Nghiên cứu đề xuất áp dụng TCVN 9362 2012 cho tính toán nền móng công trình xây dựng trên sườn dốc (tt)

NGUYỄN KIÊN QUANG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG TCVN 9362-2012 CHO TÍNH TOÁN NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TRÊN SƯỜN DỐC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGH

NGUYỄN KIÊN QUANG

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG TCVN 9362-2012

CHO TÍNH TOÁN NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TRÊN SƯỜN DỐC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN

DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà nội -2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

NGUYỄN KIÊN QUANG KHOÁ 2016-2018

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG TCVN 9362-2012

CHO TÍNH TOÁN NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TRÊN SƯỜN DỐC

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN

DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS TRẦN THƯƠNG BÌNH

Hà nội- 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Kiên Quang

LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận văn xin bay tỏ lòng biết ơn chân thành đối với TS Trần Thương Bình đã tận tình hướng dẫn, cho nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị và thường xuyên động viên, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập,

Tác giả xin chân thành cảm ơn các Phó giao sư, Tiến sỹ, các chuyên

gia, các nhà khoa học trong và ngoài Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, đặc biệt

văn được hoàn thiện

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các cán bộ, giảng viên Bộ môn Công trình ngầm- Địa kỹ thuật, Khoa Xây dựng, Khoa sau đại học, các Phòng, Ban Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, các bạn đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi, động viên, giúp đỡ và hợp tác trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Cuối cùng tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với người thân trong gia đình đã

động viên khích lệ và chia sẻ những khó khăn với tác giả trong suốt thời gian thực

hiện

TÁC GIẢ

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng, biểu

Danh mục các sơ đồ, đồ thị

Dạnh mục các hình vẽ

MỞ ĐẦU 1

* Lý do lựa chọn đề tài 1

* Mục tiêu nghiên cứu 2

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

* Phương pháp nghiên cứu 2

* Ý nghĩa của đề tài 3

- Ý nghĩa khoa học của đề tài 3

- Ý nghĩa thực tế của đề tài 3

* Bố cục luận văn (dự kiến) 3

NỘI DUNG 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH TRÊN SƯỜN DỐC 4

1.1 Ổn định sườn dốc 4

1.1.1 Khái niệm và phân loại sườn dốc 4

1.1.2 Mất ổn định sườn dốc 6

1.1.3 Tính toán dự báo mất ổn định sườn dốc đá: 11

1.1.4 Tính toán ổn định của sườn dốc có tải trọng công trình 14

1.2 Nền móng công trình trên sườn dốc 19

1.2.1.Công trình trên sườn dốc: 19

1.2.2 Các giải pháp nền móng công trình trên sườn dốc 20

1.3 Tình hình và thực trạng thiết kế nền móng công trình trên sườn dốc 22

1.3.1 Một số tiêu chuẩn nước ngoài liên quan đến thiết kế nền móng công trình trên sườn dốc 22

2

1.3.2 Tình hình và thực trạng thiết kế nền móng công trình trên sườn dốc ở

Việt Nam 28

1.4 Các tiêu chuẩn Việt Nam liên quan đến tính toán thiết kế công trình trên sườn dốc 29

1.4.1 Tiêu chuẩn TCVN 9152: 2012, Công trình thuỷ lợi- Quy trình thiết kế tường chắn công trình thuỷ lợi 30

1.4.2 Tiêu chuẩn TCVN 4253: 2012, Công trình thuỷ lợi- Nền các công trình thuỷ công – Yêu cầu thiết kế 30

1.4.3 Tiêu chuẩn TCVN 9362 – 2012 30

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 32

2.1 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn TCVN 9362-2012, cho tính toán nền công trình trên sườn dốc 32

2.1.1 Cơ sở xây dựng mô hình nền trên sườn dốc 32

2.1.2 Đặc điểm trạng thái ứng suất và điều kiện cân bằng giới hạn của nền trên sườn dốc 34

2.2 Cơ sở lý thuyết của các phương pháp tính toán nền 36

2.2.1 Cơ sở lý thuyết đánh giá khả năng mang tải của đất nền dưới một diện chịu tải 36

2.2.2 Cơ sở lý thuyết về đánh giá biến dạng lún của công trình dưới một diện chịu tải 46

2.2.3 Các cơ sở lý thuyết về ổn định trượt trên sườn dốc 49

2.3 Cơ sở lý thuyết tính toán nền theo trạng thái 52

2.3.1 Nguyên tắc chung 52

2.3.2 Các trạng thái giới hạn trong tính toán nền móng 56

CHƯƠNG 3 TIÊU CHUẨN TCVN 9362-2012 TÍNH TOÁN NỀN CÔNG TRÌNH TRÊN SƯỜN DỐC 60

3.1 Đối chiếu tiêu chuẩn TCVN 9362-2012 với tính toán thiết kế nền móng công trình trên sườn dốc 60

3.1.1 Giới thiệu tiêu chuẩn TCVN 9362-2012 60

3.1.2 Tham chiếu các điều mục trong tiêu chuẩn TCVN 9362-2012, cho

tính toán nền công trình trên sườn dốc 61

3.2 Đề xuất áp dụng tính toán nền móng công trình trên sườn dốc tự nhiên 64 3.2.1 Những vấn đề chung 64

3.2.2.Biểu thức lựa chọn vị trí công trình trên sườn dốc 65

3.2.3 Đề xuất tính toán biến dạng nền móng công trình trên sườn dốc 69

3.3 Các giải pháp gia cố ổn định sườn dốc 73

3.4 Các ví dụ áp dụng về tính toán nền trong thiết kế công trình trên sườn dốc: 75

3.4.1 Công trình trên sườn dốc cấu tạo bởi đất phong hóa 75

3.4.2 Công trình trên sườn dốc cấu tạo bởi đá phân lớp 78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81

Kết luận 81

Kiến nghị 82

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 1

4

DANH MỤC BẢNG, BIỂU

Số hiệu

bảng, biểu Tên bảng, biểu Trang

Bảng 1.1 So sánh các đặc điểm các kiểu mất ổn định của

khối đá trên sườn dốc

11

Bảng 1.2 Khoảng cách tối thiểu (m) của công trình đối với

đứt gãy phát chấn (đang hoạt động)

26

Bảng 2.2 Sức chịu tải cho phép trên nền đá nứt nẻ 45

DANH MỤC SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ

Số hiệu sơ

đồ, đồ thị Tên sơ đồ, đồ thị Trang

Hình 1.20 Sơ đồ tính qu cho móng băng đặt trên mặt dốc 27

Hình 1.21 Sơ đồ tính qu cho móng băng đặt trên đỉnh dốc 27

Hình 2.3 Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của

đất

36

Hình 2.5 Biểu đồ quan hệ ứng suất với chiều sâu 38

Hình 2.6 Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ P zmax=b/2 -P zmax=0 với

góc ma sát trong

39

Hình 2.7 Sơ đồ ứng suất trong bài không gian 40

Hình 2.8 Sơ đồ đường trượt theo lời giải của L Prandtl 41

Hình 3.1 Sơ đồ xác định khoảng cách an toàn x 66

Hình 3.2 Sơ đồ xác định khoảng cách an toàn d với sườn dốc

cấu tạo đá phân lớp

68

Hình 3.3 Mặt cắt ngang nền móng công trình 76

6

DANH MỤC HÌNH VẼ

Số hiệu hình Tên hình Trang

Hình 1.2 Các dạng mất ổn định khối đá trên sườn dốc 7

Hình 1.3 Trượt trên mặt phẳng và trượt trên mặt gẫy khúc 8

Hình 1.5 Cách xác định khoảng không an toàn theo ph ương

pháp cân bằng giới hạn

13

Hình 1.6 Nền móng công trình trên sườn dốc đá có mặt

phẳng trượt song song

15

Hình 1.7 Nền móng công trình trên sườn dốc là đá có mặt

trượt không song song với mái dốc

16

Hình 1.8 Phương pháp phân mảnh- phân tích ứng suất hiệu

quả- Sườn dốc ngập nước nước (u 0 )

18

Hình 1.9 Ảnh hưởng của sườn dốc ngập nước đối với công

trình

18

Hình 1.10 Nhà thờ Thánh Michael ở Neddle đư ợc xây dựng

trên đỉnh

19

Hình 1.11 Công trình xây dựng trên sườn núi 20

Hình 1.15 Bố trí móng công trình ở giữa mái dốc (Theo quy

định chuẩn xây dựng Ấn độ)

23

Số hiệu hình Tên hình Trang

Hình 1.16 Bố trí móng công trình đầu mái dốc ( Theo Tiêu

Hình 1.17 Bố trí móng công trình ở độ sâu khác nhau trên mái

dốc (Theo tiêu chuẩn DTU13-1, Pháp)

24

Hình 1.18

Bố trí móng công trình ở đầu và chân mái dốc trong vùng có động đất (Theo qui chuẩn xây dựng

1997, Mỹ

24

Hình 1.19 Vùng không được bố trí công trình trên bờ dốc

sông suối (Theo quy chuẩn xây dựng của Đài Loan)

25

Hình 2.1

Hình 2.4

Biểu diễn quá trình biến dạng dưới đế móng 37 Hình 2.9

Trường hợp tải trọng nghiêng lệch tâm 42 Hình 2.10 Trường hợp tải trọng đứng lệch tâm 43

Hình 2.11

Hình 2.12

Bài toán phẳng móng nông theo Terzaghi 44 Hình 2.13 Nền móng công trình trên sườn dốc xét đến nhiều

yếu tố

50

Hình 3.3 Mặt cắt ngang nền móng công trình 76

1

MỞ ĐẦU

 Lý do lựa chọn đề tài

Việt Nam có 3/4 diện tích lãnh thổ là đồi núi, 1/4 còn lại là đồng bằng đang và

sẽ chịu ảnh hưởng trực tiếp của hiện tượng nước biển dâng, trong khi tốc độ dân số tăng rất nhanh trên phạm vi cả nước, đó là những động lực đang thúc đẩy và sẽ ngày càng mạnh mẽ các hoạt động xây dựng công trình ở vùng đồi núi để giảm áp lực cho vùng đồng bằng Do đó, việc xây dựng trên vùng đồi núi không chỉ dừng lại ở các công trình thấp tầng của đồng bào các dân tộc xây dựng theo lối truyền thống bằng vật liệu địa phương mà trong quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa đã có nhiều công trình kiên cố xây dựng trên sườn dốc, tiêu biểu như đường dây 500kV bắc nam, thành phố Hạ Long cẩm phả Quảng Ninh, thành phố Bắc cạn Đặc biệt, gần đây, hiện tượng biến đổi khí hậu ngày càng thể hiện rõ rệt đã gây nên các thiệt hại tính mạng và tài sản do công trình bị phá hủy do sạt lở sườn dốc ngày càng phổ biến và quy mô ngày càng lớn Tất cả đã tạo lên áp lực cho vấn đề thiết kế và thi công nền móng công trình xây dựng trên sườn dốc

Cở sở lý thuyết của tính toán nền móng là các bài toán cơ học đất, trong đó các bài toán luôn có các giả thuyết lý tưởng do không thể mô tả hết sự phức tạp đa dạng của đối tượng đất nền vào kết quả mô phỏng của bài toán Do đó, có nhiều phương pháp của các tác giả khác nhau về tính toán đánh giá ổn định của nền, mỗi phương pháp có những ưu nhược điểm khác nhau và đều chứa đựng những giả thiết riêng nên kết quả tính toán không giống nhau Để đảm bảo tính pháp quy trong quản lý chất lượng công trình xây dựng, các quốc gia thường ban hành các quy chuẩn và tiêu chuẩn cho thiết kế nền móng Liên quan đến thiết kế nền móng, ở Việt Nam có tiêu chuẩn 9362 -2012 là tiêu chuẩn duy nhất quy định về tính toán nền cho các công trình xây dựng Tiêu chuẩn TCVN 9362-2012 được hoàn chỉnh từ tiêu chuẩn XD

45-78, trong đó đã đề cập một cách hệ thống các vấn đề từ phân loại nền đến tính toán nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai cho nền thiên nhiên Xét về nội dung

và mức độ chi tiết, tiêu chuẩn TCVN 9362-2012 phù hợp để thiết kế nền trên đất trầm tích có địa hình là bán không gian vô hạn nằm ngang Trong khi nền công trình

phong hóa, còn vấn đề bán không gian liên quan đến trạng thái ứng suất ban đầu chưa được đề cập Thực tế đã chứng minh, khi thiết kế nền móng các công trình trên sườn dốc việc tính toán theo tiêu chuẩn TCVN 9362-2012, thường gặp phải những vấn đề chưa sáng tỏ liên quan đến sự khác biệt về bản chất ổn định nền móng công trình trên sườn dốc với công trình trên bán không gian vô hạn nằm ngang Đó là nguyên nhân cơ bản dẫn đến các sự cố mất ổn định công trình hoặc gây thất thoát lãng phí

Như vậy, việc xem xét tiêu TCVN 9362-2012 để đưa ra các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả áp dụng tiêu chuẩn này trong tính toán nền móng trên sườn dốc là rất cần thiết về tính thời sự và khoa học

 Mục tiêu nghiên cứu

Làm sáng tỏ những bất cập tồn tại trong tiêu chuẩn TCVN 9362-2012 về các mặt thu thập và xác lập các thông số đất nền, trạng thái giới hạn của nền trong việc thiết kế nền móng công trình trên sườn dốc

Đề xuất các giải pháp khắc phục bất hợp lý của tiêu chuẩn trong việc áp dụng

để tính toán nền trong thiết kế nền móng công trình trên sườn dốc

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Tiêu chuẩn Việt Nam 9362-2012, Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình

Phạm vi nghiên cứu: Nền của các công trình xây dựng trên sườn dốc tự nhiên, không xét tới ổn định công trình khi động đất

 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp phân tích lý thuyết hệ thống sử dụng đề phân loại nền đất trên sườn dốc, cho các mục đích tính toán thiết kế

Phân tích lý thuyết áp dụng để làm sáng tỏ những tồn tại của đối tượng nghiên cứu và đề ra các giải pháp

Phương pháp chuyên gia, đúc rút kinh nghiệm, đề xuất giải pháp mới

3

 Ý nghĩa của đề tài

- Ý nghĩa khoa học của đề tài

Đề tài có ý nghĩa góp phần đề xuất đưa ra cơ sở lý luận và công thức tổng quát áp dụng TCVN 9362-2012 cho tính toán nền móng công trình xây dựng trên sườn dốc tại Việt Nam

- Ý nghĩa thực tế của đề tài

Ứng dụng đề tài vào việc tính toán nền móng công trình xây dựng trên sườn dốc sẽ đảm bảo sự an toàn cho công trình, chi phí thi công hợp lý, giảm thiểu các sự cố xảy ra do nền móng gây nên Tạo sự yên tâm cho người dân,

cơ quan và tổ chức

Đề tài là tài liệu tham khảo hữu ích cho các kỹ sư thiết kế và thi công

 Bố cục luận văn (dự kiến)

Bè côc của đề tài bao gồm phần 1, phần 2, phÇn 3

Mở đầu giải quyết các vấn đề như: Lý do lựa chọn đề tài, mục tiêu và nội dung nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu Nêu phương pháp nghiên cứu, nêu ý nghĩa của đề tài

Nội dung

Chương 1 Tổng quan về ổn định nền móng công trình trên sườn dốc

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Chương 3 Tiêu chuẩn TCVN 9362 -2012 tính toán nền móng công trình trên sườn dốc

Kết luận và kiến nghị

lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện

– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

Để đạt được mục tiêu đề tài đặt ra, các nội dung nghiên cứu đã tiến hành được gồm :

- Tổng quan các vấn đề liên quan đến thiết kế nền móng công trình trên sườn dốc

- Phân tích lý thuyết về sự hình thành và quy luật biến đổi trạng thái nền móng công trình trên sườn dốc

- Phân tích bản chất sức chịu tải, biến dạng của đất nền và các phương pháp tính toán chúng

- Tồng hợp và phân tích lý thuyết các phương pháp tính toán ổn định nền công trình trên sườn dốc, bao gồm sườn đất phong hóa và đá phân lớp và nứt nẻ

- Nghiên cứu phân tích các vấn đề tính toán nền trong thiết kế nền móng theo nguyên tắc tiền định, trong đó đề cập tới các vấn đề tính toán nền theo trạng thái

- Soát xét phân tích các điều mục của tiêu chuẩn TCVN 9362-2012, theo hướng kế

thừa và bổ xung chúng để áp dụng vào tính toán nền công trình trên sườn dốc

- Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp áp dụng tiêu chuẩn TCVN 9362-2012, cho tính toán nền công trình trên sườn dốc

Từ các nội dung nhiên cứu được tiến hành đề tài đã thu được các kết quả và một số nhận định như sau:

Đã chỉ ra bản chất khác nhau giữa nền trên sườn dốc với nền trên bán không gian đối xứng trục là sự phân bố và quy luật biên đổi trạng thái ứng suất, trong đó đã đưa ra khái niệm cùng các đặc trưng của nền công trình trên sườn dốc

Đã tường mình tiêu chuẩn TCVN 9362-2012, rằng, tiêu chuẩn được trình bày chi tiết trong 15 điều và 5 phụ lục với cơ sơ lý thuyết khoa học chặt chẽ đáp ứng được các vấn đề cơ bản khi áp dụng để thiết kế nền nhà trên bán không gian đối xứng trục Tuy nhiên tiêu chuẩn TCVN 9362-2012, vẫn còn có hạn chế đối với người sử dụng như : khi sử dụng phải tham khảo lẫn nhau giữa các nội dung của điều mục, trong khi nội dung tham chiếu được trình bày không có thứ tự, nhất là điều 4 Đặc