CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



S =0,08m=8 cm

�

gh

�

�S

� gh  0,002

� l



+ Đáp ứng được yêu cầu chống thấm đối với phần ngầm của công trình,

+ Thi cơng móng phải tránh hoặc tìm biện pháp hạn chế ảnh hưởng đến các

cơng trình lân cận ,dự báo tác hại đối với mơi trường và tìm cách phòng chống,

6.1.3 Quy trình chung thiết kế móng cọc

1- Thống kê các tài liệu, thông số thiết kế: đất nền, vật liệu, tải trọng,

tiêu chuân thiết kế, các yêu cầu riêng đối với cơng trình nếu có,

2- Chọn loại cọc, chiều sâu hạ cọc, chiều sâu chôn đài, Việc chon loại

cọc tiến hành trên cơ sở các phương án cọc được đề xuất, đánh giá tuỳ theo điều

kiện cụ thể của cơng trình, khả năng thi cơng, các chỉ tiêu về kinh tế kỹ thuật

tổng hợp,

3- Xác định sức chịu tải của cọc đơn,

4- Xác định sơ bộ số lượng cọc, bố trí cọc trong đài,

5- Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc,

6- Kiểm tra tính tốn cọc và đài cọc,

7- Kiểm tra ổn định tổng thể, dự báo độ lún của móng cọc,

8- Hồn thiện thiết kế và bản vẽ

6.2 THIẾT KẾ MÓNG CHO CỘT - KHUNG TRỤC 8

6.2.1 Địa chất

Theo báo cáo khảo sát địa chất công trình, giai đoạn phục vụ thiết kế kỹ thuật

thi cơng, khu đất xây dựng tương đối bằng phẳng,

Kết quả thống kê, xử lý ban đầu các mẫu đất được thể hiện theo bảng dưới:



PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



5

9



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



Bảng 6,1 Bảng tổng hợp địa chất



- Điều kiện địa chất thuỷ văn :

Qua cấu tạo địa tầng và khảo sát thực địa cho thấy trong phạm vi chiều sâu khảo

sát các lớp đất số 1,2,3,4,5 đều không chứa nước ,

Mực nước ngầm được xem như ở rất sâu, Nhìn chung, nước ngầm ở đây ít ảnh

hưởng đến q trình thi cơng cũng như khơng gây ăn mòn cho bê tơng và sự ổn

định của cơng trình,

6.2.2 Đánh giá điều kiện địa chất

Lớp 1: Đất cát san lấp có bề dày tại H = 0,75m,

- Nằm từ mặt đất tự nhiên +0,00m đến -0,75m, Lớp đất này sẽ được đào đi

khi thi cơng đài móng ,

Lớp 2 : Sét xám trắng, đốm nâu, trạng thái dẻo mềm có H = 6m,

PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



6

0



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



- Nằm từ mặt đất tự nhiên sâu từ –0,80m đến –6,80m,

- Màu xám trắng, đốm nâu, trạng thái dẻo mềm,

- Lớp đất này không thể làm nền cho cơng trình,

Lớp 3 : Sét pha, trạng thái dẻo mềm có H = 4,2m,

- Có độ sâu từ -6,8m đến –11m,

- Sét pha, trạng thái dẻo mềm,

Lớp 4 : Sét xám trắng, trạng thái dẻo cứng: H = 4,6m,

- Có độ sâu từ 11 m đến –15,6m,

- Đất có màu xám trắng, trạng thái dẻo cứng,

- Lớp đất tương đối tốt nhưng chiều dày quá nhỏ nên không thuận lợi cho

việc nhận tải trọng của công trình,

Lớp 5 :Sét pha nâu loang vàng, trạng thái dẻo có H = 5m,

- Có độ sâu từ –15,6 m đến –20,6 m,

- Đất có màu nâu loang vàng, trạng thái dẻo,

- Đất yếu không nên đặt mũi cọc tại lớp này,

Lớp 6 :Cát trung có lẫn sạn, sỏi, trạng thái chặt vừa H = 40m,

- Có độ sâu từ – 20,6 m đến -40,0m

- Cát trung ở trạng thái chặt vừa,(chưa kết thúc trong phạm vi hố khoan)

- Đất tốt có mơđun biến dạng lớn nên thuận tiện cho việc nhận tải của

cơng trình,

Mực nước ngầm khơng xuất hiện trong lỗ khoan, Như vậy thi cơng đài móng

và tầng hầm không bị ảnh hưởng của mực nước ngầm,

6.2.3 Lựa chọn và tính tốn phương án móng

* Các phương án móng :

a) Móng cọc ép, đóng BTCT: là dạng móng cọc BTCT sản xuất trước, được

hạ vào nền bằng phương pháp thơng dụng là đóng hoặc ép, Trong điều kiện xây

chen trong thành phố thì phương pháp ép cọc được lựa chọn sử dụng

- Ưu điểm:

+



Khả năng chịu lực tƣơng đối lớn, có khả năng cắm sâu vào lớp đất tốt,



+ Thi cơng dễ dàng khơng đòi hỏi kỹ thuật cao,

PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



6

1



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



+

Không gây chấn động làm phá hoại vùng đất xung quanh cọc và không

ảnh hưởng đến cơng trình xung quanh,

+ Các đoạn cọc được chế tạo tại chổ hay mua từ các đơn vị sản xuất nên dễ

dàng kiểm tra được chất lượng cọc,

- Nhược điểm:

+

Đối với những cơng trình chịu tải lớn thì số lượng cọc tăng lên hoặc phải

tăng kích thước dẫn đến chi phí thi cơng đài cọc tăng lên hoặc tiết diện cọc quá

lớn không thể ép xuống được.

+ Quá trình ép cọc thường xảy ra sự cố gặp các lớp đất cứng, đá cuội hay đụng

phải các tảng đá mồ côi mà trong khi khoan địa chất không phát hiện được, Các

sự cố thường gặp khi ép cọc như: cọc bị chối khi chưa đến độ sâu thiết kế, cọc bị

gãy trong quá trình ép …

+ Quá trình thi công kéo dài do thời gian dịch chuyển bệ ép tốn nhiều thời gian,

+ Khơng kiểm sốt đƣợc sự làm việc các mối nối,

b) Móng cọc khoan nhồi: là dạng móng cọc thay thế

- Ưu điểm:

+ Có thể khoan đến độ sâu lớn, cắm sâu vào lớp đất chịu lực tốt nhất ,

+ Kích thước cọc lớn, sức chịu tải của cọc rất lớn, chịu tải trọng động

tốt,

+ Không gây chấn động trong q trình thi cơng, khơng ảnh hưởng đến

cơng trình xung quanh

- Nhược điểm:

+ Thi cơng phức tạp, cần phải có thiết bị chuyên dùng, kỹ sư có trình độ

và kinh nghiệm, cơng nhân lành nghề

+ Khó kiểm tra chất lượng lỗ khoan và thân cọc sau khi đổ bê tông cũng

như sự tiếp xúc không tốt giữa mũi cọc và lớp đất chịu lực,

+ Giá thành thi cơng và thí nghiệm kiểm tra chất lượng cọc lớn,

+ Công trường bị bẩn do bùn và bentonite chảy ra,

* Lựa chọn phương án móng cho cơng trình

Do cơng trình khơng có chiều cao khơng q lớn, có tải trọng khơng phải là

q lớn, và qua phân tích điều kiện địa chất cơng trình có thể thấy được địa chất



PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



6

2



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



cơng trình là khá tốt, nên chọn phương án cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, để đảm

bảo chống ồn và chống rung động thì chọn thi công bằng phương pháp ép,

6.2.4 Chọn các đặc trưng của móng cọc

6.2.4.1. Thiết kế các đặc trưng của cọc

a, Vật liệu làm cọc:

+ Bê tông: Cấp độ bền B25 có: Rb=14,5 MPa, Rbt=1,05 MPa

+ Cốt thép: Thép dọc: AII có: Rs=280 MPa

Thép đai: AI có : Rs=225 MPa

b, Vật liệu dùng cho đài:

Bê tông dùng loại cấp độ bền B25 có các chỉ tiêu như sau :

Rb = 14,5 MPa Rk = 1,05 MPa

Thép chịu lực là thép AIII có : Rs = 365 MPa

Thép đai dùng thép trơn AI có : Rs=225 MPa

Lớp lót dùng loại bêtơng mác M100

Lớp bảo vệ a 0 =10 cm

c ,Chọn kích thước cọc:

Chọn cọc có tiết diện 300 mm x 300 mm = 0,3 m x 0,3 m

Được chôn sâu vào lớp 6 là : Ln  3D  3 �300  900mm  0,9m ,Chọn Ln = 1,2m

Chọn sơ bộ chiều cao đài cọc h = 1,5m, cao độ đáy đài cọc tính từ cao độ tự

nhiên là -2,3m,

Đoạn bêtơng đầu cọc được đập bỏ để liên kết thép cọc với thép đài cọc là

400mm và phần cọc ngàm sâu vào đài 100mm,

6.2.4.2. Chọn các đặc trưng của móng cọc

* Chọn các đặc trưng của cọc :

Chọn cọc có :F= 30x30 (cm xcm), thép dọc chịu lực 4d20,

Chiều dài cọc: chọn chiều sâu hạ cọc vào lớp 6 khoảng 1,2m,

Chiều dài cọc: Lc=(0,75+6+4,2+4,6+5+1,2)-2,25+0,5=20 m, chiều dài cọc tính

tốn

là 19,5m

PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



6

3



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



Cọc được chia làm 3 đoạn mũi cọc C1,và 2 đoạn thân cọc C2, Trong đó đoạn

thân có chiều dài 7m , đoạn mũi có chiều dài 5,5m được nối với nhau bằng bản

mã.



6.3 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

6.3.1 Theo độ bền của vật liệu làm cọc

* Sức chịu tải tính tốn theo vật liệu của cọc đợc tính theo cơng thức sau:

Pvl = φ(Rn,Fb + Ra,Fa)

Trong đó



-



-



Rn: Cường độ chịu nén của bêtơng B25, Rn = 14,5 MPa



-



Fb: Diện tích mặt cắt ngang của cọc, Fb =30×30= 900 cm2



-



Ra: Cuờng độ tính tốn của thép AIII, Ra = 365 MPa



-



Fa: Diện tích tiết diện ngang cốt dọc, 8∅18 có Fa = 20,36 cm2,

φ :Hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc vào độ mảnh của

cọc

  1.028  0.0000288 2  0.0016



Với   l0 / hc (với l0 = μ,l)

Vì cọc ngàm trong đài và mũi cọc tựa trên nền đất cứng nên μ = 0,7

=> l0 = 0,7×19,5 = 13,65 m =>  



13.65

 45.5

0.3



=>φ= 1,028 – 0,0000288×45,52 – 0,0016×45,5 = 0,9

Khi đó :

Pvl =  (Rn,Fb + Ra,Fa) = 0,9×(145×900 +3650×20,36)×10-2

= 1843,3 kN

6.3.2.Sức chịu tải theo điều kiện đất nền :

Tính theo phương pháp dùng kết quả thí nghiệm trong phòng (phương pháp

thống kê)

Cơng thức xác định sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc theo đất nền như sau:

Qu  Qtc  m(mR q p Ap  u �m f f si li )



Trong đó:

PHÙNG MINH ĐƠNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



6

4



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



m



: Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, m = 1,



mR : Hệ số xét đến lớp đất bên dƣới mũi cọc với lớp đất cát hạt trung m R = 1,2

mf : Hệ số xét đến ma sát giũa cọc và đất , mfi = 1( cọc ép)

Ap : Diện tích ngang của cọc, Ap = 0,3×0,3 = 0,09 (m2)

u : Chu vi thân cọc; u = 0,3 × 4 = 1,2 m

li: Chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc,

fsi : Cường độ tiêu chuẩn của ma sát thành lớp đất thứ i với bề mặt xung

quanh cọc, được tính toán bằng cách tra Bảng A,2, TCXD 205:1998, Chia đất

nền thành các lớp đất đồng nhất như hình vẽ (Chiều dày mỗi lớp lấy ≤ 2m), Ở

đây Zi và H lấy từ cốt thiên nhiên:

qp :Cường độ đất nền mũi cọc xác định bằng cách tra bảng A,1 TCXD

205:1998, Tại độ sâu Z =21,8 (m) đất cát hạt trung lẫn sạn sỏi thì cường độ tính



PHÙNG MINH ĐƠNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



6

5



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



toán của đất nền dưới mũi cọc là qp= 4948 (kN/m2)



+0.00m

-0.75m



1.Cát san l?p



-2.23m

2.Sét xám d?m

tr?ng, d?o m?m



-6.75m



3.Sét pha, d?o

m?m



-10.95m



4.Sét xám tr?ng,

d?o c?ng



-15.55m



5.Cát pha nâu

vàng, d?o



-20.55m

-21.75m

6.Cát h?t trung

l?n s?i, ch?t v?a



Hình 6.1:Mặt cắt địa chất,

Bảng 6.2 Ma sát thân cọc lớp đất thứ i

Lớ

p



Lớp đất



PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



h

(m)



z

(m)



fsi



mf



m f × fi ×

li

6



6



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



2

3



4



1,5



3,05



17,445



1



26,168



Sét xám 1,5

trắng

1,5

1,4

Sét pha 1,4

1,4



4,55

6,05

7,50

8,90

10,3

0

11,7

5

13,2

5

14,8

0

16,4

5

18,1

5

19,8

0



21,140

23,450

24,100

24,960

25,460



1

1

1

1

1



31,710

35,175

33,740

34,944

35,644



47,750



1



71,625



49,250



1



73,875



50,800



1



81,280



64,290



1



109,293



64,630



1



109,871



64,960



1



103,936



21,2

0



81,380



1



97,656



1,5



Xét

xám

trắng



1,5

1,6



5



1,7



Cát pha



1,7

1,6

6



Cát hạt

trung

lẫn

sỏi



1,2



Tổn

g

Ta có:



844,917



Qu  Qtc  m(mR q p Ap  u �m f f sili )



= 1×( 1,2 × 4948 ×0,09 + 1,2 × 844,917 ) = 1548,3 (kN)

Sức chịu tải cho phép của cọc:

Qa 



Qu 1548.3



 938.4 KN

ktc

1.65



6.3.3.Theo chỉ tiêu cường độ đất nền(TCXD 205-1998) – phụ lục B

* Sức chịu tải cực hạn của cọc:

Qu  Qs  Q p  As f s  Ap q p



Trong đó : Qs : Sức chịu tải cực hạn do ma sát bên,

PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



6

7



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



Qp: Sức chịu tải cực hạn do mũi cọc,

fs : Ma sát bên đơn vị giữa cọc và đất,

qp: Cƣờng độ chịu tải của đất ở mũi cọc,

As: Diện tích mặt bên của cọc,

Ap: Diện tích mũi cọc,

Sức chịu tải cho phép của cọc

Qa 



Q

Qs

 p

FS s FS p



Trong đó:

• FSs: hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên, FSs = 1,5ữ2,0 chn :FSs = 2

FSp : h s an tồn cho sức chống mũi cọc, FSp = 2,0÷3,0 chọn :FSp = 3

a, Ma sát bên tác dụng lên thân cọc

n



Qs  As f s  u �li f si

i 1



Trong đó: u : Chu vi thân cọc; u = 0,3 × 4 = 1,2 m

li: Chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc

f s  ca   hi' tan a : ma sát đơn vị thân cọc lớp đất i (kN/m2)



Với: Cai: lực dính giữa thân cọc và lớp đất i (kN/m2), với cọc BTCT, Cai =0,7c

trong đó c là lực dính của lớp đất thứ i

•  hi' ứng suất hữu hiệu trong đất do tải trọng bản thân các lớp đất ở trạng thái tự

nhiên gây ra theo phương vng góc với mặt bên cọc của lớp đất i (kN/m2),

• ai : góc ma sát giữa cọc và lớp đất i, với cọc BTCT lấy a   với φ là góc ma

sát trong của lớp đất thứ i ( độ ),



Bảng 6.3 Ma sát đơn vị dọc thân cọc

Lớp

2

3



� dn

h

(m)

4,50 20,0

0

4,20 19,7

0



Z

(m)

4,55

8,90



PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



ca

20,7

0

17,6

0



�a



 hi'



fs



As



12,19



91,00



34,15 5,40



11,75



177,3

7



49,21 5,04



Qsi

184,4

0

248,0

3

6



8



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -CUNG QUY HOẠCH KIẾN TRÚC BẮC NINH



4



4,60 20,3

0

5,00 20,4

0

1,20 20,4

0



5

6



13,3

0

18,1

0

21,2

0



33,7

0

10,4

0

3,40



18,10

20,83

31,18



265,4 110,3 5,52

3

5

363,1 145,4 6,00

2

3

438,6 267,8 1,44



609,1

1

872,6

0

385,6

3



Ma sát bên:

Qs  �Qsi  (184, 4  248, 03  609,11  872, 60  385, 63)  2299.77( kN )



b , Lực kháng đất nền tác dụng lên đầu cọc

Q p  Ap q p



Trong đó: Ap – diện tích tiết diện ngang ở cọc, Ap = 0,3×0,3 = 0,09(m2)

q p  cN r   vp' N q   d p N (kN/m2) cường độ chịu tải cực hạn của đất



mũi cọc

Với:



c: lực dính đất nền duới mũi cọc, c = 3,4 (kN/m2),



 vp' : ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do

'

trọng lương bản thân đất trạng thái tự nhiên,  vp = 258,16 (kN/m2),



Nc , Nq, Nγ: hệ số SCT, phụ thuộc vào ma sát trong của đất, hình dạng mũi cọc,

phương pháp thi cơng cọc, tra biểu đồ quan hệ bên dưới,





31.18  tg

N q  tg 2 (45  )e tg  tg 2 (45 

)e

 21.06

2

2

N c  ( N q  1) cot g  (21.06  1) cot g 31.18  33.15

N  2( N q  1)tg  2(21.06  1)tg 31.18  26.7



- γ : trọng luợng thể tích đất ở độ sâu mũi cọc, γ = 20,4 (kN/m3),

- dp : bề rộng tiết diện cọc , dp = 0,3(m),

PHÙNG MINH ĐÔNG -MSV: 1302402

LỚP: XDDD&CN2 K54



6

9