ĐỒ ÁN NỀN MÓNG, THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MÓNG CỌC ĐÀI THẤP

ĐỒ ÁN NỀN MÓNG, THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN, MÓNG CỌC ĐÀI THẤP

II T HIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN MĨNG CỌC ĐÀI THẤP

II.1 – Thi ết kế và tính tốn Mĩng cọc cột giữa :

2.1 Chọn kích thước và tiết diện cọc

Chọn cọc hình vuông có tiết diện 30 x 30 cm

Chiều dài của cọc là 7,5 m Ngàm vào đài 0.5m, đập vỡ 0.35m để neo thép

Cốt thép dọc chịu lực chọn 416 có F = 8,04 cm2

Sơ đồ 4 cọc

2.2- Sơ bộ xác định kích thước đài cọc:

Kích thước đài sơ bộ : 1  , 5 1 , 5m

3 –

Xác định chiều sâu chôn đài cọc :

Dùng tải trọng tính tốn của tổ hợp bổ sung:

tt

N =103.50 (T) ; Q tt=2.10(T) ; M tt=3.30(Tm)

* Giả thiết tồn bộ tải trọng ngang tác dụng lên đài do đất từ đáy đài trở lên tiếp thu

* Kiểm tra điều kiện tính tốn mĩng cọc đài thấp:

h 0,7 hmin Với h là độ chơn sâu của đáy đài Chọn h=1m

hmin = tg(450 - /2) 2H.b

, : góc ma sát trong và dung trọng tại đáy đài

H :tổng lực xô ngang tính đến đáy đài

4- Tính t ốn sức chịu tải của cọc đơn BTCT :

4.1 – Tính tốn sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm mĩng :

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm mĩng được tính theo cơng thức:

Pvl = (RaFa + RbFb)

Trong đĩ:

Pvl là sức chịu tải tính tốn của cọc theo vật liệu

: hệ số uốn dọc, móng cọc đài thấp không xuyên qua than bùn chọn  = 1

Ra , Falà cường độ chịu nén tính tốn và diện tích cốt thép dọc trong cọc

+ Fa= 416 8,04 cm2

Thép CII cĩ Ra=2600 kG/cm2

+ Rb-cường độ chịu nén của bêtơng Rb=110 kG/cm2

Fb-diện tích mặt cắt ngang thân cọc ( phần bê tơng )

4.2– Tính tốn sức chịu tải của cọc theo đất nền :

Như trên đã chọn chiều dài cọc L=8,5 Như vậy mũi cọc sẽ được đặt vào lớp đất thứ 3 làlớp á cát Cọc làm việc theo sơ đồ cọc ma sát

Sức chịu tải của cọc theo đất nền được xác định theo công thức sau :

n

 = m(mrRF + U



n 1

i mfi fi li )

m : hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất m=1

mr =mf =1 : hệ số kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến ma sát giữa đấtvới cọc và sức chịu tải của đất ở mũi cọc được tra ở bảng 3.9

F : diện tích td ngang cọc F=0,09 (m2)

U : chu vi tiết diện ngang thân cọc U=4.0,3=1.2(m)

li : chiều dày lớp đất phân tố thứ i, trong tính tốn sức chịu tải của cọcthường chia nền đất thành các lớp phân tố cĩ chiều dày  2m

fi : lực ma sát đơn vị giới hạn trung bình của mỗi lớp đất mà cọc đi qua phụthuộc vào trạng thái và chiều sâu trung bình của mỗi lớp đất tính từ mặt đất tự nhiên hoặcmực nước thấp nhất tra bảng 3.8

R : cường độ giới hạn trung bình của lớp đất ở mũi cọc,phụ thuộc vào lớp đất

và chiều sâu của mũi cọc( T/m2 ), tra bảng 3.7 ta được :

tra bảng chọn R = 168.33 T/m2

(Bảng 3.7 Bảng tra R(theo 20TCN 21-86) trang 100 bài giảng nền mĩng)

Chia đất nền thành các lớp đồng nhất như trong hình vẽ trên Cường độ tính toáncủa ma sát xung quanh cọc và đất bao quanh fi tra bảng, nội suy có

lớp

đất lớp phân tố li(m) Zi(m)

trạngthái fi fi.li R(T/m2)

á cát 1 2 2 B=0.33 2.73 5.46

Z=8m

 R=168.33

5.6 11.2

Kiểm tra sự tối ưu của phương án đã chọn:

Ta biết rằng Pvl>>n do đó cần chọn kích thước td và chiều dài cọc sao cho Pvlkhông quá lớn so với n



Ở đây ta tính được: 2 22

01 49

02 109

đn

4 , 1

01 49

5- Xác định số lượng cọc trong đài và bố trí cọc trong móng:

5.1 Xác định số lượng cọc trong đài

Dùng tải trọng tính toán của tổ hợp bổ sung :

tt

N =103.50 (T) ; Q tt=2.10(T) ; M tt=3.30(Tm)

n đn

tt P

Do đó: 3 72

01 35

45 108 2

+Tạo thuận lợi cho việc thi công

Bố trí trên mặt đứng và mặt bằng như hình vẽ bên cạnh

CHƯA CÓ VẼ HÌNH

6 Kiểm tra tải trọng thẳng đứng tác dụng lên cọc

Dùng tải trọng tính toán của tổ hợp bổ sung :

min

0

P < k

đn P

n tt

x

x M n

N

1 2 max

n tt

x

x M n

N

1 2 max

0

P >0

 thõa mãn

Vậy cọc đủ khả năng chịu nén

7 Kiểm tra tải trọng ngang tác dụng lên cọc

Theo quy phạm về mĩng cọc (sách BGNM/119) việc kiểm tra mĩng cọc đài thấp chịutải trọng ngang được tiến hành như sau:

(T) tb

Vậy cọc đủ sức chịu tải trọng ngang

8 Kiểm tra cường độ của nền đất tại mặt phẳng mũi cọc:

Dùng tổ hợp cơ bản, tải trọng tiêu chuẩn

Ntc = 76 33

2 , 1

60 91

 T

Mtc = 2 , 08

2 , 1

50 2

 T

Ntc = 1 , 33

2 , 1

6 , 1

 T

Để kiểm tra cường độ của đất nền tại mặt phẳng mũi cọc, người ta xem cọc, đài cọc vàphần đất giữa các cọc làm thành một mĩng khối quy ước Mĩng khối này cĩ chiều sâuđấy mĩng từ mặt đất đến mp đi qua mũi cọc

Giả thiết ta có móng khối quy ước ABCD với kích thứơc là Aqu, Bqu,Hqu

F qu A quB qu

A qu A1  2Ltg



Ltg B

Trong đĩ: A1,B1- khoảng cách từ mép 2 hàng cọc ngồi cùng đối diện nhau theo 2 phía

A1=B1=1,2(m)

L-chiều dài cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc

L=Lcọc-0,5=7,5-0,5=7 m (0,5m-đoạn cọc ngàm vào đài)

h

4 4

(

) 16 1 31 3 23

Sau khi đã coi móng cọc như một móng

khối quy ước thì việc kiểm tra cường độ

của đất nền ở mp mũi cọc được tiến hành

như đối với móng nông trên nền thiên

nhiên, nghĩa là phải thõa mãn điều kiện

sau:

- qu

tc đqu

qu tc

o

đqu

G N

*Trọng lượng của lớp đất cát hạt vừa G2:

55 87 33

B A

G N

qu qu

qu tc o đqu

đqu tc

qu

đ đqu

W

M F

N

min max,

qu tc o tc o qu qu

qu tc o

A B

H Q M B

A

G N

trong đĩ: Ntc và Mtc-tải trọng thẳng đứng và momen tính đến tận đáy đài

N N tc G qu 76 33 87 55 163 88 (T)

o đ

76 , 2

A B

W đqu  qu qu  

Thay số liệu vào ta được:

 max,đqumin 1687.6176.33 123.50.72 (T/m2)

= 16o nên tra bảng có A = 0,36; B = 2,43; D = 4,69

(bảng 2.4- trị số A,B,D , trang 23 sách “Bài giảng nền mĩng”)

Bqu = 2,76m, Hqu =8,0 m

=đn3 = 0.9982T/m3; c = 0,31KG/cm2 = 3,1 T/m2 `

 =3*1.941.0067 181.01*30.9982*1 = 1,36 T/m3

Kết quả : qu

tc

R = 1,2.(0,36.2,76.0.9982+2,43.8.1,36+ 4,69.3,1) = 51.76 T/m2

* Đối chiếu với đk ở trên:

* Kết luận: nền đất tại mp mũi cọc đảm bảo khả năng chịu tải.

9- Tính tốn và kiểm tra độ lún của mĩng cọc:

Khi tính toán kiểm tra độ lún của móng cọc ta xem móng cọc như khối móng quyước và tính giống như với móng nông Tính lún theo phương pháp cộng từng lớp Dùng tổ hợp cơ bản, tải trọng tiêu chuẩn

9.1 Chia nền đất dưới đáy mĩng khối quy ước thành các lớp phân tố cĩ chiều dày

m B

 ,h i là dung trọng và chiều cao của lớp đất phân tố thứ i

ứng suất do trọng lượng bản thân đất ở lớp thứ 1 trên mực nước ngầm gây ra :

 = 21.51 là ứng suất trung bình tại đáy mĩng khối qui ước

 là trọng lượng thể tích trung bình của lớp đất từ mũi cọc trở lên

k0i = f(

b

z 2 , b

9.5.Xác định chiều sâu vùng ảnh hưởng Ha

Tại điểm thứ 4 (thuộc lớp 2) ta có gl

zi

 = 2.029T/m2 < 0,2 bt

Z

 = 0,2 14.842 = 2.9684 T/

m2 nên chỉ tính lún đến điểm thứ 4

9.6 tính tốn độ lún cho từng lớp Si theo cơng thức

Aùp dụng công thức : i

i

i i

e

e e S

1

2 1 1



Trong đĩ e1i ,e2i là các hệ số rỗng ứng với các cấp áp lực P1i và P2iVới P1i =

2

1 1 1

bt i

e e S

Vậy S = 0,0266m =2.66 cm < Sgh = 8 cm

10 Tính t oán đài cọc

10.1 Tính toán chiều cao của đài cọc

a Chọn chiều cao làm việc của đài

Trong đó: ak-cạnh ngắn của tiết diện cột ak=0,3m

` Rp-cường độ chịu kéo tính toán của bêtông Rp=7,5 kG/cm2=75 T/m2

Pnp-tổng nội lực tại các đỉnh cọc nằm ngoài mp nghiêng Nhận xét rằngmặt phá hoại nghiêng không trùm hết các đỉnh cọc, chỉ có 2 cọc ở cạnh mép cột bị còn haicọc còn lại ko bị, như vậy Pnp=2Pmax=60.22 (Tm)

K phụ thuộc vào tỷ số C/ho

C = 0 , 45 0 , 075

2

45 0 5

Thay tất cả vào ta được:

60.22  (ak + b)ho.k.Rp = (0,3 + 1.5)0,6.1,38.75 = 149,04

60,22 < 111.78 thõa mãn

Chiều cao làm việc của đài là 0.6m thõa mãn điều kiện chọc thủng

Vậy chiều cao đài bằng: hđ = 0.6 + 0.15 = 0.75 m

Vậy chiều cao của đài là 0.85

10.2- Tính tốn và bố trí cốt thép trong đài cọc:

Việc tính tốn chịu uốn của đài tiến hành theo trị số momen uốn tại các td thẳng đứngcủa đài ở mép cột và tại vị trí đài cĩ chiều cao thay đổi

*Tính tốn mơmen tại các tiết diện:

P2,P3,P4 tải trọng của cơng trình truyền xuống

truyền xuống các cọc tương ứng là 2,3,4

P3=Pmin=24.11 (T)

P2=P4=Pmax=30.11 (T)

r1, r2 lần lượt là khoảng cách từ tim cột đến các

tiết diện I-I và II-II

10 55 13 9

, 0

4 0

10 27 16 9

, 0

4 0

Kiểm tra cọc khi vận chuyển, cẩu lắp và treo giá búa

Dùng tổ hợp bổ sung và tải trọng tính toán để kiểm tra

NTT = 103.5 T, MTT = 3.30Tm, QTT = 2.10 T

a - Khi vận chuyển :

Để đảm bảo đk chịu lực tốt nhất khi vận chuyển và cẩu lắp thì vị trí mĩc câu cần

bố trí sao cho Mmax Mmax

Tải trọng phân bố đều:

q = k.F bt = 1,5 0,3*0.3 , 2,5 = 0.3375 T/m

Khoảng cách từ gối tựa đến mút cọc :

a = 0,207 L = 0,207 7,5= 1,552.5 mchọn a = 1.550m

Mômen lớn nhất do cọc chịu :

Mmax = 0,043 ql2 = 0,043 0,3375 8,52 = 1.05 TmKiểm tra lại điều kiện:

26000 ).

5 30 (

9 , 0

10 05 1 9

, 0

2

4

R h

M f

F

ct o ct

F

F a  a    Fa=4,02 cm2    1 , 79 ( 2 )

cm

f ctc t

Vậy đảm bảo yêu cầu khi vận chuyển

b – Khi treo cọc lên giá búa :

Cọc cĩ chiều dài bằng 8,5 m > 8m nên cần bố trí thêm mĩc cẩu thứ 3 để khi thicơng cọc treo lên giá búa Từ điếu kiện cân bằng momen tính được khoảng cách b : b= 0,294L= 0,294.8,5=2,499m

05 0 3 0 (

9 , 0

10 66 1 9

, 0

4 0





a R h M

Cốt thép C I (dung làm thép đai)

2.1 Chọn kích thước và tiết diện cọc

Chọn cọc hình vuông có tiết diện 30 x 30 cm

Chiều dài của cọc là 7,5 m Ngàm vào đài 0.5m, đập vỡ 0.35m để neo thép

Cốt thép dọc chịu lực chọn 416 có F = 8,04 cm2

Sơ đồ 4 cọc

2.2- Sơ bộ xác định kích thước đài cọc:

Kích thước đài sơ bộ : 1  , 5 1 , 5m

3 –

Xác định chiều sâu chôn đài cọc :

Dùng tải trọng tính tốn của tổ hợp bổ sung:

tt

N =103.50 (T) ; Q tt=2.10(T) ; M tt=3.30(Tm)

* Giả thiết tồn bộ tải trọng ngang tác dụng lên đài do đất từ đáy đài trở lên tiếp thu

* Kiểm tra điều kiện tính tốn mĩng cọc đài thấp:

h 0,7 hmin Với h là độ chơn sâu của đáy đài Chọn h=1m

hmin = tg(450 - /2) 2H.b

, : góc ma sát trong và dung trọng tại đáy đài

H :tổng lực xô ngang tính đến đáy đài

H = Qtt +M h tt = 2.10+13,,03 = 5,4 T

b : bề rộng của đáy đài vuông góc với lực xô ngang b = 1,5 m

hmin = tg(450 – 230/2) 1,2945,14,5 = 1.28 m => 0,7 hmin = 0,896m

Kết quả : 1m= h 0,7 hmin=0,896m thỏa mãn

4- Tính t ốn sức chịu tải của cọc đơn BTCT :

4.1 – Tính tốn sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm mĩng :

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm mĩng được tính theo cơng thức:

Pvl = (RaFa + RbFb)

Trong đĩ:

Pvl là sức chịu tải tính tốn của cọc theo vật liệu

: hệ số uốn dọc, móng cọc đài thấp không xuyên qua than bùn chọn  = 1

Ra , Falà cường độ chịu nén tính tốn và diện tích cốt thép dọc trong cọc

+ Fa= 4  16 8,04 cm2

Thép CII cĩ Ra=2600 kG/cm2

+ Rb-cường độ chịu nén của bêtơng Rb=110 kG/cm2

Fb-diện tích mặt cắt ngang thân cọc ( phần bê tơng )

4.2– Tính tốn sức chịu tải của cọc theo đất nền :

Như trên đã chọn chiều dài cọc L=8,5 Như vậy mũi cọc sẽ được đặt vào lớp đất thứ 3 làlớp á cát Cọc làm việc theo sơ đồ cọc ma sát

Sức chịu tải của cọc theo đất nền được xác định theo công thức sau :

n

 = m(mrRF + U



n 1

i mfi fi li )

m : hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất m=1

mr =mf =1 : hệ số kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến ma sát giữa đấtvới cọc và sức chịu tải của đất ở mũi cọc được tra ở bảng 3.9

F : diện tích td ngang cọc F=0,09 (m2)

U : chu vi tiết diện ngang thân cọc U=4.0,3=1.2(m)

li : chiều dày lớp đất phân tố thứ i, trong tính tốn sức chịu tải của cọcthường chia nền đất thành các lớp phân tố cĩ chiều dày  2m

fi : lực ma sát đơn vị giới hạn trung bình của mỗi lớp đất mà cọc đi qua phụthuộc vào trạng thái và chiều sâu trung bình của mỗi lớp đất tính từ mặt đất tự nhiên hoặcmực nước thấp nhất tra bảng 3.8

R : cường độ giới hạn trung bình của lớp đất ở mũi cọc,phụ thuộc vào lớp đất

và chiều sâu của mũi cọc( T/m2 ), tra bảng 3.7 ta được :

tra bảng chọn R = 168.33 T/m2

(Bảng 3.7 Bảng tra R(theo 20TCN 21-86) trang 100 bài giảng nền mĩng)

Chia đất nền thành các lớp đồng nhất như trong hình vẽ trên Cường độ tính toáncủa ma sát xung quanh cọc và đất bao quanh fi tra bảng, nội suy có

lớp

đất lớp phân tố li(m) Zi(m) trạngthái fi fi.li R(T/m2)

 R=168.33

5.6 11.2

Kiểm tra sự tối ưu của phương án đã chọn:

Ta biết rằng Pvl>>n do đó cần chọn kích thước td và chiều dài cọc sao cho Pvlkhông quá lớn so với n



Ở đây ta tính được: 2 22

01 49

02 109

đn

4 , 1

01 49

5- Xác định số lượng cọc trong đài và bố trí cọc trong móng:

5.1 Xác định số lượng cọc trong đài

Dùng tải trọng tính toán của tổ hợp bổ sung :

tt

N =94,60 (T) ; Q tt=2.00(T) ; M tt=3.85(Tm)

n đn

tt P

55 99 2

+Tạo thuận lợi cho việc thi công

Bố trí trên mặt đứng và mặt bằng như hình vẽ bên cạnh

CHƯA CÓ VẼ HÌNH

6 Kiểm tra tải trọng thẳng đứng tác dụng lên cọc

Dùng tải trọng tính toán của tổ hợp bổ sung :

min

0

P < k

đn P

n tt

x

x M n

N

1 2 max

n tt

x

x M n

N

1 2 max

P >0

 thõa mãn

Vậy cọc đủ khả năng chịu nén

7 Kiểm tra tải trọng ngang tác dụng lên cọc

Theo quy phạm về mĩng cọc (sách BGNM/119) việc kiểm tra mĩng cọc đài thấp chịutải trọng ngang được tiến hành như sau:

(T) tb

Vậy cọc đủ sức chịu tải trọng ngang

8.2 Kiểm tra cường độ của nền đất tại mặt phẳng mũi cọc:

Dùng tổ hợp cơ bản, tải trọng tiêu chuẩn

Ntc = 70 42

2 , 1

50 84

 T

Mtc = 1 875

2 , 1

25 , 2

Ntc = 1 , 25

2 , 1

5 , 1

 T

Để kiểm tra cường độ của đất nền tại mp mũi cọc, người ta xem cọc, đài cọc và phầnđất giữa các cọc làm thành một mĩng khối quy ước Mĩng khối này cĩ chiều sâu đấymĩng từ mặt đất đến mp đi qua mũi cọc

Giả thiết ta có móng khối quy ước ABCD với kích thứơc là Aqu, Bqu,Hqu

F qu A quB qu

A qu A1  2Ltg



Ltg B

Trong đĩ: A1,B1- khoảng cách từ mép 2 hàng cọc ngồi cùng đối diện nhau theo 2 phía

A1=B1=1,2(m)

L-chiều dài cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc

L=Lcọc-0,5=7,5-0,5=7 m (0,5m-đoạn cọc ngàm vào đài)

h

4 4

(

) 16 1 31 3 23

Sau khi đã coi móng cọc như một móng

khối quy ước thì việc kiểm tra cường độ

của đất nền ở mp mũi cọc được tiến hành

như đối với móng nông trên nền thiên

nhiên, nghĩa là phải thõa mãn điều kiện

sau:

- qu

tc đqu

qu tc

o

đqu

G N

*Trọng lượng của lớp đất cát hạt vừa G2:

* 76 2

55 87 42

B A

G N

qu qu

qu tc o đqu

đqu tc

qu

đ đqu

W

M F

N

min max,

qu tc o tc o qu qu

qu tc o

A B

H Q M B

A

G N

trong đĩ: Ntc và Mtc-tải trọng thẳng đứng và momen tính đến tận đáy đài

N N tc G qu 70 42 87 55 157 97 (T)

o đ

76 , 2

A B

W đqu  qu qu  

Thay số liệu vào ta được:

 max,đqumin 1577.6176.97 113..87550 (T/m2)

= 16o nên tra bảng có A = 0,36; B = 2,43; D = 4,69

(bảng 2.4- trị số A,B,D , trang 23 sách “Bài giảng nền mĩng”)

Bqu = 2,76m, Hqu =8,0 m

=đn3 = 0.9982T/m3; c = 0,31KG/cm2 = 3,1 T/m2 `

 =3*1.941.0067 181.01*30.9982*1 = 1,36 T/m3

Kết quả : qu

tc

R = 1,2.(0,36.2,76.0.9982+2,43.8.1,36+ 4,69.3,1) = 51.76 T/m2

* Đối chiếu với đk ở trên:

* Kết luận: nền đất tại mp mũi cọc đảm bảo khả năng chịu tải.

9- Tính tốn và kiểm tra độ lún của mĩng cọc:

Khi tính toán kiểm tra độ lún của móng cọc ta xem móng cọc như khối móng quyước và tính giống như với móng nông Tính lún theo phương pháp cộng từng lớp Dùng tổ hợp cơ bản, tải trọng tiêu chuẩn

9.1 Chia nền đất dưới đáy mĩng khối quy ước thành các lớp phân tố cĩ chiều dày

m B

 ,h i là dung trọng và chiều cao của lớp đất phân tố thứ i

ứng suất do trọng lượng bản thân đất ở lớp thứ 1 trên mực nước ngầm gây ra :

 = 20.74 là ứng suất trung bình tại đáy mĩng khối qui ước

 là trọng lượng thể tích trung bình của lớp đất từ mũi cọc trở lên