Bài giảng nền móng - Chương 1

Bài giảng Bộ môn Cơ sở kỹ thuật Xây dựng. Nội dung trình bày: Một số vấn đề cơ bản trong thiết kế nền móng các khái niệm cơ bản. Móng là bộ phận chịu lực đặt thấp nhất, là kết cấu cuối

Chương 1

MỞ ĐẦU 1.1 Khái niệm chung

Hầu hết các công trình xây dựng hiện nay đều được đặt trên nền đất và qua thực tế cho thấy hầu hết các công trình bị hư hỏng đều xuất phát từ việc giải quyết vấn đề nền và móng chưa được thỏa đáng Từ đó thấy rằng việc nghiên cứu nền và móng công trình một cách đầy đủ và toàn diện có một ý nghĩa hết sức to lớn trong quá trình thiết kế cũng như xây dựng công trình Để công trình tồn tại và sử dụng được một cách bình thường thì không những kết cấu bên trên mà cả nền và móng đều phải đảm bảo độ ổn định, có đủ độ bền cần thiết và biến dạng nằm trong phạm vi giới hạn cho phép

Vì đất có khả năng chịu lực kém hơn nhiều so với các vật liệu xây dựng công trình nhân tạo nên trong quá trình xây dựng thường phải bố trí thêm một bộ phận nhằm giảm ứng suất tác dụng lên nền đất hoặc và truyền áp lực xuống lớp đất tốt hơn ở dưới sâu, bộ phận này được gọi là móng công trình

Nền công trình là vùng đất đá nằm dưới đáy móng chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng do công trình truyền xuống Móng công trình là phần kéo dài của công trình, ở dưới đất làm nhiệm vụ truyền tải trọng của công trình xuống đất nền Nếu móng công trình được đặt trên nền đất tự nhiên thì nền được gọi là nền thiên nhiên Nếu trong quá trình xây dựng cần phải xử lý nền đất nhằm làm tăng khả năng chịu tải của nó thì người ta gọi là nền nhân tạo

Thiết kế nền móng là một công việc phức tạp vì nó liên quan đến đặc điểm của công trình thiết kế, nền móng công trình lân cận, điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của khu đất xây dựng Để thiết kế được một phương án nền móng bảo đảm điều kiện kỹ thuật và kinh tế thì phải hiểu biết sâu sắc về cơ học đất, nền và móng, kỹ thuật thi công nền móng cũng như các lĩnh vực khác của ngành xây dựng trên cơ sở nghiên cứu kỹ điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của khu đất xây dựng và các đặc điểm của công trình Nếu không đảm bảo được một trong các điều kiện trên thì có thể dẫn đến các sai phạm nghiêm trọng trong công tác nền móng mà hậu quả của nó là quá thiên về an toàn gây lãng phí hoặc công trình bị sự cố phải có biện pháp sửa chữa hay nguy hại hơn nữa là công trình có thể bị sụp đổ

Nền và móng công trình cần phải được thiết kế sao cho:

- Đảm bảo sự làm việc bình thường của công trình trong quá trình sử dụng (tức là độ lún tuyệt đối cũng như lún lệch của công trình không được vượt quá giới hạn cho phép để không ảnh hưởng đến việc khai thác công trình);

- Đảm bảo cường độ của từng bộ phận cũng như toàn bộ công trình (bởi vì khả năng làm việc của công trình không chỉ phụ thuộc vào kết cấu công trình mà cũng phụ thuộc rất lớn vào mức độ ổn định của nền móng dưới công trình nhất là những công trình chịu tải trọng ngang, công trình trên đỉnh mái dốc .);

- Đảm bảo thời gian xây dựng công trình ngắn nhất, giá thành công trình rẻ nhất Đây là yếu tố quyết định hiệu quả kinh tế của công trình và thường được xem xét sau hai yếu tố trên

Nói tóm lại, để thiết kế được nền móng đảm bảo cho công trình làm việc bình thường thì cần chú ý đến tất cả các khâu trong công tác khảo sát, thiết kế, thi công và sử

dụng công trình Khảo sát địa chất công trình phải phản ánh chính xác tình trạng phân bố các lớp đất, phải sử dụng các phương pháp khảo sát phù hợp với từng loại đất, tăng cường các thí nghiệm hiện trường, kết quả thí nghiệm phải chính xác Người thiết kế phải nghiên cứu kỹ điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, đặc điểm công trình, đề xuất các phương án hợp lý và tính toán chính xác Khi thi công chú ý không để các yếu tố tác động làm phá vỡ kết cấu của đất

1.2 Biến dạng của công trình khi nền lún

Công trình liên hệ với nền đất thông qua móng Nền đất chịu tác động của tất cả các tải trọng lên công trình do móng truyền xuống Biến dạng của nền sẽ làm cho móng bị lún và làm biến dạng công trình Như vậy nền – móng – công trình là một hệ thống liên quan chặt chẽ với nhau, tác dụng qua lại lẫn nhau

1.2.1 Biến dạng của đất nền

Đất nền có thể bị biến dạng theo phương bất kỳ Biến dạng đó có thể phân thành các thành phần theo trục đứng và 2 trục ngang trong hệ toạ độ Đề các Tuy nhiên các công trình dân dụng và công nghiệp chủ yếu chịu tải trọng thẳng đứng nên ta chỉ chú ý đến thành phần thẳng đứng của chuyển vị của đất nền, thành phần đó gọi là độ lún

Độ lún của nền bao gồm những thành phần sau:

S = Snc + Sn + Set + Sfk (1.1) Trong đó:

Snc_ Độ lún do đất bị nén chặt bởi tải trọng của công trình xét, công trình lân cận, sự gia tải gần móng, của các tải trọng khác (phương tiện vận tải, sự giảm độ ẩm ); Sn_ Độ lún do đất bị nở ra vì mất áp lực bản thân khi đào hố móng;

Set_ Độ lún do đất nền trong vùng biến dạng dẻo cục bộ ở dưới mép móng bị ép trồi ra;

Sfk_ Độ lún do đất bị phá vì kết cấu do tác dụng động của máy móc khi đào hố móng, do tác dụng của ánh nắng mặt trời, gió, làm đất ở hố móng bị giảm độ ẩm hoặc nước mưa làm tăng độ ẩm, do áp lực thuỷ động, thuỷ tĩnh Ngoài ra cũng có thể xảy ra các loại biến dạng khác như: hoà tan muối, phân huỷ các chất hữu cơ, xói ngầm

1.2.2 Các loại biến dạng của nhà và công trình

Tuỳ thuộc vào độ cứng của công trình, tải trọng, sự phân bố của đất trong mặt bằng có đối xứng hay không mà có thể có các loại biến dạng sau:

1.2.2.1 Lún đều

Khi toàn bộ công trình lún một độ lún như nhau Trường hợp này xảy ra khi tải trọng, độ cứng của công trình và tính nộn lún của đất nền phân bố đồng đều trong mặt bằng

1.2.2.2 Nghiêng

Đó là sự quay của công trình so với trục nằm ngang Trường hợp này xảy ra khi gia tải không đối xứng hoặc khi có các lớp đất phân bố không đối xứng so với trục đứng của móng Loại biến dạng này hay gặp ở các công trình có độ cứng lớn

1.2.2.3 Võng xuống, vồng lên

Khi bị các biến dạng này công trình sẽ bị uốn Thường gặp loại biến dạng này ở những công trình có độ cứng không lớn Khi bị võng xuống thì vùng tường phía dưới bị kéo, vùng trên bị nén Do các vật liệu như gạch, bêtông chịu kéo kém hơn nhiều so với chịu nén nên vùng chịu kéo sẽ bị nứt Trong trường hợp bị vồng lên thì sẽ ngược lại, vết nứt có thể xuất hiện ở phía trên

Trong một số công trình dài có thể ở đoạn này thì vồng lên, ở đoạn khác lại võng xuống Khi vồng lên hoặc võng xuống nếu công trình có độ cứng càng lớn thì độ võng càng giảm và ứng suất bổ sung xuất hiện trong kết cấu sẽ càng tăng

1.2.3 Nguyên nhân của sự lún không đều

Sự lún không đều, đặc biệt khi có trị số lớn rất nguy hiểm cho kết cấu siêu tĩnh, gây cản trở đối với việc sử dụng công trình, làm mất mỹ quan công trình Do đó phải khống chế sự lún không đều để nó không vượt quá trị số giới hạn cho phép

Các nguyên nhân gây ra sự lún không đều:

1.2.3.1 Do tính nén lún của đất phân bố không đồng đều trong mặt bằng và do địa hình phức tạp

Do trong nền đất có lớp đất yếu có chiều dày thay đổi nhiều, lúc đó nếu tải trọng xuống các móng như nhau và kích thước các móng như nhau thì dưới móng nào có chiều dày lớn hơn, móng đó sẽ lún nhiều hơn Ngoài ra lúc đó đáy lớp đất có độ dốc lớn và có thể toàn bộ hoặc một phần của lớp đất sẽ trượt tương hỗ với lớp phía dưới làm cho công trình bị lún không đều

Trong các lớp đất tốt có các thấu kính đất yếu như: bùn, than bùn hoặc trong đất có các thấu kính đất tốt hơn như cát chặt cuội sỏi, đá mồ côi, khi trong nền có lạch bùn, hố sâu, giếng đó lấp, móng cũ còn sót lại hoặc khi công trình nằm ở những vùng đất dốc: bờ dốc, bờ khe, vực, bờ sông thì có thể xảy ra hiện tượng đất bị trượt hoặc bị chuyển vị ngang Khi trong nền có castơ phân bố không đều thì sự lún không đều cũng có thể xảy ra

1.2.3.2 Do đất bị phá vỡ kết cấu

Khi kết cấu của đất bị phá vỡ thì nó sẽ lún thêm Nếu sự phá vỡ kết cấu của đất xảy ra không đồng đều dưới các móng thì sẽ xảy ra hiện tượng lún không đều Đất có thể bị phá vỡ kết cấu do sử dụng các phương tiện cơ giới nặng để đào hố móng, đất có thể bị nở ra do mất áp lực bản thân khi đào hố móng Đất bị thay đổi độ ẩm (hoặc khô đi do ánh nắng mặt trời, hoặc ẩm ướt do nước mưa) Đào hố móng thấp hơn MNN, nước chảy vào hố móng và áp lực thuỷ động có thể làm cho đất bị phá vỡ kết cấu Khi hai móng cạnh

nhau có độ sâu khác nhau nhiều và kỹ thuật đào không đảm bảo thì đất nền ở móng nông hơn có thể bị phá vỡ kết cấu, có thể bị trượt

1.2.3.3 Do nước

Chuyển động của đất dưới nước có thể cuốn theo các hạt đất làm cho đất bị xốp và lún thêm Khi MNN hạ xuống đất sẽ bị lún xuống do mất áp lực đẩy nổi Nếu MNN hạ không đều trong phạm vi công trình thì sẽ xảy ra lún không đều Đất dưới công trình thuộc dạng đất ướt thì phần nào ướt nhiều sẽ lún nhiều hơn

1.2.3.4 Do tải trọng

Sự gia tải lệch tâm sẽ làm cho móng bị nghiêng Khi từng phần công trình có tải trọng khác nhau, nếu điều kiện địa chất và giải pháp nền móng không đảm bảo độ lún như nhau thì sẽ xảy ra sự lún không đều

Sự gia tải gần móng, tải trọng của các móng lân cận, có vai trò to lớn trong việc gây ra độ lún bổ sung và lún lệch, đặc biệt là ảnh hưởng của các ngôi nhà xây dựng gần nhau (đóng cọc, các phương tiện vận tải, gia tải các móng không đều)

1.3 Các biện pháp kết cấu nhằm giảm ảnh hưởng của lún không đều

Khi công trình bị lún không đều thì trong các kết cấu như tường, khung, sàn mái sẽ xuất hiện các nội lực bổ sung có thể làm nứt hỏng kết cấu Để bảo vệ kết cấu khỏi bị hư hỏng ta có thể dùng các biện pháp kết cấu để giảm ảnh hưởng của sự lún không đều Các biện pháp này nhằm vào 2 hướng: Giảm sự chênh lệch độ lún để ứng suất phụ thêm không lớn; tăng độ bền của kết cấu để có thể chịu được các ứng suất bổ sung do lún không đều gây ra mà không bị hư hỏng

Các biện pháp theo hướng thứ nhất:

1 Cắt công trình bằng khe lún

Hình 1.1 Biến dạng của công trình đã cắt bằng khe lún

Khe nhiệt chỉ cắt công trình từ mái đến đỉnh móng còn khe lún cắt công trình từ mái đến hết móng Khe lún cắt nhà ra thành từng phần ngắn, biệt lập với nhau và độ lún lệch trong từng phần đó sẽ giảm, làm giảm ứng suất bổ sung trong kết cấu nên không bị hỏng Tuy vậy việc làm khe lún cũng gặp phải một số khó khăn như: tăng số tường ngang gây khó khăn cho việc sử dụng công trình, khai thác các đường ống cấp thoát nước, hơi

Mỗi phần công trình được cắt ra bằng khe lún có thể lún không đều, bị nghiêng ra xa nhau hoặc nghiêng vào nhau, lúc đó mỹ quan của công trình khó được đảm bảo Do đó khe lún chỉ làm khi thật cần thiết như:

- Khi đất nền là loại có tính nén lún lớn;

- Khi tính biến dạng của đất nền thay đổi nhiều trong mặt bằng;

- Khi công trình có hình dạng phức tạp trong mặt bằng, khi nhà có chiều cao thay đổi nhiều;

- Khi nhà dài và có khả năng xảy ra sự lún không đều

h_ Khoảng cách từ móng đến độ cao mà ở đó ta xác định khe hở;

tgθtr_ Độ nghiêng của móng công trình phần bên trên Lấy giá trị âm khi các phần công trình nghiêng vào nhau;

tgθp_ Độ nghiêng của móng công trình phần bên phải;

K = 1,3÷1,5 _Hệ số kể đến tính không đồng nhất của đất nền

2 Thay đổi kích thước đế móng hoặc chiều sâu chôn móng khi nền có lớp đất yếu

có chiều dày thay đổi nhiều trong mặt bằng, dùng cọc với chiều dài khác nhau để đạt đến lớp đất chắc

Hình 1.3 Biện pháp thay đổi kích thước đáy móng, độ sâu chôn móng và chiều dài cọc

3 Dùng các loại móng có khả năng giảm sự lún không đều như móng băng, băng giao thoa, móng bè, móng cọc

Trong thực tiễn, có khi công trình bị nghiêng vì lún không đều, người ta đã gia tải thêm ở phía lún ít để công trình bớt nghiêng và đó thu được kết quả tốt Nếu đất nền có độ ẩm khác nhau thì có thể cho chỗ đất khô hơn ướt thêm để đạt độ ẩm đều sẽ giảm bớt lún lệch, tuy nhiên làm như thế là khá mạo hiểm

Hướng thứ hai là tăng độ bền của kết cấu:

Người ta thường giằng BTCT trong tường để chịu ứng suất kéo do sự vồng lên hay võng xuống gây ra Đặt giằng BTCT ở phần tường chịu kéo tức là nếu tường bị võng xuống thì đặt đai ở vùng dưới, còn khi tường bị vồng lên thì đặt đai ở phía trên Nhưng làm theo cách này thì việc dự đoán trạng thái và thời điểm biến dạng khó Do đó, để ứng suất kéo không làm nứt tường người ta đặt giằng BTCT ở đỉnh móng băng dưới tường Trong nhà mà tường chịu lực xây trên nền đất yếu thì nên làm giằng móng kiểu dầm hộp để bảo vệ tường, sàn, mái khỏi nứt Nếu sàn lắp từ các tấm panen thì trong tường mỗi tầng lại đặt một giằng Các giằng và dầm hộp đặt theo chu tuyến của nhà Đối với nhà khung chịu lực thì có thể làm dầm giằng móng để tăng độ cứng của khung, giảm sự lún không đều và để xây tường lên đó

Khi toàn bộ hay từng phần của công trình đó cắt bằng khe lún sẽ lún đều thì ta cho công trình một độ nâng xây dựng, tức là thiết kế công trình cao hơn cốt thiết kế một khoảng bằng độ lún của công trình và khi lún xong nó có thể đạt cốt thiết kế

Dùng conxon để đỡ cột, tường để tăng khoảng cách giữa các móng của công trình lân cận

Hình 1.4 Giằng bêtông cốt thép

a Bố trí trong móng lắp ghép; b Bố trí trong tường

Chương 1 Mở đầu 1-1

1.1 Khái niệm chung 1-1 1.2 Biến dạng của công trình khi nền lún 1-2 1.3 Các biện pháp kết cấu nhằm giảm ảnh hưởng của lún không đều 1-4