Thiết kế cọc khoan nhồi

CHƯƠNG 7 TÍNH TƠN MĨNG KHUNG TRỤC 1

7.3. Thiết kế cọc khoan nhồi

7.3.1. Câc giả thiết tính tơn

Sức chịu tải của cọc trong móng được xâc định như đối với cọc đơn đứng riíng rẽ, khơng kể đến ảnh hưởng của nhóm cọc.

Tải trọng của cơng trình qua đăi cọc chỉ truyền lín câc cọc chứ khơng trực tiếp truyền lín phần đất nằm giữa câc cọc tại mặt tiếp giâp với đăi cọc.

Khi kiểm tra cường độ của nền đất vă khi xâc định độ lún của móng cọc thì người ta coi móng cọc như một móng khối qui ước bao gồm cọc, đăi cọc, phần đất giữa câc cọc.

Vì việc tính tơn móng khới qui ước giớng như tính tơn móng nơng trín nền thiín nhiín( bỏ qua ma sât ở mặt bín móng) cho nín trị sớ momen của tải trọng ngoăi tại đây móng khối qui ước được lấy giảm đi một câch gần đúng bằng trị số moment của tải trọng ngoăi so với cao trình đây đăi. Đăi cọc vă cọc xem như tuyệt đối cứng.

7.3.2. Xâc định tải trọng truyền xuống móng

Tải trọng tâc dụng x́ng móng gồm: Tĩnh tải, hoạt tải, gió ( gió tĩnh + gió động),tải trọng do dầm móng truyền văo.

Móng cơng trình được tính tơn dựa theo giâ trị nội lực nguy hiểm nhất truyền xuống móng của phương ân kết cấu đê chọn ( xem bảng THNL chđn cột).

*Xâc định tải trọng do dầm móng truyền văo:

Kích thước dầm móng chọn sơ bộ 60x100 cm cho toăn bộ cơng trình

Do khi tính tơn khung dùng tải trọng tính tơn nín nội lực trong khung lă nội lực tính tơn. Để đơn giản nội lực tiíu chuđ̉n có thể được suy ra từ nội lực tính tôn như

sau: NLtc=NLtt

1,15 , với 1.15: hệ sớ vượt tải trung bình.

Bảng 7.8: Bảng tính nội lực cột C3

|M|x max Mx tu Mx tu

My tu , Ntu Mytu , Nmax |M|x max , Ntu

Qx 76,4179 45,2834 10,8763 Qy -154,7229 -206,8016 -216,187 Mx -121,1859 -186,8941 -193,1675 My 103,9979 26,0299 -38,6332 N -6869,961 -7884,976 -7806,8365 Nội lực THTT Bân hầm C3 Tiết điện Dưới Tầng Phần tử

Thiết kế trụ sở chi nhânh vă văn phịng cho th Techcombank Cần Thơ

Bảng 7.9: Bảng tính nội lực cột C4

|M|x max Mx tu Mx tu

My tu , Ntu Mytu , Nmax |M|x max , Ntu

Qx 41,6037 43,4639 -14,1776 Qy -48,7673 -57,5923 -88,5406 Mx -29,0023 -36,8377 -90,1695 My 75,6984 75,6853 -58,9988 N -6971,586 -7307,9039 -6267,3607 Nội lực THTT Bân hầm C4 Dưới Tầng Phần tử Tiết điện Bảng 7.10: Bảng tính nội lực cột C8 |M|x max Mx tu Mx tu

My tu , Ntu |M|x max , Ntu Mytu , Nmax

Qx 37,9647 8,2755 -22,3427 Qy -30,6387 -34,7068 -30,2872 Mx -29,9318 -34,9077 -26,8008 My 72,7402 -4,0534 -65,6363 N -4754,1381 -5782,6703 -6149,8352 Nội lực THTT Bân hầm C8 Dưới Tầng Phần tử điệnTiết Bảng 7.11: Bảng tính nội lực cột C10 |M|x max Mx tu Mx tu

My tu , Ntu |M|x m ax , Ntu Mytu , Nmax

Qx -145,6607 -106,2509 -85,5972 Qy 89,5948 103,259 104,8634 Mx 70,2567 86,6134 87,7787 My -174,1136 -70,8611 -29,2272 N -4386,28 -4816,491 -6030,6532 THTT Bân hầm C10 Dưới Tầng Phần tử Tiết điện Nội lực 7.3.3. Thiết kế móng M1 a) Chọn vật liệu Bí tơng cọc B25 có: Rb = 14,5 MPa ; Rbt = 1,05 MPa Cốt dọc chịu lực dùng thĩp AII có:

Rs = Rsc = 280 MPa ; Rsw = 225MPa Cốt đai dùng nhóm AI có:

Rs = Rsc = 225MPa ; Rsw = 175Mpa b) Chọn kích thước cọc, chiều sđu đặt đây đăi

Vì cọc đăi thấp nín chiều sđu đặt đế đăi phải thỏa mên điều kiện âp lực phía sau đăi cđn bằng với âp lực ngang:

h ¿ 0.7 hmin.

hmin = tg(450 -

ϕ

2 ) √∑H

γb

∑H tổng tải trọng ngang tại móng theo phương vuông góc với cạnh b.

b cạnh đây đăi theo phương thẳng góc với tải trọng ngang ∑H, sơ bộ chọn b = 4m

γ, φ dung trọng tự nhiín , góc ma sât trong của đất ngay tại đây đăi

 = 17.6 kN/m3 ,  = 6o

∑H =/Q+ =/-216.19+ =344.97 (kN)

hmin = tg(45o- ) m

h

- Công trình có 1 tầng bân hầm, phần dưới cốt 0.00 chiều sđu -0.7m. Chọn chiều cao đăi cọc lă 1,5 m (thỏa mên),mặt trín của đăi cọc trùng với mặt săn của tầng hầm . Do đó cao trình đây đăi –(0.7+1,5)=-2.2m.

- Chọn kích thước cọc khoan nhồi dựa văo tải trọng tâc động lín cơng trình, điều kiện địa chất công trình. Sơ bộ ta chọn đường kính cọc D = 0.6m

- Cọc tiết diện tròn:

- Mũi cọc cắm sđu văo lớp cât hạt mịn trạng thâi chặt (lớp đất 7) một đoạn 2(m) - Chiều sđu mũi cọc lă lă:-( 19.2+10.5+15.2+5.5+3.8+2)=-56.2

- Chiều dăi tính tơn của cọc tính từ đây đăi đến mũi cọc :Ltt=56.2-2.2=54(m) - Chọn cốt thĩp trong cọc:

Chọn

⇒ chọn 8Ø18

- Chất lượng bí tơng dầu cọc kĩm, do đó ta phải đập vỡ một đoạn ¿ 30Ø = 540mm = 0.54m, Ta chọn 0.6m. Đoạn ngăm cọc văo đăi: 0.15m

c) Chọn kích thước cọc, chiều sđu đặt đây đăi * Theo vật liệu:

Thiết kế trụ sở chi nhânh vă văn phịng cho th Techcombank Cần Thơ (Mục 7.1, TCVN 10304-2014)

Trong đó:

- Hệ sớ điều kiện lăm việc (mục 7.1.9, TCVN 10304-2014).

- Hệ số kể đến phương phâp thi công cọc trong câc nền, việc khoan vă đổ bí tơng văo lịng hớ khoan dưới nước có dùng ống vâch thănh (mục 7.1.9, TCVN 10304-2014).

Ab - Diện tích tiết diện ngang cọc: .

Rs - Cường độ chịu nĩn của cốt thĩp, cốt thĩp CII.

- hệ số uốn dọc (mục 7.1.8, TCVN 10304-2014): Đối với mọi loại cọc, khi tính tơn theo cường độ vật liệu, cho phĩp xem cọc như một thanh ngăm cứng trong đất tại tiết diện nằm câch đây đăi một khoảng l1 xâc

định theo công thức:

l0: chiều dăi đoạn cọc kể từ đây đăi cao tới cao độ san nền. Ở đđy lă cọc đăi thấp nín l0 = 0.

lă hệ số biến dạng (Phụ lục A, TCVN 10304-2014).

k lă hệ số tỷ lệ được lấy phụ thuộc loại đất bao quanh cọc (Bảng A.1, TCVN 10304-2014).

bp = d+1 = 0.6+1 = 1.6 m chiều rộng quy ước của cọc (đối với cọc d = 0.6m).

γc = 3 : hệ số điều kiện lăm việc cọc độc lập.

lă mô men quân tính tiết diện ngang cọc. Xâc định độ mảnh của cọc: .

Kết luận: Sức chịu tải cọc theo vật liệu Rvl = 405(kN).

* Sức chịu tải cọc theo chỉ tiíu cơ lý đất nền:

(Mục 7.2.3, TCVN 10304-2014)

Sức chịu tải cọc theo chỉ tiíu cơ lý Rc,u của cọc khoan nhồi được xâc định theo cơng thức:

Trong đó:

- hệ sớ điều kiện lăm việc của cọc trong đất.

- hệ số điều kiện lăm việc của đất ở dưới mũi cọc có kể đến trường hợp đổ bí tơng dưới nước.

- hệ số điều kiện lăm việc của đất trín thđn cọc. Bảng 5, TCVN 10304-2014.

Ab - Diện tích tiết diện ngang cọc: . u - Chu vi tiết diện thđn cọc.

qb - cường độ sức khâng của đất dưới mũi cọc.

Sức khâng mũi của cọc nằm trong lớp đất dính được lấy theo bảng 7 (Mục 7.2.3.4, TCVN 10304-2014).

Chỉ số độ sệt của lớp đất tại cao trình mũi cọc có IL = 0.031 < 0.1, tra bảng ta lấy qb = 4000 (kN/m2).

Cường độ sức khâng mũi .

Thiết kế trụ sở chi nhânh vă văn phịng cho th Techcombank Cần Thơ

3, TCVN 10304-2014).

li - chiều dăi đoạn cọc nằm trong lớp thứ i.

Kết luận: Sức chịu tải cọc theo chỉ tiíu cơ lý đất nền . * Sức chịu tải cọc theo cường độ đất nền:

Phụ lục G, TCVN 10304-2014)

Sức chịu tải cọc theo chỉ tiíu cường độ Rc,u của cọc khoan nhồi được xâc định theo cơng thức:

Trong đó:

- hệ sớ điều kiện lăm việc của cọc trong đất.

- hệ số điều kiện lăm việc của đất ở dưới mũi cọc có kể đến trường hợp đổ bí tơng dưới nước.

Ab - Diện tích tiết diện ngang cọc: . Cường độ sức khâng của đất dưới mũi cọc tính như sau:

Đất rời: .

Đất dính: .

fi - cường độ sức khâng trung bình trín thđn cọc:

+ Đới với đất dính (Công thức G5, TCVN 10304-2014)

+ Cu,i - Cường độ sức khâng khơng thơt nước của lớp đất dính i. Cu,i = 6.25×Nc,i với Nc,i lă chỉ sớ SPT trong đất dính.

+ - Hệ số phụ thuộc văo đặc điểm lớp đất nằm trín lớp dính loại cọc vă phương phâp hạ cọc cố kết của đất trong quâ trình thi cơng vă phương phâp xâc định Cu (tra

trín biểu đồ hình G.1, TCVN 10304-2014).

+ ki - hệ sớ âp lực ngang của đất lín cọc, tra bảng G.1

+ - ứng suất phâp hiệu quả theo phương đứng trung bình trong lớp đất thứ i có kể đến độ sđu giới hạn ZL.

+ - góc ma sât giữa đất vă cọc, thông thường đối với cọc bí tơng lấy bằng góc ma sât trong i của đất.

- Mũi cọc nằm trong lớp đất dính nín

+ Cu - Cường độ sức khâng khơng thơt nước của lớp đất dính “i” tại cao trình mũi cọc. Cu = 6.25×NSPT = 6.25×22.375 = 139.84 (kN/m2).

+ - Đối với cọc khoa nhồi.

Cường độ sức khâng mũi .

Việc tính sức khâng trín thđn cọc trín đoạn cọc có độ sđu lớn hơn hoặc bằng ZL, cường độ sức khâng trín thđn cọc được giới hạn bởi giâ trị .

Theo (mục G.2.2, TCVN 10304-2014), căng x́ng sđu, cường độ sức khâng trín thđn cọc căng tăng. Tuy nhiín chỉ tăng đến độ sđu giới hạn ZL năo đó bằng khoảng 15 lần đến 20 lần đường kính cọc. Ta có thể xâc định được ZL dựa văo tỉ số ZL/d (Tra bảng G.1, phụ lục G, TCVN 10304-2014). Trạng thâi đất lă chặt, suy ra ZL/d = 15 ZL = 15×0.6 = 9 (m). Vì cọc xun qua cả lớp đất dính vă nằm trong lớp đất rời, nín ZL chỉ tính từ độ sđu có lớp đất rời.

Kết luận: Sức chịu tải cọc theo chỉ tiíu cường độ đất nền . * Sức chịu tải cọc theo cường độ đất nền:

(Công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản 1988)

Sức chịu tải cọc theo thí nghiệm SPT, Rc,u của cọc khoan nhồi được xâc định theo công thức:

Thiết kế trụ sở chi nhânh vă văn phịng cho th Techcombank Cần Thơ

- hệ số điều kiện lăm việc của cọc trong đất.

- hệ số điều kiện lăm việc của đất ở dưới mũi cọc có kể đến trường hợp đổ bí tơng dưới nước.

NSPT = 22.5 - Chỉ sớ SPT trung bình trong khoảng 1d dưới vă 4d trín mũi cọc.

Ab - Diện tích tiết diện ngang cọc: . u = 2.513 (m) - Chu vi tiết diện thđn cọc. - Cường độ sức khâng trung bình trín đoạn cọc:

+ Lớp đất rời thứ i: . + Lớp đất dính thứ i: .

+ fL - Hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d của cọc đóng. Đối với cọc khoan nhồi lấy fL = 1.

+ Cu,i = 6.25×NSPT - Cường độ sức khâng cắt khơng thơt nước của đất dính. + NSPT - Chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới vă 4d trín mũi cọc. + - Xâc định theo biểu đồ hình G.2a, TCVN 10304-2014.

- qb lă cường độ sức khâng của đất dưới mũi cọc xâc định như sau: + Đối với cọc khoan nhồi, khi mũi cọc nằm trong đất dính

qb=6×Cu (kN/m2).

Kết luận: Sức chịu tải cọc theo thí nghiệm SPT, . * Sức chịu tải thiết kế cọc khoan nhồi D600:

Bảng 7.12: Bảng tổng hợp SCT cọc D600

Sức chịu tải Kết quả Rc,u (kN)

Cường độ đất nền 3187

Thí nghiệm SPT 2957

Giâ trị tiíu chuđ̉n sức chịu tải cọc: .

Giâ trị sức chịu tải thiết kế: .

Giâ trị sức chịu tải theo vật liệu: Rvl = 405 (kN). 7.4. Tính tơn móng M1

7.4.1. Xâc định diện tích đây đăi, số lượng cọc, bố trí thĩp Sớ lượng cọc cần thiết

nc=β∑Ntt

[PTK]

Trong đó: : hệ số kinh nghiệm, kể đến ảnh hưởng của momen, tải trọng ngang vă số lượng cọc trong đăi, thông thường đối với móng cọc đăi thấp, chọn

∑Ntt=Nott+Gd ; Gd - trọng lượng đăi .

( kN) , chọn nc = 4

Bớ trí cọc theo câc nguyín tắc sau (mục 8.13, TCVN 10304-2014): + Khoảng câch giữa 2 tim cọc phải ≥ 3d (d lă đường kính cọc). + Khoảng câch giữa 2 mĩp cọc khoan nhồi tới thiểu bằng 1(m). + Bớ trí cọc sao cho tim cột trùng với trọng tđm nhóm cọc. 7.4.2. Bố trí cọc vă chọn kích thước đăi cọc

Chọn kích thước đăi cọc ( 3 x 3 ) m2, cao 1,5 m vă bớ trí cọc trong đăi thỏa mên 7.4.3. Kiểm tra sức chịu tải của cọc

Đối với cọc chịu nĩn: P0

max

<PTKn

Đối với cọc chịu kĩo: P0min<PTKk

Thiết kế trụ sở chi nhânh vă văn phịng cho th Techcombank Cần Thơ

P0max, P0min lă tải trọng tâc dụng lín cọc nĩn nhiều nhất vă kĩo nhiều nhất được xâc định như sau

P0max = .

P0min = .

Trong đó: Σ Ntt : tổng tải trọng thẳng đứng tính tơn tại đây đăi nc : số lượng cọc trong móng; nc=5

M : tổng momen của tải trọng ngoăi so với trục đi qua trọng tđm của câc tiết diện cọc tại đây đăi

Dời câc lực chđn cột về trọng tđm đây đăi cọc:

xnmax, ynmax : khoảng câch từ trọng tđm cọc chịu nĩn nhiều nhất & vă cọc chịu kĩo nhiều nhất đến trục đó

xi , yi: khoảng câch từ tđm cọc thứ i đến trục đó

+ Tải trọng do trọng lượng bản thđn đăi cọc vă đất đắp trín đăi:

Bảng 7.13: Bảng tính sức chịu tải của cọcn = 4[cọc] n = 4[cọc] Ntt = 8320,6 [kN] Mx = 22,31875 [kNm] My = 517,448 [kNm] x y Pi 1.2Ptk [m] [m] [kN] [kN] 1 -1 1 1945,2 2509,72 (OK) 2 1 1 2203,9 2509,72 (OK) 3 -1 -1 1956,4 2509,72 (OK) 4 1 -1 2215,1 2509,72 (OK) Mặt bằng móng STT Kiểm 1 x y 2 3 4 Bm Lm

7.4.4. Kiểm tra cường độ nền đất tại mặt phẳng mũi cọc

Để kiểm tra cường độ nền đất tại mặt phẳng mũi cọc ta coi cọc, đăi cọc vă phần đất giữa câc cọc lă một móng khối quy ước. Móng năy có chiều sđu đây móng từ mặt đăi đến mặt phẳng đi qua mũi cọc.

* Diện tích móng khới quy ước:

Diện tích móng khới qui ước xâc định như sau:

Fqư =(A1+2L.tgα)( B1+2L.tgα) Trong đó:

A1, B1 : khoảng câch từ mĩp 2 hăng cọc ngoăi cùng đối diện nhau theo 2 phương

A1 = 2.7m) , B1 = 2.7(m)

L : chiều dăi cọc, tính từ đây đăi đến mũi cọc, L=53.5(m)

α : góc mở rộng so với trục thẳng đứng kể từ mĩp ngoăi hăng cọc ngoăi cùng

Với :φtb lă trị số trung bình của góc ma sât trong tiíu chuđ̉n của đất

ϕtb=∑ϕi.li

∑li = 38°

* Xâc định tổng tải trọng thẳng đứng tại đây móng khối qui ước: Bao gồm trọng lượng cọc vă đăi cọc, trọng lượng đất giữa câc cọc

Ntc= Notc+ Nqư Trong đó:

Ntc: Tải trọng tiíu chuđ̉n tại chđn cột; Nqư=(Fqư)hiγi (kN): Trọng lượng của móng Bảng 7.14: Bảng tính tải trọng tại đây móng

Thiết kế trụ sở chi nhânh vă văn phịng cho th Techcombank Cần Thơ

= 4719,5 [kN/m2] Trong đó:

Hệ số điều kiện lăm việc, m = 1

A,B,D: hệ số phụ thuộc góc ma sât trong φ = 38,00 [o] Bề rộng móng khối qui ước, Bc = 10,80 [m]

Độ sđu mũi cọc, Df = 56,20 [m] g1 = 8,68 [kN/m3 ] g2 = 5,10 [kN/m3] lực dính đơn vị, c = 0,00 [kN/m2 ] Độ lệch tđm ex = 0,066 [m] Chi tiết móng Độ lệch tđm ey = 0,003 [m] smax = 576,5 [kN/m2] < 1.2Rtc --(OK) smin = 534,3 [kN/m2 ] > 0 --(OK) saver = 555,40 [kN/m2 ] < Rtc --(OK) * Lực tâc dụng lín mặt phẳng mũi cọc: Lực dọc tiíu chuđ̉n: Ntc= Notc+ Nqư (kN)

Moment quanh trục X: (kNm) Moment quanh trục Y: (kNm). Độ lệch tđm theo trục X,Y eX=Mtcy Ntc = 0.066 (m) ; ey=Mtcx Ntc = 0.003 (m) * Âp lực tiíu chuđ̉n ở đây móng khới qui ước:

σmax/min ¿