = kz Trong đó k – hệ số tỷ lệ của hệ số nền lấy theo bảng G.1( TCXD 205 – 1998 ), T/m4 z– độ sâu của vị trí tiết diện cọc kể từ đáy đài Chiều dài ảnh hưởng nằm trong lớp đất 4 là lớp sét pha, độ dẻo trung bình, trạng thái dẻo cứng có độ sệt IL = 0,4 : k = 560 T/m4 Hệ số biến dạng m-1 Chiều dài tính đổi của phần cọc trong đất Le = abdL = 0,785 ´ 20 = 15,7 m Các chuyển vị dHH, dMH, dHM, dMM của cọc ở cao trình đáy đài do các ứng lực đơn vị đặt tại cao trình đáy đài dHH – chuyển vị ngang của tiết diện, bởi lực H0 = 1, m/T dHM – chuyển vị ngang của tiết diện, bởi momen M0 = 1, 1/T dMH – góc xoay của tiết diện, bởi lực H0 = 1, 1/T dMM – góc xoay của tiết diện, bởi momen M0 = 1, m/Tm Với Le = 15,7 m > 4 m, cọc tựa lên đất ð A0 = 2,441; B0 = 1,621; C0 = 1,751 m/T 1/T m/Tm Lực cắt của cọc tại cao trình đáy đài Qtt = 11,013 T T Vì đầu cọc ngàm cứng vào đài, dưới tác dụng của tải trọng ngang trên đầu cọc xuất hiện momen gọi là momen ngàm Mf Tm Chuyển vị ngang tại cao trình đáy đài y0 = HfdHH + MfdHM = 1,377 ´ 28,21 ´ 10-4 – 1,623 ´ 14,7 ´ 10-4 = 0,0014987 m Chuyển vị ngang của cọc ở cao trình đặt lực ngang Hf Dn = y0 + Y0L0 + + = 0,0015 m ( Vì Y0 = 0; L0 = 0 ) Dn = 0,15 cm < [ Sgh ] = 1 cm Momen uốn Mz( Tm ) trong các tiết diện cọc Mz = a2bdEbIy0A3 - abdEbIY0B3 + MfC3 + D3 ( Tm ) Trong đó abd = 0,785 m-1 EbI = 1788,75 Tm2 y0 = 0,0014987 m Mf = - 1,623 Tm Hf = 1,377 T Vậy Mz = 0,7852 ´ 1788,75 ´ 0,0014987A3 – 1,623C3 + D3 Mz = 1,652A3 – 1,623C3 + 1,754D3 BẢNG MOMEN TÁC DỤNG NGANG THÂN CỌC Z ( m ) Ze ( m ) A3 C3 D3 Mz ( Tm ) 1 0 0 1 0 - 1,623 2 0,2 - 0,001 1 0,2 -1,274 3 0,4 - 0,011 1 0,4 - 0,94 4 0,6 - 0,036 0,998 0,6 - 0,627 5 1,0 - 0,167 0,975 0,994 - 0,115 6 1,4 - 0,455 0,866 1,358 0,224 7 1,8 - 0, 956 0,53 1,612 0,387 8 2,0 - 1,295 0,207 1,646 0,41 9 2,4 - 2,141 - 0,941 1,352 0,359 10 2,8 - 3,103 - 3,408 0,197 0,746 11 3,5 - 3,919 - 10,34 - 5,854 0,0342 12 4 - 1,614 - 17,919 - 15,076 - 0,0294 Mmax = 1,623 Tm Diện tích cốt thép trong cọc cm2 Chọn 4f18( Fac = 10,18 cm2 ) > Fayc = 2,4 cm2 8. Kiểm tra độ ổn định của đất nền quanh cọc khi chịu áp lực ngang Điều kiện cọc không bị phá hoại khi chịu áp lực ngang sz £ sgh sz – áp lực tính toán lên đất ở mặt bên cọc tại độ sâu z, kể từ đáy đài, T/m2 sgh – áp lực giới hạn tại độ sâu z, T/m2 Áp lực tính toán tại độ sâu z Do Le = 15,7 m > 2,5 kiểm tra tại độ sâu z = = = 1,083 m ze = abdz = 0,785 ´ 1,083 = 0,85 m Với ze = 0,85 tra bảng G.3( tài liệu [ 8 ] trang 89 ) ta được A1 = 0,996 B1 = 0,849 C1 = 0,363 D1 = 0,103 sz = 0,952 T/m2 sgh = h1 ´ h2 ( g1 ´ Z ´ tgj1 + V ´ c1 ) Trong đó h1 = 1 h2 – hệ số kể đến phần tải trọng thường xuyên trong tổng tải trọng, được tính theo công thức Mdh – momen do tải trọng ngoài thường xuyên, tính toán ở tiết diện móng tại mức mũi cọc, Mdh = 17,05 Tm M – momen do tải trọng tạm thời, M = 28,44 Tm Cọc bêtông cốt thép V = 0,3 Do đầu cọc nằm trong lớp đất 4 ( sét pha ) có các chỉ tiêu cơ lý sau gI = 1,897 T/m3 cI = 1,16 T/m2 jI = 13,170 sgh = 1 ´ 0,64( 1,897 ´ 1,083 ´ tg13,170 + 0,3 ´ 1,16 ) sgh = 2,18 T/m2 Nhận xét : sz = 0,952 T/m2 < sgh = 2,18 T/m2 Vậy đất nền xung quanh cọc không bị phá hoại khi chịu áp lực ngang B. MÓNG C2( M2 ) 1. Tải trọng tác dụng Tải trọng tác dụng truyền xuống móng Tải trọng Mtư ( Tm ) Nmin ( T ) Q ( T ) Tính toán - 31,181 457,88 14,316 Tiêu chuẩn - 27,113 398,16 12,45 Lấy hệ số vượt tải n = 1,15 2. Xác định sơ bộ diện tích đáy đài và số lượng cọc Chọn khoảng cách giữa các cọc là 3d = 3 ´ 0,3 = 0,9 m Áp lực tính toán do phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài T/m2 Dung trọng trung bình của đài và đất trên đài gtb = 2 T/m2 Diện tích sơ bộ đáy đài m2 Trọng lượng đài và đất phủ trên đài Nđ = 1,1Fđgtbh = 1,1 ´ 4,685 ´ 2 ´ 3,5 = 36,075 T Số lượng cọc cọc Chọn số lượng cọc nc = 8 cọc Kích thước đài cọc b ´ l = 2,2 ´ 2,4 ( m ) Không xét đến hệ số nhóm do khoảng cách giữa các cọc là 3d £ a £ 6d nên có thể bỏ qua ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cọc 3. Kiểm tra tải tác dụng trên đầu cọc Trọng lượng tính toán của đài và đất trên đài Nttđ = 1,1Fđgtbh = 1,1 ´ 2,2 ´ 2,4 ´ 2 ´ 3,5 = 40,656 T Lực dọc tính toán xác định tại đáy đài Ntt0 = Ntt + Nttđ = 457,88 + 40,656 = 498,536 T T < Qa = 85,4 T Trọng lượng cọc tính toán Pc = 1,1 ´ 0,3 ´ 0,3 ´ 20 ´ 2,5 = 4,95 T Momen tính toán xác định tương ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đáy đài Mtt0 = Mtt + Qtt ´ h = 31,181 – 14,316 ´ 1 = 16,865 Tm = 62,32 ± 4,164 Pttmax = 66,484 T Pttmin = 58,156 T Pttmax + Pc = 66,484 + 4,95 = 71,434 T < Qa = 85,4 T Nhận xét : Pttmax = 66,484 T < Qa = 85,4 T Pttmin = 58,156 T > 0 Như vậy thỏa mãn điều kiện lực ma sát truyền xuống cọc dãy biên nên không phải kiểm tra theo điều kiện chống nhổ 4. Kiểm tra ổn định của móng khối quy ước dưới mũi cọc Mực nước ngầm cách mặt đất tự nhiên 1,5m nên phải tính đến đẩy nổi Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của khối móng quy ước Cọc được đóng qua hai lớp đất Lớp 4 ( sét pha ) jII = 13,3830; h = 10 m Lớp 5a ( cát vừa, mịn ) jII = 26,70; h = 10 m Góc ma sát trung bình theo chiều dài cọc Góc truyền lực ð tga = tg50 = 0,0875 Chiều dài của đáy khối móng quy ước LM = a1 + 2Ltga = 2,1 + 2 ´ 20 ´ 0,0875 = 5,6 m Chiều rộng của đáy khối móng quy ước BM = b1 + 2Ltga = 1,9 + 2 ´ 20 ´ 0,0875 = 5,4 m Diện tích của đáy khối móng quy ước Fqu = LMBM = 5,6 ´ 5,4 = 30,24 m2 Trong đó a1, b1 – khoảng cách giữa các mép ngoài của cọc biên theo chiều dài và chiều rộng của đài cọc - Xác định trọng lượng móng khối quy ước Tổng lực dọc xác định tại đáy khối móng quy ước Ntcqu = Nđất + Nđài + Ncọc + Ntc Trọng lượng đất và đài tính từ mũi cọc đến mặt đất tính toán Nđất + Nđài = 30,24( 2 ´ 1,5 + 0,968 ´ 1,0 + 0,967 ´ 11 + 0,917 ´ 10 ) = 719 T Ncọc = 1,1 ´ 0,3 ´ 0,3 ´ 8 ´ 20 ´ 2,5 = 39,6 T Tổng lực dọc xác định tại đáy móng khối quy ước Ntcqu = Nđất + Nđài + Ncọc + Ntc = 719 + 39,6 + 398,16 = 1156,76 T Momen tiêu chuẩn tại trọng tâm đáy móng khối quy ước Mtcqu = Mtc + QtcH = 27,113 – 12,45 ´ 23,5 = – 265,462 Tm Cường độ tính toán của đất nền ở đáy khối móng quy ước Rm = ( ABMgII + BHmgII’ + DCII ) ktc = 1 – hệ số độ tin cậy, do tiến hành khoan khảo sát tại hiện trường m1, m2 – hệ số điều kiện làm việc của đất nền và dạng kết cấu công trình tác động qua lại với nền đất m1 = 1,2cát vừa đến mịn m2 = 1,3 = = 0,766 < 1,5 gII – dung trọng của đất dưới mũi cọc, lấy gđn = 0,913 T/m3 g’II – dung trọng trung bình của đất từ đáy móng khối quy ước trở lên T/m3 Lớp cát vừa đến mịn có jII = 26,70 Tra bảng 3.2 ( tài liệu [ 3 ] trang 27 ) được A = 0,889; B = 4,566; D = 7,075 CII = 0,12 T/m2 HM = 23,5 m Rz = ( 0,889 ´ 5,4 ´ 0,917 + 4,566 ´ 23,5 ´ 1,0 + 7,075 ´ 0,12 ) Rz = 175,58 T/m2 Áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối móng quy ước = 38,253 ± 9,406 stcmax = 47,66 T/m2 stcmin = 28,847 T/m2 - Kiểm tra điều kiện đất nền dưới đáy khối móng quy ước stcmax = 47,66 T/m2 < 1,2Rm = 210,7 T/m2 stcmin = 28,847 T/m2 < Rm = 175,58 T/m2 Vậy đất nền dưới đáy móng khối quy ước ổn định về cường độ 5. Kiểm tra độ lún của cọc Tính lún theo phương pháp phân tầng cộng lún Theo quy phạm Việt Nam, độ lún của móng cọc được tính cho lớp đất dưới mũi cọc Theo TCXD 45 – 78 giới hạn chịu lún ở độ sâu tại đó có sglz < 0,2sbtz Ứng suất do trọng lượng bản thân tại đáy móng khối quy ước sbtz = Ssbtzi = 2 ´ 1,5 + 0,968 ´ 1 + 0,967 ´ 11 + 0,917 ´ 10 = 23,775 T/m2 Ứng suất gây lún ở trọng tâm đáy khối quy ước sglz=0 = stctb – sgz = 38,253 – 23,775 = 14,478 T/m2 Chia đất nền dưới đáy khối quy ước thành các lớp bằng nhau, có chiều dày hi £ m. Chọn hi = 1 m Điểm Độ sâu z ( m ) k0 sglz T/m2 sbtz T/m2 0,2sbtz T/m2 0 0 0 1 14.478 23.775 4.755 1 1 0,37 0,964 13.96374 24.692 4.9384 2 2 0,74 = 1,04 0,83 12.01674 25.609 5.1218 3 3 1,11 0,658 9.526524 26.526 5.3052 4 4 1,48 0,505 7.31139 27.443 5.4886 5 5 1,85 0,387 5.602986 28.36 5.672 Giới hạn nền lấy đến điểm 5 ứng với sglz = 5,544 T/m2 < 0,2sbtz = 5,672 T/m2 ở độ sâu 5m tính từ đáy móng khối quy ước, cách đáy đài 25 m Độ lún cuối cùng của nền được tính theo công thức Trong đó ð e1i ð e2i hi – chiều dày lớp phân tố thứ i [ m ] Lớp đất Lớp p.tố hi (m) sbtz T/m2 p1i kG/cm2 sglz T/m2 sgltb T/m2 p2i kG/cm2 e1i e2i Si ( m ) Cát vừa mịn 0 1 23.775 2.423 14.478 14.22087 3.845 0.6937 0.6723 0.012635 1 1 24.692 2.515 13.96374 12.99024 3.814 0.6923 0.6728 0.011523 2 1 25.609 2.607 12.01674 10.77163 3.684 0.691 0.6747 0.009639 3 1 26.526 2.698 9.526524 8.418957 3.540 0.6895 0.6769 0.007458 4 1 27.443 2.790 7.31139 6.457188 3.436 0.6882 0.6785 0.005746 5 1 28.36 5.602986 14.22087 3.845 0.6937 0.6723 0.012635 0.0047 Độ lún cuối cùng S = 4,7 cm < [ Sgh ] = 8 cm Vậy đất nền dưới móng khối quy ước thỏa điều kiện về biến dạng - Xác định độ lún lệch tương đối giữa hai móng A và C DS = 0,00067 < [ DSgh ] = 0,001 Độ lún lệch tương đối giữa hai móng nhỏ hơn giới hạn cho phép, vậy đất nền thỏa điều kiện về lún lệch 6. Tính toán và bố trí cốt thép cho đài cọc 6.1 Kiểm tra điều kiện chọc thủng của đài Xem đài cọc như dầm công – xôn được ngàm tại các tiết diện đi qua chân cột và bị uốn do các phản lực đầu cột gây ra Chọn chiều cao làm việc của đài h0 = 0,85 m Lớp bêtông bảo vệ a = 0,15 m Chiều cao đài thực tế hđ = 0,85 + 0,15 = 1,0 m Do các dãy cọc nằm trong lăng thể chọc thủng của đài cọc nên không phải kiểm tra điều kiện chọc thủng đài 6.2 Tính cốt thép cho đài cọc Bêtông đài cọc M300 Rn = 130 kG/cm2 Rk = 10 kG/cm2 Cốt thép dọc AII Ra = 2800 kG/cm2 Momen quay quanh mặt ngàm I – I MI = = r1 ( P3 + P8 ) + r2P5 Trong đó n – số lượng cọc trong phạm vi công – xôn ri – khoảng cách từ mặt ngàm đến tim cọc thứ i P – phản lực đầu cọc thứ i tác dụng lên đáy đài P3 = P8 = Pmax = 66,484 T/m2 P5 = Ptb = 62,32 T/m2 MI = 0,675( 2 ´ 66,484 ) + 0,125 ´ 62,32 = 97,54 Tm cm2 Chọn 18f18( Fa = 45,81 cm2 ) Bề rộng bố trí thép b = 2,4 – 0,05 – 0,03 = 2,32 m Chiều dài mỗi thanh L = 2,12 m Bố trí f18a130( Fa = 47 cm2 ) Momen tại mặt ngàm II – II MII = = r3 ( P1 + P2 + P3 ) P1 = P2 = P3 = Ptb = 62,32 T/m2 MII = 0,55( 3 ´ 62,32 ) = 102,828 Tm cm2 Chọn 20f18( Fa = 50,9 cm2 ) Bề rộng bố trí thép b = 2,2 – 0,05 – 0,03 = 2,12 m Chiều dài mỗi thanh L = 2,32 m Bố trí f18a110( Fa = 50,9 cm2 ) 7. Tính toán cọc chịu tác dụng của tải trọng ngang Momen quán tính tiết diện ngang của cọc m-1 Độ cứng tiết diện ngang cọc EbI = 265 ´ 104 ´ 67,5 ´ 10 -5 = 1788,75 Tm2 Theo TCXD 1998, chiều rộng quy ước d ³ 0,8 m ð bc = d + 1 d £ 0,8 m ð bc = 1,5d + 0,5 = 1,5 ´ 0,3 + 0,5 = 0,95 m Chiều dài ảnh hưởng lah = 2( d + 1 ) = 2( 0,3 + 1 ) = 2,6 m Chiều dài ảnh hưởng nằm trong lớp đất 4 là lớp sét pha, độ dẻo trung bình, trạng thái dẻo cứng có độ sệt IL = 0,4 Khi tính toán cọc chịu tải trọng ngang, đất quanh cọc được xem như môi trường đàn hồi biến dạng tuyến tính, đặc trưng bằng hệ số nền Cz Giá trị tính toán của hệ số nền Cz của đất quanh cọc Cz = kz Trong đó k – hệ số tỷ lệ của hệ số nền lấy theo bảng G.1( TCXD 205 – 1998 ), T/m4 z– độ sâu của vị trí tiết diện cọc kể từ đáy đài Chiều dài ảnh hưởng nằm trong lớp đất 4 là lớp sét pha, độ dẻo trung bình, trạng thái dẻo cứng có độ sệt IL = 0,4 : k = 560 T/m4 Hệ số biến dạng m-1 Chiều dài tính đổi của phần cọc trong đất Le = abdL = 0,785 ´ 20 = 15,7 m Các chuyển vị dHH, dMH, dHM, dMM của cọc ở cao trình đáy đài do các ứng lực đơn vị đặt tại cao trình đáy đài dHH – chuyển vị ngang của tiết diện, bởi lực H0 = 1, m/T dHM – chuyển vị ngang của tiết diện, bởi momen M0 = 1, 1/T dMH – góc xoay của tiết diện, bởi lực H0 = 1, 1/T dMM – góc xoay của tiết diện, bởi momen M0 = 1, m/Tm Với Le = 15,7 m > 4 m, cọc tựa lên đất ð A0 = 2,441; B0 = 1,621; C0 = 1,751 m/T 1/T m/Tm Lực cắt của cọc tại cao trình đáy đài Qtt = 14,316 T T Vì đầu cọc ngàm cứng vào đài, dưới tác dụng của tải trọng ngang trên đầu cọc xuất hiện momen gọi là momen ngàm Mf Tm Chuyển vị ngang tại cao trình đáy đài y0 = HfdHH + MfdHM = 1,79 ´ 28,21 ´ 10-4 – 2,11 ´ 14,7 ´ 10-4 = 0,001948 m Chuyển vị ngang của cọc ở cao trình đặt lực ngang Hf Dn = y0 + Y0L0 + + = 0,0015 m ( Vì Y0 = 0; L0 = 0 ) Dn = 0,15 cm < [ Sgh ] = 1 cm Momen uốn Mz( Tm ) trong các tiết diện cọc Mz = a2bdEbIy0A3 - abdEbIY0B3 + MfC3 + D3 ( Tm ) Trong đó abd = 0,785 m-1 EbI = 1788,75 Tm2 y0 = 0,001948 m Mf = - 2,11 Tm Hf = 1,79 T Vậy Mz = 0,7852 ´ 1788,75 ´ 0,001948A3 – 2,11C3 + D3 Mz = 2,147A3 – 2,11C3 + 2,28D3 BẢNG MOMEN TÁC DỤNG NGANG THÂN CỌC Z ( m ) Ze ( m ) A3 C3 D3 Mz ( Tm ) 1 0 0 1 0 - 2,11 2 0,2 - 0,001 1 0,2 -1,656 3 0,4 - 0,011 1 0,4 - 1,222 4 0,6 - 0,036 0,998 0,6 - 0,815 5 1,0 - 0,167 0,975 0,994 - 0,15 6 1,4 - 0,455 0,866 1,358 0,292 7 1,8 - 0, 956 0,53 1,612 0,505 8 2,0 - 1,295 0,207 1,646 0,536 9 2,4 - 2,141 - 0,941 1,352 0,471 10 2,8 - 3,103 - 3,408 0,197 0,978 11 3,5 - 3,919 - 10,34 - 5,854 0,0562 12 4 - 1,614 - 17,919 - 15,076 - 0,0294 Mmax = 2,11 Tm Diện tích cốt thép trong cọc cm2 Chọn 4f18( Fac = 10,18 cm2 ) > Fayc = 3,1 cm2 8. Kiểm tra độ ổn định của đất nền quanh cọc khi chịu áp lực ngang Điều kiện cọc không bị phá hoại khi chịu áp lực ngang sz £ sgh sz – áp lực tính toán lên đất ở mặt bên cọc tại độ sâu z, kể từ đáy đài, T/m2 sgh – áp lực giới hạn tại độ sâu z, T/m2 Áp lực tính toán tại độ sâu z Do Le = 15,7 m > 2,5 kiểm tra tại độ sâu z = = = 1,083 m ze = abdz = 0,785 ´ 1,083 = 0,85 m Với ze = 0,85 tra bảng G.3( tài liệu [ 8 ] trang 89 ) ta được A1 = 0,996 B1 = 0,849 C1 = 0,363 D1 = 0,103 sz = 0,952 T/m2 sgh = h1 ´ h2 ( g1 ´ Z ´ tgj1 + V ´ c1 ) Trong đó h1 = 1 h2 – hệ số kể đến phần tải trọng thường xuyên trong tổng tải trọng, được tính theo công thức Mdh – momen do tải trọng ngoài thường xuyên, tính toán ở tiết diện móng tại mức mũi cọc, Mdh = 17,557 Tm M – momen do tải trọng tạm thời, M = 31,181 Tm Cọc bêtông cốt thép V = 0,3 Do đầu cọc nằm trong lớp đất 4 ( sét pha ) có các chỉ tiêu cơ lý sau gI = 1,897 T/m3 cI = 1,16 T/m2 jI = 13,170 sgh = 1 ´ 0,649( 1,897 ´ 1,083 ´ tg13,170 + 0,3 ´ 1,16 ) sgh = 2,2 T/m2 Nhận xét : sz = 0,952 T/m2 < sgh = 2,2 T/m2 Vậy đất nền xung quanh cọc không bị phá hoại khi chịu áp lực ngang IV. KIỂM TRA CỌC TRONG QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN VÀ CẨU LẮP 1. Vận chuyển cọc Trọng lượng cọc trên 1 m dài qc = 1,1 ´ 0,3 ´ 0,3 ´ 2,5 = 0,248 T/m Giả thiết a = 3 cm ð h0 = 30 – 3 = 27 cm Momen lớn nhất giữa nhịp Mmax = 0,043qL2 = 0,043 ´ 0,248 ´ 10,52 = 1,18 Tm g = 0,5( 1 – ) = 0,5( 1 – ) = 0,974 cm2 2. Cẩu lắp cọc Momen lớn nhất giữa nhịp Mmax = 0,086qL2 = 0,086 ´ 0,248 ´ 10,52 = 2,35 Tm g = 0,5( 1 – ) = 0,5( 1 – ) = 0,948 cm2 Vậy cốt thép trong cọc thỏa mãn điều kiện cẩu lắp và vận chuyển 3. Tính thép móc treo Lực do một thanh thép chịu khi cẩu lắp P = ´ 1,2qL = ´ 1,2 ´ 0,248 ´ 10,5 = 0,78 T cm2 Chọn thép f16( Fa = 2,011 cm2 ) - Tính đoạn thép móc treo neo vào trong cọc cm với u = pd = 3,14 ´ 1,8 = 5,652 cm Chọn Lneo = 30d = 30 ´ 1,8 = 54 cm. Chọn Lneo = 55 cm V. KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU LÀM CỌC Sức chịu tải của cọc theo vật liệu được xác định theo công thức Qvl = j( RnFb + RaFa ) Trong đó j – hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc, đối với cọc không xuyên qua bùn, than bùn thì j = 1 Rn – cường độ chịu nén tính toán của bêtông M250 Rn = 110 kG/cm2 Fb – diện tích tiết diện ngang của cọc, Fb = 30 ´ 30 = 900 cm2 Ra – cường độ chịu kéo ( nén ) của thép, AII Fa = 2800 kG/cm2 Fa – diện tích tiết diện ngang của cốt thép cọc, Fa = 10,18 cm2 Sức chịu tải của cọc theo cường độ vật liệu Qvl = 1( 110 ´ 900 + 2800 ´ 10,18 ) = 127504 kG » 127,5 T Vậy Qvl = 127,5 T > 1,4Qa = 1,4 ´ 85,4 = 119,6 T Cọc đủ khả năng chịu lực, không bị vỡ do đóng cọc