Một số vấn đề về kết quả tính toán biến dạng lún cuối cùng trong thiết kế nền móng

MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BIẾN DẠNG LÚN<br /> CUỐI CÙNG TRONG THIẾT KẾ NỀN MÓNG<br /> <br /> TRẦN THƯƠNG BÌNH*<br /> <br /> <br /> Some problems on calculation results of final settlement in the<br /> foundation design<br /> Abstract: The paper analyzes the error factors in the prediction method<br /> of final settlement, clarifies the practical meaning of the calculation<br /> results<br /> <br /> ĐẶT VẤN ĐỀ * độ sai số, các phương pháp còn có những ưu<br /> Biến dạng lún của nền là sự phản ánh kết nhược điểm khác nhau về tính thực dụng. Đó<br /> quả tương tác giữa đất nền với tải trọng công là các lý do mà trong tiêu chuẩn tính toán nền<br /> trình. Trong khi đó, đất nền có vô vàn các móng đã hướng dẫn nhiều phương pháp tính<br /> thuộc tính và tải trọng thì đa dạng, nên từ các mà không quy định một phương pháp cụ thể<br /> bài toán liên quan đến tính toán biến dạng lún cho mọi trường hợp. Do đó, lựa chọn phương<br /> đã có các cách mô phỏng khác nhau về các pháp tính hợp lý trên cơ sở xem xét bản chất<br /> đặc điểm đất nền và tải trọng. Theo đó, biến của các yếu tố sai số trong mỗi phương pháp<br /> dạng lún đã có nhiều phương pháp khác nhau là một vấn đề rất đáng bàn luận.<br /> với kết quả tính không giống nhau. Ngoài ra, 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ<br /> nếu phân biệt các phương pháp bởi bản chất BIẾN DẠNG LÚN CHO CÔNG TRÌNH<br /> thông tin của các số liệu đất nền, thì trong Các phương pháp đánh giá biến dạng lún của<br /> cùng một diện tích lãnh thổ, các phương pháp nền, nếu phân biệt với nhau theo bản chất của<br /> khác nhau luôn cho kết quả tính khác nhau. Sự thông tin sử dụng trong đánh giá thì có thể chia<br /> khác nhau đó chính là sự khác nhau về giá trị thành các nhóm:<br /> sai số của kết quả tính mà phương pháp nào + Quan trắc lún<br /> cũng có. Do đó, để đánh giá sự khác nhau về Các thông tin trong quan trắc là các giá trị<br /> giá trị kết quả tính trong cùng một xác suất tin lún thực tế đo được của một công trình với tải<br /> cậy của lý thuyết xác suất thống kê, để khẳng trọng xác định trên vị trí nền xác định. Như thế,<br /> định phương pháp nào chính xác hơn là không kết quả quan trắc cho biết giá trị lún chính xác<br /> đủ cơ sở, nếu không có một giá trị lún thực tế. ứng với các điều kiện rất cụ thể của tải trọng tại<br /> Trong khi đó, giá trị lún cuối cùng của đất nền chính đất nền đó. Mọi ứng xử của đất nền sẽ thể<br /> dưới một tải trọng không đổi là kết quả của hiện khách quan và trực tiếp tổng hợp vào các<br /> một quá trình diễn biến theo thời gian, có khi phép đo chuyển vị lún hay nghiêng. Do đó, về<br /> hàng chục năm. Ngoài sự khác nhau về mức nguyên tắc sử dụng thí nghiệm quan trắc để<br /> đánh giá cho công trình khác tương tự, đặt trên<br /> *<br /> Đại học Kiến trúc Hà Nội đất nền tương tự sẽ cho các ứng xử tương tự.<br /> ĐC: Km 10, đường Nguyễn Trãi, quận Thanh Xuân, Tuy nhiên, thực tế một nền đất tương tự là một<br /> TP. Hà Nội khái niệm liên quan đến mức độ khác nhau của<br /> ĐT: 0913537260<br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017 9<br /> các loại nền thông qua việc đánh giá các đặc E<br /> C- hệ số nền , C  trong đó E modul<br /> điểm ứng xử của nền. Do đó, kết quả quan trắc 1  2<br /> là giá trị lún thực tế, nhưng luôn có tính bất định đàn hồi.<br /> về không gian, tức là kết quả không đúng cho Thí nghiệm nén tĩnh nền khi gia tải các cấp<br /> công trình có tải trọng như thế, nhưng đặt ở khác nhau, cùng với việc sử dụng diện tích bàn<br /> không gian khác. nén khác nhau sẽ cho giá trị của kết quả với các<br /> + Tính toán theo kết quả thí nghiệm hiện ý nghĩa phản ánh ứng xử của nền khác nhau.<br /> trường Bởi vì, nếu diện tích hoặc tải trọng càng lớn thì<br /> Điểm chung của các thí nghiệm hiện trường chiều sâu vùng ảnh hưởng càng lớn, theo đó hệ<br /> có khả năng xác định biến dạng lún của nền là số nền phản ánh ứng xử nén của nền đến chiều<br /> tạo ra biến dạng cho nền bằng một tác dụng của sâu lớn hơn.<br /> tải trọng tại hiện trường nơi đã, đang hoặc sẽ xảy Do đó, để xác định độ cứng của nền chỉ nên<br /> ra các ứng xử với tải trọng công trình. Giá trị của áp dụng cho trường hợp nền đất đồng nhất hoặc<br /> kết quả thí nghiệm hiện trường là sự phản ánh nền có chiều dầy lớp đất chịu nén nằm trên đá<br /> khách quan các đặc điểm đất nền trong một phạm gốc không lớn, trong trường hợp nền phân lớp<br /> vi nào đó được nhận biết thông qua sự biến đổi thì sử dụng diện tích bàn nén và tải trọng nén<br /> trạng thái ứng suất nền bởi một tác động bên bằng với diện tích đế móng và tải trọng công<br /> ngoài gây ra biến dạng cho nền. Cho nên, giá trị trình. Như thế, khi nén trên nền phân lớp, tải<br /> sử dụng của thông tin về đất nền mà thí nghiệm trọng thí nghiệm sẽ rất lớn nếu công trình có tải<br /> hiện trường mang lại, phụ thuộc vào phương thức trọng lớn, đó là hạn chế phương pháp này khi<br /> gây ra dạng phản ứng của nền và cách thức thu triển khai vào thực tế.<br /> nhận thông tin từ các phản ứng đó. Do đó, ý - Phương pháp dựa vào kết quả thí nghiệm<br /> nghĩa của kết quả thí nghiệm hiện trường phụ xuyên tĩnh CPT<br /> thuộc vào việc khai thác và sử dụng nó. Năm 1957, De Beer và Martens được bổ<br /> Hiện nay, kết quả thí nghiệm hiện trường xung bởi Bogdanovich, Milovich 1963, phương<br /> trong tính toán biến dạng lún thường sử dụng hệ pháp đánh giá biến dạng lún theo giá trị xuyên<br /> số nền của thí nghiệm nén tĩnh nền, giá trị<br /> CPT như sau:<br /> kháng xuyên của thí nghiệm CPT. 2 t m z  z    zi<br /> - Phương pháp nén tĩnh nền S   hi i i ln i i<br /> 3 t Ci zi  i<br /> Cơ sở của phương pháp là đề xuất của<br /> Trong đó, izi - ứng suất bản thân ở độ sâu zi<br /> Sleikhe-Polshin trong trường hợp nền đất một<br /> t- chiều sâu đáy móng<br /> lớp đất với chiều dày vô hạn, thì biến dạng lún<br /> m- chiều sâu giới hạn là chiều sâu có ứng<br /> của nền dưới đế móng được xác định bởi<br /> Pb suất bản thân bt = gl,<br /> S zi - ứng suất hiệu quả do tải trong công trình<br /> C<br /> S- độ lún trung bình của toàn bộ diện chịu tải gây ra (ứng suất gây lún)<br /> b- chiều rộng hình chữ nhật hay bán kính Ci - sức kháng xuyên mũi, tính trung bình<br /> hình tròn cho lớp.<br /> hệ số tra bảng phụ thuộc vào hình dạng So sánh sự hình thành phản lực nền lên đáy<br /> kích thước độ cứng của móng móng trong quá trình ứng xử,với phản lực nền<br /> P- cường độ tải trọng phân bố đều lên mũi xuyên có sự khác nhau về phương của<br /> <br /> <br /> 10 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017<br /> phản lực nền và không giống nhau về chế độ iz, ứng suất gây lún ở phân tố thứ i<br /> chất tải. Ngoài ra, sự biến đổi mối quan hệ ứng ibt ứng suất bản thân ở phân tố thứ i<br /> suất biến dạng trong ứng xử của đất dưới đế m- chiều dày phân tố<br /> móng với đất xung quanh mũi xuyên có những i- hệ số nở hông của phân tố thứ i<br /> điểm khác biệt đã hạn chế ý nghĩa sử dụng kết Phương pháp dựa vào đường e-logp<br /> quả thí nghiệm xuyên tĩnh trong tính toán biến Đặc điểm của phương pháp là dựa vào đường<br /> dạng. Nhưng, với ưu điểm tiến hành đơn giản cong bán loga để tìm ra giới hạn phân chia 2<br /> cho phép thu thập thông tin đất nền ở nhiều trạng thái của đát có bản chất cố kết khác nhau:<br /> điểm và ở các độ sâu khác nhau, kết quả xuyên - Với đất quá cố kết (c> vo) đất đã trải qua<br /> tĩnh có nhiều điều kiện để kết hợp với các thông quá trình nén chặt<br /> tin khác trong đánh giá biến dạng lún. n<br /> C  ' voi  q<br /> S c   ci hi . lg<br /> Tính toán biến dạng lún bằng thí nghiệm 1 1  e0 i  'pi<br /> xuyên tĩnh còn được tiến hành thông qua các - Với đất thiếu cố kết<br /> quan hệ tương quan giữa qc với E thể hiện dưới n<br /> h  pi  ' voi  q<br /> S c   i (C si lg  lg )<br /> dạng bảng tra hoặc các hàm tương quan. Tuy 1 1  e0 i  voi  'pi<br /> nhiên, các hàm tương quan được xây dựng trên<br /> trong đó, hi , Cci Csi, e0i- chiều cao, chỉ số nén,<br /> các số liệu của một khu vực giữa các cặp số<br /> chỉ số nở và hệ số rỗng ban đầu của lớp đất thứ i<br /> liệu, nên chỉ có ý nghĩa khu vực với một sự<br /> voi áp lực thẳng đứng ban đầu của lớp đất<br /> chính xác nhất định. Ưu việt lớn nhất của<br /> thứ i bằng trọng lượng lớp nằm trên đến giữa<br /> phương pháp tính biến dạng lún bằng xuyên tĩnh<br /> lớp tính toán<br /> là kết quả tính là không phụ thuộc vào việc phân<br /> q = I.H.- tải trọng gây lún lên lớp thứ i,<br /> chia chủ quan các lớp đất dưới nền.<br /> trong đó I hệ số ảnh hưởng xác định theo toán<br /> - Tính toán theo kết quả thí nghiệm trong phòng<br /> đồ Oserberg<br /> Các phương pháp tính toán này xem xét quy<br /> Phương pháp lớp tương đương:<br /> luật phân bố ứng suất gây lún giảm dần theo độ<br /> Đặc điểm của phương pháp là tuyến tính hóa<br /> sâu, trên cơ sở sử dụng kết quả thí nghiệm nén<br /> đường phân bố ứng suất bằng việc quy đổi vùng<br /> không nở hông và tính toán độ lún của nền dưới<br /> chịu nén theo chiều dày lớp tương đương như sau:<br /> tâm diện chịu tải. Theo mức độ xem xét khác<br /> hs chiều dày lớp tương đương hs=A b với A là<br /> nhau về quy luật phân bố ứng suất và vùng chịu<br /> hệ số tra bảng dựa vào kích thước độ cứng ở tâm<br /> nén, có các phương pháp sau<br /> hoặc góc móng và hệ số biến dạng ngang <br /> Phương pháp sử dụng đường cong e-p.<br /> a0 – hệ số nén lún rút đổi bình quân;<br /> Đặc điểm của phương pháp xem xét biến a<br /> dạng lún thông qua biến thiên từ lúc chưa chất a0  với eo hệ số rỗng của đất và a hệ số<br /> 1  e0<br /> tải đến khi kết thúc lún của quá trình chất tải của<br /> nén lún của đất.<br /> độ rỗng đất ở các độ sâu khác nhau, theo đó độ<br /> h- độ sâu vùng chịu nén được xác định theo<br /> lún của nền sẽ là<br /> biểu thức:<br /> n<br /> e T  eiS<br /> S  m  i iz  <br /> i 1  i   ibt  <br /> h  2hs 1 <br /> j  Pct<br /> Trong đó, eiT,eis- hệ số rỗng của phân tố thứ i  P  p<br /> trước và sau khi gia tải  j <br />  2hs  <br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017 11<br />  Trong đó, Pct độ bền cấu trúc của đất; quả thí nghiệm trong phòng đều tính ở tâm diện<br /> j- Grandien thủy lực. chịu tải, nơi phân bố ứng suất theo chiều sâu là<br /> xem độ lún của nền dưới một diện chịu tải, lớn nhất, cùng với sự chỉnh lý thống kê kết quả<br /> được xác định bởi biểu thức thí nghiệm và các phép tuyến tính trong bài<br /> S  a0 Phs toán. Do đó, thay vì các sai số của kết quả tính<br /> + Phương pháp phân tầng lấy tổng dao động xung quanh giá trị thực đã được dồn<br /> Đặc điểm của phương pháp là chia nền đất ra về một phía để đảm bảo kết quả tính toán là giá<br /> nhiều phân tố để xác lập trạng thái ứng suất cho trị có độ tin cậy cao nhất cho ổn định công trình.<br /> các phân tố, trong đó độ lún của nền là tổng Chính vì thế, cùng với các ưu điểm khác,<br /> biến dạng của các phân tố theo công thức: phương pháp tính toán dựa vào kết thi nghiệm<br /> n n<br /> i trong phòng đã trở thành truyền thống và phổ<br /> S  Si   mi i<br /> i 1 i 1 Ei<br /> biến trong thiết kế tiền định.<br /> trong đó, Si - giá trị lún của một lớp phân tố<br /> Tóm lại mỗi phương pháp đêu có những ưu và<br /> trong vùng chịu nén<br /> nhược điểm khác nhau, không phương pháp nào<br /> mi – chiều dầy phân tố thứ i<br /> ưu việt trong mọi hoàn cảnh. Do đó, kết hợp giữa<br /> Ei – modul tổng biến dạng của phân tố thứ i nhận<br /> các phương pháp thí nghiệm hiện trường và quan<br /> được từ tính toán kết quả thí nghiệm trong phòng<br /> tắc với tính toán bằng thí nghiệm trọng phòng sẽ<br />  i - hệ số nở hông của phân tố thứ i nhận được<br /> cho giá trị sát thực nhất, vấn đề là kết hợp như<br /> từ bảng tra hoặc tính theo công thức<br /> thế nào để có kết quả đánh giá hợp lý nhất.<br /> n - số phân tố trong vùng chịu nén z. Z là<br /> 2. Mục đích của tính toán biến dạng và ý<br /> chiều sâu tính từ đáy diện chịu tải đến độ sâu có<br /> nghĩa cúa các kết quả<br /> ứng suất gây lún z nhỏ hơn 5 lần ứng suất bản<br /> Ngoài các sai số kết quả của các phương<br /> thân bt<br /> pháp tính, thì kết quả tính còn phụ thuộc vào<br /> Các phương pháp liên quan đến kết quả thí<br /> việc xác định tải trọng, trong khi tải trọng công<br /> nghiệm trong phòng chứa đựng nhiều yếu tồ sai<br /> số, bao gồm: trình là kết quả của tổ hợp theo các kịch bản.<br /> - Kết quả thí nghiệm trong phòng là sản Như vậy, tải trọng tác dụng xuống nền đất thông<br /> phẩm của nhiều công đoạn lấy mẫu, vận qua móng không phải là giá trị thực, nên kết quả<br /> chuyển, bảo quan, gia công và kết quả thí tính toán biến dạng lún cho một công trình cụ<br /> nghiệm phụ thuộc vào kỹ năng thao tác, sự thể cũng là không thực, cho dù kết quả từ các<br /> chính xác của thiết bị. phương pháp tính là chính xác.<br /> - Các mô phỏng về trạng thái của mẫu đất Hơn thế, biến dạng lún của đất nền luôn kèm<br /> trong phòng thí nghiệm không thể đúng với theo sự biến đổi cấu trúc của đất để hình thành<br /> trạng thái tồn tại của nó và điều kiện để nó ứng một cấu trúc khác. Khi biến dạng còn nằm trong<br /> xử đúng với thực tế. Trong khi, một sai số nhỏ giới hạn phát triển của biến dạng trượt thì sự<br /> của thí nghiệm thông qua các phép cộng sẽ trở biến đổi cấu trúc có xu hướng làm tăng bền và<br /> thành lớn của kết quả tính. giảm khả năng biến dạng. Như thế, biến dạng<br /> - Tính lún bằng kết quả thí nghiệm trong lún của công trình còn phụ thuộc vào phương<br /> phòng còn phụ thuộc vào sự xác lập chiều dày thức chất tải nhanh hay chậm, trong khi các<br /> các lớp đất. phương pháp tính chưa tường minh sự ảnh<br /> Nhưng các phương pháp tính lún bằng kết hưởng này.<br /> <br /> 12 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017<br />  Tóm lại có rất nhiều vấn đề chỉ ra rằng, kểt biến dạng tuyệt đối và độ lún lệch, còn nhỏ hơn<br /> quả tính toán lún cuối cùng của đất nền dưới tải bao nhiêu không cần xem xét.<br /> trọng công trình là giá trị không thực. Vậy, Trong TCVN 9362 và TCVN 10304 quy<br /> chúng có ý nghĩa gì trong thiết kế nền móng, khi định: nhà khung bê tông cốt thép không có<br /> mà theo thời gian chịu tải trọng công trình, đất tường chèn, giá trị lún tuyệt đối giới hạn<br /> nền chỉ biến đổi theo chiều hướng tăng bền, Sgh=8cm và độ lún lệch giữa hai móng liền kề<br /> giảm tốc độ lún và tắt dần đã được khẳng định S/L= 0.002 là thỏa mãn, không cần xem xét<br /> chăc chắn bằng sự thỏa mãn điều kiện chịu tải đến sai số của kết quả tính. Việc không xét đến<br /> của đất nền. sai số của kết quả tính, đã dẫn đến những sai<br /> Để tường minh về ý nghĩa thực tiễn của kết lầm tiềm ẩn nguy cơ hoặc thể hiện ra bên ngoài<br /> quả tính toán, trước hết phải tường minh về bản bằng sự phá hủy kết cấu.<br /> chất biến dạng lún của công trình. Ví dụ, lún của đài A là S= 5cm và đài B có<br /> Biến dạng lún của công trình là sự chuyển vị S=4,2 cm khoảng cách 2 đài L=5 mét, khi đó độ<br /> thẳng đứng lũy tiến theo thời gian của công lún lệch giữa hai đài là 0.0016