Tổng quan về thiết kế móng cọc khoan nhồi

Chương 9 THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI Xác định phương án móng Từ kết quả dịa chất ta thấy rằng: Các lớp đất 1,2,3 là các lớp đất thộc dạng trung bình , yếu.lớp 4 là lớp dất có trạng thái chặt vừa rất tốt cho moun biế dạng lớn lên chịu tải trọng công trình.vì vậy giải pháp ở đây là móng sâu truyền tải trọng cổng trình xuống lớp đất 4. với công trình 11 tầng này có thể sử dụng 2 phương án móng: phương án 1 là móng cọc ép, phương án 2 móng cọc khoan nhồi. Phương án móng cọc khoan nhồi Sơ lược về phương án móng sử dụng Ưu điểm: Sức chịu tải lớn, có khả năng cắm sâu vào các lớp đất tốt; Số lượng cọc trong móng ít; Không gây chấn động làm phá hoại vùng đát xung quanh cọc,và không ảnh hưởng dến công trình xung quanh; Nếu cọc chịu tải trọng đúng tâm thì cóthể không đặt cốt thép cho cọc mà chỉ cần đặt thép chờ để lien kết với đài cọc hoặc cột. do vậy tiết kiệm được thép. Nhược điểm: Giá thành còn cao so với các loại cọc khác; Khi thi công việc giữ thành hố khoan có thể là rất kho khăn; Khi khoan các cọc nhồi có đường kính lớn gần các nhà đang sử dụng nếu không dung ống chống vách hay không dung cọc ván đẻ kè neo cẩn thận thì móng công trình lân cận có thể bị hư hỏng. Chất lượng bêtông thấp vì không được đầm. Khi cọc thi công xong nếu phát hiện ra khuyết tật thì việc xử lý gặp nhiều khó khăn và rất tốn kem. Phạm vi ứng dụng: Thíc hợp với tất cả các loại nền đất, đá. Thích hợp cho móng có tải trọng lớn như: nhà cao tầng, nhà có tầng hầm, các công trình cầu. Tải trọng tác dụng lên chân cột Từ 26 tổ hợp nội lực xuất ra từ ETABS tại chân cột ( xem bảng 8.1). Chọn ra cặp nội lực nguy hiểm nhất để thiết kế gồm: Tìm Nmax, |Mmax|, |Qmax|. Xác định sơ bộ loại cọc và vật liệu làm cọc - với phương án móng vừa phân tích và chọn như ở trên ta đặt chiếu sâu đặt mũi cọc từ 1÷2 m vào lớp đất thư 5. - chọn đài cọc và cọc dung bêtông có cấp độ bền B25 cốt thép AII (bêtông B25, Rb= 14.5 Mpa = 145 daN/cm2 ) - chọn tiết diện cọc d = 0.8 m; chọn cốt thép trong cọc theo cấu tạo (Fa=0.4÷0.6 %Fcọc); Fa= 0.5%Fcọc= 0.005x0.5x104 = 25 (cm2) - chọnm thép 10 Ø 18 thép AII ( Rs = 2800 daN/cm2), Fa = 25.45 cm2; - chọn thép đai Ø8 và lưới thép đầu cột Ø8a50; - chọn sơ bộ chiều cao đài cọc 2 m, bêtông B25, cọc cắm vào đài 0.2m,đoạn bêtông đầu cọc 0.5m (đập vỡ để râu thép cắm và đài dài 0.5m). Bảng 8.1: Tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất tại chân cột cột Tên tổ hợp Nott(KN) Mott(KN) Qott(KN) A COMB24 -3050.5 -169.77 -59.7 BAO MIN -3050.5 -188.66 -68.1 COMB23 -3024.1 -174.09 -64.2 B COMB5 -3195.8 -5.09 -1.6 BAO MIN -3195.8 -211.56 -82.7 COMB6 -3164.1 -5.74 -0.8 C COMB25 -2551.1 -193.24 -74.7 BAO MIN -2551.1 -212.85 -83.7 COMB7 -2502.8 -3.26 1.4 D COMB17 -1970.3 168.96 66 BAO MIN -1970.3 -198.05 -76 COMB15 -1963 170 65.4 Bảng tổ hợp nội lực ở trên là tải trọng tính toán. Để tính móng theo trạng thái giới hạn thứ 2ta phải sử dụng tải trọng tiêu chuẩn, do vậy ta phải lấy tải trọng tính toán chia cho hệ số vượt tải n = 1.15. Bảng 8.2: Tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất tại chân cột cột Tên tổ hợp Notc(KN) Motc(KN) Qotc(KN) A COMB24 -2652.61 -147.63 -51.91 BAO MIN -2652.61 -164.05 -59.22 COMB23 -2629.65 -151.38 -55.83 B COMB5 -2778.96 -4.43 -1.39 BAO MIN -2778.96 -183.97 -71.91 COMB6 -2751.39 -4.99 -0.70 C COMB25 -2218.35 -168.03 -64.96 BAO MIN -2218.35 -185.09 -72.78 COMB7 -2176.35 -2.83 1.22 D COMB17 -1713.3 146.92 57.39 BAO MIN -1713.3 -172.22 -66.09 COMB15 -1706.96 147.83 56.87 Do nội lực tại chân 2 (cột A và cột B,cột C và cột D), là gần bằng nhau nên ta chọn cặp nội lực tại chân cột B và chân cột C và có nội lực lơn hơn để thiết kế. Hình 9.1: Sơ đồ bố trí mũi cọc Tính toán móng trục B6 ( M1) Xác định độ sâu đặt đáy đài và chiều cao đài cọc Do cấu tạo địa chất,và tải trọng công trình không lớn lắm. nên địa chất đảm bảo khả năng chịu lực =>cho cọc cắm vào lớp 5 một đoạn 2m (cọc ở cao trình – 32m ). Chọn cọc có tiết diện ngang đường kính d =0.8 m Chiều sâu chôn móng tính từ mặt đất tự nhiên là 2m Chiều dài cọc =(cao trình đặt mũi cọc -sâu chôn móng+đoạn ngàm vào đài) h = 32-2+0.5 = 31 m -Đoạn ngàm vào đài: 0.5m (gồm đoạn chôn vào đài 10 cm, đoạn đập đầu cọc 40 cm ). Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc ( theo [9]) Pvl = m1 x mb Ru x Fc + Rax Fa Trong đó: m1=0.85 (hệ số điều kiện làm việc của cọc khoan nhồi) hệ số uốn dọc. mb=0.7 (hệ số điều kiện làm việc của bêtông ảnh hưởng bởi phương pháp thi công cọc và giử thành hố khoan bằng dung dịch pentonite) Ru=min(; 6000) = 6000 (KN/m2)vì đổ bêtông cọc nhồi dưới mực nước ngầm và trong dung dịch bentonnite ( Ru ≤ 6000 KN/m2); R= 32110 KN/m2 - mác bêtông thiết kế cọc khoan nhồi Ra =min(280000/1.5;22000)=186667 (KN/m2) Fc: - diện tích tiết diện của cọc Fc= π.r2 = 0.5 m2 = 5000 cm2 ; ÞPvl = 0.85x0.7x6000x0.5+ 186667x25.45x10-4 = 2260 (KN). Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất (theo [8]) Sức chịu tải của cọc theo đất nền được tính theo công thức như sau: Qgh = Qtc = m(mR.Ap.qP + u∑mf.fsi.hi) trong đó: m – hệ số làm việc của cọc trong đất, lây m = 1 mR ,mf – hệ số làm việc của cọc trong đất có xét đến ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc đối với cường độ tính toán cảu đất dưới mũi cọc và xung quanh cọc mR = 1.1, mf tra bảng. u: – chu vi cọc u = π.d = 3.14x0.8 = 2.512 m; Ap – diện tích tiết diện ngang của cọc F = π.r2 = 3.14x0.42 = 0.5 m2; qP – cường độ tính toán ở mũi cọc tại độ sâu Z = 32m cát thô chặt vừa tra bảng A.1 trang 68/ [6] có qP = 6700 (KN/m2); fsi – cường độ tính toán của lực ma sát bên của lớp đất thứ i tra bảng A.2 trang 68/ [6] có fsi chia đất nền thành các lớp đất đồng nhất như hình vẽ ( chiều dày mỗi lớp ≤ 2m); hi – chiều dày của lớp đất thứ i. Hình 9.2: Sơ đồ xác định Zi Bảng 9.3: Bảng tính các chỉ tiêu phụ Lớp lớp đất hi Zi fi mfi mfi.fi.hi phân tố (m) (m) (KN/m2) (KN/m) 1(bùn sét) 1 2 3.4 36.4 1 72.8 IL= 1.33 2 2 5.4 41 1 82 3 2 7.4 44 1 88 2(sét pha sỏi) 4 2 9.4 46 0.9 82.8 IL= 0.49 5 1.9 11.3 47 0.9 80.37 6 2 13.3 49 0.9 88.2 7 2 15.3 51 0.9 91.8 3(sét pha) 8 2 17.3 54 0.9 97.2 IL= 0.49 9 2 19.3 55 0.9 99 10 2 21.3 57 0.9 102.6 11 1.2 22.5 59 0.9 63.72 4 (cát mịn) 12 2 24.5 61 1 122 13 2 26.5 63 1 126 14 2 28.5 65 1 130 15 2 30.5 66 1 132 16 0.5 31 67 1 33.5 5(sét pha) 17 2 32 68 1 136 Tổng 1628 Qgh = Qtc = 1x(1.1x0.5x6700 + 2.512x1628) = 7774.5 KN/m2. Để đảm bảo thiết kế cọc an toàn, ở đây ta chọn trị số nhỏ hơn, tức là lấy theo tiêu chuẩn trang 66/[6]. Qa(a) =Qgh /1.6 = 7774.5/1.6 = 4859 KN để đưa vào tính toán. Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền (theo [8]) Sức chịu tải của cọc được tính theo công thức: Qu = Qs + Qp = As. fs + Ap. qp: Vớ: As - diện tích xung quanh của cọc tiếp xúc với đất; + Thành phần chịu tải do ma sát xung quanh cọc gây ra Qs: Qs = u.= u. Sức chịu tải cho phép của cọc: Qa(b)= trong đó: F.Ss: hệ an toàn thành phần ma sát lấy 1.5÷2; F.Sp: hệ an toàn thành phần ma sát lấy 2÷3. + Xác định sức chịu tải của mũi cọc Qp theo côngthức C.1.1 trang 77/[6]. Qp = Ap. qp = Ap Kc .qc‘ trong đó: u – chu vi tiết diện cọc, u = πd = 3.14x0.8 = 2.512 m; hsi – độ dài của cọc trong lớp thứ i; αi – hệ số phụ thuộc vào loại đất loại cọc; qci – sức cản mũi xuyên của lớp đất thứi; fsi – lực ma sát bên đơn vị của cọc ở lớp thứ I,có chiều dày hi; Kc – hệ số mang tải, phụ thuộc vào loại đất loại cọc, tra bảng Kc= 0.5; qc’ – Sức kháng xuyên trung bình lấy tại 3d = 3x0.8 = 2.4m trên và dưới mũi cọc. Vì cọc cắm vào lớp đất hạt trung l = 2 m do vậy qc’ = KN/m2; Ap – diện tích tiết diện đầu cọc: Ap = π.r2=3.14x0.42 = 0.5 (m2); Tư φ trong địa chất công trình tra bảng C.2 trang 77/[6] được qc. Bảng 9.4: Sức chống cắt cực hạn của mặt bên Lớp đất u(m) hci(m) qci(KN/m2) αi Qsi=u.hsi.qci/αi (KN) 1(bùn sét) 2.512 5.5 1000 30 460.53 2(sét pha sỏi) 2.512 3.74 1000 40 234.87 3(sét pha) 2.512 12 1000 35 861.26 4 (cát mịn) 2.512 8.5 2200 100 469.74 5 (sét pha) 2.512 2 1000 80 62.80 sức chống cắt cực hạn mặt bên Qs = 2089.21 Q a (b) = Qs + Qp = 2089 + 2057.5 = 4146.5 KN. Sức chống cực hạn của mũi xuyên: Qp = Ap Kc .q’c = 0.5 x 0.5 x 10833 = 2707.5 (KN); Vậy sức chịu tải cho phép của cọc bằng kết quả xuyên tĩnh: Q a (b) = KN; Như vậy sức chịu tải của cọc là giá trị nhỏ nhất giữa sức chịu tải theo vật liệu và theo sức chịu tải theo đất nền và sức chịu tải theo két quả xuyên tĩnh; Pa = min( Pvl ; Qa(a) ; Qa(b) ) = 1947 KN. Xác định sơ bộ kích thước đài cọc Khi khoảng cách giữa các cọc là 3d, thì áp lưc tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc gây ra: ptt = KN/m2. Diện tích sơ bộ đế đài: Ftt = m2. Chọn Fđ = 4 x 4 = 16 m2. Trọng lượng của đài và đất phủ trên đài: Nđtt =n . Fđ . h . gtb = 1.1 x 16 x 3x 20 = 1056 KN; Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: Ntt = N0tt + Nđtt = 3195.8 + 1056 = 3581.3 KN Số lượng cọc được xác định sơ bộ: ncọc = μ cọc, Chọn nc’= 4 cọc; ( Chọn μ= 1.4: Hệ số ảnh hưởng của momen). Hình 9.3: Bố trí cọc trong đài móng Cấu tạo và tính toán đài cọc Chọn chiều dài cọc ngàm vào đài: h=2cm Chọn chiều cao đài cọc là: hđài = 1.8 m. Xác định ∑Mtt = Mtt + Qtt.h: ∑Mtt = 211.56+ 82.7x1.8 = 360.42 (KN); Hình 9.4: Sơ đồ truyền tải từ cột xuống đế móng Hình 8.3: Bố trí cọc trong đài móng Theo [8], trong đài cọc tháp đâm thủng cóthẻ có góc ngiêng khác 450 như ỏ hình vẽ trên ( hình 8.3). Tính phản lức của cọc nên đài; Pttmax,min = trong đó: nc - số lượng cọc trong móng; ymax- khoảng cách từ tim cọc biên đến trục x ( trục qua trọng tâm và song song với cạnh ngắn của đài); yi - khoảng cách từ tim cọc thứ I đến trục x; ymax = m; ∑ m2; Pttmax,min = (KN) Pmax = 949.2 KN; Pmin = 648.8 KN; Ptb = KN. - Nhận xét: Pmax = 949.2 KN < Qa(b)= 1947 KN; Pmin = 648.8 KN>0; - Kết luận: Tải trọng tác dụng lên cọc nhỏ hơn sức chịu tải của cọc, nên thiết kế như trên là hợp lý. Pmin = 648.8 KN >0, nên không cần kiểm tra chống nhổ. Kiểm tra áp lực đáy móng khối quy ước Góc ma sát trong trung bình của các lớp đất trong móng khối qui ước trong đó: j1 = 4.420 ; h1 = 5.5m j2 = 12.530 ; h2 = 3.74m j3 = 10.450 ; h3 = 12m j4 = 28.420 ; h4 = 8.5m j5 = 13.50 ; h5 = 2 m Þ Diện tích đáy móng khối qui ước Chiều dài và chiều rông của móng khối quy ước: Am = Bm = + a,b:khoảng cách của 2 mép ngoài của 2 cột biên theo 2 phương cạnh dài và cạnh ngắn (a=4-0.4=3.6m,b=4-0.4=3.6m). + lc:chiều dài cọc. Aqu=Bqu= Þ Fqu = 7.7x7.7= 59.3 m2 Wqu = m2. Lực tác dụng tại đáy hố móng khối qui ước Lực tác dụng tại đáy móng khối qui ước: Xác định trọng lượng thể tích đẩy nổi: + Trọng lượng cọc trong đài: Nc = nc x (πd2/4)x 1.1x go x Lc = 4x (3.14x0.82/4)x 1.1 x 25 x 32 = 1768.5 KN; + Trọng lượng đài và đất trên đài: Nđài = Fqu x gtb x hh = 59.3x20x3 = 3558 KN; + Trọng lượng của các lớp đất của móng khối quy ước từ đáy đài đến đáy móng khối quy ước: Nđất = (Fqu –ndx(πd2/4)x gtb x hi = ( 59.3 - 4x(3.14x0.82/4) x 8.34x29 = 13856.3 KN; => Tổng tải trọng tại đáy móng khối quy ước: - Lực dọc: = Ntc + Nđài + Nđất + Ncọc = 2779 + 1768.5 + 3558 + 13856.3 = 21961.8 KN. -Momen: = Mtc + Qtcx(Lcọc+hđ ) =184 + 72x(29+1.8) = 2401.6 KN. - vậy ta có: nội lực tại đáy hố móng quy ước: = 21961.8 KN; = 2401.6 KN; = 72 KN; Hình 9.5: Sơ đồ truyền tải từ cột xuống đế móng quy ước Kiểm tra áp lực tiêu chuẩn dưới đáy móng khối qui ước áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng khối qui ước: ; ; cường độ của đất nền dưới mũ cọc (thoe công thức 15 trang 21/[9]): Rt/c =.( A x Bqu x gI + B x hm x gII + D x ctc ) trong đó: m1 = 1.1; m2 = 1; ktc = 1; Bqu = 7.7 m. hm: độ sâu đặt móng qui ước hm = 32m gI: dung trọng (đẩy nổi)của lớp đất dưới đáy móng khối qui ước = 0.929 g/cm3 gII :dung trọng trung bình của các lớp đất tính từ đáy móng khối qui ước : gII =(x hi )/hm = 8.34 KN/m3 . ctc = c5tc = 23.6 KN/m2 jtc= j5tc = 13.5o(tra theo bảng 14 trang 22 /[9]) được (A=0.26, B=2, D=4.53). Rtc = 1.1 x (0.26x7.7x9.3+ 2x29x8.34+ 4.53x23.6) = 670 KN/m2 Vậy : = 402 KN/m2< 1,2 Rtc= 804.2 KN/m2 < Rtc áp lực dưới đáy móng đã được thỏa. Kết luận: đất nền dưới đáy móng đủ sức chịu tải và ổn định. Kiểm tra độ lún dưới đáy móng quy ước Dùng phương pháp cộng lún từng lớp. Chia đất nền thành nhiều lớp có bề dày hi = 0.2b * Ưng suất do tải trọng bản thân của đất gây ra: sbt = gtb x hm = 8.34x32 = 266.88 (KN/m2) Ưng suất gây lún tại đáy móng khối qui ước sgl = - sbt trong đó: = 370.5 (KN/m2) sbt = 266.88 (KN/m2) =>sgl = Ko( - sbt ) = 1x(392 – 198.75) = 103.6 (KN/m2). Chia lớp đất phía dưới móng khối qui ước thành các lớp phân tố đồng nhất thoả điều kiện: hi = 0.2xbm = 0.2x7.7 = 1.54m Tỉ số . ko: tra bảng 1.22 trang 32/[8]. Tính tổng độ lún được tính bởi công thức sau: trong đó: (β = 0.8, E = 2500). Bảng 9.5: Bảng tính lún của lớp đất dưới đáy đài móng Điểm Độ sâu Z (m) 2Z/Bqu Eo Ko sbt sZigl stbgl bi Si (KN/m2) (KN/m2) (KN/m2) (KN/m2) (cm) 0 0 0 2500 1.00 266.88 103.62 87.53 0.8 3.02 1 1.54 0.4 2500 0.80 281.20 71.44 52.59 0.8 2.07 2 3.08 0.8 2500 0.45 295.52 33.74 16.87 0.8 0.67 Tổng độ lún 5.76 Hình 9.5: Biểu đồ ứng xuất tại đáy hố móng quy ước Giới hạn nền tại điểm có độ sâu 3.08m kể từ đáy móng khối quy ước vì Độ lún của móng khối qui ước được tính theo công thức: S = 6.33 cm < [Sgh] = 8 cm thỏa điều kiện. kiểm tra chuyển vị ngang đầu cọc (theo [6 ]) Qtt = 82.7 (KN) ; Mtt= 211.56 (KN.m); trong đó: yo =Hox =H0xxM0 H ,M :giá trị tính toán của lực cắt và moment tại đầu cọc. M = KN.m. H =. nc:số lượng cọc . lo= 0 m : chiều dài đoạn cọc(m),khoảng cách từ đáy đài cọc đến mặt đất. yo, : chuyển vị ngang và góc xoay của tiết diện ngang cọc ở mức đáy đài. I: moment quán tính của cọc =πD4/64=3.14(0.8)4/64=2x10-2 m4 E: mođun đàn hồi của bê tông = 2.7x107(KN/m2). H0= H = 20.7 KN; M0=M + Hl0= 115 KN.m; : chuyển vị ngang của tiết diện m/KN ,bởi lực H0= 1 : chuyển vị ngang của tiết diện m/KN ,bởi lực M0= 1 : chuyển vị ngang của tiết diện m/KN ,bởi lực H0= 1 : chuyển vị ngang của tiết diện m/KN ,bởi lực M0= 1 = ; =;= ; K: hệ số tỉ lệ(bảng G1 trang 85/[7]) bc =1.5d + 0.5 =1.5 x 0.8 + 0.5 =1.7 m Ao=2.441 , Bo=1.621 , Co=1.751:lấy theo bảng G2 trang 89/[6]; = = = yo =Hox = (20.7x2.1 + 115x1.4)x10-4 = 0.002045m = 0.002 m = 0.2cm <1 cm(với l0=0) =H0xxM0 = (20.7 x2.1+1.5x115)x10-4 = 0.0216 rad. Vậy cọc thỏa mãn điều kiệm chuyển vị ngang. Tính toán đài cọc Theo [8], trong đài cọc tháp đâm thủng có thể có góc ngiêng khác 450 như ỏ hình vẽ dưới Hình 9.6: Tháp dâm thủng Hình 9.7: Các mặt đâm thủng của cọc Kiểm tra chọc thủng theo công thức sau: P < [α1(bc + C2) + α2(bc + C1)].ho.Rk trong đó: P - lực đâm thủng bằng tổng phản lực của cọc nằm ngoài phạm vi của đáy tháp đâm thủng; P = Nttmax = 4x949.2 = 3796.8 KN bc,hc - kích thước tiết diện cột; ho - chiều cao hữu ích của đài cọc ( ho = 170 cm); C1,C2 - khoảng cách trên mặt bằng từ mép cột đến mép của đáy đài tháp đâm thủng; Rk - cường độ tính toán chịu ké của bêtông; Rk = 105 KN/m2 ( bêtông B25) α1,α2 - các hệ số (α1 = α2 = 3.35). Vậy: P = 3796.8 < [2x3.35x(40 + 60)]x170x0.105 = 11959.5 KN Do đó đài không bị chọc thủng; Kết luận: Vậy các kích thước tiết diện móng cọc độ chô móng và độ sâu đặt mũi cọc họn sơ bộ ban đầu là hợp lý. Tiến hành tính thép cho đài cọc Do kích thước và số cọc ở mỗi phương của mỗi móng là như nhau nên tính thép cho một phương và bố trí tương tự như hương còn lại. Chọn sơ đồ tính là dầm cosnol có mặt ngàm tại tiết diện mép cột tải trọng tác dụng là phản lực của các cọc nằm ngoài mép cột. Sơ đồ tính có dạng như sau: Hình 9.8: Sơ đồ tính đài móng + Mô men theo phương cạnh dài : M1 = Pmax = 949.2x2x1.2 = 2278 (KN.m) Fa = Với h0 = 1.8-0.2 = 1.6(m) Chọn 23f18; Fa = 58.5 (cm2) Bố trí a = ( n: là số cây thép được chọn) Chọn f18 a 180. Vậy bố trí thép f18 a 180 cho cả 2 phương. Tính toán móng trục C6 ( M2) Xác định độ sâu đặt đáy đài và chiều cao đài cọc Do cấu tạo địa chất,và tải trọng công trình không lớn lắm. nên địa chất đảm bảo khả năng chịu lực =>cho cọc cắm vào lớp 5 một đoạn 2m (cọc ở cao trình – 32m ). Chọn cọc có tiết diện ngang đường kính d =0.8 m Chiều sâu chôn móng tính từ mặt đất tự nhiên là 2m Chiều dài cọc =(cao trình đặt mũi cọc -sâu chôn móng+đoạn ngàm vào đài) h = 32-2+0.5 = 31 m -Đoạn ngàm vào đài: 0.5m (gồm đoạn chôn vào đài 10 cm, đoạn đập đầu cọc 40 cm ). Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc (Xem phần 9.1.2 vì chon thép chọn cọc như trên) Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất (Xem phần 9.1.3 vì chon thép chọn cọc như trên) Qa(a) =Qgh / 1.6 = 7774.5 / 1.6 = 4859 KN để đưa vào tính toán. Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền (Xem phần 9.1.3 vì chon thép chọn cọc như trên) Q a (b) = KN; Như vậy sức chịu tải của cọc là giá trị nhỏ nhất giữa sức chịu tải theo vật liệu và theo sức chịu tải theo đất nền và sức chịu tải theo két quả xuyên tĩnh; Pa = min( Pvl ; Qa(a) ; Qa(b) ) = 1947 KN. Xác định sơ bộ kích thước đài cọc Khi khoảng cách giữa các cọc là 3d, thì áp lưc tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc gây ra: ptt = KN/m2. Diện tích sơ bộ đế đài: Ftt = m2. Chọn Fđ = 4 x 2 = 8 m2. Trọng lượng của đài và đất phủ trên đài: Nđtt =n . Fđ . h . gtb = 1.1 x 8 x 3x 20 = 528 KN; Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: Ntt = N0tt + Nđtt = 2551.1 + 528 = 3079 KN Số lượng cọc được xác định sơ bộ: ncọc = μ cọc, Chọn nc’= 2 cọc; ( chọn μ= 1.2: Hệ số ảnh hưởng của momen). Hình 9.9: Bố trí cọc trong đài móng Cấu tạo và tính toán đài cọc chọn chiều dài cọc ngàm vào đài: h=2cm chọn chiều cao đài cọc là: hđài = 1.8 m. Xác định ∑Mtt = Mtt + Qtt.h: ∑Mtt = 212.85 + 83.7x1.8 = 363.5 (KN); Hình 9.10: Sơ đồ truyền tải từ cột xuống đế móng Hình 9.11: Bố trí cọc trong đài móng Với chiều cao đài cọc hđài = 1.8m, thì đầu cọc nằm ở phạm vi dáy tháp trọc thủng nên không cần kiểm tra điều kiện trọc thủng ( hình vẽ trên). Tải trọng tác dụng lên cọc: Pttmax,min = trong đó: nc - số lượng cọc trong móng; ymax- khoảng cách từ tim cọc biên đến trục x ( trục qua trọng tâm và song song với cạnh ngắn của đài); yi - khoảng cách từ tim cọc thứ I đến trục x; ymax = m; ∑ m2; Pttmax,min = (KN) ; Pmax = 1730 KN; Pmin = 821.2 KN; Ptb = KN. - Nhận xét: Pmax = 1730 KN < Qa (b)= 1947 KN; Pmin = 821.2 KN>0; - Kết luận: Tải trọng tác dụng lên cọc nhỏ hơn sức chịu tải của cọc, nên thiết kế như trên là hợp lý. Pmin = 821.2 KN >0, nên không cần kiểm tra chống nhổ. Kiểm tra áp lực đáy móng khối quy ước Góc ma sát trong trung bình của các lớp đất trong móng khối qui ước Trong đó : j1 = 4.420 ; h1 = 5.5m j2 = 12.530 ; h2 = 3.74m j3 = 10.450 ; h3 = 12m j4 = 28.420 ; h4 = 8.5m j5 = 13.50 ; h5 = 2 m Þ Diện tích đáy móng khối qui ước Chiều dài và chiều rông của móng khối quy ước: Am = Bm = + a,b:khoảng cách của 2 mép ngoài của 2 cột biên theo 2 phương cạnh dài và cạnh ngắn (a=4-0.4=3.6m,b=2-0.4=1.6 m). + lc:chiều dài cọc. Aqu= Bqu= Þ Fqu = 7.7x5.7= 43.9 m2 Wqu = m2. Lực tác dụng tại đáy hố móng khối qui ước Lực tác dụng tại đáy móng khối qui ước: Xác định trọng lượng thể tích đẩy nổi: + Trọng lượng cọc trong đài: Nc = nc x (πd2/4)x 1.1x go x Lc = 2x (3.14x0.82/4)x 1.1 x 25 x 32 = 884.2 KN; + Trọng lượng đài và đất trên đài: Nđài = Fqu x gtb x hh = 43.9x20x3 = 2634 KN; + Trọng lượng của các lớp đất của móng khối quy ước từ đáy đài đến đáy móng khối quy ước: Nđất = (Fqu –ndx(πd2/4)x gtb x hi = ( 41.7 - 2x(3.14x0.82/4)) x 8.34x29 = 9842.5 KN; => Tổng tải trọng tại đáy móng khối quy ước: - Lực dọc: = Ntc + Nđài + Nđất + Ncọc = 2218.35 + 2634 + 9842.5 + 884.2 = 15579 KN. -Momen: = Mtc + Qtcx(Lcọc+hđ ) =185 + 72.8x(29+1.8) = 2427.24 KN. Hình 9.12: Sơ đồ truyền tải từ cột xuống đế móng quy ước Kiểm tra áp lự tiêu chuẩn dưới đáy móng khối qui ước áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng khối qui ước: ; ; cường độ của đất nền dưới mũ cọc (thoe công thức 15 trang 21/[9]): Rt/c =.( A x Bqu x gI + B x hm x gII + D x ctc ) trong đó: m1 = 1.1; m2 = 1; ktc = 1; Bqu = 5.7 m. hm: độ sâu đặt móng qui ước hm = 32m m1 = 1.1; m2 = 1; ktc = 1; Bqu = 5.7 m. hm: độ sâu đặt móng qui ước hm = 32m gI: dung trọng (đẩy nổi)của lớp đất dưới đáy móng khối qui ước = 0.929 g/cm3 gII :dung trọng trung bình của các lớp đất tính từ đáy móng khối qui ước gII =(x hi )/hm = 8.34 KN/m3 , ctc = c5tc = 23.6 KN/m2 jtc= j5tc = 13.5o(tra theo bảng 14 trang 22 /[9]) được (A=0.26, B=2, D=4.53). Rtc = 1.1 x (0.26x7.3x9.3+ 2x29x8.34+ 4.53x23.6) = 670 KN/m2 Vậy : = 402 KN/m2< 1,2 Rtc= 804.2 KN/m2 < Rtc áp lực dưới đáy móng đã được thỏa. Kết luận: đất nền dưới đáy móng đủ sức chịu tải và ổn định. Kiểm tra độ lún dưới đáy móng quy ước Dùng phương pháp cộng lún từng lớp. Chia đất nền thành nhiều lớp có bề dày hi = 0.2b * Ưng suất do tải trọng bản thân của đất gây ra: sbt = gtb x hm = 8.34x32 = 266.88 (KN/m2) Ưng suất gây lún tại đáy móng khối qui ước sgl = - sbt trong đó: = 354.9 (KN/m2) sbt = 266.88 (KN/m2) =>sgl = Ko( - sbt ) = 1x(354.9 – 266.88) = 88 (KN/m2). Chia lớp đất phía dưới móng khối qui ước thành các lớp phân tố đồng nhất thoả điều kiện: hi = 0.2xbm = 0.2x5.7 = 1.46m Tỉ số Ko: tra bảng 1.22 trang 32/[8]. Tính tổng độ lún được tính bởi công thức sau: trong đó: (β = 0.8, E = 2500). Bảng 9.5: Bảng tính lún của lớp đất dưới đáy đài móng Điểm Độ sâu Z (m) 2Z/Bqu Eo Ko sbt sZigl stbgl bi Si (KN/m2) (KN/m2) (KN/m2) (KN/m2) (cm) 0 0 0 2500 1.00 266.88 88.02 76.80 0.8 2.65 1 1.14 0.4 2500 0.85 280.46 65.57 49.63 0.8 1.96 2 2.28 0.8 2500 0.53 294.04 33.69 16.84 0.8 0.66 Tổng độ lún 5.27 Hình 9.13: Biểu đồ ứng xuất tại đế hố móng quy ước Giới hạn nền tại điểm có độ sâu 3.42 m kể từ đáy móng khối quy ước vì Độ lún của móng khối qui ước được tính theo công thức: S = 5.55 cm < [Sgh] = 8 cm thỏa điều kiện. kiểm tra chuyển vị ngang đầu cọc (theo [6 ]) Qtt = 83.7 (KN) ; Mtt= 212.85 (KN.m); trong đó: yo =Hox =H0xxM0 H ,M :giá trị tính toán của lực cắt và moment tại đầu cọc. M = KN.m. H =. nc:số lượng cọc. lo= 0 m : chiều dài đoạn cọc(m),khoảng cách từ đáy đài cọc đến mặt đất. yo , : chuyển vị ngang và góc xoay của tiết diện ngang cọc ở mức đáy đài. I: moment quán tính của cọc =πD4/64=3.14(0.8)4/64=2x10-2 m4 E: mođun đàn hồi của bê tông = 2.7x107(KN/m2). H0= H = 41.85 KN; M0=M + Hl0= 181.8 KN.m; : chuyển vị ngang của tiết diện m/KN ,bởi lực H0= 1 : chuyển vị ngang của tiết diện m/KN ,bởi lực M0= 1 : chuyển vị ngang của tiết diện m/KN ,bởi lực H0= 1 : chuyển vị ngang của tiết diện m/KN ,bởi lực M0= 1 = ; =;= ; K: hệ số tỉ lệ(bảng G1 trang 85/[7]) bc =1.5d + 0.5 =1.5 x 0.8 + 0.5 =1.7 m Ao=2.441 , Bo=1.621 , Co=1.751:lấy theo bảng G2 trang 89/[6]; = = = yo =Hox = (41.85x2.1 + 181.8x1.4)x10-4 = 0.00342.4m = 0.00342.4 m = 0.342.4cm <1 cm(với l0=0) =H0xxM0 = (41.85 x2.1+1.5x181.85)x10-4 = 0.0306 rad. Vậy cọc thỏa mãn điều kiệm chuyển vị ngang. Tính toán đài cọc Theo [8], trong đài cọc tháp đâm thủng có thể có góc ngiêng khác 450 như ỏ hình vẽ dưới Hình 9.6: Tháp dâm thủng Kiểm tra chọc thủng theo công thức sau: P < [α1(bc + C2) + α2(bc + C1)].ho.Rk trong đó: P - lực đâm thủng bằng tổng phản lực của cọc nằm ngoài phạm vi của đáy tháp đâm thủng; P = Nttmax = 2x1730 = 3460 KN bc,hc - kích thước tiết diện cột; ho - chiều cao hữu ích của đài cọc ( ho = 170 cm); C1,C2 - khoảng cách trên mặt bằng từ mép cột đến mép của đáy đài tháp đâm thủng phương2 là phương dọc theo chiều rộng; Rk - cường độ tính toán chịu ké của bêtông; Rk = 105 KN/m2 ( bêtông B25) α1,α2 - các hệ số (α1 = 3.25, α2 = 0). Vậy: P = 3796.8 < [3.25x(40 + 60)]x170x0.105 = 5801.25 KN Do đó đài không bị chọc thủng; Kết luận: Vậy các kích thước tiết diện móng cọc độ chôn móng và độ sâu đặt mũi cọc họn sơ bộ ban đầu là hợp lý. Tiến hành tính thép cho đài cọc Do kích thước và số cọc ở mỗi phương của mỗi móng là như nhau nên tính thép cho một phương và bố trí tương tự như hương còn lại. Chọn sơ đồ tính là dầm consol có mặt ngàm tại tiết diện mép cột tải trọng tác dụng là phản lực của các cọc nằm ngoài mép cột. Sơ đồ tính có dạng như sau: Hình 9.6: Sơ đồ tính đài móng + Mô men theo phương cạnh dài : M1 = Pmax = 1730 x1.2 = 2076 (KN.m) Fa = Với h0 = 1.8-0.2 = 1.6(m) Chọn 17f20; Fa = 53.4 (cm2) Bố trí a = ( n: là số cây thép được chọn) Chọn f20 a 125. + Mô men theo phương cạnh ngắn: Vì đài chỉ có 2 cọc nên khoảng cáhc từ trọng tâm cọc đến truc qua tim côth theo phương cạnh ngắn = 0; M1 = Pmax = 951.4x 0= 0 (KN.m) Vậy ta bố trí cốt thép phương cạnh ngắn theo cấu tạo Chọn f14 a 200. Bố trí thép Cốt thép đài móng được bố trí trong bản vẽ KC-02/03 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. TCVN 2737 – 1995. Tiêu chuẩn tải trọng và tác động (Tiêu chuẩn thiết kế xây dựng TIIÊU CHUẨN VIỆT NAM) [2]. Giáo trình kết cấu bê tông cốt thép tập 2 – VÕ BÁ TẦM. Nhà xuất bản ĐH. Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh. [3]. TCXD 336 -1995 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép nhầ công nghiệp. [4]. Giáo trình kết cấu bê tông cốt thép phần cấu kiện ơ bản– Pgs, Ts. PHAN QUANG MINH (chủ biên) Gs, Ts. NGÔ THẾ PHONG – Gs,Ts. NGUYỄN ĐÌNH CỐNG Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội – 2006. [5]. TCVN 5574 – 1991 Tiêu chuẩn thiết kế sàn nhà. [6]. TCXD 205 – 1998 Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc. [7]. TCXD 356 – 2005 Tiêu chuẩn tính toán cấu kiện bê tông cốt thép. [8]. Giáo trình nền và móng – LÊ ANH HOÀNG Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội – 2004. [9]. TCXD 45 – 1978 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình. [10]. TCXD 195– 1997 Thiết kế nhà cao tầng – Thiết kế cọc khoan nhồi. [11]. TCXD 198– 1997 Thiết kế nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tong cốt thép toàn khối. [12]. Giáo trình kết cấu bê tông cốt thép tập 3 – VÕ BÁ TẦM. Nhà xuất bản ĐH. Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh. Ngoài ra em còn tham khảo thêm Sách hướng dẫn đồ án môn học bê tông cốt thép 1 SÀN SƯỜN TOÀN KHỐI CÓ BẢN DẦM – NGUYỄN VĂN HIỆP Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh Sách khung bêtông cốt thép – Ts. Trịnh Kim Đạm – Ts. Lê Bá Huế Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật