CÁCH bố TRÍ THÉP cọc CHO BTCT đúc sẵn

Sơ đồ tính toán cọc khi cẩu lắp 2.. Sơ đồ tính toán cọc khi vận chuyển... Hiện nay một số phần mềm nh PALING, FB-PIER sử dụng để tính toán nội lực từng cọc, khi khai báo thông số tính to

Cách bố trí thép cho cọc BTCT đúc sẵn Khi thiết kế công trình cầu có cọc BTCT đúc sẵn , KS thiết kế phải tính cọc theo các nội dung sau :

1- Tính cọc theo vận chuyển và treo cọc lên giá búa

2- Tính cọc khi đóng hoặc ép cọc ( Chỉ tính phần Bêtông, không tính cốt thép tham gia)

3- Tính cọc theo điều kiện vật liệu chế tạo cọc( có cốt thép tham gia)

4- Tính cọc theo các tổ hợp tải trọng( tĩnh , hoạt tải, động đất v,v) :

5- Tính cọc theo điều kiện khai thác sử dụng (0.33f'c*Ac, Lu ý giá trị này tính theo TCXD 205-98, TCVN10304:2014 không đề cập đến điều này)

6- Tính sức chịu tải của cọc theo đất nền

Theo 22TCN 272-05 (5.13.4.3.2) : Cốt thộp dọc của cọc khụng ớt hơn 4 thanh đặt theo cỏc

khoảng cỏch đều đặn xung quanh chu vi cọc, diện tớch cốt thộp khụng được nhỏ hơn 1.5% diện tớch mặt cắt ngang toàn bộ đo bờn trờn điểm thon

Điều 5.13.4.3.1 ( 22TCN 272-05 ) :Cọc BTCT có tiết diện không nhỏ hơn (300*300)mm( nếu dùng cọc vuông, nh vậy trong cầu không bố trí cọc nhỏ hơn 300mm)

Nh vậy diện tích thép tối thiểu theo quy định các tiết diện cọc nh sau :

Cọc (300*300) Ast=1.5%*300*300= 1350 mm2( tơng đơng 5.3 thanh φ18

,hoặc)

Cọc (350*350) Ast=1.5%*350*350= 1837.5 mm2( tơng đơng 7.22 thanh φ18) Cọc (400*400) Ast=1.5%*400*400= 2400 mm2( tơng đơng 9.43 thanh φ18, 7.64 thanh φ20)

Bảng tớnh diện tớch thộp tối thiểu cho cọc

Trên cơ sở diện tích thép tối thiểu, chọn số lợng , đờng kính lớn hơn điều kiện tối thiểu để kiểm toán các điều kiện khác ở phía duới

1- Đối với cầu nhỏ, trung:

1.1 - Nếu cọc mố , trụ chỉ bố trí 1đoạn L<=12m thì thép chủ của cọc phải chọn

trên cơ sở tính toán các nội dung sau :

* Tính cọc theo vận chuyển và treo cọc lên giá búa ,Theo nội dung này phải bố trí thép tối thiểu nh quy định (5.13.4.3.2)

+ Cọc (300*300) f'c=25Mpa, fy=300 Mpa thờng bố trí (6-8) thanh φ18 là đạt yêu cầu tối thiểu , nhng thờng thì bố trí 8 thanh φ18 theo 2 cạnh giống nhau tránh nhầm lẫn khi thi công:

Sơ đồ tính toán cọc khi cẩu lắp 2

.

1

.

Sơ đồ tính toán cọc khi vận chuyển

Tơng tự với cọc 350*350 , kết quả tính nh sau:

+ Cọc (350*350) f'c=25Mpa, fy=300Mpa thờng bố trí 8 thanh φ18 là đủ

Tơng tự với cọc 400*400 , kết quả tính nh sau:

+ Cọc (400*400) f'c=25Mpa, fy=300Mpa thờng bố trí 8 thanh φ20 là đủ

Ghi chú : Lớp bảo vệ cốt thép chủ lấy thống nhất cho các tiết diện cọc là50mm

* Tính cọc khi đóng hoặc ép cọc :

+ Cọc (300*300) có f'c=25 Mpa, fy=300 Mpa, khi bố trí 8 thanh φ18 thì Lực

đóng cọc( ép cọc) tối đa đối ở trên đầu cọc : 191.2 tấn ,, lu ý phải kiểm toán thêm

ứng suất kéo khi đóng cọc

+ Cọc (350*350) có f'c=25 Mpa, fy=300 Mpa, khi bố trí 8 thanh φ18 thì Lực

đóng cọc( ép cọc) tối đa đối ở trên đầu cọc không đuợc vuợt qua sức kháng tính toán của cọc =260.3 tấn , lu ý phải kiểm toán thêm ứng suất kéo khi đóng cọc

+ Cọc (400*400) có f'c=25 Mpa, fy=300 Mpa, khi bố trí 8 thanh φ20 thì Lực

đóng cọc( ép cọc) tối đa đối ở trên đầu cọc không đuợc vuợt qua sức kháng tính toán của cọc :340 tấn , lu ý phải kiểm toán thêm ứng suất kéo khi đóng cọc

Ghi chú :

+ Lớp bảo vệ cốt thép chủ lấy thống nhất cho các tiết diện cọc là 50mm

+ Khi tính theo điều kiện này vật liệu chỉ có Bê tông tham gia 0.85 ϕ f'cAc ( phần cốt thép không tham gia ) , vì vậy muốn tăng khả năng chịu tải của cọc theo điều kiện này thì phải tăng tiết diện cọc hoặc tăng cờng độ chịu nén của BT (f'c)

* Tính cọc theo điều kiện vật liệu chế tạo cọc

:

+ Cọc (300*300) có f'c=25 Mpa, fy=300 Mpa, khi bố trí 8 thanh φ18, Sức kháng lực dọc trục tính toán của cọc = 158.1(148.8) tấn,

+ Cäc (350*350) cã f'c=25 Mpa, fy=300 Mpa, khi bè trÝ 8 thanh 18, ®ai xo¾n (®ai th-êng) Søc kh¸ng lùc däc trôc tÝnh to¸n : 202.1(190.2) TÊn

+ Cäc (400*400) cã f'c=25 Mpa, fy=300 Mpa, khi bè trÝ 8 thanh φ20, ®ai xo¾n (®ai thêng) th× Søc kh¸ng lùc däc trôc tÝnh to¸n: 261.4(246.0) TÊn

* Tính cọc theo các tổ hợp tải trọng( tĩnh , hoạt tải, động đất v,v) :(Các giá trị tính ở

d ới là theo ACI318-02,khi kiểm toán theo cầu phải theo 22TCN272-05 mới chính xác)

Thờng nội lực của cọc bao giờ cũng gồm 3 thành phần : Lực đứng( (kéo, hoặc nén), mô men đầu cọc theo phơng dọc cầu, mô men đầu cọc theo phơng ngang cầu Hiện nay một số phần mềm nh PALING, FB-PIER sử dụng để tính toán nội lực từng cọc, khi khai báo thông số tính toán trong 2 phần mềm trên đều có yêu cầu khai báo các giá trị đa vào tính toán của cọc nh (số lợng thanh thép chủ, đơng kính thanh thép chủ, f'c, fy, ), và có đa ra kết quả là cách bố trí thép cọc nh trên có đạt yêu cầu hay không

Một phần mềm thông dụng khác ( phần mềm PCACOL,Spcolum ) cũng đang đợc

sử dụng để kiểm toán cọc, thân mố trụ BTCT sau đây là một số ví dụ tính toán tham khảo :

Ví dụ 1.1: Cọc BTCT (300*300)mm f'c=25 Mpa, fy=400 Mpa, bố trí 8 thanh φ18

, nội lực đầu coc Pu=130tấn (1300KN), Mx=150KNm, My=80KNm, kiểm toán cọc có

đảm bảo khả năng chịu lực không ( Không xét đến hiệu ứng độ mảnh của cọc) ?

P u M ux M uy φM nx φM ny φM n /M u

No kN kN-m kN-m kN-m kN-m

- - - - - -

1 1300.0 150.0 80.0 36.7 19.6 0.245#

Kết quả trên tính theo PCA-3.63(ACI318-02)

Nh vậy cọc không đảm bảo khả năng chịu lực vì φMn/Mu=0.245( theo quy định phải >=1)

Ví dụ 1.2: Cọc BTCT (300*300)mm f'c=25 Mpa, fy=400 Mpa, bố trí 8 thanh φ18 , nội lực đầu coc Pu=74.25 tấn (742.5KN), Mx=50KNm, My=20KNm, kiểm toán cọc có

đảm bảo khả năng chịu lực không ? (Không xét đến hiệu ứng độ mảnh của cọc)

P u M ux M uy φM nx φM ny φM n /M u

No kN kN-m kN-m kN-m kN-m

- - - - - -

1 742.5 50.0 20.0 60.3 24.1 1.206

Kết quả trên tính theo PCA-3.63(ACI318-02)

Nh vậy cọc đảm bảo khả năng chịu lực vì φMn/Mu=1.206 ( theo quy định chỉ cần

>=1)

Ví dụ 2.1: Cọc BTCT (350*350)mm f'c=25 Mpa, fy=400 Mpa, bố trí 8 thanh φ18 , nội lực đầu coc Pu=101tấn (1010KN), Mx=80KNm, My=60 KNm, kiểm toán cọc có

đảm bảo khả năng chịu lực không ?

P u M ux M uy φM nx φM ny φM n /M u

No kN kN-m kN-m kN-m kN-m

- - - - - -

1 1010.0 80.0 60.0 78.2 58.6 0.977 #

Kết quả trên tính theo PCA-3.63(ACI318-02)

Nh vậy cọc không đảm bảo khả năng chịu lực vì φMn/Mu=0.977, theo quy định >=1)

Ví dụ 2.2: Cọc BTCT (350*350)mm f'c=25 Mpa, fy=400 Mpa, bố trí 8 thanh φ20 , nội lực đầu coc Pu=101tấn (1010KN), Mx=80KNm, My=60 KNm, kiểm toán cọc có

đảm bảo khả năng chịu lực không ? (Không xét đến hiệu ứng độ mảnh của cọc)

P u M ux M uy φM nx φM ny φM n /M u

No kN kN-m kN-m kN-m kN-m

- - - - - -

1 1010.0 80.0 60.0 80.5 60.4 1.006

Kết quả trên tính theo PCA-3.63(ACI318-02)

Nh vậy cọc đảm bảo khả năng chịu lực vì φMn/Mu=1.006 , theo quy định >=1)

Ví dụ 2.3 ( Nội lục mố cầu ): Cọc BTCT (350*350) mm f'c=25 Mpa, fy=400 Mpa, bố trí 8 thanh φ22 , nội lực đầu coc Pu=66.604 tấn (666.04 KN), Mx=136.7 KNm,

My=2.06 KNm, kiểm toán cọc có đảm bảo khả năng chịu lực không ? (Không xét đến

hiệu ứng độ mảnh của cọc)

P u M ux M uy φM nx φM ny φM n /M u

No kN kN-m kN-m kN-m kN-m

- - - - - -

1 666.04 136.7 2.06 137.2 2.1 1.003

Kết quả trên tính theo PCA-3.63(ACI318-02)

Nh vậy cọc đảm bảo khả năng chịu lực vì φMn/Mu=1.003 , theo quy định phải >=1)

Ví dụ 3.1: Cọc BTCT (400*400)mm f'c=25 Mpa, fy=400 Mpa, bố trí 8 thanh φ20 nội lực đầu coc Pu= 132 tấn (1320 KN), Mx=100KNm, My=70KNm, kiểm toán cọc có đảm bảo khả năng chịu lực không ? (Không xét đến hiệu ứng độ mảnh của cọc)

P u M ux M uy φM nx φM ny φM n /M u

No kN kN-m kN-m kN-m kN-m

- - - - - -

1 1320.0 100.0 70.0 116.8 81.8 1.168

Nh vậy cọc đảm bảo khả năng chịu lực vì φMn/Mu=1.168 , theo quy định >=1)

*Trong quá trình sử dụng thì sức chịu tải cho phép theo vật liệu đợc tính theo cờng

độ cho phép R=0.33f'c (Điều này không quy định trong 22TCN272-05,

TCVN10304:2014)

Cọc BTCT (300*300)mm f'c=25: R=0.33*25*300*300= 742500 N = 74.25 T Cọc BTCT (350*350)mm f'c=25: R=0.33*25*350*350=1010625N = 101.0 T Cọc BTCT (400*400)mm f'c=25: R=0.33*25*400*400= 1320000 N = 132.0 T

Kết luận : Nh vậy khi tính toán nội lực cọc theo các tổ hợp tải trọng , Tải trọng dọc trục của cọc không nên lấy lớn hơn sức chịu tải cho phép theo vật liệu đợc tính theo cờng độ cho phép R=0.33f'c (Điều này không có quy định trong

22TCN272-05, TCVN10304:2014)

Lu ý quá trình hạ cọc :

Tr ờng hợp 1 : Nếu cọc khi hạ bắt buộc phải qua một vài tầng địa chất không dày nằm ở nông nhng lại rất tốt( Sét cứng, cắt chặt ) , khi tính toán cọc theo đất nền để hạ cọc qua lớp đó mà tải trọng này lại lớn hơn khi đóng hoặc ép cọc thì phải thực hiện các giải pháp sau: Tăng cờng độ bê tông , thay đổi tiết diện , khoan dẫn , chuyển thiết kế sang cọc khoan nhồi vv Ngời kỹ s TK phải căn cứ vào điều kiện cụ thể để

điều chỉnh cho hợp lý

Trờng hợp 2: Thông thờng khi thiết kế , đoạn mũi cọc nằm trong đất tốt phải đủ chiều dày cần thiết , nhng nếu đảm bảo điều kiện trên mà tính toán cọc theo đất nền lại lớn hơn tải trọng cho phép khi khi đóng hoặc ép cọc thì cũng phải thực hiện các giải pháp sau: Tăng cờng độ bê tông , thay đổi tiết diện , khoan dẫn , chuyển thiết kế sang cọc khoan nhồi vv Ngời kỹ s TK phải căn cứ vào điều kiện cụ thể để điều chỉnh cho hợp lý

1.2 - Nếu cọc mố , trụ bố trí từ hai đoạn trở lên , mỗi đoạn L<=12m thì thép chủ của cọc phải chọn trên cơ sở tính toán các nội dung nào:

* Với đoạn tiếp giáp ngay với đoạn đầu(Đoạn thân 1) :

- Nếu đoạn cọc ngắn (L<6m) nên bố trí thép nh đoạn đầu đã nêu ở trên

- Nếu đoạn cọc ngắn (L>6m) nên bố trí thép nh sau:

+ Cọc tiết diện 300*300: Nên bố trí 8 thanh φ 18, thép CB400-V

+ Cọc tiết diện 350*350: Nên bố trí 8 thanh φ 18, thép CB400-V

+ Cọc tiết diện 400*400: Nên bố trí 8 thanh φ 20, thép CB400-V

Và vẫn phải đảm bảo các điều kiện nh trơng hợp 1,2 ở phần l u ý

* Với đoạn tiếp tiếp theo ( áp dụng cho đoạn thân thứ 2,3,mũi cọc):

+ Cọc tiết diện 300*300: Nên bố trí 8 thanh φ 18, thép CB 300(400)-V

+ Cọc tiết diện 350*350: Nên bố trí 8 thanh φ 18, thép CB 300(400)-V

+ Cọc tiết diện 400*400: Nên bố trí 8 thanh φ 20, thép CB 300(400)-V

Và vẫn phải đảm bảo các điều kiện nh trong hợp 1,2 ở phần l u ý

2- Đối với cống hộp, cống thuỷ lợi

Thông thờng cống hộp cống thuỷ lợi , lực ngang theo phơng xe chạy( áp lực đất, lực hãm xe vv) không có , còn lực ngang theo phơng ngang cầu ( áp lực nớc vào cửa cống ) cũng không lớn , nên tổ hợp tải trọng chỉ có lực đứng và mô men gây ra theo kinh nghiệm thiết kế tiết diện cọc chỉ theo :

+ Tính cọc theo vận chuyển và treo cọc lên giá búa,

+ Tính cọc khi đóng hoặc ép cọc,

+ Tính cọc theo điều kiện vật liệu chế tạo cọc,

+ Tính cọc trong quá trình sử dụng

+ Và cọc phải đảm bảo các điều kiện nh trờng hợp 1,2 ở phần l u ý

Theo cách tính toán trên thì bố trí thép chủ cọc nh sau :

-Đối với tất cả các đoạn nếu khôngcó gì đặc biệt nh trờng hợp 1,2 ở phần l u ý thì có

thể bố trí thép chủ cọc nh sau :

+ Cọc tiết diện 300*300: Nên bố trí 4 thanh φ 22 thép CB400-V

+ Cọc tiết diện 350*350: Nên bố trí 8 thanh φ 18, thép CB400-V

+ Cọc tiết diện 400*400: Nên bố trí 8 thanh φ 20, thép CB400-V

Đây là các nội dung mà các Kỹ s thiết kế cần nghiên cứu , áp dụng cho phù hợp