Nguyễn Hoài Thu

Thiết kế khảo sát địa chất công trình khu
trung cư phục vụ cho giai đoạn thiết kế kỹ thuật-
lập bản vẽ thi công
1
Nguyễn Hoài Thu
MỞ ĐẦU
Trường Đại học Mỏ - Điạ chất Hà Nội là trung tâm đào tạo ra những kỹ sư
chuyên nghiên cứu về trái đất ngành Địa chất công trình - Địa kỹ thuật, nhằm đi
sâu nghiên cứu đặc tính cơ học của đất đá nhằm đảm bảo tồn tại cho các loại
công trình liên quan đến vỏ trái đất để phục vụ nhu cầu phát triển của xã hội.
Hàng năm trường đại học Mỏ Địa Chất không ngừng đào tạo ra những kỹ sư
ĐCCT - ĐKT. Qua gần 5 năm học tập ở trường với những môn học cơ sở đến
nay chúng em đã được học môn học “ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH CHUYÊN
MÔN”. Đây là môn học tổng hợp nó liên quan đến hầu hết những môn đã học,
hệ thống hóa các công tác nghiên cứu cụ thể cho từng loại công trình, từng giai
đoạn cụ thể. Nó là môn học mang tính chuyên môn, là cơ sở để làm tài liệu địa
chất công trình, là công việc chính của kỹ sư ĐCCT khi đi làm việc, vì vậy để
đảm bảo chất lượng sinh viên củng cố lý thuyết, nhanh chóng áp dung thực tế.
Bộ môn địa chất công trình đã có kế hoạch cho chúng em học môn đia chất công
trình chuyên môn kết hợp với việc làm đồ án môn học với đề tài: “Thiết kế
khảo sát địa chất công trình khu trung cư phục vụ cho giai đoạn thiết kế kỹ
thuật-lập bản vẽ thi công.” Dưới sự hướng dẫn của thầy giáo.
Bản vẽ:
- Các mặt cắt ĐCCT : 2 bản.
- Bảng tổng hơp các chỉ tiêu cơ lý : 1 bản.
2
Nguyễn Hoài Thu
- Sơ đồ bố trí thi công thăm dò tỷ lệ : 1:200 . 1 bản.
Do có sự hạn chế kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế chuyên môn,

tại khu vực xây dựng bao gồm 6 lớp theo thứ tự trên xuống dưới.
* Mô đun tổng biến dạng xác định theo công thức:
E
0
= β
k
m
a
×
+
−21
1
ε
, (kG/cm
2
)
E
0
: Mô đun tổng biến dạng ( kG/cm
2
);
β : hệ số có xét đến nở hông của đất, phụ thuộc vào từng loại đất;
ε
o
: hệ số rỗng của đất;
a
1-2
: hệ số nén lún (cm
2
/kG);

Nguyễn Hoài Thu
Sức chịu tải quy ước cho phép xác định theo công thức :
R
o
= m(A.b + B.h)γ +D.C,
A, B, D : hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất, tra bảng 2-2
nền móng;
h : chiều sâu qui ước h = 1m;
b : chiều rộng khối móng qui ước b = 1m;
γ : khối lượng thể tích trung bình;
c : lực dính kết của đất;
m : hệ số điều kiện làm việc (m = 1).
Tổng hợp tài liệu khảo sát, ta có thể chia đất nền thành 6 lớp như sau:
Lớp 1: Lớp đất lấp: Lớp đất lấp (1), được hình thành trong quá trình san
lấp tạo mặt bằng xây dựng. Phía trên là lớp sét pha, sét lẫn phế thải xây dựng,
thành phần hỗn tạp trạng thái không đều, chiều dày lớp là 1,5m.
Lớp này phân bố ngay trên mặt nó không có ý nghĩa về mặt xây
dựng nên không tiến hành láy mẫu thí nghiệm.
Lớp 2: Bùn sét lẫn hữu cơ, màu xám nâu, xám đen, trạng thái chảy. Chiều
dày trung bình của lớp : 14,5m.
Bảng chỉ tiêu cơ lí lớp 2 :
STT Các chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu Đơn vị Giá trị TB
1 Độ ẩm tự nhiên W % 81,7
2 Khối lượng thể tích tự nhiên 
c
g/cm
3
1,47
6
Nguyễn Hoài Thu

14 Hệ số nén lún a
1-2
cm
2
/kG 0,31
15 Sức chịu tải quy ước R
o
kG/cm
2
0,22
16 Môđun tổng biến dạng E
o
kG/cm
2
4,2
*Mô đun tổng biến dạng: E
0
= β
k
m
a
×
+
−21
1
ε
,
Với β = 0,43 m
k
= 1,0 thay số ta có: E

g/cm
3
1,58
4 Khối lượng riêng 
s
g/cm
3
2,72
5 Hệ số rỗng tự nhiên
ε
o
0,722
6 Độ lỗ rỗng n % 41,9
7
Nguyễn Hoài Thu
7 Độ bão hoà G % 84,8
8 Giới hạn chảy W
l
% 27,8
9 Giới hạn dẻo W
p
% 16,9
10 Chỉ số dẻo Ip % 10,9
11 Độ sệt I
S
0,51
12 Lực dính kết C kG/ cm
2
0,200
13 Góc ma sát trong  độ 18

0
= 184,6 (kG/cm
2
).
*Sức chịu tải qui ước : R
0
= m[(A.b + B.h ) γ

+ Dc],
Quy ước lấy m =1 ; b = 1 ; h = 1 ;
với φ = 18
0
00’ A = 0,43 ; B = 2,73 ; D = 5,31;
Thay số ta có: R
0
= 1,7(kG/cm
2
).
Lớp 4: Sét màu xám vàng, xám nâu, trạng thái nửa cứng. Chiều dày trung
bình của lớp : 6,5m.
Bảng chỉ tiêu cơ lí lớp 4 :
STT Các chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu Đơn vị Giá trị TB
1 Độ ẩm tự nhiên W % 24,7
2 Khối lượng thể tích tự nhiên 
c
g/cm
3
1,94
3 Khối lượng thể tích khô 
c

14 Hệ số nén lún a
1-2
cm
2
/kG 0,03
15 Sức chịu tải quy ước R
o
kG/cm
2
2,3
16 Mô đun tổng biến dạng E
o
kG/cm
2
140,1
*Mô đun tổng biến dạng: E
0
= β
k
m
a
×
+
−21
1
ε
,
Với β = 0,43 m
k
= 6,05 thay số ta có: E

3
1,60
4 Khối lượng riêng 
s
g/cm
3
2,70
5 Hệ số rỗng tự nhiên
ε
o
0,688
6 Độ lỗ rỗng n % 40,8
7 Độ bão hoà G % 72,2
8 Giới hạn chảy W
l
% 20,5
9 Giới hạn dẻo W
p
% 14,8
10 Chỉ số dẻo Ip % 5,7
11 Độ sệt I
S
0,63
12 Lực dính kết C kG/ cm
2
0,073
13 Góc ma sát trong  độ 26
14 Hệ số nén lún a
1-2
cm

= 229 (kG/cm
2
)
*Sức chịu tải qui ước : R
0
= m[(A.b + B.h ) γ

+ Dc],
Quy ước lấy m =1 ; b = 1 ; h = 1 ;
với φ = 26
0
00’ A = 0,84 ; B = 4,37 ; D = 6,90;
Thay số ta có: R
0
= 1,5(kG/cm
2
).
Lớp 6: Sét pha màu xám vàng, xám trắng, trạng thái dẻo cứng. Chiều dày
trung bình của lớp : 11,5m.
Bảng chỉ tiêu cơ lí lớp 6 :
STT Các chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu Đơn vị Giá trị TB
1 Độ ẩm tự nhiên W % 20,5
2 Khối lượng thể tích tự nhiên 
c
g/cm
3
1,95
3 Khối lượng thể tích khô 
c
g/cm

2
/kG 0,020
15 Sức chịu tải quy ước R
o
kG/cm
2
3
16 Mô đun tổng biến dạng E
o
kG/cm
2
228
*Mô đun tổng biến dạng: E
0
= β
k
m
a
×
+
−21
1
ε
,
Với β = 0,62 m
k
= 4,4 thay số ta có: E
0
= 228 (kG/cm
2

thường xuyên để đảm bảo ổn định nguồn nước.
2.4.2.Hiện tượng trượt.
11
Nguyễn Hoài Thu
Do đất nền cấu tạo bởi các lớp đất yếu, bên cạnh đó đặc trưng kỹ thuật
của các lớp đất lại khác nhau, nhất là biến đổi về chiều dày nên sẽ tồn tại
những mặt trượt . Vì vậy có thể sẽ xảy ra trượt sâu.
Nhận xét:
Từ những đánh giá ĐCCT ở trên cho thấy cấu trúc nền đất ở vị trí xây
dựng công trình có đặc điểm chủ yếu sau:
- Lớp 1 là đất lấp có thành phần trạng thái không đồng nhất.
- Lớp 2 lớp đất yếu, có sức chịu tải nhỏ, biến dạng lớn cần chú ý khi phải
chọn giải pháp móng công trình.
- Lớp 3 và 4, 5 có sức chịu tải và biến dạng trung bình, phù hợp với công
trình có tải trọng vừa và nhỏ.
- Lớp 6 có sức chịu tải tương đối lớn phù hợp với công trình có tải trọng
vừa và lớn.
12
Nguyễn Hoài Thu
CHƯƠNG II
DỰ BÁO CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
Vấn đề địa chất công trình là những vấn đề bất lợi về mặt ổn định, phát
sinh trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình. Do đó các vấn đề địa chất
13
Nguyễn Hoài Thu
công trình không những phụ thuộc vào điều kiện địa chất tự nhiên mà còn phụ
thuộc mục đích xây dựng. Tùy thuộc vào đặc điểm địa chất mỗi loại công trình
khác nhau thì sẽ phát sinh những vấn đề địa chất công trình khác nhau. Vì vậy
việc nghiên cứu các vấn đề địa chất công trình có ý nghĩa rất quan trọng cho
phép chúng ta dự báo những bất lợi có thể xảy ra khi xây dựng và sử dụng công

- Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc.
Qua đó ta thấy: Đối với khu nhà 7 Tầng với tải trọng lớn (P
tc
= 280T/trụ)
thì các lớp đất phía trên đều không chịu được tải trọng của công trình, hoặc là
chiều dày lớp không lớn. Nhưng lớp 3 là lớp đất tương đối tốt có thể chịu được
tải trọng của công trình. Căn cứ vào đặc điểm và đặc tính cơ lý của các lớp đất
cũng như đặc điểm và quy mô công trình, tôi dự kiến thiết kế móng cọc ma sát
15
Nguyễn Hoài Thu
cho nhà 7 tầng. Mũi cọc đặt trên lớp Sét pha màu xám, xám trắng, trạng thái dẻo
mềm.
1. Chọn chiều sâu đặt móng
Mũi cọc được thiết kế nằm trong lớp 3, có R
0
= 1,7kG/cm
2
, có Môđun
tổng biến dạng E
0
= 184,6 kG/cm
2
, đủ điều kiện về ổn định cũng như sức chịu
tải của móng. Căn cứ vào cấu trúc nền khu vực nghiên cứu và tải trọng công
trình 280T/trụ, kết cấu khung chịu lực, tôi chọn loại cọc bê tông cốt thép đúc
sẵn, tiết diện vuông đặc, kích thước cọc 35x35 cm, với cốt thép dọc trục 4 thanh
φ 22 loại thép CT5, thép đai φ 8 thép trơn, mũi cọc được bảo vệ bằng bản thép,
đầu cọc có đai bảo vệ, mác bê tông làm cọc là mác 300. Ta chọn đài cọc là đài
thấp, chiều sâu đáy đài là 2,0 m kể từ nền thiên nhiên, đỉnh đài nằm dưới mặt
đất 0,5m, như vậy chiều cao của đài H

: cường độ chịu kéo giới hạn của cốt thép, tra bảng PL.1-12 giáo trình
nền móng R
ct
= 2400 (kG/cm
2
) = 24000 (T/m
2
);
F
ct
: diện tích tiết diện cốt thép;
F
ct
=4.π.r
2
= 4.3,14 (0,011)
2
= 0,0015

(m
2
).
F
bt
: diện tích tiết diện phần bê tông;
F
bt
= F - F
ct
= 0,1225- 0,0015 = 0,121 ( m

2
: hệ số kể đến ma sát giữa đất và cọc, lấy theo bảng ta được α
2
= 0,8;
17
Nguyễn Hoài Thu
- U : là chu vi cọc (U= 0,35×4 = 1,4( m);
- F : tiết diện cọc ,F = 0,35 × 0,35 = 0,123 (m
2
);
- R
i
: cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc (T/m
2
), phụ thuộc vào loại
đất, chiều sâu mũi cọc, lấy theo bảng 5 - 6 sách Nền và Móng với l
3
= 19m, I
s
=
0,51 ta có R
i
= 177 T/m
2
;
- l
i
: Chiều dày lớp đất thứ i mà cọc xuyên qua;
- l
i

DL
ta lấy sức chịu tải tính toán cho cọc là giá trị nhỏ nhất
Vậy sức chụi tải tính toán của cọc là P
tt

= 39,9 (T).
* Xác định sơ bộ kích thước đài cọc.
Theo thiết kế, tải trọng tác dụng lên mỗi cọc là: N
tc
=280T/ trụ.
Để đảm bảo cho việc thi công được rõ ràng theo quy phạm thì khoảng cách
giữa hai cọc gần nhất không được nhỏ hơn 3d (d là cạnh của cọc, d = 0,35m).
Khi khoảng cách giữa các cọc là 3d thì ứng suất trung bình dưới đáy móng là :
( )
( )
2
22
0
/1,36
)35,03(
9,39
3
mT
d
p
P
tt
tt
=
×

);
P
tt
: tải trọng tính toán xác định đến đỉnh đài, P
tt
=280T;
Thay số vào công thức (III-3) ta được: F
đ
=
)(96,8
1,1.0,2.2,21,36
280
2
m=
−
.
Ta chọn đáy đài hình vuông có diện tích là 9m
2
.
*Xác định trọng lượng đài.
áp dụng công thức:
P
tt
đ
= F.h.γ
TB
P
tt
đ
=2,0.9. 2,2 = 39,6 (T)

)(4,392,2.2.96,8 ThFG
tbdsbd
===
γ
;
Thay số vào ta có:
N
c
= 1,3×
8,7
9,39
)4,39280(
=
−
(cọc)
Để đảm bảo công trình làm việc ổn định ta lấy số cọc trong đài là 8.
Cọc được bố trí thành 3 hàng, 2 hàng 3 cọc và 1 hàng 2 cọc theo hình
dạng của đài. Khoảng cách giữa các tim cọc không ≤ 3d.
Khoảng cách giữa các cọc phải bố trí sao cho tải trọng chuyền xuống mũi
cọc và giữa các cọc với nhau là như nhau. Khi đó sức chịu tải của móng cọc có
thể coi như tổng sức chịu tải của mỗi cọc. Để cho cọc làm việc hợp lý và tiện lợi
khi thi công. Cọc được bố trí theo hình vẽ sau:
Sơ đồ bố trí cọc trong đài
20
Nguyễn Hoài Thu

* Kiểm tra lực tác dụng lên cọc
Lực tác dụng lên mỗi cọc phải thoả mãn điều kiện sau:

tt

0,35
1,2m 0,9m0,9m
0,125m
0,125
mm
0,125m
1
,
2
m
1
,
2
m
0,35
Nguyễn Hoài Thu
Để kiểm tra cường độ của nền đất tại mũi cọc, coi đài cọc và phần đất
giữa các cọc là một móng khối quy ước, kích thước móng khối quy ước phụ
thuộc vào góc mở α trong đó α đươc tính theo công thức :
α được tính theo công thức : α =
4
tb
ϕ
Diện tích đáy móng khối quy ước tính theo công thức
F
qu
=(A
q
)
2

l
tb
ϕ
ϕ
'
'0
342
4
3010
o
==
α
=>
04,0=
α
tg
Trong đó : ϕ
TB
là góc ma sát trung bình các lớp đất mà cọc đi qua.
A
1
= B
1
: Khoảng cách giữa hai mép ngoài của cọc.
L: Là chiều sâu từ đáy đài đến mũi cọc,
Thay các giá trị vào công thức ta có:
22
Nguyễn Hoài Thu
A
q

. h
q
. 
q
;

q
: khối lượng thể tích của khối móng quy ước 
q
= 2,2 (T/m
2
);
h
q
: chiều sâu của móng khối quy ước, kể từ mặt đất đến mũi cọc là:
h
q
= 17 + 2 =19(m),
G
q
= 19,4.19.2,2 = 810,9 (T/ m
2
).
Ta được:

P
tc
qu
= 280 + 810,9 = 1090,9 (T).
Để đảm bảo móng cọc có khả năng chịu được tác dụng của tải trọng công

)(
.
21
21
cDBA
Ktc
mm
R
tc
++=
γγ
.
Trong đó:
m
1
: hệ số điều kiện làm việc của đất nền, m
1
= 1;
m
2
: hệ số điều kiện làm việc của công trình, m
2
= 1;
K
tc
: hệ số tin cậy phụ thuộc vào phơng pháp thí nghiệm, K
tc
= 1m;

1

Như vậy đếu kiện P
tb
< R
tc
hoàn toàn thoả mãn, tải trọng công trình truyền
xuống không bị phá huỷ đất nền .
* Kiểm tra độ chọc thủng đài cọc.
áp dụng công thức:
≤=
2
.hu
p
tt
τ
[ ] ,
Trong đó:
τ: ứng suất cắt cho phép của cọc;
τ
=
)/(125
10
1250
10
2
mT
R
bt
==
.
U chu vi tiết diện cọc, u = 1.4 m;