File Excel tính toán sức chịu tải của Cọc - Giải pháp tối ưu cho kỹ sư xây dựng

Tính toán sức chịu tải của cọc là bước quan trọng không thể bỏ qua trong thiết kế công trình. Tripi chia sẻ file Excel giúp bạn dễ dàng tính toán sức chịu tải của cọc thông qua các thông số được thiết lập sẵn, mang lại kết quả chính xác và nhanh chóng.

1. Khái niệm sức chịu tải của cọc

Sức chịu tải của cọc là giá trị tối thiểu mà cọc có thể chịu được, được xác định dựa trên tính chất của đất nền và vật liệu làm cọc.

Trong thiết kế móng cọc, việc xác định sức chịu tải đóng vai trò then chốt, quyết định đến sự an toàn và bền vững của toàn bộ công trình. Một nền móng yếu kém có thể dẫn đến nguy cơ sụp đổ hoặc hư hỏng nghiêm trọng trong quá trình sử dụng sau này.

Cọc trong móng công trình phải chịu tác động kép từ phản lực của đất nền và trọng lực của công trình. Do đó, khi thiết kế, cần tính toán chính xác sức chịu tải của cọc dựa trên vật liệu làm cọc (Pvl) và cường độ của đất nền (Pđn).

2. Công thức tính sức chịu tải của cọc

2.1. Sức chịu tải của cọc gỗ

P = K . F . Rg

Trong công thức này:

P – đại diện cho sức chịu tải tính toán của cọc.

K – hệ số đồng nhất vật liệu, thường được lấy giá trị là 0,7.

F – diện tích mặt cắt ngang của cọc.

Rg – cường độ chịu nén dọc thớ của vật liệu gỗ.

2.2. Sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép tiết diện đặc

Pvl = k . m . (Rn . Fc + Ra . Fa)

Trong công thức này:

k.m – hệ số điều kiện làm việc của vật liệu, thường được lấy giá trị là 0,7.

Rn – cường độ chịu nén tối đa cho phép của bê tông.

Ra – cường độ chịu nén hoặc kéo tối đa cho phép của thép.

Fc – diện tích mặt cắt ngang của cọc.

Fa – diện tích cốt thép được bố trí trong cọc.

2.3. Xác định sức chịu tải của cọc dựa trên đất nền

a. Xác định sức chịu tải của cọc theo phương pháp thống kê

Cọc ma sát khi chịu tải trọng sẽ truyền một phần tải trọng xuống đất thông qua mũi cọc, phần còn lại được truyền vào đất nhờ ma sát giữa bề mặt cọc và đất xung quanh. Sức chịu tải trọng nén dọc trục của cọc ma sát được xác định bằng công thức dựa trên kết quả thí nghiệm trong phòng:

$Q_{tc}=m_r.q_p.A_p+u.\sum m_{fi}.f_{si}.l_i$

Trong công thức này:

mR, mf – các hệ số điều kiện làm việc của đất tại mũi cọc và mặt bên của cọc.

$q_p$ – cường độ chịu tải của đất tại mũi cọc, phụ thuộc vào loại đất và độ sâu hạ mũi cọc.

u – chu vi mặt cắt ngang của cọc.

$f_{si}$ – lực ma sát đơn vị của từng lớp đất mà cọc đi qua, phụ thuộc vào trạng thái và độ sâu trung bình của mỗi lớp đất.

$l_i$ – chiều dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc.

Sức chịu tải thiết kế của cọc được xác định bằng công thức:

$Q_{tk}=\frac{Q_{tc}}{K_{tc}}=\frac{Q_{tc}}{1,4}$

b. Phương pháp xuyên động SPT

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (Standard Penetration Test) được thực hiện bằng ống tách có đường kính 5,1cm, dài 45cm, đóng bằng búa rơi tự do nặng 64kg với chiều cao rơi 76cm trong lỗ khoan. Số búa đếm được để đóng ống lún vào đất 30cm sau (15cm đầu không tính) được gọi là N30, đây là giá trị số nhát búa tiêu chuẩn.

Công thức Meyerhof (1976) đưa ra phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc, được xem là một trong những công trình nghiên cứu tiêu biểu trong lĩnh vực địa kỹ thuật.

Qu=K1.N.Fc+K2.∑Nitb.fsi.li$Q_u=K_1.N.F_c+K_2.\sum N_{tb}^i.f_{si}.l_i$ – Phương trình này thể hiện mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến sức chịu tải của cọc, bao gồm hệ số đất, lực ma sát và chiều dài cọc.

Trong công thức, các thành phần được định nghĩa như sau:

Qu$Q_u$ – đại diện cho sức chịu tải tối đa của cọc, được tính bằng đơn vị kN, một thông số quan trọng trong thiết kế móng công trình.

K1$K_1$ – hệ số 400 áp dụng cho cọc đóng và 120 cho cọc khoan nhồi, phản ánh sự khác biệt trong phương pháp thi công.

K2$K_2$ – hệ số 2 dành cho cọc đóng và 1 cho cọc khoan nhồi, thể hiện mức độ ảnh hưởng của phương pháp thi công đến sức chịu tải.

N – giá trị trung bình của số nhát búa SPT tại mũi cọc, được tính trong phạm vi 1d phía dưới và 4d phía trên mũi cọc, mang ý nghĩa quan trọng trong đánh giá địa chất.

Nitb$N_{tb}^i$ – giá trị trung bình số nhát búa SPT của lớp đất thứ i mà cọc đi qua, một yếu tố không thể bỏ qua trong tính toán sức chịu tải.

Fc$F_c$ – diện tích mặt cắt ngang của cọc, li$l_i$ – chiều dày của lớp đất thứ i mà cọc xuyên qua, và u – chu vi thân cọc, những yếu tố không thể thiếu trong tính toán sức chịu tải.

Hệ số an toàn khi xác định sức chịu tải của cọc dựa trên thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn thường nằm trong khoảng từ 2,5 đến 3, đảm bảo độ tin cậy cho công trình.

Phương pháp xuyên tĩnh CPT cung cấp một cách tiếp cận chính xác để tính toán sức chịu tải của cọc, dựa trên dữ liệu thực nghiệm.

Sức chịu tải của cọc được xác định thông qua kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh, với công thức tính toán chuyên biệt, mang lại độ chính xác cao.

Qu=Qmui+Qms=qp.Fc+u.∑qsi.li$Q_u=Q_{mui}+Q_{ms}=q_p.F_c+u.\sum q_{si}.l_i$ – Công thức này kết hợp sức chịu tải từ mũi cọc và ma sát thành bên, thể hiện sự hài hòa giữa các yếu tố địa kỹ thuật.

Trong công thức, các thành phần được định nghĩa như sau:

Fc$F_c$ – diện tích mặt cắt ngang tại mũi cọc, một yếu tố quan trọng trong tính toán sức chịu tải.

qp$q_p$ – sức kháng phá hoại của đất tại mũi cọc, phản ánh khả năng chịu lực của nền đất.

qp=Kc.qc$q_p=K_c.q_c$ – Công thức này thể hiện mối quan hệ giữa sức kháng phá hoại của đất và hệ số phụ thuộc vào loại đất và cọc.

qc$q_c$ – giá trị trung bình của sức cản mũi xuyên trong phạm vi 3d phía trên và dưới mũi cọc, một chỉ số quan trọng trong đánh giá địa chất.

Kc$K_c$ – hệ số được tra cứu từ bảng, phụ thuộc vào loại đất và phương pháp thi công cọc.

u – chu vi thân cọc, một yếu tố không thể thiếu trong tính toán sức chịu tải của cọc.

qci$q_{ci}$ – giá trị trung bình của sức cản mũi xuyên tại lớp đất thứ i, phản ánh khả năng chịu lực của từng lớp đất.

ai$a_i$ – hệ số phụ thuộc vào loại đất, trạng thái đất, phương pháp thi công cọc và đặc tính bề mặt cọc, mang tính quyết định trong tính toán.

qsi=qci∝i$q_{si}=\frac{q_{ci}}{{\propto }_i}$ – Công thức này thể hiện mối quan hệ giữa sức cản mũi xuyên và hệ số đặc trưng của lớp đất, mang lại độ chính xác cao trong tính toán.

Sức chịu tải thiết kế của cọc – yếu tố then chốt quyết định độ bền vững và an toàn của công trình.

Qtk=Qmui(2→3)+Qms(1,5→2)$Q_{tk}=\frac{Q_{mui}}{(2\to 3)}+\frac{Q_{ms}}{(1,5\to 2)}$ – Công thức tính toán sức chịu tải thiết kế của cọc, kết hợp giữa sức chịu tải mũi cọc và ma sát thành bên với hệ số an toàn phù hợp.

3. Tải file Excel hỗ trợ tính toán sức chịu tải của cọc – công cụ hữu ích dành cho kỹ sư và nhà thiết kế.

Dựa trên các công thức đã trình bày, chúng tôi cung cấp file Excel để tính toán sức chịu tải của cọc một cách nhanh chóng và chính xác. Để tải về, vui lòng truy cập đường link bên dưới.

Tripi-suc-chiu-tai-cua-coc.rar – Tài liệu hỗ trợ đắc lực cho việc tính toán và thiết kế cọc.

Mật khẩu giải nén: Tripi – Hãy sử dụng mật khẩu này để truy cập vào tài liệu tính toán chi tiết.

Cảm ơn bạn đã đồng hành cùng Tripi. Hy vọng file Excel tính toán sức chịu tải của cọc sẽ là công cụ hữu ích, giúp bạn dễ dàng hơn trong việc thiết kế và phân tích kết cấu.