tính toán phương án móng cọc khoan nhồi

tính toán phương án móng cọc khoan nhồi

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 1996 – 2001

CHƯƠNG III :

TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN MÓNG CỌC KHOAN NHỒI

 ĐẶC ĐIỂM CỦA CỌC KHOAN NHỒI VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG :

- Cọc khoan nhồi là loại cọc được đổ bêtông tại chỗ và thi công bằng cácphương pháp khác nhau tùy theo yêu cầu truyền tải của công trình

- Trong những năm 80, ở nước ta đã sử dụng loại cọc khoan nhồi bằngphương pháp tạo lỗ thủ công để tạo nên cọc, cho đến nay đã sử dụng các thiết bịhiện đại để tạo lỗ và nhồi bêtông vào lỗ khoan theo các biện pháp và qui trình thicông khác nhau

- Cọc khoan nhồi được sử dụng rộng rãi trong các ngành cầu đường , trongcác công trình thủy lợi, trong những công trình dân dụng và công nghiệp Đối vớiviệc xây dựng nhà cao tầng ở các đô thị lớn trong điều kiện xây chen, khả năng ápdụng cọc khoan nhồi đã được phát triển và có những tiến bộ đáng kể

- Những ưu, khuyết điểm của cọc khoan nhồi :

 Những ưu điểm chính cần phát huy triệt đe å :

- Có khả năng chịu tải lớn Sức chịu tải của cọc khoan nhồi với đường kínhlớn và chiều sâu lớn có thể đạt đến ngàn tấn

- Không gây ra ảnh hưởng chấn động đối với các công trình xung quanh,thích hợp với việc xây chen ở các đô thị lớn, khắc phục được các nhược điểm củacác loại cọc đóng khi thi công trong điều kiện này

- Có khả năng mở rộng đường kính và chiều dài cọc đến mức tối đa Hiệnnay có thể sử dụng loại đường kính cọc khoan nhồi từ 60cm đến 250cm hoặc lớnhơn Chiều sâu cọc khoan nhồi có thể hạ đến độ sâu 100m Trong điều kiện thicông cho phép, có thể mở rộng đáy hoặc mở rộng bên thân cọc với các hình dạngkhác nhau như các nước phát triển đang thử nghiệm

- Lượng cốt thép bố trí trong cọc khoan nhồi thướng ít hơn so với cọc đóng(đối với cọc đài thấp)

-Có khả năng thi công cọc khi qua các lớp đất cứng nằm xen kẽ

Những nhược điểm chủ yếu :

- Giá thành phần nền móng thường cao hơn khi so sánh với các phương ánmóng cọc khác như cọc ép và cọc đóng

- Theo tổng kết sơ bộ, đối với các công trình nhà cao tầng không lớn lắm(dưới 12 tầng), kinh phí xây dựng nền móng thường lớn hơn 2 - 2.5 lần khi so sánhvới các cọc ép Tuy nhiên, nếu số lượng tầng lớn hơn, tải trọng công trình đòi hỏilớn hơn, lúc đó giải pháp cọc khoan nhồi lại trở thành giải pháp hợp lý

- Công nghệ thi công đòi hỏi kỹ thuật cao, để tránh các hiện tượng phântầng (có lỗ hổng trong bê tông) khi thi công đổ bê tông dưới nước có áp, có dòng

thấm lớn hoặc đi qua các lớp đấy yếu có chiều dày lớn (các loại bùn, các loại cátnhỏ, cát bụi bão hoà thấm nước).

-Biện pháp kiểm tra chất lượng bê tông trong cọc thường phức tạp gây nhiềutốn kém trong quá trình thực thi

- Việc khối lượng bê tông thất thoát trong quá trình thi công do thành lỗkhoan không bảo đảm và dễ bị sập cũng như việc nạo vét ở đáy lỗ khoan trước khiđổ bê tông dễ gây ra ảnh hưởng xấu đối với chất lượng thi công cọc

- Ma sát bên thân cọc có phần giảm đi đáng kể so với cọc đóng và cọc ép

do công nghệ khoan tạo lỗ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 1996 – 2001

I / TÍNH TOÁN MÓNG M1 :

* Các trường hợp tổ hợp tải trọng cho móng :

 Tổ hợp tải trọng chính : bao gồm các tải trọng thường xuyên, các tảitrọng tạm thời tác dụng lâu dài và một trong các tải trọng tạm thời tác dụng ngắnhạn

 Tổ hợp tải trọng phụ : bao gồm các tải trọng thường xuyên, các tải tảitrọng tạm thời tác dụng lâu dài và ít nhất là hai tải trọng tạm thời tác dụng ngắnhạn

 Tổ hợp tải trọng đặc biệt : bao gồm các tải trọng thường xuyên, tải trọngtạm thời tác dụng lâu dài , một vài tải trọng tạm thời tác dụng ngắn hạn và một sốtải trọng đặc biệt tạm thời như động đất, nổ, địa chấn …

Theo kết quả giải nội lực khung, ta có giá trị nội lực tại mặt cắt chân cột110:

1) Chọn kích thước và vật liệu làm cọc :

Chọn cọc dài 24m ; đường kính 1m ; đáy cọc mở rộng với đường kính 1,2mVật liệu : - Bêtông mác #300 (Rn = 130 KG/cm2)

- Cốt thép dọc chịu lực loại CII (Ra=2600 (KG/cm2):1022; Fa

Q N

-5800

-4300 M

-3300

Hầm

Bùn sét : 8.45 m Lớp sét : 10 m Cát mịn : 6 m

3) Sức chịu tải của cọc theo vật liệu :

PCVL = RU  Fb + Ran  Fa

Trong đó : R U : cường độ tính toán của bêtông cọc nhồi ; R : mác bêtông

Vì thi công dưới MNN và dưới bùn nên :

PCVL = 60  7850 + 2000  38.01 = 547020 (KG) = 547 ( T )

4) Sức chịu tải của cọc theo điều kiện đất nền :

Ta có công thức xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền A7 phụ lục ATCXD 205-1998 có bổ sung thêm các hệ số m’,m’R và m’f

Qtc = m.m’.(mR.m’R.qb.Ap + umf.m’f.fi.lI )Trong đó :

m : hệ số điều kiện làm việc , m=1 m’ : hệ số xét đến chất lượng của dung dịch Betonite, m’ = 0.9

mR : hệ số làm việc của đất dưới mủi cọc mR =1 m’R: hệ sốxét đến các yếu tố làm giảm khả năng chịu tải giới hạn Rcủa đất nền ở ngay dưới chân cọc khoan nhồi, lấy m’R =0.9

L = 24m chiều dài cọc

dp = đường kính đáy cọc, dp =1.2m

qp : cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc

Vi dưới mũi cọc là đất cát nên qp xác định theo công thức sau:

qp = 0.75(’1dpA

0 + 1LB

0) Trong đó:

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 1996 – 2001Diện tích tiết diện mũi cọc: Ap =  2 3.141.22

D

Xác định mf fi li - Sức chịu tải do ma sát xung quanh cọc

 mf: hệ số ma sát của đất xung quanh cọc Do đổ bê tông trong dungdịch đất sét bentonite nên mf =0.6

 m’f: hệ số xét đến các yếu tố cơ bản làm giảm hệ số ma sát giới hạn

ở xung quanh hông cọc nhồi, lấy m’f =0.8

 fi: ma sát bên cọc fi xác định bằng cách tra bảng phụ thuộc vào độsâu trung bình của các phân lớp đất zi Các lớp đất được chia thành các phân lớpcó bề dày không quá 2m

Cọc xuyên qua các lớp đất có các phân lớp như sau: Tra bảng A.2 TCVN205:

Sức chịu tải theo đất nền do ma sát xung quanh cọc: fili =85.614

Vậy sức chịu tải của cọc theo đất nền :

Qđn = 10.9( 10.9105.61.13 + 3.14 0.60.885.614) = 213 (T)

Ta có : Qđn = 213 (T) < PCVL = 547 (T) do đó để đảm bảo thiết kế cọc antoàn, ta chọn trị số nhỏ hơn Qđn = 213 (T) để tính toán

5) Diện tích đài cọc và số lượng cọc :

Chọn khoảng cách giữa tim hai cọc là d + 1 = 2 (m)

Phản lực đầu cọc :

21353.25( 1) 2

dn

Q p d

Diện tích sơ bộ của đáy đài được xác định :

767.653

16.076 53.25 2.2 2.5

tt sb

tb

N F

767.653 97.261.2

213

c

dn

N n

Q

Chọn 6 cọc để bố trí

Sơ đồ bố trí các cọc trong đài :

6) Kiểm tra tải tác dụng lên đầu cọc :

Tải do công trình tác dụng lên đầu cọc xác định theo công thức :

max max

tt tt

y x

C

M x

M y N

Diện tích của đài cọc chọn : Fđ = 5.53.5= 19.25 (m2)

Trọng lượng của đất và đài :

Nđđ = 1.1  Fđ  tb  hm = 1.1  19.25  2.2  2.5 = 116.46 (T)Tổng tải trọng của công trình và trọng lượng của đất, đài cọc :

Ntt = 767.653 + 116.46 = 884.11 (T)Các đại lượng khác :

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 1996 – 2001

Nmin = 195.3 (T) > 0 : cọc chỉ chịu nén , không cần kiểm tra nhổ

7) Kiểm tra sức chịu tải dưới đáy khối móng quy ước :

a/ Xác định kích thước khối móng quy ước :

i

h h



Kích thước móng quy ước :

Fqư = (LM + 2Lc.tg)(BM + 2Lc.tg) = (5.5+224tg4.39o)  (3.5+224tg4.39o) = 66 (m2)

b/ Xác định trọng lượng thể tích đẩy nổi của các lớp đất nằm dưới mực nước ngầm :

Lớp bùn sét :

( 1) (2.667 1)1

0.578

n dn

d/ Xác định trọng lượng thể tích trung bình của các lớp đất từ mũi cọc trở lên

1642 66 26.5

M tb

g/ Ứng suất lớn nhất ở mép khối móng quy ước :

(6.44 /1.2) 634.57

  và maxtc 1.2 tt

R

  được thỏa mãn

8) Kiểm tra lún :

Ứng suất bản thân tại các lớp đất :

 Lớp đất bùn sét ( dày 10.45 m ) :

10.45 10.45 0.578 6.04

bt z

 Lớp đất sét ( dày 10 m ) :

20.45 10 0.837

bt z

    = 8.37 (T/m2)

 Tại lớp cát mịn tính đến đầu mũi cọc:

29.8 9.35 0.928

bt z

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 1996 – 2001

      11.48 (T/m2)Xét tỉ số M 9.187.18

Bảng tính lún cho khối móng quy ước :

Vậy độ lún của khối móng quy ước thỏa

9) Tính toán và bố trí cốt thép cho đài cọc :

Moment tại ngàm xác định theo công thức :

1

n

i i i

M r P





Trong đó : n là số lượng cọc trong phạm vi côngxôn

PI phản lực đầu cọc thứ i, rI :khoảng cách từ mặt ngàm đến trục iDiện tích cốt thép tính theo công thức :

0.9 .a o

M Fa

R h

Trong đó : M là moment tại tiết diện đang xét

ho là chiều cao làm việc của đài tại tiết diện đó

Ra : cường độ tính toán của thép

b/ Tính toán cốt thép :

Số liệu tính toán : bêtông mác 300 Rn = 130 (KG/cm2) ; thép CII Ra = 2600(KG/cm2)

Chiều cao đài 1,5m ; lớp bêtông bảo vệ 5 cm ; cọc ngàm vào đài 30= 660

* Moment theo phương cạnh dài :

M1 = 2(Pmax rI) = 22031.7 = 690.2 (T.m)Diện tích cốt thép :

5 1

1

690.2 100.9 .o o 0.9 2600 145

M Fa

R h



  = 203,42 (cm2)Chọn 29 cây 30 đặt @125 để bố trí ( Fachọn = 205cm2); mỗi cây dài 5,4m

* Moment theo phương cạnh ngắn :

M2 = Pmax + Po + Pmin = 203 + 201.5 + 195.3 = 600 (T.m)Với 884.11 14.065 1 51.81

1

600 100.9 .o o 0.9 2600 145

M Fa

R h



  = 176.8 (cm2)Chọn 3526 đặt @160 để bố trí (Fachọn = 185.8 cm2); mỗi cây dài 3,4mTổng khối lượng thép bố trí trong đài cọc móng M1: 156,6 m thép 30 và119m thép 26 có khối lượng là :

156.65.549 + 1194.168 = 1361.64 (kg)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 1996 – 2001

1) Chọn kích thước và vật liệu làm cọc :

Chọn cọc dài 24m ; đường kính 1m ; đáy cọc mở rộng với đường kính 1,2mVật liệu : - Bêtông mác #300 (Rn = 130 KG/cm2)

- Cốt thép dọc chịu lực loại CII(Ra=2600 (KG/cm2):1022; Fa

= 38.01 cm2

2) Chọn chiều sâu đặt đài cọc : chọn chiều sâu chôn móng là

hm=2.5m so với cao độ tầng hầm

Kiểm tra điều kiện móng làm việc là móng cọc đài thấp :

Vậy thỏa điều kiện tính toán theo móng cọc đài thấp

3) Sức chịu tải của cọc theo vật liệu :

PCVL = RU  Fb + Ran  Fa

Trong đó : R U : cường độ tính toán của bêtông cọc nhồi ; R : mác bêtông

Thứ tự lớp đất cọc đi qua

Q N

-5800

-4300 M

-3300

Hầm

Bùn sét : 8.45 m Lớp sét : 10 m Cát mịn : 6 m

Vì thi công dưới MNN và dưới bùn nên :

PCVL = 60  7850 + 2000  38.01 = 547020 (KG) = 547 ( T )

4) Sức chịu tải của cọc theo điều kiện đất nền :

Ta có công thức xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền A7 phụ lục ATCXD 205-1998 có bổ sung thêm các hệ số m’,m’R và m’f

Qtc = m.m’.(mR.m’R.qb.Ap + umf.m’f.fi.lI )Trong đó :

m : hệ số điều kiện làm việc , m=1 m’ : hệ số xét đến chất lượng của dung dịch Betonite, m’ = 0.9

mR : hệ số làm việc của đất dưới mủi cọc mR =1 m’R: hệ sốxét đến các yếu tố làm giảm khả năng chịu tải giới hạn Rcủa đất nền ở ngay dưới chân cọc khoan nhồi, lấy m’R =0.9

L = 24m chiều dài cọc

dp = đường kính đáy cọc, dp =1.2m

qp : cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc

Vi dưới mũi cọc là đất cát nên qp xác định theo công thức sau:

qp = 0.75(’1dpA

0 + 1LB

0) Trong đó:

Xác định mf fi li - Sức chịu tải do ma sát xung quanh cọc

 mf: hệ số ma sát của đất xung quanh cọc Do đổ bê tông trong dungdịch đất sét bentonite nên mf =0.6

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 1996 – 2001

 m’f: hệ số xét đến các yếu tố cơ bản làm giảm hệ số ma sát giới hạn

ở xung quanh hông cọc nhồi, lấy m’f =0.8

 fi: ma sát bên cọc fi xác định bằng cách tra bảng phụ thuộc vào độsâu trung bình của các phân lớp đất zi Các lớp đất được chia thành các phân lớpcó bề dày không quá 2m

Cọc xuyên qua các lớp đất có các phân lớp như sau: Tra bảng A.2 TCVN205:

Sức chịu tải theo đất nền do ma sát xung quanh cọc: fili =85.614

Vậy sức chịu tải của cọc theo đất nền :

Qđn = 10.9( 10.9105.61.13 + 3.14 0.60.885.614) = 213 (T)

Ta có : Qđn = 213 (T) < PCVL = 547 (T) do đó để đảm bảo thiết kế cọc

an toàn, ta chọn trị số nhỏ hơn Qđn = 213 (T) để tính toán

5) Diện tích đài cọc và số lượng cọc :

Chọn khoảng cách giữa tim hai cọc là d + 1 = 2 (m)

Phản lực đầu cọc :

21353.25( 1) 2

dn

Q p d

tt sb

tb

N F

Số lượng cọc trong móng :

471.754 59.7741.2

213

c

dn

N n

Q

Chọn 4 cọc để bố trí

Sơ đồ bố trí các cọc trong đài :

6) Kiểm tra tải tác dụng lên đầu cọc :

Tải do công trình tác dụng lên đầu cọc xác định theo công thức :

max max

tt tt

y x

C

M x

M y N

Diện tích của đài cọc chọn : Fđ = 3.53.5= 12.25 (m2)

Trọng lượng của đất và đài :

Nđđ = 1.1  Fđ  tb  hm = 1.1  12.25  2.2  2.5 = 74.11 (T)Tổng tải trọng của công trình và trọng lượng của đất, đài cọc :

Ntt = 471.754 + 74.11 = 548.87 (T)Các đại lượng khác :

Nmin = 182.5 (T) > 0 : cọc chỉ chịu nén , không cần kiểm tra nhổ

7) Kiểm tra sức chịu tải dưới đáy khối móng quy ước :

a/ Xác định kích thước khối móng quy ước :

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 1996 – 2001

i

h h



Kích thước móng quy ước :

Fqư = (LM + 2Lc.tg)(BM + 2Lc.tg) = (3.5+224tg4.39o)  (3.5+224tg4.39o) = 51.63 (m2)

b/ Xác định trọng lượng thể tích đẩy nổi của các lớp đất nằm dưới mực nước ngầm :

Lớp bùn sét :

( 1) (2.667 1)1

0.578

n dn

d

b

c

L M = 3.5m

d/ Xác định trọng lượng thể tích trung bình của các lớp đất từ mũi cọc trở lên

1232 51.63 26.5

M tb

g/ Ứng suất lớn nhất ở mép khối móng quy ước :

(7.17 /1.2) 631.476

  và maxtc 1.2R tt được thỏa mãn

8) Kiểm tra lún :

Ứng suất bản thân tại các lớp đất :

 Lớp đất bùn sét ( dày 10.45 m ) :

10.45 10.45 0.578 6.04

bt z

 Lớp đất sét ( dày 10 m ) :

20.45 10 0.837

bt z

    = 8.37 (T/m2)

 Tại lớp cát mịn tính đến đầu mũi cọc:

29.8 9.35 0.928

bt z

      8.396 (T/m2)Xét tỉ số M 7.187.18

M

L

B  = 1Chia đất nền dưới đáy khối móng quy ước thành các lớp bằng nhau và bằng1.436

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 1996 – 2001

Vậy độ lún của khối móng quy ước thỏa

9) Tính toán và bố trí cốt thép cho đài cọc :

a/ Sơ đồ tính :

Xem đài cọc như một dầm công xôn bị ngàm và tiết diện đi qua mép cột và

bị uốn bởi các phản lực đầu cọc :

Moment tại ngàm xác định theo công thức :

1

n

i i i

M r P





Trong đó : n là số lượng cọc trong phạm vi côngxôn

PI phản lực đầu cọc thứ i, rI :khoảng cách từ mặt ngàm đến trục iDiện tích cốt thép tính theo công thức :

0.9 .a o

M Fa

R h

Trong đó : M là moment tại tiết diện đang xét

ho là chiều cao làm việc của đài tại tiết diện đó

Ra : cường độ tính toán của thép



0.75

3.5m 2m 0.75

b/ Tính toán cốt thép :

Số liệu tính toán : bêtông mác 300 Rn = 130 (KG/cm2) ; thép CII Ra = 2600(KG/cm2)

Chiều cao đài 1,5m ; lớp bêtông bảo vệ 5 cm ; cọc ngàm vào đài 30= 660

* Moment theo phương I-I :

MI-I = 2Pmax rI = 2195.50.7 = 273.7 (T.m)Diện tích cốt thép :

5 1

1

273.7 100.9 .o o 0.9 2600 145

M Fa

R h



  = 80.666 (cm2)Chọn 24 cây 22 đặt @150 để bố trí ( Fachọn = 91.2cm2); mỗi cây dài 3,4m

* Moment theo phương II-II : lấy như phương I-I ( vì móng vuông bố trí 4cọc đối xứng )

Chọn 2422 đặt @150 để bố trí (Fachọn =91.2 cm2); mỗi cây dài 3,4m

* Tổng khối lượng thép bố trí trong đài cọc móng M 2: 163.2m thép  22

163.2 2.984 = 487 (kg)

* Kiểm tra chọc thủng : vì các đầu cọc đều nằm trong diện tích đáy thápchọc thủng nên không cần kiểm tra

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 1996 – 2001

III / TÍNH TOÁN MÓNG M3 :

Theo kết quả giải nội lực khung,ta có giá trị nội lực tại mặt cắt chân cột 6 là

1) Chọn kích thước và vật liệu làm cọc :

Chọn cọc dài 24m ; đường kính 1m ; đáy cọc mở rộng với đường kính 1,2mVật liệu : - Bêtông mác #300 (Rn = 130 KG/cm2)

-Cốt thép dọc chịu lực loại CII(Ra=2600 (KG/cm2):1022; Fa = 38.01 cm2

2) Chọn chiều sâu đặt đài cọc : chọn chiều sâu chôn móng là

hm=2.5m so với cao độ tầng hầm

Kiểm tra điều kiện móng làm việc là móng cọc đài thấp :

Vậy thỏa điều kiện tính toán theo móng cọc đài thấp

3) Sức chịu tải của cọc theo vật liệu :

PCVL = RU  Fb + Ran  Fa

Trong đó : R U : cường độ tính toán của bêtông cọc nhồi ; R : mác bêtông

Vì thi công dưới MNN và dưới bùn nên :

Thứ tự lớp đất cọc đi qua

Q N

-5800

-4300 M

-3300

Hầm

Bùn sét : 8.45 m Lớp sét : 10 m Cát mịn : 6 m