Tìm hiểu thiết kế móng cọc ép bê tông cốt thép

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MĨNG CỌC ÉP BÊ TƠNG CỐT THÉP III.1Chọn đặc trưng của mĩng cọc III.1.1 Đặc trưng vật liệu Bêtông mac 300: Cường độ chịu nén tính toán Rn = 130 kG/cm2 Cường độ chịu kéo tính toán Ra = 10 kG/cm2 Môđun đàn hồi Eb = 2.9x105 kG/cm2 Hệ số poisson của bêtông n = 0.20 Môđun đàn hồi trượt của bêtông: Cốt thép: Sử dụng cốt thép nhóm C Cường độ thép CI (f<10): Ra= 2000 kG/cm2 Cường độ thép AIII (f>10): Ra = 3600 kG/cm2 III.1.2 Kích thước cọc - Tiết diện cọc 35 x 35 (cm). Thép dọc chịu lực 8f 18 AIII - Chiều sâu chơn cọc: Cọc được chơn vào lớp đất thứ 4 – Cát pha sét bột,dẻo, sử dụng số liệu địa chất của hố khoan BH3. Chiều sâu của lớp đất dự kiến chơn cọc là 26,15 m , tính từ cao trình mặt đất tự nhiên. - Chiều cao đài cọc: hđ = 3.D + 10 = 3 x 35 + 10 = 115 (cm), lấy hđ = 1,2 m III.1.3 Sức chịu tải của cọc 1.3.1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu - Cơng thức tính tốn: Trong đĩ: m - hệ số điều kiện làm việc phụ thuộc vào loại cọc trong mĩng. Chọn m = 1 j - hệ số uốn dọc. Chọn j = 1 Fa - diện tích cốt thép, Fa = 20,36 cm2 Fb - diện tích phần bêtơng, Fb = Fc – Fa = 35 x 35 – 20,36 = 1205 cm2 (kG) = 206,55 (T) 1.3.2 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lí của đất nền Sức chịu tải cho phép của cọc đơn, theo đất nền, được tính: Trong đĩ: Qa - Sức chịu tải trọng nén cho phép của cọc (T); Qtc - Sức chịu tải tiêu chuẩn tính tốn theo đất nền của cọc đơn (T); Ktc - Hệ số độ tin cậy, lấy bằng 1,4 ( sức chịu tải xác định bằng tính tốn, kể cả theo kết quả thử động cọc mà khơng kể đến biến dạng đàn hồi của đất. Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát thi cơng bằng phương pháp đĩng cĩ bề rộng tiết diện đến 0,8m, chịu tải trọng nén xác định theo cơng thức: Trong đĩ: qp và fs - cường độ chịu tải ở mũi và mặt bên của cọc, lấy theo bảng A.1 và A.2 – TCXD 205 : 1998 m - hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy bằng 1,0. mR, mf – các hệ số điều kiện làm việc của đất lần lượt ở mũi và mặt bên của cọc, cĩ kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức chống tính tốn của đất, xác định theo bảng A.3 – TCXD 205 : 1998 u - chu vi cọc, u = 1,4 m Ap - diện tích cọc: Ap = 0,35 x 0,35 = 0,1225 m2 Hình 3.1 + Tính tốn sức chống của đất ở mũi cọc: Cọc được chơn sâu xuống lớp đất số 4b một đoạn là 17,45 m, cao trình tại mũi cọc là ( - 26,15 m), chiều dài của cọc là 22,7m. Lớp số 4b là lớp đất cát pha sét - bột, dẻo.Tra bảng A.1 ta được: qp = 357 (T/m2) + Tính tốn ma sát bên của cọc: fs Hình 3.2 Trong hình 3.2 là hình thể hiện cách chia các lớp đất đồng nhất, chiều dày mỗi lớp 2m Ta lập bảng tra được fsi như sau: Lớp đất Loại đất hi (m) li (m) fsi (T/m2) 3 Sét pha nửa cứng, dẻo cứng 5,35 1,5 2.62 Độ sệt IL=0,43 4a Cát pha chứa sạn sỏi, TT dẻo 6,75 1.3 4.275 8,05 1.3 4.405 4 Cát pha sét bột, TT dẻo 9,7 2 4.57 11,7 2 4.77 13,7 2 4.97 15,7 2 5.17 17,7 2 5.37 19,7 2 5.57 21,7 2 5.77 23,7 2 5.97 25,42 1.45 6.142 Bảng 3.1 Giá Trị Ma Sát Bên + Hệ số điều kiện làm việc của đất: mR = 1, mf = 1 T III.1.4 Chọn số lượng cọc bố trí -Nội lực tại chân cột được lấy từ các trường hợp tổ hợp nội lực trong Etabs như sau: Mĩng NX (T) NY (T) NZ (T) MX (T.m) MY (T.m) MZ (T.m) 1 2.89 9.13 480.1 1.97 2.785 0.001 2 0.06 9.12 480.23 1.958 0.02 0.001 Bảng 3.2 Hình 3.3 Phản lực tại chân cột (Trục A) Từ giá trị lực dọc NZ trong bảng trên ta tiến hành chia nhĩm mĩng đề tính tốn sao cho các lực dọc chênh nhau khơng lớn hơn 20% Từ giá trị NZ ta tính số lượng cọc cho từng mĩng như sau: Số lượng cọc tính theo cơng thức : ncọc = với k = 1,2 - Hệ số độ tin cậy NZ - lực dọc tính tốn của cột truyền xuống mĩng Mĩng NZtt (T) NZtc (T) Số Cọc Chọn (Cọc) M1 480.1 417.48 3.747 4 480.12 417.50 3.748 4 Bảng 3.3 Đảm bảo khoảng cách các cọc là: 3d – 6d, Giá trị , với n = 1,1 1,2, ở đây lấy n = 1,15. III.2. MĨNG CỌC III.2.1 Mĩng M1 Bố trí cọc cách nhau một khoảng S 3D = 1.05 m Chọn S = 1,2 m Khoảng cách từ tim cọc ngồi cùng tới mép mĩng 0,7D = 245 mm, Chọn khoảng cách là 300mm Chiều cao của đài cọc như đã chọn ở trên là 1,2m Hình 3.4 Mĩng M1 III.2.1.1 Tải trọng phân phối lên cọc - Theo giả thíêt gần đúng coi cọc chỉ chịu tải dọc trục và cọc chỉ chịu nén hoặc kéo. + Trọng lượng của đài và đất trên đài : Gđ Fđ. hm.gtb = (1,8 x 1,8) x 1,2 x 2,5 = 9,72 (T) + Tải trọng tác dụng lên cọc được tính theo cơng thức: + Tải trọng tính với tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn tại đáy đài: Ntc = 417,50 + 9,72 = 427,22 T, Mxtc = 1,97 T.m, Mytc = 2,785 T.m Ntt = 480,12 + 9,72 =489,84 T, M0xtt = 1,97 T.m, M0ytt = 2,785 T.m Với xmax = 0,6 m, ymax = 0,6 m + Tải trọng truyền lên cọc khơng kể trọng lượng bản thân cọc và lớp đất phủ từ đáy đài trở lên tính với tải trọng tính tốn: Bảng số liệu tải trọng ở các đầu cọc: Cọc xi (m) yi (m) Pi ( T) P0i (T) 1 -0.6 0.6 107.149 122.799 2 -0.6 -0.6 104.829 120.479 3 0.6 0.6 108.791 124.441 4 0.6 -0.6 106.471 122.121 Bảng 3.4 Ta thấy Pmin = 104,83 T, Pmax = 108,8 T Tất cả cọc đều chịu nén. III.2.1.2 Tính tốn kiểm tra cọc Kiểm tra cọc trong giai đoạn thi cơng - Khi vận chuyển cọc: tải trọng phân bố q = g.F.n Trong đĩ: n = 1,5 - hệ số động q = 2,5 x (0,35 x 0,35) x 1,5 = 0,46 T/m Chọn a sao cho m Hình 3.5 Biểu đồ mơmen cọc khi vận chuyển Ta cĩ T.m - Trường hợp cọc treo trên giá búa: Chọn b sao cho m Hình 3.6 Biểu đồ mơmen cọc khi cẩu lắp + Trị mơmen dương lớn nhất: T.m Ta thấy M1 < M2 nên ta dùng M2 để tính tốn. + Lấy lớp bảo vệ cọc là a’ = 4 cmChiều cao làm việc của cốt thép h0 = 35 -4 = 31 cm - Tính tốn thép làm mĩc cẩu: + Lực kéo ở mĩc cẩu trong truờng hợp cẩu lắp cọc: Fk =q.l Hình 3.7 Cọc khi cẩu lắp Lực kéo ở 1 nhánh gần đúng: Diện tích cốt thép của mĩc cẩu: Chọn thép mĩc cẩu f16 cĩ Fa = 2,011 cm2 Trong giai đoạn sử dụng Tất cả cọc đều chịu nén Kiểm tra: P = Pmax + qc Trọng lượng tính tốn của cọc: qc = 2,5.a2.lc.n n = 1,1 - hệ số độ tin cậy qc = 2,5. 0,1225.22,7.1,1 = 7,65 T Pnén = Pmax + qc = 108,8 + 7,65 =116,45 T =135,74 T Vậy tất cả các cọc đều đủ khả năng chịu tải và bố trí như trên là hợp lý. III.2.1.3 Tính tốn kiểm tra đài cọc Đài cọc làm việc như bản conson cứng, phía trên chịu tác dụng dưới cột N0 ,M0, phía dưới là phản lực đầu cọc P0i cần phải tính tốn hai khả năng. Kiểm tra cường độ trên tiết diện nghiêng - điều kiện đâm thủng - Kiểm tra cột đâm thủng đài theo dạng hình tháp: Hình 3.8 Tháp chọc thủng Ta thấy tất cả các cọc đều nằm trong phạm vi đáy của tháp đâm thủng vì vậy lực đâm thủng( bằng tổng phản lực của cọc nằm ngồi phạm vi đáy của tháp đâm thủng) bằng khơng đài cọc thỏa điều kiện chống đâm thủng. Tính tốn cường độ trên tiết diện thẳng đứng – tính cốt thép đài Đài tuyệt đối cứng, coi đài làm việc như bản conson ngàm tại mép cột. - Mơmen tại mép cột theo mặt cắt I – I: M1 = r1.(P01 + P03) Trong đĩ: r1 - khoảng cách từ trục cọc 3 và 6 tới măt cắt I – I , r1 = 0,15 m MI = 0,15.(122,799 + 124,441) = 37,086 T.m Hình 3.9 Cốt thép yêu cầu ( chỉ đặt cốt đơn) a = 20 cm , h0 = h – a = 1,2 – 0,2 = 1 m chọn 8 f14 a 200 Fa = 12,30 cm2 - Mơmen tại mép cột theo mặt cắt II – II: MII = rII.(P03 + P04) Trong đĩ: r2 - khoảng cách từ trục cọc 1, 2 và 3 tới măt cắt II – II , rII = 0,15 m MII = 0,15.(124,441+122,121) = 37 T.m chọn 8 f14 a 200 Fa = 12,30 cm2 ( Hàm lượng cốt thép m = Fa/lđ.h0 = 0,06 % > mmin = 0,05%) III.2.1.4 Kiểm tra tổng thể mĩng cọc Kiểm tra cọc ma sát theo điều kiện biến dạng: độ lún của nền mĩng cọc được tính theo độ lún của nền mĩng khối qui ước cĩ mặt cắt là abcd. Hình 3.10 Mĩng khối quy ước Trong đĩ: ji – gĩc ma sát trong của lớp đất cĩ chiều dày hi; ở đây a = 6,180 Chiều dài của đáy mĩng khối qui ước: LM = 1,55 + 2.21,85 .tg6,180 = 6,28 m Bề rộng của đáy mĩng khối qui ước: BM = 1,55 + 2.21,85 .tg6,180 = 6,28 m Chiều cao mĩng khối qui ước: HM = 23,15 m Xác định trọng lượng của mĩng khối qui ước: Trong phạm vi từ đáy đài trở lên cĩ thể được tính theo cơng thức: N1tc = LM x BM.h.gtb = 6,28.6,28.1,2.2,5 = 118,3 T Trọng lượng đất trong phạm vi từ đê đài đến hết lớp 2(khơng kể trọng lượng cọc): N2tc = (6,28.6,28.0,4 – 0,4.0,35.0,35.4).2,08 = 32,41 T - Trị tiêu chuẩn trọng lượng cọc 35x35cm, dài 11,7 m 11,7.0,35.0,35.2,5 = 3,58 T - Trọng lượng cọc trong phạm vi lớp 2: T Trọng lượng đất trong phạm vi lớp 3 (khơng kể trọng lượng cọc): N3tc = (6,28.6,28.1,5 – 1,5.0,35.0,35.4).1,93 = 122,755 T - Trọng lượng cọc trong phạm vi lớp 3: Trọng lượng đất trong phạm vi lớp 4a (khơng kể trọng lượng cọc): N4atc = (6,28.6,28.2,6 – 2,6.0,35.0,35.4).1,94 = 196,455 T - Trọng lượng cọc trong phạm vi lớp 4a: Trọng lượng đất trong phạm vi 4 (khơng kể trọng lượng cọc): N4tc = (6,28.6,28.17,45 – 17,45.0,35.0,35.4).(1,92 – 1) = 625,3 T (Trường hợp cĩ tính đến sự đẩy nổi với gn = 1 T/m3) - Trọng lượng cọc trong phạm vi lớp 4: - Trọng lượng mĩng khối qui ước: = 118,3 + 32,41 + 3,58 + 0,49 + 122,755 + 1,83 + 196,455 + 3,18 + 625,3 + 21,36 = 1125,66 T Trị tiêu chuẩn lực dọc tính đến đáy mĩng khối quy ước: Ntc = + NZtc = 1125,66 + 417,50 1118 T Mơmen tiêu chuẩn tại đáy mĩng khối quy ước: Mtc = M0tc + Qtc. HM = 2,785 + 9,13.23,15 = 214,14 T.m Độ lệch tâm: Áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối quy ước: = 33,54 T/m2 = 23,16 T/m2 = 28,35 T/m2 Cường độ tính tốn của đất ở đáy khối quy ước: Ktc = 1,0 - hệ số độ tin cậy khi các chỉ tiêucơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất m1, m2 - hệ số tra bảng 3 -1 sách “ Hướng dẫn đồ án nền và mĩng” ta được: m1 = 1,4, m2 = 1,0 (vì cơng trình khơng phải tuyệt đối cứng) A, B, D - hệ số tra bảng 3 – 2 sách “ Hướng dẫn đồ án nền và mĩng” dựa vào trị tính ( lớp đất số 4 ) tốn của gĩc ma sát trong jII = 2501’, ta được: A = 0,78, B = 4,11, D = 6,67 gII – Dung trọng tự nhiên của đất dưới mũi cọc ( khi đất no nước cĩ kể đến sự đẩy nổi trong nước): gII = 1,92 – 1 = 0,92 T/m3 g’II - Trị trung bình dung trọng tự nhiên của các lớp đất tính từ đáy mĩng khối quy ước lên đến mặt đài cọc: RM = = 236 T/m2 1,2RM = 283 T/m2 Thỏa mãn điều kiện: 1,2RM RM Vậy ta cĩ thể tính tốn được độ lún của nền theo quan niệm biến dạng tuyến tính. Ứng suất bản thân - Ứng suất tại đáy đài: = 1,2.2,08 = 2,496 T/m2 - Ứng suất tại đáy lớp 2: T/m2 - Ứng suất tại đáy lớp 3: T/m2 - Ứng suất tại đáy lớp 4a: T/m2 - Ứng suất tại đáy lớp 4 (độ sâu 17,45m): = 27,321 T/m2 - Ứng suất gây lún đáy mĩng khối quy ước: = 28,35 – 27,321 = 1,03 T/m2 Ta nhận thấy ngay tại vị trí đáy mĩng khối quy ước nên khơng cần thiết phải tính lún cho mĩng. Độ lún S luơn thỏa nhỏ hơn 8 cm