CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.1. Sức chịu tải dọc trục của cọc theo độ bền vật liệu
2.2. Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền
2.2.2. Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền
- Sức chị tải cho phép của cọc đơn theo đất nền được tính:
Qa – Sức chịu tải cho phép tính toán (kN);
Qtc – sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc đơn (kN) Qtc
Qa = ktc
ktc – hệ số an toàn, được lấy như sau:
Đối với móng cọc đại cao hoặc đài thấp có đáy đài nằm trên đất có tính nén lún lớn và đối bới cọc ma sát chịu tải trọng nén, cũng như đối với bất kỳ loại đài nào mà cọc treo, cọc chống chịu tải trọng nhổ, tùy thuộc số lượng cọc trong móng, trị số ktc lấy như sau:
Bảng 2.5 Bảng xác định hệ số ktc
Số cọc trong móng ktc
Móng có trên 21 cọc 1,4
Móng có từ 11 đến 20 cọc 1,55 Móng có từ 6 đến 10 cọc 1,65 Móng có từ 1 đến 5 cọc 1,75
Lưu ý: 1) Nếu biệc tính toán móng cọc có kể đến tải trọng gió và tải trọng cầu trục thì được phép tăng tải trọng tính toán trên các cọc biên lên 20% (trừ móng trụ đường dây tải điện)
Đối với móng chỉ có 1 cọc đóng, mang tải trên 600 kN thì ktc =1,6.
Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát thi công bằng phương pháp đóng có cạnh cọc đến 0,8m, chịu tải trọng nén, được xác định theo công thức:
Qtc = m(mR.qp.Ap+u ∑mffsili) (2.36)
qp và fs – cường độ đất nền dưới mũi cọc và lực ma sát đơn vị của đất ở mặt bên của cọc, lấy theo bảng 2.6 và 2.7
m – hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy bằng 1,0;
mr, mf – hệ số điều kiện làm việc của đất lần lượt ở mũi cọc và ở mặt bên cọc có kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức chống tình toán của đất, xác định theo bảng 2.6.
Việc lấy tổng cường độ chịu tải của đất phải được tiến hành trên tất cả các lớp đất mà cọc xuyên qua. Trong trường hợp khi san nền cần gạt bỏ hoặc có thể bị xói trôi đất đi, phải tiến hành lấy tổng sức chống tính toán của tất cả các lớp đất nằm lần lượt bên dưới sức san nền (gọt bỏ hoặc dưới cốt xói lở cục bộ khi bị lũ).
Bảng 2.6 Cường độ đất nền dưới mũi cọc Cường độ đất nền dưới mũi cọc, qp, T/m2
Của đất cát chặt vừa
Sỏi Thô - Thô vừa Mịn Bụi -
Của đất sét với chỉ số lệch IL bằng Độ sâu
của mũi cọc,m
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
750 660 300 310 200 110 60
4 830 680
(510) 380 320 (250)
210
(160) 125 70
5 880 700
(620) 400 340 (280)
220
(200) 130 80
7 970 730
(690) 430 370 (330)
240
(220) 140 85
10 1050 770
(730) 500 400 (350)
260
(240) 150 90
15 1170 820
(750) 560 440
(400) 290 165 100
20 1260 850 620 480
(450) 320 180 110
25 1340 900 680 520 350 195 120
30 1420 950 740 650 380 210 130
35 1500 1000 800 600 410 225 140
Bảng 2.7 Lực ma sát đơn vị fs
Lực ma sát đơn vị, f, T/ m2 Của đất cát chặt vừa Thô
và thô vừa
Mịn Bụi - - - - - -
Của đất sét với chỉ số lệch IL bằng Độ sâu
m
0.2 0,3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
1.0 3,5 2,3 1,5 1,2 0,5 0,4 0,4 0,3 0,2
2.0 4,2 3.0 2,1 1,7 1,2 0,7 0,5 0,4 0,4
3.0 4,8 3,5 2,5 2,0 1,1 0,8 0,7 0,6 0,5
4.0 5,3 3,8 2,7 2,2 1,6 0,9 0,8 0,7 0,5
5.0 5,6 4,0 2,9 2,4 1,7 1.0 0,8 0,7 0,6
6.0 5,8 4,2 3,1 2,5 1,8 1.0 0,8 0,7 0,6
8.0 6,2 4,4 3,3 2,6 1,9 1.0 0,8 0,7 0,6
10.0 6,5 4,6 3,4 2,7 1,9 1.0 0,8 0,7 0,6
15.0 7,2 5,1 3,8 2,8 2.0 1,1 0,8 0,7 0,6
20.0 7,9 5,6 4,1 3.0 2.0 1,2 0,8 0,7 0,6
25.0 8,6 6,1 4,4 3,2 2.0 1,2 0,8 0,7 0,6
30.0 9,3 6,6 4,7 3,4 2,1 1,2 0,9 0,8 0,7
35.0 10.0 7.0 5.0 3,6 2,2 1,3 0,9 0,8 0,7
Chú thích của bảng 2.6 và 2.7:
- Trong những trường hợp khi mà ở bảng 2.6 các giá trị số vủa qp trình bày ở dạng phân số, thì tử số là của cát còn ở mẫu số là của sét.
- Trong bảng 2.6 và 2.7, độ sâu của mũi cọc là độ sâu trung bình của lớp đất khi san nền bằng phương pháp gọt bỏ hoặc đắp dày đến 3m, nên lấy từ cao trình địa hình tự nhiên, còn khi gọt bỏ và đắp thêm dày từ 3÷10m thì lấy từ cột quy ước nằm cao hơn phần bị gọt 3m hoặc thấp hơn mức đáp 3m.
Độ sâu hạ cọc trong các lưps đất ở vùng có dòng chảy của nước nên lấy có lưu ý đến khả năng chúng bị xói trôi ở mức lũ tính toán. Khi thiết kế cọc cho các đường vươt qua hào rãnh thì chiều sâu của mũi cọc nêu ở bảng 2.6 nên lấy từ cao trình địa hình tự nhiên ở vị trí móng công trình.
- Đối với các giá trị trung gian của độ sâu và chỉ số sệt IL thì xác định qp và fs từ bảng 2.6 và 2.7 bằng phương pháp nội suy.
- Cho phép sử dụng các giá trị qp theo bảng 2.6 với điều kiện độ chôn sâu của cọc trong đất không bị xói trôi hoặc gọt bỏ không nhỏ hơn:
+ Đối với công trình thủy lợi: 4m
+ Đối với nhà và các công trình khác: 3m
- Khi xác định fs theo bảng 2.7, đất nền được chia thành các lớp nhỏ đồng nhất có chiều dày không quá 2m.
- Tính toán fs của đất cát chặt nên tăng thêm 30% so với giá trị trình bày trong bảng 2.7
Bảng 2.8 Bảng xác định hệ số mR và mf
Phương pháp hạ cọc
Hệ số điều kiện làm việc của đất được kể đến một cách độc lập với nhau khi tính toán sức chịu tải của cọc
Dưới mũi cọc mR ở mặt bên cọc mf
1. Hạ cọc đặc và cọc rỗng có bịt mũi cọc , bằng búa hơi (treo), búa máy và búa diesel.
1 1
2. Hạ cọc bằng cách đóng vào lỗ khoan mồi với độ sâu mũi cọc không nhỏ hơn 1m dưới đáy hố khoan, khi đường kính lỗ khoan mồi:
a) Bằng cạnh cọc vuông
b) Nhỏ hơn cạnh cọc vuông 5cm
c) Nhỏ hơn cạnh cọc vuông hoặc đường kính cọc tròn (đối với trụ đường dây tải điện) 15cm
1 1 1
0,5 0,6 1 3. Hạ cọc có xói nước trong đất cát với điều kiện
đóng tiếp cọc ở mét cuối cùng không xói nước
1 0,9
4. Rung và ép cọc vào:
a) Đất cát, chặt vừa:
- Cát thô và thô vừa - Cát mịn
- Cát bụi
b) Đất sét có độ sệt IL = 0.5 - Á cát
- Á sét - Sét
c) Đất sét có độ sệt IL ≤0
1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 1
1 1 1 0,9 0,9 0,9 1
5. Cọc rồng hở mũi hạ bằng búa có kết cấu bất kì
a) Khi đường kính lỗ rỗng của cọc ≤40cm
1 0,7
1 1
b) khi đường kính lỗ rỗng của cọc >40cm 6. Cọc tròn rỗng, bịt mũi, hạ băng phương pháp bất kì, tới độ sâu ≥ 10m, sau đó có mở rộng mũi cọc bằng cahcs nổ mìn trong đất cát chặt vừa và tỏng đất sét có độ sệt IL ≤0.5, khi đường kính mở rộng bằng:
a) 1m, không phụ thuộc vào loại đất nói trên b) 1,5m trong đất cát và á sát
c) 1,5m trong á sét và sét
0,9 0,8 0,7
1 1 1 Chú thích: Hệ số mR và mf ở điểm 4 bảng 2.8 đối với đất sét có độ sệt 0,5> IL >0 được xác định bằng phương pháp nội suy.
2.2.3 Xác định sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền
Theo TCXD [205 – 1998] và một số tác giả thì sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền được tính với công thức sau
w q A f A w Q Q
Qu s p s s p p (2.37)
Trong đó Qs - Tổng sức chống cắt giữa đất và mặt bên của cọc Qp - sức gánh đỡ của đất ở mũi cọc
w - trọng lượng của cọc
As - Diện tích xung quanh cọc tiếp súc với đất Ap - diện tích tiết diện ngang ở mũi cọc
Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, qp, tính theo công thức
N d N cN
qp c vp' q p (2.38)
Lực ma sát bên tác dụng lên cọc, fs, cho các loại đất là
a v s a a h a
s c tg c K tg
f ' ' (2.39)
Với Ks = 1 – sinφa
Thành phần Qs có thể xác định bằng cách tính tích phân lực ma sát đất xung quanh tác động lên cọc được xác định theo công thức sau
L n
i i si az
vz sz az z
s u c K tg dz u f l
Q
0 1
'
(2.40)
Trong đó: caz - lực bám dính
az – góc ma sát giữa thân cọc và đất có được từ các thí nghiệm cắt trực tiếp trên mặt tiếp xúc giữa đất và vật liệu làm cọc, ở độ sâu z, hoặc chọn từ các tương quan giữa các kết quả thí nghiệm cắt đất và thí nghiệm cắt giữa đất và vật liệu làm cọc
Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất dính
Do góc ma sát của đất bằng không nên sức chịu tải sẽ có dạng
u c p u s
u A c A N c
Q (2.41)
Trong đó: Nc - hệ số sức chịu tải lấy bằng 9 cho cọc đóng trong sét cố kết thường.
- hệ số điều chỉnh lực bám dính giữa đất và cọc từ lực dính của thí nghiệm không cố kết không thoát nước.
Sức chịu tải cực hạn đất rời.
Với lực dính c=0 nên sức chịu tải của cọc có dạng
' '
vp q p a v s s p s
u Q Q A K tg A N
Q (2.42)
Trong TCXD 205:1998 cũng có đề cặp đến khuynh hướng cường độ chịu tải đất dưới mũi cọc và lực ma sát của bên của cọc đạt cực đại ở độ sâu tới hạn Zc
c p c
p
c s c s
Z z q Z z q
Z z f Z z F
Nhận xét
Sức chịu tải của cọc tính theo TCXD 205:1998 cho kết quả thiên về an toàn với sức chịu tải thực tế của cọc và có tính pháp lý, đem lại yên tâm cho người cán bộ kỹ thuật với kết quả chính mình tính ra. Nhưng số liệu tính toán còn phụ thuộc khá nhiều vào kết quả thí nghiệm đất trong phòng. Qua đó cần được kết hợp với thí nghiệm hiện trường để có được số liệu chính xác hơn về nền đất cũng như sức chịu tải của cọc.