Chương 3 Công trình bến bệ cọc cao - Giáo trình công trình bến cảng

Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-1
Chương 3
CÔNG TRÌNH BẾN BỆ CỌC CAO
3.1. Khái niệm và phân loại.
3.1.1.Khái niệm.
Công trình bến bệ cọc cao gồm bệ cọc và nền cọc. Bệ cọc thường cách mặt đất một
khoảng nào đó. Công trình bến bệ cọc cao có thể chịu được tải trọng và ổn định được là
nhờ sức chống của nền cọc, chủ yếu là lực ma sát xung quanh cọc và một phần sức chống
ở mũi cọc. Bệ cọc có nhiệm vụ chịu toàn b
ộ tải trọng phía trên và truyền tải trọng đó cho
nền cọc, nền cọc tiếp nhận tải trọng do bệ cọc truyền xuống gồm tải trọng khai thác phía
trên và trọng lượng bản thân bệ, rồi truyền tải trọng này cho nền đất.
BÖ cäc
NÒn cäc

Hình 3_ 1 Cấu tạo công trình bến bệ cọc cao.

Phạm vi áp dụng:
Công trình bến bệ cọc cao có thể xây dựng ở bất kỳ nơi nào có thể đóng được cọc,
thích nghi với mọi loại hình, được dùng cho các bến nhỏ cũng như bến có độ sâu lớn.
3.1.2.Phân loại
3.1.2.1. Phân loại theo độ cứng của bệ
Dựa vào tỷ số giữa chiều rộng bệ (B) và chiều cao tính đổi (h
tđ
) người ta chia công
trình bến bệ cọc cao ra làm ba loại.
7
h
B
td

≤
: Bệ cọc cao cứng;
7
h
B
3,4
td
≤≤ : Bệ cọc cao không cứng;
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-2
7
h
B
td
> : Bệ cọc cao mềm.
h
t®
B
S

Hình 3_ 2 Sơ đồ tính độ cứng của bệ cọc.
3.1.2.2. Phân loại theo vị trí của công trình so với bờ
- Công trình bến liền bờ: có thể nối trực tiếp với bờ, hoặc nối với bờ thông qua công
trình sau bến;
- Công trình bến bệ cọc cao song song với bờ, nôi với bờ bằng cầu dẫn;
- Công trình bến nhô;
- Công trình bến bệ cọc cao xa bờ.
3.1.2.3. Theo dạng kết cấu
- Công trình bến bệ cọc cao rỗng;
- Công trình bến bệ cọc cao có tường cọc trước, công trình bến bệ cọc cao có tường

cọc sau.
3.1.2.4. Phân loại theo vật liệu
Công trình bến bệ cọc bằng gỗ, bê tông cốt thép, hỗn hợp BTCT và thép.
3.2.Cấu tạo công trình bến bệ cọc cao.
3.2.1. Cấu tạo của bệ cọc.
3.2.1.1. Bệ cọc cứng
Trước đây thường sử dụng, hiện nay ít dùng vì bề rộng của bệ thường rất hẹp, phần
lớn bệ đặt sâu trong đất nên loại bệ này thường chỉ xây dựng đối với bến yêu cầu độ sâu
trước bến không lớn lắm.
Để có thể tăng độ sâu trước bến, ngươi ta sử dụng tường cừ phía trước, hoặc tường
cừ sau;

Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-3
18
9
7
4
5
2
6
3
3 ÷ 4m
MNTTK
2 ÷ 3m
(0,5 ÷ 1,0) m
3
:
1

÷

1
0
:
1
1
:
1
,
5

÷

1
:
1
,
7
5
1
÷
3cm
< 3,0 m
>
1,0 m
1 m
>

Hình 3_ 3Cấu tạo công trình bến bệ cọc cao.

1-Bệ cọc; 2-Nền cọc; 3-Đá đổ gầm bến; 4-Công trình sau bến; 5-Tầng lọc ngược
6-Chân khay; 7-Kết cấu đỡ tàu; 8-Bích neo tàu; 9-Kết cấu đệm tàu

T−êng cõ
tr−íc
T−êng cõ
sau

Hình 3_ 4 Bệ cọc cứng với tường cừ trước và sau.
- Khi trên bến có cần trục cổng thì chân trước bao giờ cũng nằm trong phạm vi bệ.
Chân sau thường nằm ngoài bệ. Trong trường hợp đó cần đóng thêm một hàng cọc dưới
đường cần trục kết hợp với dầm dọc để đỡ đường ray.
Nếu không đóng hàng cọc này thì cần chú ý xử lý hiện tượng lún không đều giữa
chân trước và chân sau.



Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-4

Hình 3_ 5 Bệ cọc cứng có cần trục.
- Theo chiều dọc bến của công trình bến bệ cọc cao nói chung được chia thành các
phân đoạn đều nhau, giữa các phân đoạn có khe phòng lún, co dãn nhiệt độ bề rộng từ (1-
3)cm. Chiều dài các phân đoạn phụ thuộc vào điều kiện địa chất, địa hình, điều kiện thi
công quyết định. Tuy nhiên thường được chọn trong phạm vi từ 25
÷ 50m.
- Kết cấu của bệ thường là bản không dầm.
3.2.1.2. Bệ cọc mềm
Là hình thức kết cấu được sử dụng rộng rãi từ trước cho đến nay. Kết cấu bệ bao
gồm các loại sau:

h
b
b
h
h
dn
B¶n kh«ng dÇm B¶n - dÇm ngang
B¶n - dÇm däc
h
b
h
dd
B¶n - dÇm ngang - dÇm däc
dn
b
h
h
dd
h
a)
c)
b)
d)

Hình 3_ 6 Kết cấu bệ cọc mềm.
1) Bản không dầm:
Chiều dày bản (45
÷60)cm nếu bên trên có đường sắt và đường cần trục thì trên bản
phải đổ một lớp bê tông cốt thép hoặc không cốt thép có chiều cao (10
÷15)cm để tạo mặt

bằng phẳng sau khi lắp đường sắt và đường cần trục.
2) Bản có dầm ngang (hoặc dầm dọc):
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-5
Chiều cao bản h
b
= (25÷50)cm chiều cao dầm do tính toán để định ra, sơ bộ chọn
(0,5
÷1,0)m, bề rộng của dầm ngang (hoặc dầm dọc) chú ý phải đủ rộng để bố trí liên kết
với các cọc, nhất là cọc xiên chụm đôi
3) Bản có dầm ngang và dầm dọc
Chiều cao của bản h
b
=(18÷25)cm, chiều cao dầm theo tính toán sơ bộ có thể chọn
(40
÷75)cm. Bề rộng của dầm ngang (hoặc dọc) chú ý phải đủ rộng để thỏa mãn liên kết
giữa cọc với dầm
4) Ghi chú:
Bản không dầm có mặt dưới thoáng, bằng phẳng khi nước mặn bốc hơi, ít bị đọng
lại cho nên kết cấu bị phá hoại ít;
Trường hợp bản có dầm ngang, dầm dọc thì nước mặn bốc hơi vị đọng nhiều nên
mức
độ phá hoại lớn vì vậy trong tính toán thiết kế phải chọn mác bê tông và chiều dày
lớp bảo vệ cốt thép hợp lý;
Các cấu kiện: bản, dầm ngang, dầm dọc có thể là bê tông cốt thép thường hoặc bê
tông cốt thép ứng suất trước. Đối với một số bến nhỏ mang tính chất tạm thời bệ cọc có
thể sử dụng kết cấu kiểu hỗn hợp: dầm thép 0 bả
n gỗ; dầm thép bản bê tông cốt thép,
dầm bê tông cốt thép bản gỗ;
Mác bê tông làm bệ

≥ 200
#
, độ chôn sâu của cọc trong bệ (đài) không nhỏ hơn 1,5D
với D là đường kính hay là cạnh của cọc (chọn 1,5
÷ 3D là vừa) ⇒ cốt thép chủ của cọc
phải được chôn sâu vào bệ
≥ 20d (với cốt thép gai) và ≥ 40d (đối với cốt thép tròn), để
thỏa mãn điều kiện liên kết ngàm. Độ chôn sâu của cọc lúc này có thể chỉ cần lấy bằng
05cm, đài cọc 10
÷ 15cm.
3.2.2.Cấu tạo của nền cọc
3.2.2.1. Các loại cọc dùng trong bến bệ cọc cao
1) Cọc gỗ:
Có nhược điểm dễ bị môi trường xâm thực, khả năng chịu lực kém (P >30
÷ 40T).
Hiện nay chỉ sử dụng cho công trình bến tạm, bến nhỏ và ở địa phương có nhiều gỗ.

2) Cọc bê tông cốt thép:
Có thể là bê tông cốt thép thường hoặc bê tông cốt thép ứng suất trước có mác bê
tông
≥ 300
#
có khả năng chịu lực lớn.
- Đối với cọc bê tông cốt thép dạng lăng trụ đặc
P = (60
÷ 80)T và có thể > 100T;
- Đối với cọc bê tông cốt thép dạng trụ ống đường kính
≥ 1,40m thì P = 700 ÷ 800T;
- Kích thước cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông có thể chọn: 25 × 25cm; 30 ×
30cm; 35

× 35cm; 40 × 40cm; 45 × 45cm;
- Cọc bê tông cốt thép dạng trụ ống có đường kính (1,0÷ 2,0)m; bề dày thành ống
(8
÷ 20)cm.
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-6
a
a
D
d
δ

Hình 3_ 7 Tiết diện ngang cọc BTCT.

3) Cọc thép:
Được sử dụng nhiều trong thời gian gần đây, có khả năng đóng sâu vào trong đất
rắn, trong khi cọc gỗ và bê tông cốt thép không đóng được. Sử dụng với các bến yêu cầu
độ sâu lớn. Cọc được cấu tạo từ các ống thép, cọc ván thép, thép hình
- Cọc ống thép: được cấu tạo từ các ống thép có đường kinh (0,25 ÷ 2,0)m bề dày
thành ống (10
÷ 16)mm và lớn hơn. Trong nhiều trường hợp bề dày thành ống được cấu
tạo thay đổi theo chiều cao để phù hợp với điều kiện chịu lực của cọc nhằm tiết kiệm thép
(vật liệu).
- Có cọc ở đầu cọc người ta chế tạo cánh xoắn cánh có thể 1
÷ 1,5 vòng, đường kính
cánh (2
÷4) đường kính của cọc, vì thế khả năng chịu lực thẳng đứng của cọc tăng lên rất
nhiều.
- Cọc được tạo từ thép hình: được tạo từ các cọc ván thép larsen IV, V, bằng cách
hàn suốt chiều dài thân cọc. Phía trong thường được đổ đầy bê tông có lõi cốt thép.

3.2.2.2. Nguyên tắc bố trí nền cọc
Vì nền cọc chịu tất cả các tải trọng khai thác trên bến rồi truyền tải trọng vào nền
đất, cho nên phải bố trí cọc sao cho hợp lý. Việc bố trí cọc trong nền cọc rất linh hoạt tuy
nhiên cần tuân theo quy tắc chung là làm sao cho các cọc trong nền cọc chịu lực gần như
nhau, chiều dài các cọc không chênh lệch nhau quá lớn các cọc không quá dài, đồng thời
phải bố trí sao cho công trình chịu được tất cả các tải tọ
ng thẳng đứng cũng như tải trọng
ngang, cũng như bố trí sao cho có thể thi công được;
Nếu trên bến không có cần trục cổng thì bố trí nền cọc không có gì đặc biệt, tuy
nhiên thường thì bố trí cọc theo hàng ngang và hàng dọc (hình vuông, hình chữ nhật );
Nếu trên bến có cần trục cổng: Do lực tác dạng dưới chân cần trục bao giờ cũng lớn
hơn ở những vị trí khác vì vậy cần có biện pháp làm tă
ng khả năng chịu lực của hàng cọc
dưới đường cần trục;
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-7
§−êng cÇn trôc §−êng cÇn trôc
I
II

Hình 3_ 8 Bố trí nền cọc khi có cần trục cổng.
- Với cọc lăng trụ BTCT thường thì nhất thiết phải bố trí cọc xiên nhằm chống lại
lực ngang do tàu, áp lực đất tác dụng lên bệ cọc (nếu có);
- Một số cách bố trí cọc xiên như sau:
1 23
45
3
:
1

÷

1
0
:
1
3
:
1

÷

1
0
:
1

Hình 3_ 9 Một số cách bố trí cọc xiên.
Với cọc BTCT ứng suất trước có thể không dùng cọc xiên nhưng số hàng cọc theo
phương ngang phải tăng lên;
Cọc ống có đường kính D
≥ 1,4m thì có thể không cần sử dụng cọc xiên vì khả năng
chống lực ngang của cọc lớn;
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-8
Độ xiên của cọc P thuộc vào tình hình chịu lực của cọc và điều kiện, khả năng thi
công. Cọc càng xiên thì chịu lực ngang càng tốt nhưng thi công lại khó khăn hơn. độ xiên
thường lấy 3: 1
÷ 10 :1.
+ Đối với nước ngoài: 3:1 ÷ 5:1;

+ Việt Nam hiện nay: 5:1
÷ 10:1.
Khi bố trí cọc xiên phải chú ý sao cho có thể thi công thuận tiện, các cọc xiên không
đâm vào các cọc khác trong nền cọc đồng thời bảo đảm sơ đồ làm việc của cọc phù hợp
với sơ đồ tính toán (nếu chọn là bài toán phẳng);
Sơ đồ bố trí cọc xiên theo mặt bằng có thể như sau:
a
b

Hình 3_ 10 Bố trí cọc xiên đối xứng qua trục công trình.
3.2.2.3. Cách xác định khoảng cách giữa các cọc trong bệ cọc cao
Việc xác định khoảng cách giữa các cọc trong bệ cọc cao có ý nghĩa kinh tế to lớn
trong thiết kế nếu khoảng cách giữa các cọc lớn thì kích thước của dầm và bản sẽ tăng lên
và ngược lại. Trong thiết kế phải tính toán sao cho tổng giá thành của bệ là A và tổng giá
thành của nền cọc là B phải là nhỏ nhất, tức là A + B
→ min. Trong thực tế để làm được
điều này phải tốn nhiều công sức cho nên trong thiết kế người ta thường tiến hành sao
cho A
≈ B;
Theo phương ngang bệ: thì số lượng hàng cọc ngang tùy thuộc vào chiều rộng bệ,
tải trọng khai thác do thiết bị bốc xếp, phương tiện vận tải chuyển hàng hóa, tùy thuộc
vào loại tàu và điều kiện địa chất nơi xây dựng. Thông thường theo phương ngang người
ta bố trí ít nhất là 3
÷4 hàng cọc. Ví dụ cọc vuông khoảng cách không lớn hơn 3,0 ÷
3,5m;
Theo phương dọc bến: Khoảng cách giữa các cọc tùy thuộc vào khả năng chịu tải
của cọc, tùy thuộc chiều dài một phân đoạn bến và chiều dài của bến. Tùy thuộc vào điều
kiện địa chất nơi xây dựng và có liên quan đến khoảng cách và số lượng hàng cọc dọc
bến.
Nhưng theo kinh nghiệm thì khoảng cách giữa các cọc theo phương dọc: l

d
≥(5 ÷
6)D. Trong đó D là đường kính hay cạnh cọc, ở nước ta thường lấy l
d
= (2 ÷ 4) m (đối với
cọc tiết diện vuông);
Khi bố trí cọc theo phương dọc bến, cần căn cứ vào chiều dài một phân đoạn bến
(chiều dài một phân đoạn bến l = 25
÷ 50m).
Các cọc phải bố trí sao cho có thể thi công được đồng thời bảo đảm điều kiện chịu
lực của cọc trong nền đất. Cho nên khoảng cách giữa hai tim cọc theo phương ngang tại
đáy bệ: l
t
≥ 1,5D.
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-9
Để đảm bảo điều kiện cọc ngàm trong bệ thì khoảng cách từ mép ngoài cùng đến
mép bệ: đổ tại chỗ l
b
≥ 10cm; lắp ghép l
b
≥ 20cm; h
b
≥ (1,5 ÷ 3)D; Chiều dày bệ phụ
thuộc sai số khi đóng cọc (D là đường kính hoặc kích thước cạnh cọc).
D
l
t
b
h

b
l
m
l
>
3D

Hình 3_ 11 Một số yêu cầu bố trí cọc bến bệ cọc cao.

3.2.3.Công trình sau bến bệ cọc cao
3.2.3.1. Nhiệm vụ của công trình sau bến:
- Có tác dụng ngăn không cho áp lực đất tác động trực tiếp vào bệ cọc;
- Nối công trình bến và khu đất của cảng, làm giảm chiều rộng của bệ.
Chiều rộng của bệ phụ thuộc vào sơ đồ cơ giới hóa xếp dỡ và phương tiện vận
chuyển ở trên bến. Phụ thuộc vào địa hình phía sau công trình và chiều cao công trình
bến. Trường hợp bến có cần trục cổng thì bao gi
ờ chân của cần trục cũng nằm trọn ở trên
bệ. Để bệ cọc nối liền với bờ có thể kéo dài chiều rộng bệ ra, song người ta không làm
như vậy mà xây dựng công trình sau bến. Khi sử dụng công trình sau bến cần phải chú ý
việc lún không đều giữa công trình bến bệ cọc và công trình sau bến.
3.2.3.2. Kết cấu công trình sau bến.
Công trình sau bến thường có kết cấu kiểu khối xếp hoặc là tường gọc BTCT.
Chiều cao của công trình sau bến không lớn hơn 3m và khoảng cách từ mép trước
công trình sau bến đến bờ vai khối đá - điểm bắt đầu nghiêng của khối đá đổ lòng bến
≥
1,0m.
>
1,0m
3,0m
<

Hình 3_ 12 Cấu tạo công trình sau bến.
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-10
E
cc
E E
c

Hình 3_ 13 Kết cấu công trình sau bến.
3.2.4. Khối đá đổ mái dốc lòng bến
Lớp đá đổ mái dốc dưới lòng bến có nhiệm vụ làm ổn định mái dốc tránh xói lở do
tác động của dòng chảy và do sóng gió, sóng tầu. Có tác dụng làm giảm chiều cao của
công trình sau bến, giảm chiều rộng bệ và chiều dài của cọc.
Mái dốc thường lấy từ 1/1,5
÷ 1/2 nó được xác định theo góc nội ma sát của đá ϕ
đ

có xét tới ảnh hưởng của sóng gió dòng chảy.
Độ lớn của mỗi viên đá phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy và áp lực sóng. Nhưng
thường trọng lượng của một viên đá G
≥ 15kg. Mái dốc có thể nhô ra ngoài tuyến mép
bến bến một khoảng 0,5
÷ 1,0 mét đối với tàu nhọn đáy, tùy thuộc vào loại tàu đến cảng.
Đối với tàu đáy bằng thì phải chú ý chọn cho đúng để tránh đáy tàu va quệt vào mái dốc
đá;
Chân khay có tác dụng làm tăng độ ổn định của cả khối đá vì vậy phải có chiều dày
thích hợp
≥ 1,0 mét, bề rộng 2 ÷ 3 mét, mái dốc chân khay lấy từ 1: 2 ÷ 1:5.
1

:
1
,
5

÷

1
:
1
,
7
5
(0,5
÷
1,0) m
MNTTK
>
1 m
m

=
1,
5
÷
1,
75
(0,5
÷
1,0) m

2
÷
3m
>
1m
m


=
2

÷
5
1
:
2

÷

1
:
5
0
m


=
1

÷

2
1

Hình 3_ 14 Cấu tạo khối đá đổ gầm bến.

Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-11
3.2.5. Tầng lọc ngược:
Có nhiệm vụ ngăn cách khối đất lấp sau tường và lăng thể đá đổ, giữ cho đất phía
sau không bị trôi ra ngoài.
Phạm vi tầng lọc ngược bố trí trong vùng nước thay đổi và kéo sâu xuống dưới
MNT thiết kế một khoảng 0,5
÷1,0 mét. Cấu tạo tầng lọc ngược thường gồm 2 ÷ 3 lớp
chiều dày mỗi lớp 15
÷ 20cm.
3.3. Nguyên tắc tính toán công trình bến bệ cọc cao
Muốn tính toán công trình bến bệ cọc cao ta phải giải bài toán không gian vì bệ cọc
cao là một kết cấu không gian. Tuy nhiên việc giải bài toán không gian để xác định nội
lực, chuyển vị và biến dạng của công trình là rất phức tạp và công phu vì vậy người ta
tìm cách đưa bài toán không gian về các bài toán phẳng bằng cách chia bệ thành các
khung ngang, khung dọc.
3.3.1.Nguyên tắc phân chia khung ngang khung dọc của bệ
Người ta chia các phân đoạn bệ thành các khung ngang và khung dọc sau đó sẽ tính
toán trên các khung ngang và dọc này. Đây là các khung phẳng giả định, mặt phẳng tính
toán của khung đi qua trục cọc và dầm việc tính toán như vậy sẽ có sai số so với bài toán
không gian nhưng theo kinh nghiệm thì với hai sơ đồ bài toán phẳng vuông góc thì sai số
này không đáng kể.
1
2
3

4
a
bbb
aaaaa
aaaaa
a
/2 /2
a
12
b
1
c
ccc
c
2

Hình 3_ 15 Chia khung ngang, khung dọc.
1) Khung ngang:
Bề rộng khung ngang bằng bước cọc theo phương dọc (a) chiều dài khung ngang
bằng chiều rộng của bệ.
2) Khung dọc:
Cần phải chia sao cho các lực thẳng đứng tác dụng lên trên cọc cang năm gần tim
cọc càng tốt, hoặc ít nhất cũng không ra ngoài phạm vi của cọc.
ccc
1
c
2
123
cc +
1

/2
c
2
c
/2
c +
P

Hình 3_ 16 Sơ đồ chia khung dọc.
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-12
Chiều rộng khung dọc được xác định theo nguyên tắc lực trên toàn nhịp phân đều
cho 2 gối; nên chiều rộng khung dọc phụ thuộc chiều rộng toàn bệ và khoảng cách giữa
các hàng cọc ngang nên có thể khác nhau. Chiều dài khung dọc bằng chiều dài một phân
đoạn bệ.
3) Về tính toán
Do tính chất chịu lực khác nhau của các khung dọc và do có cấu tạo khác nhau vì
vậy khi tính toán người ta phải tính tất cả các khung.
Đối với khung ngang do có cấu tạo giố
ng nhau, tải trọng thẳng đứng như nhau vì
vậy khi tính thường chỉ tính khung ngang chịu tải trọng ngang lớn nhất.
3.3.2.Các sơ đồ tải trọng tính toán
3.3.2.1. Đối với khung ngang:
Để tính toán xác định nội lực và chuyển vị của khung cần xác định đúng các sơ đồ
tải trọng, khung ngang có các tải trọng như sau:
Pct
th
P
q
hh

ct
P
q
bt
vt
P
n
H
v
H

Hình 3_ 17 Sơ đồ tải trọng của khung ngang.
a) Trọng lượng bản thân công trình:
Tính toán bình thường vì đó là tải trọng thường xuyên, trong trường hợp không có
sự chênh lệch tải trọng ở các đoạn mỗi khung ngang thì không phải phân chia thành các
sơ đồ tải trọng như trên.
b) Tải trọng do hàng hóa:
Cần xác định diện tích khung ngang có chứa hàng hóa để tính toán. Tải trọng do
hàng hóa tác dụng lên khung ngang sẽ bằng:
(
)
2
hh
m/Ta.qq = (3. 1)
Trong đó:
q: cường độ tiêu chuẩn của hàng hóa (T/m
2
);
a: Bề rộng khung ngang (m).
Chng 3. Cụng trỡnh bn b cc cao.

3-13
bt1
q
bt2
q
bt
q
Sơ đồ 1: Trọng lợng bản thân công trình
Sơ đồ 2: Tải trọng hàng hoá
hh
q
q
hh
1
2
2
1
3
q
hh
q
hh
q
hh
2
Sơ đồ 3: Tải trọng cần trục
1
ct
P
ct

P
P
ct
ct
P
2
Sơ đồ 4: Tải trọng tầu hoả
th
P
1
th
P
th
P
th
P
Sơ đồ 5: Tải trọng tầu
vt
P
H
v
H
n
1
2
3

Hỡnh 3_ 18 Cỏc trng hp ti trng
tỏc dng lờn cụng trỡnh bn b cc cao.
c) Ti trng do cn trc v tu ha:

xỏc nh ni lc trong kt cu khung phi da trờn ng nh hng thc ca
khung dc tớnh. Trờn mi nhp khung dc cú th ly 5
ữ 7 tit din v ng nh
hng.
Trong thit k s b cú th dựng ng nh hng tam giỏc
d) Lc va tnh:
Chng 3. Cụng trỡnh bn b cc cao.
3-14
P
vt
= q.a(T) (3. 2)
q ly ti mc 2.4.2.
e) Lc va ng:
Hv tỏc dng lờn mt khung ngang c ly t phõn phi lc ngang cho cỏc khung
do lc va ng ca tu tỏc dng lờn ton phõn on bn.
f) Lc neo tu:
Hn c xỏc nh t vic phõn phi lc ngang do lc neo tu tỏc dng lờn mt phõn
on bn.
Ghi chỳ: Nu trờn bn cú cỏc s ti trng khỏc cỏc s trờn thỡ tựy iu kin
c th m chia thnh cỏc s nh cho thớch hp.
3.3.2.2. i vi khung dc:
Cỏc s ti cng tng t nh i vi khung ngang tc l cng cú cỏc s ti
trng do q
bt
; q
hh
q
ct
; qth; Hv, Hn. Trong ú Hv, Hn xỏc nh qua phõn phi lc ngang.
Chỳ ý:

(1) tin trong tớnh toỏn ngi ta thng tớnh vi cỏc ti trng c trng nh sau:
T10P;T100P,m/T10q;m/T10q
thctbthh
=
===
Sau ú xỏc nh t s:
ngtrặcđtrọngiảT
thựctrọngiảT
=K
thực
(3. 3)
Vỡ vy: (Ni lc do ti trng thc)=K
th
.(Ni lc do ti trng c trng).
(2) Trong tớnh toỏn phi chia ra nhiu s ti trng ri sau ú ngi ta t hp tt
c cỏc ti trng cú th tỏc dng cựng mt lỳc gõy nờn trng thỏi ng sut bin dng bt li
nht cho cụng trỡnh hay tng b phn kt cu ca cụng trỡnh hoc tng tit din ca kt
cu ú t ú v
biu bao ni lc.
3.4.Phõn phi lc ngang trong mt phõn on b cc.
Nhn xột: Di tỏc dng ca cỏc lc ngang lc neo tu, ỏp lc t, lc va ng ca
tu thỡ b cc khụng nhng chuyn v tnh tin m con quay quanh mt tõm 0 no ú.
Tõm 0 ny c gi l tõm n hi.
c im ca tõm n hi l: Mt lc bt k i qua nú ch gõy chuyn v tnh tin
m khụng gõy chuyn v quay cho b.
Khi b chuyn v tnh tin v quay thỡ cỏc
u cc phỏt sinh cỏc phn lc ngang
Hi, nhng do b quay nờn cỏc cc, khung khụng chu lc u nhau v cú s phõn b li
lc ngang cho ton b. Nhim v t ra l ta phi i xỏc nh cỏc lc ngang ny. Rừ rng
l trong cựng iu kin nh nhau nhng cc v khung no cng xa tõm n hi thỡ chu

lc cng ln. iu ú cho phộp chỳng ta khi tớnh toỏn ch cn tớnh cho khung ngang
ngoi cựng.
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-15
H
v
3H
δ
R
O
ϕ
H2H1

Hình 3_ 19 Sơ đồ bệ xoay dưới tác dụng của tải trọng động.
Để xác định lực ngang tác dụng lên khung ngang, khung dọc ta tiến hành theo các
bước sau:
3.4.1.Xác định vị trí tâm đàn hồi.
Giả sử có một phân đoạn bệ cọc cao chịu tác dụng của lực ngang: Lực neo tàu và áp
lực đất.
Qua tâm hàng cọc biên ngang và dọc ta dựng hệ trục XO1Y. Trục X hướng theo
trục hàng cọc ngang, Y hướng theo hàng trục dọc. Vị trí các đầu cọc được xác định bằng
hệ trục tọa độ (Xi, Yi) thì tạo độ tâm đàn hồi được xác định theo công thức:
n
S
q
SX
Y
1O
i
y

i
x
cE
F
ms
S
q
n
S

Hình 3_ 20 Sơ đồ xác định tâm đàn hồi

;
H
XH
X
n
1i
iy
n
i
iiy
o
∑
∑
=
=
∑
∑
=

=
n
1i
ix
n
1
iix
o
H
Y.H
Y
(3. 4)
Trong đó:
-
ix
H
Là phản lực ngang tại đầu cọc thứ i do chuyển vị ngang bằng 1 đơn vị tại đó
gây ra theo phương x;
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-16
-
iy
H - Là phản lực ngang tại đầu cọc thứ i do chuyển vị bằng 1 đơn vị tại đó gây ra
theo phương y;
- n : Tổng số cọc trong một phân đoạn bến;
- X
i
; Y
i
: Là tọa độ đầu cọc thứ i trong hệ trục tọa độ XO

1
Y.
3.4.1.1. Trường hợp cọc đơn.
iH
δ
= 1
l
iu
a)

Hình 3_ 21 Sơ đồ xác định
phản lực ngang lên cọc
đơn.
l
in
iu
la
1

:

m
b)
Hình 3_ 22 Sơ đồ tính
chiều dài chịu uốn của cọc
= 1®v
δ
1
n
l

l
2
n
α
1
2
α
c)
x

Hình 3_ 23 Sơ đồ xác
định phản lực ngang lên
cọc chụm đôi.
Phản lực của các cọc đơn do chuyển vị ngang bằng một đơn vị theo các trục x và y
trong trường hợp cọc được coi là ngàm trong bệ và trong đất được xác định theo công
thức:
2
iu
iyix
l
J.12
HH
== (3. 5)
Trong đó:

iu
l
EJ
J
= Độ cứng cho một mét dài cọc;

l
iu
- Chiều dài tính toán của cọc
l
iu
= l
io
+ a
l
io
: Là chiều dài tự do của cọc thứ i.
a: Chiều sâu ngàm giả định tùy thuộc vào địa chất, tải trọng ngang tác dụng lên
cọc, hình dáng cọc.
+ Cọc lăng trụ BTCT: a = (4,5
÷ 8)d
+ Cọc ống: a = (2
÷ 3)D
d: là cạnh cọc; D: đường kính tiết diện cọc
Thực tế ở nước ta cọc lăng trụ BTCT a = (1,5
÷ 3,5)m
3.4.1.2. Trường hợp cọc chụm đôi
Phản lực của các trụ cọc chụm đôi do chuyển vị bằng một đơn vị theo phương
ngang khi trụ cọc nằm trong mặt phẳng tác dụng của lực được xác định theo công thức.
- Theo phương x
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-17
(
)
1
2

22
2
1
21
2
ix
cosKcosK
sin
H
α+α
α+α
=
(3. 6)
2
2
21
2
1
21
2
21
ix
coskcosk
sinkk
H
α+α
αα
=
(3. 7)
n2

2
n1
1
l
EF
k;
l
EF
k
== (3. 8)

l
1n
, l
2n
chiều dài chịu nén của cọc.
Trong đó:
C
1
FE
l
k
ii
oi
i
+= hoặc
ii
in
i
FE

l
k
= (3. 9)
l
oi
- Là chiều cao tự do của cọc (m);
E
i
: - Mô đuyn đàn hồi vật liệu làm cọc;
F
i
: - Diện tích tiết diện ngang của cọc;
C = q.N
oi

l
in
- Là chiều dài tính toán cọc chịu nén;
N
oi
: - Khả năng chịu tải cọc thứ i (T);
q: - Hệ số kinh nghiệm 1/mm;
Cọc BTCT: q = 0,35
÷ 0,5
Cọc gỗ: q = 0,3
÷ 0,4
- Theo phương y:
y2y1iy
HHH += (3. 10)
Với

;
l
EJ12
H
3
u1
y1
=
3
u2
y2
l
EJ12
H
= (3. 11)
Nếu hai cọc như nhau:
3
iu
iy
l
EJ.12
.2H =
(3. 12)
3.4.2. Xác định góc quay của bệ
Lập hệ trục tọa độ mới đi qua tâm đàn hồi xoy.
- Dưới tác dụng của lực S
q
; E
c
bệ chuyển vị tịnh tiến theo phương x;

- Dưới tác dụng của các lực S
n
, F
ms
bệ chuyển vị tịnh tiến theo phương: y;
- Dưới tác dụng của cặp ngẫu lực S
n
và F
ms
bệ quay quanh tâm đàn hồi 0 một góc ϕ
(chú ý hai lực N
n
tạo mô men ngược chiều nên triệt tiêu nhau). Góc xoay ϕ của bệ
được xác định trên cơ sở cân bằng mô men nội lực (do các phản lực đầu cọc gây ra)
và mô men ngoại lực lấy với tâm đàn hồi 0.
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-18
∑
∑
=ϕ
n
o
m
o
lùcnéiM
lùci¹ngoM
1
1
(3. 13)
Trong đó:

∑
+=+−+=
21332
22 ZFZSZNZNZ.FZ.Slùci¹ngoM
msnnnmsin
o
(3. 14)
∑∑∑
+=
n
i
iy
n
i
ix
o
x.Hy.HlùcnéiM
1
2
1
2

Trong đó:
S
q
và S
u
: thành phần vuông góc và song song mép bến của lực neo tàu.
F
ms

= E
c
.f - Là lực ma sát của bệ với đất
f = 0,5 - Là hệ số ma sát
Z
1
; Z
2
; Z
3
cách tay đòn của các lực tương ứng.

O
X
S
n
E
c
ms
F
x
i
S
q
Y
q
S
n
S
2

z
3
z z
3
z
1
ϕ
ϕ
Hix
iy
H
y
i
δ
ix
ϕ
iy
ϕ
δ

Hình 3_ 24 Sơ đồ xác định góc xoay φ.
3.4.3.Xác định chuyển vị tịnh tiến của khung ngang khung dọc do các lực S
q
; E
a
;
S
n
; F
ms

.
- Chuyển vị tịnh tiến của khung ngang gọi là:
∑
+
=δ
n
ix
an
N
ix
H
ES
1
2
(3. 15)
với n là số cọc trong 1 phân đoạn bệ.
- Chuyển vị tịnh tiến của khung dọc:
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-19
∑
−
=δ
n
iy
msq
T
iy
H
FS
1

2
(3. 16)
3.4.4. Xác định chuyển vị ngang của các khung ngang khung dọc do bệ quay gây
ra
- Theo phương x:
iix
y.ϕ=δ
ϕ
(3. 17)
- Theo phương y:
iiy
x.ϕ=δ
ϕ
(3. 18)
X
Y
δ
ϕ
iy
ϕ
ix
δ
R
ϕ
M
1
2
M

Hình 3_ 25 Phân tích chuyển vị xoay thành chuyển vị tịnh tiến.

3.4.5.Xác định tổng chuyển vị các khung ngang, khung dọc do bệ chuyển vị tịnh
tiến và quay gây ra.
- Theo phương x:
ϕ
δ±δ=δ
ix
N
ixix
(3. 19)
- Theo phương y:
ϕ
δ+δ=δ
iy
T
iyiy
(3. 20)
Trong đó:
+ Theo phương x dấu (+) được lấy cho tất cả các cọc bên trái trục x, (
−) lấy cho
các cọc bên phải trục x;
+ Theo phương y: (+) lấy cho các cọc nằm phía trên trục y. Dấu (
−) lấy cho cọc
phía dưới y.
Nhận xét:
- Trong một khung ngang thì các cọc có chuyển vị như nhau;
- Khung ngang ngoài cùng có chuyển vị lớn nhất.
3.4.6.Xác định phản lực ngang tác dụng tại các đầu cọc
- Đối với khung ngang (theo phương x).
(
)

ϕ
δ±δ=δ=
ix
N
ixixixixix
H.HH (3. 21)
- Đối với khung dọc (theo phương y)
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-20
(
)
ϕ
δ±δ=δ=
iy
T
iyiyiyiyiy
H.HH (3. 22)
3.4.7.Xác định lực ngang tác dụng lên khung ngang khung dọc
- Khung ngang:
∑∑
=
δ==
NN
i
ixixixn
HHH
11
(3. 23)
Với N là số cọc trong khung ngang.
- Khung dọc:

∑∑
==
δ==
M
i
M
i
iyiyiyn
HHT
11
(3. 24)
Với M là số cọc trong một khung dọc.
Chú ý:
Các lực H
n
, T
n
được đưa vào các sơ đồ tính để tính khung ngang và khung dọc của
bệ.
Trong các khung ngang chỉ cần tính khung ngang ngoài cùng. Các khung dọc phải
tính cho tất cả các khung đặc biệt phải lưu ý đến dấu chuyển vị.
Phân phối lực ngang trong một phân đoạn bệ cọc cao do lực va động của tầu gây
ra tiến hành tương tự như trên, trong đó chỉ lưu ý đến điểm đặt của lực va độ
ng.
3.5.Một số phương pháp tính công trình bến bệ cọc cao mềm.
3.5.1.Phương pháp AHTOHOB (An-tô-nốp)
3.5.1.1. Các giả thiết của phương pháp:
Phương pháp được xây dựng trên cơ sở của phương pháp chuyển vị và phương pháp
phân phối mô men (đúng dần) vì thế các giả thiết của hai phương pháp này đều được An-
tô-nốp sử dụng và được bổ xung thêm bằng các giả thiết sau:

- Các đầu thanh quy tụ vào một mối được gọi là nút, nút được xem là tuyệt đối
cứng vì vậy chuyển vị các đầu thanh tại nút là bằng nhau.
- Liên kết giữa cọcc và bệ
, liên kết giữa cọc và đất nền là liên kết ngàm.
- Trong quá trình biến dạng và chuyển vị khoảng cách giữa hai đầu thanh bất kỳ
theo phương ban đầu trước và sau biến dạng là không đổi.
- Bỏ qua lực dọc trục của bệ trong quá trình tính toán.
- Trong tính toán có xét đến đàn hồi của cọc và của đất nền.
- Đất nền trong đó có nền cọc (và của nền đất được xét đến trong quá trình tính
toán) hoặc là lún đều ho
ặc là không lún.
3.5.1.2. Sơ đồ thực - Sơ đồ biến dạng- Sơ đồ tính toán (hệ cơ bản) của phương pháp.
Trong khung mỗi một nút đều có thể xẩy ra ba chuyển vị: thẳng đứng, ngang, xoay.
Các chuyển vị này được ký hiệu là:
δ
i
; ϕ
i
. Để chống lại các chuyển vị thẳng đứng và các
chuyển vị ngang AHTONOB đưa vào các liên kết giả dạng thanh. Còn góc xoay của các
nút AHTONOB không diễn tả trực tiếp qua hệ phương trình chính tắc của phương pháp
chuyển vị mà qua phương pháp phân phối mô men.
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-21
Bởi vậy nếu hệ có m nút thì trong hệ cơ bản cần thiết phải đưa thêm m liên kết
thanh chằng chuyển vị thẳng đứng và 1 liên kết thanh chống chuyển vị ngang. Hệ đó có n
= m + 1 phương trình.
n
H
2

PP
1
P
3
P
H
n
P
2
P
31
δ
1
2
δ
3
δ
4
δ
5
δ
PP
2
P
31
n
H

Hình 3_ 26 Sơ đồ thực, sơ đồ biến dạng, hệ cơ bản.
3.5.1.3. Thành lập hệ phương trình chính tắc

a) Nguyên tắc thành lập:
So sánh sự làm việc giữa hệ thực và hệ cơ bản ta thấy.
Về chuyển vị
- Hệ thực:
δ
i
≠ 0
- Hệ cơ bản:
δ
i
= 0
Về phản lực liên kết:
- Hệ thực: R
i
= 0
- Hệ cơ bản: R
i
≠ 0
Vì các liên kết đưa vào là các liên kết giả vì vậy để cho hệ cơ bản làm việc giống
như hệ thực thì phản lực trong các liên kết giả do các nguyên nhân gây ra phải bằng
không.
()
0
121
=
δ
δδδ
−
P,, ,R
nni

(3. 25)
0
=
+δΣ=
ijiji
rrR (3. 26)
Hay
0
21
=
++
+
+=
ipiniii
rR RRR
(3. 27)
Trong đó:
jijij
rR δ=
Ta viết được n = m + 1 phương trình:
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
=+δ+δ++δ+δ
=+δ+δ++δ+δ
=+δ+δ++δ+δ

−−
−−
−−
0
0
0
112211
22112222121
11111212111
npnnnn)n(nnn
Pnn)n()n(
Pnnn)n(
rrr rr

rrr rr
rrr rr
(3. 28)
Trong đó:
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-22
ij
r là phản lực trên thanh liên kết giả i do chuyển vị đơn vị của liên kết j. Các hệ số
này có tính chất tương hỗ
jiij
rr =

⎪
⎩
⎪
⎨

⎧
≠
≡
phôsèhÖji
chÝnhsèhÖji

Các số hay tự do:
nPPP
r r;r
21
là các phản lực do tải trọng ngoài gây ra trên các liên kết 1, 2, m.
Để xác định nội lực, chuyển vị và phản lực Antonov quy ước dấu cho lực dọc N, phản
lực r, chuyển vị
δ, mô men M, lực cắt Q có chiều dương như trên hình vẽ:
δ
Q Q
MM
Q
+
+
N
r
Nr
δ

Hình 3_ 27 Sơ đồ quy ước về dầu theo Antonov.
Các phản lực
ij
r được xác định bằng cách tách nút đối với cọc ngàm trong đất.
- Tại gối đứng (1

÷ n-1).
im
j
im
j
i,j
j
i,i
j
imij
sinQQQVr αΣ+−+=
+−
∑
11
(3. 29)
- Tại gối ngang (gối thứ n)
im
j
im
j
imij
cosQHr αΣ+Σ−= (3. 30)
j
i,i
j
i,i
QQ
11 +−
− : Hiệu lực cắt trong phân tố dầm ngang ở nút i do chuyển vị đơn vị
của gối j;

:
im
α Góc nghiêng của cọc so với phương thẳng đứng;
:Q
j
im
Lực cắt ở đầu cọc im tại nút i do chuyển vị đơn vị của j;
:H;V
j
im
j
im
Phản lực đứng và ngang của cọc im tại nút i do chuyển vị đơn của j.
Nếu i = j,
j
im
V và 0≠
j
im
H
Nếu i
≠ J, 0==
j
im
j
im
HV
Các giá trị
j
im

j
im
H;V có thể xác định theo SmorochinSko
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
mcmim
o
im
CFE
l 1
hoặc theo
chiều dài tính toán (l
im
).
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-23
n-1
n
12j -1jj +1
r
ij
i(i+1)(i-1)
Q

i, i+1
jj
i, i-1
Q
im
Q
j
α
im
H
j
V
j
im
i
α
im
j
H
im
r
ik
V
im
j
im
Q
j

Hình 3_ 28 Sơ đồ tính nút để xác định phản lực gối.

- Do chuyển vị thẳng đứng đơn vị
imsincos
l
FE
H;
l
cosFE
V
im
im
imim
j
im
im
imimim
j
im
αα=
α
=
2
(3. 31)
Với l
im
là chiều dài tính toán của cọc
- Do chuyển vị ngang đơn vị:
imim
im
imim
j

im
sin.cos.
l
FE
V
αα= (3. 32)
im
im
imim
j
im
sin.
l
FE
H
α=
2
(3. 33)
Các số hạng tự do
iP
r
(i = 1; 2; n) trong hệ phương trình chính tắc cũng xác định
tương tự như r
ij
.
o
i,i
o
i,iip
QQr

11 +−
−= (3. 34)
Trong đó:
o
i,i
o
i,i
Q;Q
11 +−
- Lực cắt bên trái và bên phải trong phân tố dầm ngang ở nút i do tải
trọng ngoài.
o
i,i
i,i
o
i,i
o
i,io
i,i
Q
l
MM
Q
1
1
11
1 +
+
++
+

+
+
=
(3. 35)
Trong đó:
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-24
:Q
o
i,i
1+
Lực cắt ở đầu thanh i, i+1 do tải trọng ngoài được tính như một dầm đơn
giản. Lực cắt
j
m,i
j
i,i
j
i,i
Q;Q;Q
11 +−
do chuyển vị đơn vị của j cũng xác định tương tự:
1
11
1
+
++
+
+
=

i,i
j
i,i
j
i,ij
i,i
l
MM
Q
(3. 36)
Mô men
M;M
o
i,i
o
i,i
11 ++
do tải trọng ngoài và
o
i,i
j
i,i
M;M
11 ++
do chuyển vị đơn vị của
nút j trên hệ cơ bản. Mô men do tải trọng ngoài được phân phối từ các mô men ngàm và
tỷ lệ với hệ số phân phối mô men K
ij

ij

ij
ij
J
J
K
Σ
=
(3. 37)
J
ij
- Độ cứng đơn vị dài của thanh ij.
ij
ijij
ij
l
IE
J
= (3. 38)
:J
ij
Σ - Tổng độ cứng đơn vị dài của tất cả các thanh chụm tại nút i.
Tùy theo tải trọng ngoài và vị trí của nó mô men ngàm tại các nút được xác định
theo bảng:

Bảng 3_ 1 Momen ngàm do tải trọng ngoài.
Sơ đồ tải trọng M
i
M
j

q
l
ij

12
2
ij
ql
+

12
2
ij
ql
−

lij
P
ba

ij
l
Pb
2

ij
l
Pa
2
−

- Mô men ngoài do chuyển vị đơn vị bằng:
ij
ij
ji
l
J
MM
6
±==
(3. 39)
Dấu (+) nếu chuyển vị của nút j, dấu (-) nếu chuyển vị của nút i.
Các mô men ngàm hoặc do chuyển vị đơn vị được phân phối cho các đầu thanh của
nút i.
Mô men được phân phối đó chẳng hạn M
ij
sẽ truyền cho
Chương 3. Công trình bến bệ cọc cao.
3-25
ijji
MM
2
1
=
(3. 40)
Bây giờ M
ji
là mô men ngàm của nút j và lại phân phối cho các đầu thanh chụm tại
nút j.

M
i
i
k
j
m

Hình 3_ 29 Sơ đồ truyền momen nút cứng.

Cuối cùng giải hệ phương trình chính tắc để tìm các chuyển vị
δ
i
, δ
2
, δ
n
và từ đó dễ
dạng xác định được nội lực ở các đầu thanh mô men:
∑
=
+δ=
ni
o
ijj
j
ijij
MMM
1
(3. 41)
Lực dọc:

()
imimnimi
im
imim
im
sin.coscos
l
FE
N ααδ+αδ=
2
(3. 42)
3.5.2.Phương pháp SKURATOV
3.5.2.1. Các giả thiết
Về cơ bản SKURATOV cũng dựa trên các giả thiết tương tự như AnToNov chỉ có
khác chuyển vị xoay ở từng nút được diễn tả trực tiếp qua hệ phương trình chính tắc của
phương pháp chuyển vị mà không qua hệ số phân phối mô men k.
Viết n = (2m + 1) phương trình của hệ phương trình chính tắc (m nút) gồm
- m chuyển vị xoay:
δ
1
; δ
2
; δ
m
;
- m chuyển vị thẳng đứng
δ
m+1
; δ
m+2

; ; δ
2m
;
- Và 1 chuyển vị ngang
δ
2m+1
= δ
n
.
Hệ có dạng như hệ viết theo phương pháp Antônov trong đó cần lưu ý r
1
, r
2
, r
m
là
mô men phản lực, còn r
m+1
; r
m+2
, , r
2m
; r
2m+1
= r
m
m là các phản lực thẳng đứng và phản
lực tại liên kết giả nằm ngang.
ϕ > 0
ϕ

+

Hình 3_ 30 Qui ước về dấu theo Skuratov.