Nghiên cứu phương án móng cọc khoan nhồi

B - PHƯƠNG ÁN MÓNG CỌC KHOAN NHỒI. Sơ đồ địa chất và tải trọng tác dụng. Sơ đồ dịa chất: xem phần A, mục 1, chương 7. Tải trọng tác dụng: Tải trọng truyền xuống móng thông qua hệ khung tại vị trí chân cột với mặt móng. Lấy tổ hợp nội lực với những nội lực gây nguy hiểm nhất cho móng: Nmax với Mtư, Qtư Mmax với Mtư. Tải trọng tác dụng lên móng như bảng 8.9. Bảng 8.9: Tải trọng tác dụng lên móng. Móng M17 N (T) My (T.m) Mx (T.m) Qy (T) Qx (T) Tải tính toán -606.71 -42.373 -0.391 -12.67 -6.98 Tải tiêu chuần -505.6 -35.31 -0.326 -10.56 -5.82 Tải tính toán -576.15 -45.444 -0.393 -12.67 -0.11 Tải tiêu chuần Móng M26 N (T) My (T.m) Mx (T.m) Qy (T) Qx (T) Tải tính toán -605.76 4.845 -0.327 2.13 -0.13 Tải tiêu chuần -504.8 4.04 -0.27 1.78 -0.11 Tải tính toán -551.01 -36.952 -0.343 -8.63 -0.13 Tải tiêu chuần Móng M9 N (T) My (T.m) Mx (T.m) Qy (T) Qx (T) Tải tính toán -286 6.588 -0.19 1.74 -0.08 Tải tiêu chuần -238 5.49 -0.15 1.45 -0.07 Tải tính toán -240.24 -9.811 -0.318 -2.78 -0.14 Tải tiêu chuần Tính toán móng M17. Chọn sơ bộ kích thước móng và cọc. Qua đánh giá sơ bộ các đặc trưng cơ lí đất nền, nhìn chung các lớp đất đều có khả năng chịu tải khá tốt. Tuy nhiên tải trọng do công trình truyền xuống móng khá lớn nên dự kiến sẽ đặt mũi cọc vào lớp thứ 5 là lớp cát trung hạt to kết cấu chặt vừa, chiều dày là lớn hơn 35 m Cao trình đặt mũi cọc là -35.9 (m), cọc được đặt sâu trong lớp này là 8.6 (m). Cao trình mặt đất tự nhiên là cốt -0.9 (m). Chọn chiều sâu đặt đài móng dự kiến là: -3.5 m. Cao trình mặt đất tính toán -1.5 m. Chiều dài cọc xuyên qua các lớp đất là 32.3 (m). Chiều dài cọc ngàm vào lớp bê tông bảo vệ là 0.1m. Chiều dài cọc ngàm vào đài là 0.7(m), trong đó phần đập đầu cọc là 0.6(m) và phần còn lại không đập là 0.1(m). Sơ bộ chọn đường kính cọc là D = 0.8 (m). Kiểm tra sức chịu tải của cọc theo vật liệu. Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền của vật liệu làm cọc Trong đó: . - hệ số uốn dọc. Móng cọc đài thấp, cọc không xuyên qua các tầng đất yếu (than bùn, bùn, sét yếu, …) nên lấy ; . m1 - hệ số điều kiện làm việc. Cọc được đổ bêtông bằng ống dịch chuyển thẳng đứng, m1 = 0.85; . m2 - hệ số điều kiện làm việc có kể đến phương pháp thi công. Cọc được đổ bêtông trong dung dịch bùn bentonite, m2 = 0.7; . Rb - cường độ chịu nén của bêtông cọc, sử dụng bêtông B25, Rb = 145 kG/cm2. . Ac - diện tích tiết diện cọc, Ac = 0.502 m2 = 5020 cm2. . Rs - cường độ tính toán cốt thép, Rs = 2800 kG/cm2. . As : AS - diệt tích tiết diện ngang cốt thép dọc. Theo Điều 3.3.6 TCXD 205 : 1998, khi tính toán cọc chịu tải trọng ngang, hàm lượng cốt thép dọc trong cọc không nên nhỏ hơn 0.4% ¸ 0.65%. chọn μ =0.65% Vậy chọn 16Ø16 có As = 32.15 cm2. Sức chịu tải của cọc: Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lí của đất nền (theo phụ lục A – TCXD 205 : 1998) Sức chịu tải cho phép của cọc đơn theo đất nền: Trong đó: . Qtc: sức chịu tải tiêu chuẩn, tính toán theo đất nền của cọc đơn. . ktc: hệ số an toàn, lấy bằng 1.4. Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc đơn theo đất nền: Trong đó: . m – hệ số điều kiện làm việc, mũi cọc tựa trên lớp đất sét có độ bão hoà G > 0.85 lấy m = 1, G < 0.85 lấy m = 0.8. . mR – hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, mR = 1; . qP – cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, mũi cọc đặt vào trong lớp đất sét có độ sệt IL = 0.2. Với chiều sâu mũi cọc Zm = 34.6 (m) (so với mặt đất tính toán), giá trị qP được xác định theo Bảng A.7 Phụ Lục A- TCXD 205 : 1998(trang 73). Tra bảng và nội suy được: qp = 305 (T/m2) . AP – diện tích mũi cọc (m2), AP =0.502 (m2) . u – chu vi ngoài của tiết diện ngang của cọc, u = 2.51 (m). . mfi – hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc, theo Bảng A.5 Phụ Lục A - TCXD 205 : 1998(trang 69). Giá trị mfi được xác định theo bảng: mfi = 0.6. . - chiều dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt bên cọc; . - ma sát bên của lớp đất thứ i được chia (m) ở mặt bên của cọc, giá trị được tính như sau: fsi : lực ma sát đơn vị giữa đất và cọc. :khi không có mực nước ngầm. :khi có mực nước ngầm. KS hệ số áp lực ngang trong đất, với cọc khoan nhồi a . Để tính fi ta chia các lớp đất dưới đài như hình 7.14: Hình 7.14: các lớp phân tố. Bảng 7.10: Giá trị các hệ số để tính Qtc. lớp đất phân lơp Zi (m) γi (T/m3) φi (độ) Ci (T/m2) li (m) tg (φi) Ksi σ'v =Ks.γ.Z fsi (T/m2) li.fsi (T/m) 2 1 3 1.61 12.17 0.5 2 0.22 0.79 1.75 0.9 1.8 2 5 1.61 12.17 0.5 2 0.22 0.79 2.71 1.07 2.14 3 3 7 1.61 18.17 3.37 2 0.33 0.69 3.25 4.21 8.42 4 9 1.61 18.17 3.37 2 0.33 0.69 4.09 4.4 8.8 5 10.4 1.61 18.17 3.37 0.8 0.33 0.69 4.68 4.54 3.63 4 6 11.8 1.69 23.83 1.04 2 0.44 0.6 5.19 2.51 5.02 7 13.8 1.69 23.83 1.04 2 0.44 0.6 6.01 2.73 5.46 8 15.8 1.69 23.83 1.04 2 0.44 0.6 6.84 2.95 5.9 9 17.8 1.69 23.83 1.04 2 0.44 0.6 7.67 3.16 6.32 10 19.8 1.69 23.83 1.04 2 0.44 0.6 8.5 3.38 6.76 11 21.8 1.69 23.83 1.04 2 0.44 0.6 9.33 3.6 7.2 12 23.8 1.69 23.83 1.04 2 0.44 0.6 10.15 3.82 7.64 13 25.3 1.69 23.83 1.04 1 0.44 0.6 10.77 3.98 3.98 5 14 26.8 1.73 20.52 0.34 2 0.37 0.65 13.02 3.57 7.14 15 28.8 1.73 20.52 0.34 2 0.37 0.65 13.97 3.8 7.6 16 30.8 1.73 20.52 0.34 2 0.37 0.65 14.91 4.03 8.06 17 32.8 1.73 20.52 0.34 2 0.37 0.65 15.86 4.25 8.5 18 34.2 1.73 20.52 0.34 0.8 0.37 0.65 16.53 4.42 3.54 Tổng cộng 110 Như vậy: Qtc = 1*(1*305*0.502 + 2.51*0.6*110) = 319 (T) Xác định số lượng cọc và sơ đồ bố trí cọc trong đài Số lượng cọc được xác định sơ bộ Trong đó: . Ntto : tải trọng tính toán có ; . - sức chịu tải của cọc: . . . k = 1¸1.5 : hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen. Giả sử dưới tác dụng của M, N, Q mỗi cọc sẽ phát sinh một lực bằng f0=286.24(T), chọn khoảng cách giữa các cọc là a = 3d = 3´ 0.8 = 2.4 (m), thì trên mỗi một diện tích đáy đài trong phạm vi một cọc sẽ xuất hiện lực phân bố: Sơ bộ diện tích đáy đài là: Fđài = Fđàichon = 16 m2 N0tt = Ntt + 1.1 ´ 16 ´ 2´ 2.5 = 606.71 + 88 = 694.71 (T) Xác định số lượng cọc theo công thức: cọc. Chọn nc = 4 cọc, bố trí như sau: Hình 7.15: Mặt bằng bố trí cọc móng M17. Kiểm tra mặt phẳng đáy đài. Tải trọng dọc trục lớn nhất và nhỏ nhất do công trình tác dụng lên cọc trong nhóm (theo Điều 6.1.6 TCXD 205 : 1998 ) được xác định theo công thức: Trong đó: . : tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài. Kiểm tra với cặp nội lực Nmax và Mtư. . . . M0x: mômen xoay quanh trục 0x tại đáy đài của móng M17. . . M0y: mômen xoay quanh trục 0y tại đáy đài của móng M17. . xmax = 1.2m, ymax = 1.2m. m. Kiểm tra với cặp nội lực Mmax và Ntư. . . M0x: mômen xoay quanh trục 0x tại đáy đài của móng M17. . . M0y: mômen xoay quanh trục 0y tại đáy đài của móng M17. . Từ hai trường hợp tính ở 5.1 và 5.2 trên cho thấy: . (cọc đủ khả năng chịu tải). . (cọc chỉ chịu nén, tức cọc không bị nhổ). Như vậy, cọc thiết kế bảo đảm được khả năng chịu tải trọng của công trình, cọc chỉ chịu nén nên không cần kiểm tra cọc chịu lực nhổ. Tóm lại, điều kiện chịu tải của móng cọc đã được kiểm tra, thỏa mãn và móng làm việc trong điều kiện an toàn. Tính toán và kiểm tra mặt phẳng mũi cọc. Xác định φtb: trong đó: φi là góc ma sát trong của lớp đất có chiều dày hi; Lớp 2 : j = 12.170; h =4 m Lớp 3 : j = 18.170 ; h =4.8 m Lớp 4 : j =23.83 0; h =15 m Lớp 5 : j =20.52 0; h =8.6 m Xác định góc α: Kích thước đáy khối móng qui ước: (m) (m) . L’, B’: khoảng cách giữa 2 mép cọc biên theo cả 2 phương; . Lc: chiều dài đoạn cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc. Diện tích đáy khối móng qui ước: (m2) Móng L' (m) B' (m) Lc (m) α0 Lqư (m) Bqư (m) Fqư (m2) M17 3.2 3.2 32.5 5.17 9.08 9.08 82.45 Xác định khối lượng khối móng qui ước: Trọng lượng đất trong phạm vi từ đáy đài đến đáy khối móng qui ước (có trừ đi phần thể tích đất bị cọc chiếm chổ và có kể cả trọng lượng cọc): (T) Trọng lượng lớp đất thứ i (có trừ đi phần thể tích đất bị cọc chiếm chổ): (T) Trọng lượng cọc bêtông trong lớp đất thứ i: (T) Trọng lượng đài cọc: (T) Trọng lượng khối móng qui ước: (T) Bảng 8.12: Bảng tính khối lượng móng khối quy ước móng M17. φtb0 α0 L' (m) Lqư (m) B' (m) Bqư (m) Fqư (m2) Hqư (m) 20.67 5.17 3.2 9.08 3.2 9.08 82.45 34.6 Lớp đất dc (m) Fc (m2) Số lượng cọc γi (T/m3) hi (m) Piđất (T) Picọc (T) Pi (T) 2 0.8 0.502 4 1.61 4 518.05 20.08 538.13 3 0.8 0.502 4 1.61 4.8 621.66 24.096 645.76 4 0.8 0.502 4 1.69 15 2039.2 75.3 2114.5 5 0.8 0.502 4 1.73 8.6 1196.82 43.17 1240 ∑Pi 4538.38 Khối lượng móng quy ước: P 4868.18 Mômen tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: Lực dọc tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: Bảng 8.13: Bảng nội lực tại tâm đáy móng quy ước. Nội lực tiêu chuẩn tại tâm khối móng quy ước Tại đỉnh đài Tại tâm khối móng quy ước Móng Ntc (T) Mytc (T.m) Qytc (T) Nqưtc (T) Mqưtc (T.m) Qqưtc (T) M17 505.6 35.31 10.56 5373.78 400.69 10.56 Xác định áp lực tiêu chuẩn tại đáy khối móng qui ước Độ lệch tâm: (m) (ở đây chỉ kể đến độ lệch tâm theo phương y mà không kể tới phương x vì ảnh hưởng của phương x là rất bé) Áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối quy ước: Móng Nqưtc (T) Mqưtc (T.m) ey (m) Fqư (m2) Lqư (m) σtcmax(T/m2) σtcmin(T/m2) σtctb(T/m2) M17 5373.78 400.69 0.0746 82.45 9.08 68.39 61.96 65.18 Xác định cường độ tính toán của đất tại đáy khối móng qui ước Trong đó: . m1, m2 là các hệ số điều kiên làm việc của đất nền và công trình xác định theo Bảng 3-1(Sách thầy NGUYỄN VĂN QUẢNG-ĐH KIẾN TRÚC HN) m1 = 1.2, m2 = 1 . Ktc : là hệ số tin cậy lấy theo sau : Ktc=1,do các chỉ tiêu cơ lý của đất nền được xác định trực tiếp đối với đất từ thí nghiệm. . A = 0.56 . B = 3.22 . D = 5.85 Tra Bảng 14 - TCXD 45 : 78 với φII = 20.520 . A , B và D là các hệ số không thứ nguyên lấy theo Bảng 3-2(sách thầy NGUYỄN VĂN QUẢNG) phụ thuộc vào góc ma sát trong φII của lớp đất đáy khối móng qui ước. . Bqu = 9.86 m; Hqu = 32.4+2 = 34.4(m) . CII = 0.34 T/cm2 . γ’II = γIIđn =2.04 - 1 T/m3 = 1.04 T/m3. (T/m3) Móng m1 m2 Ktc Bqư (m) Hqư (m) γ'II(T/m2) CII(T/m2) g'I(T/m2) Rqư(T/m2) M17 1.2 1 1 9.08 34.6 1.04 0.34 1.73 240.02 Kiểm tra điều kiện tính lún: Vậy đất nền dưới đáy móng quy ước ổn định, do đó ta có thể tính tính toán được độ lún của nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính. Xác định độ lún của móng Chia đất nền dưới đáy khối móng qui ước thành các lớp có chiều dày bằng nhau và bằng 0.8 m . Tính áp lực do trọng lượng bản thân đất tại đáy khối móng qui ước. Công thức tính ứng suất gây lún tại lớp đất thứ i. . Áp lực gây lún tại đáy khối móng qui ước. . Hệ số K0 tra theo Bảng 3-7 sách thầy NGUYỄN VĂN QUẢNG phụ thuộc vào tỷ số và . . E – môđun biến dạng trung bình của lớp đất chịu nén dưới mũi cọc với chiều dày được lấy bằng chiều rộng B của móng. Tính toán độ lún theo công thức: Điều kiện ngừng tính lún là ở tại lớp đất có ứng suất gây lún nhỏ hơn hoặc bằng 20% ứng suất gây lún do trọng lượng bản thân. Kết quả tính toán lún cho móng M17 thể hiện trong bảng 8.14 sau: Lớp đất γi (T/m3) hi (m) γi.hi (T/m2) σ0bt (T/m2) σtctb (T/m2) σ0gl (T/m2) 2 1.61 4 6.44 54.4 64.46 10.78 3 1.61 4.8 7.73 4 1.69 15 25.35 5 1.73 8.6 14.88 Từ kết quả tính toán lún trên cho thấy ngay dưới đáy khối móng quy ước thì: . Như vậy điều kiện về độ lún đã thỏa ta không cần phải kiển tra. Tính toán cọc chịu tải trọng ngang Do đầu cọc được ngàm chặt vào đài móng cho nên đầu cọc chỉ có chuyển vị ngang mà không có chuyển vị xoay. Tuỳ theo độ cứng của cọc và phân bố lực nền theo phương ngang, cọc đạt tới sức chịu tải giới hạn theo những cơ chế khác nhau. Trong thí nghiệm cọc chịu lực ngang đã cho thấy rằng, bản thân cọc bị phá hoại sớm hơn đất nền bị mất ổn định hoặc nhiều khi sức chịu lực ngang của cọc không phải bị hạn chế bởi cường độ vật liệu hay cường độ của đất, mà lại cho chuyển vị đầu cọc quyết định. dMH dMM rn Hình 7.16: Biểu đồ chuyển vị ngang và góc xoay đầu cọc. Tính toán chuyển vị ngang và góc xoay đầu cọc. Tính toán cọc chịu tải trọng ngang (theo biến dạng) nhằm kiểm tra điều kiện: Trong đó: - chuyển vị ngang (mét) và góc xoay (radian) của đầu cọc, xác định theo tính toán. PHỤ LỤC G - TCXD 205 : 1998 - giá trị giới hạn cho phép của chuyển vị ngang và góc xoay của đầu cọc, được qui định trong nhiệm vụ thiết kế nhà và công trình. Chuyển vị ngang (mét) và góc xoay (radian) của đầu cọc, được xác định theo công thức: Các công thức liên quan: ; ; ; ; ; ; trong đó: . Eb = 3´106 T/m2 - môđun đàn hồi của bêtông (B25). . Ho : giá trị tính toán của lực cắt,(T) ,lấy Ho= H = Q . Mo : mômen uốn,(T.m) , lấy Mo = M + H*lo .: chuyển vị ngang của tiết diện ,(m/T),bởi lực Ho =1 .: chuyển vị ngang của tiết diện,(1/T),bởi lực Mo =1 .: góc xoay của tiết diện ,(1/T) bởi lực Ho =1 .: góc xoay của tiết diện ,(1/T.m)bởi lực Mo =1 . bc - chiều rộng qui ước của cọc,với d=1.0m > 0.8m lấy bc=d+1m = 2m . I - mômen quán tính tiết diện ngang của cọc: K - hệ số tỉ lệ, phụ thuộc vào loại đất xung quanh cọc và đặc trưng của nó được xác định theo Bảng G.1 - TCXD 205 : 1998 . Khi tính toán cọc chịu tải trọng ngang, thực chất cọc chỉ làm việc với một đoạn cọc có chiều dài tính từ đáy của đài cọc gọi là chiều sâu ảnh hưởng của nền đất khi cọc chịu lực ngang. Chiều sâu ảnh hưởng được xác định theo công thức thực nghiệm: Do đoạn cọc có chiều sâu ảnh hưởng đi qua 4 lớp đất (lớp 2) nên hệ số tỷ lệ K sẽ được xác định dựa vào Bảng G1-hệ số tỉ lệ K: K =400 (T/m4) Hệ số biến dạng: A0, B0, C0 - các hệ số không thứ nguyên lấy theo Bảng G.2 - TCXD 205 : 1998 phụ thuộc váo chiều sâu tính đổi của phần cọc trong đất Le: Tra bảng ta được A0 =2.441; B0 =1.621; C0 =1.751 Chuyển vị ngang của tiết diện bởi lực H0 = QCtt = 1: (m/T); Góc xoay của tiết diện bởi mômen M0 = MCtt = 1: 1/(Tm); Chuyển vị ngang và góc xoay của tiết diện bởi mômen M0 = MCtt = 1 và lực H0 = QCtt = 1: (1/T); và - chuyển vị ngang và góc xoay của tiết diện ngang cọc tại cao trình đáy đài (đài thấp). H0, H - giá trị tính toán của lực cắt tại đầu cọc, lấy H0 = H = QCtt; M0, M - giá trị tính toán của mômen tại đầu cọc, lấy M0 = Mng + QCtt´l0; - chiều dài đoạn cọc (m) từ đáy đài đến mặt đất, cọc đài thấp . Nhận xét: Theo sơ đồ bố trí cọc trong đài, thấy rằng theo mỗi phương của đài đều có số lượng hàng cọc là 2 hàng và chiều cao của đài cọc là hđ = 2m. Do đó có thể xem như cọc được ngàm cứng vào đài cọc và loại trừ khả năng xoay của đầu cọc (). Lúc này trong tính toán phải tính đến mômen ngàm Mng tác dụng tại chổ gặp nhau của cọc và đài. (Tm). Chuyển vị ngang của tiết diện cọc (m) Chuyển vị ngang của đầu cọc (cm) Khi chuyển vị ngang của đầu cọc £ 1 cm thì cọc thoả mãn điều kiện chuyển vị ngang. Kiểm tra lại chuyển vị xoay của đầu cọc Với : (rad). Các giá trị chuyển vị xoay của đầu cọc sao cho gần bằng 0. Điều này nói lên rằng việc tính toán đã làm đúng. Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng 7.15. Bảng 7.15: Kết quả tính toán chuyển vị ngang. MóngM17 Tải tiêu chuẩn Tải tính toán HttM17 (T) -10.56 -12.67 Móng (m) Lc (m) dc (m) bc (m) I (m4) lah (m) K (T/m4) αbd Le (m) M17 32.5 0.8 0.8 0.02 3.6 400 0.654 21.255 Móng (m) δHH (m/T) δMM (1/Tm) δMH=δHM (1/T) MXng ( Tm) y0x (m) ∆nx =y0x (mm) Ψx =Ψ0x (rad) Kiểm tra ∆nx<10mm M17 1.5*10-4 4.5*10-5 8.9*10-5 14.9 -6*10-3 -6 0 Thỏa Với Le = 21.255 (m) tra bảng G2 – 205 : 1998 A0 = 2.441 B0 = 1.621 C0 = 1.751 Xác định áp lực tính toán, mômen uốn, lực cắt và lực dọc trong tiết diện cọc. Áp lực tính toán sz (T/m2), mômen uốn Mz (T.m), lực cắt Qx (T) và lực dọc Nz (T) trong tiết diện cọc được tính toán theo các công thức sau: Nz = N; Với . A1, B1, C1 và D1 . A3, B3, C3 và D3 . A4, B4, C4 và D4 Các hệ số lấy theo Bảng G.3 - TCXD 205 : 1998 Trong đó: . ze – chiều sâu tính đổi: (m); . z – chiều sâu thực tế vị trí tiết diện cọc trong đất tính từ đáy đài cọc đối với cọc đài thấp (m). Các thông số còn lại có ý nghĩa như đã trình bày ở phần trên. Bảng 7.16 Bảng tính M và Q của cọc móng M17. Z (m) Ze (m) A3 C3 D3 A4 C4 D4 Mz (T.m) Q (T) 0 0 0 1 0 0 0 1 14.95 -10.56 0.15 0.1 0 1 0.1 -0.005 0 1 13.33 -10.51 0.31 0.2 -0.001 1 0.2 -0.02 0 1 11.73 -10.36 0.46 0.3 -0.005 1 0.3 -0.045 -0.001 1 10.18 -10.12 0.61 0.4 -0.011 1 0.4 -0.08 -0.003 1 8.66 -9.79 0.76 0.5 -0.021 0.999 0.5 -0.125 -0.008 0.999 7.18 -9.39 0.92 0.6 -0.036 0.998 0.6 -0.18 -0.016 0.997 5.78 -8.9 1.07 0.7 -0.057 0.996 0.699 -0.245 -0.03 0.994 4.47 -8.36 1.22 0.8 -0.085 0.992 0.799 -0.32 -0.051 0.989 3.22 -7.76 1.38 0.9 -0.121 0.985 0.897 -0.404 -0.082 0.98 2.08 -7.14 1.53 1 -0.167 0.975 0.994 -0.499 -0.125 0.967 1.06 -6.48 1.68 1.1 -0.222 0.96 1.09 -0.603 -0.183 0.946 0.12 -5.79 1.83 1.2 -0.287 0.938 1.183 -0.716 -0.259 0.917 -0.72 -5.11 1.99 1.3 -0.365 0.907 1.273 -0.838 -0.356 0.876 -1.46 -4.41 2.14 1.4 -0.455 0.866 1.358 -0.967 -0.479 0.821 -2.07 -3.75 2.29 1.5 -0.559 0.811 1.437 -1.105 -0.63 0.747 -2.59 -3.07 2.45 1.6 -0.676 0.739 1.507 -1.248 -0.815 0.652 -3.02 -2.46 2.6 1.7 -0.808 0.646 1.566 -1.396 -1.036 0.529 -3.36 -1.85 2.75 1.8 -0.956 0.53 1.612 -1.547 -1.299 0.374 -3.59 -1.29 2.91 1.9 -1.118 0.385 1.64 -1.699 -1.608 0.181 -3.75 -0.76 3.06 2 -1.295 0.207 1.646 -1.848 -1.966 -0.057 -3.82 -0.27 3.36 2.2 -1.693 -0.271 1.575 -2.125 -2.849 -0.692 -3.78 0.56 3.67 2.4 -2.141 -0.941 1.352 -2.339 -3.973 -1.592 -3.39 1.2 3.98 2.6 -2.621 -1.877 0.917 -2.437 -5.355 -2.821 -3.07 1.64 4.28 2.8 -3.103 -3.108 0.197 -2.346 -6.99 -4.445 -2.52 1.9 4.59 3 -3.541 -4.688 -0.891 -1.969 -8.84 -6.52 -1.92 1.98 5.35 3.5 -3.919 -10.34 -5.854 1.074 -13.692 -13.826 -0.53 1.48 6.12 4 -1.614 -17.92 -15.076 9.244 -15.611 -23.14 0.08 -0.05 Hình 8.17 : Biểu đồ M và Q móng M17. Nhận xét: Từ các biểu đồ trên, nhận thấy rằng càng xuống sâu thì mômen và lực cắt trong cọc đều có xu hướng giảm xuống, giá trị mômen lớn nhất xuất hiện tại mặt ngàm đáy đài do đó hàm lượng cốt thép trong cọc có thể cắt hoặc giảm đi khi càng xuống sâu. Nếu xét khả năng chịu uốn của cọc thì mômen uốn giảm dần và đến 1/3 thân cọc thì mômen này tắt dần, do đó tại ví này trở đi ta có thể cắt giảm cốt thép tuy nhiên để thien về an toàn (bê tông trong cọc thì phần ở mũi cọc rất kém do khó kiểm soát được quá trình đổ, đầm bê tông và cũng khó kiểm soát các tạp chất, các dung dịch bùn còn lắng đọng ở đầu cọc) thì việc cắt thép và bố trí như ở bản vẽ: NM – 02/02. Chiều dày lờp bê tông bảo vệ cốt dọc không nhỏ hơn 50 mm. Cốt đai của cọc nhồi thường là f6 ¸ f10, khoảng cách 200 ¸ 300 mm. Có thể dùng đai hàn vòng đơn hoặc đai xoắn ốc liên tục. Tính toán cốt thép cho đài cọc. Kiểm tra xuyên thủng Hình 7.18: Mô hình tháp chọc thủng móng M17. Từ mô hình tháp chọc thủng hình 7.18 cho thấy với chiểu cao đài như trên bảo đảm dài không bị chọc thủng. Tính toán cốt thép đài : Thép bố trí tại đáy móng để chịu mômen do phản lực nền gây ra , lúc đó xem cánh móng như những công xôn ngàm vào tiết diện đi qua chân cột. Sơ đồ tính toán đài tại mặt cắt I-I: Mômen được tính theo công thức sau : MI-I = 2Ntt max*0.9 = 2*190.87*0.9=343.56 (T.m) Trong đó : 0.9 (m): cánh tay đòn, tính từ mép cột đến vị trí phản lực của cọc. Ntt max: Phản lực nền đặt tại vị trí tim cọc. Diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu momen MI-I tính theo công thức gần đúng sau: Sử dụng bê tông B25, Rb = 145 (kG/cm2) Cốt thép CII, RS = 2800 (kG/cm2) Vậy chọn: 24Ø20 (a170) có AS = 75.36 (cm2) đem bố trí theo phương X. Chiều dài thanh bố trí theo phương X là: 4.5 (m) Thép bố trí theo phương Y ta sử dụng kết quả tính theo phương X. Bố trí cốt thép cho đài cọc. Dựa vào kết quả tính toán trên cốt thép đài cọc được bố trí và thể hiện như ở bản vẽ: NM – 02/02. Tính toán móng M26+9. Chọn cọc và tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu, theo tính chất cơ lý của đất nền xem mục II phần 1, 2 và 3. Xác định số lượng cọc và sơ đồ bố trí cọc trong đài. Số lượng cọc được xác định sơ bộ Trong đó: . Ntto : tải trọng tính toán có ; . - sức chịu tải của cọc: . . . k = 1¸1.5 : hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen. Giả sử dưới tác dụng của M, N, Q mỗi cọc sẽ phát sinh một lực bằng f0=286.24(T), chọn khoảng cách giữa các cọc là a = 3d = 3´ 0.8 = 2.4 (m), thì trên mỗi một diện tích đáy đài trong phạm vi một cọc sẽ xuất hiện lực phân bố: Sơ bộ diện tích đáy đài là: Fđài = Fđàichon = 25.6 m2 N0tt = Ntt+1.1´25.6´2´2.5 = (605.76+286)+140.8 = 1032.56 (T) Xác định số lượng cọc theo công thức: (cọc). Vậy chọn nc= 6 (cọc). Điểm đặt hợp lực: Gọi a là khoảng cách từ điểm đặt hợp lực tới điểm đặt lực NM26tt vậy khoảng cách từ điểm đặt hợp lực tới điểm đặt lực NM9tt là L – a, với L là khoảng cách giữa NM26tt đến NM9tt. Đài cọc được bô trí như hình 7.19: Hình 7.19: Sơ đồ bố trí cọc trong. Tính toán và kiểm tra cọc tại mặt phẳng đáy đài. Kiểm tra với cặp nội lực Nmax và Mtư. Tải trọng tác dụng lên đáy đài: Trong đó:: trọng lượng khối móng quy ước tính trên đáy đài cọc. Với: γtb = 2.5 (T/m3) Ntường = 5.4*4.7*0.2*0.7*1.8=6.4 (T) Nkiềng = 11.6*0.2*0.4*2.5=2.32 (T) Nđất = 2.4*5.1*0.4*1.7=8.32 (T) Tải trọng tác dụng bình quân lên đầu cọc: Tải trọng tác dụng lên các cọc là: Bảng 7.17: Tải trọng tác dụng lên cọc. Ký hiệu Nctb (T) Mytt (T.m) Mxtt (T.m) ∑Xi2 (m) ∑Yi2 (m) Xi (m) Yi (m) Ni (T) N1 174.93 11.423 0.427 23.04 8.64 -2.4 -1.2 174 N2 174.93 11.423 0.427 23.04 8.64 0 -1.2 175 N3 174.93 11.423 0.427 23.04 8.64 2.4 -1.2 176 N4 174.93 11.423 0.427 23.04 8.64 -2.4 1.2 174 N5 174.93 11.423 0.427 23.04 8.64 0 1.2 175 N6 174.93 11.423 0.427 23.04 8.64 2.4 1.2 176 Kiểm tra với cặp nội lực Mmax và Ntư. Tải trọng tác dụng lên đáy đài: Tải trọng tác dụng bình quân lên đầu cọc: Tải trọng tác dụng lên các cọc là: Bảng 7.18: Tải trọng tác dụng lên cọc. Ký hiệu Nctb (T) Mytt (T.m) Mxtt (T.m) ∑Xi2 (m) ∑Yi2 (m) Xi (m) Yi (m) Ni (T) N1 158.17 46.663 0.661 23.04 8.64 -2.4 -1.2 153 N2 158.17 46.663 0.661 23.04 8.64 0 -1.2 158 N3 158.17 46.663 0.661 23.04 8.64 2.4 -1.2 163 N4 158.17 46.663 0.661 23.04 8.64 -2.4 1.2 153 N5 158.17 46.663 0.661 23.04 8.64 0 1.2 158 N6 158.17 46.663 0.661 23.04 8.64 2.4 1.2 163 Từ kết quả kiểm tra ứng với hai cặp nội lực trên cho thấy: . (cọc đủ khả năng chịu tải). . (cọc chỉ chịu nén, tức cọc không bị nhổ). Tính toán và kiểm tra mặt phẳng mũi cọc. Kích thước đáy khối móng qui ước: (m) (m) . L’, B’: khoảng cách giữa 2 mép cọc biên theo cả 2 phương; . Lc: chiều dài đoạn cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc. Diện tích đáy khối móng qui ước: (m2) Móng L' (m) B' (m) Lc (m) α0 Lqư (m) Bqư (m) Fqư (m2) M26+9 5.6 3.2 32.5 5.17 11.48 9.08 104.24 Xác định khối lượng khối móng qui ước: Bảng 7.19: Bảng tính khối lượng móng khối quy ước móng M26+9. φtb0 α0 L' (m) Lqư (m) B' (m) Bqư (m) Fqư (m2) Hqư (m) 20.67 5.17 5.6 11.48 3.2 9.08 104.24 34.6 Lớp đất dc (m) Fc (m2) Số lượng cọc γi (T/m3) hi (m) Piđất (T) Picọc (T) Pi (T) 2 0.8 0.502 6 1.61 4 651.91 30.12 682.03 3 0.8 0.502 6 1.61 4.8 782.29 36.144 818.43 4 0.8 0.502 6 1.69 15 2566.13 112.95 2679.08 5 0.8 0.502 6 1.73 8.6 1506.07 64.76 1570.83 ∑Pi 5750.37 Khối lượng móng quy ước: P 6167.33 Mômen tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: Lực dọc tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: Bảng 7.20: Bảng nội lực tại tâm đáy móng quy ước. Nội lực tiêu chuẩn tại tâm khối móng quy ước Tại đỉnh đài Tại tâm khối móng quy ước Móng Ntc (T) Mytc (T.m) Qytc (T) Nqưtc (T) Mqưtc (T.m) Qqưtc (T) M26+9 742.8 9.53 3.23 6910.13 121.29 3.23 Xác định áp lực tiêu chuẩn tại đáy khối móng qui ước Móng Nqưtc (T) Mqưtc (T.m) ey (m) Fqư (m2) Lqư (m) σtcmax(T/m2) σtcmin(T/m2) σtctb(T/m2) M26+9 6910.13 121.29 0.0176 104.24 11.48 66.9 65.68 66.29 Xác định cường độ tính toán của đất tại đáy khối móng qui ước Móng m1 m2 Ktc Bqư (m) Hqư (m) γ'II(T/m2) CII(T/m2) g'I(T/m2) Rqư(T/m2) M26+9 1.2 1 1 9.08 34.6 1.04 0.34 1.73 240.02 Kiểm tra điều kiện tính lún: Vậy đất nền dưới đáy móng quy ước ổn định, do đó ta có thể tính tính toán được độ lún của nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính. Xác định độ lún của móng Kết quả tính toán lún cho móng M26+9 thể hiện trong bảng 7.21 sau: Lớp đất γi (T/m3) hi (m) γi.hi (T/m2) σ0bt (T/m2) σtctb (T/m2) σ0gl (T/m2) 2 1.61 4 6.44 54.4 66.25 11.85 3 1.61 4.8 7.73 4 1.69 15 25.35 5 1.73 8.6 14.88 Điểm Độ sâu Z (m) Lm/Bm 2Z/Bm K0 σigl (T/m2) σibt (T/m2) σtbigl (T/m2) chiều dàyhi (m) σtbigl.hi Độ lúncuối cùngS (cm) 0 0 1.26 0 1 11.85 54.4 10.92 0.4 4.37 0.1 1 0.8 1.26 0.4 0.843 9.99 55.08 Từ kết quả tính toán lún trên cho thấy ngay dưới đáy khối móng quy ước đã tắt lún tức là lún hầu như không còn và kết quả cho thấy: S=0.1 (cm)<Sgh=8(cm) ở độ sâu 0.8 (m) so với đáy khối móng quy ước. Tính toán cọc chịu tải trọng ngang Tính toán chuyển vị ngang và góc xoay đầu cọc. Bảng 7.22: Kết quả tính toán chuyển vị ngang. MóngM26+9 Tải tiêu chuẩn Tải tính toán Htt (T) 3.23 3.87 Móng (m) Lc (m) dc (m) bc (m) I (m4) lah (m) K (T/m4) αbd Le (m) M26+9 32.5 0.8 0.8 0.02 3.6 400 0.654 21.255 Móng (m) δHH (m/T) δMM (1/Tm) δMH=δHM (1/T) MXng ( Tm) y0x (m) ∆nx =y0x (mm) Ψx =Ψ0x (rad) Kiểm tra ∆nx<10mm M26+9 1.5*10-4 4.5*10-5 6.3*10-5 -4.565 1.81*10-4 0.18 0 Thỏa Với Le = 21.255 (m) tra bảng G2 – 205 : 1998 A0 = 2.441 B0 = 1.621 C0 = 1.751 Xác định áp lực tính toán, mômen uốn, lực cắt và lực dọc trong tiết diện cọc. Bảng 7.23: Bảng tính M và Q của cọc móng M26+9. Z (m) Ze (m) A3 C3 D3 A4 C4 D4 Mz (T.m) Q (T) 0 0 0 1 0 0 0 1 -4.57 3.23 0.15 0.1 0 1 0.1 -0.005 0 1 -4.07 3.21 0.31 0.2 -0.001 1 0.2 -0.02 0 1 -3.58 3.16 0.46 0.3 -0.005 1 0.3 -0.045 -0.001 1 -3.11 3.09 0.61 0.4 -0.011 1 0.4 -0.08 -0.003 1 -2.64 2.99 0.76 0.5 -0.021 0.999 0.5 -0.125 -0.008 0.999 -2.19 2.87 0.92 0.6 -0.036 0.998 0.6 -0.18 -0.016 0.997 -1.76 2.72 1.07 0.7 -0.057 0.996 0.699 -0.245 -0.03 0.994 -1.36 2.55 1.22 0.8 -0.085 0.992 0.799 -0.32 -0.051 0.989 -0.98 2.37 1.38 0.9 -0.121 0.985 0.897 -0.404 -0.082 0.98 -0.63 2.18 1.53 1 -0.167 0.975 0.994 -0.499 -0.125 0.967 -0.32 1.98 1.68 1.1 -0.222 0.96 1.09 -0.603 -0.183 0.946 -0.04 1.77 1.83 1.2 -0.287 0.938 1.183 -0.716 -0.259 0.917 0.22 1.56 1.99 1.3 -0.365 0.907 1.273 -0.838 -0.356 0.876 0.44 1.35 2.14 1.4 -0.455 0.866 1.358 -0.967 -0.479 0.821 0.63 1.15 2.29 1.5 -0.559 0.811 1.437 -1.105 -0.63 0.747 0.79 0.94 2.45 1.6 -0.676 0.739 1.507 -1.248 -0.815 0.652 0.92 0.75 2.6 1.7 -0.808 0.646 1.566 -1.396 -1.036 0.529 1.03 0.57 2.75 1.8 -0.956 0.53 1.612 -1.547 -1.299 0.374 1.1 0.39 2.91 1.9 -1.118 0.385 1.64 -1.699 -1.608 0.181 1.15 0.23 3.06 2 -1.295 0.207 1.646 -1.848 -1.966 -0.057 1.17 0.08 3.36 2.2 -1.693 -0.271 1.575 -2.125 -2.849 -0.692 1.15 -0.17 3.67 2.4 -2.141 -0.941 1.352 -2.339 -3.973 -1.592 1.03 -0.37 3.98 2.6 -2.621 -1.877 0.917 -2.437 -5.355 -2.821 0.94 -0.5 4.28 2.8 -3.103 -3.108 0.197 -2.346 -6.99 -4.445 0.77 -0.58 4.59 3 -3.541 -4.688 -0.891 -1.969 -8.84 -6.52 0.59 -0.61 5.35 3.5 -3.919 -10.34 -5.854 1.074 -13.692 -13.826 0.16 -0.45 6.12 4 -1.614 -17.92 -15.076 9.244 -15.611 -23.14 -0.03 0.01 Hình 7.20 : Biểu đồ M và Q móng M26+9. Tính toán cốt thép đài cọc. Kiểm tra xuyên thủng Hinh 7.21: Pham vi xuyên thủng của đài cọc. Vậy đài không bị chọc thủng bởi cột. Tính toán cốt thép đài : Ta tính như một cấu kiện chịu uốn chịu tải trọng tập trung. Tính toán tải trọng tác dụng lên đài: Sơ đồ tải tác dụng lên đài: (Vì mômen tác dụng lên đài tại vị trí A và B nhỏ và để đơn giản trong tính toán ta bỏ qua). Tải trọng tính toán của cọc được lấy tử cặp nội lực: Nmax và Mtư. Hình 7.22: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên đài. Trong đó: N1+N4 = 306 (T) N2+N5 = 316 (T) N3+N6 = 326 (T) Tính toán nội lực và cốt thép dọc cho đài. Để tìm nội lực cho đài ta sử dụng phương pháp lực và nội lực tính được như biểu đồ sau: Hình 7.23: Biểu đồ lực cắt. Hình 7.24: Biểu đồ mômen. Từ biểu đồ mômen cho thấy: Tính cốt thép cho đài cọc: Diện tích cốt thép: Chọn 24 f22 (với a = 170) có AS = 91.19(cm2) Chiều dài mỗi thanh theo phương X: lI = 6.9 (m) Tính toán nội lực và cốt thép ngang cho đài. Sơ đồ tính toán tại mặt cắt I-I. Mômen tương ứng tại mặt ngàm I-I: MI-I = 1(N4+N5+N6) = 1(153+158+163) = 474 (Tm) Diện tích cốt thép: Chọn 32Ø20 (với a = 200) AS = 100.48 (cm2) Chiều dài mối thanh theo phương Y là: 4.3 (m). Kết luận: Như vậy việc lựa chọn phương án móng cọc khoan nhồi như trên là hoàn toàn hợp lý. Các kích thước đài cọc, đường kính cọc, chiều dài cọc, chiều sâu chôn móng… có thể chịu được tải trọng kết cấu bên trên truyền xuống mà không gây hư hỏng cho công trình. Các điều kiện chịu tải của móng cọc đã được kiểm tra đủ và đạt yêu cầu về lún, chuyển vị, biến dạng do đất nền gây ra…do đó móng được làm việc an toàn trong suốt tuổi thọ của công trình. Bố trí cốt thép. Dựa vào kết quả tính toán cốt thép móng M26+9 được thể hiện như ở bản vẽ: NM – 02/02.