phần i
báo cáo khảo sát
địa chất công trình
tính toán các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất đá
Các ký hiệu chung trong tính toán
w (%)
w
L
(%)
w
P
(%)
(kN/m
3
)

S
(kN/m
3
)
:độ ẩm của đất
:giới hạn chảy của đất
:giới hạn dẻo của đất
: trọng lợng riêng của hạt đất tự nhiên
: trọng lợng riêng của hạt
4

n
= 9,81 kN/m
3
e

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:
Độ sệt của đất:
97,0
2531
258,30



=


=
PL
P
L
ww
ww
I
Chỉ số dẻo:
I
P
= w
L
- w
P
= 31 - 25 = 6%
Hệ số độ rỗng:
887,01
3,18

.
.
===
e
w
S
n
s
r


Trong đó:
w = 30,8% w
L
= 31% w
P
= 25% = 18,3 kN/m
3

S
= 26,4 kN/m
3
2. Lớp đất số 2: Sét pha ở trạng thái dẻo chảy
Lớp đất số 2 gặp ở lỗ khoan LK1, phân bố ngay dới lớp 1.
Chiều dày của lớp xác định đợc ở lỗ khoan LK1 là 8m. Cao độ mặt lớp tại
LK1 là -6.0m, cao độ đáy lớp là -14.0m.
Đối với lớp này, đã tiến hành lấy và thí nghiệm 03 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:
Độ sệt của đất:

)1(
=
+
=
+
=


w
e
S
Độ rỗng:
482,0
193,0
93,0
1
=
+
=
+
=
e
e
n
Độ bão hoà:
975,0
93,0.81,9
332,0.8,26
.
.

5,1115
=


=


=
PL
P
L
ww
ww
I
Chỉ số dẻo:
I
P
= w
L
- w
P
= 24 - 11,5 = 12,5%
Hệ số độ rỗng:
391,01
5,21
)15,01(0,26
1
)1(
=
+

w
S
n
s
r


Trong đó:
w = 15% w
L
= 24% w
P
= 11,5% = 21,5 kN/m
3

S
= 26,0 kN/m
3
4. Lớp đất số 4: Sét ở trạng thái dẻo mềm.
Lớp đất số 4 gặp ở lỗ khoan LK1, phân bố ngay dới lớp 3.
Chiều dày của lớp xác định đợc ở lỗ khoan LK1 là 5m. Cao độ mặt lớp tại
LK1 là -19.0m, cao độ đáy lớp là -24.0m.
Đối với lớp này, đã tiến hành lấy và thí nghiệm 03 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:
Độ sệt của đất:
74,0
2746
2741
=

=


w
e
S
Độ rỗng:
523,0
1096,1
096,1
1
=
+
=
+
=
e
e
n
Độ bão hoà:
0,1
096,1.81,9
41,0.9,26
.
.
===
e
w
S
n

)18,01(5,26
1
)1(
=
+
=
+
=


w
e
S
Độ rỗng:
386,0
1629,0
629,0
1
=
+
=
+
=
e
e
n
Độ bão hoà:
773,0
629,0.81,9
18,0.5,26

bằng BTCT cho công trình cầu và lấy lớp đất số 5 làm tầng tựa đầu cọc.
2. Nên để cho cọc ngập vào lớp đất số 5, để tận dụng khả năng chịu ma sát
của cọc.
10
phÇn iI
thiÕt kÕ kü thuËt
11
12
lựa chọn kích thớc công trình
Căn cứ các quy định trong Tiêu chuẩn 22TCN - 18 - 1979.
1. Cao độ của bệ.
Do đặc điểm thuỷ văn của công trình về mùa cạn thì mực nớc trên sông t-
ơng đối lớn ( 4,6m ), về mùa ma thì dòng chảy dâng nhanh. Do cần thoát nớc tốt
trong mùa ma nê chọn cao độ của bệ móng nh sau:
- Cao độ đỉnh bệ: + 2,60m
- Bề dày bệ: H
b
= 2 m
- Cao độ đáy bệ: + 0.60m
2. Kích thớc và cao độ của cọc.
Từ điều kiện địa chất: lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất 24m và không phải
là tầng đá gốc.
Từ điều kiện tải trọng: Tải trọng truyền xuống móng lớn.
Do vậy chọn giải pháp móng là móng cọc ma sát BTCT.
Chọn cọc BTCT đúc sẵn, kích thớc cọc 450 x 450 mm. Cọc đợc đóng vào
lớp đất số 5 là lớp cát hạt trung ở trạng thái chặt vừa, tính nén lún nhỏ.
- Cao độ mũi cọc là: -29.90m, nh vậy cọc đợc đóng ngập vào lớp đất số 5
một đoạn dài 9,9m
- Chiều dài cọc (L
C

MNCN = + 8,20m : mực nớc cao nhất
MNTN = +4,60m : mực nớc thấp nhất
CĐĐB = + 2,6m : cao độ đỉnh bệ
CĐĐT : cao độ đỉnh trụ
CDMT = 1,75m : chiều dày mũ trụ
CCTT = 4,50m : chiều cao thông thuyền
MNTT = 5,00m : mực nớc thông thuyền
1.1. Tính chiều cao cột trụ.
CĐĐT = MNTT + CCTT - 0,50 m
= 5,00 + 4,50 - 0,50
= + 9,00m
Chiều cao cột trụ: h
trụ
= CĐĐT - CĐĐB - CDMT
= 9,00 - 2,60 - 1,75
= 4,65m
1.2. Thể tích trụ toàn phần ( cha kể bệ cọc ).
V
tr
= V
1
+ V
2
+ 2V
3
14
= 14 + 7,56 + 2.3,65025
= 28,86 m
3
Trong đó:

V
tn
= 3,14 m
3
2. Tính toán với tổ hợp tải trọng thiết kế với MNTN.
Các ký hiệu trong tính toán:
P
t
TC
= 21500 kN : tĩnh tải tiêu chuẩn
P
h
TC
= 10000 kN : hoạt tải tiêu chuẩn
V
tr
. = 28,86 m
3
: thể tích toàn bộ trụ ( cha kể bệ cọc )
V
tn
= 3,14 m
3
: thể tích phần trụ ngập nớc ( cha kể bệ cọc )

bt
= 25 kN/m
3
: trọng lợng thể tích của bêtông mác 300
H

+ V
t
.

bt
- V
tn
.

n
= 21500 + 10000 + 28,86 . 24,525 - 3,14 . 9,81
= 32176,988 kN
* Tải trọng nằm ngang tiêu chuẩn theo phơng dọc cầu
Công thức tính: H
X1
TC
= H
h
TC

= 350 kN
15
* Mômen tiêu chuẩn theo phơng dọc cầu.
Công thức tính: M
Y1
TC
= M
h
TC
+ H


n
= 1,1.21500+1,4.10000+1,1.28,86.24,525- 3,14.9,81
= 38397,767 kN
* Tải trọng nằm ngang tính toán theo phơng dọc cầu
Công thức tính: H
X1
TT
= n
h
H
h
TC

= 1,4 . 350
= 490 kN
* Mômen tính toán theo phơng dọc cầu.
Công thức tính: M
Y1
TT
= n
h
M
h
TC
+ n
h
H
h
TC

4
m
2
- Sử dụng bêtông mác 300, chế tạo tại hiện trờng.
1.2. Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu
Công thức tính: P
vl
= m
2
..(F
bt
. R
bt
+ F
ct
. R
ct
)
= 1.0,956.(0,2.11281,5+ 25,12.10
-4
.235440 )
= 2722,425 kN
Trong đó:
m
2
= 1: hệ số điều kiện làm việc của cọc ( phụ lục 25 bảng 1 - trang 484 Quy
trình 22TCN 18-79, với số lợng cọc 24 thì m
2
= 1)


: diện tích phần cốt thép F
ct
= 8.(

.d
2
)/4 = 8.(3,14.2
2
)/4 = 25,12 cm
2
R
ct
= 235440 kN/m
2
: cờng độ chịu kéo tính toán của thép CT5 ( Bảng 5-2
trang 313- Quy trình thiết kế cầu cống 22TCN 18-79, thép A-II có gờ R
t
= 2400 kg/cm
2
= 235440 kN/m
2
).
F
bt
: diện tích phần bêtông F
bt
= d
2
- F
t

+ F.R
i
)
= 0,7.1.(1,8.1.1.1156,622 + 0,2025.5836,95)
17
= 2284,73 kN
Trong đó:
m
2
= 1: hệ số điều kiện làm việc

1
= 1: hệ số xét đến ảnh hởng của phơng pháp hạ cọc ( Bảng 1 - Phụ lục 25
- Chơng VII - Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình giao thông đờng bộ 22TCN 18-79 )

2
= 1: hệ số xét đến ảnh hởng của lực ma sát xung quanh đến sức chịu tải
của cọc ( Bảng 3 - Phụ lục 25 - Chơng VII - Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình giao thông
đờng bộ 22TCN 18-79 )
u: chu vi tiết diện cọc u = 4 . 0,45 = 1,8 m
F: diện tích mặt cắt ngang cọc F = 0,45 . 0,45 = 0,2025 m
2
L
i
: chiều dày lớp đất thứ i mà cọc đi qua
R
i
= 5836,95 kN/m
2
: sức chịu tải quy ớc của đất nền tới mũi cọc ( Bảng 4 -

)

i.
L
i
(T/m)
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
(7) =
(5)*(6)
1
Cát
nhỏ
8,7 3,8 4,47 16,986
2
Sét
pha
0.8 14,6 8 0,984 7,872
3
Sét
pha
0,28 21,1 5 6,1788 30,894
4
Sét
pha
0,74 26,1 5 1,2 6
5
Cát hạt
trung
31,55 5,9 9,517 56,1503
18

.
=
=
=
tt
tt
C
P
N
n

- Số cọc lựa chọn: n
C
= 24 cọc
Trong đó:
n
C
: số lợng cọc

= 1,5: hệ số xét đến sự ảnh hởng của mômen
N
tt
= 38397,767 kN: tải trọng thẳng đứng tính toán tác dụng tại đỉnh bệ
(Bảng 2-1)
P
tt
= 2284,73 kN: sức chịu tải tính toán của một cọc đơn.
2. Bố trí cọc trong móng.
2.1. Bố trí cọc trong móng.
5

C
= 24
Số hàng cọc theo phơng dọc cầu: n = 4
Khoảng cách tim các hàng cọc theo phơng dọc cầu: a = 1400 mm ( 1400
> 3d = 3.450 = 1350 mm )
Số hàng cọc theo phơng ngang cầu: m = 6
Khoảng cách tim các hàng cọc theo phơng ngang cầu b = 1400 mm
Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ cả hai phơng dọc cầu và
ngang cầu: c
1
= c
2
= 500 mm ( 500 > d/2 + 250 = 450/2 + 250 = 475 )
2.2. Kích thớc bệ cọc sau khi bố trí.
Theo phơng dọc cầu: B = a.(n-1)+2.c
1

= 1400.(4-1) + 2.500
= 5200 mm
Theo phơng ngang cầu: L = b.(m-1)+2.c
2

= 1400.(6-1) + 2.500
= 80 00 mm
Trong đó:
n = 4: số hàng cọc theo phơng dọc cầu
m = 7: số hàng cọc theo phơng ngang cầu
c
1
= c

0
0
0
1800
V5
V4
8000
5
0
0
1
5
0
0
1800
1
5
0
0
P
H'
X
M
Y
P'
H'
X
M'
Y
Hình 2-5: Hình chiếu và kích thớc bệ cọc.

TC
= M
1
TC
+ H
1
TC
. h
bệ
= 2940 + 350 .2
= 3640 kN.m
N
1
TC
: tải trọng tiêu chuẩn thẳng đứng tại trọng tâm đỉnh bệ
H
1
TC
: tải trọng ngang tiêu chuẩn tại trọng tâm đỉnh bệ
3.2. Tính toán với tổ hợp tải trọng tính toán tại cao độ đáy bệ
* Tải trọng thẳng đứng tính toán
Công thức tính:
N
1
TT
= N
1
TT
+ ( n
t

b
= 4116 + 490.2
= 5096 kN.m
4. Lập bảng tổ hợp tải trọng thiết kế.
Bảng 2-3: Bảng tổ hợp tải trọng tính với MNTN tại cao độ đáy bệ
Tên tải trọng Đơn vị tính
Tải trọng
tiêu chuẩn
Tải trọng tính toán
Tải trọng thẳng đứng (N) kN 33273,901 39673,999
Tải trọng nằm ngang (H
X
) kN 350 490
Mômen (M
Y
) kN.m 3640 5096
(Ghi chú: Bảng 2-3 dùng cho phần kiểm toán móng cọc theo các trạng thái giới hạn)
23
kiểm toán móng cọc theo trạng thái giới hạn i
1. Kiểm toán sức chịu tải của cọc ( kiểm tra nội lực đầu cọc )
1.1. Tính nội lực đầu cọc.
* Xác định loại móng cọc bệ cao hay bệ thấp.
Đáy bệ nằm cao hơn mặt đất sau xói ( CĐĐB = +0,60m, CĐMĐ sau xói = -
2,20m ), vì vậy móng cọc là bệ cao.
Vì vậy kiểm toán nội lực đầu cọc sẽ đợc tính theo phơng pháp tính móng
cọc bệ cao.
1.1.1. Tính chiều dài chịu nén và chiều dài chịu uốn của từng cọc.
Hình 2-6: Sơ đồ làm việc của cọc
trong đất
* Chiều dài chịu nén L

= 2,8 + 6.0,45 = 5,5 m

1.1.2. Tính toán các hệ số của ph ơng trình chính tắc.
Hệ phơng trình chính tắc:







=++
=++
=++
tt
ywwwuwv
tt
xuwuuuv
ttvwvuvv
Mwrurvr
Hwrurvr
Nwrurvr
24
Trong đó:
- N
TT
, H
X
TT
, M

trục đối xứng )
E
EE
L
EF
L
F
E
L
F
Er
NN
n
Nn
n
vv
159344,0
5,30
86,4
5,30
2025,0 2424
0coscos
2
24
1
24
1
2
======


L
J
E
L
F
Er
M
N
Mn
n
n
Nn
n
uu
=
+=+=


r
uu
= 0,005915E
5,5
12
45,0
.24.4
8,58.
5,30
2025,0.
24.4
)])1,2()7,0(7,01,2.[6.

Er
MN
M
n
NMn
n
n
n
Nn
n
ww
+=
++++=
+=+=


r
ww
= 0,450039E
2
4
2
24
1
2
24
1
24
1
24

nnn
Nn
n
wuuw
=
==
==



25
= - 0,016267E

n
= 0: góc nghiêng của cọc thứ n
J
n
= J = 0,45
4
/12 m
4
: mômen quán tính của tiết diện ngang cọc
E= 315.10
5
kN/m
2
: môđun đàn hồi của vật liệu cọc (bêtông mác 300).
1.1.3. Giải ph ơng trình chính tắc.
Thay các giá trị trên vào hệ phơng trình chính tắc ta có:


)cos.sin.cos.(
nnnn
N
n
n
wXuv
L
EF
N

++=
Lực cắt:
w
L
EJ
wXuv
L
EJ
Q
M
n
nnnn
M
n
n
23
6
)sincos.sin.(
12
+=

L
EF
N
δδδ
++=
Cäc Xn(m)
L
N
(m) F
n
(m
2
) sin
δ
n
cos
δ
n
wE vE uE N
n
(kN)
1 2,1 30,5 0,2025 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
1.874,873
2 2,1 30,5 0,2025 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
1.874,873
3 2,1 30,5 0,2025 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
1.874,873
4 2,1 30,5 0,2025 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
1.874,873
5 2,1 30,5 0,2025 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16

1.431,549
21 -2,1 30,5 0,2025 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
1.431,549
22 -2,1 30,5 0,2025 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
1.431,549
23 -2,1 30,5 0,2025 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
1.431,549
24 -2,1 30,5 0,2025 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
1.431,549
B¶ng 2-5: KÕt qu¶ tÝnh to¸n lùc c¾t cña c¸c cäc trong mãng
27
w
L
EJ
wXuv
L
EJ
Q
M
n
nnnn
M
n
n
23
6
)sincos.sin.(
12
−−+−=
δδδ

8 0,7 5,5 0,0034172 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
20,418
9 0,7 5,5 0,0034172 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
20,418
10 0,7 5,5 0,0034172 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
20,418
11 0,7 5,5 0,0034172 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
20,418
12 0,7 5,5 0,0034172 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
20,418
13 -0,7 5,5 0,0034172 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
20,418
14 -0,7 5,5 0,0034172 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
20,418
15 -0,7 5,5 0,0034172 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
20,418
16 -0,7 5,5 0,0034172 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
20,418
17 -0,7 5,5 0,0034172 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
20,418
18 -0,7 5,5 0,0034172 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
20,418
19 -2,1 5,5 0,0034172 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
20,418
20 -2,1 5,5 0,0034172 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
20,418
21 -2,1 5,5 0,0034172 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
20,418
22 -2,1 5,5 0,0034172 0 1 15.898,148 249.002,153 126.562,16
20,418