Chương 2: Thiết kế móng cọc

Chương 2: Thiết kế móng cọc được biên soạn với các nội dung chính: Cơ sở lý thuyết, các dữ liệu tính toán, trình tự tính toán và thiết kế móng cọc. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.

MỤC LỤC CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÓNG CỌC

1.1.1 CHỌN CHIỀU SÂU CHÔN MÓNG D f VÀ KÍCH THƯỚC CỌC SƠ BỘ: 3

1.1.8.KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT NỀN DƯỚI MŨI CỌC VÀ ĐỘ LÚN MÓNG CỌC: 21

1.1.10 ỨNG DỤNG SAP2000 KIỂM TRA CỌC CHỊU TẢI NGANG: 28 1.1.11 CƠ SỞ LÝ THUYẾT KIỂM TRA CỌC CHUYỂN VỊ NGANG: 37 1.1.12 TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG CỌC (theo TCXD 205 -1998) 40

2.1.1.THỐNG KÊ SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT 1B (trích từ phần I): 45

2.2.1.CHỌN CHIỀU SÂU CHÔN MÓNGD f VÀ KÍCH THƯỚC CỌC SƠ BỘ: 46

2.2.4.BỐ TRÍ CỌC: 55

2.2.8.KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT NỀN DƯỚI MŨI CỌC VÀ ĐỘ LÚN MÓNG CỌC: 63

2.2.11 KIỂM TRA CỌC CHỊU TẢI NGANG (theo phụ lục G TCXD 205 1998): 75

2.2.12 TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG CỌC (theo TCXD 205 -1998)

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ MÓNG CỌC

1.1.1a.Chọn loại cọc thi công phù hợp ( theo TCXD 205:1998 – Mục 3.2)

1.1.1b.Chiều sâu đặt móng D f phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Nếu công trình không có tầng hầm, xung quanh không có công trình lân cận, địa chất tương đối thuận lợi thì để đơn giản trong thi công như ép cọc, đào thi công đài móng… chiều sâu đặt đáy đài từ 1,5m 3, 0m

- Nếu công trình có tầng hầm thì cao độ mặt trên của đài trùng với cao độ mặt trên của sàn tầng hầm để thuận tiện trong thi công và có lợi cho việc chịu lực của sàn tầng hầm

- Nếu công trình xây chen (xung quanh giáp ranh với các công trình lân cận) thì chiều sâu đặt đài không nên quá sâu vì khi thi công dễ ảnh hưởng đến các công trình lân cận

- Cũng cần lưu ý rằng, trong móng cọc chúng ta không cần thiết phải chọn chiều sâu đặt đài sao cho thõa mãn lực ngang tác dụng lên móng phải nhỏ hơn áp lực tác dụng của đất nền

vì trong móng cọc phải xét đến cọc chịu tải trọng ngang để xác định nội lực và cốt thép trong cọc (sẽ được kiểm tra ở phần cọc chịu tải trọng ngang)

1.1.1c Cường độ của vật liệu làm cọc:

- Những vấn đề chung: cọc BTCT chế tạo sẵn phải được thiết kế có thể chịu được giá trị nội

lực sinh ra trong quá trình cẩu, vận chuyển, lắp dựng, thi công hạ cọc và chịu tải với hệ số

an toàn và hợp lý

+ Ứng suất cho phép lớn nhất trong cọc khi làm việc không được vượt quá 0.33fc

+ Ứng suất cho phép lớn nhất do ép cọc (có thể sinh ra hai loại sóng ứng suất nén và kéo), không được vượt quá giới hạn: 0.85fc (cho trường hợp sóng nén); 0.70 fy (cho trường hợp sóng kéo); (fc: cường độ chịu nén khi nén tĩnh bê tông; fy: giới hạn dẻo của thép)

- Yêu cầu về bê tông: dựa trên điều kiện làm việc của cọc, cấp độ bền tối thiểu cho bê tông

cọc có thể lấy như sau:

Bảng 1.1 Cấp độ bền tối thiểu của bê tông làm cọc

tương ứng Mác bê tông

- Yêu cầu về cốt thép dọc:

+ Cốt thép dọc phải thỏa mãn các điều kiện quy định về chất lượng cốt thép để có thể chịu được các nội lực phát sinh trong quá trình bốc dỡ, vận chuyển, cẩu lắp và áp lực kéo các mô-men uốn của công trình bên tác dụng vào cọc, cũng cần xét đến trị ứng suất

kéo có thể phát sinh do hiện tượng nâng nền khi ép (đóng) các cọc tiếp theo

+ Cốt thép chủ yếu cần được kéo dài liên tục theo suốt chiều dài cọc Trong trường hợp bắt buộc phải nối cốt thép chủ, mối nối cần được tuân theo quy định về nối thép và bố

trí mối nối của các thanh

+ Trong trường hợp cần tăng khả năng chịu mô-men, thép được tăng cường ở phần đầu cọc, nhưng cần bố trí sao cho sự gián đoạn đột ngột của cốt thép không gây ra hiện

tượng nứt khi cọc chịu tác động xung trong quá trình ép (đóng) cọc

+ Trong các trường hợp bình thường thì cốt thép dọc được xác định theo tính toán, hàm

lượng thép không nhỏ hơn 0,8% đường kính không nên nhỏ hơn 14mm

+ Đối với những trường hợp sau, nhất là các cọc cho nhà cao tầng, hàm lượng của cốt

thép dọc có thể nâng lên 1 – 1,2% khi:

 Mũi cọc xuyên qua lớp đất cứng;

 Độ mảnh của cọc L/d > 60;

 Số cọc trong đài ít hơn 3 cọc

- Yêu cầu về cốt đai:

+ Cốt đai có vai trò đặc biệt quan trọng để chịu ứng suất nảy sinh trong quá trình ép (đóng) cọc Cốt đai có dạng móc, đai kín hoặc xoắn Trừ trường hợp có sử dụng mối nối đặc biệt hoặc mặt bích bao quanh đầu cọc mà có thể phân bố được ứng suất gây ra trong quá trình ép (đóng) cọc, trong khoảng cách bằng 3 lần cạnh nhỏ của cọc tại hai

đầu cọc, hàm lượng cốt đai không ít hơn 0,6% của thể tích vùng nêu trên

+ Trong phần thân cọc, cốt đai có tổng tiết diện không nhỏ hơn 0,2% và được bố trí với khoảng cách không lớn hơn 200mm Sự thay đổi các vùng có khoảng cách các đai cốt khác nhau không nên quá đột ngột

+ Thép gia cường đầu cọc: thông thường để đầu cọc không bị bể khi ép (đóng) hoặc ép cọc thì nên dùng lưới thép 6 50a để gia cường đầu cọc (thường bố trí 4 lớp)

1.1.2 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC:

Nền phải tính theo : ( Trích mục 4.1.3 TCVN 9362-2012)

- Trạng thái giới hạn thứ nhất dựa vào sức chịu tải

- Trạng thái giới hạn thứ hai dựa vào biến dạng (độ lún, độ võng ) gây cản trở việc

1.1.2.1 SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO CƯỜNG ĐỘ CỦA VẬT LIỆU: (3.3.2 TCXD 205-1998):

1.1.2.1.a Cọc chịu tải trọng tức thời khi ép cọc:

- Công thức tính toán:

𝑄𝑉𝐿1 = 𝜑𝐴𝑏𝑅

Trong đó:

R: ứng suất trong cọc (kN/m2) được tính như sau:

+ Với cọc bê tông cốt thép: R=0.85fc (fc là cấp độ bền của bê tông của mẫu lăng trụ được xác định theo thí nghiệm cường độ, kN/m2) - trích 3.3.2 tcxd 205 – 1998 Ứng suất tức thời lớn nhất do trong quá trình đóng cọc có sinh ra song ứng suất nén hoặc kéo Với nén R=0.85fc với kéo R=0.7fy

𝐴𝑏: diện tích tiết diện ngang của cọc (m2)

b: bề rộng của tiết diện chữ nhật

l0: chiều dài tính toán của cọc được xác định như sau:

+ Khi ép (đóng) cọc:

𝑙0 = 𝑣𝑙

Hình 1.1 Trường hợp thi công ép (đóng)

Với:

v = 1.0 (thiên về an toàn xem tại vị trí nối cọc là liên kết khớp, tại vị trí lực tác dụng khi

ép cọc như tựa đơn)

l – chiều dài đoạn cọc lớn nhất khi chưa ép vào đất

1.1.2.1.b Cọc chịu tải trọng của công trình lâu dài:

+ Với cọc bê tông cốt thép: R=0.33fc (fc là cấp độ bền của bê tông, kN/m2) - trích 3.3.2 tcxd 205 – 1998

Ứng xuất cho phép lớn nhất không được vượt quá giới hạn sau:

- Với cọc bê tông cốt thép : 0.33fc;

- Với cọc bê tông côt thép ứng suất trước : 0.33fc-0.27fpe

𝐴𝑏: diện tích tiết diện ngang của cọc (m2)

: hệ số uốn dọc của cọc

2

1, 028 0, 0000288 0, 0016

: độ mảnh của cọc, =le/r (cọc tròn hoặc cọc vuông), = le/b (cọc chữ nhật)

r: bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông

b: bề rộng của tiết diện chữ nhật

l0: chiều dài tính toán của cọc được xác định như sau:

- Khi chịu tải trọng công trình

Hình 1.2 Trường hợp cọc làm việc chịu tải trọng công trình





I - momen quán tính tiết diện cọc theo phương của lực tác dụng

1.1.2.2 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN: (3.3.2 TCXD 205-1998): 1.1.2.2.a Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (phụ lục A-TCXD

205-1998):

tc a tc

Q Q K



Trong đó:

𝑄𝑡𝑐: sức chịu tải tiêu chuẩn tính theo đất nền của cọc đơn(kN)

𝑄𝑎: sức chịu tải cho phép tính toán (kN)

ktc: hệ số an toàn, được lấy như sau:

 Đối với móng cọc đài cao hoặc đài thấp có đáy đài nằm trên đất có tính nén lún lớn và đối với cọc ma sát chịu tải trong nén, cũng như đối với bất

kì loại đài nào mà cọc treo, cọc chống chịu tải trọng nhổ, tùy thuộc số lượng cọc trong móng, trị số ktc lấy như sau:

Bảng 1.2 Bảng xác định hệ số ktc

Số cọc trong móng ktc Móng có trên 21 cọc 1,4 Móng có từ 11 đến 20 cọc 1,55 Móng có từ 6 đến 10 cọc 1,65

Móng có từ 1 đến 5 cọc 1,75

 Lưu ý:

 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% (trừ móng trụ đường dây tải điện)

 Đối với móng chỉ có 1 cọc ép, mang tải trên 600 kN thì ktc =1,6

Qtc: sức chịu tải tiêu chuẩn theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền:

Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát thi công bằng phương pháp ép có cạnh cọc đến 0,8m, chịu tải trọng nén, được xác định theo công thức:

Trong công thức trên việc lấy tổng cường độ chịu tải của đất phải được tiến hành trên tất cả các lớp đất mà cọc xuyên qua Trong trường hợp khi san nền cần gạt bỏ hoặc có thể bị xói trôi đất đi, phải tiến hành lấy tổng sức chống tính toán của tất cả các lớp đất nằm lần lượt bên dưới mức san nền (gọt bỏ hoặc dưới cốt xói lở cục bộ khi bị lũ)

1.1.2.2.b Sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền:(phụ lục B TCXD 205-1998)

 FS s: hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, lấy bằng 1,5-2,0

 FS p: hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc lấy bằng 2,0-3,0

 Thành phần chịu tải do ma sát xung quanh cọc:

Trong đó:

 Ap – tiết diện mũi cọc

 qp – sức chịu tải đơn vị mũi cọc

 Tính toán sức chịu tải đơn vị mũi cọc:

𝑞𝑝 = 𝑐𝑁𝑐+ 𝜎𝑣𝑝′ 𝑁𝑞+ 𝛾𝑑𝑝𝑁𝛾Trong đó:

 c: lực dính của đất tại mũi cọc (kN/m2),

  : Dung trọng của đất nền tại mũi cọc (kN/m3),

 𝜎𝑣𝑝′ : Ứng suất hữu hiệu tại mũi cọc (kN/m2)

 N c ,N q ,N γ: hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào ma sát trong của đất, hình

dạng mũi cọc và phương pháp thi công

Sức chịu tải mũi đơn vị theo công thức Vesic:

'

 𝛼 hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công cọc:

 Cọc bê tông cốt thép thi công bằng phương pháp ép (đóng):𝛼 = 30

 Cọc khoan nhồi: 𝛼 = 15

 N a: chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc;

 N s: giá trị trung bình của chỉ số SPT trong lớp đất rời;

 L s: chiều dài phần cọc nằm trong lớp đất rời,m;

 C: giá trị trung bình của số búa lực dính đơn vị trong lớp đất dính,

 L c: chiều dài phần cọc nằm trong lớp đất dính,m

Q Q FS



Trong đó:

 K1: hệ số, lấy bằng 400 cho cọc ép (đóng) và bằng 120 cho cọc khoan nhồi

 K2: hệ số, lấy bằng 2 đối với cọc ép và bằng 1 đối với cọc khoan nhồi

 N: chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d trên mũi cọc

 Ntb: chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm vi lớp đất rời

 Ap: diện tích tiết diện mũi cọc, m2

 As: diện tích mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời), m2

 FS: hệ số an toàn áp dụng khi tính toán sức chịu tải của cọc theo xuyên tiêu chuẩn lấy bằng 2,5 3, 0 

 Kết luận: Sức chịu tải thiết kế

 Thiên về an toàn, tải trọng thiết kế phải lấy giá trị có độ tin cậy lớn nhất của các giá trị sức chịu tải Qai cho phép tính.( dùng phương pháp bình phương cực tiểu để tính giá trị đặc trưng của đất nền max 4 min

6

tb tk

lớn hơn sức chịu tải cực hạn của cọc theo chỉ tiêu đất nền

1.1.2.3 KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VAT LIEU

 Kiểm tra cọc chịu tải trọng tạm thời ( khi ép cọc):

N n

Q 



Trong đó:

 tt

N : lực dọc tính toán tại chân cột (ngoại lực tác dụng lên móng)

 Q aTK: sức chịu tải thiết kế của cọc

 : hệ số xét đến do moment và lực ngang tại chân cột, trọng đài và đất nền trên đài, tùy theo giá trị của moment và lực ngang mà chọn giá trị  hợp lý Thường = 1.2 1.5

 nc: chỉ là số lượng cọc sơ bộ, cần được kiểm tra ở các bước tiếp theo

1.1.4.BỐ TRÍ CỌC:

 Thông thường các cọc được bố trí theo hàng, dãy hoặc theo lưới tam giác

 Khoảng cách giữa các cọc (từ tim cọc đến tim cọc): S = 3d ÷ 6d

(d: đường kính hay cạnh cọc), nếu bố trí trong khoảng này thì cọc đảm bảo được sức chịu tải và các cọc làm việc theo nhóm

 Để ít bị ảnh hưởng đến sức chịu tải của cọc (do cọc làm việc theo nhóm), thì nên bố trí cọc tối thiểu là 3d

 Khi bố trí cọc lớn hơn 6d thì ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cọc có thể bỏ qua, khi đó xem như cọc làm việc riêng lẻ

Khi tải đứng lệch tâm hoặc kích thước đài lớn có thể bố trí sao cho phản lực đầu cọc tương đối bằng nhau

 Khoảng cách từ mép ngoài của cọc đến mép ngoải của đài từ d ÷ d

 Nên bố trí cọc sao cho tâm cột trùng với trọng tâm của nhóm cọc

1.1.5 KIỂM TRA ĐÀI CỌC

1.1.5.1.KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN XUYÊN THỦNG CHO ĐÀI:

1.1.5.1.a Dưới tác dụng của lực dọc, chiều cao của đài cọc không đủ cao sẽ bị

xuyên thủng, để không bị xuyên thủng hiều cao của đài cọc phải thỏa mãn điều kiện sau:

 Trường hợp 1: Khi các cọc đều nằm ngoài đáy lớn của tháp xuyên thủng (khi mặt bên

của tháp xuyên nghiêng 1 góc 45o so với trục thẳng đứng):

Hình 1.6 Khi mặt bên của tháp nén thủng nghiêng 450 (đáy tháp nén thủng không phủ lên các cọc)

 Trường hợp 2: Khi đáy lớn của tháp xuyên 45o bao phủ một phần của cọc

- Trường hợp này tháp xuyên thủng được xác định như sau:

Hình 1.7 Khi mặt bên của tháp nén thủng nghiêng góc nhỏ hơn 450 (đáy tháp nén thủng ứng với góc xuyên phủ lên 1 phần cọc)

 P i xt( )- phản lực đầu cọc nằm trong phạm vi đáy lớn tháp xuyên thủng

Để thiên về an toàn phản lực đầu cọc chỉ do lực dọc gây ra (không xét đến moment, lực ngang, trọng lượng bản thân đài và đất nền trên đài) và được tính với hệ số vượt tải n = 0.9

( ) 0, 9 1.15

moment, lực ngang, trọng lượng bản thân đài và đất trên đài

Lấy sức chống xuyên thực tế nhân với 1 lượng h0

c , khi đó Pcx được tính như sau:

0 0(cx) bt. m 0 h

P R u h

c





- Trường hợp 2: Khi đài có đặt cốt đai:

Khi trong phạm vi tháp xuyên thủng có đặt các cốt thép đai thẳng góc với mặt đáy đài, lực chống xuyên thủng được tính toán như sau:

Ở đây,R swkhông được vượt quá giá trị ứng với cốt thép CI, A-1

Khi kể đến cốt thép ngang, Fsw lấy không nhỏ hơn 0,5P0(xt).

Khi bố trí cốt thép đai trên một phần hạn chế gần vị trí đặt tải trọng tập trung, cần thực hiện tính toán bổ sung theo điều kiện (mục 2) cho tháp xuyên thủng có đáy trên nằm theo chu vi của phần có đặt cốt thép ngang

Ở vùng chịu xuyên thủng, cốt thép ngang trong đài móng được đặt với bước không lớn hơn h/3 và không lớn hơn 200mm, chiều rộng vùng đặt cốt thép ngang không nhỏ hơn 1,5h (với

h là chiều dày đài) Cốt thép ngang phải được neo chắc chắn ở hai đầu bằng cách hàn hoặc kẹp chặt cốt thép dọc, để đảm bảo độ bền của liên kết và của cốt thép là tương đương

1.1.5.2 KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN CẮT CHO ĐÀI CỌC:

 Trường hợp 1: lực chống cắt của bê tông có tính đến cốt đai: (Trích mục 6.2.3.3

TCVN 5574-2012)

Trong đó Q không nhỏ hơn b3(1f n)R bh bt 0

- φb3 xét ảnh hưởng của bê tông lấy như sau

+ Đối với bê tông nặng và bê tông tổ ong φb3 = 0,6 + Đối với bê tông hạt nhỏ φb3 = 0,5

+ Đối với bê tông nhẹ có mác theo khối lượng thể tích trung bình

 D1900: φb3 = 0,5

 D 1800: φb3 = 0,4

- φb2 xét ảnh hưởng của bê tông lấy như sau

+ Đối với bê tông nặng và bê tông tổ ong φb2 = 2,0 + Đối với bê tông hạt nhỏ φb2 = 1,7

+ Đối với bê tông nhẹ có mác theo khối lượng thể tích trung bình

  (hệ số φb3 lấy tương tự trường hợp 1)

- φb4 xét ảnh hưởng của bê tông lấy như sau

+ Đối với bê tông nặng và bê tông tổ ong φb4 = 1,5 + Đối với bê tông hạt nhỏ φb4 = 1,2

+ Đối với bê tông nhẹ có mác theo khối lượng thể tích trung bình

 D1900 φb4 = 1,2

 D 1800: dùng cốt liệu nhỏ đặc φb4 = 1,0

- Hệ số φn và c được xác định như trường hợp 1

1.1.6.2 Ngoại lực tác dụng

 Ngoại lực tác dụng lên đài là phản lực đầu cọc trong phạm vi của dầm consol

 Thông thường đối với móng nông, khi tính toán cốt thép thì tải trọng tác dụng là tải trọng ròng (không xét đến trọng lượng bản thân móng và đất nền trên móng) Tuy nhiên khi tính đài cọc, vì hầu như tất cả các lực đều truyền lên các cọc, đặc biệt là đài cọc nằm trong lớp đất yếu vì vậy, phản lực đất nền (đất yếu) không đủ khả năng chịu được trọng lượng đài vả đất nền trên đài

 Vì vậy, thiên về an toàn, khi tính toán cốt thép trong đài cọc, ngoài ngoại lực tính toán tác dụng lên cọc, còn xét đến trọng lượng bản thân đài và đất nền trên đài

1.1.6.3 Xác định moment trong đài (cho cả hai phương)

i i

M = Pl

Trong đó:

 M: moment trong đài tại mép cột

 Pi : phản lực đầu cọc thứ i tác dụng lên bản consol

 li : khoảng cách từ lực Pi đến mép mặt ngàm của bản consol

s

R bh R

 



1.1.7 KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ NHÓM CỌC :

1.1.7.1 Kiểm tra sức chịu tải của cọc đơn:

 : tổng moment tại đáy đài quay quanh trục y tại trọng tâm nhóm cọc

Kiểm tra sức chịu tải của cọc :

max min 0

 W: trọng lượng của cọc (lấy hệ số vượt tải do trọng lượng bản thân < 0.9)

 Qa nhổ: sức chịu nhổ an toàn của cọc (sức chịu tải cho phép của cọc do phần ma sát gây ra).phu luc A.6- TCXD205:1998

Khi kiểm tra cọc chịu nhổ nên kiểm tra khả năng chịu lực tại các mối nối cọc và khả năng chịu kéo của cọc

Cũng cần lưu ý rằng, công thức xác định phản lực đầu cọc ở trên được quan niệm là đài cọc cứng tuyệt đối Vì vậy, khi đài cọc có kích thước lớn như móng cọc đài băng hoặc đài bè thì đài không được xem là cứng tuyệt đối Vì vậy, khi xác định nội lực trong đài

và phản lực đầu cọc, thì cần giải theo phương pháp phần tử hữu hạn

1.1.7.2 Kiểm tra sức chịu tải của nhóm cọc:

1 2

2 1

90

) 1 ( )

1 ( 1

n n

n n

n n

Dự tính độ lún của nhóm cọc được dựa trên mô hình móng khối quy ước Có ba cách xác định móng khối quy ước như sau:

 Trường hợp 1: Cọc đi qua nền nhiều lớp

Hình 1.10 Móng khối quy ước cọc đi qua nhiều lớp đất Ranh giới móng quy ước

Phía dưới là mặt phẳng AC đi qua mũi cọc được xem là đáy móng;

Phía trên là mặt đất san nền BD, với AB = là độ sâu đặt móng (từ mặt đất đến cao trình mũi cọc);

Phía cạnh là các mặt phẳng đứng AB và CD qua mép ngoài cùng của hàng cọc biên tại khoảng cách Ltb tan tb/ 4 nhưng không lớn hơn 2d (d: đường kính hoặc cạnh cọc vuông) khi dưới mũi cọc có lớp sét bụi với chỉ số sệt IL> 0,6; khi có cọc xiên thì các mặt phẳng đứng nói trên đi qua mũi cọc xiên này:

i i tb

tb

l L



 

Trong đó:

 i: góc ma sát trong của lớp đất có chiều dày li

 Ltb: độ sâu hạ cọc trong đất kể từ đáy đài, L tb l i

Nếu trong chiều dài của cọc có lớp đất yếu (bùn, than bùn…) dày hơn 30 cm thì kích thước đáy móng quy ước giảm đi bằng cách lấy Ltc là khoảng cách từ mũi cọc đến đáy lớp đất yếu;

Trọng lượng bản thân của móng quy ước gồm trọng lượng cọc và đất nằm trong phạm

vi móng quy ước

 Trường hợp 2: Cọc đi qua nền đồng nhất

Hình 1.11 Móng khối quy ước qua nền đồng nhất

Ranh giới móng quy ước khi đất nền là đồng nhất

Cách xác định móng quy ước tương tự cách 1, chỉ khác là lấy góc ma sát bằng 30o cho mọi loại đất kể từ độ sâu 2Ltb/3

Ranh giới của móng quy ước khi cọc xuyên qua một số lớp đất yếu tựa vào lớp đất cứng cách xác định móng quy ước như mô tả trong cách 1, riêng góc mở lấy bằng 30o kể

từ độ sâu 2L1/3, với L1 – phần cọc nằm dưới lớp đất yếu cuối cùng

Ranh giới của móng quy ước khi đất nền nằm trong phạm vi chiều dài cọc gồm nhiều lớp có sức chịu tải khác nhau

Chiều rộng và chiều dài bản móng quy ước là đáy hình khối có cạnh mở rộng so với mặt đứng của hàng cọc biên bằng ¼ cho đến độ sâu 2Ltb/3, từ đó trở xuống đến mặt

phẳng mũi cọc góc mở bằng 30o

Độ sâu đặt móng quy ước là tại mặt phẳng mũi cọc

Ứng suất phụ thêm phân bố trong đất nền, dưới mũi cọc có thể tính toán theo lời giải Boissinesq với giả thiết bản móng quy ước đặt trên bán không gian đàn hồi

Độ lún của móng quy ước được tính theo phương pháp quen biết như đối với móng nông trên nền thiên nhiên

 Trường hợp 3: Cọc đi qua lớp đất yếu và lớp đất tốt

Hình 1.12 Cọc đi qua lớp đất yếu và lớp đất tốt

1.1.8.2 Kiểm tra ổn định đất nền dưới đáy móng khối quy ước:

 Điều kiện ổn định nền dưới móng khối quy ước là:

qu qu qu

B L

W  khi moment quay theo hướng Lqu hoặc ngược lại

2 6

qu qu qu

L B

W  khi moment quay theo hướng Bm)

Lqu, Bqu- chiều dài và chiều rộng của móng khối quy ước

 S gh- độ lún giới hạn được xác định theo bảng H.2 (TCXD205:1998)

S – độ lún trung bình của đất nền dưới đáy móng khối quy ước

Các bước tính độ lún của móng khối quy ước theo phương pháp tổng phân tố

p - áp lực tiêu chuẩn trung bình của đất nền dưới đáy móng khối quy ước

Bước 2: Chia lớp phân tố

Chiều dày của lớp phân tố được xác định theo điều kiện sau:

B3.1 Xác định 1i: ứng suất trung bình ở chính giữa lớp đất thứ I trước khi có công trình (do trọng lượng bản thân đất nền gây ra (có hiệu ))

1i v' i'h i

  B3.2 Xác định 2i: ứng suất trung bình ở chính giữa lớp đất thứ I sau khi có công trình (do trọng lượng bản thân đất nền gây ra và ứng suất do pgl gây ra tại chính giữa lớp đất thứ i)

Cũng lưu ý rằng, điều kiện trên áp dụng cho móng nông, nhưng đối với móng khối quy ước, mức độ giảm ứng suất do tải trọng ngoài gây ra giảm rất chậm theo độ sâu, vì vậy nên tính lún cho tất cả các lớp đến khi nào độ lún Si rất nhỏ so với tổng độ lún thì dừng phần tính lún

Bước 5: Xác định tổng độ lún của nền theo phương pháp tổng phân tố

i

S S

1.1.9 KIỂM TRA CỌC CHỊU CẨU LẮP:

Khi bố trí các móc cẩu trong cọc, nên bố trí sau cho moment căn thớ trên và moment căn thớ dưới bằng nhau Một số trường hợp đặc biệt như sau:

- Sơ đồ móc cẩu (thường trong điều kiện dựng cọc)

Hình1.13 Sơ đồ bố trí móc cẩu trong trường hợp dựng cọc



0.293L

L

M1

q

- Sơ đồ 2 móc cẩu (thường trong điều kiện cẩu cọc):

Hình 1.14 Sơ đồ bố trí móc cẩu trong trường hợp cẩu cọc

2

1 0.0214

Ghi chú: Trong trường hợp cọc chỉ bố trí 2 móc cẩu thì thường dùng móc cẩu trong

sơ đồ cẩu cọc để dựng cọc, khi đó moment lớn nhất trong cọc là 2

0, 068

Trong đó: q: tải trọng bản thân của cọc quy về phân bố theo chiều dài được tính theo

công thức: q=Kđ γd2 (Kđ=(1.2-2) Hệ số động phụ thuộc vào phương pháp vận chuyển cọc)

1.1.10 ỨNG DỤNG SAP2000 KIỂM TRA CỌC CHỊU TẢI NGANG:

Tải trọng ngang tác dụng lên cọc được tính bởi

𝑃 =𝐻𝑛Trong đó:

 H: lực ngang tóc dụng vào đài móng (kN)

 n: số lượng cọc

Khi tính toán cọc chịu tải ngang, đất quanh cọc được xem như môi trường đàn hồi biến dạng tuyến tính đặc trưng bằng hệ số nền Cz

𝐶𝑧 = 𝐾𝑧 Trong đó:

- K: hệ số tỉ lệ, kN/m4, được lấy theo bảng G1 tiêu chuẩn 205-1998:

- z: độ sâu vị trí cọc, m, kể từ mặt đất đôi với cọc đài cao, hoặc đáy móng đối với cọc đài thấp

L

M2

Ở đây để đơn giản trong quá trình gán điều kiện biên của hệ số nền ta chọn K, z tại vị trí giữa lớp cần xét, rồi lấy độ cứng đó đem gán cho từng lớp đất

Tại mặt phân cách các lớp đất ta tính riêng các hệ số đàn hồi ( độ cứng của lò xo khi khai báo) mang đặc tính của cả lớp trên và lớp dưới nên ta sẽ tính riêng các giá trị tại các lớp phân cách này)

Chỉ dẫn sửa dụng SAP2000:

 File->New model-> Grid Only->Ok

Hình 1.15 Hướng dẫn SAP2000

 Hiệu chỉnh lưới cột: Kích chuột chọn Edit -> Modify/Show System……->OK

Hình 1.16 Hướng dẫn SAP2000

Hình 1.17 Hướng dẫn SAP2000

Hiệu chỉnh lưới cột với khoảng cách là bề dày các lớp đất (z), các cột (x,y )

 Khai báo vật liệu: Define-> Materials-> Add New Material-> Chọn vật liệu là

Concrete-> Weight =0 (không cần xét đến trọng lượng bản thân cọc)-> nhập Modul E với từng loại bê tông->OK

Hình 1.19 Hướng dẫn SAP2000

 Dùng Draw Frame/Cable Element vẽ cọc và Quick Draw Area Element vẽ đài cọc

Hình 1.21 Hướng dẫn SAP2000

 Gán tiết diện bê tông vào cọc: Chọn cọc-> Assign-> Frame-> Frame sections->chọn

“COC”

Hình 1.23 Hướng dẫn SAP2000

 Gán độ cứng lò xo cho các đoạn vừa mới chia: Chọn đối tượng cần gán> Assign

->Joint -> Springs : Nhập các hệ số nền Cz vừa tính được.(điều chỉnh hệ trục tọa độ sang hệ trục Global)

Hình 1.24 Hướng dẫn SAP2000

 Gán tải trọng lên cọc: Chọn trọng tâm của đài cọc-> Assign ->Joint Loads-> Forces rồi nhập tải trọng

Hình 1.25 Hướng dẫn SAP2000

 Chạy chương trình SAP2000: bấm F5-> Run Now

 Xem kết quả giải nội lực SAP2000:

Hình 1.26 Hướng dẫn

SAP2000 Xem chuyển vị

Hình 1.27 Hướng dẫn SAP2000

Xem momen

1.1.11 CƠ SỞ LÝ THUYẾT KIỂM TRA CỌC CHUYỂN VỊ NGANG:

(Tính toán theo phương pháp của SNIP II – 17 – 77)

Chuyển vị ngang ∆𝑛và góc xoay 𝛹 của đầu cọc thỏa mãn điều kiện sau:

∆𝑛≤ 𝑆𝑔ℎ

𝛹 ≤ 𝛹𝑔ℎTrong đó:

 ∆𝑛, 𝛹- những giá trị tính toán tương ứng chuyển vị ngang (m), và góc xoay (radian) của đầu cọc

 𝑆𝑔ℎ, 𝛹𝑔ℎ- những giá trị tương ứng chuyển vị ngang (m), và góc xoay (radian) của đầu cọc được quy định từ nhiệm vụ thiết kế nhà công trình

Khi tính toán cọc chịu tải trọng ngang, đất quanh cọc được xem như môi trường đàn hồi biến dạng tuyến tính đặc trưng bằng hệ số nền Cz (kN/m3)

Khi không có những số liệu thí nghiệm, cho phép xác định số liệu tính toán của hệ số nền

Cz của đất quanh cọc theo công thức:

𝐶𝑧 = 𝐾𝑧 Trong đó:

K – hệ số tỉ lệ (kN/m4) được lấy theo bảng G1 (TCXD 205:1998)

Z – độ sâu vị trí tiết diện cọc (m ) kể từ mặt đất đối với cọc đài cao, hoăc kể từ mặt đất đối với cọc đài thấp

Bảng G1- hệ số tỉ lệ K

Tất cả tính toán được thực hiện theo chiều sâu tính đổi của vị trí tiết diện cọc trong đất 𝑧𝑒

và có chiều sâu tính đổi hạ cọc trong đất 𝑙𝑒 xác định theo công thức sau:

𝑧𝑒 = 𝛼𝑏𝑑× 𝑧

𝑙𝑒 = 𝛼𝑏𝑑 × 𝑙 Trong đó:

Z, l – chiều sâu thực tế vị trí tiết diện cọc trong đất và chiều sâu hạ cọc thực tế (mũi cọc) trong đất tính từ mặt đất với cọc đài cao và từ đáy đài với cọc đài thấp (m)

𝛼𝑏𝑑- hệ số biến dạng (1/m) xác định theo công thức:

𝛼𝑏𝑑 = √𝐾𝑏𝑐

𝐸𝑏𝐼5

Trong đó:

 K – hệ số tỉ lệ (kN/m4)

 Eb – mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông cọc khi nén và kéo (kN/m2), lấy theo tiêu chuẩn bê tông cốt thép

 I – momen quán tính tiết diện ngang của cọc (m4)

 bc – chiều rộng quy ước của cọc (m), được lấy như sau:

Trong đó:

 H và M – giá trị tính toán của lực cắt (kN) và momen uốn (kNm) tại đầu cọc

 𝑙0 – chiều dài đoạn cọc (m) bằng khoảng cách từ đáy đài cọc đến mặt đất

 y0, 𝛹0 – chuyển vị ngang (m) và góc xoay của tiết diện ngang của cọc (radian) ở mặt đất với cọc đài cao, ở mức đáy đài với cọc đài thấp và được xác định như

sau:

𝑦0 = 𝐻0𝛿𝐻𝐻 + 𝑀0𝛿𝐻𝑀

𝛹0 = 𝐻0𝛿𝑀𝐻 + 𝑀0𝛿𝑀𝑀Trong đó:

 H0 – giá trị tính toán của lực cắt (kN), lấy H0 = H

 M0 – giá trị tính toán của lực cắt (kNm), lấy M0 = M + Hl0

 𝛿𝐻𝐻 – chuyển vị ngang của tiết diện (m/kN) bởi lực H0 = 1

 𝛿𝐻𝑀 – chuyển vị ngang của tiết diện (1/kN) bởi momen M0 = 1

 𝛿𝑀𝐻 – góc xoay của tiết diện (1/kN) (hoặc kNm) bởi lực H0 = 1

 𝛿𝑀𝑀 – góc xoay của tiết diện (1/kN) (hoặc kNm) bởi lực M0 = 1

Chuyển vị 𝜹𝑯𝑯, 𝜹𝑯𝑴=𝜹𝑴𝑯và v𝜹𝑴𝑴được xác định theo công thức:

 𝐴0, 𝐵0, 𝐶0 - các hệ số không thứ nguyên lấy theo bảng G2 (TCXD 205:1998) tùy thuộc vào chiểu sâu tính đổi của phần cọc trong đất le, khi le nằm giữa hai giá trị

1.1.12 TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG CỌC (theo TCXD 205 -1998)

Khi tính ổn định của nền quanh cọc, phải kiểm tra điều kiện hạn chế áp lực tính toán 𝜎𝑧lên đất ở mặt bên của cọc theo công thức

𝜎𝑧 ≤ [𝜎𝑧] = 𝜂1𝜂2 4

𝑐𝑜𝑠𝜑𝐼(𝜎𝑣

′𝑡𝑔𝜑𝐼 + 𝜉𝑐𝐼)

Trong đó:

𝜎𝑧 – áp lực tính toán lên đất (kN/m2) ở mặt bên của cọc tại độ sâu z (m) kể từ mặt đất cho

cọc đài cao và từ đáy đài cho cọc đài thấp

𝛾𝐼 – khối lượng thể tích tính toán của đất (kN/m3)

𝜎𝑣′ - ứng suất có hiệu theo phương thẳng đứng trong đất (kN/m2) tại độ sâu z