Các giải pháp móng trong xây dựng dân dụng và công nghiệp

Nội dung text: Các giải pháp móng trong xây dựng dân dụng và công nghiệp

1. Các giải pháp móng trong xây dựng dân dụng và công nghiệp
2. Mở đầu Việc luận chứng giải pháp móng có ý nghĩa rất quan trọng, từ đó mới có thể đề xuất dạng công tác, khối lượng khảo sát hợp lý, đầy đủ. Việc luận chứng được tiến hành trên cơ sở đã có tài liệu khảo sát địa chất công trình ở giai đoạn trước và quy mô công trình dự kiến. Việc chúng ta là luận chứng giải pháp móng cho phù hợp. Tất nhiên, người khảo sát địa chất công trình không phải là người thiết kế móng, nhưng phải có kiến thức nhất định về nền móng để có thể tư vấn cho bên thiết kế giải pháp móng phù hợp (nếu công trình đó không có gì đặc biệt). Nhưng không phải ai cũng nhận ra ý nghĩa quan trọng của việc luận chứng này, đặc biệt là sinh viên và kỹ sư địa chất công trình ít kinh nghiệm. Đầu tiên chúng ta phải hiểu công tác khảo sát địa chất công trình giúp cho nhà thiết kế lựa chọn giải pháp móng kinh tế nhất, nhưng phải đảm kỹ thuật, an
3. toàn. Tức là bao giờ cũng chọn giải pháp móng chi phí thấp nhất, thi công đơn giản nhất. Sau khi tính toán về ổn định (theo sức chịu và biến dạng), phương án móng đó đảm bảo thì được chọn. Nếu không đảm bảo ổn định, phương án móng khác sẽ được lựa chọn nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, đương nhiên chi phí sẽ tốn kém hơn. Mức độ chi phí tăng dần (so sánh một cách tương đối thôi) theo các kiểu móng như sau: Móng băng đơn giản. Móng băng đã được gia cố bằng cọc tre, cừ tràm, đệm cát, Móng cọc đóng. Móng cọc ép. Móng cọc khoan nhồi. Việc luận chứng giải pháp móng đòi hỏi sinh viên địa chất công trình phải có kiến thức nhất định về nền móng, kinh nghiệm thực tế (cái này thì gần như không có gì) và có tư duy logic. Trong đồ án môn học, có sinh viên thiết kế chiều rộng móng nông lên đến 4 → 5m trong với nhà thấp tầng mà chẳng suy nghĩ, thắc mắc gì cả?!. Nguyên nhân do tính toán sai mà không hiểu được móng thực tế như thế nào??? Hoặc hiểu rất mơ hồ về đất tốt, đất yếu nên việc chọn lớp đất đá để đặt móng không hợp lý. Ví dụ với nhà 3 tầng, đó là lớp đất tốt để đặt móng nông, nhưng với nhà 7 → 8 tầng thì không thể đặt móng vào lớp này được. Khái niệm đất tốt, đất yếu chỉ mang tính tương đối, phụ thuộc vào quy mô công trình cụ thể và tải trọng truyền xuống móng. Ngoài ra, bao kiến thức học về nền móng (thầy Phương, thầy Thịnh, thầy Hồng, thầy Phóng dạy, ) được học không giúp ích gì đối với rất nhiều SV khi vẽ cái móng. Hiểu một cách đơn giản là không ra một hình thù gì cả,
4. nhìn rất nực cười (người không học họ cũng không vẽ cái móng tệ như vậy ). Đầu tiên phải nói đến tải trọng công trình truyền xuống móng, có 2 kiểu là truyền xuống cột (tải trọng tập trung, tính trên 1 cột, thường tính cho đài cọc) và tải trọng rải đều, tính theo chiều dài móng (móng băng). Tải trọng truyền xuống có liên quan đến phương án móng. Tư duy lối mòn cứ nhà thấp tầng là móng nông, trung tầng là móng cọc ép hoặc cọc đóng, cao tầng phải là cọc khoan nhồi là không đúng. Việc đào tạo thiếu cơ sở thực tiễn, nạn sao chép đồ án, ý thức học tập của sinh viên làm ảnh hướng đáng kể chất lượng bản đồ án. 1. Phương án móng nông: Móng nông được sử dụng đối với công trình quy mô vừa và nhỏ (thường ≤ 5 tầng). Đây là loại móng rất phổ biến ở Việt Nam và là loại móng “rẻ” nhất. Loại móng này tận dụng khả năng làm việc của các lớp đất phía trên cùng. Chính vì vậy khả năng ổn định về sức chịu tải (đại diện là chỉ tiêu sức chịu tải quy ước R0) và biến dạng (mô đun tổng biến dạng E0) của các lớp đất này quyết định tới sự ổn định của công trình. Điều kiện địa chất công trình như thế nào thì sử dụng phương án móng nông? Nhìn chung, các lớp đất sét (sét pha) ở trạng thái dẻo cứng đến cứng có bề dày đủ lớn (thường 5 → 7 m) phân bố phía trên cùng đều có thể đặt móng nông. Chiều sâu chôn móng phổ biến từ 0.5m đến 3m, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như bề dày lớp đất lấp, chiều sâu mực nước dưới đất, sự phân bố của đất yếu. Chiều sâu chôn móng càng lớn, khả năng chịu tải của đất nền càng cao, nhưng cần chú ý đến các lớp đất yếu (bùn hoặc đất loại sét có trạng thái dẻo chảy, chảy) phân bố dưới nó. Nếu có đất yếu nằm ngay dưới
5. lớp đất tốt (khá phổ biến) và nằm trong phạm vi ảnh hưởng của ứng suất gây lún (thường 5 → 10 m dưới đáy móng), hạn chế chiều sâu chôn móng để tận dụng bề dày của lớp tốt bên trên. Nếu chiều sâu chôn móng quá lớn (chi phí đào đắp cao, ảnh hưởng đến các công trình lân cận khi thi công) thì cần xem xét đến giải pháp khác như cọc tre, cừ tràm (nếu có nước dưới đất) hoặc giải pháp ép cọc. Trong tính toán thiết kế móng nông, kích thước móng phải có kích thước phù hợp thường 0.8m đến 1.4m. Kích thước móng lớn hơn thường phi thực tế, tính toán góc mở sẽ phức tạp và cos nền nhà (mà hầu như không ai quan tâm). Khi bài toán sức chịu tải đã ổn (tức tải trọng công trình truyền xuống nhỏ hơn khả năng chịu tải của đất nền), cần phải kiểm tra độ lún của móng có đảm bảo không (tức là bài toán biến dạng)? Nhà thông thường nhà có độ lún giới hạn Sgh ≤ 8 cm. Chỉ một trong hai bài toán sức chịu tải hoặc biến dạng không thoả mãn thì phải chuyển phương án móng khác, đó chính móng cọc. Nhưng phần lớn Đồ án hiện nay bỏ qua phần kiểm tra, tính toán này và tuỳ tiện chọn ngay móng cọc. Như vậy là thiếu sót! Chỉ những ai đã đi làm và đã va chạm với việc thiết kế móng mới có khả năng tư duy chọn phương án móng phù hợp mà không cần tính toán. 2. Phương án móng cọc ép, cọc đóng (cọc ma sát) Được sử dụng khi phương án móng nông không đáp ứng được về mặt kỹ thuật (không ổn định, biến dạng nhiều) hoặc chi phí xử lý nền trong móng nông quá tốn kém. Có thể do địa tầng chủ yếu gồm các lớp đất yếu phân bố ở phía trên, đất tốt lại nằm sâu phía dưới, hoặc bề dày lớp đất tốt phía trên không đủ lớn, bề dày không ổn định, đất yếu lại phân bố ngay phía dưới với
6. bề dày lớn. Việc chọn giải pháp móng cọc phải có cơ sở, khi tính toán móng nông không đảm bảo kỹ thuật. ( Trường hợp này tôi không đề cập đến các loại máy ép cọc tải trọng lớn hiện nay). Khi thiết kế móng cọc cần lưu ý các vấn đề sau: Chọn cọc có kích thước, thép chủ, thép đai phù hợp với thực tế như 200×200, 250×250, 300×300, 350×350, 400×400, Chọn độ sâu cọc phải phù hợp với thực tế, tức là có thể thi công bình thường được. Thường sức chịu tải của cọc thiết kế (PTK) được chọn là giá trị nhỏ nhất tính theo vật liệu (PVL), thí nghiệm trong phòng (Pđn) và thí nghiệm hiện trường (Pht – tính theo xuyên tĩnh CPT, xuyên tiêu chuẩn SPT). Để cọc đạt được như yêu cầu thiết kế thì phải đảm bảo: PVL > Pép cọc > (2÷3) x PTK Trong đó: PVL : Sức chịu tải của cọc theo vật liệu. Pép cọc : Lực ép đầu cọc. PTK : Sức chịu tải của cọc theo thiết kế. Rất nhiều SV đặt cọc quá sâu so với thực tế, dẫn đến Pđn (hoặc Pht) có giá trị xấp xỉ thậm chí còn lớn hơn PVL?! Điều đó phi lý vì không thể nào đưa cọc xuống độ sâu đó với biện pháp ép hay đóng thông thường. Ví dụ: PVL = 120 T, Pđn = 80 T PTK= Pđn = 80 T (vì nhỏ hơn). PVL = 120 T, Pđn = 180 T PTK= PVL = 120 T (vì nhỏ hơn). Đáng tiếc là những lỗi này xảy ra rất phổ biến.
7. Trường hợp đặt cọc nông quá dẫn đến Pđn (hoặc Pht) nhỏ hơn nhiều PVL, nên không tận dụng khả năng làm việc của cọc, gây lãng phí (phải tăng số cọc trong đài trong khi đó chỉ tăng mỗi cọc thêm 1 vài mét là sức chịu tải tăng lên). Chiều của cọc thường được quyết định bởi Pép cọc hoặc theo độ chối với cọc đóng. Từ đó dẫn đến PTK thường dao động trong một phạm vi nhất định như sau: 15 Đến 25 T (cọc 200×200) 20 Đến 35 T (cọc 250×250) 35 Đến 55 T (cọc 300×300) 50 Đến 70 T (cọc 350×350) Như vậy với kích thước cọc xác định, PTK chỉ đạt đến 1 giá trị nào đó, dẫn đến độ sâu cọc thiết kế phải phù hợp (chứ không phải đặt đâu cũng được). Còn số lượng cọc trong 1 đài thì sao? Khi tính toán, nhiều SV sử dụng kiểu làm tròn số học, tức là làm tròn lên nếu số lẻ lớn hơn 0.5 (ví dụ 3.6 được làm tròn thành 4 cọc) và làm tròn xuống nếu số lẻ nhỏ hơn 0.5 (ví dụ 3.2 được làm tròn thành 3 cọc). Trường hợp làm tròn xuống rất nguy hiểm vì số cọc còn lại phải gánh thêm tải trọng dư thừa kia, dễ gây mất ổn định. Ngoài ra còn chú ý đến điều kiện và phương pháp thi công. Khu vực đô thị không được dùng phương pháp đóng cọc, khu vực chật hẹp không sử dụng được phương pháp ép đối tải (phải sử dụng phương pháp neo), nếu là nhà xây chen thì không thể ép sát vào nhà bên cạnh được, nhiều trường hợp cọc không đạt độ sâu thiết kế do ma sát của các lớp đất phía trên quá lớn (dẫn đến trường hợp khoan mồi), 3. Phương án móng cọc khoan nhồi:
8. Phương án móng cọc nhồi thường được với nhà cao tầng (thường trên 10 tầng). Rõ ràng cọc khoan nhồi chi phí tốn kém hơn so với cọc ép nên không ai muốn sử dụng, trừ trường hợp bắt buộc do cọc ép (hoặc cọc đóng) không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật. Thật sai lầm khi nghĩ rằng cứ nhà cao tầng là phải sử dụng cọc khoan nhồi! Tại khu đô thị mới Linh Đàm, Định Công, , chung cư quy mô 12 ÷ 14 tầng đều sử dụng cọc đóng (đều không có hầm ngầm). Cần phải khẳng định rằng chất lượng cọc ép thường ổn định và dễ kiểm soát hơn nhiều so với cọc khoan nhồi. Với nhà cao tầng, tải trọng truyền xuống 1 cột thường lớn hoặc rất lớn (còn tuỳ thuộc vào kết cấu như mạng lưới cột, khẩu độ, ), nếu sử dụng cọc ép thì số lượng cọc sẽ rất nhiều, cho máy ép cọc có lực ép đầu cọc. Ví dụ tải trọng truyền xuống 700 T/ đài, mỗi cọc chịu được 50 T thì cần trên 14 cọc (lưới cọc bố trí 4 x 4). Cứ cho là các cọc thi công bình thường thì kích thước đài cọc sẽ rất lớn (cả chiều cao và chiều rộng). Nếu mặt bằng móng đủ rộng để bố trí đài cọc và không ảnh hưởng đến các hạng mục hạ tầng, phương án móng đó hoàn hợp lý. Tuy nhiên, nhà cao tầng hiện nay có tầng hầm, bể nước ngầm, bể phốt, hệ thống cấp thoát nước, hạ tầng kỹ thuật khác, chiếm khoảng không gian đáng kể. Với cách bố trí đó có trường hợp mặt bằng công trình không đủ để bố trí cọc, đặc biệt là nhà có quy mô cao tầng. Như vậy, phương án móng cọc ép (hoặc đóng) thường không khả thi mà cần giải pháp móng khác chiếm diện tích nhỏ hơn, sức chịu tải cao hơn. Đó chính là cọc khoan nhồi. Ví dụ với tải trọng công trình trên, đài cọc sẽ gồm 2 cọc khoan nhồi đường kính 800 hoặc chỉ cần một cọc đường kính khoảng 1200 ÷ 1500.