Hướng dẫn Thiết Kế Móng Cọc và Tính Toán Sức Chịu Tải | Môn Nền móng 1 - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 58759230
Chương 4: Thiết kế móng cọc
1 .Dữ liệu thiết kế
1.1. Giá trị nội lực: MBMC III
Mặt bằng cột – MBMC III
• Hệ số vượt tải n = 1.2
• Giá trị nội lực tại chân cột 10 – G thuộc mặt bằng móng III
Bảng giá trị nội lực móng cọc 10 – G: Giá trị Q (kN) M (kNm) N (kN) Tiêu chuẩn 97 161.42 1603.17 Tính toán 116.4 193.7 1923.8
1.2. Vật liệu sử dụng Rb (MPa) 17 Bê tông B30 Rbt (MPa) 1.15 Thép Rs (MPa) 260 lOMoAR cPSD| 58759230 CB300 – V F Rsc (MPa) 260 ≤ 10 Rs (MPa) 350 CB400 – V F > 10 Rsc (MPa) 350
2. Thông số địa chất
Bảng thống kê địa chất móng sâu DCMC – DC03
Mực nước ngầm: -1m
Số liệu thống kê Tên
Hệ số rỗng với từng cấp áp lực lớp Độ sâu Chỉ tiêu thống kê γ I P I L c φ 0 50 100 200 400 Tiêu chuẩn
16.8 31.87 0.614 17.467 10.13 1.399 1.344 1.3 1.232 1.127 T Min 16.41 - - 17.095 8.665 - - - - - T G HK1 (0.6m) H Max 17.12 - - 17.838 11.58 - - - - - 1 HK2 (2.6m) I HK3 (2.5m) T Min 16.6 - - 17.247 9.266 - - - - - T G H Max 16.93 - - 17.868 10.98 I 9 - - - - - I
Sét, màu xám trắng – nâu vàng – xám nâu, trạng thái dẻo mềm Tiêu chuẩn 14.6 34.2 1.31 7.328 4.04 2.209 2.022 1.86 1.585 - T Min 14.32 - - 7.26 3.48 - - - - - HK1 (15.6m) T 2 HK2 (15.5m) G HK3 (15.3m) H Max 14.88 - - 7.397 4.598 - - - - - I T Min 14.43 - - 7.285 3.69 - - - - - T G H Max 14.77 - - 7.371 4.39 - - - - - I I
Bùn sét, màu xám đen, trạng thái chảy 3a HK1(28.5m) Tiêu chuẩn 20.6 - - - - - 0.473 0.454 0.437 0.413 lOMoAR cPSD| 58759230 T Min - - - - - - - - - - T G H Max - - - - - - - - - - I T Min - - - - - - - - - - T G H Max - - - - - - - - - - I I
Sét ( bùn CK), màu xám đen, trạng thái dẻo cứng Tiêu chuẩn 19.6 17.5
0.29 28.131 12.99 0.715 0.693 0.68 0.652 0.621 T Min 19.32 - - 27.8 11.74 - - - - - T G HK1(26.7m) H Max 19.95 - - 28.45 14.23 - - - - - 3 HK2(23.7m) I HK3(24.5m) T Min 19.44 - - 27.93 12.22 - - - - - T G H Max 19.83 - - 28.33 13.77 - - - - - I I
Sét – sét pha, màu xám trắng – nâu vàng, trạng thái dẻo cứng – nửa cứng Tiêu chuẩn 20.5 - - 6.86 23.47 2 0.528 0.52 0.5 0.496 0.483 T Min 20.25 - - 6.32 23.6 - - - - - T G HK1(40m) H Max 20.72 - - 6.72 24.89 - - - - - 4 HK2(49m) I HK3(40m) T Min 20.34 - - 6.396 23.84 - - - - - T G H Max 20.63 - - 6.646 24.65 - - - - - I I
Cát pha, màu xám trắng – nâu vàng Tiêu chuẩn - - - - - - - - - - T Min - - - - - - - - - - 5 HK2(50m) T G H Max - - - - - - - - - - I lOMoAR cPSD| 58759230 T Min - - - - - - - - - - T G H Max - - - - - - - - - - I I
Sét, màu xám trắng – nâu vàng, trạng thái nửa cứng
3. Chiều sâu đặt đài móng a. Chiều sâu đặt đài móng
• Chọn chiều sâu đặt đài móng theo điều kiện cân bằng của tải ngang Htt, áp
lực chủ động và bị động.
• Chọn sơ bộ bề rộng đài móng: Bđ = 1.7m
Df ≥ 0.7tan (45 - 2 )
√ γ.Bđ = 0.7 × tan (45 - 2 16.8×1.7 = 1.67 m
Trong đó: + Htt = Qtt = 116.4
+ Dung trọng của đất trên đài móng: γ=16.8 g/cm3
+ Góc ma sát trong của đất trên đáy đài: φ=10.13
• Chọn chiều sâu đặt đài móng 2m (Vẽ hình)
• Trụ cắt địa chất móng cọc 10 – G (Vẽ hình)
b. Chọn sơ bộ kích thước cọc
• Dựa vào điều kiện địa chất, ta chọn chiều sâu chôn cọc nằm trong lớp đất có
chỉ số SPT > 10 chọn chiều dài cọc L = 20 m (gồm 2 đoạn cọc, mỗi đoạn dài 10m)
• Thép làm cọc: chọn 4F25 có As = 19.63 cm2
• Cọc ngàm vào đài 100mm, đập bỏ phần đầu cọc để neo thép vào đài
750mm. Tổng chiều dài cọc neo vào đài 850mm
• Chiều dài làm việc của cọc Lc = 20 – 0.85 = 19.15 m
• Chiều sâu mũi cọc: Zm = Lc + Df = 19.15 + 2 = 21.15 m
• Chọn cọc thiết kế là cọc vuông cạnh D = 500 mm
4. Sức chịu tải của cọc
4.1. Sức chịu tải theo vật liệu •
Diện tích cọc: Acoc = D2 = 0.5 × 0.5 = 0.25 m2 •
Diện tích bê tông trong cọc: Ab = Acoc – As =0.25 – 19.63×10−4 = 0.248 m2
Sức chịu tải cọc theo vật liệu được xác định theo công thức: Qvl=φ(Rb Ab+Rsc As)
Trong đó: + Cường độ chịu nén của bê tông: Rb = 17 MPa
+ Cường độ chịu nén của cốt thép: Rsc = 350 MPa lOMoAR cPSD| 58759230
+ Tổng diện tích cốt thép trong cọc As = 19.63 cm2
+ Diện tích tiết diện ngang của bê tông thân cọc Ab = 0.248 m2
+ Hệ số uốn dọc tính theo công thức:
φ=1.028−0.0000288λ2−0.0016 λ •
Trường hợp 1: Sức chịu tải của vật liệu làm cọc khi thi công
Sơ đồ tính sức chịu tải khi thi công
Ltt = μLc = 1 10 = 10 m λ = Ltt 10 × = =20 D 0.5
φ = 1.028 – 0.0000288λ2 – 0.0016λ = 0.984
Qvl=0.984×(17×103×0.248+350×103×19.63×10−4)=4825.2 (kN)
Trường hợp 2: Sức chịu tải của vật liệu làm cọc khi làm việc
Sơ đồ tính sức chịu tải khi làm việc
Ltt = = μLc = 0.7×19.15 = 13.41 m
λ = LttD =13.410.5 =26.82
φ = 1.028 – 0.0000288λ2 – 0.0016λ = 0.964
Qvl=0.964׿(kN) lOMoAR cPSD| 58759230 4.2.
Sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền
Rc ,u1=γ c(γ cq qb Ab+u∑ γcf f i li) Trong đó:
• Hệ số điều kiên làm việc của cọc đất: γ = 1 c
• Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, mũi cọc cắm vào lớp sét
pha (đất hạt mịn) và độ sâu mũi cọc 21.15m suy ra qb = 4828.7 kN/m2
• Chu vi tiết diện ngang thân cọc u = 0.5 × 4 = 2 m
• Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc: fi
• Diện tích cọc tựa lên đất Ab = 0.25 m2
• Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ “i”: li
• Hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi có xét đến ảnh hưởng của
phương pháp hạ cọc đến sức kháng của đất: γcq = 1.1 (Hạ cọc theo phương pháp ép)
Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền Tên lớp Tính đất chất Li Zi vật (m) (m) (m) (m) lý Dẻo Sét 0.5 2.25 2 2.5 1 11.97 5.985 mềm Bùn sét Chảy 2 3.5 2.5 4.5 1 5 10 Bùn sét Chảy 2 5.5 4.5 6.5 1 6 12 Bùn sét Chảy 2 7.5 6.5 8.5 1 6 12 Bùn sét Chảy 2 9.5 8.5 10.5 1 6 12 Bùn sét Chảy 2 11.5 10.5 12.5 1 6 12 Bùn sét Chảy 2 13.5 12.5 14.5 1 6 12 Bùn sét Chảy 0.8 14.9 14.5 15.3 1 6 4.8 Sét pha Dẻo 2 16.3 15.3 17.3 1.1 54.45 108.9 cứng Dẻo Sét pha 2 17.3 19.3 1 56.53 113.06 cứng 18.3 Dẻo Sét pha 1.85 19.3 21.15 1 59.5 110.07 cứng 20.2 Tổng 412.82 lOMoAR cPSD| 58759230 Rc ,u =γ 1
c (γ cq qb Ab+u∑ γcf f i li)=1 (1.1×4828.7×0.16+1.6×422.045 )=2153.53kN 4.3.
Sức chịu tải theo cường độ đất nền
Rc ,u2=qb Ap+u∑ f ili
• Sức chịu tải cực hạn do ma sát bên: u∑ f ili=4×0.5×387.13 ¿774.26kN
Trong đó: Sức kháng trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc fi
o Hệ số áp lực của lớp đất thứ i: ki o Chu vi tiết diện ngang
thân cọc u o Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ i: li o
Lực dinh không thoát nước của lớp đất dính thứ “i”: cu N Lớp L tb spt i zi zi trên zi dưới lớp Cu α fi fiLi 1 0.5 2.25 2 2.5 0 0 1 0 0 2 12.8 8.9 2.5 15.3 1 6.25 1 6.25 80 3 6 18.2 15.3 21.15 12 75 0.7 52.5 307.13 Tổng 387.13
• Sức chịu tải cực hạn của cọc do lực chống tại mũi cọc: Rp=qp Ap
= 675 × 0.25 = 168.75 kN Trong đó:
• Diện tích ngang của mũi cọc: Ap = 0.25 m2
• Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc: qp = cuNc = 75 × 9 = 675 kN
o Lực dính không thoát nước của đất dưới mũi cọc: cu = 6.25N
o Chỉ số SPT trung bình của lớp thứ 3: N = 12
o Hệ số sức chịu tải của đất dưới mũi cọc Nc = 9 Rc ,u =R 2
p+Rs=qb Ap+u∑ f ili=168.75+774.26=943.01kN 4.4.
Sức chịu tải theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT
- Theo công thức của viên kiến trúc Nhật Bản (1988)
Rc ,u3=qb Ap+u∑(f cilci+f silsi) - Trong đó:
Cường độ sức kháng tại mũi cọc: qp = 9Cu = 9 × 75 = 675
kN Cường độ sức kháng trên thân cọc fi: fci = αcui lOMoAR cPSD| 58759230 N spt Lớp Li zi zi trên zi dưới lớp Cui α fci fcilci 1 0.5 2.25 2 2.5 0 0 1 0 0 2 12.8 8.9 2.5 15.3 1 6.25 1 6.25 80 3 5.85 18.2 15.3 21.15 12 75 0.7 52.5 307.13 Tổng 387.13 Rc ,u❑ =q 3
b Ap+u∑ (f ili+f sil si)=675×0.25+2×387.13 ¿943.01kN
5. Sức chịu tải thiết kế cọc
Bảng giá trị sức chịu tải đất nền
Sức chịu tải đất nền Rc,u theo từng tiêu chí Chỉ tiêu cơ lý (kN) 2153.53
Chỉ tiêu cường độ (kN) 943.01 Chỉ số SPT (kN) 943.01
- Giá trị tiêu chuẩn sức chịu tải trọng nén cọc Rc,k = min (
Rc,ui) = 943.01 kN - Giá trị tính toán sức chịu tải thiết kế cọc: γ0 1 Nc,d = γ n γk Rc ,k= 1.2×1.75
×943.01=449.05kN - Từ giá trị Rc,u tính theo chỉ tiêu cơ lý, ta có:
Rc ,u1 2153.53 Rc , a1=Qa= γ
k = 1.75 =1230.59kN
- Từ giá trị Rc,u tính theo chỉ tiêu cường độ, ta có: Rc ,u2 943.01 Rc ,a2=Qa= FS = 2 =471.5kN
- Từ giá trị Rc,u tính theo chỉ số SPT, ta có: Rc ,u3 943.01 Rc ,a3=Qa= FS = 2 =471.5kN
Sức chịu tải cho phép min(Rc ,a; Rc,a ;R ) = 471.5 kN Chọn 2 c ,a3
sức chịu tải thiết kế của cọc Rc ,d=470kN lOMoAR cPSD| 58759230
6. Xác định số lượng cọc và cách bố trí cọc tt
- Số lượng cọc trong đài: n = (1 ÷ 1.4) N
R c ,d = (4.1 ÷ 5.73) chọn 5 cọc
- Bố trí theo nguyên tắc tiết kiệm bê tông đài móng
- Khoảng cách giữ 2 tim cọc S ≥ 3D = 1.5m
- Khoảng cách từ mép ngoài cọc biên đến mép đài tối thiểu Sđ=0.25m -
Chọn sao cho tâm nhóm cọc trùng với tâm lực - Chiều dài đài móng: - Kích thước đài móng: d 500
Bđ=2Sđ+2× 2 +S=2×250+2× 2 +1500=2500mm d 500
Lđ=2Sđ +2× 2 +2S=2×250+2× 2 +2×2600=3600mm 1 Hd=( 4
÷)(Bd−Bc )=(÷)(2.5−0.7 )=(0.45÷0.9)
Chọn kích thước đài móng: Bđ=2.5m;Lđ=3.6m;Hđ=0.7 m
7. Xác định tải trọng lên đầu cọc 7.1.
Xác định tải trọng tác dụng lên đầu cọc
- Trọng lượng trung bình của đất và đài ở độ sâu Df
W=Bđ ×Lđ ×Df ×γ tb=2.5×3.6×2×20=360kN - Dời lực xuống đáy móng:
M tty ,d=Mtty +Httx ×Hd=193.7+116.4×0.7=275.18kNm lOMoAR cPSD| 58759230 M x ,dtt =0
Nttd =N tt+W=1923.8+360=2283.8kN -
Tải trọng tác dụng lên đầu cọc bất kì: Ntt+W M x M y Pi y nxi ∑ y x2i i=1 i=1 Trong đó:
• Tải trọng tính toán truyền xuống móng: Ntt
• Trọng lượng trung bình của đất truyền xuống móng: W
• Số cọc trong đài móng n
• Moment quay quanh trục x và y: M x ;M y
• Tọa độ tim cọc theo phương x và y: xi; yi Vị trí cọc xi yi x2 i y2i Pi 1 -0.75 1.3 0.5625 1.69 437.03 2 0.75 1.3 0.5625 1.69 620.49 3 0 0 0 0 528.76 4 -0.75 -1.3 0.5625 1.69 437.03 5 0.75 -1.3 0.5625 1.69 620.49 Tổng 2.25 6.76
Pmin=P1=P4=437.03kN
Pmax=P5=P2=620.49kN
- Công thức hiệu ứng nhóm theo Converse Labarre: η=1−θ (n ]
1−1)n2+(n2−1)n1
90n1n2 Trong đó:
• Số hàng cọc trong nhóm n1 = 3 Số cọc
trong một hàng n2 = 1.6 Kích thước cạnh cọc d = 0.5 m
• Khoảng cách 2 cọc tính từ tim s = 1500 mm lOMoAR cPSD| 58759230 d ¿0.786
Pmax=422.2kN<Rc ,d=470 - Điều
kiện: Pmin=238.75kN>0
Ntt+W=2319.8kN≤ηnRc ,d=1937.32