Tài liệu Top base

CÔNG G NGHỆ Ệ MÓNG G TOP – BASE TRONG T G XỬ LÝ Ý NỀN ĐẤT Đ YẾU U Bạch Văn Sỹ Bộ môn Kỹ th huật Xây dự ựng 1. Đặt vấn đề: Đã từ lâu công trình xâyy dựng trên nền địa yếếu đã gây raa rất nhiều khó khăn trong t công tác khảo sát thhiết kế, thi công c và đặc biệt làm chho giá thành h công trình bị đẩy lên ccao, do đó nhiều n dự ánn đã phải dừng lại vì thiếu kỹ thuật, thhiếu các giảải pháp hữu u hiệu để triển khai thự ực hiện. Vấn n đề này đặtt ra cho các nhhà khoa họcc, nhà thiết kế, k nhà quảản lý và nhàà thi công làà phải đi tìm m giải pháp p nào đó nhhằm giải quyết những vướnng mắc nói trên. Để khắc phục những khó khăn đó thìì hiện nay đã đ có rất nhiều giải phááp xử lý nền n đất yếu đư ược đưa ra như ư: biện phápp thay đất, biện b pháp cọọc cát, cọc đất đ gia cố xi x măng, bấcc thấm, hút chân khôngg… tùy vào quuy mô của công c trình và v khả năngg kỹ thuật củ ủa các nhà thi t công màà ta chọn biiện pháp xử ử lý thích hợp. đ một số dự d án đã kiếến nghị dùnng biện phápp móng Top p – Base để thi Troong một vàii năm gần đây công công trình trên nền n đất yếuu, bước đầu cho thấy tíính hiệu quuả của việc llàm tăng sứ ức chịu tải của c nền đất, giảm lún, giảm m thời giann thi công vàà từ đó giảm m giá thành xây dựng. 2. Nội dung phư ương pháp móng Top – Base: 2.11.Giới thiệu u chung: Phư ương pháp Top T – Base Method (T TBM) sử dụng các khốii bê tông cóó dạng con quay q (hay toopblock) sắp xếp liên tụục trên nền đất đ tạo ra một m tầng đệm m (gọi là lớpp Top – Baase) giữa mó óng công trình L rỗng giữ ữa các khốii bê tông đư ược chèn lấấp bằng vật liệu rời đầầm chặt (thôông với nền đấất thực sự. Lỗ thường sử dụng đá dăăm). Mặt cắắt ngang mộột lớp Top – Base (Hìnnh2.1). Nềnn có thể đượ ợc gia cố bằằng một hoặc hai h lớp Top – base. Hìnnh 2.1: Mặtt cắt ngang một lớp Topp-Base Hiệện nay trongg thực tế thư ường sử dụụng loại top – block có đường kínhh 33cm và 50cm 5 để xử ử lý nền đất yếuu dưới đáy móng m công trình. Theoo kết quả ng ghiên cứu củủa các nướcc đã sử dụng g phương phháp TBM trongg việc xử lýý nền đất yếuu thì phươnng pháp món ng TBM là tăng sức chhịu tải của nền n đất lên đến đ 200%, giảm m độ lún còòn 15% – 300% so với nền đất yếu khi k không sử s dụng biệnn pháp xử lý ý. 83 2.2.Phạm vi áp dụng: 2.2.1. Tình hình áp dụng trên thế giới: 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 TopBase 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 công trình được xây dựng trên nền đất Top-Base. Các công 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 TopBase trở nên đơn giản và nhanh chóng hơn trong thi công, thân thiện với môi trường và đặc biệt giá thành hạ một cách thuyết phục . Với hơn 2000 công trình ở Hàn Quốc được xây dựng trên nền TopBase vào những năm 1990, riêng năm 2007 đã có hơn 8 triệu khối bê tông top-block được sử dụng tương đương với 2 triệu m2 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. Một số công trình điển hình ở Nhật Bản và Hàn Quốc áp dụng phương pháp móng Top-Base: Hình 2.2: Bãi chứa container ở Kwangyang Hình 2.3: Cống hộp tại đại lộ Iksan Hình 2.4: Tường chắn đất ở Busan 84 2.2.2. Tình hình áp dụng tại Việt Nam: Công 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 với Bộ môn 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 công nghệ này tại Hàn Quốc và hình thành ý định áp dụng công nghệ mới ở Việt Nam. Năm 2008, lần đầu tiên Công nghệ móng Top-Base được nghiên cứu tại Trường Đại học Xây dựng trên qui mô mô hình trong phòng thí nghiệm Cơ học đất. Tháng 08/2008, Công 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 công 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 đô thị mới PG của Hải phòng dưới danh nghĩa chính thức của Công ty Liên doanh TBS Việt nam. Một số hình ảnh áp dụng móng Top-base tại Việt Nam các công trình dân dụng và công nghiệp: Hình 2.5: Công trình khách sạn cao 12 tầng ở 32 Lò Sũ, Hà Nội Hình 2.6: Công trình khách sạn Ocean View – Vũng Tàu 2.3.Nguyên lý chịu lực của móng Top – Base: 2.3.1. Cấu tạo nền Top-Base: Móng Top-Base được cấu tạo từ các khối bê tông hình phễu xen giữa là lớp vật liệu rời giúp cho các khối bê tông hình phễu đó thêm vững chắc đồng thời tham gia một phần vào quá trình tiếp nhận tải trọng của công trình bên trên thông qua việc hạn chế biến dạng ngang. Hình 2.7: Cấu tạo nền Top –Base[7] 85 2.3.2. 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 chổ tận dụng được quá 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 φ330mm, φ500mm và φ2000mm có cấu tạo như hình sau[7]: Hình 2.9: Cấu Tạo Top-Block φ2000. Hình 2.8: Cấu Tạo Top-Block φ330,φ500. 2.3.3. Nguyên lý chịu lực của móng Top – Base: Hình 2.9a. Đặc tính của Top-base [7] Hình 2.9b. Bánh xích dạng Top-shape của máy ủi[7] Hình 2.9a là biểu đồ đặc tính của Top-base: 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 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 2.9b), cấu tạo này cho phép phân tích tải trọng thẳng đứng tác dụng lên Top-base được chia thành 2 thành phần: ứng suất thẳng đứng (PV) và ứng suất theo phương ngang Hình 2.9c: Biến dạng ngang[7] 86 (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 (Hình 2.9c). 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. (Hình 2.10) thể hiện biểu đồ phân phối cho các loại móng khác nhau: móng bê tông và móng đá dăm có đường phân bố ứng suất không đều, móng trên nền Top-base cho kết quả đường phân bố ứng suất đồng đều, có nghĩa là móng trên nền Top-base ổn 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 còn làm giảm cường độ tải trọng truyền qua lớp Top-base do sự phân phối lại ứng suất, vì vậy tải trọng tác dụng sẽ không gây ảnh hưởng đến lớp đất ở dưới sâu. Hình 2.10. Phân phối ứng suất của các loại móng khác nhau sau khi lún dài hạn[7] Hình 2.11. Phân bố ứng suất dưới nền không gia cố và nền gia cố bằng Top - Base[7] 2.3.3.1. Tác dụng giảm lún: Tác dụng giảm lún của móng Top – Base đã được chứng minh thông qua quá trình thử nghiệm ở ngoài hiện trường và ở trong phòng thí nghiệm được biểu thị bằng quan hệ độ lún theo thời gian. Quan hệ độ lún theo thời gian được xác định thông qua quá trình thử nghiệm móng nông kích thước 1x1x0.1m trên 5 loại nền khác nhau (hình 2.12). 87 Hình 2.12: Các loại móng dùng kiểm tra lún theo thời gian[7]. a) b) c) d) e) Nền tự nhiên không gia cố. Nền gia cố bằng đá dăm dày 20cm. Nền gia cố bằng cọc gỗ φ12cm. Nền gia cố bằng 1 lớp Top – Base. Nền gia cố bằng 2 lớp Top – Base. Với các đặc trưng cơ lý của nền được thể hiện qua bảng kết quả phân tích các đặc trưng cơ lý trong phòng thí nghiệm như sau: Bảng 2.1: Phân tích các chỉ tiêu cơ lý[7] 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 sau: 88 Hình 2.13: Quan hệ độ lún với thời gian xác định ở hiện trường[7] Qua biểu đồ quan hệ (hình 2.13) 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 không sử dụng các biện pháp gia cố. Ở trong phòng 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 ngoài hiện trường (hình 2.14). Hình 2.14: Quan hệ độ lún với thời gian xác định ở phòng thí nghiệm[7] Quá trình kiểm tra trong phòng thí nghiệm kết quả cho thấy độ lún dài hạn của móng dùng phương pháp gia cố móng Top –Base giảm 1/2 lần so với móng không 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 còn 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 89 ngạc nhiên là những công trình được gia cố móng bằng Top – Base không bị hư hỏng hoặc hư hỏng nhẹ trong khi đó các công trình sử dụng phương pháp móng thông thường bị phá hủy hoàn toàn. 2.3.3.2. Cải thiện sức chịu tải của nền: Sự cải thiện sức chịu tải của phương pháp nền móng Top – Base được đánh giá thông qua quá trình gia tải kiểm tra ngoài hiện trường và tải trọng trong phòng thí nghiệm qua việc mô phỏng kích thước nền đất có giới hạn. Tiến hành thí nghiệm ngoài hiện trường với nền đất có các chỉ tiêu cơ lý như bảng 2.1 trên kết cấu nền móng như hình 2.12, bên cạnh đó quá trình kiểm tra trong phòng 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 quá trình kiểm tra ngoài hiện trường và trong phòng thí nghiệm được thể hiện qua hình 2.15 và hình 2.16 như sau: Hình 2.15: Đường biểu diễn quan hệ giữa p – S ngoài hiện trường[7]. Hình 2.16: Đường biểu diễn quan hệ giữa p – S trong phòng thí nghiệm[7]. Qua đường biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và độ lún 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 90 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. 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, Topbase được công nhận cũng mang lại hiệu quả cho tải lệch tâm. Phân phối ứng suất dưới móng đã được mô tả đối với nền đất có độ lún dài hạn được xác định bằng thí nghiệm như trong Hình 2.12 và 2.13. Các đường cùng ứng suất trong hình vẽ 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 2.10. 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 2.10 (a) là trường hợp nền đất được đặt các tấm móng bê tông 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 2.10 (d) là kết cấu cứng gồm các khối bê tông 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 2.10 (d), 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 Top-base 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 phòng thí nghiệm, có thể nói rằng không xảy ra áp suất lỗ rỗng dưới nền móng Top-base. Biến dạng ngang thay đổi 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 2.9c chỉ ra kết quả phân tích, xác định dạng phân bố biến dạng ngang. Từ hình 2.9c, 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 Topbase ngăn chặn việc sinh ra phá hoại do trượt cục bộ bằng cách ngăn chặn biến dạng ngang. Công thức tính khả năng chịu lực của Terzaghi thực hiện tính toán 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 lớn hơn 1,5 lần so với phá hoại do trượt cục bộ. Kết quả trong hình 2.15 và 2.16 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. 91 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. 2.4.Nguyên lý tính toán thiết kế móng Top – Base: 2.4.1. Lựa chọn phương pháp: Khi áp dụng phương pháp gia cố nền Top-base, điều quyết định là tải trọng thiết kế yêu cầu của kết cấu bên trên đã xác định phải nhỏ hơn kết quả xác định khả năng chịu tải của nền đã gia cố. Trước hết, người thiết kế tính toán tải trọng của kết cấu công trình, sau đó tính toán khả năng chịu lực cho phép của nền từ kết quả thí nghiệm nền sau gia cố. Như chỉ ra trong hình 2.17, việc áp dụng Top-base là phù hợp hay không được đánh giá theo nhiều tiêu chí. Các tiêu chí này cần được xem xét đồng thời, đó là : độ lún giảm được bao nhiêu, việc thi công Top-base có phù hợp với địa hình, với môi trường xung quanh không v.v…hiệu quả kinh tế thế nào và độ an toàn so với các phương pháp khác như thế nào v.v… Yêu cầu giảm độ lún Thiết kế kết cấu Khảo sát/ thí nghiệm nền Tính toán áp lực truyền lên nền, q Tính toán khả năng chịu lực cho phép, qa Chấp nhận và đánh giá phương pháp bằng cách so sánh q và qa Đánh giá xây dựng, an toàn kinh tế và dài hạn Hình 2.17. Sơ đồ khối chấp nhận phương pháp Top-base[7] Từ việc đánh giá kết quả thi công trước đây và các đặc điểm của phương pháp này, sử dụng Top-base có hiệu quả hơn so với các phương pháp khác trong các trường hợp sau : 1) Khi cần giảm tổng độ lún và độ lún không đều có thể xảy ra thậm chí khi tải trọng kết cấu không vượt khả năng chịu lực cho phép của nền đất. 2) Trường hợp muốn tránh áp dụng móng cọc và các phương pháp gia cố nền khác do các yếu tố như hiệu quả kinh tế v.v. do tải trọng từ kết cấu móng vượt quá khả năng chịu lực cho phép của nền nguyên dạng (trong trường hợp này, một độ lún nhỏ là không thể tránh được nhưng có thể điều chỉnh để đạt được mục đích bằng cách mở rộng diện tích áp dụng Top-base). 3) Trường hợp không thể sử dụng thiết bị thi công lớn tại công trường do điều kiện địa hình hay giao thông hạn chế, khi việc gia cố nền là cần thiết (phương pháp Top-base là phương pháp thi công sử dụng các công cụ đơn giản để không bị giới hạn bởi địa hình và các điều kiện xung quanh). 92 4) Trường hợp tìm kiếm cách gia cố nền đồng thời quan tâm các hiệu ứng chống rung và chống động đất cho móng. 5) Trường hợp muốn giảm độ lún và biến dạng do tải trọng kết cấu không vượt quá khả năng chịu lực cho phép của nền quá nhiều trừ tải lún lệch tâm. 6) Trường hợp muốn tìm kiếm cách gia cố móng cũng như ngăn chặn hiện tượng hoá lỏng với móng nền trong đó có xét đến hiện tượng hoá lỏng do động đất. 2.4.2. Tính toán thiết kế: Trước hết, từ kết quả khảo sát đất, qua các thông số xác định được khả năng chịu lực của nền ban đầu. Từ mối quan hệ giữa khả năng chịu lực này và tải 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 N hoặc lực cố kết Cu của nền ban đầu và của nền Topbase từ mối quan hệ với tải kết cấu. Phụ thuộc vào nội dung thiết kế, luôn cần tính toán khả năng chịu lực của nền Top-base. Trong trường hợp này, công thức tính toán khả năng chịu lực của nền Top-base bao gồm những ký hiệu được phép hoặc công thức tính toán khả năng chịu lực đảm bảo thiết kế tương đối an toàn được sử dụng và sẽ được giải thích ở phần sau. Có thể chọn thông số ứng suất bằng phương pháp thông thường và xác định khả năng chịu lực của nền nguyên dạng bằng công thức tính khả năng chịu lực nền của Terzaghi. 2.4.2.1. 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 không có phần giải thích phương pháp để ước lượng thông số ứng suất chỉ với giá trị N trong các hướng dẫn thiết kế khác nhau, vì thế đôi khi việc đánh giá của các kỹ sư khảo sát địa chất và các đặc tính vùng cần được xem xét đến. Trong thiết kế phương pháp Top-base, khi ước lượng thông số ứng suất dựa trên giá trị N, công thức kinh nghiệm sau được sử dụng để đưa ra thông số thiết kế an toàn: Trong trường hợp đất cát N>5 φ = 15N + 15 ≤ 450 N≤5 φ = 15 0 Trong trường hợp đất sét N = 0 (rod settle) cu = 0,3 (tf/m2) N = 0 (mongen set) cu = 0,5 (tf/m2) 1≤N≤5 cu = N / 1,2 (tf/m2) N = 6; 7 cu = 5 (tf/m2) N≥8 cu = N / 1,6 (tf/m2) 93 2.4.2.2. Tính toán khả năng chịu lực của nền ban đầu: Khả năng chịu lực của nền ban đầu sẽ được tính toán theo công thức tính toán đối với khả năng chịu lực, được coi như là hướng dẫn thiết kế kết cấu. Tuy nhiên, nếu không có phần hướng dẫn hoặc tiêu chí như trên thì có thể tính được khả năng chịu lực bằng công thức tính toán khả năng chịu lực của Terzaghi. Trong trường hợp này, dạng phá hoại của nền đất yếu chưa gia cố là phá hoại do trượt cục bộ, công thức tính toán khả năng chịu lực xét đến phá hoại do trượt cục bộ được sử dụng để tính toán khả năng chịu lực của nền ban đầu. Ngoài ra, tải trọng tác dụng lên nền có thể là tải trọng ngang, tải trọng lệch tâm hoặc tải trọng lệch tâm xiên, vì thế trong các trường hợp này, khả năng chịu lực xét đến độ lệch tâm và độ nghiêng có thể không tính được. 2.4.2.3. Thiết kết nền Top-base: Khi tải thiết kế yêu cầu lớn hơn khả năng chịu lực cho phép của nền ban đầu như đã được giải thích trong phần (2), Top-base đã được xem xét lựa chọn. Trong thiết kế nền Top-base, phương pháp thiết kế dựa theo tra bảng “Bảng tiêu chuẩn áp dụng Top-base” được chấp nhận phổ biến nhưng phương pháp đánh giá cùng với tính toán sẽ được yêu cầu khi cần thiết. 2.4.2.3.1. Phương pháp thiết kế sử dụng tra bảng tiêu chuẩn áp dụng Top-base: Tiêu chuẩn áp dụng phổ biến được nêu trong Bảng 2.2 đối với từng kết cấu để được sử dụng như là thiết kế tiêu chuẩn phụ thuộc vào các loại nền và kích cỡ tải thiết kế, vì thế phương pháp thiết kế sẽ được sử dụng theo bảng này. Trên thực tế, có nhiều trường hợp không có đủ dữ liệu khảo sát nền trong thiết kế kết cấu xây dựng, vì thế công tác xây dựng với quy mô tương đối nhỏ chỉ sử dụng kết quả thí nghiệm độ xuyên tiêu chuẩn. Cân nhắc tình huống trên, Bảng 2.2 dùng khi chỉ có giá trị N. Trong bản thiết kế sử dụng bảng này, kích thước và số lượng lớp Top-block phải được xác định cùng với kích thước của tải áp dụng và giá trị N của nền. Trên thực tế, việc đặt các khối Top-block sẽ được xác định bằng cách quy định đặt thừa ít nhất một nửa khối Top-block đối với đáy móng. Bảng 2.2. Các tiêu chuẩn ứng dụng phổ biến của phương pháp móng Top-base[7]: Hạng mục Tường chắn Tải q(tf/m2) 30,5kg/cm2 thì chỉ cần làm phẳng đáy hố móng, rải lớp vải địa kỹ thuật rồi lắp đặt phễu nhựa hoặc Top-block đúc sẵn, Nếu đất tại đáy hố móng quá yếu ( R< 0,3 kg/cm2 ) phải trải lớp đá mạt hoặc đá dăm dày tối thiểu 100mm trên diện tích bố trí Top-base trước khi tiến hành lắp đặt. Bước 2. Công tác lắp đặt Top-block Hình 2.24. Luồn các thanh thép dưới liên kết các Top-block thành khối Khi lắp đặt các khối Top-block cần phải điều chỉnh độ cao của các móc thép gắn trên phễu bê tông sao cho bằng nhau. Lưới cốt thép định vị cho trường hợp sử dụng Top-block là lưới thép thanh có khoảng cách 500 x 500mm với đường kính thanh thép 10mm. Cũng có thể chế tạo lưới thép này bằng hàn hồ quang điện ngay tại công trường, song cần hàn thêm một thanh chéo vào mỗi ô vuông 500 x 500mm để làm khung định vị phần cọc của Top-block. Phần thẳng đứng có dạng cọc của Top-block (chân phễu) phải được chôn hoặc đóng vào nền đất theo phương thẳng đứng vào ô có hình tam giác trên lưới thép định vị (nếu dùng Top-block đúc sẵn). Khi sử dụng Top-base theo phương pháp đúc bêtông tại chỗ trong các phễu nhựa sẽ định vị các 101 phễu nhựa bằng cách luồn các thanh thép Ø10 qua lỗ khoan sẵn ở nơi tiếp giáp giữa phần cọc và phần côn của phễu nhựa. Nếu việc chôn/đóng chặt các Top-block gặp khó khăn do nền quá cứng, có thể phải tạo lỗ có đường kính bằng đường kính chân phễu để đút chân phễu vào đó. Các phương pháp để tạo lỗ để đút chân phễu có thể là phương pháp dùng trụ gỗ tròn có đường kính bằng đường kính chân phễu đóng vào nền rồi rút lên, hoặc dùng máy khoan đứng cầm tay. Hình 2.25. Lắp đặt các khối Top-block sau khi liên kết vào các hố đào Bước 3. Đổ bêtông tại chỗ Hiện nay thường dùng Top-base với phương pháp đổ bêtông tại chỗ trong các phễu nhựa ( Phương pháp do Công ty TBS Hàn Quốc đề xuất năm 2000) hơn là lắp dựng các khối Top-block bằng bêtông đúc sẵn (phương pháp của Nhật đề xuất từ 1980) do các ưu điểm về sự linh hoạt và thuận tiện trong thi công, không bị phụ thuộc thiết bị cơ giới, và khả năng hạn chế tai nạn lao động của nó so với lắp đặt các Top-block bằng bê tông rất dễ đổ lại nặng trên 80kg/cái. Về cường độ, bêtông đổ trong phễu nhựa chỉ cần mac R= 100 kg/cm2, nếu khối lượng thi công nhỏ có thể trộn bê tông bằng máy trộn mini theo cấp phối để đạt mác bê tông này. Khi khối lượng thi công Top-base lớn, việc vận chuyển bê tông sau trộn đến chỗ đổ vào phễu rất tốn nhân công, năng suất thấp, nếu không có cẩu phục vụ. Tiền thuê cẩu phục vụ đổ bê tông sẽ đắt hơn so với dùng máy bơm bêtông. Để bơm được bê tông vào phễu nhựa cần sử dụng bêtông mác 200. Vậy trường hợp này sử dụng mác bê tông 200 đổ vào phễu là do yêu cầu công nghệ bơm bê tông, là yêu cầu của biện pháp thi công, không phải do yêu cầu chịu lực của Top-base. Để đầm chặt bêtông trong phễu nhựa có thể sử dụng đầm rung nếu là bêtông trộn máy có độ sụt thấp, hoặc chỉ đầm bằng xẻng rất đơn giản nếu sử dụng bêtông bơm có độ sụt lớn. Hình 2.26. Đổ bê tông các khối Top-block 102