Móng cọc khoan nhồi bài giảng cao học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT - o - MÓNG CỌC KHOAN NHỒI Biên soạn: PGS TS Nguyễn Hữu Thái HÀ NỘI - 2012 MỤC LỤC Chương KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Cấu tạo móng cọc 1.2 Phạm vi trường hợp áp dụng 1.3 Phân loại cọc khoan nhồi 1.3.1 Phân loại theo kích thước cọc khoan nhồi 1.3.2 Phân loại theo tác dụng làm việc đất cọc 1.3.3 Phân loại theo có mở rộng chân hay không 1.4 Các phương pháp thi công 1.4.1 Phương pháp thi công khô 1.4.2 Phương pháp thi công dùng ống vách 10 1.4.3 Phương pháp thi công ướt 11 1.5 Các phương pháp thiết bị tạo lỗ 11 1.5.1 Phương pháp tạo lỗ thi công 11 1.5.2 Thiết bị tạo lỗ 11 1.6 Ưu nhược điểm cọc khoan nhồi 14 1.6.1 Ưu điểm 14 1.6.2 Nhược điểm 14 Chương 15 SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI 15 2.1 Khái niệm sức chịu tải cọc đơn 15 2.1.1 Định nghĩa 15 2.1.2 Nguyên tắc xác định 15 2.2 Sức chịu tải cọc theo độ bền vật liệu làm cọc 16 2.3 Cơ chế truyền tải trọng từ cọc vào đất 16 2.4 Sức chịu tải cọc theo độ bền đất 21 2.4.1 Sức chịu tải giới hạn chân cọc khoan nhồi (Q p ) 21 2.4.2 Sức kháng ma sát mặt xung quanh cọc (Q s ) 23 2.4.3 Sức chịu tải cọc khoan nhồi đất cát 23 2.4.4 Sức chịu tải cọc khoan nhồi đất sét 28 2.5 Sức chịu tải cọc theo tính chất lý đất 31 2.5.1 Sức chịu tải cọc đơn 31 2.5.2 Sức chịu tải tiêu chuẩn cọc chống 32 2.5.3 Sức chịu tải cọc ma sát chịu nén tâm 33 2.5.4 Sức chịu tải cọc chịu tải trọng nhổ 36 2.6 Sức chịu tải cọc theo kết xuyên tĩnh (CPT) 36 2.6.1 Sức chịu cọc ma sát 36 2.6.2 Sức chống cực hạn mũi cọc 37 2.6.3 Sức chống cực hạn mặt bên cọc 37 2.6.4 Một số tương quan tham khảo 37 2.7 Sức chịu tải cọc theo kết xuyên tiêu chuẩn (SPT) 39 2.7.1 Tính sức chịu tải cọc đất rời (theo Mayerhof, 1956) 39 2.7.2 Tính sức chịu tải cọc đất dính (theo David, 1979) 39 2.7.3 Tính sức chịu tải cọc theo cơng thức Nhật Bản 40 2.7.4 Tính sức chịu tải cọc theo TCXD 195:1997 41 2.8 Tính tốn cọc chịu tác dụng đồng thời lực thẳng đứng, lực ngang mô men (theo TCXD 205 : 1998) 41 2.8.1 Tác dụng đồng thời lực thẳng đứng, lực ngang mô men vào cọc 41 2.8.2 Tính tốn ổn định xung quanh cọc 45 Chương 48 ĐỘ LÚN CỦA MÓNG CỌC KHOAN NHỒI 48 3.1 Độ lún cọc đơn 48 3.1.1 Độ lún đàn hồi cọc 48 3.1.2 Độ lún cọc đơn (theo SNIP 2.02.03-85, hoăc TCXD 205 : 1998) 52 3.2 Độ lún nhóm cọc 53 3.2.1 Xác định khối móng cọc 53 3.2.2 Tính lún cho móng cọc (quy ước) 55 3.3 Độ lún móng băng cọc 56 3.4 Độ lún móng bè cọc 58 3.5 Độ lún Giới hạn 59 Chương 60 THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI 60 4.1 Khảo sát địa chất cơng trình cho móng cọc khoan nhồi 60 4.1.1 Bố trí điểm khảo sát 60 4.1.2 Chiều sâu điểm khảo sát 61 4.1.3 Số lượng điểm khảo sát 61 4.1.4 Các số liệu chủ yếu cần cho thiết kế thi công cọc khoan nhồi 61 4.1.5 Khảo sát cơng trình lân cận 62 4.1.6 Trách nhiệm khảo sát 62 4.2 Tính sức chịu tải cọc khoan nhồi 62 4.2.1 Nguyên lý thí nghiệm Osterberg 62 4.2.2 Xác định sức chịu tải cọc theo biểu đồ nén lún 64 4.2.3 Quy trình thí nghiệm 65 4.3 Tính tốn móng cọc theo trạng thái giới hạn 67 4.3.1 Khái niệm 68 4.3.2 Nội dung thiết kế móng cọc 68 4.4 Thiết kế cọc khoan nhồi 68 4.4.1 Kích thước cọc khoan nhồi 68 4.4.2 Bê tông cọc nhồi 69 4.4.3 Cốt thép cọc nhồi 69 4.4.4 Dung dịch khoan 70 4.5 Thiết kế đài cọc khoan nhồi 71 4.5.1 Đài cọc 71 4.5.2 Đài cọc 73 4.5.3 Đài cọc 74 4.5.4 Đài cọc 76 4.5.5 Xác định số lượng cọc đài móng kiểm tra khả chịu tải cọc 77 4.6 Kiểm tra đâm thủng đài cọc 79 4.7 Kiểm tra móng cọc theo trạng thái giới hạn thứ (theo sức chịu tải ổn định) 80 4.7.2 Đối với móng cọc ma sát 80 4.8 Kiểm tra móng cọc theo trạng thái giới hạn thứ hai (theo điều kiện biến dạng) 82 4.8.1 Tính tốn móng cọc chống 82 4.8.2 Tính tốn móng cọc ma sát 82 4.9 Thí dụ tính tốn móng cọc khoan nhồi 86 4.9.1 Kích thước cơng trình tải trọng tác dụng 86 4.9.2 Điều kiện địa chất cơng trình 86 4.9.3 Chọn cọc 87 4.9.4 Chọn vật liệu 90 4.9.5 Tính tốn sức chịu tải cọc 90 4.9.6 Xác định chiều sâu đặt móng kích thước đài cọc 91 4.9.7 Xác định tải trọng tính tốn tác dụng lên mặt 92 4.9.8 Xác định số lượng cọc kiểm tra lực tác dụng lên cọc 92 4.9.9 Kiểm tra điều kiện đâm thủng 93 4.9.10 Tính tốn bố trí cốt thép 94 Chương 95 THIẾT KẾ MÓNG CỌC TRONG VÙNG CÓ ĐỘNG ĐẤT 95 5.1 Ảnh hưởng động đất đến cơng trình 95 5.2 Những điều cần ý thiết kế móng cọc vùng có động đất 96 PHỤ LỤC 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 Chương KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Cấu tạo móng cọc Hình 1.1a,b thể loại móng cọc: móng cọc đài thấp đài cao Móng cọc bao gồm phận: cọc, đài cọc, đất bao quanh cọc - Cọc phận có tác dụng truyền tải trọng từ cơng trình lên đất đầu mũi xung quanh cọc - Đài cọc liên kết cọc thành khối phân phối tải trọng cơng trình lên cọc - Đất xung quanh cọc tiếp thu phần tải trọng phân bố lên đất đầu mũi cọc Hình 1.1a: Cấu tạo móng cọc đài thấp: 1- cọc; 2- đài cọc; 3kết cấu phần Hình 1.1b: Cấu tạo móng cọc đài cao: 1- cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần 1.2 Phạm vi trường hợp áp dụng Cọc khoan nhồi cọc bê tông, bê tông cốt thép đúc chỗ lỗ đào hố đào sẵn thiết bị đặc biệt Mặt cắt ngang thường có dạng hình trịn Cọc khoan nhồi dùng để gia cố đất liên kết với móng giữ ổn định cho cơng trình Đây phương pháp tiên tiến đỡ cơng trình lớn đất yếu Cọc khoan nhồi thường thiết kế để mang tải lớn, giải pháp móng áp dụng rộng rãi xây dựng nhà cao tầng, cầu giao thông lớn giới Việt Nam Trên thực tế, chất lượng cọc vấn đề quan tâm hàng đầu Khâu quan trọng để định chất lượng cọc khâu thi cơng, bao gồm lực kỹ thuật, thiết bị, trình độ hiểu biết tổ chức đơn vị thi công Trong mười năm qua, công nghệ cọc khoan nhồi áp dụng mạnh mẽ xây dựng cơng trình nước ta Ước tính hàng năm thực khoảng 50 ÷ 70 nghìn mét dài cọc khoan nhồi có đường kính 0,8 ÷ 2,5m, với chi phí khoảng 300 ÷ 400 tỷ đồng Một số trường hợp sử dụng móng cọc nêu (Vesic, 1977): 1) Khi hay nhiều lớp đất bên có tính nén lún lớn yếu để chịu tải trọng công trình truyền xuống, cọc dùng để truyền tải trọng xuống tầng đá gốc nằm hay lớp đất cứng dẫn Hình 1.2a Khi khơng chạm tới tầng đá gốc độ sâu vừa phải mặt đất, cọc dùng để truyền tải trọng cơng trình xuống đất cách từ từ Sức chống lại tải trọng tác dụng lên cơng trình chủ yếu sức chống ma sát mặt tiếp xúc đất cọc (Hình 1.2a) 2) Khi chịu lực ngang (xem Hình 1.2c), móng cọc chống lại cách uốn cong chịu tải trọng thẳng đứng cơng trình truyền xuống Tình thường gặp thiết kế xây dựng cơng trình chắn đất móng cơng trình cao tầng chịu tác dụng gió mạnh hay lực động đất 3) Trong nhiều trường hợp, đất trương nở đất lún sập xuất vị trí dự định xây dựng cơng trình Các loại đất phát triển xuống đến độ sâu lớn mặt đất Đất trương Hình 1.2: Các trường hợp sử dụng móng cọc nở co ngót độ ẩm tăng giảm, áp lực trương nở đất đáng kể Nếu dùng móng nơng trường hợp vậy, cơng trình phải chịu hư hại lớn Tuy nhiên, lựa chọn móng cọc với cọc kéo dài qua vùng có tượng trương nở co ngót (Xem Hình 1.2d) 4) Móng số cơng trình tháp truyền hình, giàn khoan ngồi khơi, móng bè nằm mực nước thường chịu lực đẩy Đơi cọc dùng cho móng để chống lại lực đẩy (Xem Hình 1.2e.) 5) Mố trụ cầu ln xây dựng móng cọc để tránh làm giảm khả chịu tải mà móng nơng chịu xói mịn đất bề mặt (Xem Hình 1.2f) 1.3 Phân loại cọc khoan nhồi Cọc khoan nhồi loại cọc không đẩy chèn việc hạ cọc làm thay đổi trạng thái ứng suất đất 1.3.1 Phân loại theo kích thước cọc khoan nhồi Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính nhỏ: Đường kính từ 300 ÷ 700mm (cọc mini); chịu tải trọng từ 30 ÷ 160 tấn/đầu cọc; thường dùng cho nhà 4, tầng Trên thực tế, loại cọc mini-btct dùng tốt cho nhà có diện tích 70m2 × tầng Cọc khoan nhồi bê tơng cốt thép đường kính lớn: Thường cọc có đường kính D = 800 ÷3000mm, sâu 35 ÷ 60m >100m Ở Việt Nam, cọc khoan nhồi dùng cho nhà cao tầng: D = khoảng 800 ÷ 1500mm, dùng cho móng trụ cầu: D = khoảng 1000 ÷ 2500mm 1.3.2 Phân loại theo tác dụng làm việc đất cọc - Cọc chống: truyền tải trọng lên lớp đất đá có cường độ lớn, lực ma sát mặt xung quanh cọc thực tế không xuất khả chịu tải cọc phụ thuộc khả chịu tải đất đầu mũi cọc - Cọc treo (cọc ma sát): Đất bao quanh cọc đất chịu nén (đất yếu) tải trọng truyền lên nhờ lực ma sát xung quanh cọc cường độ đất đầu mũi cọc - Nói chung cọc khoan nhồi thường có chiều dài lớn để vươn tới tầng đá gốc lớp đất đá có cường độ lớn sâu, khả chịu tải cọc phụ thuộc vào khả chịu tải đất đầu mũi cọc sức kháng đất xung quanh cọc 1.3.3 Phân loại theo có mở rộng chân hay khơng - cọc (Hình 1.3a): xun qua lớp đất yếu, cịn đáy tựa lên lớp đất đá có cường độ lớn Đối với cọc vậy, sức kháng tải trọng tác dụng xuất sức chịu đáy đồng thời ma sát bên mặt phân giới xung quanh cọc đất Hình 1.3: Các loại cọc khoan: (a) cọc khoan đều; (b) (c) cọc khoan mở rộng đáy; (d) cọc khoan cắm vào đá - Cọc mở rộng đáy (Hình 1.3b c): gồm cọc với phần mở rộng đáy, đáy tựa lên đất có sức chịu lớn Đáy mở rộng làm dạng vịm (xem Hình 1.3b), góc cạnh (xem Hình 1.3c) Đối với đa số cọc khoan xây dựng nước Mỹ, tồn khả mang tải sức chịu đáy Tuy nhiên, hoàn cảnh định, sức chịu tải đáy ma sát bên quan tâm Ở Châu âu, người ta quan tâm hai sức kháng ma sát bên khả chịu đáy - Cọc xuyên vào lớp đá nằm (Hình 1.3d.): Khi tính tốn sức chịu tải cọc này, cần quan tâm đến sức chịu đáy ứng suất cắt xuất theo mặt phân giới xung quanh cọc đá 1.4 Các phương pháp thi công Phương pháp thi công phổ biến liên quan đến khoan quay có ba loại chính:  phương pháp khô,  phương pháp ống bao,  phương pháp ướt 1.4.1 Phương pháp thi công khô Phương pháp dùng cho đất đá mực nước không bị sụt đổ lỗ khoan đến hết độ sâu Trình tự thi cơng, thể Hình 1.4: Chú thích Hình 1.4: (a) bắt đầu khoan; (b) bắt đầu đổ bê tông; (c) đặt lồng cốt thép; (d) cọc hồn thành Hình 1.4: Thi công khô 1.4.2 Phương pháp thi công dùng ống vách Phương pháp dùng đất đá xẩy sụt lở biến dạng q lớn đào hố Chú thích Hình 1.5: (a) bắt đầu khoan; (b) Khi gặp đất sụt lở, khoan với vữa bentonit; (c) đưa ống vách vào; (d) ống vách bịt kín vữa lấy từ bên ống vách; Hình 1.5: Thi cơng dùng ống vách (e) khoan ống vách; (f) mở rộng chân; (g) Nếu cần cốt thép, lồng cốt thép nên kéo dài suốt chiều dài lỗ Sau đổ bê tông vào lỗ ống vách từ từ rút ra; (h) cọc hồn thành Hình 1.5: (tiếp) 10 9,5 10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5 14 14,5 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5 19 19,5 20 20,5 21 21,5 22 22,5 23 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 0,21 0,23 0,24 0,25 0,27 0,29 0,30 0,32 0,34 0,36 0,37 0,39 0,41 0,43 0,45 0,47 0,49 0,51 0,53 0,55 0,58 0,61 0,63 0,66 1,63 1,68 1,73 1,78 1,83 1,88 1,91 1,99 2,05 2,11 2,17 2,23 2,29 2,36 2,49 2,5 2,57 2,61 2,72 2,8 2,88 2,97 3,06 3,15 3,21 3,34 3,44 3,54 3,65 4,05 4,14 4,17 4,23 4,29 4,35 4,42 4,49 4,56 4,62 4,69 4,77 4,85 4,92 5,0 5,08 5,15 5,23 5,31 5,39 5,48 5,57 5,66 5,75 5,81 5,91 6,01 6,11 6,21 30,5 31 31,5 32 32,5 33 33,5 34 34,5 35 35,5 36 36,5 37 37,5 38 38,5 39 39,5 40 40,5 41 41,5 42 42,5 43 43,5 44 45 1,2 1,21 1,29 1,34 1,39 1,44 1,49 1,55 1,61 1,67 1,71 1,81 1,88 1,95 2,03 2,11 2,19 2,28 2,37 2,46 2,56 2,66 2,77 2,87 3,12 3,21 3,37 3,65 5,78 5,97 6,16 6,35 6,56 6,78 6,99 7,21 7,44 7,69 7,96 8,25 8,51 8,81 9,11 9,41 9,76 10,1 10,6 10,81 11,23 11,63 12,06 12,5 13 13,5 14 14,5 15,61 8,16 8,25 8,40 8,55 8,71 8,87 9,01 9,21 9,4 9,59 9,78 9,98 10,18 10,38 10,59 10,8 11,03 11,26 11,5 11,71 11,99 12,25 12,51 12,77 13,05 13,31 13,61 13,96 14,64 Bảng 4.2 Hệ số m , m Loại đất Đất hịn lớn có chất nhét cát đất cát, không kể đất phấn bụi Cát mịn: - Khơ ẩm - No nước Cát bụi: - Khơ ẩm - No nước Hệ số m1 1,4 1,3 1,2 1,2 1,1 Hệ số m nhà cơng trình có sơ đồ kết cấu cứng với tỷ số chiều dài nhà đơn nguyên với chiều cao L/H ≥4 ≤1,5 1,2 1,2 1,1 1,1 1,0 1,0 1,3 1,3 1,2 1,2 85 - Đất hịn lớn có chất nhét sét đất sét có số chảy I L ≤ 0,5 - Như I L >0,5 1,2 1,1 1,0 1,0 1,1 1,0 Ghi chú: Sơ đồ kết cấu cứng nhà công trình mà kết cấu có khả đặc biệt để chịu nội lực thêm gây biến dạng nền, muốn phải gia cường kết cấu Đối với nhà có sơ đồ kết cấu mềm, lấy m = Khi tỷ số chiều dài chiều cao nhà, cơng trình trị số hệ số m xác định nội suy Như vậy, sau xác định kích thước móng khối quy ước, xác định tải trọng điều kiện (4.42), (4.43), (4.44) thoả mãn, tiến hành tính lún cho móng (xem Chương 3) 4.9 Thí dụ tính tốn móng cọc khoan nhồi 4.9.1 Kích thước cơng trình tải trọng tác dụng Tính tốn thiết kế móng cọc khoan nhồi cho cơng trình nhà ký túc xá sinh viên gồm 11 tầng tầng hầm Hệ kết cấu chịu lực hệ khung vách kết hợp chịu lực Hệ vách mặt gồm vách cứng bố trí theo phương ngang nhà tạo độ cứng lớn cho công trình hạn chế ảnh hưởng lực ngang tác dụng gió động đất Kích thước cạnh mặt cơng trình theo phương: - Phương Y: L = 37,8 (m) - Phương X: B = 16,2 (m) Cọc bố trí theo móng trục A, B, C, D, E, F (xem Hình vẽ) Từ kết xác định tải trọng tác dụng lên móng trục, cần tính tốn để xác định số lượng cọc tiến hành bố trí cọc cho móng trục Trong thí dụ trình bầy bước tính tốn kiểm tra cho móng trục B Tải trọng tính tốn tác dụng lên móng cọc trục B: N = 4109,06 T M x = 251,12 Tm M y = 358,69 Tm Q x = 78,77 T Q y = 29,61 T 4.9.2 Điều kiện địa chất cơng trình Bảng TD.4.1 Các tiêu lý đất 86 Thứ tự lớp đất Tên đất Bề dày trung bình (m) 10 Đất lấp Sét pha dẻo cứng Sét pha dẻo mềm Sét pha nặng dẻo nhão Cát mịn rời Cát mịn chặt vừa Sét lẫn hữu dẻo nhão Sét pha nhẹ dẻo mềm Cát mịn chặt vừa Cuội sỏi chặt 1,6 1,4 0,7 1,1 5,2 16 11,5 2,5 Góc Lực dính ma sát C (kG/cm ) ϕ 0,328 9o39' 0,128 8o50' 0,099 6o00' 0,121 6o33' 0,174 9o45' - Kháng Áp lực Mô đun Kháng xun tĩnh CPT xun tiêu tính tốn biến dạng chuẩn quy ước, Eo qc Fs Ro SPT (kG/cm2) (kG/cm2) (kG/cm2) (N) (kG/cm2) 125 13 0,800 1,6 75 0,533 1,2 20 0,533 0,4 70 26 0,967 1,0 100 85 1,800 16 1,5 15 121 1,800 0,4 80 22 1,467 11 1,3 1,5 90 2,667 20 100 500 >100 4.9.3 Chọn cọc Cọc khoan nhồi bê tông cốt thép, đường kính D = m, cắm vào lớp cuội sỏi (lớp thứ 10) với chiều sâu tối thiểu m 87 Hình 4.17: Bố trí cốt thép cọc khoan nhồi 88 Hình 4.18: Chi tiết mặt cắt lồng cốt thép (mặt cắt 4-4, 5-5, 6-6) 89 4.9.4 Chọn vật liệu - Bê tông cọc mác 300#, R n =130kG/cm2 ; cốt thép có R a =2700kG/ cm2; - Bê tông đài cọc mác 300#, có R n = 130 kG/cm2; - Cốt thép: Đường kính > 25 mm dùng thép CIII, R a = 3400 kG/ cm2 Đường kính < 25 mm dùng thép CII, R a = 2700 kG/ cm2 Đường kính < 10 mm dùng thép CI, R a = 2100 kG/ cm2 4.9.5 Tính tốn sức chịu tải cọc 1) Sức chịu tải cọc theo vật liệu làm cọc - Theo công thức (2.5) Chương 2: Q vl = ϕ (m m R b F b + R a F a ) đó: ϕ - hệ số uốn dọc cọc; R b - cường độ tính tốn bê tơng nén mẫu hình trụ; R b = R/4,5 (không lớn 60 kG/cm2); R - mác thiết kế bê tông cọc; F b - diện tích tiết diện ngang bê tơng cọc; R a - cường độ tính tốn cốt thép, R a = R c /1,5 F a - diện tích tiết diện ngang cốt thép dọc; m - hệ số điều kiện làm việc kể đến phương pháp đổ bê tông cọc; m - hệ số điều kiện làm việc kể đến phương pháp thi công trạng thái làm việc đất - Cốt thép cọc đặt theo cấu tạo, với hàm lượng cốt thép = 1% Bố trí cốt thép xem Hình 4.17 Kết tính tốn thể Bảng TD.4.2 đây: Bảng TD.4.2: Tính sức chịu tải theo vật liệu cọc R (kG/cm2) Rb (kG/cm2) Fb (m2) Ra (kG/cm2) Fa (cm2) Q vl (T) 300 60 0,875 2700 20,34 540 Theo tính tốn Bảng TD.4.2, sức chịu tải theo vật liệu cọc là: Q vl = 540 T 2) Sức chịu tải cọc theo đất Tính sức chịu tải cho phép cọc theo TCXD 195:1997, nghĩa công thức (2.58) Chương tài liệu này: 90 Qa = 1,5 N Ap + (0,15 N c Lc + 0,43 N s Ls ) Ps − W p đó: N - số SPT trung bình đất khoảng 1D mũi cọc 4D mũi cọc (D - đường kính cọc); N c - số SPT trung bình lớp đất cát xung quanh cọc; L c - chiều dài đoạn cọc nằm đất cát (m); N s - số SPT trung bình lớp đất dính xung quanh cọc; L s - chiều dài đoạn cọc nằm đất dính (m); A p - diện tích tiết diện mũi cọc; P s - chu vi tiết diện ngang cọc W p - hiệu số trọng lượng cọc trọng lượng trụ đất cọc thay Bảng TD.4.3: Kết tính tốn theo cơng thức (2.58) Lớp đất (1) 10 ∑= Chiều dày (m) (2) 1,6 1,4 0,7 1,1 5,2 16,0 6,0 11,5 2,0 2,5 48,0 N Nc Lc (m) (3) 0 0 16 11 20 100 (4) (5) 16 20 100 Ns Ls (m) As (m) Ap (m2) Wp (T) (6) 0 0 (7) 1,6 1,4 0,7 1,1 11 11,5 (8) 3,14 3,14 3,14 3,14 3,14 3,14 3,14 3,14 3,14 3,14 (9) 0,785 0,785 0,785 0,785 0,785 0,785 0,785 0,785 0,785 0,785 (10) 1,507 1,318 0,659 1,048 4,911 15,08 5,621 10,83 1,885 2,356 45,21 5,2 16 2,5 1,5N Ap (T) (11) 117,8 0,43N s L s P s 0,15N c L c P s Q' a = (T) (12) (13) (14) 0 0 0 32,4048 170,800 0 0 0 12,246 120,576 0 18,84 117,75 0 0 12,2460 120,5760 32,4048 170,8000 18,8400 235,5000 590,3671 Q ađ = Q' a – W p = 590,367 – 45,21 Q ađ = 545,157 T Ghi chú: - Đường kính cọc khoan nhồi D=1000mm; bê tơng mác 300#, R n =130kG/cm2 ; cốt thép có R a =2700kG/ cm2 Theo kết tính tốn bước trên, Q ađ Q vl có giá trị xấp xỉ nhau, ta chọn giá trị nhỏ làm sức chịu tải tính tốn cho phép cọc nhồi: Q a = 540 T 4.9.6 Xác định chiều sâu đặt móng kích thước đài cọc - Chọn chiều sâu đặt móng: H m = 5,05 m - Chọn chiều cao đài: Hđ = m 91 - Chọn kích thước tiết diện đài: F đ = × 19,0 = 95 m2 4.9.7 Xác định tải trọng tính toán tác dụng lên mặt - Trọng lượng đài cọc: N đ = F đ × 1,1 × 2,5 × H đ = 94 × 1,1 × 2,5 × = 517 Tấn - Tải trọng sàn tầng hầm tác dụng lên đài cọc: N tĩnh tải sàn = 1,1 × F × 2,5 × h = 1,1 × (3,4×19) × 2,5 × 0,3 = 53,3 Tấn N tĩnh tải dầm móng = 1,1 × F × 2,5 × L = 1,1 × (0,8×1,5) × 2,5 × 3,2×4 = 42,24 Tấn N hoạt tải = 1,3 × 0,5 × 8,4 × 19 = 103,74 Tấn - Tổng tải trọng tính tốn tác dụng lên mặt đáy đài: N tt = 4109,06 + 517 + 53,3 + 42,24 + 103,74 = 4825,34 Tấn 4.9.8 Xác định số lượng cọc kiểm tra lực tác dụng lên cọc Ở ta dùng cọc đường kính 100 cm, sức chịu tải cho phép cọc Q a = 540 Tấn - Số lượng cọc tính sau: n=β N tt Qa đó, β - hệ số xét đến gia tăng số lượng cọc tùy thuộc vào mức độ lệch tâm tải trọng n = 1,0 4825,34 ≅9 540 Dựa vào tính tốn chọn số lượng cọc n = 10 cho móng trục B, tiến hành bố trí cọc (xem Hình 4.19): Khoảng cách tim cọc là: C = 3d = m Khoảng cách từ tim cọc đến mép đài a' = 1,0 m - Lực dọc lớn tác dụng lên đầu cọc xác định theo công thức: Pmax = N tt M x y max M y xmax ± n ± n n ∑ yi ∑ xi2 i =1 Pmax = 4825,34 (251,12 + 29,61.2).1,5 ± 10 8.1,5 P max = 482,534 + 25,867 = 508,396 T P = 482,534 − 25,867 = 456,667 Kết kiểm tra khả chịu tải cọc: 92 i =1 P max = 508,396 T < Q a = 540 T P = 456,667 T > Như vậy, với loại cọc chọn có sức chịu tải Q a = 540 T số lượng cọc tính tốn n = 10 cọc hoàn toàn thỏa mãn điều kiện chịu lực cọc Hình 4.19: Mặt bố trí cọc khoan nhồi: Bố trí cọc cho móng trục B với phương án số lượng 10 cọc 4.9.9 Kiểm tra điều kiện đâm thủng Kiểm tra theo công thức (4.32) 93 P đt ≤ P cđt P đt ≤ 0,75R K h o b tb P đt = ΣR trái = N tt - ΣR phải = P max = 508,396 T P cđt = 0,75.150.1,9.5 = 1068,75 T 4.9.10 Tính tốn bố trí cốt thép Theo mặt ngàm chân cột M1 = 415,5.1,09 = 452,9 Tm Diện tích cốt thép cần thiết mặt ngàm Fayc = M 452,9 × 105 = = 98,1 cm2 0,9 Ra ho 0,9 × 2700 × 190 Chọn 26φ25 có F a = 122,66 cm2 > F ayc = 98,1 cm2 Bố trí cốt thép (xem Hình 4.17 4.18) 94 Chương THIẾT KẾ MÓNG CỌC TRONG VÙNG CÓ ĐỘNG ĐẤT 5.1 Ảnh hưởng động đất đến công trình Trên giới nhiều nơi có động đất mạnh Năm 1970 động đất phá huỷ hoàn tồn thủ Tasken Udơbêkistan (thuộc Liên Xơ cũ) Năm 1995 phần lớn thành phố Côbê Nhật Bản bị phá hoại nặng nề động đất Việt Nam có động đất, vào khoảng năm 1962 Nghĩa Lộ có động đất cấp đến cấp Bắc Giang có động đất cấp đến cấp làm hỏng nhà tầng (bằng kết cấu tường gạch chịu lực) - tường gạch bị rạn nứt lớn Hiện nước ta có đồ phân vùng động đất Thông thường, người ta phân động đất làm 12 cấp (độ riclite) Chỉ cần thiết kế kháng chấn cho cơng trình với động đất từ cấp trở lên Thực tế có biện pháp thiết ké kháng chấn cho cơng trình từ cấp đến cấp Còn từ cấp đến cấp 12 bất khả kháng Đối với đất yếu nơi có địa hình bất lợi sườn dốc núi, bờ sơng, bờ vực thiết kế kháng chấn người ta phải cộng thêm cấp động đất Thí dụ nơi có động đất cấp phải thiết kế với cấp Hà Nội, cơng trình quan trọng Lăng Hồ Chủ tịch, Bảo tàng Hồ Chí Minh, Cung văn hố Việt - Xô, cầu Thăng Long người ta thiết kế với động đất cấp Khi có động đất, cơng trình bị dao động làm xuất lực quán tính Trị số lực động đất xác định theo công thức: S=α Q a = αK c Q g (5.1) Trong đó: Q - Trọng lượng phận cơng trình tải trọng tác dụng lên g - Gia tốc trọng trường a - Gia tốc động đất theo số liệu trạm đo địa chấn, tra Bảng 5.1 α - Hệ số phụ thuộc tính chất động lực học cơng trình xác định theo quy trình thiết kế: α = ÷ Kc = a gọi hệ số động đất, xem Bảng 5.1 g Bảng 5.1 Gia tốc động đất a hệ số K c theo cấp động đất 95 Lực chân động theo cấp Gia tốc động đất a (cm/sec2) 10 ÷ 25 25 ÷ 50 50 ÷ 100 Hệ số động đất K c 1/40 1/20 1/10 Lực động đất xác định theo cơng thức có hướng Do cần chọn hướng bất lợi nền, móng cơng trình Hướng bất lợi hướng ngang, làm cho móng bị đẩy ngang, gây trượt lật đổ cơng trình Hướng bất lợi hướng lên làm tăng lực nhổ, có hại cho cơng trình có neo chịu lực nhổ Chấn động động đất gây làm tăng áp lực đất chủ động làm giảm áp lực đất bị động lên tường chắn đất Động đất làm giảm cường độ R đất chân cọc (mũi cọc) làm giảm ma sát thành f đất mặt xung quanh cọc, làm giảm sức chịu tải cọc 5.2 Những điều cần ý thiết kế móng cọc vùng có động đất - Kết cấu bên nhà nên dùng loại lõi vách cứng kết hợp với khung bê tông cốt thép đổ chỗ liên kết với sàn bê tông cốt thép (2 lớp thép) cách vững Hoặc dùng khung thép hình liên kết bu lơng cường độ cao - Móng cọc móng cọc chống có đài cọc móng bè, móng băng giao móng đơn có hệ giằng móng vững - Khi thiết kế móng vùng có động đất, phải tính theo tổ hợp tải trọng đặc biệt, theo trạng thái giới hạn thứ sức chịu tải ổn định - Khi tính tốn sức chịu tải cọc làm việc tác dụng tải trọng nén nhổ, giá trị sức chống đầu mũi cọc q p sức ma sát thành f i , cần nhân với hệ số giảm thấp điều kiện làm việc đất m c1 m c2 cho Bảng 5.2, trừ trường hợp cọc chống đá đất lớn Bảng 5.2 Hệ số m c1 m c2 Hệ số m c1 , để liệu chỉnh q p Hệ số m c2 , để liệu chỉnh f t Cấp Cát chặt động Cát chặt Cát chặt vừa Sét bụi độ sệt Sét bụi độ sệt chặt vừa đất Ẩm tính Ẩm No Ẩm No No ≤I L ≤ ≤I L ≤ 0,75 IL < IL < tốn ẩm nước ẩm nước nước 0,5 0,75 ≤I L ≤ ẩm 1,0 0,9 0,95 0,8 1,0 0,95 0,95 0,90 0,95 0,85 0,75 0,9 0,85 1,0 0,90 0,85 0,80 0,75 96 0,9 0,8 0,8 0,7 0,8 0,7 - 0,85 0,75 0,75 0,60 0,7 - 0,95 0,95 0,90 0,85 0,90 0,80 0,85 0,70 0,85 0,75 0,75 0,65 0,8 0,7 - 0,9 0,8 0,85 0,65 0,80 0,70 0,70 0,60 0,70 0,65 0,60 - Chú thích: Trị số tử số dùng cho cọc đóng, mẫu số cho cọc nhồi - Ngồi m c1 ra, q p cịn phải nhân với hệ số điều kiện làm việc m c3 Lấy mc3 = l ≥ mc3 = 0,9 l < , l chiều dài tính đổi cọc, xác định theo công thức (2.61) Đồng thời ma sát bên cọc f i khoảng cách từ mặt đất đến độ sâu h tt lấy htt = αb (5.2) đó: α b : hệ số biến dạng, tính theo cơng thức (2.62) - Trong tính tốn, giá trị góc ma sát đất ϕ có kể đến động đất, cần giảm sau: Đối với động đất cấp 7, giảm ϕ độ, cấp giảm độ, cấp giảm độ - Đối với móng vùng động đất, cho phép dùng tất loại cọc, trừ cọc khơng có cốt thép ngang Khi thiết kế móng cọc vùng có động đất, cần phải đưa mũi cọc tựa lên loại đá đất tốt (đất lớn, cuội sỏi, cát chặt chặt vừa, đất sét cứng có độ sệt I L ≤ 0,5) -o0o - 97 PHỤ LỤC HỆ SỐ CHUYỂN ĐỔI TỪ HỆ ANH SANG HỆ SI Chiều dài ft ft = 0,3048 m = 30,48 cm ft = 304,8 mm in in in in2 = 0,0254 m = 2,54 cm = 25,4 mm = 929,03 x 10-4 m2 = 929,03 cm2 = 929,03 x 102 mm2 = 6,452 x 10-4 m2 in2 = 6,452 cm2 in2 ft3 = 645,16 mm2 = 28,317 x 10-3 m3 = 28,317 x 103 cm3 = 16,387 x 10-6 m3 = 16,387 cm3 = 4,448 N = 4,448 x 10-3 kN = 0,4536 kgf = 4,448 kN = 8,896 kN = 0,4536 x 10-3 metric ton = 14,593 N/m ft2 ft2 Diện tích Thể tích Lực ft2 ft3 in3 in3 lb lb lb kip U.S ton lb 1lb/ft Ứng suất Trọng lượng đơn vị Momen Năng lượng Momen qn tính Mơđun mặt cắt Hệ số thấm Hệ số cố kết 98 1lb/ft2 1lb/ft2 U.S ton/ft2 kip/ft2 lb/in2 1lb/ft3 = 47,88 N/m2 = 0,04788 kN/m2 1lb/in3 = 271,43 kN/m3 1lb-ft = 1,3558 N m 1lb-in = 0,11298 N m ft-lb = 1,3558 J = 95,76 kN/m2 = 47,88 kN/m2 = 6,895 kN/m2 = 0,1572 kN/m3 in4 in4 = 0,4162 x 106 mm4 = 0,4162 x10-6 m4 1in3 = 0,16387 x 105 mm3 in3 = 0,16387 x 10-4 m3 ft/min ft/min ft/min ft/sec ft/sec = 0,3048 m/min = 30,48 cm/min = 304,8 mm/min = 0,3048 m/sec = 304,8 mm/sec in/min = 0,0254 m/min in/sec in/sec in2/sec in2/sec ft2/sec = 2,54 cm/ sec = 25,4 mm/sec = 6,452 cm2/sec = 20,346 x 103 m2/yr = 929,03 cm2/sec TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Giáo trình Nền Móng Bộ mơn Địa Kỹ Thuật - trường ĐHTL; NXB-Nông nghiệp, 1998 2- GS.TSKH Nguyễn Văn Quảng - Nền Móng Tầng hầm Nhà cao tầng, NXB-XD, 2011 3- Braja M Das - Nguyên lý Kỹ thuật Nền Móng, tái lần 5, dịch tiếng Việt, Bộ mơn NM-ĐHTL, 2009 4- TCXD 205 : 1998 "Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế" 5- TCXD 206 : 1998 "Cọc khoan nhồi - yêu cầu chất lượng thi công" 6- TCXD 195 : 1997 "Nhà cao tầng - Thiết kế cọc khoan nhồi" 7- TCXDVN 194 : 2006 " Nhà cao tầng - Công tác khảo sát địa kỹ thuật" 8- TCXD 356 : 2005 "Kết cấu bê tông bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế" 9- Các tài liệu liệu hình ảnh từ Internet & ebook 99 ... Chương KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Cấu tạo móng cọc Hình 1.1a,b thể loại móng cọc: móng cọc đài thấp đài cao Móng cọc bao gồm phận: cọc, đài cọc, đất bao quanh cọc - Cọc phận có tác dụng truyền tải trọng... khoan cọc nhồi kiểu bơm phản tuần hoàn 13 1.6 Ưu nhược điểm cọc khoan nhồi 1.6.1 Ưu điểm Cọc khoan nhồi giải pháp móng có nhiều ưu điểm sau: 1) Một cọc khoan nhồi đơn dùng thay nhóm cọc mũ cọc 2)... móng cọc đài thấp: 1- cọc; 2- đài cọc; 3kết cấu phần Hình 1.1b: Cấu tạo móng cọc đài cao: 1- cọc; 2- đài cọc; 3- kết cấu phần 1.2 Phạm vi trường hợp áp dụng Cọc khoan nhồi cọc bê tông, bê tông