Phân tích và lựa chọn móng cọc đập trụ đỡ chịu tải trọng lớn

Like và chia sẻ bài viết
Đặt vấn đề.
 Cọc chịu lực đứng 100T thì lực ngang chịu được khoảng 3T, tỷ lệ 3%. Vậy với móng có lực ngang/lực đứng lớn giải quyết thế nào, đó là một câu hỏi lớn đã được đặt ra trong đề tài ngăn sông lớn?
Như vậy đối với móng cọc trình ngăn sông lớn, tải trọng ngang quá lớn, tỷ lệ lực (ngang/đứng =2000/10000=20%-30%), thì phải bố trí móng cọc thế nào để từ 3% tăng lên được 30%, đó là một vấn đề nan giải.
Để giải bài toán này đi theo 2 hướng:
- Một là thay nền móng đất bề mặt để tăng hệ số nền bề mặt, tăng ks để tăng sức chịu ngang của cọc, tăng sức chịu tải trọng của cọc.
- Hai là dùng móng cọc xiên có độ lớn 1:3; 1:4 1:5 để dùng lực đứng khử lực ngang.
- Ba là vừa kết hợp thay đất nền bề mặt vừa đóng cọc xiên
Đi theo hướng thứ nhất có độ rủi ro cao và giá thành đắt, vì khó đánh giá được đầy đủ độ chính xác của hệ số nền nên có thể gây rủi ro cho móng cọc trụ đỡ.
Hướng thứ hai với hệ cọc xiên chống xuống nền, khi tính toán chúng ta có thể bỏ đi 2-3m đất sát bề mặt đất mà nội lực và chuyển vị không ảnh hưởng nhiều.(Điều này hoàn toàn khác với hướng thứ nhất là lớp đất nền bề mặt có vai trò quyết định đến sức chịu tải ngang của trụ, khi thay đổi Ks bề mặt nội lực và chuyển vị tăng lên rất nhanh)
Còn móng cọc xiên lực ngang được chuyển thành nội lực dọc trục và chuyển xuống lớp địa chất nền dưới sâu có tính chất cơ lý tốt.

Có thể đưa ra 3 ví dụ để tham khảo:
Thames barier đã đi theo hướng thứ nhất, họ dùng cọc đóng và thay đất nền, do đó móng trụ sông thames phải đào sâu để thay đất, trụ có kích thước 65mx40m=2400m2

Ems barier đi theo hướng thứ hai, dùng cọc xiên nên với móng chịu 1800 T-2000T, lực đứng khoảng 10000T, tỷ lệ 18%-20%, bố trí bệ 12x34m=408m2
+ Móng trụ kinh lộ đi theo hướng cọc nhồi, lực ngang 900T/10000T lực đứng=9%, bố trí 38 cọc khoan nhồi, kích thước bệ 65x12m=780m2
Chính vì vậy các công trình ngăn sông lớn theo nguyên lý trụ đỡ không nên đi theo hướng thứ nhất. Không nên đi theo hướng cọc khoan nhồi trừ phi xây chen và không có giải pháp khác.
Kinh nghiệm lựa chọn móng cọc trụ đỡ:
Thông thường các cán bộ thiết kế của ta rất khó khăn khi lựa chọn số cọc trong móng trụ đỡ, nhất là khi chịu lực đứng và ngang lớn đồng thời. Để bớt đi khó khăn đó và giúp mọi người lựa chọn được sơ bộ móng mà không mất thời gian tôi đã lập phai excel đi kèm để lựa chọn.
Các bước như sau:

Bước1: xác định chênh mực nước để tính ra Lực ngang tổ hợp ngăn mặn giữ ngọt
Bước 2: Chọn độ xiên của cọc 1:2; 1:3; 1:4; 1:5….

Bước 3: Máy sẽ tính ra tải trọng đứng yêu cầu của trụ bắt buộc phải có để khử hết lực ngang. Khi thiết kế trụ phải có đủ tải trọng yêu cầu này(nhớ tính toán trừ đẩy nổi)
N yêu cầu này có nhiều tổ hợp có tổ hợp to tổ hợp bé, tạm lấy theo tổ hợp N bé nhất là an toàn nhất.
Thiết kế kích thước trụ để đạt tải trọng đứng N yêu cầu
Bước 4: Chọn tải trọng thiết kế của cọc đơn 70, 80 hoặc 150 T….
Bước 5: Máy sẽ tính ra số cọc xiên ứng với hai tổ hợp tải trọng đã nêu trên theo các giải thiết dưới đây:
1. Coi lực ngang truyền hết lên các cọc xiên
2. Coi cọc xiên theo chiều ngược lại không chịu lực ngang
3. Coi cọc đứng không chịu lực ngang
Ta lập được phương trình sau:
Ne=Nx1+Nx2
DH1=Nx1*Pe*tanX
DH2=Nx2*Pe*tanX
Giải 3 phương trình này ta tìm được 2 ẩn Nx1, Nx2

Có thể giả thiết thêm cọc đứng chịu được tải trọng ngang Hc để đưa vào phương trình trên.
Sau khi đã sơ bộ có được các thông số cơ bản rồi các bạn dùng sap90, hoặc các chương trình kết cấu khác để mô phỏng hệ móng cọc tính toán lại cho chi tiết.
Sau đây là kết quả tính toán vẽ đồ thị quan hệ tả trọng ngang và lực đứng yêu cầu cần có.
DH1=
1748.90625
DH2=
1'228.50
TT
Độ xiên cọc
Độ xiên cọc
Tải trọng đứng yêu cầu
1
1:2
0.50
5'955
2
1:3
0.33
8'932
3
1:4
0.25
11'910
4
1:5
0.20
14'887
5
1:6
0.17
17'864
6
1:7
0.14
20'842
7
1:8
0.13
23'819
Rõ ràng ta thấy rằng để với một lực ngang đã cho, độ xiên càng nhỏ thì yêu cầu trọng lượng của trụ càng phải lớn. Ngược lại độ xiên lớn thì trọng lượng trụ yêu cầu càng nhỏ. Ví dụ với lực ngang là 1748 T ở trên yêu cầu thiết kế trọng lượng trụ tối thiểu là 8932 T cho cọc xiên 1:3; 11900T cho trụ có cọc xiên 1:4 và gần 15000 T cho trụ có cọc xiên 1:5.
Đối với móng cọc cống Cái Lớn, với tải trọng ngang 1750T, chiều ngược lại 1228 T, nếu chọn xiên 1:3 thì tải trọng đứng yêu cầu N= 9000T, bố trí 96 cọc, 56 cọc xiên đồng, 40 cọc xiên sông với tải trọng lên mỗi cọc Pe=100T, kích thước bệ trụ cần để bố trí cọc 40x13m.
Kết quả tính toán theo Sap 2000 V12 như sau:
Trường hợp cọc ly tâm Pe=100T (tổng số 95 cọc)
Moment gây nứt M=29Tm, moment bẻ gãy M=59 Tm.
Lực cắt, lực dọc đảm bảo chịu lực.
N=8930 Tấn
H1=1750Tan
H2=1230Tan
Nx1= 55 cọc
Nx2= 40 cọc
Kết quả:


N
H
M
TH1
Nx1
121
7.25
26.29


Nx2
165.1
6.41
23.82
TH2
Nx1
178.36
7.12
25.54
Nx2
121
8.37
29.33

Mong các bạn viết tiếp để hoàn thành qui trình tính toán, thiết kế trụ đỡ ngăn sông lớn…….
ThS: Trần Văn Thái

Viết và chia sẻ bình luận: Like để cập nhật các bài viết qua facebook. Cảm ơn bạn đã ghé thăm, ủng hộ!

About Tứ Đoàn Ngọc

Đoàn Ngọc Tứ chào mừng bạn tới với website và cảm ơn bạn đã ủng hộ trang này.