Tính toán về móng cọc ép

PHẦN III: NỀN MÓNG CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN MÓNG CỌC ÉP ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG: Ưu điểm: Dễ thi công. Giá thành rẻ. Không đòi hỏi công nghệ phức tạp. Dễ kiểm tra chất lượng cọc. Nhược điểm: Hạn chế về thiết bị ép cọc nên cọc thường có tiết diện không lớn. Chiều sâu chôn cọc hạn chế. Đối với các công trình có tải trọng lớn nếu dùng móng cọc ép thì số lượng cọc sừ dụng nhiều. Phạm vi áp dụng: Sử dụng trong các công trình có tải trọng trung bình. THIẾT KẾ MÓNG CỌC ÉP ĐÀI ĐƠN (MÓNG A2,A1) Theo TCXD 205 : 1998 ([8]), cọc và móng cọc được thiết kế theo các trạng thái giới hạn. Trạng thái giới hạn của móng cọc được phân thành hai nhóm: Nhóm thứ nhất gồm các tính toán: + 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; Nhóm thứ hai gồm các tính toán: + Độ lún của nền cọc và móng; + Chuyển vị ngang của cọc và móng; + Hình thành và mở rộng vết nứt trong cọc và đài cọc bằng bê tông cốt thép. Tải trọng tác dụng lên móng - Tải trọng truyền xuống móng thông qua hệ khung tại vị trí các chân cột. - Tổ hợp nội lực của cột 3C đã được xác định, chọn tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất cho móng M2 như sau:(Nmax, Mxtư, Mytư, Qxmax, Qymax) Lực tác dụng tại mặt móng M2 Nội lực N (T) Mx (T.m) My (T.m) Qx (T) Qy (T) Giá trị tính toán 1528 88.6 101 14.8 20.86 Giá trị tiêu chuẩn 1273.3 73.833 84.167 12.333 17.383 Tổ hợp nội lực của cột C7 đã được xác định, chọn tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất cho móng 3C như sau:(Nmax, Mxtư, Mytư, Qxmax, Qymax) Xác định sơ bộ chiều sâu đặt mũi cọc, đường kính cọc và chiều sâu đặt đài cọc: Chọn cọc có đường kính d = 0.4 m, mũi cọc nằm trong lớp đất 3 (lớp cát min) , tại cao độ -42.2m (so với mặt đất tự nhiên). Chọn sơ bộ 8f20 , Fa = 25.136cm2 Dùng bê tông M400, Rn = 170 daN/cm2, cốt thép CIII có Ra = 3400 daN/cm2 cho toàn bộ phần đài cọc và cọc. Chiều cao đài chọn sơ bộ là: hđ = 1.5 m. Đài cọc sâu 8.6 m (tính từ mặt đất tự nhiên) nằm trong lớp đất thứ 1 như hình sau : Xác định sức chịu tải của cọc : Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo chỉ tiêu vật lý của đất nền : (PP thống kê tra bảng) Sức chịu tải cho phép của cọc đơn theo đất nền: trong đó: ktc – hệ số an toàn, lấy bằng 1.4 Qtc – sức chịu tải tiêu chuẩn, tính toán theo đất nền của cọc nhồi không mở rộng đáy, xác định theo công thức: (sách Nền và Móng – Lê Anh Hoàng _trang 141) Với: mR – hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, mR = 1; Fc – diện tích mũi cọc, Fc = 0.4x0.4 = 0.16 m2; mf – hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc, lấy bằng 0.9 u – chu vi tiết diện ngang cọc, u = 4d = 0.4x4= 1.6 m; qm – cường độ chịu tải của đất ở dưới mũi cọc.Tra bảng 4.4(Lê Anh Hoàng trang 141) , qm=410 T/m2 Li – chiều dày của lớp đất thứ i (được chia) tiếp xúc với mặt bên cọc; – ma sát bên của lớp đất thứ i được chia (m) ở mặt bên của cọc Bảng xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo đặc tính vật lý của đất nền Lớp đất Số thứ tự lớp mf Li(m) z(m) fs (T/m2) mffsLi (T/m) 1 1 0.6 2 3 0 0 2 2 5 0 0 3 2 7 0 0 4 2 9 0 0 5 2 11 0 0 6 2 13 0 0 7 2 15 0 0 8 2 17 0 0 9 1.9 18.95 0 0 2 10 2 20.9 7.325 8.79 11 2 22.9 7.581 9.0972 12 2 24.9 7.837 9.4044 13 2 26.9 8.093 9.7116 14 2 28.9 8.349 10.019 15 2 30.9 8.599 10.319 16 2 32.9 8.843 10.612 17 0.7 34.25 9.008 3.7834 3 18 1 35.1 7 4.2  ∑ mffsl 75.936 (T/m) Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo chỉ tiêu cường độ của đất nền c, . Sức chịu tải cho phép của cọc tính theo công thức: trong đó: Qf – sức chịu tải cực hạn do ma sát bên; Qm – sức chịu tải cực hạn do sức chống dưới mũi cọc; - Tính toán sức chịu tải cực hạn do ma sát bên Trong đó: u – chu vi ngoài của tiết diện ngang, u = 1.6m; li – chiều dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt bên cọc; fsi – ma sát đơn vị diện tích mặt bên cọc, tính theo công thức: Với: +Ca – lực dính giữa thân cọc và đất; + ja – góc ma sát giữa cọc và đất nền; ( Lấy Ca = (0.7-1)C, ja = 0.7-1)j với C, j là lực dính và góc ma sát trong của đất nền); + Vi – ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng do trọng lượng bản thân cột đất tính tại giữa lớp đất Khi không có mực nước ngầm: Khi có mực nước ngầm: + KS – hệ số áp lực ngang trong đất, với cọc khoan nhồi thì xác định Lớp đất 1: Bùn sét ,màu xám đen,trạng thái nhão,chiều sâu từ 0 – 26.5(m) 0657 . 0 ) / ( 74 . 0 ) / ( 074 . 0 093 . 0 8 . 0 8 . 0 =3.760 4.7 8 . 0 8 . 0 (T/m3), 0.542 = ), / ( 531 . 1 2 2 2 dn 3 1 = = = ´ = ´ = ´ = ´ = = a a a tg m T cm kg c c m T j j j g g o = = Lớp đất 2: sét màu nâu đỏ , trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng chiều sâu từ 26.5-41.2(m) 0.985 (T/m3). = Lớp đất 3:cát mịn lẫn bột màu xám trắng , trạng thái chặt đến rất chặt : 41.2-50(m) dn = 1.108 (T/m3), = 0.444 = Tổng hợp kết quả của các lớp đất ta được: - Tính toán sức chịu tải cực hạn do sức chống dưới mũi cọc: trong đó: Fc – diện tích tiết diện mũi cọc, Fc = 0.16 m2; γ – dung trọng đất nền dưới mũi cọc, γ =1.108 T/m3; C – lực dính đất nền dưới mũi cọc, C = 0.43 T/m2; = 17.9x0.542+14.7x0.985+1x1.108=25.289 T/m2 Nc, Nq, Nγ – hệ số sức chịu tải phụ thuộc chủ yếu vào góc ma sát trong và hình dạng mũi cọc. j= 34.250 => Nc =18.9 , Nq =30.32 (Bảng tra 4.1/137-S.Nền và móng –Lê Anh Hoàng) Qm = 0.16 (1.3x0.43x18.9+ 25.289x30.32) = 124.37 T Sức chịu tải cho phép: Vậy sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo các đặc trưng đất nền được chọn: Qa = min = 120.94 T. Khả năng chịu tải do vật liệu cọc: Pvl = φ.(Rn.Fc + Ra.Fa) = 0.8x(170x1600+3400 x 25.136) = 285.9T Để cọc có thể hạ đến độ sâu thiết kế thì giá trị vật lieu phải lớn hơn giá tri cực hạn của đất nền: Qu= Qm+Qf =124.37+158.97=283.34 < Pvl thỏa Xác định số lượng cọc và sơ đồ bố trí cọc trong đài Xác định sơ bộ số lượng cọc Công thức xác định sơ bộ số lượng cọc như sau: trong đó: Ntt – lực dọc tác dụng lên mặt móng. K – hệ số kể đến ảnh hưởng của momen. Móng Ptt (T) Số cọc Số cọc Lđ(m) Bđ(m) Fđ(m2) Wqu(T) M1 (A1) 1146 11.36 12 3.2 4.4 29.16 145.8 M2(A2) 1528 15.1 16 4.4 4.4 40 200 Sơ đồ bố trí cọc trong đài móng A1,A2: Kiểm tra tải trọng dọc trục tác dụng lên từng cọc trong nhóm Tải trọng dọc trục lớn nhất và nhỏ nhất do công trình tác dụng lên cọc trong nhóm : trong đó: Pott – tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài; P0tt = Ntt + Wqu Moy – momen xoay quanh trục Oy tại đáy đài; M0y = My + Qx.h Mox – momen xoay quanh trục Ox tại đáy đài; M0x = Mx + Qy.h x – khoảng cách từ tim cọc đến trục Oy. y – khoảng cách từ tim cọc đến trục Ox. -Kiểm tra: Pmaxtt < Qa = 120.9T Pmintt > 0 (cọc chỉ chịu nén). Bảng giá trị tính toán tải công trình tác dụng lên các cọc móng M1 và M2 Móng Ntt (T) Wqu (T) P0tt (T) Mx (T.m) My (T.m) Qx (T.) Qy (T.) Mox (T.m) Moy (T.m) M1 1146 70.4 1216.4 95 96.07 9.65 18.76 132.52 115.37 M2 1528 96.8 1624.8 88.6 101 14.8 20.86 130.32 130.6 Bảng giá trị tính toán tải công trình tác dụng lên các cọc móng M2 Móng Cọc P0tt (T) Mox (T.m) Moy (T.m) xi (m) x2i (m2) yi (m) y2i (m2) Pi (T) M2 1 1624.8 130.32 130.6 -1.8 3.24 -1.8 3.24 85.243 2 1624.8 130.32 130.6 -0.6 0.36 -1.8 3.24 90.684 3 1624.8 130.32 130.6 0.6 0.36 -1.8 3.24 96.126 4 1624.8 130.32 130.6 1.8 3.24 -1.8 3.24 101.57 5 1624.8 130.32 130.6 -1.8 3.24 -0.6 0.36 90.673 6 1624.8 130.32 130.6 -0.6 0.36 -0.6 0.36 96.114 7 1624.8 130.32 130.6 0.6 0.36 -0.6 0.36 101.56 8 1624.8 130.32 130.6 1.8 3.24 -0.6 0.36 107 9 1624.8 130.32 130.6 -1.8 3.24 0.6 0.36 96.103 10 1624.8 130.32 130.6 -0.6 0.36 0.6 0.36 101.54 11 1624.8 130.32 130.6 0.6 0.36 0.6 0.36 106.99 12 1624.8 130.32 130.6 1.8 3.24 0.6 0.36 112.43 13 1624.8 130.32 130.6 -1.8 3.24 1.8 3.24 101.53 14 1624.8 130.32 130.6 -0.6 0.36 1.8 3.24 106.97 15 1624.8 130.32 130.6 0.6 0.36 1.8 3.24 112.42 16 1624.8 130.32 130.6 1.8 3.24 1.8 3.24 117.86 Sx2i =28.8 Sx2i =28.8  Bảng giá trị tính toán tải công trình tác dụng lên các cọc móng M1 Móng Cọc P0tt (T) Mox (T.m) Moy (T.m) xi (m) x2i (m2) yi (m) y2i (m2) Pi (T) M1 1 1216.4 132.5 115.37 -1.8 3.24 -1.2 1.44 77.946 2 1216.4 132.5 115.37 -0.6 0.36 -1.2 1.44 84.357 3 1216.4 132.5 115.37 0.6 0.36 -1.2 1.44 90.768 4 1216.4 132.5 115.37 1.8 3.24 -1.2 1.44 97.179 5 1216.4 132.5 115.37 -1.8 3.24 0 0 91.75 6 1216.4 132.5 115.37 -0.6 0.36 0 0 98.161 7 1216.4 132.5 115.37 0.6 0.36 0 0 104.57 8 1216.4 132.5 115.37 1.8 3.24 0 0 110.98 9 1216.4 132.5 115.37 -1.8 3.24 1.2 1.44 105.55 10 1216.4 132.5 115.37 -0.6 0.36 1.2 1.44 111.97 11 1216.4 132.5 115.37 0.6 0.36 1.2 1.44 118.38 12 1216.4 132.5 115.37 1.8 3.24 1.2 1.44 124.79 Sx2i =21.6 Sx2i =11.52 Ta thấy Pmaxtt gần bằng Qa ,vậy cọc thiết kế đảm bảo được khả năng chịu tải trọng dọc trục. Và cọc chỉ chịu nén nên không cần kiểm tra cọc chịu lực nhổ. Xác định độ lún cho móng cọc khoan nhồi đài đơn (theo trạng thái giới hạn II) a. Xác định kích thước khối móng qui ước Người ta quan niệm rằng nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất, tải trọng của móng được truyền trên diện tích rộng hơn, xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy đài và nghiêng một góc a được tính như sau: Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của nền khối móng qui ước. Khi đó: Kích thước khối móng qui ước: Bm = Lm= L’ + 2Ltga Với: L’: khoảng cách giữa 2 mép biên cọc theo cả 2 phương; L: chiều dài cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc. b. Chuyển tải trọng về trọng tâm đáy khối móng qui ước: Tải trọng đứng N0 = Ntc+ Gđài + Gđất + Gcọc (T) trong đó: Ntc – tải trọng tiêu chuẩn tại cao trình mặt đài, Gđài – trọng lượng đài và đất phía trên đài Gđài = Fđhγtb (T) Gđất – trọng lượng các lớp đất từ đáy đài đến mũi cọc (có xét đến đẩy nổi) Gđất = (AB- ΣFcọc)x ΣhiγiII ( T) Gcọc – trọng lượng cọc Gcọc = ncFcLγđn (T.) Momen Momen tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: M0 = Mtc + Qtc(L + hđài) c. Tính áp lực của đáy khối móng qui ước truyền cho nền Độ lệch tâm: Áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối móng qui ước: T/m2 T/m2 T/m2 Bảng các giá trị tính áp lực móng khối qui ước truyền cho nền Móng Lm (m) Bm (m) Ntc(T) Mtcox (T.m) Mtcoy (T.m) Gđài (T) Gđất (T) Gcọc (T) N0(T) M1 6.5 5.3 955 365.5 636.6 172.73 825.45 161.3 2114 M2 6.5 6.5 1273.3 512.9 703 211.78 1006.8 215 2707 Móng N0(T) ex (m) ey (m) Pmax (T/m2) Pmin (T/m2) Ptb (T/m2) M1 2114.5 0.301 0.173 90.15 23.39 56.77 M2 2707 0.26 0.189 90.38 33.31 61.841 d. Xác định cường độ tính toán của đất nền tại đáy khối móng qui ước trong đó: ktc – hệ số độ tin cậy, ktc = 1.1 (trang 33_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) m1, m2 – hệ số điều kiện kàm việc của đất nền, m1 = 1.2, m2 = 1.1 Bm – cạnh ngắn của khối móng qui ước, Bm = 11.52 m; Zm – chiều cao khối móng qui ước, Zm = 33.6m; γ'II – dung trọng của lớp đất dưới đáy khối móng qui ước (có kể đến đẩy nổi); γ’II = 1.108 T/m3 γ’I – dung trọng trung bình của các lớp đất từ đáy khối móng qui ước trở lên (có kể đến đẩy nổi); A, B, D – hệ số tùy thuộc góc ma sát trong của đất dưới đáy khối móng qui ước; j = 34.25 0, tra bảng được A=1.58, B=7.325, D=9.3 (trang 8_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) C – lực dính đơn vị của đất dưới đáy khối móng qui ước, C = 0..43 T/m2 h0 – chiều sâu nền tầng hầm, h0 = 6.6m. Bảng tính toán cường độ đất nền tại đáy khối móng qui ước Móng c (T/m2) A B D zm.g' (T/m2) Bm (m) Rtc (T/m2) M1 0.43 1.58 7.325 9.3 25.3 5.3 238.34 M2 0.43 1.58 7.325 9.3 25.3 6.5 240.86 Kiểm tra điều kiện: (T/m2) < 1.2Rtc (T/m2) (T/m2) < Rtc (T/m2) Ta thấy M1,M2 thoả điều kiện trên . Do đó có thể tính toán độ lún của nền đất dưới khối móng qui ước theo quan niệm nền biến dạng đàn hồi tuyến tính. e. Xác định độ lún của móng cọc ép đài đơn: Ứng suất bản thân tại mũi cọc (T/m2) Ứng suất gây lún tại đáy khối móng qui ước: (T/m2) Chia đất nền dưới đáy móng khối qui ước thành các lớp bằng nhau có chiều dày h = 1m. Từ điều kiện: Þ Xác định Z. Công thức tính toán độ lún (theo Phụ lục 3/[6]): với: - β i = 0.74, lấy theo qui phạm; - hi – chiều dày phân tố thứ i, hi = 1 m; - – ứng suất gây lún ở giữa lớp phân tố thứ i, với hệ số Ko (trang 30_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) Từ e, p ta suy ra các đặc trưng nén lún a.a0,E0 - Eo–mođun biến dạng trung bình của lớp đất thứ 5 dưới mũi cọc: E1-2 E2-4 E4-8 E8-16 kG/cm2 63.532 125.47 248.24 501.738 Lấy E0 = 125.47 kG/cm2 Sơ đồ xác định bt và gl cho móng cọc đài đơn Tính toán độ lún cho móng cọc M1 Lớp đất Li (m) Z (m) k0 sibt (T/m2) sigl (T/m2) 0.2sibt (T/m2) stbigl .Li (T/m) Si (m) 0 0 0 0 25.3 31.5 1 1 1 0.8472 26.408 26.69 5.282 24.12 0.0142 2 1 2 0.6842 27.516 21.55 5.503 19.248 0.0113 3 1 3 0.5379 28.624 16.94 5.725 15.054 0.0089 4 1 4 0.4179 29.732 13.16 5.946 11.705 0.0069 5 1 5 0.3253 30.84 10.25 6.168 9.1901 0.0054 6 1 6 0.2582 31.948 8.133 6.39 7.3946 0.0044 7 1 7 0.2113 33.056 6.656 6.611 6.0527 0.0036 8 1 8 0.173 34.164 5.45 6.833 0 Tính toán độ lún cho móng cọc M2 Lớp đất Li (m) Z (m) k0 sibt (T/m2) sigl (T/m2) 0.2sibt (T/m2) stbigl .Li (T/m) Si (m) 0 0 0 0 25.3 36.5 1 1 1 0.969 26.41 35.376 5.2816 33.63 0.02 2 1 2 0.874 27.52 31.894 5.5032 29.48 0.017 3 1 3 0.742 28.62 27.065 5.7248 24.44 0.014 4 1 4 0.598 29.73 21.812 5.9464 19.57 0.012 5 1 5 0.475 30.84 17.323 6.168 15.64 0.009 6 1 6 0.382 31.95 13.954 6.3896 12.62 0.007 7 1 7 0.309 33.06 11.286 6.6112 10.22 0.006 8 1 8 0.251 34.16 9.1506 6.8328 8.28 0.005 9 1 9 0.203 35.27 7.4095 7.0544 6.849 0.004 10 1 10 0.172 36.38 6.289 7.276 0 Như vậy, móng A1 và móng A2 được thiết kế thoả mãn yêu cầu về độ lún. 3. Tính toán cọc chịu tải trọng ngang (theo Phụ lục G/[8]) và cốt thép trong cọc a. Tính toán đài cọc đơn Kiểm tra chọc thủng cho đài cọc đơn Chọn hđ =1.3m Kiểm tra chọc thủng theo điều kiện: =Pcxt - Trong đó: ho: chiều cao tính toán của đài cọc Utb : chu vi trung bình, Utb = 4(hc +.ho) Pxt :tổng các lực ngoài phạm vi xuyên thủng. Sơ đồ xác định tháp chọc thủng cho đài cọc đơn móng M2 Ta kiểm tra xuyên thủng đối vơi móng M2 : Pcxt ==0.75x12x(100+145)x4x145=1278.9 T Pxt=12x Ptb=12x101.55=1218.6 T < Pcxt Ta thấy chiều cao đài hđài = 1.3 m là thỏa mãn điều kiện để đài không bị xuyên thủng.Ta không cần kiểm tra xuyên thủng đối với móng M1 b . Tính toán cốt thép cho đài cọc đơn Chọn sơ đồ tính là dầm console có mặt ngàm tại tiết diện mép cột và tải trọng tác dụng là tổng phản lực của các cọc nằm ngoài mép cột, sơ đồ tính thép cho đài cọc như trên hình : Chiều cao đài cọc hđài = 1.5 m Sử dụng cốt thép CIII có Ra = Ra’ = 3400 kG/cm2. Momen tại tiết diện ngàm: M = P.L ( T.m) Diện tích cốt thép trong đài cọc theo mỗi phương được xác định theo công thức: cm2 Diện tích cốt thép trong đài được chọn theo bảng sau: Móng Mx (T.m) Fa (cm2) chọn thép My(T.m) Fa (cm2) chọn thép M1 450.37 101.5 27F22 306.37 69.103 22F20 M2 593.11 133.67 35F22 593.11 133.67 35F22 Kiểm tra cốt thép trong quá trình cẩu lắp: Cọc được cẩu lắp để vận chuyển và thi công , do cọc dài 12m nên ta bố trí 2 móc cẩu Quá trình cẩu vận chuyển Quá trình cẩu lắp Diện tích thép yêu cầu của cọc : Fchọn = 25.136 cm2 Ta thấy giá trị mômen sinh ra trong quá trình vận chuyển và cẩu lắp không lớn nên lượng cốt thép đã chọn như trên đảm bảo được yêu cầu cẩu lắp. Bố trí cốt thép sàn theo bảng vẽ : NM 01/02