Tính toán thiết kế kết cấu móng cọc khoan nhồi

CHƯƠNG 9 TÍNH TOÁN MÓNG CỌC KHOAN NHỒI KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI Cọc khoan nhồi là loại cọc được chế tạo và thi công tại hiện trường 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 vách kết hợp bơm dung dịch Bentonite vào hố khoan, vữa Bentonite luôn giữ cao hơn mực nước ngầm từ 1 đến 2m trong hố khoan. 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: lấp lồng hố khoan theo phương pháp vữa dâng, đồng thời đẩy dung dịch Bentonite ra ngoài, thu hồi dung dịch Bentonite theo phương pháp tuần hoàn nghịch, hạn chế tối đa sự xâm nhập dung dịch Bentonite vào bêtông. Yêu cầu mác Bêtông phải >300 độ sụt không nhỏ hơn 14cm và sử dụng thêm các loại loại phụ gia chậm đông khác. Ưu điểm của cọc khoan nhồi Khi thi công không gây ảnh hưởng chấn động và môi trường xung quanh. Sức chịu tải của cọc rất lớn. 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 kẻ hay qua các lớp cát dày mà đối với cọc đóng hoặc cọc ép rất khó thi công. 9.1.3. Nhược điểm Giá thành cao do kỹ thuật thi công. 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 tỉnh 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 (MÓNG 2C) 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) Bảng 9.1: Nội lực tính móng Mx (T.m) My (T.m) N (T) Qx (T) Qy (T) Trị tính toán 1.739 1.222 1120.05 5,31 6.42 Trị tiêu chuẩn 1.45 1.02 933.38 4.425 5.35 Chọn loại vật liệu, kích thước cọc và chiều sâu chôn móng Vật liệu: . Bêtông cọc B25: Rb = 145 kG/cm2; Rbt = 10,5 kG/cm2. . Cốt thép chịu lực: nhóm CII, Rs = 2800 kG/cm2 Chọn đường kính cọc: d=1m có diện tích As = 0,785m2, chu vi u = 3,14m, chiều dài cọc phần ngoài đài 44m. Cốt thép trong cọc: theo qui phạm, hàm lượng cốt thép trong cọc khoan nhồi 0.4% 0.65% (cọc trong thiết kế chống động đất). Chọn 1618 có diện tích 40,72 cm2 (hàm lượng cốt thép: 0,52%). Chọn sơ bộ chiều cao đài móng hđ = 2,5m > 2D + 0,1 = 2,1m Xác định sức chịu tải của cọc Sức chịu tải của cọc theo vật liệu (theo mục 2.1.3 [9]) Pv = (m1m2 RbAb + RsAs) (9.1) Trong đó: - Hệ số uốn dọc. Khi móng cọc đài thấp, cọc không xuyên qua bùn, than bùn = 1; m1 - Hệ số điều kiện làm việc. Đối với cọc nhồi bêtông theo phương thẳng đứng thì m1 = 0,85; m2 - Hệ số điều kiện làm việc kể đến ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc; m2 = 0,7 (thi công dùng ống chống vách và đổ bêtông dưới huyền phù sét); Rb - Cường độ tính toán của bêtông; Rb = 145 kG/cm2 =1450T/m2 ; Ab - Diện tích tiết diện ngang của bêtông Ab = =0,785m2 (9.2) Rs - Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép Rs= 2800 kG/cm2 = 28000 T/m2; As - diện tích tiết diện ngang của cốt dọc As = 40,72cm2 = 40,72x10-4m2; Pv = 1(0,850,714500,785+2800040,7210-4) = 791,27T. Xác định sức chịu tải của cọc theo các đặc trưng đất nền * Theo cường độ đất nền Theo [10] (phụ lục B) sức chịu tải của cọc bao gồm 2 thành phần: ma sát bên và sức chống dưới mũi cọc hoặc (9.3) Qu = Qp + Qs = Ap .qp + As.fs (9.4) Do cọc đi qua nhiều lớp đất nên Qu = Ap.qp + u trong đó: . FS - hệ số an toàn chung ( FS = 2- 3 ); . FSs - hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên dọc thân cọc (FSs = 1,5 - 2) ; . FSp - hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc (FSp = 2 -3); . Qu - sức chịu tải cực hạn của cọc gồm tổng sức chống cắt cực hạn giữa đất và vật liệu làm cọc ở mặt bên của cọc Qs, cùng với sức gánh đỡ cực hạn của đất ở mũi cọc Qp; . 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 (9.5) trong đó: . - lực dính giữa thân cọc và đất ; . - góc ma sát giữa cọc và đất nền ; . - ứng suất pháp hữu hiệu tại mặt bên của cọc được tính theo công thức sau . - 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. . KS - hệ số áp lực ngang trong đất, với cọc khoan nhồi . Bảng 9.2: Tính sức chịu tải cực hạn do ma sát Lớp đất li(m) (T/m3) c(T/m2) o Ks=1-sino vi (T/m2) h (T/m2) fi (T/m2) Ai (m2) Qi (T) 4 7.1 1.9 1.2 13.46 0.7673 6.39 4.9034 2.3730 22.294 52.90 5 15.7 1.87 0.11 16.37 0.7183 20.049 14.4012 4.3380 49.298 213.86 6 17.1 1.86 0.02 26.64 0.5518 34.755 19.1788 9.6351 53.694 517.35 7 4.1 1.93 0.06 29 0.5154 38.568 19.8785 11.0722 12.874 142.54 44 tổng 926.65 Vậy sức chịu tải cực hạn do ma sát bên: Qs = Qsi = 926,7(T) Tính sức chịu tải cực hạn do mũi cọc Qp Qp= Ap qp (9.6) (9.7) trong đó: . = 1,93 (T/m3) - dung trọng đất nền dưới mũi cọc; . Ap = 0,785 m2 - Diện tích tiết diện ngang mũi cọc; . d = 1(m) - dường kính tiết diện cọc; . c = 0,06(T/m2) - lực dính đất nền dưới mũi cọc; . VP =38,568(T/m2) - ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất; - khi không có mực nước ngầm; - khi có mực nước ngầm. . Nc, Nq, Ny - hệ số sức chịu tải phụ thuộc chủ yếu vào góc ma sát trong của đất ( = 29o ) và hình dạng mũi cọc tra bảng 4.1 [11] Nc = 34,242; Nq = 19,981; Ny = 19,7 Sức chịu tải cho phép: *Xác định sức chiu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền Tính sức chịu tải cho phép của cọc đơn theo đất nền [10] (phụ lục A) (9.8) (9.9) trong đó: . ktc - hệ số an toàn lấy bằng 1,4; . m - hệ số điều kiện làm việc, mũi cọc tựa trên lớp đất cát 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 [10] lấy bằng 0.6 (cọc khoan nhồi đổ bêtông dưới nước hoặc dung dịch sét) . - ma sát bên của lớp đất thứ i được chia (m) ở mặt bên của cọc, giá trị tra theo Bảng A.2 [10]. . 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 cát có độ sệt IL<0. Giá trị qP được xác định theo công thức A8 (TCXD 205-1998). . Xác định cường độ chịu tải của đất qp (T/m2): qp=0,75(’I dP Aok +I L Bok) (9.10) ’I = (T/m3). ’I = 0,88 T/m3 (trọng lượng thể tích đất phía trên mũi cọc có xét đến đẩy nổi); I = 0,93 T/m3 (trọng lượng thể tích đất nằm phía dưới mũi cọc có xét đến đẩy nổi); L : chiều dài cọc(m); dP : đường kính của cọc khoan nhồi; .Với I = 29o, Tra bảng A6 (TCXD 205-1998) (nội suy), ta được: = 0,59 (khi L/d = 44/1 = 44>25) = 0,22 (khi d < 4m) Aok = 24,4 Bok = 45,5 Vậy: qp = 0,750,22(0,88124,4 + 0,590,934445,5) = 184,8 ( T/m2) Hình 9.1: Sơ đồ xác định trọng tâm các lớp phân tố Bảng 9.3: Xác định các thông số để xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền Lớp đất STT Zi (m) fi (T/m2) li (m) mf mf.fi.li 4Sét pha cát IL=0,4 1 3.55 2.61 1.1 0.6 1.7226 2 5.1 2.9 2 0.6 3.48 3 7.1 3.21 2 0.6 3.852 4 9.1 3.35 2 0.6 4.02 5Cát phaIL=0,472 5 10.95 4.61 1.7 0.6 4.7022 6 12.8 4.88 2 0.6 5.856 7 14.8 5 2 0.6 6 8 16.8 5.13 2 0.6 6.156 9 18.8 5.4 2 0.6 6.48 10 20.8 5.6 2 0.6 6.72 11 22.8 5.8 2 0.6 6.96 12 24.8 6 2 0.6 7.2 6Cát vừa, mịnIL<0 13 26.35 6.2 1.1 0.6 4.092 14 27.9 6.3 2 0.6 7.56 15 29.9 6.6 2 0.6 7.92 16 31.9 6.7 2 0.6 8.04 17 33.9 7 2 0.6 8.4 18 35.9 7 2 0.6 8.4 19 37.9 7 2 0.6 8.4 20 39.9 7 2 0.6 8.4 21 41.9 7 2 0.6 8.4 7Cát vừa, chặt vừaIL<0 22 43.9 10 2 0.6 12 23 45.95 10 2.1 0.6 12.6 24 0 0 0 0 0 25 0 0 0 0 0 23 0 0 0 0 0 S 157.3608 Sức chịu tải của cọc theo các đặc trưng đất nền (9.11) Ptt = Qa = 456,57 T. 9.2.4. Xác định số lượng cọc và kích thước đài cọc Để các cọc làm việc có hiệu quả, các cọc được bố trí có tim cách nhau một đoạn 3d. a = 3d = 3.1 = 3 (m) Áp lực tính toán do phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài (9.12) Diện tích sơ bộ của đáy đài cọc Fđ= (9.13) Trọng lượng tính toán sơ bộ đài, đất trên đài và lực dọc tính toán đáy đài N0tt =Ntt+Nsb=Ntt+ nFđhtb (9.14) =1120,05+1,1x25,73x3x2 = 1289,87 (T) Xác định số lượng cọc nc = cọc (9.15) trong đó: . N0tt - tải trọng tính toán; . Ptt - sức chịu tải của cọc; . k -hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen lấy 11.5. Chọn nttc = 4 cọc Sơ đồ bố trí cọc trong đài Bố trí các cọc trong mặt bằng với các yêu cầu về khoảng cách giữa tim các cọc 3d (thường lấy = 3d = 3000mm) và khoảng cách từ tim cọc biên đến mép đài 0,7d = 700mm. Hình 9.2: Mặt bằng bố trí cọc Diện tích thực tế của đài cọc được chọn: 5m x 5 m (Fđ = 25 m2) Lực dọc tính toán thực tế xác định đến cốt đáy đài N0tt = Ntt + Nđài = 1120,05+ 1,1x25x3x2 = 1285,05(T) 9.2.5. 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:(chiều cao đài chọn là 2.5m, chân cột ngàm tại mép trên bệ đài) (Tm); (9.16) (Tm). (9.17) Tải trọng dọc trục lớn nhất và nhỏ nhất do công trình tác dụng lên cọc trong nhóm được xác định theo công thức: (9.18) 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 = 1,5m; ymax = 1,5m; T; T. (T) Trọng lượng cọc: T Kiểm tra: (T) < (T) (thoả) (cọc chỉ chịu nén). Như vậy, cọc thiết kế thoả mãn điều kiện lực max truyền xuống dãy cọc biên và Nmintt > 0 nên cọc chỉ chịu nén nên không cần kiểm tra cọc chịu lực nhổ. Điều kiện chịu tải của móng cọc đã thoả mãn và móng làm việc trong điều kiện an toàn. 9.2.6. 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 được tính như sau: Xác định tb: (9.19) trong đó: . i - góc ma sát trong của lớp đất có chiều dày hi. Xác định góc : 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 . Hình 9.3: Xác định khối móng quy ước Xác định chiều dài và chiều rộng khối móng qui ước: m (9.20) Diện tích đáy khối móng qui ước: m2 (9.21) 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 chiếm chổ và có kể cả trọng lượng cọc): (9.22) Trọng lượng lớp đất thứ i (có trừ đi phần thể tích đất bị cọc chiếm chổ): (9.23) Trọng lượng cọc bêtông trong lớp đất thứ i: (9.24) Bảng 9.4: Xác định khối lượng khối móng quy ước Lớp đất hi (m) (T/m3) Fqư (m2) (m2) (T) (T) Đài 3 2 171.9 3.14 1012.56 0 4 7.1 0.9 171.9 3.14 1078.376 55.735 5 15.7 0.87 171.9 3.14 2305.093 123.25 6 17.1 0.86 171.9 3.14 2481.785 134.24 7 4.1 0.93 171.9 3.14 643.4819 32.185 = 7521.296 345.4 = 7866.7 - Môment tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: (9.25) Moxtc = 1,45 + 4,425(44+2,5) = 207,21(Tm) Moytc = 1,02 + 5,35(44+2,5) = 249,8(Tm) Độ lệch tâm: m; (9.26) m. Xác định áp lực tiêu chuẩn tại đáy khối móng qui ước (9.27) T/m2; T/m2; T/m2; T/m2. Xác định cường độ tính toán của đất tại đáy khối móng qui ước (9.28) trong đó: . m1, m2 - hệ số điều kiện làm việc của đất nền và công trình xác định theo Bảng 15 [12]: m1 = 1.4, m2 = 1; . Ktc = 1 - hệ số tin cậy khi các đặc trưng tính toán lấy trực tiếp từ các thí nghiệm lấy theo Điều 3.38 [12]; . A, B, D - các hệ số không thứ nguyên lấy theo Bảng 14 [12] phụ thuộc váo góc ma sát trong II của lớp đất đáy khối móng qui ước: Với . CII = 0,023 kG/cm2 = 0,23 T/m2; . ’- trị tính toán thứ hai của trọng lượng riêng đất tuần tự dưới đáy khối quy ước và từ đáy khối quy ước trở lên. . II =IIbđqư - IIđn =1,93 - 1 = 0,93 T/m3; . T/m3; ’II = (T/m3). Cường độ đất nền (T/m2). Kiểm tra: (T/m2); (T/m2); 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: (9.29) Bảng 9.5: Kết quả tính ứng suất bản thân tại các lớp đất Ứng suất gây lún tại đáy khối móng qui ước: (T/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 Mx (T.m) My (T.m) Qx (T) Qy (T) Trị tính toán 1.739 1.222 5,31 6.42 Trị tiêu chuẩn 1.45 1.02 4.425 5.35 Lực ngang Hx, Hy tác dụng lên đầu cọc ở đáy đài: Hx (T) Hy (T) Trị tính toán 1,328 1,605 Trị tiêu chuẩn 1,106 1,337 Tính toán cọc chịu tải trọng ngang theo biến dạng theo điều kiện: (9.21) (9.22) 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 (m) và góc xoay (radian) 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: ; (9.23) ; (9.24) với: ; (9.25) ; (9.26) ; (9.27) ; (9.28) ; (9.29) . (9.30) trong đó: . Eb - môđun đàn hồi của bêtông (B25) Eb = 300104 T/m2; . bc - chiều rộng qui ước của cọc (m), lấy theo TCXD 45-78 phụ lục G: d = 1,0m > 0,8m lấy bc = d + 1m = 2m; . I - mômen quán tính tiết diện ngang của cọc, m4 ; 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. Do đoạn cọc có chiều sâu ảnh hưởng đi qua 1 lớp đất (lớp 4) nên hệ số tỷ lệ K sẽ được xác định theo các thông số lớp đất 4, ta có: K = 450 T/m4 . bd - 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, B0 = 1,621, C0 = 1,751; . HH - chuyển vị ngang của tiết diện bởi lực H0 = QCtt = 1 (m/T); . MM - góc xoay của tiết diện bởi mômen M0 = MCtt = 1 (1/Tm); . HM - chuyển vị ngang và góc xoay của tiết diện bởi mômen M0 = MCtt = 1 và lực H0 = QCtt = 1: (1/T); . - 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 mômen tại đầu cọc; M0 = Mng + QCttl0 (9.31) - chiều dài đoạn cọc (m) từ đáy đài đến mặt đất, cọc đài thấp . Ở đây là móng cọc đài thấp, theo sơ đồ bố trí cọc trong đài, và chiều cao của đài có thể xem cọc được ngàm cứng vào đài cọc và loại trừ khả năng xoay của đầu cọc (). Tính mômen ngàm Mng tác dụng tại vị trí cọc và đài. (9.32) Tm; Chuyển vị ngang của tiết diện cọc = mm < 10 mm (thoả); vậy cọc thoả mãn điều kiện chuyển vị ngang. Kiểm tra lại chuyển vị xoay của đầu cọc Với : =1,337x0,000084 – 3,51x0,000032=(rad); giá trị chuyển vị xoay của đầu cọc bằng 0, nên việc tính toán đã làm là đúng. Xác định mômen uốn, lực cắt và lực dọc trong tiết diện cọc 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: ; (9.33) ; (9.34) Nz = N; (9.35) trong đó: K – Hệ số tỉ lệ xác định như trên - Các hệ số lấy theo bảng G.3 [10] . ze - Chiều sâu tính đổi: (m); tùy theo độ sâu thực tế z mà ở đó xác định Mz và Qz . z - Chiều sâu thực tế vị trí tiết diện cọc trong đất tính từ đáy đài cọc đối với cọc đài thấp (m); . N – Tải trọng tính toán dọc trục tại đầu cọc. Các giá trị Mz, Qz được tính trong bảng sau: Bảng 9.6: Tính Mômen uốn Mz và Qz dọc thân cọc Z (m) Ze (m) A3 C3 D3 A4 C4 D4 M (T.m) Q (T) 0.00 0.0 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 1.000 -3,51 1,328 0.28 0.1 0.000 1.000 0.100 -0.005 0.000 1.000 -3,0461 1,322 0.57 0.2 -0.001 1.000 0.200 -0.020 0.000 1.000 -2,6807 1,303 0.85 0.3 -0.005 1.000 0.300 -0.045 -0.001 1.000 -2,3257 1,273 1.14 0.4 -0.011 1.000 0.400 -0.080 -0.003 1.000 -1,9776 1,232 1.42 0.5 -0.021 0.999 0.500 -0.125 -0.008 0.999 -1,64 1,180 1.70 0.6 -0.036 0.998 0.600 -0.180 -0.016 0.997 -1,3197 1,119 1.99 0.7 -0.057 0.996 0.699 -0.245 -0.030 0.994 -1,0205 1,051 2.27 0.8 -0.085 0.992 0.799 -0.320 -0.051 0.989 -0,7351 0,976 2.55 0.9 -0.121 0.985 0.897 -0.404 -0.082 0.980 -0,4746 0,898 2.84 1.0 -0.167 0.975 0.994 -0.499 -0.125 0.967 -0,2422 0,815 3.12 1.1 -0.222 0.960 1.090 -0.603 -0.183 0.946 -0,0276 0,728 3.41 1.2 -0.287 0.938 1.183 -0.716 -0.259 0.917 0,16512 0,642 3.69 1.3 -0.365 0.907 1.273 -0.838 -0.356 0.876 0,33241 0,555 3.97 1.4 -0.455 0.866 1.358 -0.967 -0.479 0.821 0,47379 0,472 4.26 1.5 -0.559 0.811 1.437 -1.105 -0.630 0.747 0,59228 0,387 4.54 1.6 -0.676 0.739 1.507 -1.248 -0.815 0.652 0,69052 0,309 4.82 1.7 -0.808 0.646 1.566 -1.396 -1.036 0.529 0,76788 0,233 5.11 1.8 -0.956 0.530 1.612 -1.547 -1.299 0.374 0,82032 0,162 5.39 1.9 -1.118 0.385 1.640 -1.699 -1.608 0.181 0,85683 0,096 5.68 2.0 -1.295 0.207 1.646 -1.848 -1.966 -0.057 0,87285 0,034 6.24 2.2 -1.693 -0.271 1.575 -2.125 -2.849 -0.692 0,86272 -0,070 6.81 2.4 -2.141 -0.941 1.352 -2.339 -3.973 -1.592 0,77412 -0,151 7.38 2.6 -2.621 -1.877 0.917 -2.437 -5.355 -2.821 0,70086 -0,206 7.95 2.8 -3.103 -3.108 0.197 -2.346 -6.990 -4.445 0,57676 -0,239 8.51 3.0 -3.541 -4.688 -0.891 -1.969 -8.840 -6.520 0,43962 -0,249 9.93 3.5 -3.919 -10.340 -5.854 1.074 -13.692 -13.826 0,1221 -0,187 11.35 4.0 -1.614 -17.919 -15.076 9.244 -15.611 -23.140 -0,0188 0,006 Hình 9.4: Biểu đồ mômen của cọc chịu tải Hình 9.5: Biểu đồ lực cắt của cọc chịu tải Tính toán cốt thép cho cọc Từ biểu đồ momen của cọc, xác định được giá trị momen uốn lớn nhất là Mmax =3,51(Tm) xuất hiện tại vị trí mặt ngàm giữa cọc và đài cọc (ở đây không xét đến các giá trị momen do chịu ảnh hưởng của công tác cẩu lắp hay chuyên chở vì đây là cọc khoan nhồi, thi công đổ bêtông tại chỗ). Ta có giá trị mômen Mmax của cọc khi chịu tải trọng ngang là: (9.36) Ta tính đổi tiết diện hình tròn ra tiết diện hình vuông để tính cốt thép cho cọc nhồi khi chịu tải trọng ngang (9.37) Chọn a=6cm Tổng diện tích cốt thép trong cọc là As= 41,69 = 6,76 cm2. Mà diện tích cốt thép trong cọc ta đã có là As=40,72cm2. Vậy cốt thép dọc trong cọc đủ mômen uốn cọc do tải ngang gây ra. Tính cốt đai cho cọc Ta có lực cắt lớn nhất trong cọc tại đầu cọc là Qmax=1,328T Vì lực cắt nhỏ nên ta chọn đai theo cấu tạo Chọn đai xoắn 8a150 cho đoạn đầu cọc và 8a300 cho đoạn còn lại. Chiều dài thép cọc neo vào đài: (9.38) . Vậy chọn chiều dài thép dọc neo vào đài là 80cm. Tính toán đài cọc Kiểm tra xuyên thủng theo 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, nên ở đây ta sẽ tiến hành kiểm tra theo tiết diện nguy hiểm nhất theo hình vẽ bên dưới. Hình 9.6: Các mặt đâm thủng của cột Nên sẽ kiểm tra theo công thức: P [1(bc + C2) + 2(hc + C1)]h0Rbt (9.39) 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; . Rbt - cường độ tính toán chịu kéo của bêtông; . 1, 2 - các hệ số. P = Nttmax = 4x326,64=1306,56T bc = hc = 0,8 m ho = 2,4 m (bêtông B25) Rbt = 10,5 kG/cm2 =105 T/m2 Vì C1, C2 < 0,5ho C1 = C2 = 0,5ho = 1,2 m 1 = 2 =3,35 VP = {3,35x(0,8+1,2)+ 3,35x(0,8+1,2)]x2,4x105 = 3376,8(T) Vậy đài không bị chọc thủng Tính toán cốt thép đài cọc Chon mặt ngàm như hình vẽ để tìm mômen lớn nhất Mmax tính toán cốt thép cho đài. Hình 9.7: Sơ đồ tính cốt thép đài cọc Với: T; Mômen: M= 653,28 x 1,1 = 718,61T.m Cốt thép: Kiểm tra lại với lực cắt theo 7.2 [9] T=0.25Nttcotg Trong đó: Ntt - là tải trọng thẳng đứng từ cột truyền xuống; - là góc truyền tải tạo bởi đường nối giữa tim chân cột tại đỉnh đài đến tim đầu cọc ở đáy đài với mặt phẳng tg = ; T=0.25x1120,05x=178,35 (T) Như vậy cốt thép đã tính ở trên thoả mãn lực cắt T Bố trí 3520 (a140 cm), Fa = 109.97 cm2. Bố trí cho cả hai phương. Nhận xét: các số liệu chọn ban đầu là thoả mãn các trạng thái giới hạn của cọc THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI ĐÀI BÈ CHO KHU VỰC VÁCH CỨNG Tải trọng truyền xuống 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) Bảng 9.7: Nội lực tính móng Mx (T.m) My (T.m) N (T) Qx (T) Qy (T) Trị tính toán 723.986 491.452 7780.81 312.57 230.14 Trị tiêu chuẩn 603.32 409.54 6484.01 260.48 191.78 Chọn loại vật liệu, kích thước cọc và chiều sâu chôn móng Vật liệu: . Bêtông cọc B25: Rb = 145 kG/cm2; Rbt = 10,5 kG/cm2. . Cốt thép chịu lực: nhóm CIII, Rs = 3650 kG/cm2 Chọn đường kính cọc: d=1m có diện tích As = 0,785m2, chu vi u = 3,14m, chiều dài cọc phần ngoài đài 54m. Cốt thép trong cọc: theo qui phạm, hàm lượng cốt thép trong cọc khoan nhồi 0.4% 0.65% (cọc trong thiết kế chống động đất). Chọn 1622 có diện tích 60,8 cm2 (hàm lượng cốt thép: 0,64%). Chọn sơ bộ chiều cao đài móng hđ = 2,5m > 2D + 0,1 = 2,1 m Xác định sức chịu tải của cọc Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Pv = (m1m2 RbAb + RsAs) Trong đó: - Hệ số uốn dọc. Khi móng cọc đài thấp, cọc không xuyên qua bùn, than bùn = 1; m1 - Hệ số điều kiện làm việc. Đối với cọc nhồi bêtông theo phương thẳng đứng thì m1 = 0,85; m2 - Hệ số điều kiện làm việc kể đến ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc; m2 = 0,7 (thi công dùng ống chống vách và đổ bêtông dưới huyền phù sét); Rb - Cường độ tính toán của bêtông; Rb =145 kG/cm2 =1450T/m2 ; Ab - Diện tích tiết diện ngang của bêtông Ab = =0,785m2 Rs - Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép Rs= 3650 kG/cm2 = 36500 T/m2; As - diện tích tiết diện ngang của cốt dọc As = 40,72cm2 = 40,72x10-4m2; Pv = 1(0,850,714500,785+3650060,810-4) = 899,17T. b. Xác định sức chịu tải của cọc theo các đặc trưng đất nền *Theo cường độ đất nền tương tự như móng cọc đài đơn đã tính ở trên 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- 3 ); . FSs - hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên dọc thân cọc (FSs = 1,5 - 2) ; . FSp - hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc (FSp = 2 -3); . Qu - sức chịu tải cực hạn của cọc gồm tổng sức chống cắt cực hạn giữa đất và vật liệu làm cọc ở mặt bên của cọc Qs, cùng với sức gánh đỡ cực hạn của đất ở mũi cọc Qp; . 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 pháp hữu hiệu tại mặt bên của cọc được tính theo công thức sau . - 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. . KS - hệ số áp lực ngang trong đất, với cọc khoan nhồi . Bảng 9.8: Tính sức chịu tải cực hạn do ma sát Lớp đất li(m) (T/m3) C(T/m2) o Ks=1-sino vi (T/m2) hi (T/m2) fi (T/m2) Ai (m2) Qi (T) 4 7.1 1.9 1.2 13.46 0.7673 6.39 4.9034 2.3730 22.294 52.90 5 15.7 1.87 0.11 16.37 0.7183 20.049 14.4012 4.3380 49.298 213.86 6 17.1 1.86 0.02 26.64 0.5518 34.755 19.1788 9.6351 53.694 517.35 7 11.5 1.93 0.06 29 0.5154 45.45 23.4256 13.0372 36.11 470.77 8 2.6 1.95 2.46 14.8 0.7447 47.92 35.6851 11.8834 8.164 97.02 54 tổng 1254.88 Vậy sức chịu tải cực hạn do ma sát bên: Qs = Qsi = 1254,88(T) Tính Qp Qp= Ap qp trong đó: . = 1,95 (T/m3) - dung trọng đất nền dưới mũi cọc; . Ap = 0,785 m2 - diện tích tiết diện ngang mũi cọc; . d = 1(m) - đường kính tiết diện cọc (m); . c = 2,46(T/m2) - lực dính đất nền dưới mũi cọc (T/m2); . VP =47,92(T/m2) - ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất (T/m2); - khi không có mực nước ngầm; - khi có mực nước nga. . Nc, Nq, N - hệ số sức chịu tải phụ thuộc chủ yếu vào góc ma sát trong của đất ( = 14,8o ) và hình dạng mũi cọc tra bảng 4.1 [11]. Nc = 12,861; Nq = 4,446; Ng = 2,5 Sức chịu tải cho phép: Xác định sức chiu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền Tính sức chịu tải cho phép của cọc đơn theo đất nền [10] trong đó: . ktc = 1,4; m = 1; mR = 1; mfi = 0,6 . qP - cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, mũi cọc đặt vào trong lớp đất sét có độ sệt IL = 0,17. Với chiều sâu mũi cọc h = 56,1m (so với mặt đất tính toán), giá trị qP được xác định theo Bảng A.7 Phụ Lục A [10]. Tra bảng và nội suy được: qP = 365 T/m2; -70m Đáy hố khoan Hình 9.8: Sơ đồ xác định trọng tâm các lớp phân tố Bảng 9.9: Xác định các thông số để xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền Lớp đất STT Zi (m) fi (T/m2) li (m) mf mf.fi.li 4Sét pha cát IL=0,4 1 3.55 2.36 1.1 0.6 1.5576 2 5.1 2.74 2 0.6 3.288 3 7.1 3.12 2 0.6 3.744 4 9.1 3.11 2 0.6 3.732 5Cát phaIL=0,472 5 10.95 4.61 1.7 0.6 4.7022 6 12.8 4.8 2 0.6 5.76 7 14.8 5 2 0.6 6 8 16.8 5.13 2 0.6 6.156 9 18.8 5.4 2 0.6 6.48 10 20.8 5.6 2 0.6 6.72 11 22.8 5.8 2 0.6 6.96 12 24.8 6 2 0.6 7.2 6Cát vừa, mịnIL<0 13 26.35 6.2 1.1 0.6 4.092 14 27.9 6.3 2 0.6 7.56 15 29.9 6.6 2 0.6 7.92 16 31.9 6.7 2 0.6 8.04 17 33.9 7 2 0.6 8.4 18 35.9 7 2 0.6 8.4 19 37.9 7 2 0.6 8.4 20 39.9 7 2 0.6 8.4 21 41.9 7 2 0.6 8.4 7Cát vừa, chặt vừaIL<0 22 43.9 10 2 0.6 12 23 45.9 10 2 0.6 12 24 47.9 10 2 0.6 12 25 49.9 10 2 0.6 12 26 51.9 10 2 0.6 12 27 53.65 10 1.5 0.6 9 8Sét IL=0,17 28 55.05 10 1.3 0.6 7.8 29 56.35 10 1.3 0.6 7.8 S 216.5118 Sức chịu tải của cọc theo các đặc trưng đất nền Ptt = Qa = 690 T Xác định số lượng cọc và kích thước đài cọc: - Để các cọc làm việc có hiệu quả, các cọc được bố trí có tim cách nhau một đoạn 3d. a = 3d = 3.1= 3 m - Áp lực tính toán do phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài (T/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 + Nsb = 7780,81 + 1,1x111x3x2 = 8513,41 (T) - Xác định số lượng cọc nc = cọc trong đó: . N0tt - tải trọng tính toán; . Ptt - sức chịu tải của cọc; . k - hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen lấy 11.5; Chọn nttc = 16 cọc Sơ đồ bố trí cọc trong đài Bố trí các cọc trong mặt bằng với các yêu cầu về khoảng cách giữa tim các cọc 3d (thường lấy = 3d = 3000mm) và khoảng cách từ tim cọc biên đến mép đài 0,7d = 700mm. Hình 9.9: Mặt bằng bố trí cọc - Diện tích thực tế của đài cọc được chọn: 11 x 11 m (Fđ = 121 m2) - Lực dọc tính toán thực tế xác định đến cốt đáy đài N0tt = Ntt + Nđài = 7780,81 + 1,1x121x3x2 = 8579,41 (T) 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: Tm; Tm. - Tải trọng dọc trục lớn nhất và nhỏ nhất do công trình tác dụng lên cọc trong nhóm được xác định theo công thức: xmax = 4,5m; ymax = 4,5m; m; m;  ; T; T; T. - Trọng lượng cọc: T - Kiểm tra: (T) > (T) Sự chênh lệch giữa Nmax và Qa là 2,3% nên có thể chấp nhận được vì thế cọc đủ khả năng chịu lực (T) > 0 (cọc chỉ chịu nén); - Như vậy, cọc thiết kế thoả mãn điều kiện lực max truyền xuống dãy cọc biên và Nmintt > 0 nên cọc chỉ chịu nén nên không cần kiểm tra cọc chịu lực nhổ. 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 bè (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 được tính như sau: - Xác định tb: 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 9.10: Diện tích khối móng 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 chiếm chổ và có kể cả trọng lượng cọc): Trọng lượng lớp đất thứ i (có trừ đi phần thể tích đất bị cọc chiếm chổ): Trọng lượng cọc bêtông trong lớp đất thứ i: Bảng 9.10: Xác định khối lượng khối móng quy ước Lớp đất hi (m) (T/m3) Fqư (m2) (m2) (T) (T) Đài 3 2 460.53 3.14 2744.34 0.00 4 7.1 0.9 460.53 3.14 2922.72 55.74 5 15.7 0.87 460.53 3.14 6247.49 123.25 6 17.1 0.86 460.53 3.14 6726.38 134.24 7 11.5 0.93 460.53 3.14 4891.79 90.28 8 2.6 0.95 460.53 3.14 1129.75 20.41 = 24662.47 423.90 = 25086.37 - Môment tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: Moxtc = 603,32 + 191,78x(54+2,5) = 11439(Tm) Moytc = 409,54 + 260,48x(54+2,5) =15127(Tm) Độ lệch tâm: m; m. Xác định áp lực tiêu chuẩn tại đáy khối móng qui ước T/m2; T/m2; T/m2; T/m2. Xác định cường độ tính toán của đất tại đáy khối móng qui ước trong đó: . m1, m2 - hệ số điều kiện làm việc của đất nền và công trình xác định theo Bảng 15 [12]: m1 = 1.2, m2 = 1; . Ktc = 1 - hệ số tin cậy khi các đặc trưng tính toán lấy trực tiếp từ các thí nghiệm lấy theo Điều 3.38 [12]; . A, B, D - các hệ số không thứ nguyên lấy theo Bảng 14 [12] phụ thuộc váo góc ma sát trong II của lớp đất đáy khối móng qui ước: Với . CII = 0,26 kG/cm2 = 2,6 T/m2; . II = IIbđqư - IIđn =1,95 - 1 T/m3 = 0,95 T/m3; . ’II = (T/m3). Cường độ đất nền (T/m2) T/m2. Kiểm tra: (T/m2); (T/m2); 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 Do diện tích mặt bằng đài móng khá lớn: Fmb = 11x11 = 121 m2 > 100 m2. Nên việc tính toán độ lún của móng sẽ được thực hiện như đối với móng bè cọc (móng bè trên bãi cọc). Độ lún của móng bè cọc được tính theo công thức: (9.40) trong đó: p - áp lực trung bình lên nền ở đáy đài; B - chiều rộng của móng (B = 11m); 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 (từ bảng thống kê số liệu địa chất E sẽ được hiệu chỉnh theo trang 59-62 (Tính toán và thiết kế móng nông- Vũ Công Ngữ)[13]. + Theo thí nghiệm nén trong phòng E = 37 (KG/cm2); + Theo tiêu chuẩn tra bảng 1.22[13] E = 210 (KG/cm2). Trị số E theo thí nghiệm nén nhỏ hơn trị số tiêu chuẩn 5,6 lần. Vậy cần phải có một hệ số điều chỉnh, ở đây ta chọn hệ số điều chỉnh bằng 5,5 E= 5,5x37=203,5 (kG/cm2)= 2035 (T/m2). Xác định áp lực trung bình lên nền ở đáy đài Áp lực trung bình lên nền tại đáy đài xác định theo công thức: trong đó: T; m2; T/m2 Độ lún: m = 3,7 cm < 8 cm. Vậy độ lún công trình được thoả mãn. Tính toán móng cọc chịu tác dụng lực ngang và moment Mx (T.m) My (T.m) Qx (T) Qy (T) Trị tính toán 723.986 491.452 312.57 230.14 Trị tiêu chuẩn 603.32 409.54 260.48 191.78 Lực ngang Hx, Hy tác dụng lên đầu cọc ở đáy đài: Hx (T) Hy (T) Trị tính toán 19,54 14,38 Trị tiêu chuẩn 16,28 11,99 Tính toán cọc chịu tải trọng ngang Theo biến dạng và theo điều kiện: ; ; với: ; ; ; ; ; . trong đó: . Eb - môđun đàn hồi của bêtông (B25) Eb = 300104 T/m2; . bc - chiều rộng qui ước của cọc m, lấy theo [12] phụ lục G: d = 1,0m > 0,8m lấy bc = d + 1m = 2m; . I - mômen quán tính tiết diện ngang của cọc, m4 ; 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 [10]. 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. Do đoạn cọc có chiều sâu ảnh hưởng đi qua 1 lớp đất (lớp 4) nên hệ số tỷ lệ K sẽ được xác định theo các thông số lớp đất 4, ta có: K = 450 T/m4 . bd - hệ số biến dạng (1/m) . A0, B0, C0 - các hệ số không thứ nguyên lấy theo Bảng G.2 [10] phụ thuộc váo chiều sâu tính đổi của phần cọc trong đất m; A0 = 2,441, B0 = 1,621, C0 = 1,751; . HH - chuyển vị ngang của tiết diện bởi lực H0 = QCtt = 1 (m/T); . MM - góc xoay của tiết diện bởi mômen M0 = MCtt = 1 (1/Tm); . HM - chuyển vị ngang và góc xoay của tiết diện bởi mômen M0 = MCtt = 1 và lực H0 = QCtt = 1: (1/T); . - 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 mômen tại đầu cọc; M0 = Mng + QCttl0 - chiều dài đoạn cọc (m) từ đáy đài đến mặt đất, cọc đài thấp . Ở đây là móng cọc đài thấp, theo sơ đồ bố trí cọc trong đài, và chiều cao của đài có thể xem cọc được ngàm cứng vào đài cọc và loại trừ khả năng xoay của đầu cọc (). Tính mômen ngàm Mng tác dụng tại vị trí cọc và đài. Tm. - Chuyển vị ngang của tiết diện cọc = 16,28x0,00035 - 42,735x0,000084 = 0,0021 m mm < 10 mm (thoả!); vậy cọc thoả mãn điều kiện chuyển vị ngang. Kiểm tra lại chuyển vị xoay của đầu cọc Với : = 16,28x0,000084 - 42,735x0,000032 = 0 (rad); giá trị chuyển vị xoay của đầu cọc gần bằng 0, nên việc tính toán đã làm là đúng với giả thiết . - Xác định áp lực tính toán, mômen uốn, lực cắt và lực dọc trong tiết diện cọc 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; trong đó: K – Hệ số tỉ lệ xác định như trên - Các hệ số lấy theo bảng G.3-TCXD205:1998 . ze - Chiều sâu tính đổi: (m); tùy theo độ sâu thực tế z mà ở đó xác định Mz và Qz . z - Chiều sâu thực tế vị trí tiết diện cọc trong đất tính từ đáy đài cọc đối với cọc đài thấp (m); . N – Tải trọng tính toán dọc trục tại đầu cọc. Các giá trị Mz, Qz được tính trong bảng sau: Bảng 9.11: Tính Mômen uốn Mz và Qz dọc thân cọc Z (m) Ze (m) A3 C3 D3 A4 C4 D4 M (T.m) Q (T) 0.00 0.0 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 1.000 -42.74 16.28 0.28 0.1 0.000 1.000 0.100 -0.005 0.000 1.000 -37.17 16.20 0.55 0.2 -0.001 1.000 0.200 -0.020 0.000 1.000 -32.71 15.97 0.83 0.3 -0.005 1.000 0.300 -0.045 -0.001 1.000 -28.38 15.61 1.11 0.4 -0.011 1.000 0.400 -0.080 -0.003 1.000 -24.13 15.10 1.38 0.5 -0.021 0.999 0.500 -0.125 -0.008 0.999 -20.01 14.47 1.66 0.6 -0.036 0.998 0.600 -0.180 -0.016 0.997 -16.11 13.72 1.94 0.7 -0.057 0.996 0.699 -0.245 -0.030 0.994 -12.45 12.88 2.21 0.8 -0.085 0.992 0.799 -0.320 -0.051 0.989 -8.97 11.97 2.49 0.9 -0.121 0.985 0.897 -0.404 -0.082 0.980 -5.79 11.01 2.77 1.0 -0.167 0.975 0.994 -0.499 -0.125 0.967 -2.96 9.99 3.04 1.1 -0.222 0.960 1.090 -0.603 -0.183 0.946 -0.34 8.93 3.32 1.2 -0.287 0.938 1.183 -0.716 -0.259 0.917 2.01 7.87 3.59 1.3 -0.365 0.907 1.273 -0.838 -0.356 0.876 4.06 6.80 3.87 1.4 -0.455 0.866 1.358 -0.967 -0.479 0.821 5.78 5.78 4.15 1.5 -0.559 0.811 1.437 -1.105 -0.630 0.747 7.23 4.74 4.42 1.6 -0.676 0.739 1.507 -1.248 -0.815 0.652 8.43 3.79 4.70 1.7 -0.808 0.646 1.566 -1.396 -1.036 0.529 9.37 2.85 4.98 1.8 -0.956 0.530 1.612 -1.547 -1.299 0.374 10.01 1.98 5.25 1.9 -1.118 0.385 1.640 -1.699 -1.608 0.181 10.46 1.17 5.53 2.0 -1.295 0.207 1.646 -1.848 -1.966 -0.057 10.65 0.41 6.08 2.2 -1.693 -0.271 1.575 -2.125 -2.849 -0.692 10.53 -0.86 6.64 2.4 -2.141 -0.941 1.352 -2.339 -3.973 -1.592 9.45 -1.85 7.19 2.6 -2.621 -1.877 0.917 -2.437 -5.355 -2.821 8.55 -2.53 7.74 2.8 -3.103 -3.108 0.197 -2.346 -6.990 -4.445 7.04 -2.93 8.30 3.0 -3.541 -4.688 -0.891 -1.969 -8.840 -6.520 5.36 -3.06 9.68 3.5 -3.919 -10.340 -5.854 1.074 -13.692 -13.826 1.49 -2.29 11.06 4.0 -1.614 -17.919 -15.076 9.244 -15.611 -23.140 -0.23 0.07 Hình 9.11: Biểu đồ mômen của cọc chịu tải Hình 9.12: Biểu đồ lực cắt của cọc chịu tải Tính toán cốt thép cho cọc Từ biểu đồ momen của cọc, xác định được giá trị momen uốn lớn nhất là Mmax =42,74(Tm) xuất hiện tại vị trí mặt ngàm giữa cọc và đài cọc (ở đây không xét đến các giá trị momen do chịu ảnh hưởng của công tác cẩu lắp hay chuyên chở vì đây là cọc khoan nhồi, thi công đổ bêtông tại chỗ). Ta có giá trị mômen Mmax của cọc khi chịu tải trọng ngang là: Ta tính đổi tiết diện hình tròn ra tiết diện hình vuông để tính cốt thép cho cọc nhồi khi chịu tải trọng ngang Chọn a=6cm Tổng diện tích cốt thép trong cọc là Fa = 415,6 = 62,7 cm2. Mà diện tích cốt thép trong cọc ta đã có là Fa=60,8cm2(1622). Sự chênh lệch giữa diện tích cốt thép tính toán và cốt thép chọn là 3% nên có thể chấp nhận được Vậy cốt thép dọc trong cọc đủ mômen uốn cọc do tải ngang gây ra. Tính cốt đai cho cọc - Ta có lực cắt lớn nhất trong cọc tại đầu cọc là Qmax=16,28T - Chọn đai xoắn 8a150 cho đoạn đầu cọc và 8a300 cho đoạn còn lại. - Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai trên tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất: Với: - Chiều dài thép cọc neo vào đài: . Vậy chọn chiều dài thép dọc neo vào đài là 80cm. Tính toán đài cọc Nhận xét qua việc xác định tháp đâm thủng và vị trí các cọc so với đài cọc và phương tác dụng, phạm vi tác dụng lực của kết cấu vách cứng phía trên ta quyết định giảm chiều cao đài cọc từ 2500mm xuống 1500mm. Khi đó vẫn giữ nguyên cốt mặt đài cọc (đồng nghĩa với việc chiều dài cọc phần ngoài đài dài thêm 1m, và việc thay đổi này càng tăng khả năng chịu tải của cọc và tiết kiệm được vật liệu tương đối nhiều. Ta tiến hành tính toán đài cọc Kiểm tra xuyên thủng Xác định tháp đâm thủng như hình vẽ bên dưới. Hình 9.13: Xác định tháp đâm thủng - Nhận xét thấy vị trí các cọc nằm trong phạm vi tháp đâm thủng nên đài cọc không bị đâm thủng. Vậy đài không bị chọc thủng Tính toán cốt thép đài cọc Dùng phần mềm Safe 8.08 để tính toán nội lực cho đài cọc. Xem đài cọc như là một bản dầm gối lên đầu cọc và chịu tải trọng lõi thang máy truyền xuống. Dùng phần mềm SAFE 8.08 mô hình hoá đài cọc bằng shell, vẽ 1 shell có kích thước bằng kích thước cọc tại vị trí cọc và gán nền cọc có hệ số nền được tính theo công thức sau: (9.41) trong đó: Cz - hệ số nền (T/m3); Ptdlencoc - lực tác dụng lên cọc (bằng Nmaxtt); S - độ lún (m); Fcoc - diện tích tiết diện cọc (m2); . Define Soil support…Support propertiesModify/show support property …… Hình 9.14: Khai báo hệ số nền cho cọc Hình 9.15: Khai báo thuộc tính cho đài cọc Hình 9.16: Tải trọng tác dụng lên đài móng Hình 9.17: Biểu đồ nội lực của đài cọc theo phương X Hình 9.18: Biểu đồ nội lực của đài cọc theo phương Y Chiều cao đài cọc hđài=1,5(m) ho=1,5-0,1= 1,4(m). Cốt thép sử dụng là CIII. Diện tích cốt thép trong đài cọc khu vực thang máy và thang bộ được tính toán và lập thành bảng sau: Chi tiết bố trí thép cho cọc và đài của móng bè khu vực thang máy và thang bộ được thể hiện trên bản vẽ NM 2/2. Bảng 9.12:Bảng tính cốt thép cho đài cọc khu vực thang máy và thang bộ Lớp Tiết diện M (daNm) b (cm) h (cm) a (cm) ho (cm) am x As (cm2) Thép chọn Aschon (cm2) m Kiểm tra mmin£m£mmax X tren 11882 1100 150 10 140 0.0004 0.0004 3.03 Cấu tạo F14a200 83.16 0.054 THOẢ! duoi 275712 1100 150 10 140 0.0088 0.0089 70.65 54f16 F16a200 108.54 0.070 THOẢ! Y tren 71005 1100 150 10 140 0.0023 0.0023 18.13 Cấu tạo F14a200 83.16 0.054 THOẢ! duoi 142598 1100 150 10 140 0.0046 0.0046 36.46 54f16 F16a200 108.54 0.070 THOẢ! KIỂM TRA SỰ LÚN LỆCH TƯƠNG ĐỐI GIỮA CÁC MÓNG Công trình khi xây dựng vào mùa nắng không xảy ra hiện tượng lún lệch. Đến mùa mưa thay đổi đột ngột điều kiện môi trường nhất là độ ẩm của đất, thì bắt đầu có hiện tượng lún lệch. Do đó để đảm bảo an toàn cần kiểm tra điều kiện lún lệch giữa các móng với nhau Theo mục H.5/[10], độ lún lệch tương đối giữa các móng: (9.42) trong đó: - là chuyển vị tương đối của 2 điểm (giữa 2 móng), =S1-S2. Với S1 và S2 là độ lún của móng 1 và móng 2 đang xét( S1 là độ lún móng đài bè khu vực thang máy và thang bộ , S2 là độ lún móng đơn 2-C); L - là khoảng cách giữa 2 trục móng (L=13.44m) =S1-S2=0.037-0 = 0.037 (m)  Độ chênh lệch (0.0027-0.002)x100/0.0027=25% (Chấp nhận được). Bởi vì theo mục 5.1/[10], các đặc trưng biến dạng có thể thay đổi khi dùng giải pháp xây dựng nhằm giảm tính nền lún và tính không đồng nhất của nền cũng như các giải pháp cấu tạo nhằm giảm tính nhạy của công trình đối với biến dạng của nền. Điều kiện về lún lệch thoả mãn yêu cầu.