Thiết kế tổng quan móng cọc ép bê tông cốt thép

CHÖÔNG 6 THIEÁT KEÁ MOÙNG COÏC EÙP BTCT 6.1. GIÔÙI THIEÄU SÔ LÖÔÏC VEÀ COÂNG TAÙC KHAÛO SAÙT _ Coâng taùc khaûo saùt ñòa chaát coâng trình nhaèm cung caáp nhöõng soá lieäu caàn thieát phuïc vuï cho coâng taùc tính toaùn neàn moùng coâng trình: chung cö LYÙ THÖÔØNG KIEÄT cuûa Coâng Ty Vaät Tö Toång Hôïp Bình Ñònh, xaây döïng taïi soá 2/2A ñöôøng Lyù Thöôøng Kieät, phöôøng 15, quaän 11, Thaønh Phoá Hoà Chí Minh. _Khu vöïc xaây döïng coù kích thöôùc khoaûng 40m ´ 36m , hieän taïi laø nhaø kho cuõ vaø seõ ñöôïc dôû boû ñeå xaây döïng chung cö cao taàng môùi. Beà maët ñòa hình coù theå coi nhö baèng phaúng. _Coâng taùc khoan khaûo saùt ñöôïc tieán haønh vôùi 03 hoá khoan ñöôïc kyù hieäu laø HK1, HK2 vaø HK3. Ñoä saâu cuûa moãi hoá khoan laø khoaûng 70 meùt, toång coäng laø khoaûng 210 m khoan. 6.2 ÑIEÀU KIEÄN ÑÒA CHAÁT COÂNG TRÌNH Töø keát quaû khaûo saùt – khoan vaø thí nghieäm – coù theå chia ñòa taàng ñòa chaát cuûa khu vöïc khaûo saùt nhö sau: Lôùp Ñaát Ñaép Naèm ngay treân beà maët ñòa hình vaø ñoä saâu phaân boá ôû caùc hoá khoan nhö sau: Hoá khoan HK1 : töø 0.0 m ñeán 0.6 m . Hoá khoan HK2 : töø 0.0 m ñeán 0.5 m . Hoá khoan HK3 : töø 0.0 m ñeán 0.7 m . Thaønh phaàn laø neàn xi maêng, ñaù, caùt, seùt, v.v… Lôùp Seùt Deûo Thaáp Naèm döôùi lôùp ñaát ñaép vaø ñoä saâu phaân boá ôû caùc hoá khoan nhö sau: Hoá khoan HK1 : töø 0.6 m ñeán 3.8 m. Hoá khoan HK2 : töø 0.5 m ñeán 3.5 m. Hoá khoan HK3 : töø 0.7 m ñeán 3.6 m. Thaønh phaàn laø seùt deûo thaáp maøu xaùm tro, naâu vaøng, naâu ñoû, xaùm xanh. Traïng thaùi nöûa cöùng, cöùng. Lôùp Seùt Laãn Soûi Saïn Laterit Naèm döôùi lôùp seùt deûo thaáp vaø ñoä saâu phaân boá ôû caùc hoá khoan nhö sau: Hoá khoan HK1 : töø 3.8 m ñeán 9.5 m . Hoá khoan HK2 : töø 3.5 m ñeán 9.4 m. Hoá khoan HK3 : töø 3.6 m ñeán 9.6 m. Thaønh phaàn laø seùt laãn saïn laterit. Ñaát coù maøu naâu ñoû, vaøng, xaùm xanh. Traïng thaùi cöùng. Lôùp Seùt Deûo Cao Naèm döôùi lôùp seùt laãn saïn laterit vaø ñoä saâu phaân boá ôû caùc hoá khoan nhö sau: Hoá khoan HK1 : töø 9.5 meùt ñeán 13.2 meùt. Hoá khoan HK2 : töø 9.4 meùt ñeán 13.5 meùt. Hoá khoan HK3 : töø 9.6 meùt ñeán 13.4 meùt. Thaønh phaàn laø seùt deûo cao, xaùm naâu, naâu vaøng, xaùm xanh. Traïng thaùi nöûa cöùng. Phía treân maët lôùp coù choã gaëp voùn keát raát cöùng daøy khoaûng 10 cm. Lôùp Caùt Pha Seùt, Pha Buïi SC-SM (1) Naèm döôùi lôùp seùt deûo cao vaø ñoä saâu phaân boá ôû caùc hoá khoan nhö sau: Hoá khoan HK1 : töø 13.2 meùt ñeán 43.7 meùt. Hoá khoan HK2 : töø 13.5 meùt ñeán 43.8 meùt. Hoá khoan HK3 : töø 13.4 meùt ñeán 43.5 meùt. Thaønh phaàn laø caùt pha seùt, pha buïi, coù choã laãn soûi thaïch anh. Ñaát coù maøu vaøng, naâu vaøng, xaùm traéng, naâu ñoû. Traïng thaùi deûo cöùng . Lôùp Seùt Deûo Thaáp Naèm döôùi lôùp caùt pha seùt pha buïi vaø ñoä saâu phaân boá ôû caùc hoá khoan nhö sau: Hoá khoan HK1 : töø 43.7 meùt ñeán 52 meùt. Hoá khoan HK2 : töø 43.8 meùt ñeán 52.5 meùt. Hoá khoan HK3 : töø 43.5 meùt ñeán 51.9 meùt. Thaønh phaàn laø seùt deûo thaáp. Maøu vaøng, naâu vaøng, naâu ñoû, xaùm xanh loang loå. Traïng thaùi cöùng ñeán nöûa cöùng. Lôùp Caùt Pha Seùt, Pha Buïi SC-SM (2) Naèm döôùi lôùp seùt deûo cao deûo thaáp vaø ñoä saâu phaân boá ôû caùc hoá khoan nhö sau: Hoá khoan HK1 : töø 52 meùt ñeán 59.2 meùt, vaãn chöa heát lôùp. Hoá khoan HK2 : töø 52.5 meùt ñeán 59 meùt, vaãn chöa heát lôùp. Hoá khoan HK3 : töø 51.9 meùt ñeán 59 meùt, vaãn chöa heát lôùp. Thaønh phaàn laø caùt pha seùt, caùt pha buïi. Maøu naâu vaøng, xaùm xanh. Traïng thaùi nöõa cöùng . Möïc Nöôùc Ngaàm : Ñoä saâu möïc nöôùc ngaàm oån ñònh ôû caùc hoá khoan khoaûng 9.5 m . Sơ đồ vị trí hố khoan được trích từ tài liệu khảo sát địa chất của Công Ty Tư Vấn Xây Dựng Thuỷ Lợi II – Xí Nghiệp Khảo Sát Địa Chất Và Khoan Phụt Xử Lý Nền Mặt cắt địa chất công trình BẢNG 9.1 : TỔNG HỢP CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA CÁC LỚP ĐẤT Lực dính C ( kG/cm2 ) CttII 0.155 0.350 0.420 0.105 0.705 0.133 CttI 0.128 0.350 0.420 0.097 0.685 0.125 Góc ma sát trong ( j0 ) jttII 18053’ 24013’ 1208’ 28036’ 16058’ 26043’ jttI 17035’ 24013’ 1208’ 28014’ 16025’ 26021’ Dung trọng g ( g/cm3 ) gttII 2.040 2.116 1.940 2.044 2.058 1.950 gttI 2.025 2.105 1.940 2.040 2.051 1.940 Giới Hạn dẻo ( WP ) ( % ) 13.02 18.68 22.30 17.22 18.6 20.60 Giới Hạn chảy ( WL ) ( % ) 25.60 37.50 52.15 22.34 53.10 28.40 Độ ẩm W ( % ) 14.60 22.07 29.77 18.756 20.00 22.30 Tỷ trọng ( D ) ( g/cm2) 2.681 2.717 2.690 2.670 2.694 2.666 Modul Biến Dạng ( E ) (kG/cm2) 125.78 150.336 98.016 199.45 142.56 188.53 Độ Sệt ( IL ) 0.12 0.18 0.25 0.3 0.04 0.22 Hệ số Rỗng (e0) 0.50 0.49 0.81 0.54 0.56 0.66 Lớp đất 2 3 4 5 6 7 trụ địa chất được dùng để đi tính toán móng 6.3.TÍNH TOÁN MÓNG 6.3.1TÍNH MÓNG M 1 (5-A) Tải trọng tác dụng nội lực tại cột 5-A MX (Tm) MY (Tm) N (T) QX (T) QY (T) Trị tính toán 26.985 9.737 548.713 2.707 -12.322 Trị tiêu chuẩn 23.465 8.467 477.142 2.354 -10.715 Trong đó: Với n : hệ số vượt tải trung bình ( n = 1.15 ) Chọn sơ bộ chiều sâu đặt mũi cọc, đường kính cọc và chiều sâu đặt đài móng _ 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 sẽ đặt mũi cọc vào lớp cát pha sét , trạng thái dẻo cứng , đây là lớp đất có thể xem là tốt nhất để đặt mũi cọc , đặt mũi cọc nằm ở độ sâu với cao độ -19.000 so với cốt cao độ ± 0.000, với chiều dài cọc là 16 m ( kể cả phần cọc ngàm vào đế đài với một đoạn là 0.15 m , và một phần đầu cọc được đập đi để nối thép trong cọc vào đài với một đoạn là 30f = 0.5 m ) . _ Chọn chiều sâu đặt đài móng là – 3.500 . _ Chọn cọc có tiết diện 40 x 40 cm . _ Chọn sơ bộ chiều cao đài là 1 m . Xác định mặt đất tính toán _ Vì chiều sâu đào ( hđào = 3 m ) so với mặt đất tự nhiên ( MĐTN có cốt là ± 0.500 ) nên mặt đất tính toán ( MĐTT ) sẽ được xác định bằng cách từ đáy đài ta lấy lên 3 m . Như vậy lúc này MĐTT đã được xác định tức nó nằm tại cao trình -0.500 so với cốt ± 0.000 . Và như vậy là cao trình MĐTN MĐTT . _ Vật liệu làm cọc là : + Bêtông mác 300 có Rn = 130 kG/cm2 + Thép đặt trong cọc gồm 4f 18 , thép A III có Ra = 3600 kG/cm2 . Mặt cắt thể hiện độ sâu bố trí mũi cọc 4. Xác định sức chịu tải của cọc BTCT theo độ bền của vật liệu làm cọc Sức chịu tải của cọc BTCT theo độ bền của vật liệu làm cọc được xác định theo công thức : fVL = j ( Rn.Ap + Ra.Aat ) trong đó: . Rn – cường độ chịu nén tính toán của bêtông : Rn = 130 kG/cm2 . . Ra – cường độ tính toán chịu nén ( kéo ) của thép : Ra = 3600 kg/cm2 . . Ap – diện tích tiết diện ngang của thân cọc : Ap = d2 = ( 40 )2 = 1600 cm2 . . Aat - diệt tích tiết diện ngang của cốt thép dọc trong thân cọc : Aat = 4 f 18 = 10.18 cm2 . j : hệ số uốn dọc . Khi móng cọc đài thấp , cọc không xuyên qua bùn , than bùn thì j = 1 . => Sức chịu tải của cọc: fVL = 1.( 130 x 1600 + 3600 x 10.18 ) = 244648 kG = 244.648 T . Xác định sức chịu tải của cọc theo tính chất cơ lý của đất nền + Sức chịu tải giới hạn của cọc theo đất nền được tính theo công thức : fgh = m.(mR.R.F + u.åmfi . fi.hi ) Trong đó: . fgh : sức chịu tải giới hạn của cọc theo đất nền . . m – hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất , lấy m = 1 . . mR , mfi – hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất có xét đến ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc đối với sức kháng mũi R và thành phần ma sát bên f được xác định theo bảng A3 TCXD - 205:1998 . * Đối với phương án là cọc ép do mũi cọc được cắm vào lớp cát pha sét có IL = 0.3 thì mR = mfi = 0.96 ( đã nội suy rồi ). . R – sức kháng của đất dưới mũi cọc, được xác định theo bảng A1 TCXD – 205 :1998 , với chiều sâu đặt mũi cọc là z = 18.5 m (so với mặt đất tính toán), mũi cọc được đặt vào trong lớp cát pha sét có độ sệt IL = 0.3 => R = 468 T/m2 ( đã nội suy rồi ) . . F – diện tích tiết diện mũi cọc, F = d2 = 0.42 = 0.16 m2 . u – chu vi tiết diện ngang của thân cọc, u = 4d = 4 x 0.4 = 1.6 m . - chiều dày của lớp đất thứ i được chia với ( £ 2 m ) . - sức kháng ma sát bên của cọc và đất ứng với lớp đất thứ i được chia , giá trị tra theo bảng A2 TCXD – 205 : 1998 Mặt cắt thể hiện việc chia nhỏ các lớp phân tố với bề dày hi £ 2 m Giá trị mfi, fi, và được xác định theo bảng sau: Bảng 9.3 : bảng xác định các giá trị mfifihi Lớp đất mfi hi (m) Zi (m) fi (T/m2) mfifihi ( T ) 3.Lớp sét lẫn sỏi sạn LaiteritIL = 0.18 0.96 2.00 4.00 5.30 10.176 2.00 6.00 5.80 11.136 2.00 8.00 6.20 11.904 4.Lớp sét dẻo caoIL = 0.25 0.96 2.00 10.00 5.55 10.656 2.00 12.00 5.79 11.116 5.Lớp cát pha sétIL = 0.3 0.96 2.00 14.00 5.20 9.984 2.00 16.00 5.41 10.387 1.50 17.75 5.59 8.049 Smfifihi (T) 83.408 => Sức chịu tải giới hạn của cọc => fgh = 1x (0.96 x 468 x 0.16 + 1.6 x 83.408 ) = 205.338 ( T ) + Sức chịu tải cho phép của cọc : ( T ) Khi đi thiết kế ta sẽ chọn ra sức chịu tải cho phép của cọc theo cường độ của đất nền vì sức chịu tải theo độ bền vật liệu fVL = 244.648 ( T ) > f0 = 146.67 ( T ) . 6.4 Xác định kích thước mặt bằng đài cọc : _ Chọn khoảng cách giữa các cọc là 3d , khi đó áp lực trung bình trên một đơn vị diện tích đáy đài là : Ptt = ( T ) + Diện tích sơ bộ của đế đài : Fđài = = m2 . Trong đó : . n : hệ số vượt tải = 1.1 . : dung trọng trung bình của móng và đất phủ trên móng = 2 T/m3 . h : chiều sâu chôn đế đài. ( h = 3 m ). +Tính lại trọng lượng của đài và đất trên đài : Nttđài = n. Fđài . h . = 1.1 x 5.76 x 3 x 2 = 38.02 ( T ) + Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài : Ntt0 = Ntt + Nttđài = 548.713 + 38.02 = 586.73 ( T ) + Soá löôïng coïc sô boä ñöôïc xaùc ñònh nhö sau : nc = coïc . + Xeùt aûnh höôûng cuûa moâmen ( vì moùng coïc chòu taûi leäch taâm ) neân ta taêng soá löôïng coïc leân theâm 1.2 laàn . => n’c = 4 x 1. 2 = 4.8 coïc => choïn n’c = 5 coïc . Maët baèng boá trí coïc trong ñaøi Maët baèng boá trí coïc trong ñaøi + Diện tích đế đài thực tế : F’đài = 2.7 x 2.0 =5.4 m2 + Tính lại trọng lượng của đài và đất trên đài ( sau khi đã có F’đài ) : Nttđài = n. F’đài . h . = 1.1 x 5.4 x 3 x 2 = 35.64 ( T ) + Tính lại lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài : Ntt0 = Ntt + Nttđài = 548.713 + 35.64 = 584.353 ( T ) + Mômen tính toán xác định tương ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đế đài : => Mttox = Mttx + Qtty x h = 26.985 +( -12.322) x 3 = -9.981 ( Tm ) => Mttoy = Mtty + Qttx x h = 9.737 + 2.707 x 3 = 18.058 ( Tm ) + Lực truyền xuống các cọc dãy biên được xác định theo công thức : Trong đó: .xmax = 0.6 m, ymax = 0.95 m . . m . . m => ( T ) => ( T ) => Ptttb = = 116.87 ( T ) . + Trọng lượng tính toán của cọc : Pcọc = n x Fcọc x Lc x g = 1.1 x 0.16 x 16 x 2.5 = 7.04 ( T ) + Kiểm tra : Pttmax + Pcọc = 127.02 + 7.04 = 134.06 ( T ) < f0 = 146.67 ( T ) : như vậy thoả mãn điều kiện lực max truyền xuống các cọc dãy biên . Pttmin = 106.72( T ) > 0 => 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. 6.5. Tính toán độ lún cho móng cọc ( theo trạng thái giới hạn thứ hai ) 6.5.1 Xác định kích thước khối móng qui ước _Người ta quan niệm rằng nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất bao quanh , tải trọng của móng được truyền trên diện tích rộng hơn , xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy đài ( khi móng cọc đài thấp ) và có một góc nghiêng là a = Xác định jtb: trong đó: jIIi là trị tính toán thứ hai của góc ma sát trong lớp đất thứ i có chiều dày hi mà trục cọc cắm qua . Xác định góc a: Sô ñoà tính moùng khoái quy öôùc + Kích thước đáy khối móng qui ước: m Trong đó : . LM, BM: chiều dài , rộng của móng khối quy ước . . HM: chiều cao móng khối quy ước . . L : khoảng cách từ 2 mép ngoài của 2 cọc biên . + Diện tích đáy khối móng qui ước: m2. 6.5.2. Xác định trọng 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 choán chổ và có kể cả trọng lượng cọc): + Trọng lượng lớp đất thứ i (có trừ đi phần thể tích đất bị cọc choán chổ): + Trọng lượng cọc bêtông trong lớp đất thứ i: Với: åFcọc = 5 x 0.16 = 0.8 m2. trọng lượng của móng khối quy uớc từ đáy đài trổ xuống Lôùpñaát gi(T/m3) hi(m) Fqö(m2) åFcoïc(m2) Piñaát(T) Picoïc(T) Pi(T) 3 2.11 6 25.08 0.8 307.38 10.13 317.51 4 0.94 4 25.08 0.8 91.29 3.01 94.3 5 1.044 5.5 25.08 0.8 139.42 4.594 144.01 S(T) 555.82 + Trọng lượng của móng khối quy ước trong phạm vi từ đáy đài trở lên là : ( T ) + Trọng lượng của toàn bộ khối móng qui ước : Ntcqư = P + P’ = 555.82 + 150.48 = 706.3 ( T ). + Trị tiêu chuẩn của lực dọc xác định đến đáy móng khối quy ước : N0tcqư = Ntc + Ntcqư = 477.142+ 706.3 = 1183.44 ( T ) + Mômen tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: => Mtcox = Mtcx + Qtcy x ( H + h )= 23.465 + 10.715 x ( 15.5 + 3 ) = 221.69 (Tm ) => Mtcoy = Mtcy + Qtcx x ( H + h ) = 8.467 + 2.354 x (15.5 + 3 ) = 52.016 ( Tm ) + Xác định độ lệch tâm: m Với : eB : lệch tâm theo phương cạnh ngắn m Với : eL : lệch tâm theo phương cạnh dài . 6.5.3. Xác định áp lực tiêu chuẩn tại đáy khối móng qui ước Áp lực tiêu chuẩn: + (T/m2) + 60.84 (T/m2) + 33.54 (T/m2) + 47.19 (T/m2) 6.5.4 Xác định cường độ tính toán của đất nền tại đáy khối móng qui ước Trong đó: _ m1, m2 là các hệ số điều kiên làm việc của đất nền và công trình có tác dụng qua lại với đất nền được xác định theo bảng 2.2 trang 65 sách “Nền Và Móng “ của GSTS NGUYỄN VĂN QUẢNG – ĐHKTHN => m1 = 1.2, m2 = 1.1 . _ Ktc = 1 là hệ số tin cậy của đất nền ( vì được khoan khảo sát đại chất tại hiện trường ) . _ A,B vàD là các hệ số không thứ nguyên được tra theo bảng 2.1 trang 64 sách “Nền Và Móng “của GSTS NGUYỄN VĂN QUẢNG – ĐHKTHN phụ thuộc vào góc ma sát trong jII của lớp đất dưới đáy khối móng qui ước : A = 0.98 B = 4.93 D = 7.4 Tra baûng 2.1 trang 64 vôùi jII = 28036’ + BM = 4.67 (m) ; HM = 15.5 + 3 = 18.5 ( m ) . + CII = 0.105 kG/cm2 = 1.05 T/m2 . + gII = gIIñn =1.94 - 1 g/cm3 = 0.94 g/cm3 = 0.94 T/m3 . + gII = gIIñn =2.044 - 1 g/cm3 = 1.044 g/cm3 = 1.044 T/m3 . T/m3 . 240.32 (T/m2) . Kiểm tra: + (T/m2) + (T/m2) Vậy ta có thể tính toán được độ lún của nền dưới đáy móng khối quy ước theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính . Trường hợp này đất nền từ chân cọc trở xuống có chiều dày lớn , đáy của khối quy ước có diện tích bé nên ta dùng mô hình nền là nữa không gian biến dạng tuyến tính để tính toán. 6.5.Xác định độ lún của móng _ Chia đất nền dưới đáy khối móng qui ước thành các lớp có chiều dày bằng nhau và = m _ Ứng suất do trọng lượng bản thân của đất gây ra tại đáy khối móng qui ước : = ågi.hi ứng suất do trọng lượng bản thân của đất gây ra được xác định đến đáy móng khối quy ước Lôùpñaát gi(T/m3) hi(m) gihi(T/m2) 2 2.04 3 6.12 3 2.11 6 12.66 4 0.94 4 3.76 5 1.044 5.5 5.74 sbt (T/m2) 28.28 _ Ứng suất gây lún tại đáy khối móng qui ước : T/m2 _ Công thức tính lún : Trong đó: . theo qui phạm . . hi = 1.04 – chiều dày lớp phân tố thứ I . . - ứng suất gây lún ở giữa lớp phân tố thứ i . . Hệ số K0 tra theo bảng 3-7 Sách Hướng Dẫn Đồ Án Nền Móng – GS TS Nguyễn Văn Quãng, 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. Nếu dười mũi cọc chỉ có một lớp đất thì E lấy bằng E của lớp đó . Ơ đây do chiều dày của lớp thứ 5 khá lớn nên E = E5 = 199.45 kG/cm2 Giới hạn nền lấy đến độ sâu mà ứng suất gây lún bằng 20% ứng suất bản thân: sơ đồ tính toán độ lún của nền dưới đáy móng khối quy ước Bảng 9.6 : bảng tính độ lún cuối cùng của móng 5-C Ñieåm Ñoä saâuz (m) 2z/BM LM/BM K0 sglzi(T/m2) sbt(T/m2) 0.2sbt(T/m2) sglzihi Si(cm) 0 0 0 1.1 1.000 18.91 28.28 5.66 18.91 0.758 1 1.04 0.45 0.945 17.87 29.37 5.87 18.58 0.745 2 2.08 0.89 0.773 13.81 30.45 6.09 14.36 0.576 3 3.12 1.34 0.575 7.94 31.54 6.31 8.26 0.331 4 4.16 1.78 0.421 3.34 32.62 6.52 3.47 0.139 S Si(cm) 2.549 Độ lún cuối cùng: = 2.549 cm < Sgh = 8 cm Như vậy, móng thiết kế đã thoả mãn yêu cầu về độ lún. 6.6. Tính toán cọc chịu tải trọng ngang (theo Phụ Lục G – TCXD 205 : 1998) Tải trọng ngang ( Hx, Hy ) tác dụng lên đầu cọc ở đáy đài như sau : BAÛNG 9. 7 : TAÛI TROÏNG NAÈM NGANG Teân taûi Taûi tính toaùn ( T ) Taûi tieâu chuaån ( T ) Qx 2.707 2.256 Qy 12.322 10.268 Hx 0.54 0.45 Hy 2.46 2.05 Trong đó : Hx = Hy = _ n’c : số lượng cọc (n’c = 5 cọc ) Ta thấy Hy > Hx nên ta lấy Hy để đi tính toán chuyển vị và nội lực trong móng cọc Tính toán chuyển vị ngang và góc xoay tại 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. - 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 = 290´104 T/m2 - môđun đàn hồi của bêtông (M.300) + bc - chiều rộng qui ước của cọc, vì d = 0.4 m < 0.8m nên ta lấy bc = 1.5d + 0.5m = 1.1 m; + I - mômen quán tính tiết diện ngang của cọc: ( m4 ) + 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: m. Sơ đồ xác định hệ số K _ Do đoạn cọc có chiều sâu ảnh hưởng chỉ đi qua 1 lớp đất ( lớp thứ 3 ) nên hệ số tỷ lệ K sẽ được tra theo bảng 5.14 trang 297 sách “Nền Và Móng “của GSTS NGUYỄN VĂN QUẢNG – ĐHKTHN Lớp thứ ba – lớp sét lẫn sỏi sạn Laiterit có IL = 0.18 => K = 692 ( T/m4 ) ( đã nội suy rồi ) . Hệ số biến dạng: ( ) A0, B0, C0 - các hệ số không thứ nguyên lấy theo Bảng G.2 - TCXD 205 : 1998 phụ thuộc vào chiều sâu tính đổi của phần cọc trong đất Le: m Vì Le = 10.97 > 4 nên tra bảng tại giá trị có ³ 4 => A0 = 2.441 , B0 = 1.621 , C0 = 1.751 Tra Bảng G.2: A0 = 2.441, B0 = 1.621, C0 = 1.751; Chuyển vị ngang của tiết diện gây bởi lực H0 = QCtt = 1: m/T; Góc xoay của tiết diện gây bởi mômen M0 = MCtt = 1: 1/(Tm); Chuyển vị ngang và góc xoay của tiết diện gây 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: Giả định đầu cọc được ngàm cứng vào đáy đày do vậy cọc chỉ chuyển vị ngang mà không có chuyển vị xoay tức là () . Lúc này trong tính toán phải tính đến mômen ngàm Mng tác dụng tại chỗ gặp nhau của cọc và đài. Tm Chuyển vị ngang của tiết diện cọc m; 1.177 mm Chuyển vị ngang của đầu cọc mm < 10 mm. Như vậy cọc thoả mãn điều kiện chuyển vị ngang. 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 Qz (T) và lực dọc Nz (T) trong tiết diện cọc được tính toán theo các công thức sau: ; ; Nz = N 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 caùc giaù trò cuûa momen uoán vaø löïc caét trong thaân coïc Bieåu ñoà momen Mz trong thaân coïc Bieåu ñoà löïc caét Qz trong thaân coïc _Từ các biểu đồ trên, ta 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. Tuy nhiên vì đây là nhà cao tầng, các giá trị tải trọng đứng và tải trọng ngang tương đối lớn nên để đảm bảo an toàn khi có những trường hợp tải trọng bất lợi xảy ra (động đất, bão,…), trong đồ án sẽ giữ nguyên hàm lượng cốt thép trong cọc. 6.7. Kiểm tra độ ổn định của nền đất xung quanh cọc khi cọc chịu lực ngang Điều kiện : sz £ sgh + sz : áp lực tính toán tại độ sâu z . Vì Le = 10.97 m > 2.5 m nên ta sẽ kiểm tra điều kiện này tại vị trí => z = =m => ze = abd.z = 0.66 x 1.2879 = 0.85 . + Với các giá trị A1 , B1 , C1 được tra trong bảng G3 – TCXD 205 -1998 . => A1 = 0.996 , B1 = 0.849 , C1 = 0.3625 , D1 = 0.103 . => sz = 0.8 ( T/m2 ) + Ap lực giới hạn tại độ sâu z = 1.2879 m được tính theo công thức : Trong đó : + Z = 1.2879 m => ( T /m3 ) ; ; CI = 3.5 ( T /m2 ) + + được xác định theo công thức : : momen do tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải ) tính toán tác dụng tại mũi cọc => =2.02 ( Tm ) : momen do tải trọng tạm thời ( hoạt tải ) tính toán tác dụng tại mũi cọc =>=12 ( Tm ) . = = 0.6 : do là cọc đóng . => ( T /m2 ) Ta thấy : sz = 0.8 ( T/m2 ) < szgh = 11.49 ( T/m2 ) Kết luận : nền đất xung quanh cọc không bị phá hỏng khi chịu áp lực ngang . 6.8. Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc Kiểm tra chống xuyên thủng của đài cọc _ Chiều cao đài là1 m đã được xác định sơ bộ ở phần trên . _ Chiều cao đài cọc phải thoả mãn điều kiện đâm thủng , từ mép cột ta vẽ một đường thẳng tạo một góc 450 so với mép cột thì ta nhận thấy các cọc đều nằm trong tháp xuyên thủng, do đó không cần kiểm tra xuyên thủng đối với đài cọc. Mặt cắt thể hiện tháp xuyên thủng b ) Tính toán cốt thép đài cọc _ Khi tính toán cốt thép cho đài cọc người ta coi đài cọc như những dầm côngsôn ngàm vào các tiết diện đi qua mép cột và bị uốn bởi phản lực đặt tại các đầu cọc . Chon mặt ngàm như hình vẽ để tìm mômen lớn nhất Mmax tính toán cốt thép cho đài. Momen tại ngàm xác định theo công thức : M = Trong đó : + n : số lượng cọc trong phạm vi côngsôn . + Pi : phản lực của đầu cọc thứ i . + ri : khoảng cách từ mặt ngàm đến trục cọc thứ i. các mặt ngàm quy ước tại mép chân cột + P2 = P5 = Pmax = 127.02 ( T ) + r2 = r5 = 0.275 ( m ) + P1 = P4= Pmin = 106.72 ( T ) ; P5 = Ptb = 116.87 ( T ) ; P2 = Pmax = 127.02 ( T ) + r1 = r4 = 0.625 ( m ) => Mômen tương ứng với mặt ngàm I-I : MI-I = r2 ( P2 + P5 ) = 0.275 ( 2 x 127.03 ) = 69.86( Tm ) => Mômen tương ứng với mặt ngàm II-II : MII-II = r1 ( P1 + P2 ) = 0.625 ( 106.72 + 127.02) = 146.09( Tm ) . + Diện tích cốt thép được tính theo công thứ c : + Thép theo phương cạnh ngắn móng ( B ) : ( cm2 ) . => Chọn 13 f 18 , a = 150 cm , có Fa = 33.09 ( cm2 ) . + Thép theo phương cạnh dài móng ( L ) : ( cm2 ) . => Chọn 18 f 22 , a = 150 cm , có Fa = 68.42 ( cm2 ) . Nhận xét : đối với bản m% nằm trong khoảng 0.3% - 0.9% là hợp lý . Nếu m% quá lớn hay quá bé chứng tỏ chiều dày của bản đã chọn là chưa hợp lý , cần thay đổi lại hb và tính toán lại . F Như vậy qua nhận xét trên ta thấy với chiều dày đài ( bản ) hb = 1 m như đã chọn ban đầu là hoàn toàn hợp lý . 6.9. Tính toán nội lực khi vận chuyển và cẩu lắp : a ) Trường hợp khi vận chuyển cọc : + Các móc cẩu trên cọc được bố trí ở các điểm cách đầu và mũi cọc những khoảng cố định sao cho mômen dương lớn nhất bằng mômen âm có trị số tuyệt đối lớn nhất. Sơ đồ tính : Sơ đồ tính toán vị trí đặt móc cẩu ( khi vận chuyển ) + Trọng lượng bản thân của cọc phân bố trên 1 m dài : q = 1.1 x b x h x gbt =1.1 x 0.4 ´ 0.4´ 2.5 = 0.44T/m) + Mômen khi cẩu cọc : Mvc = 0.043 ql2 = 0.043 ´ 0.44 x 82=1.21 ( Tm ) b) Trường hợp dựng cọc ( khi cẩu lắp ) : Sô ñoà tính : Sô ñoà tính toaùn vò trí ñaët moùc caåu ( khi caåu ñeå ñöa leân thieát bò ñoùng coïc ) + Mômen khi cẩu lắp cọc : M = 0.086ql2 = 0.086 x 0.44 x 82 = 2.42 (T.m) 6.10. Tính thép cho cọc Nhận xét : + Ta thấy khi vận chuyển thì Mvc = 1.21 Tm , khi cẩu lắp thì Mcl = 2.42 ( Tm ) và khi tính cọc chịu lực ngang do momen gây ra ở trên với giá trị Mng = 3.43 ( Tm ) . Vậy dùng nội lực lớn nhất ứng với trường hợp Mcl = 5.17 ( Tm ) để đi tính thép cho cọc . + A = . + =0.5x(1+ ) = 0.974 . => ( cm2 ) . + Mà Fachọn ban đầu là 4f18 ( có Fa = 10.18 cm2 ) nên thép chọn như ban đầu là đã thỏa mãn mọi yêu cầu đối với cọc đóng . Tóm lại : ứng với hai trường hợp vận chuyển cọc và cẩu lắp cọc , thép chọn 4f18 để cấu tạo cọc là thỏa. 6.11. Tính thép làm móc treo cọc : + Lực do một nhánh treo chịu khi cẩu lắp => P = 1.2 ´ q ´ l = 264 (KG) Þ diện tích thép : Fa = =0.073(cm2) => Chọn 1f16 ( Fa = 2.01 cm2) làm móc treo. 6.4.TÍNH TOÁN MÓNG 6.4.1 TÍNH MÓNG M 2 (5-C) 1. Tải trọng tác dụng Bảng 9.2 : nội lực tại cột 5-C MX (Tm) MY (Tm) N (T) QX (T) QY (T) Trị tính toán 38.681 16.059 842.104 -4.08 -13.698 Trị tiêu chuẩn 32.23 13.698 701.75 -3.4 -11.415 Trong đó: Với n : hệ số vượt tải trung bình ( n = 1.15 ) Chọn sơ bộ chiều sâu đặt mũi cọc, đường kính cọc và chiều sâu đặt đài móng _ 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 sẽ đặt mũi cọc vào lớp cát pha sét , trạng thái dẻo cứng , đây là lớp đất có thể xem là tốt nhất để đặt mũi cọc , đặt mũi cọc nằm ở độ sâu với cao độ -19.000 so với cốt cao độ ± 0.000, với chiều dài cọc là 16 m ( kể cả phần cọc ngàm vào đế đài với một đoạn là 0.15 m , và một phần đầu cọc được đập đi để nối thép trong cọc vào đài với một đoạn là 30f = 0.5 m ) . _ Chọn chiều sâu đặt đài móng là – 3.500 . _ Chọn cọc có tiết diện 40 x 40 cm . _ Chọn sơ bộ chiều cao đài là 1 m . Xác định mặt đất tính toán _ Vì chiều sâu đào ( hđào = 3 m ) so với mặt đất tự nhiên ( MĐTN có cốt là ± 0.500 ) nên mặt đất tính toán ( MĐTT ) sẽ được xác định bằng cách từ đáy đài ta lấy lên 3 m . Như vậy lúc này MĐTT đã được xác định tức nó nằm tại cao trình -0.500 so với cốt ± 0.000 . Và như vậy là cao trình MĐTN MĐTT . _ Vật liệu làm cọc là : + Bêtông mác 300 có Rn = 130 kG/cm2 + Thép đặt trong cọc gồm 4f 18 , thép A III có Ra = 3600 kG/cm2 . Mặt cắt thể hiện độ sâu bố trí mũi cọc 4. Xác định sức chịu tải của cọc BTCT theo độ bền của vật liệu làm cọc Sức chịu tải của cọc BTCT theo độ bền của vật liệu làm cọc được xác định theo công thức : fVL = j ( Rn.Ap + Ra.Aat ) trong đó: . Rn – cường độ chịu nén tính toán của bêtông : Rn = 130 kG/cm2 . . Ra – cường độ tính toán chịu nén ( kéo ) của thép : Ra = 3600 kg/cm2 . . Ap – diện tích tiết diện ngang của thân cọc : Ap = d2 = ( 40 )2 = 1600 cm2 . . Aat - diệt tích tiết diện ngang của cốt thép dọc trong thân cọc : Aat = 4 f 18 = 10.18 cm2 . j : hệ số uốn dọc . Khi móng cọc đài thấp , cọc không xuyên qua bùn , than bùn thì j = 1 . => Sức chịu tải của cọc: fVL = 1.( 130 x 1600 + 3600 x 10.18 ) = 244648 kG = 244.648 T . Xác định sức chịu tải của cọc theo tính chất cơ lý của đất nền + Sức chịu tải giới hạn của cọc theo đất nền được tính theo công thức : fgh = m.(mR.R.F + u.åmfi . fi.hi ) Trong đó: . fgh : sức chịu tải giới hạn của cọc theo đất nền . . m – hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất , lấy m = 1 . . mR , mfi – hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất có xét đến ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc đối với sức kháng mũi R và thành phần ma sát bên f được xác định theo bảng A3 TCXD - 205:1998 . * Đối với phương án là cọc ép do mũi cọc được cắm vào lớp cát pha sét có IL = 0.3 thì mR = mfi = 0.96 ( đã nội suy rồi ). . R – sức kháng của đất dưới mũi cọc, được xác định theo bảng A1 TCXD – 205 :1998 , với chiều sâu đặt mũi cọc là z = 18.5 m (so với mặt đất tính toán), mũi cọc được đặt vào trong lớp cát pha sét có độ sệt IL = 0.3 => R = 468 T/m2 ( đã nội suy rồi ) . . F – diện tích tiết diện mũi cọc, F = d2 = 0.42 = 0.16 m2 . u – chu vi tiết diện ngang của thân cọc, u = 4d = 4 x 0.4 = 1.6 m . - chiều dày của lớp đất thứ i được chia với ( £ 2 m ) . - sức kháng ma sát bên của cọc và đất ứng với lớp đất thứ i được chia , giá trị tra theo bảng A2 TCXD – 205 : 1998 Mặt cắt thể hiện việc chia nhỏ các lớp phân tố với bề dày hi £ 2 m Giá trị mfi, fi, và được xác định theo bảng sau: Bảng 9.3 : bảng xác định các giá trị mfifihi Lớp đất mfi hi (m) Zi (m) fi (T/m2) mfifihi ( T ) 3.Lớp sét lẫn sỏi sạn LaiteritIL = 0.18 0.96 2.00 4.00 5.30 10.176 2.00 6.00 5.80 11.136 2.00 8.00 6.20 11.904 4.Lớp sét dẻo caoIL = 0.25 0.96 2.00 10.00 5.55 10.656 2.00 12.00 5.79 11.116 5.Lớp cát pha sétIL = 0.3 0.96 2.00 14.00 5.20 9.984 2.00 16.00 5.41 10.387 1.50 17.75 5.59 8.049 Smfifihi (T) 83.408 => Sức chịu tải giới hạn của cọc => fgh = 1x (0.96 x 468 x 0.16 + 1.6 x 83.408 ) = 205.338 ( T ) + Sức chịu tải cho phép của cọc : ( T ) Khi đi thiết kế ta sẽ chọn ra sức chịu tải cho phép của cọc theo cường độ của đất nền vì sức chịu tải theo độ bền vật liệu fVL = 244.648 ( T ) > f0 = 146.67 ( T ) . 6 .4. Xác định kích thước mặt bằng đài cọc : _ Chọn khoảng cách giữa các cọc là 3d , khi đó áp lực trung bình trên một đơn vị diện tích đáy đài là : Ptt = ( T ) + Diện tích sơ bộ của đế đài : Fđài = = m2 . Trong đó : . n : hệ số vượt tải = 1.1 . : dung trọng trung bình của móng và đất phủ trên móng = 2 T/m3 . h : chiều sâu chôn đế đài. ( h = 3 m ). +Tính lại trọng lượng của đài và đất trên đài : Nttđài = n. Fđài . h . = 1.1 x 8.84 x 3 x 2 = 58.34 ( T ) + Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài : Ntt0 = Ntt + Nttđài = 842.104 + 58.34 = 900.448 ( T ) + Số lượng cọc sơ bộ được xác định như sau : nc = cọc . + Xét ảnh hưởng của mômen ( vì móng cọc chịu tải lệch tâm ) nên ta tăng số lượng cọc lên thêm 1.2 lần . => n’c = 6.14 x 1. 2 = 7.37 cọc => chọn n’c = 8 cọc . Mặt bằng bố trí cọc trong đài Mặt bằng bố trí cọc trong đài + Diện tích đế đài thực tế : F’đài = 3.2 x 2.8 = 8.96 m2 + Tính lại trọng lượng của đài và đất trên đài ( sau khi đã có F’đài ) : Nttđài = n. F’đài . h . = 1.1 x 8.96 x 3 x 2 = 59.136 ( T ) + Tính lại lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài : Ntt0 = Ntt + Nttđài = 842.104 + 59.136 = 901.24 ( T ) + Mômen tính toán xác định tương ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đế đài : => Mttox = Mttx + Qtty x h = 38.681 +( -13.698) x 3 = -2.413 ( Tm ) => Mttoy = Mtty + Qttx x h = 16.059 + ( -4.08 ) x 3 = 3.819 ( Tm ) + Lực truyền xuống các cọc dãy biên được xác định theo công thức : Trong đó: .xmax = 1.0 m, ymax = 1.2 m . . m . . m => 113.74 ( T ) => ( T ) => Ptttb = = 112.66 ( T ) . + Trọng lượng tính toán của cọc : Pcọc = n x Fcọc x Lc x g = 1.1 x 0.16 x 16 x 2.5 = 7.04 ( T ) + Kiểm tra : Pttmax + Pcọc = 113.74 + 7.04 = 120.78 ( T ) < f0 = 146.67 ( T ) : như vậy thoả mãn điều kiện lực max truyền xuống các cọc dãy biên . Pttmin = 112.66 ( T ) > 0 => 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. 6.5. Tính toán độ lún cho móng cọc ( theo trạng thái giới hạn thứ hai ) 6.5.1 Xác định kích thước khối móng qui ước _Người ta quan niệm rằng nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất bao quanh , tải trọng của móng được truyền trên diện tích rộng hơn , xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy đài ( khi móng cọc đài thấp ) và có một góc nghiêng là a = Xác định jtb: trong đó: jIIi là trị tính toán thứ hai của góc ma sát trong lớp đất thứ i có chiều dày hi mà trục cọc cắm qua . Xác định góc a: Sơ đồ tính móng khối quy ước + Kích thước đáy khối móng qui ước: m m Trong đó : . LM, BM: chiều dài , rộng của móng khối quy ước . . HM: chiều cao móng khối quy ước . . L : khoảng cách từ 2 mép ngoài của 2 cọc biên . + Diện tích đáy khối móng qui ước: m2. 6.5.2 Xác định trọng 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 choán chổ và có kể cả trọng lượng cọc): + Trọng lượng lớp đất thứ i (có trừ đi phần thể tích đất bị cọc choán chổ): + Trọng lượng cọc bêtông trong lớp đất thứ i: Với: åFcọc = 8 x 0.16 = 1.28 m2. trọng lượng của móng khối quy uớc từ đáy đài trổ xuống Lớpđất gi(T/m3) hi(m) Fqư(m2) Fcọc(m2) Piđất(T) Picọc(T) Pi(T) 3 2.11 6 32.11 1.28 390.31 16.20 406.51 4 0.94 4 32.11 1.28 115.92 4.81 120.73 5 1.044 5.5 32.11 1.28 177.03 7.35 184.38 S(T) 711.62 + Trọng lượng của móng khối quy ước trong phạm vi từ đáy đài trở lên là : ( T ) + Trọng lượng của toàn bộ khối móng qui ước : Ntcqư = P + P’ = 711.62 + 192.66 = 904.28 ( T ). + Trị tiêu chuẩn của lực dọc xác định đến đáy móng khối quy ước : N0tcqư = Ntc + Ntcqư = 701.75+ 904.28 = 1606.03 ( T ) + Mômen tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: => Mtcox = Mtcx + Qtcy x ( H + h )= 32.23 + 11.415 x ( 15.5 + 3 ) = 243.41 ( Tm ) => Mtcoy = Mtcy + Qtcx x ( H + h ) = 13.383 + 3.4 x (15.5 + 3 ) = 76.283 ( Tm ) + Xác định độ lệch tâm: m Với : eB : lệch tâm theo phương cạnh ngắn m Với : eL : lệch tâm theo phương cạnh dài . 6.5. Xác định áp lực tiêu chuẩn tại đáy khối móng qui ước Áp lực tiêu chuẩn: + (T/m2) + 59.83 (T/m2) + 40.21 (T/m2) + 50.02 (T/m2) 6.6. Xác định cường độ tính toán của đất nền tại đáy khối móng qui ước Trong đó: _ m1, m2 là các hệ số điều kiên làm việc của đất nền và công trình có tác dụng qua lại với đất nền được xác định theo bảng 2.2 trang 65 sách “Nền Và Móng “ của GSTS NGUYỄN VĂN QUẢNG – ĐHKTHN => m1 = 1.2, m2 = 1.1 . _ Ktc = 1 là hệ số tin cậy của đất nền ( vì được khoan khảo sát đại chất tại hiện trường ) . _ A,B vàD là các hệ số không thứ nguyên được tra theo bảng 2.1 trang 64 sách “Nền Và Móng “của GSTS NGUYỄN VĂN QUẢNG – ĐHKTHN phụ thuộc vào góc ma sát trong jII của lớp đất dưới đáy khối móng qui ước : A = 0.98 B = 4.93 D = 7.4 Tra bảng 2.1 trang 64 với jII = 28036’ + BM = 5.47 (m) ; HM = 15.5 + 3 = 18.5 ( m ) . + CII = 0.105 kG/cm2 = 1.05 T/m2 . + gII = gIIđn =1.94 - 1 g/cm3 = 0.94 g/cm3 = 0.94 T/m3 . + gII = gIIđn =2.044 - 1 g/cm3 = 1.044 g/cm3 = 1.044 T/m3 . T/m3 . 241.51 (T/m2) . Kiểm tra: + (T/m2) + (T/m2) Vậy ta có thể tính toán được độ lún của nền dưới đáy móng khối quy ước theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính . Trường hợp này đất nền từ chân cọc trở xuống có chiều dày lớn , đáy của khối quy ước có diện tích bé nên ta dùng mô hình nền là nữa không gian biến dạng tuyến tính để tính toán . 6.7. Xác định độ lún của móng _ Chia đất nền dưới đáy khối móng qui ước thành các lớp có chiều dày bằng nhau và = m _ Ứng suất do trọng lượng bản thân của đất gây ra tại đáy khối móng qui ước : = ågi.hi ứng suất do trọng lượng bản thân của đất gây ra được xác định đến đáy móng khối quy ước Lớpđất gi(T/m3) hi(m) gihi(T/m2) 2 2.04 3 6.12 3 2.11 6 12.66 4 0.94 4 3.76 5 1.044 5.5 5.74 sbt (T/m2) 28.28 _ Ứng suất gây lún tại đáy khối móng qui ước : T/m2 _ Công thức tính lún : Trong đó: . theo qui phạm . . hi = 1.04 – chiều dày lớp phân tố thứ I . . - ứng suất gây lún ở giữa lớp phân tố thứ i . . Hệ số K0 tra theo bảng 3-7 Sách Hướng Dẫn Đồ Án Nền Móng – GS TS Nguyễn Văn Quãng, 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. Nếu dười mũi cọc chỉ có một lớp đất thì E lấy bằng E của lớp đó . Ơ đây do chiều dày của lớp thứ 5 khá lớn nên E = E5 = 199.45 kG/cm2 Giới hạn nền lấy đến độ sâu mà ứng suất gây lún bằng 20% ứng suất bản thân: sơ đồ tính toán độ lún của nền dưới đáy móng khối quy ước Bảng 9.6 : bảng tính độ lún cuối cùng của móng 5-C Điểm Độ sâuz (m) 2z/BM LM/BM K0 sglzi(T/m2) sbt(T/m2) 0.2sbt(T/m2) sglzihi Si(cm) 0 0 0 1.07 1.000 21.74 28.28 5.66 21.72 0.871 1 1.04 0.40 0.960 20.87 29.37 5.87 21.71 0.870 2 2.08 0.80 0.800 16.696 30.45 6.09 17.364 0.696 3 3.12 1.20 0.606 10.118 31.54 6.31 10.523 0.422 4 4.16 1.60 0.449 4.543 32.62 6.52 4.725 0.019 S Si(cm) 2.878 Độ lún cuối cùng: = 2.878 cm < Sgh = 8 cm Như vậy, móng thiết kế đã thoả mãn yêu cầu về độ lún. 6.8. Tính toán cọc chịu tải trọng ngang (theo Phụ Lục G – TCXD 205 : 1998) Tải trọng ngang ( Hx, Hy ) tác dụng lên đầu cọc ở đáy đài như sau : BẢNG 9. 7 : TẢI TRỌNG NẰM NGANG Tên tải Tải tính toán ( T ) Tải tiêu chuẩn ( T ) Qx 4.08 3.4 Qy 13.698 11.415 Hx 0.51 0.43 Hy 1.71 1.43 Trong đó : Hx = Hy = _ n’c : số lượng cọc (n’c = 8 cọc ) Ta thấy Hy > Hx nên ta lấy Hy để đi tính toán chuyển vị và nội lực trong móng cọc Tính toán chuyển vị ngang và góc xoay tại 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. - 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 = 290´104 T/m2 - môđun đàn hồi của bêtông (M.300) + bc - chiều rộng qui ước của cọc, vì d = 0.4 m < 0.8m nên ta lấy bc = 1.5d + 0.5m = 1.1 m; + I - mômen quán tính tiết diện ngang của cọc: ( m4 ) + 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: m. Sơ đồ xác định hệ số K _ Do đoạn cọc có chiều sâu ảnh hưởng chỉ đi qua 1 lớp đất ( lớp thứ 3 ) nên hệ số tỷ lệ K sẽ được tra theo bảng 5.14 trang 297 sách “Nền Và Móng “của GSTS NGUYỄN VĂN QUẢNG – ĐHKTHN Lớp thứ ba – lớp sét lẫn sỏi sạn Laiterit có IL = 0.18 => K = 692 ( T/m4 ) ( đã nội suy rồi ) . Hệ số biến dạng: ( ) A0, B0, C0 - các hệ số không thứ nguyên lấy theo Bảng G.2 - TCXD 205 : 1998 phụ thuộc vào chiều sâu tính đổi của phần cọc trong đất Le: m Vì Le = 10.97 > 4 nên tra bảng tại giá trị có ³ 4 => A0 = 2.441 , B0 = 1.621 , C0 = 1.751 Tra Bảng G.2: A0 = 2.441, B0 = 1.621, C0 = 1.751; Chuyển vị ngang của tiết diện gây bởi lực H0 = QCtt = 1: m/T; Góc xoay của tiết diện gây bởi mômen M0 = MCtt = 1: 1/(Tm); Chuyển vị ngang và góc xoay của tiết diện gây 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: Giả định đầu cọc được ngàm cứng vào đáy đày do vậy cọc chỉ chuyển vị ngang mà không có chuyển vị xoay tức là () . Lúc này trong tính toán phải tính đến mômen ngàm Mng tác dụng tại chỗ gặp nhau của cọc và đài. Tm Chuyển vị ngang của tiết diện cọc m; 1.177 mm Chuyển vị ngang của đầu cọc mm < 10 mm. Như vậy cọc thoả mãn điều kiện chuyển vị ngang. 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 Qz (T) và lực dọc Nz (T) trong tiết diện cọc được tính toán theo các công thức sau: ; ; Nz = N 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 các giá trị của momen uốn và lực cắt trong thân cọc Biểu đồ momen Mz trong thân cọc Biểu đồ lực cắt Qz trong thân cọc _Từ các biểu đồ trên, ta 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. Tuy nhiên vì đây là nhà cao tầng, các giá trị tải trọng đứng và tải trọng ngang tương đối lớn nên để đảm bảo an toàn khi có những trường hợp tải trọng bất lợi xảy ra (động đất, bão,…), trong đồ án sẽ giữ nguyên hàm lượng cốt thép trong cọc. 6.9 . Kiểm tra độ ổn định của nền đất xung quanh cọc khi cọc chịu lực ngang Điều kiện : sz £ sgh + sz : áp lực tính toán tại độ sâu z . Vì Le = 10.97 m > 2.5 m nên ta sẽ kiểm tra điều kiện này tại vị trí => z = =m => ze = abd.z = 0.66 x 1.2879 = 0.85 . + Với các giá trị A1 , B1 , C1 được tra trong bảng G3 – TCXD 205 -1998 . => A1 = 0.996 , B1 = 0.849 , C1 = 0.3625 , D1 = 0.103 . => sz = 0.8 ( T/m2 ) + Ap lực giới hạn tại độ sâu z = 1.2879 m được tính theo công thức : Trong đó : + Z = 1.2879 m => ( T /m3 ) ; ; CI = 3.5 ( T /m2 ) + + được xác định theo công thức : : momen do tải trọng thường xuyên ( tĩnh tải ) tính toán tác dụng tại mũi cọc => =2.02 ( Tm ) : momen do tải trọng tạm thời ( hoạt tải ) tính toán tác dụng tại mũi cọc =>=12 ( Tm ) . = = 0.6 : do là cọc đóng . => ( T /m2 ) Ta thấy : sz = 0.8 ( T/m2 ) < szgh = 11.49 ( T/m2 ) Kết luận : nền đất xung quanh cọc không bị phá hỏng khi chịu áp lực ngang . 6.10. Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc Kiểm tra chống xuyên thủng của đài cọc _ Chiều cao đài là1 m đã được xác định sơ bộ ở phần trên . _ Chiều cao đài cọc phải thoả mãn điều kiện đâm thủng , từ mép cột ta vẽ một đường thẳng tạo một góc 450 so với mép cột thì ta nhận thấy các cọc đều nằm trong tháp xuyên thủng, do đó không cần kiểm tra xuyên thủng đối với đài cọc. Mặt cắt thể hiện tháp xuyên thủng b ) Tính toán cốt thép đài cọc _ Khi tính toán cốt thép cho đài cọc người ta coi đài cọc như những dầm côngsôn ngàm vào các tiết diện đi qua mép cột và bị uốn bởi phản lực đặt tại các đầu cọc . Chon mặt ngàm như hình vẽ để tìm mômen lớn nhất Mmax tính toán cốt thép cho đài. Momen tại ngàm xác định theo công thức : M = Trong đó : + n : số lượng cọc trong phạm vi côngsôn . + Pi : phản lực của đầu cọc thứ i . + ri : khoảng cách từ mặt ngàm đến trục cọc thứ i. các mặt ngàm quy ước tại mép chân cột + P2 = P5 = P8 = Pmax = 113.74 ( T ) + r2 = r5 = r8 = 0.625 ( m ) + P1 = P4= P7= Pmin =111.57 ( T ) ; P3 = P6= Ptb = 112.66 ( T ) ; P2 = Pmax = 113.74 ( T) + r1 = 0.825 ( m ), r1 = r6 = 0.225 => Mômen tương ứng với mặt ngàm I-I : MI-I = r2 ( P2 + P5 + P8 ) = 0.625 ( 3 x 113.74 ) = 213.26( Tm ) => Mômen tương ứng với mặt ngàm II-II : MII-II = r1 ( P1 + P2 ) + r3 P3= 0.825 ( 111.57 + 113.74) + 0.225.112.66 = 211.23(Tm) . + Diện tích cốt thép được tính theo công thứ c : + Thép theo phương cạnh ngắn móng ( B ) : ( cm2 ) . => Chọn 26 f 22 , a = 110 cm , có Fa = 98.83( cm2 ) . + Thép theo phương cạnh dài móng ( L ) : ( cm2 ) . => Chọn 27 f 22 , a = 120 cm , có Fa = 102.63 ( cm2 ) . Nhận xét : đối với bản m% nằm trong khoảng 0.3% - 0.9% là hợp lý . Nếu m% quá lớn hay quá bé chứng tỏ chiều dày của bản đã chọn là chưa hợp lý , cần thay đổi lại hb và tính toán lại . F Như vậy qua nhận xét trên ta thấy với chiều dày đài ( bản ) hb = 1 m như đã chọn ban đầu là hoàn toàn hợp lý . 6.11 . Tính toán nội lực khi vận chuyển và cẩu lắp : a ) Trường hợp khi vận chuyển cọc : + Các móc cẩu trên cọc được bố trí ở các điểm cách đầu và mũi cọc những khoảng cố định sao cho mômen dương lớn nhất bằng mômen âm có trị số tuyệt đối lớn nhất. Sơ đồ tính : Sơ đồ tính toán vị trí đặt móc cẩu ( khi vận chuyển ) + Trọng lượng bản thân của cọc phân bố trên 1 m dài : q = 1.1 x b x h x gbt =1.1 x 0.4 ´ 0.4´ 2.5 = 0.44T/m) + Mômen khi cẩu cọc : Mvc = 0.043 ql2 = 0.043 ´ 0.44 x 82=1.21 ( Tm ) b) Trường hợp dựng cọc ( khi cẩu lắp ) : Sơ đồ tính : Sơ đồ tính toán vị trí đặt móc cẩu ( khi cẩu để đưa lên thiết bị đóng cọc ) + Mômen khi cẩu lắp cọc : M = 0.086ql2 = 0.086 x 0.44 x 82 = 2.42 (T.m) 6.11.Tính thép cho cọc Nhận xét : + Ta thấy khi vận chuyển thì Mvc = 1.21 Tm , khi cẩu lắp thì Mcl = 2.42 ( Tm ) và khi tính cọc chịu lực ngang do momen gây ra ở trên với giá trị Mng = 2.39 ( Tm ) . Vậy dùng nội lực lớn nhất ứng với trường hợp Mcl = 2.42 ( Tm ) để đi tính thép cho cọc . + A = . + =0.5x(1+ ) = 0.982 . => ( cm2 ) . + Mà Fachọn ban đầu là 4f18 ( có Fa = 10.18 cm2 ) nên thép chọn như ban đầu là đã thỏa mãn mọi yêu cầu đối với cọc đóng . Tóm lại : ứng với hai trường hợp vận chuyển cọc và cẩu lắp cọc , thép chọn 4f18 để cấu tạo cọc là thỏa. 6.12 . Tính thép làm móc treo cọc : + Lực do một nhánh treo chịu khi cẩu lắp => P = 1.2 ´ q ´ l = 264 (KG) Þ diện tích thép : Fa = =0.073(cm2) => Chọn 1f16 ( Fa = 2.01 cm2) làm móc treo.