VÍ DỤ TÍNH TOÁN MÓNG CỌC NHỒI

II.2 Móng cọc khoan nhồi: Nếu dùng móng cọc khoan nhồi, có thể ñặt cọc lên lớp cát thô lẫn cụi sỏi, hoặc ñặt vào lớp cát hạt trung tuỳ thuộc vào tải trọng công trình và kích thước tiết

Kết quả khảo sát và xử lý số liệu xác ñược các ñặc trưng của các lớp ñất theo thứ tự

từ trên xuống như sau:

1 Lớp dất 1: sét pha, có chiều dày 4.5m

- Kết quả thí nghiệm SPT: N=12 búa/30 cm

- Độ sệt:

5,1124

5,1118WW

W-W

d nh d

-

=2,65

-Trọng lượng riêng ñẩy nổi: γ ñn=

e n

+

D

10)

165,2(

=

+

-(kN/m3)

- Môñun biến dạng: E=23 MPa>5MPa

ÒLớp 1 là lớp sét pha dẻo mềm có khả năng chịu tải lớn, tính năng xây dựng tốt Nhưng chiều dày lớp ñất khá mỏng nên không thích hợp làm nền móng cho công trình cao tầng

2 Lớp 2: cát pha, chiều dày 10.8 m

- Kết quả thí nghiệm SPT: N=25 búa/30 cm

-Độ sệt:

1825

1819WW

W-W

d nh d

-

=2,6

- Trọng lượng riêng ñẩy nổi: γ ñn=

e n

10)

16,2(





(kN/m3)

- Môñun biến dạng: E=14MPa>5MPa

ÒLớp 2 là cát pha dẻo có khả năng chịu tải trung bình, chiều dày lớp ñất tương ñối lớn.Có thể làm nền cho những công trình có tải trọng xuống móng trung bình

3 Lớp 3: cát bụi, chiều dày 8.6 m

- Kết quả thí nghiệm SPT: N=45 búa/30 cm

=2,63

5,18

)23.01,01(10.63,21W%)01,01.(

0,8 >e0 =0,7486>0,6 Òñất ở trạng thái chặt vừa

- Trọng lượng riêng ñẩy nổi: γ ñn=

e n

10)

163,2(





(kN/m3)

- Môñun biến dạng: E=10MPa>5MPa

Ò Lớp 3 là lớp cát bụi chặt v ừa có khả năng chịu tải yếu, tính năng xây dựng yếu Do ñó không thể làm nền cho công trình

4 Lớp 4: cát hạt trung, chiều dày 9.2 m

- Kết quả thí nghiệm SPT: N=70 búa/30 cm

)18.01,01(10.5,21W%)01,01.(

10)

15,2(





(kN/m3)

-Môñun biến dạng: E=40MPa>5MPa

ÒLớp 4 là lớp cát hạt trung, ở trạng thái chặt, tính năng xây dựng tốt Do ñó có thể làm nền cho công trình

5 Lớp 5: cát thô lẫn cụi sỏi, chiều dày 26.9 m và chưa kết thúc:

- Kết quả thí nghiệm SPT: N=105 búa/30 cm

10)

16,2(







(kN/m3)

- Môñun biến dạng: E=46MPa>5MPa

Ò Lớp 5 là lớp cát thô lẫn cụi sỏi ở trạng thái chặt, có khả năng chịu tải lớn, tính năng xây dựng tốt , chiều dày lớp ñất 26,9 m và chưa kết thúc trong phạm vi lỗ khoan 60 m

Do ñó sử dụng làm nền cho công trình là rất tốt

I.3 Điều kiện ñịa chất, thu v n:

Nước ngầm ở khu vực khảo sát dao ñộng tuỳ theo mùa Mực nước ngầm ổn ñịnh nằm cốt -10m so với cốt tự nhiên Do ñó nước ngầm ít ảnh hưởng ñến việc thi công phần ngầm công trình

+ Ưu ñiểm: giá thành rẽ, thích hợp với ñiều kiện xây chen, không gây chấn ñộng ñến các công trình xung quanh Dễ kiểm tra, chất lượng của từng ñoạn cọc ñược thử dưới lực ép Xác ñịnh ñược sức chịu tải của cọc qua lực ép cuối cùng

+ Nhược ñiểm: Kích thước và sức chịu tải của cọc bị hạn chế do tiết diện cọc, chiều dài cọc không có khả năng mở rộng và phát triển do thiết bị thi công cọc bị hạn chế hơn

so với các công nghệ khác, thời gian thi công kéo dài, hay gặp ñộ chối giả khi ñóng Với qui mô công trình lớn sẽ khó mà thực hiện ñược phương án cọc ép

II.2 Móng cọc khoan nhồi:

Nếu dùng móng cọc khoan nhồi, có thể ñặt cọc lên lớp cát thô lẫn cụi sỏi, hoặc ñặt vào lớp cát hạt trung tuỳ thuộc vào tải trọng công trình và kích thước tiết diện cọc

+ Ưu ñiểm:

- Có thể tạo ra những cọc có ñường kính lớn, do ñó sức chịu tải của cọc khá cao

- Do cách thi công, mặt bên của cọc nhồi thường sần sùi, do ñó ma sát giữa ñất

và cọc nói chung có trị số lớn hơn so với các loại cọc khác

- Tốn ít cốt thép vì không phải vận chuyển cọc

- Khi thi công không gây ra những chấn ñộng làm nguy hại ñến các công trình lân cận

- Nếu dùng cọc nhồi thì ñiều kiện mở rộng chân cọc ( nhằm tăng sức chịu tải của cọc ) tương ñối dễ dàng hơn

+ Nhược ñiểm:

- Giá thành cao

- Khó kiểm tra chất lượng cọc

- Thiết bị thi công tương ñối phức tạp

- Công trường dễ bị bẩn trong quá trình thi công

Ò Căn cứ vào tải trọng tác dụng truyền xuống móng, ñiều kiện ñịa chất và trên cơ sở phân tích những ưu, nhược ñiểm của các loại cọc ta chọn phương án móng cọc khoan nhồi thiết kế cho công trình

III THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI:

III.1 Các giả thiết tính toán:

Việc tính toán móng cọc ñài thấp dựa vào các giả thiết sau:

+ Tải trọng ngang hoàn toàn do các lớp ñất từ ñáy ñài trở lên tiếp nhận

+ Sức chịu tải của cọc trong móng ñược xác ñịnh như ñối với cọc ñơn ñứng riêng

rẽ, không kể ñến ảnh hưởng của nhóm cọc

+ Tải trọng của công trình truyền xuống cọc ,rồi xuống nền ñất dưới mũi cọc thông qua ñài cọc Do ñó bỏ qua sự làm việc của ñất ngay dưới ñài cọc

+ Khi kiểm tra cường ñộ của nền ñất và khi xác ñịnh ñộ lún của móng cọc thì ta coi móng cọc như một móng khối qui ước bao gồm cọc, ñài cọc, và phần ñất giữa các cọc + Vì việc tính toán móng khối qui ước giống như tính toán móng nông trên nền thiên nhiên (bỏ qua ma sát ở mặt bên móng) cho nên trị số mômen của tải trọng ngoài tại ñáy móng khối qui ước ñược lấy gần ñúng bằng trị số mômen của tải trọng ngoài so với cao trình ñáy ñài

+ Đài cọc xem như tuyệt ñối cứng

Cách xuất nội lực chân vách từ Sap như sau:

+ Chọn ñồng thời tất cả các tấm Shell dưới cùng và các nút tại chân vách : Vào Assign/Assign to Group/Add New Group/ Đặt tên/OK

+ Sau ñó vào: Define/Section Cuts/Add Section Cut/Đặt tên, trong ñó mục:Section Cuts:Lựa chon Group ñã ñặt tên ở trước, mục: Section Cut Result Type chon:Analysis(F1,F2,F3,M1,M2,M3), mục:Result Reported at this Location:Mặc ñịnh là ở tâm nhóm lõi

+ Để xuất kết quả tổng hợp lực trên:

Vào Display/ShowTables/AnalaysicResults/StructureOutput/Other Output Section Forces-Analysis

+ Các giá trị (F1,F2,F3,M1,M2,M3) tương ứng QX, QY, N, MX, MY, MZ

Do khi tính toán khung dùng tải trọng tính toán nên nội lực trong khung là nội lực tính toán Để ñơn giản, nội lực tiêu chuẩn có thể ñược suy ra từ nội lực tính toán như sau:

15,1

tt

Với 1,15: hệ số vượt tải trung bình

Tải trọng tính móng ghi ở bảng phía dưới

Tải trọng tính toán Tải trọng tiêu chuẩn Móng N

(kN)

Mx (kN.m)

My (kN.m)

Qx (kN)

Qy (kN)

N (kN)

Mx (kN.m)

My (kN.m)

Qx (kN)

Qy (kN) M1 11549.02 15.737 5161.77 488.879 7.518 10042.6 13.684 4488.498 425.112 6.537 M2 11357.31 29.701 5432.53 316.527 0.461 9875.92 25.827 4723.943 275.241 0.401

IV.THIẾT KẾ MÓNG VÁCH M1:

IV.1 Chọn vật liệu:

+ Bê tông cọc ,và ñài cọc cấp bền B25 có Rb=14,5(Mpa); Rbt=1,05(Mpa)

+ Cốt thép dùng CII: Rs=Rsc =280 (Mpa); Rsw=225(Mpa)

IV 2 Chọn kích thước cọc, chiều sâu ñặt ñáy ñài:

Công trình có một tầng hầm, cốt thô của tầng hầm là -2.45m Mặt trên của ñài cọc cùng cốt với mặt trên của sàn tầng hầm

Chọn chiều cao ñài cọc là 2m Do ñó cao trình ñáy ñài là –(2.45+2)= - 4.45m

Dựa vào ñiều kiện ñịa chất công trình, tải trọng tác dụng xuống móng ta chọn kích thước cọc: ñường kính D=1m, chiều dài toàn bộ cọc là L=33 m

Khi thi công xong cọc phải ñập ñầu cọc do chất lượng bêtông ñầu cọc kém và ñể neo cốt thép ,mặt khác phải ngàm cọc vào ñài một ñoạn 20cm.Vì vậy tổng chiều dài ñoạn cọc ngàm trong ñài là 2m.Do ñó chiều dài tính toán của cọc là Llv=33-2-0,2)=30,8m (0,2m là chiều dày lớp bêtông lót)

Như vậy cọc cắm vào lớp ñất cát thô là 2,35m

Cốt thép dọc trong cọc có hàm lượng không nhỏ hơn 0,4% - 0,65% (theo TCXD 205-1998) Chọn hàm lượng thép dọc là 0,7% Do ñó diện tích cốt thép dọc là :

As = 0,007 7850 = 54,95 (cm2) Chọn 15f22 ,có As = 57,015(cm2)

IV.3 Tính sức chịu tải của cọc:

Vì cọc cắm vào lớp ñất cát thô có môñun tổng biến dạng E =46(Mpa) <50(Mpa) nên là cọc ma sát

1 Sức chịu tải của cọc theo ñộ bền vật liệu làm cọc:

Rb - cường ñộ chịu nén của bêtông cọc, Rb = 14,5(Mpa)=145( daN/cm2)

Ab - diện tích tiết diện cọc, Ab = 7850c m2

Rs - cường ñộ tính toán cốt thép, Rs = 280(Mpa) = 2800( daN/cm2)

Ns :chỉ số xuyên tiêu chuẩn trung bình trong các lớp ñất dính ;Ns = 25

Ap =0,785(m2) :diện tích tiết diện mũi cọc

Lc:chiều dài cọc xuyên qua lớp ñất rời

Lc = 8,6+9,2+2,35 =20,15 (m)

Ls:chi u dài cọc xuyên qua lớp ñất dính , Ls = 10,65m

=3,14(m) :chu vi tiết diện cọc

Wp :hiệu số giữa trọng lượng cọc và trọng lượng ñất nền do cọc thay thế

Ta có : Gcọc = Ap.(Lc+Ls).2,5 =0,785.(20,15+10,65).25=60,4(kN)

Gñất = A p γi.h i=0,785.(5, 35.19, 2 5,3.9,93 8, 6.9,32 9, 2.9,92 2,35.10, 78    ) = 276,4(kN)

ÒWp = 604,45 – 276,4 =328,1(kN) =32,81(tấn)

*Vậy :Q a 1,5.60.0, 785 (0,15.63, 41.20,15 0, 43.25.10, 65).3,14 32,81   =344 (tấn)

=3440(kN)

b.)Tính theo phương pháp tra bảng thống kê:

Sức chịu tải của cọc tính theo công thức:

tc tk at

P P K



Trong ñó :

Ptc =m q F +u.R m c m f l f si i :là khả năng chịu tải của cọc khi chưa kể hệ số an toàn

Ka = 1,75 :hệ số an toàn

mR :hệ số ñiều kiện làm việc của ñất tại mũi cọc ,lấy 0,7 cho ñất sét , 1 cho ñất cát

mf :hệ số ñiều kiện làm việc của ñất bên hông cọc (=0,6)

fsi :ma sát giới hạn trung bình của ñất quanh cọc

Fc :diện tích tiết diện cọc

U: chu vi ngoài của tiết diện cọc , u = P D =3,14.1 = 3,14(m)

li: Chiều dày lớp ñất phân tố thứ i (li £ 2m)

qm :sức chống ñơn vị của ñất tại mũi cọc,ñược xác ñịnh theo công thức:

γ’ , γ1 :dung trọng của ñất dưới và trên mũi cọc

L ,D :Chiều dài và ñường kính cọc

,,A0k , B0k :các hệ số phụ thuộc vào góc ma sát ϕ của ñất ở mũi cọc(ϕ=390)

+ Để tính ,ta chia nền ñất trong chiều sâu cọc xuyên qua thành các lớp ñất phân

P P K

Trong ñó :

N0tt :lực dọc tính toán tai mặt móng

γtb : trọng lượng trung bình của ñất và ñài cọc

h :chiều cao ñài cọc

n : hệ số ñộ tin cậy của ñất và bêtông

P P

β :hệ số kể ñến ảnh hưởng của mômen làm tăng tải lên cọc

Chọn 5 cọc, và bố trí như hình vẽ dưới ñây

8000

* Sau khi bố trí cọc ta xác ñịnh ñược diện tích thực tế của ñái cọc :

Fñ=8 x5=40 (m2)

IV.5 Kiểm tra chiều sâu chôn ñài:

Để ñảm bảo cọc làm việc như móng cọc ñài thấp thì chiều sâu chôn ñài phải thoả ñiều kiện: hm ≥0.7.hmin

j=25o: góc nội ma sát của lớp ñất từ ñáy ñài trở lên

γ =21,5(kN/m3) : dung trọng của lớp ñất từ ñáy ñài trở lên

H :lực xô ngang tác dụng lên ñài cọc

b :cạnh ñáy ñài vuông góc với lực xô ngang

Ta thấy ,theo phương cạnh X có ñồng thời lực xô ngang lớn hơn ,và cạnh b nhỏ hơn so với phương cạnh y ,do ñó chỉ cần tính theo phương cạnh X

IV.6 Kiểm tra tải trọng tác d ng lên cọc:

- Trọng lượng tính toán của ñài và ñất ñắp trên ñài theo diện tích ñáy ñài thực tế:

N N

Vậy :cọc ñủ khả măng chịu tải và không bị nhổ

IV.7 Kiểm tra nền ñất tại mặt phẳng mũi cọc

Giả thiết coi ñài cọc, cọc và phần ñất giữa các cọc tạo thành móng khối qui ước

Diện tích ñáy móng khối qui ước xác ñịnh theo công thức: Fqư=Aqư.Bqư.

ÒAqư =7 + 2.30,8.tg6,8250 =14,373(m)

Bqư =4 + 2.30,8.tg6,8250 =11,373(m)

Ò Fqư=14,373 11,373 = 163,464(m2)

Xác ñịnh trọng lượng của móng khối qui ước:

+ Trọng lượng của ñài cọc và phần ñất từ ñáy ñài trở lên:

+Tổng trọng lượng ñất do cọc chiếm chỗ:

P4 = Fc.∑li.γi =0,785.(5, 35.19, 2 5,3.9,93 8, 6.9,32 9, 2.9,92 2,35.10, 78    ) = 276,4(kN)

(trong ñó các lớp ñất nằm dưới mực nước ngầm dùng γñn)

→Trọng lượng móng khối qui ước:

Gqư = P1 + P2+ P2 - P4 =7192,4+ 302,3 + 57555,3 – 276,4 =64773,5(kN)

- Lực dọc tiêu chuẩn xác ñịnh ñến ñáy móng khối qui ước;

Ntc= 

tc o

N Gqư=10042,6 +64773,5=74816,1(kN)

- Độ lệch tâm theo trục X,Y:

74816,1

tc y

tc x

γII =10,78(kn/m3) :dung trọng của ñất ngay tại ñáy móng khối quy ước

γI (kn/m3) :dung trọng trung bình của ñất từ ñáy móng khối quy ước trở lên

C =20(kN/m2) :lực dính ñơn vị tiêu chuẩn của ñất ngay tại ñáy móng

Các hệ số A ;B ;D :phụ thuộc vào góc ma sát trong ϕtc của ñất ngay tại ñáy móng Tra bảng 3.2-Hướng dẫn ñồ án nền móng –Gs.Nguyễn Văn Quảng ,với ϕtc = 390 ta ñược :A =2,28 ;B=10,1 ;D =11,26

R =1,2.1493,6 =1792,32(kN/m2)Òthoả Vậy :Nền ñất dưới mũi cọc thoả ñiều kiện hạn chế vùng biến dạng dẻo Z ≤Bqư/4

IV.8 Kiểm tra lún cho móng cọc khoan nhồi:

Việc kiểm tra lún cho móng cọc khoan nhồi ñược tiến hành thông qua việc kiểm tra lún của móng khối qui ước

- Áp lực do trọng lượng bản thân tại mặt phẳng ñáy móng khối quy ước:

H = 33(m) :chiều sâu ñáy móng khối quy ước so với cốt mặt ñài cọc

- Xác ñịnh ñộ lún của móng bằng phương pháp cộng lún từng lớp ,các bước thực hiện như sau:

+ Chia nền ñất dưới ñáy móng khối qui ước thành các lớp ñất phân tố có chiều dày hi≤Bqư/5=11,373/5=2,275 (m) Chọn hi=2m

+ Vẽ biểu ñồ ứng suất do trọng lượng bản thân của ñất gây ra

Vì lớp ñất nằm dưới mực nước ngầm nên dùng giá trị γñn.

+ Vẽ biểu ñồ ứng suất do tải trọng gây lún gây ra

Do ñó ta xem nền ñất dới mũi cọc không bị lún (S=0)

*Vậy :Độ lún tuyệt ñối của móng M1 ñảm bảo S<[ ]S =8cm

IV.9 Tính toán và cấu tạo ñài cọc:

1 Kiểm tra ñài theo ñiều kiện chọc thủng:

Chọn chiều dài ñoạn cọc ngàm vào ñài là 0,2m Do ñó chiều cao làm việc của ñài là

h0=2–0,2 =1,8m

Với cách bố trí cọc như trên ,vễ tháp chọc thủng thì ta thấy ñài cọc chỉ có thể bị phá hoại chọc thủng với mặt phẳng nghiêng của tháp xuất phát từ chân vách và ñi qua mép trong của cọc biên (ứng góc chọc thủng nghiêng so với phương ñứng là 25,30).Do ñó ta ñi kiểm tra khả năng chịu chọc thủng của ñài theo lăng thể chọc thủng có mặt phẳng nghiêng ñó

N = 8852,02≤ α.Rbt.um.h0

2

/C = 1.1050.14.1,82/0,85 =56032,9(kN) Òtho Trong ñó : α =1 ,ñối với bêtông nặng

C =0,85(m) :khoảng cách theo phương ngang tính từ mép chân vách ñến mép trong của cọc biên

Vậy ñài không bị phá hoại chọc thủng

.Tính toán cốt thép cho ñài cọc:

Để tính toán cốt thép chịu uốn cho ñài cọc ta xem ñài cọc như một bản công xôn ngàm tại các tiết diện mép chân vách và chịu tác dụng của phản lực ñầu cọc

Diện tích cốt thép yêu cầu theo một phương :

tt s

s 0

M

A =0,9.R h

Với Mtt :là mômen tính toán tại tiết diện ñang

xét

h0 :chiều cao làm việc khi chịu uốn của ñài

* Tính cốt thép cho tiết diện I-I:

- Mômen tương ứng với mặt ngàm I-I:

Với 40 là lớp bêtông bảo vệ

Chiều dài mỗi thanh thép là 4920(mm)

* Tính cốt thép cho tiết diện II-II:

1000 3000 3000 1000

- Mômen tương ứng với mặt ngàm II-II:

- Cốt thép chịu MttII-II phía trên.Chọn a=23 cm ,Òh0 = 177(cm)

Diện tích cốt thép yêu cầu là :

tt II-II s

Vậy ,ta có sức chịu tải thiết kế của cọc là : PTK =3440(kN)

Trong ñó :N0tt :lực dọc tính toán tai mặt móng

γtb : trọng lượng trung bình của ñất và ñài cọc

h :chiều cao ñài cọc

n : hệ số ñộ tin cậy của ñất và bêtông

P P

β :hệ số kể ñến ảnh hưởng của mômen làm tăng tải lên cọc

Chọn 5 cọc, và bố trí như hình vẽ dưới ñây

* Sau khi bố trí cọc ta xác ñịnh ñược diện tích thực tế của ñái cọc :

Fñ=8 x5=40 (m2)

.2 Kiểm tra chiều sâu chôn ñài:

Điều kiện ñể móng làm việc như móng cọc ñài thấp là: hm ≥0.7.hmin

ϕ=25o: góc nội ma sát của lớp ñất từ ñáy ñài trở lên

γ =21,5(kN/m3) : dung trọng của lớp ñất từ ñáy ñài trở lên

H :lực xô ngang tác dụng lên ñài cọc

b :cạnh ñáy ñài vuông góc với lực xô ngang

Ta thấy ,theo phương cạnh X có ñồng thời lực xô ngang lớn hơn ,và cạnh b nhỏ hơn so với phương cạnh y ,do ñó chỉ cần tính theo phương cạnh X

Ò b = 5m

H= Qx = 316,527(kN)

Vì lực xô ngang H nhỏ hơn lực xô ngang của móng M1 ,nên chiều sâu chôn ñài ñược ñảm bảo

V.3 Kiểm tra tải trọng tác d ng lên cọc:

- Trọng lượng tính toán của ñài và ñất ñắp trên ñài theo diện tích ñáy ñài thực tế:

N N

- Vì móng chịu tải lệch tâm theo hai phương tải trọng dọc trục tác dụng lên cọc là: