Xác Định Sức Chịu Tải Theo Điều Kiện Nền Đất

Ví dụ 3.1

Xác định sức chịu tải theo vật liệu cọc khoan nhồi tiết diện D1000, cấp bền bê tông B25 (mác 350), cốt thép chịu lực 1820 loại AIII. Cọc hạ vào các lớp đất như hình vẽ trong điều kiện có dùng Betonite.

Hình 3.3: Ví dụ 3.1

Giải:

a) Xác định chiều dài tính toán của cọc

Khi tính toán theo cường độ vật liệu cọc khoan nhồi, cho phép xem cọc như một thanh ngàm cứng trong đất nền cách đáy đài một đoạn l1, được xác định như sau:

l = l + 2

= 0 +

2 = 9,28m

1 0

Trong đó:

αε 0, 2155

+ l0 = 0: chiều dài đoạn cọc kể từ đáy đài tới cao độ san nền.

kbp

γc EI

+ là hệ số biến dạng xác định theo công thức:

αε =

 = 0,2155 1/m

10253x2, 0

3x30x106 x0, 049

+ E = 30x106 kN/m2: mô đun đàn hồi vật liệu cọc;

+ I: mô men quán tính tiết diện ngang cọc, tính theo công thức:

πr4

I = =

3,14x0, 54 =0,049 m4;

4 4

+ k: hệ số tỉ lệ, phụ thuộc vào các loại đất bao quanh cọc, xác định như

k l  k l  k l  k l

k 1 1 2 2 3 3 4 4

l  l  l  l

1 2 3 4

k  4000x12  7000x15  16800x13  18000x5=10253 kN/m4

12  15  13  5

+ Lớp đất 01: sét, độ sệt Il = 1,0 có k1 = 4000 kN/m4, l1 = 12m;

+ Lớp đất 02: sét pha, độ sệt Il = 0,5 có k2 = 7000 kN/m4, l2 = 15m;

+ Lớp đất 03: sét pha, độ sệt Il = 0,3 có k3 = 16800 kN/m4, l3 = 13m; k3

= 18000 + (12000 -18000)x(0,30-0,25)/0,50-0,25) =16800 kN/m4

+ Lớp đất 04: Cát hạt vừa, trạng thái chặt vừa có k4 = 18000 kN/m4, l4

= 5m;

+ bp: chiều rộng quy ước của cọc khoan nhồi. Cọc có đường kính 

0,8m, xác định theo công thức:

bp = d+1,0m = 1,0 +1,0 = 2,0m

+ c = 3,0: Hệ số điều kiện làm việc.

Chiều dài tính toán của cọc: ltt =  x l1 = 0,7 x 9,28= 6,50m

b) Sức chịu tải theo điều kiện vật liệu của cọc

P = φ(γ γ' R A + R A )

Trong đó:

vl cb cb b b sc s

Pvl=0,966(0,85x0,70x14500x0,785+365000x56,52x10-4) Pvl = 7728,06 kN = 773 Tấn

+ Rb=14500 kPa: Cường độ tính toán chịu nén của bê tông;

+ Ab: Diện tích của bê tông cọc

D2

A =

3,14x1, 02 = 0,785m2



b 4 4

+ Rsc = 365000 kPa: Cường độ tính toán của cốt thép;

+ As: diện tích của cốt thép:

As = 18 x 3,14 x10-4 = 56,52 x10-4 m2

+ Bán kính quán tính của tiết diện:

0, 049

0, 785

r =  = 0,250m

+ : Hệ số uốn dọc, xác định theo độ mãnh  = ltt/r = 6,5/0,250 =26, tra bảng ta được:

)

φ = 0, 98 + (0, 96 - 0, 98)( 26 - 21

28 - 21

= 0,966

+ cb = 0,85: hệ số điều kiện làm việc;

+ ’cb = 0,70: hệ số kể đến phương pháp thi công, sử dụng betonite.

3.1.5.2 Xác định sức chịu tải theo điều kiện nền đất

Sức chịu tải cho phép chịu nén của cọc (sức chịu tải thiết kế của cọc theo điều kiện đất nền)

Trong đó:

Pđn

0

n

R c,u

k

(3.14)

+ Rc,u: là sức chịu tải trọng nén cực hạn của nền;

+ 0: là hệ số điều kiện làm việc, kể đến yếu tố tăng mức độ đồng nhất của nền đất khi sử dụng móng cọc, lấy bằng 1 đối với cọc đơn và lấy bằng 1,15 trong móng nhiều cọc;

+ n: là hệ số tin cậy về tầm quan trọng của công trình, lấy bằng 1,2; 1,15 và 1,1 tương ứng với tầm quan trọng của công trình cấp I, II và III. Tầm quan trọng của nhà và công trình được chia thành 3 cấp:

+ Tầm quan trọng cấp I: các loại nhà và công trình mà sự hư hỏng của chúng có thể mang lại hậu quả nghiêm trọng về kinh tế, xã hội và sinh thái (bể chứa dầu và sản phẩm từ dầu dung tích 10000 m3 trở lên, đường ống dẫn chính, các nhà sản xuất có bước cột từ 100 m trở lên và công trình thuộc loại có yêu cầu đặc biệt);

+ Tầm quan trọng cấp II: các loại nhà và công trình lớn: nhà ở, nhà công cộng, nhà sản xuất, nhà và công trình nông nghiệp;

+ Tầm quan trọng cấp III: các công trình mang tính thời vụ (nhà tạm, kho tàng không lớn, và các công trình tương tự).

+ k: là hệ số tin cậy theo đất lấy như sau:

+ Trường hợp cọc treo chịu tải trọng nén trong móng cọc đài thấp có đáy đài nằm trên lớp đất tốt, cọc chống chịu nén không kể đài thấp hay đài cao lấy k = 1,4 (1,2). Riêng trường hợp móng một cọc chịu nén dưới cột, nếu là cọc đóng hoặc ép chịu tải trên 600 kN, hoặc cọc khoan nhồi chịu tải trên 2500 kN thì lấy k = 1,6 (1,4);

+ Trường hợp cọc treo chịu tải trọng nén trong móng cọc đài cao, hoặc đài thấp có đáy đài nằm trên lớp đất biến dạng lớn, cũng như cọc treo hay cọc chống chịu tải trọng kéo trong bất cứ trường hợp móng cọc đài cao hay đài thấp, trị số k lấy phụ thuộc vào số lượng cọc trong móng như sau:

Móng có ít nhất 21 cọc: k = 1,40 (1,25);

Móng có 11 đến 20 cọc: k = 1,55 (1,4);

Móng có 06 đến 10 cọc: k = 1,65 (1,5);

Móng có 01 đến 05 cọc: k = 1,75 (1,6).

+ Trường hợp bãi cọc có trên 100 cọc, nằm dưới công trình có độ cứng lớn, độ lún giới hạn không nhỏ hơn 30 cm thì lấy k = 1, nếu sức chịu tải của cọc xác định bằng thí nghiệm thử tải tĩnh.

Lưu ý:

Giá trị của k trong (…) dùng cho trường hợp sức chịu tải của cọc xác định bằng thí nghiệm thử tải tĩnh tại hiện trường; giá trị ngoài (…) dùng cho trường hợp sức chịu tải của cọc xác định bằng các phương pháp khác.

3.1.5.2.1 Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý

a) Sức chịu tải Rc,u đối với cọc chống

- Sức chịu tải trọng nén Rc,u của cọc tiết diện đặc, cọc ống đóng hoặc ép nhồi, và cọc khoan (đào) nhồi khi chúng tựa trên nền đá kể cả cọc đóng tựa trên nền ít bị nén, được xác định theo công thức:

Rc,u = c qb Ab (3.15)

Trong đó:

+ c: là hệ số điều kiện làm việc của cọc trong nền, c =1;

+ Ab là diện tích tựa cọc trên nền, lấy bằng diện tích mặt cắt ngang đối

với cọc đặc, cọc ống có bịt mũi; lấy bằng diện tích tiết diện ngang thành cọc đối với cọc ống khi không độn bê tông vào lòng cọc và lấy bằng diện tích tiết diện ngang toàn cọc khi độn bê tông lòng đến chiều cao không bé hơn 3 lần đường kính cọc;

+ qb: là cường độ sức kháng của đất nền dưới mũi cọc chống;

+ Đối với mọi loại cọc đóng hoặc ép, tựa trên nền đá và nền ít bị nén,

qb = 20 Mpa.

+ Đối với cọc đóng hoặc ép nhồi, khoan nhồi và cọc ống nhồi bê tông tựa lên nền đá không phong hóa, hoặc nền ít bị nén (không có các lớp đất yếu xen kẹp) và ngàm vào đó ít hơn 0,5m, qb xác định theo công thức:

q b  R m

R c,m,n



(3.16)

+ Rm: là cường độ sức kháng tính toán của khối đá dưới mũi cọc chống, xác định theo Rc,m,n - trị tiêu chuẩn của giới hạn bền chịu nén một trục của khối đá trong trạng thái no nước, theo nguyên tắc, xác định ngoài hiện trường;

+ g : là hệ số tin cậy của đất, g =1,4.

+ Đối với các phép tính sơ bộ của nền công trình thuộc tất cả các cấp

của quan trọng, cho phép lấy:

Rc,m,n = Rc,n Ks (3.17)

+ Rc,n: là trị tiêu chuẩn giới hạn bền chịu nén một trục của đá ở trạng thái bão hòa nước, được xác định theo kết quả thử mẫu (nguyên khối) trong phòng thí nghiệm;

+ Ks: là hệ số kể đến giảm cường độ do vết nứt trong nền đá, xác định

theo Bảng 3.7. Trong mọi trường hợp giá trị qb không lấy quá 20 MPa.

+ Đối với cọc đóng hoặc ép nhồi, khoan nhồi và cọc ống nhồi bê tông tựa lên nền đá không phong hóa, hoặc nền ít bị nén (không có các lớp đất yếu xen kẹp) và ngàm vào đó ít nhất 0,5m, qb xác định theo công thức:

q b  R m

(1 0,4 ld )

(3.18)

Trong đó:

+ Rm: xác định theo công thức (3.15);

+ ld: là chiều sâu ngàm cọc vào đá;

+ df: là đường kính ngoài của phần cọc ngàm vào đá.

+ Giá trị của (10,4 ld )lấy không quá 3.

+ Đối với cọc ống tựa đều lên mặt nền đá không phong hóa, phủ trên nền đá là lớp đất không bị xói có chiều dày tối thiểu bằng ba lần đường kính

cọc, giá trị (1  0, 4 ld )trong công thức (3.18) lấy bằng 1.

Lưu ý: Khi cọc đóng (ép) nhồi, cọc khoan nhồi hay cọc ống tựa trên nền đá phong hóa hoặc đá hoá mềm, cường độ chịu nén một trục giới hạn của đá phải lấy theo kết quả thử mẫu đá bằng bàn nén hoặc theo kết quả thử cọc chịu tải trọng tĩnh.

Bảng 3.10 - Hệ số giảm cường độ Ks trong nền đá

TCVN 10304:2014

Mức độ nứt

Chỉ số chất lượng đá, RQD %	Hệ số giảm cường độ Ks
Nứt rất ít	Từ 90 đến 100	1,00
Nứt ít	Từ 75 đến 90	Từ 0,60 đến 1,00
Nứt trung bình	Từ 50 đến 75	Từ 0,32 đến 0,60
Nứt mạnh	Từ 25 đến 50	Từ 0,15 đến 0,32
Nứt rất mạnh	Từ 0 đến 25	Từ 0,05 đến 0,15