Thiết kế móng cọc đài thấp

CHƯƠNG V TÍNH TỐN THIẾT KẾ MĨNG CỌC ĐÀI THẤP I- Một số vấn đề chung móng sâu : Khái niệm móng sâu: Móng gọi móng sâu tồn tải trọng cơng trình truyền qua móng gánh đỡ đất có khả chịu lực nằm sâu mặt đất Và tính tốn lực dính lực ma sát xung quanh móng kể tới tính tốn Móng cọc loại móng sâu, thường dùng tải trọng cơng trình lớn và/ lớp đất tốt nằm sâu lòng đất Có hai loại cọc phổ biến cọc tiền chế (chế tạo sẵn) cọc đổ chổ (cọc nhồi) Hình 5.1: Cơng trình sử dụng móng cọc  Ưu điểm: dùng cho cơng trình có tải trọng lớn, dùng nơi có địa chất yếu dày phức tạp  Nhược điểm: thi cơng phức tạp, đòi hỏi thiết bị thi cơng đại, đội ngũ cơng nhân kỹ sư phải lành nghề, chi phí lớn, thi cơng ảnh hưởng tới mơi trường xung quanh… Các loại móng sâu: Móng sâu phân nhóm sau đây:  Cọc: có nhiều loại, sử dụng rộng rãi  Tường đất: Hình 5.2: thi cơng tường đất 1|Page Copyrightbachsyntu  Giếng: móng giếng chìm (có loại: móng giếng chìm ép móng giếng chìm) thường sử dụng cơng trình có tải trọng lớn Hình 5.3: Móng giếng chìm ép Phân loại móng cọc: phân loại móng cọc theo hình thức sau đây: 3.1 Theo phương diện truyền tải: cọc chống, cọc ma sát, cọc ma sát chống 3.2 Theo vị trí bệ đài: móng cọc đài thấp, móng cọc đài cao Hình 5.4: móng cọc đài cao (b) đài thấp (a) 3.3 Theo trạng thái chịu lực: cọc chịu nén, cọc chịu kéo, cọc chịu uốn 2|Page Copyrightbachsyntu 3.4 Theo vật liệu: cọc gỗ, cọc thép, cọc BTCT Hình 5.5: cọc ống BTCT cọc gỗ 3.5 Theo phương pháp chế tạo: cọc chế tạo sẵn, cọc đổ chổ (cọc khoan nhồi) Hình 5.6: thi cơng cọc BTCT đúc sẵn II - Hình 5.7: Lồng thép cọc khoan nhồi Các u cầu cấu tạo móng cọc : 2.1 Móng Cọc bê tơng cốt thép đúc sẵn thi cơng đóng ép: a) Đối với cọc:  Bê tơng cọc: Những u cầu bê tơng cọc lấy theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tơng cốt thép hành Bê tơng cọc cần thiết kế chống tác nhân bên ngồi có đất 3|Page Copyrightbachsyntu Dựa điều kiện làm việc cọc, mác tối thiểu bê tơng cọc lấy theo bảng 3.1 (TCXD 205 – 1998):  Cốt thép cọc:  Cốt thép cọc phải thỏa mãn điều kiện quy định chất lượng cốt thép để chịu nội lực phát sinh q trình bốc dỡ, vận chuyển áp lực kéo mơ men uốn cơng trình bên tác dụng vào cọc, cần xét đế trị số ứng suất kéo phát sinh tượng nâng đóng cọc  Cốt thép chủ yếu cần kéo dài liên tục theo suốt chiều dài cọc Trong trường hợp bắt buộc phải nối cốt thép chủ, mối nối cần phải tn thủ quy định nối thép bố trí mối nối  Trong trường hợp cần tăng khả chịu momen, thép tăng cường phần đầu cọc, cần bố trí cho gián đoạn đột ngột cốt thép khơng gây tượng nứt cọc chịu tác động xung q trình đóng cọc  Cốt thép cần xác định theo tính tốn, hàm lượng thép khơng nhỏ 0.8%, đường kính khơng nhỏ 14mm Đối với trường hợp sau, cọc cho nhà cao tầng , hàm lượng cố thép dọc nâng lên – 1.2%:  Mũi cọc xun qua lớp đất cứng  Độ mãnh cọc L/d > 60  Sức chịu tải thiết kế cọc đơn lớn mà số cọc đài  Cốt thép đai có vai trò đặc biệt quan trọng để chịu ứng suất nảy sinh q trình đóng cọc Cốt đai có dạng móc, đai kín xoắn Trừ trường hợp có sử dụng mối nối đặc biệt mặt bích bao quanh đầu cọc mà phân bố ứng suất gây q trình đóng cọc, khoảng cách lần cạnh nhỏ cọc hai đầu cọc, hàm lượng cốt đai khơng nhỏ 0.6% thể tích vùng nêu  Trong phần thân cọc, cốt đai có tổng tiết diện khơng nhỏ 0.2% bố trí với khoảng cách khơng lớn bề rộng tiết diện cọc Sự thay đổi vùng có khoảng cách đai cốt khác khơng nên q đột ngột  Thép gia cường đầu cọc: thơng thường để đầu cọc khơng bị bể đóng ép cọc nên dùng lưới thép ϕ6a50 để gia cường đầu cọc (thường bố trí lớp)  Mũi cọc: 4|Page Copyrightbachsyntu Mũi cọc mặt phẳng hay nhọn, trường hợp phải đóng xun qua lớp đất sét lẫn cuội sỏi loại đất khác phá Đai Þ6 Þ30 hoại phần bê tơng nên mũi cọc cần thiết làm thép gang đúc Trong đất sét đồng mũi cọc khơng thiết phải nhọn Các thép dọc uốn xuống để hàn chụm vào thép dẫn hướng có đường kính ϕ = 25 – 35mm thép loại AII, AIII Chiều dài thép dẫn hướng có đường kính – 3d (d – đường kính cạnh cọc) Hình 5.8: Chi tiết mũi cọc Cốt thép đai mũi cọc thơng thường có ϕ = – (cọc to dùng ϕ10) loại thép AI, cốt đai thường xoắn ơm cốt dọc chủ (hình 2.9) Nếu cọc có mũi đóng vào đá phải cấu tạo thép khỏe  Nối cọc: Trên cọc khơng nên có q mối nối (trừ trường hợp cọc thi cơng phương pháp ép); cọc có hai mối nối phải tăng hệ số an tồn sức chịu tải cọc Nói chung mối nối cọc nên thực phương pháp hàn, cần có biện pháp bảo vệ mối nối lớp đất có tác nhân ăn mòn Hình 5.9: thi cơng nối cọc BTCT Hình 5.10: chi tiết mũi cọc lưới cốt thép đầu cọc 5|Page Copyrightbachsyntu  Cắt đầu cọc: Trong trường hợp cọc khơng đóng đến độ sâu thiết kế đủ sức chịu tải, đầu cọc cắt đến cao độ cho phần bê tơng cọc nằm đài đảm bảo từ – 10cm Phần cốt thép nằm đài thõa mãn theo u cầu thiết kế (Lneo >=30ϕ, ϕ đường kính cốt thép dọc cọc) Khi cắt đầu cọc phải đảm bảo cho bê tơng cọc khơng bị nứt, bị nứt cần đục bỏ phần nứt vá lại bê tơng  Kéo dài cọc: Trong trường hợp phải kéo dài cọc mà đầu cọc khơng thiết kế đặc biệt phải đập bỏ phần bê tơng đầu cọc khơng 200mm phải tránh làm hỏng bê tơng cọc Thép chủ hàn theo quy phạm hàn cốt thép Khi khơng có máy hàn dùng mối nối buộc với chiều dài đoạn nối buộc khơng nhỏ 40 lần đường kính cốt thép b) Đối với đài cọc:  Đài cọc: thường làm BTCT với bê tơng cấp B > 20, thiết kế cấu kiện tác dụng tải trọng cơng trình phản lực cọc Tùy theo cách liên kết đài cọc, xem đài cọc làm việc hệ kết cấu độc lập, hệ kết cấu phẳng hệ kết cấu khơng gian  Liên kết cọc đài: Cọc liên kết với đài dạng khớp ngàm  Trong trường hợp liên kết khớp, cọc cần cắm vào đài với chiều sâu – 10cm Khơng bắt buộc phải kéo dài cốt thép cọc vào đài  Trong trường hợp liên kết ngàm, chiều dài ngàm cọc cốt thép cọc kéo dài đài lấy theo u cầu tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT Trong trường hợp cọc bê tơng ứng suất trước, khơng dùng cốt thép kéo căng cọc để ngàm vào đài mà phải cấu tạo hệ cốt thép riêng Khi cọc liên kết ngàm với đài, cần kết đến giá trị momen phát sinh liên kết Hình 5.11: Cấu tạo đài cọc  Khoảng cách cọc đài: khoảng cách cọc đài xác định theo điều kiện sau:  Phương pháp thi cơng (cọc đóng hay cọc nhồi)  Khả chịu tải nhóm cọc Thơng thường, khoảng cách hai cọc liền kề lấy sau:  Cọc ma sát khơng nhỏ 3d  Cọc chống khơng nhỏ 2d 6|Page Copyrightbachsyntu  Cọc có mở rộng đáy, khơng nhỏ 1.5D D + 1m (khi D > 2m, D đường kính mở rộng đáy) Hình 5.12: Mặt bố trí cọc  Ngun tắc bố trí cọc đài:  Thơng thường cọc bố trí theo dãy, theo hàng theo lưới hình tam giác  Khoảng cách cọc cần bố trí từ 2d – 6d tùy theo loại cọc, bố trí khoảng cọc đảm bảo sức chịu tải cọc làm việc theo nhóm  Để ảnh hưởng tới sức chịu tải cọc (do cọc làm việc theo nhóm) nên bố trí cọc tối thiểu 3d 7|Page Copyrightbachsyntu  Khi cọc bố trí > 6d ảnh hưởng lẫn cọc bỏ qua, xem cọc làm việc riêng lẻ  Khi tải đứng lệch tâm kích thước đài lớn bố trí cho phản lực đầu cọc tương đối  Khoảng cach từ mép ngồi cọc đến mép ngồi đài từ d/3 – d/2  Nên bố trí cọc cho tâm cột trùng với tâm nhóm cọc 2.1 Móng cọc khoan nhồi: a) Đối với cọc: Cọc nhồi loại cọc thi cơng tạo lỗ trước đất, sau lỗ lấp đầy bê tơng khơng có cốt thép Vệc tạo lỗ thực phương pháp khoan, đóng ống hay phương pháp đào khác Cọc nhồi có đường kính nhỏ 60cm gọi cọc nhồi có đường kính nhỏ, ngược lại gọi cọc nhồi có đường kính lớn Người thiết kế thi cơng cần có hiểu biết đầy đủ điều kiện đất đặc điểm cơng nghệ dự định thực để đảm bảo quy định chất lượng cọc  Bê tơng cọc: Bê tơng dùng cọc khoan nhồi loại bê tơng thơng thường Ngồi điều kiện cường độ, bê tơng phải có độ sụt lớn để đảm bảo tính liên tục cọc Độ sụt bê tơng nêu bảng 3.2 (TCXD 205 – 1998) Mác bê tơng sử dụng cho cọc khoan nhồi nói chung khơng nhỏ 20Mpa  Cốt thép cọc: Cốt thép cọc khoan nhồi xác định theo tính tốn, đồng thời phải thõa mãn số u cầu cấu tạo sau:  Trong trường hợp cọc nhồi chịu kéo, cốt thép cọc cần bố trí suốt theo chiều dài cọc Khi cốt thép dọc nối cần phải hàn theo u cầu chịu lực Khi lực nhổ nhỏ, cốt thép dọc bố trí đến độ sâu cần thiết để lực kéo triệt tiêu hồn tồn thơng qua ma sát cọc  Đối với cọc chịu nén dọc trục, hàm lương cốt thép khơng nên nhỏ 0.2 – 0.4% Đường kính cốt thép khơng nhỏ 10mm bố trí theo chu vi cọc cọc chịu tải trọng ngang, hàm lượng cốt thép khơng nhỏ 0.4 – 0.65%  Cốt đai cọc khoan nhồi thường làm ϕ6 – ϕ10, khoảng cách 200 – 300mm Có thể dùng đai hàn vòng đơn đai xoắn ốc chưa liên tục Nếu chiều dài lồng thép dài 4m, để tăng độ cứng lồng bổ sung théo đai ϕ12 cách 2m, đồng thời cốt đai dùng để gắn miếng kê tạo lớp bảo vệ cốt thép  Chiều dày lớp bảo vệ cốt thép dọc cọc khoan nhồi khơng nhỏ 5cm 8|Page Copyrightbachsyntu A CỌC 40x40cm,L=12m ĐOẠN -II & III B Lưới thép Þ6 (1 lưới thép loại 2) (+ lưới thép loại 1) Bát hàn nối cọc bát ) Móc cẩu Đai Þ6 12 (đốt cuối đầu này- Móc cẩu Þ20 Þ25 Đai Þ6 Þ25 Þ20 Vát góc 2x2cm Þ20 @K.Bố trí thép đai A CỌC 40x40cm,L=12m ĐOẠN - I B Lưới thép Þ6 (1 lưới thép loại 2) (+ lưới thép loại 1) Móc cẩu B Đai Þ6 C Móc cẩu Þ20 Þ25 B Đai Þ6 Đai Þ6 Þ25 Þ30 Þ20 Þ20 @K.Bố trí thép đai C MẶT CẮT A - A B-B THÉP BẢN NỐI CỌC C-C MŨI CỌC (Đốt 1: mũi nhọn 40x40cm,L:12m) 1-1 Bát hàn nối cọc Hàn d=10 776x150x12 UỐN CHỮ L 2x2Þ20(bìa) +1Þ20(giữa) (1a) Þ20 (1a) 2x2Þ20(bìa) +1Þ20(giữa) (1a) Þ20 NEO Þ16 Þ32 NEO Þ16 HỘP NỐI CỌC 830 x 1000 x 10 D CỌC BTCT 40x40cm XEM CHI TIẾT-1 CHI TIẾT - TẤM NGĂN ? 410x410x10 LỔ QUAN SÁT ( mặt ) Þ6 AI 06 850 5.10 58 350 20.30 Þ25 AI 02 1847 3.69 4a Þ20 AII 08 350 2.80 776x150x12 02 0.116m² 5a Þ16 AI 04 1370 5.48 Þ6 AI 01 5600 5.60 Þ30 AII 01 700 0.70 3a 90 65 65 340 350 350 157 395 Þ6 AI 340 340 23 250 2a 106.05 250 150.49 1050 200 350 250 0.233m² 375 (Xem hình vẽ) 700 830x1000x10 CT.LƯỚI THÉP ĐẦU CỌC THÉP GÓC GIA CƯỜNG 150x50x10 LOẠI Móc cẩu Þ25 2x Þ6 @.50,L=350 LOẠI THÉP XOẮN CỌC ĐẦU NHỌN Þ20 L:350 SƠ ĐỒ UÔN THÉP (mm) Tổng cộng (m) 08 11900 95.20 Þ6 AI 100 1490 149.00 2a Þ6 AI 100 1050 105.00 Þ6 AI 12 850 10.20 3a Þ6 AI 106 350 37.10 Þ25 AI 02 1847 3.69 4a Þ20 AII 08 350 2.80 776x150x12 04 0.116m² 5a Þ16 AI 08 1370 11900 23 340 65 350 350 157 0.466M² 10.96 T.cộng BT T.cộng T.cộng Số thép M300 L hàn L hàn lượng tròn 6mm 10mm CẤU KIỆN Þ6 Kg Kg ĐỐT MŨI (Đoạn I) 63.83 8.65 ĐỐT GIỮA (Đoạn II) 66.89 17.30 241.67 14.22 43.90 346.39 1.92 ĐỐT CUỐI (Đoạn III) 66.89 21.95 337.74 1.92 8.65 Þ20 Þ25 Kg Kg 251.13 14.22 Þ30 Kg 10 Kg 3.88 12 Kg Kg M3 21.95 344.11 1.96 247.98 14.22 HỘP NỐI CỌC (cho vò trí nối) 200 250 350 375 Þ16 65 340 Þ20 AII 250 Thanh (mm) 830x1000x10 CỐT THÉP CẨU CỌC LƯNG 250 (mm) 395 150x50x10 CHIỀU DÀI SỐ Þ DANH SỐ 120 120 830x1000x10 THÉP 1490 101 23 ĐƯỜNG HÀN DÀY 10 mm ( mặt) D-D LỔ QUAN SÁT ( mặt ) 99.04 101 Þ6 AI 60 ĐƯỜNG HÀN  ĐƯỜNG HÀN  ( mặt ) XEM CHI TIẾT-2 410x410x10 VÁT CẠNH 10Cm BÁT HÀN NỐI CỌC THÉP 12380 Þ6 AI KHOẢNG TRỐNG HÀN GÓC 10mm THÉP 410x410x10 VÁT GÓC 08 260 D 11950 120 120 ĐƯỜNG HÀN  SƠ ĐỒ UÔN THÉP (mm) Tổng cộng (m) 60 ĐƯỜNG HÀN 10mm ( mặt) Thanh (mm) 260 THÉP GIA CƯỜNG 150x50x10 (mm) Þ20 AII 1a 830x1000x10 410x410x10 CHIỀU DÀI SỐ LƯNG Þ DANH SỐ 23 BÁT HÀN NỐI CỌC CỌC BTCT 40x40 Đoạn I CHI TIẾT - CỌC BTCT 40x40cm CỌC BTCT 40x40 Đoạn II HÀN SUỐT DÀY 10 mm 776x150x12 UỐN CHỮ L Đai Þ6 Đai Þ6 M M 0.72 2.30 146.65 Đốt 4.60 2.30 9.04 THUYẾT MINH : - Cọc BTCT 40x40cm thiết kế bê tông cấp 300, cốt thép loại AI-CT3; AII-CT5 - Yêu cầu đơn vò thi công áp dụng biện pháp chống co rút mối hàn để đảm bảo chất lượng công trình - Cọc phải thử động mố trụ để xác đònh sức chòu tải cọc - Các cốt thép chủ hàn nối đối đầu , mặt cắt không nối 2x Þ6 L=350 9|Page - Trước gia công hộp nối, cần phải kiểm tra kích thước cụ thể cọc để gia công cho phù hợp - Kích thước vẽ trừ trường hợp ghi cụ thể, tính milimét 2x Þ6 @.100,L=850 Copyrightbachsyntu b) Đối với đài cọc: u cầu cấu tạo bê tơng, cốt thép cách bố trí cọc đài hồn tồn giống với u cầu đài cọc móng cọc đóng Sức chịu tải cọc đơn : III - 3.1 Sức chịu tải cọc theo độ bền vật liệu làm cọc (Pvl): 3.2.1 Sức chịu tải cọc BTCT tiết diện đặc, hình vng, chịu nén: Tính tốn theo cơng thức: Pvl  .Rb Fb  Ra Fa  (5-1) Trong đó: Fb – diện tích tiết diện ngang bê tơng cọc Rb – cường độ tính tốn bê tơng nén mẫu hình trụ Ra – cường độ tính tốn cốt thép Fa – diện tích tiết diện ngang cốt thép cọc φ – hệ số uốn dọc cọc, thơng thường lấy 1, trừ trường hợp cọc xun qua tầng đất yếu (than bùn, bùn, sét yếu) lúc φ lấy theo bảng 3.1 sau: Bảng 3.1: Hệ số uốn dọc cọc Ltt/b 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Ltt/d 12.1 13.9 15.6 17.3 19.1 20.8 22 24.3 26 φ 0.93 0.89 0.85 0.81 0.77 0.73 0.66 0.64 0.59 Trong đó: Ltt – chiều dài tính tốn cọc, khơng kể phần cọc nằm lớp đất yếu bên b, d – chiều rộng cạnh cọc đường kính cọc 3.2.2 Sức chịu tải cọc ống BTCT, chịu nén:  Khi tỷ số chiều dài tính tốn đường kính ngồi cọc Ltt/d  12: Tính tốn theo cơng thức: Pvl  .Rb Fb  Ra Fa  2.5Rax Fax  (5-2) Trong đó: Fb – diện tích tiết diện ngang lõi bê tơng (phần bê tơng nằm cốt đai) Rax – cường độ tính tốn cốt thép đai  Dn Fx Fax – diện tích quy đổi cốt thép đai: Fax  (5-3) tx Với: Dn – đường kính vòng thép đai 10 | P a g e Copyrightbachsyntu  Đối với cọc nhồi, thành hố giữ tốt, thi cơng khơng gây phá hoại thành hố bê tơng cọc đạt chất lượng cao  Đối với cọc đóng có tác dụng làm chặt đất đóng cọc (***) giá trị sức chống xun nêu bảng 5.9 tương ứng với mũi đơn giản (đường kính mũi 35.7mm, góc mũi 600)  Sức chịu tải cho phép cọc: Qa  Qu Fs Trong đó: Fs – hệ số an tồn, Fs = –  Sức chịu tải cọc theo kết thí nghiệm xun tiêu chuẩn (SPT): Sức chịu tải cực hạn cọc đất rời tính tốn theo cơng thức Meyerhof (1956) ,được tính theo cơng thức: Qu = K1.N.Ap + K2.Ntb.As Trong đó: N – số SPT trung bình cọc khoảng 1d mũi cọc 4d mũi cọc Ap – diện tích tiết diện mũi, m2 Ntb – số SPT trung bình dọc theo thân cọc phạm vi lớp đất rời As – diện tích mặt bên cọc phạm vi lớp đất rời, m2 K1 – hệ số, lấy 400 cho cọc đóng 120 cho cọc nhồi, (kN/m2) K2 – hệ số = (cho cọc đóng, ép), (cho cọc nhồi), (kN/m2)  Sức chịu tải cho phép cọc: Qa  Qu Fs Trong đó: Fs – hệ số an tồn, Fs = 2,5 –  Sức chịu tải cọc theo cơng thức Nhật Bản: Được tính theo cơng thức: Qa   N a Ap  0.2 N s Ls  C.Lc . d  Trong đó: Na – số SPT đất mũi cọc Ns – số SPT lớp cát bên thân cọc Ls – chiều dài đoạn cọc nằm đất cát, m Lc – chiều dài đoạn cọc nằm đất sét, m 20 | P a g e Copyrightbachsyntu α – hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi cơng cọc:  Cọc bê tơng cốt thép thi cơng phương pháp đóng, α = 30  Cọc khoan nhồi, α = 15  Sức chịu tải cho phép cọc khoan nhồi theo TCXD 195 - 1997: Sức chịu tải cho phép cọc, Qa (Tấn) gồm lớp đất dính đất rời tính theo cơng thức: Qa  1.5N Ap  0.15N c Lc  0.43N s Ls .  Wp Trong đó: N - số xun tiêu chuẩn trung bình đất khoảng 1d mũi cọc 4d mũi cọc Nếu N > 60 tính tốn lấy N = 60, N > 50 tính tốn lấy N = 50 Nc – số SPT trung bình lớp đất rời Ns – số SPT trung bình lớp đất dính Ap – diện tích tiết diện mũi cọc Ls – chiều dài đoạn cọc nằm đất dính, m Lc – chiều dài đoạn cọc nằm đất rời, m  - chu vi tiết diện cọc Wp – hiệu số trọng lượng cọc trọng lượng trụ đất cọc thay thế, (Tấn) Ngồi cơng thức tính sức chịu tải cọc nêu trên, tham khảo thêm số cơng thức tính sức chịu tải cọc thể tiêu chuẩn TCXD 205 – 1998 “móng cọc tiêu chuẩn thiết kế” TCXD 195 – 1997 “ nhà cao tầng - thiết kế móng cọc khoan nhồi”  Sức chịu tải cọc theo tiêu cường độ đất  Sức chịu tải cọc theo cơng thức thử động  Sức chịu tải cọc theo cơng thức thí nghiệm nén tĩnh IV - Tính lún móng cọc : Về mặt ngun tắc: việc tính lún thực móng cọc ma sát Móng cọc chống khơng phải tính lún 4.1 Tính tốn lún cho nhóm cọc: Nhóm cọc liên kết với đài cọc Khoảng cách tim cọc  3d (d đường kính cọc hay cạnh cọc) Khi cạnh đài cọc nhỏ thua 10 tính tốn theo trường hợp Tính lún cho móng cọc tính lún cho đất nằm mũi cọc Nền móng cọc gồm lớp đất nằm chiều sâu chịu nén Ha 21 | P a g e Copyrightbachsyntu Độ lún đất mũi cọc tải trọng khối móng quy ước gây Tải trọng trọng lượng đài cọc, cọc đất khối N móng quy ước Q Sau tính lún cho móng cọc tính lún cho M móng nơng Móng nơng gọi khối móng quy ước tc o tc ox tc oy có kích thước B x L đặt độ sâu H Trình tự tính lún móng cọc sau:  Xác định kích thước đáy móng quy ước tb/4 tb/4 (xem TCXD 205 – 1998)  Xác định tải trọng tác dụng lên khối móng quy ước:  Trọng lượng đất đài cọc từ đáy đài trở lên, N1 = B.L.γtb.Hm  Trọng lượng đất từ mũi cọc đến đáy đài, N2 bt gl z bt =< 0.2 gl  Trọng lượng cọc, N3  Quy đổi tất tải trọng trọng tâm đáy móng quy ước ta N*, M*,Q*  Xác định áp lực tiêu chuẩn đáy khối móng quy ước B x L (ptb, pmax, min, pgl) p max N* Mx M y    Fqu Wx W y ptbtc  p max  p  Vẽ biểu đồ phân bố áp lực đất trọng lượng thân tải trọng ngồi (khối móng quy ước) gây đất mũi cọc  Tính lún theo phương pháp học 4.2 Kiểm tốn cường độ tải trọng tiêu chuẩn đáy móng quy ước: Điều kiện kiểm tốn: ptbtc  R tc Pmax  1.2 R tc p  Tính tốn đài cọc: Dưới tác dụng tải trọng cơng trình, chiều cao móng khơng đủ cao bị xun thủng, để khơng bị xun thủng chiều cao đài cọc phải thõa mãn điều kiện sau: Pxt  Pcx Trong đó: V- 22 | P a g e Copyrightbachsyntu Pxt – lực gây xun thủng Pcx – lực chống xun thủng Trong q trình tính tốn chống đâm thủng thường xảy trường hợp xun thủng sau:  Trường hợp 1: tháp xun thủng nghiêng góc 450 so với phương đứng cọc nằm ngồi tháp xun thủng (hình 5.13a)    a)  b) Hình 5.13: sơ đồ tháp đâm thủng  Trường hợp 2: đáy lớn tháp xun 450 bao phủ phần cọc lúc tháp xun xác định lại (là đường màu đỏ) hình 5.13b  Trường hợp 3: đáy lớn tháp đâm thủng bao trùm tồn cọc khơng cần phải kiểm tra điều kiện chống chọc thủng đài cọc 5.1 Kiểm tốn điều kiện chọc thủng cột đài cọc: Trong đài cọc, tháp chọc thủng nghiêng khác góc 450, kiểm tra chọc thủng cột đài tiến hành theo điều kiện sau: P   bc  c2    l c  c1 .h0 Rbt h  1  1.5    ;  c1  h    1.5     c2  Trong đó: P – lực chọc thủng, tổng phản lực cọc nằm ngồi phạm vi đáy tháp chọc thủng bc, lc – kích thước tiêt diện cột c1, c2 – khoảng cách mặt từ mép cột đến mép đáy tháp chọc thủng Rbt – cường độ tính tốn chịu kéo bê tơng 23 | P a g e Copyrightbachsyntu h0 – chiều cao hữu ích đài cọc, h0 = hd – a a – khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu uốn đến đáy đài Cần kiểm tra khả chọc thủng qua mép (so với vị trí cột) cọc đặt gần cột, sau kiểm tra khả chọc thủng qua mép cọc xa  Khi c1 > h0 c2 > h0 phải lấy h0/c1 = h0/c2 để tính, tức coi tháp chọc thủng nghiêng góc 450  α1 α2 = 2.12  Khi c1 < 0.5h0 c2 < 0.5h0 lấy c1 = 0.5h0 c2 = 0.5h0 để tính  α1 α2 = 3.35   a) chọc thủng cột b) chọc thủng cọc góc Hình 5.14: Kiểm tra chọc thủng đài 5.2 Kiểm tốn điều kiện chọc thủng cọc góc: Điều kiện kiểm tốn: P  0.5 b2  0.5c    b1  0.5c1 .h0 Rbt Trong đó: b1, b2, c1, c2 – hình 5.14b P – lực chọc thủng, tổng phản lực cọc góc nằm diện tích b1 x b2 Rbt – cường độ tính tốn chịu kéo bê tơng α1, α2 – xác định tưng tự kiểm tra chọc thủng cột đài 5.3 Kiểm tốn điều kiện cường độ tiết diện nghiêng theo lực cắt: Điều kiện kiểm tốn: Q  Qc   b.h0 Rbt Trong đó: 24 | P a g e Copyrightbachsyntu Q – lực cắt, tổng phản lực cọc nằm ngồi tiết diện nghiêng Qc – khả chống cắt đài cọc b – bề rộng đài h0 – chiều cao hữu ích tiết diện xét (trường hợp chiều cao đài khơng đổi chiều cao hữu ích đài) β – hệ số khơng thứ ngun: h    0.7     c   Khi c > h0 lấy   h0 khơng nhỏ 0.6 c  Khi c < 0.5h0 lấy c = 0.5h0  β = 1.56 2 Hình 5.15: kiểm tra tiết diện nghiêng 5.4 Tính tốn bố trí cốt thép đài cọc: Quan niệm đài cọc dầm cơng xon ngàm tiết diện mép cột, bị uốn phản lực cọc (hình 5.16) Tính tốn cốt thép đài cọc ta phải tính tốn theo phương với diện tích cốt thép u cầu phương tính từ trị số momen mặt ngàm theo cơng thức: 25 | P a g e Copyrightbachsyntu As  M ng 0.9 Rs h0 Trong đó: Mng – momen ngàm, M ng   Pi ri h0 – chiều cao làm việc đài cọc Rs – cường độ tính tốn cốt thép u cầu chọn thép:   10mm 100mm  a  200mm Trong đó: ϕ – đường kính cốt thép a – khoảng cách trọng tâm cốt thép liền kề 2 Pi Pi Hình 5.16: Sơ đồ tính tốn cốt thép đài cọc Chú ý:  Diện tích cốt thép tối thiểu theo cấu tạo: ϕ10a  200mm  Nếu hai diện tích thép As1 As2 nhỏ diện tích thép cấu tạo chứng tỏ chiều cao đài chọn thừa nhiều, cần giảm hd Ngược lại đường kính cốt thép chon > ϕ30 khoảng cách thép bố trí a  100mm tăng hd để giảm đường kính cốt thép  Theo TCXD 305 – 2004 (Bê tơng khối lớn – Quy phạm thi cơng nghiệm thu) điều kiện khí hậu nóng ẩm nước ta, kết cấu có cạnh nhỏ (b) chiều cao (h) lớn 2m xem bê tơng khối lớn Khi kết cấu có kích thước vượt q giới hạn cần bố trí thép phòng ngừa nứt bê tơng từ thiết kế, cụ thể sau: 26 | P a g e Copyrightbachsyntu  Khi b h đến 1m: khơng cần cấu tạo cốt thép chống nứt bê tơng  Khi b h đến 2m: nên cấu tạo cốt thép chống nứt cho bê tơng Trường hợp ngồi cốt thép chịu uốn đặt cấu tạo thêm lồng cốt thép theo phương mặt (ϕ12a = 100 – 200mm) mặt bên đài (ϕ12a = 200 – 400mm)  Khi b h 2m: cần có thiết kế chống nứt biện pháp phòng vết nứt thi cơng VI - Thiết kế tính tốn móng cọc đài thấp: Kết cấu móng cọc đài thấp dạng kết cấu móng sử dụng rộng rãi lĩnh vực xây dựng dân dụng cơng nghiệp Trình tự tính tốn móng cọc đài thấp theo phương pháp gần sau: Thu thập xử lý số liệu  Tài liệu cơng trình (tải trọng, cơng năng…)  Tài liệu địa chất: số liệu địa chất, báo cáo đánh giá số liệu địa chất …  Các tiêu chuẩn sử dụng Đề xuất phương án móng cọc đài thấp Lựa chọn vật việu: vật liệu làm cọc, đài cọc (bê tơng, cốt thép…), lớp bảo vệ Chọn độ sâu đặt đáy đài: chiều sâu đặt đáy đài phải thõa mãn điều kiện:  Q0 hmđ  0.7tg (450  )  ' bđ Trong đó: Q0 – tổng lực ngang γ’ – trọng lượng thể tích tự nhiên đất đáy đài bđ – bề rộng đáy đài chọn trước theo kinh nghiệm Chọn đặc trưng móng cọc:  Cọc: chiều dài cọc lc, tiết diện cọc Fc  Tính tốn sức chịu tải cọc [P]: [P] = (Pvl; Pđn)  Tính số lượng cọc móng: Số lượng cọc móng tính tốn theo trình tự sau: Cách 1: (1) Áp lực tính tốn phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài: P tt  P Q tt  (3d ) 3d 2 Trong đó: Qtt – SCT tính tốn cọc, Qtt = [P] 27 | P a g e Copyrightbachsyntu d – đường kính cọc, cạnh cọc (2) Diện tích sơ đáy đài: Fsb  N 0tt P tt   tb  h  n Trong đó: Nott – Lực dọc tính tốn cốt đỉnh đài h – độ sâu đặt đáy đài n – hệ số vượt tải, n = 1.1 (3) Trọng lượng đài đất đài: N sbtt  n  Fsb  h   tb (4) Số lượng cọc sơ bộ: n csb  N 0tt  N sbtt P Ta cần thêm vào khả chịu tải lệch tâm để chọn số cọc hợp lý, sau bố trí cọc đài để xác định diện tích đài (Fđ) thực tế Cách 2: Số lượng cọc sơ tính tốn theo cơng thức sau: nc  sb N tt P  Trong đó: Ntt – lực dọc tính tốn chân cột (ngoại lực tác dụng lên móng cốt đỉnh đài) [P] – sức chịu tải cọc β – hệ số xét đến moment lực ngang chân cột, trọng lượng đài cọc đất đài, tùy theo giá trị moment lực ngang mà chọn giá trị β hợp lý Thường β = 1.2 – 1.5 Số lượng cọc sơ cần kiểm tra bước Xác định tải trọng tác dụng lên cọc: Tải trọng tác dụng lên cọc nhóm tính tốn theo cơng thức: P( x , y )  N M x y M y x   nc nc nc  y i  xi 1 Trong đó: N – tải trọng thẳng đứng qui đổi đáy đài nc – số lượng cọc thực tế bố trí Mx, My – mo men quay quanh trục qn tính X, Y qui đổi đáy đài 28 | P a g e Copyrightbachsyntu x, y – tọa độ tim cọc cần tính nội lực (có thể “-“ “+”) xi, yi – tọa độ cọc thứ i đài cọc Mx My X Y Sau xác định đươc nội lực tất cọc ta cần xác định Pmax, ứng với loại tổ hợp tải trọng Khi xác định tổ hợp tải trọng qui đổi đáy đài ta cần tính tốn cho hai trường hợp tổ hợp tải trọng ( tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn tổ hợp tải trọng tính tốn) Để thiên an tồn với trường hợp tổ hợp tải trọng tính tốn ta kể đến trọng lượng thân đài đất phủ đài  Với tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn: N = Ntc + Fđ.γtb.hm M = Mtc + Qtc.hđ Q = Qtc  Với tổ hợp tải trọng tính tốn: N0 = Ntt + n.Fđ.γtb.hm ; (n – hệ số vượt tải , n = 1.1) M0 = Mtt + Qtt.hđ Q0 = Qtt Kiểm tra sức chịu tải cọc: 7.1 Kiểm tra cọc giai đoạn sử dụng:  Kiểm tra sức chịu tải cọc đơn:  Cọc làm việc điều kiện chịu nén cần phải thõa mãn điều kiện sau: tt  Pmax  Qctt  P   tt  Pmin   Trường hợp Pmin < (cọc chịu kéo), ta cần kiểm tra điều kiện chống nhổ cọc: tt  Pmax  Qctt  P   tt tt  Pmin  Qc  Pnh  Trong đó: tt tt Pmax , Pmin - phản lực đầu cọc max, ứng với trường hợp tải trọng tính tốn 29 | P a g e Copyrightbachsyntu Qctt  n.Fc lc  bt - trọng lượng tính tốn cọc , n = 1.1 hệ số vượt tải [P] – sức chịu tải cho phép cọc [Pnh] – SCT chống nhổ cho phép cọc, [Pnh] = Qtcnh/ Fs Khả chịu tải cọc tận dụng tối đa điều kiện khó đạt trọng hai điều kiện vế trái xấp xỉ vế phải (chênh lệch < 10% móng cọc)   tt [ P]  Pmax  Qctt 100%  10% [ P] Trường hợp điều kiện lực truyền lên cọc khơng thõa mãn, thỏa mãn chưa tận dụng khả làm việc cọc tùy thuộc vào chênh lệch hay nhiều mà bố trí lại cọc đài (thay đổi kiểu bố trí, khoảng cách cọc), thay đổi số lượng, chiều dài, tiết diện cọc  Kiểm tra sức chịu tải nhóm cọc: Hiệu ứng nhóm lên sức chịu tải cọc, ảnh hưởng lẫn cọc nhóm sức chịu tải cọc nhóm khác cọc đơn Sức chịu tải nhóm cọc tính theo cơng thức sau: Pnhom    nc  [ P] Điều kiện kiểm tốn: Pnhom  N Trong đó: Pnhom – sức chịu tải nhóm cọc nc – số lượng cọc móng [P] – sức chịu tải cho phép cọc đơn N0 – tải trọng tính tốn quy đổi đáy đài  - hệ số nhóm, tính theo cơng thức sau:  n1  1.n2  n2  1.n1   90.n1 n2        Trong đó: n1 – số hàng nhóm cọc n2 – số cọc hàng θ(deg) = arctg(d/s) với: s – khoảng cách hai tim cọc tính từ tâm d – đường kính cạnh cọc 7.2 Kiểm tra cọc giai đoạn thi cơng: 30 | P a g e Copyrightbachsyntu Kiểm tra cọc giai đoạn thi cơng áp dụng loại cọc đúc sẵn thường cọc có tiết diện vng Trong thi cơng, cọc trải qua giai đoạn vận chuyển, lắp dựng lên giá búa (giá máy ép) chịu va chạm búa đóng lực ép Việc kiểm tra cọc thường tính tốn sau:  Khi vận chuyển cọc: móc cẩu đối xứng sử dụng, sơ đồ làm việc cọc hình 5.17 Tùy thuộc vào vị trí móc cẩu, moment lớn cọc xuất vị trí cọc vị trí móc cẩu Mmax = max (M1, M2) Trong đó: M1  q.a 2 M2  ; q.L2d q.a.Ld  Với: a – khoảng cách từ đầu mút cọc đến móc cẩu Ld – chiều dài đoạn cọc q – trọng lượng cọc có xét đến hệ số động n (với n = 1.2 – 1.5) q = γbt.Fc.n Tuy nhiên, thực tế thi cơng người ta chọn khoảng cách bố trí móc cẩu a cho: M1  M  q.a  a = 0.207Ld q M1 M2 Hình 5.17: sơ đồ tính tốn cọc vận chuyển  Khi lắp dựng cọc: cọc có móc cẩu móc cẩu bên sử dụng, đoạn cọc có móc cẩu móc cẩu dung chung Sơ đồ làm việc hình 5.18 Moment uốn lớn xác đinh theo cơng thức sau: Mmax = max (M3, M4) Trong đó: q.b M3  ; q.L2d  Ld  2b  M4     Ld  b  Tuy nhiên, thực tế thi cơng người ta chọn khoảng cách bố trí móc cẩu b cho: 31 | P a g e Copyrightbachsyntu M3  M4  q.b  b = 0.294Ld q M3 M4 Hình 5.17: sơ đồ tính tốn cọc cẩu lắp Moment uốn lớn xuất cọc thi cơng dùng để tính tốn kiểm tra cốt thép dọc cọc cấu kiện bê tơng cốt thép chịu uốn thơng thường M = max (M1, M2,M3, M4)  Kiểm tốn khả chịu uốn cọc thi cơng:  Chọn bê tơng bảo vệ cọc a’ = (3 – 5)cm  chiều cao làm việc cốt thép cọc h’0 = a1 – a’, (a1 – kích thước cạnh cọc)  Tính diện tích cốt thép cần thiết để chịu moment max q trình thi cơng cọc: As'  M 0.9 Rs h0' Trong đó: M = max (M1, M2,M3, M4) Rs – cường độ chịu kéo cốt thép dọc cọc As'  As thực tế chịu moment uốn cọc  KL: cọc đủ khả vận chuyển, cẩu lắp  Tính tốn cốt thép làm móc cẩu:  Lực kéo móc cẩu trường hợp cẩu lắp cọc: Fk = q.Ld  Lực kéo nhánh, gần đúng: Fk'  Fk  Diện tích cốt thép móc cẩu: Fk' Fa  Rs Với : 32 | P a g e Copyrightbachsyntu Rs – cường độ chịu kéo thép chọn làm móc cẩu  Chọn loại thép thỏa mãn u cầu Fa Kiểm tra đài cọc:  Kiểm tra điều kiện cột chọc thủng đài  Kiểm tra điều kiện cọc góc chọc thủng đài  Tính tốn bố trí cốt thép đài Kiểm tra điều kiện tổng thể móng cọc:  Kiểm tra điều kiệc sức chịu tải đất mũi cọc (điều kiện khối móng qui ước)  Kiểm tra điều kiệc lún đất mũi cọc (lún đáy khối móng qui ước) 10 Bản vẽ cấu tạo móng cọc:  Bản vẽ bố trí chung  Bản vẽ cấu tạo đài cọc  Bản vẽ cấu tạo cọc VII - Sinh viên tự tìm hiểu: Các bạn nên tìm hiểu số nội dung sau:  Móng cọc chịu tải trọng ngang lớn  Hiệu ứng nhóm cọc  Hiện tượng ma sát âm  Độ chối cọc thi cơng  Thi cơng nghiệm thu cọc khoan nhồi  Thi cơng nghiệm thu cọc đóng, ép 33 | P a g e Copyrightbachsyntu TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.Ts Vương Văn Thành, “Tính tốn thực hành móng cơng trình dân dụng cơng nghiệp”, NXB Xây dựng 2012 Gs TSKH Nguyễn Văn Quảng, “Nền Móng tầng hầm nhà cao tầng”, NXB Xây dựng 2008 Ts Nguyễn Đình Tiến, “Bài giảng Nền Móng”, năm 2004 Ts Nguyễn Đình Tiến, “Ví dụ đồ án Nền Móng”, năm 2008 Phan Hồng Qn, “Nền Móng” NXB Giáo Dục 2006 Châu Ngọc Ẩn, “Hướng dẫn đồ án mơn học Nền Móng”, NXB Xây dựng 2012 Võ Phán, Hồng Thế Thao, “Phân tích tính tốn Móng cọc”, NXB ĐHQG TPHCM 2012 Châu Ngọc Ẩn, “Nền Móng”, NXB ĐHQG TPHCM 2010 TCXD 205 – 1998 “ Thiết kế móng cọc đường kính nhỏ”, Bộ Xây dựng 10 TCXD 195 – 1997 “ Thiết kế cọc khoan nhồi”, Bộ Xây dựng 34 | P a g e Copyrightbachsyntu