Giáo trình nền móng - chương 2 Móng sâu , TS.Nguyễn Đình Tiến

Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 42 -
chơng II - móng sâu
Khu vc xõy dng gm cỏc lp t phớa trờn khụng thớch hp cho múng nụng, lỳc ú
múng cn phi t ti nhng lp t cú kh nng chu lc di sõu ta núi ú l cỏc
múng sõu.
II.1 - Phạm vi ứng dụng, phân loại, v các yêu cầu cấu tạo
II.1.1. Phạm vi ứng dụng

- Cỏc lp t phự hp nm di cỏc lp t yu





- Mực nớc cao
- Lực đẩy ngang lớn (cầu, cảng) hay M lật lớn (công trình tháp, cao tầng, tờng chắn đất
cao )
- Lực đứng lớn, đặc biệt khi chịu kéo
- Mái dốc, lớp đất trên nghiêng lớn








- Công trình quan trọng, công trình đòi hỏi độ tin cậy cao
- Sửa chữa nhà h hỏng do phần nền móng gây ra, nâng tầng
II.1.2. Các loại nhóm móng sâu:

+ Cọc: rất nhiều loại
+ Tờng trong đất
+ Giếng
Dới đây chỉ đề cập đến các loại móng cọc
Q
0
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 43 -
Các loại nhóm cọc
a- Theo cách truyền tải
cọc chống
đất yếu
đất tốt
R > 2/3 sức chịu tải của cọc
cọc ma sát
R
ma sát > 2/3 sức chịu tải của cọc

i
R
cọc ma sát - chống

b- Theo vị trí bệ đài : đài thấp và đài cao.
c- Theo trạng thái chịu lực

d- Theo vật liệu: Gỗ, thép (cọc ống trụ, lấp bên trong bằng bê tông, có thể dài 40-50m),
BTCT. Nhiều ngời coi rằng: - Cọc trụ vật liệu rời: đá, sỏi, cát
- Cọc vôi xi măng, cọc xi măng - đất
tơng đơng với phân loại vật liệu trên
e- Phơng pháp chế tạo
- Chế tạo sẵn: cọc đúc, nối bằng vật liệu cứng
- Cọc tại chỗ: thờng dùng khi
+ Địa tầng thay đổi mạnh
+ Chiều dài cọc thay đổi nhiều
+ Tải lớn, công trình lớn
+ L, D của cọc dự kiến lớn
+ Thi công từ cọc đúc không đợc
f- Mức độ làm dịch chuyển nền đất khi thi công cọc
- Cọc làm đất dịch chuyển lớn: cọc đặc đúc sẵn hạ bằng đóng ép rung
- Cọ dịch chuyển nhỏ: cọc ống không bịt, H, xoắn
- Cọc không dịch chuyển: tạo cọc bằng khoan, v
đất khoan
= v
cọc

trong móng cọc đài thấp trong móng cọc đài cao
cọc nén cọc kéo cọc u
ố
n
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 44 -
- Cọc hỗn hợp.
g- Theo kích thớc

- Cọc ngắn 3-5m
- Cọc nhỏ d < 25cm
- Cọc nhỡ d = 25-40cm
- Cọc lớn d > 45cm
h- Theo hình dạng
- Lăng trụ, tháp, Nạng
- Xoắn
- Mega: ngắn
i- Theo vị trí đài:
Đài thấp, đài cao

II.1.3. Các yêu cầu cấu tạo móng cọc
Gồm 2 bộ phận chính:
+ Đài cọc
+ Cọc -
5
D
l

Ngày nay đại đa số là cọc BTCT gồm nhiều loại,
chiều dài 2-3m đến hàng trăm mét; đờng kính cọc từ
10cm đến 3-5m (móng giếng, cọc nhồi)
II.1.3.1. Loại cọc đúc sẵn
BT cọc
250# (thờng dùng 300#). Thép chịu lực: thép gai 14

, lới thép đầu cọc -
4-6, đai - 6-8, bản mã nối và khuôn thép bảo vệ đầu cọc -

6mm Thi công hạ cọc
gồm các phơng pháp:
+ Đóng





có các đầu đệm giảm chấn
+ ép
+ Rung
+ Khoan dẫn + đóng + ép + rung
+ Xoắn: dùng trong sửa chữa, nâng tầng
+ Xói nớc: khi cần hạ sâu qua lớp cát dày

Khi cọc dài có thể chia
thành các đoạn (có
chiều dài hợp lý) và nối
lại (xem các trang sau)



A
b b
c
L
d
đi cọc
cọc BTCT
Lc

Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 45 -
lới thép gia cố
thân cọc
thân cọc
bản mã
đờng hn
đầu cọc
chi tiết nối cọc tại công trờng
bản thép
đoạn cọc c1
2
2
3
đoạn cọc c2
3
1
1
1
1
4 4
mặt cắt 2 - 2
mặt cắt 4 - 4
mặt cắt 3 - 3
chi tiết mũi cọc
đờng hn
chi tiết móc cẩu chi tiết bản mã
Mặt cắt 1-1(bản thép cho đầu cọc )
hn đắp
ghi chú:

- mác Bêtông đi
- cốt thép
- mác bêtông cọc
- đờng hn, que hn
- bêtông lót đáy đi
ỉ
1
1
Ts.nguyÔn ®×nh tiÕn bé m«n c¬ häc ®Êt – nÒn mãng ®hxd
- 46 -

Ts.nguyÔn ®×nh tiÕn bé m«n c¬ häc ®Êt – nÒn mãng ®hxd
- 47 -
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 48 -
II.1.3.2. Loại cọc tại chỗ
Gồm: - Khoan tạo lỗ: có ống vách và không ống vách
- Đổ bê tông cọc: bê tông độ sụt cao, đổ qua ống dẫn
- Sức chịu tải l
ớ
n - Khó
q
uản l
ý
chất lợn
g
cọc
Ưu - Khôn
g

p
hải vận chu
y
ển ít thé
p
Nhợc - Thiết bị cồn
g
kềnh,
p
hức tạ
p
- ít
g
â
y
ảnh hởn
g
đến bên cạnh - Nếu cọc hỏn
g
khó tha
y
thế

Cọc khoan nhồi hiện nay hay dùng d = 1-2,4m ; h
max
100m
II.1.3.3. Đài cọc liên kết cọc với công trình:
Dạng đài đơn, băng, bè, thờng đổ bê tông đài toàn khối liên kết với cọc
cọc khoan nhồi
>2.5D
D
cọc đúc
3D-6D
D
hd
ho
thép chờ liên kết cột, tờng
>15d
tờng gạch
đi cọc
>10cm
râu thép chờ
bằng cách:
- đập vỡ đầu cọc
- hoặc đập một ít đầu
cọc v hn râu thép
cọc đúc
(
3
-
6

)
D
>10cm
>d/10 + 5cm
a
(3
-
6
)
d

buồng khoan
dung dịch vữa
bentonite
dẫn hớng
ống thép
dây cáp từ
cần cẩu
lồng thép
phễu đổ
bê tông
D
H
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 49 -
Yêu cầu đối với đài: - Bê tông >200#
- Thép thờng dùng thép gai, cấu tạo theo nguyên tắc bản conson, dầm liên tục hoặc
bản.
đài dạng bản
đoạn cọc tự do

móng cọc đài cao

Đài băng giao nhau

II.2 - Sức chịu tải của cọc.
II.2.1. Khỏi nim:
a. Sức chịu tải là khả năng chịu lực của cọc trong quá trình:
+ Thi công
+ Sử dụng
- Trong giai on thi cụng
.

+ Cọc đúc sẵn trong quả trình hạ cọc có thể bị gãy, đứt, vỡ do cẩu, lắp, đóng, rung,
ép
ngời ta nói cọc bị phá hoại do vật liệup
vl
- sức chịu tải của cọc về phơng diện vật
liệu trong thi công, trong thí nghiệm nén thử cọc.
+ Đóng cọc, rung gây ra rung động ảnh hởng đến công trình xung quanh, xâm hại đến
sức khoẻ dân c, làm ô nhiễm môi trờng.
- Trong giai on s dng:
Ngoài khả năng cọc bị phá hoại về phơng diện vật liệu khi chịu tải thí nghiệm, tải sử
dụng, còn có khả năng đất bị phá hoại gây cho hệ móng cọc có chuyển vị lớn vợt giới
hạn dẫn tới công trình mất ổn định hoặc là nền đất có chuyển vị lớn vợt quá giơí hạn làm
công trình sử dụng bất thờng.
- Tóm lại: Sức chịu tải của cọc đợc đánh giá là giá trị an toàn theo hai giá trị sức chịu tải
về phơng diện vật liệu và nền đất.
- Tuy nhiên trong thực tế, sức chịu tải của cọc đợc hiểu một cách giản dị hơn nhiều theo
hai phơng riêng rẽ dọc trục và ngang trục:
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd

- 50 -
+ Khả năng chịu lực giới hạn của cọc khi công trình hay cọc có chuyển vị đến giới hạn
qui ớc có kể đến tính an toàn.
+ Hoặc là khả năng chịu lực giới hạn của cọc khi vật liệu cọc, nền đất đạt đến trạng thái
giới hạn về cờng độ.
b. S lm vic ca cc vi nn t trong quỏ trỡnh thi cụng v s dng:
b.1. Khi thi cụng úng, ộp cc:
- Đối với đất sét:
+ Cấu trúc đất thay đổi
+ Trạng thái ứng suất thay đổi
+ Độ bền thay đổi theo thời gian
Đất có khả năng trồi lên, Sức kháng chủ yếu là sức
chống mũi cọc
Làm đất xấu đi
- Đối với đất cát:
+ Làm chặt cát (khoảng 2ữ5D)
+ Tăng áp lực ngang quanh cọc
Tăng ma sát
b.2. Khi sử dụng:








- Trờng hợp cọc chống: hầu hết tải trọng truyền vào vùng đất dới mũi cọc, sự làm việc
của cọc tơng tự nh móng nông.
- Trờng hợp cọc ma sát- chống: khi cọc chuyển vị ứng suất phát sinh trong vùng đất

quanh cọc và dới mũi cọc có thể coi rằng có 3 vùng nh sau (xem hình):
+ Vùng I: mỏng vài mm đến 1cm, dính bám chặt với cọc,cùng chuyển dịch với cọc.
+ Vùng II: ứng suất đáng kể hệ số rỗng giảm, độ ẩm giảm. Đối với nền cát, đặc biệt
cát rời ảnh hởng nén chặt là lớn.
+ Vùng III: ứng suất, biến dạng nhỏ, e và w thay đổi ít
Hình dạng các vùng này phụ thuộc vào hình dạng cọc, loại đất, trạng thái đất và cấu trúc
địa tầng, và chuyển vị của cọc.
yếu
tốt
PPPP
P
sử dụng
cọc chống
R
cọc ma sát+chống
sử dụng
P
2
D

-

5
D
3D - 7D
III
II
I
yếu
tốt

yếu
yếu
tốt
tốt
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 51 -
c. nh hng ca nhúm cc:
Do ảnh hởng tơng hỗ các cọc:
- Cọc giữa lún nhiều hơn vì có lực
ma sát hơi lớn hơn so với các cọc
biên. Nhng vì có đài liên kết, các
cọc trong nhóm lún đều nhau
Cọc
biên phải chịu tải lớn hơn
Nhóm
cọc có thể bị phá hoại dới tác dụng
của tải trọng trung bình lên 1 cọc nhỏ
hơn tải trọng phá hoại của cọc đơn.

- Tuy nhiên do hiệu ứng nhóm cọc trong
thi công rất khó dự báo đất giữa các cọc
có thể đợc nén chặt hơn
nhiều khi điều
nói trên không đúng
- Trong thực tế có thể xảy ra các hiện
tợng:
+ Đẩy trồi: làm các công trình bên cạnh
bị nâng lên, hạ xuống không đều
+ Sụt bề mặt công trình bên hạ xuống
không đều

+ Cọc trớc bị cọc hạ sau đẩy trồi vỗ
lại
+ Cọc ép đất có thể làm mái đất trợt ngang
- Nếu khoảng cách cọc 2D đối với cọc chống và 3D đối với cọc treo thì ảnh hởng
nhóm coi là nhỏ.
- Từ những nhận xét trên, có thể coi rằng sức chịu tải của cọc gồm hai thành phần tại bề
mặt tiếp xúc cọc đất:
+ Lực kháng bên quanh cọc tạo nên bởi ma sát và lực dính của đất và các mặt bên cọc.
+ Lực chống mũi cọc.
Tơng quan hai thành phần này phụ thuộc vào chuyển vị cọc, loại cọc và nền đất của
cọc. Ví dụ khi tải trọng nhỏ, chuyển vị của cọc còn nhỏ thì thành phần kháng bên là chủ
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 52 -
yếu, nhng khi tải lớn hơn, chuyển vị cọc phát triển thì kháng bên giảm và lực chống mũi
tơng ứng tăng lên.

Q
s
Q
c

P = Q
s
+Q
c

- Cờng độ ma sát quanh cọc tăng và đạt tới giá trị giới hạn khi chuyển vị cọc khoảng 1
cm, nhng cờng độ kháng mũi đạt đến giá trị giới hạn đòi hỏi chuyển vị lớn hơn nhiều.
Có hai phơng hớng xác định sức chịu tải của cọc về phơng diện của đất nền:
ắ Tính toán: + Các công thức thống kê dựa vào kết quả thí nghiệm trong phòng

+ Các công thức dựa vào kết quả xuyên
+ Các công thức lý thuyết
ắ Thí nghiệm: + Nộn tnh th ti cc.
+ Th ti trng ộng
II.2.2. Cỏc phng phỏp xỏc nh sc chu ti ca cc.
II.2.2.1. Xác định P
đ
dựa vào kết quả thí nghiệm trong phòng (phơng pháp thống kê)
- Sc chu ti gii hn ca cc: P
gh
= m(Q
s
+ Q
c
)
Trong ú:
+ Q
s
=

=

n
1i
iii2
.l.u. -sc khỏng do ma sỏt quanh chu vi
cc
+ Q
c
=

1

.R
n
.F - sc khỏng mi cc
m- hệ số điều kiện làm việc

2,1

- hệ số kể đến ảnh hởng của phơng pháp hạ cọc

1
21
==


Cọc lăng trụ, hạ = đóng, ép
Cọc khoan dẫn
2
= 0,5 - 0,6

i
- tra bảng theo độ sâu trung bình h
i
và loại đất,
trạng thái đất lớp i (phụ lục trang 21), chớnh xỏc thng chia nh cỏc lp t
trong phm vi cc i qua thnh cỏc on nh cú chiu dy li <= 2m.
R
n
- tra bảng theo độ sâu mũi cọc H và loại đất, trạng thái đất lớp dới mũi cọc

(phụ lục trang 22)
- Sc chu ti tớnh toỏn ca cc:
100%
Kháng mũi
Kháng bên
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 53 -
P
đ
=
s
gh
F
P
, F
s
= 1,4 (cọc chịu nén) ; 2,5 (cọc chịu kéo)
Ghi chú: - Cọc chống: trong các công thức tính toán có thể bỏ qua phần Q
s,
- Cọc chịu kéo: trong các công thức tính toán bỏ qua phần Q
c
và F
s
= 2,5
- SCT theo phơng ngang trục xác định theo thí nghiệm hiện trờng hoặc
theo kinh nghiệm nh bảng sau (bảng trang sau)
- Nếu
ng >1 thì xác định theo kết quả thí nghiệm tải trọng ngang tĩnh.
II.2.2.2- Phơng pháp dùng kết quả thí nghiệm xuyên (CPT và SPT)
- Công thức tính SCT của cọc gồm 2 thành phần:

+ Tổng lực kháng bên quanh cọc Q
s
+ Lực kháng tại mũi cọc Q
c
P
gh
= Q
s
+ Q
c
- Dựa vào kết quả xuyên tĩnh CPT:
Q
s
=

=
n
i
i
ci
ii
q
lu
1
.

u
i
, l
i

xem hình
i

lấy nh sau (phụ lục trang 24):
Sét: = 30-40 (đất yếu thì nhỏ hơn)
Sét pha: = 40-60
Cát pha: = 60-80
Cát- cuội = 80(cát bụi)-150
Q
c
= K.F.q
cn
, trờng hợp cọc đúc sẵn K = 0,45-0,55
trờng hợp cọc nhồi sẵn K = 0,35-0,45
(Để coi là cờng độ kháng mũi là q
cn
thì h
n
phải lớn hơn 2D, với đá thì h
n
0,5m)
- Dựa vào kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT (
i
N &
n
N ):
Theo Meyerhof:
P
gh
= Q

s
+ Q
c
trong đó : Q
s
=

iii
NKlu
2

Q
c
= K
1
.
n
N .F

i
N ,
n
N - trị số SPT trung bình của các lớp đất cọc qua và ở mũi cọc
K
1
(kN/m
2
)- hệ số = 400(cọc đóng), 120 (cọc nhồi)
K
2

(kN/m
2
)- hệ số = 2(cọc đóng), 1 (cọc nhồi)
P
đ
=
3225,1
+

cs
QQ
hoặc P
đ
=
35,1
QQ
F
P
cs
s
gh

+
=

c1
q
ci
q
cn

q
i
F - diện tích
cn
k.q
u - chu vi
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 54 -
II.2.2.3. Phơng pháp thí nghiệm nén tĩnh.
- Nguyên lý:
Tác dụng lên cọc thí nghiệm tải trọng coi là tĩnh đo xác định quan hệ tải trọng - độ lún
(chuyển vị cọc) trên cơ sở đó xác định đợc P
gh
(P
u
) - sức chịu tải giới hạn của cọc về
phơng diện đất nền
Sức chịu tải tính toán P
đ

- Dụng cụ và qui trình gia tải: Sau khi hạ cọc thí nghiệm và nghỉ (Thời gian nghỉ với
nền cát là 1 tuần, với nền loại sét 2 tuần)
tải đối trọng
hệ dầm đỡ tải
cọc thí nghiệm
kích thủy lực
kích
t. lực
cọc t. nghiệmhệ cọc neo
hệ đo lún

hệ đo lún

+ Tải trọng gia tăng (hoặc dỡ) từng cấp nhỏ khoảng
0,1 tải trọng dự kiến thí nghiệm,
cấp trớc ổn định qui ớc thì tăng cấp sau. ổn định qui ớc khi sau 1,2 giờ mà
S không
lớn hơn 0,1mm hay 0,02mm/5phút.
- Qui trình gia tải:
+ Tiêu chuẩn Việt nam tăng từng cấp (từ
15
1
10
1

P dự tính thí nghiệm) từ 0 đến P
dự tính

= 1,5 - 3 [P] (sau ít nhất 24
h
) dỡ về 0 duy trì 12
h
, có thể nén tiếp lần 2 dỡ (ở đây
[P] dự tính theo phơng pháp kinh nghiệm)
+ Gia tải nén - dỡ trung gian: từ 0
50% hay 100%[P] dự kiến, duy trì 1
h
rồi dỡ về
0, sau đó lại tăng tảiP
dự tính

+ Gia tải nhanh.
+ Phơng thức gia tải giữ tốc độ lún.
- Diễn dịch kết quả:
+ Theo quan điểm cờng độ đất nền : P
đ
=
F
s
Pgh

+ Theo quan điểm biến dạng: từ giá trị
][S

P
gh
.


Trong đó = 0,1-0,2, xét đến hiệu ứng nhóm cọc và thời gian .Nếu đờng S =
][S

không cắt đờng P - S thì lấy P
gh
=P
maxTN

P
( T )
( mm )
S

gh
P
gh
[P ]
S*=
[S]
đ
P =
gh
P
F
s
s
maxTN
P
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 55 -
Bng so sỏnh cỏc thụng s xỏc nh sc chu ti cc theo ASTM - Anh v TCVN
ASTM TCVN(269-2002)
P
max
Tối thiểu 2P
w

Đến độ lún S=40mm nhng không
nhỏ hơn 1.5P
gh
*

P

25%P
w
cho lần nén thứ nhất đến
2P
w
; 50%P
w
cho lần nén thứ hai đến
P
max

<25% P
tk
cho các cấp tải trọng ban
đầu; <10% P
max
cho các cấp cuối
cùng (P
max
=1,5ữ3 P
gh
)
S/t
0.25mm/h nhng không quá 2h cho
mỗi cấp trù cấp 2P
w
duy trì đến 24h
0.25 mm/h khi đất mũi cọc là cát
hoặc sét cứng - nửa cứng
0.1 mm/h khi đất mũi cọc là sét dẻo

S
*
Không quy định, thờng lấy 0.1D 0.2[S] hoặc 40mm, lấy giá trị bé
Chu
trình thí
nghiệm
Thí nghiệm đến P
max
với P=25%P
w

dỡ tải với P=50% về 0. Lu 24h,
nén lại với P=50%P
w
đến phá hoại
Thí nghiệm đến P
max
với
P10%P
max
. Dỡ tải với P=2P,
mỗi cấp 15 phút
P
gh
P
u
hoặc chuyển vị tơng ứng với
0,1D
P
u

hoặc tơng ứng với ][S



Ghi chú: P
w
- tải trọng làm việc yêu cầu của cọc thiết kế hay đôi khi đợc hiểu lấy theo
sức chịu tải cho phép
)2(=Fs
Pgh
; P
gh
-sức chịu tải giới hạn của cọc theo dự báo bằng các
phơng pháp khác.
Nhận xét:- Đợc coi là phơng pháp tin cậy nhất, lấy đây làm chuẩn.
- Chỉ cho biết giá trị tổng cộng sức chịu tải, không cho thấy tơng quan kháng
bên và lực chống mũi.
- Lâu, cồng kềnh, tốn kém
Yêu cầu mọi công trình móng cọc phải tiến hành ít nhất 1 thí nghiệm nén tĩnh.

II.2.2.4. Phơng pháp động
1- Đóng thử
Nguyên lý: Sau khi hạ cọc thí nghiệm và để cọc nghỉ, tiến hành
đóng thử với búa trọng lợng Q, độ cao rơi búa H, đo độ lún 1 nhát
búa gây ra là e - độ chối của cọc.
P
gh
~
e
1

?
Dụng cụ: Búa đóng cọc Q, H
Dụng cụ đo lún
e
Diễn dịch kết quả:
Q
q
búa

H
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 56 -
- Theo Gerxevanov:
P
gh
= -
e
nF
QH
qQ
qKQ
nFnF

22
2
1
2
+
+
+

+

Với: e > 0,002m
F- Diện tích tiết diện ngang của cọc
Q,q- Trọng lợng búa và cọc (kể cả cọc dẫn
và đệm)
- Độ chối của cọc thí nghiệm
K
1
- Hệ số phục hồi vận tốc khi va chạm
(
2
1
K = 0,2)
n - Hệ số kinh nghiệm (cọc BTCT n =
150T/m
3
)
P
đ
=
s
F
gh

P
, F
s
nh trên
- Theo tiêu chuẩn của Hà lan:
P
gh
=
qQ
HQ
).(
.
+
2
, P
đ
=
75 ữ
gh
P


2- PDA:
Thiết bị và mô hình xác định sức chịu tải
động của cọc theo đất nền, kiểm tra chất
lợng cọc dựa trên lý thuyết phân tích phơng
trình sóng theo phơng pháp biến dạng lớn
(hình bên).
Nhận xét:
- Các phơng pháp động xây dựng trên lý thuyết tải động không phù hợp với trạng thái

làm việc của cọc.
- Phơng pháp tiến hành rất nhanh, rẻ, có thể tiến hành nhiều cọc trên mặt bằng xây
dựng.
- Nếu có nhiều số liệu tin cậy
thống kê thay vì phải thí nghiệm nén tĩnh có thể làm
thí nghiệm động
cho kết quả đủ tin cậy, lại nhanh, rẻ.

Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 57 -
II.3- Tính toán móng cọc đi thấp
Thuật ngữ đài thấp đợc hiểu là đài nằm trong đất với độ sâu h
mđ
h
min
. Với h
min
đơc
xác định từ điều kiện cân bằng áp lực đất bị động từ đáy đài trở lên.

h
min
= 0,7tg (45 -
2

)
d
b
Q
'

0



II.3.1. Các giả thiết:
1- Tải trọng ngang do đất trên mức đáy đài tiếp thu điều kiện đặt đáy đài h
mđ
> h
min
và N = N
0
+ trọng lợng đài và đất phủ
M = M
0
+ e
0
. N
0

2- Đài cọc tuyệt đối cứng, ngàm cứng với cọc và chỉ truyền tải N, M lên các cọc
các
cọc chỉ chịu nén, kéo
và P
i
=

+
2
i
iy

2
i
ix
x
x.M
y
y.M
n
N

trong đó: Ox,Oy- trục quán tính chính trung tâm
của tiết diện các đầu cọc ở đáy đài
x
i
, y
i
- toạ độ trọng tâm cọc i (hình vẽ)
N, M
x
, M
y
- tải trọng tác dụng ở trọng
tâm đáy đài
n- số cọc trong móng
3- SCT của cọc trong móng = SCT của cọc đơn
(trong đó SCT của cọc đơn theo vật liệu và
đất nền đã nói ở trên).
+ SCT của cọc về phơng diện vật liệu:
Khi nén P
vl

=

(R
n
.F
b
+R
a
. F
a
)

- hệ số lấy 0,85(n<6) - 1(n 11)
Khi kéo
k
vl
P = R
a
.F
a
+ SCT theo đất nền
k,n
d
P [P] = min{P
vl
, P
đ
}

4- Khi tính toán tổng thể móng cọc thì coi hệ móng cọc là móng khối qui ớc .

x
y
i
Mx
My
xi
yi
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 58 -
Khối móng quy ớc Theo Terzaghi
Nq
cọc chống
Móng quy ớcĐá (đất)
rất cứng
Mo
Bq x Lq
No

tb/4
Các lớp đất đều không yếu
Móng quy ớc
hc/3
hc
tb/4

Bq x Lq

hmđ
Lớp yếu
( bỏ qua )

H = hm
Móng quy ớc
hmđ
H = hm
tb/4

Không lớn (bỏ qua)
Nq = N + n . g + Khối lợng đất trong phạm vi H - hmđ
c
Nq
No
Mo
Mo
Mo
N
Nq
Mo
Mo
N
Nq
Mo
Mo
N
Nq
Mo
Mo


II.3.2. Các chú ý trong thiết kế móng cọc đi thấp:
1- Chọn chiều dài và tiết diện cọc (l

c
,F
c
):
Đây là những đặc trng qui định SCT của cọc, phụ thuộc vào các yếu tố:
- Tải trọng công trình:
+ Thông thờng công trình lớn
l
c
dài, F
c
lớn.
+ Những công trình chịu tải ngang lớn (cầu, tờng chắn cao), công tình cảng
thờng dùng cọc có F lớn.
- Địa chất công trình:
+ Nếu lớp đất cứng chặt ở độ sâu không lớn
nên dùng cọc chống dạng đúc sẵn
hay cọc nhồi có đơng kính ( cạnh cọc) lớn.
+ Nếu lớp đất bên trên mềm rất dày thì thờng dùng cọc ma sát hoặc hỗn hợp (ma
sát và chống).
+ Trờng hợp nền nhiều lớp xen kẹp
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 59 -

- Về mặt nguyên tắc cọc phải hạ mũi vào những lớp đất tốt hơn lớp bên trên:
+ Cọc phải xuyên qua lớp 1,2 đến lớp 3 hoặc 4 tuỳ tính chất và chiều dày lớp 3.
+ Cân nhắc phơng án cọc trong lớp 1 (cách xa lớp 2 một khoảng an toàn) và
phơng án cọc xuyên qua lớp 2.
+ Nên hạ cọc tới lớp đồng nhất hoặc dùng phơng án cọc có chiều dài thay đổi
+ Dùng cọc có l thay đổi phù hợp.

- Phơng pháp thi công:
+ Cọc khoan nhồi thờng có F lớn và chiều dài lớn.
+ Cọc đóng có thể hạ cọc đúc có tiết diện từ nhỏ đến lớn và đạt đợc chiều sâu lớn
+ Cọc rung hay dùng cho cọc tiết diện vừa và lớn, cọc rỗng.
+ Cọc ép bị hạn chế về tiêt diện và chiều sâu.
Ví dụ ép cọc trong đất loại cát chặt vừa- chặt, đất loại sét cứng thì thờng
dùng loại cọc nhỏ - vừa và chỉ cắm vào trong lớp này với độ dài khiêm tốn.
(Trong Đồ án Nền móng, nếu dùng phơng pháp thi công là đóng hoặc ép
thì kinh nghiệm phụ thuộc vào loại, trạng thái chặt ẩm)
+ Phơng pháp xói nớc: thờng dùng cọc có tiết diện vừa - lớn, qua lớp cát
+ Phơng pháp xoắn: cọc nhỏ, ngắn


h
1
h
1
21
a) c)b) d)
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 60 -
Phơng pháp
thi công
Độ dài đón
g
đợc tron
g
đất cát một cách thuận lợi
Cát bụi ẩm - bão
hoà chặt xốp

Cát nhỏ ẩm - bão
hoà, chặt - xốp
Cát trun
g
- to - sỏi
sạn - chặt xốp
Đón
g
5-10m 4-10m 3d-5d
é
p
3-5m 2-4m 2d-4d
Xói nớc >10m >5m vài mét

Ghi chú: độ ẩm ít ảnh hởng tới cát loại hạt trung thô

- Độ quan trọng công trình: Công trình quan trọng thờng dùng cọc tiết diện vừa - lớn,
loại cọc chống (tới lớp đất rất cứng, chặt)
- Công trình lân cận: Cần hạ êm
cọc ép, cọc khoan dẫn, cọc nhồi phơng pháp thi
công ảnh hởng đến l
c
, F.

2- Khi tính toán đài cọc:
Tính toán đài cọc dới cột, tờng đợc coi là cứng, làm việc nh bản conson ngàm tại
mép cột, tờng, chịu lực tác dụng là các lực tập trung tại chân cột, tờng và P
i
ở các đầu
cọc.

a - Tính toán kiểm tra cờng độ bản đài trên tiết diện đứng:
Nội dung kiểm tra:
- Điều kiện phá hoại dòn( vùng ép của bê tông)
h
0
,
b.R4,0
M
trnu
ng
trong đó M
ng
= (P
o1
+ P
02
)e + P
o3
.e
3
(ít khi tính toán đk này)
(ở ví dụ này b
tr
b
c
, và nếu mặt trên móng có bệ thì coi b
tr
là bề rộng của bệ - xem hình)
- Cốt thép yêu cầu:

0a
b,l
ng
b,l
a
hR9,0
M
F
=
(h
0
h - a
0
)

chọn n

?

bố trí dạng lới
- Hàm lợng cốt thép hợp lý:


=
0d
thực
a
h.b
F
= 0,15%- 0,4% đối với đài dạng bản và 0,3% - 0,8% đối với đài dạng dầm.

Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 61 -
Mo
No
ho
ao
hđ
1
2
4
5
6
7
8
3
Po2 + Po5 + Po8
Po3
Po1 + Po2
e1 = e3 = e
b-trên
Đi
e3
e' = e2= e5= e8

Bảng kinh nghiệm của TH.S Đỗ Văn Minh - Trờng ĐHXD
về lực ép và cốt thép trong cọc
Loại cọc Chiều dài m Tiết diện cọc cm
2
Lực é
p

T hoặc
P
gh
dự báo (T)
Cốt thép dự kiến
Cọc ép
5-6 20x20 30-50
416
6-8 25x25 50-80
418
6-8 30x30 80-100
420
6-8 35x35 90-120
618-20
Cọc đóng
6-12 25x25
30 418 - 420
- 30x30
40 418 - 618
- 35x35 > 50
420 - 620
- 40x40 > 60
420 - 620

b - Tính toán kiểm tra cờng độ trên các tiết diện nghiêng:
- Kiểm tra tại những vị trí đài có lực cắt lớn (đó là mép cột, tờng, mép hàng cọc hay mép
cọc có Pmax) ứng suất pháp do mô men và ứng suất tiếp do lực cắt gây ra những ứng suất
kéo chính, làm đài có thể bị nứt nghiêng với trục ngang một góc . Điều kiện kiểm tra
khả năng chịu cắt Q< Q
b

(không kể cốt đai, xiên).
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 62 -
- Có 3 trờng hợp phá hoại trên tiết diện nghiêng nh sau:
b.1- Cột ép thủng (đâm thủng) theo các mặt nghiêng: tạo
thành tháp từ mép cột tới mép các hàng cọc và tháp
nghiêng 45
0
(xem lại KCBTCT I trang 47 - Điều kiên tiết
diện không cốt đai, xiên):
P
đt
K.R
k
.b
tb
.h
0


K- hệ số kể đén sự gia tăng cờng độ chống cắt trên mặt
nghiêng với góc .
P
đt
tổng phản lực đầu cọc ngoài phạm vi tháp đâm thủng.
b
tb
chu vi trung bình của tháp đâm thủng.

b. 2 - Hàng cọc chọc thủng:

Điều kiện: P
ct
K.R
k
.h
0
. b
tb
K - phụ thuộc vào c/h
0
tức cotg

(tra bảng phụ lục
trang 27). Khi c/h
0
< 0,2 thì lấy c/h
0
= 0,2 và c/h
0
> 1 thì
lấy c/h
0
= 1
P
ct
tổng phản lực đầu cọc ngoài mặt đâm thủng
b
tb
cạnh trung bình của mặt đâm thủng
- Việc tính toán phá hoại mặt nghiêng trờng hợp trên có

thể tính theo các công thức và chỉ dẫn ở trang 83-85 giáo
trình KC BTCT II. Theo tôi có thể tính an toàn chung
cho cả 2 khả năng trên (giả thiết mặt nghiêng chỉ xuất
hiện về phía lệch tâm) với điều kiện kiểm tra nh sau:
P
đt
=

=
n
1i
i
P 1,25.K.R
k
.h
0
.b
tb
b
tb
- đờng trung bình hình thang của mặt
nghiêng trên mặt bằng.
+) b
tb
=
2
dc
bb +
= b
c

+ h
0
(nếu đờng kẻ xiên 45
0


theo phơng bề rộng trùm ra ngoài mép cọc)
+) b
tb
=
2
'.
bb
c
+
(nếu đờng kẻ xiên 45
0
theo phơng bề rộng nằm trong các mép cọc).
K- Tra bảng phụ thuộc c
0
/h
0
trong phụ lục trang 27
Hng 1
chọc thủng
chọc thủng
Hng 2
M
ho
ao

hđ
N
4
5
4
5
o
M
1
2
N
( Mx << My )
y
x
b
tb
d
b
b'
ho
ao
hđ
3
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 63 -

h
o
b
h

o
b
45
P
o
i max
b.3 - Cọc góc có P
0
imax
chọc thủng (bỏ qua ảnh hởng của cốt ngang trong đài cọc):
Điều kiện
P
0
imax
0,75.R
k
.h
0
.(b
tb1
+b
tb2
)
Nếu có tạo bậc hay vát thì h
o
h
0b
và có thể kể đến <45
0
qua giá trị c/h

0









3 - Ma sát âm.
- Trong các trờng hợp cọc làm viêc trong nền có các lớp đất sau:
+ Đất đắp dày 2m,
+ Hạ nớc ngầm,
+ Tải trọng bên phụ thêm, ví dụ công trình lân cận, tải
trọng kho bãi
thì độ lún của các lớp đất này có thể lớn hơn, lâu hơn so
với độ lún của cọc, đặc biệt là trờng hợp khi có sự lún
xuống tơng đối giữa đất và cọc, cọc sẽ truyền tất cả tải
trọng chống lại lên mũi cọc. Đó chính là ma sát âm
Thông thờng trong các trờng họp cọc chống hay
cọc hạ qua đất loại sét mềm - bão hoà, cố kết chậm, bề
dày lớn tựa vào các lớp đất tốt thì ma sát âm có thể có
giá trị đáng kể. Giá trị ma sát âm phụ thuộc vào : điều
kiện địa chất, hình dạng, số lợng cọc trong móng, tính
chất cố kết của đất
Việc tính toán ma sát âm và kỹ thuật hiện trờng để giảm lực ma sát âm nh thế nào?:
Nén trớc, hạn chế hạ mực nớc ngầm, quét trơn mặt cọc hoặc áo bọc.
Phơng pháp đơn giản tính ma sát âm là sử dụng giá trị ma sát dơng đi xuống trong vùng
đất bị lún.

h
o
b
45
b
b
tb-1
tb-2

R
i
cọc ma sát
R
m
a

s
á
t

d

ơ
n
g
+
m
a

s

á
t

â
m
_
m
a

s
á
t

d

ơ
n
g
+
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 64 -
Ngoài ra có thể dùng các công thức thực nghiệm, trang 307 Móng cọc trong thực tế xây
dựng Nhà xuất bản xây dựng 1999.
Theo tiêu chuẩn thiết kế thi công và nghiệm thu cọc tiết diện nhỏ TCVN 189-
1996( TCVN Nhà xuất bản xây dựng 1997)
- Lực masát âm tác dụng lên cọc Q
n
đợc xác định theo công thức:
Q
n

=Q
ni
= u

=
n
i
1
q
ni
.l
i
q
ni
: cờng độ giới hạn của masát âm tác dụng lên cọc tại lớp đất i, phần chịu
masát âm) q
ni
=F.
v


m : số lớp đất gây ma sát âm; F = 0,3

v

: ứng suất hữu hiệu theo phơng đứng
Đối với cọc chống phần chiều dài cọc chịu ma sát âm lấy bằng chiều sâu cọc gặp lớp đất
cứng. Đối với nền đồng nhất phần chiều dài cọc chịu masát âm lấy bằng 0,7l
c

4 Chọn búa đóng cọc và lực ép đầu cọc
Phơng pháp ép:
Trong giai đoạn thi công lực ép đầu cọc p
ép
P
gh
khoảng (1,8 2,8)[P] dự kiến trong đó
[P] dự kiến = P
đ
(dự tính theo kết quả xuyên hay phơng pháp thống kê)
Đến độ sâu thiết kế phải duy trì lực ép tối thiểu P
épmin
(do t vấn qui định) trong thời gian
khoảng 10 phút, nếu cọc dừng thì cho phép ngừng hạ cọc, ngợc lại nếu cọc vẫn di
chuyển thì tiết tục ép hoặc trong quá trình ép cha đến độ sâu thiết kế nếu gặp phải
chớng ngại, lớp kẹp mỏng tốt thì phải tăng lực ép tới P
max
(< P
vl
)
Phơng pháp đóng:
Việc chọn búa đóng cọc thích hợp có liến quan đến sức chịu tải của cọc. Nếu dùng búa
lớn đóng cọc nhỏ có thể làm vỡ cọc. Ngợc lại dùng búa bé đóng cọc lớn có thể cọc
không xuống.
Hiệu quả công tác đóng cọc và chọn búa phụ thuộc vào động năng E của chày búa, có
trọng lợng Q(T), với vận tốc v(m/s)
E =
g2
v.Q

2
(g- gia tốc trọng trờng)
E 0,025 P
gh
dự kiến
Từ các tính năng của máy đóng cọc chọn ra búa kiểm tra lại búa có thích
hợp không.
K =
E
qQ +
(q- trọng lợng cọc + đệm + cọc dẫn)
Đối với búa dieden K = 4-5 là thích hợp
Theo kinh nghiệm:
Khi l
c
12m thì Q/q = 1,25 - 1,5
L
c
> 12m thì Q/q = 1 -1 ,25
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 65 -
II.3.3. Trình tự tính toán v thiết kế:
Yêu cầu tính toán là chọn ra các đặc trng của móng cọc (cọc và đài) một cách
thích hợp. Thờng dùng phơng pháp đúng dần theo trình tự sau.
Bớc 1: Thu thập và xử lý tài liệu (gọi tắt là tài liệu) gồm:
+ Tài liệu về công trình: (N
0
, M
0
, Q

0
)
+ Tài liệu về địa chất: Lát cắt địa chất
và các số liệu của mỗi lớp
+ Các tài liệu khác
Các tiêu chuẩn xây dựng [S],
[
]
L
S

(xem lại phần móng nông)
Bớc 2: Phơng án hệ móng cọc đài thấp
(Dạng đài đơn, băng, bè, phơng pháp thi công )
Bớc 3: Vật liệu
- Cọc: Bê tông, cốt thép, lớp bảo vệ, lớp lót
- Đài: mác bê tông, thép, bảo vệ
Bớc 4: Độ sâu đáy đài h
mđ

H
mđ
0,7tg(45
0
-
2

)
d
0

B'
Q


Hoặc H
mđ
0,7
d
0
B'
Q


(lúc này chọn trớc B
đ
theo kinh nghiệm)
Bớc 5: Chọn các đặc trng của móng cọc, gồm:
- Cọc: - l
c
(chiều dài), F (tiết diện, xem chú ý 1)
P
vl
, P
đ
[P]
- n (số lợng cọc) (áng chừng từ [P]
- Bố trí theo kiểu lới hay hoa thị đều hoặc không đều
Đài cọc: B
đ
x L

đ
(từ việc bố trí cọc) x h
đ
và H
0đ
.
Bớc 6: Xác định tải trọng tác dụng lên cọc
- P
i
=

+

+
2
i
x
i
x.
y
M
2
i
y
i
y.
x
M
n
N

- P
0i
=

++
2
i
iy
2
i
ix
0
x
x.M
y
y.M
n
N

- g
c
= l
c
x F x 2,5 (T)

tài liệu
Hệ móng cọc
vật liệu
H

các đặc trng:
mđ
- cọc
- đài
P ,i P ,0i gc
kiểm tra cọc
kiểm tra đài
kiểm tra :
cấu tạo
bản vẽ
Ts.nguyễn đình tiến bộ môn cơ học đất nền móng đhxd
- 66 -
Bớc 7 Kiểm tra cọc
- Giai đoạn thi côngvà thí nghiệm: cẩu, lắp cọc đúc
- P
vl
P
ép (đóng) max

- Giai đoạn sử dụng P
imax
+ g
c
[P] (Nên N 1,1.n.[P])
Bớc 8 Kiểm tra đài cọc
Đài làm việc tơng tự bản conson
- Phía trên chịu lực tác dụng trên diện nhỏ là cột, tờng (N
0
, M
0

)
- Phía dới là lực tập trung tại các đầu cọc
Nội dung tính toán
- Tính toán cờng độ trên diện đứng (tại vị trí mép cột theo 2 phơng )
Tơng tự phần móng nông
+ Điều kiện phá hoại dẻo
+ Tính toán F
a
yêu cầu bố trí ( thờng đặt cốt đơn dạng lới rải trên đầu cọc)
+ Kiểm tra hàm lợng thép
- Tính toán cờng độ trên tiết diện nghiêng (xem chú ý 2)
+ Cột, tờng đâm thủng (ép thủng)
+ Hàng cọc chọc thủng
+ Cọc góc có P
imax
chọc thủng.
Bớc 9: Kiểm tra tổng thể móng cọc (coi là móng khối qui ớc)
- Kiểm tra áp lực dới đáy móng khối SCT của đất dới móng khối
(tơng tự ở móng nông P R
P
max
1,2R
P
2
R
2
Trờng hợp mặt đất là mái đất( gầm bến cảng, trụ bờ) thì cần phải kiểm tra tổng
thể theo phơng pháp cân bằng khối trợt rắn.
- Kiểm tra độ lún S S
gh

S- độ lún móng cọc có thể xác định theo lý thuyết hoặc kinh nghiệm từ độ lún xác
định trong thí nghiệm nén tĩnh cọc(ví dụ theo Meyerhof, H .Poulos )
Bớc 10 Cấu tạo

Bớc 11 Bản vẽ