Bài giảng Nền móng - Chương 4: Tính toán móng cọc cung cấp cho người học các kiến thức về tính toán kiểm tra cọc trong quá trình thi công, các bài tập áp dụng, cọc nhồi. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Trang 1BÀI TẬP ÁP DUNG 6 Tính toán kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc ép BTCT tiết diện
25 25 d øi 12 (tí h t ø đ ù đ øi)
25x25cm dài 12m (tính từ đáy đài):
Móng gồm 12 cọc bố trí như hình vẽ:
Bê tông cọc (mác 300#) Cốt thép cọc bố trí 4 Φ18
SCT của coc tính toán theo nền đất [P] = 29 T
SCT cua cọc tính toan theo nen đat [P] = 29 T
Kích thước đài Bđ x Lđ x hđ = 2m x 3.2m x 0.8m ; chôn sâu 1.2m
T ûi t tí h t ù t i át ët đ át l ø
Tải trọng tính toán tại cốt mặt đất là:
N0 = 300T ; M0 = 35 Tm và Q0 = 5 T
(Ghi chú: Bê tông M300# có Rn = 130 kG/cm2; cốt thép AII có Ra=
2800 kG/cm2)
N0
-1.20 m
5
9
1350
3200
Bảng này sinh viên tự điền Cọc Tọa độ P i (T) coc g Tr.lượng
c (T)
x (m) y (m) cọc g c (T)
x i (m) y i (m)
4 8 5 Tính toán kiểm tra đài coc
4.8.5 Tính toan kiem tra đai cọc
h 0
Sơ đồ xác định chiều cao làm việc của đài ị
Trang 2Th ơ đ à h ù h i d ứ át k ù h ë k ù hí h
a Theo sơ đồ phá hoại do ứng suất kéo hoặc kéo chính
(đâm thủng / ép thủng)
Việc xác định ứng suất kéo hoặc kéo chính trên mặt nghiêng
cần căn cứ vào sơ đồ bố trí coc cu thể
can can cư vao sơ đo bo trí cọc cụ the
Trường hợp kiểm tra theo cả hai phía, chiều cao đài phải thỏa
mãn điều kiện:
Q = Pđt ≤ Qb = Pcđt
N 0
M 0
H đ
h 0
c 2
a c
a c
b c
c 1
P ≤ P = α b + c + α a + c h R
Q = Pđt (lực đâm thủng) bằng tổng phản lực của cọc nằm
ngoài pham vi của tháp đâm thủng
ngoai phạm vi cua thap đam thung
Rk = cường độ tính toán chịu kéo của bê tông
c1, c2: Khoảng cách trên mặt bằng từ mép cột đến đáy tháp
đâm thủng;
2
α1, α2 : Các hệ số xác định theo
2
1
1
1, 5 1 h o
c
2
2
2
1, 5 1 h o
c
c >h c2 >h o
1
=
c
h o
1 2
=
c
h o
để tính, tức là coi tháp đâm thủng có góc nghiêng 45o khi đó
1
α hoặc α2 =2,12
1 0, 5 o
c < h c2 <0, 5h o
o
h
c1=0,5 c2 = 0,5h o
thì lấy hoặc
để tính với chú ý rằng: sự tăng của khả năng chống cắt theo góc nghiêng của tháp đâm thủng cũng là có giới hạn,khi đó α1
35 , 3
2 =
α
hoặc
û Giá trị αi trong khoảng: 2,12 ≤ αi ≤ 3,35
Trang 3a2 Hoặc tính gần đúng như sau:
Trường hợp tải trọng lệch tâm, sự nguy hiểm chỉ xuất hiện vềg g g y
phía có Pmax→ chỉ cần kiểm tra phía có Pmax
Điều kiện kiểm tra:
Q (≡ Pđt) ≤ Pcđt = k.Rk btb ho
Trong đó btb được xác định như sau:
á
+ Nếu b c + 2h o > b: b tb = (b c + b)/2
+ Nếu b c + 2h o ≤ b: b tb = (b c + h o )
P đt = tổng phản lực các cọc nằm ngoài tiết diện nghiêng
k: hệ số độ nghiêng của mặt phá hoại, k = f(c/ho) Tra bảng IV.8.
c: bề rộng hình chiếu của mặt phẳng phá hoại
h c + 2h 0 Hình không gian của tháp xuyên nghiêng góc 45 0
b Hàng coc choc thủng theo một mặt nghiêng từ mép
hàng cọc chịu tải tới mép cột
Điều kiện kiểm tra:
Q ( P ) ≤ P β b h R
Q (≡ Pđt) ≤ Pcđt = β btb ho Rk
Trong đó β hệ số không thứ nguyên được xác định:
2
1
7
,
0 +
β
1
7
,
+
c
β
+ Khi c < 0 5h o thì β đươc tính theo c = h 0
+ Khi c < 0,5h o thì β được tính theo c = h 0
+ Khi c > h o thì β được tính theo h 0 /c và β không nhỏ
hơ 0 6
N 0
M 0
H đ
h 0
a c
b c
c = c 1
Trang 4N 0
M 0
H đ
h 0
a c
a c
b c
c 1
N 0
M 0
H đ
h 0
a c
a c
b c
c 2
c Tính toán thép đài cọc
C át th ù t đ øi h û á hị â á d h û lư
Cốt thép trong đài chủ yếu chịu mô men uốn do phản lực
đầu cọc gây ra
Sơ đồ tính là dầm conson ngàm tại mép cột Như hình vẽ:
c Tính toán thép đài cọc
Sơ đồ tính thép đài cọc
I P4+ P9+ P14
P5+ P10+ P15
I
P4+ P9+ P14
B
F a (I-I)
B
I
P11+ …+ P15
I L
Trang 5X ùt ët ø I I II II
Xet mặt ngam I - I, II - II
Tính được MI-I, MII-II
k
Diện tích cốt thép cần thiết
1
i=
M
Diện tích cot thep can thiet
max
0, 9
a
M F
=
× ×
Ra: cường độ tính toán của cốt thép
h0 : chiều cao làm việc của đài h0 = h - abv
Trong đo:
P 0,i : Phản lực tính toán tác dụng lên cọc không kể trọng lượng
á bản thân cọc và lớp đất phủ từ đáy đài trở lên:
tt
M x
P
tt
i 1= yi i 1= xi
BÀI TẬP ÁP DUNG 7 Tính toán kiểm tra chiều cao đài cọc và chọn cốt thép cần thiết ï ï p
cho đài móng được bố trí như hình vẽ:
Bê tông đài B22 5 (mác 300#) Coc tiết diện 25x25cm
Be tong đai B22.5 (mac 300 ) Cọc tiet diện 25x25cm
Cột tiết diện 40cmx60cm Tải trọng tính toán tại cốt mặt đất là:
N0 = 350T và M0 = 40 Tm
Lớp bảo vệ cốt thép đáy đài abv=10cm
(Ghi chú: Bê tông B22.5 có Rn = 130 kG/cm2; Rk = 11 kG/cm2)
û
Lời giải
N 0
M 0
0.00 m
-1.20 m
6
3500
Trang 6Tải trong tác dung lên coc không kể trong lương bản thân
Tai trọng tac dụng len cọc khong ke trọng lượng ban than
cọc và lớp đất phủ từ đáy đài trở lên:
tt tt
y i
M x
N M y P
tt
i 1= yi i 1= xi
Dễ thấy: y
350 40 1, 5
33,17
12 6 1, 5 0, 5
+
6 1, 5 +0, 5
350 40 0, 5
30, 5
12 6 1 5 0 5
12 6 1, 5 +0, 5
350 40 0, 5×
350 40 0, 5
27,83
12 6 1, 5 0, 5
+
T đ ä
x i (m) y i (m)
xi 2 15.00
à
a Tính toán đâm thủng của cột:
Giả sử chiều cao đài h = 0,8m → h0 = h - a bv = 0,7 [m]
a Tính toan đam thung cua cột:
Pđtđt (lực đâm thủng) ( ï g) bằng tổng phản lực của cọc nằm ngoài g g p ï ï g
phạm vi của tháp đâm thủng
R ườ đ ä tí h t ù hị k ù û b â t â
Rk = cương độ tính toan chịu keo của bê tông
α1, α2: Các hệ số xác định theo
2
1 5 1 h o
2
1
1
1, 5 1
c
1, 5 1
c
N 0
M 0
0.00 m
-1.20 m
4
5 6
9
3500
Trang 7N 0
M 0
0.00 m
-1.20 m
4
5 6
11 12 10 0
3500
N 0
M 0
0.00 m
-1.20 m
4
5 6
9
3500
N 0
M 0
0.00 m
-1.20 m
4
5 6
9
3500
N 0
M 0
0.00 m
-1.20 m
P4+P8+P12
P3+P7+P11
?
P1+P2+P3+P4
? 1000
1
2 2
2
40x60
r 1 = 0.2m
r 1 2m
r 3 = 0.8m
Trang 8M ët ét I I
Mặt cắt I – I:
( 0 3 0 7 0 11) 1 ( 0 4 0 8 0 12) 2
I I
M I I = (P0,3 +P0,7 +P0,11)× +r1 (P0, 4 +P0,8+P0,12)×r2
M − P +P +P × +r P +P +P ×r
(30, 5 30, 5 30, 5) 0, 2 (33,17 33,17 33,17) 1, 2
= 137.71 T.m
137 71
Diện tích cốt thép cần thiết
2
137, 71
78,1
0, 9 28000 0, 7
a
F = = cm
× ×
Chọn 25∅20 a100, có F a = 78,5 cm 2
M = P + P +P + P × r
Mặt cắt II – II:
( 0,1 0, 2 0,3 0, 4) 3
II II
M − = P + P +P + P × r
(25,17 27,83 30, 5 33,17) 0,8
= 93.33 T.m
93 33
Diện tích cốt thép cần thiết
2
93, 33
52, 9
0, 9 28000 0, 7
a
F = = cm
× ×
Chọn 21∅18 a170, có F a = 53,4 cm 2
0 00
0.00 m
-1.20 m
1 2 21∅18 170
1 2 21∅18a170 2
25∅20a100 1
4∅10
a Xác định móng khối quy ước
Có hai cách xác định móng khối quy ước:
Cách 1:
tb
ϕ
ϕ = =
Cach 1:
4
1
i i
L l
ϕ
=
1
i
Kích thước khối móng quy ước:
L qư = L’ + (2L).tgα
B = B’ + (2L) tgα
B qư = B + (2L).tgα
Trang 9Ch ù thí h
Chu thích:
Nếu trong chiều dài của
á á
N M Q
cọc có lớp đất yếu (bùn,
than bùn, …v.v) dày hơn
30cm thì kích thước đáy
móng quy ước giảm đi
H m
L
bằng cách lấy L là khoảng
cách từ mũi cọc đến đáy
l ù đ á á
L
α
Mqư
Qqư
L’
L = L’ + 2L tanα
Sơ đ à ù đị h L qư = L + 2L.tanα
Sơ đồ xác định móng khối quy ước
N M Q
H m
L
móng khối quy ước
Nqư
Mqư
Qqư
o g o quy ươc
L’
L qư = L’ + 2L.tanα
Cách 2: Khi nền đất là đồng nhất
C ù h ù đị h ù ướ tươ tư ù h 1 hỉ kh ù l ø
Cach xac định mong quy ươc tương tự cach 1, chỉ khac la
góc mở bằng 300 cho mọi loại đất kề từ độ sâu, 2L/3
Kích thước khối móng quy ước:
L qư = L’ + 2(L/3).tg30°
B qư qư = B’ + 2(L/3).tg30° ( / ) g
N M Q
2L/3
Sơ đồ xác định móng khối quy ước khi đất
nền đồng nhất
L/3 30 0
L’
L qư = L’ + (2L/3)tan(30 0 )
Trang 10à á á è á á
Khi coc xuyên qua một số lớp đất yếu tưa vào lớp đất
Cách 2: Khi nền đất yếu nằm trên lớp đất tốt
Khi cọc xuyen qua một so lơp đat yeu tựa vao lơp đat
cứng, góc mở lấy bằng 300 kể từ độ sâu 2L1/3, với L1 là
phần coc nằm dưới lớp đất yếu cuối cùng
phan cọc nam dươi lơp đat yeu cuoi cung
Kích thước khối móng quy ước:
L qư = L’ + 2(L 1 /3).tg30°
B B’ + 2(L /3) tg30°
B qư = B’ + 2(L 1 /3).tg30°
N M Q
Đất yếu
Sơ đồ xác định móng
khối quy ước khi đất nền có lớp đất yếu
L 1
2L 1 /3
L 1 /3
L qư = L’ + (2L 1 /3)tan(30 0 )
è
Cách 2: Khi nền đất nằm trong phạm vi chiều dài cọc
gồm nhiều lớp đất có sức chịu tải khác nhau.
Kích thước khối móng quy ước:
L qư = L’ + L 1 /3 + 2(L 1 /3).tg30°
B qư = B’ + L 1 /3 + 2(L 1 /3).tg30°
B qư B + L 1 /3 + 2(L 1 /3).tg30
N M Q
11 4
Sơ đồ xác định móng khối quy ước khi đất nền gồm
2L 1 /3
quy ươc khi đat nen gom nhiều lớp đất có sức chịu tải khác nhau
L 1
L 1 /3 30 0
L’
L qư = L’ + L 1 /3 + (2L 1 /3)tan(30 0 )
Trang 11b Kiểm tra cường độ và ổn định
Điều kiện kiểm tra (tương tự như móng nông):p p tb tb ≤ R ≤ R đ đ
p max ≤ 1,2
RR đ
ptb, pmax: áp lực tiếp xúc trung bình, áp lực tiếp xúc lớn nhất tại
đá móng khối q ước
đay mong khoi quy ươc
Rđ: sức chịu tải tính toán của đất nền dưới đáy móng khối quy ước
p p
F L B
.
F L B
M − M −
max,min
tb
W − W −
Trong đó:
Nqu, Mx-qu, My-qu: Tải trọng tại đáy móng khối quy ước
N, Mx, Myy: tải trọng tại đáy đài
Qc: tổng trọng lượng các cọc trong đài, Qc = nc.Fc.γbt
γi: trong lương riêng của lớp thứ i;
γi: trọng lượng rieng cua lơp thư i;
li: chiều dài của đoạn cọc nằm trong lớp thứ i
. 2
qu x x
B L
M
W = −
. 2qu
qu
qu y y
L B
M
W = −
6
. qu
qu B L
6
qu qu
Xác định sức chịu tải giới han p gh
1
2
q: phụ tải: q = γtb.Hm;
Trong đó:
γtb m
γ: trọng lượng riêng của đất nền dưới mũi cọc;
N N N : hệ số sức chịu tải = f(ϕ);
Nγ, Nq, Nc: hệ so sưc chịu tai = f(ϕ);
ϕ, c: góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất dưới mũi cọc;
Lqư, Bqư: chiều dài, bề rộng móng khối quy ước
α1 1, α2 2, α3 3: hệ số hiệu chỉnh hình dạng móng = f(α)
B
2 0 2
0
B
2 0
qu
qu
L
B
2 , 0 1 2 , 0 1
α
α
qu
qu
L
B
2 , 0 1 2 , 0 1
α
c Kiểm tra biến dạng
Điều kiện kiểm tra (tương tự như móng nông):
S ≤ S h
S ≤ Sgh
S: độ lún ổn định của móng khối quy ước
Sgh: độ lún giới hạn
( 2)
1 o
.
o
S p B
E
ω
=
Trang 12 Trường hơp nền đất dưới đáy móng khối nhiều lớp
n
1
i i
=
BÀI TẬP ÁP DUNG 8
Móng cọc như h.v: Cọc tiết diện (25×25)cm, dài 12m, khoảng cách giữa các cọc là 1m
Biết nền đất gồm 2 lớp: g p
Lớp trên dày 8m, sét pha chảy B =1,2 và γw= 1,75T/m3
L ù d ùi ùt h û 850T/ 2 1 8T/ 3 30o 0 3 Lớp dưới cát nhỏ qc= 850T/m2; γw= 1,8T/m3; ϕ = 30o; μo= 0,3 Tải trọng tiêu chuẩn dưới cột là:
N0 = 250T ; M0 = 35 Tm và Q0 = 5 T
Kiểm tra điều kiện chôn sâu của đài kiểm tra điều kiện áp lực và độ lún của móng khối.
N M Q
0.0m
Chiều sâu tối thiểu của đai cọc
i
d
h ≥ h
11 3
-8.0m
min
d
h ≥ h
Trong đó:
30 0
-11.3m
min 0, 7 45
2
o Q
B
ϕ γ
g
3250
-13.0m
5200
0, 7 1,1 0, 77
d
h ≥ × m= m
Vậy ở đây ta chọn chiều sâu
chôn đài h đ = 1.5m ≥ h min
Sơ đồ như h.v:
Kiểm tra cường độ đất nền dưới mũi coc:
Cọc ngàm vào đài 0,5m
hqư = 1,5 + (12 - 0,5) = 1,5 + 11,5 = 13m
Chiều dài cọc nằm trong lớp cát (lớp 2):
L2= 13 0 - 8 = 5 0m
L2 = 13,0 8 = 5,0m
Kích thước khối móng quy ước:
Lqư = 3,25 + 2.1,7.tg30o = 5,2 m
B ư = 2 25 + 2 1 7 tg30o = 4 2m ( )2
21,84
qu
Bqư = 2,25 + 2.1,7.tg30 = 4,2m
Tải tiêu chuẩn thẳng đứng tại đáy móng khối quy ước:
Trang 13ứ át dưới đ ù ù kh ái ướ
ưng suất dươi đay mong khối quy ươc:
( 2)
818
37 45 /
d
N
p = = =37, 45(T m/ )
21,84
qu
F
Mômen tai đáy đài: tc 35
Momen tại đay đai: M ≈ Mo = 35 Tm
35
37 45
M
pmax p + 37, 45+ 39 3 (T/m 2 )
18, 93
W
4 2 5 2
B ×L ×
39,3 (T/m 2 )
( )3
4, 2 5, 2
18, 93
qu qu
B L
Trong đó:
Cường độ đất nền tai đáy móng khối quy ước:
1
2
Trong đo:
q : phụ tải, q = γtb.hqư = 1,77 x 13 = 23 (T/m2)
1 1 2 2
3
1, 77
m
h h
γ γ
γ = + = × + × =
4, 2
1 0 2 Bqu 1 0 2 0 84
1 0, 2 1 0, 2 0,84
5, 2
qu
n
L
1
q
n =
4, 2
1 0, 2 1 0, 2 1,16
5, 2
qu c
qu
B n
L
q
Với ϕ = 30 0 tra bảng:
Nγ = 19,7 ; Nq = 22,5 ; Nc = 37,2
Thay số:
( )
580
P
580
232
2, 5
gh d
s
P
T R
m F
37 45 T/ R 232 T
Kiểm tra:
2
37, 45 / d 232 T
m
max 39, 3 1, 2 d 1, 2 232 278
Tính toán độ lún của móng coc:
Áp lực gây lún:
37, 45 1, 77 13 14, 44
m
γ
1
o
E
μ
Trong đo:
m
α
5, 2
1, 23
4 2
qu L
4, 2
qu B
2
1 0, 3
14 44 4 2 1 08 0 035 3 5
S × × × − ,
14, 44 4, 2 1, 08 0, 035 3, 5
1700
S = × × × = m ≈ cm
Trang 14CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN MÓNG COC
4.6 Cọc nhồi (Bored Pile)
Phạm vi áp dụng
Sử dung trong trường hơp tải trong công trình lớn (nhà cao
tầng, cầu giao thông, công trình cảng …v.v).
Ưu điểm
Ưu điem
•Sức chịu tải lớn
•Khi thi công không gây chấn động mạnh và tiếng ồn lớn
Nhược điểm ï
•Giá thành cao
Kiểm tra chất lương bê tông coc phức tap
•Kiem tra chat lượng be tong cọc phưc tạp
4 6 Coc nhồi (Bored Pile)
Kích thước cọc nhồi, D ≥ 0.6m.
4.6 Cọc nhoi (Bored Pile)
Bê tông, Mác ≥ 300 hoặc cấp độ bền B20 ÷ B25
Cốt thép
Cot thep
Cốt thép được bố trí theo tính toán
Cọc chịu nén đúng tâm, hàm luợng thép, μ ≥ (0.2 ÷ 0.4)%.
Cọc chịu uốn, chịu kéo, hàm luợng thép, μ ≥ (0.4 ÷ 0.7)%.
Cốt thép chủ bố trí theo chu vi cọc, φ ≥ 12, @ ≥ 100
Cốt thép đai φ = (6 ÷ 10)@200 ÷ 300
Cot thep đai φ = (6 ÷ 10)@200 ÷ 300
Đai liên tục hoặc xoắn (khi D = 0.6 ÷ 0.8m)