Bài giảng nền và móng chương 4 đào nguyên vũ

CÁC KHÁI NIỆM Bè cọc: gồm nhiều cọc có chung một đài với kích thước lớnhơn 10m*10m. Đài cọc: là phần kết cấu để liên kết các cọc trong một nhómcọc với công trình bên trên. Cọc đài cao

Trang 1

CHƯƠNG 4: MÓNG CỌC

PILES FOUNDATION

Trang 2

4.1 CÁC KHÁI NIỆM

 Cọc: là một kết cấu có chiều dài lớn hơn nhiều so với chiều

rộng tiết diện ngang (hoặc đường kính) được đóng, ép và runghay thi công tại chỗ vào trong lòng đất

 Cọc thí nghiệm: là cọc được dùng để đánh giá sức chịu tải

hoặc kiểm tra chất lượng cọc

 Nhóm cọc: gồm một số cọc được bố trí gần nhau và cùng có

chung một đài cọc

 Băng cọc: gồm những cọc được bố trí theo 1 3 hàng dướicác móng băng

Trang 3

 Bè cọc: gồm nhiều cọc có chung một đài với kích thước lớn

hơn 10m*10m

 Đài cọc: là phần kết cấu để liên kết các cọc trong một nhóm

cọc với công trình bên trên

 Cọc đài cao: là hệ cọc mà trong đó đài cọc không tiếp xúc

với đất

 Cọc đài thấp: là hệ cọc mà trong đó đài cọc tiếp xúc với đất.

 Cọc chống: là cọc có sức chịu tải chủ yếu do lực chống của

đất tại mũi cọc

Trang 4

 Cọc ma sát: là cọc có sức chịu tải chủ yếu do ma sát của đất

tại mặt bên cọc

 Tải trọng thiết kế: là giá trị tải trọng dự tính tác dụng lên

cọc

 Sức chịu tải cực hạn: là giá trị sức chịu tải lớn nhất của cọc

trước thời điểm xảy ra phá hoại, xác định bằng tính toán hoặcthí nghiệm

 Sức chịu tải cho phép: là giá trị tải trọng mà cọc có khả

năng mang được, xác định bằng cách chia sức chịu tải cực hạn

Trang 5

Móng cọc đài thấp, đài cao

Trang 6

Cọc mở rộng đáy

Trang 7

Các dạng tiết diện ngang cọc BTCT đúc sẵn

Cấu tạo chi tiết cọc BTCT

Trang 8

Cấu tạo cốt thép đai cọc BTCT Mặt cắt ngang cọc BTCT

Trang 9

Cấu tạo cốt thép mũi cọc BTCT

Trang 10

Lưới thép đầu cọc BTCT và móc cẩu

Trang 11

Cấu tạo thép chờ và đai thép đầu cọc BTCT khi cọc có mối nối

Trang 12

Chi tiết mối nối cọc BTCT

Trang 13

Cọc nhồi BTCT

Trang 14

Trang 15

Lồng thép cọc nhồi BTCT

Trang 16

Trang 17

Cọc nhồi BTCT

Trang 18

Trang 19

Bố trí cọc barrettes đơn công trình Harbour View Tower (TP.HCM)

Trang 20

Trang 21

Bố trí bè cọc barrettes công trình Petronas Tower (Malaysia)

Trang 22

Trang 23

4.2 CÁC NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CHO TÍNH TOÁN

Cọc và móng cọc được thiết kế theo các trạng thái giới hạn,được phân thành hai nhóm sau:

 Nhóm thứ nhất gồm các tính toán

• Sức chịu tải giới hạn của cọc theo các 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

Trang 24

• Hình thành và mở rộng vết nứt trong cọc và đài cọc bằngBTCT

 Tải trọng dùng trong tính toán theo nhóm TTGH thứ nhất là tổhợp tải trọng cơ bản và tải trọng đặc biệt với tải trọng tínhtoán

 Tải trọng dùng trong tính toán theo nhóm TTGH thứ hai là tổhợp tải trọng cơ bản với tải trọng tiêu chuẩn

 Chọn loại cọc: căn cứ vào các yêu cầu

• Đặc điểm của công trình

Trang 25

• Điều kiện cụ thể của đất nền và nước ngầm

• Hiện trường xây dựng (công trình lân cận, hệ thốngngầm,…)

• Khả năng thi công của nhà thầu

• Tiến độ thi công và thời gian cần thiết để hoàn thành

• Khả năng kinh tế của chủ đầu tư

• Cọc BTCT đúc sẵn, cọc BTCT ứng suất trước (dự ứng lực),cọc thép, cọc nhồi, cọc barrette, …v.v

Trang 26

4.3 SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC

Sức chịu tải dọc trục của cọc được phân biệt làm hai loại:

 Sức chịu tải theo vật liệu, Q vl

Sức chịu tải cực hạn, Quvl sẽ được tính toán dựa trên cường độcực hạn của vật liệu

• Với cọc thép: cường độ cực hạn của thép thường là giới hạn

chảy

• Với cọc bê tông cốt thép: cường độ cực hạn thường lấy là

cường độ thí nghiệm ở ngày tuổi thứ 28

 Sức chịu tải theo đất nền, Q đn

Trang 27

 Sức chịu tải theo đất nền, Q đn gồm:

• Sức kháng bên, Q s : là phản lực giữa

đất xung quanh cọc với phần xung quanh

của cọc

• Sức kháng mũi, Q p : là phản lực giữa

đất ở mũi cọc tác dụng lên đầu cọc

Q u = Q s + Q p

Sức chịu tải, Q đn

p p p

L s s

q A Q

dz f u

Q



0

Trang 28

Trong đó:

• u: chu vi tiết diện cọc

• Ap: diện tích tiết diện ngang cọc

• L: chiều dài cọc

• fs: ma sát bên đơn vị cực hạn của cọc

• qp: sức kháng mũi đơn vị cực hạn của cọc

 Sức chịu tải cực hạn của cọc,

Q u = min(Q uvl , Q uđn )

Trang 29

Lưu ý:

 Với cọc nhồi: Ta có thể thiết kế, Q uvl  Q uđn

 Với cọc đóng hoặc cọc ép: để tránh bị phá hoại cọc (nhất làđầu hoặc mũi cọc) trong quá trình hạ cọc, thì cần thiết kế nhưsau:

Q u = Q uđn

Q uvl >> Q uđn

Trang 30

4.4 SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC ĐƠN

4.4.1.Sức chịu tải của cọc theo vật liệu

a.Cọc BTCT đúc sẵn tiết diện đặc (chịu nén)

Cọc được tính như một thanh chịu nén có xét đến uốn dọc

Q a = (A p R n + A S R s ) Trong đó:

• Rn : cường độ chịu nén của bê tông cọc

• Rs : cường độ chịu nén của cốt thép dọc cọc

• Ap : diện tích tiết diện ngang của cọc

• As : diện tích tiết diện ngang của cốt thép dọc trong cọc

Trang 31

Trong đó:

• : độ mãnh của cọc

• r: bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông

• b: chiều rộng của cọc tiết diện hình chữ nhật (cọc barrette)

• l0: chiều dài tính toán của cọc, l 0 = l.

Trang 32

• l: chiều dài thực của đoạn cọc

• : hệ số, phụ thuộc vào liên kết của hai đầu cọc

Hệ số phụ thuộc liên kết hai đầu cọc, 

Trang 33

Lưu ý:

 Cọc có thể liên kết với đài dưới dạng khớp hoặc ngàm

 Trường hợp Liên kết khớp: cọc cần được cắm vào đài với

chiều sâu 5  10cm Không bắt buộc phải kéo dài cốt thépcọc vào đài

 Trường hợp Liên kết ngàm: chiều dài ngàm cọc hoặc cốt

thép cọc kéo dài trong đài lấy theo tiêu chuẩn thiết kếKCBTCT

 Cọc ứng suất trước: không được dùng cốt thép kéo căng củacọc để ngàm vào đài mà phải cấu tạo hệ cốt thép riêng

Trang 34

Lưu ý: Chiều dài tính toán của cọc,

l0 được xác định như sau:

 Khi thi công (đóng hoặc ép cọc)

l 01 = 1 l 1 Trong đó:

• l1: chiều dài đoạn cọc lớn nhất khi

chưa thi công vào đất

• 1 = 1 (thiên về an toàn xem tại vị

trí nối cọc là liên kết khớp, tại vị trí Sơ đồ xác định l

0 khi thi công cọc

Trang 35

 Khi cọc chịu tải trọng

công trình

l 02 = 2 l 2 Trong đó:

• l2 = le: chiều dài tính đổi

(xem cọc như ngàm tại vị trí

cách đáy đài cọc một

Trang 36

 Thiên về an toàn, chọn l 0 = max(l 01 , l 02 )

 Xác định chiều dài tính đổi, l e

Trang 37

 Xác định chiều dài tính đổi, l e

 K: hệ số tỷ lệ, tra bảng

 bc: chiều rộng quy ước của cọc, phụ thuộc vào đường kínhcọc, d

Khi d < 0.8m thì b c = 1.5d + 0.5m.

Khi d  0.8m thì b c = d + 1m.

 Eb: module đàn hồi của vật liệu cọc

 : moment quán tính tiết diện ngang của cọc

Trang 38

Bảng G1 Hệ số tỷ lệ, K

Trang 39

 Khi xét đến sự hiện diện của đất bùn loãng xung quanh cọcthì M.Jacobson đề nghị ảnh hưởng của uốn dọc như sau:

Trong đó:

• L: chiều dài cọc

• r: bán kính hoặc cạnh cọc

Hệ số uốn dọc,  (theo M Jacobson)

Trang 40

 Khi vận chuyển hoặc lắp dựng cọc, cần kiểm tra lại lượng cốtthép chống uốn, chống cắt

Trang 41

Lưu ý:

 Khi xác định được M, V trong quá trình vận chuyển hoặc lắpdựng  kiểm tra lại lượng cốt thép dọc, cốt đai đã bố trí

 Trọng lượng cọc, W (hoặc q) cần xét đến hệ số động từ (1.2

÷ 2) tuỳ theo điều kiện phương tiện vận chuyển và cung đườngvận chuyển tốt hay xấu

Trang 42

Sơ đồ tính khi lắp dựng và vận chuyển

a Vận chuyển

b Lắp dựng

Trang 43

b.Cọc nhồi BTCT tiết diện đặc (chịu nén)

Q a = R u A p + R an A a Trong đó:

• Ru: cường độ tính toán của bê tông cọc nhồi

R u = R/4.5 khi đổ bê tông dưới nước hoặc dưới bùn, nhưng

không lớn hơn 6MPa

R u = R/4 khi đổ bê tông trong hố khoan khô, nhưng không lớn

hơn 7MPa

R: mác thiết kế của bê tông cọc

• Ap: diện tích tiết diện ngang của cọc

Trang 44

b.Cọc nhồi BTCT tiết diện đặc (chịu nén)

• Aa: diện tích tiết diện ngang của cốt thép trong cọc

• Ran: cường độ tính toán của cốt thép

Khi  < 28mm, R an = R c /1.5 nhưng không lớn hơn 220MPa.

Khi   28mm, R an = R c /1.5 nhưng không lớn hơn 200MPa.

Rc: giới hạn chảy của cốt thép

c.Cọc ống BTCT (chịu nén)

 Khi l 0 /d  12

Q a = (A p R n + A S R s + 2.5A st R st )

Trang 45

Trong đó:

• l0: chiều dài tính toán của cọc

• d: đường kính cọc

• Rn : cường độ chịu nén của bê tông cọc

• Rs : cường độ chịu nén của cốt thép dọc cọc

• Ap : diện tích tiết diện ngang của lõi bê tông cọc (phần nằmtrong cốt đai)

• As : diện tích tiết diện ngang của cốt thép dọc trong cọc

Trang 46

Trong đó:

•  : hệ số uốn dọc, phụ thuộc vào độ mảnh của cọc

• Rst : cường độ tính toán của cốt thép xoắn

• Ast : diện tích quy đổi của cốt thép xoắn

A st = D t A t /b t

Dt: đường kính vòng xoắn

At: diện tích tiết diện ngang của cốt thép xoắn

bt: khoảng cách giữa các vòng xoắn

Trang 47

 Khi l 0 /d > 12

Không xét đến ảnh hưởng của cốt thép xoắn và tính toán nhưcọc BTCT tiết diện đặc

Trang 48

4.4.1.Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền

 Sức chịu tải cho phép của cọc đơn, Q a = Q tc /k tc

Trong đó:

Qtc: sức chịu tải tiêu chuẩn

ktc: hệ số độ tin cậy (hệ số an toàn), lấy bằng:

• k tc = 1, đối với móng bè cọc.

• k tc = 1.2, nếu sức chịu tải xác định bằng nén tĩnh cọc tại

hiện trường

• k tc = 1.25, nếu sức chịu tải xác định theo kết quả thử động

Trang 49

• k tc = 1.4, nếu sức chịu tải xác định bằng tính toán.

 Đối với đài cao hoặc đài thấp mà đáy của nó nằm trên đất cótính nén lún lớn và đối với cọc ma sát chịu tải trọng nén, cũngnhư đối với bất kỳ loại đài nào mà cọc ma sát, cọc chống chịutải trọng nhổ, tuỳ thuộc vào số lượng cọc trong móng

Số lượng cọc trong móng k tc k tc (khi sức chịu tải của cọc xác định

từ kết quả nén tĩnh tại hiện trường)

Trang 50

Lưu ý:

 Nếu việc tính toán móng cọc có kể đến tải trọng gió và tảitrọng cầu trục thì được phép tăng tải trọng tính toán trên cáccọc biên lên 20%

 Đối với móng chỉ có 1 cọc đóng mang tải trên 600kN hoặc 1cọc nhồi mang tải trên 2500kN thì,

• k tc = 1.4, nếu sức chịu tải xác định bằng thử tĩnh cọc.

• k tc = 1.6, nếu sức chịu tải xác định bằng các phương pháp

khác

Trang 51

a.Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc chống trên đất ít nén co (Es

= 500kG/cm2), xác định theo công thức:

Q tc = mq p A p Trong đó:

m: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, m = 1

Ap: diện tích tiết diện ngang của cọc

qp: cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc, lấy như sau:

• Đối với mọi loại cọc đóng mà mũi cọc chống lên đá, đất hònlớn (đá tảng, đá cuội, đá dăm, sỏi sạn có độn cát) cũng như

trong trường hợp chống lên đất sét cứng, q p = 2000T/m 2

Trang 52

• Đối với cọc nhồi, cọc ống có nhồi bê tông ngàm vào đá không

bị phong hoá không nhỏ hơn 0.5m, xác định theo công thức:

Trong đó:

qtc

rock: cường độ chịu nén tiêu chuẩn một trục của đá ở trạngthái no nước

ks: hệ số an toàn của đất, ks = 1.4

h: độ chôn sâu tính toán của cọc trong đá

d: đường kính của cọc ngàm trong đá

q q

s

tc rock p

Trang 53

• Đối với cọc ống chống lên bề mặt đá bằng phẳng không bịphong hoá, q p = q tc

rock /k s b.Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát thi công bằng

phương pháp đóng có bề rộng tiết diện, b  0.8m, chịu tảitrọng nén,

Q tc = m(m R q p A p + um f f si l i ) Trong đó:

• qp và fsi: cường độ chịu tải ở mũi và mặt bên cọc, tra bảng

• m: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, m = 1

Trang 54

• mR, mf: các hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc vàmặt bên cọc có kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc, trabảng

• u: chu vi tiết diện cọc

• li: chiều dày lớp đất (phân tố) thứ i mà cọc đi qua

Lưu ý:

Đối với cọc đóng mà mũi của nó tựa lên đất cát có độ chặttương đối, ID < 1/3 hoặc trên đất sét có chỉ số lỏng, IL > 0.6 thìsức chịu tải của cọc nên xác định theo kết quả nén tĩnh cọc

Trang 55

Sức chống của đất ở mũi cọc, q

Trang 56

Trang 57

Chú thích:

• Các trị số qp trình bày ở dạng phân số thì tử số là của cát,còn mẫu số là của sét

• Độ sâu của mũi cọc tính từ code địa hình tự nhiên

• Các giá trị trung gian, fsi: xác định bằng nội suy

• Khi xác định fsi, đất nền được chia thành các lớp nhỏ đồngnhất có chiều dày, li  2m

• Ma sát bên fsi của đất cát chặt nên tăng thêm 30% so với cácgiá trị trong bảng

Trang 58

Sơ đồ xác định ma sát bên cọc, f

Trang 59

Các hệ số m R , m f

Trang 60

Các hệ số

m R , m f

Trang 61

c.Sức chịu tải trọng nhổ (hoặc kéo) xác định theo công thức:

Q tc k = mum f f si l i

u, mf, fsi, li: xác định như trên

m: hệ số điều kiện làm việc,

• Đối với cọc hạ vào đất ở độ sâu < 4m, m = 0.6

• Đối với cọc hạ vào đất ở độ sâu  4m, m = 0.8

d.Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc nhồi có và không có mở

rộng đáy cũng như của cọc chịu tải trọng nén đúng tâm,

Q tc = m(m R q p A p + um f f si l i )

Trang 62

Trong đó:

m: hệ số điều kiện làm việc

• Khi cọc tựa lên đất sét có S < 0.85, lấy m = 0.8

• Các trường hợp còn lại, lấy m = 1

qp: cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc nhồi, cọc trụ và cọcống hạ có lấy đất ra khỏi ruột ống sau đó đổ bê tông cho phéplấy như sau:

• Đối với đất hòn lớn có chất độn là cát và đối với đất cát.

q p = 0.75(I ’d p A 0

k + I LB 0

k )

Định dạng
Số trang	167
Dung lượng	2,23 MB