CHƯƠNG 4 a

NỀN & MÓNG Chương Móng cọc Phan Hồng Quân Bộ mơn Cơ học đất – Nền móng Đại học Xây dựng Khái niệm chung về móng cọc Móng cọc = Các cọc + đài cọc Móng cọc đài thấp Móng cọc đài cao MĐTN Đài cọc Mũi cọc cọc Chiều dài làm việc cọc cọc MĐTN Chiều dài làm việc cọc Đài cọc Mũi cọc e.o.p Khái niệm chung móng cọc • Đài cọc: Kết cấu bê tông cốt thép dạng bản/khối, thường đổ chỗ nhằm : - đỡ cơng trình bên → tiếp nhận tải trọng từ công trình; - liên kết cọc → phân phối tải trọng công trình lên cọc * liên kết đài – cọc thông thường ngàm cứng Chiều cao đài, h Độ sâu đặt đài, hđ e.o.p Khái niệm chung móng cọc • Cọc: Kết cấu dạng thanh, tiếp nhận phần tải trọng cơng trình truyền vào đất • Vật liệu chế tạo cọc chủ yếu BTCT Thép dùng không nhiều giá thành đắt Các loại vật liệu khác khơng có ý nghĩa thực tế • Thi cơng cọc chủ yếu theo cách sau: - Chế tạo trước sau đó hạ xuống vị trí thiết kế loại thiết bị khác (búa hạ cọc/thiết bị ép cọc): cọc đúc sẵn - Tạo khn (lỗ) đất vị trí cọc đổ bê tông cốt thép chỗ : cọc đổ chỗ (cọc nhồi) - Kết hợp phần chế tạo sẵn, hạ xuống vị trí thiết kế sau đó đổ bê tông cốt thép vào e.o.p Khái niệm chung về móng cọc • Cơ chế truyền tải trọng từ cọc vào đất: P  {Pms, Pm} P P Truyền tải xuống theo chế nén chặt Phản lực ma sát: Sức kháng bên đất, Pms Đất tốt, có biến dạng Truyền tải qua thành bên theo chế ma sát Đất yếu, tính biến dạng cao P Đất tốt, “không” biến dạng Phản lực mũi: Sức kháng mũi đất, Pm P + W = Pms + Pm P + W = Pm e.o.p Khái niệm chung móng cọc • Phạm vi áp dụng: Thay móng nơng lớp đất tốt sâu tải trọng cơng trình lớn hai ĐẤT XẤU N NHỎ ĐẤT TỐT N LỚN ĐẤT TỐT e.o.p Khái niệm chung móng cọc • Phạm vi áp dụng: “Móng” cọc có thể sử dụng để xử lý e.o.p Khái niệm chung móng cọc • Móng cọc dạng đặc biệt - Móng giếng chìm e.o.p Phân loại cọc và phạm vi áp dụng Phân loại theo vật liệu chế tạo cọc: BTCT/ Thép Phân loại theo phương thức truyền tải trọng vào đất: Cọc ma sát/ Cọc chống Phân loại theo phương pháp thi công: Cọc đúc sẵn/ Cọc đổ chỗ Phân loại theo hình dáng tiết diện cọc: Cọc vuông đặc/ Cọc chữ nhật đặc/Cọc tròn đặc/ Cọc vng rỗng/Cọc tròn rỗng/ Cọc có tiết diện ghép Phân loại theo mức độ thay đất: Cọc thay thế/ Cọc chiếm chỗ/Cọc thay phần e.o.p Phân loại cọc phạm vi áp dụng • Phân loại cọc theo vật liệu: Cọc BTCT/Cọc thép Cọc thép: Cọc thép có cường độ cao, chịu uốn, thi công thuận lợi, chất lượng đảm bảo Cọc thép có giá thành cao – dùng Tiết diện cọc thép thông dụng: + chữ H + chữ O e.o.p Dự báo sức chịu tải cọc theo phương dọc trục Sức kháng ma sát bên cực đại, ti “Ma sát” đất với thành bên cọc chế xác định khả kháng trượt mặt tiếp xúc đất – cọc bên thành: sức kháng bên đất – cọc hay sức kháng ma sát, kí hiệu ti: ti = ca + s’h.tgja = f(đất, cọc, độ sâu) Trong đó: ca – lực “dính” đất – cọc; ja – góc kháng cắt đất – cọc hay góc ma sát ngồi đất (với vật liệu cọc); s’h - ứng suất pháp tuyến mặt trượt xét (ứng suất hữu hiệu theo phương ngang): s’h = s’v.K; s’v - ứng suất nén hữu hiệu theo phương đứng vị trí xét, s’v = g’.z; K – hệ số áp lực ngang e.o.p Dự báo sức chịu tải cọc theo phương dọc trục Sức kháng mũi cực đại, Rn Sức kháng mũi cực đại sức chịu tải giới hạn đất độ sâu mũi cọc co thể xác định theo công thức tổng quát sau: Rn = pgh = a1(0.5NgDcg) + a2(NqgtbL) + a3(Nc.c) Rn = (NqgtbL) + 1.3(Nc.c) = f(đất, độ sâu mũi cọc) đó: a1 – hệ số hình dạng tiết diện, thường cọc có tiết diện vng/tròn lấy a1 = 0.8; a2 – hệ số ảnh hưởng độ sâu, a2 = 1; a3 – hệ số ảnh hưởng lực dính, a3 = 1.3; Ng, Nq, Nc – hệ số sức chịu tải, xác định theo góc ma sát đất mũi cọc; Dc, L – kích thước cọc; g – trọng lượng riêng đất mũi cọc; gtb – trọng lượng riêng trung bình đất mũi cọc e.o.p Dự báo sức chịu tải cọc theo phương dọc trục Dự báo cường độ sức kháng đất lên cọc Dựa vào kết khoan, lấy mẫu thí nghiệm đất phòng chiều dài li cọc qua lớp đất; độ sâu trung bình từ mặt đất đến lớp i, Li; l1 L1 t1 l2 L2 t2 l3 L3 t3 ti = f(tên lớp i; trạng thái; độ sâu trung bình Li) theo bảng IV.1 Độ sâu đến mũi cọc, L Rn = f(tên lớp n; trạng thái; độ sâu L) theo bảng IV.2 l4 L Đất tốt Rn e.o.p Dựa vào kết xuyên tĩnh SPT-N (bpf) and qc (MPa) 20 40 60 80 Soil Profile 100 Fill Silty Sand Depth (meters) 12 16 20 Sandy Silt Gravelly Sand Desiccated OC Clay 24 Clayey Sand 28 OC Clay Gravelly Sand e.o.p Dự báo sức chịu tải cọc theo phương dọc trục Dựa vào kết xuyên tĩnh l1 l2 l3 l4 qc1 Chiều dài li cọc qua lớp đất; Trị trung bình sức kháng mũi lớp i, qci; fsi Tên, trạng thái đất lớp i ti = qci/ai, Trong đó = f(loại đất, qc, pp thi công) ≤ tmax qc2 Trị trung bình sức kháng mũi lớp n; Tên, trạng thái đất lớp n qc3 Rn = knqcn, Trong đó kn= f(loại đất, qcn, pp thi công) , tmax kn tra bảng IV.3 trg 147 qcn e.o.p Dự báo sức chịu tải cọc theo phương dọc trục Dựa vào kết xuyên tiêu chuẩn Theo Meyerhoff, cho cọc đất cát Đối với cọc đóng: ti = 2N (kPa) Đối với cọc nhồi: ti = 1N (kPa) Rn = 400N cho cọc đóng; Rn = 120N - cọc nhồi; Kiến nghị từ Nhật không phân biệt phương pháp thi công, cọc đât cát, lấy ti = 2N, đất sét lấy ti = cu, theo Fukui & Shioi, ti = 1N) Rn = 300N cho cọc đóng; Rn = 150N – cọc nhồi e.o.p Dự báo sức chịu tải cọc theo phương dọc trục Ví dụ dự báo sức chịu tải cọc 0.0 -0.5 -1.0 6m l1= -6.0 Ví dụ IV.1: Cọc 25 x 25 (cm), Lc = 12m; Đỉnh cọc -0.5, đáy đài -1.0; Địa tầng lớp: cát pha dẻo, B = 0.6, dày 6m; cát bột chặt vừa dày 4m sét dẻo cứng B = 0.3 l1 = 5m; l2 = 4m; l3 = 2.5m l2= 4m -10.0 l3= 2.5 -12.5 L1 = 3.5; L2 = 8.0; L3 = 11.25; L = 12.5 (m) ti = f(tên đất, trạng thái đất, độ sâu) t1 = f(cát pha, B = 0.6; L1 = 3.5m) t2 = f(cát bụi, chặt vừa; L2 = 8.0m) t3 = f(sét, B = 0.3; L3 = 11.25m) R3 = f(sét, B = 0.3; L = 12.5m) e.o.p BẢNG IV.1 GIÁ TRỊ ti (kPa) Độ sâu trung bình (m) Đất loại sét ứng với độ sệt B (IL) bằng: Thô Nhỏ Bụi 35 23 15 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 0.9 1.0 Đất loại cát chặt vừa, cỡ hạt: 12 14 16 0.7 33 t1 = f(cát pha, B = 0.6; L1 = 3.5m) = 15 kPa t2 = f(cát bụi, chặt vừa; L2 = 8.0m) = 33 kPa e.o.p BẢNG IV.2 GIÁ TRỊ Rn (kPa) Đất loại sét ứng với độ sệt B (IL) bằng: Độ sâu trung bình (m) Sỏi Cát thơ 8800 7000 6200 4000 3400 2800 2200 2000 1300 800 - - - - - - - - 10 10500 7700 7300 5000 4000 3500 2600 2400 1500 900 15 11700 8200 7500 5600 4400 4000 2900 1650 1000 - - - - - - - - 0.0 01 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Đất loại cát chặt vừa, cỡ hạt: Cát bụi Cát vừa Cát nhỏ R3 = f(sét, B = 0.3; L = 12.5m) = 3750 kPa e.o.p Dự báo sức chịu tải cọc theo phương dọc trục Ví dụ dự báo sức chịu tải cọc t1 = f(cát pha, B = 0.6; L1 = 3.5m) = 15 kPa 0.0 t2 = f(cát bụi, chặt vừa; L2 = 8.0m) = 33 kPa t1= 15 l1= -6.0 t3 = f(sét, B = 0.3; L3 = 11.25m) = 47 kPa R3 = f(sét, B = 0.3; L = 12.5m) = 3750 kPa t2= 33 l2= l1 = 5m; l2 = 4m; l3 = 2.5m -10.0 n t3= 47 l3= 2.5 R3= 3750 Pđn  Pms  Pm   (ucli )t i  Rn Fc i 1 Trong đó: uc = 1.0m; Fc = 0.0625 m2 Pđn = 1[15 x + 33 x + 47 x 2.5] + 0.0625 x 3750 = 558.9 kN e.o.p Dự báo sức chịu tải cọc theo phương dọc trục Hiệu chỉnh sức kháng mũi theo địa tầng: Cọc nên đặt đủ sâu lớp đất cuối để phát huy hết khả chịu tải đất lớp đó Chiều sâu tối thiểu, Lmin, đề nghị sau vào mặt trượt đất tải trọng giới hạn: Loại đất Lmin/Dc Đất sét Hỗn hợp sét – bụi – cát, Cát lẫn nhiều bụi, Bụi Cát có N60 ≤ 12 12 < N60 ≤ 29 N60 ≥ 30 12 e.o.p Dự báo sức chịu tải cọc theo phương dọc trục • Nếu chiều sâu “ngàm” cọc vào đất “tốt”, Ln, không đủ cần phải hiệu chỉnh giá trị tn, Rn trước đưa vào tính tốn Đặt k = Rn-1/Rn, hiêu chỉnh thực hiện theo công thức sau: Rn-1  Ln  R  Rn k  (1  k )  L   * n Lmin Ln R*n Rn Tương tự, chiều sâu đủ ma sát bên 2Lmin  Ln  t  t n k  (1  k )  L   * n e.o.p Dự báo sức chịu tải cọc theo phương dọc trục • Trường hợp gần mũi cọc có nhiều lớp đất có tính chất khác nhau, việc hiệu chỉnh thực hiện cách đơn giản cách lấy giá trị trung bình ti Ri phạm vi từ 8Dc mũi cọc đến 4Dc mũi cọc * TCXD 205: Rn xác định với qc mũi cọc đoạn 3Dc e.o.p Dự báo sức chịu tải cọc theo phương dọc trục Sức chịu tải cọc theo vật liệu Cọc BTCT đúc sẵn, bê tông thường, chịu nén: [P] = FcRb đó: Fc – diện tích tiết diện ngang cọc; Rb – cường độ bê tông cọc, Rb = 0.33fc; fc – cường độ mẫu hình trụ Cho thi cơng, Rb = 0.85fc Một số trường hợp tính đến làm việc cốt thép dọc cọc, đó: [P] = j(Fbt.Rb + Fct.Rs ), đó j – hệ số uốn dọc, phần lớn cọc lấy j = 1.0; Fbt – diện tích phần bê tơng tiết diện; Fct – diện tích cốt thép dọc tiết diện; Rs – cường độ cốt thép, Rs = 0.85fy; fy – giới hạn chảy thép e.o.p Dự báo sức chịu tải cọc theo phương dọc trục Sức chịu tải cọc theo vật liệu Cọc BTCT đúc sẵn, cốt thép ứng suất trước: [P] = j(Fbt.Rbt - Fct.Rs ) đó Rbt = 0.25f’c; Rs = 0.27fpe với fpe - ứng suất kéo trước hữu hiệu cốt thép (sau tổn thất) Cho thi công: Rbt = 0.85f’c; Rs = fpe e.o.p ... giao vách dạng cơng trình nhà cao tầng e.o.p Phân loại cọc và phạm vi a p dụng • Phân loại cọc theo mức độ thay đất: Cọc thay thế/cọc không thay (cọc chiếm chỗ)/cọc thay phần Cọc thay... kháng ma sát bên đạt cực đại, Pms.max, xác định theo công thức: L  n  dz  li Lực kháng P (uctc.dz) ) = (ucu.dz)t (z) max: u max ms maxP max z f(P ct max i D i 1 tổng sức kháng bên giới hạn... mức độ thay đất: Cọc thay thế/ Cọc chiếm chỗ/Cọc thay phần e.o.p Khái niệm chung về móng cọc • Cọc ma sát/Cọc chống CỌC MA SÁT P P Truyền tải xuống theo chế nén chặt P Phản lực ma sát: