CHƯƠNG V: THIẾT KẾ CỌC ÉP
5.2. Tính Toán sức chịu tải cọc ép
5.2.1. Sức chịu tải cọc theo vật liệu làm cọc (TCVN 10304 – 2014).
- Sức chịu tải theo vật liệu làm cọc được xác định theo công thức sau:
𝑃𝑣 = 𝜑. (𝑅𝑏. 𝐴𝑏+ 𝑅𝑠𝑐. 𝐴𝑠) Trong đó:
+ 𝑅𝑏 là cường độ chịu nén của bê tông cọc:𝑅𝑏 = 17.103𝑘𝑁/𝑚2 + 𝐴𝑏 là diện tích tiết diện bê tông cọc:
𝐴𝑏 = 𝐴 − 𝐴𝑠 = 0,16 − 0,001257 = 0,15874𝑚2
+ 𝐴𝑠 là diện tích cốt thép dọc trục của 4ϕ20, 𝑅𝑠𝑐 là cường độ tính toán cốt thép + Tính φ: theo TCVN 10304-2014, đối với mỗi loại cọc, khi tính toán theo cường độ vật liệu cho phép xem cọc như 1 thanh ngàm cứng trong đất tại tiết diện cách đáy đài một đoạn l1 : 𝑙1 = 𝑙0+ 2
𝛼𝜀 = 0 + 2
0,74 = 2,7
Trong đó, 𝑙0 = 0 , 𝛼𝜀 là hệ số biến dạng, 𝛼𝜀 = √𝑘𝑏𝑝
𝛾𝑐𝐸𝐼
5 = √ 15430.1,1
1,2.325.106.0,00213
5 = 0,74
Trong đó k là hệ số tỷ lệ được tính bằng KN/m4 , Được lấy phụ thuộc vào loại đất bao quanh cọc theo bảng A.1 TCVN 10304 -2014
Vì trong phạm vi cọc LC có nhiều hơn 1 lớp đất nên ta xác định cường độ của đất trên mặt bên lớp cọc bằng cách dùng giá trị của hệ số tỉ lệ k tuỳ thuộc đất nằm trong đoạn chiều sâu lK (m): lK = 3,5d+1,5 = 3,5.0,4+1,5 = 2,9 (m).
d = 0,4(m) : Đường kính ngoài của tiết diện cọc tròn, cạnh của tiết diện cọc vuông hay chữ nhật song song với mặt phẳng tải trọng.
ĐỀ TÀI: CHUNG CƯ 28A – TRẦN HƯNG ĐẠO
SVTH : LÊ THANH SƠN - 2016XN 60
Ta thấy trong phạm vi lK tính từ đài cọc xuống dưới (móng đài thấp ) có cát hạt vừa nên lấy k = 15430 (kN/m4).
𝛾𝑐 là hệ số điều kiện làm việc . 𝛾𝐶 = 1,2 ; 𝑏𝑝 là chiều rộng quy ước của cọc (m) Do cọc có 𝐷 < 0,8(𝑚) cho nên 𝑏𝑝 = 1,5𝑑 + 0,5 = 1,1(𝑚) .
E mô đun đàn hồi của vật liệu làm cọc (kPa).
I là mô men quán tính của tiết diện cọc ,tính bằng m4 𝐼 =𝑏. ℎ3
12 =0,4.0, 43
12 = 0,00213(𝑚4)
Ta có khả năng chịu lực của cọc ép theo vật liệu như sau:
⇒ 𝑃𝑣 = 1. (17.103. 0,15874 + 280.103. 0,001257) = 3050,54𝑘𝑁.
5.2.2. Sức chịu tải của cọc theo đất nền.
5.2.2.1. Theo các chỉ tiêu cơ lý đất, đá (TCVN 10304 – 2014).
Theo TCVN 10304 - 2014 , sức chịu tải trọng nén 𝑅𝑐,𝑢 của cọc ép được xác định theo công thức:
𝑅𝑐,𝑢 = 𝛾𝑐(𝛾𝑐𝑞𝑞𝑏𝐴𝑏 + 𝑢 ∑ 𝛾𝑐𝑓𝑓𝑖𝑙𝑖) Với :
+ 𝛾𝑐 là hệ số điều kiện làm việc của cọc, lấy 𝛾𝑐 = 1,1 + 𝛾𝑐𝑞 là hệ số làm việc của đất dưới mũi cọc, lấy 𝛾𝑐𝑞 = 1
+ 𝑞𝑏 là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, được tra bảng 2 TCVN 10304-2014 𝑞𝑏 = 3387𝑘𝑃𝑎
+ 𝐴𝑏 là tiết diện ngang của mũi cọc, 𝐴𝑏 = 0,16𝑚2
+ u là chu vi tiết diện ngang thân cọc, 𝑢 = 4𝑥0,4 = 1,6𝑚 + 𝛾𝑐𝑓 là hệ số điều kiện làm việc của đất trên thân cọc.
ĐỀ TÀI: CHUNG CƯ 28A – TRẦN HƯNG ĐẠO
SVTH : LÊ THANH SƠN - 2016XN 61 + 𝑓𝑖 là cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc,
+ 𝑙𝑖 là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ i.
Ta có:
Lớp đất li(m) zi(m) fi(kPa) 𝛾𝑐𝑓 𝛾𝑐𝑓. 𝑓𝑖. 𝑙𝑖
Lớp đất cát lẫn bụi và sỏi sạn kết cấu chặt vừa
1.5 6 31
1
46.5
1.5 7.5 32.5 48.75
1.5 9 33.5 53.25
1.5 10.5 34.4 51.6
ĐỀ TÀI: CHUNG CƯ 28A – TRẦN HƯNG ĐẠO
SVTH : LÊ THANH SƠN - 2016XN 62
1.5 11.53 35.3 52.95
Lớp đất cát lẫn bụi và sỏi sạn kết cấu rất chặt
1.5 13.03 36.4
1
54.6
1.5 14.53 37.6 56.4
1.5 16.03 38.6 57.9
0.5 16.53 38.9 58.35
∑ 𝑓𝑖𝑙𝑖𝛾𝑐𝑓 (kN/m) 480.3
⇒ Rc,u = 1,1.(1.3387.0,16 + 1,6.480,3) = 1441,44 kN Vậy sức chịu tải cho phép của cọc: Pc = 𝛾0.𝑅𝑐,𝑢
𝛾𝑛.𝛾𝑘 =1,15.1441.44
1,15.1,4 = 1029,6𝑘𝑁 Với :
+ 𝛾𝑜 là hệ số điều kiện làm việc, lấy 𝛾𝑜 = 1,15
+ 𝛾𝑛 là hệ số độ tin cậy về tầm quan trọng của công trình, lấy 𝛾𝑛 = 1,15 + 𝛾𝑘 là hệ số độ tin cậy theo đất, lấy 𝛾𝑘 = 1,4 ( đáy đài đặt vào lớp đất tốt) 5.2.2.2: Theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (TCVN 10304 – 2014)
Theo TCVN 10304-2014, công thức của viện kiến trúc Nhật Bản , sức chịu tải cực hạn của cọc được xác định theo công thức:
; Trong đó:
+ là sức kháng của đất mũi cọc, với cọc ép do cắm xuống lớp đất cát hạt trung chặt vừa có N = 16 => 𝑞𝑏 = 300. 𝑁 = 300.16 = 4800
+ là tiết diện ngang của mũi cọc, 𝐴𝑏 = 0,16𝑚2 + u là chu vi tiết diện ngang thân cọc, .
+ là cường độ sức kháng trên đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ i,
( )
c,u b b c,i c,i s,i s,i
R =q A +u f l +f l qb
Ab
u=4.0,4 1,6m=
fs,i s,i Ns,i
f 10
= 3
ĐỀ TÀI: CHUNG CƯ 28A – TRẦN HƯNG ĐẠO
SVTH : LÊ THANH SƠN - 2016XN 63 + là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ i
+ là cường độ sức kháng trên đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ i, + là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ i
+ : hệ số chiều chỉnh độ mảnh
+ là cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dinh
+ là hệ số điều chỉnh cho cọc phụ thuộc vào tỷ lệ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính Cu và trị số của ứng suất pháp trung bình thẳng đứng xác định theo biểu đồ trên hình (G.2a) TCVN 10304-2014.
tra bảng phụ thuộc vào .
Biểu đồ xác định hệ số và
Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT ta có bảng sau:
ls,i
fc,i fc,i = P L u,if c
lc,i
fL
u,i c,i
c =6, 25N
P
P cu,i/'v
P fL
ĐỀ TÀI: CHUNG CƯ 28A – TRẦN HƯNG ĐẠO
SVTH : LÊ THANH SƠN - 2016XN 64
Tên lớp li
(m) N (SPT) Lớp đất cát lẫn bụi và sỏi
sạn kết cấu chặt vừa 7,03 15,5 51,67 363.24
Lớp đất cát lẫn bụi và sỏi
sạn kết cấu rất chặt 5 16 53,33 266,65
(kN/m) 629,89
Vậy sức chịu tải cho phép của cọc:
𝑅𝑐,𝑢 = 4800.0,16 + 1,6.629,89 = 1775,8𝑘𝑁
Vậy sức chịu tải cho phép của cọc: PSPT = 𝛾0.𝑅𝑐,𝑢
𝛾𝑛.𝛾𝑘 =1,15.1775,8
1,15.1,4 = 1268.4𝑘𝑁 Với :
+ là hệ số điều kiện làm việc, lấy
+ là hệ số độ tin cậy về tầm quan trọng của công trình, lấy
+ 𝛾𝑘 là hệ số độ tin cậy theo đất, lấy 𝛾𝑘 = 1,4 ( đáy đài đặt vào lớp đất tốt) Vậy sức chịu tải của cọc:
Ptt = min(Pv;Pc;PSPT) = min(3050,54;1029,6;1268,4) = 1029,6 kN
fs,i f .ls,i s,i
s,i s,i
f l
o =o 1,15
n =n 1,15