TIỂU LUẬN CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG - THI CÔNG MÓNG GIẾNG CHÌM HƠI ÉP
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.9 MB, 101 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
BỘ MÔN ĐỊA CƠ NỀN MÓNG
-----------------
TIỂU LUẬN
CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG THI CÔNG MÓNG GIẾNG CHÌM HƠI ÉP
GVHD:
HVTH:
TP.HCM, 2010.
Ts. Võ Phán
Nguyễn Thị Thùy Linh
(nhóm trưởng)
Hà Nhựt Tân
Lê Vinh Triều
Lê Khánh Sơn
Trần Văn Phúc
Bùi Quang Thái
Nguyễn Văn Thiện
Nguyễn Ngọc Vinh
Vương Hồng Sơn
MỤC LỤC
PHẦN 1: CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
MỤC LỤC.............................................................................................................2
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CỌC NGANG......................................................5
1.1 Phân loại cọc.....................................................................................................................5
1.2 Một số loại cọc chịu tải trọng ngang thường gặp........................................................6
a. Cọc xiên...........................................................................................................................6
b. Cọc bản..........................................................................................................................7
c. Cọc đứng chịu tải ngang và moment...............................................................................9
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG................9
2.1 Những nội dung cần tính toán khi cọc chịu tác dụng tải trọng ngang............................9
2.2 Các phương pháp tính toán.................................................................................................10
a.Khả năng chịu tải ngang cực hạn...............................................................................10
c.Mô hình nền Winkler:...................................................................................................19
2.3 Các vấn đề về sự làm việc của nhóm cọc khi chịu tải ngang:........................................30
Chương 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA CHUYỂN VỊ NGANG GÓC XOAY ĐẦU CỌC THEO TCVN 205 : 1998...........................................35
Chương 4: TƯỜNG VÂY – CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ CHUYỂN VỊ
NGANG CHO TƯỜNG VÂY............................................................................56
4.1 Các dạng tường vây:........................................................................................................56
4.2. Giải pháp hạn chế chuyển vị ngang cho tường vây:.....................................................58
Chương 5: SỰ CỐ CÔNG TRÌNH VÀ BÀI HỌC KINH NGHIỆM.................61
5.1. Sự cố cao ốc WASECO (Tháng 9/2010).....................................................................61
5. 2. Bài học kinh nghiệm.....................................................................................................61
Chương 1: MỞ ĐẦU...........................................................................................64
1.Mục đích của đề tài nghiên cứu/ đặt vấn đề nghiên cứu:......................................................64
2.Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài:....................................................................65
3. Phương pháp nghiên cứu:.................................................................................................65
4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài :........................................................................................65
Chương 2:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG GIẾNG CHÌM.............................67
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
1.Tính giếng chìm dưới tải trọng thi công:........................................................................67
1.1 Kiểm tra trọng lượng tối thiểu của giếng để khắc phục lực ma sát:......................67
1.2 Kiểm tra năng lực kéo đứt của giếng :......................................................................67
1.3 Kiểm toán ứng suất trong tường đoạn giếng dưới cùng:...........................................69
1.4 Tính toán kiểm tra chân giếng:....................................................................................70
1.5 Tính toán tường (thành/ vách) giếng:............................................................................75
1.6 Tính lớp bê tông bịt đáy:................................................................................................77
2.Tính giếng chìm dưới tải trọng thi công:........................................................................77
2.1 Giả thiết tính toán:......................................................................................................77
2.2 Tính toán giếng chìm theo trạng thái giới hạn 1.........................................................78
2.3 Tính toán giếng chìm theo trạng thái giới hạn 2.........................................................79
Chương 3: THI CÔNG MÓNG GIẾNG CHÌM HƠI ÉP....................................81
1.Đặc điểm cấu tạo móng giếng chìm hơi ép ......................................................................81
2.Kỹ thuật đúc và hạ đốt giếng đầu tiên....................................................................................84
3.Cung cấp khí nén trong quá trình hạ giếng........................................................................88
4.Đào đất trong khoang và làm chìm giếng ............................................................................91
5.Xử lý đáy và đổ lấp lòng giếng chìm hơi ép...........................................................................93
6.Tổ chức thi công giếng chìm hơi ép .................................................................................94
7.Những vấn đề an toàn lao động trong thi công giếng chìm hơi ép....................................95
8. Thi công móng trụ tháp cầu Bãi Cháy.................................................................................96
ĐỀ TÀI 1
Trang 3
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
PHẦN 1:
CỌC CHỊU TẢI TRỌNG
NGANG
ĐỀ TÀI 1
Trang 4
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CỌC NGANG
Từ rất xa xưa, con người đã biết sử dụng cọc gỗ đóng xuống sâu để
gánh đỡ công trình có tải trọng lớn hoặc các lớp đất bên trên mặt không đủ
khả năng chịu tải trực tiếp. Thời tiền sử, cọc đã được sử dụng để gánh đỡ
các nhà ở trong vùng hồ Lucerne và những công trình tương tự cũng tồn tại
trong vùng Tân – Guine. Mặt khác người ta cũng ghi nhận được khi tháp
Campanile sụp đổ năm 1902, những cọc gỗ gánh đỡ nó nằm dưới mực nước
ngầm được tìm thấy vẫn còn ở trạng thái tốt và được sử dụng lại cho công
trình tái tạo trên nền cũ. Thời xa xưa ấy con người đã đóng cọc bằng những
chày vồ lớn, những chày vồ kéo tay, những bánh xe nước đóng cọc…
Quá trình phát triển các loại cọc cũng chính là sự phát triển phương
pháp hạ cọc, ngay những năm gần kề trước chiến tranh thế giới thứ 2, 1936,
kỹ sư Franki, người Ý, đã phát minh ra phương pháp cấu tạo cọc nhồi bê
tông vào những lỗ khoan trong nền đất. Cho đến ngày nay, rất nhiều phương
pháp tạo cọc nhồi bê tông tại chỗ, tiết diện tròn, chữ nhật, chữ I, chữ H…
bằng các lưỡi khoan hay là gầu đào… có ống vách, hoặc giữ ổn định thành
vách bằng dung dịch huyền phù bentonite.
Đến cuối thế kỷ 20, kỷ lục về chiều sâu cọc
nhồi là 125m dưới tòa tháp đôi ở thủ đô
Kuala Lumpur, Malaysia.
1.1 Phân loại cọc
• Theo vật liệu: cọc gỗ, cọc thép, cọc bê
tông, cọc phối hợp giữa các vật liệu
trên;
•
Theo đặc tính chịu lực: cọc chịu mũi
(cọc chống), cọc ma sát (cọc treo);
ĐỀ TÀI 1
Trang 5
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
•
Bên cạnh đó, các công trình chịu tải trọng ngang lớn như tường chắn
đất, bến cảng, mố và trụ cầu, nhà cao tầng…, được xây dựng trong vùng
nền đất yếu thường được sử dụng cọc để gánh đỡ vừa tải đứng lẫn tải
ngang;
Để gánh đỡ tải trọng ngang có thể sử dụng cọc đóng xiên, có thể neo
vào các điểm tựa vững chắc như tường cọc bản có neo, hay sử dụng ngay
cọc đứng có kích thước lớn.
Xác định moment và chuyển vị ngang dọc theo trục của một cọc thẳng
đứng chịu tác động một moment M 0 và lực ngang H0 tại cao trình mặt đất đã
được nhiều tác giả nghiên cứu. Cũng như ổn định của nền đất xung quanh
cọc này đã được Terzaghi đề cập tới trong các bài báo và giáo trình của ông
trong những năm 1950.
1.2 Một số loại cọc chịu tải trọng ngang thường gặp
a. Cọc xiên
Khi có tải trọng ngang lớn mà cọc đóng đứng không đủ sức chịu tải
ngang, có thể đóng cọc xiên. Khi tải ngang đổi chiều do gió, do lực thắng xe,
do áp lực nước chảy trong vùng có ảnh hưởng thủy triều,…, có thể đóng cọc
xiên hai chiều. Độ xiên của cọc có thể đạt đến 200 hoặc hơn tùy khả năng
của thiết bị hạ cọc.
Sức chịu tải cực hạn của cọc xiên có thể tính theo công thức sau:
Qu = q p Ap + f s As
Trong đó:
fs – lực ma sát giữa đất và cọc ở độ sâu z có dạng:
f s = σ 'n tgϕa + c 'a
σ 'n - ứng suất pháp thẳng góc với mặt cọc ở độ sâu z.
Tại độ sâu này, ta nhận thấy elipse ứng suất có ½ trục chiều dài là ứng
suất chính cực đại σ 'v , và ½ trục ngắn là ứng suất chính cực tiểu σ 'h nên σ 'h
ĐỀ TÀI 1
Trang 6
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
< σ 'v bất chấp độ xiên của cọc là bao nhiêu. Do vậy để đơn giản tính toán và
thiên về an toàn, cọc có thể sử dụng công thức tính fs như cọc thẳng đứng:
σ 'h tgϕ a + c 'a < f s = σ 'n tgϕa + c 'a
Tương tự cũng có thể sử dụng công thức tính sức chịu tải đơn vị của đất
nền ở mũi cọc qp của cọc thẳng đứng để tính cho cọc xiên.
b. Cọc bản
Cọc bản thường được cấu tạo bằng thép và bê tông dự ứng lực có dạng
bản, chữ Z hoặc hình cánh cung nhằm tăng moment kháng. Cọc bản thường
được sử dụng làm tường chắn mỏng có neo hoặc không neo.
Với cọc bản thép được hạ vào đất bằng búa đóng hoặc búa rung, cọc
bản bê tông cốt thép dự ứng lực được hạ bằng xói nước và hỗ trợ bằng búa
rung.
ĐỀ TÀI 1
Trang 7
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
Cọc bản thép dễ thi công bằng búa rung, chịu được lực ngang và lực
neo lớn, nhưng dễ bị ăn mòn trong môi trường nước. Trong khi đó cọc bản
bê tông cốt thép khó hạ vào nền đất, hoặc đào rảnh có ổn định vách bằng
bùn khoan nếu cần, hoặc hạ bằng xói nước được hỗ trợ bằng búa rung vì ma
sát giữa các cọc khá lớn. Do vậy nên cần liên kết đặc biệt như hình:
Chi tiết nối tường cọc bản bê tông dự ứng lực.
ĐỀ TÀI 1
Trang 8
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
Mặt khác do có hỗ trợ bằng búa rung nên bê tông cấu tạo cọc phải được
dự ứng lực bằng căng trước vì cọc bản bê tông thường mỏng chịu tải rung
động rất kém. Hiện nay cũng có một số cọc bản nhựa dầy dành cho các công
trình tạm.
c. Cọc đứng chịu tải ngang và moment
Cọc đứng chịu tải trọng ngang yếu hơn cọc xiên, nhưng trong thực tế
thi công, đặc biệt với công trình xây dựng dân dụng khó có điều kiện làm
cọc nghiêng vì diện tích và điều kiện thi công không cho phép. Mặt khác tỷ
số giữa tải đứng và tải ngang của loại công trình này không lớn, nên cọc
thẳng đứng thường được chọn vừa chịu tải đứng lẫn tải ngang.
Khi tiến hành thí nghiệm cọc chịu tải ngang có đo đạc cẩn thận với các
đầu đo ứng suất – biến dạng dọc mặt bên cọc. Kết quả cho thấy cọc chịu tải
ngang bị phá hoại dọc một đoạn cọc (ngàm trượt) khá gần với mặt đất, điều
này cho thấy cọc đứng chịu tải trọng ngang có moment uốn cực đại nằm gần
đầu cọc và phần đất gánh đỡ tải ngang chủ yếu là do lớp đất trên mặt. Nên
khi tính toán cọc chịu tải ngang cần chú ý trước tiên các lớp đất trên mặt,
nếu chúng quá yếu thì phải nghĩ đến thay hoặc chuyển sang cọc xiên.
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỌC CHỊU TẢI TRỌNG NGANG
2.1 Những nội dung cần tính toán khi cọc chịu tác dụng tải trọng ngang
- Chuyển vị ngang ∆n và góc xoay ψ của đầu cọc cần thỏa các điều kiện sau:
∆n ≤ Sgh
ψ ≤ ψgh
Trong đó:
• ∆n , ψ: những giá trị tính toán tương ứng chuyển vị ngang (m) và
chuyển vị xoay (radian) của đầu cọc.
• Sgh, ψgh: những giá trị giới hạn cho phép được qui định từ nhiệm vụ thiết kế.
- Tính toán ổn định của đất nền xung quanh cọc.
ĐỀ TÀI 1
Trang 9
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
- Tính toán moment và lực cắt trong cọc dưới tác dụng của ngoại lực
2.2 Các phương pháp tính toán
Ta có thể phân làm 2 nhóm sau:
- Nhóm 1: Những phương pháp tính toán khả năng chịu tải ngang cực
hạn gồm phương pháp Brich Hansen và Brom.
- Nhóm 2: Những phương pháp tính toán khả năng chịu tải ngang cực
hạn ứng với chuyển vị cho phép gồm phương pháp hệ số nền và
phương pháp đàn hồi.
a. Khả năng chịu tải ngang cực hạn
Hình 2.1: Cọc tuyệt đối cứng chịu tải ngang
Nội dung chủ yếu của phương pháp dựa trên lý thuyết về áp lực đất . Bằng
cách giả thiết tâm quay thỏa hai điều kiện sau:
Σ các lực theo phương ngang = 0
z = zr
Qu -
∫p
zy
B.dz +
z =0
z=L
∫p
zy
B.dz = 0
(1)
z = zr
Σ Mômen đối với điểm đặt của tải trọng ngang tác dụng tại vị trí mặt đất =0
z = zr
Qu.e +
∫p
z =0
zy
B.z.dz −
z=L
∫p
zy
B.z.dz = 0
(2)
z = zr
trong đó:
B – chiều rộng của cọc;
zr – độ sâu của điểm uốn so với mặt đất;
ĐỀ TÀI 1
Trang 10
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
e – khoảng cách từ tải trọng ngang nằm trên mặt đất đến mặt đất;
L – Chiều dài đoạn cọc chôn trong đất;
pzy – phản lực đất nền xung quanh cọc và theo chiều sâu cọc được
xác định theo lý thuyết áp lực đất;
Giải hệ phương trình (1) và (2) ta sẽ xác định được giá trị Qu và zr
Dựa trên quan điểm này Brich Hansen và Brom đã đưa ra lời giải xác
định sức chịu tải giới hạn của cọc khi chịu tải trọng ngang.
i/ Phương pháp Brinch Hansen
Đối với cọc ngắn cứng, phản lực đất nền xung quanh cọc theo chiều sâu
cọc được xác định theo lý thuyết áp lực đất:
pzy = σ’vz . Kq + c. Kc
(3)
Kq ; Kc – hệ số phụ thuộc vào z/B và ϕ
σ’vz – ứng suất có hiệu theo phương thẳng đứng do trọng lượng bản
thân đất nền.
Hình 2.2: Hệ số Kq và Kc (Brinch Hansen, 1961)
ĐỀ TÀI 1
Trang 11
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
Lời giải trên ta phải xem xét áp lực đất trong trường hợp tải trọng tác
dụng ngắn hạn và trường hợp tải trọng tác dụng dài hạn ảnh hưởng đến các
thông số của đất nền
Đối với nền nhiều lớp: chia mặt cắt địa chất ra thành nhiều lớp đất . Sau
đó xác định phản lực đất nền p zy tác dụng xung quanh cọc trên những lớp
khác nhau thông qua các thông số của các lớp đất tương ứng. Bằng cách giả
thiết điểm uốn zr và cách tính toán thực hiện tương tự như trong nền đất
đồng nhất như trên.
ii/ Phương pháp Brom
Phương pháp này thừa nhận một số giả thiết đơn giản sau:
Đất được xem đơn thuần là đất không rời (c = 0) hoặc đơn thuần là đất dính
(ϕ= 0)
Xét cho từng loại cọc:
Cọc ngắn và cứng:
Cọc dài và mềm:
L
L
≤ 2 hoặc
≤2
T
R
L
L
≥ 4 hoặc
≥ 3,5
T
R
trong đó:
L – chiều dài đoạn cọc chôn trong đất;
EI
T =
K0
1
EI
R =
C zy
5
1
4
E – mômen đàn hồi của vật liệu làm cọc;
I – momen quán tính của mặt cắt cọc;
Czy – hệ số nền theo chiều sâu của cọc là một hàm tuyến tính theo
chiều sâu cọc
Czy = Ko .z
Ko – hằng số hệ số nền
Đối với cọc ngắn: đầu tự do sẽ bị quay xung quanh một tâm quay, còn cọc
có đầu cố định lại bị dịch chuyển ngang
ĐỀ TÀI 1
Trang 12
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
- Cọc ngắn trong đất cát: (c = 0)
Giả thiết bỏ qua áp lực chủ động của đất tác dụng lên mặt sau của cọc.
Phản lực của nền đất xung quanh cọc được xác định như sau:
pzu = 3.B. σ’vz . Kp
(4)
Kp = tg2 (450 +ϕ/2) – hệ số áp lực bị động của Rankine của đất
- Đối với cọc ngắn có đầu tự do:
Momen lớn nhất xảy ra ở độ sâu zo kể từ mặt đất. Tại điểm này lực cắt
bằng 0
Lực ngang giới hạn
Qu = 3.B. γ’. zo2 . Kp / 2 = 1,5.B. γ’. zo2 . Kp
Qu
z 0 = 0,82
γ '.B.K
p
0,5
Momen lớn nhất:
Mmax = Qu (e+1,5zo)
(5)
Đối với cọc ngắn có đầu cố định (bị ràng buộc):
Lực ngang giới hạn:
Qu = 3.B. γ’. L2 . Kp / 2 = 1,5.B. γ’. L2 . Kp
Momen lớn nhất:
Mmax = B. γ’. L3 . Kp
(6)
ĐỀ TÀI 1
Trang 13
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
- Cọc ngắn trong đất dính: (ϕ = 0)
pzyu = 0 được giả thiết trong khoảng từ mặt đất đến độ sâu bằng 1,5B và
dưới đó có giá trị không đổi bằng 9cuB (7)
Đối với cọc ngắn có đầu tự do
Hình 2.3: momen lớn nhất tại vị trí cách mặt đất một khoảng 1,5B + zo
Với
z0 =
Qu
9C u B
Mmax = 2,25 B.Cu (L - zo)2
Lực ngang giới hạn
M max
Qu = e + 1,5B + 0,5.z
0
(8)
Đối với cọc ngắn có đầu cố định (bị ràng buộc):
ĐỀ TÀI 1
Trang 14
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
Lực ngang giới hạn:
Qu = 9Cu .B (L -1,5B)
Momen lớn nhất
Mmax = 4,5 B.Cu ( L2 –2,25B2 )
(9)
Đối với cọc dài: khả năng chịu tải trọng ngang phụ thuộc trước hết vào
moment chảy dẻo của cọc khác với cọc ngắn là khả năng chịu tải trọng
ngang lại phụ thuộc vào sức kháng của đất nền xung quanh cọc.
- Cọc dài trong đất cát: (c = 0)
pzu = 3.B. σ’vz . Kp
(10)
Kp = tg2 (450 +ϕ/2) – hệ số áp lực bị động của Rankine của đất
Đối với cọc dài có đầu tự do:
Z0
3γ’BZ0 Kp
Momen lớn nhất xảy ra ở độ sâu z o kể từ mặt đất. Tại điểm này lực cắt bằng
0
ĐỀ TÀI 1
Trang 15
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
Qu
z 0 = 0,82
γ '.B.K
p
0,5
Momen lớn nhất: Mmax = Qu (e+0,67zo)
Lực ngang giới hạn
Mu
Qu =
Qu
e + 0,54
γ ' BK
p
0,5
(11)
Trong đó:
Mu – momen kháng uốn cực hạn của cọc
Đối với cọc dài có đầu cố định (bị ràng buộc)
2M u
ực ngang giới hạn: Qu = ( e + 0,67 z )
0
Qu
z 0 = 0,82
γ '.B.K
p
0,5
(12)
Momen lớn nhất
Mmax = Qu (e+0,67zo)
Trong đó:
Z0 – độ sâu từ mặt đất đến vị trí phản lực đất nền lớn nhất.
- Cọc dài trong đất dính: ( ϕ = 0)
ĐỀ TÀI 1
Trang 16
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
Đối với cọc dài có đầu tự do
Moment lớn nhất ở độ sâu cách mặt đất một đoạn (1,5B + Z0)
Với :
z0 =
Qu
9C u B
Mmax = 2,25 B.Cu (L - zo)2
Lực ngang giới hạn
M max
Qu = e + 1,5B + 0,5.z
0
(13)
Dựa vào đồ thị sau ta có thể xác định được giá trị Q u nếu biết được tỉ số
Mu
Qu
từ
đó
xác
định
được
Cu .B 3
Cu .B 2
ĐỀ TÀI 1
Trang 17
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
Đối với cọc dài có đầu cố định (bị ràng buộc)
zo
ĐỀ TÀI 1
Trang 18
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
Lực ngang giới hạn
2M u
Qu = (1,5B + 0,5 z )
0
(13)
Trong đó:
z0 =
Qu
9.C u .B.
Đối với nền nhiều lớp:
Chia mặt cắt địa chất ra thành nhiều lớp đất. Sau đó xác định phản lực đất
nền pzy tác dụng xung quanh cọc trên những lớp khác nhau thông qua các
thông số của các lớp đất tương ứng và cách tính toán thực hiện tương tự như
trong nền đất đồng nhất như trên.
c. Mô hình nền Winkler:
Theo mô hình này đất nền xung quanh cọc được xem như môi trường
đàn hồi tuyến tính trưng bằng hệ số nền Cy (Czy) (T/m3).
Khi không có số liệu thí nghiệm thì lấy hệ số nền Cz của đất quanh cọc
theo công thức:
Czy = Ky
Trong đó:
K - hệ số tỷ lệ (T/m4), tra bảng;
Z - độ sâu của vị trí tiết diện cọc (m) kể từ mặt đất đối với cọc đài
cao, hoặc kể từ đáy đối với cọc đài thấp.
ĐỀ TÀI 1
Trang 19
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
Bảng tra hệ số tỷ lệ K
Hệ số K (T/m4)
Cọc đóng
Cọc nhồi
65 – 250
50 – 200
Loại đất quanh cọc
Sét, á sét dẻo chảy, IL=[0,75 – 1]
Sét, á sét dẻo mềm, IL=[0,5 – 0,75].
Sét, á sét dẻo, IL=[0 – 1]
Cát bụi, e = [0,6 – 0,8]
Sét, á sét dẻo và nửa cứng, IL=[0 –
200 – 500
0,5].
Á sét cứng, IL<0
Cát nhỏ e = [0,6 – 0,75
Cát hạt trung e = [0,55 – 0,7]
Sét, á sét cứng , IL<0
Cát hạt thô e = [0,55 – 0,7]
500 – 800
800 –
1300
200 – 400
400 – 600
600 – 1000
i/ Xác định các loại chiều sâu tính đổi le và ze:
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
như sau:
ze = αbdz
Le = αbdL
Z và L - chiều sâu thực tế tiết diện cọc trong đất và chiều sâu hạ cọc thực tế
(mũi cọc trong đất tính từ mặt đất với cọc đài cao và từ đáy đài với cọc đài
thấp (m));
αbd - hệ số biến dạng l/m, xác định theo công thức:
α bd =
5
Kbc
Eb I
Trong đó:
Eb – module đàn hồi ban đầu của bê tông cọc (T/m2);
I – moment quán tính tiết diện ngang cọc (m4);
bc – chiều rộng quy ước của cọc (m).
Khi D ≥ 0,8m thì bc = D(m)+1m
Khi D ≤ 0,8m thì bc =D(m)+0,5m.
ii/ Sơ đồ tính toán cọc chịu tải trọng ngang
ĐỀ TÀI 1
Trang 20
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
ψ
N M
N
H
∆n
H
e
y0
δH M
δHH
ψ0
H0=1
z
M0=1
z
δM M
δMH
z
L
L
Hình 3: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cọc
Hình 4: Cọc chịu tải trọng ngang và mô hình nền của Winkler
iii/ Tính toán chuyển vị ngang của cọc ở mức đáy đài và góc xoay theo các
công thức:
Chuyển vị ngang đầu cọc:
∆ n = y0 + ψ 0 l0 +
Hl0
Ml0
+
3Eb I 2 Eb I
Góc xoay:
ψ =ψ0 +
Hl0 2 Ml0
+
2 Eb I Eb I
Trong đó:
M và H - giá trị tính toán của moment uốn (T.m) và lực cắt (T) tại đầu
cọc;
ĐỀ TÀI 1
Trang 21
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
l0
- chiều dài đoạn cọc (m) bằng khoảng cách từ đáy đài cọc đến
mặt đất.
y0 và ψ0 - chuyển vị ngang (m) và góc xoay của tiết diện ngang của cọc
(radian) ở mặt đất với cọc đài cao, ở mức đáy đài với cọc đài
thấp, được xác định như sau:
y0 = H 0δ HH + M 0δ MM
Với:
H0
- giá trị tính toán của lực cắt (T), lấy H0=H;
M0
- moment uốn (T.m) , lấy M0 = M + Hl0;
δHH
- chuyển vị ngang của tiết diện cọc (m/T), bởi lực H0=l;
δHM
- chuyển vị ngang của tiết diện (l/T), bởi lực M0=l;
δMH
- góc xoay của tiết diện (l/T), bởi lực H0=1;
δMM
- góc xoay của tiết diện (l/T), bởi lực M0=1.
Chuyển vị δHH, δHM = δMH, δMM được xác định theo công thức:
δ HH =
1
A0
α bd Eb I
3
δ MH = δ HM =
δ MM =
1
B0
α bd Eb I
2
1
C0
α bd Eb I
A0, B0, C0 - những hệ số không thứ nguyên (tra bảng) tùy thuộc vào
chiều sâu tính đổi của phần cọc trong đất le.
Chiều của các đại lượng như sau:
- Moment và lực ngang tại đầu cọc; moment theo chiều quay của kim
đồng hồ và lực ngang hướng về phía bên phải;
- Moment uốn và lực cắt trong phần dưới của tiết diện cắt, moment theo
chiều quay của kim đồng hồ và lực cắt hướng về phía bên phải;
- Góc xoay và chuyển vị ngang của tiết diện cọc, góc xoay theo chiều kim
đồng hồ và chuyển vị ngang hướng về phía bên phải.
Bảng giá trị các hệ số A0, B0, C0
le
Khi cọc tựa lên đất
Khi cọc tựa lên đá
Khi cọc ngàm trong
0.
A0
72.00
B0
192.02
C0
576.24
A0
48.00
B0
96.03
C0
192.29
A0
0.04
đá
B0
0.12
5
4
6
3
6
7
1
2
5
ĐỀ TÀI 1
0.50
0
Trang 22
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
le
Khi cọc tựa lên đất
Khi cọc tựa lên đá
Khi cọc ngàm trong
33.34
55.60
0.07
đá
0.18 0.60
278.06
4
24.50
9
35.05
2
0.11
0
0
0.24 0.69
9
150.27
7
18.75
9
23.53
4
0.17
4
0.31
9
0.79
8
88.279
55.307
36.486
5
14.85
3
16.58
0
0.24
9
0.40
8
0.89
1
12.04
2
12.14
1
0.32
2
0.49
6
0.99
9
9
9
0.43
4
0.59
2
1.08
4
0.55
3
0.68
6
1.17
6
0.69
9
0.80
6
1.26
5
0.84
7
0.91
2
1.34
9
1.01
8
1.02
2
1.41
4
1.18
0
1.43
5
1.48
6
1.36
4
1.23
0
1.53
1
1.53
2
1.32
5
1.58
2
1.69
1
1.39
1
1.61
9
2.
3
1.84
7
1.46
7
1.64
0
2.
1
2.08
0
1.54
4
1.67
0.
50.00
6
0.
7
36.74
7
0.
5
28.14
8
0.
0
22.24
9
1.
4
18.03
0
1.
0
1
1.
14.91
2
1.
6
12.55
3
1.
2
10.71
4
1.
7
9.266
8.101
7.151
5
1.
6
1.
7
1.
8
1.
6.375
5.730
5.190
4.737
4.032
3.526
ĐỀ TÀI 1
111.14
9
70.072
46.493
33.008
24.106
18.160
14.041
11.103
8.954
7.349
6.129
5.189
4.456
3.878
3.418
2.756
2.327
25.123
17.944
13.235
10.050
7.838
6.268
5.133
4.299
3.679
3.213
2.591
2.227
9.983
8.418
7.208
6.257
4.498
4.887
4.391
3.985
3.653
3.381
2.977
2.743
9.196
7.159
5.713
4.664
3.889
3.308
2.868
2.533
2.277
2.081
1.819
1.673
92.942
50.387
29.763
18.814
12.582
8.836
6.485
4.957
3.937
3.240
2.758
2.419
2.181
2.012
1.891
1.758
1.701
Trang 23
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
le
Khi cọc tựa lên đất
Khi cọc tựa lên đá
Khi cọc ngàm trong
2
2.
0
2.21
đá
5
1.58
4
0
2.33
6
1.59
5
1.68
0
2.37
6
1.59
7
1.68
1
2.38
3
1.58
7
1.68
5
2.38
6
1.58
1
1.71
9
2.40
4
1.60
1
1.72
1
0
2
2.
6
2.
8
3.
0
3.
3.163
2.905
2.727
2.502
2.441
2.048
1.869
1.758
1.641
1.621
2.018
1.889
1.818
1.757
1.751
2.548
2.458
2.406
2.394
2.419
1.600
1.572
1.568
1.597
1.618
1.687
1.693
1.707
1.739
1.750
5
≥4
5
1.68
4i/ Kiểm tra ổn định nền quanh cọc
Tức là kiểm tra điều kiện hạn chế áp lực tính toán σyz lên đất ở mặt bên
búa cọc theo công thức:
σ yz = η1η2
4
σ v ' tan ϕ1 + ξ c1
cosϕ
Trong đó:
σyz
- áp lực tính toán lên đất nền (T/m2) ở mặt bên cọc tại độ sâu z(m)
kể từ mặt đất cho cọc đài cao và kể từ đáy đài cho cọc đài thấp;
σ’v
- ứng suất có hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu z(m);
φ1,c1
- góc ma sát (độ) và lực dính (T/m2) của đất;
ξ
- hệ số lấy bằng 0.6 cho cọc nhồi và bằng 0.3 cho các loại cọc khác;
η1
- hệ số lấy bằng 1, trừ tính cho các công trình chắn lấy bằng
0.7;
η2
- hệ số kể đến phần tải trọng thường xuyên trong tổng tải trọng tính
theo công thức:
σz =
Mp
ψ
M
H
K
ze ( y0 As − 0 B1 + 2 0 C1 + 3 0 D1
α bd
α bd
α bd Eb I
α bd Eb I
- moment do tải trọng thường xuyên, tính toán ở tiết diện móng tại
đầu cọc (Tm);
ĐỀ TÀI 1
Trang 24
GVHD: PGS.TS.VÕ PHÁN
Mv
- moment do tải trọng tạm thời (Tm);
n
- hệ số, lấy bằng 2,5 trừ các trường hợp sau:
Những công trình quan trọng:
khi le ≤ 2,5 lấy n =4;
khi le ≥ 5 lấy n = 2,5;
khi le nằm giữa các giá trị trên thì nội suy n.
Móng 1 hàng cột chịu tải trọng ngang lệch tâm thì lấy n = 4.
η2 =
M p + Mv
nM p + M v
Các hệ số A1, B1, C1, D1 tra bảng.
5i/ Xác định moment và lực cắt trong cọc
Khi tính toán cọc chịu tải ngang, đất xung quanh cọc được xem như môi
trường đàn hồi tuyến tính được mô phỏng bằng mô hình nền Winkler:
σzy = Czyy
Czy =
σ zy
( KN / m 2 )
y
Phương trình trục uốn có dạng:
d4y
Eb I 4 + σ zy = 0
dz
Với hệ số nền theo phương ngang Czy = Ky thay đổi tuyến tính theo
chiều sâu.
Giải phương trình vi phân trên ta được độ võng y và các hằng số tích
phân. Tùy theo điều kiện biên của từng bài toán cụ thể mà ta xác định được
các hằng số tích phân. Từ độ võng y ta lần lượt lấy đạo hàm các cấp để xác
định được moment và lực cắt trong dầm.
Moment uốn Mz (Tm)
M z = α 2bd Eb Iy0 A3 − α bd Eb Iψ 0 B3 + M 0C3 +
H0
D3
α bd
Lực cắt Qz (T)
Qz = α 3bd Eb Iy0 A4 − α 2bd Eb Iψ 0 B4 + α bd M 0C4 + H 0 D4
ĐỀ TÀI 1
Trang 25
