Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11820-4-1:2020 về Công trình cảng biển - Yêu cầu thiết kế - Phần 4-1: Nền móng

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 11820-4-1:2020

CÔNG TRÌNH CẢNG BIỂN - YÊU CẦU THIẾT KẾ - PHẦN 4-1: NỀN MÓNG

Marine Port Facilities - Design Requirements - Part 4-1: Foundation

Mục lục

Lời nói đầu

1 Phạm vi áp dụng

2 Tài liệu viện dẫn

3 Thuật ngữ, định nghĩa, ký hiệu và từ viết tắt

4 Nguyên tắc chung

4.1 Tổng quát

4.2 Các tác động

4.3 Các đặc trưng của đất nền

4.4 Số liệu hình học

4.5 Giá trị đặc trưng

4.6 Giá trị thiết kế

4.7 Trạng thái giới hạn cực hạn

4.8 Trạng thái giới hạn khả năng sử dụng

4.9 Giá trị giới hạn về chuyển vị của móng

4.10 Đất

5 Áp lực đất

5.1 Quy định chung

5.2 Áp lực đất trong trạng thái thường xuyên

5.3 Áp lực đất trong động đất

6 Độ lún của móng

6.1 Ứng suất trong khối đất

6.2 Lún tức thời

6.3 Lún cố kết

6.4 Chuyển vị ngang

6.5 Độ lún không đều

7 Móng nông

7.1 Quy định chung

7.2 Tải trọng và trường hợp thiết kế

7.3 Các xem xét trong thiết kế

7.4 Mô hình tính toán

7.5 Thiết kế trạng thái giới hạn cực hạn

7.6 Thiết kế trạng thái giới hạn khả năng sử dụng

7.7 Thiết kế kết cấu

8 Móng cọc

8.1 Quy định chung

8.2 Lựa chọn và thiết kế móng cọc

8.3 Tải trọng và các trường hợp thiết kế

8.4 Các xem xét trong thiết kế

8.5 Mô hình tính

8.6 Thiết kế trạng thái giới hạn cực hạn

8.7 Trạng thái giới hạn khả năng sử dụng

8.8 Thiết kế kết cấu

9 Phá hoại do thủy lực

9.1 Quy định chung

9.2 Phá hoại do trồi nền

10 Ổn định tổng thể

10.1 Quy định chung

10.2 Các trạng thái giới hạn

10.3 Tải trọng và các trường hợp thiết kế

10.4 Những lưu ý về thiết kế và thi công

10.5 Thiết kế trạng thái giới hạn cực hạn

10.6 Thiết kế trạng thái giới hạn điều kiện sử dụng

10.7 Quan trắc

Phụ lục A (Quy định) Cách tiếp cận thiết kế và giá trị các hệ số thành phần, hệ số tương quan và hệ số mô hình đối với các trạng thái giới hạn cực hạn

A.1 Các thông số được xác định trong tiêu chuẩn này

A.2 Các hệ số thành phần để kiểm tra trạng thái giới hạn cân bằng (EQU)

A.3 Các hệ số thành phần để kiểm tra trạng thái giới hạn kết cấu (STR) và địa kỹ thuật (GEO)

A.4 Các hệ số thành phần để kiểm tra trạng thái giới hạn đẩy nổi (UPL)

A.5 Các hệ số thành phần tải trọng để kiểm tra đối với trạng thái giới hạn trồi thủy lực (HYD)

A.6 Các hệ số mô hình

Phụ lục B (Tham khảo) Sức chịu tải của móng nông

B.1 Quy định chung

B.2 Sức chịu tải của móng trên nền đất cát (hạt thô)

B.3 Sức chịu tải của móng trên nền đất sét (hạt mịn)

B.4 Sức chịu tải của nền nhiều lớp

B. 5 Sức chịu tải đối với tải trọng lệch tâm và tải trọng nghiêng

Phụ lục C (Tham khảo) Sức chịu tải của móng cọc

C.1 Sức chịu tải dọc trục thiết kế của cọc

C.2 Sức kháng nhổ thiết kế của cọc

C.3 Sức chịu tải ngang thiết kế của cọc

C.4 Nguyên tắc chung thiết kế cọc

C.5 Thiết kế chi tiết

Phụ lục D (Tham khảo) Sức chịu tải của cọc trong đá

D.1 Quy định chung

D.2 Sức chịu tải thân cọc, tức là các hốc trong đá (thường chỉ áp dụng cho cọc thay thế)

D.3 Sức chịu tải mũi cọc (áp dụng cho cả cọc chiếm chỗ và thay thế)

Phụ lục E (Tham khảo) Các phương pháp xác định sức chịu tải ngang của cọc

E.1 Phương pháp Broms

E.2 Phương pháp Brinch Hansen

Phụ lục F (Tham khảo) ổn định mái dốc

F.1 Quy định chung

F.2 Phân tích ổn định

Phụ lục G (Tham khảo) Ví dụ về các đánh giá độ lún

G.1 Quy định chung

G.2 Ví dụ về phương pháp tính toán độ lún

Phụ lục H (Tham khảo) Độ chặt tương đối

H.1 Mối tương quan giữa số búa và độ chặt tương đối

Thư mục tài liệu tham khảo

Lời nói dầu

TCVN 11820-4-1:2020 biên soạn trên cơ sở tham khảo OCDI: Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình cảng và bể cảng Nhật Bản, BS EN 1997-1:2004+A1: 2013 và BS 8004: 2015.

TCVN 11820-4-1:2020 do Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải biên soạn, Bộ Giao thông Vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố. Bộ tiêu chuẩn TCVN 11820, Công trình Cảng biển - Yêu cầu thiết kế dự kiến bao gồm các phần sau:

Phần 1: Nguyên tắc chung:

Phần 2: Tải trọng và tác động:

Phần 3: Yêu cầu về vật liệu;

Phần 4: Nền móng và cải tạo đất

- Phần 4-1: Nền móng;

- Phần 4-2: Cải tạo đất;

Phần 5: Công trình bến;

Phần 6: Đê chắn sóng;

Phần 7: Luồng tàu và bể cảng;

Phần 8: Ụ khô, âu tàu, triền và bến nhà máy đóng tàu;

Phần 9; Nạo vét và tôn tạo đất;

Phần 10: Công trình cảng khác.

CÔNG TRÌNH CẢNG BIỂN - YÊU CẦU THIẾT KẾ - PHẦN 4-1: NỀN MÓNG

Marine Port Facilities - Design Requirements - Part 4-1: Foundation

1 Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này được áp dụng cho công tác thiết kế nền móng (thiết kế mới, cải tạo và nâng cấp) đối với các công trình cảng biển.

Tiêu chuẩn này có thể áp dụng cho công tác thiết kế nền móng đối với công trình khác có điều kiện làm việc và đặc tính kỹ thuật tương tự.

2 Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có):

TCVN 189:1996, Móng cọc tiết diện nhỏ - Tiêu chuẩn thiết kế;

TCVN 5747:1993, Đất xây dựng - Phân loại;

TCVN 5574:2012, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế;

TCVN 7888:2014, Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước;

TCVN 9245:2012, Cọc ống thép;

TCVN 9246:2012, Cọc ống ván thép;

TCVN 9386-2:2012, Thiết kế công trình chịu động đất - Phần 2: Nền móng, tường chắn và các vấn đề địa kỹ thuật;

TCVN 9393:2012, Cọc - Phương pháp thử nghiệm tại hiện trường bằng tải ép tĩnh dọc trục;

TCVN 9394:2012, Đóng và ép cọc - Thi công và nghiệm thu;

TCVN 9395:2012, Cọc khoan nhồi - Thi công và nghiệm thu;

TCVN 9685:2013, Cọc ván thép cán nóng;

TCVN 10304:2014, Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế;

TCVN 10317:2014, Cọc ống thép và cọc ống ván thép sử dụng trong xây dựng công trình cảng - Thi công và nghiệm thu;

TCVN 11820-1: 2017, Công trình Cảng biển - Yêu cầu thiết kế - Phần 1: Nguyên tắc chung;

TCVN 11820-2: 2017, Công trình Cảng biển - Yêu cầu thiết kế - Phần 2: Tải trọng và tác động;

TCVN 11820-3: 2019, Công trình Cảng biển - Yêu cầu thiết kế - Phần 3: Yêu cầu vật liệu;

JIS A 5372, Precast Reinforced Concrete Products (Sản phẩm cọc bê tông cốt thép đúc sẵn).

3 Thuật ngữ, định nghĩa, ký hiệu và từ viết tắt

Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ, định nghĩa và từ viết tắt nêu trong TCVN 11820-1:2017, TCVN 11820-2:2017, TCVN 11820-3:2019 và các thuật ngữ định nghĩa sau:

3.1

Móng nông (Shallow Foundation)

Là loại móng có chiều sâu chôn móng nhỏ hơn chiều rộng nhỏ nhất của móng và khi chịu tải trọng không tính đến ma sát hông của đất ở xung quanh với móng.

3.2

Móng cọc (Pile Foundation)

Hệ thống cọc được nối lại với nhau trong một cấu trúc thống nhất truyền tải trọng lên nền.

3.3

Cọc (Pile)

Cấu kiện thẳng đứng hoặc xiên, được hạ vào đất hoặc thi công tại chỗ trong đất, để truyền tải trọng vào nền.

3.4

Tỷ số độ mảnh của cọc (Slenderness ratio of pile)

Tỷ số độ mảnh của cọc là tỷ số giữa chiều dài và đường kính cọc.

3.5

Cọc tiết diện nhỏ (micropiles)

Cọc khoan có đường kính nhỏ hơn 250 mm.

4 Nguyên tắc chung

4.1 Tổng quát

1) Thiết kế nền móng phải phù hợp với những yêu cầu của TCVN 11820-1: 2017, TCVN 11820-2: 2017 và những quy định riêng của tiêu chuẩn này. Thiết kế nền móng phải xem xét đến:

- Các tải trọng có thể là tải trọng cưỡng bức hoặc chuyển vị cưỡng bức, ví dụ như chuyển vị của nền;

- Đặc tính của đất, đá và các vật liệu khác;

- Kích thước hình học của nền móng;

- Giá trị giới hạn của biến dạng, mở rộng vết nứt, chấn động,...

- Các mô hình tính toán.

2) Sự hiểu biết về điều kiện của nền phụ thuộc vào quy mô và chất lượng của công tác khảo sát địa kỹ thuật. Để đảm bảo các yêu cầu cơ bản, sự hiểu biết đó và sự kiểm soát chất lượng thi công có ý nghĩa hơn so với độ chính xác của mô hình tính toán và các hệ số thành phần.

3) Mô hình tính toán phải mô tả được giả thiết về sự làm việc của đất nền ở trạng thái giới hạn được xem xét.

4) Nếu không có sẵn mô hình tính toán đáng tin cậy về một trạng thái giới hạn cụ thể, tiến hành phân tích một trạng thái giới hạn khác với các hệ số để bảo đảm rằng việc vượt quá trạng thái giới hạn cụ thể đó có thể coi như không xảy ra. Những lựa chọn khác là cần tiến hành thiết kế theo số liệu đo theo quy định, mô hình thực nghiệm và thí nghiệm tải trọng, hoặc phương pháp quan trắc.

5) Mô hình tính toán có thể gồm các dạng sau đây:

- Mô hình giải tích;

- Mô hình bán thực nghiệm;

- Mô hình số.

6) Bất cứ mô hình tính toán nào cũng cần chính xác hoặc có sai số thiên về an toàn.

7) Mô hình tính toán có thể bao gồm các đơn giản hóa.

8) Khi cần thiết, việc hiệu chỉnh kết quả thu được từ mô hình có thể được sử dụng để đảm bảo rằng tính toán thiết kế là chính xác hoặc thiên về an toàn.

9) Trường hợp hiệu chỉnh kết quả bằng một hệ số mô hình, cần lưu ý những vấn đề dưới đây:

- Mức độ không chắc chắn trong các kết quả của phương pháp phân tích;

- Những sai sót mang tính hệ thống được biết là đi kèm với phương pháp phân tích.

10) Nếu một quan hệ kinh nghiệm được sử dụng trong phân tích, cần phải xác lập một cách rõ ràng là phù hợp với các điều kiện đất nền có liên quan.

11) Trạng thái giới hạn bao gồm việc hình thành một cơ chế trong đất nền nên được kiểm tra bằng một mô hình tính toán. Đối với trạng thái giới hạn được xem xét trên cơ sở biến dạng thì các biến dạng cần được đánh giá bằng tính toán như mô tả trong điều 4.8 của tiêu chuẩn này hoặc bằng cách đánh giá khác.

CHÚ THÍCH: Nhiều mô hình tính toán dựa trên giả thiết hệ đất nền/kết cấu có ứng xử đủ dẻo. Tuy vậy, sự thiếu tính dẻo có thể dẫn đến một trạng thái giới hạn cực hạn đặc trưng bởi sự sụp đổ đột ngột.

12) Các phương pháp số có thể thích hợp nếu sự tương thích về biến dạng hoặc sự tương tác giữa kết cấu và đất ở trạng thái giới hạn được xem xét.

13) Sự tương thích về biến dạng ở trạng thái giới hạn nên được xem xét. Phân tích chi tiết, tính đến độ cứng tương đối của kết cấu và đất nền, có thể cần thiết trong trường hợp xảy ra phá hoại phối hợp của các phần tử kết cấu và nền. Các ví dụ bao gồm: cọc chịu tải ngang và tường chắn mềm. Nên đặc biệt chú ý đến sự tương thích về biến dạng của các vật liệu giòn hoặc có đặc tính mềm hóa khi biến dạng.

14) Trong một số bài toán, như hố đào chống đỡ bằng tường vách mềm, cường độ và sự phân bố áp lực đất, nội lực trong kết cấu và mô men uốn phụ thuộc nhiều vào độ cứng của kết cấu, độ cứng và cường độ của đất nền và trạng thái ứng suất trong đất.

15) Trong những bài toán về tương tác giữa nền đất - kết cấu, việc phân tích nên sử dụng các quan hệ ứng suất - biến dạng của đất nền và vật liệu kết cấu và trạng thái ứng suất trong nền đất có đủ tính đại diện cho trạng thái giới hạn được xem xét nhằm có được một kết quả an toàn.

4.2 Các tác động

1) Định nghĩa và các giá trị của tải trọng được lấy theo TCVN 11820-1: 2017, TCVN 11820-2: 2017.

2) Phải lựa chọn các giá trị tải trọng địa kỹ thuật sẽ sử dụng, vì những giá trị này được xác định trước khi tính toán, một số trường hợp chúng có thể thay đổi trong quá trình tính toán.

CHÚ THÍCH: Các giá trị tải trọng địa kỹ thuật có thể thay đổi trong quá trình tính toán. Trong trường hợp đó, chúng được đưa vào như ước tính ban đầu để bắt đầu tính toán với giá trị sơ bộ.

3) Mọi sự tương tác giữa kết cấu và đất nền phải được kể đến khi xác định các tải trọng được đưa vào thiết kế.

4) Trong thiết kế địa kỹ thuật, các tác động dưới đây nên được xem xét:

- Trọng lượng của đất, đá và nước;

- Ứng suất trong đất;

- Áp lực đất;

- Áp lực của nước mặt, bao gồm áp lực sóng;

- Áp lực nước ngầm;

- Lực thấm;

- Tải trọng bản thân và tải trọng đặt vào kết cấu;

- Tải trọng do tàu tác dụng lên công trình;

- Sự dỡ tải hoặc đào lấy đất đi;

- Tải trọng do phương tiện giao thông;

- Chuyển vị do khai thác mỏ hoặc các hoạt động đào hầm khác hoặc thi công đường ngầm;

- Sự trương nở và co ngót do trồng trọt, thay đổi khí hậu và độ ẩm;

- Chuyển dịch do thấm, trượt hoặc lún các khối đất;

- Chuyển dịch do sự xói mòn, tan rã, phân hủy, tự làm chặt và hòa tan;

- Chuyển dịch và gia tốc do động đất, nổ, chấn động và tải trọng động;

- Ảnh hưởng của nhiệt độ;

- Tạo ứng suất trước trong các neo đất hoặc thanh chống;

- Ma sát âm.

5) Phải xem xét khả năng các tác động có thể thay đổi xảy ra đồng thời hoặc riêng rẽ.

6) Khoảng thời gian tác động phải được xem xét có tham chiếu ảnh hưởng của thời gian đối với đặc tính vật liệu đất, đặc biệt là tính thấm, tính nén của đất hạt mịn.

7) Các tác động lặp và các tác động với cường độ thay đổi phải được xem xét đặc biệt về các mặt như chuyển dịch liên tục, hóa lỏng đất, thay đổi độ cứng và độ bền của đất nền.

8) Tác động tạo ra các phản ứng động học trong kết cấu và đất nền phải được xác định để xem xét đặc biệt.

9) Các tác động chủ yếu do áp lực đất và nước tự do phải được xác định đề xem xét đặc biệt về biến dạng, phát triển vết nứt, tính thấm thay đổi và xói mòn.

CHÚ THÍCH: Tải trọng thường xuyên bất lợi (hoặc mất ổn định) và có lợi (hoặc ổn định) trong một số tình huống có thể xem xét một cách riêng rẽ. Nếu các tình huống được xem xét như vậy, có thể áp dụng một hệ số thành phần riêng cho tổng các tải trọng hoặc cho tổng các ảnh hưởng của chúng.

4.3 Các đặc trưng của đất nền

1) Các đặc trưng của các khối đất và đá được định lượng để tính toán thiết kế thông qua các thông số địa kỹ thuật, phải được xác định từ kết quả thí nghiệm một cách trực tiếp hoặc bằng các tương quan, lý thuyết hoặc thực nghiệm, và từ các dữ liệu liên quan khác.

2) Các giá trị thu được từ kết quả thí nghiệm và các dữ liệu khác phải được diễn giải phù hợp với trạng thái giới hạn được xem xét.

3) Phải xem xét sự khác nhau có thể tồn tại giữa đặc trưng của đất nền và các thông số địa kỹ thuật thu được từ kết quả thí nghiệm và các đặc trưng chi phối sự làm việc của kết cấu địa kỹ thuật.

4) Những khác nhau được đề cập ở trên có thể do những yếu tố sau:

- Nhiều thông số địa kỹ thuật không thực sự là hằng số vì chúng phụ thuộc vào mức độ ứng suất và kiểu biến dạng:

- Cấu trúc đất đá (ví dụ như khe nứt, sự phân lớp hoặc các hạt lớn) có thể đóng vai trò khác nhau trong thí nghiệm và trong kết cấu địa kỹ thuật;

- Các ảnh hưởng theo thời gian;

- Tác động mềm hóa do thấm nước đối với độ bền của đất và đá;

- Tác động mềm hóa do tác động động học;

- Tính giòn hoặc dẻo của đất đá được thí nghiệm;

- Phương pháp thi công kết cấu địa kỹ thuật;

- Ảnh hưởng của trình độ tay nghề đối với nền nhân tạo hoặc nền gia cố;

- Tác động của các hoạt động xây dựng đối với các đặc tính của đất nền.

5) Khi xác định các giá trị của các thông số địa kỹ thuật, nên xem xét:

- Các tài liệu đã công bố và các thông tin được thừa nhận có liên quan đến việc sử dụng mỗi loại thí nghiệm trong các điều kiện đất nền thích hợp;

- Giá trị của mỗi thông số địa kỹ thuật so với các số liệu liên quan đã được công bố và những kinh nghiệm tại chỗ nói chung;

- Sự thay đổi các thông số địa kỹ thuật có liên quan đến thiết kế;

- Kết quả của các thí nghiệm hiện trường tỷ lệ lớn và kết quả quan trắc ở những công trình lân cận;

- Tương quan giữa kết quả của nhiều loại thí nghiệm;

- Mọi suy giảm đáng kể về đặc tính vật liệu của đất nền có thể xảy ra trong suốt tuổi thọ của kết cấu.

6) Các hệ số hiệu chỉnh phải được áp dụng khi cần thiết để chuyển đổi các kết quả thí nghiệm trong phòng hoặc hiện trường theo các TCVN về thí nghiệm đất thành các giá trị đại diện cho sự làm việc của đất và đá trong đất nền đối với trạng thái giới được xem xét, hoặc xem xét đến các tương quan sử dụng để suy ra các giá trị từ kết quả thí nghiệm.

4.4 Số liệu hình học

Cao độ và độ dốc của mặt đất, mực nước, cao độ của các mặt phân cách giữa các lớp, cao độ hố đào và các kích thước của kết cấu địa kỹ thuật được xem là số liệu hình học.

4.5 Giá trị đặc trưng

4.5.1 Giá trị đặc trưng và đại diện của tải trọng

Giá trị đặc trưng và đại diện của tải trọng phải được xác định theo TCVN 11820-1: 2017, TCVN 11820-2: 2017.

4.5.2 Giá trị đặc trưng của thông số địa kỹ thuật

1) Việc lựa chọn giá trị đặc trưng của thông số địa kỹ thuật phải dựa trên các kết quả và các giá trị suy ra từ các thí nghiệm trong phòng và hiện trường, được bổ sung bằng những kinh nghiệm đáng tin cậy.

2) Giá trị đặc trưng của một thông số địa kỹ thuật phải được lựa chọn bằng cách ước tính thận trọng của giá trị tải trọng đến việc đạt tới trạng thái giới hạn.

3) Phương sai lớn hơn của c’ so với tanφ' phải được xem xét khi xác định các giá trị đặc trưng của chúng.

4) Lựa chọn giá trị đặc trưng của thông số địa kỹ thuật cần xét đến:

- Thông tin về địa chất và các thông tin cơ bản khác, như các số liệu từ những dự án trước đây;

- Quy mô khảo sát ở hiện trường và thí nghiệm trong phòng;

- Loại và số lượng mẫu thí nghiệm;

- Kích thước khu vực của đất nền chi phối sự làm việc của kết cấu địa kỹ thuật ở trạng thái giới hạn được xem xét;

- Khả năng kết cấu địa kỹ thuật truyền tải trọng từ vùng yếu sang vùng bền vững trong đất nền.

5) Giá trị đặc trưng có thể là giá trị thấp hơn, nhỏ hơn các giá trị khả dĩ nhất, hoặc giá trị ở trên, lớn hơn.

6) Với mỗi tính toán phải sử dụng tổ hợp bất lợi nhất của các giá trị ở cận dưới và cận trên của các thông số độc lập.

7) Phần nền đất chi phối sự làm việc của kết cấu địa kỹ thuật ở một trạng thái giới hạn thường lớn hơn nhiều so với mẫu thí nghiệm hoặc phần đất nền chịu ảnh hưởng trong một thí nghiệm hiện trường. Do đó giá trị của thông số chi phối nhất thường lấy bằng trị trung bình của các giá trị bao trùm một diện tích lớn hoặc thể tích lớn của nền đất. Từ giá trị trung bình này có thể ước tính được các giá trị đặc trưng.

8) Nếu sự làm việc của kết cấu địa kỹ thuật ở trạng thái giới hạn được xem xét bị chi phối bởi giá trị cao nhất hay thấp nhất đặc trưng của đất nền, từ các giá trị cao nhất hay thấp nhất này có thể ước tính được các giá trị đặc trưng cao nhất hay thấp nhất xảy ra trong vùng chi phối đối với sự làm việc của kết cấu địa kỹ thuật.

9) Khi lựa chọn vùng đất nền có tác động chi phối đối với sự làm việc của kết cấu địa kỹ thuật ở một trạng thái giới hạn, nên xét đến việc trạng thái giới hạn đó phụ thuộc vào sự làm việc của kết cấu được chống đỡ. Ví dụ khi xem xét trạng thái giới hạn chịu tải của một kết cấu đặt trên nhiều móng nông, thông số có tính chi phối có thể là độ bền trung bình trên mỗi vùng riêng biệt của đất nền dưới móng, nếu kết cấu không đủ khả năng chống lại sự phá hoại cục bộ. Tuy vậy, nếu kết cấu đủ cứng và đủ vững chắc, thông số chi phối có thể là trung bình của các giá trị trung bình của toàn vùng hoặc của một phần vùng đất nền dưới kết cấu.

10) Nếu các phương pháp thống kê được sử dụng trong việc lựa chọn các giá trị đặc trưng của các đặc tính của nền, các phương pháp đó cần phân biệt sự khác nhau giữa các mẫu lấy tại chỗ và lấy trong khu vực và cần cho phép sử dụng những hiểu biết sẵn có về đặc trưng đất nền có thể so sánh được.

11) Nếu sử dụng phương pháp thống kê, giá trị đặc trưng cần xác định sao cho xác suất tính toán của các giá trị chi phối bất lợi nhất khả năng xảy ra một trạng thái giới hạn không vượt quá 5%.

CHÚ THÍCH: Về mặt này, việc ước tính thận trọng giá trị trung bình được thực hiện bằng cách lựa chọn giá trị trung bình của các tập hợp hạn chế các giá trị thông số địa kỹ thuật, với độ tin cậy 95%; ở những nơi có thể xảy ra phá hoại cục bộ, giá trị ước tính thận trọng là giá trị thấp với 5% bị vượt quá.

12) Khi sử dụng các bảng tiêu chuẩn của giá trị đặc trưng liên quan đến thông số khảo sát nền đất, phải lựa chọn giá trị đặc trưng là những giá trị rất thận trọng.

4.5.3 Giá trị đặc trưng của số liệu hình học

1) Giá trị đặc trưng về cao độ của nền đất và nước ngầm hoặc nước tự do phải được đo đạc, bao gồm mực nước danh định hoặc cận trên hay cận dưới.

2) Các giá trị đặc trưng về cao độ của nền đất và kích thước của kết cấu hoặc các phần tử địa kỹ thuật thường là giá trị danh định.

4.6 Giá trị thiết kế

4.6.1 Giá trị thiết kế của tải trọng

1) Giá trị thiết kế của tải trọng được xác định theo TCVN 11820-1: 2017.

2) Giá trị thiết kế của một tải trọng (Fd) được xác định trực tiếp hoặc suy ra từ những giá trị đại diện theo biểu thức sau đây:

trong đó:

F_d là giá trị thiết kế của tải trọng;

F_rep là giá trị đại diện của tải trọng;

F_k là giá trị đặc trưng của tải trọng;

γ_F là hệ số thành phần tải trọng;

ψ là hệ số tổ hợp.

3) Giá trị thích hợp của ψ phải được lấy theo TCVN 11820-1:2017, TCVN 11820-2:2017.

4) Phải sử dụng hệ số thành phần γ_F cho các trường hợp dài hạn và ngắn hạn đưa ra trong các điều A.2.1 (EQU); A.3.1 (STR / GEO); A.4.1 (UPL) và A.5 (HYD) trong Phụ lục A cho biểu thức (1a).

CHÚ THÍCH: Các giá trị được kiến nghị trong Phụ lục A chỉ dẫn về mức an toàn thích hợp đối với thiết kế thông thường.

5) Nếu giá trị thiết kế của các tải trọng địa kỹ thuật được xác định trực tiếp, thì các giá trị của hệ số thành phần kiến nghị trong Phụ lục A được sử dụng như định hướng để đạt được mức độ an toàn cần thiết.

6) Khi xem xét áp lực nước ngầm đối với trạng thái giới hạn có hậu quả nghiêm trọng (thường là trạng thái giới hạn cực hạn), giá trị thiết kế phải biểu thị cho giá trị bất lợi nhất có thể xảy ra trong tuổi thọ thiết kế của kết cấu. Các trạng thái giới hạn với hậu quả ít nghiêm trọng hơn (thường là trạng thái giới hạn khả năng sử dụng bình thường), giá trị thiết kế là giá trị bất lợi nhất có thể xảy ra trong điều kiện bình thường.

7) Trong một số trường hợp áp lực nước cực trị có thể được coi là tải trọng đặc biệt.

8) Giá trị thiết kế của áp lực nước ngầm được suy ra bằng cách áp dụng các hệ số thành phần đối với áp lực nước đặc trưng hoặc áp dụng dự trữ an toàn đối với mực nước đặc trưng theo điều 4-4 và 4.5.3, 1) của tiêu chuẩn này.

9) Các yếu tố tác động đến áp lực nước sau đây cần được xem xét:

- Cao độ mực nước tự do (mực nước mặt) hoặc mực nước ngầm;

- Ảnh hưởng có lợi hoặc bất lợi của việc thoát nước một cách tự nhiên hay nhân tạo, trong đó có kể đến việc bảo trì trong tương lai;

- Sự bổ sung nước do mưa, lũ lụt, hư hỏng hệ thống nước hoặc những nguồn khác;

10) Nên xem xét mực nước bất lợi có thể xảy ra do thay đổi lưu vực và giảm tiêu thoát nước do bị chặn dòng hoặc những nguyên nhân khác.

11) Trừ khi chứng tỏ được sự phù hợp của hệ thống thoát nước và công tác bảo trì được đảm bảo, mực nước ngầm thiết kế nên được lấy theo mực nước cao nhất có thể xảy ra, tức là ở bề mặt đất.

4.6.2 Giá trị thiết kế của các thông số địa kỹ thuật

1) Giá trị thiết kế của các thông số địa kỹ thuật (X_d) hoặc phải được suy ra từ những giá trị đặc trưng theo biểu thức dưới đây:

trong đó:

X_d là giá trị thiết kế của thông số địa kỹ thuật;

X_k là giá trị đặc trưng của thông số địa kỹ thuật;

γ_M là hệ số thành phần của thông số nền đất.

Hoặc phải được xác định trực tiếp.

2) Hệ số thành phần γ_M cho các trường hợp dài hạn và ngắn hạn được đưa ra trong các điều A.2.2 (EQU); A.3.2 (STR/GEO) và A.4.2 (UPL) trong Phụ lục A cho biểu thức (2).

CHÚ THÍCH: Giá trị kiến nghị trong Phụ lục A quy định mức độ an toàn nhỏ nhất đối với thiết kế thông thường.

3) Nếu giá trị thiết kế của các thông số địa kỹ thuật được xác định trực tiếp, giá trị của hệ số thành phần kiến nghị trong Phụ lục A được sử dụng như là một hướng dẫn để đạt được mức độ an toàn cần thiết.

4.6.3 Giá trị thiết kế của số liệu hình học

1) Các hệ số thành phần cho tải trọng và vật liệu (γ_F và γ_M ) đã xét đến những thay đổi nhỏ về số liệu hình học, trong trường hợp như vậy, không yêu cầu thêm về dự trữ an toàn đối với số liệu hình học.

2) Trong những trường hợp sai lệch về số liệu hình học có ảnh hưởng đáng kể đối với độ tin cậy của kết cấu, giá trị thiết kế của số liệu hình học (a_d) phải được xác định trực tiếp hoặc được suy ra từ giá trị danh định bằng biểu thức sau:

trong đó:

a_d là giá trị thiết kế của số liệu hình học (m);

a_nom là giá trị danh định của số liệu hình học (m);

Δa là dung sai (m).

Với giá trị của Δa được cho như sau:

a) Trường hợp móng chịu tải trọng có độ lệch tâm lớn

Trừ khi có sự chú ý đặc biệt trong quá trình thi công, dung sai cần được giới hạn ở giá trị 0,1 m.

b) Bề mặt nền đất

- Giá trị thiết kế về đặc trưng hình học của vật liệu được chắn giữ phải kể đến sự thay đổi so với thực tế ngoài hiện trường. Giá trị thiết kế cũng phải xét đến những khả năng đào đất hoặc xói lở ở mặt trước của kết cấu tường chắn.

- Trong tính toán trạng thái giới hạn cực hạn trong đó độ ổn định của tường chắn phụ thuộc vào sức kháng của đất nền ở phía trước kết cấu, cao độ của đất chống đỡ nên thấp hơn cao độ dự kiến danh định một lượng Δa. Giá trị Δa được lựa chọn trên cơ sở mức độ kiểm soát cao độ ngoài hiện trường. Với mức độ kiểm tra thông thường, có thể áp dụng:

+ Với tường dạng công-xôn, Δa bằng 10 % chiều cao tường phía trên cao độ đào, tối đa là 0,5 m;

+ Với tường có chống đỡ, Δa bằng 10 % của khoảng cách giữa điểm chống thấp nhất và cao độ đào, tối đa là 0,5 m.

- Có thể sử dụng giá trị nhỏ hơn của Δa, có thể đến 0, khi quy định kiểm tra chính xác cao độ bề mặt trong suốt gia đoạn thi công.

Giá trị lớn hơn của Δa được sử dụng ở những nơi cao độ mặt đất không rõ ràng.

4.6.4 Giá trị thiết kế của đặc tính kết cấu

Đặc trưng cường độ thiết kế của các vật liệu kết cấu và sức kháng thiết kế của các phần từ kết cấu phải được tính toán theo TCVN 11820-3:2019 và các tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu bê tông và thép.

4.7 Trạng thái giới hạn cực hạn

4.7.1 Quy định chung

1) Khi thích hợp phải kiểm tra các trạng thái giới hạn dưới đây không được vượt quá:

- Mất cân bằng của kết cấu hoặc đất nền khi xem chúng như một vật thể cứng, trong đó cường độ của vật liệu kết cấu và đất nền là đóng vai trò không đáng kể trong việc tạo ra sức kháng (EQU):

- Sự phá hoại bên trong hoặc biến dạng quá mức của kết cấu hoặc các phần tử kết cấu, ví dụ như móng nông, cọc hoặc vách tầng hầm, trong đó cường độ của vật liệu kết cấu đóng vai trò đáng kể trong việc tạo ra sức kháng (STR);

- Sự phá hoại hoặc biến dạng quá mức của đất nền, trong đó cường độ của đất hoặc đá đóng vai trò đáng kể trong việc tạo ra sức bền (GEO);

- Mất cân bằng của kết cấu hoặc đất nền do sự đẩy lên của áp lực nước (đẩy nổi) hoặc những tác động khác theo phương thẳng đứng (UPL);

- Sự trồi đất nền, xói ngầm và hình thành ống xói trong nền do gradient thủy lực (HYD).

CHÚ THÍCH: Trạng thái giới hạn GEO thường có vai trò quyết định đối với việc xác định kích thước các phần tử kết cấu móng hoặc tường chắn và đôi khi đối với độ bền của phần tử kết cấu.

2) Hệ số thành phần cho các trường hợp dài hạn và ngắn hạn phải được xác định theo Phụ lục A.

3) Giá trị hệ số thành phần của các tải trọng hay ảnh hưởng của các tải trọng trong các trường hợp sự cố thường lấy bằng 1,0. Các giá trị hệ số thành phần của cường độ và sức kháng vật liệu đất nền được sử dụng trong các trường hợp sự cố lấy bằng căn bậc hai của các giá trị đã cho đối với các trường hợp dài hạn và ngắn hạn đã cho trong Phụ lục A.

4) Các giá trị của các hệ số thành phần được sử dụng trong các trường hợp rủi ro phi tiêu chuẩn hay các điều kiện đất nền và tải trọng bất thường hay đặc biệt khó khăn không được cung cấp trong Phụ lục A, nên được thỏa thuận với khách hàng và các cơ quan có liên quan, khi thích hợp, cho trường hợp cụ thể.

5) Dựa trên đánh giá mức độ hậu quả để xác định giá trị giảm của các hệ số thành phần được sử dụng trong các trường hợp đặc biệt đối với công trình tạm thời hay các trường hợp thiết kế cho thời hạn ngắn. Do các giá trị này không được cung cấp trong Phụ lục A, nên trong từng trường hợp cụ thể nên thỏa thuận với chủ đầu tư và các cơ quan có liên quan.

6) Khi các giá trị thiết kế của sức kháng (R_d), hoặc giá trị thiết kế của hiệu quả của ảnh hưởng (E_d), hệ số mô hình (γ_R;d) hoặc (γ_s;d) có thể được đưa vào để bảo đảm cho các kết quả từ mô hình thiết kế là chính xác hoặc có sai số thiên về an toàn. Các giá trị hệ số mô hình đối với sức kháng và ảnh hưởng và các ảnh hưởng của tải trọng lấy theo điều A.6.1 đến A.6.3 trong Phụ lục A.

4.7.2 Kiểm tra cân bằng tĩnh học

1) Khi xem xét trạng thái giới hạn cân bằng tĩnh học hoặc chuyển vị tổng thể của kết cấu hoặc đất nền (EQU), phải kiểm tra:

trong đó:

E_dst;d là giá trị thiết kế của tải trọng hữu hiệu gây mất ổn định;

E_stb;d là giá trị thiết kế của tải trọng hữu hiệu giữ ổn định;

T_d là giá trị thiết kế của tổng sức kháng cắt;

F_rep là giá trị đại diện của tải trọng;

γ_F là hệ số thành phần tải trọng;

X_k là giá trị đặc trưng của thông số địa kỹ thuật;

γ_M là hệ số thành phần của thông số nền đất;

a_d là giá trị thiết kế của số liệu hình học.

2) Các giá trị của các hệ số thành phần được sử dụng trong các trường hợp dài hạn và ngắn hạn của trạng thái giới hạn EQU lấy bằng các giá trị đã cho tại điều A.2 trong Phụ lục A.

CHÚ THÍCH: Cân bằng tĩnh học EQU có liên quan chủ yếu đến thiết kế kết cấu. Trong thiết kế địa kỹ thuật, sự kiểm tra EQU được giới hạn với những trường hợp ít gặp, như móng cứng đặt trên đá, và về nguyên tắc, khác với ổn định tổng thể hoặc bài toán đẩy nổi. Chúng sẽ ít quan trọng nếu sức kháng cắt T_d được kể đến.

4.7.3 Kiểm tra sức kháng đối với trạng thái giới hạn của đất nền và kết cấu trong trường hợp dài hạn và ngắn hạn

1) Quy định chung

Khi xem xét trạng thái giới hạn về phá hoại hoặc biến dạng quá mức của phần tử kết cấu hoặc mặt cắt nền (STR và GEO), cần phải kiểm tra:

trong đó:

E_d là giá trị thiết kế của tải trọng hữu hiệu;

R_d là giá trị thiết kế của sức kháng đối với một tải trọng.

2) Tải trọng thiết kế

(1) Hệ số thành phần của các tải trọng có thể áp dụng cho chính các tải trọng đó (F_rep) hoặc cho các ảnh hưởng của chúng (E):

Hoặc:

Trong đó:

E_d là giá trị thiết kế của tải trọng hữu hiệu;

F_rep là giá trị đại diện của tải trọng;

γ_F là hệ số thành phần tải trọng;

γ_E là hệ số thành phần tải trọng hữu hiệu;

X_k là giá trị đặc trưng của thông số địa kỹ thuật;

γ_M là hệ số thành phần của thông số nền đất;

a_d là giá trị thiết kế của số liệu hình học.

(2) Trong một số trường hợp thiết kế, việc áp dụng các hệ số thành phần đối với các tác động xuất phát từ đất hoặc thông qua đất (như áp lực đất hoặc áp lực nước) có thể dẫn đến giá trị thiết kế không hợp lý hoặc thậm chí phi lý về mặt vật lý. Trong các trường hợp như vậy, có thể áp dụng trực tiếp các hệ số cho ảnh hưởng của tác động thu được từ giá trị đại diện của tải trọng.

(3) Giá trị của các hệ số thành phần được sử dụng trong các biểu thức (6a) và (6b) để xác định các ảnh hưởng thiết kế đối với các trạng thái giới hạn STR và GEO: Sử dụng các giá trị đã cho trong điều A.3 của Phụ lục A.

3) Sức kháng thiết kế

(1) Có thể áp dụng hệ số thành phần hoặc cho các đặc trưng của đất nền (X) hoặc cho sức kháng (R) hoặc cho cả hai như dưới đây:

trong đó:

R_d là giá trị thiết kế của sức kháng đối với một tải trọng;

F_rep là giá trị đại diện của tải trọng;

γ_F là hệ số thành phần tải trọng;

X_k là giá trị đặc trưng của thông số địa kỹ thuật;

γ_M là hệ số thành phần của thông số nền đất;

a_d là giá trị thiết kế của số liệu hình học;

γ_R là hệ số thành phần sức kháng.

CHÚ THÍCH: Trong trình tự thiết kế trong đó áp dụng hệ số ảnh hưởng của tải trọng, hệ số thành phần tải trọng γ_F = 1,0.

(2) Giá trị của các hệ số thành phần được sử dụng trong các biểu thức (7a), (7b) và (7c) để xác định sức kháng thiết kế trong các trạng thái giới hạn STR và GEO: Sử dụng các giá trị đã cho trong các bảng A.3.3.1, A.3.3.2, A.3.3.4, A.3.3.5 của Phụ lục A.

4) Cách tiếp cận thiết kế

(1) Quy định chung

Cách áp dụng biểu thức (6) và (7) phải được quyết định bằng cách tiếp cận thiết kế sau đây.

CHÚ THÍCH: Hệ số thành phần trong Phụ lục A để sử dụng cho biểu thức (6) và (7) được tập hợp thành nhóm kí hiệu A (cho tải trọng hoặc ảnh hưởng của tải trọng), M (cho thông số của đất), R (cho sức kháng của đất).

(2) Cách tiếp cận thiết kế

- Ngoài việc thiết kế cọc chịu tải trọng dọc trục, phải kiểm tra trạng thái giới hạn phá hủy hoặc biến dạng quá mức sẽ không xảy ra với mỗi tổ hợp khi áp dụng các tổ hợp hệ số thành phần như dưới đây;

Tổ hợp 1: A1 “+” M1 “+” R1

Tổ hợp 2: A2 “+” M2 “+” R1

trong đó:

Dấu “+”có ý nghĩa “được tổ hợp với”;

A1 là tải trọng kết cấu;

A2 là tải trọng địa kỹ thuật;

M1 là thông số của đất cho trạng thái giới hạn kết cấu STR;

M2 là thông số của đất cho trạng thái giới hạn địa kỹ thuật GEO;

R là sức kháng của đất.

CHÚ THÍCH: Trong các tổ hợp 1 và 2, các hệ số thành phần được áp dụng cho các tải trọng và các thông số cường độ của đất nền.

- Đối với thiết kế cọc chịu tải trọng dọc trục, phải kiểm tra trạng thái giới hạn phá hủy hoặc biến dạng quá mức sẽ không xảy ra với mỗi tổ hợp khi áp dụng các tổ hợp hệ số thành phần như dưới đây:

Tổ hợp 1: A1 “+” M1 “+” R1

Tổ hợp 2: A2 “+” (M1 hoặc M2) “+” R4

CHÚ THÍCH 1: Trong tổ hợp 1, hệ số thành phần được áp dụng cho các tải trọng và thông số cường độ của đất nền. Trong tổ hợp 2, hệ số thành phần được áp dụng cho các tải trọng, sức kháng của đất và đôi khi cho các thông số cường độ của đất.

CHÚ THÍCH 2: Trong tổ hợp 2, tập hợp M1 được sử dụng để tinh sức kháng của cọc, tập hợp M2 để tính toán các tải trọng bất lợi lên cọc ví dụ như ma sát âm hoặc tải trọng ngang.

- Nếu rõ ràng một trong hai tổ hợp đóng vai trò chi phối trong thiết kế thì không cần thiết phải tính toán cho tổ hợp còn lại. Tuy vậy, những tổ hợp khác nhau có thể có tính quyết định đối với những mặt khác nhau trong cùng một thiết kế.

4.7.4 Trình tự kiểm tra và hệ số thành phần đối với đẩy nổi

1) Việc kiểm tra đẩy nổi (UPL) phải được thực hiện bằng cách kiểm tra giá trị thiết kế của tổ hợp tải trọng thẳng đứng thường xuyên và tạm thời (V_dst,d) gây mất ổn định là nhỏ hơn hoặc bằng với tổng giá trị thiết kế của tải trọng thẳng đứng thường xuyên (G_stb,d) giữ ổn định và của giá trị thiết kế của sức kháng phụ thêm do đẩy nổi (R_d):

trong đó:

V_dst,d = G_dst;d + Q_dst;d;

V_dst,d là giá trị thiết kế của tải trọng theo phương thẳng đứng gây mất ổn định đối với một kết cấu;

G_stb;d là giá trị thiết kế của tải trọng theo phương thẳng đứng thường xuyên giữ ổn định đối với kiểm tra đẩy nổi;

G_dst;d là giá trị thiết kế của tải trọng thường xuyên gây mất ổn định đối với kiểm tra đẩy nổi;

Q_dst;d là giá trị thiết kế của tải trọng theo phương thẳng đứng tạm thời gây mất ổn định với kiểm tra đẩy nổi;

R_d là giá trị thiết kế của sức kháng phụ thêm do đẩy nổi.

2) Sức kháng phụ thêm chống đẩy nổi cũng có thể được xem như tải trọng theo phương thẳng đứng thường xuyên (G_stb,d) giữ ổn định.

3) Các hệ số thành phần của G_dst;d, Q_dst;d , G_stb;b và R_d được sử dụng trong các trường hợp dài hạn và ngắn hạn của trạng thái giới hạn UPL: Sử dụng các giá trị đã cho trong điều A.4 của Phụ lục A.

4.7.5 Kiểm tra sức kháng đối với phá hoại do dòng thấm của nước trong đất gây trồi nền

1) Khi xem xét trạng thái giới hạn phá hoại đối với dòng thấm của nước trong đất gây trồi nền (HYD), phải kiểm tra đối với mỗi trụ đất có liên quan, giá trị thiết kế của tổng áp lực nước lỗ rỗng gây mất ổn định (u_dst,d) ở đáy trụ, hoặc giá trị thiết kế của lực thấm (S_dst,d) trong trụ là nhỏ hơn hoặc bằng tổng ứng suất theo phương thẳng đứng giữ ổn định (σ_stb;d) tại đáy trụ, hay trọng lượng đẩy nổi (G'_stb,d) của trụ đó:

trong đó:

U_dst;d là giá trị thiết kế của áp lực nước lỗ rỗng tổng gây mất ổn định;

G’_stb;b là giá trị thiết kế của tải trọng theo phương thẳng đứng thường xuyên giữ ổn định đối với kiểm tra trồi nền;

S_dst;d là giá trị thiết kế của lực thấm gây mất ổn định trong đất nền;

σ_stb;d là giá trị thiết kế ứng suất tổng theo phương thẳng đứng giữ ổn định.

2) Các hệ số thành phần của U_dst;d, σ_stb;d, S_dst,d và G’_stb;b trong các trường hợp dài hạn và ngắn hạn đã cho trong điều A.5 của Phụ lục A cần sử dụng trong các biểu thức (9a) và (9b).

4.8 Trạng thái giới hạn khả năng sử dụng

1) Việc kiểm tra trạng thái giới hạn khả năng sử dụng trong đất nền hoặc trong mặt cắt, phần tử hoặc liên kết kết cấu phải yêu cầu:

trong đó:

E_d là giá trị thiết kế của tải trọng hữu hiệu;

C_d là giá trị thiết kế giới hạn khả năng sử dụng có liên quan.

Hoặc thực hiện bằng phương pháp nêu trong điều 4.8, 4) của tiêu chuẩn này.

2) Giá trị của các hệ số thành phần cho trạng thái giới hạn khả năng sử dụng được lấy bằng 1,0.

3) Giá trị đặc trưng cần được điều chỉnh phù hợp nếu có thể xảy ra sự thay đổi tính chất của đất, ví dụ đo hạ mực nước ngầm hoặc tháo khô nước, mà có thể xảy ra trong tuổi thọ công trình.

4) Có thể kiểm chứng rằng một phần đủ nhỏ độ bền của nền được huy động để giữ cho biến dạng nằm trong giới hạn yêu cầu sử dụng, với điều kiện cách tiếp cận đơn giản này được giới hạn cho các trường hợp thiết kế, trong đó:

- Không yêu cầu một giá trị biến dạng để kiểm tra trạng thái giới hạn khả năng sử dụng;

- Có kinh nghiệm so sánh với những loại nền, kết cấu và phương pháp áp dụng tương tự.

5) Giá trị giới hạn cho một biến dạng cụ thể là giá trị mà tại đó một trạng thái giới hạn khả năng sử dụng, như vết nứt quá mức hoặc cửa bị kẹt (ví dụ cửa âu, ụ...), được cho là sẽ xảy ra ở kết cấu chống đỡ. Giá trị giới hạn này phải được phê duyệt trong khi thiết kế kết cấu chống đỡ.

4.9 Giá trị giới hạn về chuyển vị của móng

1) Trong thiết kế móng, phải xác định giá trị chuyển vị giới hạn của móng.

CHÚ THÍCH: Chuyển vị cho phép của móng được quy định cho từng loại kết cấu cụ thể.

2) Mọi chênh lệch về chuyển vị của các móng dẫn đến biến dạng ở kết cấu bên trên phải được hạn chế nhằm bảo đảm cho chúng không dẫn tới trạng thái giới hạn trong kết cấu chống đỡ.

3) Việc lựa chọn các giá trị thiết kế cho chuyển vị và biến dạng giới hạn phải xét đến:

- Độ tin cậy trong việc xác định giá trị chuyển vị chấp nhận được;

- Sự xuất hiện và tốc độ chuyển vị của đất nền;

- Loại kết cấu;

- Loại vật liệu xây dựng;

- Loại móng;

- Loại đất nền;

- Kiểu biến dạng;

- Mục đích sử dụng dự kiến của kết cấu;

- Yêu cầu bảo đảm không xảy ra vấn đề gì đối với hệ thống kỹ thuật đưa vào trong kết cấu.

4) Các tính toán độ lún lệch phải kể đến:

- Sự xuất hiện và tốc độ lún và chuyển vị của đất nền;

- Thay đổi ngẫu nhiên và có hệ thống các đặc tính của đất nền;

- Sự phân bố tải trọng;

- Phương pháp thi công (bao gồm trình tự chất tải);

- Độ cứng của kết cấu trong và sau khi thi công.

4.10 Đất

4.10.1 Quy định chung

Thiết kế nền móng thường bao gồm phân tích ứng suất hữu hiệu, mặc dù, trong một số trường hợp, phân tích ứng suất tổng có thể phù hợp hoặc cần thiết cho việc thiết kế nền móng trên đất hạt mịn. Xác định tính chất đất là một phần của quá trình khảo sát hiện trường nhưng có thể được bổ sung từ dữ liệu được phân tích ngược từ nền móng tương đương trong điều kiện mặt đất tương tự.

Đất hạt thô và đất hạt mịn trong tiêu chuẩn này được phân loại theo nguyên tắc đã nêu trong TCVN 5747:1993.

4.10.2 Đất hạt thô

Nền đất hạt thô chứa hơn 50 % trọng lượng của đất là các loại có kích thước ≥ 0,08 mm và không dính vào nhau khi ướt. Đất hạt thô không đúc mẫu được.

1) Khi xây dựng các giá trị của thông số nền đất hạt thô, cần xem xét các nội dung sau:

- Các nội dung đã trình bày trong trong điều 4.3, 5) của tiêu chuẩn này;

- Sự suy yếu của đất có thể sụt trượt phía trên mực nước ngầm, do sự thẩm thấu hoặc dâng mực nước ngầm;

- Xáo trộn lớp trầm tích chặt do các phương pháp thi công không phù hợp;

- Sự xuất hiện của vật liệu yếu hơn.

2) Đối với sỏi và cát silic, góc kháng cắt hữu hiệu của thể tích không đổi đặc trưng (còn gọi là trạng thái tới hạn) (φ’_cv,k), trong trường hợp không có kết quả kiểm tra đáng tin cậy, có thể được ước tính từ:

trong đó:

φ’_ang là phần đóng góp từ góc cạnh của hạt cho φ’_cv,k, (°);

φ’_PSD là phần đóng góp từ phân bố kích thước hạt của đất cho φ’_cv,k,(°);

Giá trị của φ’_ang và φ’_PSD được cho trong Bảng 1.

3) Đối với sỏi và cát silic có hàm lượng hạt mịn nhỏ hơn 15%, giá trị đặc trưng đỉnh của góc kháng cắt hữu hiệu (φ’_pk,k) có thể được ước tính từ:

trong đó:

φ’_dil là phần đóng góp từ sự trương nở của đất cho φ’_pk,k, (°);

Giá trị của φ’_dil được cho trong Bảng 1.

4) Giá trị của φ’_dil cũng có thể được tính từ:

trong đó:

n là 3 đối với biến dạng ba trục hoặc 5 đối với biến dạng phẳng;

I_R là chỉ số độ trương nở tương đối của đất;

I_D là độ chặt tương đối của đất;

σc là ứng suất nén vỡ tổng hợp;

σ’_f là ứng suất hữu hiệu trung bình trong đất ở cường độ đỉnh.

CHÚ THÍCH 1: Bolton định nghĩa chỉ số độ trương nở tương đối là l_R = l_D(Q -l_n p’)-1, trong đó Q = l_nσ_c và p’= σ’_f.

CHÚ THÍCH 2: Nhiều vấn đề địa kỹ thuật có thể được đơn giản hóa thành dạng bài toán hai chiều trong đó móng hoặc kết cấu dài đáng kể so với các kích thước khác. Do đó, nhiều vấn đề ổn định liên quan đến khối đắp và mái dốc, tường chắn và móng đơn thường được phân tích bằng cách giả thiết điều kiện biến dạng phẳng trong đó không có biến dạng xảy ra theo hướng kích thước dài của móng hoặc kết cấu.

5) Giá trị của σ_c có thể được lấy là 20 MPa đối với cát thạch anh, nhưng có thể lấy giá trị lớn hơn nhiều đối với trầm tích thạch anh và nhỏ hơn nhiều đối với cát cacbonat.

6) Nếu hàm lượng hạt mịn của đất hạt thô vượt quá 25 %, thì φ_dil nên được coi là bằng 0, trừ khi thí nghiệm đạt được giá trị khác. Đối với các loại đất hạt thô có hàm lượng hạt mịn từ 15 % đến 25 %, φ_dil có thể được xác định bằng nội suy tuyến tính.

7) Nếu là ma trận cắt (tức là hạt mịn) được kiểm soát, thì φ’_ang phải được coi là bằng 0, trừ khi thí nghiệm đạt được giá trị khác. Đối với đất hạt thô có hàm lượng hạt mịn từ 15 % đến 25 %, φ’_ang có thể được xác định bằng nội suy tuyến tính.

8) Góc đặc trưng của sức kháng cắt (φ’_k) đối với đất hạt thô có hàm lượng mịn vượt quá 25 % phải được xác định như đối với đất mịn (xem điều 4.10.3 của tiêu chuẩn này).

Bàng 1 - Giá trị của φ’_ang, φ’_PSD và φ’_dil, để có được các giá trị của φ’_pk,k và φ’_cv,k đối với sỏi và cát silic có hàm lượng hạt mịn không vượt quá 15%

4.10.3 Đất hạt mịn

Đất hạt mịn chứa hơn 50 % trọng lượng của đất là các loại có kích thước < 0,08 mm và dính lại với nhau khi ướt. Đất hạt mịn có thể đúc được mẫu.

Đất hạt mịn có chỉ số dẻo lớn hơn 20 % thể hiện các góc kháng cắt thấp hơn đáng kể so với quan sát ở trạng thái tới hạn, nếu các hạt của chúng hoàn toàn thẳng hàng với nhau. Hiện tượng này được gọi là “cắt do trượt” để phân biệt với loại “cắt do lăn” được quan sát thấy ở các loại đất khác (bao gồm cả đất hạt thô và đất hạt mịn có chỉ số dẻo nhỏ hơn 20 %). Góc kháng cắt thể hiện trong quá trình cắt trượt được gọi là “góc kháng cắt dư”.

1) Khi thiết lập giá trị của các thông số cho đất hạt mịn, ít nhất nên xem xét các nội dung sau:

- Các nội dung đã trình bày trong trong điều 4.3, 5) của tiêu chuẩn này;

- Bề mặt trượt có trước;

- Tính hút nước;

- Bất kỳ thay đổi nào trong trạng thái ứng suất hoặc là do thi công hoặc kết quả của điều kiện thiết kế cuối cùng.

2) Trong trường hợp không có dữ liệu thí nghiệm đáng tin cậy, cường độ cắt không thoát nước đặc trưng của đất mịn (C_u,k) có thể được ước tính từ:

trong đó:

p’_v là áp lực chất tải bên trên hữu hiệu;

p’_v,max là áp lực chất tải bên trên hữu hiệu tối đa mà đất trước đây phải chịu;

R_o là tỷ số quá cố kết của đất;

k₁ và k₂ là các hằng số.

CHÚ THÍCH: Tỷ lệ c_u/p’_v thưởng thay đổi theo độ sâu (không phải là hằng số).

3) Trong trường hợp không có dữ liệu thí nghiệm đáng tin cậy, giá trị k₁ và k₂ trong biểu thức (14) có thể được lấy tương ứng là 0,23 ± 0,04 và 0,8, theo các phát hiện mới trong thí nghiệm đất hiện trường và trong phòng thí nghiệm.

4) Khi xác định cường độ không thoát nước đặc trưng của đất hạt mịn có cường độ cao, phải dự trữ do:

- Tác động bất lợi của bất kỳ thành phần cát hoặc bùn có chứa nước ngầm tự do;

- Ảnh hưởng của lấy mẫu;

- Ảnh hưởng của phương pháp thí nghiệm;

- Có khả năng hóa mềm do đào.

5) Đối với đất hạt mịn, góc kháng cắt hữu hiệu của thể tích không đổi đặc trưng (còn gọi là trạng thái tới hạn) (φ’_cv,k), trong trường hợp không có kết quả kiểm tra đáng tin cậy, được ước tính từ:

trong đó:

l_P là chỉ số độ dẻo của đất (%).

CHÚ THÍCH: Giá trị của φ’_cv,k dựa trên biểu thức này được đưa ra trong Bảng 2.

Bảng 2 - Giá trị của φ’_cv,k đối với đất hạt mịn tương ứng với chỉ số dẻo

6) Lực dính hữu hiệu của thể tích đặc trưng không đổi (c’_cv,k) nên được lấy bằng không.

7) Góc kháng cắt hữu hiệu đỉnh (φ’_pk) có thể liên quan đến góc kháng cắt hữu hiệu của thể tích không đổi (φ’_cv) theo biểu thức:

trong đó:

φ’_cv là góc kháng cắt thể tích không đổi của đất, (°);

φ’_dil là sự đóng góp cho φ’_pk từ sự trương nở của đất, (°).

CHÚ THÍCH 1: Giá trị của φ’_dil đối với đất hạt mịn không giống với đất hạt thô. Đối với đất hạt mịn, thường nằm trong khoảng 0° + 4°. Người thiết kế có thể chọn φ’_dil = 0.

CHÚ THÍCH 2: Giá trị của φ’_dil được biết là tăng với tỷ lệ cố kết vượt quá của đất hạt mịn và lớn hơn hoặc bằng không.

8) Khi đất hạt mịn có thể chịu được “cắt do trượt”, thông thường chỉ khi bề mặt trượt đã có trước trong lòng đất nền, thì góc kháng cắt làm việc của giá trị còn lại của đất hạt mịn ((φ’_res):

trong đó:

φ’_cv là góc kháng cắt thể tích không đổi của đất, (°);

φ’_pk là góc kháng cắt đỉnh, (°).

5 Áp lực đất

5.1 Quy định chung

Áp lực đất tác động lên kết cấu phải tính toán tương ứng với các điều kiện khác nhau như các tính chất của đất cát (hạt thô) và đất dính (hạt mịn), các trạng thái chủ động và bị động của áp lực đất do phương thức dịch chuyển của kết cấu, trạng thái thường xuyên hoặc động đất.

5.2 Áp lực đất trong trạng thái thường xuyên

5.2.1 Áp lực đất của đất cát (hạt thô)

1) Áp lực đất của đất cát tác động lên tường mặt sau của kết cấu và góc mặt trượt được tính theo các biểu thức sau:

Áp lực đất chủ động và góc mặt phá hoại:

Trong đó:

- Áp lực đất bị động và góc mặt phá hoại:

Trong đó:

p_ai, p_pi là tương ứng là áp lực đất chủ động và bị động, tác động lên mặt sau của tường tại cao trình đáy của lớp đất thứ i (kN/m²);

ɸ_i là góc ma sát trong của lớp đất thứ i (°);

γ_j là trọng lượng đơn vị của lớp đất thứ i (kN/m³);

h_j là chiều dày của lớp đất thứ i (m);

K_ai, K_pi là tương ứng là hệ số của áp lực đất chủ động và bị động, trong lớp đất thứ i;

ψ là góc nghiêng của mặt sau tường tính từ đường thẳng đứng (°);

β là góc của bề mặt đất đắp phía sau tính từ đường nằm ngang (°);

δ là góc ma sát giữa vật liệu đắp phía sau và mặt sau tường (góc ma sát ngoài) (°);

ζ_i là góc của mặt phá hoại của lớp đất thứ i (°);

ω là chất tải phân bố đều trên bề mặt đất (kN/m²).

2) Áp lực đất trong các trạng thái thường xuyên dựa trên lý thuyết áp lực đất của Coulomb.

3) Áp lực đất ở trạng thái tĩnh có thể được thể hiện theo biểu thức (22) khi chuyển vị của tường là nhỏ:

trong đó:

K_o là hệ số áp lực đất ở trạng thái tĩnh.

4) Hệ số áp lực đất ở trạng thái tĩnh:

Để xác định chính xác K_o có thể sử dụng các thí nghiệm hiện trường như điều 6.2.2.3.4 của TCVN 11820-2:2017.

Thực tế để xác định K_o thường áp dụng các quan hệ thực nghiệm cùng với các đặc trưng của đất, biểu thức Mayne và Kulhawy (1982) áp dụng được khi mặt đất nằm ngang:

trong đó:

Φ’ là góc ma sát có hiệu của đất, (°);

OCR là tỷ lệ quá cố kết của đất.

Đối với các tường trọng lực mà đất đắp phía sau là cát và có đế móng nằm trên đá gốc, Duncan và cộng sự (1990) kiến nghị K_o = 0,45 đối với đất đắp được đầm chặt và K_o = 0,55 đối với đất đắp không được đầm chặt.

5) Góc ma sát trong của đất

Góc ma sát trong của đất đắp thường có một giá trị bằng 30°. Trường hợp đặc biệt tốt, lấy bằng 40°. Có thể sử dụng kết quả thí nghiệm đất và/hoặc đánh giá góc ma sát trong của đất bằng biểu thức thực nghiệm tin cậy.

6) Góc ma sát giữa vật liệu đắp và mặt sau tường (góc ma sát ngoài)

Góc ma sát giữa vật liệu và mặt sau tường thường có giá trị bằng ± 15 ÷ 20°. Nó có thể ước tính bằng một nửa góc ma sát trong của đất đắp.

7) Trọng lượng đơn vị của đất

Trọng lượng đơn vị của đất thường có giá trị 18 kN/m³ với đất không bão hoà như loại đất ở trên mực nước dư, và 10 kN/m³ với đất bão hoà ở dưới mực nước đó.

8) Biểu thức tính toán tổng lực áp lực đất

Thành phần nằm ngang và thẳng đứng của áp lực đất tổng hợp được tính theo biểu thức (24) và (25).

Trong đó:

P_ih là thành phần nằm ngang của áp lực đất tổng hợp;

P_iv là thành phần thẳng đứng của áp lực đất tổng hợp.

Hình 1 - Sơ đồ áp lực đất tác động lên tường chắn đất

5.2.2 Áp lực đất của đất dính (hạt mịn)

1) Áp lực đất của đất hạt mịn tác động lên mặt sau tường của kết cấu thường được tính theo các biểu thức sau:

- Áp lực đất chủ động:

- Áp lực đất bị động:

trong đó:

p_ai là áp lực đất chủ động tác động lên cao độ đáy của lớp đất thứ i (kN /m²);

p_pi là áp lực đất bị động tác động lên cao độ đáy của lớp đất thứ i (kN/m²);

γ_j là trọng lượng đơn vị của lớp đất thứ i (kN/m³);

h_j là chiều dày của lớp đất thứ i (m);

ω là chất tải phân bố đều trên bề mặt đất (kN/m²);

c_u là lực dính của đất trong lớp thứ i (kN/m²).

2) Áp lực đất của đất dính (hạt mịn) là rất phức tạp. Biểu thức trên dựa trên các phương pháp tính toán thích hợp và có thể phải thận trọng khi áp dụng.

3) Áp lực đất chủ động tính theo biểu thức (27). Nếu giá trị lực âm, thì lấy bằng không cho đến chiều sâu khi áp lực đất dương.

4) Áp lực đất ở trạng thái tĩnh tính toán như đối với đất cát (hạt thô).

5) Lực dính của đất:

Lực dính của đất nên được xác định bằng một phương pháp thích hợp. Ví dụ biểu thức (29) nên được sử dụng khi dùng các thí nghiệm nén không thoát nước:

Trong đó:

q_u là cường độ chịu cắt không thoát nước (kN/m²).

6) Trường hợp đất dính (hạt mịn), lực dính giữa đất đắp và mặt sau tường được bỏ qua.

7) Trọng lượng đơn vị của đất dính (hạt mịn) nên được xác định bằng thử nghiệm đất. Trọng lượng đơn vị ướt γ_i được dùng cho đất bên trên mức nước dư, và trọng lượng đơn vị ngập nước γ’ dùng cho đất bên dưới mức nước dư.

5.3 Áp lực đất trong động đất

5.3.1 Áp lực đất của đất cát (hạt thô) trong động đất

1) Áp lực đất chủ động và góc của mặt phẳng phá hoại so với mặt ngang:

Trong đó:

2) Áp lực đất bị động và góc mặt phẳng phá hoại so với mặt ngang:

Trong đó:

Các ký hiệu giống như trong các biểu thức từ (18) đến (21). Riêng hệ số θ được xác định:

θ: góc động đất tổ hợp (°) tính theo biểu thức sau:

(a) θ = tan^-1k (bên trên mức nước dư);

(b) θ = tan^-1k (bên dưới mức nước dư),

k: hệ số động đất;

k’: hệ số động đất biểu kiến.

3) Hệ số động đất biểu kiến được lấy phù hợp với điều 5.3.3 của tiêu chuẩn này.

4) Áp lực đất trong động đất được căn cứ vào các lý thuyết do Mononobe (1917) và Okabe (1927) kiến nghị.

5) Góc ma sát giữa vật liệu đắp và mặt sau tường (góc ma sát ngoài) thường có giá trị bằng ±15° và thấp hơn. Nó có thể ước tính bằng một nửa góc ma sát trong của vật liệu đắp.

6) Áp lực đất phía dưới mực nước dư

Thông thường, áp lực đất phân bố phía trên và phía dưới mực nước dư được xác định bằng cách sử dụng hệ số động đất trong không khí và hệ số động đất biểu kiến nêu tương ứng trong điều 5.3.3 của tiêu chuẩn này. Góc động đất tổ hợp k được dùng cho đất bên trên mực nước dư, và k’ được dùng cho đất bên dưới mực nước dư.

7) Hệ số áp lực đất và góc của mặt phá hoại có thể nhận được từ đồ thị trong Hình 2.

8) Lý thuyết áp lực đất giả thiết đất và nước trong lỗ rỗng là tích hợp với nhau. Do đó các biểu thức nói trên không thể áp dụng cho đất hoá lỏng. Đối với đất hoá lỏng, cần đánh giá ổn định động của đất và công trình cẩn thận bằng phân tích ứng suất hữu hiệu động hoặc thí nghiệm mô hình.

Hình 2 - Hệ số áp lực đất và góc phá hoại

5.3.2 Áp lực đất của đất dính (hạt mịn) trong động đất

Áp lực đất của đất dính (hạt mịn) tác động lên mặt sau tường của kết cấu trong động đất được tính:

1) Áp lực đất chủ động:

Áp lực đất chủ động phải được tính bằng một biểu thức áp lực đất thích hợp trong đó có xét đến hệ số động đất để cho độ ổn định kết cấu được duy trì trong trận động đất. Nói chung, áp lực đất chủ động và góc trượt được xác định theo các biểu thức (34) và (35):

2) Áp lực đất bị động:

Áp lực đất bị động phải tính bằng một biểu thức áp lực đất thích hợp để bảo đảm độ ổn định kết cấu trong động đất.

Hiện có nhiều yếu tố chưa biết liên quan đến phương pháp xác định áp lực đất bị động của đất dính (hạt mịn) trong động đất. Tuy nhiên, có thể sử dụng áp lực đất bị động của đất dính (hạt mịn) trong trạng thái thường xuyên theo biểu thức (27) để tính áp lực đất bị động trong động đất.

3) Hệ số động đất biểu kiến nên được dùng để tính áp lực đất của đất dính (hạt mịn) cho tới đáy biển trong động đất. Hệ số động đất biểu kiến có thể lấy bằng 0 khi tính áp lực đất ở độ sâu 10m tính từ đáy biển hoặc sâu hơn. Áp lực đất giữa hai độ sâu ấy được xác định bằng cách giả định áp lực đất phân bố tuyến tính giữa chúng. Nếu áp lực đất tại độ sâu 10m dưới đáy biển nhỏ hơn áp lực đất tại đáy biển, phải áp dụng áp lực đất tại đáy biển.

5.3.3 Hệ số động đất biểu kiến

1) Khi tính áp lực đất tác động bên dưới mực nước dư trong động đất theo các phương pháp cho trong điều 5.2.1 và 5.2.2 của tiêu chuẩn này, cần sử dụng hệ số động đất biểu kiến xác định bởi biểu thức sau:

Trong đó:

k’ là hệ số động đất biểu kiến;

γ_ti là trọng lượng đơn vị của lớp đất bên trên mức nước dư (kN/m³);

h_i là chiều dày của lớp đất thứ i bên trên mực nước dư (m);

γ_sat,j là trọng lượng đơn vị (trong không khí) của lớp đất thứ j bão hoà (kN/m³);

h_j là chiều dày của lớp đất thứ j bên trên lớp mà áp lực đất tính như bên dưới mực nước dư (m);

ω là chất tải trên một đơn vị diện tích mặt đất (kN/m²);

γ_sat là trọng lượng đơn vị (trong không khí) của lớp đất bão hoà (kN/m³);

h là chiều dày của lớp đất mà áp lực đất được tính như bên dưới mực nước dư (m);

k là hệ số động đất.

2) Hiện tại, biểu thức (36) nói chung được dùng để tính áp lực đất trong động đất, cũng như có thể sử dụng đối với vật liệu đắp nhẹ và các loại vật liệu mới khác và được coi là phương pháp hợp lý nhất.

3) Với giả định rằng, trong động đất, hạt đất và nước chuyển động một cách tích hợp trong đất nằm ở dưới mực nước thì lực tác động do chuyển động của đất bằng tích của trọng lượng đất bão hòa với hệ số động đất. Hơn nữa, do đất nằm dưới mực nước chịu đẩy nổi, nên lực thẳng đứng tác động lên đất là trọng lượng đẩy nổi của nó. Do đó, trong động đất, lực tác động lên đất nằm ở dưới mực nước là khác với của đất trong không khí. Do vậy, khi tính toán áp lực đất trong động đất đối với đất trong không khí, có thể sử dụng như với đất dưới nước bằng cách áp dụng hệ số động đất biểu kiến được rút ra từ góc động đất tổng hợp.

Lực đứng do trọng lượng các lớp đất nằm ở trên tác động lên lớp đất dưới nước được tính toán áp lực đất như tải trọng phụ thêm. Vì vậy, hệ số địa chấn hiển nhiên là bị ảnh hưởng bởi những yếu tố này.

Hình 3 - Các ký hiệu cho động đất biểu kiến

6 Độ lún của móng

6.1 Ứng suất trong khối đất

1) Ứng suất xuất hiện trong một khối đất do tải trọng tác động lên móng sẽ được tính toán bằng cách giả sử rằng khối đất là một vật thể đàn hồi. Tuy nhiên đối với tải trọng phân bố đều, ứng suất trong một khối đất có thể tính bằng cách đơn giản là giả thiết ứng suất phân bố tuyến tính theo độ sâu.

2) Lời giải đàn hồi của Boussinesq thường được sử dụng trong tính toán sự phân bố ứng suất trong một khối đất. Lời giải của Boussinesq dựa trên trường hợp là một tải trọng đứng tập trung tác động lên bề mặt của một vật thể bán không gian đàn hồi tuyến tính và đẳng hướng. Lời giải này dựa vào nguyên lý cộng tác dụng, người ta có thể tính được phân bố ứng suất trong khối đất khi một tải trọng tuyến tính hoặc một tải trọng phân bố không gian tác động lên bề mặt đất nền. Thêm vào lời giải đàn hồi này, phương pháp của Koegler trong đó giả thiết ứng suất phân bố tuyến tính theo chiều sâu có thể được sử dụng để tính ứng suất trong khối đất khi một dải tải trọng hoặc một tải trọng hình chữ nhật tác động lên nền.

6.2 Lún tức thời

1) Lún tức thời có thể tính theo lý thuyết đàn hồi bằng cách sử dụng giá trị thích hợp của mô đun đàn hồi của đất.

2) Lún tức thời, không giống như lún cố kết mà sẽ được mô tả sau, gây ra bởi biến dạng cắt và xuất hiện khi chịu tải trọng. Lún tức thời của nền đất cát (hạt thô) có thể được xem như là tổng độ lún vì không có lún cố kết thường xuyên. Mặt khác, lún tức thời của nền đất dính (hạt mịn) thì gây ra bởi lún do biến dạng cắt không thoát nước và do sự chuyển dịch ngang, do chảy dẻo. Trong trường hợp nền sét yếu, đôi khi có thể bỏ qua lún tức thời trong thiết kế vì nó nhỏ hơn rất nhiều so với lún cố kết.

3) Để tính lún tức thời, thường coi đất là một vật thể đàn hồi, và lý thuyết đàn hồi sẽ sử dụng mô đun đàn hồi E và hệ số Poisson V. Vì mô đun đàn hồi của đất phụ thuộc rất lớn vào mức biến dạng của đất, nên sử dụng mô đun đàn hồi tương ứng với mức đàn hồi thực tế diễn ra trong khối đất là rất quan trọng. Ví dụ, biến dạng xảy ra trong nền đất yếu có dự trữ nhỏ của hệ số an toàn đối với phá hoại cắt là khoảng từ 0.5 % đến 1.5 %, trong khi kiểm tra biến dạng của đất nền cứng dưới hố đào hoặc trong trường hợp biến dạng của móng nhỏ hơn 0.1 %. Mối quan hệ giữa mức biến dạng và mô đun đàn hồi được mô tả trong 6.2.2.1 của TCVN 11820-2:2017.

6.3 Lún cố kết

1) Lún của móng gây ra bởi sự cố kết của đất nền phải được kiểm tra theo các quy trình được nêu trong 6.2.2.2 của TCVN 11820-2:2017. Các tham số thiết kế của nền đất phải được xác định bằng cách sử dụng một phương pháp phù hợp dựa trên kết quả của thí nghiệm cố kết.

2) Việc tính toán độ lún do cố kết có thể được thực hiện dựa trên kết quả của thí nghiệm cố kết trên các mẫu đất dính (hạt mịn) nguyên dạng. Độ lún cố kết cuối cùng là mức độ lún khi cố kết gây ra bởi một tải trọng đã tác động xong, được xác định bởi các đặc điểm chịu nén của nền đất và có thể được ước tính trực tiếp từ kết quả của thí nghiệm cố kết. cần phải tính toán những thay đổi của độ lún theo thời gian cho đến khi độ lún cố kết cuối cùng của một móng dựa trên lý thuyết cố kết.

3) Các phương pháp tính toán độ lún cố kết cuối cùng của móng.

Độ lún cố kết cuối cùng của móng có thể được tính bằng các biểu thức sau như đã nêu trong 6.2.2.2 của TCVN 11820-2:2017.

(1) Khi sử dụng đường cong e-logp

Trong đó:

S là độ lún cố kết cuối cùng do gia số áp lực Δp (m);

H là chiều dày lớp (m);

Δe là mức thay đổi hệ số lỗ rỗng đối với gia số áp lực Δp;

e_o là hệ số lỗ rỗng ban đầu.

(2) Khi tính từ C_c

Việc áp dụng phương pháp này bị giới hạn cho các trường hợp cố kết thông thường:

trong đó:

S là độ lún cố kết cuối cùng do gia số áp lực Δp (m);

h là chiều dày lớp (m);

C_c là hệ số nén lún;

e_o là hệ số lỗ rỗng ban đầu;

P_o là áp lực chất tải thêm (kN/m²);

Δp là gia số áp lực (kN/m²).

(3) Khi tính từ m_v

Việc áp dụng phương pháp này bị giới hạn cho các trường hợp trong đó gia số áp lực cố kết đủ nhỏ để m_v có thể được coi là hằng số:

trong đó:

S là độ lún cố kết cuối cùng do gia số áp lực Δp (m);

m_v là hệ số nén thể tích khi tải trọng cố kết là ( m²/kN);

P_o là áp lực chất tải thêm (kN/m²);

Δp là gia số áp lực (kN/m²);

h là chiều dày lớp (m).

4) Phương pháp tính mối quan hệ thời gian - độ lún

Tốc độ lún cố kết được tính từ mối quan hệ giữa độ cố kết trung bình u và hệ số thời gian T tính từ lý thuyết cố kết của Terzaghi, trong đó sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng vượt quá được thể hiện như một phương trình vi phân từng phân loại dẫn nhiệt. Có thể tính độ lún s(t) tại thời gian t từ độ cố kết trung bình U(t) bằng biểu thức sau:

Có thể sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn với mô hình đàn hồi - nhớt - dẻo đối với đất dính (hạt mịn) để phân tích chính xác độ lún cố kết có xét đến tính không đồng nhất trong các đặc tính cố kết của đất nền, ảnh hưởng của trọng lượng bản thân của lớp đất dính (hạt mịn) và những thay đổi theo thời gian của tải trọng cố kết.

5) Phân chia lớp đất dính (hạt mịn) theo độ cố kết

Khi tính độ lún cố kết cuối cùng, lớp đất hạt mịn thường được chia thành nhiều lớp nhỏ như trong Hình 4 vì áp lực cố kết và hệ số nén thể tích mv thay đổi theo chiều sâu. Với phương pháp m_v, độ lún cố kết cuối cùng có thể được tính bằng biểu thức (41):

Trong đó:

S₀: độ lún cố kết cuối cùng (m);

Aσ_z: gia số áp lực cố kết ở tâm lớp đất bên dưới (kN/m²);

m_v: hệ số nén thể tích đối với áp lực cố kết tại tâm từng lớp đất bên dưới, bằng: (m²/kN) ở đây σ_zo là áp lực bên trên hữu hiệu tại tâm của lớp đất bên dưới trước lúc cố kết;

Δh: chiều dày một lớp đất phụ trong lớp cố kết (m).

Hình 4 - Tính toán độ lún cố kết

Vì m_v và Δσ_z thường giảm theo độ sâu, nên độ nén của mỗi lớp đất bên dưới trở nên nhỏ hơn khi độ sâu tăng lên. Độ dày của lớp đất bên dưới Δh thường là 3 m + 5 m. cần chú ý là lún cố kết của đất dính (hạt mịn) mềm yếu sẽ được đánh giá không đúng mức khi lấy Δh quá lớn, bởi vì giá trị m_v của lớp đất mặt là rất lớn và nó ảnh hưởng lớn đến tổng lún.

Gia số của áp lực cố kết Δσ_z được tính tại trọng tâm của mỗi lớp đất bên dưới sử dụng sự phân bố ứng suất đứng theo độ sâu, được mô tả trong điều 6.1 của tiêu chuẩn này. Đại lượng Δσ_z là gia số của ứng suất đứng do tải trọng. Đối với đất tự nhiên, người ta thường giả thiết là cố kết do áp lực chất bên trên đã kết thúc hoàn toàn.

Mặc dù sự phân bố của phần lực nền tại đáy móng không giống như của tải trọng tác động do độ cứng của móng, móng cứng thì lún đều và sự phân bố ứng suất của đất nền tại độ sâu nhất định trở nên không thích hợp với sự phân bố phần lực này bên dưới đáy móng.

6) Hệ số cố kết thẳng đứng c_v và hệ số cố kết ngang c_n

Khi nước lỗ rỗng của đất nền chảy theo chiều đứng trong quá trình cố kết, thì hệ số cố kết theo chiều đứng c_v được sử dụng. Nhưng khi lắp đặt hệ thống thoát nước đứng, thì nước thoát của đất nền chủ yếu theo hướng ngang và hệ số cố kết theo chiều ngang c_h sẽ được sử dụng. Giá trị của c_h thu được từ các thí nghiệm trên sét gấp từ 1,0 đến 2,0 lần giá trị của c_v. Tuy nhiên, trong thiết kế c_h ≈ c_v được chấp nhận khi xem xét sự giảm của c_h do sự xáo trộn trong quá trình lắp đặt hệ thống thoát nước đứng, các thuộc tính cố kết không đồng đều của đất nền và các yếu tố khác nữa.

7) Hệ số cố kết c_v của đất sét quá cố kết.

Hệ số cố kết của sét trong trạng thái quá cố kết thường lớn hơn trong trạng thái cố kết bình thường. Khi sét dường như đã trong trạng thái quá cố kết một cách rõ ràng, giá trị của c_v sử dụng cho thiết kế nên lấy giá trị ở áp lực cố kết trung bình giữa áp lực hữu hiệu bên trên hiện tại và áp lực cuối cùng sau cố kết. Tuy nhiên, không chỉ đơn giản là tính c_v tại áp lực cố kết trung bình, mà tốt hơn là nên xác định giá trị trung bình có tải của c_v khi xem xét độ lún dựa trên đồ thị e-logp thu được từ các thí nghiệm cố kết.

8) Tốc độ lún cố kết của đất nền không đồng nhất

Khi đất nền chứa các lớp khác nhau với các giá trị c_v khác nhau, tốc độ lún cố kết được phân tích sử dụng phương pháp độ dày tương đương hoặc phân tích số như phương pháp sai phân hữu hạn hoặc phương pháp phần tử hữu hạn. Phương pháp độ dày tương đương được sử dụng như là một phương pháp đơn giản hoá, nhưng đôi khi sinh ra những sai số nghiêm trọng. Khi đất nền không đồng nhất trên một phạm vi lớn hoặc khi yêu cầu tính toán chính xác, thì nên sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn.

9) Độ lún do cố kết thứ cấp

Hình dạng của đường cong lún-thời gian trong các thí nghiệm cố kết lâu dài trên đất dính (hạt mịn) phù hợp với lý thuyết cố kết của Terzaghi cho đến khi mức độ cố kết vào khoảng 80%. Khi quá trình cố kết vượt qua mức này, độ lún tăng tuyến tính với lôgarít của thời gian. Điều này là do cố kết thứ cấp xuất hiện cùng với các thuộc tính phụ thuộc thời gian của cốt đất dưới tải trọng cố kết, bên cạnh với, cố kết sơ cấp mà gây ra lún cùng với sự tiêu tan áp lực nước lỗ rỗng vượt quá trong đất dính (hạt mịn) do tải trọng cố kết

Lún do cố kết thứ cấp đặc biệt đáng kể đối với than bùn và các loại đất hữu cơ khác. Trong lớp sét bồi tích thông thường, áp lực cố kết do tải trọng gây ra thường lớn hơn gấp nhiều lần ứng suất uốn cố kết của đất nền. Trong những điều kiện như vậy, lún do cố kết thứ cấp nhỏ hơn do cố kết sơ cấp, và không quan trọng lắm trong thiết kế. Nhưng khi áp lực cố kết tác động lên đất nền do tải trọng không vượt quá ứng suất uốn cố kết, thì lún do cố kết thứ cáp có xu hướng kéo dài, ngay cả khi lún do cố kết thứ cấp có thể là nhỏ. Trong trường hợp này, lún cố kết thứ cấp phải được đánh giá đầy đủ trong thiết kế

Độ lún do cố kết thứ cấp thường được tính bằng biểu thức sau:

trong đó:

S_s là độ lún do cố kết thứ cấp (m);

C_a là hệ số nén thứ cấp;

t là thời gian (d);

t₀ là thời gian bắt đầu cố kết thứ cấp (d);

h là chiều dày của lớp sét (m).

Hệ số nén thứ cấp tính từ các thí nghiệm cố kết thông thường. Nó cũng có thể được ước tính từ mối quan hệ giữa C_a và chỉ số nén C_c và thường được thể hiện bằng biểu thức sau:

6.4 Chuyển vị ngang

1) Đối với tường kè hoặc bến tường đứng được xây trên nền đất yếu, cần phải có các biện pháp đối phó khi sự chuyển vị ngang do biến dạng cắt của đất có ảnh hưởng bất lợi đến kết cấu.

2) Đối với tường kè hoặc bến tường đứng trên đất yếu, đôi khi cần thiết phải đánh giá sự chuyển vị ngang gây ra bởi biến dạng cắt của đất. Chuyển vị ngang có hai dạng: Dạng thứ nhất là sự chuyển vị cùng với lún xảy ra tức thời sau khi chịu tải; Dạng thứ hai là sự chuyển vị xảy ra từ từ theo thời gian sau đó. Nếu một tải trọng tương đối nhỏ hơn sức chịu tải giới hạn của đất nền, thì sự chuyển vị ngang cùng với lún tức thời có thể tính trước bằng cách giả thiết đất là một vật thể đàn hồi

3) Một vấn đề thường gặp với đất yếu là trường hợp mà hệ số điều chỉnh của toàn bộ đất nền được lấy tương đối thấp vào khoảng 1,3, và sự chuyển vị ngang xảy ra là một sự kết hợp của cố kết và biến dạng dư do ứng suất cắt của đất nền. Để dự báo xem loại chuyển vị ngang này có xảy ra hay không, một phương pháp thực tiễn dựa trên các kinh nghiệm đã được đề xuất. Một chương trình máy tính của phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng cho các mô hình đàn hồi dẻo hoặc đàn hồi dẻo nhớt cho đất sét đã được sử dụng nhằm dự báo diễn biến của lún và sự chuyển vị ngang theo thời gian một cách chi tiết. Phương pháp thích hợp của việc tính toán nên được chọn có xét đến tầm quan trọng của kết cấu chịu chuyển vị ngang.

6.5 Độ lún không đều

1) Khi xây dựng kết cấu trên nền đất sét mềm, người ta sẽ xem xét lún không đều của đất và có các biện pháp đối phó khi lún không đều có tác động bất lợi lên kết cấu.

2) Phương pháp đơn giản hoá đã được đề xuất cho việc tính toán lún không đều trong vùng đất tôn tạo trong khu vực cảng. Đất tôn tạo được phân thành bốn loại:

(1) Đất rất không đồng nhất;

(2) Đất không đồng nhất;

(3) Đất đồng nhất;

(4) Đất rất đồng nhất.

Hình 5 chỉ ra tỷ lệ lún không đều trung bình của mỗi loại nền. Tỷ lệ lún không đều tức là tỷ lệ chênh lệch độ lún trung bình xây ra giữa hai điểm bất kỳ so với tổng độ lún. Ví dụ, do tỷ lệ lún không đều trung bình đối với hai điểm cách xa nhau 50m trong nền loại (2) là 0,11 khi độ lún x cm xảy ra từ một thời gian tham chiếu nhất định thì độ lún không đều trung bình xảy ra ở khoảng cách 50m có thể bằng 0,11x. Khi áp dụng phương pháp này cho các vấn đề thực tế thì nên sửa giá trị thời gian và chiều sâu tham chiếu của nền trong Hình 5 theo độ lún.

Hình 5 - Mối quan hệ giữa khoảng cách và tỷ lệ lún không đều của đất tôn tạo

7 Móng nông

7.1 Quy định chung

Tùy thuộc vào các điều kiện thiết kế tại vị trí xây dựng cụ thể, sử dụng phương pháp các hệ số thành phần được trình bày trong phần này hoặc phương pháp hệ số sức kháng và hệ số tải trọng được trình bày trong Phụ lục B để thiết kế cho móng nông.

7.2 Tải trọng và trường hợp thiết kế

Thiết kế các móng nông bê tông đặt trực tiếp lên nền đất nên tính đến độ lệch tâm cho phép trong các tiêu chuẩn về thi công kết cấu bê tông tương ứng.

7.3 Các xem xét trong thiết kế

7.3.1 Quy định chung

1) Thiết kế các móng nông cần xem xét:

- Thay đổi trong điều kiện nước ngầm;

- Sự ổn định lâu dài;

- Các đất sét nhạy cảm, cát rời chứa nước và đất thay đổi cấu trúc khi chịu tải;

- Ảnh hưởng của bất cứ việc đào nào đến các tính chất của đất, đặc biệt đối với các móng có độ sâu lớn hơn 3 m;

- Trong các loại đất có cường độ thấp đặc biệt, khả năng phá hoại các dịch vụ và thoát nước do sự di chuyển tương đối giữa móng và nền đất khi chúng được chống đỡ từng phần trên mỗi móng;

- Cách bố trí và thiết kế ống và ống dịch vụ và các hào để cho phép bảo trì trong tương lai mà không cần phải phá vỡ nền móng;

- Tiềm năng cho các dịch vụ ngầm, như thoát nước và đường ống dẫn nước, bị hư hại do co ngót và trương nở của đất sét.

2) Cần tham khảo ý kiến của chuyên gia khi đất sét nhạy cảm và cát rời chứa nước và đất thay đổi cấu trúc khi chịu tài được dự kiến.

3) Bất cứ khi nào có thể, trọng tâm của diện tích móng hoặc nhóm móng phải được đặt trực tiếp bên dưới trọng tâm của tải trọng đặt. Khi điều này là không thể, các ảnh hưởng trên kết cấu do nghiêng và lún móng cần được xem xét.

4) Trường hợp móng được chống đỡ bởi một số nền riêng biệt, chúng cần càng xa càng tốt, được đặt đối xứng để chênh lún nhỏ nhất.

7.3.2 Chiều sâu móng

Móng nông của công trình phải được xây dựng ở độ sâu nơi các dịch chuyển của nền đất dự kiến sẽ không cản trở sự ổn định hoặc khả năng sử dụng của bất kỳ phần nào của công trình, khi xem xét đến loại đất và ảnh hưởng của thảm thực vật và cây cối trên mặt đất.

7.4 Mô hình tính toán

7.4.1 Khả năng chịu tải - Mô hình tính dựa trên các thông số nền đất

7.4.1.1 Quy định chung

Thiết kế móng nông từ các thông số nền đất phải phù hợp với nội dung sau:

1) Nên sử dụng phương pháp giải tích đã được thừa nhận trình bày ở phần này.

2) Phải được xem xét đánh giá các giá trị thường xuyên và tạm thời của R_d bằng phương pháp giải tích, đặc biệt đối với đất hạt mịn.

3) Đối với đất và khối đá ở dưới móng có biểu hiện cấu trúc phân lớp hoặc đứt đoạn rõ rệt, việc giả định cơ chế đứt gãy, lựa chọn sức kháng cắt và các thông số biến dạng phải xét đến các đặc tính cấu trúc của nền.

4) Khi tính toán sức chịu tài thiết kế của móng đặt trên nền nhiều lớp, các đặc tính có thể thay đổi mạnh từ lớp này sang lớp khác, giá trị thiết kế của các thông số nền đất phải được xác định cho mỗi lớp đất.

5) Ở nơi lớp cứng nằm dưới lớp yếu, sức chịu tải được tính toán bằng sử dụng các thông số sức kháng cắt của lớp yếu. Đối với tình huống ngược lại, cần kiểm tra sự phá hoại do chọc thủng.

6) Phương pháp giải tích thường không áp dụng được cho các trường hợp thiết kế như: mô tả trong các điều 7.4.1.1, 3). 7.4.1.1, 4) và 7.4.1.1, 5) của tiêu chuẩn này. Nên áp dụng phương pháp số để xác định cơ chế phá hoại bất lợi nhất.

7) Có thể áp dụng các tính toán ổn định tổng thể được mô tả trong điều 10. của tiêu chuẩn này.

Các ký hiệu sử dụng trong mô hình tính này thể hiện trong Hình 6:

CHÚ DẪN:

H: lực ngang tác dụng trên móng, (kN);

V: lực đứng tác dụng trên móng, (kN);

α: độ nghiêng mặt dưới của đế móng so với phương ngang;

D: chiều sâu mặt dưới của móng, (m);

q: áp lực lớp bên trên hoặc gia tải tại cao độ đáy móng, (kPa);

γ: trọng lượng đơn vị của đất bên dưới cao độ móng, (kN/m³);

B: bề rộng của móng trên mặt bằng, (m);

B’: bề rộng hữu hiệu của móng, (m);

A’: diện tích hữu hiệu của móng, (m²);

L: chiều dài của móng trên mặt bằng, (m);

L’: chiều dài hữu hiệu của móng trên mặt bằng, (m);

e_B: độ lệch tâm của tác động theo phương chiều rộng của móng, (m);

e_L: độ lệch tâm của tác động theo phương chiều dài của móng, (m).

Hình 6 - Các ký hiệu của móng nông

7.4.1.2 Đất cát, sỏi (hạt thô)

- Biểu thức sau đây có thể được sử dụng để tính khả năng chịu tải cực hạn của móng nông (R_v- kN) trên đất rời sử dụng các thông số ứng suất hữu hiệu:

Trong đó:

Các hệ số sức chịu tải trong biểu thức (44) cần được tính toán từ:

Hệ số hình dạng trong biểu thức (44) cần được tính toán từ:

Các hệ số độ nghiêng của tải trọng trong biểu thức (44) cần được tính toán từ:

Hệ số độ nghiêng nền (cũng được biết là “độ nghiêng móng”) trong biểu thức (44) cần được
tính toán từ:

Các hệ số độ nghiêng mặt đất (cũng được biết là “độ nghiêng bề mặt”) trong biểu thức (44) cần được tính toán từ:

Các hệ số độ sâu trong biểu thức (44) cần được tính toán từ:

Các hệ số độ cứng trong biểu thức (44) cần được tính toán từ:

Trong đó:

φ: góc kháng cắt của đất, (°);

q: áp lực lớp bên trên hoặc gia tải tại cao độ đáy móng, (kPa);

q’: áp lực lớp bên trên hữu hiệu thiết kế tại cao độ đáy móng, (kPa);

γ’: trọng lượng đơn vị hữu hiệu thiết kế của đất bên dưới cao độ móng, (kN/m³);

a: chỉ số bằng 0,0663 đối với các móng trơn nhẵn hay bằng 0,1054 đối với móng nhám;

b: chỉ số bằng 9,3 hay bằng 9,6 tương ứng đối với móng trơn nhẵn hay nhám, (khi φ tính theo radians); hay tương ứng b bằng 0,162 hay 0,168, (khi φ tính theo độ);

B: bề rộng của móng trên mặt bằng, (m);

B’: bề rộng hữu hiệu của móng, (m);

L: chiều dài của móng trên mặt bằng, (m);

L’: chiều dài hữu hiệu của móng trên mặt bằng, (m);

D: chiều sâu mặt dưới của móng, (m);

A’: diện tích hữu hiệu của móng, (m²);

H: lực ngang tác dụng trên móng, (kN);

V: lực đứng tác dụng trên móng, (kN);

m: trị số bằng (2+ B/L)/(1+ B/L) đối với tải theo hướng B hoặc bằng (2+ L/B)/(1+ L/B) đối với tải theo hướng L;

α: độ nghiêng mặt dưới của đế móng so với phương ngang;

ω: độ nghiêng của bề mặt đất bên dưới phương ngang theo hướng đi từ móng;

l_r: trị số bằng G/(c’ + σ’_v tan φ);

G: mô đun chịu cắt đàn hồi của đất;

c’: lực dính hữu hiệu của đất, (kPa);

σ’_v: ứng suất đứng hữu hiệu trên móng, (kPa);

e: độ lệch tâm của tổng hợp tác động, (m), e = MA/, M là mô men tại tâm móng.

CHÚ THÍCH: Cần thận trọng trong việc đánh giá thuật ngữ trọng lượng đơn vị γ’, đặc biệt khi nước ngầm gần móng.

- Ảnh hưởng của các tổ hợp tải trọng liên quan đến các độ nghiêng lớn của lực hoặc những mô men lớn nên được đánh giá cẩn thận hơn.

- Mỏng bê tông đúc trực tiếp trên nền đất có thể được coi là “nhám”; các móng bê tông đúc sẵn được coi là "trơn nhẵn".

7.4.1.3 Đất bùn, sét (hạt mịn)

- Sức chịu tải cực hạn của móng nông trên đất hạt mịn nên được tính nhỏ hơn của các sức chịu tải thoát nước và không thoát nước của nó.

- Trong điều kiện không thoát nước (thường là ngắn hạn), sức chịu tải cực hạn của các móng nông trên đất hạt mịn thường được tính bằng cách sử dụng các thông số ứng suất tổng.

- Trong điều kiện thoát nước (thường là dài hạn), sức chịu tải cực hạn của các móng nông trên đất hạt mịn thường được tính từ các thông số ứng suất hữu hiệu, như đã mô tả trong 7.4.1.2 của tiêu chuẩn này.

- Như là một phương án thay thế cho phương pháp phân tích mẫu. Biểu thức sau có thể được sử dụng để tính toán sức chịu tải cực hạn của các móng nông (R_v - kN) trên đất hạt mịn:

Trong đó:

A’, B’, L’, H, q, α: đã giải thích ở các biểu thức (44) đến (51);

c_u: cường độ chịu cắt không thoát nước của đất hạt mịn, (kPa);

b_c: hệ số độ nghiêng của đáy móng;

i_c: hệ số độ nghiêng của tải trọng do tải trong nằm ngang H với H ≤ A’c_u;

s_c: hệ số hình dạng.

7.4.2 Sức kháng trượt

Mọi áp lực đất bao gồm sức kháng trượt của một móng nông phải được tính toán ở mức độ biến dạng tương thích với mức đã giả định trong tính toán sức kháng cắt dọc theo đáy móng.

7.4.3 Độ lún

Biên độ lún sẽ xảy ra khi áp dụng các tải trọng móng đặt vào đất nền phụ thuộc vào độ cứng của kết cấu, loại và thời gian chất tải, và các đặc tính biến dạng của nền đất.

Lún của một móng nông có thể được tính toán bằng cách sử dụng một trong các phương pháp sau đây, nếu thích hợp:

- Các phương pháp dựa trên lý thuyết đàn hồi;

- Các phương pháp dựa trên cố kết một chiều;

- Các phương pháp sử dụng các mô hình ứng suất - biến dạng phi tuyến;

- Các mô hình số.

7.4.4 Kiểm tra kết hợp sức chịu tải và độ lún giả định

7.4.4.1 Quy định chung

Móng nông có thể được thiết kế bằng cách sử dụng phương pháp dựa trên sức chịu tải giả định.

7.4.4.2 Khả năng chịu tải giả định của đất hạt thô

- Giá trị được đề xuất cho sức chịu tải đơn vị thiết kế giả định (q_Rv,pres,d - kN/m²) của móng nông trên đất hạt thô và nằm ở trên mặt nước ngầm ít nhất bằng bề rộng móng, có thể được ước tính từ:

Trong đó:

N_y,k: hệ số chịu tải dựa trên biểu thức (45), sử dụng góc đặc trưng của sức kháng cắt của đất;

B: bề rộng của móng, (m);

γ_s,k: trọng lượng đơn vị đặc trưng của đất, (kN/m³);

γ_Rv,SLS: hệ số thành phần về khả năng chịu tải.

- Đối với các móng không quá 1m chiều rộng chủ yếu chịu tải trọng thường xuyên, nên sử dụng giá trị γ_Rv,SLS ≥ 2,0.

7.4.4.3 Khả năng chịu tải giả định của đất hạt mịn

- Giá trị được đề xuất cho sức chịu tải đơn vị thiết kế được giả định (q_Rv,pres,d - kN/m²) của đất hạt mịn có thể được ước tính từ biểu thức:

Trong đó:

c_u,k: cường độ chịu cắt không thoát nước đặc trưng của đất, (kPa);

γ_Rv,SLS: hệ số thành phần khả năng chịu tải.

- Đối với các móng không quá 1m chiều rộng chủ yếu chịu tải trọng thường xuyên, nên sử dụng giá trị γ_Rv,SLS ≥ 3,0.

7.5 Thiết kế trạng thái giới hạn cực hạn

7.5.1 Quy định chung

1) Thiết kế trạng thái giới hạn cực hạn của móng phải phù hợp với điều 4.7 của tiêu chuẩn này.

CHÚ THÍCH: Phụ lục A cho rằng, nên xác định trực tiếp giá trị thiết kế của φ’_cv, thay vì sử dụng hệ số thành phần γ_φ (= 1,25 cho trạng thái giới hạn GEO, Bộ M2) cho giá trị đặc trưng của nó.

2) Giá trị đặc trưng của thông số địa kỹ thuật nên được ước tính thận trọng từ giá trị “ảnh hưởng đến sự xuất hiện của trạng thái giới hạn”. Do đó, giá trị của φ’_k có thể được chọn làm giá trị đỉnh, là giá trị thể tích không đổi, giá trị dư hoặc giá trị trung gian (nếu phù hợp).

Giá trị thiết kế của các thông số địa kỹ thuật phải phù hợp với điều 4.6.2 của tiêu chuẩn này.

3) Khi góc kháng cắt đỉnh là giá trị ảnh hưởng đến sự xuất hiện của trạng thái giới hạn, giá trị thiết kế của góc kháng cắt (φ’_d) nên được đánh giá trực tiếp hoặc thu được từ:

Trong đó:

φ’_pk,k: giá trị đặc trưng của góc kháng cắt đỉnh của đất;

γ_φ: hệ số thành phần được quy định trong Phụ lục A.

4) Nếu dự đoán rằng có thể làm giảm đáng kể độ bền cắt đỉnh của đất, cùng với sức kéo đáng kể của đất, thì không nên chọn góc kháng cắt đỉnh là giá trị ảnh hưởng đến sự xuất hiện của trạng thái giới hạn.

5) Khi góc kháng cắt thể tích không đổi là giá trị ảnh hưởng đến sự xuất hiện của trạng thái giới hạn, giá trị thiết kế của góc kháng cắt (φ’_d) phải được đánh giá trực tiếp hoặc thu được từ:

Trong đó:

φ’_pk,k và γ_φ được định nghĩa tại biểu thức (55);

φ’_cv,k: giá trị đặc trưng của góc kháng cắt thể tích không đổi của đất;

γ_φ,cv: hệ số thành phần có giá trị là 1,0.

6) Khi góc kháng cắt dư là giá trị ảnh hưởng đến sự xuất hiện của trạng thái giới hạn, giá trị thiết kế của góc kháng cắt (φ’_d) phải được đánh giá trực tiếp hoặc thu được từ:

Trong đó:

φ’_pk,k và γ_φ được định nghĩa tại biểu thức (56);

φ’_res,k: giá trị đặc trưng của góc kháng cắt dư của đất;

γ_φ,res: hệ số thành phần có giá trị là 1,0.

7.5.2 Sức chịu tải

Bất đẳng thức dưới đây phải được thỏa mãn đối với tất cả các trạng thái giới hạn cực hạn:

Trong đó:

V_d: giá trị thiết kế của tải trọng đứng, bao gồm trọng lượng móng, trọng lượng đất đắp phía sau và các loại áp lực đất gây mất ổn định hay giữ ổn định. Áp lực nước không do tải trọng của móng gây ra, được xem là tác động.

R_d: giá trị thiết kế của sức kháng đối với một tải trọng, được tính toán theo điều 4 và 7.4 của tiêu chuẩn này.

7.5.3 Trượt

1) Khi tải trọng tác dụng không vuông góc với mặt đáy móng, phải kiểm tra khả năng xảy ra trượt theo mặt đáy móng.

2) Bất đẳng thức sau đây phải được thỏa mãn:

Trong đó:

H_d: giá trị thiết kế của tải trọng ngang;

R_d: giá trị thiết kế của sức kháng đối với một tải trọng;

R_p;d: giá trị thiết kế của sức kháng do áp lực đất ở mặt bên của móng.

3) H_d phải bao gồm giá trị thiết kế của các áp lực chủ động của đất tác dụng lên móng.

4) R_d phải được thiết kế theo điều 4 và 7.4 của tiêu chuẩn này.

5) Giá trị của R_d, R_p;d cần được liên hệ với mức độ chuyển vị dự báo ở trạng thái giới hạn của tải trọng xem xét. Với chuyển vị lớn, cần xem xét ứng xử sau khi đạt giá trị đỉnh. Giá trị R_p;d được lựa chọn phải tương ứng với tuổi thọ dự kiến của công trình.

6) Sức chịu tải của móng trong vùng chịu chuyển vị theo mùa của đất sét, khả năng đất sét co ngót và tách khỏi mặt đứng của móng phải được xem xét.

7) Khả năng đất ở phía trước móng có thể bị mất do xói mòn hoặc tác động của con người phải được xem xét.

8) Trong điều kiện thoát nước, sức kháng cắt thiết kế R_d phải được tính toán với các hệ số áp dụng cho đặc trưng của đất nền hoặc cho sức chịu tải của nền:

hoặc

Trong đó:

R_d: giá trị thiết kế của sức kháng đối với một tải trọng;

V’_d: giá trị thiết kế của tải trọng thẳng đứng hữu hiệu;

δ_d: giá trị thiết kế của góc ma sát giữa nền đất và kết cấu (góc ma sát ngoài);

δ_k: giá trị đặc trưng của góc ma sát giữa nền đất và kết cấu (góc ma sát ngoài);

γ_R;h: hệ số thành phần của sức kháng trượt quy định trong Phụ lục A.

CHÚ THÍCH: Trong quy trình thiết kế, trong trường hợp đã áp dụng hệ số ảnh hưởng của tải trọng, thì hệ số thành phần của các tải trọng (γ_F) lấy bằng 1,0 và V’_d = V’_k trong biểu thức (61).

9) Khi xác định V'_d cần chú ý đến việc H_d và V'_d là các tải trọng độc lập hay phụ thuộc.

10) Có thể giả thiết góc ma sát ngoài thiết kế δ_d bằng với giá trị thiết kế của góc trong trạng thái tới hạn hữu hiệu Φ'_cv:d, đối với móng bê tông đổ tại chỗ và bằng 2/3 Φ'_cv:d với móng đúc sẵn trơn nhẵn. Lực dính hữu hiệu c’ nên được bỏ qua.

11) Đối với điều kiện không thoát nước, sức kháng cắt thiết kế R_d phải được tính toán hoặc bằng cách áp dụng hệ số cho các đặc trưng của đất hay sức chịu tải của đất nền:

hoặc

Trong đó:

R_d: giá trị thiết kế của sức kháng đối với một tải trọng;

A: tải trọng;

c_u;d: giá trị thiết kế của cường độ chịu cắt không thoát nước;

c_u;k: giá trị đặc trưng của cường độ chịu cắt không thoát nước;

γ_R;h: hệ số thành phần của sức kháng trượt quy định trong Phụ lục A.

12) Khi nước hoặc không khí có thể nằm ở mặt tiếp giáp giữa móng và nền đất sét không thoát nước, kiểm tra sau đây phải được thực hiện:

Trong đó:

R_d: giá trị thiết kế của sức kháng đối với một tải trọng;

V_d: giá trị thiết kế của tải trọng thẳng đứng.

13) Chỉ có thể bỏ qua yêu cầu (64) nếu ngăn chặn được sự hình thành khe hở giữa móng và đất bằng lực hút ở những khu vực không có áp lực chống đỡ dương.

7.5.4 Lật

Lật một móng nông được ngăn chặn bằng cách kiểm tra trạng thái giới hạn cực hạn (EQU) theo điều 4.7.2 và Phụ lục A.

7.5.5 Ổn định tổng thể

1) Ổn định tổng thể, có hoặc không có móng, phải được kiểm tra đặc biệt trong tình huống dưới đây:

- Ở gần hoặc ở trên mái dốc tự nhiên hoặc nhân tạo;

- Ở gần hố đào hoặc tường chắn đất;

- Ở gần sông, kênh, hồ, bể chứa hoặc bờ biển.

2) Đối với các tình huống đó, phải sử dụng các nguyên tắc mô tả trong điều 10 của tiêu chuẩn này để chứng tỏ là sự phá hoại do mất ổn định của khối đất có móng đặt trong đó coi như không thể xảy ra.

7.6 Thiết kế trạng thái giới hạn khả năng sử dụng

7.6.1 Tổng quát

1) Phải xét đến chuyển vị do các tác động lên móng gây ra, như được liệt kê trong điều 4.2, 4) của tiêu chuẩn này.

2) Để đánh giá độ lớn chuyển vị của móng, phải xem xét kinh nghiệm có thể so sánh đã tích lũy được. Nếu cần thiết, phải thực hiện tính toán các chuyển vị của móng.

3) Đối với đất sét yếu, phải thực hiện tính toán độ lún trong mọi trường hợp.

4) Đối với móng nông đặt trên đất sét cứng, tính toán chuyển vị thẳng đứng (độ lún) thường được thực hiện. Các phương pháp tính toán độ lún do tải trọng tác dụng lên móng được cho trong điều 7.6.2 của tiêu chuẩn này.

5) Tải trọng trong thiết kế trạng thái giới hạn điều kiện sử dụng phải được sử dụng khi tính toán chuyển vị của móng để so sánh với các tiêu chí về điều kiện sử dụng.

6) Các kết quả tính toán độ lún chỉ được xem là những giá trị gần đúng.

7) Các chuyển vị của móng phải được xem xét ở cả hai biểu thị của chuyển vị gồm độ lún toàn bộ móng và độ lún lệch giữa các phần của móng.

8) Ảnh hưởng của các móng lân cận và đất đắp phải được xét đến khi tính toán sự gia tăng ứng suất trong nền và ảnh hưởng của nó đối với sự nén chặt của nền.

9) Mức độ chuyển vị xoay tương đối của móng phải được đánh giá và so sánh với giá trị giới hạn về chuyển vị được đề cập trong điều 4.9 của tiêu chuẩn này.

7.6.2 Độ lún

1) Các tính toán độ lún được trình bày trong điều 6 của tiêu chuẩn này.

2) Các phương pháp khác để tính toán độ lún đối với đất bão hòa một phần hoặc bão hòa hoàn toàn được trình bày trong Phụ lục G.

7.6.3 Trồi

1) Phải phân biệt các nguyên nhân gây trồi sau đây:

- Sự giảm ứng suất hữu hiệu;

- Tăng thể tích của đất bão hòa một phần

- Trồi nền trong điều kiện thể tích không đổi của đất bão hòa hoàn toàn, do lún của kết cấu lân cận.

2) Tính toán trồi đất phải bao gồm trồi tức thời và trồi phát triển theo thời gian.

7.6.4 Phân tích về chấn động do động đất

Chấn động do động đất phải được đánh giá theo TCVN 11820-2:2017 và TCVN 9386-2:2012.

7.7 Thiết kế kết cấu

1) Sự phá hoại kết cấu móng nông phải được ngăn ngừa phù hợp với điều 4.6.4 của tiêu chuẩn này.

2) Áp lực nền bên dưới móng cứng có thể được giả thiết là phân bố tuyến tính. Phân tích chi tiết hơn về tương tác đất - kết cấu có thể sử dụng để có được thiết kế kinh tế hơn.

3) Sự phân bố của áp lực nền bên dưới móng mềm có thể nhận được bằng mô hình hóa móng như dầm hay lò xo có độ cứng và cường độ phù hợp.

4) Khả năng sử dụng của nông (băng và bè) phải được kiểm tra khi giả thiết trong trạng thái giới hạn khả năng sử dụng và phân bố áp lực nền tương ứng với biến dạng của móng và nền đất.

5) Đối với trường hợp thiết kế có các tải trọng tập trung tác động trên móng nông (băng và bè), các lực và mô men uốn trong móng có thể nhận được từ mô hình phản lực nền của nền đất với đàn hồi tuyến tính. Mô đun phản lực nền có thể đánh giá bằng phân tích lún với một ước tính phù hợp của phân bố phân bố áp lực nền. Mô đun này có thể được điều chỉnh sao cho áp lực nền tính toán được không vượt quá các giá trị mà có thể giả thiết ứng sử tuyến tính.

6) Các độ lún tổng và chênh lệch của toàn thể kết cấu nền được tính toán theo điều G.2, Phụ lục G. Với mục đích này, các mô hình phản lực nền thường không phù hợp. nhiều mô hình chính xác, như tính toán phần tử hữu hạn, nên được sử dụng khi tương tác đất nền - kết cấu có ảnh hưởng chính.

8 Móng cọc

8.1 Quy định chung

Tùy thuộc vào các điều kiện thiết kế tại vị trí xây dựng cụ thể, sử dụng phương pháp các hệ số thành phần được trình bày trong phần này hoặc phương pháp hệ số sức kháng và hệ số tải trọng được trình bày trong Phụ lục C để thiết kế cho móng cọc.

Điều khoản này áp dụng cho việc thiết kế và xây dựng:

1) Cọc khoan nhồi;

2) Cọc đóng nhồi bê tông (cọc sử dụng ống vách bằng thép (hay bê tông cốt thép) đóng nhồi bê tông);

3) Cọc chế tạo sẵn, bằng bê tông, thép;

4) Cọc tiết diện nhỏ;

5) Nhóm cọc.

8.2 Lựa chọn và thiết kế móng cọc

8.2.1 Quy định chung

1) Các cọc có thể phân loại theo sự xáo trộn đất nền khi thi công, như trình bày trong Bảng 3.

Bảng 3 - Phân loại cọc theo sự xáo trộn đất khi thi công

8.2.2 Cọc khoan nhồi

Các cọc khoan nhồi có thể được thi công trong các hố khoan được chống đỡ hoặc không chống đỡ được tạo ra bởi thiết bị khoan xoay hoặc thiết bị khoan liên tục (CFA).

8.2.3 Cọc đóng nhồi bê tông

Cọc đóng nhồi bê tông có thể được thi công có hoặc không có ống vách để lại.

8.2.4 Cọc chế tạo sẵn

1) Cọc bê tông

Cọc bê tông chế tạo trong xưởng cũng thường được gọi là “cọc bê tông đúc sẵn”. Cọc bê tông đúc sẵn có thể có cốt thép hoặc dự ứng lực.

Cọc bê tông đúc sẵn phải được sản xuất phù hợp với TCVN 5574:2012 và TCVN 7888:2014.

2) Cọc thép

Cọc thép chịu lực phải được sản xuất phù hợp với TCVN 9245:2012, TCVN 9246:2012 và TCVN 9685:2013.

3) Cọc tiết diện nhỏ

Cọc tiết diện nhỏ phải được sản xuất phù hợp với TCVN 189:1996.

8.2.5 Nhóm cọc

1) Các nhóm cọc thường được sử dụng khi sức chịu tải của các cọc đơn không đủ để chịu tải trọng của kết cấu bên trên. Mặc dù các nhóm cọc có sức chịu tải lớn hơn nhưng chúng có thể kém hiệu quả hơn các cọc đơn, do có độ lún lớn hơn khi khai thác do tương tác giữa các cọc trong nhóm.

2) Hiệu ứng nhóm có thể bỏ qua khi nhóm có ít hơn năm cọc và các cọc cách nhau từ tâm đến tâm lớn hơn ba lần đường kính của chúng.

3) Quy định về tính toán xét đến hiệu ứng nhóm cọc xem trong các phần sau.

8.3 Tải trọng và các trường hợp thiết kế

Thiết kế móng cọc bê tông cần tính đến dung sai thi công được quy định trong tiêu chuẩn thi công liên quan.

8.4 Các xem xét trong thiết kế

8.4.1 Quy định chung

1) Thiết kế móng cọc cần xem xét:

a) Phải xét đến sự làm việc của cọc đơn và nhóm cọc; độ cứng và độ bền của kết cấu liên kết các cọc;

b) Khi lựa chọn các phương pháp tính toán, giá trị của các thông số và khi sử dụng kết quả thí nghiệm tải trọng, phải xem xét thời gian duy trì và sự thay đổi theo thời gian của tải trọng;

c) Những kiến nghị trong tương lai về chất thêm hoặc đào bớt đất bề mặt, hoặc khả năng thay đổi chế độ nước ngầm phải được xem xét cả trong tính toán và trong diễn giải kết quả thí nghiệm tải trọng;

d) Lựa chọn loại cọc, bao gồm chất lượng vật liệu làm cọc và phương pháp hạ cọc phải xét đến những điểm sau:

- Điều kiện về đất nền và nước ngầm tại hiện trường, bao gồm sự tồn tại và hoặc khả năng gặp chướng ngại vật trong nền;

- Ứng suất phát sinh trong cọc trong quá trình hạ cọc;

- Khả năng bảo vệ và kiểm tra độ nguyên vẹn của cọc khi hạ;

- Ảnh hưởng của phương pháp và trình tự hạ cọc đối với cọc sau khi hạ và đối với công trình và kết cấu hạ tầng lân cận;

- Phạm vi các sai số cho phép mà có thể hạ cọc được;

- Tác động có hại của hóa chất trong đất nền;

- Khả năng tạo ra đường nối giữa các chế độ nước ngầm khác nhau;

- Bốc xếp và vận chuyển cọc;

- Ảnh hưởng của việc thi công cọc đến các công trình xung quanh.

e) Khi xem xét các vấn đề được liệt kê ở trên, các điểm sau đây cần được chú ý:

- Khoảng cách giữa các cọc trong nhóm cọc;

- Chuyển vị và chấn động của công trình lân cận do đóng cọc;

- Loại búa hoặc máy rung được sử dụng;

- Ứng suất động trong cọc trong quá trình đóng cọc;

- Đối với các loại cọc nhồi sử dụng dung dịch trong hố khoan, sự cần thiết duy trì áp lực dung dịch ở mức đảm bảo lỗ khoan không bị sập và đáy hố không bị phá hoại do thủy áp;

- Thổi rửa đáy lỗ và trong một số trường hợp cả thành lỗ, đặc biệt trong ben-tô-nit, để loại bỏ vật liệu bị xáo động.

- Sự mất ổn định cục bộ của thân cọc trong quá trình đổ bê tông có thể làm lẫn đất vào thân cọc;

- Sự xâm nhập của đất hoặc nước vào trong tiết diện cọc đổ tại chỗ và khả năng dòng chảy của nước trong đất làm xáo trộn vữa bê tông tươi;

- Ảnh hưởng do các lớp cát không bão hòa xung quanh cọc làm mất nước trong bê tông;

- Ảnh hưởng làm chậm đông kết của hóa chất trong đất;

- Sự đầm chặt đất do hạ cọc loại chiếm chỗ;

- Sự xáo động đất do khoan tạo lỗ cọc.

f) Khả năng cọc không hoàn chỉnh và tác động của chúng đối với kết cấu;

g) Khi mà các chuyển động của đất lớn do trương nở hoặc co ngót các lớp trên của nền đất được dự kiến, làm ống lồng phần trên của cọc hoặc cung cấp cốt thép để chống lại các lực hình thành trong cọc (cọc cũng phải có đủ sức kháng thân cọc bên dưới vùng đất trương nở để chống lại các lực đẩy nổi);

h) Ảnh hưởng của các lớp đất/đá khác nhau dưới mũi cọc;

i) Khả năng các chuyển động ngang của đất cạnh khu vực đào và đắp trong vùng lân cận của cọc;

2) Thiết kế móng cọc cần được sửa đổi khi cần thiết để tính toán bất kỳ sự thay đổi đáng kể nào từ ứng xử của cọc dự kiến trong quá trình đóng cọc hoặc từ các điều kiện mặt đất dự kiến trong quá trình khoan cho cọc đúc tại chỗ.

8.4.2 Khảo sát đất nền

Khảo sát đất nền cho móng cọc phải phù hợp với TCVN 11820-2:2017 cũng như các yêu cầu cụ thể của:

- TCVN 9395:2012 cho cọc khoan nhồi;

- TCVN 9394:2012 cho cọc chiếm chỗ;

- TCVN 189:1996 cho cọc tiết diện nhỏ.

8.4.3 Khoảng cách cọc

Sức kháng của các cọc đơn giảm trong vùng lân cận của các cọc khác. Thường để hạn chế việc giảm sức kháng này bằng cách xác định một khoảng cách tối thiểu giữa các cọc. Khoảng cách này để lấy được phần lớn sức cản chịu tải của “cọc ma sát” từ thân của chúng, và để lấy được phần lớn sức chịu tải của “cọc chống” từ mũi của chúng.

1) Khi nhìn trên mặt bằng, khoảng cách giữa các tâm của các cọc “ma sát” phải thỏa mãn:

Và đối với các cọc chống:

Trong đó:

P: chu vi của cọc lớn hơn trong hai cọc liền kề;

D: đường kính ngoài lớn hơn của hai cọc liền kề.

2) Có thể sử dụng các khoảng cách cọc gần hơn nếu có thể thấy rằng bất kỳ độ lún nào của các cọc phát sinh từ sự tương tác của chúng không dẫn đến trạng thái giới hạn bị vượt quá.

3) Các khoảng cách cọc gần hơn có thể được sử dụng khi các cọc là một phần của kết cấu chắn đất.

4) Việc lựa chọn khoảng cách cọc nên tính đến phương pháp thi công cọc, đặc biệt khi liên quan đến các cọc đóng.

8.4.4 Tỷ số độ mảnh của cọc

Đối với các cọc có tỷ số độ mảnh lớn, giá trị sức chịu tải thiết kế dọc trục của cọc sẽ giảm đi, giá trị giảm sức chịu tải do tỷ số độ mảnh có thể tham khảo điều C.1.8 của Phụ lục C.

8.5 Mô hình tính

Tiêu chuẩn này cho phép xác định khả năng chịu tải cực hạn của cọc đơn được xác định từ bất kỳ điều nào sau đây:

- Các công thức tính sức chịu tải tĩnh của cọc dựa trên các thông số nền đất;

- Các công thức trực tiếp dựa trên kết quả thí nghiệm hiện trường;

- Kết quả thí nghiệm cọc tải trọng tĩnh;

- Kết quả thí nghiệm tải trọng động;

- Các công thức đóng cọc;

- Phân tích phương trình sóng.

8.5.1 Khả năng chịu lực

8.5.1.1 Quy định chung

- Trừ khi có chỉ dẫn khác, sức chịu tải tổng cộng của cọc đơn (R_t) được tính toán theo:

Trong đó:

R_s: sức kháng thân cọc;

R_b: sức kháng mũi cọc.

- Sức chịu tải của móng cọc phải được xác định theo tiêu chí phá hoại thích hợp tương ứng với trạng thái giới hạn cực hạn của móng.

CHÚ THÍCH: TCVN 9393:2012 khuyến nghị rằng độ lún đỉnh cọc bằng 10% đường kính mũi cọc được chấp nhận làm tiêu chí phá hoại khi khó xác định trạng thái giới hạn cực hạn.

- Sức kháng mũi được tính toán từ các mô hình giả định phá hoại lún sụt của cọc nên được giảm một cách thích hợp để phù hợp với tiêu chí phá hoại tương ứng với trạng thái giới hạn cực hạn của cọc.

8.5.1.2 Mô hình tính dựa trên các thông số nền đất

1) Quy định chung

Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ sau:

- “Sức kháng đơn vị” đề cập đến tính kháng trên một đơn vị diện tích (tức là trên diện tích 1 m²);

- “Sức kháng thân đơn vị cực hạn” (có ký hiệu q_s) tương đương với “ma sát thân giới hạn” (ký hiệu
truyền thống f_s);

- “Sức kháng mũi cực hạn” giống như “áp lực kháng mũi giới hạn”.

- Một công thức tính sức chịu tải tĩnh của cọc dựa trên các thông số nền đất cung cấp một ước tính về sức chịu tải cực hạn của cọc. Độ chính xác của phương pháp phụ thuộc vào độ tin cậy của công thức đã chọn, dữ liệu cường độ đất mà nó được áp dụng và các phương pháp thi công cọc theo vị trí cụ thể.

- Sức chịu tải cực hạn của móng cọc có thể được tính toán từ công thức tính sức chịu tải tĩnh của cọc sử dụng các giá trị của các thông số nền đất thu được từ các thử nghiệm hiện trường hoặc trong phòng thí nghiệm trên đất và đá.

- Hậu quả của sự khác biệt giữa sức chịu tải cực hạn thực sự của cọc và giá trị thiết kế của nó (có thể xảy ra, ví dụ, do sự khác biệt giữa điều kiện nền đất thực tế và các điều kiện đất giả định) nên được xem xét khi có thể dự đoán được một cách hợp lý.

- Nếu sử dụng phương pháp tính toán sức kháng chịu nén cực hạn từ các thông số nền đất, sức kháng chịu nén cực hạn đặc trưng của cọc đơn (R_c,k) cần được tính:

Trong đó:

R_s,k: sức kháng thân cực hạn đặc trưng của cọc;

R_b,k: sức kháng mũi cực hạn đặc trưng của cọc.

- Sức kháng thân cực hạn đặc trưng (R_s,k - kN) có thể tính theo::

Trong đó:

A_s,j: tổng diện tích theo chu vi của thân cọc (trong lớp j), (m²);

q_s,j: sức kháng thân đơn vị cục hạn trung bình (trong lớp j) được tính từ các thông số nền đất, (kPa);

n: tổng số lớp tiếp xúc với thân cọc;

γ_Rd: hệ số mô hình;

Giá trị của γ_Rd lấy theo điều A.3.3.2 của Phụ lục A.

- Sức kháng mũi cực hạn đặc trưng (R_b,k - kN) có thể được tính từ:

Trong đó:

A_b: tổng diện tích mặt cắt ngang của mũi cọc, (m²);

q_b: sức kháng mũi đơn vị cực hạn được tính từ các thông số nền đất, (kPa);

γ_Rd: hệ số mô hình.

Giá trị của γ_Rd lấy theo điều A.3.3.2 của Phụ lục A.

- Giá trị của q_b nên kể đến ảnh hưởng của tổng áp lực chất bên trên tại cao trình mũi cọc.

- Nếu trọng lượng của cọc được bỏ qua khi tính toán các tải trọng, thì áp lực chất trên sẽ được bỏ qua khi tính toán R_b,k, sao cho:

Trong đó:

σ_v,b: tổng áp lực chất trên tại mũi cọc, (kPa).

Giá trị của hệ số mô hình γ_Rd nên được lấy từ điều A.3.3.2 của Phụ lục A.

CHÚ THÍCH: Giá trị của hệ số mô hình γ_Rd được đưa ra trong Phụ lục A thay đổi theo số lượng thí nghiệm cọc tải trọng tĩnh có sẵn để chứng thực tính toán sức chịu tải.

2) Đất hạt thô

- Trong đất hạt thô, sức kháng thân đơn vị cực hạn trong lớp j (q_s,j) có thể tính theo các thông số ứng suất hữu hiệu:

Trong đó:

K_s,j: hệ số áp lực đất (cho lớp j) đối với thân cọc;

δ_j: góc ma sát giữa cọc (cũng được biết như “tường”) và lớp j (góc ma sát ngoài);

σ’_v,j: ứng suất đứng hữu hiệu trung bình tác động lên đất lớp j.

- Khi không có dữ liệu thí nghiệm tin cậy, giá trị K_s có thể lấy theo Bảng 4. Giá trị lựa chọn của K_s có thể được sử dụng, miễn là bằng chứng đã có trong hồ sơ trước đây về tính năng đã đạt được của cùng loại cọc trong các điều kiện đất tương tự khi sử dụng các giá trị lựa chọn đó.

Bảng 4 - Giá trị khuyến nghị của K_s cho các cọc thi công trong đất silica rời

- Giá trị của δ có thể ước tính từ:

Trong đó:

φ'_pk: góc sức kháng cắt đỉnh của đất;

φ’_cv: góc sức kháng cắt thể tích không đổi của đất được xác định theo điều 7.5.1 của tiêu chuẩn này;

k_δ: hệ số không thứ nguyên.

- Khi không có dữ liệu thí nghiệm tin cậy, giá trị của k_δ có thể lấy theo Bảng 5.

Bảng 5 - Giá trị khuyến nghị của k_δ cho các cọc thi công trong đất hạt thô

- Tùy thuộc vào phương pháp thi công cọc, sự hiện diện của đất hạt mịn nằm bên trên đất hạt thô có thể ảnh hưởng xấu đến góc ma sát giao diện trong các loại đất hạt thô bên dưới. Giá trị của δ nên được chọn một cách thích hợp trong trường hợp này.

- Trong đất hạt thô, sức kháng mũi đơn vị hữu hiệu cực hạn (q’_b) có thể được tính từ các thông số ứng suất hữu hiệu,:

Trong đó:

σ’_v,b: ứng suất đứng hữu hiệu tại mũi cọc, (kPa);

N_q: hệ số áp lực chịu tải phụ thuộc vào góc sức kháng cắt thể tích không đổi của đất, φ_cv; độ chặt tương đối của đất (Xem điều 4.10.3 của tiêu chuẩn này), l_D; và ứng suất đứng hữu hiệu tại mũi cọc, σ'_v,b.

CHÚ THÍCH: Giá trị của N_q có thể thu được từ nhiều lý thuyết, xem điều C.1.5, Phụ lục C.

- Độ chặt tương đối, l_D, có thể được ước tính từ các kết quả thí nghiệm hiện trường (ví dụ: Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn) sử dụng các tương quan cho trong Phụ lục H.

3) Đất hạt mịn

- Trong các loại đất hạt mịn, sức kháng thân đơn vị cực hạn trong lớp j (q_s,j) có thể được tính toán từ các thông số ứng suất hữu hiệu, :

Trong đó:

β_j: hệ số thực nghiệm (cho lớp j);

σ’_v,j: ứng suất đứng hữu hiệu trung bình tác động lên lớp đất j, (kPa).

- Khi không có dữ liệu tin cậy, các giá trị của β cho đất hạt mịn có thể ước tính từ:

Trong đó:

φ: góc sức kháng cắt của đất, (°);

R_o: tỷ số quá cố kết của đất, đã cho R_o = p’_v,max/p’_v;

p’_v: áp lực chất trên hữu hiệu;

p’_v,max: áp lực chất trên hữu hiệu lớn nhất mà đất trước đó đã chịu.

- Tùy theo, sức kháng thân đơn vị cực hạn trong lớp j (q_s,j) có thể tính từ các thông số ứng suất tổng:

Trong đó:

α_j: hệ số thực nghiệm (cho lớp j) mà phụ thuộc vào cường độ đất, áp lực chất trên hữu hiệu tác động trên đó, loại cọc và phương pháp thi công;

c_u,j: cường độ không thoát nước của đất lớp j, (kPa).

CHÚ THÍCH: Biểu thức (77) là một mối quan hệ thực nghiệm giữa cường độ chịu cắt không thoát nước đo được bằng cách sử dụng công tác lấy mẫu thử nghiệm trước đây và thực tế thí nghiệm trong phòng (ví dụ: số liệu nén ba trục không thoát nước nhanh trên các mẫu đường kính 100 mm) và kết quả từ các thí nghiệm tải trọng tĩnh cho cọc sử dụng duy trì tải trọng.

- Đối với cọc đặt trên nền đất có thể giảm ứng suất (ví dụ như, trong vùng ảnh hưởng của việc đào sâu), biểu thức (77) chỉ nên được sử dụng nếu cho phép thực hiện việc thư giãn ứng suất này.

- Giá trị α phải được lấy từ bằng chứng trước đó về tính năng chấp nhận được trong các thử tải tĩnh trên cùng một loại cọc có độ dài và mặt cắt tương tự và trong các điều kiện nền đất tương tự.

- Trong trường hợp không có dữ liệu thử nghiệm đáng tin cậy, các giá trị α có thể được ước tính từ một trong các phương pháp sau.

- Trong trường hợp không có dữ liệu thử nghiệm đáng tin cậy, giá trị α cho các cọc chiếm chỗ (ký hiệu arepi) có thể được ước tính từ:

Trong đó:

c_u: cường độ chịu cắt không thoát nước của đất hạt mịn, (kPa);

p_ref: 100 kPa;

k₁ và k₂: hệ số mà các giá trị của chúng có thể lấy tương ứng bằng 0,45 và 1,0.

- Đối với cọc khoan nhồi trong đất sét cứng quá cố kết, với điều kiện lỗ khoan được mở ra ít hơn 12 giờ, α_repl có thể lấy là 0,5.

- Có thể sử dụng các giá trị thay thế α_repl, miễn là bằng chứng đã có trong tài liệu trước đây chứng minh tính năng đã đạt được của cùng một loại cọc trong điều kiện nền đất tương tự bằng cách sử dụng các giá trị thay thế này.

- Trong trường hợp không có dữ liệu thử nghiệm đáng tin cậy, các giá trị α đối với cọc thay thế (ký hiệu α_disp) có thể được ước tính từ:

Trong đó:

c_u: cường độ chịu cắt không thoát nước của đất hạt mịn, (kPa);

σ’_v: ứng suất đứng hữu hiệu (áp lực chất trên) tác động trên đất, (kPa); và m bằng 0,25 đối với c_u/σ’_v ≥ 1 và 0,5 đối với c_u/σ’_v < 1.

- Có thể sử dụng các giá trị thay thế α_disp, miễn là bằng chứng đã có trong tài liệu trước đây chứng minh tính năng đã đạt được của cùng một loại cọc trong điều kiện nền đất tương tự bằng cách sử dụng các giá trị thay thế này.

- Trong đất hạt mịn, sức kháng mũi cọc đơn vị cực hạn (q_b) có thể tính từ các thông số ứng suất tổng:

Trong đó:

N_c: hệ số áp lực chịu tải phụ thuộc vào chiều sâu mũi cọc;

c_u,b: cường độ chịu cắt không thoát nước của đất tại mũi cọc, (kPa).

- Trong trường hợp không có dữ liệu thử nghiệm đáng tin cậy, giá trị N_c có thể tính theo:

Trong đó:

k₁: hệ số tính đến chôn mũi cọc không đủ sâu;

k₂: hệ số tính đến độ cứng của lớp chịu lực.

- Giá trị k₁ trong biểu thức (81) được tính theo:

Trong đó:

L: chiều dài chon mũi cọc vào trong lớp chịu lực;

B: chiều rộng cọc (hay đường kính).

- Giá trị k₂ trong biểu thức (81) lấy theo Bảng 6.

Bảng 6 - Giá trị khuyến nghị k₂ cho các cọc thi công trong đất hạt mịn

8.5.1.3 Các mô hình tính dựa trên kết quả thí nghiệm nền đất

1) Quy định chung

- Sức chịu tải cực hạn của móng cọc có thể được tính toán trực tiếp từ kết quả thí nghiệm trên nền đất và đá (nghĩa là không chuyển đổi kết quả đầu tiên thành các thông số nền đất).

- Nếu sử dụng phương pháp tính toán sức kháng nén cực hạn từ kết quả của thí nghiệm nền đất, sức kháng nén cực hạn đặc trưng của cọc đơn (R_c,k) phải được tính là giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị sau:

Trong đó:

ξ₃ và ξ₄: các hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào số lượng thí nghiệm đã thực hiện;

(R_c,calc)_mean: sức kháng nén cực hạn tính toán trung bình của cọc;

(R_c,calc)_min: sức kháng nén cực hạn tính toán nhỏ nhất của cọc.

- Sức kháng nén cực hạn tính toán của cọc đơn (R_c,calc) được tính theo:

Trong đó:

R_s,calc: sức kháng thân cực hạn tính toán;

R_b,calc: sức kháng mũi cực hạn tính toán.

- Sức kháng thân cực hạn tính toán (R_s,calc) có thể xác định từ:

Trong đó:

A_s,i: tổng diện tích theo chu vi thân cọc (trong lớp i), (m²);

p_s,i: sức kháng thân đơn vị cực hạn (trong lớp i) nhận được theo thí nghiệm hiện trường, (kPa);

n: tổng số các lớp tiếp xúc với thân cọc.

- Sức kháng mũi cực hạn tính toán (R_b,calc) có thể xác định theo:

Trong đó:

A_b: tổng diện tích mặt cắt ngang của mũi cọc, (m²);

p_b: sức kháng mũi đơn vị cực hạn nhận được theo thí nghiệm hiện trường, (kPa).

- Giá trị các hệ số hiệu chỉnh ξ₃ và ξ₄ được lấy theo Bảng A.8 của Phụ lục A.

2) Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)

- Sức kháng thân đơn vị cực hạn trong lớp j (p_s,j) có thể tính theo:

Trong đó:

c_sj: hệ số thực nghiệm (đối với lớp j) phụ thuộc vào đất và loại cọc;

q_c,j: sức kháng xuyên tĩnh đo được trong lớp j, (kPa).

- Sức kháng mũi đơn vị cực hạn, tại độ lún bằng 10% đường kính cọc, (p_b,0.1) có thể tính theo:

Trong đó:

c_b,0.1: hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào đất và loại cọc;

q_c,b: sức kháng côn đo được trung bình trên khoảng cách ±1,5 đường kính cọc bên dưới mũi cọc, (kPa).

- Trường hợp không có dữ liệu thí nghiệm tin cậy, giá trị c_s và c_b,0.1 có thể ước tính theo Bảng 7.

Bảng 7 - Giá trị các hệ số thực nghiệm c_s và c_b,0.1 theo loại đất và loại cọc

3) Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)

- Sức kháng thân đơn vị cực hạn trong lớp j (p_s,j - kPa) có thể tính theo:

Trong đó:

n_s,j: hệ số thực nghiệm (cho lớp j) phụ thuộc vào đất và loại cọc;

p_ref: 100 kPa;

N_j: số nhát búa SPT đo được (không hiệu chỉnh) trong lớp j.

- Sức kháng mũi đơn vị cực hạn, tại độ lún bằng 10% đường kính cọc, (p_b,0.1 - kPa) có thể tính theo:

Trong đó:

n_b,0,1: hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vào đất và loại cọc;

p_ref: 100 kPa;

N_b: số nhát búa SPT đo được (không hiệu chỉnh) tại cao trình mũi cọc.

- Trường hợp không có dữ liệu thí nghiệm tin cậy, giá trị n_s và n_b,0,1 có thể ước tính theo Bảng 8.

Bảng 8 - Giá trị các hệ số kinh nghiệm n_s và n_b,0,1 theo đất và loại cọc

- Các tương quan với số nhát búa SPT được xây dựng theo thực nghiệm tại từng địa điểm cụ thể nên khi áp dụng cho các địa điểm khác cần cân nhắc cẩn thận.

4) Các mô hình tính dựa trên các thí nghiệm cọc chịu tải trọng tĩnh

- Các thí nghiệm cọc chịu tải trọng tĩnh chủ yếu được sử dụng để xác minh sức kháng được tính toán bằng các thông số nền đất ước tính.

- Các thử nghiệm tải trọng tĩnh không phù hợp để thiết kế cọc trong điều kiện nền nhiều lớp, khi đó không thể xác định được sức kháng do các tầng khác nhau cung cấp.

- Thiết kế cọc dựa trên một mình kết quả thử động có thể không đáng tin cậy khi xảy ra hiện tượng kéo xuống.

- Sức chịu tải cực hạn của móng cọc có thể được tính toán trực tiếp từ kết quả các thí nghiệm cọc chịu tải trọng tĩnh.

- Tính toán sức kháng nén cực hạn từ thí nghiệm tải trọng tĩnh cho cọc phải phù hợp với TCVN 9393: 2012 và TCVN 10304: 2014.

- Nếu phương pháp này được sử dụng, sức kháng nén cực hạn đặc trưng của cọc đơn (R_c,k) nên được tính là giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị sau:

Trong đó:

ξ₁ và ξ₂: các hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào số lượng thí nghiệm đã thực hiện;

(R_c,m)_mean: sức kháng nén cực hạn đo được trung bình của cọc;

(R_c,m)_min: sức kháng nén cực hạn đo được nhỏ nhất của cọc.

- Giá trị của các hệ số hiệu chỉnh ξ₁ và ξ₂ lấy theo Bảng A.7 của Phụ lục A.

5) Các mô hình tính dựa trên thí nghiệm thử động

- Sức chịu tải cực hạn của móng cọc có thể được tính từ các kết quả thử động khi giá trị của các kết quả này đã được chứng minh bằng các kết quả thử tĩnh trước đó trên cùng một loại cọc, có cùng chiều dài và mặt cắt ngang và trong điều kiện nền đất tương tự.

- Các kết quả thử động chủ yếu được sử dụng để xác minh sức kháng được tính toán bằng các thông số nền đất ước tính.

- Các thí nghiệm thử động không phù hợp để thiết kế cọc trong điều kiện nền đất nhiều lớp, do không thể xác định được sức kháng do các lớp đất khác nhau cung cấp.

- Thiết kế cọc chỉ dựa trên kết quả thử động có thể không tin cậy khi xảy ra hiện tượng ma sát âm.

- Nếu phương pháp này được sử dụng, sức kháng chịu nén cực hạn đặc trưng của cọc đơn (R_c,k) nên được tính là giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị sau:

Trong đó:

ξ₅ và ξ₆: các hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào số lượng thí nghiệm đã thực hiện;

(R_c,m)_mean: sức kháng chịu nén cực hạn đo được trung bình của cọc;

(R_c,m)_min: sức kháng chịu nén cực hạn đo được nhỏ nhất của cọc.

- Giá trị các hệ số hiệu chỉnh ξ₅ và ξ₆ lấy theo Bảng A.9 của Phụ lục A.

6) Các mô hình tính dựa trên các công thức đóng cọc

- Sức chịu tải cực hạn của móng cọc có thể được tính từ các công thức đóng cọc khi giá trị của các kết quả này đã được chứng minh bằng các kết quả thử tĩnh trước đó trên cùng một loại cọc, có cùng chiều dài và mặt cắt ngang và trong điều kiện nền đất tương tự.

- Sức kháng chịu lực cực hạn của móng cọc có thể được tính toán từ các công thức đóng cọc. Tuy nhiên, ưu tiên nên dựa vào phương pháp tính toán sức kháng khác.

- Nếu phương pháp này được sử dụng, sức kháng chịu nén đặc trưng của cọc đơn (R_c,k) nên được tính toán từ biểu thức (92).

- Nếu một cọc thể hiện sức đề kháng giảm khi đóng lại, và sức kháng không tăng một cách đáng kể, khi đó cần cẩn thận trong việc áp dụng các công thức đóng cọc và ưu tiên cho thiết kế trên cơ sở nêu ở điều 8.5.2.1 và 8.5.2.2 của tiêu chuẩn này.

- Các công thức đóng cọc nên được sử dụng kết hợp với các phương pháp xác minh khác, chẳng hạn như các phương pháp đã nêu trong các điều 8.5.2.1, 8.5.2.2 và 8.5.2.3 của tiêu chuẩn này.

7) Các mô hình tính dựa trên phân tích phương trình sóng

- Sức chịu tải cực hạn của móng cọc có thể được tính từ phân tích phương trình sóng khi giá trị của các kết quả này đã được chứng minh bằng các kết quả thử tĩnh trước đó trên cùng một loại cọc, có cùng chiều dài và mặt cắt ngang và trong điều kiện nền đất tương tự.

- Sức kháng chịu lực cực hạn của móng cọc có thể được tính toán từ phân tích phương trình sóng. Tuy nhiên, ưu tiên nên dựa vào một phương pháp tính toán sức kháng khác.

- Nếu phương pháp này được sử dụng, sức kháng chịu nén cực hạn đặc trưng của cọc đơn (R_c,k) nên được tính toán từ biểu thức (92).

- Phân tích phương trình sóng nên được sử dụng kết hợp với các phương pháp xác minh khác, chẳng hạn như các phương pháp đã nêu trong các điều 8.5.2.1, 8.5.2.2 và 8.5.2.3 của tiêu chuẩn này.

8) Điều chỉnh đối với lực kéo xuống (còn được gọi là "ma sát âm")

- Thuật ngữ “lực kéo xuống” được sử dụng trong tiêu chuẩn này để chỉ hiện tượng mà theo đó nền đất bao quanh một cọc lún một lượng đáng kể so với đầu cọc. Lực kéo xuống đặc biệt liên quan đến các cọc được hạ trong đất sét có cường độ thấp hoặc trong các loại đất hạt thô mà mực nước ngầm có thể nâng lên hoặc hạ thấp.

- Lực dọc trục bổ sung trong cọc do lực keo xuống được gọi là “lực kéo xuống” và độ lún bổ sung của cọc được gọi là “độ lún kéo xuống”.

- Lực kéo xuống không làm giảm sức kháng chịu lực cực hạn của một cọc. Trong nhiều trường hợp, độ lún của cọc tại trạng thái giới hạn cực hạn là đủ để hủy bỏ các ảnh hưởng của lực kéo xuống, dẫn đến không giảm sức kháng chịu lực cực hạn.

- Mặc dù lực kéo xuống có thể ít ảnh hưởng đến sức kháng chịu lực cực hạn của cọc, lực kéo xuống ảnh hưởng đến thiết kế kết cấu của cọc và độ lún kéo xuống ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của nó.

- Lực kéo xuống gây ra ma sát thân trên phần trên của cọc để tác động như một lực bổ sung tác dụng lên cọc, thay vì như sức kháng. Bởi vì hướng (hoặc “dấu”) của ma sát thân này đảo ngược so với thông thường, nó thường được gọi là “ma sát âm”.

- Độ sâu mà tại đó không có chuyển động tương đối giữa cọc và nền đất xung quanh được gọi là “mặt phẳng trung lập”. Mặt phẳng trung lập xảy ra khi độ lún nền đất (s_g) ở độ sâu cụ thể bằng với độ lún cọc (s_p) ở cùng độ sâu, như trong Hình 7.

- Độ sâu của mặt phẳng trung lập có thể được dự đoán trước bởi các phân tích độ lún đàn hồi tuyến tính cho các cọc ma sát trong các tầng có độ cứng tăng dần theo chiều sâu.

- Lực nén đặc trưng (F_c,k) tác động lên một cọc là đối tượng của lực kéo xuống tính theo:

Trong đó:

P_c,k: lực nén đặc trưng tác dụng lên cọc do công trình;

W_k: tự trọng đặc trưng của cọc;

P_dd,k: lực nén đặc trưng bổ sung do lực kéo xuống cho bởi:

Trong đó:

L_dd: chiều dài cọc chịu lực kéo xuống (định nghĩa trong Hình 7);

C_s: chu vi của thân cọc tại chiều sâu z;

q_s,k,sup: ma sát thân cọc đơn vị đặc trưng “vượt trội” (định nghĩa dưới đây) tại chiều sâu z.

- Hệ số ma sát thân đơn vị đặc trưng “vượt trội” (q_s,k,sup) nên được chọn như là một ước lượng cao thận trọng của ma sát thần trung bình tác động lên chiều dài của cọc chịu tác động của lực kéo xuống.

CHÚ THÍCH: Ước lượng trên trung bình thận trọng là giá trị trung bình có xác suất bị vượt quá 5% trong suốt tuổi thọ làm việc thiết kế.

- Sức kháng thân đặc trưng (R_s,dd,k) của cọc chịu lực kéo xuống được tính từ:

Trong đó:

L: tổng chiều dài của cọc;

L_dd: tổng chiều dài của cọc chịu lực kéo xuống (bằng chiều sâu của mặt phẳng trung lập đã định nghĩa trong Hình 7);

C_s: chu vi thân cọc tại chiều sâu z;

q_s,k,inf: ma sát thân đơn vị đặc trưng “kém hơn” (định nghĩa dưới đây) tại chiều sâu z;

γ_Rd: hệ số mô hình lấy theo điều A.3.3.2 của Phụ lục A.

- Hệ số ma sát thân đơn vị đặc trưng “kém hơn” (q_s,k,inf) được chọn như một ước tính thấp hơn thận trọng của ma sát thân trung bình tác động trên chiều dài của cọc mà không chịu lực kéo xuống.

CHÚ THÍCH: Ước tính thấp hơn thận trọng của trung bình là giá trị có xác suất 5% không đạt được trong tuổi thọ làm việc thiết kế.

Hình 7 - Mô hình tính lực kéo xuống

8.5.2 Sức kháng chịu kéo

Sức kháng chịu kéo cực hạn của cọc đơn được xác định từ bất kỳ điều nào sau đây:

- Các công thức tính sức chịu tải tĩnh của cọc dựa trên các thông số nền đất;

- Các công thức trực tiếp dựa trên kết quả thí nghiệm hiện trường;

- Kết quả thí nghiệm cọc tải trọng tĩnh.

8.5.2.1 Các mô hình tính dựa trên thông số nền đất

1) Quy định chung

- Khi sử dụng phương pháp tính toán sức kháng chịu kéo cực hạn từ các thông số nền đất, sức kháng chịu kéo cực hạn đặc trưng của cọc đơn (R_t,k) được tính:

Trong đó:

R_s,k: sức kháng thân cực hạn đặc trưng của cọc.

- Sức kháng thân cực hạn đặc trưng (R_s,k) phải phù hợp với 8.5.1.2.

- Giá trị hệ số mô hình γ_Rd lấy từ điều A.3.3.2 của Phụ lục A.

2) Đá và khối đá

- Sức kháng của móng cọc trong đá phụ thuộc đáng kể vào phương pháp thi công cọc và độ nhám của hố đá trong đó đặt cọc.

- Không được sử dụng các biểu thức được nêu trong mục này để xác minh trạng thái giới hạn cực hạn của cọc trong đá, trừ khi các thông số sử dụng đã được chứng thực bằng kết quả thử tải trọng tĩnh cho cọc trên các cọc tương tự trong điều kiện nền đất tương tự.

CHÚ THÍCH: Các biểu thức được nêu trong mục này có thể được sử dụng cho thiết kế sơ bộ mà không cần thí nghiệm cọc.

- Trong đá yếu đến cứng trung bình, sức kháng thân đơn vị cực hạn (q_s - kPa) có thể được tính từ:

Trong đó:

q_u: cường độ chịu nén có nở hông của đá, kPa;

k₁ và k₂: các hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vào đá và loại cọc;

p_ref: 100 kPa.

CHÚ THÍCH: Hướng dẫn về tính toán ma sát thân đơn vị trong đá tham khảo điều D.2 của Phụ lục D.

Trong trường hợp không có dữ liệu thử nghiệm đáng tin cậy, giá trị k₁ và k₂ có thể được lấy từ Bảng 9.

- Trong đá yếu đến cứng trung bình, sức kháng mũi đơn vị cực hạn (q_b - kPa) có thể được tính từ:

Trong đó:

q_u: cường độ chịu nén có nở hông của đá, kPa; và

k₃ và k₄: các hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vào loại đá;

p_ref: 100 kPa.

CHÚ THÍCH: Hướng dẫn về tính toán sức kháng mũi đơn vị trong đá tham khảo điều D.3 của Phụ lục D.

- Trường hợp không có dữ liệu thử nghiệm đáng tin cậy, có thể lấy giá trị k₃ và k₄ từ Bảng 9.

- Giá trị từ k₁ đến k₄ nên được chọn rất thận trọng, trừ khi có dữ liệu thử tải tĩnh cho cọc để chứng thực các giá trị ít thận trọng hơn.

Bảng 9 - Giá trị được đề xuất các hệ số k₁ đến k₄ đối với cọc được thi công trong đá

8.5.2.2 Các mô hình tính dựa trên kết quả thí nghiệm nền đất

1) Khi sử dụng phương pháp tính toán sức kháng chịu kéo cực hạn từ kết quả thí nghiệm hiện trường, sức kháng chịu kéo cực hạn đặc trưng của cọc đơn (R_t,k) nên được tính là giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị sau:

Trong đó:

ξ₃ và ξ₄: các hệ số tương quan phụ thuộc vào số lượng thí nghiệm thực hiện;

(R_t,calc)_mean: sức kháng chịu kéo cực hạn tính toán trung bình của cọc;

(R_t,calc)_min: sức kháng chịu kéo cực hạn tính toán nhỏ nhất của cọc.

2) Sức kháng chịu kéo cực hạn tính toán của cọc đơn (R_t,calc) được xác định từ:

Trong đó:

R_s,calc: sức kháng thân cực hạn tính toán.

3) Sức kháng thân cực hạn tính toán (R_s,calc) phải phù hợp với 8.5.2.2 của tiêu chuẩn này.

4) Giá trị hệ số tương quan ξ₃ và ξ₄ được lấy từ Bảng A.8 của Phụ lục A.

8.5.2.3 Các mô hình tính dựa trên các thí nghiệm thử tải tĩnh cho cọc

1) Sức kháng chịu kéo cực hạn của móng cọc có thể được tính toán trực tiếp từ kết quả thí nghiệm thử tải tĩnh cho cọc.

2) Nếu sử dụng phương pháp tính toán sức kháng chịu kéo cực hạn từ các thí nghiệm thử tải tĩnh cho cọc, sức kháng chịu kéo cực hạn đặc trưng của cọc đơn (R_t,k) được tính là giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị sau:

Trong đó:

ξ₁ và ξ₂: các hệ số tương quan phụ thuộc vào số lượng thí nghiệm thực hiện;

(R_t,m)_mean: sức kháng chịu kéo cực hạn đo được trung bình của cọc;

(R_t,m)_min: sức kháng chịu kéo cực hạn đo được nhỏ nhất của cọc.

3) Giá trị hệ số tương quan ξ₁ và ξ₂ phải được lấy từ Bảng A.7 của Phụ lục A.

8.5.3 Sức chịu tải ngang

8.5.3.1 Các mô hình tính dựa trên thông số nền đất

1) Quy định chung

a) Các cơ chế phá hoại sau đây cần được xem xét khi xác minh sức chịu tải ngang của cọc đơn:

- Đối với cọc ngắn, quay hoặc dịch chuyển như một vật cứng (thuật ngữ gọi là “cơ chế cọc ngắn”); và

- Đối với cọc mảnh dài, phá hoại do uốn cọc, kèm theo chảy và dịch chuyển cục bộ của đất gần đỉnh cọc (thuật ngữ gọi là “cơ chế cọc dài”).

b) Việc tính toán sức chịu tải ngang cực hạn từ các thông số nền đất cần tuân thủ theo các yêu cầu sau:

- Sức kháng theo phương ngang của cọc hoặc nhóm cọc phải được tính toán bằng cách sử dụng một cách thích hợp các ảnh hưởng kết cấu của các phản lực nền và các chuyển vị.

- Phân tích cọc chịu tải trọng ngang phải bao gồm khả năng phá hoại kết cấu của cọc trong đất nền bao gồm:

+ Cọc phải được kiểm tra theo phá hoại kết cấu theo điều 4.6.4 của tiêu chuẩn này.

+ Kết cấu cọc phải được thiết kế để thích ứng với tất cả các tình huống mà cọc có thể phải chịu, bao gồm: điều kiện sử dụng, ví dụ như tình trạng ăn mòn; điều kiện hạ cọc, ví dụ điều kiện bất lợi về nền đất như đá tảng mặt đá gốc nghiêng, dốc; các yếu tố khác ảnh hưởng đến khả năng đóng cọc, bao gồm chất lượng các mối nối; đối với cọc đúc sẵn, điều kiện vận chuyển cọc đến hiện trường và hạ cọc.

+ Trong khi thiết kế kết cấu, sai số thi công quy định cho loại cọc, các thành phần tác động và sự làm việc của móng phải được xét đến.

+ Phải kiểm tra khả năng mất ổn định của các cọc có độ mảnh lớn hạ qua nước hoặc trầm tích dày của đất rất yếu.

+ Thông thường việc kiểm tra về mất ổn định của cọc nằm trong đất có sức kháng cắt không thoát nước, c_u, cao hơn 10 kPa.

- Tính toán sức kháng theo phương ngang của cọc dài và mảnh có thể được thực hiện bằng cách sử dụng bài toán dầm chịu tải trọng tại đỉnh và tựa trên môi trường biến dạng được đặc trưng bởi mô đun phản lực nền theo phương ngang.

- Độ xoay tự do của cọc tại vị trí liên kết với kết cấu phải được đưa vào tính toán khi đánh giá độ bền theo phương ngang của móng.

c) Sức chịu tải ngang cực hạn đặc trưng của cọc đơn (R_tr,k) cần được tính toán từ:

Trong đó:

R_tr,short,k: sức chịu tải ngang cực hạn đặc trưng của cọc đơn quay hay dịch chuyển như một vật cứng (“cơ chế cọc ngắn”);

R_tr,long,k: sức chịu tải ngang cực hạn đặc trưng của cọc đơn mà bị uốn gần đỉnh của nó (“cơ chế cọc dài”).

2) Đất hạt thô

- Trong đất hạt thô, sức chịu tải ngang đơn vị cực hạn đặc trưng của một cọc (R_tr,k) có thể được tính theo phương pháp Broms từ biểu thức có dạng:

Trong đó:

func {...} biểu thị một hàm của các biến kèm theo;

φ_k: góc sức kháng cắt đặc trưng;

γ_k: trọng lượng đơn vị đặc trưng của đất;

B: chiều rộng của cọc;

L: chiều dài chôn của cọc;

e: độ lệch tâm của tải trọng ngang áp dụng lên cọc;

M_Rk: sức kháng chịu uốn cực hạn đặc trưng của cọc.

CHÚ THÍCH: Hướng dẫn về dạng chính xác của hàm sử dụng trong biểu thức (103) tham khảo điều E.1 của Phụ lục E.

- Một cách khác, sức chịu tải ngang đơn vị cực hạn đặc trưng của cọc trong đất hạt thô có thể được tính toán bằng cách sử dụng lời giải dạng đóng của Brinch Hansen.

CHÚ THÍCH: Hướng dẫn về cách sử dụng phương pháp của Brinch Hansen tham khảo điều E.2 của Phụ lục E.

3) Đất hạt mịn

- Trong các loại đất hạt mịn, sức chịu tải ngang đơn vị cực hạn đặc trưng của cọc (R_tr,k) có thể được tính bằng phương pháp của Broms từ một biểu thức có dạng:

Trong đó:

c_u,k: cường độ chịu cắt không thoát nước đặc trưng của đất; và các ký hiệu khác như đã định nghĩa trong biểu thức (103).

CHÚ THÍCH: Hướng dẫn về dạng chính xác của hàm sử dụng trong biểu thức (104) tham khảo điều E.1 của Phụ lục E.

- Một cách khác, sức chịu tải ngang đơn vị cực hạn đặc trưng của cọc trong đất hạt mịn có thể được tính toán bằng cách sử dụng lời giải dạng đóng của Brinch Hansen.

CHÚ THÍCH: Hướng dẫn về cách sử dụng phương pháp của Brinch Hansen tham khảo điều E.2 của Phụ lục E.

8.5.3.2 Các mô hình tính dựa trên kết quả thí nghiệm hiện trường

Việc tính toán sức chịu tải ngang cực hạn từ kết quả thí nghiệm hiện trường phải phù hợp với điều 8.5.3.1, 1), b).

8.5.3.3 Các mô hình tính dựa trên thí nghiệm thử tải tĩnh cho cọc

- Sức chịu tải ngang cực hạn của móng cọc có thể được tính trực tiếp từ kết quả thí nghiệm thử tải tĩnh cho cọc.

- Việc tính toán sức chịu tải ngang cực hạn từ các thí nghiệm thử tải tĩnh cho cọc phải phù hợp với các yêu cầu sau:

+ Thí nghiệm cọc chịu tải trọng ngang thông thường không cần đạt đến trạng thái phá hoại. Cường độ và hướng tác động của tải trọng thí nghiệm cần giống như tải trọng thiết kế tác dụng lên cọc.

+ Phải dự liệu sự thay đổi của nền, đặc biệt là khoảng vài mét gần đầu cọc, khi lựa chọn số lượng cọc thí nghiệm và dự báo sức chịu tải trọng ngang thiết kế từ kết quả thí nghiệm tải trọng.

+ Cần kiểm tra hồ sơ ghi chép việc hạ cọc thí nghiệm và mọi sai lệch so với điều kiện thi công thông thường cần được xét đến khi diễn giải kết quả thí nghiệm tải trọng cọc. Đối với nhóm cọc, ảnh hưởng của tương tác và sự ngàm đầu cọc cần được kể đến khi xác định độ bền chịu tải trọng ngang từ các kết quả thí nghiệm tải trọng của các cọc.

8.5.4 Lún

1) Lún của móng cọc có thể được tính toán bằng bất kỳ mô hình nào sau đây, nếu thích hợp:

- Lý thuyết về độ đàn hồi;

- Các đường cong t-z ;

- Mô hình ứng suất-biến dạng hyperbol;

Các mô hình số, bao gồm:

- Phương pháp hệ số tương tác;

- Phương pháp phần tử biên;

- Phương pháp phần tử hữu hạn;

- Phân tích phương trình sóng;

- Các mô hình thích hợp khác không được liệt kê ở đây.

2) Hiệu lực của mô hình lún cọc được sử dụng cho thiết kế cần được chứng minh bằng các thí nghiệm thử tải tĩnh cho cọc trong các trường hợp tương đương.

CHÚ THÍCH: Hướng dẫn về tính lún cho móng cọc tham khảo điều 7.4 của TCVN 10304: 2014.

8.5.5 Dịch chuyển ngang

1) Sự dịch chuyển ngang của móng cọc có thể được tính bằng bất kỳ mô hình nào sau đây, nếu thích hợp:

- Lý thuyết đàn hồi;

- Các đường cong p-y;

- Mô hình phản lực nền;

Các mô hình số, bao gồm:

- Phương pháp hệ số - tương tác;

- Phương pháp phần tử biên;

- Phương pháp phần tử hữu hạn; hoặc là

- Các mô hình thích hợp khác không được liệt kê ở đây.

2) Do độ cứng huy động giảm rất nhanh so với chuyển động đầu cọc khi sử dụng mô hình đàn hồi tuyến tính và phản lực nền, nên lựa chọn phương pháp khác để tính toán chuyển vị ngang của móng cọc.

3) Các điều kiện nền đất gần bề mặt cục bộ có thể có ảnh hưởng đáng kể đến phản ứng của từng cọc đối với tải trọng bên.

4) Độ cứng đầu cọc có thể có ảnh hưởng đáng kể đến phản ứng của nhóm cọc chịu tải trọng bên.

8.6 Thiết kế trạng thái giới hạn cực hạn

8.6.1 Quy định chung

Thiết kế trạng thái giới hạn cực hạn của móng cọc cần phù hợp với điều 7.5.1 của tiêu chuẩn này.

8.6.2 Sức chịu tải

8.6.2.1 Cọc đơn

Tiêu chuẩn này cung cấp một số phương pháp thay thế để xác định sức kháng nén cực hạn của cọc đơn, bao gồm các phương pháp dựa trên:

- Thí nghiệm thử tải tĩnh cho cọc;

- Kết quả thí nghiệm nền đất;

- Thí nghiệm thử động;

- Các công thức đóng cọc; và

- Phân tích phương trình sóng.

1) Giá trị thiết kế của sức kháng nén cực hạn của cọc đơn (R_c,d) nên được xác minh theo quy trình thay thế, cụ thể là:

Trong đó:

R_b,k: giá trị đặc trưng của sức kháng mũi cực hạn (tính toán) của cọc;

R_s,k: giá trị đặc trưng của sức kháng thân cực hạn (tính toán) của cọc;

γ_b và γ_s các hệ số thành phần đã cho trong điều A.3.3.2 của Phụ lục A, các giá trị này phụ thuộc vào mức độ thí nghiệm cọc để chứng minh cho việc tính sức kháng.

2) Sức kháng nén địa kỹ thuật cực hạn của cọc đơn có thể được xác định khi sử dụng chỉ một mình tiếp cận thiết kế đã nêu ở điều 4.7.3, 4) với Tổ hợp 2, do các giá trị các hệ số thành phần γ_b và γ_s đã cho trong điều A.3.3.2 của Phụ lục A tiếp cận thiết kế với Tổ hợp 1 không thể khống chế thiết kế.

3) Lực nén thiết kế (F_c,d) đặt trên cọc đơn tại trạng thái giới hạn cực hạn của nó được tính theo:

Trong đó:

P_c,k,i: lực nén đặc trưng thứ i đặt lên cọc của kết cấu;

W_k: tự trọng đặc trưng của cọc;

P_dd,k: lực nén đặc trưng bổ sung do lực kéo xuống đã cho trong biểu thức (94);

ψ_i: hệ số tổ hợp tương ứng đối với lực thứ i;

γ_F,i: hệ số thành phần tương ứng trên tác động đối với lực thứ i;

γ_G: hệ số thành phần trên các tải trọng thường xuyên.

4) Lực nén đặc trưng bổ sung do lực kéo xuống (P_dd,k) chỉ nên được đưa vào biểu thức (106) khi chuyển vị đầu cọc tại trạng thái giới hạn cực hạn địa kỹ thuật nhỏ hơn so với độ lún mặt đất dự kiến. Trong trường hợp đó, sức chịu tải của cọc cũng nên được giảm tương ứng:

Trong đó:

R_s,dd,k: sức kháng thân đặc trưng của cọc khi chịu lực kéo xuống đã cho trong biểu thức (95); và các ký hiệu khác đã định nghĩa trong biểu thức (105).

5) Phương pháp được sử dụng để xác định trạng thái giới hạn cực hạn của cọc có thể dựa trên bất kỳ tiêu chí nào sau đây:

- Tải trọng cực hạn được đo tại một độ lún bằng 10% đường kính của cọc, khi khó xác định trạng thái giới hạn cực hạn từ đường cong tải trọng lún;

- Tiêu chí Chin [14], khi giả sử một đường cong tải trọng - độ lún hyperbol; hoặc

- Phương pháp của Fleming [15], giả định các đường cong hyperbol tải trọng - độ lún riêng cho thân và mũi và độ co ngắn đàn hồi của cọc;

- Giới hạn đặt ban đầu của Davisson [16];

- Phương pháp độ dốc và tiếp tuyến của Butler và Hoy [17].

8.6.2.2 Nhóm cọc

Khi mũi cọc có độ bền kết cấu đủ để phân phối lại các tải trọng trục trên nhóm, việc huy động toàn bộ lực kháng địa kỹ thuật của một cọc có thể xảy ra trong một nhóm lớn cọc (gồm 5 cọc trở lên) mà nhóm cọc không đạt tới trạng thái giới hạn cực hạn.

1) Sức kháng nén của nhóm cọc cần được xác minh khi giả định các cọc đơn và nền đất giữa chúng đóng vai trò như một khối.

2) Trường hợp một hàng cọc được sử dụng để tạo thành một tường chắn, cần chú ý đặc biệt đến khả năng phá hoại của hàng đó khi tường chắn chịu tải trọng đứng đáng kể.

3) Giá trị thiết kế của sức kháng nén cực hạn của nhóm cọc (R_{group, c, d}) cần được tính toán từ:

Trong đó:

R_sum,c,d: tổng của sức kháng nén cực hạn của tất cả các cọc đơn;

R_block,c,d: sức kháng nén cực hạn của khối bao trọn nhóm cọc;

R_row,c,d: sức kháng nén cực hạn của hàng cọc bên trong khối đó.

4) Giá trị thiết kế của sức kháng nén cực hạn của một nhóm lớn cọc chịu các tải trọng ngang và/hoặc mô men lớn có thể được tính theo:

CHÚ THÍCH: Với mục đích của điều khoản này, một nhóm cọc được coi là “lớn” nếu nó bao gồm năm cọc trở lên và có một đài cọc mà có thể phân phối lại tải trọng dọc trục trong nhóm.

5) Tổng các sức kháng nén cực hạn của cọc đơn (R_sum,c,d) cần được tính từ:

Trong đó:

(R_c,d)_j: giá trị thiết kế của sức kháng nén cực hạn của cọc thứ j;

n: tổng số các cọc trong nhóm.

6) Trong đất hạt thô, giá trị thiết kế của sức kháng nén cực hạn của khối mà bao trọn nhóm cọc (R_block,c,d) có thể tính từ:

Trong đó:

K₀: hệ số áp lực đất khi tĩnh;

: ứng suất đứng trung bình hữu hiệu trên phía cạnh bên của khối, (kPa);

φ: góc sức kháng cắt của đất, (°);

A_s: tổng diện tích mặt bên của khối (ví dụ: chu vi khối x chiều dài cọc), (m²);

S_block: một yếu tố hình dạng được chọn theo 7.4.1.2 của tiêu chuẩn này;

N_q: hệ số sức chịu tải được chọn theo 7.4.1.2 của tiêu chuẩn này;

σ’_v,b: ứng suất đứng hữu hiệu tại đáy khối, (kPa); và

A_b: tổng diện tích đáy của khối (nghĩa là chiều rộng x cạnh bên của khối), (m²).

7) Trong đất hạt mịn, giá trị thiết kế của sức kháng nén cực hạn của khối bao quanh nhóm cọc (R_block,c,d) có thể được tính từ:

Trong đó:

: cường độ chịu cắt không thoát nước thiết kế trung bình của đất trên cạnh bên của khối, (kPa);

A_s: tổng diện tích cạnh bên của khối (nghĩa là chu vi của khối x chiều dài cọc), (m²);

S_block: hệ số hình dạng chọn theo 7.4.1.3 của tiêu chuẩn này;

N_c: hệ số chịu tải chọn theo 7.4.1.3 của tiêu chuẩn này;

c_u,b,d: cường độ chịu cắt không thoát nước thiết kế của đất tại đáy khối, (kPa);

A_b: tổng diện tích đáy của khối (nghĩa là chiều rộng x cạnh bên khối), (m²).

CHÚ THÍCH 1: Giá trị thiết kế của sức kháng nén cực hạn của một hàng cọc trong khối (R_row,c,d) có thể được tính theo cách tương tự với toàn bộ khối, điều chỉnh A_s và A_b cho phù hợp.

CHÚ THÍCH 2: Trừ khi khoảng cách giữa các hàng thay đổi hoặc tác động từ các lực ngang hoặc các mô men lớn so với tác động từ các lực đứng, sức kháng nén của một hàng cọc thường không thể khống chế thiết kế và do đó có thể bỏ qua.

8.6.3 Sức kháng kéo/nhổ

8.6.3.1 Cọc đơn

Tiêu chuẩn này cung cấp hai phương pháp thay thế để kiểm tra sức kháng kéo cực hạn của cọc đơn, bao gồm các phương pháp dựa trên:

- Thí nghiệm thử tải tĩnh cho cọc;

- Kết quả thí nghiệm nền đất.

1) Giá trị thiết kế của sức kháng chịu kéo cực hạn của cọc đơn (R_{t, d}) được xác minh theo quy trình thay thế, cụ thể là:

Trong đó:

R_t,k: giá trị đặc trưng của sức kháng chịu kéo cực hạn tính toán của cọc;

R_s,k: giá trị đặc trưng của sức kháng thân cực hạn tính toán của cọc;

γ_s,t: hệ số thành phần đã cho trong điều A.3.3.2 của Phụ lục A, phụ thuộc vào mức độ thí nghiệm cọc đã thực hiện để chứng minh cho tính toán sức kháng.

2) Sức kháng chịu kéo cực hạn của cọc đơn có thể xác minh khi sử dụng chỉ một mình Tiếp cận thiết kế đã nêu ở điều 4.7.3, 4) với Tổ hợp 2, do các giá trị các hệ số thành phần γ_s,t đã cho trong điều A.3.3.2 của Phụ lục A do Tiếp cận thiết kế với Tổ hợp 1 không thể khống chế thiết kế.

8.6.3.2 Nhóm cọc

1) Sức kháng chịu kéo của một nhóm cọc nên được xác minh khi giả thiết các cọc đơn và đất nền giữa chúng tác động như một khối.

2) Giá trị thiết kế của sức kháng chịu kéo cực hạn của nhóm cọc (R_group,t,d) được tính từ:

Trong đó:

R_sum,t,d: tổng các sức kháng chịu kéo cực hạn của tất cả các cọc đơn;

R_block,t,d: sức kháng chịu kéo cực hạn của khối mà bao trọn nhóm cọc;

R_row,t,d: sức kháng chịu kéo cực hạn của hàng cọc bên trong khối đó.

3) Tổng các sức kháng chịu kéo cực hạn của các cọc đơn (R_sum,t,d) được tính từ:

Trong đó:

(R_t,d)_j: giá trị thiết kế của sức kháng chịu kéo cực hạn của cọc j;

n: tổng số cọc trong nhóm.

4) Trong đất hạt thô, giá trị thiết kế của sức kháng chịu kéo cực hạn của khối mà bao trọn nhóm cọc (R_block,t,d) có thể tính từ:

Trong đó:

K₀: hệ số áp lực đất khi tĩnh;

: ứng suất đứng trung bình hữu hiệu trên phía bên của khối, (kPa);

φ: góc sức kháng cắt của đất, (°);

A_s: tổng diện tích mặt bên của khối (ví dụ: chu vi khối x chiều dài cọc), (m²);

S_block: một hệ số hình dạng được chọn theo 7.4.1.2 của tiêu chuẩn này.

5) Trong đất hạt mịn, giá trị thiết kế của sức kháng chịu kéo cực hạn của khối mà bao trọn nhóm cọc (R_block,t,d) có thể tính từ:

Trong đó:

: cường độ chịu cắt không thoát nước thiết kế trung bình của đất trên cạnh bên của khối, (kPa);

A_s: tổng diện tích cạnh bên của khối (nghĩa là chu vi khối x chiều dài cọc), (m²);

S_block: hệ số hình dạng chọn theo 7.4.1.3 của tiêu chuẩn này.

6) Giá trị thiết kế của sức kháng chịu kéo cực hạn của một hàng cọc trong khối (R_{row, t, d}) có thể được tính theo cách tương tự như với toàn bộ khối, điều chỉnh A_s cho phù hợp.

CHÚ THÍCH: Trừ khi khoảng cách giữa các hàng biến đổi hoặc tác động từ các lực ngang hoặc các mô men lớn so tương đối với tác động từ các lực đứng, sức kháng chịu kéo của một hàng cọc có thể bỏ qua vì nó thường không thể khống chế thiết kế.

8.6.3.3 Sức chịu tải ngang

- Giá trị thiết kế của sức chịu tải ngang cực hạn của cọc đơn (R_tr,d) được tính toán từ:

Trong đó:

φ_d: góc sức kháng cắt thiết kế của đất;

γ_d: trọng lượng đơn vị thiết kế của đất;

c_u,d: cường độ chịu cắt không thoát nước thiết kế của đất;

M_Rd: sức kháng chịu uốn cực hạn thiết kế của cọc; và các ký hiệu khác đã được định nghĩa trong biểu thức (103).

- Giá trị thiết kế của các thông số nền đất sử dụng trong biểu thức (118) phải phù hợp với điều 4.6.2, với các hệ số thành phần γ_cu, γ_φ, và γ_γ như đã quy định trong điều A.3.2 của Phụ lục A cho Tiếp cận thiết kế đã nêu ở điều 4.7.3, 4) của tiêu chuẩn này với các Tổ hợp 1 và 2.

- Ảnh hưởng của dịch chuyển đất đối với sức chịu tải ngang của cọc đơn cần được xem xét.

8.7 Trạng thái giới hạn khả năng sử dụng

8.7.1 Quy định chung

1) Các trạng thái giới hạn khả năng sử dụng cần được xác minh theo điều 4.8, 1) của tiêu chuẩn này, bằng đảm bảo:

Trong đó:

E_d: các ảnh hưởng thiết kế của các tác động đã quy định trong tiêu chí sử dụng;

C_d: giá trị giới hạn của tiêu chí sử dụng liên quan.

2) Khi thích hợp, cần dự trữ đối với sự co ngắn đàn hồi của thân cọc chịu tải trọng dọc trục.

8.7.2 Các cọc đơn

1) Để giữ độ lún ở mức tối thiểu, giới hạn tải trọng đại diện trên một cọc ma sát ở sức kháng thân đặc trưng của nó (do đó giảm sức kháng mũi của nó). Tiêu chí sử dụng có liên quan C_d trong biểu thức (119) là sức kháng thân của cọc được tính toán cho các điều kiện trạng thái giới hạn cực hạn.

2) Độ lún móng cọc có thể được xác minh bằng cách đáp ứng các tiêu chí về sử dụng sau:

Trong đó:

F_c,rep: giá trị đại diện của lực nén tác dụng trên cọc trong trạng thái giới hạn khả năng sử dụng của nó;

R_s,k: giá trị đặc trưng của sức kháng thân cực hạn của cọc;

γ_s,SLS: hệ số thành phần của sức kháng thân trong trạng thái giới hạn khả năng sử dụng.

CHÚ THÍCH: Ký hiệu γ_s,SLS đưa vào đây để tránh nhầm với giá trị γ_s sử dụng trong các điều kiện trạng thái giới hạn cực hạn.

3) Giá trị γ_s,SLS lấy nhỏ nhất là 1,2.

CHÚ THÍCH 1: Với γ_s,SLS ≥ 1,0, độ lún của cọc đơn có thể bị giới hạn dưới 3% đường kính của nó, D; với γ_s,SLS ≥ 1,2, độ lún có thể bị giới hạn dưới 1,5% D.

CHÚ THÍCH 2: Sử dụng biểu thức (120) có thể dẫn đến thiết kế không kinh tế khi:

- Trạng thái giới hạn khả năng sử dụng đã được xác minh bằng cách tính toán hoặc thí nghiệm tải trọng;

- Độ lún cọc không phải là mối quan tâm;

- Cọc được thi công bằng cách đóng vào nền đất có khả năng tốt; hoặc

- Độ cứng của đất nền dưới chân cọc đã được cải thiện đáng kể (ví dụ, bằng phun vữa đáy).

4) Giá trị thiết kế của lực nén tác động trên cọc đơn tại trạng thái giới hạn khả năng sử dụng của nó phải được tính từ biểu thức (106) với giá trị của các hệ số thành phần γ_F,i và γ_G thường được lấy là 1,0.

CHÚ THÍCH: Ký hiệu γ_s,SLS đưa vào đây để tránh nhầm với giá trị γ_s sử dụng trong các điều kiện trạng thái giới hạn cực hạn.

8.8 Thiết kế kết cấu

8.8.1 Quy định chung

1) Thiết kế kết cấu móng cọc phải phù hợp các điều khoản sau:

- Thiết kế kết cấu bê tông của móng phải phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 11820-3: 2019 và các tiêu chuẩn liên quan khác.

- Thiết kế kết cấu thép của móng phải phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 11820-3: 2019 và các tiêu chuẩn liên quan khác.

Thiết kế kết cấu của cọc đơn nên xem xét:

- Sức kháng chịu nén và kéo của thân cọc;

- Sức kháng cắt của thân cọc;

- Sức kháng chịu uốn của thân cọc;

- Sức kháng chịu xoắn của thân cọc;

- Sức kháng uốn dọc của thân cọc, đặc biệt là trong trường hợp không có sự cản trở thành bên từ nền đất, ví dụ nếu một khoảng trống mở ra xung quanh cọc trong quá trình thi công (được gọi là “tạo hố trước”);

- Làm suy yếu vật liệu cọc do ăn mòn hoặc các dạng xuống cấp khác;

- Liên kết của cọc với mũ cọc hoặc sàn;

- Đầu cọc bị loe;

- Các tổ hợp tải trọng dọc trục và mô men;

- Chiều rộng vết nứt bê tông.

2) Với mục đích thiết kế kết cấu của nó, giá trị thiết kế của lực nén tác dụng cho cọc đơn ở trạng thái giới hạn cực hạn phải được tính toán từ biểu thức (101).

3) Có thể xem xét khả năng tải trọng với một mức độ lệch tâm nào đó trên nền móng chỉ bao gồm một hoặc hai cọc. Các cọc cần được thiết kế để chống lại sự uốn mà sảy ra hoặc mũi cọc phải hạn chế có hiệu quả các dịch chuyển ngang hoặc quay. Các hạn chế này và tiết diện cọc hoặc cả hai nên đủ để chống lại những mô men do tải trọng lệch tâm hoặc các nguyên nhân khác.

8.8.2 Cọc khoan nhồi

Thiết kế kết cấu của cọc khoan nhồi phải phù hợp với TCVN 9395:2012.

8.8.3 Cọc chế tạo sẵn

1) Cọc bê tông đúc sẵn

Thiết kế kết cấu của cọc bê tông đúc sẵn thường thường được điều chỉnh bởi các ứng suất xảy ra trong quá trình xử lý (nâng, xếp và vận chuyển) và đóng/hạ vào nền đất.

- Cọc bê tông đúc sẵn phải được thiết kế để chịu được các ứng suất xảy ra trong quá trình xử lý (nâng, xếp và vận chuyển) và đóng/hạ vào nền đất.

- Các điểm cẩu nâng cần được đánh dấu rõ ràng trên tất cả các cọc bê tông đúc sẵn.

2) Cọc thép chịu lực

- Thiết kế kết cấu của cọc thép chịu lực thường được điều chỉnh bởi các ứng suất xảy ra trong quá trình đóng/hạ vào nền đất.

- Cọc thép chịu lực nên được thiết kế để chịu được các ứng suất xảy ra trong quá trình xử lý (nâng, xếp và vận chuyển) và đóng/hạ vào nền đất.

9 Phá hoại do thủy lực

9.1 Quy định chung

1) Các điều khoản của phần này áp dụng cho phá hoại nền đất do áp lực nước lỗ rỗng hoặc thấm nước lỗ rỗng khi cần kiểm tra: Phá hoại do trồi nền.

CHÚ THÍCH 1: Phá hoại do trồi nền xảy ra khi lực thấm hướng lên trên chống lại trọng lượng của đất, làm giảm ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng đến 0. Các hạt đất khi đó bị đẩy lên do dòng nước chảy theo phương thẳng đứng và sự phá hoại xảy ra (hiện tượng nước sủi).

CHÚ THÍCH 2: Các điều kiện phá hoại nền do thủy lực có thể được biển diễn dưới dạng của ứng suất tổng và áp lực nước lỗ rỗng hoặc ứng suất hữu hiệu và gradient thủy lực. Đối với phá hoại do trồi nền, cả ứng suất tổng và ứng suất hữu hiệu được áp dụng.

2) Việc xác định gradient thủy lực, áp lực nước lỗ rỗng hoặc lực thấm cần xét đến:

- Sự thay đổi tính thấm của đất theo thời gian và không gian;

- Thay đổi mực nước và áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian;

- Mọi thay đổi điều kiện biên (ví dụ như đào hố phía hạ lưu).

3) Cần chú ý sự phân lớp đất khác nhau có thể khác nhau đối với các cơ chế phá hoại khác nhau.

4) Khi trồi do thủy lực, xói dạng ống hoặc xói ngầm gây nguy hiểm đáng kể đến tính nguyên trạng của kết cấu địa kỹ thuật, phải sử dụng các biện pháp làm giảm gradient thủy lực.

9.2 Phá hoại do trồi nền

1) Phải kiểm tra sự ổn định của đất chống lại trồi nền thông qua biểu thức (9a) hoặc (9b) cho mỗi cột địa tầng liên quan. Biểu thức (9a) mô tả trạng thái ổn định dưới dạng áp lực nước lỗ rỗng và ứng suất tổng. Biểu thức (9b) mô tả trạng thái tương tự dưới dạng lực thấm và trọng lượng đẩy nổi. Ví dụ về tình huống phải kiểm tra trồi nền được nêu trong Hình 8. Các phương pháp kiểm tra chi tiết về sự ổn định do trồi nền được trình bày trong các kết cấu cụ thể.

CHÚ DẪN:

1 Cao độ hố đào (trái); mực nước tự do (mặt) (phải)

2 Nước

3 Cát

Hình 8 - Ví dụ về tình huống có nguy cơ trồi nền

2) Phải kể đến tất cả những điều kiện bất lợi khi xác định giá trị tiêu chuẩn của áp lực nước lỗ rỗng như:

- Các lớp đất mỏng có tính thấm thấp;

- Tác động không gian như hố đào chật hẹp, hình tròn hoặc hình chữ nhật dưới mực nước.

3) Biện pháp thông thường nhất được sử dụng để chống lại sự phá hoại do trồi nền là:

- Giảm áp lực nước dưới khối đất phải chịu trồi nền;

- Tăng trọng lượng để tạo lực giữ.

10 Ổn định tổng thể

10.1 Quy định chung

Tùy thuộc vào các điều kiện thiết kế tại vị trí xây dựng cụ thể, sử dụng phương pháp các hệ số thành phần được trình bày trong phần này hoặc phương pháp hệ số sức kháng và hệ số tải trọng được trình bày trong Phụ lục F để kiểm tra ổn định.

Các điều khoản trong chương này phải áp dụng với ổn định tổng thể và chuyển vị trong nền tự nhiên hay nhân tạo, xung quanh móng, kết cấu tường chắn, mái dốc tự nhiên, đê đập hoặc hồ đào.

Các điều khoản về ổn định tổng thể liên quan đến kết cấu đặc biệt cần tuân theo các yêu cầu riêng trình bày trong các kết cấu cụ thể.

10.2 Các trạng thái giới hạn

1) Toàn bộ các trạng thái giới hạn có thể xảy ra đối với mỗi loại nền đất phải được xem xét nhằm đảm bảo các yêu cầu cơ bản về ổn định, biến dạng giới hạn, tính thấm và các giới hạn về chuyển vị của kết cấu hoặc hệ thống kỹ thuật lân cận.

2) Một số trạng thái giới hạn có thể xảy ra được liệt kê dưới đây:

- Mất ổn định tổng thể của nền và các kết cấu có liên quan;

- Chuyển vị qua mức của nền do biến dạng cắt, lún, dao động hoặc trồi;

- Hư hỏng hoặc không đáp ứng điều kiện về sử dụng của các kết cấu lân cận, đường xá hoặc hệ thống kỹ thuật do chuyển vị của nền.

10.3 Tải trọng và các trường hợp thiết kế

1) Danh mục được liệt kê trong 4.2, 4) của tiêu chuẩn này cần được xét đến khi lựa chọn các tải trọng để tính toán các trạng thái giới hạn.

2) Ảnh hưởng trong các trường hợp dưới đây phải được kể đến trong tính toán khi cần thiết:

- Quá trình thi công;

- Mái dốc hoặc kết cấu mới bên trên hoặc bên cạnh vị trí cụ thể.

- Chuyển dịch trước đây của nền hoặc còn đang tiếp diễn do những nguyên nhân khác nhau:

- Dao động;

- Biến đổi khí hậu, bao gồm thay đổi nhiệt độ, hạn hán và mưa lớn;

- Thảm thực vật hoặc phát quang;

- Tác động cả con người hoặc động vật;

- Thay đổi hàm lượng nước hoặc áp lực nước lỗ rỗng;

- Tác động sóng.

3) Ở trạng thái giới hạn cực hạn, phải lựa chọn mực nước tự do (mặt) và mực nước ngầm thiết kế hoặc các tổ hợp của chúng từ số liệu về địa chất thủy văn sẵn có và khảo sát ngoài hiện trường để đưa ra các trạng thái bất lợi nhất có thể xảy ra trong trường hợp thiết kế đang được xem xét, phải đánh giá khả năng phá hoại của các hệ thống thoát nước, lọc hoặc cách nước.

4) Cần xem xét khả năng khi kênh hoặc hồ được tháo khô để bảo dưỡng, hoặc đập bị phá hoại. Đối với trạng thái giới hạn về điều kiện sử dụng ít khắt khê hơn, có thể sử dụng mục nước hoặc áp lực nước lỗ rỗng điển hình.

5) Với các mái dốc dọc theo cầu cảng, những điều kiện thủy lực bất lợi nhất là thấm ổn định khi mực nước ngầm cao nhất và hạ nhanh xuống mực nước tự do (mặt).

6) Phải kể đến phạm vi thấm không đẳng hướng và sự thay đổi của đất khi tính toán sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng thiết kế.

10.4 Những lưu ý về thiết kế và thi công

1) Phải kiểm tra ổn định tổng thể của khu vực xây dựng hoặc chuyển vị của nền tự nhiên hoặc nhân tạo, có xem xét những kinh nghiệm so sánh.

2) Phải xem xét ổn định tổng thể và chuyển vị của nền đỡ công trình đã có, kết cấu mới, mái dốc hoặc hố đào cần được xem xét.

3) Trường hợp tính ổn định của nền đất không thể kiểm tra rõ ràng trước khi thiết kế, nên quy định khảo sát bổ sung, quan trắc và phân tích theo 10.7 của tiêu chuẩn này.

4) Các kết cấu điển hình cần được thực hiện phân tích ổn định tổng thể là:

- Kết cấu tường chắn đất;

- Hố đào, mái dốc hoặc khối đắp;

- Móng trên nền dốc, mái dốc tự nhiên hoặc khối đắp.

- Móng ở gần hố đào, mái dốc, kết cấu chôn ngầm hoặc ven bờ.

CHÚ THÍCH: Các bài toán về ổn định hoặc chuyển vị từ biến xảy ra chủ yếu với đất hạt mịn có bề mặt dốc. Tuy nhiên, sự mất ổn định cũng có thể xảy ra ở đất chưa cố kết và đá nứt nẻ trên mái dốc khi góc nghiêng do xói mòn gần với góc kháng cắt. Chuyển vị gia tăng thường được thấy ở những nơi áp lực nước lỗ rỗng cao.

5) Nếu tính ổn định của khu vực xây dựng không thể kiểm tra rõ ràng hoặc chuyển vị được coi là không thể chấp nhận đối với địa điểm sẽ sử dụng thì địa điểm đó phải coi là không phù hợp nếu không có các biện pháp về ổn định.

6) Thiết kế phải bảo đảm cho tất cả các hoạt động xây dựng trong và trên vị trí xây dựng có thể được lập kế hoạch và thi công trong điều kiện coi như không thể xảy ra trạng thái giới hạn cực hạn hoặc về điều kiện sử dụng.

7) Bề mặt mái dốc chịu nguy cơ xói mòn tiềm tàng phải được bảo vệ nếu có yêu cầu nhằm đảm bảo duy trì độ an toàn.

8) Các mái dốc cần được phủ kín, trồng cỏ hoặc bảo vệ bằng biện pháp nhân tạo. Đối với mái dốc có cơ, có thể xem xét bố trí hệ thống thoát nước.

9) Quá trình thi công cần phải kể đến những tác động xa hơn mà có thể ảnh hưởng đến ổn định tổng thể hoặc độ lớn của chuyển vị.

10) Các mái dốc có thể không ổn định có thể được gia cường bằng cách:

- Phủ bằng bê tông có hoặc không có kết cấu neo;

- Chắn bằng rọ đá có lưới thép hoặc lồng vải địa kỹ thuật;

- Đinh đất;

- Thảm thực vật;

- Hệ thống thoát nước;

- Kết hợp các biện pháp trên.

10.5 Thiết kế trạng thái giới hạn cực hạn

1) Ổn định tổng thể của mái dốc bao gồm các kết cấu hiện có, chịu ảnh hưởng hoặc có kế hoạch xây dựng phải được kiểm tra theo trạng thái giới hạn cực hạn (GEO và STR) với các giá trị thiết kế của tải trọng, sức kháng và cường độ, trong đó các hệ số thành phần được định nghĩa trong điều A.3.1, A.3.2 và A.3.3.5 của Phụ lục A.

CHÚ THÍCH: Các giá trị của hệ số thành phần có thể được quy định trong Phụ lục A.

2) Tất cả các dạng phá hoại có liên quan phải được kể đến trong phân tích ổn định tổng thể của nền, đất hoặc đá.

3) Cần xem xét những điểm dưới đây khi lựa chọn phương pháp tính toán:

- Sự phân chia địa tầng;

- Sự tồn tại và độ dốc của các đứt đoạn;

- Thấm và sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng;

- Tính ổn định ngắn hạn và dài hạn;

- Biến dạng từ biến do cắt;

- Dạng phá hoại (mặt tròn hoặc không tròn, lật, dòng bùn);

- Sử dụng các phương pháp số.

4) Khối đất hoặc đá trong phạm vi mặt phá hoại thông thường được xử lý như một vật cứng hoặc các vật cứng chuyển động đồng thời. Các mặt phá hoại hoặc mặt tiếp xúc giữa các miếng cứng có thể đa dạng như mặt phẳng, tròn và những dạng phức tạp hơn. Một cách khác, tính ổn định có thể được kiểm tra bằng sự phân tích giới hạn hoặc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn.

5) Mặt phá hoại hình tròn thường giả thiết khi nền hoặc vật liệu nền đắp tương đối đồng nhất và đẳng hướng.

6) Đối với mái dốc trên đất phần lớp với sự thay đổi đáng kể của cường độ chịu cắt, cần chú ý đặc biệt đến các lớp có độ bền thấp hơn. Điều này có thể dẫn đến yêu cầu phân tích mặt trượt gãy khúc.

7) Đối với các vật liệu ghép nổi, bao gồm đá cứng và đất phân lớp hoặc đất nứt nẻ, hình dạng của mặt phá hoại bị chi phối từng phần hoặc toàn bộ bởi tính không liên tục. Phân tích nêm 3 chiều thường được thực hiện trong trường hợp này.

8) Với các mái dốc trước kia đã trượt, tiềm năng trượt tiếp cần được phân tích với các mặt phá hoại hình tròn cũng như không phải hình tròn. Hệ số thành phần thường dược sử dụng cho phân tích ổn định tổng thể có thể không thích hợp với điều kiện này.

9) Nên xem xét sử dụng mặt phá hoại 3 chiều nếu không thể giả thiết mặt phá hoại 2 chiều.

10) Phân tích mái dốc cần kiểm tra mô men tổng thể và ổn định theo phương thẳng đứng của khối trượt. Nếu sử dụng phương pháp các mảnh và sự cân bằng theo phương ngang không được kiểm tra, nên giả thiết lực giữa các mảnh theo phương nằm ngang.

11) Trong trường hợp sự phá hoại kết hợp của các phần tử kết cấu và nền đất xảy ra, phải phân tích tương tác nền- kết cấu bằng cách xem xét sự khác nhau về độ cứng tương đối của các phần tử đó. Các trường hợp đó bao gồm mặt phá hoại cắt qua các phần tử kết cấu như cọc và tường mềm.

12) Vì sự phân biệt giữa tải trọng trọng lực thuận lợi và bất lợi không thể thực hiện được khi xác định mặt trượt bất lợi nhất, cần xem xét sự không chắc chắn về trọng lượng đơn vị của đất bằng cách áp dụng các giá trị đặc trưng ở cận trên và dưới.

13) Thiết kế phải chứng tỏ biến dạng của nền dưới các tác động thiết kế do từ biến hoặc lún ở khu vực sẽ không gây ra nguy hiểm quá mức đến kết cấu hoặc hạ tầng đặt bên trên, ở bên trong hoặc bên cạnh nền đó.

10.6 Thiết kế trạng thái giới hạn điều kiện sử dụng

1) Thiết kế phải đảm bảo cho biến dạng của nền sẽ không đạt tới trạng thái giới hạn điều kiện sử dụng trong kết cấu và các hạ tầng kỹ thuật nằm bên trên hoặc bên cạnh nền đó.

2) Xem xét độ lún của nền do các nguyên nhân sau đây:

- Thay đổi điều kiện nước ngầm và áp lực nước lỗ rỗng tương ứng;

- Từ biến dài hạn dưới các điều kiện thoát nước;

- Mất thể tích ở lớp hòa tan dưới sâu;

3) Do phương pháp phân tích và phương pháp số hiện tại thường xuyên không đưa ra những dự báo đáng tin cậy về biến dạng của mái dốc tự nhiên, việc đạt tới trạng thái giới hạn điều kiện sử dụng được tránh bằng một trong các phương pháp sau đây:

- Hạn chế sức kháng cắt được huy động;

- Quan trắc chuyển vị và quy định các hoạt động làm giảm hoặc ngăn ngừa chuyển vị nếu cần thiết.

10.7 Quan trắc

1) Nền phải được quan trắc bằng các thiết bị thích hợp nếu:

- Không thể chứng tỏ đủ chắc chắn bằng tính toán hoặc bằng phương pháp quy định rằng sẽ không xảy ra trạng thái giới hạn nêu trong điều 10.2 của tiêu chuẩn này;

- Những giả thiết trong tính toán không dựa trên những số liệu tin cậy.

2) Lập kế hoạch quan trắc để cung cấp số liệu về:

- Mực nước ngầm hoặc áp lực nước lỗ rỗng trong nền, qua đó có thể thực hiện phân tích hoặc kiểm tra ứng suất hữu hiệu;

- Chuyển dịch của đất theo phương thẳng đứng và phương nằm ngang nhằm dự báo diễn biến của biến dạng;

- Độ sâu và hình dạng của mặt chuyển động khi trượt phát triển để đưa ra các thông số độ bền của nền phục vụ cho thiết kế sửa chữa;

- Tốc độ chuyển dịch để đưa ra những cảnh báo nguy hiểm sắp xảy ra trong trường hợp như vậy thiết bị khí cụ đo kỹ thuật số điều khiển từ xa hoặc hệ thống báo động từ xa có thể phù hợp.

Phụ lục A

(Quy định)

Cách tiếp cận thiết kế và giá trị các hệ số thành phần, hệ số tương quan và hệ số mô hình đối với các trạng thái giới hạn cực hạn

A.1 Các thông số được xác định trong tiêu chuẩn này

A.1.1 Phạm vi

Phụ lục này cung cấp:

a) Các hệ số thành phần tải trọng địa kỹ thuật (γ_F) hoặc các ảnh hưởng của tải trọng địa kỹ thuật (γ_E) đối với các trạng thái giới hạn cực hạn trong các trường hợp thiết kế dài hạn và ngắn hạn;

b) Các hệ số thành phần của thông số nền đất (γ_M) đối với các trạng thái giới hạn cực hạn trong các trường hợp thiết kế dài hạn và ngắn hạn;

c) Các hệ số thành phần sức kháng (γ_R) đối với các trạng thái giới hạn cực hạn trong các trường hợp thiết kế dài hạn và ngắn hạn;

d) Các hệ số tương quan (ξ) đối với móng cọc trong tất cả các trường hợp thiết kế;

e) Kiến nghị về việc sử dụng các hệ số mô hình.

A.1.2 Cách tiếp cận thiết kế được sử dụng trong tiêu chuẩn

Cách tiếp cận thiết kế đã nêu trong điều 4.7.3 của tiêu chuẩn này, được sử dụng cùng với Phụ lục này đối với các trạng thái giới hạn STR và GEO. Khi áp dụng cách tiếp cận thiết kế đó, có thể tìm được sức kháng thiết kế cho cả Tổ hợp 1 và Tổ hợp 2 bằng cách sử dụng biểu thức (7c). Có thể sử dụng các biểu thức (7a) và (7b) là dạng đơn giản hóa của biểu thức (7c) tương ứng đối với trường hợp γ_R = 1 và γ_M = 1. Trong kiểm tra kháng trượt, biểu thức (60) và/hoặc (62) nên được sử dụng cho cả Tổ hợp 1 và Tổ hợp 2. Các biểu thức (60) và/hoặc (62) là dạng đơn giản hóa của các biểu thức đầy đủ để tính sức kháng trượt đối với trường hợp γ_R;h = 1.

A.1.3 Nguyên tắc “nguồn đơn”

Các hệ số thành phần được xác định cho các tải trọng thường xuyên trong Phụ lục này được thiết lập phù hợp với nguyên tắc hệ số thành phần đơn có thể áp dụng cho các tải trọng thường xuyên phát sinh từ một nguồn duy nhất cho các trạng thái giới hạn STR và GEO (xem Chú thích của điều 4.2, 9) của tiêu chuẩn này).

A.2 Các hệ số thành phần để kiểm tra trạng thái giới hạn cân bằng (EQU)

A.2.1 Các hệ số thành phần tải trọng (γ_F)

Để kiểm tra trạng thái giới hạn cân bằng (EQU), các giá trị hệ số thành phần tải trọng γ_F được lấy trong Bảng 1 của TCVN 11820-2: 2017. Các ký hiệu γ_G;sup và γ_G;inf trong TCVN 11820-2: 2017 tương đương với γ_G;dst và γ_G;stb trong tiêu chuẩn này.

Có thể xảy ra trường hợp mất ổn định lật của kết cấu mà sức kháng của nền đất không bị vượt quá, các hệ số thành phần được quy định trong TCVN 11820-2: 2017 có thể suy ra một hệ số tổng thể về an toàn khi lật thấp hơn số liệu đã thu thập được trong thực tế.

Trong những trường hợp như vậy, khuyến nghị nên cân nhắc việc sử dụng các hệ số thành phần cao hơn.

Các hệ số thành phần được quy định trong TCVN 11820-2: 2017 có thể không phù hợp với trọng lượng của nước, áp lực nước ngầm và các tác động khác phụ thuộc vào mực nước, xem điều 4.7.3, 2), (2). Giá trị thiết kế của các tải trọng đó có thể được đánh giá trực tiếp theo điều 4.6.1, 2) và 4.6.1, 6). Ngoài ra, có thể áp dụng dự trữ an toàn cho mực nước đặc trưng, xem điều 4.6.1, 8) của tiêu chuẩn này.

Các tác động được liệt kê trong điều 4.2 của tiêu chuẩn này mà không có giá trị nào thiết lập trong TCVN 11820-1:2017 và TCVN 11820-2:2017 có thể chỉ định cho một dự án cụ thể. Các giá trị của tác động này và các hệ số thành phần của chúng và các hệ số tổ hợp nên được thỏa thuận với chủ đầu tư và các cơ quan có liên quan.

A.2.2 Các hệ số thành phần của thông số nền đất (γ_M) và các sức kháng địa kỹ thuật khác

Để kiểm tra trạng thái giới hạn cân bằng (EQU), các giá trị hệ số thành phần của thông số nền đất nên lấy theo Bảng A.1.

Bảng A.1 - Các hệ số thành phần của thông số nền đất (γ_M) đối với trạng thái giới hạn cân bằng (EQU)

Để kiểm tra trạng thái giới hạn cân bằng EQU, các giá trị hệ số thành phần của sức kháng địa kỹ thuật như sức chịu tải của cọc, có thể lấy bằng căn bậc hai của các giá trị đối với STR và GEO đã cho trong các Bảng A.4, A.7 và A.8 dưới đây.

A.3 Các hệ số thành phần để kiểm tra trạng thái giới hạn kết cấu (STR) và địa kỹ thuật (GEO)

A.3.1 Các hệ số thành phần tải trọng (γ_F) hay ảnh hưởng của các tải trọng (γ_E)

Các hệ số thành phần tải trọng (γ_F) hay ảnh hưởng của các tải trọng (γ_E) đối với trạng thái giới hạn kết cấu (STR) và địa kỹ thuật (GEO), bộ A1 và A2 được lấy trong Bảng 1 của TCVN 11820-2:2017.

Các hệ số thành phần được quy định trong TCVN 11820-2:2017 có thể không phù hợp với trọng lượng của nước, áp lực nước ngầm, các tác động khác phụ thuộc vào mực nước, xem điều 4.7.3, 2), (2). Giá trị thiết kế của các tải trọng như vậy có thể được đánh giá trực tiếp theo 4.6.1, 2) và 4.6.1, 6). Ngoài ra, một dự trữ an toàn có thể được áp dụng cho mực nước đặc trưng, xem 4.6.1, 8) của tiêu chuẩn này.

Các tải trọng được liệt kê trong 4.2 của tiêu chuẩn này mà không có giá trị cụ thể nào quy định trong TCVN 11820-2:2017 có thể chỉ định cho một dự án cụ thể. Các giá trị của tải trọng này và các hệ số thành phần và các hệ số tổ hợp nên được thỏa thuận với chủ đầu tư và các cơ quan liên quan.

A.3.2 Các hệ số thành phần của thông số nền đất (γ_M)

Để kiểm tra các trạng thái giới hạn kết cấu (STR) và địa kỹ thuật (GEO), các giá trị hệ số thành phần của thông số nền đất nên lấy theo Bảng A.2.

Bảng A.2 - Các giá trị hệ số thành phần của thông số nền đất (γ_M) đối với trạng thái giới hạn kết cấu STR và địa kỹ thuật GEO