STT Tờn lớp Bề dày lớp (m) Độ sõu đỏy lớp (m) Cỏc chỉ tiờu N (SPT) (T/m³) E0 (T/m²) c (T/m²) 1 Lớp đất lấp 1 1,45 - - 1,6 - - 2 Sột pha, dẻo mềm 5,5 6,95 7 11°50‟ 1,8 6700 0,14 3 Sột pha, dẻo chảy 8 14,95 5 10°,50‟ 1,77 5820 0,1 4 Sột pha, nửa cứng 7,5 22,45 13 19°,55‟ 1,85 9700 0,2 5 Cỏt chặt vừa, hạt mịn 9,2 31,65 24 38°,40‟ 1,88 14800 - 6 Cỏt chặt, hạt trung 8,9 40,55 32 39°,00‟ 1,97 34000 - 7 Cuội sỏi, chặt, hạt to 6,5 47,05 41 39°,40‟ 1,98 40800 - 8 Đỏ phong húa - - - - - - - Trong đú:
N - Giỏ trị xuyờn SPT (Bỳa);
- Gúc nội ma sỏt theo tiờu chuẩn; - Dung trọng tự nhiờn của đất (T/m3
); E0 - Mụđun biến dạng (T/m2);
c - Lực dớnh kết tiờu chuẩn (T/m2).
Nền đất khu vực cụng trỡnh bao gồm cỏc lớp đất cú thành phần và trạng thỏi nhƣ hỡnh 3.1:
27
28
Nhận xột:
Từ trụ địa chất ta thấy:
Lớp đất 1, 2, 3 là cỏc lớp đất yếu khụng đủ khả năng chịu lực;
Lớp đất 4 cú bắt đầu khả năng chịu đƣợc tải trọng cụng trỡnh truyền xuống; Lớp đất 5, 6 cú khả năng chịu tải tƣơng đối tốt.
Lớp đất 7, 8 cú khả năng chịu tải rất tốt.
3.2. Lập phƣơng ỏn kết cấu ngầm cho cụng trỡnh
Cụng trỡnh với cỏc lớp địa chất nhƣ đĩ phõn tớch ở trờn và do cụng trỡnh thi cụng ở trong nội thành thành phố Cần Thơ do đú khụng đƣợc phộp sử dụng cọc đúng. Theo cỏc điều kiện địa chất ở trờn và khả năng thi cụng hiện nay ta cú thể sử dụng phƣơng ỏn múng cọc nhồi hoặc múng cọc ộp.
Múng cọc ộp:
Phƣơng ỏn dựng múng cọc ộp mũi cọc đƣợc đặt vào lớp đất cuối cựng. Cọc ộp trƣớc cú ƣu điểm là giỏ thành rẻ, thớch hợp với điều kiện xõy chen, khụng gõy chấn động đến cỏc cụng trỡnh xung quanh. Dễ thi cụng, kiểm tra, chất lƣợng của từng đoạn cọc đƣợc thử dƣới lực ộp. Xỏc định đƣợc sức chịu tải của cọc ộp qua lực ộp cuối cựng.
Nhƣợc điểm của cọc ộp trƣớc là kớch thƣớc và sức chịu tải của cọc bị hạn chế do tiết diện cọc, chiều dài cọc khụng cú khả năng mở rộng và phỏt triển do thiết bị thi cụng cọc bị hạn chế hơn so với cỏc cụng nghệ khỏc, thời gian thi cụng kộo dài, hay gặp độ chối giả khi đúng. Với quy mụ của cụng trỡnh sẽ gặp khụng ớt khú khăn.
Cọc nhồi:
Phƣơng ỏn dựng múng cọc khoan nhồi mũi cọc đƣợc đặt vào lớp đất cuối cựng.
Cọc khoan nhồi cú cỏc ƣu, nhƣợc điểm sau:
Ƣu điểm của cọc khoan nhồi là cú thể đạt đến chiều sõu hàng trăm một (khụng hạn chế nhƣ cọc ộp), do đú phỏt huy đƣợc triệt để đƣờng kớnh cọc và
29
chiều dài cọc. Cú khả năng tiếp thu tải trọng lớn. Cú khả năng xuyờn qua cỏc lớp đất cứng. Đƣờng kớnh cọc lớn làm tăng độ cứng ngang của cụng trỡnh.
Cọc khoan nhồi khắc phục đƣợc cỏc nhƣợc điểm nhƣ tiếng ồn, chấn động ảnh hƣởng đến cụng trỡnh xung quanh; Chịu đƣợc tải trọng lớn ớt làm rung động nền đất, mặt khỏc do cụng trỡnh cú chiều cao khỏ lớn nờn nú cũng giỳp cho cụng trỡnh giữ ổn định rất tốt.
Nhƣợc điểm:
+ Giỏ thành múng cọc khoan nhồi tƣơng đối cao.
+ Cụng nghệ thi cụng cọc đũi hỏi kỹ thuật cao, cỏc chuyờn gia cú kinh nghiệm.
+ Biện phỏp kiểm tra chất lƣợng bờtụng cọc thƣờng phức tạp, tốn kộm. Khi xuyờn qua cỏc vựng cú hang hốc Castơ hoặc đỏ nẻ phải dựng ống chống để lại sau khi đổ bờtụng, do đú giỏ thành sẽ đắt.
+ Ma sỏt bờn thõn cọc cú phần giảm đi đỏng kể so với cọc đúng và cọc ộp do cụng nghệ khoan tạo lỗ.
+ Chất lƣợng cọc chịu ảnh hƣởng nhiều của quỏ trỡnh thi cụng cọc. + Khi thi cụng cụng trỡnh kộm sạch sẽ khụ rỏo.
Kết luận
Do quy mụ cụng trỡnh khụng phải cụng trỡnh đặc biệt lớn và siờu cao tầng nờn từ hai phƣơng ỏn trờn ta thấy rằng sử dụng biện phỏp múng cọc ộp là phự hợp hơn với yờu cầu sức chịu tải cũng nhƣ khả năng thi cụng thực tế của cụng trỡnh. 3.3 Tớnh toỏn cọc 3.3.1. Thụng số về cọc Kớch thƣớc cọc : a = 30cm. Cƣờng độ chịu nộn bờ tụng cọc : R = 145 kG/cm2 (B25) Cƣờng độ tớnh toỏn cốt thộp cọc : Ra = 2800 (CB240V) Thộp <18 Cƣờng độ tớnh toỏn cốt thộp cọc : Ra = 3650 (CB300V) Thộp ≥ 18
30
Số thanh thộp trờn một đoạn : n = 4 thanh
Đƣờng kớnh thộp chịu lực: d = 18 mm Hàm lƣợng à = 1,13%
3.3.2 . Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
P = γcb. γ‟cb.R.Ac + Ra.As (3-1)
Trong đú: Hệ số điều kiện làm việc γcb = 0,85.
Hệ số kể đến phƣơng phỏp thi cụng cọc γcb‟ = 1,00. Sức chịu tải của cọc:
Pt1 = ( 0,85ì1ì(302 - 4.2,545) ì145 + 4ì2,545ì3650) /1000 = 147 T
3.3.3 Tớnh toỏn sức chịu tải theo Meyerhof
Cụng thức: , ( .b b . ) c u q A n fi li R R (3-2) Trong đú: b
q : cƣờng độ sức khỏng của đất dƣới mũi cọc, tớnh theo cụng thức:
1. b p q K N (3-2a) 1 K : hệ số, lấy K1 40h 400 d
đối với cọc đúng và K1= 120 với cọc nhồi
p
N : là chỉ số SPT trung bỡnh trong khoảng 4d phớa dƣới và 1d phớa trờn mũi cọc
b
A : diện tớch ngang mũi cọc.
fi: cƣờng độ sức khỏng trung bỡnh (ma sỏt đơn vị) của lớp thứ i trờn thõn
cọc tớnh theo cụng thức: Trong đất rời:
2. ,
i s i
f k N (3-2b)
K2: là hệ số lấy bằng 2 với múng cọc ộp, và bằng 0 đối với cọc nhồi Nsi: là chỉ số SPT trung bỡnh của lớp thứ i trờn thõn cọc
31
u,
. .
i p L i
f f c (3-2c)
Trong đú:p : là hệ số điều chỉnh cọc đúng, ộp phụ thuộc vào tỷ lệ giữa mức khỏng cắt khụng thoỏt nƣớc của đất dớnh Qu và trị số trung bỡnh của ứng suất phỏp hiệu quả thẳng đứng, theo hỡnh G.2a
Hỡnh 3.2: Sức khỏng cắt/ ỏp lực hiệu quả thẳng đứng: cu/’v
fL: Là hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d cho của cọc đúng, xỏc định biểu
đồ trờn hỡnh 5.1
Hỡnh 3.3: Chiều sõu cọc/ đường kớnh cọc : L/d
Cu: là cƣờng độ sức khỏng cắt khụng thoỏt nƣớc của đất dớnh, xỏc định
theo cụng thức:
Cu,i = 6,25.Ns,i (3-3)
32 . 0 n k g g g g = (3-4) Trong đú: n
g - là hệ số tin cậy về tầm quan trọng của cụng trỡnh, lấy bằng 1,2; 1,15 và 1,1 tƣơng ứng với tầm quan trọng của cụng trỡnh cấp I, II, III trong phụ lục F(TCVN-10304-2014);
k
g - là hệ số tin cậy lấy theo đất, đối với múng cọc đài thấp cú đỏy đài nằm trờn lớp đất biến dạng lớn, lấy gk= 1,75 cho múng cú 01ữ 05 cọc;
0
g - là hệ số điều kiện làm việc kể đến yếu tố tăng mức độ đồng nhất của nền đất khi sử dụng múng cọc lấy =1 với cọc đơn và lấy =1,15 với nhiều cọc.
Áp dụng xỏc định sức chịu tải của cọc ộp kớch thƣớc 30x30 cm theo địa chất đĩ cú:
- Tại z=1m
Ứng suất phỏp hiệu quả theo phƣơng đứng: σ‟v = 1,6ì1= 1,6 T/m2
- Tại z = 1,31 m (đầu cọc)
K1 = min(4ì1,31/0,3;40) = 17,33
Cƣờng độ sức khỏng của đất dƣới mũi cọc: qb = K1ìNp = 121,31 T/m2
Ứng suất phỏp hiệu quả theo phƣơng đứng: σ‟v = 1,6+0,3ì1,8 = 2,14 T/m2
Cƣờng độ sức khỏng cắt khụng thoỏt nƣớc của đất dớnh: cu,i = 6,25ì7/10 = 4,38T/m2
Do cu,i/ σ‟v = 2,05 nờn αp =0,5
Do L/d= (1,3- (1+0,31))/0,3=0 nờn fL = 1
Tra phụ lục F, cụng trỡnh tầm quan trọng loại 2 nờn γn = 1,15 ; γk = 1,75 ; γ0 = 1,15 suy ra
γ = 1,15ì1,75/1,15 = 1,75
Vậy sức chịu tải tớnh theo cụng thức Meyerhof là: qbìAb = 121,31ì0,09= 10,92 T
33 RMeyerhof = Rcu/γ = 10,92/1,75 = 6,24 T
- Tại z = 2,41 m
K1 = min(4ì2,41/0,3;40) = 32
Cƣờng độ sức khỏng của đất dƣới mũi cọc: qb = K1ìNp = 224 T/m2 Ứng suất phỏp hiệu quả theo phƣơng đứng: σ‟v = 2,14+1,1ì1,8= 4,12 T/m2 Cƣờng độ sức khỏng cắt khụng thoỏt nƣớc của đất dớnh: cu,i = 6,25ì7/10= 4,38 T/m2
Do cu,i/ σ‟v = 1,06 nờn αp =0,5
Do L/d= (2,41- 1,31)/0,3= 3,6 nờn fL = 1
Tra phụ lục F, cụng trỡnh tầm quan trọng loại 2 nờn γn = 1,15 ; γk = 1,75 ; γ0 = 1,15 suy ra
γ = 1,15ì1,75/1,15 = 1,75
Vậy sức chịu tải tớnh theo cụng thức Meyerhof là: qbìAb = 224ì0,09= 20,16 T
uì∑fiìli = 1,2ì0,5ì1ì4,38ì(2,4-1,3)+0= 2,9 T
R= Rcu/γ = (20,16+2,9)/1,75= 13,17 T
Đối với cỏc lớp địa chất khỏc, kết quả đƣợc lập trong bảng sau:
3.3.4. Tớnh toỏn sức chịu tải của cọc theo cụng thức Nhật bản
, . ( .Ab ( ,i.l ,i ,i.l ))s,i c n b c c s R q u f f R g g + + = = ồ (3- 5) Trong đú:
qb: là cƣờng độ sức khỏng của đất dƣới mũi cọc xỏc định nhƣ sau:
Khi mũi cọc nằm trong đất rời qb= 300 Np cho cọc đúng (ộp) và qb=
150Np cho cọc khoan nhồi.
Khi mũi cọc nằm trong đất dớnh qb= 9. Cu cho cọc đúng (ộp) và qb= 6. Cu cho cọc khoan nhồi.
Đối với cọc đúng và cọc ộp, cƣờng độ sức khỏng trung bỡnh trờn đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ „„i‟‟.
fs,i = (10.Ns,i)/3(5-5)
34
fs,i = p fL.cu,i3(5-6)
Trong đú:
p: là hệ số điều chỉnh cho cọc đúng, phụ thuộc vào tỷ lệ sức khỏng cắt khụng thoỏt nƣớc của đất dớnh cu và trị số trung bỡnh của ứng suất phỏp hiệu quả thẳng đứng, xỏc định theo biểu đồ trờn hỡnh 5.1
fL: là hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d của cọc đúng, xỏc định theo biểu
đồ trờn hỡnh 5.2;
Np:là chỉ số SPT trung bỡnh trong khoảng 1d dƣới và 4d trờn mũi cọc; Cu: là cƣờng độ sức khỏng cắt khụng thoỏt nƣớc của đỏt dớnh, khi khụng
cú số liệu sức khỏng cắt khụng thoỏt nƣớc cu xỏc định trờn cỏc thiết bị thớ nghiệm cắt đất trực tiếp hay thớ nghiệm nộn ba chục cú thể xỏc định từ thớ nghiệm nộn một trục nở ngang tự do (cu=qu/2) hoặc từ chỉ số SPT trong đất dớnh: cu,i = 6,25 Nc,i tớnh bằng kPa, trong đú Nc,i là chỉ số SPT trong đất dớnh.
Ns,i:là chỉ số SPT trung bỡnh trong lớp đất rời "i” ; ls,i: là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời "i” ;
lc,i: là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dớnh "i” ;
u: là chu vi tiết diện ngang cọc;
d:là đƣờng kớnh tiết diện cọc trũn, hoặc cạnh tiết diện cọc vuụng.
Áp dụng xỏc định sức chịu tải của cọc ộp kớch thƣớc 30x30 cm theo địa chất đĩ cú:
- Tại z=1m
Ứng suất phỏp hiệu quả theo phƣơng đứng: σ‟v = 1,6ì1= 1,6 T/m2
- Tại z = 1,31 m (đầu cọc)
Cƣờng độ sức khỏng cắt khụng thoỏt nƣớc của đất dớnh: cu,i = 6,25ì7/10 = 4,38T/m2
Cƣờng độ sức khỏng của đất dƣới mũi cọc: qb = 9ìcu = 39,42 T/m2
Ứng suất phỏp hiệu quả theo phƣơng đứng: σ‟v = 1,6+0,3ì1,8 = 2,14 T/m2
35
Do L/d= (1,31- (1+0,31))/0,3=0 nờn fL = 1
Tra phụ lục F, cụng trỡnh tầm quan trọng loại 2 nờn γn = 1,15 ; γk = 1,75 ; γ0 = 1,15 suy ra
γ = 1,15ì1,75/1,15 = 1,75
Vậy sức chịu tải tớnh theo cụng thức Meyerhof là: qbìAb = 39,42ì0,09= 3,55 T
uì∑fiìli = 1,2ì0,5ì1ì6,25ì(1,3-1,3)= 0 T RMeyerhof = Rcu/γ = (3,55+0)/1,75 =2,02 T
- Tại z = 2,41 m
Cƣờng độ sức khỏng cắt khụng thoỏt nƣớc của đất dớnh: cu,i = 6,25ì7/10= 4,38 T/m2
Cƣờng độ sức khỏng của đất dƣới mũi cọc: qb = 9ìcu = 39,42 T/m2
Ứng suất phỏp hiệu quả theo phƣơng đứng: σ‟v = 2,14 + 1,1ì1,8= 4,12
T/m2
Do cu,i/ σ‟v = 1,085 nờn αp =0,5
Do L/d= (2,41- 1,31)/0,3= 3,6 nờn fL = 1
Tra phụ lục F, cụng trỡnh tầm quan trọng loại 2 nờn γn = 1,15 ; γk = 1,75 ; γ0 = 1,15 suy ra
γ = 1,15ì1,75/1,15 = 1,75
Vậy sức chịu tải tớnh theo cụng thức Meyerhof là: qbìAb = 39,42ì0,09= 3,55 T
uì∑fiìli = 1,2ì0,5ì1ì4,38ì(2,4 -1,3)+1,2ì0,5ì1ì4,38ì(1,3-1,3)= 2,9 T RMeyerhof = Rcu/γ = (3,55+2,9)/1,75 = 3,7 T
Đối với cỏc lớp địa chất khỏc, kết quả đƣợc lập trong bảng sau:
3.3.5. Lựa chọn sức chịu tải
Dự kiến cọc cắm sõu đến cao độ 21m. Áp dụng cụng thức lựa chọn sức chịu tải cọc:
R = min( RVL, RMeyerhof, RNB) =min(147;130;170)=130T Vậy chọn sức chịu tải của cọc R = 130T.
36
3.4 Tớnh toỏn kiểm tra bố trớ cọc
3.4.1.Tớnh toỏn số lượng cọc trong đài
Số lƣợng cọc (nc) đƣợc xỏc định theo cụng thức sau: max C N n k [P] = (3– 6) Trong đú: Nmax – lực dọc tại chõn cột k- hệ số xột đến ảnh hƣởng của mụmen, (k=1,1) [P] - sức chịu tải của cọc một cọc
37
Hỡnh 3.5: Mặt bằng cọc ộp trong phần mềm etabs
Từ mặt bằng tờn cột và dựa vào tải trọng tỏc dụng tại chõn cột xuất ra từ Etabs (xem bảng B.3 phần phục lục B) và sức chịu tải của cọc ta tớnh toỏn số lƣợng cọc trong từng đài kết quả tớnh toỏn đƣợc thể hiện trong bảng B.4 phần
38
3.4.2.Xỏc định kớch thước đài múng, giằng múng a. Xỏc định kớch thước đài múng
Dựa vào số lƣợng cọc tớnh toỏn cho cỏc đài múng ta bố trớ cỏc cọc trong đài. Khoảng cỏch giữa cỏc cọc trong đài lấy bằng 3D, khoảng cỏch từ tim cọc đến mộp đài lấy bằng D. Chi tiết kớch thƣớc cỏc đài đƣợc thể hiện trong bản vẽ.
Chiều dày đài theo kinh nghiệm thƣờng chọn thoải mĩi điều kiện: hđ ≥ 2D + 10cm (3- 7) Với D là đƣờng kớnh cọc.
Với D = 0,3m vậy hđ ≥ 2´ 0,3 + 0,1 = 0,7 (m). Chọn chiều dày đài là 0,9 (m).
b. Xỏc định kớch thước giằng múng
Kớch thƣớc giằng múng xỏc định tƣơng tự nhƣ đối với kớch thƣớc dầm, ngồi ra cũn phải kể đến nội lực chõn cột. Kớch thƣớc của giằng múng đƣợc thể hiện trong bảng 3.2.
ảng 3.2. ớch thước tiết diện của giằng múng (cm)
T n giằng m ng Chiều cao tiết diện h Chiều rộng b
GM1, GM2, GM3…GM30 60 30
3.4.3. Kiểm tra phản lực tỏc dụng lờn đầu cọc
Tồn bộ cụng trỡnh đƣợc mụ hỡnh húa theo sơ đồ tổng thể 3D để cú sự làm việc đồng thời của kết cấu bờn trờn và hệ đài giằng và đƣợc phõn tớch bằng mỏy tớnh với việc sử dụng chƣơng trỡnh phõn tớch kết cấu ETABS ver 9.7.4. Đài múng đƣợc mụ hỡnh là cỏc tấm bản cú kể đến ảnh hƣởng của độ dày chịu cắt, giằng múng và cọc là cỏc phần tử thanh mà cụ thể là dầm và cột.
Đối với cọc nhồi ta sử dụng lý thuyết cọc trờn nền đàn hồi, gỏn dƣới cỏc chõn cọc là cỏc gối lũ xo. Độ cứng của k gối lũ xo là một đại lƣợng vật lý đƣợc tớnh toỏn theo cụng thức định luật Hooke theo:
( / )
P k = T m
39 Trong đú:
+ P là lực tỏc dụng lờn một cọc, để đơn giản ta cú thể lấy P = [P ; +D là độ lỳn của đài cọc, sơ bộ cú thể lấy theo kinh nghiệmD=1, 6cm; Sau đú ta thực hiện cỏc bƣớc để xõy dựng mụ hỡnh đài múng nhƣ sau: + Bƣớc 1: Khai bỏo đài múng, cỏc giằng múng và cỏc cọc lần lƣợt bằng tấm sàn dày 0,9m, cỏc dầm và cột cú kớch thƣớc nhƣ đĩ chọn.
+ Bƣớc 2: Vẽ cỏc cọc, đài cọc bằng phần mềm Etabs dựa vào bản vẽ bố trớ cọc và đài giằng.
+ Bƣớc 3: Gỏn gối đàn hồi cho cọc ộp với độ cứng k đĩ tớnh toỏn và chạy sơ đồ
Kết quả xuất ra phản lực đầu cọc từ phần mềm Etabs đƣợc thể hiện ở
bảng B.4 phần phục lục B. Từ đú ta thấy phản lực đầu cọc tại cỏc cọc đều thỏa
mĩn điều kiện khụng vƣợt quỏ sức chịu tải cho phộp, vậy cỏc cọc đều làm việc ổn định.
3.5. Kiểm tra đài cọc