Báo cáo nguyên lý thiết kế kết cấu thầy hoàng thiện toàn

Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

Chương 1: Mục đích của tiểu luận.
Trong các công trình xây dựng hiện nay, móng cọc nói chung và móng cọc ép BTCT
nói riêng được sử dụng rất rộng rãi và phổ biến.
Trong thực tế, có rất nhiều loại cọc bê tông như: các loại cọc chế tạo sẵn đặc ruột hay
rỗng ruột và hạ bằng búa đóng hoặc bằng các kích thủy lực, hay hạ bằng xói nước, dôi
khi khoan nhồi và đóng. Cọc ép BTCT thường được sử dụng là cọc bê tông tiền chế tại
công trường hoặc ở những nhà máy. Tiết diện ngang của cọc này thường là dạng hình
vuông, cạnh d= 20cm-40cm, dài từ 4m-8m cho các cọc hạ vào đất bằng máy ép và có thể
dài từ 8m-20m cho loại hạ bằng búa đóng cọc. Ngoài ra cọc cũng có thể có tiết diện tròn,
tam giác, lục giác có cấu tạo đặc ruột hay rỗng ruột, đôi khi cũng được làm bằng bê tong
ứng suất trước. Cọc bê tông chế tạo sẵn thường đươc bố trí 4 hay 8 thanh thép dọc chịu
uốn, thép đai chống cắt do cẩu vận chuyển hoặc cẩu lắp dựng, các vỉ thép Ø6 lưới ô
vuông 50x50 ở đầu cọc để chống vỡ bê tông khi bị ép mặt mạnh, thanh thép gia cường ở
mũi cọc để chịu lực kháng xuyên qua các lớp đất cứng, ngoài ra còn có thép để móc đầu
cọc.
Các phương pháp tính toán, thiết kế móng cọc ép BTCT đã được quy định rõ ràng
trong các văn bản quy phạm, TCVN. Tùy theo quy mô công trình, báo cáo khảo sát địa
chất công trình mà tính toán, chọn lựa giải pháp kết cấu móng cọc ép BTCT phù hợp.
Tuy nhiên, cấu kiện nền móng là một trong những bộ phận kết cấu quan trọng nhất của
một công trình, nâng đỡ toàn bộ công trình, và có giá thành thi công chiếm tỉ trọng lớn
trong giá thành xây dựng công trình.Vì thế, khi tính toán nền móng nói chung và móng
cọc ép BTCT nói riêng, chúng ta phải tính toán và lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý nhất
có thể cho công trình nhằm đảm bảo khả năng chịu lực của cấu kiện và tiết kiệm giá
thành xây dựng cũng như nguyên vật liệu phục vụ cho quá trình thi công công trình.
1.1 Nội dung bài tiểu luận:
Trong bài tiểu luận này, chúng em xin được trình bày các cơ sở nguyên lý và các cơ
sở lý thuyết tính toán và thiết kế móng cọc ép BTCT, xây dựng thuật toán thực hành đánh

giá sự làm việc của kết cấu, kiểm tra sự thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật và đánh giá việc
XD10

Nhóm 1

Page 1


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

sủ dụng của kết cấu móng cọc ép BTCT, qua đó chọn lựa giải pháp thiết kế kết cấu hợp
lý nhất cho công trình.
1.2. Phạm vi nghiên cứu:
Hệ kết cấu móng cọc ép Bê Tông Cốt Thép nghiên cứu trong phạm vi:
-

Móng dùng cọc Bê Tông Cốt Thép tiết diện vuông – đặc, cốt thép thường. Các cọc
liên kết cứng vào đài cọc, để đỡ 1 cột liên kết cứng với đài. Móng thuộc loại móng

-

đài thấp.
Cọc được thi công bằng phương ép tĩnh ( cọc ép )
Sơ đồ làm việc của hệ kết cấu làm việc theo sơ dồ đàn hồi.
Tải trọng tác dụng: trọng lương bản thân móng và đất, tải trọng từ cột truyền vào.

1.3. Mục đích:
Thông qua bài tiểu luận chúng ta sẽ hiểu rõ hơn về việc thiết kế móng cọc ép, biết

được các bước thiết kế móng cọc Bê Tông Cốt Thép, các cách kiểm tra cũng như tính
toán móng cọc Bê Tông Cốt Thép theo các trạng thái giới hạn.
Chương 2: Cơ sở nguyên lý thiết kế kết cấu:
2.1. Theo các tiêu chuẩn xây dựng:
Tuân theo tiêu chuẩn thiết kế móng cọc được áp dụng cho các công trình thuộc lĩnh
vực xây dựng dân dụng và công nghiệp, giao thông, thủy lợi và các ngành có liên quan
khác.
Những công trình có yêu cầu đặc biệt sẽ được thiết kế theo tiêu chuẩn riêng hoặc theo
do kĩ sư tư vấn đề nghị với sự chấp thuận của chủ công trình.
Các tiêu chuẩn hiện hành có liên quan:
-

TCVN 4195:4202:1995 : Đất xây dựng – Phương pháp thử
TCVN 2737:1995 : Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 5574:1991: Kết cấu bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 3993:3994:1985 : Chống ăn mòntrong xây dựng kết cấu bê tông và bê tông

-

cốt thép
TCXD 174:1989 : Đất xây dựng – Phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh
TCXD 88:1982 : Cọc – Phương pháp thí nghiệm hiện trường
BS 8004 : 1996 : Móng
SNiP 2.02.03.85 : Móng cọc
SNiP 2.02.01.83 : Nền nhà và công trình

XD10

Nhóm 1

Page 2


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình
-

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

TCVN 160 : 1987 : Khảo sát địa kĩ thuật phục vụ cho thiết kế và thi công móng
cọc

2.2. Theo các trạng thái giới hạn:
Cọc và móng cọc được thiết kế theo các trạng thái giới hạn. Trạng thái giới hạn của
móng cọc được phân thành hai nhóm sau :
∗ Nhóm thứ nhất gồm cac tính toán :
- Sức chịu tải giới hạn của cọc theo điều kiện đất nền ;
- Độ bền của vật liệu làm cọc và đài cọc ;
- Độ ổn định của cọc và móng ;
∗ Nhóm thứ hai gồm các tính toán :
- Độ lún của nền cọc và móng ;
- Chuyển vị ngang của cọc và móng ;
- Hình thành và mở rộng vết nứt trong cọc và đài cọc bằng bê tông cốt thép.
Tải trọng dùng trong tính toán theo nhóm trạng thái giới hạn đầu là tổ hợp tải trọng cơ
bản và tải trọng đặc biệt (động đất, gió, v.v...) còn theo nhóm trạng thái giới hạn thứ hai
theo tổ hợp tải trong cơ bản với tải trong tiêu chuẩn như quy định của tải trọng và tác
động.
Chương 3: Cơ sở lý thiết tính toán thiết kế:
3.1. Những yêu cầu chung:
- Khi trong nền đất dưới mũi cọc có lớp đất yếu thì cần phải kiểm tra sức chịu tải của
lớp đất này để đảm bảo điều kiện làm việc tin cậy của cọc.

- Khi cọc làm việc trong đài cao hoặc cọc dài và mảnh xuyên qua lớp đất yếu có sức
chịu tải giới hạn nhỏ hơn 50 kPa (hoặc sức chống cắt không thoát nước nhỏ hơn 10 kPa)
thì cần kiển tra lực nén cực hạn của thân cọc.
- Khi cọc nằm ở sườn dốc hoặc ở mép biên cạnh hố đào...cần kiểm tra tính ổn định của
cọc và móng. Nếu có yêu cầu nghiêm ngặt đối với chuyển vị ngang, phải kiểm tra chuyển
vị ngang.
- Tính toán khả năng chống nứt và độ mở rộng khe nứt của cọc và đài cọc bằng bê tông
cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hiện hành.
- Mỗi phương án thiết kế cần thoả mãn các yêu cầu sau đây :
XD10

Nhóm 1

Page 3


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

+ Đảm bảo mọi yêu cầu của trạng thái giơí hạn theo quy định ;
+ Hệ số an toàn sử dụng cho vật liệu cọc và đất nền là hợp lí ;
+ Phương án có tính khả thi về mặt kinh tế- kĩ thuật, đảm bảo việc sử dung bình thường
các công trình lân cận.
- Những công trình có một trong những điều kiện sau đây phải tiến hành quan trắc lún
theo một chương trình quy định cho đến khi độ lún được coi là ổn định :
+ Công trình có tính chất quan trọng.
+ Điều kiện địa chất phức tạp.
+ Dùng công nghệ làm cọc mới.
Việc tính toán móng cọc đài thấp dựa vào các giả thuyết sau:

- Tải trọng ngang do các lớp đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận.
- Sức chịu tải của cọc trong móng được xác định như đối với cọc đơn đứng riêng lẽ,
không kể đến ảnh hưởng của nhóm cọc.
- Đài cọc xem như tuyệt đối cứng khi tính toán lực truyền xuống cọc.
- Tải trọng của công trình qua đài cọc chỉ truyền lên các cọc chứ không trực tiếp truyền
lên phần đất nằm giữa các cọc tại mặt tiếp giáp với đài cọc.
- Khi xác định độ lún của móng cọc thì người ta coi móng cọc như một móng khối quy
ước bao gồm cọc và các phần đất giữa các cọc.
- Vì việc tính toán móng khối quy ước giống như tính toán móng nông trên nền thiên
nhiên (bỏ qua ma sát mặt ở bên móng) nên trị số moment của tải trọng ngoài tại đáy
móng khối quy ước được lấy giảm đi một cách gần đúng bằng trị số moment của tải trọng
ngoài so với cao trình đáy đài.
- Giằng móng có tác dụng tiếp thu nội lực kéo xuất hiện khi lún không đều, làm tăng
cường độ và độ cứng không gian của kết cấu. Tuy nhiên khi mô hình tính khung, ta xem
như cột ngàm cứng vào móng nên ta đã bỏ qua sự làm việc của giằng móng.
3.3.Tải trọng tác dụng:
3.3.1. Trọng lượng bản thân móng và đất:
3.3.2. Tải trọng tại chân cột:
Móng công trình được tính toán theo giá trị nội lực nguy hiểm nhất truyền xuống chân
cột, bao gồm:
XD10

Nhóm 1

Page 4


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

(Nmax, Mxtu, Mytu, Qxtu, Qytu)
(Mxmax, Ntu, Mytu, Qxtu, Qytu)
(Mymax, Ntu, Mxtu, Qxtu, Qytu)
Tùy theo số liệu, tính toán với 1 trong 3 tổ hợp rồi kiểm tra với 2 tổ hợp còn lại.
Do mực nước ngầm thấp hơn đáy đài móng nên không xét ép lực thủy tĩnh.
-

Tải trọng tính toán :

Tải trọng tính toán sử dụng để tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn I
Nội lực tính toán là lực dọc tính toán của các cột chịu tải trọng trong công trình, kể
thêm trọng lượng sàn tầng hầm và tường tầng hầm
-

Tải trọng tiêu chuẩn :

Tải trọng tiêu chuẩn sử dụng để tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn II.
Tải trọng lên móng đã xác định được là tải trọng tính toán, muốn có tổ hợp các tải
trọng tiêu chuẩn lên móng đúng ra phải làm bảng tổ hợp nội lực chân cột 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 vượt tải trung bình n = 1.15. Như vậy, tải trọng tiêu chuẩn được xác định
bằng cách lấy tổ hợp các tải trọng tính toán chia cho hệ số vượt tải trung bình.
Chương 4: Thuật toán thực hành đánh giá sự làm việc của kết cấu:
4.1. Các bước tính toán móng cọc đài thấp:
4.1.1. Khái niệm chung:
Móng cọc đài thấp là loại móng cọc có đài nằm thấp hơn mặt đất. Toàn bộ lực ngang
tác dụng lên móng cọc không lớn hơn áp lực ngang của đất tác dụng lên mặt trước của
đài cọc theo phương vuông góc với lực ngang.
Khi thiết kế móng cọc đài thấp phải thực hiện các tính toán sau đây:

- Chọn loại, kích thước của cọc và của đài cọc.
- Xác định sức chịu tải tính toán của cọc ứng với kích thước đã chọn từ điều kiện địa chất
đã cho.
XD10

Nhóm 1

Page 5


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

- Sơ bộ xác định gần đúng số lượng cọc ứng với tải trọng đã biết.
- Bố trí cọc trong móng.
- Tính toán kiểm tra móng cọc theo các điều kiện:
+
Tính toán móng cọc theo trạng thái giới hạn thứ nhất bao gồm việc kiểm tra tải trọng
tác dụng lên cọc, kiểm tra sức chịu tải của nền đất ở mũi cọc..
+ Tính toán móng cọc theo trạng thái giới hạn thứ 2 ( về biến dạng ) bao gồm việc
kiểm tra độ lún và chuyển vị ngang của móng cọc.
Nếu một trong các yêu cầu kiểm tra không thỏa mãn thì phải thay đổi kích thước cọc (
hoặc số lượng cọc ) hoặc đài cọc hoặc cả 2 sau đó thực hiện tính toán lại cho đến khi mọi
điều kiện thỏa mãn.
4.1.2. Chọn loại cọc, đài cọc và kích thước của chúng:
Hình dáng và kích thước mặt bằng của đài cọc phụ thuộc vào hình dáng và kích thước
của đáy công trình, phụ thuộc số lượng và cách bố trí cọc trên mặt bằng. Kích thước mặt
bằng của đài cọc phải nhỏ nhất nhưng vẫn đảm bảo bố trí đủ số lượng cọc theo yêu cầu
chịu lực.

Loại cọc và kích thước của cọc được chọn căn cứ vào điều kiện địa chất và điều kiện
thi công.
Qua nhiều phân tích tính toán có thể đưa ra một số nhận xét sau:
-

Đối với đất có sức chịu tải lớn ( đất các hạt to trạng thái chặt, chặt vừa, đất sét
cứng hoặc nữa cứng ) thì việc tăng chiều dài cọc sẽ làm tăng tổng khối lượng của
cọc trong móng. Vì vậy xu hướng cố gắng thức hiện nguyên tắc cân bằng sức chịu

XD10

Nhóm 1

Page 6


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

tải của cọc theo vật liệu và theo đất nên bằng cách tăng chiều dài cọc có thể làm
-

tăng giá thành của móng và làm phức tạp thêm cho công tác thi công.
Đối với đất có cường độ không cao ( đất cát hạt nhỏ và cát bụi chặt vừa, á sét và á
sét dẽo nhão… ) thì việc tăng chiều sâu đóng cọc sẽ làm giảm tổng khối lượng của
cọc, của đài cọc và như thế làm giảm giá thành chung của móng. Trong các trường
hợp này, chiều sâu đóng cọc tốt nhất có thể được xác định từ điều kiện cân bằng

-

sức chịu tải của cọc theo vật liệu và theo đất nền.
Đối với chiều sâu nhất định của cọc, nếu tăng tiết diện ngang của nó thì tổng khối
lượng của cọc và đài cọc sẽ tăng lên ( khi sức chịu tải của cọc xác định theo đất
nền ). Trong trường hợp này, tốt hơn cả là dùng cọc có tiết diện nhỏ, tuy nhiên cần
chú ý đến khả năng giảm độ cứng ngang của móng và khả năng tăng độ lún, đặc
biệt đối với trường hợp móng chỉ gồm những cọc đóng thẳng đứng.

4.1.3. Dữ liệu để tính toán móng cọc Bê Tông Cốt Thép:
-

Số liệu tải trọng (tính toán)

-

Chọn vật liệu làm móng: mác BT, cường độ thép.

-

Chọn vật liệu làm cọc: mác BT, cường độ thép. Chọn tiết diện và chiều dài cọc
(cắm vào đất tốt ≥ 1,5 m), đoạn neo ngàm trong đài cọc (đoạn ngàm + đập đầu
cọc).

-

XD10

Thiết kế móng cọc bê tông cốt thép ép

Nhóm 1

Page 7


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

Ntt

Mtt
Htt

4

Qs

Qp

4.1.4. Xác định sức chịu tải của cọc Pc :
- Theo vật liệu làm cọc:
Qa = ϕ (Rb Ab + Rs As)
Hệ số uốn dọc tính theo công thức thực nghiệm:
ϕ =1,028-0,0000288λ2-0,0016λ
ϕ =1,028-0,0000288λd2-0,0016λd
Hoặc tra Bảng tra hệ số uốn dọc ϕ ∈ (l0/r hay l0/d, l0 = νl)

Trong đó
r : bán kính
của cọc

tròn hoặc cạnh cọc vuông
d : bề rộng của tiết diện chữ nhật
l0 = vl :chiều dài tính toán của cọc, l là chiều dài thực của cọc và v là hệ số phụ thuộc
liên kết của hai đầu cọc lấy theo hình sau:

XD10

Nhóm 1

Page 8


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

-

Theo điều kiện đất
nền:

+ Theo chỉ tiêu cơ học
FSs : hệ số an toàn cho thành
phần ma sát bên; 1,5 ÷ 2,0
FSp : hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc; 2,0 ÷ 3,0
 Thành phần chịu tải do ma sát xung quanh cọc Qs

fs = ca + σh’ tanφa
= ca + Ksσv’ tanφa
ca , ϕa = c, ϕ : cọc ép bêtông cốt thép

Ks = K0 = 1- sinφ
Ks = 1,4K0 : khi đất nền bị nén chặt do ép cọc
 Thành phần sức chịu mũi của đất dưới mũi cọc Qp
*

Phương pháp Terzaghi:

qp = 1,3 c Nc + γ h Nq + 0,6 γ rp Nγ (rp: b/kính cọc tròn)
qp = 1,3 c Nc + γ h Nq + 0,4 γ d Nγ (d: cạnh cọc)
Nc , Nq , Nγ : hệ số sức chịu tải, xác định theo Terzaghi. γ h = σv’
*

Phương pháp Meyerhof:

qp = c Nc’ + q’ Nq’
Nc’, Nq’ : xác định từ biểu đồ
*

TCXD 205-1998:

qp = cNc + σv’Nq + γdNγ
+ Theo chỉ tiêu vật lí

nc < 6 cọc : ktc = 1,75
nc = 6 ÷ 10 : ktc = 1,65
XD10

Nhóm 1

Page 9

Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

nc = 11 ÷ 20 : ktc = 1,5
nc > 21: ktc = 1,4
mR , mf : hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc mà bên hông cọc.
Rp : sức chịu tải đơn vị diện tích của đất dưới mũi cọc.
fsi : lực ma sát đơn vị giữa đất và cọc.
-

Theo thí nghiệm SPT

Sức chịu tải cho phép của cọc trong đất dính và đất rời theo TCXD 195

N : Số SPT
: Số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d trên mũi cọc. Nếu > 60, khi
tính toán lấy = 60; nếu >50 thì trong công thức lấy= 50.
Nc : giá trị trung bình SPT trong lớp đất rời.
Ns : giá trị trung bình SPT trong lớp đất dính.
Ap : diện tích tiết diện mũi cọc
Lc : Chiều dài cọc nằm trong lớp đất rời (m).
Ls : Chiều dài cọc nằm trong lớp đất dính (m).
Ω : Chu vi tiết diện cọc (m).
Wp-s : Hiệu số giữa trọng lượng cọc và trọng lượng đất bị cọc thay thế
-

Theo thí nghiệm CPT

Sức chịu tải cực hạn tính theo CPT
Qu = qp Ap + fs As
qp : cường độ chịu mũi cực hạn của đất ở mũi cọc được xác định: qp = kc ; : sức kháng
xuyên trung bình lấy trong khoảng 3d phía trên và 3d phía dưới mũi cọc
fs : Cường độ ma sát giữa đất và cọc được suy từ sức kháng mũi ở chiều sâu tương ứng:
=> Chọn sức chịu tải cho phép Qa là giá trị nhỏ nhất.
4.1.5. Chọn số lượng cọc và bố trí cọc:

XD10

Nhóm 1

Page 10


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

=> bố trí cọc khoảng (3 ÷ 6)d, cấu tạo đài có mép đài cách mép cọc ngoài ≥ 100 ÷
150mm.
4.1.6. Kiểm tra sức chịu tải của cọc (lực tác dụng lên cọc) :

Pmax ≤ Pc (Qa)
Pmin ≥ 0
- Kiểm tra sức chịu tải của cọc làm việc trong nhóm. Hệ số nhóm η:

n1 : số hàng cọc
n2 : số cọc trong 1 hàng

d : đường kính hoặc cạnh cọc
s : khoảng cách giữa các cọc

4.1.7. Kiểm tra ứng suất dưới mũi cọc (móng khối qui ước):

XD10

Nhóm 1

Page 11


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

4.1.8. Kiểm tra độ lún của móng cọc (độ lún của đất nền dưới mũi cọc):

S ≤ Sgh [8cm]
4.1.9. Kiểm tra điều kiện xuyên thủng của đài:
Pxt ≤ Pcx
Pxt = Σ phản lực của những cọc nằm ngoài tháp xuyên ở phía nguy hiểm nhất

4.1.10. Xác định nội lực và bố trí cốt thép trong đài:
- Tính moment: dầm conxôn, ngàm tại mép cột, lực tác dụng lên dầm là phản lực đầu cọc.

- Tính
- So sánh αm và αR => bài toán cốt đơn.
- Tính
- Tính diện tích cốt thép

4.1.11. Một số vấn đề vận chuyển, lắp ghép, thi công và nối cọc đóng BTCT:
- Tính móc cẩu để vận chuyển và thi công cọc
- Tính cốt thép dọc trong cọc khi cọc được vận chuyển và thi công.

0 ,207L

0 ,586L

0 ,207L
0 ,293L
2

Mmax = 0,0214 qL

L
XD10

Mmax = 0,043 qL2

Nhóm 1

Page 12


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình
Sơ đồ 2 móc cẩu (vận chuyển)

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn
Sơ đồ 1 móc cẩu (dựng lắp)

4.2. Kiểm tra và đánh giá sự làm việc của móng:
4.2.1. Kiểm tra móng cọc theo các tiêu chuẩn:
Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc: Qmin ≤ Qk, Qmax ≤ Qn

-

Điều kiện kiểm tra:
Qmax ≤ Qn
Qmin ≤ Qk
Qmax, Qmin :tải trọng lớn nhất và nhỏ nhất tác dụng lên cọc (T).
Qn, Qk : sức chịu tải của cọc chịu nén và chịu kéo.(T)
 Nếu cọc thỏa mãn hai điều kiện này suy ra cọc chịu nén và thỏa khả năng chịu lực
yêu cầu.
-

Kiểm tra ổn định nền dưới khối móng quy ước: P

tc
tb

< R tc

,P

tc
max

≤ 1.2 R II

,P

tc
min

≥0

Điều kiện kiểm tra:
P
P
P

tc
tb

< R tc

tc
max

≤ 1.2 R II

tc
min

≥0

tc
tb

tc

max

P ,P

,P

tc
min

: Ứng suất trung bình,cực đại,cực tiểu tiêu chuẩn tại đáy móng khối quy

ước.
RII: Sức chịu tải ở trạng thái giới hạn II của đất nền tại đáy móng khối quy ước.
 Các điều kiện trên thỏa suy ra nền còn hoạt động như một vật thể đàn hồi.
- Kiểm tra lún và kiểm tra xuyên thủng đài cọc:
Độ lún của móng nếu quá lớn sẽ ảnh hưởng đến tính năng sử dụng của công trình như
giảm độ cao của mặt nền ảnh hưởng đến hệ thống thoát nước của công trình… Đặc biệt
độ lún lệch giữa các móng sẽ dẫn đến gia tăng nội lực trong khung nhà, trong thượng
tầng kết cấu dẫn đến nứt nẻ.
XD10

Nhóm 1

Page 13


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

Việc tính toán và kiểm soát các độ lún cùng độ lún lệch nhằm đảm bảo an toàn cho
công trình là một công việc quan trọng trong thiết kế nền móng công trình.
Vì vậy để bảo đảm an toàn và cấu kiện làm việc tốt thì độ lún phải đảm bảo : S ≤ S gh
[8cm]
Tùy vào móng cọc đã thiết kế để kiểm tra xuyên thủng cho đài cọc, nếu tất cả các cọc
trong đài đều bị bao trùm hoàn toàn bởi đáy tháp chọc thủng thì không cần kiểm tra. Tóm
lại cần phải thỏa mãn điều kiện xuyên thủng của đài cọc thì công trình mới bảo đảm an
toàn.
4.2.2. Đánh giá sự làm việc của móng cọc ép Bê Tông Cốt Thép:
Trên cơ sở một hệ kết cấu móng cọc ép Bê Tông Cốt Thép đã được thiết kế ( hoặc thi
công ) ta tiến hành kiểm tra sự thỏa mãn các yêu cầu kĩ thuật:
-

Nếu móng cọc thỏa mãn các điều kiện cần kiểm tra như : Độ lún, xuyên thủng của
đài cọc.. thì móng cọc đã đảm bảo độ an toàn cho công trình và cấu kiện hoạt động
tốt không gây ra các sự cố ảnh hưởng đến chất lượng công trình. Công trình thi
công sẽ không tốn chi phí để sữa chửa hoặc các phương án bổ sung nhằm nâng

-

cao khả năng chịu lực cho công trình.
Một trong những điều kiện kiểm tra cho kết quả không hợp lý suy ra chất lượng
móng cọc không tốt, công trình không đảm bảo độ an toàn cần thiết, cần phải kiểm
tra lại móng cọc nếu sai lệch quá nghiêm trọng… Trong trường hợp móng cọc chỉ
mới được thiết kế thì ta nên thiết kế móng cọc lại để thỏa mãn các yêu cầu cần
thiết, nếu móng cọc đã được thi công ta cần phải tìm ra phương pháp xử lý thích

-

hợp để tránh gây hậu quả nghiêm trọng.

Trường hợp đặt cọc nông quá dẫn đến Pđn nhỏ hơn nhiều Pvl nên không tận dụng
được khả năng làm việc của cọc, gây lãng phí phải tăng số cọc trong đài trong khi
đó chỉ tăng mỗi cọc thêm 1 vài m là sức chịu tải tăng lên. Vì vậy mà ngoài việc
thỏa mãn các yêu cầu tính toán ta cần phải thiết kế sao cho hợp lý vừa đảm bảo
các yêu cầu tính toán vừa tiết kiệm.

Chương 5: Một số ví dụ minh họa:
5.1. Ví dụ minh họa về thiết kế cọc ép bê tông cốt thép:
XD10

Nhóm 1

Page 14


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

XD10

Nhóm 1

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

Page 15


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

BẢNG TỔNG KẾT KẾT QUẢ THỐNG KÊ
GIÁ TRỊ TIÊU CHUẨN

Tỷ trọng
GS

Hệ só
rỗng eo

Giới hạn
chảy WL

Giới hạn
dẻo WP

Môdun
biến
dạng
E(1-2)
(kg/cm2)

2.679

0.630

27.550

12.425

104.495

0.212

0.400

21o48’

2.643

0.591

-

-

35.688

0.091

0.513

27o09’

2.637

0.583

46.000

22.000

107.933

0.654

0.374

20o30’

Dung trọng (g/cm3)
Lớp đất

Độ ẩm W
(%)

1

17.450

1.930

2

18.550

1.974

3

20.533

2.008

Ướt
γo

Khô
γk

Đẩy
nổi
γ dn

1.64
3
1.66
5
1.66
6

1.03
0
1.03
6
1.03
4

GIÁ TRỊ TÍNH TOÁN

LỚP

XD10

TTGH Ι (

Nhóm 1

α = 0.95

)

Page 16

Lực dính
c (kg/
cm2)

tanφ

φ


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

γo

γk

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn
cItt

γ dn

tgϕ Itt

2

(kg/cm )

ϕ Itt

1

1.906

1.953

1.615

1.671

1.004

1.055

0.135

0.288

0.330

0.471

18o16’

25o10’

2

1.968

1.980

1.655

1.676

1.030

1.043

0.079

0.103

0.502

0.524

26o39’

27o39’

3

1.930

2.085

1.615

1.717

1.010

1.057

0.588

0.721

0.343

0.405

18o56’

22o03’

LỚP

TTGH ΙI (
γo

γk

α = 0.85
cIItt

γ dn

)
tgϕ IItt

2

(kg/cm )

ϕ IItt

1

1.917

1.942

1.628

1.658

1.016

1.043

0.165

0.258

0.357

0.443

19o38’

23o53’

2

1.970

1.977

1.659

1.672

1.032

1.040

0.084

0.099

0.506

0.520

26o50’

27o28’

3

1.972

2.043

1.643

1.689

1.023

1.044

0.615

0.694

0.356

0.392

19o36’

21o24’

XD10

Nhóm 1

Page 17


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

5.1.1. Tải trọng:
Yêu cầu thiết kế móng số 2-A trong mặt bằng 1.
Tải trọng tính toán tác dụng xuống móng thiết kế :
−
−
−

N tt = 234 ( T )
M xtt = 24 ( T .m )
M ytt = 12 ( T .m )

Lấy hệ số vượt tải n = 1.15 vậy tải trọng tiêu chuẩn là:

N tt 234
N =
=
= 203.478 ( T )
n 1.15
tc

−

M xtc =
−
M =
tc
y

−

M xtt
24
=
= 20.87 ( T .m )
n
1.15
M ytt
n

=

12
= 10.435 ( T .m )
1.15

5.1.2. Lựa chọn giải pháp cọc:
Đánh giá điều kiện địa chất. Đất tại nơi xây dựng công trình gồm 3 lớp:
− Lớp 1: Đất sét pha, màu nâu đỏ, lẫn sạn sỏi Laterit, trạng thái dẻo cứng, dày 8m.
− Lớp 2: Đất cát pha, màu xám vàng, xám trắng, nâu đỏ, trạng thái dẻo, dày 36.7m.
− Lớp 3: Đất sét, màu xám nâu, xám xanh, trạng thái cứng, dày 5.45m.
Mực nước ngầm xuất hiện ở code -6.4m.
Nhận xét: lớp 3 là lớp đất sét, trạng thái cứng  tương đối tốt nhưng độ sâu lớn code
-45.2 m so với mặt đất tự nhiên, nên cần xem xét yếu tố kinh tế và khả thi khi sử dụng
lớp đất này. Ta chọn phương án móng cọc đài thấp, thi công hạ cọc bằng búa Diensel
không khoan dẫn. Đài cọc đặt trong lớp 1, cọc xuyên qua lớp 1 và đặt chân cọc trong lớp
2 tại code -28 m, có chỉ số SPT 20.
a. Các giả thiết tính toán:
Việc tính toán móng cọc đài thấp dựa vào các giả thuyết sau:
− Tải trọng ngang do các lớp đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận.
XD10

Nhóm 1

Page 18


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

− Sức chịu tải của cọc trong móng được xác định như đối với cọc đơn đứng riêng lẽ,

không kể đến ảnh hưởng của nhóm cọc.
− Đài cọc xem như tuyệt đối cứng khi tính toán lực truyền xuống cọc.
− Tải trọng của công trình qua đài cọc chỉ truyền lên các cọc chứ không trực tiếp truyền
lên phần đất nằm giữa các cọc tại mặt tiếp giáp với đài cọc.
− Khi xác định độ lún của móng cọc thì người ta coi móng cọc như một móng khối quy
ước bao gồm cọc và các phần đất giữa các cọc.
− Vì việc tính toán móng khối quy ước giống như tính toán móng nông trên nền thiên
nhiên (bỏ qua ma sát mặt ở bên móng) nên trị số moment của tải trọng ngoài tại đáy
móng khối quy ước được lấy giảm đi một cách gần đúng bằng trị số moment của tải
trọng ngoài so với cao trình đáy đài.
− Giằng móng có tác dụng tiếp thu nội lực kéo xuất hiện khi lún không đều, làm tăng
cường độ và độ cứng không gian của kết cấu. Tuy nhiên khi mô hình tính khung, ta
xem như cột ngàm cứng vào móng nên ta đã bỏ qua sự làm việc của giằng móng.
b. Chiều sâu chôn đài cọc:
Chiều sâu chôn đài không phụ thuộc nhiều vào chỉ tiêu cơ lý của đất, chọn hm = 1.5m
Đài cọc:
− Bê tông B20 có Rn = 1150 (T/m2), Rk = 90 (T/m2)
− Cốt thép chịu lực trong đài là thép AII, Ra = 28000 (T/m2)
− Bê tông lót: đá 4x6, B12.5 dày 100.
c. Chọn thông số cho cọc:
Vật liệu làm cọc:
− Bêtông B25 có Rn = 1450 (T/m2), Rk = 105 (T/m2)
− Thép chịu lực AIII có Ra = 36500 (T/m2)
− Thép đai AI có Ra = 17500 (T/m2)
Chọn cọc:
− Bêtông cốt thép đúc sẵn tiết diện 300×300  Fb = 0.09 m2
− Thép chủ : 4Ф16  Fa = 8.04 cm2
− Thép đai : Ф6a50 trong đoạn đặt dày và Ф6a100 trong đoạn đặt thưa.
− Chiều dài mỗi cọc : L = 9 m, số lượng cọc : 3
− Ba cọc nối nhau, chiều dài cọc 9×3 = 27 m.

XD10

Nhóm 1

Page 19


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

− Đoạn ngàm vào đài 0.6 m, gồm:
+ Thép của cọc neo trong đài đoạn 30Φ (16 × 30 = 480 mm)  chọn 50 cm.
+ Đầu cọc trong đài 1 đoạn 10 cm.
⇒ Chiều dài cọc còn lại:

27 − 0.6 = 26.4

Đoạn cọc cắm sâu vào lớp 2:

m.

26.4 + 1.5 − 8.5 = 19.4

m

d. Kiểm tra cọc khi vận chuyển:
+ Tính toán cọc khi cẩu lắp
Tải trọng phân bố đều tác dụng lên cọc khi vận chuyển, lắp dựng chính là tải trọng bản
thân cọc.

q = n × γ bt × Fc = 1.1 × 2.5 × 0.32 = 0.248

(T.m)

 Kiểm tra cọc khi vận chuyển:
Sơ đồ làm việc:

Pk

0.207L

0.207L

L

q

Mmax = 0.0214qL2

− Móc cẩu cách đầu cọc 1 đoạn:
x = 0.207 × Lcoc = 0.207 × 9 = 1.863

(m)

M 1max = 0.0214ql 2 = 0.0214 × 0.248 × 92 = 0.43

(T.m)

 Kiểm tra cọc khi lắp dựng:
Sơ đồ làm việc cọc

XD10

Nhóm 1

Page 20


0.
29

Pk

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

4L

Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

0.294L

L

q

Mmax = 0.043qL2

− Móc cẩu cách đầu cọc 1 đoạn:
−

x = 0.294 × Lcoc = 0.294 × 9 = 2.646
(m)

M 2 max = 0.086ql 2 = 0.043 × 0.248 × 9 2 = 0.864

(T.m)

− Lấy M = max(M1max , M2max) = 0.864 T.m để kiểm tra cốt thép.
− Nếu xét đến ảnh hưởng của gia tốc khi vận chuyển, lấy hệ số động là 1.5 thì M = 0.864 ×
1.5 = 1.296 T.m
Bê tông B25: Rn = 1450 (T/m2)

αR =
2

Thép AIII: Ra = 36500 (T/m ), γb2 =1 → ξR= 0.563,

0.405

Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép cọc là a = 3cm, b= 35cm, ho= 32 cm.

αm =

M max
1.296 × 102
=
= 0.041
Rn bho2 1450 × 10−4 × 30 × 27 2

ξ = 1 − 1 − 2α m = 1 − 1 − 2 × 0.041 = 0.042

XD10

Nhóm 1

Page 21


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình
As =

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

ξ Rbbh0 0.042 × 1450 × 30 × 27
=
= 1.351 ( cm 2 )
Rs
36500

So sánh: AStính = 1.351 cm2 < Fa = 8.04 cm2
 Như vậy cọc đảm bảo không bị phá hoại trong quá trình vận chuyển, cẩu lắp.

+ Tính toán móc cẩu :

Pk

− Chọn thép làm móc cẩu là AIII, 1Ф16, As = 2.011 (cm2).
− Khả năng chịu lực kéo của thép móc cẩu:
[Nk] = Rs×As = 3650×2.011 = 7340 (kG) = 7.34 (T).
− Lực do một nhánh treo khi chịu cẩu lắp:

N=

ql 0.248 × 9
=
= 1.116
2
2

(T).

→ N = 1.116 (T) < [Nk] = 7.34 (T).
Vậy khả năng chịu lực của thép móc cẩu lớn hơn tải trọng tác dụng vào móc cẩu.
→ Dùng móc cẩu loại thép AIII, 1ф16 thì móc cẩu đủ khả năng chịu lực.
5.1.3. Xác định sức chịu tải của cọc:
a. Sức chịu tải của cọc theo vật liệu:
− Sức chịu tải tính toán theo vật liệu của cọc được tính theo công thức sau:
Qa(VL) = ϕ ( AsRs + AbRb )
Trong đó:
+ ϕ: Hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc vào độ mảnh của cọc và theo
thực nghiệm lấy như sau:
ϕ = 1.028 − 0.0000288λ 2 − 0.0016λ

XD10

Nhóm 1

Page 22


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

λ=

Với

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

lo ν l
=
r
r

Vì cọc ngàm trong đài và mũi cọc tựa trên nền đất tốt nên ν = 0.7
⇒

⇒λ=

lo = 0.7 ×26.4 = 18.48(m)

18.48
= 61.6
0,3

→ ϕ = 1.028 − 0.0000288 × 61.62 − 0.0016 × 61.6 = 0.820

+ Rb - Cường độ chịu nén của bêtông B25. Rb = 1450 (T/m2).
+ Ab - Diện tích mặt cắt ngang của cọc. Fb = 0.09 (m2)
+ Rs- Cường độ tính toán của thép AIII. Ra = 36500 (T/m2).
+ As- Diện tích tiết diện ngang cốt dọc. Fa = 8.04 (cm2).
⇒ Qa( VL ) = 0.820 × ( 8.04 × 10 −4 × 36500 + 0.09 × 1450 ) = 131.074

(T)

b. Sức chịu tải của cọc theo đất nền:
+ Theo phương pháp tĩnh (Chỉ tiêu cường độ):
Theo TCXD 205:1998
Qa =

Q
Qs
+ p
FSs FSp

+ Qs – sức chịu tải cực hạn do ma sát bên.
+ Qp – sức chịu tải cực hạn do kháng mũi.
+ FSs – hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, lấy bằng 1.5 – 2.0
+ FSp – hệ số an toàn cho sức kháng mũi lấy bằng 2.0 – 3.0
Việc chọn hệ số an toàn cho thành phần ma sát nhỏ hơn hệ số an toàn cho thành phần
kháng mũi vì : Hai đại lượng trên không đạt cực hạn cùng lúc, thường thành phần ma sát
bên đạt cực hạn trước sức kháng mũi.
Xác định sức chịu tải cực hạn do ma sát bên Qs:
Qs = As f s = u ∑ m fi f si li
+ u – chu vi của tiết diện cọc;

XD10

u = 4 × 0.3 = 1.2

Nhóm 1

(m)

Page 23


Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

+ mfi – hệ số điều kiện làm việc của thành phần ma sát fi, lấy bằng 1 khi thi công hạ
cọc bằng búa diezel.
+ li – chiều dài của lớp đất thứ i mà cọc đi qua.
+ fsi – lực ma sát đơn vị của lớp đất thứ i tác dụng lên cọc. Công thức chung, tính
toán ma sát bên tác dụng lên cọc là:
f s = ca + σ x' tan ϕa

Trong đó:
+ ca – lực dính giữa thân cọc và đất nền; với cọc đóng bêtông cốt thép ca = 0.7c
+ φa – góc ma sát giữa cọc và đất nền; với cọc bêtông cốt thép hạ bằng phương pháp
đóng lấy φa = φ.
+

σ x'

- ứng suất pháp tuyến hữu hiệu tại mặt bên cọc (tính ở giữa lớp đất đang xét).

Tính theo công thức sau:
σ x' = K sσ z' = K sγ ' z

+ Hệ số Ks chọn theo áp lực ngang của đất ở trạng thái tĩnh Ko
K s = K o = 1 − sin ϕ '

(lấy φ = φ’)

Tính: bỏ qua lớp đất san lấp, mực nước ngầm xuất hiện ở code -6.4m, cách mặt lớp đất1:
5.9m
 4.9 
o
2
f s'1 = ca1 + σ x' 1 tan ϕa1 = 0.7 × 1.65 + (1 − sin19o38') × 1.917 × 1 +
÷× tan19 38' = 2.722(T / m )
2



f s''1 = ca1 + σ x' 1 tan ϕa1
8 − 5.9


= 0.7 × 1.65 + (1 − sin19o38') ×  5.9 × 1.917 +
× 1.016 ÷× tan19 o38' = 4.087(T / m 2 )
2



XD10

Nhóm 1

Page 24

Nguyên Lý Thiết Kế Kết Cấu Công Trình

GVHD : Thầy Hoàng Thiện Toàn

f s 2 = ca 2 + σ x' 2 tan ϕ a1
19.4


= 0.7 × 0.84 + (1 − sin 26o50') ×  5.9 × 1.917 + 2.1 × 1.016 +
× 1.032 ÷× tan 26o50' = 7.097(T / m 2 )
2



⇒ Qs = 1.2 × (2.722 × 4.9 + 4.087 × 2.1 + 7.097 × 19.4) = 191.522 ( T )

Xác định sức chịu tải cực hạn do kháng mũi Qp
Q p = Ap q p

+ Ap – diện tích tiết diện ngang của mũi cọc , Ap = 0.09 (m2)
+ qp – cường độ đất nền dưới mũi cọc

Theo Terzaghi: Đối với cọc vuông:
qu = 1.3cN c + σ z' N q + 0.4dγ Nγ

Trong đó:
+ Nc, Nq, Nγ: các hệ số chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất dưới mũi cọc
(tra bảng)
+ c - lực dính của đất dưới mũi cọc

+

σ z'

- ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng do đất nền gây ra tại cao trình mũi

cọc.
σ z' = 5.9 × 1.917 + 2.1 × 1.016 + 19.4 × 1.032 = 33.464 ( T / m 2 )

+ d – cạnh cọc vuông, d = 0.3 (m)
Mũi cọc cắm vào lớp cát pha có

ϕ = 26o 50'

.

Tra bảng ta có : Nc = 28.877; Nq = 15.614; Nγ = 12.879
qu = 1.3 × 0.084 × 28.877 + 33.464 × 15.614 + 0.4 × 0.3 × 1.032 × 12.879 = 527.255T
⇒ q p = qa =

XD10

qu
527.522
=
= 263.761(T / m 2 )
FS
2

Nhóm 1

Page 25