Đề tài Thiết kế chung cư 242 - 244 Phan Văn Khỏe, quận 6 TP Hồ Chí Minh

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN MÓNG CỌC NHỒI ĐẶC ĐIỂM CỦA CỌC KHOAN NHỒI VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG: - Cọc nhồi là loại cọc được đổ bêtông tại chỗ và thi công bằng các phương pháp khác nhau tùy theo yêu cầu truyền tải của công trình . - Cọc nhồi được sử dụng rộng rãi trong các ngành cầu đường , trong các công trình thủy lợi, trong những công trình dân dụng và công nghiệp . Đối với việc xây dựng nhà cao tầng ở các đô thị lớn trong điều kiện xây chen, khả năng áp dụng cọc khoan nhồi đã được phát triển và có những tiến bộ đáng kể. Những ưu, khuyết điểm của cọc khoan nhồi : Những ưu điểm chính cần phát huy triệt để : - Có khả năng chịu tải lớn. Sức chịu tải của cọc khoan nhồi với đường kính lớn và chiều sâu lớn có thể đạt đến ngàn tấn. - Không gây ra ảnh hưởng chấn động đối với các công trình xung quanh, thích hợp với việc xây chen ở các đô thị lớn, khắc phục được các nhược điểm của các loại cọc đóng khi thi công trong điều kiện này - Có khả năng mở rộng đường kính và chiều dài cọc đến mức tối đa. Hiện nay có thể sử dụng loại đường kính cọc khoan nhồi từ 60cm đến 250cm hoặc lớn hơn. Chiều sâu cọc khoan nhồi có thể hạ đến độ sâu 100m. - Lượng cốt thép bố trí trong cọc khoan nhồi thướng ít hơn so với cọc đóng (đối với cọc đài thấp). -Có khả năng thi công cọc khi qua các lớp đất cứng nằm xen kẽ. Những nhược điểm chủ yếu: - Giá thành phần nền móng thường cao hơn khi so sánh với các phương án móng cọc khác như cọc ép và cọc đóng. - Theo tổng kết sơ bộ, đối với các công trình nhà cao tầng không lớn lắm (dưới 12 tầng), kinh phí xây dựng nền móng thường lớn hơn 2 - 2.5 lần khi so sánh với các cọc ép. Tuy nhiên, nếu số lượng tầng lớn hơn, tải trọng công trình đòi hỏi lớn hơn, lúc đó giải pháp cọc khoan nhồi lại trở thành giải pháp hợp lý. - Công nghệ thi công đòi hỏi kỹ thuật cao, để tránh các hiện tượng phân tầng (có lỗ hổng trong bê tông) khi thi công đổ bê tông dưới nước có áp, có dòng thấm lớn hoặc đi qua các lớp đấy yếu có chiều dày lớn (các loại bùn, các loại cát nhỏ, cát bụi bão hoà thấm nước). -Biện pháp kiểm tra chất lượng bê tông trong cọc thường phức tạp gây nhiều tốn kém trong quá trình thực thi. - Việc khối lượng bê tông thất thoát trong quá trình thi công do thành lỗ khoan không bảo đảm và dễ bị sập cũng như việc nạo vét ở đáy lỗ khoan trước khi đổ bê tông dễ gây ra ảnh hưởng xấu đối với chất lượng thi công cọc. - Ma sát bên thân cọc có phần giảm đi đáng kể so với cọc đóng và cọc ép do công nghệ khoan tạo lỗ . I /. TÍNH TOÁN MÓNG M1 : * Các trường hợp tổ hợp tải trọng cho móng : Tổ hợp tải trọng chính : bao gồm các tải trọng thường xuyên, các tải trọng tạm thời tác dụng lâu dài và một trong các tải trọng tạm thời tác dụng ngắn hạn (gió). Tổ hợp tải trọng phụ : bao gồm các tải trọng thường xuyên, các tải trọng tạm thời tác dụng lâu dài và ít nhất là hai tải trọng tạm thời tác dụng ngắn hạn Tổ hợp tải trọng đặc biệt : bao gồm các tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời tác dụng lâu dài , một vài tải trọng tạm thời tác dụng ngắn hạn và một số tải trọng đặc biệt tạm thời như động đất, nổ, địa chấn Theo kết quả giải nội lực khung, ta có giá trị nội lực tại mặt cắt chân cột móng M1 : Ntt = 429.219 ( T ) Mttx = 13.987 ( T.m ) Qttx = 2.594 ( T ) Mtty = 9.163 ( T.m ) Qtty = 1.813 ( T ) 1) Chọn kích thước và vật liệu làm cọc : Chọn cọc dài 33m ; đường kính 0.8m ; Vật liệu : - Bêtông mác #300 (Rn = 130 KG/cm2) - Cốt thép dọc chịu lực loại CII (Ra=2600 (KG/cm2):12f20; Fa = 37.68 cm2 2) Sức chịu tải của cọc theo vật liệu : QVL = RU ´ Fb + Ran ´ Fa Trong đó : RU : cường độ tính toán của bêtông cọc nhồi ; R : mác bêtông Vì thi công dưới mực nước ngầm nên : RU = = 66.7 > 60 (KG/cm2) ® lấy RU = 60 (KG/cm2) Ran : cường độ tính toán của thép ; Rc : giới hạn chảy của thép Ran = = 2000 (KG/cm2) < 2200 (KG/cm2) Fa = 37.68 (cm2) ; Fb = = 5026.55 (cm2) Vậy : khả năng chịu tải theo vật liệu của cọc là QVL = 60 ´ 5026.55 + 2000 ´ 37.68 = 376953 (KG) = 376.953 ( T ) 3) Sức chịu tải của cọc theo điều kiện đất nền : (Xác định theo phụ lục B TCVN 205-198) Sức chịu tải cọc theo đất nền được xác định theo công thức sau : Qu =Asxfs +Apxqp Sức chịu tải cho phép của cọc được tính theo công thức : Trong đó : FSs :Hệsố an toàn ma sát bên. Lấy (FSs = 1.5-2.0). Chọn FSs =2 FSp : Hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc . Lấy (FSp=2.0-3.0). Chọn FSp = 3 3.1 .Tính Qs : Công thức tính ma sát bên tác dụng lên cọc được xác định : fsi= Trong đó : Ca : Lực dính giữa thân cọc và đất. Lấy Ca =C (Cọc BTCT ) : Ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc Ks=Ko=1-sinja ja : Góc ma sát trong cọc và đất nền. Lấy j a = j (Với cọc BTCT) C :Lực dính của đất (T/m2) Z(m) Bề dày Ca(T/m2) j (Độ) Ks s’v(T/m2) s’h(T/m2) fs(T/m2) Qsi(T) 1.65 0.3 0.846 9.39 0.8368 2.88 2.41 1.245 0.938 2.35 1.1 2.476 16.62 0.714 4.244 3.03 3.381 9.346 3.55 1.3 2.476 16.62 0.714 6.025 4.301 3.76 12.285 4.75 1.1 2.153 15.13 0.739 7.226 5.34 3.597 9.944 7.85 5.1 0 27.9 0.5321 10.12 5.382 2.851 36.543 22.45 24.1 0 29.47 0.508 23.514 11.946 6.75 408.87 Qs=SQsi=478 T 3.2 .Tính Qp : Qp= Ap qp Trong đó : Ap: Diện tích tiết diện ngang mũi cọc Ap =pd2/4 =p´0.82/4=0.503 m2 qp: Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc,được tính theo công thức : qp= cNc+Nq+dpN Vớiù : + c=0 (T/m2) + Nc ; Nq ; Ng : Hệ số sức chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát của đất, hình dạng của mũi cọc và phương pháp thi công. + g : Trọng lượng thể tích của đất ở độ sâu mũi cọc ( T/m2). + :Ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất,xác định như sau: =23.514+0.982´12.05=35.347 T/m2 + dp:Đường kính tiết diện mũi cọc dp=0.8 m =29.470 Tra bảng các hệ số sức chịu tải của Terzaghi (Trang 55 sách Hướng dẫn đồ án nền móng của tác giả Châu Ngọc Ẩn) có các hệ số như sau : Nq=21.14 Nc= 35.61 N= 18.64 => qp=21.14´35.347+0.982´0.8´18.64=761.8 T/m2 Qp=0.503 761.8 = 383 T Qa = So sánh các giá trị sức chịu tải của cọc chọn giá trị nhỏ nhất trong các giá trị đưa vào tính toán có giá trị : Qa=min(Qv,Qa)=367 T 4) Diện tích đài cọc và số lượng cọc : Số lượng cọc trong móng : ==1.64 Chọn 2 cọc để bố trí Sơ đồ bố trí các cọc trong đài : Diện tích của đài cọc : Fđ=1.6´3.6=5.76 m2 Trọng lượng đài : Nd=5.76´1.5´2.5´1.1=23.76 T Lực dọc tính toán tại đáy đài : Ntt=429.219 + 23.76 = 452.979 T Moment tính toán tại đáy đài : Mxtt=13.987+2.594´1.5=17.878 Tm Mytt=9.163+1.813´1.5=11.823 Tm Lực tính toán truyền xuống đầu cọc : Syi2=2.88 =>=233.938 T =>=219.04 T Trọng lượng cọc : Pc=0.503´33´2.5´1.1=45.647 T So sánh : Pmax+Pc=233.938+45.647=279.585 T< Qa=367 T Pmin>0 Vậy cọc thoả điều kiện làm việc, không cần kiểm tra chịu nhổ 5) Kiểm tra sức chịu tải dưới đáy khối móng quy ước : a) Xác định kích thước khối móng quy ước : Xác định jtb : = => Góc truyền lực : Kích thước móng quy ước : Fqư = (a + 2Lc.tga)´(b + 2Lc.tga) = (3.2+2´33´tg6.91o) ´ (0.8+2´33´tg6.91o) = 11.2´8.8=98.56 (m2) b) Xác định khối lượng khối móng quy ước : QM = Wc + Qđđ +FqưSgili Trọng lượng cọc : Wc = T Trọng lượng đài và đất trên đài : T Trọng lượng móng khối qui ước trên phạm vi có tính đẩy nổi : +Trên mực nước ngầm : T +Dưới mực nước ngầm : T Trọng lượng cả khối móng qui ước : T Lực dọc tại đáy móng quy ước : Nqưtc =3619.344 + 429.219/1.15=3992.578 T Moment tính toán tại đáy móng khối quy ước : Wx= Wy= Với bqu=b+2´Lc´tga=8.799m. Với aqu=a+2´Lc´tga=11.196m. Mxtc=17.878/1.15=15.546 Tm Mytc=11.823 /1.15 =10.28 Tm 40.4T/m2 40.7T/m2 T/m2 c) Xác định sức chịu tải ở đáy khối móng quy ước : Tra bảng : m1 =1 ; m2 =1 ; ktc = 1 jtc = 29.470 Þ A =1.098 ; B =5.4 ; D = 7.8 c = 0 T/m2 Sghi =35.347 T/m2 BM = 8.8 m ; Thay các giá trị vào , ta có áp lực tính toán dưới đáy khối móng quy ước : T/m2 stcmax=40.4 < 1.2Rtt=240.4 T/m2 stctb=40.7 < Rtt=200.36 T/m2 Vậy điều kiện về nền được thoả 6) Kiểm tra lún : Ứng suất bản thân tại mũi cọc :sv’=35.347 T/m2 Ứng suất gây lún ở đáy khối móng quy ước : sgl=stb -s’v =40.55-35.347=5.203 (T/m2) Chia đất nền dưới đáy khối móng quy ước thành các lớp hi=Bm/4=2.2 m Bảng tính lún cho khối móng quy ước : Điểm Độ sâu z LM/BM 2z/BM Ko sgl sbt 0 0 1.39 0 1 5.203 35.347 1 2.2 1.39 0.5 0.9406 4.894 37.507 2 4.4 1.39 1 0.7638 3.974 39.668 Giới hạn nền lấy đến điểm 4 ở độ sâu 8.8 m kể từ đáy móng quy ước : Lớp hi(m) sglz (T/m2) sbtz (T/m2) p1(T/m2) p2(T/m2) e1 e2 si (m) 0 0 5.203 35.347 1 2.2 4.894 37.507 36.427 41.476 0.5653 0.5594 0.0083 2 2.2 3.974 39.668 38.588 43.022 0.5627 0.5578 0.0068 Độ lún của nền : S=Ssi=0.015 m=1.5 cm Vậy độ lún của khối móng quy ước thỏa . 7) Tính toán và bố trí cốt thép cho đài cọc : Xem đài cọc như một dầm công xôn bị ngàm và tiết diện đi qua mép cột và bị uốn bởi các phản lực đầu cọc Moment tại ngàm xác định theo công thức : M=Pmax´r=233.938´0.8=187.15 Tm. Bêtông mac300 , cốt thép CII Diện tích cốt thép tính theo công thức : =57.128 cm2 Chọn 11f25 bố trí a150. 8) Kiểm tra chọc thủng : Vẽ lăng thể chọc thủng với góc mở 450 Xác định kích thước lăng thể chọc thủng : Chiều cao đài hđ=1.5 m , ho=1.5-0.1 = 1.4 m Chiều dài lăng thể chọc thủng : Lt=bc+2ho= 0.3+21.4=3.1m Lăng thể chọc thủng bao trùm ngoài trục các cọc nên không có hiện tượng chọc thủng của cột lên đài cọc. 9) kiểm tra cọc chịu tải ngang: Tải trọng ngang truyền xuống đầu cọc : Qttx = 1.813 ( T ); Qtty = 2.594 ( T ) Moment truyền xuống đầu cọc : Mtty=11.823 Tm Phân phối tải trọng cho 2 cọc chịu: Hx = (T) ; Hy = (T) My = (T) Hệ số biến dạng: abd = Trong đó: K : Hệ số tỷ lệ, có thứ nguyên (T/m4). Đầu cọc nằm trong lớp laterit lẫn á sét trạng thái dẻo mền , tra bảng G.1 trong TCXD 205-1998 ta có K =400 (T/m4). I: là mômen quán tính tiết diện cọc. I = 0.0201 (m4) Với: d : đường kính cọc bc : bề rộng quy ước của cọc. Theo Tiêu chuẩn xây dựng 205 -1998 : Khi d < 0.8 m thì bc = 1.5´d + 0.5 m. Khi d 0.8m , bc = d + 1m Cọc nhồi có đường kính d=1.2 bc = 0.8 + 1 = 1.8 m Eb : Mô đun đàn hồi của bê tông, bêtông mac 300; Eb = 2.9´106 (T/m2) Hệ số biến dạng : abd = 0.42 Chiều sâu tính đổi cọc hạ trong đất: Le = abd´L = 0.42´33 = 13.704 m Chuyển vị ngang và góc xoay của cọc ở cao trình đáy đài được tính: Dn = yo + yo´lo + ( lo = 0 ) y = yo + ( lo = 0 ) yo, yo: chuyển vị ngang và góc xoay (radian) của cọc ở cao trình đáy đài. yo = Ho´dHH +Mo´dHM ; yo = Ho´dMH +ModMM Trong đó: Ho : Giá trị tính toán của lực cắt tại đầu cọc (T). Ho==1.583 T Mo: Giá trị tính toán của moment tại đầu cọc (Tm). Mo = 5.912 Tm dHH, dMH , dMM : Là các chuyển vị ở cao trình đấy đài, do lực Ho=1, Mo=1 đơn vị đặt tại cao trình này gây ra, được xác đinh như sau : Trong đó Ao, Bo, Co phụ thuộc vào chiều sâu tính đổi cọc Le . Với Le = 13.704 m, tra bảng G2 – TCXD 205 – 1998 ta có: Ao = 2.441 ; Bo = 1.621 ; Co=1.751 => dHH (m/T) => dMH (1/T) => dMM (1/Tm) yo = HO´dHH +Mo´dHM= 1.583´ 5.846´10-4 +5.912´1.612´10-4 = 2.4´10-3(m) yO = HO´dMH +Mo´dMM = 1.583´1.612´10-4 +5.912´7.232´10-5 = 7.3´10-4(rad) Chuyển vị của cọc ở cao trình đặt lực hoặc đáy đài : Dn = yo =2.4´10-3 m=0.24 cm< Dgh=1 cm Góc xoay của cọc ở cao trình đáy đài : y = yO =7.3 ´10-4 (rad) < ygh=2/1000=2´10-3 Vậy cọc thỏa điều kiện chuyển vị ngang Aùp lực sz(T/m2), mômen uốn Mz(T/m), lực cắt Qz(T) trong các tiết diện cọc được tính theo công thức sau: sz = Mz=a2bd´Eb´I´y0´A3 - abd´ Eb´I´y0´B3+MoC3 + D3 Qz=a3bd´Eb´I´A4 - a2bd´Eb´I´y0´B4 +abdMoC4+ H0´D4 Trong đó: ze là chiều sâu tính đổi, ze=abd´z. Các giá trị A1, A3, A4, B1, B3, B4, D1, D3, D4 được tra bảng G.3 của TCXD 205– 1998. Bảng tính giá trị moment dọc thân cọc Z Ze A3 B3 C3 D3 Mz(Tm) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 0.00 0.00 0.000 0.000 1.000 0.000 5.912 0.24 0.10 0.000 0.000 1.000 0.100 6.358 0.48 0.20 -0.001 0.000 1.000 0.200 6.784 0.72 0.30 -0.005 -0.001 1.000 0.300 7.166 0.96 0.40 -0.011 -0.002 1.000 0.400 7.507 1.20 0.50 -0.021 -0.005 0.999 0.500 7.795 1.44 0.60 -0.036 -0.011 0.998 0.600 8.034 1.69 0.70 -0.057 -0.020 0.996 0.699 8.192 1.93 0.80 -0.085 -0.034 0.992 0.799 8.288 2.17 0.90 -0.121 -0.055 0.985 0.897 8.316 2.41 1.00 -0.167 -0.083 0.975 0.994 8.240 2.65 1.10 -0.222 -0.122 0.960 1.090 8.139 2.89 1.20 -0.287 -0.173 0.938 1.183 7.990 3.13 1.30 -0.365 -0.238 0.907 1.273 7.754 3.37 1.40 -0.455 -0.319 0.866 1.358 7.473 3.85 1.60 -0.676 -0.543 0.739 1.507 6.801 4.09 1.70 -0.808 -0.691 0.646 1.566 6.414 4.33 1.80 -0.956 -0.867 0.530 1.612 5.998 4.58 1.90 -1.118 -1.074 0.385 1.640 5.589 4.82 2.00 -1.295 -1.314 0.207 1.646 5.160 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 5.3 2.2 -1.693 -1.906 -0.271 1.575 4.278 5.78 2.4 -2.141 -2.663 -0.941 1.352 3.461 6.26 2.6 -2.621 -3.6 -1.877 0.917 2.635 7.22 3 -3.541 -6 -4.688 -0.891 1.316 8.43 3.5 -3.919 -9.544 -10.34 -5.854 0.337 9.63 4 -1.614 -11.731 -17.919 -15.076 0.034 Bảng tính giá trị lực cắt dọc thân cọc Z Ze A4 B4 C4 D4 Qz(T) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 0.00 0.00 0.000 0.000 0.000 1.000 1.853 0.24 0.10 -0.005 0.000 0.000 1.000 1.810 0.48 0.20 -0.020 -0.003 0.000 1.000 1.705 0.72 0.30 -0.045 -0.009 -0.001 1.000 1.534 0.96 0.40 -0.080 -0.021 -0.003 1.000 1.319 1.20 0.50 -0.125 -0.042 -0.008 0.999 1.075 1.44 0.60 -0.180 -0.072 -0.016 0.997 0.803 1.69 0.70 -0.245 -0.114 -0.030 0.994 0.518 1.93 0.80 -0.320 -0.171 -0.051 0.989 0.235 2.17 0.90 -0.404 -0.243 -0.082 0.980 -0.046 2.41 1.00 -0.499 -0.333 -0.125 0.967 -0.326 2.65 1.10 -0.603 -0.443 -0.183 0.946 -0.589 2.89 1.20 -0.716 -0.575 -0.259 0.917 -0.826 3.13 1.30 -0.838 -0.730 -0.356 0.876 -1.045 3.37 1.40 -0.967 -0.910 -0.479 0.821 -1.232 3.61 1.50 -1.105 -1.116 -0.630 0.747 -1.408 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 3.85 1.6 -1.248 -1.35 -0.815 0.652 -1.546 4.09 1.7 -1.396 -1.643 -1.036 0.529 -1.435 4.33 1.8 -1.547 -1.906 -1.299 0.374 -1.731 4.58 1.9 -1.699 -2.227 -1.608 0.181 -1.796 4.82 2 -1.848 -2.578 -1.966 -0.057 -1.82 5.3 2.2 -2.125 -3.36 -2.849 -0.692 -1.809 5.78 2.4 -2.339 -4.228 -3.973 -1.592 -1.717 6.26 2.6 -2.437 -5.14 -5.355 -2.821 -1.561 7.22 3 -1.969 -6.765 -8.84 -6.52 -1.125 8.43 3.5 1.074 -6.789 -13.692 -13.826 -0.525 9.63 4 9.244 -0.358 -15.611 -23.14 0.01 Bảng tính giá trị ứng suất mặt bên của cọc Z Ze A1 B1 C1 D1 sZ (T/m2) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 0.00 0.00 1.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.24 0.10 1.000 0.100 0.005 0.000 0.180 0.48 0.20 1.000 0.200 0.020 0.001 0.327 0.72 0.30 1.000 0.300 0.045 0.005 0.445 0.96 0.40 1.000 0.400 0.080 0.011 0.535 1.20 0.50 1.000 0.500 0.125 0.021 0.600 1.44 0.60 0.999 0.600 0.180 0.036 0.640 1.69 0.70 0.999 0.700 0.245 0.057 0.660 1.93 0.80 0.997 0.799 0.320 0.085 0.662 2.17 0.90 0.995 0.899 0.405 0.121 0.647 2.41 1.00 0.992 0.997 0.499 0.167 0.620 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 2.65 1.1 0.987 1.095 0.604 0.222 0.581 2.89 1.2 0.979 1.192 0.718 0.288 0.53 3.13 1.3 0.969 1.287 0.841 0.365 0.474 3.37 1.4 0.955 1.379 0.974 0.456 0.415 3.61 1.5 0.937 1.468 1.115 0.56 0.354 3.85 1.6 0.913 1.553 1.264 0.678 0.289 4.09 1.7 0.882 1.633 1.421 0.812 0.223 4.33 1.8 0.848 1.706 1.584 0.961 0.175 4.58 1.9 0.795 1.77 1.752 1.126 0.097 4.82 2 0.735 1.823 1.924 1.308 0.039 5.3 2.2 0.575 1.887 2.272 1.72 -0.064 5.78 2.4 0.347 1.874 2.609 2.105 -0.237 6.26 2.6 0.033 1.755 2.907 2.724 -0.21 7.22 3 -0.928 1.037 3.225 3.858 -0.275 8.43 3.5 -2.928 -1.272 2.463 4.98 -0.269 9.63 4 -5.853 -5.941 -0.927 4.548 -0.213 BIỂU ĐỒ ỨNG SUẤT DỌC THÂN CỌC sZ(T/m2) 10).Tính cốt thép cho cọc: Ta có giá trị Monent Mmax của cọc khi chịu tải trọng ngang là : Mmax = 8.316 (T.m) . Vì moment nhỏ nên cốt thép bố trí trong cọc đủ khả năng chịu lực Ta cắt thép theo biểu đồ moment Mz tại vị trí mà moment tắt , tức là tại vị trí 10m so với đáy đài. Chọn đai xoắn f8 a200 để bố trí cho cọc.