Mục lục PHẦN 1 : MÓNG NÔNG 3 I. SỐ LIỆU 3 I.1 Công trình cho các móng có nội lực tính toán dưới chân cột tại cao độ mặt đất 3 I.2 Số liệu nền đất 3 II THỰC HIỆN YÊU CẦU 3 II.1 Xử lý số liệu, đánh giá điều kiện công trình 3 II. 2 Đề xuất các phương án thiết kế 7 III. TÍNH TOÁN: 7 III. 1 Thiết kế móng C1 7 III.1.1 Xác định tải trọng tiêu chuẩn tác dụng xuống móng 7 III.1.2 Xác định cường độ tính toán của đất nền 8 III.1.3 Xác định kích thước sơ bộ của đáy móng 8 III.1.4 Kiểm tra điều kiện áp lực tại đáy móng 8 III.1.5 Kiểm tra điều kiện áp lực tại đỉnh lớp đất yếu 9 III.1.6 Kiểm tra lún của móng 11 III.1.7 Tính toán độ bền và cấu tạo móng 12 III.1.8 Tính toán cốt thép đế móng 14 III.2 Thiết kế móng C2 15 III.2.1 Xác định tải trọng tiêu chuẩn tác dụng xuống móng 15 III.2.2 Xác định cường độ tính toán của đất nền 15 III.2.3 Xác định kích thước sơ bộ của đáy móng 15 III.2.4 Kiểm tra điều kiện áp lực tại đáy móng 15 III.2.5 Kiểm tra điều kiện áp lực tại đỉnh lớp đất yếu 16 III.2.6 Kiểm tra lún của móng 16 III.2.7 Tính toán độ bền và cấu tạo móng 18 III.2.8 Tính toán cốt thép đế móng 19 PHẦN 2: MÓNG CỌC 20 I. SỐ LIỆU CÔNG TRÌNH 20 I.1 Cột toàn khối 20 I.2 Tải trọng tính toán 21 I.3 Nền đất 21 II. THỰC HIỆN YÊU CẦU 21 II.1 Xử lý số liệu địa chất và đánh giá. 21 II.2 Xác định tải trọng tác dụng xuống móng 23 III. TÍNH TOÁN 23 III.1 Xác định độ sâu đặt đáy đài 23 III.2 Xác định các thông số về cọc 24 III.2.1 Chiều dài và tiết diện cọc 24 III.2.2 Lựa chọn sơ bộ về vật liệu cọc 24 III.2.3 Lựa chọn phương pháp hạ cọc 24 III.3 Xác định sức chịu tải của cọc 24 III.3.1 Sức chịu tải theo cường độ vật liệu (BTCT) 24 III.3.2 Sức chịu tải cực hạn theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền 25 III.3.3 Sức chịu tải cực hạn theo chỉ tiêu cường độ của đất nền 27 III.3.4 Sức chịu tải cực hạn theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh 29 III.3.5 Sức chịu tải cực hạn theo kết quả xuyên tiêu chuẩn 30 III.3.6 Tổng hợp và lựa chọn sức chịu tải cho phép của cọc 31 III.4 Sức chịu tải cho phép của cọc 31 III.5 Xác định số lượng cọc, bố trí cọc trong móng 32 III.6 Kiểm tra điều kiện áp lực xuống đỉnh cọc 32 III.7 Kiểm tra cọc chịu tải trọng ngang 33 III.7.1 Xác định nội lực do tải trọng ngang dọc theo thân cọc 33 III.7.2. Kiểm tra khả năng chịu uốn của cọc 38 III.7.3 Kiểm tra ổn định nền xung quanh cọc 38 III.8 Kiểm tra điều kiện áp lực tại mặt phẳng mũi cọc 39 III.8.1 Xác định kích thước của móng khối quy ước 39 III.8.2 Xác định trọng lượng của móng khối quy ước 40 III.8.3 Áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng 40 III.8.4 Sức chịu tải của đất nền tại mặt phẳng mũi cọc 40 III.9 Kiểm tra độ lún của móng 41 III.10. Tính toán và cấu tạo đài cọc 42 III.10.1 Kiểm tra chiều cao đài 42 III.10.2. Tính toán và bố trí cốt thép cho đài cọc 44 III.11 Kiểm tra cọc khi vận chuyển và lắp dựng, tính móc cẩu 46 III.11.1 Kiểm tra cọc khi vận chuyển và lắp dựng 46 III.11.2 Tính móc cẩu 47
MÓNG NÔNG
SỐ LIỆU
I.1 Công trình cho các móng có nội lực tính toán dưới chân cột tại cao độ mặt đất
Nội lực Đơn vị Móng C1 Móng C2
II.1 Xử lý số liệu, đánh giá điều kiện công trình
Thành phần hạt (%) tương ứng với các cở hạt
Th ô To Vừa Nhỏ Mịn Bụi
6 Tên đất được phân loại theo hàm lượng hạt TCVN 9362:2012
Do tỉ lệ hạt có d > 0,05 mm chiếm 68%, theo bảng 2, TCVN 9362:2012, đây là đất cát bụi
Theo thí nghiệm xuyên tĩnh, trạng thái phân loại của đất được xác định với qc = 6 Mpa (60 kG/cm²), nằm trong khoảng 40 < qc < 120, theo bảng 5, TCVN 9362:2012 Điều này cho thấy đất ở trạng thái chặt vừa, với hệ số rỗng e dao động từ 0,6 đến 0,8 Qua nội suy, giá trị hệ số rỗng e được tính toán là 0,87.
- Xác định dung trọng tự nhiên:
- Xác định dung trọng đẩy nổi:
CÁC LỚP ĐẤT Mực nước ngầm (m)
Số hiệu H (m) Số hiệu H (m) Số hiệu
Theo bảng 4 TCVN 9362:2012, G trong khoảng 0,5 0,8; vậy cát ở trạng thái ẩm.
- Góc ma sát trong của đất xác định theo kết quả xuyên tiêu chuẩn từ phụ lục E TCVN 9351:2012 theo công thức:
- Mô đun biến dạng E, xác định từ kết quả xuyên tĩnh
Với đất cát =1,5 3; lấy = 2 có:
Dung trọng tự nhiên (kN/m 3 )
Góc ma sát trong (độ)
Kết quả thí nghiệm nén ép
Sức khán g xuyê n tĩnh qc
Xác định tên đất theo chỉ số dẻo
Id = WL – WP = 30,4 – 24,5 = 5,9 % < 7 % Đất cát pha
Xác định trạng thái đất dính theo độ sệt
Vì 0,75 < IL= 0.915 2 mm chiếm 35,5%, theo bảng 2, TCVN 9362:2012, đây là đất cát sỏi
Trạng thái phân loại theo thí nghiệm xuyên tĩnh:
- qc = 18,5 Mpa = 60 kG/cm 2 ( 150 < qc), theo bảng 5, TCVN 9362:2012, đất ở trạng thái chặt Tương ứng hệ số rỗng e ~ 0,55, nội suy từ pt tìm được e = 0,68.
- Xác định dung trọng tự nhiên:
- Xác định dung trọng đẩy nổi:
Theo bảng 4 TCVN 9362:2012, G trong khoảng 0,5 0,8; vậy cát ở trạng thái ẩm.
- Góc ma sát trong của đất xác định theo kết quả xuyên tiêu chuẩn từ phụ lục E TCVN 9351:2012 theo công thức:
- Mô đun biến dạng E, xác định từ kết quả xuyên tĩnh
Với đất cát =1,5 3; lấy = 3 có:
II 2 Đề xuất các phương án thiết kế
Nhận thấy lớp đất 1 là lớp đất cát bụi chặt vừa, dày 13m và có E = 12000 kPa:
Chọn phương án móng nông trên nền thiên nhiên, đáy móng nằm trong lớp 1, có độ sâu chôn móng là 2 m.
TÍNH TOÁN
III.1.1 Xác định tải trọng tiêu chuẩn tác dụng xuống móng
Giá trị tiêu chuẩn được xác định theo công thức: A tc =
Với ktc, hệ số vượt tải, lấy trung bình cho các loại tải trọng do kết cấu bên trên là 1,2 Ta tìm được tải trọng tiêu chuẩn như sau:
N tc 0 = 683,33 kN; M tc 0 = 133,33 kNm; Q tc 0 = 33,33 kN
III.1.2 Xác định cường độ tính toán của đất nền
Giả thiết chiều rộng móng bsơ bộ = 1,8 m ;
Giả thiết chiều sâu chôn móng hm = 2 m.
Cường độ tính toán của đất nền xác định theo công thức:
R = ( Ab + Bh + DcII ) m1 =1.2 – đáy móng là cát mịn no nước; m2 =1 ktc = 1.0 – các chỉ tiêu cơ lý của đất xác định bằng thí nghiệm trực tiếp;
III.1.3 Xác định kích thước sơ bộ của đáy móng
Do móng chịu tải lệch tâm nên chọn đáy móng hình chữ nhật Tỉ số giữa các cạnh kn=1,5
- Cạnh ngắn của móng là: b = = = 1,6m
- Cạnh dài cả móng là : l = kn.b = 1,5 1,3 = 2,4m
Kích thước sơ bộ móng: 1,6 × 2,4 m
III.1.4 Kiểm tra điều kiện áp lực tại đáy móng Điều kiện :
Tiết diện sơ bộ không thỏa điều kiện, phải tăng tiết diện móng.
- Chọn lại kích thước móng: 1,8 m × 2,7 m , tiến hành kiểm tra lại có R%1,9326 kPa + = × = = 180,604 < R = 251,33 kPa;
Tiết diện móng đã phát huy tốt khả năng chịu lực của đất nền
III.1.5 Kiểm tra điều kiện áp lực tại đỉnh lớp đất yếu
Lớp đất 2 có độ yếu kém hơn so với lớp đất 1, được xác định qua các giá trị góc ma sát φ và mô đun biến dạng E Mực nước ngầm nằm ở độ sâu -2,7 m, và điều kiện kiểm tra được thiết lập là pz + pd ≤ Rz.
Trọng lượng riêng hiệu quả của các lớp đất:
- Từ mặt đất đến mực nước ngầm: γ = γ1 = 16,35 kN/m 3
- Từ mực nước ngầm đến đáy lớp 1: γ = γđn1 γ = = = 8.551 kN/m 3
- Từ mặt lớp 2 đến đáy lớp 2: γ = γđn2 γđn2 = = = 8.754 kN/m 3
- Áp lực do trọng lượng bản thân của đất tại đáy móng: pdz = 2 = γ1 × h11 = 16,35 × 2 = 32,70 kPa
- Áp lực do trọng lượng bản thân của đất tại mực nước ngầm: pdz = 2,7 = pdz = 2 + γ1 × h12 = 32,70 + 16,35 × 0,7 = 44,15 kPa
- Áp lực do trọng lượng bản thân của đất tại đỉnh lớp đất yếu: pdz = 13 = pdz = 2,7 + γ1 × h13 = 44,15 + 8,551 × 10,3 = 132,22 kPa
- Áp lực phụ thêm do tải trọng công trình tại đáy móng: p0 = p tc tb – pdz = 2 = 180,604 - 32,70 = 147,90 kPa
Kiểm tra áp lực phụ thêm tại đỉnh lớp đất yếu
- Áp lực phụ thêm do tải trọng công trình tại đáy lớp 1: pz, z = 11 m = αp0
- Tổng áp lực tải đỉnh lớp đất yếu: pdz = 13 + pz,z = 11 = 132,22 + 74,846 7,08 kPa
- Cường độ tính toán của lớp đất yếu:
Trong bài viết, các thông số kỹ thuật được trình bày như sau: m1 = 1,1 cho cát bụi no nước; m2 = 1,0 với giả thiết tỷ số L/H ≥ 4; ktc = 1,0 thể hiện các chỉ tiêu cơ lý của đất xác định qua thí nghiệm trực tiếp Các giá trị khác bao gồm φII = φtc = 8 0 49’, với bảng 2.1 cho A = 0,168; B = 1,678; C = 4,100 Ngoài ra, cII = 20,023 kPa, γII = γđn2 = 8,754 kN/m³ và γ’II = 10,171 kN/m³, với độ sâu hz = 13 m.
Diện tích đáy khối móng quy ước:
Az = 11,724 m 2 a = = = 0,45 m Chiều rộng móng khối quy ước: bz = = = 3,003 m Thay số vào công thức trên, ta có:
So sánh: pdz = 13 + pz,z = 11 7,08 kPa < Rz = 339.186 kPa, thỏa mãn điều kiện áp lực tại đỉnh lớp đất yếu.
III.1.6 Kiểm tra lún của móng
- Độ lún tuyệt đối lớn nhất Sgh = 8cm.
- Tính toán độ lún thep phương pháp tổng độ lún các lớp phân tố (cơ học đất)
- Ta lấy áp lực trung bình tại đáy móng để tính lún
- α: hệ số tra bảng 2.7 phụ thuộc vào tỷ số 2z/b và l/b=1.42
Ta có bảng số liệu như sau:
K 4.50 5.00 1.50 0.10 15.38 106.28 Dừng tính lún -Lập bảng tính độ lún và xác định chiều dày vùng lún
-Độ lún của lớp cát mịn:
-Các điểm p1i p10i được tính tại điểm giữa các lớp phân tố
Sau khi tính toán ta có bảng:
III.1.7 Tính toán độ bền và cấu tạo móng
Lựa chọn bê tông móng cấp độ bền B25, Rb= 14,5Mpa , Rbt=1,05 Mpa
Thép đường kính d ≥ 10mm, loại AII, Rs= 280000 kPa
Sơ bộ kích thước tiết diện cột:
+ Chọn cột: 30 × 40 cm Áp lực tính toán dưới đáy móng :
Chiều cao móng theo điều kiện chịu uốn được xác định theo công thức: h0 ≥ L Trong đó: l tt = 2,7 m ltr=lc= 0,4 m
L= p0 tt = ; p1 tt = = 228,98 kPa p0 tt= 275,72 kPa
Vậy chiều cao của móng h0 ≥ 0,65m Chọn h = 0,65m Đáy móng có cấu tạo lớp bê tông lót móng, chiều dày lớp bê tông bảo vệ móng là 10 cm, do đó a= 10 + 1,5= 11,5cm
Chiều cao làm việc của móng h0= 65 cm
Kiểm tra điều kiện chọc thủng của đáy móng phía có :
- Khả năng chống chọc thủng : α=1 – bê tông nặng bbt = bc + h0 = 0,3 + 0,65 = 0,95m
Như vậy chiều cao móng thỏa mãn điều kiện chống chọc thủng.
III.1.8 Tính toán cốt thép đế móng Để tính toán cốt thép đáy móng, ta xem đáy móng như một dầm console ngàm tại mép cổ móng, chịu tải trọng phân bố do phản lực của đất nền Dùng mặt cắt I-I và II-II đi qua mép cột theo 2 phương
- Momen theo phương cạnh dài (I-I)
- Momen theo phương cạnh ngắn (II-II).
- Diện tích cốt thép theo phương cạnh dài:
Khoảng cách giữa tim các thanh thép: a1= – chọn a = 150
- Diện tích cốt thép theo phương cạnh ngắn:
Khoảng cách giữa tim các thanh thép: a1= chọn a = 250
Cấu tạo móng C1 III.2 Thiết kế móng C2
III.2.1 Xác định tải trọng tiêu chuẩn tác dụng xuống móng
Giá trị tiêu chuẩn được xác định theo công thức: A tc =
Với ktc, hệ số vượt tải, lấy trung bình cho các loại tải trọng do kết cấu bên trên là 1,2 Ta tìm được tải trọng tiêu chuẩn như sau:
N tc 0 = 466,67 kN; M tc 0 = 58,33 kNm; Q tc 0 = 16,67 kN
III.2.2 Xác định cường độ tính toán của đất nền
Giả thiết chiều rộng móng bsơ bộ = 1,5 m ;
Giả thiết chiều sâu chôn móng hm = 2 m.
Cường độ tính toán của đất nền xác định theo công thức:
R = ( Ab + Bh + DcII ) m1 =1.2 – đáy móng là cát mịn no nước; m2 =1 ktc = 1.0 – các chỉ tiêu cơ lý của đất xác định bằng thí nghiệm trực tiếp;
III.2.3 Xác định kích thước sơ bộ của đáy móng
Do móng chịu tải lệch tâm nên chọn đáy móng hình chữ nhật Tỉ số giữa các cạnh kn=1,5
- Cạnh ngắn của móng là: b = = = 1,35 m
- Cạnh dài của móng là : l = kn.b = 1,5 1,35 = 2,02 m
Kích thước sơ bộ móng: 1,3 × 2 m
III.2.4 Kiểm tra điều kiện áp lực tại đáy móng Điều kiện :
Tiết diện sơ bộ không thỏa điều kiện, phải tăng tiết diện móng.
- Chọn lại kích thước móng: 1,5 m × 2 m, tiến hành kiểm tra lại có R = 245,42 kPa + = × = = 195,56 < R = 245,42 kPa;
Tiết diện móng đã phát huy tốt khả năng chịu lực của đất nền
III.2.5 Kiểm tra điều kiện áp lực tại đỉnh lớp đất yếu
Móng C1 và móng C2 có độ sâu chôn móng và lớp đất đặt lên giống nhau, do đó các phần tính toán cũng tương tự Điều này đảm bảo rằng móng C2 đáp ứng được yêu cầu về áp lực tại đỉnh lớp đất yếu.
III.2.6 Kiểm tra lún của móng
- Độ lún tuyệt đối lớn nhất Sgh = 8cm.
- Tính toán độ lún thep phương pháp tổng độ lún các lớp phân tố (cơ học đất)
- Ta lấy áp lực trung bình tại đáy móng để tính lún
- α: hệ số tra bảng 2.7 phụ thuộc vào tỷ số 2z/b và l/b = 1,33
Ta có bảng số liệu như sau:
(m) 2z/b l/b α pz αp0 (kPa) pdz (kPa) Kiểm tra
10 4.50 6.00 1.33 0.07 10.86 106.28 Dừng tính lún -Lập bảng tính độ lún và xác định chiều dày vùng lún.
-Độ lún của lớp cát mịn:
-Các điểm p1i p10i được tính tại điểm giữa các lớp phân tố
Sau khi tính toán ta có bảng:
III.2.7 Tính toán độ bền và cấu tạo móng
Lựa chọn bê tông móng cấp độ bền B25, Rb= 14,5Mpa, Rbt=1,05 Mpa
Thép đường kính d ≥ 10mm, loại AII, Rs= 280000 kPa
Sơ bộ kích thước tiết diện cột:
+ Chọn cột: 30 × 40 cm Áp lực tính toán dưới đáy móng :
Chiều cao móng theo điều kiện chịu uốn được xác định theo công thức: h0 ≥ L Trong đó: l tt = 2 m ltr=lc= 0,4 m
L= p0 tt = ; p1 tt = = 252,67 kPa p0 tt= 296,67 kPa
Vậy chiều cao của móng h0 ≥ 0,4 m Chọn h = 0,4 m Đáy móng có cấu tạo lớp bê tông lót móng, chiều dày lớp bê tông bảo vệ móng là 10 cm, do đó a= 10 + 1,5= 11,5cm
Chiều cao làm việc của móng h0= 40 cm
Kiểm tra điều kiện chọc thủng của đáy móng phía có :
- Khả năng chống chọc thủng : α=1 – bê tông nặng bbt = bc + h0 = 0,3 + 0,4 = 0,7m
Như vậy chiều cao móng thỏa mãn điều kiện chống chọc thủng.
III.2.8 Tính toán cốt thép đế móng Để tính toán cốt thép đáy móng, ta xem đáy móng như một dầm console ngàm tại mép cổ móng, chịu tải trọng phân bố do phản lực của đất nền Dùng mặt cắt I-I và II-II đi qua mép cột theo 2 phương
- Momen theo phương cạnh dài (I-I)
- Momen theo phương cạnh ngắn (II-II).
- Diện tích cốt thép theo phương cạnh dài:
Khoảng cách giữa tim các thanh thép: a1= – chọn a = 140
- Diện tích cốt thép theo phương cạnh ngắn:
Khoảng cách giữa tim các thanh thép: a1= chọn a = 250
MÓNG CỌC
SỐ LIỆU CÔNG TRÌNH
- Tiết diện Bc x Lc (mm): 40 × 70cm
- Tải trọng đứng tại đỉnh cột : Pa = 726 kN
- Tải trọng ngang đỉnh cột và gió : Pg = 22 kN
- Lực hãm ngang cầu trục : Tc1 = 6,70 kN
- Lực hãm dọc cầu trục : Tc2 = 5,1 kN
- Tải trọng ngang cầu trục : Pc = 459 kN
Mực nước ngầm ở độ sâu -2,7 m, kể từ mặt đất tự nhiên.
Lớp đất Số hiệu Độ dày (m)
THỰC HIỆN YÊU CẦU
II.1 Xử lý số liệu địa chất và đánh giá.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá các yếu tố quan trọng liên quan đến lớp đất, bao gồm số thứ tự, độ ẩm tự nhiên (W%), giới hạn nhão (WL), giới hạn dẻo (WP), dung trọng tự nhiên (γw) tính bằng kN/m3, tỉ trọng hạt (Gs), góc ma sát trong (φ) và lực dính (c) tính bằng kN/m2 Những thông số này đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá tính chất cơ học của đất và ảnh hưởng đến các ứng dụng kỹ thuật trong xây dựng và địa chất.
Kết quả thí nghiệm nén ép
Sức kháng xuyên tĩnh qc MPa Kết quả xuyên tiêu chuẩn N60
Bảng xác định tên đất và trạng thái vật lý lớp 1, 2, 3:
Dung trọng đẩy nổi đn kN/m 3
1 6,2 – Cát pha 0,50 – Dẻo 0,872 8320 8,597 Cát pha dẻo
2 17,9 – Đất Sét 0,80 – Dẻo nhão 1,196 1000 7,65 Đất sét dẻo nhão
3 6,2 – Cát pha 0,52 – Dẻo 0,907 5120 8,65 Cát pha dẻo
Thành phần hạt (%) tương ứng với các cở hạt
Thô To Vừa Nhỏ Mịn sét
Tên đất được phân loại theo hàm lượng hạt TCVN 9362:2012
Do tỉ lệ hạt có d > 0,05 mm chiếm 73%, theo bảng 2, TCVN 9362:2012, đây là đất cát thô
Theo thí nghiệm xuyên tĩnh, trạng thái phân loại cho thấy qc = 15,5 MPa (15 < qc), theo bảng 5, TCVN 9362:2012, đất được xác định ở trạng thái chặt Hệ số rỗng tương ứng e < 0,55, và từ phương trình nội suy, giá trị e được tính là 0,543.
- Xác định dung trọng tự nhiên:
- Xác định dung trọng đẩy nổi:
Theo bảng 4 TCVN 9362:2012, G trong khoảng 0,5 0,8; vậy cát ở trạng thái ẩm.
- Góc ma sát trong của đất xác định theo kết quả xuyên tiêu chuẩn từ phụ lục E TCVN 9351:2012 theo công thức:
- Mô đun biến dạng E, xác định từ kết quả xuyên tĩnh:
Với đất cát =1,5 3; lấy = 3 có:
II.2 Xác định tải trọng tác dụng xuống móng
Tải trọng tính toán tại mặt đất tự nhiên đã cho:
= 1239,9 kN ; = 43,86 kN.m ; = 505,64 kN.m ; = 25,83 kN ; = 5,1 kN
Với: ktc – hệ số vượt tải, có thể lấy trung bình cho các loại tải trọng do kết cấu bên trên là 1,15.
Ta tìm được tải trọng tiêu chuẩn như sau:
III.1 Xác định độ sâu đặt đáy đài
Để đảm bảo sự ổn định cho công trình, chúng tôi đã chọn độ sâu đặt đáy đài là 1,5 m, với giả thuyết chiều rộng đài B cũng là 1,5 m, được đặt ở lớp đất 1 Sau khi kiểm tra, chúng tôi xác nhận rằng độ sâu này đáp ứng yêu cầu cân bằng giữa áp lực đất bị động ở mặt bên đài và tổng tải trọng ngang tác dụng tại đỉnh đài Dựa trên kết quả này, chúng tôi đề xuất phương án thiết kế hợp lý cho công trình.
Căn cứ vào trục địa chất của công trình, lựa chọn lớp đất thứ 4 để đặt mũi cọc và chôn sâu vào lớp đất này 2 m.
III.2 Xác định các thông số về cọc
III.2.1 Chiều dài và tiết diện cọc
Cao trình đặt mũi cọc được xác định dựa trên trụ địa chất và đánh giá điều kiện đất nền ở bước 1 Trong quá trình này, lớp 4 được lựa chọn để đặt mũi cọc, với chiều sâu chôn vào lớp đất 4 là 2 mét.
Cao trình mũi cọc ở độ sâu -28 m (không kể phần vác nhọn mũi cọc).
Chiều dài tính toán của cọc:
Chiều dài tổng cộng của cọc (Ltt) được tính bằng công thức: 4,2 – 1,5 + 4,0 + 5,5 + 2,0, cho ra kết quả là 26,5 m Chiều dài thực tế cần gia công cọc bao gồm chiều dài tính toán, chiều dài đoạn ngàm cọc vào trong đài (Lng) và chiều dài đoạn mũi cọc (Lm).
Chọn cọc có tiết diện vuông, kích thước 35 × 35 (cm) Diện tích tiết diện ngang của cọc A b
= 0,1225 m 2 Chia thành 3 đoạn 10,0 m + 10,0 m + 7,4 m cho đoạn cọc mũi
III.2.2 Lựa chọn sơ bộ về vật liệu cọc
Cốt thép dọc loại AII – RS = 280000 kPa Chọn 4∅16 – AS = 8,04 cm 2 (μ = 1,03%) ;
Cốt đai và cốt thép móc cẩu chọn loại AI – RS = 225000 kPa ;
Sơ bộ chọn bê tông cọc cấp độ bền B25 – Rb = 14500 kPa ; Rbt = 900 kPa Mô đun đàn hồi
III.2.3 Lựa chọn phương pháp hạ cọc
Dựa trên phân tích địa tầng, lớp 1, 2 và 3 được xác định là đất yếu, trong khi lớp 4 là cát thô chặt Vì lớp đất đặt mũi cọc chỉ chôn sâu 2m, phương pháp ép cọc là lựa chọn khả thi cho việc hạ cọc.
III.3 Xác định sức chịu tải của cọc
III.3.1 Sức chịu tải theo cường độ vật liệu (BTCT)
Sức chịu tải cho phép tính theo công thức:
: được xác định theo tỉ số : = = 15,7 nội suy bảng 3.7
Hệ số uốn dọc được xác định như sau:
Độ mảnh của cọc được xác định bằng công thức: độ mảnh = ly/r, trong đó r = 0,35m Giá trị ly được tính bằng vl, với l là chiều dài cọc là 26,5 m và v = 0,7, có nghĩa là đỉnh cọc được ngàm vào đài và mũi cọc treo trong đất hoặc tựa lên đá và đất cứng.
Sức chịu tải cho phép trong trường hợp này:
Sử dụng giá trị R V = 1725,843 kN để tính toán
III.3.2 Sức chịu tải cực hạn theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền
Sức chịu tải trọng nén cực hạn Rch,1; (kN), được xác định bằng công thức:
- hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, c= 1;
- qb : cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc tại độ sâu zM = 28 m, lấy theo Bảng 3.7, có qb 2087 kPa
- cq hệ số làm việc của đất ở dưới mũi cọc, hạ cọc bằng phương pháp ép vào cát thô chặt vừa, theo Bảng 3.9 có cq = 1,1;
Ab - diện tích tiết diện ngang của cọc; Ab = 0,35 2 = 0,1225 m 2 ; u - chu vi tiết diện ngang của cọc; u = 1,4 m
- cf = 1,0: hệ số làm việc của đất ở dưới mũi cọc và mặt bên cọc, lấy theo Bảng 3.9;
Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ "i" trên thân cọc, ký hiệu là fi, được xác định bằng cách chia các lớp đất thành các lớp phân tố có chiều dày không vượt quá 2 m, theo quy định trong Bảng 3.8.
I L : Độ chặt Chiều dày l i (m) Độ sâu z i (m) γ cf,i f i (kPa) m fi f i l i (kN/m)
III.3.3 Sức chịu tải cực hạn theo chỉ tiêu cường độ của đất nền
Cường độ sức kháng của đất rời dưới mũi cọc
Để xác định chiều sâu ngàm thực tế của mũi cọc vào đất LB, cần lưu ý rằng mũi cọc cắm vào lớp cát thô chặt có chiều sâu 2,0 m Do đó, ta coi cọc ngàm vào lớp cát này, dẫn đến LB = 2,0 m.
(Tra bảng G1_TCVN 10304:2014), có ZL/d = 8, như vậy ZL = 80,35 = 2,8 m.
Để tính toán áp lực lớp phủ tại độ sâu mũi cọc, ta có LB = 2,0m < ZL = 2,8m Giá trị này được xác định dựa trên ứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng do đất gây ra tại cao trình mũi cọc.
Tính toán cho lớp đất 1: lớp đất 1 dược phân chia được bởi mưc nước ngầm, được tính toán như sau:
Từ đáy đài đến cao độ -2,7 m:
Từ cao độ -2,7 m đến đáy lớp 1:
Tính toán cho lớp đất 2:
Tính toán cho lớp đất 3:
Tính toán cho lớp đất 4:
= = 259,74 kPa ( Từ bảng G1_TCVN 10304:2014) , có N’q = 100.
Sức kháng trung bình trên thân cọc
Cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc trong lớp đất thứ ‘‘i’’ trường hợp tổng quát được xác định theo công thức:
Cường độ sức kháng không thoát nước của lớp đất dính thứ ‘‘i’’ được ký hiệu là cu,i, trong đó cu = c, với c là lực dính của đất Hệ số α được xác định là 0,7 cho cọc bê tông cốt thép đúc sẵn.
Góc ma sát giữa đất và cọc được xác định bằng góc ma sát trong của đất (φi) Cụ thể, giá trị cu1 là 14,71 kPa với φ1 là 18 độ 20’ và chỉ số IP1 là 6,2; cu2 là 10,79 kPa với φ2 là 5 độ 49’ và IP2 là 17,9; cu3 là 8,83 kPa với φ3 là 12 độ 5’ và IP3 là 6,2; và cu4 là 0 kPa với φ4 là 28 độ 38’ Hệ số áp lực ngang của đất lên cọc được ký hiệu là ki.
Với đất rời: ki = 1 – sin φi
Với đất dính: ki = (0,19 + 0,233logIPi)
Tính toán hệ số ki : k1 = (0,19 + 0,233log6,2) = 0,204 k2 = (0,19 + 0,233log17,9) = 0,311 k3 = (0,19 + 0,233log6,2) = 0,204 k4 = 1 – sin φ4 = 1 – sin28 o 38’ = 0,842
Sức chịu tải do sức kháng trên thân cọc:
Qf = ufili = 1,4556,07 = 778,497 kN Sức chịu tải cực hạn của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền là:
III.3.4 Sức chịu tải cực hạn theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh
Sức chịu tải cực hạn của cọc theo kết quả xuyên tĩnh được xác định:
Trong đó: qb – cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc xác định theo công thức: q b = k c q c qc = qc4 = 15500 kPa kc = 0,5 (tra Bảng 3.16);
Thay số: qb = kcqc = 7750 kPa u - chu vi tiết diện ngang của cọc; u = 4 × 0,35 = 1,4 m Tính toán thành phần ma sát theo bảng dưới đây.
Lớp đất Loại đất q ci
Từ đó ta có sức chịu tải cực hạn của cọc là:
III.3.5 Sức chịu tải cực hạn theo kết quả xuyên tiêu chuẩn
Do cọc xuyên qua cả đất dính và đất rời, do vậy tính toán sức chịu tải cho phép của cọc theo công thức Viện Kiến trúc Nhật Bản (1988):
Rch,4 = qbAb + u (fc,ilc,i + fs,ils,i) Với: qb - cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc nằm trong đất rời, với cọc ép: qb = 300Np = 30029 = 8700 kPa
(Np = 29; chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới và 4d trên mũi cọc) Cường độ sức kháng trên đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ ‘‘i’’: fc,i = αpfLcu,i
Hệ số điều chỉnh αp cho cọc đóng phụ thuộc vào tỉ lệ giữa sức kháng cắt không thoát nước của đất dính cu và giá trị trung bình của ứng suất pháp hiệu quả thẳng đứng, được xác định theo biểu đồ trong hình 3.23a Đồng thời, hệ số điều chỉnh fL theo độ mảnh Ltt/d của cọc đóng, với Ltt/d = 17,5, được xác định theo biểu đồ trong hình 3.23b, cho giá trị fL = 0,96.
Cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ ‘‘i’’:
Tính toán thành phần ma sát theo bảng sau:
Tổng hợp sức chịu tải của cọc như sau:
Rch,4 = qbAb + u (fc,ilc,i + fs,ils,i) = 8700 0.1225 + 1.4964,207 = 2415,639kN
III.3.6 Tổng hợp và lựa chọn sức chịu tải cho phép của cọc
Các loại sức chịu tải đã tính toán cho kết quả như sau:
- Sức chịu tải theo cường độ vật liệu: RV1 = 1725,84 kN
- Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý: Rch, 1 = 1177,04 kN
- Sức chịu tải theo chỉ tiêu cường độ: Rch, 2 = 3970,08 kN
- Sức chịu tải theo kết quả xuyên tĩnh: Rch, 3 = 1907,54 kN
- Sức chịu tải theo kết quả xuyên tiêu chuẩn: Rch, 4 = 2415,64 kN
Chọn giá trị sức chịu tải nhỏ nhất R ch,1 = 1037,04 kN để tính toán
III.4 Sức chịu tải cho phép của cọc
Sức chịu tải cho phép (theo công thức 3.4):
- hệ số điều kiện làm việc, kể đến yếu tố tăng mức độ đồng nhất của nền đất khi sử dụng móc cọc, lấy bằng 1,15 trong móng nhiều cọc;
- hệ số tin cậy về tầm quan trọng của công trình, lấy bằng 1,15 với tầm quan trọng của công trình cấp II;
Hệ số tin cậy của móng cọc đài thấp, với đáy đài nằm trên lớp đất biến dạng lớn và số lượng cọc từ 1 đến 5, được xác định là 1,75.
Kiểm tra sự phù hợp của sức chịu tải theo cường độ vật liệu bằng cách xét tỷ số
= 2,91 Thỏa điều kiện cọc không bị phá hoại trong quá trình hạ cọc
III.5 Xác định số lượng cọc, bố trí cọc trong móng
Phản lực của cọc lên đáy đài:
Diện tích sơ bộ đáy đài:
Tổng lực dọc tính toán tính đến đáy đài:
Số lượng cọc trong móng:
-Sơ bộ chọn 4 cọc và bố trí cọc theo hình dạng vuông trên mặt bằng Khoảng cách cọc và kích thước thực tế của đài theo hình sau:
III.6 Kiểm tra điều kiện áp lực xuống đỉnh cọc Điều kiện kiểm tra tổng quát như sau:
Rctk - sức chịu tải thiết kế của cọc, (kN);
- trọng lượng tính toán của cọc, (kN);
;- áp lực lớn nhất và nhỏ nhất tác dụng xuống cọc, (kN). Áp lực tác dụng xuống đầu cọc trường hợp móng chịu tải lệch tâm theo 2 phương:
= 505,638 + 25,83 × 1,5 = 544,383 kNm Tổng lực dọc tính toán đến đáy đài theo kích thước đài thực tế:
= + 1,1 × 2 × 2 × 20 × 1,5 = 1371,912 kN Tính toán áp lực xuống các đỉnh cọc được trình bày trong bảng sau:
Trọng lượng tính toán từ đáy đài đến mũi cọc:
Kiểm tra sự làm việc của cọc trong nhóm theo biểu thức:
Hệ số tính theo công thức Labarre:
Móng thỏa mãn điều kiện làm việc trong nhóm.
III.7 Kiểm tra cọc chịu tải trọng ngang
III.7.1 Xác định nội lực do tải trọng ngang dọc theo thân cọc
Móng chịu tải trọng lệch tâm theo hai phương, tuy vậy chỉ cần kiểm tra theo phương có lực cắt lớn hơn.
Lực cắt lớn nhất tác dụng xuống móng: Qox tt= 25,83 kN, như vậy lực cắt tác dụng lên một cọc là:
Mô men quán tính tiết diện ngang của cọc:
Chiều rộng quy ước của cọc: bc = 1,5dc + 0,5 = 1,5 × 0,35 + 0,5 = 1,025m
Hệ số nền tra Bảng 3.22, với đất loại cát có chỉ số sệt:
Chiều sâu tính đổi: le = αbdl = 0,75 × 26,5 = 19,852 m Tra bảng 3.24 có:
Chuyển vị ngang của cọc do lực đơn vị H0 = 1 tạo ra là m/kN, trong khi chuyển vị ngang do lực đơn vị M0 = 1 cũng được xác định là m/kN Ngoài ra, góc xoay của cọc do lực đơn vị H0 = 1 gây ra là m/kN.
Mô men uốn và lực cắt của cọc tại cao trình mặt cắt:
Q0 = Q = 6,458 kN Chuyển vị ngang y0 và góc xoay ᴪ0 tại cao trình mặt đất:
= 6,6 0,0000876 + 0 = 0,000566 rad Chuyển vị ngang và góc xoay của cọc tại cao trình đáy đài:
Trong công thức trên l0 là khoảng cách từ đáy đài đến mặt đất, với móng cọc đài thấp nên = 0, do vậy:
∆ = y0 = 0,001166844 m; ᴪ = ᴪ0= 0,000566 rad Áp lực tính toán – σz (kPa) ; mô men uốn – Mz (kNm) và lực cắt Qz (kN) trong các tiết diện cọc như sau:
Mô men dọc theo thân cọc:
Lực cắt dọc theo thân cọc:
Qz Áp lực ngang dọc theo thân cọc:
III.7.2 Kiểm tra khả năng chịu uốn của cọc Điều kiện kiểm tra:
Tại độ sâu z = -1,60 m kể từ đáy đài (thuộc lớp đất 1) có Mzmax = 6,330 kNm
Kiểm tra khả năng chịu uốn của cọc đã chọn với tiết diện 35 × 35, thép dọc
4∅14 – As = 6,16 cm 2 Bê tông cọc cấp độ bền B25 – Rb = 14500 kPa.
Lượng thép dọc chịu uốn: 2∅14 – As = 3,08 cm 2 = 0,000308 m 2
Khả năng chịu uốn của cọc: kNm
Như vậy: Mzmax = 6,330 kNm < [M] = kNm Thỏa mãn điều kiện.
III.7.3 Kiểm tra ổn định nền xung quanh cọc Điều kiện kiểm tra:
Tại độ sâu z = -1,60 m kể từ đáy đài (thuộc lớp đất 1) ta có = 4,643 kPa
Tính toán áp lực ngang lớn nhất cho phép với các thông số:
Tại độ sâu -1,60 m (kể từ mặt đất) có: σ’v = 52,853 kPa
; lấy ; ; thay số vào ta có:
Như vậy: có = 4,643 kPa < = kPa.
Thỏa mãn điều kiện áp lực ngang dọc theo thân cọc.
III.8 Kiểm tra điều kiện áp lực tại mặt phẳng mũi cọc Điều kiện kiểm tra áp lực đất nền tại mặt phẳng mũi cọc như sau:
- áp lực tiêu chuẩn trung bình và lớn nhất tại mặt phẳng mũi cọc, (kPa);
- sức chịu tải của đất nền tại mặt phẳng mũi cọc, (kPa).
III.8.1 Xác định kích thước của móng khối quy ước
Phạm vi khối móng quy ước theo hình dưới đây.
Góc ma sát trong trung bình của các lớp đất mà cọc xuyên qua theo phương dài:
Cạnh của đáy móng khối quy ước:
Lqu = Bqu = L’ + 2Hqutg(φtb/4) = 1,85 + 2 × 26,5 × tg(10 o 3’/4) = 4,303 m
III.8.2 Xác định trọng lượng của móng khối quy ước
