Chương 7. Móng sâu

7-1
Chương 7
MÓNG SÂU
7.1. Khái niệm
Khi xây dựng các công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu có chiều dày rất lớn
còn các lớp đất chắc nằm rất sâu, nếu dùng móng cọc không đảm bảo điều kiện kỹ thuật,
chẳng hạn lúc đó cọc phải rất dài không thể hạ xuống bằng các phương tiện hiện nay.
Ngoài ra, nếu trong đất có các chướng ngại vật như đá tảng,… thì không thể đóng c
ọc
qua được. Lúc đó người ta phải dùng móng sâu. Hiện nay, để thiết kế móng sâu người ta
dùng các loại giếng chìm, giếng chìm hơi ép, móng kiểu tường trong đất. Các loại giếng
còn được dùng làm phần ngầm của các công trình như trạm bơm, công trình thu nước,
nhà nghiền quặng…
Móng sâu có thể gồm một giếng hoặc một số giếng, một hai tường trong đất liên kết
với nhau bằng đài móng.
7.2. Giếng chìm hơi ép
Giế
ng chìm hơi ép được sử dụng lần đầu tiên để làm móng sâu trong đất bão hòa
nước vào năm 1841 do kỹ sư người Pháp Triquer để xuất. Giếng chìm hơi ép được hạ
xuống đất nhờ trọng lượng bản thân của buồng giếng và khối xây trên buồng giếng kết
hợp với việc đào đất trong lòng giếng và dưới chân giếng ra. Để con người có mặt trong
buồng giếng để đào đất, ng
ười ta bơm khí nén vào trong buồng giếng nhằm đẩy nước ra
khỏi lòng giếng. Áp suất không khí trong buồng giếng phải bằng áp lực cột nước kể từ
mặt nước đến độ sâu hạ giếng.
Giếng chìm hơi ép (hình 7.1) bao gồm buồng giếng, thâm giếng, buồng hơi ép, ống
giếng. Buồng giếng (1) là một cái hộp cứng gồm chân giếng (2), tấm trần (3). Tấm trần
có chừa lỗ
để người ra vào buồng giếng và đưa vật liệu vào, chuyển đất ra. Buồng giếng

7-3
Khi người trong buồng giếng ra ngoài thì tiến hành theo trình tự ngược lại, nhưng
thời gian họ ở lại trong camera phụ (b) để hạ áp suất không khí xuống dần phải kéo dài từ
14 phút đến 1giờ 25 phút.
Đất trong giếng được đào ở phần giữa rồi đào dần ra vùng chân giếng và chuyển ra
ngoài qua camera (c), có thể đào đất bằng tay hoặc bằng vòi phụt nước. Đồng thời với
việc đào đấ
t trong lòng giếng, người ta xây thân giếng. Để tránh tình trạng ma sát giữa
mặt ngoài thành giếng với đất vượt quá trọng lượng giếng, cần đào đất rộng ra ngoài thân
giếng một đoạn 0,1
÷
0,15m. Để hạ giếng nhanh người ta có thể đào hào theo chu tuyến
buồng giếng và moi đất dưới chân giếng ra. Sau đó hạ áp suất trong buồng giếng xuống
50% (không được giảm nhiều hơn nữa). Khi đó khí nén trong buồng giếng sẽ ít cản lại sự
hạ giếng và giếng hạ xuống nhanh hơn. Theo cách này mỗi lần chỉ hạ được 0,5m. Khi
giếng bị chệch thì phải chỉnh lại.
Ngày nay ở
nhiều nước người ta sử dụng sơ giới để đào đất, do đó giảm được rất
nhiều khó khăn khi thi công giếng chìm hơi ép. Đất được đào bằng vòi phun nước và bùn
được vận chuyển ra ngoài bằng máy hút bùn. Dùng phương pháp này có thể tự động hóa
toàn bộ quá trình hạ giếng, con người không phải làm việc trong buồng hơi ép. Đào đất
bằng vòi phụt nước có hiệu quả đối với đấ
t cát và bùn.
Khi hạ giếng chìm hơi ép xuống đất yếu, để tránh tình trạng giếng bị hạ xuống quá
nhanh ở giai đoạn đầu, người ta kê buồng giếng lên sàn để tăng diện tích tiếp xúc nhằm
giảm áp lực.
Sau khi giếng hạ đến độ sâu thiết kế người ta tháo thiết bị ra và lấp đầy bêtông vào
phần rỗng bên trong.
Khi hạ giếng trên vùng đất khô, để giảm bớt công việc đào
đất trong buồng giếng

7.2.1. Tính toán giếng chìm hơi ép
Trong quá trình sử dụng, giếng chìm hơi ép chịu các tải trọng giống như giếng chìm
và được tính toán hoàn toàn tương tự.
Khi hạ giếng có các tải trọng sau đây tác dụng:
P_ Trọng lượng bản thân của giếng, buồng hơi ép, ống giếng;
P’_ Trọng lượng bản thân buồng giếng;
N_ Áp lực của khí nén trong buồng giếng tác dụng lên chân giếng theo phương
ngang;
Q_ Áp lực của khí nén trong buồng giếng tác dụng lên tấm trầ
n theo phương thẳng
đứng;
Phản lực đứng R
1
, R
2
và nằm ngang H của đất dưới công son;
Áp lực ngang lên tường phía ngoài của buồng giếng do cột nước W và áp lực đất E;
Ma sát giữa đất với mặt ngoài chân giếng và thân giếng T = E.f;
f_ Hệ số ma sát giữa bêtông và đất (đất cát: f = 0,5; đất sét: f = 0,3).
7.2.2. Tính toán tấm trần
Trong quá trình đúc và hạ giếng chìm hơi ép có các lực sau đây tác dụng lên tấm
trần:
- Trọng lượng bản thân tấm trần;
- Trọng lượng của khối xây thân giếng lên tấm trần (thường lấy bằng trọng lượng
khối xây có chiều cao 1,5
÷
2,0m);
- Áp lực của khí nén tác dụng lên tấm trần Q = 1,0.F.h (với h_ độ sâu kể từ mực
nước đến chân giếng; F_ diện tích giếng chìm hơi ép trong mặt bằng).
Các tải trọng này sẽ thay đổi trong từng giai đoạn thi công. Do đó khi xác định nội

đất. Chân tường trong của giếng cao hơn chân tường ngoài 0,5
÷
2,0m. Chân giếng là bộ
phận xuyên vào đất đầu tiên nên được vát nghiêng ở phía trong và được gia cường.
Để trọng lượng giếng thắng ma sát khi hạ giếng và đảm bảo điều kiện bề dày tường
ngoài bằng 0,3
÷
1,5m, bề dày tường trong bằng 0,3
÷
0,7m.
Thành giếng có thể thẳng đứng hoặc khi cần ma sát khi hạ giếng, mặt ngoài thành
giếng được chế tạo với độ nghiêng 1:80 đến 1:120 so với trục đứng hoặc làm bậc, bề rộng
của bậc không quá 7
÷
20cm để tránh làm giảm ổn định khi hạ giếng. Loại giếng thành
nghiêng và loại có bậc khi hạ xuống dễ làm đất quanh giếng bị vỡ lở xốp làm mất ổn định
của nền các công trình gần nơi hạ giếng.
Nếu dùng một giếng làm móng thì mặt cắt ngang của giếng phải giống mặt bằng
của kết cấu bên trên. Giếng có mặt bằng hình tròn có nhiều ưu đi
ểm so với giếng có hình
dạng khác, nó dễ chế tạo, khi hạ xuống đất ít bị vênh lệch hơn, chi phí cốt thép là ít nhất.
Do vậy, nếu chọn phương án giếng chìm thì nên cố gắng dùng giếng tròn và cho kết cấu
bên trên có dạng gần với hình tròn.
Nếu tỷ số giữa các cạnh của móng trong mặt bằng mà lớn thì dùng giếng có mặt cắt
ngang hình elip hoặc chữ nhật nhưng hai cạnh ngắn được thay bởi hai c
ạnh hình tròn. Đối
với móng có kích thước lớn thì cho phép dùng loại chữ nhật. Giếng chìm được làm bằng
bêtông cốt thép, đá.
7.3.2. Thi công
Giếng trọng lực được hạ xuống đất nhờ trọng lượng bản thân kết hợp với việc đào

Nếu hạ giếng ở nơi khô ráo thi ngay tại đó, người ta san đất, đầm chặt rồi đặt gỗ kê,
đặt ván khuôn rồi đúc giếng. Khi hạ giếng ở vùng ngập nước, nếu nước nông hơn 5m thì
dùng đất đổ thành đảo nhân tạo và từ đó tiến hành hạ giếng. Nếu nước sâu hơn 5m thì
dùng đấ
t đổ thành đảo nhân tạo sẽ làm hẹp lòng sông nhiều quá thì người ta hạ giếng với
các giá đỡ cố định. Ngoài ra khi nước sâu, người ta dùng giếng nổi được trên mặt nước.
Để giếng có thể nổi được, thành giếng được chế tạo dạng hộp rỗng hoặc bịt kín giếng rồi
cho khí nén vào. Phần phía trên giếng được bịt bằng thép hình cupôn.
Để tăng nhanh tốc độ hạ giếng, người ta có thể dùng các bi
ện pháp hỗ trợ như gia
tải trọng tĩnh, bơm vữa sét bentônit vào khe hở giữa mặt ngoài thành giếng và đất tạo
thành áo sét (áo xúc biến) dày 5
÷
10cm.
Trong thực tiễn, người ta đã thi công giếng chìm trọng lực với diện tích 2000m
2

trong mặt bằng va có trường hợp hạ giếng 70m kể từ mặt nước, trong đó hơn 40m hạ vào
đất.
7.3.3. Tính toán giếng chìm
7.3.3.1. Sơ bộ xác định bề dày thành giếng
Hình dạng và kích thước của giếng được lựa chọn dựa theo móng được thiết kế.
Để hạ được giếng xuống đất thì trọng lượng của nó phải lớn hơn ma sát giữa thành
giếng và đất.
∑
=
τ>
n
1i
ii

Chương 7. Móng sâu

7-8
i
τ
_ Ma sát đơn vị giữa thành giếng và lớp đất thứ i.
Dựa theo V ta xác định được bề dày cần thiết của tường giếng.
7.3.3.2. Kiểm tra độ bền của tường giếng
Khi hạ xuống đất, tường giếng ở trạng thái ứng suất phức tạp dưới tác dụng của các
lực sau:
- Áp lực chủ động của đất:
)
2
45(tg.h.
o2
a
ϕ
−γ=σ
;
- Áp lực của nước (nếu hạ giếng có bơm hút nước):
nww
h.γ=σ
;
- Phản lực và lực đạp của đất dưới chân giếng;
- Trọng lượng bản thân của giếng;
- Ma sát giữa tường và đất.
Tính toán tường giếng theo sự uốn trong mặt phẳng nằm ngang: được tính theo áp
lực nước và đất từ phía ngoài. Khi giếng hạ đến độ sâu thiết kế, áp lực của đất được tính
như áp lực chủ động lên tường chắn. Khi h
ạ giếng có bơm hút nước, trọng lượng trên 1m

Giếng hình elip (hình 7.3a):
- Mômen uốn tại tiết diện a:
α= .a.pM
2
a
(7.3)
Chương 7. Móng sâu

7-9
- Mômen uốn tại tiết diện c:
β−= .a.pM
2
c
(7.4)
Trị của các hệ số
α
,
β
cho trong bảng 7.1.
Bảng 7.1: Trị số của
α
,
β
.
a/b
1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3
α

0 0,057 0,133 0,237 0,391 0,629 1,049 1,927
β

+
+π+
=
(7.7)
p.r N
a
=
(7.8)
-

Tại tiết diện c:
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+−=
r
2
t
.t.pMM
ac
(7.9)
b.pN
c
=
(7.10)
Ở đây:
t

T
_ Lực ma sát tác dụng ở mặt ngoài côngson;
)
2
45(tg.h.
o2
a
ϕ
−γ=σ
;
n
1
_ Hệ số vượt tải của áp lực đất và nước
3,1n
1
=
;
n
2
_ Hệ số vượt tải của trọng lượng thành giếng
1,1n
2
=
;
n
3
_ Hệ số an toàn của lực ma sát
9,0n
3
=

4
=
(7.14)
n
4
_ Hệ số vượt tải lấy
7,0n
4
=
.
Lực ma sát trong phạm vi
2
H
lấy bằng
a
E5,0T
=
(7.15)
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
ϕ
−
⎟
⎠
⎞
⎜

2
C
C
C
V
2
1
1
1
+
=
(7.19)
Chương 7. Móng sâu

7-12
cv2
gcothC α=
(7.20)
c
α
_ Góc nghiêng của phần vát chân giếng;
δ
_ Góc ma sát ngoài giữa đất và bêtông tường giếng;
Lực U được coi là đặt tại cao độ
3
h
v
.
Các ký hiệu khác như trên hình vẽ.
Mômen uốn và lực dọc tại tiết diện a-a của côngson xác định theo công thức:

N
1
max
=
;
14
pln
M
2
1
max
=
(7.23)
Khi hạ giếng, do đào đất dưới chân giếng và sự tập trung lực ma sát ở phần trên của
giếng có thể xảy ra tình trạng là tại tiết diện nằm ngang x-x (hình 7.6) sẽ xuất hiện ứng
suất kéo có trị số vượt quá độ bền của tường giếng. Lực kéo tại tiết diện x-x:
xxx
TGS −=
(7.24a)
xx
T,G
_ Lần lượt là trọng lượng giếng và lực ma sát ở phần giếng phía dưới tiết
diện x-x.
Nếu biểu đồ của lực ma sát có dạng tam giác thì lực kéo giếng xác định theo công
thức:
2
2
2
M
x