Khi nào cần gia cố nền móng?

Có nhiều trường hợp kết cấu móng công trình phát sinh vấn đề khi toàn bộ phần kết cấu chịu lực đã được thi công. Trong tình huống khẩn cấp như thế, biện pháp khắc phục cần được đưa ra để phục hồi khả năng chịu lực của công trình .

Biện pháp gia cố nền móng (underpinning) giúp tăng cường kết cấu nền móng của một công trình hiện hữu. Biện pháp này bao gồm việc lắp đặt các gối đỡ tạm thời hoặc vĩnh viễn vào kết cấu móng hiện có để có thể đạt được khả năng chịu lực đề ra.

Lựa chọn biện pháp gia cố nền móng

Biện pháp gia cố nền móng được lựa chọn tùy thuộc vào 3 yếu tố chính. Đầu tiên đó là tuổi thọ hiện thời của công trình. Thứ 2 là đặc điểm của các thay đổi lên công trình. Thứ 3 là hiện trạng kết cấu.

 Tuổi thọ công trình

Các công trình được phân loại theo tuổi thọ để làm cơ sở lựa chọn biện pháp gia cố nền móng.

• Kết cấu cổ xưa: lớn hơn 150 năm
• Kết cấu hiện thời: từ 50 đến 150 năm
• Kết cấu hiện đại: ít hơn 50 năm

Đặc điểm thay đổi tác động lên công trình

Có 3 loại thay đổi công trình để làm cơ sở chọn lựa biện pháp gia cốnền móng. Đó là:

Chuyển đổi công năng

Công năng công trình thay đổi, kết cấu nền móng cần có khả năng chịu lực tốt hơn.

Công tác bảo đảm an toàn

Các vấn đề sau đây khiến công trình phải thực hiện các biện pháp bảo đảm an toàn:

• Kết cấu nền móng hiện tại không đủ khả năng chịu lực hay không ổn định.
• Thi công hố đào sâu lân cận làm ảnh hưởng đến địa tầng dưới móng công trình.
• Cần gia cố nền móng công trình trước những thiên tai.
• Yêu cầu phát sinh kết cấu tầng hầm bên dưới công trình hiện có.

Công tác khắc phục

• Sai sót trong thiết kế nền móng ban đầu làm công trình bị lún
• Cải tạo sử dụng công trình thay vì xây mới

Hiện trạng kết cấu cần thiết phải tiến hành gia cố nền móng

Có nhiều lý do cho việc kỹ sư thiết kế đề xuất tiến hành gia cố nền móng nhằm duy trì sự ổn định của kết cấu phần than, chẳng hạn như:

• Cọc gỗ dùng cho công trình mất dần khả năng chịu lực, gây ra độ lún cho công trình. Tình trạng này sinh ra là do biến động độ sâu mực nước ngầm.
• Mực nước ngầm biến động cũng có thể làm giảm khả năng chịu lực của lớp đất dưới móng, làm kết cấu bị lún.
• Công trình được xây trên lớp đất có khả năng chịu tải kém, không đảm bảo được tải trọng công trình truyền xuống và gây ra lún..

Các biện pháp gia cố nền móng

Dưới đây là các biện pháp khác nhau cho công tác gia cố nền móng:

• Phương pháp gia cố bằng cách đổ bê tông khối dưới móng (phương pháp đào hố)
• Phương pháp gia cố bằng dầm gánh
• Phương pháp gia cố bằng dầm và móng trụ
• Phương pháp gia cố bằng cọc kích thước nhỏ
• Phương pháp gia cố bằng cọc
• Phương pháp gia tải trước

Cho dù phương pháp nào được chọn để gia cố nền móng công trình, tất cả đều tuân theo một nguyên tắc chung. Đó là mở rộng kết cấu móng hiện hữu theo chiều dài hoặc chiều rộng. Và đặt kết cấu móng này lên lớp địa tầng tốt hơn. Điều này giúp phân bố tải trọng lên một diện tích lớn hơn.

Lựa chọn phương pháp gia cố là tùy thuộc vào điều kiện địa chất và chiều sâu chôn móng cần thiết.

Các phương pháp gia cố khác nhau được đề cập một cách khái quát trong các phần sau đây.

1. Phương pháp gia cố móng bằng cách đổ bê tông khối dưới móng (Phương pháp đào hố)

Phương pháp gia cố bằng cách đổ bê tông khối dưới móng là phương pháp truyền thống.  Nó được áp dụng qua nhiều thế kỷ khi gia cường kết cấu nền móng. Phương pháp này sẽ mở rộng kết cấu móng cũ bằng cách đào tới lớp địa tầng ổn định.

Lớp đất dưới đáy móng hiện hữu được đào bỏ theo trình tự có kiểm soát theo từng giai đoạn hoặc chống giữ. Khi đào tới lớp đất phù hợp, hố đào được đổ đầy bê tông và được giữ cho đông kết trước khi tiến hành đào hố tiếp theo.

Để có thể truyền tải trọng từ móng cũ xuống kết cấu móng mới, mối nối giữa hai kết cấu được thực hiện bằng cách đổ một lớp vữa xi măng cát khô (vữa xi măng độ ẩm vừa đủ). Đây là phương pháp rẻ tiền, phù hợp cho kết cấu móng nông.

Đối với các vấn đềnền móng phức tạp hơn, các phương pháp ưu việt hơn được lựa chọn. Dưới đây sẽ bàn về nó.

2. Phương pháp gia cố bằng dầm gánh

Hình bên dưới minh họa cấu tạo của phương pháp gia cố bằng dầm gánh. Nó là phương pháp nâng cao từ phương pháp đào hố. Phương pháp này có thể được áp dụng trong trường hợp nào? Nếu kết cấu móng chỉ có thể mở rộng theo một chiều và trên mặt bằng có các cột bên trong vững chắc.

Ưu điểm của phương pháp dầm gánh:

• Thi công nhanh hơn phương pháp truyền thống
• Chỉ tiếp cận kết cấu từ một phía
• Khả năng chịu tải trọng cao

Nhược điểm:

• Nếu móng hiện hữu nằm sâu, việc đào đất là không kinh tế
• Hướng tiếp cận bị giới hạn, công năng sử dụng của dầm gánh cũng bị hạn chế.

3. Phương pháp gia cường bằng dầm và móng trụ

Phương pháp này còn được triển khai áp dụng sau Thế Chiến 2. Phương pháp này ra đời vì phương pháp dùng bê tông khối không thể làm việc hiệu quả cho móng có chiều sâu lớn.

Phương pháp này khả thi cho hầu hết các điều kiện địa chất. Ở đây dầm bê tông cốt thép được đổ tại chỗ để truyền tải trọng vào móng trụ bê tông bên dưới như minh họa ở hình dưới.

Kích thước và chiều cao dầm tùy theo điều kiện đất nền và tải trọng truyền xuống. Phương pháp này khá kinh tế cho móng có chiều sâu ít hơn 6m.

4. Phương pháp gia cố bằng cọc kích thước nhỏ

Phương pháp này có thể được thực hiện khi tải trọng từ móng cần phải truyền xuống lớp đất nằm ở độ sâu lớn hơn 5m. Phương pháp này có thể áp dụng cho đất có tính chất phức tạp, không gian tiếp cận bị hạn chế và phát sinh các vấn đề ô nhiễm môi trường .

Đường kính cọc từ 150 đến 300mm được ép vào đất. Cọc có thể bằng bê tông hoặc thép.

5. Phương pháp gia cố bằng cọc

Phương pháp này sẽ thêm các cọc trên các cạnh kề nhau của tường đang đặt trên móng yếu. Một khối bê tông liên kết xuyên qua tường, liên kết với các cọc như trên dưới.

Khối bê tông này làm việc như đài cọc. Móng bị lún trên đất ngập nước hay đất có tính sét có thể được xử lý bằng phương pháp này.

6. Phương pháp gia tải trước

Phương pháp này áp dụng cho móng băng hoặc móng đơn. Phù hợp với công trình có từ 5 đến 10 tầng.

Trong phương pháp này, đất được đầm nén cho đến khi ở cao độ đào đất, đất nền chịu được một tải trọng đã định trước. Công tác đầm nén được thực hiện trước khi tiến hành gia cố nền.

Yêu cầu đặt ra là cần giảm thiểu tiếng ồn và tác động ảnh hưởng do hoạt động đầm nén. Phương pháp này không thể áp dụng cho móng bè.

Kết Luận

Quyết định biện pháp gia cố nền móng dựa vào quan sát thực tế. Khi kết cấu bắt đầu cho thấy những thay đổi nhất định. Chẳng hạn như độ lún công trình hoặc nứt tường, nứt dầm, nứt sàn hay bất kỳ tình trạng bất thường nào khác. Lúc đó  nhất thiết phải tiến hành kiểm tra độ thẳng đứng và cao độ công trình theo định kỳ. Tần suất kiểm tra tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng của độ lún đang hiện hữu.

Trước khi tiến hành thi công kết cấu ngầm công trình, các chuyên gia phải khảo sát địa chất. Mục đích là xác định khả năng chịu lực của đất nền. Dựa trên báo cáo khảo sát địa chất, các chuyên gia quyết định biện pháp gia cố nền móng.

Trong các công trình được đầu tư thiết kế bài bản, thì thí nghiệm khảo sát địa chất được thực hiện ngay từ đầu. Lúc đó các kỹ sư kết cấu sẽ tính được sức chịu tải của đất nền, và lựa chon giải pháp nền móng phù hợp.

Nếu bạn đầu tư thiết kế kết cấu bài bản trước khi toàn bộ công trình đã được xây lên, thì sẽ giúp tránh được việc phải gia cố nền móng sau này.