Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

MỤC LỤC :
BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH...............................................................3
I. Cấu Trúc Địa Chất Và Đặc Điểm Các Lớp Đất...............................................................3
II. Nhận Xét Và Kiến Nghị..................................................................................................6
THIẾT KẾ KỸ THUẬT............................................................................................................8
I. LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH............................................................10
1.1Lựa chọn kích thước và cao độ bệ cọc.........................................................................10
a.Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT)............................................................................................10
b. Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB)............................................................................................10
c.Cao độ đáy bệ (CĐĐaB)............................................................................................10
1.2Chọn kích thước cọc và cao độ mũi cọc......................................................................11
II. LẬP CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ..............................................................11
2.1Trọng lượng bản thân trụ.............................................................................................11
a.Tính chiều cao thân trụ...............................................................................................11
a.Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc)........................................................................11
b.Thể tích phần trụ ngập nước (không kể bệ cọc).........................................................12
2.2Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN................................................................12
a.Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHSD...................................................13
a.Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHCĐ .................................................13
III. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC ..............................................13
3.1Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu PR.....................................................................13
a.Chọn vật liệu: ............................................................................................................13
a.Bố trí cốt thép trong cọc :..........................................................................................14
b. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu: PR................................................................14
3.2Sức kháng nén dọc trục theo đất nền QR.....................................................................14
c.Sức kháng mũi cọc Qp...............................................................................................16
IV. XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG CỌC VÀ BỐ TRÍ CỌC.....................................................16

4.1Số lượng cọc được xác định như sau: .........................................................................16
...........................................................................................................................................16
4.2Bố trí cọc trong móng..................................................................................................16
a.Bố trí cọc trên mặt bằng.............................................................................................16
a.Tính thể tích bệ. .........................................................................................................17
4.3Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ............................................................................17
a.Trạng thái giới hạn sử dụng........................................................................................17
a.Trạng thái giới hạn cường độ.....................................................................................18
V. KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ I................................18
5.1Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn........................................................................18
Đào Văn Công

1


Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

a.Tính nội lực tác dụng lên đầu cọc..............................................................................18
a.Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn......................................................................19
5.2Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc .............................................................20
5.3Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng.................................................................22
a.Xác định độ lún ổn định.............................................................................................22
5.4Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc....................................................................26
VI. Cường độ cốt thép cho cọc và bệ cọc.........................................................................26
6.1Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc..............................................................................26
a.Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài Ld = 10 m.....................................................26
Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc....................................................26
Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc...................................................27

b.Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài Ld = 11 m.....................................................27
a.Bố trí cốt thép đai cho cọc..........................................................................................29
b.Chi tiết cốt thộp cứng mũi cọc...................................................................................29
c.Lưới cốt thép đầu cọc.................................................................................................29
d.Cốt thộp múc cẩu.......................................................................................................29
e.Tớnh mối nối thi cụng cọc.........................................................................................29
CHƯƠNG III BẢN VẼ.............................................................................................................30
I. Bản vẽ bố trí chung công trình.......................................................................................30
II. Bản vẽ cốt thép cho cọc.................................................................................................30
III. Bản vẽ mối nối cọc.......................................................................................................30
IV. Bản vẽ cốt thép bệ........................................................................................................30

MỤC LỤC BẢNG:
Bảng 1-có các chỉ tiêu vật lý lớp 1..............................................................................................3
Bảng 2-có các chỉ tiêu vật lý lớp 2..............................................................................................4
Bảng 3-có các chỉ tiêu vật lý lớp 3..............................................................................................5
Bảng 4-Các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN......................................................................12
Bảng 5-Tổ hợp tải trọng thiết kế tính với MNTN tại đỉnh bệ...................................................13
Bảng 6-Bảng tính toán sức kháng thân cọc ..............................................................................15
Bảng 7-Tổng hợp sức kháng thân cọc.......................................................................................16
Bảng 8-Bảng tổng hợp tác dụng lên đáy bệ..............................................................................18
Bảng 9-Nội lực tác dụng lên đầu cọc........................................................................................18
Bảng 10-Bảng tính độ nún........................................................................................................25

MỤC LỤC HÌNH:
Hình 11-bố trí chung công trình..................................................................................................9
Hình 12- Cấu tạo và kích thước trụ...........................................................................................10
Hình 15-Tính thể tích toàn phần trụ( không kể bệ cọc)............................................................12
Đào Văn Công


2


Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Hình 16-Mặt cắt ngang cọc 45x45cm.......................................................................................14
Hình 18- Bố trí mặt bằng cọc trong móng................................................................................17
Hình 20- Bố trí cọc....................................................................................................................21
Hình 21- Sơ đồ nún...................................................................................................................23
Hình 23-Biểu đồ momen dưới tác dụng của trọng lượng bản thân...........................................27
Hình 24-Biểu đồ momen dưới tác dụng của trọng lượng bản thân...........................................27
Hình 25-Biểu đồ momen dưới tác dụng của trọng lượng bản thân...........................................28
Hình 26-Biểu đồ momen dưới tác dụng của trọng lượng bản thân...........................................28
Hình 27-Mặt cắt bố trí cốt thép dọc cọc 450x450 cm...............................................................29

CHƯƠNG I
BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
I. Cấu Trúc Địa Chất Và Đặc Điểm Các Lớp Đất.
Tại lỗ khoan BH1, khoan xuống cao độ là - 34m, gặp 3 lớp đất như sau:
Lớp 1: chiều dày 5.3m; cao độ của mặt lớp là 0, cao độ đáy lớp là -5.3
Bảng 1- có các chỉ tiêu vật lý lớp 1

Đào Văn Công

3


Thiết kế môn học nền và móng


STT

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Chỉ tiêu

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị

1.

Độ ẩm

W

59,1

%

2.

Trọng lượng thể tích tự
nhiên

γ


16,3

kN/m3

3.

Trọng lượng thể tích khô

10, 245

kN/m3

4.

Trọng lượng riêng

27,2

kN/m3

5.

Hệ số rỗng tự nhiên

6.

Độ rỗng

n=


e
1+ e

0, 62

7.

Độ bão hòa

Sr =

∆W
e

0,99

8.

Độ ẩm giới hạn dẻo

Wp

26,3

9.

Độ ẩm giới hạn chảy

WL


55

10.

Chỉ số dẻo

I P = WL − WP

28, 7

11.

Độ sệt của đất dính

IL =

W − WP
WL − WP

1,14

12.

Trọng lượng thể tích bão
hòa

γ bh =

∆+e
.γ n

1+ e

16,37

γk =

γ
1+ W

γh

eo =

∆.γ n .(1 + W)
−1
γ

1, 65

%
%
%

kN/m3

Lớp 1 :là đất sét trạng thái chảy
Lớp 2: chiều dày 15.4m; cao độ của mặt lớp là -5,3, cao độ đáy lớp là -20,7
Bảng 2- có các chỉ tiêu vật lý lớp 2
STT


1.

Chỉ tiêu
Độ ẩm

Đào Văn Công

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị

W

29,7

%
4


Thiết kế môn học nền và móng

2.

Trọng lượng thể tích tự
nhiên

3.


Trọng lượng thể tích khô

4.

Trọng lượng riêng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

γk =

eo =

γ

18,8

kN/m3

γ
1+ W

14,5

kN/m3

γh

27,6

kN/m3


∆.γ n .(1 + W)
−1
γ

5.

Hệ số rỗng tự nhiên

6.

Độ rỗng

n=

e
1+ e

0,47

7.

Độ bão hòa

Sr =

∆W
e

0,93


8.

Độ ẩm giới hạn dẻo

Wp

22,2

%

9.

Độ ẩm giới hạn chảy

WL

45,0

%

10.

Chỉ số dẻo

I P = WL − WP

22,8

%


11.

Độ sệt của đất dính

IL =

W − WP
WL − WP

0,33

12.

Trọng lượng thể tích bão
hòa

γ bh =

∆+e
.γ n
1+ e

19,17

0,9

kN/m3

Lớp 2 :là đất sét trạng thái dẻo cứng

Lớp3: chiều dày 13.3m; cao độ của mặt lớp là -20,7, cao độ đáy lớp là -34,0
Bảng 3- có các chỉ tiêu vật lý lớp 3
STT

13.

Chỉ tiêu
Độ ẩm

Đào Văn Công

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị

W

21,5

%

5


Thiết kế môn học nền và móng

14.


Trọng lượng thể tích tự
nhiên

15.

Trọng lượng thể tích khô

16.

Trọng lượng riêng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

γk =

eo =

γ

19,3

kN/m3

γ
1+ W

15,88

kN/m3


γh

27,0

kN/m3

∆.γ n .(1 + W)
−1
γ

17.

Hệ số rỗng tự nhiên

18.

Độ rỗng

n=

e
1+ e

0,41

19.

Độ bão hòa

Sr =


∆W
e

0,84

20.

Độ ẩm giới hạn dẻo

Wp

19,1

%

21.

Độ ẩm giới hạn chảy

WL

35,8

%

22.

Chỉ số dẻo


I P = WL − WP

23.

Độ sệt của đất dính

IL =

24.

Trọng lượng thể tích bão
hòa

γ bh =

0,7

16,7

W − WP
WL − WP

0,14

∆+e
.γ n
1+ e

19,9


%

kN/m3

Lớp 3 :là đất sét pha trạng thái nửa cứng
II. Nhận Xét Và Kiến Nghị
Theo tài liệu khảo sát địa chất công trình, phạm vi nghiên cứu và qui mô công
trình dự kiến xây dựng, em xin có một số nhận xét và kiến nghị sau:
Nhận xét:
+ Điều kiện địa chất công trình trong phạm vi khảo sát nhìn chung là khá phức
tạp, có nhiều lớp đất phân bố và thay đổi khá phức tạp.
Đào Văn Công

6


Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

+ Lớp đất số 1, 2 là lớp đất yếu do chỉ số xuyên tiêu chuẩn và sức chịu tải nhỏ,
lớp 3 có trị số SPT và sức chịu tải khá cao.
+ Lớp đất số 1, 2 dễ bị lún sụt khi xây dựng trụ cầu tại đây.
Kiến nghị:
+ Với các đặc điểm địa chất công trình tại đây, nên sử dụng giải pháp móng cọc
ma sát bằng BTCT cho công trình cầu và lấy lớp đất số 3 làm tầng tựa cọc.
+ Nên để cho cọc ngập sâu vào lớp đất số 3 để tận dụng khả năng chịu ma sát
của cọc.

Đào Văn Công


7


Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

CHƯƠNG II
THIẾT KẾ KỸ THUẬT
BỐ TRÍ CHUNG CÔNG TRÌNH

Đào Văn Công

8


Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Däc cÇu

Ngang cÇu

800
60 80

170


370

450

25

25150

230

245

200

120

940

940

580

150

50

500

150


50

50

50

mÆt b»ng cäc
mÆt b»ng trô

Hình 11- bố trí chung công trình
Đào Văn Công

9


Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

I. LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH
1.1 Lựa chọn kích thước và cao độ bệ cọc
a. Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT)
Vị trí xây dựng trụ cầu ở xa bờ và phải đảm bảo thông thuyền và sự thay đổi
mực nước giữa MNCN và MNTN là tương đối cao. Xét cả điều kiện mỹ quan trên
sông, ta chọn các giá trị cao độ như sau:
 MNCN + 1m 

Cao độ đỉnh trụ chọn như sau: max 
 − 0,3m.
 MNTT + H tt 

Trong đó:
MNCN : Mực nước cao nhất,
MNCN = 5,4m
MNTT : Mực nước thông thuyền, MNTT = 3,2m
H tt
: Chiều cao thông thuyền, H tt = 2,5m.
Ta có: max(5,4+1; 3,2+2,5) – 0,3 = max(6,4; 5,7) - 0.3 = 6,1m
=> Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 6,1m.
b. Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB)
Cao độ đỉnh bệ ≤ MNTN - 0,5m = 1,8 - 0,5 = 1,3m
=> Chọn cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = +1,0m
c. Cao độ đáy bệ (CĐĐaB)
Cao độ đáy bệ = CĐĐB - Hb
Hb : Chiều dày bệ móng (Hb = 1.5m ÷ 2 m ). Chọn Hb = 2 m
=> Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = 1,0 – 2,0 = -1,0 m
Vậy chọn các thông số thiết kế như sau:
Däc cÇu

Ngang cÇu

800
+6,1(C§§T)

170

60 80

+5,4(MNCN)

25


25 150

370

450

245

230

+3,2(MNTN)

120

200

+1.0(C§§B)

-1,0(C§§AB)

Hình 12- Cấu tạo và kích thước trụ
Đào Văn Công

10


Thiết kế môn học nền và móng

Cao độ đỉnh trụ :

Cao độ đỉnh bệ :
Cao độ đáy bệ là
Bề dầy bệ móng

CĐĐT
CĐĐB
: CĐĐAB
: Hb

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

= + 6,1m
= + 1,0m
= -1,0m
= 2 m.

1.2 Chọn kích thước cọc và cao độ mũi cọc
Theo trình là cầu có tải trọng truyền tính chất của công xuống móng là lớn, địa
chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 21 và không phải là tầng đá gốc, nên chọn
giải pháp móng là móng cọc ma sát BTCT.
Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thước là 0.45x0.45m; được đóng
vào lớp số 3 là lớp cát hạt nhỏ, kết cấu chặt vừa. Cao độ mũi cọc là -32.00m. Như vậy
cọc được đóng vào trong lớp đất số 3 có chiều dày là 11.3m.
Chiều dài của cọc (Lc) được xác định như sau:
Lc = CĐĐB - Hb - CĐMC
Lc = 1,0 - 2,0 - (- 32,0) = 31,00 m.
Trong đó:
CĐĐB = 1,00 m : Cao độ đỉnh bệ.
Hb
= 2,00 m : Chiều dày bệ móng

CĐMC = -32,00m : Cao độ mũi cọc.
Kiểm tra độ mảnh của cọc: λ =

Lc
31
=
= 68,89 ≤ 70
D 0, 45

=> Thoả mãn yêu cầu về độ mảnh.
Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: L = Lc + 1m = 31,00 + 1m = 32,00m. Cọc được tổ
hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 32m = 11m +11m + 10m. Như vậy 2
đốt thân cọc có chiều dài là 11m và mũi cọc chiều dài là 10m. Các đốt cọc sẽ được nối
với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc.
II. LẬP CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ
2.1 Trọng lượng bản thân trụ
α. Tính chiều cao thân trụ
Chiều cao thân trụ Htr:
Htr = CĐĐT - CĐĐB - CDMT
Htr = 6,1-1-1,4=3,7m.
Trong đó:
Cao độ đỉnh trụ
: CĐĐT = + 6,1m
Cao độ đỉnh bệ
: CĐĐB = + 1,0m
Chiều dày mũ trụ
: CDMT = 0,8+0,6 = 1,4m
a. Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc)

Đào Văn Công


11


Bộ môn Địa Kỹ Thuật

30

Thiết kế môn học nền và móng

V1
V2

V1
V2

Htt

MNCN

V3

V3
MNTT
MNTN

Hình 15- Tính thể tích toàn phần trụ( không kể bệ cọc)
Thể tích trụ toàn phần Vtr :
(8 + 4,5 + 0, 25.2)
π .1, 2 2

.1, 7.0, 6 + (
+ 3,3.1, 2).3, 7
= 8.1, 7.0,8 +
2
4

Vtr = V1 + V2 + V3

= 10,88 + 6,63 + 18,83 = 36,34 m3.
b. Thể tích phần trụ ngập nước (không kể bệ cọc)
Thể tích trụ ngập nước Vtn:
Vtn
= Str x (MNTN - CĐĐB)
π .1, 22
+ 3,3.1, 2).(1,8 − 1, 0) = 4, 07 m3
=(
4

Trongđó:
MNTN
CĐĐB
Str

= 1,8 m
= 1,0 m

: Mực nước thấp nhất
: Cao độ đỉnh bệ
: Diện tích mặt cắt ngang thân trụ (m2)


2.2 Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN
Các tổ hợp tải trọng đề bài ra như sau:
Bảng 4- Các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN
Tải trọng

Đơn vị

TTGHSD

- Tĩnh tải thẳng đứng

kN

5500

N oh - Hoạt tải thẳng đứng

kN

3800

H oh - Hoạt tải nằm ngang

kN

120

kN.m

650


N ot

M o - Hoạt tải mômen
Hệ số tải trọng:
Đào Văn Công

Hoạt tải

: 1,75
12


Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Tĩnh tải
: 1,25
γbt = 24,50 kN/m : Trọng lượng thể tích của bê tông
γn = 9,81 kN/m3 : Trọng lượng riêng của nước
3

α. Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHSD
Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu:
N SD = N ho + ( N to + γ bt xVtr ) − γ n xVtn
1

= 3800 + (5500 + 24,50.36,34) – 9,81.4,07 = 10150,4 kN
Tải trọng ngang tiêu chuẩn dọc cầu:


H 1SD = Ho = 120 kN
Mômen tiêu chuẩn dọc cầu:
M 1SD = M ο + H hο .(CĐĐT − CĐĐB )
= 650 + 120.(6,1 − 1) = 1262 kN.m

a. Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHCĐ
Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu
N1CD = 1, 75.N hο + 1, 25.( N tο + γ bt .Vtr ) − γ n .Vtr
= 1,75.3800 + 1,25.(5500 + 24,50.36,34) – 9,81.4,07
= 14577,54kN
Tải trọng ngang tính toán dọc cầu:

H 1C § = 1,75. H oh = 1,75.120 =210 kN.
Mômen tính toán dọc cầu:
M 1CĐ = 1, 75.M ο + 1, 75.H hο .(CĐĐT − CĐB
Đ )
= 1, 75.650 + 1, 75.120.(6,1 − 1, 0) = 2208,5kN.m

TỔ HỢP TẢI TRỌNG THIẾT KẾ TẠI ĐỈNH BỆ
Bảng 5- Tổ hợp tải trọng thiết kế tính với MNTN tại đỉnh bệ
Tải trọng
Tải trọng thẳng đứng
Tải trọng ngang
Mômen

Đơn vị
kN
kN
kN.m


TTGHSD
10150,4
120
1960

TTGHCĐ
14577,54
210
2208,5

III. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC
3.1 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu PR
α. Chọn vật liệu:
Cọc bê tông cốt thép, tiết diện của cọc hình vuông: 0.45m x 0.45m
Đào Văn Công

13


Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Bê tông có fc' = 28MPa
Thép ASTM A615, có fy = 420 MPa
a. Bố trí cốt thép trong cọc :

450


50 2@175=350 50

Cốt chủ : Chọn 8#22, bố trí xuyên suốt chiều dài cọc.
Cốt đai : Chọn thép ∅ 8

50 2@175=350 50
450
Hình 16- Mặt cắt ngang cọc 45x45cm
b.

Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu: PR

Dùng cốt đai thường, ta có: P R = ϕ.Pn = ϕ.0,8x(0,85. fc' .(Ag - Ast) +
fy.Ast)
Trong đó:

ϕ

: Hệ số sức kháng của bê tông, ϕ = 0, 75

fc'

: Cường độ nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa)

fy

: Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép (MPa).

Ag
Ast


: Diện tích mặt cắt nguyên của cọc, Ag = 450x450 = 202500mm2
: Diện tích cốt thép, Ast = 8x380=3040mm2
= 0,75.0,8.(0,85.28.(202500 – 3040) + 420.3040)
= 3614368,8 N ≈ 3614,37 kN

Vậy: PR

3.2 Sức kháng nén dọc trục theo đất nền QR
Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: Q r = ϕqp .Q p + ϕqs .Qs
Trong đó:
qp
Qs
Đào Văn Công

Qs = qs . As ; Q p = q p . Ap
Với:
Qp
: Sức kháng mũi cọc (MPa)
: Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa)
: Sức kháng thân cọc (MPa)
14


Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

qs
Ap

As

: Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa)
: Diện tích mũi cọc (mm2)
: Diện tích bề mặt thân cọc (mm2)

ϕqp

: Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc

ϕ qs

: Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc

ϕqs = 0, 7λv trong đất sét với λv = 0,8 ta có: ϕqs = 0,56

Sức kháng thân cọc Qs
Do thân cọc ngàm trong 3 lớp đất, có cả lớp đất chảy và lớp đất nửa cứng, nên
ta tính Qs theo hai phương pháp:
Đối với lớp đất cát: Tính theo phương pháp SPT
Đối với lớp đất sét: Tính theo phương pháp α
Đối với lớp đất sét:
Theo phương pháp α, sức kháng đơn vị thân cọc qs như sau: qs = α Su
Trong đó:
Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa), Su = cuu
Db
và hệ số kết dính được
D

α : Hệ số kết dính phụ thuộc vào S u và tỷ số


tra bảng theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05. Đồng thời ta cũng
tham khảo công thức xác định α của API như sau :
Nếu Su ≤ 25 Kpa ⇒ α = 1, 0
 Su − 25kPa 

 50kPa 

Nếu 25 Kpa < Su < 75 Kpa ⇒ α = 1 − 0,5. 
Nếu Su ≥ 75 Kpa ⇒ α = 0,5
Lập bảng tính toán

Bảng 6- Bảng tính toán sức kháng thân cọc
Tên
lớp

Độ
sâu
(m)

Chiều
dày
(m)

Chu Cường độ kháng cắt
vi
Su
(m)
(N/mm2)


Hệ số
α

qS
(N/mm2)

Qs
(N)

Lớp 1

5,3

3,2

1,8

0,0157

1,000

0,0157

90432

Lớp 2

20,7

15,4


1,8

0,0347

0,903

0,0313

867636

Lớp 3 34,00

11,3

1,8

0,0489

0,761

0,0372

756648

Tổng

1714716

Vậy sức kháng thân cọc như sau:


Đào Văn Công

15


Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Bảng 7- Tổng hợp sức kháng thân cọc
Lớp

Qs (N)

Hệ số sức kháng ϕqs

ϕqs Qs (N)

1

90432

0,56

50641

2

867636


0,56

485876

3

756648

0,56

423723
906240

Tổng
c. Sức kháng mũi cọc Qp

Sức khángđơn vị mũi cọc trong đất sét bão hòa qp xác định như sau: qp = 9.Su
Trong đó:
Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa), Su = cuu
Mũi cọc đặt tại lớp 3 có: Su = 48,9KN/m 2 = 0,0489Mpa
=> Qp = Apqp = 4502.9.0,0489 = 89120N
Vậy Sức kháng nén dọc trục theo đất nền:
Qr = ϕqp .Q p + ϕ qs .Qs = 906, 24 + 89,12.0,56 = 1010,15 kN
Sức kháng dọc trục của cọc đơn Ptt
Sức kháng dọc trục của cọc đơn được xác đinh như sau:
Ptt = Min ( Pr ; Qr ) = (3614,37;1010,15) = 1010,15kN

IV. XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG CỌC VÀ BỐ TRÍ CỌC
4.1 Số lượng cọc được xác định như sau:

n = β.

N
Ptt

Trong đó: N : Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐ (kN).
Ptt : Sức kháng dọc trục của cọc đơn (kN).
n = 1, 2.

14577,54
= 19, 49
897, 6542

Chọn n =40 cọc.
4.2 Bố trí cọc trong móng
α. Bố trí cọc trên mặt bằng
Tiêu chuẩn 22TCN 272 – 05 quy định:
• Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tới mép gần nhất của móng phải
lớn hơn 225mm.
• Khoảng cách tim đến tim các cọc không được nhỏ hơn 750mm hoặc 2.5 lần
đường kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn.
Đào Văn Công

16


Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật


Với n = 40 cọc được bố trí theo dạng lưới ô vuông trên mặt bằng và được bố trí thẳng
đứng trên mặt đứng, với các thông số :
0
Số hàng cọc theo phương dọc cầu là 5. Khoảng cách tìm các hàng cọc theo
phương dọc cầu là 1200 mm.
1
Số hàng cọc theo phương ngang cầu là 8. Khoảng cách tim các hàng cọc theo
phương ngang cầu là 1200 mm.
2
Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả hai phương dọc cầu và
ngang cầu là 500 mm.

Y
940
7x120

50

50

P11

P16

P21

P26

P31


P36

P2

P7

P12

P17

P22

P27

P32

P37

P3

P8

P13

P18

P23

P28


P33

P38

P4

P9

P14

P19

P24

P29

P34

P39

P5

P10

P15

P20

P25


P30

P35

P40

580
4x120

P6

50

P1

x

50

Hình 18- Bố trí mặt bằng cọc trong móng
a. Tính thể tích bệ.
Với 24cọc bố trí như hình vẽ, ta có các kích bệ là: 5800mm . 9400mm.
Trong đó : a = 5800mm.
b = 9400mm.
Thể tích bệ là: Vb = 5800.9400.2000 = 109.109mm3 = 109 m3.
4.3 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ
α. Trạng thái giới hạn sử dụng
Tải trọng thẳng đứng:

N 2SD = N1SD + (γ bt − γ n ).Vb


= 10150,4+ (24,5 – 9,81).109 = 11751,61 kN.
Tải trọng ngang:
SD
H SD
2 = H 1 = 120,00 kN.

Đào Văn Công

17


Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Mômen
M 2SD = M 1SD + H1SD .H b = 1262 + 120.2 = 1502 kN.m

a. Trạng thái giới hạn cường độ
Tải trọng thẳng đứng:
N 2CĐ = N1CĐ + (1, 25.γ bt − γ n ).Vb

= 14577.54 + (1.25x24.5 - 9.81).109= 16846,38 kN
Tải trọng ngang:
H C2 § = H 1C § = 210KN.
Mômen
M C2 § = M 1C § + H 1C § xH b = 2208,5 + 210.x2 = 2628,5 kN.m
TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN ĐÁY BỆ
Bảng 8- Bảng tổng hợp tác dụng lên đáy bệ

Tải trọng
Tải trọng thẳng đứng
Tải trọng ngang
Mômen

Đơn vị
kN
kN
kN.m

TTGHSD
11751,61
120
1502

TTGHCĐ
16846,38
210
2628,5

V. KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ I
5.1 Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn
α. Tính nội lực tác dụng lên đầu cọc

Bảng 9- Nội lực tác dụng lên đầu cọc
Đào Văn Công

18



Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

a. Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn
Đào Văn Công

19


Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn: Nmax + ∆N ≤ Ptt
Trong đó:
Ptt
: Sức kháng tính toán chịu nén của cọc đơn
Nmax : Nội lực tác dụng lớn nhất lên một cọc, Nmax = 478,7799kN.
∆N : Trọng lượng bản thân cọc
Ta có: ∆N = 0,45 . 0,45 32 .( 24,5-9,81)= 95,19 KN
Kiểm toán: Nmax + ∆N = 478,7799 + 95,19 = 573,9699 kN ≤ Ptt = 1010,15kN => Đạt
5.2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc
Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc : Vc ≤ Q R = ϕg Q g
Trong đó :
VC
: Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số. VC = 16846,38 (kN)
QR
: Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc
ϕg : Các hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc. Ta có: ϕ g = 0, 65

Qg : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc, được xác định như sau
Với đất dính
Qg
= min{hxTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn; sức kháng trụ tương
đương}
= min{ Qg1 ; Qg 2 }
Ta có:
Cao độ mặt đất sau xói là : -2,1 m
Cao độ đáy bệ là
: -1 m
Do vậy sau khi xói lở, đáy bệ không tiếp xúc chặt chẽ với đất, đất trên bề mặt là
mềm yếu, khi đó khả năng chịu tải riêng rẽ của từng cọc phải được nhân với hệ số hữu
hiệu, lấy như sau :
η = 0,65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2.5 lần đường kính
η = 1,00 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đường kính
Mà khoảng cách tim đến tim bằng
suy η :
η = 0, 65 +

Đào Văn Công

1200
= 2, 67 lần đường kính cọc do đó ta nội
450

1, 2 − 2,5d
1, 2 − 2,5.0, 45
( 1 − 0, 65) = 0, 65 +
( 1 − 0, 65 ) = 0, 653
6d − 2,5d

6.0, 45 − 2,5.0, 45

20


Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Hình 20- Bố trí cọc
Xác định Qg1
Như đã xác định ở trên, sức kháng thân cọc danh định Qs =11714,716 kN
Sức kháng mũi cọc danh định Qp = 89,120kN
Vậy, tổng sức kháng tính toán dọc trục của nhóm cọc trong đất sét:
Qg1 = n.(Qs + Qp) .η = 40.( 1714,716+ 89,120).0,653= 47116,2 k
Xác định Qg2
Sức kháng đỡ của phá hoại khối được xác theo công thức:
Qg2 = ( 2 X + 2 Y ) Z S u + XYN C S u

Trong đó :
X : Chiều rộng của nhóm cọc X = 5,25 m
Y : Chiều dài của nhóm cọc Y = 8,85 m
NC : Hệ số phụ thuộc tỷ số Z/X
Z : Chiều sâu của khối đất dưới bệ cọc,
Z = (-2,1) – (-32) = 29,9m
Ta có:

Z 29,9
=
= 5, 69 ≥ 2.5

X 5, 25



Do đó: N c = 7,5 1 +

0, 2. X
Y

 0, 2.5, 25 

= 8, 4
÷ = 7.5  1 +
8,85 ÷




S u : Cường độ chịu cắt không thoát nước trung bình dọc theo chiều sâu của cọc
Su =

0.0157.3, 2 + 0.0347.15, 4 + 0.0489.11,3
= 0.038MPa
3, 2 + 15, 4 + 11,3

Đào Văn Công

21



Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Su : Cường độ chịu cắt không thoát nước tại đáy móng(Mpa). Su = 0.0489 Mpa
=> Qg2 = (2.5250+2.8850)x29800.0,038 + 5250.8850.8,4.0,0489
= 51018617 = 51019 kN
Vậy, Qg= min{Qg1; Qg2} = min {47116,2; 51019} = 47116,2 kN
Sức kháng dọc trục của nhóm cọc:
Qr = ϕg .Qg = 0.65.47116, 2 = 30625, 53kN > Vc = 16846,38kN => Đạt
5.3 Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng
α. Xác định độ lún ổn định
Xác định vị trí móng tương đương
Với mục đích tính toán độ lún của nhóm cọc, tải trọng được giả định tác động lên
móng tương đương đặt tại 2/3 độ sâu chôn cọc vào lớp đất chịu lực ( 2D b/3 ) .Tải trọng
phân bố theo đường 2:1 theo móng tương đương như hình vẽ.
Từ điều kiện địa chất đề ra ta có nhóm cọc đặt trong nền đất dính có
Db = 29900mm. Móng tương đương nằm trong lớp đất 3và cách đỉnh lớp một khoảng
2
Db = 19933mm = 19,93 m
3

Cao độ móng tương đương là : -22,03
Ta đi tính lún cho các lớp đất từ đáy móng tương đương trở xuống
Xác định chiều dày các lớp đất tính lún
Chuyển tải trọng về giữa các lớp đất
Xác định ứng suất có hiệu từ mặt đất đến trọng tâm các lớp đất tính lún

Đào Văn Công


22


Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

Hình 21- Sơ đồ nún
Ứng suất có hiệu do trọng lượng bản thân các lớp đất theo chiều sâu được xác định
theo công thức :
n

σ = Σ γ dni .hi
'
0

i =1

Trong đó :

γ dni = γ i − γ n : Trọng lượng đẩy nổi của lớp đất thứ i
γ i : Trọng lượng riêng của lớp đất thứ i
γ n : Trọng lượng riêng nước γ n = 9,81( kN / m 3 ) .
Do đó ứng suất có hiệu tại giữa các lớp đất tính lún là :
- Lớp tính lún :
+ Lớp 1 :
Đào Văn Công

23



Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

σ1' = ( 16,37 − 9,81) × 3, 2 + (19,17 − 9,81) × 15.4 + (19,9 − 9,81) × 5,985 = 225,5(kN)
Xác định sự gia tăng ứng suất do tải trọng ở TTGHSD gây ra
Độ tăng ứng suất có hiệu tại giữa lớp đất tính lún do tải trọng ở trạng thái sử dụng gây
ra được xác định theo công thức sau :
∆σ z =

V

( Bg + zi ) . ( Lg + zi )

Trong đó : ∆σ ' : Độ tăng ứng suất có hiệu tại giữa lớp đất do tải trọng ngoài gây ra.
V : Tải trọng thẳng đứng theo TTGHSD V =11590,02 (kN).
Bg : Chiều rộng trên mặt bằng của nhóm cọc (Khoảng cách 2 mép cọc ngoài cùng)
Lg : Chiều dài trên mặt bằng của nhóm cọc (Khoảng cách 2 mép cọc ngoài cùng).
Zi : Khoảng cách từ vị trí 2Db/3 đến trọng tâm lớp đất cần tính.
Từ các tính toán ở trên ta có :
+ Bg = 4.1,2+0,45 = 5,25 (m)
+ Lg = 7.1,2+0,45 = 8,85(m)
- Lớp đất tính lún 1 có Z1 =

34 − 22,03
= 5,985(m)
2

Độ tăng ứng suất có hiệu tại các lớp đất

∆ σ ' z1 =

11751, 61
= 70.5 (kN/m2)
(5, 25 + 5,985) × (8,85 + 5,985)

Xác định độ lún
'
So sánh các giá trị σ 0' và σ p :
Độ lún của lớp đất được tính bằng công thức sau:
 Hc  
σ 'p
σ 'f 
'
'
σ
S
=
C
log
+
C
log
Nếu p > σ 0 => Đất quá cố kết: c 

  cr
c
σ 0'
σ 'p 
 ( 1 + e0 )  

Đất quá cố kết chia ra làm 2 trường hợp:
+ Đất cố kết nặng: σ 0′ + ∆σ < σ ′p
⇒ Sc =

σ ′ + ∆σ
Cr
.H c .lg( 0
)
1 + e0
σ 0′

+ Đất cố kết nhẹ: σ 0′ < σ ′p < σ 0′ + ∆σ
⇒ Sc =

 σ ′ + ∆σ
Cc
.H c .lg  0
 σ′
1 + e0
p


 Cr
σ′ 
+
.H c .lg  p ÷
÷
÷ 1+ e
0
 σ 0′ 



'
Nếu σ p = σ 0' => Đất cố kết bình thường:

Đào Văn Công

24


Thiết kế môn học nền và móng

Bộ môn Địa Kỹ Thuật

 Hc  
σ 'f  CC
 σ 'o + ∆σ z 
Sc = 
.H c .log 
 Cc log '  =
÷
'
σ p  1 + eo
 σo

 ( 1 + e0 )  
 Hc  
σ 'f 
'
'

σ
S
=
C
log
σ
Nếu p < 0 => Đất chưa cố kết hoàn toàn: c 

 c
σ 'pc 
 ( 1 + e0 )  

Trong đó: H c : Chiều cao của lớp đất chịu nén.
e0 : Tỷ số rỗng tại ứng suất thẳng đứng hữu hiệu ban đầu.
Ccr : Chỉ số nén ép lại.
Cc : Chỉ số nén ép.
Cr :Chỉ số nén lại

σ 0' : Ứng suất có hiệu từ mặt đất đến trọng tâm các lớp đất tính lún.
σ 'p : Áp lực tiền cố kết.
σ 'f : Ứng suất hữu hiệu thẳng đứng cuối cùng tại điểm giữa lớp đất

đang xét.
σ 'pc : Ứng suất hữu hiệu thẳng đứng không bao gồm ứng suất tang them

do tải trọng của móng tại điểm giữa lớp đất đang xét.
Ta có:
σ 'p = 356(kN / m 2 ) > σ 01' = 225,5(kN / m 2 )
Lớp 1: 
′ + ∆σ z1 < σ ′p ↔ 296(kN / m 2 ) < 356( kN / m 2 )

σ 01

⇒ Lớp đất tính lún là đất quá cố kết và là đất cố kết nặng:
 σ ′ + ∆σ 
C
⇒ Sc = r .H c .lg  0
÷
1 + e0
 σ 0′ 

Lập bảng tính toán:
Bảng 10- Bảng tính độ nún
Tên
lớp

Chiều
dày lớp
đất

Chỉ
số
nén

Chỉ số
nén
lại

(m)

3


Áp
lực
tiền
cố
kết

Hệ số
rỗng
ban
đầu

Ứng suất
có hiệu do
trọng
lượng đất
gây ra

Ứng suất
có hiệu do
tải trọng
ngoài gây
ra

Ứng suất
thẳng đứng
cuối cùng
hữu hiệu

Độ lún cố

kết của
lớp thứ i

∆σ

σ 'f

Sci

HC

Cc

Cr

σ 'p

eo

σ o'

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)


(6)

11,97

0,22

0,028

356

0,7

225,5

(7)
70.5

(m)

(8)=(6)+(7)
296

0,0233

Độ lún của móng

Đào Văn Công

0,0233


25