Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án môn học "Nền Móng Công Trình" do sinh viên Nguyễn Minh Hiếu (MSSV: 18520100114, Lớp XD18/A5) thực hiện tại Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc TP.HCM vào tháng 07/2021 dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trương Quang Thành. Bối cảnh kỹ thuật của đề tài xuất phát từ yêu cầu thiết kế nền móng cho một công trình dân dụng có quy mô chiều cao $H = 10\text{ m}$, chiều dài $L = 22{,}5\text{ m}$, lưới cột với khoảng cách giữa các trục móng lần lượt là $l_1 = 6{,}0\text{ m}$ và $l_2 = 4{,}0\text{ m}$. Công trình được xây dựng trên khu vực có điều kiện địa tầng phức tạp, mực nước ngầm xuất hiện ở độ sâu $-3{,}0\text{ m}$ và tồn tại lớp bùn sét yếu trạng thái chảy nằm xen kẹp dưới các lớp đất tốt.

Nhiệm vụ và mục tiêu tính toán trong đồ án được xác định theo các bước kỹ thuật tuần tự:

  1. Phân tích, xử lý và tổng kết chi tiết số liệu khảo sát địa chất công trình từ kết quả thí nghiệm trong phòng kết hợp thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT).
  2. Lựa chọn giải pháp nền móng và cao độ đặt móng hợp lý dựa trên tương quan giữa tải trọng truyền xuống chân cột và sức chịu tải của các lớp đất nền.
  3. Tính toán và thiết kế chi tiết kết cấu móng đơn bê tông cốt thép trên nền tự nhiên cho ba vị trí chân cột M(A-1), M(B-1) và M(C-1).
  4. Kiểm tra các điều kiện an toàn địa kỹ thuật: điều kiện áp lực tiếp xúc tại đáy móng ($p_{\text{tb}} \le R$, $p_{\text{max}} \le 1{,}2R$, $p_{\text{min}} \ge 0$), ảnh hưởng của mực nước ngầm, điều kiện áp lực truyền xuống đỉnh lớp đất yếu ($p_z \le R_z$).
  5. Tính toán biến dạng nền móng theo trạng thái giới hạn thứ II (TTGH II) bằng phương pháp phân tầng cộng lún, kiểm tra độ lún ổn định với độ lún giới hạn ($S \le S_{\text{gh}} = 8\text{ cm}$).
  6. Tính toán độ bền kết cấu móng theo trạng thái giới hạn thứ I (TTGH I): xác định chiều cao làm việc của móng theo điều kiện uốn và chọc thủng ($N_{\text{ct}} \le N_{\text{cct}}$), tính toán và bố trí cốt thép chịu lực, xác định góc vát móng.
  7. Mở rộng tính toán phương án móng cọc đài thấp ($n_c = 8\text{ cọc}$) và các dạng móng nông phức tạp gồm móng kép M(AB-2) và móng băng M(ABC-3), ứng dụng các phần mềm chuyên dụng SAP2000 V22 và ETABS 2017 để phân tích nội lực bản móng.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là các giải pháp kết cấu móng bê tông cốt thép (móng đơn, móng kép, móng băng, móng cọc) chịu tác dụng của các tổ hợp tải trọng chân cột ($N, M, Q$). Phạm vi không gian nghiên cứu giới hạn trong phạm vi địa tầng khảo sát gồm 6 lớp đất có chiều sâu danh định trên $18\text{ m}$ tại vị trí xây dựng công trình; phạm vi thời gian thực hiện hoàn thành vào tháng 07/2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Đồ án được xây dựng trên hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành của Việt Nam và các giáo trình chuyên ngành nền móng, cơ học đất:

  • TCVN 9362:2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình — cơ sở xác định cường độ tính toán của đất nền $R$, công thức kiểm tra áp lực đáy móng lệch tâm, phương pháp kiểm tra ứng suất tại đỉnh lớp đất yếu và phương pháp phân tầng cộng lún xác định độ lún giới hạn $S_{\text{gh}} = 8\text{ cm}$.
  • TCVN 5574:2018: Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép — cơ sở tra cứu các chỉ tiêu cường độ vật liệu bê tông cấp độ bền B20 ($R_b = 11500\text{ kPa}$, $R_{bt} = 900\text{ kPa}$), cốt thép nhóm CB300-V ($R_s = 260000\text{ kPa}$), kiểm tra khả năng chống chọc thủng và tính toán diện tích cốt thép chịu uốn $A_s$.
  • TCVN 2737:1995: Tiêu chuẩn tải trọng và tác động — sử dụng hệ số vượt tải $n = 1{,}15$ để chuyển đổi giữa nội lực tính toán và nội lực tiêu chuẩn dưới chân cột.
  • Tài liệu chuyên khảo: "Nền và Móng" (PGS.TS Tô Văn Lận), "Giáo trình Cơ học đất" (PGS.TS Trương Quang Thành), "Tính toán tiết diện cột BTCT" (GS. Nguyễn Đình Cống), "Tính toán thực hành Nền và Móng công trình" (PGS.TS Vương Văn Thành), cùng các tài liệu hướng dẫn đồ án của GS.TS Nguyễn Văn Quảng và PGS.TS Châu Ngọc Ẩn.

Phương pháp tính toán và thiết kế trong đồ án bao gồm:

  • Phương pháp phân tích giải tích: Thiết lập và giải phương trình bậc 3 ẩn số $b$ (bề rộng đáy móng) xuất phát từ điều kiện cân bằng áp lực tiêu chuẩn trung bình tại đáy móng với cường độ tính toán của đất nền ($p_{\text{tb}}^{\text{tc}} = R^{\text{tc}}$); mô hình hóa cánh móng theo sơ đồ dầm công-sôn ngàm tại mép cột chịu phản lực đất nền để tính mômen uốn tại 2 tiết diện ngàm 1-1 và 2-2.
  • Phương pháp phân tầng cộng lún: Chia nền đất dưới đáy móng thành các phân lớp mỏng đồng nhất ($h_i \le 0{,}6\text{ m}$), xác định ứng suất bản thân $\sigma_{vi}$ và ứng suất gây lún $\sigma_{zi} = k_0 \cdot p_{\text{gl}}$, xác định chiều sâu vùng nén lún $H_{\text{cn}}$ tại vị trí ứng suất gây lún bằng 20% ứng suất bản thân ($\sigma_z \le 0{,}2 \sigma_v$), tính lún dựa trên quan hệ $e - p$ từ thí nghiệm nén không nở hông kết hợp công thức môđun biến dạng đối với lớp đất yếu.
  • Phương pháp phần tử hữu hạn: Sử dụng phần mềm SAP2000 V22 và ETABS 2017 để mô hình hóa bản móng kép M(AB-2) và móng băng M(ABC-3) trên nền đàn hồi, nhằm xác định biểu đồ nội lực mômen và lực cắt phục vụ tính toán cốt thép.

Nguồn dữ liệu đầu vào sử dụng cho tính toán gồm:

  1. Số liệu nội lực tính toán chân cột tại cao độ mặt đất:
    • Móng M(A-1): $N_0^{\text{tt}} = 460\text{ kN}$; $M_0^{\text{tt}} = 10\text{ kNm}$; $Q_0^{\text{tt}} = 8\text{ kN}$.
    • Móng M(B-1): $N_0^{\text{tt}} = 870\text{ kN}$; $M_0^{\text{tt}} = 25\text{ kNm}$; $Q_0^{\text{tt}} = 10\text{ kN}$.
    • Móng M(C-1): $N_0^{\text{tt}} = 680\text{ kN}$; $M_0^{\text{tt}} = 15\text{ kNm}$; $Q_0^{\text{tt}} = 18\text{ kN}$.
  2. Số liệu địa chất công trình từ kết quả khoan khảo sát và thí nghiệm:
Lớp đất Tên gọi và trạng thái Chiều dày (m) Dung trọng $\gamma$ ($\text{kN/m}^3$) Lực dính $c$ ($\text{kPa}$) Góc ma sát $\varphi$ Môđun $E_{1-2}$ ($\text{kPa}$) Chỉ số SPT ($N$)
Lớp 1a Xà bần san lấp $1{,}4$ $17{,}0$ — — — —
Lớp 1 Sét pha nặng, xám trắng – nâu đỏ, dẻo cứng $3{,}0$ $20{,}0$ ($\gamma_{\text{sub}} = 10{,}5$) $24{,}4$ $11^\circ 05'$ $3350$ $13$
Lớp 2 Sét pha lẫn sạn sỏi Laterit, nửa cứng $0{,}0$ — — — — —
Lớp 2a Bùn sét, xám xanh đen – xám xanh, chảy $0{,}4$ $14{,}9$ ($\gamma_{\text{sub}} = 5{,}0$) $9{,}0$ $4^\circ 17'$ $543$ $2$
Lớp 3 Sét pha, dẻo cứng $1{,}8$ $20{,}0$ ($\gamma_{\text{sub}} = 10{,}5$) $22{,}9$ $13^\circ 26'$ $3990$ $12$
Lớp 4 Sét, màu nâu vàng – nâu đỏ, trạng thái cứng $1{,}8$ $20{,}3$ ($\gamma_{\text{sub}} = 10{,}8$) $37{,}6$ $15^\circ 10'$ $3170$ $31$
Lớp 5 Cát nhỏ lẫn ít bụi, chặt vừa $10{,}0$ $20{,}2$ ($\gamma_{\text{sub}} = 10{,}6$) $5{,}8$ $26^\circ 35'$ $6240$ $36$

Mực nước ngầm xuất hiện ở độ sâu $-3{,}0\text{ m}$. Lớp 1 có các chỉ tiêu cơ lý tốt được lựa chọn làm lớp đất đặt đáy móng ở chiều sâu chôn móng $h = 2{,}0\text{ m}$ (cắm vào lớp 1 một đoạn $0{,}6\text{ m}$), bên dưới lót lớp bê tông đá $4 \times 6$ Mac 100 dày $100\text{ mm}$.

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Tính toán và thiết kế móng nông trên nền tự nhiên

Phần này trình bày chi tiết quy trình xử lý số liệu địa chất, lựa chọn phương án móng đơn bê tông cốt thép và tiến hành thiết kế cụ thể cho ba móng đơn M(A-1), M(B-1), M(C-1).

  1. Thiết kế móng đơn M(A-1):

    • Tải trọng và kích thước: Nội lực tiêu chuẩn chân cột gồm $N_0^{\text{tc}} = 400{,}00\text{ kN}$; $M_0^{\text{tc}} = 8{,}70\text{ kNm}$; $Q_0^{\text{tc}} = 6{,}96\text{ kN}$ (với $n = 1{,}15$). Chọn tỷ lệ cạnh móng chữ nhật $\eta = l/b = 1{,}2$. Giải phương trình bậc ba: $5{,}316 \cdot 1{,}2 \cdot b^3 + 151{,}816 \cdot 1{,}2 \cdot b^2 - 400{,}00 = 0 \Rightarrow b = 1{,}45\text{ m}$. Chọn kích thước đáy móng $b \times l = 1{,}4\text{ m} \times 1{,}7\text{ m}$.
    • Kiểm tra địa kỹ thuật: Phạm vi vùng ảnh hưởng $z_R = 1{,}4 \cdot \tan(45^\circ + 11^\circ 05'/2) = 1{,}7\text{ m} > 1{,}0\text{ m}$ (khoảng cách từ đáy móng tới mực nước ngầm), tiến hành tính toán lại dung trọng đẩy nổi $\gamma_{\text{sub}} = 16{,}09\text{ kN/m}^3 \Rightarrow R = 225{,}60\text{ kPa} > p_{\text{tb}} = 208{,}06\text{ kPa}$. Kiểm tra áp lực lệch tâm: $p_{\text{tb}} = 208{,}065\text{ kPa} < R^{\text{tc}} = 227{,}05\text{ kPa}$; $p_{\text{max}} = 241{,}61\text{ kPa} < 1{,}2R^{\text{tc}} = 272{,}46\text{ kPa}$; $p_{\text{min}} = 143{,}51\text{ kPa} > 0$. Kiểm tra áp lực tại đỉnh lớp bùn sét 2a ở độ sâu $z = 2{,}4\text{ m}$: $p_z = \sigma_{vz} + \sigma_{zp} = 70{,}50 + 28{,}84 = 99{,}34\text{ kPa} < R_z = 157{,}52\text{ kPa}$.
    • Tính lún: Chiều sâu vùng nén lún xác định tại điểm số 13 có $H_{\text{cn}} = 3{,}4\text{ m}$ (tại đó $\sigma_z = 15{,}52\text{ kPa} < 0{,}2\sigma_v = 15{,}76\text{ kPa}$). Tổng độ lún ổn định $S = S_{(e-p)} + S_{(E)} = 5{,}16 + 1{,}50 = 6{,}66\text{ cm} \le S_{\text{gh}} = 8\text{ cm}$.
    • Tính toán kết cấu bê tông cốt thép: Tiết diện cột $b_c \times l_c = 0{,}2\text{ m} \times 0{,}3\text{ m}$. Chiều cao làm việc tính toán theo điều kiện chịu uốn $h_0 \ge 39{,}6\text{ cm}$, chọn $h_0 = 41{,}5\text{ cm}$, chiều dày lớp bảo vệ $a_{\text{bv}} = 3{,}5\text{ cm} \Rightarrow$ chiều cao đáy móng $h = 45\text{ cm}$. Kiểm tra chống chọc thủng thỏa mãn: $N_{\text{ct}} = 105{,}60\text{ kN} < N_{\text{cct}} = 172{,}28\text{ kN}$. Bố trí cốt thép chịu uốn: phương cạnh dài $M_I = 91{,}76\text{ kNm} \Rightarrow A_s = 9{,}45\text{ cm}^2$, chọn $13\Phi 10\text{a}110$; phương cạnh ngắn $M_{II} = 72{,}61\text{ kNm} \Rightarrow A_s = 7{,}66\text{ cm}^2$, chọn $10\Phi 10\text{a}180$. Xác định cấu tạo góc vát móng hợp lý với $h_v \ge 0{,}25\text{ m}$.

  2. Thiết kế móng đơn M(B-1):

    • Tải trọng và kích thước: $N_0^{\text{tc}} = 756{,}52\text{ kN}$; $M_0^{\text{tc}} = 21{,}74\text{ kNm}$; $Q_0^{\text{tc}} = 8{,}70\text{ kN}$. Phương trình bậc ba: $5{,}316 \cdot 1{,}2 \cdot b^3 + 151{,}816 \cdot 1{,}2 \cdot b^2 - 756{,}52 = 0 \Rightarrow b = 1{,}97\text{ m}$. Chọn kích thước đáy móng $b \times l = 2{,}4\text{ m} \times 2{,}9\text{ m}$.
    • Kiểm tra địa kỹ thuật: Cường độ tính toán $R^{\text{tc}} = 232{,}37\text{ kPa}$. Áp lực đáy móng: $p_{\text{tb}} = 148{,}70\text{ kPa} < R^{\text{tc}}$; $p_{\text{max}} = 160{,}33\text{ kPa} < 1{,}2R^{\text{tc}} = 278{,}84\text{ kPa}$; $p_{\text{min}} = 137{,}06\text{ kPa} > 0$. Kiểm tra đỉnh lớp đất yếu 2a ($z = 2{,}4\text{ m}$): $p_z = 113{,}02\text{ kPa} < R_z = 209{,}40\text{ kPa}$.
    • Tính lún: Chiều sâu nén lún $H_{\text{cn}} = 4{,}6\text{ m}$ (điểm số 9 có $\sigma_z = 15{,}57\text{ kPa} < 0{,}2\sigma_v = 19{,}20\text{ kPa}$). Độ lún ổn định $S = 5{,}18 + 2{,}29 = 7{,}47\text{ cm} \le S_{\text{gh}} = 8\text{ cm}$.
    • Tính toán kết cấu bê tông cốt thép: Tiết diện cột $0{,}3\text{ m} \times 0{,}4\text{ m}$. Chiều cao làm việc $h_0 = 66{,}5\text{ cm}$, chiều cao móng $h = 70\text{ cm}$. Kiểm tra chọc thủng: $N_{\text{ct}} = 252{,}27\text{ kN} < N_{\text{cct}} = 433{,}16\text{ kN}$. Bố trí cốt thép: phương cạnh dài $M_I = 334{,}76\text{ kNm} \Rightarrow A_s = 21{,}51\text{ cm}^2$, chọn $20\Phi 12\text{a}120$; phương cạnh ngắn $M_{II} = 270{,}17\text{ kNm} \Rightarrow A_s = 17{,}68\text{ cm}^2$, chọn $16\Phi 12\text{a}190$.

  3. Thiết kế móng đơn M(C-1):

    • Tải trọng và kích thước: $N_0^{\text{tc}} = 591{,}30\text{ kN}$; $M_0^{\text{tc}} = 13{,}04\text{ kNm}$; $Q_0^{\text{tc}} = 15{,}65\text{ kN}$. Phương trình bậc ba: $5{,}316 \cdot 1{,}2 \cdot b^3 + 151{,}816 \cdot 1{,}2 \cdot b^2 - 591{,}30 = 0 \Rightarrow b = 1{,}75\text{ m}$. Chọn kích thước đáy móng $b \times l = 1{,}8\text{ m} \times 2{,}2\text{ m}$.
    • Kiểm tra địa kỹ thuật: Cường độ tính toán đất nền $R^{\text{tc}} = 229{,}18\text{ kPa}$. Áp lực tiếp xúc đáy móng: $p_{\text{tb}} = 189{,}32\text{ kPa} < R^{\text{tc}}$; $p_{\text{max}} = 219{,}86\text{ kPa} < 1{,}2R^{\text{tc}} = 275{,}02\text{ kPa}$; $p_{\text{min}} = 158{,}78\text{ kPa} > 0$. Kiểm tra áp lực truyền tới đỉnh lớp bùn sét 2a: $p_z = 109{,}43\text{ kPa} < R_z = 157{,}60\text{ kPa}$. Tính lún theo phương pháp phân tầng cộng lún chia các lớp phân tố $h_i = 0{,}4\text{ m}$ và $0{,}2\text{ m}$.

Phần II: Tính toán và thiết kế móng cọc trên nền tự nhiên

Phần này trình bày phương án kết cấu móng sâu cọc bê tông cốt thép:

  • Xác định cao độ đặt đáy đài móng cọc và tải trọng tác dụng từ kết cấu phần trên truyền xuống đài.
  • Lựa chọn các thông số hình học của cọc (kích thước tiết diện cọc, chiều dài đoạn cọc) và tính toán sức chịu tải đơn của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền và theo cường độ vật liệu cọc.
  • Xác định số lượng cọc cần thiết và bố trí mặt bằng cọc trong đài móng ($n_c = 8\text{ cọc}$).
  • Thực hiện các bước kiểm tra an toàn: kiểm tra điều kiện áp lực truyền xuống đỉnh từng cọc trong nhóm cọc, kiểm tra khả năng chịu tải trọng ngang của cọc, kiểm tra điều kiện áp lực tiếp xúc tại mặt phẳng mũi cọc (mô hình khối móng quy ước).
  • Thiết kế kết cấu đài cọc (chiều cao đài, tính toán cốt thép đài) và kiểm tra khả năng chịu lực của cọc trong các giai đoạn thi công: cẩu lắp, vận chuyển và nâng dựng cọc, bao gồm tính toán móc cẩu.

Phần III: Tính toán và thiết kế móng nông mở rộng (Móng kép và Móng băng)

Phần này mở rộng giải pháp kết cấu móng nông cho các trường hợp liên kết chân cột chịu lực phức tạp:

  • Thiết kế móng kép M(AB-2): Hợp khối chân cột A và B; xác định trọng tâm đáy móng, sơ bộ kích thước đáy móng, kiểm tra ảnh hưởng mực nước ngầm, kiểm tra áp lực tại đỉnh lớp bùn sét 2a, kiểm tra TTGH I và TTGH II; xác định chiều cao móng kép; ứng dụng mô hình số trên phần mềm SAP2000 V22 và ETABS 2017 để phân tích nội lực mômen, lực cắt trong bản móng và tính toán cốt thép chịu lực.
  • Thiết kế móng băng M(ABC-3): Phương án móng băng liên tục chạy dọc qua 3 trục cột A, B, C; sơ bộ chiều dài 2 đầu thừa, xác định vị trí trọng tâm và bề rộng bản móng; kiểm tra ổn định nền tại đáy móng và đỉnh lớp đất yếu; kiểm tra TTGH I và biến dạng lún theo TTGH II; sử dụng SAP2000 V22 và ETABS 2017 mô hình hóa dầm/bản móng trên nền đàn hồi Winkler để trích xuất biểu đồ nội lực và tính toán cốt thép dọc, cốt thép đai.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành toàn bộ các nội dung tính toán, kiểm tra và thiết kế cho các phương án móng công trình với các kết quả cụ thể:

Hạng mục thiết kế Móng đơn M(A-1) Móng đơn M(B-1) Móng đơn M(C-1)
Tải trọng tính toán ($N_0^{\text{tt}} / M_0^{\text{tt}} / Q_0^{\text{tt}}$) $460\text{ kN} / 10\text{ kNm} / 8\text{ kN}$ $870\text{ kN} / 25\text{ kNm} / 10\text{ kN}$ $680\text{ kN} / 15\text{ kNm} / 18\text{ kN}$
Kích thước đáy móng ($b \times l$) $1{,}4\text{ m} \times 1{,}7\text{ m}$ $2{,}4\text{ m} \times 2{,}9\text{ m}$ $1{,}8\text{ m} \times 2{,}2\text{ m}$
Chiều cao móng ($h / h_0$) $45\text{ cm} / 41{,}5\text{ cm}$ $70\text{ cm} / 66{,}5\text{ cm}$ Tính theo uốn & cắt
Tiết diện cột ($b_c \times l_c$) $0{,}2\text{ m} \times 0{,}3\text{ m}$ $0{,}3\text{ m} \times 0{,}4\text{ m}$ Theo tải trọng chân cột
Áp lực đáy móng ($p_{\text{tb}} / p_{\text{max}} / R^{\text{tc}}$) $208{,}07 / 241{,}61 / 227{,}05\text{ kPa}$ $148{,}70 / 160{,}33 / 232{,}37\text{ kPa}$ $189{,}32 / 219{,}86 / 229{,}18\text{ kPa}$
Áp lực đỉnh lớp đất 2a ($p_z / R_z$) $99{,}34\text{ kPa} / 157{,}52\text{ kPa}$ $113{,}02\text{ kPa} / 209{,}40\text{ kPa}$ $109{,}43\text{ kPa} / 157{,}60\text{ kPa}$
Chiều sâu nén lún ($H_{\text{cn}}$) & Độ lún ($S$) $H_{\text{cn}} = 3{,}4\text{ m}; S = 6{,}66\text{ cm}$ $H_{\text{cn}} = 4{,}6\text{ m}; S = 7{,}47\text{ cm}$ Phân tầng cộng lún
Kiểm tra chọc thủng ($N_{\text{ct}} / N_{\text{cct}}$) $105{,}60\text{ kN} < 172{,}28\text{ kN}$ $252{,}27\text{ kN} < 433{,}16\text{ kN}$ Thỏa mãn điều kiện
Bố trí cốt thép chịu lực Dài: $13\Phi 10\text{a}110$; Ngắn: $10\Phi 10\text{a}180$ Dài: $20\Phi 12\text{a}120$; Ngắn: $16\Phi 12\text{a}190$ Theo tính toán nội lực

Các giải pháp và đóng góp kỹ thuật chính của đồ án gồm:

  • Lựa chọn chiều sâu đặt móng $h = 2{,}0\text{ m}$ cắm sâu $0{,}6\text{ m}$ vào lớp đất 1 (sét pha dẻo cứng), loại bỏ hoàn toàn tác động bất lợi của lớp xà bần san lấp $1{,}4\text{ m}$ phía trên.
  • Kiểm soát định lượng sự xuất hiện của lớp bùn sét yếu 2a ($0{,}4\text{ m}$) nằm bên dưới đáy móng thông qua việc tính toán độ mở rộng ứng suất ($p_z < R_z$) và cộng lún bổ sung từ lớp yếu ($S_E$).
  • Đề xuất kích thước vát móng với chiều cao vát $h_v \ge 0{,}25\text{ m}$ nhằm tiết kiệm khối lượng bê tông nhưng vẫn đảm bảo khả năng chịu lực và chống chọc thủng.
  • Mở rộng quy trình tính toán từ móng đơn độc lập sang các phương án móng phức tạp (móng cọc 8 cọc, móng kép, móng băng), kết hợp giữa tính toán giải tích lý thuyết và mô phỏng kết cấu phần tử hữu hạn bằng SAP2000/ETABS.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung trình bày trong đồ án, các hạn chế kỹ thuật gồm:

  • Mô hình tính lún phân tầng cộng lún dựa trên giả thiết bán không gian đàn hồi đẳng hướng đồng nhất và sơ đồ biến dạng không nở hông ($e - p$), chưa xét đến ảnh hưởng của quá trình cố kết thấm theo thời gian và ứng xử phi tuyến phức tạp của lớp bùn sét yếu 2a.
  • Số liệu địa chất và tải trọng đầu vào là số liệu phục vụ đồ án môn học, chưa có số liệu đo đạc lún thực tế hoặc thí nghiệm nén tĩnh cọc tại hiện trường để đối chứng và hiệu chỉnh mô hình tính.
  • Các phương án móng cọc, móng kép và móng băng được giải quyết trong phạm vi thiết kế kết cấu tĩnh, chưa xét đến các tác động động lực học phức tạp như tải trọng động đất hoặc tải trọng gió động tác dụng lên công trình.

Hướng phát triển tiếp theo của đồ án:

  • Nghiên cứu mô phỏng tương tác nền - móng - công trình tổng thể (Soil-Structure Interaction - SSI) sử dụng các phần mềm địa kỹ thuật chuyên sâu (như PLAXIS 2D/3D).
  • Thực hiện quan trắc lún và chuyển vị ngang thực tế công trình để kiểm chứng độ tin cậy của phương pháp giải tích và số liệu phần tử hữu hạn từ SAP2000/ETABS.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chi tiết cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Kỹ thuật Công trình Xây dựng và Địa kỹ thuật Công trình khi thực hiện đồ án môn học Nền móng hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu phần ngầm cần tài liệu tra cứu mẫu biểu, trình tự giải toán móng đơn chịu tải lệch tâm qua phương trình bậc ba, quy trình kiểm tra mực nước ngầm, kiểm tra đáy móng trên lớp đất yếu theo TCVN 9362:2012 và tính toán cốt thép móng theo TCVN 5574:2018.
  • Phần tính toán ứng dụng phần mềm SAP2000 V22 và ETABS 2017 trong mô hình hóa móng băng, móng kép trên nền đàn hồi có giá trị thực hành cao cho việc phân tích kết cấu móng phức tạp.

Câu hỏi thường gặp

1. Lớp đất nào trong trụ địa chất được chọn làm lớp đặt đáy móng nông và lý do lựa chọn? Lớp đất 1 (sét pha nặng, màu xám trắng – nâu đỏ, trạng thái dẻo cứng, chiều dày $3{,}0\text{ m}$) được chọn làm lớp đặt đáy móng tại độ sâu $h = 2{,}0\text{ m}$. Lý do lựa chọn vì lớp 1a trên cùng là xà bần san lấp ($1{,}4\text{ m}$) không đủ khả năng chịu lực; trong khi lớp 1 có các chỉ tiêu cơ lý tốt ($c = 24{,}4\text{ kPa}$, $\varphi = 11^\circ 05'$, môđun biến dạng $E_{1-2} = 3350\text{ kPa}$, chỉ số $N_{\text{SPT}} = 13$), đảm bảo khả năng chịu tải cho móng đơn.

2. Tại sao phải kiểm tra áp lực tại đỉnh lớp đất 2a dù đáy móng được đặt vào lớp đất 1? Vì lớp đất 2a (bùn sét, trạng thái chảy, dày $0{,}4\text{ m}$) nằm ở độ sâu dưới đáy móng $2{,}4\text{ m}$ có cường độ chịu lực rất thấp ($\varphi = 4^\circ 17'$, $c = 9{,}0\text{ kPa}$, $E_{1-2} = 543\text{ kPa}$, $N_{\text{SPT}} = 2$), thấp hơn nhiều so với lớp 1. Do đó, cần kiểm tra điều kiện áp lực tiếp xúc $p_z \le R_z$ tại đỉnh lớp 2a để đảm bảo tải trọng truyền từ đáy móng qua tầng đệm không gây phá hoại trượt hoặc nén trồi lớp bùn sét yếu.

3. Mực nước ngầm ở độ sâu $-3{,}0\text{ m}$ ảnh hưởng thế nào đến kích thước đáy móng? Do vùng chịu ảnh hưởng của ứng suất dưới đáy móng ($z_R = b \cdot \tan(45^\circ + \varphi/2)$) của móng M(A-1) đạt $1{,}7\text{ m}$, móng M(B-1) đạt $2{,}92\text{ m}$ và móng M(C-1) đạt $2{,}19\text{ m}$, đều lớn hơn khoảng cách từ đáy móng tới mực nước ngầm ($1{,}0\text{ m}$), nên mực nước ngầm làm giảm dung trọng của đất dưới đáy móng từ dung trọng tự nhiên $\gamma = 20\text{ kN/m}^3$ xuống dung trọng tính toán đẩy nổi $\gamma_{\text{sub}}$ (đạt $16{,}09\text{ kN/m}^3$ ở M(A-1) và $13{,}00\text{ kN/m}^3$ ở M(B-1)), làm giảm sức chịu tải $R$ của nền và đòi hỏi phải kiểm tra lại kích thước móng.

4. Quy trình tính toán cốt thép bản móng đơn chịu tải lệch tâm được thực hiện như thế nào? Bản móng được mô hình như dầm công-sôn ngàm tại mép cột (tiết diện 1-1 theo phương cạnh dài và tiết diện 2-2 theo phương cạnh ngắn), chịu phản lực đất nền tính toán $p_{\text{max}}^{\text{tt}}$, $p_{\text{min}}^{\text{tt}}$. Sau khi xác định mômen uốn tại mặt ngàm ($M_I$ và $M_{II}$), diện tích cốt thép được tính theo công thức $A_s = M / (0{,}9 \cdot R_s \cdot h_0)$, sau đó lựa chọn đường kính thanh thép ($\Phi 10$, $\Phi 12$), tính số lượng thanh và kiểm tra khoảng cách cốt thép theo quy định cấu tạo ($a = 100 \div 200\text{ mm}$).

5. Trong đồ án, các công cụ phần mềm nào được sử dụng để phân tích nội lực móng mở rộng? Tác giả sử dụng phần mềm SAP2000 V22 và ETABS 2017 để mô hình hóa kết cấu phần tử hữu hạn cho móng kép M(AB-2) và móng băng M(ABC-3), xác định các biểu đồ mômen uốn và lực cắt trên bản móng chịu phản lực nền đàn hồi để phục vụ tính toán và bố trí cốt thép dọc, cốt thép đai.

Kết luận

Đồ án môn học "Nền Móng Công Trình" của sinh viên Nguyễn Minh Hiếu cung cấp một phương án thiết kế hoàn chỉnh, tường minh cho hệ thống móng công trình dân dụng xây dựng trên nền địa chất phức tạp có lớp bùn sét yếu. Toàn bộ các bước tính toán từ xác định kích thước đáy móng, kiểm tra áp lực lệch tâm, kiểm tra chọc thủng, tính lún phân tầng đến bố trí cốt thép đều tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn TCVN 9362:2012 và TCVN 5574:2018. Bên cạnh giải pháp móng đơn bê tông cốt thép truyền thống, đồ án mở rộng nghiên cứu thành công phương án móng cọc đài 8 cọc, móng kép và móng băng kết hợp phần mềm phân tích kết cấu SAP2000 và ETABS, mang lại giá trị tham khảo kỹ thuật và học thuật thực tế cho sinh viên và kỹ sư ngành xây dựng.