Đồ án Tính toán thiết kế móng cọc ma sát bằng BTCT cho công trình cầu và lấy lớp đất số 4 làm tầng tựa cọc

Thiết kế môn học nền và móng
PHN I
Báo cáo khảo sát địa chất công trình
I. Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất
Các ký hiệu sử dụng trong tính toán:


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

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

n
: Trọng lợng riêng của nớc (

n
=9.81kN/m
3
)
W : Độ ẩm (%)
W
L
: Giới hạn chảy (%)
W
p
: Giới hạn dẻo (%)
a : Hệ số nén (m
2

/kN)
k : Hệ số thấm (m/s)
n : Độ rỗng
e : Hệ số rỗng
S
r
: Độ bão
c : Lực dính đơn vị (kN/m
2
)

: Tỷ trọng của đất (độ)

: Tỷ trọng của đất
Tại lỗ khoan BH4, khoan xuống cao độ là - 40m, gặp 4 lớp đất nh sau:
Lớp 1:
Lớp 1 là lớp sét pha, có màu xám. Chiều dày của lớp xác định đợc ở BH4 là
5.20m, cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là -5.20m. Chiều sâu xói của lớp đất
này là 2,20m. Lớp đất có độ ẩm W = 25.8%, độ bão hòa S
r
= 85.3.
Lớp đất ở trạng thái dẻo mềm, có độ sệt I
L
= 0.51.
Lớp 2:
Lớp 2 là lớp cát hạt nhỏ, phân bố dới lớp 1. Chiều dày của lớp là 9.00m, cao độ
mặt lớp là -5.20m, cao độ đáy là -14.20m.
Lớp 3:
Lớp thứ 3 gặp ở BH4 là lớp sét pha màu xám nâu, xám xanh, phân bố dới lớp 2.
Chiều dày của lớp là 4.30 m, cao độ mặt lớp là -14.20 m, cao độ đáy lớp là

-18.50m. Lớp đất có độ ẩm W = 20.6%, độ bão hòa S
r
= 80.9. Lớp đất ở trạng thái
dẻo cứng có độ sệt I
L
= 0.47.
Lớp 4:
Lớp thứ 4 là lớp cát hạt nhỏ, màu xám, kết cấu chặt vừa, phân bố dới lớp 3.
Chiều dày của lớp là 21.50 m, cao độ mặt lớp là -18.50m, cao độ đáy lớp là -40.00m.
II. Nhận xét và kiến nghị
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
1
Thiết kế môn học nền và móng
Theo tài liệu khảo sát địa chất công trình, phạm vi nghiên cứu và qui mô công
trình dự kiến xây dựng, ta có một số nhận xét và kiến nghị sau:
Nhận xét:
+ Điều kiện địa chất công trình trong phạm vi khảo sát nhìn chung là khá
phức tạp, có nhiều lớp đất phân bố và thay đổi khá phức tạp.
+ Lớp đất số 1, 2 là lớp đất yếu do chỉ số xuyên tiêu chuẩn và sức chịu tải
nhỏ, lớp 3 có trị số SPT trung bình, lớp 4 có trị số SPT và sức chịu tải khá cao.
+ Lớp đất số 2 dễ bị lún sụt khi xây dựng trụ cầu tại đây.
Kiến nghị
+ Với các đặc điểm địa chất công trình tại đây, nên sử dụng giải pháp móng
cọc ma sát bằng BTCT cho công trình cầu và lấy lớp đất số 4 làm tầng tựa cọc.
+ Nên để cho cọc ngập sâu vào lớp đất số 4 để tận dụng khả năng chịu ma
sat của cọc.

PHN II
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
2

Thiết kế môn học nền và móng
Thiết kế kĩ thuật
Bố trí chung công trình
25 25150 150
Ngang cầu
Dọc cầu
-2.20(MNSX)
24 cọc BTCT 450 X 450
L = 29.00 m
-28.50
450
25 25
120
-28.50
-5.20
Sét pha
-14.20
-18.50
Cát hạt nhỏ
Sét pha
-2.20
Cát hạt nhỏ
mặt bằng cọc
mặt bằng trụ
500
800
150
5@120=600
125
150

125
50 50
700
5050
460
80
60
210200
550
0.00(CDMD)
3@120=360
50
5@120=600
50
700
460
700
200
170170
210 8060
550
0.00 M
éTN
-0.50(C
éé
AB)
+2.00(MNTN)
+1.50(C
éé
B)

+2.00(MNCN)
+5.00(C
éé
T)
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
3
Thiết kế môn học nền và móng
I. Lựa chọn kích thớc công trình
1.1. Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc
Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT)
Vị trí xây dựng trụ cầu ở xa bờ và phải đảm bảo thông thuyền và sự thay đổi
mực nớc giữa MNCN và MNTN là tơng đối cao. Xét cả điều kiện mỹ quan trên
sông, ta chọn các giá trị cao độ nh sau:
Cao độ đỉnh trụ chọn nh sau:
.3.0
1
max m
HMNTT
mMNCN
tt







+
+
Trong đó:

MNCN: Mực nớc cao nhất, MNCN = 4.5m
MNTT : Sông không có thông thuyền.
tt
H
: Sông không có thông thuyền.
Ta có: max(4.5+1; 0) - 0.3 = max(5.5; 0) - 0.3 = 5.2m
=> Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 5m.
Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB)
Cao độ đỉnh bệ

MNTN - 0.5m = 2 - 0.5 = 1.5m
=> Chọn cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = + 1.5m
Cao độ đáy bệ (CĐĐAB)
Cao độ đáy bệ = CĐĐB - H
b
H
b
: Chiều dày bệ móng (H
b
=
m2m5.1 ữ
). Chọn H
b
= 2 m
=> Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = 1.5 - 2.0 = - 0.5 m
Vậy chọn các thông số thiết kế nh sau:
b=?
450
H
ttr

= ?
8060Hb = ?
800
MNTT
Cao độ đỉnh trụ
H
tt
H
ttr
= ?
150 25
a = ?
Hb = ?
a = ?
MNTN
b=?
170
60 80
120 2525
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
4
Thiết kế môn học nền và móng
Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = + 5.0m
Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = + 1.5m
Cao độ đáy bệ là : CĐĐAB = - 0.5m
Bề dầy bệ móng : H
b
= 2 m.
1.2. Chọn kích thớc cọc và cao độ mũi cọc
Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là tơng

đối lớn, địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 18.50m và không phải là
tầng đá gốc, nên chọn giải pháp móng là móng cọc ma sát BTCT.
Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thớc là 0.45x0.45m; đợc
đóng vào lớp số 4 là lớp cát hạt nhỏ, kết cấu chặt vừa. Cao độ mũi cọc là -28.50m.
Nh vậy cọc đợc đóng vào trong lớp đất số 4 có chiều dày là 10.0m.
Chiều dài của cọc (L
c
) đợc xác định nh sau:
L
c
= CĐĐB - H
b
- CĐMC
L
c
= 1.5 - 2.0 - (- 28.5) = 28.00 m.
Trong đó:
CĐĐB = 1.50 m : Cao độ đỉnh bệ.
H
b
= 2.00 m : Chiều dày bệ móng
CĐMC = -28.50m : Cao độ mũi cọc.
Kiểm tra:
7022.62
45,0
28
==
d
L
c

=> Thoả mãn yêu cầu về độ mảnh.
Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: L = L
c
+ 1m = 28.00 + 1m = 29.00m. Cọc đợc
tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 29m = 10m +10m + 9m. Nh vậy
hai đốt thân cọc có chiều dài là 10m và đốt mũi có chiều dài 9m. Các đốt cọc sẽ đ-
ợc nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc.
II. Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế
2.1. Trọng lợng bản thân trụ
2.1.1. Tính chiều cao thân trụ
Chiều cao thân trụ H
tr
:
H
tr
= CĐĐT - CĐĐB - CDMT
H
tr
= 5.0 - 1.5 - 1.4 = 2.1m.
Trong đó:
Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = + 5.0m
Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = + 1.5m
Chiều dày mũ trụ : CDMT = 0.8 + 0.6 = 1.4m
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
5
Thiết kế môn học nền và móng
2.1.2. Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc)
MNTN
MNCN

Cao độ đỉnh trụ
H
tt
V
1
V
2
V
3
V
3
V
2
V
1
Cao độ đáy dầm
MNTT
30
Thể tích trụ toàn phần V
tr
:
V
tr
= V
1
+ V
2
+ V
3
=

1.2)2.13.3
4
2
2.1
(6.07.1
2
)225.05.48(
8.07.18 xx
x
xx
x
xx ++
++
+

= 10.88 + 6.63 + 10.69 = 28.20 m
3
.
2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nớc (không kể bệ cọc)
Thể tích trụ ngập nớc V
tn
:
V
tn
= S
tr
x (MNTN - CĐĐB)
=
3
55.2)5.10.2()2.13.3

4
2
2.1
( mxx
x
=+

Trongđó:
MNTN = 2.0 m : Mực nớc thấp nhất
CĐĐB = 1.5 m : Cao độ đỉnh bệ
S
tr
: Diện tích mặt cắt ngang thân trụ (m
2
)
2.2. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN
Các tổ hợp tải trọng đề bài ra nh sau:
Tải trọng Đơn vị TTGHSD
o
t
N
- Tĩnh tải thẳng đứng kN 6500
o
h
N
- Hoạt tải thẳng đứng kN 3700
o
h
H
- Hoạt tải nằm ngang kN 100

o
M
- Hoạt tải mômen KN.m 1200
Hệ số tải trọng: Hoạt tải : n = 1.75
Tĩnh tải : n = 1.25

bt
= 24,50 kN/m
3
: Trọng lợng riêng của bê tông
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
6
Thiết kế môn học nền và móng

n
= 9,81 kN/m
3
: Trọng lợng riêng của nớc
2.2.1. Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHSD
Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu:
tnntrbt
o
t
o
h
SD
1
xV)xVN(NN ++=
= 3700 + (6500 + 24.50x28.2) - 9.81x2.55 = 10865.88 kN

Tải trọng ngang tiêu chuẩn dọc cầu:

SD
1
H
= H
o
= 100 kN
Mômen tiêu chuẩn dọc cầu:
)BĐĐCTĐĐC(xHMM
o
h
oSD
1
+=

)5.10.5(1001200 += x
= 1550 kN.m
2.2.2. Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHCĐ
Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu
tnntrbt
o
t
o
h
ĐC
1
xV)xVN(x25.1xN75.1N ++=
= 1.75x3700 + 1.25x(6500 + 24.50x28.2) - 9.81x2.55
= 15438.61kN

Tải trọng ngang tính toán dọc cầu:

ĐC
1
H

= 1.75x
o
h
H

= 1.75x100 =175 kN.
Mômen tính toán dọc cầu:
)BĐĐCTĐĐC(xxH75.1xM75.1M
o
h
oĐC
1
+=

)5.10.5(10075.1120075.1 += xxx
= 2712.5kN.m
Tổ hợp tải trọng thiết kế TạI ĐỉNH Bệ
Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ
Tải trọng thẳng đứng kN 10865.88 15438.61
Tải trọng ngang kN 100 175
Mômen kN.m 1550 2712.5
III. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
7

Thiết kế môn học nền và móng
3.1. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P
R
Chọn vật liệu:
+ Cọc bê tông cốt thép, tiết diện của cọc hình vuông: 0.45m x 0.45m
+ Bê tông có
'
c
f
= 28MPa
+ Thép ASTM A615, có
y
f
= 420 MPa
Bố trí cốt thép trong cọc :
+ Cốt chủ : Chọn 8#22, bố trí xuyên suốt chiều dài cọc.
+ Cốt đai : Chọn thép 8
2@175=350
450
50
450
2@175=350
50
50
50
Mặt cắt ngang cọc BTCT
Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu: P
R
Dùng cốt đai thờng, ta có: P
R

= xP
n
= x0.8x{0.85x
'
c
f
x(A
g
- A
st
) + f
y
xA
st
}
Trong đó:
: Hệ số sức kháng của bê tông, = 0.75
'
c
f
:
Cờng độ nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (
MPa)

y
f
:
Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép (
MPa).
A

g
: Diện tích mặt cắt nguyên của cọc, A
g
= 450x450 = 2025000mm
2
A
st
: Diện tích cốt thép, A
st

= 8x387=3096mm
2
Vậy: P
R
= 0.75x0.8x{0.85x28x(2025000 - 3096) + 420x3096}
= 3925422.78 N

3925.23KN.
3.2. Sức kháng nén dọc trục theo đất nền Q
R
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
8
Thiết kế môn học nền và móng
Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: Q
R
=
sqspqp
QQ +
Với:
sss

A.qQ =
;
ppp
A.qQ =
Trong đó: Q
p
: Sức kháng mũi cọc (MPa)
q
p
: Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa)
Q
s
: Sức kháng thân cọc (MPa)
q
s
: Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa)
A
p
: Diện tích mũi cọc (mm
2
)
A
s
: Diện tích bề mặt thân cọc (mm
2
)

qp

: Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc

qs

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

vqs
45.0 =
trong đất cát với
8.0
v
=
ta có:
36.0
qs
=

vq
45.0 =
trong đất cát với
8.0

v
=
ta có:
36.0
q
=
3.2.1. Sức kháng thân cọc Q
s
Do thân cọc ngàm trong 4 lớp đất, có cả lớp đất dính và lớp đất rời, nên ta tính
Q
s
theo hai phơng pháp:
Đối với lớp đất cát: Tính theo phơng pháp SPT
Đối với lớp đất sét: Tính theo phơng pháp
Đối với lớp đất sét:
Theo phơng pháp , sức kháng đơn vị thân cọc q
s
nh sau:
us
Sq =
Trong đó:
S
u
: Cờng độ kháng cắt không thoát nớc trung bình (Mpa), S
u
= C
uu
: Hệ số kết dính phụ thuộc vào S
u
và tỷ số

D
D
b
và hệ số dính đợc tra bảng
theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05.
Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định

của API nh sau :
- Nếu S
u


25 Kpa
0.1=

- Nếu 25 Kpa < S
u
< 75 Kpa







=
KPa50
KPa25S
5.01
u

- Nếu S
u


75 Kpa
5.0=
Lớp 1:
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
9
Thiết kế môn học nền và móng
Ta có: S
u
= 23.4KN/m
2
= 23.4KPa = 0.0234 Mpa.
Tham khảo công thức xác định

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

=1
Lớp 3 :
Ta có: S
u
= 30.8KN/m
2
= 30.8Kpa = 0.0308Mpa.

Tham khảo công thức xác định

của API ta có :
Kpa75Kpa8.30SKpa25
u
<=<
942.0
50
258.30
5.01 =







=
Do đó ta lấy hệ số dính:

=0.942
Tên lớp
Độ
sâu
(m)
Chiều
dày
(m)
Chu
vi

(m)
Cờng độ
kháng cắt
S
u
(N/mm
2
)
Hệ số

q
S
(N/mm
2
)
Q
s
(N)
Lớp 1
5.2 3 1.8 0.0234 1.000 0.0234 126360
Lớp 3
18.5 4.3 1.8 0.0308 0.937 0.0290 224460
Đối với lớp đất cát: Sức kháng thân cọc Q
s
nh sau:
Q
s
= q
s
x A

s
và q
s
= 0.0019
N
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
10
Thiết kế môn học nền và móng
Trong đó : A
s
: Diện tích bề mặt thân cọc (mm
2
)

N
: Số đếm búa SPT trung bình dọc theo thân cọc (búa/300mm)
Tên
lớp
Độ sâu
(m)
Chiều
dày
(m)
Chu
vi
(m)
Chỉ số
SPT
Chỉ số
SPT

trung
bình
s
q
A
s
(mm
2
)
si
Q
(N)
Lớp
2
5.2 0 1.8 0 0 0 0 0
6.0 0.8 1.8 9 4.50 0.0086 1440000 12384
9.0 3 1.8 3 6.00 0.0114 5400000 61560
12.0 3 1.8 5 4.00 0.0076 5400000 41040
14.2 2.2 1.8 10.13 7.57 0.0144 3960000 57024

=
si2s
QQ
172008
18.5 0 1.8 9.2 0 0 0 0
20.0 1.5 1.8 8 8.60 0.0163 2700000 44010
23.0 3 1.8 12 10.00 0.0190 5400000 102600
26.0 3 1.8 21 16.50 0.0314 5400000 169560
28.5 2.5 1.8 20.75 20.88 0.0397 4500000 178650

=
si4s
QQ
494820
Vậy sức kháng thân cọc nh sau:
Lớp
qs
Q
(N)
Hệ số sức
kháng
qs

qsqs
Q
(N)
1
126360 0.56 70762
2
172008 0.36 61923
3
224460 0.56 125698
4
494820 0.36 178135
Tổng
436518
3.2.2. Sức kháng mũi cọc Q
p
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
11

Thiết kế môn học nền và móng
Sức kháng mũi cọc Q
p
: Q
p
= q
p
x A
p
và
l
bcorr
p
q
D
DN038.0
q =
Với:
N
92.1
log77.0N
'
v
10
corr

=
Trong đó:
A
p
: Diện tích mũi cọc (mm
2
).
N
corr
: Số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ,
'
v

'
v

: ứng suất có hiệu (N/mm
2

),
u
'
v
=


: ứng suất tổng (KN/m
2
)
u : p lực nớc lỗ rỗng ứng với MNTN = 2.8m
N : Số đếm SPT đo đợc (búa/300mm)
D : Chiều rộng hay đờng kính cọc (mm)
D
b
: Chiều sâu xuyên trong tầng đất chịu lực ( lớp đất 4) (mm)
q
l
: Sức kháng điểm giới hạn (MPa)
q
l
= 0.4N
corr
cho cát và q
l
= 0.3N
corr
cho bùn không dẻo
Tính
'

v

:
Lớp 2:
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
e1
e
e
n
2
h
2
bh
n
2
bh
2
bh
2
h
2
+
ì+
=

=
=
88.17
08.11
81.908.16.26
=
+
ì+
KN/m
2
Lớp 4:
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
e1
e
e
n
4
h
4
bh
n
4
bh
4

bh
4
h
4
+
ì+
=


=
=
69.18
89.01
81.989.06.26
=
+
ì+
KN/m
2
Ta có:
443322
)
1
(
1
hhh
x
hh

+++=

= 18.6x(5.2 - 2.2) + 17.88x9 + 19.3x4.3 + 18.69x10 = 486.61 KN/m
2
u =
81.9)103.40.92.52()
4321
2( x
n
hhhh ++++=++++

= 299.21 KN/m
2
Vậy:
=
'
v
486.61 - 299.21 = 187.4 KN/m
2
= 0.1874 N/mm
2
Tính N
corr
:
Ta có: N = 20.75, D = 450mm, A
p
= 202500mm
2
D
b
= 10m = 1000mm
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48

12
Thiết kế môn học nền và móng
Thay số vào ta có:
15.1621
1874.0
92.1
10
log77.0 ==












corr
N
2
/64.13
450
100015.16038.0
mmN
xx
p
q ==

46.615.164.04.0 =ì==
corr
N
l
q
N/ mm
2
< q
p
= 13.64N/mm
2
Chọn: q
p
= 6.46 N/mm
2
=>
pqp
Q
=0.36x6.46x202500 = 470934N
Vậy sức kháng nén dọc trục theo đất nền:
Q
R
=436518 + 470934 = 907452N

907.45KN
3.3. Sức kháng dọc trục của cọc đơn P
tt
Sức kháng dọc trục của cọc đơn đợc xác đinh nh sau:

),min(
RRtt
QPP =
=min(3925.23; 907.45) = 907.45KN
IV. chọn số lợng cọc và bố trí cọc trong móng
4.1. Tính số lợng cọc n:
Số lợng cọc n đợc xác định nh sau:
tt
P
N
n
Trong đó: N : Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐ (KN).
P
tt
: Sức kháng dọc trục của cọc đơn (KN).
Thay số:
17
45.907
61.15438
=n
. Chọn n = 24 cọc.
4.2. Bố trí cọc trong móng
4.2.1. Bố trí cọc trên mặt bằng
Tiêu chuẩn 22TCN 272 - 05 quy định:
Khoảng cách từ mặt bên của bất kì cọc nào tới mép gần nhất của móng phải
lớn hơn 225mm.
Khoảng cách tim đến tim các cọc không đợc nhỏ hơn 750mm hoặc 2.5 lần đ-
ờng kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn
Với n = 24 cọc đợc bố trí theo dạng lới ô vuông trên mặt bằng và đợc bố trí
thẳng đứng trên mặt đứng, với các thông số :

+ Số hàng cọc theo phơng dọc cầu là 6. Khoảng cách tìm các hàng cọc theo
phơng dọc cầu là 1200 mm.
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
13
Thiết kế môn học nền và móng
+ Số hàng cọc theo phơng ngang cầu là 4. Khoảng cách tim các hàng cọc
theo phơng ngang cầu là 1200 mm.
+ Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả hai phơng dọc cầu
và ngang cầu là 500 mm.
1
P
P
7
P
13
P
19
P
2
P
8
P
14
P
20
P
3
P
9
P

15
P
21
P
4
P
10
P
16
P
22
P
5
P
11
P
17
P
23
P
6
P
12
P
18
P
24
5@120=600
50
3@120=360

50
460
50
700
50
4.2.2. Tính thể tích bệ
Với 24 cọc bố trí nh hình vẽ, ta có các kích bệ là: 4600mm x 7000mm.
Trong đó : a = 1700mm.
b = 1250mm.
Thể tích bệ là: V
b
= 7000x4600x2000 = 64.4x10
9
mm
3
= 64.4m
3
.
4.3. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ
4.3.1. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD
Tải trọng thẳng đứng:

bnbt
SD
1
SD
2
xV)(NN +=
= 10856.88 + (24.5 - 9.81)x64.4 = 11811.92KN
Tải trọng ngang:

==
SD
1
SD
2
HH
100 KN.
Mômen

b
SD
1
SD
1
SD
2
xHHMM +=
= 1550+ 100x2 = 1750 KN.m
4.3.2. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHCĐ
Tải trọng thẳng đứng:

bnbt
ĐC
1
ĐC
2
xV)x25.1(NN +=
= 15438.61 + (1.25x24.5 - 9.81)x64.4=16779.1 KN
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48

14
Thiết kế môn học nền và móng
Tải trọng ngang:

==
ĐC
1
ĐC
2
HH
175 KN.
Mômen

b
ĐC
1
ĐC
1
ĐC
2
xHHMM +=
= 2712.5 + 175x2 = 3062.5 KN.m
Tổ hợp tải trọng tác dụng LÊN ĐáY Bệ
Tải trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ
Tải trọng thẳng đứng kN 11811.92 16779.1
Tải trọng ngang kN 100 175
Mômen kN.m 1750 3062.5
V. kiểm toán theo trạng thái giới hạn cờng độ I
5.1. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn
5.1.1. Tính nội lực tác dụng đầu cọc

Sử dụng chơng trình FB PIER V3 ta tính đợc nội lực của cọc nh sau:
**********************************************
***** Final Maximums for all load cases *****
**********************************************
Result Type Value Load Comb. Pile
Max shear in 2 direction 0.5024E-01 KN 1 0 15
Max shear in 3 direction -0.6491E+01 KN 1 0 21
Max moment about 2 axis -0.4781E+01 KN-M 1 0 7
Max moment about 3 axis -0.5303E-01 KN-M 1 0 15
Max axial force -0.8200E+03 KN 1 0 2
Max torsional force 0.0000E+00 KN-M 0 0 0
Max demand/capacity ratio 0.2946E+00 1 0 3
Vậy, N
max
= 820 KN.
5.1.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn
Công thức kiểm toán:
ttmax
PNN +
Trong đó: N
max
: Nội lực lớn nhất tác dụng lên đầu cọc (lực dọc trục).

N
: Trọng lợng bản thân cọc (kN)
P
tt
: Sức kháng dọc trục của cọc đơn (kN).
Ta có: P
tt

= 916.85KN.
KN92.83)81.95.24(x45.0x28).(d.LN
2
nbt
2
c
===
Vậy:
NN
max
+
=820 + 83.92 = 903.92 KN

P
tt
= 907.45 KN => Đạt
5.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
15
Thiết kế môn học nền và móng
Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc :
ggRc
QQV =
=
1g

Q
g1
+
2g

Q
g2
Trong đó:
V
C
: Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số. V
C
= 16779,1 (kN)
Q
R
: Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc.
g

: Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc.
Q
g
: Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc .
1g

,
2g

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

Q
g1
= min{

x Tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn; sức kháng trụ tơng đơng}
= min{Q
1
; Q
2
}
Với:

: Hệ số hữu hiệu
Q
1
:

x Tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn trong đất dính.
Q
2
: Sức kháng trụ tơng đơng
Ta có : Cao độ mặt đất sau xói là : -2,2 m
Cao độ đáy bệ là : -0,5 m
Do vậy sau khi xói lở, đáy bệ không tiếp xúc chặt chẽ với đất, đất trên bề mặt
là mềm yếu, khi đó khả năng chịu tải riêng rẽ của từng cọc phải đợc nhân với hệ số
hữu hiệu, lấy nh sau :

= 0.65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2.5 lần đờng kính

= 1.00 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đờng kính

Mà khoảng cách tim đến tim bằng
67,2
450
1200
=
d, cọc do đó ta nội suy

:
( ) ( )
667,065,01
45,05,245,06
45,05,22,1
65,065,01
5,26
5,22,1
65,0 =
ìì
ì
+=


+=
dd
d

Xác định Q
1
Tổng sức kháng danh định dọc trục của cọc đơn trong đất sét:
Q
s

= Q
s1
+ Q
s3
= 126360 + 224460 = 350820
N
Vậy: Q
1
= nxQ
s
x

= 24x350820x0,667 =
5615927 N = 5615,93 KN
Xác định Q
2
:
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
16
Thiết kế môn học nền và móng
Tính với lớp đất 1 và lớp đất 3. Sức kháng đỡ của phá hoại khối đợc xác theo công
thức:
Q
2
=
( )
uc
u
SXYNSZYX ++ 22
Trong đó:

X : Chiều rộng của nhóm cọc
Y : Chiều dài của nhóm cọc
Z : Chiều sâu của nhóm cọc
N
C
: Hệ số phụ thuộc tỷ số Z/X
u
S
: Cờng độ chịu cắt không thoát nớc dọc theo chiều sâu cọc (MPa).
S
u
: Cờng độ chịu cắt không thoát nớc ở đáy móng (MPa).
Ta có: X = 3x1200 + 450 = 4050mm
Y = 5x1200 + 450 = 6450mm
Do mũi cọc đặt tại lớp đất 4, nên Q
2
=
( )
u
SZYX 22 +
Lớp 1:
Z = - 2 - (-5,2) = 3,2 m
Vì lớp 1 có chiều dày 3,5 m nên
MPamKN
u
S
u
S 0234,0
2
/4,23 ===

=>
1lop
2
Q
= (2x4050+2x6450)x3200x0.0234 = 1572480N = 1572,48KN
Lớp 3:
Z = -14,20 - (-18,50) = 4,3 m
Vì lớp 3 có chiều dày 4,3 m nên
MPamKN
u
S
u
S 0308,0
2
/8,30 ===
=>
3lop
2
Q
= (2x4050+2x6450)x4300x0,0308 = 2781240N = 2781,24KN
Do vây:
2
Q
= (1572,48 + 2781,24KN) = 4353,72 KN
Sức kháng trụ tơng đơng:
Do đó: Q
g1
= min{Q
1
; Q

2
} = min{5615,93 ; 4353,72} = 4353,72(KN)
Với:
1g

= 0.65
5.2.2. Với đất rời
Q
g2
=

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

: Hệ số hữu hiệu lấy

= 1
Sức kháng thân cọc của cọc đơn ở lớp 2 và lớp 4 là:
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
17
Thiết kế môn học nền và móng
Q
s2
= 172008 N và Q
s4
= 494820 N
Vậy: Tổng sức kháng thân cọc của nhóm cọc trong đất cát:
KNNx
s
Q

s
Qnx
s
Q 87,1600316003872)494820172008(24)
41
(
==+=+=
Mũi cọc đặt tại cao độ -28m của lớp 4, sức kháng mũi cọc của nhóm cọc:
KNNx
p
nxQ
p
Q 6,3139531395600130815024
====
Do đó: Q
g2
= 16003,87 + 31395,6 = 47399,47(KN)
Với:
2g

= Hệ số sức kháng của cọc đơn,
2g

= 0.36
Vậy sức kháng dọc trục của nhóm cọc:
Q
R
= 0,65x4353,72 + 0,36x47399,47 = 19893,73(KN) >V
C
= 16779,1(KN) => Đạt

VI. Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng
6.1. Xác định độ lún ổn định
Do lớp đất 1, 2, 3, là các lớp đất yếu, lớp đất 4 là lớp đất tốt nên độ lún ổn
định của kết cấu móng đợc xác định theo móng tơng đơng, theo sơ đồ nh hình vẽ:
Ta có: D
b
= 10000mm. Móng tơng đơng nằm trong lớp đất 4 và cách đỉnh lớp
một khoảng 2/3D
b
= 6667mm.
Với lớp đất rời ta có công thức xác định độ lún của móng nh sau:
Sử dụng kết quả SPT:

=
corr
N
BIq 360
Trong đó: I = 1 - 0,125
5,0
'

B
D
và q =
S
N
o
Với:
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
18

Thiết kế môn học nền và móng


: Độ lún của nhóm cọc (mm).
q : p lực tĩnh tác dụng tại 2D
b
/3 cho tại móng tơng đơng, áp lực này bằng
với tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhóm cọc đợc chia bởi diện tích móng tơng đơng
và không bao gồm trọng lợng của các cọc hoặc của đất giữa các cọc.
N
0
: Tải trọng thẳng đứng tại đáy bệ ở TTGHSD, N
0
= 11811,92(KN)
S : Diện tích móng tơng đơng.
B : Chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm), B = 4050 mm.
D
b
: Độ sâu chôn cọc trong lớp đất chịu lực.
D : Độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2D
b
/3 (mm), D = 6667 mm.
N
corr
: Giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh cho số đếm SPT của tầng phủ
trên độ sâu B phía dới đế móng tơng đơng (Búa/300mm).
I : Hệ số ảnh hởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm.
Ta có: I = 1 - 0,125
5,079,0
4050

6667
125,01
'
>== x
B
D
Tính q:
Kích thớc của móng tơng đơng :
+ Chiều rộng móng tơng đơng chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theo
chiều ngang cầu + đờng kính cọc:
B
tđ
= 3x1,2 + 0,45 = 4,05 m
+ Chiều dài móng tơng đơng chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xa nhất theo
chiều dọc cầu + đờng kính cọc:
L
tđ
= 5x1,2 + 0,45 = 6.45 m
Diện tích móng tơng đơng là S = B
tđ
x L
tđ
= 4,05x6,45 =24.50 m
2

Do đó: q =
12,482
24,50
11811,92
=

KN/m
2
= 0,482N/mm
2
Tính N
corr
:

N
92.1
log77.0N
'
v
10
corr

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

: ứng suất thẳng đứng có hiệu (N/mm
2
).
N : Số đếm SPT trong khoảng tính lún. N đợc lấy bằng giá trị trung bình của
số đếm SPT của lớp đất đợc giới hạn từ đáy móng tơng đơng tới độ sâu một khoảng
B = 4,05m.
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
19
Thiết kế môn học nền và móng
Ta có:
Cao độ đỉnh lớp tính lún là: - 18,5 - D = - 18,5 - 6,667 = - 25,167(m).
Cao độ đáy lớp tính lún là: - 25,167 - B = - 25,167 - 4,05 = - 29,217(m).
Nội suy ta đợc N = 20(Búa/300mm)
Tính
'
v

: Tính từ mặt đất sau xói đến độ sâu dới móng tơng đơng một
khoảng B.
u

'
v
=

: ứng suất tổng (KN/m
2
)
u : p lực nớc lỗ rỗng ứng với MNTN(KN/m
2
), MNTN = 2.8m.
[ ]
)217.29(50.18
4332211
+++=

hhh
= (5.2-1.7)x18.6 + 17.88x9 + 19.3x4.3 + 18.69x10.717 = 509.31 KN/m
2
u =
[ ]
n
hhh ++++ ))883.28(5.188.2(
321

81.9)717.103.40.92.58.2( x++++=
= 314.09KN/m
2
=>
'
v

= 509.31 - 314.09 = 195.22 KN/m
2


0.195N/mm
2
Thay số vào ta có:
3.1520
195.0
92.1
10
log77.0 ==












corr
N
(Búa/300mm)
=>

=
corr
N
B.I.q30
=
mm
xx
570
3.15
4050.79.0482.0360
=

Vậy độ lún của nhóm cọc là: 570mm = 57cm.
6.2. Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc
Sử dụng phần mền tính toán nền móng FB-PIER ta tính đợc chuyển vị theo
các phơng dọc cầu (X), phơng ngang cầu (Y), phơng thẳng đứng (Z) tại vị trí đầu
mỗi cọc nh sau :
**********************************************
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
20
Thiết kế môn học nền và móng
*** Maximum pile head displacements ***
Result Type Value Load Comb. Pile
Max displacement in axial 0.2192E-01 M 1 0 2
Max displacement in x -0.1315E-06 M 1 0 20
Max displacement in y 0.3197E-01 M 1 0 15
Kết luận chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cọc là:
Theo phơng (X):

y

= 0.3197 .10
-1
m = 32 mm

38mm
Theo phơng (Y):

x
= 0.1315 .10
-6
m = 0.13 .10
-3
mm

38mm
Vậy đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang
VII. cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc
7.1. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc
Tổng chiều dài cọc dùng để tính toán và bố trí cốt thép là chiều dài đúc cọc :
L
c
= 29 (m). Đợc chia thành 3 đốt, 2 đốt có chiều dài L
d
= 10 (m) và 1 đốt có chiều
dài L
d
= 9 (m). Ta đi tính toán và bố trí cho từng đốt cọc.
7.1.1. Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc
Mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép
M

tt
= max(M
max(1)
; M
max(2)
)
Trong đó:
M
max(1)
: Mômen trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc
M
max(2)
: Mômen trong cọc theo sơ đồ treo cọc
7.1.1.1. Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài L
d
= 9 m
Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc
Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :
a =
)m(863.19x207.0L207.0
d
==
. Chọn a = 1.8m
Trọng lợng bản thân cọc đợc xem nh tải trọng phân bố đều trên cả chiều dài đoạn
cọc:
q
1
=

bt

.A = 24,5*0,45
2

= 4,96 (KN/m)
Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
21
Thiết kế môn học nền và móng
1.8
5.4
1.8
10.04
8.048.04
Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : M
max(1)
= 10.04 KN.m
Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc
Móc đợc đặt cách đầu cọc một đoạn
b = 0.294L
d
= 0.294 x 9 = 2.646 (m)
Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :
6
.
3
5
4
2
.
6

4
6
17.36
16.35
Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là :
M
max(2)
= 17.36 KN.m
Vậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là :
M
tt
= max(M
max(1)
; M
max(2)
) = max(10.04; 17.36) = 17.36 KN.m
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
22
Thiết kế môn học nền và móng
7.1.1.2. Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài L
d
= 10 m
Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc
Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :
)m(210x207.0L207.0
d
=
Trọng lợng bản thân cọc đợc xem nh tải trọng phân bố đều trên cả chiều dài đoạn
cọc
q

1
=

bt
.A = 24,5*0,45
2

= 4,96 (KN/m)
Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :
2
6
2
12.4
9.929.92
Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : M
max(1)
= 12.4KN.m
Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc
Móc đợc đặt cách đầu cọc một đoạn
b = 0.294L
d
= 0.294 x 10 = 2.94(m)
Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :
7
.
0
6
2
.
9

4
21.44
20.18
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
23
Thiết kế môn học nền và móng
Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là :
M
max(2)
= 21.44 KN.m
Vậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là :
M
tt
= max(M
max(1)
; M
max(2)
) = max(12.4; 21.44) = 21.44 KN.m
7.1.2. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc
Ta chọn cốt thép dọc chủ chịu lực là thép ASTM A615M
Gồm 8

22 có f
y
= 420 MPa đợc bố trí trên mặt cắt ngang của cọc nh hình vẽ :
2@175=350
450
50
450
2@175=350

50
50
50
Ta đi tính duyệt lại mặt cắt bất lợi nhất trong trờng hợp bất lợi nhất là mặt cắt
có mô men lớn nhất trong trờng hợp treo cọc:
+) Cọc có chiều dài L
d
= 9 m thì M
tt
= 17.36 KN.m
+) Cọc có chiều dài L
d
= 10 m thì M
tt
= 21.44 KN.m
Kiểm tra bê tông có bị nứt hay không trong quá trình cẩu và treo cọc
Ta có :
Cờng độ chịu kéo khi uốn của bê tông là :
)MPa(334.32863.0'f63.0f
cr
=ì=ì=

0.8.f
r
= 0.8*3.334 = 2.667 (MPa)
ứng suất kéo tại thớ ngoài cùng của mặt cắt nguyên :
+) Cọc có chiều dài L
d
= 9 m:
g

tt
ct
I
M
f =
x
143.1
450
10x36.17x6
d
M6
2
d
3
6
3
tt
===
(MPa)
+) Cọc có chiều dài L
d
= 10 m:
g
tt
ct
I
M
f =
x
41.1

450
10x44.21x6
d
M6
2
d
3
6
3
tt
===
(MPa)
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
24
Thiết kế môn học nền và móng
Vậy:
rct
f8.0f <
Cọc không bị nứt khi cẩu và treo cọc
Tính duyệt khả năng chịu lực
Nhận xét : Do cốt thép đợc bố trí đối xứng,mặt khác ta đã biết bê tông có cờng độ
chịu kéo nhỏ hơn nhiều so với cờng độ chịu nén vì vậy trục trung hòa lệch về phía
dới trục đối xứng.
+ Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo


ys
'
s
fff ==

Phơng trình cân bằng nội lực theo phơng trục dầm :
y
'
s
'
cy2sy1s
fAf.d.a85.0fAfA +=+
Trong đó :
A
s1
và A
s2
: Diện tích cốt thép chịu kéo (mm
2
)
'
s
A
: Diện tích cốt thép chịu nén (mm
2
)
)mm(1161387x3AA
2'
s1s
===
)mm(774387x2A
2
2s
==
'

c
f
: Cờng độ chịu nén của bê tông (Mpa),
'
c
f
= 30 (Mpa)
f
y
: Cờng độ chảy của côt thép, f
y
= 420 (Mpa)
a : Chiều cao vùng nén tơng đơng
d : Đờng kính cọc, d = 450 (mm)
E : Mô đun đàn hồi của cốt thép,
)Mpa(10x2E
5
=
Chiều cao vùng nén tơng đơng đợc xác định theo công thức :
mm
xx
x
c
fd
y
f
s
A
y
f

s
A
y
f
s
A
a 35.30
2845085.0
420)11617741161(
'
85.0
'
21
=
+
=
+
=
Do f
c
=28 MPa



1
= 0,85

Vị trí của trục trung hòa đợc xác định :
mm
a

c 71.35
85.0
35.30
===

+ Kiểm tra sự chảy dẻo của cốt thép chịu kéo và chịu nén theo điều kiện :
s
'
y
'
y
'
s
'
s
E
f
c
dc
003.0 =

=
s
y
y
1s
1s
E
f
c

cd
003.0 =

=
Đàm Minh Anh Đờng Bộ K48
25