Thiết kế nền và móng

CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ NỀN VÀ MÓNG 6.1. ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÀ ĐỊA CHẤT THỦY VĂN 6.1.1. Điều kiện địa chất công trình Căn cứ vào tài liệu khảo sát địa chất ta vẽ được mắt cắt địa chất công trình. Kể từ mặt đất hiện hữu đến độ sâu khảo sát là 60.0 m, nền đất trong khu vực xây dựng được cấu tạo bởi 5 lớp đất chính: Lớp đất mặt: Đất trồng, sét pha dẻo mềm . Đất đắp độ sâu 1.3m, thành phần chủ yếu là cát lẩn bụi, cát lẩn sét cát màu xám. 1/ Lớp đất số 1: Sét dẻo cao màu xám đen trạng thái dẻo nhão Lớp đất số 1 có bề dày 5.2 m. Sức kháng xuyên động chùy tiêu chuẩn N<1. 2/ Lớp đất số 2: Sét dỏe thấp màu vàng , xanh xám , nâu đỏ , loang lổ , trạng thái nữa cứng . Lớp đất số 2 có bề dày 3.9 m. Sức kháng xuyên động chùy tiêu chuẩn N=11. 3/ Lớp đất số 3:Cát lẩn bụi màu vàng , xám trắng đôi chổ lẩn ít sỏi thạch anh, trạng thái chặt. Lớp đất số 3 có bề dày 10.9 m. Sức kháng xuyên động chùy tiêu chuẩn N=17. 4/ Lớp đất số 4:Sét dẻo thấp màu xám xanh , xám trắng vàng, trạng thai dẻo mềm. Lớp đất số 4 có bề dày 0.7 m. Sức kháng xuyên động chùy tiêu chuẩn N=16. 5/ Lớp đất số 5: Cát lẩn bụi màu vàng , xám trắng đôi chổ lẩn ít sỏi thạch anh, trạng thái chặt. Lớp đất số 5 có bề dày 38 m. Sức kháng xuyên động chùy tiêu chuẩn N=17. 6.1.2. Địa chất thủy văn Mực nước ngầm thay đổi, dao động thủy triều và theo mùa. Kết quả phân tích mẫu nước cho thấy nước có tên gọi là: Clorua – Natri. Theo Quy trình thiết kế xây dựng, các dấu hiệu và tiêu chuẩn ăn mòn nước đối với bê tông cốt thép kết hợp với Quy trình xây dựng (QTXD – 59 – 73) của Ủy ban Thiết kế cơ bản Nhà nước và TCVN 3994-85, đánh giá mức độ ăn mòn của nước tới móng công trình: Nước có tính ăn mòn trung bình đối với bê tông. Kết luận: Lớp số 1: Sét dẻo cao màu xanh đen, trạng thái dẻo nhão. Đây là lớp đất thuận lợi cho việc xây dựng cấc công trình có tải trọng vừa và nhỏ. Lớp số 2: Sét, sét pha xen kẹp màu xám đen xám vàng đen đốm vàng, trạng thái dẻo mềm. Đây là lớp đất thuận lợi cho việc xây dựng các công trình có tải trọng nhỏ. Lớp số 3: Cát mịn đến thô lẫn ít bột sét sỏi nhỏ màu vàng, xám vàng. Đây là lớp đất thuận lợi cho việc xây dựng các công trình có tải trọng vừa và lớn. Lớp số 4: Sét pha xám vàng, dẻo mềm. Lớp đất này thuận lợi cho việc xây dựng các công trình có tải trọng trung bình. Lớp số 5: Cát mịn thô kẹp lẫn bột ít sét màu xám vàng, xám nâu, nâu vàng, trạng thái chặt vừa. Đây là lớp đất thuận lợi cho việc xây dựng các công trình có tải trọng lớn. Tên đất Chiều dày (m) W (%) (g/cm3) (g/cm3) Gs e0 n % S0 (%) WL (%) WP (%) IP (%) B (độ) c (daN/cm2) E daN/cm2 Đất đắp 1.3 Sét dẻo,nhão 5.2 85.5 1.44 0.8 2.63 2.29 69.9 98.3 90.6 39.1 51.5 0.88 4o29’ 0.05 5.1 Sét dẻo thấp, trạng thái cứng 3.9 25.1 2.00 1.63 2.723 0.67 40.3 93.7 51.9 22.0 29.9 0.06 15o23' 0.36 31.08 Cát lẩn bụi màu vàng, chặt 10.9 18.3 2.10 1.81 2.664 0.5 33.4 97.2 19.0 15.3 3.7 0.81 30o6' 0.10 77.40 Sét dẻo thấp ,mềm 0.7 24.8 2.01 1.61 2.689 0.67 40.3 99.0 29.5 19.9 9.6 0.51 15o54' 0.25 20.61 Cát lẩn bụi màu vàng, chặt 38 20.7 2.14 1.84 2.668 0.59 31.1 95.6 21.6 18.4 3.2 0.72 30o6' 0.12 84.84 Bảng 6.1 : Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất nền 6.2. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP MÓNG 6.2.1. Giải pháp móng nông Lớp đất thứ 1 là lớp đất yếu bùn sét màu xám xanh có chiều dày lớn nên không thể chọn giải pháp móng bè trên nền thiên nhiên cho công trình. 6.2.2. Giải pháp móng cọc đúc sẵn Cọc bê tông đúc sẵn có ưu điểm là giá thành rẻ, dễ kiểm tra, chất lượng của từng đoạn cọc được thử dưới lực ép. Xác định được sức chịu tải của cọc ép qua lực ép cuối cùng. Nếu dùng móng cọc bêtông đúc sẵn và cho cọc đặt vào lớp đất 3, việc hạ cọc sẽ gặp rất nhiều khó khăn khi cần phải xuyên vào lớp 2sét, lớp 3 cát mịn đến thô lẫn sỏi nhỏ màu vàng. Rất hay gặp trường hợp chối giả. Giải pháp thi công là phải ép rung hoặc khoan dẩn, giải pháp ép rung chỉ có hiệu quả khi chiều sâu của lớp đất cát cần xuyên cọc nhỏ và cát có độ chặt không cao. Đối với giải pháp khoan dẩn, khoan sẽ làm giảm sức chịu tải của cọc, sức kháng ma sát hông sẽ giãm đi rất nhiều và khả năng phục hồi ma sát hông rất thấp vì lớp 3 lớp cát. Mặc khác việc khoan dẩn cho một độ sâu lớn hơn 18m như vậy sẽ làm tăng kinh phí thi công lên rất cao. 6.2.3. Giải pháp móng cọc khoan nhồi Nếu dùng móng cọc khoan nhồi, có thể đặt mũi cọc lên lớp 6 hoặc lớp 7. Ưu điểm: Cọc khoan nhồi là có thể đạt đến chiều sâu hàng trăm mét (không hạn chế như cọc ép), do đó phát huy được triệt để đường kính cọc và chiều dài cọc. Có khả năng tiếp thu tải trọng lớn. Có khả năng xuyên qua các lớp đất cứng. Đường kính cọc lớn làm tăng độ cứng ngang của công trình. Cọc nhồi khắc phục được các nhược điểm như tiếng ồn, chấn động ảnh hưởng đến công trình xung quanh. Chịu được tải trọng lớn ít làm rung động nền đất, mặt khác công trình có chiều cao khá lớn (60m) nên nó cũng giúp cho công trình giữ ổn định rất tốt. Ngoài ra giá thành cọc khoan nhồi thời gian gần đây cũng đã giảm đáng kể do máy móc thiết bị thi công ngày càng phổ biến. Nhược điểm Công nghệ thi công cọc đòi hỏi kỹ thuật cao, các chuyên gia có kinh nghiệm. Biện pháp kiểm tra chất lượng bêtông cọc thường phức tạp, tốn kém. Khi xuyên qua các vùng có hang hốc Kas-tơ hoặc đá nẻ phải dùng ống chống để lại sau khi đổ bêtông, do đó giá thành sẽ đắt. Ma sát bên thân cọc có phần giảm đi đáng kể so với cọc đóng và cọc ép do công nghệ khoan tạo lỗ. Chất lượng cọc chịu ảnh hưởng nhiều của quá trình thi công cọc. Khi thi công công trình kém sạch sẽ khô ráo. 6.2.4. Kết luận Dựa vào điều kiện địa chất công trình và tải trọng công trình và các phân tích trên, phương án móng cọc khoan nhồi và móng cọc ép là phương án tối ưu để thiết kế nền móng cho công trình. THIẾT KẾ MÓNG CỌC Hệ số vượt tải n=1,15 Bảng 6.2: Bảng phân tích tải trọng Tải trọng Tính Toán Tải trọng Tiêu chuẩn N(kN) 5265.96 N(kN) 4579.09 Mx (kN.m) 100 Mx (kN.m) 86.95 My (kN.m) 11.3 My (kN.m) 9.82 Qx (kN) 98.2 Qx (kN) 85.39 Qy( kN) 10.4 Qy( kN) 9.04 Tính thép của cọc: Tính thép dọc của cọc. Chọn tiết diện cọc ép 350x350(mm2). Bêtông cọc có B30 có Rb = 17 MPa. Thép chịu lực CIII có Rs= 365 MPa. Thép đai thép CI có Rs = 225 MPa. Ta chọn chiều dài của cọc là 27m và được nối bằng 3 đoạn cọc có chiều dài mỗi đoạn là 9m Ta tính được biểu đồ mômen khi vận chuyển cọc và khi cẩu lắp: . Trường hợp cẩu vận chuyển: Trường hợp cẩu lắp: Hình 6.1: Sơ đồ tính toán để đặt móc cẩu Ta thấy: Biểu đồ Mômen của cọc trong trường hợp cẩu lắp có giá trị lớn hơn khi vận chuyển nên ta sẽ sử dụng giá trị mômen trong trường hợp cẩu lắp để tính cốt thép trong cọc Giả sử ta chọn thép chịu lực cho cọc là . Tính thép Chọn a = 30 mm h0= 350-30=320mm. ; . Chọn 2 cây có . Hình 6.2: Mặt cắt ngang cọc Tính móc cẩu : Trọng lượng của một nhánh đai: . Diện tích thép cần thiết cho 1 nhánh đai là : . Chọn Chiều dài neo móc cẩu . 6.4.1. Xác định chiều sâu chôn móng: Giả sử chọn bề rộng có kích thước là b =2000mm. Chiều sâu chôn móng tối thiểu là: Hmin = Chọn chiều sâu chôn móng là H = 1.6 m. 6.4.2. Xác định sức chịu tải của vật liệu. => Vậy : . 6.4.3. Xác định sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền: m = 1 ; mR = 1.1 (đất cát chặt vừa). qp = 2100 kN/m2 (vì mũi cọc cắm sâu ở 31.8m ở lớp cát mịn chặt vừa) Ap =0.35 x 0.35 = 0.1225 m2 Bảng 6.2: Bảng sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát STT Z(m) (m) (kN/m2) (kN/m) 1 4.9 1 8 8 2 5.95 1.1 8 8.8 3 7.5 2 0 0 4 9.45 1.9 0 0 5 11.4 2 34.2 68.4 6 13.4 2 35 71.2 7 15.4 2 38.1 77.6 8 17.4 2 38.8 78.2 9 19.4 2 40.6 81.2 10 20.85 0.9 41.2 37.08 11 21.65 0.7 32 22.4 12 23 2 42.6 85.2 13 25 2 44 88 14 27 2 45.7 91.4 15 29 2 46.6 93.2 16 31.8 1.8 47.1 84.78 Hình 6.2: phân chia các lớp đất => 6.4.4. Xác định số lượng cọc: - Số lượng cọc sơ bộ: Chọn 4 cọc => - Khoảng cách tối thiểu gữa các tim cọc là: : 3d = 3 x 0.35 = 1.05(m). - Áp lực tính toán giả định tác dụng lên đế đài : . - Diện tích sơ bộ của đế đài :. - Trọng lượng của đài và đất trên đài : - Lực dọc tính toán trên đế đài : . - Số lượng cọc tính toán : Chọn 7 cọc bố trí như hình vẽ Hình 6.3: Bố trí mặt bằng cọc Vậy chọn kích thước đài móng là : . Kiểm tra chiều sâu chôn móng: Với B = 1.75(m) ta có: . vậy chọn. Vì kết cấu công trình có tầng hầm nên thỏa điều kiện kiểm tra chiều sâu chôn móng. Xác định chiều cao đài cọc. - Theo cấu tạo h =3d +10cm. Với h = h1 +h2 - h1 là chiều cao đầu cọc ngàm vào đài :h1= 150 mm - h2 = h – h1. (phải tính) Ta có : - (theo phương chiều dài) - ( theo phương bề rộng) Vậy chọn Chiều cao đài móng là: . Kiểm tra phản lực đầu cọc. . . . >0 cọc không bị nhổ Cọc đủ sức chịu tải 6.5.3. Tính sức chịu tải của các cọc còn lại Hình 6.4: Bố trí mặt cắt đài móng Kiểm tra áp lực dưới đáy khối móng quy ước. Ta có: Vậy kích thước đáy móng quy ước là: (m) (m) Chiều cao đáy khối móng quy ước là: Hqư = 26.85 + 4.4 = 31.25(m). Trọng lượng khối móng : Từ đáy đài trở lên : . Từ đáy đài trở xuống: Vậy trọng lượng khối móng quy ước là: Hình 6.5: Sơ đồ móng khối quy ước Rtc = Từ của lớp đất cuối tra bảng ta được . (thoả điều kiện). Mặt khác: => = < (thoả điều kiện). Dự tính độ lún. Ứng suất trung bình tại đáy khối móng quy ước tb = (Max + Min )/ 2= 631.48 (kN/m2) Ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất gây ra: Ứng suất gây lún tại đáy khối , móng quy ước : gl = - bt =631.48– 520.31= 111.17( kN/m2) Chia các lớp đất thành các phân tố có chiều dày là = 0.2 Bqư = 0.2x8.06=1.612m để tính lún : Chọn Bảng 63: Bảng kiểm tra tính lún cuả móng Điểm Z(m) K0 0 0 1 0 1 111.17 520.31 1 1.612 1 0.4 0.96 106.72 549.97 Hình 6.6: Sơ đồ tính lún của móng Dự tính độ lún trên cùng 1 lớp đất: Thiết kế thép chịu uốn cho đài cọc. Đài cọc cao 1.2m ; cọc cắm vào đài 0.15m ; râu thép cắm vào đài dài 0.5m .Bê tông lót dày 10cm , B10. Với chiều cao của đài như vậy, tháp chọc thủng từ chân cột trùm ra ngoài các tim cọc, nên không cần phải kiêm tra điều kiện chọc thủng. Mônmen tương ứng với mặt ngàm I-I và II-II gần như nhau nên lấy Dùng thép CIII có : . Dùng bê tông : B30 có: Rb = 17 MPa ; Rbt = 1.2 MPa ; Xét mặt ngàm II-II: Hình 6.7: Mặt cắt tại ngàm cột Diện tích cốt thép tương ứng với mặt ngàm II-II =32.3cm2 Chọn có () ; khoảng cách các thanh thép : Xét mặt ngàm I-I: Hình 6.8: Mặt cắt tại ngàm cột Diện tích cốt thép tương ứng với mặt ngàm I-I =50.21cm2 Chọn có () ; khoảng cách các thanh thép : THIẾT KẾ MÓNG CỌC ÉP ĐÀI BÈ (MÓNG KHU VỰC THANG MÁY VÀ THANG BỘ) Tải trọng tác dụng lên móng Tải trọng truyền xuống móng thông qua hệ khung – vách. Sử dụng tiện ích gán thuộc tính Pier cho vách cứng của chương trình ETABS, ta gán tất cả các vách cứng thuộc khu vực thang máy và thang bộ có chung tên Pier. Chương trình sẽ xuất ra nội lực ứng với từng trường hợp tải trọng ngay tại vị trí tâm độ cứng của Pier, xác định giá trị nội lực tại cao trình mặt móng (sàn tầng hầm ). Hình 6.9: Sơ đồ xác định độ lệch giữa tâm hình học và tâm độ cứmg của vách Độ lệch tâm giữa tâm hình học và tâm độ cứng được xác định theo công thức sau: Lực dọc đưa về tâm móng sẽ gây ra moment: M’x=N.y M’y=N.x Chọn tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất cho móng đài bè khu thang máy và thang bộ như sau. Kết quả xác định nội lực để tính toán móng đài bè khu thang máy và thang bộ được trình bày trong bảng 8.10. Tổ hợp N (kN) Qy (kN) Qx (kN) My (kNm) Mx (kNm) Trị tính toán 47654.61 369.94 112.91 84.212 3544.71 Trị tiêu chuẩn 41438.79 321.68 98.18 73.22 3082.35 Bảng 6.1: Lực tác dụng tại mặt móng đài bè khu thang máy và thang bộ. Xác định sức chịu tải của vật liệu: => Vậy : . Xác định sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền: m = 1 ; mR = 1.1 (đất cát chặt vừa). qp = 2100 kN/m2 (vì mũi cọc cắm sâu ở 31.8m ở lớp cát mịn chặt vừa) Ap =0.35 x 0.35 = 0.1225 m2 Bảng 6.2: Bảng sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát STT Z(m) (m) (kN/m2) (kN/m) 1 4.9 1 8 8 2 5.95 1.1 8 8.8 3 7.5 2 0 0 4 9.45 1.9 0 0 5 11.4 2 34.2 68.4 6 13.4 2 35 71.2 7 15.4 2 38.1 77.6 8 17.4 2 38.8 78.2 9 19.4 2 40.6 81.2 10 20.85 0.9 41.2 37.08 11 21.65 0.7 32 22.4 12 23 2 42.6 85.2 13 25 2 44 88 14 27 2 45.7 91.4 15 29 2 46.6 93.2 16 31.8 1.8 47.1 84.78 Hình 6.10: phân chia các lớp đất => Xác định số lượng cọc: - Số lượng cọc sơ bộ: Chọn 40 cọc => - Khoảng cách tối thiểu gữa các tim cọc là: : 3d = 3 x 0.35 = 1.05(m). - Áp lực tính toán giả định tác dụng lên đế đài : . - Diện tích sơ bộ của đế đài :. - Trọng lượng của đài và đất trên đài : - Lực dọc tính toán trên đế đài : . - Số lượng cọc tính toán : Chọn 80 cọc bố trí như hình vẽ : Hình 6.11: Bố trí mặt bằng cọc Vậy chọn kích thước đài móng là : . . Kiểm tra chiều sâu chôn móng: Với B = 11.2(m) ta có: . vậy chọn. Vì kết cấu công trình có tầng hầm nên thỏa điều kiện kiểm tra chiều sâu chôn móng . Xác định chiều cao đài cọc. - Theo cấu tạo h =3d +10cm. Với h = h1 +h2 - h1 là chiều cao đầu cọc ngàm vào đài :h1= 150 mm Chiều cao đài móng là: . . Kiểm tra phản lực đầu cọc. . . . =744.55(kN) =694.17(kN) >0 cọc chịu nén. Cọc đủ sức chịu tải Hình 6.12: Bố trí mặt cắt đài móng Kiểm tra áp lực dưới đáy khối móng quy ước. Ta có: Vậy kích thước đáy móng quy ước là: (m) (m) Chiều cao đáy khối móng quy ước là: Hqư = 26.85 + 4.8 = 31.65(m). Trọng lượng khối móng : Từ đáy đài trở lên : . Từ đáy đài trở xuống: Vậy trọng lượng khối móng quy ước là: Hình 6.13: Sơ đồ móng khối quy ước Rtc = Từ của lớp đất cuối tra bảng ta được . (thoả điều kiện). Mặt khác: => = < (thoả điều kiện). Dự tính độ lún. Ứng suất trung bình tại đáy khối móng quy ước tb = (Max + Min )/ 2= 696.58 (kN/m2) Ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất gây ra: Ứng suất gây lún tại đáy khối , móng quy ước : gl = - bt =696– 520.31= 175.69( kN/m2) Bề rộng khối móng quy ước BM=18.98m >10m và có modun biến dạng E>20Mpa có thể xác định theo công thưc sau: Trong đó : P- Áp lực trung bình lên nền ở mũi cọc; B- Chiều rộng hoặc đường kính móng ; E-Modun biến dạng tring bình của lớp đất chịu nén dưới mũi cọc với chiều dày bằng B; Trong đó : E1, E2,Ei –modun biến dạng của lớp đất thứ 1,2 và lớp thứ i; h1, h2,hi –Chiều dày của lớp đất thứ 1,2 và lớp thứ i; k1, k2,ki- Hệ số kể đến của lớp đất ; Với P= gl =175.69(kN/m2) S=<0.008(m); Thiết kế thép chịu uốn cho đài cọc. Đài cọc cao 1.2m ; cọc cắm vào đài 0.15m ; râu thép cắm vào đài dài 0.5m .Bê tông lót dày 10cm , B10. Với chiều cao của đài như vậy , tháp chọc thủng từ chân cột trùm ra ngoài các tim cọc, nên không cần phải kiêm tra điều kiện chọc thủng. Mônmen tương ứng với mặt ngàm I-I và II-II gần như nhau nên lấy Dùng thép CIII có : . Dùng bê tông : B30 có: Rb = 17 MPa ; Rbt = 1.2 MPa Xét mặt cắtđài móng theo phương I-I: Hình 6.14: Mặt cắt tại ngàm vách cứng Diện tích cốt thép lớp trên cho 1.4m dài tương ứng với mặt ngàm I-I : =59.53cm2 Chọn có () ; khoảng cách các thanh thép : Diện tích cốt thép lớp dưới cho 1.4m dài tương ứng với mặt ngàm I-I : =54.29cm2 Chọn có () ; khoảng cách các thanh thép : Xét mặt cắt đài móng theo phương II-II: Diện tích cốt thép lớp dưới cho 1.4m dài tương ứng với mặt ngàm II-II: =32.755cm2 Chọn có () ; khoảng cách các thanh thép : Diện tích cốt thép lớp cho 1.4m dài trên tương ứng với mặt ngàm II-II: =4.903cm2 Vì hàm lương thép quá nhỏ nên diện tích thép lớp trên bố trí theo cấu tạo 12s130 () . 6.7. BỐ TRÍ CỐT THÉP Như bản vẽ MN-01/04, MN-02/04. CHƯƠNG 7 THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG Theo qui phạm ta có thể coi cọc nhồi có đường kính D > 60cm là cọc nhồi đường kính lớn. Các công trình nhà cao tầng thường có tải trọng truyền xuống móng lớn, với điều kiện địa chất công trình ở Thành phố Hồ Chí Minh tầng đất tốt nằm ở độ sâu lớn, lại trong vùng dân cư đông đúc, thường là xây chen cho nên cọc khoan nhồi đường kính lớn được dùng khá nhiều. Trong xây dựng cầu, cọc nhồi đường kính lớn cũng đã được ứng dụng làm móng cầu Việt Trì, cầu Mỹ Thuận … . Ưu điểm Sức chịu tải lớn, có thể đạt hàng nghìn tấn. Số lượng cọc cho mỗi móng ít. Khi thi công không gây chấn động đáng kể nên không ảnh hưởng về phương diện chấn động đối với công trình lân cận. Không gây tiếng ồn đáng kể như khi đóng cọc. Nếu chịu tải đúng tâm thì có thể không đặt cốt thép cho cọc mà chỉ cần đặt thép chờ để liên kết vời đài cọc hoặc với cột, do vậy tiết kiệm được thép … . Nhược điểm Giá thành còn cao so với các loại cọc khác. Khi thi công, việc giữ thành hố khoan có thể rất khó khăn. Khi khoan để tạo cọc nhồi đường kính lớn gần móng các ngôi nhà đang sử dụng nếu không dùng ống chống vách đầy đủ hay không dùng cọc ván để kè neo cẩn thận thì móng công trình lân cận có thể bị hư hỏng. Chất lượng bêtông cọc thường thấp vì không được đầm. Trong thực tế gặp không ít trường hợp cọc nhồi bị khuyết tật trầm trọng. Khi cọc đã thi công xong nếu phát hiện ra khuyết tật trầm trọng thì việc xử lý gặp rất nhiều khó khăn và rất tốn kém. Khi cọc nhồi đường kính lớn có chiều dài lớn thì trọng lượng bản thân của cọc tính đến chân cọc sẽ lớn làm tăng tải trọng truyền xuống nền. 7.1.3. Phạm vi áp dụng Thích hợp với tất cả các loại nền đất, đá. Thích hợp cho móng có tải trọng lớn như: nhà cao tầng có tầng hầm, các công trình cầu, v.v.. .. 7.2. THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI DƯỚI CỘT Theo TCXD 205 : 1998, cọc và móng cọc được thiết kế theo các trạng thái giới hạn. Trạng thái giới hạn của móng cọc được phân thành hai nhóm: Nhóm thứ nhất gồm các tính toán: Sức chịu tải giới hạn của cọc theo điều kiện đất nền; Độ bền của vật liệu làm cọc và đài cọc; Độ ổn định của cọc và móng; - Nhóm thứ hai gồm các tính toán: Độ lún của nền cọc và móng; Chuyển vị ngang của cọc và móng; Hình thành và mở rộng vết nứt trong cọc và đài cọc bằng bê tông cốt thép. 7.2.1. Tải trọng tác dụng lên móng Tải trọng truyền xuống móng thông qua hệ khung tại vị trí các chân cột. Tổ hợp nội lực của cột khung trục E đã được xác định ở chương 5, chọn tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất cho móng khung trục E như sau: (Nmax, Mxtư, Mytư, Qxtư, Qytư) Tải trọng tiêu chuẩn Tải trọng Tính Toán N(kN) 4579.09 N(kN) 5265.96 Mx (kN.m) 86.95 Mx (kN.m) 100 My (kN.m) 9.82 My (kN.m) 11.3 Qx (kN) 85.39 Qx (kN) 98.2 Qy( kN) 9.04 Qy( kN) 10.4 Bảng 7.1: Lực tác dụng tại mặt móng 7.2.2. Xác định sơ bộ chiều sâu đặt mũi cọc, đường kính cọc và chiều sâu đặt đài cọc Vật liệu: Bêtông cọc: B30 Rb =17 Mpa, Rbt = 1.2 Mpa; Cốt thép chịu lực: nhóm CIII, As = 365 Mpa; Chọn đường kính cọc: d = 1.0 m; mũi cọc đặt ở độ sâu -40.15m kể từ cốt +0.00m quy ước (đặt vào lớp 5) => chiều dài cọc kể từ đáy đài: 34.85m. Cốt thép trong cọc: theo qui phạm, hàm lượng cốt thép trong cọc là 0.4% 0.65%. Chọn 1620 có diện tích 50.27 cm2 ( hàm lượng cốt thép: 0.64%) Chọn chiều cao đài móng hđ =2.1m > 2D+0.1 = 2.1 m theo [18] Theo cường độ vật liệu Đối với cọc nhồi chịu nén, sức chịu tải của cọc nhồi theo vật liệu làm cọc được xác định theo công thức Qv = (m1m2 RbAb + RsAs) trong đó: – Hệ số uốn dọc theo [17] khi móng cọc đài thấp, cọc không xuyên qua bùn, than bùn = 1. Rb, Rs – Cường độ chịu nén tính toán của bê tông, của thép. Ab, As – Diện tích tiết diện của bê tông, của cốt thép dọc. As = 50.27x10-4 m2 Ab = = 3.14x0.25-50.27 x10-4 = 0.78 m2 m1 – hệ số điều kiện làm việc. Đối với cọc được nhồi bê tông theo phương thẳng đứng thì m1 = 0.85. m2 – hệ số điều kiện làm việc kể đến ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc. Khi thi công trong đất sét với chỉ số chảy IL cho phép khoan lỗ và nhồi bê tông không cần chống ống vách, khi trong thời gian thi công mực nước dưới đất thấp hơn mũi cọc thì m2 = 1. Khi thi công trong các loại đất cần phải dùng ống chèn và nước dưới đất không xuất hiện trong lỗ khoan thì m2 = 0.9. Khi thi công trong các loại đất cần dùng ống chèn và đổ bê tông dưới huyền phù sét thì m2 = 0.7. => Qv = 1x(0.85x0.7x17x103x0.78+365x103x50.27x10-4) = 8259.73 kN Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (theo phụ lục A-TCXD 205-1998) Qtc = m(mRqpAp + u ) trong đó qp – cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc, được tính như sau: Đối với đất hòn lớn có chất độn là cát và đối với đất cát trong trường hợp cọc nhồi có và không có mở rộng đáy, cọc ống hạ có lấy hết nhân đất và cọc trụ thì tính theo công thức qp = 0.75(’1dA0k + 1hB0k) , Ak0,, Bk0: hệ số không thứ nguyên lấy theo Bảng A6 Phụ Lục A/[7]; I’ – trị tính toán của trọng lượng thể tích đất ở phía dưới mũi cọc (có kể đến đẩy nổi); I’=18.4(kN/m3) I – trị tính toán trung bình (theo các lớp) của trọng lượng thể tích đất ở phía trên mũi cọc (có kể đến đẩy nổi); I = =(kN/m3) h – chiều sâu mũi cọc, h = 40.15 m; d – đường kính của cọc nhồi, d = 1.0 m. với 1= 30,60 => Ak0=29.5, Bk0=54.75 = = 40.3 => = 0.61 khi d ≤ 4, = 0.23 qp = 0.75(’1dA0k + 1hB0k) = 0.75x0.23(18.4x1x29.5+18.4 x40.3x54.75) = 7009.93 kN/m2 Ap – diện tích tiết diện đầu cọc, Ap = = = 0.785 m2; m – hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy bằng 1; mR – các hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc, mR = 1; fi – hệ số ma sát của đất với thành cọc; mf – hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên cọc, phụ thuộc vào phương pháp khoan tạo lỗ, lấy theo Bảng A.5 Phụ Lục A/[7]; u – chu vi thân cọc, u = d = 3.14x1.0 = 3.14 m; Hình 7.1: Tính toán zi Lớp đất Số thứ tự lớp i mfi li zi fi mfifili Sét dẻo cao màu xám đen  B = 0.88 1 0.6 1.2 5.9 8 8.16 Sét dẻo thấp màu vàng, xanh xám, nâu đỏ, loang lổ B = 0.06 2 0.6 2 7.5 60 72 3 0.6 1.9 9.45 64.7 73.76 Cát lẩn bụi màu vàng, xám trắn, đôi chổ lẩn ít sỏi sạn thạch anh, trạng thái chặt.B = 0.16 4 0.6 2 11.4 67.2 80.64 5 0.6 2 13.4 69.8 83.76 6 0.6 2 15.4 72.5 87 7 0.6 2 17.4 75.6 90.72 8 0.6 2 19.4 78.6 94.32 9 0.6 0.9 20.85 80.1 43.25 Sét dẻo thấp màu xám xanh, xám trắng, vàng trạng thái dẽo mền B = 0.51 10 0.6 0.7 21.65 81.4 35.3 Cát lẩn bụi màu vàng, xám trắng, đôi chổ lẩn ít sỏi sạn thạch anh, trạng thái chặt B = 0.72 11 0.6 2 23 83.8 100.56 12 0.6 2 25 86 103.2 13 0.6 2 27 89.5 107.4 14 0.6 2 29 92 110.4 15 0.6 2 31 94.8 113.76 16 0.6 2 33 97.2 116.64 17 0.6 2 35 100 120 18 0.6 2 37 100 120 19 0.6 2 39 100 120. 20 0.6 1.15 40.15 100 120. 1680.87 Hình 7.2: Tính toán mfifili Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền: Qtc = m(mRqpAp + u ) = 1x(1x7009.93x0.785+3.14x1680.87) = 10780.72 kN Sức chịu tải của cọc đơn, theo đất nền: Qa = = ( kN) Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT Sử dụng số liệu thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT để tính toán sức chịu tải giới hạn của cọc theo công thức của Nhật Bản cho trong TCXD 205:1998 Sức chịu tải cho phép của cọc: Qu = trong đó: Na – chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc, mũi cọc nằm trong lớp 5, có N = 17. Fp – diện tích tiết diện mũi cọc, Fp = =0.785m2 – hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công cọc, đối với cọc nhồi thì lấy = 15, đối với cọc đóng = 30; Ls – chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát; Ns – chỉ số SPT của lớp cát xung quanh cọc, cọc đi qua 2 lớp cát, Lớp 3 có N = 20, Ls = 10.9 m; Lớp 5 có N = 17, Ls = 17.8 m; Lc – chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét; C – lực dính của đất sét; Lớp 1 có C = 5.2 kPa, Lc = 1.7; Lớp 2có C = 37.5 kPa, Lc = 3.9; Lớp 4 có C = 25.2 kPa, Lc = 0.7; Từ đó ta có: Qu = = = 405.21 T = 4052.1 kN Dựa vào các kết quả tính sức chịu tải của nền theo trên,ta chọn Qtt = min(Qv,Qa,Qu) =4052.1 kN để tính toán 7.2.3. Tính số lượng cọc và xác định tiết diện đài cọc Áp lực tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc gây ra: Ptt = = ( kPa) Diện tích sơ bộ của đáy đài: Fsb = trong đó: Ntt0 – lực dọc tính toán xác định tại đỉnh đài, Ntt0 = 5265.96 kN; h – chiều sâu đặt đáy đài, h = 5.3m; n – hệ số vượt tải n = 1,1; tb – là trị trung bình trọng lượng riêng của đài cọc và đất trên các bậc đài, tạm lấy tb = 20 kN/m3; Fsb = = m2 Trọng lượng tính toán sơ bộ của đài và đất trên đài: Nttsb = n.Fsb.h.tb = 1.1 x 15.28 x 5.3 x 20 = 1781.65 kN Số lượng cọc sơ bộ: nc = = = 4 cọc Do moment lớn, chọn số cọc chính thức là nc = 4 cọc để bố trí cho móng. Khoảng cách giữa các tim cọc 3d = 300 cm, khoảng cách từ tim cọc đến mép đài 0,7d = 0.7m lấy bằng 0.7. Mặt bằng bố trí cọc cho móng như hình vẽ sau: Hình 7.3: Mặt bằng bố trí cọc cho móng Từ mặt bằng bố trí cọc ta có diện tích đáy đài thực tế là: Ftt = 4.4 x 4.4 = 19.36 m2 Trọng lượng của đài và đất trên đài sau khi bố trí cọc: Nttđ = n.Ftt. h.tb= 1.119.362.120 = 2044.42 kN Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: Ntt = N0tt + Nttđ = 5265.96 + 2044.42 = 7310.37 kN Tải trọng dọc trục lớn nhất và nhỏ nhất do công trình tác dụng lên cọc trong nhóm được xác định theo công thức: trong đó: Ntt – tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài; Moytt – momen xoay quanh trục Oy tại đáy đài, M0ytt = Mx + Qy.h = 100 + 10.4 x 2.1 = 121.84 kNm Moxtt – momen xoay quanh trục Ox tại đáy đài; M0xtt = My + Qx.h = 11.3+ 89.2x2.1 = 198.62 kNm xmax – khoảng cách lớn nhất từ tim cọc đến trục Oy; ymax – khoảng cách lớn nhất từ tim cọc đến trục Ox. = 1881 kN =1774.18 kN Trọng lượng tính toán của cọc kN Pmaxtt + Pc = 1881+ 755.56= 2636.56 kN < Qa = 7700.5 kN Pmintt = 1774.18 kN > 0 (cọc chỉ chịu nén). Vậy, cọc thiết kế đảm bảo được khả năng chịu tải trọng dọc trục. Và cọc chỉ chịu nén nên không cần kiểm tra cọc chịu lực nhổ. 7.2.4. Kiểm tra độ lún của móng cọc Với quan niệm nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất bao quanh, tải trọng của móng được truyền trên diện rộng hơn, xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy đài và nghiêng một góc trong đó: tb = = Vậy == Chiều dài, rộng đáy khối móng quy ước: LM = 4 + 235tg = 11.58 m BM = 4 + 235tg = 11.58 m Chiều cao khối móng quy ước (kể từ mũi cọc đến cốt thiên nhiên) là: HM = 40.15 m. Trọng lượng của khối móng quy ước: NtcM = LM.BM.HM.tb = 11.58x11.58x40.15x20 = 106740.73 kN Trị tiêu chuẩn lực dọc xác định đến đáy khối móng quy ước: Ntc = NtcM + Ntc0 = 106740.73 + 4579.09 = 111319.82 kN Moment tiêu chuẩn tương ứng tại trọng trọng tâm đáy khối móng quy ước: Mtcx = Mtc0x + Qtc0x.(L+hđài) = 86.95 +85.39 x(34.85+2.1) = 3254.92 kN Mtcy = Mtc0y + Qtc0y.(L+hđài) = 9.82+9.04 x(34.85+2.1) = 345.20 kN. Độ lệch tâm: m m Áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng khối quy ước: = = 834.92 (kN/m2) = = 806.36 (kN/m2) Hình 7.4: Kích thước móng quy ước Cường độ tính toán của đất nền ở đáy khối móng quy ước: trong đó: ktc – hệ số độ tin cậy, ktc = 1 (theo điều 3.39/[6]); m1, m2 – hệ số điều kiện kàm việc của đất nền, m1 = 1.2, m2 = 1.3 (lấy theo Bảng 15 /[6]); BM – cạnh ngắn của khối móng qui ước, BM = 11.58 m; HM – chiều cao khối móng qui ước, HM = 40.15 m; 'II – dung trọng của lớp đất dưới đáy khối móng qui ước (có kể đến đẩy nổi), ’II = 6đn = 18.4 kN/m3; tbII – dung trọng trung bình của các lớp đất từ đáy khối móng qui ước trở lên (có kể đến đẩy nổi); tbII = = 16.71 kN/m3 A, B, D – hệ số lấy theo Bảng 14/[6], tùy thuộc góc ma sát trong của đất dưới đáy khối móng qui ước, II = 30.6 0, tra Bảng 14/[6] : CII – lực dính đơn vị của đất dưới đáy khối móng qui ước, CII = 10 kPa; = 7428.42 kPa 1.2RM = 8914.10 kPa Như vậy các điều kiện đều thảo mãn: tcmax = 843.92 < 1.2RM =8914.10 kPa tctb = (tcmax +tcmin)/2=820.64 < RM = 7428.42 kPa Vậy có thể tính toán được độ lún của nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính. Ứng suất bản thân Ứng suất gây lún ở đáy móng khối quy ước: glz=0 = tctb - bt = 820.64 – 697.51 = 123.13 kPa Tính lún: Chiều sâu chịu nén cực hạn kết thúc ở độ sâu có gl ≤ 0.2bt, ở đây tại z = 0 ta có gl = 123.13 ≤ 139.50 = 0.2bt nên không cần phải tính lún, đất nền có biến dạng lún nhỏ. 7.2.5. Tính toán và cấu tạo đài cọc Chiều cao đài và điều kiện chọc thủng Với chiều cao của đài như vậy , tháp chọc thủng từ chân cột trùm ra ngoài các tim cọc, nên không cần phải kiêm tra điều kiện chọc thủng Hình 7.5: Sơ đồ tháp chọc thủng Tính thép cho đài cọc Đài cọc cao 2.1m ; cọc cắm vào đài 0.15m ; râu thép cắm vào đài dài 0.5m .Bê tông lót dày 10cm , B10. Với chiều cao của đài như vậy , tháp chọc thủng từ chân cột trùm ra ngoài các tim cọc, nên không cần phải kiêm tra điều kiện chọc thủng. Mônmen tương ứng với mặt ngàm I-I và II-II gần như nhau nên lấy Dùng thép CIII có : . Dùng bê tông : B30 có: Rb = 17 MPa ; Rbt = 1.2 MPa Hình 7.6: Sơ đồ tính thép Moment tương ứng với mặt ngàm I-I MI = 1.25(2Pttmax) = 1.25x(2x1881) = 4702.5 kN Diện tích cốt thép tương ứng với mặt ngàm I-I =73.4cm2 => bố trí 2520 (As=78.55cm2 ), khoảng cách các thanh thép s=160. 7.3. THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI ĐÀI BÈ (MÓNG KHU VỰC THANG MÁY VÀ THANG BỘ) 7.3.1. Tải trọng tác dụng lên móng Tải trọng truyền xuống móng thông qua hệ khung – vách. Sử dụng tiện ích gán thuộc tính Pier cho vách cứng của chương trình ETABS, ta gán tất cả các vách cứng thuộc khu vực thang máy và thang bộ có chung tên Pier. Chương trình sẽ xuất ra nội lực ứng với từng trường hợp tải trọng ngay tại vị trí tâm độ cứng của Pier, xác định giá trị nội lực tại cao trình mặt móng (sàn tầng hầm ). Chọn tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất cho móng đài bè khu thang máy và thang bộ như sau:(Nmax, Mxtư, Mytư, Qxmax, Qymax). Kết quả xác định nội lực để tính toán móng đài bè khu thang máy và thang bộ được trình bày trong bảng 8.10. Tổ hợp N (kN) Qy (kN) Qx (kN) My (kNm) Mx (kNm) Trị tính toán 47654.61 369.94 112.91 84.212 3544.71 Trị tiêu chuẩn 41438.79 321.68 98.18 73.22 3082.35 Bảng 7.4: Lực tác dụng tại mặt móng đài bè khu thang máy và thang bộ. 7.3.2. Xác định sơ bộ chiều sâu đặt mũi cọc, đường kính cọc và chiều sâu đặt đài cọc Sử dụng lại các kết quả như tính toán ở trên ta được các kết quả như sau Theo cường độ vật liệu:(TCXD 195:1997) Đối với cọc nhồi chịu nén, sức chịu tải của cọc nhồi theo vật liệu làm cọc được xác định theo công thức Qv = (m1m2 RbAb + RsAs) Qv = 1x(0.85x0.7x17x103x0.78+365x103x50.27x10-4) = 8259.73 kN Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (theo phụ lục A-TCXD 205-1998) Qtc = m(mRqpAp + u) =1x(1x7009.93x0.785+3.14x1680.87) = 10780.72 kN Qa = = ( kN) Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT Qu = = = 405.21 T = 4052.1 kN Dựa vào các kết quả tính sức chịu tải của nền theo trên, ta chọn Qtt = min(Qv,Qa,Qu) = 4052.1 kN để tính toán 7.3.3. Tính số lượng cọc và xác định tiết diện đài cọc Áp lực tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc gây ra: Ptt = = ( kPa) Diện tích sơ bộ của đáy đài: Fsb = trong đó: Ntt0 – lực dọc tính toán xác định tại đỉnh đài, Ntt0 = 47654.61 kN; h – chiều sâu đặt đáy đài, h = 5.3m; n – hệ số vượt tải n = 1,1; tb – là trị trung bình trọng lượng riêng của đài cọc và đất trên các bậc đài, tạm lấy tb = 20 kN/m3; Fsb = = = 117.95 m2 Trọng lượng tính toán sơ bộ của đài và đất trên đài: Nttsb = n.Fsb.h.tb = 1.1 x 117.95 x 5.3 x 20 = 5449.21 kN Số lượng cọc sơ bộ: nc = = = 13.12 cọc Do moment lớn, chọn số cọc chính thức là nc = 20 cọc để bố trí cho móng. Khoảng cách giữa các tim cọc 3d = 400 cm, khoảng cách từ tim cọc đến mép đài 0,7d = 0.7m lấy bằng 0.7. Mặt bằng bố trí cọc cho móng như hình vẽ sau: Hình 7.7: Mặt bằng bố trí cọc cho móng Từ mặt bằng bố trí cọc ta có diện tích đáy đài thực tế là: Ftt = 17.4x13.4 = 233.16 m2 Trọng lượng của đài và đất trên đài sau khi bố trí cọc: Nttđ = n.Ftt. hđ.tb= 1.1233.16202.1 = 10771.99 kN Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: Ntt = N0tt + Nttđ = 47654.61 + 10771.99 = 58426.60 kN Tải trọng dọc trục lớn nhất và nhỏ nhất do công trình tác dụng lên cọc trong nhóm được xác định theo công thức: trong đó: Ntt – tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài; Moytt – momen xoay quanh trục Oy tại đáy đài, M0ytt = Mx + Hy.h = 3544.71 + 369.94x 2.1 = 4321.58 kNm Moxtt – momen xoay quanh trục Ox tại đáy đài; M0xtt = My + Hx.h = 84.212 + 112.91x2.1 = 321.32 kNm xmax – khoảng cách lớn nhất từ tim cọc đến trục Oy; ymax – khoảng cách lớn nhất từ tim cọc đến trục Ox. kN kN Trọng lượng tính toán của cọc kN; Pmaxtt + Pc = 3010.77 + 604.45 = 3615.22 kN < Qv =8259.73 kN Pmintt = 2831.89 kN > 0 (cọc chỉ chịu nén). Vậy, cọc thiết kế đảm bảo được khả năng chịu tải trọng dọc trục. Và cọc chỉ chịu nén nên không cần kiểm tra cọc chịu lực nhổ. 7.3.4. Kiểm tra độ lún của móng cọc Với quan niệm nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất bao quanh, tải trọng của móng được truyền trên diện rộng hơn, xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy đài và nghiêng một góc trong đó: tb = = Vậy == Chiều dài, rộng đáy khối móng quy ước: LM = 13.4 + 235tg6.18o = 20.98 m BM = 17.4 + 235tg6.18o = 24.98 m. Chiều cao khối móng quy ước (kể từ mũi cọc đến cốt thiên nhiên) là: HM = 40.3 m. Trọng lượng của khối móng quy ước: NtcM = LM.BM.HM.tb = 20.98x24.98x40.3x20 = 417167.9 kN Trị tiêu chuẩn lực dọc xác định đến đáy khối móng quy ước: Ntc = NtcM + Ntc0 = 417167.9 + 41438.79 = 458606.78 kN Moment tiêu chuẩn tương ứng tại trọng trọng tâm đáy khối móng quy ước: Mtcx = Mtc0x + Qtc0x.(L+hđài) = 3082.35+98.18x(34.85+2.1) = 6724.83 kN Mtcy = Mtc0y + Qtc0y.(L+hđài) = 73.22 + 321.68x(34.85+2.1) = 12007.54 kN. Độ lệch tâm: m m. Áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng khối quy ước: = = 884.21 kPa = = 856.93 kPa Cường độ tính toán của đất nền ở đáy khối móng quy ước: trong đó: ktc – hệ số độ tin cậy, ktc = 1 (theo điều 3.39/[6]); m1, m2 – hệ số điều kiện kàm việc của đất nền, m1 = 1.2, m2 = 1.3 (lấy theo Bảng 15 /[6]); BM – cạnh ngắn của khối móng qui ước, BM = 24.98 m; HM – chiều cao khối móng qui ước, HM = 40.15 m; 'II – dung trọng của lớp đất dưới đáy khối móng qui ước (có kể đến đẩy nổi), ’II = 6đn = 18.4 kN/m3; tbII – dung trọng trung bình của các lớp đất từ đáy khối móng qui ước trở lên (có kể đến đẩy nổi); tbII = = 16.71 kN/m3 A, B, D – hệ số lấy theo Bảng 14/[6], tùy thuộc góc ma sát trong của đất dưới đáy khối móng qui ước, II = 30.6 0, tra Bảng 14/[6] : CII – lực dính đơn vị của đất dưới đáy khối móng qui ước, CII = 10 kPa = 7428.42 kPa 1.2RM = 8914.10 kPa Như vậy các điều kiện đều thảo mãn: tcmax = 884.21 kPa < 1.2RM = 8914.10 kPa tctb = (tcmax +tcmin)/2=870.57< RM = 7428.42 kPa Vậy có thể tính toán được độ lún của nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính. Xác định độ lún của móng cọc khoan nhồi đài bè Theo Phụ lục H/[7], độ lún của móng bè cọc có kích thước đài móng lớn hơn 10x10m được xác định theo công thức: trong đó: p – áp lực trung bình lên nền ở đáy đài; B – chiều rộng móng, B = 13.4 m; E – mođun biến dạng trung bình của lớp chịu nén dưới mũi cọc có chiều dày bằng B. Ta có: p = với – lực dọc tiêu chuẩn tại cao trình đáy đài (có kể đến trọng lượng đài); Fđài – diện tích đài. Suy ra: kN/m2 = 2.5 daN/cm2 Sử dụng kết quả hiệu chỉnh giá trị Ei của lớp đất dưới mũi cọc (lớp đất 5) như trong bảng 8.6. Nội suy với p = 2.5 daN/cm2 ta được Ei = 379.03 daN/cm2. Vậy: cm. Độ lún cuối cùng: S = 1.108 cm < Sgh = 8 cm Như vậy, móng cọc khoan nhồi đài bè khu thang máy và thang bộ được thiết kế thoả mãn yêu cầu về độ lún. 7.3.5. Tính toán và cấu tạo đài cọc Chiều cao đài và điều kiện chọc thủng Hình 7.8: Sơ đồ tháp chọc thủng Chiều cao đài cọc đã xác định sơ bộ ở phần trên: hđài = 2.1 m. Kiểm tra chiều cao làm việc của đài cọc theo điều kiện chống chọc thủng Nct ≤ 0.75Rkh0btb h0 ≥ trong đó: Nct – lực gây đâm thủng bằng tổng phản lực các đầu cọc nằm ngoài phạm vi đáy tháp đâm thủng ở một phía cạnh dài đài cọc (khi móng chịu tải lệch tâm thì tính cho phía có phản lực max của cọc). btb – được lấy là trung bình cộng của cạnh ngắn đáy trên và đáy dưới tháp chọc thủng, btb = (14.2+10)/2=12.1m Rk – cường độ chịu kéo tính toán của bê tông. = = 1.1 m Vậy h0 = 1.95 m ≥ 1.1 m = => Đài cọc thỏa mãn điều kiện chọc thủng. Tính thép cho đài cọc Hình 7.9: Sơ đồ tính thép đài cọc Moment tương ứng với mặt ngàm I-I MI = 2.875x4x3010.77 = 34623.85 kN Moment tương ứng với mặt ngàm II-II MII = 1.375x5x3010.77 = 20699.04 kN Diện tích cốt thép tương ứng với mặt ngàm I-I =540.5cm2 => bố trí : 111 25a120 (As=544.89cm2) Diện tích cốt thép tương ứng với mặt ngàm II-II =323.1cm2 => Bố trí : 11420a150 (As=360.28 cm2) 7.4. BỐ TRÍ CỐT THÉP Như bản vẽ MN-03/04, MN-04/04. 7.5. SO SÁNH PHƯƠNG ÁN MÓNG Từ các giá trị tính toán của ba phương án móng cọc ép và móng cọc khoan nhồi ta tổng hợp được khối lượng bêtông và cốt thép cho từng phương án móng. Đối với móng băng trên hàng cọc và móng cọc thì số lượng cọc sử dụng không khác nhau nhưng lượng bêtông sử dụng cho móng cọc đài băng lại hơn rất nhiều so với móng cọc đài đơn. Do vậy móng cọc đài băng sẽ không kinh tế. Vậy ta chỉ so sánh 2 phương án móng cọc khoan nhồi và cọc ép. Ta có bảng tổng hợp khối kượng như sau : KHỐI LƯỢNG BÊTÔNG (m3) KHỐI LƯỢNG THÉP (Tấn) Cọc đóng Cọc khoan nhồi Cọc đóng Cọc khoan nhồi 1653.6 2749 60.47 125 Từ kết quả so sánh trên ; ta thấy không có phương án nào thật sự có lợi về cả hai mặt bêtông và cốt thép, do không có điều kiện tham khảo về giá thành của từng loại vật liệu cũng như giá thuê nhân công, máy móc thiết bị để thi công hai phương án trên cho nên rất khó khăn trong việc lựa chọn phương án . Nếu móng cọc ép cho khối lượng bêtông khá nhỏ ( chưa đến một nữa khối lượng bêtông của cọc khoan nhồi ) lượng thép lại nhỏ hơn móng cọc khoan nhồi ( chủ yếu là cốt thép trong cọc ) do đó cần phải tổng hợp nhiều tham số kỹ thuật và kinh tế để chọn ra được phương án hợp lý hơn . Các ưu khuyết điểm của hai loại phương án móng : * Móng cọc ép : Ưu điểm : giá thành rẻ so với các loại cọc khác (cùng điều kiện thi công giá thành móng cọc ép rẻ 2-2.5 lần giá thành cọc khoan nhồi), thi công nhanh chóng, dễ dàng kiểm tra chất lượng cọc do sản xuất cọc từ nhà máy (cọc được đúc sẵn) , phương pháp thi công tương đối dễ dàng, không gây ảnh hưởng chấn động xung quanh khi tiến hành xây chen ở các đô thị lớn ; công tác thí nghiệm nén tĩnh cọc ngoài hiện trường đơn giản . Tận dụng ma sát xung quanh cọc và sức kháng của đất dưới mũi cọc . Khuyết điểm : sức chịu tải không lớn lắm ( 50 350 T ) do tiết diện và chiều dài cọc bị hạn chế ( hạ đến độ sâu tối đa 50m ) . Lượng cốt thép bố trí trong cọc tương đối lớn . Thi công gặp khó khăn khi đi qua các tầng laterit, lớp cát lớn, thời gian ép lâu. * Móng cọc khoan nhồi : Ưu điểm : sức chịu tải của cọc khoan nhồi rất lớn ( lên đến 1000 T ) so với cọc ép , có thể mở rộng đường kính cọc 60cm 250cm , và hạ cọc đến độ sâu 100m . Khi thi công không gây ảnh hưởng chấn động đối với công trình xung quanh . Cọc khoan nhồi có chiều dài > 20m lượng cốt thép sẽ giảm đi đáng kể so với cọc ép . Có khả năng thi công qua các lớp đất cứng , địa chất phức tạp mà các loại cọc khác không thi công được . Khuyết điểm : giá thành cọc khoan nhồi cao so với cọc ép , ma sát xung quanh cọc sẽ giảm đi rất đáng kể so với cọc ép do công nghệ khoan tạo lỗ. Biện pháp kiểm tra chất lượng thi công cọc nhồi thường phức tạp và tốn kém, thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi rất phức tạp. Công nghệ thi công cọc khoan nhồi đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao . * Tóm lại : ta chọn phương án MÓNG CỌC ÉP làm giải pháp nền móng cho công trình vì đây là phương án đang được sử dụng phổ biến hiện nay.