Chương 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG
6.2. Phương án móng cọc ép
6.2.1. Sức chịu tải của cọc
Để thuận tiện cho việc tính toán và chọn tiết diện cọc hợp lí thì ta lập bằng bảng tính Excel và chọn mũi cọc cắm vào lớp đất thứ 4.
Chọn 0.7 m cọc ngàm vào đài.
Chọn cọc vuông tiết diện (400x400), Lcọc = 3x10 =30 m.
Diện tích tiết diện cọc là: Ac = a x a = 0.4x0.4 = 0.16 m2 Chu vi cọc: u = 4x0.4 = 1.6 m.
Đối với cọc dưới chân cột:
Chiều cao đài móng hđ = 1.5m.
Chọn chiều sâu đặt móng là hm = 1.8+1.5=3.3 (m).
Đỉnh cọc nằm ở cao trình –3.3 m (so với mặt đất tự nhiên).
Mũi cọc nằm ở cao trình –32.8 m (so với mặt đất tự nhiên).
Đối với móng lõi thang
Chiều cao đài móng hđ = 2m.
Chọn chiều sâu đặt móng là hm = 1.8+1.5+2=5.3 (m).
Đỉnh cọc nằm ở cao trình –5.3 m (so với mặt đất tự nhiên).
Mũi cọc nằm ở cao trình –34.8 m (so với mặt đất tự nhiên).
Vì lập bảng tính sức chịu tải của cọc đơn bằng Excel nên khi tính toán sức chịu tải của cọc đơn ta tính toán chi tiết cho cọc dưới móng chân cột và tương tự cho cọc đơn dưới móng lõi thang ta lấy kết quả từ Excel.
6.2.1.1. Sức chịu tải theo phụ lục A (TCVN 205-1998)
Sức chịu tải tiêu chuẩn tính theo công thức: QTC mmRqpAc umf fsili
m - hệ số điều kiện làm việc, lấy m=1.
mR – hệ số điều kiệm làm việc của đất dưới mũi cọc, lấy mR =1.
qp – cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc ( mũi cọc ở lớp đất 4)
Trang 114 Tra bảng A1 với đất sét B = 0.15 : qp = 8758 kN/m2.
Fp – diện tích mũi cọc : Ap=0.16 (m2).
u-chu vi ngoài của cọc : u=1.6 (m).
mf – hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc lấy: mf = 1.
fsi –ma sát mặt bên của lớp đất thứ i của thân cọc; lấy theo bảng A2-phụ lục A.
Ma sát bên thân cọc.
Lớp zi (m) li (m) ztb (m) Độ sệt B mfi fsi (kN/m2) fsi.li (kN/m)
Lớp 1 14.5 11.2 8.9 1.16 1 0 0
Lớp 2 20.7 6.2 17.6 0.3 1 53.6 332.32
Lớp 3 26.8 6.1 23.75 0.75 1 10 61
Lớp 4 41 6 29.8 0.15 1 65.8 394.8
Tổng 788.12
Vậy Qtcm m q F( R p pucm f lf si i)
=1x(1x8758x0.16+1.6x788.12)= 2662.3 (kN).
Suy ra : Qa=
tc
tc
Q
k =2662.3/1.4=1901.6 (kN).
Đối với móng dưới lõi thang
Sức chịu tải tiêu chuẩn tính theo công thức: R p c f si i
TC mm q A u m f l
Q
m - hệ số điều kiện làm việc, lấy m=1.
mR – hệ số điều kiệm làm việc của đất dưới mũi cọc, lấy mR =1.
qp – cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc ( mũi cọc ở lớp đất 4) Tra bảng A1 với đất sét B = 0.15 : qp =8978 kN/m2.
Fp – diện tích mũi cọc : Ap=0.16 (m2).
u-chu vi ngoài của cọc : u=1.6 (m).
mf – hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc lấy: mf = 1.
fsi –ma sát mặt bên của lớp đất thứ i của thân cọc; lấy theo bảng A2-phụ lục A.
Ma sát bên thân cọc.
Lớp zi (m) li (m) ztb (m) Độ sệt B mfi fsi (kN/m2) fsi.li (kN/m)
Lớp 1 14.5 9.2 9.9 1.16 1 0 0
Lớp 2 20.7 6.2 17.6 0.3 1 53.6 332.32
Lớp 3 26.8 6.1 23.75 0.75 1 10 61
Lớp 4 41 8 30.8 0.15 1 66.64 533.12
Tổng 926.44
Vậy Qtcm m q F( R p pucm f lf si i)
=1x(1x8987x0.16+1.6x926.44)= 2920 (kN).
Trang 115 Suy ra : Qa=
tc
tc
Q
k =2920/1.4=2085.87 (kN).
6.2.1.2. Sức chịu tải theo phụ lục B (TCVN 205-1998)
Sức chịu tải cực hạn của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền được xác định theo công thức sau (Theo Phụ Lục B TCVN 205 – 1998 ) :
u s p s s p p
Q Q Q A f A q
Sức chịu tải cho phép của cọc đƣợc tính theo công thức :
s p a
s p
Q Q
Q FS FS Trong đó :
FSm : Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên (FS = 1.5 – 2.0 ). s FSf :Hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc (FSp= 2.0 – 3.0).
Chọn :FS = 2 ; s FSp = 3 để tính toán.
Xác định Q : s
s si si i
Q Q uf L
Công thức tính ma sát bên tác dụng lên cọc đƣợc xác định:
'
si a h a
f C tg Trong đó : (Đơn vị kN-m) Kết quả tính Qs
Lớp Tên z li c φ
(rad)
σ’v (kN/m2)
Ks (kN/m2)
σ’h (kN/m2)
fsi (kN/m2)
fsi .li.u (kN) Lớp 1 Sét pha 11.2 2 6.3 0.0361 33.5 0.9639 32.29065 7.466199 23.89184
2 6.3 0.0361 43.5 0.9639 41.92965 7.814318 25.00582
2 6.3 0.0361 53.5 0.9639 51.56865 8.162437 26.1198
2 6.3 0.0361 63.5 0.9639 61.20765 8.510557 27.23378
2 6.3 0.0361 73.5 0.9639 70.84665 8.858676 28.34776
1.5 6.3 0.0361 82.25 0.9639 79.280775 9.16328 21.99187 Lớp 2 Sét, sét pha 6.2 2 40.7 0.2365 93.8 0.7657 71.82266 58.01 185.632
2 40.7 0.2365 112.4 0.7657 86.06468 61.44247 196.6159 2.2 40.7 0.2365 131.93 0.7657 101.018801 65.04657 228.9639 Lớp 3 Cát pha 6.1 2 12.7 0.4919 152.66 0.5277 80.558682 55.86585 178.7707 2 12.7 0.4919 173.66 0.5277 91.640382 61.80377 197.7721 2.1 12.7 0.4919 195.185 0.5277 102.9991245 67.89014 228.1109 Lớp 4 Sét, sét pha 6 2 45.7 0.4567 217.01 0.559 121.30859 105.3044 336.9741 2 45.7 0.4567 238.61 0.559 133.38299 111.2371 355.9588 2 45.7 0.4567 260.21 0.559 145.45739 117.1698 374.9434
Trang 116
s s i 2436
Q uf l kN Xác định Qp:
p p p
p c vp q f
vp i i
Q A q
q cN ' N DN
' ' L
c = 45.7 kN/m2
φ = 24.167o. Tra bảng đƣợc Nc = 5.438, Nq =12.068 , Nγ = 10.876 ζ’vp = 271.01 kN/m2.
Vậy tính đƣợc qp = 3527.91 kN/m2 Qp = 564.47 kN
Sức chịu tải cực hạn Qu = Qs+Qp = 2436+564.47=3000.79 kN Sức chịu tải cho phép Qa = Qs/2 + Qp/3 = 1406.2kN
Đối với móng dưới lõi thang
Sức chịu tải cực hạn của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền được xác định theo công thức sau (Theo Phụ Lục B TCVN 205 – 1998 ) :
u s p s s p p
Q Q Q A f A q
Sức chịu tải cho phép của cọc đƣợc tính theo công thức :
s p a
s p
Q Q
Q FS FS Trong đó :
FSm : Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên (FS = 1.5 – 2.0 ). s FSf :Hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc (FSp= 2.0 – 3.0).
Chọn :FS = 2 ; s FSp = 3 để tính toán.
Xác định Q : s
s si si i
Q Q uf L
Công thức tính ma sát bên tác dụng lên cọc đƣợc xác định:
'
si a h a
f C tg Trong đó : (Đơn vị kN-m) Kết quả tính Qs
Lớp Tên z li c φ
(rad)
σ’v (kN/m2)
Ks
(kN/m2)
σ’h (kN/m2)
fsi (kN/m2)
fsi .li.u (kN)
Lớp 1 Sét pha 9.2 2 6.3 0.0361 43.5 0.9639 41.92965 7.814318 25.00582
2 6.3 0.0361 53.5 0.9639 51.56865 8.162437 26.1198
2 6.3 0.0361 63.5 0.9639 61.20765 8.510557 27.23378
2 6.3 0.0361 73.5 0.9639 70.84665 8.858676 28.34776
2 6.3 0.0361 83.5 0.9639 80.48565 9.206795 29.46174
Trang 117
Lớp Tên z li c φ
(rad)
σ’v (kN/m2)
Ks
(kN/m2)
σ’h (kN/m2)
fsi (kN/m2)
fsi .li.u (kN)
1.5 6.3 0.0361 92.25 0.9639 88.919775 9.511399 22.82736
Lớp 2 Sét, sét pha 6.2 2 40.7 0.2365 93.8 0.7657 71.82266 58.01 185.632
2 40.7 0.2365 112.4 0.7657 86.06468 61.44247 196.6159
2.2 40.7 0.2365 131.93 0.7657 101.018801 65.04657 228.9639
Lớp 3 Cát pha 6.1 2 12.7 0.4919 152.66 0.5277 80.558682 55.86585 178.7707
2 12.7 0.4919 173.66 0.5277 91.640382 61.80377 197.7721
2.1 12.7 0.4919 195.185 0.5277 102.9991245 67.89014 228.1109
Lớp 4 Sét, sét pha 8 2 45.7 0.4567 217.01 0.559 121.30859 105.3044 336.9741
2 45.7 0.4567 238.61 0.559 133.38299 111.2371 355.9588
4 45.7 0.4567 271.01 0.559 151.49459 120.1362 768.8715
2836.7
s s i
Q uf l kN Xác định Qp:
p p p
p c vp q f
vp i i
Q A q
q cN ' N DN
' ' L
c = 45.7 kN/m2
φ = 24.167o. Tra bảng đƣợc Nc = 5.438, Nq =12.068 , Nγ = 10.876 ζ’vp = 271.01 kN/m2.
Vậy tính đƣợc qp = 3788.57 kN/m2 Qp = 606.17 kN
Sức chịu tải cực hạn Qu = Qs+Qp = 2836.7+606.2=3442.8 kN Sức chịu tải cho phép Qa = Qs/2 + Qp/3 = 1620.39 kN
6.2.1.3. Sức chịu tải cọc theo vật liệu.
VL a a b b
P (R F R F ) Ta có: 12
34.29 0.35
L
D
Cọc ngàm vào đài và vào đất nên tính đƣợc hệ số uốn dọc φ = 0.9275 Số liệu tính toán :
Bê tông B25 có: Rb = 14.5 (MPa).
Thép AIII có: Rs = 365 (MPa).
Chọn 12Φ22 bố trí xung quanh chu vi cọc.
Pvl = 0.9275*9(14.5*0.16*10^6-12*22^2*3.14/4)+(365*12*22^2*3.14/4) = 3635 kN > Qu
Trang 118 6.2.1.4. Tổng hợp và chọn sức chịu tải thiết kế.
Tổng hợp kết quả tính sức chịu tải
Chỉ tiêu Qa (kN)
Cọc dưới cột
Qa (kN) Cọc móng lõi thang
Sức chịu tải theo vật liệu 3635 3635
Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lí 1901.62 2084.84 Sức chịu tải theo chỉ tiêu cường độ 1406.2 1620.39
Chọn sức chịu tải cọc đơn thiết kế:
Móng dưới chân cột: Qtk = 140 (T) Móng lõi thang: Qtk = 160 (T)
6.2.1.5. Kiểm tra cọc khi vận chuyển.
6.2.2.1. Sơ đồ vận chuyển cọc 2 móc cẩu:
0.207L 0.586L 0.207L
Trọng lƣợng cọc trên 1 m dài:
q = Ac.γbt = 0.16x25 = 4 (kN/m).
a = 0.207L = 0.207x12= 2.484 (m).
M = 0.0214qL2 = 0.0214x4x102 = 8.56 (kNm).
Sơ đồ dựng cọc:
0.207L
M = 0.043qL2 = 0.043x4x102 = 17.2 (kNm).
Mmax = 17.2 (kN.m).
Khả năng chịu lực uốn của cọc:
a = 40 mm , ho = 400 – 40 = 360 mm.
αm = 0.023, ξ = 0.023 As = 1.32 cm2
Trang 119 Vậy chọn 12Φ22 bố trí đều theo chu vi tiết điện cọc là thỏa điều kiện vận chuyển.