thiết kế móng cọc

thiết kế móng cọc

THUYẾT MINH THIẾT KẾ MÓNG CỌC

I TỔ HỢP TẢI TRỌNG

Ta tính các thành phần nội lực tại mặt đất tự nhiên do các tải trọng gây ra

Các lực tác dụng

- Tĩnh tải tác dụng lên đỉnh cột : Pa = 285 (KN)

- Hoạt tải gió tại đỉnh cột : Pg = 32,8 (KN)

- Lực hãm cầu trục ngang : Tc1 = 2,5 (KN)

- Lực hãm cầu trục dọc : Pc2 = 2,0 (KN)

- Tải trọng cầu trục : Pc = 311 (KN)

- Tải trọng bản thân cột G = 25.0,5.0,3.9.1,1

= 37,13 (KN)

Tổ hợp N0tt

(KN)

tt x

Q0

(KN)

tt y

(KN)

tt x

(KNm)

tt y

(KNm)

Tổ hợp nguy hiểm nhất : Pa +Pc +G +Pg + Tc2

tt

N0 = 633,13 (KN)

tt x

y

tt x

y

M0 = 450,700(KNm)

II XỬ LÍ SỐ LIỆU.

Số liệu địa chất :

STT Sốhiệu

Độdà y

W



C (KN/m 3 ) q

a Lớp 1

- Chỉ số dẻo : A = Wnh - Wd = 45,5% - 23,7% = 21,8% > 17%, đất này là đất sét

- Độ đặc : B = 0 , 821

8 , 21

7 , 23 6 , 41









A

W

0,75 < B < 1 , đất ở trạng thái dẻo sệt

- Hệ số rỗng :

8 , 17

416 , 0 1 10 69 , 2 1

1

w

n W e





b Lớp 2

- Chỉ số dẻo : A = Wnh - Wd = 35,4% - 22,9% = 12,5%; 7%<A< 17%, đất này là đất sét pha

- Độ đặc : B = 0 , 448

5 , 12

9 , 22 5 , 28









A

W

0,25 < B < 0,5 , đất ở trạng thái dẻo

- Hệ số rỗng :

5 , 12

285 , 0 1 10 7 , 2 1

1

w

n W e





500 30

Pc

0.0m

+9,0m

+6,9m

G

Pg Pa

Tc2

y x

c Lớp 3

Thành phần hạt :

d

(mm) > 2 2 - 1 1 - 0,5 0,250,5- 0,25-0,1 0,050,1- 0,05-0,01 0,01-0,002 <0,002

- % hạt đường kính  0,1mm = 0,5 + 2 + 20 + 28,5 = 80% < 70%, đất là cát bụi

- Xuyên tiêu chuẩn N = 12 thuộc khoảng (10 , 29) , nên ở trạng thái chặt vừa

Lớp đất 1 là đất cát chặt vừa

- N  29  10 ứng với e  0 , 55  0 , 7 , với N = 12 thì

e 0 = ( 29 10 ) 0 , 833

10 29

55 , 0 7 , 0 7 ,







- Dung trọng tự nhiên :

833 , 0 1

10 64 , 2 1



e

n w



-Môđun biên dạng :

Eo = o q c  2 4600  9200(KN/m2) Với cát bụi chặt vừa, chọn 0  1 , 5  2, ta chọn 0  2

-góc ma sát :

Trị số SPT N =12   = 35,5o

d Lớp 4

Thành phần hạt :

d

(mm) > 10 10 -5 5 - 2 2 -1 1-0,5 0,250,5- 0,25-0,1 0,1-0,05 0,05 -0,01

- % hạt đường kính  2mm = 1 +7,5+ 21=29,5 % >25%, đất là sỏi sạn

- Xuyên tiêu chuẩn N = 12 thuộc khoảng (30 , 50) , nên ở trạng thái chặt

Lớp đất 1 là sỏi sạn trạng thái chặt

- N  50  30 ứng với e  0  , 0 , 55 , với N = 37 thì

e0 = ( 37 30 ) 0 , 53075

20

55 , 0 55 ,

- Dung trọng tự nhiên :

53075 , 0 1

10 64 , 2 1



e

n w



-Góc ma sát :

Trị số SPT N =37   = 41,75o

Mặt cắt địa chất

2

1

2

3

4

III PHƯƠNG ÁN MÓNG

Lớp đất 1 là đất sét dẻo sệt , c, qc , N đều rất nhỏ, lớp đất 2 thì tố hơn nhưng vẫn còn yếu, lớp đất 3 là cát bụi chặt vừa, là lớp đất tốt, còn lớp 4 là sỏi sạn – chặt, là lớp đất rất tốt Do đó ta có thể chọn 2 phương án móng :

- Phương án 1 : Đài cọc đặt trong lớp 1, cọc xuyên qua lớp 1,2 và đặt chân cọc trong lớp 3

- Phương án 2 : Giống phương án 1 nhưng tăng thêm chiều dài cọc để xuyên qua hết lớp đất

3 để mũi cọc đến lớp đất tốt là lớp sỏi sạn

IV THIẾT KẾ

Thiết kế theo Phương án 1

1 Chiều sâu đài cọc

hm > 0,7

d

p B K

Q



Q = Qx = 32,8 KN

Kp = tg2 45 )

2





= tg2 45 )

2

' 55 5 ( 0  0 = 1,23

 = w1 =17,8 KN/m3 Giả thiết chiều rộng đài cọc bđ = 1,5m

hm > 0,7 17,8.321,23,8.1,5 = 0,7 m

Chọn hm = 1,1m, lớp bê tông dưới đế móng dày 0,1m

2 Chọn cọc

Đất sét dẻo sệt; e0 = 1,14

w

 = 17,8 KN/m3, W = 41,6%

c = 13 KN/m2

;  = 5o55’

Đất sét pha, trạng thái dẻo

w

 = 18,6 KN/m3, w = 28,5 % 0

e = 0,865  = 13o25’

c = 19 KN/m2

Cát bụi – chặt vừa

w

 = 17,2 KN/m3, w = 19,2%

0

e = 0,833;  = 35,5o

Đất sỏi sạn – chặt;w =22,3KN/

m3;

W = 15%; e0 = 0,8105; =

Chọn cọc dài 10m tiết diện 300 x300, thép 4 14 AI, BT#250, được hạ bằng búa Diensel không khoan dẫn Sau khi đóng cọc đập bể đầu cọc để chìa ra 0,4m thép leo vào đài cọc, vì cọc chịu mômen lớn nên chôn cọc vào đài cọc 0,1m Trên thân cọc có 2 móc thép để móng thép trong quá trình vận chuyển dũng như thi công, 2 móc này đặt ở 2 đầu các 1 đầu cọc 1 đọan

¼ chiều dài cọc

3 Xách định sức chịu tải của cọc

a) Theo vật liệu làm cọc

- Chịu nén

Pv = (RnFb + RaFa) = 1(11000.0,09 + 2,3.105 6,15 10-4) = 1131,45(KN)

Trong đó : Cọc không xuyên qua lớp bùn  = 1

BT#250 : Rn = 11000KN/m2 Cọc 300x300 : Fb =0,09m2 Thép AI : Ra = 2,3.105 KN/m2

4 14 : Fa = 6,15 10-4 m2

- Khả năng chịu uốn của cọc:

a = 4 m  h0 = 0,3 – 0,04 = 0,26 m

0

bh

R

F R

n

a a

= 211000.0,3.,3.105.6,15.0,2610-4 = 0,165 < 0.58

A =  (1 – 0,5 ) = 0,165(1 – 0,5 0,165) = 0,151

 = 0,5(1 + 1  2A = 0,5(1 + 1  2 0 , 151) = 0,9176

[ M ] =  RaFah0 = 0,9176 2,3.105 6,15 10-4.0,26 = 33,74 (KNm)

- Kiểm tra chịu uốn khi cẩu lắp

q = F kd = 25.0,09 2 = 4,5 (KN/m)

MA = MB =

2

6 , 1 2

q

=

2

6 , 1 5 ,

= 5,76(KNm)

MC =

8

5

2

8

3 , 3 5 ,

- 5,76 = 0,37 (KNm)

- Khi dựng để đưa cọc vào vị trí móng:

MB =

2

5 , 2 2

q

= 2

6 , 1 5 ,

= 5,76 < [ M]

MC =

8

9 , 4

2

q

- 2

1

MB =

8

9 , 4 5 ,

- 2

1 5,76 = 10,63 < [ M]

- Chịu kéo nếu cọc chịu nhổ

Pk = RaFa = 230000.6,15.10-4= 141,45 (KN)

b) Trọng nén của cọc masát, theo kết quả thí nghiệm đất trong phòng

4

Q

q

1600 3300 16002500

C B

3 2

1

Pđ = m(mRRF + u



6

1

i

i

fi f l

Cọc vuông : m = 1

Đóng bằng búa Diensel: mR, mfi = 1

Ơû độ sâu z = 13,3m trong đất sỏi sạn chặt thì sức kháng mũi cọc R = 9708 (KPa)

F = 0,3.0,3 = 0,09 (m2)

u = 0,3.4 (m)

Lớp IL Zi (m) mfi Hi (m)

6 Cát bụi 10,00 34,00 2,0

7 Cát bụi 12,00 35,6 2,0

8 Sỏi sạn 13,3 69,62 0,6

Pđ = 9708.0,09 + 1,2(4,24.1,4 + 5,39.1,4 + 26,9.1,5 + 28,31.1,5 +

29,84.2 + 34.2 + 35,5.2 + 69,62.0,6)

= 1278 (KN)

c) Sức chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn SPT

P = mNF + nN Fs

Cọc đóng: m = 400, n = 2

Chân cọc ở lớp 4 có N = 37

Trị số SPT trung bình: N = 2831237 = 14,75

F = 0,3.0,3 = 0,09 m2

Fs : diện tích xung quanh cọc, Fs = (2,8 + 5 + 4 + 0,6).0,3.4 = 14,88(m2)

P = 400.37.0,09 + 2.14,75.14,88 = 1770,96 (KN)

Sức chịu tải cho phép :

P’ =

4

P

=

4

96 , 1770

= 442,74 (KN)

d) Sức chịu tải của cọc theo kết quả của thí nghiệm xuyên tĩnh

- Lớp sét dẻo sệt:  = 30; qs =



c

q

= 21030 = 7 (KPa)

- Lớp sét pha dẻo :  = 30; qs =



c

q

= 30

1800 = 60 (KPa)

- Lớp cát bụi chặt vừa:  = 150; qs =



c

q

= 80

4600 = 57,5 (KPa)

- Lớp sỏi sạn – chặt :  = 60; qs =



c

q

= 190060 = 31,67 (KPa)

k = 0,4 ; qp = kqc = 0,4.1900 = 760 (KPa)

- F = 0,3.0,3 = 0,09 m2

; u = 0,3.4 = 1,2 Sức cản a5i của cọc :

PX’ = qp F + uq si h i

= 760 0,09 + 1,2(7.2,8 + 60.5 + 57,5.4 + 0,6.31,67) = 750,72 (KPa)

Tải trọng cho phép tác dụng xuống cọc :

PX =

3

mui

P

+ 2

xq

P

=

3

0,09 760.

+

2

0,6.31,67) 57,5.4

60.5 1,2(7.2,8  

= 363,96(KPa)

( Theo 20TCN112 - 84 và 20 TCN174 -89 )

Kết luận : sức chịu tải của cọc là giá trị nhỏ nhất trong các giá trị trên

[ P ] = PX = 363 (KPa)

4 Xác định số lượng cọc và bố trí cọc.

Aùp lực tính toán do phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài :

Ptt = ( d3 ) 2

P

= ( 3 0 , 3 ) 2

363

= 448,15 (KPa) Diện tích sơ bộ của đáy đế đài :

Fđ =

hn P

N

tb tt

tt





0 = 448,15633 22,13.1,1.1,1 = 1,50 (m2) Trọng lượng của đài và đất trên đài :

tt d

N = nFđ htb= 1,1.1,50.1,1 22 = 39,93 (KN)

Lực tính toán tác dụng đến cốt đáy đài :

Ntt = N0tt + tt

d

N = 633,13 + 39,93 = 673,06 (KN) Số lượng cọc sơ bộ :

nc =  N P tt = 673,06363 = 1,85

Tải trọng lệch tâm lớn chọn số cọc là nc' = 4, khoảng cách giữa các tim cọc theo phương cạnh dài là 1,2m và theo phương cạnh ngắn là 0,9

Bố trí như hình vẽ :

6

3

2 1

250 1200 250

500

4

Trọng lượng tính toán của đài và đất trên đài :

tt d

N = nFđ htb= 1,1.1,7.1,4.1,1 22 = 63,36 (KN)

Lực dọc tính toán xách định đến cốt đáy đài :

Ntt = N0tt + tt

d

N = 633,13 + 63,36 = 696,49 (KN) Mômen tính toán xác định đến trọng tâm tiết diện các cọc tại đáy đài:

tt x

x

oy

Q h = 13,8 + 2.1,1 = 16 (KNm)

tt y

y

ox

Q h = 450,7 + 32,8.1,1 = 486,78 (KNm) Lực truyền xuống các cọc :

P1 = '

c

tt

n

N

+

max

i

tt x

y

y M

+

max

i

tt y

x

x M

=

4

49 , 696

+ 4 0 , 45 2

45 , 0 16

+ 4 1 , 2 2

2 , 1 78 , 486

= 284,42(KN)

P2 = '

c

tt

n

N

-

max

i

tt x

y

y M

+

max

i

tt y

x

x M

= 7416,21 - 6 0 , 45 2

45 , 0 16

+ 4 1 , 2 2

2 , 1 78 , 486

= 266,65(KN)

P3 = '

c

tt

n

N

+

max

i

tt x

y

y M

-

tt y

x

x

M max

= 7216,91 + 6 0 , 45 2

45 , 0 16

- 4 1 , 2 2

2 , 1 78 , 486

= 81,60(KN)

P4 = '

c

tt

n

N

-

max

i

tt x

y

y M

-

max

i

tt y

x

x M

=

6

21 , 741

- 6 0 , 45 2

45 , 0 16

- 4 1 , 2 2

2 , 1 78 , 486

= 63,82(KN)

Trọng lượng bản thân của cọc (kể từ đáy đài đến mũi cọc)

Gc = nFl = 1,1.0,09.12,4.25 = 30,69 (KN)

Ta có :

Pmax = P1 = 284,42 (KN)

Pmax + Gc = 284,42 + 30,49 = 315,11 < [ P ] = 363 (KN)

Pmin = P4 = 63,82 (KN) > 0 Không cần kiểm tra theo điều kiện chống nhổ

5 Tính toán độ bền của móng

Chọn chiều cao đài móng :

hm = 700mm

 h0 = 700 – 100 = 600(mm)

Vẽ mặt đâm thủng, mặt này hình

thành từ chân cột, xiên góc 450, ta

thấy mặt này phủ ra ngoài phạm 2

trục của cọc 1,2 Do đó móng dã đảm

bảo diều kiện dâm thủng mà không

cần kiểm tra

Chiều dày lớp đất phủ lên móng

là :1100 - 700 = 400 (mm)

Mô men tương ứng với mặt ngàm

I – I :

MI = r1( P1 + P2 )

= 0,35(284,42 + 266,65 )

= 192,87 (KNm)

Mô men tương ứng với mặt ngàm

II – II :

MII = r2( P1 + P3)

= 0,3(284,42 + 81,60)

= 109,81 (KNm)

Thép trong đài theo phương cạnh dài :

FIa =

a

R

0

I 0,9h

M

= 0,9.0,6 2 8.10 4

192,87

= 0,0012756 (m2) = 12,756 (cm2) Chọn 9 14a170, Fa = 13,580 cm2

Thép trong đài theo phương cạnh ngắn :

FIa =

a

R

0

II 0,9h

M

= 0,9.0,6 2 8.10 4

109,81

=7,263.10-4 ( m2) = 7,263(cm2) Chọn 7 12a270, Fa =7,910 cm2

6 Kiểm tra nền móng theo điều kiện biến dạng.

Tải tiêu chuẩn tác dụng lên móng tại cốt nền tự nhiên :

tc

N0 =

n

N tt

0 = 6331,1,13 = 575,57(KN)

tc x

n

M tt x

0 = 131,1,8 = 12,55(KNm)

tc y

n

M tt y

0 = 4501,1,7 = 409,73(KNm)

tc x

Q0 =

n

Q tt

x = 321,1,8 = 29,82(KN)

8

250 1200

I

I

2 4

1 3

00 ho

500

250 r1=350

y

n

Q tt y

0 = 12,1 = 1,82 (KN)

Aùp lực tiêu chuẩn ở đáy khối qui ước :

M

tc y

M M

tc x

M M

tc

BL

M L

B

M L

B

N



Pmax = 388,35 (KPa)

Móng cọc ma sát cùng với đất xung quanh tạo lên khối móng qui ước:

tb

 =

3 2 1

3 3 2 2 1 1

h h h

h h

h







 



= 5 55'.2,8 132o,25'.58 5 354 ,50,.64 41,75 .0,6











o

= 15,89o

4

bt



= 3,97o Chiều dài móng quy ước :

LM = 1,2 + 0,3 + 2( 2,8 + 5 + 4 + 0,6 ) tg3,970 = 3,22 (m)

Chiều rộng móng qui ước :

BM = 0,9 + 0,3 + 2 ( 2,8 + 5 + 4 + 0,6 ) tg3,970

= 2,92 (m) Chiều cao của khối móng qui ước :

HM = 4 + 5 + 4 + 0,6 = 13,6 (m)

Trọng lượng của khối móng qui ước bao gồm

- Trọng lượng đế đài và đất trên đế đài :

tc

N1 = LMBMhtb = 3,22.2,92.1,2.22 = 248,22 (KN)

- Trọng lượng đất sét dẻo sệt trong khỏang 2,8m từ đáy đế đài đến đáy lớp sét dẻo sệt là:

tc

N2 = ( 3,22.2,92– 4.0,3.0,3).2,8.17,8 = 450,67 (KN)

- Trọng lượng của đất sét dẻo dày 5m :

1

2

3

4

60 0 1 2

2 1

w

 = 22,3KN/m3

c = 0;  = 41,75o

w

 = 17,2 KN/

m3

c = 0 (KN/m2)

 = 35,5o ;

w

 = 18,6 KN/

m3

 = 13o25’

w

 = 17,8 KN/

m3

 = 5o55’

N3 ( 3,22.2,92– 4.0,3.0,3).5.18,6 = 840,94 (KN)

- Trọng lượng của đất cát bụi dày 4m :

tc

N4 = ( 3,22.2,92– 4.0,3.0,3).4.17,2 = 622,12 (KN)

- Trọng lượng của đất sỏi sạn dày 0,6m :

tc

N4 = ( 3,22.2,92– 4.0,3.0,3).0,6.22,3 = 120,99 (KN)

- Trọng lượng của các cọc dài (2,8 + 5 + 4 + 0,6 )m trong phạm vi các lớp đất :

tc

N5 = 0,3.0,3 (2,8 + 5 + 4 + 0,6).25 = 27,90 (KN) Trọng lượng của móng qui ước :

tc

qu

N = N1tc + N2tc + N3tc + N4tc + N5tc

= 248,22 + 450,67 + 840,94 + 622,12 + 120,99 + 27,90 = 2310,84 (KN)

Trị tiêu chuẩn xác định đến đáy khối qui ước :

tc

qu

N = 575,57 + 2310,84 = 2886,41 (KN)

tc

x

x

y

Q HM = 12,55+ 1,82.13,6 = 37,30 (KNm)

tc

y

y

x

Q HM = 409,73+ 29,82.13,6 = 815,28 (KNm) Aùp lực tiêu chuẩn ở đáy khối qui ước :

Pmax,min = 62 6 2

M

tc y

M M

tc x

M M

tc

BL

M L

B

M L

B

N



28 , 815 6 22 , 3 92 , 2

30 , 37 6 22 , 3 92 , 2

41 , 2886



Pmax = 476,46 (KPa)

Pmin = 137,51 (KPa)

Ptb = 306,98 (KPa)

Cường độ chịu tải tiêu chuẩn của đất nền dưới đáy móng qui ước :

Rtc= 1 2 ( ' )

II II

M II

M tc

Dc H

B B

A K

m m



 = 1,21.1(2,82.2,92.22,3 + 12,28.246,38 + 0 ) = 3667,30 (KPa)

Với :

Ktc = 1 vì các chỉ tiêu cơ lí của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất

m1 = 1,2 ; m2 = 1 vì đất là đất cát bụi khô và ít ẩm, công trình là nhà công nghiệp thấp tầng nhưng chiều dài lớn ( giả sử L/H > 4)

 = 41,75o  A = 2,82 ; B = 12,28 ; D = 12,64

II

 = 22,3 (KN/m3)

HM II' = 17,8.4 + 18,6.5 + 17,2.4 +22,3.0,6 = 246,38 (KN/m2)

Thỏa mãn điều kiện :

Pmax < 1,2Rtc

Pmin > 0

Ptb < Rtc

Aùp lực bản thân tại đáy khối qui ước :

bt

z

 = 17,8.4 + 18,6.5 + 17,2.4 +22,3.0,6 = 246,38 (KN/m2)

Ưùng suất gây lún :

gl

z

 = Ptb - bt

z

 = 306,98 – 246,38 = 60,6 (KN/m2) Ứùng suất trong nền do tải bản thân và tải trọng ngoài gây ra :

Điểm Độ sâu(m) 2z/b Ko gl

z

 (KPa) bt

z

 (KPa)

10

2 0.8 0.548 0.9294581 56.32516 264.22

3 1.2 0.822 0.8241915 49.94601 273.14

Bảng tính lún :

Phân lớp Chiều dày(m) gl

z

 (KPa) E(KPa) Si (m)

S = 0.014445 Độ lún cuối cùng của móng S = 1,44cm < 8cm