Thiết kế chung cư Him Lam - Nam khanh phường 6 quận 8 TP Hồ Chí Minh

CHƯƠNG VIII TÍNH TOÁN MÓNG CỌC NHỒI 8.1 ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ƯNG DỤNG. 8.1.1 Ưu điểm. - Sức chịu tải lớn. - Số lượng cọc cho mỗi móng ít. - Khi thi công không gây chấn động đáng kể đối với các công trình kế cận nên không ảnh hưởng về phương diện chấn động đối với các công trình xung quanh. - Không gây tiếng ồn đáng kể như khi đóng cọc. Nhược điểm. - Giá thành còn cao so với các loại cọc khác. - Khi thi công, việc giữ thành hố khoan gặp nhiều khó khăn. - Chất lượng cọc bê tông không được tốt vì không được đầm. - Khi cọc đã thi công xong nếu phát hiện ra khuyết tật thì việc xử lý gặp rất nhiều khó khăn và rất tốn kém. 8.2 THIẾT KẾ MÓNG CỌC KHOAN NHỒI ĐÀI ĐƠN (móng B-2 và B-3). 8.2.1 Tải trọng tác dụng lên móng. Tải trọng truyền xuống móng thông qua hệ khung tại vị trí chân cột. Lấy tổ hợp nội lực gây bất lợi nhất cho móng: Tải trọng tính móng Cột Loại tải N (daN) My (daN.m) Mx (daN.m) Qx (daN) Qy (daN) C5 Tải trọng tính toán 885290 -115 3527 -320 2550 Tải trọng tiêu chuẩn 769817.39 -100.00 3066.96 -278.26 2217.39 C11 Tải trọng tính toán 654740 258 20837 430 8530 Tải trọng tiêu chuẩn 569339.13 224.35 18119.13 373.91 7417.39 Sơ bộ chọn kích thước tiết diện cọc. Chọn chiều sâu chôn móng: Chọn chiều sâu chôn móng thoả điều kiện làm việc của móng cọc đài thấp. Giả sử móng được chôn trong lớp đất thứ nhất : chọn Bđ = 2m thì ta có Kiểm tra điều kiện móng làm việc là móng cọc đài thấp áp dụng theo công thức (8.1) Để đầu cọc không bị dịch chuyển và cột không bị uốn ta phải đặt cọc ở độ sâu sao cho đủ ngàm vào đất hm > hminxx 0.7 Vậy chọn Hm=2m b. Chọn vật liệu và kích thước cọc. - Chọn cọc khoan nhồi đường kính D = 1(m), mũi cọc nằm trong lớp đất sét tại cao độ -40.0(m), có chiều dài cọc 37 (m), đoạn cọc ngàm vào bệ là 0.7m. Mũi cọc cắm vào lớp thứ 6 có chiều dày 5m, đất sét màu vàng nhạt đến nâu đỏ nhạt vân xám trắng, độ dẽo cao, trạng thái nữa cứng. Fa== : u = 3.14.1=3.14 m (8.2) - Kiểm tra đường kính cọc. (8.3) Vậy chọn D=1m là đảm bảo yêu cầu - Dùng bê tông Mac 300, Rn = 130 (daN/cm2), cột thép AIII có Ra = 3400 (daN/cm2). - Đường kính cốt thép >12mm và bố trí đều theo chu vi cọc, dùng đai f8a200 đai xoắn liên tục. - Theo quy phạm hàm lượng cốt thép trong cọc khoan nhồi là (thỏa theo TCXD 205 : 1998, m ³ 0.4 ¸ 0.65%). Vậy diện tích cốt thép =(31.451.025) Chọn 18f18 As=45.81 cm2 Hình 8.1. SƠ ĐỒ VỊ TRÍ ĐẶT ĐÀI CỌC VÀ CHIỀU SÂU MŨI CỌC Xác định sức chịu tải của cọc theo độ bền vật liệu làm cọc. Sức chịu tải tính toán của cọc theo điều kiện làm việc được xác định theo công thức (Theo TCXD 195 : 1997) Pvl = (RnFb + RanFa) (8.4) trong đó: = 1: Hệ số uốn dọc ( cọc khoan nhồi không có uốn dọc) Rn: cường độ tính toán của bê tông cọc nhồi. Vì đổ bê tông cọc nhồi dưới mực nước trong dung dịch bùn bentonite (Rn < 60 daN /cm2) ( daN /cm2), nên lấy Rn = 60 (daN/cm2). (8.5) R = 300 (daN /cm2): mác thiết kế của bê tông cọc. Fb: diện tích tiết diện cọc. Ran: cường độ tính toán cốt thép. Sử dụng cốt thép AIII, đường kính f < 28, chọn 18f18 có Fa=45.81(cm2) Ra = Ra’ = 3400 (daN /cm2). giới hạn chảy Rc = 4000(daN /cm2) ( Ran < 2200 (daN /cm2)) ( daN /cm2) (8.6) Do đó lấy Ran =2200 (daN /cm2) Khi đó: Pvl = 60´7853.98 + 2200´45.81 = 595582.9 (daN) Xác định sức chịu tải của cọc theo tính chất cơ lý của đất nền. Theo TCXD 205 : 1998 – Phụ lục A Qtc = m(mR qp Ap + uåmf fi li) (8.7) trong đó: m: hệ số điều kiện làm việc, m = 1. mR: hệ số diều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, mR = 1. Ap: diện tích mũi cọc, mf: hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên của cọc, lấy theo bảng A.5 phụ lục A, TCXD 205 : 1998. u: chu vi tiết diện ngang cọc, u = pd = 3.14x100 = 314 (cm). qp: cường độ chịu tải của đất ở đầu mũi cọc. - Trường hợp đất dưới mũi cọc là cát hạt trung: qp = 0.75b(gI’dpAk0 + agILBk0) (8.8) trong đó: b, Ak0,a, Bk0 : hệ số không thứ nguyên lấy theo bảng A.6 – phụ lục A TCXD 205 : 1998. - Trường hợp đất dưới mũi cọc là sét: qp đươc tra bảng A.7 – phụ lục A TCXD 205 : 1998. - Trường hợp đất dưới mũi cọc là sét: chiều sâu mũi cọc z = 40(m) từ bảng nội suy ta có qp= 450000 (daN/m2) gI’: trị tính toán của trọng lượng thể tích đất ở phía dưới mũi cọc. gI: trị tính toán trung bình trọng lượng thể tích đất ở phía trên mũi cọc. L: chiều dài cọc. dp: đường kính của cọc nhồi. = 0.918(T/m3)=918 daN/ m3 li : chiều dài của lớp đất thứ i (được chia) tiếp xúc với mặt bên cọc. fi: ma sát bên của lớp đất thứ I được chia ( li < =2m) ở mặt bên cọc, lấy theo bảng A.2 – phụ lục A – TCXD 205 : 1998 Hình 8.2. SƠ ĐỒ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ MA SÁT HÀNG CỦA CỌC Lớp đất mfi li Zi fi mfi.fi.li (m) (m) (daN /m2) (daN /m) 1.Sét 0.6 2 3 2310 2772 2 5 4130 4956 1 6 5120 3072 2.Sét pha 0.6 2 7 6000 7200 2 8.3 4430 5316 2 10.3 4630 5556 2 12.3 4830 5796 2 14.3 5030 6036 2 16.3 5230 6276 1.9 18.3 5430 6190.2 3. Cát hạt trung 0.6 2 19.8 7872 9446.4 2 21.8 8152 9782.4 2 23.8 8432 10118.4 1.1 25.8 8712 5749.92 4.Sét 0.6 2 26.9 6068 7281.6 2 28.9 6258 7509.6 0.3 30.55 6450 1161 5.Cát hạt mịn 0.6 2 31.2 6696 8035.2 2 33.2 6856 8227.2 0.3 34.85 6988 1257.84 6.Sét 0.6 2 35.5 10070 12084 2 37.5 10350 12420 1 39.5 10630 6378 mfi.fi.li(daN/m) 152622 qp(daN /m2) 450000 Ap(m2) 0.7854 U(m) 3.14159 Qtc(daN) 790045 Qa=Qtc/Ktc=Qtc/1.4 564318 Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền.( TCVN 205-1998) Sức chịu tải cho phép của cọc được tính theo công thức (8.9) Do cọc đi qua nhiều lớp đất nên công thức được mở rộng : (8.10) trong đó: FSs: hệ số an toàn dọc thân cọc (FSs = 1.5 – 2.0). FSp: hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc (FSp = 2.0 - 3.0). Qs: sức chịu tải cực hạn do ma sát bên. Qp: sức chịu tải cực hạn dưới mũi cọc. fs: ma sát bên đơn vị giữa cọc và đất. qp:cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc. As:diện tích mặt bên cọc. Ap: diện tích tiết diện dưới mũi cọc. fsi: ma sát bên tại lớp đất thứ i li : chiều dày lớp đất thứ i. u: chu vi cọc. Ma sát trên đơn vị diện tích mặt bên cọc fs tính theo công thức sau: (8.11) trong đó: ca: lực dính giữa thân cọc và đất, ca = c. ja : góc ma sát giữa cọc và đất nền . : ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng do trọng lượng bản thân cột đất (có xét đẩy nổi khi lớp đất nằm dưới mực nước ngầm) Ks: hệ số áp lực ngang trong đất, với cọc khoan nhồi Ks = 1 – sin ja (8.12) - khi không có nước ngầm. (8.13) - lớp đất nằm dưới mực nước ngầm. (8.14) svi = (8.15) Cường độ chịu tải dưới mũi cọc tính theo công thức: (8.16) trong đó: g: trọng lượng thể tích của đất ở độ sâu mũi cọc. c: lực dính đất nền dưới mũi cọc. sVP : ứng suất theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc (daN/m2). - khi không có mực nước ngầm. - khi có mực nước ngầm. - Nc, Nq, Ng: hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào góc ma sát của đất ( tra theo bảng 3.5 “giá trị các hệ số sức chịu tải của Terzaghi”sách nền móng của Châu Ngọc Ẩn) s0 =(1.940-1)x1.95+(1.923-1)x1.1=2848 (daN/m2) Lớp đất li(m) Zi(m) j(độ) gI(daN /m3) svi(daN /m2) Ksi Ci(daN /m2) fsi(daN /m2) fsi.li(daN /m) 2 1.3 6.5 13.416 1923 3448.25 0.76798 1770 2401.669 3122.1698 3 11.5 13.45 22.595 1935 9424.45 0.615785 420 2835.144 32604.151 4 7.1 22.75 24.375 1932 18109.3 0.587293 280 5098.866 36201.951 5 4.3 28.45 9.659 1876 23301.3 0.832216 3150 6450.406 27736.748 6 4.3 32.75 25.105 1861 27035.85 0.575722 290 7582.892 32606.436 7 5 37.4 18.568 1992 31367 0.68157 4520 11701.47 58507.37 190778.83 Sức chịu tải cực hạn ma sát thành Qs = u.(fsi.li) = 599349.36 Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc: C = 4520 (daN/m2) ® Nc = 63.5 gđn = 992 (daN/m3) Nq = 10 j = 18.5680 Ng = 2.8 sVP = 31367+(1992-1000)x5/2=33847 (daN/m2) ® Qp = Ap(c. Nc + svp.Nq+ g.d.Ng) = 0.785x(4520x63.5+33847x10+992x1x2.8)=493460 (daN) Sức chịu tải cho phép: Chọn sức chịu tải thiết kế: Pn = min( Pvl, Qtt, Q(b)a) = min( 595582.9; 564317.7; 464161) = 464161(daN). Xác định số cọc, kích thước đài cọc. Giả sử dưới tác dụng của M, N, và Q, mỗi cọc sẽ nhận đươc một lực bằng Pn = 512700 (daN), chọn khoảng cách giữa các cọc là a = 3d = 3x1 = 3 m, thì trên mỗi một phần diện tích đáy đài trong phạm vi một cọc sẽ xuất hiện lực phân bố: (8.17) Sơ bộ tính diện tích đáy đài: (8.18) N0tt = Ntt + nFđài h (8.19) Vậy hai móng này không bị chồng lấn lên nhau do bước cột B=6m Xác định số lượng cọc theo công thức: (8.20) Kết quả tính toán được lập thành bảng sau: Cột Ptt (daN /m2) qtt (daN/m2) gtb (daN/m3) h (m) Ntt (daN) Fđài (m2) N0tt (daN) b ntt (cọc) Chọn cọc C5 512700 56966.7 2000 3.05 885290 17.62 1003489 1.2 3.35 4 C11 512700 56966.7 2000 3.05 654740 13.03 742157 1.2 1.74 2 A: TÍNH TOÁN MÓNG M1 CỘT C5 Mặt bằng bố trí và tọa độ cọc đài đơn cho móng M1. Hình 8.3. SƠ ĐỒ XÁC ĐỊNH LỰC XUỐNG CỌC Diện tích thực tế của đài cọc: M1: Fđài = bxl = 4.6 x 4.6 = 21.16 (cm2) Trọng lượng thực tế của đài và đất trên đài: M1: Nđài+đất = n.Fđài.h. = 1.1x21.16´3´2000 = 118364.4 (daN) Lực dọc tính toán thực tế tính đến cốt đáy đài: No1tt = N1tt + Nđài+đât (8.21) Moment tính toán xác định tương ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đáy đài: M0xtt = Mxtt + Qytt ´ hđ (8.22) M0ytt = Mytt + Qxtt ´ hđ (8.23) Kết quả được lập thành bảng sau: Cột Phương Mtt (daN.m) Qtt (daN) hđ (m) M0tt (daN.m) Ntt (daN) N0tt (daN) C5 X 3527 -320 2 8627 885290 1003654 Y -115 2550 2 -755 Lực truyền xuống đầu cọc: (8.24) (8.25) Kết quả tính toán được lập thành bảng sau: Cột C5: Cọc Tọa độ X Tọa độ Y Số cọc X2 (m) åX2 (m2) Y2 (m) åY2 (m2) N0tt (kG) M0xtt (daN.m) Moytt (daNm) Pi (daN) 1 -1. 5 -1. 5 4 2.25 9 2.25 9 1003654 8627 -755 249039 2 1. 5 -1. 5 2.25 2.25 248680 3 -1. 5 1. 5 2.25 2.25 253147 4 1. 5 1. 5 2.25 2.25 252788 Pttmax (daN) 253147 Pttmin (daN) 248680 Ptb (daN) 250914 Pcọc = n.Fcọc.Lc.g = 1.1x0.785x37x2500 = 72102.25 (daN). Kiểm tra sức chịu tải cọc theo công thức: Cột C5 có Pttmax + Pcọc = 253147 + 72102.25 = 325249.25(daN) Pmaxtt + Pcọc = 325249.25 (daN) < Qtt = 464161 (daN). Pmintt = 248680 (daN) > 0, do đó không cần kiểm tra điều kiện chống nhổ. 8.2.7. Tính lún cho móng cọc đài đơn (theo trang thái giới hạn thứ hai). Nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất, tải trọng của móng được truyền trên diện tích rộng hơn, xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy đài và nghiêng một góc a được tính như sau: (8.26) (8.27) Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của nền móng khối qui ước. Khi đó: =15.33(độ) (độ) Kích thước khối móng qui ước: M1 : LM = L + 2 ´ H ´ tga = 4.6 + 2 ´ 37 ´ tg(3.53) = 9.16 (m) (8.28) BM = B + 2 ´ H ´ tga = 4.6 + 2 ´ 37 ´ tg(3.53) = 9.16 (m) (8.29) Diện tích đáy khối móng qui ước: M1 : Fqu=LMxBM=9.16x9.16=83.9(m2) (8.30) Hình 8.4: BIỂU ĐỒ ỨNG SUẤT VÀ KÍCH THƯỚC KHỐI MÓNG QUY ƯỚC Xác định khối lượng của khối móng qui ước Trọng lượng đất trong phạm vi từ đáy đài đến đáy khối móng qui ước (có trừ đi phần thể tích đất bị cọc chiếm chổ và có kể cả trọng lượng bản thân cọc). (8.31) Trọng lượng lớp đất thứ i ( có trừ đi phần thể tích đất bị cọc chiếm chổ). (8.32) Trọng lượng cọc bê tông cọc trong lớp đất thứ i. (8.33) Khối lượng khối móng qui móng M1. Lớp đất DT khối qui ước (m2) DT cọc (m2) hi (m) gi (daN/m3) Piđất (daN) Picọc (daN) Piđcọc Trê đài + đài móng 83.9 0.785 6.5 1000 626048 2 83.9 0.785 13.9 939 1040058 157981 59337.8 3 83.9 0.785 7.1 933 638019 97536.3 36400.5 4 83.9 0.785 4.3 882 365284 59071.3 20840.3 5 83.9 0.785 4.3 907 375638 59071.3 21431 6 83.9 0.785 5 995 479167 68687.5 27337.6 å 40 3642287 460206 172084 KLKMQƯ P (daN) P = Piđất + 4Picọc - 4Piđcọc 4794777.094 Moment tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: (8.34) Độ lệch tâm: , (8.35) Cột Phương Mtc (daN.m) Qtc (daN) Ntc (daN) Nqưtc (daN) lcọc (m) hđài (m) M0tc (daN.m) e (m) C5 X 3066.96 278.26 769817.39 4794777 37 2 12917.39 0.0006 Y 100.00 2217.39 769817.39 4794777 37 2 78595.65 0.0000 Áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối móng qui ước: (8.36) (8.37) (8.38) Cột Phương M0tc (daN.m) e (m) smaxtc (daN /m2) smintc (daN /m2) stbtc (daN /m2) C5 X 12917.39 0.0006 54676.177 54639.18 54657.7 Y 78595.65 0.0000 Cường độ đất nền tại đáy khối móng qui ước. (8.39) trong đó: ktc = 1 (theo điều 3.39, TCXD : 45 -78). m1 = 1.2; m2 = 1.1 (tra bảng 15, TCXD : 45 – 78). g6II = 1995 – 1000 = 995 (daN /m3) (8.40) = 946.783(daN /m3). jII = 18.836 0, tra bảng 14 - TCXD : 45 –78 được: CII = 0.463(daN /cm2) = 4630(daN /m2) Khi đó: = 169605 (daN) 1.2 ´ RM = 1.2x169605 = 203526.01 (daN /m2) C5: smaxtc = 54676.177 (daN /m2) < 1.2 x RM = 203526.01 (daN /m2). stbtc = 54657.7 (daN /m2) < RM = 169605 (daN /m2). Xác định ứng suất do trọng lượng bản thân đất: STT Độ sâu hi (m) gi (daN /m3) szibt (daN /m2) 1 -3.0 0 1000 0 2 -5.4 1.95 1000 1950 3 -6.6 1.2 1000 3150 4 -7.8 1.2 943 4281.6 5 -19.3 11.5 939 15080.1 6 -26.4 7.1 933 21704.4 7 -30.7 4.3 882 25497 8 -35 4.3 907 29397.1 9 -40 5 995 34372.1 å 36.55 135432.3 Ứng suất gây lún tại đáy móng khối qui ước: Cột C5: sgl = stbtc - sbtz=40m = 54657.7 – 34372.1= 20285.6 (daN /m2) Xác định chiều dày tính lún Hcn theo điều kiện : (8.41) Xác định ứng suất bản thân đất và ứng suất bên ngoài của cột C5. Độ sâu từ đáy khối qui ước Z (m) Độ sâu từ mặt đất tự nhiên h (m) sbt (daN/m2) Z/BM sgl (daN/m2) k0 szigl (daN/m2) 0.2xsbt (daN/m2) Kiểm tra 0 40 34372.1 1 0.000 20285.6 1 20285.6 6874.42 Không Thỏa 1 41 35367.1 1 0.099 20285.6 0.9802 19883.9 7073.42 Không Thỏa 2 42 36362.1 1 0.198 20285.6 0.9604 19482.3 7272.42 Không Thỏa 3 43 37357.1 1 0.297 20285.6 0.8412 17064.2 7471.42 Không Thỏa 4 44 38352.1 1 0.396 20285.6 0.8016 16260.9 7670.42 Không Thỏa 5 45 39347.1 1 0.496 20285.6 0.6396 12974.7 7869.42 Không Thỏa 6 46 40342.1 1 0.595 20285.6 0.6076 12325.5 8068.42 Không Thỏa 7 47 41337.1 1 0.694 20285.6 0.4698 9530.17 8267.42 Không Thỏa 8 48 42332.1 1 0.793 20285.6 0.4503 9134.61 8466.42 Không Thỏa 9 49 43327.1 1 0.892 20285.6 0.3482 7063.45 8665.42 Thỏa Vậy Hcn = 9 Chia chiều dày Hcn ra 9 phân tố nhỏ đối với lớp đất cột C5, và 8 phân tố nhỏ đối với cột C11 Chiều dày hi = 1(m), thuộc cùng một loại đất. Công thức tính lún: (8.42) trong đó: hi: chiều dày lớp phân tố thứ i. = 0.8: hệ số nở hông, lấy theo qui phạm. : ứng suất gây lún ở giữa lớp phân tố thứ i. ko : hệ số tra bảng phụ thuộc vào tỉ số LM/BM, và z/BM. E: modun biết dạng trung bình của lớp đất chịu nén dưới mũi cọc. Theo số liệu tại lớp đất thứ 7 có Etb=666940(daN/m2), Tra bảng 2.9, trang 71, sách “Nền Móng Công Trình” của tác giả Châu Ngọc Ẩn, ta được hệ số hiệu chỉnh mk theo hệ số rỗng e như sau: e0 = 0.6, mk = 6. Ethưc tế = mk x Etb = 6 x 666940 = 4001640 (daN /m2). Hình8.5. BIỂU ĐỒ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT Tính lún móng cọc theo phương pháp phân tầng cộng lún cho móng cột C5. Điểm Độ sâu z (m) sglzi (daN /m2) sgltb (daN /m2) Ei (daN /m2) hi (m) Si (m) 0 0 20285.60 0 4001640 1 0 1 1 19883.95 20084.77 4001640 1 0.00402 2 2 19482.29 19683.12 4001640 1 0.00394 3 3 17064.25 18273.27 4001640 1 0.00365 4 4 16260.94 16662.59 4001640 1 0.00333 5 5 12974.67 14617.80 4001640 1 0.00292 6 6 12325.53 12650.10 4001640 1 0.00253 7 7 9530.17 10927.85 4001640 1 0.00218 8 8 9134.61 9332.39 4001640 1 0.00187 9 9 7063.45 8099.03 4001640 1 0.00162 S = åSi = 2.6 cm < 8 cm. 0.02606 8.2.8 Tính toán cọc chịu tác dụng lực ngang. Theo TCXD 205: 1998 Lực ngang Hx,y tác dụng lên đầu cọc ở đáy đài xác định theo công thức: H = Q/nc ( n – số cọc dưới đáy đài) Tải ngang tác dụng lên mỗi đầu cọc. Cột Loại tải Qx (daN) Qy (daN) Hx=Qx/4 Hy=Qy/4 C5 Tính toán -320.00 2550.00 -80.00 637.50 Tiêu chuẩn -278.26 2217.39 -69.57 554.35 Xét cả hai phương x và y: C5: Hx = 80 daN < Hy = 637.5 daN. 8.2.8.1 Kiểm tra điầu kiện chuyển vị ngang đầu cọc. Theo TCXD 205 : 1998 chuyển vị ngang đầu cọc , phải thỏa mãn điều kiện thiết kế sau: Sgh: là giá trị giới hạn cho phép tương ứng chuyển ngang (mm) của đầu cọc được qui định từ nhiệm vụ thiết kế nhà và công trình, ở đây lấy Sgh =10mm. Khi tính toán cọc chịu tải trong ngang, đất xung quanh cọc được xem như môi trường biến dạng tuyến tính, Được đặc trưng bởi hệ số nền CZ (daN /m3), trị số tính toán của CZ được xác định từ kết quả của thí nghiệm, khi không có kết quả thí nghiệm cho phép xác định CZ theo công thức: Cz = K ´ z (8.43) trong đó: K: hệ số tỉ lệ (daN /m4), được lấy theo bảng G1 – TCXD 205:1998. z: độ sâu của vị trí tiết diện cọc (m), kể từ mặt đất đối với cọc đài cao hoặc kể từ đáy đài đối với cọc đài thấp. Vì cọc chỉ xuyên qua hai lớp đất trong chiều dài ảnh hưởng lah: lah = 2(d+1) = 2(1+1) = 4m Lớp 2 có K1=500000(daN/m4) : Lớp 3 có K2=500000(daN/m4) ; Vậy Theo TCXD 205 : 1998, tất cả các tính toán được thực hiện theo chiều sâu tính đổi của vị trí tiết diện cọc trong đất Ze, và chiều sâu tính đổi hạ cọc trong đất Le, được xác định theo công thức sau: ze = abd ´ z (8.44) Le = abd ´ L (L = 37 m: chiều dài cọc xuyên qua các lớp đất) (8.45) (8.46) bc: chiều rộng qui ước của cọc, được lấy như sau: Khi d ³0.8m thì bc = d + 1 (m) Khi d < 0.8m thì bc =1.5d + 0.5 (m) Vì d = 1m > 0.8m nên bc = d + 1(m) = 1 + 1= 2 m K = 500000 (daN/m4). Eb = 2.9 x 109 (daN/m2): môđun đàn hồi ban đầu của cọc bê tông khi nén và kéo. I: mômen quán tính tiết diện ngang của cọc. (m4) (8.47) Khi đó: ze = 0.371´ z Le = 0.371 ´ 37 = 12.395 (m) Tính toán chuyển vị ngang của cọc ở mức đáy đài và góc xoay theo công thức sau: Dn = y0 + y0 ´ l0 + (8.48) y = yo + (8.49) trong đó: l0 = 0: vì cọc đài thấp. yo = 0: vì cọc ngàm vào đáy đài. Do đó: Dn = y0 = Ho ´ dHH + Mo ´ dHM H0: giá trị tính toán của lực cắt, T, lấy H0 = H. M0: mômen uốn, T.m, lấy M0 = M + H.l0. dHH : chuyển vị ngang của tiết diện, m/daN, bợi lực Ho = 1. dHM : chuyển vị ngang của tiết diện, 1/daN, bởi moment Mo =1. dMH : góc xoay của tiết diện, 1/daN, bởi lực Ho = 1. dMM : góc xoay của tiết diện, 1/(daN.m), bởi moment M0 = 1. xác định theo công thức: (8.50) (8.51) (8.52) Le = 12.395 m, tra bảng G.2 - TCXD 205 : 1998. Ao = 2.441; Bo = 1.621; C0 = 1.751 I = 0.049 m4 abd = 0.371 (1/m) Eb = 2.9x109 (daN/m2) Khi đó:  Mtco = Mtcng : tính theo công thức (G.20) củaTCXD 205 : 1998 (với lo = 0: cọc đài thấp). Dấu trừ cho biết khi lực ngang H hướng từ trái qua phải sẽ truyền mômen lên đầu cọc tại ngàm và mômen này hướng theo chiều ngược kim đồng hồ. * Đối với cột C5: (8.53) (8.54) = 554.35x3.36x10-7 – 1383.45x8.288x10-8 = 7.16x10-5m Δn = 0.07mm < 10mm à Vậy cọc thỏa mãn điều kiện chuyển vị ngang. Xác định áp lực tính toán, moment uốn, lực cắt và lực dọc trong tiết diện cọc Moment, lực cắt trong tiết diện cọc được tính theo công thức (G.17), (G.18) của TCXD 205 : 1998 ( với yo = 0: cọc ngàm cứng vào đài). *Đối với cột C5 ytto = Htty ´ dHH + Mttng ´ dHM = 637.5´3.36´10-7 – 1590.96´8.288´10-8 ytto = 8.234x10-5(m) = 0.0823 (mm) Mz = ´ E ´ I ´ ytto ´ A + Mttng ´ C3 + ; Qz = ´ E ´ I ´ ytto ´ A4 + ´ Mttng ´ C4 + H0 ´ D4; A1, B1, C1 và D1 A3, B3, C3 và D3 A4, B4, C4và D4 Các hệ số lấy theo bảng G.3 - TCXD 205:1998 trong đó: ze:chiều sâu tính đổi: (m); z: chiều sâu thực tế vị trí tiết diện cọc trong đất tính từ đáy đài cọc đối với cọc đài thấp (m) H0 = H: Giá trị tính toán của lực cắt Các giá trị Mz, Qz được tính trong bảng sau: Z Ze A3 C3 D3 A4 C4 D4 Mz Qz (m) (m) (daN.m) (daN) 0.0000 0 0 1 0 0 0 1 -1590.97 637.50 0.2695 0.1 0 1 0.1 -0.005 0 1 -1419.13 634.51 0.5391 0.2 -0.001 1 0.2 -0.02 0 1 -1248.91 625.56 0.8086 0.3 -0.005 1 0.3 -0.045 -0.001 1 -1083.52 611.22 1.0782 0.4 -0.011 1 0.4 -0.08 -0.003 1 -921.34 591.50 1.3477 0.5 -0.021 0.999 0.5 -0.125 -0.008 0.999 -764.01 566.94 1.6173 0.6 -0.036 0.998 0.6 -0.18 -0.016 0.997 -614.74 537.54 1.8868 0.7 -0.057 0.996 0.699 -0.245 -0.03 0.994 -475.24 505.07 2.1563 0.8 -0.085 0.992 0.799 -0.32 -0.051 0.989 -342.12 469.49 2.4259 0.9 -0.121 0.985 0.897 -0.404 -0.082 0.98 -220.53 431.88 2.6954 1 -0.167 0.975 0.994 -0.499 -0.125 0.967 -111.99 392.24 2.9650 1.1 -0.222 0.96 1.09 -0.603 -0.183 0.946 -11.70 350.98 3.2345 1.2 -0.287 0.938 1.183 -0.716 -0.259 0.917 78.48 309.87 3.5040 1.3 -0.365 0.907 1.273 -0.838 -0.356 0.876 156.89 268.13 3.7736 1.4 -0.455 0.866 1.358 -0.967 -0.479 0.821 223.31 228.63 4.0431 1.5 -0.559 0.811 1.437 -1.105 -0.63 0.747 279.15 188.17 4.3127 1.6 -0.676 0.739 1.507 -1.248 -0.815 0.652 325.65 151.40 4.5822 1.7 -0.808 0.646 1.566 -1.396 -1.036 0.529 362.51 115.05 4.8518 1.8 -0.956 0.53 1.612 -1.547 -1.299 0.374 387.87 81.30 5.1213 1.9 -1.118 0.385 1.64 -1.699 -1.608 0.181 405.91 49.87 5.3908 2 -1.295 0.207 1.646 -1.848 -1.966 -0.057 414.49 20.48 5.9299 2.2 -1.693 -0.271 1.575 -2.125 -2.849 -0.692 412.32 -28.57 6.4690 2.4 -2.141 -0.941 1.352 -2.339 -3.973 -1.592 373.94 -66.68 7.0081 2.6 -2.621 -1.877 0.917 -2.437 -5.355 -2.821 342.96 -92.97 7.5472 2.8 -3.103 -3.108 0.197 -2.346 -6.99 -4.445 288.37 -108.87 8.0863 3 -3.541 -4.688 -0.891 -1.969 -8.84 -6.52 227.51 -114.58 9.4340 3.5 -3.919 -10.34 -5.854 1.074 -13.692 -13.826 83.12 -91.01 10.7817 4 -1.614 -17.92 -15.076 9.244 -15.611 -23.14 6.55 -16.92 Biểu đồ mômen Mz (daN.m) Biểu đồ lực cắt Qz (daN) 8.2.8.3 Kiểm tra độ ổn định của đất nền quanh cọc khi chịu áp lực ngang. Điều kiện không phá hỏng cọc khi chịu áp lực ngang: sz £ sgh sz: áp lực tính toán tại độ sâu Z sz =.ze(yo.A1 - B1 + C1 + D1) (8.55) Vì Le = 12.395 (m) >2.5 (m), ta kiểm tra điều kiện này tại vị trí: (theo mục G6) Ze = abdz = 0.371 x 2.291 = 0.85 (m) Các giá trị A1, B1, C1, D1 được tra trong bảng G3 của TCXD 205 – 1998 Với Ze = 0.85m tra bảng ta được: A1= 0.996; B1= 0.849; C1= 0.3625; D1= 0.103 Cột C5: = 64.01 (daN/m2) sgh: Áp lực giới hạn tại độ sâu Z = 2.291 (m) ) (8.56) trong đó: h1 = 1 h2: hệ số, kể đến phần tải trọng thường xuyên trong tổng tải trọng, tính theo công thức: (8.57) Mp: moment do tải trọng thường xuyên, được lấy từ tải trọng bản thân. Mv: moment do tải trọng tạm thời. Để đơn giản trong quá trình tính toán thiên về an toàn ta lấy: Mp = Mv = 0.5 Mtoàn phần h2 == 0.571 Với cọc ép: z = 0.6 Tại vị trí z = 2.291 (m) tính từ đáy đài thuộc lớp đất thứ 2 có các tính chất cơ lý sau: Lớp 2 Lớp 3 : ứng suất có hiệu tại độ sâu z = 2.291x928.71 = 2127.675 daN/m2 sgh = 1×0.571× (2127.652×tg17.7870+0.6×1130) = 3263.572 (daN/m2) => sz= 306.52 (daN/m2) < sgh = 3263.572 (daN/m2) Vậy nền đất quanh cọc không bị phá hỏng khi chịu áp lực ngang. 8.2.9 Tính cốt thép cho đài cọc 8.2.9.1. Kiểm tra điều kiện xuyên thủng. Chiều cao đài cọc được xác định từ điều kiện xuyên thủng. Chiều cao đài cọc xác định sơ bộ ở phần trên: hđ = 2(m) Chiều cao đài cọc phải thỏa mãn điều kiện xuyên thủng, từ mép cột vẽ ra các đường thẳng một góc 45o tạo thành tháp xuyên thủng. Nhận thấy đáy tháp xuyên thủng nằm trùm ra ngoài trục các cọc. Như vậy đài không bị đâm thủng khi mà tháp đâm thủng hình thành với một góc 45o từ mép cột. Ta chỉ kiểm tra điều kiện xuyên thủng khi các cọc nằm ngoài tháp xuyên thủng, như trên hình ta thấy các cọc đều nằm trong tháp xuyên thủng, do đó ta không cần phải kiểm tra. 8.2.9.2 Chọn hđ theo điều kiện chọc thủng. - Đối với móng M1. Vậy chọn hđ = 2m 8.2.9.3. Tính toán cốt thép cho đài cọc. Thép đặt cho đài cọc để chịu moment uốn. Người ta coi cánh đài được ngàm vào tiết diện đi qua chân cột và bị uốn bởi phản lực các đầu cọc nằm ngoài mặt ngàm qua chân cột Mômen gây uốn móng M1. Mx = (P3+P4)0.65 = (253147.4+252787.9)0.65 = 328857.95 daN.m My = (P1+P3)0.65 = (249039.3+253147.4)0.65 = 326421.16 daN.m Dùng vật liệu cho đài: bê tông M300, Rn = 130 (daN/cm2) cốt thép AIII, Ra = 3600(daN/cm2) Diện tích cốt thép được tính toán giống như cấu kiện chịu uốn, kết quả được trình bày cụ thể trong bảng sau: Móng Phương M (daN.cm) b (cm) ho (cm) A a Fa (cm2) Chọn thép Fachọn m (%) Nhận xét M1 X 32885795 420 190 0.017 0.017 48.49 21f18 53.455 0.067 Thỏa Y 32642116 420 190 0.017 0.017 48.12 21f18 53.455 0.067 Thỏa Ngoài thép tính toán trong đài cọc còn bố trí thép cấu tạo nhằm: + Thỏa mãn điều kiện Fa min ³ 0.05% trong kết cấu bê tông cốt thép. + Giảm ứng suất nhiệt, ngăn cản các ứng suất co ngót phát sinh trong kết cấu bê tông khối lớn. B: TÍNH TOÁN MÓNG M2 CỘT C11 Diện tích thực tế của đài cọc: M2: Fđài = bxl = 3x4.6 = 13.8 (cm2) Trọng lượng thực tế của đài và đất trên đài: M2: Nđài+đất = n.Fđài.h. = 1.1x13.8´3.05´2000 = 80520 (daN) Lực dọc tính toán thực tế tính đến cốt đáy đài: No2tt = N2tt + Nđài+đât Moment tính toán xác định tương ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đáy đài: M0xtt = Mxtt + Qytt ´ hđ M0ytt = Mytt + Qxtt ´ hđ Kết quả được lập thành bảng sau: Cột Phương Mtt (daN.m) Qtt (daN) hđ (m) M0tt (daN.m) Ntt (daN) N0tt (daN) C11 X 20837 430 2 37897 654740 773104 Y 258 8530 2 1118 Lực truyền xuống đầu cọc: Kết quả tính toán được lập thành bảng sau: Cột C11: Cọc Tọa độ X Tọa độ Y Số cọc X2 (m) åX2 (m2) Y2 (m) åY2 (m2) N0tt (daN) M0xtt (daN m) Moytt (daN.m) Pi (daN) 1 -1.5 0 2 2.25 4.5 0 0 773104 37897 1118 385993.2 2 1.5 0 2.25 0 387111.2 Pttmax (daN) 387111.2 Pttmin (daN) 385993.2 Ptb (daN) 386552.2 Pcọc = n.Fcọc.Lc.g = 1.1x0.785x37x2500 = 72102.25 (daN). Kiểm tra sức chịu tải cọc theo công thức: Cột C11 có Pmaxtt + Pcọc = 387111.2+ 72102.25 = 459213.45 (daN). Pmaxtt + Pcọc = 459213.45 (daN) < Qtt = 464161 (daN). Pmintt = 385993.2 (daN) > 0, do đó không cần kiểm tra điều kiện chống nhổ. Tóm lại, điều kiện chịu tải của móng cọc đã được kiểm tra, thỏa mãn và móng làm việc trong điều kiện an toàn. 8.2.7. Tính lún cho móng cọc đài đơn (theo trang thái giới hạn thứ hai). Nền của móng cọc chống biến dạng rất ít, luôn thỏa mãn điều kiện biến dạng, nên không cần phải tính lún. Móng cọc ma sát cần phải kiểm tra điều kiện biến dạng, tức là phải tính lún. Người ta quan niêm rằng nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất, tải trọng của móng được truyền trên diện tích rộng hơn, xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy đài và nghiêng một góc a được tính như sau: Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của nền móng khối qui ước. Khi đó: =15.33(độ) (độ) Kích thước khối móng qui ước: M2: LM = L + 2 ´ H ´ tga = 4.6 + 2 ´ 37´ tg(3.53o) = 9.16 (m) BM = B + 2 ´ H ´ tga = 3 + 2 ´ 37´ tg(3.53o) = 7.56 (m) Diện tích đáy khối móng qui ước: M2: Fqu=LMxBM=9.16x7.56=69.25(m2) Hình 8.5: BIỂU ĐỒ ỨNG SUẤT VÀ KÍCH THƯỚC KHỐI MÓNG QUY ƯỚC Xác định khối lượng của khối móng qui ước Trọng lượng đất trong phạm vi từ đáy đài đến đáy khối móng qui ước (có trừ đi phần thể tích đất bị cọc chiếm chổ và có kể cả trọng lượng bản thân cọc). Trọng lượng lớp đất thứ i ( có trừ đi phần thể tích đất bị cọc chiếm chổ). Trọng lượng cọc bê tông cọc trong lớp đất thứ i. Khối lượng khối móng qui ước móng M2. Lớp đất DT khối qui ước (m2) DT cọc ép (m2) hi (m) gi (daN/m3) Piđất (daN) Picọc (daN) Piđcọc Trê đài + đài móng 69.25 0.785 6.5 1000 626048 2 69.25 0.785 13.9 939 1040058 157981 59337.8 3 69.25 0.785 7.1 933 638019 97536.3 36400.5 4 69.25 0.785 4.3 882 365284 59071.3 20840.3 5 69.25 0.785 4.3 907 375638 59071.3 21431 6 69.25 0.785 5 995 479167 68687.5 27337.6 å 40 3642287 460206 172084 KLKMQƯ P (daN) P = Piđất + 2Picọc - 2Piđcọc 4218531.83 Moment tiêu chuẩn tại tâm đáy khối móng qui ước: Độ lệch tâm: Cột Phương Mtc (daN.m) Qtc (daN) Ntc (daN) Nqưtc (daN) lcọc (m) hđài (m) M0tc (daN.m) e (m) C11 X 18119.13 373.91 569339.13 4218532 37 2 31355.65 0.0038 Y 224.35 7417.39 569339.13 4218532 37 2 262800.00 0.0000 Áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối móng qui ước: Cột Phương M0tc (daN.m) e (m) smaxtc (daN /m2) smintc (daN /m2) stbtc (daN /m2) C11 X 31355.65 0.0038 52321.118 52070.02 52195.6 Y 262800.00 0.0000 Cường độ đất nền tại đáy khối móng qui ước. trong đó: ktc = 1 (theo điều 3.39, TCXD : 45 -78). m1 = 1.2; m2 = 1.1 (tra bảng 15, TCXD : 45 – 78). BM = 9.09 (m), HM = 36.55 (m). g6II = 1995 – 1000 = 995 (daN /m3) = 946.783(daN /m3). jII = 18.836 0, tra bảng 14 - TCXD : 45 –78 được: CII = 0.463(daN /cm2) = 4630(daN /m2) Khi đó: = 169605 (daN) 1.2 ´ RM = 1.2x169605 = 203526.01 (daN /m2) C11: smaxtc = 52321.118 (daN /m2) < 1.2 x RM = 203526.01 (daN /m2). stbtc = 52195.6 (daN /m2) < RM = 169605 (daN /m2). Do đó có thể tính toán độ lún của nền đất dưới khối móng qui ước theo quan niệm nền biến dạng đàn hồi tuyến tính. Xác định ứng suất do trọng lượng bản thân đất: STT Độ sâu hi (m) gi (daN /m3) szibt (daN /m2) 1 -3.0 0 1000 0 2 -5.4 1.95 1000 1950 3 -6.6 1.2 1000 3150 4 -7.8 1.2 943 4281.6 5 -19.3 11.5 939 15080.1 6 -26.4 7.1 933 21704.4 7 -30.7 4.3 882 25497 8 -35 4.3 907 29397.1 9 -40 5 995 34372.1 å 36.55 135432.3 Ứng suất gây lún tại đáy móng khối qui ước: Cột C5: sgl = stbtc - sbtz=40m = 54657.7 – 34372.1= 20285.6 (daN /m2) Xác định chiều dày tính lún Hcn theo điều kiện: Xác định ứng suất bản thân đất và ứng suất bên ngoài của cột C11. Độ sâu từ đáy khối qui ước Z (m) Độ sâu từ mặt đất tự nhiên h (m) sbt (daN/m2) LM/BM Z/BM sgl (da/m2) k0 szigl (da/m2) 0.2xsbt (daN/m2) Kiểm tra 0 40 34372.1 1.110 0.000 17823.5 1 17823.5 6874.42 Không Thỏa 1 41 35367.1 1.110 0.110 17823.5 0.9833 17525.8 7073.42 Không Thỏa 2 42 36362.1 1.110 0.220 17823.5 0.8983 16010.9 7272.42 Không Thỏa 3 43 37357.1 1.110 0.330 17823.5 0.8626 15374.6 7471.42 Không Thỏa 4 44 38352.1 1.110 0.440 17823.5 0.7161 12763.4 7670.42 Không Thỏa 5 45 39347.1 1.110 0.550 17823.5 0.6852 12212.7 7869.42 Không Thỏa 6 46 40342.1 1.110 0.660 17823.5 0.5497 9797.58 8068.42 Không Thỏa 7 47 41337.1 1.110 0.770 17823.5 0.5264 9382.29 8267.42 Không Thỏa 8 48 42332.1 1.110 0.880 17823.5 0.418 7450.22 8466.42 Thỏa Vậy Hcn = 8 Chia chiều dày Hcn ra 9 phân tố nhỏ đối với lớp đất và 8 phân tố nhỏ đối với cột C11 Chiều dày hi = 1(m), thuộc cùng một loại đất. Công thức tính lún: trong đó: hi: chiều dày lớp phân tố thứ i. = 0.8: hệ số nở hông, lấy theo qui phạm. : ứng suất gây lún ở giữa lớp phân tố thứ i. ko : hệ số tra bảng phụ thuộc vào tỉ số LM/BM, và z/BM. E: modun biết dạng trung bình của lớp đất chịu nén dưới mũi cọc. Theo số liệu tại lớp đất thứ 7 có Etb=666940(daN/m2), nhưng trên thực tế kết quả này chưa chính xác do đó cần phải hiệu chỉnh. Tra bảng 2.9, trang 71, sách “Nền Móng Công Trình” của tác giả Châu Ngọc Ẩn, ta được hệ số hiệu chỉnh mk theo hệ số rỗng e như sau: e0 = 0.6, mk = 6. Ethưc tế = mk x Etb = 6 x 666940 = 4001640 (daN /m2). Hình8.6. BIỂU ĐỒ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT Kết quả tính lún được trình bày trong bảng sau. Tính lún móng cọc theo phương pháp phân tầng cộng lún cho móng cột C11. Điểm Độ sâu z (m) sglzi (daN /m2) sgltb (daN /m2) Ei (daN /m2) hi (m) Si (m) 0 0 17823.50 0 4001640 1 0 1 1 17525.85 17674.67 4001640 1 0.00353 2 2 16010.85 16768.35 4001640 1 0.00335 3 3 15374.55 15692.70 4001640 1 0.00314 4 4 12763.41 14068.98 4001640 1 0.00281 5 5 12212.66 12488.04 4001640 1 0.0025 6 6 9797.58 11005.12 4001640 1 0.0022 7 7 9382.29 9589.93 4001640 1 0.00192 8 8 7450.22 8416.26 4001640 1 0.00168 S = åSi = 2.11 cm < 8 cm. 0.02113 8.2.8 Tính toán cọc chịu tác dụng lực ngang. Theo TCXD 205: 1998 Lực ngang Hx,y tác dụng lên đầu cọc ở đáy đài xác định theo công thức: H = Q/nc ( n – số cọc dưới đáy đài) Tải ngang tác dụng lên mỗi đầu cọc. Cột Loại tải Qx (daN) Qy (daN) Hx=Qx/4 Hy=Qy/4 C11 Tính toán 430.00 8530.00 107.50 2132.50 Tiêu chuẩn 373.91 7417.39 93.48 1854.35 8.2.8.1 Kiểm tra điầu kiện chuyển vị ngang đầu cọc. Theo TCXD 205 : 1998 chuyển vị ngang đầu cọc , phải thỏa mãn điều kiện thiết kế sau: Sgh: là giá trị giới hạn cho phép tương ứng chuyển ngang (mm) của đầu cọc được qui định từ nhiệm vụ thiết kế nhà và công trình Cz = K ´ z trong đó: K: hệ số tỉ lệ (daN /m4), được lấy theo bảng G1 – TCXD 205:1998. z: độ sâu của vị trí tiết diện cọc (m), kể từ mặt đất đối với cọc đài cao hoặc kể từ đáy đài đối với cọc đài thấp. Vì cọc chỉ xuyên qua hai lớp đất trong chiều dài ảnh hưởng lah: lah = 2(d+1) = 2(1+1) = 4m Lớp 2 có K1=500000(daN/m4) : Lớp 3 có K2=500000(daN/m4) ; Vậy Theo TCXD 205 : 1998, tất cả các tính toán được thực hiện theo chiều sâu tính đổi của vị trí tiết diện cọc trong đất Ze, và chiều sâu tính đổi hạ cọc trong đất Le, được xác định theo công thức sau: ze = abd ´ z Le = abd ´ L (L = 37m: chiều dài cọc xuyên qua các lớp đất) bc: chiều rộng qui ước của cọc, được lấy như sau: Khi d ³0.8m thì bc = d + 1 (m) Khi d < 0.8m thì bc =1.5d + 0.5 (m) Vì d = 1m > 0.8m nên bc = d + 1(m) = 1 + 1= 2 m K = 500000 (daN/m4). Eb = 2.9 x 109 (daN/m2): môđun đàn hồi ban đầu của cọc bê tông khi nén và kéo. I: mômen quán tính tiết diện ngang của cọc. (m4) Khi đó: ze = 0.371´ z Le = 0.371 ´ 33.4 = 12.395 (m) Tính toán chuyển vị ngang của cọc ở mức đáy đài và góc xoay theo công thức sau: Dn = y0 + y0 ´ l0 + y = yo + trong đó: l0 = 0: vì cọc đài thấp. yo = 0: vì cọc ngàm vào đáy đài. Do đó: Dn = y0 = Ho ´ dHH + Mo ´ dHM H0: giá trị tính toán của lực cắt, T, lấy H0 = H. M0: mômen uốn, T.m, lấy M0 = M + H.l0. dHH : chuyển vị ngang của tiết diện, m/daN, bợi lực Ho = 1. dHM : chuyển vị ngang của tiết diện, 1/daN, bởi moment Mo =1. dMH : góc xoay của tiết diện, 1/daN, bởi lực Ho = 1. dMM : góc xoay của tiết diện, 1/(daN.m), bởi moment M0 = 1. Tất cả được xác định theo công thức: Le = 12.395 m, tra bảng G.2 - TCXD 205 : 1998. Ao = 2.441; Bo = 1.621; C0 = 1.751 I = 0.049 m4 abd = 0.371 (1/m) Eb = 2.9x109 (daN/m2) Khi đó:  Mtco = Mtcng : tính theo công thức (G.20) củaTCXD 205 : 1998 (với lo = 0: cọc đài thấp). Dấu trừ cho biết khi lực ngang H hướng từ trái qua phải sẽ truyền mômen lên đầu cọc tại ngàm và mômen này hướng theo chiều ngược kim đồng hồ. * Đối với cột C11 : = 1854.35x3.36x10-7 – 4627.778x8.288x10-8 = 2.39x10-4m Δn = 0.239mm < 10mm à Vậy cọc thỏa mãn điều kiện chuyển vị ngang. Xác định áp lực tính toán, moment uốn, lực cắt và lực dọc trong tiết diện cọc Moment, lực cắt trong tiết diện cọc được tính theo công thức (G.17), (G.18) của TCXD 205 : 1998 ( với yo = 0: cọc ngàm cứng vào đài). *Đối với cột C11 ytto = Htty ´ dHH + Mttng ´ dHM = 2132.5´3.36´10-7 – 5321.94´8.288´10-8 ytto = 2.75x10-4(m) = 0.275 (mm) Mz = ´ E ´ I ´ ytto ´ A + Mttng ´ C3 + ; Qz = ´ E ´ I ´ ytto ´ A4 + ´ Mttng ´ C4 + H0 ´ D4; A1, B1, C1 và D1 A3, B3, C3 và D3 A4, B4, C4và D4 Các hệ số lấy theo bảng G.3 - TCXD 205:1998 trong đó: ze: chiều sâu tính đổi: (m); z: chiều sâu thực tế vị trí tiết diện cọc trong đất tính từ đáy đài cọc đối với cọc đài thấp (m) H0 = H:Giá trị tính toán của lực cắt. Các giá trị Mz, Qz được tính trong sau: Z Ze A3 C3 D3 A4 C4 D4 Mz Qz (m) (m) (daN.m) (daN) 0.0000 0 0 1 0 0 0 1 -5321.94 2132.50 0.2695 0.1 0 1 0.1 -0.005 0 1 -4747.14 2122.52 0.5391 0.2 -0.001 1 0.2 -0.02 0 1 -4177.72 2092.59 0.8086 0.3 -0.005 1 0.3 -0.045 -0.001 1 -3624.44 2044.68 1.0782 0.4 -0.011 1 0.4 -0.08 -0.003 1 -3081.91 1978.78 1.3477 0.5 -0.021 0.999 0.5 -0.125 -0.008 0.999 -2555.58 1896.73 1.6173 0.6 -0.036 0.998 0.6 -0.18 -0.016 0.997 -2056.14 1798.51 1.8868 0.7 -0.057 0.996 0.699 -0.245 -0.03 0.994 -1589.40 1690.04 2.1563 0.8 -0.085 0.992 0.799 -0.32 -0.051 0.989 -1143.92 1571.18 2.4259 0.9 -0.121 0.985 0.897 -0.404 -0.082 0.98 -736.99 1445.58 2.6954 1 -0.167 0.975 0.994 -0.499 -0.125 0.967 -373.64 1313.19 2.9650 1.1 -0.222 0.96 1.09 -0.603 -0.183 0.946 -37.83 1175.39 3.2345 1.2 -0.287 0.938 1.183 -0.716 -0.259 0.917 264.20 1038.12 3.5040 1.3 -0.365 0.907 1.273 -0.838 -0.356 0.876 526.96 898.75 3.7736 1.4 -0.455 0.866 1.358 -0.967 -0.479 0.821 749.66 766.90 4.0431 1.5 -0.559 0.811 1.437 -1.105 -0.63 0.747 937.08 631.86 4.3127 1.6 -0.676 0.739 1.507 -1.248 -0.815 0.652 1093.31 509.19 4.5822 1.7 -0.808 0.646 1.566 -1.396 -1.036 0.529 1217.40 387.91 4.8518 1.8 -0.956 0.53 1.612 -1.547 -1.299 0.374 1303.11 275.34 5.1213 1.9 -1.118 0.385 1.64 -1.699 -1.608 0.181 1364.39 170.55 5.3908 2 -1.295 0.207 1.646 -1.848 -1.966 -0.057 1394.16 72.54 5.9299 2.2 -1.693 -0.271 1.575 -2.125 -2.849 -0.692 1389.23 -90.92 6.4690 2.4 -2.141 -0.941 1.352 -2.339 -3.973 -1.592 1263.49 -217.93 7.0081 2.6 -2.621 -1.877 0.917 -2.437 -5.355 -2.821 1162.69 -305.66 7.5472 2.8 -3.103 -3.108 0.197 -2.346 -6.99 -4.445 982.94 -359.04 8.0863 3 -3.541 -4.688 -0.891 -1.969 -8.84 -6.52 781.95 -378.96 9.4340 3.5 -3.919 -10.34 -5.854 1.074 -13.692 -13.826 301.20 -306.77 10.7817 4 -1.614 -17.92 -15.076 9.244 -15.611 -23.14 31.47 -76.81 Biểu đồ mômen Mz (daN.m) Biểu đồ lực cắt Qz (daN) Từ các giá trị moment trong bảng, ta chọn giá trị moment lớn nhất tại vị trí cọc ngàm vào đài Mngàm = -5321.9 (daN.m) để tính cốt thép cho cọc. 8.2.8.3 Kiểm tra độ ổn định của đất nền quanh cọc khi chịu áp lực ngang. Điều kiện không phá hỏng cọc khi chịu áp lực ngang: sz £ sgh sz: áp lực tính toán tại độ sâu Z sz =.ze(yo.A1 - B1 + C1 + D1) Vì Le = 12.395 (m) >2.5 (m), ta kiểm tra điều kiện này tại vị trí: (theo mục G6) Ze = abdz = 0.371 x 2.291 = 0.85 (m) Các giá trị A1, B1, C1, D1 được tra trong bảng G3 của TCXD 205 – 1998 Với Ze = 0.85m tra bảng ta được: A1= 0.996; B1= 0.849; C1= 0.3625; D1= 0.103 Cột C11: = 306.52 (daN/m2) sgh: Áp lực giới hạn tại độ sâu Z = 2.291 (m) ) trong đó: h1 = 1 h2: hệ số, kể đến phần tải trọng thường xuyên trong tổng tải trọng, tính theo công thức: Mp: moment do tải trọng thường xuyên, được lấy từ tải trọng bản thân. Mv: moment do tải trọng tạm thời. n : hệ số, lấy bằng 2.5 Để đơn giản trong quá trình tính toán thiên về an toàn ta lấy: Mp = Mv = 0.5 Mtoàn phần h2 == 0.571 Với cọc ép: z = 0.6 Tại vị trí z = 2.291 (m) tính từ đáy đài thuộc lớp đất thứ 2 có các tính chất cơ lý sau: Lớp 2 Lớp 3 : ứng suất có hiệu tại độ sâu z = 2.291x928.71 = 2127.675 daN/m2 sgh = 1×0.571× (2127.652×tg17.7870+0.6×1130) = 3263.572 (daN/m2) => sz= 306.52 (daN/m2) < sgh = 3263.572 (daN/m2) Vậy nền đất quanh cọc không bị phá hỏng khi chịu áp lực ngang. 8.2.9 Tính cốt thép cho đài cọc 8.2.9.1. Kiểm tra điều kiện xuyên thủng. Chiều cao đài cọc được xác định từ điều kiện xuyên thủng. Chiều cao đài cọc xác định sơ bộ ở phần trên: hđ = 2(m) Chiều cao đài cọc phải thỏa mãn điều kiện xuyên thủng, từ mép cột vẽ ra các đường thẳng một góc 45o tạo thành tháp xuyên thủng. Nhận thấy đáy tháp xuyên thủng nằm trùm ra ngoài trục các cọc. Như vậy đài không bị đâm thủng khi mà tháp đâm thủng hình thành với một góc 45o từ mép cột. Ta chỉ kiểm tra điều kiện xuyên thủng khi các cọc nằm ngoài tháp xuyên thủng, như trên hình ta thấy các cọc đều nằm trong tháp xuyên thủng, do đó ta không cần phải kiểm tra. 8.2.9.2 Chọn hđ theo điều kiện chọc thủng (cột chọc thủng đài). - Đối với móng M1. - Đối với móng M2 Vậy chọn hđ = 2m 8.2.9.3. Tính toán cốt thép cho đài cọc. Mômen gây uốn móng M2. Mx = P1x0.65 = 391888.2x0.65 = 254727.33 daN.m Dùng vật liệu cho đài: bê tông M300, Rn = 130 (daN/cm2) cốt thép AIII, Ra = 3600(daN/cm2) Diện tích cốt thép được tính toán giống như cấu kiện chịu uốn, kết quả được trình bày trong bảng sau: Móng Phương M (daN.cm) b (cm) ho (cm) A a Fa (cm2) Chọn thép Fachọn m (%) Nhận xét M1 X 32885795 420 190 0.017 0.017 48.49 21f18 53.455 0.067 Thỏa Y 32642116 420 190 0.017 0.017 48.12 21f18 53.455 0.067 Thỏa M2 X 25472733 300 190 0.018 0.018 37.58 16f18 41.26 0.054 Thỏa Y 400 190 21f14 32.319 0.057 Thỏa SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MÓNG MÓNG CỌC ÉP. Ưu điểm: Giá thành rẻ so với các loại cọc khác ( cùng điều kiện thi công giá thành móng cọc ép rẻ hơn từ 2-2.5 giá thành cọc khoan nhồi), thi công nhanh chóng dễ dàng kiểm tra chất lượng cọc do sản xuất cọc từ nhà máy (cọ đúc sẵn), phương pháp thi công tương đối dễ dàng, không gây ảnh hưởng chấn động xung quanh khi tiến hành xây chen ở các đô thị lớn, công tác thí nghiệm nén tỉnh cọc ngoài hiện trường đơn giản, tận dụng ma sát xung quanh cọc và sức kháng của đất dười mũi cọc . Khuyết điểm: Sức chịu tải không lớn lắm (50T-350T), do tiết diện và chiều dài bị hạn chế (hạ đến tối đa là 50m), lượng cốt thép bố trí trong cọc tương đối lớn, thi công gạp nhiều khó khăn khi đi qua các tầng lớp đá cứng, lớp cát lớn, thời gian ép tương đối lâu. MÓNG CỌC KHOAN NHỒI Ưu điểm: Sức chịu tải của cọc khoan nhồi là rất lớn (lên đến 1000T) so với cọc ép, có thể mở rộng đường kính cọc từ 60cm-250cm, và hạ cọc đến độ sâu 100m, khi thi công không gây ảnh hưởng chấn động với công trường xung quanh, cọc khoan nhồi có chiều dài >20m, lượng cốt thép giảm đáng kể so với cọc ép, có khả năng thi công qua lớp đất cứng, địa chất phức tạp mà các loại cọc khác không thi công được. Khuyết điểm: Giá thành cọc khoan nhồi cao so với cọc ép, ma sát xung quanh cọc giảm đi đáng kể so với cọc ép do công nghệ khoan tạo lỗ, biện pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi thường phức tạp và tốn kém, thí nghiệm nén tỉnh cọc rất phức tạp, công nghệ thi công đòi hỏi kỹ thuật cao. TIÊU CHÍ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN Điều kiện an toàn và chịu lực: Cả hai phương án móng đều đảm bảo được toàn bộ tải trọng do công trình truyền xuống đồng thời đảm bảo được các tiêu chí về độ bền, độ lún… của Tiêu chuẩn xây dựng việt nam .Do vậy nếu xét về yêu tố này thì cả hai phương án móng đều có thể chấp nhận được. Điều kiện thi công: Địa chất công trình là đất yếu gồm các lớp sét trạng thái chặt vừa và dẽo, nếu sử dụng phương pháp cọc ép đài đơn với chiều dài cọc đã chọn thiết kế thì khả năng ép được cọc đến cao độ thiết kế sẽ không khó khăn, nhưng cọc được ép tương đối lớn thì đất dễ nén chặt do đó khó có thể ép đủ số lượng cọc. Mặt bbằng thi công là một trong những yếu tố không kém phần quan trọng trong việc lựa chọn phương án móng vì nó liên quan đến tổ chức tổng quan mặt bằng công trường và tiến độ thi công . Công trình này được xây dựng trong điều kiện không có công trình lân cận do đó điều kiện về mặt bằng không gây ảnh hưởng tới mặt thi công. Tiến độ thi công là một khâu quan trọng khi chủ đầu tư muốn nhanh chóng đưa công trình vào hoặt động. Do đó đòi hỏi người thiết kế phải lựa chọn phương án móng sao cho đáp ứng được nhu cầu trên. Điều kiện kinh tế: Khi xét đến các chỉ tiêu về kinh tế, thì ta cần xét đến hiệu quả kinh tế tổng hợp, không chỉ xem xét khối lượng vật liệu sử dụng và già thành bản thân từng phương án móng mà còn xem xét cá nhân tố ảnh hưởng đến tính kinh tế như yêu cầu sử dụng, điều kiện thi công…..Tuy nhiên đây là vấn đề rất khó định lượng chính xác, đặt biệt là giá thành vì nó thay đổi rất đa dạng của mỗi đơn vị thi công, năng lực mỗi nhà thầu. KẾT LUẬN Phương án móng cọc ép là kinh tế hơn cả và thi công dễ dàng vì vậy ta chọn móng cọc ép để thi công cho công trình này.