Xác định kích thước đài

MÓNG CỌC KHOAN NHỒI

7.3.2. Xác định kích thước đài

- Khoảng cách giữa 3 tim cọc theo tam giac đều:

l = 3.4m

- Khoảng cách từ tâm cọc đến mép đài : 1d = 10.8=0.8 m

- Cạnh dài của đài là ; Lủ = 3.4 + 0.82 = 5.0m

- Cạnh ngắn của đài : Bủ = 3.4 + 0.82 = 5.0m

 Diện tích thực tế của đài là : Fủ = BủLủ = 5.05.0 = 25.0 m2 Chọn 4 cọc để bố trí như hình vẽ:

7.3.3. Kiểm tra khả năng chịu lực của cọc : a) Theo phương thẳng đứng :

Tính lực tác dụng lên đầu cọc:

Chọn hđ = 1.8 m.

Moment tại đáy đài :

Mx = Mttx + Qxhủ = 1.792 + 1.331.8 = 4.86 Tm My = Mtty + Qyhủ = 4.086 + 5.681.8 = 14.31 Tm

Lực dọc tại đáy đài gồm lực dọc do công trình và khối lượng đài : Khối lượng đài: Nđ = 25.01.82.51.1 = 123.75 T

Lực dọc tính toán tại đáy đài : Ntt= Ntt0 + Nđ = 1066.8 + 123.75 = 1190.55 T Tính lực lớn nhất tác dụng lên đầu cọc:

tt minmax

p =



 

 

 

c

c n

i i y n

i i x c

tt

x x M y

y M n N

1 2 max

1 2

max

0 = 2 2

7 . 1 5

2 . 1 086 . 4 7 . 1 5

2 . 1 792 . 1 5

8 . 1066



 



 

Với : xmax , ymax – Khoảng cách từ tim cọc biên đến trục x, y.

xi , yi – Khoảng cách từ tim cọc thứ i đến các trục đi qua trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại mặt phẳng đáy đài.

 













 T P

T P

tt tt

209 7 . 217

min max

Trọng lượng cọc : Pc = 0.5024302.51.1 = 41.5 T Kiểm tra lực truyền xuống cọc :

Pttmax = 217.7 T  Qv = 665 (T)

Pttmax + Pc = 217.7 + 41.5 = 259.2 T < Qa = 262 T Pttmin = 209 T < Pnh = 0.8Qs = 0.8 290.5 = 232.4 T

Vậy cọc thoả điều kiện làm việc, không cần kiểm tra chịu nhổ.

b) Theo phửụng ngang :

Sơ đồ làm việc cọc chịu tải ngang

l z

H0 =1

l z

M0 =1

l

l0

H

M N

delta n

z

y0

Chuyển vị của cọc khi chịu tác dụng dụng đồng thời của lực đứng, lực ngang và momen

a – Các tải trọng tác dụng lên cọc ; b – Chuyển vị của cọc do lực ngang H0 = 1 tác dụng ở mặt đất gây ra ; c – Do momen M0 = 1 gây ra.

a) b) c)

HH

HM

MH

MM

0



- Từ lực ngang và moment tác dụng ở đầu cọc, ta phân tích chuyển vị ngang, moment và lực cắt dọc theo chiều dài cọc. Chuyển vị ngang lớn nhất phải nhỏ hơn chuyển vị ngang khống chế bởi điều kiện kỹ thuật của công trình xây dựng.

- Tính moment uốn M dọc theo cọc và chuyển vị ngang của cọc ở cao trình đỉnh cọc và lực ngang H tác động của cọc. Cọc có đường kính d = 0.8m. Chiều dài cọc chôn trong đất Lc = 30m. Lực H và moment uốn My đặt tại đỉnh trên cọc.

Dựa vào bảng giá trị nội lực được giải bằng Etabs tại chân móng ta lấy cặp nội lực nguy hiểm nhất để kiểm tra theo phương ngang cho cọc (xem liên kết giữa đài và cọc là ngàm).

Ta có Hx = 5.97T ; M = 34.14 Tm.

- Lực tác dụng lên mỗi cọc là : H0 =

5 97 .

 5

c x

n

H = 1.194T

- Moment uoán M = 0 Tm.

- Moment quán tính tiết diện ngang cọc :

J = 0.02

64 8 . 0 14 . 3 64

. 4 4

  d 

 m4

- Độ cứng tiết diện ngang của cọc : Eb.J = 31060,02 = 6104 Tm2. - Bề rộng qui ước của cọc :

bc = d + 1m =0.8 + 1 = 1.8 m.

(theo TCXD 205-1998 , khi d  0,8 m thì bc = d +1m)

Nền đất xung quanh cọc có 5 lớp, để thiên về an toàn và đơn giản ta tính cho lớp đất thứ 5 (lớp cát ở trạng thái chặt vừa), tra bảng III-1, Nền móng nhà Cao Tầng – GS.TSKH. Nguyễn Văn Quảng ta được K = 100 T/m4.

 Hệ số biến dạng được xác định theo công thức :

bd = 5 5 4 10 6

8 . 1 100 .

.



  J E

b K

b

c = 0.313 m-1

Chiều sâu tính đổi của phần cọc trong đất : Le = bdlc= 0.31330 = 9.39 Ứng với Le = 9.39 tra bảng III-2, Nền móng nhà Cao Tầng – GS.TSKH. Nguyễn Văn Quảng ta được các giá trị : A0 = 2.441 ; B0 = 1.621 ; C0 = 1.751.

Các chuyển vị HH ; HM ;MH ; MM của cọc ở cao trình đỉnh cọc, do các ứng lực đơn vị đặt ở cao trình này :

+ Chuyển vị ngang của tiết diện do lực H0 = 1 gây ra :

HH =

J E A

b bd3 . .

0

 = 0,3133 6 104 441 . 2



 = 1.3210-4 m/T + Góc xoay của tiết diện cọc do H0 = 1 và M0 = 1 gây ra :

HM = MH =

J E B

b bd2 . .

0

 =

4

2 6 10

313 , 0

621 . 1



 = 2.7510-5 T-1. + Góc xoay của tiết diện cọc do M0 = 1 gây ra :

MM =

J E C

b bd.

0

 = 0,313 6 104 751 . 1



 = 9.3210-6 (Tm)-1.

* Tính toán cọc theo biến dạng và nhằm kiểm tra điều kiện :

n  Sgh ;   gh Trong đó :

Sgh, gh : là trị số giới hạn cho phép của chuyển vị ngang đầu cọc và góc xoay của cọc.

n,  : là chuyển vị ngang của đầu cọc (m) và góc xoay của cọc (rad) được xác định như sau :

n = y0 + l0 +

J E

l M J E

l H

b

b 2

3

2 0 3

0 

 

Moment uốn và lực ngang do đài tác dụng lên cọc : H0 = 1.194 T

M0 = Hl0 = 0 Tm.

- Chuyển vị ngang y0 và góc xoay 0 tại cao trình đỉnh cọc được xác định : y0= H0HH+ M0.HM

= 1.1941.3210-4 = 0.57110-4 m = 1.57mm < 10mm

0= H0MH + M0.MM

= 1.1942.7510-5 = 1.1910-4 rad = 0.00680 = 0.149ooo < 2ooo

 n = y0 + l0 +

J E

l M J E

l H

b

b 2

3

2 0 3

0 

 

= 5.7110-4 m Vậy cọc chuyển vị nằm trong giới hạn cho phép.

Giá trị của z được xác định theo công thức :

z = . )

. . .

(

. 0 1 0 1 2 0 1 3 0 D1

J E C H

J E B M

A y K z

b bd b

bd bd

e

bd   



    

Mz = bd2 .EbJ.y0.A3 -bd.EbJ. 0.y0.B3+ M0.C3 + H0 .D3

bd . Qz = bd3 .EbJ.y0.A4-bd2 .EbJ.0.B4+ bdM0.C4 + H0.D4 . Trong đó :

ze : Chiều sâu tính đổi , ze = bd.z ;

Các giá trị A1,A3, A4 ,B1, B3, B4 , C1 , C3 , C 4, D1, D3, D4 : tra trong bảng III-3, Nền móng nhà Cao Tầng – GS.TSKH. Nguyễn Văn Quảng.

Ta lập bảng Excel cho Mômen uốn dọc theo thân cọc : MÔMEN UỐN DỌC THÂN CỌC

Z Ze A3 B3 C3 D3 My(Tm)

0.00 0.00 0.000 0.000 1.000 0.000 0.000 0.32 0.10 0.000 0.000 1.000 0.100 1.385

0.64 0.20 -0.001 0.000 1.000 0.200 2.737 0.96 0.30 -0.005 -0.001 1.000 0.300 4.009 1.28 0.40 -0.011 -0.002 1.000 0.400 5.214 1.60 0.50 -0.021 -0.005 0.999 0.500 6.328 1.92 0.60 -0.036 -0.011 0.998 0.600 7.341 2.24 0.70 -0.057 -0.020 0.996 0.699 8.205 2.56 0.80 -0.085 -0.034 0.992 0.799 8.957 2.88 0.90 -0.121 -0.055 0.985 0.897 9.569 3.20 1.00 -0.167 -0.083 0.975 0.994 9.986 3.52 1.10 -0.222 -0.122 0.960 1.090 10.332 3.84 1.20 -0.287 -0.173 0.938 1.183 10.567 4.16 1.30 -0.365 -0.238 0.907 1.273 10.636 4.48 1.40 -0.455 -0.319 0.866 1.358 10.589 4.80 1.50 -0.559 -0.420 0.881 1.437 10.435 5.12 1.60 -0.676 -0.543 0.739 1.507 10.210 5.44 1.70 -0.808 -0.691 0.646 1.566 9.888 5.76 1.80 -0.956 -0.867 0.530 1.612 9.472 6.08 1.90 -1.118 -1.074 0.385 1.640 9.031 6.40 2.00 -1.295 -1.314 0.207 1.646 8.518 7.04 2.20 -1.693 -1.906 -0.271 1.575 7.370 7.68 2.40 -2.141 -2.663 -0.941 1.352 6.130 8.32 2.60 -2.621 -3.600 -1.877 0.917 4.914 8.96 2.80 -3.103 -4.718 -3.408 0.197 3.746 9.60 3.00 -3.541 -6.000 -4.688 -0.891 2.652 11.20 3.50 -3.919 -9.544 -10.340 -5.854 0.700 12.80 4.00 -1.614 -11.731 -17.919 -15.076 0.002

Tương tự ta lập bảng Excel cho Lực cắt dọc theo thân cọc : LỰC CẮT DỌC THÂN CỌC

Z Ze A4 B4 C4 D4 Qx(T)

0.00 0.00 0.000 0.000 0.000 1.000 4.330

0.32 0.10 -0.005 0.000 0.000 1.000 4.277 0.64 0.20 -0.020 -0.003 0.000 1.000 4.140 0.96 0.30 -0.045 -0.009 -0.001 1.000 3.918 1.28 0.40 -0.080 -0.021 -0.003 1.000 3.632 1.60 0.50 -0.125 -0.042 -0.008 0.999 3.299 1.92 0.60 -0.180 -0.072 -0.016 0.997 2.920

2.24 0.70 -0.245 -0.114 -0.030 0.994 2.515 2.56 0.80 -0.320 -0.171 -0.051 0.989 2.100 2.88 0.90 -0.404 -0.243 -0.082 0.980 1.679 3.20 1.00 -0.499 -0.333 -0.125 0.967 1.250 3.52 1.10 -0.603 -0.443 -0.183 0.946 0.832 3.84 1.20 -0.716 -0.575 -0.259 0.917 0.439 4.16 1.30 -0.838 -0.730 -0.356 0.876 0.060 4.48 1.40 -0.967 -0.910 -0.479 0.821 -0.279 4.80 1.50 -1.105 -1.116 -0.630 0.747 -0.612 5.12 1.60 -1.248 -1.350 -0.815 0.652 -0.892 5.44 1.70 -1.396 -1.643 -1.036 0.529 -0.932 5.76 1.80 -1.547 -1.906 -1.299 0.374 -1.354 6.08 1.90 -1.699 -2.227 -1.608 0.181 -1.543 6.40 2.00 -1.848 -2.578 -1.966 -0.057 -1.684 7.04 2.20 -2.125 -3.360 -2.849 -0.692 -1.873 7.68 2.40 -2.339 -4.228 -3.973 -1.592 -1.939 8.32 2.60 -2.437 -5.140 -5.355 -2.821 -1.896 8.96 2.80 -2.346 -6.023 -6.990 -4.445 -1.768 9.60 3.00 -1.969 -6.765 -8.840 -6.520 -1.560 11.20 3.50 1.074 -6.789 -13.692 -13.826 -0.863 12.80 4.00 9.244 -0.358 -15.611 -23.140 0.021

Tương tự ta lập bảng Excel Ứng suất theo phương ngang của mặt bên cọc : ỨNG SUẤT THEO PHƯƠNG NGANG CỦA MẶT BÊN CỌC

Z Ze A1 B1 C1 D1 X (T/m2)

0.00 0.00 1.000 0.000 0.000 0.000 0.000

0.32 0.10 1.000 0.100 0.005 0.000 0.171

0.64 0.20 1.000 0.200 0.020 0.001 0.318

0.96 0.30 1.000 0.300 0.045 0.005 0.442

1.28 0.40 1.000 0.400 0.080 0.011 0.542

1.60 0.50 1.000 0.500 0.125 0.021 0.621

1.92 0.60 0.999 0.600 0.180 0.036 0.678

2.24 0.70 0.999 0.700 0.245 0.057 0.716

2.56 0.80 0.997 0.799 0.320 0.085 0.736

2.88 0.90 0.995 0.899 0.405 0.121 0.739

3.20 1.00 0.992 0.997 0.499 0.167 0.731

3.52 1.10 0.987 1.095 0.604 0.222 0.708

3.84 1.20 0.979 1.192 0.718 0.288 0.673

4.16 1.30 0.969 1.287 0.841 0.365 0.630

4.48 1.40 0.955 1.379 0.974 0.456 0.581

4.80 1.50 0.937 1.468 1.115 0.560 0.527

5.12 1.60 0.913 1.553 1.264 0.678 0.468

5.44 1.70 0.882 1.633 1.421 0.812 0.406

5.76 1.80 0.848 1.706 1.584 0.961 0.359

6.08 1.90 0.795 1.770 1.752 1.126 0.282

6.40 2.00 0.735 1.823 1.924 1.308 0.221

7.04 2.20 0.575 1.887 2.272 1.720 0.107

7.68 2.40 0.347 1.874 2.609 2.105 -0.155

8.32 2.60 0.033 1.755 2.907 2.724 -0.079

8.96 2.80 -0.385 1.490 3.128 3.288 -0.141

9.60 3.00 -0.928 1.037 3.225 3.858 -0.199

11.20 3.50 -2.928 -1.272 2.463 4.980 -0.277 12.80 4.00 -5.853 -5.941 -0.927 4.548 -0.327

* Tính toán ổn định của nền xung quanh cọc :

Để đảm bảo cho nền đất xung quanh cọc được ổn định thì phải thỏa mãn ủieàu kieọn :

[z]  12

cos 1

4



(’Iztg1 + 1C1) Trong đó :

1 – heọ soỏ, laỏy 1 = 1.0.

2 – hệ số được xác định như sau :

2 =

tt tx

tt tx

M M n

M M





Mtx : Mômen do trị tính toán của các lực thường xuyên gây ra tại độ sâu mũi cọc.

Mtt : Mômen do trị tính toán của các lực tạm thời gây ra tại độ sâu mũi cọc.

Để thiên về an toàn ta lấy Mtx =Mtt = 2.161 + 0.6661.5 = 3.16 Tm

 2 =

16 . 3 16 . 3 5 . 2

16 . 3



 = 0.57s

n : ta có Le = 9.39  5 lấy n = 2.5

1, – Trị tính toán của góc ma sát trong của đất, 1 = 27005’

C1 – Trị tính toán của lực dính của đất, C1 = 0.30 T/m2

 - Hệ số, đối với cọc nhồi lấy  = 0.6.

I – Trị tính toán thứ nhất của trọng lượng riêng của đất bão hòa nước kể đến hiện tượng đẩy nổi.

z – Áp lực tính toán xuất hiện trong đất xung quanh cọc tại các cao độ 26.0m tính từ đáy đài (MPa).

Với Le = 7.512 > 2.5 tại độ sâu z =

313 . 0

85 . 0 85 .

0 

bd = 2.71

Tính toán khả năng chịu tải ngang của cọc tại z = 2.71 m, tại đây đất có chỉ tieõu cụ lyự nhử sau I = 14015’, C = 2.75 T/m2, ’I = 0.955 T/m3.

[z]  1.00.57

' 15 14 cos

4

0 (0.9552.71tg14015’ + 0.62.75) = 5.427 T/m2 Từ bảng tính giá trị áp lực theo phương ngang ta có max = 0.739 T/m2.

Ta thaáy max = 0.739 T/m2 < [z] = 5.427 T/m2.

Vậy cọc đủ khả năng chịu áp lực ngang trong giới hạn cho phép.