Thiết kế môn học Nền và móng
Ví dụ 02
Đề bài thiết kế môn học nền và móng
A. Hình chiếu trụ cầu
+8.25(CĐĐT)
+3.6(MNTN)
1925200
200
9000
4750
1925
+7.75(MNCN)
300 300
100
2000
3150
1100
100
900
2000
11003150 900
R
6
0
0
1200
4750
R
6
0
0

m
+8.25
CĐMĐ (cao độ mặt đất)
m
+0,0
CĐMĐSX (cao độ mặt đất sau xói)
m
-1.8
Chiều dài nhịp
m
33
3. Số liệu hố khoan địa chất (theo hình trụ lỗ khoan)
Hang
mục
Chiều
dày lớp
đất (m)
W
L
(%)
W
p
(%)
W
(%)

s
(kN/m
3
)

Phần I
Bộ môn Địa Kỹ Thuật 2
Thiết kế môn học Nền và móng
Báo cáo khảo sát
địa chất công trình
Bộ môn Địa Kỹ Thuật 3
Thiết kế môn học Nền và móng
Hình trụ lỗ khoan
công trình
Đoạn
Lỗ khoan
Cao độ : +0.00
Nguời chỉnh lý
LK
Toạ độ X = Y =
Cao độ mực nuớc ngầm
+0.00
Ngày khoan
Nguời soát
Lý trình : Km 620+400
04/7/2004
Nguyễn Đình Dũng
Cầu tân phú
Tên lớp (m)
Cao độ (m)
Độ sâu (m)
Bề dày (m)
Mặt
Cắt
Tỷ lệ

Cát hạt mịn màu xám đen
trạng thái chặt vừa
Sét pha nâu hồng phớt
xám ghi-dẻo mềm đến dẻo
chảy
1: 2.00-2.45
2: 40.00-4.45
3: 600-6.45
4: 8.00-8.45
5: 10.00-10.45
6: 12.00-12.45
7: 14.00-14.45
8: 16.00-16.45
9: 18.00-18.45
10: 20.00-20.45
11: 22.00-22.45
12: 24.00-24.45
13: 26.00-26.45
14: 28.00-28.45
2
2
1
2
2
2
2
5
5
8
6

14
9
8
6
6
7
7
19
22
31
22
21
24
27
0 10 20 30 40
9
8
3
6
7
7
6
14
16
18
21
22
24
27
UD1

5.5
Bộ môn Địa Kỹ Thuật 4
Thiết kế môn học Nền và móng
Cấu trúc địa chất và đặc điểm của các lớp đất
Các kí hiệu chung sử dụng trong tính toán địa chất công trình:
(kN/m
3
) = Trọng lợng thể tích tự nhiên của đất

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

n
(kN/m
3
) = Trọng lợng riêng của nớc (
n
= 9,81kN/m
3
)
W (%) = Độ ẩm
W
L
(%)= Giới hạn chảy
W
P
(%) = Giới hạn dẻo
a (m

WWI
Chỉ số độ sệt:
298,0
1,16
3,211,26
=

=

=
P
p
L
I
WW
I
Hệ số độ rỗng:
788,01
9,18
)1,26*01,01(8,26
1
).01,01(
=
+
=
+ì
=


W

W
P
= 21,3 %
W = 26,1 %:

s
= 26,8 (kN/m
3
)
= 18,9 (kN/m
3
)
Bộ môn Địa Kỹ Thuật 6
Thiết kế môn học Nền và móng
2. Lớp số 2 : Sét pha bụi màu nâu vàng, ở trạng thái dẻo mềm.
Lớp đất số 2 gặp ở lỗ khoan LK2, phân bố dới lớp 1. Thành phần là đất sét pha màu vàng. Đất
có trạng thái dẻo mềm.
Chiều dày của lớp xác định đợc ở LK2 là 2m. Cao độ mặt lớp tại LK1 là -4,0m, cao độ đáy lớp
là -6,0m. Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) xác định đợc thay đổi từ 3-:-8 búa, giá trị trung bình
N
30
= 5 búa.
Trong lớp này đã tiến hành lấy và thí nghiệm 01 mẫu đất nguyên trạng, giá trị một số chỉ tiêu
cơ lý đợc ghi trong bảng tổng hợp.
Các chỉ tiêu cơ lý khác đợc xác định nh sau:
Chỉ số dẻo :
%4,134,208,33 ===
PLp
WWI
Chỉ số độ sệt:

Độ rỗng:
%43430,0
1754,0
754,0
1
==
+
=
+
=
e
e
n
Độ bão hoà:
0,1
754,0*81,9
1,28*01.0*7,26.01,0*.
==

=
e
W
S
r
Trong đó :
W
L
= 33,8 %
W
P

2,305,43
=

=

=
P
p
L
I
WW
I
Hệ số độ rỗng:
224,11
1,17
)5,43*01,01(5,26
1
).01,01(
=
+
=
+ì
=


W
e
s
Độ rỗng:
%5555,0


s
= 26,5 (kN/m
3
)
= 17,1 (kN/m
3
)
4. Lớp số 4: Cát hạt mịn màu xám đen, trạng thái chặt vừa.
Lớp đất số 4 gặp ở lỗ khoan LK2, phân bố dới lớp 3. Thành phần là cát mịn, màu xám đen.
Đất có trạng thái chặt vừa.
Chiều dày của lớp xác định đợc ở LK2 là 2,0m. Cao độ mặt lớp tại LK2 là -16,0m, cao độ đáy
lớp là -18,0m. Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) xác định đợc thay đổi từ 14 -:- 16 búa, giá trị
trung bình N30 = 15 búa.
Trong lớp này đã tiến hành lấy và thí nghiệm 01 mẫu đất nguyên trạng, giá trị một số chỉ tiêu
cơ lý đợc ghi trong bảng tổng hợp.
Bộ môn Địa Kỹ Thuật 8
Thiết kế môn học Nền và móng
Các chỉ tiêu cơ lý khác đợc xác định nh sau:
Hệ số độ rỗng:
579,01
5,20
)2,21*01,01(7,26
1
).01,01(
=
+
=
+ì
=

W = 21,2 %:
s = 26,7 (kN/m3)
= 20,5 (kN/m3)
5. Lớp số 5 : Sét pha màu nâu hồng, phớt xám ghi, trạng thái dẻo mềm.
Lớp đất số 5 gặp ở lỗ khoan LK2, phân bố dới lớp 4. Thành phần là đất sét pha màu nâu hồng,
phớt xám ghi. Đất có trạng thái dẻo mềm.
Chiều dày của lớp xác định ở LK2 là 3,0m. Cao độ mặt lớp tại LK2 là -18,0m, cao độ đáy lớp
-21,0m. Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) xác định đợc thay đổi từ 16 -:- 18 búa, giá trị trung
bình N
30
= 17 búa.
Trong lớp này đã tiến hành lấy và thí nghiệm 01 mẫu đất nguyên trạng, giá trị một số chỉ tiêu
cơ lý đợc ghi trong bảng tổng hợp.
Các chỉ tiêu cơ lý khác đợc xác định nh sau:
Chỉ số độ dẻo:
%35,154,2675,41 ===
PLp
WWI
Chỉ số độ sệt
797,0
3,15
4,266,38
=

=

=
P
p
L

=
e
e
n
Độ bão hoà:
89,0
173,1*81,9
6,38*01,0*5,26.01,0*.
==

=
e
W
S
r
Trong đó :
W
L
= 41,75 %
W
P
= 26,4 %
W = 38,6 %:

s
= 26,5 (kN/m
3
)
= 16,9 (kN/m
3

1579,0
579,0
1
==
+
=
+
=
e
e
n
Độ bão hoà:
0,1
579,0*81,9
2,21*01,0*7,26.01,0*.
==

=
e
W
S
r
Trong đó :
W = 21,2 %:

s
= 26,7 (kN/m
3
)
= 20,5 (kN/m

(2) Các lớp đất số 1, 2, 3 có sức chịu tải và chỉ số SPT không lớn, lớp đất số 4 có trị số SPT
trung bình, còn lớp số 5 và lớp 6 có khả năng chịu tải và giá trị SPT khá cao.
(3) Lớp đất số 1 là lớp đất dễ bị xói khi xây dựng trụ cầu tại đây.
Kiến nghị:
(1) Với 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 6 làm tầng tựa đầu cọc.
(2) Nên để cho cọc ngập vào lớp đất số 6, để tận dụng khả năng chịu ma sát của cọc.
Bộ môn Địa Kỹ Thuật 11
Thiết kế môn học Nền và móng
Phần ii
thiết kế kỹ thuật
Bộ môn Địa Kỹ Thuật 12
Thiết kế môn học Nền và móng
Bố trí chung công trình
Hình 2-1 : Bố trí chung trụ cầu
4600
3@1200=3600
25
9400
6@1200=8400
500
500
P
500
28
27
P
26
P P
31

14
P
13
P
43
P
2
P P
7
P
6
P
5
P
Cát mịn
-21.00
Cát mịn
Sét pha
-18.00
-16.00
2000
3@1200
500
32 cọc BTCT 400 X 400
L = 28,00 m
7@1200
500
500
2200
250

2000
100
+0.00(MDTN)
3150
9400
+7.75(MNCN)
4600
300300
-1.80(MĐSX)
9400
2300 4400 2300
9000
mặt bằng cọc
mặt bằng trụ
125
220 0
4750
P
8
P
16
P
24
P
32
1200
Bộ môn Địa Kỹ Thuật 13
Thiết kế môn học Nền và móng
lựa chọn kích thớc công trình
1. Kích th ớc và cao độ của bệ cọc:

=
=
=
Trong đó:
CDDB = 3,1 m : cao độ đỉnh bệ.
H
b
= 2,0m : chiều dày bệ móng.
CDMC = -26,5m : cao độ mũi cọc.
- Tính tỷ lệ
69
4,0
6.27
==
d
L
c
=> thoả mãn yêu cầu về độ mảnh.
- Vậy tổng chiều dài đúc cọc sẽ là L
cđ
= L
c
+1m = 27,6+1 = 28,6m
- Cọc đợc tổ hợp từ 03 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là 28,6 m = 10m + 10 m +
8,6m. Nh vậy 2 đốt thân có chiều dài là 10m và đốt mũi có chiều dài 8,6m. Các đốt cọc
sẽ đợc nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc.
Bộ môn Địa Kỹ Thuật 14
Thiết kế môn học Nền và móng
Lập số liệu các tổ hợp tải trọng thiết kế
3. Tính toán thể tích trụ:

CDMTCDDBCDDTH
H
c
= 3,15 m
1.2 Thể tích trụ toàn phần (ch a kể bệ cọc) :
V
tr
= V
1
+ V
2
+ V
3

= 9 * 2 * 1,1 + 0,5 * (9*2+4,6*(4,75+0,4) *0,9 + (

* 1,2
2
/4+(4,75-4,2) *
1,2
= 48,59 m
3

Trong đó :
V
1
= 9 * 2 * 1,1 =19,8m
3

V

S
tr

: diện tích ngang trụ.
2
22
39,52,1*)2,175,4(
4
2,1*14,3
1*3
4
.
m
d
S
tr
=+=+=

4. Lập các tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN:
Các ký hiệu và giá trị trong công thức và từ số liệu đầu bài:
)(7000
)(
kNP
tch
=
: Lực thẳng đứng tiêu chuẩn do hoạt tải tác dụng tại đỉnh trụ
)(11000
)(
kNP
tct

) : Thể tích toàn bộ trụ (cha kể bệ cọc)
V
tn
=3,965 (m
3
) : Thể tích phần trụ ngập nớc (cha kể bệ cọc)
n
h
= 1.4 : Hệ số tải trọng do hoạt tải
n
t
= 1.1 : Hệ số tải trọng do tĩnh tải.
2.1 Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn theo ph ơng dọc cầu với MNTN
(1) Tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn dọc cầu :
tnntrbt)tc(h)tc(t)tc(1
V*V*PPN
++=
N

1(tc)
= 11000 + 7000 + 24,525* 48,59 - 9,81 *2,695
N

1(tc)
= 19.165,232 kN
(2) Tải trọng ngang tiêu chuẩn dọc cầu:
Bộ môn Địa Kỹ Thuật 16
Thiết kế môn học Nền và móng
H
1x(tc)

1,4 * 80 = 112kN
(3) Mômen tính toán dọc cầu
)tc(hh)tc(hh)tt(y1
H*)BĐĐCTĐĐC(*nM*nM
+=
M
1y(tt)
= 1,4 * 400+ 1,4 *(8, 25-3,1) * 80
M
1y(tt)
= 1136,8kNm
Trong đó:
CĐĐT - cao độ đỉnh trụ
CĐĐB - cao độ đáy bệ
5. Lập bảng tổ hợp tải trọng:
Kết quả tính toán trên đợc đa vào bảng 2-1 để tiện theo dõi:
Bảng 2.1 : Tổ hợp tải trọng thiết kế tính với MNTN, đặt tại cao độ đỉnh bệ.
Tên tải trọng Đơn vị Tiêu chuẩn Tính toán
Tải trọng thẳng đứng kN
19.165,232 23.184,399
Tải trọng ngang kN
80 112
Mômen kN.m
812 1136,8
(Ghi chú: bảng này chỉ sử dụng để xác định số lợng cọc, còn khi kiểm toán các trạng thái giới hạn
dùng bảng 2-3)
Bộ môn Địa Kỹ Thuật 17
Thiết kế môn học Nền và móng
Xác định sức chịu tải dọc trục của cọc
1. Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu:

===
F
J
r
=>
6,3435.49
1155,0
7,5
>==
r
L
m

Do cọc không thoả mãn điều kiện về uốn dọc nên ta xác định theo công
thức
Bộ môn Địa Kỹ Thuật 18
Thiết kế môn học Nền và móng
823,0
28,24591
9800
668,726.15*915,0
28,14791
873,0
.
=
+
=
+
=


= 0,915 : hệ số đến ảnh hởng tác dụng lâu dài của tải trọng đối với cấu
kiện chịu nén.
( Tra bảng 5.1 tr189 - Giáo trình Kết Cầu bêtông cốt thép - Đào Bá Thực-NXB
Trờng ĐH GTVT 2000, với
75,14
4,0
9,5
==
d
l
m
và mác bêtông bằng 300
-> m
dh
= 0,910 )
N = 24591,28kN : trị số tính toán của lực nén cọc.
( Lấy theo bảng 2-3, xem phần sau)
N
nh
: Lực dọc tính toán do hoạt tải gây ra.
N
nh
= n
h
* P
ht
= 1,4 * 7000 = 9800 kN
N
dh
: Lực dọc tính toán do tĩnh tải gây ra.

2
)
F
b
: Diện tích phần bêtông của cọc
F
b
= d
2
- F
t
= 0,4 0,002513 = 0,1575 m
2

R
b
= 11.281,5 kN/m
2
: Cờng độ chịu nén tính toán của bê tông (Bảng 5-1 Chơng V tr 311
- Tiêu chuẩn Kỹ thuật công trình giao thông đờng bộ 22TCN 18-79 - NXB GTVT,
cọc đúc tại hiện trờng, mác bê tông 300
=> R
b
= 115 kg/cm
2
=11.281,5 kN/m
2
)
2. Sức chịu tải của cọc theo đất nền
Công thức tính :

: Sức chịu tải giới hạn do sức chống mũi cọc
H
ip
RFQ *=

Q
P
= 0,16 *4933
Q
P
= 789,28 kN/m
2
F
b
= d
2
=0,4
2
= 0,16 m
2
: diện tích mặt cắt ngang cọc bêtông
R
H
i
= 4933 kN/m
2
: sức kháng tiêu chuẩn của đất nền dới chân cọc (Bảng4 - Phụ lục 25
tr486- Chơng VII -Tiêu chuẩn Kỹ thuật công trình giao thông đờng bộ 22TCN 18-79 -
NXB GTVT)
- Chiều sâu đóng cọc = 24,7m

2
= 1 (Bảng 1 và 3 - Phụ lục 25 - Chơng VII -Tiêu chuẩn Kỹ thuật công trình giao
thông đờng bộ 22TCN 18-79 - NXB GTVT)
H
i
f
: lực ma sát đơn vị giới hạn tiêu chuẩn (Bảng 2 - Phụ lục 25 tr485 - Chơng VII -
Tiêu chuẩn Kỹ thuật công trình giao thông đờng bộ 22TCN 18-79 -NXB GTVT, phụ
thuộc vào loại đất và chiều sâu trung bình của lớp tính từ MNTN)
L
i
: bề dày tầng đất thứ (i). (với chiều sâu xói là 1.8m)
Kết quả tính toán đợc trình bày trong bảng 2-2.
Bảng 2.2 : Bảng tính toán sức chịu tải giới hạn do ma sát thành bên của cọc
Lớp
đất
Tên gọi I
L
Độ sâu
trung
bình
(m)
Bề dày
tầng
đất
( L
i
)
H
i

-2.00
0.00(CĐMĐ)
Sét pha
+4.00(MNTN)
4
Cát hạt
mịn
18.6 2 54.6 109.2
5 Sét pha
0.795 21.1 3 12 36
6
Cát pha
mịn
25.35 5.5 61.35 337.425
(
i
H
i
Lf *
) =
685.025
Q
f
=U*(
i
H
i
Lf *
) =1,6*685,25=1096,04 (kN)
3. Sức chịu tải thiết kế của cọc

n
n
c
= 28.1
Chọn số cọc thiết kế là : n
c
= 32 cọc.
Trong đó :
n
c
- Số cọc trong móng

= 1,6 - Hệ số xét tới ảnh hởng của giá trị mô men, loại đài cọc và giá trị L
M

N
tt
= 23184.399 - Lực thẳng đứng tính toán (lấy theo bảng 2.1)
P
tt
= 1319.72 - Sức chịu tải tính toán của cọc đơn
2. Bố trí cọc trong móng
2.1 Bố trí cọc trong móng:
Các cọc đợc bố trí theo hình thức lới ô vuông trên mặt bằng và hoàn toàn thẳng đứng trên
mặt đứng, với các thông số :
Tổng số cọc trong móng: n
c
= 32
Số hàng cọc theo phơng dọc cầu: n= 4
Khoảng cách tim các hàng cọc theo phơng dọc cầu: a= 1.200 mm

500
500
P
500
28
27
P
26
P P
31
P
30
P
29
P
17
P
9
P
500
1
P
23
P
22
P
21
P
20
P

32
Hình 2-5 : Mặt bằng bố trí cọc trong móng
2.2 Kích th ớc bệ cọc sau khi bố trí :
Theo phơng dọc cầu :
500*2)14(*200.1c*2)1n(*aB
1
+=+=
B = 4,6m
Theo phơng ngang cầu
500*2)18(*1200*2)1(*
2
+=+= cmbL
L = 9,4m
Trong đó:
n = 4 : Số hàng cọc theo phơng dọc cầu.
m = 8: Số hàng cọc theo phơng ngang cầu.
c
1
= 500 mm : khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo phơng dọc cầu.
c
2
= 500 mm : khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo phơng ngang cầu.
a = 1200 mm : khoảng cách tim các hàng cọc theo phơng dọc cầu.
b = 1200 mm : khoảng cách tim các hàng cọc theo phơng ngang cầu.
2.3 Tính thể tích bệ cọc:
Thể tích bệ tính theo công thức sau:
V
be
= V
4

v4
v5
v5
v4
Hình 2-6: Hình chiếu và kích thớc bệ cọc
3. Chuyển tổ hợp tải trọng về đáy bệ
(1) Tổ hơp tải trọng tiêu chuẩn:
* Tải trọng thằng đứng tiêu chuẩn :
benbt)tc(1)tc(
V*)(NN
+=
N
(tc)
= 19.165,232 + (24,525 - 9,81)*81,95
N
(tc)
= 20.371,13 kN
* Tải trọng ngang tiêu chuẩn theo phơng dọc cầu
)tc(1)tc(
HH
=
= 80 kN
* Mô men tiêu chuẩn theo phơng dọc cầu:
b)tc(1)tc(1)tc(
h*HMM
+=
M
(tc)
= 812 + 80* 2,25
M

Bộ môn Địa Kỹ Thuật 24
Thiết kế môn học Nền và móng
* Mômen tính toán theo phơng dọc cầu:
b)tt()tt(1)tt(
h*HMM
+=
M
(tt)
= 1136,8+ 112*2,25
M
(tt)
= 1388,8 kNm
Trong đó:
N

1(tt)
- Tải trọng tính toán thẳng đứng tại trọng tâm đỉnh bệ
H
1(tt)
- Tải ngang tính toán thẳng đứng tại trọng tâm đỉnh bệ
M
1(tt)
- Mô men tính toán tại trọng tâm đỉnh bệ
(3) Bảng tải trọng tính toán đặt tại đáy bệ
Bảng 2.3 : Tổ hợp tải trọng thiết kế tính đến MNTN tại cao độ đáy bệ.
Tên tải trọng Đơn vị Tiêu chuẩn Tính toán
Tải trọng thẳng đứng kN 20530,2 24776,86
Tải trọng ngang kN 80 112
Mômen kN.m 992 1388,8
(Ghi chú: Bảng tải trọng 2-3 dùng cho phần kiểm toán móng cọc theo các trạng thái giới hạn)