Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật xây dựng công trình, thiết kế nền móng là giai đoạn then chốt nhằm đảm bảo khả năng chịu lực, độ ổn định và giới hạn biến dạng lún của toàn bộ kết cấu bên trên truyền xuống nền đất. Đồ án "Nền móng công trình" của Khoa Xây dựng – Trường Đại học Kiến trúc TP.HCM giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật nền móng hoàn chỉnh cho công trình xây dựng dựa trên tập số liệu khảo sát địa chất và tải trọng cụ thể (Đề số 21). Bối cảnh kỹ thuật thực tế đặt ra là địa tầng khu vực xây dựng có sự phân tầng phức tạp với các lớp đất yếu nằm phía trên và các lớp đất tốt chịu lực nằm ở các độ sâu khác nhau, đòi hỏi người thiết kế phải phân tích, lựa chọn phương án móng tối ưu về mặt kỹ thuật và kinh tế.

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu/thiết kế được xác định cụ thể trong văn bản gồm các nội dung sau:

  1. Xử lý số liệu địa chất và tải trọng công trình: Phân tích chỉ tiêu cơ lý, trạng thái vật lý của các lớp đất từ kết quả thí nghiệm trong phòng (độ ẩm, giới hạn Atterberg, nén lún $e-p$) và thí nghiệm hiện trường (xuyên tiêu chuẩn SPT, xuyên tĩnh CPT); xử lý các tổ hợp tải trọng tác dụng tại chân cột.
  2. Thiết kế móng nông bê tông cốt thép trên nền tự nhiên (Phần I): Đánh giá địa tầng, loại bỏ lớp đất yếu bề mặt để đặt móng đơn bê tông cốt thép vào lớp đất tốt; xác định kích thước hình học móng, kiểm tra áp lực đáy móng, tính toán độ lún theo trạng thái giới hạn thứ hai và thiết kế kết cấu bê tông cốt thép (chiều cao chống chọc thủng, cốt thép chịu uốn).
  3. Thiết kế móng cọc ép bê tông cốt thép (Phần II): Lập và tính toán 7 tổ hợp tải trọng phức tạp (bao gồm tĩnh tải, hoạt tải cầu trục, lực hãm ngang/dọc và tải trọng gió); xác định sức chịu tải của cọc đơn qua 5 phương pháp; bố trí nhóm cọc, kiểm tra tải trọng tác dụng lên đầu cọc, kiểm tra hiệu ứng nhóm và nội lực thân cọc chịu tải trọng ngang.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống tương tác giữa kết cấu móng bê tông cốt thép và nền đất nhiều lớp. Phạm vi tính toán được giới hạn trong điều kiện số liệu Đề số 21 với hai bài toán độc lập: móng đơn chịu lực lệch tâm và móng cọc đài thấp chịu tổ hợp tải trọng lệch tâm hai phương kèm lực ngang lớn do hoạt tải cầu trục và gió.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán

Thiết kế nền móng trong đồ án được thực hiện dựa trên hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam kết hợp các phương pháp giải tích và bán thực nghiệm:

  • Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật:

    • TCVN 9362:2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình, sử dụng để phân loại đất, tính toán cường độ tính toán của đất nền $R$, kiểm tra áp lực tiếp xúc đáy móng ($p_{tb}^{tc} \le R$, $p_{max}^{tc} \le 1,2R$), và kiểm toán độ lún giới hạn ($S_{gh} = 8\text{ cm}$, độ lún lệch tương đối $\Delta S/L \le 0,2%$).
    • TCVN 9351:2012 & TCVN 9352:2012: Phương pháp thí nghiệm hiện trường xuyên tiêu chuẩn (SPT) và xuyên tĩnh (CPT), áp dụng để tính toán sức kháng mũi cọc, ma sát bên và mô đun biến dạng của các lớp đất.
    • Tiêu chuẩn tính toán kết cấu bê tông cốt thép: Xác định khả năng chống uốn, chống chọc thủng đáy móng và bố trí cốt thép theo cấp độ bền bê tông B20 (M250) và cốt thép CB300-V, CB240-T.
    • Công thức Viện Kiến trúc Nhật Bản (AIJ 1988): Tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc khi xuyên qua nền đất hỗn hợp gồm cả đất dính và đất rời.
    • Công thức Labarre: Đánh giá hệ số làm việc theo nhóm ($\eta$) của móng cọc ma sát.
    • Lý thuyết tính toán cọc chịu tải trọng ngang: Mô hình hệ số nền biến thiên theo chiều sâu ($K$), xác định hệ số biến dạng $\alpha_{bd}$, chuyển vị ngang và góc xoay của cọc đài thấp.

  • Phương pháp tính toán thực tế:

    • Phương pháp trạng thái giới hạn: Tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất (về khả năng chịu lực, ổn định cường độ) và trạng thái giới hạn thứ hai (về biến dạng và độ lún).
    • Phương pháp cộng lún từng lớp phân tố: Chia nền đất dưới đáy móng thành các lớp phân tố mỏng ($h_i \le b/4 = 0,3\text{ m}$), sử dụng kết quả đường cong nén lún $e-p$ và hệ số ứng suất nén $\alpha$ để tính lún tổng cộng tới độ sâu khống chế $p_z \le 0,2 p_{dz}$.
    • Phương pháp so sánh đa tiêu chí xác định sức chịu tải cọc: Tính toán song song sức chịu tải theo vật liệu, chỉ tiêu cơ lý, chỉ tiêu cường độ cắt không thoát nước ($C_u$), xuyên tĩnh CPT ($q_c$) và xuyên tiêu chuẩn SPT ($N_{spt}$), từ đó chọn giá trị thiết kế an toàn nhất.

  • Nguồn dữ liệu đầu vào:

    • Số liệu tải trọng chân cột tiêu chuẩn và hệ số vượt tải $k = 1,15$.
    • Số liệu khảo sát địa chất công trình gồm 3 lớp đất (Phần I) và 4 lớp đất (Phần II), kèm các biểu đồ nén lún $e-p$, kết quả thí nghiệm cơ lý trong phòng và số liệu thí nghiệm hiện trường $q_c, N_{spt}$.

Nội dung chính theo từng phần của đồ án

Phần I: Thiết kế móng đơn bê tông cốt thép trên nền đất tự nhiên

1. Xử lý số liệu địa chất và tải trọng

Nền đất khảo sát gồm 3 lớp có chiều dày ổn định:

  • Lớp 1 (Số hiệu 46): Đất sét dẻo chảy dày $2,4\text{ m}$, độ ẩm tự nhiên $W = 41,6%$, giới hạn nhão $W_{nh} = 44,5%$, giới hạn dẻo $W_d = 23,7%$, chỉ số dẻo $I_p = 20,8%$, độ sệt $I_L = 0,86$, độ bão hòa $G = 0,981$ (đất no nước), mô đun biến dạng $E = 2,4\text{ MPa}$, sức kháng xuyên tĩnh $q_c = 0,08\text{ MPa}$. Đây là lớp đất yếu.
  • Lớp 2 (Số hiệu 93): Đất sét trạng thái cứng dày $4,0\text{ m}$, $W = 19,9%$, $I_p = 32,2%$, $I_L = -0,003 < 0$, hệ số rỗng tự nhiên $e_0 = 0,732$, độ bão hòa $G = 0,742$ (đất ẩm), dung trọng tự nhiên $\gamma = 18,9\text{ kN/m}^3$, dung trọng đẩy nổi $\gamma_{dn} = 9,99\text{ kN/m}^3$, góc ma sát trong $\phi = 19^\circ 15'$, lực dính $c = 39\text{ kPa}$, $N_{spt} = 28$, $E = 14,2\text{ MPa}$. Đây là lớp đất tốt, khả năng chịu lực cao.
  • Lớp 3 (Số hiệu 92): Đất sét pha trạng thái cứng, $W = 27,8%$, $I_p = 16,9%$, $I_L = -0,018 < 0$, $e_0 = 0,81$, $G = 0,933$, dung trọng $\gamma = 19,2\text{ kN/m}^3$, $N_{spt} = 28$, $E = 14,2\text{ MPa}$.
  • Mực nước ngầm: Xuất hiện ở độ sâu $-2,8\text{ m}$ tính từ mặt đất tự nhiên.

Giải pháp lựa chọn: Do lớp 1 yếu ($2,4\text{ m}$), đồ án chọn giải pháp bóc bỏ toàn bộ lớp 1, đặt đáy móng nông trực tiếp lên lớp đất tốt số 2 tại độ sâu chôn móng $h = 2,4\text{ m}$.

Tải trọng tính toán cho móng cột C2 (nội lực tiêu chuẩn: $N_0^{tc} = 820\text{ kN}$, $M_0^{tc} = 125\text{ kNm}$, $Q_0^{tc} = 45\text{ kN}$; hệ số vượt tải $k = 1,15$):

  • $N_0^{tt} = 943\text{ kN}$
  • $M_0^{tt} = 143,75\text{ kNm}$
  • $Q_0^{tt} = 51,75\text{ kN}$

2. Kích thước móng và kiểm tra áp lực đáy móng

  • Cường độ tính toán của đất nền lớp 2: Với giả thiết ban đầu bề rộng móng $b = 1,8\text{ m}$, tính được $R = 426,78\text{ kPa}$. Diện tích sơ bộ đáy móng $A_{sb} = 2,60\text{ m}^2$.
  • Kích thước móng được chọn thực tế: $b \times l = 1,4\text{ m} \times 2,3\text{ m}$ ($A = 3,22\text{ m}^2$). Khi đó cường độ tính toán hiệu chỉnh của đất nền là $R = 422,46\text{ kPa}$.
  • Áp lực tiếp xúc tiêu chuẩn tại đáy móng:
    • Tổng tải trọng tiêu chuẩn tại đáy móng: $N^{tc} = 974,56\text{ kN}$; mô men tiêu chuẩn $M^{tc} = 233\text{ kNm}$; độ lệch tâm $e = 0,239\text{ m}$.
    • Áp lực lớn nhất: $p_{max}^{tc} = 491,36\text{ kPa} < 1,2R = 506,96\text{ kPa}$ (thỏa mãn điều kiện, chênh lệch $3,07%$).
    • Áp lực trung bình: $p_{tb}^{tc} = 302,66\text{ kPa} < R = 421,38\text{ kPa}$ (thỏa mãn điều kiện).
    • Áp lực nhỏ nhất: $p_{min}^{tc} = 113,96\text{ kPa} > 0$ (đáy móng không bị tách khỏi nền đất).

3. Kiểm tra biến dạng lún của móng (TTGH II)

  • Áp lực gây lún tại tâm đáy móng: $p_0 = p_{tb}^{tc} - p_{dz} = 274,24 - 45,36 = 228,88\text{ kPa}$.
  • Nền đất dưới đáy móng được chia thành 14 phân lớp ($h_i = 0,3\text{ m}$). Quá trình tính toán lún cộng dồn từ phân lớp 1 ($z = 0,3\text{ m}$) đến phân lớp 14 ($z = 4,2\text{ m}$) cho thấy: tại đáy lớp 14, ứng suất gây lún $p_z = 18,08\text{ kPa} < 0,2 p_{dz} = 18,176\text{ kPa}$, thỏa mãn điều kiện dừng tính lún.
  • Tổng độ lún của móng đơn: $S = \sum S_i = 0,0248\text{ m} = 2,48\text{ cm} < S_{gh} = 8\text{ cm}$. Biến dạng lún hoàn toàn nằm trong giới hạn cho phép của TCVN 9362:2012.

4. Tính toán kết cấu bê tông cốt thép móng đơn

  • Tiết diện cổ cột: $b_0 \times l_0 = 0,3\text{ m} \times 0,4\text{ m}$.
  • Tải trọng tính toán tại đáy móng: $N^{tt} = 1113,02\text{ kN}$; $M^{tt} = 267,95\text{ kNm}$; $e = 0,241\text{ m}$; áp lực tính toán $p_{max}^{tt} = 562,97\text{ kPa}$, $p_{min}^{tt} = 128,34\text{ kPa}$, $p_{tb}^{tt} = 345,65\text{ kPa}$.
  • Chiều cao làm việc yêu cầu theo điều kiện uốn: $h_0 \ge 0,73\text{ m}$. Đồ án chọn chiều cao tổng thể móng $h = 0,75\text{ m}$, lớp bê tông bảo vệ $a_{bv} = 3,5\text{ cm}$, chiều cao làm việc $h_0 = 0,70\text{ m}$.
  • Kiểm tra chống chọc thủng đế móng:
    • Lực gây chọc thủng tính toán: $N_{ct} = 294,1\text{ kN}$.
    • Khả năng chống chọc thủng của bê tông B20: $\Phi = \alpha R_{bt} b_{tb} h_0 = 1 \times 900 \times 1,0 \times 0,7 = 630\text{ kN}$.
    • Do $N_{ct} = 294,1\text{ kN} < \Phi = 630\text{ kN}$, móng đảm bảo tuyệt đối an toàn về chọc thủng.
  • Tính toán cốt thép đế móng (xem móng như dầm công xôn ngàm tại mép cột):
    • Cốt thép theo phương cạnh dài (mặt cắt I-I): Mô men $M_I = 317,85\text{ kNm}$, diện tích thép yêu cầu $A_{sI} = 19,4\text{ cm}^2$. Bố trí $14\phi14$ ($A_s = 21,54\text{ cm}^2$, khoảng cách $a = 100\text{ mm}$).
    • Cốt thép theo phương cạnh ngắn (mặt cắt II-II): Mô men $M_{II} = 120,24\text{ kNm}$, diện tích thép yêu cầu $A_{sII} = 7,3\text{ cm}^2$. Bố trí $5\phi14\text{ a}200$ (hoặc $7\phi12$, $A_s = 7,91\text{ cm}^2$).

Phần II: Thiết kế móng cọc ép bê tông cốt thép

1. Xử lý tải trọng và tổ hợp nội lực

Công trình chịu các tải trọng tiêu chuẩn: tải trọng đứng đỉnh cột $P_a = 348\text{ kN}$, hoạt tải cầu trục $P_c = 315\text{ kN}$, lực hãm ngang $T_{c1} = 3,1\text{ kN}$, lực hãm dọc $T_{c2} = 1,9\text{ kN}$, tải trọng gió đỉnh cột $P_g = 30\text{ kN}$, trọng lượng bản thân cầu trục $P_{c,bt} = 157,5\text{ kN}$, trọng lượng cột $P_{bt} = 30,69\text{ kN}$. Chiều cao vị trí đặt lực cầu trục $h_{cầu trục} = 7,2\text{ m}$, chiều cao đỉnh cột $h_{đỉnh} = 9,3\text{ m}$.

Đồ án thiết lập 7 tổ hợp tải trọng tính toán (CB1 đến CB7) tại chân cột:

Tổ hợp $N_0^{tt}$ (kN) $Q_{0x}^{tt}$ (kN) $M_{0y}^{tt}$ (kNm) $Q_{0y}^{tt}$ (kN) $M_{0x}^{tt}$ (kNm)
CB1 (TT + HT1) 985,21 0 275,63 0 0
CB2 (TT + HT2) 985,21 3,72 302,41 0 0
CB3 (TT + HT3) 985,21 0 275,63 2,28 16,42
CB4 (TT + HT4) 607,21 36,00 421,43 0 0
CB5 (TT + 0,9(HT1+HT4)) 944,34 32,40 558,05 0 0
CB6 (TT + 0,9(HT2+HT4)) 944,34 35,75 582,15 0 0
CB7 (TT + 0,9(HT3+HT4)) 944,34 32,40 558,05 2,05 14,77

Các tổ hợp nguy hiểm nhất được lựa chọn để thiết kế và kiểm tra:

  • Tổ hợp có lực dọc lớn nhất: CB3 ($N_0^{tt} = 985,21\text{ kN}$, $M_{0y}^{tt} = 275,63\text{ kNm}$, $M_{0x}^{tt} = 16,42\text{ kNm}$).
  • Tổ hợp có mô men và lực cắt lớn nhất: CB6 ($M_{0y}^{tt} = 582,15\text{ kNm}$, $Q_{0x}^{tt} = 35,75\text{ kN}$).

2. Đánh giá địa chất và giải pháp cọc

Địa tầng gồm 4 lớp, mực nước ngầm ở độ sâu $-2,20\text{ m}$:

  • Lớp 1 (Số hiệu 39): Đất sét dày $6,0\text{ m}$, $W = 43,2%$, $I_p = 18,5%$, độ sệt $I_L = 1,26$ (trạng thái nhão), dung trọng đẩy nổi $\gamma_{dn} = 7,39\text{ kN/m}^3$, sức kháng cắt không thoát nước $C_u = 16,48\text{ kPa}, \phi = 0^\circ$.
  • Lớp 2 (Số hiệu 33): Đất sét dày $6,0\text{ m}$, trạng thái nhão ($I_L > 1$, ma sát đơn vị $f \approx 0$).
  • Lớp 3 (Số hiệu 7): Cát mịn chặt vừa dày $2,6\text{ m}$, thành phần hạt $>0,1\text{ mm}$ chiếm $80%$, $q_c = 6,40\text{ MPa}$, $N_{spt} = 16$, $\gamma = 19,66\text{ kN/m}^3$, $\gamma_{dn} = 9,97\text{ kN/m}^3$, $\phi = 28^\circ 51', c \approx 2\text{ kPa}$.
  • Lớp 4 (Số hiệu 91): Sét pha cứng, $q_c = 5,44\text{ MPa}$, $N_{spt} = 29$, $C_u = 33\text{ kPa}, \phi = 20^\circ 00'$.

Thông số thiết kế cọc:

  • Đáy đài đặt ở độ sâu $h = 1,5\text{ m}$ (trong lớp 1). Chiều rộng đài $B = 1,5\text{ m}$, thỏa mãn điều kiện cân bằng áp lực đất bị động ($h = 1,5\text{ m} \ge 1,02\text{ m}$).
  • Mũi cọc đặt tại cao trình $-16,6\text{ m}$, cắm sâu vào lớp đất tốt số 4 là $2,0\text{ m}$. Chiều dài tính toán cọc $L_{tt} = 15,1\text{ m}$; chiều dài gia công thực tế $L = 16\text{ m}$ (gồm 2 đoạn $8\text{ m} + 8\text{ m}$).
  • Tiết diện cọc vuông $30 \times 30\text{ cm}$ ($A_b = 0,09\text{ m}^2$), bê tông B20 ($R_b = 11,5\text{ MPa}$), cốt thép dọc $4\phi16$ CB300-V ($A_s = 8,04\text{ cm}^2$, hàm lượng $\mu = 1,03%$). Phương pháp thi công: ép cọc.

3. Xác định sức chịu tải của cọc đơn

Đồ án tính toán sức chịu tải cho phép của cọc đơn bằng 5 phương pháp:

Phương pháp tính toán Sức chịu tải cực hạn $R_{u}$ (kN) Sức chịu tải cho phép $R_c$ (kN) Ghi chú
1. Cường độ vật liệu ($R_v$) — 1132,08 Tính theo độ mảnh $\lambda = 15$, $\phi = 0,91$
2. Chỉ tiêu cơ lý đất nền ($R_{c1}$) 1552,62 887,21 Hệ số an toàn đất dính $\gamma_k = 1,75$
3. Chỉ tiêu cường độ đất nền ($R_{c2}$) 1832,59 671,61 Dựa trên sức kháng cắt không thoát nước $C_u$
4. Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT ($R_{c3}$) 799,66 380,79 $q_b = k_c q_c = 2992\text{ kPa}$, $\gamma_k = 3,0$
5. Thí nghiệm xuyên SPT ($R_{c4}$) 1875,57 625,19 Theo tiêu chuẩn AIJ 1988, $\gamma_k = 3,0$

Giá trị sức chịu tải thiết kế của cọc được chọn là giá trị thiên về an toàn nhỏ nhất: $R_{ctk} = 380,79\text{ kN}$ (theo kết quả xuyên tĩnh CPT). Tỷ số an toàn vật liệu so với đất nền: $R_v / R_c = 1132,08 / 380,79 = 2,97 \in [2, 3]$, đảm bảo cọc không bị nứt vỡ trong quá trình ép cọc vào đất.

4. Bố trí cọc và kiểm tra điều kiện chịu lực của móng cọc

  • Số lượng cọc tính toán sơ bộ: $n_c = \beta \frac{N^{tt}}{R_c} = 1,5 \times \frac{1059,46}{380,79} = 4,17 \rightarrow$ Chọn $n_c = 5\text{ cọc}$.
  • Bố trí mặt bằng: 5 cọc được bố trí dạng hình chữ nhật trong đài cọc kích thước $2,0\text{ m} \times 1,7\text{ m}$.
  • Kiểm tra tải trọng tác dụng lên đầu cọc (dưới tổ hợp nguy hiểm CB3):
    • Tổng lực dọc tính toán tại đáy đài: $N^{tt} = 1102,51\text{ kN}$; $M_x^{tt} = 19,84\text{ kNm}$; $M_y^{tt} = 275,65\text{ kNm}$.
    • Trọng lượng bản thân cọc: $P_c^{tt} = 39,07\text{ kN}$.
    • Tải trọng lớn nhất tác dụng lên đầu cọc số 4: $P_{max}^{tt} + P_c^{tt} = 320,65 + 39,07 = 359,72\text{ kN} < R_{ctk} = 380,79\text{ kN}$ (thỏa mãn, dư lực $5,5% < 10%$).
    • Tải trọng nhỏ nhất tác dụng lên đầu cọc số 2: $P_{min}^{tt} = 120,35\text{ kN} > 0$ (cọc không bị nhổ).
  • Kiểm tra hiệu ứng nhóm cọc (theo Labarre): Hệ số nhóm tính được $\eta = 0,77 \rightarrow$ Sức chịu tải của nhóm cọc $R_{nhóm} = \eta n_c R_{ctk} = 0,77 \times 5 \times 380,79 = 1466,04\text{ kN} > N^{tt} = 1094,6\text{ kN}$ (đảm bảo an toàn).
  • Kiểm tra tải trọng ngang tác dụng lên cọc: Lực cắt lớn nhất tác dụng lên đài $Q_{0x}^{tt} = 36\text{ kN}$ (tổ hợp CB6) $\rightarrow$ lực cắt phân bố lên 1 cọc là $Q = 7,2\text{ kN}$. Mô men quán tính cọc $I = 0,000675\text{ m}^4$; chiều rộng quy ước $b_c = 0,95\text{ m}$; hệ số nền $K = 2500\text{ kN/m}^4$; hệ số biến dạng $\alpha_{bd} = 0,665$; chiều sâu tính đổi $l_e = \alpha_{bd} l = 10,04\text{ m}$. Từ đó tính toán chuyển vị ngang đỉnh cọc $\Delta = y_0 = 3,276 \times 10^{-3}\text{ rad}$ và các biểu đồ phân bố mô men uốn $M_z$, lực cắt $Q_z$ dọc thân cọc.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành đầy đủ hai phương án móng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn xây dựng:

  1. Tổng hợp kết quả thiết kế phương án móng nông:

    • Kích thước móng đơn: Đáy móng $b \times l = 1,4\text{ m} \times 2,3\text{ m}$, chiều sâu chôn móng $h = 2,4\text{ m}$.
    • Kiểm toán áp lực đáy móng: $p_{max}^{tc} = 491,36\text{ kPa} \le 506,96\text{ kPa}$; $p_{tb}^{tc} = 302,66\text{ kPa} \le 422,46\text{ kPa}$; $p_{min}^{tc} = 113,96\text{ kPa} > 0$.
    • Kiểm toán độ lún: $S = 2,48\text{ cm} \le S_{gh} = 8,0\text{ cm}$.
    • Kết cấu móng: Chiều cao tổng thể $h = 75\text{ cm}$ ($h_0 = 70\text{ cm}$), bê tông B20; khả năng chống chọc thủng $\Phi = 630\text{ kN} > N_{ct} = 294,1\text{ kN}$; cốt thép đáy bố trí $14\phi14\text{ a}100$ (phương dài) và $5\phi14\text{ a}200$ (phương ngắn).

  2. Tổng hợp kết quả thiết kế phương án móng cọc:

    • Thông số cọc: Cọc ép BTCT $30 \times 30\text{ cm}$, chiều dài thực tế $16\text{ m}$ ($2 \times 8\text{ m}$), mũi cọc ngàm sâu $2\text{ m}$ vào lớp sét pha cứng (lớp 4, cao trình $-16,6\text{ m}$).
    • Sức chịu tải thiết kế cọc đơn: $R_{ctk} = 380,79\text{ kN}$.
    • Bố trí đài cọc: Đài sâu $1,5\text{ m}$, gồm 5 cọc; tải trọng cực đại đầu cọc $P_{max}^{tt} + P_c^{tt} = 359,72\text{ kN} \le 380,79\text{ kN}$; $P_{min}^{tt} = 120,35\text{ kN} > 0$; sức chịu tải nhóm cọc $R_{nhóm} = 1466,04\text{ kN} > N^{tt} = 1094,6\text{ kN}$.
    • Chịu lực ngang: Cọc kiểm toán ổn định dưới lực cắt ngang $Q = 7,2\text{ kN/cọc}$ với chiều sâu tính đổi $l_e = 10,04\text{ m}$.

  3. Đóng góp kỹ thuật thực tế:

    • Đồ án trình bày một quy trình tính toán nền móng mạch lạc, chuẩn xác từ khâu xử lý địa chất, tổ hợp tải trọng đến kiểm toán kết cấu theo TCVN 9362:2012.
    • Cung cấp bảng so sánh đối chứng toàn diện giữa 5 phương pháp xác định sức chịu tải cọc, làm rõ mức độ phân tán số liệu giữa thí nghiệm cơ lý trong phòng và thí nghiệm hiện trường (CPT, SPT).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:

    • Tính toán độ lún móng nông mới chỉ xét điều kiện nén lún một trục không nở ngang thuần túy theo đường cong $e-p$, chưa xét đến ảnh hưởng của biến dạng trượt hông khi tải trọng lệch tâm lớn.
    • Trong tính toán móng cọc, đài cọc được giả thiết là tuyệt đối cứng và tính toán theo sơ đồ đài thấp đơn giản; ma sát âm ở các lớp đất sét nhão phía trên chưa được đưa vào mô hình tính toán chi tiết.
    • Tải trọng cầu trục và gió mới được xét dưới dạng các lực tĩnh tương đương thông qua hệ số tổ hợp và hệ số vượt tải, chưa phản ánh đầy đủ tác động động học theo thời gian.

  • Hướng phát triển mở rộng:

    • Áp dụng các mô hình phần tử hữu hạn phi tuyến (như Plaxis 2D/3D hoặc GeoStudio) để mô phỏng tương tác động giữa nền đất nhiều lớp và hệ móng cọc.
    • Bổ sung bài toán kiểm toán cẩu lắp, vận chuyển và thi công ép cọc tại hiện trường nhằm hoàn thiện hồ sơ thiết kế thi công.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án này có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Kỹ thuật Công trình, Địa kỹ thuật: Cung cấp tài liệu mẫu chi tiết về các bước tính toán đồ án môn học Nền móng công trình và Đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu - địa kỹ thuật: Tham khảo phương pháp lập bảng tính lún phân tố chi tiết theo số liệu thí nghiệm nén $e-p$, quy trình tổ hợp tải trọng cầu trục phức tạp và bảng so sánh 5 phương pháp tính sức chịu tải cọc ép theo tiêu chuẩn Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao ở Phần I đồ án quyết định đặt đáy móng nông ở độ sâu 2,4 m mà không đặt nông hơn?
Do kết quả khảo sát địa chất cho thấy lớp đất 1 (dày $2,4\text{ m}$) là đất sét dẻo chảy có độ sệt $I_L = 0,86$, mô đun biến dạng rất thấp ($E = 2,4\text{ MPa}$) và sức kháng xuyên tĩnh chỉ đạt $q_c = 0,08\text{ MPa}$, không đủ khả năng chịu lực. Do đó, tác giả bóc bỏ toàn bộ lớp 1 để đặt đáy móng trực tiếp vào lớp 2 (sét cứng, $E = 14,2\text{ MPa}$, $\phi = 19^\circ 15'$, $c = 39\text{ kPa}$) tại độ sâu $2,4\text{ m}$.

2. Sức chịu tải thiết kế của cọc đơn ($R_{ctk}$) được lựa chọn theo giá trị nào và tại sao?
Đồ án tính toán 5 giá trị sức chịu tải: theo vật liệu ($1132,08\text{ kN}$), theo cơ lý đất ($887,21\text{ kN}$), theo cường độ đất ($671,61\text{ kN}$), theo xuyên tĩnh CPT ($380,79\text{ kN}$), và theo xuyên SPT ($625,19\text{ kN}$). Tác giả chọn giá trị nhỏ nhất là $R_{ctk} = 380,79\text{ kN}$ (theo kết quả xuyên tĩnh CPT) để đảm bảo an toàn cao nhất trong điều kiện đất dính bão hòa nước.

3. Kết quả tính toán độ lún móng đơn có thỏa mãn giới hạn tiêu chuẩn không?
Có. Tổng độ lún tính toán của móng đơn sau khi cộng dồn qua 14 phân lớp đất là $S = 2,48\text{ cm}$, nhỏ hơn nhiều so với độ lún giới hạn cho phép theo TCVN 9362:2012 là $S_{gh} = 8,0\text{ cm}$.

4. Tổ hợp tải trọng nào gây ra nội lực bất lợi nhất trong bài toán móng cọc?
Đồ án xác định hai tổ hợp nguy hiểm nhất: tổ hợp CB3 (Tĩnh tải + Hoạt tải cầu trục có lực hãm dọc) cho lực dọc tính toán lớn nhất $N_0^{tt} = 985,21\text{ kN}$, dùng để kiểm tra sức chịu tải đứng của cọc; và tổ hợp CB6 (Tĩnh tải + 0,9 Hoạt tải cầu trục có lực hãm ngang + 0,9 Tải trọng gió) cho mô men lớn nhất $M_{0y}^{tt} = 582,15\text{ kNm}$ và lực cắt ngang lớn nhất $Q_{0x}^{tt} = 35,75\text{ kN}$.

5. Kết quả kiểm tra chọc thủng đế móng nông được xác định như thế nào?
Lực gây chọc thủng tính toán tại mép cột phía có áp lực lớn nhất là $N_{ct} = 294,1\text{ kN}$. Khả năng chống chọc thủng của tiết diện bê tông B20 với chiều cao làm việc $h_0 = 70\text{ cm}$ là $\Phi = \alpha R_{bt} b_{tb} h_0 = 1 \times 900 \times 1,0 \times 0,7 = 630\text{ kN}$. Do $N_{ct} < \Phi$, chiều cao đế móng $h = 75\text{ cm}$ thỏa mãn an toàn chống chọc thủng.

Kết luận

Đồ án "Nền móng công trình" của Khoa Xây dựng – Trường Đại học Kiến trúc TP.HCM đã giải quyết toàn diện bài toán thiết kế kỹ thuật cho hai phương án móng nông trên nền tự nhiên và móng cọc ép bê tông cốt thép trong điều kiện địa chất phân tầng phức tạp. Toàn bộ quy trình tính toán từ xử lý số liệu thí nghiệm địa chất, tổ hợp 7 trường hợp tải trọng chân cột đến kiểm toán ổn định biến dạng lún và kết cấu chịu lực đều được thực hiện nhất quán, tuân thủ chặt chẽ TCVN 9362:2012. Kết quả thiết kế cho thấy các kích thước hình học móng nông ($1,4\text{ m} \times 2,3\text{ m} \times 0,75\text{ m}$) và hệ móng 5 cọc ép ($30 \times 30\text{ cm}$, dài $16\text{ m}$) đều thỏa mãn đầy đủ các điều kiện an toàn chịu lực, chống chọc thủng và giới hạn lún cho phép.