Bộ tài liệu đầy đủ về Cọc ống ly tâm ứng lực trước

Hiện nay một trong các loại cọc được lựa chọn khá nhiều trong kết cấu móng cọc nhà cao tầng là cọc ống ly tâm ứng lực trước. Việc tính toán thiết kế cho loại cọc này hoàn toàn là một kiến thức mới so với kiến thức trong trường học. Bộ tài liệu này bao gồm đầy đủ kiến thức từ phân loại, cấu tạo, tiêu chuẩn thiết kế, thuyết minh tính toán và bản vẽ. Rất mong bộ tài liệu sẽ giúp ích nhiều cho các bạn.

CỌC ÉP

3.1 PHƯƠNG ÁN 2 - THIẾT KẾ MÓNG CỌC ÉP

3.1.1 NỘI LỰC TRUYỀN XUỐNG MÓNG

Từ bảng nội lực ta chọn ra 3 tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất nhất để tính móng:

 Tổ hợp 1: Nmax, Mxtu, Mytu, Qxtu, Qytu

 Tổ hợp 2: |Mx|max, Ntu, Mytu, Qxtu, Qytu

 Tổ hợp 3: |My|max, Ntu, Mxtu, Qxtu, Qytu

 Tải trọng do tầng hầm truyền xuống móng

Vì trong mô hình có nhập cả tầng hầm và truyền tải lên tầng hầm với các giá trịtải trọng:

Sàn dày 20 cm

Tường xây : 200 kG/cm2

Hoàn thiện : 50 kG/m2

Hoạt tải : 600 kG/m2

Vì vậy, tải trọng tác dụng lên móng đã bao gồm tải trọng của sàn tầng hầm

 Giá trị nội lực để tính toán móng:

Tải trọng dùng để tính toán móng theo nhóm trạng thái giới hạn thứ 2 là tổ hợpcủa tải trọng cơ bản và tải trọng tiêu chuẩn Để có được giá trị nội lực tiêu chuẩn, taphải lập một bảng tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn và nhập tải trọng tiêu chuẩn vào môhình Tuy nhiên, để đơn giản, tiêu chuẩn cho phép ta lấy trực tiếp nội lực tính toán chiacho hệ số vượt tải n để có nội lực tiêu chuẩn

 Chọn tổ hợp 3 để tính móng theo trạng thái giới hạn thứ hai ( có tổ hợp cơ bản và tổ hợp của tải trọng tiêu chuẩn)

Lấy n = 1.15

Tải trọng N (T) M x.tu (Tm) M ytu (Tm) Q xtu (T) Q ytu (T)

3.1.2 CẤU TẠO CỌC

a Cấu tạo 1 cọc ép

cọc được cung cấp bởi công ty Phan Vũ Chiều dài cọc theo đơn đặt hàng, tối đacó thể lên tới 20m các chi tiết kĩ thuật của cọc: (xem chi tiết trong bản vẽ cấu tạo coc)

b Sơ bộ chọn chiều sâu đáy đài và các kích thước

Thiết kế mặt đài trùng mép trên kết cấu sàn tầng hầm

Chọn chiều cao đài móng là hđ = 1.5 m

Chiều sâu đặt đáy đài tính từ cốt đất tự nhiên là 3.7 m.

Chiều sâu đặt đáy đài nhỏ nhất được thiết kế với yêu cầu cân bằng áp lực ngangtheo giả thiết tải ngang hoàn toàn do lớp đất trên từ đáy đài tiếp nhận

Điều kiện cân bằng xảy ra khi:

Hm

d a

Fs K

Q



) (

B

Q tg

h



) 2 45 ( 7 0

85 2 2 ) 2

55 12 45 ( 75 0

0 0

Chân cọc cắm sâu vào lớp cát mịn ít lẫn sỏi (lớp đất 3) đoạn 6 m Phần cọcngàm vào đài 80 cm (kể cả phần thép chờ)

3.1.3 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

3.1.3.1 THEO VẬT KIỆU LÀM CỌC (DỰA THEO TC JIS 5337-1982 CỦA NHẬT)

a Chi tiết kỹ thuật đối với loại cọc tròn

Đường kính ngoài (mm)

Bề dày cọc

Chiều dài (m)

MẶT CẮT I-I

b Chi tiết kỹ thuật của thép PC

Đ.kính và số lượng

Đ.K rp (mm)

 = 2 : Hệ số từ biến

 Đặc tính vật lý của thép PC Bar

E =20x105(daN/cm2): Môdul đàn hồi của thép

r =0.035 : Hệ số chúng ứng suất ( nhão )

 Đặc tính hình học của cọc

rp : Bán kính vòng thép

Ac : Diện tích mặt cắt ngang cọc

Ap : Diện tích cốt thép

d Tính toán thiết kế cọc

 Tính toán momen uốn gây nứt

 Ưùng suất kéo ban đầu của PC Bar: pi

o

A daN cm A

cpt pt

n

daN cm n

n: Là tỉ số giữa modul đàn hồi của thép và của bêtông ờ giai đoạn cuối =.

o

A daN cm A

br M

M : Là momen phá hoại do nứt

 Tính toán khả năng chịu lực của cọc

 Khả năng chịu lục cho phép của cọc: Pa ( theo TC JIS 5337 – 1982)

 Tải trọng làm việc dài hạn: R aL  1 cu ceA kN c 

4

 Tải trọng làm việc ngắn hạn: R aS  1 cu ceA kN c 

2

D o (mm) Loại (daN/cm 2 )   (daN/cm 2 )  

 Tải trọng làm việc dài hạn: Ptk = 260 T

 Mô men kháng nứt cho phép Mcr = 17 Tm

 Sức chịu tải theo thiết kế của đơn vị sản xuất thấp hơn sức chịu tải tính toán 4,7%

Vậy loại cọc cung cấp cho công trường do công ty Phan Vũ sản suất và chọn tải trọng thiết kế là tải trọng thiết kế của đơn vị sản suất

 Ptk = 260 T

3.1.4 KIỂM TRA CẨU CỌC

Trọng lượng bản thân cọc

sơ đồ cẩu lắp cọc

Kiểm tra khả năng vận chuyển

396.4 (daN/m)

2171 (daNm)

2700 7600

2700

sơ đồ tính toán khi vận chuyển cọc đến công trường

3.1.5 SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LÝ ĐẤT NỀN:

Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền

Pd = m(mRqpAp + u



n i

i i

f f l m

 m = 1;

 mR = 1;

 qp : cường độ tính toán của đất ở mũi cọc (T/m2)

Mũi cọc nằm ở lớp đất cát trung trạng thái chặt vừa Độ sâu hạ mũi cọc = 22.4m.Tra bảng A.I trang 55 TCXD 205:1998 ta có:

qp = 850 T/m2

 Ap : diện tích tiết diện ngang mũi cọc = 0.283 m2

 u : chu vi cọc = 1.89 m

 Tính sức chịu tải cực hạn do ma sát thành cọc:

Chia các lớp đất thành các lớp nhỏ có chiều dày  2m

Lớp đất l i (m) STT z i (m) m fi f i (T/m2) l i (m) m fi. f i. l i (T/m)

368 4 210 5

1 75

tc d d

P P

Fs

3.1.6 SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO CƯỜNG ĐỘ ĐẤT NỀN

Sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền xác định hteo công thức (TCVN 1998)

205-p s a

Q Q

Q

Trong đó:

 FSS : hệ số an toàn phần ma sát chọn bằng 2

 FSp : hệ số an toàn phần mũi cọc chọn bằng 3

 Ca : Lực dính giữa thân cọc với đất (Ca =C)

 Giá trị a khi 150 có thể lấy như sau

 a 0 75.  100 cho cọc đóng

 a   30 cho cọc khoan nhồi

Vì độ sâu chôn móng rất lớn so với đướng kính cọc nên ta bỏ qua thành phần thứ

3 nên công thức tính sức chịu tải của đất dưới mũi cọc được xác định như sau:



 1 3  '

c vp q P

 với C = 0.24 (T/m2 ) lực dính của đất ở mũi cọc

 Nc , Nq hệ số phụ thuộc vào góc ma sát của đất, hình dạng mũi cọc và phươngpháp thi công (tra trong sách đồ án nền móng của thầy Châu Ngọc Aån trang 174)

Nc = 47.3 , Nq = 29.5

 vp ' : ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc dotrọng lượng bản thân đất (T/m2 )

3.1.7 XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG CỌC

Sơ bộ xác định số lượng cọc:

nc = k

tt tk

N P

500 100

MẶT BẰNG BỐ TRÍ CỌC VÀ ĐÀI MÓNG

3.1.8 TÍNH TOÁN CỌC CHỊU TÁC DỤNG ĐỒNG THỜI CỦA LỰC THẲNG ĐỨNG, LỰC

NGANG VÀ MOMEN

3.1.8.1 THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG

Trọng lượng thực tế của đài (vì đài nằm sát tầng hầm nên trên đài không có đất):

tt x i

i

tt y tt

y

y M x

x M n N

Pmin > 0 nên cọc không chịu nhổ.

3.1.8.2 THEO PHƯƠNG NGANG

3.1.8.2.1 THEO PHƯƠNG NGANG

Moment tác dụng lên đầu cọc: Mo =H0.hd = 0.57 x 2= 1.14Tm

a Tìm chuyển vị ngang và góc xoay của cọc ở cao trình đáy đài:

H H 

SƠ ĐỒ TẢI TRỌNG LÊN CỌC

HH : Chuyển vị ngang của tiết diện, m/kN, bởi lực Ho =1

HM : Chuyển vị ngang của tiết diện, 1/kN, bởi môment Mo= 1

MH : Góc xoay của tiết diện,1/kN, bởi lực Ho = 1

MM : Góc xoay của tiết diện, 1/kNm, bởi Mo = 1Trong đó: Ao,Bo,Co Tra bảng G.2 tùy thuộc vào chiều sâu tính đổi của cọctrong đất Le Chiều dài tính đổi của cọc trong đất:

Le = bd L = 0.484 x 19.7 = 9.5 mTra bảng G2 TCXD 205 : 1998 => A0 = 2.441; B0 = 1.621; C0 = 1.751

3.1.9 TÍNH LÚN CHO MÓNG

3.1.9.1 XÁC ĐỊNH KHỐI MÓNG QUI ƯỚC

L m

-3.7m -2.2m

4

3 2 1

MÓNG KHỐI QUY ƯỚC

Góc ma sát trong trung bình của các lớp đất mà cọc đi qua:

Bm = 3.5 - 0.2x2 + 2x1.7 = 6.5mChiều cao khối móng qui ước:

Hm = 19.7m

3.1.9.2 XÁC ĐỊNH TRỌNG LƯỢNG CỦA KHỐI MÓNG QUI ƯỚC:

Trong phạm vi từ đáy đài trở lên: (phía trên đáy đài không có đất )

N1tc = LmBmhtb = 6.5 x 6.5 x 1.5 x 2.5 = 158.4 TTrị tiêu chuẩn trọng lượng 1 cọc:

Pc = 19.7 x 396.4 = 7801.2 kG = 7.8 T

Trị tiêu chuẩn của 1 cọc trong phạm vi lớp đất cát pha dẻo mềm (dày5.9m):

7.8 x 19.75.9 2.33TTrọng lượng khối móng qui ước trong phạm vi lớp cát pha dẻo mềm không kểtrọng lượng cọc:

N2tc = 0.948 x 5.9 x 6.5 x 6.5 - 5 x 2.33 = 188.7TTrị tiêu chuẩn của cọc trong phạm vi lớp cát pha dẻo (dày 7.8m):

7.8 x 19.77.8 3.08 TTrọng lượng khối móng qui ước trong phạm vi lớp cát pha dẻo không kể trọnglượng cọc:

N3tc = 0.981 x 7.8 x 6.5 x 6.5 - 5 x 3.08 = 260.4 TTrị tiêu chuẩn của cọc trong phạm vi lớp cát chặt vừa (dày 17.5m):

7.8 x 19.76 3.27TTrọng lượng khối móng qui ước trong phạm vi lớp cát pha dẻo không kể trọnglượng cọc:

Mxtc = Mtc

x

0 + Qytc x Hm = 3 + 0.43 x 19.7 = 11.5Tm

Độ lệch tâm theo phương cạnh dài:

el = tc x tc

N

M

= 1638.8711.5 0.0068mĐộ lệch tâm theo phương cạnh ngắn:

eb = tc

tc y N

M

= 1638.8729.04 0.017mÁp lực tiêu chuẩn ở đáy móng khối qui ước:

 tcmax= ( 1 6 6 )

m

b m

l m

m

tc

B

e L

e xB

l m

m

tc

B

e L

e xB

M II

M tc

c D H

B B

A K

m m

3.1.9.3 TÍNH ĐỘ LÚN CỦA MÓNG

Ứng suất do trọng lượng bản thân:

Tại đáy khối móng qui ước:

 = bt

 + dn3 z = 19.5 + 1.052 x zỨng suất gây lún ở đáy khối móng qui ước:

gl

tb - bt = 39.9 – 24.5 = 15.4 T/m2

Tại độ sâu z(m) kể từ đáy khối móng qui ước:

gl z

 = K0 z 0 gl = K0 x 15.4

K0: tra bảng 3.7 sách “Đồ án nền móng” của GSTS Nguyễn Văn Quảng

Chia đất nền dưới đáy khối móng qui ước thành các lớp bằng nhau có chiều dàybằng B5m

(T/m 2 ) /

1

mB

i

i

gl zi i

3.1.10 TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO ĐÀI CỌC

3.1.10.1 KIỂM TRA CHỌC THỦNG

SƠ ĐỒ THÁP CHỌC THỦNG

Vẽ tháp chọc thủng, ta có tháp chọc thủng phủ bên ngoài các cọc nên không cầnkiểm tra chọc thủng

3.1.10.2 TÍNH TOÁN ĐÀI CỌC

Tính toán đài cọc theo điều kiện chịu uốn

Sơ đồ tính thép cho phương X và phương Y:

P 1 +P 2

r = 800

MẶT NGÀM II-II

MẶT NGÀM I-I

SƠ ĐỒ TÍNH THÉP ĐÀI MÓNG

a Tính thép cho phương x:

Chọn n = 22 thanh

Khoảng cách giữa 2 trục cốt thép cạnh nhau:

3.5 (2 0.05)a

b Tính thép theo phương y:

Moment tương ứng với mặt ngàm II-II:

So sánh lựa chọn 2 phương án móng

Qua các thông số tính toán và cấu tạo 2 phương án móng, ta có thể nhận thấyphương án móng cọc ép bêtông ly tâm ứng suất trước có nhiều ưu điểm vượt trội so vớiphương án móng cọc khoan nhồi truyền thống vẫn thường được sử dụng

Móng cọc khoan nhồi phải khoan đến độ sâu -36.3m kể từ mặt đất tự nhiên trongkhi móng cọc chỉ phải ép đến độ sâu -23.6

Ma sát thành bên của cọc khoan nhồi có phần giảm so với cọc ép vì công nghệkhoan tạo lỗ

Vì cọc rỗng nên tiết kiệm vật liệu hơn rất nhiều, dẫn đến giá thành rẻ hơn cọckhoan nhồi, đặc biêt là trong giai đoạn hiện nay giá phôi thép ngày càng tăng cao,nguyên vật liệu ngày càng trở nên khan hiếm Trung bình giá thành cọc ống rẻ hơn cọcbêtông bình thường khoảng 150.000/m

Cọc khoan nhồi cần máy móc thi công phức tạp và đội ngũ chuyên gia thi côngnhiều kinh nghiệm trong khi cọc ống có phương pháp thi công ép cọc rất đơn giản vàhiệu quả

Kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi mất rất nhiều công đoạn phức tạp Để pháthiện cọc ống không đạt chất lượng, ta chỉ cần xem có nước từ trong lòng ống trào rasau khi ép (trường hợp miệng cọc nằm dưới mực nước ngầm) hoặc kiểm tra có nước

Chất lượng cọc khoan nhồi thường có hệ só tin cậy không cao, nhất là khi thi côngtrong vùng đất yếu và đội ngũ thi công không có nhiều kinh nghiệm Chất lượng củacọc ống có hệ số tin cậy rất cao Thường chỉ có 1% số lượng cọc bị sự cố khi thi công.Với cọc khoan nhồi khi bị khuyết tật lớn thì tốn rất nhiều công sức để khắc phụcvà thường là không thể khắc phục trong khi cọc ống có thể xử lý dễ dàng như nhữngbiện pháp được nêu trong phần sử lý sự cố cọc ống khi thi công.

Với sự so sánh ở trên, ta thấy chọn phương án cọc ép bêtông ly tâm ứng suấttrước là phương án có nhiều ưu điểm cả về kĩ thuật và kinh tế