Thiết kế móng cọc ép bêtông cốt thép

Chương 8 THIẾT KẾ MÓNG CỌC ÉP BÊTÔNG CỐT THÉP Xác định phương án móng Từ kết quả dịa chất ta thấy rằng: Các lớp đất 1,2,3 là các lớp đất thộc dạng trung bình, yếu.lớp 4 là lớp dất có trạng thái chặt vừa rất tốt cho moun biế dạng lớn lên chịu tải trọng công trình.vì vậy giải pháp ở đây là móng sâu truyền tải trọng cổng trình xuống lớp đất 4. với công trình 11 tầng này có thể sử dụng 2 phương án móng: phương án 1 là móng cọc ép, phương án 2 móng cọc khoan nhồi. Phương án móng cọc ép Sơ lược về phương án móng sử dụng Ưu điểm: Khả năng chịu lực tương đối lớn, có khả năng cắm sâu vào các lớp đất tốt; Thi công dễ dàng không đòi hỏi kỹ thuật cao; Không gây chấn động làm phá hoại vùng đát xung quanh cọc,và không ảnh hưởng dến công trình xung quanh; Các đoạn cọc được chế tạo tại chỗ hay mua từ các đơn vị sản xuất lên dễ dàng kiểm tra chất lượng cọc. Nhược điểm: Đối với các công trình lớn thì số lượng cọc phải tăng lên hoặc tăng kích thước cọc dẫn đến chi phí thi công đài cọc tăng lên hoặc tiết diện cọc quá lớn khôngthể ép xuống được. Quá trình ép cọc thường xảy ra sự cố khi gắp các lớp đất cứng, như đá cuội, dá mồ côi ma trong khi khoan dịa chất không phát hiện ra. Các sự cố thường xảy ra khi ép cọc như: cọc bị cuốn khi chưa đến độ sâu thiết kế,cọc bị gẫy trong quá trình ép. Quá trình thi công kéo dài do phải dịch chuyển bệ ép tốn nhiều thời gian. Không kiểm soát được sự làm việc của các mối nối. Tải trọng tác dụng lên chân cột Từ 26 tổ hợp nội lực xuất ra từ ETAB tại chân cột ( xem bảng 8.1). Chọn ra cặp nội lực nguy hiểm nhất để thiết kế gồm: Tìm Nmax, |Mmax|, |Qmax|. Xác định sơ bộ loại cọc và vật liệu làm cọc - với phương án móng vừa phân tích và chọn như ở trên ta đặt chiếu sâu đặt mũi cọc từ 1÷1.5 m vào lớp đất thư 4. - chọn cọc đặc tiết diện vuông 300x300 và chiều dài cọc là 24 m gồm 3 đoạn mỗi đoạn dài 8 m. - chọn đài cọc và cọc dung bêtông có cấp độ bền B25 cốt thép AII - chọnm thép 8Ø 16 thép AII ( Rs = 2800 daN/cm2), Fa = 16.08 cm2; - chọn thép đai Ø6 và lưới thép đầu cột Ø6a50; - chọn sơ bộ chiều cao đài cọc 1m, bêtông B25, cọc cắm vào đài 0.2m,đoạn bêtông đầu cọc 0.5m( đập vỡ để râu thép cắm và đài dài 0.5m) Sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc Sức chịu tải của cọc tính toán theo vật liệu làm cọc được tính theo côngthức như sau: Pvl = φ.(Rb.Fb + Ra.Fa) trong đó: φ: hệ số uốn dọc của cọc, ở đây lấy φ=1; Rb: cường độ chịu nén của bêtông B25, Rb= 14.5 Mpa = 145 daN/cm2; Fb: diện tích mặt cắt ngang của cọc, Fb = 30x30 (cm2); Ra: cường độ tinhs toán của thép AII, Ra = 2800 daN/cm2; Fa: diện tích tiết diện ngang của cốt dọc; Fa = 16.08 m2. Vậy: Pvl = 1x.(145x900 + 2800x.16.08) = 175524 daN = 1755.24 KN. Bảng 8.1: Tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất tại chân cột cột Tên tổ hợp Nott(KN) Mott(KN) Qott(KN) A COMB24 -3050.5 -169.77 -59.7 BAO MIN -3050.5 -188.66 -68.1 COMB23 -3024.1 -174.09 -64.2 B COMB5 -3195.8 -5.09 -1.6 BAO MIN -3195.8 -211.56 -82.7 COMB6 -3164.1 -5.74 -0.8 C COMB25 -2551.1 -193.24 -74.7 BAO MIN -2551.1 -212.85 -83.7 COMB7 -2502.8 -3.26 1.4 D COMB17 -1970.3 168.96 66 BAO MIN -1970.3 -198.05 -76 COMB15 -1963 170 65.4 Bảng tổ hợp nội lực ở trên là tải trọng tính toán. Để tính móng theo trạng thái giới hạn thứ 2 ta phải sử dụng tải trọng tiêu chuẩn, do vậy ta phải lấy tải trọng tính toán chia cho hệ số vượt tải n = 1.15. Bảng 8.2: Tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất tại chân cột cột Tên tổ hợp Notc(KN) Motc(KN) Qotc(KN) A COMB24 -2652.61 -147.63 -51.91 BAO MIN -2652.61 -164.05 -59.22 COMB23 -2629.65 -151.38 -55.83 B COMB5 -2778.96 -4.43 -1.39 BAO MIN -2778.96 -183.97 -71.91 COMB6 -2751.39 -4.99 -0.70 C COMB25 -2218.35 -168.03 -64.96 BAO MIN -2218.35 -185.09 -72.78 COMB7 -2176.35 -2.83 1.22 D COMB17 -1713.3 146.92 57.39 BAO MIN -1713.3 -172.22 -66.09 COMB15 -1706.96 147.83 56.87 Do nội lực tại chân 2 (cột A và cột B), và (cột C và cột D). là gần bằng nhau nên ta chọn cặp nội lực tại chân cột B và cột C có nội lực lơn hơn để thiết kế. Tính toán móng trục B6 ( M1) Xác định độ sâu đặt đáy đài và chiều cao đài cọc Đối với móng cọc đài thấp, tải trọng ngang hoàn toàn do các lớp đất từ đái đài trở lên tiếp nhận. vì vậy , độ sâu đặt đáy đài phải thỏa mãn điều kiện dặt tải ngang cân bằng với áp lực đất bị dộng của đất: Dựa vào bảng tổ hợp 8.1 ta chọn ra chân cột có nội lực nguy hiểm nhất là chân cột trục Btại tổ hợp : (BAO MIN, Nott = -3195.8 (KN), Mott = -211.56 (KN), Qott = -82.7(KN)). H ≥ hmin = 0.7x tg(450-φ/2)x trong đó: φ và γ: Góc ma sát trong và dung trọng tư nhiên của đất từ dáy đài trở lên,chính là lớp đất 1 (bùn sét). (φ = 40.25’= 4.420, γ = 1.55 T/m3) Qtt: Gía trị tính toán của tải trọng ngang (Qtt = 82.7 KN); Bđ: Bề rộng đái đài, chọn sơ bộ Bđ = 1.8m Vậy: hmin= 0.7xtg(450-4.42/2)x= 1.57m. Vậy ta chọn chiều sâu chôn đài cọc h = 2 m (so với mặt dất tự nhiên)> hmin=1.57 m. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền Sức chịu tải của cọc theo đất nền được tính theo công thức như sau: Qgh = Qtc = m(mR.Ap.qP + u.∑mf.fsi.hi) trong đó: m – hệ số làm việc của cọc trong đất, lây m = 1 mR ,mf – hệ số làm việc của cọc trong đất có xét đến ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc đối với cường độ tính toán cảu đất dưới mũi cọc và xung quanh cọc mR = 1.1, mf tra bảng. u: – chu vi cọc u = 4x0.3 = 1.2 m; Ap – diện tích tiết diện ngang của cọc F = 0.3x0.3 = 0.09 m2; qP – cường độ tính toán ở mũi cọc tại độ sâu Z = 24m cát thô vừa tra bảng A.1 trang 68/ [6] có qP = 510 (T/m2); fsi – cường độ tính toán của lực ma sát bên của lớp đất thứ i tra bảng A.2 trang 68/ [6] có fsi chia đất nền thành các lớp đất đồng nhất như hình vẽ ( chiều dày mỗi lớp ≤ 2m); hi – chiều dày của lớp đất thứ i. Hình 8.1: Sơ đồ xác định chiều sâu Zi của các lớp đất Bảng 8.3: Bảng tính các chỉ tiêu phụ Lớp lớp đất hi Zi fi mfi mfi.fi.hi phân tố (m) (m) (KN/m2) (KN/m) 1(bùn sét) 1 2 4.3 5 1 10.0 IL= 1.33 2 2 6.3 6 1 12.0 3 1.5 8 6 1 09.0 2(sét pha sỏi) 4 2 9.7 27 0.9 48.6 IL= 0.49 5 1.74 11.6 27.3 0.9 42.8 3(sét pha) 6 2 13.5 27.6 0.9 49.7 IL= 0.49 7 2 15.5 28.1 0.9 50.6 8 2 17.5 29 0.9 52.2 9 2 19.5 29.6 0.9 53.3 10 2 21.5 30.5 0.9 54.9 11 2 23.5 31 0.9 55.8 4 (cát mịn) 12 2 25.5 32.2 1 64.4 Tổng 503.2 Qgh = Qtc = 1x(1.1x0.09x5100 + 1.2x503.2) = 1108.74 KN/m2. Để đảm bảo thiết kế cọc an toàn , ở đây ta chọn trị số nhỏ hơn, tức là lấy Qa(a) =Qgh / 1.5 = 1108.74 / 1.5 = 739.16 KN để đưa vào tính toán. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền Sức chịu tải của cọc được tính theo công thức: Qu = Qs + Qp = As. fs + Ap. qp Vớ: As - diện tích xung quanh của cọc tiếp xúc với đất; + Thành phần chịu tải do ma sát xung quanh cọc gây ra Qs: Qs = u.= u. Sức chịu tải cho phép của cọc: Qa(b) = trong đó: F.Ss: hệ an toàn thành phần ma sát lấy 1.5÷2; F.Sp: hệ an toàn thành phần ma sát lấy 2÷3. + Xác định sức chịu tải của mũi cọc Qp Qp = Ap. qp = Ap Kc .qc trong đó: u – chu vi tiết diện cọc, u = 4d = 4x0.3 = 1.2 m; hsi – độ dài của cọc trong lớp thứ i; αi – hệ số phụ thuộc vào loại đất loại cọc; qci – sức cản mũi xuyên của lớp đất thứ i; fsi – lực ma sát bên đơn vị của cọc ở lớp thứ I,có chiều dày hi; Kc – hệ số mang tải, phụ thuộc vào loại đất loại cọc, tra bảng Kc= 0.5; qc’ – Sức kháng xuyên trung bình lấy tại 3d = 3x0.3 = 0.9m trên và dưới mĩu cọc. Vì cọc cắm vào lớp đất hạt trung l = 1.5 m > 3d do vậy qc’ = 2200 daN/m2; Ap – diện tích tiết diện đầu cọc: Ap = 0.3x0.3 = 0.09 (m2); Bảng 8.4: Sức chống cắt cực hạn của mặt bên Lớp đất u(m) hci(m) qci(KN/m2) αi Qsi=u.hsi.qci/αi (KN) 1(bùn sét) 1.2 5.5 1000 30 220.00 2(sét pha sỏi) 1.2 3.74 1000 40 112.20 3(sét pha) 1.2 12 1000 35 411.43 4 (cát mịn) 1.2 2 2200 100 52.80 sức chống cắt cực hạn mặt bên Qs = 896.43 Qa = Qs + Qp = 896.43 + 99 = 995 KN. Sức chống cực hạn của mũi xuyên: Qp = Ap Kc .qc = 0.09 x 0.5 x 2200 = 99 (KN); Vậy sức chịu tải cho phép của cọc bằng kết quả xuyên tĩnh: Qa(b)= KN; Như vậy sức chịu tải của cọc là giá trị nhỏ nhất giữa sức chịu tải theo vật liệu và theo sức chịu tải theo đất nền và sức chịu tải theo két quả xuyên tĩnh; Pa = min( Pvl ; Qa(a) ; Qa(b) ) = 481.2 KN. Xác định sơ bộ kích thước đài cọc Khi khoảng cách giữa các cọc là 3d, thì áp lưc tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc gây ra: ptt = KN/m2. Diện tích sơ bộ đế đài: Ftt = m2. Chọn Fđ = 2.4 x 2.4 = 5.76 m2. Trọng lượng của đài và đất phủ trên đài: Nđtt =n . Fđ . h . gtb = 1.1 x 5.76 x 1.2x 14.6 = 111 KN; Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: Ntt = N0tt + Nđtt = 3195.8 + 111 = 3306 KN Số lượng cọc được xác định sơ bộ: ncọc = μ cọc, Chọn nc’ = 9cọc; ( chọn μ= 1.2: Hệ số ảnh hưởng của momen). Hình 8.2: Bố trí cọc trong đài móng Cấu tạo và tính toán đài cọc chọn chiều dài cọc ngàm vào đài: h=1.5cm; chọn chiều cao đài cọc là: hđài = 1 m. Xác định ∑Mtt = Mtt + Qtt.h: ∑Mtt = 211.56+ 82.7x1 = 304.26 (KN); Hình 8.4: Sơ đồ truyền tải từ cột xuống đế móng Hình 8.3: Bố trí cọc trong đài móng Với chiều cao đài cọc hđài = 1.2m, thì đầu cọc nằm ở phạm vi dáy tháp trọc thủng nên không cần kiểm tra điều kiện trọc thủng ( hình vẽ trên). Tải trọng tác dụng lên cọc: Pttmax,min = trong đó: nc - số lượng cọc trong móng; ymax- khoảng cách từ tim cọc biên đến trục x ( trục qua trọng tâm và song song với cạnh ngắn của đài); yi - khoảng cách từ tim cọc thứ I đến trục x; ymax = m; ∑ m2; Pttmax,min = (KN) ; Pmax = 382 KN; Pmin = 328 KN; Ptb = KN. - Nhận xét: Pmax = 382 KN < Qa(b)= 481.2 KN; Pmin = 328 KN>0; - Kết luận: Tải trọng tác dụng lên cọc nhỏ hơn sức chịu tải của cọc, nên thiết kế như trên là hợp lý. Pmin = 328 KN >0, nên không cần kiểm tra chống nhổ. Kiểm tra áp lực đáy móng khối quy ước Góc ma sát trong trung bình của các lớp đất trong móng khối qui ước Trong đó : j1 = 4.420 ; h1 = 5.5m j2 = 12.530 ; h2 = 3.74m j3 = 10.450 ; h3 = 12m j4 = 28.420 ; h4 = 2.2m Þ Diện tích đáy móng khối qui ước Chiều dài và chiều rông của móng khối quy ước: am = bm = + a,b:khoảng cách của 2 mép ngoài của 2 cột biên theo 2 phương cạnh dài và cạnh ngắn (a=2.4-0.4=2 m, b = 2.4 -0.4 = 2 m). + lc:chiều dài cọc. Aqu= Bqu= Þ Fqu = 4.32x4.32 = 18.66 m2 Wqu = m2. Lực tác dụng tại đáy hố móng khối qui ước Lực tác dụng tại đáy móng khối qui ước: Xác định trọng lượng thể tích đẩy nổi: + Trọng lượng cọc trong đài : Nc = nc x d2 x 1.1x go x Lc = 9 x 0.32 x 1.1 x 25 x 24 = 534.6 KN; + Trọng lượng đài và đất trên đài: Nđài = Fqu x gtb x hh = 18.66x20x 2 = 746.4KN; + Trọng lượng của các lớp đất của móng khối quy ước từ đáy đài đến đáy móng khối quy ước: Nđất = (Fqu –ndxd2) gtb x hi = (18.66 - 9x0.32 )x 7.95x24 = 3439 KN; => Tổng tải trọng tại đáy móng khối quy ước : - Lực dọc: = Ntc + Nđài + Nđất + Ncọc = 2779 + 746.4 + 3439 + 534.6= 7499 KN. -Momen: = Mtc + Qtcx hđ = 184 + 72X1 = 256 KN. Hình 8.5: Sơ đồ truyền tải từ cột xuống đế móng quy ước Kiểm tra áp lự tiêu chuẩn dưới đáy móng khối qui ước áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng khối qui ước: ; ; cường độ của đất nền dưới mũ cọc (thoe công thức 15 trang 21/[9]): Rt/c =.( A x Bqu x gI + B x hm x gII + D x ctc ) trong đó: m1 = 1.1 ; m2 = 1 ; ktc = 1 Bqu = 3.67 m hm: độ sâu đặt móng qui ước hm = 26m gI: dung trọng của lớp đất dưới đáy móng khối qui ước = 1.947 g/cm3 gII :dung trọng trung bình của các lớp đất tính từ đáy móng khối qui ước : gII =(x hi )/hm = 7.95 KN/m3 . ctc = c4tc = 2.7 KN/m2 jtc= j4tc = 28.42o(tra theo bảng 14 trang 22 /[9]) được (A=1, B=5.1, D=7.6). Rtc = 1.1 x (1x4.32x1.95+ 4.32x26x7.95+ 7.6x2.7) = 1014 KN/m2 Vậy : = 421 KN/m2< 1,2 Rtc= 1216.8 KN/m2 < Rtc áp lực dưới đáy móng đã được thỏa. Kết luận: đất nền dưới đáy móng đủ sức chịu tải và ổn định. Kiểm tra độ lún dưới đáy móng quy ước Dùng phương pháp cộng lún từng lớp. Chia đất nền thành nhiều lớp có bề dày hi = 0.2b * Ưng suất do tải trọng bản thân của đất gây ra: sbt = gtb x hm = 7.95x26 = 206.7 (KN/m2) Ưng suất gây lún tại đáy móng khối qui ước sgl = - sbt trong đó: = 396 (KN/m2) sbt = 206.7 (KN/m2) =>sgl = - sbt = 396– 206.7 = 189.3 (KN/m2). Chia lớp đất phía dưới móng khối qui ước thành các lớp phân tố đồng nhất thoả điều kiện: hi = 0.2xbm = 0.2x4.32= 0.864m Tỉ số = 1 ko: tra bảng 1.22 trang 32/[8]. Tính tổng độ lún được tính bởi công thức sau: trong đó: (β = 0.8, E = 2500). Bảng 8.5: Bảng tính lún của lớp đất dưới đáy đài móng Điểm Độ sâu Z (m) 2Z/Bqu Eo Ko sbt sZigl stbgl bi Si (KN/m2) (KN/m2) (KN/m2) (KN/m2) (cm) 0 0 0 2500 1 206.70 189.30 167.09 0.8 2.67 1 0.864 0.4 2500 0.8 214.91 144.87 111.34 0.8 1.78 2 1.728 0.8 2500 0.45 223.12 77.80 60.31 0.8 0.96 3 2.592 1.2 2500 0.26 231.32 42.82 21.41 0.8 0.34 Tổng độ lún 5.76 Hình 8.5: Biểu đồ ứng xuất tại đế hố móng quy ước Giới hạn nền tại điểm có độ sâu 2.59 m kể từ đáy móng khối quy ước vì Độ lún của móng khối qui ước được tính theo công thức: S = 5.76 cm < [Sgh] = 8 cm thỏa điều kiện. kiểm tra chuyển vị ngang đầu cọc ( theo [6] ) Qtt = 82.7 (KN) ; Mtt= 211.56 (KN.m); trong đó: yo =Hox =H0xxM0 H ,M :giá trị tính toán của lực cắt và moment tại đầu cọc. M = KN.m. H =. nc:số lượng cọc . lo= 0 m : chiều dài đoạn cọc(m),khoảng cách từ đáy đài cọc đến mặt đất. yo , : chuyển vị ngang và góc xoay của tiết diện ngang cọc ở mức đáy đài(cọc đài thấp) - tra theo bảng G5/[7]. I: moment quán tính của cọc =(0.3)4/12=6.75x10-4 m4 E: mođun đàn hồi của bê tông = 2.7x107(KN/m2). H0= H = 9.2 KN; M0=M + Hl0= 41.9+9.2x0= 41.9 KN.m; : chuyển vị ngang của tiết diện m/KN ,bởi lực H0= 1 : chuyển vị ngang của tiết diện m/KN ,bởi lực M0= 1 : chuyển vị ngang của tiết diện m/KN ,bởi lực H0= 1 : chuyển vị ngang của tiết diện m/KN ,bởi lực M0= 1 = ; =;= ; K: hệ tỉ lệ(bảng G1 trang 85/[7]) bc =1.5d + 0.5 =1.5 x 0.3 + 0.5 =0.95 m Ao=2.441 , Bo=1.621 , Co=1.751 :lấy theo bảng G2 trang 89/[6]; = = = yo =Hox = (9.2x2.9 + 41.2x1.5)x10-4 = 0.00885m = 0.885 cm < 1 cm (với l0=0) =H0xxM0 = (9.2 x1.5+1.2x41.2)x10-4 = 0.006324 rad. Vậy cọc thỏa mãn điều kiệm chuyển vị ngang. Tính toán và bố trí cốt thép trong đài sơ đồ tính xem như dầm consol ngàm tại mép cột chịu momen uốn do P=∑pmax ổ cột biên gây ra tại mặt ngàm I-I và II-II (hình vẽ dưới). Hình 8.7: Phản lực tác dụng vào đài + Mô men theo phương cạnh dài : M1 = Pmax = 382x2x0.7 = 802.2 (KN.m) Fa = Với h0 = 1-0.1 = 0.9(m) Chọn 10f20; Fa = 31.4 (cm2) Bố trí a = ( n: là số cây thép được chọn) Chọn f20 a 200. Vì hai phương như nhau nên bố trí thép cho cả 2 phương là như nhau Vậy bố trí thép f20 a 200 cho cả 2 phương. Tính toán móng trục C6 ( M2) Xác định độ sâu đặt đáy đài và chiều cao đài cọc (BAO MIN, Nott = -2551.1(KN), Mott = -212.85 (KN), Qott = -83.7(KN)). H ≥ hmin = 0.7x tg(450-φ/2)x trong đó: φ và γ: Góc ma sát trong và dung trọng tư nhiên của đất từ dáy đài trở lên,chính là lớp đất 1 (bùn sét). (φ = 40.25’= 4.420, γ = 1.55 T/m3) Qtt: Gía trị tính toán của tải trọng ngang (Qtt = 83.7 KN); Bđ: Bề rộng đái đài, chọn sơ bộ Bđ = 1.8m Vậy: hmin= 0.7xtg(450-4.42/2)x= 1.59 m. Vậy ta chọn chiều sâu chôn đài cọc h = 2 m (so với mặt dất tự nhiên)> hmin=1.59m. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (Xem phần 8.1.2 vì chon thép chọn cọc như trên) Qa =Qgh / 1.5 = 11186/ 1.5 = 745.3 KN để đưa vào tính toán. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền (Xem phần 8.1.2 vì chon thép chọn cọc như trên) Vậy sức chịu tải cho phép của cọc bằng kết quả xuyên tĩnh: Qa(b)= KN; Như vậy sức chịu tải của cọc là giá trị nhỏ nhất giữa sức chịu tải theo vật liệu và theo sức chịu tải theo đất nền và sức chịu tải theo két quả xuyên tĩnh; Pa = min( Pvl ; Qa(a) ; Qa(b) ) = 481.2 KN. Xác định sơ bộ kích thước đài cọc Khi khoảng cách giữa các cọc là 3d, thì áp lưc tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc gây ra: ptt = KN/m2. Diện tích sơ bộ đế đài: Ftt = m2. Chọn Fđ = 1.8 x 2.6 = 4.68 m2. Trọng lượng của đài và đất phủ trên đài: Nđtt =n . Fđ . h . gtb = 1.1 x 4.68 x 1.2x 14.6 = 90.2 KN; Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: Ntt = N0tt + Nđtt = 2551.1 + 90.2 = 2641.3 KN Số lượng cọc được xác định sơ bộ: ncọc = μ cọc, Chọn nc’ = 6 cọc; ( chọn μ= 1.2: Hệ số ảnh hưởng của momen). Hình 8.2: Bố trí cọc trong đài móng Cấu tạo và tính toán đài cọc chọn chiều dài cọc ngàm vào đài: h=1.5cm; chọn chiều cao đài cọc là: hđài = 1m. Hình 8.3: Bố trí cọc trong đài móng Với chiều cao đài cọc hđ = 1m, thì đầu cọc nằm ở phạm vi dáy tháp trọc thủng nên không cần kiểm tra điều kiện trọc thủng ( hình vẽ trên). Tải trọng tác dụng lên cọc: Pttmax,min = trong đó: nc - số lượng cọc trong móng; ymax- khoảng cách từ tim cọc biên đến trục x ( trục qua trọng tâm và song song với cạnh ngắn của đài); yi - khoảng cách từ tim cọc thứ I đến trục x; Xác định ∑Mtt = Mtt + Qtt.h: ∑Mtt = 212.85 + 83.7x1.0 = 296.6 (KN); ymax = m; ∑ m2; Hình 8.4: Sơ đồ truyền tải từ cột xuống đế móng Pttmax,min = (KN); Pmax = 482.2 KN; Pmin = 368.2 KN; Ptb = KN. - Nhận xét: Pmax = 472.2 KN < Qa(b)= 481.2 KN; Pmin = 368.2 KN>0; - Kết luận: Tải trọng tác dụng lên cọc nhỏ hơn sức chịu tải của cọc, nên thiết kế như trên là hợp lý. Pmin = 368.2 KN >0, nên không cần kiểm tra chống nhổ. Kiểm tra áp lực đáy móng khối quy ước Góc ma sát trong trung bình của các lớp đất trong móng khối qui ước: trong đó: j1 = 4.420 ; h1 = 5.5m j2 = 12.530 ; h2 = 3.74m j3 = 10.450 ; h3 = 12m j4 = 28.420 ; h4 = 2.2m Þ Diện tích đáy móng khối qui ước Chiều dài và chiều rông của móng khối quy ước: am = bm = + a,b:khoảng cách của 2 mép ngoài của 2 cột biên theo 2 phương cạnh dài và cạnh ngắn (a=2.6-0.4=22 m,b=1.8-0.45=1.35m). + lc:chiều dài cọc. Aqu= Bqu = Þ Fqu = 3.67x4.47 = 16.4 m2 Wqu = m2. Lực tác dụng tại đáy hố móng khối qui ước Lực tác dụng tại đáy móng khối qui ước : Xác định trọng lượng thể tích đẩy nổi: + Trọng lượng cọc trong đài : Nc = nc x d2 x 1.1x go x Lc = 6x 3.14x0.32/4x 1.1 x 2.5 x 24 = 297 KN; + Trọng lượng đài và đất trên đài: Nđài = Fqu x gtb x hh = 16.4x20x 2 = 656 KN; + Trọng lượng của các lớp đất của móng khối quy ước từ đáy đài đến đáy móng khối quy ước: Nđất = (Fqu –ndxd2)x gtb x hi = (16.4 - 6x0.32) x 7.95x24 = 3043 KN; => Tổng tải trọng tại đáy móng khối quy ước: - Lực dọc: = Ntc + Nđài + Nđất + Ncọc = 2218.35 + 656 + 3043 + 297= 6214.35 KN. -Momen: = Mtc + Qtcx hđ = 185 + 72.78x1 = 257.8 KN. Hình 8.5: Sơ đồ truyền tải từ cột xuống đế móng quy ước Kiểm tra áp lự tiêu chuẩn dưới đáy móng khối qui ước áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng khối qui ước: ; ; cường độ của đất nền dưới mũ cọc thoe công thức (1-19) trang 33/[8] sau: Rt/c =.( A x Bqu x gI + B x hm x gII + D x ctc ) trong đó: m1 = 1.1; m2 = 1; ktc = 1 Bqu = 3.67 m hm: độ sâu đặt móng qui ước hm = 24m; gI: dung trọng của lớp đất dưới đáy móng khối qui ước = 1.947 g/cm3 gII :dung trọng trung bình của các lớp đất tính từ đáy móng khối qui ước : gII =(x hi )/hm = 7.95 KN/m3 . ctc = c4tc = 2.7 KN/m2 jtc = j4tc = 28.42o(tra theo bảng 14 trang 22 /[9]) được (A=1, B=5.1, D=7.6). Rtc = 1.1 x (1x4.32x1.95+ 4.32x26x7.95+ 7.6x2.7) = 1014 KN/m2 Vậy : = 421 KN/m2< 1,2 Rtc= 1216.8 KN/m2 < Rtc áp lực dưới đáy móng đã được thỏa. Kết luận: đất nền dưới đáy móng đủ sức chịu tải và ổn định. Kiểm tra độ lún dưới đáy móng quy ước Dùng phương pháp cộng lún từng lớp. Chia đất nền thành nhiều lớp có bề dày hi = 0.2b * Ưng suất do tải trọng bản thân của đất gây ra: sbt = gtb x hm = 7.95x26 = 206.7 (KN/m2) Ưng suất gây lún tại đáy móng khối qui ước sgl = - sbt trong đó: = 379 (KN/m2) sbt = 198.75 (KN/m2) =>sgl = 379 – 206.7 = 17.3 (KN/m2). Chia lớp đất phía dưới móng khối qui ước thành các lớp phân tố đồng nhất thoả điều kiện: hi = 0.2xbm = 0.2x3.67 = 0.734m Tỉ số = 1.2 ko: tra bảng 1.22 trang 30/[8]. Lập bảng tính lún: Tính tổng độ lún được tính bởi công thức sau: trong đó: (β = 0.8, E = 2500 ( cát thô trang thái chặt vừa). Bảng 8.5: Bảng tính lún của lớp đất dưới đáy đài móng Điểm Độ sâu Z (m) 2Z/Bqu Eo Ko sbt sZigl stbgl bi Si (KN/m2) (KN/m2) (KN/m2) (KN/m2) (cm) 0 0 0 2500 1 206.70 172.30 151.79 0.8 2.43 1 0.864 0.4 2500 0.8 214.91 131.27 100.71 0.8 1.61 2 1.728 0.8 2500 0.45 223.12 70.15 54.27 0.8 0.87 3 2.592 1.2 2500 0.26 231.32 38.40 19.20 0.8 0.31 Tổng độ lún 5.22 Hình 8.5: Biểu đồ ứng xuất tại đế hố móng quy ước Giới hạn nền tại điểm có độ sâu 2.59m kể từ đáy móng khối quy ước vì Độ lún của móng khối qui ước được tính theo công thức: S = 6.33 cm < [Sgh] = 8 cm thỏa điều kiện. kiểm tra chuyển vị ngang đầu cọc (Xem phần 8.1.8) vì chọn cùng 1 loại cọc. Tính toán và bố trí cốt thép trong đài sơ đồ tính xem như dầm consol ngàm tại mép cột chịu momen uốn do P=∑pmax ổ cột biên gây ra tại mặt ngàm I-I và II-II (hình vẽ dưới). Hình 8.7: Phản lực tác dụng vào đài + Mô men theo phương cạnh dài: M1 = Pmax = 368.4x2x0.7 = 515.76 (KN.m) Fa = Với h0 = 1-0.1 =0.9 (m) Chọn 10f18; Fa = 25.45 (cm2) Bố trí a = ( n: là số cây thép được chọn) Chọn f18 a 200 + Mô men theo phương cạnh ngắn: M2 = Pmax = 368.4x3x0.3 = 331.56 (KN.m) Fa = Với h0 = 1-0.1 =0.9(m) Chọn 14f14; Fa = 21.55 (cm2) Bố trí a = ( n: là số cây thép được chọn) Chọn f14 a 200. Tính toán móng trục D6 ( M3) Xác định độ sâu đặt đáy đài và chiều cao đài cọc (BAO MIN, Nott = -1970.3 (KN), Mott = -198 (KN), Qott = -76(KN)). H ≥ hmin = 0.7x tg(450-φ/2)x trong đó: φ và γ: Góc ma sát trong và dung trọng tư nhiên của đất từ dáy đài trở lên,chính là lớp đất 1 (bùn sét). (φ = 40.25’= 4.420, γ = 1.55 T/m3) Qtt: Gía trị tính toán của tải trọng ngang (Qtt = 76 KN); Bđ: Bề rộng đái đài, chọn sơ bộ Bđ = 1.8m Vậy: hmin= 0.7xtg(450-4.42/2)x= 1.51 m. Vậy ta chọn chiều sâu chôn đài cọc h = 2 m (so với mặt dất tự nhiên)> hmin=1.51m. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (Xem phần 8.1.2 vì chon thép chọn cọc như trên) Qa =Qgh / 1.5 = 11186/ 1.5 = 745.3 KN để đưa vào tính toán Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền (Xem phần 8.1.2 vì chon thép chọn cọc như trên) Vậy sức chịu tải cho phép của cọc bằng kết quả xuyên tĩnh: Qa(b)= KN; Như vậy sức chịu tải của cọc là giá trị nhỏ nhất giữa sức chịu tải theo vật liệu và theo sức chịu tải theo đất nền và sức chịu tải theo két quả xuyên tĩnh; Pa = min( Pvl ; Qa(a) ; Qa(b) ) = 481.2 KN. Xác định sơ bộ kích thước đài cọc Khi khoảng cách giữa các cọc là 3d, thì áp lưc tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc gây ra: ptt = KN/m2. Diện tích sơ bộ đế đài: Ftt = m2. Chọn Fđ = 1.8 x 1.8 = 3.24 m2. Trọng lượng của đài và đất phủ trên đài: Nđtt =n . Fđ . h . gtb = 1.1 x 3.24 x 1.2x 14.6 = 62.44 KN; Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: Ntt = N0tt + Nđtt = 1970 + 62.44 = 2032.44 KN Số lượng cọc được xác định sơ bộ: ncọc = μ cọc, Chọn nc’ = 5 cọc; ( chọn μ= 1.2: Hệ số ảnh hưởng của momen). Hình 8.2: Bố trí cọc trong đài móng Cấu tạo và tính toán đài cọc chọn chiều dài cọc ngàm vào đài: h=1.5cm; chọn chiều cao đài cọc là: hđài = 1m. Hình 8.3: Bố trí cọc trong đài móng Với chiều cao đài cọc hđài = 0.8m, thì đầu cọc nằm ở phạm vi dáy tháp trọc thủng nên không cần kiểm tra điều kiện trọc thủng ( hình vẽ trên). Tải trọng tác dụng lên cọc: Pttmax,min = trong đó: nc - số lượng cọc trong móng; ymax- khoảng cách từ tim cọc biên đến trục x ( trục qua trọng tâm và song song với cạnh ngắn của đài); yi - khoảng cách từ tim cọc thứ I đến trục x; Xác định ∑Mtt = Mtt + Qtt.h: ∑Mtt = 198 + 76x1.0 = 274 (KN); ymax = m; ∑ m2; Hình 8.4: Sơ đồ truyền tải từ cột xuống đế móng Pttmax,min = (KN); Pmax = 470 KN; Pmin = 318 KN; Ptb = KN. - Nhận xét: Pmax = 470 KN < 1.2xPmingh= 577.44 KN; Pmin = 318 KN>0; - Kết luận: Tải trọng tác dụng lên cọc nhỏ hơn sức chịu tải của cọc, nên thiết kế như trên là hợp lý. Pmin = 318 KN >0, nên không cần kiểm tra chống nhổ. Kiểm tra áp lực đáy móng khối quy ước Góc ma sát trong trung bình của các lớp đất trong móng khối qui ước: trong đó: j1 = 4.420 ; h1 = 5.5m j2 = 12.530 ; h2 = 3.74m j3 = 10.450 ; h3 = 12m j4 = 28.420 ; h4 = 2.2m Þ Diện tích đáy móng khối qui ước Chiều dài và chiều rông của móng khối quy ước: am = bm = + a,b:khoảng cách của 2 mép ngoài của 2 cột biên theo 2 phương cạnh dài và cạnh ngắn (a=2.6-0.4=22 m,b=1.8-0.45=1.35m). + lc:chiều dài cọc. Aqu= Bqu = Þ Fqu = 3.67x4.47 = 16.4 m2 Wqu = m2. Lực tác dụng tại đáy hố móng khối qui ước Lực tác dụng tại đáy móng khối qui ước: Xác định trọng lượng thể tích đẩy nổi: + Trọng lượng cọc trong đài : Nc = nc x d2 x 1.1x go x Lc = 5x 0.32x 1.1 x 25 x 24 = 297 KN; + Trọng lượng đài và đất trên đài: Nđài = Fqu x gtb x hh = 16.4x20x 2 = 656 KN; + Trọng lượng của các lớp đất của móng khối quy ước từ đáy đài đến đáy móng khối quy ước: Nđất = (Fqu –ndxd2)x gtb x hi = (16.4 - 5x0.32 )x 7.95x24 = 3043 KN; => Tổng tải trọng tại đáy móng khối quy ước: - Lực dọc: = Ntc + Nđài + Nđất + Ncọc = 1707 + 656+ 3043 + 297 = 5703 KN. -Momen: = Mtc + Qtcx hđ = 147.8 + 56.87x1 = 204.67 KN. Hình 8.5: Sơ đồ truyền tải từ cột xuống đế móng quy ước Kiểm tra áp lự tiêu chuẩn dưới đáy móng khối qui ước áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng khối qui ước: ; ; cường độ của đất nền dưới mũ cọc thoe công thức (1-19) trang 33/[8] sau: Rt/c =.( A x Bqu x gI + B x hm x gII + D x ctc ) trong đó: m1 = 1.1; m2 = 1; ktc = 1 Bqu = 3.67 m hm: độ sâu đặt móng qui ước hm = 24m; gI: dung trọng của lớp đất dưới đáy móng khối qui ước = 1.947 g/cm3 gII :dung trọng trung bình của các lớp đất tính từ đáy móng khối qui ước : gII =(x hi )/hm = 7.95 KN/m3 . ctc = c4tc = 2.7 KN/m2 jtc = j4tc = 28.42o(tra theo bảng 14 trang 22 /[9]) được (A=1, B=5.1, D=7.6). Rtc = 1.1 x (1x4.32x1.95+ 4.32x26x7.95+ 7.6x2.7) = 1014 KN/m2 Vậy : = 421 KN/m2< 1,2 Rtc= 1216.8 KN/m2 < Rtc áp lực dưới đáy móng đã được thỏa. Kết luận: đất nền dưới đáy móng đủ sức chịu tải và ổn định. Kiểm tra độ lún dưới đáy móng quy ước Dùng phương pháp cộng lún từng lớp. Chia đất nền thành nhiều lớp có bề dày hi = 0.2b * Ưng suất do tải trọng bản thân của đất gây ra: sbt = gtb x hm = 7.95x26 = 206.7 (KN/m2) Ưng suất gây lún tại đáy móng khối qui ước sgl = - sbt trong đó: = 367 (KN/m2) sbt = 198.75 (KN/m2) =>sgl = 367 – 206.7 = 160.3 (KN/m2). Chia lớp đất phía dưới móng khối qui ước thành các lớp phân tố đồng nhất thoả điều kiện: hi = 0.2xbm = 0.2x3.67 = 0.734m Tỉ số = 1 ko: tra bảng 1.22 trang 30/[8]. Lập bảng tính lún: Tính tổng độ lún được tính bởi công thức sau: trong đó: (β = 0.8, E = 2500 ( cát thô trạng thái chặt vừa)). Bảng 8.5: Bảng tính lún của lớp đất dưới đáy đài móng Điểm Độ sâu Z (m) 2Z/Bqu Eo Ko sbt sZigl stbgl bi Si (KN/m2) (KN/m2) (KN/m2) (KN/m2) (cm) 0 0 0 2500 1 206.70 162.30 143.28 0.8 2.25 1 0.734 0.4 2500 0.8 213.67 124.26 99.22 0.8 1.78 2 1.468 0.8 2500 0.5 220.65 74.18 57.59 0.8 1.03 3 2.202 1.2 2500 0.29 227.62 41.00 20.50 0.8 0.37 Tổng độ lún 5.42 Hình 8.5: Biểu đồ ứng xuất tại đế hố móng quy ước Giới hạn nền tại điểm có độ sâu 2.2m kể từ đáy móng khối quy ước vì Độ lún của móng khối qui ước được tính theo công thức: S = 5.42 cm < [Sgh] = 8 cm thỏa điều kiện kiểm tra chuyển vị ngang đầu cọc (kiểm tra xem phần 8.1.8) Tính toán và bố trí cốt thép trong đài sơ đồ tính xem như dầm consol ngàm tại mép cột chịu momen uốn do P=∑pmax ổ cột biên gây ra tại mặt ngàm I-I và II-II (hình vẽ dưới). Hình 8.7: Phản lực tác dụng vào đài + Mô men theo phương cạnh dài : M1 = Pmax = 470x2x0.7 = 658 (KN.m) Fa = Với h0 = 1-0.1 =0.9(m) Chọn 12f18; Fa = 30.54 (cm2) Bố trí a = ( n: là số cây thép được chọn) Chọn f18 a 160 + Mô men theo phương cạnh ngắn: M1 = Pmax = 470x2x0.3 = 282 (KN.m) Fa = Với h0 = 1-0.1 =0.9(m) Chọn 14f14; Fa = 21.546 (cm2) Bố trí a = ( n: là số cây thép được chọn) Chọn f14 a 200 kiểm tra cường độ khi vận chuyển và cẩu lắp của cọc 1.656 4.688 1.656 8 q Khi vận chuyển L = 8 m ; A = 0.207l = 0.207 x 8 = 1.656 m Trọng lượng bản thân của cọc phân bố đều: q = 0.3 x 0.3 x 1.1 x 25 = 2.475 KN/m Mômen lớn nhất : Mmax = 0.0484 x 0.2475 x 82 = 7.67 KN.m m = = = = cm2 < 2f12 Vậy [As=1.21< 2f12 (As=2.26)]. Khi cẩu lắp 8 2.352 q Mmax Mmax L = 8 m; B = 0.294.L = 2.352 m Mômen lớn nhất khi cẩu lắp Mmax = 0,086 q l2 = 0.086 x 0.2475 x 82 = 13.62 KN.m m = = = = cm2 Vậy [As=1.9< 2f12 (As=2.26)]. Vậy đảm bảo khả năng chịu lực khi vận chuyển và cẩu lắp . Tính móc treo Lực do một nhánh thép chịu: P = =5.94 KN Diện tích thép yêu cầu : Fa = Chọn thép dùng làm móc cẩu có f = 12 mm ; Fa = 1.13 cm2 + Xác định đoạn thép neo vào cọc Điều kiện không bị trượt : Lneo x u x Rk ³ P Trong đó : U = p x d = 3.14 x 1.2 = 3.77 (cm) P = 594 daN; Rk = 8.3 daN/cm2 à Lneo ³ = Chọn Lneo =20 cm. Cấu tạo cọc : Cọc bố trí như hình vẽ; khoảng cách giữa các cọc (3 – 6) x d; chọn 3d: C = 3d = 3 x 0.25 = 0.75m; chọn chiều cọc ngàm vào đài h1 = 10 cm. Chiều cao đài chọn : hđ = 1m. Vì đầu cọc nằm trong phạm vi hình tháp ép lõm , cho nên không cần phải kiểm tra các điều kiện ép lõm. Bố trí cọc trong mặt bằng như hình vẽ: 8.4. Bố trí thép Cốt thép đài móng được bố trí trong bản vẽ KC-01-03/03