Bài giảng Nền và móng - Tô Văn Lận

ơ đồ tác động của mô-men và tải ngang lên cọc Các chuyển vị ngang δHH, δHM, δMH, δMM của cọc ở cao trình mặt đất, do các ứng lực đơn vị đặt tại cao trình này như sau: AIE 1 o b 3 bd HH   (4.81) BIE 1 o b 2 bd MHHM   (4.82) CIE 1 o bbd MM   (4.83) Các hệ số Ao; Bo và Co tra bảng 4.19. Bảng 4.19 - Giá trị các hệ số A0; B0; và C0 theo le le Khi cọc tựa lên đất Khi cọc tựa lên đá Khi cọc ngàm trong đá Ao Bo Co Ao Bo Co Ao Bo Co 0,5 72,004 192,03 576,24 48,006 96,037 192,29 0,042 0,125 0,500 0,6 50,007 111,15 278,07 33,344 55,609 92,942 0,072 0,180 0,600 0,7 36,745 70,072 150,28 24,507 35,059 50,387 0,114 0,244 0,699 0,8 28,140 46,943 88,279 18,775 23,533 29,763 0,170 0,319 0,798 0,9 22,244 33,008 55,307 14,851 16,582 18,814 0,241 0,402 0,896 1,0 18,030 24,106 36,486 12,049 12,149 12,582 0,329 0,494 0,992 1,1 14,916 18,160 25,123 9,982 9,196 8,836 0,434 0,593 1,086 1,2 12,552 14,041 17,944 9,418 7,159 6,485 0,556 0,689 1,176 HM HH MH MM 146 1,3 10,717 11,103 13,235 7,208 5,713 4,957 0,695 0,807 1,262 1,4 9,296 8,954 10,050 6,257 4,664 3,937 0,849 0,918 1,342 1,5 8,101 7,349 7,838 5,498 3,889 3,240 1,014 1,020 1,415 1,6 7,151 6,129 6,268 4,887 3,308 2,758 1,186 1,434 1,480 1,7 6,375 5,189 5,133 4,391 2,868 2,419 1,361 1,232 1,535 1,8 5,730 4,456 4,299 3,985 2,533 2,181 1,532 1,321 1,581 1,9 5,190 3,878 3,679 3,653 2,277 2,012 1,693 1,397 1,617 2,0 4,737 3,418 3,213 3,381 2,081 1,891 1,841 1,460 1,644 2,2 4,032 2,756 2,591 2,977 1,819 1,758 2,080 1,545 1,675 2,4 3,526 2,327 2,227 2,743 1,673 1,701 2,210 1,586 1,685 2,6 3,163 2,048 2,018 2,548 1,600 1,687 2,330 1,596 1,687 2,8 2,905 1,869 1,889 2,458 1,572 1,693 2,371 1,593 1,687 3,0 2,727 1,758 1,818 2,406 1,568 1,707 2,385 1,586 1,681 3,5 2,502 1,641 1,757 2,394 1,597 1,739 2,389 1,584 1,711 ≥4,0 2,441 1,621 1,751 2,419 1,618 1,750 2,401 1,600 1,722 Mô-men uốn và lực cắt của cọc tại cao trình mặt đất:        HlMM QQ oo o (4.84) Chuyển vị ngang yo và góc xoay ψo tại cao trình mặt đất:       δMδQψ δMδQy MMoMHoo HMoHHoo (4.85) Chuyển vị của cọc tại cao trình đặt lực hoặc đáy đài: I2E Ml I3E Ql lψyΔ b 2 o b 3 o ooon  (4.86) Góc xoay của cọc tại cao trình đặt lực hoặc đáy đài: IE Ml I2E Qlψψ b o b 2 o o  (4.87) 4.9 Kiểm tra điều kiện áp lực của nền đất tại mặt phẳng mũi cọc 4.9.1 Xác định áp lực xuống đất nền tại mặt phằng mũi cọc Điều kiện kiểm tra áp lực đất nền tại mặt phẳng mũi cọc như sau: - Khi móng chịu tải đúng tâm: MR P tc tb  (4.88) - Khi móng chịu tải lệch tâm: tc tb M tc max M P R 1,2RP     (4.89) Trong đó : tctbP - áp lực tiêu chuẩn trung bình tại mặt phẳng mũi cọc, (kPa): 147 W M W M F N P y tc yqu x tc xqu qu tc qutc max  (4.90) tc maxP - áp lực tiêu chuẩn lớn nhất tại mặt phẳng mũi cọc, (kPa); khi móng chịu tải trọng lệch tâm theo 2 phương xác định theo công thức: F NN F N P qu tc oqu tc o qu tc qutc tb   (4.91) tc 0N - lực dọc do kết cấu bên trên tác dụng xuống móng, (kN); Ntcoqu - trọng lượng móng khối quy ước, (kN) - bao gồm đài, đất trên đài, cọc và đất nến xung quanh cọc trong phạm vi móng khối quy ước; tc tc xqu yqu; M M - tổng mô-men quay quanh trục x và y tính đến mặt phẳng mũi cọc, (kNm); Fqu - diện tích đáy móng khối quy ước, (m2), Fqu = AquBqu; ở đây Aqu; Bqu là các cạnh của móng khối quy ước, xác định theo mục 4.10.2 dưới đây; Wx; Wy - mô-men kháng uốn của móng khối quy ước theo phương trục x và y, (m3); RM - sức chịu tải của đất nền tại mặt phẳng mũi cọc, (kPa), xác định theo mục 4.10.3 dưới đây. 4.9.2 Móng khối quy ước Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCXD 205:1998 quy định có 2 cách xác định móng khối quy ước như sau: 4.9.2.1 Cách 1 Ranh giới móng quy ước theo hình 4.30: - Phía dưới là mặt phẳng AC đi qua mũi cọc được xem là đáy móng; - Phía trên là mặt đất san nền BD, với AB = Hqu, là độ sâu đặt móng quy ước; - Phía cạnh là các mặt phẳng đứng AB và CD qua mép ngoài cùng của hàng cọc biên tại khoảng cách ltttg (φtb/4) nhưng không lớn hơn 2d (d - đường kính hoặc cạnh góc vuông) khi dưới mũi cọc có lớp sét bụi với chỉ số sệt Is > 0,6; khi có cọc xiên thì các mặt phẳng đứng nói trên đi qua mũi cọc xiên này;    l l i ii tb (4.92) Trong đó: φi - góc ma sát trong của lớp đất có chiều dày li (độ); li - chiều dày lớp đất thứ i, (m). Chú thích: - Nếu trong chiều dài của cọc có lớp đất yếu (bùn, than bùn,.v.v.) dày hơn 30 cm thì kích thước đáy móng quy ước giảm đi bằng cách lấy ltt là khoảng cách từ mũi cọc đến đáy lớp đất yếu; - Trọng lượng bản thân của móng quy ước gồm trọng lượng cọc, đài và đất nằm trong phạm vi móng quy ước. 148 Hình 4.30 – Kích thước móng khối quy ước theo cách 1 a) Khi các cọc thẳng đứng; b) Khi các cọc biên là cọc xiên 4.9.2.2 Cách 2 - Ranh giới móng quy ước khi đất nền là đồng nhất: Cách xác định móng quy ước tương tự cách 1, chỉ khác là lấy góc mở bằng 30o cho mọi loại đất kể từ độ sâu 2ltt/3. - Ranh giới của móng quy ước khi cọc xuyên qua một số lớp đất yếu tựa vào lớp đất cứng cách xác định móng quy ước như mô tả trong cách 1, riêng góc mở lấy bằng 30o kể từ độ sâu 2l1/3, với l1 - phần cọc nằm dưới lớp đất yếu cuối cùng. - Ranh giới của móng quy ước khi đất nền nằm trong phạm vi chiều dài cọc gồm nhiều lớp có sức chịu tải khác nhau: + Chiều rộng và chiều dài bản móng quy ước là đáy hình khối có cạnh mở rộng so với mặt đứng của hàng cọc biên bằng 1/4 cho đến độ sâu 2lp/3, từ đó trở xuống đến mặt phẳng mũi cọc góc mở bằng 30o; + Độ sâu đặt móng quy ước là tại mặt phẳng mũi cọc. Hình 4.31 - Kích thước móng khối quy ước theo cách 2 khi nền đồng nhất Hình 4.32 - Kích thước móng khối quy ước theo cách 2 đối với nền có lớp đất yếu b 42Htgb'B tb qu   Bqu tb/4 H o qu Htg303 1b'B  H /3 30 o 2H /3 b’ H o 1qu tg30H3 1b'B  H 1/3 30o 2H 1/3 b’ H 1 149 Hình 4.33 - Kích thước móng khối quy ước theo cách 2 đối với nền có nhiều lớp đất 4.9.3 Sức chịu tải của đất nền tại mặt phằng mũi cọc Sức chịu tải của nền đất tại mặt phẳng mũi cọc được xác định theo công thức sau: RM = ktc 21 mm (ABquII + BHqu’II + DcII) (4.93) Trong đó : A,B,D - hệ số, tra bảng dựa vào góc ma sát trong φII của đất nền tại mặt phẳng mũi cọc; II - trọng lượng riêng của đất, (kN/m3); Hqu - chiều sâu đặt móng quy ước, (m); Hqu = h + H, trong đó h là chiều sâu đặt đáy đài; H là khoảng cách từ đáy đài đến mặt phẳng mũi cọc; Aqu, Bqu - kích thước móng khối quy ước, (m); xác định theo mục 4.9.2. 4.10 Tính toán kiểm tra độ lún của móng cọc 4.10.1 Điều kiện kiểm tra Tính toán kiểm tra độ lún của móng cọc nhằm mục đích đảm bảo cho công trình được sử dụng bình thường. Đối với công trình dân dụng và công nghiệp xây dựng trên nền móng cọc, thông thường kiểm tra theo 2 điều kiện: S  Sgh (4.94) S/L  Sgh/L (4.95) Trong đó : S - độ lún tuyệt đối lớn nhất tính toán, (cm); S/L - độ lún lệch tương đối tính toán; Sgh - độ lún tuyệt đối lớn nhất giới hạn, (cm); S/L - độ lún lệch tương đối giới hạn. Về độ lún thì chỉ cần tính toán với cọc ma sát, còn với cọc chống thì biến dạng sẽ rất ít, không vượt quá giới hạn cho phép nên không cần tính toán. Tính toán độ lún của móng cọc bao gồm các nội dung: độ lún của móng cọc đơn; độ lún của nhóm cọc; móng băng cọc và móng bè cọc. H /3 30o 2H /3 b’ Bqu H 150 Hình 4.34 - Sơ đồ tính lún của móng cọc 4.10.2 Tính toán độ lún của cọc đơn Độ lún của cọc đơn, xuyên qua lớp đất có mô-đun cắt G1, MPa và hệ số Poát-xông ν1 và chống lên lớp đất được xem như bán không gian biến dạng tuyến tính đặc trưng bởi mô-đun cắt G2 và hệ số Poát-xông ν2 được tính theo công thức sau đây với điều kiện tải trọng truyền lên cọc QPPN a tt c tt max  và khi Lc/d>5; G1Lc/G2d>1: 4.10.2.1 Đối với cọc đơn không mở rộng đáy Độ lún của cọc đơn, (m) tính theo công thức: LG NS c1  (4.96) Trong đó: N - tải trọng đứng truyền lên cọc, (kN); β - hệ số tính theo công thức:       )'/'(1' 1 (4.97) β’ = 0,17ln(kvG1Lc/G2d) - hệ số ứng với cọc có độ cứng tuyệt đối (EA = ∞); α’ = 0,17ln(kv1Lc/d) - hệ số ứng với nền đồng nhất có các đặc trưng G1 và µ1;  - độ cứng tương đối của cọc, tính theo công thức; LG EA 2 c1  (4.98) λ1 - thông số xác định việc tăng độ lún do thân cọc chịu nén, tính theo công thức:    12,21 12,2 3/4 3/4 1 (4.99) kv; kv1 - các thông số tính theo công thức: Pd,z=Hqu+Ha H qu H a Po,z= Ha 151 kv = 2,82 - 3,78ν + 2,81ν2 lần lượt khi ν = (ν1+ ν2)/2 và khi ν = ν1 Qa - sức chịu tải của cọc xác định theo phụ lục A,(kN). 4.10.2.2 Đối với cọc đơn mở rộng đáy Độ lún của cọc đơn, (m) tính theo công thức: EA NL dG N22,0S c b2  (4.100) Trong đó: db - đường kính phần mở rộng của cọc, (m); Các đặc trưng G1 và ν1 được lấy trung bình đối với tất cả các lớp đất trong phạm vi chiều sâu hạ cọc, còn G2 và ν2 - trong phạm vi 10 đường kích cọc hoặc đường kính phần mở rộng (đối với cọc có mở rộng mũi) kể từ mũi cọc trở xuống với điều kiện là dưới mũi cọc không có than bùn, đất bùn có độ sệt chảy. Mô-đun cắt G của đất có thể xác định dựa vào mô-đun biến dạng E, hệ số Poát- xông ν theo công thức: )1(2 EG   (4.101) 4.10.3 Tính toán độ lún của nhóm cọc Độ lún của nhóm cọc được tính dựa trên mô hình móng khối quy ước được xác định theo mục 4.10.2. Độ lún của móng cọc là độ lún của nền đất dưới mặt phẳng mũi cọc (bỏ qua biến dạng bản thân của cọc). Độ lún có thể tính toán theo phương pháp tổng độ lún các lớp phân tố hoặc phương pháp lớp tương đương theo trình tự như móng nông trên nền thiên nhiên. Do mũi cọc thường được đặt vào các lớp đất tốt nên chiều dày vùng tính lún được giới hạn từ đáy móng khối quy ước đến độ sâu thỏa mãn điều kiện pz = 0,2pdz khi mô-đun biến dạng của đất tại độ sâu đó E ≥ 5000 kPa. Khi E < 5000 kPa, cần kéo dài chiều dày vùng tính lún đến giới hạn pz = 0,1pdz. 4.10.4 Tính toán độ lún của móng băng cọc Độ lún S, (m) của móng băng với 1 hoặc 2 hàng cọc (khi khoảng cách giữa các cọc bằng 3d ÷ 4d) được tính theo công thức:      o 2 E 1pS (4.102) Trong đó: p - tải trọng phân bố đều trên mét dài, (kN/m) có kể đến trọng lượng của móng trong khối đất và cọc với ranh giới như sau: phía trên là cốt nền; phía cạnh là mặt phẳng đứng đi qua hàng cọc ngoài cùng; phía dưới là mặt phẳng đi qua mũi cọc; E, ν - giá trị mô-đun biến dạng (kPa) và hệ số Poát-xông của đất trong phạm vi chiều dày của lớp đất chịu nén dưới mũi cọc; δo - lấy theo biểu đồ (xem hình vẽ) phụ thuốc vào hệ số Poát-xông ν, bề rộng quy đổi của móng h/bb  (trong đó b - bề rộng của móng lấy tới mép ngoài của hàng cọc 152 biên; h - độ sâu hạ cọc, và độ dày quy đổi của lớp đất chịu nén Hc/h (Hc - độ dày của lớp đất chịu nén xác định theo điều kiện như tính lún đối với nền thiên nhiên); Giá trị của hệ số δo xác định theo biểu đồ bằng cách sau đây: Trên đồ thị vẽ qua điểm ứng với Hc/h một đường thẳng song song với trục hoành cắt đường cong b tương ứng, từ giao điểm này vẽ đường vuông góc đến gặp đường ν. Từ giao điểm này vẽ một đường thẳng song song với trục hoành đến cắt trục tung, đây chính là giá trị của hệ số δ0. Ứng suất trong nền đất dưới mũi cọc, xác định theo lời giải của bài toán phẳng với giả thiết tải trọng ở mũi cọc là phân bố đều theo chiều rộng và dài của móng. Hình 4.35 – Biểu đồ dùng xác định δo 4.10.5 Tính toán độ lún của móng bè cọc Dự tính độ lún của móng bè cọc có kích thước hơn 10x10 m có thể thực hiện theo phương pháp lớp biến dạng tuyến tính như trong tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình. ở đây việc tính toán nên lấy theo áp lực trung bình lên nền tại mặt phẳng đáy dài, và tăng chiều dài tính toán của lớp lên một đại lượng bằng độ sâu hạ cọc với mô-đun biến dạng của lớp mà cọc xuyên qua lấy bằng vô cùng hoặc bằng mô-đun biến dạng của vật liệu cọc. Độ lún tính toán của móng gồm nhiều cọc mà mũi cọc tựa lên đất có mô-đun biến dạng E ≥ 20000 kPa có thể xác định theo công thức: E 0,13pbS  (4.103) Trong đó: p - áp lực trung bình lên nền ở đáy đài, (kPa); b - chiều rộng hoặc đường kính móng, (m); E - mô-đun biến dạng trung bình của lớp chịu nén dưới mặt mũi cọc với chiều dầy bằng B, (kPa):   k1hbE...khEkhEB 1E iii222111   (4.104) Trong đó: E1, E2, Ei - mô-đun biến dạng của lớp 1, 2 và lớp I, (kPa); h1, h2, hi - chiều dày của lớp 1, 2 và lớp I, (m); k1, k2, ki - hệ số kể đến độ sâu của lớp lấy theo bảng 4.20 tùy theo độ sâu của lớp đáy. 153 Bảng 4.20 - Trị số k Độ sâu của đáy lớp (phần lẻ của B) (0-0,2)B (0,2-0,4)B (0,4-0,6)B (0,6-0,8)B (0,8-1)B ki 1 0,85 0,6 0,5 0,4 4.11 Thiết kế đài cọc. Đài cọc thường được làm bằng bê tông cốt thép, được thiết kế như cấu kiện dưới tác dụng của tải trọng công trình và phản lực của cọc. Tuỳ theo cách liên kết giữa các đài cọc, có thể xem đài cọc làm việc như hệ các kết cấu độc lập, hệ kết cấu phẳng hoặc không gian. Liên kết cọc và đài: Cọc có thể được liên kết với đài dưới dạng khớp hoặc ngàm. Trong trường hợp liên kết khớp, cọc cần được cắm vào đài với chiều sâu 10 ÷ 15 cm; không bắt buộc phải kéo dài cốt thép cọc vào đài. Trong trường hợp liên kết ngàm, thì chiều dài ngàm cọc hoặc cốt thép cọc kéo dài trong đài lấy theo yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép. Trong trường hợp cọc bê tông ứng suất trước, không được dùng cốt thép kéo căng của cọc để ngàm vào đài mà phải cấu tạo hệ cốt thép riêng. Khi cọc được liên kết ngàm với đài, cần kể đến giá trị mô-men phát sinh tại liên kết. 4.11.1 Lựa chọn sơ bộ chiều cao đài cọc Chiều cao đài cọc trong công trình có thể có chiều cao khác nhau nhưng nên chọn mặt trên của đài ở cùng một cao độ đề phù hợp với sơ đồ tính toán kết cấu bên trên. Tuy nhiên, để thuận tiện trong thiết kế và thi công thường chọn chiều cao các đài giống nhau. Khi đó, chiều cao đài được chọn theo móng có tải trọng lớn nhất. Chiều cao tổng cộng của đài (hd) được tính toán kiểm tra sau khi lựa chọn sơ bộ như sau: với cọc đúc sẵn hd ≥ 0,6m; với cọc đổ tại chỗ, hd ≥ 0,6m và hd ≥ d, trong đó d là đường kính hoặc chiều rộng của cọc. 4.11.2 Tính toán và cấu tạo đài cọc 4.11.2.1 Kiểm tra điều kiện chọc thủng đài cọc a. Chọc thủng của cột đối với đài Dưới tác dụng của phản lực các đầu cọc, nếu đài không đủ độ bền, đài sẽ bị chọc thủng theo tháp chọc thủng xuất phát từ chân cột, các mặt nghiêng 45o so với trục thẳng đứng. Kiểm tra chọc thủng của cột đối với đài từ điều kiện:    c o bt1 c 2 2 1P + + +α b c α cl h R    (4.105) 2 2 o o 1 2 1 2 h h=1,5 1+ ; =1,5 1+α α c c             (4.106) Trong đó: P - lực gây chọc thủng, (kN), bẳng tổng phản lực các cọc nằm ngoài tháp chọc thủng; bc; lc - kích thước tiết diện cột, (m); 154 c1; c2 - khoảng cách trên mặt bằng từ mép cột đến mép của đáy tháp chọc thủng, (m); Rbt - cường độ chịu kéo tính toán của bê tông, (kPa); ho - chiều cao làm việc của đài, (m); ho = h - a, với a là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép tính toán đến đáy đài. Cần kiểm tra khả năng chọc thủng qua mép trong của cọc (so với vị trí cột) của các cọc đặt gần cột, sau đó kiểm tra khả năng chọc thủng qua mép trong của các hàng cọc ở xa hơn. Khi c1 > h0 hoặc c2 > h0 thì phải lấy ho/c1 = 1 hoặc ho/c2 = 1 để tính, tức là coi tháp chọc thủng nghiêng 45o, do đó α1 hoặc α2 = 2,12. Khi c1 < 0,5ho hoặc c2 < 0,5ho thì lấy c1 = 0,5ho hoặc c2 = 0,5ho để tính, nghĩa là α1 hoặc α2 = 3,35. Hình 4.36 – Kiểm tra chọc thủng đài cọc b. Chọc thủng ở góc đài Điều kiện kiểm tra:      Rhc5,0lc5,0b5,0PP bto112221cct  (4.107) Trong đó: b1, b2, c1, c2 - xem hình vẽ; P - lực gây chọc thủng, (kN), bẳng tổng phản lực các cọc ở góc nằm trong diện tích b1b2. Rbt, α1, α2 - như công thức 4.106. 4.11.2.2 Kiểm tra điều kiện cường độ trên tiết diện nghiêng theo lực cắt Điều kiện kiểm tra: Q ≤ βbhoRbt (4.108) Trong đó: Q - tổng phản lực của các cọc nằm ngoài tiết diện nghiêng, (kN); b - chiều rộng đài, (m); ho - chiều cao làm việc của tiết diện đang xét, (m); trường hợp đài không thay đổi chiều cao thì ho là chiều cao làm việc của đài; 155 β - hệ số, xác định như sau: 2 0hβ=0,7 1+ c       (4.109) Khi c > h0 thì lấy 0hβ= c nhưng không nhỏ hơn 0,6; Khi c < 0,5ho thì lấy c = 0,5ho, ta có β = 1,56. 4.11.2.3 Tính toán cốt thép đài Quan niệm đài cọc như những dầm công-xôn ngàm vào các tiết diện đi qua mép cột và bị uốn bởi phản lực các đầu cọc. Mô-men tại ngàm xác định theo công thức, (kNm):    n 1i iiPrM (4.110) Trong đó: n - số lượng cọc trong phạm vi công-xôn; Pi - phản lực của đầu cọc thứ i, (kN); ri - khoảng cách từ mặt ngàm đến trục cọc thứ i, (m). Diện tích tiết diện cốt thép, (m2): 0 s s MA 0,9R h (4.111) Trong đó: ho - chiều cao làm việc của đài tại tiết diện đó, (m); Rs - cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép, (kPa). Từ diện tích cốt thép được tính toán theo 2 phương như trên, chọn và bố trí cốt thép. Lưu ý thỏa mãn điều kiện về cấu tạo như sau: - Đường kính cốt thép: ф ≥ 12 mm; - Khoảng cách: 100 mm ≤ a ≤ 200 mm. - Cần cấu tạo cốt thép chống nứt đối với bê tông khối lớn khi đài cọc có chiều cao từ 1 m trở lên. Cốt thép bố trí ф12a200 cho mặt trên và ф12a200 ÷ 400 cho các mặt xung quanh. (TCXD 305:2004, Bê tông khối lớn - Quy phạm thi công và nghiệm thu). 4.12 Tính toán, kiểm tra cọc đúc sẵn trong quá trình thi công 4.12.1 Kiểm tra cọc khi vận chuyển và lắp dựng Đối với cọc đức sẵn, cần phải kiểm tra cọc khi vận chuyển (đưa cọc từ nơi sản xuất đến công trường) và lắp dựng (đưa cọc từ vị trí nằm ngang trên mặt bằng thành phương phẳng đứng ở khung ép hoặc đóng cọc). Sơ đồ tính toán và kiểm tra trong hai trường hợp này như hình dưới đây. Khi cọc bố trí 2 móc cẩu, cần bố trí móc cẩu sao cho mô-men ở 2 sơ đồ là phù hợp nhất vói lượng cốt thép đã được lựa chọn. Nên bố trí móc ở vị trí 1/4 ÷ 1/5 từ các đầu cọc, khi chọn khoảng cách này là 1/5 giá trị mô-men uốn như sau: 156 Hình 4.37 - Sơ đồ tính toán để đặt móc cẩu : a. Móc cẩu vận chuyển; b. Móc cẩu để đưa lên thiết bị đóng cọc - Trường hợp vận chuyển: + Mô-men tại gối: 2ag=0,02qlM + Mô-men tại nhịp: 2anh=0,025qlM - Trường hợp lắp dựng: + Mô-men tại gối: 2bg=0,02qlM + Mô-men tại nhịp: 2bnh=0,07qlM Như vậy, giá trị lớn nhất ứng với 2 sơ đồ là 2bnh=0,07qlM Trong đó: l - chiều dài đoạn cọc, (m); q - trọng lượng bản thân cọc, (kN/m); Tính như sau: q = kdγbFc (4.112) Ở đây: kd - hệ số động, lấy bằng 1,5 ÷ 2,0; γb - trọng lượng đơn vị của bê tông, (kN/m3); Fc - diện tích tiết diện ngang cọc, (m2). Từ giá trị mô-men này tính toán lượng cốt thép cần thiết và kiểm tra với lượng cốt thép đã chọn (lưu ý, trường hợp này cọc là cấu kiện chịu uốn, do vậy chỉ kể đến những cây thép nằm ở một phía của trục trung hòa). 4.12.2 Tính toán móc cẩu Diện tích cốt thép móc cẩu yêu cầu: R PA s tt cmc s  (4.113) Trong đó: Pttc - trọng lượng tính toán của cọc, (kN); Pttc = qL. Ở đây: q - tính toán theo công thức 4.100; L - chiều dài đoạn cọc tính toán, (m). Rs - cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép, (kPa). Từ Amcs , chọn ra đường kính cốt thép. 157 4.13 Đặc điểm thiết kế móng cọc trong vùng có động đất Khi tính toán sức chịu tải của cọc làm việc dưới tải trọng nén hoặc nhổ, giá trị qp (cường độ tính toán của đất ở mũi cọc) và fs (cường độ tính toán ma sát của đất với bề mặt xung quanh cọc) nên nhân với hệ số giảm thấp điều kiện làm việc của đất mềm Mcl và Mc2 cho trong bảng 4.21 trừ trường hợp cọc chống lên đá và đất hòn lớn. Giá trị qp cũng phải nhân với hệ số điều kiện làm việc Mc3 = 1 khi Le ≥ 3 và Mc3 = 0,9 khi Le < 3 trong đó: Le - Chiều dài tính đổi của cọc xác định theo hướng dẫn ở phần 4.6. Ma sát bên cọc, fsi trong khoảng giữa mặt đất đến độ sâu hu lấy bằng 0: u bd 4=h α (4.114) Trong đó: αbd - hệ số biến dạng, xác định theo công thức 4.80. Khi tính toán cọc theo điều kiện hạn chế áp lực lên đất qua mặt bên của cọc nêu trong phần 4.6, dưới tác dụng của tải trọng động đất, lấy giá trị của góc ma sát trong tính toán φ1 giảm như sau: Đối với động đất tính toán cấp 7-2 độ, 8-4 độ, cấp 9-7 độ. Khi tính toán móng cọc của cầu, ảnh hưởng của động đất đến điều kiện ngàm cọc vào cát bụi no nước đất sét và á sét dẻo chảy vào dẻo mềm hoặc á cát chảy thì hệ số nền K cho trong bảng 4.17 phải giảm đi 30%. Khi tính toán sức chịu tải trọng của cọc chịu tác động của lực ngang cần phải kể đến đặc trưng ngắn hạn của tác động động đất bằng cách tăng hệ số K2 thêm 30%, còn tr|ờng hợp móng một hàn cọc với tải trọng tác dụng tại mặt phẳng vuông góc với hàng đó thì K2 tăng lên 10%. Sức chịu tải của cọc, Qa, làm việc với tải trọng nén và nhổ thẳng đứng theo kết quả thí nghiệm hiện trường phải được xác định có xét đến tác động động đất theo công thức: Qa = kcQu (4.115) Trong đó: kc - hệ số, bằng tỉ số giữa giá trị sức chịu tải trọng nén của cọc Qu nhận được bằng việc kể đến các hệ số Mc1; Mc2; Mc3 như chỉ dẫn ở trên; Qu - sức chịu tải cực hạn của cọc, (kN), xác định theo kết quả thí nghiệm tải trọng tĩnh, tải trọng động (không tính đến tác động động đất). Bảng 4.21 - Hệ số Mc1 và Mc2 Cấp động đất tính toán Hệ số điều kiện làm việc Mc1 để hiệu chỉnh qp trong đất Hệ số điều kiện làm việc Mc2 để hiệu chỉnh fs trong đất Cát chặt Cát chặt vừa Sét bụi ở độ sệt Cát chặt và chặt vừa Sét bụi ở độ sệt Ẩm và ít ẩm No nước Ẩm và ít ẩm No nước Is < 0 0 ≤ Is ≤ 0,5 Ẩm và ít ẩm No nước Is < 0 0 ≤ Is ≤ 0,75 0,75 ≤ Is ≤ 1 7 1 0,90 0,90 0,95 0,85 0,80 1 1 0,95 0,90 0,95 0,85 0,90 0,95 0,85 0,80 0,75 0,75 8 0,90 0,80 0,80 0,85 0,75 0,70 0,95 0,95 0,90 0,80 0,85 0,75 0,80 0,90 0,80 0,80 0,70 0,70 0,65 158 9 0,80 0,70 0,70 0,75 0,65 0,90 0,85 0,85 0,70 0,75 0,65 0,70 0,85 0,65 0,70 0,60 0,60 Chú thích: Trị số ở tử số cho cọc đóng, ở mẫu số cho cọc nhồi. Đối với móng trong vùng động đất cho phép dùng tất cả các loại cọc, trừ cọc không có cốt thép ngang. Khi thiết kế mong cọc trong vùng có động đất phải đưa mũi cọc tựa lên loại đất đá, đất hòn lớn, cát chặt và chặt trung bình, đất sét có chỉ số sệt Is ≤ 0,5. Không cho phép tựa mũi cọc lên cát rời bão hòa nước đất sét bụi có chỉ số sệt Is > 0,5. Độ cắm sâu cọc vào trong đất ở vùng động đất phải lớn hơn 4m, và khi mũi cọc nằm trong nền đất cát bão hoà nước chặt vừa thì không nhỏ hơn 8m trừ trường hợp mũi cọc tựa trên đá, cho phép giảm độ chôn sâu của cọc khi có những kết quả chính xác của thí nghiệm cọc tại hiện trường bằng tác động bởi động đất mô phỏng. Đài cọc dưới tường chịu lực của một khối nhà hoặc công trình cần phải liền khối và bố trí trên cùng một cao độ. Trong trường hợp liên kết ngàm, chiều dài ngàm cọc vào đài được xác định bằng tính toán có kể đến tải trọng động đất. Không cho phép xây dựng móng cọc không có đài cho nhà và công trình Khi có đủ cơ sở kinh tế - kỹ thuật, cho phép dùng móng cọc có đệm trung gian bằng vật liệu rời (đá răm, sỏi sạn, cát hạt thô lớn và cát trung). Giải pháp này không được sử dụng trong nền đất trương nở, đất than bùn, đất lún ướt, ở những vùng có hiện tượng trượt và hang ngầm (các-xtơ và vùng khai thác mỏ). Không nên tính toán cọc chịu tải trọng ngang trong móng có đệm trung gian. Sức chịu tải trọng nén có kể đến tác động động đất nên xác định theo tát cả mặt bên của cọc, tức là hu = 0, còn hệ số điều kiện làm việc của mũi cọc dưới tác dụng động đất Mcl lấy bằng 1,2. 4.14 Tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn châu Âu (EN 1997-1), [1]; [26] 4.14.1 Những nội dung chính của EN 1997-1 trong thiết kế móng cọc Về trạng thái giới hạn: xem xét các trạng thái giới hạn dưới đây và danh mục áp dụng khi phù hợp: - Mất ổn định tổng thể; - Tổn thất sức chịu tải của móng cọc; - Cọc chịu nhổ hoặc không đủ độ bền kéo của móng cọc; - Phá hoại đất nền do tải trọng ngang tác dụng lên móng cọc; - Phá hoại kết cấu cọc khi chịu nén, kéo, uốn, cắt hoặc mất ổn định; - Phá hoại kết hợp của nền đất và móng cọc; - Phá hoại kết hợp của nền đất và kết cấu bên trên; - Lún quá mức; - Trương nở quá mức; - Chuyển vị ngang quá mức; - Chấn động quá mức Về phương pháp thiết kế: việc thiết kế được dựa trên các phương pháp sau đây: 159 - Giá trị của phương pháp tính toán theo kinh nghiệm hoặc phân tích được chứng minh bằng kết quả thử tải trọng tĩnh ở các tình huống so sánh; - Kết quả thử tải trọng tĩnh được tính toán, bằng giá trị trung bình của các kết quả hoặc cách khác, phù hợp với những kinh nghiệm thực tế có liên quan; - Kết