Luận văn Thạc sĩ Quản lý xây dựng: Nghiên cứu tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam - Tính toán áp dụng cho móng cọc cống Phú Định

LỜI CAM ĐOAN

Bản luận văn này do tôi tự nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.

Trịnh Công Vấn.

Để hoàn thành luận văn này, tôi đã sử dụng những tài liệu được ghi trong mục Tài liệu

tham khảo, ngoài ra tôi không sử dụng bất kì tài liệu nào mà không được liệt kê.

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung tôi đã trình bày trong luận văn

này.

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 01 năm 2019

Học viên

Nguyễn Văn Tráng

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Xây dựng Công trình thủy với đề tài

“Nghiên cứu tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam - Tính toán

áp dụng cho móng cọc cống Phú Định - Thành phố Hồ Chí Minh” tôi đã nhận được rất

nhiều sự động viên, giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể.

Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Trịnh Công Vấn đã tận tình

hướng dẫn, chỉ bảo trong suốt thời gian qua để Luận văn được hoàn thành đúng thời

gian quy định.

Xin bày tỏ lòng chân thành với sự giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô giáo trong khoa

Công trình - Trường Đại Học Thủy lợi và Viện Thủy lợi và Môi trường đã tạo điều kiện

cho tôi hoàn thành luận văn này.

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn bên tôi,

động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu của mình.

Xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii

MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH ..............................................................................................vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... viii

PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1

1.1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................ 1

1.2. Mục đích nghiên cứu................................................................................................. 1

1.3. Đối tượng nghiên cứu. .............................................................................................. 2

1.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: .............................................................. 2

1.4.1. Cách tiếp cận ........................................................................................................ 2

1.4.2. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 2

1.5. Kết quả đạt được ....................................................................................................... 3

1.6. Bố cục của luận văn .................................................................................................. 3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN MÓNG CỌC........................................ 4

1.1. Tổng quan tình hình thiết kế móng cọc trong nước và thế giới. ............................... 4

1.1.1. Khái niệm nền, móng ............................................................................................ 4

1.1.2. Phân loại nền, móng ............................................................................................. 4

1.1.3. Khái niệm về móng cọc và phân loại cọc ............................................................. 5

1.1.4. Tổng quan về móng cọc trên thế giới ................................................................... 7

1.1.5. Tổng quan về móng cọc sử dụng tại Việt Nam .................................................. 11

1.2. Các vấn đề đặt ra cần giải quyết trong luận văn. .................................................... 17

Kết luận chương 1 ......................................................................................................... 18

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ LUẬN TÍNH TOÁN MÓNG CỌC THEO TIÊU CHUẨN MỸ VÀ TIÊU CHUẨN VIỆT NAM .................................................................................... 19

2.1. Các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc .................................................... 19

2.2. Tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn của Mỹ. ........................................................ 20

iii

2.1.1 Sức chịu tải của cọc theo phương đứng. .............................................................. 20

2.1.2 Sức chịu tải của cọc theo phương ngang. ............................................................. 25

2.1.3 Thiết kế của nhóm cọc ......................................................................................... 27

2.1.4. Hệ số an toàn trong thiết kế ................................................................................. 30

2.3 Tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn Việt Nam. ...................................................... 30

2.1.3. Các hệ số an toàn trong thiết kế .......................................................................... 30

2.3.2. Sức chịu tải của cọc theo phương đứng .............................................................. 32

2.3.3. Tính toán sức chịu tải ngang của cọc .................................................................. 35

2.3.4. Thiết kế của nhóm cọc ........................................................................................ 35

Kết luận chương 2. ........................................................................................................ 37

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG CỌC THEO TIÊU CHUẨN MỸ VÀ TIÊU CHUẨN VIỆT NAM (SỬ DỤNG TÀI LIỆU CỦA CÔNG TRÌNH CỐNG PHÚ ĐỊNH) ............................................................................................................................ 39

3.1 . Giới thiệu về công trình áp dụng nghiên cứu ....................................................... 39

3.1.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội trong vùng dự án ........................................... 39

3.1.3 Tài liệu sử dụng trong tính toán .......................................................................... 43

3.2. Nội dung tính toán .................................................................................................. 51

3.3. Xác định tải trọng tác dụng lên công trình ............................................................. 51

3.3.1. Các tổ hợp áp dụng tính toán............................................................................... 51

3.3.2. Tính toán các tải trọng tác dụng. ......................................................................... 51

3.4. Kiểm tra khả năng chịu tải của nền móng .............................................................. 54

3.4.1. Tính ứng suất đáy móng ...................................................................................... 54

3.4.2. Điều kiện làm việc đàn hồi của nền .................................................................... 55

3.4.3. Các thông số về cọc ............................................................................................. 56

3.5. Thiết kế cọc chịu tải đứng theo tiêu chuẩn Mỹ ...................................................... 56

3.5.1. Tính toán sức chỉu tải theo vật liệu ..................................................................... 56

3.5.2. Tính toán sức chịu tải của cọc đơn ...................................................................... 57

3.5.3. Sức chịu tải dưới mũi cọc .................................................................................... 59

3.5.4. Sức chịu tải của cọc ............................................................................................. 60

3.5.5. Tính toán sức chịu tải của nhóm cọc ................................................................... 60

3.6. Thiết kế cọc chịu tải đứng theo tiêu chuẩn Việt Nam ............................................ 61

3.6.1. Sức kháng cọc theo vật liệu ................................................................................. 61

3.6.2. Sức kháng dọc trục của cọc theo đất nền ............................................................ 63

3.7. Thiết kế cọc chịu tải trọng ngang ........................................................................... 66

3.7.1. Thiết kế cọc chịu tải ngang theo tiêu chuẩn Mỹ .................................................. 66

3.7.2. Thiết kế cọc chịu tải ngang theo tiêu chuẩn Việt Nam ....................................... 69

3.8. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc ........................................................................ 72

3.8.1. Tổng hợp kết quả tính toán .................................................................................. 72

3.8.2. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn Mỹ. .................................... 72

3.8.3. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn Việt Nam. .......................... 73

3.9. Kiểm tra ổn định dưới đáy móng quy ước. ............................................................ 74

3.9.1. Tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ .............................................................................. 74

3.9.2. Tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam.................................................................... 76

3.10. Kết quả tính toán và thảo luận .............................................................................. 78

3.10.1. Số liệu địa chất phục vụ tính toán ..................................................................... 79

3.10.2. Về phương pháp tính toán ................................................................................. 79

Kết luận chương 3 ......................................................................................................... 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 83

1. Kết luận ................................................................................................................... 83

2. Những vấn đề tồn tại ............................................................................................... 83

3. Kiến nghị ................................................................................................................. 84

PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 85

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1. 1: Hình ảnh nền và móng công trình .................................................................. 4

Hình 1. 2: Cấu tạo chung của móng cọc ......................................................................... 5

Hình 1. 3 : Loại cọc tre và cọc đóng bằng bê tông cốt thép ............................................ 6

Hình 1. 4: Loại cọc xi măng đất và cọc khoan nhồi ........................................................ 6

Hình 1.5: Loại cọc ống thép và cọc ván ......................................................................... 7

Hình 1. 6: Loại cọc xi măng đất và cọc khoan nhồi ........................................................ 7

Hình 1. 7: Móng của một công trình sử dụng công nghệ cọc xi măng đất ..................... 8

Hình 1. 8: Cột đất trộn xi măng để gia cố thành hố đào ................................................. 8

Hình 1. 9: Cọc ống thép sử dụng trong thi công khung vây và móng trụ cầu ................ 9

Hình 1. 10: Công trình Ems Barrier đã được thi công tại Đức ..................................... 10

Hình 1. 11: Giải pháp xử lý nền bằng cọc thép ............................................................. 10

Hình 1. 12: Dùng cọc tràm để gia cố mái buồng âu – công trình âu tàu Rạch Chanh .. 12

Hình 1. 13: Dùng cọc tràm để gia cố bản đáy bể tiêu năng cống.................................. 12

Hình 1. 14: Công trình cống đập Ba Lai tại tỉnh Bến Tre ............................................. 13

Hình 1. 15: Công trình cống đập Láng Thé tại tỉnh Trà Vinh ....................................... 13

Hình 1. 16: Hình ảnh công trình Cống Phú Định .......................................................... 14

Hình 1. 17: Cống Phú Định sử dụng cọc khoan nhồi D1500, chiều dài 50m ............... 14

Hình 1. 18: Hình ảnh công trình Cống Thị Nghè .......................................................... 15

Hình 1. 19: Cống Thị Nghè dùng cọc khoan nhồi D1200, dài 55m ............................. 15

Hình 1. 20: Hình ảnh công trình Cống Mương Chuối .................................................. 16

Hình 1. 21: Hình ảnh cắt ngang Cống Mương Chuối dùng cọc ống thép ..................... 16

Hình 2. 1: Sơ đồ tính toán sức chịu tải của cọc ............................................................. 19

Hình 2. 2: Mô hình sức kháng thân cọc trong đất rời ................................................... 21

Hình 2. 3: Biểu đồ xác định hệ số chịu tải Nq .............................................................. 23

Hình 2. 4: Các đường cong thiết kế về hệ số kết dính cho cọc trong đất sét ................ 24

Hình 2. 5: Các giá trị của α1 và α2 áp dụng cho cọc dài .............................................. 24

Hình 2. 6: Vùng đất chồng lên nhau của nhóm cọc ...................................................... 27

Hình 2. 7: Nhóm cọc hoạt động như một khối .............................................................. 28

Hình 2. 8: Biểu đồ xác định hệ số α .............................................................................. 33

Hình 3. 1: Bản đồ hành chính quận 8 ............................................................................ 40

Hình 3. 2: Hình ảnh vị trí vùng dự án ............................................................................ 41

Hình 3. 3: Bản đồ vị trí xây dựng cống Phú Định ......................................................... 43

Hình 3. 4: Bình đồ địa hình cống Phú Định .................................................................. 44

Hình 3. 5: Mặt cắt địa tầng dọc HK1-HK6-HK7 .......................................................... 44

Hình 3. 6: Mặt cắt địa tầng dọc HK4-HK9-HK8 .......................................................... 45

Hình 3. 7: Mặt cắt địa tầng dọc HK8-HK5-HK10 ........................................................ 45

Hình 3. 8: Hình ảnh mặt bằng bố trí tổng thể công trình .............................................. 49

Hình 3. 9: Cắt ngang công trình .................................................................................... 49

Hình 3. 10: Mặt bằng trụ pin số 2 .................................................................................. 50

Hình 3. 11: Mặt cắt ngang trụ pin số 2 .......................................................................... 50

Hình 3. 12: Sức kháng uốn của cọc D1500 ................................................................... 57

Hình 3. 13: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu .......................................................................... 59

Hình 3. 14: Sức kháng uốn của cọc D1500 ................................................................... 63

Hình 3. 15: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu .......................................................................... 64

Hình 3. 16: Phản lực ngang và mô men lớn nhất tại đầu cọc ........................................ 67

Hình 3. 17: Sơ đồ bố trí cọc trong đài ........................................................................... 68

Hình 3. 18: Phản lực ngang lớn nhất tại đầu cọc và biểu đồ mo men uốn .................... 70

Hình 3. 19: Sơ đồ bố trí cọc trong đài ........................................................................... 71

Hình 3. 20: Mô hình khối móng quy ước ...................................................................... 74

Hình 3. 21: Ranh giới móng khối quy ước khi tính độ lún móng cọc ........................... 76

vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2. 1: Giá trị của góc ma sát giữa đất và cọc (δ) ................................................... 22

Bảng 2. 2: Giá trị của hệ số ứng suất (K) ...................................................................... 22

Bảng 2. 3: Các hệ số FS trong tính toán xác định sức chịu tải của cọc ........................ 25

Bảng 2. 4: Cường độ sức kháng trên thân cọc đóng hoặc ép fi..................................... 34

Bảng 3. 1: Bảng quy mô các công trình trong vùng dự án ............................................ 41

Bảng 3. 2: Kết quả thí nghiệm đất của các lớp 1 - 2 – 3 ............................................... 46

Bảng 3. 3: Kết quả thí nghiệm đất của các lớp TK – 4a – 4b ....................................... 47

Bảng 3. 4: Kết quả thí nghiệm nén cố kết của các lớp đất ............................................ 47

Bảng 3. 5: Bảng thông số kỹ thuật của công trình ........................................................ 48

Bảng 3. 6: Tổ hợp tải trọng và các mực nước tính toán ................................................ 51

Bảng 3. 7: Bảng tải trọng tiêu chuẩn ứng ...................................................................... 54

Bảng 3. 8: Bảng tải trọng tính toán ............................................................................... 54

Bảng 3. 9: Kết quả tính toán ứng suất đáy móng .......................................................... 56

Bảng 3. 10: Các thông số của cọc khoan nhồi .............................................................. 56

Bảng 3. 11: Kết quả sức kháng dọc trục của cọc theo vật liệu ..................................... 57

Bảng 3. 12: Các thông số của vật liệu cọc .................................................................... 61

Bảng 3. 13: Sức kháng dọc trục của cọc theo vật liệu .................................................. 62

Bảng 3. 14: Kết quả tính toán các hệ số Nq, Nγ, Nc ..................................................... 67

Bảng 3. 15: Kết quả tính toán các hệ số nề kZ (hệ số nhóm cọc Eg=0.25) ................... 67

Bảng 3. 16: Kết quả tính toán lựa ngang và mô men tại đầu cọc .................................. 68

Bảng 3. 17: Sức kháng dọc trục và mô men uốn cho phép của cọc .............................. 68

Bảng 3. 18: Hệ số α trường hợp cọc có 4 cọc kề sát, khoảng cách cọc 3D .................. 69

Bảng 3. 19: Hệ số nền tính toán dọc thân cọc ............................................................... 70

Bảng 3. 20: Kết quả tính toán lực ngang và mô men tại đầu cọc .................................. 70

Bảng 3. 21: Sức kháng dọc trục và mô men uốn cho phép của cọc .............................. 71

Bảng 3. 22: Bảng tổng hợp kết quả tính toán ................................................................ 72

Bảng 3. 23: Bảng tổng hợp kết quả tính toán ................................................................ 73

Bảng 3. 24: Bảng tổng hợp kết quả tính toán ................................................................ 73

Bảng 3. 25: Bảng các thông số tính toán ....................................................................... 75

Bảng 3. 26: Tính toán ứng suất dưới đáy móng cọc ..................................................... 78

Bảng 3. 27: Kết quả tính toán thiết kế móng cọc cống Phú Định ................................. 78

viii

Bảng 3. 28: So sánh phương pháp tính SCT của cọc trong đất dính ............................. 79

Bảng 3. 29: So sánh phương pháp tính SCT của cọc trong đất rời ............................... 80

Bảng 3. 30: Bảng so sánh tính toán ............................................................................... 80

Bảng 3. 31: Bảng so sánh kết quả tính sức chịu tải của cọc theo các phương pháp ..... 82

Bảng PL 01- 1: Tải trọng do trọng lượng bản thân lên đáy cống trụ 2 ......................... 85

Bảng PL 01- 2: Áp lực thủy tĩnh lên cống trụ 2 ............................................................ 87

Bảng PL 01- 3: Áp lực đất lên cống trụ 2 ...................................................................... 88

Bảng PL 01- 4: Tổng hợp tải trọng lên đáy móng cống trụ 2 theo TCVN .................... 89

Bảng PL 01- 5: Tổng hợp tải trọng lên đáy móng cống trụ 2 theo tiêu chuẩn Mỹ ....... 89

Bảng PL 02 - 1: Kết quả sức chịu tải tính theo tiêu chuẩn Việt Nam ........................... 90

Bảng PL 02 - 2: Kết quả sức chịu tải tính theo tiêu chuẩn Mỹ ..................................... 93

Bảng PL 02 - 3: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc trường hợp thi công .................... 94

Bảng PL 02 - 4: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc TH1 ............................................ 94

Bảng PL 02 - 5: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc TH2 ............................................ 95

Bảng PL 02 - 6: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc tổ hợp thi công ........................... 95

Bảng PL 02 - 7: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc TH1 ............................................ 96

Bảng PL 02 - 8: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc TH2 ............................................ 96

Bảng PL03- 1: Tính ứng suất đáy móng quy ước ......................................................... 97

Bảng PL03- 2: Bảng kết quả tính toán độ lún theo tiêu chuẩn Mỹ ............................... 98

Bảng PL03- 3: Bảng kết quả tính toán độ lún theo tiêu chuẩn Mỹ ............................... 98

PHẦN MỞ ĐẦU

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Dự án thủy lợi chống ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và các công

trình thuộc các dự án chống xâm nhập mặn, ngập úng do triều cường tại các tỉnh miền

nam nói chung bao gồm các cống kiểm soát triều và ngăn nước lớn ngoài sông chảy vào

trong các khu vực dự án (do triều cường, nước biển dâng…). Các cống chính được thiết

kế với khẩu diện mỗi khoang cửa lớn (b=20m, b=40m, b= 60m …) cao trình ngưỡng

cống khoảng từ (-5.50÷-10.0)m. Các âu thuyền được xây dựng kèm theo các cống kiểm

soát triều để phục vụ giao thông thủy trong thời gian cửa cống đóng làm nhiệm vụ ngăn

triều. Đây là loại công trình ít được xây dựng tại Việt Nam. Các công trình này thường

được xây dựng tại các cửa sông lớn, cao độ mặt đất tự nhiên khoảng từ (-3.50÷-10)m.

Đặc điểm địa chất tại các vị trí xây dựng chủ yếu là bùn sét yếu ở tầng trên có chiều dày

từ 15m đến hơn 30m, không có khả năng chịu tải trọng lớn.

Trong hệ thống tiêu chuẩn của Việt Nam có nhiều tiêu chuẩn áp dụng tính toán thiết kế

móng cọc qua các thời kỳ, tiêu chuẩn đầu tiên là TCXD 21-72 và 20TCN 21-86, sau này

như TCXD 205:1998 và mới nhất là TCVN 10304:2014 các tính toán sức chịu tải của

cọc gồm hai thành phần: Lực ma sát bên và sức chống dưới mũi cọc tính toán dựa vào

các bảng tra đã có sẵn (Thường được gọi là phương pháp tra bảng). Tiêu chuẩn TCVN

10304:2014 đã bổ sung một số phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc từ kết quả

khảo sát hiện trường và đã được áp dụng rộng rãi trong thiết kế móng cọc trong những

năm vừa qua. Tuy nhiên trong các tiêu chuẩn vẫn còn tồn tại một số những hướng dẫn

chưa cụ thể gây lung túng cho người sử dụng.

Vì vậy việc nghiên cứu tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam

để so sánh sự khác nhau giữa 2 hệ thống tiêu chuẩn là cần thiết.

1.2. Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu tính toán thiết kế móng cọc theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam cho

các công trình xây dựng trên nền đất yếu khu vực Thành phố Hồ Chí Minh.

1.3. Đối tượng nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu áp dụng tính toán thiết kế móng cọc theo

tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam cho các cống ngăn triều xây dựng trên nền đất

yếu khu vực Thành phố Hồ Chí Minh.

1.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

1.4.1. Cách tiếp cận

Đối tượng nghiên cứu liên quan đến giải pháp xử lý nền của các công trình cống ngăn

triều xây dựng trên nền đất yếu khu vực Thành phố Hồ Chí Minh. Để đạt được mục tiêu

nghiên cứu đặt ra, hướng tiếp cận của đề tài sẽ là:

1) Tiếp cận từ tổng thể

Thu thập các tài liệu về tính toán xử lý nền bằng giải pháp móng cọc của các công trình

cống ngăn triều đã và đang xây dựng trên nền đất yếu khu vực Thành phố Hồ Chí Minh.

2) Tiếp cận kế thừa

Sử dụng một số bài toán tính toán xử lý nền và kết quả thí nghiệm hiện trường của công

trình cống Phú Định thuộc dự án chống ngập thành phố Hồ Chí Minh giai đoạn 1 nhằm

tiết kiệm thời gian nghiên cứu.

3) Tiếp cận hiện đại

Sử dụng các phần mềm tính toán để giải quyết các vấn đề của để tài.

1.4.2. Phương pháp nghiên cứu

Để đạt được các mục tiêu nghiên cứu đặt ra, đề tài đã sử dụng các phương pháp sau:

a) Phương pháp thống kê, phân tích

Thu thập số liệu mực nước, địa hình và địa chất công trình cống Phú Định.

Thu thập, hệ thống hoá các tài liệu, kết quả, báo cáo của các nghiên cứu và đề tài có liên

quan tới giải pháp xử lý nền bằng móng cọc.

Thu thập và tổng hợp tiêu chuẩn của Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam trong tính toán thiết

kế móng cọc.

Thu thập hồ sơ thiết kế của các công trình quanh khu vực nghiên cứu.

b) Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa và tính toán

Để nắm bắt rõ tình hình thực tế, tác giả đã tiến hành khảo sát trực tiếp tại hiện trường,

tiến hành chụp ảnh và ghi chép lại hiện trạng, tính toán với bài toán cụ thể.

1.5. Kết quả đạt được

Tổng quan về phương pháp tính toán thiết kế móng cọc, tính toán sức chịu tải của cọc

theo cường độ của đất nền theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam.

Xác định được các thông số kỹ thuật của cọc như chiều dài cọc, khả năng chịu lực của

cọc, số lượng cọc.

So sánh sự giống nhau và khác nhau về tính toán sức chịu tải của cọc theo cường độ của

đất nền giữa tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam.

1.6. Bố cục của luận văn

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về tính toán móng cọc

Chương 2: Cơ sở lý luận tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam

Chương 3: Tính toán thiết kế móng cọc theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam (Sử

dụng tài liệu của công trình cống Phú Định)

Kết luận và kiến nghị.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC

1.1. Tổng quan tình hình thiết kế móng cọc trong nước và thế giới.

1.1.1. Khái niệm nền, móng

Nền công trình: Nền công trình là chiều dày lớp đất, đá nằm dưới đáy móng, có tác dụng

tiếp thu tải trọng công trình bên trên do móng truyền xuống từ đó phân tán tải trọng vào

bên trong nền. Nền là một không gian có giới hạn dưới đáy móng, giới hạn này nó bắt

đầu từ đáy móng và phát triển tới độ sâu Hnc tính từ đáy móng. Hnc gọi là chiều sâu nén

chặt và được xác định từ điều kiện tính lún móng.

Hình 1. 1: Hình ảnh nền và móng công trình (nguồn: Google)

Móng công trình: Móng công trình là một bộ phận kết cấu bên dưới của công trình, nó

liên kết với kết cấu chịu lực bên trên như cột, tường… Móng có nhiệm vụ tiếp thu tải

trọng từ công trình và truyền tải trọng đó phân tán xuống nền. Khoảng cách từ đáy móng

tới mặt đất tự nhiên gọi là chiều sâu chôn móng.

1.1.2. Phân loại nền, móng

Phân loại nền: Gồm hai loại là nền thiên nhiên và nền nhân tạo.

Nền thiên nhiên: Là nền đất với kết cấu tự nhiên, nằm ngay sát bên dưới đáy móng chịu

trực tiếp tải trọng của công trình và khi xây dựng công trình không cần dùng các biện

pháp kỹ thuật để cải thiện các tính chất xây dựng của nền.

Nền nhân tạo: Khi các lớp đất sát bên dưới móng không đủ khả năng chịu lực với kết

cấu tự nhiên, cần phải áp dụng các biện pháp nhằm nâng cao khả năng chịu lực của nền.

Phân loại theo độ sâu chôn móng: Móng nông, móng sâu

Móng nông: Là các loại móng được thi công trên hố đào, sau đó lấp đất lại, độ sâu chôn

móng không quá lớn thường từ 1,5÷3m, trường hợp đặc biệt chiều sâu chôn móng có

thể chọn 5÷6m. Ngoài ra còn dựa vào điều kiện làm việc của đất nền, khi chịu tải trọng

nếu không tính đến ma sát hông của đất ở xung quanh với móng đó là móng nông, ngược

lại là móng sâu.

Móng sâu: Là các loại móng khi thi công không cần đào hố móng hoặc chỉ đào một phần

rồi dùng thiết bị thi công để hạ móng đến độ sâu thiết kế. Các loại móng sâu thường gặp:

Móng cọc (đóng, ép), cọc khoan nhồi, móng giếng chìm, giếng chìm hơi ép…

1.1.3. Khái niệm về móng cọc và phân loại cọc

1.1.3.1. Tổng quan về móng cọc

Móng cọc là một trong những loại được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Người ta có thể

đóng, hạ những cây cọc lớn xuống các tầng đất sâu, nhờ đó làm tăng khả năng chịu tải

trọng cho móng. Tuỳ thuộc vào tải trọng, quy mô kích thước của công trình và tính chất

các tầng đất dưới nền công trình khi đó sẽ tính toán và lựa chọn loại móng phù hợp.

Trong khuôn khổ luận văn này em xin trình bày ngắn gọn về móng cọc như sau:

Hình 1. 2: Cấu tạo chung của móng cọc (nguồn: Google)

Móng cọc: Là các loại móng gồm có cọc và đài cọc, dùng để truyền tải trọng của công

trình xuống lớp đất có khả năng chịu tải để công trình bên trên đạt các yêu cầu của trạng

thái giới hạn và đảm bảo ổn định.

Đài cọc: Đài cọc là kết cấu dùng để liên kết các cọc lại với nhau và phân bố tải trọng

của công trình lên các cọc. Nội lực ở cọc do tải trọng kết cấu phần trên truyền xuống

qua hệ đài bản chất sinh ra do chuyển vị tại điểm liên kết cọc với hệ đài. Có thể phân ra

làm đài tuyệt đối cứng và đài mềm trong tính toán thiết kế hệ cọc.

1.1.3.2. Phân loại cọc

Cọc là vật thể dạng thanh hoặc bản được cắm vào đất theo phương trục của nó. Cọc là

kết cấu có chiều dài lớn hơn so với bề rộng tiết diện ngang, được đóng hay thi công tại

chỗ vào lòng đất, đá, để truyền tải trọng công trình xuống các tầng đất, đá, sâu hơn nhằm

cho công trình bên trên đạt các yêu cầu của trạng thái giới hạn quy định. Trong xây

dựng, cọc được dùng với nhiều mục đích khác nhau như để gia cố nền đất (Cọc tre, cọc

tràm, cọc cát....); làm móng cho công trình (cọc bê tông cốt thép, cọc thép, cọc xi măng

đất...); làm vách đứng ngăn đất hoặc nước (cọc ván, cọc cừ....).

Hình 1. 3 : Loại cọc tre và cọc đóng bằng bê tông cốt thép (nguồn: Google)

Hình 1. 4: Loại cọc xi măng đất và cọc khoan nhổi (nguồn: Google)

Hình 1.5: Loại cọc ống thép và cọc ván (nguồn: Google)

1.1.4. Tổng quan về móng cọc trên thế giới

Trên thế giới móng cọc đã được sử dụng rất sớm từ khoảng 1200 năm trước, những

người dân thời kỳ đồ đá của Thụy Sỹ đã biết sử dụng các cọc gỗ cắm xuống các hồ nông

để xây dựng nhà trên các hồ cạn (Sower, 1979). Cũng trong thời kỳ này người ta đóng

các cọc gỗ để làm tường chắn đất, dùng thân cây để làm móng nhà...

Cọc khoan nhồi là cọc bê tông được đổ tại chỗ trong các lỗ tạo bằng phương pháp khoan

hoặc ống thiết bị, công nghệ cọc khoan nhồi đã được sử dụng đầu tiên cho Tòa thị chính

thành phố Kansas, Mỹ (1890), đến đầu những năm 1950 mới được sử dụng phổ biến

trên thế giới.

Hình 1. 6: Loại cọc xi măng đất và cọc khoan nhồi (nguồn: Google)

Tại Châu Âu, công nghệ cọc xi măng đất được nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy

Điển và Phần Lan bắt đầu từ năm 1967. Nước ứng dụng công nghệ cọc xi măng đất

nhiều nhất là Nhật Bản và nước vùng Scandinaver. Theo thống kê của hiệp hội CDM

(Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn 1980-1996 có 2345 dự án. Riêng từ 1977 đến

1993, lượng đất gia cố bằng xi măng ở Nhật vào khoảng 23,6 triệu m³ cho các dự án

ngoài biển và trong đất liền, với khoảng 300 dự án [2]

Hình 1. 7: Móng của một công trình sử dụng công nghệ cọc xi măng đất (nguồn: Google)

Hình 1. 8: Cột đất trộn xi măng để gia cố thành hố đào (nguồn: Google)

Công nghệ Móng cọc ống thép dạng giếng SPSPF (Steel Pipe Sheet Pile Foundation)

được nghiên cứu phát triển từ năm 1964 tại Nhật Bản và được áp dụng đầu tiên cho

móng cầu Isikari năm 1969 và ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Theo thống kê, tính

đến năm 2010 đã có trên 2000 móng cầu xây dựng tại Nhật Bản sử dụng công nghệ

Móng cọc ống thép dạng giếng. Không chỉ có tại Nhật Bản, công nghệ Móng cọc ống

thép dạng giếng hiện nay đã được nghiên cứu, ứng dụng tại nhiều nước khác trên thế

giới.

Hình 1. 9: Cọc ống thép sử dụng trong thi công khung vây và móng trụ cầu (nguồn: Google)

Cọc Barrette là một loại cọc khoan nhồi, hình dạng cọc thường là hình chữ nhật có kích

thước (0.6÷1.5)m. Công nghệ xử lý nền bằng cọc Barrette đã được nhiều nước trên thế

giới sử dụng từ những năm 1970. ở châu Âu, châu Mỹ và nhiều nước trên thế giới có

nhiều công trình nhà cao tầng đều được xây dựng có tầng hầm. Một số công trình đặc

biệt có thể xây dựng được nhiều tầng hầm

Đập ngăn sông Ems (LB Đức) có nhiệm vụ ngăn triều ở hạ lưu.. Đây là công trình mới

hòan thành năm 2002 trên cơ sở rút kinh nghiệm các công trình của Hàlan và Anh. Công

trình gồm 7 cửa kéo lên thẳng (vertical lifting gate), trong đó 4 cửa rộng có khẩu độ

63,5m và 1 cửa 50m, và 1 cửa âu cho phép tàu biển đi qua rộng 60m + 1 cửa âu cho giao

thông thủy nội địa (inland navigation) rộng 50m. Công trình được xử lý nền bằng cọc

thép hình

Hình 1. 10: Công trình Ems Barrier đã được thi công tại Đức (nguồn: Google)

Hình 1. 11: Giải pháp xử lý nền bằng cọc thép (nguồn: Google)

1.1.5. Tổng quan về móng cọc sử dụng tại Việt Nam

1.1.5.1. Móng cọc tại Việt Nam và các tiêu chuẩn áp dụng

Móng cọc được dùng rộng rãi trong các lĩnh vực xây dựng các công trình thủy lợi, dân

dụng, công nghiệp, cầu đường, cảng biển… Công nghệ móng cọc không ngừng phát

triển. Chất lượng thi công móng cọc ngày càng được nâng cao, các phương tiện giám

sát, quản lý chất lượng móng cọc cũng hiện đại hơn. Cùng với sự phát triển của các loại

cọc thì các tiêu chuẩn thiết kế cũng ra đời và phục vụ cho công tác tính toán thiết kế

móng cọc như:

Tiêu chuẩn ngành 20TCN 21:1986 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế. Tiêu chuẩn này áp

dụng cho thiết kế các móng cọc của nhà và công trình. Tiêu chuẩn này hướng dẫn tính

toán thiết kế nhiều các loại cọc như: Cọc khoan nhồi, cọc đóng BTCT, cọc thép....

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 189:1996 về móng cọc tiết diện nhỏ - tiêu chuẩn thiết kế.

Tiêu chuẩn này áp dụng cho các loại cọc có chiều rộng tiết diện nhỏ hơn 250 mm, được

thi công bằng phương pháp đóng hoặc ép.

Tiêu chuẩn xây dựng TCXD 205:1998 về móng cọc - tiêu chuẩn thiết kế. Tiêu chuẩn

thiết kế móng cọc được áp dụng cho các công trình thuộc lĩnh vực xây dựng dân dụng

và công nghiệp, giao thông, thuỷ lợi và các ngành có liên quan khác. Tiêu chuẩn này

hướng dẫn tính toán thiết kế nhiều các loại cọc như: Cọc khoan nhồi, cọc đóng BTCT,

cọc thép....

TCVN 10304:2014 - Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế. Tiêu chuẩn này được áp dụng để

thiết kế móng cọc của nhà và công trình xây dựng mới hoặc công trình cải tạo xây dựng

lại. Tiêu chuẩn này hướng dẫn tính toán thiết kế nhiều các loại cọc như: Cọc khoan nhồi,

cọc đóng BTCT, cọc thép.

Ngoài ra còn rất nhiều các tiêu chuẩn về thi công, kiểm tra chất lượng của cọc, các tiêu

chuẩn về địa chất phục vụ cho công tác tính toán thiết kế móng cọc.

1.1.5.2. Tổng quan về móng cọc tại Việt Nam

Cọc tre và cọc tràm là giải pháp công nghệ mang tính truyền thống để xử lý nền cho

công trình có tải trọng nhỏ trên nền đất yếu. Đóng cọc tre là một phương pháp gia cố

nền đất yếu hay dùng trong dân gian thường chỉ dùng dưới móng chịu tải trọng không

lớn (móng nhà dân, móng dưới cống…). Miền nam thường dùng cọc cừ tràm do nguyên

liệu sẵn có. Cọc tràm và tre có chiều dài từ 3 – 6m được đóng để gia cường nền đất với

mục đích làm tăng khả năng chịu tải và giảm độ lún. Không đóng cọc tre và cọc tràm

trong đất cát vì đất cát không giữ được nước, thường chỉ đóng trong nền đất sét có nước.

Thông thường người ta đóng (16-25) cọc/m².

Hình 1. 12: Dùng cọc tràm để gia cố mái buồng âu – công trình âu tàu Rạch Chanh

Hình 1. 13: Dùng cọc tràm để gia cố bản đáy bể tiêu năng cống

Từ năm 2000 đến 2006 cọc bê tông cốt thép đã được áp dụng tại một số các công trình

thủy lợi có quy mô kích thước lớn tại đồng bằng Sông Cửu Long như: Công trình Cống

đập Ba Lai xây dựng tại tỉnh Bến Tre từ năm 2000 đến 2002 xử lý nền bằng cọc bê tông

cốt thép (35x35)cm và công trình Cống đập Láng Thé được xây dựng tại tỉnh Trà Vinh

từ năm 2003 đến 2006 cũng được xử lý nền bằng cọc bê tông cốt thép (35x35)cm.

Hình 1. 14: Công trình cống đập Ba Lai tại tỉnh Bến Tre

Hình 1. 15: Công trình cống đập Láng Thé tại tỉnh Trà Vinh

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong nước và thế giới việc áp

dụng các công nghệ thi công hiện đại đã và đang được áp dụng tại các công trình thủy

lợi có quy mô kích thước lớn tại Việt Nam như: công trình Cống Thị Nghè, các cống

cống Mương Chuối, Phú Định, Tân Thuận, Phú Xuân, Bến Nghé, Cây Khô thuộc dự án

“Giải quyết ngập do triều khu vực thành phố Hồ Chí Minh có xét tới yếu tố biến đổi khí

hậu giai đoạn 1”.

Hình 1. 16: Hình ảnh công trình Cống Phú Định

Hình 1. 17: Cống Phú Định sử dụng cọc khoan nhồi D1500, chiều dài 50m

Hình 1. 18: Hình ảnh công trình Cống Thị Nghè

Hình 1. 19: Cống Thị Nghè dùng cọc khoan nhồi D1200, dài 55m

Hình 1. 20: Hình ảnh công trình Cống Mương Chuối

Hình 1. 21: Hình ảnh cắt ngang Cống Mương Chuối dùng cọc ống thép

1.2. Tổng quan về các nghiên cứu phát triển lý thuyết tính toán thiết kế móng cọc

theo tiêu chuẩn Mỹ và Việt Nam

Những tiêu chuẩn thiết kế kết cấu đầu tiên trên thế giới được ban hành ở Mỹ vào những

thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 20, năm 1910 ACI đưa ra "Standard Building Regulations

for the Use of Reinforced Concrete" còn “Standard Specification for Structural Steel for

Buildings” AISC được ban hành vào năm 1923 đều dựa trên phương pháp thiết kế theo

ứng suất cho phép. Đến nay ở một số quốc gia vẫn duy trì phương pháp thiết kế theo

ứng suất cho phép, trong số đó có những nền kinh tế lớn như Nhật Bản [1], Ấn Độ [2],...

Đến những năm 1950, thiết kế theo trạng thái giới hạn lần đầu được đưa vào tiêu chuẩn

ở Liên Xô và một số nước châu Âu, sau đó phương pháp này dần được chấp nhận ở

nhiều quốc gia khác như Mỹ và Canada vào những năm 1980 và 1990.

Ở Việt Nam, các công thức tính toán có nguồn gốc từ tài liệu Nhật Bản và Nga đã được

đưa vào tiêu chuẩn thiết kế móng cọc từ cuối những năm 1990 và đã được áp dụng rộng

rãi trong thực tế. Về áp dụng một số công thức tính toán có nguồn gốc ngoài tiêu chuẩn

Liên Xô hoặc Nga trong các tiêu chuẩn thiết kế móng cọc của Việt Nam

1.3. Các vấn đề đặt ra cần giải quyết trong luận văn.

Qua các thời kỳ phát triển của công nghệ xử lý nền đất yếu thì các tiên của tiêu chuẩn

thiết kế móng cọc tại việt nam cũng được ra đời và phát triển theo, tiêu chuẩn đầu tiên

như TCXD 21-72 và 20TCN 21-86 được biên soạn dựa trên tiêu chuẩn của Liên Xô,

trong đó các tính toán sức chịu tải của cọc chủ yếu dựa trên tương quan giữa chỉ tiêu vật

lý của đất với ma sát bên và sức chống dưới mũi cọc (Thường được gọi là phương pháp

tra bảng). Những tiêu chuẩn sau này như TCXD 205:1998 và mới nhất là TCVN

10304:2014 đã bổ sung một số phương pháp tính toán sức chịu tải và độ lún của móng

cọc lấy từ các tiêu chuẩn và tài liệu tham khảo của các nước khác như Nhật Bản và

Canada. Đặc biệt đã bổ sung một số phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc từ kết

quả khảo sát hiện trường. Thực tế cũng đã cho thấy các hướng dẫn và công thức áp dụng

trong tính toán có nhiều điểm chưa rõ ràng gây khó khăn cho các nhà thiết kế. Vì vậy

trong luận văn này cần giải quyết những nội dung sau:

 Tổng quan về phương pháp tính toán thiết kế móng cọc, tính toán sức chịu tải của

cọc theo cường độ của đất nền theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam.

 Xác định được các thông số kỹ thuật của cọc như chiều dài cọc, khả năng chịu

lực của cọc, số lượng cọc....

 So sánh sự giống nhau và khác nhau về tính toán sức chịu tải của cọc theo cường

độ của đất nền giữa tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam.

Kết luận chương 1

Cùng với sự phát triển của các công trình xây dựng có quy mô lớn thì móng cọc ngày

càng trở thành một hình thức móng sâu được dùng nhiều trong các công trình công

nghiệp, cầu đường, bến cảng và thủy lợi...được xây dựng trong các vùng đất yếu. Dự án

thủy lợi chống ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh (TP HCM) bao gồm các cống

kiểm soát triều kết nối với tuyến đê ven sông để ngăn nước lớn ngoài sông chảy vào khu

vực dự án (Do triều cường, nước biển dâng, lũ từ thượng lưu …). Các cống chính được

thiết kế với khẩu diện mỗi khoang cửa lớn, cao trình ngưỡng cống khoảng từ -6,00m tới

-10,0m. Đặc điểm địa chất tại các vị trí xây dựng chủ yếu là bùn sét yếu ở tầng trên có

chiều dày từ 15m đến hơn 30m, không có khả năng chịu tải trọng lớn.

Hiện nay hệ thống quy phạm, tiêu chuẩn Việt Nam đang trong thời kỳ chuyển đổi nên

còn những điểm chưa rõ ràng, gây lung túng cho người sử dụng. Vì vậy việc nghiên cứu

tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam để so sánh sự khác nhau

giữa 2 hệ thống tiêu chuẩn là cần thiết.

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ LUẬN TÍNH TOÁN MÓNG CỌC THEO TIÊU

CHUẨN MỸ VÀ TIÊU CHUẨN VIỆT NAM

2.1. Các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc

Móng cọc là loại móng sâu, thường áp dụng cho các công trình có tải trọng lớn hoặc

công trình có tầng địa chất tốt nằm ở dưới sâu, hiện nay có hai loại cọc phổ biến nhất là

cọc đúc sẵn và cọc đổ tải chỗ. Sức chịu tải của cọc được phân biệt thành hai loại.

1) Sức chịu tải theo vật liệu Pvl

2) Sức chịu tải theo đất nền Qđn

Về phương diện sức chịu tải theo vật liệu của cọc sẽ được tính dựa trên cường độ cực

hạn của vật liệu. Với cọc thép, cường độ cực hạn của thép, với cọc bê tông thì lấy theo

cường độ của bê tông sau 28 ngày tuổi. Sức chịu tải của cọc theo đất nền bao gồm 2

thành phần sau:

Thành phần 1: Sức kháng bên là phản lực giữa đất xung quanh cọc tác dụng vào cọc.

Thành phần 2: Sức kháng mũi là thành phần phản lực của đất nền dưới mũi cọc.

Hình 2. 1: Sơ đồ tính toán sức chịu tải của cọc

Hiện nay, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và công nghệ thi công ngày càng

có nhiều các biện pháp xử lý nền, nhiều loại cọc được sản sinh ra kèm theo đó là các hệ

thống tiêu chuẩn hướng dẫn thiết kế móng cọc tạo điều kiện thuận lợi cho các nhà thiết

kế lựa chọn phương pháp xử lý nền tối ưu. Tuy nhiên cũng gây ra không ít những khó

khăn và lúng túng khi lựa chọn các tiêu chuẩn để tính toán. Trong phạm vi luận văn này

tôi sử dụng các tiêu chuẩn sau để áp dụng:

Đối với tiêu chuẩn Việt Nam lựa chọn các tiêu chuẩn sau:

+ Tiêu chuẩn TCXD 205-1998 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế

+ Tiêu chuẩn TCVN 10304-2014 Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc

+ Tiêu chuẩn TCVN 9362:2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình

+ Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia 04-05:2012: Công trình Thủy lợi - Các quy định chủ yếu

về thiết kế

Đối với tiêu chuẩn Mỹ lựa chọn các tiêu chuẩn sau:

+ EM – 1110 – 2 – 2906: Thiết kế móng cọc xuất bản tháng 01/1991

+ EM 1110-1-1905: Khả năng chịu tải của đất xuất bản tháng 10/1992

+ FHWA-NHI-10-016: Cọc khoan: Các bước thi công và phương pháp thiết kế theo

LRFD – xuất bản tháng 05/2010

2.2. Tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn của Mỹ.

2.1.1 Sức chịu tải của cọc theo phương đứng.

Sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền bao gồm hai thành phần- sức chống ở mũi và

ma sát bên của cọc (Theo mục 4-3 trang 4-10 Tiêu chuẩn EM – 1110 – 2 – 2906):

Qult = Qs+ Qt; Qs =fsAs; Qt =qAt

Trong đó:

Qult: Sức chịu tải cực hạn của cọc

Qs: Sức kháng dọc trục của cọc do ma sát bên

Qt: Sức chống cực hạn ở mũi cọc

fs: Sức kháng trung bình của các lớp đất

As: Diện tích bề mặt của thân cọc tiếp xúc với đất

q: Sức kháng đơn vị mũi cọc.

At: Diện tích mũi cọc tiếp xúc với đất

2.1.1.1 Tính toán sức chịu tải của cọc trong đất không dính.

a) Sức chịu tải ma sát bên

Trong tính toán thiết kế thì ma sát bên của cọc trong đất không dính sẽ tăng tuyến tính

đến một độ sâu quan trọng được giả định (Dc) và sau đó không đổi dưới độ sâu đó. Độ

sâu tới hạn thay đổi từ 10 đến 20 đường kính cọc hoặc chiều rộng cọc (B), tùy thuộc vào

mật độ tương đối của cát. Độ sâu quan trọng được giả định là:

 Dc = 10B đối với cát kém chặt

 Dc = 15B đối với cát chặt vừa

 Dc = 20B đối với cát chặt

Hình 2. 2: Mô hình sức kháng thân cọc trong đất rời

Lực ma sát bên đơn vị tác dụng lên cọc có thể được xác định bằng các phương trình sau:

fs =K.σ’v.tan δ; Qs =fsAs

σ’v= γ’D khi D < Dc; σ’v= γ’Dc khi D ≥ Dc

Trong đó:

qs: Sức kháng đơn vị thân cọc trong lớp i

σ’v: Ứng suất hữu hiệu thẳng đứng trung bình trong lớp i

γ': Đơn vị trọng lượng của đất

D: Chiều dài của cọc ngập trong đất

δ : Góc ma sát trong giữa đất và cọc. Các giá trị của δ được cho trong Bảng 2.1.

Bảng 2. 1: Giá trị của góc ma sát giữa đất và cọc (δ)

Vật liệu cọc δ

Thép 0.67φ ÷ 0.83φ

Bê tông 0.90φ ÷ 1.00φ

Gỗ 0.80φ ÷ 1.00 φ

K là hệ số ứng suất, các giá trị của K cho cọc nén (Kc) và cọc chịu nhổ (Kt) được cho

trong bảng 2-2.

Bảng 2. 2: Giá trị của hệ số ứng suất (K)

Loại đất Kc Kt

Cát 1.00÷ 2.00 0.50 ÷0.70

Cát pha 1.00 0.50 ÷0.70

Đất sét 1.00 0.70 ÷ 1.00

b) Sức chịu tải dưới mũi cọc

Trong tính toán thiết kế, sức chịu tải dưới mũi cọc có thể được giả định là tăng tuyến

tính đến một độ sâu quan trọng (Dc) và duy trì không đổi sau đó. Mối quan hệ độ sâu

Dc tương tự như tính toán lực ma sát bên của cọc. Sức kháng đơn vị dưới mũi cọc có

thể được xác định bằng công thức:

q= σ’vNq

Trong đó:

σ’v: Ứng suất hữu hiệu dưới mũi cọc và được tính toán như sau:

σ’v = γ’D khi D < Dc ; σ’v = γ’Dc khi D ≥ Dc

Nq: Hệ số khả năng chịu tải, được xác định dựa theo các đường cong theo lý thuyết

được thể hiện trong Hình 2-3 và các giá trị góc ma sát trong của các loại đất có thể nói

hệ số Nq như một hàm của hệ số ma sát trong φ’.

Hình 2. 3: Biểu đồ xác định hệ số chịu tải Nq

c) Khả năng chịu tải của cọc

Khả năng chịu tải của cọc được xác định bằng tổng hai thành phần (Sức chịu tải theo

ma sát bên và sức chịu tải dưới mũi cọc) và được tính toán theo công thức sau:

Qult = Qs+ Qt

2.1.1.2. Tính toán thiết kế cọc trong đất đính.

a) Sức chịu tải theo ma sát bên

Lực ma sát bên là do sự gắn kết hoặc sự kết dính của đất dính xung quanh cọc với trục

cọc và được tính toán như sau:

Qs =fsAs ; fs =ca; ca = α.c

Trong đó:

ca: Lực dính giữa thân cọc và đất

c: Lực dính của đất nền.

α: Hệ số kết dính, có thể được giả định thay đổi với giá trị cường độ kháng cắt không

thoát nước được tính toán dựa vào các hình sau

Hình 2. 4: Các đường cong thiết kế về hệ số kết dính cho cọc trong đất dính

Đối với cọc dài (Cọc coi là cọc ngắn khi β.L< 0.5, cọc dài khi β.L > 1.5) thì Semple và

Rigden đã nghiên cứu và tìm ra các giá trị của α đặc biệt phù hợp, được cho trong hình

2-4 trong đó:

và α = α1.α2 fs = α.c

Hình 2. 5: Các giá trị của α1 và α2 áp dụng cho cọc dài

(σ'v trong trường hợp này áp lực trung bình theo chiều dọc, L và b là chiều dài và đường

kính của cọc tương ứng)

b) Sức chịu tải dưới mũi cọc

Khả năng chịu lực dưới mũi cọc trong đất sét được xác định từ phương trình sau:

Qt =At.q trong đó q= N’c.c

N’c là hệ số chịu tải dưới mũi cọc lấy bằng 9 cho cọc đóng và bằng 6 cho cọc khoan

c) Khả năng chịu tải của cọc

Khả năng chịu tải của cọc được xác định bằng tổng của hai thành phần (Sức chịu tải

theo ma sát bên và sức chịu tải dưới mũi cọc) được tính theo công thức sau:

Qult = Qs+ Qt

2.1.2.3 Khả năng chịu tải cuối cùng của cọc

Khả năng chịu lực cuối cùng của cọc là Qa được tính toán theo công thức:

Hệ số FS là hệ số an toàn tổng thể tùy theo đặc điểm của công trình, phương pháp thi

công và phương pháp kiểm tra sức chịu tải của cọc.

Bảng 2. 3: Các hệ số FS trong tính toán xác định sức chịu tải của cọc

Điều kiện tải trọng Giá trị FS Phương pháp xác định sức chịu tải cọc

Tải trọng thường xuyên 2.00

Thử tĩnh Tải trọng đặc biệt 1.50

Tải trọng cực đoan 1.15

Tải trọng thường xuyên 2.50

Thử động Tải trọng đặc biệt 1.90

Tải trọng cực đoan 1.40

Tải trọng thường xuyên 3.00

Khi không thử tải cọc Tải trọng đặc biệt 2.25

Tải trọng cực đoan 1.70

2.1.2 Sức chịu tải của cọc theo phương ngang.

Móng cọc chịu tải trọng ngang thường là móng cọc đài cao. Tuy nhiên với móng cọc

đài thấp, nếu tải trọng ngang quá lớn thì đất ở trên mức đáy đài cũng không tiếp nhận

hết tải trọng ngang. Khi đó cọc trong móng đài thấp chịu tải trọng ngang. Tải trọng

ngang thường gặp là tải trọng do tăng giảm tốc độ của xe, tải trọng do hãm xe, tải trọng

do sóng gió, tải trọng do va chạm của tàu bè, tải trọng do dòng chảy, tải trọng do áp lực

đất tác dụng lên tường chắn…

Sức chịu tải ngang của cọc được tính toán theo nhiều phương pháp khác nhau như

phương pháp của Broms (1964) phương pháp của Meyerhof (1995), phương pháp tính

toán đồng thời dựa trên đường cong p~y của Reese và theo tiêu chuẩn EM 1110-1-1905

“mục 1 trang 5-2 Thiết kế móng cọc” cho phép sử dụng chương trình máy tính để tính

toán sức chịu tải ngang của cọc.

Trong luận văn này tôi sử dụng phần mềm Sap để tính toán khả năng chịu tải ngang của

cọc. Dùng phần mềm Sap mô tả tác dụng cơ học tương hỗ giữa cọc và nền (Dầm trên

nền đàn hồi). Trong đó, đất bao quanh cọc được xem như môi trường đàn hồi biến dạng

tuyến tính đặc trưng bằng hệ số nền kZ, tính bằng kN/m³, tăng dần theo chiều sâu. Hệ số

nền kZ sử dụng trong tính toán được tính theo phương pháp của BOWLES:

ks = As + Bs.Zn

Trong đó:

As: Hệ số phụ thuộc bề rộng móng tính toán theo công thức sau

As = Fw1.Cm.C.(c.Nc + 0,5.γ.B.Nγ)

Bs: Hệ số phụ thuộc độ sâu tính theo công thức

Bs = Fw2.Cm.C.γ.Nq

Z: Độ sâu đang khảo sát

n : Hệ số hiệu chỉnh để k có giá trị gần với đường cong thực nghiệm n= (0.4 ÷0.6)

Nq, Nγ, Nc: Là các hệ số sức chịu tải của nền tính toán theo các công thức sau

Nc = (Nq-1).cotgφ

Fw1: Hệ số phụ thuộc hình dạng cọc lấy bằng 1.3 với cọc tròn

Fw2: Hệ số phụ thuộc hình dạng cọc lấy bằng 2 với cọc tròn

Cm: Là hệ số lấy bằng 1.25 cho cọc có D > 1200mm

2.1.3 Thiết kế của nhóm cọc

2.1.3.1. Nhóm cọc chịu tải trọng đứng

Sự làm việc của cọc đơn khác với sự làm việc của nhóm cọc, nếu khoảng cách giữa các

cọc khá lớn (Khoảng 8D) có thể xem chế độ làm việc của cọc như một cọc đơn còn

khoảng cách giữa các cọc nhỏ (Khoảng 3D) trong tính sức chịu tải của nhóm cọc phải

xét tới hệ số làm việc của nhóm cọc. Trong mục này tôi xin trình bày phương pháp tính

toán thiết kế sức chịu tải của nhóm cọc theo mục 5-5 tiêu chuẩn EM 1110-1-1905: Thiết

kế móng cọc.

Hình 2. 6: Vùng đất chồng lên nhau của nhóm cọc

2.1.3.2. Các ảnh hưởng của nhóm cọc lên sức kháng của cọc

a) Đối với đất dính.

Đối với đất dính, không có ảnh hưởng đáng kể của quá trình thi công cọc đến hiện

trạng đất và trạng thái ứng suất, sức kháng đối với trạng thái giới hạn cường độ

cần được xác định từ giá trị thấp hơn giá trị phá hoại của nhóm cọc hoặc tổng sức kháng

của cọc đơn. Sức chịu tải của cọc trong nhóm có thể được ước tính theo hiệu quả và

phương pháp tương đương. Phương pháp hiệu quả được khuyến nghị sử dụng khi đài

móng được đặt tách rời khỏi mặt đất, trong khi phương pháp tương đương được khuyến

nghị sử dụng khi đài móng được đặt ngay trên bề mặt đất.

1) Tính theo phương pháp hiệu quả

Sức chịu tải của nhóm cọc có thể tính toán theo công thức:

Trong đó:

Qgroup: Là sức chịu tải của nhóm cọc

n: Là số lượng cọc trong nhóm

Qu: Sức chịu tải của một cọc đơn

Eg: Hệ số hữu hiệu của nhóm cọc

Hình 2. 7: Nhóm cọc hoạt động như một khối

2) Tính theo phương pháp tương đương

Sức chịu tải của nhóm cọc được tính theo công thức:

Trong đó:

B: Chiều rộng khối

Lb: Chiều dài của khối

L: Độ xuyên của khối

Cua: Sức kháng cắt không thoát nước trung bình

Cub: Sức kháng cắt không thoát nước trung bình của đất dưới tại độ sâu 2B dưới mũi cọc

b) Đối với đất không dính.

Sức chịu tải của nhóm cọc được xác định theo công thức:

Hệ số hữu hiệu Eg được xác định như sau: Bằng 0.7 khi khoảng cách giữa các cọc trong

nhóm bằng < 2.5B khi khoảng cách giữa các cọc 3B < L < 8B thì 0.7 < Eg < 1 trong đó

B là đường kính hoặc chiều rộng của cọc.

2.1.3.2. Nhóm cọc chịu tải trọng ngang

Chuyển vị ngang của đất tác động trực tiếp đến cọc bên cạnh, ảnh hưởng của một cọc

đến các cọc lân cận là lớn hơn so với tải trọng dọc trục vì vậy hệ số nhóm cọc khi tính

cọc chịu tải trọng ngang sẽ nhỏ hơn khi tính toán cọc chịu tải trọng đứng.

Đối với khoảng cách lớn hơn 8B cọc làm việc như cọc đơn, khi khoảng cách cọc bằng

6B thì Eg = 0,7; khoảng cách cọc là 4B thì Eg=0,4 và khoảng cách cọc ≤ 3B thì Eg = 0,25

(Trong đó B là đường kính cọc hoặc chiều rộng cọc, căn cứ theo tiêu chuẩn UFC 3-220-

01A ngày 16 tháng 1 năm 2004 trang 5-17).

Công thức tính toán như sau:

Trong đó:

Qgroup: Là sức chịu tải của nhóm cọc

n: Là số lượng cọc trong nhóm

Qu: Là sức chịu tải của một cọc đơn

Eg: Là hệ số hữu hiệu của nhóm cọc

2.1.4. Hệ số an toàn trong thiết kế

Cọc thiết kế được coi là đảm bảo điều kiện ổn định khi thỏa mãn phương trình sau:

.R  ηi.Үi.Qi

Trong đó:

: Hệ số sức kháng lấy bằng 0.75, 0.85 và 0.9 tùy theo cấu kiện chịu nén, kéo hay uốn.

R- Sức kháng thiết kế phụ thuộc vào cấu tạo vật liệu

ηi– Hệ số điều chỉnh tải trọng; hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng

trong khai thác; ηi lấy bằng 0.95, 1 và 1.05 tùy theo mức độ quan trọng của công trình –

tương đối ít quan trọng, quan trọng và đặc biệt

Үi – Hệ số tải trọng (Được xác định qua các bài toán thống kê).

Q – Hiệu ứng do tải trọng và tác động

2.3 Tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn Việt Nam.

Trong hệ thống tiêu chuẩn của Việt Nam có nhiều tiêu chuẩn áp dụng tính toán móng

cọc, các tiêu chuẩn đầu tiên như TCXD 21-72 và 20TCN 21-86 sau này là TCXD

205:1998 và mới nhất là TCVN 10304:2014 các tiêu chuẩn đều có những hướng dẫn

tính sức chịu tải của cọc, tiêu chuẩn sau đều có những điều chỉnh bổ sung các phương

pháp tính toán. Trong phạm vi luận văn này áp dụng TCVN 10304:2014 để tính toán.

2.1.3. Các hệ số an toàn trong thiết kế

Cọc nằm trong móng hoặc cọc đơn chịu tải trọng dọc trục đều phải tính theo sức chịu

tải của đất nền với điều kiện:

Đối với cọc chịu nén:

Đối với cọc chịu kéo:

Trong đó:

Nc,d và Nt,d tương ứng là trị tính toán tải trọng nén và tải trọng kéo tác dụng lên cọc

Rc,d , Rt,d tương ứng là trị tính sức chịu tải trọng nén và sức chịu tải trọng kéo của cọc;

Rc,k và Rt,k tương ứng là trị tiêu chuẩn sức chịu tải trọng nén và sức chịu tải trọng kéo

của cọc.

0 là hệ số điều kiện làm việc, kể đến yếu tố tăng mức độ đồng nhất của nền đất khi sử

dụng móng cọc, lấy bằng 1 đối với cọc đơn và lấy bằng 1.15 trong móng nhiều cọc;

n là hệ số tin cậy về tầm quan trọng của công trình, lấy bằng 1.2; 1.15 và 1.1 tương ứng

với tầm quan trọng của công trình cấp I, II và III

k là hệ số tin cậy theo đất lấy như sau:

a) Trường hợp cọc treo chịu tải trọng nén trong móng cọc đài thấp có đáy đài nằm trên

lớp đất tốt, cọc chống chịu nén không kể đài thấp hay đài cao lấy k = 1.4 (1.2).

b) Trường hợp cọc treo chịu tải trọng nén trong móng cọc đài cao, hoặc đài thấp có đáy

đài nằm trên lớp đất biến dạng lớn, cũng như cọc treo hay cọc chống chịu tải trọng kéo

trong bất cứ trường hợp móng cọc đài cao hay đài thấp, trị số k lấy phụ thuộc vào số

lượng cọc trong móng như sau:

Móng có ít nhất 21 cọc ………………….. k = 1.40 (1.25);

Móng có 11 đến 20 cọc …………………..k = 1.55 (1.4);

Móng có 06 đến 10 cọc …………………..k = 1.65 (1.5);

Móng có 01 đến 05 cọc …………………..k = 1.75 (1.6).

c) Trường hợp bãi cọc có trên 100 cọc, nằm dưới công trình có độ cứng lớn, độ lún giới

hạn không nhỏ hơn 30cm thì lấy k = 1, nếu sức chịu tải của cọc xác định bằng thí nghiệm

thử tải tĩnh.

Giá trị của k trong (…) dùng cho trường hợp sức chịu tải của cọc xác định bằng thí

nghiệm thử tải tĩnh tại hiện trường; giá trị ngoài (…) dùng cho trường hợp sức chịu tải

của cọc xác định bằng các phương pháp khác.

2.3.2. Sức chịu tải của cọc theo phương đứng

Sức chịu tải trọng nén Rc,u,(kN), của cọc đóng hoặc ép nhồi và cọc khoan nhồi mở hoặc

không mở rộng mũi và cọc ống moi đất và nhồi bê tông vào bên trong, được xác định

theo công thức:

Rc,u = c (cq qb Ab + ucf fi li)

Trong đó:

c: Hệ số điều kiện làm việc của cọc

cq: Hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc

qb: Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc.

Ab: Diện tích tiết diện ngang mũi cọc

U: Chu vi tiết diện ngang thân cọc;

cf: Hệ số điều kiện làm việc của đất trên thân cọc

fi: Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc

li: Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ “i”.

2.3.2.1. Sức chịu tải ma sát bên của cọc

Công thức tính toán

Rs= ucf fi li

Đối với đất dính cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc trong lớp đất thứ i xác

định theo công thức:

fi =  cu,i

Trong đó:

cu,i là cường độ sức kháng không thoát nước của lớp đất dính thứ “i”;

 là hệ số phụ thuộc vào đặc điểm lớp đất nằm trên lớp dính, loại cọc và phương pháp

hạ cọc, cố kết của đất trong quá trình thi công và phương pháp xác định cu. Khi không

đầy đủ những thông tin này có thể tra  trên biểu đồ Hình 2.8

Hình 2. 8: Biểu đồ xác định hệ số α

Đối với đất rời, cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc trong lớp đất cát thứ “i”:

tgi

fi = ki

Trong đó:

ki là hệ số áp lực ngang của đất lên cọc, phụ thuộc vào loại cọc: cọc chuyển vị (đóng,

ép) hay cọc thay thế (khoan nhồi hoặc barrette);

là ứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng trung bình trong lớp đất thứ “i”;

i là góc ma sát giữa đất và cọc, thông thường đối với cọc bê tông i lấy bằng góc ma

sát trong của đất i, đối với cọc thép i lấy bằng 2i/3.

Theo công thức trên thì càng xuống sâu, cường độ sức kháng trên thân cọc càng tăng.

Tuy nhiên nó chỉ tăng đến độ sâu giới hạn ZL nào đó bằng khoảng 15 lần đến 20 lần

đường kính cọc, rồi thôi không tăng nữa.

Vì vậy cường độ sức kháng trên thân cọc trong đất rời có thể tính như sau:

. Trên đoạn cọc có độ sâu nhỏ hơn ZL, fi = k

Trên đoạn cọc có độ sâu bằng và lớn hơn ZL, fi = k

Bảng 2. 4: Cường độ sức kháng trên thân cọc đóng hoặc ép fi

ZL /d Trạng thái đất Độ chặt tương đối Cọc đóng Cọc đóng k Cọc khoan nhồi và Barrette N’q Cọc khoan nhồi và Barrette

Rời Từ 0,2 đến 0,4 6 0,8 0,3 25 60

Chặt vừa Từ 0,4 đến 0,75 8 1,0 0,5 60 100

Chặt Từ 0,75 đến 0,90 15 1,5 0,8 100 180

2.3.2.2. Sức chịu tải dưới mũi cọc

Công thức tính toán

Ru = cq qb Ab

Các đại lượng Ab, cq, qp như đã giải thích tại mục 2.3.2. Cường độ sức kháng của đất

dưới mũi cọc được xác định theo công thức:

qb = c N’c + q’,p N’q

Trong đó:

N’c, N’q là các hệ số sức chịu tải của đất dưới mũi cọc;

q’,p là áp lực hiệu quả lớp phủ tại cao trình mũi cọc (có trị số bằng ứng suất pháp hiệu

quả theo phương đứng do đất gây ra tại cao trình mũi cọc).

Cường độ sức kháng của đất dính thuần tuý không thoát nước dưới mũi cọc:

qb = cu N’c

Thông thường lấy N’c= 9 cho cọc đóng, cọc khoan nhồi đường kính lớn lấy N’c=6.

Cường độ sức kháng của đất rời (c = 0) dưới mũi cọc:

qb = q’,p N’q

Nếu chiều sâu mũi cọc nhỏ hơn ZL thì q’,p lấy theo giá trị bằng áp lực lớp phủ tại độ sâu

mũi cọc; Nếu chiều sâu mũi cọc lớn hơn ZL thì lấy giá trị q’,p bằng áp lực lớp phủ tại

độ sâu ZL. Có thể xác định các giá trị ZL và hệ số k và N’q trong Bảng 2.4

2.3.3. Tính toán sức chịu tải ngang của cọc

Theo tiêu chuẩn này cho phép dùng các chương trình máy tính mô tả tác dụng cơ học

tương hỗ giữa dầm và nền (Dầm trên nền đàn hồi). Trong đó, đất bao quanh cọc được

xem như môi trường đàn hồi biến dạng tuyến tính đặc trưng bằng hệ số nền CZ, tính

bằng kN/m³. Hệ số nền CZ, được xác định theo công thức:

Trong đó:

k: là hệ số tỷ lệ, tính bằng kN/m³, được lấy phụ thuộc vào loại đất bao quanh cọc

z: là độ sâu của tiết diện cọc trong đất, nơi xác định hệ số nền

c: là hệ số điều kiện làm việc (Đối với cọc độc lập c = 3).

2.3.4. Thiết kế của nhóm cọc

2.3.4.1. Hệ số an toàn thiết kế

Cọc thiết kế phải đảm bảo điều kiện ổn định được quy định trong QCVN 04-

05:2012/BNNPTNT như sau:

Trong đó:

Ntt: là tải trọng tính toán lên cọc

R: là sức chịu tải tính toán của cọc.

nc: là hệ số tổ hợp tải trọng

Kn: là hệ số bảo đảm được xét theo quy mô, nhiệm vụ của công trình.

m là hệ số điều kiện làm việc.

2.3.4.2. Nhóm cọc chịu tải trọng ngang

Khi tính cọc trong nhóm bằng phương pháp tĩnh học, phải xét đến sự tương tác giữa các

cọc. Trong trường hợp này việc tính toán được thực hiện như đối với cọc đơn nhưng hệ

số tỷ lệ k phải nhân với hệ số chiết giảm i, xác định theo công thức:

Trong đó:

c là hệ số xét đến sự làm chặt đất khi hạ cọc và lấy như sau: c = 1,2 đối với cọc đóng

tiết diện đặc; c = 1,0 đối với những loại cọc còn lại;

d là đường kính hay cạnh của tiết diện ngang cọc;

xi , yi là tọa độ tim cọc thứ “i” trên mặt bằng, ở đây lực ngang đặt theo hướng trục x;

xj , yj là tọa độ tim cọc thứ “j” trên mặt bằng, ở đây lực ngang đặt theo hướng trục x.

2.3.4.3. Tính toán số lượng cọc

1) Tính toán số lượng cọc theo tải trọng ngang

Số lượng cọc theo tải ngang được xác định theo công thức

Trong đó:

K là hệ số an toàn được xác định theo tổ hợp tải trọng tính toán;

Q (kN) là lực ngang lớn nhất lên đáy hố móng;

Qc (kN) là sức kháng tải trọng ngang của 1 cọc.

2) Tính toán số lượng cọc theo tải trọng đứng

Số lượng cọc được xác định theo công thức sau

Trong đó:

K là hệ số an toàn được xác định theo tổ hợp tải trọng tính toán;

N (kN) là lực đứng lớn nhất lên đáy hố móng;

R (kN) là sức kháng dọc trục của 1 cọc;

Kết luận chương 2.

Theo các nội dung trình bày tại các mục 2.2 và 2.3 trong tính toán sức chịu tải của cọc

theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam đều giống nhau về bản chất. Các nhà thiết

kế phải tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu và sức chịu tải theo đất nền. Tuy

nhiên cũng có một số những điểm khác nhau như sau:

i.Sức chịu tải của cọc theo ma sát bên

 Theo tiêu chuẩn Mỹ: Phương pháp xác định độ sâu giới hạn ZL được hướng dẫn lựa

chọn rất rõ ràng, tùy thuộc vào mật độ của cát

 Trong tiêu chuẩn Việt Nam: Chiều sâu giới hạn ZL lấy khoảng (15÷20) D (D là đường

kính cọc) nhưng chưa hướng dẫn cụ thể điều kiện áp dụng nên việc xác định chiều

sâu giới hạn khó khăn hơn so với tiêu chuẩn Mỹ.

ii.Đối với sực chịu tải dưới mũi cọc.

 Theo tiêu chuẩn Mỹ: Xác định với chiều sâu giới hạn ZL đã được xác định trong phần

tính toán thành phần ma sát bên.

 Trong tiêu chuẩn Việt Nam: Xác định với chiều sâu giới hạn ZL đã được xác định

khác kết quả tính phần tính toán thành phần ma sát bên và phụ thuộc vào trạng thái

của đất thể hiện trong bảng 2.4 trong luận văn này.

Trong tính toán sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền (phụ lục G) chưa có hướng

dẫn cụ thể về lựa chọn các thông số tính toán, các hệ số k và Nq’ nêu trong bảng G1

đối với mỗi loại đất chỉ có 1 giá trị để lựa chọn. Hệ số Nq’ chọn theo bảng G1 có gía

trị thiên lớn ví dụ đối với lớp đất 4b của công trình cống Phú Định là lớp đất cát chặt

vừa có hệ góc ma sát trong Þ =31.12 độ nếu theo công thức kinh nghiệm sử dụng

trong tiêu chuẩn Mỹ thì hệ số Nq= 24.63 nhưng theo bảng G1 thì Nq =60 nên sức chịu

tải của cọc tính theo phương pháp này lớn hơn nhiều so với sức chịu tải theo chỉ tiêu

cơ lý của đất nền

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG CỌC THEO TIÊU CHUẨN

MỸ VÀ TIÊU CHUẨN VIỆT NAM (SỬ DỤNG TÀI LIỆU CỦA CÔNG

TRÌNH CỐNG PHÚ ĐỊNH)

3.1 . Giới thiệu về công trình áp dụng nghiên cứu

3.1.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội trong vùng dự án

TP.Hồ Chí Minh nằm trong toạ độ địa lý khoảng 10 010’ – 10 0 38’ vĩ độ bắc và 1060 22’

– 106054’ kinh độ đông. Phía Bắc giáp tỉnh Bình Dương, Tây Bắc giáp tỉnh Tây Ninh ,

Đông và Đông Bắc giáp tỉnh Đồng Nai, Đông Nam giáp tỉnh Bà Rịa -Vũng Tàu, Tây và

Tây Nam giáp tỉnh Long An và Tiền Giang.

Thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM) nằm ở phía Tây-Nam vùng Đông Nam Bộ (Hình

2.1), là trung tâm kinh tế, văn hóa, khoa học, giáo dục quan trọng ở phía Nam nói riêng

và cả nước nói chung; là thành phố đông dân nhất và là đô thị cấp đặc biệt của Việt

Nam. Với vị trí tâm điểm của Đông Nam Á, đây cũng là đầu mối giao thông quan trọng

về cả đường bộ, đường thủy và đường hàng không, nối liền các tỉnh trong vùng và cũng

là cửa ngõ quốc tế của cả nước.

Về hành chính, TP.HCM có 24 quận, huyện với tổng diện tích tự nhiên là 2.095 km2

(Gần 0,6% diện tích cả nước), trong đó nội thành gồm 19 quận với diện tích 494 km2,

và 5 huyện ngoại thành với diện tích 1.601 km2 (Hình 2.2). Dân số TP.HCM năm 2014

là 7,96 triệu người, chiếm gần 8,8% dân số cả nước, dự kiến đến năm 2025 dân số thành

phố là 10 triệu dân, trong đó khu vực nội thành (cả cũ và mới) là 7,4 triệu người, khu

vực ngoại thành là 2,6 triệu người.

Về kinh tế, TP.HCM luôn đóng vai trò đầu tàu trong quá trình phát triển của cả nước,

tạo động lực thúc đẩy phát triển kinh tế-xã hội của các tỉnh phía Nam cũng như của cả

nước. Mặc dù chỉ chiếm 0,6% về diện tích tự nhiên, 8,56% dân số cả nước, nhưng thành

phố đóng góp 21,3% GDP cả nước, 29,38% tổng thu ngân sách nhà nước, mức thu nhập

bình quân của người dân thành phố năm 2011 bằng 2,4 lần so với bình quân đầu người

của cả nước.

Hình 3. 1: Bản đồ hành chính Thành phố Hồ Chí Minh (Nguồn: Google)

3.1.2. Thông tin tóm tắt của dự án

3.1.2.1. Vị trí vùng dự án

Vùng dự án “Giải quyết ngập do triều khu vực thành phố Hồ Chí Minh có xét đến yếu

tố biến đổi khí hậu” là Vùng 1A1 thuộc Vùng I của Quy hoạch thủy lợi chống ngập úng

khu vực TPHCM, bảo vệ cho khu vực trung tâm thành phố Hồ Chí Minh có diện tích

khoảng 570 km2, được giới hạn bởi: phía Bắc giáp với rạch Tra; phía Nam giáp với tỉnh

Long An; phía Tây giáp với kênh An Hạ; phía Đông giáp với sông Sài Gòn và Nhà Bè;

thuộc địa bàn các quận/huyện: quận 1,3,4,5,6,7,8,10,11,12, Phú Nhuận, Tân Bình, Tân

Phú, Bình Tân, Gò Vấp, Bình Chánh, Nhà Bè, Bình Thạnh, Hóc Môn.

Các hạng mục công trình đầu mối của Vùng I bao gồm: cống Rạch Tra, cống Vàm Thuật,

cống Nhiêu Lộc-Thị Nghè, cống Bến Nghé, cống Tân Thuận, cống Phú Xuân, cống

Mương Chuối, cống sông Kinh, cống Kinh Lộ, cống Kênh Hàng, cống Thủ Bộ, cống

Bến Lức, cống Kênh Xáng Lớn, cống Phú Định và Cây Khô. Trong đó cống Phú Định

thuộc vùng 1A1 và được xây dựng tại quận 8 thành phố Hồ Chí Minh.

Hình 3. 2: Hình ảnh vị trí vùng dự án

(Nguồn: Báo cáo nghiên cứu khả thi Dự án: Giải quyết ngập do triều khu vực TPHCM

có xét đến yếu tố biến đổi khí hậu (Giai đoạn 1)

Bảng 3. 1: Bảng quy mô các công trình trong vùng dự án

Quy mô

STT Tên công trình Hình thức vận hành

1 Cống Rạch Tra 2 Cống Vàm Thuật Bề rộng (m) 60 40 Cao trình đáy (m) -4 -4 Có điều khiển Có điều khiển

3 Cống Bến Nghé 4 Cống Tân Thuận 5 Cống Phú Xuân 20 60 60 -4 -4 -4 Có điều khiển Có điều khiển Có điều khiển

6 Cống Mương Chuối

7 Cống Sông Kinh 8 Cống Kinh Lộ (rạch Giồng) 60 120 60 60 -6 -10 -4 -6 Tự động Có điều khiển Có điều khiển Có điều khiển

Để phân kỳ đầu tư hiệu quả và đáp ứng nhu cầu chống ngập cấp bách khu vực đông dân

cư của thành phố HCM, Vùng I của QH 1547 được phân thành 2 vùng riêng biệt: vùng

phía Nam Rạch Tra (Vùng IA) và vùng phía Bắc Rạch Tra (Vùng IB). Vùng phía Nam

Rạch Tra cũng cần được phân thành 2 tiểu vùng: Vùng IA1 là khu vực trung tâm thành

phố có mật độ dân cư đông đúc được chống ngập bằng giải pháp đê bao kết hợp cống

và trạm bơm; còn lại là Vùng IA2 có mật độ dân cư thấp, có thể chống ngập bằng giải

pháp tôn nền hoặc đê bao cục bộ kết hợp trạm bơm.

Phạm vi của dự án với tuyến kiểm soát triều trong giai đoạn trước mắt (Giai đoạn 1):

phía Bắc giáp Rạch Tra, phía đông giáp sông Sài Gòn, phía Nam giáp đường Long Thới-

Nhơn Đức, phía Tây giáp các tuyến đường giao thông QL50, Nguyễn Văn Linh, Lê Văn

Lương, Mai Bá Hương, Thanh Niên và hệ thống đê bao thuộc dự án thủy lợi Hóc Môn

– Bắc Bình Chánh.

3.1.2.3. Mục tiêu và Nhiệm vụ của dự án

i. Mục tiêu của dự án:

Giải quyết chống ngập do triều có xét đến yếu tố biến đổi khi hậu cho vùng 1A1 thuộc

Qui hoạch 1547, là khu vực trung tâm của TP. Hồ Chí Minh có diện tích khoảng 570

km² và dân số hơn 6 triệu người;

Tạo điều kiện để nâng cao hiệu quả tiêu thoát nước mưa của các dự án thuộc quy hoạch

752 và cải tạo môi trường sinh thái, chất lượng nước.

ii. Nhiệm vụ của dự án

 Kiểm sóat triều bảo vệ khu vực dự án không cho ngập do triều cường, chủ động điều

tiết mực nước trên kênh rạch khu vực phía trong đê bao, tăng cường năng lực hệ thống

tiêu thóat nước mưa.

 Đảm bảo giao thông thủy cấp III từ Thành phố HCM đi ĐBSCL theo quy họach phát

triển giao thông đã được Chính phủ phê duyệt.

 Góp phần cải thiện môi trường nước trong khu vực dự án.

3.1.3 Tài liệu sử dụng trong tính toán [5]

3.1.3.1. Vị trí cống Phú Định

Cống Phú Định Nằm trên kênh Đôi, đoạn giữa hai ngã ba sông Cần Giuộc-Chợ Đệm-

Kênh Đôi và Kênh Đôi-Kênh Tàu Hũ.

Vị trí cống Phú Định

Hình 3. 3: Bản đồ vị trí xây dựng cống Phú Định

3.1.3.1. Địa hình tại khu vực cống Phú Định

Cống Phú Định nằm trên kênh Đôi, đoạn giữa hai ngã ba sông Cần Giuộc-Chợ Đệm-

Kênh Đôi và Kênh Đôi-Kênh Tàu Hũ là hạng mục quan trọng, là một trong những cống

tham gia trực tiếp vào hệ thống chống ngập của TPHCM. Nhìn chung khu vực dự kiến

xây dựng thuộc vùng thấp, địa hình tương đối thấp và bằng phẳng, bị chia cắt bởi mạng

lưới sông. Cao độ mặt đất tự nhiên trên bờ thay đổi từ (+1,5÷ 2,0)m. Địa hình lòng kênh

khu vực dự kiến xây dựng công trình thuộc đoạn đoạn sông tương đối thẳng có địa hình

sâu từ (-4,0 ÷ -4,5)m, địa hình lòng sông thoải đều từ bờ ra lòng sông và hầu như không

có sự đột biến về địa hình, chỉ riêng đoạn ngã 3 sông Cần Giuộc – Chờ Đệm nằm ngoài

phạm vi xây dựng công trình chính hình thành hố xói cục bộ với cao độ tại vị trí sâu

nhất là -15,2m. Vị trí xây dựng công trình nằm trong vùng nội đô nên dân cư sống dọc

hai bên bờ kênh vô cùng đông đúc, hệ thống công trình hạ tầng kỹ thuật dày đặc. Thực

vật hai bên bờ sông chủ yếu là hệ thống cây xanh cảnh quan dọc tuyến kè.

Hình 3. 4: Bình đồ địa hình cống Phú Định

3.1.3.2. Địa chất tại khu vực nghiên cứu

Khu vực trụ cống và âu thuyền bên bờ đường An Tài, Phường 7, Quận 8 được khảo sát

các hố khoan HK9 (đầu âu) – HK8 (trụ cống) – HK10 (đầu âu) kết hợp với các hố khoan

HK4 (đầu âu) – HK5 (đầu âu) của giai đoạn trước.

Hình 3. 5: Mặt cắt địa tầng dọc HK1-HK6-HK7

Hình 3. 6: Mặt cắt địa tầng dọc HK4-HK9-HK8

Hình 3. 7: Mặt cắt địa tầng dọc HK8-HK5-HK10

Lớp 1a: Ngay mặt đất, gặp tại các hố khoan trên bờ HK1 và HK3 với bề dày 1,4 – 0,9

m. Thành phần chính là sét, cát – dăm sạn có màu nâu đen, trạng thái dẻo cứng.

Lớp 1: Sét dẻo cao, (CH), trạng thái chảy, rất mềm. Lớp gặp tại tất cả các hố khoan, bề

dày thay đổi từ 9,0m đến 17,5m.

Lớp 2: Sét dẻo cao (CL), trạng thái dẻo mềm. Lớp gặp tại tất cả các hố khoan. Bề dày

thay đổi từ 3,9m đến 5,1m.

Lớp 3: Cát pha sét, bột (SC-SM), kém chặt - chặt vừa. Lớp gặp tại tất cả các hố khoan.

Bề dày thay đổi từ 9,7m đến 11,4m.

Lớp 4a: Cát pha bụi (SM), chặt . Lớp gặp tại tất cả các hố khoan. Bề dày thay đổi từ

3.6m đến 6.0m.

Lớp 4b: Cát pha bụi (SM), chặt vừa . Lớp gặp tại tất cả các hố khoan và là lớp cuối của

hố khoan, bề dày chưa xác định, mối khoan vào tối đa là 23,0m ở hố khoan HK1và HK3.

Bảng 3. 2: Kết quả thí nghiệm đất của các lớp 1 - 2 – 3

Tên chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3

Thành phần hạt

Sỏi sạn SS % - - -

Cát C % 7.3 19.6 75.6

Bột sét B % 42.1 46.1 18.1

Sét S % 50.6 34.4 6.3

Tính chất vật lý của hạt

Độ ẩm tự nhiên w 72.7 29.2 22.8

Dung trọng tự nhiên 1.50 1.89 1.95 w

Dung trọng khô 0.87 1.46 1.59 d

Dung trọng đẩy nổi % g/cm3 g/cm3 g/cm3 0.53 0.92 0.99 sub

Tỷ trọng Gs 2.60 2.68 2.67

Hệ số rỗng 2.000 0.841 0.688 eo

Độ lỗ rỗng n % 66.6 45.5 40.7

Độ bão hòa Sr % 94.4 93.3 88.5

Giới hạn chảy LL % 62.3 42.0 24.0

Giới hạn dẻo PL % 29.7 19.0 17.6

Chỉ số dẻo PI % 32.6 23.0 6.4

Độ sệt Thí nghiệm cường độ đất Cường độ nén nở hông Thí nghiệm nén ba trục UU Góc ma sát trong Lực dính Thí nghiệm nén ba trục CU Góc ma sát trong tổng Lực dính tổng Góc ma sát trong có hiệu Lực dính tổng có hiệu kg/cm2 Độ kg/cm2 Độ kg/cm2 Độ kg/cm2 1.32 0.236 2018 0.201 15024 0.109 24020 0.062 0.45 1.455 4022 0.646 17024 0.500 27043 0.296 0.81 - - - - - - - IL qu uu cuu cu ccu ’cu c’cu

Bảng 3. 3: Kết quả thí nghiệm đất của các lớp TK – 4a – 4b

Tên chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Lớp 4a Lớp 4b

Thành phần hạt

Sỏi sạn SS % 1.4 1.0

Cát C % 78.6 78.0

Bột sét B % 14.9 16.2

Sét S % 5.1 4.8

Tính chất vật lý của hạt

Độ ẩm tự nhiên w 19.6 21.0

Dung trọng tự nhiên 2.02 2.01 w

Dung trọng khô 1.69 1.66 d

Dung trọng đẩy nổi % g/cm3 g/cm3 g/cm3 1.06 1.04 sub

Tỷ trọng Gs 2.67 2.67

Hệ số rỗng 0.577 0.608 eo

Độ lỗ rỗng n % 36.6 37.8

Độ bão hòa Sr % 89.5 91.2

Giới hạn chảy LL % 24.1 23.4

Giới hạn dẻo PL % 17.8 17.4

Chỉ số dẻo PI % 6.3 6.0

Độ sệt 0.26 0.57 IL

Thí nghiệm cắt trực tiếp

Góc ma sát trong tiêu chuẩn Độ 31059 31°12' tc

Lực dính tiêu chuẩn kg/cm2 0.053 ctc

Độ 0.046 31046 30°56' Góc ma sát trong theo =0.85 

c kg/cm2 0.044 Lực dính theo  = 0.85

Độ 0.020 31039 30°47' Góc ma sát trong theo =0.95 

cc kg/cm2 0.002 0.04 Lực dính theo  = 0.95

Bảng 3. 4: Kết quả thí nghiệm nén cố kết của các lớp đất

Lớp đất Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4a Lớp 4b

Áp lực tiền cố kết Pc (kG/cm2) 0,613 1,138 1,920 2,659 2,669

Chỉ số nén Cc 1,138 0,271 0,281 0,175 0,197

Chỉ số nén lại Cs 0,014 0,042 0,043 0,048 0,046

3.1.3.3. Quy mô kích thước công trình

i. Cống kiểm soát triều

Cống kiểu lộ thiên, chiều rộng thông nước Bco=40m gồm 1 khoang cửa, cao trình

ngưỡng (-5,5m). Cống có 02 trụ pin bằng BTCT M30, trụ pin phía bờ phải (Phường 16)

kết hợp với một đoạn buồng tháo của trạm bơm và trụ pin phía bờ trái (Phường 7) kết

hợp với một đoạn buồng âu của âu thuyền. Nền xử lý cọc khoan nhồi BTCT M35 đường

kích D=1,5m. Dầm ngưỡng bằng BTCT M30 liên kết với 02 trụ pin. Dầm ngưỡng dày

2m, rộng 5m, cao trình đỉnh dầm ngưỡng (-5,5m). Nền xử lý cọc khoan nhồi BTCT M35

đường kích D=1,5m.

ii. Âu thuyền

Âu thuyền bằng bê tông cốt thép M30, chiều rộng Bau=15m, cao trình ngưỡng (-5,5m),

cao trình đỉnh tường (+3,5m), tổng chiều dài âu Lau=156m. Nền xử lý cọc khoan nhồi

BTCT M35 đường kích D=1,5m.

iii. Trạm bơm

Trạm bơm bằng bê tông cốt thép M30, trong giai đoạn 1 sử dụng 03 máy bơm chìm trục

đứng Q=6m³/s, H=4,36m. Tổng chiều dài 71,2m trong đó có đoạn bố trí chung với trụ

pin cống dài 30m, còn lại là phần buồng bơm, kênh dẫn và buồng tháo, cao trình đáy

buồng tháo (-5,5m). Nền xử lý cọc khoan nhồi BTCT M35 đường kích D=1,5m.

Bảng 3. 5: Bảng thông số kỹ thuật của công trình

STT Các thông số kỹ thuật Đơn vị Giá Trị

I 1 2 3 4 5 II 6 7 8 CỐNG Khẩu độ cống Cao trình ngưỡng Cao trình đỉnh trụ pin Cao trình đỉnh cửa van Cao trình đỉnh tháp van ÂU THUYỀN Bề rộng Âu Thuyền Chiều dài âu Cao độ đáy m m m m m 40.0 -5.50 3.50 3.50 26.5 15.0 156 -5.50

Hình 3. 8: Hình ảnh mặt bằng bố trí tổng thể công trình

TRỤ SỐ 2 TRỤ SỐ 1

Hình 3. 9: Cắt ngang công trình

3.1.3.4. Đối tượng áp dụng để tính toán

Công trình cống Phú Định bao gồm các hạng mục cống và âu thuyền, hạng mục cống

được chia thành các hạng mục như: Trụ pin số 1, Trụ pin số 02 và dầm ngưỡng. Trong

phạm vi luận văn này áp dụng tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam để tính toán thiết

kế móng cọc cho trụ pin số 2, quy mô kích thước như sau:

Hình 3. 10: Mặt bằng trụ pin số 2

Hình 3. 11: Mặt cắt ngang trụ pin số 2

3.2. Nội dung tính toán

Nội dung tính toán được trình bày trong luận văn này bao gồm những vấn đề sau:

1) Xác định các tải trọng tác dụng lên công trình

2) Kiểm tra khả năng chịu tải của nền móng

3) Tính toán sức chịu tải của cọc

4) Thiết kế móng cọc

3.3. Xác định tải trọng tác dụng lên công trình

3.3.1. Các tổ hợp áp dụng tính toán

Có nhiều các tổ hợp để tính toán tuy nhiên trong phạm vi luận văn này tôi xin tính toán

thiết kế với các tổ hợp mang tính đại diện như sau:

Bảng 3. 6: Tổ hợp tải trọng và các mực nước tính toán

Mực nước tính toán TT Các tổ hợp tải trọng Phía sông Phía đồng

+1.61 +1.61 1 Tổ hợp thi công

2 Tổ hợp tải trọng cơ bản

2.1 +2.71 -0.37

2.2 -2.27 +0.83 Tổ hợp cơ bản 1: Đóng cống ngăn triều trong điều kiện làm việc bình thường Tổ hợp cơ bản 2: Đóng cống giữ nước môi trường trong điều kiện làm việc bình thường

3.3.2. Tính toán các tải trọng tác dụng.

3.3.2.1. Phân tích tải trọng tác động lên móng công trình

Các tải trọng tác động lên móng công trình được phân thành: Tải trọng thường xuyên và

tải trọng tạm thời ngắn hạn, tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng tạm thời đặc biệt.

 Tải trọng thường xuyên là tải trọng tác động liên tục trong suốt thời kỳ xây dựng và

khai thác công trình, bao gồm: Trọng lượng của công trình và các thiết bị cố định đặt

trên và trong công trình và áp lực đất.

 Tải trọng tạm thời dài hạn là tải trọng có thể không xuất hiện ở một thời điểm hoặc

thời kỳ nào đó trong quá trình xây dựng và khai thác công trình, có thời gian tác động

tương đối dài: Áp lực đất phát sinh do hoạt tải bên trên; áp lực nước.

 Tải trọng tạm thời ngắn hạn có thời gian tác động ngắn bao gồm: Tải trọng do va tàu

khi vận hành; Tải trọng gió.

 Tải trọng tạm thời đặc biệt là tải trọng xuất hiện trong các trường hợp làm việc đặc

biệt, bao gồm: Tải trọng do động đất; Tải trọng do bão;

Các quy ước về độ lớn và điểm đặt của tải trọng như sau:

Hình 3. 12: Sơ đồ bố trí trục tọa độ OXY của đáy móng

 Độ lệch tâm của tải trọng được lấy theo trọng tâm O của bản đáy móng.

 Lệch tâm theo phương dọc dòng chảy (phương trục X) mang giá trị dương khi lệch

tâm về phía đồng (phía vào kênh Đôi, kênh Tàu Hủ) và mang giá trị âm khi lệch tâm

về phía sông (phía ra rạch Cần Giuộc).

 Lệch tâm theo phương vuông góc với dòng chảy (phương trục Y) mang giá trị dương

khi lệch tâm về phía sông và mang giá trị âm khi lệch tâm về phía bờ.

 Tải trọng thẳng đứng (P) có chiều hướng xuống mang giá trị dương, ngược lại hướng

lên mang giá trị âm.

 Tải trọng ngang (Qx) có chiều hướng về phía đồng mang giá trị dương, chiều ngược

lại mang giá trị âm. Cánh tay đòn xét đến đáy móng công trình.

 Tải trọng ngang (Qy) có chiều hường về tim luồng mang giá trị dương, chiều hướng

vào trong bờ mang giá trị âm. Cánh tay đòn xét đến đáy móng công trình.

3.3.2.2. Sơ đồ tải trọng tính toán.

Sơ đổ tải trọng tính toán tải trọng bản thân lên đáy trụ 2, bảng tính toán chi tiết được

trình bày trong phần phụ lục tính toán bảng PL01-01.

Hình 3. 13: Sơ đồ Tải trọng do trọng lượng bản thân lên cống trụ 2

Sơ đồ tính toán áp lực nước lên trụ 2, kết quả tính toán chi tiết được trình bày trong phần

phụ lục tính toán bảng PL 01-02.

Hình 3. 14: Sơ đồ áp lực nước lên cống trụ 2

Sơ đồ tính toán áp lực đất lên trụ 2, kết quả tính toán chi tiết được trình bày trong phần

phụ lục tính toán bảng PL 01-03

Hình 3. 15: Áp lực đất lên cống trụ 2

3.3.2.3. Tổng hợp kết quả tính toán

Kết quả tính các tải trọng tác dụng lên công trình thể hiện tại bảng 3.7, 3.8 như sau (Kết

quả tính toán chi tiết xem tại phụ lục):

Bảng 3. 7: Bảng tải trọng tiêu chuẩn ứng

Tải tiêu chuẩn

Tổ hợp TT

Tổ hợp thi công P kN 110935.6 Qx kN 0.0 Qy kN 0.0 Mx kNm 79012.8 My kNm -84.2 1

Tổ hợp cơ bản 1 91951.9 4108.7 3134.9 92233.9 -103123.2 2

Tổ hợp cơ bản 2 95137.6 -2963.6 8398.0 130152.7 88332.3 3

Bảng 3. 8: Bảng tải trọng tính toán

Tải tính toán

Tổ hợp TT

Tổ hợp thi công P kN 116482.4 Qx kN 0 Qy kN 0 Mx kNm 82963.4 My kNm -88.4 1

4109 4792

Tổ hợp cơ bản 1 Tổ hợp cơ bản 2 98346 101531.5 -2963.6 10054.7 116368 152723.7 -103744 87711.5 2 3

3.4. Kiểm tra khả năng chịu tải của nền móng

3.4.1. Tính ứng suất đáy móng

Ứng suất do tải trọng tác động lên đáy móng σ (kPa) được xác định theo công thức

Trong đó:

P (kN) là tổng tải trọng đứng lên đáy móng;

Mx (kNm) là tổng moment uốn lên đáy móng theo phương trục x;

My (kNm) là tổng moment uốn lên đáy móng theo phương trục y;

A (m²) là diện tích đáy hố móng;

Ix, Iy (m4) là moment quán tính của đáy móng theo trục x và trục y;

xmax, ymax (m) là khoảng cách lớn nhất từ tâm diện tích đáy móng đến biên đáy

móng theo phương trục x và trục y;

Wx, Wy (m³) là moment chống uốn nhỏ nhất của đáy móng theo trục x và trục y;

3.4.2. Điều kiện làm việc đàn hồi của nền

Nền đảm bảo điều kiện làm việc trong giới hạn đàn hồi khi ứng suất do tải bên trên tác

động vào nền thỏa mãn các điều kiện sau:

+ Áp lực trung bình lên nền ở dưới đáy hố móng không vượt quá áp lực tính toán R

(kPa) của đất nền xác định theo công thức sau:

+ Áp lực lớn nhất tại mép móng khi có moment uốn tác dụng theo hai trục của móng

không được lớn hơn 1.5R.

Trong đó:

m1, m2 là các hệ số điều kiện làm việc của nền đất và công trình

ktc là hệ số tin cậy

b, h lần lượt là bề rộng móng và chiều sâu chôn móng (m)

γ'II; γII lần lượt là dung trọng của đất phía trên và phía dưới đáy móng (kN/m³)

cII là lực dính đơn vị của đất phía dưới đáy móng (kPa)

Kết quả tính toán như sau:

Bảng 3. 9: Kết quả tính toán ứng suất đáy móng

TT Tổ hợp Tải tiêu chuẩn σtb (kPa) σmax (kPa) σmin (kPa) R (kPa)

68.69

1 Tổ hợp thi công 2 Tổ hợp cơ bản 1 3 Tổ hợp cơ bản 2 152 128 130 179 197 211 125 60 49

Kết luận: Nền không đảm bảo điều kiện làm việc, phải xử lý nền. Cống Phú Định được

xây dựng trên đất yếu độ sâu lớn, công trình lại được xây dựng trong khu dân cư đông

đúc. Vì vậy, có rất nhiều khó khăn khi lựa chọn các giải pháp gia cố nền, giải pháp tối

ưu là sử dụng cọc khoan nhồi

3.4.3. Các thông số về cọc

TT 1

L1 (m) 50

L2(m) 47.3

D (m) 1.5

n (thanh) 32

Ø (mm) 25

Bảng 3. 10: Các thông số của cọc khoan nhồi

Trong đó: L1 là chiều dài cọc L2 là chiều dài tính toán của cọc

3.5. Thiết kế cọc chịu tải đứng theo tiêu chuẩn Mỹ

3.5.1. Tính toán sức chỉu tải theo vật liệu

3.5.1.1. Sức kháng dọc trục của cọc theo vật liệu.

Tính toán theo tiêu chuẩn ACI 318-2002 “Tính toán kết cấu bê tông cốt thép” công thức

tính toán như sau:

Trong đó:

Pn: Là khả năng chịu lực của cấu kiện

Ac: Là diện tích phần bê tông chịu nén

f'c: Cường độ chịu nén của bê tông

fy: Cường độ chịu nén của cốt thép

Asi: Là diện tích thanh thép

Bảng 3. 11: Kết quả sức kháng dọc trục của cọc theo vật liệu

Ec d' d n Dcọc f' c fr fy Asi

cm T/m² T/m² T/m² cm T/m² cm cm² Thanh kN

150 3100 34.5 3E+06 10.0 41,000 2.50 4.91 32 33954.16

3.5.1.2 Sức kháng uốn của cọc

Kết cấu cọc được tính toán như cấu kiện chịu nén lệch tâm. Khi đó sức kháng uốn [M]

của cọc thay đổi phụ thuộc theo lực nén dọc trục N lên cọc [M] = f(P) và được xác định

35000

30000

25000

)

20000

N k (

15000

N c ọ d

10000

c ự L

5000

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Moment [M] (kNm

theo tiêu chuẩn ACI 318-2002 công thức tính toán như sau:

Hình 3. 16: Sức kháng uốn của cọc D1500

3.5.2. Tính toán sức chịu tải của cọc đơn

3.5.2.1. Công thức tính toán.

Sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền bao gồm hai thành phần- sức chống ở mũi và

ma sát bên của cọc được tính toán theo công thức:

Qult = Qs+ Qt ;

Qs =fsAs ; Qt =qAt

3.5.2.2. Sức kháng bên của cọc

Lực ma sát bên của cọc được tính toán theo công thức:

a1. Cọc trong đất đính.

Lực ma sát bên là do sự gắn kết hoặc sự kết dính của đất dính xung quanh cọc với trục

cọc và được tính toán như sau:

Qs =fsAs;

fs =ca; ca = α.c

Trong đó: ca= ici, hệ số =12 và các hệ số 12 được xác định theo hình 2-3 tùy

thuộc vào các theo các c/σv’ và L/b.

a2. Cọc trong đất không dính

Lực ma sát bên đơn vị tác dụng lên cọc có thể được xác định bằng các phương trình sau:

fs =K.σ’v.tan δ; Qs =fsAs

σ’v= γ’D khi D < Dc

σ’v= γ’Dc khi D ≥ Dc

Chiều sâu giả định được xác định theo công thức:

Dc= 10.D =10x1.5=15.0cm

Vậy độ sâu giới hạn ZL là 34.3m, lực ma sát bên tính toán như sau:

Đoạn cọc có độ sâu nhỏ hơn ZL, fsi = k. σ ’vZ, trong đó σ ’v là ứng suất hữu hiệu của các

lớp đất trên độ sâu ZL.

Trên đoạn cọc có độ sâu bằng và lớn hơn ZL, fi = k. σ ’vZ, trong đó σ ’v là ứng suất hữu

hiệu tại độ sâu độ sâu ZL.

Hình 3. 17: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu

Theo bảng 4-4 trang 4-12 tiêu chuẩn " EM – 1110 – 2 – 2906: Thiết kế móng cọc " (bảng

2-2 trong luận án này), chọn Kc = 1.0

Theo bảng 4-3 tiêu chuẩn " EM – 1110 – 2 – 2906: Thiết kế móng cọc " (bảng 2-1 trong

luận án này), chọn δ =0.90φ

Kết quả tính toán sức kháng bên của cọc của cọc: Qs =fsAs = 18538.9 (kN); kết quả tính

toán chi tiết thể hiện tại Bảng PL02-02

3.5.3. Sức chịu tải dưới mũi cọc

Mũi cọc đặt được đặt trên lớp 4b là lớp đất cát pha nên sức chịu tải dưới mũi cọc được

tính toán theo công thức sau:

Qt =Atq

Trong đó: q= σ’vNq

Mũi cọc tựa lên lớp 4b là lớp cát pha có hệ số góc ma sát trong là φ= 30,78 độ. Căn cứ

theo hình 4-4 trang 4-14 tiêu chuẩn " EM – 1110 – 2 – 2906: Thiết kế móng cọc " (Hình

2-1 trong luận văn này, dựa theo đường cong lý thuyết do Vesic Driven lập xác định

được hệ số chịu tải Nq= 20

Qt =q.At = σ’vNq.At = 259.27*20**0.25*1.5^2 = 10538.0 kN

3.5.4. Sức chịu tải của cọc

Tổng sức chịu tải của cọc xác định theo công thức.

Qult =Qs + Qt = 18538.9 + 10538.0= 29076.9 kN

Theo mục c trang 4-2 thì hệ số an toàn cho phép được lấy bằng 3.

3.5.5. Tính toán sức chịu tải của nhóm cọc

Do cọc khoan nhồi được khoan xuyên qua các lớp đất dính và đất rời tuy nhiên tổng

chiều dài cọc trong đất rời lớn hơn trong đất dính nên đề nghị sử dụng cách tính hệ số

nhóm cọc theo đất rời, căn cứ theo tiêu chuẩn EM 1110-1-1905 “Thiết kế móng cọc”

sức chịu tải của nhóm cọc được xác định theo công thức 5-28a trang 5-43:

Qug = nEgQu

Hệ số hữu hiệu Eg được xác định như sau: Lấy bằng 0.7 khi khoảng cách giữa các cọc

trong nhóm bằng ≤ 2.5B khi khoảng cách giữa các cọc 3B < L < 8B thì 0.7 < Eg < 1

trong đó B là đường kính hoặc chiều rộng của cọc. Bê móng trụ số 2 được thiết kế với

kích thước (24.3x30)m sơ bộ khoảng cách cọc trong đài là 4.5B khi đó hệ số Eg là 0,8.

Vậy số lượng cọc trong đài cọc sẽ được tính toán theo công thức:

Qug được lấy bằng tổng lực tác dụng lớn nhất lên công trình theo phương thẳng đứng.

3.6. Thiết kế cọc chịu tải đứng theo tiêu chuẩn Việt Nam

3.6.1. Sức kháng cọc theo vật liệu

3.6.1.1. Thông số vật liệu cọc thiết kế

Cọc được thiết kế từ BT nặng mác thiết kế M35 các chỉ số của bê tông xác định theo

TCVN 4116-1985. Cốt thép dọc trong cọc sử dụng thép thanh vằn CB-300V các chỉ tiêu

xác định theo TCVN 1651-2:2008, Cốt thép đai sử dụng thép thanh tròn trơn CB-240T

(TCVN 1651-1:2008).

Bảng 3. 12: Các thông số của vật liệu cọc

Bê tông Cốt thép dọc CB 300V Cốt thép đai CB240T

Rs Es Rs Es Rn Rn Eb σy σy

Mác Bê tông MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa

M350 20 15.5 31000 300 272 200000 240 218 200000

3.6.1.2. Kết cấu cọc

Tiết diện tính toán của các loại cọc được chọn như sau: Cọc D1500: cốt thép dọc sử

dụng 32Ø25, cốt đai sử dụng đai xoắn (spiral) Ø10. Lớp bê tông bảo vệ của các loại cọc

trên a= 100mm.

3.6.1.3. Sức kháng dọc trục của cọc theo vật liệu

Khi tính cọc và đài cọc theo cường độ vật liệu cần tuân theo các yêu cầu của các tiêu

chuẩn hiện hành về kết cấu bê tông, bê tông cốt thép và thép. Cọc được thiết kế như cấu

kiện chịu nén đúng tâm, sức kháng dọc trục xác định theo công thức sau:

Trong đó:

Ast: là tổng diện tích cốt thép dọc trong cọc

Ab: là diện tích bê tông trong cùng tiết diện cọc

Rsc: là cường độ tính toán về nén của cốt thép

Rb: là cường độ tính toán về nén của bê tông cọc, bằng cường độ của bê tông nhân với

các hệ số điều kiện làm việc γcb, γ′cb như sau: Hệ số điều kiện làm việc γcb= 0.85, khi đổ

bê tông trong khoảng không gian chật hẹp của ống vách và nhân với hệ số γ’cb= 0.70.

φ: là hệ số giảm khả năng chịu lực do ảnh hưởng của uốn dọc

P (kN) TT D (m) Fa (m²) Bảng 3. 13: Sức kháng dọc trục của cọc theo vật liệu Rsc (MPa) n (thanh) Rb (MPa) Ø (mm) A (m²) Fb (m²)

1 1.5 32 25 0.016 1.75 9.22 272.7 17371.1 1.77

3.6.1.4. Sức kháng uốn của cọc

Kết cấu cọc được tính toán như cấu kiện chịu nén lệch tâm. Khi đó sức kháng uốn [M]

của cọc thay đổi phụ thuộc theo lực nén dọc trục N lên cọc [M]= f(N) và được xác định

theo công thức sau:

Trong đó:

Rb: Cường độ chịu nén tính toán của bê tông cọc

Rs, Rsc: Cường độ chịu kéo và nén tính toán của cốt thép dọc trục

A : Tiết diện tính toán của cọc (m²);

rm: Bán kính tính toán của cọc (m), rm= D/2-a; a là chiều dày lớp bê tông bảo vệ (m);

D: Đường kính tiết diện cọc (m);

As,tot: Diện tích toàn bộ tiết diện cốt thép dọc trục (m²);

rs: Bán kính đường tròn đi qua trọng tâm cốt thép (m);

ξcir: Diện tích tương đối của bê tông vùng chịu nén được xác định từ công thức:

Nếu kết quả tính theo công thức trên cho giá trị ξcir < 0.15 thì ξcir được xác định theo

công thức bên dưới với φs và zs được xác định theo các công thức bên dưới với ξcir= 0.15

φs: Là hệ số xác định theo công thức:

zs: Là khoảng cách từ hợp lực của cốt thép chịu kéo đến trọng tâm tiết diện (m), được

xác định theo công thức bên dưới nhưng không lớn hơn rs:

ω1: Là hệ số lấy bằng 1.0 đối với cốt thép có giới hạn chảy thực tế;

ω2: Là hệ số xác định theo công thức:

Hình 3. 18: Sức kháng uốn của cọc D1500

3.6.2. Sức kháng dọc trục của cọc theo đất nền

Sức kháng của cọc theo cường độ của đất nền được tính toán theo TCVN 10304:2014.

3.6.2.1. Sức chịu tải của cọc theo ma sát bên.

Công thức tính toán:

Rs= ucf fi li

Trong đó γcf là hệ số điều kiện làm việc đất trên thân cọc, tra Bảng 5 – tiêu chuẩn TCVN

10304:2014. Trong quá trình thi công có sử dụng ống vách nên γcf lấy bằng 0,8.

Đối với đất dính cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc trong lớp đất thứ i có thể

xác định theo phương pháp , trong đó fi được xác định theo công thức:

fi =  cu,i

Trong đó:  là hệ số tra trên biểu đồ hình 2.6 dựa vào gái trị của Cui kết quả như sau:

Lớp số 1 có Cu= 20.14kN/m² thì  = 1.00, lớp số 2 có Cu= 64.6kN/m² thì  = 0.8

Đối với đất rời cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc trong lớp đất cát thứ “i”:

tgi

fi = ki

Cọc được khoan đi qua các lớp đất số 3, 4a và 4b là lớp đất cát hạt trung bình chiều sâu

giả định trong lớp đất cát là: Z1= 15.D =15x1.5=22.5cm. Vậy độ sâu giới hạn gọi là ZL

là 41.8m, lực ma sát bên tính toán như sau:

Hình 3. 19: Biểu đồ ứng suất hữu hiệu

, trong đó là ứng suất hữu hiệu Trên đoạn cọc có độ sâu nhỏ hơn ZL, fsi = k.

trung bình tại các lớp đất trên độ sâu ZL.

là ứng suất Trên đoạn cọc có độ sâu bằng và lớn hơn ZL, fi = k. , trong đó

hữu hiệu tại độ sâu độ sâu ZL.

ki: là hệ số áp lực ngang của đất lên cọc

Kết quả tính toán sức kháng bên của cọc của cọc: Qs =fsAs = 7974.5 (kN); kết quả tính

toán chi tiết thể hiện tại bảng PL 02-01

3.6.2.2. Sức chịu tải dưới mũi cọc.

Công thức tính toán:

Trong đó:

γqc là hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, γqc= 0.9

qb là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, đối với nền đất dưới mũi cọc đất rời thì

xác định theo công thức sau: qb = q’,p N’q Ab

Mũi cọc được đặt tại lớp 4b là Cát pha bụi, chặt vừa nên ZL được xác định theo bảng G1

– TCVN 10304:2014 như sau: ZL = 8*D=8*1.5= 12m khi đó q’,p bằng áp lực lớp phủ

tại độ sâu ZL là q’,p = 234.29 kN/m². Sức chịu tải dưới mũi cọc như sau:

Rq =0.9*234.29*25*1.77= 9315.64 kN

3.6.2.3. Tổng sức chịu tải của cọc

Công thức tính toán được thể hiện tại mục 3.5.2 trong đó γc là hệ số điều kiện làm việc

của cọc lấy γc = 1.0, kết quả như sau:

Rcu= 1*(7974.53+ 9315.64) = 17290.17 kN

Sức chịu tải dọc trục tính toán của cọc Rc,d khi làm việc trong nhóm được xác định theo

công thức:

Trong đó: γk là hệ số tin cậy theo đất lấy bằng 1.55 đối với móng có từ 11 đến 20 cọc

3.6.2.4. Tính toán số lượng cọc.

Số lượng cọc được xác định theo công thức sau

Trong đó:

K là hệ số an toàn được xác định theo tổ hợp tải trọng tính toán. Ứng với tổ hợp thi công

là tổ hợp bất lợi nhất về lực đứng nên hệ số K lấy bằng K= 1.14

N là lực đứng lớn nhất lên đáy hố móng lấy trong trường hợp thi công

R (kN) là sức kháng dọc trục của 1 cọc, lấy bằng Rcd

3.7. Thiết kế cọc chịu tải trọng ngang

3.7.1. Thiết kế cọc chịu tải ngang theo tiêu chuẩn Mỹ

3.7.1.1. Tính toán sức chịu tải của cọc đơn

Tính toán sức kháng tải trọng ngang lên đầu cọc tại vị trí đáy hố móng với chuyển vị

ngang lớn nhất cho phép của cọc khi tính toán với tổ hợp tải trọng cơ bản là 2.50cm. Áp

dụng phần mềm Sap để tính toán. Mô tả trong phần mềm cọc và nền được mô phỏng

như dầm trên nền đàn hồi. Đất bao quanh cọc được xem như môi trường đàn hồi biến

dạng tuyến tính đặc trưng bằng hệ số nền Kz (kN/m³) xác định theo công thức của

BOWLES:

ks = As + Bs.Zn

Trong đó:

As: hệ số phụ thuộc bề rộng móng tính theo công thức:

As = Fw1.Cm.C.(c.Nc + 0,5.γ.B.Nγ)

Bs: Hệ số phụ thuộc độ sâu tính theo công thức: Bs = Fw2.Cm.C.γ.Nq

Z: Độ sâu đang khảo sát

n: Hệ số hiệu chỉnh để k có giá trị gần với đường cong thực nghiệm n= (0.4 ÷0.6)

Nq, Nγ, Nc: là các hệ số tính toán theo các công thức sau

Nc = (Nq-1).cotgφ

Fw1: hệ số phụ thuộc hình dạng cọc lấy bằng 1.3 với cọc tròn

Fw2: hệ số phụ thuộc hình dạng cọc lấy bằng 2 với cọc tròn

Cm: là hệ số lấy bằng 1.25 cho cọ có D > 1200mm

Bảng 3. 14: Kết quả tính toán các hệ số Nq, Nγ, Nc

Lớp đất

Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4a Lớp 4b φ độ 24.50 27.50 27.73 31.65 30.78 C kN/m² 6.2 29.6 3.40 2.00 4.00 γtn kN/m³ 15.0 18.9 19.50 20.20 20.10 Nq 12.04 16.82 17.27 27.33 24.63 Nc 24.23 30.39 30.95 42.72 39.67 Nγ 6.65 11.32 11.48 21.81 20.68

Bảng 3. 15: Kết quả tính toán các hệ số nề kZ (hệ số nhóm cọc Eg=0.25)

Lớp đất Kz Bs As

Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4a Lớp 4b φ φ độ 24.50 27.50 27.73 31.65 30.78 C kN/m² 6.2 29.6 3.40 2.00 4.00 γtn kN/m³ 15.0 18.9 19.50 20.20 20.10 Z m 24532.4 14643.4 18061.3 5.60 80494.3 68906.2 31793.6 12.65 17751.1 33672.4 19.95 82736.8 27029.0 55214.1 27.00 159724.9 30580.6 49500.3 37.75 175447.0

Phản lực ngang lớn nhất tại đầu cọc tương ứng với chuyển vị ngang thiết kế của đầu cọc

là 2.50cm được thể hiện trong các hình sau:

Phản lực ngang Mô men tại đầu cọc

Hình 3. 20: Phản lực ngang và mô men lớn nhất tại đầu cọc

Bảng 3. 16: Kết quả tính toán lựa ngang và mô men tại đầu cọc

Loại cọc

D1500 Moment uốn Mmax (kNm) khi đầu cọc 5758.28 Lực ngang đầu cọc Qmax (kN) khi đầu cọc 1085.58

Tra theo đồ thị quan hệ sức kháng dọc trục và moment uốn của cọcthể hiện tại hình 3.6,

sức kháng dọc trục của cọc khi chịu tải ngang lớn nhất cho trong bảng sau:

Bảng 3. 17: Sức kháng dọc trục và mô men uốn cho phép của cọc

Loại cọc

D1500 Moment uốn Mmax (kNm) khi đầu cọc 6794 Sức kháng dọc trục Nmax (kN) khi đầu cọc 33954.16

Kết luận: Cọc đảm bảo khả năng chịu tải ứng với chuyển vị cho phép là 2.5cm

3.7.1.2. Tính toán số lượng cọc

Tính số lượng cọc theo phương ngang ứng với tổ hợp cơ bản 2 có giá trị tải trọng ngang

lớn nhất là Qp = Qy. Tính toán sức chịu tải của nhóm cọc theo công thức

Trong đó: Qu: là sức chịu tải của một cọc đơn lấy bằng Qmax/FS (Theo mục 5-5 trang 5-

42 tiêu chuẩn EM 1110-1-1905 thì FS lấy bằng 3). Sơ bộ chọn 35 cọc

Hình 3. 21: Sơ đồ bố trí cọc trong đài

3.7.2. Thiết kế cọc chịu tải ngang theo tiêu chuẩn Việt Nam

3.7.2.1. Tính toán sức chịu tải của cọc đơn

Tính toán sức kháng tải trọng ngang lên đầu cọc tại vị trí đáy hố móng với chuyển vị

ngang lớn nhất cho phép của cọc tổ hợp tải trọng cơ bản là 2.50cm. Cọc và nền được

mô phỏng như dầm trên nền đàn hồi. Đất bao quanh cọc được xem như môi trường đàn

hồi biến dạng tuyến tính đặc trưng bằng hệ số nền Cz (kN/m³) xác định theo công thức:

k: là hệ số tỷ lệ, tính bằng kN/m³, được lấy phụ thuộc vào loại đất bao quanh cọc

z: là độ sâu của tiết diện cọc trong đất

c: là hệ số điều kiện làm việc (Đối với cọc độc lập c = 3).

Khi tính cọc trong nhóm bằng phương pháp tĩnh học, phải xét đến sự tương tác giữa các

cọc. Khi đó, hệ số tỷ lệ k phải nhân với hệ số chiết giảm αi, xác định theo công thức sau:

Trong công thức trên, tích chỉ xảy ra với những cọc kề sát cọc thứ i. Trong tính

toán, chọn trường hợp bất lợi nhất khi khoảng cách cọc là 3D và các cọc bố trí thẳng

hàng với nhau. Khi đó, mỗi cọc sẽ có 4 cọc kề sát, hệ số chiết giảm tính theo công thức

trên là αi= 0.1567.

Bảng 3. 18: Hệ số α trường hợp cọc có 4 cọc kề sát, khoảng cách cọc 3D

Cọc 1 2 3 4 Cọc kiểm tra X (m) 0 0 -4.5 4.5 0 Y (m) 4.5 -4.5 0 0 0 R (m) 4.5 4.5 4.5 4.5 0 αX 0.61 0.61 0.78 0.54 0.1567 αY 0.54 0.78 0.61 0.61 0.1567

Hệ số tỷ lệ k của các lớp đất được tra theo chỉ số độ sệt IL (đối với đất dính) hoặc hệ số

rỗng eo (đối với đất rời) sau khi đã nhân với hệ số chiết giảm αi= 0.1567 như sau:

Bảng 3. 19: Hệ số nền tính toán dọc thân cọc

Lớp đất e (cát) / IL (sét) k (kN/m4) Z đáy (m) d (m) Z (m) Cz (kN/m³)

Lớp 1 1.32 0 -19.9 11.20 5.60 0

Lớp 2 0.45 1975 -22.8 2.9 12.65 8327

Lớp 3 0.69 1536 -34.5 11.7 19.95 10214

Lớp 4a 0.58 1971 -36.9 2.4 27.00 17738

Lớp 4b 0.61 1849 -56.0 19.1 37.75 23272

Phản lực ngang lớn nhất tại đầu cọc (sức kháng tải trọng ngang thiết kế của cọc) tương

ứng với chuyển vị ngang thiết kế của đầu cọc là 2.50cm thể hiện trong các hình sau:

Phản lực ngang Mô men tại đầu cọc

Hình 3. 22: Phản lực ngang lớn nhất tại đầu cọc và biểu đồ mo men uốn

Bảng 3. 20: Kết quả tính toán lực ngang và mô men tại đầu cọc

Loại cọc

D1500 Moment uốn Mmax (kNm) khi đầu cọc 3317.95 Lực ngang đầu cọc Qmax (kN) khi đầu cọc 380.24

Tra theo đồ thị quan hệ sức kháng dọc trục và moment uốn của cọc thể hiện tại hình 3.8,

sức kháng dọc trục của cọc khi chịu tải ngang lớn nhất cho trong bảng sau:

Bảng 3. 21: Sức kháng dọc trục và mô men uốn cho phép của cọc

Loại cọc

D1500 Moment uốn Mmax (kNm) khi đầu cọc 3836.74 Sức kháng dọc trục Nmax (kN) khi đầu cọc 17371

Kết luận vậy ứng với chuyển vị lớn nhất tại đầu cọc là 2.5cm thì momen uốn lớn nhất

tại đầu cọc nhỏ hơn momen uốn cho phép của cọc vậy cọc đảm bảo khả năng chịu tải.

3.7.2.2. Tính toán số lượng cọc

Tính số lượng cọc theo phương ngang ứng với tổ hợp cơ bản 2 có giá trị tải trọng ngang

lớn nhất là Q = Qy =10051.7 kN. Tính toán sức chịu tải của nhóm cọc theo công thức:

Thuận tiện trong bố trí cọc trong đài cọc chọn số lượng cọc là 35 cọc sơ đồ bố trí cọc

như sau:

Hình 3. 23: Sơ đồ bố trí cọc trong đài

3.8. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc

3.8.1. Tổng hợp kết quả tính toán

Bảng 3. 22: Bảng tổng hợp kết quả tính toán

Kết quả tính toán

Các thông số Ký hiệu Đơn vị Theo tiêu chuẩn Mỹ Theo tiêu chuẩn Việt Nam

kN 9692.30 11154.95 Qu Qtc Khả năng chịu tải của cọc theo phương đứng

kN 361.95 380.24 Khả năng chịu tải theo phương ngang Qu Qc

Số lượng cọc cọc 35 35 n1

3.8.2. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn Mỹ.

Tính toán kiểm tra sức chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn UFC 3-220-01A (Mục 2 trang

2-2), công thức tính toán như sau:

Trong đó:

Qxy: Tải trên một cọc ở khoảng cách x và y

Qg: Tải trọng thẳng đứng tính toán tác dụng lên nhóm cọc

xi: Là khoảng cách từ tâm hàng cọc chịu nén lớn nhất theo phương x đến tâm đài

yi: Là khoảng cách từ tâm hàng cọc chịu nén lớn nhất theo phương y đến tâm đài

i: Là tổng bình phương khoảng cách theo phương x từ tâm hàng cọc đến tâm đài

Ʃx2

i: Là tổng bình phương khoảng cách theo phương y từ tâm các hàng cọc đến tâm đài

Ʃy2

n: Số lượng cọc

ex: Độ lệch tâm theo phương x

ey: Độ lệch tâm theo phương y

Kết quả tính toán cho các tổ hợp tải trọng được thể hiện trong bảng 3.23, kết quả tính

toán xem chi tiết tại phụ lục 2.

Kết luận

Qimax

Pimax

STT

Tổ hợp

kN.m

Hệ số sức kháng

9692.3 361.95

1 2 3

Tổ hợp thi công Tổ hợp cơ bản 1 Tổ hợp cơ bản 2

0.90 0.90 0.90

6532.2 5059.0 165.0 5297.3 332.1

Tải trọng đứng Đạt Đạt Đạt

Tải trọng ngang Đạt Đạt Đạt

Bảng 3. 23: Bảng tổng hợp kết quả tính toán

Kết luận: Với số lượng 35 cọc thì cọc đảm bảo khả năng chịu tải.

3.8.3. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn Việt Nam.

Tải trọng dọc trục phân bố lên cọc trong nhóm được xác định theo công thức sau:

Trong đó:

N là tổng lực đứng lên đáy móng (kN)

Mx, My là moment uốn tương ứng với trục trọng tâm x, y trên mặt bằng cọc tại

cao trình đáy đài (kN.m)

n là số lượng cọc trong móng

xi, yi là tọa độ tim cọc thứ "i" tại cao trình đáy đài (m)

xj, yj là tọa độ tim cọc thứ "j" cần tính toán tại cao trình đáy đài (m)

Bảng 3. 24: Bảng tổng hợp kết quả tính toán

Pa Kết luận Qimax Pimax Qa

STT Tổ hợp kN kN kN.m kN.m

1 Tổ hợp thi công 3527.4 0.0 Tải trọng đứng Đạt Tải trọng ngang Đạt

2 Tổ hợp cơ bản 1 3660.8 136.9 11154.95 380.24 Đạt Đạt

3 Tổ hợp cơ bản 2 3890.4 287.3 Đạt Đạt

Kết quả tính toán chi tiết xem tại phụ lục 2

3.9. Kiểm tra ổn định dưới đáy móng quy ước.

3.9.1. Tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ

Theo tiêu chuẩn AASHTO 2005 sử dụng hai mô hình móng tương đương như sau

Hình 3. 24: Mô hình khối móng quy ước

Đối với các lớp địa chất tại cống Phú Định phía dưới đáy móng là lớp đất số 1 - lớp đất

yếu sau đó đến các lớp số 02, 03, 4a, 4b là các lớp đất tốt nên áp dụng mô hình b thể

hiện trong hình 3.11 để tính toán. Khối móng quy ước được đặt lên lớp 4b là lớp đất cát

pha căn cứ theo tiêu chuẩn Mỹ thì độ lún dưới đáy móng quy ước được tính toán theo

công thức sau:

Trong đó:

q: Áp lực móng tĩnh tác dụng tại 2Db/3 áp lực này bằng với tải trọng tác dụng tại đỉnh

của nhóm được chia bởi diện tích móng tương đương và không bao gồm trọng lượng

của các cọc hoặc của đất giữa các cọc.

X: Chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc

ρ: Độ lún của nhóm cọc

I: Hệ số ảnh hưởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm, tính theo công thức sau

D’: Độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2Db/3

Db: Độ sâu chôn cọc trong lớp chịu lực

N: Số đếm SPT đo trong khoảng lún

σ'v: Ứng suất thẳng đứng hữu hiệu (MPa)

N160: Giá trị số đếm SPT đã được điều chỉnh cho cả áp lực tầng phủ và hiệu suất của

búa tính toán theo công thức sau:

;

N60: Giá trị số đếm SPT đã được hiệu chỉnh cho hiệu suất của búa

ER: Hiệu suất của búa, tính bằng phần trăm giữa năng lượng giải phóng do rơi tự do

theo lý thuyết với năng lượng thực tế của hệ thống búa sử dụng. Khi không có đủ số liệu

rõ ràng có thể chọn ER = 60%.

Tính toán ứng với trường hợp mới thi công xong kết quả tính toán như sau:

Bảng 3. 25: Bảng các thông số tính toán

TT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

1 Bề rộng đáy móng B M 24.3

2 Chiều dài đáy móng L M 30.0

3 Độ sâu chôn cọc trong lớp chịu lực M 36.5 Db

4 Độ sâu hữu hiệu D’ M 24.33

Kết quả tính toán độ lún dưới đáy móng quy ước là S = 0.94 cm, kết quả tính toán chi

tiết xem tại phụ lục 3.

3.9.2. Tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam

3.9.2.1. Xác định hình dạng của khối móng quy ước

Thông thường việc tính toán móng cọc treo và nền của nó theo biến dạng được tiến hành

như đối với một móng khối quy ước trên nền thiên nhiên theo yêu cầu của TCVN

9362:2012. Độ lún của móng cọc bao gồm phần biến dạng đàn hồi của bản thân cọc và

lún của móng khối quy ước.

Dưới đáy là một mặt phẳng ABA’B’ đi qua chân cọc. Các mặt bên là các mặt phẳng

thẳng đứng ABCD, A’B’C’D’, ADA’D’ và BCB’C’ cách mặt biên của hàng cọc thẳng

đứng ngoài cùng một khoảng a nhưng lấy không quá 2d trong trường hợp dưới mũi cọc

là nền đất dính có chỉ số dẻo IL > 0,6 (d là đường kính mặt cắt ngang cọc), còn khi móng

có cọc xiên, các mặt phẳng ABCD, A’B’C’D’, ADA’D’ và BCB’C’ đi qua chân các cọc

đó (xem hình 3.21).

Hình 3. 25: Ranh giới móng khối quy ước khi tính độ lún móng cọc

Các mặt bên là các mặt phẳng thẳng đứng ABCD, A’B’C’D’, ADA’D’ và BCB’C’ cách

mặt biên của hàng cọc thẳng đứng ngoài cùng một khoảng:

Trong đó:

φII,i là góc ma sát trong tính toán của từng lớp đất có chiều dày li mà cọc xuyên qua;

li là chiều dài đoạn cọc trong lớp đất thứ “i”.

3.8.2.2. Xác định độ lún dưới móng khối quy ước

Căn cứ theo TCVN 9362:2012 độ lún nền móng theo phương pháp cộng lớp xác định

(có hoặc không kể đến ảnh hưởng của các móng lân cận) theo công thức:

Trong đó:

σgl,i là ứng suất tăng thêm gây biến dạng đối với lớp đất thứ i

hi là chiều dày lớp đất thứ i

βi là hệ số lấy tùy theo loại đất

Ei là môđun biến dạng của lớp đất thứ i

m là hệ số hiệu chỉnh giá trị của thí nghiệm nén lún

e là độ rỗng của đất nền

Chiều dày vùng nén lún là chiều dày kể từ đáy móng tới chiều sâu z mà ở đó thỏa mãn

điều kiện quy định:

σgl ≤ 0.2σ'v

Trong đó:

σgl= koσ là ứng suất gây lún

ko là hệ số ứng suất do tải phân bố đều gây ra tại tâm của diện chịu tải

σ= σtb-γ'Df là ứng suất gây lún tại đáy móng quy ước

σtb là ứng suất trung bình tại đáy móng quy ước

γ' là dung trọng trung bình của đất nền phía trên đáy hố móng

Df là chiều sâu đáy móng quy ước so với mặt đất tự nhiên

σ'v= γz là ứng suất bản thân của đất nền

Kết quả tính toán cọc và kiểm tra ổn định nền dưới móng khối quy ước

Bảng 3. 26: Tính toán ứng suất dưới đáy móng cọc

No Thông số tính toán Giá trị Đơn vị

Ký hiệu

I Xác định móng quy ước 1 Chiều dài đáy móng giữa 2 mép cọc 2 Bề rộng đáy móng giữa 2 mép cọc 3 Chiều dài cọc trong các lớp đất 5 Góc ma sát trong tính toán trung bình của đất 6 Bề rộng móng quy ước 7 Chiều dài móng quy ước 9 Trọng lượng đất trong khối móng quy ước 10 Trọng lượng cọc m m m độ kN kN 28.50 22.50 46.5 22.89 31.82 37.82 499101 42321 li φII,mt Bm Lm Nm Nc

Kết quả tính toán độ lún dưới đáy móng quy ước là S = 3,78 cm, kết quả tính toán chi

tiết xem tại phụ lục 3.

3.10. Kết quả tính toán và thảo luận

Bảng 3. 27: Kết quả tính toán thiết kế móng cọc cống Phú Định

Kết quả tính toán

Các thông số Ký hiệu Đơn vị

Sức chịu tải theo phương đứng Sức chịu tải theo phương ngang Số lượng cọc tính toán Đối với tải trọng đứng Đối với tải trọng ngang Số lượng cọc chọn Khả năng chịu tải của cọc Độ lún dưới đáy móng Qu Qtc Qu Qc n n1 ρ, S kN kN Cọc Cọc cọc cm Theo tiêu chuẩn Mỹ 9692.30 361.95 18.35 29.8 35 Đạt 0.94 Theo tiêu chuẩn Việt Nam 11154.95 380.24 10.4 31.7 35 Đạt 2.74

Kết quả tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam nêu trên thì cọc và nền

đều đảm bảo khả năng chịu tải, tuy nhiên kết quả tính toán khác nhau. Việc nghiên cứu

lý thuyết kết hợp với thực nghiệm vào công trình cống Phú Định tác giả xin đưa ra một

số nhận xét về sự giống nhau và khác nhau trong tính toán thiết kế móng cọc tiêu chuẩn

Mỹ và Việt Nam như sau:

3.10.1. Số liệu địa chất phục vụ tính toán

Khó khăn trong tính toán móng cọc theo TCXD 205:1998 là xác định các chỉ tiêu cơ lý

của đất nền cho tính toán, trong tiêu chuẩn TCXD 205:1998 chưa nêu cụ thể các yêu

cầu khảo sát địa chất cho tính toán móng cọc. Trong TCVN 10304:2014 thì các yêu cầu

về công tác khảo sát địa chất phục vụ cho tính toán thiết kế móng cọc so với tiêu chuẩn

Mỹ là tương đối giống nhau. Các yêu cầu trong công tác thí nghiệm đã được nêu cụ thể

hơn so với TCXD 205:1998 nên đã giúp các nhà thiết kế có những sự lựa chọn dễ dàng

hơn các thông số đầu vào cho thiết kế móng cọc.

3.10.2. Về phương pháp tính toán

3.10.1.1. Tính toán sức chịu tải theo phương đứng.

a) Trường hợp cọc trong lớp đất dính: Sức chịu tải của cọc trong lớp đất dính thì công

thức tính và phương pháp tính của tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam là tương

đối giống nhau. Tuy nhiên vẫn có sự khác biệt trong cách xác định các hệ số.

Bảng 3. 28: So sánh phương pháp tính SCT của cọc trong đất dính

Các hệ số Tiêu chuẩn Mỹ Tiêu chuẩn Việt Nam

1. Sức chịu tải theo ma sát bên

Công thức tính toán Rs= ucf.li..cu,i Qs = As.li..cu,i

Xác định theo sức kháng cắt không thoát nước Cu

Cách xác định hệ số α

Xác định dựa theo ứng suất hữu hiệu, sức kháng cắt không thoát nước Cu và tỉ lệ giữa chiều dài cọc với đường kính cọc L/b

2. Sức chịu tải dưới mũi cọc

Qt =At.q Rm = qb.Ab Công thức tính toán qb = cu N’c qb = cu N’c

Lấy N’c= 9 cho cọc đóng, Lấy N’c= 9 cho cọc đóng,

đối với cọc khoan nhồi đối với cọc khoan nhồi Cách xác định

đường kính lớn lấy N’c=6. đường kính lớn lấy N’c=6.

b) Trường hợp cọc trong đất không dính: Đối với đất không dính thì phương pháp tính

toán của 2 hệ thống tiêu chuẩn có sự khác biệt rất rõ ràng như sau:

i.Sức chịu tải của cọc theo ma sát bên

Bảng 3. 29: So sánh phương pháp tính SCT của cọc trong đất rời

Các hệ số Tiêu chuẩn Mỹ Tiêu chuẩn Việt Nam

Qs = As.li.fi; fs =K.σ’v.tan δ Rs= ucf.li.fi; fs =K.σ’v.tan δ Công thức tính toán

Chiều sâu giới hạn Dc được lựa chọn, tùy thuộc vào mật độ của cát tính như sau: Chiều sâu giới hạn ZL lấy khoảng (15÷20) nhưng chưa hướng dẫn cụ thể điều kiện áp dụng. Dc = 10B đối với cát rời Xác định độ sâu giới hạn ZL

Dc = 15B đối với cát chặt vừa

Dc = 20B đối với cát chặt

σ’v = γ’D khi D < Dc σ’v = γ’D khi D < ZL

Tính ứng suất hữu hiệu σ’v = γ’Dc khi D ≥ Dc σ’v = γ’Dc khi D ≥ ZL

Dựa vào loại cọc, biện pháp Phụ thuộc vào loại đất Hệ số K thi công và độ chặt của đất

Với cách hướng dẫn xác định chiều sâu giới hạn ZL theo tiêu chuẩn Việt Nam thì sức

chịu tải của cọc phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của các nhà thiết kế nếu ZL lớn,

sức chịu tải theo ma sát bên sẽ lớn và ngược lại.

ii.Tính sức chịu tải dưới mũi cọc

Tính toán sức chịu tải dưới mũi cọc giữa 2 tiêu chuẩn có sự khác biệt như sau:

Bảng 3. 30: Bảng so sánh tính toán

Các hệ số Tiêu chuẩn Mỹ Tiêu chuẩn Việt Nam

Công thức tính toán

qb = q’,p N’q Xác định với chiều sâu giới hạn ZL đã được xác định khác kết quả tính phần tính toán thành phần ma sát bên và phụ thuộc vào trạng thái của đất thể hiện trong bảng 2.6 trong luận văn này.

Ứng suất hữu hiệu q= σ’vNq Xác định với chiều sâu giới hạn ZL đã được xác định trong phần tính toán thành phần ma sát bên.

Các hệ số Tiêu chuẩn Mỹ Tiêu chuẩn Việt Nam

Hệ số khả năng chịu tải Nq

Xác định trong Hình 2-1 dựa vào giá trị góc ma sát trong của các loại đất. Nq là 1 hàm của góc ma sát trong nên thuận tiện trong tính toán Xác định dựa vào trạng thái và độ chặt tương đối đất. Mỗi loại đất và 1 loại cọc có 1 giá trị cụ thể người thiết kế không có sự lựa chọn

3.10.1.2. Tính toán sức chịu tải theo phương ngang.

Cả hai hệ thống tiêu chuẩn đều cho phép sử dụng phần mềm để hỗ trợ trong tính toán

sức chịu tải ngang. Về phương pháp tính toán của 2 hệ thống tiêu chuẩn về cơ bản là

giống nhau nên có thể tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam đều được.

Tuy nhiên giữa 2 tiêu chuẩn vẫn có sự khác nhau về tính toán hệ số tỷ lệ k như sau:

+ Theo tiêu chuẩn Việt Nam (Bảng A1-TCVN 10304-2014) đối với loại đất dính thì mới

chỉ có các giá trị hệ số tỷ lệ k cho loại đất có độ sệt lớn nhất IL ≤ 1 còn những đất có độ

sệt IL > 1 thì chưa có số liệu để tra nên trong tính toán thường bỏ qua giá trị của k, lựa

chọn hệ số nền theo bảng A1 cũng phụ thuộc vào kinh nghiệm của các kỹ sư thiết kế.

+ Theo tiêu chuẩn Mỹ thì hệ số nền k được tính toán theo công thức kinh nghiệm của

các nhà khoa học như TERZAGHI, BOWLES…trong đó hệ số nền k phụ thuộc vào các

chỉ tiêu cơ lý của đất như góc ma sát trong, lực dính, trọng lượng riêng tự nhiên của đất

nên việc xác định giá trị của k đơn giản hơn và xác định được hệ số nền cho tất cả các

loại đất.

Kết luận chương 3

Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật thì các tiêu chuẩn tính toán móng cọc của

Việt Nam cũng ngày càng tiến bộ theo, tiêu chuẩn mới nhất là TCVN 10304:2014 đã bổ

sung một số phương pháp tính toán sức chịu tải và độ lún của móng cọc lấy từ các tiêu

chuẩn và tài liệu tham khảo của các nước khác như Nhật Bản và Canada. Đặc biệt là

một số phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc từ kết quả khảo sát hiện trường, đã

được áp dụng rộng rãi trong thiết kế móng cọc trong những năm vừa qua. Tuy nhiên vẫn

còn một số những điểm chưa cụ thể như trong hướng dẫn tính toán đối với phần ma sát

bên của cọc còn một số những điểm chưa cụ thể như sau:

+ Tính toán sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền thì cường độ sức kháng

trong thân cọc (Theo bảng 3-TCVN 10304-2014) đối với loại đất dính mới chỉ tính đến

đất có độ sệt lớn nhất IL= 1 còn những đất có độ sệt lớn hơn thì chưa có số liệu để tra vì

vậy trong tính sức chịu tải của cọc các nhà thiết kế đều bỏ qua phần ảnh hưởng của ma

sát bên đối với những loại đất có IL > 1 nên kết quả tính theo phương pháp này có giá

trị nhỏ hơn tính theo cường độ của đất nền, dẫn đến số lượng cọc sẽ lớn.

+ Trong tính toán sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền (phụ lục G) chưa có hướng

dẫn cụ thể về lựa chọn các thông số tính toán, các hệ số k và Nq’ nêu trong bảng G1 đối

với mỗi loại đất chỉ có 1 giá trị để lựa chọn. Hệ số Nq’ chọn theo bảng G1 có gía trị thiên

lớn ví dụ đối với lớp đất 4b của công trình cống Phú Định là lớp đất cát chặt vừa có hệ

góc ma sát trong Þ =31.12 độ nếu theo công thức kinh nghiệm sử dụng trong tiêu chuẩn

Mỹ thì hệ số Nq= 24.63 nhưng theo bảng G1 thì Nq =60 nên sức chịu tải của cọc tính

theo phương pháp này lớn hơn nhiều so với sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền.

Theo các hướng dẫn tính sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền trong chuẩn Mỹ dễ

dàng sử dụng hơn so với tiêu chuẩn của Việt Nam và kết quả tính toán cũng gần tương

đương với xác định theo chỉ tiêu cơ lý vì vậy phần tính toán sức chịu tải của cọc theo

cường độ của đất nền nên áp dụng theo tiêu chuẩn Mỹ.

Bảng 3. 31: Bảng so sánh kết quả tính sức chịu tải của cọc theo các phương pháp

Kết quả tính toán

Theo tiêu chuẩn Việt Nam Các thông số Ký hiệu Đơn vị Theo kết quả thí nghiệm tại hiện trường Theo cơ lý đất nển Theo tiêu chuẩn Mỹ Theo cường độ đất nền

kN 9692.30 11154.95 7243.5 10425 Qa Sức chịu tải theo phương đứng

Ghi chú: Kết quả tính toán sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền và kết quả thí

nghiệm cọc được tham khảo trong hồ sơ thiết kế cống Phú Định do Viện Thủy lợi và

Môi trường cung cấp

Dựa theo bảng tổng hợp tải bảng 3.31 thì tính toán sức chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn

Mỹ có kết quả sát với kết quả thí nghiệm tại hiện trường hơn theo tiêu chuẩn Việt Nam

nên việc dự tính sức chịu tải của cọc ban đầu sẽ chính xác hơn.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

Cùng với sự phát triển của các công trình xây dựng có quy mô lớn móng cọc ngày càng

trở thành một hình thức móng sâu được dùng nhiều trong các công trình công nghiệp,

cầu đường, bến cảng và thủy lợi...được xây dựng trong các vùng đất yếu. Hàng loạt các

phương thức xây dựng nền móng mới đã và đang được đưa vào Việt Nam như: móng

barrette, cọc khoan nhồi đường kính lớn, cọc ống thép, cọc cát…Công tác tính toán xử

lý nền nói chung và phương pháp xử lý nền bằng cọc nói riêng là một trong những khâu

quan trọng trong thiết kế công trình.

Từ những hướng dẫn và các kết quả tính toán áp dụng cho công trình thực tế là cống

Phú Định thể hiện tại Chương 2 và Chương 3, tính toán thiết kế móng cọc theo tiêu

chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Mỹ công trình đều đảm bảo khả năng chịu lực. Đối với

phương pháp tính toán theo 2 hệ thống tiêu chuẩn mỗi tiêu chuẩn có ưu vào nhược điểm

riêng. Kết quả tính toán còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tải trọng tác dụng, các số

liệu về địa chất và các điều kiện đảm bảo an toàn….

Hiện nay các tiêu chuẩn của Việt Nam cũng ngày càng tiến bộ, phần nào đã đáp ứng

được công tác thiết kế móng cọc của các công trình có quy mô lớn như các công trình

thuộc dự án chống ngập thành phố Hồ Chí Minh. Tuy nhiên trong các tiêu chuẩn còn

tồn tại một số những nội dung như đã trình bày tại mục 3.10, để thuận tiên cho công tác

tính toán, so sánh lựa chọn sức chịu tải của cọc nên xem xét áp dụng phương pháp tính

sức chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn Mỹ.

2. Các kết quả đạt được của luận văn

Tổng quan về phương pháp tính toán thiết kế móng cọc, tính toán sức chịu tải của cọc

theo cường độ của đất nền theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam.

Xác định được các thông số kỹ thuật của cọc như chiều dài cọc, khả năng chịu lực của

cọc, số lượng cọc.

So sánh sự giống nhau và khác nhau về tính toán sức chịu tải của cọc theo cường độ của

đất nền giữa tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam thể hiện tại mục 3.10.2

3. Những vấn đề tồn tại

Với nỗ lực nghiên cứu của tác giả, luận văn đã giải quyết được nhiệm vụ của đề tài. Do

hạn chế về thời gian nghiên cứu nên luận văn chưa giải quyết được trọn vẹn các vấn đề

liên quan đến bài toán sức chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam,

cụ thể: Trong luận văn này mới chỉ trình bày phương pháp tính sức chịu tải của cọc theo

cường độ của đất nền còn các phương pháp khác như tính theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền

và theo kết quả SPT chưa được đề cập đến.

4. Kiến nghị

Mục đích của nghiên cứu này là tìm ra những hạn chế của các tiêu chuẩn Việt Nam khi

sử dụng trong thiết kế móng cọc. Dựa vào kết quả nghiên cứu, luận văn xin đưa ra một

số kiến nghị như sau:

Bổ sung các nghiên cứu về các tiêu chuẩn thiết kế móng cọc của các nước có trình độ

phát triển về kỹ thuật như Mỹ, Hà Lan, Đức…

Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy của các phương pháp tính móng cọc phổ biến trình bày

trong các tiêu chuẩn.

Tiêu chuẩn hiện hành cần có quy định về việc bắt buộc phải tính toán trong hồ sơ thiết

kế cho những trường hợp cọc chịu tải trọng ngang để đảm bảo an toàn cho công trình.

Cần có những nghiên cứu tiếp theo về các trường hợp mà luận văn chưa xét tới để hoàn

chỉnh phương pháp tính. Trong đó, nên kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết với thí nghiệm

trong phòng và thí nghiệm hiện trường để giải quyết các trường hợp cần nghiên cứu.

Sử dụng phần mềm có bản quyền về tính toán thiết kế móng cọc để tạo thêm kết quả.

So sánh các kết quả này với kết quả tính theo lý thuyết để đánh giá tốt hơn các kết quả

tính toán.

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN

PHỤ LỤC 01: CÁC TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN

PHỤ LỤC 2: TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ KIỂM TRA

KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC

PHỤ LỤC 3: KIỂM TRA ĐỘ LÚN DƯỚI MÓNG QUY NƯỚC

PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 01: CÁC TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN

Bảng PL 01- 1: Tải trọng do trọng lượng bản thân lên đáy cống trụ 2

Kích thước (m) Moment (kNm) V (m³) TT Hạng mục Số lượng Ký hiệu Lx Ly Lz Mx My Dung trọng (kN/m³) Trọng lượng (kN)

1 Bản đáy Gđ 72986.4 -18614.5 0

Bản đáy 30.00 24.30 2.00 1.00 1458.00 24.53 35757.45 0.00 0.00

BT bịt đáy 30.00 25.30 2.00 1.00 1518.00 24.53 37228.95 -18614.48 0.00

2 Trụ pin Gp 37949 97627 -84

Tường âu giáp bờ 30.00 1.20 9.00 1.00 324.00 24.53 7946.10 -91777.46 0.00

Trụ cống 30.00 4.50 9.00 1.00 1215.00 24.53 29797.88 187726.61 0.00

- Trừ khe van 1.24 0.75 9.00 1.00 8.37 24.53 205.27 1678.12 -84.16

3 Giàn kéo van Gt 10840.0 66342.2 -19861.7

Trụ tháp 9.00 3.50 24.50 1.00 771.75 24.53 18927.17 114509.37 -35015.26

- Trừ khoảng giữa 5.40 1.90 24.20 -1.00 -248.29 24.53 -6089.36 -36840.64 11265.32

- Trừ khe 2 bên 1.00 1.95 24.20 -2.00 -94.38 24.53 -2314.67 -14003.75 4282.14

- Trừ cửa ra vào tháp 0.80 1.00 2.00 -2.00 -3.20 24.53 -78.48 -474.80 145.19

- Trừ cửa ra giá đỡ xi lanh 0.80 1.00 2.00 -1.00 -1.60 24.53 251.14 1858.41 -150.68

- Trừ cửa ra cầu công tác 0.80 1.00 2.00 -1.00 -1.60 24.53 -39.24 -237.40 -49.05

Kích thước (m) Moment (kNm) V (m³) TT Hạng mục Ký hiệu Số lượng Lx Ly Lz Mx My Dung trọng (kN/m³) Trọng lượng (kN)

24.53 148.38 -45.37 Thang sắt trong trụ tháp 1.00 24.53 1.00

Giá đỡ xi lanh 1.80 1.20 1.50 2.00 24.53 6.48 158.92 1382.62 -294.01

4 Cầu công tác Gc 2256.5 3268.1 11621.1

Trụ cầu phía bờ 0.75 5.30 2.00 1.00 24.53 7.95 194.97 -2295.82 1004.11

Dầm mũ 3.00 1.00 24.53 16.83 412.76 -4651.76 2125.69

Trụ cầu phía trong 0.75 5.30 2.00 1.00 24.53 7.95 194.97 1467.18 1004.11

Dầm mũ 3.00 1.00 24.53 23.88 585.66 4410.00 3016.13

Dầm cầu I650 L16m 3.00 46.93 3.00 140.79 -467.42 725.07

Dầm Super-T 38.2m 0.50 680.00 340.00 3179.00 1751.00 0.50

Sàn mặt cầu 1.00 3.00 35.10 0.15 15.80 24.53 387.37 1626.96 1994.97

5 Cửa van Gcv 1400 8470.0 -2590

Trọng lượng bộ cửa 0.50 2800.00 1400.00 8470.00 -2590.00

6 Hoạt tải 2444.7 13992.0 -1501

Hoạt tải trên cầu thang 8.00 82.08 24.53 2013.01 12178.72 -3724.07

Hoạt tải trên cầu 1.00 105.30 4.10 431.73 1813.27 2223.41

Tổng 127877 171085 -12415

Bảng PL 01- 2: Áp lực thủy tĩnh lên cống trụ 2

TT Hạng mục Kích thước (m) Dài (m) Rộng (m) Cao(m) Tải đứng P (kN) Moment (kNm) Mx My

I 1

Tải ngang (kN) Qy Qx Trường hợp ngăn triều trong điều kiện làm việc bình thường (tổ hợp cơ bản 1) Trọng lượng nước - Khoang dẫn nước cho Âu - Bản đáy phía đồng - Bản đáy phía sông 36945 2846 4312 15.00 3.60 3.60 30.00 15.41 14.59 8.21 5.13 8.21 -186572 18641 28245 0 21928 -31458

2 Áp lực ngược

- Phía đồng - Phía sông 15.41 14.59 25.10 25.10 -35314 -44714 9.13 12.21 0 0 257616 -344522

3 Áp lực ngang

20.00 20.00 -2631.69 6740.41

- Lên cửa phía đồng - Lên cửa phía sông - Nước ngầm lên trụ - Lên trụ phía đồng - Lên trụ phía sông 30.00 15.41 14.59 5.13 8.21 9.00 9.13 12.21

Tổng -35925 0 0 12150 -6701 -22513 -156750 763 4965 0 0 0 -90708 4109 12150.0 -6422.65 -10875.69 -5148

II Trường hợp giữ nước môi trường (Tổ hợp cơ bản 2) 1

Trọng lượng nước - Khoang dẫn nước cho Âu - Bản đáy phía đồng - Bản đáy phía sông 30.00 15.41 14.59 15.00 3.60 3.60 28485 3512 1697 6.33 6.33 3.23 -143849 23001 11112 0 27057 -12376

2 Áp lực ngược

- Phía đồng 15.41 25.10 -39956 10.33 0 291475

TT Hạng mục Tải ngang (kN) Qy Qx

- Phía sông Kích thước (m) Dài (m) Rộng (m) Cao(m) 25.10 14.59 7.23 Tải đứng P (kN) -26477 Moment (kNm) Mx 0 My -204005

3 Áp lực ngang

20.00 20.00 -4006.89 1043.29

- Lên cửa phía đồng - Lên cửa phía sông - Nước ngầm lên trụ - Lên trụ phía đồng - Lên trụ phía sông 30.00 15.41 14.59 6.33 3.23 9.00 10.33 7.23 -441 -963 0 0 0

Tổng -32739 -2964 12150.00 -8221.92 -3813.31 115 0 0 12150 -11867 -1563 -111016 100748

Bảng PL 01- 3: Áp lực đất lên cống trụ 2

Lực tĩnh TT Hạng mục B (m) K Z (m) hi (m) σ'v (kPa) q (kPa) qy (kPa) Qy (kN) dZ (m) Mx (kN.m)

1 Áp lực đất chủ động 8889.78 40929.40

- Mặt đất hoàn thiện 30.00 2.00 0.00 0.42 0.00 10.00 4.22

- Mực nước trong đất 30.00 -0.50 2.50 0.42 36.79 10.00 19.73 898.09 9.98 8962.99

- Chân tường 30.00 -9.50 9.00 0.42 83.58 10.00 39.47 7991.69 4.00 31966.42

2 Áp lực đất bị động -4763.47 -5472.75

- Mặt đất hoàn thiện 30.00 -7.00 0.00 2.37 0.00 15.00 -48.10 0.00 0.00

- Chân tường 30.00 -9.50 2.50 2.37 13.00 15.00 -78.92 -4763.47 1.15 -5472.75

Tổng 4126.31 35456.65

Bảng PL 01- 4: Tổng hợp tải trọng lên đáy móng cống trụ 2 theo TCVN

Tải tiêu chuẩn

Tải tính toán

TT

Tổ hợp

My

P (kN) Qx (kN) Qy (kN)

Mx (kNm)

My (kNm)

(kNm)

110935.6

0.0

79012.8

-84.2

116482.4

82963.4

-88.4

91951.9

4108.7

3134.9

92233.9

-103123.2

98346

4109

4792

116368

-103744

1 Tổ hợp thi công

95137.6

-2963.6

8398.0

130152.7

88332.3

101531.5

-2963.6 10054.7 152723.7 87711.5

2 Tổ hợp cơ bản 1

3 Tổ hợp cơ bản 2

Bảng PL 01- 5: Tổng hợp tải trọng lên đáy móng cống trụ 2 theo tiêu chuẩn Mỹ

Tải tiêu chuẩn

Tải tính toán

TT

Tổ hợp

My

P (kN) Qx (kN) Qy (kN)

My (kNm)

Mx (kNm)

(kNm)

101628.4

0.0

83666.4

-84.2

177849.7

0.0

146416.2

-147.3

82644.7

4108.7

3134.9

94313.3

-101068.8 112287.1

4108.7

5198.1

155976.3

-104172.7

1 Tổ hợp thi công

85830.4

-2963.6

8398.0

134863.7

86850.5

115472.8

-2963.6 10461.2 196526.7

83746.6

2 Tổ hợp cơ bản 1

3 Tổ hợp cơ bản 2

PHỤ LỤC 2: TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC

2.1: Tính toán sức chịu tải của cọc

Bảng PL 02 - 1: Kết quả sức chịu tải tính theo tiêu chuẩn Việt Nam

Lcọc

L đất

ZL

γ'I

Σlifsi

Rc,u

Mũi cọc

ki

tg 

Lớp đất

cu kN/m²

σtb v,Z kN/m²

Chiều dày

σv,Z kN/m²

(m)

Z (m)

(m)

m

Góc ma sát φ

kN/m³

(kN/m)

(kN)

0.00

-9.10

5.60

29.67

1.00

-10.10

6.60

Lớp 1

20.14

34.96

5.30

32.31

20.1

75.9

1.00

2.00

-11.10

7.60

Lớp 1

20.14

40.26

5.30

37.61

40.3

151.9

1.00

3.00

-12.10

8.60

Lớp 1

20.14

45.56

5.30

42.91

60.4

227.8

1.00

4.00

-13.10

9.60

Lớp 1

20.14

50.86

5.30

48.21

80.6

303.7

1.00

5.00

-14.10 10.60

10.60

Lớp 1

20.14

56.15

5.30

53.50

100.7

379.6

1.00

6.00

-15.10 11.60

11.60

Lớp 1

20.14

61.45

5.30

58.80

120.8

455.6

1.00

7.00

-16.10 12.60

12.60

Lớp 1

20.14

66.75

5.30

64.10

141.0

531.5

1.00

8.00

-17.10 13.60

13.60

Lớp 1

20.14

72.04

5.30

69.40

161.1

607.4

1.00

9.00

-18.10 14.60

14.60

Lớp 1

20.14

77.34

5.30

74.69

181.3

683.3

1.00

10.00

-19.10 15.60

15.60

Lớp 1

20.14

82.64

5.30

79.99

201.4

759.3

0.80

10.80

-19.90 16.40

16.40

Lớp 2

64.60

89.86

9.03

86.25

242.7

915.1

1.00

11.80

-20.90 17.40

17.40

Lớp 2

64.60

98.88

9.03

94.37

294.4

1110.0

1.00

12.80

-21.90 18.40

18.40

Lớp 2

64.60

9.03

107.91

103.40

346.1

1304.8

Lcọc

L đất

ZL

γ'I

Σlifsi

Rc,u

Mũi cọc

ki

tg 

Lớp đất

cu kN/m²

σtb v,Z kN/m²

Chiều dày

σv,Z kN/m²

Góc ma sát φ

(m)

Z (m)

(m)

m

kN/m³

(kN/m)

(kN)

0.90

13.70

-22.80 19.30

19.30

Lớp 3

27.73

0.50

0.53

9.71

116.65

112.28

372.7

1404.9

1.00

14.70

-23.80 20.30

20.30

Lớp 3

27.73

0.50

0.53

9.71

126.36

121.51

404.6

1525.3

1.00

15.70

-24.80 21.30

21.30

Lớp 3

27.73

0.50

0.53

9.71

136.07

131.22

439.1

1655.4

1.00

16.70

-25.80 22.30

22.30

Lớp 3

27.73

0.50

0.53

9.71

145.79

140.93

476.2

1795.0

1.00

17.70

-26.80 23.30

23.30

Lớp 3

27.73

0.50

0.53

9.71

155.50

150.64

515.8

1944.3

1.00

18.70

-27.80 24.30

24.30

Lớp 3

27.73

0.50

0.53

9.71

165.21

160.35

557.9

2103.3

1.00

19.70

-28.80 25.30

25.30

Lớp 3

27.73

0.50

0.53

9.71

174.92

170.07

602.6

2271.8

1.00

20.70

-29.80 26.30

26.30

Lớp 3

27.73

0.50

0.53

9.71

184.63

179.78

649.9

2450.0

1.00

21.70

-30.80 27.30

27.30

Lớp 3

27.73

0.50

0.53

9.71

194.35

189.49

699.7

2637.7

1.20

22.90

-32.00 28.50

28.50

Lớp 3

27.73

0.50

0.53

9.71

206.00

200.17

762.8

2875.8

1.20

24.10

-33.20 29.70

29.70

Lớp 3

27.73

0.50

0.53

9.71

217.65

211.83

829.7

3127.7

1.30

25.40

-34.50 31.00

31.00

Lớp 4a

31.65

0.30

0.62

10.40

231.17

224.41

883.6

3331.1

1.00

26.40

-35.50 32.00

32.00

Lớp 4a

31.65

0.30

0.62

10.40

241.57

236.37

927.3

3495.9

1.40

27.80

-36.90 33.40

33.40

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

255.85

248.71

989.5

3730.5

1.00

28.80

-37.90 34.40

34.40

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

266.06

260.96

1036.2

3906.3

1.00

29.80

-38.90 35.40

35.40

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

276.26

271.16

1084.6

4089.0

1.00

30.80

-39.90 36.40

36.40

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

286.46

281.36

1134.9

4278.6

1.00

31.80

-40.90 37.40

37.40

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

296.66

291.56

1187.0

4475.0

Lcọc

L đất

ZL

γ'I

Σlifsi

Rc,u

Mũi cọc

ki

tg 

Lớp đất

cu kN/m²

σtb v,Z kN/m²

Chiều dày

σv,Z kN/m²

Góc ma sát φ

(m)

Z (m)

(m)

m

kN/m³

(kN/m)

(kN)

1.00

32.80

-41.90 38.40

38.40

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

306.87

301.77

1241.0

4678.3

1.00

33.80

-42.90 39.40

39.40

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

317.07

311.97

1296.7

4888.5

1.00

34.80

-43.90 40.40

40.40

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

327.27

322.17

1354.3

5105.6

1.00

35.80

-44.90 41.40

41.40

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

337.47

332.37

1413.7

5329.5

1.00

36.80

-45.90 42.40

41.80

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

341.55

339.51

1474.4

5558.2

1.00

37.80

-46.90 43.40

41.80

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

341.55

1535.4

5788.4

1.00

38.80

-47.90 44.40

41.80

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

341.55

1596.5

6018.5

1.00

39.80

-48.90 45.40

41.80

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

341.55

1657.5

6248.6

1.00

40.80

-49.90 46.40

41.80

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

341.55

1718.5

6478.7

1.00

41.80

-50.90 47.40

41.80

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

341.55

1779.6

6708.9

1.00

42.80

-51.90 48.40

41.80

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

341.55

1840.6

6939.0

1.00

43.80

-52.90 49.40

41.80

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

341.55

1901.7

7169.1

1.00

44.80

-53.90 50.40

41.80

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

341.55

1962.7

7399.2

1.00

45.80

-54.90 51.40

41.80

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

341.55

2023.7

7629.3

1.00

46.80

-55.90 52.40

41.80

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

341.55

2084.8

7859.5

0.50

47.30

-56.40 52.90

41.80

Lớp 4b

30.78

0.30

0.60

10.20

341.55

2115.3

7974.5

Bảng PL 02 - 2: Kết quả sức chịu tải tính theo tiêu chuẩn Mỹ

Lcọc

ZL

γ'I

Σlifsi

Qutl

Mũi cọc

L/B

cu/σv,Z 





Lớp đất

cu kN/m²

Chiều dày

σv,Z kN/m²

(m)

Z (m)

m

Góc ma sát φ

kN/m³

kN/m

kN

0.00

-9.10

5.60

29.67

1.00

-10.10

6.60

Lớp 1

20.14

0.58

0.70

5.30

34.96

14.01

66.0

1.00

2.00

-11.10

7.60

Lớp 1

20.14

0.50

0.73

5.30

40.26

28.73

135.4

1.00

3.00

-12.10

8.60

Lớp 1

20.14

0.44

0.76

5.30

45.56

43.98

207.3

1.00

4.00

-13.10

9.60

Lớp 1

20.14

0.40

0.78

5.30

50.86

59.67

281.2

1.00

5.00

-14.10

10.60 Lớp 1

20.14

0.36

0.80

5.30

56.15

75.70

356.7

1.00

6.00

-15.10

11.60 Lớp 1

20.14

0.33

1.00

5.30

61.45

95.84

451.6

1.00

7.00

-16.10

12.60 Lớp 1

20.14

0.30

1.00

5.30

66.75

115.98

546.5

1.00

31.5

1.00

8.00

-17.10

13.60 Lớp 1

20.14

0.28

1.00

5.30

72.04

136.12

641.4

1.00

9.00

-18.10

14.60 Lớp 1

20.14

0.26

1.00

5.30

77.34

156.26

736.3

1.00

10.00

-19.10

15.60 Lớp 1

20.14

0.24

1.00

5.30

82.64

176.40

831.3

1.00

0.80

10.80

-19.90

16.40 Lớp 2

64.60

0.72

0.63

9.03

89.86

208.94

984.6

1.00

11.80

-20.90

17.40 Lớp 2

64.60

0.65

0.66

9.03

98.88

251.58

1185.5

1.00

12.80

-21.90

18.40 Lớp 2

64.60

0.60

0.69

9.03

107.91

295.85

1394.1

0.90

13.70

-22.80

19.30 Lớp 3

27.73

24.96

9.71

116.65

338.18

1593.6

64.60

0.55

0.70

1.00

14.70

-23.80

20.30 Lớp 3

27.73

24.96

9.71

126.36

389.08

1833.5

1.00

15.70

-24.80

21.30 Lớp 3

27.73

24.96

9.71

136.07

444.05

2092.5

1.00

16.70

-25.80

22.30 Lớp 3

27.73

24.96

9.71

145.79

503.09

2370.7

Lcọc

ZL

γ'I

Σlifsi

Qutl

Mũi cọc

L/B

cu/σv,Z 





Lớp đất

cu kN/m²

Chiều dày

σv,Z kN/m²

Góc ma sát φ

(m)

Z (m)

m

kN/m³

kN/m

kN

1.00

17.70

-26.80

23.30 Lớp 3

27.73

24.96

9.71

155.50

566.19

2668.1

1.00

18.70

-27.80

24.30 Lớp 3

27.73

24.96

9.71

165.21

633.37

2984.7

1.00

19.70

-28.80

25.30 Lớp 3

27.73

24.96

9.71

174.92

704.61

3320.4

1.00

20.70

-29.80

26.30 Lớp 3

27.73

24.96

9.71

184.63

779.92

3675.3

1.00

21.70

-30.80

27.30 Lớp 3

27.73

24.96

9.71

194.35

859.30

4049.4

1.20

22.90

-32.00

28.50 Lớp 3

27.73

24.96

9.71

206.00

959.93

4523.5

1.20

24.10

-33.20

29.70 Lớp 3

27.73

24.96

9.71

217.65 1066.41 5025.3

1.30

25.40

-34.50

31.00 Lớp 4a

31.65

28.49

10.4

231.17 1208.88 5696.7

1.00

26.40

-35.50

32.00 Lớp 4a

31.65

28.49

10.4

241.57 1324.32 6240.7

1.40

27.80

-36.90

33.40 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

255.85 1488.88 7016.2

1.00

28.80

-37.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 1611.97 7596.2

1.00

29.80

-38.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 1737.23 8186.5

1.00

30.80

-39.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 1862.49 8776.8

1.00

31.80

-40.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 1987.74 9367.0

1.00

32.80

-41.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 2113.00 9957.3

1.00

33.80

-42.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 2238.26 10547.6

1.00

34.80

-43.90

35.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

275.24 2365.93 11149.2

1.00

35.80

-44.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 2493.60 11750.8

Lcọc

ZL

γ'I

Σlifsi

Qutl

Mũi cọc

L/B

cu/σv,Z 





Lớp đất

cu kN/m²

Chiều dày

σv,Z kN/m²

Góc ma sát φ

(m)

Z (m)

m

kN/m³

kN/m

kN

1.00

36.80

-45.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 2618.86 12341.1

1.00

37.80

-46.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 2744.12 12931.4

1.00

38.80

-47.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 2869.38 13521.6

1.00

39.80

-48.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 2994.64 14111.9

1.00

40.80

-49.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 3119.90 14702.2

1.00

41.80

-50.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 3245.16 15292.5

1.00

42.80

-51.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 3370.42 15882.7

1.00

43.80

-52.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 3495.68 16473.0

1.00

44.80

-53.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 3620.94 17063.3

1.00

45.80

-54.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 3746.20 17653.5

1.00

46.80

-55.90

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 3871.45 18243.8

0.50

47.30

-56.40

34.30 Lớp 4b

30.78

27.71

10.2

265.04 3934.08 18538.9

2.2: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn Việt Nam

Bảng PL 02 - 3: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc trường hợp thi công

35 Trục A B C E F G D

-13.50 -9.00 -4.50 4.50 9.00 13.50 0.00 ∑xi

Trục 2= 2835 xi (m) 2= 1929 911.3 405.0 101.3 101.3 405.0 911.3 0.00 ∑yi xi²

772 10.50 3780.0 3779.9 3779.7 3779.6 3779.4 3779.3 3779.2 1

193 5.25 3554.2 3554.1 3554.0 3553.8 3553.7 3553.5 3553.4 2

0.00 0.00 3328.5 3328.4 3328.2 3328.1 3327.9 3327.8 3327.6 3

-5.25 193 3102.7 3102.6 3102.5 3102.3 3102.2 3102.0 3101.9 4

-10.50 772 2877.0 2876.8 2876.7 2876.6 2876.4 2876.3 2876.1 5

Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc

- Lực dọc lớn nhất lên cọc: 3780.0 kN Ntt=

- Sức kháng dọc trục tính toán của cọc Rv= 11155.0 kN

- Sức kháng tải ngang tính toán 380.24 kN Rh=

- Trọng lượng cọc 1294 kN Nc=

Kết luận: Cọc đảm bảo khả năng chịu tải

Bảng PL 02 - 4: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc TH1

35 Trục A B C D F G E

2835 -9.00 -4.50 0.00 9.00 13.50 4.50 ∑xi xi (m) -13.50

Trục 2= 2= 1929 911 405 101 0 405 911 101 ∑yi xi²

10.50 772 3937 3773 3608 3443 3114 2949 3279 1

5.25 193 3621 3456 3291 3127 2797 2633 2962 2

0.00 0 3304 3139 2975 2810 2481 2316 2645 3

-5.25 193 2987 2823 2658 2493 2164 1999 2329 4

-10.50 772 2671 2506 2341 2177 1847 1683 2012 5

Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc

- Lực dọc lớn nhất lên cọc 3937 kN Ntt=

- Lực ngang lớn nhất lên cọc 137.0 kN Qtt=

- Sức kháng dọc trục tính toán của cọc Rv= 11155 kN

- Sức kháng tải ngang tính toán 380 kN Rh=

- Trọng lượng cọc 1294 kN Nc=

Kết luận: Cọc đảm bảo khả năng chịu tải

Bảng PL 02 - 5: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc TH2

35 Trục A B C D E F G Trục

2835 -13.50 -9.00 -4.50 0.00 4.50 9.00 13.50 ∑xi xi (m)

1929 405 101 0 101 405 911 911 ∑yi xi²

10.50 772 3314 3454 3593 3732 3871 4010 4150 1

5.25 193 2899 3038 3177 3316 3456 3595 3734 2

0.00 0 2483 2622 2762 2901 3040 3179 3319 3

-5.25 193 2068 2207 2346 2485 2625 2764 2903 4

-10.50 772 1652 1791 1931 2070 2209 2348 2487 5

4150 287

kN kN kN kN kN Ntt= Qtt= Rv= 11155.0 380.2 Rh= 1294 Nc=

Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc - Lực dọc lớn nhất lên cọc: - Lực ngang lớn nhất lên cọc: - Sức kháng dọc trục tính toán của cọc - Sức kháng tải ngang tính toán - Trọng lượng cọc Kết luận: Cọc đảm bảo khả năng chịu tải

2.3. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc theo tiêu chuẩn Mỹ

Bảng PL 02 - 6: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc tổ hợp thi công

35 Trục A B C E F G D

-13.50 -9.00 -4.50 4.50 9.00 13.50 0.00 ∑xi

Trục 2= 2835 xi (m) 2= 1929 911.3 405.0 101.3 101.3 405.0 911.3 0.00 ∑yi xi²

772 10.50 5878.9 5878.7 5878.5 5878.2 5878.0 5877.8 5877.5 1

193 5.25 5480.5 5480.3 5480.1 5479.8 5479.6 5479.4 5479.1 2

0.00 0 5082.1 5081.9 5081.7 5081.4 5081.2 5081.0 5080.7 3

-5.25 193 4683.7 4683.5 4683.2 4683.0 4682.8 4682.5 4682.3 4

-10.50 772 4285.3 4285.1 4284.8 4284.6 4284.4 4284.1 4283.9 5

Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc

- Lực dọc lớn nhất lên cọc: Ntt= 5878.9 kN

- Lực ngang lớn nhất lên cọc: 0 kN Qtt=

- Sức kháng dọc trục tính toán của cọc Rv= 9692.3 kN

- Sức kháng tải ngang tính toán Rh= 361.95 kN

- Trọng lượng cọc 1294 kN Nc=

Kết luận: Cọc đảm bảo khả năng chịu tải

Bảng PL 02 - 7: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc TH1

Trục 35 Trục A B C D E F G

2= 1929

2835 -9.00 -4.50 0.00 4.50 9.00 13.50 ∑xi xi (m) -13.50

911 405 101 0 101 405 911 ∑yi xi²

772 10.50 4553 4388 4222 4057 3892 3726 3561 1

193 5.25 4129 3963 3798 3633 3467 3302 3137 2

0.00 0 3704 3539 3374 3208 3043 2877 2712 3

-5.25 193 3280 3114 2949 2784 2618 2453 2288 4

-10.50 772 2855 2690 2525 2359 2194 2029 1863 5

Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc

- Lực dọc lớn nhất lên cọc: 4553.1 kN Ntt=

- Lực ngang lớn nhất lên cọc: 148.5 kN Qtt=

- Sức kháng dọc trục tính toán của cọc Rv= 9692.3 kN

- Sức kháng tải ngang tính toán 361.95 kN Rh=

Kết luận: Cọc đảm bảo khả năng chịu tải

Bảng PL 02 - 8: Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc TH2

35 Trục A B C D E F G

-13.50 -9.00 -4.50 0.00 4.50 9.00 13.50 ∑xi

Trục 2= 2835 xi (m) 2= 1929 911 405 101 0 101 405 911 ∑yi xi²

772 10.50 3970 4103 4236 4369 4502 4635 4768 1

193 5.25 3435 3568 3701 3834 3967 4100 4233 2

0.00 0 2900 3033 3166 3299 3432 3565 3698 3

-5.25 193 2366 2499 2632 2764 2897 3030 3163 4

-10.50 772 1831 1964 2097 2230 2363 2496 2628 5

Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc

- Lực dọc lớn nhất lên cọc: Ntt= 4767.6 kN

- Lực ngang lớn nhất lên cọc: 298.9 kN Qtt=

- Sức kháng dọc trục tính toán của cọc Rv= 9692.3 kN

- Sức kháng tải ngang tính toán Rh= 361.95 kN

Kết luận: Cọc đảm bảo khả năng chịu tải

PHỤ LỤC 3: KIỂM TRA ĐỘ LÚN DƯỚI MÓNG QUY NƯỚC

4.1. Kiểm tra khả năng chịu tải của nền dưới móng quy nước

Bảng PL03- 1: Tính ứng suất đáy móng quy ước

No Thông số tính toán Giá trị Đơn vị

Ký hiệu

m m m độ độ

kN kN

li φII,i φII,mt Bm Lm γII,i kN/m³ Nm Nc

kN m2 kPa

N A σtb

Độ kPa m kPa kPa

kN/m³ γII γ'II kN/m³ φII cII h σ'v m1 m2 ktc A B D R σgl 28.50 22.50 46.5 22.89 31.82 37.82 499101.0 42320.8 648131.7 1203.47 538.55 10.20 8.92 30.78 0.00 51.5 459.31 1.10 1.20 1.00 1.22 5.87 8.17 4081 Đạt 79.24 Đạt I Xác định móng quy ước 1 Chiều dài đáy móng giữa 2 mép cọc 2 Bề rộng đáy móng giữa 2 mép cọc 3 Chiều dài cọc trong các lớp đất 4 Góc ma sát trong của các lớp đất dọc thân cọc 5 Góc ma sát trong tính toán trung bình của đất 6 Bề rộng móng quy ước 7 Chiều dài móng quy ước 8 Dung trọng của các lớp đất dọc thân cọc 9 Trọng lượng đất trong khối móng quy ước 10 Trọng lượng cọc II Tính ứng suất đáy móng 1 Tổng tải trọng thẳng đứng 2 Diện tích đáy móng 3 Ứng suất trung bình III Kiểm tra điều kiện làm việc 1 Dung trọng đất dưới đáy móng 2 Dung trọng đất trên đáy móng 3 Góc ma sát trong của đất dưới đáy móng 4 Lực dính của đất dưới đáy móng 5 Chiều sâu chôn móng 6 Ứng suất bản thân của đất nền 7 Hệ số m1 8 Hệ số m2 9 Hệ số ktc 10 Hệ số A 11 Hệ số B 12 Hệ số D 13 Áp lực tính toán 14 Kiểm tra điều kiện làm việc của nền σtb < R 15 Ứng suất gây lún tại đáy móng quy ước 16 Kiểm tra điều kiện σgl ≤ 0.2σ'v

Bảng PL03- 2: Bảng kết quả tính toán độ lún theo tiêu chuẩn Mỹ

N I CN N160 Btb m Lb m σv,Z kN/m² q kN/m² S cm L đất Ha m (m)

1.00 1.00 22.8 28.5 454.80 170.72 33 0.482 0.867 16 0.13

1.00 2.00 23.8 29.5 465.00 157.78 35 0.474 0.872 17 0.12

1.00 3.00 24.8 30.5 475.21 146.25 34 0.467 0.878 16 0.12

1.00 4.00 25.9 31.6 485.41 135.95 32 0.460 0.882 15 0.12

1.00 5.00 26.9 32.6 495.61 126.71 32 0.453 0.887 14 0.12

1.00 6.00 27.9 33.6 505.81 118.38 33 0.446 0.891 15 0.11

1.00 7.00 28.9 34.6 516.02 110.84 34 0.439 0.895 15 0.11

1.00 8.00 29.9 35.6 526.22 104.01 36 0.433 0.898 16 0.10

0.94

Bảng PL03- 3: Bảng kết quả tính toán độ lún theo tiêu chuẩn Mỹ

z hi (m) (m) 0.00 0.00 γ kN/m³ σgl σbt kN/m² kN/m² 445.93 100.74 p1 kN/m² p2 kN/m² Ei kN/m² Si (cm)

0.30 0.30 10.20 1.00 448.99 100.74 447.46 548.20 10606 0.211

0.30 0.60 10.20 1.00 452.05 100.73 450.52 551.26 10604 0.211

0.30 0.90 10.20 1.00 455.12 100.72 453.58 554.31 10602 0.211

0.30 1.20 10.20 1.00 458.18 100.71 456.65 557.36 10599 0.211

0.30 1.50 10.20 1.00 461.24 100.68 459.71 560.40 10597 0.211

0.30 1.80 10.20 1.00 464.30 100.63 462.77 563.42 10595 0.211

0.30 2.10 10.20 1.00 467.36 100.57 465.83 566.43 10592 0.211

0.30 2.40 10.20 1.00 470.42 100.49 468.89 569.42 10590 0.211

0.30 2.70 10.20 1.00 473.48 100.39 471.95 572.39 10588 0.211

0.30 3.00 10.20 1.00 476.54 100.27 475.01 575.34 10586 0.210

0.30 3.30 10.20 0.30 3.60 10.20 0.30 3.90 10.20 0.30 4.20 10.20 0.30 4.50 10.20 0.30 4.80 10.20 0.99 479.60 100.12 478.07 578.26 10583 0.210 481.13 581.16 10581 0.210 0.99 482.66 484.19 584.03 10579 0.210 0.99 485.72 487.25 586.87 10577 0.209 0.99 488.78 490.31 589.68 10574 0.209 0.99 491.84 493.37 592.46 10572 0.208 0.98 494.90 99.94 99.73 99.50 99.24 98.94

0.30 5.10 10.20 0.30 5.40 10.20 496.43 595.21 10570 0.207 499.50 597.93 10568 0.207

0.98 497.97 0.98 501.03 98.62 98.26 S= 3.78

TÀI LIỆU THAM KHẢO

A.Tài liệu tiếng Việt

[1] Nhóm chuyên môn nền móng, Bài giảng nền móng – Bộ môn cơ sở Kỹ thuật

xây dựng, trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng;

[2] Th.s Đoàn Thế Mạnh. Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất – ximăng.

Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 19 – 8/2009;

[3] Viện Thủy lợi và Môi trường. Hồ sơ thiết kế Đập ngăn sông Ems (LB Đức);

[4] Công ty Cổ Phần Tư Vấn Xây Dựng VINA MEKONG (2015). Báo cáo nghiên

cứu khả thi - Báo cáo chính thuộc Dự án: Giải quyết ngập do triều khu vực

TPHCM có xét đến yếu tố biến đổi khí hậu (Giai đoạn 1)

[5] Viện Thủy lợi và Môi trường [2017]. Hồ sơ khảo sát, thiết kế bản vẽ thi công

công trình Cống Phú Định

[6] Viện Thủy lợi và Môi trường [2017]. Kết quả tính toán sức chịu tải của cọc theo

chỉ tiêu cơ lý đất nền và kết quả thí nghiệm cọc được tham khảo trong hồ sơ

thiết kế cống Phú Định

[7] Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn (2012), QCVN 04-05:2012/BNNPTNT

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia. Công trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu về

thiết kế;

[8] Bộ khoa học và công nghệ (2012), TCVN 4253:2012 Nền các công trình thủy

công - Yêu cầu thiết kế;

[9] Bộ khoa học và công nghệ (2012), TCVN 9362:2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền

nhà và công trình;

[10] Bộ khoa học và công nghệ (2012), TCVN 5574-2012 Kết cấu bê tông và bê tông

cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế;

[11] Bộ khoa học và công nghệ (2014), TCVN 10304-2014: Móng cọc - Tiêu chuẩn

thiết kế;

[12] Bộ khoa học và công nghệ (1998). TCXD 205-1998: Móng cọc - Tiêu chuẩn

thiết kế;

B.Tài liệu tiếng Anh

[1] FHWA-NHI-10-016: Cọc khoan: các bước thi công và phương pháp thiết kế

theo LRFD – xuất bản tháng 05/2010 (drilled shafts: construction procedures

and LRFD design methods);

[2] EM 1110-1-1905: Khả năng chịu tải của đất xuất bản tháng 10/1992 (Bearing

capacity of soils);

[3] EM 1110-1-1905: Thiết kế móng cọc xuất bản tháng 01/1991 (Design of

pilefoundations);

[4] EM – 1110 – 2 – 2906: Thiết kế móng cọc xuất bản tháng 01/1991 (Design of

pile foundation (EM 1110-2-2906);

[5] UFC 3-220-01A: (2004). Unified Facilities Criteria - Deep Foundation;

[6] AASHTO LRFD Bridge 2005 - Tiêu chuẩn thiết kế cầu của Hoa Kỳ (Bridge

Design Specifications);

[7] Bowles - Foundation Analysis and Design. Chapter 9 SPECIAL FOOTINGS

AND BEAMS ON ELASTIC FOUNDATIONS

100

Luận văn Thạc sĩ Quản lý xây dựng: Nghiên cứu tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam - Tính toán áp dụng cho móng cọc cống Phú Định - Thành phố Hồ Chí Minh

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU

PHẦN MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ LUẬN TÍNH TOÁN MÓNG CỌC THEO TIÊU

CHUẨN MỸ VÀ TIÊU CHUẨN VIỆT NAM

Qs =fsAs ; fs =ca; ca = α.c

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG CỌC THEO TIÊU CHUẨN

MỸ VÀ TIÊU CHUẨN VIỆT NAM (SỬ DỤNG TÀI LIỆU CỦA CÔNG

TRÌNH CỐNG PHÚ ĐỊNH)

Qs =fsAs;

fs =ca; ca = α.c

3.6.1. Sức kháng cọc theo vật liệu

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN

PHỤ LỤC 01: CÁC TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN

PHỤ LỤC 2: TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ KIỂM TRA

KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC

PHỤ LỤC 3: KIỂM TRA ĐỘ LÚN DƯỚI MÓNG QUY NƯỚC

PHỤ LỤC

Tải tiêu chuẩn

Tải tính toán

TT

Tổ hợp

My

P (kN) Qx (kN) Qy (kN)

P (kN) Qx (kN) Qy (kN)

Mx (kNm)

Mx (kNm)

My (kNm)

(kNm)

Tải tiêu chuẩn

Tải tính toán

TT

Tổ hợp

My

P (kN) Qx (kN) Qy (kN)

P (kN) Qx (kN) Qy (kN)

My (kNm)

Mx (kNm)

Mx (kNm)

(kNm)

Lcọc

L đất

ZL

γ'I

Σlifsi

Rc,u

Mũi cọc

ki

tg 

Lớp đất

cu kN/m²

σtb v,Z kN/m²

Chiều dày

σv,Z kN/m²

(m)

Z (m)

(m)

m

Góc ma sát φ

kN/m³

(kN/m)

(kN)

Lcọc

L đất

ZL

γ'I

Σlifsi

Rc,u

Mũi cọc

ki

tg 

Lớp đất

cu kN/m²

σtb v,Z kN/m²

Chiều dày