LUẬN văn THẠC sĩ kỹ THUẬT xây DỰNG dân DỤNG và CÔNG NGHIỆP SO SÁNH ĐÁNH GIÁ ỨNG xử GIỮA MÓNG TOPBASE và MÓNG cọc TRÊN nền đất yếu sử DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN tử hữu hạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN
-------    --------

NGUYỄN THIỆN NHÂN

SO SÁNH ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ GIỮA MÓNG TOPBASE VÀ MÓNG
CỌC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ
HỮU HẠN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

ĐÀ NẴNG, 5/2022


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN
-------    --------

NGUYỄN THIỆN NHÂN

SO SÁNH ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ GIỮA MÓNG TOPBASE VÀ MÓNG CỌC
TRÊN NỀN ĐẤT YẾU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng
Mã số

: 8580201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM MỸ

1


LỜI CẢM ƠN
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới Lãnh đạo trường Đại học Duy Tân, khoa Sau đại
học, quý Thầy, Cô giáo đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành q trình học
tập và nghiên cứu.
Tơi xin cảm ơn TS. Phạm Mỹ đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo để tơi hồn thành
luận văn này.
Tơi cũng xin cảm ơn các cơ quan, bạn bè đồng nghiệp và những người thân đã
cùng chia sẻ, giúp đỡ, động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành nhiệm vụ
học tập và cuốn luận văn này.
Tác giả luận văn

NGUYỄN THIỆN NHÂN

2


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn
của TS. Phạm Mỹ. Những nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và
chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận
nào, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình.

Tác giả luận văn

NGUYỄN THIỆN NHÂN

3


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................................................2
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................................................................3
MỤC LỤC.......................................................................................................................................................4
DANH MỤC BẢNG BIỂU.................................................................................................................................7
DANH MỤC HÌNH ẢNH..................................................................................................................................9
CHƯƠNG MỞ ĐẦU......................................................................................................................................13
1.

Tính cấp thiết của đề tài:.............................................................................................................13

2.

Mục tiêu nghiên cứu:...................................................................................................................13

3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...............................................................................................14

4.

Phương pháp nghiên cứu............................................................................................................14

5.

Cấu trúc luận văn.........................................................................................................................14

CHƯƠNG 1.
1.1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHÊ TOP-BASE....................................................................15
Cơng nghê top -base trên thế giới..........................................................................................15

1.1.1.

Giới thiệu chung..............................................................................................................15

1.1.2.

Trình tự thi cơng móng Top – Base..................................................................................15

1.2
1.2.1.
1.3

Cơng nghê top-base trong nước.............................................................................................19
Tình hình áp dụng............................................................................................................19
Cấu tạo nền Top-Base..............................................................................................................20

1.3.1.

Đăc điểm cấu tạo khối Top – Block.................................................................................20

1.3.2.

Cấu tạo nền Top-Base......................................................................................................21

1.3.3.

Nguyên lý chịu lực của móng Top – Base........................................................................21

1.4

Giới thiệu tởng quan phương pháp nghiên cứu.....................................................................27

1.4.1.

Phương pháp tính tốn thiết kế......................................................................................27

1.4.2.

Ước lượng thơng số ứng suất bằng giá trị N...................................................................27

1.4.3.

Thiết kết nền Top-Base....................................................................................................27

1.4.4.

Đánh giá tính ưu việt của phương pháp Top – base.......................................................34

CHƯƠNG 2.
2.1

CƠ SỞ LY THUYẾT PHÂN TICH CƠNG NGHÊ TOP-BASE...............................................36
Lý thuyết nền móng.................................................................................................................36

2.1.1.

Khái niêm nền cơng trình................................................................................................36

2.1.2.

Khái niêm móng cơng trình.............................................................................................36

2.1.3.

Phân loại nền, móng........................................................................................................37

2.1.4.

Tởng quan thiết kế nền móng..........................................................................................39

2.2

Phân tích ngun lý làm viêc nền Top-base............................................................................40
4


2.2.1.

Cấu tạo Top-Block............................................................................................................40

2.2.2.

Nguyên lý làm viêc Top-Block..........................................................................................40

2.2.3.

Nguyên lý làm viêc nền Top-Base...................................................................................42

2.2.4.

Qui trình tính tốn...........................................................................................................44

2.3

Phân tích phần tử hữu hạn cho mơ hình tương tác giữa Top-Base và đất............................45

2.3.1.

Phương trình chủ đạo của nền Top-Base........................................................................45

2.3.2.

Chọn phần tử phát sinh lưới cho nền Top-Base.............................................................47

2.4

Phân tích phần tử hữu hạn cho mơ hình đất nền...................................................................48

2.4.1.

Phương trình chủ đạo của đất nền.................................................................................48

2.4.2.

Mơ hình vật liệu nền đất.................................................................................................49

2.4.3.

Mơ hình Cap cải tiến........................................................................................................50

2.4.4.

Phân tích sự tương tác giữa nền đất và Top-Base..........................................................53

CHƯƠNG 3.
3.1

XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHÂN TICH PHẦN TỬ HỮU HẠN...............................................55
Mơ tả cơng trình......................................................................................................................55

3.1.1.

Giải pháp mặt bằng kiến trúc..........................................................................................55

3.1.2.

Giải pháp kiến mặt đứng.................................................................................................55

3.1.3.

Thiết kế mặt cắt...............................................................................................................55

3.1.4.

Giải pháp kết cấu.............................................................................................................55

3.2

Đặt vấn đề................................................................................................................................55

3.3

Điều kiện địa chất cơng trình...................................................................................................56

3.3.1.

Địa tầng............................................................................................................................56

3.3.2.

Đánh giá các chỉ tiêu vật lý của nền đất..........................................................................58

3.3.3.

Đánh giá nền đất..............................................................................................................61

3.4

Thiết kế móng cọc khoan nhồi TCVN 10304-2014..................................................................63

3.4.1.

Các giả thiết tính tốn......................................................................................................63

3.4.2.

Xác định tải trọng truyền xuống móng...........................................................................63

3.4.3.

Xác định sơ bộ chiều cao đài cọc....................................................................................64

3.4.4.

Chọn kích thước cọc và chiều dài cọc.............................................................................64

3.4.5.

Tính sức chịu tải của cọc đơn..........................................................................................65

3.4.6.

Tải trọng...........................................................................................................................70

3.4.7.

Xác định diện tích đáy đài, số lượng cọc, bố trí cọc.......................................................72

3.4.8.

Kiểm tra nền đất tại mặt phẳng mũi cọc.........................................................................72

3.4.9.

Tính toán và cấu tạo đài cọc............................................................................................75

3.5

Tính lún cho cơng trình cục Hải quan TP. Đà Nẵng.................................................................75

3.6

Phân tích phần tử hữu hạn......................................................................................................77

3.6.1.

Giới thiêu sơ lược mơ hình phân tích.............................................................................77

3.6.2.

Xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn cho nền đất..........................................................78
5


3.6.3.

Xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn cho nền Top-Base.................................................80

3.6.4.

Sự tương tác....................................................................................................................80

3.7

Kết quả và thảo luận................................................................................................................81

3.7.1.

Khảo sát nền 1 lớp Top-Base...........................................................................................81

3.7.2.

Khảo sát nên 2 lớp Top-Base...........................................................................................87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................................................................91
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................................................92

6


DANH MỤC BẢNG BIỂU

7


DANH MỤC HÌNH ẢNH

8

SO SÁNH ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ GIỮA MÓNG TOPBASE VÀ MÓNG CỌC TRÊN NỀN
ĐẤT YẾU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:


Gia cố nền bằng cơng nghê Top-Base có rất nhiều ưu điểm vượt tr ôi so với nhiều phương
pháp khác, cụ thể như:



Tăng khả năng chịu tải của nền từ 50% đến 200%;



Giảm đô lún từ 10% đến 30%;



Thời gian cố kết giảm 2-4 lần so với nhiều phương pháp khác;



Phân bố đều ứng suất dưới nền giảm tải trọng truyền sâu vào lòng đất;



Hạn chế biến dạng ngang của nền đất;



Thời gian thi công nhanh sử dụng vât liêu rẻ tiền, đăc bi êt các khuôn đúc Top-Block sử dụng
các vât liêu tái chế thân thiên với môi trường;



Viêc chế tạo vân chuyển thi công đơn giản, thi công được những nơi chât hep, không gây
rung đông, ồn;



Tiết kiêm chi phí vât tư và thi công;



Rút ngắn tiến đô thi cơng;



Linh hoạt, ứng dụng được dưới nhiều loại móng khác nhau.
Do cơng nghê Top-Base có nhiều ưu điểm như vừa phân tích so với các phương pháp gia cố

nền khác. Tại Viêt Nam hiên nay phương pháp gia cố nền bằng công ngh ê Top-Base đã được áp
dụng triển khai rơng rãi như đã trình bày trong phần giới thiêu. Nhưng hiên nay tại Vi êt Nam
vẫn chưa có nhiều nghiên cứu phân tích các ứng xử của nền và móng khi sử dụng phương pháp
gia cố nền bằng Top-Base. Do đó trong luân án này tâp trung “ Phân tích ứng xử của móng TopBase trên nền đất yếu bằng phương pháp phần tử hữu hạn” nhằm có được những đánh giá
chính xác về ứng xử của nền và móng khi sử dụng phương pháp gia cố Top-Base phù hợp với
điều kiên thổ nhưỡng tại Viêt Nam. Đây là đề tài mang tính thời sự và cấp thiết mà trong ngành
xây dựng cần phải quan tâm, nhà nhiều tầng và kết cấu nhịp lớn tăng nhanh là rất cần thiết.

2. Mục tiêu nghiên cứu:

9




Công nghệ Top-Base sử dụng phổ biến tại Nhât Bản và Hàn Quốc nhưng chưa được nghiên cứu với
điều kiên thổ nhưỡng, địa lý và khí hâu tại Vi êt Nam. Do vây vi êc nghiên cứu ứng xử của nền đất và
móng top-base với địa chất vào khí hâu Viêt Nam là cần thiết.



So sánh tính hiêu quả với móng cọc trong nhà nhiều tầng (đối với cơng trình dưới 20 tầng).



Đề xuất các các phương án thi công Top-Base nhằm giảm giá thành xây dựng. Ví dụ: Topbase 1 lớp, 2
lớp hay 3 lớp tuỳ thuôc vào đăc điểm của từng cơng trình.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu


Đối tượng nghiên cứu: Nền móng sử dụng cơng ngh ê Top-Base với địa chất, khí h âu tại Vi êt Nam.



Phạm vi nghiên cứu:

 Phân tích ứng xử của nền đất dưới Top-Base;

 Phân tích ứng xử của móng trên Top-Base;
 So sánh, đánh giá với móng cọc trong nhà nhiều tầng.

4. Phương pháp nghiên cứu


Thu thâp các số liêu thiết kế, thi cơng nền móng các cơng trình sử dụng phương pháp gia cố nền bằng
Top-Base để tham khảo.



Phương pháp tởng hợp và phân tích trên cơ sở lý thuyết liên quan đến nền móng, phương pháp tính
tốn số.



Sử dụng phương pháp số trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn để nghiên cứu ứng xử của nền và
móng xử dụng cơng nghê Top-Base.



Mơ phỏng và phân tích kết quả mơ phỏng.



Tởng hợp, đánh giá và đề xuất giải pháp thi công thích hợp

5. Cấu trúc luận văn
Mở đầu
Chương 1. MỞ ĐẦU, TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHÊ TOP-BASE.

Chương 2. CƠ SỞ LY THUYẾT PHÂN TICH CÔNG NGHÊ TOP-BASE.
Chương 3. XÂY DỰNG MƠ HÌNH PHÂN TICH PHẦN TỬ HỮU HẠN
KẾT LUÂN VÀ KIẾN NGHỊ

10


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHÊ TOP-BASE

1.1

Cơng nghê top -base trên thê giới

1.1.1. Giới thiệu chung
Công nghệ Top-Base vốn được coi là một bước đột phá về công nghệ xây dựng , đã được
hoàn thiện và áp dụng thành công trên nền đất yếu hơn 30 năm ở Nhật Bản, Hàn Quốc.
Công nghệ Top- Base được phát minh tại Nhật Bản vào những năm 1980, trong thời gian
này công nghệ mới Top – Base đã dành được sự tín nhiệm rất cao của các kỹ sư xây dựng
và được ứng dụng rộng rãi tại Nhật Bản với hơn 6000 cơng trình được xây dựng trên nền
đất Top-Base. Các cơng trình xây dựng trên nền Top- Base đã qua được các trận động đất
khủng khiếp tại Chiba năm 1987 và Kobe năm 1995 mà hầu như không bị hư hại gì. Nhiều
nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã được tiến hành để lý giải hiệu quả của phương
pháp và đã được công bố trên các tạp chí Địa kỹ thuật của Nhật bản cũng như tại các hội
thảo quốc tế về xử lý nền.
Đầu những năm 1990 công nghệ được nghiên cứu ứng dụng tại Hàn Quốc và đã có nhiều
phát minh quan trọng kể từ đó, đặc biệt trong lĩnh vực thi công. Các cải tiến của Hàn
Quốc đã làm cho Top-Base trở nên đơn giản và nhanh chóng hơn trong thi cơng, thân
thiện với mơi trường và đặc biệt giá thành hạ một cách thuyết phục. Với hơn 2000 cơng
trình ở Hàn Quốc được xây dựng trên nền Top- Base vào những năm 1990, riêng năm
2007 đã có hơn 8 triệu khối bê tơng top-block được sử dụng tương đương với 2 triệu m 2

đất nền được gia cố. Nền Top-base được sử dụng cho nền đất yếu để tăng cường khả
năng chịu tải của nền đất và giảm kết cấu móng. Nhờ những ưu việt của phương pháp
mới mang lại mà sau này được công ty Banseok Top-Base Co., Ltd tiếp tục nghiên cứu và
phát triển với trung tâm nghiên cứu chính đặt tại trường đại học Dankook.
1.1.2. Trình tự thi cơng móng Top – Base
a) Thi công theo công nghệ Nhật Bản
Công nghệ Nhật Bản dùng các Top-block đúc sẵn, trình tự thi cơng được thực hi ên
theo trình tự các bước như sau:
Bước 1: Chuẩn bị mặt bằng, tập kết Top-block, xem Hình 1 .1

11


Hình 1.1: Tập kết Top-block
Bước 2: Thi cơng lớp thép định vị phía dưới, xem Hình 1 .2

Hình 1.2: Thi công lớp thép định vị phía dưới

Bước 3: Đóng các Top-block vào vị trí, xem Hình 1 .3.

Hình 1.3: Thi cơng đóng các Top-block vào vị trí

Bước 4: Chèn đá dăm và đầm chặt, xem Hình 1 .4

12


Hình 1.4: Chèn đá dăm và đầm chặt

Bước 5: Thi cơng lưới thép cố định phía trên, xem Hình 1 .5

Hình 1.5: Thi cơng lưới thép cố định phía trên

b) Thi công theo công nghệ Hàn Quốc
Công nghệ Hàn Quốc dùng các Top-block đỗ tại chỗ, theo công ngh ê Hàn Quốc th se
tiết kiêm nhà máy, kho bãi chứa Top-Block. Đối với những Top-Block có kích thước lớn thì
cơng nghê đở tại chỗ phát huy hiêu quả. Vì những Top-Block khối lượng lớn se tốn ca cẩu
thi công làm tăng chi phí xây lắp, đồng thời các khuôn đúc bằng nhựa sử dụng vât li êu tái
chế giải quyết bài tốn mơi trường hiên nay. Như vây theo cơng ngh ê Hàn Quốc trình tự
thi cơng lần lượt tiến hành theo các bước sau:
Bước 1: Chuẩn bị mặt bằng, xem Hình 1 .6

13


Hình 1.6: Đào hố móng

Bước 2: Thi cơng lắp đặt các khn Top-block, xem Hình 1 .7 và Hình 1 .8

Hình 1.7: Thi cơng liên kết các khn Top-block thành 1 khối

Hình 1.8: Lắp đặt các khối đã liên kết vào hố móng

Bước 3: Đở bê tơng tại chỗ, xem Hình 1 .9

Hình 1.9: Cơng tác đở bê tơng tại chỗ các khối Top-block

Bước 4: Chèn đá dăm, xem Hình 1 .10

14

Hình 1.10: Cơng tác chèn đá dăm

Bước 5: Liên kết khóa đỉnh các khối, xem Hình 1 .11

Hình 1.11: Thi cơng lớp thép khóa đỉnh

Tiến hành đở bê tơng lớp măt, xem Hình 1 .12

Hình 1.12: Đở Bê tơng lớp mặt

1.2

Cơng nghê top-base trong nước

1.2.1. Tình hình áp dụng
Cơng nghệ móng Top-Base được giới thiệu lần đầu tiên ở Việt Nam trong buổi trao đổi
giữa Giáo sư Kim Hak-Moon của Trường Đại học Dankook, Seoul cùng Công ty Banseok
15


với Bộ mơn Cơ học đất – Nền móng Trường Đại học Xây dựng năm 2007. Cũng trong năm
này, Ông Đỗ Đức Thắng, Giám đốc Công ty Kết cấu và Công nghệ mới Việt Nam (NST Việt
Nam) đã tham quan cơng nghệ này tại Hàn Quốc và hình thành ý định áp dụng công nghệ
mới ở Việt Nam.
Năm 2008, lần đầu tiên Cơng nghệ móng Top-Base được nghiên cứu tại Trường Đại học
Xây dựng trên qui mơ mơ hình trong phịng thí nghiệm Cơ học đất. Tháng 08/2008, Cơng
ty TBS Việt Nam liên doanh giữa Hàn quốc với Việt Nam ra đời nhằm thúc đẩy áp dụng
công nghệ mới vào Việt nam. Lần đầu tiên công nghệ mới TBM được áp dụng xử lý nền

tại cơng trình 110 Mai Hắc Đế Hà nội vào tháng 8 năm 2008 như là một thử nghiệm và
ngay sau đó được ứng dụng tại khu đơ thị mới PG của Hải phịng dưới danh nghĩa chính
thức của Công ty Liên doanh TBS Việt nam.
Một số cơng trình dân dụng và cơng nghiêp tiêu biểu tại Việt Nam áp dụng móng TopBase, tham khảo trong Hình 1 .13 và Hình 1 .14.

Hình 1.13: Cơng trình khách sạn cao 12 tầng ở 32 Lò Sũ, Hà Nội

16


Hình 1.14: Cơng trình khách sạn Ocean View– Vũng Tàu

1.3

Cấu tạo nền Top-Base

1.3.1. Đăc điêm cấu tạo khối Top – Block
Phương pháp Top-Base với đặc điểm khác biệt so với các phương pháp khác trong cải tạo
nền đất yếu ở chở tận dụng được q trình truyền ứng suất trong bê tông thông qua các
khối Top-Block. Hiện nay công nghệ Top –Base đưa ra 3 loại Top-Block với các kích thước
tương ứng là Ø330mm, Ø500mm và Ø 2000mm có cấu tạo như trình bày trong Hình 1 .
15 và Hình 1 .6.

Hình 1.15: Cấu Tạo Top-Block Ø 330, Ø 500.

Hình 1.16: Cấu Tạo Top-Block Ø 2000

1.3.2. Cấu tạo nền Top-Base

17

Hình 1.17: Cấu tạo nền Top –Base
Móng Top-Base được cấu tạo từ các khối bê tơng hình phễu xen giữa là lớp vật liệu rời (xem Hình 1 .
17) giúp cho các khối bê tơng hình phễu đó thêm vững chắc đồng thời tham gia một phần vào quá trình
tiếp nhận tải trọng của cơng trình bên trên thơng qua việc hạn chế biến dạng ngang.

1.3.3. Nguyên lý chịu lực của móng Top – Base
Hình 1 .18 là biểu đồ đặc tính của Topbase: phần trụ nón của Top-block được
đặt trong lớp vật liệu rời rạc (đá dăm)
nằm trên nền đất yếu, phần cọc của
Top-block cũng được đặt trong phần
địa tầng tương tự, và phần cốt thép
phía trên và phía dưới có tác dụng nối
các Top-block thành nhóm; vì vậy

Hình 1.18: Đặc tính của Top-base [1]

phương pháp móng Top-base trở thành
hệ kết cấu móng cứng linh hoạt.
Bên cạnh đó, góc giữa phần trụ nón
của Top-block và phần đất (vật liệu rời
rạc ) tiếp xúc là 450, hình dạng tương
tự như bánh xích của xe ủi đất (Hình
1.19), cấu tạo này cho phép phân tích
tải trọng thẳng đứng tác dụng lên Topbase được chia thành 2 thành phần:
ứng suất thẳng đứng (PV) và ứng suất
theo phương ngang

Hình 1.19: Bánh xích dạng Top-shape của

máy ủi [1]
18


(PH). Điều này dẫn đến biến dạng
ngang bị ngăn cản bởi lực kháng của
lớp vật liệu rời rạc và phần cọc, như
trong (xem Hình 1 .20).

Hình 1.20: Biến dạng ngang

Hình 1.21: Phân phối ứng suất của các loại móng khác nhau sau khi lún dài hạn [1]

Tóm lại, phương pháp Top-base là phương pháp cải thiện nền đất làm tăng khả năng chịu
tải của nền đất và giảm độ lún do sự phân phối lại ứng suất và ngăn cản biến dạng ngang
thông qua việc thiết lập nên hệ kết cấu tạo bởi lớp đá dăm và hình dạng bánh xích của
phần trụ nón. (xem Hình 1 .21) thể hiện biểu đồ phân phối cho các loại móng khác nhau:
móng bê tơng và móng đá dăm có đường phân bố ứng suất khơng đều, móng trên nền
Top-base cho kết quả đường phân bố ứng suất đồng đều, có nghĩa là móng trên nền Topbase ởn định hơn. Thực tế, Top-base làm tăng từ 1,5 ÷ 2,5 lần khả năng chịu tải của nền
và làm giảm 1/2 ÷ 1/4 lần độ lún so với nền đất ban đầu. Top-base không chỉ có tác dụng
phân phối đều tải trọng tác dụng và độ lún, nó cịn làm giảm cường độ tải trọng truyền
qua lớp Top-base do sự phân phối lại ứng suất, vì vậy tải trọng tác dụng se khơng gây ảnh
hưởng đến lớp đất ở dưới sâu như trình bày trong Hình 1 .22.

19


Hình 1.22: Phân bố ứng suất dưới nền khơng gia cố và nền gia cố bằng Top – Base

a) Tác dụng giảm lún
Tác dụng giảm lún của móng Top – Base đã được chứng minh thơng qua q trình thử
nghiệm ở ngồi hiện trường và ở trong phịng thí nghiệm được biểu thị bằng quan hệ độ
lún theo thời gian. Quan hệ độ lún theo thời gian được xác định thơng qua q trình thử
nghiệm móng nơng kích thước trên 5 loại nền khác nhau (xem Hình 1 .23).



Nền tự nhiên không gia cố.



Nền gia cố bằng đá dăm dày 20cm.



Nền gia cố bằng cọc gỗ Ø12cm.



Nền gia cố bằng 1 lớp Top – Base.



Nền gia cố bằng 2 lớp Top – Base.

Hình 1.23: Các loại móng dùng kiểm tra lún theo thời gian [1].

Với các đặc trưng cơ lý của nền được thể hiện qua bảng kết quả phân tích các đặc trưng
cơ lý trong phịng thí nghiệm được trình bày trong Bảng 1 .1.

Bảng 1.1: Phân tích các chỉ tiêu cơ lý [1]

20


Kết quả thí nghiệm xác định độ lún theo thời gian của các loại nền ở trên được thể hiện
qua biểu đồ quan hệ nén lún cho trong Hình 1 .24.

Hình 1.24: Quan hệ độ lún với thời gian xác định ở hiện
trường

Hình 1.25: Quan hệ độ lún với thời gian xác định ở
phòng thí nghiệm

Qua biểu đồ quan hệ ( xem trong Hình 1 .24) ta nhận thấy rằng cùng một địa chất đất
yếu như nhau, cùng một kích thước móng như nhau nhưng nền đất có sử dung Top –
Base có độ lún nhỏ hơn rất nhiều so với nền đất yếu chưa gia cố, tuy rằng tải trọng gây
lún trường hợp nền đất không gia cố nhỏ hơn 0.5tf/m2 so với nền đất có sử dụng các
khối Top – Block kết hợp với đá dăm. Từ biểu đồ ta cũng thấy rằng độ lún của nền Top –
Base 1 lớp giảm 1/3 lần so với nền đất khơng sử dụng các biện pháp gia cố.
Ở trong phịng thí nghiệm, kết quả thí nghiệm với lớp Top – Base đường kính 6cm, thiết
bị chứa đất thí nghiệm có đường kính 50cm, sử dụng 9 top-block chia làm 3 hàng. Kết
quả độ lún theo thời gian cũng tương tự với kết quả ở ngồi hiện trường (xem Hình 1 .
25). Q trình kiểm tra trong phịng thí nghiệm kết quả cho thấy độ lún dài hạn của móng
21


dùng phương pháp gia cố móng Top –Base giảm 1/2 lần so với móng khơng sử dụng các
biện pháp gia cố. Kết quả này cũng được kiểm chứng bằng phân tích theo phương pháp
phần tử hữu hạn với các giả thiết phân tích nền là đàn hồi/chảy/dẻo.

Nền được gia cố theo phương pháp Top – Base không những giảm lún mà cịn có khả
năng giảm chấn rất lớn, kết quả này được đánh giá qua thực tiễn của trận động đất ở
Chiba vào 12/1988 một điều đáng ngạc nhiên là những cơng trình được gia cố móng bằng
Top – Base không bị hư hỏng hoặc hư hỏng nhe trong khi đó các cơng trình sử dụng
phương pháp móng thơng thường bị phá hủy hoàn toàn.
c) Cải thiện sức chịu tải của nền:
Sự cải thiện sức chịu tải của phương pháp nền móng Top – Base được đánh giá thơng qua
q trình gia tải kiểm tra ngồi hiện trường và tải trọng trong phịng thí nghiệm qua việc
mơ phỏng kích thước nền đất có giới hạn. Tiến hành thí nghiệm ngồi hiện trường với
nền đất có các chỉ tiêu cơ lý như Bảng 1 .1 trên kết cấu nền móng như Hình 2 .42 và Hình
2 .43, bên cạnh đó q trình kiểm tra trong phịng thí nghiệm được thực hiện với nền
đất đựng trong thùng có kích thước 0.2 x 1.8 x 0.72m. Kết quả của q trình kiểm tra
ngồi hiện trường và trong phòng thí nghiệm được thể hiện qua Hình 1 .26 và Hình 1 .
27.

Hình 1.26: Đường biểu diễn quan hệ giữa p – S ngồi
hiện trường

Hình 1.27: Đường biểu diễn quan hệ giữa p – S trong
phòng thí nghiệm

Qua đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và độ lún cho trong Hình 1 .26 và Hình
1 .27, ta thấy rằng khi sử dụng móng Top – Base thì sức chịu tải của nền tăng lên 1.5 lần
so với nền đất không sử dụng các biện pháp gia cố ở cùng một độ lún, đồng thời qua đồ
thị ta cũng thấy rõ là sử dụng biện pháp móng Top – Base thì sức chịu tải cũng được cải
thiện rất nhiều so với các biện pháp xử lý khác như: dùng lớp đá dăm làm nền, dùng cọc
vv… Các tác dụng cải tạo như giảm độ lún có thể hi vọng tăng khoảng 50% khả năng chịu
lực so với nền đất ban đầu.
22

Trường hợp tải trọng đặt lệch tâm lên móng cũng được kiểm tra. Trong trường hợp độ
lệch tâm bằng B/6 tính từ tâm chiều rộng của móng B, Top-block 1 lớp có khả năng chịu
tải gấp 2 lần so với nền đất ban đầu và Top-block 2 lớp có khả năng chịu tải gấp 3 lần so
với nền đất ban đầu. Do đó, Top- base được cơng nhận cũng mang lại hiệu quả cho tải
lệch tâm.
Phân phối ứng suất dưới móng đã được mơ tả đối với nền đất có độ lún dài hạn được xác
định bằng thí nghiệm như trong Hình 1 .21 và Hình 1 .22. Các đường cùng ứng suất
trong hình ve phân bố ứng suất theo chiều sâu có được bằng cách đặt các cảm biến đo
ứng suất chôn sẵn trong đất theo chiều sâu được thể hiện trong Hình 1 .23. Ứng suất đặt
lên nền ban đầu là 2,5kgf/cm2, vì thế các đường ứng suất cân bằng là 3kgf/cm2 hoặc cao
hơn, biểu thị ứng suất tăng do độ lún cố kết.
Hình 1 .22 là trường hợp nền đất được đặt các tấm móng bê tơng lên trên và người ta
thấy rằng tập trung ứng suất chỉ xuất hiện phía dưới của tấm truyền tải khi các tấm này
được đặt trên nền đất sét và độ lún tăng do xảy ra biến dạng ngang, vì thế điều này được
kiểm tra cùng với phân phối ứng suất với nhiều kết quả đã được thực hiện.
Ngược lại, Top-base trong Hình 1 .18 là kết cấu cứng gồm các khối bê tơng hình phễu có
tác dụng triệt tiêu phần tải ngang, vì thế phân phối ứng suất lớn hơn ở hai đầu và gần
như đồng đều. Trong Hình 1 .18, khi có hai lớp Top-base, phân bố ứng suất phân bố đều
hơn nữa và ứng suất tăng đồng đều. Từ những nhận xét này, có thể nhận thấy rằng Topbase có tác dụng hạn chế biến dạng ngang. Nghiên cứu áp lực lỗ rỗng được tạo ra trên
nền đất ban đầu với thử nghiệm trong phịng thí nghiệm, có thể nói rằng khơng xảy ra áp
suất lỗ rỗng dưới nền móng Top-base.
Biến dạng ngang thay đởi theo kết quả phân tích theo phương pháp phần tử hữu hạn
bằng phân tích đàn hồi/chảy/dẻo. Đã xét hiệu ứng giãn nở, hiện tượng cố kết bên ngoài
và hiệu ứng cố kết thứ cấp. Hình 1 .20 chỉ ra kết quả phân tích, xác định dạng phân bố
biến dạng ngang. Từ Hình 1 .20, có thể thấy rằng Top-base ngăn chặn hiện tượng biến
dạng ngang, và do đó, độ lún bề mặt nhỏ hơn 1/2 lần.
Khả năng chịu lực của nền đất thay đổi phụ thuộc vào hai loại phá hoại là phá hoại do
trượt cục bộ hoặc phá hoại do trượt sâu. Tuy nhiên, trong trường hợp xảy ra biến dạng
ngang, khả năng chịu lực của nền trở thành khả năng chịu lực của phá hoại do trượt cục

bộ. Có thể thấy rằng móng trên Top- base ngăn chặn việc sinh ra phá hoại do trượt cục bộ
bằng cách ngăn chặn biến dạng ngang. Cơng thức tính khả năng chịu lực của Terzaghi
thực hiện tính tốn bằng cách giảm hệ số khả năng chịu lực xuống 2/3 trong trường hợp
phá hoại do trượt cục bộ. Và đối với đất sét, khả năng chịu lực của phá hoại do trượt sâu
23


lớn hơn 1,5 lần so với phá hoại do trượt cục bộ. Kết quả trong Hình 1 .31 thể hiện các
thử nghiệm tải trọng cho thấy trong khi nền đất nguyên dạng bị phá hoại do trượt cục bộ
thì Top-base dẫn đến phá hoại do trượt sâu, do đó có khả năng chịu lực lớn hơn.
Từ các kết quả trên, việc tạo ra kết cấu nền bằng cách đầm chặt đá dăm đã được đổ đầy
giữa các khối Top-block, đá dăm có tác dụng truyền tải đều xuống đất yếu giảm tập trung
ứng suất. Do kết cấu nền Top base nên phân bố ứng suất trong nền đất trở thành phân
bố đều và hơn nữa, sức chống ma sát xuất hiện trong đá dăm, phần cọc của Top base có
tác dụng ngăn chặn biến dạng ngang của nền xung quanh. Giống như trên, hiệu ứng đồng
vận giữa các Top-block và đá dăm giúp cải thiện nền xung quanh và có tác dụng giảm độ
lún và tăng khả năng chịu lực.

1.4

Giới thiệu tởng quan phương pháp nghiên cứu

1.4.1. Phương pháp tính toán thiết kế
Trước hết, từ kết quả khảo sát địa chất, qua các thông số xác định được khả năng chịu tải
của nền ban đầu. Từ mối quan hệ giữa khả năng chịu tải này và tải trọng thiết kế kết cấu
yêu cầu, phương pháp gia cố nền được xem xét và Top-base được lựa chọn và tiến hành
thiết kế một cách cụ thể.
Hiện tại, việc thiết kế Top-base đang được thực hiện bằng cách sử dụng “Bảng móng áp
dụng phổ biến”. Đây là phương pháp ước lượng giá trị hoặc lực cố kết của nền ban đầu
và của nền Top-base từ mối quan hệ với tải kết cấu. Phụ thuộc vào nội dung thiết kế, ln

cần tính tốn khả năng chịu lực của nền Top-base. Trong trường hợp này, cơng thức tính
tốn khả năng chịu lực của nền Top-base bao gồm những ký hiệu được phép hoặc cơng
thức tính toán khả năng chịu lực đảm bảo thiết kế tương đối an toàn được sử dụng và se
được giải thích ở phần sau.
Có thể chọn thơng số ứng suất bằng phương pháp thông thường và xác định khả năng
chịu lực của nền ngun dạng bằng cơng thức tính khả năng chịu tải của nền theo
Terzaghi.
1.4.2. Ước lượng thông số ứng suất bằng giá trị N
Trong thiết kế móng, có thể dựa trên kết quả thu được từ khảo sát địa chất chỉ là giá trị N.
Và có những trường hợp khơng có phần giải thích phương pháp để ước lượng thông số
ứng suất chỉ với giá trị trong các hướng dẫn thiết kế khác nhau, vì thế đơi khi việc đánh
giá của các kỹ sư khảo sát địa chất và các đặc tính vùng cần được xem xét đến.

24