Hình A.1 - Đường quan hệ Q và P.I.Q

(Tham khảo)

(Quy định)

Hình C.1 a) biểu diễn sơ đồ lực tác dụng thực tế lên cọc. Do khó xác định vị trí điểm xoay D (không biến dạng) trên cọc trong đất, nên để đơn giản trong tính toán, được phép sử dụng sơ đồ lực tác động tương đương ở Hình C.1 b) để thiết kế cọc.

Nguyên tắc thiết kế là: độ sâu chôn cọc (t) phải sâu hơn độ sâu kể từ điểm N tới mặt đáy sông (t_o) thì cọc mới ổn định. Độ vượt sâu này càng lớn thì cọc càng ổn định, nhưng lớn quá mức thì lãng phí.

Mục đích của việc tính toán cọc là:

- Xác định nội lực để tính tiết diện cọc;

- Xác định độ sâu chôn cọc (t) và tìm lực E’ đặt ở chân cọc. Thực chất đây là bài toán phẳng cho tải trọng tĩnh.

Hiện nay thường sử dụng hai phương pháp: giải tích và đồ giải để tính cọc; dưới đây xin trình bày cả hai phương pháp:

C.1. Phương pháp giải tích

Từ Hình C.1 b) lấy tổng hợp lực theo phương nằm ngang và tổng mô men đối với điểm N ta có:

Giải phương trình (25) ta tìm được:

Giá trị t_o được xác định từ phương trình (28):

Viết phương trình mô men cho điểm bất kỳ y, với y < t_o, ta có:

Mô men max sẽ xảy ra ở độ sâu y_m, với:

Vậy (31)

Trong các công thức trên:

P là áp lực thủy động (tấn) được xác định theo công thức sau:

(34)

Trong công thức (34)

 là hệ số động lực, lấy theo Bảng 3;

n là trọng lượng riêng của nước;

g là gia tốc trọng trường (m/s²);

b, h là chiều rộng và chiều cao cọc theo hướng vuông góc với dòng chảy (m) đối với cọc đơn. Riêng đối với cọc có thanh giằng và phên chắn, b là khoảng cách giữa hai tim cọc liền nhau;

u là lưu tốc bình quân mặt cắt khi chưa xây dựng công trình ứng với mức nước ngang đỉnh cọc, coi lưu tốc này phân bố đều trên đường thủy trực (m/s);

 là dung trọng của đất nền, có xét tới lực đẩy nổi của nước (T/m³);

t_o là độ sâu của cọc kể từ mặt đáy sông tới điểm N (m);

_b và _c là hệ số áp lực bị động và chủ động của đất được xác định như sau:

Ở đây:

h là độ cao của cọc (m);

E’ là lực tác dụng ở điểm N;

t là độ vượt sâu của cọc kể từ điểm N (m).

Mô men kháng uốn cần thiết của mặt cắt ngang cọc được xác định theo công thức (35)

(35)

trong đó:

R_u: là cường độ chống uốn tính toán của vật liệu làm cọc theo tiêu chuẩn vật liệu sử dụng.

Dựa vào mô men kháng uốn, hình dạng tiết diện cọc, ta xác định được kích thước mặt cắt ngang cọc cần thiết.

Phương pháp giải tích chỉ thích hợp khi đất nền đồng nhất, khi đất nền gồm nhiều lớp nên dùng phương pháp đồ giải của Blum - lohmger như sau (Hình C.2):

- Thay biểu đồ áp lực đất bằng các lực tập trung: F1, F2, F3, F4, F5 … Fn;

- Xây dựng đa giác lực (Hình C.2 b);

- Xây dựng đa giác dây với điều kiện đường khép kín là đường thẳng đứng. Tia cuối cùng n cắt đường khép kín tại điểm N, ta xác định được t_o. Trường hợp tia N không cắt đường khép kín tại độ sâu giả định, thì tăng thêm chiều sâu để tính thêm lực Fn+1. Vẽ tiếp tia (n+1) ở đa giác lực và đa giác dây. Nếu tia (n+1) không đạt yêu cầu thì tiếp tục tăng thêm chiều sâu cho tới khi tia đó cắt đường khép kín tại N, ở vị trí độ sâu mới giả định là được.

- Từ đa giác dây (Hình C.2 c) ta xác định được X_max.

- Tính mô men lớn nhất:

M_max = X_max. (36)

 là khoảng cách từ tâm O tới trục nằm ngang (chọn tùy ý)

Tính E’:

- Tính độ sâu chôn cọc tối thiểu

t = (1,1 đến 1,2).t_o (37)