CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ MÓNG CHO CÔNG TRÌNH
5.3. Phương án móng cọc ép
5.3.2. Xác định sức chịu tải của cọc
a. Sức chịu tải của cọc theo điều kiện vật liệu
* Sức chịu tải tính toán theo vật liệu của cọc được tính theo công thức sau:
Pvl = m (mRRbFb + RaFa) (5.1) trong đó:
+ m- hệ số điều kiện làm việc, m= 1;
+ - hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc vào độ mảnh của cọc, với cọc không xuyên qua lớp đất bùn, đất sét yếu và là móng cọc đài thấp 1;
+ mR= 1- hệ số điều kiện làm việc của bêtông khi tiết diện300×300;
+ Rb- cường độ chịu nén của bêtông B22.5(M300), Rn = 130 daN/cm2; + Fb- diện tích mặt cắt ngang của cọc. Fb= 30×30= 900 cm2;
+ Ra- cường độ tính toán của thép AII. Ra = 2800 daN/cm2; + Fa- diện tích tiết diện ngang cốt dọc. Fa = 10,18 cm2.
Pvl =1×1×(1×130900 + 280010,18) = 145504 daN = 1455 kN
b. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền( TCXD 205-1998)
* Công thức xác định sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc theo đất nền như sau:
Qtc = m(mR.qP.AP + u mf .si .li) (5.2) + m= 1 - hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất,(Cọc ép tiết diện vuông);
+ mR= 1- hệ số xét đến lớp đất bên dưới mũi cọc với lớp đất cát mịn;
+ Ap - diện tích ngang của cọc, Ap= 0.3×0.3= 0.09 m2;
+ qP - cường độ đất nền mũi, tại độ sâu Z =23.3m đất cát mịn (tra bảng A.1 TCXD 205:1998) thì cường độ tính toán của đất nền dưới mũi cọc là qp = 3338 (daN/m2);
+ u- chu vi thân cọc u = 0.3× 4 = 1.2 m;
+ li - chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc;
+ mf = 1- hệ số xét đến ma sát giữa cọc và đất (cọc ép);
+ fsi - cường độ tiêu chuẩn của ma sát thành lớp đất thứ i với bề mặt xung quanh cọc, (được tính toán bằng cách tra bảng A.2 TCXD 205:1998). Chia đất nền thành các lớp đất đồng nhất (chiều dày mỗi lớp lấy = 2m). Ở đây +Zi và H lấy từ cốt thiên nhiên:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2006- CHUNG CƯ VIỆT Á- BÌNH DƯƠNG
GVHD: Th.S TRẦN THẠCH LINH TRANG 122 SVTH: CAO ĐÀO BẮC
Bảng 5.8: Bảng tính cường độ tiêu chuẩn của ma sát thành lớp đất thứ i với bề mặt xung quanh cọc
Lớp đất Lớp đất li(m) Zi(m) IL fsi(kN/m2) li.fsi(kN/m) 2 Seùt pha,
dẻo cứng 0.5 3.05 0.3 35.2 1.76 3 Cát pha sét,
deûo
2 4.3 0.38 27.7 55.3
2 6.3 0.38 31.8 63.6
4 Seùt, Seùt deûo cứng
2 8.3 0.31 44.2 88.4
2 10.3 0.31 46.1 92.2
2 12.3 0.31 48.3 96.6
2 14.3 0.31 49.1 98.2
5
Cát mịn lẫn bột, chặt
vừa
2 16.3 - 51.7 103.4
2 18.3 - 53.5 107
2 20.3 - 56.3 112.6
2 22.3 - 58.5 117
Sfsili(kN/m) = 951.9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2006- CHUNG CƯ VIỆT Á- BÌNH DƯƠNG
GVHD: Th.S TRẦN THẠCH LINH TRANG 123 SVTH: CAO ĐÀO BẮC
MẹTN
1200100060020500
LỚÙP 1BÊ TÔNG, GẠCH GỖ, CÁT, ĐÁ
LỚÙP 2 SEÙT, SÉT PHA DẺO CỨNG
1000
LỚÙP 3
CÁT MỊN LẪN BỘT CHẶT VỪA
4000
LỚÙP 4
SÉT, SÉT DẺO CỨNG
LỚÙP 5
CÁT PHA SÉT, DẺO
80008000 5002000200020002000200020002000200020002000 3050 4300 6300 8300 10300 12300 14300 16300 18300 20300 22300
-15.800 -7.800 -3.800 -1.500 -0.500
-23.800
2300
-3.300
Hình 5.2: Chia đất nền thành các lớp đồng nhất( chiều dày mỗi lớp 2m)
Qtc = m(mR.qP.AP + u mf .si .li)
= 1(1× 3338× 0.09+1.2× 1.0× 951.9) = 1440kN + Sức chịu tải cho phép của cọc:
a tc
tc
Q Q k
1440
1.4 1028 kN < Pvl= 1455 kN
c. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền( TCXD 205-1998)
* Lý thuyết tính toán
+ Sức chịu tải cực hạn của cọc tính theo công thức:
Qu = Asfs + Apqp (5.3)
trong đó:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2006- CHUNG CƯ VIỆT Á- BÌNH DƯƠNG
GVHD: Th.S TRẦN THẠCH LINH TRANG 124 SVTH: CAO ĐÀO BẮC
As – là diện tích xung quanh cọc;
fs – ma sát bên tác dụng lên cọc;
Ap – là diện tích tiết diện ngang ở mũi cọc;
qp – cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc.
+ Sức chịu tải cho phép của cọc tính theo công thức:
Qa =
p p s s
FS Q FS
Q (5.4)
trong đó :
Qs = Asfs – là tổng sức chống cắt giữa đất và mặt bên của cọc, ; FSs – hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, lấy bằng 2 2.5;
Qp = Apqp – là sức gánh đỡ của đất ở mũi cọc;
FSp – hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc, lấy bằng 2.5 3.0.
+ Công thức chung tính toán lực ma sát bên tác dụng lên cọc là:
fs = ca + ’htga (5.5) trong đó:
ca – là lực dính giữa đất và thân cọc (T/m2); với cọc bê tông cốt thép ca = c(với c là lực dính của đất nền);
a – góc ma sát giữa cọc và đất nền; với cọc bê tông cốt thép a = ( là góc ma sát trong của đất nền);
’h – ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc với mặt bên cọc
’h = Ks’v; với:
’v – là ứng suất hữu hiệu theo phương đứng trong đất do trọng lượng bản thân của đất (kN/m2);
Ks – là hệ số áp lực ngang phụ thuộc vào loại đất và phương pháp hạ cọc, được xác định như sau: Ks = (1-sin).
+ Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc tính theo công thức:
qp = cNc + ’vpNq + dpN (5.6) trong đó:
c – là lực dính của đất ;
’vp – ứng suất hữu hiệu theo phương đứng tại độ sâu mũi cọc do trong lượng bản thân đất ;
– trọng lượng thể tích có hiệu của đất ở độ sâu mũi cọc;
Nc, Nq,N - hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất, hình dạng mũi cọc và phương pháp thi công cọc.
* Tính sức chịu tải của cọc
Sức chịu tải cực hạn của cọc : Qu= As.fs + Ap .qp
+ Ap= 0.3× 0.3 = 0.09m2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2006- CHUNG CƯ VIỆT Á- BÌNH DƯƠNG
GVHD: Th.S TRẦN THẠCH LINH TRANG 125 SVTH: CAO ĐÀO BẮC
VP 2 2 3 3 4 4 5 5
' .h .h .h .h
= 19.22×2.3+ 19.4×4 + 19.6×8 + 19.7×8= 436.2 kN/m2 + Sức kháng của đất ở mũi cọc
qp c N. c' .VP Nq. .d N
= 25.2 ×34.5+ 436.2 ×22.29 + 19.7× 0.3 ×28.73 = 10760 kN/m2 31 39'o Nq22.29;Nc34.5;N 28.73
+ QP= Ap . qp= 0.09× 10760 = 968.4 kN + Lực ma sát bên tác dụng lên cọc
2 2 2tan 2 2 (1 sin 2) . .tan 2
s a a
f c c z
= 21.3 + (1 – sin12o38’)×19.22× 2.3/2 × tan12o38’ =25.2 kN/m2
3 3 3tan 3 3 (1 sin 3) . .tan 3
s a a
f c c z
= 8.5 + (1 – sin19o47’)×(19.22×2.3+1.94× 4/2)×tan19o47’ =28.3 T/m2
4 4 4tan 4 4 (1 sin 4) . .tan 4
s a a
f c c z
= 8.5+(1–sin12o35’)×(19.22×2.3+1.94× 4+1.96×8/2 )× tan12o35’=43.5 T/m2
5 55tan5 5(1 sin 5) . .tan5
s a a
f c c z
= 25.2 + (1 – sin31o39’)×(19.22×2.3 + 1.94× 4 + 1.96×8 + 1.97×8/2) × tan31o39’ = 129.9 kN/m2
+ AS.fS= 2.3× 1.2× 25.2+4×1.2×28.3 + 8×1.2×43.5+8×1.2×129.9 = 1870kN QS= 1870 kN
+ QU= QP + QS = 968.4 + 1870 = 2838.4kN + Sức chịu tải cho phép của cọc:
a S P
s p
Q Q
Q FS FS
1870 968.4
2 3 1258kN < Pvl= 172 T (thỏa) + So sánh sức chịu tải của cọc trong 3 trường hợp ta chọn sức chịu tải nhỏ nhất của cọc chính là sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền để tính toán cọc
Ptk= min(Pvl= 1455; Qa= 1028kN; Qa= 1258kN) Ptk= 1020kN
+ Cọc dài 21m chia thành 2 đoạn cọc, một cọc dài 10m và cọc 11m . d. Kiểm tra cọc trong quá trình vận chuyển cẩu lắp
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2006- CHUNG CƯ VIỆT Á- BÌNH DƯƠNG
GVHD: Th.S TRẦN THẠCH LINH TRANG 126 SVTH: CAO ĐÀO BẮC l=11m 0.21l=2.31m
0.21l=2.31m
M=0.043ql2=1.76Tm q=0.338T/m
Hình 5.3: Vận chuyển cẩu cột
+ Tải trọng phân bố đều tác dụng lên cọc khi vận chuyển. lắp dựng chính là tải trọng bản thân của cọc:
q = n× q’= 1.5× bt ×Fc = 1.5× 2.5× 0.3× 0.3 = 0.338 T/m (5.7) Với n= 1.5 - hệ số động.
d.1 Cường độ cọc khi vận chuyển
Moment uốn lớn nhất tại điểm giữa cọc và móc cẩu:
M = 0.043× q× Lc2 = 0.043×0.338× 112 = 1.76Tm. (5.8) Chọn bề dày lớp bêtông bảo vệ cốt thép cọc là 5.0 cm
A=
5
2 2
1.76 10 155 30 25
n o
M
R b h = 0.061 (5.9)
1 1 2 A 1 1 2 0.061 = 0.063 (5.10)
Fa =
0.063 130 30 25 2800
n o a
R bh
R = 1.7 cm2<5,9 cm2 ( 218) (5.11) d.2 Cường độ cọc khi lắp dựng
l=11m 0.3l = 3.3m
M=0.086ql=3.52Tm 2 q=0.338T/m
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2006- CHUNG CƯ VIỆT Á- BÌNH DƯƠNG
GVHD: Th.S TRẦN THẠCH LINH TRANG 127 SVTH: CAO ĐÀO BẮC
Hình 5.4: Vận chuyển lắp cột Ta có:
M = 0.086q.Lc2 = 0.086 x 0.338 x 112 = 3.52 Tm (5.12) A=
5
2 2
3.52 10 130 30 25
n o
M
R b h
= 0.121 (5.13)
1 1 2 A 1 1 2 0.121 = 0.13 (5.14) Fa =
n o
a
R bh R
0.13 130 30 25 2800
= 3.52cm2<5,9cm2 ( 218 ) (5.15) Cọc đảm bảo không bị phá hoại trong quá trình vận chuyển và cẩu lắp.
d.3 Kiểm tra lực cẩu. móc cẩu
Chọn thép móc cẩu là AIII, 118 có Fa = 2,54 cm2 Kiểm tra khả năng chịu lực của móc cẩu:
+ Khả năng chịu lực kéo của thép móc cẩu:
Nk = Ra.Fa = 2800 × 2,54= 7112 daN = 71,12 kN (5.16) + Tải trọng cọc tác dụng vào móc cẩu:
N = 2
ql = 0.338 11 2
= 1.86 T< Nk= 7,112 T (5.17)
Ta thấy khả năng chịu lực của thép móc cẩu lớn hơn tải trọng tác dụng vào móc caồu.
Dùng móc cẩu loại thép AII 18 thì móc cẩu đủ khả năng chịu lực.