HƯỚNG dẫn THIẾT kế TOPBASE

Tài liệu hướng dẫn tính toán dạng gia cố móng bằng topbase sản phẩm sáng chế của Nhật Bản được đưa vào áp dụng tại Việt Nam. Phương án giúp gia cố nền đất yếu tương tự như phương án cọc tre, xi măng đất ... Áp dụng cho các công trình tầm thấp tầng (10 tầng trở xuống) trên nền đất trung bình và yếu mà không cần sử dụng cọc sâu (cọc đóng và cọc ép)

LỜI CẢM ƠN

Học đi đôi với hành, lý thuyết gắn liền với thực tế là phương châm giáo dục và đào tạo của Khoa Kỹ Thuật Công Trình nói riêng và Trường Đại Học Lạc Hồng nói chung Được sự quan tâm của Khoa và Nhà trường chúng em đã được tham gia nghiên cứu khoa học, đây là một chương trình thường niên mang tính thực tiễn cao,

là hoạt động tích cực giúp cho sinh viên củng cố lại kiến thức đã học đồng thời tìm hiểu sâu rộng hơn về những vấn đề tiêu biểu, độc đáo liên quan đến chuyên môn; đồng thời cũng là một sân chơi trí tuệ nhằm giúp cho sinh viên phát huy khả năng khoa học, óc sáng tạo để nhận thức chính xác, bao quát hơn về chuyên môn, tìm tòi

ra những điều mới có khả năng áp dụng vào thực tiễn mang lại một hiệu quả cao cho một hoặc nhiều lĩnh vực, có ích cho nền Khoa học kỹ thuật nước nhà

Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa và Nhà trường đã tạo điều kiện cho chúng em tham gia chương trình này Đây cũng là điều chúng em luôn phấn đấu để đạt được trong hơn bốn năm học qua

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Ngọc Phúc đã trực tiếp hướng dẫn chúng em thực hiện đề tài Kiến thức chuyên môn uyên bác và sự tận tình của thầy là yếu tố quan trọng nhất giúp chúng em hoàn thành đề tài đồng thời học tập thêm được rất nhiều về kiến thức chuyên môn

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Khánh Hùng- Phó khoa Kỹ thuật công trình; thầy Trương Văn Tài- giáo viên phụ trách phòng thí nghiệm khoa

Kỹ thuật công trình đã giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình thực hiện các thí nghiệm và xây dựng mô hình thực nghiệm phục vụ cho đề tài

Chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn luôn quan tâm, giúp

đỡ và động viên chúng em trọng cuộc sống cũng như trong công việc

Với kiến thức chuyên môn còn hạn chế và cơ sở vật chất còn thiếu thốn nên trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những sai sót, rất mong quí thầy

cô thông cảm

Kính chúc quí thầy cô sức khỏe Chúc chương trình Nghiên cứu khoa học sinh viên lần thứ 15 của khoa Kỹ thuật công trình nói riêng và Trường đại học Lạc Hồng nói chung đạt kết quả cao và thành công tốt đẹp

Biên Hòa_tháng 11 năm 2010

Nhóm nghiên cứu

1.2 Phạm vi ứng dụng và đặc điểm cơ lý của phương pháp Top-base

1.3 Phương pháp tính toán thiết kế

1.3.1 Ước lượng thông số ứng suất bằng giá trị N 11

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán

2.1 Phân tích sự làm việc của nền Top-base trên một phân tố

2.2 Phân tích sự làm việc của toàn nền Top-base

2.3 Đề xuất qui trình tính toán

Chương 3: So sánh sự làm việc móng Top-base và móng không đặt Top-base

trên phần mềm plaxis

3.2 Chuyển vị của trường hợp đặt móng Top-base

Chương 4 Xây dựng mô hình thực nghiệm tỉ lệ

4.1 Thí nghiệm kiểm tra chỉ tiêu cơ lý hạt cát

4.2.2 Quy cách dụng cụ và vật liệu thí nghiệm 56

4.3 Số liệu theo dõi trong quá trình làm mô hình thực nghiệm

4.4 Tính sức chịu tải và độ lún cho mô hình thực nghiệm

bằng lý thuyết tính toán

4.4.1 Xác định hệ số giảm tải qua nền Top-base mô hình 72

PHẦN MỞ ĐẦU

Nhu cầu xây dựng các công trình cơ sở hạ tầng của nước ta ngày càng lớn, đặc biệt tại các vùng đồng bằng, nơi có nền đất đặc trưng đa dạng, phức tạp và tương đối yếu Trước đây chúng ta thường tốn rất nhiều thời gian và chi phí để xử lí nền đất trước khi xây dựng một công trình Và việc sử dụng nhiều hoá chất và các vật liệu xây dựng được làm từ các nguyên liệu thiên nhiên đã ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường sinh thái Đây là lí do thôi thúc nhóm nghiên cứu bắt tay vào đề tài TOP-BASE được coi là mới tại Việt Nam

Qua khảo sát thực tế, nhóm nghiên cứu thấy việc gia cố nền đất để xây dựng các công trình trên nền đất yếu tại Việt Nam còn phải sử dụng các phương pháp gia cố nền như: đóng cọc tre, cọc tràm, cọc bê tông sâu xuống lòng đất sẽ làm cho nguồn nước bị ô nhiễm Chính từ nhận định này, nhóm đã tập trung nghiên cứu phương pháp TOP-BASE đã được ứng dụng ở Nhật và Hàn Quốc cho hàng nghìn công trình, nhiều chung cư cao 17- 20 tầng, thậm chí cao đến 30 tầng đã được xây dựng trên nền móng Top-Base mà không cần dùng cọc Khi xảy ra động đất, các công trình trên nền Top-Base ít bị hư hại, trong khi các công trình bên cạnh đó bị hư hại nhiều hơn (trích báo cáo khảo sát về thiệt hại sau trận động đất năm 1995 tại KoBe-Nhật Bản.) “ Nguồn: www.diendanxaydung.com “[5] Top-Base quá trình lún cố kết kết thúc nhanh (khoảng 100 ngày sau khi chất đủ tải) do đó, khi thi công xong phần thân nhà thì móng Top-Base đã kết thúc quá trình lún Móng Top-Base đã được triển khai ở Việt Nam từ năm 2008 Đến nay đã có trên 10 công trình ở Hà Nội, Hải Phòng, Hưng Yên, Thanh Hóa, Quảng Ninh, Tp Hồ Chí Minh…ứng dụng công nghệ này đạt hiệu quả tốt

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Phân tích nguyên lý làm việc và xây dựng cơ

sở lý thuyết tính toán, thiết kế nền Top-base, kiểm tra sự làm việc về mặt cơ học từ

đó so sánh móng Top-base với móng nông thông thường

Để thực hiện đề tài trên nhóm đã phát triển theo ba hướng:

+ Lập cơ sở lý thuyết tính toán giải tích

+ Xây dựng mô hình trên phần mền Plaxis

+ Xây dựng mô hình thực nghiệm theo tỉ lệ thu nhỏ

Chương 1: Tổng quan về giải pháp nền móng Top -base

đã ứng dụng trong và ngoài nước

1.1 Giới thiệu chung về móng Top-base:

Phương pháp Top-base là phương pháp đặt các khối bê tông hình phễu trong nền đá dăm lên lớp đất yếu Phương pháp Top-base cho thấy độ lún cố kết giảm từ 1/10 ÷ 1/2 hoặc nhiều hơn, đồng thời tăng khả năng chịu tải của nền từ 50% - 200%

hoặc nhiều hơn so với nền đất ban đầu chưa được xử lý

Phương pháp Top-base có tác dụng ngăn cản chuyển vị ngang của lớp đất yếu

và làm giảm khả năng giãn nở dẫn đến giảm độ lún móng công trình, và phân phối ứng suất bên dưới đáy móng đều hơn dẫn đến tăng khả năng chịu lực của nền

Do sự gia tăng dân số, sự thiếu thốn về đất nhà ở và nhu cầu sử dụng đất yếu để xây dựng công trình đã thúc đẩy các kỹ sư xây dựng tìm ra các giải pháp cải thiện các khu vực nền đất yếu phục vụ công tác xây dựng sao cho tiết kiệm chi phí vật liệu và chi phí xây dựng, phương pháp này chỉ nên dùng cải thiện nền đất bề mặt và ngay dưới bề mặt

phương pháp mới đã

xuất hiện đó là liên kết

các khối bê tông hình

pháp này đem lại hiệu quả mạnh mẽ trong việc giảm độ lún và tăng khả năng chịu lực của nền đất

Phương pháp móng cải tiến, Top-base, được sử dụng thành công nhằm cải thiện nền đất yếu trong hơn 10 năm qua tại Hàn Quốc và Nhật Bản Có 2 loại móng Top-base: loại thứ nhất được đúc sẵn trong nhà máy, loại thứ hai là đổ bê tông tại chỗ Mặc dù

cả 2 loại móng này có đặc tính như nhau, tuy nhiên phương pháp Top-base đúc tại công trường thi công dễ dàng hơn và chi phí thấp hơn so với phương pháp Top-base đúc sẵn trong nhà máy Vì vậy, hầu hết các kỹ sư nhận định rằng phương pháp

móng base đổ tại chỗ mà được phát triển và cải thiện bởi công ty Banseok Base Co., Ltd là phương án móng tối ưu hơn cả “ Nguồn: www.ketcau.com “[7]

Top-1.1.1 Hình dạng và kích thước của top-block:

vßng thÐp phÇn trô nãn

Hình 1.1: Kích thước và hình dạng chuẩn của Top-Block

Phương pháp Top-base đổ bê tông tại chỗ sử dụng các thanh thép nối các Top-block với nhau tạo thành nhóm các Top-block (nối tại vị trí giao giữa phần trụ nón và phần cọc), đổ bê tông vào

phễu nhựa, rải đá dăm đầm chặt, lắp dựng cốt thép nghiêng với phương ngang 450

có tác dụng phân phối lại ứng suất của tải trọng, và phần mũi vát được thiết kế đặc biệt để ngăn cản biến dạng ngang của

Top-block

Đây là phương pháp thi công

Top-base mới làm giảm chi phí xây

dựng do tiết kiệm được thời gian thi

công, đơn giản và giảm chi phí vật

Bước 3: Đổ bê tông các phễu nhựa Bước 4: Rải và đầm đá dăm

Bước 5: Lắp đặt các thanh thép nối phía trên Bước 6: Hoàn thành Móng Top-base

* Ưu điểm của phương pháp

Ứng dụng phương án móng

Top-base có thể rút ngắn thời gian thi công

móng công trình chỉ còn 1/2 và chi

phí giảm chỉ còn 60% - 70% so với

các phương án móng khác Bước 7 : Thí nghiệm cường độ chịu tải

1.2 Phạm vi ứng dụng và đặc điểm cơ lý của phương pháp Top-base:

1.2.1 Phạm vi áp dụng top-base:

Top-base là phương pháp gia cố nền đất để cải thiện và gia cố đất xung quanh phần đáy của kết cấu móng trên nền đất yếu, có thể được sử dụng cho bất kỳ móng công trình nào khi tải trọng từ kết cấu trên truyền xuống không quá lớn so với khả năng chịu lực cho phép của nền đất ban đầu ( không quá 2,5 đến 3,5 lần )

Phương pháp Top-base có tác dụng giảm độ lún và tăng khả năng chịu lực khi tải trọng từ kết cấu bên trên không quá lớn so với khả năng chịu tải của nền đất yếu Kết cấu móng nông bên trên Top-base thay đổi theo quy mô công trình, điều kiện thi công xây dựng, có thể là móng đơn, móng dạng băng hoặc dạng bè do người

thiết kế kết cấu của công trình quyết định lựa chọn, trên cơ sở các thông tin dự báo

về khả năng chịu tải của nền đất đã được gia cố Top-base có hiệu quả đặc biệt trong việc giảm độ lún do Top-base có tác dụng phân phối ứng suất với hiệu ứng đồng vận giữa các khối bê tông được chèn đầy đá dăm Cơ chế giảm độ lún là do khả năng ngăn chặn biến dạng ngang của nền đất nằm dưới móng bởi phần cọc phễu, đồng thời có tác dụng tăng khả năng chịu lực bằng cách ngăn chặn phá hoại cục bộ

Phương pháp này đang được áp dụng làm móng chống động đất do có hiệu ứng tương tự trên nền cát có khả năng xảy ra hiện tượng hoá lỏng nền đất dưới tác động của tải trọng động đất

Ngoài ra, người ta cho rằng hiện tượng chìm các khối bê tông chắn sóng khi sóng lặp lại là do hoá lỏng gây ra, vì thế có thể thấy rằng Top-base có tác dụng đáng

kể trong việc ngăn chặn lún các khối bê tông chắn sóng

1.2.2 Đặc điểm cơ lý của phương pháp Top-base:

Hình 1.4: Đặc tính của Top-base Hình 1.5: Bánh xích dạng Top-shape của máy ủi

(Hình 1.4) 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, 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 tiếp xúc giữa phần trụ nón của Topblock và phần đất (vật liệu rời rạc ) là 450, hình dạng tương tự như bánh xích của xe ủi đất (Hình 1.5), 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 (PH) Điều này dẫn đến biến dạng ngang bị ngăn cản bởi lực kháng của lớp vật liệu rời rạc và phần cọc như hình 1.6 “ Nguồn: www.tadits.com “[9]

(Hình 1.6)

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 1.7: Phân phối ứng suất của các loại móng khác nhau sau khi lún dài hạn

(Hình 1.7) thể hiện biểu đồ phân phối ứng suất 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 1.12: Chuyển vị ngang dưới Móng Top-Base

Hình 1.13: Khả năng chịu tải và Độ lún của các loại Móng

1.3 Phương pháp tính toán thiết kế:

Trước hết, từ kết quả khảo sát địa chất, qua các thông số xác định được khả năng chịu tải của nền ban đầu Từ mối quan hệ giữa khả năng chịu tải này và tải trọng 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 Top-base 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 tải của nền theo Terzaghi

1.3.1 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 =150

- Trong trường hợp đất sét

1.3.2 Tính toán khả năng chịu tải của nền ban đầu:

Khả năng chịu tải 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 tải xét đến phá hoại do trượt cục bộ được sử dụng

để tính toán khả năng chịu tải 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 tải xét đến độ lệch tâm và độ nghiêng có thể không tính được

1.3.3 Thiết kế nền Top-base

Khi tải thiết kế yêu cầu lớn hơn khả năng chịu tải cho phép của nền ban đầu, 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

1.3.3.1 Phương pháp thiết kế sử dụng bảng tra tiêu chuẩn áp dụng

Top-base:

Bảng 1 Các tiêu chuẩn ứng dụng phổ biến của phương pháp móng Top-base

Tải q(tf/m2) Hạng

12.5<q≤

15

Tải q(tf/m2) q≤3 3<q≤5 5<q≤7.5 7.5<q≤10

Hạng

N<2 (Cu<2 tf/m2)

Loại 330,

2≤N<3 (2≤Cu<3 tf/m2) Loại 330 Loại 500 Loại 500 Loại 500

Loại

500 (2 lớp)

Loại

500 (2 lớp)

Loại

500 (2 lớp)

Chú ý:1) Đối với loại Þ 330 và Þ 500, tham khảo hình

2) * dấu yêu cầu cần tổng hợp riêng một cách chi tiết

3) Khi tải lệch tâm đạt cực biên hoặc xảy ra lún sâu, cần phải tổng hợp riêng một cách chi tiết

1.3.3.2 Phương pháp thiết kế trong trường hợp tính toán:

Có một số trường hợp thiết kế của Top-base không thể thực hiện được trừ khi

sử dụng tính toán, vì thế trình tự thiết kế trong trường hợp này như sau:

a) Xác định cách bố trí các Topblock Lúc này, để tạo ra hiệu ứng phễu, hãy xếp các Topblock thành ít nhất 3 hàng dọc và 3 hàng ngang

b) Đạt khả năng chịu lực cho phép của Top-base qka

c) Nếu qka không đủ khi so sánh với tải thiết kế (cường độ tải tại đáy móng) q, lặp lại với bố trí diện tích Topblock lớn hơn

d) Nếu cần, xem xét độ lún

1.3.3.3 Tính toán khả năng chịu lực cho phép của Top-base:

Khả năng chịu lực cho phép của Top-base qka tính được bằng công thức sau

qka = (1/F)K1K2(αcNc + βγ1Bk’Nr/2) + p0Nq

Trong đó:

qka: khả năng chịu lực cho phép (tf/m2)

Fs: Hệ số an toàn (thông thường là 3, động đất: 2)

K1: Hệ số xác định hiệu ứng phân bố ứng suất của Top-base tính từ công

thức sau

BK’, LK’: Mặt bên ngắn và dài giữa độ rộng tác

dụng tải hiệu quả của móng Top-base có xét

đến độ lệch tâm (m)

K2: Hệ số tăng khả năng chịu lực cho phép khi

không cần xét đến phân bố áp lực tiếp xúc nền

Hình 1.15 Phương pháp lựa chọn hệ số K 2 (đất sét, Top-block Þ500)

Nc, Nγ, Nq: Hệ số khả năng chịu lực đối với phá hoại do trượt sâu tra theo các biểu đồ hoặc bảng sau đây:

Biểu đồ hệ số khả năng chịu tải của Top-Base

Bảng 2: Hệ số khả năng chịu tải của nền đất ban đầu và Top-base

C: lực kết dính của đất dưới móng (tf/m2)

Po= Tải trọng xuyên (po= γ2Df) (tf/m2)

γ1: Trọng lượng thể tích của đất dưới đế phần cột (tf/m3)

(Dùng trọng lượng thể tích đẩy nổi trong trường hợp nằm dưới mực nước ngầm)

1.3.3.4 Tính toán độ lún Top-base:

Việc sử dụng phương pháp Top-base có thể gây ra hiệu ứng phân bố ứng suất

và có thể ngăn hiện tượng biến dạng bên Do vậy, việc tính toán độ lún móng

Top-base được tiến hành như sau:

a Tải trọng được phân bố tại vị trí trên cùng của chiều rộng móng đã lắp đặt

Do vậy cường độ tải trọng dùng để tính toán độ lún của Top-base có thể

thực hịên được dùng công thức q=P/(Bk.Lk)

b Mức phân bố ứng suất trong nền dự

tính là tại 300 của góc khuếch tán

c Đề cập đến khả năng chống biến dạng

bên, bỏ qua độ lún của chiều cao phần

xuyên sâu trên đỉnh, người ta cho rằng

sự biến dạng của lớp đất tại phần

tương ứng với chiều cao của phần đỉnh

tại đáy cũng được giảm đáng kể Do

vậy, độ lún tại phần đó được cho là chỉ

bằng 1 nửa độ lún đã tính toán mà thôi

d Độ sâu của các lớp đất có ảnh hưởng

tới độ lún khoảng 1,5 lần tải trọng áp

dụng cho chiều rộng nhưng việc sử

dụng các hiệu quả Top-base chỉ tuỳ thuộc vào độ sâu và chiều rộng áp dụng

trọng tải tương tự mà thôi vì có hiệu ứng phân bố ứng suất do vậy độ sâu để

xem xét độ lún còn tuỳ thuộc vào độ sâu và chiều rộng áp dụng tải trọng

tương tự

e Số lượng để phân chia các lớp đất ra làm các lớp đất có cùng độ cao và

chiều rộng áp dụng tải trọng như nhau, để tính toán được tổng độ lún cho

mỗi lớp đất có thể coi là độ lún sau cùng của lớp móng Top-base

f Khi tiêu chuẩn thiết kế cho cấu trúc để có thể thiết kế tính toán một công

thức xác định độ lún Khi phạm vi ứng dụng tải trọng là tải trọng hữu hạn

theo các hướng dài mà không cần tiêu chuẩn nào, đạt được độ căng theo

Hình 1.16 Phương pháp tính toán

độ lún

chiều thẳng đứng với những công thức sau, để phân chia mỗi lớp dựa trên xem xét độ lún 3 chiều và tính toán độ lún sử dụng độ biến dạng này:

zi = (1/E)(1-2vK0)∆zi

Trong đó:

zi : Độ dãn theo chiều thẳng đứng của lớp “i”

E: Mô đun đàn hồi của đất bên dưới lớp Top-base v: Tỉ số Poison

1.4 Thi công và nghiệm thu Top-base:

Topbase là một phương pháp gia cố nền đất rất hiệu quả, cần được thực hiện theo trình tự dưới đây:

Dưới đây quy định một số yêu cầu cụ thể cho công tác thi công Top-base:

1.4.1 Công tác đào đất:

Đất sẽ được đào đến độ sâu thiết kế, nếu hố đào sâu trên 1m phải dự kiến biện pháp bảo vệ thành hố đào và thoát nước hố đào để bảo đảm điều kiện thi công

Trường hợp đáy hố đào ở trên mực nước ngầm (không bị ngập nước) và là lớp đất rời rạc, cần tiến hành làm ẩm và đầm nén làm chặt lớp đất đáy hố móng, trải vải địa kỹ thuật trước khi lắp đặt phễu nhựa hoặc Topblock đúc sẵn

Trường hợp đáy hố móng khô ráo và là đất dính có R>0,5kg/cm2 thì chỉ cần làm phẳng đáy hố móng, rải lớp vải địa kỹ thuật rồi lắp đặt phễu nhựa hoặc Topblock 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

1.4.2 Công tác lắp đặt Topblock:

Khi lắp đặt các khối Topblock cần phải điều chỉnh độ cao của các móc thép gắn trên phễu bê tông sao cho bằng nhau

Lưới cốt thép định vị Topblock là lưới thép thanh đường kính 10mm có khoảng cách 500 x 500mm Cũng có thể chế tạo lưới thép này bằng cách hàn 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 Topblock

Phần thẳng đứng có dạng cọc của Topblock (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 Topblock đúc sẵn)

Khi sử dụng Top-base theo phương pháp đổ bêtông tại chỗ sẽ định vị các phễu nhựa bằng cách luồn các thanh thép Þ10 qua lỗ khoan sẵn ở nơi tiếp giáp giữa phần cọc và phần côn của phễu nhựa Nếu việc chôn/đóng chặt các Topblock 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 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

1.4.3 Đổ bê tông 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 Topblock 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 Topblock bằng bê tông rất dễ đổ lại nặng trên 80kg/cái

Về cường độ, bêtông đổ trong phễu chỉ cần mác 100, 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

Trước hết, đổ đầy đá dăm trên mặt các khối Topblock rồi dùng xẻng gạt đá dăm chèn dần lấp đầy vào các khe trống giữa các phễu bê tông trong lúc đó đồng thời tiến hành đầm rung

Công tác đầm đá dăm có thể thực hiện bằng cách dùng cọc thép, thanh thép chọc thủ công nếu khối lượng Top-base nhỏ

Với khối lượng Top-base lớn chủ yếu dùng phương pháp đầm rung với loại đầm dùi có động cơ ( dùng trong đầm bêtông ) Cần phải tiến hành công tác đầm rung để đảm bảo có được một kết cấu nền móng vững chắc có độ chặt của đá dăm là tối đa, không để sót bất kỳ khoảng trống nào dưới phần côn của phễu Thực hiện yêu cầu này bằng cách thay đổi hướng của quả đầm trong quá trình đầm rung Để có thể làm tăng độ chặt của khối đá dăm, nên làm tăng mật độ khối đá dăm này bằng cách trộn thêm một tỷ lệ nhỏ loại đá kích thước nhỏ hơn (0,5-1 cm) trong lúc đầm rung trên toàn bộ diện tích móng thi công bằng đá dăm kích thước 1-2 cm, ( nếu điều kiện thi công cho phép )

1.4.5 Liên kết khóa đỉnh các khối phễu:

Đặt các thanh cốt thép Þ12 trên đỉnh khối Topblock tạo thành lưới thép liên kết, khi đổ bêtông móng, hoặc lớp bê tông khoá đỉnh khối phễu xong, các lưới thép này cùng với kết cấu bê tông có tác dụng khoá chặt đỉnh các khối Topblock, để chúng chịu lực đồng thời theo đúng sơ đồ tính toán

Để lắp đặt các thanh thép này, có thể lựa chọn một trong hai phương pháp sau đây:

Buộc các thanh thép định vị Þ12mm theo 2 phương, cách nhau 500mm, lưới thép thanh này được liên kết với móc thép của phễu bê tông tạo thành một mạng lưới liên kết Do vậy khi bê tông kết cấu móng được thi công sẽ gắn chặt với phần đỉnh Topblock tạo thành một kết cấu thống nhất rất vững chắc Trước khi đúc bê tông móng cần điều chỉnh độ cao khối Topblock và làm công tác vệ sinh bề mặt các Topblock

Trên bề mặt của các khối Topblock, qua móc neo đặt sẵn, liên kết các thanh thép Þ12 cách nhau 500 mm theo cả hai phương, rồi làm sạch bề mặt các khối Topblock và đổ lớp bêtông mác 200 dày 100mm để toàn khối hoá toàn bộ các Topblock này với nhau như một khối thống nhất Sau đó bàn giao mặt bằng cho đơn

vị thi công kết cấu móng

1.4.6 Qui trình nén thử tải nền Top-base:

Tiến hành thử tải bàn nén nhằm xác định khả năng chịu tải của nền đất ban đầu hoặc của nền đã gia cố bằng Top-base và nhằm xem xét về độ an toàn của móng

Thử tải được tiến hành bằng cách chất tải trọng lên bàn nén đặt trực tiếp trên nền đất cần thử nghiệm và đo độ lún của nền trong quá trình tăng, giảm tải trọng Việc thử tải được tiến hành thông qua một tấm bàn nén đặt trực tiếp trên nền Top-base, do vậy kích thước của bàn nén phải được chọn sao cho phù hợp thiết kế của Top-base và mức tải trọng áp dụng Đối với Top-base đường kính Þ500 nên dùng bàn nén có đường kính là Þ30-50cm ( nếu thiết kế 1 lớp Top-base chịu tải) hay 1.0mx1.0m (nếu thiết kế 2 lớp Top-base chịu tải)

Các phương pháp thử tải phải dựa trên các quy định về thử tải theo tiêu chuẩn Hiệp hội Địa kĩ thuật của Nhật Bản (JSF-T25-80) hoặc các tiêu chuẩn công nghiệp Hàn Quốc (KSF2444)

Điều kiện của hiện trường thử tải bao gồm:

(a) Tại một phần của nền sau khi đã hoàn thành gia cố bằng Top-base

(b) Khi đã hoàn thành xong việc lắp đặt Topblock nhưng chưa tiến hành khoá đỉnh các khối Topblock, chưa thi công xây dựng kết cấu móng bên trên

Quá trình thử tải sử dụng bàn nén như đã minh hoạ trong hình 1.18 và 1.19

Hình 1.18: Thí nghiệm thử tải ở công Hình 1.19: Thí nghiệm thử tải ở công trường đã xây dựng xong trường chưa xây dựng

1.5 Giới thiệu một số công trình đã thi công tại Việt Nam:

Móng Top-Base đã được triển khai ở Việt Nam từ năm 2008 Đến nay đã có trên 10 công trình ở Hà Nội, Hải Phòng, Hưng Yên, Vĩnh Phúc, Thanh Hóa, Quảng Ninh, Tp Hồ Chí Minh…ứng dụng công nghệ này đạt hiệu quả tốt

Các công trình đã được xây dựng tại Việt Nam:

1 Khách sạn 32 Lò Sũ – Khu phố cổ Hà nội cao 12 tầng

2 Chung cư OCEAN VIEW cao 24 tầng tại Phước Tỉnh, Long Điền, Bà Vũng Tàu

Rịa-3 Trường Quốc tế Thăng Long – Khu Bắc Linh Đàm Hà Nội cao 6 tầng

(Phối cảnh Trường Phổ Thông Quốc tế Thăng Long)

4 Khách sạn Phù Đổng Thanh Hóa , cao 11 tầng

5 Khu du lịch Đảo Hòn Dấu ( Đồ Sơn – Hải Phòng )

6 Trụ sở Tổng công ty CONSTREXIM cao 16 tầng

7 Salon Auto Minh Chánh DTXD 1400m2

8 Khu văn phòng cho thuê- Khu đô thị PG – Hải Phòng cao 5 tầng

9 Nhà ở gia đình 110 Mai Hắc Đế- Hà Nội

10 Nhà sách –Văn phòng phía Nam của Viện khoa học và Công nghệ Quân

Sự 14 tầng tại 60 Đường Trường sơn , Quận Tân Bình , Thành phố Hồ Chí Minh

11 Chung Cư – Văn phòng Nam An cao 21 tầng , có 1 tầng hầm , tại Quận Bình Tân , Thành phố Hồ Chí Minh

Kết luận Tính ưu việt của phương pháp Top – base

1 – Ưu điểm về giá thành : Ứng dụng phương án móng Top – base có thể rút ngắn thời gian thi công móng công trình chỉ còn ½ thời gian và chi phí phần móng chỉ còn 60% - 70% so với các phương án móng khác như móng cọc , móng bè , móng băng …

Theo Công ty Cổ phần Tư vấn Đầu tư LICOGI 16.8:

“Cụ thể chúng tôi đưa một dự toán phần móng công trình TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHỆ LICOGI được xây dựng tại THANH HÓA mà chúng tôi đã trực tiếp tính toán cả hai phương án là Móng cọc truyền thống và Móng Top – base Chủ đầu tư Đã quyết định lựa chọn phương án móng Top – Base nhằm hạ giá thành Hiện nay công trình đang thi công phần móng Qua đó để các bạn tham khảo”

Công trình:

Trường Cao Đẳng Nghề Công Nghệ LICOGI giai đoạn I

Hạng mục: Kết cấu móng

TT TÊN HẠNG MỤC MÓNG CỌC MÓNG

TOP-BASE

CHÊNH LỆCH

“ Nguồn: www.licogi168.com “ [8]

2 – Các ưu điểm về chất lương :

+ Đảm bảo an toàn cho tải trọng đặt trên nền đất yếu

+ Giảm độ lún tổng thể và lún lệch của công trình , đồng thời tăng khả năng chịu tải của nền ban đầu

+ Hoàn toàn loại bỏ được ảnh hưởng xấu đến việc xây dựng do tiếng ồn và chấn động gây ra

+ Có khả năng thi công ở nơi chật hẹp ngay cả trong công trình đã xây dựng

+ Thi công tiện lợi không cần thiết bị đặc biệt

+ Tiến độ thi công nhanh qua đó giảm tiếp được giá thành xây dựng

+ Thân thiện với môi trường

Phạm vi ứng dụng của phương pháp móng Top-base:

Phương pháp Top-base được ứng dụng rộng rãi để xử lý nền cho các công trình dân dụng và công nghiệp , các công trình giao thông vận tải và thông tin liên lạc như : + Công trình liên quan tới bảo vệ môi trường : bãi san lấp chất thải , nơi xử lý chất thải

+ Nhà dân dụng bao gồm thấp tầng và cao tầng

+ Nhà công nghiệp

+ Bể chứa , bồn chứa , các công trình xử lý chất thải

+ Các công trình giao thông và thông tin liên lạc như : Đường và các công trình liên quan , hệ thống cáp ngầm …

Với tính ưu việt về giá thành , độ bền vững và phạm vi ứng dụng rộng rãi của phương pháp Top-base Móng Top-base sẽ ngày càng được phát triển rộng rãi trên thị trường xây xựng Việt nam, nhất là ở các vùng đất yếu

2.1.2 Xây dựng lời giải tích:

Hình 2.1: Kích thước qui ước

- Gọi δ là góc ma sát ngoài giữa gravel(đá dăm) & topblock

- Gọi P là áp lực đáy móng và cũng chính là áp lực tác dụng lên topblock

- R là bán kính đáy top-block

- r là bán kính trụ nhỏ top-block

- S1 là diện tích đáy top-block 2

f1 f2 Y

μ : Hệ số Poisson của vật liệu rời bằng 0.3

2

.0, 25

0,526

2 3(1,8225.0, 25 0,05.0, 2)

7

P

+

- Đối với loại top-block 330mm:

Kết luận: Tải trọng P khi đi qua top-block sẽ giảm đi một phần tùy thuộc vào kích thước của top-block Gọi k là hệ số giảm tải, k<1

2.2 Phân tích sự làm việc của toàn nền Top-base:

2.2.1 Trường hợp thiết kế một lớp Top-block:

- Diện chịu tải sẽ được mở rộng thêm một góc ω ϕ= ở các biên

ϕ : góc ma sát trong của đất yếu

2 '

- Áp lực từ trên truyền xuống sẽ phân bố trên diện chịu tải được mở rộng này

Để việc tính toán đơn giản và thiên về mặt an toàn hơn thì ta xem như diện chịu tải mở rộng thêm cũng chịu áp lực là P’

- Áp lực tiêu chuẩn lên nền đất dưới “đáy móng giả định”:

D là độ sâu “đáy móng giả định” '

D =D +H

- Từ điều kiện ổn định (đất nền dưới đáy móng vẫn làm việc đàn hồi): P tc ≤R tc

“ Nguồn: Châu Ngọc Ẩn (2008), Nền Móng, Nxb Đại học quốc gia Tp Hồ Chí

tb f

k N F

ϕ : góc ma sát trong của đất dưới “đáy móng giả định”

c : lực dính của đất dưới “đáy móng giả định”

γ : trọng lượng riêng của đất dưới “đáy móng giả định”

γ : trọng lượng riêng của đất trên “đáy móng giả định”

m1, m2 : hệ số xét đến sự làm việc của nền đất và sự làm việc giữa kết cấu bên trên và nền đất

Ktc : hệ số tin cậy

- Từ R tc ⇒ ⇒F F ⇒B&L: kích thước nền top-base

- Từ B&L⇒b l& : kích thước móng công trình

Theo kỹ thuật thi công(thông thường) thì:

- Từ B&L⇒Bqu & Lqu : kích thước móng khối qui ước(“đáy móng giả định”) qu

Kiểm tra lại điều kiện: P tc ≤R tc

Kết luận: Với phương pháp móng top-base thì:

Độ sâu đặt móng tăng

Ö Sức chịu tải R tăng => tính ổn định tăng

Ö Ứng suất bản thân tại đáy móng tăng => kéo giảm phạm vi gây lún ha => độ lún giảm

2.2.2 Trường hợp thiết kế hai lớp Top-block:

l L

= −

= −