Chương 1: Mở đầu giáo trình xây dựng

Chương 1. Mở đầu
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
1
Chương 1. Mở đầu
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 = S
nc
+ S
n
+ S
et
+ S
fk
(1.1)
Trong đó:
S
nc
_ 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...);
S
n
_ Độ lún do đất bị nở ra vì mất áp lực bản thân khi đào hố móng;
S
et
_ Độ lún do đất nền trong vùng biến dạng dẻo cục bộ ở dưới mép móng bị ép trồi
ra;
S
fk
_ 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.
2
Chương 1. Mở đầu
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.
1.2.2.4. Lệch (vênh)
Xuất hiện khi các phần gần nhau của công trình bị lún chênh nhau nhiều và các phần
đó vẫn giữ nguyên vị trí thẳng đứng.
1.2.2.5. Xoắn
Hiện tượng xoắn quan sát thấy khi công trình bị nghiêng không như nhau theo chiều
dọc và đặc biệt khi sự nghiêng của công trình phát triển theo hai hướng khác nhau.
Các loại biến dạng như nghiêng, võng xuống, vồng lên, lệch, xoắn là do sự lún không
đều gây ra. Sự lún không đều làm xuất hiện các ứng suất bổ sung trong các kết cấu siêu
tĩnh và nhiều khi làm cho kết cấu bị hư hỏng.

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
3
Chương 1. Mở đầu
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
4
Chương 1. Mở đầu
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.
Hình 1.2. Một số trường hợp cần làm khe lún.
Thông thường người ta nên bố trí khe lún và khe nhiệt trùng nhau để giảm việc cắt
công trình ra.
Bề rộng tối thiểu của mạch khe lún:
)(.
trp
tgtghK
θθδ
−=
(1.2)
Trong đó:
h_ Khoảng cách từ móng đến độ cao mà ở đó ta xác định khe hở;
tgθ
tr
_ Độ nghiêng của móng công trình phần bên trên. Lấy giá trị âm khi các phần
công trình nghiêng vào nhau;
tgθ
p
_ 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.
5