Color Palette Selector
NỀN VÀ MÓNG CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT YẾU XƯA VÀ NAY    

 Mở đầu

Sự cố các công trình xây dựng trong điều kiện đất yếu xảy ra khắp nơi trên thế giới. Thủơ xa xưa con người đã phải đối mặt với những khó khăn khi công trình bị lún, lún nghiêng, lún kéo dài theo thời gian. Và hôm nay, khi khoa học công nghệ đã đạt tới những thành tựu kỳ vĩ, nhận thức của con người về thế giới tự nhiên đã rõ ràng và minh triết hơn, nhưng những vấn đề xây dựng các công trình ở mọi lĩnh vực kinh tế xã hội, ở mọi cấp độ, quy mô trong môi trường đất yếu vẫn phải đối mặt với lún (lún lệch, lún nghiêng) – và lún kéo dài theo thời gian như những thế hệ xa xưa đã từng chịu đựng.

Để khắc phục những tồn tại nói trên, bài viết này và những bài viết chuyên khảo tiếp theo sẽ giới thiệu nguồn cội của các loại đất đá nói chung và một số loại đất yếu nói riêng với ảnh hưởng của các tác động môi trường, các ứng xử cơ học, lý hóa, sinh học, địa nhiệt và tác động của tải trọng đối với nền đất dưới móng các công trình xây dựng thường gặp khi xây dựng các công trình hiện nay trong môi trường đất yếu ở khu vực TP. Hồ Chí Minh và vùng châu thổ sông Mê Kông, miền Nam Việt Nam.

1- Sự phân bổ tự nhiên của đất đá trên bề mặt địa cầu (liên quan đến việc chọn vị trí để xây dựng công trình)

Từ thủơ hồng hoang, con người luôn phải đấu tranh với sự khắc nghiệt của tự nhiên để tồn tại, cùng với lịch sử phát triển của nhân loại một cách liên tục và kế thừa thì lịch sử phát triển ngành xây dựng nói riêng cũng trải qua quá trình như vậy. Thời  kỳ Tô Tem mông muội, con người tiền sử sống trong các hang động, đến những túp lều trong những cánh rừng già, từ những lều, chòi thô sơ xây dựng bằng đất đến những công trình bằng đá, gỗ, bê tông, bê tông cốt thép, rồi bê tông ứng suất trước, thép, thép cường độ cao, vật liệu siêu bền, và hiện nay với những công trình hiện đại và siêu hiện đại vươn tới trời xanh. Lịch sử ngành xây dựng phát triển qua hàng triệu năm cùng với sự phát triển của xã hội loài người.

Các công trình xây dựng xưa và nay từ thô sơ hay hiện đại đều đứng vững trong môi trường đất đá (môi trường địa kỹ thuật công trình).

Nền đất để xây dựng công trình (Nơi tiếp nhận toàn bộ tải trọng công trình)

Đất là một sản phẩm của thế giới tự nhiên được thành tạo theo các quá trình thạch địa tự nhiên, lâu dài và chịu sự ảnh hưởng của các quy luật trong quá trình đó. Đất đá bao gồm 3 nhóm chính: Đá Macma, đá trầm tích và đá biến chất. Trong các bài báo chuyên khảo về xây dựng công trình trong môi trường điều kiện đất yếu, chúng tôi đi sâu giới thiệu về loại đá trầm tích chiếm khối lượng lớn nhất trong vỏ trái đất. Loại đá này là cội nguồn của các loại đất: sét, cát, chất kết, bột kết, đá phấn, đá vôi, chúng phân bổ thành từng lớp, bao phủ bề mặt trái đất, lớp nọ nằm chồng lên lớp kia theo quy luật tự nhiên, lớp trầm tích cổ nằm dưới, lớp trầm tích trẻ nằm trên. 

Đá trầm tích biển cổ có khả năng chịu tải cao hơn các trầm tích khác, đối với bột kết và sét kết, độ bền chịu tải khoảng 200-300 kg/cm2, cát kết và đá vôi có độ bền khoảng 600-800 kg/cm2. Ngược lại, các trầm tích trẻ Kỷ Đệ Tứ có khả năng chịu tải lớn hơn nhiều kể cả trầm tích lục địa và biển hồ; khả năng chịu tải của cát thạch anh vào khoảng 3-4 kg/cm2, đối với đất sét ở trạng thái cứng có khả năng chịu tải 2-3 kg/cm2, khi ở trạng thái nhão và dẻo nhão, sét có độ bền vào khoảng 1-2 kg/cm2. Bùn sét là loại trầm tích có khả năng chịu tải thấp nhất: R ≤ 0,5 – 1 kg/cm2 .

Cùng với quá trình vận động tạo sơn, thạch địa thuộc loại cứng và nửa cứng có độ bền chịu tải cao phần lớn là đá cổ, phân bổ ở các vùng cao nguyên trung du và miền núi cao, các khu vực này diện tích đất xây dựng không nhiều. Trong khi đó đất đá trầm tích trẻ và mềm tơi rời thuộc Kỷ Băng Hà thứ 4, có khả năng chịu tải kém vì tính nén lún cao, độ rỗng lớn và ngậm nước, lại phân bổ tập trung phần lớn ở vùng châu thổ cửa sông, thung lũng, các vùng duyên hải ven biển – Những trung tâm chính trị, văn hóa, kinh tế, xã hội của con người trên phần diện tích rộng lớn của mặt địa cầu, hành tinh của sự sống diễn ra mạnh mẽ quá trình hoạt động kinh tế, xây dựng đô thị và những công trình khác. Thật là cám cảnh, toàn bộ tải trọng các công trình xây dựng mà con người sáng tạo ra được chuyển cho bề mặt địa cầu tiếp nhận qua nền đất lại không thích hợp với khả năng chịu đựng của nó trên từng phần diện tích chịu tải của đất nền dưới công trình. Ngoài ra cũng phải kể đến những tải trọng thường xuyên xảy ra trong và trên mặt đất.

2- Nền đất dưới móng các công trình – với góc nhìn cận cảnh từ bên trong

Trái đất hình thành cách đây hàng tỷ năm và không ngừng biến đổi trước tác động của lực nội sinh và ngoại sinh, lực phát sinh các loại năng lượng bên trong và bên ngoài: Năng lượng nội sinh phát sinh từ trong lòng đất bởi các quá trình phóng xạ, trường tĩnh điện, trọng lực và sự vận động tạo sơn của địa thạch; năng lượng ngoại sinh tạo ra bởi hiệu ứng bức xạ của Thái Dương hệ, của vũ trụ và vụ nổ Bigbang, quá trình bào mòn, lưu thủy, quá trình biến tiến, biến lùi và phong hóa. Hoạt động phun trào của núi lửa, thảm họa động đất, sóng thần làm thay đổi địa mạo, kể cả bụi vũ trụ cũng gây ra những hệ quả quan trọng.

Người ta tính toán cứ mỗi năm có khoảng 40.000 tấn bụi vũ trụ rơi xuống hành tinh chúng ta khiến cho trọng lượng trái đất tăng thêm 0,0015% trọng lượng bản thân nó.

Quá trình địa thạch tự nhiên làm biến đổi hình thái bề mặt trái đất, từ những quá trình vận động tạo sơn hùng vĩ, quá trình biến tiến, biến lùi tạo nên những đại dương sâu thẳm cho đến những hạt bụi vũ trụ li ti đã làm cho trái đất chất chồng tải trọng, ngày một nặng thêm và tất cả sức nặng đó  lại chuyển vào nền đất.

Nhu cầu xây dựng các công trình phát triển không ngừng, cùng với quá trình công nghiệp hóa của các quốc gia. Theo các số liệu thống kê của chúng tôi từ các chuyên gia từ năm 1975, dân số thế giới khoảng 4 tỷ người với diện tích xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp chiếm 4% diện tích lục địa. Năm 2015, dân số toàn cầu tăng lên khoảng 7,5 tỷ người với diện tích xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp chiếm khoảng 18% diện tích lục địa. Mỗi ngôi nhà xây dựng từ 3-5 tầng với tải trọng  hàng ngàn tấn, còn những tháp cao, những tòa nhà chọc trời ở New York hay ở Dubai của các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống Nhất (UAE) có tải trọng 300-500 ngàn tấn.

Những phụ tải khổng lồ đó cũng lại truyền vào nền đất dưới công trình. Vấn đề ổn định và biến dạng của các công trình hoàn toàn phụ thuộc vào độ bền (khả năng chịu tải) của đất nền. Trong lịch sử xây dựng công trình, phần lớn các sự cố công trình mất ổn định và sụp đổ là do nền đất biến dạng quá giới hạn cho phép làm cho công trình bên trên mất ổn định và bị phá hoại, mặc dù kết cấu công trình vẫn chưa vượt quá giới hạn bền vững. Điều này phải được đặc biệt quan tâm khi xây dựng công trình trong điều kiện đất yếu.

3- Kết luận

Cái gốc của sự ổn định và bền vững của các công trình xây dựng là nền và móng. Kinh nghiệm nhiều đời qua các thế hệ nhắn nhủ lại rằng: Móng quyết định sự tồn tại bền vững với thời gian của các công trình.

Nói một cách rõ ràng và minh triết là: móng của các công trình xây dựng không phải là vật thể treo lửng lơ giữa âm ty địa ngục, mà là được đặt sâu một phần - hoặc toàn bộ trong đất đá. Móng mang vác toàn bộ công trình nhưng lại được đất đá tiếp nhận – Điều này khẳng định chính đất đá (nền đất dưới móng công trình) mới thực sự là môi trường giữ cho sự ổn định và bền vững của công trình. Nhưng nền đất dưới móng các công trình có phạm vi tới đâu (vùng hoạt động về ứng suất, vùng hoạt động về cố kết)? Đó là phạm vi đất đá trực tiếp tiếp nhận tải trọng và ứng xử tương tác cơ học, vật lý với móng công trình. Phạm vi đó là NỀN đất dưới móng công trình.

Tóm lại, các ứng xử cơ học: móng là phần nối dài của công trình xây dựng bên trên, móng tiếp nhận và truyền tải trọng của công trình xây dựng xuống đất nền. Nền và móng quyết định sự ổn định vững chắc của công trình. Trong thiết kế tính toán nền móng công trình, tấm móng lớn làm nhiệm vụ phân bổ tải trọng của công trình xây dựng bên trên lên bề mặt rộng hơn của đất nền dưới móng công trình. Với quan điểm đúng đắn là Nền – Móng – Công trình là một thực thể liên tục (một khối thống nhất) làm việc đồng thời tương tác cơ học với nhau, việc phân chia ra từng bộ phận riêng rẽ là để nghiên cứu chuyên sâu và đơn giản hóa tính toán thiết kế Nền – Móng các công trình xây dựng trong thực tế sản xuất. (Xem sơ đồ Nền – Móng – Công trình).

Từ phân tích ở trên, chúng ta thấy đất đá được dùng trong xây dựng với 3 mục đích, đó là: Làm nền, làm môi trường (đường hầm xuyên núi, đường xe điện ngầm, kênh dẫn nước, hầm trú bom đạn trong chiến tranh),… và làm vật liệu cho công trình (tường chắn, đê, đập đắp bằng đất).

Trong quá trình xây dựng các công trình, đòi hỏi các chuyên gia phải đạt tới sự hiểu biết rõ ràng, cặn kẽ và tường minh về phạm vi đất đá là nền các công trình xây dựng bên trên, để từ đó tìm ra giải pháp nền móng hợp lý cho mỗi loại công trình khác nhau với hiệu quả kinh tế kỹ thuật phù hợp nhất.

(Tiến sĩ Mai Di Tám)
Quay lại
Ý kiến của bạn
Tên bạn:  
Email:    
Tiêu đề:
 
File gắn kèm:
Tắt bộ gõ Gõ tự động Telex VNI VIQR
 
Các tin khác:
NGHIÊN CỨU ĐỂ DỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NEO ĐẤT CỦA NHẬT BẢN JGS 4101-2000 VÀO VIỆT NAM (10/09/2012)
Tương tác giữa các khối đất đá xung quanh hầm lò bằng nằm sâu dưới mặt đất (07/09/2012)
Hội thảo Xây dựng mô hình tổ chức quản lý và điều hành sản xuất có hiệu quả trong các công ty đóng tàu của Vinashin (13/08/2012)
MÔ HÌNH TOÁN CẢNG LẠCH HUYỆN: THẬN TRỌNG KẺO TIỀN MẤT TẬT MANG! (03/08/2012)
XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG LỢI NHUẬN CÔNG TY XÂY DỰNG BẰNG SYSTEM DYNAMIC (23/07/2012)
GÓC NHÌN CẬN CẢNH VỀ ĐẤT YẾU Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VÀ VÙNG CHÂU THỔ SÔNG CỬU LONG MIỀN NAM VIỆT NAM - CHO VIỆC XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH (12/07/2012)
Nên thay đổi vị trí xây dựng cảng Lach Huyện – Cảng Cửa ngõ quốc tế của Hải Phòng (27/06/2012)
Danh sách những công nghệ sắp biến mất trong tương lai (16/05/2012)
ĐỀ XUẤT LOẠI HÌNH TRẠM BƠM PHÙ HỢP CHO CÁC VÙNG ĐỒNG BẮNG SÔNG CỬU LONG (16/04/2012)
Graphene: Vật liệu mới có thể làm biến đổi thế giới (03/04/2012)
Tiêu điểm
Video Clips
Thư viện ảnh
Quảng cáo
Tin mới nhất
Hội chuyên ngành XD
>> Xem chi tiết danh sách
Hội viên tập thể
>> Xem chi tiết danh sách
Tìm kiếm

Liên kết web
Quảng cáo