CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ MÓNG KHUNG TRỤC 2 VÀ TRỤC B
8.3 PHƯƠNG ÁN MÓNG CỌC KHOAN NHỒI
- Xem bảng vẽ KC-M1
8.3.2 Chọn sơ bộ chiều dày bản sàn - Như mục 2.4
8.3.3 Xác định mặt đất tính toán
- Theo TCVN 10304:2014 chú thích 1 Bảng 7 giá trị chiều sâu mũi cọc và chiều sâu trung bình lớp đất trên mặt bằng san nền bằng phương pháp đào xén đất, lấp đất hay bồi đắp chiều sâu tới 3m, phải tính từ độ cao địa hình tự nhiên, còn nếu đào xén đất, lấp
đất, hay bồi đắp từ 3m đến 10m, phải tính từ cao độ quy ước nằm cao hơn 3m so với mức đào xén hoặc thấp hơn 3m so với mức đắp đất
- Trong đồ án do công trình có 2 tầng hầm đào đất đến độ sâu 6.25m > 3m nên mặt đất tính toán tính từ độ sâu 6.25m lên trên 3m
8.3.4 Xác định độ sâu đáy đài
- Thiết kế mặt đài trùng mép trên của sàn tầng hầm (code -6.250 m) - Sơ bộ chọn chiều sâu đặt đáy đài tính từ code 0.000m là -8.75 m
- Chọn chiều cao đài móng theo điều kiện chống thủng và chống uốn, giả thiết chiều rộng đài B = 5m
- Kiểm tra điều kiện cân bằng giữa mặt bên đài và tổng tải trọng ngang tính toán tác dụng tại đỉnh đài:
tt 0
0 2Q0 0 19.2 2 352.76
h 8.75m 0.7tg 45 0.7tg 45 1.4(m)
2 B 2 18.5 5
- Độ sâu đã chọn thõa mãn điều kiện cân bằng áp lực
8.3.5 Cấu tạo và kích thước cọc
- Để tạo nên sự hợp lý trong giải pháp móng cọc nhồi nên sinh viên chọn vật liệu như trên nhằm đạt được sự tương xứng giữa sức chịu tải vật liệu và sức chịu tải đất nền trong điều kiện nền đất yếu
- Để chọn đường kính cọc và chiều sâu mũi thích hợp nhất cho điều kiện địa chất và tải trọng công trình, cần phải đưa ra phương án kích thước khác nhau để so sánh và lựa chọn. Trong đồ án sinh viên chọn đường kính cọc D = 1000mm phù hợp với điều kiện đất nền và khả năng thi công cọc khoan nhồi hiện nay
- Tiết diện cọc : A412 0.785 m2
- Chu vi cọc :Ucoc D 1 3.14 m
- Đối với cọc chịu nén dọc trục, hàm lượng thép không nên nhỏ hơn 0.2% 0.4% . Đường kính cốt thép không nhỏ hơn 10mm và bố trí đều theo chu vi cọc. Đối với cọc chịu tải trọng ngang, hàm lượng cốt thép không nhỏ hơn 0.4% 0.65%
- Do cọc chủ yếu chịu lực nén nên cốt thép trong cọc được tính theo cấu tạo - Cốt thép dọc chịu lực giả thiết là 0.4%, diện tích cốt thép dọc chịu lực
2
0.4% 7850 31.4
As cm
- Chọn 12ỉ20 cú Aschon 37.69 cm2 Astt 31.4 cm2 để bố trớ
- Cốt đai cọc khoan nhồi thường ỉ6 ữ ỉ10, khoảng cỏch 200 ữ 300, ta chọn ỉ8a200
- Theo mục 8.17 TCVN 10304 – 2014: khi chiều dài lồng thép dài hơn 4m, theo chiều dài cọc cần có vòng thép đệm để tăng cứng cho lồng thép dọc và gắn các miếng kê tạo lớp bảo vệ cốt thép với khoảng cách không nhỏ hơn 2m, ta chọn đường kính thộp vũng ỉ14
8.3.6 Cao trình mũi cọc
- Mũi cọc nên đặt vào lớp đất tốt tìm thấy trong địa tầng nhằm tăng thành phần sức kháng ở mũi cọc và giảm độ lún của nền
- Dự kiến mũi cọc cắm sâu vào lớp Cát hạt trung lẫn sạn sỏi màu xám ghi, kết cấu chặt (lớp 7) một đoạn 2.75m. Do đó cao độ mũi cọc –38.75m (không kể phần mũi)
8.3.7 Chiều dài cọc
- Ngoài chiều dài tính toán, phải tính toán đến mũi cọc, đoạn chôn đầu cọc vào trong đài (0.1 ÷ 0.2m), đoạn bê tông xốp đầu cọc loại bỏ:
t.te tt mui bt
L L L (0.1 0.2m) L - Trong đó:
Lt.tế: chiều dài thực tế (m)
Ltt: chiều dài tính toán của cọc Ltt38.75 8.75 30m
Lmũi: chiều dài đoạn mũi cọc lấy bằng 0.5 lần đường kính cọc
Lbt: chiều dài đoạn bê tông xốp đầu cọc đập bỏ, Lbt (1 2)m - Suy ra: Lt.te 30 0.5 0.1 1 31.6m
8.3.8 Xác định sức chịu tải cọc
2000523069306230186704430 1
2
3
4
5
6
7
Hình 8.3:Địa tầng trung bình cọc khoan nhồi xuyên qua 8.3.9 Sức chịu tải theo vật liệu cọc
- Theo điều 4c TCXD 195 – 1997, sức chịu của vật liệu cọc tính theo công thức sau
vl u p an s
Q R A R A - Trong đó:
Ru: cường độ chịu nén tính toán bê tông cọc khoan nhồi
Ap: Diện tích tiết diện ngang bê tông thân cọc
Ran: cường độ tính toán cho phép của cốt thép
As: tổng diện tích cốt thép trong cọc
-
- p 42 142 0.25 2
A d m
- Ta dựng 12ỉ20, thộp CB400V: Ran350MPa - As 12 0.024 2 3.769 10 3 m2
- Suy ra: Qvl 17 10 0.253 350 10 3.769 10 3 3 14670.92 kN 8.3.10 Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lí đất nền
- Theo điều 7.3.2.1 TCVN 10304 – 2014, sức chịu tải của cọc treo đóng hoặc ép nhồi, cọc khoan nhồi và cọc ống nhồi bê tông được xác định như sau:
,
c u c cq p p cf i i
R q A u f l - Trong đó:
Rc,u- sức chịu tải cực hạn của cọc
c - hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, c 1 mục 7.2.3.1 TCVN 10304:2014
cq- hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc, cq 0.9 (phương pháp đổ bê tông dưới nước)
cf - hệ số điều kiện làm việc của đất trên thân cọc, phụ thuộc vào phương pháp tạo lỗ và điều kiện đổ bê tông,bảng 5 TCVN 10304:2014, cf 0.6 (đổ bê tông trong dung dịch bentonite)
Ap- diện tích mũi cọc, Ap 0.785 m 2
U: chu vi tiết diện ngang thân cọc, u = 3.142m
qp - cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc đối với đất cát, điều 7.232.2
'
p 4 1 I 2 3 I
q 0.75 ( d h)
- Với góc ma sát trong 3 0, xác định các hệ số 1, , ,2 3 4 theobảng 6 TCVN 10304:2014nhân với hệ số chiết giảm 0.9
- 1 9.5 0.9 8.55
- 2 18.6 0.9 16.74
- 3 0.44 0.9 0.396 với h 45.25 45.25 25
d 1
- 4 0.25 0.9 0.225
- 'I: dung trọng tính toán của nền đất dưới mũi cọc, (KN/m3), có xét đến tác dụng đẩy nổi, 'I dn 0(KN/ m )3
- I: dung trọng tính toán trung bình (KN/m3), của đất nằm trên mũi cọc có xét đến tác dụng đẩy nổi
1 1 2 2 3 3 3
I
1 2 3
h h h 18.9 5.23 19.2 6.93 18.5 6.23
18.88(KN / m )
h h h 5.23 6.93 6.23
h: chiều sâu hạ cọc, kể từ mặt đất tự nhiên tới mũi cọc, h = 45.25 m.
2
qp 0.75 0.225 (0 16.74 0.396 18.88 45.25) 955.7(KN / m )
- fi – cường độ sức kháng trung bình của lớp đất trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc (KPa) lấy theobảng 3 TCVN 10304:2014
- li – chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đát thứ “i”(m)
- Ma sát của đất với bề mặt xung quanh cọc xác định bằng cách chia các lớp đất thành các lớp phân tố có chiều dày ≤ 2 m
6230186704430
1
2
3
4
200052306930
5
6
7
2000200014108750 33390 35390 37390 38725 40060 42060 43275 44490 46490
20002000200020002000200020006702000 15160 17160 19160 20275 21390 23390 25390 27390 29390 31390
200043020002010 9750 11750 13455
200020002000230 20002000
Hình 8.4:Chia phân tố tính sức kháng thân cọc
Bảng 8.10:Bảng tính cường độ sức kháng trên thân cọc Lớp đất Số thứ tự
lớp i cf Chiều dày li
(m)
Độ sâu zi
(m) i
f
(KN/m2)
cf i ifl
(KN/m) Lớp 3: Sét màu nâu
đỏ, trắng xanh loang lổ, trạng thái
dẻo cứng - nửa cứng
1 0.9 2 9.75 64.63 116.33
2 0.9 2 11.75 67.45 121.41
3 0.9 1.41 13.46 69.84 88.627
Lớp 4: Cát pha màu nâu, nâu đỏ lẫn ít,
trạng thái dẻo
5 0.9 2 15.16 28.06 50.508
6 0.9 2 17.16 28.86 51.948
7 0.9 2 19.16 29.66 53.388
8 0.9 0.23 20.28 30.11 6.2328
Lớp đất Số thứ tự
lớp i cf Chiều dày li
(m)
Độ sâu zi
(m) i
f
(KN/m2)
cf i ifl
(KN/m)
Lớp 5: Cát hạt mịn màu xám ghi, kết cấu chặt vừa - chặt
9 0.9 2 21.39 80.95 145.71
10 0.9 2 23.39 83.75 150.75
11 0.9 2 25.39 86.55 155.79
12 0.9 2 27.39 89.35 160.83
13 0.9 2 29.39 92.15 165.87
14 0.9 2 31.39 94.95 170.91
15 0.9 2 33.39 97.75 175.95
16 0.9 2 35.39 100 180
17 0.9 2 37.39 100 180
18 0.9 0.67 38.73 100 60.3
Lớp 6: Cát hạt trung lẫn sạn sỏi màu xám
ghi, kết cấu chặt
19 0.9 2 40.06 100 180
20 0.9 2 42.06 100 180
21 0.9 0.43 43.28 100 38.7
Lớp 7: Cuội sỏi lẫn cát sạn màu xám ghi, xám trắng, kết
cấu chặt - rất chặt
22 0.9 2 44.49 100 180
23 0.9 2 46.49 100 180
Tổng cộng 2793.26
Như vậy, sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lí đất nền
1
c,u c cq b b cf si i
R .q .A u .f .l
1 0.9 955.7 0.785 3.142 2793.26 = 9451.62 kN
8.3.11 Sức chịu tải theo chỉ tiêu cường độ đất nền
- Công thức xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nềnphụ lục G Bộ Xây dựng (2014),TCVN 10304 : 2014 Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế
- N có thể tính theo công thức của Vesic:'q N'q tg 452 0 e tan 2
N'q 100
- Xác định chiều sâu ngàm thực tế của mũi cọc và đất LB: mũi cọc cắm vào lớp cát pha lẫn sỏi sạn, xám đen, trạng thái dẻo, một đoạn 2.75m và xem như cọc ngàm vào lớp
- Từ bảngG.1 TCVN 10304 : 2014 Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế - Có ZL
d 15, như vậy Z 15 1 15mL
- Ta có: L 2.75m Z 15mB L , lấy giá trị q',p bằng áp lực lớp phủ tại độ sâu mũi cọc, tính như sau:
- Ứng suất hữu hiệu từng lớp đất - Tính toán cho lớp đất 1:
' 2
q,p 0 2 0(KN / m ) - Tính toán cho lớp đất 2:
' 2
q,p 0 8.5 5.23 44.46(KN / m ) - Tính toán cho lớp đất 3:
' 2
q,p 44.46 8.9 6.93 106.137(KN / m ) - Tính toán cho lớp đất 4:
' 2
q,p 106.14 8.5 6.23 159.1(KN / m ) - Tính toán cho lớp đất 5:
' 2
q,p 159.1 0 18.67 159.1(KN / m ) - Tính toán cho lớp đất 6:
' 2
q,p 159.1 0 4.43 159.1(KN / m ) - Tính toán cho lớp đất 7:
' 2
q,p 159.1 0 2.75 159.1(KN / m ) - Cường độ sức kháng dưới mũi cọc là:
2
qb 0 6 159.1 100 15910(KN / m ) - Cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc fi đối với đất rời
'
i i c,z
0 44.46 106.14 159.1 4
f k . .tag 0.8 tag 0 0
6
- Cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc fi đối với đất dính
i u,i
f .c 0
- cu,i: cường độ sức kháng không thoát nước của lớp đất dính thứ i
- : hệ số phụ thuộc vào đặc điểm lớp đất nằm trên lớp dính, loại cọc và phương pháp hạ cọc, cố kết của đất trong quá trình thi công và phương pháp xác định cu. Khi không đầy dủ những thông tin này có thể tra trên biểu đồ G1, TCVN 10304 : 2014 Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế
- i: góc ma sát giữa đất và cọc thông thường cọc bê tông ilấy bằng góc ma sát trong của đất i
- k : hệ số áp lực ngang của đất lên cọc phụ thuộc vào loại cọc: chuyển vị cọc hayi cọc thay thế
Đối với đất rời: k 1 sini
Đối với đất dính: k 0.19 0.233logIi p
- 'v,z: ứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng trung bình trong lớp đất thứ “i”
- Sức chịu tải theo chỉ tiêu cường độ đất nền
2
c,u b b i i
R q .A uf l 0.785 15910 12489.35 kN
8.3.12 Sức chịu tải theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT
- Do cọc xuyên qua lớp đất dính và đất rời, do vậy tính toán sức chịu tải cho phép của cọc theo công thứcViện Kiến trúc Nhật Bản (1988)(Phụ lục GTCVN 10304:2014 Móng cọc tiêu chuẩn thiết kế)
c,u b b c,i c,i s,i s,i
R q A u f l f l - Trong đó:
qb: Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc xác định như sau: qb 150Npkhi mũi cọc nằm trong đất rời: đối với cọc nhồi; Np 69 > 50 nên ta lấy chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới và 4d trên mũi cọc là 50
2
qb 150 50 7500 KN / m
fc,i: Cường độ sức kháng trên đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ “i”
- Cường độ sức kháng trung bình trên mũi cọc nằm trong lớp đất rời thứ “i”
s,i s,i
f 10N
3
- Cường độ sức kháng trung bình trên mũi cọc nằm trong lớp đất dính thứ “i”
c,i P L u,i
f f c
- P - hệ số điều chỉnh cho cọc đóng, phụ thuộc vào tỷ 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 trên hìnhG.2a TCVN 10304:2014
- fL- hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d của cọc đóng, cọc khoan nhồi fL= 1
- Cu: là cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính, có thể xác định từ thí nghiệm nén một trục nở ngang u qu
c 2 , hoặc từ chỉ số SPT trong đất dínhcu,i 6.25Nc,i tính bằng KPa, trong đó Nc,i là chỉ số SPT trong đất dính, Ns,i là chỉ số SPT trong đất rời
Bảng 8.11:Bảng tính sức chịu tải của cọc theo chỉ số SPT Lớp đất Loại đất Độ sâu (m) li(m) N Cui
KPa
'
v,z
KPa
'
c/v,z p fi
KPa
fili
KN/m
1 Rời 0
0 0 0 0
0 1 0 0
2.2 0
2 Dính 2.2
0 7.5 27.2 0
0.6 0.7 19.04 0
7.4 44.46
3 Dính 7.4
5.85 16.25 36.7 44.46
0.35 0.9 33.03 193.2
14.6 106.14
4 Dính 14.6
6.6 15 10.2 106.14
0.06 1 10.2 67.32
21.2 159.1
5 Rời 21.2
18.3 23.33 0 159.1
0 1 77.7 1421.9
39.5 159.1
6 Rời 39.5
3.0 36.5 0 159.1
0 1 121.5 364.5
42.5 159.1
7 Rời 42.5
2.75 50 0 159.1
0 1 166.5 457.8
47.4 159.1
Tổng cộng 2504.8
- Sức chịu tải của cọc theo chỉ số SPT:
3
Rc,u 7500 0.785 3.142 2504.8 13757.6(kN)
Sức chịu tải của cọc ép Kết quả SCT (kN)
Theo vật liệu 14670.9
Theo chỉ tiêu đất nền 9451.6
Theo SPT 13756.6
Theo cường độ đất nền 12489.4
- Kết luận sức chịu tải cực hạn của cọc:
1 2 3
cu c,u c,u c,u
R min R , R , R 9451.6(kN)
Hình 8.5. Mặt bằng bố trí móng