Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật xây dựng công trình, việc lựa chọn và thiết kế giải pháp nền móng giữ vai trò quyết định đến độ an toàn chịu lực, độ ổn định biến dạng và tính hiệu quả kinh tế của toàn bộ kết cấu phần thân. Đồ án "Thuyết minh đồ án Nền và Móng" do sinh viên Nguyễn Văn Long (lớp 18X3, Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội) thực hiện dưới sự hướng dẫn của giảng viên Phùng Văn Kiên (năm 2021), tập trung giải quyết bài toán thiết kế nền móng cho một công trình nhà công nghiệp kết cấu khung bê tông cốt thép chịu tải trọng lệch tâm lớn, đặt trên nền địa tầng có sự phân tầng phức tạp với các lớp đất yếu nằm ở phần trên.

Mục tiêu cốt lõi của đồ án là tính toán kỹ thuật chi tiết, kiểm tra các trạng thái giới hạn và so sánh ba phương án móng khả thi tại cùng một vị trí chân cột chịu lực bất lợi, từ đó thiết lập căn cứ lựa chọn giải pháp móng thích hợp nhất cho công trình. Các nhiệm vụ nghiên cứu và tính toán cụ thể được xác định như sau:

  1. Nhiệm vụ 1: Đánh giá điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn dựa trên dữ liệu khảo sát hiện trường và thí nghiệm trong phòng tại vị trí lỗ khoan LK2.
  2. Nhiệm vụ 2: Thiết kế kỹ thuật móng đơn nông bằng bê tông cốt thép đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên.
  3. Nhiệm vụ 3: Thiết kế kỹ thuật phương án móng nông kết hợp xử lý thay đất bằng đệm cát nhân tạo.
  4. Nhiệm vụ 4: Thiết kế kỹ thuật phương án móng sâu sử dụng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn hạ bằng phương pháp đóng búa diesel xuyên qua các lớp đất yếu vào tầng đất tốt.
  5. Nhiệm vụ 5: Kiểm tra các trạng thái giới hạn về cường độ, ổn định chống chọc thủng, biến dạng lún tuyệt đối, lún lệch và tính toán bố trí cốt thép chịu lực cho các phương án.

Đối tượng nghiên cứu trực tiếp là nút chân cột chịu lực nguy hiểm nhất tại vị trí trục X7-Y5 (số thứ tự 29, tương ứng dãy cột trục B-5) có tiết diện cột bê tông cốt thép $l_c \times b_c = 500 \times 300\text{ mm}$. Cặp nội lực tính toán thuộc tổ hợp cơ bản tác dụng tại đỉnh móng gồm: lực dọc $N_0^{tt} = 1461\text{ kN}$, mô men uốn $M_0^{tt} = 341\text{ kNm}$, và lực cắt $Q_0^{tt} = 107\text{ kN}$. Hệ số độ tin cậy chung của tải trọng được xác định là $n = 1,15$, tương ứng với các giá trị nội lực tiêu chuẩn: $N_0^{tc} = 1270,4\text{ kN}$, $M_0^{tc} = 296,5\text{ kNm}$, và $Q_0^{tc} = 93\text{ kN}$. Phạm vi không gian nghiên cứu giới hạn tại khu đất xây dựng có địa tầng được khảo sát đến độ sâu $35\text{ m}$, cao trình nền nhà hoàn thiện ($\pm 0.000$) được tôn cao hơn mặt đất tự nhiên $0,6\text{ m}$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên các nguyên lý cơ bản của Cơ học đất, Nền móng công trình và Kết cấu bê tông cốt thép, tuân thủ nghiêm ngặt hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam:

  • TCVN 9362:2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình, xác định giới hạn biến dạng cho kết cấu khung bê tông cốt thép có tường chèn với độ lún tuyệt đối giới hạn $S_{gh} = 0,08\text{ m}$ ($8\text{ cm}$) và độ lún lệch tương đối giới hạn $\Delta S_{gh} = 0,002$. Tiêu chuẩn này cũng cung cấp công thức xác định cường độ tính toán của nền đất ($R$) theo các hệ số điều kiện làm việc và chỉ tiêu cơ lý, bảng tra cường độ tính toán quy ước $R_0$ của đệm cát.
  • TCVN 10304:2014: Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế, làm căn cứ tính toán sức chịu tải của cọc đơn theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (phương pháp giải tích thống kê tra bảng sức kháng mũi $q_p$ và ma sát bên $f_i$) và theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT).
  • TCVN 5574:2018 / Giáo trình Nền móng: Áp dụng tính toán độ bền cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn, kiểm tra điều kiện chọc thủng thân đài/đáy móng và xác định diện tích cốt thép chịu lực theo các tiết diện ngàm qua mép cột.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế bao gồm:

  • Phương pháp phân tích, tổng hợp số liệu địa chất: Tính toán các chỉ tiêu dẫn xuất như hệ số rỗng ($e$), độ sệt ($I_L$), trọng lượng riêng đẩy nổi ($\gamma_{đn}$) đối với các lớp đất nằm dưới mực nước ngầm.
  • Phương pháp giải tích kiểm tra trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH I): Kiểm tra áp lực tiếp xúc tại đáy móng ($P_{max} \le 1,2R$; $P_{tb} \le R$; $P_{min} > 0$), kiểm tra chống chọc thủng đài móng và kiểm tra lực truyền lên cọc mép ($P_{max}^{tt} + P_c \le P_{sct}$).
  • Phương pháp cộng lún các lớp phân tố kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II): Đất nền dưới đáy móng được chia thành các lớp phân tố có chiều dày $h_i \le b/4$. Điểm giới hạn vùng nén lún được xác định tại chiều sâu có ứng suất gây lún bằng $20%$ ứng suất bản thân của đất ($\sigma_z^{gl} \le 0,2 \sigma_z^{bt}$).
  • Phương pháp móng khối quy ước cho móng cọc: Xác định góc mở truyền lực quy ước $\alpha = \varphi_{tb}/4$ từ mép ngoài đáy đài móng xuống chân cọc để quy đổi hệ móng cọc thành một móng nông tương đương đặt tại mũi cọc.

Nguồn dữ liệu sử dụng là báo cáo khảo sát địa chất công trình tại lỗ khoan LK2 gồm 5 lớp địa tầng khảo sát bằng phương pháp khoan thăm dò kết hợp thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) và xuyên tĩnh (CPT).

Lớp đất Tên đất Chiều dày ($m$) Dung trọng $\gamma$ ($kN/m^3$) Độ ẩm $W$ ($%$) Giới hạn chảy $W_L$ ($%$) Giới hạn dẻo $W_p$ ($%$) Lực dính $c_{II}$ ($kPa$) Góc ma sát $\varphi_{II}$ (độ) Chỉ số SPT Mô đun biến dạng $E$ ($kPa$)
Lớp 1 Đất lấp $0,6$ $16,5$ - - - - - - -
Lớp 2 Sét xám ghi $3,5$ $18,3$ $37,2$ $45,0$ $25,1$ $22,9$ $12,8^\circ$ $7,2$ $6380$
Lớp 3 Sét xám tro $6,1$ $18,1$ $39,8$ $43,0$ $24,7$ $18,8$ $11,3^\circ$ $4,5$ $5730$
Lớp 4 Cát hạt nhỏ $8,1$ $18,8$ $20,3$ - - $17,1$ $20,5^\circ$ - $9650$
Lớp 5 Cát hạt vừa Chưa kết thúc $19,2$ $18,7$ - - - $32,0^\circ$ $20,6$ $30500$

Mực nước ngầm xuất hiện ở độ sâu $1,6\text{ m}$ so với cốt mặt đất tự nhiên, nằm trong tầng sét xám ghi và sét pha cát, không có tính ăn mòn đối với kết cấu bê tông cốt thép.

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Số liệu thiết kế và đặc điểm công trình

Chương này công bố toàn bộ số liệu đầu vào của công trình nhà công nghiệp một tầng khung bê tông cốt thép. Các tải trọng tác dụng tại chân cột X7-Y5 gồm tải trọng tính toán $N_0^{tt} = 1461\text{ kN}$, $M_0^{tt} = 341\text{ kNm}$, $Q_0^{tt} = 107\text{ kN}$. Qua việc áp dụng hệ số độ tin cậy $n = 1,15$, tải trọng tiêu chuẩn được xác định lần lượt là $N_0^{tc} = 1270,4\text{ kN}$, $M_0^{tc} = 296,5\text{ kNm}$, $Q_0^{tc} = 93\text{ kN}$. Tác giả tra cứu TCVN 9362:2012 để xác lập hai điều kiện biên quan trọng cho việc kiểm tra lún: độ lún tuyệt đối cho phép $S_{gh} = 0,08\text{ m}$ và độ lún lệch tương đối cho phép $\Delta S_{gh} = 0,002$. Kích thước mặt cắt chân cột được định hình là $500 \times 300\text{ mm}$, cao độ nền trong nhà cao hơn mặt đất tự nhiên $0,6\text{ m}$.

Phần II: Đánh giá điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn

Chương này tiến hành phân tích trạng thái vật lý và khả năng chịu lực của các lớp đất nền tại lỗ khoan LK2:

  • Lớp 1 (đất lấp, dày $0,6\text{ m}$): Khả năng chịu tải kém, không đồng nhất, yêu cầu bóc bỏ hoàn toàn trước khi thi công móng.
  • Lớp 2 (sét xám ghi, dày $3,5\text{ m}$): Độ sệt $I_L = 0,6$ (trạng thái dẻo mềm/chặt vừa), hệ số rỗng $e = 0,99$, trọng lượng riêng đẩy nổi $\gamma_{đn} = 8,3\text{ kN/m}^3$, mô đun biến dạng $E = 5730\text{ kPa} > 5000\text{ kPa}$ (xếp loại đất trung bình).
  • Lớp 3 (sét xám tro, dày $6,1\text{ m}$): Độ sệt $I_L = 0,825$ (trạng thái dẻo nhão), mô đun biến dạng $E = 5750\text{ kPa}$ (đất trung bình nhưng có độ sệt cao, dễ biến dạng nén lún).
  • Lớp 4 (cát hạt nhỏ, dày $8,1\text{ m}$): Hệ số rỗng $e = 0,71$ (chặt vừa), mô đun biến dạng $E = 9650\text{ kPa}$ (khả năng chịu lực tương đối khá).
  • Lớp 5 (cát hạt vừa, chiều dày chưa kết thúc): Hệ số rỗng $e = 0,66$ (chặt vừa), mô đun biến dạng cao $E = 30500\text{ kPa}$, chỉ số xuyên tĩnh $q_c = 20,6$, là tầng chịu lực tốt để đặt cọc.
  • Địa chất thủy văn: Mực nước ngầm ở độ sâu $1,6\text{ m}$ cách cốt tự nhiên, không chứa thành phần ăn mòn xi măng.

Phần III: Lựa chọn độ sâu đặt móng

Dựa trên cấu tạo địa tầng, tác giả phân tích và sơ bộ lựa chọn cao trình đặt đáy móng nông ở độ sâu $h = 1,6\text{ m}$ so với mặt đất tự nhiên (tương ứng cốt $-2,2\text{ m}$ so với cốt sàn $\pm 0.000$). Ở độ sâu này, đáy móng đã vượt qua lớp đất lấp, đặt ngập $1,0\text{ m}$ vào lớp 2 (sét xám ghi) nhằm tận dụng khả năng chịu lực của lớp này và tránh hiện tượng xói lở bề mặt. Chiều cao móng giả định ban đầu là $h_m = 0,7\text{ m}$.

Phần IV: Thiết kế móng M1 theo các phương án kỹ thuật

1. Phương án A: Móng nông trên nền thiên nhiên

Tác giả thiết kế móng đơn bê tông cốt thép đặt trực tiếp vào lớp sét xám ghi:

  • Kích thước đáy móng được chọn sơ bộ và hiệu chỉnh theo điều kiện chịu tải lệch tâm ($K_I = 1,1$): $l \times b = 3,5\text{ m} \times 2,8\text{ m}$, diện tích đáy móng $F = 9,8\text{ m}^2$, chiều cao móng $h_m = 0,7\text{ m}$ ($h_0 = 0,67\text{ m}$ với lớp bảo vệ $a_{bv} = 3\text{ cm}$).
  • Cường độ tính toán của đất nền tại đáy móng: tính theo công thức giải tích với các hệ số $m_1 = 1,1$, $m_2 = 1,0$, $K_{tc} = 1,0$, $A = 0,254$, $B = 2,032$, $D = 4,528$, đạt $R = 204,35\text{ kPa}$.
  • Kiểm tra áp lực đáy móng: $P_{tc}^{tb} = 173,65\text{ kPa} < R$; $P_{tc}^{max} = 245,22\text{ kPa} \le 1,2R = 245,22\text{ kPa}$; $P_{tc}^{min} = 110,3\text{ kPa} > 0$. Điều kiện kinh tế đạt mức chênh lệch áp lực $(1,2R - P_{tc}^{max})/(1,2R) = 3,35% < 5%$.
  • Kiểm tra lún: Ứng suất gây lún tại đáy móng $\sigma_{z=0}^{gl} = 145,45\text{ kPa}$. Phân chia lớp phân tố $h_i = 0,2b = 0,56\text{ m}$. Chiều sâu vùng tính lún dừng lại tại $5,84\text{ m}$ kể từ đáy móng (thuộc lớp 3) khi $\sigma_z^{gl} = 17,45\text{ kPa} \approx 0,2 \sigma_z^{bt} = 15,55\text{ kPa}$. Tổng độ lún theo phương pháp cộng lún là $S = 6,2\text{ cm} < S_{gh} = 8,0\text{ cm}$.
  • Độ bền kết cấu: Bê tông cấp độ bền B15 ($R_b = 8500\text{ kPa}$, $R_{bt} = 750\text{ kPa}$), thép nhóm C300-V / CII ($R_s = 280000\text{ kPa}$). Lực gây chọc thủng $N_{ct} = 482,44\text{ kN} < \Phi = 487,425\text{ kN}$ (khả năng chống chọc thủng của bê tông). Cốt thép chịu mô men mặt ngàm I-I (phương dài) tính ra $A_s = 30,75\text{ cm}^2$, bố trí $15\Phi16a180$ ($l = 3,43\text{ m}$); mặt ngàm II-II (phương ngắn) tính ra $A_s = 24,14\text{ cm}^2$, bố trí $22\Phi12a160$ ($l = 2,73\text{ m}$).

2. Phương án B: Móng nông trên nền đệm cát

Nhằm thu hẹp diện tích đáy móng và giảm độ lún tổng thể, giải pháp đào bỏ một phần đất yếu và thay bằng đệm cát hạt trung đầm chặt được triển khai:

  • Chiều dày đệm cát chọn $h_đ = 1,5\text{ m}$, đáy đệm cát hạ đến độ sâu $3,7\text{ m}$ so với cốt sàn $\pm 0.000$. Cường độ tính toán quy ước của cát đệm $R_0 = 400\text{ kPa}$, cường độ tính toán mở rộng đạt $R = 382,5\text{ kPa}$.
  • Kích thước đáy móng giảm xuống còn $l \times b = 2,6\text{ m} \times 2,0\text{ m}$, chiều cao $h_m = 0,7\text{ m}$. Áp lực tiếp xúc đáy móng: $P_{tc}^{tb} = 296,309\text{ kPa} < R$; $P_{tc}^{max} = 456,99\text{ kPa} < 1,2R = 459\text{ kPa}$; $P_{tc}^{min} = 135,628\text{ kPa} > 0$.
  • Kiểm tra áp lực truyền xuống đỉnh lớp đất yếu (lớp 3) dưới đáy đệm cát: Áp lực tính toán của lớp sét xám tro tại cao trình đáy đệm là $R_{đy} = 199,72\text{ kPa}$. Tổng ứng suất bản thân và ứng suất gây lún truyền xuống là $\sigma_z^{bt} + \sigma_z^{gl} = 41,07 + 135,17 = 176,24\text{ kPa} < R_{đy} = 199,72\text{ kPa}$ (thỏa mãn an toàn).
  • Kiểm tra lún: Vùng nén lún có chiều sâu $5,9\text{ m}$ kể từ đáy móng. Độ lún tính toán của nền kết hợp đệm cát là $S = 4,22\text{ cm} < S_{gh} = 8,0\text{ cm}$ (giảm $31,9%$ so với móng tự nhiên).
  • Kích thước hình học đệm cát: Góc truyền lực $\beta = 30^\circ$. Đáy dưới đệm cát có $b_đ = 3,7\text{ m}$, $l_đ = 4,3\text{ m}$; đáy trên mở rộng ra $b_{tr} = 5,4\text{ m}$, $l_{tr} = 6,0\text{ m}$.
  • Cốt thép móng: Phương cạnh dài dùng $15\Phi14a160$ ($l = 2,53\text{ m}$, $A_s = 23\text{ cm}^2$); phương cạnh ngắn dùng $15\Phi12a180$ ($l = 1,93\text{ m}$, $A_s = 15,22\text{ cm}^2$).

3. Phương án C: Móng cọc bê tông cốt thép

Áp dụng cho cột trục B-5, truyền toàn bộ tải trọng lớn qua các tầng sét yếu xuống tầng cát chặt:

  • Thông số cọc: Cọc vuông BTCT đúc sẵn $25 \times 25\text{ cm}$, tổng chiều dài cọc $L = 19\text{ m}$ (chiều dài làm việc thực tế $L_{tt} = 18,4\text{ m}$, ngàm vào đài $0,1\text{ m}$, râu thép chờ $0,5\text{ m}$). Cọc cắm sâu $1,8\text{ m}$ vào lớp 5 (cát hạt vừa). Vật liệu cọc gồm bê tông B25, cốt thép dọc $4\Phi14$ (nhóm CII), hạ bằng búa diesel.
  • Sức chịu tải cọc đơn:
    • Theo chỉ tiêu cơ lý đất nền (TCVN 10304:2014): Sức kháng cực hạn $R_{cu} = 896,52\text{ kN}$, sức chịu tải cho phép với hệ số an toàn $1,4$ là $R_{cd} = 640,37\text{ kN}$.
    • Theo thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT): Sức chịu tải cực hạn $R_{c,u} = 1115,643\text{ kN}$, với hệ số an toàn $F_s = 2$, sức chịu tải thiết kế là $P_{sct} = 557,82\text{ kN}$.
    • Giá trị sức chịu tải thiết kế được chọn theo giá trị nhỏ hơn: $SCT = \min(P_{sct}, R_{cd}) = 557,82\text{ kN}$.
  • Bố trí đài cọc: Số lượng cọc sơ bộ tính toán $n_c = 2,72$, xét hệ số mô men lệch tâm lớn chọn bố trí 5 cọc. Kích thước đài cọc $L_đ \times B_đ = 2,25\text{ m} \times 1,5\text{ m}$, chiều cao đài $h_đ = 0,7\text{ m}$. Đáy đài đặt tại cốt $-1,6\text{ m}$ so với mặt đất tự nhiên.
  • Kiểm tra tải trọng đầu cọc: Lực dọc tính toán lớn nhất truyền lên cọc mép biên là $P_{tt}^{max} = 455,75\text{ kN}$, lực nhỏ nhất $P_{tt}^{min} = 196,96\text{ kN} > 0$ (không xuất hiện lực nhổ). Xét thêm trọng lượng bản thân cọc ($P_c = 18,975\text{ kN}$), tổng lực đầu cọc là $474,725\text{ kN} < P_{sct} = 557,82\text{ kN}$ (đảm bảo an toàn chịu tải).
  • Kiểm tra khối móng quy ước (TTGH II): Góc truyền lực $\varphi_{tb} = 17,57^\circ \rightarrow \alpha = 4,3925^\circ$. Kích thước đáy khối móng quy ước tại mũi cọc là $L_{qư} \times B_{qư} = 4,60\text{ m} \times 3,83\text{ m}$. Tổng tải trọng tiêu chuẩn tại đáy khối quy ước $N^{tc} = 5106,288\text{ kN}$, mô men tiêu chuẩn $M^{tc} = 2072,8\text{ kNm}$, độ lệch tâm $e = 0,4\text{ m}$. Áp lực tiêu chuẩn trung bình $P_{tb}^{tc} = 289,835\text{ kPa} < R = 862,41\text{ kPa}$; áp lực lớn nhất $P_{max}^{tc} = 441,05\text{ kPa} < 1,2R = 1035\text{ kPa}$.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu tính toán trong đồ án đã đưa ra các kết quả định lượng cụ thể giữa ba phương án xử lý móng tại cùng một vị trí tải trọng cột:

Thông số so sánh Phương án 1: Nền thiên nhiên Phương án 2: Đệm cát thay đất Phương án 3: Móng cọc BTCT
Kích thước móng / đài ($m$) $3,5 \times 2,8$ $2,6 \times 2,0$ $2,25 \times 1,5$
Chiều sâu đặt móng / đài ($m$) $1,6$ (so với cốt tự nhiên) $1,6$ (đáy đệm cát sâu $3,7$) $1,6$ (mũi cọc sâu $20,0$)
Quy cách kết cấu chịu lực Bê tông B15, cốt thép CII Bê tông B15, cốt thép CII 5 cọc $25 \times 25\text{ cm}$, cọc B25
Áp lực đáy móng / cọc lớn nhất $P_{max}^{tc} = 245,22\text{ kPa}$ $P_{max}^{tc} = 456,99\text{ kPa}$ $P_{max}^{tt} + P_c = 474,73\text{ kN}$
Khả năng chịu lực giới hạn $1,2R = 245,22\text{ kPa}$ $1,2R = 459,00\text{ kPa}$ $P_{sct} = 557,82\text{ kN}$
Độ lún tính toán $S$ ($cm$) $6,20$ $4,22$ Tính theo khối quy ước
Giới hạn lún tiêu chuẩn $S_{gh}$ $8,00\text{ cm}$ $8,00\text{ cm}$ $8,00\text{ cm}$
Cốt thép chủ bố trí $15\Phi16$ và $22\Phi12$ $15\Phi14$ và $15\Phi12$ Thép cọc $4\Phi14$, thép đài

Tác giả đề xuất giải pháp kỹ thuật tối ưu dựa trên phân tích tính khả thi:

  • Phương án móng nông trên nền thiên nhiên tuy đáp ứng được điều kiện cường độ và lún ($S = 6,2\text{ cm} < 8\text{ cm}$), nhưng kích thước đáy móng rất lớn ($3,5 \times 2,8\text{ m}$), khối lượng bê tông và đào móng nhiều, độ lún còn tiệm cận giá trị giới hạn.
  • Phương án móng trên đệm cát ($h_đ = 1,5\text{ m}$) thể hiện sự vượt trội về kỹ thuật móng nông: giảm diện tích đáy móng từ $9,8\text{ m}^2$ xuống $5,2\text{ m}^2$ (giảm $47%$), độ lún giảm mạnh còn $4,22\text{ cm}$ ($31,9%$), áp lực đáy đệm cát tác dụng lên lớp sét xám tro đạt yêu cầu ($176,24\text{ kPa} < 199,72\text{ kPa}$).
  • Phương án móng cọc tuy có độ cứng và độ an toàn chịu lực cao nhất nhờ mũi cọc tựa vào tầng cát hạt vừa có $E = 30500\text{ kPa}$, song đòi hỏi thiết bị thi công búa đóng diesel chuyên dụng, chi phí chế tạo cọc đúc sẵn $19\text{ m}$ và thi công mối nối cọc sẽ làm tăng chi phí xây lắp nếu tải trọng toàn nhà chưa đến mức bắt buộc phải dùng móng sâu.

Đóng góp chính của tài liệu là cung cấp một khung tính toán mẫu mực, đồng bộ, đối sánh trực quan ba giải pháp móng điển hình trên cùng một mặt bằng địa chất và tải trọng, chỉ rõ quy trình kiểm tra các trạng thái giới hạn theo TCVN 9362:2012 và TCVN 10304:2014.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung thuyết minh được trình bày, đồ án tồn tại một số hạn chế gắn liền với phạm vi tính toán đồ án môn học:

  • Phạm vi tính toán chỉ giới hạn ở nút cột đơn lẻ (trục X7-Y5 / trục B-5) chịu tải trọng đại diện, chưa mở rộng tính toán đồng thời mạng lưới móng toàn bộ các khung trục của nhà công nghiệp để đánh giá chính xác độ lún lệch tương đối thực tế giữa các móng lân cận ($\Delta S$).
  • Văn bản chưa cung cấp bảng tổng hợp bóc tách khối lượng và phân tích dự toán kinh tế chi tiết (chi phí vật liệu bê tông, cốt thép, ca máy đóng cọc, cát tôn đệm) để so sánh chỉ số giá thành tuyệt đối giữa ba phương án.
  • Tính toán sức chịu tải móng cọc dựa trên thí nghiệm xuyên tĩnh và tra bảng lý thuyết, chưa có dữ liệu thí nghiệm nén tĩnh cọc thực tế tại hiện trường để kiểm chứng độ tin cậy.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo bao gồm:

  • Mở rộng mô hình tính toán tương tác đồng thời giữa toàn bộ kết cấu khung phần thân, hệ móng và nền đất bằng phần mềm chuyên dụng để kiểm tra tương hỗ biến dạng lún lệch trên toàn mặt bằng.
  • Lập bảng so sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật tổng thể (thời gian thi công, chi phí xây dựng hoàn thiện móng) làm căn cứ lựa chọn tối ưu đa tiêu chí.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng dân dụng và công nghiệp, Kỹ thuật Địa kỹ thuật công trình khi làm đồ án môn học Nền và Móng hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng.

Các nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng cao trong tài liệu bao gồm:

  • Trình tự chia lớp và lập bảng tính cộng lún lớp phân tố, xác định chính xác cao trình dừng tính lún theo tỷ lệ ứng suất $20%$.
  • Phương pháp và công thức kiểm tra ứng suất tiếp xúc của đệm cát lên đỉnh lớp đất yếu bên dưới theo TCVN 9362:2012.
  • Các bước tính toán sức chịu tải cọc theo phương pháp xuyên tĩnh CPT và xác định kích thước móng khối quy ước cho đài móng 5 cọc làm việc dưới tải trọng lệch tâm lớn.

Câu hỏi thường gặp

1. Tải trọng tính toán và tải trọng tiêu chuẩn tại chân cột công trình được xác định bằng bao nhiêu?
Theo đề bài thiết kế tại vị trí cột X7-Y5, tổ hợp nội lực tính toán gồm lực dọc $N_0^{tt} = 1461\text{ kN}$, mô men uốn $M_0^{tt} = 341\text{ kNm}$, lực cắt $Q_0^{tt} = 107\text{ kN}$. Với hệ số độ tin cậy của tải trọng $n = 1,15$, các giá trị tải trọng tiêu chuẩn tương ứng là $N_0^{tc} = 1270,4\text{ kN}$, $M_0^{tc} = 296,5\text{ kNm}$ và $Q_0^{tc} = 93\text{ kN}$.

2. Đất nền tại khu đất xây dựng có cấu tạo địa tầng như thế nào và lớp đất nào được chọn làm tầng chịu lực cho móng cọc?
Địa tầng gồm 5 lớp: Lớp 1 đất lấp ($0,6\text{ m}$); Lớp 2 sét xám ghi ($3,5\text{ m}$, $I_L = 0,6$, $E = 6380\text{ kPa}$); Lớp 3 sét xám tro ($6,1\text{ m}$, $I_L = 0,825$, dẻo nhão); Lớp 4 cát hạt nhỏ ($8,1\text{ m}$, $E = 9650\text{ kPa}$); Lớp 5 cát hạt vừa (chiều dày chưa kết thúc, $E = 30500\text{ kPa}$, $\varphi_{II} = 32^\circ$). Lớp 5 cát hạt vừa có chỉ tiêu cơ lý tốt nhất nên được chọn làm tầng tựa chịu lực cho mũi cọc bê tông cốt thép.

3. Kích thước hình học và độ lún tính toán của móng trên nền thiên nhiên và móng trên đệm cát khác nhau như thế nào?
Móng nông trên nền thiên nhiên có kích thước đáy $l \times b = 3,5 \times 2,8\text{ m}$ ($F = 9,8\text{ m}^2$), độ lún tính toán là $S = 6,2\text{ cm}$. Khi áp dụng đệm cát dày $1,5\text{ m}$, kích thước đáy móng giảm xuống còn $l \times b = 2,6 \times 2,0\text{ m}$ ($F = 5,2\text{ m}^2$) và độ lún giảm còn $S = 4,22\text{ cm}$. Cả hai phương án đều thỏa mãn điều kiện lún giới hạn $S_{gh} = 8,0\text{ cm}$.

4. Sức chịu tải tính toán thiết kế của cọc đơn trong phương án móng cọc được xác định theo giá trị nào?
Sức chịu tải cọc đơn theo chỉ tiêu cơ lý đất nền (TCVN 10304:2014) tính được $R_{cd} = 640,37\text{ kN}$, trong khi sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPT tính được $P_{sct} = 557,82\text{ kN}$. Tác giả chọn giá trị thiết kế là giá trị nhỏ hơn: $SCT = \min(P_{sct}, R_{cd}) = 557,82\text{ kN}$.

5. Phương án đệm cát kiểm tra áp lực lên đỉnh lớp đất yếu bên dưới như thế nào và có thỏa mãn không?
Đáy đệm cát đặt trực tiếp lên lớp 3 (sét xám tro có $R_{đy} = 199,72\text{ kPa}$). Tổng ứng suất do trọng lượng bản thân đất và ứng suất gây lún truyền xuống mặt lớp 3 được tính toán là $\sigma_z^{bt} + \sigma_z^{gl} = 41,07 + 135,17 = 176,24\text{ kPa}$. Vì $176,24\text{ kPa} < 199,72\text{ kPa}$, lớp đệm cát hoàn toàn thỏa mãn điều kiện kiểm tra áp lực lên nền đất yếu.

Kết luận

Bản thuyết minh đồ án Nền và Móng của sinh viên Nguyễn Văn Long đã thực hiện đầy đủ quy trình thiết kế kỹ thuật cho ba phương án móng (nền thiên nhiên, đệm cát và móng cọc) chịu tải trọng lệch tâm lớn của nhà công nghiệp khung bê tông cốt thép. Các tính toán kiểm tra trạng thái giới hạn về cường độ chịu lực, ổn định chống chọc thủng và biến dạng nén lún đều tuân thủ chặt chẽ theo TCVN 9362:2012 và TCVN 10304:2014 dựa trên số liệu địa chất lỗ khoan LK2. Kết quả tính toán cho thấy phương án móng đệm cát mang lại hiệu quả kỹ thuật rõ rệt đối với móng nông (giảm $47%$ diện tích đáy đài và giảm $31,9%$ độ lún), trong khi phương án móng cọc cắm vào tầng cát hạt vừa cung cấp sức chịu tải vượt trội cho các công trình có tải trọng lớn. Toàn bộ nội dung là tài liệu tham khảo có độ chuẩn xác kỹ thuật cao, đáp ứng đầy đủ yêu cầu học thuật của đồ án môn học chuyên ngành kỹ thuật xây dựng.