Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án thuộc lĩnh vực kỹ thuật xây dựng – địa kỹ thuật nền móng, được thực hiện tại Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc TP. Hồ Chí Minh, hoàn thành vào tháng 11/2024. Nhóm tác giả gồm ba sinh viên: Nguyễn Đức Chính (21520100053), Hà Minh Thành (21520100406) và Tạ Huy Hoàng (21520100142), dưới sự hướng dẫn của PGS. Trương Quang Thành.
Đồ án đặt ra bài toán thực tiễn là thiết kế hệ thống nền móng cho một công trình xây dựng dân dụng trên nền đất đa lớp tại khu vực TP. Hồ Chí Minh — nơi điều kiện địa chất đặc trưng bởi sự tồn tại của lớp bùn sét trạng thái chảy ngay sát mặt đất, đòi hỏi phải lựa chọn giải pháp móng phù hợp với từng vị trí cột. Vấn đề trung tâm của đồ án là xác định phương án móng thích hợp (móng nông hoặc móng cọc) dựa trên đánh giá địa chất, tính toán sức chịu tải, kiểm tra điều kiện biến dạng và thiết kế cốt thép cho từng loại móng cụ thể.
Nhiệm vụ nghiên cứu bao gồm:
- Phân tích điều kiện địa chất tại công trình, đánh giá khả năng chịu tải của từng lớp đất để đề xuất phương án đặt móng.
- Thiết kế móng đơn nông cho hai vị trí cột M(E-2) và M(C-5) theo đầy đủ trình tự: xác định kích thước, kiểm tra ổn định (TTGH 1), kiểm tra biến dạng (TTGH 2), tính toán độ bền và bố trí cốt thép.
- Thiết kế móng cọc cho vị trí cột M(A-2), bao gồm xác định sức chịu tải cọc, bố trí cọc trong đài, kiểm tra tải ngang, kiểm tra lún và tính toán đài cọc.
- Lập mặt bằng bố trí tổng thể cho cả hai hệ thống móng nông và móng sâu của toàn công trình.
Đối tượng nghiên cứu: móng đơn nông trên nền đất tự nhiên và móng cọc đài thấp bê tông cốt thép. Phạm vi: các vị trí cột đại diện thuộc các trục A, B, C, D, E, A' của công trình; điều kiện địa chất gồm 4 lớp đất với tổng chiều sâu xác định được đến lớp cát pha rất dày, mực nước ngầm cách mặt đất tự nhiên 3,5 m.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Tiêu chuẩn thiết kế
Đồ án áp dụng hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành:
| Tiêu chuẩn |
Nội dung áp dụng |
| TCVN 9362 – 2012 |
Nền nhà và công trình – Tiêu chuẩn thiết kế |
| TCVN 5574 – 2018 |
Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế |
| TCVN 2737 – 2023 |
Tải trọng tác động – Tiêu chuẩn thiết kế |
Tài liệu lý thuyết tham chiếu
Nhóm sử dụng các tài liệu chuyên ngành gồm: Nền và Móng đơn (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), Hướng dẫn đồ án Nền và Móng đơn (GS.TS Nguyễn Văn Quảng và PGS.TS Châu Ngọc Ẩn).
Phương pháp tính toán
- Xác định cường độ tính toán của đất nền: Áp dụng công thức Terzaghi-Meyerhof dạng TCVN 9362-2012, Mục 4.9, với các hệ số điều kiện làm việc m₁, m₂ và hệ số tin cậy k_tc.
- Tính toán nền theo Trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH 1): Kiểm tra cường độ và ổn định (chống trượt, chống lật).
- Tính toán nền theo Trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH 2): Tính độ lún bằng phương pháp phân tầng cộng lún (Phụ lục C, TCVN 9362-2012); xác định vùng chịu nén theo tiêu chí σ_v/σ_zp ≥ 5.
- Tính toán kết cấu móng: Kiểm tra điều kiện chọc thủng (mô hình hình chóp cụt nghiêng 45°) và tính thép theo sơ đồ công xôn ngàm tại mép cổ móng.
- Công cụ hỗ trợ: Phần mềm Microsoft Excel được sử dụng để thiết lập phương trình quan hệ e–p (hàm bậc hai dạng đa thức) và tính toán hệ số phân bố ứng suất k₀ theo công thức tích phân.
Nguồn dữ liệu
Số liệu địa chất lấy từ kết quả thí nghiệm mẫu đất tại công trình (thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý, thí nghiệm nén cố kết e–p, thí nghiệm SPT); tải trọng thiết kế được cung cấp theo đề bài đồ án.
Nội dung chính theo từng chương
Phần A: Tính toán và thiết kế móng nông đơn trên nền đất tự nhiên
Chương 1 – Số liệu địa chất và trình tự thiết kế móng nông
Chương này xác lập toàn bộ dữ liệu đầu vào cho phần thiết kế móng nông. Hồ sơ địa chất gồm 4 lớp đất với các đặc trưng cơ lý chính như sau:
| Lớp đất |
Loại đất |
Trạng thái |
Chiều dày (m) |
γ (kN/m³) |
c (kPa) |
φ (độ) |
E₁₂ (kPa) |
| 1 |
Bùn sét |
Chảy (I_L = 1,31) |
0,8 |
15,20 |
5,70 |
0°17′ |
2.543,30 |
| 2 |
Sét |
Nửa cứng (I_L = 0,13) |
2,5 |
19,50 |
35,30 |
14°06′ |
6.150,50 |
| 3 |
Sét pha |
Dẻo cứng (I_L = 0,36) |
3,0 |
19,50 |
24,40 |
16°12′ |
6.352,30 |
| 4 |
Cát pha |
Dẻo (I_L = 0,46) |
Rất dày |
20,00 |
10,60 |
24°21′ |
9.763,00 |
Mực nước ngầm ở độ sâu 3,5 m tính từ mặt đất tự nhiên. Qua phân tích, lớp đất 1 loại bỏ do trạng thái chảy; lớp đất 4 loại bỏ do nằm quá sâu, không kinh tế. Nhóm chọn lớp đất 2 làm lớp đặt đáy móng, chiều sâu chôn móng h = 1,5 m, sử dụng bê tông lót đá 4×6, mác M100, dày 100 mm.
Tải trọng thiết kế tại cao độ mặt đất:
| Móng |
N₀ᵗᵗ (kN) |
M₀ᵗᵗ (kNm) |
Q₀ᵗᵗ (kN) |
| M(E-2) |
800 |
50 |
10 |
| M(C-5) |
600 |
75 |
15 |
Chương 2 – Thiết kế móng đơn M(E-2)
Tải trọng tiêu chuẩn quy đổi (hệ số n = 1,15): N₀ᵗᶜ = 695,65 kN; M₀ᵗᶜ = 43,48 kNm; Q₀ᵗᶜ = 8,70 kN.
Kích thước sơ bộ đáy móng xác định bằng cách giải phương trình bậc ba a₀b³ + a₁b² − N₀ᵗᶜ = 0 (với a₀ = 6,8679 kN/m³; a₁ = 236,95 kN/m²; tỉ lệ λ = l/b = 1,5), cho kết quả b = 1,40 m; l = 2,10 m.
Kiểm tra ảnh hưởng mực nước ngầm: phạm vi ảnh hưởng Z_R = 1,80 m < 2,00 m (khoảng cách từ đáy móng đến MNN), nên MNN không ảnh hưởng đến sức chịu tải. Cường độ tính toán R_II = 276,57 kPa.
Kiểm tra áp lực đáy móng (tải lệch tâm): p̄ᵗᶜ = 266,62 kPa < R_II = 276,57 kPa (chênh 3,60%); p_max = 321,55 kPa < 1,2R_II = 331,88 kPa (chênh 3,11%); p_min = 211,68 kPa > 0. Tất cả điều kiện thỏa mãn.
Lớp đất 3 được kết luận tốt hơn lớp đất 2 (4/6 chỉ tiêu, kể cả góc ma sát trong φ), nên không cần kiểm tra áp lực tại đỉnh lớp đất yếu.
Tính lún theo phương pháp phân tầng cộng lún: áp lực gây lún p_gl = 240,81 kPa; chiều dày lớp phân tố h_i = 0,30 m; vùng chịu nén H_cn = 4,5 m (đến điểm 16, σ_v/σ_zp = 5,70 ≥ 5). Tổng độ lún S = 6,99 cm < S_gh = 8 cm — thỏa điều kiện biến dạng.
Kết cấu móng: bê tông B25 (R_b = 14.500 kPa; R_bt = 1.050 kPa), cốt thép CB400-V (R_s = 350.000 kPa). Cột tiết diện 200×400 mm. Chiều cao làm việc h₀ = 51,50 cm; chiều cao móng h_m = 55 cm (kiểm tra chọc thủng: N_ct = 168 kN < N_cct = 289,98 kN — thỏa). Cốt thép bố trí: phương cạnh dài: 10φ12a140; phương cạnh ngắn: 11φ12a200.
Chương 3 – Thiết kế móng đơn M(C-5)
Tải trọng tiêu chuẩn: N₀ᵗᶜ = 539,13 kN; M₀ᵗᶜ = 65,22 kNm; Q₀ᵗᶜ = 13,04 kN.
Kích thước đáy móng xác định với λ = 1,60: b = 1,30 m; l = 2,10 m. Cường độ tính toán R_II = 275,88 kPa. Kiểm tra áp lực: p̄ᵗᶜ = 227,48 kPa (chênh 17,54%); p_max = 316,21 kPa (chênh 4,48%); p_min = 138,76 kPa > 0 — thỏa mãn.
Tính lún: p_gl = 201,67 kPa; vùng chịu nén H_cn = 3,9 m (điểm 14). Tổng độ lún S = 5,64 cm < S_gh = 8 cm — thỏa điều kiện.
Kết cấu móng: cột tiết diện 200×300 mm. Chiều cao làm việc h₀ = 56,50 cm; chiều cao móng h_m = 60 cm (kiểm tra chọc thủng: N_ct = 150,63 kN < N_cct = 340,38 kN — thỏa). Cốt thép bố trí được trình bày chi tiết tương tự Chương 2 với momen tính toán theo hai mặt ngàm I–I và II–II.
Chương 4 – Thiết kế sơ đồ mặt bằng bố trí móng nông
Chương này trình bày trình tự xác định sơ bộ kích thước cho toàn bộ các móng trên mặt bằng theo từng trục: trục E, C, A (nhóm thứ nhất) và trục D, B, A' (nhóm thứ hai), từ đó lập mặt bằng bố trí tổng thể các móng nông của công trình.
Phần B: Tính toán và thiết kế móng sâu (móng cọc)
Chương 1 – Số liệu địa chất và trình tự thiết kế móng cọc
Phần móng cọc sử dụng cùng hồ sơ địa chất 4 lớp đất với các tiêu chuẩn thiết kế tương tự phần móng nông. Trình tự thiết kế móng cọc gồm: xác định cao trình đặt mũi cọc, chiều dài và tiết diện cọc, sức chịu tải cọc, số lượng và bố trí cọc trong đài, các kiểm tra cần thiết (áp lực đỉnh cọc, tải ngang, áp lực mặt phẳng mũi cọc, độ lún), tính toán đài cọc và kiểm tra cọc khi vận chuyển, lắp dựng.
Chương 2 – Thiết kế móng cọc M(A-2)
Đây là chương trọng tâm của Phần B, trình bày đầy đủ quy trình thiết kế móng cọc đài thấp cho vị trí cột M(A-2). Các nội dung chính bao gồm: xác định tải trọng truyền xuống móng, lựa chọn cao trình mũi cọc, tiết diện và chiều dài cọc; xác định sức chịu tải của cọc (theo cả chỉ tiêu cơ lý đất và kết quả SPT); bố trí 6 cọc trong đài (n_c = 6); kiểm tra áp lực đỉnh cọc; kiểm tra cọc chịu tải trọng ngang; kiểm tra áp lực tại mặt phẳng mũi cọc theo mô hình móng khối quy ước; kiểm tra độ lún của móng; tính toán và cấu tạo đài cọc; kiểm tra cọc khi vận chuyển và lắp dựng, bao gồm tính toán và bố trí móc cẩu.
Chương 3 (Phần B) – Thiết kế sơ đồ mặt bằng bố trí móng sâu
Trình bày trình tự xác định sơ bộ móng cọc cho toàn bộ công trình theo các trục A, B, A', lập mặt bằng bố trí tổng thể các móng sâu.
Kết quả và đóng góp
Kết quả tính toán chính
| Hạng mục |
Móng M(E-2) |
Móng M(C-5) |
| Kích thước đáy móng |
1,40 m × 2,10 m |
1,30 m × 2,10 m |
| Chiều sâu chôn móng |
1,5 m |
1,5 m |
| Cường độ tính toán R_II |
276,57 kPa |
275,88 kPa |
| Áp lực trung bình đáy móng p̄ᵗᶜ |
266,62 kPa |
227,48 kPa |
| Độ lún tính toán S |
6,99 cm |
5,64 cm |
| Độ lún giới hạn S_gh |
8 cm |
8 cm |
| Chiều cao móng h_m |
55 cm |
60 cm |
| Cốt thép phương cạnh dài |
10φ12a140 |
(trình bày trong đồ án) |
| Cốt thép phương cạnh ngắn |
11φ12a200 |
(trình bày trong đồ án) |
Đối với móng cọc M(A-2), đài bố trí 6 cọc (n_c = 6) với đầy đủ các kiểm tra theo yêu cầu của TCVN 9362-2012.
Giải pháp kỹ thuật đề xuất
Nhóm đề xuất sử dụng móng bê tông cốt thép đặt tại lớp đất 2 (sét nửa cứng, I_L = 0,13, h = 1,5 m) cho các vị trí áp dụng móng nông, thay vì cố tình đặt vào lớp đất 4 (cát pha, nằm quá sâu, không kinh tế và đòi hỏi kỹ thuật thi công phức tạp). Đối với các vị trí không đủ điều kiện dùng móng nông, áp dụng giải pháp móng cọc đài thấp.
Đóng góp của đồ án
Đồ án thực hành toàn bộ quy trình thiết kế kép — vừa thiết kế móng nông vừa thiết kế móng cọc — trên cùng một hồ sơ địa chất, cho phép so sánh trực tiếp hai phương án. Đặc biệt, nhóm sử dụng phương trình hồi quy bậc hai từ dữ liệu thí nghiệm nén cố kết e–p (kết xuất từ Microsoft Excel) để xác định hệ số rỗng e₁ᵢ và e₂ᵢ trong tính lún phân tầng, thay thế cho phương pháp tra bảng thủ công thông thường — giúp tăng độ chính xác của kết quả tính lún.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Phạm vi đồ án chỉ xét độ lún tại tâm đáy móng, chưa bao gồm tính toán độ lún lệch giữa các móng và ảnh hưởng tương tác giữa các móng kề nhau. Tính toán nền theo TTGH 1 chỉ kiểm tra điều kiện cường độ và ổn định tổng thể, chưa phân tích chi tiết trường hợp tải trọng động hoặc tải trọng đặc biệt. Hướng mở rộng tự nhiên là bổ sung phân tích tương tác móng–đất bằng phương pháp phần tử hữu hạn, hoặc mở rộng thiết kế sang các vị trí móng băng và móng bè cho các trường hợp tải trọng lớn hơn mà lớp đất 2 không đủ sức chịu.
Giá trị tham khảo
Đồ án phù hợp để tham khảo cho các đối tượng sau:
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng và Kỹ thuật Công trình đang học học phần Nền và Móng, cần mẫu trình bày đầy đủ quy trình thiết kế móng đơn nông và móng cọc theo tiêu chuẩn TCVN hiện hành.
- Sinh viên thực hiện đồ án nền móng trên nền đất đa lớp có lớp bùn yếu ở trên, đặc biệt trong điều kiện địa chất phổ biến tại TP. Hồ Chí Minh và vùng đồng bằng sông Cửu Long.
- Người học muốn tham khảo cách xử lý số liệu địa chất: cách đọc và sử dụng bảng chỉ tiêu cơ lý, bảng nén cố kết e–p, trụ địa chất.
Các phần đáng tham khảo trực tiếp gồm: (1) quy trình giải phương trình bậc ba xác định kích thước sơ bộ đáy móng; (2) bảng tính ứng suất và lún phân tầng cộng lún với hàm hồi quy e–p; (3) quy trình kiểm tra chọc thủng và tính thép hai phương cho bản móng đơn; (4) toàn bộ quy trình thiết kế móng cọc đài thấp từ sức chịu tải đến kiểm tra vận chuyển và lắp dựng.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao nhóm chọn lớp đất 2 để đặt đáy móng nông mà không phải lớp đất 3 hoặc lớp đất 4?
Lớp đất 2 (sét nửa cứng, I_L = 0,13, c = 35,3 kPa, φ = 14°06′, E₁₂ = 6.150,5 kPa) nằm ở độ sâu 0,8 m đến 3,3 m — phù hợp với chiều sâu chôn móng 1,5 m về mặt kỹ thuật và kinh tế. Lớp đất 3 dù có φ lớn hơn nhưng có c thấp hơn và nằm sâu hơn. Lớp đất 4 tuy tốt nhất nhưng nằm dưới 6,3 m, việc đặt móng vào đây sẽ không kinh tế và đòi hỏi kỹ thuật thi công phức tạp theo nhận xét của nhóm.
2. Vì sao móng M(E-2) và M(C-5) không cần kiểm tra điều kiện áp lực tại đỉnh lớp đất yếu?
Nhóm so sánh 6 chỉ tiêu cơ lý giữa lớp đất 2 (lớp đặt đáy móng) và lớp đất 3 (lớp bên dưới). Kết quả cho thấy 4/6 chỉ tiêu của lớp 3 tốt hơn lớp 2, bao gồm chỉ tiêu góc ma sát trong φ — yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến 3 hệ số A, B, D trong công thức sức chịu tải. Do lớp đất 3 tốt hơn lớp đất 2, lớp đất 3 không được xem là lớp đất yếu, nên không cần kiểm tra áp lực tại đỉnh của nó.
3. Chiều sâu vùng chịu nén H_cn của hai móng được xác định như thế nào và kết quả là bao nhiêu?
Vùng chịu nén được xác định bằng tiêu chí: tại điểm nào ứng suất hữu hiệu σ_v bằng 5 lần ứng suất gây lún σ_zp thì đó là ranh giới dưới của vùng chịu nén. Đối với móng M(E-2), điều kiện này thỏa tại điểm 16 (z = 4,5 m, tỉ số σ_v/σ_zp = 5,70), nên H_cn = 4,5 m. Đối với móng M(C-5), thỏa tại điểm 14 (z = 3,9 m, tỉ số = 5,23), nên H_cn = 3,9 m.
4. Mực nước ngầm có ảnh hưởng đến tính toán cường độ nền đất của hai móng nông không? Tại sao?
Mực nước ngầm (MNN) nằm cách mặt đất 3,5 m, tức cách đáy móng 2,0 m. Phạm vi ảnh hưởng Z_R của móng M(E-2) là 1,80 m và của móng M(C-5) là 1,67 m — đều nhỏ hơn 2,0 m. Do phần đất nằm trong vùng Z_R hoàn toàn nằm trên MNN, nên MNN không ảnh hưởng đến cường độ tính toán R_II và không cần hiệu chỉnh dung trọng đẩy nổi trong vùng này.
5. Trong tính toán độ bền móng M(E-2), cách xác định chiều cao h₀ theo điều kiện chọc thủng khác điều kiện bê tông cốt thép chịu uốn như thế nào, và kết quả cuối cùng chọn là bao nhiêu?
Theo điều kiện BTCT chịu uốn: h₀ = 0,47 m, chọn sơ bộ 51,50 cm. Theo điều kiện chọc thủng (kiểm tra lại): lực gây chọc thủng N_ct = 168 kN, sức chống chọc thủng N_cct = 289,98 kN — N_ct < N_cct, thỏa. Chiều cao móng cuối cùng chọn h_m = 55 cm (làm tròn lên bội số 5 cm, kể cả lớp bê tông bảo vệ a = 3,50 cm).
Kết luận
Đồ án trình bày đầy đủ và hệ thống quy trình thiết kế hai loại móng — móng đơn nông và móng cọc đài thấp — cho một công trình xây dựng trên nền đất đa lớp tại TP. Hồ Chí Minh, áp dụng trực tiếp các tiêu chuẩn TCVN 9362-2012, TCVN 5574-2018 và TCVN 2737-2023. Kết quả tính toán xác nhận cả hai móng nông M(E-2) và M(C-5) đều thỏa mãn các điều kiện về cường độ, ổn định và biến dạng, với độ lún tính toán lần lượt là 6,99 cm và 5,64 cm, đều nằm trong giới hạn cho phép S_gh = 8 cm. Đồ án có giá trị thực hành cao nhờ việc tích hợp tính toán số bằng Microsoft Excel vào quy trình xác định hệ số rỗng e từ đường cong nén cố kết, đồng thời trình bày song song hai phương án móng trên cùng một hồ sơ địa chất, tạo điều kiện so sánh trực tiếp về phạm vi áp dụng của từng giải pháp.
