đồ án tốt nghiệp xây dựng cầu đường thiết kế móng trụ cầu

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MÓNG TRỤ CẦU
1
I - SỐ LIỆU THIẾT KẾ MÓNG TRỤ
I.1 - SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT, THỦY VĂN
+ Trụ thiết kế: lấy trụ T3 để thiết kế điển hình.
+ Mực nước cao nhất: +3,04 m
+ Mực nước thấp nhất: - 2,5 m
+ Mực nước thông thuyền: +1,5 m
+ Cao độ mặt đất tự nhiên: -2,61 m
+ Cao độ đỉnh đài cọc: - 3,16 m
+ Địa chất:
+Lớp 1: Bùn sét màu xám nâu xen kẹp cát mỏng trạng thái chảy, Lớp này xuất hiện ở
tất cả các lỗ khoan với chiều dày trung bình từ 3,02 m đến 4,50 m.
+Lớp 2: Cát hạt mịn màu xám xanh, Lớp này xuất hiện ở tất cả các lỗ khoan với chiều
dày trung bình từ 3,19 m đến 5,51 m,
+Lớp 3: Sét màu xám xanh lẫn vàng trạng thái nửa cứng, Lớp này xuất hiện ở tất cả
các lỗ khoan với chiều dày trung bình từ 7,09 m đến 10,02m,
+Lớp 4: Á cát nặng màu vàng xám xanh trạng thái chặt vừa, Lớp này xuất hiện ở tất
cả các lỗ khoan với chiều dày trung bình từ 13,44 m đến 19,10 m,
+Lớp 5: Cát trung lẫn sạn sỏi màu vàng trạng thái chặt, Lớp này xuất hiện ở tất cả các
lỗ khoan khi kết thúc lỗ khoan và chưa thấy lớp đất mới với chiều dày trung bình từ 6,13 m
đến 10,35m,
+ Hình trụ lỗ khoan tại trụ xem cụ thể phần bố trí chung móng trụ.
Các số liệu địa chất được tập hợp trong bảng sau đây:
2
Chỉ tiêu KH ĐV Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5
Độ ẩm W % 48,26 23,60 30,40 23,69 17,80
Dung trọng tự nhiên
γ
w

g/cm³ 1,620 1,780 1,860 1,850 1,940
Dung trọng khô γ
k
g/cm³ 1,100 1,440 1,550 1,500 1,660
Tỷ trọng D - 2,650 2,660 2,730 2,670 2,660
Hệ số rỗng e
0
- 1,429 0,847 0,916 0,787 0,606
Ứng với cấp tải P
1
e
1
- 1,330 0,819 0,871 0,668 0,612
kG/cm² P
2
e
2
- 1,265 0,800 0,847 0,649 0,601
P
3
e
3
- 1,182 0,779 0,812 0,622 0,589
P
4
e
4
- 1,078 0,753 0,773 0,590 0,577
Hệ số nén lún P
1

a
1
cm²/kG 0,335 0,056 0,089 0,055 0,029
Ứng với cấp tải P
2
a
2
cm²/kG 0,260 0,039 0,048 0,039 0,020
kG/cm² P
3
a
3
cm²/kG 0,166 0,021 0,035 0,027 0,013
P
4
a
4
cm²/kG 0,103 0,013 0,019 0,016 0,006
Sức chống cắt P
1
σ
1
kG/cm² 0,099 0,414 0,591 0,573 0,661
Ứng với cấp tải P
2
σ
2
kG/cm² 0,113 0,702 0,825 1,039 1,248
kG/cm² P
3

σ
3
kG/cm² 0,127 1,041 1,058 1,487 1,887
Độ rỗng n - 58,60 45,90 47,60 43,90 37,70
Giới hạn chảy Wl % 41,30 - 46,50
-
46,50
Giới hạn dẻo Wp % 25,70 - 27,50
-
27,50
Chỉ số dẻo Ip - 15,60 - 19,00
-
19,00
Độ sệt B - 1,45 - 0,150 - 0,150
Độ bảo hoà G - 89,50 74,00 90,00 80,10 75,50
Góc ma sát trong φ
0
- 3
0
12' 17
0
24' 13
0
8' 24
0
33' 31
0
5'
Lực dính C kG/cm² 0,09 0,09 0,36 0,12 0,05
Trị số SPT 0↔5 11↔12 19↔32 13↔45 34↔69

I.2 - VẬT LIỆU THIẾT KẾ
- Bê tông cọc và đài cọc:

'
30
c
f MPa
=
và
1.5 ' 1,5
0.043* * 0,043*2500 * 30 29440 ( )
c c c
E f MPa
γ
= = =
- Cốt thép chủ: thép AIII có
365
y
f MPa
=
và
200000E MPa=
.
- Thép đai: Thép AII
280
y
f MPa
=
và
200000E MPa

=
.
I.3 - TỔ HỢP TẢI TRỌNG TẠI TIM ĐỈNH ĐÀI CỌC
I.3.1 - Trạng thái giới hạn cường độ
+ Tải trọng thiết kế ở TTGHCĐ tại tim trụ trên đỉnh đài cọc lấy từ phần tổ hợp nội lực thiết
kế trụ ta chọn hai tổ hợp sau:
3
+ TH3: 2 làn xếp trên 2 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 2 bên trên 2 nhịp (TTGHCĐ I)
Lực nén
V (N)
Cắt dọc cầu
Hx (N)
Cắt ngang cầu
Hy (N)
Uốn dọc cầu
My (N.mm)
Uốn ngang cầu
Mx (N.mm)
11.711.622 284.375 528 4.095.814.603 1.088.722.917
Ghi chú:
(*) Mực nước tính toán: -2,50 m (MNTN)
→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 0,66 m
→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 8,30 m
+ TH1: 1 làn xếp trên 2 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 1 bên trên 2 nhịp (TTGHCĐ III)
Lực nén
V (N)
Cắt dọc cầu
Hx (N)
Cắt ngang cầu
Hy (N)

Uốn dọc cầu
My (N.mm)
Uốn ngang cầu
Mx (N.mm)
10.041.508 131.625 121.804 1.895.777.045 4.787.295.769
Ghi chú:
(*) Mực nước tính toán: -2,50 m (MTCN)
→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 0,66 m
→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 8,30 m
I.3.2 - Trạng thái giới hạn sử dụng
+ Tải trọng thiết kế ở TTGHSD tại tim trụ trên đỉnh đài cọc lấy từ phần tổ hợp nội lực thiết
kế trụ ta có:
+ TH3: 2 làn xếp trên 2 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 2 bên trên 2 nhịp (TTGHSD)
Lực nén
V (N)
Cắt dọc cầu
Hx (N)
Cắt ngang cầu
Hy (N)
Uốn dọc cầu
My (N.mm)
Uốn ngang cầu
Mx (N.mm)
9.009.480 195.000 104.610 2.808.558.585 1.912.470.297
Ghi chú:
(*) Mực nước tính toán: -2,50 m (MNTN)
→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 0,66 m
→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 8,30 m
4
II - TÍNH SỨC CHỊU TẢI VÀ CHỌN SỐ CỌC

II.1 - TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
II.1.1 - Sức chịu tải theo vật liệu
+ Cọc sử dụng là cọc BTCT đường kính 40x40 cm và có bố trí 8 thanh thép dọc đường kính
25mm đều theo chu vi thân cọc.
+ Sức chịu tải của cọc theo vật liệu được tính như một cấu kiện cột bêtông cốt thép ngàm tại
độ sâu bằng chiều dài chịu nén uốn
M
L
của cọc (xem tính phần sau).
+ Công thức tính sức chịu tải tính toán của cọc theo vật liệu trong trường hợp chịu lực dọc
trục:
*
r n
P P
φ
=
Trong đó:
0,75
φ
=
- Hệ số sức kháng của cấu kiện bêtông cốt thép chịu nén.
( )
( )
'
.0,8* 0,85. .
n c g st y st
P f A A f A
λ
φ
= − +

- Sức kháng danh định của cấu kiện
có cốt đai thường.
+ Diện tích nguyên mặt cắt bê tông cọc:
( )
2
400*400 16.000
g
A mm= =
+ Cọc bố trí đều theo chu vi 8 thanh thép đường kính 25 mm, diện tích tổng cốt thép dọc
trong cọc:
( )
2
2
8*3.14*25
3925
4
s
A mm= =
+ Cường độ chảy dẻo của thép:
( )
365
y
f MPa=
+ Cường độ chịu nén của bêtông cọc:
( )
'
30
c
f MPa=
+ Hệ số kinh nghiệm

0,78
λ
φ
=
tra được từ Bảng 3.2 sách Nền Móng-Châu Ngọc Ẩn để xét
đến độ mảnh
λ
của cọc, tra với độ mảnh tính như sau:
- Độ mảnh của cọc vuông:
12. . 12 *2*3,9
67,5
0,4
M
K L
b
λ
= = =
- Trong đó:
b = 0,4 m - là chiều rộng cọc.
K = 2 - là hệ số chiều dài tính toán.
( )
3,9
M
L m=
- Chiều dài chịu nén uốn của cọc (xem phần tính và
giải phương trình chính tắc).
+ Sức kháng danh định:
( )
( )
( )

0,78*0,8* 0,85*30* 160000 3925 365*3925 3.377.423
n
P N
= − + =
+ Sức chịu tải dọc trục tính tóan của cọc theo vật liệu:
( )
0,75*3.377.423 2.533.067
r
P N= =
5
II.1.2 - Sức chịu tải theo đất nền
II.1.2.1 - Tính sức kháng mũi danh định của cọc
+ Theo điều 10.7.3.2 của 22TCN 272-05 ta có sức kháng mũi cọc danh định:
( )
* 8,18*160000 1.308.800
p p p
Q q A N= = =
Trong đó:
( )
4
400*400 160.000
p
A mm
= =
( )
orr
orr
0,038. .
0,4.
c b

p l c
N D
q q N MPa
D
= ≤ =
- là sức kháng mũi đơn vị của cọc
theo điều 10.7.3.4.2.a của 22TCN 272-05.
( )
orr
0,4.
l c
q N MPa=
- Sức kháng điểm giới hạn của đất cát dưới mũi cọc.
D = 400 mm – đường kính cọc.
( ) ( ) ( )
33,13 36,66 3,53 3530
b
D m mm= − − − = =
- là chiều sâu cọc xuyên trong
tầng chịu lực chống.
( )
orr 10 10
'
orr
1,92 1,92
* 0,77*log 40* 0,77*log
0,309
24,4 / 300
c
v

c
N N
N Bua mm
σ
 
 
= =
 
 
 
 
→ =
N = 40 (búa/300mm) – Số đếm SPT đo được tại mũi cọc.
'
v
σ
- Áp lực tầng phủ hữu hiệu thẳng đứng tại mũi cọc (MPa)
+ Tính áp lực tầng phủ hữu hiệu thẳng đứng tại mũi cọc:
( ) ( ) ( )
( ) ( )
( )
( )
'
' 2
. 0,679*3,43 0,899*5,12 0,903*7,85
0,935*14,12 1,304*3,53
30,9 / 0,309
v dni i
v
h

T m MPa
σ σ
σ
= = + +
+ +
→ = =
∑
Trong đó:
dni
σ
và
i
h
- dung trọng đẩy nổi và chiều dày lớp đất thứ i.
Dung trọng đẩy nổi của lớp thứ i tính theo công thức chuyển đổi chỉ tiêu cơ lý
như sau:
( )
1 .
1
n
dn
o
D
e
γ
σ
−
=
+
Trong đó:

D – Tỷ trọng của đất.
( )
3
1 /
n
T m
γ
=
- Khối lượng thể tích của nước.
o
e
- Hệ số rỗng của đất.
+ Dung trọng đẩy nổi và chiều dày của các lớp đất là:
Lớp 1:
( )
1
3,43h m=
( )
( )
3
1
2,65 1 *1
0,679 /
1 1,429
dn
T m
σ
−
= =
+

Lớp 2:
( )
2
5,12h m
=
( )
( )
3
2
2,66 1 *1
0,899 /
1 0,847
dn
T m
σ
−
= =
+
6
Lớp 3:
( )
3
7,85h m=
( )
( )
3
3
2,73 1 *1
0,903 /
1 0,916

dn
T m
σ
−
= =
+
Lớp 4:
( )
4
14,12h m
=
( )
( )
3
4
2,67 1 *1
0,935 /
1 0,787
dn
T m
σ
−
= =
+
Lớp 5:
( )
5
3,53h m=
(tính tới mũi cọc)
( )

( )
3
5
2,66 1 *1
1,034 /
1 0,606
dn
T m
σ
−
= =
+
+ Tính sức kháng mũi đơn vị của cọc:
( ) ( )
( )
0,038* 24,4*3530
8,18 0,4* 24,4 9,76
400
8,18
p l
p
q MPa q MPa
q MPa
= = ≤ = =
→ =
II.1.2.2 - Tính sức kháng thân danh định của cọc
+ Sức kháng thân cọc theo điều 10.7.3.2 và 10.7.3.4.2b của 22TCN 272-05 là:
( )
6
* 0,0494*51,2*10 2.529.280

s s s
Q q A N= = =
+ Tổng diện tích xung quanh thân cọc trong đất:
( )
( )
6 2
32000* 4*400 51,2*10
s
A mm= =
+ Sức kháng thân đơn vị của cọc:
( )
0,0019. 0,0019*26 0,0494
s
q N MPa= = =
Trong đó:
N
- Số SPT trung bình (chưa hiệu chỉnh) dọc theo thân cọc (Búa/300mm).
( )
1
4 11 12 12 19 28 32 26 15 20 30 34 40 45 35 34 40
17
26 /300
n
i
i
N
N
n
N Bua mm
=

+ + + + + + + + + + + + + + + +
= =
→ =
∑
II.1.2.3 - Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền
+ Theo điều 10.7.3.2 của 22TCN 272-05, ta có sức kháng đỡ tính toán của cọc đơn là:
( ) ( )
. . 0,36*1.308.800 0,36*2.529.280 1.381.709 138,2
R qp p qs ps
Q Q Q N T= Φ + Φ = + = ≈
+ Trong đó:
qp
Φ
và
qs
Φ
lần lượt là hệ số sức kháng mũi và kháng ma sát bề mặt cọc. Tra
bảng 10.5.5-2 trong trường hợp tính theo SPT ta có:
. 0,45* 0,45*0,8 0,36
qp qs v
λ
Φ = Φ = = =
Với
0,8
v
λ
=
- tra theo bảng 10.5.5-2 theo phương pháp thi công và đánh giá khả năng chịu
lực của cọc trong và sau khi đóng cọc.
p

Q
và
ps
Q
- Sức kháng mũi, sức kháng thân cọc vừa tính ở trên.
7
II.2 - TÍNH VÀ BỐ TRÍ SƠ BỘ CỌC, ĐÀI CỌC
II.2.1 - Tính sơ bộ số cọc
+ Số lượng cọc được tính sơ bộ theo công thức:
11.711.622
* 2,5* 21
1.381.709
tt
V
n
P
β
= = =
(cọc)
Trong đó:
( )
11.711.622 NV =
- Tải trọng thẳng đứng tính toán lớn nhất tại tim đỉnh bệ cọc ở
trạng thái giới hạn cường độ.
( )
1.381.709
tt
P N=
- Sức chịu tải tính tóan của cọc đơn (lấy bằng sức chịu tải theo đất
nền).

2,5
β
=
- Hệ số xét đến ảnh hưởng của mômen.
+ Chọn số cọc thiết kế: 36 cọc bố trí cách nhau đều theo hai phương bằng 3d = 3*0,4 = 1,2
(m)
+ Kích thước đài cọc: 10,5 x 4,5 x 1,5 mét.
II.2.2 - Bố chí chung hệ móng cọc
8
9
III - TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ
III.1 - TÍNH NỘI LỰC VỚI TỔ HỢP TẢI TRỌNG THEO PHƯƠNG DỌC CẦU
III.1.1 - Tổ hợp tải trọng tại tim đáy bệ cọc theo phương dọc cầu
+ Chọn tổ hợp tải trọng tại tâm đỉnh bệ cọc tính theo phương dọc cầu:
TH3: 2 làn xếp trên 2 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 2 bên trên 2 nhịp (TTGHCĐ I)
Lực nén V (N) Cắt dọc cầu Hx (N) Uốn dọc cầu M (N.mm)
11.711.622 284.375 4.095.814.603
Ghi chú:
(*) Mực nước tính toán: -2,50 m (MNTN)
→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 0,66 m
→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 8,30 m
+ Truyền tổ hợp tải trọng này xuống tim đáy bệ cọc ta có các tải trọng tính toán:
* Lực nén thẳng đứng:
( )
( )
( )
( )
5 5
.
11.711.622 1,25* 10500*4500*1500 * 2,5*10 1*10

13.040.528
DC be c n
N V V
N N
γ γ γ
− −
= + −
= + −
→ =
Trong đó:
1,25
DC
γ
=
- Hệ số tổ hợp của tĩnh tải dùng cho tĩnh tải bệ cọc.
( )
3
10500*4500*1500
be
V mm=
- Thể tích bệ cọc.
;
c n
γ γ
- là khối lượng thể tích của bê tông và của nước, ở đây ta xét đến lực
đẩy nổi của nước lên bệ cọc chìm trong nước.
* Lực cắt dọc cầu:
( )
284.375
x

H N=
* Mômen uốn dọc cầu:
( )
. 4.095.814.603 284.375*1500 = 4.522.377.103 .
x
M M H h N mm= + = +
Trong đó: h = 1500 mm là chiều cao bệ cọc.
+ Vậy tổ hợp nội lực tính toán móng cọc theo phương dọc cầu là:
Lực nén N (kN) Cắt dọc cầu Hx (kN) Uốn dọc cầu My (kN.m)
13.041,0 284,0 4.522,377
III.1.2 - Tính chiều dài chịu nén uốn của cọc
+ Tính chiều dài nén uốn của cọc theo điều 5.2 của 20TCN 21-86:
( )
0
2 2
0 3,9
0,52
M
bd
L L m
α
= + = + =
10
Trong đó:
0
0L =
- Chiều dài cọc nằm trên mặt đất.
( )
1/
bd

m
α
- Hệ số biến dạng, tính theo Phụ Lục 1 ta có công thức:
( )
5
5
3
.
220*1,1
0,52 1/
. 2.944.000*2,13*10
c
bd
b
K b
m
E I
α
−
= = =
Trong đó:
K = 220 T/m
4
– Hệ số phụ thuộc đất xung quanh cọc, lấy theo Bảng 1 của Phụ
Lục 1 với đất sét chảy.
( )
( )
2
29440 2.944.000 /
b

E MPa T m= =
- Môđun đàn hồi của bêtông cọc.
( )
3
3 4
0,4*0,4
2,13*10
12
I m
−
= =
- Mômen quán tính của tiết diện cọc.
( )
1,5 0,5 1,5*0,4 0,5 1,1
c
b d m= + = + =
- đường kính quy ước của cọc.
d = 0,4 m – đường kính cọc.
III.1.3 - phương trình chính tắc
+ Phương trình chính tắc:
. . .
. . .
. . .
vv vu v tt
uv uu u tt
v u tt
r v r u r N
r v r u r H
r v r u r M
ω

ω
ω ω ωω
ω
ω
ω
+ + =


+ + =


+ + =

Dạng ma trận : [A]*[X] = [B]
Trong đó:
[ ]
vv vu v
uv uu u
v u
r r r
A r r r
r r r
ω
ω
ω ω ωω
 
 
=
 
 

 
[ ]
v
X u
ω
 
 
=
 
 
 
[ ]
x
y
N
B H
M
 
 
=
 
 
 
Các lực tính toán N, Hx, My như vừa tổ hợp tới tim đáy bệ theo phương dọc cầu.
, ,u v
ω
là chuyển vị ngang, chuyển vị thẳng đứng, góc xoay của bệ quanh điểm O - gốc tọa độ
tại đáy bệ.
r
ik

: Phản lực trong liên kết (i) do chuyển vị đơn vị tại liên kết (k) gây ra.
III.1.4 - Giải phương trình chính tắc
+ Quy ước gốc tọa độ và tính tọa độ của các cọc trong đài như hình dưới đây:
11
+ Công thức tính các hệ số trong ma trận A của phương trình chính tắc:
2
1
. . os
n
i
vv i
Ni
F
r E c
L
β
=
∑
40
2 2
3
1 1
. .sin 12. . . os
n
i i
uu i i
Ni Mi
F J
r E E c
L L

β β
= +
∑ ∑
2 2
1 1
. . . os 4. .
n n
i i
i i
Ni Mi
F J
r E x c E
L L
ωω
β
= +
∑ ∑
1
. .sin . os
n
i
uv vu i i
Ni
F
r r E c
L
β β
= =
∑
2

1
. . . os
n
i
v v i i
Ni
F
r r E x c
L
ω ω
β
= =
∑
2
1 1
. . sin . os 6. .
. os
n n
i i
u u i i i
Ni Mi i
F J
r r E x c E
L L c
ω ω
β β
β
= = −
∑ ∑
12

Trong đó:
E = 29440 MPa = 29,44*10
6
kN/m
2
, Mô đun đàn hồi của bê tông cọc.
F
i
= 0,4
2
= 0,16 (m
2
) ,diện tích mặt cắt ngang cọc.
J
i
= d
4
/12 = 0,4
4
/12 = 0,002133 (m
4
) , Mô men quán tính mặt cắt ngang cọc.
β
i
= tan
-1
(1/10) = 5,7106
o
hoặc β
i

= 0
0
, Góc nghiêng của cọc thứ i theo phương thẳng
đứng trong mặt phẳng OZY .
x
i
: Tọa độ từ cọc thứ i (Xem sơ đồ bố trí cọc ở trên).
n
c
= 36 cọc : Số lượng cọc trong móng.
32
Ni
L m=
- Chiều dài của cọc (các cọc dài bằng nhau).
+ Tải trọng tính toán:
+ Các thông số của cọc trong đài:
+ Tính các hệ số của phương trình chính tắc:
+ Thế số ta vào phương trình chính tắc:
+ Kết quả giải hệ phương trình chính tắc:
13
III.1.5 - Tính nội lực trong tầng cọc
III.1.6 - Kiểm tra kết quả tính
14
III.2 - TÍNH NỘI LỰC VỚI TỔ HỢP TẢI TRỌNG THEO PHƯƠNG NGANG CẦU
III.2.1 - Tổ hợp tải trọng tại tim đáy bệ cọc theo phương ngang cầu
+ Chọn tổ hợp tải trọng tại tâm đỉnh bệ cọc tính theo phương ngang cầu:
TH1: 1 làn xếp trên 2 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 1 bên trên 2 nhịp (TTGHCĐ III)
Lực nén V (N) Cắt ngang cầu Hy (N) Uốn ngang cầu M (N.mm)
10.041.508 121.804 4.787.295.769
Ghi chú:

(*) Mực nước tính toán: -2,50 m (MNTN)
→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 0,66 m
→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 8,30 m
+ Truyền tổ hợp tải trọng này xuống tim đáy bệ cọc ta có các tải trọng tính toán:
* Lực nén thẳng đứng:
( )
( )
( )
( )
5 5
.
10.041.508 1,25* 10500*4500*1500 * 2,5*10 1*10
11.307.414
DC be c n
N V V
N N
γ γ γ
− −
= + −
= + −
→ =
Trong đó:
1,25
DC
γ
=
- Hệ số tổ hợp của tĩnh tải dùng cho tĩnh tải bệ cọc.
( )
3
10500*4500*1500

be
V mm
=
- Thể tích bệ cọc.
;
c n
γ γ
- là khối lượng thể tích của bê tông và của nước, ở đây ta xét đến lực
đẩy nổi của nước lên bệ cọc chìm trong nước.
* Lực ngang cầu:
( )
121804
x
H N=
* Mômen uốn ngang cầu:
15
( )
. 4.787.295.769 121804*1500 = 4.970.001.769 .
x
M M H h N mm= + = +
Trong đó: h = 1500 mm là chiều cao bệ cọc.
+ Vậy tổ hợp nội lực tính toán móng cọc theo phương ngang cầu là:
Lực nén N (kN) Cắt ngang cầu Hy (kN) Uốn ngang cầu Mx (kN.m)
11307 122 4970
III.2.2 - Chiều dài chịu nén uốn của cọc
+ Chiều dài nén uốn của cọc như tính khi tính theo phương dọc cầu L
M
= 3,9 m.
III.2.3 - phương trình chính tắc
+ Phương trình chính tắc:

. . .
. . .
. . .
vv vu v tt
uv uu u tt
v u tt
r v r u r N
r v r u r H
r v r u r M
ω
ω
ω ω ωω
ω
ω
ω
+ + =


+ + =


+ + =

Dạng ma trận : [A]*[X] = [B]
Trong đó:
[ ]
vv vu v
uv uu u
v u
r r r

A r r r
r r r
ω
ω
ω ω ωω
 
 
=
 
 
 
[ ]
v
X u
ω
 
 
=
 
 
 
[ ]
y
x
N
B H
M
 
 
=

 
 
 
Các lực tính toán N, Hy, Mx như vừa tổ hợp tới tim đáy bệ theo phương dọc cầu.
, ,u v
ω
là chuyển vị ngang, chuyển vị thẳng đứng, góc xoay của bệ quanh điểm O - gốc tọa độ
tại đáy bệ.
r
ik
: Phản lực trong liên kết (i) do chuyển vị đơn vị tại liên kết (k) gây ra.

III.2.4 - Giải phương trình chính tắc
+ Quy ước gốc tọa độ và tính tọa độ của các cọc trong đài như hình dưới đây:
16
+ Công thức tính các hệ số trong ma trận A của phương trình chính tắc:
2
1
. . os
n
i
vv i
Ni
F
r E c
L
β
=
∑
40

2 2
3
1 1
. .sin 12. . . os
n
i i
uu i i
Ni Mi
F J
r E E c
L L
β β
= +
∑ ∑
2 2
1 1
. . . os 4. .
n n
i i
i i
Ni Mi
F J
r E y c E
L L
ωω
β
= +
∑ ∑
1
. .sin . os

n
i
uv vu i i
Ni
F
r r E c
L
β β
= =
∑
2
1
. . . os
n
i
v v i i
Ni
F
r r E y c
L
ω ω
β
= =
∑
40
2
1 1
. . sin . os 6. .
. os
n

i i
u u i i i
Ni Mi i
F J
r r E y c E
L L c
ω ω
β β
β
= = −
∑ ∑
17
Trong đó:
E = 29440 MPa = 29,44*10
6
kN/m
2
, Mô đun đàn hồi của bê tông cọc.
F
i
= 0,4
2
= 0,16 (m
2
) ,diện tích mặt cắt ngang cọc.
J
i
= d
4
/12 = 0,4

4
/12 = 0,002133 (m
4
) , Mô men quán tính mặt cắt ngang cọc.
β
i
= tan
-1
(1/10) = 5,7106
o
hoặc β
i
= 0
0
, Góc nghiêng của cọc thứ i theo phương thẳng
đứng trong mặt phẳng OZY .
y
i
: Tọa độ từ cọc thứ i (Xem sơ đồ bố trí cọc ở trên).
n
c
= 36 cọc : Số lượng cọc trong móng.
32
Ni
L m=
- Chiều dài của cọc (các cọc dài bằng nhau).
+ Các tải trọng tính toán:
+ Các thông số về cọc:
+ Tính các hệ số của phương trình chính tắc:
+ Thế số vào hệ phương trình chính tắc:

18
+ Kết quả giải phương trình chính tắc:
III.2.5 - Tính nội lực trong tầng cọc
19
III.2.6 - Kiểm tra kết quả tính
III.3 - KIỂM TOÁN TTGH CƯỜNG ĐỘ
III.3.1 - Kiểm tóan sức chịu tải của cọc
+ Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền:
( )
1.381.709
R
Q N=
+ Tải trọng dọc trục tính toán lớn nhất trên cọc trong TTGHCĐ:
( ) ( )
ax
486,58 486.580,0
m
N kN N= =
+ Kiểm toán:
( ) ( )
ax
1.381.709 486.580,0
R m
Q N N N= ≥ = →
Đạt.
20
III.3.2 - Kiểm toán độ bền kết cấu cọc
+ Cốt thép cọc thiết kế:
+ Lớp bê tông bảo vệ cọc lấy là 5 cm.
III.3.2.1 - Kiểm toán cọc chịu tải trọng ở TTGHCĐ

+ Kiểm toán cọc như cột chịu nén uốn ngàm tại độ sâu bằng chiều dài nén uốn của cọc,
đầu trên tự do. Chiều dài của cột chính là chiều dài chịu nén uốn L
M
= 3900 mm. Hệ số
chiều dài tính toán K = 2.
+ Tải trọng dọc trục, mômen trên đầu cột là:
( )
( ) ( )
486.580,0
11,319 . 11.319.000 .
N N
M kN m N mm
=
= − =
+ Xác định sức kháng dọc trục tính toán của trụ khi chỉ tồn tại độ lệch tâm phẳng với các đặc
trưng tính toán như sau:
+ Chiều rộng tiết diện: b = 400 mm.
+ Chiều cao tiết diện: h = 400 mm.
+ Diện tích cốt thép chịu kéo dưới tác dụng của mômen:
( )
2
2
3*3,14*25
1472
4
s
A mm= =
+ Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép biên tiết diện chịu nén do mômen
uốn:
( )

340
s
d mm=
+ Cốt thép vùng chịu nén do mômen uốn:
( )
2
' 1472
s s
A A mm
= =
+ Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu nén đến mép biên tiết diện chịu nén do mômen
uốn:
( )
' 60
s
d mm
=
+ Xét hiệu ứng độ mảnh:
- chiều dài không giằng của trụ: Lu = 3900 mm.
- Hệ số chiều dài tính toán: K = 2.
- Mômen quán tính của mặt cắt nguyên bê tông:
( )
3 3
4
* 400*400
2.133.333.333
12 12
g
b h
I mm= = =

- Bán kính quán tính của tiết diện:
21
( )
3
. 400
115,5
12. .
12 12
g
I b h h
r mm
A b h
= = = = =
- Độ mảnh của cột khi uốn là:
.
2*3900
67,5 22
115,5
u
K L
r
= = ≤ →
Phải xét hiệu ứng độ mảnh.
+ Mômen do tĩnh tải gây ra bằng 0 nên ta có tỉ số:
( )
2
.
29440*2.133.333.333
25.122.133.329.408 N.mm
2,5 2,5

c g
E I
EI = = =
+ Tải trọng uốn tới hạn Ơle:
( ) ( )
( )
2 2
2 2
3,14 . 3,14 *25.122.133.329.408
4.071.239 N
. 2*3900
e
u
EI
P
K L
= = =
+ Coi như đầu trên của cọc không được giằng thì hệ số
1
m
C
=
nên ta có hệ số khuyếch đại
mômen:

2 2
1 1
1,2
486.580,0
1

1
0,75*4.071.239
.
b s
u
e
P
P
δ δ
= = = =
−
−
Φ
( Pu = N là lực dọc tính toán tại đầu cọc).
+ Mômen kiểm toán sẽ được nhân với hệ số khuyếch đại mômen và độ lệch tâm của lực dọc
tính toán cũng tăng lên tương ứng:
( )
( )
( )
2
2
486.580,0
* 1,2*11.319.000 13.582.800 .
*
13.582.800
27,9
486.580,0
b
b
N N

M N mm
M
e mm
N
δ
δ
=
= =
= = =
+ Để kiểm toán khả năng chịu lực của cột ta sẽ giả sử chiều cao vùng bêtông chịu nén đến khi
cả độ lớn và độ lệch tâm của lực nén trong tiết diện tương ứng không nhỏ của ngoại lực là
đạt.
+ Giả sử chiều cao vùng nén:
( )
200c mm
=
+ Biến dạng trong cốt thép chịu kéo:
( )
( )
0,003* 340 200
0,00210
200
u s
s
d c
c
ε
ε
−
−

= = =
+ Ứng suất trong cốt thép chịu kéo:
. 0,00210*200000 = 420 (MPa) 365 ( )
365 ( )
s s s
s
f E MPa
f MPa
ε
= = ≥
→ =
+ Biến dạng trong cốt thép chịu nén:
( )
( )
'
0,003* 200 60
' 0,00210
200
u s
s
c d
c
ε
ε
−
−
= = =
+ Ứng suất trong cốt thép chịu nén:
22
'

'
' . 0,00210*200000 = 420 (MPa) 365 ( )
365 ( )
s s s
s
f E MPa
f MPa
ε
= = ≥
→ =
+ Hệ số quy đổi bê tông vùng nén:
( )
( )
'
1
1
1
0,05
0,85 28 0,65
7
0,05
0,85 30 28 0,84 0,65
7
0,84
c
f
β
β
β
= − − ≥

→ = − − = ≥
→ =
+ Chiều cao bêtông vùng nén quy đổi:
( )
1
. 200*0,84 168a c mm
β
= = =
+ Sức kháng nén danh định của cột khi chịu nén uốn 1 phương:

( )
' ' '
0,85. . . . . 0,85*30*168*400 1472*365 1472*365
1.713.600
n c s s s s
n
P f a b A f A f
P N
= + − = + −
→ =
+ Sức kháng uốn danh định của cột khi chịu nén uốn 1 phương:
( )
' ' ' '
0,85. . . . . . . .
2 2 2
400 168 400
0,85*30*168*400* 1472*365* 60
2 2
400
1472*365* 340

2
349.216.000 .
n c s s s s s s
n
n
h a h h
M f a b A f d A f d
M
M N mm
−
 
   
= + − − −
 ÷  ÷ ÷
   
 
−
   
→ = + −
 ÷  ÷
   
 
− −
 ÷
 
→ =
+ Độ lệch tâm của cặp nội lực trên tiết diện:
( ) ( )
349.216.000
204 27,9

1.713.600
n
n
n
M
e mm e mm
P
= = = ≥ =
+ Sức kháng nén tính toán của cột khi chịu nén uốn lệch tâm phẳng:

( ) ( )
. 0,75*1.713.600 1.285.200 486.580,0
r n
P P N N N= Φ = = ≥ =
+ Sức kháng uốn tính toán của cột khi chịu nén uốn lệch tâm phẳng:
( ) ( )
n
. * P = 204*349.216.000 = 262.180.800 .
n
M e N mmΦ = Φ
+ Kết luận:
Kết cấu cọc đủ độ bền chịu tải trọng truyền xuống.
III.3.2.2 - Kiểm tra độ bền kết cấu khi vận chuyển cọc
+ Tải trọng bản thân cọc và tính phân bố theo chiều dài:
q = F
cọc
*γ
bt
= 0,4
2

*25 = 4 (kN/m)
+ Chiều dài đốt cọc tính toán: L = 12,9 m.
+ Tính mô men theo sơ đồ hai móc cẩu khi cẩu cọc:
23
Mô men lớn nhất:
( )
2 2
1,max
M *0,0215*q*L 1,4*0,0215*4*12,9 20,04 kNm
γ
= = =
Trong đó:
1,4
γ
=
- Hệ số xét đến lực động khi cẩu lắp cọc.
+ Tính mô men theo sơ đồ dựng cọc:

Mô men lớn nhất :
( )
2 2
2,max
M .0,043*q*L 1, 4*0,043*4*12,9 40,07 kNm
γ
= = =
Trong đó:
1,4
γ
=
- Hệ số xét đến lực động khi cẩu lắp cọc.

+ Mô men tính toán :
u
1,max 2,max
M = max (M ,M ) 40,07 kNm = 40.070.000 N.mm=
+ Kiểm tra khả năng chịu uốn của tiết diện tại vị trí móc cẩu với các thông số của tiết diện
như sau:
Diện tích cốt thép:
( )
2 2
2
. . 3*3,14*25
1472
4 4
s
n d
A mm
Π
= = =
Kích thước tiết diện: bxh = 400x400 mm.
Lớp bê tông bảo vệ = 5 cm.
+ Khoảng cách từ tâm thanh thép đến mép dưới dầm là 60 mm. Khi đó ta có
( )
65 400 60 340
s
d h mm= − = − =
+ Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:
( ) ( )
'
2 2
,min

30
1472 0,03* * * 0,03*400*400* 395
365
c
s s
y
f
A mm A b h mm
f
= ≥ = = =
+ Chiều cao bê tông vùng nén quy đổi:
( )
'
.
1472*365
52,7
0,85* * 0,85*30*400
s y
c
A f
a mm
f b
= = =
+ Xét tỷ số
1
52,7
0,185 0,42
. 0,84*340
s s
c a

d d
β
= = = ≤
24
Trong đó
( )
( )
'
1
0,05 0,05
0,85 . 28 0,85 * 30 28 0,84 0,65
7 7
c
f
β
= − − = − − = ≥
( với
'
30 28
c
f MPa MPa
= ≥
)
→ Chọn giá trị a vừa tính được để tính tiếp.
+ Khả năng chịu lực của tiết diện:
( )
52,7
. . 1472*365* 340 168.517.872 .
2 2
n s y s

a
M A f d N mm
   
= − = − =
 ÷  ÷
   
+ Kiểm toán:
.
n u
M M
φ
≥
Trong đó
0.9
φ
=
- Hệ số sức kháng với khi uốn cho cốt thép thường.
→
( ) ( )
. 0.9*168.517.872 151.739.479 . 40.070.000 N.mm
u
n
M N mm M
φ
= = ≥ =
→ Thỏa !
III.3.3 - Thiết kế mối nối cọc
+ Các đốt cọc được nối bằng phương pháp hàn nối.Các bản nối ốp góc là 4 thanh thép góc
đều cạnh V100x100x10. Chiều cao đường hàn là 10 mm, các kích thước khác xem chi tiết
trong bản vẽ. Việc tính toán đường hàn là tiến hành kiểm toán lại cường độ của đường hàn

khi chịu lực dọc là nội lực trong cọc.
+ Công thức kiểm toán :

ax ax
dh
F .
h
m m
N g
dh dh
N N
R
L
τ
δ
= = ≤
∑
Trong đó :
N
max
= 486,58 kN – Lực dọc lớn nhất trong cọc.
10 0.01
dh
mm m
δ
= =
- Chiều dày đường hàn.
8* 8*0,35 2,8 ( )
dh dh
L L m= = =

∑
- Tổng chiều dài đường hàn (4 thép góc 35cm ở một bên
hộp nối cọc).
2
150000 /
h
g
R kN m=
- Cường độ tính toán của đường hàn.
+ Kiểm toán:
2 2
486,58
17.377,9( / ) 150.000 ( / )
0,01*2,8
N
kN m kN m
τ
= = ≤
→ Đạt !
III.3.4 - Thiết kế thép đài cọc
III.3.4.1 - Thiết kế thép theo phương dọc cầu
+ Thiết kế thép theo phương dọc cầu coi đài cọc là ngàm congxol tại mép thân trụ, chịu tải
trọng thẳng đứng hướng lên từ các hàng cọc nằm phía dưới ngoài phạm vi thân trụ (theo
phương dọc cầu).
+ Sơ đồ tính và tải trọng khi thiết kế thép theo phương dọc cầu như sau:
25