Tìm hiểu móng cọc khoan nhồi bê tông

PHƯƠNG ÁN II MÓNG CỌC KHOAN NHỒI KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI 1.Cấu tạo : Cọc khoan nhồi là cọc được chế tạo và hạ xuống ngay tại hiện trường bằng cách khoan trong đất những lỗ cọc có độ sâu và đường kính thiết kế, sau đó đặt lồng thép và nhồi bê tông vào cọc. 2.Công nghệ: Gồm các bước cơ bản sau: +Chuẩn bị :Dùng máy rung hoặc kích để hạ ống vách dẫn hướng (ống chống vách ),nhằm bảo vệ sự sụt lở của đất trên miệng hố khoan , ống chống vách thường dài từ 6-10m ,chiều dày từ 6-16mm . Chọn ống dài :6m Cao độ đỉnh ống phải cao hơn cao độ mặt đất 0.3m + Tạo hố khoan: Có đường kính bằng đường kính ngoài của cọc BTCT (có dạng tròn hay chữ nhật(cọc barrette). Hiện nay ở Việt Nam đã có máy khoan với đường kính d = 600mm; 800mm; 1000mm; 1500mm; 2000mm. Với chiều sâu lên đến 98m (như công trình cầu Mỹ Thuận đã được thi công). Khi đào hố khoan ta phải giải quyết ổn định cho thành vách bằng cách bơm dung dịch Bentonite vào hố khoan trong khi đào và luôn giữ mực bùn khoan trong hố móng cao hơn mực nước ngầm. +Thay bùn: Sau khi hoàn tất việc tạo lổ phải thay bùn khoan, tránh bùn bám vào các thanh thép, thông thường người ta thả một máy bơm bùn xuống tận đáy hố đào để bơm bùn khoan. + Đặt lồng thép: Khi thả lồng thép vào hố khoan cần phải định vị cẩn thận để lồng thép được nằm giữa hố đào (Bêtông sẽ bao phủ toàn bộ lồng thép sau khi đổ), sau đó đặt ống đổ bêtông (trépie). Định vị lồng thép bằng các con kê (đai chống thành) + Đổ bê tông vào hố khoan: Đây là giai đoạn quan trọng nhất quyết định chất lượng cọc khoan nhồi. Đổ thật nhanh mẻ 6m3 hoặc 8 m3 bêtông đầu tiên trong tối đa 2 phút sau cho Bêtông phủ nhanh đầu ống (trépie) để bêtông luôn chảy xuống dưới lớp bùn và không hòa lẫn vào dung dịch Bentonite, đồng thời đẩy dung dịch Bentonite ra ngoài,(kết hợp với việc thu hồi dung dịch Bentonit) hạn chế đi phần lớn sự xâm nhập dung dịch Bentonite vào bêtông. Yêu cầu mác Bêtông phải >300 độ sụt không nhỏ hơn14cm và sử dụng thêm các loại loại phụ gia chậm đông. *Ưu điểm của cọc khoan nhồi: - Khi thi công không gây ảnh hưởng chấn động làm nguy hại đến các công trình lân cận. Cũng như cọc xoắn ưu điểm này đặc biệt quan trọng trong trường hợp xây chen trong các thành phố và khu vực đông dân cư. -Sức chịu tải của cọc rất lớn nếu ta dùng đường kính và độ sâu lớn có thể đạt đến ngàn tấn. Do cách thi công, mặt bên của cọc thường bị sần sùi do đó ma sát giữa đất và cọc nói chung có trị số lớn hơn so với các loại cọc khác. - Lượng thép trong cọc khoan nhồi thường ít hơn cọc ép chủ yếu để chịu tải trọng ngang( đối với cọc đài thấp) vì không phải vận chuyển cọc. - Có khả năng thi công cọc khi qua các lớp đất cứng nằm xen kẻ. - Nếu dùng cọc nhồi thì điều kiện mở rộng chân cọc (nhằm tăng sức chịu tải của cọc) tương đối dễ dàng *Nhược điểm : - Giá thành cao do kỹ thuật thi công mặc dù thiết kế thép trong cọc rất tiết kiệm. - Theo tổng kết sơ bộ, đối với các công trình cao tầng không lớn lắm (dưới 12 tầng), kinh phí xây dựng nền móng thường lớn hơn 2 – 2,5 lần khi so sánh với các cọc ép. Tuy nhiên nếu số lượng tầng lớn hơn, tải trọng công trình đòi hỏi lớn hơn lúc đó giải pháp cọc khoan nhồi lại trở thành giải pháp hợp lý nhất. - Biện pháp kiểm tra chất lượng bê tông cọc khoan nhồi rất phức tạp bằng phương pháp siêu âm hay thử tỉnh cọc. - Công trình dễ bị bẩn trong quá trình thi công. - Khối lượng bê tông thất thoát trong quá trình thi công do thành lỗ khoan không đảm bảo và dễ bị sập cũng như việc nạo vét ở đáy lỡ khoan trước khi đổ bê tông dễ gây ra ảnh hưởng xấu đối với chất lượng cọc. I/ THIẾT KẾ MÓNG TRỤC GIỮA :MB5 1/ Số liệu về tải trọng: Ntt = 522.54T Qtt = 11.79T Mtt = 38.128Tm Ntc = 454.38T Qtc =10.25T Mtc = 33.15Tm 2/ Chọn độ sâu chôn đài: Chọn sơ bộ chiều sâu chôn đài: Độ sâu chôn đáy đài phụ thuộc vào tải ngang Q(cọc đài thấp) ,để Q<Fd thì chiều sâu chôn đài tối thiểu như sau: hm (giả định bđ = 1.5m) = > hm = 1.73m Vậy chọn độ sâu đáy đài hm = 2m 3/ Chọn vật liệu và kích thước cọc - Chọn sơ bộ tiết diện cọc:D = 800mm - Khoảng cách giữa các cọc chọn ³ 2.5D - Chiều dài cọc là 27m,cắm vào lớp đất thứ 5 (đất cát trạng thái chặt ) - Đọan ngàm vào đài cọc là: 0.2m -Đoạn lấy thép neo vào đài là :0.6m - Bê tông cọc và đài chọn M300 ® Rn = 130 KG/cm2 - Thép đài và cọc chọn loại AII ( Ra= 2800 KG/cm2) - Cọc được đúc bằng cách khoan tạo lỗ. Ống vách đặt sâu 6m, và dùng dung dịch Bentonite để giữ thành hố khoan không bị sạt lở. Hàm lượng cốt thép ³ 0,2¸0,4% đặt trong đoạn 2/3 chiều dài cọc(cọc chủ yếu chịu tải nén ). Đường kính cốt thép ³ 12mm và bố trí đều chu vi cọc. Dùng đai F8 a200, đai xoắn liên tục. Chiều dày lớn bê tông bảo vệ cốt thép dọc chọn 5cm. - Chọn cốt dọc 1216 (Fa =24.132 cm2 ) ,thoả mãn -Diện tích tiết diện cọc Fc = == 5024 cm2 -Trọng lượng cọc: Wc = 26.2´(2,5-1)´0,5024 = 19.74T 4. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc: 4.1/ Theo cường độ vật liệu: QVL =( Ru ´ Fc + Ra ´ Fa) Với: Ru: cường độ chịu nén của bê tông ,khi bê tông đổ dưới nước ,hoặc dưới bùn chọn Ru = 60 KG/m2 Ra: cường độ chịu kéo của cốt thép chọn Ra = 1867KG/m2 Fa(=24.132 cm2 ); diện tích tiết diện ngang của cốt thép trong cọc . Fc(=5024 cm2 ): diện tích tiết diện ngang của cọc. Vậy: khả năng chịu tải theo vật liệu của cọc là Qvl = 60 ´ 5024 + 1867 ´ 24.132=346494 KG =346.49 T 4.2/ Sức chịu tải cho phép theo đất nền xung quanh cọc :(phụ lục B TCXD 205-1998) a/Sức chịu tải cực hạn của 1 cọc Qu=Qs+Qp= fsi*Asi + qp xAp Qs = fsi*Asi (tổng lực ma sát của đất với thân cọc) Qp=qp *Ap (tổng sức chống của đất ở mũi cọc) FSs:hệ số an toàn của lực ma sát Qs (FSs=1.5- 2) FSp= hệ số an toàn của sức chống Qp(FSp =2-3) As: diện tích mặt bên của cọc : As = (u là chu vi tiết diện ngang của cọc) qp: sức chống đơn vị của đất ở dưới mũi cọc Ap: diện tích mặt cắt ngang của cọc fsi: ma sát bên đơn vị trên 1m2 mặt cọc trong lớp đất thứ i li : chiều dày của lớp đất thứ i **Tính Qs: Qs=fs*As=Qs1+Qs2+Qs3+ Qs4 + Qs5 *Lớp đất 1:độ sâu 7m,mực nước ngầm 3.0m => Qs1 = 12.56*[0.887*6.978*tg(6030’15”) + 0.136] = 10.57 T * Lớp đất 2 : độ dày 6.5m = 12.25 T/m2 = 12250 KG/m2 Qs2 = 16.328*[0.543*12.25*tg(27010’08”) + 0.01] = 55.91T *Lớp đất 3: độ dày 8.5m, =19.508T/m2 = 19508 KG/m2 Qs3 = 21.352*[0.727*19.058*tg(15049’13”) + 0.14] = 88.79T *Lớp đất 4: độ dày 4m, = 25.641 T/m2 = 25641 KG/m2 =>Qs4 = 10.048[ 0.729*25.641*tg(15041’43”)+0.37] = 56.495T *Lớp đất 5: độ dày 2.2m, = 28.646 T/m2 = 28646 KG/m2 =>Qs5 = 5.53[ 0.488*28.646*tg(30046’10”)+0.017] = 47.73T Vậy : Qs=fs*As=Qs1+Qs2+Qs3+ Qs4 + Qs5 =259.495 T **Tính sức chịu tải ở mũi cọc: Qp : Qp=qp*Ap +Ap= + = 1.884*3+0.884*4+6.5*0.941+8.5*0.989+4*0.965+2.2*0.977=29.72 T/m2 +Ở lớp đất thứ 5 có: +Từ tra sách hướng dẫn đồ án Châu Ngọc Ẩn được: Nc =37.163 ,Nq =22.457, giá trị của () do quá nhỏ nên ta bỏ qua bù trừ cho trọng lượng cọc chưa được xét trong công thức sức chịu tải. =>qp=0.017*37.163+29.72*22.457=668.1T/m2 ]Qp =668.1*0.5024=335.65 T ]Sức chịu tải cực hạn của 1 cọc : Qu =Qs +Qp=259.495+335.65T=595.15T b/ Sức chịu tải cho phép của một cọc: -Trọng lượng cọc: Wc = 26.2´(2,5-1)´0,5024 = 19.74T = ]Sức chịu tải của một cọc đơn=min(Pvl ,Qa)=( 346.47; 221.89)=221.89 T Qa= 221.89T 5/ Xác định sơ lược số lượng cọc: nc = b b: hệ số có xét đến ảnh hưởng của moment thiên về an toàn nên ta chọn b = 1.2 Số lượng cọc sơ bộ: nc = 1.2 x = 3.23 cọc = > Chọn nc = 4 cọc 6/ Bố trí cọc trong đài: * Cọc trong đài được bố trí theo nguyên tắc sau: _ Khoảng cách các cọc đủ xa một cách hợp lý để nền đất của chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau. _ Vùng bố trí không quá lớn dẫn đến chi phí quá nhiều chi đài. Ở đây ta chọn khoảng cách giữa các cọc 2.5d = 2m => chọn 2 m Chọn khoảng cách từ biên đến mép cọc ngoài cùng là d =0.2m +Sơ đồ bố trí cọc cho bởi hình dưới đây: 7/ Xác định sơ bộ kích thước đài cọc: a/Diện tích của đài: Bđ=2*0.6+2=3.2m Ld= 2*0.6+2=3.2m Vậy: Fđ = Bđ.Lđ = 3.2x 3.2 = 10.24m2 b/ Chiều cao đài cọc: Chiều cao đài cọc được tính nhằm đảm bảo đài cọc chỉ chịu ứng suất nén(đài cọc tuyệt đối cứng) Giả định bề dày đài cọc sau đó kiểm tra bề dày đài cọc theo điều kiện chống xuyên thủng Chọn chiều cao của đài cọc h =1.3m => h0 = 1.3- 0.05- 0.2 = 1.05m Nhận xét : -Khi có kiểm tra xuyên thủng đài cọc thì chứng tỏ đài cọc được chọn tiết kiệm vật liệu - Nên kiểm tra xuyên thủng. 8/ Kiểm tra tải tác dụng lên đầu cọc: a/ Tính phản lực đầu cọc Pma x Chiều cao của đài hđ = 1.3m Điều kiện: Pma x Pmin Pma x = Pmin = Tải công trình + Trọng lượng đất trên đài + Trọng lượng đài. (Trọng lượng đất trên đài + Trọng lượng đài = ) 522.54+1.1(3.2*3.2*2*2.2)= 572.1T Trong đó: _ X ma x : khoảng cách từ tâm đài đến tâm cột biên. _ X i: khoảng cách từ tâm đài đến các tâm cột. => Pma x = Pmin = b/ Tính hệ số nhóm cọc : (theo công thức Converse-Labarre) Với D: đường kính cọc = 0.8m E: khoảng cách giữa 2 cọc = 2.5D = 2m n: số hàng cọc n=2 hàng m: số cọc của mỗi hàng m=2coc = > Pma x = 156.4T < = 0.758 x 221.89=168.2T (Có thể chấp nhận ) Pmin = 129.7T > 0 = > Ta không cần kiểm tra theo điều kiện chống nhổ. Vậy điều kiện trên thỏa. Số lượng cọc chọn như vậy là an toàn. 9/ Kiểm tra xuyên thủng của đài cọc: Nếu : Đáy tháp xuyên có cạnh là : - =>thì đáy tháp xuyên bao trùm lên toàn bộ đầu cọc không cần kiểm tra, đầu cọc không bị xuyên thủng - => Đài cọc có khả năng bị xuyên thùng , cần kiểm tra => Ta có chiều dài của đáy tháp xuyên: Lt x = bcột + 2 = 0.7 + 2 x 1.05 = 2.8m=2.8m Vậy đáy của tháp xuyên bao trùm lên tất cả các đầu cọc nên không cần kiểm tra xuyên thủng cho đài cọc. Vậy chiều cao đài chọn là hợp lý 10/ Kiểm tra nền móng cọc dưới “MKQU” theo điều kiện biến dạng (GTTC) Việc tính toán và kiểm tra độ ổn định của đất nền được tính theo giá trị tiêu chuẩn của tải trọng Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của nền khối móng quy ước: a.Tính và vẽ MKQU -Góc ma sát trung bình của 5 lớp đất (từ đáy đài đến mũi cọc). jtb = (¶) -Theo thống kê trên ta lấy các số liệu thay vào (¶): = >jtb = - Góc truyền lực a: a = = = 4o50’ b. Kích thước MKQU -Bề rộng của đáy khối quy ước: Bmq == 2.8 + 2 x 26.2 x tg4o50’ = 7.2m -Chiều dài của đáy khối quy ước: Lmq = = 2.8+2 x 26.2 x tg4o50’ = 7.2m Vậy Fmq = 7.2*7.2 = 51.84m2 c.Trọng lượng móng khối qui ước: Trọng lượng cọc: N1 = nc.Lc.Fc.gbt N1 = 4 x26.2 x 1.5x 0.5024 =78.98T Trọng lượng đài: N2 = Vđ.gbt N2 = 3.2*3.2*1.3*2.5 = 33.28T Trọng lượng đất: N3 = -Thể tích móng quy ước: V = 51.84*28.2=1472.3 m3 -Thể tích đất bên trên và dưới đài: Vđất = V-(Vcọc + Vđài) Vđất = 1472.3 – = 1446 m3 =>Trọng lượng đất: N3 = T/m3 = > N3 = 1.1x1446=1591T = >Trọng lượng móng khối qui ước: =78.98+32.28+1591+454.38=2156.64T Moment tiêu chuẩn tương ứng trọng tâm đáy khối quy ước: M = Mtc + Qtc. = 33.15+9.39*26.2=282 T Độ lệch tâm: e = Áp lực tiêu chuẩn dưới đáy móng: Ứng suất lớn nhất và bé nhất ở mép móng khối qui ước: T/m2 T/m2 T/m2 d.Sức chịu tải của đất nền dưới móng khối qui ước: Rmq = (AbgII + BDfg’II + CIID) (Y) Trong đó : m1 = 1.2; m2 = 1.1; kt c = 1 Theo thống kê chỉ tiêu cường độ:(trạng thái giới hạn II) jII = 30o34’; cII = 0.0413T/m2 gII = 1.917T/m3 = >gđn = 0.917T/m3 Tra bảng của sách thiết kế móng của Vũ Công Ngữ ta được các hệ số: A = 1.20; B = 5.78; D = 8.16; T/m3 Thế các hệ số trên vào (Y) ta được: =215.3T/m2 e. Kiểm tra ổn định nền bên dưới đáy móng khối qui ước: T/m2 <1.2Rmq = 1.2 *215.3 = 258.4 T/m2 T/m2 >0 T/m2 < Rmq = 215.3T/m2 Điều kiện trên thỏa, do đó nền bên dưới đáy móng khối qui ước là ổn định. 11/ Kiểm tra lún bên dưới đáy móng khối qui ước: a / Kiểm tra lún : Nguyên nhân gây lún do: + Trọng lượng lớp cát đắp bên trên (N1) + Tải trọng bên trên truyền xuống cột (N2) + Trọng lượng của đài cọc và cọc (N3) Ứng suất bản thân ở đáy móng khối qui ước: sbt = =(1.869*3+0.869*4 + 0.932* 6.5 + 0.982*8.5 + 0.965*4+0.981*2.2) = 29.506 T/m2 Ứng suất gây lún ở đáy móng khối qui ước: sgl = -sbt = 41.6 - 29.506 =12.094 T/m2 Chia đất nền dưới đáy móng khối qui ước thành các lớp bằng nhau và bằng: Z £ 0.2*B = 0.2*7.2 = 1.44 m => chia mỗi lớp có z= 1.4m Điểm Độ sâu z(m) ko (T/m2) sbt(T/m2) 0 1 2 3 4 0.00 1.4 2.8 4.2 5.6 1 1 1 1 1 0.0 0.389 0.778 1.17 1.56 1. 0.9989 0.9512 0.785 0.59 12.094 12.08 11.50 9.49 7.135 29.506 30.88 32.25 33.63 34.99 NHẬN XÉT: Giới hạn nền lấy đến điểm 4 ở độ sâu 5.6m kể từ đáy móng khối qui ước có: sbt = 34.99 T /m2 > 5sgl =5*7.135 =33.675 T /m2 Độ lún của nền: S = Điều kiện lún S = 5.5cmSgh = 8cm Vậy điều kiện trên đã thỏa mãn về độ lún. 12/ Tính cốt thép trong đài cọc: Từ kết quả tính ta được Pmax=156.4 T Pmin=129.7 T a/ Tính cốt thép theo phương đứng: Xem bản móng là console ngàm tại mặt đi qua mép cột, ta tính được MII. MII = Trong đó: _ Pi: phản lực do các đầu cọc tác dụng lên đài _ yi: các cánh tay đòn Theo tính toán ta được: MII = r2(pmax + pmin) = _ Tính cốt thép Tra phụ lục phẩm loại của cốt thép cán nóng ta chọn được 25f20a140 (Fa=78.55cm2) b/ Tính cốt thép theo phương ngang: = _ Tính cốt thép Tra phụ lục ta chọn được 25f20a140 ( Fachọn = 78.55cm2) Bố trí cốt thép xin xem bản vẽ kết cấu