Thiết kế móng nhà cao tầng

Thiết kế móng nhà cao tầng là một yêu cầu hết sức quan trọng mà chủ đầu tư cần quan tâm đầu tiên.  Móng nhà là kết cấu kỹ thuật xây dựng nằm dưới cùng của công trình xây dựng như các tòa nhà, cầu, đập nước….) đảm nhiệm chức năng trực tiếp tải trọng của công trình vào nền đất bảo đảm cho công trình chịu được sức ép của trọng lực từng các tầng lầu khối lượng của công trình đảm bảo sự chắc chắn của công trình.

Nền móng trong các tòa nhà này hỗ trợ tải trọng nặng hơn đáng kể so với các tòa nhà dân cư. Tải trọng sàn dao động từ 450 đến 1.500 kg mỗi mét vuông. Móng cọc là loại được sử dụng chủ yếu , có hai loại, chịu lực và ma sát.

Một cọc chịu lực là một thiết bị để truyền tải trọng của tòa nhà qua một lớp đất quá yếu để đưa tải trọng đến một lớp đất mạnh hơn một khoảng cách dưới lòng đất; cọc đóng vai trò như một cột để mang tải xuống tầng chịu lực. Cọc chịu lực ban đầu được làm bằng gỗ, ngày nay rất hiếm; thông thường hơn chúng được làm bằng bê tông đúc sẵn, và đôi khi cọc thép H được sử dụng. Chiều dài cọc có thể tối đa khoảng 60 mét (200 feet) nhưng thường ít hơn nhiều. Các cọc được đặt đúng chỗ bằng cách đẩy chúng xuống đất bằng búa cơ lớn. Ống thép rỗng cũng được điều khiển, và nội thất được đào và lấp đầy bằng bê tông để tạo thành cọc chịu lực; đôi khi đường ống được rút khi đổ bê tông. Một lỗ tròn được đào đến một tầng chịu lực bằng máy khoan và được hỗ trợ tạm thời bằng vỏ hình trụ bằng thép. Các lỗ sau đó được lấp đầy bằng bê tông đổ xung quanh một lồng các thanh cốt thép; và vỏ thép có thể hoặc không thể để lại tại chỗ, tùy thuộc vào đất xung quanh. Đường kính của caissons thay đổi từ một đến ba mét (ba đến 10 feet). Các cọc ma sát của gỗ hoặc bê tông được dẫn vào đất mềm, nơi không có tầng cứng hơn để chịu lực bên dưới vị trí. Tải trọng xây dựng được hỗ trợ bởi ma sát bề mặt giữa cọc và đất.

Móng cọc là những cột dài, mảnh bằng thép, bê tông hoặc gỗ. Các máy móc được gọi là máy đóng cọc đập chúng xuống sâu tới 200 feet (61 mét) đến một lớp đất hoặc đá rắn. Công nhân có thể biết khi nào các cột đạt được độ sâu thích hợp của mình bằng số lần thổi mà người lái cọc cần để lái các cột 1 inch (2,5 cm). Các cột này truyền tải trọng xây dựng đến đất hỗ trợ. Hầu hết các tòa nhà chọc trời được hỗ trợ bởi nền tảng đá.

Khi đất mềm đến mức các cọc ma sát thậm chí không hỗ trợ tải trọng xây dựng, lựa chọn cuối cùng là sử dụng Nền tảng nổi , làm cho tòa nhà giống như một chiếc thuyền tuân theo nguyên tắc của Archimedes, nó bị nổi lên bởi sức nặng của trái đất thay thế trong việc tạo ra nền tảng. Móng nổi bao gồm bê tông cốt thép phẳng tấm hoặc thảm hoặc của bồn bê tông cốt thép với các bức tường quay lên xung quanh mép của tấm thảm để tạo ra một khối lượng lớn hơn.

Nếu những tòa nhà này không có tầng hầm , ở vùng khí hậu lạnh bê tông cách nhiệt hoặc xây tường sương được đặt dưới tất cả các bức tường không mặc bên ngoài để giữ sương từ dưới các tấm sàn. Tường móng bê tông cốt thép cho tầng hầm phải được giằng cẩn thận để chống lại áp lực đất bên. Những bức tường này có thể được xây dựng trong các cuộc khai quật, đổ vào các hình thức bằng gỗ. Đôi khi một bức tường được tạo ra bằng cách lái các tấm thép lồng vào nhau đổ xuống đất, đào trên mặt tầng hầm và đổ một bức tường bê tông chống lại nó. Các bức tường móng sâu hơn cũng có thể được xây dựng bằng phương pháp tường bùn, trong đó một loạt các lỗ xỏ xiên có khoảng cách gần nhau được khoan liên tiếp, lấp đầy bằng bê tông và cho phép cứng lại; các không gian giữa được đào bằng xô vỏ sò đặc biệt và cũng được lấp đầy bằng bê tông.

Trong các hoạt động đào và khoan, các lỗ được lấp đầy bằng một chất lỏng mật độ cao bùn , trong đó niềng răng chống sập nhưng vẫn cho phép khai thác vật liệu khai quật. Cuối cùng, tầng hầm được đào liền kề với bức tường, và bức tường được chống lại áp lực đất.

Thiết kế móng cho nhà cao tầng

Nhà  dưới 30 tầng

Thông thường, đối với nhà cao tầng (dưới 30 tầng) người ta dùng móng cọc khoan nhồi. đường kính cọc phổ biến từ 0 m 80 đến 1 m 40, hay dùng nhất là loại cọc ð 1 m 00 và ð 1 m 20.

Nhà trên 30 tầng

Đối với nhà có chiều cao trên 30 tầng, thì nên dùng móng cọc Barét. Chiều dài cọc, nói chung ở các thành phố lớn thường dùng 40 m đến 60 m. Đầu cọc phải cắm vào tầng đất tốt, có chỉ số xuyên tiêu chuẩn NSPT > 50. Đài cọc phải có chiều dày bằng hoặc lớn hơn 2 lần đường kính cọc khoan nhồi hoặc 2 lần chiều rộng cọc Barét. Cần phải kiểm tra chất lượng bê tông cọc khoan nhồi hoặc cọc Barét bằng phương pháp siêu âm truyền qua (Sonic) và PIT. Ngoài việc tính toán sức chịu tải của cọc phải dựa vào kết quả khảo sát địa chất công trình, còn phải thí nghiệm sức chịu tải của cọc tại hiện trường như nén tỉnh cọc, PDA hoặc phương pháp Osterberg khi sức chịu tải của cọc rất lớn.

Lưu ý

Nếu dùng tường trong đất, thì đây là kết cấu vĩnh viễn. Tường trong đất là loại kết cấu bê tông cốt thép có chiều dày từ 60 cm đến 1,5 m (tường tầng hầm nhà cao tầng thường dùng loại chiều dày từ 60 cm đến 1 m tuỳ yêu cầu cụ thể), có chiều sâu đến vài chục mét. Tường trong đất phải chống được vào tầng đất loại sét có trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng hoặc cứng. Như vậy mới ngăn được nước ngầm vào tầng hầm và đảm bảo ổn định cho tầng hầm. Kết cấu tầng hầm nhà cao tầng thường liên quan đến móng cọc (có thể là cọc nhồi hoặc cọc Barét) nên cần nghiên cứu kết cấu hợp lý các liên kết giữa bản đáy tầng hầm với hệ thống đài cọc, giữa tường tầng hầm với các bản sàn… Phải hết sức chú ý vấn đề chống thấm cho tầng hầm, nếu dùng cọc lắc xem hoặc cọc đất xi măng, thì phải có biện pháp chống thấm cho tầng hầm gồm cả tường tầng hầm và đáy tầng hầm. Nếu dùng tường trong đất làm tường tầng hầm thì phải chú ý đảm bảo chất lượng bê tông thật tốt và đặc biệt là các gioăng chống thấm giữa các Barét tạo nên các bức tường trong đất.