Tại sao các kiến trúc cao tầng nếu xây dựng tầng hầm ở dưới thì có thể thay cho đóng cọc?

Muốn làm nhà, trước hết phải xây móng. Móng phải thật vững chắc thì nhà mới ổn định được. Vì vậy, cụm từ “đặt nền móng vững chắc cho...” thường được ứng dụng trong nhiều mặt như học tập, công tác v.v...

Móng của công trình kiến trúc có nhiều loại. Thông thường, với các kiến trúc 2 - 3 tầng, móng chỉ là một cái rãnh, gọi là móng băng. Khi tòa nhà cao lên 5 - 6 tầng, nếu dùng kết cấu cột và dầm thì phải đào rãnh theo hai chiều; móng của cột đặt trên giao điểm của các rãnh theo hai chiều. Nếu số tầng nhà tăng lên nữa hoặc chất đất dưới móng rất kém, có trường hợp người ta xây móng trên cả mảng đất dưới nhà, gọi là móng bè. Còn khi xây dựng kiến trúc cao tầng, tổng trọng lượng của công trình tăng lên rất nhiều, lúc đó phải dùng hình thức móng là “đóng cọc”.

Có trường hợp công trình cần xây tầng hầm dưới đất để làm các phòng bổ trợ như gara ô tô, nhà kho, buồng sửa chữa, buồng phân phối điện v.v... Đặc biệt với kiến trúc cao tầng, người ta thường làm sâu xuống đất 1 - 2 tầng, thậm chí ba tầng trở lên, bởi vì nó không những có thể tăng diện tích kiến trúc mà còn rất có lợi cho móng, có thể giảm bớt số lượng cọc của kiến trúc cao tầng. Đối với những tòa nhà không cao lắm, khoảng 10 - 12 tầng, tầng hầm dưới đất thậm chí còn có thể thay cho các cọc. Tại sao vậy?

Hóa ra, phần đáy, đỉnh và tường chung quanh tầng hầm dưới đất đều xây bằng bê tông cốt thép, tương đương với việc đặt một “hòm” bê tông cốt thép rỗng ở bên dưới công trình. Khi xây tầng hầm dưới đất, đầu tiên người ta vét sạch lớp đất bùn. Giả định số đất bùn đó nặng 107 N, tầng hầm ngầm dưới đất giống như cái “hòm rỗng” chỉ nặng 2 x 106 N, thì cũng tương đương với việc giảm bớt 8 x 106 N áp lực lên lớp đất.

Nếu phần kiến trúc trên mặt đất nặng 7 x 106 N, khi không làm tầng hầm, trọng lực nén lên lớp đất là 107 N, tức trọng lượng của đất, cộng thêm 7 x 107 N, tức trọng lượng của kiến trúc, tổng cộng là 1,7 x 107 N. Khi lớp đất không chịu nổi tải trọng đó thì phải giải quyết bằng phương pháp đóng cọc. Nếu làm tầng hầm dưới đất, “hòm rỗng” nặng 2 x 106 N cộng thêm trọng lượng ngôi nhà là 7 x 106 N, hầu như chỉ bằng 1/2 tổng trọng lượng ban đầu, như vậy thì không cần đóng cọc nữa.

Do vậy, tác dụng của móng theo kiểu “hòm” của tầng hầm dưới đất có thể thay cho một phần tác dụng của móng cọc, hoặc có thể nói rằng nó đã bù một phần móng cần thiết cho tổng trọng lượng của kiến trúc. Vì thế, nó còn được gọi là “móng bù”.