GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
MỤC LỤC
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÓNG CỌC
3
1.1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3 1.1.1. CHỌN CHIỀU SÂU CHÔN MÓNG Df VÀ KÍCH THƯỚC CỌC SƠ BỘ:
1.1.2. TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC: 4
1.1.3.TÍNH TOÁN SƠ BỘ SỐ LƯỢNG CỌC: 12
1.1.4.BỐ TRÍ CỌC: 12
1.1.5. KIỂM TRA ĐÀI CỌC 13
1.1.6.TÍNH THÉP CHO ĐÀI MÓNG: 19
1.1.7. KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ NHÓM CỌC : 20
1.1.8.KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT NỀN DƯỚI MŨI CỌC VÀ ĐỘ LÚN MÓNG CỌC: 21
1.1.9. KIỂM TRA CỌC CHỊU CẨU LẮP: 27
1.1.10. ỨNG DỤNG SAP2000 KIỂM TRA CỌC CHỊU TẢI NGANG: 28
1.1.11. CƠ SỞ LÝ THUYẾT KIỂM TRA CỌC CHUYỂN VỊ NGANG: 37
1.1.12. TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG CỌC (theo TCXD 205 -1998) 40
2.1.CÁC DỮ LIỆU TÍNH TOÁN:
45
2.1.1.THỐNG KÊ SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT 1B (trích từ phần I): 45
2.1.2.SỐ LIỆU TÍNH TOÁN: 46
2.1.3.KHAI BÁO VẬT LIỆU: 46
46
2.2.TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓNG CỌC:
46 2.2.1.CHỌN CHIỀU SÂU CHÔN MÓNGDfVÀ KÍCH THƯỚC CỌC SƠ BỘ:
2.2.2. TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC: 47
2.2.3.TÍNH TOÁN SƠ BỘ SỐ LƯỢNG CỌC: 55
Trang 1 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao 2.2.4.BỐ TRÍ CỌC:
55
2.2.5. KIỂM TRA ĐÀI CỌC 56
2.2.6. KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ NHÓM CỌC : 60
2.2.7. TÍNH THÉP CHO ĐÀI MÓNG: 61
2.2.8.KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT NỀN DƯỚI MŨI CỌC VÀ ĐỘ LÚN MÓNG CỌC: 63
2.2.9. KIỂM TRA CỌC CHỊU CẨU LẮP: 68
2.2.10.ỨNG DỤNG SAP2000 KIỂM TRA CHUYỂN VỊ NGANG: 69
75
2.2.11. KIỂM TRA CỌC CHỊU TẢI NGANG (theo phụ lục G TCXD 205 1998): 2.2.12. TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG CỌC (theo TCXD 205 -1998)
Trang 2 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ MÓNG CỌC
1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.1. CHỌN CHIỀU SÂU CHÔN MÓNG Df VÀ KÍCH THƯỚC CỌC SƠ BỘ:
1.1.1a.Chọn loại cọc thi công phù hợp ( theo TCXD 205:1998 – Mục 3.2)
1.1.1b.Chiều sâu đặt móng Df phải thỏa mãn các điều kiện sau:
- Nếu công trình không có tầng hầm, xung quanh không có công trình lân cận, địa chất
tương đối thuận lợi thì để đơn giản trong thi công như ép cọc, đào thi công đài móng… chiều sâu đặt đáy đài từ
- Nếu công trình có tầng hầm thì cao độ mặt trên của đài trùng với cao độ mặt trên của sàn
tầng hầm để thuận tiện trong thi công và có lợi cho việc chịu lực của sàn tầng hầm.
- Nếu công trình xây chen (xung quanh giáp ranh với các công trình lân cận) thì chiều sâu
đặt đài không nên quá sâu vì khi thi công dễ ảnh hưởng đến các công trình lân cận.
- Cũng cần lưu ý rằng, trong móng cọc chúng ta không cần thiết phải chọn chiều sâu đặt đài sao cho thõa mãn lực ngang tác dụng lên móng phải nhỏ hơn áp lực tác dụng của đất nền vì trong móng cọc phải xét đến cọc chịu tải trọng ngang để xác định nội lực và cốt thép trong cọc (sẽ được kiểm tra ở phần cọc chịu tải trọng ngang).
1.1.1c. Cường độ của vật liệu làm cọc:
- Những vấn đề chung: cọc BTCT chế tạo sẵn phải được thiết kế có thể chịu được giá trị nội lực sinh ra trong quá trình cẩu, vận chuyển, lắp dựng, thi công hạ cọc và chịu tải với hệ số an toàn và hợp lý. + Ứng suất cho phép lớn nhất trong cọc khi làm việc không được vượt quá 0.33fc . + Ứng suất cho phép lớn nhất do ép cọc (có thể sinh ra hai loại sóng ứng suất nén và
kéo), không được vượt quá giới hạn: 0.85fc (cho trường hợp sóng nén); 0.70 fy (cho trường hợp sóng kéo); (fc: cường độ chịu nén khi nén tĩnh bê tông; fy: giới hạn dẻo của thép).
- Yêu cầu về bê tông: dựa trên điều kiện làm việc của cọc, cấp độ bền tối thiểu cho bê tông
cọc có thể lấy như sau:
Bảng 1.1 Cấp độ bền tối thiểu của bê tông làm cọc
Điều kiện ép cọc Mác bê tông
Cấp độ bền của bê tông tương ứng Mác bê tông (Mpa)
400 B30 Cọc phải ép (đóng) đến độ chối rất nhỏ
250 B20 Điều kiện bình thường và dễ ép
Trang 3 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao - Yêu cầu về cốt thép dọc:
+ Cốt thép dọc phải thỏa mãn các điều kiện quy định về chất lượng cốt thép để có thể
chịu được các nội lực phát sinh trong quá trình bốc dỡ, vận chuyển, cẩu lắp và áp lực kéo các mô-men uốn của công trình bên tác dụng vào cọc, cũng cần xét đến trị ứng suất kéo có thể phát sinh do hiện tượng nâng nền khi ép (đóng) các cọc tiếp theo.
+ Cốt thép chủ yếu cần được kéo dài liên tục theo suốt chiều dài cọc. Trong trường hợp bắt buộc phải nối cốt thép chủ, mối nối cần được tuân theo quy định về nối thép và bố trí mối nối của các thanh.
+ Trong trường hợp cần tăng khả năng chịu mô-men, thép được tăng cường ở phần đầu cọc, nhưng cần bố trí sao cho sự gián đoạn đột ngột của cốt thép không gây ra hiện tượng nứt khi cọc chịu tác động xung trong quá trình ép (đóng) cọc.
+ Trong các trường hợp bình thường thì cốt thép dọc được xác định theo tính toán, hàm
lượng thép không nhỏ hơn 0,8% đường kính không nên nhỏ hơn 14mm.
+ Đối với những trường hợp sau, nhất là các cọc cho nhà cao tầng, hàm lượng của cốt
thép dọc có thể nâng lên 1 – 1,2% khi: Mũi cọc xuyên qua lớp đất cứng; Độ mảnh của cọc L/d > 60; Số cọc trong đài ít hơn 3 cọc.
- Yêu cầu về cốt đai:
+ Cốt đai có vai trò đặc biệt quan trọng để chịu ứng suất nảy sinh trong quá trình ép
(đóng) cọc. Cốt đai có dạng móc, đai kín hoặc xoắn. Trừ trường hợp có sử dụng mối nối đặc biệt hoặc mặt bích bao quanh đầu cọc mà có thể phân bố được ứng suất gây ra trong quá trình ép (đóng) cọc, trong khoảng cách bằng 3 lần cạnh nhỏ của cọc tại hai đầu cọc, hàm lượng cốt đai không ít hơn 0,6% của thể tích vùng nêu trên.
+ Trong phần thân cọc, cốt đai có tổng tiết diện không nhỏ hơn 0,2% và được bố trí với khoảng cách không lớn hơn 200mm. Sự thay đổi các vùng có khoảng cách các đai cốt khác nhau không nên quá đột ngột.
+ Thép gia cường đầu cọc: thông thường để đầu cọc không bị bể khi ép (đóng) hoặc ép
cọc thì nên dùng lưới thép để gia cường đầu cọc (thường bố trí 4 lớp).
1.1.2. TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC:
Nền phải tính theo : ( Trích mục 4.1.3 TCVN 9362-2012)
- Trạng thái giới hạn thứ nhất dựa vào sức chịu tải. - Trạng thái giới hạn thứ hai dựa vào biến dạng (độ lún, độ võng..) gây cản trở việc
1.1.2.1. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO CƯỜNG ĐỘ CỦA VẬT LIỆU: (3.3.2 TCXD 205-1998):
1.1.2.1.a. Cọc chịu tải trọng tức thời khi ép cọc:
Trang 4 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao - Công thức tính toán:
𝑄𝑉𝐿1 = 𝜑𝐴𝑏𝑅
Trong đó:
R: ứng suất trong cọc (kN/m2) được tính như sau:
+ Với cọc bê tông cốt thép: R=0.85fc (fc là cấp độ bền của bê tông của mẫu lăng trụ được xác định theo thí nghiệm cường độ, kN/m2) - trích 3.3.2 tcxd 205 – 1998 . Ứng suất tức thời lớn nhất do trong quá trình đóng cọc có sinh ra song ứng suất nén hoặc kéo . Với nén R=0.85fc với kéo R=0.7fy
𝐴𝑏: diện tích tiết diện ngang của cọc (m2)
: hệ số uốn dọc của cọc
: độ mảnh của cọc, =lo/r (cọc tròn hoặc cọc vuông), = lo/b (cọc chữ nhật).
r: bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông
b: bề rộng của tiết diện chữ nhật
l0: chiều dài tính toán của cọc được xác định như sau:
+ Khi ép (đóng) cọc:
𝑙0 = 𝑣𝑙
Trang 5 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Hình 1.1. Trường hợp thi công ép (đóng)
Với:
v = 1.0 (thiên về an toàn xem tại vị trí nối cọc là liên kết khớp, tại vị trí lực tác dụng khi ép cọc như tựa đơn)
l – chiều dài đoạn cọc lớn nhất khi chưa ép vào đất
1.1.2.1.b. Cọc chịu tải trọng của công trình lâu dài:
- Công thức tính toán:
Trong đó:
R: ứng suất trong cọc (kN/m2) được tính như sau:
Trang 6 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
+ Với cọc bê tông cốt thép: R=0.33fc (fc là cấp độ bền của bê tông, kN/m2) - trích 3.3.2
tcxd 205 – 1998 Ứng xuất cho phép lớn nhất không được vượt quá giới hạn sau: - Với cọc bê tông cốt thép : 0.33fc; - Với cọc bê tông côt thép ứng suất trước : 0.33fc-0.27fpe
𝐴𝑏: diện tích tiết diện ngang của cọc (m2)
: hệ số uốn dọc của cọc
: độ mảnh của cọc, =le/r (cọc tròn hoặc cọc vuông), = le/b (cọc chữ nhật).
r: bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông
b: bề rộng của tiết diện chữ nhật
l0: chiều dài tính toán của cọc được xác định như sau:
- Khi chịu tải trọng công trình
Hình 1.2. Trường hợp cọc làm việc chịu tải trọng công trình
Trang 7 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Trong đó:
L - chiều sâu thực tế.
bd :hệ số biến dạng, I/m, xác định theo công thức: ( theo phụ lục G3 TCXD 205-1998).
Trong đó:
K - hệ số tỉ lệ lấy từ bảng G1 TCXD 205-1998 (lấy theo lớp đất ảnh hưởng dưới đáy đài). bc - Chiều rộng quy ước của cọc,m bc=1.5d+0.5 (d=0.4m<0.8m). bc=d+0.5 (d≥0.8m).
Eb - module đàn hồi của bê tông lấy theo tiêu chuẩn thiết kế bê tông TCVN 5574-2012. I - momen quán tính tiết diện cọc theo phương của lực tác dụng .
1.1.2.2. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN: (3.3.2 TCXD 205-1998):
1.1.2.2.a. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (phụ lục A-TCXD 205-1998):
Trong đó:
𝑄𝑡𝑐: sức chịu tải tiêu chuẩn tính theo đất nền của cọc đơn(kN) 𝑄𝑎: sức chịu tải cho phép tính toán (kN) ktc: hệ số an toàn, được lấy như sau:
Đối với móng cọc đài cao hoặc đài thấp có đáy đài nằm trên đất có tính nén lún lớn và đối với cọc ma sát chịu tải trong nén, cũng như đối với bất kì loại đài nào mà cọc treo, cọc chống chịu tải trọng nhổ, tùy thuộc số lượng cọc trong móng, trị số ktc lấy như sau:
Bảng 1.2 Bảng xác định hệ số ktc
Số cọc trong móng ktc
Móng có trên 21 cọc 1,4
Móng có từ 11 đến 20 cọc 1,55
Móng có từ 6 đến 10 cọc 1,65
Trang 8 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Móng có từ 1 đến 5 cọc 1,75
Lưu ý:
Nếu việc tính toán móng cọc có kể đến tải trọng gió và tải trọng cầu trục thì được phép tăng tải trọng tính toán trên các cọc biên lên 20% (trừ móng trụ đường dây tải điện). Đối với móng chỉ có 1 cọc ép, mang tải trên 600 kN thì ktc =1,6.
Qtc: sức chịu tải tiêu chuẩn theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền:
Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát thi công bằng phương pháp ép có cạnh cọc
đến 0,8m, chịu tải trọng nén, được xác định theo công thức:
Trong đó:
Qp và fs: cường độ chịu tải ở mũi và mặt bên của cọc, lấy theo bảng A.1 và A.2 (TCXD 205:1998) m: Hệ số điều kiện làm việc của đất lần lượt ở mũi cọc và ở mặt bên cọc có kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức chống tính toán của đất, xác định theo bảng A.3 (TCXD205:1998)
Trong công thức trên việc lấy tổng cường độ chịu tải của đất phải được tiến hành
trên tất cả các lớp đất mà cọc xuyên qua. Trong trường hợp khi san nền cần gạt bỏ hoặc có thể bị xói trôi đất đi, phải tiến hành lấy tổng sức chống tính toán của tất cả các lớp đất nằm lần lượt bên dưới mức san nền (gọt bỏ hoặc dưới cốt xói lở cục bộ khi bị lũ).
1.1.2.2.b. Sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền:(phụ lục B TCXD 205-1998)
Trong đó :
: sức kháng hông cực hạn (xung quanh cọc).
: sức kháng mũi cực hạn.
: hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, lấy bằng 1,5-2,0.
: hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc lấy bằng 2,0-3,0.
Thành phần chịu tải do ma sát xung quanh cọc:
Trong đó:
: chu vi cọc 𝑢 = 4𝑑 : thành phần ma sát đơn vị giữa cọc và lớp đất thứ i (kN/m2)
Trang 9 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
′ 𝑡𝑎𝑛𝜑𝑎𝑖
′ : ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc với mặt bên cọc
𝑓𝑠𝑖 = 𝑐𝑎𝑖 + 𝜎ℎ𝑖
𝑐𝑎𝑖: lực dính giữa cọc và lớp đất thứ i, với cọc bê tông cốt thép lấy 𝑐𝑎𝑖 = 0.7𝑐𝑖 (kN/m2), trong đó ci là lực dính của đất nền; 𝜑𝑎𝑖: góc ma sát giữa cọc và đất, cọc ép (đóng) bê tông cốt thép lấy 𝜑𝑎𝑖 = 𝜑 𝜎ℎ𝑖 của lớp đất thứ i (kN/m2)
: chiều dày lớp đất thứ i (m)
Thành phần sức chịu mũi của đất dưới mũi cọc:
Trong đó:
Ap – tiết diện mũi cọc qp – sức chịu tải đơn vị mũi cọc
′ 𝑁𝑞 + 𝛾𝑑𝑝𝑁𝛾
Tính toán sức chịu tải đơn vị mũi cọc: 𝑞𝑝 = 𝑐𝑁𝑐 + 𝜎𝑣𝑝
Trong đó:
: Dung trọng của đất nền tại mũi cọc (kN/m3), ′ : Ứng suất hữu hiệu tại mũi cọc (kN/m2).
c: lực dính của đất tại mũi cọc (kN/m2), 𝜎𝑣𝑝 : hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào ma sát trong của đất, hình
dạng mũi cọc và phương pháp thi công.
Sức chịu tải mũi đơn vị theo công thức Vesic:
.
Bảng 1.3. Giá trị các hệ số sức chịu tải theo của Vesic (1973)
Φ
Nq
Φ
Nq
Nc 5.14 5.38 5.63 5.90 6.19 6.49 6.81 7.16 7.53 7.92 8.34 8.80
Nγ 0.00 0.07 0.15 0.24 0.34 0.45 0.57 0.71 0.86 1.03 1.22 1.44
1.00 1.09 1.20 1.31 1.43 1.57 1.72 1.88 2.06 2.25 2.47 2.71
9.60 10.66 11.85 13.20 14.72 16.44 18.40 20.63 23.18 26.09 29.44 33.30
Nc 19.32 20.72 22.25 23.94 25.80 27.86 30.14 32.67 35.49 38.64 42.16 46.12
Nγ 9.44 10.88 12.54 14.47 16.72 19.34 22.40 25.99 30.21 35.19 41.06 48.03
24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Trang 10 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
2.97 3.26 3.59 3.94 4.34 4.77 5.26 5.80 6.40 7.07 7.82 8.66
9.28 9.81 10.37 10.98 11.63 12.34 13.10 13.93 14.83 15.81 16.88 18.05
1.69 1.97 2.29 2.65 3.06 3.53 4.07 4.68 5.39 6.20 7.13 8.20
37.75 42.92 48.93 55.96 64.20 73.90 85.37 99.01 115.31 134.87 158.50 187.21
50.59 55.63 61.35 67.87 75.31 83.86 93.71 105.11 118.37 133.87 152.10 173.64
56.31 66.19 78.02 92.25 109.41 130.21 155.54 186.53 224.63 271.75 330.34 403.65
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47
1.1.2.2.c. Tính toán sức chịu tải của đất theo công thức của Nhật Bản từ kết quả TN SPT:
3
𝑄𝑎 = 1 [𝛼𝑁𝑎𝐴𝑝 + (0.2𝑁𝑠𝐿𝑠 + 𝐶𝐿𝑐)𝑢𝑚]
Trong đó:
𝛼 hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công cọc:
Cọc bê tông cốt thép thi công bằng phương pháp ép (đóng):𝛼 = 30 Cọc khoan nhồi: 𝛼 = 15
: chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc;
: giá trị trung bình của chỉ số SPT trong lớp đất rời;
: chiều dài phần cọc nằm trong lớp đất rời,m;
: giá trị trung bình của số búa lực dính đơn vị trong lớp đất dính, : chiều dài phần cọc nằm trong lớp đất dính,m.
um: chu vi cọc
1.1.2.2.d. Tính toán sức chịu tải của đất theo công thức của Meyerhof (1956) từ kết quả TN SPT: (TCXD 205-1998 mục C.2.2)
Trong đó:
K1: hệ số, lấy bằng 400 cho cọc ép (đóng) và bằng 120 cho cọc khoan nhồi. K2: hệ số, lấy bằng 2 đối với cọc ép và bằng 1 đối với cọc khoan nhồi N: chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d trên mũi cọc.
Trang 11 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Ntb: chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm vi lớp đất rời Ap: diện tích tiết diện mũi cọc, m2 As: diện tích mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời), m2 FS: hệ số an toàn áp dụng khi tính toán sức chịu tải của cọc theo xuyên tiêu
chuẩn lấy bằng
Kết luận: Sức chịu tải thiết kế
Thiên về an toàn, tải trọng thiết kế phải lấy giá trị có độ tin cậy lớn nhất của các giá trị sức chịu tải Qai cho phép tính.( dùng phương pháp bình phương
cực tiểu để tính giá trị đặc trưng của đất nền )
Ngoài ra, để khi thi công không bị phá hoại cọc theo vật liệu làm cọc, sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc (trong trường hợp thi công cọc) phải lớn hơn sức chịu tải cực hạn của cọc theo chỉ tiêu đất nền.
1.1.2.3. KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VAT LIEU
Kiểm tra cọc chịu tải trọng tạm thời ( khi ép cọc):
Cọc chịu tải trọng lâu dài ( khi chịu tải trọng công trình):
1.1.3.TÍNH TOÁN SƠ BỘ SỐ LƯỢNG CỌC:
Trong đó:
: lực dọc tính toán tại chân cột (ngoại lực tác dụng lên móng) : sức chịu tải thiết kế của cọc
: hệ số xét đến do moment và lực ngang tại chân cột, trọng đài và đất nền hợp lý.
trên đài, tùy theo giá trị của moment và lực ngang mà chọn giá trị Thường = .
nc: chỉ là số lượng cọc sơ bộ, cần được kiểm tra ở các bước tiếp theo.
1.1.4.BỐ TRÍ CỌC:
Thông thường các cọc được bố trí theo hàng, dãy hoặc theo lưới tam giác. Khoảng cách giữa các cọc (từ tim cọc đến tim cọc): S =
Trang 12 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
(d: đường kính hay cạnh cọc), nếu bố trí trong khoảng này thì cọc đảm bảo được sức chịu tải và các cọc làm việc theo nhóm.
Để ít bị ảnh hưởng đến sức chịu tải của cọc (do cọc làm việc theo
nhóm), thì nên bố trí cọc tối thiểu là 3d.
Khi bố trí cọc lớn hơn 6d thì ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cọc có thể bỏ
qua, khi đó xem như cọc làm việc riêng lẻ.
Khi tải đứng lệch tâm hoặc kích thước đài lớn có thể bố trí sao cho phản lực đầu cọc tương đối bằng nhau.
Khoảng cách từ mép ngoài của cọc đến mép ngoải của đài từ
Nên bố trí cọc sao cho tâm cột trùng với trọng tâm của nhóm cọc.
1.1.5. KIỂM TRA ĐÀI CỌC 1.1.5.1.KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN XUYÊN THỦNG CHO ĐÀI:
1.1.5.1.a Dưới tác dụng của lực dọc, chiều cao của đài cọc không đủ cao sẽ bị xuyên thủng, để không bị xuyên thủng hiều cao của đài cọc phải thỏa mãn điều kiện sau:
Pxt – lực gây xuyên thủng (kN) Pcx – lực chống xuyên thủng (kN)
1.1.5.1.b Các trường hợp xuyên thủng:
Gồm hai trường hợp xuyên thủng như sau:
Trang 13 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Trường hợp 1: Khi các cọc đều nằm ngoài đáy lớn của tháp xuyên thủng (khi mặt bên
của tháp xuyên nghiêng 1 góc 45o so với trục thẳng đứng):
Hình 1.6. Khi mặt bên của tháp nén thủng nghiêng 450
(đáy tháp nén thủng không phủ lên các cọc)
Trường hợp 2: Khi đáy lớn của tháp xuyên 45o bao phủ một phần của cọc
- Trường hợp này tháp xuyên thủng được xác định như sau:
Trang 14 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Hình 1.7. Khi mặt bên của tháp nén thủng nghiêng góc nhỏ hơn 450
(đáy tháp nén thủng ứng với góc xuyên phủ lên 1 phần cọc)
1.1.5.1.c Xác định lực gây xuyên thủng (Pcx)
Lực xuyên thủng Pcx lấy bằng lực tác dụng lên tháp xuyên thủng, trừ đi phản lực đầu cọc nằm hoàn toàn trong phạm vi tháp xuyên tháp xuyên thủng:
Trang 15 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Trong đó:
- lực dọc tính toán tại chân cột (lấy tổ hợp )
- phản lực đầu cọc nằm trong phạm vi đáy lớn tháp xuyên thủng.
Để thiên về an toàn phản lực đầu cọc chỉ do lực dọc gây ra (không xét đến moment, lực ngang, trọng lượng bản thân đài và đất nền trên đài) và được tính với hệ số vượt tải n = 0.9.
Khi kiểm tra xuyên thủng từ cọc lên đài, moment và lực ngang không gây ra xuyên thủng, vì vậy chỉ do lực dọc tại chân cột gây ra xuyên thủng. Riêng xuyên thủng từ cọc lên đài, thiên về an toàn thì lực gây xuyên thủng từ cọc lên đài có xét đến moment, lực ngang, trọng lượng bản thân đài và đất trên đài.
1.1.5.1.d Xác định lực chống xuyên thủng
- Trường hợp 1: Khi đài không đặt cốt thép đai:
Trong đó:
- chiều cao làm việc của tiết diện (lấy từ mặt trên của đài đến trọng tâm lớp dưới
cốt thép của đài).
- cường độ chịu kéo của bê tông.
- hệ số, lấy theo bảng 1.5.
Bảng 1.5 Xác định hệ số
Loại bê tông Bê tông nặng 1,00 Bê tông hạt nhỏ 0,85 Bê tông nhẹ 0,80
- giá trị trung bình của chu vi đáy trên và đáy dưới tháp đáy thủng hình thành khi bị
nén thủng, trong phạm vi chiều cao làm việc của tiết diện:
Trang 16 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Lấy sức chống xuyên thực tế nhân với 1 lượng , khi đó Pcx được tính như sau:
- Trường hợp 2: Khi đài có đặt cốt đai:
Khi trong phạm vi tháp xuyên thủng có đặt các cốt thép đai thẳng góc với mặt đáy đài, lực chống xuyên thủng được tính toán như sau:
- lực chống xuyên của đài khi có đặt cốt đai trong phạm vi tháp xuyên thủng (giá trị này
lấy không lớn hơn 2P0(cx).
- lực chống xuyên của đài khi không đặt cốt đai (chỉ do phần bê tông chịu).
- tổng toàn bộ lực cắt do cốt thép đai (cắt các mặt bên của khối tháp) chịu, được tính theo
công thức:
Ở đây, không được vượt quá giá trị ứng với cốt thép CI, A-1.
Khi kể đến cốt thép ngang, Fsw lấy không nhỏ hơn 0,5P0(xt).
Khi bố trí cốt thép đai trên một phần hạn chế gần vị trí đặt tải trọng tập trung, cần thực hiện tính toán bổ sung theo điều kiện (mục 2) cho tháp xuyên thủng có đáy trên nằm theo chu vi của phần có đặt cốt thép ngang.
Ở vùng chịu xuyên thủng, cốt thép ngang trong đài móng được đặt với bước không lớn hơn h/3 và không lớn hơn 200mm, chiều rộng vùng đặt cốt thép ngang không nhỏ hơn 1,5h (với h là chiều dày đài). Cốt thép ngang phải được neo chắc chắn ở hai đầu bằng cách hàn hoặc kẹp chặt cốt thép dọc, để đảm bảo độ bền của liên kết và của cốt thép là tương đương.
1.1.5.2. KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN CẮT CHO ĐÀI CỌC:
Trường hợp 1: lực chống cắt của bê tông có tính đến cốt đai: (Trích mục 6.2.3.3
TCVN 5574-2012)
Trang 17 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Trong đó Q không nhỏ hơn
- φb3 xét ảnh hưởng của bê tông lấy như sau
+ Đối với bê tông nặng và bê tông tổ ong φb3 = 0,6 + Đối với bê tông hạt nhỏ φb3 = 0,5 + Đối với bê tông nhẹ có mác theo khối lượng thể tích trung bình
1900: φb3 = 0,5 1800: φb3 = 0,4 - φb2 xét ảnh hưởng của bê tông lấy như sau
+ Đối với bê tông nặng và bê tông tổ ong φb2 = 2,0 + Đối với bê tông hạt nhỏ φb2 = 1,7 + Đối với bê tông nhẹ có mác theo khối lượng thể tích trung bình 1900 φb2 = 1,9 1800: dùng cốt liệu nhỏ đặc φb2 = 1,75
dùng cốt liệu nhỏ rỗng φb2 = 1,5 - φf hệ số xét đến ảnh hưởng của cánh chịu nén trong tiết diện chữ T, chữ I (φf = 1) - φn hệ số ảnh hưởng của lực dọc:
- c chiều dài hình chiếu của tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất lên mặt móng theo
phương đang xét.
Trường hợp 2 : lực chống cắt của bê tông không tính cốt đai : (Trích mục 6.2.3.4
TCVN 5574-2012)
Trong đó :
Vế phải của công thức trên lấy không lớn hơn và không nhỏ hơn
(hệ số φb3 lấy tương tự trường hợp 1)
- φb4 xét ảnh hưởng của bê tông lấy như sau
+ Đối với bê tông nặng và bê tông tổ ong φb4 = 1,5 + Đối với bê tông hạt nhỏ φb4 = 1,2 + Đối với bê tông nhẹ có mác theo khối lượng thể tích trung bình 1900 φb4 = 1,2 1800: dùng cốt liệu nhỏ đặc φb4 = 1,0
- Hệ số φn và c được xác định như trường hợp 1
Trang 18 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Hình 1.8. Vết nứt xiên
1.1.6.TÍNH THÉP CHO ĐÀI MÓNG:
1.1.6.1. Sơ đồ tính:
Xem đài là bản consol có một đầu ngàm vào mép cột và đầu kia tự do, với giả thiết
đài là tuyệt đối cứng
Hình 1.9. Sơ đồ cọc tác dụng lực lên đài
Trang 19 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
1.1.6.2. Ngoại lực tác dụng
Ngoại lực tác dụng lên đài là phản lực đầu cọc trong phạm vi của dầm consol. Thông thường đối với móng nông, khi tính toán cốt thép thì tải trọng tác dụng là tải trọng ròng (không xét đến trọng lượng bản thân móng và đất nền trên móng). Tuy nhiên khi tính đài cọc, vì hầu như tất cả các lực đều truyền lên các cọc, đặc biệt là đài cọc nằm trong lớp đất yếu vì vậy, phản lực đất nền (đất yếu) không đủ khả năng chịu được trọng lượng đài vả đất nền trên đài.
Vì vậy, thiên về an toàn, khi tính toán cốt thép trong đài cọc, ngoài ngoại lực tính toán tác dụng lên cọc, còn xét đến trọng lượng bản thân đài và đất nền trên đài.
1.1.6.3. Xác định moment trong đài (cho cả hai phương)
Trong đó:
M: moment trong đài tại mép cột Pi : phản lực đầu cọc thứ i tác dụng lên bản consol li : khoảng cách từ lực Pi đến mép mặt ngàm của bản consol.
1.1.6.4. Tính toán cốt thép
Tính thép cho đài như thanh chịu uốn tiết diện chữ nhật :
1.1.7. KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ NHÓM CỌC :
1.1.7.1. Kiểm tra sức chịu tải của cọc đơn:
Tải trọng tác dụng lên cọc :
Trong đó:
n : số lượng cọc xi, yi : khoảng cách từ tim cọc thứ i đến trục đi qua trọng tâm các cọc tại mặt
phẳng đáy đài
: tổng moment tại đáy đài quay quanh trục x tại trọng tâm nhóm cọc
: tổng moment tại đáy đài quay quanh trục y tại trọng tâm nhóm cọc
Kiểm tra sức chịu tải của cọc :
Trang 20 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Nếu Pmin < 0, thì phải kiểm tra cọc chịu nhổ:
Qa nhổ + W >
W: trọng lượng của cọc (lấy hệ số vượt tải do trọng lượng bản thân < 0.9) Qa nhổ: sức chịu nhổ an toàn của cọc (sức chịu tải cho phép của cọc do phần ma
sát gây ra).phu luc A.6- TCXD205:1998
Khi kiểm tra cọc chịu nhổ nên kiểm tra khả năng chịu lực tại các mối nối cọc và khả năng chịu kéo của cọc.
Cũng cần lưu ý rằng, công thức xác định phản lực đầu cọc ở trên được quan niệm là đài cọc cứng tuyệt đối. Vì vậy, khi đài cọc có kích thước lớn như móng cọc đài băng hoặc đài bè thì đài không được xem là cứng tuyệt đối. Vì vậy, khi xác định nội lực trong đài và phản lực đầu cọc, thì cần giải theo phương pháp phần tử hữu hạn.
1.1.7.2. Kiểm tra sức chịu tải của nhóm cọc:
- Hệ số nhóm:
Trong đó:
: đường kính cọc, m : khoảng cách giữa các cọc, m
: số hàng cọc : số cọc trong mỗi hàng
Sức chịu tải của nhóm cọc:
1.1.8.KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT NỀN DƯỚI MŨI CỌC VÀ ĐỘ LÚN MÓNG CỌC:
1.1.8.1. Xác định kích thước khối móng quy ước:
Trang 21 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Dự tính độ lún của nhóm cọc được dựa trên mô hình móng khối quy ước. Có ba cách xác định móng khối quy ước như sau:
Trường hợp 1: Cọc đi qua nền nhiều lớp
Hình 1.10 Móng khối quy ước cọc đi qua nhiều lớp đất
Ranh giới móng quy ước
Phía dưới là mặt phẳng AC đi qua mũi cọc được xem là đáy móng;
Phía trên là mặt đất san nền BD, với AB = là độ sâu đặt móng (từ mặt đất đến cao
trình mũi cọc);
Phía cạnh là các mặt phẳng đứng AB và CD qua mép ngoài cùng của hàng cọc biên nhưng không lớn hơn 2d (d: đường kính hoặc cạnh cọc tại khoảng cách Ltb tan
vuông) khi dưới mũi cọc có lớp sét bụi với chỉ số sệt IL> 0,6; khi có cọc xiên thì các mặt phẳng đứng nói trên đi qua mũi cọc xiên này:
Trong đó:
: góc ma sát trong của lớp đất có chiều dày li
. Ltb: độ sâu hạ cọc trong đất kể từ đáy đài,
Chú thích:
Trang 22 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Nếu trong chiều dài của cọc có lớp đất yếu (bùn, than bùn…) dày hơn 30 cm thì kích
thước đáy móng quy ước giảm đi bằng cách lấy Ltc là khoảng cách từ mũi cọc đến đáy lớp đất yếu;
Trọng lượng bản thân của móng quy ước gồm trọng lượng cọc và đất nằm trong phạm
vi móng quy ước.
Trường hợp 2: Cọc đi qua nền đồng nhất
Hình 1.11 Móng khối quy ước qua nền đồng nhất.
Ranh giới móng quy ước khi đất nền là đồng nhất Cách xác định móng quy ước tương tự cách 1, chỉ khác là lấy góc ma sát bằng 30o cho
mọi loại đất kể từ độ sâu 2Ltb/3
Ranh giới của móng quy ước khi cọc xuyên qua một số lớp đất yếu tựa vào lớp đất cứng cách xác định móng quy ước như mô tả trong cách 1, riêng góc mở lấy bằng 30o kể từ độ sâu 2L1/3, với L1 – phần cọc nằm dưới lớp đất yếu cuối cùng
Ranh giới của móng quy ước khi đất nền nằm trong phạm vi chiều dài cọc gồm nhiều
lớp có sức chịu tải khác nhau.
Chiều rộng và chiều dài bản móng quy ước là đáy hình khối có cạnh mở rộng so với
mặt đứng của hàng cọc biên bằng ¼ cho đến độ sâu 2Ltb/3, từ đó trở xuống đến mặt phẳng mũi cọc góc mở bằng 30o.
Độ sâu đặt móng quy ước là tại mặt phẳng mũi cọc.
Ứng suất phụ thêm phân bố trong đất nền, dưới mũi cọc có thể tính toán theo lời giải Boissinesq với giả thiết bản móng quy ước đặt trên bán không gian đàn hồi.
Trang 23 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Độ lún của móng quy ước được tính theo phương pháp quen biết như đối với móng
nông trên nền thiên nhiên.
Trường hợp 3: Cọc đi qua lớp đất yếu và lớp đất tốt
Hình 1.12 Cọc đi qua lớp đất yếu và lớp đất tốt
1.1.8.2. Kiểm tra ổn định đất nền dưới đáy móng khối quy ước:
Điều kiện ổn định nền dưới móng khối quy ước là:
Trong đó:
- áp lực trung bình tiêu chuẩn dưới đáy móng khối quy ước.
- áp lực lớn nhất dưới móng khối quy ước.
Trang 24 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
- áp lực nhỏ nhất dưới đáy móng khối quy ước.
- tổng lực dọc tại tâm đáy móng khối quy ước (bao gồm lực dọc tại chân
cột, trọng lượng bản thân của đài cọc, cọc, đất trên đài và phần đất nằm trong móng khối quy ước).
- tổng moment ở đáy móng khối quy ước lấy bằng tại tâm đáy đài
- moment chống uốn của tiết diện móng khối quy ước ( khi moment
quay theo hướng Lqu hoặc ngược lại khi moment quay theo hướng Bm)
Lqu, Bqu- chiều dài và chiều rộng của móng khối quy ước.
- sức chịu tải của đất nền dưới đáy móng khối quy ước (tính toán theo trạng thái
giới hạn thứ II, giống như móng đơn).
1.1.8.3. Kiểm tra độ lún của móng khối quy ước:
- độ lún giới hạn được xác định theo bảng H.2 (TCXD205:1998)
S – độ lún trung bình của đất nền dưới đáy móng khối quy ước
Các bước tính độ lún của móng khối quy ước theo phương pháp tổng phân tố.
Bước 1: Xác định áp lực gây lún
- ứng suất có hiệu theo phương đứng do trọng lượng bản thân tự nhiên của đất
nền gây ra tại đáy móng khối quy ước.
- áp lực tiêu chuẩn trung bình của đất nền dưới đáy móng khối quy ước.
Bước 2: Chia lớp phân tố
Chiều dày của lớp phân tố được xác định theo điều kiện sau:
Tuy nhiên, hiện nay vì có các chương trình tính toán bằng máy tính nên chiều dáy lớp phân tố nên chia càng nhỏ để đạt được độ chính xác cao.
Bước 3: Xác định độ lún của lớp phân tố thứ i. chiều dày hi
Trang 25 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
B3.1. Xác định : ứng suất trung bình ở chính giữa lớp đất thứ I trước khi có công
trình (do trọng lượng bản thân đất nền gây ra (có hiệu ))
B3.2. Xác định : ứng suất trung bình ở chính giữa lớp đất thứ I sau khi có công
trình (do trọng lượng bản thân đất nền gây ra và ứng suất do pgl gây ra tại chính giữa lớp đất thứ i).
- ứng suất do pgl gây ra tại chính giữa lớp đất thứ I, được tính theo ứng suất do tải
trọng ngoài phân bố đều gây ra.
được tra bảng 1.4: k0 – phụ thuộc vào
Bảng 1.4 Bảng xác định hệ số k0 (Bảng C1 TCVN 9362)
Trang 26 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
B3.3. Xác định độ lún Si
- hệ số rỗng của đất ở giữa lớp đất thứ I trước khi có công trình, ứng với , được
nội suy từ đường cong nén lún (e, ) của lớp đất có lớp phân tố thứ i.
- hệ số rỗng của đất ở giữa lớp đất thứ I sau khi có công trình, ứng với , được
nội suy từ đường cong nén lún (e, ) của lớp đất có lớp phân tố thứ i.
Bước 4: Điều kiện tính lún trong phạm vi nền
Khi đạt điều kiện trên thì đất nền được xem lún không đáng kể.
Cũng lưu ý rằng, điều kiện trên áp dụng cho móng nông, nhưng đối với móng khối quy ước, mức độ giảm ứng suất do tải trọng ngoài gây ra giảm rất chậm theo độ sâu, vì vậy nên tính lún cho tất cả các lớp đến khi nào độ lún Si rất nhỏ so với tổng độ lún thì dừng phần tính lún.
Bước 5: Xác định tổng độ lún của nền theo phương pháp tổng phân tố
Khi bố trí các móc cẩu trong cọc, nên bố trí sau cho moment căn thớ trên và moment
1.1.9. KIỂM TRA CỌC CHỊU CẨU LẮP: căn thớ dưới bằng nhau. Một số trường hợp đặc biệt như sau:
- Sơ đồ móc cẩu (thường trong điều kiện dựng cọc)
Hình1.13. Sơ đồ bố trí móc cẩu trong trường hợp dựng cọc
Trang 27 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
- Sơ đồ 2 móc cẩu (thường trong điều kiện cẩu cọc):
Hình 1.14. Sơ đồ bố trí móc cẩu trong trường hợp cẩu cọc
Ghi chú: Trong trường hợp cọc chỉ bố trí 2 móc cẩu thì thường dùng móc cẩu trong sơ đồ cẩu cọc để dựng cọc, khi đó moment lớn nhất trong cọc là .
Trong đó: q: tải trọng bản thân của cọc quy về phân bố theo chiều dài được tính theo công thức: q=Kđ γd2 (Kđ=(1.2-2) Hệ số động phụ thuộc vào phương pháp vận chuyển cọc)
1.1.10. ỨNG DỤNG SAP2000 KIỂM TRA CỌC CHỊU TẢI NGANG: Tải trọng ngang tác dụng lên cọc được tính bởi
𝑃 = 𝐻 𝑛
Trong đó:
H: lực ngang tóc dụng vào đài móng (kN). n: số lượng cọc
Khi tính toán cọc chịu tải ngang, đất quanh cọc được xem như môi trường đàn hồi biến dạng tuyến tính đặc trưng bằng hệ số nền Cz.
𝐶𝑧 = 𝐾𝑧
Trong đó:
- K: hệ số tỉ lệ, kN/m4, được lấy theo bảng G1 tiêu chuẩn 205-1998: -
z: độ sâu vị trí cọc, m, kể từ mặt đất đôi với cọc đài cao, hoặc đáy móng đối với cọc đài thấp.
Trang 28 NHÓM MÓNG CỌC
Ở đây để đơn giản trong quá trình gán điều kiện biên của hệ số nền ta chọn K, z tại vị
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao trí giữa lớp cần xét, rồi lấy độ cứng đó đem gán cho từng lớp đất.
Tại mặt phân cách các lớp đất ta tính riêng các hệ số đàn hồi ( độ cứng của lò xo khi
khai báo) mang đặc tính của cả lớp trên và lớp dưới nên ta sẽ tính riêng các giá trị tại các lớp phân cách này).
Chỉ dẫn sửa dụng SAP2000:
File->New model-> Grid Only->Ok
Hình 1.15. Hướng dẫn SAP2000
Hiệu chỉnh lưới cột: Kích chuột chọn Edit -> Modify/Show System……->OK
Trang 29 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Hình 1.16. Hướng dẫn SAP2000
Hình 1.17. Hướng dẫn SAP2000 Hiệu chỉnh lưới cột với khoảng cách là bề dày các lớp đất (z), các cột (x,y ).
Trang 30 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Khai báo vật liệu: Define-> Materials-> Add New Material-> Chọn vật liệu là
Concrete-> Weight =0 (không cần xét đến trọng lượng bản thân cọc)-> nhập Modul E với từng loại bê tông->OK
Hình 1.18. Hướng dẫn SAP2000
.
Khai báo tiết diện cho cọc: Define-> Frame Sections: Tạo cọc “COC“có kích thước là
kích thước của cọc.
Hình 1.19. Hướng dẫn SAP2000
Khai báo tiết diện cho đài cọc: Define-> Area-> Sections..: Tạo cọc “COC“có kích
thước là kích thước của cọc.
Trang 31 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Hình 1.19. Hướng dẫn SAP2000
Trang 32 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Dùng Draw Frame/Cable Element vẽ cọc và Quick Draw Area Element vẽ đài cọc
Hình 1.21. Hướng dẫn SAP2000
Gán tiết diện bê tông vào cọc: Chọn cọc-> Assign-> Frame-> Frame sections->chọn
“COC”.
Trang 33 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Hình 1.22. Hướng dẫn SAP2000
Gán tiết diện bê tông vào đài cọc: Chọn đài cọc-> Assign->Area->Sections…->chọn
“DAI COC”.
Chia 4 cọc thành từng đoạn để gán điều kiện biên: Chọn cọc ->Edit ->Edit lines->
Devide Frames-> Nhập số đoạn cần chia vào Devide into Specified Number…-> OK.
Trang 34 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Hình 1.23. Hướng dẫn SAP2000
Gán độ cứng lò xo cho các đoạn vừa mới chia: Chọn đối tượng cần gán-> Assign -
>Joint -> Springs : Nhập các hệ số nền Cz vừa tính được.(điều chỉnh hệ trục tọa độ sang hệ trục Global).
Hình 1.24. Hướng dẫn SAP2000
Gán tải trọng lên cọc: Chọn trọng tâm của đài cọc-> Assign ->Joint Loads-> Forces
rồi nhập tải trọng.
Trang 35 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Hình 1.25. Hướng dẫn SAP2000
Chạy chương trình SAP2000: bấm F5-> Run Now. Xem kết quả giải nội lực SAP2000:
Hình 1.27. Hướng dẫn SAP2000 Hình 1.26. Hướng dẫn SAP2000 Xem momen Xem chuyển vị
Trang 36 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao 1.1.11. CƠ SỞ LÝ THUYẾT KIỂM TRA CỌC CHUYỂN VỊ NGANG:
(Tính toán theo phương pháp của SNIP II – 17 – 77)
Chuyển vị ngang ∆𝑛và góc xoay 𝛹 của đầu cọc thỏa mãn điều kiện sau:
∆𝑛≤ 𝑆𝑔ℎ
𝛹 ≤ 𝛹𝑔ℎ
Trong đó:
∆𝑛, 𝛹- những giá trị tính toán tương ứng chuyển vị ngang (m), và góc xoay (radian)
của đầu cọc.
𝑆𝑔ℎ, 𝛹𝑔ℎ- những giá trị tương ứng chuyển vị ngang (m), và góc xoay (radian) của đầu
cọc. được quy định từ nhiệm vụ thiết kế nhà công trình.
Khi tính toán cọc chịu tải trọng ngang, đất quanh cọc được xem như môi trường đàn hồi
biến dạng tuyến tính đặc trưng bằng hệ số nền Cz (kN/m3).
Khi không có những số liệu thí nghiệm, cho phép xác định số liệu tính toán của hệ số nền
Cz của đất quanh cọc theo công thức:
𝐶𝑧 = 𝐾𝑧
Trong đó:
K – hệ số tỉ lệ (kN/m4) được lấy theo bảng G1 (TCXD 205:1998).
Z – độ sâu vị trí tiết diện cọc (m ) kể từ mặt đất đối với cọc đài cao, hoăc kể từ mặt đất đối
với cọc đài thấp.
Bảng G1- hệ số tỉ lệ K
Trang 37 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Tất cả tính toán được thực hiện theo chiều sâu tính đổi của vị trí tiết diện cọc trong đất 𝑧𝑒
và có chiều sâu tính đổi hạ cọc trong đất 𝑙𝑒 xác định theo công thức sau:
𝑧𝑒 = 𝛼𝑏𝑑 × 𝑧
𝑙𝑒 = 𝛼𝑏𝑑 × 𝑙
Trong đó:
Z, l – chiều sâu thực tế vị trí tiết diện cọc trong đất và chiều sâu hạ cọc thực tế (mũi cọc)
trong đất tính từ mặt đất với cọc đài cao và từ đáy đài với cọc đài thấp (m).
5
𝛼𝑏𝑑- hệ số biến dạng (1/m) xác định theo công thức:
𝛼𝑏𝑑 = √ 𝐾𝑏𝑐 𝐸𝑏𝐼
Trong đó:
K – hệ số tỉ lệ (kN/m4) Eb – mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông cọc khi nén và kéo (kN/m2), lấy theo tiêu
chuẩn bê tông cốt thép.
I – momen quán tính tiết diện ngang của cọc (m4) bc – chiều rộng quy ước của cọc (m), được lấy như sau:
Khi d ≥ 0.8 thì lấy bc = d + 1m Kkhi d < 0.8 thì lấy bc = 1.5d +0.5m
Tính toán chuyển vị ngang của cọc theo công thức:
3 𝐻𝑙0 3𝐸𝑏𝐼
2 𝑀𝑙0 2𝐸𝑏𝐼
+ ∆𝑛= 𝑦0 + 𝛹0𝑙0 +
2 𝐻𝑙0 2𝐸𝑏𝐼
+ 𝛹 = 𝛹0 + 𝑀𝑙0 𝐸𝑏𝐼
Trang 38 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Trong đó:
H và M – giá trị tính toán của lực cắt (kN) và momen uốn (kNm) tại đầu cọc. 𝑙0 – chiều dài đoạn cọc (m) bằng khoảng cách từ đáy đài cọc đến mặt đất. y0, 𝛹0 – chuyển vị ngang (m) và góc xoay của tiết diện ngang của cọc (radian) ở mặt đất với cọc đài cao, ở mức đáy đài với cọc đài thấp và được xác định như sau:
𝑦0 = 𝐻0𝛿𝐻𝐻 + 𝑀0𝛿𝐻𝑀
𝛹0 = 𝐻0𝛿𝑀𝐻 + 𝑀0𝛿𝑀𝑀
Trong đó:
H0 – giá trị tính toán của lực cắt (kN), lấy H0 = H M0 – giá trị tính toán của lực cắt (kNm), lấy M0 = M + Hl0 𝛿𝐻𝐻 – chuyển vị ngang của tiết diện (m/kN) bởi lực H0 = 1 𝛿𝐻𝑀 – chuyển vị ngang của tiết diện (1/kN) bởi momen M0 = 1 𝛿𝑀𝐻 – góc xoay của tiết diện (1/kN) (hoặc kNm) bởi lực H0 = 1 𝛿𝑀𝑀 – góc xoay của tiết diện (1/kN) (hoặc kNm) bởi lực M0 = 1
Chuyển vị 𝜹𝑯𝑯, 𝜹𝑯𝑴=𝜹𝑴𝑯và v𝜹𝑴𝑴được xác định theo công thức:
𝛿𝐻𝐻 = 𝐴0 1 3 𝐸𝑏𝐼 𝛼𝑏𝑑
𝛿𝐻𝑀 = 𝛿𝑀𝐻 = 𝐵0 1 2 𝐸𝑏𝐼 𝛼𝑏𝑑
𝛿𝑀𝑀 = 𝐶0 1 𝛼𝑏𝑑𝐸𝑏𝐼
Trong đó:
𝐴0, 𝐵0, 𝐶0 - các hệ số không thứ nguyên lấy theo bảng G2 (TCXD 205:1998) tùy thuộc vào chiểu sâu tính đổi của phần cọc trong đất le, khi le nằm giữa hai giá trị trong bảng G2 thì lấy theo giá trị gần hơn để tra bảng
Trang 39 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
1.1.12. TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG CỌC (theo TCXD 205 -1998)
Khi tính ổn định của nền quanh cọc, phải kiểm tra điều kiện hạn chế áp lực tính toán 𝜎𝑧
lên đất ở mặt bên của cọc theo công thức
′𝑡𝑔𝜑𝐼 + 𝜉𝑐𝐼)
𝜎𝑧 ≤ [𝜎𝑧] = 𝜂1𝜂2 (𝜎𝑣 4 𝑐𝑜𝑠𝜑𝐼
Trong đó:
𝜎𝑧 – áp lực tính toán lên đất (kN/m2) ở mặt bên của cọc tại độ sâu z (m) kể từ mặt đất cho
cọc đài cao và từ đáy đài cho cọc đài thấp.
′ - ứng suất có hiệu theo phương thẳng đứng trong đất (kN/m2) tại độ sâu z.
𝛾𝐼 – khối lượng thể tích tính toán của đất (kN/m3)
𝜎𝑣
Trang 40 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao 𝜑𝐼, 𝑐𝐼 – giá trị tính toán của góc ma sát trong (độ) và lực dình (kN/m2)
𝜉 – hệ số, lấy bằng 0.6 cho cọc nhồi và cọc ống, bằng 0.3 cho các cọc còn lại
𝜂1 – hệ số, lấy bằng 1 trừ trường hợp tính móng cho các công trình chắn lấy bằng 0.7
𝜂2 – hệ số kể đến phần tải trọng thường xuyên trong tổng tải trọng, tính theo công thức:
𝜂2 = 𝑀𝑝 + 𝑀𝑣 𝑛𝑀𝑝 + 𝑀𝑣
𝑀𝑝 – momen do tải trọng thường xuyên (kNm) tính toán ở tiết diện móng tại mức mũ cọc
𝑀𝑣 – momen do tải trọng tạm thời (kNm)
n –hệ số, lấy bằng 2.5 trừ các trường hợp sau đây
a) Những công trình quan trọng + khi le≤ 2.5 lấy n = 4 + khi le≥ 5 lấy n = 2.5 + khi le nằm giữa các trị số trên thì nội suy n
b) Móng một hàng cọc chịu tải trọng lệch tâm thẳng đứng, nên lấy n = 4 không phụ
thuộc vào le .
Chú thích:nếu áp lực ngang tính toán lên đất 𝜎𝑧 không thõa mãn điều kiện trên nhưng lúc này sức chịu tải của cọc chưa tận dụng hết và chuyển vị của cọc nhỏ hơn trị số cho phép khi chiều sâu tính đổi của cọc le> 2.5 thì nên lặp lại việc tính toán với hệ số tỉ lệ K giảm đi (điều G.2 của TCXD 205:1998). Với trị số mơi của K cần kiểm tra độ bền của cọc theo vật liệu, chuyển vị của cọc cũng phải tuân theo điều G.14
Không cần tính toán ổn định đất nền quanh cọc có bề rộng tiết diện d ≤ 0.6m, với chiều
dài trong đất lớn hơn 10d, trừ trường hợp cọc được hạ vào bùn hoặc đất sét ở trạng thái chảy hoặc dẻo chảy.
Áp lực 𝜎𝑧 (kN/𝑚2), moment uốn 𝑀𝑧(kNm), lực cắt 𝑄𝑧 (kN) trong các tiết diện cọc được
tính theo công thức sau (trích từ mục G7 phụ lục G của TCXD 205:1998):
2 𝐸𝑏𝐼𝑦0𝐴3 − 𝛼𝑏𝑑𝐸𝑏𝐼𝛹0𝐵3 + 𝑀0𝐶3 +
𝜎𝑧 = 𝑧𝑒 (𝑦0𝐴1 − 𝐵1 + 𝐶1 + 𝐷1) 𝛹0 𝛼𝑏𝑑 𝐾 𝛼𝑏𝑑 𝑀0 2 𝐸𝑏𝐼 𝛼𝑏𝑑 𝐻0 3 𝐸𝑏𝐼 𝛼𝑏𝑑
2 𝐸𝑏𝐼𝛹0𝐵4 + 𝛼𝑏𝑑𝑀0𝐶4 + 𝐻0𝐷4
𝐷3 𝑀𝑧 = 𝛼𝑏𝑑 𝐻0 𝛼𝑏𝑑
3 𝐸𝑏𝐼𝑦0𝐴4 − 𝛼𝑏𝑑
𝑄𝑧 = 𝛼𝑏𝑑
𝑁𝑧 = 𝑁
Trang 41 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Trong đó:
K – hệ số tỉ lệ 𝛼𝑏𝑑, 𝐸𝑏, 𝐼 – có ý nghĩa như các công thức đã nói ở phần trước 𝑧𝑒 – chiều sâu tính đổi, tùy theo độ sâu thực tế z mà ở đó xác định 𝜎𝑧, 𝑀𝑧, 𝑄𝑧. 𝐻0, 𝑀0, 𝑦0, 𝛹0 – có ý nghĩa như đã nói ở phần trước A1, A3, A4, B1, B3, B4,C1,C3,C4, D1, D3, D4 – các hệ số tra bảng G3 N – tải trọng tính toán dọc trục tại đầu cọc.
Trang 42 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Momen ngàm tính toán Mng (kNm) khi tính cọc ngàm cứng trong đài và đầu cọc không bị
2
xoay, tính theo công thức sau:
𝑀𝑛𝑔 = −
𝛿𝑀𝐻 + 𝑙0𝛿𝑀𝑀 + 𝑙0 2𝐸𝑏𝐼 𝛿𝑀𝑀 + 𝑙0 𝐸𝑏𝐼
Trang 43 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Ở đây ý nghĩa của các kí hiệu đều giống như như công thức đã nêu ở trên. Dấu “âm” có ý nghĩa là với lực ngang H hướng từ trái sang phải, momen truyền lên đầu cọc từ phía ngàm có hướng ngược với chiều kim đồng hồ.
Trang 44 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao 2.1.CÁC DỮ LIỆU TÍNH TOÁN:
2.1.1.THỐNG KÊ SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT 1B (trích từ phần I):
Chọn vị trí đặt móng tại hố khoan 3 (HK 3) có các số liệu địa chất dưới bảng sau:
Lớp
Dung trọng tự nhiên
Dung trọng đẩy nổi
Góc ma sát trong
(o)
Lực dính C (kN/m2)
STT
(kN/m3)
(kN/m3)
γtc
γ1
γ2
γ’tc
γ’1
γ’2
Ctc
C1
C2
φtc
φ1
φ2
(Độ sâu m)
6,884
8,057
10°17'
11°3'
2a
18,99
9,255
9,542
12°1'
1
12,2
11,027
13°43' 12°58'
(- 1.3->- 3.4)
16,148 17,018
14°52'
15°5'
2b
20,033
10,407
18,27
15°24'
2
20,386 19,516
15°56' 15°43'
(- 3.4->- 3.4)
21,237 25,886
13°59' 14°15'
3
19,81
10,04
33,164
14°40'
3
45,09
40,441
15°19'
15°3'
(- 3.4->- 5.0)
19,302
19,357
9,726
9,762
12,497 13,164
13°23' 13°40'
4
19,435
9,815
14,242
14°4'
4
19,568
19,514
9,904
9,868
15,987
15,32
14°44' 14°28'
(- 5.0->- 8.6)
19,264
19,324
9,761
9,811
3,807
5,162
12°57' 13°17'
5
19,4
9,875
7,294
13°49'
5
19,536
19,476
9,989
9,939
10,782
9,427
14°41' 14°22'
(- 8.6->- 11.0)
18,44
18,47
9,25
9,27
0,195
1,142
26°14' 26°27'
6a
18,508
9,301
2,739
26°47'
6
18,58
18,55
9,36
9,34
5,263
4,316
27°19'
27°7'
(-11->- 15)
19,185
19,209
9,851
9,869
1,33
1,91
29°15' 29°23'
6b
19,248
9,901
2,943
29°35'
7
19,311
19,288
9,951
9,932
4,47
3,89
29°54' 29°46'
(-15->- 40.7
20,19
20,202
10,485 10,504
33,797 35,424
15°43'
16°7'
7
20,22
10,53
38,063
16°47'
8
20,25
20,238
10,575 10,556
42,328 41,701
17°50' 17°26'
(- 40.7->- 50.0)
Bảng 2.1:Thống kê địa chất tại hố khoan 3 (HK3).
Trang 45 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao 2.1.2.SỐ LIỆU TÍNH TOÁN:
Hình 2.1 Hình 2.2
2.1.3.KHAI BÁO VẬT LIỆU:
- Bê tông B30có Rb=17Mpa=17000kN/m2; B20có Rb=11.5Mpa=11500kN/m2 - Thép AII có Rs=280Mpa= 280000kN/m2.
2.2.TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓNG CỌC:
2.2.1.CHỌN CHIỀU SÂU CHÔN MÓNG Df VÀ KÍCH THƯỚC CỌC SƠ BỘ:
- Chọn thi công cọc chế tạo sẵn, biện pháp thi công ép cọc.
- Chọn chiều sâu đặt đài cọc:
- Chọn các thông số về cọc:
Kích thước tiết diện cọc :
Chọn chiều dài cọc là : 10m x 3 =30 m
Với chiều dài của cọc như vậy thì mũi cọc sẽ cắm vào lớp 6b là lớp đất cát
Chọn chiều cao đài :
Đoạn cọc ngàm vào đài : 0.6 m Đoạn cọc neo vào đài là :
=> Độ sâu từ đáy đài đến mũi cọc: l=30-0.6=29.4 m
Diện tích cốt thép (theo tiêu chuẩn 205-1998 mục 3.3.3.b):
Trang 46 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Chọn cốt dọc : 4Ø22
Chọn diện tích thép trong cọc :
Chọn cốt đai : Ø10a200
2.2.2. TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC:
2.2.2.1. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO CƯỜNG ĐỘ CỦA VẬT LIỆU: (3.3.2 TCXD 205-1998):
2.2.2.1.a. Cọc chịu tải trọng tức thời khi ép cọc:
Trong đó:
- R: cường độ chịu nén tính toán của bê tông B30 lúc ép cọc R=30x0.85=25.5 Mpa - Ab=0.4x0.4=0.16 (m2) diện tích tiết diện ngang của cọc bê tông. - φ : hệ số ảnh hưởng bởi độ mảnh của cọc tính theo công thức thực nghiệm .
φ=1.028-0.0000288x λ2-0.0016x λ
λ=l0/r
Khi épcọc :
(khi ép cọc xem cọc 2 đầu khớp)
φ=1.028-0.0000288x 252-0.0016x 25=0.97
- Sức chịu tải khi ép cọc:
2.2.2.1.b. Cọc chịu tải trọng của công trình lâu dài:
Trong đó:
- R: cường độ chịu nén tính toán của bê tông B30lúc cọc chịu tải trọng công trình lâu
dài R=30x0.33=9.9Mpa
- Ab=0.4x0.4=0.16 (m2) diện tích tiết diện ngang của cọc bê tông. - As Diện tích chịu nén của cốt thép. - Fy cường độ chảy của thép
Trang 47 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
- hệ số an toàn thép lấy bằng 1.15
- φ : hệ số ảnh hưởng bởi độ mảnh của cọc tính theo công thức thực nghiệm .
φ=1.028-0.0000288x λ2-0.0016x λ
λ=le/r
- Khi chịu tải trọng công trình
Trong đó:
- L=29.4m chiều sâu thực tế. - bd :hệ số biến dạng,I/m, xác định theo cung thức:
Trong đó:
- bc=1.5d+0.5=1.5x0.4+0.5=1.1m (d=0.4m<0.8m theo phụ lục G3 TCXD 205-1998) - Eb=32.5x106 kN/m2 module đàn hồi của betong.
- momen quán tính của tiết diện cọc.
- K hệ số tỉ lệ lấy từ bảng G1 TCXD 205-1998.
Sét pha cát lẫn ít sỏi sạn ở trạng thái dẻo mềm Sét lẫn cát ở trạng thái dẻo cứng Sét pha cát ở trạng thái dẻo cứng Cát pha sét ở trạng thái dẻo Cát mịn ở trạng thái bời rời Cát mịn ở trạng thái chặt vừa hi (m) 1.4 1.6 3.6 2.4 4 16.4 IL 0.5 0.23 0.3 0.76 - - K (kN/m4) Tên lớp 5000 6620 6200 2500 4000 6000 Lớp 2a 3 4 5 6a 6b
5
5 = √
=>Hệ số biến dạng:
= 0.613 𝛼𝑏𝑑 = √ 5453 × 1.1 32.5 × 106 × 2.133 × 10−3 𝐾𝑏𝑐 𝐸𝑏𝐼
- Chiều dài cọc trong đất tính đổi:
𝑙𝑒 = 𝛼𝑏𝑑 × 𝑙 = 0.613 × 29.4 = 18.02𝑚
Trang 48 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
φ=1.028-0.0000288x 45.052-0.0016x 45.05=0.897
- Sức chịu tải khi ép cọc:
2.2.2.2. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN: (3.3.2 TCXD 205-1998):
2.2.2.2.a. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (phụ lục A-TCXD 205-
1998):
Trong đó:
- 𝐾𝑡𝑐: 1.6 ( tùy thuộc vào số lượng cọc lấy theo A1-TCXD 205-1998). - 𝑄𝑡𝑐: sức chịu tải tiêu chuẩn tính theo đất nền của cọc đơn.
m= 1 (hệ số điều kiện làm việc phụ thuộc độ no nước lớp đất). mR=1.1 (hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc). (A3-
TCXD205-1998)
mf=1 (hệ số điều kiện làm việc của đất mặt bên cọc). (A3-TCXD205-
1998)
qp=3800 kN/m2với độ sâu mũi cọc=29.4m.(A1-TCXD205-1998). Ap=0.16m2 tiết diện cọc
Bảng 2.2:Thống kê ma sát hông theo chỉ tiêu cơ lý
Lớp
z (m)
Trạng thái đất
Ma sát bên Qsi
ui (m)
Độ sâu trung bình hi (m)
Chiều dày thực tế cọc (m)
Ma sát hông đơn vị fs (T/m2)
Hệ số điều kiện làm việc mf
0.5
1.4
1.6
3.136
2a
1.4
1
1.4
0.23
2.9
1.6
12.595
3
1.6
4.92
1
1.8
0.3
4.6
1.6
11.290
3.92
0.96
4
1.8
0.39
6.4
1.6
9.360
3.25
0.98
1.2
0.76
7.9
1.6
1.690
5
0.88
0.9
1.2
0.76
2 3.4 3.4 5 5 6.8 6.8 8.6 8.6 9.8 9.8
9.1
1.6
1.690
0.88
0.9
Trang 49 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
2
14.944
10.7
1.6
1
4.67
Cát mịn
6a
2
15.584
12.7
1.6
1
4.87
2
16.224
14.7
1.6
1
5.07
2
16.864
16.7
1.6
1
5.27
2
17.504
18.7
1.6
5.47
1
2
18.144
20.7
1.6
1
5.67
11 11 13 13 15 15 17 17 19 19 21 21 23 23
2
6b
18.784
22.7
1.6
Cát vừa đến mịn
1
5.87
2
19.424
24.7
1.6
1
6.07
2
20.064
26.7
1.6
1
6.27
2
20.704
28.7
1.6
1
6.47
0.4
4.218
1.6
29.9
25 25 27 27 29 29 31 31 31.4
1
6.59
2222.176
Qsi
Sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cơ lý:
2.2.2.2.b. Sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền:(phụ lục B TCXD 205-1998)
Trong đó :
- : sức kháng hông cực hạn (xung quanh cọc)
- : sức kháng mũi cực hạn
- FSs : hệ số an toàn của ma sát hông (FSs=2) - FSp: hệ số an toàn của sức kháng mũi cọc (FSp=3)
Thành phần chịu tải do ma sát xung quanh cọc:
Trang 50 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Trong đó:
′ 𝑡𝑎𝑛𝜑𝑎𝑖
: chu vi cọc 𝑢 = 4𝑑 = 4 × 0.4 = 1.6 𝑚 : thành phần ma sát đơn vị giữa cọc và lớp đất thứ i (kN/m2)
- - - 𝑓𝑠𝑖 = 𝑐𝑎𝑖 + 𝜎ℎ𝑖
𝑐𝑎𝑖: lực dính giữa cọc và lớp đất thứ i, với cọc bê tông cốt thép lấy 𝑐𝑎𝑖 =
0.7𝑐𝑖 (kN/m2).
′ = 𝜎𝑖
′ : ứng suất hữu hiệu của lớp đất thứ i (kN/m2), 𝜎ℎ𝑖 thống kê. : chiều dày lớp đất thứ i (m)
𝜑𝑎𝑖: góc ma sát giữa cọc và đất, cọc ép bê tông cốt thép lấy 𝜑𝑎𝑖 = 𝜑 ′ trong bảng 𝜎ℎ𝑖
-
Bảng 2.3: Tính toán thành phần chịu tải do ma sát xung quanh cọc.
Lớp
z (m)
li (m)
ui(m)
φi
Qsi (kN)
ci (kN/m2)
γ'i (kN/m3)
ƒsi (kN/m2)
σ’i (kN/m2)
2a
1.4
1.6
10.283
6.884
9.255
12.957
6.750
15.120
3
1.6
1.6
13.983
21.237
10.04
27.468
20.053
51.336
4
3.6
1.6
13.383
12.497
9.726
53.006
18.440
106.215
5
2.4
1.6
12.95
3.807
9.761
82.226
17.336
66.568
6a
4
1.6
26.23
0.195
9.25
112.440
31.051
198.728
6b
16.4
1.6
29.25
1.33
9.851
211.718
61.564
1615.438
2 3.4 3.4 5 5 8.6 8.6 11 11 15 15 31.4
Qs Tổng thành phần chịu tải do ma sát xung quanh cọc
2053.4048
Thành phần sức chịu mũi của đất dưới mũi cọc:
Trong đó: - 𝐴𝑝: 𝑡𝑖ế𝑡 𝑑𝑖ệ𝑛 𝑚ũ𝑖 𝑐ọ𝑐, 𝐴𝑝 = 0.16 𝑚2 - 𝑞𝑝 : 𝑠ứ𝑐 𝑐ℎị𝑢 𝑡ả𝑖 đơ𝑛 𝑣ị 𝑚ũ𝑖 𝑐ọ𝑐
Tính toán sức chịu tải đơn vị mũi cọc: (TCXD 205-1998): ′ 𝑁𝑞 + 𝛾′𝑑𝑝𝑁𝛾 𝑞𝑝 = 𝑐𝑁𝑐 + 𝜎𝑣𝑝
Trong đó:
Trang 51 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
’ : Dung trọng của đất nền tại mũi cọc (kN/m3),
′ : Ứng suất hữu hiệu tại mũi cọc (kN/m2).
- c: lực dính của đất tại mũi cọc (kN/m2), -
- 𝜎𝑣𝑝 - : hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào ma sát trong của đất, hình dạng mũi
cọc và phương pháp thi công.
Bảng 2.4: Ứng suất hữu hiệu bản thân lớp đất nền.
z li (m) (m) γ'i (kN/m3) σ’i = γ'i *li (kN/m2)
2.1 9.255 19.436 2a
1.6 10.04 16.064 3
3.6 9.726 35.014 4
2.4 9.761 23.426 5
4 9.25 37.000 6a
16.4 9.851 161.556 6b 1.3 3.4 3.4 5 5 8.6 8.6 11 11 15 15 31.4
292.496 Ứng suất hữu hiệu bản thân đất nền tại mũi cọc σ'v
Bảng 2.5: Bảng tra các hệ số sức chịu tải tính theo công thức của Vesic.
φ
Nq
φ
Nq
Nc 5.14 5.38 5.63 5.90 6.19 6.49 6.81 7.16 7.53 7.92 8.34 8.80
Nγ 0.00 0.07 0.15 0.24 0.34 0.45 0.57 0.71 0.86 1.03 1.22 1.44
1.00 1.09 1.20 1.31 1.43 1.57 1.72 1.88 2.06 2.25 2.47 2.71
9.60 10.66 11.85 13.20 14.72 16.44 18.40 20.63 23.18 26.09 29.44 33.30
Nc 19.32 20.72 22.25 23.94 25.80 27.86 30.14 32.67 35.49 38.64 42.16 46.12
Nγ 9.44 10.88 12.54 14.47 16.72 19.34 22.40 25.99 30.21 35.19 41.06 48.03
24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Trang 52 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
2.97 3.26 3.59 3.94 4.34 4.77 5.26 5.80 6.40 7.07 7.82 8.66
9.28 9.81 10.37 10.98 11.63 12.34 13.10 13.93 14.83 15.81 16.88 18.05
1.69 1.97 2.29 2.65 3.06 3.53 4.07 4.68 5.39 6.20 7.13 8.20
37.75 42.92 48.93 55.96 64.20 73.90 85.37 99.01 115.31 134.87 158.50 187.21
50.59 55.63 61.35 67.87 75.31 83.86 93.71 105.11 118.37 133.87 152.10 173.64
56.31 66.19 78.02 92.25 109.41 130.21 155.54 186.53 224.63 271.75 330.34 403.65
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47
Tại lớp 6b có c=1.33(kN/m2), γ'=9.851 (kN/m3) tra bảng được:
, 16.93,
Sức chịu tải mũi đơn vị theo Vesic:
Sức chịu tải cực hạn của đất nền:
Sức chịu tải cho phép theo cường độ đất nền:
2.2.2.2.c. Tính toán sức chịu tải của đất theo công thức của Nhật Bản từ kết quả TN SPT:
𝑄𝑎3 = [𝛼𝑁𝑎𝐴𝑝 + (0.2𝑁𝑠𝐿𝑠 + 𝐶𝐿𝑐)𝑢𝑚] 1 3
Trong đó:
- 𝛼 hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công cọc, đối với phương pháp ép cọc
𝛼 = 30
- -
- : chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc, = 15 búa.
: diện tích tiết diện mũi cọc, Ap= 0.16 m2 : giá trị trung bình của chỉ số SPT trong lớp đất rời, búa.
Trang 53 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
: chiều dài phần cọc nằm trong lớp đất rời, - -
: giá trị trung bình của số búa lực dính đơn vị trong lớp đất dính, -
- : chiều dài phần cọc nằm trong lớp đất dính:
- um=4x0.4 (m): chu vi cọc.
Sức chịu tải cực hạn tính theo công thức Nhật Bản:
Sức chịu tải tính theo công thức Nhật Bản:
[30 × 15 × 0.16 + (0.2 × 13.7 × 20.4 + 12.4 × 9.7) × 4 × 0.4] = 117.96𝑇 𝑄𝑎3 = 1 3
𝑄𝑎3 = 1179.6 𝑘𝑁 2.2.2.2.d. Tính toán sức chịu tải của đất theo công thức của Meyerhof (1956) từ kết quả TN SPT: (TCXD 205-1998 mục C.2.2)
Trong đó:
- K1=400 (cọc ép). - N=15 chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc - Ap: diện tích tiết diện mũi cọc, Ap= 0.16 m2 - K2=2 (cọc ép). - Ntb giá trị trung bình của chỉ số SPT trong lớp đất rời, búa.
- As = Ac =4d=4x0.4=1.6 (m): chu vi cọc. - Lc=9m chiều dài phần cọc nằm trong lớp đất rời. - Ls=20.4m chiều dài phần cọc nằm trong lớp đất rời. - : giá trị trung bình của số búa lực dính đơn vị trong lớp đất dính,
Sức chịu tải cực hạn của đất nền tính theo công thức Meyerhof:
Trang 54 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Sức chịu tải tính theo công thức Meyerhof:
Kết luận : Sức chịu tải thiết kế:
Dùng phương pháp bình phương cực tiểu xác định giá trị đặc trưng của đất nền ( Tải trọng thiết kế).
Sức chịu tải cực hạn của đất nền:
2.2.2.3. KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC ĐƠN:
Cọc chịu tải trọng tạm thời ( khi ép cọc):
=>Thỏa điều kiện chịu lực tạm thời
Cọc chịu tải trọng lâu dài ( khi chịu tải trọng công trình):
=>Thỏa điều kiện chịu lực lâu dài.
2.2.3.TÍNH TOÁN SƠ BỘ SỐ LƯỢNG CỌC:
Chọn 4 cọc
Trong đó: 𝛽 – hệ số xét đến ảnh hưởng của momen và lực ngang. (𝛽 = 1.2 ÷ 1.5)
2.2.4.BỐ TRÍ CỌC:
- Khoảng cách 2 cọc:
Trang 55 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Chọn s=1.7m (khoảng cách trên cùng 1 hàng)
- Diện tích đáy đài cọc :
- Khoảng các từ mép cọc biên đến mép đài: - Chiều cao đài móng hd=0.8m - Bố trí cọc như hình vẽ:
Hình 2.3:Bố trí móng cọc
2.2.5. KIỂM TRA ĐÀI CỌC
cọc.
- Số cọc trong tháp xuyên thủng:
- Điều kiện chống xuyên thủng: - Chọn
2.2.5.1.KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN XUYÊN THỦNG CHO ĐÀI:
- Lực gây xuyên thủng:
, chiều cao làm việc của tiết diện:
- Kích thước tháp xuyên bmxhm= 2x2(m) (0,6+2x0,7=2 (m) cột có kích thước 0,6x0,6m). - Tháp xuyên được xác định lại như hình sau:
Trang 56 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Hình 2.9: Tháp xuyên thủng
=>c=0.55m
- Lực chống xuyên thủng:
: Hệ số điều kiện làm việc của bê tông
: Cường độ chịu cắt của bê tông B20
: Chu vi trung bình của tháp xuyên thủng,
: Xác định như hình vẽ. (Khoảng hình chiếu từ mép cột đến tâm cọc).
: Chiều cao làm việc của tiết diện (giả sử thép đặt sát trên đầu
Trong đó:
Vậy đài cọc thỏa điều kiện xuyên thủng.
cọc) Nhận thấy:
Trang 57 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
2.2.5.2. KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN CẮT CHO ĐÀI CỌC:(Tính theo tiêu chuẩn 6.2.3.4 TCVN 5574-2012)
- Điều kiện chống cắt (không có cốt đai):
Trong đó:
φb4=1.5 xét ảnh hưởng của bê tông (=1.5 đổi với bê tông nặng) φn hệ số ảnh hưởng của lực dọc:
c chiều dài hình chiếu của tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất lên mặt móng .
Bảng 2.6:Tải trọng tác dụng lên các cọc
xi 2 yi
2 xi 2 yi
2.89
2.89
xi -0.85 0.85 -0.85 0.85 yi 0.7225 0.7225 0.85 0.85 0.7225 0.7225 -0.85 0.7225 0.7225 -0.85 0.7225 0.7225
2 Pi(KN) 1201.46 1337.46 1060.04 1196.04
Cọc 1 2 3 4
Xét theo phương x :
- Lực cắt :
- Lực chống cắt của bê tông :
Trong đó:
φb4=1.5 xét ảnh hưởng của bê tông (=1.5 đổi với bê tông nặng) φn hệ số ảnh hưởng của lực dọc:
Trang 58 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
: Cường độ chịu cắt của bê tông B20
c chiều dài hình chiếu của tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất lên mặt móng theo phương x.
Lực chống cắt của bê tông :
Bên cạnh đó theo điều kiện làm việc của bêtông ta xét thêm :
Thỏa điều kiện chịu cắt theo phương x.
Xét theo phương y :
- Lực cắt :
- Lực chống cắt của bê tông :
Trang 59 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao Trong đó:
: Cường độ chịu cắt của bê tông B20
φb4=1.5 xét ảnh hưởng của bê tông (=1.5 đổi với bê tông nặng)
φn hệ số ảnh hưởng của lực dọc:
c chiều dài hình chiếu của tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất lên mặt móng theo phương x.
Lực chống cắt của bê tông :
Bên cạnh đó theo điều kiện làm việc của bêtông ta xét thêm :
Thỏa điều kiện chịu cắt theo phương y.
2.2.6. KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ NHÓM CỌC :
2.2.6.1. Kiểm tra sức chịu tải của cọc đơn:
- Tải trọng lớn nhất tác dụng lên cọc:
Trang 60 NHÓM MÓNG CỌC
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Bảng 2.7:Tải trọng tác dụng lên các cọc
xi 2 yi
2 xi 2 yi
2.89
2.89
xi -0.85 0.85 -0.85 0.85 yi 0.7225 0.7225 0.85 0.85 0.7225 0.7225 -0.85 0.7225 0.7225 -0.85 0.7225 0.7225
2 Pi(KN) 1201.46 1337.46 1060.04 1196.04
Cọc 1 2 3 4
Pmax=1337.46 kN Pmin=1060.04 kN >0 (Thỏa) 2.2.6.2. Kiểm tra sức chịu tải của nhóm cọc: - Hệ số nhóm: Trong đó: d: đường kính cọc, d = 0.4 (m) s=1.7m: khoảng cách giữa các cọcn1: số hàng cọc:
n2: số cọc trong mỗi hàng Sức chịu tải của nhóm cọc: Kết luận: Hệ cọc đủ khả năng chịu tải. Bảng 2.8:Tải trọng tác dụng lên các cọc xi 2 yi 2.89 2.89 xi
-0.85
0.85
-0.85
0.85 yi
0.7225 0.7225
0.85
0.85
0.7225 0.7225
-0.85 0.7225 0.7225
-0.85 0.7225 0.7225 Cọc
1
2
3
4 Trang 61 NHÓM MÓNG CỌC Hình 2.4: Mặt bằng mặt cắt ngàm đài móng Để an toàn và giảm bớt chi phí thi công chọn thép 16Ø25 có - Tính thép đặt theo phương X: Khoảng cách cốt thép : - Tính thép đặt theo phương Y: Trang 62 NHÓM MÓNG CỌC Để an toàn và giảm bớt chi phí thi công chọn thép 16Ø25 có Vậy chọn thép bố trí theo phương x: 16Ø25 a150mm Khoảng cách cốt thép : Bố trí thép tương tự theo phương y: 16Ø25 a150mm 2.2.8.1. Xác định kích thước khối móng quy ước: Hình 2.5: Bố trí khối
móng Trang 63 NHÓM MÓNG CỌC Bảng 2.9:Giá trị trung bình của góc nội ma sát (cận bé của TTGH II) 11.05 15.47 14.25 22.8 1.4 2a 13.667 49.2012 1.6 3 13.283 31.8792 3.6 4 26.45 105.8 2.4 5 29.383 481.8812 4 6a 16.4 6b 29.4 Tổng
Góc nội ma sát trung bình - Tính toán góc ảnh hưởng của móng khối: - Diện tích đáy móng quy ước: 2.2.8.2. Kiểm tra điều kiện ổn định của đất nền dưới đáy móng quy ước: - Sức chịu tải cực hạn đất nền dưới đáy móng quy ước: Trong đó: - m1 =1.2 và m2 = 1.3 (cát mịn bão hòa nước L/H<1.5)
- ktc =1.0 (đặc trưng tính toán lấy từ thí nghiệm)
- φII =29.383o tra Bảng 14 TCVN 9362=>A =1.098; B =5.3865; D =7.78
- cII= 1.91 (kN/m2): Lực dính của đất ở độ sâu dưới đáy móng quy ước lấy theo TTGH II. Trang 64 NHÓM MÓNG CỌC *=9.738 (kN/m3): trọng lượng riêng trung bình của lớp đất nằm trên mũi - γII ’=9.869 (kN/m3): trọng lượng riêng trung bình của lớp đất nằm dưới mũi cọc theo TTGH II. - γII cọc theo TTGH II. - h: độ sâu đáy móng quy ước tính từ đáy móng. Bảng 2.10: Tính toán giá trị γtb. z li (m) (m) γ'i
(kN/m3) σ’i = γ'i
*li
(kN/m2) 2.1 9.255 19.436 2a 1.6 10.04 16.064 3 3.6 9.762 35.143 4 2.4 9.811 23.546 5 4 9.27 37.080 6a 16.4 9.869 161.852 6b 1.3
3.4
3.4
5
5
8.6
8.6
11
11
15
15
31.4 293.121 9.738 Ứng suất hữu hiệu bản thân đất
nền tại mũi cọc σ'v
Trọng lượng riêng trung bình của
lớp đất nằm trên khối móng quy ước
γtb =>Sức chịu tải cực hạn của đất nền dưới đáy móng khối quy ước: - Lực tác dụng lên đáy móng quy ước Trong đó: Trang 65 NHÓM MÓNG CỌC - Ứng suất lớn nhất tại đáy móng quy ước : - Ứng suất nhỏ nhất tại đáy móng quy ước : - Ứng suất trung bình tại đáy móng quy uớc : Kết luận: Vậy móng thỏa điều kiện ổn định. 2.2.8.3. Kiểm tra độ lún của móng khối quy ước: - Kiểm tra độ lún móng khối quy ước theo phương pháp tổng phân tố qua các bước:
Áp lực gây lún: Phía dưới khối móng là lớp cát đồng nhất.Chia thành từng lớp 0,5m. Bảng2.11:Mẫu cố kết 3-11 25 50 100 200 400 800 0.769 0.751 0.725 0.69 0.654 0.61 Áp suất
(kN/m2)
Hệ số
rỗng e Trang 66 NHÓM MÓNG CỌC Đường cong nén lún do các áp lực <800kN/m2, nên để đơn giản ta chỉ cần nội suy từ 0.8 0.75 0.7 0.65 phương trình đường cong nén lún y = -0.046ln(x) + 0.9286 (Dùng Excel từ bảng mẫu thí
nghiệm cố kết tìm được phương trình đường cong nén lún). y = -0.046ln(x) + 0.9286 0.6 0.55 0 200 400 600 800 1000 Hình 2.6: Đường cong nén lún. Bảng 2.11: Tính lún theo phương pháp cộng dồn các lớp phân tố |2z/b| k0 e1i e2i Pzi
(kN/m2) P1i
(kN/m2) P1i
(kN/m2) P2i
(kN/m2) 0 0 122.26 293.121 1 31.4 295.588 417.848 0.667 0.651 0.48 -0.5 0.121 0.988 120.79 298.055 31.9 302.990 423.783 0.666 0.650 0.46 -1 0.241 0.976 119.33 307.924 32.4 315.326 434.652 0.664 0.649 0.44 -1.5 0.362 0.964 117.86 322.728 32.9 332.597 450.455 0.661 0.648 0.42 -2 0.483 0.927 113.34 342.466 33.4 354.802 468.137 0.659 0.646 0.38 -2.5 0.603 0.879 107.47 367.138 33.9 381.942 489.408 0.655 0.644 0.34 -3 0.724 0.831 101.60 396.745 34.4 414.016 515.614 0.651 0.641 0.31 -3.5 0.844 0.779 95.24 431.287 34.9 451.025 546.265 0.647 0.639 0.27 -4 0.965 0.72 88.03 470.763 35.4 492.968 580.995 0.643 0.636 0.23 -4.5 1.086 0.662 80.94 515.173 35.9 539.846 620.782 0.639 0.633 0.20 36.4 -5 1.206 0.606 74.09 564.518 Trang 67 NHÓM MÓNG CỌC 591.658 665.748 0.635 0.630 0.17 -5.5 1.327 0.557 68.10 618.798 36.9 648.405 716.504 0.631 0.626 0.14 -6 1.448 0.509 62.23 678.012 37.4 710.086 772.316 0.627 0.623 0.12 -6.5 1.568 0.462 56.48 742.160 37.9 Tổng độ lún Tổng độ lún S3.96 (cm) <8cm =>Móng thỏa yêu cầu độ lún. Cọc bố trí 2 móc cẩu và dùng móc cẩu trong sơ đồ cẩu cọc để dựng cọc. q=Kđ γd2=1.5x25x0.42=6 (KN/m) - Khi cẩu cọc: Hình 2.7: Nội lực khi bố trí 2 móc cẩu Moment lớn nhất : M1=0.0214qL2=0.0214x6x102=12.84(KNm) - Khi dựng cọc: Hình 2.8: Nội lực khi bố trí 1 móc cẩu Trang 68 NHÓM MÓNG CỌC Moment lớn nhất :M2=0.068qL2=0.068x6x102=40.8(kNm) - M=max(M1;M2)=M2=40.8 (kNm)
- Tính thép trong cọc: Thỏa điều kiện sử dụng cốt đơn Vậy thép đã chọn trong cọc là 2 22 mỗi phía (As =7.6 cm2) là thỏa mãn. Mô hình hóa đất ở xung quanh cọc là môi trường đàn hồi tuyến tính (mô hình
Winkler) bằng phần mềm SAP2000V14, với hệ số nền áp dụng tiêu chuẩn TCXDVN
205:1998 của các lớp tương ứng như sau: Bảng 2.13: Hệ số tỉ lệ tra theo bảng G1 TVXD 205-1998 Sét pha cát lẫn ít sỏi sạn ở trạng thái dẻo mềm
Sét lẫn cát ở trạng thái dẻo cứng
Sét pha cát ở trạng thái dẻo cứng
Cát pha sét ở trạng thái dẻo
Cát mịn ở trạng thái bời rời
Cát mịn ở trạng thái chặt vừa Lớp
2a
3
4
5
6a
6b hi (m)
1.4
1.6
3.6
2.4
4
16.4 IL
0.5
0.23
0.3
0.76
-
- K (kN/m4) Tên lớp
5000
6620
6200
2500
4000
6000 - Chia cọc theo phương đứng thành từng đoạn nhỏ, mỗi đoạn cọc có chiều dài 0.1 mét, chiều rộng 0.4 m. Ta có các hệ số K quy đổi như sau: Cz1=z*K1=0.05x(0.1/2×0.4×5000) =5 kN/m Cz2 = Cz3 = Cz4 =….= Cz13 = 0.7x(0.1×0.4×5000) = 140kN/m Cz14 = 1.4x(0.1×0.4×5000+0.1×0.4×6620)/2 = 325.36 kN/m Cz15 = Cz16=….= Cz29 = 2.2x(0.1×0.4×6620)= 582.56 kN/m Cz30= 3x(0.1×0.4×6620+0.1×0.4×6200)/2 = 769.2 kN/m Cz31= Cz32 =….=Cz65= 4.8x(0.1×0.4×6200)= 1190.4 kN/m Trang 69 NHÓM MÓNG CỌC Cz66= 6.6x(0.1×0.4×6200+0.1×0.4×2500)/2 =1148.4 kN/m Cz67= Cz68 =….=Cz89= 7.8x(0.1×0.4×2500) =3120 kN/m Cz90= 9x(0.1×0.4×2500+0.1×0.4×4000)/2 = 1170 kN/m Cz91= Cz92 =….= Cz129= 11x(0.1×0.4×4000 )= 1760 kN/m Cz130= 13x(0.1×0.4×4000+0.1×0.4×6000)/2 = 2600kN/m Cz131= Cz132 =….=Cz293= 21.2x(0.1×0.4×6000) = 5088 kN/m Cz294= 29.4x(0.1/2×0.4×6000) = 3528kN/m Độ cứng quy về lò xo gán dưới mũi cọc: Vật liệu: Bê tông B30có Rb=17Mpa=17000kN/m2; B20có Rb=11.5Mpa=11500kN/m2
Thép AII có Rs=280Mpa= 280000kN/m2. 2.2.10.1.Tính theo phương x: Trang 70 NHÓM MÓNG CỌC Bảng 2.14: Tổng hợp nội lực cọc the phương x (mô hình 3D) Kết quả Mô hình Đặt tải ngang Kết quả mô men Kết quả lực cắt chuyển vị Trên cọc có nội lực lớn nhất (2D) Trang 71 NHÓM MÓNG CỌC Từ kết quả xuất ra từ SAP2000, ta có các giá trị mô men, lực cắt và chuyển vị ngang như sau: * Kiểm tra cọc chịu momen: Diện tích thép yêu cầu: Vậy cốt thép trong cọc đảm bảo điều kiện chịu lực momen uốn do tải ngang. * Kiểm tra cọc chịu cắt: Kiểm tra điều kiện tính cốt đai : Vậy cọc thỏa điều kiện chịu cắt. * Kiểm tra chuyển vị đầu cọc Chuyển vị đầu cọc là Umax = 5 mm < 1%×Lcọc = 29.4 mm. Vậy thỏa điều kiện biến dạng. Trang 72 NHÓM MÓNG CỌC 2.2.10.2. Tính theo phương y: Bảng 2.15: Tổng hợp nội lực cọc the phương y Kết quả Mô hình Đặt tải ngang Kết quả mô men Kết quả lực cắt chuyển vị Trên cọc có nội lực lớn nhất (2D) Trang 73 NHÓM MÓNG CỌC Từ kết quả xuất ra từ SAP2000, ta có các giá trị mô men, lực cắt và chuyển vị ngang như sau: * Kiểm tra cọc chịu momen: - Diện tích thép yêu cầu: Vậy cốt thép trong cọc đảm bảo điều kiện chịu lực momen uốn do tải ngang. * Kiểm tra cọc chịu cắt: Kiểm tra điều kiện tính cốt đai : Vậy cọc thỏa điều kiện chịu cắt. * Kiểm tra chuyển vị đầu cọc Chuyển vị đầu cọc là Umax = 5.3mm < 1%×Lcọc = 29.4 mm. Vậy thỏa điều kiện biến dạng. Trang 74 NHÓM MÓNG CỌC 𝑡𝑡 = 𝑡𝑡
𝐻𝑥
4 𝑡𝑡 = = = 28.5 𝑘𝑁 𝐻𝑥𝑐 114
4 𝑡𝑡
𝐻𝑦
4 = = 30.75 𝑘𝑁 𝐻𝑦𝑐 123
4 Momen tại chân đài đã chuyển thành lực dọc trong cột, nên cọc không có momen tác dụng.Chỉ có lực ngang tác dụng ở đầu cọc (tương ứng ở đáy đài). - Momen quán tính tiết diện ngang của cọc: 𝐼 = = = 2.133 × 10−3 (𝑚4) 𝑑4
12 0.44
12 - Môđun đàn hồi của bê tông B30: 𝐸𝑏 = 32.5 × 103(𝑀𝑃𝑎) = 32.5 × 106 (𝑘𝑁/𝑚2) - Chiều rộng quy ước cọc: Vì 𝑑 = 0.4 < 0.8𝑚 nên theo TCXD 205:1998 𝑏𝑐 = 1.5𝑑 + 0.5 = 1.5 × 0.4 + 0.5 = 1.1𝑚 - Hệ số nền: 𝐶𝑧 = 𝐾𝑧 Trong đó K – hệ số tỉ lệ (kN/𝑚4)
Khi tính toán cọc chịu tải trọng ngang, thực chất cọc chỉ làm việc với một đoạn
cọc có chiều dài 𝑙𝑎ℎ tính từ đáy đài còn gọi là chiều sâu ảnh hưởng của nền đất khi
cọc chịu tải trọng ngang Chiều sâu ảnh hưởng được xác định từ công thức thực nghiệm 𝑙𝑎ℎ = 2(𝑑 + 1) = 2 × (0.4 + 1) = 2.8 𝑚 Trang 75 NHÓM MÓNG CỌC Hình 2.9: Độ sâu ảnh hưởng của cọc Bảng tra K Sét pha cát lẫn ít sỏi sạn ở trạng thái dẻo mềm
Sét lẫn cát ở trạng thái dẻo cứng
Sét pha cát ở trạng thái dẻo cứng
Cát pha sét ở trạng thái dẻo
Cát mịn ở trạng thái bời rời
Cát mịn ở trạng thái chặt vừa hi (m)
1.4
1.6
3.6
2.4
4
16.4 IL
0.5
0.23
0.3
0.76
-
- K (kN/m4) Tên lớp
5000
6620
6200
2500
4000
6000 Lớp
2a
3
4
5
6a
6b 5 5
= √ =>Hệ số biến dạng: = 0.613 𝛼𝑏𝑑 = √ 5453 × 1.1
32.5 × 106 × 2.133 × 10−3 𝐾𝑏𝑐
𝐸𝑏𝐼 - Chiều dài cọc trong đất tính đổi: 𝑙𝑒 = 𝛼𝑏𝑑 × 𝑙 = 0.613 × 29.4 = 18.02𝑚 Trang 76 NHÓM MÓNG CỌC - Tra bảng G2 phụ lục G của TCXD 205:1998 ở phần cọc tựa lên đất với 𝑙𝑒 = 18.02𝑚 ta được các hệ số 𝐴0, 𝐵0, 𝐶0 như sau: 𝐴0 = 2.411; 𝐵0 = 1.621; 𝐶0 = 1.751 - Chuyển vị ngang của tiết diện cọc bởi lực đơn vị 𝐻0 = 1 gây ra: 1 𝛿𝐻𝐻 = 𝐴0 = 0.6133 × 32.5 × 106 × 2.133 × 10−3 × 2.411 = 1.51 × 10−4(𝑚/𝑘𝑁) 1
3 𝐸𝑏𝐼
𝛼𝑏𝑑 - Chuyển vị ngang của tiết diện cọc bởi lực đơn vị 𝑀0 = 1 gây ra: 1 𝛿𝐻𝑀 = 𝐵0 = 0.6132 × 32.5 × 106 × 2.133 × 10−3 × 1.621 = 6.22 × 10−5(1/𝑘𝑁) 1
2 𝐸𝑏𝐼
𝛼𝑏𝑑 - Góc xoay của tiết diện cọc bởi lực đơn vị 𝐻0 = 1 gây ra: 𝛿𝑀𝐻 = 𝛿𝐻𝑀 = 6.22 × 10−5(1/𝑘𝑁) Trang 77 NHÓM MÓNG CỌC 1 𝛿𝑀𝑀 = 𝐶0 = 0.613 × 32.5 × 106 × 2.133 × 10−3 × 1.751 1
𝛼𝑏𝑑𝐸𝑏𝐼 = 4.12 × 10−5 (1/𝑘𝑁𝑚) - Lực cắt và momen uốn tại đầu cọc: 𝐻0𝑥 = 𝐻𝑥𝑐 = 28.5 𝑘𝑁; 𝑀0𝑥 = 𝑀𝑥𝑐 + 𝐻𝑦𝑐𝑙0 = −33.72 𝑘𝑁𝑚 𝐻0𝑦 = 𝐻𝑦𝑐 = 30.75 𝑘𝑁; 𝑀0𝑦 = 𝑀𝑦𝑐 + 𝐻𝑥𝑐𝑙0 = −36.84 𝑘𝑁𝑚 - Chuyển vị ngang và góc xoay của cọc tại cao trình mặt đất: 𝑦0𝑥 = 𝐻0𝑥𝛿𝐻𝐻 + 𝑀0𝑦𝛿𝐻𝑀 = 28.5 × 1.51 × 10−4 − 33.72𝑥6.22𝑥10−5 = 2.21 × 10−3 (𝑚) 𝑦0𝑦 = 𝐻0𝑦𝛿𝐻𝐻 + 𝑀0𝑥𝛿𝐻𝑀 = 30.75 × 1.51 × 10−4 − 36.84𝑥6.22𝑥10−5 = 2.35 × 10−3 (𝑚) 𝛹0𝑥 = 𝐻0𝑥𝛿𝑀𝐻 + 𝑀0𝑦𝛿𝑀𝑀 = 28.5 × 6.22 × 10−5 − 33.72𝑥4.12𝑥10−5 = 3.83 × 10−4 (𝑟𝑎𝑑) 𝛹0𝑦 = 𝐻0𝑦𝛿𝑀𝐻 + 𝑀0𝑥𝛿𝑀𝑀 = 30.75 × 6.22 × 10−5 − 36.84𝑥4.12𝑥10−5 = 3.95 × 10−4 (𝑟𝑎𝑑) - Tính toán chuyển vị ngang và góc xoay của đầu cọc theo công thức: 3
𝐻𝑙0
3𝐸𝑏𝐼 2
𝑀𝑙0
2𝐸𝑏𝐼 + ∆= 𝑦0 + 𝛹0𝑙0 + 2
𝐻𝑙0
2𝐸𝑏𝐼 + 𝛹 = 𝛹0 + 𝑀𝑙0
𝐸𝑏𝐼 𝑙0 – chiều dài cọc từ đáy đài đến mặt đất, cọc đài thấp 𝑙0 = 0 Kiểm tra chuyển vị ngang tại đầu cọc: ∆𝑥= 𝑦0𝑥 = 2.21 × 10−3(𝑚) < 1%𝐿 = 0.294𝑚 ∆𝑦= 𝑦0𝑦 = 2.35 × 10−3(𝑚) < 1%𝐿 = 0.294𝑚 Như vậy cọc thỏa điều kiện về chuyển vị ngang Kiểm tra chuyển vị xoay tại đầu cọc: 𝛹𝑥 = 𝛹0𝑥 = 3.83 × 10−4 ≅ 0 (𝑟𝑎𝑑) 𝛹𝑦 = 𝛹0𝑦 = 3.95 × 10−4 ≅ 0 (𝑟𝑎𝑑) Các giá trị chuyển vị của đầu cọc theo cả hai phương đều gần bằng 0, điều này nói rằng việc tính toán đã làm đúng. Trang 78 NHÓM MÓNG CỌC Áp lực 𝜎𝑧 (kN/𝑚2), moment uốn 𝑀𝑧(kNm), lực cắt 𝑄𝑧 (kN) trong các tiết diện cọc được tính theo công thức sau (trích từ mục G7 phụ lục G của TCXD 205:1998): 2 𝐸𝑏𝐼𝑦0𝐴3 − 𝛼𝑏𝑑𝐸𝑏𝐼𝛹0𝐵3 + 𝑀0𝐶3 + 𝜎𝑧 = 𝑧𝑒 (𝑦0𝐴1 − 𝐵1 + 𝐶1 + 𝐷1) 𝛹0
𝛼𝑏𝑑 𝐾
𝛼𝑏𝑑 𝑀0
2 𝐸𝑏𝐼 𝛼𝑏𝑑 𝐻0
3 𝐸𝑏𝐼
𝛼𝑏𝑑 2 𝐸𝑏𝐼𝛹0𝐵4 + 𝛼𝑏𝑑𝑀0𝐶4 + 𝐻0𝐷4 𝐷3 𝑀𝑧 = 𝛼𝑏𝑑 𝐻0
𝛼𝑏𝑑 3 𝐸𝑏𝐼𝑦0𝐴4 − 𝛼𝑏𝑑 𝑄𝑧 = 𝛼𝑏𝑑 Trong đó: ( Xét theo phương chịu lực lớn hơn: phương y trong hệ đã chọn) 𝑦0 = 𝑦0𝑦 = 2.35 × 10−3 𝑚, 𝛹0 = 𝛹0𝑦 = 3.95 × 10−4 𝑟𝑎𝑑, 𝑀0 = −36.84 𝑘𝑁𝑚, 𝐻0 =
𝐻0𝑦 = 30.75 𝑘𝑁, 𝑧𝑒 - chiều sâu tính đổi, 𝑧𝑒 = 𝛼𝑏𝑑𝑧, với 𝛼𝑏𝑑 = 0.613 Các hệ số A1, A3, A4, B1, B3, B4, D1, D3, D4 tra bảng G3 phụ lục G TCXD 205:1998 Trang 79 NHÓM MÓNG CỌC Bảng 2.16: Momen dọc thân cọc 0
0
0
-0.001
-0.002
-0.005
-0.011
-0.02
-0.034
-0.055
-0.083
-0.122
-0.173
-0.238
-0.319
-0.42
-0.543
-0.691
-0.867
-1.074
-1.314
-1.906
-2.663
-3.6
-4.718
-6
-9.544
-11.73 0
0
-0.001
-0.004
-0.011
-0.021
-0.036
-0.057
-0.085
-0.121
-0.167
-0.222
-0.287
-0.365
-0.455
-0.559
-0.676
-0.808
-0.956
-1.118
-1.295
-1.693
-2.141
-2.621
-3.103
-3.541
-3.919
-1.614 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.699
0.799
0.897
0.994
1.09
1.183
1.273
1.358
1.437
1.507
1.566
1.612
1.64
1.646
1.575
1.352
0.917
0.197
-0.891
-5.854
-15.08 Ze( độ sâu quy
đổi tra bảng,m )
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
3.5
4 Z (so với đáy
đài cọc,m )
0
-0.2
-0.3
-0.5
-0.6
-0.8
-1.0
-1.1
-1.3
-1.4
-1.6
-1.7
-1.9
-2.1
-2.2
-2.4
-2.5
-2.7
-2.9
-3.0
-3.2
-3.5
-3.8
-4.1
-4.4
-4.8
-5.5
-6.3 0 -60.00 -40.00 -20.00 0.00 20.00 40.00 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 Trang 80 NHÓM MÓNG CỌC Bảng 2.17: Lực cắt dọc thân cọc B4 A4 C4 D4 Qz(kN) 0
0
-0.003
-0.009
-0.021
-0.042
-0.072
-0.114
-0.171
-0.243
-0.333
-0.443
-0.575
-0.73
-0.91
-1.116
-1.35
-1.613
-1.906
-2.227
-2.578
-3.36
-4.228
-5.14 0
-0.005
-0.02
-0.045
-0.08
-0.125
-0.18
-0.245
-0.32
-0.404
-0.499
-0.603
-0.716
-0.838
-0.967
-1.105
-1.248
-1.396
-1.547
-1.699
-1.848
-2.125
-2.339
-2.437 1
1
1
1
1
0.999
0.997
0.994
0.989
0.98
0.967
0.946
0.917
0.876
0.821
0.747
0.652
0.529
0.374
0.181
-0.057
-0.692
-1.592
-2.821 Z (so với đáy
đài cọc,m )
0.0
-0.2
-0.3
-0.5
-0.6
-0.8
-1.0
-1.1
-1.3
-1.4
-1.6
-1.7
-1.9
-2.1
-2.2
-2.4
-2.5
-2.7
-2.9
-3.0
-3.2
-3.5
-3.8
-4.1 30.8
30.6
30.1
29.3
28.2
27.0
25.5
23.8
22.1
20.3
18.4
16.5
14.7
12.9
11.2
9.5
8.0
6.6
5.4
4.2
3.1
1.4
-0.1
-1.4 Ze( độ sâu quy
đổi tra bảng,m )
0
0
0
0.1
0
0.2
-0.001
0.3
-0.003
0.4
-0.008
0.5
-0.016
0.6
-0.03
0.7
-0.051
0.8
-0.082
0.9
-0.125
1
-0.183
1.1
-0.259
1.2
-0.356
1.3
-0.479
1.4
-0.63
1.5
-0.815
1.6
-1.036
1.7
-1.299
1.8
-1.608
1.9
-1.966
2
-2.849
2.2
-3.973
2.4
2.6
-5.355
Hình 2.11: Biều đồ lực cắt dọc thân cọc 0.0 -5.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0 -3.5 -4.0 -4.5 Trang 81 NHÓM MÓNG CỌC Bảng 2.18: Giá trị áp lực ngang 1 0 0 0 5000 A1 B1 C1 D1 k Z (độ sâu so
với đáy đài,m) Ze ( độ sâu quy
đổi tra bảng,m) 0 0.0 1 0.1 0.005 0 5000 1.86 0.1 -0.2 1 0.2 0.02 0.001 5000 3.58 0.2 -0.3 1 0.3 0.045 0.004 5000 5.13 0.3 -0.5 1 0.4 0.08 0.011 5000 6.50 0.4 -0.6 1 0.5 0.125 0.021 5000 7.67 0.5 -0.8 0.999 0.6 0.18 0.036 5000 8.62 0.6 -1.0 0.999 0.7 0.245 0.057 5000 9.36 0.7 -1.1 0.997 0.799 0.32 0.085 5000 9.89 0.8 -1.3 0.995 0.899 0.405 0.121 5000 10.21 0.9 -1.4 0.992 0.997 0.499 0.167 6620 13.74 1 -1.6 0.987 1.095 0.604 0.222 6620 13.68 1.1 -1.7 0.979 1.192 0.718 0.288 6620 13.39 1.2 -1.9 0.969 1.287 0.841 0.365 6620 12.93 1.3 -2.1 0.955 1.379 0.974 0.456 6620 12.32 1.4 -2.2 0.937 1.468 1.115 0.56 6620 11.60 1.5 -2.4 0.913 1.553 1.264 0.678 6620 10.76 1.6 -2.5 0.882 1.633 1.421 0.812 6620 9.86 1.7 -2.7 0.843 1.706 1.584 0.961 6620 8.94 1.8 -2.9 0.795 1.77 1.752 1.126 6620 8.05 1.9 -3.0 0.735 1.823 1.942 1.308 6200 6.19 2 -3.2 0.575 1.887 2.272 1.72 6200 5.40 2.2 -3.5 0.347 1.874 2.609 2.195 6200 4.61 2.4 -3.8 0.033 1.755 2.907 2.724 6200 4.62 2.6 -4.1 -0.385 1.49 3.128 3.288 6200 5.72 2.8 -4.4 -0.928 1.037 3.225 3.858 6200 7.84 3 -4.8 -2.928 -1.272 2.463 4.98 6200 19.63 3.5 -5.5 -5.854 -5.941 -0.927 4.548 6200 39.63 4 -6.3 Trang 82 NHÓM MÓNG CỌC Hình 2.12: Biểu đồ áp lực ngang 0.0 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 -1.0 -2.0 -3.0 -4.0 -5.0 -6.0 -7.0 D = 0.4 m < 0.6 m nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định đất nền quanh cọc Trang 83 NHÓM MÓNG CỌC2.2.7. TÍNH THÉP CHO ĐÀI MÓNG:
2 xi 2 yi
2 Pi(KN)
1201.46
1337.46
1060.04
1196.04
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
2.2.8.KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT NỀN DƯỚI MŨI CỌC VÀ ĐỘ
LÚN MÓNG CỌC:
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Lớp
φi (o)
φi×hi
hi
(m)
z
(m)
2
3.4
3.4
5
5
8.6
8.6
11
11
15
15
31.4
707.0316
24.05
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
e
g
n
ỗ
r
ố
s
ệ
H
Áp lực nén kN/m2
Z(m)
Độ
sâu
(m)
Độ
lún
(cm)
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
3.96
2.2.9. KIỂM TRA CỌC CHỊU CẨU LẮP:
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
2.2.10.ỨNG DỤNG SAP2000 KIỂM TRA CHUYỂN VỊ NGANG:
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
2.2.11. KIỂM TRA CỌC CHỊU TẢI NGANG (theo phụ lục G TCXD 205
1998):
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
2.2.12. TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG CỌC (theo TCXD 205 1998):
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
B3
A3
C3
D3
Mz
(kNm)
-36.84
-31.82
-26.86
-22.00
-17.37
-12.83
-8.53
-4.54
-0.74
2.72
5.79
8.66
11.25
13.51
15.45
18.23
18.59
19.81
20.75
21.55
22.13
22.86
22.77
22.82
33.19
20.89
13.70
-5.78
1
1
1
1
1
0.999
0.998
0.996
0.992
0.985
0.975
0.96
0.938
0.907
0.866
0.781
0.739
0.646
0.53
0.385
0.207
-0.271
-0.941
-1.877
-3.408
-4.688
-10.34
-17.919
Hình 2.10: Biểu đồ momen dọc thân cọc
Momen dọc thân cọc Mz (kNm)
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Lực cắt Qz (kN)
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
σz
(kPa)
0.00
GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Áp lực ngang (kPa)
