TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỘT TRỤ

ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
PHẦN 3: TÍNH TOÁN , THIẾT KẾ MÓNG
CỌC BTCT
I. Dữ liệu tính toán móng cọc BTCT:
- Số liệu tải trọng: N
tt
=4130(KN), M
tt
=70(KN), Q
tt
=40(KN)
N
tc
=3591(KN), M
tc
=61(KN), Q
tc
=45(KN)
- Vật liệu làm móng:
+ Bê tông: B25(M350)
Cường độ chòu nén: R
b
=14.5(MPa)=14500(KN/m
2
)
Cường độ chòu kéo: R
bt
=1.05(MPa)
Modun đàn hồi: E
b
=30x10

3
(MPa)
Hệ số poison: µ=0.2
SVTH: TRẦN  - 1 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ

bt
γ
=
KN/m
3
),

tb
γ
=
(KN/m
3
)
+Cốt thép:
Thép tròn AII (cốt dọc): R
s
=280(MPa), E
s
= 210
×
10
6
KN/m
2

- Đòa chất:
SVTH: TRẦN  - 2 - MSSV:80601775
Lp γ(ΚΝ/m
3
) γ'(KN/m
3
) c(KN/m
2
)
ϕ
2a 17.91 0 11.43 10
0
51'
2b 18.13 0 12.37 12
0
55'
3a 18.97 9.57 12.3 13
0
3b 19.63 10.19 30.97 16
0
2'
4a 19.21 10.19 17.82 24
0
22'
4b 19.37 9.88 14.85 25
0
59'
5 20.28 10.52 55.3 16
0
35'

ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
II. Tính toán thiết kế móng cọc:
1. Chọn kích thước sơ bộ:
Tiết diện cọc: 30(cm)x 30(cm)
Chiều dài cọc: L= 12(m), l = L - x = 12 - 0.5 =11.5(m) gồm 2 đoạn cọc mỗi đoạn dài
6(m)
Chọn thép trong cọc là 4φ18 với F
a
=1018(mm
2
)=10.18(cm
2
)
Chọn chiều sâu đài D
f
=1.5(m) (vò trí HK2 , độ sâu MNN là -4.0m)
2. Tính sức chòu tải của cọc P
c
:
a. Theo vật liệu làm cọc:
Ta có:
( )
a b b a a
Q R A R A
ϕ
= +
SVTH: TRẦN  - 3 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ



   
 


   
ν
λ
ϕ λ λ
= − = − =
× ×
= = =
= − − =
b p s
A A A cm
l
r

( )
( )

     
 
ϕ
−
→ = +
= × × + × ×
=
a b b a a
Q R A R A
KN

b. Theo điều kiện đất nền:
*Theo chỉ tiêu cơ học:
Ta có:
p
s
a
s p
Q
Q
Q
FS FS
= +
+Thành phần chòu tải do ma sát xung quanh cọc
s
Q
:

∑
=
sisis
fAQ
SVTH: TRẦN  - 4 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
Với :

si ai si vi ai
f c k tg
σ ϕ
= +

( )

  

ϕ
σ γ
= Ω× = ×
= −
= ×
si i i
si ai
i
vi i
A h d h
k
h
Lớp
 
i
h m
ai
c
(KN/m
2
)
ai
ϕ

vi
σ

(KN/m
2
)
si
k
si
A
(m
2
)
si
f
(KN/m
2
)
si
Q
(KN)
2a 1 11.43 10
0
51' 17.91 1.2 15.34 18.41 1.2
2b 1.8 12.37 12
0
55' 32.634 2.16 20.50 44.29 2.16
3b 1.2 30.97 16
0
2' 12.228 1.44 34.53 49.72 1.44
4a 1 17.82 24
0
22' 10.19 1.2 21.61 25.94 1.2

4b 3.5 14.85 25
0
59' 34.58 4.2 28.11 118.08 4.2
5 3 55.3 16
0
35' 31.56 3.6 64.70 232.94 3.6
Tổng Q
s
=489.38(KN)
SVTH: TRẦN  - 5 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
+Thành phần sức chòu mũi của đất dưới mũi cọc
p
Q
:
Dùng theo phương pháp Terzaghi:
Cọc đặt vào lớp đất 5 có:
c=55.3(KN/m
2
), γ’=10.52(KN/m
3
)
ϕ=16
0
35’⇒N
c
=12, N
q
=4.71, N
γ

=2.965
A
p
=0.3
2
(m
2
)
q
p
=1.3cN
c
+γhN
q
+0.4γdN
γ
= 1.3x55.3x12+10.52x13x4.71+0.4x10.52x0.3x2.965
=1510.56(KN/m
2
)
Khi đó:

   
= = × =
p p p
Q A q KN
Vậy: sức chòu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học:
 
 
   

= + = + =
p
s
a
Q
Q
Q KN
SVTH: TRẦN  - 6 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
(với
s
FS
= 2 ;
p
FS
= 3 )
*Theo chỉ tiêu vật lý:
( )
(cơ lý)
R p p f si i
a
tc
m q A u m f l
Q
k
+
=
∑
Giả thiết bố trí 6-10 cọc =>


=
tc
k
Hệ số điều kiện làm việc của cọc ở dưới mũi cọc
1.1
R
m
=
(hạ cọc bằng ép cọc)
Hệ số điều kiện làm việc của cọc ở mặt bên cọc

=
f
m
(hạ cọc bằng ép cọc)
Sức chòu tải đơn vò diện tích của đất ở mũi cọc :
2
1510.56( / )
p
q KN m=
(Do đất ở mũi cọc (ở độ sâu 21.4m) là đất cát mòn trạng thái chặt vừa)
Chu vi cọc
4 0.3 1.2( )u m
= × =
SVTH: TRẦN  - 7 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
Xác đònh lực ma sát bên của cọc (chia mỗi lớp đất dày 1m):
*Theo chỉ tiêu vật lý:
( )
(cơ lý)

R p p f si i
a
tc
m q A u m f l
Q
k
+
=
∑
Giả thiết bố trí 6-10 cọc =>
=
tc
k
Hệ số điều kiện làm việc của cọc ở dưới mũi cọc
1.1
R
m =
(hạ cọc bằng ép cọc)
Hệ số điều kiện làm việc của cọc ở mặt bên cọc

=
f
m
(hạ cọc bằng ép cọc)
Sức chòu tải đơn vò diện tích của đất ở mũi cọc :
2
1510.56( / )
p
q KN m
=

(Do đất ở mũi cọc (ở độ sâu 21.4m) là đất cát mòn trạng thái chặt vừa)
SVTH: TRẦN  - 8 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
Chu vi cọc
4 0.3 1.2( )u m
= × =
Xác đònh lực ma sát bên của cọc (chia mỗi lớp đất dày 1m):
c/ Theo thí nghiệm SPT :
Chiều sâu
(m)
1.5-2.0 3.0-3.5 5.0-5.5 7.0-7.5 9.0-9.5 12-12.5 14.5-15
Loại đất
Sét pha
nhiều
cát
Sét pha
nhiều
cát
Sét pha cát
lẫn sỏi sạn
laterite
Cát vừa lẫn
bột và ít sỏi
sạn
Sét vừa
lẫn bột và
ít sạn
Sét lẫn
bột
Sét lẫn

bột
N(SPT) 4 5 10 13 38 44 42
Sức chòu tải cho phép của cọc trong đất dính và đất rời(theo TCVN 195-1997) :
( )
  
a p c c s s p s
Q N A N L N L W
−
= + + Ω−
SVTH: TRẦN  - 9 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
-
N
=
44: Chỉ số SPT xuyên động trung bình của đất trong khoảng d dưới mũi cọc
và 4d trên mũi cọc:
- Chu vi cọc :
   m
Ω = × =
- A
p
=0.09(m
2
): diện tích tiết diện mũi cọc
- N
c
=13: giá trò trung bình SPT lớp đất rời
- N
s
=(4+5+10+38+44+42): 6=23.83

- L
c
=3.5(m): chiều dài mũi cọc nằm trong lớp đất rời
- L
s
=8(m): chiều dài cọc nằm trong lớp đất dính
- W
p-s
(T): Hiệu số giữa trọng lượng cọc và trọng lượng đất bò cọc thay thế
SVTH: TRẦN  - 10 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
( )

γ γ
−
= −
∑
p s p c bt i i
W A L h
( )
              
   
−
= × − − × − × − × − × −
= =
p s
W x x
KN T
Vậy:
            = × × + × × + × × × − =

a
Q T
= 1111.64 (KN)
Chọn
  
= =
aTK
Q KN
3. Chọn số lượng cọc và bố trí cọc :
Số lượng cọc sơ bộ:
SVTH: TRẦN  - 11 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ

 

β
= = × =
∑
tt
c
N
n
P

  
β
= ÷

=> chọn n = 9 (cọc)
Diện tích sơ bộ của cột: Chọn B25 có R

b
= 14500 (KN/m
2
)



 

β
= = × =
tt
b
N
F m
R
  
β
= ÷

=> chọn cột vuông F = 60cm
×
60cm
Kích thước đài cọc: B
×
L = 3m
×
3m
- Khoảng cách giữa các cọc là 4d=1.2m
- Cấu tạo đài có mép đài cách mép cọc ngoài là 150mm

SVTH: TRẦN  - 12 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
SVTH: TRẦN  - 13 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
Kiểm tra sức chòu tải của cọc (lưc tác dụng lên cọc) :
Ngoại lực quy đổi về tâm đài móng :
( )

    
γ
= + = + × × =
∑
tt
tt
d tb f
N N F D KN
    = + = + × =
∑
tt
tt tt
y x d
y
M M H h KNm
Phản lực đầu cọc lớn nhất ở cọc 5 và nhỏ nhất ở cọc 1; 2 :
!" !" !"
 

 
 
   

   
= + +
= + × +
×
= < =
∑
∑ ∑
∑ ∑
tt
tt tt
y
x
tt
m m
i i
a
M
N M
P x y
n x y
KN Q KN

 !" !"
 

 
 
   
  
= − −

= − × −
×
= >
∑
∑ ∑
∑ ∑
tt
tt tt
y
x
tt
m m
i i
M
N M
P x y
n x y
KN

Kiểm tra sức chòu tải của cọc làm việc trong nhóm :
SVTH: TRẦN  - 14 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
Hệ số nhóm
η
:

1
n
: số hàng cọc (= 3 )

1
n
: số cọc trong 1 hàng (= 3 )

( ) ( )
1 2 2 1
1 2
0
1 1
1 0.792
90
0.3
14 2'10''
1.2
n n n n
n n
d
arctg arctg
s
η θ
θ
 
− + −
 ÷
= − =
 ÷
 
   
= = =
 ÷  ÷

   
Ta có:
nh
P
=
η
×
c c
n P×
=0.792
×
9
×
748.21=5333.24(KN)

( )
#
= + =
∑
tt
tt
N N Q KN
Suy ra :
nh
P
>
∑
tt
N
(thỏa)

SVTH: TRẦN  - 15 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
Kiểm tra ứng suất dưới mũi cọc (móng khối qui ước):
( )
                 
 
     
 
 
 
ϕ
ϕ
ϕ
α
× + × + × + × + × + ×
= = =
+ + + + +
= = =
∑
∑
o o o o o o
i i
o
tb
i
o
o
tb
l
l

Kích thước móng qui ước :

           
           
α
α
= − × + × × = − × + × × =
= − × + × × = − × + × × =
o
qu o
o
qu o
B B y h tg tg m
L L x h tg tg m
Vậy:

   
= × = × =
qu qu qu
F B L m
SVTH: TRẦN  - 16 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ

$
$

$
    
             
 

 % 
 
     
ϕ
γ γ
γ
γ γ
= ⇒ = = =
+
=
+
× + × + × + × + × + × + ×
=
+
=
⇒ = + + +
= × × + × +
∑
∑
o
i i f
II
i f
II qu II o f II II
A B D
h D
h D
KN m
R AB B h D Dc


     % 
× + × =
KN m
SVTH: TRẦN  - 17 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
Ngoại lực quy về tâm khối móng qui ước:
( )
( )
( )
( )
 
 
             
    
γ γ γ
= + + + + −
= + × × + + × + × × × − =
= + × = + × =
∑ ∑
∑
tc tc
qu qu i f d d c c bt
tc tc tc
d
N N F h D F h nF h
KN
M M H h KNm
Ta có:
SVTH: TRẦN  - 18 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ

 
 
!"
 
!"


 %   % 
 
 
 %    % 
 
 




σ
σ
σ
= = = < =
×
= + = + = < =
×
×
= − =
∑
∑ ∑
∑ ∑
tc

qu
tb II
qu qu
tc tc
qu qu
II
qu qu
qu qu
tc tc
qu qu
qu qu
qu qu
N
KN m R KN m
B L
N M
KN m R KN m
B L
B L
N M
B L
B L


 
 %  
 
 

− = >

×
×
KN m
Vậy: Đất nền dưới mũi cọc thoả mãn điều kiện ổn đònh
6. Kiểm tra độ lún của móng cọc (độ lún của đất nền dưới mũi cọc)
p lực gây lún:
SVTH: TRẦN  - 19 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ

                
 % 
σ σ γ γ
= − + = − × + × + × + × + × + × + ×
=
∑
gl tb i i f
h D
KN m
Chọn bề dày lớp phân tố là m
i
P
=
tb
σ
ứng suất trung bình lúc đầu lớp thứ i
i
P
=
i
P

+
tb
σ
ứng suất trung bình lúc sau lớp thứ i
Sau đó dựa vào thí nghiệm nén cố kết ta tính lún như sau:

 
 


n n
i i
i
i i
i
e e
S S h
e
= =
−
= = ×
+
∑ ∑
*Kết quả nén cố kết :
Lấy số liệu thí nghiệm nén cố kết của để tính lún.
SVTH: TRẦN  - 20 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
Bảng tính lún móng cọc với B
qu
=4.61(m)

Lớp Điểm z
qu
z
B
k
o
σ
z
(KN/m
2
)
σ
bt
(KN/m
2
)
P
1i
(KN/m
2
)
P
2i
(KN/m
2
)
e
1i
e
2i

S
i
(m)
1
0 0 0 1 174.86 26.856
37.629 202.843 0.800 0.759 0.0275
1 1.2 0.260 0.890 155.569 48.401
SVTH: TRẦN  - 21 - MSSV:80601775
Kết quả thí nghiệm nén
p lực P (KN/m
2
) 0 25 50 100 200 400 800 Mẫu 2-3
Độ rổng e 0.846 0.82 0.795 0.764 0.729 0.686 0.631 (3-3.5m)
p lực P (KN/m
2
) 0 25 50 100 200 400 800 Mẫu 2-7
Độ rổng e 0.691 0.671 0.659 0.641 0.619 0.593 0.563 (7-7.5m)
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
2 35.079 94.813 0.800 0.785 0.0099
2 2.4 0.521 0.683 119.468 70.157
3 42.481 88.105 0.798 0.787 0.0076
3 3.6 0.781 0.522 91.248 84.961
4 53.624 85.988 0.796 0.788 0.0054
4 4.8 1.041 0.370 64.729 107.247
5 59.318 82.943 0.658 0.655 0.0025
5 6 1.302 0.270 47.250 118.635
6 65.133 81.230 0.657 0.655 0.0017
6 7.2 1.562 0.184 32.193 130.266
7 66.597 79.052 0.657 0.655 0.0013
7 8.4 1.822 0.142 24.911 133.194

8 72.453 82.016 0.656 0.655 0.001
8 9.6 2.082 0.109 19.127 144.906
9 78.309 86.598 0.655 0.654 0.0009
9 10.8 2.343 0.095 16.578 156.618
10 84.165 91.180 0.654 0.653 0.0007
SVTH: TRẦN  - 22 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
10 12 2.603 0.080 14.029 168.330
S=0.059(m)=5.9(cm)
Vậy: Thỏa điều kiện về độ lún vì S=5.9(cm)≤ 8(cm)
7. Kiểm tra xuyên thủng cọc:
Bêtông B25 có R
bt
= 10500 (KN/m
2
)
Theo điều kiện xuyên thủng:
≤
xt cx
P P
Mà:
( )


= × +
xt od od
S h b h

   
 

  
γ
+
+ × ×
= = = =
∑
tt tb
tt
f d
tb
c
N D F
N
P KN
⇒P
xt
=9P
c
tb
=4426.92(KN)
⇒P
cx
=0.75R
bt
×
S
xt
=0.75×10500×(4×1.1×(0.6+1.1))=58905(KN)
Chọn
od

h
= 1.1(m) và lớp bảo vêä a= 0.1(m) =>
d
h
=1.2(m)
Vậy: Thỏa điều kiện xuyên thủng
SVTH: TRẦN  - 23 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
8. Kiểm tra sức chòu tải ngang của cọc:
Nội lực dọc theo cọc:
Do cạnh của cọc: d
c
= 0.3(m )&0.8(m)
Nên bềà rộng quy ước của cọc là: b
c
= 1.5d
c
+ 0.5 =(1.5
×
0.3) + 0.5 = 0.95(m)
Với B25 có: E = 30
×
10
6
(KN/m
2
) ; I=
 
 
 

   
 
b h
m
−
× ×
= = ×
Với K
i
là giá trò hệ số nền của từng lớp đất tương ứng(tra bảng 4.1/243)
z lớp Loại đất I
L
e
K
i
1 2a sét á cát mềm 0.78 434
1.8 2b sét á cát dẻo mềm 0.6 320
1.2 3b sét á sét cứng <0 650
1 4a cát á sét cứng <0 650
SVTH: TRẦN  - 24 - MSSV:80601775
ĐỒ ÁN NỀN-MÓNG GVHD: TRẦN XUÂN THỌ
3.5 4b cát hạt trung 0.57 540
3 5 sét á cát cứng <0 1050

4 4
434 1 320 1.8 650 1.2 650 1 540 3.5 1050 3
1 1.8 1.2 1 3.5 3
650.4( / ) 6504( / )
i i
i

K h
K
h
T m KN m
=
× + × + × + × + × + ×
=
+ + + + +
= =
∑
∑
Hệ số biến dạng :
bd
α
=


EI
bK
c
=

 
 
   
−
×
=
× × ×
0.79 (m

-1
)
Chiều dài cọc được tính quy đổi: l
e
=
bd
α
l = 0.79
×
11.5 = 9.1( m)
Do l
e
'
⇒
Tra bảng 4.2 có : A
o
= 2.441 ; B
o
= 1.621 ; C
o
= 1.751
Các chuyển vò của cọc tại cao trình mặt đất do các ứng lực đơn vò gây ra:
SVTH: TRẦN  - 25 - MSSV:80601775