6.2. Thiết kế móng
6.2.1. Các yêu cầu về cấu tạo cọc
Cọc khoan nhồi là cọc được thi công theo phương pháp khoan lỗ trước trong đất, sau đó lỗ được lấp đầy bằng bê tông. Việc tạo lỗ được thực hiện bằng phương pháp khoan, đóng ống hay các phương pháp đào khác. Cọc khoan nhồi thường có đường kính thơng thường hiện nay là 600, 800, 1000, 1200, 1500, 1800, 2000, 2500…(mm).
Khi thiết kế và thi công cần nắm vững về điều kiện đất nền cúng như đặc điểm của công nghệ thi công để đảm bảo các quy định về chất lượng cọc.
Yêu cầu bê tông trong cọc khoan nhồi là các loại bê tơng thơng thường. Ngồi điều kiện về cường độ, bê tơng phải có độ sụt lớn để đảm bảo tính liên tục của cọc
6.2.2. Các yêu cầu về cốt thép cọc
Cốt thép dọc của cọc khoan nhồi xác định theo tính tốn, đồng thời phải thoả mãn một số yêu cầu cấu tạo sau:
+ Trong trường hợp cọc nhồi chịu kéo, cốt thép dọc được bố trí theo suốt chiều dài cọc. Khi cốt thép dọc được nối cần phải hàn theo yêu cầu chịu lực. Khi lực nhổ là nhỏ, cốt thép dọc được bố trí đến độ sâu cần thiết để lực kéo triệt tiêu hồn tồn thơng qua ma sát cọc.
+ Đối với cọc chịu nén dọc trục, hàm lượng cốt thép khơng nên nhỏ hơn 0.2÷0.4%. Đường kính cốt thép khơng nhỏ hơn 10(mm) và bố trí đều theo chu vi.
+ Đối với cọc chịu tải trọng ngang, hàm lượng cốt thép khơng nhỏ hơn 0.4÷0.65% Cốt thép đai cọc khoan nhồi thường có đường kính từ Ø6÷Ø10, khoảng cách từ 200÷300(mm). Có thể dùng đai hàn vịng đơn hoặc đai xoắn ốc chưa liên tục. Nếu chiều dài lồng thép lớn hơn 4(mm), để tăng cường độ cứng tính tốn khối thì bổ sung thép đai Ø12 cách nhau 2(mm), đồng thời các cốt đai này được sử dụng để gắn các con lăn tạo lớp bảo vệ cốt thép.
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép dọc của cọc khoan nhồi không nhỏ hơn 50(mm).
6.2.3. Xác định sức chịu tải cọc
Lựa chọn sơ bộ cọc khoan nhồi có các thơng số sau: + Đường kính cọc D = 600(mm).
+ Bê tông cọc sử dụng bê tông cấp độ bền B25
+ Cốt thép chủ trong cọc dùng mác thép CB400V, cốt thép đai dùng CB240T.
Theo yêu cầu về cấu tạo, chọn hàm lượng thép trong cọc μ = 0.5%, ta có diện tích cốt thép trong cọc xác định như sau:
2 2 2 s c D 600 A A 0.005 1413.7(mm ) 4 4
Chọn thép 10Ø14 có As = 1539(mm2) bố trí đều theo chu vi tiết diện cọc. Chọn chiều dài cọc 30(m), chiều sâu đặt đài móng Df = 2.6(m).
Dự tính cọc được cắm vào lớp đất thứ 5 ở độ sâu -32(m).
Đoạn đập đầu cọc 500(mm), đoạn cọc ngàm vào đài móng 100(mm). Suy ra chiều dài thực tế thân cọc cắm vào đất: Lc 322.629.4(m)
6.2.3.1. Theo độ bền vật liệu làm cọc
Sức chịu tải của cọc theo độ bền vật liệu được xác định theo công thức: '
a (VL) s s cb cb b b R (A R A R ) Trong đó:
As - diện tích tiết diện ngang của cốt thép dọc trong cọc, xác định như sau:
2 2 2 s Ø 1.4 A n 10 15.39(cm ) 4 4
Ab - diện tích tiết diệng ngang của bê tông cọc, xác định như sau: 2
b c s
A A A 2872.4 15.39 2812(cm )
γcb - hệ số kể đến việc đổ bê tông trong khoảng không gian chật hẹp của hố và ống vách, lấy γcb = 0.85 (theo 7.1.9 TCVN 10304:2014)
' cb
- hệ số kể đến phương pháp thi công cọc, lấy theo d) mục 7.1.9 TCVN 10304:2014, lấy 'cb 0.7
Hệ số uốn dọc φ của cọc được xác định khi cọc chịu tải trọng cơng trình (Xem hình 10.2b). Chiều dài tính tốn của cọc được xác định như sau: l02 = υ2l2
Trong đó:
υ2 - hệ số, phụ thuộc vào liên kết của 2 đầu cọc theo 2 trường hợp trên (xem hình 10.2b)
l2 - được xác định theo mục 7.1.8 TCVN 10304:2014. Đối với mọi loại cọc, khi tính tốn theo cường độ vật liệu, cho phép xem cọc như một thanh ngàm cứng trong đất tại tiết diện nằm cách đáy đài một khoảng le = l2 được xác định như sau: e 0 2 2 l l 0 3.25(m) 0.615 Trong đó:
l0 - chiều dài đoạn cọc kể từ đáy đài cao tới cao độ san nền, l0 = 0
αε - hệ số biến dạng xác định theo chỉ dẫn ở phụ lục A TCVN 10304:2014 p 5 5 6 3 c kb 12000 1.4 0.615 EI 1 (30 10 ) (6.36 10 ) Trong đó:
k - hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào loại đất bao quanh cọc lấy theo bảng A1, cọc được cắm vào lớp đất cát chặt vừa e = 0.547, lấy k = 12000 (kN/m4). bp - chiều rộng quy ước của cọc, lấy như sau (với D = 0.6m < 0.8m)
p
D 1.5D 0.5(m) 1.5 0.6 0.5 1.4(m)
γc - hệ số điều kiện làm việc, γc = 1
E - mô đun đàn hồi của vật liệu làm cọc, E = 30×103(MPa).
I - momen quán tính của tiết diện ngang cọc, được xác định như sau:
4 4 3 4 D 0.6 I 6.36 10 (m ) 64 64
Suy ra chiều dài tính tốn cọc khi chịu tải trọng cơng trình: l02 = 0.5×3.3 = 1.63(m) Độ mãnh của cọc: l0 1.63
2.71
D 0.6
Từ đó, độ mãnh của cọc được xác định theo công thức: 2 2 1.028 0.0000288 0.0016 1.028 0.0000288 (2.71) 0.0016 2.71 1.0
Vậy sức chịu tải cho phép của vật liệu làm cọc là:
2 2
a (VL)
R 1 15.39 (350 10 ) 0.85 0.7 2812 (14.5 10 ) 296(T)
6.2.3.2. Theo chỉ tiêu cơ lý đất nền
Theo mục 7.2.3 TCVN 10304:2014, sức chịu tải cựa hạn của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền được xác định theo công thức sau:
c,u (CL) c cp b b cf i i R ( q A u f l )
Sức chịu tải cho phép của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền được xác định: c,u(CL) c,a(CL) k R R Trong đó:
γc - hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy γc = 1.0 γcq - hệ số điều kiện làm viêc của đât dưới mũi cọc, lấy γcq = 1.0
γcf - lần lượt là hệ số điều kiện làm việc của đất trên thân cọc, xem bảng 5. Ab - diện tích tiết diện ngang mũi cọc, Ab = (π×0.62)/4 = 0.2827(m2). u - chu vi tiết diện ngang thân cọc, u = 4b = π×0.6 = 1.885(m).
fi - cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc, lấy theo bảng 3.
li - chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ i.
γk - hệ số an toàn, phụ thuộc vào số lượng cọc, lấy theo mục 7.1.11 b). Chọn sơ bộ số lượng cọc khoảng từ 6-10 cọc, ta có γk = 1.65
qb - cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc. Đất với hịn vụn thơ lẫn cát và đất cát ở nền cọc khoan nhồi có hoặc khơng mở rộng mũi, cọc ống khi hạ moi hết lõi bên trong, qp được xác định theo công thức sau:
'
b 4 1 1 2 3 1
q 0.75 ( d h)
Trong đó:
γ'1 - dung trọng tính tốn của nền đất dưới mũi cọc, γ'1 = 1.077(T/m3).