CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE
CHƯƠNG 7 : MÓNG CỌC BARRETTE
7.1. ĐỊA CHẤT 7.1.1. Tóm tắt địa chất công trình. Căn cứ vào kết quả khảo sát tại các hố khoan, địa tầng vị trí xây dựng công trình được phân thành các lớp sau: • Lớp A: Thành phần gồm cát san lấp • Lớp 1: Thành phần gồm: bùn sét, xám xanh đen trạng thái chảy. • Lớp 3A: Thành phần gồm: cát pha, xám xanh đen trạng thái dẻo. Lớp này phân bố như sau: • Lớp 3B: Thành phần gồm: cát pha, xám xanh đen trạng thái dẻo. Lớp này phân bố như sau: Bảng 7.1. Bảng tóm tắt các giá trị địa chất dùng trong tính toán. φ γ 2 C(kN/m ) γd γ' (kN/m3 (kN/m3) (kN/m3) TTGH TTGH TTGH ) TTGH2 1 1 2 lớp 1 14.9 8 5 6.2 6.4 3º37' 3º49' lớp 18º58 19º17 18.5 14.1 8.8 7.1 8 3A ' ' lớp 22º23 22º35 19.5 15.7 9.8 7.4 8.6 3B ' ' 7.2. GIỚI THIỆU VỀ CỌC BARRETTE Cọc barrette là một loại cọc khoan nhồi, thi công bằng loại gàu ngoạm hình chữ nhật. Cọc barrette thông thường có tiết diện hình chữ nhật, chiều rộng từ 0,6m đến 1,5m và chiều dài từ 2,2m đến 6,0m. Ngoài ra có thể có các tiết diện khác như chữ T, chữ thập +, chữ I, chữ L, chữ H,... Tùy theo điều kiện địa chất công trình, tải trọng công trình mà cọc barrette có thể có chiều dài từ vài chục mét đến hơn một trăm mét. Cọc barrette là một loại cọc khoan nhồi nên cũng có những ưu, nhược điểm như cọc khoan nhồi. Ngoài ra cọc barrette còn có các ưu điểm như sau: Có thể thi công kết hợp nhiều dạng hình học khác nhau nhằm đạt tiết diện chịu lực tối ưu, có moment kháng uốn lớn theo phương chịu lực. Sức chịu tải lớn cả về lực dọc, lực cắt và moment uốn. 1
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Đối với các công trình có tầng hầm, phương án móng cọc barret rất thuận lợi để thiết kế kết hợp với tường chắn tầng hầm. Trình tự thiết kế và tính toán sức chịu tải của cọc barrette về cơ bản cũng như cọc khoan nhồi. Cọc barrette thiết kế cho những móng chịu tải trọng lớn. Sức chịu tải của một cọc có thể đạt từ 600 tấn đến 3000 tấn. Kích thước cọc barrette của công ty Bachy Soletanche hay dùng như sau: Bảng 7.2.: Kích thước phổ biến của cọc barrete. Cạnh dài 2.2 2.2 2.8 2.8 2.8 3.6 3.6 3.6 a(m) Cạnh ngắn 0.8 1 0.8 1 1.2 1 1.2 1.5 b(m) Diện tích 1.76 2.2 2.24 2.8 3.24 3.6 4.32 5.4 2 S(m )
7.3. TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 7.3.1. Các thông số của cọc Các thông số kỹ thuật cọc khoan nhồi sử dụng thiết kế kết cấu móng: Kích thước cọc: Chiều dài : 2.2 m Chiều rộng: 0.8 m Diện tích tiết diện cọc: 2.2 × 0.8 = 1.76m 2
Ap= Chọn 20a200, As = 0.00879 m2 Vật liệu sử dụng Bê tông sử dụng chọn bê tông có cấp độ bền chịu nén B25. Cường độ chịu nén tính toán của bê tông: R b = 14.5 MPa. Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông: Rbt = 1.05 MPa. Cường độ chịu nén tức thời trung bình của bê tông: B m=32.11 MPa Cốt thép sử dụng loại CII Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của cốt thép: Rsn =295 MPa Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép: Rs=280MPa
7.3.2. Theo điều kiện vật liệu 2
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Sức chịu tải dọc trục cho phép của cọc theo vật liệu làm cọc: Pvl = R u A b + R an A s
Trong đó: Ru: cường độ chịu nén tính toán của bêtông làm cọc. Ru = min{R/4.5; 6} với R là cường độ chịu nén tức thời trung bình của bê tông cọc (MPa). Ab: diện tích mặt cắt ngang của bê tông trong cọc. Ran: cường độ chịu nén tính toán của cốt thép làm cọc. Ran = min{Rc/1.5; 220} Rc: giới hạn chảy của cốt thép (MPa). As: diện tích mặt cắt ngang của cốt thép dọc trục. Với: Ru = min{R/4.5; 60} =min{32.11/4.5; 6} = 6 MPa. Rs = min{Rsn/1.5; 220} =min{295/1.5; 220} = 196.7 MPa Pvl = R u A b + R s A s = (6 × ( 1.76-0.00879 ) + 196.7 × 0.00879) *1000 = 12441.5 kN
7.3.3. Theo điều kiện đất nền. Sức chịu tải của cọc theo đất nền (c, ) được xác định theo phụ lục B TCXD 205-1998 : tính theo TTGH I, giá trị tính toán của c, , lấy cận dưới. Giả thiết sử dụng địa chất hố khoan 1 để tính toán. Qu = Qs + Q p = As × f s + A p × q p
Trong đó: Qs: Sức chịu tải cực hạn do ma sát bên. Qp: Sức chịu tải cực hạn do mũi cọc. fs : Ma sát bên đơn vị giữa cọc và đất. qp: Cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc. As: Diện tích mặt bên của cọc. Ap: Diện tích mũi cọc. Sức chịu tải cho phép của cọc được tính theo công thức: Qa =
Q Qs + p FS s FS p
.
Trong đó : FSs :Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên (FS s = 1.52.0) FSp :Hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc (FSp = 2.03.0) 3
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE •
Thành phần ma sát Qs
Qs = Asfsi Ma sát trên đơn vị diện tích mặt bên của cọc được xác định theo công thức: f si = ca + σ h' × tgϕ a Trong đó: ca: Lực dính giữa thân cọc và đất, lấy ca = cI (tính theo TTGH I). σ h' = ksσ v' : ứng suất pháp tuyến hữu hiệu tại mặt bên cọc 2 (kN/m ). σ v' là ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng. ks: hệ số áp lực ngang. ks =1 – sin a a - Góc ma sát trong giữa cọc và đất nền, đối với cọc khoan nhồi a = -3o
4
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE HK2
0 2.5
HK3
-2.40
-2.60
5 7.5
CHUÙGIAÛ I
10 12.5 15
Caù t san laá p
17.5 -18.90
20
-22.20
22.5
-27.50
25
Buø n seù t, xanh xaù m ñen, traïng thaù i chaû y
27.5 30
Caù t pha, xaù m xanh ñen, traïng thaù i deû o
-33.30
32.5 35 37.5
Caù t pha, xaù m xanh ñen, traïng thaù i deû o
40 42.5 45 47.5 50 52.5 55 57.5 60
Hình 7.1: Mặt cắt địa chất. Giả thiết mũi cọc ở cao độ z= - 50m so với mặt đất. Ta lấy địa chất hố khoan 2 để thiết kế. Gọi zi là khoảng cách từ giữa đoạn cọc trong lớp đất i đến mặt đất, hi là chiều dài cọc thứ i trong lớp đang xét. Ta có bảng tính thành phần ma sát của cọc như sau:
Bảng 7.3. Sức chịu tải ma sát của cọc Zi(m) 16.1
σ'v(kN/ m2 ) 93.37
ci(kN/ tanφi m2) Ksi fsi Qi(kN) 0.0107 0.9892 7.1936 526.57 12.2 6 6.2 4 5 5
Li(m)
5
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE
27.75
172.27
11.1
41.65
303.38
16.7
0.2859 6 0.3516 4
7.1 7.4
0.7250 6 0.6682 8
42.818 4 78.691 1 Tổng
2851.7 1 7884.8 5 11263. 1
Vậy sức chịu tải cực hạn do ma sát bên: Q s = Qsi = 11253.1 (kN). • Thành phần mũi cọc Qp Sức chịu tải mũi cọc tính theo công thức: Qp= Ap
×
qp
Trong đó : Ap – Diện tích tiết diện ngang mũi cọc. qp: Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, đối với móng sâu và móng cọc thì sức chịu tải đơn vị diện tích được xác định như sau: σ v' qp = cNc + Nq + dN Mũi cọc cắm vào lớp đất 3B có: Góc ma sát trong: I = 22023’; Độ dính cI=7.4 (kN/m2). Tra bảng các giá trị Nc, Nq, N theo góc ma sát trong của Vesic(Bảng 1.23 trang 67 sách “Nền móng - Châu Ngọc Ẩn”) ta được: Nc = 18.05; Nq = 8.66; N = 8.2 σ v' Ứng suất có hiệu tại vị trí mũi cọc (z=-50m): = 385.21 (kN/m2 ) Qp = (10.618.05 + 385.21 8.66+9.8 1.2 8.2)×1.76 = 6106.3(kN) Sức chịu tải cực hạn của cọc tính theo đất nền là: Qu = Qs + Qp = 11263.1+6106.3 = 17369.4(kN) Sức chịu tải cho phép của cọc tính theo đất nền là: Qa =
11263.1 6106.3 + = 7666.9 2 3
( kN)
7.3.4. KẾT LUẬN Sức chịu tải của cọc theo cường độ nhỏ hơn sức chịu tải của cọc theo vật liệu. Vậy ta chọn sức chịu tải theo chỉ tiêu cường độ là sức chịu tải của cọc. 6
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Vậy Qa = 7666.9 (kN).
MẶT BẰNG PHÂN LOẠI MÓNG
7.4.
Nguyên tắc phân loại móng dựa trên cơ sở lực tác dụng vào móng. Lực tác dụng khác nhau thì cấu tạo và kích thước các cấu kiện của móng cũng khác nhau. Tuy nhiên để đơn giản cho công thiết kế, móng có tải tác dụng chênh lệch nhau không quá 15% có thể phân vào một loại móng. Ở đây, do yêu cầu của luận văn chỉ thiết kế hai móng M1 và M2, do đó em chỉ xét hai móng đó còn các móng còn lại em chỉ vẽ mà không tính. M3
M1
M3
M1
12000
D
M1
C
M1
35000 11000
M2
B
M1
M3
5400
M1
A 10000
1
300 13006501550 1300300
12000
M1
M3
M1
300 1300 9001300 1300300 5400
10000 30000
10000
3
2
Hình 7.2: Mặt bằng phân loại móng. 7
4
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE 7.5.
TÍNH TOÁN MÓNG M1
7.5.1. Nôi lực
Bảng tổ hợp nội lực móng M1:
Bảng 7.4. Các trường hợp tổ hợp nội lực My(kN. N(kN) Hx(kN) Hy(kN) m) -21066.35 -22.41 -79.51 -107.587
Mx(kN. m) -28.767
Nmax
-17747.37
-3.45
-22.91
111.282
49.169
Mxmax
-20995.07
-22.41
-79.51
146.858
42.961
Mymax
-19307.01
-31.42
-62.01
55.154
18.71
Hxmax
-20995.07
-22.41
-79.51
146.858
42.961
Hymax
Nội lực tính toán: ta tính với tổ hợp 1: N max, Hxtư, Hytư, Mxtư , Mytư., sau đó ta kiểm tra khả năng chịu lực cho 4 cặp nội lực còn lại. 7.5.2. TÍNH TOÁN SƠ BỘ SỐ LƯỢNG CỌC 7.5.2.1. Ước lượng số cọc
Số lượng cọc ước lượng: N tt 21006.35 n=β = 1.2 × = 3.3 Qa 7666.9
Vậy ta chọn số cọc bố trí là n = 4 cọc. Trong đó: Ntt: tải trọng thẳng đứng Qa: sức chịu tải tính toán của một cọc. : hệ số xét tới ảnh hưởng của mômen, lấy từ 1.2 1.5 tùy theo giá trị mômen. Ở đây lấy =1.2 7.5.2.2. Bố trí cọc Khoảng cách từ tim hàng cọc ngoài cùng đến mép đài chọn là 0.3m.
8
300
1300
650
5400
1550
1300
300
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE
300
1300
900
1300
1300
300
5400
Hình 7.3: Kích thước đài cọc và bố trí cọc sơ bộ. 7.5.3. KIỂM TRA THIẾT KẾ SƠ BỘ 7.5.3.1. Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc trong móng
Ta kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc với tổng lực dọc tính toán, moment theo hai phương (Mx, My), lực ngang theo hai phương (H x, Hy). Điều kiện kiểm tra: Pmax Qa , Pmin 0 Chiều cao đài chọn sơ bộ là 2m. hd = 2 (m) Trọng lượng bản thân đài: Gđ = 1.12525.4×5.4 = 1603.8 (kN) Dời các lực từ chân cột về trọng tâm đáy đài cọc ta được: Ntt = 21006.35 + 1821.6 = 22827.95 (kN) M xtt = M x − H y × hd = −28.676 − 79.51× 2 = −187.79
kNm M ytt = M y + H x × hd = −107.587 − 22.41× 2 = −152.41
kNm Tải trọng tác dụng lên cọc chịu nén nhiều nhất: P max =
∑N n
tt
∑ M .y ∑y x
+
2 i
max n
∑ M .x ∑x y
+
max n
2 i
Trong đó: n là số lượng cọc trong đài.
9
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE ynmax
xnmax
P max =
22888 187.79 × (2) 152.41× (2) + + = 3863.4 kN 6 (2 × 2 2 ) (2 × 2 2 )
, là khoảng cách tính từ trục của hàng cọc chịu nén nhiều nhất đến trục đi qua trọng tâm đài. xi, yi - Khoảng cách tính từ trục cọc thứ i đến trục đi qua trọng tâm đài.
Pmax = 3863.4 (kN)< Qa = 7666.9 (kN) P
min
∑N = n
P min =
tt
∑ M .y − ∑y x
max n
2 i
∑ M .x − ∑x y
max n
2 i
22888 187.79 × (2) 152.41× (2) − − = 3693.3kN 6 (2 × 2 2 ) (2 × 2 2 )
>0
Vậy cọc đảm bảo khả năng chịu tải. 7.5.3.2. Kiểm tra ổn định nền dưới đáy móng khối quy ước Do tải truyền xuống chân cột là tải trọng tính toán nên để có tải trọng tiêu chuẩn ta lấy tải tính toán chia cho hệ số 1.15. Bảng 7.5.: Bảng giá trị tải trọng tiêu chuẩn Giá trị
Hx (kN)
Hy (kN)
N (kN)
Tính toán
304.83
53.31
30258.08
-437.581
975.798
26311.37
-380.505
848.52
Tiêu chuẩn 265.0696 46.35652
Mx (kN.m) My (kN.m)
Do lớp 1 là đất bùn sét trạng thái chảy nên ta bỏ qua lớp này khi xét kích thước ngang của khối móng qui ước ϕ α = tb 4
Góc truyền lực : Với: tb - Góc ma sát trung bình của các lớp đất dọc theo chiều dài cọc (tính với trạng thái giới hạn II) ϕ h 19°17 '×11.1 + 22°35'×16.7 ϕtb = ∑ i i =
∑h
i
α=
11.1 + 16.7
=21o15’
φtb 21°15' = = 5.30 4 4
10
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE
Lớp đất yếu (lớp bùn
f
tb/4
Hình 7.4: Móng khối quy ước. Diện tích móng khối quy ước: Fmq = Lmq.Bmq Bmq = 5.4 + 2(11.1+16.7)tan(5.3o) = 10.57 (m) Lmq = 5.4 + 2(11.1+16.7)tan(5.3o) = 10.57 (m) Fmq = Lmq Bmq =111.82 (m2) Các tải trọng tiêu chuẩn tác dụng tại đáy móng khối quy ước: + Từ đáy đài trở lên : (lấy tb = 22 kN/m3) ×
×
G1 = Fmq Df tb = 111.822(22-10) = 2683.7( kN) + Trọng lượng đất trong móng khối quy ước từ đáy đài trở xuống (không kể trọng lượng cọc) với các i ở trạng thái giới hạn II. G2 =(Fmq - n.AP)tb.h = (111.82-41.76)8.05×40 = 33775.1 (kN) + Trọng lượng cọc (có xét đẩy nổi vì toàn bộ các cọc nằm dưới mực nước ngầm). G3 = nAplc = 41.7640 (25-10)= 4224 kN ∑ N mqtc = Ntc+G1 + G2 + G3 = 59001.4 (kN) tc tc tc M mq , y = M y + H x × hd = −93.54 − 19.48 × 2 = −132.5 kNm tc tc tc M mq , x = M x + H y × hd = − 69.14 − 25 × 2 = −163.3 kNm
11
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng khối quy ước: Ptbtc =
∑N
tc mq
Fmq
tc max
∑N =
tc min
∑N =
P
P
∑M +
tc xmq
∑M −
tc xmq
tc mq
Fmq tc mq
Fmq
Wx
∑M +
tc ymq
∑M −
tc ymq
Wy
Wx
Wy
Wx, Wy - Moment chống uốn của móng khối quy ước. Wy = Wx =
Bmq × L2mq 6 2 Lmq × Bmq
6
Ptbtc = 527.64 (kN / m 2 ) tc Pmax = 529.14(kN / m 2 ) tc Pmin = 526.14 (kN / m 2 )
Kiểm tra ổn định nền dưới đáy móng khối quy ước theo các điều kiện sau: Ptbtc ≤ R tc tc Pmax ≤ 1.2 R tc
Pmin ≥ 0
Trong đó cường độ tiêu chuẩn của đất nền được xác định theo công thức: R tc = m( A.Bmq .γ '+ B.D f .γ + c.D)
Trong đó: m - hệ số điều kiện làm việc của nền đất (m = 1). ’i - Dung trọng đẩy nổi lớp đất thứ i từ đáy móng khối quy ước trở xuống. A, B, D - Hệ số phụ thuộc góc ma sát trong của lớp đất mũi cọc cắm vào (lớp đất số 3B). Căn cứ số liệu địa chất ta có: CII=8.6 kN/m2 II = 22o35’ A = 0.638, B = 3.55, D = 6.14 12
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Rtc = 0.6389.410.57+ 3.55385.21 + 8.6 6.14 = 1500.25 (kN/m2) Toàn bộ các điều kiện ổn định nền đều thỏa. Vậy nền dưới đáy móng khối quy ước thỏa các điều kiện về ổn định. 7.5.3.3. Kiểm tra lún Dùng phương pháp cộng lún từng lớp phân tố. Chia đất nền dưới đáy móng khối qui ước thành các lớp có chiều dày hi. hi=Bm0.25 = 10.570.25 = 2.6 m Chọn hi = 2 (m) Áp lực bản thân của đất tại đáy móng khối qui ước: σ bt = ∑ γ i li =
385.21 kN/m2 Áp lực gây lún tại đáy móng khối qui ước: σ gl Ptbtc − σ bt = = 527.64 – 385.21 = 142.43 (kN/m2) σ z = ko × σ gl ko là hệ số áp lực đất tra từ L/B và z/B ứng với trường hợp tải phân bố đều trên diện tích chữ nhật. Cụ thể tra bảng 2.4 trang 113 sách Cơ học đất- Châu Ngọc Ẩn. p1 = (
σ bt1
+
σ bt2
)/2 σ σ gl2 p2 = p1 + ( + )/2 Từ p1 và p2, ta suy ra e1 và e2 từ bảng thí nghiệm nén cố kết của lớp đất 5a như sau: 1 gl
Bảng 7.6.: Kết quả thí nghiệm nén cố kết của lớp đất 3B P(kN) 0 100 200 400 800
e 0.648 0.607 0.587 0.565 0.551
Công thức tính lún : 13
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE e1 − e2
∑s
∑ 1+ e
Bề dày
z/B
σ'bt
σgl
Ko
0
385.2 1
142. 4
1
i
× hi
1
S= = Kết quả tính lún trình bày trong bảng sau : Bảng 7.7: Bảng tính lún móng M1 Ph ân tố
z 0
1 2
2 0.1 9
2 2 4
0.3 8
3
0.5 7
4
0.7 6
5 10 6
106. 7
444.0 1
92.9
463.6 1
76.1
483.2 1
59.3
e2i
S(m)
395
525. 6
0.565 5
0.560 6
0.0062 6
414. 6
527. 4
0.564 4
0.560 5
0.0049 9
434. 2
534. 1
0.563 8
0.560 3
0.0044 8
453. 8
538. 4
0.563 1
0.560 1
0.0038 4
473. 4
541. 2
0.562 4
0.56
0.0030 7
0.652 6 0.534 8
2 0.9 5
e1i
0.749 8
2
8 10
424.4 1
Pi2
0.834 5
2
6 8
118. 8
2
4 6
404.8 1
Pi1
0.417 0.0226 3
Tính lún dừng khi bt>5gl Tổng độ lún là 2.23 cm < 8 cm, vậy móng cọc thỏa điều kiện chịu lún . 7.5.4. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ĐÀI CỌC 7.5.4.1. Kiểm tra điều kiện chọc thủng
14
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE 900
2000
45°
Hình7.5: Hình tháp xuyên thủng. Xác định hình tháp chọc thủng bằng cách mở góc 45 o từ mép ngoài chân cột xuống móng. Cột đặt trên móng có tiết diện : b chc = 900900mm. Chiều cao đài 2m Theo hình vẽ trên ta thấy các cọc nằm trong tháp xuyên thủng do đó không cần kiểm tra xuyên thủng. 7.5.4.2. Tính cốt thép cho đài Vì cọc không chịu nhổ nên không cần tính thép cho lớp trên của đài cọc. Thép ở lớp này đặt theo cấu tạo 12a200 cả hai phương. Cốt thép ở biên của đài cũng chọn cấu tạo là 12a200 Đối với thép cạnh dưới của đài ta chỉ cần tính cốt thép cho một phương vì đài móng được bố trí đối xứng. Xem đài cọc làm việc như một console ngàm tại mép cột, chịu tải trọng là phản lực các đầu cọc. Moment tương ứng tại ngàm (xem như ở cạnh cột): MI = ri.Pi
15
325
1550 300
1300
650
5400
1550
1300
300
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE
300
1300
900
1300
1300
300
5400
Hình 7.6: Mô hình tính moment uốn trong đài cọc. Ta có : r1 = 1.55 m r2 = 0.325 m Thiên về an toàn lấy 2 cọc ngoài của hàng cọc biên có: P1=Pmax=3948.5 kN P1=Pmax×(0.65×0.4)/1.76= 3948.5×(0.65×0.4)/1.76= 583.3kN Vậy MI = 3948.5×1.55+2×583.3×0.325 = 6499.32 kNm As =
M max 6499.32 × 106 = = 10991.57 0.9h0 Rs 0.9 × 1800 × 365
mm2 = 109.91 cm2 Chọn 22a180 để bố trí (As = 110.18cm2) 7.5.5. KIỂM TRA CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
Ta sử dụng các tổ hợp nội lực có lực xô ngang lớn nhất để kiểm tra cọc chịu tải trọng ngang. Bảng 7.8.: Bảng tổ hợp nội lực để kiểm tra khả năng chịu tải ngang của cọc. N(kN)
Hx(kN)
Hy(kN)
My(kN.m)
Mx (kN.m)
Tổ hợp
-19307.01
-31.42
-62.01
55.154
18.71
Hxmax
-20995.07
-22.41
-79.51
146.858
42.961
Hymax
16
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Đối với cọc barrete, ta phải phân tích theo cả hai phương rồi mới tổ hợp được. Lực ngang tác dụng vào một cọc : Theo phương trục x: Hx 2
31.42 2
Hy
79.51 2
Hox = = =15.71 kN Theo phương trục y: 2
Hoy = = = 39.76 kN Đối với moment: Moment My, Mx đã chuyển hóa toàn bộ thành lực dọc nên không cần xét. 7.5.5.1. Kiểm tra theo phương x: 7.5.5.1.1. Xác định hệ số biến dạng α bd =
5
K.bc E b.I
K : hệ số tỷ lệ. Tra bảng G.1 có K = 5000 kN/m4 (Đất xung quanh cọc là cát nhỏ) Eb : môđun đàn hồi ban đầu của bê tông cọc I : moment quán tính tiết diện ngang của cọc I=
bh 4 0.8 × 2.24 = = 0.293 m 4 64 64
bc : Bề rộng qui ước của cọc. Theo TCXD 205-1998 thì với D0.8m thì b c = b+ 1 = 0.8+1 = 1.8 m Ta có bảng kết quả : b (m) 0.8
bc (m) 1.8
K Eb (kN/m4) (kN/m2) 5000 3E+07
I (m4) 0.293
bd (m-1) 0.2524
Kiểm tra chuyển vị ngang đầu cọc ở đáy đài Chiều sâu tính đổi hạ cọc trong đất: Le = bd.L = 0.252440 = 10.09 m L là chiều sâu hạ cọc thực tế tính từ đáy đài, L=40 m Chuyển vị ngang và góc xoay của cọc ở cao trình đáy đài được xác định theo công thức:
7.5.5.1.1.
17
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE
n = yo + olo +
= o +
H × l 3o M × l 2o + 3 × Eb × I 2 × Eb × I
H × lo 2 M × lo + 2 × Eb × I Eb × I
Trong đó : lo là chiều cao lấy từ đài cọc đến mặt đất ứng với móng cọc đài cao, với móng đài thấp l0 = 0. yo, o - chuyển vị ngang và góc xoay của cọc ở cao trình mặt đất. yo = HoHH + MoHM o = HoMH + MoMM Trong đó: Ho : Giá trị tính toán của lực cắt. Mo : Mô men uốn tại mặt đất ứng với móng cọc đài cao và tại đáy đài ứng với móng cọc đài thấp. HH, MH - chuyển vị ở cao trình đáy đài, do các lực đơn vị đặt tại cao trình này gây ra, được xác định như sau : δ HH =
1 ×AO α bd × E b × I
δ MH =
1 × BO α bd × E b × I
δ MM =
1 × CO α bd × Eb × I
3
2
Trong đó : Ao, Bo , Co phụ thuộc vào chiều sâu tính đổi hạ cọc trong đất Le. Với Le = 12.8 m, tra bảng G2 – TCXD 205 – 1998 ta có: Ao = 2.441 , Bo = 1.621 , Co = 1.751
18
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE
Hình 7.7: Sơ đồ tác động của moment và tải ngang lên cọc.
δ HH
δ MH
=
δ
2.441 0.2524 × 3 ×107 × 0.293 3
=
1.621 0.25 × 3 × 107 × 0.293
= 1.710-5 m/kN
2
HM
=
=2.8910-6 kN-1
1.751 0.2524 × 3 ×107 × 0.293
δ
= = 7.8910-7 kN-1m-1 yo =HoHH + MoHM = 15.71 1.710-5 = 0.2710-3(m). o=HoMH + MoMM = 15.71 2.8910-6 = 4.5510-5(rad). Ta có : n = 0.027cm < gh = 1 cm. = 4.5510-5(rad) < gh = 2/1000. Vậy cọc thỏa điều kiện chuyển vị ngang và góc xoay. 7.5.5.1.2. Biểu đồ áp lực ngang tác dụng vào thân cọc Áp lực z(kN/m2), mô men uốn Mz(kNm), lực cắt Qz(kN) trong các tiết diện cọc được tính theo công thức sau: ψ M H K .ze ( y0 × A1 − 0 .B1 + 2 0 C1 + 3 0 .D1 ) α bd α bd α bd .Eb I α bd .Eb I z = MM
H0 α bd
My=2bdEbIy0A3 - bd EbI0B3 + M0C3+ D3 3 2 Qz= bdEbIA4 - bdEbI0B4 + bdM0C4 + H0D4 Trong đó: Ze là chiều sâu tính đổi, Ze=bdz Các giá trị A1, A3, A4, B1, B3, B4, D1, D3, D4 được tra trong bảng G3 của TCXD 205 – 1998. Bảng 7.9. Ứng suất z theo phương ngang của mặt bên cọc. z
ze
A1
B1
C1
19
D1
σ
z
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE 0 0.3962 0.7924 1.1885 1.5847 1.9809 2.3771 2.7733 3.1695 3.5656 3.9618 -4.358 4.7542 5.1504 5.5466 5.9427 6.3389 6.7351 7.1313 7.5275 7.9237 8.3198 -8.716 9.1122 9.5084
0
1
0
0
0
0.1
1
0.1
0.005
0
0.2
1
0.2
0.02
0.001
0.3
1
0.3
0.045
0.004
0.4
1
0.4
0.08
0.011
0.5
1
0.5
0.125
0.021
0.6
0.999
0.6
0.18
0.036
0.7
0.999
0.7
0.245
0.057
0.8
0.997
0.799
0.32
0.085
0.9
0.995
0.899
0.405
0.121
1
0.992
0.997
0.499
0.167
1.1
0.987
1.095
0.604
0.222
1.2
0.979
1.192
0.718
0.288
1.3
0.969
1.287
0.841
0.365
1.4
0.955
1.379
0.974
0.456
1.5
0.937
1.468
1.115
0.56
1.6
0.913
1.553
1.264
0.678
1.7
0.882
1.633
1.421
0.812
1.8
0.843
1.706
1.584
0.961
1.9
0.795
1.77
1.752
1.126
2
0.735
1.823
1.924
1.308
2.1
0.662
1.863
2.098
1.506
2.2
0.575
1.887
2.272
1.72
2.3
0.47
1.892
2.443
1.95
2.4
0.347
1.874
2.609
2.195
20
0 -1.989 3.6967 5.1285 6.2966 -7.207 7.8653 8.3141 8.5427 8.5817 8.4863 8.2207 7.8079 7.3081 6.7423 6.1215 5.4352 4.7163 3.9799 3.2739 2.5669 1.8698 1.2432 -0.609 0.0895
0 0.3962 0.7924 1.1885 1.5847 1.9809 2.3771 2.7733 3.1695 3.5656 3.9618 -4.358 4.7542 5.1504 5.5466 5.9427 6.3389 6.7351 7.1313 7.5275 7.9237 8.3198 -8.716 9.1122 9.5084
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE 9.9046 10.301 10.697 11.093 11.489 11.885 12.282 12.678 13.074 -13.47 13.866 14.263 14.659 15.055 15.451 15.847 16.244 -16.64
2.5
0.202
1.83
2.765
2.454
2.6
0.033
1.755
2.907
2.724
2.7
-0.162
1.643
3.03
3.003
2.8
-0.385
1.49
3.128
3.288
2.9
-0.64
1.29
3.196
3.574
3
-0.928
1.037
3.225
3.858
3.1
-1.251
0.723
3.207
4.133
3.2
-1.612
0.343
3.132
4.392
3.3
-2.011
-0.112
2.991
4.626
3.4
-2.45
-0.648
2.772
4.826
3.5
-2.928
-1.272
2.463
4.98
3.6
-3.445
-1.991
2.05
5.075
3.7
-4
-2.813
1.52
5.097
3.8
-4.59
-3.742
0.857
5.029
3.9
-5.21
-4.784
0.047
4.853
4
-5.854
-5.941
-0.927
4.548
4.1
-6.514
-7.216
-2.08
4.092
4.2
-7.179
-8.607
-3.428
3.461
0.4221 6 0.9145 4 1.3136 3 1.6391 6 2.0078 9 2.3100 2 2.5074 2.7620 3 2.9175 8 3.0873 9 3.2177 2 3.3567 2 3.4594 3 3.6285 8 3.7355 7 3.8839 7 3.9912 6 4.0686
9.9046 10.301 10.697 11.093 11.489 11.885 12.282 12.678 13.074 -13.47 13.866 14.263 14.659 15.055 15.451 15.847 16.244 -16.64
Hình 7.8. Ứng suất z theo phương ngang của mặt bên cọc. Bảng 7.10. Moment uốn tác dụng vào thân cọc. z 0 -0.3962 -0.7924 -1.1885 -1.5847 -1.9809
ze 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
A3 0 0 -0.001 -0.004 -0.011 -0.021
B3 0 0 0 -0.001 -0.002 -0.005
21
C3 1 1 1 1 1 0.999
D3 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
M 0 6.22404 12.2961 18.1653 23.4267 28.4341
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE -2.3771 -2.7733 -3.1695 -3.5656 -3.9618 -4.358 -4.7542 -5.1504 -5.5466 -5.9427 -6.3389 -6.7351 -7.1313 -7.5275 -7.9237 -8.3198 -8.716 -9.1122 -9.5084 -9.9046 -10.301 -10.697 -11.093 -11.489 -11.885 -12.282 -12.678 -13.074 -13.47 -13.866 -14.263 -14.659 -15.055 -15.451 -15.847 -16.244 -16.64
0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2
-0.036 -0.057 -0.085 -0.121 -0.167 -0.222 -0.287 -0.365 -0.455 -0.559 -0.676 -0.808 -0.956 -1.118 -1.295 -1.487 -1.693 -1.912 -2.141 -2.379 -2.621 -2.865 -3.103 -3.331 -3.54 -3.722 -3.864 -3.955 -3.979 -3.919 -3.757 -3.471 -3.036 -2.427 -1.614 -0.567 0.747
-0.011 -0.02 -0.034 -0.055 -0.083 -0.122 -0.173 -0.238 -0.319 -0.42 -0.543 -0.691 -0.867 -1.074 -1.314 -1.59 -1.906 -2.263 -2.663 -3.109 -3.6 -4.137 -4.718 -5.34 -6 -6.69 -7.403 -8.127 -8.847 -9.544 -10.196 -10.776 -11.252 -11.585 -11.731 -11.638 -11.249
0.998 0.996 0.992 0.985 0.975 0.96 0.938 0.907 0.866 0.811 0.739 0.646 0.53 0.385 0.207 -0.01 -0.271 -0.582 -0.949 -1.379 -1.877 -2.452 -3.108 -3.852 -4.688 -5.621 -6.653 -7.785 -9.016 -10.34 -11.751 -13.235 -14.774 -16.346 -17.919 -19.454 -20.902
0.6 0.699 0.799 0.897 0.994 1.09 1.183 1.273 1.358 1.437 1.507 1.566 1.612 1.64 1.646 1.627 1.575 1.486 1.352 1.165 0.917 0.598 0.197 -0.295 -0.891 -1.603 -2.443 -3.424 -4.557 -5.854 -7.325 -8.979 -10.821 -12.854 -15.075 -17.478 -20.048
Hình 7.9: Mômen uốn Mz dọc thân cọc Bảng 7.11. Lực cắt Qz (kN) dọc thân cọc. 22
32.9846 36.8639 40.2464 42.9953 44.8688 46.4226 47.4811 47.7902 47.5793 46.8857 45.8766 44.4261 42.5606 40.5755 38.2715 35.7647 33.1127 30.3192 27.544 24.7437 22.0791 19.3326 16.8332 14.3258 12.0659 9.71497 7.79492 5.95715 4.4345 3.14594 1.98416 1.00736 0.47402 0.06087 0.07326 0.19612 0.62589
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE z 0 -0.3962 -0.7924 -1.1885 -1.5847 -1.9809 -2.3771 -2.7733 -3.1695 -3.5656 -3.9618 -4.358 -4.7542 -5.1504 -5.5466 -5.9427 -6.3389 -6.7351 -7.1313 -7.5275 -7.9237 -8.3198 -8.716 -9.1122 -9.5084 -9.9046 -10.301 -10.697 -11.093 -11.489 -11.885 -12.282 -12.678 -13.074 -13.47 -13.866 -14.263 -14.659 -15.055 -15.451
ze 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9
A4 0 -0.005 -0.02 -0.045 -0.08 -0.125 -0.18 -0.245 -0.32 -0.404 -0.499 -0.603 -0.716 -0.838 -0.967 -1.105 -1.248 -1.396 -1.547 -1.699 -1.848 -1.992 -2.125 -2.243 -2.339 -2.407 -2.437 -2.42 -2.346 -2.2 -1.969 -1.638 -1.187 -0.599 0.147 1.074 2.205 3.563 5.173 7.059
B4 0 0 -0.003 -0.009 -0.021 -0.042 -0.072 -0.114 -0.171 -0.243 -0.333 -0.443 -0.575 -0.73 -0.91 -1.116 -1.35 -1.613 -1.906 -2.227 -2.578 -2.956 -3.36 -3.785 -4.228 -4.683 -5.14 -5.591 -6.023 -6.42 -6.765 -7.034 -7.204 -7.243 -7.118 -6.789 -6.212 -5.338 -4.111 -2.473
23
C4 0 0 0 -0.001 -0.003 -0.008 -0.016 -0.03 -0.051 -0.082 -0.125 -0.183 -0.259 -0.356 -0.479 -0.63 -0.815 -1.036 -1.299 -1.608 -1.966 -2.379 -2.849 -3.379 -3.973 -4.632 -5.355 -6.143 -6.99 -7.892 -8.84 -9.822 -10.82 -11.82 -12.79 -13.69 -14.5 -15.15 -15.6 -15.78
D4 1 1 1 1 1 0.999 0.997 0.994 0.989 0.98 0.967 0.946 0.917 0.876 0.821 0.747 0.652 0.529 0.374 0.181 -0.06 -0.35 -0.69 -1.1 -1.59 -2.16 -2.82 -3.58 -4.45 -5.42 -6.52 -7.74 -9.08 -10.5 -12.1 -13.8 -15.6 -17.5 -19.4 -21.3
Q 15.71 15.5183 15.0194 14.2135 13.1769 11.9703 10.5938 9.12357 7.62047 6.09138 4.53601 3.01915 1.59172 0.21636 -1.0107 -2.2193 -3.2365 -4.1469 -4.911 -5.5973 -6.1588 -6.6107 -6.7642 -6.9073 -7.0053 -6.9806 -6.8618 -6.6643 -6.493 -6.0229 -5.6597 -5.2824 -4.7096 -3.4759 -3.1875 -2.7241 -2.3242 -2.3537 -1.7089 -0.9465
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE -15.847 -16.244 -16.64
4 4.1 4.2
9.244 11.749 14.591
-0.358 2.304 5.584
-15.61 -15.01 -13.87
-23.1 -24.9 -26.5
0.70572 0.69949 1.02063
Hình 7.10. Lực cắt Qz (kN) dọc thân cọc.
Kiểm tra ổn định nền quanh cọc Điều kiện ổn định của nền xung quanh cọc khi có áp lực ngang do cọc tác động có dạng như sau: 7.5.5.1.3.
σ z ≤ η1η 2
4 (σ v' tgϕ I + ξc I ) cosϕ I
Với Le = 10.09 > 5: Cọc dài hay cọc chịu uốn, ổn định nền theo 0,85 z = α bd
0.85 = 3.36 0.2524
phương ngang được kiểm tra tại độ sâu : = m Ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu z = 3.36 m tính từ đáy móng: ’v = 1.314.5+12.065= 79.15 (kN/m2) Đối với cọc khoan nhồi, hệ số = 0.6 1 = 1 2 là hệ số kể đến phần tải trọng thường xuyên trong tổng tải trọng. Thiên về an toàn lấy 2 = 0.4 Vậy ta có: η1η2
4 4 (σ v' tgφ I + ξ cI ) = 1× 0.4 × (79.15 × tan 3037 '+ 0.6 × 6.2) = 34.96 kN / m 2 cos φI cos 3037 '
Tại độ sâu z = 3.36 m , tra trên biểu đồ quan hệ ứng suất pháp mặt bên của cọc theo chiều sâu, ta được zy = 8.58 kN/m2 Vậy điều kiện ổn định nền quanh cọc thỏa mãn. 7.5.5.2. Kiểm tra theo phương y: 7.5.5.2.1. Xác định hệ số biến dạng α bd =
5
K.bc E b.I
K : hệ số tỷ lệ. Tra bảng G.1 có K = 5000 kN/m4 (Đất xung quanh cọc là cát nhỏ) 24
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Eb : môđun đàn hồi ban đầu của bê tông cọc I : moment quán tính tiết diện ngang của cọc bh 4 0.8 × 2.24 I= = = 0.293 m4 64 64
bc : Bề rộng qui ước của cọc. Theo TCXD 205-1998 thì với D0.8m thì b c = b+ 1 = 0.8+1 = 1.8 m Ta có bảng kết quả : b (m) 0.8
bc (m) 1.8
K Eb (kN/m4) (kN/m2) 5000 3E+07
I (m4) 0.293
bd (m-1) 0.2524
Kiểm tra chuyển vị ngang đầu cọc ở đáy đài Chiều sâu tính đổi hạ cọc trong đất: Le = bd.L = 0.252440 = 10.09 m L là chiều sâu hạ cọc thực tế tính từ đáy đài, L=40 m Chuyển vị ngang và góc xoay của cọc ở cao trình đáy đài được xác định theo công thức: 7.5.5.2.2.
n = yo + olo +
= o +
H × l 3o M × l 2o + 3 × Eb × I 2 × Eb × I
H × lo 2 M × lo + 2 × Eb × I Eb × I
Trong đó : lo là chiều cao lấy từ đài cọc đến mặt đất ứng với móng cọc đài cao, với móng đài thấp l0 = 0. yo, o - chuyển vị ngang và góc xoay của cọc ở cao trình mặt đất. yo = HoHH + MoHM o = HoMH + MoMM Trong đó: Ho : Giá trị tính toán của lực cắt. Mo : Mô men uốn tại mặt đất ứng với móng cọc đài cao và tại đáy đài ứng với móng cọc đài thấp. HH, MH - chuyển vị ở cao trình đáy đài, do các lực đơn vị đặt tại cao trình này gây ra, được xác định như sau :
25
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE δ HH =
1 ×AO α bd × E b × I
δ MH =
1 × BO α bd × E b × I
δ MM =
1 × CO α bd × Eb × I
3
2
Trong đó : Ao, Bo , Co phụ thuộc vào chiều sâu tính đổi hạ cọc trong đất Le. Với Le = 12.8 m, tra bảng G2 – TCXD 205 – 1998 ta có: Ao = 2.441 , Bo = 1.621 , Co = 1.751
δ
2.441 0.2524 × 3 × 107 × 0.293 3
HH
δ MH
= =
δ
= 1.710-5 m/kN
1.621 0.25 × 3 ×107 × 0.293 2
HM
=
=2.8910-6 kN-1
1.751 0.2524 × 3 ×107 × 0.293
δ
= = 7.8910-7 kN-1m-1 yo =HoHH + MoHM = 39.75 1.710-5 = 0.6910-3(m). o=HoMH + MoMM = 39.752.8910-6 = 0.1210-3(rad). Ta có : n = 0.069cm < gh = 1 cm. = 0.1210-3(rad) < gh = 2/1000. Vậy cọc thỏa điều kiện chuyển vị ngang và góc xoay. 7.5.5.2.3. Biểu đồ áp lực ngang tác dụng vào thân cọc Áp lực z(kN/m2), mô men uốn Mz(kNm), lực cắt Qz(kN) trong các tiết diện cọc được tính theo công thức sau: ψ M H K .ze ( y0 × A1 − 0 .B1 + 2 0 C1 + 3 0 .D1 ) α bd α bd α bd .Eb I α bd .Eb I z = MM
H0 α bd
My=2bdEbIy0A3 - bd EbI0B3 + M0C3+ D3 3 2 Qz= bdEbIA4 - bdEbI0B4 + bdM0C4 + H0D4 Trong đó: Ze là chiều sâu tính đổi, Ze=bdz Các giá trị A1, A3, A4, B1, B3, B4, D1, D3, D4 được tra trong bảng G3 của TCXD 205 – 1998. Bảng 7.12. Ứng suất z theo phương ngang của mặt bên cọc 26
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE ` 0 0.3962 0.7924 1.1885 1.5847 1.9809 2.3771 2.7733 3.1695 3.5656 3.9618 -4.358 4.7542 5.1504 5.5466 5.9427 6.3389 6.7351 7.1313 7.5275 7.9237 8.3198 -8.716 9.1122 -
ze 0
A1 1
B1 0
C1 0
D1 0
0.1
1
0.1
0.005
0
0.2
1
0.2
0.02
0.001
0.3
1
0.3
0.045
0.004
0.4
1
0.4
0.08
0.011
0.5
1
0.5
0.125
0.021
0.6
0.999
0.6
0.18
0.036
0.7
0.999
0.7
0.245
0.057
0.8
0.997
0.799
0.32
0.085
0.9
0.995
0.899
0.405
0.121
1
0.992
0.997
0.499
0.167
1.1
0.987
1.095
0.604
0.222
1.2
0.979
1.192
0.718
0.288
1.3
0.969
1.287
0.841
0.365
1.4
0.955
1.379
0.974
0.456
1.5
0.937
1.468
1.115
0.56
1.6
0.913
1.553
1.264
0.678
1.7
0.882
1.633
1.421
0.812
1.8
0.843
1.706
1.584
0.961
1.9
0.795
1.77
1.752
1.126
2
0.735
1.823
1.924
1.308
2.1
0.662
1.863
2.098
1.506
2.2
0.575
1.887
2.272
1.72
2.3
0.47
1.892
2.443
1.95
2.4
0.347
1.874
2.609
2.195
27
σ 0 5.0332 9.3548 12.978 15.934 18.238 19.903 21.039 21.618 21.716 21.475 20.803 19.758 18.493 17.062 15.491 13.754 11.935 10.071 8.2847 6.4956 4.7317 3.1461 1.5411 -
z 0 0.3962 0.7924 1.1885 1.5847 1.9809 2.3771 2.7733 3.1695 3.5656 3.9618 -4.358 4.7542 5.1504 5.5466 5.9427 6.3389 6.7351 7.1313 7.5275 7.9237 8.3198 -8.716 9.1122 -
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE 9.5084 9.9046 10.301 10.697 11.093 11.489 11.885 12.282 12.678 13.074 -13.47 13.866 14.263 14.659 15.055 15.451 15.847 16.244 -16.64
2.5
0.202
1.83
2.765
2.454
2.6
0.033
1.755
2.907
2.724
2.7
-0.162
1.643
3.03
3.003
2.8
-0.385
1.49
3.128
3.288
2.9
-0.64
1.29
3.196
3.574
3
-0.928
1.037
3.225
3.858
3.1
-1.251
0.723
3.207
4.133
3.2
-1.612
0.343
3.132
4.392
3.3
-2.011
-0.112
2.991
4.626
3.4
-2.45
-0.648
2.772
4.826
3.5
-2.928
-1.272
2.463
4.98
3.6
-3.445
-1.991
2.05
5.075
3.7
-4
-2.813
1.52
5.097
3.8
-4.59
-3.742
0.857
5.029
3.9
-5.21
-4.784
0.047
4.853
4
-5.854
-5.941
-0.927
4.548
4.1
-6.514
-7.216
-2.08
4.092
4.2
-7.179
-8.607
-3.428
3.461
0.2265 1.0683 1 2.3143 3.3242 1 4.1479 9 5.0810 6 5.8456 4 6.3451 1 6.9894 6 7.3830 9 7.8128 8.1426 2 8.4943 7 8.7542 7 9.1823 1 9.4530 6 9.8285 8 10.100 1 10.295 8
9.5084 9.9046 10.301 10.697 11.093 11.489 11.885 12.282 12.678 13.074 -13.47 13.866 14.263 14.659 15.055 15.451 15.847 16.244 -16.64
Hình 7.11. Ứng suất z theo phương ngang của mặt bên cọc.
Bảng 7.13. Moment uốn tác dụng vào thân cọc `
ze
A3
B3
28
C3
D3
M
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE 0 -0.3962 -0.7924 -1.1885 -1.5847 -1.9809 -2.3771 -2.7733 -3.1695 -3.5656 -3.9618 -4.358 -4.7542 -5.1504 -5.5466 -5.9427 -6.3389 -6.7351 -7.1313 -7.5275 -7.9237 -8.3198 -8.716 -9.1122 -9.5084 -9.9046 -10.301 -10.697 -11.093 -11.489 -11.885 -12.282 -12.678 -13.074 -13.47 -13.866 -14.263 -14.659 -15.055 -15.451 -15.847
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4
0 0 -0.001 -0.004 -0.011 -0.021 -0.036 -0.057 -0.085 -0.121 -0.167 -0.222 -0.287 -0.365 -0.455 -0.559 -0.676 -0.808 -0.956 -1.118 -1.295 -1.487 -1.693 -1.912 -2.141 -2.379 -2.621 -2.865 -3.103 -3.331 -3.54 -3.722 -3.864 -3.955 -3.979 -3.919 -3.757 -3.471 -3.036 -2.427 -1.614
0 0 0 -0.001 -0.002 -0.005 -0.011 -0.02 -0.034 -0.055 -0.083 -0.122 -0.173 -0.238 -0.319 -0.42 -0.543 -0.691 -0.867 -1.074 -1.314 -1.59 -1.906 -2.263 -2.663 -3.109 -3.6 -4.137 -4.718 -5.34 -6 -6.69 -7.403 -8.127 -8.847 -9.544 -10.196 -10.776 -11.252 -11.585 -11.731
29
1 1 1 1 1 0.999 0.998 0.996 0.992 0.985 0.975 0.96 0.938 0.907 0.866 0.811 0.739 0.646 0.53 0.385 0.207 -0.01 -0.271 -0.582 -0.949 -1.379 -1.877 -2.452 -3.108 -3.852 -4.688 -5.621 -6.653 -7.785 -9.016 -10.34 -11.751 -13.235 -14.774 -16.346 -17.919
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.699 0.799 0.897 0.994 1.09 1.183 1.273 1.358 1.437 1.507 1.566 1.612 1.64 1.646 1.627 1.575 1.486 1.352 1.165 0.917 0.598 0.197 -0.295 -0.891 -1.603 -2.443 -3.424 -4.557 -5.854 -7.325 -8.979 -10.821 -12.854 -15.075
0 15.7503 31.1161 45.9682 59.2826 71.9541 83.4693 93.2861 101.846 108.802 113.543 117.475 120.153 120.936 120.402 118.647 116.093 112.423 107.702 102.678 96.8482 90.5046 83.7934 76.7244 69.7015 62.6151 55.8723 48.9222 42.5974 36.2522 30.5334 24.5843 19.7255 15.0749 11.2217 7.96097 5.02102 2.54918 1.19954 0.15404 0.18538
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE -16.244 -16.64
4.1 4.2
-0.567 0.747
-11.638 -11.249
-19.454 -20.902
-17.478 -20.048
0.49629 1.58385
Hình 7.12: Mômen uốn Mz dọc thân cọc Bảng 7.14. Lực cắt Qz (kN) dọc thân cọc z 0 -0.3962 -0.7924 -1.1885 -1.5847 -1.9809 -2.3771 -2.7733 -3.1695 -3.5656 -3.9618 -4.358 -4.7542 -5.1504 -5.5466 -5.9427 -6.3389 -6.7351 -7.1313 -7.5275 -7.9237 -8.3198 -8.716 -9.1122 -9.5084 -9.9046 -10.301 -10.697 -11.093 -11.489 -11.885 -12.282 -12.678 -13.074
ze
A4
B4
C4
D4
0
0
0
0
1
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3
-0.005 -0.02 -0.045 -0.08 -0.125 -0.18 -0.245 -0.32 -0.404 -0.499 -0.603 -0.716 -0.838 -0.967 -1.105 -1.248 -1.396 -1.547 -1.699 -1.848 -1.992 -2.125 -2.243 -2.339 -2.407 -2.437 -2.42 -2.346 -2.2 -1.969 -1.638 -1.187 -0.599
0 -0.003 -0.009 -0.021 -0.042 -0.072 -0.114 -0.171 -0.243 -0.333 -0.443 -0.575 -0.73 -0.91 -1.116 -1.35 -1.613 -1.906 -2.227 -2.578 -2.956 -3.36 -3.785 -4.228 -4.683 -5.14 -5.591 -6.023 -6.42 -6.765 -7.034 -7.204 -7.243
0 0 -0.001 -0.003 -0.008 -0.016 -0.03 -0.051 -0.082 -0.125 -0.183 -0.259 -0.356 -0.479 -0.63 -0.815 -1.036 -1.299 -1.608 -1.966 -2.379 -2.849 -3.379 -3.973 -4.632 -5.355 -6.143 -6.99 -7.892 -8.84 -9.822 -10.82 -11.82
1 1 1 1 0.999 0.997 0.994 0.989 0.98 0.967 0.946 0.917 0.876 0.821 0.747 0.652 0.529 0.374 0.181 -0.06 -0.35 -0.69 -1.1 -1.59 -2.16 -2.82 -3.58 -4.45 -5.42 -6.52 -7.74 -9.08 -10.5
30
Q 39.755 39.2698 38.0075 35.9681 33.3449 30.2916 26.8081 23.0877 19.284 15.4146 11.4786 7.64012 4.02794 0.54751 -2.5577 -5.6161 -8.1902 -10.494 -12.427 -14.164 -15.585 -16.729 -17.117 -17.479 -17.727 -17.665 -17.364 -16.864 -16.431 -15.241 -14.322 -13.367 -11.918 -8.796
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE -13.47 -13.866 -14.263 -14.659 -15.055 -15.451 -15.847 -16.244 -16.64
3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1
0.147 1.074 2.205 3.563 5.173 7.059 9.244 11.749
-7.118 -6.789 -6.212 -5.338 -4.111 -2.473 -0.358 2.304
-12.79 -13.69 -14.5 -15.15 -15.6 -15.78 -15.61 -15.01
-12.1 -13.8 -15.6 -17.5 -19.4 -21.3 -23.1 -24.9
4.2
14.591
5.584
-13.87
-26.5
-8.0661 -6.8934 -5.8815 -5.9561 -4.3244 -2.3952 1.78587 1.77009 2.58276
Hình 7.13. Lực cắt Qz (kN) dọc thân cọc 7.5.5.2.4. Kiểm tra ổn định nền quanh cọc Điều kiện ổn định của nền xung quanh cọc khi có áp lực ngang do cọc tác động có dạng như sau: σ z ≤ η1η 2
4 (σ v' tgϕ I + ξc I ) cosϕ I
Với Le = 10.09 > 5: Cọc dài hay cọc chịu uốn, ổn định nền theo 0,85 z = α bd
0.85 = 3.36 0.2524
phương ngang được kiểm tra tại độ sâu : = m Ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu z = 3.36 m tính từ đáy móng: ’v = 1.314.5+12.065= 79.15 (kN/m2) Đối với cọc khoan nhồi, hệ số = 0.6 1 = 1 2 là hệ số kể đến phần tải trọng thường xuyên trong tổng tải trọng. Thiên về an toàn lấy 2 = 0.4 Vậy ta có: η1η2
4 4 (σ v' tgφI + ξ cI ) = 1× 0.4 × (79.15 × tan 3037 '+ 0.6 × 6.2) = 34.96 kN / m 2 0 cos φI cos 3 37 '
Tại độ sâu z = 3.36 m , tra trên biểu đồ quan hệ ứng suất pháp mặt bên của cọc theo chiều sâu, ta được zy = 21.716 kN/m2 Vậy điều kiện ổn định nền quanh cọc thỏa mãn.
TÍNH CỐT THÉP TRONG CỌC 7.5.6.1. Tính theo phương x 7.5.6.
7.5.6.1.1.
Kiểm tra cọc chịu uốn 31
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Ta có giá trị moment Mmax của cọc khi chịu tải trọng ngang là (căn cứ trên đồ thị quan hệ moment theo độ sâu): Mmax = 47.79 (kN.m) Diện tích cốt thép một cạnh của tiết diện tương đương của cọc khoan nhồi: As =
M max 0.9h0 Rs
Chọn a = 10cm, ta có diện tích cốt thép cần thiết : M max 47.79 × 106 As = = = 90.3 mm 2 0.9h0 Rs 0.9 × 2100 × 280
Diện tích cốt thép này bố trí theo một cạnh dài của cọc. Số thép chọn ban đầu theo một cạnh ngắn của cọc là 2 20 có diện tích 628.3 mm2 (đã bỏ đi các cốt thép ở góc) Vậy cốt thép dọc trong cọc đủ chịu mômen uốn do tải ngang gây ra. 7.5.6.1.2. Kiểm tra cọc chịu cắt Ta có giá trị Q max của cọc khi chịu tải trọng ngang là: Q max = 15.71 kN. Kiểm tra điều kiện tính cốt đai : 0.35Rbbho = 0.35145001.0600.970 = 5218.12 (kN) > Q. 0.6Rbtbho = 0.610501.0600.970 = 647.77 (kN) >Q. Như vậy cốt đai bố trí cấu tạo. Chọn cốt đai 10a200. 7.5.6.2. Tính theo phương y
Kiểm tra cọc chịu uốn Ta có giá trị moment Mmax của cọc khi chịu tải trọng ngang là (căn cứ trên đồ thị quan hệ moment theo độ sâu): Mmax = 120.94 (kN.m) Diện tích cốt thép một cạnh của tiết diện tương đương của cọc khoan nhồi: 7.5.6.2.1.
As =
M max 0.9h0 Rs
Chọn a = 10cm, ta có diện tích cốt thép cần thiết : As =
M max 120.94 × 106 = = 228.53mm 2 0.9h0 Rs 0.9 × 2100 × 280
Diện tích cốt thép này bố trí theo một cạnh dài của cọc. 32
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Số thép chọn ban đầu theo một cạnh ngắn của cọc là 2 20 có diện tích 628.3 mm2 (đã bỏ đi các cốt thép ở góc) Vậy cốt thép dọc trong cọc đủ chịu mômen uốn do tải ngang gây ra. Theo lí thuyết ta sẽ cắt thép chịu mô men uốn của cọc tại vị trí moment có Mz = 0, tức là ở độ sâu khoảng 10.5m tính từ đáy đài. 7.5.6.2.2. Kiểm tra cọc chịu cắt Ta có giá trị Q max của cọc khi chịu tải trọng ngang là: Q max = 39.76 kN. Kiểm tra điều kiện tính cốt đai : 0.35Rbbho = 0.35145001.0600.970 = 5218.12 (kN) > Q. 0.6Rbtbho = 0.610501.0600.970 = 647.77 (kN) >Q. Như vậy cốt đai bố trí cấu tạo. Chọn cốt đai 10a200. 7.6.
TÍNH TOÁN MÓNG M2
7.6.1. Nội lực
Bảng tổ hợp nội lực của móng M3 : Bảng 7.15. Các trường hợp tổ hợp nội lực N(kN)
Hx(kN)
Hy(kN)
-183779.07 -165036.97 -158361.17 -161242.91 -161337.28
88.26 3680.7 356.59 3664.53 -22.83
15.99 1782.65 -2043.33 2063.59 2153.11
My(kN.m ) 14944.97 171244.6 178508.8 141819.6 -124982
Mx(kN.m ) -5190.72 184442 5108.844 161164.2 -8881.09
Nmax Mxmax Mymax Hxmax Hymax
7.6.2. TÍNH TOÁN SƠ BỘ SỐ LƯỢNG CỌC 7.6.2.1. Ước lượng số cọc
Số lượng cọc ước lượng: n=β
N tt 183779 = 1.2 × = 28.7 Qa 7666.9
Trong đó: Ntt: tải trọng thẳng đứng Qa: sức chịu tải tính toán của một cọc. : hệ số xét tới ảnh hưởng của mômen, lấy từ 1.2 1.5 tùy theo giá trị mômen. Ở đây lấy =1.2 7.6.2.2. Bố trí cọc Bố trí cọc cách nhau 1 khoảng cách giữa 2 mép cọc là 1.6 m
33
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Khoảng cách từ tim hàng cọc ngoài cùng đến mép đài chọn là 0.3 m. 7.6.3. KIỂM TRA THIẾT KẾ SƠ BỘ 7.6.3.1. Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc trong móng
Ta kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc với tổng lực dọc tính toán, moment theo hai phương (Mx, My), lực ngang theo hai phương (Hx, Hy). Điều kiện kiểm tra:
Pmax ≤ Qa , Pmin ≥ 0
Chiều cao đài chọn sơ bộ là:
hd
= 2.5 (m)
Diện tích đài móng lớn hơn 100m2 nên tính toán theo móng bè cọc. Nội lực cọc:
Hình 7.14. Mô hình móng trong SAFE . Giải nội lực cọc và momen đài bằng phần mềm SAFE 12.3.1
34
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Trước hết phải xuất file Save story as SAFE v12.f2k text file từ mô hình etabs đã mô hìn công trình trước đó. Sau đó import file safe.f2k vào phần mềm SAFE v12.3.1.
Hệ số nền K : Vì ta đang đi tìm phản lực cọc mà chưa biết phản lực cọc nên ta lấy Q
atk
để tính toán và mô hình trong SAFE 12 trong đó độ lún S gh
ta chọn độ lún giới hạn S =8 cm K=
Qa 0.1Sgh
=
7666.9 = 958.36(kN / mm) 0.1× 80
Sau khi giải lặp nhiều lần ta được kết quả: Nếu chọn 35 cọc thì ta có các giá trị như sau: P max = 7356.9(kN) < Qa = 7666.9(kN)
P min = 3302.5(kN) > 0 Vậy cọc đảm bảo khả năng chịu tải.
35
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE
Hình 7.15. Kết quả tính phản lực đầu cọc trong SAFE với tổ hợp BAO max. 10000
4000
2400 2400
11000
M2
2400
1
700 2400
2400
15800
2400
1
2400
2400 700
4000
1400
3800
3800
3800
3800
1400
18000
1
1
Hình 7.16. Mặt bằng móng M2 . 7.6.3.2. Kiểm tra ổn định nền dưới đáy móng khối quy ước 36
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Do tải truyền xuống chân cột là tải trọng tính toán nên để có tải trọng tiêu chuẩn ta lấy tải tính toán chia cho hệ số 1.15. Bảng 7.16. Bảng giá trị tải trọng tiêu chuẩn của Giá trị
Hx (kN)
Hy (kN)
N (kN)
Mx (kN)
My (kN)
Tính toán Tiêu chuẩn
88.26 76.7478
15.99 13.9043
-183779.07 -159808
-5190.72 -4513.7
14944.97 12995.6
Do lớp 1 là đất bùn sét trạng thái chảy nên ta bỏ qua lớp này khi xét kích thước ngang của khối móng qui ước Góc truyền lực : ϕ α = tb 4
Với: tb - Góc ma sát trung bình của các lớp đất dọc theo chiều dài
cọc (tính với trạng thái giới hạn II ϕ h 19°17 '×11.1 + 22°35'×16.7 ϕtb = ∑ i i = = 21°15'
∑h
i
α=
11.1 + 16.7
φtb 21°15' = = 5.30 4 4
Lớp đất yếu (lớp bùn
f
tb/4
37
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Hình 7.17: Móng khối quy ước Diện tích móng khối quy ước: Fmq = Lmq.Bmq Bmq = 15.2 + 2(11.1+16.7)tan(5.3o) = 20.37 (m) Lmq = 17.4 + 2(11.1+16.7)tan(5.3o) = 22.57 (m) Fmq = Lmq Bmq =459.95 (m2) Các tải trọng tiêu chuẩn tác dụng tại đáy móng khối quy ước: + Từ đáy đài trở lên : (lấy tb = 22 kN/m3) ×
×
G1 = Fmq Df tb = 459.952.5(22-10) = 13798.4 kN + Trọng lượng đất trong móng khối quy ước từ đáy đài trở xuống (không kể trọng lượng cọc) với các i ở trạng thái giới hạn II. G2 =(Fmq - n.AP)tb.h = (459.95-351.76)8.05×40 = 128402.8 (kN) + Trọng lượng cọc (có xét đẩy nổi vì toàn bộ các cọc nằm dưới mực nước ngầm). G3 = nAplc = 351.7640 (25-10)= 36960 kN ∑ N mqtc = Ntc+G1 + G2 + G3 = 338969.1 (kN) tc tc tc M mq , y = M y + H x × hd = −4513.7 − 76.74 × 2 = − 4330.8 kNm tc tc tc M mq , x = M x + H y × hd = 12996.6 + 13.925 × 2.5 = 13030.4kNm
Áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng khối quy ước: tc tb
P
∑N =
Fmq
tc Pmax =
tc min
P
tc mq
∑N
∑M
tc xmq
∑M −
tc xmq
tc mq
+
Fmq
∑N =
tc mq
Fmq
Wx
Wx
∑M
tc ymq
∑M −
tc ymq
+
Wy
Wy
Wx, Wy - Moment chống uốn của móng khối quy ước. Wy =
Bmq × L2mq 6
8. Wx =
2 Lmq × Bmq
6
38
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Ptbtc = 736.97(kN / m 2 ) tc Pmax = 747.81(kN / m 2 ) tc Pmin = 726.14(kN / m 2 )
Kiểm tra ổn định nền dưới đáy móng khối quy ước theo các điều kiện sau: Ptbtc ≤ R tc tc Pmax ≤ 1.2 R tc
Pmin ≥ 0
Trong đó cường độ tiêu chuẩn của đất nền được xác định theo công thức: R tc = m( A.Bmq .γ '+ B.D f .γ + c.D) Trong đó: m - hệ số điều kiện làm việc của nền đất (m = 1). ’i - Dung trọng đẩy nổi lớp đất thứ i từ đáy móng khối quy ước trở xuống. A, B, D - Hệ số phụ thuộc góc ma sát trong của lớp đất mũi cọc cắm vào (lớp đất số 3B). Căn cứ số liệu địa chất ta có: CII=8.6 kN/m2 II = 22o35’ A = 0.638, B = 3.55, D = 6.14 Rtc = 0.63820.379.8 + 3.55385.21 + 8.66.14 = 1325.77 (kN/m2) Toàn bộ các điều kiện ổn định nền đều thỏa. Vậy nền dưới đáy móng khối quy ước thỏa các điều kiện về ổn định. 7.6.3.3. Kiểm tra lún Dùng phương pháp cộng lún từng lớp phân tố. Chia đất nền dưới đáy móng khối qui ước thành các lớp có chiều dày hi hi=Bm0.25 = 20.370.25 = 5.1 m Chọn hi = 2 (m) Áp lực bản thân của đất tại đáy móng khối qui ước: σ bt = ∑ γ i li =
385.21 kN/m2 Áp lực gây lún tại đáy móng khối qui ước:
39
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE σ gl
=
Ptbtc − σ bt =
736.97– 385.21 = 351.76 (kN/m2)
σ z = ko × σ gl
ko là hệ số áp lực đất tra từ L/B và z/B ứng với trường hợp tải phân bố đều trên diện tích chữ nhật. Cụ thể tra bảng 2.4 trang 113 sách Cơ học đất- Châu Ngọc Ẩn. p1 = (
σ bt1
+
σ bt2
)/2 σ σ gl2 p2 = p1 + ( + )/2 Từ p1 và p2, ta suy ra e1 và e2 từ bảng thí nghiệm nén cố kết của lớp đất 5a như sau: Bảng 7.17.: Kết quả thí nghiệm nén cố kết của lớp đất 3B 1 gl
P(kN)
e
0
0.648
100
0.607
200
0.587
400
0.565
800
0.551
Công thức tính lún : e1 − e2 × hi ∑ si 1 + e1 S= = Tính lún dừng khi bt>5gl
∑
Bảng 7.18.: Kết quả tính lún móng M2. Phâ n tố
z
Bề dày
0
z/B m
σ'bt
σgl
Ko
0
385.2 1
351.7 66
1
1 2
2
2
0.1
2 4 3
4
404.8 1
344.0 27
424.4
309.9
Pi2
e1i
e2i
s
395.0 1
742.9 06
0.56 55
0.55 0.01 4 5
414.6 1
741.5 76
0.56 44
0.55 0.01 4 3
0.978
2 0.2
Pi1
0.881
40
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE 1 6
2 0.2 9
6 4 8
6
7
8
9
10
1 0 1 0 1 2 1 2 1 4 1 4 1 6 1 6 1 8 1 8
444.0 1
275.7 84
0.3 9
463.6 1
241.6 63
483.2 1
207.1 9
502.8 1
188.5 27
522.4 1
158.3 62
542.0 1
130.7 22
561.6 1
105.6 07
712.5 34
0.56 31
0.55 0.00 6 9
473.4 1
697.8 37
0.56 24
0.55 0.00 6 9
493.0 1
690.8 68
0.56 17
0.55 0.00 6 7
512.6 1
686.0 54
0.56 11
0.55 0.00 6 6
532.2 1
676.7 52
0.56 03
0.55 0.00 7 5
551.8 1
669.9 74
0.55 96
0.55 0.00 8 3
0.474
2 0.8 8
453.8 1
0.511
2 0.7 9
0.55 0.01 5 2
0.548
2 0.6 9
0.56 38
0.589
2 0.5 9
727.0 55
0.687
2 0.4 9
434.2 1 0.784
2
8 5
06
0.437 0.07 9
Tổng độ lún là 7.9 cm < 8 cm, vậy móng cọc thỏa điều kiện chịu lún . 7.6.4. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ĐÀI CỌC 7.6.4.1. Kiểm tra điều kiện chọc thủng
41
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE 10000
4000
11000
M2
2400
2400
15800
2400
2400
1
2400
2400 700
4000
2400
700 2400
1
1400
3800
3800
3800
3800
1400
18000
1
1
Hình 7.18: Hình đáy tháp xuyên thủng Xác định hình tháp chọc thủng bằng cách mở góc 45 o từ mép ngoài chân cột xuống móng. Chiều cao đài 2.5m Chọn a = 20 cm chiều cao làm việc của đài h o = 250 -20 = 230 cm Pxt = N tt − ∑ Pi ( xt ) =183779.1 − 21× 3302.5 = 114426.6(kN ) Trong đó : tt
tt
N lực dọc tính toán tại chân cột (lấy tổ hợp N max) i(xt)
∑P
phản lực đầu cọc nằm trong phạm vi đáy lớn tháp
xuyên thủng. i
min
Ở đây để thiên về an toàn sinh viên lấy P = P Pcx = α .Rbt .2(hc + bc + 2c ).h0 .
.
h0 = 1× 1200 × 2 × (11.8 + 10.8 + 2 × 0.6) × 2.3 × 2.3 / 0.6 = 503608(kN ) c
Trong đó : α là hệ số lấy theo loại bê tông (bê tông nặng lấy α = 1) bt
R cường đọ chịu kéo của bê tông. 42
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE 0
h chiều cao làm việc của tiết diện ( lấy từ mặt trên của đài đến trọng tâm lớp dưới cốt thép của đài). c khoảng cách từ mép cột tới mép cọc nằm ngoài tháp xuyên thủng c
c
b , h chiều cao và chiều rộng của tiết diện cột. xt
cx
Suy ra : P < P . Vậy đài thỏa điều kiện xuyên thủng. 7.6.4.2. Tính cốt thép cho đài
Việc tính toán cốt thép cho đài móng được dựa trên kết quả tính nội lực trong phần mềm SAFE. Kết quả nội lực trong các dải như sau:
Hình 7.19:Moment uốn trong đài cọc theo phương y với tổ hợp BAO min.
43
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE
Hình 7.20:Moment uốn trong đài cọc theo phương y với tổ hợp BAO max.
Hình 7.21:Moment uốn trong đài cọc theo phương x với tổ hợp BAO min. 44
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE
Hình 7.22:Moment uốn trong đài cọc theo phương x với tổ hợp BAO max. Vật liệu: B30: Rb= 17 MPa φ < 10mm φ ≥ 10mm
: thép AI Rs = 225Mpa : thép AIII Rs = 365 Mpa
Hệ số điều kiện làm việc của bê tông: 0.9 (Bảng 15 TCXDVN 356:2005). Lấy a=20 cm. Việc tính toán được thực hiện như sau: h0 = h − a = 2.5 − 0.2 = 2.3m α=
M ≤ αR Rbbh02
ξ = 1 − 1 − 2α
45
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE As =
ξ Rbbh0 Rs
Bảng tính toán cốt thép trong sàn được trình bày trong bảng sau: Bảng 7.19.: Kết quả tính lún móng M2. Phương
Y
X
Vị trí
M(kN. m)
NHIP
1194.2
NHIỊP
12866
NHIỊP
9323.7
GỐI
986
NHIP
2465.4
NHIỊP
7111.5
NHIỊP
14034. 8
GỐI
300.1
α
ξ
0.04240 05 0.06229 26 0.06207 03 0.00477 39 0.08753 5 0.09468 62 0.09343 33 0.01065 52
0.04333 97 0.06436 39 0.06412 64 0.00478 53 0.09174 34 0.09965 14 0.09826 09 0.01071 25
As(m m2) 1392.8 1 15168. 7 10991. 1 1127.7 6 2948.3 6 8539.9 9 16841. 6 344.26 9
d(mm )
a(mm )
28
130
30
100
30
100
16
200
36
100
36
100
36
100
16
160
7.6.5. KIỂM TRA CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
Ta sử dụng các tổ hợp nội lực có lực xô ngang lớn nhất để kiểm tra cọc chịu tải trọng ngang. Bảng 7.20.: Bảng tổ hợp nội lực để kiểm tra khả năng chịu tải ngang của cọc. N(kN)
Hx(kN)
Hy(kN)
My(kN.m)
Mx (kN.m)
Tổ hợp
-161242.91
3664.5
2063.59
161164.15
141820
Hxmax
-161337.28
-22.83
2153.11
-8881.088
-124981.56
Hymax
Đối với cọc barrete, ta phải phân tích theo cả hai phương rồi mới tổ hợp được. Lực ngang tác dụng vào một cọc : Theo phương trục x:
46
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Hx 35
3664.5 35
Hy
2153.11 35
Hox = = =104.7 kN Theo phương trục y: 35
Hoy = = = 65.5 kN Đối với moment: Moment My, Mx đã chuyển hóa toàn bộ thành lực dọc nên không cần xét. 7.6.5.1. Kiểm tra theo phương X: 7.6.5.1.1. Xác định hệ số biến dạng α bd =
5
K.bc E b.I
K : hệ số tỷ lệ. Tra bảng G.1 có K = 5000 kN/m4 (Đất xung quanh cọc là cát nhỏ) Eb : môđun đàn hồi ban đầu của bê tông cọc I : moment quán tính tiết diện ngang của cọc bh 4 0.8 × 2.24 Iy = = = 0.293 m 4 64 64
bc : Bề rộng qui ước của cọc. Theo TCXD 205-1998 thì với D0.8m thì b c = b+ 1 = 0.8+1 = 1.8 m Ta có bảng kết quả : b (m) 0.8 7.6.5.1.2.
bc (m) 1.8
K Eb (kN/m4) (kN/m2) 5000 3E+07
I (m4) 0.293
bd (m-1) 0.2524
Kiểm tra chuyển vị ngang đầu cọc ở đáy đài
47
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE
Hình 7.23: Sơ đồ tác động của moment và tải ngang lên cọc. Chiều sâu tính đổi hạ cọc trong đất: Le = bd.L = 0.252440 = 10.09 m L là chiều sâu hạ cọc thực tế tính từ đáy đài, L=40 m Chuyển vị ngang và góc xoay của cọc ở cao trình đáy đài được xác định theo công thức:
n = yo + olo +
= o +
H × l 3o M × l 2o + 3 × Eb × I 2 × Eb × I
H × lo 2 M × lo + 2 × Eb × I Eb × I
Trong đó : lo là chiều cao lấy từ đài cọc đến mặt đất ứng với móng cọc đài cao, với móng đài thấp l0 = 0. yo, o - chuyển vị ngang và góc xoay của cọc ở cao trình mặt đất. yo = HoHH + MoHM o = HoMH + MoMM Trong đó: Ho : Giá trị tính toán của lực cắt. Mo : Mô men uốn tại mặt đất ứng với móng cọc đài cao và tại đáy đài ứng với móng cọc đài thấp. HH, MH - chuyển vị ở cao trình đáy đài, do các lực đơn vị đặt tại cao trình này gây ra, được xác định như sau : δ HH =
1 ×AO α bd × E b × I 3
48
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE δ MH =
1 × BO α bd × E b × I
δ MM =
1 × CO α bd × Eb × I
2
Trong đó : Ao, Bo , Co phụ thuộc vào chiều sâu tính đổi hạ cọc trong đất Le. Với Le = 12.8 m, tra bảng G2 – TCXD 205 – 1998 ta có: Ao = 2.441 , Bo = 1.621 , Co = 1.751
δ
2.441 0.2524 × 3 × 107 × 0.293 3
HH
δ MH
= =
δ
= 1.710-5 m/kN
1.621 0.25 × 3 × 107 × 0.293 2
HM
=
=2.8910-6 kN-1
1.751 0.2524 × 3 ×107 × 0.293
δ
= = 7.8910-7 kN-1m-1 yo =HoHH + MoHM = 104.7 1.710-5 = 1.810-3(m). o=HoMH + MoMM = 104.7 2.8910-6 = 3.0310-4(rad). Ta có : n = 0.18cm < gh = 1 cm. = 3.0310-4(rad) < gh = 2/1000. Vậy cọc thỏa điều kiện chuyển vị ngang và góc xoay. 7.6.5.1.3. Biểu đồ áp lực ngang tác dụng vào thân cọc Áp lực z(kN/m2), mô men uốn Mz(kNm), lực cắt Qz(kN) trong các tiết diện cọc được tính theo công thức sau: ψ M H K .ze ( y0 × A1 − 0 .B1 + 2 0 C1 + 3 0 .D1 ) α bd α bd α bd .Eb I α bd .Eb I z = MM
H0 α bd
My=2bdEbIy0A3 - bd EbI0B3 + M0C3+ D3 3 2 Qz= bdEbIA4 - bdEbI0B4 + bdM0C4 + H0D4 Trong đó: Ze là chiều sâu tính đổi, Ze=bdz Các giá trị A1, A3, A4, B1, B3, B4, D1, D3, D4 được tra trong bảng G3 của TCXD 205 – 1998. Bảng 7.21. Ứng suất z theo phương ngang của mặt bên cọc ` 0
ze 0
A1 1
B1 0
49
C1 0
D1 0
σ 0
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE -0.3961831 -0.7923661 -1.1885492 -1.5847322 -1.9809153 -2.3770983 -2.7732814 -3.1694644 -3.5656475 -3.9618305 -4.3580136 -4.7541967 -5.1503797 -5.5465628 -5.9427458 -6.3389289 -6.7351119 -7.131295 -7.527478 -7.9236611 -8.3198442 -8.7160272 -9.1122103 -9.5083933 -9.9045764 -10.300759 -10.696942 -11.093126 -11.489309 -11.885492 -12.281675 -12.677858 -13.074041 -13.470224 -13.866407 -14.26259 -14.658773 -15.054956 -15.451139 -15.847322 -16.243505
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1
1 1 1 1 1 0.999 0.999 0.997 0.995 0.992 0.987 0.979 0.969 0.955 0.937 0.913 0.882 0.843 0.795 0.735 0.662 0.575 0.47 0.347 0.202 0.033 -0.162 -0.385 -0.64 -0.928 -1.251 -1.612 -2.011 -2.45 -2.928 -3.445 -4 -4.59 -5.21 -5.854 -6.514
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.799 0.899 0.997 1.095 1.192 1.287 1.379 1.468 1.553 1.633 1.706 1.77 1.823 1.863 1.887 1.892 1.874 1.83 1.755 1.643 1.49 1.29 1.037 0.723 0.343 -0.112 -0.648 -1.272 -1.991 -2.813 -3.742 -4.784 -5.941 -7.216
50
0.005 0.02 0.045 0.08 0.125 0.18 0.245 0.32 0.405 0.499 0.604 0.718 0.841 0.974 1.115 1.264 1.421 1.584 1.752 1.924 2.098 2.272 2.443 2.609 2.765 2.907 3.03 3.128 3.196 3.225 3.207 3.132 2.991 2.772 2.463 2.05 1.52 0.857 0.047 -0.927 -2.08
0 0.001 0.004 0.011 0.021 0.036 0.057 0.085 0.121 0.167 0.222 0.288 0.365 0.456 0.56 0.678 0.812 0.961 1.126 1.308 1.506 1.72 1.95 2.195 2.454 2.724 3.003 3.288 3.574 3.858 4.133 4.392 4.626 4.826 4.98 5.075 5.097 5.029 4.853 4.548 4.092
3.34585 6.21866 8.62722 10.5921 12.1236 13.231 13.986 14.3706 14.4362 14.2757 13.8289 13.1345 12.2936 11.342 10.2976 9.14317 7.93376 6.69504 5.50729 4.318 3.14545 2.09137 1.02446 0.15057 -0.7102 -1.5384 -2.2098 -2.7574 -3.3777 -3.8859 -4.218 -4.6463 -4.908 -5.1936 -5.4129 -5.6467 -5.8195 -6.104 -6.284 -6.5336 -6.7141
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE -16.639688
4.2
-7.179
-8.607
-3.428
3.461
-6.8442
Hình 7.24. Ứng suất z theo phương ngang của mặt bên cọc. Bảng 7.22. Moment uốn tác dụng vào thân cọc z 0 -0.3962 -0.7924 -1.1885 -1.5847 -1.9809 -2.3771 -2.7733 -3.1695 -3.5656 -3.9618 -4.358 -4.7542 -5.1504 -5.5466 -5.9427 -6.3389 -6.7351 -7.1313 -7.5275 -7.9237 -8.3198 -8.716 -9.1122 -9.5084 -9.9046 -10.301 -10.697 -11.093 -11.489 -11.885 -12.282 -12.678 -13.074
ze
A3
B3
C3
D3
0
0
0
1
0
0.1
0
0
1
0.1
0.2
-0.001
0
1
0.2
0.3
-0.004
-0.001
1
0.3
0.4
-0.011
-0.002
1
0.4
0.5
-0.021
-0.005
0.999
0.5
0.6
-0.036
-0.011
0.998
0.6
0.7
-0.057
-0.02
0.996
0.699
0.8
-0.085
-0.034
0.992
0.799
0.9
-0.121
-0.055
0.985
0.897
1
-0.167
-0.083
0.975
0.994
1.1
-0.222
-0.122
0.96
1.09
1.2
-0.287
-0.173
0.938
1.183
1.3
-0.365
-0.238
0.907
1.273
1.4
-0.455
-0.319
0.866
1.358
1.5
-0.559
-0.42
0.811
1.437
1.6
-0.676
-0.543
0.739
1.507
1.7
-0.808
-0.691
0.646
1.566
1.8
-0.956
-0.867
0.53
1.612
1.9
-1.118
-1.074
0.385
1.64
2
-1.295
-1.314
0.207
1.646
2.1
-1.487
-1.59
-0.01
1.627
2.2
-1.693
-1.906
-0.271
1.575
2.3
-1.912
-2.263
-0.582
1.486
2.4
-2.141
-2.663
-0.949
1.352
2.5
-2.379
-3.109
-1.379
1.165
2.6
-2.621
-3.6
-1.877
0.917
2.7
-2.865
-4.137
-2.452
0.598
2.8
-3.103
-4.718
-3.108
0.197
2.9
-3.331
-5.34
-3.852
-0.295
3
-3.54
-6
-4.688
-0.891
3.1
-3.722
-6.69
-5.621
-1.603
3.2
-3.864
-7.403
-6.653
-2.443
3.3
-3.955
-8.127
-7.785
-3.424
51
M 0 41.4807 81.9489 121.064 156.13 189.502 219.829 245.683 268.226 286.546 299.033 309.388 316.442 318.503 317.097 312.475 305.749 296.082 283.65 270.419 255.064 238.358 220.683 202.065 183.57 164.907 147.148 128.844 112.187 95.4757 80.4145 64.7464 51.95 39.702
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE -13.47 -13.866 -14.263 -14.659 -15.055 -15.451 -15.847 -16.244 -16.64
3.4
-3.979
-8.847
-9.016
-4.557
3.5
-3.919
-9.544
-10.34
-5.854
3.6
-3.757
-10.196
-11.75
-7.325
3.7
-3.471
-10.776
-13.24
-8.979
3.8
-3.036
-11.252
-14.77
-10.82
3.9
-2.427
-11.585
-16.35
-12.85
4
-1.614
-11.731
-17.92
-15.08
4.1
-0.567
-11.638
-19.45
-17.48
4.2
0.747
-11.249
-20.9
-20.05
29.5542 20.9664 13.2236 6.71365 3.15917 0.40568 0.48823 1.30706 4.1713
Hình 7.25: Mômen uốn Mz dọc thân cọc Bảng 7.23. Lực cắt Qz (kN) dọc thân cọc z 0 -0.3962 -0.7924 -1.1885 -1.5847 -1.9809 -2.3771 -2.7733 -3.1695 -3.5656 -3.9618 -4.358 -4.7542 -5.1504 -5.5466 -5.9427 -6.3389 -6.7351 -7.1313 -7.5275 -7.9237 -8.3198 -8.716 -9.1122 -9.5084 -9.9046 -10.301 -10.697 -11.093
ze
A4
B4
C4
D4
0
0
0
0
1
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8
-0.005 -0.02 -0.045 -0.08 -0.125 -0.18 -0.245 -0.32 -0.404 -0.499 -0.603 -0.716 -0.838 -0.967 -1.105 -1.248 -1.396 -1.547 -1.699 -1.848 -1.992 -2.125 -2.243 -2.339 -2.407 -2.437 -2.42 -2.346
0 -0.003 -0.009 -0.021 -0.042 -0.072 -0.114 -0.171 -0.243 -0.333 -0.443 -0.575 -0.73 -0.91 -1.116 -1.35 -1.613 -1.906 -2.227 -2.578 -2.956 -3.36 -3.785 -4.228 -4.683 -5.14 -5.591 -6.023
0 0 -0.001 -0.003 -0.008 -0.016 -0.03 -0.051 -0.082 -0.125 -0.183 -0.259 -0.356 -0.479 -0.63 -0.815 -1.036 -1.299 -1.608 -1.966 -2.379 -2.849 -3.379 -3.973 -4.632 -5.355 -6.143 -6.99
1 1 1 1 0.999 0.997 0.994 0.989 0.98 0.967 0.946 0.917 0.876 0.821 0.747 0.652 0.529 0.374 0.181 -0.06 -0.35 -0.69 -1.1 -1.59 -2.16 -2.82 -3.58 -4.45
52
Q 104.701 103.423 100.099 94.7275 87.819 79.7776 70.6031 60.8049 50.7873 40.5966 30.2307 20.1214 10.6082 1.44194 -6.7361 -14.791 -21.57 -27.637 -32.73 -37.304 -41.046 -44.058 -45.081 -46.035 -46.687 -46.523 -45.731 -44.415 -43.273
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE -11.489 -11.885 -12.282 -12.678 -13.074 -13.47 -13.866 -14.263 -14.659 -15.055 -15.451 -15.847 -16.244 -16.64
2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1
-2.2 -1.969 -1.638 -1.187 -0.599 0.147 1.074 2.205 3.563 5.173 7.059 9.244 11.749
-6.42 -6.765 -7.034 -7.204 -7.243 -7.118 -6.789 -6.212 -5.338 -4.111 -2.473 -0.358 2.304
-7.892 -8.84 -9.822 -10.82 -11.82 -12.79 -13.69 -14.5 -15.15 -15.6 -15.78 -15.61 -15.01
-5.42 -6.52 -7.74 -9.08 -10.5 -12.1 -13.8 -15.6 -17.5 -19.4 -21.3 -23.1 -24.9
4.2
14.591
5.584
-13.87
-26.5
-40.14 -37.72 -35.205 -31.388 -23.166 -21.243 -18.155 -15.49 -15.686 -11.389 -6.308 4.70337 4.66181 6.8021
Hình 7.26. Lực cắt Qz (kN) dọc thân cọc. Kiểm tra ổn định nền quanh cọc Điều kiện ổn định của nền xung quanh cọc khi có áp lực ngang do cọc tác động có dạng như sau: 7.6.5.1.4.
σ z ≤ η1η 2
4 (σ v' tgϕ I + ξc I ) cosϕ I
Với Le = 10.09 > 5: Cọc dài hay cọc chịu uốn, ổn định nền theo 0,85 z = α bd
0.85 = 3.36 0.2524
phương ngang được kiểm tra tại độ sâu : = m Ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu z = 3.36 m tính từ đáy móng: ’v = 1.314.5+12.065= 79.15 (kN/m2) Đối với cọc khoan nhồi, hệ số = 0.6 1 = 1 2 là hệ số kể đến phần tải trọng thường xuyên trong tổng tải trọng. Thiên về an toàn lấy 2 = 0.4 Vậy ta có: η1η2
4 4 (σ v' tgφ I + ξ cI ) = 1× 0.4 × (79.15 × tan 3037 '+ 0.6 × 6.2) = 34.96 kN / m 2 0 cos φI cos 3 37 '
53
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Tại độ sâu z = 3.36 m , tra trên biểu đồ quan hệ ứng suất pháp mặt bên của cọc theo chiều sâu, ta được zy = 14.4 kN/m2 Vậy điều kiện ổn định nền quanh cọc thỏa mãn. 7.6.5.2. Kiểm tra theo phương y: 7.6.5.2.1. Xác định hệ số biến dạng α bd =
5
K.bc E b.I
K : hệ số tỷ lệ. Tra bảng G.1 có K = 5000 kN/m4 (Đất xung quanh cọc là cát nhỏ) Eb : môđun đàn hồi ban đầu của bê tông cọc I : moment quán tính tiết diện ngang của cọc Ix =
bh4 2.2 × 0,84 = = 0.0141 m 4 64 64
bc : Bề rộng qui ước của cọc. Theo TCXD 205-1998 thì với D0.8m thì b c = b+ 1 = 0.8+1 = 1.8 m Ta có bảng kết quả : b (m) 0.8
bc (m) 1.8
K Eb I bd 4 2 4 (kN/m ) (kN/m ) (m ) (m-1) 5000 3E+07 0.0141 0.4631
Kiểm tra chuyển vị ngang đầu cọc ở đáy đài Chiều sâu tính đổi hạ cọc trong đất: Le = bd.L = 0.463140 = 18.5 m L là chiều sâu hạ cọc thực tế tính từ đáy đài, L=40 m Chuyển vị ngang và góc xoay của cọc ở cao trình đáy đài được xác định theo công thức: 7.6.5.2.2.
n = yo + olo +
= o +
H × l 3o M × l 2o + 3 × Eb × I 2 × Eb × I
H × lo 2 M × lo + 2 × Eb × I Eb × I
Trong đó : lo là chiều cao lấy từ đài cọc đến mặt đất ứng với móng cọc đài cao, với móng đài thấp l0 = 0. yo, o - chuyển vị ngang và góc xoay của cọc ở cao trình mặt đất. 54
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE yo = HoHH + MoHM o = HoMH + MoMM Trong đó: Ho : Giá trị tính toán của lực cắt. Mo : Mô men uốn tại mặt đất ứng với móng cọc đài cao và tại đáy đài ứng với móng cọc đài thấp. HH, MH - chuyển vị ở cao trình đáy đài, do các lực đơn vị đặt tại cao trình này gây ra, được xác định như sau : δ HH =
1 ×AO α bd × E b × I
δ MH =
1 × BO α bd × E b × I
δ MM =
1 × CO α bd × Eb × I
3
2
Trong đó : Ao, Bo , Co phụ thuộc vào chiều sâu tính đổi hạ cọc trong đất Le. Với Le = 12.8 m, tra bảng G2 – TCXD 205 – 1998 ta có: Ao = 2.441 , Bo = 1.621 , Co = 1.751
δ
2.441 0.4631 × 3 ×107 × 0.0141 3
HH
δ MH
= =
δ
= 5.8110-5 m/kN
1.621 0.4635 × 3 ×107 × 0.0141 2
HM
=
=1.7810-5 kN-1
1.751 0.2524 × 3 ×107 × 0.293
δ
= = 8.9510-6 kN-1m-1 yo =HoHH + MoHM = 65.5 5.8110-5 = 3.510-3(m). o=HoMH + MoMM = 65.51.7810-5 = 0.1110-3(rad). Ta có : n = 0.35cm < gh = 1 cm. = 0.1110-2(rad) < gh = 2/1000. Vậy cọc thỏa điều kiện chuyển vị ngang và góc xoay. 7.6.5.2.3. Biểu đồ áp lực ngang tác dụng vào thân cọc Áp lực z(kN/m2), mô men uốn Mz(kNm), lực cắt Qz(kN) trong các tiết diện cọc được tính theo công thức sau: MM
55
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE
z =
ψ M H K .ze ( y0 × A1 − 0 .B1 + 2 0 C1 + 3 0 .D1 ) α bd α bd α bd .Eb I α bd .Eb I H0 α bd
My=2bdEbIy0A3 - bd EbI0B3 + M0C3+ D3 3 2 Qz= bdEbIA4 - bdEbI0B4 + bdM0C4 + H0D4 Trong đó: Ze là chiều sâu tính đổi, Ze=bdz Các giá trị A1, A3, A4, B1, B3, B4, D1, D3, D4 được tra trong bảng G3 của TCXD 205 – 1998. Bảng 7.24. Ứng suất z theo phương ngang của mặt bên cọc z 0 -0.2159217 -0.4318434 -0.6477651 -0.8636868 -1.0796085 -1.2955302 -1.5114519 -1.7273736 -1.9432953 -2.1592169 -2.3751386 -2.5910603 -2.806982 -3.0229037 -3.2388254 -3.4547471 -3.6706688 -3.8865905 -4.1025122 -4.3184339 -4.5343556 -4.7502773 -4.966199 -5.1821207 -5.3980424 -5.6139641 -5.8298858 -6.0458074
ze 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8
A1 1 1 1 1 1 1 0.999 0.999 0.997 0.995 0.992 0.987 0.979 0.969 0.955 0.937 0.913 0.882 0.843 0.795 0.735 0.662 0.575 0.47 0.347 0.202 0.033 -0.162 -0.385
B1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.799 0.899 0.997 1.095 1.192 1.287 1.379 1.468 1.553 1.633 1.706 1.77 1.823 1.863 1.887 1.892 1.874 1.83 1.755 1.643 1.49
56
C1 0 0.005 0.02 0.045 0.08 0.125 0.18 0.245 0.32 0.405 0.499 0.604 0.718 0.841 0.974 1.115 1.264 1.421 1.584 1.752 1.924 2.098 2.272 2.443 2.609 2.765 2.907 3.03 3.128
D1 0 0 0.001 0.004 0.011 0.021 0.036 0.057 0.085 0.121 0.167 0.222 0.288 0.365 0.456 0.56 0.678 0.812 0.961 1.126 1.308 1.506 1.72 1.95 2.195 2.454 2.724 3.003 3.288
σ 0 3.60707 6.70416 9.30076 11.419 13.0701 14.2639 15.0779 15.4925 15.5632 15.3902 14.9085 14.16 13.2534 12.2275 11.1016 9.85699 8.55316 7.21773 5.93725 4.65511 3.39102 2.25465 1.10445 0.16232 -0.7656 -1.6586 -2.3823 -2.9727
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE -6.2617291 -6.4776508 -6.6935725 -6.9094942 -7.1254159 -7.3413376 -7.5572593 -7.773181 -7.9891027 -8.2050244 -8.4209461 -8.6368678 -8.8527895 -9.0687112
2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2
-0.64 -0.928 -1.251 -1.612 -2.011 -2.45 -2.928 -3.445 -4 -4.59 -5.21 -5.854 -6.514 -7.179
1.29 1.037 0.723 0.343 -0.112 -0.648 -1.272 -1.991 -2.813 -3.742 -4.784 -5.941 -7.216 -8.607
3.196 3.225 3.207 3.132 2.991 2.772 2.463 2.05 1.52 0.857 0.047 -0.927 -2.08 -3.428
3.574 3.858 4.133 4.392 4.626 4.826 4.98 5.075 5.097 5.029 4.853 4.548 4.092 3.461
-3.6414 -4.1893 -4.5473 -5.009 -5.2911 -5.5991 -5.8354 -6.0875 -6.2738 -6.5805 -6.7746 -7.0437 -7.2383 -7.3785
Hình 7.27. Ứng suất z theo phương ngang của mặt bên cọc.
Bảng 7.25. Moment uốn tác dụng vào thân cọc z 0 -0.2159 -0.4318 -0.6478 -0.8637 -1.0796 -1.2955 -1.5115 -1.7274 -1.9433 -2.1592 -2.3751 -2.5911 -2.807 -3.0229 -3.2388 -3.4547 -3.6707 -3.8866
ze
A3
B3
C3
D3
0
0
0
1
0
0.1
0
0
1
0.1
0.2
-0.001
0
1
0.2
0.3
-0.004
-0.001
1
0.3
0.4
-0.011
-0.002
1
0.4
0.5
-0.021
-0.005
0.999
0.5
0.6
-0.036
-0.011
0.998
0.6
0.7
-0.057
-0.02
0.996
0.699
0.8
-0.085
-0.034
0.992
0.799
0.9
-0.121
-0.055
0.985
0.897
1
-0.167
-0.083
0.975
0.994
1.1
-0.222
-0.122
0.96
1.09
1.2
-0.287
-0.173
0.938
1.183
1.3
-0.365
-0.238
0.907
1.273
1.4
-0.455
-0.319
0.866
1.358
1.5
-0.559
-0.42
0.811
1.437
1.6
-0.676
-0.543
0.739
1.507
1.7
-0.808
-0.691
0.646
1.566
1.8
-0.956
-0.867
0.53
1.612
57
M 0 13.2829 26.2417 38.7672 49.9958 60.6823 70.3936 78.6726 85.8914 91.7578 95.7562 99.0722 101.331 101.991 101.541 100.061 97.9069 94.8114 90.8303
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE -4.1025 -4.3184 -4.5344 -4.7503 -4.9662 -5.1821 -5.398 -5.614 -5.8299 -6.0458 -6.2617 -6.4777 -6.6936 -6.9095 -7.1254 -7.3413 -7.5573 -7.7732 -7.9891 -8.205 -8.4209 -8.6369 -8.8528 -9.0687
1.9
-1.118
-1.074
0.385
1.64
2
-1.295
-1.314
0.207
1.646
2.1
-1.487
-1.59
-0.01
1.627
2.2
-1.693
-1.906
-0.271
1.575
2.3
-1.912
-2.263
-0.582
1.486
2.4
-2.141
-2.663
-0.949
1.352
2.5
-2.379
-3.109
-1.379
1.165
2.6
-2.621
-3.6
-1.877
0.917
2.7
-2.865
-4.137
-2.452
0.598
2.8
-3.103
-4.718
-3.108
0.197
2.9
-3.331
-5.34
-3.852
-0.295
3
-3.54
-6
-4.688
-0.891
3.1
-3.722
-6.69
-5.621
-1.603
3.2
-3.864
-7.403
-6.653
-2.443
3.3
-3.955
-8.127
-7.785
-3.424
3.4
-3.979
-8.847
-9.016
-4.557
3.5
-3.919
-9.544
-10.34
-5.854
3.6
-3.757
-10.196
-11.75
-7.325
3.7
-3.471
-10.776
-13.24
-8.979
3.8
-3.036
-11.252
-14.77
-10.82
3.9
-2.427
-11.585
-16.35
-12.85
4
-1.614
-11.731
-17.92
-15.08
4.1
-0.567
-11.638
-19.45
-17.48
4.2
0.747
-11.249
-20.9
-20.05
86.5937 81.6767 76.3269 70.667 64.7054 58.7826 52.8064 47.1198 41.2584 35.9244 30.5732 25.7503 20.7331 16.6354 12.7134 9.46383 6.71387 4.23447 2.14985 1.01163 0.12991 0.15634 0.41855 1.33573
Hình 7.28: Mômen uốn Mz dọc thân cọc Bảng 7.26. Lực cắt Qz (kN) dọc thân cọc z 0 -0.2159 -0.4318 -0.6478 -0.8637 -1.0796 -1.2955 -1.5115 -1.7274 -1.9433 -2.1592 -2.3751
ze 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1
A4 0 -0.005 -0.02 -0.045 -0.08 -0.125 -0.18 -0.245 -0.32 -0.404 -0.499 -0.603
B4 0 0 -0.003 -0.009 -0.021 -0.042 -0.072 -0.114 -0.171 -0.243 -0.333 -0.443
58
C4 0 0 0 -0.001 -0.003 -0.008 -0.016 -0.03 -0.051 -0.082 -0.125 -0.183
D4 1 1 1 1 1 0.999 0.997 0.994 0.989 0.98 0.967 0.946
Q 61.5174 60.7666 58.8133 55.6575 51.5984 46.8736 41.4832 35.7262 29.8403 23.8527 17.7622 11.8224
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE -2.5911 -2.807 -3.0229 -3.2388 -3.4547 -3.6707 -3.8866 -4.1025 -4.3184 -4.5344 -4.7503 -4.9662 -5.1821 -5.398 -5.614 -5.8299 -6.0458 -6.2617 -6.4777 -6.6936 -6.9095 -7.1254 -7.3413 -7.5573 -7.7732 -7.9891 -8.205 -8.4209 -8.6369 -8.8528 -9.0687
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2
-0.716 -0.838 -0.967 -1.105 -1.248 -1.396 -1.547 -1.699 -1.848 -1.992 -2.125 -2.243 -2.339 -2.407 -2.437 -2.42 -2.346 -2.2 -1.969 -1.638 -1.187 -0.599 0.147 1.074 2.205 3.563 5.173 7.059 9.244 11.749 14.591
-0.575 -0.73 -0.91 -1.116 -1.35 -1.613 -1.906 -2.227 -2.578 -2.956 -3.36 -3.785 -4.228 -4.683 -5.14 -5.591 -6.023 -6.42 -6.765 -7.034 -7.204 -7.243 -7.118 -6.789 -6.212 -5.338 -4.111 -2.473 -0.358 2.304 5.584
-0.259 -0.356 -0.479 -0.63 -0.815 -1.036 -1.299 -1.608 -1.966 -2.379 -2.849 -3.379 -3.973 -4.632 -5.355 -6.143 -6.99 -7.892 -8.84 -9.822 -10.82 -11.82 -12.79 -13.69 -14.5 -15.15 -15.6 -15.78 -15.61 -15.01 -13.87
0.917 0.876 0.821 0.747 0.652 0.529 0.374 0.181 -0.06 -0.35 -0.69 -1.1 -1.59 -2.16 -2.82 -3.58 -4.45 -5.42 -6.52 -7.74 -9.08 -10.5 -12.1 -13.8 -15.6 -17.5 -19.4 -21.3 -23.1 -24.9 -26.5
6.23288 0.84722 -3.9578 -8.6905 -12.674 -16.238 -19.23 -21.918 -24.117 -25.886 -26.487 -27.048 -27.431 -27.335 -26.869 -26.096 -25.425 -23.585 -22.163 -20.685 -18.442 -13.611 -12.482 -10.667 -9.1011 -9.2165 -6.6916 -3.7063 2.76349 2.73906 3.9966
Hình 7.29. Lực cắt Qz (kN) dọc thân cọc Kiểm tra ổn định nền quanh cọc Điều kiện ổn định của nền xung quanh cọc khi có áp lực ngang do cọc tác động có dạng như sau: 7.6.5.1.4.
σ z ≤ η1η 2
4 (σ v' tgϕ I + ξc I ) cosϕ I
59
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE Với Le = 18.5 > 5: Cọc dài hay cọc chịu uốn, ổn định nền theo 0,85 z = α bd
0.85 = 1.83 0.4635
phương ngang được kiểm tra tại độ sâu : = m Ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu z = 1.83 m tính từ đáy móng: ’v = 1.314.5+10.535= 71.5 (kN/m 2) Đối với cọc khoan nhồi, hệ số = 0.6 1 = 1 2 là hệ số kể đến phần tải trọng thường xuyên trong tổng tải trọng. Thiên về an toàn lấy 2 = 0.4 Vậy ta có: η1η2
4 4 (σ v' tgφI + ξ cI ) = 1× 0.4 × (71.5 × tan 3037 '+ 0.6 × 6.2) = 34.96 kN / m2 cos φI cos 3037 '
Tại độ sâu z = 1.83 m , tra trên biểu đồ quan hệ ứng suất pháp mặt bên của cọc theo chiều sâu, ta được zy = 15.5 kN/m2 Vậy điều kiện ổn định nền quanh cọc thỏa mãn.
TÍNH CỐT THÉP TRONG CỌC 7.6.6.1. Tính theo phương x 7.6.6.
Kiểm tra cọc chịu uốn Ta có giá trị moment Mmax của cọc khi chịu tải trọng ngang là (căn cứ trên đồ thị quan hệ moment theo độ sâu): Mmax = 318.5 (kN.m) Diện tích cốt thép một cạnh của tiết diện tương đương của cọc khoan nhồi: 7.6.6.1.1.
As =
M max 0.9h0 Rs
Chọn a = 10cm, ta có diện tích cốt thép cần thiết : As =
M max 318.5 × 106 = = 601.8 mm 2 0.9h0 Rs 0.9 × 2100 × 280
Diện tích cốt thép này bố trí theo một cạnh dài của cọc. Số thép chọn ban đầu theo một cạnh ngắn của cọc là 2 20 có diện tích 628.3 mm2 (đã bỏ đi các cốt thép ở góc) Vậy cốt thép dọc trong cọc đủ chịu mômen uốn do tải ngang gây ra.
60
CHƯƠNG 7: MÓNG CỌC BARRETTE 7.6.6.1.2. Kiểm tra cọc chịu cắt Ta có giá trị Q max của cọc khi chịu tải trọng ngang là: Q max = 104.7 kN. Kiểm tra điều kiện tính cốt đai : 0.35Rbbho = 0.35145001.0600.970 = 5218.12 (kN) > Q. 0.6Rbtbho = 0.610501.0600.970 = 647.77 (kN) >Q. Như vậy cốt đai bố trí cấu tạo. Chọn cốt đai 10a200. 7.6.6.2. Tính theo phương y 7.6.6.2.1. Kiểm tra cọc chịu uốn Ta có giá trị moment Mmax của cọc khi chịu tải trọng ngang là (căn cứ trên đồ thị quan hệ moment theo độ sâu): Mmax = 120.94 (kN.m) Diện tích cốt thép một cạnh của tiết diện tương đương của cọc khoan nhồi: As =
M max 0.9h0 Rs
Chọn a = 10cm, ta có diện tích cốt thép cần thiết : M max 120.94 × 106 As = = = 228.53mm 2 0.9h0 Rs 0.9 × 2100 × 280
Diện tích cốt thép này bố trí theo một cạnh dài của cọc. Số thép chọn ban đầu theo một cạnh ngắn của cọc là 2 20 có diện tích 628.3 mm2 (đã bỏ đi các cốt thép ở góc) Vậy cốt thép dọc trong cọc đủ chịu mômen uốn do tải ngang gây ra. Theo lí thuyết ta sẽ cắt thép chịu mô men uốn của cọc tại vị trí moment có Mz = 0, tức là ở độ sâu khoảng 10.5m tính từ đáy đài. 7.6.6.2.2. Kiểm tra cọc chịu cắt Ta có giá trị Q max của cọc khi chịu tải trọng ngang là: Q max = 39.76 kN. Kiểm tra điều kiện tính cốt đai : 0.35Rbbho = 0.35145001.0600.970 = 5218.12 (kN) > Q. 0.6Rbtbho = 0.610501.0600.970 = 647.77 (kN) >Q. Như vậy cốt đai bố trí cấu tạo. Chọn cốt đai 10a200.
61
