Chương 4 – Điều tra địa kỹ thuật

4.1 Thiết kế sơ bộ

Khi đã có bố trí chung của cầu hoặc phương án sơ bộ của công trình đề xuất, kỹ sư địa kỹ thuật có thể tiến hành các công tác thiết kế sơ bộ. Quá trình này và việc áp dụng được mô tả trong Soils and Foundations Workshop Reference Manual (Cheney & Chassie, 2000) và được trình bày lại dưới đây. Các công tác thiết kế sơ bộ cần bao gồm công tác khảo sát hiện trường sơ bộ (terrain reconnaissance), chủ yếu là một nghiên cứu tại văn phòng, bao gồm việc thu thập và rà soát các thông tin hiện có liên quan đến khu vực dự án. Các nguồn thông tin bao gồm:

• Bản đồ địa hình do Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) hoặc Cơ quan Khảo sát Trắc địa và Duyên hải Hoa Kỳ cung cấp.
• Bản đồ địa chất hoặc các bản tin địa chất do USGS hoặc cơ quan địa chất của bang cung cấp.
• Bản đồ điều tra thổ nhưỡng do Cơ quan Khảo sát Bảo tồn Tài nguyên Quốc gia thuộc Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ cung cấp (trước đây là Cơ quan Khảo sát Bảo tồn Đất).
• Nhật ký giếng do các cơ quan tài nguyên nước hoặc cơ quan bảo vệ nguồn nước của địa phương hoặc bang cung cấp.
• Ảnh hàng không do USGS hoặc các cơ quan địa lý của bang hay tư nhân cung cấp.
• Hồ sơ xây dựng của các công trình lân cận do các cơ quan quản lý xây dựng hoặc quản lý đường bộ tại địa phương cung cấp.

Nguồn thông tin cuối cùng ngày càng trở nên có giá trị hơn, do các dự án đường bộ thường nằm trong các khu vực đô thị và ngoại ô đông đúc, nơi có thể tồn tại nhiều công trình hiện hữu ở lân cận, đặc biệt là cầu. Thông tin địa kỹ thuật và thông tin địa tầng của các công trình này cần được rà soát trên cơ sở xem xét thận trọng mức độ tin cậy của dữ liệu, có xét đến các phương pháp đã được sử dụng tại thời điểm khảo sát địa tầng. Cụ thể, có thể đã sử dụng các phương pháp khoan làm xáo trộn đất, từ đó làm cho dữ liệu thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) không còn đáng tin cậy. Xem Mục 4.3.1 để biết thêm nội dung về chất lượng thực hiện và các sai số tiềm ẩn của thí nghiệm SPT.

Công tác khảo sát hiện trường sơ bộ cần tập trung vào việc hình thành hiểu biết về các đặc điểm địa chất và địa mạo (dạng địa hình) có khả năng hiện diện tại khu vực dự án. Thông tin này cần được để lập kế hoạch chương trình khảo sát địa tầng cho khu vực. Sau khi các thông tin này được rà soát và nắm rõ, cần tổ chức khảo sát hiện trường cùng với kỹ sư cầu và các thành viên khác của nhóm thiết kế để thảo luận về các phương án loại móng và lập kế hoạch khảo sát địa tầng tương ứng. Các chuyên ngành khác, như thủy lực, môi trường và kỹ thuật dân dụng tổng hợp, cũng có thể hưởng lợi từ công tác khảo sát hiện trường này và đóng góp các ý kiến giá trị về những vấn đề có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn loại móng và vị trí móng (ví dụ: ổn định dòng chảy, các khu vực nhạy cảm về môi trường, vị trí công trình tiện ích, v.v.).

4.2 Khảo sát hiện trường

Khái niệm area trong khảo sát hiện trường cho phép kỹ sư địa kỹ thuật mở rộng kết quả từ một số lượng khảo sát hạn chế trong một dạng địa hình cụ thể ra toàn bộ thành tạo địa chất. Khái niệm area là một công cụ hữu hiệu để giảm chi phí khảo sát địa tầng. Việc áp dụng khái niệm area được mô tả trong bối cảnh của toàn bộ một dự án giao thông trong Soils and Foundations Workshop and Reference Manual (Cheney & Chassie, 2000).

Việc áp dụng khái niệm area đòi hỏi phải sử dụng thiết bị và kỹ thuật khảo sát địa tầng phù hợp. Một chương trình khảo sát hiện trường đầy đủ chỉ có thể được thực hiện dưới sự chỉ đạo của kỹ sư địa kỹ thuật, người hiểu rõ các hạn chế chung của thiết bị khảo sát cũng như các yêu cầu chung của dự án. Khuyến nghị thực hiện khảo sát hiện trường, tốt nhất là cùng với kỹ sư cầu và các thành viên khác của nhóm thiết kế, để đánh giá điều kiện nền móng, đặc biệt phục vụ cho mục đích lựa chọn loại móng.

Công tác khảo sát hiện trường đối với công trình cần bao gồm các nội dung sau:

• Quan sát trực quan các công trình lân cận để đánh giá mức độ làm việc của chúng tương ứng với loại móng đã được sử dụng. Nếu nghi ngờ có lún và còn lưu giữ được các bản vẽ gốc của công trình, cần bố trí đo đạc công trình theo các mốc chuẩn ban đầu, nếu có thể, để xác định trị số lún đã xảy ra. Nếu công trình là cầu, cần rà soát các báo cáo kiểm định và hồ sơ cầu để đánh giá lịch sử làm việc của công trình.
• Quan sát trực quan địa chất bề mặt và địa mạo, bao gồm việc tìm kiếm các dấu hiệu mất ổn định mái dốc, lộ đá gốc hoặc đá tảng, xói mòn hoặc tích tụ mảnh vụn, các nền đắp hiện hữu, mức độ làm việc của các mái đào và mái đắp hiện hữu, cũng như hiện tượng thấm rỉ nước ngầm hoặc lộ nước.
• Đối với các vị trí giao cắt sông suối, cần kiểm tra các móng hiện hữu của công trình và các bờ sông, suối ở cả thượng lưu và hạ lưu để tìm dấu hiệu xói. Cần ghi nhận cẩn thận vật liệu lòng dẫn. Trong nhiều trường hợp, các đá tảng lớn lộ ra trong lòng dẫn nhưng không gặp trong các hố khoan là dấu hiệu cho thấy có chướng ngại vật có thể ảnh hưởng đến thi công móng, kể cả hệ chống đỡ hoặc cofferdam có thể cần thiết để thi công móng nông.
• Ghi nhận vị trí, loại và chiều sâu của bất kỳ công trình hiện hữu hoặc móng bỏ hoang nào có thể xâm lấn vào phạm vi móng của công trình mới.
• Xác định vị trí các công trình tiện ích ngầm và trên không trước khi tiến hành khảo sát địa tầng, đồng thời thể hiện các vị trí công trình tiện ích đó trên bản vẽ cầu.
• Liên hệ các điều kiện hiện trường với các hoạt động khảo sát địa tầng dự kiến. Đánh giá khả năng tiếp cận của thiết bị khảo sát, bao gồm khả năng phát sinh vấn đề với các công trình tiện ích (trên không và ngầm), điều kiện tiếp cận hiện trường (phát quang tạm thời hoặc san gạt, và hoàn trả hiện trường), đất thuộc sở hữu tư nhân (quyền vào hiện trường) hoặc các chướng ngại vật (tự nhiên hoặc nhân tạo).

Cần sử dụng biểu mẫu báo cáo khảo sát hiện trường để ghi chép các quan sát và ghi chú, đồng thời làm danh mục kiểm tra các nội dung quan trọng cần lưu ý trong quá trình khảo sát. Hình 1 trong Soils and Foundations Workshop Reference Manual (Cheney & Chassie, 2000) là một ví dụ về biểu mẫu khảo sát hiện trường có thể được sử dụng để ghi nhận các số liệu liên quan đến hiện trường.

Sau khi hoàn thành công tác khảo sát hiện trường, kỹ sư địa kỹ thuật cần lập kế hoạch khảo sát địa tầng hoặc báo cáo khảo sát hiện trường sơ bộ, trong đó nêu rõ các nội dung sau:

• Mức độ phù hợp chung của hiện trường đối với công trình dự kiến, cụ thể là xem xét cấu hình mái dốc đầu cầu có khả năng ổn định (ảnh hưởng đến chiều dài cầu) và các loại móng có khả năng áp dụng.
• Các vị trí khảo sát đề xuất, thiết bị dự kiến sử dụng, khoảng cách lấy mẫu yêu cầu và các phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn.
• Các vấn đề tiềm ẩn có thể ảnh hưởng đến thi công và chi phí.
• Các điều chỉnh có lợi về hướng tuyến hoặc vị trí trụ.
• Các điều kiện địa tầng dự kiến để tổ khảo sát hiện trường có thể thông báo sớm nếu điều kiện thực tế gặp phải khác với dự kiến.
• Ước tính khối lượng khảo sát địa tầng, chi phí và thời gian cần thiết để hoàn thành.

Thông tin này sẽ được nhiều đối tượng sử dụng để hỗ trợ kỹ sư địa kỹ thuật xác định mức độ khảo sát địa tầng tối thiểu cần thiết phục vụ thiết kế. Kế hoạch hoặc báo cáo này cần được chuyển đến mọi cá nhân hoặc bộ phận cần thông tin đó để thực hiện nhiệm vụ của mình, và có thể bao gồm các cá nhân hoặc đơn vị sau:

Kỹ sư cầu – Các kết quả của công tác khảo sát hiện trường sơ bộ có thể ảnh hưởng đến bố trí chung của cầu, bao gồm vị trí trụ và chiều dài nhịp; từ đó, có thể ảnh hưởng đến loại kết cấu và, theo đó, đến mức độ làm việc dự kiến của móng nông.

Văn phòng dự án – Đơn vị thiết kế có thể được yêu cầu hỗ trợ trong việc xin quyền vào hiện trường và các giấy phép cần thiết. Một kế hoạch khảo sát được chuẩn bị đầy đủ, trong đó nêu rõ các yêu cầu tiếp cận hiện trường cũng như thiết bị và phương pháp đề xuất, có thể hỗ trợ cho việc xin giấy phép thi công hoặc chấp thuận tiếp cận các khu vực nhạy cảm hoặc khu vực trên mặt nước. Văn phòng dự án cũng sẽ được thông báo về mọi tác động tiềm ẩn đến chi phí hoặc tiến độ thi công có thể phát sinh do điều kiện nền đất tại hiện trường. Điều này giúp tránh phát sinh việc truy tìm trách nhiệm ở các giai đoạn sau của quá trình phát triển dự án và thi công.

Tổ khảo sát hiện trường – Kế hoạch khảo sát là cơ sở cho việc trao đổi thông tin về sau giữa tổ khoan khảo sát và kỹ sư địa kỹ thuật. Nếu trong quá trình khảo sát địa tầng gặp phải các điều kiện khác với điều kiện dự kiến và đã nêu trong kế hoạch, tổ khoan khảo sát cần trao đổi với kỹ sư địa kỹ thuật để xác định có cần điều chỉnh kế hoạch hay không.

4.3 Khảo sát địa tầng và thí nghiệm hiện trường

Các quy trình được áp dụng trong bất kỳ chương trình khảo sát địa tầng nào đều phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau và thay đổi theo từng hiện trường. Tuy nhiên, các mục tiêu thiết kế của dự án và điều kiện đất nền dự kiến tại hiện trường có ảnh hưởng lớn đến công tác khảo sát địa tầng. Ngoài ra, đối với trường hợp xem xét móng nông, phạm vi, vị trí và việc lấy mẫu vật liệu địa tầng sẽ khác với trường hợp dự kiến sử dụng móng sâu. Mức độ tối thiểu của công tác khảo sát địa tầng và lấy mẫu được trình bày chi tiết trong Soils and Foundations Workshop Reference Manual (Cheney & Chassie, 2000), trong Geotechnical and Foundation Engineering, Module 1 – Subsurface Investigations (Arman và nnk., 1997), và trong Manual on Subsurface Investigations (AASHTO, 1988).

4.3.1 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

Có lẽ thí nghiệm hiện trường được sử dụng rộng rãi nhất tại Hoa Kỳ là Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT). Cả AASHTO T-206 và ASTM D-1586 đều đã tiêu chuẩn hóa thí nghiệm này. Mặc dù nhiều tác giả đã chỉ ra nhiều hạn chế của thí nghiệm này (xem Cheney & Chassie, 2000), một số lượng rất lớn các quan hệ tương quan đã được phát triển dựa trên khối lượng dữ liệu đồ sộ này. Nhiều quy trình thiết kế trong tài liệu này được xây dựng trên cơ sở SPT.

Do đó, SPT được khuyến nghị áp dụng cho tất cả các dự án giao thông nhờ tính đơn giản, tính kinh tế của thí nghiệm và tính hữu ích của dữ liệu thu được. SPT có thể được bổ sung bằng các thí nghiệm hiện trường khác như trình bày tại Mục 4.3.3. Trong thí nghiệm SPT, thu được một chỉ tiêu tương đối về độ chặt của đất và một mẫu đất. Thí nghiệm được thực hiện bằng cách đóng ống mẫu chẻ đôi dài 0.46 m (18 in) bằng búa nặng 63 kg (140 lb) rơi tự do từ độ cao 0.76 m (30 in). Đoạn xuyên 150 mm (6 in) đầu tiên được gọi là đoạn xuyên làm chỗ (seating load). Tổng số nhát búa của hai đoạn xuyên 150 mm (6 in) tiếp theo được gọi là trị số xuyên tiêu chuẩn (N). Mẫu đất thu được là mẫu bị xáo động, nhưng có thể dùng để mô tả trực quan và phân loại trong phòng thí nghiệm. Quy trình thí nghiệm chi tiết, cũng như các biện pháp hạn chế những sai số tiềm ẩn thường gặp liên quan đến thí nghiệm này, được trình bày đầy đủ trong Soils and Foundations Workshop Reference Manual (Cheney & Chassie, 2000) và trong Geotechnical and Foundation Engineering, Module 1 – Subsurface Investigations (Arman và nnk., 1997).

Các trị số N của SPT là chỉ dấu về độ chặt tương đối của đất không dính và độ sệt của đất dính. Các khoảng trị số N tổng quát được liên hệ với độ chặt tương đối và độ sệt trong Bảng 4-1. Cần nhấn mạnh rằng, đối với sỏi và đất sét, các quan hệ tương quan với độ chặt tương đối và độ sệt là khá kém tin cậy và chỉ nên được sử dụng như các ước lượng tổng quát.

Các trị số N của SPT cũng thường được sử dụng để ước tính các đặc trưng sức kháng và tính nén lún của đất hạt, đặc biệt là cát. Các quan hệ tương quan thể hiện trong Hình 4-1 và 4-2 có thể được sử dụng để ước tính góc ma sát của đất hạt; từ đó có thể dùng để tính toán sức chịu tải, như trình bày trong Chương 5. Lưu ý rằng Hình 4-1 là hàm của cả trị số N và ứng suất phủ hữu hiệu, σ′ᵥ₀ (xem Mục 4.4.2). Vì vậy, trị số N dùng để tra biểu đồ không cần hiệu chỉnh theo ứng suất phủ. Tuy nhiên, biểu đồ này giả định sử dụng búa vận hành bằng dây quấn và tang quay (rope and cathead operated hammer), với hiệu suất giả định khoảng 60 phần trăm đối với búa được vận hành với hai vòng dây quấn trên tang quay.

Bảng 4-1: Các chỉ tiêu đất liên hệ tương quan với trị số thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn *

Cát (đáng tin cậy)		Đất sét (tương đối kém tin cậy)
Số nhát búa trên 0.3 m (1 ft), N	Độ chặt tương đối	Số nhát búa trên 0.3 m (1 ft), N	Độ sệt
0 – 4	Rất rời	Dưới 2	Rất mềm
4 – 10	Rời	2 – 4	Mềm
10 – 30	Chặt vừa	4 – 8	Trung bình
30 – 50	Chặt	8 – 15	Cứng
Trên 50	Rất chặt	15 – 30	Rất cứng
		Trên 30	Cứng chắc

* Đo bằng ống mẫu có đường kính trong 9.5 mm (3/8 in), đường kính ngoài 51 mm (2 in), đóng xuyên 0.3 m (1 ft) bằng búa 63 kg (140 lb) rơi từ độ cao 0.76 m (30 in).

Nếu dùng hệ búa khác với rope and cathead, thì trị số N phải được hiệu chỉnh về hiệu suất 60 phần trăm. Việc hiệu chỉnh được thực hiện như sau:

\begin{aligned} \end{aligned}

\(
N_{60}=\dfrac{ER}{60\text{%}}(N_{FIELD}) \tag{4-1}
\)

trong đó:

\(\qquad \qquad N_{60} = \) trị số N của SPT đã được hiệu chỉnh theo hiệu suất búa
\(\qquad \qquad ER = \) “Energy Ratio”, tức hiệu suất hay phần trăm năng lượng rơi tự do lý thuyết mà hệ búa thực tế sử dụng truyền được
\(\qquad \qquad N_{FIELD} = \) số nhát búa ghi nhận ngoài hiện trường

Việc sử dụng búa lấy mẫu rơi tự động ngày càng phổ biến. Các phép đo trực tiếp hiệu suất của các hệ búa này cho thấy trị số ER nằm trong khoảng từ 70 đến 90 phần trăm; trong đó, giá trị 80 phần trăm thường được giả định để hiệu chỉnh trị số N đối với búa tự động.

Ví dụ, nếu dùng búa tự động có Energy Ratio (ER) bằng 80 phần trăm để thu được số nhát búa SPT ngoài hiện trường \((N_{FIELD})\) bằng 30 nhát trên 0.3 m (1 ft), thì số nhát búa đã hiệu chỉnh theo hiệu suất búa là:

\[
N_{60}=\dfrac{ER}{60\text{%}}(N_{FIELD})
=\dfrac{80\text{%}}{60\text{%}}(30)=40
\]

1 k/ft² = 1 ksf = 47.88 kPa
1 ft = 0.3 m

Ghi chú: Thận trọng khi dùng phần tô bóng của biểu đồ do giá trị N SPT trong sỏi có thể không tin cậy.

4.3.2 Chương trình khảo sát địa tầng

Liên quan đến phạm vi của chương trình khảo sát địa tầng cho một công trình, cần xem xét thận trọng chi phí nhỏ của một lỗ khoan so với chi phí của móng. Một lỗ khoan đường kính 65 mm (2 1/2 in) sẽ có chi phí thấp hơn nhiều so với một cọc đường kính 0.3 m (12 in). Tuy nhiên, những hiểu biết thu được từ lỗ khoan đó sẽ cho phép áp dụng các phương pháp thiết kế thích hợp, từ đó có thể cho phép sử dụng móng nông một cách kinh tế và loại bỏ hoàn toàn việc dùng cọc cho công trình đó.

Số lượng, chiều sâu, khoảng cách bố trí và tính chất của các thí nghiệm cần thực hiện trong bất kỳ chương trình khảo sát nào đều phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện hiện trường, loại công trình và các yêu cầu của công trình, đến mức không thể thiết lập các quy tắc cứng nhắc. Về mặt khái niệm, chương trình khảo sát phải cung cấp đủ thông tin để kỹ sư địa kỹ thuật có thể đánh giá sức kháng và tính nén lún của đất trong vùng ảnh hưởng của móng. Để đánh giá các nội dung thiết kế này, kỹ sư địa kỹ thuật sẽ cần các số liệu đặc trưng cho từng vị trí công trình, như tại mỗi trụ, mố và tường chắn, bao gồm loại vật liệu, độ chặt hoặc độ sệt của vật liệu, cũng như vị trí và độ sâu của mực nước ngầm.

Quy mô của chương trình khảo sát và thí nghiệm thường phụ thuộc vào tầm quan trọng và mức độ thiết yếu của công trình, độ lớn của tải trọng, khả năng đáp ứng về ngân sách và nguồn vốn, cũng như các hạn chế về tiến độ của dự án. Chương trình khảo sát và thí nghiệm đối với móng đỡ các công trình ít quan trọng hơn sẽ ít mở rộng hơn so với các công trình quan trọng như cầu, đường trên cao hoặc các công trình công cộng, v.v.

Chương trình dưới đây sẽ cung cấp số liệu nền móng tối thiểu cho một vị trí công trình điển hình. Điều kiện nền đất yếu có thể đòi hỏi phải lấy mẫu không xáo động hoặc thực hiện các thí nghiệm hiện trường.

1. Tối thiểu, cần thi công một lỗ khoan tại mỗi trụ hoặc mố có chiều dài vượt quá 9 m (30 ft). Mặt bằng bố trí lỗ khoan cần được so le tại các đầu đối diện của các móng kề nhau. Đối với trụ hoặc mố có chiều dài vượt quá 30 m (100 ft), cần bố trí một lỗ khoan tại đầu ngoài của mỗi bộ phận. Các lỗ khoan phải được thi công bằng các kỹ thuật cho phép tiến hành thí nghiệm hiện trường phù hợp với các tiêu chuẩn thí nghiệm và tạo được lỗ khoan ổn định. Các kỹ thuật khoan thích hợp có thể bao gồm khoan xoay dùng dung dịch, có hoặc không có ống vách, và khoan guồng xoắn liên tục. Có thể dùng thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) thay cho các lỗ khoan thí nghiệm, nhưng không nên chỉ dựa riêng vào CPT như một phương pháp duy nhất để thu thập số liệu địa tầng tại một vị trí cầu nhất định. CPT không phù hợp với mọi điều kiện nền đất, chẳng hạn như đất rất chặt hoặc mặt cắt địa tầng có cuội và đá tảng. Ngoài ra, CPT không thu được mẫu đất, do đó mô tả đất phải dựa trên các quan hệ tương quan thực nghiệm và không thể thực hiện phân loại đất. Tuy nhiên, số liệu đo được về cơ bản là liên tục, vì vậy việc xác định ranh giới các lớp đất tốt hơn so với chỉ khoan và lấy mẫu bằng ống mẫu chẻ đôi.

2. Cần ước tính chiều sâu lỗ khoan từ các số liệu hiện có thu được trong giai đoạn khảo sát hiện trường sơ bộ, kết hợp với các yêu cầu tối thiểu được thiết lập nhằm bảo đảm rằng lỗ khoan không bị kết thúc quá sớm hoặc kết thúc trong một lớp đất yếu. Các lỗ khoan cũng phải kéo dài vượt quá chiều sâu ảnh hưởng ước tính (Mục 3.1.5), trừ khi gặp đá trước đó. Các yêu cầu tối thiểu có thể bao gồm các tiêu chí như sau:

* Các lỗ khoan cho móng công trình phải được kết thúc khi đạt được sức kháng SPT tối thiểu là 20 nhát trên 0.3 m (1 ft) với ống mẫu, duy trì trong 6 m (20 ft) khoan liên tục; hoặc
* Lỗ khoan phải kéo dài 3 m (10 ft) vào trong đá có tỷ lệ thu hồi lõi trung bình bằng hoặc lớn hơn 50 phần trăm.

Các tiêu chí tối thiểu như vậy cần được xây dựng trên cơ sở các yêu cầu thiết kế của khu vực địa phương và các điều kiện địa tầng dự kiến. Các tiêu chí chặt chẽ hơn, chẳng hạn như số nhát búa cao hơn cho chiều sâu xuyên lớn hơn, cần được quy định khi có thể xuất hiện điều kiện tải trọng ngang lớn (ví dụ: tải trọng va chạm hoặc tải trọng động đất).

3. Lấy mẫu bằng ống mẫu chẻ đôi tiêu chuẩn tại các khoảng cách 1.5 m (5 ft) hoặc tại các vị trí thay đổi loại vật liệu. Khuyến nghị lấy mẫu ống mẫu chẻ đôi với khoảng cách 0.75 m (2 1/2 ft) trong phạm vi tối thiểu 4.5 m (15 ft) bên dưới cao độ dự kiến đặt spread footing trên nền đất tự nhiên. Các mẫu lấy bằng ống này là các mẫu “bị xáo động”, nhìn chung không thích hợp để xác định các tham số sức kháng hoặc consolidation, nhưng có thể được sử dụng cho các thí nghiệm chỉ số tổng quát (ví dụ: độ ẩm, các giới hạn Atterberg và phân tích thành phần hạt). Cần lấy mẫu không xáo động (ví dụ: mẫu ống thành mỏng hoặc ống Shelby) tại các khoảng cách 1.5 m (5 ft) trong ít nhất một lỗ khoan đối với đất dính. Đối với các lớp đất dính có chiều dày lớn hơn 9 m (30 ft), khoảng cách lấy mẫu ống có thể tăng lên 3 m (10 ft). Đối với các lớp đất sét mềm, khuyến nghị thực hiện thí nghiệm cắt cánh hiện trường tại các khoảng cách từ 1.5 đến 3 m (5 đến 10 ft) để xác định sức kháng cắt của đất nguyên trạng.

4. Ghi chép số liệu Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn tại từng lỗ khoan theo ASTM D-1586. Đây hiện là phương pháp kinh tế nhất để thu nhận số liệu hữu ích, bất chấp các hạn chế của thí nghiệm thường được nêu ra.

5. Hướng dẫn tổ khoan thực hiện đánh giá trực quan sơ bộ đối với các mẫu đất và ghi chép tất cả số liệu liên quan vào biểu mẫu nhật ký khoan tiêu chuẩn. Các mẫu ống mẫu chẻ đôi bị xáo động phải được bịt kín cẩn thận trong túi nhựa, đặt trong lọ chứa và gửi đến phòng thí nghiệm cơ học đất để phân tích. Các mẫu ống không xáo động phải được bịt kín và bảo quản theo phương thẳng đứng trong thùng cách nhiệt, chống va đập, thường được chế tạo bằng ván ép và có lót vật liệu đệm.

6. Quan trắc mực nước trong mỗi lỗ khoan, sau đó ghi vào nhật ký khoan độ sâu tính từ miệng lỗ và ngày đo đối với các nội dung sau:

a. Nước thấm hoặc nước áp lực gặp phải trong quá trình khoan. Nước áp lực (artesian pressure) có thể được đo bằng cách nối dài ống vách khoan lên cao hơn mặt đất cho đến khi dòng chảy dừng lại. Báo cáo áp lực dưới dạng số mét (feet) cột nước cao hơn mặt đất.

b. Mực nước vào cuối mỗi ngày và khi kết thúc lỗ khoan.

c. Mực nước sau 24 giờ (tối thiểu) kể từ khi hoàn thành lỗ khoan. Đối với các số liệu quan trắc dài hạn, có thể cần lắp đặt một ống nhựa đục lỗ trước khi lấp bỏ lỗ khoan.

Có thể xuất hiện chỉ số giả về mực nước khi nước được sử dụng trong quá trình khoan và không dành đủ thời gian sau khi hoàn thành lỗ khoan để mực nước ổn định. Trong các loại đất có tính thấm thấp, như đất sét, có thể cần hơn 1 tuần để thu được số liệu chính xác. Trong trường hợp này, lỗ khoan cần được chuyển thành một giếng/ống quan trắc mực nước ngầm để theo dõi mực nước theo thời gian

Lý do của việc thu thập bộ số liệu tối thiểu này là rất rõ ràng; kỹ sư phải có đủ số liệu để xác định loại đất, độ chặt tương đối hoặc độ sệt, cũng như vị trí của mực nước tĩnh. Cần tránh các phương pháp như đóng cần rỗng đầu mở mà không lấy mẫu đất, hoặc đo mực nước sau khi mẫu đất cuối cùng đã được lấy ra. Việc duy trì trao đổi thông tin tốt giữa tổ khoan và kỹ sư nền móng là điều thiết yếu trong tất cả các giai đoạn của chương trình khảo sát địa tầng.

4.3.3 Thí nghiệm hiện trường

Thí nghiệm SPT được xem là mức tối thiểu của thí nghiệm hiện trường cần có để hoàn thành thiết kế móng. Các thí nghiệm hiện trường khác hiện cũng sẵn có và có thể được sử dụng khi cần số liệu hiện trường chuyên biệt hoặc để hỗ trợ triển khai một dạng phân tích kỹ thuật cụ thể. Trong thiết kế móng nông, điều này có thể bao gồm việc cố gắng đo trực tiếp các đặc trưng nén lún của đất bên dưới móng.

Sau SPT, thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) có lẽ là thí nghiệm hiện trường thông dụng tiếp theo được thực hiện để phục vụ công tác thiết kế móng. CPT có ưu điểm là thu được số liệu gần như liên tục khi đầu xuyên được ép xuống đất. Vì vậy, việc xác định sự phân lớp đất rời rạc và chính xác hơn so với số liệu thu được từ lấy mẫu bằng ống mẫu chẻ đôi tại các khoảng cách 1.5 m (5 ft). Có sẵn các quan hệ tương quan với trị số N của SPT để phục vụ diễn giải số liệu CPT. Các hạn chế của CPT bao gồm giới hạn về loại vật liệu mà đầu xuyên có thể xuyên qua, cũng như việc không thu được mẫu để mô tả hoặc phân loại vật liệu. Xem ASTM 3441 và The Cone Penetrometer Test (Riaund & Miran, 1992) để biết chi tiết về việc thực hiện CPT cũng như việc hiệu chỉnh và diễn giải số liệu.

Các thí nghiệm hiện trường khác như thí nghiệm pressuremeter (PMT) và thí nghiệm dilatometer phẳng cũng có thể được sử dụng để đo các đặc trưng ứng suất–biến dạng của đất trong điều kiện hiện trường, và đã được sử dụng để dự báo mức độ làm việc của móng nông. Xem The Pressuremeter Test for Highway Applications (Briaud, 1989), The Flat Dilatometer Test (Riaund & Miran, 1992) và Geotechnical and Foundation Engineering, Module 1 – Subsurface Investigations (Arman và nnk., 1997) để được hướng dẫn về việc thực hiện và diễn giải các thí nghiệm này cũng như kết quả của chúng.

Các nghiên cứu gần đây của Briaud và cộng sự (Briaud & Gibbens, 1994, Briaud & Gibbens, 1995, và Briaud và nnk., 2000) đã dẫn đến việc phát triển một phương pháp mới để dự báo độ lún của móng nông như một hàm của tải trọng tác dụng, dựa trên số liệu hiện trường thu được trực tiếp từ PMT. Quy trình này có tiềm năng nâng cao khả năng của kỹ sư địa kỹ thuật trong việc dự báo độ lún của spread footing, không chỉ dưới tải trọng làm việc thông thường mà còn đối với các tải trọng lớn hơn có thể mang tính nhất thời, như tải trọng động đất hoặc tải trọng băng. Quy trình này và các vấn đề cần xem xét khi áp dụng được trình bày trong Mục 5.3.4.3.

4.3.4 Đặc trưng khối đá và IGM

Khối đá tự nhiên hoặc khối IGM hiếm khi là một vật liệu liên tục, đẳng hướng và đồng nhất. Chúng có thể biến đổi mạnh và rất khó đặc trưng hóa theo cách khái quát. Một khối đá thường gồm các khối đá nguyên dạng hoặc phong hóa, được phân tách bởi các discontinuities (ví dụ: khe nứt, mặt phân lớp, đới cắt và đứt gãy). IGM có thể thể hiện các vùng phong hóa hoặc cấu tạo khác nhau. Bước đầu tiên để thiết kế thành công một móng đặt trên đá hoặc IGM là phải xác lập đúng bản chất vật liệu, cũng như các đặc trưng về discontinuity và phong hóa. Các đặc trưng quan trọng đối với thiết kế móng nông bao gồm:

• Thành phần thạch học của đá (như granite, gneiss, schist, đá vôi, sa thạch)
• Nguồn gốc hình thành của IGM (ví dụ: phong hóa tại chỗ, bị băng hà chèn ép, gắn kết)
• Các đặc trưng sức kháng (ví dụ: cường độ kháng nén không hạn chế nở hông, lực dính đơn vị, góc ma sát)
• Các đặc trưng biến dạng (ví dụ: mô đun Young, hệ số Poisson)
• Tần suất xuất hiện của discontinuities (ví dụ: RQD)
• Khoảng cách discontinuities (S) (đặc biệt xét theo bề rộng móng)
• Thế nằm của discontinuities (ví dụ: strike và dip, hoặc dip và hướng dốc)
• Độ mở, vật liệu lấp nhét và tình trạng (mở hay kín) của discontinuities
• Mức độ phong hóa
• Điều kiện nước ngầm

(khối IGM là gì?)

Khối IGM (IGM mass), tức là toàn bộ khối vật liệu IGM trong tự nhiên, xét như một môi trường nền móng có cấu trúc, độ bền, discontinuities, mức độ phong hóa, và tính biến dạng riêng.

Ở đây cần tách:

• IGM = Intermediate Geomaterial
• IGM mass = khối IGM, không phải chỉ là “mẫu IGM” hay “một lớp IGM”

Nó tương tự như:

• rock mass = khối đá
• IGM mass = khối IGM

Ý của chữ khối là:

• xét vật liệu ở quy mô hiện trường / quy mô nền móng
• không chỉ xét bản thân vật liệu nguyên vẹn
• mà còn xét cả:
  • discontinuities
  • vùng phong hóa
  • tính không đồng nhất
  • nước ngầm
  • cấu trúc khối

Còn IGM thường chỉ nhóm vật liệu nằm trung gian giữa: đất và đá. Tức là những vật liệu không còn là đất điển hình, nhưng cũng chưa ứng xử như đá nguyên khối điển hình. Ví dụ có thể gồm:

• vật liệu phong hóa mạnh
• đá phong hóa tàn tích
• vật liệu bị gắn kết một phần
• trầm tích overconsolidated rất cứng
• một số vật liệu bị băng hà chèn ép

Nên hiểu ngắn gọn:

• IGM = loại vật liệu
• khối IGM = khối vật liệu IGM ngoài thực địa, xét ở quy mô thiết kế móng

Để xác lập các đặc trưng nêu trên của khối đá hoặc khối IGM, cần áp dụng các phương pháp khảo sát và thí nghiệm sau đây, với kế hoạch phù hợp, như được mô tả chi tiết trong các chương khác nhau của Geotechnical and Foundation Engineering, Module 1 – Subsurface Investigations (Arman và nnk., 1997):

• Khảo sát hiện trường
• Lập bản đồ địa chất
• Khoan/khoan lấy lõi
• Đào mở hố thử/rãnh thử, nếu khả thi
• Thí nghiệm hiện trường (xem Bảng 4-2)
• Phương pháp địa vật lý (xem Bảng 4-2)
• Thí nghiệm gia tải hiện trường (xem Bảng 4-2)
• Thí nghiệm trong phòng (xem Bảng 4-2)

Ngoài ra, Module 5: Rock Slopes (Wyllie & Mah, 1998) có trình bày chi tiết về lập bản đồ địa chất. Trong tài liệu này, Bảng 4-2 tóm tắt các đặc trưng cần quan tâm và các thí nghiệm hiện trường, thí nghiệm trong phòng hiện có (theo Corps of Engineer Manual EM 1110-1-2908). Cần lưu ý rằng không phải tất cả các thí nghiệm này đều áp dụng được hoặc khả thi đối với mọi loại đá và IGM. Một số thí nghiệm phù hợp với các vật liệu có cường độ cao và cứng hơn (ví dụ: borehole jacking, kháng nén không hạn chế nở hông), trong khi một số thí nghiệm khác có thể cung cấp thông tin thiết kế hữu ích cho các IGM yếu hơn và mềm hơn (ví dụ: pressuremeter, dilatometer).

Thông thường, kỹ sư địa kỹ thuật sẽ đưa ra các khuyến nghị thiết kế cho móng đặt trên đá hoặc IGM dựa trên số liệu hạn chế, bao gồm loại đá, mô tả lõi khoan, tỷ lệ thu hồi lõi, trị số Rock Quality Designation (RQD), và cường độ kháng nén không hạn chế nở hông. Các thông tin này cần được kết hợp với hiểu biết địa chất địa phương, kinh nghiệm và phán đoán của kỹ sư địa kỹ thuật để xây dựng các khuyến nghị về nền móng.

Bảng 4-2. Tóm tắt các thí nghiệm hiện trường và thí nghiệm phòng thường dùng cho móng trên đá/IGM (theo Arman et al., 1997)

Mục đích	Loại thí nghiệm hiện trường (in situ/field)	Loại thí nghiệm phòng (laboratory)
Cường độ cắt	Thí nghiệm presiometer (áp kế hố khoan); Thí nghiệm cắt trong hố khoan; Thí nghiệm cắt xoắn	Nén một trục; Nén ba trục; Cắt trực tiếp; Tải điểm
Cường độ kéo	—	Kéo trực tiếp; Kéo chẻ (Brazil)
Sức chịu tải nền	Thử tải tấm (plate bearing load test)	(Như nhóm “Cường độ cắt”)
Biến dạng	Presiometer; Dilatometer (DMT); Kích lỗ khoan (borehole jacking); Khúc xạ địa chấn (cross-hole, down-hole); Thử tải tấm	Mô đun biến dạng từ: Nén một trục; Nén ba trục; Trương nở (swell); Từ biến (creep)
Nghiên cứu bất liên tục	Lập bản đồ địa chất; Phương pháp địa vật lý: Khúc xạ địa chấn; Radar xuyên đất (GPR); Điện trở suất	Quan sát trực quan
Độ bền lâu	—	Độ bền phong hóa (slake durability); Chu kỳ đóng băng–tan băng
Phát hiện hốc rỗng/sụt lún	Radar xuyên đất (GPR); Ảnh điện trở suất; Vi trọng lực (microgravity)	—
Neo đá (kháng nhổ)	Thử kéo neo (anchor pull test)	—

Ghi chú: Xem Module 1 – Subsurface Investigation (Arman et al., 1997) để biết mô tả chi tiết từng quy trình thí nghiệm.

4.4 Thí nghiệm phòng

Để xây dựng một chương trình thí nghiệm trong phòng có thể cung cấp số liệu hữu ích cho thiết kế, điều quan trọng là phải thí nghiệm mẫu trong các điều kiện hiện đang tồn tại trong nền đất hoặc sẽ xuất hiện do quá trình thi công và chịu tải của móng nông. Điều này có nghĩa là các điều kiện ứng suất, trạng thái độ ẩm và đường tác dụng tải đặt lên mẫu đất đại diện trong phòng thí nghiệm phải phù hợp với các điều kiện mà vật liệu sẽ chịu trong thực địa. Ở đây không trình bày chi tiết các quy trình thí nghiệm trong phòng. Tuy nhiên, các khái niệm cơ bản của thí nghiệm trong phòng đối với đất nhằm xác định các đặc trưng sức kháng và biến dạng sẽ được xem xét, bắt đầu bằng việc trình bày các quan hệ pha của các thành phần cấu tạo nên đất, tiếp theo là giải thích nguyên lý ứng suất hữu hiệu (được sử dụng xuyên suốt tài liệu này), và kết thúc bằng việc thảo luận về các thí nghiệm trong phòng thông dụng dùng để xác định các đặc trưng sức kháng và biến dạng của đất.

4.4.1 Quan hệ pha và thể tích

Hạt đất là các hạt rắn có hình dạng không đều và tiếp xúc với các hạt đất lân cận. Khối lượng và thể tích của một mẫu đất phụ thuộc vào tỷ trọng riêng (tỷ số giữa khối lượng riêng của hạt đất với khối lượng riêng của nước) của các hạt đất (phần rắn), kích thước của không gian giữa các hạt (lỗ rỗng), và mức độ lỗ rỗng chứa nước (nước lỗ rỗng).

Vì vậy, đất nhìn chung là vật liệu ba pha (rắn, nước và khí), như thể hiện ở Hình 4-3. Tỷ lệ của các pha, xét theo khối lượng và thể tích, có thể được biểu diễn sơ đồ bằng hình khối minh họa ở Hình 4-3.

Ghi chú: Chỉ số dưới s dùng cho hạt rắn, w cho nước, a cho không khí và v cho lỗ rỗng (không gian giữa các hạt đất, hoặc gộp thể tích không khí và nước). Không dùng chỉ số khi nói theo khối lượng W và thể tích V của toàn khối đất.

So với sơ đồ khối, có nhiều quan hệ khối lượng–thể tích hay quan hệ pha (tức các tỷ số) hữu ích trong địa kỹ thuật và là các giá trị/tham số thiết yếu dùng trong thí nghiệm phòng.

Các quan hệ này được tóm tắt trong Bảng 4-3.

Đáng chú ý là hệ số rỗng, e, một chỉ số tổng quát về cường độ tương đối và tính nén lún của mẫu đất. e thấp thường chỉ đất chặt, khó nén; e cao có thể cho thấy đất yếu, dễ nén.

Khi tải trọng tác dụng lên mẫu đất, biến dạng xảy ra sẽ phụ thuộc vào lực giữa các hạt đang tiếp xúc (lực liên hạt) và lượng nước trong lỗ rỗng (nước lỗ rỗng). Với đất khô (không có nước trong lỗ rỗng), biến dạng diễn ra do trượt giữa các hạt, và biến dạng hoặc nghiền vỡ ngay bản thân hạt. Trượt liên hạt chiếm phần lớn biến dạng khi các hạt dịch chuyển để tăng diện tích tiếp xúc, nhằm chống đỡ tải trọng tăng lên.

Bảng 4-3. Quan hệ khối lượng–thể tích, các tỷ số không thứ nguyên và các hàm quan hệ

Vì nước gần như không nén được, lượng nước chứa trong lỗ rỗng của đất bão hòa (tức là lỗ rỗng chứa đầy nước) cũng phụ thuộc vào khả năng thoát của nước ra khỏi lỗ rỗng. Tính thấm của đất đo tốc độ phân tử nước có thể đi qua hệ lỗ rỗng. Đất kém thấm → thời gian để nước thoát khỏi lỗ rỗng dài hơn. Nếu tải được đặt nhanh lên mẫu đất kém thấm, ban đầu nước lỗ rỗng sẽ gánh tải cho đến khi nước dần thoát ra và các hạt đất bắt đầu trượt – tiếp nhận tải. Trong thời gian nước còn gánh tải, áp lực nước lỗ rỗng tăng (áp lực dư). Khi áp lực dư tiêu tán, mẫu đất biến dạng về thể tích nhỏ hơn và cấu trúc chặt hơn. Quá trình này gọi là cố kết.

Quá trình cố kết có thể giải thích bằng mô hình lò xo ở Hình 4-4. Khả năng chịu tải ở vùng tiếp xúc giữa các hạt được ví như lò xo. Van biểu trưng cho tính thấm của đất. Nước trong buồng pít-tông và xung quanh lò xo tượng trưng cho nước lỗ rỗng trong mẫu đất.

Khi đặt tải lên pít-tông trong khi van đóng (Hình 4-4a), vì nước không nén được và không thoát ra, lò xo không thể nén để nhận tải. Hầu như toàn bộ tải gia tăng được cân bằng bằng áp lực nước trong buồng (tức áp lực nước lỗ rỗng dư).

Khi mở van, nước bắt đầu thoát (Hình 4-4b). Lò xo ngắn lại dần và chịu ngày càng nhiều phần tải; đồng thời áp lực nước giảm. Cuối cùng đạt tới trạng thái thủy tĩnh (Hình 4-4c) khi áp lực nước trở về giá trị ban đầu và toàn bộ tải do lò xo gánh. Từ thời điểm đó không còn dòng chảy, lò xo không nén thêm, và thể tích buồng không giảm thêm.

4.4.2 Nguyên lý ứng suất hữu hiệu

Quá trình consolidation thể hiện nguyên lý quan trọng của ứng suất hữu hiệu. Dưới tác dụng của tải trọng, tổng ứng suất trong một mẫu đất bão hòa gồm hai phần. Một phần tác dụng lên nước trong đất theo mọi phương với cường độ như nhau. Phần này được gọi là “áp lực nước lỗ rỗng” (pore-water pressure) (hoặc ứng suất trung hòa). Phần còn lại chỉ tác dụng qua các vùng tiếp xúc giữa các hạt đất và được gọi là “ứng suất giữa các hạt” (intergranular stress). Do nước lỗ rỗng không có sức kháng cắt và về cơ bản là không nén được, chỉ có ứng suất giữa các hạt mới có hiệu lực trong việc kháng cắt hoặc hạn chế nén lún của đất. Vì vậy, ứng suất giữa các hạt được gọi là “ứng suất hữu hiệu”. Ứng suất hữu hiệu là phần của tổng ứng suất vượt quá áp lực nước lỗ rỗng, do đó có thể biểu diễn bằng toán học theo Phương trình 4-21:

\[
\sigma’=\sigma \ – \ u
\tag{4-21}
\]

trong đó \(\sigma\) là tổng ứng suất, \(u\) là áp lực nước lỗ rỗng, và \(\sigma’\) là ứng suất hữu hiệu.

Những thay đổi của ứng suất hữu hiệu chi phối biến dạng thể tích phát triển trong đất. Chẳng hạn, xét tải trọng tác dụng lên một mẫu đất trong thiết bị oedometer trong phòng thí nghiệm như minh họa ở Hình 4-5. Mẫu đất sét bão hòa có thể bị nén khi áp lực đủ lớn tác dụng lên khung hạt đất để tạo ra biến dạng thẳng đứng. Tuy nhiên, về cơ bản sẽ không xảy ra thay đổi thể tích nếu đất bị gia tải nhanh — không có thay đổi về thể tích lỗ rỗng \((V_v = V_w)\). Áp lực nước sẽ tăng lên xấp xỉ bằng đúng mức tăng của tổng ứng suất, trong khi ứng suất hữu hiệu ban đầu không thay đổi. Nếu tải trọng được duy trì trong một khoảng thời gian đủ dài, nước sẽ bị ép thoát ra khỏi đất qua các viên đá thấm, và phần tăng của áp lực nước lỗ rỗng sẽ tiêu tán dần cho đến bằng không. Sau khi phần áp lực nước lỗ rỗng dư đã tiêu tán, ứng suất hữu hiệu trong mẫu đất sẽ bằng tổng ứng suất mới (lưu ý rằng trong oedometer, áp lực nước thủy tĩnh là không đáng kể).

4.4.3 Ứng suất phủ

Như đã đề cập trong phần mở đầu của mục này, thí nghiệm trong phòng cần thiết để giải quyết các vấn đề liên quan đến đất đòi hỏi phải mô phỏng các điều kiện tồn tại tự nhiên trong nền đất. Đất tồn tại ở một độ sâu nào đó dưới mặt đất sẽ chịu ảnh hưởng của trọng lượng lớp đất phía trên độ sâu đó. Trọng lượng của lớp đất phủ phía trên gây ra một áp lực lên đất tại độ sâu đang xét. Áp lực này được gọi là “ứng suất phủ” (Overburden Stress) và là hàm của dung trọng đất phủ bên trên và độ sâu đến điểm đang xét. Khi một mẫu đất được lấy từ độ sâu đó lên, trạng thái ứng suất sẽ được giải phóng vì toàn bộ tải trọng bao quanh mẫu đã bị loại bỏ. Khi tiến hành thí nghiệm trên mẫu, điều quan trọng là phải tái lập trạng thái ứng suất trong mẫu đất đã tồn tại trước khi lấy mẫu khỏi nền đất. Việc thay đổi trạng thái ứng suất của mẫu và quan sát biến dạng tương ứng sau đó có thể cung cấp thông tin hữu ích cho thiết kế. Những thay đổi ứng suất tác dụng lên mẫu phải đại diện cho các thay đổi ứng suất dự kiến sẽ xảy ra do thi công móng nông trên nền đất. Như đã trình bày, ứng suất hữu hiệu do tiếp xúc giữa các hạt đất tạo ra là yếu tố chi phối trong việc đánh giá sức kháng cắt và đặc trưng nén lún của mẫu đất.

Trước khi yêu cầu thí nghiệm trong phòng đối với các mẫu đất, kỹ sư phải ước tính tổng ứng suất và ứng suất hữu hiệu do ứng suất phủ gây ra tại độ sâu lấy mẫu. Tổng ứng suất phủ hoặc ứng suất hữu hiệu phủ này được chỉ định cho phòng thí nghiệm làm trạng thái ứng suất ban đầu cho một thí nghiệm cụ thể.

Tổng ứng suất phủ được tính bằng cách cộng tổng các tích giữa dung trọng toàn phần của đất và chiều dày từng lớp. Có thể chia nền đất thành các lớp địa tầng nếu dung trọng thay đổi theo chiều sâu. Dung trọng có thể được xác định từ các mẫu không xáo động hoặc ước tính từ trị số N của SPT, mô tả đất và số liệu độ ẩm. Biểu đồ tổng ứng suất và ứng suất hữu hiệu theo chiều sâu là rất hữu ích và cần được lập cho từng vị trí móng đang xem xét. Biểu đồ này có thể được xây dựng như sau:

1. Chia mặt cắt địa tầng thành các lớp dựa trên địa tầng đất. Các lớp cần được chọn dựa trên mô tả hoặc phân loại vật liệu, vị trí mực nước ngầm, sự thay đổi dung trọng đất, và theo các bước xấp xỉ bằng một nửa bề rộng móng ước tính trong phạm vi khoảng hai lần bề rộng móng bên dưới cao độ đặt móng dự kiến.
2. Xác định tổng ứng suất thẳng đứng tại điểm giữa và đáy của mỗi lớp hoặc lớp phụ bằng cách nhân dung trọng toàn phần với chiều dày của từng lớp đất tương ứng nằm phía trên độ sâu tính toán.
3. Xác định áp lực nước lỗ rỗng bên dưới mực nước ngầm bằng cách nhân độ sâu từ mực nước ngầm đến điểm tính toán với dung trọng của nước \((\gamma_w = 9.81\ \text{kN/m}^3 = 62.4\ \text{pcf})\).
4. Tính ứng suất thẳng đứng hữu hiệu bằng cách lấy tổng ứng suất trừ đi áp lực nước lỗ rỗng tại mỗi điểm bên dưới mực nước ngầm.
5. Lập biểu đồ tổng ứng suất thẳng đứng và ứng suất thẳng đứng hữu hiệu đã tính theo chiều sâu hoặc cao độ.

Ứng suất ban đầu dùng cho các thí nghiệm trong phòng có thể được xác định dễ dàng từ biểu đồ này; biểu đồ đó cũng sẽ được sử dụng xuyên suốt quá trình thiết kế móng nông.

Các thí nghiệm trong phòng nhằm xác định sức kháng cắt và các đặc trưng nén lún của đất tương đối tốn kém và mất thời gian. Kỹ sư cần cân nhắc chi phí và thời gian cần thiết để thực hiện các thí nghiệm đó so với lợi ích đạt được dưới dạng giảm chi phí móng nhờ một thiết kế được tối ưu hóa. Trong nhiều trường hợp, móng đơn đặt trên đất không dính có thể được thiết kế an toàn và hiệu quả bằng cách sử dụng các quan hệ tương quan về sức kháng cắt và tính nén lún dựa trên trị số N của SPT, như trình bày trong Chương 5.

Tuy nhiên, đất dính có thể thể hiện đồng thời đặc trưng cường độ thấp và tính nén lún cao, những đặc trưng này không được phản ánh một cách đáng tin cậy qua trị số N của SPT. Thí nghiệm consolidation thường là cần thiết để dự báo độ lún của móng nông đặt trên đất dính. Thí nghiệm sức kháng cắt của đất dính cũng cần được xem xét nếu có khả năng cơ chế phá hoại sức chịu tải phát triển bên dưới móng.

Hỗ trợ duy trì trang:

Tôi xây dựng trang này để chia sẻ các tài liệu kỹ thuật cốt lõi trong thiết kế hạ tầng giao thông.

Nếu bạn thấy nội dung hữu ích và muốn góp phần duy trì trang hoạt động bền vững, tôi rất trân trọng mọi sự ủng hộ.

Qua USD (Buy Me a Coffee)

BIDV • STK: 3101226659 • HOANG HAI HA