Đề tài Thiết kế trụ sở công ty xây dựng số 5

6’ C1 = 0.054 kG/cm2 γ2 =2.0296 T/m3 φ1 =29043’ C1 = 0.049 kG/cm2 Eo = 0.604 B = 0.00 W = 17.12% Hình 7.1: Trụ địa chất tính toán và các kích thước sơ bộ cọc khoan nhồi 7.2.3. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc. Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu Pvl = (Rb Fcọc + RsAs) trong đó: Rb - Cường độ nén tính toán của bêtông cọc nhồi. Vì đổ bêtông cọc nhồi dưới mực nước ngầm và trong dung dịch bùn bentonite (Rb 60 kG/cm2) nên ta có: Dùng bêtông mác 300 : Rb= = 66.7 (kG/cm2) > 60 (kG/cm2) Ta chọn: Rb = 60 (kG/cm2) để tính toán; Fcọc - Diện tích tiết diện ngang của cọc: Fcọc = 0.5 (m2); RS - Cường độ tính toán của thép.(Rs 2200 kG/cm2); Dùng thép AII có Rk = Rs = Rchảy /1.5 = 3000 /1.5 = 2000 (kG/cm2) Ta chọn: Rk = Rs = 2000 (kG/cm2); As - Diện tích cốt thép dọc trong cọc. Dùng 12 f 20 (As =38 cm2); Suy ra: PVL = (60x5000 + 2000x38)= 376000 kG = 376T Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (theo Phụ lục A/[8]) 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: với: m – hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất lấy m = 1; mR – hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, mR = 1; mf – hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc, lấy theo Bảng A.5 Phụ Lục A/[8]; Ap – diện tích mũi cọc, Ap = pd2/4 = 3.14 ´ 0.8 2/4 = 0.5 m2; u – chu vi tiết diện ngang cọc, u = pd = 3.14 x 0.8= 2.51 m; qp – cường độ chịu tải của đất ở dưới mũi cọc, tính theo Bảng A.8 Phụ Lục A/[8], (T/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, (T/m2) lấy theo Bảng A2 Phụ Lục A/[8]. Sức chịu tải cho phép của cọc đơn theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền được xác định như trong bảng 7.2 Xác định qp bằng cách được tính theo công thức A.8 Phụ Lục A qp = 0.75b (g’1.dp.A0k + a.g1.h.B0k ) trong đó: L: chiều dài cọc, L = 25.7 (m) Zmũi = h = 30.8 (m) dp: đường kính của cọc nhồi; dp = 0.8 (m) b, Ak0,a, Bk0 : hệ số không thứ nguyên lấy theo bảng A.6 Phụ Lục A; jI = 29056’ & L/dp = 25.7/0.8 = 32.125 Þ b = 0.26; Ak0= 29.16; a = 0.609; Bk0 = 54.13; gI’ : trị tính toán của trọng lượng thể tích đất ở phía dưới mũi cọc; g’I = 2.031 - 1 = 1.031 (T/m3) gI: trị trung bình (theo các lớp) của trọng lượng thể tích đất ở phía trên mũi cọc; gI==1.023(T/m3) qp = 0.75 x 0.26 x (1.031 x 0.8 x 29.1 + 0.609 x 1.023 x 35.1 x 54.1) =235(T/m2) Hình 7.2: Sơ đồ xác định li và zi Bảng 7.2: Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền Lớp đất Zi Li B fi fi*Li (m) (m) (%) (T/m2) (T/m) Sét pha 5.8 1.4 0.58 1.92 2.69 7.2 1.4 0.58 1.93 2.70 Cát pha (SC) 8.9 2 0.62 1.72 3.44 10.9 2 0.62 1.74 3.48 12.9 2 0.62 1.78 3.56 14.9 2 0.62 1.82 3.64 16.9 2 0.62 1.83 3.66 18.9 2 0.62 1.84 3.67 20.9 2 0.62 1.84 3.68 Cát chặt vừa (SM) 22.9 2 0 8.28 16.56 24.9 2 0 8.502 17.00 26.9 2 0 8.586 17.17 28.9 2 0 9.146 18.29 30.9 2 0 9.426 18.85 32.9 2 0 9.706 19.41 33.5 1.2 0 9.79 11.75 TONG CONG 149.54 Sức chịu tải theo đất nền do ma sát xung quanh cọc mi fi Li = 149.54(T/m) Sức chịu tải của cọc tính toán theo phụ lục A là: Qtc = m ( mR qP Ap + uSmf fi Li ) = 1 (1 x 235 x 0.5 + 2.51 x 149.54 ) = 493 (T) Giá trị sử dụng của cọc là: Qa = Qtc / 1.4 = 493 / 1.4 = 352 (T) So sánh Qa & PVL : Qa < PVL ( 352 < 376 T) Thoả mãn điều kiện. Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo chỉ tiêu cường độ đất nền (theo Phụ lục B/[8]) Sức chịu tải cho phép của cọc tính theo công thức: trong đó: Qs – sức chịu tải cực hạn do ma sát bên; QP – sức chịu tải cực hạn do sức chống dưới mũi cọc; FSs – hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, lấy bằng 1.5 ÷2.0; FSP– hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc, lấy bằng 2.0 ÷3.0; Đối với cọc khoan nhồi, lấy FSs = 1.75, FSP = 2.5. Tính toán sức chịu tải cực hạn do ma sát bên trong đó: u – chu vi ngoài của tiết diện ngang, u = 3.14 m; 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. Cọc BTCT lấy Ca = C, ja = j với C,j là lực dính và góc ma sát trong của đất nền; sV – ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng do trọng lượng bản thân cột 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 Sức chịu tải cực hạn do ma sát bên được xác định như trong bảng 7.3. Bảng 7.3: Sức chịu tải của cọc do ma sát bên Tính toán sức chịu tải cực hạn do sức chống dưới mũi cọc trong đó: Ap – diện tích tiết diện mũi cọc, Ap = 0.5 m2; g – dung trọng đất nền dưới mũi cọc, g= gđn = 2.031 -1 = 1.031 T/m3; d – đường kính cọc, d = 0.8 m; C – lực dính đất nền dưới mũi cọc, C = 0.54 T/m2; s'Vp – ứng suất theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc; σ’VP = (2.03 - 1 ) x 21.9 + (2.031 -1) x 13.2 = 36.17 (T/m2) Nc, Nq, Ng – hệ số sức chịu tải phụ thuộc chủ yếu vào góc ma sát trong và zzình dạng mũi cọc, 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. (phụ thuộc vào φ) φ = 29056' - Tra bảng các hệ số sức chịu tải của Meyerhof (Trang 178 sách "Hướng dẫn nền móng" của tác giả Châu Ngọc Ẩn) có các hệ số như sau: Nq = 30; Nc = 100 Suy ra: Qp = 0.5x(0.54 x 100 + 36.17 x 30) = 569.5 T Sức chịu tải cho phép: Qa(b) = T Vậy sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo các đặc trưng đất nền được chọn: Qa = min (Qa(a), Qa(b)) = (352, 605). Chọn Qa = 352 T. 7.2.4. Tải trọng tác dụng xuống móng a. Xác định sơ bộ số lượng cọc Công thức xác định sơ bộ số lượng cọc như sau: trong đó: Ntt – lực dọc tác dụng lên mặt móng, Ntt = 1269.8 T; – sức chịu tải của cọc: T k – hệ số kể đến ảnh hưởng của momen. Chọn nc = 4 cọc. b. Sơ đồ bố trí cọc trong đài Theo [22], sơ đồ bố trí cọc trong đài có 4 cọc như sau: - Khoảng cách từ mép cọc đến mép đài ≥ 200 mm. - Khoảng cách giữa các tim cọc ≥ 3d (d: đường kính cọc). Diện tích thực tế của đài cọc: F đài = 3.8 x 3.8 = 14.44 m2 Hình 7.3: Sơ đồ bố trí cọc 7.2.5. 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 (theo điều 6.1.6/[8]) được xác định theo công thức: trong đó: Pott – tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài; P0tt = Ptt + Pđài = 1269.8 + 1.1 x 14.44 x 5.1 x (2-1) = 1350.8 T Moytt – momen xoay quanh trục Oy tại đáy đài; M0ytt = My + Qx.h = 30.5 + 5.8 x 2 = 42.1 Tm Moxtt – momen xoay quanh trục Ox tại đáy đài; M0xtt = Mx + Qy.h = 17.1 + 4 x 2 = 25.1 Tm xmax – khoảng cách lớn nhất từ tim cọc đến trục Oy; ymax – khoảng cách lớn nhất từ tim cọc đến trục Ox. => T T Pmaxtt = 351.7 T < T (cọc đủ khả năng chịu tải). Pmintt = 323.7T > 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. 7.2.6. Xác định độ lún cho móng cọc khoan nhồi (theo TTGH II) Ntc = 1104.2 (T) Mtcx = 14.9 (Tm) Mtcy = 26.5 (Tm) Chú ý : tải trọng sử dụng trong tính toán này là tải trọng tiêu chuẩn 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 của móng khối quy ước tại mũi cọc Bm = Lm = (Bđ - D) + 2tg () x Lcọc = (3.8-0.8) + 2tg(5.78o) x30 = 9.27 m Khối lượng của móng khối quy ước tại mũi cọc Wqum = Bm Lm Zmũi gtb = 9.27x9.27x35.1x (2 -1) = 3016 (T) Tải trọng tại mũi cọc Ntc = 1104 + 3016 = 4120(T) Mtcx = 14.9 (Tm) Mtcy = 26.5 (Tm) Độ lệch tâm ex = =0.0036 (m) ey = = 0.0064 (m) Hình 7.4: Kích thước móng khối quy ước b. Tính áp lực của đáy khối móng quy ước truyền cho nền T/m2 T/m2 Áp lực trung bình tại mũi cọc = 47.9 (T/m2) c. Xác định cường độ tính toán của đất nền tại đáy khối móng quy ước Áp lực tiêu chuẩn dưới móng khối quy ước trong đó: tra bảng 2-1 trang 64 sách "Nền Và Móng Các Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp" của tác giả GSTS. Nguyễn Văn Quảng g'II : Trọng lượng riêng trung bình của các lớp đất trong móng khối quy ước g'II = = 1.024 (T/m3) m1 x m2 = 1.4 x 1.4 : Hệ số điều kiện làm việc của đất nền; Ktc = 1.0 vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất; CII = 0.49 (T/m2) γII = 2.0296 (T/m3) Suy ra : = = 409.2 (T/m2) Kiểm tra điều kiện: smax = 48.2 (T/m2) < 1.2 Rmtc = 491 (T/m2) stb = 47.9 (T/m2) < Rmtc = 409.2 (T/m2); Kết luận: Nền đất dưới mũi cọc đủ khả năng chịu tải và ổn định. 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. d. Dự báo độ lún của móng cọc khoan nhồi đài đơn Ta tiến hành chia lớp đất từ đáy mũi cọc trở xuống thành từng lớp dày 1 m. Ứng suất bản thân của đất ở đáy khối móng quy ước = Shi gi = (2.0206 -1) x 4.1+ (1.949-1) x 3.8 + (2.0275 - 1) x 14 + (2.0296-1) x 13.2 = 35.8 (T/m2). Ứng suất gây lún Pgl = stb – σ0bt = 47.9 – 35.8 = 12.1 (T/m2) Phân bố ứng suất trong nền đất * Ứng suất do đất nền : sbtZi = Shi . gI * Ứng suất do tải trọng: sglZi = K0 . Pgl Với K0 =, tra trong bảng 3-7 sách "HDĐA NỀN VÀ MÓNG" Bảng 7.4: Ứng suất do TLBT & ứng suất gây lún Lớp Điểm Z (m) Lm/Bm 2Z/Bm Ko σglzi (T/m2) σbtzi (T/m2) 5 Đất cát (SM) 0 0 1 0.00 1 12.1 35.8 1 1 1 0.22 0.978 11.8 36.8 2 2 1 0.43 0.948 11.5 37.9 3 3 1 0.65 0.860 10.4 38.9 4 4 1 0.86 0.771 9.3 39.9 5 5 1 1.08 0.664 8.0 41.0 Tại độ sâu Z = 5 m (tại vị trí mũi cọc trở xuống) Ta có: sglZi = 8 (T/m2 ) < 0.2sbtZi = 0.2 x 41 = 8.2 (T/m2) Nên giới hạn nền để tính lún lấy tại điểm 5. Độ lún tại tâm móng được tính theo công thức: S = trong đó: E: Modul biến dạng của lớp đất thứ 5 (SM) Để có thể xác định Modul biến dạng E0 cho nền khi tính lún phù hợp với điều kiện thực tế thì Ariweb đã đề nghị hiệu chỉnh thêm 1 hệ số m phụ thuộc vào hệ số rỗng của đất. E = m x E0 = 4.5 x 3447 = 1551.2 (T/m2) hệ số m tra biểu đồ Ariweb sách "HDĐA NỀN VÀ MÓNG" của KS Nguyễn Hữu Kháng. Đối với lớp đất cát SM, ta có β0 = 0.8 Kết luận: = 3.2cm < Sgh = 8cm : Thỏa điều kiện lún cho phép. 7.2.7. Tính toán cọc chịu tải trọng ngang và cốt thép trong cọc. a.Xác định tải trọng tác dụng lên mỗi đầu cọc Lực ngang Hx, Hy tác dụng lên đầu cọc ở đáy đài: Hx (T) Hy (T) Tính toán 1.45 1 Tiêu chuẩn 1.2 0.875 - Do cọc có tiết diện tròn nên nó làm việc theo mọi phương đều như nhau. Ở đây ta thấy, Htcx = 1.2 T > Hy = 0.875 T nên ta chỉ cần kiểm tra cọc chịu tải trọng ngang Htcx là đảm bảo. b.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 đây: 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 y0 – góc xoay của tiết diện cọc ở mức đáy đài; y0 = HodMH + ModMM H, M – giá trị tính toán của lực cắt (T) và momen uốn (Tm) 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, lấy theo Bảng G2/[8]; 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, được xác định theo Bảng G1/[8]. 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 như sau: lah = 2(d + 1) = 2(0.8+1) = 3.6 m K = 500 T/m4. 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 = 0.8m thì bc = 0.8 + 1 = 1.8m. Eb – mođun đàn hồi của bêtông cọc, Eb = 29x105 (T/m2); 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 = 0.43x30= 12.9 m. => A0 = 2.441, B0 = 1.621, C0 = 1.751. Suy ra: Do đó: Tm Chuyển vị ngang đầu cọc được xác định như sau: Dn = y0 = = 1.45 x 5.3x10-4 – 3.1 x 1.5x10-4 = 0.3x10-3 m = 0.03 cm Dnx = 0.03 cm < 1 cm. Vậy cọc thỏa mãn điều kiện chuyển vị ngang đầu cọc. Do cọc ngàm vào đài nên góc xoay đầu cọc y= 0. c.Xác định áp lực tính toán, moment uốn, lực cắt và lực dọc trong tiết diện cọc Áp lực tính toán sz, momen uốn Mz, lực cắt Qz và lực dọc Nz trong tiết diện cọc được tính theo các công thức sau: ; Mz = EIyoA + MngC3 + ; Nz = N trong đó: các hệ số A1, B1, C1, D1; A3, B3, C3, D3; A4, B4, C4, D4 tra Bảng G3/[8]; ze – chiều sâu tính đổi: (m); z – chiều sâu thực tế vị trí tiết diện cọc trong đất tính từ đáy đài đến mũi cọc (m); Các thông số khác có ý nghĩa như trên, tải trọng tính toán. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 7.5. Bảng 7.5: Momen Mz tại các tiết diện theo chiều dài cọc d.Kiểm tra độ ổn định của đất nền quanh cọc khi chịu áp lực ngang Điều kiện không phá hỏng đất nền quanh cọc khi chịu áp lực ngang: sz £ sgh sz –áp lực tính toán tại độ sâu z Vì Le = 9.3 m > 2.5 m. Ta kiểm tra điều kiện này tại vị trí: z = 0.85/abd = 0.85/0.43 = 1.97 m ze = abd.z= 0.43x1.97 = 0.85 m Các giá trị A1, B1, C1, D1 được lấy như trong Bảng G3/[8]. Với ze = 0.85, tra Bảng G3/[8] ta được: A1= 0.996; B1= 0.849; C1= 0.3625; D1= 0.103 Ta có: K = 500 T/m4; abd = 0.43; y0 = 0.3 x10-3 m; Eb = 29x105 T/m2; M0 = -3.1 Tm; H0 = 1.45 T; I = 0.02 m4. Suy ra: sz = 0.224 T/ m2. sgh: áp lực giới hạn tại độ sâu z = 1.97 m trong đó: + h1=1; + h2 - hệ số kể đến phần tải trọng thường xuyên trong tổng tải trọng, tính theo công thức: với M0tc = 3.1 Tm => h2=0.57 + x = 0.6 (đối với cọc khoan nhồi). Đầu cọc nằm trong lớp đất thứ 4 nên ta có các tính chất cơ lý như sau: gI = (2.0304 -1) = 1.0304 T/m3 CI = 1.5 T/m2 jI = 18.48 0 Suy ra: T/m2 Kiểm tra:s z = 0.224 T/m2 < s gh = 3.79/m2 Vậy nền đất quanh cọc không bị phá hỏng khi chịu áp lực ngang. 7.2.8. Tính toán đài cọc đơn. a.Kiểm tra chọc thủng cho đài đơn Việc tính toán đâm thủng, ngoài tháp đâm thủng có độ dốc 450, tuy vậy trong đài cọc, tháp đâm thủng có thể có góc nghiêng khác 450, trong đó: Nct – lực đâm thủng bằng tổng phản lực của cọc nằm ngoài phạm vi của đáy tháp đâm thủng ở 1 phía cạnh dài đài cọc; btb – chiều dài trung bình của đáy trên và đáy dưới tháp chọc thủng; Rk – cường độ chịu kéo tính toán của bêtông; ho – chiều cao có ích của tiết diện đài. Hình 7.7: Tháp chọc thủng trong đài đơn Vậy theo hình 7.7 thì tháp chọc thủng phủ lên cả 2 tim cọc do đó đài không bị chọc thủng. b.Tính toán cốt thép cho đài đơn Đài cọc có chức năng truyền tải trọng của kết cấu bên trên xuống cọc và liên kết các cọc gần nhau lại để chúng làm việc như một nhóm cọc. Do kích thước và số cọc ở mỗi phương của móng bằng nhau nên ta tính thép cho một phương và bố trí tương tự cho 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 có dạng như hình 7.8. Hình 7.8: Sơ đồ tính thép cho đài cọc đơn Cột B2 & C2 có kích thước như sau : h x b = 08 x 0.8 (m) Ta tiến hành xác định chiều cao đài móng theo điều kiện tuyệt đối cứng: h0 = (Bđ - b) / 2 = (3.8 - 0.8) / 2 = 1.5 (m) Ta chọn h0 = 1.5 (m) thêm lớp bêtông bảo vệ a = 0.1 (m). Vậy: chiều cao tổng cộng của đài cọc sẽ là: 1.6 (m). Sử dụng cốt thép AII có Ra = Ra’ = 280 kG/cm2 Momen tại tiết diện ngàm: Mmax = 2.L’.Pmaxtt = 2 x 0.8 x 351.7 = 562.72Tm Diện tích cốt thép trong đài cọc theo mỗi phương được xác định theo công thức: cm2 Chọn 39f22 ( Fa = 148.3 cm2) để bố trí cho đài cọc theo mỗi phương. Chiều dài mỗi thanh thép: L = 3.8 – 2x0.05 = 3.7 m. Khoảng cách bố trí các thanh thép: mm. Thép đỉnh đài bố trí f14 a = 200 theo mỗi phương. Cốt đai cọc chọn f8, bước đai a = 250mm. 7.3.THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI ĐÀI ĐƠN (MÓNG M2) 7.3.1. Tải trọng tác dụng xuống móng Tải trọng truyền xuống móng thông qua hệ khung tại vị trí các chân cột. Lấy tổ hợp nội lực có những nội lực nguy hiểm nhất cho móng (Nmax – Mxtư – Mytư – Qxmax – Qymax) để tính toán sơ bộ, sau đó kiểm tra lại đối với những tổ hợp khác. Bảng 7.6: Nội lực dùng để tính sơ bộ a. Xác định sơ bộ số lượng cọc Công thức xác định sơ bộ số lượng cọc như sau: trong đó: Ntt – lực dọc tác dụng lên mặt móng; – sức chịu tải của cọc: T k – hệ số kể đến ảnh hưởng của momen. * Chọn nc = 3 cọc . Cọc được bố trí như hình vẽ bên dưới. b. Sơ đồ bố trí cọc trong đài Theo [22], sơ đồ bố trí cọc trong đài có 4 cọc như sau: - Khoảng cách từ mép cọc đến mép đài ≥ 200 mm. - Khoảng cách giữa các tim cọc ≥ 3d (d: đường kính cọc). Diện tích thực tế của đài cọc: F đài = 3.8 x 3.8 = 14.44 m2 Hình 7.9: Sơ đồ bố trí cọc 7.3.2. 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 (theo điều 6.1.6/[8]) được xác định theo công thức: trong đó: Pott – tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài; P0tt = Ptt + Pđài = 773 + 1.1 x 14.44 x 5.1 x (2-1) = 854 T Moytt – momen xoay quanh trục Oy tại đáy đài; M0ytt = My + Qx.h = 35.9 – 28.2 x 2 = 20.5 Tm Moxtt – momen xoay quanh trục Ox tại đáy đài; M0xtt = Mx + Qy.h = 12.1 + 3.3 x 2 = 18.7 Tm xmax – khoảng cách lớn nhất từ tim cọc đến trục Oy; ymax – khoảng cách lớn nhất từ tim cọc đến trục Ox. => T T Pmaxtt = 221.67 T < T (cọc đủ khả năng chịu tải). Pmintt = 205.3 T > 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. 7.3.3. Xác định độ lún cho móng cọc khoan nhồi (theo TTGH II) Ntc = 672.2 (T) Mtcx = 10.5 (Tm) Mtcy = 31.2 (Tm) Chú ý : tải trọng sử dụng trong tính toán này là tải trọng tiêu chuẩn 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 của móng khối quy ước tại mũi cọc Bm = Lm = (Bđ - D) + 2tg () x Lcọc = (3.8-0.8) + 2tg(5.78o) x30 = 9.27 m Khối lượng của móng khối quy ước tại mũi cọc Wqum = Bm Lm Zmũi gtb = 9.27x9.27x35.1x (2 -1) = 3016 (T) Tải trọng tại mũi cọc Ntc = 672.2 + 3016 = 3688.2 (T) Mtcx = 10.5 (Tm) Mtcy = 31.2 (Tm) Độ lệch tâm ex = =(m) ey = = (m) Hình 7.10: Kích thước móng khối quy ước b. Tính áp lực của đáy khối móng quy ước truyền cho nền T/m2 T/m2 Áp lực trung bình tại mũi cọc = 42.92 T/m2 c. Xác định cường độ tính toán của đất nền tại đáy khối móng quy ước Áp lực tiêu chuẩn dưới móng khối quy ước trong đó: tra bảng 2-1 trang 64 sách "Nền Và Móng Các Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp" của tác giả GSTS. Nguyễn Văn Quảng g'II : Trọng lượng riêng trung bình của các lớp đất trong móng khối quy ước g'II = = 1.024 (T/m3) m1 x m2 = 1.4 x 1.4: Hệ số điều kiện làm việc của đất nền; Ktc = 1.0 vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất; CII = 0.49 (T/m2) γII = 2.0296 (T/m3) Suy ra : = = 409.2 (T/m2) Kiểm tra điều kiện: smax = 48.2 (T/m2) < 1.2 Rmtc = 491 (T/m2) stb = 47.9 (T/m2) < Rmtc = 409.2 (T/m2); Kết luận: Nền đất dưới mũi cọc đủ khả năng chịu tải và ổn định. 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. d. Dự báo độ lún của móng cọc khoan nhồi đài đơn Ta tiến hành chia lớp đất từ đáy mũi cọc trở xuống thành từng lớp dày 1 m. Ứng suất bản thân của đất ở đáy khối móng quy ước = Shi gi = (2.0206 -1) x 4.1+ (1.949-1) x 3.8 + (2.0275 - 1) x 14 + (2.0296-1) x 13.2 = 35.8 (T/m2). Ứng suất gây lún Pgl = stb – σ0bt = 42.92 – 35.8 = 7.12 (T/m2) Phân bố ứng suất trong nền đất * Ứng suất do đất nền : sbtZi = Shi . gI * Ứng suất do tải trọng: sglZi = K0 . Pgl Với K0 =, tra trong bảng 3-7 sách "HDĐA NỀN VÀ MÓNG" Ta có: sglZi = 7.12 (T/m2 ) < 0.2sbtZi = 0.2 x 39.9 = 8 (T/m2) Nên giới hạn nền để tính lún lấy tại điểm 1. Độ lún tại tâm móng được tính theo công thức: S = trong đó: E: Modul biến dạng của lớp đất thứ 5 (SM) Để có thể xác định Modul biến dạng E0 cho nền khi tính lún phù hợp với điều kiện thực tế thì Ariweb đã đề nghị hiệu chỉnh thêm 1 hệ số m phụ thuộc vào hệ số rỗng của đất. E = m x E0 = 4.5 x 3447 = 1551.2 (T/m2) hệ số m tra biểu đồ Ariweb sách "HDĐA NỀN VÀ MÓNG" của KS Nguyễn Hữu Kháng. Đối với lớp đất cát SM, ta có β0 = 0.8 Kết luận: = 0.2cm < Sgh = 8cm : Thỏa điều kiện lún cho phép. 7.3.4. Tính toán cọc chịu tải trọng ngang và cốt thép trong cọc. a.Xác định tải trọng tác dụng lên mỗi đầu cọc Lực ngang Hx, Hy tác dụng lên đầu cọc ở đáy đài: Hx (T) Hy (T) Tính toán -9.4 1.1 Tiêu chuẩn -8.1 0.96 - Do cọc có tiết diện tròn nên nó làm việc theo mọi phương đều như nhau. Nên ta chỉ cần kiểm tra cọc chịu tải trọng ngang theo phương có giá trị lớn: Htcx là đảm bảo. b.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 đây: 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 y0 – góc xoay của tiết diện cọc ở mức đáy đài; y0 = HodMH + ModMM H, M – giá trị tính toán của lực cắt (T) và momen uốn (Tm) 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, lấy theo Bảng G2/[8]; 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, được xác định theo Bảng G1/[8]. 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 như sau: lah = 2(d + 1) = 2(0.8+1) = 3.6 m K = 500 T/m4. 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 = 0.8m thì bc = 0.8 + 1 = 1.8m. Eb – mođun đàn hồi của bêtông cọc, Eb = 29x105 (T/m2); 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 = 0.43x30= 12.9 m. => A0 = 2.441, B0 = 1.621, C0 = 1.751. Suy ra: Do đó: Tm Chuyển vị ngang đầu cọc được xác định như sau: Dn = y0 = = -9.6 x 5.3x10-4 + 20.14 x 1.5x10-4 =