Nghiên cứu sử dụng kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh trong thiết kế nền móng công trình thấp tầng ở thành phố thái bình (luận văn thạc sĩ)

GI O DỤ VÀ ÀO T O

XÂY DỰNG

TRƢỜNG
I HỌC KIẾN TR C HÀ N I
----------------------------------

PHẠM HỒNG NHUNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
XUYÊN TĨNH TRONG THIẾT KẾ NỀN MÓNG
CÔNG TRÌNH THẤP TẦNG Ở THÀNH PHỐ THÁI BÌNH

LU N V N TH

S

KỸ THU T XÂY DỰNG ÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ ÔNG NGHIỆP

Hà Nội – 2019


GI O DỤ VÀ ÀO T O

XÂY DỰNG

NG ẠI H
I N
H N I
----------------------------------

PH M HỒNG NHUNG
kho¸ 2017-2019

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
XUYÊN TĨNH TRONG THIẾT KẾ NỀN MÓNG
CÔNG TRÌNH THẤP TẦNG Ở THÀNH PHỐ THÁI BÌNH

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng ông trình Dân dụng và ông nghiệp
Mã số

: 60.58.02.08

LU N V N TH

S KỸ THU T XÂY DỰNG ÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ ÔNG NGHIỆP
NG

IH

NG D N KHO

H

PGS.TS. TRẦN TH ỢNG ÌNH

Hà Nội – 2019

:


LỜI CẢM ƠN
ể có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên
cạnh sự nỗ lực cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý
Thầy

ô, cũng như sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt

thời gian học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy PGS. Trần Thượng ình
người đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành
luận văn này.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý thầy cô trong khoa
sau đại học

ại học Trường

ại học Kiến trúc Hà Nội đã tận tình truyền đạt

những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi
trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi thực hiện đề tài luận
văn.
uối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, các anh chị và các
bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập,
nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ.
Hà Nội, ngày tháng năm 2019
Học viên thực hiện

Phạm Hồng Nhung


LỜI CAM OAN
Tôi xin cam đoạn Luận văn thạc sĩ nay là công trình nghiên cứu khoa
học độc lập của tôi. ác số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là
trung thực và có nguồn gốc rõ ràng.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Phạm Hồng Nhung


MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các kỹ hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Danh mục các bảng, biểu
MỞ ẦU
* Lý do chon đề tài

1

* Mục đích nghiên cứu
* ối tượng và phạm vi nghiên cứu
* Phương pháp nghiên cứu
* Ý nghĩa khoa học của đề tài
* ấu trúc luận văn
N I DUNG

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN NỀN MÓNG VÀ
THÍ NGHIỆM XUYÊN TĨNH
1.1 Tính toán nền móng trong thiết kế

4
4

1.1.1 Khái niệm về nền móng

4

1.1.2 Tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn

4

1.2. Các thông số đất nền và phân chia đất nền trong tính 10


toán thiết kế nền móng
1.2.1 ác chỉ tiêu cơ lý của đất nền

10

1.2.2 Phân chia đất nền

16

1.3 Khái quát về thiết bị thí nghiệm

17

1.3.1 Sự hình thành và phát triển thí nghiệm xuyên tĩnh

17

1.3.2 Nguyên lý cấu tạo cơ bản của thiết bị

20

1.3.3 Quy trình thí nghiệm

23

1.4 Tình hình sử dụng kết qur thí nghiệm xuyên tĩnh trong 24
tính toán địa kỹ thuật
1.4.1 Một số nghiên cứu trên thế giới về sử dụng kết quả thí nghiệm

24

xuyên tĩnh
1.4.2 Những kết quả nghiên cứu triển khai ứng dụng ở Việt Nam và

26

tỉnh Thái ình
CHƢƠNG 2: SỨC KHÁNG XUYÊN VỚI CÁC

ẶC TRƢNG 32

BỀN VÀ BIẾN D NG CỦA ẤT

2.1 Biến dạng của đất nền dƣới tác dụng của móng công 32
trình
2.1.1 Tính toán độ lún khi nền có chiều dày hữu hạn trên đá cứng

32

2.1.2 ác bước tiến hành

34

2.2 Sức chịu tải của nền dƣới móng công trình

36

2.2.1 ản chất sức chịu tải của đất nền dưới móng nông

36

2.2.2 Sức chịu tải của móng cọc

42

2.2.3 ản chất mối quan hệ sức kháng xuyên với chỉ tiêu thí nghiệm 46


trong phòng
2.3 Sự hình thành sức kháng xuyên và các yếu tố ảnh hƣởng 48
2.3.1 Ứng xử của đất nền dưới tác dụng xuyên

48

2.3.2 Sự hình thành lực kháng cự hạn của đất dưới tác dụng xuyên

51

2.3.3 Sự hình thành sức kháng xuyên và ý nghĩa thực tiễn của nó

53

2.3.4

ác yếu tố ảnh hưởng đến bản chất của giá trị sức kháng

55

xuyên
2.4 Mối quan hệ giữa sức kháng xuyên với các chỉ tiêu thí

57

nghiệm cơ lý của đất
2.4.1 Một số quan hệ tương quan đã áp dụng

57

2.4.2 Xây dựng mối quan hệ tương quan thực nghiệm

62

CHƢƠNG 3:

Ề XUẤT SỬ DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

TRONG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NỀN MÓNG NHÀ THẤP 64
TẦNG Ở THÀNH PHỐ THÁI BÌNH
3.1 Cơ sở đề xuất
3.1.1

ặc điểm địa tầng và tính chất cơ lý của các lớp đất trong địa

64
64

tầng ở khu vực thành phố Thái ình
3.1.2 ông cụ tính toán

68

3.1.3 Mối quan hệ tương quan của thí nghiệm PT

70

3.2 Áp dụng thí nghiệm xuyên tĩnh trong khảo sát địa kỹ
thuật và tính thoán thiết kế nền móng công trình thấp tầng ở 72
thành phố Thái Bình
3.2.1 p dụng cho tính toán thiết kế

73

3.2.2 p dụng phân chia địa tầng

77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

82

* Kết luận

82

* Kiến nghị

83

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Tính toán biến dạng lún bằng thí nghiệm PT và bằng thí
nghiệm nén
Phụ lục 2: Mối quan hệ tương quan của đất rời giữa sức kháng
xuyên mũi qc (Mpa) với góc ma sát trong φ(độ) của đất
Phụ lục 3: Mối quan hệ tương quan của đất rời giữa khối lượng thể
tích γ (KN/m3) với ma sát thành đơn vị fs (Mpa)


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữviết tắt

Tên đầy đủ

TTGH1

Trạng thái giới hạn thứ nhất

TTGH2

Trạng thái giới hạn thứ hai

CPT

Thí nghiệm xuyên tĩnh


DANH MỤC HÌNH, SƠ Ồ, Ồ THỊ,…
Số hiệu hình

Tên hình

Trang

Hình 1.1

Móng tuyệt đối cứng

6

Hình 1.2

Móng có độ cứng hữu hạn

7

Hình 1.3

Móng cọc

7

Hình 1.4

Cần xuyên xếp trong khay chuẩn bị
xuyên

20

Hình 1.5

Mũi côn có măng xông

20

Hình 1.6

Mũi côn không có măng xông

20

Hình 1.7

Sự hình thành sức kháng

24

Hình 2.1

Hình 2.2

Biểu đồ ứng suất bản thân và ứng suất
gây lún
Trường hợp tải trọng nghiêng lệch
tâm

34

38

Hình 2.3

Trường hợp tải trọng đứng lệch tâm

39

Hình 2.4

Bài toán móng đặt nông

40

Hình 2.5

Bài toán móng tròn đặt nông

40

Hình 2.6

Bài toán phẳng

41

Hình 2.7

Sơ đồ phân tích lực lên mũi

54

Hình 3.1
Hình 3.2

Tính toán biến dạng lún bằng thí
nghiệm CPT và bằng thí nghiệm nén
Biều đồ kháng xuyên

75
77


DANH MỤC BẢNG, BIỂU
Tên bảng

Số hiệu bảng

Trang

Bảng 1.1

Xác định độ chặt của đất rời theo qc

27

Bảng 1.2

Góc ma sát trong của đất loại cát

28

Bảng 1.3

Sức chịu tải cho phép của móng nông

29

Bảng 1.4

Bảng 2.1
Bảng 2.2
Bảng 2.3
Bảng 2.4
Bảng 3.1

Xác định mô đun biến dạng của đất
nền
Bảng tính chiều dày H từ đáy móng
đến lớp mặt đá cứng
Trị số thí nghiệm xuyên tĩnh cho các
loại cọc
Tỷ kháng Fr của đất nền vùng Hà Nội
Xác định mô đun biến dạng của đất
nền
Các mối quan hệ tương quan qc với αc
cho từng loại đất

30

33

58
60
61

72


1

MỞ ẦU
* Lý do chọn đề tài:
Thí nghiệm xuyên tĩnh đã được hình thành và phát triển từ giữa thế kỷ
20 và được sử dụng phổ biến ở nhiều quốc gia với nhiều kiểu dáng thiết bị

khác nhau. Vì những ưu điểm như: tiến hành thí nghiệm đơn giản, thuận tiện
trong nền đất yếu, đặc biệt kết quả thí nghiệm thu được trực tiếp là các giá trị
số phản ánh trực tiếp sự ứng xử của đất nền dưới tác dụng xuyên nên cho đến
nay, kết quả thí nghiệm được sử dụng khá rộng rãi trong tính toán thiết kế nền
móng và thiết kế xử lý nền đất yếu.
Thông qua thí nghiệm cho phép thăm dò địa tầng nên nó là một phương
pháp thăm dò mà chi phí thấp hơn rất nhiều so với công tác khoan khảo sát,
theo đó, trong một công trình nếu áp dụng thí nghiệm xuyên tĩnh thì sẽ có
được nhiều vị trí được thăm dò, qua đó làm tăng mức độ tin cậy của các số
liệu khảo sát.
Tuy nhiên, thí nghiệm xuyên tĩnh chỉ thực hiện ở những đối tượng đất
nền nhất định và với chiều sâu không lớn, mặt khác các số liệu thu được từ
kết quả thí nghiệm áp dụng cho việc tính toán nền theo tiêu chuẩn VN 9362
hiện hành thường gặp phải vấn đề về quy đổi chúng thành các giá trị của thí
nghiệm trong phòng. Do đó, cho đến nay việc áp dụng kết quả xuyên tĩnh vẫn
có những cách tiếp cận và giải quyết khác nhau chưa có sự thống nhất.
ối với nền đất khu vực địa bàn tỉnh Thái ình vốn là sự xắp xếp xen
kẽ nhau theo độ sâu của lớp đất dính và đất rời độ bền thấp rất khó lấy mẫu
đảm bảo yêu cầu cho thí nghiệm trong phòng xác định chỉ tiêu cơ lý, trong khi
đó nền này rất phù hợp với thí nghiệm xuyên tĩnh.
Do đó áp dụng thí nghiệm xuyên tĩnh trong khảo sát địa kỹ thuật các
công trình ở địa bàn Thái Bình chẳng những khắc phục được các bất cập trong
công tác khoan khảo sát mà còn nâng cao độ chính xác và tin cậy của các kết


2

quả tính toán trong thiết kế. Nhưng, để áp dụng được thì cần phải xây dựng
được quy trình tính toán nền bằng thí nghiệm xuyên tĩnh theo những quy trình
thí nghiệm và các loại thiết bị khác nhau mà luôn đảm bảo kết quả tính toán

thỏa mãn các yêu cầu về độ tin cậy. Vì vậy, nghiên cứu áp dụng thí nghiệm
xuyên tĩnh trong khảo sát địa kỹ thuật với các mục đích trên là rất thiết thực.
* Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là sáng tỏ:
- Bản chất và ý nghĩa thực tiễn của các giá trị thu được từ thí nghiệm
xuyên tĩnh đối với việc xác lập các thông số nền cho tính toán nền móng
- Phương pháp xác định sức chịu và biến dạng theo yêu cầu của nguyên
tắc tính toán nền theo trạng thái giới hạn.
- Sử dụng thiết bị xuyên tĩnh để khảo sát địa kỹ thuật cho các công trình
xây dựng ở Thái ình.
* ối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài:
-

ối tượng nghiên cứu của đề tài: kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh sử

dụng tính toán nền móng trong thiết kế nền móng.
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là kết quả sức kháng xuyên mũi và
kháng xuyên ma sát của các thiết bị thí nghiệm xuyên tĩnh cơ thông thường
hiện có ở việt Nam phục vụ nền móng công trình xây dựng thấp tầng ở địa
bàn Thành phố Thái Bình.
* Phương pháp nghiên cứu đề tài:
- Phương pháp phân tích lý thuyết; được sử dụng để nghiên cứu bản chất
ý nghĩa của các giá trị thu được từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh.
- Phương pháp lý thuyết hệ thống; được sử dụng trong phân loại đối tượng
đất nền thông qua đó để xây dựng các mối liên hệ tương quan.
- Phương pháp xác suất thống kê; được sử dụng để xây dựng các mối
quan hệ tương quan giữa các thông số tính toán nền với các kết quả thí nghiệm
xuyên tĩnh.

ặc biệt phương pháp này còn là cơ sở để đánh giá độ tin cậy theo

3

tiêu chuẩn xác suất thống kê.
- Phương pháp đối chứng so sánh, được sử dụng để kiểm chứng các kết
quả tính toán từ phương pháp đề xuất với các phương pháp truyền thống.
- Phương pháp chuyên gia.
* Ý nghĩa khoa học của đề tài:
- Ý nghĩa khoa học: Góp phần hoàn thiện lý thuyết tính toán nền trên
nền đất yếu phân lớp xen kẹp với đất cát bão hòa.
- Ý nghĩa thực tiễn: áp dụng thí nghiệm xuyên tĩnh trong khảo sát địa
kỹ thuật các công trình ở địa bàn Thái ình trong việc khắc phục được các bất
cập trong công tác khoan khảo sát, nâng cao độ chính xác và tin cậy của các
kết quả tính toán trong thiết kế.
* Cấu trúc luận văn: gồm 2 phần nội dung và kết luận, kiến nghị


4

N I DUNG
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN NỀN MÓNG VÀ THÍ
NGHIỆM XUYÊN TĨNH.
1.1.Tính toán nền móng trong thiết kế
1.1.1 Khái niệm về nền móng [4]
+ Khái niệm về Nền
Nền là chiều dày các lớp đất đá trực tiếp chịu tải trọng của công trình
do móng truyền xuống. Nền thường được phân biệt:
- Nền thiên nhiên là nền đất hay đá ở trạng thái tự nhiên.
- Nền nhân tạo là nền được gia cố bằng các biện pháp nhân tạo.
+ Khái niệm về Móng

Móng là của công trình nằm dưới đất làm nhiệm vụ truyền tải trọng của
công trình xuống nền. Móng thường được phân thành 2 loại cơ bản.
a. Móng nông
Là móng khi thi công phải đào toàn bộ hố móng do vậy loại móng này
thường có độ sâu đặt móng không lớn lắm (  5m).
* Móng dưới cột bê tông lắp ghép
Móng dưới cột bê tông lắp ghép thì dùng móng có chừa sẵn cốc.
- ối với cột đơn: chiều cao cốc hc  a c  0.05 (m)
- ối với cột 2 nhánh:

hc  0.5  0.33 Ak

hc  1.5a c

(1.1)
(1.2)

ac : cạnh lớn của tiết diện ngang cột (m)
- Bê tông gắn cột vào móng có cấp độ bền  B15
- Khi các điều kiện cấu tạo trên được thoả mãn và

bthc
 0.75 thì không
hb1

cần đặt cốt thép cho thành cốc. Nếu không đảm bảo thì phải tính cốt thép cho
thành cốc.


5

* Móng băng và móng băng giao thoa
Móng băng là loại móng có kích thước chiều dài đáy móng lớn hơn
nhiều kích thước chiều rộng (

l
 7) .Khi làm móng băng theo 2 hướng gọi là
b

móng băng giao thoa.
u điểm của móng băng và móng băng giao thoa so với móng đơn là
làm giảm và phân bố áp lực lên nền đều hơn, làm tăng độ cứng tổng thể của
công trình. ó thể được dùng cho công trình đặt trên nền đất yếu có chiều dày
thay đổi nhiều để giảm lún lệch hoặc khi phương án móng đơn không thoả
mãn hay đòi hỏi khoảng cách giữa các móng quá gần.
* Móng bè
- Là loại móng có kích thước chiều dài và chiều rộng đều lớn. Móng bè
thường là tấm bê tông cốt thép đổ liền khối dưới toàn bộ công trình hoặc dưới
đơn nguyên đã cắt ra bằng khe lún. Móng bè được sử dụng khi móng băng và
móng băng giao thoa không thoả mãn các yêu cầu về độ bền, biến dạng của
nền đất, độ cứng tổng thể của công trình.
- Móng bè có thể làm dạng bản phẳng hoặc bản sườn:
+ Móng bè bản phẳng dùng khi: bước cột Lc  9m ; Ncột  10000 KN.
ề dày bản hbản  L c .
6
ể tăng độ bền chống đâm thủng, chỗ tỳ cột có thể đặt cốt thép ngang
hoặc làm mũ cột.
+ Móng bè có sườn dùng khi Lc > 9m và khi cần tăng độ cứng của móng

1 1 

hb =   L c
 8 10 

(1.3)

hỉ nên làm sườn theo trục các dãy cột.
* Móng hộp
- Là hộp rỗng dưới toàn bộ công trình. Nó có thể kết hợp để làm tầng hầm.


6

-

u điểm là độ cứng rất lớn có khả năng phân bố tải trọng từ miền

giữa ra vùng biên. ược dùng khi nhà có nhiều tầng hầm.
- Nhược điểm: Khối lượng đào đất lớn, thi công phức tạp, tốn vật liệu.
* Móng vỏ
áy móng có dạng vỏ cong phát huy được khả năng chịu lực nén của
vật liệu bê tông. Là loại móng kinh tế có chi phí vật liệu thấp so với các loại
móng khác.
Móng vỏ thường được sử dụng cho công trình bể chứa các loại chất lỏng.
Theo độ cứng của móng móng nông được phân thành 2 dạng
* Móng tuyệt đối cứng
Là móng không bị uốn khi chịu tác dụng của tải trọng. Do vậy mặt đáy
móng luôn phẳng, ứng suất tiếp xúc dưới đáy móng có thể được tính theo các
công thức sức bền vật liệu.
Móng tuyệt đối cứng gồm các loại móng làm bằng vật liệu chịu kéo
kém như móng gạch, đá, bê tông, bê tông đá hộc.

t-êng chÞu lùc

t-êng chÞu lùc

t-êng chÞu lùc
mãng x©y g¹ch

mãng x©y ®¸ héc
mãng btct

Hình 1.1. Móng tuyệt đối cứng
* Móng có độ cứng hữu hạn (móng mềm)
Là loại móng bị uốn đáng kể dưới tác dụng của tải trọng. Ứng suất tiếp
xúc dưới đáy móng phụ thuộc vào biến dạng của bản thân móng.
-

ối với các móng ít bị uốn như móng đơn bê tông cốt thép dưới cột,

móng băng bê tông cốt thép dưới tường thì cho phép tính ứng suất tiếp xúc ở
đáy móng theo các công thức sức bền vật liệu.


7

- ác loại móng khác bị uốn nhiều hơn thì được tính theo phương pháp
dầm hoặc bản trên nền đàn hồi. ác loại móng này gồm có: Móng băng, móng
băng giao thoa bê tông cốt thép dưới các dãy cột, móng bè bê tông cốt thép.

dÇm mãng chÞu uèn

Hình 1.2. Móng có độ cứng hữu hạn
b. Móng sâu
- Móng cọc được sử dụng để truyền tải trọng công trình xuống
các lớp đất tốt ở sâu để tận dụng khả năng chịu tải và tính ít biến dạng của các
lớp đất tốt đó.
Móng cọc có ưu điểm là tiếp thu được tải trọng

§µi cäc

lớn, tiết kiệm vật liệu, giảm khối lượng công tác đất,
cơ giới hóa cao và có thể tránh được ảnh hưởng của

Cäc

mực nước ngầm
- Móng cọc gồm 2 bộ phận là cọc và đài cọc.
ọc là phần chính có tác dụng truyền tải trọng của
công trình lên đất ở mũi cọc và xung quanh cọc. ài

NÒn

cọc có tác dụng liên kết các cọc thành 1 khối và phân Hình 1.3. Móng cọc
phối tải trọng công trình lên các cọc
1.1.2 Tính toán nền móng theo các trạng thái giới hạn [4]
Tính toán nền theo trang thái là tính theo trạng thái giới hạn thứ nhát
TTGHT1 và trạng thái giới hạn thứ hai TTGH2.

ối với móng TTGH1 là

trạng thái giới hạn về độ bền, cụ thể: xác định chiều cao và cấu tạo móng, tính

cốt thép cho móng; TTGH2 là trạng thái giới hạn về hình thành và mở rộng


8

khe nứt, chỉ xét đối với các móng là bản đáy của bể chứa các chất lỏng, móng
đặt trong môi trường có tính ăn mòn mạnh.
Ngoài ra, vì móng phải làm việc cùng với nền cho nên có khả năng xảy
ra một dạng phá hỏng khác là móng bị lật đổ hoặc bị trượt trên nền mặc dù
bản thân móng chưa đạt tới trạng thái giới hạn nào đã kể trên và nền đất thì
vẫn ổn định, không có biến dạng lớn.

ho nên khác với những kết cấu chịu

lực khác, ngoài hai thái giới hạn trên móng còn phải kiểm tra về ổn định (lật
và trượt) trên nền khi móng chịu tải trọng ngang lớn, mà tải trọng đứng lại
nhỏ như tường chắn đất.... ối với tính toán nền các trạng thái giới hạn có nội
dung và yêu cầu cụ thể như sau:
a. TTGH1
Trạng thái giới hạn về độ bền: Kiểm tra sức chịu tải, ổn định của nền.
- iều kiện kiểm tra:

N


K tc

(1.4)

Trong đó: N- tải trọng tính toán theo tổ hợp bất lợi nhất trong các tổ

hợp cơ bản hoặc đặc biệt (có thể là lực dọc, lực ngang hoặc momen)
- sức chịu tải của nền cản lại tải trọng đó.
ktc- hệ số tin cậy, phụ thuộc vào mức độ quan trọng của công trình
nhưng ktc  1,2
- Tải trọng dùng để tính: tải trọng tính toán thuộc tổ hợp cơ bản hoặc
đặc biệt.
- hỉ tiêu cơ lý của đất dùng để tính: trị tính toán thứ nhất I ; I ; cI
- Phải tính theo TTGH1 khi
+ ác nền đất sét rất cứng, cát rất chặt, đất nửa đá và đá;
+ ác nền đặt móng chịu tải trọng ngang có trị số lớn;
+ ác nền nằm trong phạm vi mái dốc (ở ngay trên mái dốc hay ở dưới
mái dốc) hoặc móng đặt trên lớp đất mềm phân bố rất dốc;


9

+ ác nền đất sét yếu bão hoà nước có hệ số cố kết v < 107 cm2/năm
b. TTGH2
Trạng thái giới hạn về biến dạng: Khống chế biến dạng của nền nhỏ
hơn giá trị cho phép để đảm bảo công trình không bị nứt do lún lệch, công
trình được sử dụng bình thường, đảm bảo được mỹ quan cũng như không gây
cảm giác sợ hãi cho người sử dụng.
- iều kiện kiểm tra:
+ Nhà khung:

Stđ  Stđgh ;

S  Sgh

+ Nhà tường chịu lực:S

Stb  Stbgh ;

S  Sgh

;

i  igh
+ ông trình cao cứng:

Stb  Stbgh ;

i  igh

ác trị số bên phải là trị giới hạn cho phép tra theo bảng 16 T VN
9362-2012.
- Tải trọng dùng để tính: Tải trọng tiêu chuẩn thuộc tổ hợp cơ bản.
-

hỉ tiêu cơ lý của đất dựng để tính: II, II, cII và trị tiêu chuẩn

modun biến dạng của đất E0.
- Phải tính nền theo TTGH2 khi: các nền đất mềm
ác nền đất ít biến dạng thì ngay trước khi nền đất đạt tới trạng thái
giới hạn về cường độ thì biến dạng của nền đất cũng còn nhỏ đến mức không
gây ảnh hưởng đáng kể đối với trạng thái ứng suất - biến dạng của công trình
tức là chúng sẽ đạt trạng thái giới hạn thứ nhất trước khi xuất hiện trạng thái
giới hạn thứ hai.

ối với các đất mềm thì ngược lại. Nền đất đạt trạng thái

giới hạn thứ hai trước khi xảy ra trạng thái giới hạn thứ nhất. Dưới tác dụng
của tải trọng công trình các nền đất ấy biến dạng lớn. Ngay cả khi tải trọng
đặt lên nền còn nhỏ so với tải trọng cực hạn phá hỏng ổn định của nền đất thì
biến dạng của nền đất đã lớn đến mức làm công trình bên trên bị biến dạng,
nứt nẻ không sử dụng được nữa.


10

1.2. Các thông số đất nền và phân chia đất nền trong tính toán thiết kế
nền móng
1.2.1 ác chỉ tiêu cơ lý của đất nền: [5]
+ Phân loại đất đá
Nền của công trình là đất đá trên vỏ trái đất có thành phần vật chất và
cấu trúc rât đa dạng. Tùy theo mục đích sử dụng mà chúng được phân biệt với
nhau theo những nguyên tắc khác nhau. Trong tính toán thiết kế nền nói
chung và nền móng công trình nói riêng đất nền luôn được phân biệt với nhau
bởi đặc điểm mối liên kết, cụ thể như sau:
-

á, với đặc trưng là giữa các hợp phần cấu tạo của nó liên kết với

nhau theo bản chất của các mối liên kết ion, nguyên tử và kim loại theo bản
chất của vật lý chất rắn.

iểu hiện của đá là cứng trắc, không hoặc ít nhạy

cảm khi tiếp xúc với nước, biến dạng của đá thuộc loại biến dạng nhỏ, khi
ứng xử với tải trọng thì có mối quan hệ ứng suất với biến dạng thường được

xem là đàn hồi và tuyến tính.
-

ất dinh với đặc trưng là giữa các hợp phần cấu tạo của nó liên kết

với nhau theo bản chất của các mối liên kết phân tử theo bản chất của vật lý
chất rắn hoặc liên kết keo nước theo quan điểm hệ phân tán keo[11]. Trong
đó, nguyên nhân hình thành liên kết này là sức căng bề mặt lớn do tỷ bề mặt
của các hạt siêu nhỏ, nên đất dính thực chất là đất loại sét hay đất có hàm
lượng hạt sét hạt cơ đường kính d< 0,005mm là chủ yếu.

iểu hiện của loại

đất này là giảm bền khi gặp nước, khi ứng xử với tải trọng có mối quan hệ
ứng suất với biến dạng phổ biến là đàn dẻo và phi tuyến, trong đó biến dạng
thể tích lỗ hổng là chủ yếu.
-

ất rời với đặc trưng là giữa các hợp phần cấu tạo của nó không có

các mối liên kết mà thông qua lực ma sát để ổn định hình dạng của nó trong
trường trọng lực, theo đó đất rời chính là tập hợp của các hạt có đường kính


11

lớn tỷ bề mặt nhỏ sức căng bề mặt nhỏ, chính vì thế trong đất rời luôn được
coi không tồn tại lực dính. iểu hiện của đất rời là biến dạng của nó luôn gắn
liền với biến dạng thể tích lỗ hổng, khi ứng xử với tải trọng thường tồn tại
mối quan hệ ứng suất biến dạng là tuyến tính.

Xét về nguồn gốc hình thành của các loại đất trên thì mỗi loại đều là
các sản phẩm đặc thù của các quá trình địa chất từng diễn ra trên vỏ trái đất.
Ví dụ: đất dính là tập hợp của các hạt sét nên nó thường là sản phẩm của quá
trình trầm tích trong điều kiện yên tĩnh của bể trầm tích hay sản phẩm phong
hóa hóa học ở tại chỗ, ngược lại đất rời là tập hợp của các hạt thô thường là
sản phẩm hình thành theo dòng chảy còn gọi là trầm tích sông, lũ hay sản
phẩm của phong hóa vật lý [7]. Tuy nhiên, ngoài 3 loại đất đá trên trong thực
tế còn tồn tại nhiều loại khác với thành phần và cấu trúc đa dạng hỗn tạp, đặc
biệt các biểu hiện của nó khi ứng xử với tải trọng có sự khác biêt với các loại
trên. Do đó, để đáp ứng yêu cầu phân chia đất nền trong tính toán thiết kế
người ta thường phân ra loại đất có thành phần và cấu trúc đặc biệt bên cạnh 3
loại đất đá trên.
+ ác chỉ tiêu phân loại đất
ể lượng hóa việc phân loại đất đá có nhiều cách tiếp cận khác nhau,
nhưng tổng quát cho nhiều lĩnh vực nghiên cứu và phản ánh đúng bản chất
của các mối liên kết, đồng thời đảm bảo yếu tố, trong thiết kế nền móng
thường sử dụng đặc tính dẻo của đất đá để phân loại đất. Trong đó, tính dẻo
của đất được đánh gia thông qua chỉ tiêu chỉ số dẻo I L của đất. hỉ số dẻo IL là
chỉ tiêu tính toán từ chỉ tiêu thí nghiệm độ ẩm giới hạn là chảy W p và dẻo W L
theo biểu thức:
IL= Wp - WL

(1.5)

Trong đó IL là chỉ tiêu thí nghiệm bằng phương pháp lăn
Ip là chỉ tiêu thí nghiêm theo phương pháp azagrande hoặc chùy


12

Va- xi-li-ép.
Theo bản chất của hệ phân tán chỉ số dẻo phản ánh khả năng hấp phụ
màng nước xung quanh hạt.

ường kính hạt càng nhỏ khả năng tạo màng

nước càng dầy đất càng dễ biến hình mà vẫn bảo toàn thể tích và nguyên khối
như nước tức là càng dẻo. Do đó, về bản chất chỉ có đất dính I L>0, ngược lại
đá và đất rời không có tính dẻo IL= 0 hay không có khả năng tạo màng nước.
Như vậy, nếu muốn phân loại cho mỗi loại đất cần có các chỉ tiêu phân loại
riêng.
- hỉ tiêu phân loại đất dính
Trong tiêu chuẩn đất xây dựng của Việt Nam và một số nước khác, đất
dính được phân chia thành đất cát pha IL<7, sét pha: 7Tuy nhiên, giá trị của IL mới chỉ là khả năng để có màng nước dày, còn thực
tế độ dày màng nước trong đất phải phụ thuộc vào độ ẩm thực tế của đất đó.
Trong tiêu chuẩn đất xây dựng của Việt Nam và một số nước khác đất đính
còn được phân biệt với nhau bởi các trạng thái. Trong đó trạng thái được định
lượng bẳng chỉ tiêu độ sệt Ip, hay:
Ip= (Wtn- WL)/IL

(1.6)

Trong đó,W-độ ẩm thực tế tự nhiên của đất
ăn cứ vào Ip đất dính được phân biệt theo các trạng thái ẩm là: cứng,
nửa cứng, dẻo cứng, dẻo mềm, dẻo chảy, chảy tương đương với các khoảng
Ip<0; Ip= 0-0,25; Ip= 0,25-0,5; Ip= 0,5-0,75; Ip= 0,75-1 và Ip>1. xét về bản chất
khi giá trị độ sệt Ip càng lớn màng nước càng dày tỷ mặt ngoài càng nhỏ thì độ
bền càng giảm và thực tế cũng xác nhận điều đó. Do đó chỉ số dẻo và độ sệt là
các dấu hiệu cho phép suy đoán các đặc trưng độ bền và biến dạng khá chính

xác, thế nên nó thường được dùng để phân loại đất.
- hỉ tiêu phân loại đất rời
Trong tiêu chuẩn đất xây dựng của Việt Nam và một số nước khác, đất


13

rời được phân biệt với nhau bởi giá trị đường kính các hàm lượng nhóm hạt
chiếm ưu thế. Trong đó, hàm lượng nhóm hạt là tỷ lệ phần trăm về mặt khối
lượng, các nhóm hạt đó là: dường kính (mm) d=0,01-0,1 bụi, d= 0,1-0,25 mịn,
d= 0,25-0,5; d= 0,5-1 trung; d= 1-2 thô; d= 2-5 sạn; d= 5-10 cuội. Tuy nhiên,
phân biệt sự khác nhau giữa các loại đất rời bằng nhóm hạt chiếm ưu thể chưa
phản ánh đầy dử về các đặc trưng cơ học nên trong tiêu chuẩn còn phân chia
chúng thành các trạng thái khác nhau thông qua chỉ tiêu độ chặt K, được xác
định theo biểu thức:
K

e  emin
emax  emin

(1.7)

ở đây e, emin emax là hệ số rồng tương ứng với các trạng thái: tự nhiên; chặt
nhất và xốp nhất chúng được xác định theo biểu thức
e

s
(1  W )  1


(1.8)

Trong đó, s -khối lượng riêng
 - khối lượng tương ứng với các trạng thái của hệ số rỗng
W- dộ ẩm tương ứng với các trạng thái của hệ số rỗng
- hỉ tiêu phân loại đá
ất đá trên vỏ trái đất được hình thành từ nhiều nguồn gốc khác nhau
nên có rất nhiều các phân loại. Mặc dù độ bền nén tức thời của đá hầu hết là
cao đến rất cao và rất khác nhau có thể hơn kém nhau đến hàng chục lần, Tuy
nhiên, độ bền lâu dài đặc biệt là sự suy giảm độ bền khi gặp nước là vấn đề
luôn ảnh hưởng đến kết quả tính toán nên trong tiêu chuẩn đất xây dựng của
Việt Nam và một số nước khác, đá được phân biệt với nhau chủ yếu theo hệ
số hóa mềm xác định theo tỷ số giữa độ bền nén 1 trục khi khô với khi bão
hòa.

ối với khối đá, bên cạnh hệ số hóa mềm tính nứt nẻ của đá mới là vấn

đề chủ yếu đến khả năng chịu tải và biến dạng của nền, nên người ta còn


14

thường sử dụng chỉ số chất lượng của khối đá RQD để phân chia khối đá,
trong đó RQD là tỷ số giữa tổng độ dài các mẫu lõi khoan lớn hơn 10cm liền
khối trong một hiệp khoan với chiều dài hiệp khoan đó.
+ hỉ tiêu độ bền của đất, đá
ối với đá làm nền móng cho công trình chỉ tiêu thường sử dụng nhất
là độ bền nén 1 trục, nhưng với đá nứt nẻ thì để đánh giá chính xác độ bền của
đá là vô cùng phức tạp, trong thực tế thường đánh giá gần đúng dự trên rất
nhiều các thông tin.

ối với đất dinh và đất rời vì bản chất là hệ phân tán nên xét cho cùng
độ bền của chúng không phải là độ bền nén hay uốn .. mà là độ bền cắt bởi
mọi tác dụng cơ học lên chúng đều dẫn đến phá hủy cắt. Mô tả độ bền cắt
thường sử dụng mô hình coulomb
  tg  C

(1.9)

Trong đó  - lực cắt đơn vị
- p lực pháp tuyến theo phương cắt
- góc ma sát trong của đất
C- lực dính đơn vị của đất
Trong biểu thức trên ,  là hằng số cho mỗi loại đất có thành phần và
trạng thái xác định. Tuy nhiên, với đất bão hòa giá trị , còn phụ thuộc vào
tốc độ cắt và điều kiện thoát nước.
Trong việc xác định và đánh giá sức chịu tải của đát nền ,  là các số
liệu cơ bản nhất để thỏa mãn yêu cầu.
+ ác chỉ tiêu biến dạng của đất, đá
ặc trưng cho biến dạng của đất và đá về cơ bản là tỷ số giữa áp lực
dọc trục P (kPa) gây ra biến dạng nén với biến dạng nén tương đối, thể hiện
bằng biểu thức sau: