Tải bản đầy đủ
7 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

7 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

Tải bản đầy đủ

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

Rsn - cường độ tính toán của cốt thép dọc trong cọc, đối với thép có Ø≤28mm

f

 390

R sn = min  y ; 220 MPa  = min 
; 220 MPa  = 220 (MPa)
 1.5

1.5

Với fy là giới hạn chảy của cốt thép
As - diện tích tiết diện cốt thép dọc truc, As = 30.54 cm2
Ab - diện tích tiết diện bêtông, Ab = π.802/4 – 30.54 = 4996 cm2

→ Q VL = 6 ×103 × 0.4996 + 220 ×103 × 30.54 ×10 −4 = 3669.48 (kN)
11.7.2 Sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền
Tính toán theo phụ lục B mục B.1.1,TCVN 205–1998: Móng cọc–Tiêu chuẩn thiết kế [6]
Sức chịu tải cực hạn của cọc:

Q u = QS + Q P
Qa =

Sức chịu tải cho phép của cọc:

Q
Qs
+ p
FSs FSp

Trong đó:
-

Qs: Sức chịu tải cực hạn do ma sát (kN);

-

Qp:Sức chịu tải cực hạn do chống mũi (kN);

-

FSs: Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, lấy bằng 1.5-2.0;

-

FSp - Hệ số an toàn cho thành phần kháng mũi lấy bằng 2.0-3.0.

Việc lựa chọn hệ số an toàn cho thành phần ma sát nhỏ hơn hệ số an toàn cho thành phần
kháng mũi vì: hai đại lượng trên không đạt cực hạn cùng một lúc, thường ma sát bên đạt
cực hạn trước sức kháng mũi.

11.7.2.1 Xác định sức chịu tải cực hạn do ma sát QS
Theo công thức (B.1) – TCXD 205 : 1998,sức chịu tải cực hạn do thành phần ma sát được
xác định như sau:
n

Qs = u ∑ m c2i f si .li
i =1

Trong đó:
-

mc2=0.8:Hệ số điều chỉnh làm việc mc2 để hiệu chỉnh fi,trong đất khi thiết kế có động đất.

-

u = πd = π× 0.8 = 2.513m
u: chu vi của tiết diện cọc (m),
li: chiều dài lớp đất thứ i mà cọc đi qua (m).

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 623 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

fsi: lực ma sát đơn bị ở giữa lớp đất thứ i tác dụng lên cọc (kN/m2)

-

f si = cai + σ 'hi tan ϕ ai
Trong đó:
+ cai: lực dính giữa thân cọc và đất thứ i, đối với cọc khoan nhồi cai=ci
+ φai: góc ma sát giữa cọc và đất nền
+ σhi’: ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ i theo phương vuông góc với mặt bên cọc do
tải trọng bản thân các lớp đất ở trạng thái tự nhiên gây ra:

σ 'hi = σ 'vi k si

Trong đó:

σ 'vi = γ 'zi

ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương thẳng đứng do tải trọng
bản thân các lớp đất ở trạng thái tự nhiên gây ra

k si
k si

k si = 1 − sin ϕ i

: hệ số áp lực ngang của lớp đất thứ i đối với đất cát;
: hệ số áp lực ngang của lớp đất thứ i đối với đất sét ;

k si = 0,19 + 0, 233log I p
Bảng 11.- Địa chất dọc thân cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc
γ

c
kN/m2

Ip
(%)

3.5

5.7

37.4

6.09

4.78

9.2

30.6

10.51

24.2

8.7

5.5

Lớp

Tên đất

Dày
(m)

1

Bùn sét, chảy

11.5

4.76

2

Sét, dẻo chảy

10.4

3

Cát pha, chặt vừa

28.1


(kN/m3)

ϕ

o

()

Ma sát đơn vị ở giữa lớp đất thứ 1:

σ'vi = (1.5 × 14.64 + 10 × 4.76) +

11.5
× 4.76 = 96.93(kN / m 2 )
2

f si1 = 5.7 + ( 0.19 + 0.233log(37.4) ) × 96.93 × tan 3.50 = 9.0(kN / m 2 )
Ma sát đơn vị ở giữa lớp đất thứ 2:

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 624 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

σ'vi = (1.5 × 14.64 + 10 × 4.76) + 11.5 × 4.76 +

10.4
× 6.09 = 155.97(kN / m 2 )
2

f si1 = 9.2 + ( 0.19 + 0.233log(30.6) ) ×155.97 × tan 4.780 = 16.0(kN / m 2 )
Ma sát đơn vị ở giữa lớp đất thứ 3:

σ'vi = (1.5 × 14.64) + (10 + 11.5) × 4.76 + 10.4 × 6.09 +

28.1
× 10.51 = 335.3(kN / m 2 )
2

f si3 = 8.7 + ( 1 − sin 24.20 ) × 335.3 × tan 24.2 0 = 97.62(kN / m 2 )
→ Qs = 2.513 × 0.8 × ( 9 ×11.5 + 16 ×10.4 + 97.62 × 28.1) = 6057.38(kN)

11.7.2.2 Sức chịu tải cực hạn do kháng mũi Qp
Theo mục B.1.4, TCXD 205-1998 [6], công thức tính cường độ chịu tải của đất
dưới mũi cọc:
Q p = A p .q p
Trong đó:
-

Ap : diện tích tiết diện ngang của mũi cọc (m2); Ap = 0.503 (m2)
qp : cường độ đất nền dưới mũi cọc (kN/m2).

q p = cN c + σ 'vp N q + γd p N γ

Với:
c: Lực dính của đất dưới mũi cọc, c = 8.7 (kN/m2)
γ: trọng lượng thể tích của đất ở độ sâu mũi cọc, γ = 10.51 ((kN/m3)
dp: cạnh/đường kính tiết diện cọc, dp = 0.8 (m)
Nc, Nq, Nγ: hệ số sức chịu tải phụ thuộc ma sát trong của đất, hình dạng mũi cọc
và phương pháp thi công.
ϕ ' = ϕ − 3o = 24.20 − 30 = 21.20
Đối với cọc khoan nhồi:
Tra bảng và nội suy theo φ’ = 21.20 ta có: Nc = 16.024, Nq = 7.22, Nγ = 6.386.
Các giá trị trên được tra từ bảng 1.23, trang 61, Châu Ngọc Ẩn (2005) Nền móng.
NXB Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh,[24].

σ 'vp

ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng
lượng bản thân đất
σ'v = 21.2 × 4.76 + 10.4 × 6.09 + 28.1 ×10.51 = 459.58 (kN / m 2 )

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 625 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

⇒ q P = 8.7 ×16.024 + 459.58 × 7.22 + 10.51 × 0.8 × 6.386 = 3511.27 (kN / m 2 )

Như vậy, sức kháng mũi cọc:

Q p = A p × q p = 0.503 × 3511.27 = 1766.17 (kN)

11.7.2.3 Sức chịu tải cho phép của cọc
Sức chịu tải cực hạn của cọc

Q u = Qs + Q p = 6057.38 + 1766.17 = 7823.55 (kN)
Sức chịu tải cho phép của cọc

Qa =

Q
Qs
6057.38 1766.17
+ p =
+
= 3617.41 (kN)
FSs FSp
2
3

11.7.3 Theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)
Tính toán theo phụ lục C mục C.2.3, TCVN 205–1998: Móng cọc–Tiêu chuẩn thiết kế [6]
được xác định như sau:

1
Q p = × { α N a A p + (0.2N s L s + C u L c ) πd}
3
Trong đó:
-

α : hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công, cọc nhồi α = 15
Na : chỉ số SPT của lớp đất dưới mũi cọc, Na = 46
Ap : diện tích tiết diện cọc, Ap = 0.503 m2
Ns : chỉ số SPT của các lớp cát bên thân cọc.
Ls : chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát.

→ N s Ls = 46 × 28.1 = 1321 (T/ m)
cu : lực dính không thoát nước của đất sét theo SPT (Tham khảo công thức (2-24) sách

GS.TS. Nguyễn Văn Quảng (2008), Nền móng và tầng hầm nhà cao tầng [30])
cu =

Nc
(T / m 2 )
1.4

Với:
Nc là chỉ số SPT lớp đất sét
Lc : chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét

→ ∑ Cu Lc =

1
(1 + 4) / 2
× 11.5 +
× 10.4 = 26.8(T / m)
1.4
1.4

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 626 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

d: đường kính cọc, d = 0.8 m
1
→ Q p = × { 15 × 47 × 0.503 + (0.2 × 1321 + 26.8) × π × 0.8} = 362(T) = 3620 (kN)
3
11.7.4 Sức chịu tải thiết kế
So sánh sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu trên ta chọn sức chịu tải nhỏ nhất tức là:
Qa,TK = min{QVL ; Qa,cường độ; Qa, SPT} = min {3669.48; 3617.41; 3620} = 3620 (kN)
Chọn sức chịu tải thiết kế của cọc là Qa,TK = 3620 (kN)

11.8 XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG CỌC VÀ BỐ TRÍ CỌC
n = β×
Sơ bộ số lượng cọc:
Trong đó:

N tt
Qa ,TK

Ntt: lực dọc tính toán tại chân cột
Qa,TK: sức chịu tải thiết kế của cọc
β: hệ số kể đến momen và lực ngang tại chân cột, trọng lượng đài và cọc. Chọn
giá trị β nằm trong khoảng 1.2÷1.5

11.8.1 Sơ bộ số cọc và bố trí cọc trong đài - móng M2 (Cột biên)

11.8.1.1 Sơ bộ số cọc
n = β×

N tt
10431.6
= 1.3 ×
= 3.75
Qa ,TK
3620

(cọc)

→ Chọn 4 cọc.

11.8.1.2 Bố trí cọc trong đài
Khoảng cách giữa các cọc bố trí trong khoảng là 3d÷6d = (3÷6)×800 = 2400÷4800 mm.

Khoảng cách giữa mép cọc tới mép ngoài của đài cọc:

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 627 -

d d
÷ = (267 ÷ 400)mm
3 2

.

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432

ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHÓA 2011-2016

800

100

Y

3

4

800

X

1200

A

4000

1200

700

2

100

800

1

100

800

1200

1200

800

100

4000
2

Hình 11. – Mặt bằng bố trí cọc trong móng M2 (Cột biên)
11.8.2 Sơ bộ số cọc và bố trí cọc trong đài - móng M1 (Cột giữa)

11.8.2.1 Sơ bộ số cọc
n = β×

N tt
15251.3
= 1.3 ×
= 5.48
Qa,TK
3620

(cọc)

→ Chọn 6 cọc.

11.8.2.2 Bố trí cọc trong đài
Khoảng cách giữa các cọc bố trí trong khoảng là 3d÷6d = (3÷6)×800 = 2400÷4800 mm.

Khoảng cách giữa mép cọc tới mép ngoài của đài cọc:

d d
÷ = 267 ÷ 400mm
3 2

Chọn 400 mm
Mặt bằng bố trí cọc như hình:

GVHD.KC: TRƯƠNG VĂN CHÍNH
GVHD.TC: LƯƠNG THANH DŨNG

- 628 -

SVTH: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV:11510300432