Thực trạng tính toán móng cọc khoan nhồi

CHƯƠNG 8 TÍNH TOÁN MÓNG CỌC KHOAN NHỒI NHỮNG KHÁI NIỆN CHUNG: Móng là một bộ phận kết cấu chôn dưới đất để chuyền tải trọng của công trình xuống đất nền. Cọc là một kết cấu có chiều dài lớn so với tiết diện ngang, được đóng, ấn hay thi công tại chổ vào lòng đất để chuyền tải trọng công trình xuống các lớp đất, đá có khả năng chịu lực nằm sâu bên dưới. Theo “ TCXD 205: 1998 _ Móng cọc _ Tiêu chuẩn thiết kế ”, cọc nhồi là cọc được thi công tạo lỗ trước trong đất, sau đó lỗ được lấp đầy bằng bê tông có hoặc không có cốt thép. Việc tạo lỗ được thực hiện bằng phương pháp khoan, đóng ống hay phương pháp đào khác. Cọc nhồi có đường kính bằng hoặc bé hơn 600mm được gọi là cọc nhồi có đường kính nhỏ, Cọc nhồi có đường kính lớn hơn 600mm được gọi là cọc nhồi có đường kính lớn. Thi công: Gồm các bước cơ bản sau: - Tạo hố khoan: có đường kính bằng đường kính thiết kế (dạng tròn hay chữ nhật (cọc barrette). - Trong quá trình tạo hố khoan thành vách được giữ ổn định bằng ống chống hay khoan ướt ( bơm dung dịch Bentonite vào hố khoan ), thu hồi dung dịch Bentonit theo phương pháp tuần hoàn. - Vệ sinh hố móng: thả một máy bơm xuống tận đáy hố khoan để hút bùn khoan cho đến khi chiều dày lớp bùn khoan nhỏ hơn 2cm. - Hạ lồng cốt thép: trong quá trình hạ, cần chú ý định vị để lồng cốt thép được đặt giữa hố khoan. - Đổ bê tông: đổ bê tông theo phương pháp vữa dâng, đồng thời đẩy dung dịch Bentonite ra ngoài, hạn chế tối đa sự xâm nhập dung dịch Bentonit vào bêtông. - Yêu cầu mác Bêtông phải ³ 20MPa độ sụt thường lớn từ 13cm – 18cm để đảm bảo tính liên tục của cọc. Ưu điểm của cọc khoan nhồi: - Khi thi công không gây chấn động mạnh, tiếng ồn như khi đóng cọc, thích hợp cho việc xây chen ở đô thị. - Có đường kính và chiều dài lớn nên cọc có sức chịu tải rất lớn → số lượng cọc ít. - Lượng thép trong cọc khoan nhồi ít chủ yếu để chịu tải trọng ngang (đối với cọc đài thấp). - Có thể thi công cọc qua các lớp đất cứng nằm xen kẽ hay qua các lớp cát dày mà đối với cọc đóng hoặc cọc ép rất khó thi công. Nhược điểm: - Giá thành cao do kỹ thuật thi công, thiết bị thi công và đội ngũ kỹ thuật có chuyên môn cao. - Có thể sập vách hố khoan làm cho thân cọc bị khuyết tật trầm trọng như thắt lại, có những vùng cốt thép không có lớp bê tông bảo vệ. - Bê tông đổ vào cọc không được đầm chặt nên chất lượng bê tông thường không cao. - Việc kiểm tra chất lượng bê tông cọc khoan nhồi chỉ thực hiện được sau khi đã thi công cọc xong, rất phức tạp bằng phương pháp siêu âm hay thử tĩnh cọc, giá thành cao. - Ma sát bên thân cọc có thể giảm đi đáng kể so với cọc đóng và cọc ép do công nghệ tạo khoan lỗ. THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI ĐÀI ĐƠN CHO MÓNG M1: Tải trọng tác dụng lên móng: - Tải trọng truyền xuống móng thông qua hệ khung tại vị trí các chân cột. - Lấy tổ hợp nội lực có những nội lực nguy hiểm nhất cho móng (Nmax – Mxtư – Mytư – Qxmax – Qymax). Chọn loại vật liệu, kích thước cọc và chiều sâu chôn móng: Mũi cọc đặt vào lớp đất thứ 6. Xác định sức chịu tải của cọc theo các đặc trưng đất nền: a).Theo cường độ đất nền: - Theo TCXD 205-1998 sức chịu tải của cọc bao gồm 2 thành phần: ma sát bên và sức chống dưới mũi cọc. hoặc Qu = Qp + Qs = Ap .qp + As.fs - Do cọc đi qua nhiều lớp đất nên Qu = Ap.qp + u trong đó: . FS - hệ số an toàn chung ( FS = 2,0 3,0 ). . FSs - hệ số an toàn dọc thân cọc (FSs = 2,0 2,5). . FSp - hệ số an toàn ở mũi cọc (FSp = 2,0 3,0). . Qu - sức chịu tải cực hạn của cọc. . Qs - sức chịu tải cực hạn do ma sát bên. . Qp - sức chịu tải cực hạn do mũi cọc. . fs - ma sát bên đơn vị giữa cọc và đất. . qp - cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc. . As - diện tích của mặt bên cọc. . Ap - diện tích tiết diện mũi cọc. . fsi - ma sát bên tại lớp đất thứ i. . li - chiều dày của lớp đất thứ i. . u - chu vi cọc. - Ma sát trên đơn vị diện tích mặt bên của cọc fs tính theo công thức sau: trong đó: . - lực dính giữa thân cọc và đất ; . - góc ma sát giữa cọc và đất nền ; . - ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng do trọng lượng bản thân cột đất (có xét đến đẩy nổi khi lớp đất nằm dưới mực nước ngầm) - khi không có mực nước ngầm; - khi có mực nước ngầm. svi = . KS - hệ số áp lực ngang trong đất, với cọc khoan nhồi [21]. trong đó: . γ - dung trọng đất nền dưới mũi cọc (kN/m3); . d - dường kính tiết diện cọc (m); . c - lực dính đất nền dưới mũi cọc (kN/m2); . sVP - ứng suất theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc (kN/m2); - khi không có mực nước ngầm; - khi có mực nước ngầm. . Nc, Nq, Ng - hệ số sức chịu tải phụ thuộc chủ yếu vào góc ma sát trong φ và hình dạng mũi cọc tra bảng hệ số chịu tải Terzaghi [21]. Đối với cọc khoan nhồi lấy: FSs = 2 FSp = 3 BẢNG 8.2: TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỰC HẠN DO MA SÁT BÊN QS Lớp đất li (m) ji (0) gi (kN/m3) sV (kN/m2) Ksi = 1- sinj Ci (kN/m2) fsi (kN/m2) fsili (kN/m) Qs (kN) 3 1.95 23.38 7.55251 15 0.60331 35.40 39.240 76.517 12539 4 29.5 30.49 10.4943 324 0.49286 6.40 100.454 2963.4 5 1.9 9.81 9.37673 342 0.82969 37.29 86.348 164.06 6 5.8 11.52 14.1963 424 0.80032 66.89 136.111 789.45 S 3939.41 Qp = Ap.(c.Nc + svpNq + gdNg) c = 66.89 (KN/m2) ; j =11.52 ® Nc = 9.2 gñn = 14.20 (KN/m3) Nq = 3 svp = 424.5 (KN/m2) Ng = 1.4 Qp = 1498.26 (KN) Sức chịu tải cho phép: (kN). b).Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền: - Tính sức chịu tải cho phép của cọc đơn theo đất nền, TCXD 205-1998 trong đó: . ktc - hệ số an toàn lấy bằng 1.4; . m - hệ số điều kiện làm việc, mũi cọc tựa trên lớp đất sét có độ bão hoà G > 0.85 nên lấy m = 1; . mR - hệ số làm việc của đất dưới mũi cọc, lấy mR=1; . mfi - hệ số làm việc của đất ở mặt bên cọc, phụ thuộc vào phương pháp tạo lỗ khoan, lấy theo bảng A5 (TCXD 205-1998) lấy bằng 0.6 . - ma sát bên của lớp đất thứ i được chia (m) ở mặt bên của cọc, giá trị tra theo Bảng A.2 Phụ Lục A [7]. . li - chiều dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc; . Ap - diện tích tiết diện cọc (m2); . u - chu vi cọc (m); . qP - cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, mũi cọc đặt vào trong lớp đất sét có độ sệt IL = 0.163. Với chiều sâu mũi cọc h = 44m (so với mặt đất tính toán), giá trị qP được xác định theo Bảng A.7 Phụ Lục A [7]. Tra bảng và nội suy được: qP = 4000 (kN/m2). BẢNG 8.3 SỨC CHỊU TẢI THEO CHỈ TIÊU CƠ LÍ ĐẤT NỀN STT Zi (m) fi (kN/m2) li (m) mf mf.fi.li Qtc (kN) Qa(a) (kN) 1 5.825 58 1.95 0.6 67.9 6642 4744 2 7.9 27.83 2.2 0.6 36.7 3 10 28.89 2 0.6 34.7 4 12 29.61 2 0.6 35.5 5 14 30.34 2 0.6 36.4 6 16 31.15 2 0.6 37.4 7 18 32.06 2 0.6 38.5 8 20 32.97 2 0.6 39.6 9 22 33.88 2 0.6 40.7 10 24 34.79 2 0.6 41.7 11 26 35.69 2 0.6 42.8 12 28 36.6 2 0.6 43.9 13 30 37.51 2 0.6 45.0 14 32 38.42 2 0.6 46.1 15 34 39.33 2 0.6 47.2 16 35.65 39.78 1.3 0.6 31.0 17 37.25 89.5 1.9 0.6 102.0 18 39.1 100 1.8 0.6 108.0 19 41 100 2 0.6 120.0 20 43 100 2 0.6 120.0 S 1115.14 → Sức chịu tải của cọc theo các đặc trưng đất nền: (kN). Xác định số lượng cọc và kích thước đài cọc: - Để các cọc làm việc có hiệu quả, các cọc được bố có tim cách nhau một đoạn ³ 3d. a = 3d = 3x1= 3 (m) - Áp lực tính toán do phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài. =527.11(kN/m2 ) - Diện tích sơ bộ của đáy đài cọc: Fđ = 13.97 (m2). - Trọng lượng tính toán sơ bộ đài, đất trên đài và lực dọc tính toán đáy đài: N0tt = Ntt + 1,1x13.97x 4.85x22 = 7364 (kN) - Xác định số lượng cọc: nc = = 1.55 cọc trong đó: . Ntt - tải trọng tính toán. . Qd - sức chịu tải của cọc. . k - hệ số kể đến ảnh hưởng của môment lấy 141.5 Chọn nttc = 2 cọc Sơ đồ bố trí cọc trong đài: Hình 8.1: Mặt bằng bố trí cọc M1. - Diện tích thực tế của đài cọc được chọn: 5.0 x 2.0 m (Fđ = 10 m2) - Lực dọc tính toán thực tế xác định đến cốt đáy đài. N0tt = Ntt + Nđài = 5724.6 + 1,1x10x4.85x22 = 6898.3 (kN) Kiểm tra tải trọng dọc trục tác dụng lên từng cọc trong nhóm: - Môment tính toán xác định tương ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đáy đài: (kNm). (kNm). - Theo [7] 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: . - tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài. . M0y - môment xoay quanh trục 0y tại đáy đài. . M0x - môment xoay quanh trục 0x tại đáy đài. xmax = 0 (m) ; ymax = 1.5 (m) (kN) (kN) (kN) - Trọng lượng cọc: (kN) - Kiểm tra: (kN) < (kN) (thoả) (kN) > 0 (cọc chỉ chịu nén) - Như vậy, cọc thiết kế thoả mãn điều kiện lực max truyền xuống và Nmintt > 0 nên cọc chỉ chịu nén nên không cần kiểm tra cọc chịu lực nhổ. à Điều kiện chịu tải của móng cọc đã thoả mãn và móng làm việc trong điều kiện an toàn. Tính lún cho móng cọc đài đơn: (theo trạng thái giới hạn thứ hai) - Tính lún cho móng cọc là tính lún cho nền đất nằm dưới mũi cọc. Nền của móng cọc gồm các lớp đất nằm trong chiều sâu chịu nén cực hạn Ha. Nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất, tải trọng của móng được truyền trên diện rộng hơn, xuất phát từ mép ngoài cọc, tại đáy đài và nghiêng một góc a được tính như sau: - Xác định φtb: φtb φtb trong đó: . φi - góc ma sát trong của lớp đất có chiều dày hi. - Xác định góc α: - Độ lún của nền đất dưới mũi cọc do tải trọng của móng khối qui ước gây nên gồm trọng lượng của đài cọc, của cọc và của đất trong khối qui ước abcd. Hình 8.2: Xác định khối móng khối qui ước. - Xác định chiều dài và chiều rộng khối móng qui ước: - Diện tích đáy khối móng qui ước: (m2) Xác định khối lượng khối móng qui ước: - Trọng lượng đất trong phạm vi từ đáy đài đến đáy khối móng qui ước (có trừ đi phần thể tích đất bị cọc 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 bê tông trong lớp đất thứ i: Tổng lực dọc xác định tiêu chuẩn đến đáy khối móng qui ước: FMqu (m2) h (m) γ (kN/m3) Ntccọc (kN) Ntcqu (kN) Ntc3 130.64 1.95 7.55 23.12 1900.91 Ntc4 130.64 29.5 10.49 486.04 39958.6 Ntc5 130.64 1.9 9.38 27.97 2,299.5 Ntc6 130.64 5.8 14.20 129.27 10627.7 NtcCọc 0.79 39.15 25 768.3 S 49545 Môment tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: Moxtc = 84.97 + 125.58(39.15 + 4.85) = 5610.63 (kNm). Moytc = 5.99 + 4770.5(39.15 + 4.85) = 7427.33 (kNm). - Độ lệch tâm: (m). (m). Xác định áp lực tiêu chuẩn tại đáy khối móng qui ước: (kN/m2) (kN/m2). (kN/m2). (kN/m2). - Xác định cường độ tính toán của đất tại đáy khối móng qui ước: [6] trong đó: . m1, m2 - hệ số điều kiên làm việc của đất nền và công trình xác định theo Bảng 15 TCXD 45 : 78 : m1 = 1.2, m2 = 1; . Ktc = 1 - hệ số tin cậy lấy theo Điều 3.38 TCXD 45 : 78; A = 0.21 B = 1.73 D = 4.35 . A, B, D - các hệ số không thứ nguyên lấy theo Bảng 14 TCXD 45 : 78 phụ thuộc váo góc ma sát trong φII của lớp đất đáy khối móng qui ước: với φII = 11.52 0 à . CII = 0.6689 kG/cm2 = 66.89 (kN/m2) . γII = γIIđn =(2.060 – 1) g/cm3 = 1.060 T/m3 = 10.60 (kN/m3) . (kN/m3) T/m3 = 11.01 (kN/m3) Cường độ đất nền (kN/m2) Kiểm tra: (kN/m2).> 0 (kN/m2) (kN/m2) à Vậy nền đất dưới đáy khối móng quy ước ổn định, có thể tính toán độ lún của nền đất dưới móng cọc theo quan niệm nền biến dạng đàn hồi tuyến tính. Xác định độ lún của móng: - Ứng suất bản thân của khối móng qui ước: STT Ñoä saâu zi (m) hi (m) g (kN/m3) sbtzi (kN/m2) 3 -6.8 1.95 7.55 14.73 4 -36.3 29.5 10.49 324.31 5 -38.2 1.9 9.38 342.12 6 -44 5.8 14.20 424.46 - Ứng suất gây lún tại đáy khối móng qui ước: (kN/m2) - Vì chiều sâu chịu nén cực hạn dưới đáy móng khối qui ước kết thúc tại độ sâu [18], ở đây tại đáy khối móng qui ước có: do đó không cần tính lún, điều kiện theo trạng thái giới hạn thứ hai luôn thoả. Tính toán móng cọc chịu tác dụng lực ngang và moment theo [ 7 ]: Mx (kN.m) My (kN.m) N (kN) Qx (kN) Qy (kN) Trị tính toán 101.96 7.19 5724.6 202.4 150.7 Trị tiêu chuẩn 84.97 5.99 4770.5 168.67 125.58 - Lực ngang Hx, Hy tác dụng lên đầu cọc ở đáy đài: Hy (KN) Hx (KN) TT 75.35 101.20 TC 62.79 84.33 - Tính toán cọc chịu tải trọng ngang theo biến dạng theo điều kiện: trong đó: . - chuyển vị ngang (m) 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 (m) và góc xoay (radian) của đầu cọc, được xác định theo công thức: Với: trong đó: . Eb - môđun đàn hồi của bê tông (B25) Eb = 30.0x106 (kN/m2) . bc - chiều rộng qui ước của cọc, d = 1m > 0.8m lấy bc = d + 1m = 2 (m). [7] . I - môment 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. K= 4500 (kN/m4) . abd - hệ số biến dạng (1/m) . A0, B0, C0 - các hệ số không thứ nguyên lấy theo Bảng G.2 - TCXD 205 : 1998 phụ thuộc váo chiều sâu tính đổi của phần cọc trong đất . (m) A0 = 2.441 à B0 = 1.621 C0 = 1.751 . dHH - chuyển vị ngang của tiết diện bởi lực H0 = QCtt = 1 (m/kN) . dMM - góc xoay của tiết diện bởi môment M0 = MCtt = 1 (1/kNm) . dMH, dMH chuyển vị ngang và góc xoay của tiết diện bởi môment M0 = MCtt = 1 và lực H0 = QCtt = 1: (1/kNm) . - chuyển vị ngang của tiết diện ngang cọc tại cao trình đáy đài (đài thấp) . - góc xoay của tiết diện ngang cọc tại cao trình đáy đài (đài thấp) . H0 - giá trị tính toán của lực cắt tại đầu cọc, lấy H0 = H = QCtt . M0 - giá trị tính toán của môment tại đầu cọc: M0 = Mng + QCtt´l0 - chiều dài đoạn cọc (m) từ đáy đài đến mặt đất, cọc đài thấp . Tính môment ngàm Mng tác dụng tại vị trí cọc và đài. (kNm) - Chuyển vị ngang của tiết diện cọc: mm < 10 mm (thoả!) à vậy cọc thoả mãn điều kiện chuyển vị ngang. - Kiểm tra lại chuyển vị xoay của đầu cọc Với : (rad) à giá trị chuyển vị xoay của đầu cọc gần bằng 0, nên việc tính toán đã làm là đúng. Xác định áp lực tính toán, mômen uốn, lực cắt và lực dọc trong tiết diện cọc - Môment uốn Mz (kNm), lực cắt Qz (kN) và lực dọc Nz (kN) trong tiết diện cọc được tính toán theo các công thức sau: Nz = N A3,B3,C3,D3 và A4,B4,C4,D4 lấy theo bảng G3- 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 giá trị Mz, Qz được tính trong bảng sau: BẢNG 8.4 GIÁ TRỊ CÁC HỆ SỐ MOMENT VÀ LỰC CẮT Z (m) Ze (m) A3 C3 D3 A4 C4 D4 Mz (KN.m) Q (KN) 0.00 0.0 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 1.000 -263.8 101.200 -0.28 0.1 0.000 1.000 0.100 -0.005 0.000 1.000 -235.3 101.200 -0.56 0.2 -0.001 1.000 0.200 -0.020 0.000 1.000 -206.8 101.200 -0.84 0.3 -0.005 1.000 0.300 -0.045 -0.001 1.000 -178.3 101.294 -1.13 0.4 -0.011 1.000 0.400 -0.080 -0.003 1.000 -149.8 101.481 -1.41 0.5 -0.021 0.999 0.500 -0.125 -0.008 0.999 -121.1 101.848 -1.69 0.6 -0.036 0.998 0.600 -0.180 -0.016 0.997 -92.32 102.395 -1.97 0.7 -0.057 0.996 0.699 -0.245 -0.030 0.994 -63.57 103.403 -2.25 0.8 -0.085 0.992 0.799 -0.320 -0.051 0.989 -34.02 104.865 -2.53 0.9 -0.121 0.985 0.897 -0.404 -0.082 0.980 -4.238 106.858 -2.82 1.0 -0.167 0.975 0.994 -0.499 -0.125 0.967 26.046 109.571 -3.10 1.1 -0.222 0.960 1.090 -0.603 -0.183 0.946 57.365 112.880 -3.38 1.2 -0.287 0.938 1.183 -0.716 -0.259 0.917 89.675 117.065 -3.66 1.3 -0.365 0.907 1.273 -0.838 -0.356 0.876 123.51 122.004 -3.94 1.4 -0.455 0.866 1.358 -0.967 -0.479 0.821 158.55 127.961 -4.22 1.5 -0.559 0.811 1.437 -1.105 -0.630 0.747 195.58 134.619 -4.51 1.6 -0.676 0.739 1.507 -1.248 -0.815 0.652 234.52 142.337 -4.79 1.7 -0.808 0.646 1.566 -1.396 -1.036 0.529 275.88 150.594 -5.07 1.8 -0.956 0.530 1.612 -1.547 -1.299 0.374 319.59 159.548 5.35 1.9 -1.118 0.385 1.640 -1.699 -1.608 0.181 365.83 168.965 -5.63 2.0 -1.295 0.207 1.646 -1.848 -1.966 -0.057 414.51 178.419 -6.20 2.2 -1.693 -0.271 1.575 -2.125 -2.849 -0.692 520.39 196.883 -6.76 2.4 -2.141 -0.941 1.352 -2.339 -3.973 -1.592 633.61 211.106 -7.32 2.6 -2.621 -1.877 0.917 -2.437 -5.355 -2.821 756.6 216.206 7.89 2.8 -3.103 -3.108 0.197 -2.346 -6.990 -4.445 876.19 205.035 -8.45 3.0 -3.541 -4.688 -0.891 -1.969 -8.840 -6.520 982.98 168.365 -9.86 3.5 -3.919 -10.340 -5.854 1.074 -13.692 -13.826 1059.8 -116.435 -11.27 4.0 -1.614 -17.919 -15.076 9.244 -15.611 -23.140 431.11 -879.227 Tính toán cốt thép cho cọc: - Theo quy phạm hàm lượng cốt thép trong cọc khoan nhồi m > 0.6% Þ diện tích cốt thép: Fa= x0.6%= x0.6%= 47.11 cm2 à Cốt thép trong cọc chọn 19Ø18, Fa =48.32 cm2 , a = 170 mm Kiểm tra khả năng chịu lực của cọc theo vật liệu: [21] trong đó: . Ru - cường độ chịu nén của bê tông cọc khoan nhồi, khi đổ bê tông trong nước hay trong dung dịch sét: . R - là Mác thiết kế của bê tông cọc. . Fb - diện tích tiết diện cọc, Fb = 0.785 m2 = 785000 (mm2) . Ran - cường độ tính toán cốt thép xác định như sau: đường kính thép < Ø28, . . Rc - là giới hạn chảy của cốt thép. . Fa - diện tích cốt thép trong cọc, Fa = 4578 (mm2). Dùng bê tông có cấp độ bền B25 tương ứng với Mác bê tông M350 nên: Lấy Ru= 6 (MPa). Sức chịu tải của cọc: (N) = 5773 (kN). - Kiểm tra: (kN) < (kN). à cọc thiết kế đủ khả năng chịu tải. Tính toán đài cọc: Kiểm tra xuyên thủng theo [16]: - Việc tính toán đâm thủng, ngoài tháp đâm thủng có độ dốc 450, tuy vậy trong đài cọc, tháp đâm thủng có thể có góc nghiêng khác 450, Hình 8.3: Tháp đâm thủng đài cọc. kiểm tra theo công thức: P £ [a1(bc + C2) + a2(hc + C2)]h0Rk trong đó: . P - lực đâm thủng bằng tổng phản lực của cọc nằm ngoài phạm vi của đáy tháp đâm thủng; . bc, hc - kích thước tiết diện cột; . h0 - chiều cao hữu ích của đài; . C1, C2 - khoảng cách trên mặt bằng từ mép cột đến mép của đáy tháp đâm thủng; . Rk - cường độ tính toán chịu kéo của bê tông; . a1, a2 - các hệ số. Do cọc nằm trong tháp chọc thủng nên không cần kiểm tra chọc thủng đài cọc. Tính toán cốt thép đài cọc: - Chon mặt ngàm như hình vẽ để tìm môment lớn nhất Mmax tính toán cốt thép cho đài. Hình 8.4: Sơ đồ tính cốt thép đài cọc. Với: (kN) Môment: (kNm) Cốt thép: cm2 = 6723 (mm2) Bố trí 50Ø16, Fa = 100.48 cm2. (a100 Bố trí cho cả hai phương). Nhận xét: các số liệu chọn ban đầu là thoả mãn các trạng thái giới hạn của cọc: Trạng thái thứ nhất: 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. Trạng thái thứ hai: Độ lún của nền cọc và móng; Chuyển vị ngang của cọc và móng. THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI ĐÀI ĐƠN CHO MÓNG M1’: Tải trọng tác dụng lên móng: - Tải trọng truyền xuống móng thông qua hệ khung tại vị trí các chân cột. - Lấy tổ hợp nội lực có những nội lực nguy hiểm nhất cho móng (Nmax – Mxtư – Mytư – Qxmax – Qymax). - Ta thấy các giá trị M, N, Q tác dụng lên móng M1’ gần bằng với móng M1. Do đó không cần phải tính lại mà có thể lấy các giá trị như đã tính cho móng M1 bên trên. THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI ĐÀI ĐƠN CHO MÓNG M2: Tải trọng tác dụng lên móng: Chọn loại vật liệu, kích thước cọc và chiều sâu chôn móng: (tương tự móng M1) Xác định sức chịu tải của cọc theo các đặc trưng đất nền: Theo cường độ đất nền và theo chỉ tiêu cơ lý như đã tính ở trên. → Sức chịu tải của cọc theo các đặc trưng đất nền: (kN). Xác định số lượng cọc và kích thước đài cọc: - Để các cọc làm việc có hiệu quả, các cọc được bố có tim cách nhau một đoạn ³ 3d. a = 3d = 3x1= 3 (m) - Áp lực tính toán do phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài. =527.11(kN/m2 ) - Diện tích sơ bộ của đáy đài cọc: Fđ = (m2). - Trọng lượng tính toán sơ bộ đài, đất trên đài và lực dọc tính toán đáy đài: N0tt = Ntt + 1,1x22.10x 4.85x22 = 11648 (kN) - Xác định số lượng cọc: nc = cọc Chọn nttc = 4 cọc. - Diện tích thực tế của đài cọc được chọn: 5.0 x 5.0 m (Fđ = 25 m2). - Lực dọc tính toán thực tế xác định đến cốt đáy đài. N0tt = Ntt + Nđài = 9054.4 + 1,1x25x4.85x22 = 11988.65 (kN). Sơ đồ bố trí cọc trong đài ở trang sau: Hình 8.5: Mặt bằng bố trí cọc móng M2. Kiểm tra tải trọng dọc trục tác dụng lên từng cọc trong nhóm: - Môment tính toán xác định tương ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đáy đài: (kNm). (kNm). - Theo [7] 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: . - tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài. . M0y - mômen xoay quanh trục 0y tại đáy đài. . M0x - mômen xoay quanh trục 0x tại đáy đài. xmax = 1.5 (m) ; ymax = 1.5 (m) (kN) (kN) (kN) - Trọng lượng cọc: (kN) - Kiểm tra: (kN) <(kN) (thoả) (kN) > 0 (cọc chỉ chịu nén). - Như vậy, cọc thiết kế thoả mãn điều kiện lực max truyền xuống và Nmintt > 0 nên cọc chỉ chịu nén nên không cần kiểm tra cọc chịu lực nhổ. à Điều kiện chịu tải của móng cọc đã thoả mãn và móng làm việc trong điều kiện an toàn. Tính lún cho móng cọc đài đơn: (theo trạng thái giới hạn thứ hai). - Xác định φtb → = như đã tính ở trên. - Độ lún của nền đất dưới mũi cọc do tải trọng của móng khối qui ước gây nên gồm trọng lượng của đài cọc, của cọc và của đất trong khối qui ước abcd. Hình 8.6: Xác định khối móng khối qui ước. Xác định chiều dài và chiều rộng khối móng qui ước: - Diện tích đáy khối móng qui ước: (m2). Xác định khối lượng khối móng qui ước: - Trọng lượng đất trong phạm vi từ đáy đài đến đáy khối móng qui ước (có trừ đi phần thể tích đất bị cọc 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 bê tông trong lớp đất thứ i: Tổng lực dọc xác định tiêu chuẩn đến đáy khối móng qui ước: FMqu (m2) h (m) γ (kN/m3) Ntccọc (kN) Ntcqư (kN) Ntcqu 169.73 3.1 20 10,523 Ntc3 169.73 1.95 7.55 46.24 2,453 Ntc4 169.73 29.5 10.49 972.08 51,572 Ntc5 169.73 1.9 9.38 55.94 2,968 Ntc6 169.73 5.8 14.20 258.54 13,717 NtcCỌC 0.79 39.15 25 768.3 S 82001 Môment tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: Moxtc = 1.23 + 35.17(39.15 + 4.85) = 1548.57 (kNm). Moytc = 87.53 + 116.25(39.15 + 4.85) = 5202.53 (kNm). - Độ lệch tâm: (m). (m). Xác định áp lực tiêu chuẩn tại đáy khối móng qui ước: (kN/m2) (kN/m2). (kN/m2). (kN/m2). - Xác định cường độ tính toán của đất tại đáy khối móng qui ước: (kN/m2) Kiểm tra: (kN/m2).> 0 (kN/m2) (kN/m2) à Vậy nền đất dưới đáy khối móng quy ước ổn định, có thể tính toán độ lún của nền đất dưới móng cọc theo quan niệm nền biến dạng đàn hồi tuyến tính. Xác định độ lún của móng: - Ứng suất bản thân của khối móng qui ước: STT Ñoä saâu zi (m) hi (m) g (kN/m3) sbtzi (kN/m2) 3.1 20 62.00 3 -6.8 1.95 7.55 76.73 4 -36.3 29.5 10.49 386.31 5 -38.2 1.9 9.38 404.12 6 -44 5.8 14.20 486.46 - Ứng suất gây lún tại đáy khối móng qui ước: (kN/m2) - Vì chiều sâu chịu nén cực hạn dưới đáy móng khối qui ước kết thúc tại độ sâu, tại đáy khối móng qui ước có: do đó không cần tính lún, điều kiện theo trạng thái giới hạn thứ hai luôn thoả. Tính toán móng cọc chịu tác dụng lực ngang và moment theo [7]: Mx (kN.m) My (kN.m) N (kN) Qx (kN) Qy (kN) Trị tính toán 1.48 105.03 9054.4 139.5 42.2 Trị tiêu chuẩn 1.23 87.53 7545.3 116.25 35.17 - Lực ngang Hx, Hy tác dụng lên đầu cọc ở đáy đài: Hy (KN) Hx (KN) TT 10.55 34.88 TC 8.79 29.06 - Tính toán tương tự ta có: . abd - hệ số biến dạng (1/m) (m) A0 = 2.441 à B0 = 1.621 C0 = 1.751 . dHH - chuyển vị ngang của tiết diện bởi lực H0 = QCtt = 1 (m/kN) . dMM - góc xoay của tiết diện bởi môment M0 = MCtt = 1 (1/kNm) . dMH, dMH chuyển vị ngang và góc xoay của tiết diện bởi môment M0 = MCtt = 1 và lực H0 = QCtt = 1: (1/kNm) . M0 - giá trị tính toán của môment tại đầu cọc: M0 = Mng + QCtt´l0 - chiều dài đoạn cọc (m) từ đáy đài đến mặt đất, cọc đài thấp . Tính môment ngàm Mng tác dụng tại vị trí cọc và đài. (kNm). - Chuyển vị ngang của tiết diện cọc: mm < 10 mm à vậy cọc thoả mãn điều kiện chuyển vị ngang. - Kiểm tra lại chuyển vị xoay của đầu cọc Với : (rad) à giá trị chuyển vị xoay của đầu cọc gần bằng 0, nên việc tính toán đã làm là đúng. Xác định áp lực tính toán, môment uốn, lực cắt và lực dọc trong tiết diện cọc - Môment uốn Mz (kNm), lực cắt Qz (kN) và lực dọc Nz (kN) trong tiết diện cọc được tính toán theo các công thức sau: Các giá trị Mz, Qz được tính trong bảng sau: BẢNG GIÁ TRỊ CÁC HỆ SỐ MOMENT VÀ LỰC CẮT Z (m) Ze (m) A3 C3 D3 A4 C4 D4 Mz (KN.m) Q (KN) 0.00 0.0 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 1.000 -89.48 34.875 -0.28 0.1 0.000 1.000 0.100 -0.005 0.000 1.000 -79.82 34.711 -0.55 0.2 -0.001 1.000 0.200 -0.020 0.000 1.000 -70.24 34.219 -0.83 0.3 -0.005 1.000 0.300 -0.045 -0.001 1.000 -60.94 33.432 -1.11 0.4 -0.011 1.000 0.400 -0.080 -0.003 1.000 -51.82 32.348 -1.39 0.5 -0.021 0.999 0.500 -0.125 -0.008 0.999 -42.97 30.999 -1.66 0.6 -0.036 0.998 0.600 -0.180 -0.016 0.997 -34.58 29.384 -1.94 0.7 -0.057 0.996 0.699 -0.245 -0.030 0.994 -26.74 27.600 -2.22 0.8 -0.085 0.992 0.799 -0.320 -0.051 0.989 -19.26 25.644 -2.49 0.9 -0.121 0.985 0.897 -0.404 -0.082 0.980 -12.44 23.576 -2.77 1.0 -0.167 0.975 0.994 -0.499 -0.125 0.967 -6.346 21.395 -3.05 1.1 -0.222 0.960 1.090 -0.603 -0.183 0.946 -0.723 19.125 -3.33 1.2 -0.287 0.938 1.183 -0.716 -0.259 0.917 4.3265 16.861 -3.60 1.3 -0.365 0.907 1.273 -0.838 -0.356 0.876 8.71 14.562 -3.88 1.4 -0.455 0.866 1.358 -0.967 -0.479 0.821 12.414 12.385 -4.16 1.5 -0.559 0.811 1.437 -1.105 -0.630 0.747 15.519 10.154 -4.43 1.6 -0.676 0.739 1.507 -1.248 -0.815 0.652 18.094 8.124 -4.71 1.7 -0.808 0.646 1.566 -1.396 -1.036 0.529 20.12 6.116 -4.99 1.8 -0.956 0.530 1.612 -1.547 -1.299 0.374 21.495 4.249 -5.27 1.9 -1.118 0.385 1.640 -1.699 -1.608 0.181 22.451 2.510 -5.54 2.0 -1.295 0.207 1.646 -1.848 -1.966 -0.057 22.871 0.881 -6.10 2.2 -1.693 -0.271 1.575 -2.125 -2.849 -0.692 22.606 -1.840 -6.65 2.4 -2.141 -0.941 1.352 -2.339 -3.973 -1.592 20.284 -3.956 -7.21 2.6 -2.621 -1.877 0.917 -2.437 -5.355 -2.821 18.364 -5.413 -7.76 2.8 -3.103 -3.108 0.197 -2.346 -6.990 -4.445 15.113 -6.278 -8.31 3.0 -3.541 -4.688 -0.891 -1.969 -8.840 -6.520 11.519 -6.551 -9.70 3.5 -3.919 -10.340 -5.854 1.074 -13.692 -13.826 3.1993 -4.904 -11.09 4.0 -1.614 -17.919 -15.076 9.244 -15.611 -23.140 -0.492 0.159 Tính toán cốt thép cho cọc: - Theo quy phạm hàm lượng cốt thép trong cọc khoan nhồi m > 0.6% Þ diện tích cốt thép: Fa= x0.6%= x0.6%= 47.11 cm2 à Cốt thép trong cọc chọn 19Ø18, Fa =48.32 cm2 , a = 170 mm Kiểm tra khả năng chịu lực của cọc theo vật liệu: [21] Kiểm tra tương tự như trên: Dùng bê tông có cấp độ bền B25 tương ứng với Mác bê tông M350 nên: Lấy Ru= 6 (MPa). Sức chịu tải của cọc: (kN). - Kiểm tra: (kN) < (kN). à cọc thiết kế đủ khả năng chịu tải. Tính toán đài cọc: Kiểm tra xuyên thủng theo [16]: - Việc tính toán đâm thủng, ngoài tháp đâm thủng có độ dốc 450, tuy vậy trong đài cọc, tháp đâm thủng có thể có góc nghiêng khác 450, hình hiển thị ở trang sau: Hình 8.7: Tháp đâm thủng đài cọc. Do cọc nằm trong tháp chọc thủng nên không cần kiểm tra chọc thủng đài cọc. Tính toán cốt thép đài cọc: - Chọn mặt ngàm như hình vẽ để tìm môment lớn nhất Mmax tính toán cốt thép cho đài: Hình 8.8: Sơ đồ tính cốt thép đài cọc. Với: (kN). Môment: (kNm). Cốt thép: cm2 = 11847 (mm2) = 118.47 (cm2) Bố trí 50Ø18, Fa = 127.17 cm2. (a100 Bố trí cho cả hai phương).