8.3.1 Tính ứng suất hữu hiệu của cọc theo BS 8110-1997.
Chọn cọc D500
+ Chiều dày thành cọc t = 90mm + Đường kính trong d = 320 (mm)
+ Diện tích thành cọc A = c π D -d2 2 = π 0.5 -0.322 2 = 0.116 m 2
4 4 + Cốt thộp trong cọc: 14ỉ7.1 (Aps = 5.54 cm2)
+ Khả năng bền cắt [Q] = 288.6kN.
Bê tông cọc dùng bê tông B60:
+ Từ biến : φ=1.8
+ Bê tông Cường độ chịu nén thiết kế : fcu = 75 (MPa) + Cường độ chịu kéo thiết kế : Rbt = 4.69 (MPa)
+ Module đàn hồi : Ec = 36.8x103(MPa)
+ Module sau khi căng(truyền ứng suất) : Ecp=0.75Ec = 27.6 x103(MPa)
+ Hệ số co ngót : εs=100×10-6
Hệ số đài cọc dùng bê tông B25:
+ Cường độ chịu nén : Rb = 14.5 (MPa) + Cường độ chịu kéo : Rbt =1.2 (Mpa)
+ Module đàn hồi : Eb= 30000 (MPa)
Thép dọc cọc dùng thép sợi ứng suất trước:
+ Đường kính danh định : d = 7.1 (mm ) + Diện tích danh định : Ap = A = 39.57 ( mm2) + Giới hạn bền ( giới hạn kéo đứt thép ) : fpu = Rs = 1450 (MPa) + Giới hạn chảy cốt thép : fpy =0.85fpu= 1300 (MPa)
+ Module đàn hồi : Es =20×104(MPa)
+ Module Eci sau khi căng (truyền ứng suất ): Es= 20x104(MPa) Thép sử dụng cho đài móng dùng thép loại AIII:
+ Cường độ chịu kéo : Rs = Rsc = 365 (MPa)
+ Module đàn hồi : Eb = 20x104(MPa)
+ Diện tích 1 thanh thép
82
2
2 2
pi
7.1 π
A = = 39.6mm = 0396 cm 4
+ Tổng diện tích thép
2 2
-6 2 2
p
d π 7.1 π
A = n 14 = 554 10 m = 5.54cm
4 4
+ Diện tích tiết diện quy đổi: A =Ae c n.Ap
Với: s
c,t min
E 215000
n = 8.95
E 24000 (theo 7.2 part 2 BS 8110-1985)
2 2
e c p
A A n.A 1159.24 8.95 5.54 1208.8cm 0.121m Tính moment kháng nứt:
+ Ứng suất trước ban đầu của tiết diện thép fpi : (theo 4.7.1 part 2 BS 8110-1997) fpi< 0.7fpu = 0.7×1450 = 1015 (MPa)
Tổn hao ứng suất :
+ Chùng ứng suất: fpr (theo 4.8.2 part 1997)
fpr= fpi×r×n’ = 1015×0.035×1.2 = 42.6 (MPa) ( theo 4.6 part 2 BS 8110-1995 ) + Ứng suất mất mát do biến dạng đàn hồi: (fpd ) ( theo 4.8.3 part 3 BS 8110-1997)
p
pd pi
c p
A 5.54
f = n [f × ] = 7.25 [1015× ] = 34.12 (MPa) A +(n-1)A 1160+(7.25-1)×5.54
+ Ứng suất mất mát do từ biến: (fcpr) theo 4.8.5 part BS 8110 -1997 fcpr = Ecc×Esvới
4 cc
cp
stress 5.22 1.8
E 3.4 10
E 27600
pi pd p
c p
(f f )A (1015 34.12)5.54
Stress 4.55
A (n 1)A 1160 (7.25 1)5.54
4
cpr cc s
f E E 3.4 10 200000 68
+ Hao tổn ứng suất do co ngót: (fsh) theo (4.8.4 BS 8110 -1997) fsh = 100×10-6×200000 = 20 (MPa)
Tổng tổn hao ứng suất :
pl pr pd pcr sh 42.6 34.12 68
f f f f f 20 164.72 (MPa )
83
- Ứng suất còn lại trong bê tông sau khi trừ phần hao tổn
pi pl p
se
c p
(f f ) A (1015 164.72) 5.54
f 4.08 (MPa)
A A 1160 5.54
- Tra bảng trên ta được fe = 3.92 (MPa)( theo phụ lục A)
Chọn fe theo công thức của nhà sản xuất vì theo tính an toàn và tiết kiệm.
8.3.2 Sức chịu tải của cọc theo điều kiện vật liệu.
- Q = 0.7P = 0.7φPvl r n
- Do cọc dùng cốt thép đai xoắn:
'
n c g ps e g
P =0.85 0.85f A -A -f A (theo 5.7.4.4-2 22TCN 272-05) - Với Pr : Sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc (kN)
+ : Hệ số sức kháng, đối với cọc có đai xoắn = 0.75 + Aps : Tổng diện tích cốt thép dự ứng lực trước (mm2) + Ag : diện tích mặt cắt ngang cọc (mm2)
+ fe : ứng suất hữu hiệu trong bê tông
+ fc’ : cường độ chịu nén thiết kế của bê tông.
-4 3
P =0.85 0.85×75× 0.116-5.54×10n -3.92×0.116 ×10 =5869 (kN) - Sức chịu tải của cọc theo điều kiện vật liệu:
Q =0.7P =0.7φP =0.7×0.75×5869=3081 (kN)vl r n 8.3.3 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ.
Theo TCVN 10304-2014 ta có sức chịu tải cực hạn của cọc:
Rc,u 2 Qb Qs q Ab puf li i Trong đó:
• Ablà diện tích tiết diện ngang mũi cọc Ab 0,196(m )2
• u là chu vi tiết diện ngang của cọc u 1.57m
• fi là cường độ sức kháng trung bình ( ma sát đơn vị ) của lớp đất thứ i trên thân cọc
• lilà chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp thứ i
• qblà cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc
84
qb c.Nc q N'p q dn.d .Np Trong đó :
+ N , N , Nq c là các hệ số của đất dưới mũi có được từ 22 53'o Nq 8.6
Nc 17.8 N 7.72
+ dnlà dung trọng đẩy nổi của đất tại mũi cọc dn 10.6(kN / m )3 + C là lực dính của đất tại mũi cọc c = 9.6 (kNm )2
+ qb ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng gây ra tại cao trình mũi cọc
qb= 1,2.10,1+8,4.10,1+22,1.10,6 = 331.22 (kN / m )2 Khi đó:
qb 9,6.17.8 331, 22.8,6 10,6.0,5.7,72 3060(kN / m )2 Qb q Ab p 3060.0,196599.76(kN)
Ta có bảng tính Qs Qsi ul fi si
Trong đó : fsi ki 'vtan( a) , ca c, a Bảng 8 - 3 Cường độ sức kháng trung bình của đất
uh fi si 1,57.(115,582185)3611.9(kN) - Sức chịu tải cực hạn của cọc tính theo đất nền là:
u s p
Q Q Q 599.76517.14211.66(kN) - Sức chịu tải cho phép của cọc tính theo đất nền là:
Lớp li (m)
Độ
sâu (m)
dn (kN/m3)
' (kN/m2)
ca
(kN/m2) ki a fsi
(kN/m) l fi si 1 1.2 1.2 10.1 12.12 - - - - - 2 8.4 9.6 10.1 84.84 23.4 0.8 11 28'o 13.76 115.58 3 22.1 31.7 10.6 234.26 9.6 1 22 53'o 98.87 2185
85
a 2 s p
s p
Q Q 3611.9 599.76
Q 2045 (kN)
FS FS 2.0 2.5
8.3.4 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý.
Sức chịu tải của cọc theo TCVN 10304-2014:
Rcu = c(cq.qp.Ap + ucf.fi.li)
Trong đó:
c là hệ số điều kiện làm việc của cọc, khi cọc tựa trên nền đất dính với độ bão hòa Sr<0.9 và trên đất hoàng thổ lấy c = 0.8, các trường hợp khác lấy c = 1; ta lấy c = 1
cq là hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, lấy cq = 1.1 cho trường hợp hạ cọc bằng phương pháp ép.
qp : cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc.
Ap là diện tích tiết diện ngang của mũi cọc. Ở đây là cọc ống có bịt mũi : lấy bằng diện tích tiết diện ngang của cọc. Ap = 0.196 m2
u là chu vi tiết diện ngang thân cọc, u = D = 3.14 0.5 = 1.57 (m)
cf = 1là hệ số điều kiện làm việc của đất trên thân cọc, phụ thuộc vào phương pháp hạ cọc và sức kháng của đất nền.
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
Độ sâu mũi cọc : 31.7m
Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc qb được xác định bằng cách tra bảng 2: qb = 2326 kN/m2
Bảng 8 - 4 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý
Lớp Đất Độ Sâu Trung Bình IL li fi fili
1 8.2 9.6 8.9 0.5 1.4 26.45 37.03
2
9.6 11.6 10.6 0.49 2 27.856 55.712
11.6 13.6 12.6 0.49 2 28.376 56.752
13.6 15.6 14.6 0.49 2 28.636 57.272
15.6 17.6 16.6 0.49 2 29.672 59.344
17.6 19.6 18.6 0.49 2 30.512 61.024
19.6 21.6 20.6 0.49 2 31.352 62.704
21.6 23.6 22.6 0.49 2 32.192 64.384
23.6 25.6 24.6 0.49 2 33.032 66.064
86
25.6 27.6 26.6 0.49 2 33.872 67.744
27.6 29.6 28.6 0.49 2 34.712 69.424
29.6 31.6 30.6 0.49 2 35.552 71.104
31.6 31.7 31.65 0.49 0.1 35.993 3.5993
Tổng 732.157
Vậy Rcu = c(cq.qp.Ap + ucf.fi.li) = 1×(1.1×2326×0.196 + 1.57×1×732.157) = 1650 (kN).
- Sức chịu tải của cọc đơn:
Qa=
tc
R k
cu =1650
1.4 = 1280 (kN).
Trong đó :
+ Qa : Sức chịu tải cho phép tính toán theo đất nền + Rcu : Sức chịu tải tiêu chuẩn theo đất nền
+ Ktc : Hệ số an toàn, lấy bằng 1.4 (sức chịu tải xác định bằng tính toán không kể đến biến dạng đàn hồi của đất)
8.3.5 Sức chịu tải của cọc theo SPT
Sức chịu tải cực hạn của cọc theo viện kiến trúc Nhật Bản:
Rcu = 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 = 300.17=5100 cho cọc đóng hoặc ép.
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 ép có bịt mũi lấy bằng diện tích tiết diện ngang của cọc. Ap = 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 s,i
f 10N
3
ls,i : chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ i
87 Bảng 8 - 5 Sức chịu tỉa của cọc theo SPT
Lớp
Đất Độ Sâu Trung
Bình Ns,i li fi li.fi
1 8.2 9.6 8.9 9 1.4 30 42
2
9.6 11.6 10.6 17 2 56.6667 113.33
11.6 13.6 12.6 17 2 56.6667 113.33
13.6 15.6 14.6 17 2 56.6667 113.33
15.6 17.6 16.6 17 2 56.6667 113.33
17.6 19.6 18.6 17 2 56.6667 113.33
19.6 21.6 20.6 17 2 56.6667 113.33
21.6 23.6 22.6 17 2 56.6667 113.33
23.6 25.6 24.6 17 2 56.6667 113.33
25.6 27.6 26.6 17 2 56.6667 113.33
27.6 29.6 28.6 17 2 56.6667 113.33
29.6 31.6 30.6 17 2 56.6667 113.33
31.6 31.7 31.65 17 0.1 56.6667 5.67
Tổng 1294.33
Vậy Rcu = qp.Ap + u(fc,i.lc,i + fs,i.ls,i) = 300×17×0.196 + 1.57×1294= 3034 (kN).
- Sức chịu tải của cọc đơn:
Qa= cu
tc
R k =
3034
2.5 = 1213.6 (kN).
Trong đó :
+ Qa : Sức chịu tải cho phép tính toán theo đất nền + Qtc : Sức chịu tải tiêu chuẩn theo đất nền
+ Ktc : Hệ số an toàn, lấy bằng 2.5 (sức chịu tải xác định bằng tính toán không kể đến biến dạng đàn hồi của đất)
8.3.6 Sức chịu tải thiết kế của cọc
Thiên về an toàn, tải trọng thiết kế phải lấy giá trị nhỏ nhất của các giá trị sức chịu tải cho phép tính ở trên: Ptk = min{3081; 2045; 1280;1213}
chọn Ptk = 1213(kN)