Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11823-10:2017 về Thiết kế cầu đường bộ - Phần 10: Nền móng

Thiết kế cầu đường bộ - Phần 10: Nền móng
Highway Bridge Design Specification - Part 10: Foundation
1 PHẠM VI ÁP DỤNG
Các điều khoản qui định của tiêu chuẩn này dùng để thiết kế móng nông, móng cọc đóng, móng cọc
khoan nhồi cũng như móng cọc siêu nhỏ cho công trình cầu. .
2 TÀI LIỆU VIỆN DẪN
Các tài liệu dưới đấy là rất cần thiết đối với việc áp dụng tiêu chuẩn này. Các tài liệu viện dẫn
được trích dẫn từ những vị trí thích hợp trong văn bản tiêu chuẩn và các ấn phẩm được liệt kê dưới
đây. Đối với các tài liệu có đề ngày tháng, những sửa đổi bổ xung sau ngày xuất bản chỉ được áp
dụng cho bộ Tiêu chuẩn này khi bộ Tiêu chuẩn này được sửa đổi, bổ xung. Đối với các tiêu chuẩn
không đề ngày tháng thì dùng phiên bản mới nhất.
- TCVN 2737:1995 Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế
- TCVN 4954:05 Đường ô tô- Yêu cầu thiết kế
- TCVN 5408:2007 Lớp phủ kẽm nhúng nóng trên bề mặt sản phẩm gang và thép- Yêu cầu
kỹ thuật và phương pháp thử
- TCVN 1651: 2008 – Thép cốt bê tông và lưới thép hàn
- TCVN 5664:2009 – Tiêu chuẩn quốc gia, Phân cấp kỹ thuật đường thủy nội địa
- TCVN 9386:2012- Thiết kế công trình chịu động đất
- TCVN 9392:2012- Thép cốt bê tông- Hàn hồ quang
- TCVN 9393: 2012- Cọc- Phương pháp thử nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc
trục
- TCVN 10307:2014- Kết cấu cầu thép – Yêu cầu kỹ thuật chung về chế tạo, lắp rấp và
nghiệm thu
- TCVN 10309:2014- Hàn cầu thép - Quy định kỹ thuật
- AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications (Tiêu chuẩn kỹ thuật thi công cầu
AASHTO)
- ASTM D3966 Standard Test Methods for Deep Foundations Under Lateral Load (Tiêu chuẩn
phương pháp thí nghiệm móng sâu chịu tải trọng ngang)
3 THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA
3.1 Cọc xiên (Batter Pile) - Cọc hoặc cọc siêu nhỏ có góc nghiêng so với phương thẳng đứng để
tạo ra sức kháng lực ngang cao hơn.
3.2 Cọc tựa (Bearing Pile) - Một cọc hoặc cọc siêu nhỏ mà hiệu quả của nó là chịu lực dọc trục
thông qua ma sát hay lực chống đầu cọc.
3.3 Trụ nạng chống (Bent)- Loại trụ bao gồm nhiều cột hoặc các cọc đỡ xà mũ đơn và trong một số
trường hợp có nối với giằng.
3.4 Xà mũ trụ nạng chống (Bent Cap) - Một bộ phận kết cấu phần dưới chịu uốn được đỡ bởi cột
hay cọc để chịu lực truyền từ kết cấu phần trên.
3.5 Chiều dài dính kết (Bond length)- chiều dài mà cọc siêu nhỏ dính kết được với đất và theo khái
niệm nó truyền lực tác dụng lên cọc vào môi trường đất hoặc đá xung quanh. Nó còn được hiểu là
chiều dài truyền tải trọng.
3.6 Trụ nạng chống thân cột (Column Bent) - Loại nạng chống dùng 2 hoặc nhiều cột để đỡ xà
mũ. Các cột có thể là cọc khoan hoặc là các bộ phận độc lập tựa trên các móng riêng biệt hoặc trên
các móng tổ hợp và có thể dùng các thanh neo tựa chịu lực ngang trên mặt đất.
3.7 Cọc liên hợp ma sát và lực chống (Combination Point Bearing and Friction Pile) - Cọc mà sức
kháng của nó do đóng góp của cả 2 thành phần sức kháng mũi cọc và lực ma sát thành bên ở thân
cọc ngập trong đất.
3.8 Móng tổ hợp (Combined Footing) - Là móng đỡ nhiều hơn một cột
3.9 CPT - Thí nghiệm xuyên tĩnh
3.10 CU - Cố kết không thoát nước.
3.11 Móng sâu (Deep Foundation) - Loại móng mà sức kháng của nó tạo thành bởi truyền lực
xuống đất hoặc đá dưới sâu bên dưới kết cấu thông qua sức kháng chịu ép ở đáy, lực dính, ma sát
hoặc cả hai.
3.12 DTM - Thí nghiệm bàn nén.
3.13 Móng cọc khoan (Drilled shaft) - Là loại móng mà toàn bộ hoặc một phần của nó chôn vào
trong đất bằng phương pháp thi công đổ bê tông trong lỗ khoan có hoặc không có cốt thép. Sức
kháng của móng nhờ vào đất xung quanh hoặc các lớp đất dưới đáy. Móng cọc khoan là chỉ chung
cho các loại giếng chìm, giếng chìm khoan, cọc khoan nhồi hoặc các loại trụ khoan nhồi.
3.14 Ứng suất có hiệu (Effective Stress) - ứng suất thuần tại các điểm tiếp xúc giữa các hạt đất, nó
được coi như tương đương bằng tổng ứng suất trừ đi áp lực nước lỗ rỗng.
3.15 ER - Hiệu năng của búa, biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm của năng lượng búa rơi tự do trong hệ
thống thiết bị búa dùng trong thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn.
3.16 Chiều dài không dính kết (Free (Unbonded) Length) - phần chiều dài của cọc siêu nhỏ được
thiết kế không dính kết với môi trường đất xung quanh hoặc với vữa bơm.
3.17 Cọc ma sát (Friction Pile) - Loại cọc mà sức kháng của nó huy động toàn bộ sức kháng của
đất ở thành bên phần cọc ngập trong đất.
3.18 GRMRS (Geomechanics Rock Mass Rating System) - Hệ thống phân loại để mô tả các tính
chất cơ lý của khối đá.
3.19 GSI (Geologic Strength Index)- Chỉ số cường độ địa chất
3.20 IGM (Intermediate Geomaterial) - Một loại địa vật liệu trung gian, mà chất liệu là trung gian giữa
đá và đất theo các yếu tố về cường độ và độ nén lún như là các loại đất còn lại (sau khi bị phong
hóa bào mòn), các tảng sét do băng hà hoặc là đá rất yếu.
3.21 Móng Rời (Isolated Footing) - Các phần chống đỡ riêng biệt cho một bộ phận của kết cấu phần
dưới.
3.22 Chiều dài của móng (Length of Foundation) - Kích thước mặt bằng lớn nhất của móng
3.23 Cọc siêu nhỏ (Micropile) - cọc khoan đường kính nhỏ và cọc đường kính nhỏ có bơm vữa
không chuyển vị (thông thường đường kính nhỏ hơn 300 mm) và thường có cốt thép.
3.24 OCR (Over Consolidation Ratio) - tỷ số quá cố kết là tỷ lệ giữa áp lực tiền cố kết với ứng suất
thẳng đứng có hiệu hiện thời.
3.25 Cọc (Pile) - Là một bộ phận mảnh của móng sâu được chôn một phần hoặc toàn bộ vào đất
bằng đóng, khoan, khoan xoắn, xói thủy lực hay các phương pháp khác để khả năng chịu tải của nó
có được nhờ ma sát đất xung quanh cọc hay sức chịu nén của đất ở chân cọc riêng rẽ hoặc kết hợp
cả hai thành phần.
3.26 Trụ cọc nạng chống (Pile Bent) - Là loại trụ nạng chống dùng cọc đóng hoặc loại cọc khác
làm cột chống đỡ xà mũ.
3.27 Mũi dẫn cọc (Pile Shoe) - Là đoạn kim loại gắn chặt vào mũi xuyên của cọc để bảo vệ cọc
không hư hại trong quá trình đóng cọc hoặc tạo cho cọc dễ dàng xuyên qua các lớp đất chặt.
3.28 Thẩm lậu (Piping) - Hiện tượng xói do thấm nước tạo ra các mạch mở trong đất để nước chảy
không kiểm soát được có thể gây sụp đổ công trình.
3.29 Sụt cọc (Plunging) - Hiện tượng gặp trong một số trường hợp thí nghiệm cọc khi không tăng
tải trọng nữa nhưng cọc tiếp tục lún.
3.30 PMT (Pressuremeter Test) - Thí nghiệm đo áp lực
3.31 Cọc chống (Point-Bearing Pile) - Toàn bộ khả năng chịu lực của cọc bắt nguồn từ khả năng
chịu lực nén của lớp đất dưới chân cọc.
3.32 Bơm vữa sau (Post Grouting) - Bơm vữa thêm vào trong phần dính kết của cọc siêu nhỏ sau
khi vữa bơm sơ cấp đã đông cứng. Cũng được hiểu là vữa bơm thứ cấp.
3.33 Vữa bơm sơ cấp (Primary Grout) - Vữa xi măng Pooc Lăng được bơm vào lỗ cọc siêu nhỏ
trước hoặc sau khi lắp đặt cốt cứng để truyền tải trọng từ cọc sang đất xung quanh cọc và ở mức độ
nhất định chống rỉ cho cọc siêu nhỏ.
3.34 Cốt cứng (Reinforcement) - thành phần thép trong cọc siêu nhỏ để chịu tải trọng của cọc.
3.35 RMR (Rock Quality Designation) - Phân loại đá khối
3.36 RQD (Rock Quality Designation) - Chỉ số chất lượng đá
3.37 Móng nông (Shallow Foundation) - Móng mà sự chiụ lực của nó thông qua việc truyền lực
trực tiếp lên đá hoặc đất ở mức nông.
3.38 Mặt trượt (Slickensides) - Mặt nhẵn phẳng có rãnh soi trong đất có sét hay đá do kết quả của
chuyển vị cắt đi qua mặt phẳng đó.
3.39 SPT (Standard Penetration Test) - Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn.
3.40 Tổng ứng suất (Total Stress) - Tổng ứng suất trong các hướng bất kỳ gây ra do đất và áp lực
nước.
3.41 UU (Unconsolidated Undrained) - thí nghiệm không cố kết không thoát nước
3.42 VST (Vane Shear Test) - Thí nghiệm cắt cánh
3.43 Bề rộng móng (Width of Foundation) - Kích thước nhỏ nhất trên mặt bằng của móng
4 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ĐẤT, ĐÁ
4.1 CÁC THÔNG TIN CẦN THIẾT
Phải phân tích các yêu cầu của dự án để xác định các loại và lượng thông tin cần phải thu thập khi
khảo sát địa chất. Các nội dung phân tích bao gồm:
• Định ra các yêu cầu thiết kế và thi công, ví dụ như cung cấp sự chênh lệch cao độ, tải trọng
từ kết cấu phần trên truyền xuống, móng đào khô và ảnh hưởng của nó tới các thông tin địa
chất cần thiết.
• Định ra các tiêu chí thực hiện, thí dụ giới hạn độ lún, các hạn chế chỉ giới của đường, sự gần
sát nhau của các kết cấu lân cận và các hạn chế về tiến độ.
• Chỉ ra các lĩnh vực địa chất cần quan tâm tại nơi xây dựng và các khả năng biến đổi địa chất
cục bộ.
• Xác định lĩnh vực thủy lực cần quan tâm, thí dụ nguy cơ lở hoặc các vùng xói.
• Trình tự và các giai đoạn thi công và tác động của nó tới các thông tin địa chất cần thiết.
• Phân tích kỹ thuật công trình sẽ được thực hiện ví dụ như khả năng chịu lực, lún, ổn định
tổng thể.
• Chỉ ra các đặc trưng kỹ thuật và các thông số cần thiết cho việc phân tích nêu trên.
• Chọn phương pháp để thu thập các thông số và đánh giá ưu nhược điểm của phương pháp
cho loại đất và các phương pháp xây dựng.
• Xác định số lượng mẫu thử cần thiết và vị trí lấy mẫu thích hợp cho chúng.
4.2 KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT
Khảo sát địa chất phải tiến hành để thu thập các thông tin cần thiết cho việc thiết kế và xây
dựng nền móng công trình. Việc mở rộng khảo sát địa chất phải dựa trên cơ sở sự thay đổi điều
kiện địa tầng, loại kết cấu mà có thể làm ảnh hưởng tới việc thiết kế hoặc thi công móng. Đề cương
khảo sát địa chất phải đủ nội dung để làm rõ bản chất và các loại địa tầng đất hoặc đá mà kết cấu
móng đi qua, đặc tính cơ lý của đất, đá, khả năng hóa lỏng và điều kiện nước ngầm. Chương trình
khảo sát phải đủ chi tiết để chỉ ra các vấn đề thuộc điều kiện địa tầng như sự hình thành hang, hầm
mỏ trong vùng, đất trồi, đất sụt hoặc vùng đất đắp hay vùng chứa rác v.v.
Công tác khoan phải đủ số lượng và chiều sâu để thiết lập được mặt cắt dọc và ngang của địa
tầng đủ tin cậy ở vùng quan tâm như vị trí đặt móng và vùng lân cận công tác làm đất và nghiên cứu
bất kỳ các tai biến địa chất vùng lân cận có thể ảnh hưởng tới công năng của kết cấu công trình.
Ở mức tối thiểu chương trình khảo sát và thí nghiệm phải nhận được các thông tin thích hợp để
phân tích sự ổn định và lún của kết cấu móng liên quan đến:
• Tình trạng hình thành địa tầng
• Vị trí và chiều dầy của các loại đất và đá
• Đặc tính cơ lý của các loại đất và đá như trọng lượng riêng, sức kháng cắt và khả năng chịu
nén.
• Điều kiện nước ngầm
• Nghiên cứu điều kiện cục bộ ví dụ khả năng hóa lỏng, đất trương nở, co ngót, độ rỗng đưới
mặt đất do thời tiết hoặc các hoạt động của hầm lò, hay các khả năng mất ổn định của mái
dốc.
Cơ sở để đề xuất xác định vị trí các lỗ khoan trong đề cương khảo sát địa chất theo nội dung của
Bảng 1. Khối lượng khoan khảo sát chính thức sẽ được điều chỉnh dựa trên sự thay đổi địa tầng có
liên quan cũng như các thay đổi đã quan sát được trong quá trình khảo sát. Nếu các điều kiện được
xác định là thay đổi, khối lượng khảo sát sẽ được tăng lên so với yêu cầu ở Bảng 1 sao cho mục
tiêu xác định được mặt cắt dọc và ngang của địa tầng tin cậy đạt được. Nếu như các điều kiện
được khảo sát là đồng nhất hoặc ít ảnh hưởng tới việc xây dựng móng, các kinh nghiệm xây dựng
trước đó tại vùng chỉ ra rằng điều kiện địa tầng là đồng nhất và ít ảnh hưởng tới việc thi công móng
thì có thể giảm bớt nội dung so với những gì nêu trong Bảng 1.
Có thể tiến hành thí nghiệm xuyên trong cùng lỗ khoan.
Các thí nghiệm trong phòng cũng như thí nghiệm tại hiện trường được tiến hành để xác định
sức kháng, biến dạng, và đặc tính chống thấm của các lớp đất và đá phù hợp với loại móng được
kiến nghị
4.3.1 Thí nghiệm đất
Tiến hành các thí nghiệm trong phòng để thu thập các số liệu cơ bản dùng cho việc phân loại đất và
đo đạc các tính chất cơ lý của chúng.
Thí nghiệm đất phải được thực hiện theo các tiêu chuẩn tương thích AASHTO, ASTM.
4.3.2 Thí nghiệm đá
Nếu thí nghiệm cường độ mẫu đá nguyên dạng nhằm mục đích phân loại đá thì xem xét các giá trị
giới hạn trên. Nếu thí nghiệm mẫu kháng nén thì xem xét các giá trị giới hạn dưới. Hơn nữa các thí
nghiệm trong phòng nên kết hợp với các thí nghiệm hiện trường và các đặc tính của khối đá tại hiện
trường để xác định đặc trưng của khối đá. Khi tiến hành các thí nghiệm nên tuân thủ theo ASTM
hoặc các phương pháp có kết quả tương đương cho các số liệu thiết kế cần thiết.
4.4 THÍ NGHIỆM TẠI HIỆN TRƯỜNG
Có thể thí nghiệm tại hiện trường để thu thập các số liệu về sức kháng và biến dạng của đất nền
hoặc đá dùng cho thiết kế hoặc phân tích. Thí nghiệm tại hiện trường nên tiến hành ở nơi đất yếu
khó lấy mẫu nguyên dạng để xác định các chỉ tiêu thiết kế. Tiến hành thí nghiệm tại hiện trường theo
các tiêu chuẩn tương thích với ASTM hoặc AASHTO.
Khi số liệu thí nghiệm tại hiện trường dùng để xác định thông số cho thiết kế thông qua phép tương
quan thì các tương quan ấy nên được thiết lập dựa trên sự phổ biến trong thời gian dài, đã được áp
dụng hoặc thông qua đo đạc chi tiết mà minh họa tính chính xác của tương quan.
4.5 CÁC THÍ NGHIỆM ĐỊA VẬT LÝ
Các thí nghiệm địa vật lý chỉ nên dùng kết hợp với các phương pháp thí nghiệm trực tiếp như là
SPT, CPT, v.v, để xác định các lớp địa tầng, mặt cắt các lớp đất ở trên đá gốc và chất lượng đá,
chiều sâu mực nước ngầm, các giới hạn các loại đất trầm tích, sự tồn tại các lỗ rỗng, các loại ống
chôn ngầm và chiều dày các móng hiện có. Các thí nghiệm địa vật lý cần tuân theo các tiêu chuẩn
tương thích ASTM.
4.6 LỰA CHỌN CÁC SỐ LIỆU CHO THIẾT KẾ
4.6.1 Khái quát
Các đặc trưng của nền đất hoặc đá cần xác định nhờ một hoặc nhiều các phương pháp sau:
ĐỌC TIẾP VÀ TẢI XUỐNG