thuyết minh tính toán móng cọc

Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
Mục lục phần nền móng:
I. Đánh giá đặc điểm công trình.
II. Đánh giá điều kiện địa chất công trình.
II.1. Địa tầng.
II.2. Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất.
II.3. Đánh giá tính chất xây dựng của các lớp nền.
III. Phân tích và lựa chọn giải pháp nền móng.
III.1. Khái niệm về cọc chống và cọc ma sát.
III.2. Nghiên cứu về cọc ma sát.
III.2.1. Phân tích cọc ma sát đơn chịu tải trọng thẳng đứng.
III.2.2. Xác định chuyển vị của cọc đơn.
III.2.3. Bản chất của các độ lún thành phần trong cọc ma sát.
III.2.4. Tổng quan về ma sát âm và những ảnh hởng của nó đến
sức chịu tải của cọc.
III.3. Nghiên cứu về cọc khoan nhồi.
III.3.1. Tổng quan.
III.3.2. Giải pháp mặt bằng móng.
III.3.3. Các giả thiết tính toán.
III.3.4. Tải trọng.
III.3.5. Thiết kế cọc khoan nhồi.
III.3.6. Tính toán số lợng cọc khoan nhồi cho công trình.
III.3.7. Tính toán đài móng.
IV. Kiểm tra nền móng công trình theo phơng pháp phần tử hữu hạn.
IV.1. Xây dựng mô hình không gian.
IV.2. Tải trọng tác dụng lên móng công trình.
IV.3. Đánh giá sức làm việc hiệu quả của cọc khoan nhồi.
IV.4. Phân tích ứng suất trong đài móng bè.
V. Thiết kế tờng Diaphragm.

V.1. Tổng quan và lựa chọn phơng pháp tính toán tờng Diaphragm.
V.2. Xác định sơ đồ tính tờng Diaphragm.
V.3. Xác định độ sâu chôn tờng, lực dọc thanh chống và mômen thân
tờng theo từng giai đoạn thi công.
V.4. Xác định sơ bộ kích thớc cấu kiện.
V.5. Kiểm tra ổn định kết cấu chắn giữ tờng Diaphragm.
V.6. Tính toán và bố trí cốt thép cho tờng Diaphragm.
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
1
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
I. đánh giá đặc đIểm công trình.

Công trình Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp gồm có 41 tầng
nổi và 3 tầng hầm.
Công trình có cốt sàn tầng 1 là
m00.0

, cốt tự nhiên
m00.1

.
Tầng hầm -1 nằm ở cốt 4.2 m ;
Tầng hầm -2 nằm ở cốt 7.8m ;
Tầng hầm -3 nằm ở cốt 11.4m ;
Chiều cao từ cốt 0.00 đến đỉnh toà nhà là +150,3m
Khi tính toán nền móng theo TTGH II, cần khống chế độ lún giới hạn và độ
lún lệch giới hạn của công trình để có thể sử dụng công trình một cách bình th-
ờng, và để nội lực bổ sung do sự lún không đều của nền gây ra trong kết cấu siêu

tĩnh không quá lớn để kết cấu khỏi h hỏng và để đảm bảo mĩ quan của công
trình :
td gh
gh
S S
S S







Trong đó :
S
tđ
: độ lún tuyệt đối, lớn nhất của một móng (cm).
S : độ lún lệch tơng đối giữa hai móng.
Do đặc điểm công trình là kết cấu nhà cao tầng bằng thép với hệ giằng, do
đó theo TCXD 45-78: độ lún giới hạn tuyệt đối cho phép S
gh
= 8(cm), độ lún lệch
cho phép là S = (S
max
-S
min
)/L = 0,002.
II. Đánh giá điều kiện địa chất công trình :
II.1. Địa tầng :
Theo kết quả khảo sát địa chất công trình, địa chất dới lỗ khoan sâu 50m gồm

các lớp đất nh sau:
+ Lớp 1 từ 0ữ1,2 m là lớp đất lấp ,

= 18KN/m
3
.
+ Lớp 2 từ 1,2ữ 5,8 m là lớp sét dẻo cứng , N = 18.
+ Lớp 3 từ 5,8 ữ 9,2 m là lớp sét pha dẻo mềm , I
L
= 0,5 , N = 12.
+ Lớp 4 từ 9,2 ữ 12,8 m là lớp sét pha dẻo chảy , N = 4.
+ Lớp 5 từ 12,8 ữ 19,5 m là lớp cát pha dẻo , N = 21.
+ Lớp 6 từ 19,5 ữ 26,3 m là lớp cát bụi chặt vừa , N = 30.
+ Lớp 7 từ 26,3 ữ 38,4 m là lớp cát hạt trung chặt , N = 55.
+ Lớp 8 từ 38,4 ữ 50 m là lớp cát thô cuội sỏi , N = 80.
Mực nớc ngầm xuất hiện ở độ sâu - 6,5 m kể từ mặt đất thiên nhiên.
Địa tầng đợc phân chia theo thứ tự từ trên xuống dới nh sau:
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
2
-51.00
Mặt đất tự nhiên
-1.00
Đất lấp
-2.20
-6.80
-10.20
-13.80
-20.50
-27.30
-39.40

-6.95
sét dẻo cứng
sét pha dẻo mềm
sét pha dẻo chảy
MNN
cát hạt trung chặt
cát pha dẻo
cát bụi chặt vừa
cát thô cuội sỏi
trụ địa chất . tỉ lệ 1/200
§Ò TµI : Trung t©m th¬ng m¹i vµ v¨n phßng cao cÊp
nÒn mãng c«ng tr×nh
************************************
gvhd : gs – tskh nguyÔn tr©m . SVTH : Lª Xu©n Tïng .
3
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
II.2. Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất
Theo kết quả khảo sát địa chất công trình và kết quả thí nghiệm trực tiếp với
đất cho kết quả cơ lý của các lớp đất trong bảng chỉ tiêu cơ lý nh sau:
Lớp Tên đất
Chiều
dày (m)

tn
(KN/m
3
)

h
(KN/m
3
)
W
(%)
W
L
(%)
W
P
(%)
k
(m/s)

()
C
II
(KPa)
m
(MPa
-1
)
E
(MPa)
1
Đất
lấp
1.2 18 - - - - - - - - -
2

Sét
Dẻo cứng
4.6 18,2 26,9 39 50 30 3,1.10
-10
13 19 0,11 7,5
3
Sét pha
dẻo mềm
3.4 17,5 26,6 38 45 31 1,0.10
-8
11 5 0,20 7
4
Sét pha
dẻo chảy
3.6 18,5 26,8 33,2 36 22 2,5.10
-8
16 10 0,12 10
5
Cát pha
dẻo
6.7 19,2 26,5 20 24 18 2,1.10
-7
18 25 0,09 14
6
Cát bụi
chặt vừa
6.8 19 26,5 26 - - 3,1.10
-6
30 - 0,13 10
7

Cát hạt
trung chặt
12.1 20,1 26,4 16 - - 2,0.10
-4
38 - 0,03 40
8
Cát thô
cuội sỏi
> 11.6 20,1 26,4 16 - - 2,0.10
-3
43 - 0,03 50
II.3. Đánh giá tính chất xây dựng của các lớp đất nền:
a. Lớp đất 1: Lớp đất lấp có chiều dày 1,2m.
Phân bố mặt trên toàn bộ khu vực khảo sát có chiều dày 1,2m . Là lớp đất
yếu và khá phức tạp, độ nén chặt cha ổn định. Vì vậy không thể làm nền cho công
trình nên lớp này phải đợc bóc bỏ hết.
b. Lớp đất 2: Lớp Sét dẻo cứng có chiều dày 4,6m.
- Kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn:
N = 18 búa / 30cm.
- Độ sệt: I
L
=
P
L P
W W
W W


=
3050

3039


= 0,45
0,25 < I
L
= 0,45 < 0,5 đất ở trạng thái dẻo cứng.
- Hệ số rỗng: e =
h
tn
(1 0,01W) +

-1 =
2,18
)39.01,01.(9,26 +
-1 = 1,054 < 1,1
- Hệ số nén lún: 0,1MPa
-1
< m = 0,11MPa
-1
< 0,5MPa
-1
khả năng chịu nén trung bình.
- Môđun biến dạng: 5MPa < E = 7,5 Mpa < 10MPa trung bình.
Kết luận: Lớp 2 là Sét dẻo cứng có khả năng chịu tải trung bình, mặt khác do
với công trình nhiều tầng thì chiều dày lớp đất khá mỏng không thích hợp làm
nền móng.
c. Lớp đất 3: Lớp Sét pha dẻo mềm, chiều dày 3,4 m.
- Kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn :
N = 12 búa / 30 cm.

- Độ sệt: I
L
=
P
L P
W W
W W


=
38 31
45 31


= 0,5 < 0,75
đất ở trạng thái dẻo mềm
- Tỷ trọng: =
h
n


=
26,6
2,66
10
=

gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
4
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp

nền móng công trình
************************************
- Hệ số rỗng: e =
h
tn
(1 0,01W) +

-1 =
26,6 (1 0,01 38)
17,5
ì + ì
-1 = 1,098 >1 yếu
- Trọng lợng riêng đẩy nổi:
đn
=
e1
).1(
n
+

=
(2,66 1) 10
1 1,098
ì
+
= 7,914 KN/m
3
- Hệ số nén lún: 0,1MPa
-1
< m = 0,2 MPa

-1
< 0,5MPa
-1

khả năng chịu nén trung bình.
- Môđun biến dạng: E = 5MPa < E = 7Mpa < 10MPa trung bình.
Kết luận: Lớp 3 là Sét pha Dẻo mềm có khả năng chịu tải trung bình, tính
năng xây dựng yếu, biến dạng lún lớn. Do đó không thể làm nền cho công trình đ-
ợc.
d. Lớp đất 4: Lớp Sét pha dẻo chảy, chiều dày 3,6 m.
- Kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn :
N = 4 búa / 30 cm.
- Độ sệt: I
L
=
P
L P
W W
W W


=
33,2 22
36 22


= 0,8 > 0,75
đất ở trạng thái dẻo chảy yếu
- Tỷ trọng: =
h

n


=
26,8
2,68
10
=

- Hệ số rỗng: e =
h
tn
(1 0,01W) +

-1 =
26,8 (1 0,01 33,2)
18,5
ì + ì
-1 = 0,93 <1.
- Trọng lợng riêng đẩy nổi:
đn
=
e1
).1(
n
+

=
(2,68 1) 10
1 0,93

ì
+
= 8,706 KN/m
3
- Hệ số nén lún: 0,1MPa
-1
< m = 0,12 MPa
-1
< 0,5MPa
-1

khả năng chịu nén trung bình.
- Môđun biến dạng: E = 10MPa tốt.
Kết luận: Lớp 4 là Sét pha Dẻo chảy có khả năng chịu tải yếu, tính năng xây
dựng yếu. Do đó không thể làm nền cho công trình đợc.
e. Lớp đất 5: Lớp Cát pha dẻo có chiều dày 6,7 m .
- Kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn :
N = 21 búa / 30 cm.
- Độ sệt: I
L
=
P
L P
W W
W W


=
20 18
24 18

= 0,33
0 < I
L
= 0,33 < 1 cát ở trạng thái dẻo .
- Tỷ trọng: =
n
h


=
10
5,26
= 2,65
- Hệ số rỗng: e =
tn
h
)W01,01(

+
-1 =
26,5 (1 0,01 20)
19,2
ì + ì
-1 = 0,656 < 0,7
- Trọng lợng riêng đẩy nổi:
đn
=
e1

).1(
n
+

=
(2,65 1) 10
9,962
1 0,656
ì
=
+
KN/m
3
- Hệ số nén lún: 0,01 MPa
-1
< m = 0,09 MPa
-1
< 0,1 MPa
-1

cát pha có khả năng chịu nén lún tơng đối tốt
- Môđun biến dạng: E = 14 Mpa > 10MPa tốt.
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
5
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
Kết luận: Lớp 5 là Cát pha Dẻo có khả năng chịu tải tơng đối tốt, tính năng
xây dựng khá tốt, biến dạng lún nhỏ, chiều dày lớp đất bằng 6,7m. Vì vậy có thể
làm nền cho công trình đợc.

f. Lớp đất 6: Lớp Cát bụi chặt vừa có chiều dày 6,8m .
- Kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn :
N = 30 búa / 30 cm.
- Tỷ trọng: =
n
h


=
10
5,26
= 2,65
- Hệ số rỗng: e =
tn
h
)W01,01(

+
-1 =
26,5 (1 0,01 26)
19
ì + ì
-1 = 0,757
0,6 < e = 0,757 < 0,8 cát ở trạng thái chặt vừa.
- Trọng lợng riêng đẩy nổi:
đn
=
e1
).1(
n

+

=
7574,01
10).165,2(
+

= 9,389 KN/m
3
- Hệ số nén lún: 0,1 MPa
-1
< m = 0,13 MPa
-1
< 0,5 MPa
-1

cát bụi có khả năng chịu nén lún trung bình.
- Môđun biến dạng: E = 10 MPa tốt
Kết luận: Lớp 6 là Cát bụi Chặt vừa có khả năng chịu tải tơng đối tốt, tính
năng xây dựng khá tốt, khả năng chịu nén lún trung bình, chiều dày lớp đất bằng
6,8m. Có thể làm nền cho công trình đợc.
g. Lớp đất 7: Lớp Cát hạt trung chặt, chiều dày 12,1m.
- Kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn:
N

= 55 búa / 30 cm.
- Tỷ trọng: =
n
h

=
26,4
10
= 2,64
- Hệ số rỗng: e =
tn
h
)W.01,01(

+
-1 =
26,4 (1 0,01 16)
20,1
ì + ì
-1 = 0,524
e = 0,524 < 0,6 cát ở trạng thái chặt.
- Trọng lợng riêng đẩy nổi:
đn
=
e1
).1(
n
+

=
(2,64 1) 10
1 0,524
ì
+

= 10,764 KN/m
3
- Hệ số nén lún: 0,01 MPa
-1
< m = 0,03 MPa
-1
< 0,1 MPa
-1

cát hạt trung chặt có khả năng chịu nén lún tốt
- Môđun biến dạng: E = 40 MPa > 30MPa rất tốt
- Góc ma sát trong:
o o
38 30 = >
rất tốt.
Kết luận: Lớp 7 là Cát hạt trung Chặt, có khả năng chịu tải lớn, tính năng xây
dựng tốt, biến dạng lún nhỏ, chiều dày lớp đất lớn (12,1 m). Do đó dùng để làm
nền cho công trình cao tầng sẽ tốt.
h. Lớp đất 8: Lớp Cát thô cuội sỏi, chiều dày 11,6m.
- Kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn:
N

= 80 búa /30 cm đất rất chặt.
- Tỷ trọng: =
n
h


=
26,4

10
= 2,64
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
6
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
- Hệ số rỗng: e =
tn
h
)W.01,01(

+
-1 =
26,4 (1 0,01 16)
20,1
ì + ì
-1 = 0,524
e = 0,524 < 0,6 đất ở trạng thái chặt.
- Trọng lợng riêng đẩy nổi:
đn
=
e1
).1(
n
+

=
(2,64 1) 10
1 0,524

ì
+
= 10,764 KN/m
3
- Hệ số nén lún: 0,01 MPa
-1
< m = 0,03 MPa
-1
< 0,1 MPa
-1

cát thô cuội sỏi có khả năng chịu nén lún tốt
- Môđun biến dạng: E = 50 MPa > 30MPa rất tốt
Kết luận: Lớp 8 là Cát thô cuội sỏi, có khả năng chịu tải lớn, tính năng xây
dựng tốt, biến dạng lún nhỏ, chiều dày lớp đất lớn (11,6 m) và cha kết thúc trong
phạm vi lỗ khoan 50m.

gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
7
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
III. phân tích và Lựa chọn giải pháp nền móng.
Với các đặc điểm địa chất công trình nh đã giới thiệu, các lớp đất trên là
đất yếu xen kẹp không thể đặt móng cao tầng lên đợc, chỉ có lớp cuối cùng là cát
thô sỏi cuội có chiều dày không kết thúc tại đáy hố khoan là có khả năng đặt đợc
móng cao tầng.
Với quy mô và tải trọng công trình nh vậy, giải pháp móng sâu (móng cọc)
là hợp lý hơn cả.
Căn cứ vào phơng thức truyền tải trọng ngoài thông qua cọc vào đất, th-

ờng chia cọc làm hai loại: Cọc chống và cọc ma sát.

III.1. Khái niệm về cọc chống và cọc ma sát

III.1.1. Cọc chống.
Nói chung cho rằng, tải trọng ngoài đợc truyền vào trong đất chỉ thông qua
mũi cọc thì gọi là cọc chống.
Trên thực tế, mặt bên của cọc vẫn có lực ma sát nhng khi thiết kế chỉ xét
đến khả năng chịu tải trọng ngoài do phản lực ở đầu mũi cọc (sức kháng mũi cọc)
mà không xét đến khả năng chịu tải do ma sát mặt bên cọc. Cọc chống chỉ sử
dụng khi mũi cọc đi vào tầng đá hay tầng đất rắn chắc. Độ lún của cọc chống rất
bé, sự chuyển dịch của các mặt cắt cọc chủ yếu là do độ nén ép đàn hồi của bản
thân cọc.
Trong thực tế xây dựng có 3 loại cọc sau: Cọc đóng, Cọc khoan nhồi và cọc
Barets.
Q
Đá, đất cứng
Đất yếu

gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
8
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
III.1.2. Cọc ma sát.
Một bộ phận hay toàn bộ tải trọng ngoài tác dụng lên đầu cọc đợc truyền
vào trong đất xung quanh cọc thông qua ma sát ở mặt bên cọc, cọc đó gọi là cọc
ma sát.
Khi tính toán cọc này sẽ xét đến ma sát giữa đất và mặt bên cọc, đồng thời
có xét đến sức kháng ở đầu mũi cọc. Nếu toàn bộ tải trọng ngoài đều truyền vào

trong đất thông qua ma sát mặt bên cọc thì gọi là cọc ma sát thuần túy. Trong thực
tế xây dựng, nếu đất xung quanh cọc và nền dới mũi cọc đều là đất yếu thì cọc đ-
ợc coi là cọc ma sát thuần túy.
Đất yếu
Đất có cừơng độ
trung bình
Q
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
9
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
Iii. 2. Nghiên cứu về cọc ma sát:
III.2.1. Phân tích cọc ma sát đơn chịu tải trọng tĩnh thẳng đứng
III.2.1.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc đơn
Sức chịu tải cực hạn của cọc đợc chia thành sức kháng bên và sức kháng
mũi nh sau:

pfu
QQQ +=
Trong đó:
+ Sức kháng bên:

iif
zfuQ =



ở đây:
i

f
- là ma sát bên đơn vị của cọc

p
u
- chu vi thân cọc;

i
z
- chiều dài đoạn phân tố cọc mà trên đó
i
f
đợc coi là hằng số;

ip
zu .
- diện tích xung quanh của đoạn phân tố cọc.
+ Sức kháng mũi:

ppp
AqQ .=

ở đây:
p
q
- sức kháng mũi đơn vị của cọc;

p
A
- tiết diện ngang mũi cọc;

Sức chịu tải nén của cọc là:

[ ]
w
F
Q
ww
F
Q
Q
S
u
datcoc
S
u
== )(

trong đó:
S
F
- hệ số an toàn, thờng lấy từ 2 đến 4;
w - hiệu số giữa khối lợng bản thân cọc và khối lợng bản
thân đất do nó chiếm chỗ, có xét đến lực đẩy Acsimet
của phần cọc dới mực nớc ngầm;
Nhiều nghiên cứu thấy rằng: Dới tải trọng cho phép, chuyển vị của cọc khá
nhỏ. Mặc dù chuyển vị nhỏ, sức kháng bên của cọc vẫn đợc huy động khá lớn.
Tuy nhiên, tại chuyển vị đó, sức kháng mũi mới chỉ huy động một phần nhỏ . Do
đó, ta nên dùng hai hệ số an toàn nh sau:

[ ]

w
F
Q
F
Q
Q
p
p
f
f
+=

Hệ số an toàn cho sức kháng bên
f
F
thờng lấy bằng
5,22 ữ
, còn hệ số an
toàn cho sức kháng mũi
p
F
trong khoảng
5,35,2 ữ
.
Ta cần thiết kế sao cho tải trọng tác dụng nhỏ hơn sức chịu tải, tức là:

[ ]
QQ <

Các giá trị: ma sát đơn vị thân cọc (

i
f
), lực dọc thân cọc (
Z
N
), và chuyển vị
mặt cắt cọc (s) sẽ thay đổi khi tải trọng tác dụng lên đầu cọc Q tăng dần. Khởi
đầu Q tơng đối bé, chủ yếu do lực ma sát bên đoạn thân cọc phía trên chịu. Khi Q
tăng đến một giá trị nào đó thì mũi cọc chuyển dịch, phản lực ở đầu cọc
l
N
mới
bắt đầu huy động một cách rõ ràng.
Căn cứ tài liệu thí nghiệm khi chuyển dịch tơng đối gữa cọc và đất khoảng
mm64 ữ
(với đất sét) hoặc
mm106 ữ
(với đất cát) thì ma sát đơn vị mặt bên cọc đạt
trạng thái giới hạn. Và khi chuyển dịch đầu mũi cọc đạt
25,01,0 ữ
lần đờng kính
cọc, thì phản lực đầu mũi cọc mới đạt trạng thái giới hạn.

gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
10
Q
u
f
Q
[Q]

Q / F
Q
p
p
Q / F
p
s
s
ứ
c

k
h
á
n
g

m
ũ
i
s
ứ
c

k
h
á
n
g

b
ê
n
s
ứ
c

k
h
á
n
g

t
ổ
n
g
sức kháng
f f
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
Chuyển vị tơng đối
của cọc và đất
Sự huy động sức kháng
III.2.1.2. Xác định lực nén dọc trục của cọc đơn
Dựa theo sơ đồ làm việc của cọc trong đất khi
có tải trọng tác dụng đầu cọc Q.
Tại độ sâu z (z < l, l - là chiều dài cọc) thì ta
xác định nội lực thân cọc theo công thức của

Sức bền vật liệu:
Công thức tính lực dọc thân cọc:


=
Z
iipZ
lfuQN
0

;
Trong đó:
Z
N
là lực dọc thân cọc ở độ sâu z;

Q
là lực tập trung đặt lên đầu cọc;

i
l
là chiều dài đoạn cọc;

i
f
là ma sát đơn vị mặt bên cọc, có
giá trị không đổi trong đoạn l
i

III.2.2. Xác định chuyển vị của cọc đơn

Với mục đích thiết kế và tìm hiểu rõ quá trình làm việc của cọc, độ lún của
cọc có thể tách thành 3 phần:

ldhbd
c
ss ++=


Trong đó:

c
s
là độ lún tổng cộng ở đầu cọc đơn

bd
s
là độ lún do chuyển vị của thân cọc, gây ra do sự biến dạng cong của đất
xung quanh cọc (đất bị biến dạng cong do có sự dính bám giữa cọc và đất);

dh

là độ lún do biến dạng thân cọc, gây ra do sự nén ép đàn hồi vật liệu làm
cọc;

l

là độ lún do tải trọng ở mũi cọc (giá trị nội lực thân cọc tại độ sâu mũi cọc)
truyền vào nền.
III.2.3. Bản chất của các độ lún thành phần và cách xác định
a. Trạng thái ban đầu

gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
11
Q
f
i
p
q
z
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
Sau khi đã đóng cọc vào đất, cha có tải trọng tác dụng đầu cọc. Đất xung
quanh cọc và đất nền dới mũi cọc sẽ phục hồi trở lại những biến dạng do quá trình
đóng cọc (bỏ qua những biến dạng d).
Lúc này các mặt cắt lớp đất ở mọi độ sâu có dạng nằm ngang và vuông góc
với thân cọc. Độ lún đầu cọc ở trạng thái này (trạng thái ban đầu) bằng không.
Các hình vuông A, B biểu thị các phân tố quy chiếu trong lớp đất, ab là một đờng
nằm ngang quy chiếu trong đất .

b. Trạng thái thứ 2.
Sau đó tác dụng lên đầu cọc một tải trọng tập trung Q = Q
1
cha lớn, thì các
lớp gần phía trên vùng đầu cọc đất bắt đầu bị biến dạng cong. Đờng quy chiếu ab
ban đầu sẽ chuyển dịch thành ab, các phân tố quy chiếu bị méo đi thành A, B.
Giữa bề mặt cọc và phân tố đất A xuất hiện ứng suất tiếp
1

, giữa hai phân tố A
và B có ứng suất tiếp

2

, giữa phân tố B với các phân tố bên ngoài là ứng suất
3

.
Hiện tợng xoắn trên chứng tỏ rằng: tải trọng đầu cọc Q = Q
1
đã truyền vào
trong đất xung quanh cọc thông qua các ứng suất tiếp. Các ứng suất tiếp đó sẽ
giảm dần khi các phân tố ở xa dần cọc (

321

>>
) do sự phân tán ứng suất vào
không gian.
Độ lún của cọc ở trạng thái này gọi là s
bd
.
Tiếp tục tăng tải trọng tác dụng đầu cọc, các lớp đất phía dới sâu vùng mũi
cọc cũng bị các ứng suất tiếp gây nên biến dạng uốn cong, giá trị s
bd
tăng dần.
Nhng cha có sự chuyển dịch tơng đối giữa cọc và đất.

c. Trạng thái thứ 3.
Tiếp tục tăng tải trọng đầu cọc đặt giá trị Q = Q
2
< [Q], đến khi các lớp đất

không bị uốn cong theo độ lún của cọc nữa, lúc này cọc đã huy động sức kháng
mũi rõ rệt. Nội lực tại mũi cọc sẽ truyền xuống nền (đất dới mũi cọc) và độ lún
tăng thêm của cả cọc lúc này
l

.
Các giá trị s
bd
và
l

đợc xác định nhờ thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn tại hiện
trờng. Riêng giá trị
l

còn đợc xác định bằng cách sau:
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
12
B'
Cọc
s
1
Q
b'
a'
d'
c'
A'
Lớp đất
A'

B'
bd

2
1


3

1
2

3

Lớp đất
B A A B
b
a a
b
d
c c
d
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
Để đơn giản, ta giả thiết nền là nền Winkler, và do đó phản lực nền ở mũi
cọc
p
q
và chuyển vị

l

của mũi cọc tỷ lệ bậc nhất, tức là:

lSp
kq = .
hoặc
lSSl
kAN =

Suy ra:
SS
l
S
p
l
kA
N
k
q
.
==

Trong đó:

l
N
lực dọc thân cọc tại vị trí mũi cọc,

S

A
là diện tích tiết diện mặt cắt mũi cọc

S
k
hệ số phản lực nền
Độ nén ép đàn hồi thân cọc do lực dọc trục cọc (
Z
N
) gây ra đợc xác định
theo công thức của Sức bền vật liệu:

pp
iZi
Zi
EA
lN
.
.
=


Trong đó:
Zi

là biến dạng đàn hồi của đoạn cọc có chiều dài l
i
;

Zi

N
là lực dọc thân cọc trung bình trong đoạn l
i
;

p
A
là diện tích tiết diện mặt cắt thân cọc

p
E
là môđun đàn hồi của vật liệu làm cọc
Và độ lún ở đầu cọc do nén ép đàn hồi thân cọc là:


=
n
Zidh
1

, ( chia cọc thành n đoạn l
i
)




Cọc làm việc dới tảt trọng Q
2
Đồ thị biểu diễn độ lún Đồ thị biểu diễn lực dọc

d. Trạng thái thứ 4.
Tiếp tục tăng tải trọng đến Q = Q
3
> [Q], thì lực dọc tại mũi cọc sẽ lớn hơn
sức kháng mũi cọc, đất sẽ bị phá hoại cắt. Làm xuất hiện sự chuyển dịch tơng đối
giữa cọc và đất xung quanh cọc, chuyển dịch này tăng nhanh một cách đáng kể,
về hiệu quả trở thành một cọc khác với cọc ban đầu, có chiều sâu lớn hơn và trong
các điều kiện đất có thể là khác trớc.
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
13
Lớp đất
A'
c'
d'
a'
b'
Q
2
s
cọc
B'
s
N = Q
0
B'
A'
2
Q Q
2

2
c

z=0
đh

l
bd
s
z=l

đh

u . .l
p
i
N
l
f
s
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
Kết luận: Việc huy động sức kháng trong đất đi liền với sự biến dạng; lợng
dịch chuyển của cọc cần thiết để làm biến dạng đất tới điểm phá hoại thì phụ
thuộc vào tính chất của đất, tải trọng đầu cọc, kích thớc cọc, vật liệu làm cọc và
cách hạ cọc vào đất.

III.2.4. Tổng quan về ma sát âm và những ảnh hởng
của nó đến sự làm việc của cọc

III.2.4.1. Ma sát âm (negative skin friction) và nguyên nhân hình thành
Thông thờng khi đóng cọc vào tầng đất đã cố kết ổn định, nếu đầu cọc chịu
tải trọng tác dụng thì cọc sẽ bị lún xuống. Lúc đó mặt bên cọc sẽ chịu lực ma sát
do đất gây ra theo chiều hớng lên, có tác dụng cản trở sự lún xuống của cọc. Lực
ma sát này gọi là ma sát dơng.
Trong thực tế xây dựng, có nhiều trờng hợp ngợc lại là do một số nguyên
nhân nào đó làm cho tầng đất xung quanh cọc bị lún, độ lún đó của tầng đất vợt
quá độ lún của cọc. Nh vậy trong trờng hợp này độ lún của đất làm gia tăng độ
lún của cọc, có nghĩa là đất nền đã không tạo đợc ma sát dơng mà tạo ma sát âm.
Rõ ràng ma sát âm vừa có tác dụng gia tăng độ lún của cọc, vừa làm tăng
lực dọc thân cọc, gây ảnh hởng của chúng đến sức chịu tải và sự làm việc của cọc.
III.2.4.2. Nguyên nhân hình thành ma sát âm
Tình hình sản sinh ra ma sát âm có nhiều nguyên nhân, ví dụ:
- Xung quanh cọc là đất sét mềm cố kết cha ổn định.
- Xung quanh cọc là đất mới đắp, đất sẽ bị cố kết do trọng lợng bản thân
- Trên mặt đất bị chất tải với diện rộng, khiến đất xung quanh cọc bị nén
chặt.
- Lớp đất nền quy hoạch có chiều dày trên một mét
- Phụ tải trên nền kho lớn hơn 20 Kpa
- Sự giảm thể tích đất do chất hữu cơ trong đất bị phân hủy
- Sự tăng ứng suất hữu hiệu trong đất do mực nớc ngầm bị hạ thấp
- Sự tăng độ chặt của đất rời dới tác dụng của động lực
- S lún ớt của đất khi bị tăng độ ẩm do ngập nớc
- Khi đóng cọc gây ra sự trồi lên đối với những cọc lân cận đã đợc hạ trớc
đó
III.2.4.3. Sự hình thành ma sát âm đối với cọc đơn và cách xác định
I.1. Điểm trung tính và phạm vi xuất hiện của ma sát âm trên cọc đơn
Vì một nguyên nhân nào đó, làm cho đất xung quanh cọc bị nén ép hoặc bị
dịch chuyển đi xuống. Sự dịch chuyển này sẽ tác động đến cọc trong hai trờng
hợp sau đây:

+ Trờng hợp 1:
Cọc cha chịu tải trọng tác dụng lên đầu cọc, thì chuyển dịch của đất sẽ
làm cọc chuyển dịch kéo theo hoặc gây nên tải trọng ban đầu cho cọc do ma sát
âm giữa cọc và đất. Đến khi tầng đất đã ổn định không còn lún nữa, lúc này cọc ở
trong điều kiện đất là hoàn toàn khác trớc.
+ Trờng hợp 2:
Cọc đã chịu tải trọng tác dụng lên đầu cọc, có nghĩa cọc đã bị lún vào
đất, độ lún này đã đợc phân tích trong mục III.2.3 (gọi là độ lún ban đầu). Khi
tầng đất bị lún xuống, hiện tợng này sẽ ảnh hởng đến sự làm việc của cọc nh thế
nào, ta cần phân tích hai trờng hợp sau có thể xảy ra nh sau:
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
14
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
a) Nếu độ dịch chuyển tơng đối của tầng đất có chiều dày nào đó nhỏ
hơn độ lún của cọc (độ lún ban đầu), dẫn đến lực ma sát dơng ban đầu giữa tầng
đất đó và cọc sẽ bị giảm đi.
b) Ngợc lại, độ dịch chuyển tơng đối của tầng đất có chiều dày nào đó
lớn hơn độ lún của cọc (độ lún ban đầu), dẫn đến không những làm triệt tiêu hoàn
toàn lực ma sát dơng mà còn gây kéo cọc xuống bằng ma sát âm (
neg
f
) xuất hiện
trong chiều dày tầng đất đó. Dẫn đến cọc bị lún thêm và lực dọc thân cọc tăng lên
Để xác định đợc khi tầng đất bị lún xuống gây ảnh hởng ở mức độ nào
tới sự làm việc của cọc thì ta cần thực hiện các bớc sau:
B ớc 1. Xác định độ lún của toàn cọc
Ta cần xác định đợc các thành phần lún, cách xác định đã trình bày trong
mục II.2. Sau đó vẽ đợc biểu đồ nén lún của các điểm trên cọc theo chiều dài thân

cọc có dạng ở hình 2.4.d.
B ớc 2. Xác định độ lún của tầng đất xung quanh cọc
Vì phạm vi của đề tài mới chỉ nghiên cứu nguyên nhân gây lún đất do tải
trọng đất đắp, Có nghĩa sau khi xây dựng công trình trên nền móng cọc (cọc ma
sát), sau đó ta phải đắp đất để tôn nền, hoặc đắp đất sau tờng chắn. Dới tải trọng
của đất đắp, làm cho đất nền bị lún xuống. Độ lún này sẽ đợc xác định bằng công
thức:

ji
oI
gl
JIZ
d
ji
h
E
S



=
)(



Trong đó:
d
ji
S

- độ lún của lớp đất i-j ;

i
i
à
à


=
1
2
1
2
;
à
là hệ số nở hông của đất, thờng lấy
8,0=

;

2
)(
gl
Zj
gl
Zi
gl
jiZ

+
=

là ứng suất gây lún trung bình ở giữa lớp đất i-j ;

ji
h

là độ dày của lớp đất i-j ;

i
E
0
là môđun đàn hồi của lớp đất i-j.
Và độ lún tổng cộng (tính theo phơng pháp cộng lún từng lớp) là:



=
n
ji
d
sS
1
( Chia tầng đất thành n lớp nhỏ )
Sau khi tính đợc độ lún của từng lớp đất, ta sẽ vẽ đợc biểu đồ nén lún của
tầng đất xung quanh cọc, đồ thị có dạng nh sau:
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
15
o

S
z
đ
S
S
đ
z = l
Q
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
Biểu đồ lún của đất

B ớc 3: Xác định điểm trung tính
Điểm trung tính là điểm mà tại độ sâu đó không có sự chuyển dịch tơng
đối của cọc và đất. Đợc thể hiện bằng sự giao thoa biểu đồ độ lún của đất và biểu
đồ độ lún của cọc.
Sau khi ta đã tìm đợc độ chuyển dịch của cọc và độ lún của đất đợc biểu thị
bằng biểu đồ (trong mục III.2.3). Đem chập hai biểu đồ đó trên cùng một hệ trục
tọa độ, hai biểu đồ này giao nhau ở đâu thì đó là điểm trung tính.
Có hai trờng hợp xảy ra khi xác định điểm trung tính:
Trờng hợp 1:
Điểm trung tính nằm trong phạm vi chiều dài cọc.
Khả năng này thờng xảy ra khi lớp đất mà mũi cọc cắm vào là lớp đất có c-
ờng độ tơng đối lớn (nh cát hạt to chặt hoặc đất cứng). Nguyên nhân, tầng đất
cứng vùng mũi cọc đã làm giảm hoặc triệt tiêu toàn bộ chuyển dịch của những lớp
đất phía trên, và độ lún của đất lúc này chủ yếu do sự nén ép của những lớp đất
phía trên.
Mặt khác, chính lớp đất cứng vùng mũi cọc cũng đã làm giảm độ lún của
cọc, nên trong trờng hợp này điểm trung tính sẽ gần sát bề mặt lớp đất tốt vùng

mũi cọc.
Biểu thị bằng đồ thị sau:
a) b) c) d)
Sự làm việc của cọc khi xảy ra ma sát âm
Trong đó:
+ Hình a. Sự chuyển dịch tơng đối giữa cọc và đất xung quanh cọc;
+ Hình b. Đồ thị biểu diễn sự chuyển dịch tơng đối giữa cọc và đất
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
16
1
2
Q
z
o
1
o
S
đ
c
s
z=l
S
đ
S
o
z
-
+
f
neg

f
s
s
f
o
z
Q
neg
f
s
f
Q
N
i
p
u .l .

f
neg
l
N
f

u .l .
p
i
s
c
S
z=l

Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
xung quanh cọc. Trong đó, đờng 1 biểu thị chuyển dịch
của cọc, đờng 2 biểu thị chuyển dịch của đất; o
1
là điểm
trung tính;
+ Hình c. Đồ thị biểu diễn phạm vi và tính chất phân bố lực ma
sát trên bề mặt thân cọc;
+ Hình d. Đồ thị biểu diễn lực dọc thân cọc khi chịu ảnh hởng của
ma sát âm.
Trong trờng hợp này, lực dọc thân cọc sẽ đợc tính nh sau:
Tại vị trí điểm trung tính thì lực dọc thân cọc là lớn nhất. Bởi tại đó, lực
dọc thân cọc bị nén bởi ma sát âm từ trên xuống và ma sát dơng từ dới lên.
- Lực dọc thân cọc tại vị trí điểm trung tính o
1
:

neg
FQN +=

với
neg
F
là tổng lực ma sát âm tác dụng lên mặt cọc đơn

negipneg
fluF

=
; (
1
OOl
i
=

)
- Lực dọc thân cọc tại vị trí mủi cọc:

)(
sneg
FFQN +=

với
s
F
là tổng lực ma sát dơng còn lại tác dụng lên mặt cọc đơn

sips
fluF

=
; (
1
OOLl
i
=

)

Trờng hợp 2:
Điểm trung tính nằm dới phạm vi chiều dài cọc (nằm dới mũi cọc).
Khả năng này thờng xảy ra khi lớp đất mà mũi cọc cắm vào là lớp đất có c-
ờng độ trung bình (nh đất cát hạt mịn, hạt trung hoặc đất sét cứng). Nguyên nhân,
lớp đất vùng mũi cọc cũng bị lún khi xảy ra hiện tợng ma sát âm, độ lún này tơng
đối lớn, lớn hơn chuyển vị của mũi cọc. Dẫn đến trên toàn bộ chiều dài cọc, thì
chuyển dịch của đất lớn hơn chuyển dịch của cọc, do đó điểm trung tính (điểm
trung tính ảo) sẽ nằm dới mũi cọc.
Biểu thị bằng đồ thị sau:
f
Q
neg
neg
f

u .l .
p
i
N
Q
z
o
f
s
neg
f
-
z
o
S

đ
S
z=l
s
c
đ
S
o
z
z=l
S
c
+
1
2
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
17
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
a) b) c) d)
Sự làm việc của cọc khi xảy ra ma sát âm
Trong đó:
+ Hình a. Sự chuyển dịch tơng đối giữa cọc và đất xung quanh cọc;
+ Hình b. Đồ thị biểu diễn sự chuyển dịch tơng đối giữa cọc và đất
xung quanh cọc. Trong đó, đờng 1 biểu thị chuyển dịch
của cọc, đờng 2 biểu thị chuyển dịch của đất; điểm trung
tính ảo o
1
nằm dới độ sâu mũi cọc;

+ Hình c. Đồ thị biểu diễn phạm vi và tính chất phân bố lực ma sát
trên bề mặt thân cọc;
+ Hình d. Đồ thị biểu diễn lực dọc thân cọc khi chịu ảnh hởng của
ma sát âm.

Trong trờng hợp này, lực dọc thân cọc sẽ đợc tính nh sau:
Cọc bị kéo xuống bởi toàn bộ ma sát âm trên bề mặt thân cọc, nên lực dọc
thân cọc tại đầu cọc là lớn nhất.
Lực dọc thân cọc tại đầu cọc:

negip
fluN

=
; (
Ll
i
=

)
Điểm trung tính cho ta kết luận rằng:
+ Phía trên điểm trung tính thì độ chuyển dịch tơng đối của đất lớn hơn của
cọc. Nên trong phạm vi đó, cọc bị đất kéo xuống, có nghĩa đoạn cọc đó chịu ảnh
hởng của ma sát âm.
+ Ngợc lại, phía dới điểm trung tính thì chuyển dịch tơng đối của cọc lớn
hơn của đất, nên cọc vẫn huy động ma sát dơng mặt bên cọc.
Kết luận chung : Do mức độ cố kết của đất tăng theo thời gian, cho nên
chuyển dịch của đất và chuyển dịch mặt cắt cọc đều là hàm số của thời gian. Do
vậy, vị trí của điểm trung tính, lực ma sát và lực dọc thân cọc đều biến đổi tơng
ứng. Dới tác dụng của tải trọng lên đầu cọc, nếu chuyển dịch các mặt cắt cọc đã

ổn định, sau đó đất xung quanh cọc mới xảy ra cố kết thì tốc độ và mức độ cố kết
sẽ là nhân tố chủ yếu ảnh hởng đến trị số và quy luật phân bố của ma sát âm. Mức
độ cố kết cao, độ lún mặt đất lớn thì điểm trung tính sẽ dịch xuống làm lực ma sát
âm tăng nhanh. Trong quá trình đó, độ lún mủi cọc cũng tăng cao, dĩ nhiên dẫn
đến sự chuyển dịch tơng đối giữa cọc và đất sẽ giảm nhỏ và lực ma sát âm sẽ
giảm dần và đạt tới trạng thái ổn định.
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
18
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
III.2.4.4. Giới thiệu một số phơng pháp tính toán ma sát âm đối với
cọc đơn .
a) Với đất sét mềm hay có cờng độ trung bình, lấy trị số ma sát âm
uneg
cf =
, với c
u
là cờng độ chống cắt không thoát nớc.
b) Nếu mặt đất đắp hoặc chất tải gây ra ma sát âm thì lấy trị số ma sát âm
nh sau:
+ Khi H < 2m thì không xét ma sát âm.
với H là độ cao đất đắp, nếu chất tải thì H sẽ là trị số tính đổi

q
H =
;

là dung trọng của đất, q là tải trọng phân bố .
+ Khi

mHm 52
. Xét ma sát âm cho lớp đất yếu và các lớp đất đắp
lên trên:

uneg
ff 4,0=
, với
u
f
là lực ma sát dơng giới hạn
+ Khi H > 5m, lấy
uneg
ff =
c) Căn cứ áp lực hữu hiệu thẳng đứng
v
'(

) tại điểm trung tính để tính toán
lực ma sát âm theo công thức sau:

vvneg
tgkf '.' '
0

==
k
0
- hệ số áp lực ngang

'

- góc nội ma sát hữu hiệu


- hệ số, lấy nh sau:

3,0=

với cọc dài 15 m

2,0=

với cọc dài 40 m

1,0=

với cọc dài 60 m.
Sau khi phân tích sự làm việc của cọc ma sát ở phần trên, ta
quyết định không lựa chọn loại cọc này bởi có các lý do nh sau:
1. Vì công trình này xây dựng ở quận Cầu Giấy thuộc thành phố Hà Nội, do
đó khi thi công sẽ gặp một số bất lợi sau:
- Gây ồn trong thành phố nếu hạ cọc bằng cách đóng.
- Gây gây rung chuyển địa chất (nếu đóng) và gây trồi đất đối với công
trình lân cận.
- Khó khăn về chuẩn bị kho bãi đúc cọc hoặc vận chuyển cọc
- Không thích hợp cho những giải pháp thi công tầng ngầm (chẳng hạn
nh thi công tầng ngầm bằng phơng pháp Top Down)
2. Vì quy mô công trình rất lớn, nên kết cấu sẽ gặp những bất lợi sau:
- Khi công trình bị dao động dới tác dụng của tải trọng gió hay động đất,
thì chính sự rung động đó sẽ làm giảm dần lực ma sát bên giữa cọc và

đất, dẫn đến sẽ làm giảm dần sức chịu tải của cọc.
- Mặt bằng tầng hầm rất lớn, do đó nếu xảy ra hiện tợng lún lệch tâm sẽ
tạo nên những mômen bất lợi cho kết cấu.
3. Không thích hợp với đặc điểm địa chất xây dựng công trình
Rất dể xảy ra hiện tợng ma sát âm đối với cọc, vì hai lý do sau:
a. Sự tăng ứng suất hữu hiệu trong đất do mực nớc ngầm bị hạ thấp:
Việc bơm hút nớc ngầm phục vụ cho sinh hoạt và công nghiệp đã hạ
thấp mực nớc của các tầng chứa nớc dới đất, làm giảm áp lực nớc lỗ rỗng, tăng
ứng suất hiệu quả trong đất. Điều này sẽ dẫn đến biến dạng lún bề mặt.
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
19
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
Theo báo cáo của Hội nghị quốc tế về lún đất lần thứ 4 đợc tổ chức tại
thành phố Houston (Mỹ) từ 12 đến 18 tháng 5 năm 1991, thì trên thế giới hiện
tại đã có trên 50 thành phố lớn nhỏ chịu ảnh hởng của quá trình biến dạng lún,
trong đó có 17 thành phố chịu hậu quả nặng nề hơn cả. Tiêu biểu là thành phố
Mexico City, Houston, Băngcốc,Tokyo, Osaca, Thợng Hải, Quảng Châu, Đài Bắc,
Venice
Tốc độ lún ở thành phố Băng Cốc đo đợc là hơn 100 mm/năm lan rộng trên
một diện tích 800 km
2
.
Houston là một thành phố đông dân ở đông nam bang Texas. Nớc phục vụ
sinh hoạt, công nghiệp ở Houston đều đợc bơm từ lòng đất. Mức độ lún ở
Houston có nơi vợt quá 2 m. Đến năm 1981 diện tích bị lún lên đến 80 km
2
.
Từ năm 1969 đến năm 1974 , mỗi năm thiệt hại do biến dạng lún bề mặt

gây ra cho Houston ớc chừng 31,7 triệu USD.
Tokyo có khoảng 3000 km
2
bị biến dạng lún bề mặt do bơm hút nớc, mức
độ lún lớn nhất tới 5 m.
Osaca diện tích bị lún từ năm 1935 đến năm 1970 là 500 km
2
, mức độ lún
là 3 m. Vì thế chi phí cho việc sữa chữa các công trình xây dựng là rất tốn kém.
Với tốc độ khai thác nớc ngầm ở thành phố Hà Nội nh hiện nay, thì biến
dạng lún bề mặt có thể xảy ra.
b. Cọc ma sát nằm trong nền có lớp đất yếu cha cố kết ổn định.
Đây cũng là một vấn đề thời sự ở nớc ta, vì cấu tạo địa tầng ở đồng bằng
Bắc bộ thờng là đất yếu, có chiều dày lớn, cố kết cha ổn định.
Iii. 3. Nghiên cứu về cọc khoan nhồi

III.3.1. Tổng quan:
Cọc nhồi đợc sử dụng trong việc xây dựng nhà cao tầng. Nhà cao tầng có
những đặc điểm đáng chú ý :
*Tải trọng tập trung thẳng đứng ở chân cột lớn đáng kể. Ngoài ra ở dới
chân cầu thang và thang máy, chân những vách cứng cũng có những tải trọng khá
lớn. Tải trọng ngang cũng nh vấn đề ổn định của nhà cao tầng là những bài toán
cần đợc xem xét một cách nghiêm túc.
* Nhà cao tầng rất nhạy với độ lún, đặc biệt là lún lệch. Lún kiểu gì cũng
gây ra những tác động mạnh mẽ đến sự làm việc tổng thể của các kết cấu nhà.
*Trong tình trạng đô thị của ta hiện nay, nhà cao tầng sẽ đợc xây dựng
nhiều trong khu đông dân c, mật độ nhà có sẵn khá dày đặc. Vấn đề bảo đảm an
toàn cho các công trình đã có là một đặc điểm xây dựng nhà cao tầng ở nớc ta.
Từ những đặc điểm nêu khái quát đó mà giải pháp chọn cho móng nhà cao
tầng hay thấy là móng cọc nhồi.

Những u điểm của móng cọc nhồi có thể tóm tắt :
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
20
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
@ Khi thi công cọc khoan nhồi cũng nh sử dụng cọc khoan nhồi đảm bảo an toàn
cho các công trình hiện có chung quanh. Loại cọc khoan nhồi đặt sâu không gây
lún ảnh hởng đáng kể cho các công trình lân cận.
@ Quá trình thực hiện móng cọc, dễ dàng thay đổi các thông số của cọc (chiều
sâu, đờng kính) để đáp ứng với điều kiện cụ thể của địa chất dới nhà.
@ Cọc khoan nhồi tận dụng hết khả năng chịu lực của bê tông móng cọc do điều
kiện tính toán theo lực tập trung.
@ Đầu cọc có thể chọn ở độ cao tuỳ ý cho phù hợp với kết cấu công trình và quy
hoạch kiến trúc mặt bằng.
@ Rất dễ dàng làm tầng hầm cho nhà cao tầng.

Do đó cọc khoan nhồi đảm bảo đợc:
- Độ lún cho phép
- Sức chịu tải của cọc
- Công nghệ thi công hợp lý không làm h hại đến công trình đã xây dựng.
- Đạt hiệu quả - kinh tế - kỹ thuật
Kết luận:
Vậy sử dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi cho công trình
này là hợp lý.
III.3.2. Giải pháp mặt bằng móng:
Vì công trình có 3 tầng hầm, nên ta chọn giải pháp mặt bằng móng nh sau:
Móng có kết cấu dạng bè toàn khối bằng bêtông cốt thép.
Toàn bộ kết cấu bè móng sẽ đợc phân tích bằng phơng pháp Phần tử hữu
hạn, nhằm xác định sự làm việc không gian của nó.

III.3.2. Các giả thiết tính toán:
Việc tính toán móng cọc đài thấp dựa vào các giả thiết chủ yếu sau:
- Sức chịu tải của cọc trong móng đợc xác định nh đối với cọc đơn đứng
riêng rẽ, không kể đến ảnh hởng của nhóm cọc.
- Khi kiểm tra cờng độ của nền đất và khi xác định độ lún của móng cọc thì
ngời ta coi móng cọc nh một móng khối quy ớc bao gồm cọc và các phần đất giữa
các cọc.
- Vì việc tính toán móng khối quy ớc giống nh tính toán móng nông trên
nền thiên nhiên (bỏ qua ma sát ở mặt bên móng), cho nên trị số mômen của tải
trọng ngoài tại đáy móng khối quy ớc đợc lấy giảm đi một cách gần đúng bằng trị
số mômen của tải trọng ngoài so với cao trình đáy đài.
- Đài cọc xem nh tuyệt đối cứng.
III.3.4. Tải trọng:
- Tải trọng tác dụng lên móng công trình gồm có:
+ Tĩnh tải
+ Hoạt tải
+ Tải trọng gió (gió tĩnh và gió động).
+ Tải trọng động đất.
Móng công trình đợc tính dựa theo giá trị nội lực nguy hiểm nhất truyền
xuống móng. Số liệu nội lực chân cột ta đã có khi chạy chơng trình
Sap2000_8.32.
III.3.5. Thiết kế cọc khoan nhồi.
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
21
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
a. Chọn vật liệu làm cọc.
- Bê tông mác 300#, R
n

= 130 (kG/cm
2
) = 1300T/m
2
- Cốt thép chịu lực nhóm AII có Ra = 2800 (kG/cm
2
) = 28000T/m
2
- Cốt đai nhóm AI có Ra = 2300 (kG/cm
2
) = 23000 T/m
2
Cọc chịu tải trọng ngang, hàm lợng cốt thép à (0,4 1,0)%. Để chọn đ-
ợc kích thớc và chiều sâu hạ cọc thích hợp nhất cho điều kiện địa chất và tải trọng
của công trình, cần phải đa ra các phơng án khác nhau để so sánh lựa chọn. Do
hạn chế về thời gian, chọn phơng án tính cọc có kích thớc :
- D = 1,0m F
b
=
2 2
D 1,0
3,14 0,785
2 2

= ì =
ữ ữ

m
2
.

- Cốt thép dọc chịu lực giả thiết gồm 14

22 có F
a
= 53,2cm
2
= 53,2ì10
-4
m
2

4
a
b
F 53,2 10
100% 100% 0,678%
F 0,785

ì
à = ì = ì =
- Sơ bộ chọn các kích thớc:
+ Chiều cao đài móng là h
đ
= 2,5 m .
Đáy đài đợc đặt ở độ sâu 13,3 m so với cốt thiên nhiên (hay ở độ sâu
14,3 m so với cốt 0.00 ).
+ Chân cọc cắm sâu vào lớp cát thô cuội sỏi (lớp đất 8) đoạn 5,0 m. Chất l-
ợng bê tông cọc khoan nhồi phần đầu cọc thờng kém do đó đập vỡ bêtông đầu cọc
cho chừa cốt thép ra một đoạn 1m và ngàm vào đài. Phần cọc ngàm vào đài 40
(cm).

Tổng chiều dài cọc là : 1,0 + 0,4 + (43,4 13,3) = 31,5m.
b. Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi:
1/ Theo độ bền của vật liệu làm cọc:
- Sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc đợc xác định theo công thức:
P
v
= .(m
1
m
2
R
b
F
b
+ R
a
F
a
)
Trong đó :
: hệ số uốn dọc, với móng cọc đài thấp không xuyên qua bùn,
than bùn =1.
R
b
: Cờng độ chịu nén tính toán của bê tông, với bê tông mác
M300# có R
n
= 130 (KG/cm
2
) = 1300(T/m

2
).
R
a
: Cờng độ chịu nén tính toán của cốt thép, với cốt thép nhóm
AII có R
n
= 2800 (KG/cm
2
) = 28000 (T/m
2
).
F
b
: Diện tích tiết diện của bê tông F
b
= 0,785(m
2
).
F
a
: Diện tích tiết diện của cốt thép dọc F
a
= 53,2ì10
-4
(m
2
).
m
1

: hệ số điều kiện làm việc khi đổ bê tông qua ống dịch chuyển
thẳng đứng thì m
1
= 0,85.
m
2
: hệ số điều kiện làm việc kể đến phơng pháp thi công cọc, ở
đây khi thi công cần dùng ống vách và đổ bê tông dới huyền
phù sét, nên m
2
= 0,7.
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
22
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
Vậy ta có :
P
v
= 1ì(0,85ì0,7ì1300ì0,785 + 28000ì53,2ì10
-4
) = 756,16 (T).
2/ Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT
- Sử dụng số liệu thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT để tính toán sức chịu tải giới
hạn của cọc theo công thức của Nhật Bản cho trong TCXD 205:1998
- Sức chịu tải cho phép của cọc:
P
SPT
=
a s s c

1
.N .F (0,2.N .L C.L ). .D
3

+ +

(T)
Trong đó:
+ N
a
: chỉ số SPT của đất dới mũi cọc, mũi cọc nằm trong lớp cát thô cuội
sỏi có N = 80.
+ N
s
: chỉ số SPT của lớp cát bên thân cọc; bên thân cọc có các lớp cát: lớp
cát pha dẻo 5 (N
5
= 21), lớp cát bụi chặt vừa 6 (N
6
= 30), lớp cát hạt trung chặt 7
(N
7
= 55), lớp cát thô cuội sỏi 8 (N
8
= 80).
+ L
s
(m): chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát, cọc xuyên qua các lớp đất
cát: lớp cát pha dẻo 5 (L
5

= 6,7m), lớp cát bụi chặt vừa 6 (L
6
= 6,8m), lớp cát hạt
trung chặt 7 (L
7
= 12,1m), lớp cát thô cuội sỏi 8 (L
8
= 5,0m).
+ L
c
(m) : chiều dài đoạn cọc nằm trong đất dính (đất sét). L
c
= 0 vì đầu cọc
nằm dới các lớp sét.
+ C
U
: lực dính không thoát nớc của đất theo SPT, C
U
= 0
+ : hệ số phụ thuộc phơng pháp thi công cọc, cọc khoan nhồi lấy = 15
+ F: Diện tích tiết diện ngang dới chân cọc, F = F
b
= 0,785m
2
.
- Vậy:
- Sức kháng mũi: =
[ ] [ ]
a
1 1

.N .F 15.80.0,785 314
3 3
= =
(T).
- Sức kháng thành:
s s c
1
(0,2.N .L C.L ). .D
3

= +

=
[ ]
)(2950,1*14,3*)21*7,630*8,61,12*555*80(*2,0
3
1
T=+++=
Vậy : P
SPT
= 314 + 296 = 610 (T).
Dựa vào kết quả tính sức chịu tải của nền theo điều kiện độ bền vật liệu làm
cọc P
v
và theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT là P
SPT
ta có:
P
v
= 756,16(T) > P

SPT
= 610(T). Mặt khác hai giá trị này chênh nhau không
quá lớn, nên đảm bảo điều kiện kinh tế cũng nh an toàn. Sức chịu tải của cọc:
P = min{P
V
, P
SPT
}
Do vậy ta chọn : P = P
SPT
= 610 (T) để tính toán cọc.
III.3.6. Tính toán số l ợng cọc khoan nhồi cho công trình:
III.3.6.1. Tính toán số l ợng cọc khoan nhồi cho móng C - 7.
Tải trọng tính toán
Tải trọng tính toán đợc sử dụng để tính toán nền móng theo trạng thái giới
hạn thứ nhất.
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
23
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
- Tải trọng cột tầng ngầm 3 (phần tử 1220 có nội lực lớn nhất) truyền
xuống móng theo cả 2 phơng :

0x
M
= -90,66T/m ;
0y
M
= 88,72 T/m;

0y
Q
= -28,05T ;
0x
Q
= -26,32T ;
0z
N
= - 2020T.
Tải trọng tiêu chuẩn
Tải trọng tiêu chuẩn đợc sử dụng để tính toán nền móng theo trạng thái giới
hạn thứ hai.
Tải trọng đã tính đợc là tải trọng tính toán, muốn có tổ hợp các tải trọng
tiêu chuẩn phải làm bảng tổ hợp khác bằng cách nhập tải trọng tiêu chuẩn tác
dụng lên công trình. Tuy nhiên, để đơn giản quy phạm cho phép dùng hệ số vợt
tải trung bình n =1,15. Nh vậy, tải trọng tiêu chuẩn nhận đợc bằng cách lấy tổ hợp
các tải trọng tính toán chia cho hệ số vợt tải trung bình.
tc
0x
M
= -90,66/1,15 = - 78,83 T/m ;
tc
0y
M
= 88,72/1,15 = 77,15 T/m ;
tc
0y
Q
= -28,05/1,15 = - 24,4 T ;

tc
0x
Q
= -26,32/1,15 = -22,88T ;
tc
0z
N
= - 2020/1,15 = - 1756,5 T ;
c. Xác định số l ợng cọc khoan nhồi:
- Số lợng cọc sơ bộ:

31,3
610
2020
0
===
SPT
tt
c
P
N
n
(cọc)
- Do móng chịu tải lệch tâm nên ta có số cọc tính toán là :
n
c
= 1,3ì3,31 = 4,63 (cọc).
Chọn thực tế n'
c
= 5 cọc để bố trí cho móng dới cột C7.

- Khoảng cách giữa các tim cọc 3.D = 3.100 = 300cm .
Theo kết quả nội lực từ trơng trình Sap 2000 - 8.3.2. Ta thấy nội lực cột C7
và các cột C5, C8, C10, cột K7, K5, K8, K10, cột 3E, 3H, 3I, cột 12E, 12H, 12I
có nội lực gần bằng nhau, do đó dới chân các cột này ta đều bố trí 5 cọc khoan
nhồi.
III.3.6.2.Tính toán số l ợng cọc khoan nhồi cho móng d ới lõi cứng.
Từ kết quả phân tích bằng Sap 2000_8.3.2 thì tổng cộng lực dọc của 34 cây
cột trong quần thể lõi cứng là:
)(87,15772 TN
tt
loi
=
.
- Số lợng cọc sơ bộ:

86,25
610
87,15772
===
SPT
tt
loi
c
P
N
n
(cọc)
- Do móng chịu tải lệch tâm nên ta có số cọc tính toán là :
n
c

= 1,4ì25,86 = 36,2 (cọc).
Chọn thực tế n'
c
= 44 cọc để bố trí cho móng dới quần thể lõi cứng.
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
24
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
nền móng công trình
************************************
III.3.6.3. Tính toán số l ợng cọc khoan nhồi cho móng d ới vách cứng ở góc
công trình.
Từ kết quả phân tích bằng Sap 2000_8.3.2 thì tổng cộng lực dọc của 3 cây
cột chính và một cây cột có phạm vi chiều cao trong 3 tầng hầm trong vùng vách
cứng là:
)(56,3862 TN
tt
vach
=
.
- Số lợng cọc sơ bộ:

6
610
56,3662
===
SPT
tt
loi
c
P

N
n
(cọc)
- Do móng chịu tải lệch tâm nên ta có số cọc tính toán là :
n
c
= 1,4ì6 = 8,4 (cọc).
Chọn thực tế n'
c
= 9 cọc để bố trí cho móng dới vách cứng.
III.3.6.4. Tính toán số l ợng cọc khoan nhồi cho móng d ới cột của phần mở
rộng phần ngầm công trình.
Phần mở rộng tầng ngầm công trình có tất cả 66 cột. Lực dọc lớn nhất trong
cột này là 367,3 (T).
- Số lợng cọc sơ bộ:

6,0
610
3,367
===
SPT
tt
loi
c
P
N
n
(cọc)
- Do móng chịu tải lệch tâm nên ta có số cọc tính toán là :
n

c
= 1,4ì0,6 = 0,84 (cọc).
Do đó dới mỗi cột ta chỉ cần bố trí một cọc khoan nhồi.
III.3.6.5. Tính toán số l ợng cọc khoan nhồi cho móng ngoài vùng chịu lực do
cột gây ra:
Để tránh gây mômen lớn cho bè móng, nên ta cần bố trí thêm các cọc khoan
nhồi trong các vùng trống của bè móng.
Và tổng số cọc khoan nhồi cần bố trí thêm là: 36 cọc.
Nh vậy dới đài móng bè của công trình có tất cả 252 cọc khoan nhồi.
gvhd : gs tskh nguyễn trâm . SVTH : Lê Xuân Tùng .
25