ĐỒ án nền MÓNG NGUYỄN văn NGÂN cầu ĐƯỜNG PHÁP k47

Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

ĐỒ ÁN NỀN MÓNGNGUYỄN VĂN NGÂN CẦU
ĐƯỜNG PHÁP K47

PHẦN I
BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT
CÔNG TRÌNH

Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

1


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

1. Cấu trúc địa chất khu vực xây dựng.

Mô tả sơ bộ cấu tạo địa chất khu vực:
Tại lỗ khoan BH1, khoan xuống cao độ là - 34m, gặp 3 lớp đất như sau:
 Lớp 1:
Lớp 1 là lớp bùn sét, có màu xám, xám đen, lẫn hữu cơ. Chiều dày của lớp xác
định được ở BH1 là 5.30 m, cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là -5.30 m. Lớp
đất có độ ẩm W = 59.1%, độ bão hòa S r = 98.4%. Lớp đất ở trạng thái chảy, có độ
sệt IL = 1.14
 Lớp 2:

Lớp 2 là lớp sét màu xám vàng, trạng thái dẻo cứng, phân bố dưới lớp 1. Chiều
dày của lớp là 15.40m, cao độ mặt lớp là -5.30m, cao độ đáy là -20.70m. Lớp đất
có độ ẩm W = 29.7%, độ bão hòa Sr = 98.8%. Lớp đất ở trạng thái chảy, có độ sệt
IL = 0.33
 Lớp 3:
Lớp thứ 3 gặp ở BH1 là lớp sét, màu xám vàng, xám xanh, nâu đỏ loang lổ,
trạng thái nửa cứng, phân bố dưới lớp 2. Chiều dày của lớp là 13.3 m, cao độ mặt
lớp là -20.7 m, cao độ đáy lớp là -34.00. Lớp đất có độ ẩm W = 21.5%, độ bão hòa
Sr = 97.2%. Lớp đất ở trạng thái chảy, có độ sệt IL = 0.14

2. Nhận xét và kiến nghị
Theo tài liệu khảo sát địa chất công trình, phạm vi nghiên cứu và qui mô công
trình dự kiến xây dựng, em xin 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 là lớp đất yếu do chỉ số xuyên tiêu chuẩn và sức chịu tải nhỏ,
lớp 2, 3 có trị số SPT và sức chịu tải khá cao. (Lớp 2: IL = 0.33; SPT > 15; Lớp 3: IL
= 0.14, SPT cao)
+ Lớp đất số 1 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 3 làm tầng tựa cọc.
+ Nên để cho cọc ngập sâu vào lớp đất số 3 để tận dụng khả năng chịu ma sát
của cọc.
Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

2

Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

PHẦN II
THIẾT KẾ KĨ THUẬT

Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

3


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

1. Lựa chọn kích thước công trình và bố trí cọc trong móng
1.1. Lựa chọn kích thước và cao độ bệ móng, mũi cọc.
1.1.1. 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 nước giữa MNCN và MNTN là tương đối cao. Xét cả điều kiện mỹ quan trên
sông, ta chọn các giá trị cao độ như sau:
MNCN + 1m 

Cao độ đỉnh trụ CĐĐT chọn như sau: max 
 − 0.3m.
MNTT + H tt 
Trong đó:

+ MNCN: Mực nước cao nhất, MNCN = 4.5 m
+ MNTT: Mực nước thông thuyền
+ H tt : Chiều cao thông thuyền,
Ở đây theo số liệu cho thì sông không thông thuyền
Ta có :
 CĐĐT = 4.5 + 1 – 0.3 = 5.2 m.
Vậy: CĐĐT = + 5.2 m
1.1.2. Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB).
CĐĐB ≤ MNTN - 0.5 m
MNTN = 2.00 m
 CĐĐB ≤ 2 - 0.5 = 1.5 m
Vậy Chọn cao độ đỉnh bệ là: CĐĐB = + 1m.
1.1.3. Cao độ đáy bệ.
Cao độ đáy bệ = CĐĐB - Hb
Trong đó: Hb: Chiều dày bệ móng (Hb =1.5m ÷ 2m ). Chọn Hb = 2 m.
 Cao độ đáy bệ = 1.0 - 2.0 = - 1.0 m.
Vậy chọn các thông số thiết kế như sau:

Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

4


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

Hinh chieu Ngang tru cau

Hinh chieu doc tru cau

800

60 80

60 80

+4.50(MNCN)
25 120 25
520

25 150

+2.00(MNTN)

450
200

+1.00(C§§B)

a=?

a=?

0.00

200

150 25

170

+5.20(C§§T)

-1.00(C§§AB)

Hình 2: Tổng hợp các thông số thiết kế

Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 5.2 m
Cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = + 1.0 m
Cao độ đáy bệ là: CĐĐAB = - 1.0 m
Bề dầy bệ móng: Hb = 2 m.
Chiều dày mũ trụ: CDMT = 0.8+0.6 = 1.4m
1.1.4. Chọn kích thước và cao độ mũi cọc.
 Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thước là 0.45x0.45m; được
đóng vào lớp số 3 là lớp sét ở trạng thái nửa cứng. Ngoài ra mũi cọc được đặt vào
trong lớp đất chịu lực tối thiểu là 5d.
Vậy, chọn cao độ mũi cọc là - 24.00m
Như vậy cọc được đóng vào trong lớp đất 3 có chiều sâu là 3.3m
 Chiều dài của cọc (Lc) được xác định như sau:
Lc = CĐĐB - Hb - CĐMC
Lc = 1.0 - 2.0 - (- 24.00) = 23.00 m.
Trong đó:
CĐĐB
= 1.0 m: Cao độ đỉnh bệ
Hb
= 2.0 m: Chiều dày bệ móng
CĐMC
= - 24.0 m: Cao độ mũi cọc

 Kiểm tra:

Lc
23
=
= 51.11 ≤ 70
d 0.45

=> Thoả mãn yêu cầu về độ mảnh.

 Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: L cd = Lc + 1m = 23 + 1m = 24 m. Cọc được tổ
hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 24 m = 3x8m. Như vậy hai đốt thân

Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

5


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

cọc chiều dài là 8m và đốt mũi có chiều dài 8m. Các đốt cọc sẽ được nối với nhau
bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc.
2. Lập tổ hợp tải trọng tác tại đỉnh bệ với MNTN
2.1. Tính toán thể tích trụ
2.1.1. Tính chiều cao thân trụ
Chiều cao thân trụ Htr:
Htr = CĐĐT - CĐĐB - CDMT.

Htr = 5.2 – 1.0 - 1.4 = 2.8 m.
Trong đó:

Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 5.2 m
Cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = + 1.0 m
Chiều dày mũ trụ: CDMT = 0.8 + 0.6 = 1.4m.

2.1.2. Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc).
NGANG CÇU

DäC CÇU
No

Mo

Ho
170

80

V1

800

60

V2

150
120

25

25

25

150

V3
230

25

450

Hình 3: Phân chia tính thể tích trụ
Thể tích trụ toàn phần Vtr:
Vtr = V1 + V2 + V3 =

=

(8 + 4.5 + 0.25 × 2)
π × 1 .2 2
8 × 1 .7 × 0 .8 +
× 1 .7 × 0 .6 + (
+ (4.5 − 1.2) × 1.2) × 2.8
2
4

= 10.88 + 6.63 + 14.25 = 31.76 m3.
Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

6


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nước (không kể bệ cọc).
Thể tích trụ toàn phần Vtn :
Vtn = Str x (MNTN - CĐĐB)
=(
Trong đó:

π × 1 .2 2
+ (4.5 − 1.2) × 1.2) × ( 2 − 1.0) = 5.09m3
4

MNTN = +2.0 m: Mực nước thấp nhất.
CĐĐB = +1.0 m: Cao độ đỉnh bệ.
Str: Diện tích mặt cắt ngang thân trụ, m2.

2.2. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN
Tiến hành Tính các tải trọng: thẳng đứng. lực ngang và mômen đối với mặt cắt
đỉnh bệ ứng với mặt cắt tự nhiên. Đề bài đã cho ta Tải trọng ở TTGHSD ta phải
tiếp tục tính ở TTGHCĐ
Bảng 1: Tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN

Tải trọng

Đơn vị

TTSD

N ot - Tĩnh tải thẳng đứng

kN

4500

N oh - Hoạt tải thẳng đứng

kN

2800

H h - Hoạt tải nằm ngang

kN

110

M o - Hoạt tải mômen

kN.m

500

Hệ số tải trọng: Hoạt tải: n = 1.75
Tĩnh tải: n = 1.25
γbt = 24,50 (kN/m3): Trọng lượng riêng của bê tông.
γn= 9,81 (kN/m3): Trọng lượng riêng của nước
2.2.1. Tổ hợp tải trọng theo phương dọc ở TTSD.
 Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu: Ntt
N tc = N ho + ( N to + γ bt × Vtr ) − γ n × Vtn

N tc = 2800 + (4500 + 24.50 x 31.76) – 9.81 x 5.09 = 8028.19 kN

Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

7


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

 Tải trọng ngang tiêu chuẩn dọc cầu:
Htc = Ho = 110 kN
 Mômen tiêu chuẩn dọc cầu:
M tc = M o + H ho × (CĐĐT – CĐĐB)
M tc = 500 + 110 × (5.2 − 1.0) =962 kN.m

2.2.2. Tổ hợp tải trọng theo phương dọc cầu ở TTGHCĐ.
 Tải trọng thẳng đứng tính toán dọc cầu
N tt = 1.75 × N ho + 1.25 × ( N to + γ bt × Vtr ) − γ n × Vtn
N tt = 1.75 × 2800 + 1.25 × (4500 + 24.50 × 31.76) − 9.81 × 5.09

N tt = 11447.72 kN

 Tải trọng ngang tính toán dọc cầu:
Htt = 1.75x H h = 1.75x110 =192.5 kN.
o

 Mômen tính toán dọc cầu:
M tt = 1.75 × M o + 1.75 × H ho × (CĐĐT – CĐĐB)

M tt = 1.75 × 500 + 1.75 × 110 × (5.2 − 1.0) =1683.5 kN.m

Bảng 2: Tổng hợp tải trọng tác dụng theo phương dọc cầu với MNTN
Tải trọng

Đơn vị

TTGHSD

TTGHCĐ

Tải trọng thẳng đứng

kN

8028.19

11447.72

Tải trọng ngang

kN

110

192.5

kN.m

962

1683.5

Mômen

Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

8


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

3. Xác định sức kháng nén dọc trục của cọc đơn
3.1. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu.
Chọn vật liệu
+ Cọc bê tông cốt thép
+ Tiết diện của cọc hình vuông: 0.45m x 0.45m

+ Bê tông có fc' = 28MPa
+ Thép ASTM A615, có fy = 420 MPa

450

50 2@175=350 50

 Bố trí cốt thép trong cọc
+ Cốt chủ : Chọn 8#22, bố trí xuyên suốt chiều dài cọc.
+ Cốt đai : Chọn thép ∅ 8

50 2@175=350 50
450

Hình 4. Mặt cắt ngang cọc BTCT
 Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu PR
Dùng cốt đai thường, ta có: PR = ϕxPn = ϕx 0.8x{0.85x fc' x(Ag – Ast) + fyxAst}
Trong đó:
ϕ : Hệ số sức kháng của bê tông, ϕ = 0.75
fc' : Cường độ nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa)

fy : Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép (MPa).
Ag : Diện tích mặt cắt nguyên của cọc, Ag = 450x450 = 202500mm2
Ast: Diện tích cốt thép, Ast = 8x387=3096mm2
Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

9

Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

Vậy: PR = 0.75x0.8x{0.85x28x(2025000– 3096) + 420x3096}
= 3925422.78 N ≈ 3925.23KN.
3.2. Sức kháng nén dọc trục theo đất nền QR
Sức kháng nén dọc trục theo đất nền được xác định như sau: QR = ϕ qp Q p + ϕ qs Q s

Với: Q s = q s .A s ; Q p = q p .A p
Trong đó: Qp: Sức kháng mũi cọc (MPa)
qp: Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa)
Qs: Sức kháng thân cọc (MPa)
qs: Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa)
Ap: Diện tích mũi cọc ( mm2 )
As: Diện tích bề mặt thân cọc ( mm2 )
ϕ qp : Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc.
ϕ qs : Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc.
ϕqs = 0.7λ v trong đất sét với λ v = 0.8 ta có: ϕqs = 0.56
ϕ q = 0.7λ v trong đất sét với λ v = 0.8 ta có: ϕ q = 0.56

3.2.1. Sức kháng thân cọc Qs
Do thân cọc ngàm trong 3 lớp đất, đều là lớp đất sét nên ta tính Q s phương

theo phương pháp α.
 Theo phương pháp α: Sức kháng đơn vị thân cọc qs như sau: q s = αS u
Trong đó:
Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa), Su = Cuu
α : Hệ số kết dính phụ thuộc vào Su và tỷ số Db/D và hệ số dính được tra
bảng theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05. Hình 10.7.3.3.2a-1

Ở đó Db là chiều sâu cọc trong lớp đất chịu lực, D: đường kính cọc
Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định α của API như sau :
- Nếu Su ≤ 25 Kpa ⇒ α = 1.0
 S − 25KPa 
- Nếu 25 Kpa < Su < 75 Kpa ⇒ α = 1 − 0.5 u

 50KPa 
- Nếu Su ≥ 75 Kpa ⇒ α = 0.5

 Lớp 1:
Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

10


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

Ta có: Su= 15.7 kN/m 2 = 15.7 kPa = 0.0157 MPa.
Db = 5,3 − hsx = 5.3 − 2.2 = 3.1 m

Tra sơ đồ 3 ta có:
Db
3.1
=
= 6.88 => Do đó:
D 0.45

α =1

Tham khảo công thức xác định α của API
Su= 15.7 kN/m 2 ≤ 25 Kpa ⇒ α = 1.0

 Lớp 2:
Ta có: Su = 34.7 kN/m 2 = 34.7 kPa = 0.0347MPa.
Sử dụng phương pháp tra biểu đồ:
Ta thấy cấu tạo địa chất gần giống sơ đồ 2 do đó ta sẽ sử dụng sơ đồ 2:
Với chiều sâu Db tính từ đỉnh lớp 2 hay: D b = 15.4m
Db 15.4
=
= 34.22 => Db >20D. Do đó:
D 0.45

α =0.83

Sử dụng công thức của API với Su= 34,7 kPa ta có:
 S − 25KPa 
 34.7 − 25 
= 0.903
⇒ α = 1 − 0 .5  u
 α = 1 − 0.5

 50 
 50 KPa 

 Lớp 3:
Ta có: Su = 48.9 kN/m 2 = 48.9 kPa = 0.0489 MPa. D b = 2.3m
Ta coi lớp đất 2 và 3 làm việc như nhau, tức là coi như đồng nhất (Chúng đều là

lớp đất chịu lực) Như vậy hệ làm việc cũng tương tự như ở sơ đồ 2, với D b là chiều
sâu tính từ đỉnh lớp 2
Tra sơ đồ 2, với chiều sâu Db tính từ đỉnh lớp 2 hay: Db=25-5.3=18.7m
Db 18.7
=
= 41.56 >20 Do đó:
D 0.45

α = 0.760

Sử dụng công thức của API với Su= 48.9 kPa ta có :
 S − 25KPa 
 48.9 − 25 
α
1 − 0.5
⇒ α = 1 − 0 .5  u

=
 = 0.761

50

50
KPa



Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

11


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

Bảng 3: Sức kháng thân cọc Qs ở các lớp đất
Độ sâu Chiều dày
Tên lớp lớp đất lớp đất Sau
(m)
xói: L (mm)
Lớp 1
Lớp 2
Lớp 3

5.30
20.70
34.00

3100
15400
3300

Cường độ
Hệ số
kháng
kết dính
cắt: Su
α

(N/mm2)
0,0157
0,0347
0,0489

1.00
0.83
0.76

qS
(N/mm2)

Qs
=qs.4.450.L
(N)

0,0157

87606

0,028801
0,037164

798363,72
220754,16

Sức kháng thân cọc như sau:
QS= 87606 + 798363,72 + 220754,16 = 1106723.88 N
3.2.2. Sức kháng mũi cọc Qp
Sức khángđơn vị mũi cọc trong đất sét bão hòa qp xác định như sau: qp = 9.Su

Trong đó: Su: Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (Mpa), Su = Cuu
Mũi cọc đặt tại lớp 3 có: Su = 48.9 kN/m 2 = 0.0489 Mpa
=> Qp = Ap qp = 4502 x 9 x 0.0489 = 89120.25 N
Vậy Sức kháng nén dọc trục theo đất nền:
QR = ϕ qp Q p + ϕ qs Q s = 0.56 (1106723.88 + 89120.25) = 669672.71 N = 669.67 kN
3.3. Sức kháng dọc trục của cọc đơn :

Ptt = min( PR, Q R ) =min(3627.68; 669.67) = 669.67 kN.

Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

12


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

4. Xác định số lượng cọc và bố trí cọc
4.1. Xác định số lượng cọc
N
n=
Ptt
Trong đó: N: Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐ (kN), N=11447.72 kN
Ptt: Sức kháng dọc trục của cọc đơn (kN), Ptt= 669.67 kN
Thay số: n =

11447.72

= 17.09 . Chọn n = 28 cọc.
669.67

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 được nhỏ hơn 750mm hoặc 2.5 lần
đường kính hay bề rộng cọc, chọn giá trị nào lớn hơn.
Với n = 24 cọc được bố trí theo dạng lưới ô vuông trên mặt bằng và được bố
trí thẳng đứng trên mặt đứng, với các thông số :
+ Số hàng cọc theo phương dọc cầu là 6. Khoảng cách tìm các hàng cọc theo
phương dọc cầu là 1200 mm.
+ Số hàng cọc theo phương ngang cầu là 4. Khoảng cách tim các hàng cọc
theo phương ngang cầu là 1200 mm.
+ Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả hai phương dọc
cầu và ngang cầu là 500 mm.

Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

13


Bộ môn Địa – kỹ thuật

3@120=360
50

460

50

Thiết kế môn học Nền và Móng

5@120=600
50

50

720
Hình 5. Mặt bằng cọc

4.2.2. Tính thể tích bệ.
Với 28 cọc bố trí như hình vẽ, ta có các kích bệ là: 4600mm x 8200mm. Trong
đó : a = (460 - 120) : 2 = 1700 mm.
b = (820 - 450) : 2 =1850 mm.
Chiều dày bệ: 2000 mm
Thể tích bệ là: Vb = 8200x4600x2000 = 75.44x109 mm3 = 75.44 m3.
4.3. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ

+5.20(C§§T)

120

150
25

N

b=125

Hy

Mx

N?
Hy ?

Mx ?

+2.00(MNTN)

b=125
+1.00(C§§B)

-1.00(C§§AB)

N

a=170

25

My

a=170

Hx

0.00

200

25

25

N?
Hx ?

My ?

460

700

Hình 6. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ
Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

14

200

450

520

150

170

+4.50(MNCN)

60 80

800

doc tru cau
N
My
Hx
60 80

Ngang tru cau
N
Mx
Hy


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

4.3.1. Trạng thái giới hạn sử dụng
 Tải trọng thẳng đứng:
SD
N SD

2 = N 1 + ( γ bt − γ n )xVb

= 8028.19+ (24.5 - 9.81) x 75.44 = 9136.40 kN.
 Tải trọng ngang:
SD
H SD
2 = H 1 = 110 kN.

 Mômen
SD
SD
M SD
2 = M 1 + H 1 xH b = 962 + 110x2 = 1182 kN.m

4.3.2. Trạng thái giới hạn cường độ
 Tải trọng thẳng đứng:
N C2 § = N 1C § + (1.25xγ bt − γ n )xVb

= 11447.72+ (1.25x24.5 - 9.81) x 75.44= 13018.00 kN
 Tải trọng ngang:
H 2CĐ = H 1CĐ = 192.5 kN.

 Mômen
M C2 § = M 1C § + H 1C § xH b = 1683.5 + 192.5 x 2 = 2068.5 kN.m

Bảng 4: Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ
Tải trọng

Đơn vị

TTGHSD

TTGHCĐ

Tải trọng thẳng đứng

kN

9136.40

13018.00

Tải trọng ngang

kN

110

192.5

Mômen

kN.m

1182

2068.5

Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

15


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

5. Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cường độ I
5.1. Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn
5.1.1. Tính nội lực tác dụng lên đầu cọc
Cách 1: Tính theo móng cọc bệ cao
Lập bảng Excel để tính nội lực tác dụng lên đầu cọc, chú ý ở đây tải trọng dọc cầu,
kết quả như sau:
Bảng tính nội lực dọc trục lên cọc
Cäc

Xn

sinαn

cosαn

LNn

Fn

v

u

w

Nn

1

1.80

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

544.92

2

1.80

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

544.92

3

1.80

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

544.92

4

1.80

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

544.92

5

1.80

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

544.92

6

1.80

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

544.92

7

1.80

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

544.92

8

0.60

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

491.59

9

0.60

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

491.59

10

0.60

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

491.59

11

0.60

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

491.59

12

0.60

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

491.59

13

0.60

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

491.59

14

0.60

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

491.59

15

-0.60

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

438.26

16

-0.60

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

438.26

17

-0.60

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

438.26

18

-0.60

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

438.26

19

-0.60

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

438.26

20

-0.60

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

438.26

21

-0.60

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

438.26

22

-1.80

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

384.94

23

-1.80

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

384.94

24

-1.80

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

384.94

25

-1.80

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

384.94

26

-1.80

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

384.94

27

-1.80

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

384.94

28

-1.80

0.00

1.00

23.00

0.20

0.02

0.00

0.00

384.94

Nội lực cọc lớn nhất Nmax= 544.92 kN.
Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

16

Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

Cách 2: Tính theo chương trình FB-Pier
Khai báo các thông số, chạy chương trình, được kết quả như sau:
**********************************************
***** Final Maximums for all load cases *****
**********************************************
Result Type

Value

Load

Comb.

Pile

*** Maximum pile forces ***
Max shear in 2 direction

0.3636E+01 KN

1

0

16

Max shear in 3 directio

-0.1470E+02 KN

1

0

3

Max moment about 2 axis

-0.2412E+01

KN-M

1

0

3

Max moment about 3 axis

-0.5185E+00

KN-M

1

0

16

Max axial force

-0.5475E+03 KN

1

0

15

Max torsional force

0.0000E+00

Max demand/capacity rati0 0.1175E+00

KN-M

0
1

0
0

0
15

Do đó: Nmax = 547.5 KN, vậy lấy giá trị lớn hơn là Nmax = 547.5 KN để kiểm toán.

Hình 7. Biểu đồ nội lực cọc trong Fb-pier
5.1.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn
Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

17


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục cọc đơn:
Nmax + ∆N ≤ Ptt
Trong đó:
Ptt: Sức kháng tính toán chịu nén của cọc đơn
Nmax: Nội lực tác dụng lớn nhất lên một cọc, Nmax = 547.5 KN
∆N: Trọng lượng bản thân cọc
Ta có: ∆N = 0.45 x 0.45 x 24 x 24.5= 119.07 KN
Kiểm toán:
Nmax + ∆N = 547.5 + 119.07 = 666.57 kN ≤ Ptt= 669.67 kN => Đạt

5.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc
Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc:
Vc ≤ Q R = ϕg Q g

Trong đó :
VC: Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số. VC = 13018 (kN)
QR: Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc
ϕg : Các hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc. Ta có: ϕg = 0.65
Qg: Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc, được xác định như sau

Với đất dính
Qg = min{η xTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn; sức kháng trụ tương đương}
= min{Qg1; Qg2}
Ta có: Cao độ mặt đất sau xói là: - 3.1 m
Cao độ đáy bệ là
: -1 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 được nhân với hệ
số hữu hiệu, lấy như sau:
η = 0.65 với khoảng cách tim đến tim bằng 2.5 lần đường kính
η = 1.00 với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đường kính
Mà khoảng cách tim đến tim bằng
nội suy h :

Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

1200
= 2.67 lần đường kính cọc do đó ta
450

18

Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

1.2 − 2.5d
(1 − 0.65) = 0.65 + 1.2 − 2.5 × 0.45 (1 − 0.65) = 0.653
6d − 2.5d
6 × 0.45 − 2.5 × 0.45
 Xác định Qg1
Như đã xác định ở trên, sức kháng thân cọc danh định:
Qs = 1106723.88 N = 1106.72 kN
Sức kháng mũi cọc danh định:
Qp = 89.12 kN
η = 0.65 +

Vậy, tổng sức kháng tính toán dọc trục của nhóm cọc trong đất sét:
Qg1 = n x (Qs + Qp) x η = 28 x (1106.72 + 89.12) x 0.653 = 21864.74 kN
 Xác định Qg2
Sức kháng đỡ của phá hoại khối được xác theo công thức:
Qg2 = ( 2X + 2Y ) ZS u + XYN C S u

Hình 8. Quy đổi kích thước nhóm cọc
Trong đó :
X : Chiều rộng của nhóm cọc X = 3.1200 + 450 = 4050 mm = 4.05 m
Y : Chiều dài của nhóm cọc Y = 6.1200 + 450 = 7650 mm = 7.65 m
NC : Hệ số phụ thuộc tỷ số Z/X
Z : Chiều sâu của khối đất dưới bệ cọc, Z = (-2.2) – (- 24) = 21.8m
Z 21.8
=

= 5.38 > 2.5
Ta có:
X 4.05
0,2 X
0.2 × 4.05
) = 7.5(1 +
) = 8.29
Do đó: N C = 7.5.(1 +
Y
7.65
S u : Cường độ chịu cắt không thoát nước trung bình dọc theo chiều sâu của cọc
Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

19


Thiết kế môn học Nền và Móng

SU =

Bộ môn Địa – kỹ thuật

0.0157 × 3.1 + 0.0347 × 15.4 + 0.0489 × 3.3
= 0.034 MPa
3.1 + 15.4 + 3.3

Su : Cường độ chịu cắt không thoát nước tại đáy móng(Mpa). Su = 0.0489 Mpa
=> Qg2 = (2x4050+2x7650)x21800x0.034 + 4050x7650x8.29x0.0489
= 27933645 N = 27933.645 kN

Vậy, Qg= min{Qg1; Qg2} = min {21864.74; 27933.645} kN = 21864.74 kN
Sức kháng dọc trục của nhóm cọc:
QR = ϕ g .Qg = 0.65 × 21864.74 = 14212.08kN
=> QR =14212.08 > VC = 13018 (kN)
=> Đạt

Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

20


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

6. Kiểm toán móng theo TTGHSD
6.1. Xác định độ lún ổn định
6.1.1. Xác định ứng suất có hiệu do trọng lượng bản thân các lớp đất theo chiều
sâu, tính đến trọng tâm của lớp đất tính lún.
Với mục đích tính toán độ lún của nhóm cọc, tải trọng được giả định tác động
lên móng tương đương đặt tại 2/3 độ sâu chôn cọc vào lớp đất chịu lực (2D b/3) .Tải
trọng phân bố theo đường 2:1 theo móng tương đương như hình vẽ.

Hình 9. Mô hình quy đổi sang móng tương đương
Db là tính từ lớp đất chịu lực, theo tài liệu khảo sát địa chất lớp 1 là lớp xấu, chỉ
có lớp 2, 3 là lớp tốt, lớp chịu lực
Độ sâu bắt đầu từ lớp 2 (lớp chị lực) (tức là từ lớp tốt) là: -5,3 m
Như vậy ở đây Db= - 5,3 – (-24) = 18,7 m
⇒ 2Db/3 = 12.47 m.

Như vậy móng tương đương nằm trong lớp 2, cách đáy lớp 2 là:
(15.40 - 12.47) = 2.93 m
Lớp đất tính lún ở bên dưới móng tương đương, có chiều dày như hình vẽ.

Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

21


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

Hình 10. Phân chia các lớp tính lún
Ứng suất có hiệu do trọng lượng bản thân các lớp đất theo chiều sâu được xác
định như sau: σ'o = σ z − σ u
Trong đó : σ z : Ứng suất tổng
σ u : Áp lực nước lỗ rỗng ứng với MNTN = 2 m

hw : là độ sâu so với MNTN. hw= Zi + 2

Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

22


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

Bảng 5: Ứng suất có hiệu các điểm do trọng lượng bản thân

Điểm

Trọng
lượng
thể tích
γi

A
B
C
D
E
E1
E2
E3
E4
E5
E6
F
E7
E8
E9
E10
E11
E12
E13

E14

16.3
16.3
18.8
18.8
18.8
19,3
19,3
19,3
19,3
19,3
19,3
19,3
19,3
19,3
19,3
19,3
19,3
19,3
19,3
19,3

Độ
sâu
Zi
(m)

∆Z i =

Zi+1-Zi
(m)

0
0
5.30
5.30
17.77 12.47
19.235 1.465
20.7 1.465
21,7
1
22,7
1
23,7
1
24,7
1
25,7
1
26,7
1
27,35 0,65
27,7
0,35
28,7
1
29,7
1
30,7

1
31,7
1
32,7
1
33,7
1
34,7
1

Ứng suất (KN/m2)
Áp lực
Ứng suất tổng
nước lỗ
rỗng

Ứng suất
có hiệu
'

∆σ z

σz

0
86,39
234,44
27,542
27,542
19,3

19,3
19,3
19,3
19,3
19,3
12,55
6,76
19,3
19,3
19,3
19,3
19,3
19,3
19,3

19,62
106,01
340,45
367,99
395,53
414,83
434,13
453,43
472,73
492,03
511,33
523,88
530,63
549,93
569,23

588,53
607,83
627,13
646,43
665,73

σo
σ u = γ n .hw
= γ n .( Z i + 2) = σ − σ
z
u

19,62
71,613
193,944
208,315
222,687
232,497
242,307
252,117
261,927
271,737
281,547
287,9235
291,357
301,167
310,977
320,787
330,597
340,407

350,217
360,027

0
34,397
146,502
159,673
172,843
182,333
191,823
201,313
210,803
220,293
229,783
235,952
239,273
248,763
258,253
267,743
277,233
286,723
296,213
305,703

Vậy, ứng suất có hiệu tại giữa các lớp đất tính lún là:
Lớp đất thứ 1: σ 'o1 = 159,673 kN/m2
Lớp đất thứ 2: σ 'o 2 = 235,952 kN/m2
6.1.2. Xác định ứng suất gia tăng do tải trọng ở trạng thái giới hạn sử dụng gây ra
Độ tăng ứng suất có hiệu tại giữa lớp đất do tải trọng ở trạng thái sử dụng gây
ra được xác định theo công thức sau :

Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

23


Thiết kế môn học Nền và Móng

∆σ ' =

Bộ môn Địa – kỹ thuật

V
F

F = Atđ .Btđ = ( B g + 2.z i .tgα ).( Lg + 2.z i .tgα )

Ta có :
tgα =

1
2

'
=> ∆σ =

V
(B g + z i )(L g + z i )

Hình 11. Minh họa quy đổi vùng diện tích điểm tính ứng suất có hiệu

Trong đó :
∆σ ' : Độ tăng ứng suất có hiệu tại giữa lớp đất do tải trọng ngoài gây ra
V: Tải trọng thẳng đứng theo trạng thái giới hạn sử dụng, V = 9136.40KN
Bg: Chiều rộng trên mặt bằng của nhóm cọc. (=X)
Lg: Chiều dài trên mặt bằng của nhóm cọc. (=Y)
Zi : Khoảng cách từ vị trí 2Db/3 đến trọng tâm lớp đất cần tính lún
Ta có bảng tính ∆σ ' như sau :
Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

24


Thiết kế môn học Nền và Móng

Bộ môn Địa – kỹ thuật

Bảng 6: Ứng suất có hiệu các điểm do tải trọng ở TTGHSD
Điểm
tính lún
C
D
E
E1
E2
E3
E4
E5
E6

F
E7
E8
E9
E10
E11
E12
E13
E14

Bg (m)

Lg (m)

4.05
4.05
4.05
4.05
4.05
4.05
4.05
4.05
4.05
4.05
4.05
4.05
4.05
4.05
4.05
4.05

4.05
4.05

7.65
7.65
7.65
7.65
7.65
7.65
7.65
7.65
7.65
7.65
7.65
7.65
7.65
7.65
7.65
7.65
7.65
7.65

Zi (m) (Móng
tương đương)
0,00
1,47
2,93
3,93
4,93
5,93

6,93
7,93
8,93
9,58
9,93
10,93
11,93
12,93
13,93
14,93
15,93
16,93

'

2

Tỉ lệ:

∆σ (kN/m )

∆ σ '/ σ 0 '

294,89
181,57
123,62
98,80
80,82
67,37
57,04

48,93
42,43
38,89
37,16
32,81
29,19
26,14
23,54
21,31
19,39
17,71

∞
5,28
0,84
0,62
0,47
0,37
0,30
0,24
0,20
0,18
0,16
0,14
0,12
0,11
0,09
0,08
0,07
0,06

6.1.3. Chiều sâu tính lún ( Hc )
Quy định: Chiều sâu Hc của tầng đất chịu nén tính từ đáy móng đến độ sâu mà ở đó
ứng suất phụ thêm ∆σ ' bằng 0.1 ứng suất do trọng lượng bản thân của đất
∆ σ ' ≤ 0,1.σ 0 '

Qua bảng 5 ta thấy Hc = Zi (E11) = 13.93 m
6.1.4. Xác định độ lún ổn định
- Xác định OCR hay tỉ lệ: σ P '/ σ 0 '
Ở đó:

σ P ' : Áp lực tiền cố kết ( lấy từ thí nghiệm nén cố kết ). (kN/m2)
Nguyễn Văn Ngân
Cầu - Đường Pháp k47

25