THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI

GIỚI THIỆU VỀ CỌC KHOAN NHỒI Cọc khoan nhồi là loại cọc được đúc bê tông tại chỗ vào trong lỗ trống được đào hoặc khoan trong lòng đất, tiết diện ngang là tròn. 6.1.1 Công nghệ thi công Gồm các bước cơ bản sau: Tạo hố khoan: khi đào hố khoan ta phải giải quyết ổn định cho thành vách bằng cách bơm dung dịch bentonite vào hố khoan trong khi đào và luôn giữ mực bùn khoan trong hố móng cao hơn mực nước ngầm. Đặt lồng thép: khi thả lồng thép vào hố khoan cần phải định vị cẩn thận để lồng thép được nằm giữa hố đào (bêtông sẽ bao phủ toàn bộ lồng thép sau khi đổ), sau đó đặt ống đổ bê tông. Đổ bê tông vào hố khoan: đổ thật nhanh mẻ 6m3 hoặc 8m3 bê tông đầu tiên trong tối đa 2 phút sao cho bê tông phủ thật nhanh đầu trépie và để bêtông không trộn lẫn vào dung dịch bentonite, đồng thời đẩy dung dịch bentonite ra ngoài.

Chương 6 THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI

6.1 GIỚI THIỆU VỀ CỌC KHOAN NHỒI

Cọc khoan nhồi là loại cọc được đúc bê tông tại chỗ vào trong lỗ trống được đào hoặc khoan trong lòng đất, tiết diện ngang là tròn

6.1.1 Công nghệ thi công

Gồm các bước cơ bản sau:

Tạo hố khoan: khi đào hố khoan ta phải giải quyết ổn định cho thành vách bằng cách bơm dung dịch bentonite vào hố khoan trong khi đào và luôn giữ mực bùn khoan trong hố móng cao hơn mực nước ngầm

Đặt lồng thép: khi thả lồng thép vào hố khoan cần phải định vị cẩn thận để lồng thép được nằm giữa hố đào (bêtông sẽ bao phủ toàn bộ lồng thép sau khi đổ), sau đó đặt ống đổ bêtông

2 phút sao cho bê tông phủ thật nhanh đầu trépie và để bêtông không trộn lẫn vào dung dịch bentonite, đồng thời đẩy dung dịch bentonite ra ngoài

6.1.2 Ưu điểm của cọc khoan nhồi

Khi thi công không gây ảnh hưởng chấn động và môi trường xung quanh

Sức chịu tải của cọc lớn nếu ta dùng đường kính lớn và độ sâu cọc lớn

Lượng thép trong cọc khoan nhồi ít, chủ yếu để chịu tải trọng ngang

Có khả năng thi công cọc khi qua các lớp đất cứng nằm xen kẽ

6.1.3 Nhược điểm của cọc khoan nhồi

Giá thành cao do kỹ thuật thi công phức tạp, mặc dù thiết kế cốt thép trong cọc rất tiết kiệm

Biện pháp kiểm tra chất lượng bê tông cọc khoan nhồi rất phức tạp bằng phương pháp siêu âm hay thử tĩnh tải cọc

Ma sát bên thân cọc có thể giảm đi đáng kể so với cọc đóng và cọc ép do công nghệ tạo khoan lỗ

6.2 DỮ LIỆU TÍNH TOÁN

6.3 TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

6.3.1 Lý thuyết tính sức chịu tải của cọc:

Dựa vào tiêu chuẩn Việt Nam để tính toán sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu sau:

- Theo độ bền của vật liệu làm cọc (TCVN 10304-2014)

- Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (TCVN 10304-2014)

- Theo chỉ tiêu cường độ của đất nền (TCVN 10304-2014)

Các giả thiết tính toán

Móng cọc được quan niệm là móng cọc đài thấp, việc thiết kế chấp nhận một số giả thiếtsau:

truyền lên phần đất nằm giữa các cọc tại mặt tiếp giáp với cọc

- Khi kiểm tra cường độ của đất nền và khi xác định độ lún của móng cọc thì người tacoi móng cọc như một khối móng quy ước bao gồm cọc và các phần đất ở giữa cáccọc Vì việc tính móng khối quy ước giống như tính toán móng nông trên nền thiênnhiên (bỏ qua ma sát ở mặt bên móng) cho nên trị số moment của tải trọng ngoài tạiđáy móng quy ước được giảm đi một cách gần đúng bằng trị số moment của tải trọngngoài so với cao trình đáy đài.

Các loại tải trọng tính toán móng

cột, bao gồm:

(Nmax, Mtư và Qtư)

(Mmax, Ntư và Qtư)

với tổ hợp còn lại

bảng tổ hợp nội lực sinh viên chọn ra vị trí có các tổ hợp nguy hiểm nhất để tính toán,vậy chọn vị trí Cột trục 2B để tính toán

Bảng 6.1 - Tổ hợp tải trọng tính toán móng tại chân cột (cột trục 2B)

M(kN.m)

tt yM

(kN.m)

tt x

Q(kN)

tt yQ

(kN)Nmax, Mxtu, Mytu,

Mxmax, Mytu, Ntu,

Mymax, Mxtu, Ntu,

Chọn tổ hợp Nmax tính toán sau đó kiểm tra với 2 tổ hợp còn lại

Tải trọng tiêu chuẩn

Tải trọng tiêu chuẩn được sử dụng để tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn thứ hai.Tải trọng lên móng đã tính được từ ETABS V9.7.4 là tải trọng tính toán, muốn có tổ hợp cáctải trọng tiêu chuẩn lên móng đúng ra phải làm bảng tổ hợp nội lực chân cột khác bằng cáchnhập tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên công trình Tuy nhiên, để đơn giản quy phạm cho phépdùng hệ số vượt tải trung bình n =1.15 Như vậy, tải trọng tiêu chuẩn nhận được bằng cách

Tải trọng tiêu chuẩn tại chân cột

Bảng 6.2 - Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn tại chân cột (cột trục 2B)

M(kN.m)

tc yM

(kN.m)

tc x

Q(kN)

tc yQ

(kN)Nmax, Mxtu, Mytu, Qxtu,

Mũi cọc cắm sâu vào lớp đất sét dẻo lẫn cát mịn, trạng thái chặt (lớp 7) một đoạn 42.8m Do

đó chiều sâu mũi cọc tính từ lớp đất tự nhiên 1.8 + 3.2 + 2.5 + 1.5 + 27.5 +4.5+4+2.5 =47.5m

Chiều dài cọc (tính từ đáy đài đến mũi cọc) là: 42.8

toán sức chịu tải của cọc

6.3.2.1 Sức chịu tải của cọc theo độ bền của vật liệu

Sức chịu tải theo vật liệu của cọc được tính theo công thức sau:

cb

E- là mô đun đàn hồi của cọc, tính bằng kPa, E b =3.0 10× 7kN m/ 2

Diện tích tiết diện ngang của cốt thép dọc trục trong cọc:

Diện tích tiết diện ngang của bê tông trong cọc:

Sức chịu tải theo vật liệu:

6.3.2.2 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền (tra bảng)

Công thức chung xác định sức chịu tải của cọc:

(Công thức 12 TCVN 10304-2014)

là hệ số điều kiện làm việc của cọc, khi cọc tựa trên nền đất dính với độ bão hoà

Sr < 0,9 và trên đất hoàng thổ lấy γc = 0,8; với các trường hợp khác γc = 1;

qb là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, = 4500kPa (tra bảng 7 –

TCVN10304-2014)

u là chu vi tiết diện thân cọc d = 0.8m = 2.51m

tạo lỗ và điều kiện đổ bê tông = 0.6 (tra bảng 7 – TCVN10304-2014)

Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý đất nền (tra bảng):

6.3.2.3 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền

Công thức chung xác định sức chịu tải của cọc:

(Phụ lục G, TCVN 10304-2014)Trong đó:

Ab là diện tích tiết diện ngang mũi cọc;

u là chu vi tiết diện ngang cọc;

là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ ”i”

Ma sát đơn vị fi đối với đất sét (dính):

Ma sát đơn vị fi đối với đất cát (rời):

Mũi cọc ở độ sâu z = -47.5m so mặt đất tự nhiên

Bảng 6.4: Bảng giá trị thành phần chịu tải do ma sát Qs

STT Lớpđất Loại đất thái đấtTrạng NSPT Cu α li γtn fsi fsili

Thành phần chịu tải của mũi cọc

Mũi cọc cắm vào lớp đất 7 có:

qp = cu.N’c (Công thức G.3 TCVN 10304-2014)

Trong đó cu = 6.25NSPT với NSPT là chỉ số SPT trong đất dính ở mũi cọc

Sức chịu tải cực hạn do ma sát bên:

Qs =

Sức chịu tải cực hạn do kháng mũi:

Qb =

Sức chịu tải cực hạn của đất nền theo chỉ tiêu cường độ:

6.3.3.3 Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT

Theo thí nghiệm SPT - công thức của viện kiến trúc Nhật Bản (TCVN 10304:2014):

Sức chịu tải cục hạn của cọc được xác định theo công thức G.9 được viết dưới dạng:

c,u b b c,i c,i s,i s,i

R =q A +u∑(f l +f l ) (Công thức G.9 TCVN 10304-2014)

Trong đó:

nhồi

Khi mũi cọc nằm trong đất dính qb = 9cu cho cọc đóng (ép) và qb = 6cu cho cọc khoan nhồi

Đối với cọc đóng, cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ “i”:

Để đơn giản ta lập bảng tính như sau:

Bảng 6.5: Giá trị thành phần chịu tải theo chỉ số SPT

Ký hiệu

lớp đất Loại đất dài cọcChiều

nằmtrongđất

ChỉsốSPT

L (m)

Lớp 3a Đất dính 2.50 14 88 18.44 76.99 1.1 0.50 0.99 107.73Lớp 3b Đất dính 1.50 15 94 18.44 76.99 1.2 0.50 0.99 69.26Lớp 4 Đất dính 27.50 20 125 19.04 196.84 0.6 0.68 0.99 2313.55Lớp 5 Đất dính 4.50 22 138 20.18 344.04 0.4 0.94 0.99 575.84Lớp 6 Đất dính 4.00 43 269 20.26 341.66 0.8 0.51 0.99 545.19Lớp 7 Đất dính 2.50 41 256 20.99 380.68 0.7 0.64 0.99 404.46

Xác định sức chịu tải thiết kế

Sơ bộ chiều sâu đáy đài

Bảng 6.7 - Tải trọng tính toán tại chân cột trục 2-B

(kN)

tt x

M

(kN.m)

tt yM(kN.m)

tt x

Q

(kN)

tt yQ(kN)

Nmax, Mxtu, Mytu, Qxtu,

Chọn chiều cao đài móng là hđ = 1.5 m

Chiều sâu đặt đáy đài tính từ cốt sàn tầng trệt (±0,00m) là -4.7 m

Chiều sâu đặt đáy đài nhỏ nhất được thiết kế với yêu cầu cân bằng áp lực ngang theo giả thiếttải ngang hoàn toàn do lớp đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận

Dùng của tổ hợp COMB1 để kiểm tra điều kiện cân bằng áp lực ngang đáy đài theo côngthức thực nghiệm sau: (sơ bộ chọn bề rộng đài là 3.7m)

hm: Chiều sâu chôn đài móng, hm = 1.5 m

Bđ: Cạnh của đáy đài theo phương thẳng góc với tải ngang Q.

Vậy hm thỏa điều kiện cân bằng áp lực ngang nên ta có thể tính toán móng với giả thiết tảingang hoàn toàn do lớp đất trên đáy đài tiếp nhận

Xác định số lượng cọc

Số lượng cọc sơ bộ:

9.9.11 Trong đó:

:

Sức chịu tải ở trên là sức chịu tải của cọc đơn Trong trường hợp cọc làm việc trong đài thìsức chịu tải của cọc giảm xuống do hiệu ứng nhóm cọc

6.4.2 Kiểm tra cọc làm việc theo nhóm

Mục 3.9.3 TCXD 205 : 1998 có quy định rõ Hiệu ứng nhóm cọc lên sức chịu tải của cọc là

do sự ảnh hưởng lẫn nhau của các cọc trong nhóm do hiện tượng chùng ứng suất nên sức chịutải của cọc trong nhóm sẽ nhỏ hơn so với cọc đơn

Hiệu ứng nhóm cọc được xác định theo công thức của Converse-Labarre (tham khảo mục 4.5,chương 4,Error: Reference source not found Error: Reference source not found

s: Khoảng cách giữa hai cọc tính từ tâm = 2.4m

Sức chịu tải của nhóm cọc:

Hình 6.2: Bố trí cọc trong đài móng Cột trục 2B

Vậy thoả điều kiện sức chịu tải của nhóm cọc.

6.4.2 Kiểm tra lực tác dụng lên đầu cọc

Kiểm tra lực tác dụng lên đầu cọc

Điều kiện kiểm tra:

Chiều cao đài được giả thiết ban đầu hđ = 1.5m

Trọng lượng tính toán của đài:

Chuyển các ngoại lực tác dụng về đáy đài tại trọng tâm nhóm cọc (trường hợp này trùng vớitrọng tâm đài)

Kiểm tra phản lực đầu cọc với tổ hợp Nmax, Mxtư, Mytư, Qxtư, Qytư

4 1.200 0.000 1.4400 0.00 1617.88

Vậy tải trọng tác dụng lên cọc đều thoả

Kiểm tra phản lực đầu cọc với các tổ hợp còn lại

Xét tổ hợp Mxmax, Mytư, Qytư, Qxtư, Ntư

Không có cọc nào trong móng chịu nhổ

6.4.2 Kiểm tra ổn định đất nền dưới đáy khối móng quy ước

Kích thước khối móng quy ước

Theo,mục 7.4.4 TCVN 10304-2014, quy định ranh giới của khối móng quy ước khi cọc tựavào lớp đất cứng như được xác định như hình bên dưới:

Bảng 6.9 - Địa chất dọc thân cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc

Diện tích khối móng quy ước được tính theo công thức:

qu qu qu

Trong đó :

Áp lực tính toán tác dụng lên nền khối móng quy ước

Áp lực tính toán tác dụng lên đất nền theo Error: Reference source not found

m2 = 1.1: Hệ số điều kiện làm việc của công trình (tra bảng 4.6.10 –TCVN 9362-2012)

: Ứng suất hữu hiệu do trọng lượng bản thân khối đất phía trên đáy khối móng quy ước gây ra

D = 5.66

Khối lượng đất trong khối móng quy ước:

Điều kiện để nền ổn định:

Vậy nền đáy móng khối quy ước thỏa điều kiện về ổn định

Kiểm tra với các tổ hợp còn lại ta cũng cho được giá trị thỏa mãn các điều kiện

Do đó lớp đất dưới đáy móng có thể coi là làm việc đàn hồi và có thể tính toán được độ lúncủa nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính Trường hợp này nền từ chân cọc trở xuống

có chiều dày tương đối lớn, đáy của khối quy ước có diện tích bé nên ta dùng mô hình nền làbán không gian biến dạng tuyến tính và tính toán độ lún của nền theo phương pháp cộng lúntừng lớp

6.4.3 Kiểm tra độ lún móng khối quy ước theo phương pháp tổng phân tố

6.4.3.1 Xác định áp lực gây lún tại đáy móng khối quy ước

p =p −∑γh

= 439.14 – 362.18 = 77 (: Ứng suất trung bình dưới đáy móng khối quy ước

: Ứng suất hữu hiệu theo phương đứng do trọng lượng bản thân tự nhiên của đất nền gây ra tại đáy

móng khối quy ước

6.4.3.1 Chia nền đất dưới đáy móng khối quy ước thành các lớp đồng nhất

Chia lớp đất dưới đáy móng thành nhiều lớp nhỏ hi không quá 2m Bề dày phân tố lớp đấttính lún: chọn h = 1m

Eo –modul biến dạng trung bình của lớp đất dưới mũi cọc

Bảng 6.11 - Bảng tính lún cho móng trục 2B – Cọc khoan nhồi

Nhận thấy độ lún tổng cộng:

6.4.3 Kiểm tra điều kiện xuyên thủng

Kiểm tra xuyên thủng cho 2 trường hợp: cột xuyên thủng đài móng và cọc xuyên thủng đài móng

Hình 6.4-Tháp xuyên thủng trong đài móng cột trục 2B

Kiểm tra xuyên thủng do cột:

xt ct

tt

xt i(xt)

Với: Ntt: là lực dọc tính toán tại chân cột (lấy tổ hợp)

ΣPi(xt): Tổng phản lực đầu cọc nằm trong tháp chọc thủng bản thân đài và đất nền , được tínhtheo hệ số vượt tải n=0.9

- α bê tông nặng lấy bằng 1

của đài đến trọng tâm lớp dưới cốt thép của đài) 1500-150 =1350mm

thức sau:

Như vậy, đài thỏa điều kiện chống xuyên thủng

Kiểm tra xuyên thủng do cọc:

Tính toán với tổ hợp tính toán Nmax, Mxtư, Mytư, Qxtư, Qytư

Momen tại ngàm do phản lực các đầu cọc gây ra với giá trị :

Diện tích cốt thép tính theo công thức :