Quan trắc phân phối tải trọng lên cọc và đất nền dưới móng công trình có tầng hầm.pdf

1. QUAN TRẮC PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG LÊN CỌC VÀ ĐẤT NỀN
DƯỚI MÓNG CÔNG TRÌNH CÓ TẦNG NGẦM
TS. Trịnh Việt Cường, Viện KHCN xây dựng – Bộ Xây dựng
TS. Bùi Đức Hải, Viện KHCN và KT xây dựng Hà Nội
TS. Trần Huy Tấn, Viện KHCN xây dựng – Bộ Xây dựng
Tóm tắt: Thông thường móng cọc của nhà có tầng ngầm được thiết kế với giả thiết toàn
bộ tải trọng của công trình được truyền lên cọc. Tuy vậy các nghiên cứu lý thuyết và thực
nghiệm ở nhiều nước trên thế giới đã cho thấy đất dưới bè móng tầng ngầm có tham gia
chịu tải cùng với cọc. Giải pháp tính tóan móng có kể đến sự làm việc đồng thời giữa cọc
và nền đã được áp dụng trong thiết kế nhiều công trình cao tầng có tầng ngầm ở nhiều
nước tiên tiến. Bài báo này giới thiệu kết quả quan trắc phân bố tải trọng lên cọc và lên
nền tại một công trình xây dựng ở Hà Nội. Kết quả thực nghiệm cho thấy đất nền tiếp
nhận trên 20% tải trọng mặc dù tòa nhà được xây dựng trong điều kiện địa chất công
trình không thuận lợi.
Abstract: Normally, the piled foundations of buildings with basements are designed with
the assuming that the whole structural load is transferred to piles. However, theorical and
experimental studies have showed that the load are always shared between the piles
and the soil under the basement raft. Analysis methods that account for the interaction
between piles and raft have been applied in the design of many high rise buildings
abroad. This report presents the results from monitoring the distribution of structural load
on piles and raft under a building in Hanoi. Experimental results show that the raft takes
over 20% of the total load although the building is constructed in an area of unfavourable
soil condition.
1. Mở đầu
Do quĩ đất cho phát triển đô thị ở các thành phố lớn ngày càng hạn hẹp nên việc xây
dựng nhà cao tầng có tầng ngầm là giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng đất. Trong
những năm 1990 số tầng nhà thường chỉ ở mức 10-20 tầng thì từ năm 2000 đến nay
nhà 20-30 tầng đã trở nên phổ biến và một số công trình trên 60 tầng cũng đang được
xây dựng. Đồng thời với việc tăng số tầng bên trên, số tầng ngầm của các công trình
được xây dựng gần đây cũng tăng lên do nhu cầu bố trí chỗ để xe và các thiết bị kỹ
thuật khác. Một số công trình đã được xây dựng với 5 tầng ngầm và hiện nay một số
công trình khác đang được thi công có tới 7 tầng ngầm.
Giải pháp móng cọc đã được sử dụng cho hầu hết các công trình nhà cao tầng. Thiết
kế thực hiện theo các tiêu chuẩn móng cọc hiện hành ở Việt Nam đều giả thiết toàn bộ
tải trọng của công trình được truyền lên móng cọc và sự tham gia chịu tải của đất nền
giữa các cọc không được xét đến. Thông thường, chi phí cho phần cọc chiếm khoảng
15-25% chi phí xây dựng công trình nhà cao tầng.

2. Ở nước ngoài, các nghiên cứu về sự làm việc đồng thời cuả cọc và đất nền lý thuyết
và thực nghiệm đã thực hiện ở nhiều nứơc tiên tiến trên thế giới đã chứng tỏ sự tham
gia làm việc của nền đất dưới móng cọc[2], [3], [4], [5], [7]. Giải pháp thiết kế có kể đến
sự làm việc đồng thời của cọc và đất nền dưới móng đã cho phép giảm khoảng 20-40%
chi phí cho móng cọc, tùy theo điều kiện cụ thể của công trình, trong đó các yếu tố có
ảnh hưởng mạnh nhất là điều kiện địa chất, qui mô công trình và độ sâu phần ngầm,
Hiện nay việc áp dụng giải pháp thiết kế trong đó có kể đến sự làm việc đồng thời của
cọc và nền nói chung và có kể đến hiệu ứng do đào đất để xây dựng phần ngầm nói
riêng đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Nhiều công trình với qui mô 40-60 tầng đã
được xây dựng trên móng bè-cọc tại Mexico [8], CHLB Đức [4], Nga [1], Nhật [5], v.v.
Ở Việt Nam, sự làm việc đồng thời của cọc và đất nền đã được nhiều tác giả quan
tâm nghiên cứu và kiến nghị áp dụng trong giải pháp nền móng. Tuy vậy việc áp dụng
các kết quả nghiên cứu vào thực tế còn rất hạn chế. Vì vậy nghiên cứu thực nghiệm sự
phân bố tải trọng giữa cọc và nền tại công trình trụ sở công ty Tiền Phong cho phép đưa
ra những số liệu cụ thể chứng tỏ hiệu quả đạt được khi áp dụng giải pháp này trong thực
tế.
2. Mô tả công trình
2.1 Thông tin chung
Trụ sở công ty Tiền Phong có kích thước mặt bằng 21m x 28 m, gồm 11 tầng nổi
cao 42 m và 1 tầng ngầm sâu 2,4 m (hình 1). Công trình có kết cấu khung bê tông cốt
thép kết hợp với lõi cứng. Các cột được bố trí theo lưới 7x7 m. Theo tính toán, tải trọng
lớn nhất ở chân cột bằng 944 T.
Thiết kế đã lựa chọn sử dụng cọc ép cho móng của công trình. Trong tính toán thiết
kế đã giả thiết toàn bộ tải trọng công trình được truyền lên cọc. Phần móng có cấu tạo
như sau:
- Cọc BTCT tiết diện 30x30 cm, ép đến độ sâu 18.7-21.6 m. Mũi cọc tựa trên
lớp cát mịn trạng thái chặt vừa (lớp 7). Sức chịu tải cho phép của cọc bằng
70T;
- Cọc được bố trí thành từng cụm bên dưới cột, số lượng cọc dưới cột chịu tải
trọng lớn nhất là 14 cây (hình 4);
- Hệ thống móng gồm các đài cọc, giằng, tường và bản đáy tầng ngầm.

3. Hình 1. Mặt cắt qua công trình
2.2 Điều kiện địa chất công trình
Theo kết quả khảo sát địa chất, đất nền ở khu vực tương đối thuận lợi cho các công
trình xây dựng, tuy vậy ở độ sâu khoảng 6-9m đã gặp một lớp bùn sét và đây là lớp đất
yếu duy nhất đã gặp trong phạm vi khảo sát. Trụ địa chất điển hình và một số chỉ tiêu cơ
lý của đất nền được trình bày trong bảng 1.
Trên cơ sở phân tích điều kiện địa chất và tải trọng của công trình, thiết kế đã lựa
chọn giải pháp hạ cọc đến lớp 7 (cát mịn, chặt vừa) gặp từ độ sâu khoảng 22 m trở
xuống. Do lớp đất tựa cọc chỉ là cát mịn với NSPT=16-21 búa/30 cm nên sức chịu tải của
cọc chủ yếu phụ thuộc vào ma sát bên và độ lún của công trình dự kiến bằng 2.1-7.2 cm
(tùy theo vị trí cột).

4. Bảng 1. Một số chỉ tiêu của các lớp đất nền
Chỉ tiêu
Lớp
đất
Mô tả
Bề dày
(m)
W
(%)
γ
g/cm3
eo
IP
(%)
IS
c
(kG
/cm2
)
ϕ
(độ)
NSPT
(búa/
30cm)
1 Đất san lấp 2-2,4
2 Sét pha dẻo cứng 2-2,4 28.6 1.85 0.885 12.5 0.37 0.19 10°30’
3 Bùn sét pha lẫn tàn tích
hữu cơ
3,3 48.8 1.51 1.33 14.6 1.80 0.052 3°40’
4 Sét nửa cứng 3.7-4.5 24.1 1.93 0.759 18.0 0.15 0.309 15°00’
5 Sét pha dẻo cứng đến
nửa cứng
4.8 26.1 1.89 0.798 11.5 0.31 0.219 12°20’
6 Cát pha dẻo, xen kẹp
cát mịn (NSPT=12-14)
3.5 24.9 1.87 0.803 6.1 0.4 0.146 15°10’ 12-14
7 Cát hạt mịn, chặt vừa
(NSPT=16-21)
4.7 16-21
8 Cát hạt trung, hạt thô
lẫn sạn sỏi nhỏ, chặt
vừa đến chặt (NSPT=17-
35)
8.1 17-35
9 Sỏi, cuội lẫn cát thô, cát
trung, chặt đến rất chặt
(NSPT=39-64)
- 39-64
2.3 Thông tin về thi công và thí nghiệm cọc
Cọc của công trình được ép tới tải trọng 170-198 T. Trước khi thi công đại trà, 3 cây
cọc dài 19.1m đến 21.6 m đã được thí nghiệm nén tĩnh (bảng 2). Theo kết quả thí
nghiệm, cọc chưa đạt tới sức chịu tải giới hạn khi được nén tới 160 T và độ lún của cọc
ở cấp tải thí nghiệm lớn nhất ở mức 13-17 mm (hình 2). Thông tin về chiều dài và lực ép
của các cọc thí nghiệm và một số cây cọc khác được trình bày trong bảng 2.

5. Bảng 2. Thông tin về cọc thí nghiệm và cọc được gắn đầu đo lực
TT No. Chiều dài (m) Lực ép (T) Ghi chú
1 36 19.15 172.2 Nén tĩnh (No.1)
2 155 21.25 172.2 Nén tĩnh (No.2)
3 187 21.65 172.2 Nén tĩnh (No.3)
4 38 19.75 172.2 C1
5 77 20.25 172.2 C5
6 90 21.55 172.2 C3
7 130 18.75 196.8 C2
8 144 20.55 172.2 C4
9 158 20.05 172.2 C6
Hình 2. Biểu đồ tải trọng - độ lún của cây cọc thí nghiệm No.3
3. Quan trắc phân bố tải trọng lên cọc và lên nền
Phần móng công trình Công ty Tiền Phong đã được thiết kế với giả thiết toàn bộ tải
trọng được truyền lên móng cọc. Tuy vậy ngay cả trong điều kiện đó các kết quả nghiên
cứu lý thuyết và thực nghiệm cho các công trình tương tự đã cho thấy một phần đáng kể
tải trọng công trình được truyền lên nền đất dưới bản đáy tầng ngầm, nghĩa là đất nền
luôn tham gia chịu tải cùng móng cọc. Công tác quan trắc đã thực hiện ở Công ty Tiền

6. Phong nhằm mục tiêu định lượng sự phân chia tải trọng lên cọc và lên nền dưới móng
công trình xây dựng trong điều kiện đất nền khu vực Hà Nội.
3.1 Nội dung công tác quan trắc
Các quan trắc đã thực hiện tại hiện trường bao gồm:
- Quan trắc lực tác dụng lên cọc bằng 06 đầu đo biến dạng (sử dụng thiết bị của
hãng Slope Indicator – hình 3a);
- Quan trắc áp lực tác dụng lên đất nền bằng 03 đầu đo áp lực trong đất (sử
dụng thiết bị của hãng Slope Indicator – hình 3b);
- Quan trắc độ lún của công trình bằng thiết bị quang học.
Trong điều kiện số lượng thiết bị được lắp đặt hạn chế, việc lựa chọn vị trí lắp đặt
các đầu đo lực lên cọc và áp lực lên nền được thực hiện theo nguyên tắc:
- Quan trắc lực tác dụng lên cọc và lên nền tại khu vực chịu tải cao nhất
(khoảng giữa nhà và khu vực vách cứng);
- Trong cụm cọc, bố trí cọc đầu đo lực trên cây cọc chịu tải trọng ở mức trung
bình trong nhóm (không bố trí ở biên, góc hoặc ở tâm nhóm cọc);
- Quan trắc áp lực lên nền ở khoảng giữa các giữa các đài cọc có đặt đầu đo
lực trên cọc;
- Quan trắc lún ở chân các cột góc, biên và các cột ở khu vực trung tâm của
công trình.
Mặt bằng bố trí các điểm quan trắc được thể hiện trên hình 4 và sơ đồ lắp đặt các
đầu đo được thể hiện trên hình 5. Tín hiệu từ các đầu đo được truyền về thiết bị đo qua
các dây dẫn chuyên dùng có khả năng chịu ẩm và chống nhiễu.
(a) (b)
Hình 3. Các đầu đo biến dạng (a) và áp lực trong đất (b)
Tải bản FULL (12 trang): https://bit.ly/3GxO4zf
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

7. Hình 4. Mặt bằng bố trí các điểm quan trắc
(a) (b)
Hình 5. Chi tiết bố trí các đầu đo lực (a) và áp lực trong đất (b)
3828017