CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ MÓNG KHUNG TRỤC 2
8.4. PHƯƠNG ÁN CỌC ÉP
8.4.1. Thông số cọc và vật liệu sử dụng 8.4.1.1.Vật liệu
Bê tông B30:Rb =17 MPa ; R( ) bt =1.2 MPa( );Eb = 32.5 10 MPa. 3
Thép AI(d10 :) Rs =Rsc =225 MPa , R( ) sw =175 MPa( );Es = 21010 M3 Pa Thép AIII(d10 :) Rs =Rsc =365 MPa , R( ) sw =290 MPa( );Es = 20010 M3 Pa
8.4.1.2.Thông số cọc
Chọn cao độ mặt móng trùng cao độ mặt sàn tầng hầm là -3.2m.
Chọn sơ bộ chiều cao đài cọc là 1.5m.
Chọn đoạn đập đầu cọc để neo thép vào đài là 0.7m.
Chiều dài đoạn cọc neo vào đài là 0.1m.
Chọn cọc vuông có tiết diện 400400mm Chiều dài mỗi đoạn cọc là 9m.
8.4.2.Kiểm tra cọc khi vận chuyển và lắp dựng
Ta chọn vị trí móc cẩu sao cho momen gây ra về hai thớ chịu kéo và chịu nén bằng nhau.
Cọc được đút tại nhà máy, cọc sẽ có hai móc cẩu để tiện khi chất cũng như dỡ cọc lên xuống.
Sơ đồ 1: Khi vận chuyển
Hình 9. 1 Sơ đồ dựng cọc
2
Mmax =0.0217ql Sơ đồ 2: Khi lắp dựng
Hình 9. 2 Sơ đồmóc cẩu
2
Mmax =0.068ql
Trọng lượng bản thân cọc kể đến hệ số động khi cẩu lăp và dựng cọc q= kd btF
Trong đó:kd hệ số động, kd =1.5
q 1.5 25 0.4 0.4= =6(kN / m)
Momen lớn nhất khi cẩu lắp và dựng cọc:
2 2
Mmax =0.068ql =0.068 6 9 =33.05(kNm)
6
m 2
33.05 10 1 17 400 350 0.04
= =
1 1 2 0.04 0.04
= − − =
2 s
1 0.04 17 400 350
A 260.82(mm )
365
= =
Diện tích cần thiết cho toàn bộ tiết diện cọc:As = 4 260.82 1043.28(mm )= 2 Chọn 8 18 , As,c =2035.8(mm )2
Tải trọng cọc tác dụng lên móc cẩu:
N= = =ql 6 9 54(kN) Diện tích cốt thép làm móc cẩu:
3
2 s
s
N 54 10
A 147.95(mm )
R 365
= = =
Chọn móc cẩu 1 16 , As =201.1(mm )2 8.4.3.Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
vl s s b s
Q = (A R +A R ) Trong đó:
Ab : Diện tích mặt cắt ngang của cọc
As: Diện tích mặt cắt ngang của cốt thép dọc.
Rb: Cường độ chịu nén tính toán của bê tông.
Rsc: Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép.
φ: Hệ số uốn dọc, =1.028 0.0000288− −2 0.0016 λ: Độ mảnh của cọc, l0
= r (l0là chiều dài tính toán của cọc, r là cạnh cọc).
2
2 2
s
A 8 18 2035.8(mm ) 0.00204(m )
4
= = =
4 2 2
b s
A =400 400 A − = 16 10 (mm )=0.16(m )
3 3
b
3 3
s
R 17Mpa 17 10 (kN / m ) R 365MPa 365 10 (kN / m )
= =
= =
Khi đưa vào sử dụng
l0 = 0.7 27 = 18.9 m => 18.9
47.25
= 0.4 = Khi đang thi công (lấy 1 đoạn cọc) l0 = 1 9 = 9 m => 9
0.4 22.5
= =
( 1 2)
max , 47.25
= =
= 1.028 – 0.000028847.252– 0.001647.25= 0.92
( 3 3)
Qvl =0.92 0.00204 365 10 +0.16 17 10 =3187.43kN
8.4.4.Sức chịu tải theo chỉtiêu cơ lý đất nền
Cọc nằm trong móng hoặc cọc đơn chịu tải trọng dọc trục đều phải tính sức chịu tải của đất nền với điều kiện: (theo điều 7.1.11, TCVN10304-2014)
Đối với cọc chịu nén:
o c,k
c,d c,d c,d
n k
N R ; R =R
Trong đó:
0: hệ số điều kiện làm việc, kể đến yếu tố mức độ đồng nhất của nền đất khi sử dụng móng cọc lấy bằng 1.15 trong móng nhiều cọc.
n: hệ số tin cậy về tầm quan trọng củ công trình, lấy bằng 1.15 với tầm quan trọng công trình cấp II.
k: hệ số tin cậy theo đất lấy như sau: móng cọc đài thấp có đáy đài nằm trên lớp đất biến dạng lớn; số lượng cọc trong móng 6 đến 10 cọc; =k 1.65
Bảng 9. 1 Hệ số k
Số cọc trong móng k
Móng có trên 21 cọc 1.4
Móng có từ 11 cọc đến 20 cọc 1.55 Móng có từ 6 cọc đến 10 cọc 1.65 Móng có từ 1 cọc đến 5 cọc 1.75 Công thức xác định sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc theo đất nền (Điều 7.2.2- TCVN10304:2014) như sau:
1
c,u c cq b b cf i i
R = .( .q .A +u. .f .l ) 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 tại độ sâu Zm=31.6m, lấy theo bảng 2, qb=14200 kPa=14456 kN/m2
cq:Hệ sốđiều kiện làm việc của đất ởdưới mũi cọc hạ cọc bằng phương pháp ép vào cát trung chặt vừa,lấy theo bảng 4-TCVN10304-2014,cq=1.1.
Ab:Diện tích tiết diện ngang của cọc, Ab=0.42=0.16m2. U :chu vi tiết diện ngang của cọc, u=4d 1.6m= .
cf:hệ sốđiều kiện làm việc của đất ởdưới mũi cọc và mặt bên cọc, lấy theo bảng 4- TCVN10304-2014, cf=1.
fi :Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc ,xác định theo bảng 3- TCVN10304-2014
Bảng 8.8 Xác định cf f li i
Lớp đất
Độ sâu
Độ sâu trung bình
Chiều dày
li
(m)
Độ sệt fi
(kN/m2)
cf i if l
(kN/m)
Từ Đến
1 4.7 6 5.35 1.3 0.53 22.25 28.92
2
6 8 7 2
0.52
24.1 48.2
8 10 9 2 25 50
10 11.5 10.75 15 25.55 383.25
3
11.5 13.5 12.5 2
0.4
36 72
13.5 15.5 14.5 2 37.6 75.2
15.5 16.1 15.8 0.6 38.48 23.08
4
16.1 18.1 17.1 2
0.3
53.1 106.2
18.1 20.1 19.1 2 55.1 110.2
20.1 22.1 21.1 2 57.1 114.2
22.1 24.1 23.1 2 59.1 118.2
24.1 26.1 25.1 2 61.1 122.2
26.1 28.1 27.1 2 63.1 126.2
28.1 29 28.55 0.9 64.55 58.09
5 29 30.9 29.95 1.9 - 93 176.7
cf i if l
1612.64
1
Rc,u = 1 (1.1 14456 0.16 1.6 1612.64) + =5124.48(kN) Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của nền đất:
1 c,u c,d
k
R 5124.48
R 3105.74(kN)
= = 1.65 =
8.4.5.Sức chịu tải của cọc theo cường độđất nền
c,u b b i i
R =q A +uf l Trong đó:
Ab: diện tích tiết diện ngang của cọc, Ab =0.42 =0.16(m )2 U :chu vi tiết diện ngang của cọc,u=4d= 4 0.4=0.16(m).
fi: Cường độ sức kháng trung bình (ma sát đơn vị) của lớp đất thứ “i” trên thân cọc.
li: Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ i.
fi cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc
si u ,i i v,z i
f =c + k . ' .tg
'
v,z ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ i theo phương thẳng đứng (kN/m2) ki hệ số áp lực ngang của đất lên cọc, ki = −1 sini
c lực dính của đất nền thứ iu ,i
i góc ma sát giữa đất và cọc, lấy bằng góc ma sát trong của đất i
Bảng 8.9 Giá trị f lsi i
Lớp đất
Độ sâu (m)
Độ sâu giữa
lớp (m)
Chiều dày
li (m)
Lực dính
C (kN/m2)
Góc ma sát trong
Ứng suất hữu hiệu
Hệ số áp lực ngang
ki
Lực ma sát
fsi
f lsi i
1 4.7
5.35 1.3 20.7 12’10’ 120 0.79 41.14 53.48
6
2 6
8.75 5.5 17.6 11’45’ 228.35 0.8 55.6 305.8
11.5 3 11.5
13.8 4.6 33.7 18’16’ 276.19 0.69 96.6 444.36
16.1 4 16.1
22.25 12.9 10.4 23’50’ 412.93 0.6 119.85 1546.07 29
5 29
29.95 1.9 3.4 31’11’ 433.64 0.48 129.38 245.82 30.9
f lsi i
2595.53
Sức chịu tải do sức kháng trên thân cọc:
s si i
Q =uf l =1.6 2595.53 =4152.85(kN)
Thành phần sức chịu tải do sức chống mũi cọc:(Theo Vesic)
b b b
Q = A .q
Trong đó:
qb : Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc (kN/m2).
'
b c v q p
q =c.N + .N + .d .N c: lực dính (kN/m2)
Ab : Diện tích mũi cọc (m2).
'
v: Ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất:
'
v i i
2
.h 20 4.7 20 1.3 5.5 19.7 4.6 10.4 12.9 10.6 1.9 10.9 433.64(kN / m )
= = + + +
+ + =
c q
N , N , N: hệ số chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất, hình dạng mũi cọc và phương pháp thi công cọc.
Cọc cắm vào lớp đất thứ 5, dựa theo bảng tra Vesic.
o
q c
31 11' N 33.178, N 21.089, N 26.93
= = = =
dp: Rộng cọc, dp =0.4m
b: Trọng lượng thể tích của đất ở độ sâu mũi cọc, =10.9(kN m/ 3) qb =3.4 21.089 433.64 33.178 10.9 0.4 26.93 14576.43(kN / m) + + = Sức chịu tải do sức chống mũi cọc:
Qp =0.16 14576.43 =2332.23(kN)
Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của nền đất:
2 s p cd
s p
Q Q 4152.85 2332.23
R 2853.84(kN)
FS FS 2 3
= + = + =
8.4.6.Sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm SPT
2
c,u b b i i
R =q A +uf l
Đối với trường hợp nền đất rời Meyerhof (1976) kiến nghị công thức xác định cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc qb và cường độ sức kháng của đất ở trên thân cọc fi trực tiếp từ kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn như sau:
b 1 p
i 2 s,i
q k N
f k N
=
= Trong đó:
K1là hệ số, lấy k1= 400 đối với cọc đóng
N là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 4d phía dưới và 1d phía trên mũi cọcp Np =20 k2là hệ số lấy bằng 2,0 cho cọc đóng
u là chu vi tiết diện ngang cọc, u=4d= 4 0.4 1.6(m)= Ns,i
là chỉ số SPT trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc. f li i =40 1.9 =76
Đối với đất dính fi = .cu ,i
Với: Tra G2.2. TCVN 10304: 2014
u ,i spt
c =6.25N
f li i =23.75 1.3 25.3 5.5 26.25 4.6 12.9 30.53 + + + =684.6
( )
3
Rc,u =400 20 0.16 1.6 + 684.6 76+ =2496.96(kN) Sức chịu tải cho phép của cọc theo thí nghiệm SPT
c,u 3
c,d k
R 2496.96
R 1513.31(kN)
= = 1.65 =
8.4.7.Sức chịu tải thiết kế Sức chịu tải thiết kế của cọc:
Sức chịu tải của cọc theo cường độ vật liệu: 3187.43 (kN) Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý: 3105.74 (kN) Sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền: 2853.84 (kN)
Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên (SPT): 1513.31 (kN)
1 2 3
tk avl, cd cd cd
Q (Q R , R , R )=1513.31(kN) Vậy sức chịu tải thiết kế của cọc: