Thiết kế công trình chung cư Thuận Việt

0.4x0.4 m, mũi cọc nằm trong lớp đất 5, tại cao độ -42.1m (so với mặt đất tự nhiên). - Chọn sơ bộ 8 f22 , Fa = 30.41cm2 - Dùng bê tông B30, Rn = 170 daN/cm2, cốt thép CIII có Ra = 3650 daN/cm2 cho cọc. - Chiều cao đài chọn sơ bộ là: hđ = 2m. - Đài cọc sâu 6.1 m (tính từ mặt đất tự nhiên) nằm trong lớp đất thứ 3. Xác định sức chịu tải của đất nền: Xác định sức chịu tải của cọc ép theo chỉ tiêu vật lý của đất nền : (PP thống kê tra bảng) Sức chịu tải cho phép của cọc đơn theo đất nền: trong đó: ktc – hệ số an toàn, lấy bằng 1.4; Qtc – sức chịu tải tiêu chuẩn, tính toán theo đất nền của cọc nhồi không mở rộng đáy, xác định theo công thức: (sách Nền và Móng – Lê Anh Hoàng _trang 141) với: mR – hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, mR = 0.7; FC – diện tích mũi cọc, Fc = 0.4x0.4= 0.16 m2; mf – hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc, lấy bằng 1 u – chu vi tiết diện ngang cọc, u = 0.4x4 = 1.6 m; qm – cường độ chịu tải của đất ở dưới mũi cọc, qm = 1450 T/m2 (Bảng tra 4.4_sách Nền và Móng – Lê Anh Hoàng _trang 141) – chiều dày của lớp đất thứ i (được chia) tiếp xúc với mặt bên cọc; – ma sát bên của lớp đất thứ i được chia (m) ở mặt bên của cọc Bảng xác định sức chịu tải của cọc ép theo đặc tính vật lý của đất nền Lớp đất Số thứ tự lớp mf l(m) z(m) fs (T/m2) mffsl (T/m) 3 1 1 0.17 2.085 3.16 0.54 4 2 1.22 2.78 3.39 4.14 3 1 3.89 3.95 3.95 4 2 5.39 4.08 8.16 5 2 7.39 4.34 8.68 6 2 9.39 4.54 9.08 7 2 11.39 4.74 9.48 8 2 13.39 4.94 9.88 9 2 15.39 5.14 10.28 10 2 17.39 5.34 10.68 11 2 19.39 5.54 11.08 12 2 21.39 5.74 11.48 13 2 23.39 5.94 11.88 14 2 25.39 6.14 12.28 15 2 27.39 6.34 12.68 16 2 29.39 6.54 13.08 17 2 31.39 6.71 13.42 18 2 33.39 6.87 13.74 5 19 1.61 35.195 10 16.10 ∑m.f.l 190.60 (T/m) Xác định sức chịu tải của cọc ép theo chỉ tiêu cường độ của đất nền c, : Sức chịu tải cho phép của cọc tính theo công thức: trong đó Qf – sức chịu tải cực hạn do ma sát bên Qm – sức chịu tải cực hạn do sức chống dưới mũi cọc - Tính toán sức chịu tải cực hạn do ma sát bên trong đó: u – chu vi ngoài của tiết diện ngang, u = 1.6m; li – chiều dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt bên cọc; fsi – ma sát đơn vị diện tích mặt bên cọc, tính theo công thức: với: + Ca – lực dính giữa thân cọc và đất; + ja – góc ma sát giữa cọc và đất nền; ( Lấy Ca = 0.7C, ja = 0.7j với C, j là lực dính và góc ma sát trong của đất nền) + Vi – ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng do trọng lượng bản thân cột đất tính tại giữa lớp đất Khi không có mực nước ngầm: Khi có mực nước ngầm: + KS – hệ số áp lực ngang trong đất, với cọc khoan nhồi thì xác định Bảng xác định sức chịu tải cực hạn do ma sát bên Qf Lớp đầt Li(m) hi (m) Ci (T/m2) j (O) g (T/m3) s (T/m2) K fs (T/m2) Qf (T) 3 0.17 2.085 2.39 14.63 1.904 3.97 0.897 2.31 0.63 4 32.22 18.28 0.41 27.9 1.888 16.23 0.638 3.91 201.66 5 1.61 35.2 4.97 15.27 2.013 35.66 0.884 9.47 24.39 ∑Qf 226.68 - Tính toán sức chịu tải cực hạn do sức chống dưới mũi cọc trong đó: Fc – diện tích tiết diện mũi cọc, Fc = 0.16 m2 γ – dung trọng đất nền dưới mũi cọc T/m3 D – tiết diện cọc, D= 0.4m C – lực dính đất nền dưới mũi cọc, C = 4.97 T/m2 = =30.7T/m2 Nc, Nq, Nγ – hệ số sức chịu tải phụ thuộc chủ yếu vào góc ma sát trong và hình dạng mũi cọc. Do cọc có tiết diện bé nên ta bỏ qua giá trị j= 15.270 => Nc =45, Nq =7 (Bảng tra 4.1/137-S.Nền và móng –Lê Anh Hoàng) Qm = 0.16x(4.97x45+ 7x30.7) = 70.17T Sức chịu tải cho phép: Vậy sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo các đặc trưng đất nền được chọn: Qa = min = 136.73 T. Khả năng chịu tải do vật liệu cọc: Pvl = φ.(Rn.Fc + Ra.Fa) = 0.8x(170x1600+3650 x 30.41) = 306.4T Để cọc có thể hạ đến độ sâu thiết kế thì giá trị vật lieu phải lớn hơn giá tri cực hạn của đất nền: Qu= Qm+Qf =226.68+70.14=296.85 < Pvl thỏa Xác định số lượng cọc và sơ đồ bố trí cọc trong đài: Xác định sơ bộ số lượng cọc: Công thức xác định sơ bộ số lượng cọc như sau: Chọn n = 7 cọc trong đó: Ntt – lực dọc tác dụng lên mặt móng, Ntt = 607.83T; K=1.4 – hệ số kể đến ảnh hưởng của momen. Sơ đồ bố trí cọc trong đài móng 2A: Diện tích thực tế của đài cọc: F đài = 9.57m2. Kiểm tra tải trọng dọc trục tác dụng lên từng cọc trong nhóm: Tải trọng dọc trục lớn nhất và nhỏ nhất do công trình tác dụng lên cọc trong nhóm : trong đó: Pott – tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài P0tt = Ntt + Wqu = 607.83 + 1.1x9.57x2x2.5 = 660.5T Moy – momen xoay quanh trục Oy tại đáy đài M0y = My + Qx.h = 2.58 + 2.88x2 = 8.34 Tm Mox – momen xoay quanh trục Ox tại đáy đài M0x = Mx + Qy.h = 5.31 + 30.72x2 = 66.75 Tm x – khoảng cách từ tim cọc đến trục Oy; y – khoảng cách từ tim cọc đến trục Ox P1 (T) P2(T) P3(T) P4(T) P5(T) P6(T) P7(T) 111.34 109.16 92.076 77.369 79.559 96.638 94.357 Kiểm tra: Pmaxtt + Pc = 111.3+14.96 = 126.3T < Qa = 136.73 T Pmintt = 77 > 0 (cọc chỉ chịu nén). Vậy, cọc thiết kế đảm bảo được khả năng chịu tải trọng dọc trục. Và cọc chỉ chịu nén nên không cần kiểm tra cọc chịu lực nhổ. Xác định độ lún cho móng 2A (theo trạng thái giới hạn II): Xác định kích thước khối móng qui ước: Người ta quan niệm rằng nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất, tải trọng của móng được truyền trên diện tích rộng hơn, xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy đài và nghiêng một góc a được tính như sau: Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của nền khối móng qui ước. Khi đó: Kích thước khối móng qui ước: Lm= L’ + 2Ltga = 2.9 + 2x34x tg(6.8) = 11m Bm= B’ + 2Ltga = 2.5 + 2x34x tg(6.8) = 10.5 m với: L’: khoảng cách giữa 2 mép cọc biên theo chiều dài B’: khoảng cách giữa 2 mép cọc biên theo chiều rộng L: chiều dài cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc. Diện tích đáy khối móng qui ước: F = 115.5 m2 Chuyển tải trọng về trọng tâm đáy khối móng qui ước: Tải trọng đứng N0 = Ntc+ Gđài + Gđất + Gcọc trong đó: Ntc – tải trọng tiêu chuẩn tại cao trình mặt đài, Ntt /1.2 = 506.53 T; Gđài – trọng lượng đài Gđài = Fhγtb = 115.5x2x2.5 = 577.5T Gđất – trọng lượng các lớp đất từ đáy đài đến mũi cọc (có xét đến đẩy nổi) Gđất = (F- ΣFcọc)x ΣhiγiII = (115.5-1.12)x(0.17x1.904+32.22x0.888+1.61x1.013) = 3496.14T Gcọc – trọng lượng cọc Gcọc = ncFcLγđn = 7x0.16x34x2.5 = 95.2T. Vậy: N0 = 506.53 + 577.5 + 3496.14 + 95.2 = 4675.37T. Momen: Momen tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: M0 = Mtc + Qtc(L + hđài) Suy ra: M0xtc = 4.425 + 2.4 x(34+2) = 90.83Tm M0ytc = 2.15+25.6x(34+2) = 923.75 Tm. Tính áp lực của đáy khối móng qui ước truyền cho nền: Độ lệch tâm: Áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối móng qui ước: T/m2 T/m2 T/m2 Xác định cường độ tính toán của đất nền tại đáy khối móng qui ước: trong đó: ktc – hệ số độ tin cậy, ktc = 1.1 (trang 33_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) m1, m2 – hệ số điều kiện kàm việc của đất nền, m1 = 1.2, m2 = 1.2 Bm – cạnh ngắn của khối móng qui ước, Bm = 10.5 m Zm – chiều cao khối móng qui ước, Zm = 36 m γ'II – dung trọng của lớp đất dưới đáy khối móng qui ước (có kể đến đẩy nổi) γ’II = 2.013 – 1 = 1.013 T/m3 γ’I – dung trọng trung bình của các lớp đất từ đáy khối móng qui ước trở lên (có kể đến đẩy nổi) = 0.9T/m3 A, B, D – hệ số tùy thuộc góc ma sát trong của đất dưới đáy khối móng qui ước j = 15.27 0, tra bảng được A=0.33, B=2.33, D=4.89 (trang 8_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) C – lực dính đơn vị của đất dưới đáy khối móng qui ước, C = 4.97 T/m2 h0 – chiều sâu nền tầng hầm, h0 = 6.1m. Suy ra : = 135.2T/m2 Kiểm tra điều kiện: T/m2 < 1.2Rtc = 162.3T/m2 T/m2 < Rtc = 135.2T/m2 Do đó có thể tính toán độ lún của nền đất dưới khối móng qui ước theo quan niệm nền biến dạng đàn hồi tuyến tính. Xác định độ lún của móng cọc đài đơn: Ứng suất gây lún tại đáy khối móng qui ước: T/m2 Chia đất nền dưới đáy móng khối qui ước thành các lớp bằng nhau có chiều dày h = 1m. Từ điều kiện: Þ Xác định Z. Công thức tính toán độ lún (trang172_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) với: - β o = 0.74 - hi – chiều dày phân tố thứ i, hi = 1 m; - – ứng suất gây lún ở giữa lớp phân tố thứ i, với hệ số Ko (trang 30_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) Từ e, p ta suy ra các đặc trưng nén lún a.a0,E0 - Eo–mođun biến dạng trung bình của lớp đất thứ 5 dưới mũi cọc: E1-2 E2-4 E4-8 kG/cm2 56.67 113.98 224 Lấy E0 = 113.98kG/cm2 Kết quả tính toán độ lún cho móng cọc đài đơn 2A Z (m) hi (m) σbt (T/m2) Ko σgl (T/m2) 0.2*σbt (T/m2) σtb (daN/cm2) Eo (daN/cm2) Si (cm) 1 1 31.713 0.98 9.58 6.34 113.98 0.88 0.62 2 1 32.726 0.964 9.43 6.55 0.84 0.59 3 1 33.739 0.888 8.68 6.75 0.78 0.54 4 1 34.752 0.816 7.98 6.95 0.72 0.49 5 1 35.765 0.724 7.08 7.15  ∑Si 2.24 Độ lún cuối cùng: S = 2.24 cm < Sgh = 8 cm Như vậy, móng 2A được thiết kế thoả mãn yêu cầu về độ lún. Tính toán cọc chịu tải trọng ngang : Xác định tải trọng ngang tác dụng lên đầu cọc: Tải trọng ngang tác dụng lên đầu cọc gồm các lực cắt Qx và Qy đã xác định Qttx = Qtty = Liên kết giữa cọc và đài là liên kết ngàm. Chiều dài đoạn cọc ngàm trong đài là 0.66 m. Kiểm tra chuyển vị ngang và góc xoay đầu cọc: Tính toán cọc chịu tải trọng ngang (theo biến dạng) nhằm kiểm tra các điều kiện sau: trong đó: - chuyển vị ngang (m) và góc xoay (rad) của đầu cọc, xác định theo tính toán; - giá trị giới hạn cho phép của chuyển vị ngang (m) và góc xoay (rad) của đầu cọc, được qui định trong nhiệm vụ thiết kế nhà và công trình. Tính toán chuyển vị ngang của cọc (m) và góc xoay (rad) của đầu cọc theo các công thức sau: Dn = y0 + y0l0 + y = yo + trong đó: y0 – chuyển vị ngang của tiết diện cọc ở mức đáy đài y0 = HodHH + ModHM 0 – góc xoay của tiết diện cọc ở mức đáy đài 0 = HodMH + ModMM H, M – giá trị tính toán của lực cắt và momen uốn đầu cọc l0 – chiều dài đoạn cọc từ đáy đài đến mặt đất trong xây dựng dân dụng l0 = 0 H0 – giá trị lực cắt tại mỗi đầu cọc; M0 – giá trị momen tại mỗi đầu cọc, Mo = Mng (vì l0 = 0); Mng – giá trị momen ngàm tại vị trí cọc và đài; dHH – chuyển vị ngang của tiết diện (m/T) do lực Ho = 1; dHM – chuyển vị ngang của tiết diện (1/T) do moment Mo =1; dMH – góc xoay của tiết diện (1/T) do lực Ho = 1; dMM – góc xoay của tiết diện (1/(T.m)) do moment M0 = 1; Tất cả được xác định theo các công thức sau : A0, B0, C0 – hệ số không thứ nguyên (Bảng tra 4.17/194-S.Nền và móng –Lê Anh Hoàng) với Le: chiều sâu tính đổi của phần cọc trong đất, Le = abd.L; L: chiều sâu mũi cọc tính từ đáy đài. K – hệ số tỉ lệ. Khi tính toán cọc chịu lực ngang, cọc chỉ làm việc với đoạn cọc có chiều dài lah tính từ đáy đài. Chiều sâu ảnh hưởng của nền đất khi cọc chịu lực ngang được lấy như sau: Lah = 2(d + 1) = 2(0.4+1) = 2.8 m => K = 500 T/m4 (vì thuộc lớp á sét trạng thái dẻo). (Bảng tra 4.16/192-S.Nền và móng –Lê Anh Hoàng) abd – hệ số biến dạng, xác định theo công thức: bc – chiều rộng qui ước của cọc, được xác định như sau: Khi d ≥ 0.8m thì bc = d + 1m; Khi d< 0.8m thì bc = 1.5d + 0.5m. Suy ra: d = 0.4m thì bc = 1.5x0.4 + 0.5 =1.1m. Eb – mođun đàn hồi của bêtông cọc, Eb = 3.25x107 T/m2 (B30); I – momen quán tính của tiết diện ngang cọc. Áp dụng tính toán: Với K, bc, Eb, I như trên thì Chiều sâu tính đổi của cọc trong đất: Le = abd.L =0.38x34=12.92 m. => A0 = 2.441, B0 = 1.621, C0 = 1.751 (Bảng tra 4.17/194-S.Nền và móng –Lê Anh Hoàng) Suy ra: Do đó: Chuyển vị ngang đầu cọc được xác định như sau: Dnx = y0x = = 0.41x6.8x10-4 -10.8x1.73x10-4 = -16x10-4 m = -0.2 cm Dnx = -0.2 cm < 1 cm. Dny = y0y = = 4.39x6.8x10-4 -1x1.73x10-4 = 28x10-4 m = 0.3 cm Dnx = 0.3 cm < 1 cm. Vậy cọc thỏa mãn điều kiện chuyển vị ngang đầu cọc. Do cọc ngàm vào đài nên góc xoay đầu cọc = 0. Tính toán cốt thép đài cọc đơn: Kiểm tra chọc thủng cho đài cọc đơn: Chiều cao đài cọc đã xác định sơ bộ ở phần trên: hđài = 2 m. Điều kiện để đài cọc tuyệt đối cứng : và chọn h =1.2m , ho =1.05m Chiều cao đài cọc phải thoả mãn điều kiện không bị cột chọc thủng, thông thường, góc nghiêng của tháp chọc thủng là 450. Sơ đồ xác định tháp chọc thủng cho đài cọc đơn Ta chọn chiều cao đài hđài = 1.2 m và kiểm tra điều kiện để đài không bị xuyên thủng: Pxt 0.75 x Rk x Utb x ho Lưc xuyện thủng : Pxt = n.Ptb = 2 x 111.3 =222.6T n : số cọc nằm ngoài phạn vi xuyên thủng Với Rk :khả năng chịu kéo cùa bê tông Utb : chu vi xuyên thủng, Utb = 4 x (40 + 105) = 580 0.75 x Rk x Utb x ho = 0.75 x 12 x 580 x 105 = 548T Pxt = 222.6T thỏa điều kiện xuyên thủng Tính toán cốt thép cho đài cọc đơn: Chọn sơ đồ tính là dầm console có mặt ngàm tại tiết diện mép cột và tải trọng tác dụng là tổng phản lực của các cọc nằm ngoài mép cột, sơ đồ tính thép cho đài cọc như trên hình Sử dụng cốt thép CII có Ra = Ra’ = 2800 daN/cm2. Momen tại tiết diện ngàm: M dai= P’.L’ = (111.34+79.559)x0.3+96.638x0.95= 149.08Tm Mngan= P’’.L’ = (111.34+109.16)x0.75= 165.38Tm Diện tích cốt thép trong đài cọc theo mỗi phương được xác định theo công thức: cm2 cm2 Chọn 15ø22, a=230cm ( Fa = 47.13) để bố trí cho đài cọc theo cạnh dài Chọn 17ø22, a=170cm ( Fa = 253.41cm2) để bố trí cho đài cọc theo cạnh ngắn Kiểm tra cốt thép trong quá trình cẩu lắp: Cọc được cẩu lắp để vận chuyển và thi công , do cọc dài 11.4m nên ta bố trí 2 móc cẩu Qúa trình cẩu vận chuyển Qúa trình cẩu lắp Diện tích thép yêu cầu của cọc : Fchọn = 30.41cm2 Ta thấy giá trị mômen sinh ra trong quá trình vận chuyển và cẩu lắp không lớn nên lượng cốt thép đã chọn như trên đảm bảo được yêu cầu cẩu lắp. THIẾT KẾ MÓNG 2B: Tải trọng tác dụng lên móng: - Tải trọng truyền xuống móng thông qua hệ khung tại vị trí các chân cột. - Tổ hợp nội lực của cột 2B đã được xác định, chọn tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất cho móng 2B như sau:(Nmax, Mxtư, Mytư, Qxmax, Qymax) Lực tác dụng tại mặt móng 2B Nội lực Mx (T.m) My (T.m) N (T) Qx (T) Qy (T) Giá trị tính toán 2.32 -2.051 1027.57 2.99 3.4 Giá trị tiêu chuẩn 1.93 -1.71 856.31 2.49 2.83 Xác định sơ bộ chiều sâu đặt mũi cọc, đường kính cọc và chiều sâu đặt đài cọc: - Chọn cọc ép có tiết diên =( 0.4x0.4) m, mũi cọc nằm trong lớp đất 5, tại cao độ -42.1m (so với mặt đất tự nhiên). - Chọn sơ bộ 8f22 , Fa = 30.41cm2 - Dùng bê tông B30, Rn = 170 daN/cm2, cốt thép CIII có Ra = 3650 daN/cm2 cho cọc. - Chiều cao đài chọn sơ bộ là: hđ = 2 m. - Đài cọc sâu 6.1 m (tính từ mặt đất tự nhiên) nằm trong lớp đất thứ 3. Xác định sức chịu tải của đất nền: Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu vật lý của đất nền : (PP thống kê tra bảng) Sức chịu tải cho phép của cọc đơn theo đất nền: trong đó: ktc – hệ số an toàn, lấy bằng 1.4; Qtc – sức chịu tải tiêu chuẩn, tính toán theo đất nền của cọc nhồi không mở rộng đáy (sách Nền và Móng – Lê Anh Hoàng _trang 141) với: mR – hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, mR = 0.7; FC – diện tích mũi cọc, Fc = 0.16 m2; mf – hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc, lấy bằng 1 u – chu vi tiết diện ngang cọc, u = 1.6 m qm – cường độ chịu tải của đất ở dưới mũi cọc , qm = 1450T/m2 L : chiều dài cọc, L = 34 m – chiều dày của lớp đất thứ i (được chia) tiếp xúc với mặt bên cọc – ma sát bên của lớp đất thứ i được chia (m) ở mặt bên của cọc Bảng xác định sức chịu tải của cọc theo đặc tính vật lý của đất nền Lớp đất Số thứ tự lớp mf l(m) z(m) fs (T/m2) mffsl (T/m) 3 1 1 0.17 2.085 3.16 0.54 4 2 1.22 2.78 3.39 4.14 3 1 3.89 3.95 3.95 4 2 5.39 4.08 8.16 5 2 7.39 4.34 8.68 6 2 9.39 4.54 9.08 7 2 11.39 4.74 9.48 8 2 13.39 4.94 9.88 9 2 15.39 5.14 10.28 10 2 17.39 5.34 10.68 11 2 19.39 5.54 11.08 12 2 21.39 5.74 11.48 13 2 23.39 5.94 11.88 14 2 25.39 6.14 12.28 15 2 27.39 6.34 12.68 16 2 29.39 6.54 13.08 17 2 31.39 6.71 13.42 18 2 33.39 6.87 13.74 5 19 1.61 35.195 10 16.10 ∑m.f.l 190.60 (T/m) Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền c, : Sức chịu tải cho phép của cọc tính theo công thức: trong đó: Qf – sức chịu tải cực hạn do ma sát bên Qm – sức chịu tải cực hạn do sức chống dưới mũi cọc Tính toán sức chịu tải cực hạn do ma sát bên: trong đó: u – chu vi ngoài của tiết diện ngang, u = 1.6m li – chiều dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt bên cọc fsi – ma sát đơn vị diện tích mặt bên cọc, tính theo công thức: với: +Ca – lực dính giữa thân cọc và đất; + ja – góc ma sát giữa cọc và đất nền; ( Lấy Ca = 0.8C, ja = 0.8j với C, j là lực dính và góc ma sát trong của đất nền) + Vi – ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng do trọng lượng bản thân cột đất tính tại giữa lớp đất Khi không có mực nước ngầm: Khi có mực nước ngầm: + KS – hệ số áp lực ngang trong đất, với cọc khoan nhồi thì xác định Bảng xác định sức chịu tải cực hạn do ma sát bên Qf Lớp đầt Li(m) hi (m) Ci (T/m2) j (O) g (T/m3) s (T/m2) K fs (T/m2) Qf (T) 3 0.17 2.085 2.39 14.63 1.904 3.97 0.897 2.31 0.63 4 32.22 18.28 0.41 27.9 1.888 16.23 0.638 3.91 201.66 5 1.61 35.2 4.97 15.27 2.013 35.66 0.884 9.47 24.39 ∑Qf 226.68 Tính toán sức chịu tải cực hạn do sức chống dưới mũi cọc: trong đó: Fc – diện tích tiết diện mũi cọc, Fc = 0.16 m2; γ – dung trọng đất nền dưới mũi cọc T/m3; D – tiết diện cọc, D = 0.4 m; C – lực dính đất nền dưới mũi cọc, C = 4.97 T/m2; = = 30.7 T/m2 Nc, Nq, Nγ – hệ số sức chịu tải phụ thuộc chủ yếu vào góc ma sát trong và hình dạng mũi cọc. Do cọc có tiết diện bé nên ta bỏ qua giá trị j= 15.270 => Nc =45, Nq =7 (Bảng tra 4.1/137-S.Nền và móng –Lê Anh Hoàng) Qm = 0.16x(4.97x45+ 7x30.7) = 70.1T Sức chịu tải cho phép: Vậy sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo các đặc trưng đất nền được chọn: Qa = min = 136.73 T. Khả năng chịu tải do vật liệu cọc: Pvl = φ.(Rn.Fc + Ra.Fa) = 0.8x(170x1600+3650 x 30.41) = 306.4T Để cọc có thể hạ đến độ sâu thiết kế thì giá trị vật liệu phải lớn hơn giá tri cực hạn của đất nền: Qu= Qm+Qf =226.68+70.14=296.85 < Pvl thỏa. Xác định số lượng cọc và sơ đồ bố trí cọc trong đài: Xác định sơ bộ số lượng cọc: Công thức xác định sơ bộ số lượng cọc như sau: Chọn n = 11cọc trong đó: Ntt – lực dọc tác dụng lên mặt móng, Ntt = 1027.57T; K – hệ số kể đến ảnh hưởng của momen. Sơ đồ bố trí cọc trong đài móng 2B: Diện tích thực tế của đài cọc: F đài = 3x4.4= 13.2 m2 Kiểm tra tải trọng dọc trục tác dụng lên từng cọc trong nhóm: Tải trọng dọc trục lớn nhất và nhỏ nhất do công trình tác dụng lên cọc trong nhóm : trong đó: Pott – tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài P0tt = Ntt + Wqu = 1027.57 + 13.2x2x2.5 = 1093.57T Moy – momen xoay quanh trục Oy tại đáy đài M0y = My + Qx.h = 2.051 + 2.99x2 = 8.031 Tm Mox – momen xoay quanh trục Ox tại đáy đài M0x = Mx + Qy.h = 2.322 + 3.4x2 = 9.122 Tm x – khoảng cách từ tim cọc đến trục Oy; y – khoảng cách từ tim cọc đến trục Ox. P1(T) P2(T) P3(T) P4(T) P5(T) P6(T) P7(T) P8(T) P9(T) P10(T) P11(T) 101.5 100.7 100.2 99.6 97.5 98.1 98.7 99.2 98.9 99.4 99.97 Kiểm tra: Pmaxtt + Pc = 101.54+14.96= 116.5T < Qa = 136.73T Pmintt = 97> 0 (cọc chỉ chịu nén). Vậy, cọc thiết kế đảm bảo được khả năng chịu tải dọc trục. Và cọc chỉ chịu nén nên không cần kiểm tra cọc chịu lực nhổ. 6. Xác định độ lún cho móng 2B (theo trạng thái giới hạn II): a. Xác định kích thước khối móng qui ước: Người ta quan niệm rằng nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất, tải trọng của móng được truyền trên diện tích rộng hơn, xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy đài và nghiêng một góc a được tính như sau: Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của nền khối móng qui ước. Khi đó: Kích thước khối móng qui ước: Lm= L’ + 2Ltga = 4+ 2x34x tg(6.8) = 12.1 m Bm = B’ + 2Ltga = 2.6+ 2x34x tg(6.8) = 10.7 m với: L’: khoảng cách giữa 2 mép biên cọc theo phương dài B’ : khoảng cách giữa 2 mép biên cọc theo phương ngắn L: chiều dài cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc. Diện tích đáy khối móng qui ước: F = 129.47 b. Chuyển tải trọng về trọng tâm đáy khối móng qui ước: Tải trọng đứng: N0 = Ntc+ Gđài + Gđất + Gcọc trong đó: Ntc – tải trọng tiêu chuẩn tại cao trình mặt đài, Ntt /1.2 = 856.31 T Gđài – trọng lượng đài Gđài = Fhγtb = 138.75x2x2.5= 693.75 T; Gđất – trọng lượng các lớp đất từ đáy đài đến mũi cọc (có xét đến đẩy nổi) Gđất = (F- ΣFcọc)x ΣhiγiII = (129.47-1.76)x(0.17x1.904+32.22x0.888+1.61x1.013) = 3903.6T Gcọc – trọng lượng cọc Gcọc = ncFcLγđn = 11x0.16x34 = 59.84 T N0 = 856.31+ 693.75+3903.6+59.84= 5513.5T Momen: Momen tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: M0 = Mtc + Qtc(L + hđài) Suy ra: M0xtc = 1.93 + 2.49 x (34+2) = 91.57Tm M0ytc = 1.71 + 2.38 x (34+2) = 87.39 Tm. c. Tính áp lực của đáy khối móng qui ước truyền cho nền: Độ lệch tâm: Áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối móng qui ước: T/m2 T/m2 T/m2 d. Xác định cường độ tính toán của đất nền tại đáy khối móng qui ước: trong đó: ktc – hệ số độ tin cậy, ktc = 1.1 (trang 33_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) m1, m2 – hệ số điều kiện kàm việc của đất nền, m1 = 1.2, m2 = 1.2 Bm – cạnh ngắn của khối móng qui ước, Bm = 10.7 m; Zm – chiều cao khối móng qui ước, Zm = 36 m; γ'II – dung trọng của lớp đất dưới đáy khối móng qui ước (có kể đến đẩy nổi) γ’II = 2.013– 1 = 1.013 T/m3 γ’I – dung trọng trung bình của các lớp đất từ đáy khối móng qui ước trở lên (có kể đến đẩy nổi); = 0.9T/m3 A, B, D – hệ số tùy thuộc góc ma sát trong của đất dưới đáy khối móng qui ước; j = 15.27 0, tra bảng được A=0.33, B=2.33, D=4.89 (trang 8_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) C – lực dính đơn vị của đất dưới đáy khối móng qui ước, C = 4.97 T/m2 h0 – chiều sâu nền tầng hầm, h0 = 6.1m. Suy ra : = 135.5T/m2 Kiểm tra điều kiện: T/m2 < 1.2Rtc = 162.6T/m2 T/m2 < Rtc = 135.5/m2 Do đó có thể tính toán độ lún của nền đất dưới khối móng qui ước theo quan niệm nền biến dạng đàn hồi tuyến tính. e. Xác định độ lún của móng cọc khoan nhồi đài đơn: - Ứng suất gây lún tại đáy khối móng qui ước: T/m2 - Chia đất nền dưới đáy móng khối qui ước thành các lớp bằng nhau có chiều dày h = 1m. - Từ điều kiện: Þ Xác định Z. Công thức tính toán độ lún (trang172_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) với: β i = 0.74 (đất sét) hi – chiều dày phân tố thứ i, hi = 1 m – ứng suất gây lún ở giữa lớp phân tố thứ i, với hệ số Ko (trang 30_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) Từ e, p ta suy ra các đặc trưng nén lún a.a0, E0 Eo–mođun biến dạng trung bình của lớp đất thứ 5 dưới mũi cọc: E1-2 E2-4 E4-8 kG/cm2 56.667 113.98 224 Lấy E0 = 113.98 kG/cm2 Sơ đồ xác định bt và gl cho móng cọc đài đơn Tính toán độ lún cho móng cọc đài đơn Z (m) hi (m) σbt (T/m2) Ko σgl (T/m2) 0.2*σbt (T/m2) σtb (daN/cm2) Eo (daN/cm2) Si (cm) 1 1 31.713 0.982 11.68 6.34 113.98 1.16 0.75 2 1 32.726 0.964 11.44 6.55 1.10 0.72 3 1 33.739 0.904 10.65 6.75 1.02 0.66 4 1 34.752 0.832 9.80 6.95 0.93 0.60 5 1 35.765 0.753 8.73 7.15 0.82 2.73 6 1 36.778 0.667 7.70 7.36 0.72 0.47 7 1 37.791 0.586 6.78 7.56  ∑Si 5.94 Độ lún cuối cùng: S = 5.94 cm < Sgh = 8 cm Như vậy, móng 2B được thiết kế thoả mãn yêu cầu về độ lún. 7. Tính toán cốt thép đài cọc đơn: Kiểm tra chọc thủng cho đài cọc đơn: Chiều cao đài cọc đã xác định sơ bộ ở phần trên: hđài = 2 m. Điều kiện để đài cọc tuyệt đối cứng : và Chiều cao đài cọc phải thoả mãn điều kiện không bị cột chọc thủng, thông thường, góc nghiêng của tháp chọc thủng là 450. Sơ đồ xác định tháp chọc thủng cho đài cọc đơn Ta chọn chiều cao đài hđài = 1.2 m và kiể tra điều kiện để đài không bị xuyên thủng: Pxt 0.75 x Rk x Utb x ho Lưc xuyện thủng : Pxt = n.Ptb = 4 x 101.29 =405.16T n : số cọc nằm ngoài phạn vi xuyên thủng Với Rk :khả năng chịu kéo cùa bê tông Utb : chu vi xuyên thủng, Utb = 4 x (40 + 125) = 660 0.75 x Rk x Utb x ho = 0.75 x 12 x 660 x 125 = 742.5T Pxt = 405.16T thỏa điều kiện xuyên thủng Tính toán cốt thép cho đài cọc đơn: Chọn sơ đồ tính là dầm console có mặt ngàm tại tiết diện mép cột và tải trọng tác dụng là tổng phản lực của các cọc nằm ngoài mép cột, sơ đồ tính thép cho đài cọc như trên hình : Chiều cao đài cọc hđài = 1.2 m => h0 = 1.2 – 0.15 = 1.05 m. Sử dụng cốt thép CII có Ra = Ra’ = 2800 daN/cm2. Momen tại tiết diện ngàm: P = (101.29+97.54)/2 = 99.42T M ngắn= P’.L’ = 0.75x4x99.42= 298.25Tm Mdài= P’’.L’ = 2x99.42x0.25+99.42x0.85+2x99.42x1.45= 422.54 Tm Diện tích cốt thép trong đài cọc theo mỗi phương được xác định theo công thức: cm2 cm2 Chọn 23ø25, a=130cm ( Fa = 112.9cm2) để bố trí cho đài cọc theo cạnh ngắn Chọn 33ø25, a=130cm ( Fa = 137.45cm2) để bố trí cho đài cọc theo cạnh dài Kiểm tra cốt thép trong quá trình cẩu lắp: Cọc được cẩu lắp để vận chuyển và thi công , do cọc dài 11.4m nên ta bố trí 2 móc cẩu Qúa trình cẩu vận chuyển Qúa trình cẩu lắp Diện tích thép yêu cầu của cọc : Fchọn = 30.41cm2 Ta thấy giá trị mômen sinh ra trong quá trình vận chuyển và cẩu lắp không lớn nên lượng cốt thép đã chọn như trên đảm bảo được yêu cầu cẩu lắp. CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN MÓNG CỌC KHOAN NHỒI ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG: Các công trình nhà cao tầng thường có tải trọng truyền xuống móng lớn, với điều kiện địa chất công trình ở Thành phố Hồ Chí Minh tầng đất tốt nằm ở độ sâu lớn, lại trong vùng dân cư đông đúc, thường là xây chen cho nên cọc khoan nhồi được dùng khá nhiều. Trong xây dựng cầu, cọc nhồi đường kính lớn cũng đã được ứng dụng làm móng cầu Việt Trì, cầu Mỹ Thuận … Ưu điểm Sức chịu tải lớn, có thể đạt hàng nghìn tấn. Số lượng cọc cho mỗi móng ít. Khi thi công không gây chấn động đáng kể nên không ảnh hưởng về phương diện chấn động đối với công trình lân cận. Không gây tiếng ồn đáng kể như khi đóng cọc. Nếu chịu tải đúng tâm thì có thể không đặt cốt thép cho cọc mà chỉ cần đặt thép chờ để liên kết vời đài cọc hoặc với cột, do vậy tiết kiệm được thép … Nhược điểm Giá thành còn cao so với các loại cọc khác. Khi thi công, việc giữ thành hố khoan có thể rất khó khăn. Khi khoan để tạo cọc nhồi đường kính lớn gần móng các ngôi nhà đang sử dụng nếu không dùng ống chống vách đầy đủ hay không dùng cọc ván để kè neo cẩn thận thì móng công trình lân cận có thể bị hư hỏng. Chất lượng bêtông cọc thường thấp vì không được đầm. Trong thực tế gặp không ít trường hợp cọc nhồi bị khuyết tật trầm trọng. Khi cọc đã thi công xong nếu phát hiện ra khuyết tật trầm trọng thì việc xử lý gặp rất nhiều khó khăn và rất tốn kém. Khi cọc nhồi đường kính lớn có chiều dài lớn thì trọng lượng bản thân của cọc tính đến chân cọc sẽ lớn làm tăng tải trọng truyền xuống nền. Phạm vi áp dụng: Thích hợp với tất cả các loại nền đất, đá. Thích hợp cho móng có tải trọng lớn như: nhà cao tầng có tầng hầm, các công trình cầu, v.v.. . THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI ĐÀI ĐƠN MÓNG 2A: Theo TCXD 205 : 1998, cọc và móng cọc được thiết kế theo các trạng thái giới hạn. Trạng thái giới hạn của móng cọc được phân thành hai nhóm: Nhóm thứ nhất gồm các tính toán: + Sức chịu tải giới hạn của cọc theo điều kiện đất nền. + Độ bền của vật liệu làm cọc và đài cọc. + Độ ổn định của cọc và móng. Nhóm thứ hai gồm các tính toán: + Độ lún của nền cọc và móng. +Chuyển vị ngang của cọc và móng. +Hình thành vết nứt trong cọc và đài cọc bằng bê tông cốt thép. Tải trọng tác dụng lên móng - Tải trọng truyền xuống móng thông qua hệ khung tại vị trí các chân cột. - Tổ hợp nội lực của cột 2A đã được xác định, chọn tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất cho móng 2A như sau:(Nmax, Mxtư, Mytư, Qxmax, Qymax) Lực tác dụng tại mặt móng 2A Nội lực Mx (T.m) My (T.m) N (T) Qx (T) Qy (T) Giá trị tính toán 5.31 2.58 607.83 2.88 30.72 Giá trị tiêu chuẩn 4.425 2.15 506.53 2.4 25.6 Xác định sơ bộ chiều sâu đặt mũi cọc, đường kính cọc, chiều sâu đặt đài cọc: - Chọn cọc nhồi có đường kính d = 0.8 m, mũi cọc nằm trong lớp đất 7, tại cao độ -54m (so với mặt đất tự nhiên). - Chọn sơ bộ 16 f14, Fa = 24.62cm2 - Dùng bê tông B30, Rn = 170 daN/cm2, cốt thép CII có Ra = 2800 daN/cm2 cho toàn bộ phần đài cọc và cọc. - Chiều cao đài chọn sơ bộ là: hđ = 2 m. - Đài cọc sâu -6.1 m (tính từ mặt đất tự nhiên) nằm trong lớp đất thứ 3. Xác định sức chịu tải của đất nền: Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo chỉ tiêu vật lý của đất nền : (PP thống kê tra bảng) Sức chịu tải cho phép của cọc đơn theo đất nền: trong đó: ktc – hệ số an toàn, lấy bằng 1.75 Qtc – sức chịu tải tiêu chuẩn, tính toán theo đất nền của cọc nhồi không mở rộng đáy, xác định theo công thức: (sách Nền và Móng – Lê Anh Hoàng _trang 141) với: mR – hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, mR = 1 FC – diện tích mũi cọc, Fc = pd2/4 = 3.14´0.82/4 = 0.502 m2; mf – hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc, lấy bằng 0.6 u – chu vi tiết diện ngang cọc, u = pd = 3.14x0.8= 2.512 m; qm – cường độ chịu tải của đất ở dưới mũi cọc qm = 0.75b(gI’dpAk0 + agILBk0) trong đó: b, Ak0,a, Bk0: hệ số không thứ nguyên gI’: trị tính toán của trọng lượng thể tích đất ở phía dưới mũi cọc (có kể đến đẩy nổi); gI : trị tính toán trung bình (theo các lớp) của trọng lượng thể tích đất ở phía trên mũi cọc (có kể đến đẩy nổi); L : chiều dài cọc, L = 46 m; dp : đường kính của cọc nhồi, dp = 0.8 m. Ta có: jI = 33.250 Þ b = 0.249; Ak0= 51.44; a = 0.67; Bk0 = 92.53; g’I = 1.987 -1.0 = 0.987 T/m3 gI = T/m3 Þ qm = 0.75b(gI’dpAk0 + agILBk0) = 0.75x0.249(0.987x0.8x51.44+ 0.67x0.994x46x92.53) = 536.96T/m2 – chiều dày của lớp đất thứ i (được chia) tiếp xúc với mặt bên cọc; – ma sát bên của lớp đất thứ i được chia (m) ở mặt bên của cọc Bảng xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo đặc tính vật lý của đất nền Lớp đất Số thứ tự lớp mf l(m) z(m) fs (T/m2) mffsl (T/m) 3 1 0.6 0.17 2.085 3.16 0.32 4 2 1.22 2.78 3.39 2.48 3 1 3.89 3.95 2.37 4 2 5.39 4.08 4.90 5 2 7.39 4.34 5.21 6 2 9.39 4.54 5.45 7 2 11.39 4.74 5.69 8 2 13.39 4.94 5.93 9 2 15.39 5.14 6.17 10 2 17.39 5.34 6.41 11 2 19.39 5.54 6.65 12 2 21.39 5.74 6.89 13 2 23.39 5.94 7.13 14 2 25.39 6.14 7.37 15 2 27.39 6.34 7.61 16 2 29.39 6.54 7.85 17 2 31.39 6.71 8.05 18 2 33.39 6.87 8.24 5 19 1.42 35.1 10 8.52 20 1 36.31 10 6.00 21 2 37.81 10 12.00 22 2 39.81 10 12.00 23 2 41.81 10 12.00 24 2 43.81 10 12.00 6 25 1.25 45.44 10 7.50 7 26 1.84 46.98 7 7.73  ∑ mffsl 182.45 (T/m) Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo chỉ tiêu cường độ của đất nền c, : Sức chịu tải cho phép của cọc tính theo công thức: trong đó: Qf – sức chịu tải cực hạn do ma sát bên; Qm – sức chịu tải cực hạn do sức chống dưới mũi cọc; - Tính toán sức chịu tải cực hạn do ma sát bên trong đó: u – chu vi ngoài của tiết diện ngang, u = 2.512m; li – chiều dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt bên cọc; fsi – ma sát đơn vị diện tích mặt bên cọc, tính theo công thức: với: +Ca – lực dính giữa thân cọc và đất; + ja – góc ma sát giữa cọc và đất nền; ( Lấy Ca = 0.7C, ja = 0.7j với C, j là lực dính và góc ma sát trong của đất nền) + Vi – ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng do trọng lượng bản thân cột đất tính tại giữa lớp đất Khi không có mực nước ngầm: Khi có mực nước ngầm: + KS – hệ số áp lực ngang trong đất, với cọc khoan nhồi thì xác định Bảng xác định sức chịu tải cực hạn do ma sát bên Qf Lớp đầt Li(m) hi (m) Ci (T/m2) j (O) g (T/m3) s (T/m2) K fs (T/m2) Qf (T) 3 0.17 2.085 2.39 14.63 1.904 3.97 0.90 2.31 0.99 4 32.22 18.28 0.41 27.9 1.888 16.23 0.64 3.97 320.98 5 10.42 39.6 4.97 15.27 2.013 40.11 0.88 10.18 266.57 6 1.25 45.44 3.73 17.78 1.999 45.39 0.83 10.98 34.47 7 1.84 46.98 0.49 33.25 1.987 46.37 0.54 11.16 51.57 674.59 - Tính toán sức chịu tải cực hạn do sức chống dưới mũi cọc trong đó: Fc – diện tích tiết diện mũi cọc, Fc = 0.502 m2; γ – dung trọng đất nền dưới mũi cọc T/m3; D – đường kính cọc, D= 0.8 m; C – lực dính đất nền dưới mũi cọc, C = 0. 49 T/m2; = =42.69 T/m2 Nc, Nq, Nγ – hệ số sức chịu tải phụ thuộc chủ yếu vào góc ma sát trong và hình dạng mũi cọc. j= 33.250 => Nc =47, Nq =28.09, N =38.77 (Bảng tra 4.1/137-S.Nền và móng –Lê Anh Hoàng) Qm = 0.502x(0.49x47+ 28.09x42.69+ 0.987x0.8x38.77) = 628.9T Sức chịu tải cho phép: Vậy sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo các đặc trưng đất nền được chọn: Qa = min = 418.9 T. Xác định số lượng cọc và sơ đồ bố trí cọc trong đài: Xác định sơ bộ số lượng cọc: Công thức xác định sơ bộ số lượng cọc như sau: Chọn n = 2 cọc. trong đó: Ntt – lực dọc tác dụng lên mặt móng, Ntt = 607.83T; K – hệ số kể đến ảnh hưởng của momen. Sơ đồ bố trí cọc trong đài móng 2A: Diện tích thực tế của đài cọc: F đài = 6.4 m2 Kiểm tra tải trọng dọc trục tác dụng lên từng cọc trong nhóm: Tải trọng dọc trục lớn nhất và nhỏ nhất do công trình tác dụng lên cọc trong nhóm : trong đó: Pott – tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài; P0tt = Ntt + Wqu = 607.83 + 1.1x6.4x2x2.5 = 643.03T Moy – momen xoay quanh trục Oy tại đáy đài; M0y = My + Qx.h = 2.58 + 2.88x2 = 8.34 Tm Mox – momen xoay quanh trục Ox tại đáy đài; M0x = Mx + Qy.h = 5.31 + 30.72x2 = 66.75 Tm x – khoảng cách từ tim cọc đến trục Oy; y – khoảng cách từ tim cọc đến trục Ox. P1 (T) P2(T) 352.95 346 Kiểm tra: Pmaxtt + Pbt = 352.95+63.5 = 416.45 < Qa = 418.9 T Pmintt = 346> 0 (cọc chỉ chịu nén). Vậy, cọc thiết kế đảm bảo được khả năng chịu tải trọng dọc trục. Và cọc chỉ chịu nén nên không cần kiểm tra cọc chịu lực nhổ. 6. Xác định độ lún cho móng cọc khoan nhồi đài đơn (theo trạng thái giới hạn II) Xác định kích thước khối móng qui ước Người ta quan niệm rằng nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất, tải trọng của móng được truyền trên diện tích rộng hơn, xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy đài và nghiêng một góc a được tính như sau: Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của nền khối móng qui ước. Khi đó: Kích thước khối móng qui ước: Lm = L’ + 2Ltga = 3.2 + 2x46x tg(6.23) = 13.24m Bm = L’ + 2Ltga = 0.8 + 2x46x tg(6.23) = 10.84 m với: L’_khoảng cách giữa 2 mép cọc biên theo phương x B’_khoảng cách giữa 2 mép cọc biên theo phương y L _chiều dài cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc. Diện tích đáy khối móng qui ước: F = 143.52 m2 Chuyển tải trọng về trọng tâm đáy khối móng qui ước: Tải trọng đứng N0 = Ntc+ Gđài + Gđất + Gcọc trong đó: Ntc – tải trọng tiêu chuẩn tại cao trình mặt đài, Ntt /1.2 = 506.53 T; Gđài – trọng lượng đài và đất phía trên đài Gđài = Fhγtb = 143.52x2x2.5 = 717.61 T; Gđất – trọng lượng các lớp đất từ đáy đài đến mũi cọc (có xét đến đẩy nổi) Gđất = (AB- ΣFcọc)x ΣhiγiII = (143.52-5.024)x(0.17x1.904+32.22x0.888+10.42x1.013+1.25x0.999+ 1.84x0.987) = 5893.7 T Gcọc – trọng lượng cọc Gcọc = ncFcLγđn = 2x0.502x46x2.5 = 115.46T. Vậy: N0 = 506.53 + 717.61 + 5893.7 + 115.46 = 7233.3 T. Momen: Momen tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: M0 = Mtc + Qtc(L + hđài) Suy ra: M0xtc = 4.425 + 2.4 x(46+2) = 119.63Tm M0ytc = 2.15+25.6x(46+2) = 1230.95 Tm. c. Tính áp lực của đáy khối móng qui ước truyền cho nền: Độ lệch tâm: Áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối móng qui ước: T/m2 T/m2 T/m2 d. Xác định cường độ tính toán của đất nền tại đáy khối móng qui ước: trong đó: ktc – hệ số độ tin cậy, ktc = 1.1 (trang 33_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) m1, m2 – hệ số điều kiện kàm việc của đất nền, m1 = 1.2, m2 = 1.2 Bm – cạnh ngắn của khối móng qui ước, Bm = 10.84m; Zm – chiều cao khối móng qui ước, Zm = 45.9 m; γ'II – dung trọng của lớp đất dưới đáy khối móng qui ước (có kể đến đẩy nổi); γ’II = 1.987 – 1 = 0.987 T/m3 γ’I – dung trọng trung bình của các lớp đất từ đáy khối móng qui ước trở lên (có kể đến đẩy nổi); = 0.9T/m3 A, B, D – hệ số tùy thuộc góc ma sát trong của đất dưới đáy khối móng qui ước; j = 33.25 0, tra bảng được A=1.46, B=6.88, D=8.94; (trang 8_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) C – lực dính đơn vị của đất dưới đáy khối móng qui ước, C = 0.049 daN/cm2 = 0.49 T/m2 h0 – chiều sâu nền tầng hầm, h0 = 6.1m. Suy ra : = 398.24 T/m2 Kiểm tra điều kiện: T/m2 < 1.2Rtc = 477.9T/m2 T/m2 < Rtc = 398T/m2 Do đó có thể tính toán độ lún của nền đất dưới khối móng qui ước theo quan niệm nền biến dạng đàn hồi tuyến tính. e. Xác định độ lún của móng cọc khoan nhồi đài đơn: Ứng suất gây lún tại đáy khối móng qui ước: T/m2 Chia đất nền dưới đáy móng khối qui ước thành các lớp bằng nhau có chiều dày h = 1m. Từ điều kiện: Þ Xác định Z. Thấy : Công thức tính toán độ lún : với: - β i = 0.74, lấy theo qui phạm; - hi – chiều dày phân tố thứ i, hi = 1 m; - – ứng suất gây lún ở giữa lớp phân tố thứ i, với hệ số Ko (trang 30_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) Từ e, p ta suy ra các đặc trưng nén lún a.a0,E0 - Eo–mođun biến dạng trung bình của lớp đất thứ 5 dưới mũi cọc: E1-2 E2-4 E4-8 E8-16 kG/cm2 63.532 125.47 248.24 501.738 Lấy E0 = 248.24 kG/cm2 S= 0.23cm < 8cm móng thỏa mãn điều kiện lún. 7. Kiểm tra khả năng chịu lực của cọc theo vật liệu : Sức chịu tải theo vật liệu của cọc nhồi được xác định theo công thức: PVL = 0.7(RnA + RaFa ) trong đó: Rn – cường độ tính toán của bê tông cọc A – diện tích tiết diện cọc, A = 0.502m2 = 5020 cm2 Ra – cường độ tính toán của cốt thép Fa – diện tích tiết diện thép dọc trục, Fa = 24.62 cm2 PVL = Kiểm tra: Pmaxtt + Pc = 416.45T < PVL = 645T Vậy vật liệu làm cọc đủ khả năng chịu tải. 8. Tính toán đài cọc : Kiểm tra chọc thủng cho đài cọc đơn: Điều kiện để đài cọc tuyệt đối cứng : và chọn h =1.5m Chiều cao đài cọc phải thoả mãn điều kiện không bị cột chọc thủng, thông thường, góc nghiêng của tháp chọc thủng là 450. Sơ đồ xác định tháp chọc thủng cho đài cọc đơn Ta chọn chiều cao đài hđài = 1.5m đã thỏa điều kiện để đài không bị xuyên thủng: Tính toán cốt thép cho đài cọc đơn Chọn sơ đồ tính là dầm console có mặt ngàm tại tiết diện mép cột và tải trọng tác dụng là tổng phản lực của các cọc nằm ngoài mép cột, sơ đồ tính thép cho đài cọc như trên hình. Sơ đồ tính cốt thép cho đài cọc đơn theo phương x Chiều cao đài cọc hđài = 1.5 m => h0 = 1.5 – 0.15 = 1.35 m. Sử dụng cốt thép CII có Ra = Ra’ = 2800 daN/cm2. Momen tại tiết diện ngàm: Mx = P.L’ = 352.95x0.9= 317.66Tm Diện tích cốt thép trong đài cọc theo được xác định theo công thức: cm2 Chọn 16ø28, a=100cm ( Fa = 98.5cm2) để bố trí cho đài cọc theo phương x. Thép theo phương y được bố trí theo cấu tạochọn 20ø20, a=200cm . THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI ĐÀI ĐƠN MÓNG 2D: Tải trọng tác dụng lên móng: - Tải trọng truyền xuống móng thông qua hệ khung tại vị trí các chân cột. - Tổ hợp nội lực của cột 2B đã được xác định, chọn tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất cho móng 2B như sau:(Nmax, Mxtư, Mytư, Qxmax, Qymax) Lực tác dụng tại mặt móng 2B Nội lực Mx (T.m) My (T.m) N (T) Qx (T) Qy (T) Giá trị tính toán 2.32 -2.051 1027.57 2.99 3.4 Giá trị tiêu chuẩn 1.93 -1.71 856.31 2.49 2.83 Xác định sơ bộ chiều sâu đặt mũi cọc, đường kính cọc và chiều sâu đặt đài cọc: - Chọn cọc nhồi có đường kính d = 0.8 m, mũi cọc nằm trong lớp đất 7, tại cao độ -54m (so với mặt đất tự nhiên). Chọn sơ bộ 16 f14 , Fa = 24.62cm2 - Dùng bê tông B30, Rn = 170 daN/cm2, cốt thép CII có Ra = 2800 daN/cm2 cho toàn bộ phần đài cọc và cọc. - Chiều cao đài chọn sơ bộ là: hđ = 2 m. - Đài cọc sâu 6.1 m (tính từ mặt đất tự nhiên) nằm trong lớp đất thứ 3. Xác định sức chịu tải của đất nền: Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo chỉ tiêu vật lý của đất nền : (PP thống kê tra bảng) Sức chịu tải cho phép của cọc đơn theo đất nền: trong đó: ktc – hệ số an toàn, lấy bằng 1.75 Qtc – sức chịu tải tiêu chuẩn, tính toán theo đất nền của cọc nhồi không mở rộng đáy (sách Nền và Móng – Lê Anh Hoàng _trang 141) với: mR – hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, mR = 1 Fc – diện tích mũi cọc, Fc = pd2/4 = 3.14´0.82/4 = 0.502 m2 mf – hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc, lấy bằng 0.6 u – chu vi tiết diện ngang cọc, u = pd = 3.14x0.8= 2.512 m qm – cường độ chịu tải của đất ở dưới mũi cọc qm = 0.75b(gI’dpAk0 + agILBk0) trong đó: b, Ak0,a, Bk0: hệ số không thứ nguyên gI’: trị tính toán của trọng lượng thể tích đất ở phía dưới mũi cọc (có kể đến đẩy nổi) gI : trị tính toán trung bình (theo các lớp) của trọng lượng thể tích đất ở phía trên mũi cọc (có kể đến đẩy nổi); L : chiều dài cọc, L = 46 m dp : đường kính của cọc nhồi, dp = 0.8 m. Ta có: jI = 33.250 Þ b = 0.249; Ak0= 51.44; a = 0.67; Bk0 = 92.53; g’I = 1.987 -1.0 = 0.987 T/m3 gI = T/m3 Þ qm = 0.75b(gI’dpAk0 + agILBk0) = 0.75x0.249(0.987x0.8x51.44+ 0.67x0.994x46x92.53) = 536.96T/m2 – chiều dày của lớp đất thứ i (được chia) tiếp xúc với mặt bên cọc – ma sát bên của lớp đất thứ i được chia (m) ở mặt bên của cọc Bảng xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo đặc tính vật lý của đất nền Lớp đất Số thứ tự lớp mf l(m) z(m) fs (T/m2) mffsl (T/m) 3 1 0.6 0.17 2.085 3.16 0.32 4 2 1.22 2.78 3.39 2.48 3 1 3.89 3.95 2.37 4 2 5.39 4.08 4.90 5 2 7.39 4.34 5.21 6 2 9.39 4.54 5.45 7 2 11.39 4.74 5.69 8 2 13.39 4.94 5.93 9 2 15.39 5.14 6.17 10 2 17.39 5.34 6.41 11 2 19.39 5.54 6.65 12 2 21.39 5.74 6.89 13 2 23.39 5.94 7.13 14 2 25.39 6.14 7.37 15 2 27.39 6.34 7.61 16 2 29.39 6.54 7.85 17 2 31.39 6.71 8.05 18 2 33.39 6.87 8.24 5 19 1.42 35.1 10 8.52 20 1 36.31 10 6.00 21 2 37.81 10 12.00 22 2 39.81 10 12.00 23 2 41.81 10 12.00 24 2 43.81 10 12.00 6 25 1.25 45.44 10 7.50 7 26 1.84 46.98 7 7.73  ∑ mffsl 182.45 (T/m) Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo chỉ tiêu cường độ của đất nền c, : Sức chịu tải cho phép của cọc tính theo công thức: trong đó: Qf – sức chịu tải cực hạn do ma sát bên Qm – sức chịu tải cực hạn do sức chống dưới mũi cọc Tính toán sức chịu tải cực hạn do ma sát bên: trong đó: u – chu vi ngoài của tiết diện ngang, u = 2.512m li – chiều dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt bên cọc fsi – ma sát đơn vị diện tích mặt bên cọc, tính theo công thức: với: +Ca – lực dính giữa thân cọc và đất + ja – góc ma sát giữa cọc và đất nền ( Lấy Ca = 0.7C, ja = 0.7j với C, j là lực dính và góc ma sát trong của đất nền) + Vi – ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng do trọng lượng bản thân cột đất tính tại giữa lớp đất Khi không có mực nước ngầm: Khi có mực nước ngầm: + KS – hệ số áp lực ngang trong đất, với cọc khoan nhồi thì xác định: Bảng xác định sức chịu tải cực hạn do ma sát bên Qf Lớp đầt Li(m) hi (m) Ci (T/m2) j (O) g (T/m3) s (T/m2) K fs (T/m2) Qf (T) 3 0.17 2.085 2.39 14.63 1.904 3.97 0.90 2.31 0.99 4 32.22 18.28 0.41 27.9 1.888 16.23 0.64 3.97 320.98 5 10.42 39.6 4.97 15.27 2.013 40.11 0.88 10.18 266.57 6 1.25 45.44 3.73 17.78 1.999 45.39 0.83 10.98 34.47 7 1.84 46.98 0.49 33.25 1.987 46.37 0.54 11.16 51.57 674.59 Tính toán sức chịu tải cực hạn do sức chống dưới mũi cọc: trong đó: Fc – diện tích tiết diện mũi cọc, Fc = 0.502 m2 γ – dung trọng đất nền dưới mũi cọc T/m3 D – đường kính cọc, D= 0.8 m C – lực dính đất nền dưới mũi cọc, C = 0. 49 T/m2 = =42.69 T/m2 Nc, Nq, Nγ – hệ số sức chịu tải phụ thuộc chủ yếu vào góc ma sát trong và hình dạng mũi cọc. j= 33.250 => Nc =47, Nq =28.09, N =38.77 (Bảng tra 4.1/137-S.Nền và móng –Lê Anh Hoàng) Qm = 0.502x(0.49x47+ 28.09x42.69+ 0.987x0.8x38.77) = 628.9T Sức chịu tải cho phép: Vậy sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo các đặc trưng đất nền được chọn: Qa = min = 418.9 T. Xác định số lượng cọc và sơ đồ bố trí cọc trong đài: Xác định sơ bộ số lượng cọc: Công thức xác định sơ bộ số lượng cọc như sau: Chọn n = 4 cọc. trong đó: Ntt – lực dọc tác dụng lên mặt móng, Ntt = 1027.57T; K – hệ số kể đến ảnh hưởng của momen. Sơ đồ bố trí cọc trong đài móng 2B: Diện tích thực tế của đài cọc: F đài = 4x4x=16 m2. Kiểm tra tải trọng dọc trục tác dụng lên từng cọc trong nhóm: Tải trọng dọc trục lớn nhất và nhỏ nhất do công trình tác dụng lên cọc trong nhóm : trong đó: Pott – tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài; P0tt = Ntt + Wqu = 1027.57 + 16x2x2.5 = 1107.57 T Moy – momen xoay quanh trục Oy tại đáy đài; M0y = My + Qx.h = 2.051 + 2.99x2 = 8.031 Tm Mox – momen xoay quanh trục Ox tại đáy đài; M0x = Mx + Qy.h = 2.322 + 3.4x2 = 9.122 Tm x – khoảng cách từ tim cọc đến trục Oy. y – khoảng cách từ tim cọc đến trục Ox. P1 (T) P2(T) P3(T) P4(T) 280.47 277.12 273.32 276.67 -Kiểm tra: Pmaxtt + Pc = 280.47.09+63.5 = 343.97 T < Qa = 418.9T Pmintt = 273> 0 (cọc chỉ chịu nén). Vậy, cọc thiết kế đảm bảo được khả năng chịu tải trọng dọc trục. Và cọc chỉ chịu nén nên không cần kiểm tra cọc chịu lực nhổ. 6. Xác định độ lún cho móng cọc nhồi 2B (theo trạng thái giới hạn II): a. Xác định kích thước khối móng qui ước: Người ta quan niệm rằng nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất, tải trọng của móng được truyền trên diện tích rộng hơn, xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy đài và nghiêng một góc a được tính như sau: Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của nền khối móng qui ước. Khi đó: Kích thước khối móng qui ước: Bm = Lm= L’ + 2Ltga = 3.2 + 2x46x tg(6.23) = 13.24 m với: L’: khoảng cách giữa 2 mép biên cọc theo cả 2 phương; L: chiều dài cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc. Diện tích đáy khối móng qui ước: F = 175.3m2 b. Chuyển tải trọng về trọng tâm đáy khối móng qui ước: Tải trọng đứng: N0 = Ntc+ Gđài + Gđất + Gcọc trong đó: Ntc – tải trọng tiêu chuẩn tại cao trình mặt đài, Ntt /1.2 = 856.31 T Gđài – trọng lượng đài và đất phía trên đài Gđài = Fhγtb = 175.3x2x2.5= 867.49 T Gđất – trọng lượng các lớp đất từ đáy đài đến mũi cọc (có xét đến đẩy nổi) Gđất = (AB- ΣFcọc)x ΣhiγiII = (175.3-2.008)x(0.17x1.904+32.22x0.888+10.42x1.013+1.25x0.999+ 1.84x0.987) = 7374.4 T Gcọc – trọng lượng cọc Gcọc = ncFcLγđn = 4x0.502x45.9x2.5 = 230.42 T. Vậy: N0 = 856.31+ 867.49+7374.4+230.42= 9531.62 T. Momen: Momen tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: M0 = Mtc + Qtc(L + hđài) Suy ra: M0xtc = 1.93 + 2.49 x (45.9+2) = 116.22Tm M0ytc = 1.71 + 2.38 x (45.9+2) = 115.71 Tm. c. Tính áp lực của đáy khối móng qui ước truyền cho nền: Độ lệch tâm: Áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối móng qui ước: T/m2 T/m2 T/m2 d. Xác định cường độ tính toán của đất nền tại đáy khối móng qui ước: trong đó: ktc – hệ số độ tin cậy, ktc = 1.1 (trang 33_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) m1, m2 – hệ số điều kiện kàm việc của đất nền, m1 = 1.2, m2 = 1.2 Bm – cạnh ngắn của khối móng qui ước, Bm = 13.24 m Zm – chiều cao khối móng qui ước, Zm = 45.9 m γ'II – dung trọng của lớp đất dưới đáy khối móng qui ước (có kể đến đẩy nổi); γ’II = 1.987 – 1 = 0.987 T/m3 γ’I – dung trọng trung bình của các lớp đất từ đáy khối móng qui ước trở lên (có kể đến đẩy nổi); =0.9T/m3 A, B, D – hệ số tùy thuộc góc ma sát trong của đất dưới đáy khối móng qui ước j = 33.25 0, tra bảng được A=1.46, B=6.88, D=8.94 (trang 8_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) C – lực dính đơn vị của đất dưới đáy khối móng qui ước, C = 0.049 daN/cm2 = 0.49 T/m2 h0 – chiều sâu nền tầng hầm, h0 = 6.1m. Suy ra : = 402.77 T/m2 Kiểm tra điều kiện: T/m2 < 1.2Rtc = 483T/m2 T/m2 < Rtc = 402.77T/m2 Do đó có thể tính toán độ lún của nền đất dưới khối móng qui ước theo quan niệm nền biến dạng đàn hồi tuyến tính. e. Xác định độ lún của móng cọc khoan nhồi đài đơn: Ứng suất gây lún tại đáy khối móng qui ước: T/m2 Chia đất nền dưới đáy móng khối qui ước thành các lớp bằng nhau có chiều dày h = 1m Từ điều kiện: Þ Xác định Z. Công thức tính toán độ lún : với: - β i = 0.74, lấy theo qui phạm; - hi – chiều dày phân tố thứ i, hi = 1 m; - – ứng suất gây lún ở giữa lớp phân tố thứ i, với hệ số Ko (trang 30_s.nền và móng _Lê Anh Hoàng) Từ e, p ta suy ra các đặc trưng nén lún a.a0,E0 - Eo–mođun biến dạng trung bình của lớp đất thứ 5 dưới mũi cọc: E1-2 E2-4 E4-8 E8-16 kG/cm2 63.532 125.47 248.24 501.738 Lấy E0 = 248.24 kG/cm2 Hình 9.5: Sơ đồ xác định bt và gl cho móng cọc đài đơn Tính toán độ lún cho móng cọc đài đơn Z (m) hi (m) σbt (T/m2) Ko σgl (T/m2) 0.2*σbt (T/m2) σtb (daN/cm2) Eo (daN/cm2) Si (cm) 1 1 43.677 0.984 11.49 8.74 248.24 1.14 0.34 2 1 44.664 0.97 11.33 8.93 1.11 0.33 3 1 45.651 0.936 10.93 9.13 1.06 0.32 4 1 46.638 0.88 10.28 9.33 0.99 0.30 5 1 47.625 0.816 9.53 9.53 ∑Si  1.28 Độ lún cuối cùng: S = 1.21 cm < Sgh = 8 cm Như vậy, móng 2D được thiết kế thoả mãn yêu cầu về độ lún. 7. Kiểm tra khả năng chịu lực của cọc theo vật liệu : Sức chịu tải theo vật liệu của cọc nhồi được xác định theo công thức: PVL = 0.7(RnA + RaFa ) trong đó: Rn – cường độ tính toán của bê tông cọc A – diện tích tiết diện cọc, A = 0.502m2 = 5020 cm2 Ra – cường độ tính toán của cốt thép Fa – diện tích tiết diện thép dọc trục, Fa = 24.62 cm2 PVL = Kiểm tra: Pmaxtt + Pc = 343.97T < PVL = 645T Vậy vật liệu làm cọc đủ khả năng chịu tải. 8. Tính toán đài cọc đơn: Kiểm tra chọc thủng cho đài cọc đơn: Điều kiện để đài cọc tuyệt đối cứng : và chọn h =1.5m Chiều cao đài cọc phải thoả mãn điều kiện không bị cột chọc thủng, thông thường, góc nghiêng của tháp chọc thủng là 450. Sơ đồ xác định tháp chọc thủng cho đài cọc đơn Ta thấy chiều cao đài hđài = 1.5 m đã thỏa mãn điều kiện để đài không bị xuyên thủng. Tính toán cốt thép cho đài cọc đơn: Do phương x và phương y giống nhau nên ta tính thép cho một phương và bố trí thép cho cả phương còn lại Chọn sơ đồ tính là dầm console có mặt ngàm tại tiết diện mép cột và tải trọng tác dụng là tổng phản lực của các cọc nằm ngoài mép cột, sơ đồ tính thép cho đài cọc như trên hình Chiều cao đài cọc hđài = 1.5 m => h0 = 1.5 – 0.15 = 1.35 m. Sử dụng cốt thép CII có Ra = Ra’ = 2800 daN/cm2. Momen tại tiết diện ngàm: M = P.L’ = (280.47+277.12)x0.85 = 473.95Tm Diện tích cốt thép trong đài cọc theo mỗi phương được xác định theo công thức: cm2 Chọn 37ø22 a=110cm( Fa = 140.6 cm2) để bố trí cho đài cọc theo 2 phương.