CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ CỌC KHOAN NHỒI
7.9. Sức chịu tải của cọc
Cọc φ1000 mm (Móng M3 và M4)
7.9.1. Sức chịu tải của cọc theo độ bền vật liệu Qa vl( ) =Ru*Ab+Rs*As
Với:
Ru- Cường độ tính toán của bê tông cọc nhồi, vì cọc đổ bê tông dưới nước nên:
Ru =min( / 4.5;6) min(35000 / 4.5;6000) 6000R = = (kN/m2) Rs- Cường độ tính toán của cốt thép
Rs =min(Rsn/1.5; 220) min(280000 /1.5; 220000) 186667= = (kN/m2) →Qvl =Ru*Ab+Rs*As =[6000*(0.7854 0.0044) 186667*0.0044] 5507− + = (kN) 7.9.2. Sức chịu tải của cọc theo đất nền
-12.3 m -7.2 m
-14.5 m
-34.5 m -36.6 m
-46.8 m
z =-11.25 m
z =-24.5 m
z =-35.55 m
z =-39.3 m
1
2
3
4
1
2
3
4 5 BH1
-0.8 m
-44 m -8 m -6 m
7.9.2.1. Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (phụ lục A TCXD 205 : 1998)
Khả năng chịu tải cọc đơn được phép sử dụng là Qtc kèm theo hệ số ktc (Qtc : không phải là giá trị phá hoại của cọc )
a tc
tc
Q Q
= k Trong đó:
Qa- sức chịu tải cho phép của cọc (kN)
Qtc- sức chịu tải tiêu chuẩn tính theo đất nền của cọc đơn (kN) ktc- hệ số an toàn được lấy như sau:
= 1.4 cho móng trên 21 cọc.
= 1.55 cho móng 11 đến 20 cọc.
= 1.65 cho móng 6 đến 10 cọc.
= 1.75 cho móng có dưới 6 cọc.
Qtc =mR*qp*Ap+u∑mf *fsi*li(công thức A7 TCXD 205:1998) - Tính sức chịu tải cực hạn do mũi cọc: Qmũi =mR*qp*Ap
mR- hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc 1mR = Ap- diện tích tiết diện mũi cọc Ap =7854cm2=0.79 m2
qp- cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, với đất Sét: Tra bảng A7 TCXD 205 : 1998;
Chiều sâu mũi cọc
(m) Độ Sệt B qp
(kN/m2)
42 -0.04 4500
→ Qmũi =1* 4500*0.79 3555= (kN)
- Tính sức chịu tải cực hạn do ma sát thành cọc: Qma sát=u∑mf * fsi*li
Theo khuyến cáo của Tiêu chuẩn TCXD 205:1998. Để chính xác, chia các lớp đất thành các phần nhỏ có chiều dày ≤ 2m. Thực tế cho thấy nếu tính như trên thì phải nội suy rất nhiều vì bảng tra không cho khoảng cách 2m và tối đa 35m…Nên ta có thể để nguyên chiều dày lớp đất để tính và kết quả không sai lệch nhiều khi ta chia mỏng thành 2m để tính.
mf - hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc, phụ thuộc vào phương pháp tạo lỗ khoan. Tra bảng A5 phục lục A TCVN 205:1998 ta được:
Lớp đất Loại đất Bề dày li (m) mf
2 Cát 6.5 0.6
3 Cát pha sét 20 0.6
4 Cát 2.1 0.6
5 Sét 7.4 0.6
fsi- ma sát bên của lớp đất thứ i ở mặt bên của thân cọc. Tra bảng A2 phụ lục A của TCVN 205:1998 ta được:
Lớp đất Độ sâu trung bình zi
(m) Độ Sệt B fsi (kN/m2)
2 11.25 Cát hạt Thô 66.75
3 24.5 0.53 28.26
4 35.55 Cát hạt Trung 100
5 40.3 -0.04 100
Chu vi tiết diện cọc: u=π*D=3.14*1 3.14= (m)
→Qmasát=u∑mf * fsi*li =3.14*[(0.6*66.75*6.5) (0.6*28.26*20) (0.6*100*2.1)+ + + (0.6*100*7.4)] 3670+ = (kN)
Vậy Qtc =mR*qp*Ap+u∑mf * fsi*li =Qmũi + Qma sát =3555 3670 7225+ = (kN) Suy ra:
( ) 7225 1.75 4129
a coly tc tc
Q Q
= k = = (kN)
7.9.2.2. Theo chỉ tiêu cường độ đất nền (phụ lục B TCXD 205 : 1998)
Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền được tính theo công thức:
a s s p p
s p
A .F A .q
Q = FS + FS =
s s
FS Q +
P P
FS
Q (Theo tiêu chuẩn 205:1998) FSs - Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên FSs=2.
FSp - Hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc FSp=3.
- Theo số liệu trên thì cọc xuyên qua lớp đất 2 (Cát – chặt vừa) đoạn 6.7(m), lớp đất 3 (cát pha – dẻo) đoạn 20(m), lớp đất 4 (cát - chặt vừa đến chặt): 2.1(m), lớp đất số 5 ( Sét – cứng ) đoạn 7.4(m).
- Sức chịu tải cực hạn do mũi cọc: QP =Ap +qp Diện tích tiết diện tại mũi cọc:
2 2
* *100
4 4 7854
p
A =π D =π =
(cm2)
Cường độ chịu tải của đất nền dưới mũi cọc xác định theo công thức:
qp =c N* c+Nq*σv'
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 205-1998 cho phép tính khả năng chịu tải của cọc đơn theo công thức của Meyerhof, trong đó biểu đồ tra Nq lấy theo Berezantsev (1961). Khi dùng bảng tra này, ta không thể tra được khi ϕ < 25o và thực tế bảng tra này cho giá trị Nq nhỏ - phù hợp đối với trường hợp cọc khoan nhồi và cọc Barrete. Còn đối với cọc Ép thì dùng bảng tra của Meyerhof. Đồng thời, không dùng bảng tra của Terzaghi vì Bảng tra này chỉ dùng cho Móng Nông.
Mũi cọc được đặt trong Lớp đất 5 ( Sét – cứng ) có: c = 50 kN/m2 ,ϕ= 18o30’, giá trị ma sát ϕ này được giảm đi 3o→ϕ= 18o30’ - 3o = 15o30’ = 15.5o
→ tra bảng theo Meyerhof ta được: Nq = 6; Nc = 45
σv - Ứng suất có hiệu theo phương thẳng đứng do đất nền gây ra tại cao trình mũi cọc:
→ σv = γ *h = (9.6*7.4) + (9.5*2.1) + (9.1*20) + (2.2*8.4 + 5.1*18.4) + (7.2*20.7) = 534.35 (kN/m2)
→ qp =c N* c+Nq*σv' =50*45 6*534.35 5456.1+ = (kN/m2) Vậy QP = Ap*qp =0.79*5456.1 4310= (kN)
- Sức chịu tải do ma sát xung quanh cọc: Qs =u∑ fsi*Li Chu vi tiết diện cọc: u=π*D=π*1 3.14= (m)
Lực ma sát bên đơn vị tác dụng lên cọc:
fsi = −(1 sinϕ σ ϕa) vtg a+ca =ksσ ϕv'tg a+ca
Trong đó:
ca =0.7*c và ϕa =0.7*ϕ σv =γ'*zi
Với mỗi lớp đất ta tính giá trị fs ứng với mỗi giá trị σv tại vị trí giữa lớp đất đó:
Lớp đất 1: γ = 20.7(kN/m3). Dày 7.2(m)
Lớp đất 2: L1 = 6.7(m), z1 =11.25(m), c = 4.9(kN/m2),ϕ = 28o 30’, γ = 18.4(kN/m3), γ' =8.4(kN/m3)
σv =γ*z=(18.4*3.95) (20.7*7.2) 221.72+ = (kN/m2)
fs1= −(1 sin(0.7*28.5 ))*221.72* (0.7*28.5 ) 0.7*4.9 56.450 tg 0 + = (kN/m2) Lớp đất 3: L2 = 20(m), z2 =24.5(m), c = 10.2(kN/m2),ϕ = 23o 40’, γ' =9.1(kN/m3) σv =γ*z=(9.1*10) (8.4*2.2 18.4*5.1) (20.7*7.2) 352.36+ + + = (kN/m2) fs2 = −(1 sin(0.7*23 40 ))*352.36* (0.7*23 40 ) 0.7*10.2 82.070 ' tg 0 ' + = (kN/m2) Lớp đất 4: L3 = 2.1(m), z3 =35.55(m), c = 3.8(kN/m2),ϕ = 28o, γ' =9.5(kN/m3)
σv =γ*z=(9.5*1.05) (9.1*20) (8.4*2.2 18.4*5.1) (20.7*7.2) 453.3+ + + + = (kN/m2) fs3 = −(1 sin(0.7*28 ))*453.3* (0.7*28 ) 0.7*3.8 109.90 tg 0 + = (kN/m2)
Lớp đất 5: L4 = 7.4(m), z4 =40.3(m), c = 50(kN/m2),ϕ = 18o30’, γ' =9.6(kN/m3) σv =γ*z=(9.6*3.7) (9.5*2.1) (9.1*20) (8.4*2.2 18.4*5.1) (20.7*7.2)+ + + + + = 498.83 (kN/m2)
fs4 = −(1 sin(0.7*18 30 ))*498.83* (0.7*18 30 ) 0.7*50 1240 ' tg 0 ' + = (kN/m2) Vậy Qs =u∑ fsi*Li =3.14*(56.45*6.7 82.07*20 109.9*2.1 124*7.4) 9948+ + + = (kN)
→ Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền:
a s s p p
s p
A .F A .q
Q = FS + FS 9948 4310
2 3 6411
s p
s p
Q Q
FS FS
= + = + = (kN)
7.9.3. Sức chịu tải dùng để thiết kế
Từ các giá trị sức chịu tải ta có giá trị thiết kế: thiên về an toàn, ta lấy giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sức chịu tải 4129Qtk = (kN)