CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ KẾT CẤU NỀN MÓNG
6.4 Tính toán sức chịu tải của cọc
Bảng 6. 2: Bảng thống kê kỹ thuật của cọc D500 Đường
kính (mm)
Loại Dày
(mm) Cốt thép Tải trọng dọc trục tối đa
(T)
Tải trọng thi công phù hợp
(T)
Momen kháng
nứt (T.m)
TYPE Đường
kính
Số
lượng PC PHC PC PHC
D500
A
90
7.1 14 349 477 262 357 10.5
B 10.7 18 322 449 242 337 15
C 10.7 18 307 433 230 325 17
Chọn cọc PHC - A500 : Cọc PHC loại A đường kính 500 có: sức chịu tải dọc trục tối đa là Rvl = 4770 KN
6.4.2 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý Sức chịu tải của cọc theo TCVN 10304-2014:
Rcu1 = c(cq.qp.Ap + ucf.fi.li) Các hệ số trong công thức:
Trong đó:
c là hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất , c = 1
cq , 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, lấy theo bảng 4 TCVN 10304-2014, lấy cq = 1.2, cf = 1
qp : Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc lấy theo bảng 2 TCVN 10304- 2014
lấy qp = 5760 KPa
Ap là diện tích tiết diện ngang của mũi cọc. Ở đây, cọc ly tâm ứng suất trước:
lấy bằng diện tích tiết diện ngang của cọc. Ap 0.252 0.196 m2
u là chu vi tiết diện ngang thân cọc, u = 0.5 = 1.57 (m)
fi : Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc, lấy theo bảng 3, TCVN 10304 : 2014
li : Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ i
92 Bảng 6. 3: Bảng kết quả ma sát thành cọc ly tâm theo chỉ tiêu cơ lí
Lớp đất Độ sâu Trung bình li fi lifi
2 8 10 9 2 64.6 129.2
10 12 11 2 66.4 132.8
3
12 14 13 2 69.2 138.4
14 16 15 2 72 144
16 18 17 2 74.8 149.6
18 20 19 2 77.6 155.2
20 22 21 2 80.4 160.8
22 24 23 2 83.2 166.4
24 26 25 2 86 172
26 28 27 2 88.8 177.6
.fi.li 1526
Vậy Rcu = c(cq.qp.Ap + ucf.fi.li) = 1×(1.2×5760×0.196 + 1.57×1×1526) = 3750.6(kN) 6.4.3 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền
Theo phụ lục G – TCVN 10304-2014, sức chịu tải cực hạn của cọc
cu 2 p b i i
R q A uf l Trong đó:
qp : cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc.
Ap là diện tích tiết diện ngang của mũi cọc. Ở đây, cọc ly tâm ứng suất trước:
lấy bằng diện tích tiết diện ngang của cọc. Ap 0.252 0.196 m2
u là chu vi tiết diện ngang thân cọc, u = D = 3.14 0.5 = 1.57 (m)
fc,i : cường độ sức kháng trung bình (ma sát đơn vị) của lớp đất thứ i
lc,i : chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ i Sức chịu tải cực hạn của cọc do lực chống tại mũi cọc
' ' '
p c vp q p
q (cN N ) A
với c : lực dính của lớp đất dưới mũi cọc c =15.94 KN/m2
'
vp : ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại mũi cọc do đất gây ra
' 2
vp i li 11.05 4 10.97 18 241.6 kN / m
'
N ,c N : hệ số sức chịu tải của đất dưới mũi cọc lấy theo Meyerhof 1976 'p
93 Bảng 6. 4: Bảng tra các hệ số Nq ,Nc theo MEYERHOF 1976
Nq Nc Nq Nc Nq Nc
0 1 9.15 14 5.6 39.2 28 35 168
1 1 10.1 15 6.4 43.5 29 39 187
2 1.2 11.3 16 7.3 48.3 30 45 207
3 1.4 12.5 17 8.3 53.6 31 51 230
4 1.5 13.9 18 9.5 59.5 32 58 255
5 1.8 15.4 19 11 66 33 66 283
6 2 17.1 20 12 73.2 34 75 314
7 2.3 18.9 21 14 81.2 35 86 348
8 2.6 21 22 16 90.1 36 98 387
9 2.9 23.3 23 18 100 37 111 429
10 3.4 25.9 24 21 111 38 127 476
11 3.8 28.7 25 23 123 39 144 528
12 4 31.9 26 27 137 40 Nq Nc
13 5 35.4 27 30 152
o ' '
c p
30.2 N 207, N 45
qp (cN'c 'vpN ) A'q p (15.94 207 263.5 45) 0.196 2777.6 Sức chịu tải cực hạn của cọc do ma sát bên
uf li i
Trong các lớp đất rời: fi ki v,ztani
Trong đó:
- k 1.0 : Hệ số áp lực ngang của lớp đất thứ I, lấy theo bảng G.1 TCVN 10304:2014 - v,z: Ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ i theo phương thẳng đứng;
- i: Góc ma sát của đất và cọc, đối với cọc bê tông cốt thép thì i i
uf li i 1.57 (4 11.05 tan(24.18) 4 18 10.97 tan(30.19) 18) = 3371.1
Rcu 2 q Ap buf li i= 2777.60.196 + 3371.1 = 3915.5 (kN) 6.4.4 Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh SPT
Công thức của viện kiến trúc Nhật Bản R3cu = qp.Ap + u(fc,i.lc,i + fs,i.ls,i) Trong đó:
qp : cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc. Khi mũi cọc nằm trong đất rời, qb = 300Np cho cọc ly tâm
Np : chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1D dưới và 4D trên mũi cọc
Ap là diện tích tiết diện ngang của mũi cọc. Ở đây, cọc ly tâm ứng suất trước:
lấy bằng diện tích tiết diện ngang của cọc. Ap 0.252 0.196 m2
u là chu vi tiết diện ngang thân cọc, u = D = 3.14 0.5 = 1.57 (m)
fc,i : cường độ sức kháng trên đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ i
lc,i : chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ i
fs,i : cường độ sức kháng trên đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ i: s,i 10Ns,i
f 3
ls,i : chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ i
94 Bảng 6. 5: Bảng kết quả ma sát thành cọc ly tâm theo SPT
Lớp
đất Độ sâu Trung bình li Ns,i fi fiLi
8 10 9 2 17 56.7 113.3
10 12 11 2 14 46.7 93.3
3
12 14 13 2 12 40.0 80.0
14 16 15 2 14 46.7 93.3
16 18 17 2 15 50.0 100.0
18 20 19 2 18 60.0 120.0
20 22 21 2 19 63.3 126.7
22 24 23 2 18 60.0 120.0
24 26 25 2 18 60.0 120.0
26 28 27 2 17 56.7 113.3
fiLi 1080
Vậy Rcu3 = qp.Ap + u(fc,i.lc,i + fs,i.ls,i) = 300×18×0.196 + 1.57×1080 = 2754(kN) 6.4.5 Sức chịu tải thiết kế của cọc
- Từ kết quả tính toán sức chịu tải của cọc ở trên ta có:
Rcu = min{ Rcu1 , Rcu2 , Rcu3 } = min {3750.6, 3915.5, 2754} = 2754 (kN)
Sức chịu tải thiết kế: cd
k
2754 2754
R 1967(kN)
1.4
< vl
tc
R 4770
2385 (kN)
k 2
Với: k :là hệ số tin cậy lấy theo TCVN 10304-2014 (đối với móng có ít nhất 21 cọc) Ktc : Hệ số an toàn lấy theo TCVN 9393-2012 (tải trọng thí nghiệm lớn nhất do thiết kế qui định thường lấy bằng 150% đến 200% tải trọng thiết kế đối với cọc thí nghiệm kiểm tra.)
Sức chịu tải thiết kế của cọc thỏa mãn điều kiện ép cọc Chọn Rcd = 2000 (kN)
Ta có: 2 4770 2.39 3 2000
VL tk
Q
Q ( hợp lý )
Để có thể hạ cọc đến độ sâu thiết kế thì: Qd nen. 2754(kN)Qep Qvl 4770(kN)
95 Hình 6. 2: Mặt bằng bố trí móng