MÓNG CỌC KHOAN NHỒI

Cọc khoan nhồi có thể không có cốt thép chịu lực khi các tải trọng công trình chỉ gây ra ứng cắt kéo dài suốt chiều dài cọc.. 8.2./ TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC DÙNG CHO CÔNG TRÌNH 8.2.1/

Trang 1

CHƯƠNG 8 MÓNG CỌC KHOAN NHỒI8.1/ GIỚI THIỆU VỀ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI

8.1.1 CẤU TẠO

Cọc khoan nhồi là loại cọc được đúc bê tông tại chỗ vào trong lỗ trống được đào hoặc khoan trong lòng đất, tiết diện ngang tròn Cọc khoan nhồi có thể không có cốt thép chịu lực khi các tải trọng công trình chỉ gây ra ứng cắt kéo dài suốt chiều dài cọc

8.1.2 CÔNG NGHỆ THI CÔNG

Gồm các bước cơ bản sau

- Tạo hố khoan : Có đường kính bằng đường kính ngoài của cọc BTCT Hiện nay ở

Việt Nam đã có máy khoan với đường kính D : 800 2000mm

- Khi đào hố khoan ta phải giải quyết ổn định cho thành vách bằng cách bơm dung dịch

Bentonite vào hố khoan trong khi đào và luôn giữ mực bùn khoan trong hố móng cao hơn mực nước ngầm

- Thay bùn : Sau khi hoàn tất việc tạo lỗ phải thay bùn khoan, tránh bùn bám vào các thanh thép, thường người ta thả một máy bơm bùn xuống tận đáy hố đào để bơm bùn khoan

- Đặt lồng thép: Lồng thép phải được hàn chắc chắn và có số mối nối tối thiểu Khi thả lồng thépvào hố khoan cần phải định vị cẩn thận để lồng thép được nằm giữa hố đào (Bêtông sẽ bao phủ toàn bộ lồng thép sau khi đổ) , sau đó đặt ống đổ bê tông

- Đổ bê tông vào hố khoan: Đây là giai đoạn quan trọng nhất quyết định chất lượng cọc khoan nhồi Công nghệ đổ bêtông phải thực hiện sao cho bêtông được cấp cho cọc là liên tục, không bị gián đoạn Thời gian đổ bêtông cho một cọc không nên vượt quá 4 giờ Đổ bêtông liên tục để bêtông không trộn lẫn vào dung dịch bentonite, đồng thời đẩy dung dịch bentonite ra ngoài,( kết hợp với việc thu hồi dung dịch Bentonite)

Yêu cầu mác bêtông thường dùng không nhỏ hơn 200, độ sụt không nhỏ hơn 15cm và thường được qui định là 17cm ± 2cm, phải sử dụng các loại phụ gia ninh kết chậm và phụ gia dẻo cho bêtông

8.1.3 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 nếu ta dùng đường kính lớn và độ sâu cọc lớn

- Lượng thép trong cọc khoan nhồi ít, chủ yếu để chịu tải trọng ngang

Trang 2

- Có khả năng thi công cọc khi qua các lớp đất cứng nằm xen kẻ

8.1.4 NHƯỢC ĐIỂM CỦA CỌC KHOAN NHỒI

- Giá thành cao do kỹ thuật thi công phức tạp, dù thiết kế cốt thép trong cọc rất tiết kiệm

- Biện pháp kiểm tra chất lượng bê tông cọc khoan nhồi rất phức tạp bằng phương pháp siêu âm hay thử tĩnh tải cọc

- Ma sát bên thân cọc có thể giảm đi đáng kể so với cọc đóng và cọc ép do công nghệ tạo khoan

lỗ

8.2./ TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC DÙNG CHO CÔNG TRÌNH

8.2.1/ CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỌC

Các thông số kỹ thuật cọc khoan nhồi sử dụng thiết kế kết cấu móng

• Đường kính cọc : Sử dụng loại cọc có đường kính là : D = 800 mm = 0.8m

• Độ sâu mũi cọc tính từ mặt đất tự nhiên cho tất cả các cọc : Z = - 35 m

• Chiều cao của đài cọc (cm) Như vậy chọn chiều cao của đài cọc

là :

• Chiều sâu đặt đài cọc ( Chiều sâu chôn móng )

Chiều sâu đặt đài cọc cần chọn sao cho thoả điều kiện móng không bị dịch chuyển ngang Đối với những công trình không có tầng hầm ta chọn chiều sâu đặt đài cọc dựa vào điều kiện cânbằng lực ngang với áp lực bị động phía sau đài cọc :

Trang 3

• Bê tông cọc và đài chọn bê tông B25

• Thép cọc chọn loại thép AII

• Chọn giá trị cốt thép sơ bộ trong cọc

Đối với cọc có đường kính D = 800mm thì :

8.2.2 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

8.2.2.1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu

(Công thức [4-13] trang 202/Sách Nền Móng của Thầy Châu Ngọc Ẩn) Trong đó :

– cường độ chịu nén tính toán của bêtông cọc nhồi (MPa)

= min(R/4.5;6) = min(35/4.5;6) = 6 MPa

( với R – mác thiết kế của bêtông cọc, Mpa )

– diện tích mặt cắt ngang của bêtông trong cọc

– cường độ chịu nén tính toán của cốt thép làm cọc

= min( /1.5;220) = min(300/1.5;6) = 200 MPa

( với – giới hạn chảy của cốt thép, Mpa )

– diện tích mặt cắt ngang của cốt thép dọc trục

Như vậy sức chịu tải của cọc theo vật liệu

= 3502 kN

8.2.2.2 Sức chịu tải của cọc theo đất nền

Trang 4

(Công thức [B-2] trang 74/TCXDVN 205 : 1998) Trong đó – hệ số an toàn cho thân cọc, lấy

– hệ số an toàn cho mũi cọc , lấy

– sức chịu tải của đất ở mũi cọc

– sức chống của ma sát chung quanh cọc

• Sức chịu tải của đất ở mũi cọc

Trong đó – diện tích tiết diện cọc,

– cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc

o Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc theo Terzaghi :

Trang 5

(Công thức 4.67 trang 325/Sách Cơ học đất của Thầy Châu Ngọc Ẩn)

Trong đó c – lực dính của đất ở đầu mũi cọc

– dung trọng đẩy nổi của đất ở đầu mũi cọc

d – đường kính của cọc – ứng suất có hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc

Vậy sức chịu tải của đất nền dưới đầu mũi cọc

• Thành phần ma sát xung quanh cọc

Trong đó u – chu vi tiết diện ngang của thân cọc ( )

– chiều dài lớp đất mà cọc đi qua

– ma sát bên tác dụng lên cọc

– ứng suất theo phương thẳng đứng tại độ sâu giữa lớp đất mà cọc đi qua

Trang 6

– hệ số áp lực ngang trong đất ở trạng thái nghỉ

8.2.2.3 Sức chịu tải cho phép của 1 cọc đơn

So sánh các giá trị sức chịu tải của cọc, chọn giá trị nhỏ nhất trong các giá trị đã tính toán

8.3 TẢI TRỌNG TRUYỀN XUỐNG MÓNG KHUNG TRỤC 2

Xuất nội lực với tổ hợp cặp nội lực: ; ; ; ;

Trang 7

8.4 TÍNH TOÁN MÓNG M1 (TRỤC 2-D1)

Tải trọng truyền xuống móng M1 (trục 2-D1) với hệ số vượt tải n=1.15

Giá trị

Tính toán 4457.92 1.766 14.22 -208.421 25.47 Tiêu chuẩn 3876.45 1.535 12.36 -181.24 22.15

8.4.1 XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG CỌC VÀ BỐ TRÍ ĐÀI CỌC

8.4.1.1 Số lượng cọc

( Công thức [5-62] trang 318/Sách Nền Móng Thầy Châu Ngọc Ẩn )

Trong đó – hệ số kể đến momen lệch tâm,

(cọc)

Ta chọn số lượng cọc trong đài là : n = 2cọc

8.4.1.2 Bố trí cọc trong đài

• Khoảng cách giữa các cọc theo phương cạnh dài là : 3d = 2.4 m

• Khoảng cách từ mép cọc biên đến mép đài là :

• Kích thước đài cọc : (a x b) = (3.6 x 1.6) m

• Kích thước cột : (45x75) cm

• Chiều cao đài cọc : hđ = 1.5m

Trang 8

MẶT BẰNG BỐ TRÍ CỌC MÓNG M1

8.4.2 KIỂM TRA MÓNG CỌC

8.4.2.1 Kiểm tra tải tác dụng lên cọc

Ta kiểm tra tải tác dụng lên cọc với tổng lực dọc tính toán, momen theo 2 phương (Mx , My), lực ngang theo 2 phương (Qx , Qy)

• Trọng lượng bản thân đài :

Trang 9

– khoảng cách từ trục cọc thứ i đến trục đi qua trọng tâm đài

8.4.2.2 Sức chịu tải của nhóm cọc

Theo Converse- Labarre :

Trang 10

• Kích thước móng khối qui ước

+ Chiều sâu từ đáy đài tới mũi cọc: H = 33.5 m

• Sức chịu tải của đất nền

Đất nền dưới đáy khối móng quy ước là lớp số 5 có :

Trang 11

• Trọng lượng móng khối quy ước

o Trọng lượng đất móng khối quy ước từ đáy đài trở lên :

Trang 12

• Ứng suất ở đáy móng khối quy ước :

• Kiểm tra điều kiện

Vậy nền đất còn làm việc trong giai đoạn đàn hồi Đất nền bên dưới đảm bảo đủ khả

năng tiếp nhận tải do cọc truyền xuống

8.4.2.4 Kiểm tra biến dạng của nền đất ở mũi cọc

Ta dùng tải trọng tiêu chuẩn và quan niệm móng cọc và đất như móng khối quy ước và coi nó như móng nông trên nền thiên nhiên Độ lún trong trường hợp này là do nền dưới đáy khối móngquy ước gây ra ( bỏ qua biến dạng của bản thân các cọc)

Dùng phương pháp cộng lún từng lớp phân tố :

o Chiều dài móng khối quy ước :

o Chiều rộng móng khối quy ước :

o Chiều cao khối móng quy ước :

o Chiều dày lớp phân tố, chọn h = 1.5m

o Áp lực gây lún trung bình tại đáy móng khối qui ước :

o Ứng suất gây lún dưới đáy móng :

Trang 13

Trong đó : – hệ số ( Tra bảng 2.4 trang 113/Sách Cơ học đất Thầy Châu Ngọc Ẩn)

o Ứng suất bản thân tại đáy móng :

o ;

Vì khi tính theo công thức trung bình như trên thì giá trị của và

Nên để đơn giản trong việc tính toán ta lấy : và

o Biết và của mỗi lớp, dựa vào đường cong nén ta xác định được trị số và của mỗi lớp

o Kết quả thí nghiệm nén cố kết của lớp đất số 5 như sau :

o Độ lún của mỗi lớp (Công thức [3-132] trang 231/Sách Cơ học đất Châu Ngọc Ẩn)

Trong đó : – chiều dày mỗi lớp

Bảng thể hiện kết quả tính toán như sau

Z Lớp

(m)0

1 0.15 0.97

9 109.395 330.64 330.64 440.04 0.471 0.467 0.0041.5

0.0023

0.0024.5

Taị Z = 4.5m : ( Thỏa )

Trang 14

Tổng độ lún :

Vậy thỏa yêu cầu về biến dạng

8.4.3 KIỂM TRA CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG

Lực ngang tác dụng lên đài cọc :

Mỗi cọc chịu 1 lực ngang :

8.4.3.1 Xác định hệ số biến dạng

(Công thức [G-6] trang 86/TCXDVN 205 : 1998)Trong đó – hệ số tỷ lệ (Tra bảng G.1trang 85/TCXDVN 205 : 1998)

– bề rộng qui ước của cọc

khi d 0.8m,

– môđun đàn hồi ban đầu của bê tông cọc :

– momen quán tính tiết diện ngang của cọc

8.4.3.2 Kiểm tra chuyển vị ngang và góc xoay đầu cọc

Chiều dài tính đổi cọc trong đất :

Trang 15

(Công thức [G-7] trang 86/TCXDVN 205 : 1998)

(Công thức [G-8] trang 86/TCXDVN 205 : 1998)Trong đó : – chiều dài đoạn cọc, bằng khoảng cách từ đáy đài cọc

đến mặt đất, với cọc đài thấp

(do thành phần momen chỉ gây nén hoặc kéo dọc trục)

Bảng thể hiện kết quả tính toán như sau

14.6 0.44 4.77E

-05

1.39E-05

6.63E-06

6.96E-04

2.02E-04

6.96E-04

2.02E-04

Ta bảng ta có được :

Trang 16

( Thỏa )

Vậy cọc thoả mãn điều kiện chuyển vị ngang và góc xoay

8.4.3.3 Kiểm tra độ ổn định nền quanh cọc

Đối với cọc có đường kính lớn như công trình ta đang xét (d > 0.6m) khi tính độ ổn định của nềnquanh cọc ta cần phải kiểm tra điều kiện hạn chế áp lực tính toán lên đất ở mặt bên của cọc theo công thức :

( Công thức [G-14] trang 88/TCXDVN 205 : 1998)

Trong đó :

– ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng trong đất tại độ sâu z

– giá trị tính toán góc ma sát trong của đất

– giá trị tính toán lực dính của đất

– hệ số bằng 0.6 cọc khoan nhồi và cọc ống, bằng 0.3 cho các loại cọc khác – hệ số bằng 1 cho mọi trường hợp, trừ trường hợp móng của các công

Trang 17

• Móng 1 hàng cọc chịu tải trọng lệch tâm thẳng đứng lấy n = 4 không phụ thuộc vào Le

• Khi Le = 2.5 : cọc ngắn hay cọc cứng, ổn định nền theo phương ngang được kiểm tra tại hai độ sâu z = L và z = L/3

• Khi Le > 5 : cọc dài hay cọc chịu uốn, ổn định nền theo phương ngang

được kiểm tra tại độ sâu

• Tại z = 1.93m Z = 1.5 + 1.93 = 3.43m (so với mặt đất tự nhiên)

Trong đó : ; ; ; - Tra bảng G.3 của TCXDVN 205 : 1998

Bảng thể hiện kết quả tính toán áp lực ngang như sau

Trang 18

2.459 1.1 0.987 1.095 0.604 0.222 3.4182.906 1.3 0.969 1.287 0.841 0.365 3.0383.353 1.5 0.937 1.468 1.15 0.56 2.5453.8 1.7 0.882 1.633 1.421 0.812 1.9614.247 1.9 0.795 1.77 1.752 1.126 1.3614.694 2.1 0.655 1.855 2.098 1.514 0.8075.141 2.3 0.461 1.88 2.4405 1.9125 -0.0815.589 2.5 0.19 1.815 2.758 2.4145 -0.5796.036 2.7 -0.178 1.622 3.0175 3.006 -0.5666.706 3 -0.928 1.037 3.225 3.858 -0.967.824 3.5 -2.928 -1.272 2.463 4.98 -1.3388.942 4 -5.854 -5.941 -0.927 4.548 -1.615

BIỂU ĐỒ ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT TÁC DỤNG LÊN CỌC

Trang 19

Trong đó : , , , , , tra bảng G.3 trang 89 của TCXD 205–1998

Bảng thể hiện kết quả tính toán momen uốn như sau :

Z Ze A3 B3 C3 D3 M(z)

0.224 0.1 0 0 1 0.1 3.2640.671 0.3 -0.004 -0.001 1 0.3 9.5251.118 0.5 -0.021 -0.005 0.999 0.5 14.911.565 0.7 -0.057 -0.02 1 0.699 19.3312.012 0.9 -0.121 -0.055 0.985 0.897 22.5462.459 1.1 -0.222 -0.122 0.96 1.09 24.3432.906 1.3 -0.365 -0.238 0.907 1.273 25.063.353 1.5 -0.559 -0.42 0.811 1.437 24.5863.8 1.7 -0.808 -0.691 0.646 1.566 23.2964.247 1.9 -1.118 -1.074 0.385 1.64 21.2774.694 2.1 -1.487 -1.59 -0.01 1.627 18.7545.141 2.3 -1.912 -2.263 -0.582 1.486 15.8995.589 2.5 -2.379 -3.109 -1.379 1.165 12.9756.036 2.7 -2.865 -4.137 -2.452 0.598 10.1386.483 2.9 -3.331 -5.34 -3.852 -0.295 7.5126.706 3 -3.54 -6 -4.688 -0.891 6.3277.824 3.5 -3.919 -9.544 -10.34 -5.854 1.658.942 4 -1.614 -11.73 -17.92 -15.08 0.038

BIỂU ĐỒ MOMENT UỐN CỦA CỌC CHỊU TẢI NGANG

Tính lại lượng cốt dọc trong cọc như cấu kiện chịu uốn, để đơn giản ta quy đổi tiết diện hình tròn

về hình vuông tương đương cạnh b

Trang 21

BIỂU ĐỒ GIÁ TRỊ LỰC CẮT NGANG

Từ bảng tính ta thấy : , kiểm tra bố trí cốt đai cọc :

Như vậy cốt thép đai đặt theo cấu tạo

8.4.4 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ĐÀI CỌC

8.4.4.1 Kiểm tra điều kiện xuyên thủng

• Bề rộng đài : B = 1.6m và bề dài đài : L = 3.6 m

• Chiều cao đài :

Trang 22

* Tải tác dụng lên mỗi cọc :

Với : n = 2 ; ; ;

Phản lực (kN)

Trang 23

+ Thép CIII :

+ Chiều cao đài =

o Momen tại mặt ngàm phương II-II : ( Cạnh dài )

8.5.1 XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG CỌC VÀ BỐ TRÍ ĐÀI CỌC

8.5.1.1 Số lượng cọc

( Công thức [5-62] trang 318/Sách Nền Móng Thầy Châu Ngọc Ẩn )

Trong đó : – hệ số kể đến momen lệch tâm,

(cọc)

Ta chọn số lượng cọc trong đài là : n = 3cọc

8.5.1.2 Bố trí cọc trong đài

• Khoảng cách giữa các cọc theo phương cạnh dài là : 3d = 2.4m

• Khoảng cách giữa các cọc theo phương cạnh ngắn là : 3d = 2.4m

• Khoảng cách từ mép cọc biên đến mép đài là :

• Kích thước đài cọc : (a x b) = (3.6 x 3.6) m

Trang 24

• Kích thước cột : (50x80) cm

• Chiều cao đài cọc : hđ = 1.5m

MẶT BẰNG BỐ TRÍ CỌC MÓNG M2

8.5.2 KIỂM TRA MÓNG CỌC

8.5.2.1 Kiểm tra tải tác dụng lên cọc

Ta kiểm tra tải tác dụng lên cọc với tổng lực dọc tính toán, momen theo 2 phương (Mx , My), lực ngang theo 2 phương (Qx , Qy)

• Trọng lượng bản thân đài :

Trang 25

8.5.2.2 Sức chịu tải của nhóm cọc

Theo Converse- Labarre :

8.5.2.3 Kiểm tra ổn định của nền đất ở mũi cọc

• Kích thước móng khối qui ước :

+ Chiều sâu từ đáy đài tới mũi cọc: H = 33.5 m

+ Góc nội ma sát :

Trang 26

• Sức chịu tải của đất nền :