- Xỏc định tải trọng xuống múng.
- Chọn độ sõu chụn múng (cọc đài thấp). - Lựa chọn cọc : Đường kớnh, chiều dài cọc. - Tớnh toỏn sức chịu tải của cọc.
- Xỏc định số lượng cọc, bố trớ cọc.
- Kiểm tra ỏp lực trờn đất nền về điều kiện biến dạng (tớnh lỳn). - Tớnh toỏn đài cọc.
- Kiểm tra khả năng chịu tải ngang.
4.1.2.1 Xỏc định tải trọng tỏc dụng xuống múng.
Căn cứ vào kết quả tớnh toỏn phần kết cấu bờn trờn, xỏc định tải trọng tỏc dụng xuống múng. Cần phải lưu ý điểm đặt của cỏc thành phần tải trọng này để xỏc định tổng moment khi kiểm tra điều kiện ỏp lực tại đỏy múng (đõy chớnh là vị trớ khi xỏc định chiều dài tớnh toỏn của tầng dưới cựng khi giải khung).
4.1.2.2 Lựa chọn chiều sõu chụn múng.
Để lựa chọn độ sõu đặt đỏy đài làm kết hợp cỏc yếu tố : Quy mụ cụng trỡnh, độ lớn của tải trọng; đặc điểm về địa chất cụng trỡnh, địa chất thuỷ văn; đặc điểm của cỏc cụng trỡnh hạ tầng và nền múng cỏc cụng trỡnh lõn cận.
Để thoả món điều kiện tớnh toỏn theo múng cọc đài thấp, cần kiểm tra điều kiện :
Trong đú :
m 0
min tg(45 2) γB2H
h = −ϕ
ϕ : Gúc ma sỏt trong của lớp đất đặt đỏy đài. H : Tổng lực ngang tỏc dụng nờn múng.
γ : Dung trọng trung bỡnh của đất từ đỏy đài trở lờn. Bm : Chiều rộng của đài cọc (giả thiết sau đú kiểm tra lại).
4.1.2.3 Chọn đường kớnh cọc, chiều dài cọc.
Cần xem xột kỹ mặt cắt địa chất, địa tầng, vị trớ xõy dựng cụng trỡnh tương ứng với mặt cắt địa chất để chọn vị trớ đặt mũi cọc; từ độ sõu đặt đỏy đài đó chọn, ta cú được chiều dài cọc.
Lựa chọn đường kớnh cọc cần tương ứng với chiều dài cọc.
4.1.2.4 Xỏc định sức chịu tải của cọc khoan nhồi. a. Sức chịu tải theo vật liệu làm cọc :
Pv = ϕ(m1.m2.Rb.F + Ra.Fa)
Trong đú :
ϕ : Hệ số uốn dọc của cọc. Khi cọc đài thấp xuyờn qua cỏc lớp than bựn, đất sột yếu, bựn, cọc đài cao -> ϕ được tra bảng, phụ thuộc ltt/b và ltt/ d
Khi cọc đài thấp, xuyờn qua cỏc lớp khỏc với cỏc lớp trờn thỡ ϕ = 1.
Bảng tra hệ số uốn dọc ϕ
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
Rb : Cường độ tớnh toỏn của bờtụng khi nộn mẫu hỡnh trụ. Fb : Diện tớch tiết diện ngang của bờtụng.
Ra : Cường độ chịu nộn tớnh toỏn của cốt thộp. Fa : Diện tớch thiết diện ngang của cốt dọc
m1 : Hệ số điều kiện làm việc, khi cọc nhồi qua ống chuyển dịch thẳng đứng m1 = 0,85.
m2 : Hệ số điều kiện làm việc kể đến ảnh hưởng của phương phỏp thi cụng cọc :
• Thi cụng trong đất sột, khụng cần chống vỏch, mực nước ngầm thấp hơn mũi khoan : m2 = 1,0.
• Thi cụng trong cỏc loại đất cần phải dựng ống chống vỏch – mực nước ngầm khụng xuất hiện trong hố khoan - m2 = 0,9.
• Thi cụng trong đất cần chống vỏch và đổ bờ tụng dưới huyền phự sột - m2 = 0,7.
Pv = Rn.Fb +Ran.Fa Trong đú :
Rn : Cường độ chịu nộn tớnh toỏn của bờtụng được xỏc định như sau :
• Đối với cọc đổ bờ tụng dưới nước hoặc huyền phự sột thỡ : Rn = R/4,5 nhưng khụng lớn hơn 60 kg/cm2.
• Đối với cọc đổ bờ tụng trong hố khoan khụ thỡ : Rn = R/4,0 nhưng khụng lớn hơn 70 kg/cm2.
R : Mỏc thiết kế của bờ tụng cọc.
Ran : Cường độ chịu nộn tớnh toỏn của cốt thộp :
• Khi thộp Φ ≤ 28mm thỡ Ran = Rc/1,5 nhưng khụng lớn hơn 2.200 kg/cm2.
• Khi thộp Φ > 28mm thỡ Ran = Rc/1,5 nhưng khụng lớn hơn 2.000 kg/cm2.
Rc : Giới hạn chảy của cốt thộp.
b. SCT theo chỉ tiờu cơ lý (TN trong phũng) :
Theo Phụ lục A (TCXD 205 : 1998) sức chịu tải tớnh toỏn của cọc được xỏc định theo cụng thức : tc k Q Qa = tc Trong đú :
ktc : Hệ số tin cậy phụ thuộc vào kết quả thớ nghiệm cọc hiện trường, đài thấp hoặc cao, cọc chịu nộn hoặc nhổ.... Nhưng thường ktc ≥1,25 (quy định cụ thể theo tiờu chuẩn).
Qtc = m(mR.RF+uΣ mfi.fsi.li)
Trong đú :
m : Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy =1
mR ,mf : Hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt phẳng mũi cọc và thõn cọc, mf tra bảng :
mR = 1, khi cọc khụng mở rộng đỏy.
mR = 0,9, khi cọc mở rộng đỏy bằng phương phỏp đổ bờ tụng dưới nước.
mR = 1,3 Khi cọc mở rộng đỏy bằng nổ mỡn. R : Sức khỏng tớnh toỏn của đất dưới mũi cọc – tra bảng.
Bảng tra hệ số mf
Loại cọc và phương phỏp thi cụng cọc mf khi hạ trong đất
Cỏt Cỏt pha sột pha sột - Cọc nhồi khi đúng ống rỗng cú mũi
- Cọc nhồi rung ộp 0,8 0,9 0,8 0,9 0,8 0,9 0,7 0,9
u : Chi vi ngoài của diện tớch ngang cọc.
fsi : Cường độ tớnh toỏn của ma sỏt thành lớp đất thứ i với bề mặt xung quanh cọc (tra bảng).
li : Chiều dày lớp đất thứ i cọc đi qua.
* Sức chịu tải của cọc nhồi chịu nhổ theo đất nền : Pnh = m.n Σ mfi.fi.li
Trong đú :
m : hệ số điều kiện làm việc :
- Khi cọc cắm vào đất < 4m – m = 0,6; - Khi cọc cắm vào đất ≥ 4m – m = 0,8. Cỏc hệ số khỏc như trờn.
c. Sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyờn tĩnh :
Theo TCXD 205 : 1998 (Phụ lục C) : 3 P 3 - 2 P P x xq muừi + =
Trong đú : Pmũi = qp.F; Pxq = U Σ qsi.hi Ở đõy :
qp : sức cản phỏ hoại của đất ở thõn cọc : qp = k.qc
qc : sức khỏng trung bỡnh của mũi xuyờn trong phạm vi 3d ở phớa trờn và 3d ở phớa dưới mũi cọc.
k : hệ số phụ thuộc vào loại đất và phương phỏp thi cụng cọc. qsi : ma sỏt thành của thiết bị xuyờn khi đi qua lớp đất thứ i :
i ci q si α q =
∝i : Hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại đất
Bảng tra hệ số k và ∝ với cọc khoan nhồi
Loại đất qc (KPa) K Hệ số ∝ Cọc khoan thanh bờ tụng Cọc khoan ống trũn Đất loại sột chảy, bựn 0 – 2000 0,40 30 30 Đất loại sột cứng, vừa 2.000 – 5.000 0,35 40 80 Đất loại sột cứng và rất cứng 75.000 0,45 60 120 Bụi hoặc cỏt chảy 0 – 2.500 0,40 120 150 Cỏt chặt trung bỡnh 2.500 – 10.000 0,40 180 250 Cỏt chặt đến rất chặt 710.000 0,30 150 200 Đỏ phấn mềm 75.000 0,20 100 120 Đỏ phấn phong húa mảnh vụn 75.000 0,20 60 80
d. Sức chịu tải theo kết quả xuyờn tiờu chuẩn.
P = mNF + nN.Fs
Trong đú :
m = 120 với cọc khoan nhồi; m = 400 với cọc đúng. n = 1 với cọc khoan nhồi; n = 2 với cọc đúng.
N : số SPT của đất ở chõn cọc.
N: số SPT trung bỡnh của đất trong phạm vi chiều dài cọc. F : diện tớch tiết diện ngang chõn cọc.
FS : diện tớch mặt xung quanh cọc. - Sức chịu tải tớnh toỏn của cọc :
tc kP P'=
ktc : hệ số an toàn; k = 2,5 – 3,0
Từ cỏc giỏ trị : - PV : sức chịu tải theo vật liệu;
- P : sức chịu tải theo thớ nghiệm trong phũng; - Px : sức chịu tải theo xuyờn tĩnh;
- P’ : sức chịu tải theo xuyờn tiờu chuẩn.
Chọn ra giỏ trị Pmin để thiết kế
Cần lưu ý rằng : Theo kinh nghiệm, khi chọn chiều dài cọc, mỏc bờ tụng và loại cốt thộp sao cho sức chịu tải tớnh toỏn theo vật liệu đỳng với sức chịu tải theo cỏc kết quả thớ nghiệm là tốt nhất.
4.1.2.5 Xỏc định số lượng cọc, bố trớ cọc. a. Khoảng cỏch cỏc cọc trờn mặt bằng :
Khoảng cỏch giữa cỏc cọc phụ thuộc vào phương phỏp thi cụng và khả năng chịu tải của nhúm cọc :
- Đối với cọc ma sỏt : L ≥ 3d; - Đối với cọc chống : L ≥ 2d;
- Đối với cọc mở rộng đỏy : L ≥1,5D khi D < 2m hoặc L ≥ D + 1m (Khi D > 2m). (D là đường kớnh cọc mở rộng).
b. Xỏc định số lượng cọc :
- Áp lực tớnh toỏn đầu cọc tỏc dụng trờn trờn đỏy đài khi khoảng cỏch cỏc cọc là 3d : ( )2 tk tt 3d P p =
Ptk : sức chịu tải thiết kế của cọc. - Diệntớch sơ bộ đỏy đài :
N tt
tt 0
h : độ sõu đặt đỏy đài;
γtb : trọng lượng trung bỡnh đài và đất trờn đài = 2T/m3. - Xỏc định trọng lượng đài và đất trờn đài :
Nđ = Fđ x γtb x n - Số lượng cọc sơ bộ : tk tt tt 0 P N N β n= + ủ
β : hệ số kể đến ảnh hưởng của moment = 1,2 – 1,5 - Bố trớ cọc trờn mặt bằng.
- Xỏc định trọng lượng tớnh toỏn của đài và đất trờn đài theo kớch thước thực tế đó bố trớ cọc.
- Kiểm tra điều kiện ỏp lực trờn đầu cọc : ∑ ± = 2 i max . tt M tt tt min max, x x n N P Trong đú : Ntt =Nott +Nttủ h Q Mtto tto tt M = + Điều kiện : tk tt max P P < : cọc đủ sức chịu tải; 0 tt min P > : cọc khụng bị nhổ.
4.1.2.6 Kiểm tra điều kiện ỏp lực tại mặt phẳng mũi cọc.
Điều kiện : M 1,2 tt max ≤ R σ M tt tb ≤R σ Trong đú : ± = M M M tt tc min max, LNB 1 L6e P
LM, BM : kớch thước của đỏy múng khối quy ước tại mặt phẳng mũi cọc.
tc tc N M e=
RM : cường độ tiờu chuẩn của đất nền tại đỏy múng khối quy ước.
4.1.2.7 Tớnh toỏn kiểm tra độ lỳn của múng cọc.
- Tớnh toỏn độ lỳn theo phương phỏp tổng độ lỳn cỏc lớp phõn tố của vựng chịu lỳn tớnh từ mũi cọc trở xuống.
4.1.2.8 Tớnh toỏn và cấu tạo đài cọc.
- Chọn chiều cao đài cọc và vẽ thỏp chọc thủng.
- Xỏc định moment và cốt thộp cho đài cọc theo hai phương tại cỏc mặt cắt (vị trớ ngàm) ở mộp cột.
4.1.2.9 Kiểm tra khả năng chịu tải ngang.
Nội dung của việc kiểm tra nhằm mục đớch tớnh toỏn về điều kiện chịu uốn của cọc. Khi cú thành phần lực ngang tỏc dụng lờn đầu cọc. Từ đú tớnh toỏn và bố trớ cốt thộp cho cọc.
Việc tớnh toỏn bao gồm cỏc bước :
- Xỏc định chuyển vị ngang của đầu cọc
- Từ cỏc giỏ trị chuyển vị, tớnh toỏn và vẽ bản đồ moment, lực cắt của cọc theo độ sõu Z.
- Tớnh toỏn cốt thộp dọc theo điều kiện chịu với cốt đai theo lực cắt lớn nhất tại đầu cọc.
Tuy nhiờn, để đơn giản chiều dài cốt thộp trong thõn cọc cú thể tớnh toỏn và xỏc định gần đỳng bằng trị số 4/α, trong đú α được xỏc định theo biểu thức sau đõy :
EJ mb α= tt
Trong đú cú hệ số m và btt tra theo bảng dưới đõy.
Trường hợp chiều dài cọc nhỏ hơn giỏ trị 4/α thỡ bố trớ thộp dọc suốt chiều dài cọc
Hệ số m (KPa/m2)
Tờn và trạng thỏi đất Chu vi ngang của cọc đơn trờn mặt đất < 6mm
- Bựn khi IL≥1 (5 ữ 7,5) x 103 - Đất sột (0,75< IL≤1) - Đất cỏt mịn rời, đất đắp rời (7,5 ữ 12) x 103 - Đất sột (0,25<IL≤0,75) - Đất cỏt mịn chặt vừa, hơi chặt, đất bột, đất đắp chặt vừa, hơi chặt (12 ữ 25) x 103 - Đất sột (0<IL≤0,25) IL≤0, cỏt to chặt, đất đắp chặt vừa (25 ữ 65) x 103
Đất sỏi chặt, chặt vừa, đỏ dăm (65 ữ 200) x 103
Giỏ trị btt Chiều rộng b hoặc đường
4.1.2.10 Yờu cầu cấu tạo trong thiết kế cọc khoan nhồi. a. Bờtụng :
Bờ tụng đổ cọc khoan nhồi là bờ tụng thường, nhưng phải cú độ sụt lớn để đảm bảo tớnh liờn tục của cọc và trỏnh bị phõn tầng (thường chọn độ sụt từ 12 – 16cm). Mỏc bờ tụng thường lớn hơn 200.
b. Cốt thộp :
- Cốt thộp dọc của cọc được xỏc định theo tớnh toỏn (cọc đài cao), nhưng phải thỏa món điều kiện cấu tạo :
+ Khi chịu kộo : Thộp bố trớ suốt trờn chiều dài cọc, cốt dọc nối phải dựng phương phỏp hàn. Khi lực nhổ nhỏ thộp dọc phải bố trớ đến độ sõu cần thiết để lực kộo được triệt tiờu hoàn toàn do lực ma sỏt.
+ Khi chịu nộn dọc trục, hàm lượng thộp tối thiểu à ≥ 0,2 – 0,4%, đường kớnh thộp ≥ 10mm và bố trớ đều trờn chu vi cọc. Đối với cọc chịu tải trọng ngang, hàm lượng thộp à≥ 0,4 – 0,65%.
- Cốt đai φ6 ữ10 và khoảng cỏch a = 20 – 30cm, cú thể dựng đai xoắn ốc hoặc đai vũng đơn, hàn với thộp dọc.
Khi chiều dài lồng thộp > 4m để tăng cường độ cứng bố trớ thờm thộp đai
φ12 cỏch khoảng 2m, cỏc cốt đai này được gắn cỏc cục kờ, tạo lớp bờ tụng bảo vệ cho cốt thộp. Trong quỏ trỡnh thi cụng, cú thể bố trớ cốt thộp tăng cường để cẩu lắp và tăng độ cứng của lồng cốt thộp.
- Chiều dày lớp bờ tụng bảo vệ thường lớn hơn 5cm. - Bố trớ cỏc ống để kiểm tra bằng siờu õm cọc.