ThiÕt kÕ m«n häc nÒn vµ mãng Bé m«n §Þa - kü thuËt
Thiết kế môn học
Nền Móng
cao độ âm 40m 4 lớp đất
SV PHAN XUÂN HIẾU
Phan Xuân Hiếu
1
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Mục lục
PHầN I
Báo cáo khảo sát địa chất công trình
I. Cấu trúc địa chất và đặc điểm các lớp đất 3
II. Nhận xét và kiến nghị . 4
PHầN II
Thiết kế kĩ thuật
I. Lựa chọn kích thớc công trình 6
1.1. Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc 6
1.2. Chọn kích thớc cọc và cao độ mũi cọc 7
II. Lập các tổ hợp tải trọng Thiết kế 8
2.1. Trọng lợng bản thân trụ 8
2.1.1. Tính chiều cao thân trụ. .8
2.1.2. Thể tích toàn phần (không kể bệ cọc) 8
2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nớc (không kể bệ cọc) 8
2.2. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN 9
2.2.1. Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHSD 9
2.2.2. Tổ hợp tải trọng theo phơng dọc cầu ở TTGHCĐ 9
III. Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc10
3.1. Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu P
R
10
3.2. Sức kháng nén dọc trục theo đất nền Q

VII. cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc 26
7.1. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 26
7.1.1. Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc 26
7.1.2. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc 27
7.2. Bố trí cốt thép đai cho cọc 30
7.3. Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc 30
7.4. Lới cốt thép đầu cọc 30
7.5. Vành đai thép đầu cọc 30
7.6. Cốt thép móc cẩu 31
VIII. mối nối thi công cọc 31
PHầN III
Bản vẽ

Phan Xuõn Hiu
3
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
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:

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

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

n

Lớp 1:
Lớp 1 là lớp sét pha, có màu xám. Chiều dày của lớp xác định đợc ở
BH4 là 2.20m, cao độ mặt lớp là 0.00m, cao độ đáy là -2.20m. Chiều sâu
xói của lớp đất này là 2.20m. Lớp đất có độ ẩm W = 25.8%, độ bão hòa S
r
= 85.3.
Lớp đất ở trạng thái dẻo mềm, có độ sệt I
L
= 0.51.
Lớp 2:
Lớp 2 là lớp cát hạt nhỏ, phân bố dới lớp 1. Chiều dày của lớp là 9.00m,
cao độ mặt lớp là -2.20m, cao độ đáy là -11.20m.
Lớp 3:
Lớp thứ 3 gặp ở BH4 là lớp sét pha màu xám nâu, xám xanh, phân bố
dới lớp 2. Chiều dày của lớp là 4.30 m, cao độ mặt lớp là -11.20 m, cao độ
đáy lớp là -15.50m. Lớp đất có độ ẩm W = 20.6%, độ bão hòa S
r
= 80.9.
Lớp đất ở trạng thái dẻo cứng có độ sệt I
L
= 0.47.
Lớp 4:
Lớp thứ 4 là lớp cát hạt nhỏ, màu xám, kết cấu chặt vừa, phân bố dới
lớp 3. Chiều dày của lớp là 21.50 m, cao độ mặt lớp là -15.50m, cao độ đáy lớp
là -37.00m.
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:
Nhận xét:
+ Điều kiện địa chất công trình trong phạm vi khảo sát nhìn chung là

Sét pha
-11.20
-15.50
Cát hạt nhỏ
Sét pha
Cát hạt nhỏ
+5.20(CĐĐT)
1
P
P
7
P
13
P
19
P
2
P
8
P
14
P
20
P
3
P
9
P
15
P

M?t B?ng Tr?
Phan Xuõn Hiu
6
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
I. Lựa chọn kích thớc công trình
1.1. Lựa chọn kích thớc và cao độ bệ cọc
Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT)
Vị trí xây dựng trụ cầu ở xa bờ và phải đảm bảo thông thuyền và sự
thay đổi mực nớc giữa MNCN và MNTN là tơng đối cao. Xét cả điều kiện
mỹ quan trên sông, ta chọn các giá trị cao độ nh sau:
Cao độ đỉnh trụ chọn nh sau:
.m3.0
HMNTT
m1MNCN
max
tt







+
+
Trong đó:
MNCN: Mực nớc cao nhất, MNCN = 7.1 m
MNTT : Mực nớc thấp nhất, MNTT = 2.7 m
tt
H

= ?
8060Hb = ?
800
MNTT
Cao độ đỉnh trụ
H
tt
H
ttr
= ?
150 25
a = ?
Hb = ?
a = ?
MNTN
b=?
170
60 80
120 2525
Cao độ đỉnh trụ : CĐĐT = +7.8 m
Cao độ đỉnh bệ : CĐĐB = +2.0 m
Cao độ đáy bệ là : CĐĐAB = 0.0m
Phan Xuõn Hiu
7
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Bề dầy bệ móng : H
b
= 2 m.
1.2. Chọn kích thớc cọc và cao độ mũi cọc
Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng

d
L
c

vi iu kin:
( )
8030
=
d
L
c
=> Thoả mãn yêu cầu về độ mảnh.
Tổng chiều dài đúc cọc sẽ là: L = L
c
+ 1m = 29 + 1 = 30 m. Cọc đợc
tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là: 30 m = 10m + 10m + 10m.
Nh vậy mỗi cọc có chiều dài 10 m;10 m;10 m. 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 H
tr
:
H
tr
= CĐĐT - CĐĐB - CDMT
H
tr
= 7.8 2.0 -1.4 = 4.4 m.

:
V
tr
= V
1
+ V
2
+ V
3

=
4.4)2,1.3,3
4
2,1.
(6,0.7,1.
2
)825,0.25.4(
8,0.7,1.8
2
++
++
+

= 10,88 + 6,63 + 22.4 = 39.91 m
3
2.1.2. Thể tích phần trụ ngập nớc (không kể bệ cọc)
Thể tích trụ ngập nớc V
tn
:
V

o
t
N
- Tĩnh tảI thẳng đứng kN 5500
o
h
N
- Hoạt tảI thẳng đứng kN 4000
o
h
H
- Hoạt tảI nằm ngang kN 120

o
M
- Hoạt tải mômen KN.m 650
Phan Xuõn Hiu
9
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Hệ số tải trọng: Hoạt tải : n = 1.75
Tĩnh tải : n = 1.25

bt
= 24,50 kN/m
3
: Trọng lợng riêng của bê tông

n
= 9,81 kN/m
3

2.2.2. Tổ hợp tải trọng theo phơng ngang cầu ở TTGHCĐ
Tải trọng thẳng đứng tính toán ngang cầu
tnntrbt
o
t
o
h
ĐC
1
xV)xVN(x25.1xN75.1N ++=
= 1,75x4000 + 1,25x(5500 + 24,50x39,91) 9,81x3,56
= 15062,32 kN
Tải trọng ngang tính toán ngang cầu:

ĐC
1
H

= 1.75x
o
h
H

= 1.75x120 =210 kN.
Mômen tính toán ngang cầu:
)BĐĐCTĐĐC(xxH75.1xM75.1M
o
h
oĐC
1

50
450
2@175=350
50
50
50
Mặt cắt ngang cọc BTCT
Sức kháng nén dọc trục theo vật liệu: P
R
Dùng cốt đai thờng, ta có: P
R
= xP
n
= x0.8x{0.85x
'
c
f
x(A
g
A
st
) +
f
y
xA
st
}
Trong đó:
: Hệ số sức kháng của bê tông, = 0.75
'

Sức kháng nén dọc trục theo đất nền: Q
R
=
sqspqp
QQ +
Phan Xuõn Hiu
11
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Với:
sss
A.qQ
=
;
ppp
A.qQ =
Trong đó: Q
p
: Sức kháng mũi cọc (MPa)
q
p
: Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa)
Q
s
: Sức kháng thân cọc (MPa)
q
s
: Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa)
A
p
: Diện tích mũi cọc (mm

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

vq
45.0 =
trong đất cát với
8.0
v
=
ta có:
36.0
q
=
3.2.1. Sức kháng thân cọc Q
s
Do thân cọc ngàm trong 4 lớp đất, có cả lớp đất dính và lớp đất rời,
nên ta tính Q
s
theo hai phơng pháp:
Đối với lớp đất cát: Tính theo phơng pháp SPT
Đối với lớp đất sét: Tính theo phơng pháp
Đối với lớp đất sét:
Theo phơng pháp , sức kháng đơn vị thân cọc q
s

u
< 75 Kpa







=
KPa50
KPa25S
5.01
u
- Nếu S
u


75 Kpa
5.0=
Lớp 1:
Ta có: S
u

= 23.4KN/m
2
= 23.4KPa = 0.0234 Mpa.
3.09,12,22,2 ===
xb
hD


=1
Lớp 3 :
Ta có: S
u

= 30.8KN/m
2
= 30.8Kpa = 0.0308Mpa.
m3.4D
b
=
Tra s 1 cú :
0.120
0.110
==
==


DD
DD
b
b





9
86

2
)
Hệ số

q
S
(N/mm
2
)
Q
s
(N)
Lớp 1
2,2 0.3 1,8 0,0234 1,000 0,0234 12,636
Lớp 3
15,5 4,3 1,8 0,0308 0,942 0,029 224460
Đối với lớp đất cát: Sức kháng thân cọc Q
s
nh sau:
Q
s
= q
s
x A
s
và q
s
= 0.0019
N
Trong đó : A

Lớp 2
1.2 1.8 9 2160000 0.0171 36936
3 1.8 6 5400000 0.0114 61560
3 1.8 4 5400000 0.0076 41040
2 1.8 8.5 3600000 0.01615 63954
Lớp 4
1.5 1.8 15 2700000 0.0152 41040
3 1.8 18.5 5400000 0.019 102600
3 1.8 20.5 5400000 0.0314 169560
2 1.8 21 3600000 0.0399 143640
Phan Xuõn Hiu
13
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
2 1.8 20.5 3600000 0.0391 140760
2 1.8 20.5 3600000 0.0391 140760
Vậy sức kháng thân cọc nh sau:
Lớp
qs
Q
(N)
Hệ số sức
kháng
qs

qsqs
Q

(N)
1
8424 0.56 4717,44

log77.0N
'
v
10
corr

















=
Trong đó:
A
p
: Diện tích mũi cọc (mm
2
).
N

l
= 0.4N
corr
cho cát và q
l
= 0.3N
corr
cho bùn không dẻo
Phan Xuõn Hiu
14
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Tính
'
v

:
Lớp 2:
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
( )
0
0
2
2
2
22
2

( )
( )
( )
0
0
4
4
4
44
4
1 e
e
e
nh
bh
nbh
bhh
+
ì+
=


=




=
69.18
89.01

417.655 240.345 = 177.31 KN/m
2


0.177 N/mm
2
Tính N
corr
:
Ta có: N = 21 , D = 450mm, A
p
= 202500mm
2
D
b
=29-2.2=26.8m=26800 mm
Thay số vào ta có:
78.1621
176.0
92.1
log77.0
10
=








)
Chọn: q
p
= 6.712 N/mm
2
=>
pqp
Q

=0.36x6.712x202500 = 489304.8 N=489.305 kN
Vậy sức kháng nén dọc trục theo đất nền:
Q
R
=469481.04+489304.8 = 958785.84 N = 958.785 KN
3.3. Sức kháng dọc trục của cọc đơn P
tt
Sức kháng dọc trục của cọc đơn đợc xác đinh nh sau:

),min(
RRtt
QPP
=
=min(3627.68 ;958.785) = 958.785 KN
IV. chọn số lợng cọc và bố trí cọc trong móng
Phan Xuõn Hiu
15
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
4.1. Tính số lợng cọc n:
Số lợng cọc n đợc xác định nh sau:
tt

dọc cầu và ngang cầu là 500 mm.
1
P
P
7
P
13
P
19
P
2
P
8
P
14
P
20
P
3
P
9
P
15
P
21
P
4
P
10
P

b = 1250mm.
Phan Xuõn Hiu
16
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Thể tích bệ là: V
b
= 7000x4600x2000 = 64.4x10
9
mm
3
= 64.4m
3
.
4.3. Tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ
4.3.1. Tổ hợp hợp trọng ở TTGHSD
Tải trọng thẳng đứng:

bnbt
SD
1
SD
2
xV)(NN +=
= 10442,87+ (24.5 - 9.81)x64.4 = 11388,906 KN
Tải trọng ngang:

==
SD
1
SD

2
HH
210 KN.
Mômen

b
ĐC
1
ĐC
1
ĐC
2
xHHMM +=
= 2355.5 + 210x2 = 2775,5 KN.m
Tổ hợp tải trọng tác dụng Lờn Đáy Bệ
TảI trọng Đơn vị TTGHSD TTGHCĐ
TảI trọng thẳng đứng kN 11388.91 16402.49
TảI trọng ngang kN 120 210
Mômen kN.m 1586 2775.5
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
Cỏch 1: Tớnh theo múng cc b cao
Lp bng Excel tớnh ni lc tỏc dng lờn u cc, chỳ ý õy ti trng
ngang cu, kt qu nh sau:
Bng tớnh ni lc dc trc lờn cc
Phan Xuõn Hiu
17
ThiÕt kÕ m«n häc nÒn vµ mãng Bé m«n §Þa - kü thuËt
Cäc Xn

max
= 819.29 kN.
Cỏch 2 : Tớnh theo chng trỡnh FB-Pier ;
Sử dụng chơng trình FB PIER V3 ta tính đợc nội lực của cọc nh sau:
Result Type Value Load Comb. Pile
*** Maximum pile forces ***
Max shear in 2 direction 0.1120E+02 KN 1 0 12
Max shear in 3 direction -0.8731E-01 KN 1 0 4
Max moment about 2 axis -0.1002E-01 KN-M 1 0 10
Max moment about 3 axis -0.1612E+01 KN-M 1 0 12
Max axial force -0.7309E+03 KN 1 0 7
Phan Xuõn Hiu
19
Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Max torsional force 0.0000E+00 KN-M 0 0 0
Max demand/capacity ratio 0.1627E+00 1 0 7
Vậy, N
max
= 746.85 kN,
-> Chọn giá trị lớn nhất để kiểm toán N
max
= 746.85 kN.
5.1.2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn
Công thức kiểm toán:
tt
PNN +
max
Trong đó: N
max
: Nội lực lớn nhất tác dụng lên đầu cọc (lực dọc trục).

+
2g

Q
g2
Trong đó:
V
C
: Tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số. V
C
= 17258.1 (kN)
Q
R
: Sức kháng đỡ dọc trục tính toán của nhóm cọc.
g

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

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

450
1200
=
d, cọc do đó ta nội suy
:
( ) ( )
653.065.01
45.05.245.06
45.05.22.1
65.065.01
d5.2d6
d5.22.1
65.0
=
ìì
ì
+=


+=
Xác định Q
1
Tổng sức kháng danh định dọc trục của cọc đơn trong đất sét:
Q
s
= Q
s1
+ Q
s3
= 8424 + 224460 = 232884 N

N
C
: Hệ số phụ thuộc tỷ số Z/X
u
S
: Cờng độ chịu cắt không thoát nớc dọc theo chiều sâu cọc (MPa).
S
u
: Cờng độ chịu cắt không thoát nớc ở đáy móng (MPa).
Ta có: X = 3x1200 + 450 = 4050mm
Y = 5x1200 + 450 = 6450mm
Do mũi cọc đặt tại lớp đất 4, nên Q
2
=
( )
u
SZYX 22 +
Lớp 1:
Z = -2.2 - (-1.9)= -0.3m
Vì lớp 1 có chiều dày -0.3 m ,do ú nú sang lp th 2 vy nên
2
0 / 0
u u
S S KN m MPa
= = =
=>
1
2
lop
Q

g1
= 0.65
5.2.2.Với đất rời
Q
g2
=

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

Hệ số hữu hiệu lấy =1
Sức kháng thân cọc của cọc đơn ở lớp 2 và lớp 4 là:
Q
s2
= 203490 N và Q
s4
= 738360 N
Vậy: Tổng sức kháng thân cọc của nhóm cọc trong đất cát:

=+=+= 22604400)738360203490(24)(
21 sss
QQnxQ
N =22604.44 KN
Mũi cọc đặt tại cao độ -29 m của lớp 4, sức kháng mũi cọc của nhóm
cọc:

=== 32620320202500712.624 xxnxQQ
pp
N = 32620 KN
Do đó: Q

b
= 7666.6 mm.
Với lớp đất rời ta có công thức xác định độ lún của móng nh sau:
Sử dụng kết quả SPT:

=
corr
N
XIq 30
Trong đó: I = 1- 0.125
'
0.5
D
X

và q =
S
N
o
Với:


: Độ lún của nhóm cọc (mm).
q : p lực tĩnh tác dụng tại 2D
b
/3 cho tại móng tơng đơng, áp lực này
bằng với tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhóm cọc đợc chia bởi diện tích
móng tơng đơng và không bao gồm trọng lợng của các cọc hoặc của đất
giữa các cọc.
N

Thiết kế môn học nền và móng Bộ môn Địa - kỹ thuật
Tính q:
Kích thớc của móng tơng đơng :
+ Chiều rộng móng tơng đơng chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xa
nhất theo chiều ngang cầu + đờng kính cọc:
B
tđ
= 3x1.2 + 0.45 = 4.05 m
+ Chiều dài móng tơng đơng chính bằng khoảng cách 2 tim cọc xa
nhất theo chiều dọc cầu + đờng kính cọc:
L
tđ
= 5x1.2 + 0.45 = 6.45 m
Diện tích móng tơng đơng là S = B
tđ
x L
tđ
= 4.05x6.45 =24.50 m
2

Do đó: q =
7666.6
312.9
24.50
=
KN/m
2
= 0.313 N/mm
2
Tính N

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

: ng suất thẳng đứng có hiệu (N/mm
2
).
N : Số đếm SPT trong khoảng tính lún. N đợc lấy bằng giá trị trung
bình của số đếm SPT của lớp đất đợc giới hạn từ đáy móng tơng đơng tới
độ sâu một khoảng X = 4.05m.
Ta có:
Cao độ đỉnh lớp tính lún là: -15.5-D= -15.5-7.6=-23.1m.
Cao độ đáy lớp tính lún là: - 20.0 - X = -20.0 - 4.05 = -24.05 (m)
Nội suy ta đợc N = 20.5 (Búa/300mm)
Tính
'
v

: Tính từ mặt đất sau xói đến độ sâu dới móng tơng đơng
một khoảng X.
u
'
v
=

: ng suất tổng (KN/m
2
)
u : áp lực nớc lỗ rỗng ứng với MNTN(KN/m

v

=457.126-250.65 = 206.4763 KN/m
2


0.21 N/mm
2
Thay số vào ta có:
54.1524
21.0
92.1
log77.0
10
=












=
xN
corr

Result Type Value Load Comb. Pile
*** Maximum pile head displacements ***
Max displacement in axial 0.2037E-02 M 1 0 7
Max displacement in x 0.2662E-03 M 1 0 9
Max displacement in y -0.4750E-08 M 1 0 24
Kết luận chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cọc là:
Theo phơng ngang cầu:

y
= 0.475 .10
-8
m

38mm
Theo phơng dọc cầu:

x
= 0.2662 .10
-3
m = 0.2662 mm

38mm
Vậy đảm bảo yêu cầu về chuyển vị ngang
VII. cờng độ cốt thép cho cọc và bệ cọc
7.1. Tính và bố trí cốt thép dọc cho cọc
Tổng chiều dài cọc dùng để tính toán và bố trí cốt thép là chiều dài đúc
cọc : L
c
= 28 (m). Đợc chia thành 2 đốt có chiều dài 10m va 1 đốt có chiều
dài 8m. Ta đi tính toán và bố trí cho từng đốt cọc.