Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc Sức chịu tải của cọc được tính theo công thức:
Pvl = φ.m (Rbt . Fbt + Rct . Fct) Trong đó:
φ: hệ số uốn dọc trục, lấy φ = 1;
m: hệ số điều kiện làm việc của cọc, lấy m = 0,85;
Rbt: cường độ chịu nén giới hạn của bê tông, với mác 300#, Rbt = 40%.3000 = 1200 (T/m2);
Rct: cường độ chịu kéo giới hạn của cốt thép chủ, với thép CT3 ta có Rct = 21000 (T/m2);
Fct: diện tích tiết diện ngang của cốt thép chủ:
Fct = 4. = 4.3,14. = 1,26.10-3 (m2)
Fbt: diện tích tiết diện ngang của bê tông, Fbt = F - Fct
F: diện tích tiết diện ngang của cọc, F = 0,3 × 0,3 = 0,09(m2); → Fbt = 0,09 – 1,26.10-3 = 0,088 (m2) Thay các giá trị ta có:
Pvl = 1×0,85× (1200×0,088 + 21000×1,26×10-3) = 112,251 T
b. Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền
• Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất đá :
Theo TCVN 10304 – 2014 “Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế” Sức chịu tải của cọc chịu nén được tính theo công thức:
Rc,u = γc (γcq qb Ab + u∑γcf fi li) Trong đó:
γc: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy γc = 1; γcq: hệ số làm việc của đất dưới mũi cọc, lấy γcq = 1;
γcf : hệ số điều kiện làm việc của đất trên thân cọc, lấy γcf = 1;
qb: cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, tra bảng 2 (theo TCVN 10304 – 2014); qb = 15000 kN= 1500 T/m2
Ab: diện tích cọc tựa trên đất Ab = (0,3)2. =0,09 (m2).
U: chu vi tiết diện ngang thân cọc, U =d.4 = 0,3.4=1,2 (m);
fi : cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc, tra bảng 3 (theo TCVN 10304 – 2014). Ta có bảng 4.1:
Bảng 4.1: Lực ma sát trung bình theo loại đất
Lớp Độ sâu trung bình lớp đất zi(m) li Chiều dài mỗi lớp mà cọc đi qua(m) Độ sệt (Is) fi fi.li 2 2,8 1,2 0.53 1,92 2,30 3 10 12,4 - 6,5 80,6
4 19,1 5,8 0,3 5,51 31,96
5 24,1 4,2 0,38 4,35 18,27
6 26,85 1,3 - 8,85 11,50
Tổng 33 144,63
Thay các giá trị vào công thức:
Rc,u = 1× (1×15000×0,09 + 1,2×1×144,63) = 1523,56 kN = 155,36 T
• Xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT:
Theo TCVN 10304- 2014 “ Móng cọc –Tiêu chuẩn thiết kế” Sức chịu tải của cọc chịu nén được tính theo công thức: Rc,u = qb Ab + u∑ fi li (1)
Trong đó:
qb: cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc.
Ab: diện tích cọc tựa trên đất Ab = (0,3)2. =0,09 (m2).
U: chu vi tiết diện ngang thân cọc, U =d.4 = 1,2 (m).
fi : cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc li : là chiều dài cọc nằm trong lớp đất thư “i”
Theo Meyerhof (1976) kiến nghị công thức xác định cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc qb và cường độ sức kháng của đất ở trên thân cọc fi trực tiếp từ kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn như sau:
fi= k2 .Ns,i ( Đất rời) fi= α .Cu.i( Đất dính)
trong đó: k1 là hệ số, lấy k1 = 40 h/d ≤ 400 đối với cọc đóng và k1 = 120 đối với cọc khoan nhồi.
NP là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 4d phía dưới và 1d phía trên mũi cọc; k2 là hệ số lấy bằng 2,0 cho cọc đóng và 1,0 cho cọc khoan nhồi;
Ns,i là chỉ số SPT trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc.
Cu,I là cường độ sức kháng không thoát nước của lớp đất dính thứ “i”.
α là hệ số phụ thuộc vào đặc điểm lớp đất nằm trên lớp đất dính, loại cọc và phương pháp hạ cọc, cố kết của đất trong quá trình thi công và phương pháp xác định Cu,i , α trên biểu đồ hình G.1 ( theo phụ lục A của tiêu chuẩn AS 2159-1978)- TCVN 10304-2014.
Lớp đất dính mà cọc đi qua có lớp 2,4,5:
Lớp Cu,i α fi=Cu,i.α li fi.li
2 37,5 1 37,5 1,2 45
4 97,75 1 93,75 5,8 543,75
5 106,25 1 106,25 4,2 446,25
Lớp đất rời mà cọc đi qua gồm lớp 3,6,7: Lớp Ns,i ( số búa SPT
trung bình trong lớp)
k1 fi=k1.Ns,i li ( chiều dài lớp cọc đi qua)
fi.li
3 11 2 22 12,4 272,8
6 26 2 52 1,3 67,6
Ta có : ∑ fi li =45+543,75+446,25+272,8+67,6=1375,4 Thay các giá trị vào công thức (1):
Rc,u=400.26.0,09+1,2.1375,4=2586,48( kN)=263,75 (T)
Ta có giá trị tiêu chuẩn Rc,k= Min( Rc,u (chỉ tiêu cơ lí ) , Rc,u (SPT)) =155,36 Theo TCVN 1034-2014 có giá trị tiêu chuẩn tính toán Rc,d = với yk=1,4
Rc,d= = =110,97 T Ta có : Pvl=112,25 T > Rc,d=110,97 T
Do đó để đảm bảo an toàn ta lấy giá trị Ptt= Rc,d =110,97 T để tính toán
Xác định kích thước đài cọc và số lượng cọc trong đài a. Xác định sơ bộ kích thước đài
Để cho cọc làm việc an toàn và không ảnh hưởng lẫn nhau, theo quy phạm kỹ thuật thì khoảng cách giữa các tim cọc ≥ 3d (d- cạnh của cọc). Khi khoảng cách giữa các cọc là 3d thì ứng suất trung bình dưới đáy đài là:
= = (3.0,3)
110,97
2
= 137 (T/m2) Sơ bộ chọn diện tích đáy đài: Fđ =
Trong đó: γtb : khối lượng thể tích trung bình của đài và của đất trên đài γtb = 2,0 - 2,2 (T/m3). -> chọn γtb = 2,0 (T/m3);
Ptt : tải trọng tính toán tác dụng lên mỗi cọc, Ptt = Ptc . n, Ptc : tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên đài, Ptc = 240 T, n: hệ số an toàn, lấy n = 1;
h: chiều dày đài, h = 1,5m;
σtb: ứng suất trung bình dưới đáy đài, σtb = 137 T/m2.
Thay các giá trị ta được: = 137 2 1,5
402 2
×− −
= 1,79 (m2) Xác định số lượng cọc trong đài
n ≥ β (cọc) Trong đó:
β: hệ số phụ thuộc có tải trọng ngang và mô men, β = 1,0 1,5, lấy β = 1,0;
ΣN: tổng tải trọng tác dụng lên cọc
ΣN = Ptc + Gđ (T) Với Gđ trọng lượng đài Gđ = γtb×hđ×Fđ trong đó:
γtb : khối lượng thể tích trung bình của đài và của đất trên đài, lấy: γtb = 2,0 T/m3;
hđ : chiều sâu của đài tính từ mặt đất, hđ = 2m; Fđ : diện tích đài, Fđ = 1,79m2.
Thay số liệu vào công thức ta được:
Gđ = 2,0×2×1,79= 7,16 (T) Ptc: tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên đài, Ptc = 240 (T); Ptt: tải trọng tính toán tác dụng lên cọc, Ptt = 110,97 (T). Thay số ta được: 97 , 110 16 , 7 240 0 , 1 × + = 2,23 Vậy tôi chọn số cọc trong 1 đài là n = 4 cọc.
Bố trí cọc trong đài
Khoảng cách giữa các cọc phải bố trí sao cho tải trọng truyền xuống mũi cọc và giữa các cọc là như nhau. Để cọc làm việc không ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của nhau, làm việc thành 1 khối, theo kinh nghiệm khoảng cách 2 tâm cọc gần nhất
không nhỏ hơn 3 lần đường kính cọc (hay cạnh). Mép cọc ngoài cùng đến mép đài ≥5cm đối với công trình dân dụng.
Với số cọc trong 1 đài là 4 nên tôi chọn cách bố trí cọc trong đài như sau: -Khoảng cách hai tâm cọc gần nhau theo chiều dài: 3.d=3×0,3=0,9 m; -Khoảng cách hai tâm cọc gần nhau theo chiều rộng: 3.d=3.0,3= 0,9 m; -Khoảng cách từ mép ngoài cùng của cọc đến mép của đài là 0,1m; Vì vậy chiều dài của đài sẽ là 1,4 m, chiều rộng là 1,4 m
Hình 4.4: Sơ đồ bố trí cọc trong đài Kiểm tra móng cọc đài thấp