Biện pháp kết cấu khi xây dựng công trình trên nền đất yếu

biện pháp kết cấu khi xây dựng công trình trên nền đất yếu
LỰA CHỌN SƠ ĐỒ KẾT CẤU.
Khi thiết kế các công trình trên nền đất yếu, cần phải nắm được các hình thức
kết cấu chịu lực phần trên công trình cũng như tính nhạy của nó đối với độ lún của
nền đất. Độ nhạy lún của công trình chủ yếu phụ thuộc vào độ cứng. Tùy theo độ
cứng có thể phân chia kết cấu thành ba loại như sau :
2.1

2.1.1 Loại kết cấu tuyệt đối cứng.
Như ống khói, tháp nước, kết cấu khung nhiều tầng trên bản móng liên tục,
mố cầu… Loại kết cấu này có độ cứng không gian rất lớn do vậy công trình không
bị uốn, chỉ có khả năng lún đều hoặc nghiêng.
Đối với kết cấu này, tính nhạy lún kém, không yêu cầu những biện pháp xử
lý về phương diện kết cấu. Trong trường hợp này, chỉ cần giảm bớt độ nghiêng nếu
có của công trình.

2.1.2 Loại kết cấu mềm.
Các loại kết cấu này như bản đáy móng của các bể chứa, cống, âu thuyền và
những cấu kiện độc lập khớp như cột trên móng đơn liên kết tự do với dàn hoặc
dầm ngang…
Các công trình thuộc loại này có thể bị uốn cong cùng cấp với khả năng biến
dạng của đất nền, do đó không gây nên những nội lực phụ trong kết cấu và không
ảnh hưởng đến việc sử dụng công trình. Đặc điểm của loại kết cấu này là có tính
nhạy lún kém khi nền đất biến dạng không đều.

2.1.3 Sơ đồ kết cấu có độ cứng giới hạn.
Đó là các khung siêu tĩnh trên các móng đơn, dầm liên nhiều nhịp, vòm
không khớp… Các công trình thuộc loại này thường hay gặp trong thực tế.
Khi nền đất có biến dạng không đều, đồng thời dưới đế móng có sự phân bố
lại ứng suất tiếp xúc thì trong kết cấu móng và kết cấu chịu lực sẽ xuất hiện nội lực
phụ cục bộ. Nếu kết cấu không có khả năng tiếp thu nội lực phụ thì ở các tiết diện

yếu sẽ có vết nứt. Ơ những tiết diện này, độ cứng của kết cấu giảm đáng kể. Đặc
điểm của loại kết cấu này là có tính nhạy lún lớn do đó cần có những biện pháp xử
lý thích hợp.
Dưới đây là những biện pháp làm giảm độ lún không đều của đất nền thường
được áp dụng trong thực tế :
Cắt công trình bằng khe lún : sẽ được trình bày trong phần II dưới đây.


Thay đổi kích thước, dộ sâu chôn móng : Sử dụng khi nền đất có chiều dày
các lớp khác nhau, không đồng nhất. Biện pháp này nhằm mục đích làm cho chiều
dày vùng chịu nén của lớp đất dưới đế móng như nhau. Có thể thiết kế đáy móng
có chiều rộng thay đổi làm cho biểu đồ phân bố ứng suất dưới đáy móng có giá trị
khác nhau tại các điểm dưới đế móng.
Sử dụng các loại móng hợp lý : Dùng móng băng, móng băng giao thoa,
móng bè, móng cọc… tùy theo tình hình thực tế của công trình. Nếu chiều dày lớp
đất yếu không lớn lắm có thể dùng lớp đệm cát hoặc đệm các vật liệu khác để thay
thế. Khi chiều dày lớp đất yếu là lớn, để giảm bớt độ lún và khả năng lún không
đều, có thể xử lý bằng móng cọc hay các phương pháp gia cố nhân tạo như cọc cát,
giếng cát…
Hình 2.1 đến 2.3 giới thiệu một số biện pháp thường dùng hiện nay : cấu tạo
móng có chiều sâu khác nhau (2.1); đế móng có chiều rộng thay đổi (2.2) và sử
dụng những loại móng khác nhau (2.3).

LÔÙP ÑAÁT YEÁU

LÔÙP ÑAÁT TOÁT

Hình 2.1 Cấu tạo của móng với những chiều sâu khác nhau.

LÔÙP ÑAÁT YEÁU

LÔÙP ÑAÁT TOÁT

Hình 2.2 Cấu tạo của móng với những chiều rộng khác nhau.


LÔÙP ÑAÁT YEÁU
LÔÙP ÑAÁT TOÁT

Hình 2.3 Dùng móng cọc ở những đoạn lớp đất yếu có chiều dày lớn.

BỐ TRÍ KHE LÚN.
Bố trí khe lún là một trong những biện pháp rất có hiệu quả khi xây dựng
những công trình có tải trọng khác nhau trên nền đất có tính nén lớn và tính nén
không đều.
Khe lún phải được bố trí sao cho bảo đảm cho những bộ phận của công trình
có khả năng làm việc độc lập, có đủ cường độ và độ cứng khi chịu lực, không gây
ra những vết nứt khi nền đất có biến dạng lớn và biến dạng không đều.
Vị trí đặt khe lún căn cứ vào sự phân bố các lớp đất dưới đế móng và hình
thức kết cấu của công trình.
Hình 2.4 dưới đây giới thiệu môt số cách bố trí khe lún cho công trình khi
gặp nền đất yếu hoặc công trình có chiều dài lớn.
2.2

KHE LUÙN

LÔÙP ÑAÁT TOÁT

KHE LUÙN

LÔÙP ÑAÁT YEÁU

LÔÙP ÑAÁT YEÁU

LÔÙP ÑAÁT TOÁT

KHE LUÙN

KHE LUÙN

Hì
nh 2.4 Bố trí khe lún.

Chiều rộng khe lún tùy thuộc vào tính chất biến dạng của công trình và sự
phân bố lớp đất yếu dưới đế móng.
Chiều rộng tối thiểu của khe lún có thể tính theo công thức sau đây :
δ = k.h(tgθp - tgθtr)
(2.1)


Trong đó :
h : khoảng cách từ đế móng đến độ cao mà ở đó xác định khe hở.
tgθp : độ nghiêng cúa móng công trình phần bên phải.
tgθtr : độ nghiêng cúa móng công trình phần bên trái. Nếu các phần
công trình nghiêng vào nhau thì tgθtr lấy trị âm.
k : hệ số kể đến tính không đồng nhất của đất nền, k = 1,3 – 1,5.
Tuy nhiên, khoảng cách của khe lún thường được lựa chọn trong khoảng từ
2-3cm.
Trong nhiều trường hợp, khe lún được kết hợp với khe co dãn. Tuy vậy, khe
lún cũng gây nhiều khó khăn phức tạp trong xây dựng và sử dụng, tốn kém thêm

tường, móng ngang, vì vậy chỉ làm khe lún khi thật cần thiết :
- Khi đất nền có tính nén lún lớn.
- Khi công trình có hình dạng phức tạp, tải trọng, chiều cao tầng chênh
lệch.
- Khi công trình quá dài và có khả năng sảy ra lún không đều (thông
thường khi công trình có chiều dài trên 60m).
2.3

THIẾT KẾ GIẰNG MÓNG VÀ GIẰNG TƯỜNG.
- Tác dụng :
• Tiếp thu nội lực kéo xuất hiện khi lún không đều.
• Làm tăng thêm cường độ và độ cứng không gian của kết cấu.
- Thiết kế giằng móng và giằng tường bao gồm các công việc :
• Xác định vị trí của các giằng trong tường và móng.
• Tính toán lượng cốt thép cần thiết trong giằng.

- Vị trí của các giằng phụ thuộc vào tính chất biến dạng của công trình (công
trình có thể bị vồng lên hoặc võng xuống :
• Bố trí ở phía trên hoặc phía dưới của tường.
• Giằng tường có thể bố trí ở cao trình ngăn giữa các tầng nhà, lanh tô
cửa sổ…
- Để đảm bảo độ cứng không gian, giằng nên được bố trí liên tục trên suốt
các tường hoặc phần móng bên dưới để tạo thành khung kín không gian.
Kích thước và số lượng giằng có thể xác định dựa vào tính chất không đồng
đều của nền đất và đặc tính làm việc của kết cấu công trình :
- Khi cốt thép bố trí 1 hàng, chiều dày giằng không nhỏ hơn 75mm.
- Khi cốt thép bố trí 2 hàng, chiều dày giằng không nhỏ hơn 150mm.
Khi giằng trong tường gạch cốt thép đường kính 6-8mm, cách khoảng 3-6
hàng gạch bố trí 1 lớp. Chiều dày mạch thường từ 3-4cm. Mác vữa không nhỏ hơn
75.

Nếu dùng các giằng đúc sẵn thì các mối nối phải có mác bê tông ≥ mác của
giằng. Để tính toán cốt thép cho giằng có thể sử dụng 1 trong 2 phương pháp sau :


2.3.1 Tính toán cốt thép giằng theo phương pháp đơn giản.
2.3.1.1

Cơ sở tính toán.
Giả thiết cơ bản của PP này là tường dọc của nhà được xem như 1 dầm đặt
trên nền đất có độ cứng thay đổi. Tính nén không đều của nền đất được đặc trưng
bằng sự thay đổi trị số modun biến dạng E 0 của đất tại các điểm dọc theo chiều dài
của nhà.

2.3.1.2

Nội lực trong giằng.
- Moment uốn lớn nhất :
M max =

(α1−1)qL2

(

16 α + 2
1

)

(2.2)

- Lực cắt lớn nhất :
Qma x =

Trong đó :

α −1 qL
5,2 α + 2



(

1

1

)

(2.3)

0 max
α1 = E
E0 min

(2.4)
E0max : modun biến dạng lớn nhất của nền đất ở dưới hai đầu tường nhà.
E0min : modun biến dạng nhỏ nhất của nền đất ở dưới hai đầu tường nhà.
q : tải trọng của tường nhà hoặc công trình được xem là phân bố đều.
L : chiều dài của tường nhà hoặc công trình.
- Độ võng tuyệt đối lớn nhất :

33α1 −1 qL4
Yma x =
5760 α + 2 EJ

(

1

)

(2.5)

- Độ võng tương đối lớn nhất :
y
f0 = max
L

(2.6)

Trong đó :
E : modun đàn hồi của khối tường xây : đối với tường gạch có thể lấy bằng
5.000-10.000 kG/cm2, phụ thuộc vào mác gạch và vữa xây.
J : moment quán tính tiết diện tường xét đến sự giảm yếu do các lỗ cửa.

J=

btñ H3
12

btđ : chiều dày tương đương của tường, btđ = 0,6b
b : chiều dày thực của tường.

(2.7)
(2.8)


2.3.1.3

Tính toán cốt thép giằng.

Fct = M max
R h

ct 0

(2.9)

Trong đó :
Mmax : moment uốn lớn nhất tính theo công thức 2.2.
Rct : giới hạn chảy của cốt thép.
H0 : chiều cao tính toán của tường nhà; H0 = (0,8 - 0,9)H.
Ưng suất tiếp trong khối tường xây do lực cắt gây nên :
τ = QFmax
n

(2.10)
Trong đó Fn : diện tích tiết diện nguyên của móng và các giằng giữa các tầng
nhà của khối xây.
Fn = b∑Hi

(2.11)
Trị số ứng suất tiếp τ tính theo công thức 2.10 trong mọi trường hợp không
nên vượt quá 2,5 kG/cm2. Nếu trị số fo tính toán theo công thức 2.6 không vượt quá
các trị số giới hạn cho trong bảng 2.1 thì cho phép không phải bố trí các giằng
tường.
Bảng 2.1 : Trị số độ võng tương đối giới hạn
Trị số α1
5
4
3

1,5
0,00025
0,00030
0,00045

2
0,00030
0,00035
0,00040

Trị số L/H
3
4
0,00035
0,00045
0,00045
0,00060
0,00055
0,00070

5
0,0005
0,0007
0,0008

6
0,0006
0,0005
0,0010

2.3.2 Tính toán cốt thép giằng theo phương pháp của B.I. Đalmatov.
Theo B.I. Đalmatov, dưới tác dụng của tải trọng phân bố đều q của tường,
biểu đồ ứng suất tiếp xúc p dưới đế móng theo hướng dọc sẽ có một trong những
dạng như hình 2.5a,b.


a)
b)

c)

Hình 2.5 Các dạng biểu đồ ứng suất tiếp xúc p dưới đế móng : a) khi tường nhà bị uốn cong lên,
b) khi tường nhà bị uốn cong xuống, c) biểu đồ ứng suất tiếp xúc tính toán trong trường hợp a.

Trị ứng suất tiếp xúc p dưới đế móng và diện tích cốt thép cần thiết F ct trong
trường hợp 2.5a có thể tính như sau :
160.1,2ymaxbt Ek
P=
αL 7α 2 + 16 



(2.12);
8.1,2 ymaxbt Ek
Fct =
αL 7α 2 + 16 m m R

 k ct ct
(2.13)
Trong đó :
1,2 : hệ số vượt tải.
ymax : độ võng lớn nhất.

y max = (1 − n) ∆SL Φ (α )
2

(2.14)
n : hệ số, phụ thuộc vào thời gian cứng của vữa, tốc độ xây dựng và tốc độ
tăng độ lún theo thời gian, có thể lấy bằng 0,25 – 0,75, đối với khối xây gạch bằng
vữa hỗn hợp, lấy n = 0,50 – 0,75, với nhà panen lớn dùng vữa xi măng, lấy n = 0,25
– 0.50.
∆S : độ không đồng đều tương đối của biến dạng nền.
S
−S
∆S = max min
0,5L
(2.15)
Smac, Smin : độ chênh của biến dạng nền, xác định theo tính toán độ lún; đối
với tường dài 60 – 100m, lấy sơ bộ bằng 0,4 – 0,5 trị số độ lún trung bình.
L : chiều dài của tường.

Φ(α) : hàm số phụ thuộc vào α lấy theo bảng 2.2.
Bảng 2.2 : Trị số của hàm số Φ(α)
α= L
H

≤1

1,5

2,0

4,0

Φ(α)

0,90

0,80

0,70

0,50

bt : chiều dày tương đương của tường có xét đến sự giảm yếu do cửa số.
Ek : modun biến dạng lâu dài của khối xây.
Ek = E 1
1+ϕi
(2.16)

E : modun đàn hồi của khối xây.
ϕt : đặc trưng từ biến, xác định bằng thực nghiệm hoặc có thể lấy gần đúng
bằng cách căn cứ vào kết cấu của tường, theo bảng 2.3.
α= L
H
(2.17)
Bảng 2.3 : Trị số gần đúng của đặc trưng từ biến ϕt
ϕt
2-3
3-4
4-5

Kết cấu tường
Tường panen lớn
Tường khối lớn
Tường gạch, đá vụn

H : chiều cao của tường nhà xác định như sau :
- Nếu tường có khả năng bị uốn cong lên theo chiều dọc thì lấy H từ đáy
móng đến giằng trên cùng.
- Nếu tường có bị uốn cong xuống thì lấy H từ mái hắt đến giằng dưới
cùng.
mk và mct : hệ số điều kiện làm việc của khối xây tường và của cốt thép.
Rct : giới hạn chảy của cốt thép.
Khi có nhiều giằng bố trí trên chiều cao của tường, nếu giả thiết diện tích tiết
diện cốt thép trong mỗi giằng đều như nhau thì tính như sau :
Fct1 = Fct 2 = ... = Fctn = Fct

n

H−a

1 ∑ ( H − a)
i =1

Trong đó :
Fct : tính theo công thức 2.13.
a = 0,1H.
n : số giằng làm việc đồng thời.

(2.18)


Các loại giằng tường và giằng móng trong thực tế thường được thiết kế theo
sơ đồ trong hình 2.6 và 2.7 dưới đây.
a)

c)

b)

1

2

d)

Hình 2.6 Bố trí cốt thép trong giằng tường : a,b,c)
Giằng BTCT, d) giằng cốt thép

Hình 2.7 Bố trí cốt thép trong giằng móng : 1)
giằng BTCT; 2) giằng cốt thép

Sau khi tính toán diện tích cốt thép cần kiểm tra lại điều kiện :
p ≤ b(σo - γh)
(2.19)
Trong đó :
p : ứng suất tiếp xúc dưới đế móng, xác định theo công thức 2.12.
b : chiều rộng đế móng.
σo : ứng suất trung bình dưới đế móng do tải trọng tính toán.
γh : ứng suất do trọng lượng bản thân của đất ở cao trình đế móng.
Ưng suất tiếp trong khối xây cần được thỏa mãn điều kiện sau đây :

τ = 7pbα ≤ R kk
tñ

(2.20)

Trong đó :
btđ : chiều dày tương đương của tường có xét đến sự giảm yếu do cửa.
Rkk : sức kháng tính toán củakhối xây khi chịu nén.
CẤU TẠO GỐI TỰA CỨNG.
Với các công trình cao tầng xây dựng trên những vùng đất có biến dạng lún
lớn và biến dạng không đều thì ngoài việc thiết kế các giằng tường, giằng móng
như trên, trong nhiều trường hợp, để làm tăng độ cứng không gian, người ta còn bố
trí các gối tựa cứng bằng bê tông cốt thép.
Ơ nhiều nước, người ta đã thiết kế những gối tựa cứng giống như những
móng hộp lớn bao gồm bản đáy, bản trên và các vách ngăn liên kết cứng với các
tường ngăn và tường biên. Ngoài ra còn kết hợp với việc bố trí thêm các loại cốt
thép xiên, cốt thép dọc có sức chịu kéo cao trong các tường vách ngăn, bản đáy,

bản trên của móng. Bố trí thêm các cốt thép phụ ở các lỗ cửa sổ, cửa đi…
2.4


Biện pháp cấu tạo gối tựa cứng dưới nhà và công trình là một phương hướng
tiến bộ để xử lý đối với nền đất yếu và đã được áp dụng ở nhiều nước. Đây là biện
pháp có hiệu quả đối với nhà và công trình cao tầng.
2.5

CHỌN LOẠI MÓNG VÀ CHIỀU SÂU CHÔN MÓNG.

2.5.1 Chọn loại móng.
Đối với nền đất yếu, việc chọn loại móng có ý nghĩa quan trọng cả về kỹ
thuật và kinh tế. Chọn loại móng căn cứ vào những đặc điểm sau đây :
- Hình thức kết cấu của công trình, tính chất truyền tải trọng.
- Sơ đồ bố trí các công trình ngầm (tầng hầm, ống dẫn…).
- Tình hình địa chất khu vực xây dựng.
- Điều kiện XD móng (phương tiện thi công, thời gian XD…).

2.5.2 Chọn chiều sâu chôn móng.
Việc lựa chọn độ sâu chôn móng phụ thuộc vào các yếu tố sau đây :

2.5.2.1

Điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn khu vực xây
dựng.
Điều kiện địa chất và địa chất thủy văn khu vực xây dựng công trình là yếu
tố có ảnh hưởng nhiều nhất đến việc lựa chọn độ sâu chôn móng; trong đó vị trí của
lớp đất chịu lực là điều kiện quan trọng nhất. Tùy thuộc vào các sơ đồ phổ biến
trong thực tế để lựa chọn độ sâu chôn móng và các loại móng cho phù hợp.

Về điều kiện thủy văn của khu vực xây dựng cần phải được xem xét thận
trọng về biên độ dao động của mực nước ngầm, dòng chảy ngầm có thể gây ra hiện
tượng cát chảy… đây là một trong những yếu tố làm cơ sở cho việc lựa chọn
phương án móng, độ sâu chôn móng, biện pháp thi công móng… Khi mực nước
ngầm nằm cao hơn đế móng, do tác dụng đẩy nổi của nước, sẽ làm giảm trị số ứng
suất tác dụng lên nền và hạn chế khả năng chống trượt khi chịu lực ngang. Vì vậy,
trong mọi trường hợp nên cố gắng đặt móng ở bên trên mực nước ngầm.

2.5.2.2

Anh hưởng của trị số và tính chất truyền tải trọng của công trình.
Khi công trình chịu tải trọng lớn thì móng cần đặt sâu để giảm bớt diện tích
đế móng và hạn chế khả năng lún và biến dạng không đều của đất nền.
Khi công trình chịu tải trọng ngang và moment uốn lớn, móng cũng phải có
chiều sâu đủ lớn để đảm bảo ổn định về trượt và lật.

2.5.2.3

Anh hưởng của đặc điểm và yêu cầu sử dụng công trình.
Chiều sâu chôn móng còn phụ thuộc vào sự có mặt của các công trình như
tầng hầm, đường giao thông, đường ống dẫn nước… cũng như các công trình lân
cận đã xây dựng.


Đáy móng phải được đặt sâu hơn tầng hầm ít nhất 40cm và mặt trên của
móng phải nằm ở dưới sàn tầng hầm. Khi công trình tiếp cận với các đường giao
thông ngầm thì đế móng cần đặt sâu hơn các vị trí trên tối thiểu 20 – 40cm.
Việc xem xét tình hình xây dựng và đặc điểm móng của các công trình
xây dựng lân cận là hết sức quan trọng. Khi cao trình đáy móng mới và cũ khác
nhau thì phải đảm bảo điều kiện tối thiểu về khoảng cách và góc truyền lực để các

móng không ảnh hưởng lẫn nhau.

2.5.2.4

Anh hưởng của biện pháp thi công móng.
Chiều sâu chôn móng có liên quan đến phương pháp thi công móng. Nếu lựa
chọn chiều sâu chôn móng một cách hợp lý thì có thể rút ngắn thời gian xây dựng
móng và biện pháp thi công không đòi hỏi phức tạp. Có thể đề xuất ra nhiều
phương án móng, độ sâu chôn móng để lựa chọn phương án cho phù hợp.