Móng bè-cọc trên tường trong đất cho nhà cao tầng

Sự làm việc đồng thời của móng bè-cọc và đất nền Móng bè-cọc cấu tạo gồm hai bộ phận: bè và các cọc

Móng bè trên tường trong đất hay móng bè-tường trong đất, cấu tạo gồm bản đáy tầng hầm làm nhiệm vụ phân phối tải trọng công trình xuống các tường liên tục trong đất làm việc như các cọc. Loại móng này vẫn đảm bảo không gian sử dụng tầng hầm hiệu quả do hệ thống tường liên tục chỉ là phần kéo dài của tường biên tầng hầm (tường ngoài) và của vỏch lừi thang mỏy (tường trong). Móng hộp trên tường trong đất có cấu tạo tương tự móng bè tường trong đất nhưng có độ cứng lớn hơn, phân phối tải trọng đều hơn và hạn chế lún lệch tốt hơn.

Bè hay đài cọc có nhiệm vụ liên kết và phân phối tải trọng từ chân kết cấu cho các cọc, đồng thời truyền một phần tải trọng xuống nền đất tại mặt tiếp xúc giữa đáy bè và đất nền. - Ảnh hưởng của nền đất dưới đáy đài: Khi đài cọc chịu tác động của tải trọng một phần được truyền xuống cho các cọc chịu và một phần được phân phối cho nền đất dưới đáy đài. - Ảnh hưởng của cọc: Cơ chế làm việc của cọc là nhờ được hạ vào các lớp đất tốt phía dưới nên khi chịu tác động của tải trọng đứng từ đài móng nó sẽ truyền tải này xuống lớp đất tốt thông qua lực ma sát giữa cọc với đất và lực kháng mũi cọc làm cọc chịu kéo hoặc nén.

Sự tác động tương hỗ đó phụ thuộc vào độ cứng kháng uốn của đài cọc, độ cứng của nền đất dưới đáy đài, độ cứng của cọc (khả năng chịu tải và bố trí cọc). Nhờ vào sự tác động tương hỗ đó mà tải trọng được phân phối xuống nền đất gây ra chuyển vị của nền, chuyển vị này phân phối lại tải trọng cho kết cấu bên trên từ đó có tác dụng điều chỉnh lún lệch, giữ ổn định cho móng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tác động tương hỗ

Các phương pháp đơn giản, phương pháp số gần đúng sử dụng máy tính, các phương pháp chính xác hơn, các phương pháp kết hợp là các phương pháp có kể đến tác động tương hỗ giữa bè, cọc, đất nền, có thể sử dụng để phân tích, tính toán móng bè-cọc trong các giai đoạn thiết kế đòi hỏi độ chính xác cao hơn và kinh tế hơn. Trong thực tế thiết kế móng nói chung và móng cọc nói riêng thường dùng các phần mềm phân tích kết cấu như SAP, ETABS, SAFE, PLAXIS..mô hình hóa bè như bản đàn hồi, các cọc và nền như lò xo độc lập, trong phân tích của các phương pháp này bỏ qua các tác động tương hỗ giữa các bộ phận kết cấu như tường tầng hầm, bè, cọc, đất nền. 1 Sự làm việc đồng thời của tường tầng hầm, móng bè cọc và đất nền Trước đây, để xây dựng các công trình nhà cao tầng có nhiều tầng hầm, người ta thường sử dụng các phương pháp xây dựng phần ngầm yêu cầu chi phí cao như đào hở, đóng cọc cừ, làm ảnh hưởng tới các công trình lân cận khi xây xen trong thành phố.

Khác với sự làm việc đồng thời của móng bè cọc và đất nền, khi chịu tải trọng đất ở gần trọng tâm bè sẽ bị nén nhiều hơn ở mép bè nên độ cứng của các cọc ở gần trọng tâm bè sẽ có độ cứng lớn hơn thì khi có mặt tường tầng hầm sẽ ngăn cản nở hông của đất nền trong phạm vi chiều sâu của tường tầng hầm vì vậy tất cả các cọc được gia tăng độ cứng và sự chênh lệch độ cứng giữa chúng sẽ giảm đi, tải trọng sẽ được phân phối đều hơn tới các cọc. Khi chịu tải trọng đứng, nếu chân cọc hạ vào lớp đất mềm, độ lún của chúng đủ lớn để huy động toàn bộ sức kháng ma sát giữa bề mặt cọc và đất xung quanh thì tải trọng đứng sẽ được truyền một phần vào nền đất xung quanh cọc thông qua sức kháng bên dưới dạng ứng suất tiếp, phần còn lại truyền lên nền đất ở chân tường, cọc dưới dạng ứng suất pháp. Khi tính toán kết cấu tường trong đất kết hợp làm kết cấu chịu lực cho công trình ( tường tầng hầm) ngoài các tải trọng đứng và ngang cơ bản của phần kết cấu bên trên truyền xuống, tường tầng hầm sẽ làm việc như một cọc có chiều dài lớn thì còn chịu thêm áp lực đất.

Ngoài ra khi nền đất bị nén chặt do tải trọng phía trên truyền xuống, kết cấu tường tầng hầm sẽ ngăn cản sự nở hông của phần đất nền nằm trong phạm vi chiều sâu của tường, làm cho phần đất nền này nén chặt lại, làm giảm độ lún của công trình. Khi đáy bè nằm thấp hơn mặt đất và nền đất không lún nữa dưới tác dụng của trọng lượng bản thân (đất đã cố kết hoàn toàn), thì phần đất tiếp xúc với đáy bè sẽ tiếp nhận một phần tải trọng do công trình truyền xuống, áp lực tiếp xúc ở đáy bè sẽ có trị số dương. Trong phân tích của các tác giả trên, quan hệ phi tuyến được sử dụng để mô hình háo tiếp xúc giữa cọc-đất, còn tác động tương hỗ giữa các thành phần khác trong hệ móng bè-cọc (cọc- cọc, cọc-bè, bè-cọc) có thể được đánh giá bằng các mô hình phi tuyến.

Để giảm khối lượng tính toán khi áp dụng lời giải Mindlin xác định hệ số độ mềm chịu tác dụng của ứng suất tiếp dọc theo thân cọc, ứng suât tiếp τsj được thay thế bởi tải trọng đường thẳng tương đương T [kN/m] = Qsj/lj tác dụng dọc theo trọng tâm của cọc. Với mục đích tính toán móng bè - cọc có xét đến tác động tương hỗ giữa các bộ phận móng với nền đất, luận văn lựa chọn sử dụng phần mềm ELPLA 9.3 được xây dựng trên cơ sở phương pháp kết hợp NPRD để tính toán móng bè - cọc trong tầng hầm nhà cao tầng chịu tải trọng đứng và mô men. Bằng cách là sau khi đã thiết kế được hệ móng công trình thỏa mãn được tất cả các yêu cầu đặt ra, từ điều kiện độ bền đến yêu cầu về biến dạng ( độ lún ), sẽ tiến hành kiểm tra giải pháp móng đã chọn chịu tác dụng của tải trọng ngang.

Khi kiểm tra móng bè - cọc chịu tải trọng ngang có thể sử dụng giả thiết bè cứng tuyệt đối (giống đài cọc), coi móng bè cọc như nhóm cọc , từ đó có thể sử dụng các phương pháp đơn giản đã biết để tính toán, kiểm tra khả năng chịu tải trọng ngang và chuyển vị ngang của hệ móng. Móng bè - cọc là hệ kết cấu không gian tiếp nhận toàn bộ tải trọng công trình, giữa các bộ phận kết cấu có sự tác động tương hỗ lẫn nhau nên phải tính toán với tất cả các tổ hợp tải trọng nhằm mục đích được trạng thái ứng suất, biến dạng nguy hiểm nhất tại mỗi phần tử của hệ. Ta tiến hành xem xét hai quan điểm thiết kế còn lại: Quan điểm thiết kế thông thường với hệ số an toàn sức chịu tải của cọc đơn lấy theo tiêu chuẩn thiết kế móng cọc (quan điểm thiết kế thứ nhất) và quan điểm thiết kế sử dụng cọc giảm lún cho phép huy động sức chịu tải của cọc từ 70% đến 100% (quan điểm thiết kế thứ 2).

Nhằm đánh giá ảnh hưởng của độ cứng tường tầng hầm đến móng bè - cọc, ta tiến hành tính toán giải pháp móng như giải pháp móng kể đến tác động tương hỗ của tường tầng hầm và móng bè - cọc ở Mục 3.3.2 nhưng tăng chiều dày tường tầng hầm lên 45cm, giữ nguyên chiều cao tường tầng hầm 20m kể từ đáy đài. - Tính toán móng bè - cọc kể đến tác động tương hỗ của tương tầng hầm với hệ bè - cọc, nền đất (chính là hệ tường vây được sử dụng phục vụ thi công tầng hầm được tận dụng để tham gia chịu lực với hệ móng bè - cọc trong giai đoạn khai thác, sử dụng) cho kết quả độ lún tuyệt đối của hệ móng giảm 40-50% , độ lún lệch cũng giảm khoảng 52% so với khi không xét đến. - Xét trên phương diện kinh tế, nên chọn chiều dày tường tầng hầm nhỏ nhất có thể vì khi tăng chiều dày tường làm tăng tải trọng lớn nhất truyền vào tường (tải trọng có xu hướng truyền ra biên và các vị trí góc của công trình), tải trọng truyền vào các cọc phía trong bè giảm xuống không đáng kể.

- Phiên bản phần mềm ELPLA 9.3 sử dụng chưa có công cụ cho phép mô hình hóa các cọc có hình dáng tiết diện bất kì nên phải quy đổi hệ tường liên tục thành các cọc tròn tương đương vì vậy chưa phản ánh sát nhất sự làm việc của hệ kết cấu móng.