Độ lún đất nền là gì?
Độ lún đất nền (settlement) là biến dạng đứng của nền đất dưới tác dụng tải trọng công trình, gây dịch chuyển xuống của móng và kết cấu bên trên. Lún là nguyên nhân phổ biến nhất dẫn đến nứt tường, nghiêng kết cấu và hư hỏng công trình — đặc biệt trên nền đất yếu. Tổng độ lún được xác định bằng tổng ba thành phần: S = Si + Sc + Ss.
Lún tức thời Si (Immediate / Elastic Settlement)
Lún tức thời xảy ra ngay lập tức khi tải trọng tác dụng, do biến dạng đàn hồi của khung hạt đất mà không có sự thay đổi thể tích lỗ rỗng. Với đất sét bão hòa, Si xảy ra ở điều kiện không thoát nước (undrained) nên thể tích không đổi nhưng hình dạng thay đổi. Với đất cát và sỏi, Si chiếm phần lớn tổng lún và hoàn thành gần như ngay trong quá trình thi công.
Công thức ước tính: Si = q × B × (1 – ν²) / Eu × Is, trong đó q là áp lực đáy móng, B là bề rộng móng, ν là hệ số Poisson không thoát nước (~0,5), Eu là mô đun không thoát nước, Is là hệ số hình dạng.
Lún cố kết Sc (Consolidation Settlement)
Lún cố kết là thành phần chính và quan trọng nhất với đất sét. Khi tải trọng tác dụng lên đất sét bão hòa, áp lực nước lỗ rỗng dư (excess pore pressure) tăng lên và nước thoát dần ra theo thời gian. Khi nước thoát, thể tích lỗ rỗng giảm → đất lún xuống. Quá trình này kéo dài từ vài tháng đến vài chục năm tùy chiều dày lớp sét và điều kiện thoát nước.
Công thức Terzaghi cho lớp đất cố kết thường (NC clay):
Sc = [Cc / (1 + e₀)] × H × log(σ’f / σ’0)
Trong đó: Cc = chỉ số nén (compression index); e₀ = hệ số rỗng ban đầu; H = chiều dày lớp đất; σ’0 = ứng suất có hiệu ban đầu; σ’f = ứng suất có hiệu cuối cùng.
Với đất cố kết trước (OC clay, σ’ < pc): dùng Cs (chỉ số nén lại, nhỏ hơn Cc nhiều lần), lún nhỏ hơn đáng kể.
Lún từ biến Ss (Secondary / Creep Settlement)
Lún từ biến xảy ra sau khi cố kết chính hoàn thành (áp lực nước lỗ rỗng dư đã tiêu tán hết), do biến dạng từ từ của khung hạt đất dưới ứng suất không đổi. Thường nhỏ với đất sét vô cơ nhưng rất lớn với than bùn và đất sét hữu cơ (có thể 20–40% tổng lún).
Tốc độ lún từ biến: Ss = Cα × H × log(t₂/t₁), với Cα = hệ số từ biến thứ cấp (secondary compression index), t₁ và t₂ là thời điểm xét.
Lún lệch và giới hạn cho phép
Lún đều không gây hại bằng lún lệch (differential settlement) — chênh lệch lún giữa hai điểm gây xoắn và uốn kết cấu. Giới hạn lún theo tiêu chuẩn thiết kế thông thường:
- Lún tổng cho phép nhà dân dụng thông thường: 25–50 mm
- Lún tổng cho phép nhà công nghiệp có cầu trục: 100–200 mm
- Lún lệch cho phép: < 1/300 × khoảng cách giữa hai điểm (L)
- Nhà cao tầng nhạy cảm: lún lệch < 1/500 × L
Dự báo và kiểm soát lún
Trong quá trình thi công và khai thác, bố trí mốc quan trắc lún (settlement marker) tại móng và nền. Kết quả quan trắc so sánh với dự báo tính toán để hiệu chỉnh mô hình và điều chỉnh tiến độ thi công. Nếu lún vượt dự báo, xem xét gia tải bổ sung PVD hoặc điều chỉnh tải thi công.
Câu hỏi thường gặp
- Lún cố kết kéo dài bao lâu?
- Phụ thuộc chiều dày lớp sét và điều kiện thoát nước. Lớp sét 10 m thoát nước 2 mặt có thể cần 5–20 năm để đạt 95% cố kết. Dùng PVD rút xuống còn 6–12 tháng.
- Làm thế nào để giảm lún từ biến?
- Gia tải trước vượt tải trọng thiết kế (surcharge preloading) để kích hoạt từ biến sớm trước khi thi công công trình; sau đó dỡ tải và xây dựng. Tránh dùng than bùn làm nền nếu có thể.