Báo cáo đồ án môn học nền móng xây dựng

• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM
• Đề tài: Đồ Án Nền Móng Thống Kê Địa Chất Tại Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM
• Loại tài liệu: Đồ Án
• Địa điểm: TP.HCM

• 1. CHƯƠNG 1: THỐNG KÊ SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT
• 1.1. Dung trọng riêng y
• 1.2. Tỉ trọng hạt Gs
• 1.3. Lực dính c và góc ma sát trong
• 1.4. Bảng tổng hợp
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN MÓNG BĂNG
• 2.1. Chọn vật liệu làm móng
• 2.2. Chọn chiều sâu đặt móng
• 2.3. Xác định sơ bộ kích thước móng
• 2.4. Kiểm tra ổn định đất nền
• 2.5. Kiểm tra lún
• 2.6. Kiểm tra cường độ đất nền
• 2.7. Kiểm tra điều kiện chống trượt cho móng
• 2.8. Thiết kế cốt thép móng băng
• 2.8.1. Khai báo vật liệu
• 2.8.2. Khai báo tiết diện
• 2.8.3. Khai báo tải trọng
• 2.8.4. Gán tải trọng tập trung tại chỗ
• 2.8.5. Gán bậc tự do cho hệ kết cấu
• 2.8.6. Kết quả nội lực bằng phần mềm SAP2000
• 2.8.7. Thiết kế cốt thép
• 2.8.8. Nhóm các thanh thép số 1
• 2.8.9. Nhóm các thanh thép số 2
• 2.8.10. Nhóm các thanh thép số 3
• 2.8.11. Nhóm các thanh thép số 4
• 2.8.12. Nhóm các thanh thép số 5
• 2.8.13. Nhóm các thanh thép số 6
• 2.8.14. Neo nối cốt thép
• 2.9. Bản vẽ
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN MÓNG CỌC
• 3.1. Chọn vật liệu làm móng
• 3.2. Chọn cốt thép, bê tông
• 3.3. Tải trọng thiết kế móng cọc
• 3.4. Số liệu và mặt cắt địa chất
• 3.5. Chọn chiều sâu chôn móng và sơ bộ kích thước cọc
• 3.6. Tính toán sức chịu tải cọc
• 3.7. Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc
• 3.8. Kiểm tra sức chịu tải của nhóm cọc
• 3.9. Xác định kích thước khối móng quy ước
• 3.10. Kiểm tra ổn định đất nền dưới đáy móng khối quy ước
• 3.11. Kiểm tra độ lún của móng khối quy ước
• 3.12. Kiểm tra đài cọc
• 3.13. Tính thép cho đài móng
• 3.13.1. Xác định moment trong đài (cho cả hai phương)
• 3.13.2. Theo phương L
• 3.13.3. Theo phương B
• 3.14. Kiểm tra cọc theo điều kiện cẩu và đụng cọc
• 3.15. Kiểm tra cọc chịu tải trọng ngang bằng SAP2000

I. Hướng dẫn toàn diện báo cáo đồ án nền móng xây dựng

Một báo cáo đồ án môn học về nền móng xây dựng là tài liệu kỹ thuật tổng hợp, trình bày toàn bộ quá trình từ phân tích số liệu đến thiết kế chi tiết một hệ móng cho công trình cụ thể. Mục tiêu chính là áp dụng kiến thức lý thuyết vào giải quyết một bài toán thực tế, thể hiện năng lực phân tích, tính toán và ra quyết định của sinh viên. Báo cáo này không chỉ là yêu cầu bắt buộc để hoàn thành môn học mà còn là nền tảng vững chắc cho các đồ án tốt nghiệp nền móng sau này. Một báo cáo chất lượng cần có cấu trúc logic, luận điểm rõ ràng và số liệu chính xác. Nó phải bao gồm các phần chính như thống kê địa chất, lựa chọn phương án móng, tính toán chi tiết cho móng băng hoặc móng cọc, và cuối cùng là trình bày bản vẽ móng công trình. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế móng cọc hiện hành như TCVN 10304:2014 là yêu cầu cốt lõi, đảm bảo tính an toàn và kinh tế cho giải pháp thiết kế. Nội dung phải thể hiện được khả năng làm chủ các công cụ tính toán, từ các phương pháp thủ công đến việc sử dụng phần mềm chuyên dụng như SAP2000.

1.1. Xác định mục tiêu và phạm vi của đồ án nền móng

Mục tiêu cốt lõi của đồ án là thiết kế một hệ thống nền móng an toàn, ổn định và kinh tế cho một công trình giả định hoặc thực tế. Sinh viên cần phân tích các điều kiện cụ thể bao gồm: tải trọng từ kết cấu bên trên và đặc điểm địa chất tại vị trí xây dựng. Phạm vi nghiên cứu thường giới hạn trong việc đề xuất và so sánh ít nhất hai phương án móng (ví dụ: móng nông và móng sâu), sau đó lựa chọn phương án tối ưu để triển khai tính toán chi tiết. Quá trình này đòi hỏi việc áp dụng các tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCVN) và các tài liệu môn học nền móng liên quan. Sản phẩm cuối cùng không chỉ là các con số tính toán mà còn là một bộ thuyết minh đồ án nền móng mạch lạc và một bộ bản vẽ móng công trình đầy đủ, thể hiện rõ cấu tạo và chi tiết cốt thép.

1.2. Cấu trúc chuẩn của một thuyết minh đồ án nền móng

Một bản thuyết minh đồ án nền móng chuyên nghiệp cần được tổ chức thành các chương mục rõ ràng. Cấu trúc điển hình bao gồm: Chương 1 - Tổng quan về công trình và số liệu địa chất; Chương 2 - Phân tích và lựa chọn phương án móng; Chương 3 - Tính toán chi tiết cho phương án móng được chọn (ví dụ: thiết kế nền móng băng); Chương 4 - Tính toán phương án móng khác để so sánh (ví dụ: tính toán móng cọc); Chương 5 - Bản vẽ kỹ thuật; và cuối cùng là Kết luận và Tài liệu tham khảo. Mỗi chương cần trình bày đầy đủ cơ sở lý thuyết, các bước tính toán, kết quả và nhận xét. Việc trình bày logic, nhất quán và tuân thủ các quy định về định dạng văn bản kỹ thuật là yếu tố quan trọng để được đánh giá cao.

II. Bí quyết xử lý nền đất yếu trong báo cáo đồ án môn học

Một trong những thách thức lớn nhất khi thực hiện báo cáo đồ án môn học về nền móng xây dựng là đối mặt với điều kiện địa chất phức tạp, đặc biệt là nền đất yếu. Xử lý nền đất yếu không chỉ là một yêu cầu kỹ thuật mà còn là phần nội dung quan trọng thể hiện chiều sâu kiến thức của người thực hiện. Nền đất yếu, đặc trưng bởi sức chịu tải kém và độ lún lớn, đòi hỏi các giải pháp móng đặc biệt như móng cọc, cọc cừ tràm, hoặc các biện pháp gia cố nền. Việc lựa chọn giải pháp phụ thuộc vào kết quả khảo sát địa chất công trình và quy mô của tải trọng. Một báo cáo xuất sắc cần phân tích rõ tại sao nền đất được xem là yếu, dựa trên các chỉ tiêu cơ lý như lực dính (c), góc ma sát trong (φ), và chỉ số sệt (IL). Từ đó, đề xuất các phương án xử lý, so sánh ưu nhược điểm về kỹ thuật và chi phí, và bảo vệ lựa chọn của mình bằng các tính toán chi tiết, đảm bảo độ lún của móng nằm trong giới hạn cho phép.

2.1. Phân tích số liệu từ khảo sát địa chất công trình

Bước đầu tiên và quan trọng nhất trong việc xử lý nền đất yếu là phân tích kỹ lưỡng số liệu địa chất. Dữ liệu từ các hố khoan cung cấp thông tin về cấu trúc các lớp đất, chiều dày, và các chỉ tiêu cơ lý. Trong tài liệu tham khảo, các chỉ tiêu như dung trọng riêng (γ), độ ẩm (W), giới hạn chảy (WL), giới hạn dẻo (WP) được thống kê chi tiết cho từng lớp đất. Ví dụ, lớp 2 (Sét, xám đen, trạng thái chảy) có độ sệt cao, là dấu hiệu của đất yếu. Việc tổng hợp và xử lý thống kê các dữ liệu này, loại bỏ sai số và xác định giá trị tính toán tiêu chuẩn là nền tảng để đánh giá chính xác sức chịu tải của nền đất và lựa chọn giải pháp móng phù hợp.

2.2. Các phương án móng phổ biến cho nền đất yếu

Khi gặp nền đất yếu, các phương án móng nông như thi công móng băng đơn thuần thường không khả thi. Báo cáo cần đề xuất các giải pháp móng sâu. Móng cọc khoan nhồi hoặc cọc ép là lựa chọn hàng đầu cho các kết cấu móng nhà cao tầng trên nền đất yếu, vì chúng có khả năng truyền tải trọng xuống các lớp đất tốt và sâu hơn. Một phương án khác là gia cố nền bằng cọc cát, cọc xi măng đất để cải thiện tính chất cơ lý của các lớp đất nông, sau đó mới thi công móng nông bên trên. Việc so sánh các phương án này dựa trên các tiêu chí như khả năng chịu tải, kiểm soát độ lún, tính khả thi trong thi công và chi phí là nội dung cốt lõi cần trình bày trong báo cáo.

III. Phương pháp thống kê địa chất cho báo cáo đồ án

Chương đầu tiên của mọi báo cáo đồ án môn học về nền móng xây dựng luôn là thống kê và phân tích số liệu địa chất. Đây là công đoạn nền tảng, quyết định tính chính xác và hợp lý của toàn bộ quá trình thiết kế nền móng sau này. Dữ liệu thô từ các hố khoan khảo sát cần được xử lý một cách khoa học để rút ra các chỉ tiêu tính toán đáng tin cậy. Quá trình này bao gồm việc tập hợp các kết quả thí nghiệm cho từng lớp đất, tính toán các giá trị trung bình, độ lệch chuẩn và hệ số biến động. Dựa vào hệ số biến động, người thiết kế có thể đánh giá mức độ đồng nhất của lớp đất. Các giá trị ngoại lai hoặc sai số lớn cần được loại bỏ theo các tiêu chuẩn thống kê, chẳng hạn như tiêu chuẩn 3-sigma. Kết quả cuối cùng là một bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý tiêu chuẩn và tính toán cho mỗi lớp đất, là cơ sở vững chắc cho việc phân loại nền móng và lựa chọn phương án thiết kế tối ưu.

3.1. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý quan trọng của đất nền

Các chỉ tiêu cơ lý chính cần được thống kê bao gồm: dung trọng riêng (γ), tỉ trọng hạt (Gs), độ ẩm tự nhiên (W), giới hạn chảy (WL), giới hạn dẻo (WP), lực dính đơn vị (c), và góc ma sát trong (φ). Mỗi chỉ tiêu này phản ánh một đặc tính khác nhau của đất. Ví dụ, chỉ số sệt IL = (W - WP) / (WL - WP) cho biết trạng thái của đất dính (chảy, dẻo, cứng). Lực dính 'c' và góc ma sát trong 'φ' là hai thông số đầu vào trực tiếp để xác định sức chịu tải của nền đất. Việc trình bày các bảng số liệu chi tiết và biểu đồ minh họa (như biểu đồ quan hệ ứng suất-biến dạng) giúp bản thuyết minh đồ án nền móng trở nên trực quan và thuyết phục hơn.

3.2. Áp dụng công thức tính toán và loại bỏ sai số

Trong tài liệu gốc, quá trình xử lý số liệu được thực hiện rất bài bản. Sau khi tính giá trị trung bình (ví dụ: γ_tb), độ lệch quân phương (σ) và hệ số biến động (v) được xác định. Một quy tắc phổ biến là nếu v ≤ 0.15, lớp đất được coi là đồng nhất. Các sai số lớn được loại bỏ dựa trên điều kiện |Δi| > Vσ, trong đó V là hệ số phụ thuộc vào số lượng mẫu. Sau khi loại bỏ sai số, giá trị tiêu chuẩn (ví dụ: γtc) được xác định. Từ đó, giá trị tính toán được xác định cho các trạng thái giới hạn I và II. Ví dụ, γI = (1 ± αv)*γtc. Việc áp dụng đúng các công thức thống kê này đảm bảo các chỉ tiêu đầu vào cho bài toán thiết kế có độ tin cậy cao.

IV. Cách tính toán và thiết kế móng băng trong đồ án

Móng băng là một giải pháp móng nông phổ biến, thường được lựa chọn làm một trong các phương án móng để so sánh trong báo cáo đồ án môn học về nền móng xây dựng. Quá trình thiết kế nền móng băng đòi hỏi một quy trình tính toán chặt chẽ, từ việc lựa chọn vật liệu, xác định kích thước sơ bộ đến kiểm tra các điều kiện bền và biến dạng. Đầu tiên, cần chọn cấp độ bền bê tông (ví dụ B25) và nhóm cốt thép (ví dụ CB400-V), từ đó xác định các cường độ tính toán (Rb, Rs). Tải trọng tính toán từ chân cột được quy đổi về tâm đáy móng. Kích thước sơ bộ của móng, bao gồm chiều sâu đặt móng Df và bề rộng móng Bm, được xác định dựa trên điều kiện áp lực tiêu chuẩn không vượt quá cường độ tiêu chuẩn của đất nền (p ≤ Rtc). Sau khi có kích thước sơ bộ, cần tiến hành hàng loạt các bước kiểm tra quan trọng để đảm bảo an toàn.

4.1. Kiểm tra ổn định và cường độ của đất nền

Sau khi xác định sơ bộ kích thước móng băng, bước kiểm tra lại sức chịu tải của nền đất theo trạng thái giới hạn II là bắt buộc. Áp lực lớn nhất tại đáy móng (p_max) phải nhỏ hơn sức chịu tải tính toán của đất nền (RII). Tài liệu tham khảo cho thấy p_max = 108.6 kN/m² < RII = 135.9 kN/m², do đó điều kiện ổn định được thỏa mãn. Ngoài ra, kiểm tra điều kiện cường độ đất nền theo trạng thái giới hạn I cũng cần được thực hiện, đảm bảo tổng tải trọng tính toán Ntt không vượt quá khả năng chịu tải giới hạn của nền đất (Φ). Đây là những bước kiểm tra cốt lõi, khẳng định kích thước móng đã chọn là an toàn về mặt chịu lực.

4.2. Kiểm tra điều kiện biến dạng và độ lún của móng

Kiểm tra độ lún của móng là một trong những phần phức tạp và quan trọng nhất. Phương pháp cộng lớp phân tố thường được sử dụng. Nền đất dưới đáy móng được chia thành các lớp mỏng, và độ lún của từng lớp được tính toán dựa trên ứng suất gây lún và các đặc trưng biến dạng của đất. Theo tài liệu phân tích, tổng độ lún cuối cùng của công trình là s = 2.5 cm. Giá trị này được so sánh với độ lún giới hạn cho phép, đối với nhà khung bê tông cốt thép thường là [s] = 8 cm. Vì s < [s], điều kiện về biến dạng được xem là đạt yêu cầu. Kết quả này cho thấy giải pháp móng băng không chỉ bền mà còn đảm bảo tính ổn định sử dụng lâu dài cho công trình.

4.3. Quy trình thiết kế cốt thép cho dầm và cánh móng

Sau khi các điều kiện về đất nền được thỏa mãn, bước cuối cùng là thiết kế cốt thép móng băng. Nội lực (moment và lực cắt) trong dầm móng thường được xác định bằng cách mô hình hóa trên các phần mềm như SAP2000, với nền đất được thay thế bằng hệ các lò xo có độ cứng phù hợp. Dựa trên biểu đồ nội lực, diện tích cốt thép chịu lực được tính toán cho các tiết diện nguy hiểm (tại gối và giữa nhịp). Cốt thép đai được tính toán để chịu lực cắt. Ngoài ra, cốt thép cho cánh móng cũng được tính toán dựa trên giả thiết cánh móng làm việc như một console ngàm vào dầm móng. Việc trình bày đầy đủ các bước tính toán và bố trí cốt thép hợp lý trên bản vẽ móng công trình là yêu cầu cuối cùng của chương thiết kế.

V. Quy trình chi tiết tính toán móng cọc cho nhà cao tầng

Đối với các công trình có tải trọng lớn hoặc xây dựng trên nền đất yếu, móng cọc là giải pháp gần như bắt buộc. Việc tính toán móng cọc trong báo cáo đồ án môn học về nền móng xây dựng thể hiện năng lực xử lý các bài toán phức tạp. Quy trình bắt đầu bằng việc lựa chọn loại cọc, vật liệu và kích thước sơ bộ. Chiều dài cọc được quyết định dựa trên số liệu khảo sát địa chất công trình, đảm bảo mũi cọc được cắm sâu vào lớp đất tốt có chỉ số SPT cao. Bước quan trọng nhất là xác định sức chịu tải của một cọc đơn. Sức chịu tải này phải được tính toán theo nhiều phương pháp khác nhau (theo vật liệu, theo chỉ tiêu cơ lý đất nền, theo kết quả thí nghiệm hiện trường SPT) và lấy giá trị nhỏ nhất để đảm bảo an toàn. Đây là một yêu cầu cốt lõi theo tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCVN 10304:2014.

5.1. Tính sức chịu tải của cọc theo vật liệu và đất nền

Sức chịu tải của cọc đơn (Pvl) được xác định theo cường độ của vật liệu (bê tông và cốt thép). Tuy nhiên, yếu tố quyết định thường là sức chịu tải của nền đất (Pđn). Giá trị này bao gồm hai thành phần: sức kháng mũi (Qp) và sức kháng bên (Qs). Sức kháng mũi phụ thuộc vào cường độ của lớp đất tại mũi cọc, trong khi sức kháng bên là tổng ma sát dọc theo thân cọc qua các lớp đất. Trong đồ án mẫu, sức chịu tải thiết kế của cọc được xác định là Rtk = 878.2 kN sau khi so sánh kết quả từ nhiều phương pháp và áp dụng hệ số an toàn. Con số này là cơ sở để xác định số lượng cọc cần thiết cho một đài móng.

5.2. Kiểm tra sức chịu tải của nhóm cọc và khối móng

Các cọc trong móng không làm việc độc lập mà có ảnh hưởng lẫn nhau, gọi là hiệu ứng nhóm. Do đó, cần kiểm tra sức chịu tải của cả nhóm cọc. Sức chịu tải của nhóm cọc thường nhỏ hơn tổng sức chịu tải của các cọc đơn và được tính thông qua một hệ số nhóm (η < 1). Ngoài ra, toàn bộ nhóm cọc và đất bao quanh được xem như một khối móng quy ước. Phải kiểm tra ổn định của khối móng này tương tự như một móng nông đặt sâu, đảm bảo áp lực dưới đáy khối móng không vượt quá sức chịu tải của đất nền tại độ sâu đó. Đây là bước kiểm tra tổng thể, đảm bảo sự làm việc an toàn của toàn bộ hệ móng.

5.3. Các bước thiết kế đài cọc và kiểm tra xuyên thủng

Đài cọc là kết cấu bê tông cốt thép liên kết các đầu cọc và truyền tải trọng từ cột xuống hệ cọc. Chiều cao đài cọc được xác định dựa trên điều kiện chịu cắt và xuyên thủng. Điều kiện xuyên thủng được kiểm tra tại các mặt nguy hiểm quanh cột. Lực gây xuyên thủng là tổng phản lực của các cọc nằm ngoài tháp xuyên thủng. Nếu bê tông không đủ khả năng chịu lực, cần tăng chiều cao đài hoặc bố trí cốt thép chống xuyên thủng. Sau khi chiều cao đài được xác định, tiến hành tính toán và bố trí cốt thép cho đài theo hai phương, tương tự như thiết kế một bản sàn chịu tải trọng tập trung từ các cọc. Toàn bộ quá trình này phải được thể hiện chi tiết trên bản vẽ móng công trình.