2.1 Giới thiệu
Định nghĩa “móng nông” thay đổi giữa các tác giả, nhưng nói chung được hiểu là loại móng đặt ở độ sâu nhỏ hơn khoảng hai lần bề rộng móng. Việc định nghĩa không quan trọng bằng việc hiểu các giả thiết lý thuyết đứng sau những quy trình thiết kế khác nhau. Nói cách khác, cần nhận biết giới hạn lý thuyết của một quy trình thiết kế có thể thay đổi theo độ sâu, chẳng hạn như phương trình sức chịu tải. Các dạng móng nông thông dụng được minh họa ở Hình 2-1 đến 2-5.
2.2 Isolated spread footings
Isolated spread footings (Hình 2-1) được thiết kế để phân bố các tải trọng tập trung truyền xuống từ một cột đơn nhằm ngăn ngừa phá hoại cắt của lớp vật liệu chịu lực bên dưới móng, đồng thời giảm độ lún bằng cách làm giảm ứng suất chịu tải tác dụng. Lực tác dụng, sức kháng và kích thước mặt bằng của cột có thể quyết định kích thước tối thiểu của một isolated spread footing. Đối với các trụ cầu, isolated spread footings thường có kích thước lớn hơn 3 m × 3 m (10 ft × 10 ft). Các kích thước này sẽ tăng lên khi các tải trọng lệch tâm được truyền xuống móng. Kích thước của móng là hàm của tải trọng do trụ đỡ truyền xuống và các đặc trưng về sức kháng cũng như tính nén lún của các vật liệu chịu lực bên dưới móng. Thiết kế kết cấu của móng bao gồm việc xem xét sức kháng mô men tại mặt trụ và theo phương ngắn của móng, cũng như khả năng kháng cắt và chọc thủng xung quanh trụ.
Hình 2-1: Isolated Spread Footing
2.3 Continuous Strip Spread Footing
Loại móng dùng phổ biến nhất cho nhà là continuous strip spread footing (móng băng) (Hình 2-2). Móng băng thường có tỷ số chiều dài/chiều rộng tối thiểu khoảng 5 (tức là chiều dài > 5 × chiều rộng). Chúng đỡ một hàng cột hoặc tường chịu lực, nhằm giảm áp lực lên vật liệu chịu lực dưới móng. Kiểu móng này có thể liên kết các cột theo một phương. Việc xác định kích thước và thiết kế kết cấu tương tự continuous strip spread footings, ngoại trừ giả thiết biến dạng phẳng được xét theo phương song song với trục dọc của móng băng. Thiết kế kết cấu của móng băng thường chi phối bởi kiểm toán cắt của dầm và mô men uốn.
Hình 2-2: Continuous Strip Spread Footing
2.4 Spread Footings với Cantilever Stemwalls
Khi một spread footing đi kèm tường chịu lực được dùng để chống tải ngang do đất đắp phía sau, thì móng và tường phải đồng thời thực hiện chức năng phân bố tải trọng thẳng đứng và giữ đất. Móng được thiết kế để chịu tải lệch tâm phát sinh; còn áp lực đất ngang được kháng lại nhờ tác dụng console của tường và khả năng chống lật do móng cung cấp.
2.4.1 Mố cầu
Mố cầu cần thực hiện nhiều chức năng, gồm:
- Giữ khối đất đắp phía sau mố.
- Đỡ phần kết cấu nhịp và phân bố tải xuống vật liệu chịu lực bên dưới spread footing.
- Tạo sự chuyển tiếp vào khối đắp đường vào cầu.
- Tùy loại kết cấu, cho phép biến dạng co ngót và biến dạng nhiệt độ trong phần kết cấu nhịp.
Spread footings đi kèm với cantilever stemwall rất phù hợp để đảm nhiệm các chức năng trên. Sơ đồ bố trí tổng quát của mố cầu với spread footing và cantilever stemwall được minh họa ở Hình 2-3.
Hinh 2-3: Spread Footing với Cantilever Stemwall tại mố cầu
2.4.2 Kết cấu tường chắn
Đế của các tường chắn bê tông cantilever bán trọng lực (tường hình chữ “T” ngược) về bản chất là các shallow spread footing. Tường có khả năng chống lại các tải trọng nhờ vào sự kết hợp giữa trọng lượng bản thân (tải trọng tĩnh) của lớp đất đắp lên phần gót (heel) của móng tường và tác dụng của cấu trúc cantilever của thân tường (Hình 2-4).
Hinh 2-4: Semi-Gravity Cantilever Retaining Wall – Tường chắn bán trọng lực kiểu Cantilever.
2.4.3 Móng nhà
Khi tường thân – stemwall của nhà được chôn, chôn một phần, hoặc đóng vai trò tường tầng hầm, tường này sẽ kháng áp lực đất ngang của khối đắp phía sau. Khác với mố cầu và tường chắn cantilever bán trọng lực, đỉnh hoặc đầu mút của stemwall của nhà thường được liên kết hạn chế bởi các cấu kiện kết cấu khác (như dầm, sàn, tường ngăn trong, …) để tăng cường khả năng chịu lực.
2.5 Combination Footings
Combination footings hay combined footings tương tự như isolated spread footings, ngoại trừ việc chúng đỡ hai hoặc nhiều cột và có dạng hình chữ nhật hoặc hình thang (Hình 2-5). Chúng chủ yếu được sử dụng khi khoảng cách giữa các cột không đồng đều (Bowles, 1996) hoặc khi các isolated spread footings được bố trí quá gần nhau đến mức dùng combination footing sẽ đơn giản hơn trong việc tạo hình và thi công. Trong trường hợp mố cầu, một ví dụ của combination footing là loại mố gọi là “spill-through” (Hình 2-6). Cấu hình này đã được sử dụng trong giai đoạn đầu xây dựng các tuyến xa lộ liên bang trên các tuyến mới, nơi spread footings có thể được đặt trên nền đất tự nhiên đủ tốt. Các mố spill-through cũng được dùng tại các vị trí vượt dòng chảy để bảo đảm móng nằm thấp hơn cao độ xói của dòng suối.
Do tác dụng khung phát triển trong combination footings, chúng có thể được sử dụng để kháng các mô men lật hoặc mô men quay lớn theo phương dọc của hàng cột.
Có nhiều cách tiếp cận để thiết kế và thi công combined footings. Việc lựa chọn phụ thuộc vào không gian sẵn có, sự phân bố tải trọng giữa các cột do móng đỡ, sự biến thiên của các đặc trưng đất nền đỡ móng và yếu tố kinh tế.
2.6 Móng bè (Mat Foundations)
Móng bè là một bản bê tông cốt thép dày duy nhất, đặt dưới toàn bộ công trình hoặc phần lớn công trình. Móng bè thường kinh tế khi nếu dùng các móng bản đơn thì diện tích móng sẽ chiếm trên 50% diện tích mặt bằng công trình (Peck et al., 1974). Một bản bè (Hình 2-7) điển hình đỡ nhiều cột và/hoặc tường theo một hay hai phương, hoặc tải phân bố đều (ví dụ bể chứa). Ưu điểm chính của móng bè là có thể vượt qua các vùng đất yếu cục bộ và giảm chuyển vị lún lệch.
Với nền yếu vừa hoặc công trình nhẹ, sử dụng móng bè có thể là phương án hợp lý về kinh tế. Tải trọng cột và tường được truyền xuống vật liệu nền qua bản bè. Móng bè phân bố tải trên diện tích lớn, nhờ đó giảm cường độ áp lực tiếp xúc. Bản bè được gia cường và bố trí chiều dày đủ để làm việc như một kết cấu cứng, phân phối tải của cột/tường, giảm lún chênh và chấp nhận mức lún đều lớn hơn. Nhiều trường hợp bản bè đồng thời là sàn tầng trệt của nhà.
Móng bè ít dùng để đỡ cầu, ngoại trừ một số mố/trụ lớn (ví dụ trụ cầu nâng/ quay), nơi có thể đặt móng ở cao độ nông mà không cần móng sâu. Trường hợp này có thể vẫn được xem là móng sâu, nhưng khi thiết kế có thể cần xét bản đáy của trụ kiểu bascule như một bản bè. Thiết kế móng bè kích thước lớn được bàn ở Mục 8.6.
Ứng dụng phổ biến hơn của móng bè trong công trình giao thông gồm: nhà nghỉ/nhà bảo dưỡng tải nhẹ (ví dụ nhà gạch block nhỏ, kho cát), hoặc cống hộp thi công như kết cấu liên tục.
2.7 Móng nông trong các ứng dụng hiệu quả
Các trường hợp lịch sử chất lượng cao về móng nông trong công trình giao thông khó thu thập, chủ yếu vì dữ liệu lún sau thi công thường không được ghi lại. Điều này khiến việc đánh giá khả năng làm việc của móng so với dự báo lún khi thiết kế trở nên khó khăn. Nhiều trường hợp lịch sử liên quan đã được tổng hợp trong “Performance of Highway Bridge Abutments on Spread Footings” (DiMillio, 1982) nên không lặp lại ở đây. Tuy nhiên, phần này giới thiệu ba trường hợp mới nhằm làm nổi bật thực hành thiết kế – thi công của một số cơ quan đường bộ bang, tận dụng tiết kiệm chi phí khi xây spread footings trong khối engineered fill đầm chặt và trên nền tự nhiên đủ khả năng chịu lực.
2.7.1 Trường hợp số 1: Nút giao I-5 Kalama, bang Washington
Bối cảnh dự án
Trong giai đoạn xây dựng hệ thống Interstate các năm 1960–1970, Washington State Highway Commission (sau này là WSDOT) đã xây nhiều cầu sử dụng móng nông kiểu bản, phần lớn đặt trên kấu trúc đắp (DiMillio, 1982). Case này cho thấy tiết kiệm chi phí đáng kể đạt được nhờ khảo sát hiện trường kỹ lưỡng, thí nghiệm trong phòng, áp dụng khoa học địa kỹ thuật hiện đại, và phương pháp quan trắc – hiệu chỉnh trong thi công (Peck, 1969). Ở đây, phương pháp quan trắc gồm đo lún theo thời gian trong giai đoạn chờ lún sau khi xây dựng đắp đường vào cầu. Dữ liệu dùng để đánh giá khả thi của việc dùng móng nông cho mố và dự báo lún dài hạn đối với móng mố.
Dự án bao gồm thiết kế và thi công cầu BTƯL 4 nhịp, dài 71 m (233 ft), rộng 8.5 m (28 ft), phục vụ giao thông Đông–Tây qua Interstate 5 tại Kalama (miền tây nam bang Washington). Các cấu kiện móng được đánh số Piers 1–5. Lưu ý WSDOT gọi mố là “pier”, do đó Pier 1 và Pier 5 là mố. Bố trí cầu và vị trí các hố khoan khảo sát thể hiện ở Hình 2-8. Cầu xây dựng các năm 1968–1969.
Điều kiện địa chất nền
Tuyến cầu nằm trên lớp trầm tích bồi tích dày khoảng 30 m (100 ft), gồm các lớp xen kẹp có trạng thái từ rời đến chặt vừa, đất mềm đến nửa cứng, và một số lớp than bùn mỏng. Đá gốc gặp ngay dưới lớp bồi tích. Nhật ký tóm tắt các hố khoan khảo sát dọc tuyến thể hiện ở Hình 2-9. Kết quả SPT (giá trị N) và độ ẩm cũng được ghi trên mặt cắt.
Kết quả của ba thí nghiệm cố kết một chiều đã có và được tóm tắt trong Bảng 2-1.
Cách tiếp cận thiết kế móng
Do bề dày lớn của lớp đất nén lún và chi phí cao nếu dùng hệ móng sâu, Ủy ban Đường cao tốc bang Washington quyết định đặt cầu trên spread footing thông dụng. Để giảm khả năng lún sau thi công của nền đất tại hiện trường và nâng cao mức độ làm việc của móng, nền được xử lý bằng gia tải trước trước khi thi công móng. Trong giai đoạn thiết kế và lập kế hoạch dự án, thời gian gia tải trước 1 năm được bố trí trong tiến độ thi công.
Bên dưới các móng tại các trụ giữa, duy trì tối thiểu 3 m (10 ft) khối đắp hạt rời đầm chặt. Tại các mố, bố trí khối đắp hạt rời đầm chặt dày tới 14 m (45 ft) (xem Hình 2-9).
Bảng 2-1. Kết quả thí nghiệm cố kết một chiều, nút giao I-5 Kalama
| Mẫu | Loại đất | Kết quả thí nghiệm |
|---|---|---|
| Lỗ khoan 24U tại 2.9 m (Mố 1 / mố phía Tây) | Bụi pha cát màu xám | Độ ẩm = 46%; Dung trọng ướt = 16.5 kN/m³; Chỉ số nén \(C_c\) = 0.19 |
| Lỗ khoan 28U tại 5.2 m (Mố 5 / mố phía Đông) | Sét pha bụi màu xám | Độ ẩm = 50%; Dung trọng ướt = 17.1 kN/m³; Chỉ số nén \(C_c\) = 0.22 |
| Lỗ khoan 28U tại 16.8 m (Mố 5 / mố phía Đông) | Sét pha bụi màu xám | Độ ẩm = 49%; Dung trọng ướt = 16.8 kN/m³; Chỉ số nén \(C_c\) = 0.24 |
Quy định vật liệu “Gravel Borrow” trong Phụ lục A hiện đang được WSDOT dùng cho đắp hạt rời dưới móng bản. Quy định này hầu như không thay đổi đáng kể so với thời điểm cây cầu này được xây dựng. Khi tính kích thước móng, dùng ứng suất tiếp xúc cho phép là 3 tsf (≈ 287 kPa). Đây là giá trị giả định WSDOT áp dụng cho các khối đắp làm bằng Gravel Borrow. Ứng suất thiết kế thực tế là 280 kPa (2.9 tsf) cho Piers 1–4 và 244 kPa (2.55 tsf) cho Pier 5.
Trình tự thi công và khả năng làm việc
Gia tải trước được đắp hai giai đoạn để nền đất tăng cường độ và giảm nguy cơ mất ổn định khối đắp.
* Giữa tháng 10/1967, hoàn thành Giai đoạn 1, đắp tới 7.6 m (25 ft).
* Giai đoạn 2 đắp sau khoảng 6 tháng kể từ khi xong Giai đoạn 1.
* Bề dày gia tải tổng xấp xỉ 13 m (43 ft) tại mố/Pier 1 và 14.6 m (48 ft) tại mố/Pier 5; tại các trụ giữa dày khoảng 7.6 m (25 ft).
* Số liệu sẵn có cho thấy cuối 6/1968 đã xảy ra lún dưới khối gia tải là 0.34 m (1.1 ft) tại Pier 1 và 0.90 m (3.0 ft) tại Pier 5. (Không có số liệu lún dưới gia tải tại các trụ giữa.)
Sau gia tải, móng và cột tại Piers 3–5 hoàn thành 8/1968. Thi công tại Piers 1–2 trì hoãn tới 11/1968, vì ba tháng trước đó (khi đang làm Piers 3–5), số liệu quan trắc cho thấy tốc độ lún của đắp đường vào cầu vẫn quá lớn.
Bản mặt cầu hoàn thành 12/1968. Quan trắc lún hàng tháng trong 4 tháng tiếp theo. Đến 4/1969, đo được lún 37–49 mm (0.12–0.16 ft) tại mố và 21–34 mm (0.07–0.11 ft) tại các trụ giữa. Số liệu chi tiết ở Bảng 2-2, đồ thị ở Hình 2-10. Dữ liệu cho thấy độ võng đứng tại từng trụ khá đồng đều, lún chênh nhỏ. Từ đó suy ra biến dạng góc cực đại giữa hai trụ kề nhau δ/l < 0.002.
Dự án hoàn thành 6/1969 và cầu vận hành tốt kể từ đó đến nay (hơn 30 năm tại thời điểm báo cáo). Hình ảnh hiện trạng xem Hình 2-11.
Chi phí
Với đơn giá đã quy đổi trượt giá 20 USD/ft² cho cầu dầm BTƯL trong điều kiện không vượt sông, giá trị hợp đồng ước tính cho nhánh EB đi dưới tuyến cắt ngang khoảng 130.000 USD (nguồn: WSDOT, số liệu 1975). Theo bản ghi dự án, dùng móng bản thay cho cọc gỗ đã tiết kiệm ~25.000 USD. Mức tiết kiệm này giả định tổng 124 cọc gỗ dài 15–18 m (50–60 ft) là đủ để đỡ cầu. Như vậy, bỏ hạng mục cọc tiết kiệm khoảng 20% tổng chi phí kết cấu.
Bảng 2-2. Số liệu lún – sau khi hoàn thành bản mặt cầu, nút giao I-5 Kalama
(Đơn vị đo đạc bằng feet; 1 ft ≈ 0.305 m)
| Vị trí | 12/20/68 | 1/7/69 | 2/5/69 | 3/11/69 | 4/29/69 |
|---|---|---|---|---|---|
| Pier 1 – Góc ĐN của tường cánh phía Nam | 53.16 | 53.14 | 53.10 | 53.05 | 53.02 |
| Pier 1 – Góc ĐN của tường cánh phía Bắc | 53.13 | 53.10 | 53.05 | 52.97 | 52.97 |
| Pier 2 – Mép phía Nam bản mặt cầu | 52.75 | 52.74 | 52.69 | 52.68 | 52.67 |
| Pier 2 – Mép phía Bắc bản mặt cầu | 52.77 | 52.75 | 52.70 | 52.68 | 52.66 |
| Pier 3 – Mép phía Nam bản mặt cầu | 52.02 | 52.01 | 51.96 | 51.96 | 51.95 |
| Pier 3 – Mép phía Bắc bản mặt cầu | 52.01 | 52.00 | 51.95 | 51.95 | 51.93 |
| Pier 4 – Mép phía Nam bản mặt cầu | 51.26 | 51.25 | 51.19 | 51.18 | 51.15 |
| Pier 4 – Mép phía Bắc bản mặt cầu | 51.26 | 51.25 | 51.19 | 51.18 | 51.15 |
| Pier 5 – Góc ĐN của tường cánh phía Nam | 50.60 | 50.59 | 50.55 | 50.52 | 50.48 |
| Pier 5 – Góc ĐN của tường cánh phía Bắc | 50.59 | 50.57 | 50.52 | 50.49 | 50.45 |
Chú thích thuật ngữ: ĐN = đông nam (SE), tường cánh = wing wall, mép phía Nam/Bắc bản mặt cầu = S/N side of deck.
Lời ghi nhận:
Al Kilian (trước đây công tác tại WSDOT) đã thu thập và biên soạn thông tin cho case history này; Dave Jenkins của Nhánh Địa kỹ thuật WSDOT đã cung cấp các thông tin đó. Mike Bauer của Văn phòng Cầu và Kết cấu WSDOT đã cung cấp dữ liệu chi phí lịch sử.
2.7.2 Trường hợp số 2: Nút giao I-580 – Mt. Rose Highway, Nevada
Bối cảnh dự án
Case này là một cây cầu tại nút giao Mt. Rose Highway trên Interstate 580, quận Washoe, Nevada. Cầu thuộc nhánh I-580 hướng Bắc vượt qua Mt. Rose Highway, xây dựng năm 1994. Cầu dài 107.6 m (353 ft), rộng 25.8 m (84.5 ft), gồm 2 nhịp bê tông được đỡ bởi hai mố đầu cầu và một trụ giữa (Hình 2-12). Mố và trụ đều đặt trên spread footing.
Điều kiện địa chất nền
Theo báo cáo địa kỹ thuật (SHB AGRA, 1993), vị trí công trình nằm trong tổ hợp trầm tích của Donner Lake Glacial Outwash và Mt. Rose Alluvial Fan Deposits (Alluvial Fan giữ nguyên). Tổng cộng 10 hố khoan được thực hiện, thu được các thông tin sau:
Khu vực mố phía Bắc: Loại đất chủ yếu là bụi pha cát hạt mịn đến trung bình, chặt, lẫn sỏi – cuội kích cỡ từ mịn đến thô với tỷ lệ thay đổi. SPT (giá trị N) dao động khoảng 25–75, trung bình ~50.
Khu vực trụ giữa: Từ khoảng 0.6 đến 7.6 m (2–25 ft) dưới cao độ mặt đất hiện hữu gặp lớp cát pha bụi hạt mịn đến trung bình, trạng thái chặt vừa đến rất chặt. Tầng này lẫn lượng sỏi từ mịn đến thô và cuội rải rác. Bên dưới là lớp dày khoảng 1.5–3.0 m (5–10 ft), sét pha cát, sỏi có dẻo thấp đến trung bình, tiếp tục chuyển dần theo chiều sâu thành lớp sỏi pha cát rất chặt.
Khu vực mố phía Nam: Loại đất chủ yếu là cát pha bụi hạt mịn đến trung bình, trạng thái chặt đến rất chặt, lẫn sỏi từ mịn đến thô.
Mực nước ngầm không gặp trong quá trình khảo sát hiện trường và được cho là nằm ở độ sâu > 30 m (100 ft) dưới chân công trình.
Cách tiếp cận thiết kế móng
Như đã nêu, đất nền chủ yếu là cát pha bụi đến cát, trạng thái chặt. Độ lún ước tính của móng bản là 32 mm tại các mố và 44–57 mm tại trụ giữa, tương ứng với ứng suất tiếp xúc thiết kế 190 kPa (≈ 2 tsf); các giá trị này được xem là nằm trong giới hạn cho phép. Do đó, spread footing được chọn cho cả mố và trụ. Do địa hình khu mố dốc, móng mố đặt một phần trên nền đào, một phần trên khối đắp kết cấu; chiều cao đắp lớn nhất khoảng 2.5 m (8 ft). Trụ giữa đặt trên nền tự nhiên. Cao độ cầu thể hiện ở Hình 2-13.
Trình tự thi công và khả năng làm việc
Khối đắp kết cấu (structural fill) đặt dưới các móng là cấp phối đá dăm đầm chặt (Nevada DOT ký hiệu Type 1 Class B Aggregate Base), gồm đá dăm nghiền, 100% lọt sàng 37.5 mm (1 1/2 in) và 1–12% lọt sàng 75 µm (No. 200) (các yêu cầu khác nêu trong Phụ lục A). Yêu cầu thi công: rải từng lớp không dày quá 200 mm (8 in) và đầm chặt đến 95% dung trọng lớn nhất xác định theo Phương pháp thí nghiệm No. Nev. T101 (ghi chú: T101 dựa trên thiết bị đầm mẫu nhỏ Harvard – Harvard Miniature Compaction Device). Hình 2-14 thể hiện móng mố phía Nam.
Độ lún của kết cấu cầu không được quan trắc. Theo Nevada DOT, công trình vận hành ổn định, không có vấn đề kể từ khi xây dựng.
Chi phí
Cây cầu này nằm trong một dự án xây mới khoảng 7.2 km (4.5 mi) đường cao tốc Interstate, gồm nhiều hạng mục. Tổng chi phí xây dựng của toàn dự án khoảng 52.9 triệu USD. Khối lượng thanh toán được đo lường và trả theo đơn giá đơn vị cho toàn dự án, nên không thể so sánh trực tiếp chi phí riêng của từng cây cầu. Tuy nhiên, đơn giá hợp đồng để đóng cọc thép ở các vị trí khác trong dự án là 1.000 USD/cọc, và giá cung cấp ống thép là 65 USD cho mỗi 0.3 m (1 ft).
Giả sử tại mỗi mố phải đóng khoảng 20 cọc, chiều dài mỗi cọc ~7.5 m (25 ft) (và giả định spread footing không đặt trên khối structural fill), thì chi phí tiết kiệm chỉ riêng do bỏ cọc ước ~105.000 USD. Giả sử đơn giá bình quân cho toàn bộ kết cấu cầu khoảng 1.000 USD/m², thì chi phí kết cấu ước ~2.8 triệu USD. Như vậy, tiết kiệm khi dùng spread footing đặt trên khối structural fill đầm chặt tại các mố ước ít nhất ≈ 4% tổng chi phí kết cấu.
Lời ghi nhận:
Parviz Noori, Todd Stefonowicz và Jeff Palmer (Nevada DOT) đã cung cấp thông tin cho trường hợp này.
2.7.3 Trường hợp số 3: Cầu vượt S01 – tuyến tránh Cadillac, Michigan
Bối cảnh dự án
Dự án Cadillac Bypass mở rộng tuyến US-131 (giới hạn truy cập) vòng qua thành phố Cadillac đến Manton, Michigan. Dự án gồm 24 công trình, trong đó 10 công trình đang/ sẽ đặt trên spread footings. Toàn bộ dự án dự kiến hoàn thành năm 2004.
Công trình S01 (một trong các công trình đặt trên spread footing) là cầu vượt hướng Bắc của US-131 qua đường S-43, dài 77.8 m (255.4 ft), rộng 14.7 m (48.3 ft). Cầu 3 nhịp bê tông, gồm hai mố và hai trụ. Hình 2-15 cho thấy hình chiếu đứng của cầu.
Điều kiện địa chất nền
Khoan 4 hố tại hiện trường (mỗi vị trí mố và trụ một hố). Địa tầng gồm một lớp cát rời dày tới ~6 m (20 ft), phía dưới là cát chặt vừa đến rất chặt, lẫn một ít sỏi mịn. Ba hố không có nước tại thời điểm kết thúc khoan; hố còn lại ghi nhận mực nước cách mặt đất 2.4 m (8 ft).
Cách tiếp cận thiết kế móng
Móng mố và móng trụ đặt trên structural fill (Michigan DOT ký hiệu Structure Embankment). Lớp Structure Embankment được đắp trên nền hiện hữu sau khi bóc lớp đất hữu cơ. Móng mố đặt trên Structure Embankment; bề dày lớp này dưới móng mố tại tim công trình khoảng 7.6 m (25 ft).
Các lớp đất yếu dưới vị trí trụ được đào bỏ và đắp bù bằng Structure Embankment. Móng trụ đặt trên Structure Embankment với bề dày tổng hơn 4.6 m (15 ft). Hình 2-16 minh họa khối đắp kết cấu nằm dưới và trên các móng của cầu.
Trình tự thi công và khả năng làm việc
Structure Embankment là vật liệu hạt rời, 100% lọt sàng 150 mm (6 in), 95–100% lọt sàng 75 mm (3 in), và 0–15% lọt sàng 75 µm (No. 200). Vật liệu được rải từng lớp dày 230 mm (9 in) đến 380 mm (15 in) và đầm chặt đến 100% dung trọng lớn nhất (Maximum Unit Weight). Giá trị Maximum Unit Weight xác định theo phương pháp tương đương Proctor cải tiến (Modified Proctor). Các yêu cầu kỹ thuật cho vật liệu đắp nêu trong Phụ lục A. Lún công trình không được quan trắc.
Chi phí
Tổng mức đầu tư toàn dự án ước 117 triệu USD. Chi phí riêng cho cầu S01 khoảng 2.3 triệu USD. Không có bảng giá so sánh trực tiếp cho móng cọc, nhưng theo kinh nghiệm đơn giá đóng cọc tại chỗ khoảng 2.500 USD/cọc và giả định mỗi trụ cần ~18 cọc nếu không dùng spread footing, thì tiết kiệm ước ≈ 180.000 USD, tương đương ~8% chi phí kết cấu của cầu.
Lời ghi nhận: Richard Endres, Greg Perry và Al Rhodes (Michigan DOT) đã cung cấp thông tin cho trường hợp này.
2.8 Cấu kiện móng đúc sẵn, bản kê gỗ (mudsill) và móng tạm
Nhiều cầu cần giá đỡ tạm (falsework) để thi công kết cấu vĩnh cửu. Falsework lại tựa trên móng tạm. Vì là tạm thời, các móng này không cần các yêu cầu thiết kế như móng vĩnh cửu; ví dụ không cần bảo vệ chống đóng băng, nên có thể đặt rất nông hoặc tựa trực tiếp trên mặt đất.
Tuy nhiên, móng tạm vẫn phải thiết kế để hạn chế ứng suất truyền xuống đất nền nhằm tránh phá hoại trượt cắt (xem Mục 5.2) và khống chế độ lún trong giới hạn cho phép (Mục 5.3). Quy trình tính kiểm tra khả năng làm việc của móng tạm giống cho công trình vĩnh cửu (Chương 5 và 6). Nhiều cơ quan đường bộ yêu cầu thí nghiệm nén tấm hiện trường để xác nhận khả năng chịu tải và độ lún của móng falsework (tiêu chuẩn ASTM 1194 và AASHTO T235 là tương đương). Cần thận trọng khi dùng số liệu nén tấm trong trường hợp tầng đất cứng gần mặt phủ lên đất mềm, bão hoà ở dưới, vì phạm vi ảnh hưởng (xem Mục 3.1.5) của tấm nén sẽ nhỏ hơn so với móng falsework thực tế. Khi đó, nên phân tích lún theo điều kiện hiện trường cụ thể.
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.