thiết kế môn học nền móng

Thiết kế môn học nền móng

PHầN 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:

s
n
W
WL
Wp
a
k
n
e
Sr
c



: Trọng lợng riêng của đất tự nhiên (kN/m3)
: Trọng lợng riêng của hạt đất (kN/m3
: Trọng lợng riêng của nớc ( n=9.81kN/m3)
: Độ ẩm (%)
: Giới hạn chảy (%)
: Giới hạn dẻo (%)
: Hệ số nén (m2/kN)
: Hệ số thấm (m/s)
: Độ rỗng
: Hệ số rỗng

: Độ bão
: Lực dính đơn vị (kN/m2)
: Tỷ trọng của đất (độ)
: Tỷ trọng của đất

Tại lỗ khoan BH3, khoan xuống cao độ là - 40m, gặp 4 lớp đất nh sau:
Lớp 1:
Lớp 1 là lớp cát bụi,màu xám,xám đen kết cấu rất rời rạc. Chiều dày của lớp xác
định đợc ở BH3 là 4.30m, cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là -4.30m. Chiều
sâu xói của lớp đất này là 2.40m.
Lớp 2:
Lớp 2 là lớp sét màu xám nâu,xám đen,trạng thái chảy, phân bố dới lớp 1. Chiều
dày của lớp là 3.90m, cao độ mặt lớp là -4.30, cao độ đáy là -8.20m.Lớp đất có độ
ẩm W = 52.2% ,độ bão hoà Sr = 99.2.co độ sệt IL= 1.42.
Lớp 3:
Lớp thứ 3 gặp ở BH3 là lớp cát hạt nhỏ màu xám,kết cấu chặt vừa, phân bố dới
lớp 2. Chiều dày của lớp là 28.80 m, cao độ mặt lớp là -8.20 m, cao độ đáy lớp là
-37.0m.
Lớp 4:
Lớp thứ 4 là lớp cát hạt trung, màu xám, kết cấu rất chặt, phân bố dới lớp 3.
Chiều dày của lớp là 3.00 m, cao độ mặt lớp là -37.0m, cao độ đáy lớp là -40.0m.
II. 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, ta có một số nhận xét và kiến nghị sau:
1

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

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 3 làm tầng tựa cọc.
+ Nên để cho cọc ngập sâu vào lớp đất số 3 để tận dụng khả năng chịu ma
sat của cọc.

2

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

PHầN II
THIếT Kế Kĩ THUậT
Bố trí chung công trình
Dọc cầu

Ngang cầu
+9.60(CĐĐT)

450

25 150

25 120 25
170

125

620

960

620

800

+3.90(MNTT)
+2.80(MNTN)

125

170

960

150 25

60 80

60 80

+8.80(MNCN)

170

200

200

+2.00(CĐĐB)

0.00(CĐĐAB)
5@120=600

50

50

700

50

3@120=360
460

0.00(CĐMĐ)

50

-1.70(MĐSX)

-1.70(MĐSX)

Sét pha

-5.20

24 cọc BTCT 450 X 450
L = 29.00 m

Cát hạt nhỏ

-14.20
Sét pha

-18.50

Cát hạt nhỏ

-28.00

P4

P5

P6

P7

P8

P9

P10

P11

P12

P13

P14

P15

P16

P17

P18

P19

P20

P21

P22

P23

P24

700

P3

500

P2

800

P1

50
50

5@120=600

50

150

460

3@120=360

50

150

-28.00

700

460

mặt bằng cọc

mặt bằng trụ

3

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

I. Lựa chọn kích thớc công trình
1.1. Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc
Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT)
Theo số liệu bài cho:
MNCN: Mực nớc cao nhất, MNCN = 3.00m
MNTT : Mực nớc thấp nhất, MNTT = 1.50m.
Sông không thông thuyền..
=> Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = MNCN + 0.5 = 3.0 + 0.5 = +3.5m..
Cao độ đỉnh bệ (CĐĐB)
Cao độ đỉnh bệ MNTN - 0.5m = 1.5 - 0.5 = 1m.
=> Chọn cao độ đỉnh bệ: CĐĐB = +1.0m.
Cao độ đáy bệ (CĐĐAB)

Cao độ đáy bệ = CĐĐB - Hb
Hb : Chiều dày bệ móng (Hb = 1.5m ữ 2m ). Chọn Hb = 2 m
=> Cao độ đáy bệ: CĐĐAB = 1.0 - 2.0 = -1.0 m
Vậy chọn các thông số thiết kế nh sau:

Cao độ đỉnh trụ

Httr = ?

Httr = ?

MNTT
MNTN

b=?

450

b=?

Hb = ?

a=?
Hb = ?

a=?

150 25

Htt

25 120 25

60 80

800

60 80

170

Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT
= + 3.5m.
Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB
= + 1.0m
Cao độ đáy bệ là : CĐĐAB = -1.0m
Bề dầy bệ móng : Hb
= 2 m.
1.2. Chọn kích thớc cọc và cao độ mũi cọc

4

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là lớn,
địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 8.2m 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 3 là lớp cát hạt nhỏ, kết cấu chặt vừa. Cao độ mũi cọc là -29.00m.
Nh vậy cọc đợc đóng vào trong lớp đất số 3 có chiều dày là 20.8m.
Chiều dài của cọc (Lc) đợc xác định nh sau:
Lc = CĐĐB - Hb - CĐMC
Lc = 1.0 - 2.0 - (- 29.0) = 28.00 m.
Trong đó:
CĐĐB = 1.00 m : Cao độ đỉnh bệ.
Hb = 2.00 m : Chiều dày bệ móng
CĐMC = -29.00m : Cao độ mũi cọc.
Kiểm tra:

Lc
29
=
= 64.44 < 70
d
0.45

=> 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: 28m = 10m +10m + 9m. Nh vậy
hai đốt thân cọc có chiều dài là 10m ; đốt mũi có chiều dài 9m. Các đốt cọc sẽ đợc
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 Htr:
Htr = CĐĐT - CĐĐB - CDMT
Htr = 3.5 - 1.0 - 1.4 = 1.1m..

Trong đó:
Cao độ đỉnh trụ
: CĐĐT = + 3.5m.
Cao độ đỉnh bệ
: CĐĐB = + 1.0m
Chiều dày mũ trụ : CDMT = 0.8+0.6 = 1.4m
2.1.2. Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc)

5

Đờng sắt K47


Cao độ đỉnh trụ

V1
V2

30

Thiết kế môn học nền móng
Cao độ đáy dầm

V1
V2

Htt

MNCN

V3

V3

MNTT
MNTN

Thể tích trụ toàn phần Vtr :
Vtr = V1 + V2 + V3

=

(8 + 4.5 + 0.25 x 2)
x1.2 2
8 x1.7 x0.8 +
x1.7 x0.6 + (
+ 3.3 x1.2) x1.1
2
4

= 10.88 + 6.63 + 5.6 = 23.11 m3.
2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nớc (không kể bệ cọc)
Thể tích trụ ngập nớc Vtn:
Vtn = Str x (MNTN - CĐĐB)
=(

x1.2 2
+ 3.3 x1.2) x (1.5 1.0) = 2.545m 3
4

Trongđó:
MNTN = 1.5 m : Mực nớc 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
Các tổ hợp tải trọng đề bài ra nh sau:
Tải trọng
- Tĩnh tải thẳng đứng

Đơn vị
kN

TTGHSD
5500

- Hoạt tải thẳng đứng

kN

3800

H oh - Hoạt tải nằm ngang

kN

120

KN.m

650

N ot
N oh

M o - Hoạt tải mômen

Hệ số tải trọng: Hoạt tải : n = 1.75
Tĩnh tải : n = 1.25
bt = 24,50 kN/m3 : Trọng lợng riêng của bê tông
n = 9,81 kN/m3 : Trọng lợng riêng của nớc
6

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

2.2.1. Tổ hợp tải trọng theo phơng ngang cầu ở TTGHSD
Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn ngang cầu:
o
o
N SD
1 = N h + ( N t + bt xVtr ) n xVtn

= 3800 + (5500 + 24.50x23.11) 9.81x2.545 = 9841.23 kN
Tải trọng ngang tiêu chuẩn ngang cầu:
H 1SD = Ho = 120 kN

Mômen tiêu chuẩn ngang cầu:
M 1SD = M o + H oh x(C Đ Đ T C Đ Đ B )
= 650 + 120 x(3.5 1.0) = 950 kN.m

2.2.2. Tổ hợp tải trọng theo phơng ngang cầu ở TTGHCĐ
Tải trọng thẳng đứng tính toán ngang cầu
N 1C Đ = 1.75xN oh + 1.25x( N ot + bt xVtr ) n xVtn
= 1.75x3800 + 1.25x(5500 + 24.50x23.11) 9.81x2.545
= 14207.78kN
Tải trọng ngang tính toán ngang cầu:
H 1C Đ = 1.75x H oh = 1.75x120 =210 kN.
Mômen tính toán ngang cầu:
M 1C Đ = 1.75xM o + 1.75xH oh x(C Đ Đ T C Đ Đ B )
= 1.75 x650 + 1.75 x120 x(3.5 1.0) = 1662.5kN.m

Tổ hợp tải trọng thiết kế TạI ĐỉNH Bệ
Tải trọng
Tải trọng thẳng đứng
Tải trọng ngang
Mômen

Đơn vị
kN
kN
kN.m

TTGHSD
9841.23
120
950

TTGHCĐ
14207.78
210
1662.5

iii. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc
3.1. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu PR
Chọn vật liệu:
+ Cọc bê tông cốt thép, tiết diện của cọc hình vuông: 0.45m x 0.45m
7

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

+ Bê tông có fc' = 30MPa
+ 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

Mặt cắt ngang cọc BTCT



Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu: PR

Dùng cốt đai thờng, ta có: PR = xPn = x0.8x{0.85x fc' x(Ag Ast) + fyxAst}
Trong đó:
: Hệ số sức kháng của bê tông, = 0.75
fc' : Cờng 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 = 2025000mm2
Ast : Diện tích cốt thép, Ast = 8x387=3096mm2
Vậy: PR = 0.75x0.8x{0.85x30x(202500 3096) + 420x3096}
= 3831073.2 N 3831.1KN.
3.2. Sức kháng nén dọc trục theo đất nền QR
Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: QR = qp Q p + qs Q s

Với: Q s = q s .A s ; Q p = q p .A p
Trong đó: Qp : Sức kháng mũi cọc (MPa)
8

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

qp : Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa)
Qs
qs

Ap
As
qp

: Sức kháng thân cọc (MPa)
: Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa)
: Diện tích mũi cọc (mm2)
: Diện tích bề mặt thân cọc (mm2)
: Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc

qs : Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc
qs = 0.7 v trong đất sét với v = 0.8 ta có: qs = 0.56
qs = 0.45 v trong đất cát với v = 0.8 ta có: qs = 0.36
q = 0.45 v trong đất cát với v = 0.8 ta có: q = 0.36
3.2.1. Sức kháng thân cọc Qs
Do thân cọc ngàm trong 4 lớp đất, có cả lớp đất dính và lớp đất rời, nên ta tính
Qs 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 qs nh sau: q s = S u

Trong đó:
Su: Cờng độ kháng cắt không thoát nớc trung bình (Mpa), Su = Cuu
: Hệ số kết dính phụ thuộc vào Su và tỷ số
theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05.

Db
và hệ số dính đợc tra bảng
D

Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định của API nh sau :
- Nếu Su 25 Kpa = 1.0
S 25KPa
- Nếu 25 Kpa < Su < 75 Kpa = 1 0.5 u

50KPa
- Nếu Su 75 Kpa = 0.5
Lớp 2 :
Ta có: Su = 17.2KN/m 2 = 17.2Kpa = 0.0172Mpa. Db = 3.90m
Ta có: =1.00
9

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

Tên lớp
Lớp 2

Độ
sâu
(m)

Chiều

dày
(m)

Chu
vi
(m)

4.3

3.9

1.8

Cờng độ
kháng cắt
Su
(N/mm2)
0.0172

Hệ số

qS

Qs



(N/mm2)

(N)

1.000

0.0172

120774

Đối với lớp đất cát: Sức kháng thân cọc Qs nh sau:
Qs = qs x As và qs = 0.0019 N
Trong đó : As : Diện tích bề mặt thân cọc (mm2)
N : Số đếm búa SPT trung bình dọc theo thân cọc (búa/300mm)

Ta có bảng :
Tên
lớp

Độ
sâu

Chiều
dày

Lớp 1

0

0

Lớp3

Chu vi Chỉ số
SPT

2
4

2
2

1.8
1.8
1.8

8.2
10
13
16
19
22
24
27

0
1.8
3
3
3
3
2
3

1.8
1.8
1.8
1.8
1.8
1.8
1.8
1.8

0

Chỉ số
SPT
trung
bình

qs

Asi

0

0
3600000
3600000

0
13680
13680

0
3240000
5400000
5400000
5400000
5400000
3600000
5400000

0
49248
112860
112860
143640
205200
82080
225720

2
2

2
2

0
0.004
0.004

0

8
11
11
14
20
12
22

0
8
11
11
14
20
12
22

0
0.015
0.021
0.021
0.027
0.038
0.023
0.042

Qsi

931608
Vậy sức kháng thân cọc nh sau:

10

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

Lớp
1
2
3

Hệ số sức

Q qs

kháng qs

(N)
27360
120774
931608

0.36
0.56
0.36

qs Q qs
(N)

9849.6
67633.44
335378.88
412861.9

Tổng
3.2.2. Sức kháng mũi cọc Qp
Sức kháng mũi cọc Qp: Qp = qp x Ap và q p =

0.038N corr D b
q l
D


1.92
Với: N corr = 0.77 log ' N
v

10
Trong đó:
Ap : Diện tích mũi cọc (mm2).
Ncorr: Số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ, 'v
'v : ng suất có hiệu (N/mm2),
: ng suất tổng (KN/m2)
u : p lực nớc lỗ rỗng ứng với MNTN = 1.5m
N : Số đếm SPT đo đợc (búa/300mm)
D : Chiều rộng hay đờng kính cọc (mm)
Db : Chiều sâu xuyên trong tầng đất chịu lực ( lớp đất 3) (mm)
ql
ql

: Sức kháng điểm giới hạn (MPa)
= 0.4Ncorr cho cát và ql = 0.3Ncorr cho bùn không dẻo

Tính 'v :
1
2
3
ì h1 + dn
ì h2 + dn
ì h3
' = dn

Trong đó:
1
dn
: trọng lợng thể tích đẩy nổi của lớp đất 1.
2
dn : trọng lợng thể tích đẩy nổi của lớp đất 2.
3
dn
: trọng lợng thể tích đẩy nổi của lớp đất 3.
h1 ; h2 ; h3 tơng ứng là bề dày lớp đất 1, 2, 3
Ta có:
dn =

Với :

( 1) ì n
1+ e

11

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng
: tỷ trọng của từng lớp đất.
n : trọng lợng thể tích của nớc = 9.81 KN/m3

e: hệ số rỗng tự nhiên của lớp đất tơng ứng.
Căn cứ vào số liệu thí nghiệm của từng lớp đất ta thấy của các lớp đất đều bằng
nhau:
=

s 26.7
=
= 2.72
n 9.81

Suy ra:
1
dn
=

dn2 =

3
dn
=

( 1) ì n = ( 2.72 1) ì 9.81 = 8.28( KN / m3 )

1 + e1
( 1) ì n
1 + e2

=

1 + 1.04
( 2.72 1) ì 9.81
1 + 1.405

= 7.02( KN / m3 )

( 1) ì n = ( 2.72 1) ì 9.81 = 8.65( KN / m3 )
1 + e3

1 + 0.952

Ta có: = 1 (h1 hx ) + 2 h2 + 3 h3
= 8..28x(4.3-2.4) + 7.02x3.9 + 8.65x20.8 = 223.03 KN/m2
Vậy: v ' = 223.03 KN/m2 = 0.223 N/mm2
Tính Ncorr:
Ta có: N = 23, D = 450mm, Ap = 202500mm2
Db =28m = 28000mm
Thay số vào ta có:

1.92
N corr = 0.77 log

23 = 16.56
10 0.223

0.038 x16.56 x 28000
qp =
= 39.2 N / mm 2
450
ql = 0.4 N corr = 0.4 ì 16.56 = 6.624 N/ mm2 < qp = 39.2N/mm2

Chọn: qp = 6.624 N/mm2
=> qp Q p =0.36 x 6.624 x 202500 = 482889.6 N
Vậy sức kháng nén dọc trục theo đất nền:
QR =412861.9+482889.6 = 895752N 895.75 KN
3.3. Sức kháng dọc trục của cọc đơn Ptt
Sức kháng dọc trục của cọc đơn đợc xác đinh nh sau:
12

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

Ptt = min( PR , Q R ) =min(3831.1; 895.75) = 895.75 KN
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: n

N
Ptt

Trong đó: N : Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐ (KN).
Ptt : Sức kháng dọc trục của cọc đơn (KN).
Thay số: n

14207.78
= 15.86 . Chọn n = 24 cọc.
895.75

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 đờng 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.
+ 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.

13

Đờng sắt K47


50 3@120=360 50

460

Thiết kế môn học nền móng
P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

P8

P9

P10

P11

P12

P13

P14

P15

P16

P17

P18

P19

P20

P21

P22

P23

P24

50

5@120=600

50

700

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: Vb = 7000x4600x2000 = 64.4x109mm3 = 64.4m3.
4.3. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ
4.3.1. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD
Tải trọng thẳng đứng:
SD
N SD
2 = N 1 + ( bt n )xVb

= 9841.23 + (24.5 - 9.81)x64.4 = 10787.27KN
Tải trọng ngang:
SD
H SD
2 = H 1 = 120.00 KN.

Mômen
SD
SD
M SD
2 = M 1 + H 1 xH b = 950+ 120x2 = 1190KN.m

4.3.2. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHCĐ
Tải trọng thẳng đứng:
N C2 Đ = N 1C Đ + (1.25x bt n )xVb
= 14207.78 + (1.25x24.5 - 9.81)x64.4=15548.27KN
Tải trọng ngang:
H C2 Đ = H1C Đ = 210 KN.
Mômen

M C2 Đ = M 1C Đ + H 1C Đ xH b = 1662.5+ 210x2 = 2082.5KN.m
Tổ hợp tải trọng tác dụng LÊN ĐáY Bệ

14

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

Tải trọng

Đơn vị

TTGHSD

TTGHCĐ

Tải trọng thẳng đứng

kN

10787.27

15548.27

Tải trọng ngang

kN

120.00

210.00

Mômen

kN.m

1190

2082.5

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:
*** Maximum pile forces ***
Max shear in 2 direction
0.2045E+02 KN
1
0
12
Max shear in 3 direction
0.4696E+01 KN
1
0
22
Max moment about 2 axis
0.1172E+01 KN-M
1

0
22
Max moment about 3 axis
-0.4186E+01 KN-M
1
0
12
Max axial force
-0.7764E+03 KN
1
0
9
Max torsional force
0.0000E+00 KN-M
0
0
0
Max demand/capacity ratio
0.2303E+00
1
0
11
Vậy, Nmax = 776.4KN.
5.1.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn
Công thức kiểm toán: N max + N Ptt
Trong đó: Nmax: Nội lực lớn nhất tác dụng lên đầu cọc (lực dọc trục).
N : Trọng lợng bản thân cọc (kN)
Ptt : Sức kháng dọc trục của cọc đơn (kN).
Ta có: Ptt = 895.75KN.
N = Lc .d 2 .( bt n ) = 29 x0.45 2 x (24.5 9.81) = 86.3KN

Vậy: N max + N =776.4 + 86.3 = 862.7 KN Ptt = 895.75 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 = g Q g = g1 Qg1 + g 2 Qg2
15

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

Trong đó:
VC

: Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số. VC = 15548.27 (kN)

QR

: Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc.

g
: Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc.
Qg
: Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc .
g1, g2 : Hệ số sức kháng đỡ của nhóm cọc trong đất dính, đất rời.
Qg1, Qg2 : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc trong đất dính, đất rời.
5.2.1. Với đất dính
Qg1 = min{xTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn; sức kháng trụ tơng đơng}

= min{Q1; Q2}
Với:



Hệ số hữu hiệu

Q1

: xTổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn trong đất dính.
: Sức kháng trụ tơng đơng

Q2

. Sức kháng đỡ của phá hoại khối đợc xác theo công thức:
Q2 = ( 2 X + 2Y ) ZSu + XYN cSu
Trong đó:
X : Chiều rộng của nhóm cọc
Y : Chiều dài của nhóm cọc
Z : Chiều sâu của nhóm cọc
NC : Hệ số phụ thuộc tỷ số Z/X
Su : Cờng độ chịu cắt không thoát nớc dọc theo chiều sâu cọc (MPa).
Su : Cờng độ chịu cắt không thoát nớc ở đáy móng (MPa).

16

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

Do hiện nay theo quy trình của cha có công thức đầy đủ để tính toán cho cọc
ngàm vào các lớp đất không đồng nhất.Và với thiết kế cọc co l = 29m ngàm sâu
vào tầng chịu lực(lớp thứ 3) một đoạn l = 20.8m.Ta chỉ huy động kiểm toán sức
kháng cuả nhóm cọc trong lớp thứ 3. Ta có :
Với đất rời
Qg2 = x Tổng 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 3là:
Qs3 = 931608 N
Vậy: Tổng sức kháng thân cọc của nhóm cọc trong đất cát:
Qs = nxQs 3 = 24 x931608 = 22358592 N = 22358.6 KN

Mũi cọc đặt tại cao độ -29m của lớp 3, sức kháng mũi cọc của nhóm cọc:
Q p = nxQ p = 24 x6.624 x 202500 = 32192640 N = 32192.64 KN

Do đó: Qg2 = 22358.6 + 32192.64 = 54551.24 KN
g2 = Hệ số sức kháng của cọc đơn, g2 = 0.36
Vậy sức kháng dọc trục của nhóm cọc:
QR = 0.36 x 54551.24 = 19638.4464 KN > VC = 15548.27 KN
Đạt

17

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

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: Db = 20800mm. Móng tơng đơng nằm trong lớp đất 3 và cách đỉnh lớp
một khoảng 2/3Db = 13870mm.
Với lớp đất rời ta có công thức xác định độ lún của móng nh sau:
30q.I. B
Sử dụng kết quả SPT: =
N corr
N
D'
Trong đó:
I = 1 0.125 0.5 và q = o
B
S
Với:
: Độ lún của nhóm cọc (mm).
q : p lực tĩnh tác dụng tại 2Db/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.
N0 : Tải trọng thẳng đứng tại đáy bệ ở TTGHSD, N0 =10787.27KN
S : Diện tích móng tơng đơng.
B : Chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm), B = 4050 mm.
Db : Độ sâu chôn cọc trong lớp đất chịu lực.
D : Độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2Db/3 (mm), D = 13870 mm.

18

Đờng sắt K47

Thiết kế môn học nền móng

Ncorr: 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

D'
13870
= 1 0.125 x
= 0.572 > 0.5
B
4050

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:
Btđ = 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:
Ltđ = 5x1.2 + 0.45 = 6.45 m
Diện tích móng tơng đơng là S = Btđ x Ltđ = 4.05x6.45 =24.50 m2
Do đó: q =

10787.27
= 440.3 KN/m2 = 0.440N/mm2
24.50

Tính Ncorr:




1.92
N corr = 0.77 log ' N 06
v

10
Trong đó:
Ncorr: Số đếm SPT gần mũi cọc đã hiệu chỉnh cho áp lực tầng phủ.
'v : ng suất thẳng đứng có hiệu (N/mm2).
N06 =

E.R
80%
4
.N = N .
= N.
60%
60%
3

N : là chỉ số SPT tại vị chí 2/3.Db
Nội suy ta đợc N = 20(Búa/300mm)
Tính 'v :
Ta có: = 1 (h1 hx ) + 2 h2 + 3 h3
= 8..28x(4.3-2.4) + 7.02x3.9 + 8.65x20.8 = 223.03 KN/m2

=> 'v = 223.03 KN/m2 0.223N/mm2
Thay số vào ta có:

1.92
N corr = 0.77 log
20 = 14.4 (Búa/300mm)
10 0.223


19

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

30 q.I. B 30 x0.440 x0.572. 4050
=> =
=
= 33.4mm
14.4
N corr
Vậy độ lún của nhóm cọc là: 33.4mm = 3.34 cm.
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 :
**********************************************

*** Maximum pile head displacements ***

Max displacement in axial
0.2243E-02 M
Max displacement in x
0.1085E-02 M
Max displacement in y
0.2613E-04 M

1
1
1

0
0
0

9
10
21

Kết luận chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cọc là:
Theo phơng (X):

y = 0.2613 .10-4 m = 0.026 mm 38mm

Theo phơng (Y):

x = 0.1085 .10-2 m = 1.085 mm 38mm


Vậy đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang

20

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

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 :
Lc = 29 (m). Đợc chia thành 3 đốt, 2 đốt có chiều dài L d = 10 (m) và 1 đốt có chiều
dài Ld = 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
Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2))
Trong đó:
Mmax(1): Mômen trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc
Mmax(2): Mômen trong cọc theo sơ đồ treo cọc
7.1.1.1. Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài Ld = 9 m
Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc
Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :
a = 0.207L d = 0.207x9 = 1.863(m) . Chọn a = 1.8m
Trọng lợng bản thân cọc đợc xem nh tải trọng phân bố đều trên cả chiều dài đoạn
cọc:
q1 = bt.A = 24,5*0,452 = 4,96 (KN/m)
Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :

1.8

5.4

8.04

1.8

8.04

10.04
Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(1)= 10.04 KN.m

21

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng


Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc
Móc đợc đặt cách đầu cọc một đoạn
b = 0.294Ld = 0.294 x 9 = 2.646 (m)
Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :

2.646
6.354

17.36

16.35

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là :
Mmax(2)= 17.36 KN.m
Vậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là :
Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) ) = max(10.04; 17.36) = 17.36 KN.m

22

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

7.1.1.2. Tính mômen cho đốt cọc có chiều dài Ld = 10 m
Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ cẩu cọc
Các móc cẩu đặt cách đầu cọc một đoạn :
0.207L d = 0.207x10 2(m)
Trọng lợng bản thân cọc đợc xem nh tải trọng phân bố đều trên cả chiều dài đoạn
cọc
q1 = bt.A = 24,5*0,452 = 4,96 (KN/m)
Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :

6

2

9.92

2

9.92

12.4

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax(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 = 0.294Ld = 0.294 x 10 = 2.94(m)
Dới tác dụng của trọng lợng bản thân ta có biểu đồ mô men nh sau :

2.94
7.06

21.44

20.18

23

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là :
Mmax(2)= 21.44 KN.m
Vậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là :
Mtt = max(Mmax(1) ; Mmax(2) ) = max(12.4; 21.44) = 21.44 KN.m
7.1.2. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc

450

50 2@175=350 50

Ta chọn cốt thép dọc chủ chịu lực là thép ASTM A615M
Gồm 8 22 có fy = 420 MPa đợc bố trí trên mặt cắt ngang của cọc nh hình vẽ :

50 2@175=350 50
450

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 Ld= 9 m thì Mtt = 17.36 KN.m
+) Cọc có chiều dài Ld= 10 m thì Mtt = 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 :
fr = 0.63 ì f ' c = 0.63 ì 28 = 3.334( MPa )
0.8.fr = 0.8*3.334 = 2.667 (MPa)

ng suất kéo tại thớ ngoài cùng của mặt cắt nguyên :
+) Cọc có chiều dài Ld= 9 m:
6
M
fct = tt x d = 6 M tt = 6 x17.36 x10 = 1.143 (MPa)
Ig 2
d3
450 3
+) Cọc có chiều dài Ld= 10 m:

24

Đờng sắt K47


Thiết kế môn học nền móng

f ct =

M tt d 6 M
6 x21.44x10 6
x = 3 tt =
= 1.41 (MPa)
3
Ig 2
d
450

Vậy: fct < 0.8fr 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
trên trục đối xứng.
'
+ Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo fs = fs = fy

Phơng trình cân bằng nội lực theo phơng trục dầm :
A s1fy + A s2 fy = 0.85a.d.fc' + A 's fy
Trong đó :
As1và As2 : Diện tích cốt thép chịu kéo (mm2)

A 's : Diện tích cốt thép chịu nén (mm2)
A s1 = A 's = 3x387 = 1161 (mm 2 )
A s2 = 2x387 = 774 (mm 2 )
fc' : Cờng độ chịu nén của bê tông (Mpa), fc' = 30 (Mpa)
fy : Cờng độ chảy của côt thép, fy = 420 (Mpa)
a : Chiều cao vùng nén tơng đơng
d : Đờng kính cọc, d = 450 (mm)
E : Mô đun đàn hồi của cốt thép, E = 2 x10 5 ( Mpa )
Chiều cao vùng nén tơng đơng đợc xác định theo công thức :
a=

A s1fy + A s 2 fy A 's fy
0.85.d.fc'

=

(1161 + 774 1161)x 420
= 30.35mm
0.85x 450 x28

Do fc =28 MPa 1 = 0,85
Vị trí của trục trung hòa đợc xác định :

c=

a 30.35
=
= 35.71mm
0.85

+ Kiểm tra sự chảy dẻo của cốt thép chịu kéo và chịu nén theo điều kiện :
's

= 0.003

c d 's
c



'y

=

fy'
Es

25

Đờng sắt K47