Chương 2: Thiết kế móng cọc

GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
MỤC LỤC
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÓNG CỌC
1.1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3

1.1.1. CHỌN CHIỀU SÂU CHÔN MÓNG Df VÀ KÍCH THƯỚC CỌC SƠ BỘ:

3

1.1.2. TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC:

4

1.1.3.TÍNH TOÁN SƠ BỘ SỐ LƯỢNG CỌC:

12

1.1.4.BỐ TRÍ CỌC:

12

1.1.5. KIỂM TRA ĐÀI CỌC

13

1.1.6.TÍNH THÉP CHO ĐÀI MÓNG:

19

1.1.7. KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ NHÓM CỌC :

20

1.1.8.KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT NỀN DƯỚI MŨI CỌC VÀ ĐỘ LÚN MÓNG CỌC: 21
1.1.9. KIỂM TRA CỌC CHỊU CẨU LẮP:

27

1.1.10. ỨNG DỤNG SAP2000 KIỂM TRA CỌC CHỊU TẢI NGANG:

28

1.1.11. CƠ SỞ LÝ THUYẾT KIỂM TRA CỌC CHUYỂN VỊ NGANG:

37

1.1.12. TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG CỌC (theo TCXD 205 -1998)

40

2.1.CÁC DỮ LIỆU TÍNH TOÁN:

45

2.1.1.THỐNG KÊ SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT 1B (trích từ phần I):

45

2.1.2.SỐ LIỆU TÍNH TOÁN:

46

2.1.3.KHAI BÁO VẬT LIỆU:

46

2.2.TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÓNG CỌC:

46

2.2.1.CHỌN CHIỀU SÂU CHÔN MÓNGDfVÀ KÍCH THƯỚC CỌC SƠ BỘ:

46

2.2.2. TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC:

47

2.2.3.TÍNH TOÁN SƠ BỘ SỐ LƯỢNG CỌC:

55

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 1


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
2.2.4.BỐ TRÍ CỌC:

55

2.2.5. KIỂM TRA ĐÀI CỌC

56

2.2.6. KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ NHÓM CỌC :

60

2.2.7. TÍNH THÉP CHO ĐÀI MÓNG:

61

2.2.8.KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT NỀN DƯỚI MŨI CỌC VÀ ĐỘ LÚN MÓNG CỌC: 63
2.2.9. KIỂM TRA CỌC CHỊU CẨU LẮP:

68

2.2.10.ỨNG DỤNG SAP2000 KIỂM TRA CHUYỂN VỊ NGANG:

69

2.2.11. KIỂM TRA CỌC CHỊU TẢI NGANG (theo phụ lục G TCXD 205 1998):
2.2.12. TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG CỌC (theo TCXD 205 -1998)

75

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 2


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ MÓNG CỌC
1.1.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1.1. CHỌN CHIỀU SÂU CHÔN MÓNG Df VÀ KÍCH THƯỚC CỌC SƠ BỘ:
1.1.1a.Chọn loại cọc thi công phù hợp ( theo TCXD 205:1998 – Mục 3.2)
1.1.1b.Chiều sâu đặt móng Df phải thỏa mãn các điều kiện sau:
- Nếu công trình không có tầng hầm, xung quanh không có công trình lân cận, địa chất
tương đối thuận lợi thì để đơn giản trong thi công như ép cọc, đào thi công đài móng…
chiều sâu đặt đáy đài từ 1,5m  3,0m
- Nếu công trình có tầng hầm thì cao độ mặt trên của đài trùng với cao độ mặt trên của sàn
tầng hầm để thuận tiện trong thi công và có lợi cho việc chịu lực của sàn tầng hầm.
- Nếu công trình xây chen (xung quanh giáp ranh với các công trình lân cận) thì chiều sâu
đặt đài không nên quá sâu vì khi thi công dễ ảnh hưởng đến các công trình lân cận.
- Cũng cần lưu ý rằng, trong móng cọc chúng ta không cần thiết phải chọn chiều sâu đặt đài
sao cho thõa mãn lực ngang tác dụng lên móng phải nhỏ hơn áp lực tác dụng của đất nền
vì trong móng cọc phải xét đến cọc chịu tải trọng ngang để xác định nội lực và cốt thép
trong cọc (sẽ được kiểm tra ở phần cọc chịu tải trọng ngang).
1.1.1c. Cường độ của vật liệu làm cọc:
- Những vấn đề chung: cọc BTCT chế tạo sẵn phải được thiết kế có thể chịu được giá trị nội
lực sinh ra trong quá trình cẩu, vận chuyển, lắp dựng, thi công hạ cọc và chịu tải với hệ số
an toàn và hợp lý.
+ Ứng suất cho phép lớn nhất trong cọc khi làm việc không được vượt quá 0.33fc .
+ Ứng suất cho phép lớn nhất do ép cọc (có thể sinh ra hai loại sóng ứng suất nén và

kéo), không được vượt quá giới hạn: 0.85fc (cho trường hợp sóng nén); 0.70 fy (cho
trường hợp sóng kéo); (fc: cường độ chịu nén khi nén tĩnh bê tông; fy: giới hạn dẻo của
thép).
- Yêu cầu về bê tông: dựa trên điều kiện làm việc của cọc, cấp độ bền tối thiểu cho bê tông
cọc có thể lấy như sau:
Bảng 1.1 Cấp độ bền tối thiểu của bê tông làm cọc
Điều kiện ép cọc

Mác bê tông

Cấp độ bền của bê tông
tương ứng Mác bê tông
(Mpa)

Cọc phải ép (đóng) đến độ
chối rất nhỏ

400

B30

Điều kiện bình thường và dễ
ép

250

B20

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 3


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
- Yêu cầu về cốt thép dọc:
+ Cốt thép dọc phải thỏa mãn các điều kiện quy định về chất lượng cốt thép để có thể
chịu được các nội lực phát sinh trong quá trình bốc dỡ, vận chuyển, cẩu lắp và áp lực
kéo các mô-men uốn của công trình bên tác dụng vào cọc, cũng cần xét đến trị ứng suất
kéo có thể phát sinh do hiện tượng nâng nền khi ép (đóng) các cọc tiếp theo.
+ Cốt thép chủ yếu cần được kéo dài liên tục theo suốt chiều dài cọc. Trong trường hợp
bắt buộc phải nối cốt thép chủ, mối nối cần được tuân theo quy định về nối thép và bố
trí mối nối của các thanh.
+ Trong trường hợp cần tăng khả năng chịu mô-men, thép được tăng cường ở phần đầu
cọc, nhưng cần bố trí sao cho sự gián đoạn đột ngột của cốt thép không gây ra hiện
tượng nứt khi cọc chịu tác động xung trong quá trình ép (đóng) cọc.
+ Trong các trường hợp bình thường thì cốt thép dọc được xác định theo tính toán, hàm
lượng thép không nhỏ hơn 0,8% đường kính không nên nhỏ hơn 14mm.
+ Đối với những trường hợp sau, nhất là các cọc cho nhà cao tầng, hàm lượng của cốt
thép dọc có thể nâng lên 1 – 1,2% khi:
 Mũi cọc xuyên qua lớp đất cứng;
 Độ mảnh của cọc L/d > 60;
 Số cọc trong đài ít hơn 3 cọc.
- Yêu cầu về cốt đai:
+ Cốt đai có vai trò đặc biệt quan trọng để chịu ứng suất nảy sinh trong quá trình ép
(đóng) cọc. Cốt đai có dạng móc, đai kín hoặc xoắn. Trừ trường hợp có sử dụng mối
nối đặc biệt hoặc mặt bích bao quanh đầu cọc mà có thể phân bố được ứng suất gây ra
trong quá trình ép (đóng) cọc, trong khoảng cách bằng 3 lần cạnh nhỏ của cọc tại hai
đầu cọc, hàm lượng cốt đai không ít hơn 0,6% của thể tích vùng nêu trên.
+ Trong phần thân cọc, cốt đai có tổng tiết diện không nhỏ hơn 0,2% và được bố trí với
khoảng cách không lớn hơn 200mm. Sự thay đổi các vùng có khoảng cách các đai cốt

khác nhau không nên quá đột ngột.
+ Thép gia cường đầu cọc: thông thường để đầu cọc không bị bể khi ép (đóng) hoặc ép
cọc thì nên dùng lưới thép  6a50 để gia cường đầu cọc (thường bố trí 4 lớp).
1.1.2. TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC:
Nền phải tính theo : ( Trích mục 4.1.3 TCVN 9362-2012)
-

Trạng thái giới hạn thứ nhất dựa vào sức chịu tải.
Trạng thái giới hạn thứ hai dựa vào biến dạng (độ lún, độ võng..) gây cản trở việc

1.1.2.1. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO CƯỜNG ĐỘ CỦA VẬT LIỆU: (3.3.2
TCXD 205-1998):
1.1.2.1.a. Cọc chịu tải trọng tức thời khi ép cọc:
NHÓM MÓNG CỌC

Trang 4


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
- Công thức tính toán:
𝑄𝑉𝐿1 = 𝜑𝐴𝑏 𝑅
Trong đó:
R: ứng suất trong cọc (kN/m2) được tính như sau:
+ Với cọc bê tông cốt thép: R=0.85fc (fc là cấp độ bền của bê tông của mẫu lăng
trụ được xác định theo thí nghiệm cường độ, kN/m2) - trích 3.3.2 tcxd 205 – 1998
. Ứng suất tức thời lớn nhất do trong quá trình đóng cọc có sinh ra song ứng suất
nén hoặc kéo . Với nén R=0.85fc với kéo R=0.7fy
𝐴𝑏 : diện tích tiết diện ngang của cọc (m2)
 : hệ số uốn dọc của cọc

  1,028  0,0000288 2  0,0016
 : độ mảnh của cọc,  =lo/r (cọc tròn hoặc cọc vuông),  = lo/b (cọc chữ nhật).
r: bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông
b: bề rộng của tiết diện chữ nhật
l0: chiều dài tính toán của cọc được xác định như sau:
+ Khi ép (đóng) cọc:
𝑙0 = 𝑣𝑙

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 5


l0

v=1

GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao

Hình 1.1. Trường hợp thi công ép (đóng)
Với:
v = 1.0 (thiên về an toàn xem tại vị trí nối cọc là liên kết khớp, tại vị trí lực tác dụng khi
ép cọc như tựa đơn)
l – chiều dài đoạn cọc lớn nhất khi chưa ép vào đất

1.1.2.1.b. Cọc chịu tải trọng của công trình lâu dài:
- Công thức tính toán:
Qvl 2   ( Ac R 

As

s

fy )

Trong đó:
R: ứng suất trong cọc (kN/m2) được tính như sau:

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 6


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
+ Với cọc bê tông cốt thép: R=0.33fc (fc là cấp độ bền của bê tông, kN/m2) - trích 3.3.2
tcxd 205 – 1998
Ứng xuất cho phép lớn nhất không được vượt quá giới hạn sau:
- Với cọc bê tông cốt thép : 0.33fc;
- Với cọc bê tông côt thép ứng suất trước : 0.33fc-0.27fpe
𝐴𝑏 : diện tích tiết diện ngang của cọc (m2)
 : hệ số uốn dọc của cọc

  1,028  0,0000288 2  0,0016
 : độ mảnh của cọc,  =le/r (cọc tròn hoặc cọc vuông),  = le/b (cọc chữ nhật).

r: bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông
b: bề rộng của tiết diện chữ nhật
l0: chiều dài tính toán của cọc được xác định như sau:

le

- Khi chịu tải trọng công trình

Hình 1.2. Trường hợp cọc làm việc chịu tải trọng công trình
le   bd L
NHÓM MÓNG CỌC

Trang 7


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Trong đó:
L - chiều sâu thực tế.
bd :hệ số biến dạng, I/m, xác định theo công thức: ( theo phụ lục G3 TCXD
205-1998).

 bd  5

Kbc
Eb I

Trong đó:
K - hệ số tỉ lệ lấy từ bảng G1 TCXD 205-1998 (lấy theo lớp đất ảnh hưởng
dưới đáy đài).

bc - Chiều rộng quy ước của cọc,m
 bc=1.5d+0.5 (d=0.4m<0.8m).
 bc=d+0.5 (d≥0.8m).
Eb - module đàn hồi của bê tông lấy theo tiêu chuẩn thiết kế bê tông TCVN
5574-2012.

I - momen quán tính tiết diện cọc theo phương của lực tác dụng .
1.1.2.2. XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN: (3.3.2 TCXD 205-1998):
1.1.2.2.a. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (phụ lục A-TCXD
Q
205-1998):
Qa  tc
K tc

Trong đó:
𝑄𝑡𝑐 : sức chịu tải tiêu chuẩn tính theo đất nền của cọc đơn(kN)
𝑄𝑎 : sức chịu tải cho phép tính toán (kN)
ktc: hệ số an toàn, được lấy như sau:
 Đối với móng cọc đài cao hoặc đài thấp có đáy đài nằm trên đất có tính
nén lún lớn và đối với cọc ma sát chịu tải trong nén, cũng như đối với bất
kì loại đài nào mà cọc treo, cọc chống chịu tải trọng nhổ, tùy thuộc số
lượng cọc trong móng, trị số ktc lấy như sau:
Bảng 1.2 Bảng xác định hệ số ktc

NHÓM MÓNG CỌC

Số cọc trong móng

ktc

Móng có trên 21 cọc

1,4

Móng có từ 11 đến 20 cọc

1,55

Móng có từ 6 đến 10 cọc

1,65
Trang 8


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Móng có từ 1 đến 5 cọc

1,75

 Lưu ý:
 Nếu việc tính toán móng cọc có kể đến tải trọng gió và tải trọng
cầu trục thì được phép tăng tải trọng tính toán trên các cọc biên lên
20% (trừ móng trụ đường dây tải điện).
 Đối với móng chỉ có 1 cọc ép, mang tải trên 600 kN thì ktc =1,6.
Qtc: sức chịu tải tiêu chuẩn theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền:
Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát thi công bằng phương pháp ép có cạnh cọc
đến 0,8m, chịu tải trọng nén, được xác định theo công thức:
Qtc  m(mR q p Ap  u  m f f sili )

Trong đó:
Qp và fs: cường độ chịu tải ở mũi và mặt bên của cọc, lấy theo bảng A.1 và
A.2 (TCXD 205:1998)
m: Hệ số điều kiện làm việc của đất lần lượt ở mũi cọc và ở mặt bên cọc có kể
đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức chống tính toán của đất, xác
định theo bảng A.3 (TCXD205:1998)
Trong công thức trên việc lấy tổng cường độ chịu tải của đất phải được tiến hành

trên tất cả các lớp đất mà cọc xuyên qua. Trong trường hợp khi san nền cần gạt bỏ
hoặc có thể bị xói trôi đất đi, phải tiến hành lấy tổng sức chống tính toán của tất cả các
lớp đất nằm lần lượt bên dưới mức san nền (gọt bỏ hoặc dưới cốt xói lở cục bộ khi bị
lũ).
1.1.2.2.b. Sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền:(phụ lục B TCXD 205-1998)
Qa 

Qp
Ap q p
Qs
Af

 s s
FSs FS p FSs
FS p

Trong đó :
 Qs : sức kháng hông cực hạn (xung quanh cọc).
 Qp : sức kháng mũi cực hạn.
 FS s : hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, lấy bằng 1,5-2,0.
 FS p : hệ số an toàn cho sức chống dưới mũi cọc lấy bằng 2,0-3,0.
 Thành phần chịu tải do ma sát xung quanh cọc:
Qs  u   f si  li

Trong đó:



u : chu vi cọc 𝑢 = 4𝑑
f si : thành phần ma sát đơn vị giữa cọc và lớp đất thứ i (kN/m2)

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 9


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
′
𝑓𝑠𝑖 = 𝑐𝑎𝑖 + 𝜎ℎ𝑖
𝑡𝑎𝑛𝜑𝑎𝑖

𝑐𝑎𝑖 : lực dính giữa cọc và lớp đất thứ i, với cọc bê tông cốt thép lấy 𝑐𝑎𝑖 =
0.7𝑐𝑖 (kN/m2), trong đó ci là lực dính của đất nền;
𝜑𝑎𝑖 : góc ma sát giữa cọc và đất, cọc ép (đóng) bê tông cốt thép lấy 𝜑𝑎𝑖 =
𝜑
′
𝜎ℎ𝑖
: ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc với mặt bên cọc
của lớp đất thứ i (kN/m2)



li : chiều dày lớp đất thứ i (m)

 Thành phần sức chịu mũi của đất dưới mũi cọc:
Qp  Ap  q p

Trong đó:
 Ap – tiết diện mũi cọc
 qp – sức chịu tải đơn vị mũi cọc

 Tính toán sức chịu tải đơn vị mũi cọc:
′
𝑞𝑝 = 𝑐𝑁𝑐 + 𝜎𝑣𝑝
𝑁𝑞 + 𝛾𝑑𝑝 𝑁𝛾

Trong đó:
 c: lực dính của đất tại mũi cọc (kN/m2),
  : Dung trọng của đất nền tại mũi cọc (kN/m3),
′
 𝜎𝑣𝑝
: Ứng suất hữu hiệu tại mũi cọc (kN/m2).
 Nc ,Nq ,Nγ : hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào ma sát trong của đất, hình

dạng mũi cọc và phương pháp thi công.
Sức chịu tải mũi đơn vị theo công thức Vesic:
q p  cNc  N q . v'   .d .N .

Bảng 1.3. Giá trị các hệ số sức chịu tải theo  của Vesic (1973)
Φ
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

11

Nq
1.00
1.09
1.20
1.31
1.43
1.57
1.72
1.88
2.06
2.25
2.47
2.71

NHÓM MÓNG CỌC

Nc
5.14
5.38
5.63
5.90
6.19
6.49
6.81
7.16
7.53
7.92
8.34

8.80

Nγ
0.00
0.07
0.15
0.24
0.34
0.45
0.57
0.71
0.86
1.03
1.22
1.44

Φ
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35

Nq
9.60
10.66
11.85
13.20
14.72
16.44
18.40
20.63
23.18
26.09
29.44
33.30

Nc
19.32
20.72
22.25
23.94
25.80
27.86
30.14
32.67
35.49
38.64
42.16
46.12

Nγ
9.44

10.88
12.54
14.47
16.72
19.34
22.40
25.99
30.21
35.19
41.06
48.03

Trang 10


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
2.97
3.26
3.59
3.94
4.34
4.77
5.26
5.80
6.40
7.07
7.82
8.66

12

13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

9.28
9.81
10.37
10.98
11.63
12.34
13.10
13.93
14.83
15.81
16.88
18.05

1.69
1.97
2.29
2.65
3.06

3.53
4.07
4.68
5.39
6.20
7.13
8.20

36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47

37.75
42.92
48.93
55.96
64.20
73.90
85.37
99.01
115.31

134.87
158.50
187.21

50.59
55.63
61.35
67.87
75.31
83.86
93.71
105.11
118.37
133.87
152.10
173.64

56.31
66.19
78.02
92.25
109.41
130.21
155.54
186.53
224.63
271.75
330.34
403.65

1.1.2.2.c. Tính toán sức chịu tải của đất theo công thức của Nhật Bản từ kết
quả TN SPT:
1

𝑄𝑎 = [𝛼𝑁𝑎 𝐴𝑝 + (0.2𝑁𝑠 𝐿𝑠 + 𝐶𝐿𝑐 )𝑢𝑚 ]
3

Trong đó:
 𝛼 hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công cọc:
 Cọc bê tông cốt thép thi công bằng phương pháp ép (đóng):𝛼 = 30
 Cọc khoan nhồi: 𝛼 = 15
 N a : chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc;


N s : giá trị trung bình của chỉ số SPT trong lớp đất rời;



Ls : chiều dài phần cọc nằm trong lớp đất rời,m;




C : giá trị trung bình của số búa lực dính đơn vị trong lớp đất dính,

Lc : chiều dài phần cọc nằm trong lớp đất dính,m.

 um: chu vi cọc
1.1.2.2.d. Tính toán sức chịu tải của đất theo công thức của Meyerhof (1956) từ
kết quả TN SPT: (TCXD 205-1998 mục C.2.2)

Qu  K1 NAp  K2 Ntb As
Qa 

Qu
FS

Trong đó:
 K1: hệ số, lấy bằng 400 cho cọc ép (đóng) và bằng 120 cho cọc khoan nhồi.
 K2: hệ số, lấy bằng 2 đối với cọc ép và bằng 1 đối với cọc khoan nhồi
 N: chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d trên mũi cọc.
NHÓM MÓNG CỌC

Trang 11


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao







Ntb: chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm vi lớp đất rời
Ap: diện tích tiết diện mũi cọc, m2
As: diện tích mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời), m2
FS: hệ số an toàn áp dụng khi tính toán sức chịu tải của cọc theo xuyên tiêu
chuẩn lấy bằng 2,5  3, 0
Kết luận: Sức chịu tải thiết kế
 Thiên về an toàn, tải trọng thiết kế phải lấy giá trị có độ tin cậy lớn nhất của

các giá trị sức chịu tải Qai cho phép tính.( dùng phương pháp bình phương
cực tiểu để tính giá trị đặc trưng của đất nền Qtk 

Qmax  4Qtb  Qmin
)
6

 Ngoài ra, để khi thi công không bị phá hoại cọc theo vật liệu làm cọc, sức
chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc (trong trường hợp thi công cọc) phải
lớn hơn sức chịu tải cực hạn của cọc theo chỉ tiêu đất nền.
1.1.2.3. KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VAT LIEU
 Kiểm tra cọc chịu tải trọng tạm thời ( khi ép cọc):

(2  3)Qtk
Qvl1  
Qu max
 Cọc chịu tải trọng lâu dài ( khi chịu tải trọng công trình):

Qvl 2  Qtk

1.1.3.TÍNH TOÁN SƠ BỘ SỐ LƯỢNG CỌC:
nc 

N tt

Qtk

Trong đó:



QaTK : sức chịu tải thiết kế của cọc



 : hệ số xét đến do moment và lực ngang tại chân cột, trọng đài và đất nền

N tt : lực dọc tính toán tại chân cột (ngoại lực tác dụng lên móng)

trên đài, tùy theo giá trị của moment và lực ngang mà chọn giá trị  hợp lý.
Thường  = 1.2 1.5 .
 nc: chỉ là số lượng cọc sơ bộ, cần được kiểm tra ở các bước tiếp theo.

1.1.4.BỐ TRÍ CỌC:
 Thông thường các cọc được bố trí theo hàng, dãy hoặc theo lưới tam giác.
 Khoảng cách giữa các cọc (từ tim cọc đến tim cọc): S = 3d ÷ 6d

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 12


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
(d: đường kính hay cạnh cọc), nếu bố trí trong khoảng này thì cọc đảm bảo được sức
chịu tải và các cọc làm việc theo nhóm.
 Để ít bị ảnh hưởng đến sức chịu tải của cọc (do cọc làm việc theo
nhóm), thì nên bố trí cọc tối thiểu là 3d.
 Khi bố trí cọc lớn hơn 6d thì ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cọc có thể bỏ
qua, khi đó xem như cọc làm việc riêng lẻ.
Khi tải đứng lệch tâm hoặc kích thước đài lớn có thể bố trí sao cho phản lực đầu

cọc tương đối bằng nhau.
 Khoảng cách từ mép ngoài của cọc đến mép ngoải của đài từ

d
d
÷
3
2

 Nên bố trí cọc sao cho tâm cột trùng với trọng tâm của nhóm cọc.

1.1.5. KIỂM TRA ĐÀI CỌC
1.1.5.1.KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN XUYÊN THỦNG CHO ĐÀI:

1.1.5.1.a Dưới tác dụng của lực dọc, chiều cao của đài cọc không đủ cao sẽ bị
xuyên thủng, để không bị xuyên thủng hiều cao của đài cọc phải thỏa mãn điều kiện
sau:
P xt  Pcx

 Pxt – lực gây xuyên thủng (kN)
 Pcx – lực chống xuyên thủng (kN)
1.1.5.1.b Các trường hợp xuyên thủng:
Gồm hai trường hợp xuyên thủng như sau:

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 13


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao

 Trường hợp 1: Khi các cọc đều nằm ngoài đáy lớn của tháp xuyên thủng (khi mặt bên
của tháp xuyên nghiêng 1 góc 45o so với trục thẳng đứng):

hd

h0

°
45

bc

h0

hc

Hình 1.6. Khi mặt bên của tháp nén thủng nghiêng 450
(đáy tháp nén thủng không phủ lên các cọc)

-

 Trường hợp 2: Khi đáy lớn của tháp xuyên 45o bao phủ một phần của cọc
Trường hợp này tháp xuyên thủng được xác định như sau:

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 14


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao

°
45
hd

h0

a

bc

c

hc

Hình 1.7. Khi mặt bên của tháp nén thủng nghiêng góc nhỏ hơn 450
(đáy tháp nén thủng ứng với góc xuyên phủ lên 1 phần cọc)
1.1.5.1.c Xác định lực gây xuyên thủng (Pcx)
Lực xuyên thủng Pcx lấy bằng lực tác dụng lên tháp xuyên thủng, trừ đi phản lực đầu
cọc nằm hoàn toàn trong phạm vi tháp xuyên tháp xuyên thủng:
NHÓM MÓNG CỌC

Trang 15


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Pxt  N tt   Pi ( xt )

Trong đó:


tt
)
N tt - lực dọc tính toán tại chân cột (lấy tổ hợp Nmax



P

i ( xt )

- phản lực đầu cọc nằm trong phạm vi đáy lớn tháp xuyên thủng.

Để thiên về an toàn phản lực đầu cọc chỉ do lực dọc gây ra (không xét đến moment,
lực ngang, trọng lượng bản thân đài và đất nền trên đài) và được tính với hệ số vượt
tải n = 0.9.
Pi ( xt ) 

Pi
.0,9
1.15

Khi kiểm tra xuyên thủng từ cọc lên đài, moment và lực ngang không gây ra xuyên
thủng, vì vậy chỉ do lực dọc tại chân cột gây ra xuyên thủng. Riêng xuyên thủng từ
cọc lên đài, thiên về an toàn thì lực gây xuyên thủng từ cọc lên đài có xét đến
moment, lực ngang, trọng lượng bản thân đài và đất trên đài.
1.1.5.1.d Xác định lực chống xuyên thủng
-

Trường hợp 1: Khi đài không đặt cốt thép đai:

F  Pcx  P0( cx)   .Rbt .um .h0

Trong đó:


h0 - chiều cao làm việc của tiết diện (lấy từ mặt trên của đài đến trọng tâm lớp dưới

cốt thép của đài).
 Rbt - cường độ chịu kéo của bê tông.
  - hệ số, lấy theo bảng 1.5.
Bảng 1.5 Xác định hệ số 
Loại bê tông


Bê tông nặng
1,00

Bê tông hạt nhỏ
0,85

Bê tông nhẹ
0,80

um - giá trị trung bình của chu vi đáy trên và đáy dưới tháp đáy thủng hình thành khi bị

nén thủng, trong phạm vi chiều cao làm việc của tiết diện:
um  2(hc  bc  2h0 )

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 16


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Lấy sức chống xuyên thực tế nhân với 1 lượng

h0
, khi đó Pcx được tính như sau:
c

P0( cx )   .Rbt .um .h0 .

-

h0
c

Trường hợp 2: Khi đài có đặt cốt đai:

Khi trong phạm vi tháp xuyên thủng có đặt các cốt thép đai thẳng góc với mặt đáy đài, lực
chống xuyên thủng được tính toán như sau:
Pcx  P0cx  0,8Fsw
Pcx - lực chống xuyên của đài khi có đặt cốt đai trong phạm vi tháp xuyên thủng (giá trị này

lấy không lớn hơn 2P0(cx).
P0cx - lực chống xuyên của đài khi không đặt cốt đai (chỉ do phần bê tông chịu).
Fsw - tổng toàn bộ lực cắt do cốt thép đai (cắt các mặt bên của khối tháp) chịu, được tính theo

công thức:
Fsw   Rsw Asw

Ở đây, Rsw không được vượt quá giá trị ứng với cốt thép CI, A-1.
Khi kể đến cốt thép ngang, Fsw lấy không nhỏ hơn 0,5P0(xt).
Khi bố trí cốt thép đai trên một phần hạn chế gần vị trí đặt tải trọng tập trung, cần thực hiện
tính toán bổ sung theo điều kiện (mục 2) cho tháp xuyên thủng có đáy trên nằm theo chu vi
của phần có đặt cốt thép ngang.
Ở vùng chịu xuyên thủng, cốt thép ngang trong đài móng được đặt với bước không lớn hơn
h/3 và không lớn hơn 200mm, chiều rộng vùng đặt cốt thép ngang không nhỏ hơn 1,5h (với
h là chiều dày đài). Cốt thép ngang phải được neo chắc chắn ở hai đầu bằng cách hàn hoặc
kẹp chặt cốt thép dọc, để đảm bảo độ bền của liên kết và của cốt thép là tương đương.

1.1.5.2. KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN CẮT CHO ĐÀI CỌC:
 Trường hợp 1: lực chống cắt của bê tông có tính đến cốt đai: (Trích mục 6.2.3.3
TCVN 5574-2012)

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 17


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Q

b 2 (1   f  n ) Rbt bho2
c

Trong đó Q không nhỏ hơn b3 (1   f  n ) Rbt bh0
-

-

φb3 xét ảnh hưởng của bê tông lấy như sau
+ Đối với bê tông nặng và bê tông tổ ong φb3 = 0,6
+ Đối với bê tông hạt nhỏ φb3 = 0,5
+ Đối với bê tông nhẹ có mác theo khối lượng thể tích trung bình
  D 1900: φb3 = 0,5
  D 1800: φb3 = 0,4
φb2 xét ảnh hưởng của bê tông lấy như sau
+ Đối với bê tông nặng và bê tông tổ ong φb2 = 2,0
+ Đối với bê tông hạt nhỏ φb2 = 1,7
+ Đối với bê tông nhẹ có mác theo khối lượng thể tích trung bình
  D 1900 φb2 = 1,9
  D 1800: dùng cốt liệu nhỏ đặc φb2 = 1,75
dùng cốt liệu nhỏ rỗng φb2 = 1,5

- φf hệ số xét đến ảnh hưởng của cánh chịu nén trong tiết diện chữ T, chữ I
(φf = 1)
- φn hệ số ảnh hưởng của lực dọc:
N
H
n  0.1
 0.1
Rbt bho
Rbt bho
-

c chiều dài hình chiếu của tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất lên mặt móng theo
phương đang xét.
 Trường hợp 2 : lực chống cắt của bê tông không tính cốt đai : (Trích mục 6.2.3.4
TCVN 5574-2012)

Q

b 4 (1  n ) Rbt bho2
c

Trong đó :
Vế phải của công thức trên lấy không lớn hơn 2,5Rbbh0 và không nhỏ hơn

b3 (1  n ) Rbt bh0 (hệ số φb3 lấy tương tự trường hợp 1)
-

-

φb4 xét ảnh hưởng của bê tông lấy như sau
+ Đối với bê tông nặng và bê tông tổ ong φb4 = 1,5
+ Đối với bê tông hạt nhỏ φb4 = 1,2
+ Đối với bê tông nhẹ có mác theo khối lượng thể tích trung bình
  D 1900 φb4 = 1,2
  D 1800: dùng cốt liệu nhỏ đặc φb4 = 1,0
Hệ số φn và c được xác định như trường hợp 1

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 18


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao

Hình 1.8. Vết nứt xiên

1.1.6.TÍNH THÉP CHO ĐÀI MÓNG:
1.1.6.1. Sơ đồ tính:
 Xem đài là bản consol có một đầu ngàm vào mép cột và đầu kia tự do, với giả thiết
đài là tuyệt đối cứng

Hình 1.9. Sơ đồ cọc tác dụng lực lên đài

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 19


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
1.1.6.2. Ngoại lực tác dụng
 Ngoại lực tác dụng lên đài là phản lực đầu cọc trong phạm vi của dầm consol.
 Thông thường đối với móng nông, khi tính toán cốt thép thì tải trọng tác dụng là
tải trọng ròng (không xét đến trọng lượng bản thân móng và đất nền trên móng).
Tuy nhiên khi tính đài cọc, vì hầu như tất cả các lực đều truyền lên các cọc, đặc
biệt là đài cọc nằm trong lớp đất yếu vì vậy, phản lực đất nền (đất yếu) không đủ
khả năng chịu được trọng lượng đài vả đất nền trên đài.
 Vì vậy, thiên về an toàn, khi tính toán cốt thép trong đài cọc, ngoài ngoại lực tính
toán tác dụng lên cọc, còn xét đến trọng lượng bản thân đài và đất nền trên đài.
1.1.6.3. Xác định moment trong đài (cho cả hai phương)
M =  Pli i

Trong đó:
 M: moment trong đài tại mép cột
 Pi : phản lực đầu cọc thứ i tác dụng lên bản consol
 li : khoảng cách từ lực Pi đến mép mặt ngàm của bản consol.
1.1.6.4. Tính toán cốt thép

 Tính thép cho đài như thanh chịu uốn tiết diện chữ nhật :
αm =

M
γ b R b bh 0

ξ = 1 - 1 - 2αm
As 

 R b Rbbh0
Rs

1.1.7. KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ NHÓM CỌC :
1.1.7.1. Kiểm tra sức chịu tải của cọc đơn:
Tải trọng tác dụng lên cọc :
Pmax 

N
n

tt



M x  M  y
x
y
tt
y

i

2
i

tt
x

i

2
i

Trong đó:
 n : số lượng cọc
 xi, yi : khoảng cách từ tim cọc thứ i đến trục đi qua trọng tâm các cọc tại mặt
phẳng đáy đài
  M xtt : tổng moment tại đáy đài quay quanh trục x tại trọng tâm nhóm cọc


M

tt
y

: tổng moment tại đáy đài quay quanh trục y tại trọng tâm nhóm cọc

Kiểm tra sức chịu tải của cọc :
NHÓM MÓNG CỌC

Trang 20


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
 Pmax  QaTK

 Pmin  0

Nếu Pmin < 0, thì phải kiểm tra cọc chịu nhổ:
Qa nhổ + W > Pmin
 W: trọng lượng của cọc (lấy hệ số vượt tải do trọng lượng bản thân < 0.9)
 Qa nhổ: sức chịu nhổ an toàn của cọc (sức chịu tải cho phép của cọc do phần ma
sát gây ra).phu luc A.6- TCXD205:1998
Khi kiểm tra cọc chịu nhổ nên kiểm tra khả năng chịu lực tại các mối nối cọc và khả năng
chịu kéo của cọc.
Cũng cần lưu ý rằng, công thức xác định phản lực đầu cọc ở trên được quan niệm là đài
cọc cứng tuyệt đối. Vì vậy, khi đài cọc có kích thước lớn như móng cọc đài băng hoặc
đài bè thì đài không được xem là cứng tuyệt đối. Vì vậy, khi xác định nội lực trong đài
và phản lực đầu cọc, thì cần giải theo phương pháp phần tử hữu hạn.
1.1.7.2. Kiểm tra sức chịu tải của nhóm cọc:
- Hệ số nhóm:
 (n1  1)  n2  (n2  1)  n1 

90  n1  n2



  1  

Trong đó:

d 



  arctan  
s




d : đường kính cọc, m
s : khoảng cách giữa các cọc, m




n1 : số hàng cọc
n2 : số cọc trong mỗi hàng

Sức chịu tải của nhóm cọc:
Qanh    n  Qa

1.1.8.KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT NỀN DƯỚI MŨI CỌC VÀ ĐỘ
LÚN MÓNG CỌC:
1.1.8.1. Xác định kích thước khối móng quy ước:

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 21

GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Dự tính độ lún của nhóm cọc được dựa trên mô hình móng khối quy ước. Có ba cách xác
định móng khối quy ước như sau:
 Trường hợp 1: Cọc đi qua nền nhiều lớp

D

A

C

LTB

B

b
Hình 1.10 Móng khối quy ước cọc đi qua nhiều lớp đất
Ranh giới móng quy ước
Phía dưới là mặt phẳng AC đi qua mũi cọc được xem là đáy móng;
Phía trên là mặt đất san nền BD, với AB = là độ sâu đặt móng (từ mặt đất đến cao
trình mũi cọc);
Phía cạnh là các mặt phẳng đứng AB và CD qua mép ngoài cùng của hàng cọc biên
tại khoảng cách Ltb tan tb / 4  nhưng không lớn hơn 2d (d: đường kính hoặc cạnh cọc
vuông) khi dưới mũi cọc có lớp sét bụi với chỉ số sệt IL> 0,6; khi có cọc xiên thì các mặt
phẳng đứng nói trên đi qua mũi cọc xiên này:
 tb 

 l

i i

Ltb

Trong đó:
 i : góc ma sát trong của lớp đất có chiều dày li
 Ltb: độ sâu hạ cọc trong đất kể từ đáy đài, Ltb   li .
Chú thích:
NHÓM MÓNG CỌC

Trang 22


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Nếu trong chiều dài của cọc có lớp đất yếu (bùn, than bùn…) dày hơn 30 cm thì kích
thước đáy móng quy ước giảm đi bằng cách lấy Ltc là khoảng cách từ mũi cọc đến đáy
lớp đất yếu;
Trọng lượng bản thân của móng quy ước gồm trọng lượng cọc và đất nằm trong phạm
vi móng quy ước.
 Trường hợp 2: Cọc đi qua nền đồng nhất
B

D

LTB

2/3LTB

1/3LTB
A

o

C

b

Hình 1.11 Móng khối quy ước qua nền đồng nhất.
Ranh giới móng quy ước khi đất nền là đồng nhất
Cách xác định móng quy ước tương tự cách 1, chỉ khác là lấy góc ma sát bằng 30o cho
mọi loại đất kể từ độ sâu 2Ltb/3
Ranh giới của móng quy ước khi cọc xuyên qua một số lớp đất yếu tựa vào lớp đất
cứng cách xác định móng quy ước như mô tả trong cách 1, riêng góc mở lấy bằng 30o kể
từ độ sâu 2L1/3, với L1 – phần cọc nằm dưới lớp đất yếu cuối cùng
Ranh giới của móng quy ước khi đất nền nằm trong phạm vi chiều dài cọc gồm nhiều
lớp có sức chịu tải khác nhau.
Chiều rộng và chiều dài bản móng quy ước là đáy hình khối có cạnh mở rộng so với
mặt đứng của hàng cọc biên bằng ¼ cho đến độ sâu 2Ltb/3, từ đó trở xuống đến mặt
phẳng mũi cọc góc mở bằng 30o.
Độ sâu đặt móng quy ước là tại mặt phẳng mũi cọc.
Ứng suất phụ thêm phân bố trong đất nền, dưới mũi cọc có thể tính toán theo lời giải
Boissinesq với giả thiết bản móng quy ước đặt trên bán không gian đàn hồi.

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 23


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao
Độ lún của móng quy ước được tính theo phương pháp quen biết như đối với móng

nông trên nền thiên nhiên.
 Trường hợp 3: Cọc đi qua lớp đất yếu và lớp đất tốt

B

D

LTB

2/3LTB

1/3LTB
A

C
b
o

Hình 1.12 Cọc đi qua lớp đất yếu và lớp đất tốt
1.1.8.2. Kiểm tra ổn định đất nền dưới đáy móng khối quy ước:
 Điều kiện ổn định nền dưới móng khối quy ước là:
tc
tb

p

N


tc

pmax
 ptb 

tc
min

p

 ptb

tc

 RquII

Aqu

M

tc

Wqu

M

Wqu

 1.2 RquII
tc

0

Trong đó:


ptbtc - áp lực trung bình tiêu chuẩn dưới đáy móng khối quy ước.



tc
- áp lực lớn nhất dưới móng khối quy ước.
pmax

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 24


GVHD: Ths. Hoàng Thế Thao


tc
- áp lực nhỏ nhất dưới đáy móng khối quy ước.
pmin



N

tc

- tổng lực dọc tại tâm đáy móng khối quy ước (bao gồm lực dọc tại chân

cột, trọng lượng bản thân của đài cọc, cọc, đất trên đài và phần đất nằm trong
móng khối quy ước).

M

tc

- tổng moment ở đáy móng khối quy ước lấy bằng

 M tại tâm đáy đài

Wqu - moment chống uốn của tiết diện móng khối quy ước ( Wqu 

quay theo hướng Lqu hoặc ngược lại Wqu 

Lqu Bqu2
6

Bqu L2qu
6

khi moment

khi moment quay theo hướng Bm)

Lqu, Bqu- chiều dài và chiều rộng của móng khối quy ước.
RquII - sức chịu tải của đất nền dưới đáy móng khối quy ước (tính toán theo trạng thái

giới hạn thứ II, giống như móng đơn).
1.1.8.3. Kiểm tra độ lún của móng khối quy ước:
S   S gh

 S gh - độ lún giới hạn được xác định theo bảng H.2 (TCXD205:1998)
S – độ lún trung bình của đất nền dưới đáy móng khối quy ước
Các bước tính độ lún của móng khối quy ước theo phương pháp tổng phân tố.

Bước 1: Xác định áp lực gây lún
pgl  ptbtc    i' hi

  h - ứng suất có hiệu theo phương đứng do trọng lượng bản thân tự nhiên của đất
'
i i

nền gây ra tại đáy móng khối quy ước.
ptbtc - áp lực tiêu chuẩn trung bình của đất nền dưới đáy móng khối quy ước.

Bước 2: Chia lớp phân tố
Chiều dày của lớp phân tố được xác định theo điều kiện sau:
hi  (0.4  0.6) Bqu

Tuy nhiên, hiện nay vì có các chương trình tính toán bằng máy tính nên chiều dáy lớp
phân tố nên chia càng nhỏ để đạt được độ chính xác cao.
Bước 3: Xác định độ lún của lớp phân tố thứ i. chiều dày hi

NHÓM MÓNG CỌC

Trang 25