Ví dụ tính toán móng cọc

Hướng dẫn tính toán chi tiết móng cọc Hướng dẫn tính toán chi tiết móng cọc Hướng dẫn tính toán chi tiết móng cọc Hướng dẫn tính toán chi tiết móng cọcHướng dẫn tính toán chi tiết móng cọc Hướng dẫn tính toán chi tiết móng cọc Hướng dẫn tính toán chi tiết móng cọc Hướng dẫn tính toán chi tiết móng cọc Hướng dẫn tính toán chi tiết móng cọc

Exercise 6: Pile Capacity

Cho cọc ép BTCT kích thước 30x30 với các lớp đất như hình vẽ

1 Xác định sức chịu tải theo đất nền theo phương pháp chỉ tiêu cơ lý

2 Xác định sức chịu tải phương pháp cường độ đất nền với mực nước ngầm được xác định tại

độ sâu 3m, coi đất cố kết thường; địa chất cung cấp như sau:

lớp đất sét có giá trị, γ = 18.2 kN/m3; c = 75kPa, φ = 50(thu được từ cắt đất trực tiếp)

Lớp cát pha có γ = 17.5 kN/m3; c’ = 10kPa, φ’ = 300 (thu được từ cắt đất trực tiếp)

Sét pha có γ = 19.5 kN/m3; c = 50kPa, φ = 100 (thu được từ cắt đất trực tiếp); Su = 75 kPa

Cát trung có γ = 18.5 kN/m3; c’ = 0kPa, φ’ = 350 (thu được từ cắt đất trực tiếp)

1,0m

Cát trung

Chặt vừa

Sét

2,0m

1,5m

Cát pha

IL= 0,8

Đất lấp

0,5m

Set pha

IL= 0,7

2,0m 1,0m

1 Xác định sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý:

Sức chịu tải tiêu chuẩn:

∑

+

= ( R p p f si.i)

tc m m q A u m f l

m = 1: cọc đóng/ép

Xác định sức kháng mũi cọc (lớp cát trung chặt vừa)

mR = 1.2 với cọc ép vào cát hạt trung

Tra bảng xác định cường độ kháng của đất qp= 4000 kPa với chiều sâu mũi cọc, Hm = 9.5m trong

lớp cát trung chặt vừa

Diện tích mũi cọc, Ap = 0.3 x 0.3 = 0.09 (m2)

Xác định sức kháng thành cọc

Chu vi cọc, u = 4 x 0.3 = 1.2 (m)

Lớp 1: Đất sét, chỉ số sệt, IL = 0.9;

Tra bảng, chọn mf = 0.9

Bề dày lớp đất mà cọc xuyên qua: l1 = 1.5m

Độ sâu trung bình của lớp: H1 = 1.5 + 1.5/2 = 2.25 (m)

Tra bảng và nội suy với IL= 0.9; độ sâu trung bình, H1 = 2.25 (m)

Sức kháng thân cọc, fs1 = 4.5 kPa

Lớp 2: Cát pha, chỉ số sệt, IL = 0.8;

Tra bảng, chọn mf = 0.9

Bề dày lớp đất mà cọc xuyên qua: l2 = 2m

Độ sâu trung bình của lớp: H2 = 3 + 2/2 = 4 (m)

Tra bảng với IL= 0.8; độ sâu trung bình, H2 = 4 (m)

Sức kháng thân cọc, fs2 = 8 kPa

Lớp 3: Sét pha, chỉ số sệt, IL = 0.7;

Tra bảng, chọn mf = 0.9

Bề dày lớp đất mà cọc xuyên qua: l3 = 1.5m

Độ sâu trung bình của lớp: H3 = 5 + 1.5/2 = 5.75 (m)

Tra bảng, nội suy với IL= 0.7; độ sâu trung bình, H3 = 5.75 (m)

Sức kháng thân cọc, fs3 = 10 kPa

Lớp 4: Cát trung chặt vừa dày 2m (chia thành 2 lớp bề dày 2m và 1m)

Tra bảng, chọn mf = 1

Bề dày lớp đất mà cọc xuyên qua: l4 = 2m

Độ sâu trung bình của lớp: H4 = 6.5 + 2/2 = 7.5 (m)

Tra bảng, nội suy cát trung chặt vừa; độ sâu trung bình, H4 = 7.5 (m)

Sức kháng thân cọc, fs4 = 61 kPa

Lớp 5: Cát trung chặt vừa dày1 (chia thành 2 lớp bề dày 2m và 1m)

Tra bảng, chọn mf = 1

Bề dày lớp đất mà cọc xuyên qua: l5 = 1m

Độ sâu trung bình của lớp: H5 = 8.5 + 1/2 = 9 (m)

Tra bảng, nội suy cát trung chặt vừa; độ sâu trung bình, H5 = 9 (m)

Sức kháng thân cọc, fs5 = 63.5 kPa

Kết quả sức chịu tải của cọc được tính toán thể hiện trong bảng dưới

Lớp i Sức

kháng mR m f

q p

(kPa)

f si

(kPa) li (m) mRqpAp

(kN)

um f f si l i

(kN) Cát hạt trung Mũi 1.2 - 4000 - - 432.0

Sét 1 Thành - 0.9 - 4.5 1.5 7.29 Cát pha 2 Thành - 0.9 - 8.0 2.0 17.28 Sét pha 3 Thành - 0.9 - 10.0 1.5 16.2 Cát hạt trung 4 Thành - 0.9 - 61.0 2.0 131.76

5 Thành - 1 - 63.5 1.0 76.2

∑

+

= ( R p p f si.i)

tc m m q A u m f l

2 486 4

1

7

680 =

=

=

s

tc

a

F

Q

2 Xác định sức chịu tải phương pháp cường độ đất nền

S ức kháng mũi cọc: lớp đất mũi cọc: cát trung, dưới mực nước ngầm

γ γ

N

c

q p = ' c+ vp' q+ p

Trong đó tra các hệ số Ny, Nq, Nc từ giá trị φ’ = 350

: Ny= 48.00; Nq = 33.30; Nc = 46.10 Ứng suất hữu hiệu tại mũi cọc, σ’vpđược xác định từ:

u

vp

vp=σ −

σ '

∑

= i i

vp γ h

σ =1.5×20 + 1.5×18.2 + 2×17.5 + 1.5×19.5 + 3×18.5 = 177.05 (kPa)

(Cho phép chọn giá trị khác nhau đối với trọng lượng riêng trung bình của lớp đất từ đáy đài trở lên; nên chọn từ 20-22 kN/m3

; lựa chọn này không làm thay đổi nhiều kq cuối) Chiều cao mực nước ngầm tại mũi cọc = 9.5 - 3 = 6.5 (m)

Áp lực nước lỗ rỗng tại mũi cọc, u = 6.5 × 10 = 65 (kPa)

u

vp

vp=σ −

σ' = 112.05 (kPa)

qp = 0× 46.10+ 112.05×33.30 + 18.5×0.3×48.00 = 3997.7 (kPa)

Xác định sức kháng thành cọc

Lớp 1: Đất sét trên mực nước ngầm; bề dày l1 = 1.5m

As1 = u × l1 = 1.2 × 1.5 = 1.8 (m2

)

a v s

a

s c K tg

f1 = + σ φ

Chú ý: đất trên mực nước ngầm giá trị ứng suất hữu hiệu bằng giá trị tổng cộng (u = 0)

Lực dính đất-cọc BTCT, ca = c = 75 (kPa)

Góc ma sát trong đất-cọc BTCT, φa = φ = 50

Hệ số áp lực ngang, Ks = '

0 =1−sinϕ

K = 1 - sin50 = 0.913

Áp lực đất thẳng đứng, σvp tại trung tâm phân tố

∑

= i i

vp γ h

σ = 1.5×20 + 1.5/2×18.2 = 43.65 (kPa)

Lớp 2: Cát pha, dưới mực nước ngầm; bề dày l2 = 2m

As2 = u × l2 = 1.2 × 2 = 2.4 (m2

)

a v s

a

s c K tg

f 2 = ' + σ' φ

Lực dính đất-cọc BTCT, c’a = c’ = 10 (kPa)

Góc ma sát trong đất-cọc BTCT, φa = φ’ = 300

Hệ số áp lực ngang, Ks = K0 =1−sinϕ'= 1 - sin300 = 0.5

Áp lực đất thẳng đứng tổng cộng, σvp tại trung tâm phân tố

∑

= i i

vp γ h

σ = 1.5×20 + 1.5×18.2 + 2/2×17.5 = 74.8(kPa)

Chiều cao cột nước tại trung tâm phân tố = 2/2 = 1(m); u = 1×10 = 10 (kPa)

Áp lực đất thẳng đứng hữu hiệu, σ’vp tại trung tâm phân tố

u

vp

vp=σ −

σ' = 64.8 (kPa)

Lớp 3: Đất sét pha dưới trên mực nước ngầm; bề dày l3 = 1.5m

As3 = u × l3 = 1.2 × 1.5 = 1.8 (m2

)

u

f 3 =α

Trong đó đất sét pha dưới mực nước ngầm là đất sét bão hòa

Áp dụng c = cu = Su = 75 kPa; φ = φu = 0

Lực dính đất-cọc BTCT, ca = cu = 75 (kPa)

Góc ma sát trong đất-cọc BTCT, φa = φ = 0

Hệ số α được tra theo cu = 75 (kPa) với cọc đóng, ép; α =0.66

u

f 3 =α = 0.66×75 = 49.5 (kPa)

Lớp 4: Cát trung dưới trên mực nước ngầm; bề dày l4 = 2m

As4 = u × l4 = 1.2 × 2 = 2.4 (m2

)

a v s

a

s c K tg

f 4 = ' + σ' φ

Lực dính đất-cọc BTCT, c’a = c’ = 0 (kPa)

Góc ma sát trong đất-cọc BTCT, φa = φ’ = 350

Hệ số áp lực ngang, Ks = K0 =1−sinφ'= 1 - sin350 = 0.426

Áp lực đất thẳng đứng tổng cộng, σvp tại trung tâm phân tố

∑

= i i

vp γ h

σ =1.5×20 + 1.5×18.2 + 2×17.5 + 1.5×19.5 + 2/2×18.5 = 140.1 (kPa)

Chiều cao cột nước tại trung tâm phân tố = 3.5 + 2/2 = 4.5(m); u = 4.5×10 = 45 (kPa)

Áp lực đất thẳng đứng hữu hiệu, σ’vp tại trung tâm phân tố

u

vp

vp=σ −

σ' = 95.1 (kPa)

Lớp 5: Cát trung dưới trên mực nước ngầm; bề dày l5 = 1m

As5 = u × l5 = 1.2 × 1 = 1.2(m2

)

a v s

a

s c K tg

f 5 = ' + σ' φ

Lực dính đất-cọc BTCT, c’a = c’ = 0 (kPa)

Góc ma sát trong đất-cọc BTCT, φa = φ’ = 350

Hệ số áp lực ngang, Ks = K0 =1−sinϕ'= 1 - sin350 = 0.426

Áp lực đất thẳng đứng tổng cộng, σvp tại trung tâm phân tố

∑

= i i

vp γ h

σ =1.5×20 + 1.5×18.2 + 2×17.5 + 1.5×19.5 + 2×18.5 + 1/2×18.5 = 107.8 (kPa)

Chiều cao cột nước tại trung tâm phân tố = 5.5 + 1/2 = 6(m); u = 6×10 = 60 (kPa)

Áp lực đất thẳng đứng hữu hiệu, σ’vp tại trung tâm phân tố

u

vp

vp=σ −

σ' = 107.8 (kPa)

Quá trình tính toán và kết quả thể hiện bảng dưới

Lớp (mAp 2

)

Độ sâu (m)

σ vp

(kPa)

u (kPa)

σ’ vp

(kPa)

q p

(kPa)

A p q p

(kN) Cát hạt

trung 0.09 9.5 177.05 65.0 112.1 3997.7 359.8

Lớp i Asi Độ sâu

(m)

σ vp

(kPa)

u (kPa)

σ’ vp

(kPa) Ks

c a

(kPa)

φ a

(deg)

f si

(kPa)

A si f si

(kN) Sét 1 1.8 2.25 43.7 0.0 43.7 0.913 75 5 78.5 141.3 Cát pha 2 2.4 4 74.8 10.0 64.8 0.500 10 30 28.7 68.9

Cát hạt

trung

4 2.4 7.5 140.1 45.0 95.1 0.426 0 35 28.4 68.1

5 1.2 9 167.8 60.0 107.8 0.426 0 35 32.2 38.6

Sức chịu tải cực hạn, Q u :

p p s

s

u A f q A

Q =∑ + = 765.8 (kN) = 76.6 (t ấn)

S ức chịu tải cho phép, Q a :

3 2

2

5

,

1

÷

+

÷

a

A q f

A

2

8 359 5 1

406 + = 450.6 (kN) = 45.1 (t ấn)