- Phụ́i hợp đa ngành trong xõy dựng phát triển đụ thị theo quy hoạch được duyệt;
2. NỘI DUNG TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN THEO TIấU CHUẨN VIỆT NAM HIỆN HÀNH
CHUẨN VIỆT NAM HIỆN HÀNH
2.1. Phương phỏp luận thiết kế
Việc thiết kế cụng trỡnh cần thỏa món cỏc yếu tố kỹ thuật và kinh tế. Hai yếu tố này cú phần mõu thuẫn đối nghịch nhau. Khi độ an toàn cụng trỡnh cao cú thể chi phớ xõy dựng lớn kộo theo hiệu quả kinh tế thấp. Do đú, cần đưa ra độ an toàn hợp lý. Độ an toàn của cụng trỡnh thường được thể hiện qua cỏc hệ số an toàn, FS, trong việc phõn tớch và thiết kế. Hiện tại cú 2 phương phỏp luận chớnh được sử dụng trong thiết kế đú là:
1. Phương phỏp ứng suất cho phộp (Working Stress Design, Allowable Stress Design. Phương phỏp ứng suất cho phộp (ƯSCP) sử dụng hệ số an toàn tổng thể và ứng suất (nội lực) do tải trọng khụng kể tới hệ số tải trọng gõy ra (tải trọng tiờu chuẩn) cần nhỏ hơn ứng suất (sức chịu tải) cho phộp.
2. Phương phỏp Trạng thỏi giới hạn (Limit State Design). Phương phỏp này sử dụng cỏc hệ số an toàn riờng phần cho cỏc thụng số sử dụng trong tớnh toỏn. Trạng thỏi giới hạn (TTGH) được định nghĩa dưới nhiều dạng khỏc nhau tựy thuộc vào tiờu chuẩn của mỗi nước, mỗi tổ chức. Tuy nhiờn, chỳng tồn tại dưới hai dạng chớnh đú là “Trạng thỏi giới hạn về cường độ - trạng thỏi giới hạn 1” và “Trạng thỏi giới hạn sử dụng – trạng thỏi giới hạn 2”. Trị tớnh toỏn của tải trọng ở cỏc trạng thỏi giới hạn được xỏc định bằng cỏch nhõn trị tiờu chuẩn của tải trọng đú với cỏc hệ số an toàn tương ứng.
2.2. Tiờu chuẩn thiết kế và phương phỏp luận thiết kế
Trong ngành Xõy dựng, cỏc tớnh toỏn và quy trỡnh được lập khụng những dựa vào lý thuyết mà cần kinh nghiệm và thực tiễn. Trong khi lý thuyết thường tường minh rừ ràng, cũn về kinh nghiệm và thực tiễn cú nhiều sự thay đổi, khụng trựng nhau giữa kỹ sư này với kỹ sư khỏc, giữa nước này với nước khỏc… Do đú cần thiết lập ra tiờu chuẩn để thống nhất sự khỏc nhau đú.
Tiờu chuẩn là bộ cỏc quy tắc xỏc lập cỏch thức phõn tớch, tớnh toỏn trong quỏ trỡnh thiết kế. Mặt khỏc, tiờu chuẩn cũng đưa ra cỏc yờu cầu về an toàn và sử dụng cho cỏc cụng trỡnh mà cỏc thiết kế phải đạt được. Cỏc tiờu chuẩn được xõy dựng dựa trờn cỏc phương phỏp luận khỏc nhau sẽ cú sự khỏc nhau trong việc xỏc định tải trọng và sức khỏng.
Việc xõy dựng tiờu chuẩn là một cụng việc khú và phức tạp nờn trờn thế giới số cỏc quốc gia tự xõy dựng bộ tiờu chuẩn cho mỡnh khụng nhiều. Trong thiết kế Nền và Múng, Việt Nam thường ỏp dụng cỏc tiờu chuẩn gốc của cỏc nước tiờn tiến như SNip của Liờn Xụ (Nga) [5], AASHTO của hiệp hội đường cao tốc Mỹ [6], Eurocode 7 của liờn minh Chõu Âu [8].
Theo dũng thời gian, ban đầu phương phỏp thiết kế ƯSCP được ỏp dụng đầu tiờn do tớnh đơn giản và dễ ỏp dụng. Sau đú phương phỏp TTGH cú nhiều ưu điểm đó được nhiều nước sử dụng để thay thế cho Ứng suất cho phộp. Đan Mạch là nước đầu tiờn đưa TTGH vào tiờu chuẩn ỏp dụng cho kết cấu nền múng vào năm 1956. Ở Canada, TTGH được ỏp dụng cho cỏc kết cấu bờn trờn từ giữa những năm 1970 nhưng phải đến năm 1983, TTGH mới được ỏp dụng cho cỏc kết cấu địa kỹ thuật với tiờu chuẩn thiết kế cầu đường cao tốc Ontario.
TCXD 45-70 được ban hành ỏp dụng cho việc tớnh toỏn thiết kế nền nhà và cụng trỡnh ở Việt Nam. Sau đú, nú được thay thế bởi TCXD 45-78 [9] là bản dịch từ tiờu chuẩn của Liờn Xụ, SNiP II-15-74
[5] của Liờn Xụ trong đú lược bỏ cỏc vấn đề nền khụng phự hợp với
đặc điểm ở Việt Nam và tại thời điểm hiện tại là TCVN 9362:2012
“Tiờu chuẩn thiết kế nền nhà và cụng trỡnh” [1]. Tiờu chuẩn này thực chất là TCXD 45-78 được chuyển đổi vào năm 2012 để phự hợp với hệ thống tiờu chuẩn quốc gia TCVN. Hiện tại, ngoài TCVN 9362:2012 được sử dụng trong ngành dõn dụng và cụng nghiệp, TCVN 11823- 10:2017 [3] sử dụng trong ngành cầu cũng đề cập tới tớnh toỏn
múng nụng.
2.3. Tớnh toỏn sức chịu tải (SCT) của nền dưới múng nụng theo TCVN 9362:2012
Theo TCVN 9362:2012, việc tớnh toỏn, thiết kế nền theo cỏc trạng thỏi giới hạn được phõn tỏch riờng rẽ. Cụ thể, điều 4.1.3 đưa ra yờu cầu tớnh toỏn nền:
- Trạng thỏi giới hạn thứ nhất, giới hạn về ổn định và cường độ (SCT đất nền).
- Trạng thỏi giới hạn thứ hai, giới hạn về biến dạng.
Khi tớnh toỏn nền theo cỏc TTGH, tiờu chuẩn TCVN 9362:2012 đưa ra quy trỡnh xử lý số liệu địa chất để tỡm trị tớnh toỏn cỏc thụng số đặc trưng của đất cho cỏc TTGH. Trong mọi trường hợp, khi tớnh nền phải dựng trị tớnh toỏn cỏc đặc trưng của đất A, xỏc định theo cụng thức:
𝐴𝐴 ���đ�� (1)
trong đú:
- Atc là trị tiờu chuẩn của đặc trưng của đất;
- kđ là hệ số an toàn về đất. Giỏ trị của cỏc thụng số địa chất ở cỏc TTGH được tớnh với trị số xỏc suất tin cậy khỏc nhau.
Tớnh nền theo sức chịu tải phải xuất phỏt từ điều kiện:
� ����∅ (2)
trong đú:
- N là tải trọng tớnh toỏn theo trạng thỏi giới hạn 1 tỏc dụng lờn nền tuõn theo TCVN 2737:1995 [10]. Tải trọng xột đến ở đõy là thành phần thẳng đứng, khụng bao gồm moment, khi kiểm tra cụng thức sức chịu tải của nền. Phần tải trọng moment được kể đến trong khi tớnh giỏ trị của
là sức chịu tải của nền;
- ktc là hệ số độ tin cậy do cơ quan thiết kế quy định tựy theo tớnh chất quan trọng của nhà hoặc cụng trỡnh, ý nghĩa của nhà hoặc cụng trỡnh khi tận dụng hết sức chịu tải của nền, mức độ nghiờn cứu điều kiện đất đai và lấy khụng nhỏ hơn 1,2.
Sức chịu tải của nền khụng phải đỏ cứng đối với thành phần tải trọng thẳng đứng cho phộp xỏc định bằng cỏch dựng nghiệm giải tớch nếu nền gồm đất đồng nhất ở trạng thỏi ổn định và múng cú đỏy phẳng; cũn phụ tải ở cỏc phớa khỏc nhau của múng về trị số khụng khỏc nhau quỏ 25%.
∅ � 𝑏𝑏.� 𝑙𝑙.� �𝐴𝐴�.𝑏𝑏�.𝛾𝛾�� 𝐵𝐵�.ℎ.𝛾𝛾�
�� 𝐷𝐷�.𝑐𝑐�� (3)
- 𝑏𝑏�, 𝑙𝑙 � lần lượt là bề rộng và chiều dài tớnh đổi của múng xỏc
định theo:
𝑏𝑏� � 𝑏𝑏 �2𝑒𝑒� (4)
𝑙𝑙̅ � 𝑙𝑙 �2𝑒𝑒� (5)
- eb và el lần lượt là độ lệch tõm của điểm đặt hợp lực theo
hướng trục dọc và ngang của múng.
- AI, BI và DI là cỏc hệ số khụng thứ nguyờn xỏc định theo cỏc
cụng thức:
𝐴𝐴���.𝑖𝑖�.𝑛𝑛� (6)
𝐵𝐵���.𝑖𝑖�.𝑛𝑛� (7)
𝐷𝐷���.𝑖𝑖�.𝑛𝑛� (8)
- , q, c là cỏc hệ số sức chịu tải phụ thuộc vào trị tớnh toỏn
của gúc ma sỏt trong 1 của đất nền;
- i, iq, ic là cỏc hệ số ảnh hưởng gúc nghiờng của tải trọng, phụ
thuộc vào trị tớnh toỏn gúc ma sỏt trong của đất 1 và gúc nghiờng của hợp lực so với phương thẳng đứng trờn đỏy múng;
- n, nq, nc là cỏc hệ số ảnh hưởng của tỷ số cỏc cạnh đế múng
hỡnh chữ nhật;
- I, I’ là cỏc trị tớnh toỏn trọng lượng thể tớch của đất trong phạm
vi khối lăng trụ ở phớa dưới và phớa trờn đỏy múng.
- cI là trị tớnh toỏn lực dớnh đơn vị của đất nền; - h là chiều sõu đặt múng.
2.4. Tớnh toỏn SCT của nền dưới múng nụng theo TCVN 11823-10:2017
Nội dung TCVN 11823-10:2017 phỏt hành năm 2017 dựa vào tiờu chuẩn thiết kế cầu theo hệ số an toàn tải trọng và sức khỏng của AASHTO, Mỹ. Tuy ra đời sau và khi dịch cú thể đó được điều chỉnh cho “phự hợp với đặc điểm cụ thể ở Việt Nam”, một số từ vựng và cỏch sử dụng thuật ngữ cú khỏc so với TCVN 9362:2012.
Tiờu chuẩn TCVN 11823-10:2017 quy định khi thiết kế múng nụng cần theo hai trạng thỏi giới hạn cơ bản. Đỏng chỳ ý là điều kiện ổn định tổng thể được đưa vào trạng thỏi giới hạn sử dụng. Đõy là một trong những điểm khỏc biệt với TCVN 9362:2012.
a. Thiết kế theo điều kiện cường độ
Sức khỏng nộn cú triết giảm hệ số ở trạng thỏi giới hạn cuờng độ qR xỏc định như sau:
𝑞𝑞�� ��∗ 𝑞𝑞� (9)
trong đú:
- qn: Sức khỏng nộn danh định. Với trường hợp mực nước ngầm sõu, múng khụng chịu tải ngang, cụng thức xỏc định qn như sau:
𝑞𝑞��0.5𝑁𝑁��.𝐵𝐵.� � 𝑁𝑁��.𝑞𝑞 � 𝑁𝑁��.𝑐𝑐 (10) với Ni là cỏc hệ số (chi tiết xem ở mục 6.3 trong tiờu chuẩn), B là bề rộng múng, là dung trọng của đất dưới đỏy múng, q là phụ tải trờn đỏy múng, c là lực dớnh của nền đất. TCVN 11823-10:2017 khụng đưa ra việc xử lý cỏc thụng số đất để phục vụ tớnh toỏn theo trạng thỏi giới hạn, nờn giỏ trị của cỏc thụng số đất là giỏ trị danh định.
- φb: Hệ số triết giảm sức khỏng quy định ở Điều 5.5.2.2 của TCVN 11823-10:2017. Mức độ triết giảm ở đõy lấy khỏ lớn so với TCVN 9362:2012, thể hiện thụng qua giỏ trị của φb như trong bảng 1.
Bảng 1. Hệ số triết giảm sức khỏng của nền đất dưới múng nụng
(TCVN 11823-10:2017)
Phương phỏp/ loại đất/ tỡnh trạng Hệ số khỏng, φb
Phương phỏp lý thuyết, trong đất sột 0.50
Phương phỏp lý thuyết, trong cỏt, sử dụng CPT 0.50 Phương phỏp lý thuyết, trong cỏt, sử dụng SPT 0.45 Phương phỏp nửa thực nghiệm, tất cả cỏc loại đất 0.45
Múng trong đỏ 0.45
Thớ nghiệm bàn ộp 0.55
b. Kớch thước tớnh toỏn của múng
Cỏc tớnh toỏn được dựng với bề rộng cú hiệu của múng, cụ thể như sau:
𝐵𝐵� � 𝐵𝐵 �2𝑒𝑒� (11)
�� � � �2𝑒𝑒� (12)
trong đú:
- eB : Độ lệch tõm song song với kớch thước B (mm) - eL : Độ lệch tõm song song với kớch thước L (mm)
Mặc dự cỏch thức xỏc định tải trọng và kớch thước múng tương tự TCVN 9362:2012, cỏc hệ số trong cụng thức xỏc định SCT theo TCVN 11823-10:2017 được xỏc định khỏc với cỏch trong TCVN 9362:2012.