Nền móng công trình - Phương pháp gia cố nền móng công trình

Nền móng là một trong những thuật ngữ phổ biến trong các công trình xây dựng. Vậy nền móng công trình là gì? Có bao nhiêu loại nền móng công trình? Các phương pháp gia cố nền móng công trình là gì? Phú Thành Phát sẽ cùng bạn tìm hiểu câu trả lời cho vấn đề trên qua nội dung bài viết dưới đây nhé!

Nền móng công trình là gì?

Móng là gì? Móng là phần mở rộng đáy công trình để tăng diện tích tiếp xúc để giảm áp lực truyền lên trên nền đất nhằm mục đích giảm độ sụt lún và giữ đất không bị trượt.

Nền là gì? Nền là khu vực đất nằm ngay sát đáy móng, trực tiếp gánh đỡ móng.

Nền móng là phần công trình làm việc chung với lớp đất bên dưới. Trực tiếp gánh đỡ tải trọng bên trên truyền xuống. Phần bên dưới của công trình thường được gọi là móng. Được cấu tạo bởi những vật liệu xây dựng cứng hơn đất nền. Các loại móng như: móng công trình dân dụng và công nghiệp, móng cầu, móng cảng, móng giàn khoan… Riêng các công trình đất đắp như: đường, đê, đập đất, đập đá, mái dốc, sườn dốc,… Có phần nền móng không được phân chia rõ ràng như các công trình kể trên.

Các điều kiện để xác định nền móng chất lượng

Công trình phải tuyệt đối an toàn và không bị sụp đổ do nến móng. Đảm bảo công năng sử dụng của công trình.
Là phương pháp phù hợp và khả thi nhất cho công trình.
Tối ưu chi phí thi công và xây dựng.

Các loại nền móng công trình

Các loại móng

Móng nông

Là phần mở rộng của chân cột hoặc đáy công trình nhằm có được một diện tích tiếp xúc thích hợp để đất nền có thể gánh chịu được áp lực đáy móng. Móng nông thường được chia thành các loại như: móng đơn chịu tải đúng tâm, móng đơn chịu tải lệch tâm lớn (móng chân vịt), móng phối hợp (móng kép), móng băng, móng bè. Đặc điểm cơ bản của móng nông là chỉ xét sức chịu tải của nền không xét thành phần ma sát giữa đất và mặt bên của móng.

Móng sâu

Khi độ sâu chôn móng lớn hơn chiều sâu tới hạn. Từ độ sâu này sức chịu tải của đất nền không tăng tuyến tính theo chiều sâu mà đạt giá trị không đổi và thành phần ma sát giữa đất với thành móng được xét đến trong sức chịu tải của đất nền. Gồm các loại: móng trụ, móng cọc, móng barrette.

Móng trụ

Móng trụ gồm các cột lớn chôn sâu gánh đỡ các công trình cầu, cảng, giàn khoan ngoài biển,… Khi thi công sẽ hạ vào lòng đất từng đoạn trụ trông giống như thi công giếng nên còn được gọi là móng giếng chìm.

Móng cọc

Móng cọc là một loại móng sâu, nhưng thay vì được cấu tạo thành một trụ to, người ta cấu tạo thành nhiều thanh có kích thước bé hơn trụ, được gọi là cọc hay cừ. Loại này rất đa dạng như: cọc gỗ, cọc thép, cọc bê tông, cọc phối hợp hai loại vật liệu. Cọc bê tông có 2 loại: chế tạo sẵn và loại nhồi bê tông vào trong lỗ tạo trước trong lòng đất.

Móng nửa sâu

Móng sâu là móng có độ sâu chôn móng nhỏ hơn chiều sâu tới hạn, nhưng không phải là móng nông như: móng cọc ngắn, móng trụ ngắn

Các loại nền

Nền tự nhiên

Là nền đất có kết cấu tự nhiên, nằm sát bên dưới móng. Chịu đựng trực tiếp tải trọng công trình do móng truyền sang.

Nền nhân tạo

Khi các lớp đất bên dưới móng không đủ khả năng chịu lực với kết cấu tự nhiên. Cần phải áp dụng các biện pháp khác nhằm nâng cao khả năng chịu lực của nền như:

a) Cải tạo kết cấu khung hạt đất để tăng sức chịu tải:

Đệm vật liệu (đệm cát, đệm đá) sát dưới đáy móng.
Gia tải trước (tác động tải ngoài trên mặt nền).
Gia tải trước kết hợp tăng tốc độ thoát nước (ứng dụng phương pháp giếng cát, bấc thấm).
Cột vật liệu rời (cột đá, cột cát).
Cọc đất trộn vôi hoặc trộn xi măng.
Phương pháp điện thấm.
Phụt vữa xi măng hoặc vật liệu liên kết vào vùng nền chịu lực.

b) Tăng cường các vật liệu chịu kéo (đất có cốt):

Trải vải địa kỹ thuật trên công trình đất đắp hoặc trong lớp đệm vật liệu rời.
Trải vải địa kỹ thuật dưới các móng băng chịu tải trọng lớn hoặc trong các mái dốc đắp cao.
Dùng thanh neo để giữ ổn định tường chắn, vách tầng hầm.

Các phương pháp gia cố nền công trình

Khi đất nền tự nhiên không đủ khả năng gánh đỡ công trình cần phải gia cố nền. Phải tiến hành làm thay đổi tính chất cơ học và vật lý của đất nền yếu bằng các biện pháp:

Thay thế: thay lớp đất xấu bằng loại đất tốt tạo các đệm chịu lực.
Tác động cơ học: đầm chặt bằng tạ rơi, xe lu, gia tải trước bằng đất đắp. Có thể kết hợp hoặc không kết hợp với phương pháp hút chân không và các thiết bị thấm đứng.
Tác động hóa học: trộn đất với xi măng, vôi trong lớp trên mặt. Hoặc trộn sâu để tạo thành cọc hỗn hợp đất – vôi, đất xi măng (phụt xi măng hoặc xi măng cao áp vào nền đất ở tầng nông hay sâu,…).

Hoặc đưa vào trong đất những vật liệu chịu kéo tốt hơn để tăng cường khả năng chịu lực. Các vật liệu đưa vào có thể là các thanh kim loại, thanh gỗ, vải, sợi, lưới,… Thường được gọi là vật liệu địa kỹ thuật.

Khi lựa chọn phương án xử lý nền đất phải xét đến môi trường, điều kiện kỹ thuật, nguồn vật liệu tại chỗ, chi phí và tiến độ thi công. Có 6 phương pháp gia cố nền cơ bản:

Đệm vật liệu rời (đá – cát)
Cọc vật liệu rời (đá – cát)
Cọc đất vôi – cọc đất xi măng
Gia tải trước
Gia tải trước kết hợp thiết bị thoát nước theo phương đứng (Giếng cát, bấc thấm)
Gia tải trước bằng phương pháp hút chân không
Nền đất có cốt
Vải địa kỹ thuật – Lưới địa kỹ thuật

Đệm vật liệu rời (đá – cát)

Khi nền là đất sét mềm hoặc cát rời có sức chịu tải bé và biến dạng lớn không đủ khả năng gánh đỡ tải trọng công trình. Vùng biến dạng dẻo dưới đáy móng phát triển sâu hơn 25% bề rộng móng hoặc rộng hơn 50% bề rộng đáy công trình với móng công trình đất đắp. Cần phải thay lớp đất yếu ấy bằng vật liệu rời (đá, sỏi, cát). Có thể trộn thêm vật liệu gia cường như xi măng, vôi nhằm đảm bảo khả năng chịu tải của nền. Lớp đất thay thế được gọi là đệm vật liệu rời.

Cọc vật liệu rời (đá – cát)

Cọc vật liệu rời là loại cọc được sử dụng để gia cường các loại đất yếu không đủ khả năng gánh đỡ công trình hoặc có độ lún quá lớn khi chịu tải nhằm giảm thiểu áp lực lên nền đất yếu và tăng khả năng chịu tải của hỗn hợp đất – cọc vật liệu rời. Cọc vật liệu rời có cấu tạo bằng đá rời đặt trong đất, tham gia cùng đất nền chống đỡ tải trọng công trình. Cọc có kích thước đồng nhất, tiết diện liên tục theo chiều sâu và vật liệu làm cọc không hòa lẫn vào đất (chìm dần vào đất yếu). Kích thước cọc có thể thay đổi từ 0,3m đến 1m thậm chí lớn hơn.

Có 2 phương pháp để tạo cọc vật liệu rời:

Nén chặt bằng tác động rung
Thay thế bằng rung động

Cọc đất vôi – Cọc đất xi măng

Với đất yếu là bùn sét và bùn á sét có độ thấm kém hơn 10^-6 cm/s thì khả năng ứng dụng cọc vật liệu rời không hiệu quả. Vì đất không được nén chặt và vật liệu rời có thể bị chìm dần trong bùn nên không giữ được hình dạng cọc sau khi thi công. Vì vậy, người ta sẽ sử dụng phương pháp cọc đất vôi – xi măng để gia cố nền.

Cọc đất trộn vôi – xi măng là loại cọc mềm có độ cứng tăng lên từ vài ba chục lần đến 100 lẩn so với đất tự nhiên. Tuy nhiên, hỗn hợp đất vôi – xi măng sẽ đạt tốt nhất chỉ với một hàm lượng tối thuận của chất kết dính. Do vậy, phải tiến hành hết sức thận trọng nhiều thí nghiệm trong phòng nghiệm để xác định hàm lượng tối ưu đó nhằm hướng dẫn cho hiện trường.

Phạm vi ứng dụng loại cọc này bao gồm:

Chống trượt các mái dốc, sườn dốc, bờ sông, sườn núi,… hay bị sạt lỡ.
Chống trượt chân công trình nền đường đắp cao.
Ổn định nền đường quá yếu.
Nền kho, nền xưởng trong khu vực yếu khi chịu tải sẽ bị oằn lún lớn rất khó sửa chữa.
Chống lún đường vào cầu trong khu vực nền yếu đến quá yếu.
Chống lún khu vực cụm dân cư trong vùng đất yếu bị ngập lũ định kỳ như ở đồng bằng sông Cửu Long.
Nền các công trình nhẹ trong vùng đất yếu.

Gia tải trước

Độ lún của công trình do biến dạng nén cố kết của nền đất là sét yếu hoặc cát rời thường gây ra những hư hỏng nền móng và công trình. Để giảm nguy cơ này người ta thường áp dụng biện pháp gia tải trên nền đất để tạo độ lún trước rồi sai đó mới tiến hàng xây dựng công trình.

Gia tải thường được dùng trong kỹ thuật nền móng với mục đích làm cho nền đất yếu lún trước, đất nền sẽ giảm độ rỗng tương ứng với gia tải gia tăng trên mặt đất, sức chịu đựng sẽ gia tăng. Tuy nhiên, mấu chốt chính là chọn gia tải sao cho phù hợp với áp lực mà công trình tác động lên nền trong tương lai và dự đoán các biện pháp thi công thích hợp.

Gia tải trước kết hợp thiết bị thoát nước theo phương đứng (Giếng cát, bấc thấm)

Đối với nền cát rời do có tính thấm nước mạnh hoặc đất xốp trên mực nước ngẩm nên độ lún dưới gia tải trước diễn ra nhanh chóng trong vòng vài tuần hoặc nhiều nhất là vài tháng. Trong khi đó, nền sét yếu thấm nước kém nên thời gian lún do cố kết dưới tác động của gia tải có thể kéo dài đến vài năm thậm chí vài chục năm. Trong trường hợp này. đế rút ngắn thời gian cố kết, các thiết bị thoát nước thẳng đứng nhanh thường được sử dụng kèm theo như: giếng cát, rãnh cát, bấc thấm, cọc bán nhựa,…

Gia tải trước bằng phương pháp hút chân không

Trong quá trình gia tải trước, có hai vấn đề khó khăn phát sinh:

Do đất yếu nên khu vực chân khối đất đắp gia tải hay bị trượt, dẫn đến phải sử dụng phương pháp bệ phản áp (tăng ổn định khối đất đắp) chiếm rất nhiều diện tích hoặc phải gia tải từng cấp tốn rất nhiều thời gian.
Chi phí vận chuyển đất đến đắp làm gia tải, sau đó lại phải vận chuyển đi phẩn còn dư. Hơn nữa giá thành mua vật liêu gia tải cũng rất lớn.

Một phương pháp có thể khắc phục các nhược điểm trên là gia tải trước bằng hút chân không.

Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia tải trước bằng hút chân không là nếu cách ly được mặt đất với lớp không khí bên trên sau đó hút chân không khu vực cô lập. Trong khu vực này có áp lực trong lỗ rỗng. Bao gồm áp lực khí và áp lực nước sẽ hạ thấp, ứng suất hữu hiệu, gia tăng lượng tương ứng gây biến dạng, co khối đất, măt đất lún xuống. Nhìn góc cạnh khác, toàn khu vực bị hạ áp lực lỗ rỗng chịu một áp lực nén bằng với trọng lượng cột không khí tương ứng với tỷ lệ hút chân không. Nếu hút chân không được 80% thì áp lực nén sẽ tương ứng với 80% trọng lượng cốt không khí (khoảng 80kPa).

Vì do áp lực khí trong lỗ rỗng giảm giống nhau theo mọi phương nén trong khối đất bị hút chân không không xuất hiện ứng suất lệch nên không có hiện tượng sụt trượt ở khu vực biên chịu tải.

Nền đất có cốt

Đất có cốt là đưa vật liệu chịu kéo (các thanh/tấm kim loại, vật liệu chịu kéo tốt, vải địa kỹ thuật, …) vào đất đế khắc phục nhược điểm cơ bản vốn có của đất. Đất có cốt cũng là một phương pháp gia cường đất nhằm:

Giảm biến dạng dưới tải không đổi
Tăng khả năng chịu tải với biến dạng lớn trong trường hợp các công trình không nhạy lún.

Các vật liệu gia cường có thể chịu kéo, chịu nén hoặc chịu uốn-cắt tùy theo cách chọn lựa.

Phân loại vật liệu gia cường:

Loại vật liệu gia cường kích thước nhỏ tính theo tỷ lệ của hạt: ổn định đất nền bằng những chất liên kết, những sợi nhỏ, sợi địa kỹ thuật nhỏ, vải địa kỹ thuật kích thước nhỏ, …
Loại gia cường kích thước lớn tính theo tỷ lệ của khối đất: cọc nhỏ, thanh dày hoặc tấm vật liệu địa kỹ thuật, những vỉ cứng,…

Vải địa kỹ thuật – Lưới địa kỹ thuật

Vì gia cường nền bằng các thanh kim loại hay bị rỉ và nếu sử dụng thép không rỉ thì giá thành sẽ rất cao. Nên từ các năm cuối của thập kỷ 70, vải và lưới (vỉ) địa kỹ thuật đã thay thế dần cho vật liệu kim loại trong công tác gia cường nền móng công trình.

Thông thường vải địa kỹ thuật được sử dụng để gia cố nền đường hoặc công trình đất đắp. Trong nền đường, vải địa kỹ thuật được trải thảm lên trên mặt lớp đất nền mềm và đất đắp sẽ được đặt trực tiếp lên vải rồi tiến hành đầm chặt.

Các dạng áp dụng vải địa kỹ thuật: Gia cố nền và taluy công trình đắp như đường, đê, đập, san lấp trên đất yếu (có thể có hoặc không có kết hợp bấc thấm). Có 3 mô hình ứng dụng:

Gia cố mái dốc khối đất đắp trên nền cứng bằng nhiều lớp vải địa kỹ thuật.
Gia cố nền khối đất đắp trực tiếp trên đất yếu bằng vải địa kỹ thuật.
Tường vải địa kỹ thuật – tường chắn được cấu tạo bằng vải địa kỹ thuật gồm N lớp vải đặt cách khoảng theo phương đứng .

Sử dụng vải địa kỹ thuật là một phương hướng mới trong kỹ thuật xây dựng nền móng. Song, kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực này còn chưa nhiều. Tuy vậy, việc sử dụng vải địa kỹ thuật vẫn đang được phổ biến và là xu hướng cho các công trình hiện nay.

Phụ lục

Tài liệu tham khảo:

Châu Ngọc Ẩn. (2013). Nền móng công trình. Việt Nam: Nhà xuất bản Xây Dựng.

Châu Ngọc Ẩn. (2012). Cơ học đất. Việt Nam: Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia.

THÔNG TIN LIÊN HỆ
Trụ sở chính: 15 Đường số 5, KDC Vĩnh Lộc, Bình Hưng Hòa B, Bình Tân, TP.HCM
Hotline: 028.666.03482 – 0909.452.039 – 0903.877.809
Email: infor@vaidiakythuat.com