Tính toán cọc ván thép - Thi công cọc đóng ván thé- 123docz.net

THIẾT KẾ THI CÔNG TRỤ T2

9.6 Thi công cọc đóng ván thép

9.6.4. Tính toán cọc ván thép

- Để hạ cọc ván thép vào đất dùng hệ thống búa, trên cần cẩu. Để tránh các hàng cọc không bị nghiêng và khép kín theo chu vi thì phải đặt toàn bộ tường hoặc một đoạn tường vào vị trí

khung dẫn hướng. Đóng cọc làm 2 hoặc 3 đợt tùy theo độ sâu cần đóng. Các bộ phận ngàm cọc đều phải được bôi trơn mỡ trước khi đóng. Khe hở thẳng đứng giữa các cọc cần phải được trét đất sét dẻo để tránh nước rò rĩ vào.

9.6.4.1. Các nguyên tắc tính toán:

- Vòng vây cọc ván được xem là tuyệt đối cứng

- Áp lực đất tác dụng lên tường cọc ván lấy theo định lý Culông với mặt phá hoại là mặt phẳng.

- Ở đây ta chọn vòng vây cọc ván thép không cần khung chống. Do đó cần kiểm tra về mặt ổn định vị trí và độ bền của các bộ phận có trong vòng vây. Ta đi xét 2 trường hợp như sau:

+Trường hợp 1: Hố móng đã đào tới cao độ của đáy lớp bêtông bệ móng.

Khi đào móng xong và chưa thi công lớp BTBĐ.Sơ đồ tính của cọc ván trong trường hợp 1bất lợi nhất có thể xem như quay quanh diểm O tại vị trí mũi cọc ván.

+ Trường hợp 2 : Sau khi đổ bê tông bịt đáy và hút nước để thi công bệ móng, cần tính toán cọc ván làm việc ở giai đoạn bất lợi nhất, tức là trường hợp đã đổ bê tông bịt đáy và hút toàn bộ nước. Cọc ván có xu hướng quay quanh điểm O nằm cách mặt trên của lớp bê tông bịt đáy khoảng 0,5m về phía dưới.

* Xét trường hợp 2:

+ Xác định chiều sâu ngàm cọc ván:

-Sơ đồ tính : Mặt cắt ngang tại vị trí đóng cọc gồm 3 lớp đất, trong đó có lớp đất á cát vừa được đắp lấn để tiến hành thi công.

Các chỉ tiêu cơ lý Cát hạt mịn dày 4.45m Á Sét dày 4.15m Cát trung dày vô cùng

Ε 0,55 0,8 0,68

γ (T/m3) 1,96 1,94 1,92

Φ 29 17 17

C 0,08 0,03 0

Δ 2,65 2,54 2,67

γđn 1,06 0,85 0,99

- Sự khác nhau củaγ,ϕ giữa 2 lớp đất kề nhau < 20% nên khi tính toán ta quy về lớp đất tương đương.

Có

i i

tb ih

h .

∑ γ

= ∑

γ =4, 45.1,96 4,15.1,94 6, 4.1,92 15 1,94

+ + = (T/m3)

i tc i i

tctb h

h .

∑ ϕ

= ∑

ϕ =28.4, 45 17.4,15 17.6, 4

20, 22 15

+ + = 0

. 1,06.4, 45 0,85.4,15 0,99.6, 4 3

0,97( / ) 15

đni i đn

h T m

γ =∑γ = + + =

∑

4.74(m)

3.26(m)

h(m) CÐMÐTN:-2.14

CÐÐBTBÐ:-5.4 MNTC:+2.6

+2.4

Thanh chống

E4 O

Hình 9.7: Tính cọc ván thép Hệ số vượt tải của áp lực đất chủ động: na = 1,5 Hệ số vượt tải của áp lực đất bị động: nb = 0,9 Hệ số vượt tải của áp lực thủy tĩnh lấy n = 1 - Hệ số áp lực đất chủ động:

2 450 0, 49 2

tc tb

a tg φ

λ =  − ÷=

 

- Hệ số áp lực đất bị động:

2 0

45 2,06

tc tb

b tg φ

λ =  + ÷=

 

- Áp lực thủy tĩnh:

E1 = 2

1 .γn.0,22 = 0,02 (T).

E2 = γn.0,2.(h+7,8)= 0,2h + 1,56 (T) - Áp lực đất chủ động:

E3=1. . 3, 26( )2. . 1.0,97. 3, 26( )2.0, 49.1,5

2 γđn +h k na a = 2 +h = 0,36.(3,26+h)2 (T) - Áp lực đất bị động:

E4 =1. . . .2 1.0,97. .2, 06.0,9 0,9.2 2 2 γđn h k nb b =2 h = h (T) - Điều kiện đảm bảo ổn định chống lật:

0,95.MG ≥ ML (*) Trong đó :

+ ML : Tổng mômen các lực gây lật đối với điểm lật O.

+ MG : Tổng mômen các lực giữ đối với điểm lật O.

1 2 ( ) 3

2 1 2

. .0, 2 . . 8, 2 .( .(3, 26 ) 4,74)

3 2 3

ML =E +E  +h ÷+E + +h

( ) 2

2 1 2

0,02. .0, 2 (0, 2 1,56). . 8, 2 0,36.(3, 26 ) .( .(3, 26 ) 4, 74)

3 h 2 h  h 3 h

= + +  + ÷+ + + +

3 2

0, 24h 4,15h 20,37h 32,84

= + + + (T.m)

.(2 8)

G 3

M =E h+

2 2

0,9. .( 8) h 3h

= +

3 2

0,6h 7, 2h

= + (T.m)

Từ điều kiện (*) ta có được: 0,33h3 + 2,69h2- 20,37h- 32,84 ≥ 0 Giải ra ta được kết quả như sau: h ≥ 5,71 m.

- Vậy chiều sâu ngàm cọc ván thép là 5,8 (m) + Tính toán chọn cọc ván thép:

- Khi tính toán ta xét cho 1m rộng cọc ván thép. Việc tính toán cường độ của cọc ván thì ta xem cọc ván làm việc như một dầm đơn giản có mút thừa. Cọc được xem là dầm kê lên hai gối là một gối tại vị trí thanh chống và một gối nữa tại vị trí điểm giữa của đoạn cọc ngàm. Các lực tác dụng lên cọc ván là các lực chủ động, và áp lực thủy.

Sơ đồ tính duyệt cường độ cọc ván thép như sau :

6.16m

4.74(m)3.26(m)5.8(m)

CÐMÐTN:-2.14

CÐÐBTBÐ:-5.4

MNTC:+2.6 +2.4

Thanh chống

E3 E4

Hình 9.8 : Sơ đồ tính duyệt cường độ cọc ván thép và tính thanh chống Các trị số tung độ của biểu đồ áp lực:

Áp lực đất chủ động:

2 3 đn*6.16* *a a 0.97*6.16*0.49*1.5 4.39(T/m )

p =γ k n = =

Áp lực nước thủy tĩnh:

p1 = γn*0.2 = 0.2 (T/m2)

Sử dụng chương trình Midas Civil, mô hình hóa kết cấu, gán điều kiện biên, gán tải trọng, ta có kết quả biểu đồ mômen uốn trong cọc ván thép như hình 3.8

12.1

3.6 Mmax=19.2T/m

Hình 9.9 Mômen trong cọc ván thép Ứng suất lớn nhất trong cọc ván thép:

5 max 2

max

M 19.2*10

872.73(kG/cm )< Ru = 2100 kG/cm2

W 2200

σ = = =

Vậy cọc ván thép đủ khả năng chịu lực.

* Xét giai đoạn 2 : Khi có lớp BTBĐ :

- Sau khi thi công xong lớp bêtông bịt đáy thì ta tiến hành hút hết nước trong hố móng, do đó các lực tác dụng lên cọc ván thép bao gồm các lực chủ động và các áp lực thủy tĩnh (bỏ qua ảnh hưởng của áp lực bị động và áp lực nước trong hố móng).

- Sơ đồ tính cọc ván thép là dầm giản đơn kê lên 2 gối là thanh chống và điểm O cách mặt trên của lớp bêtông bịt đáy 0,5m về phía dưới.

- Ta thấy chiều dài tính toán của cọc ván thép trong trường hợp này nhỏ hơn so với trường hợp 1 nên trường hợp này không bất lợi hơn trường hợp 1.

4.74(m)3.26(m)5.8(m)

CÐMÐTN:-2.14

CÐÐBTBÐ:-5.4 MNTC:+2.6

Thanh chống

E2 1.76m

0.5m

Hình 9.10 : Sơ đồ tính duyệt cường độ cọc ván thép và tính thanh chống Các trị số tung độ của biểu đồ áp lực:

Áp lực đất chủ động:

2 2 đn*6.16* a* a 0.97 *1.76*0.49*1.5 1.25(T/m )

p =γ k n = =

Áp lực nước thủy tĩnh:

p1 = γn*6.5 = 6.5(T/m2)

Sử dụng chương trình Midas Civil, mô hình hóa kết cấu, gán điều kiện biên, gán tải trọng, ta có kết quả biểu đồ mômen uốn trong cọc ván thép như hình 3.8

15.1

7.1 Mmax=17.9T/m

Hình 9.11 Mômen trong cọc ván thép Ứng suất lớn nhất trong cọc ván thép:

5 2

max max

M 17.9*10

813.64(kG/cm )< Ru = 2100 kG/cm2

W 2200

σ = = =

Vậy cọc ván thép đủ khả năng chịu lực.

9.6.4.2 Tính toán thanh chống

1600

3000 4250

220016002200

3000 7.1(T/m)

R1 R2 R3 R4

7.1(T/m) R'1R'2R3R4

Hình 9.12 Bố trí thanh chống trong vòng vây cọc ván thép

Lực nén trong thanh chống chính bằng giá trị phản lực tại vị trí của thanh chống: Từ sơ đồ kết cấu như trên ta tính lực nén tác dụng lên thanh chống do 1m rộng ván thép là: N = 7.1 (T/m).

Áp lực tác dụng lên thanh chống:

Từ sơ đồ 3 nhịp, tính được phản lực tại các gối như sau: R1 = R4 = 7,4 T R2 = R3 = 29 T.

Từ sơ đồ 3 nhịp, tính được phản lực tại các gối như sau: R1’ = R4’ = 6,5 T R2’ = R3’= 14,8 T.

Lực nén lớn nhất trong thanh chống là:

N = 29.cos540 + 14,8.sin360 = 25,75 T.

Ta chọn loại thanh chống I40 có các đặc trưng sau:

F = 72,6cm2 ; ix = 16,2cm ; iy = 3,03cm Kiểm tra ổn định thanh

Độ mãnh của thanh :

0 374 2

23.08( )

X 16.2

l cm

λ ≥ =i =

0 374 2

123.43( )

Y 3,03

l cm

λ ≥ =i =

Vậy: λmax = max (λx ; λy) = 123.43

Tra bảng với λmax = 123.43 với thép có cường độ tính toán bằng 2100kG/cm2, ta có ϕ = 0,25 [ phụ lục II - sách kết cấu thép – cấu kiện cơ bản ; NXB khoa học kỹ thuật]

Công thức kiểm tra ổn định : F R

N ≤

= ϕ

σ .

25,75*103

1418,5 72.6*0.25

σ = = (kG/cm2) < R = 2100 (kG/cm2).

Vậy điều kiện ổn định của thanh chống được thỏa mãn.