Bài giảng Nền móng - Chương 5.2: Sức chịu tải của cọc đơn

ỌC ĐƠN 5.2. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC ĐƠN Trong giai đoạn sử dụng: Phá hoại về mặt vật liệu khi chịu tải thí nghiệm, tải trọng công trình Nền đất bị phá hoại  công trình mất ổn định Nền đất có chuyển vị lớn  công trình sử dung không bình thường Tóm lại: Sức chịu tải của cọc được xác định theo hai giá trị sức chịu tải về phương diện vật liệu và về đất nền [Q] = min {Qvl, Qdn}5.2. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC ĐƠN Các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc: Theo ƯS cho phép của vật liệu làm cọc Theo sức chịu tải của nền đất (rất nhiều phương pháp) Theo độ lún của cọc 5.3.1. Khái niệm Sức chịu tải của cọc theo vật liệu được tính theo: Ứng suất cho phép của vật liệu khi hạ cọc Ứng suất cho phép của vật liệu suốt tuổi thọ công trình Trạng thái làm việc của cọc: chịu nén đúng tâm, nén lệch tâm, chịu kéo 5.3. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU 5.3.1. Khái niệm Qvl =  Ap Rvl Qvl – Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Ap – Diện tích tiết diện ngang của cọc Rvl – Cường độ chịu nén (kéo) của vật liệu làm cọc  – hệ số uốn dọc, phụ thuộc vào độ mảnh của cọc 5.3. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU 5.3.2. Cọc BTCT đúc sẵn Vật liệu: Bê tông: Mác  250, thường dùng Mác 300 Cốt thép dọc: 4 hoặc 8 thanh,   14, thép gân Cốt đai: bố trí dày hai đầu cọc, phần giữa thân cọc bố trí thưa hơn Mũi cọc; lưới thép, bản thép bảo vệ đầu cọc; móc cẩu;. 5.3. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU 5.3. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU 5.3.2. Cọc BTCT đúc sẵn Chịu nén: Qvl =  (Ap Rn+ Aa Ra) Rn – Cường độ chịu nén của bê tông Ra – Cường độ chịu nén của thép Ap – Diện tích tiết diện ngang của cọc Aa – Diện tích tiết diện ngang cốt thép trong cọc  – hệ số uốn dọc, phụ thuộc vào độ mảnh của cọc 5.3. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU 5.3.2. Cọc BTCT đúc sẵn r – bán kính của cọc tròn hoặc cạnh của cọc vuông d – bề rộng của cọc HCN lo = l – chiều dài tính toán của cọc l – chiều dài thực của cọc  - hệ số phụ thuộc liên kết hai đầu cọc =lo/r 60  Ru= 60 kg/cm2 Ran= Ra/1.5 = 1800 kg/cm2Qvl= 12*3.14*1800+3.14*(502-12)*60 = = 67824 + 468739 =536563 kg = 536.5 T5.3. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU LDL = 40mR = 50 cmBT mác 3001220 CII Betonite 5.4.1. Cơ chế truyền tải từ cọc sang đất Thông qua: ma sát giữa thành cọc và đất và sức kháng mũi5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN LQQ2fsQ1LQuQpQs5.4.1. Cơ chế truyền tải từ cọc sang đất Sự truyền tải là rất phức tạp, khi Q tăng thì Q1 và Q2 thay đổi: Q1 đạt giá trị cực đại khi chuyển vị tương đối giữa cọc và đất từ 5 – 10mm Q2 đạt giá trị cực đại khi mũi cọc có chuyển vị từ 10 – 25% đường kính (bề rộng) cọc  Q1 và Q2 không đạt giá trị cực đại cùng lúc 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.2. Sức chịu tải của cọc theo đất nền Qu = Qs + Qp Qu – sức chịu tải cực hạn của cọc Qs – sức chống cắt cực hạn giữa cọc và đất Qp – sức kháng mũi cực hạn của cọc5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.2. Sức chịu tải của cọc theo đất nền Qp = Ap qp u – chu vi tiết diện cọc Ap – diện tích tiết diện mũi cọc pp – ứng suất kháng mũi cực hạn Sức chịu tải cho phép của cọc:5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.2. Sức chịu tải của cọc theo đất nền Các phương pháp ước lượng, xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền : Theo kết quả thí nghiệm nền đất ( Thí nghiệm trong phòng hoặc hiện trường) Theo thí nghiệm nén tĩnh cọc ( Full – Scale Load Test) Theo thí nghiệm động (cho các loại cọc hạ bằng búa đóng) 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.2. Sức chịu tải của cọc theo đất nền Sức chịu tải tức thời và lâu dài: Với các nền đất sét, phải xác định sức chịu tải tức thời (UU, CU) và sức chịu tải lâu dài (CU hay CD). Thời điểm nguy hiểm nhất đối với nền đất dính chính là khi vừa xây xong công trình, nước chưa kịp thoát đi Với nền đất cát không phân biệt sức chịu tải tức thời và lâu dài 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.3. TT Sức chịu tải của cọc theo TCVN a. TT SCT của cọc theo chỉ tiêu trạng thái (PP thống kê) Phụ lục A, TCXD 205 – 1998 Dựa vào tên và trạng thái đất cát và độ cứng (IL) của đất dính để xác định qp và qs. Độ chính xác không cao (Theo SNiP 2.02.03.85) FS thường lấy bằng 1.4 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.3. TT Sức chịu tải của cọc theo TCVN b. TT SCT của cọc theo chỉ tiêu cường độ Phụ lục B, TCXD 205 – 1998 Kết hợp một số PP đã trình bày trong 5.4.4 FSs =1.5 – 2.0 ; FSp = 2.0 – 3.05.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.3. TT Sức chịu tải của cọc theo TCVN c. TT SCT của cọc theo thí nghiệm xuyên TN hiện trường rất quan trọng với nền đất cát hoặc với các loại đất khó lấy mẫu TN hiện trường   và cU  sử dụng các PP đã nêu hoặc các công thức tương quan để tính Qp, Qs. Sử dụng kết quả TN CPT và SPT để tính Qu cho cọc, trong đó TN CPT cho kết quả đáng tin cậy hơn 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.3. TT Sức chịu tải của cọc theo TCVN c. TT SCT của cọc theo thí nghiệm xuyên Thí nghiệm SPT (Meyerhoff): qp = 400 N60 (kN/m2) - cọc đóng qp = 120 N60 (kN/m2) - cọc nhồi N60 – chỉ số SPT hiệu chỉnh về 60% năng lượng hữu ích N60 lấy trung bình trong khoảng 4D trên mũi cọc và 1D dưới mũi cọc 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.4. TT Sức chịu tải của cọc theo TCVN c. TT SCT của cọc theo thí nghiệm xuyên Thí nghiệm SPT (Meyerhoff): fs = 2N60 (kN/m2)– cọc đóng fs = N60 (kN/m2)– cọc nhồi Hệ số an toàn FS = 2.5-3.0 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.4. TT Sức chịu tải của cọc theo TCVN c. TT SCT của cọc theo thí nghiệm xuyên LDLb Thí nghiệm CPT (Meyerhoff): qp = kc qc kc = hệ số SCT, tra bảng qc = chỉ số CPT trung bình trong khoảng 3D trên mũi cọc và 3D dưới mũi cọc 3a b5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.4. TT Sức chịu tải của cọc theo TCVN c. TT SCT của cọc theo thí nghiệm xuyên Thí nghiệm CPT (Meyerhoff): fsi = qci / i  fsimax i và fsimax tra bảng qci = chỉ số CPT trung bình của lớp (phân lớp) thứ i FS = 2 – 3 (thường FSs =2.0 ; FSp = 3.0) 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.4. TT Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền a. Sức kháng mũi cực hạn Qp: Terzaghi: Xuất phát từ công thức tính Sức chịu tải cho móng nông Qp = Apqp= D2(0.4ND + q’Nq+ 1.3cNc) – cọc vuông cạnh D Qp = Apqp=0.25D2 (0.3ND + q’Nq+1.3cNc) – cọc tròn ĐK D Có thể bỏ qua thành phần 0.4ND và 0.3ND và bù cho trọng lượng cọc5.4.4. TT Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền Sức kháng mũi cực hạn Qp: Meyerhoff: Qp = Ap(q’N*q+ cN*c)5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN L = LbL Lb N*q , N*c – các hệ số sức chịu tải hiệu chỉnh Lb – chiều dài đoạn cọc cắm trong lớp đất đặt mũi cọc 5.4.4. TT Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền Sức kháng mũi cực hạn Qp: 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN qpLb/D(Lb/D)cr Meyerhoff: Khi Lb tăng, Qp tăng và Qp đạt cực đại khi Lb /D = (Lb /D)cr (Lb /D)cr – xác định theo  Lb /D > (Lb /D)cr – cọc ngàm đất N*q , N*c – xác định theo  và (Lb /D)cr 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.4. TT Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền Sức kháng mũi cực hạn Qp: Meyerhoff: Đất cát: Qp = Apqp = Ap q’N*q Xác định   Xác định Lb /D  Xác định (Lb /D)cr Xác định N*q theo  và (Lb /D)cr  Xác định Qp Qp = Apq’N*q 750.55.4.4. TT Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền Ma sát thành cực hạn Qs: Phương pháp  (Burland):  =0.25 – 0.4 K = Ko - tính theo công thức Jaky Theo Bhusan:  = 0.18+ 0.0065 Dr 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN Phương pháp  (Focht và Vijavergiya):5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.4. TT Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền Ma sát thành cực hạn Qs: 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.4. TT Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền Ma sát thành cực hạn Qs: Phương pháp tổng quát (Kulhawy): Loaïi ñaát vaø coïc a/Loaïi coïc vaø PP thi coâng K/KoCaùt/coïc BT khoâng laùng 1Coïc taïo do phun aùp löïc 1/2 -2/3Caùt/coïc BT trôn laùng0.8 –1 Coïc nhoài 2/3 - 1Caùt/coïc theùp khoâng laùng0.7 –0.9 Coïc chuyeån vò ñöùng nhoû 3/4 -5/4Caùt/coïc theùp trôn laùng0.5 –0.7 Coïc chuyeån vò ñöùng lôùn 1 – 1.2Caùt/coïc goã0.8 –0.9 L’ =16.8 kN/m3  = 35o, c =0 K = 1.4a = 0.6 L = 12m, B = 0.305m 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN Bài tập 5-7:  L’ = 15 D = 4.575 m z = 0 - L’: ’z = z = 16.8z z L’: ’v= L’=16.8*4.575 =76.86 kN/m2 LB5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN Bài tập 5-8: Cọc vuông D =0.3m Qp = ? (Meyerhoff) Qs = ? PP  PP  (’ = 30o) PP D = 18 kN/m3 cU1 = 30 kN/m2 = 18 kN/m3 cU1 = 30 kN/m2 = 19.6 kN/m3 cU2 = 100 kN/m2 OCR =2 MNN5m5m20mBài tập 5-8: Qp = D2 9cU2 = 0.32*9*100 = 81 kN Qs PP : cU1 = 30 kN/m2  1= 0.85 ; L1 =10 m cU2 = 100 kN/m2  2= 0.5 ; L2 =20 m Qs = 4*0.3*(0.85*30*10+0.5*100*20)= 1506 kN5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN Bài tập 5-8: Qs PP : 1=Kotg’= (1- sin30)tg30= 0.289 2= (1-sin30)tg30 = 0.289* = 0.408  Qs = 1.2*[0.289*(45*5+110*5)+0.408*226*20)= 2481.8 kN5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN DMNN90130322Bài tập 5-8: Qs PP : L = 30m   = 0.14 Qs = 1.2*0.14*(176.5+2*76.7)*30= 1662.7 kN5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN Bài tập 5-8: Qu : Qu = Qp + Qs  Qu = 81 + 1584.35 = 1665.35 kN5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.5. Aûnh hưởng của thi công cọc tới SCT a. Đất cát Cọc đóng (ép): Làm chặt đất xung quanh cọc Ko tăng  qs tăng Đất quanh cọc tốt lên Cọc nhồi: Khoan lỗ  đất rời ra  Ko giảm  qs giảm Đáy hố khoan phải được vệ sinh sạch sẽ 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.5. Aûnh hưởng của thi công cọc tới SCT b. Đất dính Cọc đóng (ép): Đất xung quanh cọc xáo trộn Đất ở đầu cọc bị đẩy trồi u tăng  SCC   SCT tức thời t   SCC   SCT lâu dài Với sét OC nặng SCC giảm theo thời gian, “mềm” hoá5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.5. Aûnh hưởng của thi công cọc tới SCT b. Đất dính Khi thi công cọc sau có thể đẩy trồi cọc đã hạ  đứt cọc  có trình tự đóng ép cọc hợp lý Cọc nhồi: Aûnh hưởng khá phức tạp, phụ thuộc vào chất lượng thành và đáy hố đào5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.6. Hệ số an toàn cho SCT Hệ số an toàn được chọn dựa theo các yếu tố: Dạng và mức độ quan trọng của công trình Sự không đồng nhất (phức tạp) của nền đất Độ tin cậy (tỉ mỉ) về khảo sát địa chất Loại và số lượng thí nghiệm đất Có hay không có thí nghiệm nén tĩnh Trình độ (đẳng cấp) của nhà thầu (thiết kế, thi công) Xác suất vượt tải trong suốt tuổi thọ công trình 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.6. Hệ số an toàn cho SCT Công trình: Sự kiểm soát: 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.6. Hệ số an toàn cho SCT Hệ số an toàn FS: 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.6. Hệ số an toàn cho SCT Hệ số an toàn FS: Do Qs và Qp không đạt cực hạn ứng cùng lúc  sử dụng hai hệ số an toàn FSs và FSp khác nhau, thông thường chọn FSs < FSp 5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.7. Ma sát âm Do phụ tải, đắp đất, hạ MNN,  chuyển vị của đất xung quanh lớn hơn chuyển vị của cọc  ma sát âm  giảm SCT của cọc Ma sát âm tỷ lệ với áp lực ngang và tốc độ cố kết của nền  ma sát âm kết thúc khi nền ngừng lún  ma sát dương Ma sát âm còn tác động lên đài cọc Đất đắp Đất yếu Đất tốt QuQp5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.7. Ma sát âm Đất đắp là sét: Ma sát âm xuất hiện trong lớp đất đắp Ko= 1- sin’f ’v = ’f z ’a = (0.5 – 0.7)’f Đất đắp (sét) Đất cát Hf5.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.7. Ma sát âm Đất đắp là sét: Ma sát âm xuất hiện trong lớp đất sét Mặt trung hoà ở độ sâu chuyển vị của nền sét bằng chuyển vị của cọc ’v = ’f Hf + ’ z Đất đắp (cát) Đất sét HfMặt trung hoà L15.4. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN 5.4.7. Ma sát âm Hạn chế ma sát âm: Quét nhựa đường lên bề mặt cọc Sử dụng cọc bảo vệ