Bài giảng Nền móng: Chương 4 - Nguyễn Thanh Sơn

Bài giảng Nền móng - Chương 4: Móng cọc cung cấp cho người học các kiến thức: Cấu tạo của đài cọc, dự báo sức chịu tải của cọc, thiết kế cọc đài thấp, tính toán kiểm tra cọc trong quá trình thi công,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

4 7 DƯ BÁO SỨC CHỊU TẢI CỦA COC 4.7.1 Một số vấn đề chung:

a Sự làm việc của cọc đơn và nhóm cọc

 Sư làm việc của một coc đơn và của một coc trong móng cockhác nhau rất nhiều Tuy nhiên, khi tính toán ta vẫn coi SCT của coc trong nhóm coc như SCT của coc đơn ï g ï ï

 Khi cùng trị số tải trọng tác dụng lên cọc đơn và lên mỗi cọctrong nhóm thấy rằng nếu các coc càng gần nhau thì σ tai

trong nhom thay rang neu cac cọc cang gan nhau thì σ z tại điểm trên trục cọc do cả nhóm gây ra >> ứng suất do mỗi cọc gây ra → S nhóm coc >> S coc đơn Nếu khoảng cách đat tới một trị

gay ra → S nhom cọc >> S cọc đơn Neu khoang cach đạt tơi một trịsố nào đó thì có thể coi sự làm việc của cọc đơn như sự làm việccủa coc trong nhóm coc

Phân bố ứng suất do cọc đơn và nhóm cọc Cọc đơn và nhóm cọc ï ï

b SCT giới han của coc theo vật liệu và theo nền đất

 Nếu tải trọng tác dụng lên cọc đủ lớn có thể xảy ra một

b SCT giơi hạn cua cọc theo vật liệu va theo nen đat

trong trường hợp:

 Cọc bị phá hoại do ứng suất trong cọc vượt quá khả năng

 SCT giới hạn của cọc Pgh(cọc) = min{Pgh(vl), Pgh(đn)}

Tuy nhiên, khi thiết kế nên P gh (vl) ≥ P gh (đn) Tuy nhien, khi thiet ke nen P gh (vl) ≥ P gh (đn)

→ P gh (cọc) ≡ P gh (đn)

 Sức chịu tải theo vật liệu, P vl

Coc bị phá hoai do ứng suất trong coc vươt quá khả năng làm

Cọc bị p a oạ do ư g sua o g cọc ượ qua a a g a

việc của vật liệu & sức chịu tải cực hạn, Pgh (vl) sẽ được tính

toán dựa trên cường độ cực hạn của vật liệu.ï g ä ï ï ä ä

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

chảy

chay

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

nghiệm ở ngày thứ 28

nghiệm ơ ngay thư 28

 Sức chịu tải theo đất nền, P đn

 Sức chịu tải theo đất nền, P (gh) đn gồm:

• Sức kháng bên, P s : là phản lực giữa đất

Pult

xung quanh cọc với phần xung quanh củacọc

• Sức kháng mũi, P p : là phản lực giữa đất

ở mũi cọc tác dụng lên đầu cọc.ï ï g ï PP PP

• u: chu vi tiết diện cọc

• Ap: diện tích tiết diện ngang cọc

• L: chiều dài coc

• 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,

P gh = min [P gh (vl) , P gh (đn) ]

Lưu ý:

 Với coc nhồi: Ta có thể thiết kế, P Vơi cọc nhoi: Ta co the thiet ke, P gh (vl) gh (vl) ≅ Pgh (đn) ≅ Pgh (đn)

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

P gh = P gh (đn) Thông thường thiết kế sao cho P gh (vl) = (2 - 3) P gh (đn) Thong thương thiet ke sao cho P gh (vl) (2 3) P gh (đn)

4 7 2 SỨC CHỊU TẢI CỦA COC 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

Pgh (vl) = ϕ ( mb.Rn.Ap + Ra.Aa)

Trong đó:

mb : hệ số điều kiện làm việc của bê tông

ϕ : hệ số uốn doc

Rn : cường độ chịu nén tính toán của bêtông

û á

Ra : cường độ tính toán của cốt thép

Aa : diện tích cốt thép cọc

Ap : diện tích mặt cắt ngang của cọc

Hệ số uốn dọc, ϕ

• λ: độ mảnh của coc

• λ: độ manh cua cọc

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

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

• l00: chiều dài tính toán của cọc, l 0 0 = νl.

• l: chiều dài thực của đoạn cọc

• ν: hệ số phu thuộc vào liên kết của hai đầu coc

• ν: hệ so, phụ thuộc vao lien ket cua hai đau cọc

a Coc BTCT đúc sẵn tiết diện đặc (chịu nén)

à

à

* Đầu cọc ngàm vào

trong đài và mũi cọc

nằm trong đất mềm

* Đầu cọc ngàm trong đài và mũi cọc tựa lên đá cứng hoặc đá

* Đầu cọc ngàm trong đài và mũi cọc trong đá

Hệ số phụ thuộc liên kết hai đầu cọc, ν

nam trong đat mem đa cưng hoặc đa

Lưu ý:

 Coc có thể liên kết với đài dưới dang khớp hoặc ngàm

 Cọc co the lien ket vơi đai dươi dạng khơp hoặc ngam

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

chiều sâu 5 10cm Không bắt buộc phải kéo dài cốt thép coc

chieu sau 5 ÷ 10cm Khong bat buộc phai keo dai cot thep cọcvào đài

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

cọc kéo dài trong đài lấy theo tiêu chuẩn thiết kế KCBTCT

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

b Coc nhồi BTCT tiết diện đặc (chịu

nén)

Trong đó:

Pvl = Ru.Ap + Ran.Aa

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

R = R/4 5 khi đổ bê tông dưới nước hoặc dưới bùn nhưng

R u = R/4.5 khi đo be tong dươi nươc hoặc dươi bun, nhưng

không lớn hơn 6MPa

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

R u = R/4 khi đo be tong trong ho khoan kho, nhưng khong lơn

hơn 7MPa

á á û

R: mác thiết kế của bê tông cọc.

 App: diện tích tiết diện ngang của cọc

b Coc nhồi BTCT tiết diện đặc (chịu

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

b.Cọc nhoi BTCT tiet diện đặc (chịu nén)

 Ran: cường độ tính toán của cốt thép

Khi φ < 28mm, Rφ 8 , an an = R c c /1.5 nhưng không lớn hơn 220MPa / 5 ư g o g ơ ơ 0 a

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

R : giới han chảy của cốt thép

Rc: giơi hạn chay cua cot thep

c Cọc ống BTCT (chịu nén)

 Rn : cường độ chịu nén của bê tông cọc

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

 App : diện tích tiết diện ngang của lõi bê tông cọc (phần nằm

trong cốt đai)

 AAaa : diện tích tiết diện ngang của cốt thép doc trong coc.: diện tích tiet diện ngang cua cot thep dọc trong cọc

 ϕ : hệ số uốn dọc, phụ thuộc vào độ mảnh của cọc

Trong đo:

 Rst : cường độ tính toán của cốt thép xoắn

 AAstst : diện tích quy đổi của cốt thép xoắn: diện tích quy đoi cua cot thep xoan

A st = πD t A t /b t

é

Dt: đường kính vòng xoắn

At: diện tích tiết diện ngang của cốt thép xoắn

bt: khoảng cách giữa các vòng xoắn

4 7 3 XÁC ĐỊNH SCT CỦA COC THEO ĐẤT NỀN

Khảo sát cọc diện tích Fc với chiều dài

coc trong đất L và chịu tải trong tác z

cọc trong đat L va chịu tai trọng tac

dụng P ở đỉnh cọc

P Ch å ị tươ đ ái iữ đ át τ(z)

z

P → Chuyển vị tương đối giưa đất

-cọc Δ(z) ở độ sâu z và chuyển vị tại

õi Δ(L) S ở õi

L τ(z)

mui cọc Δ(L) ≡ S ơ mui cọc

 Nếu trong pham vi li có: (z) s (z) const đặt

 Neu trong phạm vi li co: τmaxi(z) ≡ si(z) = const đặt

Sức chịu tải tính toán của coc [P] đươc hiểu là tải trong tối

4.7.3.2 Sưc chịu tai tính toan cua cọc

Fs1, Fs2: tùy thuộc vào phương pháp dư báo

Fs1, Fs2: tuy thuộc vao phương phap dự bao

4.7.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP DƯ BÁO SỨC CHỊU TẢI CỦA Ï Ị

CỌC THEO NỀN ĐẤT

4.7.4.1 Sức chịu tải của coc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền

Sức chịu tải cho phép của cọc đơn:

Trong đó:

P sức chịu tải tiêu chuẩn

Pa = Ptc/ktc

Ptc: sưc chịu tai tieu chuan

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

• k tc = 1, đối với móng bè cọc.

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

trường

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

cọc có kể đến biến dạng đàn hồi của đất

4.7.4.1 Sức chịu tải của coc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền

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

Đ ái ới đ øi h ë đ øi th á ø đ ù û ù è t â đ át

4.7.4.1 Sưc chịu tai cua cọc theo chỉ tieu cơ ly cua đat nen

 Đối với đài cao hoặc đài thấp mà đáy của nó nằm trên đấtcó tính nén lún lớn và đối với cọc ma sát chịu tải trọng nén,

õ hư đ ái ới b át k ø l i đ øi ø ø ùtcung như đoi vơi bat ky loại đai nao ma cọc ma sat, cọcchống chịu tải trọng nhổ, tuỳ thuộc vào số lượng cọc trongmóng

mong

S á l t k tc (khi sức chịu tải của coc xác

Hệ số an toàn, k tc

Số lượng cọc trong

4.7.4.1 Sưc chịu tai cua cọc theo chỉ tieu cơ ly cua đat nen

 Nếu việc tính toán móng cọc có kể đến tải trọng gió và tải

trọng cầu trục thì được phép tăng tải trọng tính toán trên các

cọc biên lên 20%

 Đối với móng chỉ có 1 cọc đóng mang tải trên 600kN hoặc 1

cọc 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

4 7 4 1 Sức chịu tải của coc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền

-a Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc chống trên đất ít nén co

4.7.4.1 Sưc chịu tai cua cọc theo chỉ tieu cơ ly cua đat nen tiếp-

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

P tc tc = mR n n p A p Trong đó:

m: hệ số điều kiện làm việc của coc trong đất m = 1m: hệ so đieu kiện lam việc cua cọc trong đat, m = 1

Ap: diện tích tiết diện ngang của cọc

R ø đ ä hị ûi û đ á û õi l á h

Rn: 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, R n = 2000T/m 2

• Đối với cọc ống chống lên bề mặt đá bằng phẳng không bị

phong hoá, R n = 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 tải

trọng nén:

P m(m R A + m u Στ l )

P tc = m(m R R n A p + m f u cΣτsi l i ) Trong đó:

• Rn và τsi: cường độ chịu tải ở mũi và mặt bên cọc, tra bảng

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

• m: hệ so đieu kiện lam việc cua cọc trong đat, m = 1

4 7 4 1 Sức chịu tải của coc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền

-• mR, mf: các hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc và mặt

4.7.4.1 Sưc chịu tai cua cọc theo chỉ tieu cơ ly cua đat nen tiếp-

-bên cọc có kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc, tra bảng

bang.

• 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 chặt tươngđối, ID < 1/3 hoặc trên đất sét có chỉ số lỏng, IL > 0.6 thì sứcchịu tải của coc nên xác định theo kết quả nén tĩnh coc.ị ï ị q ï

BẢNG TRA

327

Ma sát bên cọc, f si

BẢNG TRA

4 7 4 1 Sức chịu tải của coc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền

-Chú thích:

4.7.4.1 Sưc chịu tai cua cọc theo chỉ tieu cơ ly cua đat nen

-

tiếp-• Các trị số Rn trình bày ở dạng phân số thì tử số là của cát,

còn mẫu số là của sét

con mau so la cua set.

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

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

• Khi xác định τ đất nền đươc chia thành các lớp nhỏ đồng

• Khi xac định τsi, đat nen được chia thanh cac lơp nho đong

nhất có chiều dày, l i ≤ 2m.

• Ma sát bên fsi của đất cát chặt nên tăng thêm 30% so với các

giá trị trong bảng

0.0m

L 1

Đỉnh cọc Đáy đài

4 7 4 1 Sức chịu tải của coc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền

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

4.7.4.1 Sưc chịu tai cua cọc theo chỉ tieu cơ ly cua đat nen

-

tiếp-P tc k = m.u c Σm fτsi l i

u, mf, τsi, li: xác định như trên

m: hệ số điều kiện làm việc,

 Đối với coc ha vào đất ở độ sâu < 4m m = 0 6

 Đoi vơi cọc hạ vao đat ơ độ sau < 4m, m = 0.6

 Đối với cọc hạ vào đất ở độ sâu ≥ 4m, m = 0.8

BÀI TẬP ÁP DUNG 1Dự báo SCT của cọc BTCT tiết diện 25cmx25cm dài 12.5m ï ï ä

Nền đất gồm 3 lớp như sau:

 Lớp 1: Cát pha dẻo dày 6 5m có độ sệt B 0 6

 Lơp 1: Cat pha deo day 6.5m co độ sệt B = 0.6

 Lớp 2: Cát bột chặt vừa dày 4.0m

 Lớp 3: Sét trạng thái nửa cứng độ sệt B = 0.3

(chưa khảo sát hết chiều dày)

 Đỉnh cọc nằm cách mặt đất 1.0m, đáy đài cách mặt đất 1.5m

Lời giải

Mặt đất tự nhiên

2.0m

1.0m 2.0m

Sét nửa cứng

-13.0m

1.0m

Lớp đất Độ sệt Độ sâu trung bình, m , l i , m τi [kN/m 2 ]

Cát pha dẻo B = 0 6

4 7 4 2 Sức chịu tải của coc theo xuyên CPT

a Sức chống cực hạn ở mũi cọc

 qc: Sưc chống xuyên trung bình, lấy trong khoảng 3d phía

trên và 3d phía dưới mũi cọc

b.Sức chống cực hạn ở mặt bên cọc

• u: chu vi tiết diện cọc

• li: chiều dài của cọc trong lớp đất thứ i

• ττsi i: ma sát bên đơn vị của lớp đất thứ i đươc xác định theo: ma sat ben đơn vị cua lơp đat thư i, được xac định theosức chống xuyên đầu mũi, qc ở cùng độ sâu

τsi = qci/αi

αi: hệ số, tra bảng

Lưu ý: y

Khi xác định τ i luôn lấy ≤ giá trị cực đại của τ max cho

trong bảng tra

trong bang tra.

max

ci i

Hệ số α Giá trị cực đại q p (kPa)

Thành bêtơng ống thép Thành Thành bêtơng

Thành ống thép

Thành bêtơng ống thép Thành

Đất loại sét, cứng đến rất cứng > 5000 0.45 0.55 60 120 60 120

(80) 35 (80) 35 (80)

 Đối với cọc nhồi, thành hố được giữ tốt, khi thi công không

gây phá hoại thành hố và bê tông cọc đạt chất lượng cao

 Đối với cọc đóng có tác dụng làm chặt đất khi đóng cọc

BÀI TẬP ÁP DUNG 2Dự báo SCT của cọc BTCT tiết diện 25cmx25cm dài 12.5m thi ï ï ä công bằng phương pháp ép.

Nền đất gồm 3 lớp như sau:

 Lớp 1: Cát pha dẻo dày 6.0m có sức kháng xuyên qc = 1500kPa

 Lớp 2: Bùn sét dày 5.0m có sức kháng xuyên qc = 500 kPa

 Lớp 3: Cát hạt trung, chặt vừa sức kháng xuyên qc = 5000 kPa

(chưa khảo sát hết chiều dày)

 Đỉnh cọc nằm cách mặt đất 1.0m, đáy đài cách mặt đất 1.5m

Lời giải

Mặt đất tự nhiên

1000

1

1500 1000

SCT của coc đươc dư báo theo kết quả thí nghiệm CPT

αi , Kc: hệ số, tra bảng phụ thuộc loại cọc & PP hạ cọc:

Lớp 1: Cát pha dẻo, qc = 1500 kPaLớp 2: Bùn sét q 500 kPa

• N: chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4dtrên mũi coc

tren mui cọc

• Ap: diện tích tiết diện ngang mũi cọc

• Ntb: chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm vi lớp đấtrời

 Hệ số an toàn tổng thể: F S = 2.5 ÷ 3.

4 7 4 3 SCT của coc theo thí nghiệm xuyên SPT

b Sức chịu tải cho phép của cọc theo công thức của Nhật Bản:

N chỉ số SPT t ng bình t ong khoảng 1d dưới m õi coc & 4d

• Na: chỉ so SPT trung bình trong khoang 1d dươi mui cọc & 4dtrên mũi cọc

• Ns: chỉ số SPT trung bình của lớp đất rờidọc thân cọc

 Ls i: chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rờithứ i mà cọc đi qua

b Sức chịu tải cho phép của cọc theo công thức của Nhật Bản:

 Lc,i: chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ i mà cọc đi

qua

 u: chu vi tiết diện cọc

 c : Lực dính của đất dính của lớp đất thứ i mà cọc đi qua

BÀI TẬP ÁP DUNG 3Dự báo SCT của cọc BTCT tiết diện 25cmx25cm dài 12.5m thi ï ï ä công bằng phương pháp ép.

Nền đất gồm 3 lớp như ví du trênNen đat gom 3 lơp như ví dụ tren

Kết quả thí nghiệm xuyên SPT cho kết quả như sau:

Lực dính lơp cat pha deo c 1,2T/m ; lơp bun set c 0

Aùp dụng theo công thức của Nhật Bản.

4 7 5 SCT CỦA COC THEO CÔNG THỨC ĐỘNG

1 Nguyên lý:

 Sau khi hạ cọc đến độ sâu thiết kế, để cọc nghỉ, tiến hành

đóng thử với búa đóng trọng lượng Q, độ cao rơi búa H Đo độ lúng g ï g ï g , ä ä

1 nhát búa gây ra là e - độ chối của cọc - Độ xuyên sâu bình

quân của coc do 1 nhát búa

 Đóng cọc thử phải tiến hành từ 3 đến 5 nhát búa Độ cao rơi

búa phải đồng đêu cho tất cả các nhát & lấy giá trị trung bình)

bua phai đong đeu cho tat ca cac nhat & lay gia trị trung bình)

 Độ chối của cọc e càng bé → SCT giới hạn của cọc càng lớn

xac định SCT giơi hạn cua cọc P gh

Ở độ cao H cọc tích được năng lượng QH (thế

 Cọc dịch chuyển 1 đoạn e;

 Búa nẩy ngược trở lại 1 đoạn h;

 Một phần năng lượng tiêu tán ra xung

Va chạm giữa cọc và búa là va chạm đàn hồi (để coi động

lượng bảo toàn) → thế năng của búa QH = năng lượng va

2 Diễn dịch kết quả:

• F : diện tích tiết diện ngang cọc

• Q : Trọng lượng phần búa rơi;

• q : Trọng lượng cọc bao gồm cả mũ cọc, đệm cọc và cọc dẫnnếu có;

• H : Chiều cao rơi thực tế của phần động của búa

• kk11 : Hệ số phuc hồi khi va cham khi thép với gang va cham: Hệ so phục hoi khi va chạm, khi thep vơi gang va chạmvới gỗ thì lấy k1 = 0,2

• n: hệ số kinh nghiệm phu thuộc vật liệu làm coc và cách

• n: hệ so kinh nghiệm, phụ thuộc vật liệu lam cọc va cachđóng cọc, tra bảng sau: