Thiết kế môn học nền móng cao độ âm 40m 4 lớp đất SV PHAN XUÂN HIẾU

ThiÕt kÕ m«n häc nÒn vµ mãng Bé m«n §Þa - kü thuËt
Thiết kế môn học
Nền Móng
cao độ âm 40m 4 lớp đất
SV PHAN XUÂN HIẾU
Phan Xuân Hiếu
1
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Mục lục
PHầN I
Báo cáo khảo sát địa chất công trình
I. Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất 3
II. Nhận xét và kiến nghị . 4
PHầN II
Thiết kế kĩ thuật
I. Lựa chọn kích thớc công trình 6
1.1. Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc 6
1.2. Chọn kích thớc cọc và cao độ mũi cọc 7
II. Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế 8
2.1. Trọng lợng bản thân trụ 8
2.1.1. Tính chiều cao thân trụ. .8
2.1.2. Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc) 8
2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nớc (không kể bệ cọc) 8
2.2. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN 9
2.2.1. Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHSD 9
2.2.2. Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHCĐ 9
III. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc10
3.1. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P
R
10
3.2. Sức kháng nén dọc trục theo đất nền Q

R
11
3.2.1. Sức kháng thân cọc Q
s
12
3.2.2. Sức kháng mũi cọc Q
p
14
3.3. Sức kháng dọc trục của cọc đơn 16
IV. chọn số lợng cọc và bố trí cọc trong móng 16
4.1. Tính số lợng cọc 16
4.2. Bố trí cọc trong móng 16
4.2.1. Bố trí cọc trên mặt bằng 16
4.2.2. Tính thể tích bệ 17
4.3. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ 17
4.3.1. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD 17
4.3.2. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHCĐ 17
V. kiểm toán theo Trạng thái giới hạn cờng độ I 18
5.1. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 18
Phan Xuõn Hiu
2
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
5.1.1. Tính nội lực tác dụng đầu cọc 18
5.1.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn 18
5.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc 18
5.2.1. Với đất dính 18
5.2.2. Với đất rời 22
VI. kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng 22
6.1.Xác định độ lún ổn định .22
6.2. Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc 25

VII. cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc 26
7.1. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 26
7.1.1. Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc 26
7.1.2. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 27
7.2. Bố trí cốt thép đai cho cọc 30
7.3. Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc 30
7.4. Lới cốt thép đầu cọc 30
7.5. Vành đai thép đầu cọc 30
7.6. Cốt thép móc cẩu 31
VIII. mối nối thi công cọc 31
PHầN III
Bản vẽ

Phan Xuõn Hiu
3
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
PHầN I
Báo cáo khảo sát địa chất công trình
I. Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất
Các ký hiệu sử dụng trong tính toán:

: Trọng lợng riêng của đất tự nhiên (kN/m
3
)

s
: Trọng lợng riêng của hạt đất (kN/m
3

n

: Trọng lợng riêng của nớc (

n
=9.81kN/m
3
)
W : Độ ẩm (%)
W
L
: Giới hạn chảy (%)
W
p
: Giới hạn dẻo (%)
a : Hệ số nén (m
2
/kN)
k : Hệ số thấm (m/s)
n : Độ rỗng
e : Hệ số rỗng
S
r
: Độ bão
c : Lực dính đơn vị (kN/m
2
)

: Tỷ trọng của đất (độ)

: Tỷ trọng của đất
Tại lỗ khoan BH4, khoan xuống cao độ là - 40m, gặp 4 lớp đất nh sau:

Lớp 1:
Lớp 1 là lớp sét pha, có màu xám. Chiều dày của lớp xác định đợc ở
BH4 là 2.20m, cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là -2.20m. Chiều sâu
xói của lớp đất này là 2.20m. Lớp đất có độ ẩm W = 25.8%, độ bão hòa S
r
= 85.3.
Lớp đất ở trạng thái dẻo mềm, có độ sệt I
L
= 0.51.
Lớp 2:
Lớp 2 là lớp cát hạt nhỏ, phân bố dới lớp 1. Chiều dày của lớp là 9.00m,
cao độ mặt lớp là -2.20m, cao độ đáy là -11.20m.
Lớp 3:
Lớp thứ 3 gặp ở BH4 là lớp sét pha màu xám nâu, xám xanh, phân bố
dới lớp 2. Chiều dày của lớp là 4.30 m, cao độ mặt lớp là -11.20 m, cao độ
đáy lớp là -15.50m. Lớp đất có độ ẩm W = 20.6%, độ bão hòa S
r
= 80.9.
Lớp đất ở trạng thái dẻo cứng có độ sệt I
L
= 0.47.
Lớp 4:
Lớp thứ 4 là lớp cát hạt nhỏ, màu xám, kết cấu chặt vừa, phân bố dới
lớp 3. Chiều dày của lớp là 21.50 m, cao độ mặt lớp là -15.50m, cao độ đáy lớp
là -37.00m.
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, ta 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.
Phan Xuõn Hiu
4
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 trung bình, lớp 4 có trị số SPT và sức chịu
tải khá cao.
+ Lớp đất số 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 4 làm tầng
tựa cọc.
+ Nên để cho cọc ngập sâu vào lớp đất số 4 để tận dụng khả năng
chịu ma sat của cọc.
Phan Xuõn Hiu
5
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
PHầN II
Thiết kế kĩ thuật
Bố trí chung công trình
-2.00(CĐĐAB)
0.00(CĐĐB)
+2.0(MNTN)
+3.00(MNCN)
-2.20(MĐSX)
24 cọc BTCT 450 X 450
L = 28.00m
-27.00
0.00(CĐMĐ)
-27.00

Sét pha
-11.20
-15.50
Cát hạt nhỏ
Sét pha
Cát hạt nhỏ
+5.20(CĐĐT)
1
P
P
7
P
13
P
19
P
2
P
8
P
14
P
20
P
3
P
9
P
15
P

21
P
4
P
10
P
16
P
22
P
5
P
11
P
17
P
23
P
6
P
12
P
18
P
24
-2.00
-2.20(MĐSX)
D?c C?u
Ngang C?u
M?t B?ng C?c

M?t B?ng Tr?
Phan Xuõn Hiu
6
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
I. Lựa chọn kích thớc công trình
1.1. Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc
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 nớc giữa MNCN và MNTN là tơng đối cao. Xét cả điều kiện
mỹ quan trên sông, ta chọn các giá trị cao độ nh sau:
Cao độ đỉnh trụ chọn nh sau:
.m3.0
HMNTT
m1MNCN
max
tt







+
+
Trong đó:
MNCN: Mực nớc cao nhất, MNCN = 7.1 m
MNTT : Mực nớc thấp nhất, MNTT = 2.7 m
tt
H

: Chiều cao thông thuyền,
tt
H
khụng c xột.
Ta có: max(7,1+1 ; 3.5) - 0.3 = max(8.1 ; 3.5) - 0.3 = 7.8(m)
=> Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = +7.8 m
Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB)
Cao độ đỉnh bệ

MNTN - 2 m = 2.7- 2.0 = 0.7 (m)
=> Chọn cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = +2.0 m
Cao độ đáy bệ (CĐĐAB)
Cao độ đáy bệ = CĐĐB - H
b
H
b
: Chiều dày bệ móng (H
b
=
m2m5.1
ữ
). Chọn H
b
= 2 m
=> Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = 2.0 2.0 = 0.0 m
Vậy chọn các thông số thiết kế nh sau:
b=?
450
H
ttr

= ?
8060Hb = ?
800
MNTT
Cao độ đỉnh trụ
H
tt
H
ttr
= ?
150 25
a = ?
Hb = ?
a = ?
MNTN
b=?
170
60 80
120 2525
Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = +7.8 m
Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = +2.0 m
Cao độ đáy bệ là : CĐĐAB = 0.0m
Phan Xuõn Hiu
7
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Bề dầy bệ móng : H
b
= 2 m.
1.2. Chọn kích thớc cọc và cao độ mũi cọc
Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng

là lớn, địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 15.50m 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 thớc là 0.45x0.45m;
đợc đóng vào lớp số 4 là lớp cát hạt nhỏ, kết cấu chặt vừa. Cao độ mũi cọc
là -29.00m. Nh vậy cọc đợc đóng vào trong lớp đất số 4 có chiều dày là
13.50m.
Chiều dài của cọc (L
c
) đợc xác định nh sau:
L
c
= CĐĐB - H
b
- CĐMC
L
c
= 2.0 - 2.0 - (- 29.0) = 29 m.
Trong đó:
CĐĐB = +2.0 m : Cao độ đỉnh bệ.
H
b
= 2.00 m : Chiều dày bệ móng
CĐMC = -29.00m : Cao độ mũi cọc.
Kiểm tra:


60
45.0
27
==

d
L
c

vi iu kin:
( )
8030
=
d
L
c
=> Thoả mãn yêu cầu về độ mảnh.
Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: L = L
c
+ 1m = 29 + 1 = 30 m. Cọc đợc
tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 30 m = 10m + 10m + 10m.
Nh vậy mỗi cọc có chiều dài 10 m;10 m;10 m. Các đốt cọc sẽ đợc nối với
nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc.
II. Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế
2.1. Trọng lợng bản thân trụ
2.1.1. Tính chiều cao thân trụ
Chiều cao thân trụ H
tr
:
H
tr
= CĐĐT - CĐĐB - CDMT
H
tr
= 7.8 2.0 -1.4 = 4.4 m.

Trong đó:
Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = + 7.8 m
Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = + 2.0 m
Chiều dày mũ trụ : CDMT = 0.8 + 0.6 = 1.4 m
2.1.2. Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc)
Phan Xuõn Hiu
8
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
MNTN
MNCN
Cao độ đỉnh trụ
H
tt
V
1
V
2
V
3
V
3
V
2
V
1
Cao độ đáy dầm
MNTT
30
Thể tích trụ toàn phần V
tr

:
V
tr
= V
1
+ V
2
+ V
3

=
4.4)2,1.3,3
4
2,1.
(6,0.7,1.
2
)825,0.25.4(
8,0.7,1.8
2
++
++
+

= 10,88 + 6,63 + 22.4 = 39.91 m
3
2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nớc (không kể bệ cọc)
Thể tích trụ ngập nớc V
tn
:
V

tn
= S
tr
x (MNTN - CĐĐB)

)0.27.2).(2,1.3,3
4
2,1.
(
2
+=

tn
V

= 3.56 m
3


Trongđó:
MNTN = 2.7 m : Mực nớc thấp nhất
CĐĐB = 2.0 m : Cao độ đỉnh bệ
S
tr
: Diện tích mặt cắt ngang thân trụ (m
2
)
2.2. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN
Các tổ hợp tải trọng đề bài ra nh sau:
Tải trọng Đơn vị TTGHSD

o
t
N
- Tĩnh tảI thẳng đứng kN 5500
o
h
N
- Hoạt tảI thẳng đứng kN 4000
o
h
H
- Hoạt tảI nằm ngang kN 120

o
M
- Hoạt tải mômen KN.m 650
Phan Xuõn Hiu
9
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Hệ số tải trọng: Hoạt tải : n = 1.75
Tĩnh tải : n = 1.25

bt
= 24,50 kN/m
3
: Trọng lợng riêng của bê tông

n
= 9,81 kN/m
3

: Trọng lợng riêng của nớc
2.2.1. Tổ hợp tải trọng theo phơng ngang cầu ở TTGHSD
Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn ngang cầu:

tnntrbt
o
t
o
h
SD
1
xV)xVN(NN
++=
=4000 + (5500 + 24,50.39,91) 9.81x3,56 = 10442,87 kN
Tải trọng ngang tiêu chuẩn ngang cầu:

SD
1
H
= H
o
= 120 kN
Mômen tiêu chuẩn ngang cầu:
)BĐĐCTĐĐC(xHMM
o
h
oSD
1
+=
=650+120.(7.8-2.0)= 1346 kN.m

2.2.2. Tổ hợp tải trọng theo phơng ngang cầu ở TTGHCĐ
Tải trọng thẳng đứng tính toán ngang cầu
tnntrbt
o
t
o
h
ĐC
1
xV)xVN(x25.1xN75.1N ++=
= 1,75x4000 + 1,25x(5500 + 24,50x39,91) 9,81x3,56
= 15062,32 kN
Tải trọng ngang tính toán ngang cầu:

ĐC
1
H

= 1.75x
o
h
H

= 1.75x120 =210 kN.
Mômen tính toán ngang cầu:
)BĐĐCTĐĐC(xxH75.1xM75.1M
o
h
oĐC
1

+=
=1,75.650+1,75.120.(7.8-2.0)= 2355,5 kN.m
Tổ hợp tải trọng thiết kế tại Đỉnh Bệ
Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ
Tải trọng thẳng đứng kN 10442,87 15062,32
Tải trọng ngang kN 120 210
Mômen kN.m 1346 2355,5
III. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc
3.1. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P
R
Chọn vật liệu:
+ Cọc bê tông cốt thép, tiết diện của cọc hình vuông: 0.45m x
0.45m
Phan Xuõn Hiu
10
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
+ Bê tông có
'
c
f
= 28MPa
+ Thép ASTM A615, có
y
f
= 420 MPa
Bố trí cốt thép trong cọc :
+ Cốt chủ : Chọn 8#22, bố trí xuyên suốt chiều dài cọc.
+ Cốt đai : Chọn thép 8
2@175=350
450

50
450
2@175=350
50
50
50
Mặt cắt ngang cọc BTCT
Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu: P
R
Dùng cốt đai thờng, ta có: P
R
= xP
n
= x0.8x{0.85x
'
c
f
x(A
g
A
st
) +
f
y
xA
st
}
Trong đó:
: Hệ số sức kháng của bê tông, = 0.75
'

c
f
:
Cờng độ nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (
MPa)

y
f
:
Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép (
MPa).
A
g
: Diện tích mặt cắt nguyên của cọc, A
g
= 450x450 = 202500mm
2
A
st
: Diện tích cốt thép, A
st

= 8x387=3096mm
2
Vậy: P
R
= 0.75x0.8x{0.85x28x(202500-3096) + 420x3096}
= 3627681,12 N = 3627,68 KN .
3.2. Sức kháng nén dọc trục theo đất nền Q
R

Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: Q
R
=
sqspqp
QQ +
Phan Xuõn Hiu
11
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Với:
sss
A.qQ
=
;
ppp
A.qQ =
Trong đó: Q
p
: Sức kháng mũi cọc (MPa)
q
p
: Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa)
Q
s
: Sức kháng thân cọc (MPa)
q
s
: Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa)
A
p
: Diện tích mũi cọc (mm

2
)
A
s
: Diện tích bề mặt thân cọc (mm
2
)

qp

: Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc

qs

: Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc
vqs
7.0
=
trong đất sét với
8.0
v
=
ta có:
56.0
qs
=

vqs
45.0
=

trong đất cát với
8.0
v
=
ta có:
36.0
qs
=

vq
45.0 =
trong đất cát với
8.0
v
=
ta có:
36.0
q
=
3.2.1. Sức kháng thân cọc Q
s
Do thân cọc ngàm trong 4 lớp đất, có cả lớp đất dính và lớp đất rời,
nên ta tính Q
s
theo hai phơng pháp:
Đối với lớp đất cát: Tính theo phơng pháp SPT
Đối với lớp đất sét: Tính theo phơng pháp
Đối với lớp đất sét:
Theo phơng pháp , sức kháng đơn vị thân cọc q
s

nh sau:
us
Sq
=
Trong đó:
S
u
: Cờng độ kháng cắt không thoát nớc trung bình (Mpa), S
u
= C
uu
: Hệ số kết dính phụ thuộc vào S
u
và tỷ số
D
D
b
và hệ số dính đợc tra
bảng theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05.
Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định

của API nh sau :
- Nếu S
u


25 Kpa
0.1=

- Nếu 25 Kpa < S

u
< 75 Kpa







=
KPa50
KPa25S
5.01
u
- Nếu S
u


75 Kpa
5.0=
Lớp 1:
Ta có: S
u

= 23.4KN/m
2
= 23.4KPa = 0.0234 Mpa.
3.09,12,22,2 ===
xb
hD

Phan Xuõn Hiu
12
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
h
x
: Chiều sâu xói, h
x
= 1,9 m.
Tra sơ đồ 3 vi


3
2
45.0
3.0
==
D
D
b

Ta có:

=1
Tham khảo công thức xác định

của API ta có :
1Kpa25Kpa4.23S
u
=<=
Do đó ta lấy hệ số dính:

=1
Lớp 3 :
Ta có: S
u

= 30.8KN/m
2
= 30.8Kpa = 0.0308Mpa.
m3.4D
b
=
Tra s 1 cú :
0.120
0.110
==
==


DD
DD
b
b





9
86

45.0
3.4
D
D
b
==
=9.56 < 10

Ta cú :

=0,942
Do đó ta lấy hệ số dính:

=0,942
Tên lớp
Độ
sâu
(m)
Chiều
dày
(m)
Chu
vi
(m)
Cờng độ
kháng
cắt
S
u
(N/mm

2
)
Hệ số

q
S
(N/mm
2
)
Q
s
(N)
Lớp 1
2,2 0.3 1,8 0,0234 1,000 0,0234 12,636
Lớp 3
15,5 4,3 1,8 0,0308 0,942 0,029 224460
Đối với lớp đất cát: Sức kháng thân cọc Q
s
nh sau:
Q
s
= q
s
x A
s
và q
s
= 0.0019
N
Trong đó : A

s
: Diện tích bề mặt thân cọc (mm
2
)

N
: Số đếm búa SPT trung bình dọc theo thân cọc (búa/300mm)
Tên lớp
Chiều
dày
(m)
Chu
vi
(m)
Chỉ số
SPT
trung bình
(búa/300
m)
A
s
(mm)
q
S
(N/mm
2
)
Q
s
(N)

Lớp 2
1.2 1.8 9 2160000 0.0171 36936
3 1.8 6 5400000 0.0114 61560
3 1.8 4 5400000 0.0076 41040
2 1.8 8.5 3600000 0.01615 63954
Lớp 4
1.5 1.8 15 2700000 0.0152 41040
3 1.8 18.5 5400000 0.019 102600
3 1.8 20.5 5400000 0.0314 169560
2 1.8 21 3600000 0.0399 143640
Phan Xuõn Hiu
13
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
2 1.8 20.5 3600000 0.0391 140760
2 1.8 20.5 3600000 0.0391 140760
Vậy sức kháng thân cọc nh sau:
Lớp
qs
Q
(N)
Hệ số sức
kháng
qs

qsqs
Q

(N)
1
8424 0.56 4717,44

2 203490
0.36 73256.4
3
224460 0.56 125809.6
4 738360
0.36 265809.6
Tổng 469481.04
3.2.2. Sức kháng mũi cọc Q
p
Sức kháng mũi cọc Q
p
: Q
p
= q
p
x A
p

và
l
bcorr
p
q
D
DN038.0
q
=
Với:
N
92.1

log77.0N
'
v
10
corr

















=
Trong đó:
A
p
: Diện tích mũi cọc (mm
2
).
N

corr
: Số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ,
'
v

'
v

: ng suất có hiệu (N/mm
2
),
u
'
v
=


: ng suất tổng (KN/m
2
)
u : ap lực nớc lỗ rỗng ứng với MNTN = 2.0m
N : Số đếm SPT đo đợc (búa/300mm)
D : Chiều rộng hay đờng kính cọc (mm)
D
b
: Chiều sâu xuyên trong tầng đất chịu lực ( lớp đất 4) (mm)
q
l
: Sức kháng điểm giới hạn (MPa)
q

l
= 0.4N
corr
cho cát và q
l
= 0.3N
corr
cho bùn không dẻo
Phan Xuõn Hiu
14
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Tính
'
v

:
Lớp 2:
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
0
0
2
2
2
22
2

1 e
e
e
ns
bh
nbh
bhs
+
ì+
=


=




=
88.17
08.11
81.908.16.26
=
+
ì+
KN/m
2
Lớp 4:
( )
( ) ( )
( )

( )
( )
( )
0
0
4
4
4
44
4
1 e
e
e
nh
bh
nbh
bhh
+
ì+
=


=




=
69.18
89.01

81.989.06.26
=
+
ì+
KN/m
2
Ta có:
1 1 2 2 3 3 4 4
(1.5 ) ( )
n x x
h h h h h h

= + + + + +
= 9.81x(1.5+1.9) + 18.6x(0.3) + 17.88x(9-0,3) + 19.3x4.3 +
18.69x7.5
= 417.655KN/m
2
u =
1 2 3 4
(1.5 ) (1.5 2.2 9.0 4.3 7.5) 9.81
n
h h h h x

+ + + + = + + + +
= 240.345KN/m
2
Vậy:
=
'
v

417.655 240.345 = 177.31 KN/m
2


0.177 N/mm
2
Tính N
corr
:
Ta có: N = 21 , D = 450mm, A
p
= 202500mm
2
D
b
=29-2.2=26.8m=26800 mm
Thay số vào ta có:
78.1621
176.0
92.1
log77.0
10
=

= xN
corr
975.37
450
26800.78.16038.0
==
x
q
p
(
2
/ mmN
)
712.678.164.0.4.0
===
xNq
corrl
(
2
/ mmN
) < q
p
= 37.975 (
2
/ mmN

)
Chọn: q
p
= 6.712 N/mm
2
=>
pqp
Q

=0.36x6.712x202500 = 489304.8 N=489.305 kN
Vậy sức kháng nén dọc trục theo đất nền:
Q
R
=469481.04+489304.8 = 958785.84 N = 958.785 KN
3.3. Sức kháng dọc trục của cọc đơn P
tt
Sức kháng dọc trục của cọc đơn đợc xác đinh nh sau:

),min(
RRtt
QPP
=
=min(3627.68 ;958.785) = 958.785 KN
IV. chọn số lợng cọc và bố trí cọc trong móng
Phan Xuõn Hiu
15
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
4.1. Tính số lợng cọc n:
Số lợng cọc n đợc xác định nh sau:
tt

P
N
n

Trong đó: N : Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐ (KN).
P
tt
: Sức kháng dọc trục của cọc đơn (KN).
Thay số:
71.15
785.958
87.15062
=
n
Chọn n = 24 cọc.
4.2.Bố trí cọc trong móng
4.2.1. 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 đợc nhỏ hơn 750mm hoặc
2.5 lần đờng kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn
Với n = 24 cọc đợc bố trí theo dạng lới ô vuông trên mặt bằng và đợc bố
trí thẳng đứng trên mặt đứng, với các thông số :
+ Số hàng cọc theo phơng dọc cầu là 6. Khoảng cách tìm các hàng
cọc theo phơng dọc cầu là 1200 mm.
+ Số hàng cọc theo phơng ngang cầu là 4. Khoảng cách tim các
hàng cọc theo phơng ngang cầu là 1200 mm.
+ Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả hai phơng

dọc cầu và ngang cầu là 500 mm.
1
P
P
7
P
13
P
19
P
2
P
8
P
14
P
20
P
3
P
9
P
15
P
21
P
4
P
10
P

16
P
22
P
5
P
11
P
17
P
23
P
6
P
12
P
18
P
24
5@120=600
50
3@120=360
50
460
50
700
50
4.2.2. Tính thể tích bệ
Với 24 cọc bố trí nh hình vẽ, ta có các kích bệ là: 4600mm x 7000mm.
Trong đó : a = 1700mm.

b = 1250mm.
Phan Xuõn Hiu
16
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Thể tích bệ là: V
b
= 7000x4600x2000 = 64.4x10
9
mm
3
= 64.4m
3
.
4.3. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ
4.3.1. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD
Tải trọng thẳng đứng:

bnbt
SD
1
SD
2
xV)(NN +=
= 10442,87+ (24.5 - 9.81)x64.4 = 11388,906 KN
Tải trọng ngang:

==
SD
1
SD

2
HH
120 KN.
Mômen

b
SD
1
SD
1
SD
2
xHHMM +=
=1346 + 120x2 =1586 KN.m
4.3.2. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHCĐ
Tải trọng thẳng đứng:

bnbt
ĐC
1
ĐC
2
xV)x25.1(NN +=
= 15062.87 + (1.25x24.5 - 9.81)x64.4=16402.486 KN
Tải trọng ngang:

==
ĐC
1
ĐC

2
HH
210 KN.
Mômen

b
ĐC
1
ĐC
1
ĐC
2
xHHMM +=
= 2355.5 + 210x2 = 2775,5 KN.m
Tổ hợp tải trọng tác dụng Lờn Đáy Bệ
TảI trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ
TảI trọng thẳng đứng kN 11388.91 16402.49
TảI trọng ngang kN 120 210
Mômen kN.m 1586 2775.5
V. kiểm toán theo trạng thái giới hạn cờng độ i
5.1. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn
5.1.1. Tính nội lực tác dụng đầu cọc
Cỏch 1: Tớnh theo múng cc b cao
Lp bng Excel tớnh ni lc tỏc dng lờn u cc, chỳ ý õy ti trng
ngang cu, kt qu nh sau:
Bng tớnh ni lc dc trc lờn cc
Phan Xuõn Hiu
17
ThiÕt kÕ m«n häc nÒn vµ mãng Bé m«n §Þa - kü thuËt
Cäc Xn

sinαn cosαn
LNn Fn v u w Nn
Phan Xuân Hiếu
18
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
1 1.80 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 819.29
2 1.80 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 819.29
3 1.80 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 819.29
4 1.80 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 819.29
5 1.80 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 819.29
6 1.80 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 819.29
7 0.60 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 745.61
8 0.60 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 745.61
9 0.60 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 745.61
10 0.60 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 745.61
11 0.60 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 745.61
12 0.60 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 745.61
13 -0.60 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 671.93
14 -0.60 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 671.93
15 -0.60 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 671.93
16 -0.60 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 671.93
17 -0.60 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 671.93
18 -0.60 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 671.93
19 -1.80 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 598.24
20 -1.80 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 598.24
21 -1.80 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 598.24
22 -1.80 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 598.24
23 -1.80 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 598.24
24 -1.80 0.00 1.00 27.00 0.20 0.03 0.01 0.00 598.24
Ni lc cc ln nht N

max
= 819.29 kN.
Cỏch 2 : Tớnh theo chng trỡnh FB-Pier ;
Sử dụng chơng trình FB PIER V3 ta tính đợc nội lực của cọc nh sau:
Result Type Value Load Comb. Pile
*** Maximum pile forces ***
Max shear in 2 direction 0.1120E+02 KN 1 0 12
Max shear in 3 direction -0.8731E-01 KN 1 0 4
Max moment about 2 axis -0.1002E-01 KN-M 1 0 10
Max moment about 3 axis -0.1612E+01 KN-M 1 0 12
Max axial force -0.7309E+03 KN 1 0 7
Phan Xuõn Hiu
19
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Max torsional force 0.0000E+00 KN-M 0 0 0
Max demand/capacity ratio 0.1627E+00 1 0 7
Vậy, N
max
= 746.85 kN,
-> Chọn giá trị lớn nhất để kiểm toán N
max
= 746.85 kN.
5.1.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn
Công thức kiểm toán:
tt
PNN +
max
Trong đó: N
max
: Nội lực lớn nhất tác dụng lên đầu cọc (lực dọc trục).

N
: Trọng lợng bản thân cọc (kN)
P
tt
: Sức kháng dọc trục của cọc đơn (kN).
Ta có: P
tt
= 958.785 KN.
2
27 0.45 24.5 133.95N x x kN
= =
Vậy:
NN
max
+
=746.85 + 133.95= 880.8

P
tt
= 958.785 KN => Đạt
5.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc
Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc :
ggRc
QQV =
=
1g

Q
g1

+
2g

Q
g2
Trong đó:
V
C
: Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số. V
C
= 17258.1 (kN)
Q
R
: Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc.
g

: Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc.
Q
g
: Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc .

g1
,
g2
: Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc trong đất dính, đất rời.
Q
g1,
Q
g2
: Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc trong đất

dính, đất rời.
5.2.1.Với đất dính
Q
g1
= min{ xTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn; sức kháng trụ t ơng
đơng}
= min{Q
1
; Q
2
}
Với: Hệ số hữu hiệu
Q
1
: xTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn trong đất dính.
Q
2
: Sức kháng trụ tơng đơng
Ta có :Cao độ mặt đất sau xói là : -1.9 m
Cao độ đáy bệ là : +0.0 m
Phan Xuõn Hiu
20
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
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 đợc
nhân với hệ số hữu hiệu, lấy nh sau :
Vi 0.65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2.5 lần đờng kính
1.00 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đờng kính
Mà khoảng cách tim đến tim bằng
67.2

450
1200
=
d, cọc do đó ta nội suy
:
( ) ( )
653.065.01
45.05.245.06
45.05.22.1
65.065.01
d5.2d6
d5.22.1
65.0
=
ìì
ì
+=


+=
Xác định Q
1
Tổng sức kháng danh định dọc trục của cọc đơn trong đất sét:
Q
s
= Q
s1
+ Q
s3
= 8424 + 224460 = 232884 N

Vậy: Q
1
=

x N x

qs
x Q
S
=0.653x21x0.56x232884 = 1788381.4 N
=2043.86 KN
Xác định Q
2
:
Tính với lớp đất 1 và lớp đất 3. Sức kháng
đỡ của phá hoại khối đợc xác theo công
thức:
Q
2
=
( )
uc
u
SXYNSZYX
++
22
Trong đó:
X : Chiều rộng của nhóm cọc
Y : Chiều dài của nhóm cọc
Z : Chiều sâu của nhóm cọc

N
C
: Hệ số phụ thuộc tỷ số Z/X
u
S
: Cờng độ chịu cắt không thoát nớc dọc theo chiều sâu cọc (MPa).
S
u
: Cờng độ chịu cắt không thoát nớc ở đáy móng (MPa).
Ta có: X = 3x1200 + 450 = 4050mm
Y = 5x1200 + 450 = 6450mm
Do mũi cọc đặt tại lớp đất 4, nên Q
2
=
( )
u
SZYX 22 +
Lớp 1:
Z = -2.2 - (-1.9)= -0.3m
Vì lớp 1 có chiều dày -0.3 m ,do ú nú sang lp th 2 vy nên
2
0 / 0
u u
S S KN m MPa
= = =
=>
1
2
lop
Q

= (2x4050+2x6450)x200x-0.3< 0 N
Phan Xuõn Hiu
21
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Lớp 3:
Z = -11.20 (-15.50) = 4.30 m
Vì lớp 3 có chiều dày 4.3 m nên
MPa0308.0m/KN8.30SS
2
uu
===
=>
3lop
2
Q
= (2x4050+2x6450)x4300x0.0308 = 2781240N = 2781.24KN
Do vây:
2
Q
= 0+2781.24 = 2781.24 KN
Sức kháng trụ tơng đơng:
Do đó: Q
g1
= min{Q
1
; Q
2
} = min{2043.864 ; 2781.24 } = 2043.864 KN
Với:

g1
= 0.65
5.2.2.Với đất rời
Q
g2
=

xTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn
Trong đó:

Hệ số hữu hiệu lấy =1
Sức kháng thân cọc của cọc đơn ở lớp 2 và lớp 4 là:
Q
s2
= 203490 N và Q
s4
= 738360 N
Vậy: Tổng sức kháng thân cọc của nhóm cọc trong đất cát:

=+=+= 22604400)738360203490(24)(
21 sss
QQnxQ
N =22604.44 KN
Mũi cọc đặt tại cao độ -29 m của lớp 4, sức kháng mũi cọc của nhóm
cọc:

=== 32620320202500712.624 xxnxQQ
pp
N = 32620 KN
Do đó: Q

g2
= 22604.44+32620 = 55224.76 KN
Với:

g2
= Hệ số sức kháng của cọc đơn,

g2
= 0.36
Vậy sức kháng dọc trục của nhóm cọc:
Q
R
= 0.65x2043.86+ 0.36x55224.7= 21209.4 KN >V
C
= 17258.1 KN => Đạt
VI. kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng
6.1. Xác định độ lún ổn định
Do lớp đất 1, 2, 3, là các lớp đất yếu, lớp đất 4 là lớp đất tốt nên độ lún
ổn định của kết cấu móng đợc xác định theo móng tơng đơng, theo sơ đồ
nh hình vẽ:
Phan Xuõn Hiu
22
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Ta có: D
b
= 11500mm. Móng tơng đơng nằm trong lớp đất 4 và cách đỉnh
lớp t 1 khoảng
2
3
D

b
= 7666.6 mm.
Với lớp đất rời ta có công thức xác định độ lún của móng nh sau:
Sử dụng kết quả SPT:

=
corr
N
XIq 30
Trong đó: I = 1- 0.125
'
0.5
D
X

và q =
S
N
o
Với:


: Độ lún của nhóm cọc (mm).
q : p lực tĩnh tác dụng tại 2D
b
/3 cho tại móng tơng đơng, áp lực này
bằng với tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhóm cọc đợc chia bởi diện tích
móng tơng đơng và không bao gồm trọng lợng của các cọc hoặc của đất
giữa các cọc.
N

0
: Tải trọng thẳng đứng tại đáy bệ ở TTGHSD, N
0
=11786,98 KN
S : Diện tích móng tơng đơng.
X : Chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm), X = 4050
mm.
D
b
: Độ sâu chôn cọc trong lớp đất chịu lực.
D : Độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2D
b
/3 (mm), D = 7666.6 mm.
N
corr
: Giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh cho số đếm SPT của
tầng phủ trên độ sâu X phía dới đế móng tơng đơng (Búa/300mm).
I : Hệ số ảnh hởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm.
Ta có: I = 1

0.125
' 7666.6
1 0.125 0.76 0.5
4050
D
x
X
= = >
Phan Xuõn Hiu
23

Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Tính q:
Kích thớc của móng tơng đơng :
+ Chiều rộng móng tơng đơng chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xa
nhất theo chiều ngang cầu + đờng kính cọc:
B
tđ
= 3x1.2 + 0.45 = 4.05 m
+ Chiều dài móng tơng đơng chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xa
nhất theo chiều dọc cầu + đờng kính cọc:
L
tđ
= 5x1.2 + 0.45 = 6.45 m
Diện tích móng tơng đơng là S = B
tđ
x L
tđ
= 4.05x6.45 =24.50 m
2

Do đó: q =
7666.6
312.9
24.50
=
KN/m
2
= 0.313 N/mm
2
Tính N

corr
:

N
92.1
log77.0N
'
v
10
corr

















=
Trong đó:
N

corr
: Số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ.
'
v

: ng suất thẳng đứng có hiệu (N/mm
2
).
N : Số đếm SPT trong khoảng tính lún. N đợc lấy bằng giá trị trung
bình của số đếm SPT của lớp đất đợc giới hạn từ đáy móng tơng đơng tới
độ sâu một khoảng X = 4.05m.
Ta có:
Cao độ đỉnh lớp tính lún là: -15.5-D= -15.5-7.6=-23.1m.
Cao độ đáy lớp tính lún là: - 20.0 - X = -20.0 - 4.05 = -24.05 (m)
Nội suy ta đợc N = 20.5 (Búa/300mm)
Tính
'
v

: Tính từ mặt đất sau xói đến độ sâu dới móng tơng đơng
một khoảng X.
u
'
v
=

: ng suất tổng (KN/m
2
)
u : áp lực nớc lỗ rỗng ứng với MNTN(KN/m

2
), MNTN = 1.5 m
[ ]
1 1 2 2 3 3 4
(1.5 ) ( ) 15.5 ( 24.05 )
n x x
h h h h h

= + + + + +
= 9.81x(1.5+1.9)+(2.2-1.9)x18.6 + 17.88x9 + 19.3x4.3 + 18.69x8.55
= 457.126 KN/m
2
u =
[ ]
1 2 3
(1.5 15.5 ( 24.05) )
n
h h h

+ + + +

(1.5 2.2 9.0 4.3 8.55) 9.81x
= + + + +
= 250.65 KN/m
2
Phan Xuõn Hiu
24
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
=>
'

v

=457.126-250.65 = 206.4763 KN/m
2


0.21 N/mm
2
Thay số vào ta có:
54.1524
21.0
92.1
log77.0
10
=












=
xN
corr

(Búa/300mm)
=>

=
corr
N
XIq 30
=
22.29
54.15
405076.0313.030
=
xxx
(mm)
Vậy độ lún của nhóm cọc là: 29.22 mm = 2.92 cm.
6.2. Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc
Cách 1: Chuyển vị tính theo móng cọc bệ cao nh sau:
Theo phơng ngang cầu:

y
= 0.0 mm
Theo phơng dọc cầu:

x
= 0.006 m= 6 mm

38mm
Cách 2: Sử dụng phần mền tính toán nền móng FB-PIER ta tính đợc
chuyển vị theo các phơng dọc cầu (X), phơng ngang cầu (Y), phơng thẳng
đứng (Z) tại vị trí đầu mỗi cọc nh sau :

Result Type Value Load Comb. Pile
*** Maximum pile head displacements ***
Max displacement in axial 0.2037E-02 M 1 0 7
Max displacement in x 0.2662E-03 M 1 0 9
Max displacement in y -0.4750E-08 M 1 0 24
Kết luận chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cọc là:
Theo phơng ngang cầu:

y
= 0.475 .10
-8
m

38mm
Theo phơng dọc cầu:

x
= 0.2662 .10
-3
m = 0.2662 mm

38mm
Vậy đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang
VII. cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc
7.1. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc
Tổng chiều dài cọc dùng để tính toán và bố trí cốt thép là chiều dài đúc
cọc : L
c
= 28 (m). Đợc chia thành 2 đốt có chiều dài 10m va 1 đốt có chiều
dài 8m. Ta đi tính toán và bố trí cho từng đốt cọc.

7.1.1. Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc
Mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép
M
tt
= max(M
max(1)
; M
max(2)
)
Trong đó:
M
max(1)
: Mômen trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc
M
max(2)
: Mômen trong cọc theo sơ đồ treo cọc
Phan Xuõn Hiu
25