TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2017 - 2018
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 369
TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN CỦA MÓNG BÈ THEO CÁC PHƯƠNG PHÁP
KHÁC NHAU
STUDY ON THE SETTLEMENT OF RAFT FOUNDATIONS BY DIFFERENT
METHODS
PGS. TS. Lê Bá Vinh, KS. Nguyễn Văn Nhân
Trường Đại học Bách khoa Tp.HCM
TÓM TẮT
Thông thường, tính toán độ lún móng bè thường áp dụng phương pháp cộng lún các
lớp phân tố và phương pháp lớp biến dạng tuyến tính tùy theo điều kiện địa chất
công trình. Phương pháp cộng lún các lớp phân tố, về bản chất của phương pháp là
tính lún cho điểm và không xét đến độ cứng của móng, với móng có kích thước lớn ta
phải xét độ lún tại nhiều điểm sau đó tính độ lún trung bình của móng. Đối với
phương pháp lớp biến dạng tuyến tính, kết quả tính toán độ lún ổn định của nền phụ
thuộc chủ yếu vào việc xác định chiều dày tính toán của lớp biến dạng tuyến tính,
chiều dày tính toán này phụ thuộc vào kích thước móng, tỷ số L/B (L- chiều dài; B -
bề rộng móng), tải trọng công trình và cấu tạo địa chất công trình.
Để phân tích sự ảnh hưởng của kích thước, độ cứng móng và tải trọng công trình
đến phạm vi chiều dày chịu nén của nền và độ lún của móng. Trong bài báo này các
tác giả tính toán độ lún của nền theo phương pháp cộng lún các lớp phân tố, phương
pháp lớp biến dạng tuyến tính với chiều dày tính toán của lớp biến dạng tuyến tính,
xác định theo tiêu chuẩn TCVN 9362:2012, JGJ6-99 và các tác giả K.E.Egorov, B.L.
Đalmatov, đồng thời mô phỏng trên phần mềm Plaxis 3D ứng với các kích thước
móng 10x15; 15x22,5; 20x30; 25x37,5; 30x45; 35x52,5 và 40x60 m2, mỗi kích thước
móng chịu các tải trọng phân bố đều 150, 200, 250 kN/m2. Từ kết quả tính lún, phân
tích và đánh giá kết quả tính toán, để lựa chọn cách xác định chiều dày tính toán của
lớp biến dạng tuyến tính cũng như phương pháp tính lún hợp lý cho móng bè.
ABSTRACT
Normally, the settlement of raft foundation can be calculated by different methods.
Depending on the geological conditions, there are several analytical methods such
as the method of summation of partial settlements, the method of elastic layer with
finite thickness, etc… Regarding to the method of summation of partial settlements,
the settlement of center of foundation is calculated without the consideration of the
foundation’s stiffness. Regarding to the method of elastic layer with finite thickness,
the settlement depends on the thickness of deformed layers which is determined by
the shape, size of foundation, loads of the upper structure, and the ground condition.
In this paper, the thickness of deformed layers, and the final settlement of raft
foundations are analyzed by the above analytical methods, and by the finite element
method with the PLAXIS 3D software. The effect of size of foundation are considered
with many areas of 10x15, 15x22.5, 20x30, 25x37.5, 30x45, 35x52.5, and 40x60 m2,
and the effect of loads of the upper structure are considered with many different
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2017 - 2018
370 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
values of 150, 200, 250 kN/m2. There are remarkable differences between the
analytical settlements and the simulated results by PLAXIS 3D. From the analysis
and evaluation of calculated results, this paper proposes a suitable method to
determine the thickness of deformed layers, as well as the method of calculation of
settlement for raft foundations.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Muốn cho các công trình xây dựng sử dụng được bình thường, điều cần thiết là
phải đảm bảo cho các công trình đó không làm việc ở trạng thái giới hạn. Các trạng thái
giới hạn của nền đất gồm trạng thái giới hạn thứ nhất và trạng thái giới hạn thứ hai. Mục
đích của việc tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất, là đảm bảo cường độ và ổn
định cho công trình trong mọi tình huống bất lợi nhất. Theo trạng thái giới hạn thứ hai
là hạn chế độ lún, độ lún lệch, và độ nghiêng của móng để đảm bảo việc sử dụng bình
thường của công trình.
Cho nên, việc nghiên cứu vấn đề xác định độ lún của đất nền dưới tác dụng của tải
trọng ngoài là một vấn đề rất quan trọng, có ý nghĩa về mặt lý thuyết và thực tiễn lớn
trong thiết kế nền móng công trình.
2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH LÚN MÓNG BÈ
Theo TCVN 9362:2012, đối với móng có kích thước lớn (bề rộng hoặc đường
kính lớn hơn 10 m), đầu tiên xác định chiều dày tính toán của lớp biến dạng tuyến tính
Htt (phạm vi chiều dày chịu nén). Nếu trong phạm vi Htt có lớp đất có mô đun biến dạng
E < 10 MPa, hoặc khi lớp đất ngay dưới Htt có E < 10 MPa và dày hơn 5 m thì độ lún
của nền tính theo phương pháp cộng lún các lớp phân tố, nếu không thì tính theo
phương pháp lớp biến dạng tuyến tính.
2.1. Phương pháp lớp biến dạng tuyến tính
Dựa trên phương pháp đề nghị bởi K.E.Egorov, TCVN 9362:2012 đã đưa ra công
thức tính độ lún của móng riêng rẽ theo sơ đồ tính toán nền dưới dạng lớp đàn hồi biến
dạng tuyến tính có chiều dày hữu hạn Htt, được xác định như sau:
S p
=
.B.M
n
i i 1
i
i 1
k k
E
−
=
−
∑ (1)
Trong đó:
p – áp lực trung bình bên dưới đáy móng;
B - bề rộng móng hình chữ nhật hoặc đường kính móng tròn;
M - hệ số điều chỉnh tra theo bảng C.2 [1], dựa vào 2Htt/b;
ki, ki-1 - hệ số phụ thuộc hình dạng đáy móng ứng với độ sâu zi-1 tại đỉnh và zi
tại đáy lớp đất thứ i, tra Bảng C.3 [1], phụ thuộc tỷ số L/B, 2zi/B đối với ki ,
phụ thuộc tỷ số L/B, 2zi-1/B đối với ki-1.
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2017 - 2018
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 371
Đối với phương pháp lớp biến dạng tuyến tính, kết quả tính toán độ lún ổn định
của nền phụ thuộc chủ yếu vào việc xác định chiều dày tính toán của lớp biến dạng
tuyến tính, chiều dày tính toán này phụ thuộc vào kích thước móng, tỷ số L/B (L- chiều
dài; B - bề rộng móng), tải trọng công trình và cấu tạo địa chất công trình.
Theo TCVN 9362:2012, móng có kích thước lớn (bề rộng hoặc đường kính > 10
m) và mô đun biến dạng của đất E ≥ 10 MPa, không phụ thuộc vào chiều sâu của lớp
đất ít nén. Chiều dày tính toán của lớp biến dạng tuyến tính Htt được xác định theo:
9 0,15
tt
H B
đối với nền đất sét
6 0,1
tt
H B
= +
đối với nền đất cát
(2)
Trong đó: B – bề rộng móng, đơn vị (m).
Nếu như nền đất bao gồm cả đất sét và đất cát, thì giá trị Htt được xác định là giá
trị trung bình. Giá trị Htt cần được cộng thêm chiều dày của lớp đất có Eo < 10 MPa, nếu
lớp đó nằm dưới Htt và độ dày của nó không vượt quá 5 m.
Mặt khác, theo JGJ6-99 [4] chiều dày tính toán của lớp biến dạng tuyến tính Htt
được xác định theo:
( )
tt m
H Z B
ξ β
= +
(3)
Trong đó:
Zm – hệ số kinh nghiệm, tra bảng 1 theo tỷ số L/B;
ξ – hệ số tra theo bảng 1;
β – hệ số điều chỉnh, tra theo bảng 2;
B – bề rộng móng.
Bảng 1. Hệ số Zm và ξ
L/B ≤ 1 2 3 4 ≥ 5
Zm 11,6 12,4 12,5 12,7 13,2
ξ 0,42 0,49 0,53 0,60 1,0
Bảng 2. Hệ số β
Loại đất Đá dăm Đất cát Đất bột Đất có sét Đất mềm
β 0,30 0,50 0,60 0,75 1,00
Theo K.E.Egorov giá trị Htt được xác định dựa vào công thức (7). Đối với, B.L.
Đalmatov ông dựa vào phương pháp lớp tương đương của N.A.Txutovits và đề nghị xác
định chiều dày tính toán của lớp biến dạng tuyến tính Htt theo công thức sau:
2 .
tt t
H A B
ω
=
(4)
Trong đó: B – bề rộng móng;
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2017 - 2018
372 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
2Aωt – hệ số tra bảng 3
Bảng 3. Trị số hệ số 2Aωt
Móng
tròn
Móng chữ nhật khi L/B
1 1,5 2 3 5 7 10
1,11 1,2 1,52 1,65 1,88 2,03 2,14 2,27
2.2. Phương pháp cộng lún các lớp phân tố
Khi chiều dày của lớp đất nằm bên dưới Htt có Eo < 10 MPa và lớn hơn 5 m, cũng
như nếu các lớp đất phía trên có Eo < 10 MPa, thì việc tính toán độ lún thực hiện theo sơ
đồ bán không biến dạng tuyến tính bằng phương pháp cộng lún các lớp phân tố. Về bản
chất của phương pháp là tính lún cho điểm và không xét đến độ cứng của móng. Độ lún
tại một điểm bất kỳ nằm trên mặt tiếp xúc giữa đáy móng và nền được tính theo công
thức sau:
1 1
n n
i i
i
i i
i
p h
S S
E
β
= =
= =
∑ ∑ (5)
Trong đó:
S – độ lún cuối cùng (ổn định) của điểm đang xét;
Si – độ lún cuối cùng của lớp đất thứ i;
n – số lớp chia theo độ sâu của tầng chịu nén của nền;
hi – chiều dày của lớp đất thứ i;
pi – áp lực thêm trung bình trong lớp đất thứ i;
Ei – mô đun biến dạng của lớp đất thứ i;
β – hệ số xét đến nở hông của đất, theo TCVN 9362:2012 lấy bằng 0,8.
Đối với móng có kích thước lớn nếu ta tính lún ngay tại tâm móng, và xem là độ
lún của móng thì kết quả sẽ lớn hơn nhiều so với lún của móng trong thực tế. Do đó,
trường hợp móng có kích thước lớn ta phải tính độ lún tại nhiều điểm sau đó lấy độ lún
trung bình sao cho: Diện tích Stt = Diện tích Stđ.
Hình 1. Sơ đồ tính độ lún trung bình của móng
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2017 - 2018
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 373
Ngoài ra, để đơn giản tính trong tính toán, độ lún trung bình của móng có thể tính
toán theo công thức gần đúng sau:
2 2 4 2 2
13
A B C D E F
avg
S S S S S S
S
+ + + + +
= (6)
Trong đó:
Savg – độ lún trung bình của móng;
SA,B,C,D,E,F – độ lún tại các điểm A, B, C, D, E, F.
L
B
A B C
D
F
E
Hình 2. Các điểm tính lún của móng
Một trong những yếu tố quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả tính toán
độ lún là việc xác định xác định chiều sâu vùng chịu nén ở dưới để móng. Cho đến nay,
quan điểm xác định chiều sâu vùng chịu nén H còn chưa được nhất trí. Nếu trong nền
đất dưới đáy móng ở một độ sâu trong vùng chịu nén có một tầng cứng (đá) thì trị số H
lấy bằng toàn bộ chiều dày lớp đất, kể từ đáy móng đến tầng cứng ấy.
Theo TCVN 9362:2012, trị số H được xác định dựa vào điều kiện:
0, 2
bt
z z
σ σ
≤ (7)
Với σz là ứng suất phụ thêm ở độ sâu H.
Nếu trường hợp dưới độ sâu tìm được theo điều kiện trên là lớp đất yếu có Eo < 5
MPa hoặc nếu lớp đất đó nằm trực tiếp phía dưới giới hạn kể trên thì nó cần được tính
vào tầng chịu nén. Trong trường hợp này thì phạm vi vùng chịu nén lấy đến độ sâu thoả
mãn
0,1
bt
z z
σ σ
≤.
Trị số H được xác định như trên theo quy ước tại độ sâu này, ứng suất gây lún nhỏ
tới mức không còn tác dụng gây lún nữa. Trên thực tế khi tính toán độ lún của móng sử
dụng điều kiện (7) và tính tổng độ lún của các lớp phân tố cho đến lớp phân tố Si ≈ 0,
kết quả tính toán cho kết quả sai khác nhiều. Ngoài ra, tính toán độ lún của móng theo
công thức (5) không xét đến điều kiện nở hông thì kết quả thu được nhỏ hơn so với thực
tế, tuy nhiên nếu ta tính lún ngay tại tâm đáy móng (cho loại móng tương đối nhỏ như