CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MÓNG CỌC ÉP
4.2. TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC ÉP
- Sức chịu tải theo vật liệu làm cọc được xác định theo công thức sau:
PV = .(γcb.Rb.Ab + Rsc.As ) Trong đó:
- γcb = 1: hệ số làm việc của cọc bê tông cốt thép
- Rb: Cường độ chịu nén tính toán của bêtông làm cọc khoan nhồi , với bê tông cấp bền B25 thì ta có Rb = 14,5 Mpa
- Rsc: Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép, với cốt thép nhóm CB400-V thì ta có Rs = 350 Mpa
- As: Diện tích tiết diện cốt thép dọc 8 20 𝐴𝑠 = 25,14 𝑐𝑚2 - Ab: Diện tích tiết diện bêtông
𝐴𝑏 = 𝐴 − 𝐴𝑠 = 1200 − 25,14 = 1175 (𝑐𝑚2)
- 𝜑 : Hệ số uốn dọc tính theo công thức: 𝜑 = 1,028 − 0,0000288. 𝜆2− 0,0016. 𝜆 Tính 𝜑:
𝑙1 = 𝑙0+ 2 𝛼𝜀
+ 𝑙0: là chiều dài đoạn cọc kể từ đáy đài tới cao độ san nền: 𝑙0 = 0 𝑚 + 𝛼𝜀: hệ số biến dạng:
𝛼𝜀 = √𝐾. 𝑏𝑝 𝛾𝑐. 𝐸. 𝐼
5
+ K: hệ số tỉ lệ, tính bằng kN/m4, phụ thuộc vào loại đất, trạng thái đất, loại cọc.
K được xác định trong phạm vi 𝑙𝑘 tính từ đáy đài:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XDDD&CN KHOA XÂY DỰNG KHÓA 2016 - 2021
SVTH: ĐỖ MINH PHÚC – LỚP 2016X9
MSV: 1651030452 Trang 92 𝑙𝑘 = 3,5. 𝑑 + 1,5 = 3,5.0,3 + 1,5 = 2,55 (𝑚)
Do từ đáy đài xuống 2,8m có 1 lớp đất nên ta tra bảng A.1 TCVN 10304:2014
→ 𝐾 = 14000 (𝑘𝑁
𝑚4)
+ 𝑏𝑝: chiều rộng quy ước của cọc
𝑏𝑝 = 1,5. 𝑑 + 0,5 = 1,5.0,3 + 0,5 = 0,95 (𝑚) + 𝛾𝑐 = 3: hệ số điều kiện làm việc đối với cọc đơn
+ 𝐸: Môđun đàn hồi của bê tông lấy theo tiêu chuẩn thiết kế.
Bê tông B25 có 𝐸 = 30. 106 (𝑘𝑁
𝑚2)
+ I: Mômen quán tính của tiết diện cọc. Với tiết diện vuông : 𝐼𝑥 = 𝐼𝑦= 𝑑4
12=0,34
12 = 0,675. 10−3(𝑚4)
→ 𝛼𝜀 = √𝐾. 𝑏𝑝 𝛾𝑐. 𝐸. 𝐼
5 = √ 14000.0,95
3.30. 106. 0,675. 10−3
5
= 0,738 (𝑚)
→ 𝑙1 = 0 + 2
0,738= 2,71 (𝑚)
→ 𝑙𝑡𝑡 = 𝜇. 𝑙1 = 0,7.2,71 = 1,897 (𝑚)
→ 𝜆 = 𝑙𝑡𝑡
𝑏 =1,897
0,3 = 6,32
→ 𝜑 = 0,918
Do đó ta có 𝑃𝑣 = 0,918. (1.14,5. 103. 0,1175 + 350000.25,14. 10−4) = 2372,8(𝑘𝑁)
4.2.2. Theo sức chịu tải của đất nền
4.2.2.1 Theo kết quả thí nghiệm trong phòng (TCVN 10304 – 2014) Sức chịu tải trọng nén cực hạn của cọc :
𝑅𝑐,𝑢1= 𝛾𝑐(𝛾𝑐𝑞. 𝑞𝑏. 𝐴𝑏+ 𝑢 ∑ 𝛾𝑐𝑓𝑓𝑖𝑙𝑖) Trong đó:
c: hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, c= 1
qb : cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, lấy theo bảng 2 của TCVN 10304-2014, qb =5100 kPa
u : chu vi tiết diện ngang thân cọc (u=4.0,3=1,2m)
fi : cường độ sức kháng trung bình của lớp đát thứ “i” trên thân cọc, lấy theo bảng 3 của TCVN 10304-2014
Ab : diện tích cọc tựa lên đất, lấy bằng diện tích tiết diện ngang mũi cọc đặc, cọc ống có bịt mũi, bằng diện tích tiết diện ngang lớn nhất của phần cọc được mở
rộng và bằng diện tích tiết diện ngang không kể lõi của cọc ống không bịt mũi li : chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ “ i ”
cq và cf tương ứng là các hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi và trên thân cọc có xét đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đén sức kháng xuyên của đất , lấy theo bảng 4 của TCVN 10304-2014.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XDDD&CN KHOA XÂY DỰNG KHÓA 2016 - 2021
SVTH: ĐỖ MINH PHÚC – LỚP 2016X9
MSV: 1651030452 Trang 93 Bảng 4.1: Bảng tính giá trị cf.f .li i
Loại đất Trạng thái STT lớp
Chiều dày ( )
l mi
Độ sâu ( )
z mi ( i )
f kPa
cf
( cf i i)
.f .l kN / m
Cát hạt trung Kết cấu rời 1 2 4,45 54,35 1 108,7 2 1,55 6,225 58,45 1 90,6
Bùn sét 𝐼𝐿 = 1,11 3 1 7,5 6 1 6
Sét pha 𝐼𝐿 = 0,36
4 2 9 40,4 1 80,8
5 2 11 42,1 1 84,2
6 2 13 44 1 88
7 2 15 45,8 1 91,6
8 2 17 46,3 1 92,6
9 2 19 49,16 1 98,3
Cát hạt trung Chặt vừa 11 2 21 80,4 1 160,8
12 1,75 22,875 83 1 145,25
Tổng cộng: cf.f .l kN / mi i( ) 1046
→ 𝑅𝑐,𝑢1 = 1. (1,1.5100.0,3.0,3 + 1,2.1046) = 1760(𝑘𝑁)
Hình 4.3. Phân lớp xác định sức chịu tải của cọc ma sát.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XDDD&CN KHOA XÂY DỰNG KHÓA 2016 - 2021
SVTH: ĐỖ MINH PHÚC – LỚP 2016X9
MSV: 1651030452 Trang 94 4.2.2.1. Theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (TCVN 10304 – 2014) - Sức chịu tải cực hạn của cọc theo công thức của viện kiến trúc Nhật Bản (1988):
𝑅𝑐,𝑢2 = 𝑞𝑏. 𝐴𝑏+ 𝑢. ∑(𝑓𝑐,𝑖. 𝑙𝑐,𝑖+ 𝑓𝑠,𝑖. 𝑙𝑠,𝑖) Trong đó:
+𝑞𝑏 là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc được xác định:
𝑞𝑏 = 300. 𝑁𝑝 = 300.20 = 6000 𝑘𝑃𝑎
𝑁𝑝 là chỉ số SPT trung bình khoảng dưới 1d và 4d trên mũi cọc: 𝑁𝑝 = 20𝑘𝑃𝑎 +𝑓𝑠,𝑖 là cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc trong lớp đất rời thứ "i":
𝑓𝑠,𝑖 =10 3 . 𝑁𝑠,𝑖
𝑁𝑠,𝑖 là chỉ số SPT trung bình lớp đất thứ "i"
+𝑓𝑐,𝑖 là cường độ sức kháng trên cọc nằm trong lớp đất dính thứ "i":
𝑓𝑐,𝑖 = 𝛼𝑝. 𝑓𝐿. 𝑐𝑢,𝑖
𝑐𝑢,𝑖 là sức kháng cắt không thoát nước của đất dính thứ "i" (𝑐𝑢,𝑖 = 6,25. 𝑁𝑠,𝑖)
𝛼𝑝 và 𝑓𝐿 là các hệ số, dựa trên hình G2 (TCVN 10304-2012) có:
-Ứng suất bản thân của đất tại các điểm:
Điểm A: 𝜎𝑣(𝐴) = 17.2 + 18,5.0,2 + 4,8.10,1 = 86,18 𝑘𝑃𝑎 Điểm B: 𝜎𝑣(𝐵) = 86,18 + 1.6,17 = 92,35 𝑘𝑃𝑎
Điểm C: 𝜎𝑣(𝐶) = 92,35 + 12.9,37 = 204,8 𝑘𝑃𝑎 Điểm D: 𝜎𝑣(𝐷) = 204,8 + 10,1.3,75 = 242,67 𝑘𝑃𝑎 - Lớp bùn sét:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XDDD&CN KHOA XÂY DỰNG KHÓA 2016 - 2021
SVTH: ĐỖ MINH PHÚC – LỚP 2016X9
MSV: 1651030452 Trang 95 𝐶𝑢,𝑖
(𝜎𝑣(𝐴) + 𝜎𝑣(𝐵)) 2
= 6,25.2 92,35 + 204,8
2
= 0,1 → 𝛼𝑝 = 1
Các lớp đất khác làm tương tự
Lớp đất 𝒍𝒊 𝑵𝒔,𝒊 𝒇𝒔,𝒊 𝒇𝒔,𝒊. 𝒍𝒔,𝒊 𝑪𝒖,𝒊 𝒍𝒄,𝒊 𝑪𝒖,𝒊
𝝈𝒗 𝜶𝒑 L/d 𝒇𝑳 𝒇𝒄,𝒊 𝒇𝒄,𝒊. 𝒍𝒄,𝒊 Cát hạt
trung 3,55 8 26,7 94,66 - - - -
Bùn sét pha - 2 - - 12,5 1 0,1 1 77,6 6
0,83 4
10,4
3 10,43
Sét pha - 15 - - 93,7
5 12 0,42 0,94 77,6 6
0,83
4 73,5 882 Cát hạt
trung 3,75 20 66,6
7 250 - - - -
Tổng cộng 344,6 892,4
Sức chịu tải cực hạn của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT:
𝑅𝑐,𝑢𝑆𝑃𝑇 = 6000.0,3.0,3 + 4.0,3. (344,6 + 892,4) = 2024,5 𝑘𝑁
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XDDD&CN KHOA XÂY DỰNG KHÓA 2016 - 2021
SVTH: ĐỖ MINH PHÚC – LỚP 2016X9
MSV: 1651030452 Trang 96 Hình 4.4. Ứng suất bản thân của đất tại các điểm giao nhau.
4.2.3. Lựa chọn SCT của cọc:
Lựa chọn SCT của cọc theo sức chịu tải cho phép:
𝑅c,d =𝛾0 𝛾𝑛.𝑅c,k
𝛾𝑘 =𝛾0
𝛾𝑛.min(𝑅c,u1,𝑅c,u2) 𝛾𝑘
Số lượng cọc 𝜸𝒌 𝜸𝒄 𝜸𝒏 Rc,d (kN) 1 đến 5 1.75 1.15 1.15 1005,7 6 đến 10 1.65 1.15 1.15 1066,7 11 đến 20 1.55 1.15 1.15 1135,5 -Chọn 𝑀𝐼𝑁 (𝑅𝑐,𝑑) = 𝑀𝐼𝑁(2372,8 ; 1005,7)𝑘𝑁=1055,7 (kN)
Vậy chọn sức chịu tải tính toán của cọc theo kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm:
𝑃𝑐 = 1005,7 𝑘𝑁