Nghiên cứu ứng xử chênh lún giữa móng cọc và móng nông trên nền cát san lấp tại An Giang

Luận văn thạc sĩ phân tích hcmute nghiên cứu ứng xử chênh lún giữa móng cọc và móng nông trên nền cát san lấp trong cụm công, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải

• Tác giả: Lưu Huỳnh Trung
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Xử Chênh Lún Giữa Móng Cọc Và Móng Nông Trên Nền Cát Tại An Giang
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• Lý lịch khoa học
• Lời cam đoan
• Lời cám ơn
• MỞ ĐẦU
• 1. Chương 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
• 1.2. Đặt vấn đề
• 2. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan về nền mới đắp và cát san lấp
• 2.2. Lý thuyết về độ lún móng nông
• 2.3. Lý thuyết về độ lún móng cọc
• 3. Chương 3: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN
• 3.1. Giới thiệu phần mềm Plaxis
• 3.2. Số liệu địa chất công trình
• 3.3. Mô hình và tính toán độ lún nền
• 3.4. Tính toán độ lún móng nông
• 3.5. Thử tĩnh nhóm cọc và tính toán độ lún móng cọc
• 4. Chương 4: KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH
• 4.1. Kết quả phân tích độ lún
• 4.2. Ảnh hưởng của chiều dày san lấp đến độ chênh lún
• 4.3. Nhận xét và đánh giá
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng quan về chênh lún giữa móng cọc và móng nông

Trong xây dựng dân dụng và công nghiệp, cụm công trình thường kết hợp nhiều giải pháp móng. Hạng mục chính chịu tải lớn thường sử dụng móng cọc sâu. Hạng mục phụ trợ như sân bãi, hành lang và nhà kho thường dùng móng nông trên lớp cát san lấp. Sự kết hợp này rất phổ biến tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, điển hình như tỉnh An Giang. Địa chất tại đây chứa lớp bùn sét yếu thuộc trầm tích Holocen dày. Lớp đất này có sức chịu tải thấp, độ nén lún cao và hệ số thấm nhỏ. Tải trọng từ lớp cát tôn nền tạo ra áp lực gia tăng đáng kể lên nền đất tự nhiên. Móng cọc cắm sâu vào tầng đất tốt ít bị ảnh hưởng bởi quá trình lún mặt đất. Ngược lại, móng nông đặt trực tiếp trên nền đắp sẽ biến dạng liên tục theo thời gian. Sự chênh lệch chuyển vị giữa hai kết cấu diễn ra rõ rệt sau vài năm vận hành. Vấn đề này gây mất mỹ quan và đe dọa trực tiếp đến an toàn chịu lực của toàn bộ dự án.

1.1. Khái niệm và đặc điểm làm việc của móng cọc và móng nông

Móng cọc là giải pháp móng sâu. Hệ cọc truyền tải trọng công trình qua các lớp đất yếu xuống tầng đất chịu lực bên dưới. Biến dạng lún của móng cọc thường rất nhỏ và nhanh chóng đạt trạng thái ổn định. Ngược lại, móng nông đặt trực tiếp trên tầng đất mặt hoặc lớp đệm cát tôn tạo. Tải trọng từ móng nông tác dụng trực tiếp lên vùng đất sát bề mặt. Khi lớp đất nền yếu chịu nén, móng nông di chuyển xuống theo độ biến dạng của nền. Hai loại móng này có độ cứng tương hỗ và cơ chế truyền lực hoàn toàn khác nhau. Khi đặt cạnh nhau trong một tổng thể công trình, sự bất tương thích về biến dạng lún trở thành vấn đề kỹ thuật trọng tâm cần giải quyết.

1.2. Bối cảnh địa chất và điều kiện san lấp tại khu vực An Giang

Địa chất tỉnh An Giang mang đặc trưng của bồi tích châu thổ Mekong. Tầng đất mặt chủ yếu là bùn sét bão hòa nước dày từ 10 đến hơn 30 mét. Lực dính kết của bùn sét rất thấp và độ rỗng lớn. Do ảnh hưởng lũ lụt, công trình phải tôn nền cát cao từ 1,5 đến 3 mét. Khối lượng cát đắp khổng lồ làm gia tăng ứng suất nén thẳng đứng trong nền đất yếu. Bùn sét bắt đầu quá trình cố kết sơ cấp thoát nước chậm qua nhiều năm. Khi chịu tải thêm từ móng nông, độ biến dạng của nền đắp diễn ra liên tục. Khối móng cọc tựa tầng sâu hầu như không chuyển vị. Sự đối lập này tạo ra hiện tượng chênh lệch lún nghiêm trọng tại vị trí giáp ranh giữa hai kết cấu.

II. Phân tích nguyên nhân chênh lún giữa móng cọc và móng nông

Hiện tượng chênh lún xuất phát từ nhiều yếu tố cơ học đất và giải pháp kết cấu. Sự sai biệt độ lún tổng cộng bao gồm lún tức thời, lún cố kết sơ cấp và lún thứ cấp do từ biến. Móng cọc bê tông cốt thép đưa tải trọng trực tiếp xuống tầng cát chặt sâu bên dưới. Biến dạng đàn hồi của mũi cọc và ma sát thành cọc kiểm soát hoàn toàn độ lún của khối nhà chính. Độ lún móng cọc thường chỉ vài milimét đến vài xentimét. Trong khi đó, móng nông chịu ảnh hưởng từ sự nén chặt của tầng cát san lấp và sự cố kết của lớp bùn sét bên dưới. Quá trình thoát nước lỗ rỗng của đất sét diễn ra rất chậm chạp. Quá trình này kéo dài nhiều năm sau khi công trình đưa vào sử dụng. Khối cát tôn nền có bề dày lớn tạo ra tải trọng phụ tải liên tục. Nền đất xung quanh bị hạ thấp dần đều theo thời gian. Móng cọc không dịch chuyển theo lớp đất đắp, tạo ra độ chênh cao độ rõ rệt. Ngoài ra, ma sát âm tác động lên thân cọc làm tăng thêm độ phức tạp cho trạng thái ứng suất tiếp xúc.

2.1. Cơ chế biến dạng nén và các thành phần lún theo thời gian

Độ lún tổng cộng của nền đất gồm ba thành phần riêng biệt. Lún tức thời xảy ra ngay khi chất tải mà không có sự thay đổi độ ẩm thể tích. Lún cố kết sơ cấp diễn ra song song với quá trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng. Khi nước thoát ra ngoài, các hạt khoáng sét dịch chuyển xích lại gần nhau hơn. Thành phần lún thứ cấp xuất hiện sau khi áp lực nước lỗ rỗng đã tiêu tán hoàn toàn. Hiện tượng này phát sinh do sự từ biến trượt của khung xương đất sét dưới ứng suất hữu hiệu không đổi. Lớp cát san lấp đè nặng làm tầng bùn sét cố kết liên tục trong thời gian dài. Móng nông gắn liền với nền cát phải gánh chịu toàn bộ biến dạng nén tích lũy này.

2.2. Hậu quả thực tế tại các công trình điển hình ở An Giang

Khảo sát thực địa ghi nhận nhiều hư hại nghiêm trọng do chênh lún tại An Giang. Dự án Bệnh viện Đa khoa huyện Châu Thành và Nhà thi đấu Đa năng thành phố Long Xuyên là ví dụ tiêu biểu. Tường gạch bao che tại vị trí nối giữa khối nhà chính và hành lang bị nứt xé toạc. Nền sân đường nội bộ và bãi đậu xe sụt lún sâu từ mười đến ba mươi xentimét. Cột hàng rào lưới thép B40 bị kéo nghiêng ngả do nền đất trượt lún không đều. Hệ thống ống thoát nước ngầm bị gãy vỡ, gây ứ đọng nước cục bộ và xói mòn lòng đất. Các bậc cấp lối vào sảnh chính bị tách rời hoàn toàn khỏi kết cấu dầm sàn. Việc sửa chữa đòi hỏi chi phí lớn và gây gián đoạn hoạt động khai thác.

III. Giải pháp giảm thiểu chênh lún giữa móng cọc và móng nông

Để xử lý triệt để bài toán chênh lún, kỹ sư cần phối hợp các giải pháp địa kỹ thuật và kết cấu công trình. Trước hết, công tác khảo sát địa chất phải xác định chính xác các chỉ tiêu cơ lý của lớp bùn sét. Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước giúp đẩy nhanh quá trình thoát nước. Tốc độ cố kết sơ cấp hoàn thành sớm trước thời điểm xây dựng kết cấu thượng tầng. Đối với khu vực chuyển tiếp giữa móng cọc và móng nông, giải pháp sử dụng bản quá độ bê tông cốt thép mang lại hiệu quả cao. Bản quá độ đóng vai trò như một cầu nối mềm, triệt tiêu sự thay đổi cao độ đột ngột. Việc bố trí các khe lún độc lập phân tách hoàn toàn khối móng sâu và khối móng nông giúp hạn chế ứng suất cắt phát sinh. Ngoài ra, việc thay thế lớp đệm cát dày bằng vật liệu nhẹ giúp giảm tải trọng đắp đè lên nền bùn sét. Việc kiểm soát chất lượng lu lèn cát đắp cũng hạn chế đáng kể độ lún dư sau thi công.

3.1. Ứng dụng mô hình số và quan trắc độ lún công trình

Phần mềm mô phỏng phần tử hữu hạn hỗ trợ dự báo chính xác độ lún theo thời gian. Các mô hình đất như Mohr-Coulomb hay Soft Soil Creep phản ánh đúng bản chất phi tuyến của bùn sét. Kỹ sư phân tích các kịch bản chiều dày lớp cát đắp và tải trọng công trình khác nhau. Kết quả mô phỏng giúp xác định thời điểm nền đạt độ cố kết an toàn trước khi thi công móng nông. Bên cạnh tính toán lý thuyết, công tác quan trắc thực tế bằng mốc lún chuẩn là bắt buộc. Số liệu đo đạc định kỳ cung cấp thông tin thực tế về biến dạng của từng khối kết cấu. Dữ liệu này giúp phát hiện sớm nguy cơ xuất hiện vết nứt và đưa ra giải pháp can thiệp kịp thời.

3.2. Cấu tạo khớp nối và bản quá độ chuyển tiếp kết cấu

Thiết kế cấu tạo tại vùng ranh giới giữa hai khối móng giữ vai trò quyết định. Kỹ sư cần bố trí khe lún xuyên suốt từ móng đến mái công trình. Khe lún phải có bề rộng tối thiểu từ hai mươi đến năm mươi milimét và chèn vật liệu đàn hồi. Tại các vị trí hành lang giao thông hoặc sảnh đón, giải pháp bản quá độ được ưu tiên ứng dụng. Một đầu bản quá độ kê khớp lên dầm móng cọc kiên cố. Đầu còn lại tựa trượt tự do trên nền móng nông hoặc lớp cát đắp. Khi nền đất lún xuống, bản quá độ xoay nghiêng tạo độ dốc nhẹ nhàng. Giải pháp này loại bỏ hoàn toàn bậc cấp gãy gập đột ngột và triệt tiêu ứng suất phá hoại kết cấu sàn hoàn thiện.

IV. Kết luận về ứng xử chênh lún giữa móng cọc và móng nông

Nghiên cứu ứng xử chênh lún giữa móng cọc và móng nông là nhiệm vụ cấp thiết trong quy hoạch và thiết kế xây dựng. Hiện tượng chênh lún tại các vùng đất yếu như An Giang đòi hỏi cách tiếp cận toàn diện từ địa kỹ thuật đến kết cấu. Móng nông và móng cọc có phản ứng biến dạng khác nhau rõ rệt dưới tác động của lớp cát san lấp. Việc phớt lờ biến dạng cố kết dài hạn của nền sét sẽ dẫn đến sự cố nứt gãy và hư hỏng nghiêm trọng cho công trình. Các đơn vị tư vấn thiết kế cần áp dụng mô hình toán học hiện đại kết hợp số liệu quan trắc thực tế. Việc bố trí các giải pháp chuyển tiếp như bản quá độ và khe biến dạng là giải pháp kỹ thuật bắt buộc. Sự đồng bộ giữa quy trình xử lý nền đắp và biện pháp gia cố móng bảo đảm tuổi thọ lâu dài cho dự án. Định hướng này giúp tối ưu hóa chi phí đầu tư và duy trì an toàn vận hành cho toàn bộ cụm công trình.

4.1. Khuyến nghị thiết kế cho công trình trên nền cát san lấp

Quá trình thiết kế cần tính toán đồng thời tải trọng công trình và tải trọng bản thân của lớp cát đắp. Kỹ sư cần xác định độ lún dài hạn của lớp bùn sét bên dưới trước khi chọn giải pháp móng nông. Nếu bề dày cát đắp lớn hơn hai mét, việc chờ cố kết hoặc cắm bấc thấm gia tải là giải pháp bắt buộc. Khu vực sân bãi phụ trợ nên tách rời kết cấu chính bằng khe co giãn hoàn chỉnh. Hệ thống cấp thoát nước ngầm cần sử dụng các khớp nối mềm linh hoạt chịu được chuyển vị trượt. Thiết kế phải chỉ định rõ độ dốc thoát nước dự phòng để bù đắp lượng lún tích lũy theo thời gian vận hành.

4.2. Tầm quan trọng của công tác bảo trì và kiểm soát biến dạng

Quản lý chất lượng công trình đòi hỏi công tác bảo trì phải được tiến hành định kỳ và liên tục. Chủ đầu tư cần duy trì hệ thống mốc quan trắc độ lún trong ít nhất năm năm đầu vận hành. Việc đo đạc thường xuyên giúp nắm bắt quy luật biến dạng thực tế của từng hạng mục. Khi phát hiện chênh lệch lún vượt giới hạn cho phép, đội ngũ kỹ thuật phải nhanh chóng chèn bù vật liệu hoặc kích nâng cục bộ. Mọi khe lún tiếp giáp cần được kiểm tra để thay thế kịp thời các dải chắn nước bị rách hoặc vật liệu trám bị lão hóa. Việc chủ động kiểm soát biến dạng giúp ngăn ngừa các sự cố nứt vỡ kết cấu nghiêm trọng và kéo dài tuổi thọ sử dụng của toàn bộ dự án.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực đồng bằng sông Cửu Long nói chung và tỉnh An Giang nói riêng chịu tác động mạnh mẽ của chế độ bán nhật triều và lũ lụt thường niên, với khoảng 70% diện tích tự nhiên bị ngập sâu từ 1,0 m đến 2,5 m trong thời gian kéo dài 2,5 đến 5 tháng mỗi năm. Để bảo đảm an toàn vượt lũ theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN 01:2008/BXD và hướng dẫn tại Công văn số 1296/SXD-HĐXD ngày 08/7/2015 của Sở Xây dựng tỉnh An Giang, các công trình xây dựng bắt buộc phải đắp nền cát tôn cao với chiều dày trung bình từ 2,5 m đến 5,0 m. Trọng lượng khổng lồ từ khối cát san lấp, điển hình như dự án Bệnh viện Đa khoa huyện Châu Thành với hơn 180.000 m3 đất đắp, đã tác động trực tiếp lên tầng đất yếu trầm tích Holocene có đặc tính "nhạy lún và biến dạng phức tạp", gây nên quá trình cố kết kéo dài hàng chục năm.

Vấn đề kỹ thuật nan giải phát sinh khi các dự án triển khai cụm công trình phức hợp gồm nhiều khối nhà có quy mô tải trọng khác nhau. Đơn vị thiết kế thường áp dụng móng cọc sâu bê tông cốt thép cho khối nhà chính 2 tầng trở lên, nhưng lại chọn móng nông hoặc móng cọc tiết diện nhỏ cho khối nhà phụ trợ 1 tầng, ram dốc và hệ thống hạ tầng kỹ thuật. Sự kết hợp không đồng bộ này dẫn đến hiện tượng "chênh lún quá lớn giữa các khối công trình". Trong khi khối nhà móng cọc sâu chỉ lún ổn định từ 2 cm đến 5 cm, thì các khối móng nông lún sâu trên 30 cm, tạo ra độ chênh lệch lún vượt quá 30 cm đến 40 cm làm nứt toác tường bao, xé rách ram dốc và phá hủy nền sân đường. Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là phân tích ứng xử biến dạng tương hỗ giữa móng cọc và móng nông dưới tác động của lớp cát đắp dày 1,0 m đến 4,0 m, từ đó xác lập cơ sở khoa học giúp giảm tới 63,2% độ chênh lệch lún (từ 34,0 cm xuống còn 12,5 cm) nhờ kiểm soát độ cố kết nền đất trong giai đoạn thi công trên địa bàn tỉnh An Giang.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Cơ sở khoa học của đề tài được xây dựng trên nền tảng lý thuyết cố kết thấm một chiều của Terzaghi kết hợp với mô hình biến dạng đàn dẻo cơ học đất trong môi trường liên tục. Quá trình phân tích ứng xử cơ lý của khối đất nền dưới tác dụng đồng thời của trọng lượng bản thân lớp cát san lấp và tải trọng kết cấu móng được mô phỏng thông qua mô hình đàn dẻo lý tưởng Mohr-Coulomb trên phần mềm phần tử hữu hạn chuyên ngành. Nghiên cứu tích hợp các khái niệm học thuật then chốt bao gồm: độ chênh lún (differential settlement), mức độ cố kết trung bình của nền đất (U%), hiện tượng ma sát âm (negative skin friction) theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014, mô đun biến dạng đàn hồi thoát nước và không thoát nước (E50, E') cùng hệ số cố kết thẳng đứng (Cv).

Tại khu vực nghiên cứu, tầng bùn sét yếu có góc ma sát trong hữu hiệu dao động quanh 21 độ và lực dính kết đơn vị khoảng 12 kPa. Lớp cát san lấp dày từ 2,5 m đến 5,0 m tạo nên tải trọng phân bố đều trên bề mặt từ 45 kN/m2 đến 90 kN/m2, làm gia tăng áp lực nước lỗ rỗng thặng dư nghiêm trọng. Quá trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng này diễn ra rất chậm chạp do hệ số thấm của đất bùn sét cực nhỏ, đòi hỏi thời gian từ 5 đến 12 năm để đạt trạng thái cố kết cân bằng.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn kết hợp phương pháp khảo sát thực nghiệm hiện trường, thí nghiệm cơ lý trong phòng và phân tích mô phỏng số học nâng cao. Nguồn dữ liệu địa chất được trích xuất từ 12 hố khoan khảo sát tại công trình Bệnh viện Đa khoa huyện Châu Thành với độ sâu thăm dò từ 30 m đến 45 m. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 48 mẫu đất nguyên dạng đại diện cho 4 lớp địa tầng, được thu thập bằng phương pháp lấy mẫu nguyên dạng ngẫu nhiên phân tầng theo chiều sâu tầng trầm tích Holocene nhằm bảo đảm tính đại diện tuyệt đối cho lớp bùn sét yếu dày 10 m đến 20 m. Các mẫu đất được thí nghiệm nén ba trục (CU, UU) và thí nghiệm nén không nở hông oedometer để xác định các chỉ tiêu biến dạng và hệ số cố kết.

Số liệu kiểm chứng thực tế dựa trên chuỗi quan trắc độ lún của 18 mốc đo định kỳ qua 14 chu kỳ từ năm 2009 đến năm 2015, ghi nhận nền cát đắp lún thực tế từ 270 mm đến 300 mm sau 6 năm san nền. Tác giả lựa chọn phương pháp phân tử hữu hạn (FEM) trên phần mềm Plaxis 2D phiên bản 8.6 để phân tích bài toán biến dạng phẳng. Lý do lựa chọn Plaxis 2D là vì phần mềm này có khả năng mô phỏng chính xác sự tương tác tiếp xúc phức tạp giữa đất và cọc thông qua các phần tử interface, cho phép kích hoạt từng pha thi công từ đắp cát, chờ cố kết đến chất tải công trình theo thời gian thực mà các công thức giải tích 1D không thể thực hiện được. Mô hình tính toán kiểm chứng sức chịu tải móng cọc ly tâm D300 mm dài 27,5 m (sức chịu tải giới hạn 1200 kN theo thí nghiệm nén tĩnh TCVN 9393:2012) và cọc tiết diện nhỏ 120x120 mm dài 4,2 m (sức chịu tải giới hạn 270 kN). Toàn bộ quá trình nghiên cứu, mô phỏng số và hiệu chỉnh dữ liệu được thực hiện chặt chẽ trong khoảng thời gian từ tháng 8/2017 đến tháng 10/2018.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng số kết hợp đối chứng dữ liệu thực nghiệm đã mang lại 4 phát hiện khoa học quan trọng:

Thứ nhất, bề dày đất đắp tỷ lệ thuận phi tuyến với độ chênh lún cụm công trình. Khi chiều dày lớp cát san lấp tăng từ 1,0 m lên 4,0 m, độ chênh lún giữa khối móng nông và khối móng cọc sau 20 năm sử dụng tăng vọt từ khoảng 5 - 10 cm lên đến 34,0 cm, tương ứng mức gia tăng từ 240% đến 580%.

Thứ hai, mức độ cố kết của đất nền trong giai đoạn thi công có vai trò quyết định trong việc khống chế lún lệch. Đối với nền cát đắp dày 4,0 m, khi kéo dài thời gian chờ để nâng độ cố kết của lớp sét yếu từ 40% lên gần 80% trước khi xây móng nông, độ chênh lệch lún trong 20 năm khai thác giảm mạnh từ 34,0 cm xuống chỉ còn 12,5 cm, đạt tỷ lệ thuyên giảm tới 63,2%.

Thứ ba, sự phân hóa biến dạng sâu sắc giữa hai hệ móng. Móng cọc sâu D300 mm cắm sâu 27,5 m vào tầng cát chặt chỉ ghi nhận độ lún ổn định từ 2,1 cm đến 4,8 cm (chiếm chưa đầy 15% tổng lún cụm). Ngược lại, móng nông gia cố cọc ngắn 120x120 mm có độ lún lũy tiến kéo dài lên tới 32,5 cm đến 38,7 cm do toàn bộ mũi cọc ngắn vẫn nằm trọn trong vùng ảnh hưởng nén lún của tầng bùn sét dày hơn 15 m.

Thứ tư, xuất hiện lực ma sát âm nguy hiểm dọc thân cọc sâu. Tốc độ lún của nền cát và lớp bùn sét xung quanh đạt 270 - 300 mm trong 6 năm đầu, vượt xa độ lún 35 mm của cọc chịu lực, sinh ra lực ma sát âm kéo cọc xuống và làm suy giảm từ 18% đến 25% sức chịu tải thiết kế danh định.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi gây ra chênh lún dị thường bắt nguồn từ sự làm việc độc lập của hai hệ thống kết cấu trên cùng một mặt bằng địa chất bất lợi. Khối đất đắp cao 2,5 m đến 5,0 m tạo ra áp lực gia tải liên tục từ 45 kN/m2 đến 90 kN/m2 lên tầng bùn sét có hệ số thấm cực nhỏ từ 10^-7 đến 10^-8 cm/s. Trong khi móng cọc sâu truyền phần lớn tải trọng xuống tầng đất tốt ở cao trình âm 27,5 m nên hầu như không bị ảnh hưởng bởi biến dạng tầng mặt, thì móng nông lại làm việc như một tải trọng phụ gia đè trực tiếp lên lớp cát đệm đang lún, khiến khối nhà 1 tầng bị cuốn theo độ lún chung của đất nền tự nhiên.

Kết quả này hoàn toàn tương đồng với các nghiên cứu của Đỗ Minh Toàn (năm 2013) khi chỉ ra rằng tầng trầm tích Holocene tại đồng bằng sông Cửu Long có hệ số nén lún lớn hơn 0,1 và áp lực tiền cố kết rất thấp, chỉ đạt khoảng 0,3 đến 0,5 kg/cm2, khiến "sức chịu tải của nền thấp" và biến dạng kéo dài. Nghiên cứu của luận văn đã phát triển vượt bậc so với các phân tích đơn nguyên trước đây khi lượng hóa được bài toán tương tác cụm móng. Toàn bộ xu hướng biến dạng được biểu diễn qua biểu đồ tương quan với trục hoành là thời gian khai thác (0 đến 20 năm) và trục tung là độ chênh lún (cm) phân tách theo từng dải bề dày đất đắp từ 1,0 m đến 4,0 m. Bảng đối chiếu chéo giữa mức độ cố kết ban đầu (40%, 60%, 80%) và độ chênh lún dư cho thấy các giá trị giới hạn trực quan, cung cấp cơ sở để kỹ sư công trường xác định thời điểm khởi công an toàn cho khối móng nông.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các phát hiện thực nghiệm và phân tích mô phỏng, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật có tính hành động cao:

Thứ nhất, triển khai giải pháp gia tải trước kết hợp cắm bấc thấm (PVD) hoặc giếng cát thoát nước thẳng đứng. Chủ đầu tư và Ban quản lý dự án cần áp dụng lưới bấc thấm khoảng cách 1,2 m đến 1,5 m bố trí theo hình tam giác, duy trì thời gian gia tải chờ từ 6 đến 9 tháng trước khi thi công móng công trình nhằm đưa độ cố kết nền đạt tối thiểu 80% (tăng từ mức 40%), bảo đảm khống chế độ chênh lún dài hạn dưới ngưỡng 12,5 cm.

Thứ hai, thiết kế cấu tạo khe lún toàn phần và hệ khớp nối kỹ thuật mềm. Đơn vị tư vấn thiết kế phải bố trí khe lún cắt rời hoàn toàn kết cấu bê tông cốt thép giữa khối móng cọc sâu và khối móng nông. Đồng thời, tại các vị trí liên kết giữa nhà chính với ram dốc, tam cấp và hành lang, bắt buộc lắp đặt khớp nối ống kỹ thuật mềm có biên độ co giãn linh hoạt từ 35 cm đến 40 cm, hoàn thành nghiệm thu trong vòng 3 tháng đầu của giai đoạn thi công ngầm.

Thứ ba, kiểm toán và xử lý ma sát âm cho móng cọc sâu theo TCVN 10304:2014. Kỹ sư kết cấu địa kỹ thuật phải đưa tải trọng ma sát âm vào bài toán kiểm tra sức chịu tải khi chiều dày lớp đắp cát vượt quá 1,0 m, chủ động tăng sức chịu tải thiết kế thêm 20% đến 25% hoặc chỉ định quét lớp sơn biến tính bitum giảm ma sát dày 2,0 mm dọc theo 1/3 chiều dài thân cọc phía trên đi qua vùng đất san lấp và bùn sét.

Thứ tư, chuẩn hóa quy hoạch nền móng đồng bộ trong công tác thẩm định. Sở Xây dựng tỉnh An Giang và các cơ quan chuyên môn cần quán triệt nguyên tắc xác định cao trình vượt lũ theo Công văn số 1296/SXD-HĐXD, kiên quyết loại bỏ phương án sử dụng móng nông đơn thuần đặt trên cát đắp cho các công trình phụ trợ kề cận khối nhà cao tầng. Thay vào đó, yêu cầu áp dụng cọc xi măng đất đường kính 600 - 800 mm hoặc móng bè bê tông cốt thép toàn khối, duy trì độ lệch lún tổng thể dưới ngưỡng an toàn 0,002L trong suốt vòng đời 20 năm sử dụng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu chứa đựng hàm lượng thực tiễn sâu sắc, phù hợp cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm trong ngành xây dựng:

Kỹ sư thiết kế kết cấu và địa kỹ thuật: Khai thác quy trình phân tích phần tử hữu hạn nâng cao bằng Plaxis 2D để giải quyết bài toán móng hỗn hợp, nắm vững phương pháp tính toán bù lún và bố trí cọc tối ưu nhằm triệt tiêu nguy cơ nứt gãy công trình xây dựng trên nền cát đắp cao 2,5 m đến 5,0 m.

Chủ đầu tư và Ban quản lý dự án: Nắm bắt cơ sở khoa học để hoạch định tiến độ thi công hợp lý, bố trí khoảng thời gian chờ cố kết tối thiểu từ 6 đến 12 tháng hoặc chủ động đầu tư công nghệ bấc thấm ngay từ đầu, giúp tiết kiệm từ 15% đến 30% chi phí sửa chữa khắc phục sự cố lún nứt hạ tầng sau 1 đến 3 năm vận hành.

Cơ quan quản lý nhà nước và cán bộ thẩm định xây dựng: Sử dụng kết quả định lượng của luận văn làm tài liệu chuẩn mực khi thẩm tra, thẩm định thiết kế cơ sở và bản vẽ thi công theo Công văn số 1296/SXD-HĐXD của Sở Xây dựng An Giang, bảo đảm sự hài hòa giữa yêu cầu tôn nền vượt lũ lịch sử và độ ổn định lâu dài của kết cấu.

Học viên cao học và nhà nghiên cứu chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng: Tiếp cận phương pháp luận phân tích tương tác đất nền - móng phức hợp trong điều kiện trầm tích Holocene Tây Nam Bộ, ứng dụng chuỗi dữ liệu thực nghiệm 6 năm để phát triển các mô hình 3D đánh giá ứng xử cố kết phi tuyến.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao móng nông và móng cọc trong cùng một cụm công trình lại xảy ra chênh lún nghiêm trọng? Nguyên nhân xuất phát từ sự khác biệt căn bản về cơ chế chịu lực. Móng cọc sâu truyền tải trọng xuống tầng đất chịu lực ở độ sâu 27,5 m nên độ lún chỉ từ 2 cm đến 5 cm. Ngược lại, móng nông chịu ảnh hưởng từ quá trình nén cố kết của tầng bùn sét dày 10 m đến 20 m dưới sức nặng của lớp cát đắp cao 2,5 m đến 5,0 m, dẫn đến độ lún vượt quá 30 cm và tạo độ chênh lún trên 35 cm.

Bề dày cát san lấp ảnh hưởng như thế nào đến độ chênh lún giữa các khối công trình? Chiều dày cát san lấp tỷ lệ thuận với mức độ chênh lún. Kết quả mô phỏng Plaxis 2D chứng minh khi chiều dày đất đắp tăng từ 1,0 m lên 4,0 m, độ chênh lún sau 20 năm khai thác tăng vọt từ mức 5 - 10 cm lên đến gần 34 cm, gây phá hủy nghiêm trọng nền gạch, tường ngăn và ram dốc các hạng mục phụ trợ.

Kéo dài thời gian chờ cố kết nền đất đắp mang lại lợi ích cụ thể gì? Kéo dài thời gian chờ giúp tiêu tán phần lớn áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trước khi xây dựng phần thân. Với lớp cát đắp dày 4,0 m, nếu độ cố kết nền đất được nâng từ 40% lên 80% trong giai đoạn chuẩn bị mặt bằng, độ chênh lệch lún dài hạn giảm mạnh từ 34 cm xuống chỉ còn 12,5 cm, đạt mức giảm kỷ lục 63,2%.

Hiện tượng ma sát âm phát sinh ra sao và mức độ nguy hại đối với móng cọc sâu? Ma sát âm xuất hiện khi tốc độ lún của nền cát san lấp và tầng bùn sét xung quanh lớn hơn chuyển vị lún của cọc. Tại An Giang, độ lún nền đạt 270 mm đến 300 mm sau 6 năm san lấp, kéo theo tải trọng ma sát âm ghì cọc xuống và làm suy giảm từ 18% đến 25% sức chịu tải cho phép của cọc bê tông cốt thép.

Các tiêu chuẩn và văn bản pháp lý nào cần áp dụng khi thiết kế nền móng tại An Giang? Dự án cần tuân thủ Công văn số 1296/SXD-HĐXD ngày 08/7/2015 của Sở Xây dựng An Giang về xác định cao trình vượt lũ theo QCVN 01:2008/BXD, đồng thời áp dụng nghiêm ngặt TCVN 10304:2014 để kiểm toán ma sát âm khi đắp cát dày trên 1,0 m và thực hiện thí nghiệm nén tĩnh cọc theo tiêu chuẩn TCVN 9393:2012.

Kết luận

• Định lượng tương quan biến dạng phi tuyến: Luận văn đã xác lập quy luật gia tăng độ chênh lún từ 5 - 10 cm lên đến 34,0 cm khi chiều dày cát san lấp tăng từ 1,0 m lên 4,0 m sau chu kỳ 20 năm khai thác công trình.
• Khẳng định vai trò then chốt của độ cố kết: Chứng minh giải pháp nâng cao mức độ cố kết nền đất từ 40% lên 80% trong giai đoạn thi công giúp triệt tiêu tới 63,2% độ chênh lệch lún, hạ thấp độ lún lệch từ 34,0 cm xuống còn 12,5 cm.
• Cảnh báo rủi ro suy giảm sức chịu tải do ma sát âm: Nhận diện hiện tượng lún nền cát từ 270 mm đến 300 mm gây ma sát âm làm suy giảm từ 18% đến 25% khả năng chịu tải của cọc D300 mm dài 27,5 m theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014.
• Đề xuất lộ trình kỹ thuật cho giai đoạn tiếp theo: Trong vòng 6 đến 12 tháng tới, các cơ quan thẩm định cần ban hành hướng dẫn bắt buộc bố trí khe biến dạng co giãn 35 cm đến 40 cm và quy định thời gian chờ gia tải tối thiểu cho mọi dự án vượt lũ.
• Kêu gọi hành động thực tiễn: Các chủ đầu tư, kỹ sư tư vấn thiết kế và đơn vị thi công cần ứng dụng ngay mô hình phân tích phần tử hữu hạn Plaxis 2D kết hợp giải pháp bấc thấm gia tải trước nhằm xóa bỏ triệt để sự cố lún nứt, bảo đảm tuổi thọ và an toàn bền vững cho các cụm công trình trên địa bàn tỉnh An Giang.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỊDIGIEIGIGISIEIGIDIGIEIDIOIGIDIGTOIEIDISIgIEIDIGICISIIGIOIGTHIDIOIGIDIGTDIEIDIEIGIETgIGIGISIGIEIOIGIHIDIOIGIOIETUIDIDIGTCIEIBIGIDIE es rl Ly a BO GIAO DUC VÀ ĐÀO TẠO rl e TRƯỜNG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT A E THANH PHO HO CHi MINH Fj | j Ey : al DỊ E bị a e dl DỊ a ; Ei a LUAN VAN THAC Si Fi : LƯU HUỲNH TRUNG al Ũ h l rl 5 i : i | NGHIEN CUU UNG XU’ CHENH LUNGIVAMONGCOC | EF VA MONG NONG TREN NEN CAT SAN LAP TRONG CUM a : CONG TRINH TREN DIA BAN TINH AN GIANG i Hi i Ụ h d : h IE = E re D) NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH i H DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208 TH | I Ey l Dị fe SKC005947 rl iB dl L rl @ : a Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 lì | jl EF ———— Sy eee ae pe oe pene ape reer tử BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƯU HUỲNH TRUNG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CHÊNH LÚN GIỮA MÓNG CỌC VÀ MÓNG NÔNG TRÊN NÈN CÁT SAN LÁP TRONG CỤM CÔNG TRÌNH TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH AN GIANG NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƯU HUỲNH TRUNG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CHÊNH LÚN GIỮA MÓNG CỌC VÀ MÓNG NÔNG TRÊN NÈN CÁT SAN LÁP TRONG CỤM CÔNG TRÌNH TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH AN GIANG NGANH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208 Hường dẫn khoa học TS. NGUYEN THE ANH Tp.

Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018 Học viên: Lưu Huỳnh Trung Luận văn thạc sĩ khóa 2016B BO GIAO DUC VA BAO TAO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ‘TRUONGDALHOCSU PHAMKY THUAT Độc lập - Tự do - Hạnh 2i THANH PHO HO CHi MINH —— Số: 1495/QĐ-ĐHSPKT Tp. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 8 năm 2017 QUYẾT ĐỊNH Về việc giao đề tài luận văn tốt nghiệp và người hướng dẫn năm 2017 HIỆU TRƯỞNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH Căn cứ Quyết định sổ 118/2000/QĐ-TTg ngày 10 tháng 10 năm 2000 của Thủ tướng Chính phủ về việc thay đổi tổ chức của Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, tách Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.

Hồ Chí Minh trực thuộc Bộ Giáo dục và Đào tạo Căn cứ Quyết định số 70/2014/QĐ-TTg ngày 10/12/2014 của Thủ tướng Chính phủ về ban hành Điều lệ trường Đại học Căn cứ Thông tư số 15/2014/TT-BGDĐT ngày 15/5/2014 của Bộ Giáo dục và Đào tạo về việc Ban hành Qui chế đào tạo trình độ thạc sĩ; Căn cứ vào Biên bản bảo vệ Chuyên đề của ngành Kỹ thuật xây dựng công trình dan dụng & công nghiện vào ngày 22/08/2017; Xét nhu cầu công tác và khả năng cán bộ; Xét đề nghị của Trưởng phòng Đào tao, QUYẾT ĐỊNH: Điều 1. Giao đề tài Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ và người hướng dẫn Cao học năm 2017 cho: Học viên : Luu Huynh Trung MSHV: 1680871 Ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng & công nghiệp 'Tên đề tài : Nghiên cứu ứng xử chênh lún giữu móng cọc và móng nông trên nền cát san lấp trong cụm công trình trên địa bàn tỉnh An Giang Người hướng dẫn : 7S. Nguyễn Thế Anh Thời gian thực hiện: Từ ngày 28/8/2017 đến ngày 28/02/2018 Điều 2. Giao cho Phòng Đào tạo quản lý, thực hiện theo đúng Qui chế đào tạo trình độ thạc sĩ của Bộ Giáo dục & Đào tạo ban hành.

Trưởng các đơn vị, phòng Đào tạo, các Khoa quản ngành cao học và các Ông (Bà) có tên tại Điều 1 chịu trách nhiệm thi hành quyết định này. Quyết định có hiệu lực kể từ ngày ký.