Thuyết minh tính toán móng cọc (TCVN 5574-2018 + TCVN 10304-2014)

SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌCSức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu vật liệu làm cọc theo TCVN 5574:2018.Sức chịu tải dài hạn của cọc (khi chịu tải trọng công trình):+ K – hệ số tỉ lệ lấy từ bảng A.1 – TCXD 10304 – 2014(Lớp 1 là bùn sét với IL > 1, nên vì an toàn ta xem hệ số nền K lớp 1=0)Lớp đấtLoại đấtĐộ sệtBề dày liK (kNm4)K×li1Bùn sét, trạng thái chảyIL = 1.214002Sét pha, trạng thái dẻo mềmIL=0.575.18400428403Cát pha, trạng thái dẻoIL=0.3620.18800176880Tổng29.2219720K = (∑▒〖K×li〗)n = 21972029.2 = 7524.67 (kNm4)+ bc – Chiều rộng quy ước của cọc ( d=0.4 < 0.8m )bc = 1.5d + 0.5 = 1.5×0.4 + 0.5 = 1.1 (m)+ Eb – module đàn hồi của bê tông theo TCVN 5574 – 2018Eb = 3×107 (kNm2)+ I – momen quán tính tiết diện cọc theo phương của lực tác dụngI = (〖(0.4×0.4〗3))12 = 0.00213 (m4)+ Bán kính quán tính : r = √(IA) = √(0.00213(0.4)2 ) = 0.115 (m)+ bd: hệ số biến dạng xác định theo công thức bd = √(5(Kb_c)(E_b I)) =√(5(7524.67×1.1)(3×107×0.0021)) = 0.66+ l1 là chiều dài tính đổi (xem cọc như ngàm tại vị trí cách mép dưới đài cọc một đoạn l1 khi làm việc)l1 = lo + 2α_ε = 0 + 20.66 = 3.01 (m)+ Chiều dài tính toán của cọc trong trường hợp làm việc dài hạn:lo,1 = v2l1 = 0.5×3.01 = 1.505 (m)+ Độ mảnh : = lo,1r = 1.5050.115 = 13.04Trong đó:v2 = 0.5 (thanh hai đầu ngàm)+ Hệ số uốn dọc:Do 13.04 =>  = 0.857 (Tra bảng 16 TCVN 5574:2018)+ Sức chịu tải dài hạn của vật liệu :Qa(vl)(dài hạn) = ×(b2×Rb×Ab + Rsc×As)= ×(0.9×14500×(0.424××0.01252) + 350000×4××0.01252)= 2356.4 (kN)2.2 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền: (mục 7.2.2 TCVN 10304:2014) Sức chịu tải của cọc BTCT tính theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền được tính như sau:Rc,u = c ( cqqpAb + u ∑▒〖γ_cf f_i l_i 〗) = ×(×4400×0.16 + 1.6×1068.5) = 2172.3 (kN)Trong đó: c: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, c = 1;+ qb: cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, lấy theo Bảng 2 (TCVN 103042014)qb = 4400 (kNm2) (do IL = 0.36, độ sâu mũi cọc là 30.5m)+ u : chu vi tiết diện ngang thân cọc;u = 4d = 4×0.4 = 1.6 (m)+ Ab : tiết diện ngang thân cọc;

BẢNG TỔNG HỢP THỐNG KÊ ĐỊA CHẤT GIA PHÚ

Tỷ trọng riêng

Gs

Giới hạn chảy

W L

(%)

Giới hạn dẻo

W P (%)

wtckN/m3

ctckN/m2

2°47'3'' ÷ 4°36'38''

7°57'50'' ÷ 12°7'17''

8°49'32'' ÷ 11°16'37''

5.2 ÷ 14.9 7 ÷ 13.1

20°44'4'' ÷ 22°30'33''

21°4'8'' ÷ 22°10'53''

THIẾT KẾ MÓNG CỌC

I XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CỌC VÀ ĐÀI

1.1 Sơ đồ móng cọc và số liệu tính toán

1.2 Chọn sơ bộ kích thước đài

+ Chọn sơ bộ chiều sâu đặt đài móng Df = 1.3 (m)

+ Chọn sơ bộ bề rộng đài là 2.5 (m)

+ Chọn sơ bộ chiều cao đài móng là 1 (m)

1.3 Kích thước sơ bộ của cọc

- Chọn sơ bộ kích thước cọc

+ Chọn cọc vuông có cạnh D = 0.4 m

- Chọn độ sâu mũi cọc:

+ Cọc cắm vào lớp đất : 3 + Chiều dài mũi cọc đến đáy đài cọc 29.2m + Cọc ngàm vào đài a1 = 0.1 (m)

+ Phần cốt thép neo vào đài cọc : a2 = (30 ÷ 40)ф = (0.6 ÷ 0.8)

- Vỉ thép ф6 lưới ô vuông 50 x 50 ở đầu cọc

- Đai xoắn ở đàu mũi cọc ф6a50

- Thép móc cẩu cọc 2ф6

tt

Y

M Ntt tt

Y

H

II SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

2.1 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu vật liệu làm cọc theo TCVN 5574:2018

- Sức chịu tải vật liệu của cọc :

1 Bùn sét, trạng thái chảy IL = 1.21 4 0 0

2 Sét pha, trạng thái dẻo mềm IL=0.57 5.1 8400 42840

3 Cát pha, trạng thái dẻo IL=0.36 20.1 8800 176880

K = ∑ K×li

𝑛 = 219720

29.2 = 7524.67 (kN/m4) + bc – Chiều rộng quy ước của cọc ( d=0.4 < 0.8m )

bc = 1.5d + 0.5 = 1.5×0.4 + 0.5 = 1.1 (m) + Eb – module đàn hồi của bê tông theo TCVN 5574 – 2018

Eb = 3×107 (kN/m2) + I – momen quán tính tiết diện cọc theo phương của lực tác dụng

I = (0.4×0.4

3 )

12 = 0.00213 (m4) + Bán kính quán tính :

r = √I/A = √0.00213/(0.4)2 = 0.115 (m) + bd: hệ số biến dạng xác định theo công thức

l1 = lo + 2

𝛼𝜀 = 0 + 2

0.66 = 3.01 (m) + Chiều dài tính toán của cọc trong trường hợp làm việc dài hạn:

lo,1 = v2l1 = 0.7×3.01 = 2.11 (m) Trong đó: v2 = 0.7 (thanh một đầu ngàm một đầu ngàm trượt)

+ Độ mảnh :

 = lo,1/r = 2.11/0.115 = 18.35 < 20 + Hệ số uốn dọc:

Do  = 18.35  = 1.028 – 0.00002882 – 0.0016

= 1.028 – 0.0000288×18.352 – 0.0016×18.35

= 0.99

+ Sức chịu tải của vật liệu :

Qa(vl)(dài hạn) = ×(b2×Rb×Ab + Rsc×As)

= ×(0.9×14500×(0.42-4××0.012) + 350000×4××0.012)

= 2484.3 (kN)

2.2 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền: (mục 7.2.2 TCVN 10304:2014)

- Sức chịu tải của cọc BTCT tính theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền được tính như sau:

Rc,u = c ( cqqpAb + u ∑γcffili) = ×(×4400×0.16+ 1.6×1056.8) = 2155.4 (kN) Trong đó:

+ c: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, c = 1;

+ qb: cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, lấy theo Bảng 2 (TCVN

10304-2014)

qb = 4400 (kN/m2) (do I L = 0.36, độ sâu mũi cọc là 30.5m)

+ u : chu vi tiết diện ngang thân cọc:

u = 4d = 4×0.4 = 1.6 (m) + Ab : tiết diện ngang thân cọc:

Ab = 0.42 = 0.16 (m2) + fi: cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc, lấy theo

bảng 3 (TCVN 10304:2014)

+ cq vàcf : tương ứng là các hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi và trên

thân cọc có xét đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức kháng của đất (Bảng

TB

Li

Độ sệt

3

Cát pha, trạng thái dẻo 10.4 12.4 11.4 2 0.36 1 40.0 80.1 Cát pha, trạng thái dẻo 12.4 14.4 13.4 2 0.36 1 41.8 83.6 Cát pha, trạng thái dẻo 14.4 16.4 15.4 2 0.36 1 43.5 87.0 Cát pha, trạng thái dẻo 16.4 18.4 17.4 2 0.36 1 45.0 90.0 Cát pha, trạng thái dẻo 18.4 20.4 19.4 2 0.36 1 46.5 93.1 Cát pha, trạng thái dẻo 20.4 22.4 21.4 2 0.36 1 48.1 96.1 Cát pha, trạng thái dẻo 22.4 24.4 23.4 2 0.36 1 49.6 99.2 Cát pha, trạng thái dẻo 24.4 26.4 25.4 2 0.36 1 51.1 102.2 Cát pha, trạng thái dẻo 26.4 28.4 27.4 2 0.36 1 52.6 105.2 Cát pha, trạng thái dẻo 28.4 30.5 29.45 2 0.36 1 54.1 108.3

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

Qs = u × ∑filiTrong đó: u là chu vi cọc, u = 4d = 4×0.4 = 1.6 (m)

3

10.4 12.4 11.4 2 142.63 0.65 59.2 189.4 12.4 14.4 13.4 2 162.93 0.65 66.9 214.0 14.4 16.4 15.4 2 183.23 0.65 74.5 238.5 16.4 18.4 17.4 2 203.53 0.65 82.2 263.1 18.4 20.4 19.4 2 223.83 0.65 89.9 287.7 20.4 22.4 21.4 2 244.13 0.65 97.6 312.3 22.4 24.4 23.4 2 264.43 0.65 105.3 336.9 24.4 26.4 25.4 2 284.73 0.65 113.0 361.5 26.4 28.4 27.4 2 305.03 0.65 120.6 386.1 28.4 30.5 29.45 2 325.33 0.65 128.3 410.6

2.3.2 Thành phần sức chịu mũi của đất dưới mũi cọc: (theo Tezaghi)

+ Lớp 3: có φI

min = 20.73 => Nq = 8 ; N = 5.8 ; Nc = 18.4

Qp = Ab × (1.3×cI

min×Nc + ’z×Nq + 0.3××Df×N) = 0.42 × (1.3×5.2×18.4 + ×8 + 0.3××1.3×5.8) =  (kN)

Qs : Sức chịu tải cực hạn do ma sát (kN)

Qp: Sức chịu tải cực hạn do kháng mũi

FSs : hệ số an toàn cho thành phân ma sát bên, lấy bằng 1.5 – 2.0

FSp : hệ số an toàn cho sức kháng mũi lấy bằng 2.0 – 3.0

2.4 Sức chịu tải của cọc tính theo kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT) (phụ lục G.3 TCVN 10304:2014)

3 Theo công thức của viện kiến trúc Nhật Bản (1998)

Rc,u = qbAb + u(fc,ilc,I + fs,ils,i ) Trong đó:

𝑞𝑏: cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc

(𝑞𝑏= 300N p cho cọc đóng (ép) – khi mũi cọc nằm trong đất rời.)

(N p = 14, là chỉ số SPT trung bình trong 1d phía dưới và 4d phía trên mũi cọc)

qb = 300 × 14 = 4200 (kN/m2)

fs,i: Cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ i

+ Ns,i là chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời “i”;

fc,i: Cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ i

fc,i = p fL cu,i

 p là hệ số điều chỉnh cho cọc đóng, phụ thuộc và tỉ lệ giữa sức kháng cắt không thoát nước của đất dính cu và trị số trung bình của ứng suất pháp hiệu quả thẳng đứng Xác định theo biểu đồ hình G.2a TCVN 10304:2014

fL: Hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d của cọc đóng Xác định theo biểu đồ hình G.2b TCVN 10304:2014

cu,i = 6.25  Nc,i: Cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính, trong

đó Nc,i là chỉ số SPT trong đất dính (khi không có số liệu chống cắt không thoát nước)

, ,

103

s i

s i

N

f =

Hình G2.a Hình G.2b

+ Lớp 1: Bùn sét, dày 4m

L/d = (5.3-1.3)/0.4 = 10 => fL = 1

’ v1 = ’1  l1 + Df  tb = (15.3-10)  4 + 1.322 = 49.8 (kN/m2)

4 Theo chỉ tiêu cường độ của nền 2153.1

Do n < 6 => Rck = Rc,u(min) = 2143.5 (kN)

2.6 Sức chịu tải thiết kế của cọc

- Trị tính toán tải trọng nén tác dụng lên cọc: 𝑁𝑐𝑑 ≤𝛾0

𝛾𝑛𝑅𝑐,𝑑Trong đó:

0 = 1.15 đối với móng nhiều cọc

n = 1.15: Hệ số tin cậy về tầm quan trọng của công trình tương ứng với cấp II

- Trị tính toán sức chịu tải trọng nén của cọc: 𝑅𝑐,𝑑 =𝑅𝑐,𝑘

- Chọn sơ bộ chiều cao đài móng h:

+ Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ:

a = 5 cm= 0.15 m + Chọn h = 0.75 m

3 Kiểm tra móng cọc theo TCVN 10304:2014 và TCVN 5574:2018 3.1 Kiểm tra sức chịu tải của cọc

3.2 Kiểm tra lún cho móng:

3.2.1 Xác định kích thước khối móng quy ước:

- Kích thước đáy móng khối quy ước

- Vì trong chiều dài của cọc có lớp đất yếu (lớp 1: Bùn sét, nhão) dày hơn 30

cm nên kích thước đáy móng quy ước giảm đi bằng cách lấy ∑ li chỉ lấy từ mũi cọc

1.1 Kiểm tra điều kiện ổn đỉnh của nền đất dưới đáy móng :

+ φ = 20.73 ⟹ {A = 0.52B = 3.15

D = 5.73+ γ = γ′ = 10.15 kN/m3

1 (0.52 × 5.67 × 10.15 + 3.15 × 275.98 + 5.2 × 5.73) = 929 kN/m2

6 × 1641.15 × 5.67 × 5.672− 6 × 155

1.2 Kiểm tra lún cho khối móng quy ước:

• Điều kiện biến dạng lún:

s < [s] = 10cm

- Áp lực gây lún:

Pgl = Ptbtc− ∑ 𝛾𝑖′ℎ𝑖

= 347 – ((15.3-10)×4 + (19.4-10)×5.1 + (20.15-10)×20.1) = 71.025 kN

- Công thức tính độ lún:

s = ∑ si = ∑e1i− e2i

1 + e1i hi

- Trong đó:

+ Chia lớp đất dưới đáy móng thành từng lớp nhỏ hi = 1m

+ Áp lực ban đầu (do trọng lượng bản thân lớp đất gây ra) tại giữa lớp đất i

p1i = σvi′ = ∑ γiZi ⇒ e1i

+ Áp lực tại giữa lớp đất i sau khi xây móng

p2i = p1i+ σgli ⇒ e2i

σgli = K0i pgl+ K0i phụ thuộc vào tỉ số L b⁄ và zi

b

⁄

• Quan hệ e-p từ thí nghiệm các lớp đất từ HK1:

Mẫu D-15: độ sâu từ 29.5 – 30 m  Dùng để tính lún ở độ sâu từ 30.5 – 31.5m Mẫu D-16: độ sâu từ 31.5 – 32 m  Dùng để tính lún ở độ sâu từ 31.5 – 33.5m Mẫu D-17: độ sâu từ 33.5 – 34 m  Dùng để tính lún ở độ sâu từ 33.5 – 35.5m Mẫu D-18: độ sâu từ 35.5 – 36 m  Dùng để tính lún ở độ sâu từ 35.5 – 37.5m

s = 2.5 cm < [s] = 8 cm (thỏa)

2 Kiểm tra điều kiện cắt cho đài cọc: Lực cắt của bê tông không tính cốt đai (Theo TCVN 5574:2018 )

a Theo phương X

Chiều cao đài móng h = 0.75 m

Lớp bê tông bảo vệ: Khoảng cách từ mép ngoài bê tông đến trọng tâm cốt thép a

- φb4 xét ảnh hưởng của bê tông : Lấy φb4 = 1,5 ( Bê tông nặng)

- φn là hệ số ảnh hưởng đến ứng suất nén và kéo dọc trục, = 1.0 cho BTCT

- c : chiều dài hình chiếu của tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất

(Chọn hình chiếu mặt phẳng nghiêng thường xảy ra thì c = 0.35 m, nhưng :

Chiều cao đài móng h = 0.75 m

Lớp bê tông bảo vệ: Khoảng cách từ mép ngoài bê tông đến trọng tâm cốt thép a

- φb4 xét ảnh hưởng của bê tông : Lấy φb4 = 1,5 ( Bê tông nặng)

- φn là hệ số ảnh hưởng đến ứng suất nén và kéo dọc trục, = 1.0 cho BTCT

- c : chiều dài hình chiếu của tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất

(Chọn hình chiếu mặt phẳng nghiêng thường xảy ra thì c=0.35 m, nhưng :

3 Kiểm tra cọc theo điều kiện cẩu lắp

3.1 Biểu đồ moment trong cọc khi vận chuyển :

3.2 Biểu đồ momen khi dựng cọc :

- Moment uốn xuất hiện trong cọc khi dựng cọc

 Vậy thép đã chọn thỏa mãn điều kiện chịu lực khi dựng cọc

4 Kiểm tra cọc chịu tải trọng ngang

- Khi tính toán cọc chịu tải trọng ngang, đất quanh cọc được xem như

(kN/m3)

- Khi không có những số liệu thí nghiệm, cho phép xác định số liệu

Cz = K×z

- Khi mô phỏng trong SAP2000, đất bao quanh cọc được quy đổi thành

ki = Cz × d × a Trong đó:

d = 0.4 m – đường kính cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông

- Kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của đầu

cọc :

9.5 mm < 10mm

 Thoả điều kiện chuyển vị ngang

- Xuất biểu đồ moment và lực cắt trong cọc, ta tìm được

+ Mmax = My = 60.84 kNm ; Qmax = Qy = 30.254 kN

- Khả năng chịu uốn của cọc:

Mu = Rbbx(ho - 𝑥

2 ) Trong đó:

- Khả năng chịu cắt Q của cọc:

Cốt đai được bố trí trong cọc ϕ6a200 CB300T có :

Rsw = 210(MPa), Asw = 56.55 (mm2)

- Kiểm tra chịu nén vỡ của bê tông: (TCVN 5574-2018)

Q = 30.254 ≤ φb1Rbbh0 = 0.3 × 14500 × 0.4 × 0.348 = 605.52 (kN)

 Thoả điều kiện nén vỡ của bê tông

+ Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai trong cọc:

𝑄𝑠𝑤𝑏 = 90.3 (𝑘𝑁) > 𝑄 = 30.254 (𝑘𝑁) => Thoả điều kiện chịu cắt

5 Kiểm tra cọc theo điều kiện xuyên thủng cho mặt chống xuyên bất lợi:

→ hc + 2h0 = 0.5 + 2  0.65 = 1.9 m > X= 1.6 m

→ bc + 2h0 = 0.5 + 2  0.65 = 1.9 m > Y = 1.6 m

→Tháp xuyên bao trùm tất cả đầu cọc nên không xảy ra xuyên thủng từ cột lên

đài móng ( Đài được xem là tuyệt đối cứng )

6 Tính toán cốt thép cho đài móng :

6.1 Thanh số 1 (theo phương X):

- Xét moment tại ngàm 1-1

M1−1= ∑(Pi(net) ri) + ri: Cánh tay đòn, khoảng cách từ cọc thứ i đến mép cột

6.2 Thanh số 2 (theo phương cạnh ngắn):

- Xét moment tại ngàm 2-2

M2−2 = ∑(Pi(net) ri) + ri: Cánh tay đòn, khoảng cách từ cọc thứ i đến mép cột