Nghiên cứu các giải pháp gia cố ổn định công trình ngầm trong thành phố ứng dụng tính toán cho hố đào công trình royal city hà nội

1

MỤC LỤC
MỤC LỤC ......................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................. 1
2. Mục đích và nội dung nghiên cứu của đề tài ............................................. 2
3. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu ................................................ 2
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................. 2
5. Kết quả đạt đƣợc ........................................................................................ 2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ ỔN ĐỊNH
CÔNG TRÌNH NGẦM ................................................................................... 3
1.1 Tổng quan về các giải pháp gia cố thành hố đào sâu ở Việt nam ......... 3
1.2 Gia cố thành hố đào sâu bằng cọc ván thép hình hoặc ống thép .......... 4
1.2.1 Giới thiệu cọc ván thép hình hoặc ống thép ..................................... 4
1.2.2 Ƣu điểm ............................................................................................ 6
1.2.3 Nhƣợc điểm ...................................................................................... 6
1.3 Gia cố thành hố đào sâu bằng tƣờng trong đất ........................................ 7
1.3.1 Giới thiệu về tƣờng trong đất ........................................................... 7
1.3.2 Ƣu, nhƣợc điểm của tƣờng trong đất................................................ 8
1.3.3 Sơ lƣợc các bƣớc trong thi công tƣờng trong đất ............................. 9
1.4 Giải pháp gia cố thành bằng phƣơng pháp trụ xi măng đất ..................... 9
1.4.1 Giới thiệu phƣơng pháp trụ xi măng đất .......................................... 9
1.4.2. Ƣu điểm của trụ xi măng đất .........................................................11
1.5 Gia cố thành hố đào sâu bằng dãy cọc khoan nhồi ...............................12
1.5.1 Giới thiệu cọc khoan nhồi ..............................................................12
1.5.2 Ƣu, nhƣợc điểm của cọc khoan nhồi ..............................................14
1.6 Giới thiệu một số công trình có tầng hầm ở Hà Nội ............................15
1.6.1 Nhu cầu sử dụng tầng hầm ở các tòa nhà cao tầng ............................15

2
1.6.2 Các sự cố hố đào sâu thƣờng gặp trong quá trình thi công ...............16
1.6.3 Một số sự cố thi công hố đào sâu ở Việt Nam ..............................17
1.7 Đánh giá chung .....................................................................................22
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỐ ĐÀO SÂU ...............24
2.1 Một số đặc trƣng về trạng thái ứng suất, biến dạng của khối đất ..........24
2.1.1 Mô hình đàn hồi ..............................................................................24
2.1.2 Mô hình đàn dẻo .............................................................................28
2.1.3 Mô hình đàn dẻo nhớt .....................................................................29
2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán hố đào sâu .....................................................31
2.3 Ứng dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn .............................................32
2.3.1 Nội dung của phƣơng pháp PTHH trong bài toán đàn hồi tuyến
tính. ..........................................................................................................32
2.3.2 Nội dung của phƣơng pháp PTHH trong bài toán đàn dẻo ...........35
2.4 Ổn định của hố đào sâu trong đất có mực nƣớc ngầm nằm cao ............44
2.4.1 Ảnh hƣởng của nƣớc ngầm ............................................................44
2.4.2 Kiểm tra ổn định do tác động của nƣớc ngầm....................................47
2.5 Kết luận chung .......................................................................................48
CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH BÀI TOÁN ỨNG DỤNG ...................................49
3.1 Giới thiệu về trƣờng hợp tính toán ....................................................49
3.1.1 Vị trí công trình ..............................................................................49
3.1.2 Quy mô công trình ..........................................................................49
3.1.3 Điều kiện địa chất và đặc trƣng cơ lý của đất ................................52
3.1.4 Kết cấu hố đào và các thông số của nó..........................................54
3.2 Lựa chọn phần mềm tính toán ...............................................................56
3.3 Lựa chọn phƣơng pháp tính ứng suất - biến dạng .................................56
3.4 Tính toán ổn định cho mặt cắt điển hình ...............................................57
3.5 Kết quả tính toán....................................................................................58
3.5.1 Trƣờng hợp tính toán cho giai đoạn 1 ............................................59

3
3.5.2 Trƣờng hợp tính toán cho giai đoạn 2 ............................................61
3.5.3 Trƣờng hợp tính toán cho giai đoạn 3 ............................................63
3.5.4 Trƣờng hợp tính toán cho giai đoạn 4 ............................................66
3.5.5 Trƣờng hợp tính toán cho giai đoạn 5 ............................................68
3.5.6 Trƣờng hợp tính toán cho giai đoạn 6 ............................................71
3.5.7 Trƣờng hợp tính toán cho giai đoạn 7 ............................................73
3.6 Kết luận và phân tích kết quả tính toán .................................................75
3.6.1 Đất nền ............................................................................................75
3.6.2 Tƣờng vây .......................................................................................77
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .........................................................................80
1.

Những kết quả đạt đƣợc: .....................................................................80

2.

Kiến nghị .............................................................................................81

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................83
PHỤ LỤC TÍNH TOÁN..................................................................................85


4
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 : Các giải pháp thi công phụ thuộc độ sâu hố đào ........................ 12
Bảng 1.2 : Thống kê một số công trình có sử dụng tầng hầm trên địa bàn
thành phố. ..................................................................................................... 16
Bảng 3.1: Các đặc trƣng cơ lý của đất nền ................................................... 54

Bảng 3.2 Thông số các cấu kiện ................................................................... 55
Bảng 3.3 Chuyển vị đứng và ngang lớn nhất của đất nền qua các giai
đoạn ............................................................................................................... 75
Bảng 3.4 Chuyển vị đứng và ngang lớn nhất của tƣờng vây trái qua các
giai đoạn........................................................................................................ 77
Bảng 3.5 Bảng Momen uốn cực đại của tƣờng vây qua các giai đoạn ....... 79


5
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Một số hình ảnh về tƣờng cừ ván thép trong công trình ngầm ....... 5
Hình 1.2 Thi công tƣờng trong đất ................................................................. 8
Hỉnh 1.3 Thi công tƣờng barrette .................................................................. 9
Hình 1.4 Thi công trụ xi măng đất............................................................... 10
Hình 1.5 Thi công tƣờng cọc khoan nhồi D 400 ở nhà dân ......................... 13
Hình 2.1: Mô hình đàn hồi tuyến tính. ......................................................... 24
Hình 2.2: Mô hình đàn hồi phi tuyến ........................................................... 26
Hình 2.3: Đƣờng cong quan hệ

lg E t ~lg3 ............................................. 27

Hình 2.4: Mô hình và nguyên lí Kelvin - Voigt ........................................... 30
Hình 2.5: Các dạng mất ổn định của tƣờng chắn hố đào.............................. 32
Hình 2.6: Dòng ngầm chảy qua chỗ tƣờng bị nứt ........................................ 45
Hình 2.7: Dòng ngầm chảy dọc theo bề mặt tƣờng chắn ............................. 46
Hình 2.8: Dòng ngầm chảy từ đời chứa nƣớc .............................................. 46
Hình 2.9: Dòng ngầm chảy dƣới chân tƣờng ............................................... 46
Hình 2.10: Hạ mực nƣớc trong hố móng làm cho đất ở xung quanh hố
móng lún không đều ..................................................................................... 47
Hình 3.1: Vị trí khu chung cƣ Royal city ..................................................... 49

Hình 3.2 Phối cảnh các tòa nhà của chung cƣ Royal city ............................ 50
Hình 3.3 Mặt bằng chung cƣ Royal city....................................................... 51
Hình 3.4 Mặt bằng bố trí cọc và tƣờng vây thi công khối nhà R1 và R2 ..... 51
Hình 3.5 Mặt cắt điển hình tầng hầm (đơn vị m) ......................................... 52
Hình 3.6 Trụ địa chất .................................................................................... 53
Hình 3.7 Sơ đồ tính cho mặt cắt qua khối nhà R1 và R2 ............................ 58
Hình 3.8 Sơ đồ lƣới phần từ tính toán cho mặt cắt qua khối nhà R1 và R2 . 58
Hình 3.9 Mặt cắt ngang thi công tƣờng vây và cọc khoan nhồi ................... 59
Hình 3.10 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn 1 (Tỷ lệ gấp 100 lần) ..................... 60
Hình 3.11 Biểu đồ mô men uốn cực đại của tƣờng vây trái giai đoạn 1 ...... 60
Hình 3.12 Biểu đồ mô men uốn cực đại của tƣờng vây phải giai đoạn 1 .... 60


6
Hình 3.13 Mặt cắt ngang thi công sàn và đào đất tới cao trình sàn tầng
hầm 1............................................................................................................. 61
Hình 3.14 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn 2 (Tỷ lệ gấp 50 lần) ....................... 62
Hình 3.15 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây trái ở giai đoạn 2 ....... 62
Hình 3.16 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây phải ở giai đoạn 2 ...... 62
Hình 3.17 Biểu đồ mô men uốn cực đại của tƣờng vây trái giai đoạn 2 ...... 63
Hình 3.18 Biểu đồ mô men uốn cực đại của tƣờng vây phải giai đoạn 2 .... 63
Hình 3.19 Mặt cắt ngang thi công sàn và đào đất tới cao trình sàn tầng
hầm 2............................................................................................................. 64
Hình 3.20 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn 3 (tỷ lệ gấp 50 lần) ....................... 64
Hình 3.21 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây trái ở giai đoạn 3 ....... 65
Hình 3.22 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây phải ở giai đoạn 3 ...... 65
Hình 3.23 Biểu đồ mô men uốn cực đại của tƣờng vây trái giai đoạn 3 ...... 65
Hình 3.24 Biểu đồ mô men uốn cực đại của tƣờng vây phải giai đoạn 3 .... 65
Hình 3.25 Mặt cắt ngang thi công sàn và đào đất tới cao trình sàn tầng
hầm 3............................................................................................................. 66

Hình 3.26 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn 4 (tỷ lệ gấp 50 lần) ........................ 67
Hình 3.27 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây trái ở giai đoạn 4 ....... 67
Hình 3.28 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây phải ở giai đoạn 4 ..... 67
Hình 3.29 Biểu đồ mô men uốn cực đại của tƣờng vây trái giai đoạn 4 ...... 68
Hình 3.30 Biểu đồ mô men uốn cực đại của tƣờng vây phải giai đoạn 4 .... 68
Hình 3.31 Mặt cắt ngang thi công sàn và đào đất tới cao trình sàn tầng
hầm 4............................................................................................................. 69
Hình 3.32 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn 5 đào sàn tầng 4 (tỷ lệ gấp 50 lần) 69
Hình 3.33 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây trái ở giai đoạn 5 ....... 70
Hình 3.34 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây phải ở giai đoạn 5 ..... 70
Hình 3.35 Biểu đồ mô men uốn cực đại của tƣờng vây trái giai đoạn 5 ...... 70
Hình 3.36 Biểu đồ mô men uốn cực đại của tƣờng vây phải giai đoạn 5 .... 70


7
Hình 3.37 Mặt cắt ngang thi công sàn và đào đất tới cao trình sàn tầng
hầm 5............................................................................................................. 71
Hình 3.38 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn 6 (tỷ lệ gấp 50 lần) ........................ 72
Hình 3.39 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây trái ở giai đoạn 6 ....... 72
Hình 3.40 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây phải ở giai đoạn 6 ...... 72
Hình 3.41 Biểu đồ mô men uốn cực đại của tƣờng vây trái giai đoạn 6 ...... 73
Hình 3.42 Biểu đồ mô men uốn cực đại của tƣờng vây phải giai đoạn 6 .... 73
Hình 3.43 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn 7 (tỷ lệ gấp 50 lần) ........................ 74
Hình 3.44 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây trái ở giai đoạn 7 ....... 74
Hình 3.45 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây phải ở giai đoạn 7 ...... 74
Hình 3.46 Biểu đồ mô men uốn cực đại của tƣờng vây trái giai đoạn 7 ...... 75
Hình 3.47 Biểu đồ mô men uốn cực đại của tƣờng vây phải giai đoạn 7 .... 75
Hình 3.48 Chuyển vị ngang lớn nhất của đất nền qua các giai đoạn ........... 76
Hình 3.49 Chuyển vị đứng lớn nhất của đất nền qua các giai đoạn ............. 76
Hình 3.50 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng trái qua các giai đoạn ....... 78

Hình 3.51 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng phải qua các giai đoạn ...... 78
Hình PL1 Mặt cắt điển hình cho tƣờng vây chiều dài 65 m......................... 85
Hình PL2 Sơ đồ tính cho mặt cắt qua khối nhà R1 và R2........................... 86
Hình PL3 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn 1 (Tỷ lệ gấp 50 lần) ....................... 86
Hình PL 4 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây trái ở giai đoạn Thi
công tƣờng vây, cọc khoan nhồi ................................................................... 87
Hình PL 5 Biểu đồ momen cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 1 .................... 87
Hình PL 6 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn 2 đào sàn tầng 1 (tỷ lệ gấp 30 lần)88
Hình PL 7 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây trái ở giai đoạn 2 ...... 88
Hình PL 8 Biểu đồ momen cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 2 .................... 89
Hình PL 9 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây trái ở giai đoạn 3 ....... 89
Hình PL 10 Biểu đồ momen cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 3 .................. 90
Hình PL 11 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây trái ở giai đoạn 4 ..... 90
Hình PL 12 Biểu đồ momen cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 4 .................. 91


8
Hình PL 13 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây trái ở giai đoạn 5 ..... 91
Hình PL 14 Biểu đồ momen cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 5 .................. 92
Hình PL 15 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây trái ở giai đoạn 6 ..... 92
Hình PL 17 Biểu đồ momen cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 6 .................. 93
Hình PL 18 Chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng vây trái ở giai đoạn 7 ..... 93
Hình PL 19 Biểu đồ momen cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 7 .................. 94


9
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
c

Lực dính đơn vị của đất

D

Đƣờng kính mẫu thí nghiệm

E

Mô đun đàn hồi

Et

Mô đun đàn hồi tuyến tính

ε

Biến dạng của dọc trục nền đất

f

Là vecto chuyển vị

Fd

Hệ số độ chôn sâu

Fp

Hệ số momen

Fs

Hệ số an toàn

Ft

Hệ số mômen

G

Mô đun cắt của đất



Góc ma sát trong của đất

H

Dầm thép hình chữ H

I

Dầm thép hình chữ I



Là hệ số đàn hồi

H

Biến dạng của lo xo

N

Biến dạng của bình nhớt

K

Mô đun biến dạng thể tích đất

Me

Ma trận hàm toạ độ của phần tử

μ

Hệ số Poisson của đất

q

Độ lệch ứng suất



Góc dãn nở của đất



Số gia hệ số đàn hồi

t

Thời gian

σ

Ứng suất của nền đất

1

Ứng suất chính lớn nhất

3

Ứng suất chính nhỏ nhất

Ue

véc tơ chuyển vị nút của phần tử.


10


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, tại các đô thị lớn ở Việt Nam nhƣ Hà nội, Thành phố Hồ Chí
Minh,… do tốc độ phát triển nóng quỹ đất bề mặt đã ở tình trạng gần nhƣ cạn
kiệt, các không gian xanh, công trình công cộng ngày càng bị thu hẹp, sức ép

về nhà ở, bãi để xe, văn phòng làm việc; mật độ giao thông ngày càng gia
tăng. Để giải quyết những vấn đề trên thì việc phát triển công trình ngầm, vấn
đề chiều sâu đô thị, không gian ngầm là một xu thế tất yếu. Nhu cầu thiết kế
xây dựng các công trình dân dụng có tầng hầm ở Việt Nam là rất lớn. Thi
công tầng hầm luôn đi đôi với việc thi công đất vì tầng hầm nằm dƣới mặt đất.
Trong quá trình thi công sẽ gây ra sự thay đổi ứng suất và biến dạng trong đất
trong khu vực nền đất yếu. Làm sụt lún các công trình bên cạnh, gây thiệt hại
rất lớn về cơ sở vật chất, Trong thực tế đã có khá nhiều công trình xây dựng bị
phá huỷ do thi công hố đào sâu bên cạnh. Phạm vi ảnh hƣởng và mức độ ảnh
hƣởng của những biến đổi đó phụ thuộc vào nhiều yếu tố Vì vậy việc tính toán
dự báo sự cố thi công hố đào công trình là rất quan trọng và nó luôn song hành
với việc lựa chọn giải pháp thi công thích hợp với điều kiện địa chất - thuỷ
văn công trình, các loại đất đá, đặc điểm nƣớc dƣới đất, các biện pháp chống
đỡ .... Sự chuyển dịch đất nền quanh hố đào có thể xảy ra ngay trong quá trình
đào hay sau thời gian hố đào đã lấp đất.
Ngày nay với công nghệ thi công đất, sự tiến bộ trong nghiên cứu đánh giá
ổn định các công trình và các máy móc thiết bị thi công hiện đại cho phép thi
công đƣợc những công trình phức tạp đặc biệt trong khu vực nền đất yếu.
Cùng với việc hiểu biết đầy đủ về những đặc tính của đất nền, những biến đổi
về trạng thái ứng suất và biến dạng của nền đất khi thi công hố đào sâu cho
tầng hầm sẽ góp phần đảm bảo sự ổn định của hố đào cũng nhƣ các công trình
xung quanh trên mặt đất. Đề tài Nghiên cứu các giải pháp gia cố ổn định
công trình ngầm trong thành phố - ứng dụng tính toán cho hố đào công


2
trình Royal city Hà Nội là một đề tài vừa có ý nghĩa cấp thiết và nghĩa thực
tiễn.
2. Mục đích và nội dung nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu các giải pháp gia cố ổn định công trình ngầm, hố đào sâu.

Nghiên cứu sự thay đổi ứng suất, biến dạng, chuyển vị của nền đất và tƣờng
vây xung quanh hố đào. Nghiên cứu các phƣơng pháp tính toán hố đào sâu,
công trình ngầm và các giải pháp chống đỡ đảm bảo công trình ổn định cho
công trình thực tế ở Việt Nam.
Mô phỏng và tính toán sự thay đổi ứng suất, biến dạng của đất nền trong và
xung quanh hố đào sâu, công trình ngầm, ứng dụng cho hố đào công trình cho
công trình cụ thể.
3. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu
Tính toán chuyển vị đất nền, hệ cọc, tƣờng vây theo phƣơng pháp phần tử
hữu hạn với việc sử dụng phần mềm Plaxis 8.2 cho phép tính toán kiểm tra ổn
định của đất nền theo các giai đoạn thi công.
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu: Hố móng sâu tòa nhà Royal city, Hà Nội tính toán
chuyển vị, của tƣờng vây và đất nền theo các giai đoạn thi công.
5. Kết quả đạt đƣợc
Đƣa ra kết quả tính toán chuyển vị, nội lực tƣờng vây, và đất nền trong từng
giai đoạn thi công. Lựa chọn các giải pháp chống đỡ đảm bảo công trình ổn
định, tiết kiệm và hiệu quả an toàn với các công trình tƣơng tự.


3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ ỔN ĐỊNH
CÔNG TRÌNH NGẦM
1.1 Tổng quan về các giải pháp gia cố thành hố đào sâu ở Việt nam
Hiện nay, quá trình đô thị hoá đang bùng nổ ở Việt Nam, hàng loạt
các công trình ngầm đô thị nhƣ tầng hầm cho các nhà cao tầng, khách sạn, các
đƣờng hầm chui qua đƣờng giao thông, các gara ôtô ngầm dƣới đất đang
đƣợc xây dựng ở các thành phố lớn nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải
Phòng, Đà Nẵng và các khu đô thị khác trên cả nƣớc. Việc thiết kế, thi công
các công trình ngầm luôn là công việc khó khăn và phức tạp. Một trong

những vấn đề phức tạp trong thi công công trình ngầm là thi công những hố
đào sâu có độ sâu đến hàng chục mét mà việc giữ ổn định và gia cố vách hố
đào. Có nhiều phƣơng pháp gia cố thành hố đào đƣợc nghiên cứu, phát triển
và sử dụng rộng rãi trên thế giới và từng bƣớc đƣợc ứng dụng thành công ở
Việt Nam, có thể kể đến nhƣ phƣơng pháp gia cố bằng cọc ván thép hay ống
thép, tƣờng trong đất, cọc khoan nhồi. Trong thời gian qua, việc xây dựng các
công trình ngầm ở Việt Nam cho thấy những hố đào sâu có chiều sâu nhỏ hơn
5m thƣờng dùng tƣờng cừ bằng cọc ván thép, những hố đào sâu trên 12m
thƣờng dùng công nghệ tƣờng trong đất. Các phƣơng pháp kể trên có nhiều
ƣu điểm, và việc sử dụng phƣơng pháp nào cho hiểu quả tiết kiệm mà vẫn đảm
bảo về tính an toàn và ổn định cho công trình là một vấn đề cần giải quyết.
Khi thi công tầng hầm cho các công trình nhà cao tầng, một vấn đề phức
tạp đặt ra là giải pháp thi công hố đào sâu trong khu đất chật hẹp liên quan đến
các yếu tố kỹ thuật và môi trƣờng. Thi công hố đào sâu làm thay đổi trạng thái
ứng suất, biến dạng trong đất nền xung quanh khu vực hố đào và có thể làm
thay đổi mực nƣớc ngầm dẫn đến đất nền bị dịch chuyển và có thể lún, trƣợt,
sập, gây hƣ hỏng công trình lân cận nếu không có giải pháp gia cố thích hợp.
Luận văn đề cập đến các giải pháp thiết kế, thi công hiện nay cho dạng công
trình ngầm này và ƣu nhƣợc điểm của từng giải pháp. Qua đó rút ra những
tổng kết ban đầu cho công tác thiết kế, thi công tầng hầm trong nhà cao tầng


4
nhằm đáp ứng đƣợc công năng sử dụng và giá thành hợp lý trên địa bàn Hà
Nội.
Các giải pháp chống đỡ thành hố đào thƣờng đƣợc áp dụng là: tƣờng cừ
thép (steel sheet pile), tƣờng cừ cọc xi măng đất, tƣờng cừ barette (tƣờng bê
tông cốt thép trong đất). Gia cố thành hố đào sâu bằng cọc ván thép hình hoặc
ống thép. Dƣới đây là thống kê một số giải pháp gia cố ổn định thành hố đào
sâu và ƣu nhƣợc điểm của từng giải pháp.

1.2 Gia cố thành hố đào sâu bằng cọc ván thép hình hoặc ống thép
1.2.1 Giới thiệu cọc ván thép hình hoặc ống thép
Ngày nay, trong lĩnh vực xây dựng, cọc ván thép (các tên gọi khác là cừ
thép, cừ Larsen, cọc bản, thuật ngữ tiếng anh là steel sheet pile) đƣợc sử dụng
ngày càng phổ biến, từ các công trình thủy công nhƣ cảng, bờ kè, cầu tàu, đê
chắn sóng, công trình cải tạo dòng chảy, công trình cầu, đƣờng hầm đến các
công trình dân dụng nhƣ bãi đậu xe ngầm, tầng hầm nhà nhiều tầng, nhà công
nghiệp.
Cọc ván thép không chỉ đƣợc sử dụng trong các công trình tạm thời mà còn
có thể đƣợc xem nhƣ một loại vật liệu xây dựng, với những đặc tính riêng biệt,
thích dụng với một số bộ phận chịu lực trong các công trình xây dựng. Sau
đây là một số hình ảnh về thi công sử dụng cừ thép:


5

Hình 1.1 Một số hình ảnh về tường cừ ván thép trong công trình ngầm
Cho đến nay, cọc ván thép đƣợc sản xuất với nhiều hình dạng, kích thƣớc
khác nhau với các đặc tính về khả năng chịu lực ngày càng đƣợc cải thiện.
Ngoài cọc ván thép có mặt cắt ngang dạng chữ U, Z thông thƣờng, còn có loại
mặt cắt ngang Omega (W), dạng tấm phẳng (straight web) cho các kết cấu
tƣờng chắn tròn khép kín, dạng hộp (box pile) đƣợc cấu thành bởi 2 cọc U
hoặc 4 cọc Z hàn với nhau.
Tùy theo mức độ tải trọng tác dụng mà tƣờng chắn có thể chỉ dùng cọc ván
thép hoặc kết hợp sử dụng cọc ván thép với cọc ống thép (steel pipe pile) hoặc
cọc thép hình H (King pile) nhằm tăng khả năng chịu mômen uốn. Thƣờng
dùng cọc ván thép hình chữ U hoặc Z đƣợc hạ xuống bằng máy ép thuỷ lực
hoặc máy ép rung, có sử dụng hệ thống bằng dầm thép chữ I hoặc chữ H trong
lòng hố đào.
Về kích thƣớc, cọc ván thép có bề rộng bản thay đổi từ 400mm đến 750mm.

Sử dụng cọc có bề rộng bản lớn thƣờng đem lại hiệu quả kinh tế hơn so với


6
cọc có bề rộng bản nhỏ vì cần ít số lƣợng cọc hơn nếu tính trên cùng một độ
dài tƣờng chắn. Hơn nữa, việc giảm số cọc sử dụng cũng có nghĩa là tiết kiệm
thời gian và chi phí cho khâu hạ cọc, đồng thời làm giảm lƣợng nƣớc ngầm
chảy qua các rãnh khóa của cọc.
Chiều dài cọc ván thép có thể đƣợc chế tạo lên đến 30m tại xƣởng, tuy
nhiên chiều dài thực tế của cọc thƣờng đƣợc quyết định bởi điều kiện vận
chuyển (thông thƣờng từ 9 đến 15m), riêng cọc dạng hộp gia công ngay tại
công trƣờng có thể lên đến 72m.
Hiện nay bắt đầu dùng dãy cọc ống thép nối liền với nhau tạo thành một hệ
tƣờng liên tục, có khả năng chịu lực cũng nhƣ ngăn nƣớc rất tốt, thích hợp cho
các vùng đất yếu hoặc thi công dƣới nƣớc.
1.2.2 Ƣu điểm
Có thể liệt kê một số ƣu điểm nổi bật của cọc ván thép nhƣ sau:
- Khả năng chịu tải trọng động khá cao (cả trong quá trình thi công lẫn
trong quá trình sử dụng).
- Khả năng chịu lực lớn trong khi trọng lƣợng khá bé.
- Cọc ván thép có thể nối dễ dàng bằng mối nối hàn hoặc bulông nhằm gia
tăng chiều dài.
- Cọc ván thép có thể sử dụng nhiều lần, do đó có hiệu quả kinh tế cao.
- Chất lƣợng của vật liệu làm cọc bản tin cậy do đƣợc chế tạo trong nhà
máy.
- Thi công nhanh, thuận tiện và tƣơng đối đơn giản trong tầng đất yếu.
- Khả năng ngăn nƣớc tƣơng đối tốt.
1.2.3 Nhƣợc điểm
Nhƣợc điểm của cọc ván thép là tính bị ăn mòn trong môi trƣờng làm việc
(khi sử dụng cọc ván thép trong các công trình vĩnh cửu). Tuy nhiên nhƣợc

điểm này hiện nay hoàn toàn có thể khắc phục bằng các phƣơng pháp bảo vệ


7
nhƣ sơn phủ chống ăn mòn, mạ kẽm, chống ăn mòn điện hóa hoặc có thể sử
dụng loại cọc ván thép đƣợc chế tạo từ loại thép đặc biệt có tính chống ăn mòn
cao.
Ngoài ra, mức độ ăn mòn của cọc ván thép theo thời gian trong các môi
trƣờng khác nhau cũng đã đƣợc nghiên cứu và ghi nhận lại. Theo đó, tùy
thuộc vào thời gian phục vụ của công trình đƣợc quy định trƣớc, ngƣời thiết
kế có thể chọn đƣợc loại cọc ván thép với độ dày phù hợp đã xét đến sự ăn
mòn này.
Để lựa chọn giải pháp gia cố thành hố đào sâu bằng cọc ván thép, ta phải
nghiên cứu các vấn đề sau:
- Xem xét loại đất nền và các chỉ tiêu cơ lý của đất có lợi cho việc đóng và
nhổ cọc hay không.
- Lựa chọn máy thi công thích hợp
- Khống chế tiếng ồn và chấn động đến các công trình và môi trƣờng xung
quanh. Tuỳ theo yêu cầu ta chọn hình thức bố trí cọc cho hợp lý.
1.3 Gia cố thành hố đào sâu bằng tƣờng trong đất
1.3.1 Giới thiệu về tƣờng trong đất
Tƣờng trong đất, hay còn đƣợc gọi là tƣờng vây barrette, là tƣờng bêtông
đổ tại chỗ, thƣờng dày 600-800mm để chắn giữ ổn định hố móng sâu trong
quá trình thi công. Tƣờng có thể đƣợc làm từ các đoạn cọc barette, tiết diện
chữ nhật, chiều rộng thay đổi từ 2.6 m đến 5.0m. Các đoạn tƣờng barrette
đƣợc liên kết chống thấm bằng gioăng cao su, thép và làm việc đồng thời
thông qua dầm đỉnh tƣờng và dầm bo đặt áp sát tƣờng phía bên trong tầng
hầm. Trong trƣờng hợp 02 tầng hầm, tƣờng barrette thƣờng đƣợc thiết kế có
chiều sâu 16-20m tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất công trình và phƣơng pháp
thi công. Khi tƣờng barrette chịu tải trọng đứng lớn thì tƣờng đƣợc thiết kế dài

hơn, có thể dài trên 40m (Toà nhà 59 Quang Trung) để chịu tải trong nhƣ cọc
khoan nhồi.


8
Tƣờng trong đất bằng bê tông cốt thép quây lại thành đƣờng khép kín với
các hệ thanh neo sẽ có thể chắn đất, ngăn nƣớc, rất thuận tiện cho việc thi
công hố móng sâu. Có thể kết hợp tƣờng trong đất làm tầng hầm cho các nhà
cao tầng hoặc làm kết cấu chịu lực cho công trình.

Hình 1.2 Thi công tường trong đất
Tƣờng trong đất thƣờng đƣợc sử dụng khi làm hố móng sâu trên 10m, yêu
cầu cao về chống thấm, chống lún và chống chuyển dịch của các công trình
xây dựng lân cận hoặc khi tƣờng là một phần của kết cấu chính của công trình
hoặc khi áp dụng phƣơng pháp Top - down.
Tƣờng barrette đƣợc giữ ổn định trong quá trình thi công bằng các giải
pháp sau: Giữ ổn định bằng hệ dàn thép hình
Số lƣợng tầng thanh chống có thể là 1 tầng chống, 2 tầng chống hoặc
nhiều hơn tuỳ theo chiều sâu hố đào, dạng hình học của hố đào và điều kiện
địa chất, thuỷ văn trong phạm vi chiều sâu tƣờng vây.
1.3.2 Ƣu, nhƣợc điểm của tƣờng trong đất
Tƣờng trong đất có ƣu điểm nổi bật là độ cứng lớn, tính biến dạng của kết
cấu rất ít, tính chống thấm tốt, giúp cho phƣơng pháp này đƣợc lựa chọn sử
dụng ở nhiều công trình trong những năm gần đây. Bên cạnh việc chống đỡ
vách hố đào, tƣờng vây barrette còn đƣợc sử dụng nhƣ một phần kết cấu của
công trình (phƣơng pháp thi công Top - Down).


9
Nhƣợc điểm của tƣờng vây barrette chủ yếu do công nghệ thi công phức

tạp, khối lƣợng vật liệu lớn, đòi hỏi máy móc hiện đại và công nhân tay nghề
cao. Tƣờng trong đất hiện nay đƣợc sử dụng phổ biến để làm tƣờng tầng hầm
và đƣợc thi công theo phƣơng pháp Top-down, giảm đƣợc thời gian thi công
góp phần hạ giá thành sản phẩm.
1.3.3 Sơ lƣợc các bƣớc trong thi công tƣờng trong đất
- Xác định chính xác tính chất cơ lý của các lớp đất để chọn đƣợc lớp sét có
hệ số thấm nhỏ để dựa chân tƣờng vào đó.
- Lựa chọn máy thi công và các chất xử lý bùn, chất giữ thành hợp lý.

Hỉnh1.3 Thi công tường barrette
- Luôn kết hợp tƣờng trong đất làm một phần của kết cấu công trình hoặc
tƣờng cho các tầng hầm nhà cao tầng.
1.4 Giải pháp gia cố thành bằng phƣơng pháp trụ xi măng đất
1.4.1 Giới thiệu phƣơng pháp trụ xi măng đất
Phƣơng pháp trụ xi măng đất này sử dụng cốt liệu chính là đất tại chỗ, gia
cố với một hàm lƣợng xi măng và chất phụ gia nhất định tùy thuộc vào loại và
các tính chất cơ - lý – hoá của đất nền. Nó sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao khi
lớp đất là đất cát. Trụ xi măng đất thƣờng đƣợc thi công bằng công nghệ trộn


10
sâu hay gọi tắt là DMM (Deep Mixing Method). Trụ xi măng đất có thể làm
móng sâu, thay thế cọc nhồi (trong một số điều kiện áp dụng nhất định); làm
tƣờng trong đất (khi xây dựng tầng hầm nhà cao tầng), gia cố nền. Thông
thƣờng loại cọc này không có cốt thép, song trong một số trƣờng hợp cần
thiết, cốt thép cứng cũng có thể đƣợc ấn vào trụ xi măng khi vừa thi công trụ
xong.
Sử dụng ximăng trộn cƣỡng chế với đất nền nhờ các phản ứng hoá học –
vật lý xảy ra làm cho nền đóng rắn thành một thể cọc xi măng đất có độ ổn
định cao trở thành tƣờng chắn có dạng bản liên kết khối.

Khi độ sâu hố móng từ 3-6m mà ứng dụng phƣơng pháp trụ xi măng đất
làm kết cấu chống giữ sẽ thu đƣợc kết quả tốt.
Dƣới đây là một số hình ảnh về thi công trụ xi măng đất.

Hình1.4 Thi công trụ xi măng đất


11
1.4.2. Ƣu điểm của trụ xi măng đất
Một số ƣu điểm của trụ xi măng đất:
- Tăng khả năng chống trƣợt của mái dốc
- Tăng cƣờng độ chịu tải của nền đất
- Giảm ảnh hƣởng chấn động đến công trình lân cận
- Tránh hiện tƣợng biến loãng của đất rời
- Cô lập phần đất bị ô nhiễm
- Ổn định thành hố đào
- Ngăn đƣợc nƣớc thấm vào hố đào
- Dùng kiểu tƣờng trọng lực nên không phải đặt thanh chống, tạo điều kiện
thi công hố móng rất thông thoáng. Trụ xi măng đất thƣờng có cƣờng độ chịu
kéo nhỏ hơn nhiều so với cƣờng độ chịu nén vì vậy cần triệt để sử dụng kiểu
kết cấu tƣờng chắn lợi dụng trọng lƣợng bản thân.
- Thi công đơn giản, nhanh chóng.
- Sử dụng vật liệu sẵn có, vật liệu chính là đất tại chỗ (cát) nên giá thành rất
thấp, hiệu quả kinh tế cao.
- Thiết bị thi công không quá đắt (giá một thiết bị thi công cọc khoảng 3,5 tỉ
VNĐ chƣa kể trạm trộn & thiết bị bơm vữa xi măng).
- Quá trình khoan có thể kiểm tra đƣợc điều kiện địa chất nhờ thiết bị tự
động đo & ghi mômen xoắn ở đầu cần khoan).
- Khâu thi công đƣợc tự động hóa gần nhƣ hoàn toàn.
- Công trƣờng thi công không gây ồn ào (vì không dùng cốt liệu nơi khác),

không gây ô nhiễm, mất vệ sinh nhƣ khi thi công cọc nhồi, rất phù hợp cho
việc xây dựng móng nhà cao tầng trong đô thị.
-Tùy thuộc vào độ sâu hố đào mà ta có bảng các giải pháp thi công nhƣ sau


12
Bảng 1.1 : Các giải pháp thi công phụ thuộc độ sâu hố đào
Độ sâu hố đào (m)
H ≤ 6m

Giải pháp
- Tƣờng cừ thép (không hoặc 1 tầng chống, neo)
- Cọc xi măng đất (không hoặc 1 tầng chống, neo)

6m < H ≤ 10m

- Tƣờng cừ thép (1-2 tầng chống, neo)
- Cọc xi măng đất (1-2 tầng chống, neo)
- Tƣờng vây barrette (1-2 tầng chống, neo) tuỳ theo
điều kiện nền đất, nƣớc ngầm và chiều dài tƣờng ngập
sâu vào nền đất.

H > 10m

- Tƣờng vây barrette ( ≥ 02 tầng chống, neo)
- Tƣờng cừ thép ( ≥ 2 tầng chống, neo) nếu điều kiện
địa chất và hình học hố đào thuận lợi.

1.5 Gia cố thành hố đào sâu bằng dãy cọc khoan nhồi
1.5.1 Giới thiệu cọc khoan nhồi

Phƣơng pháp của công nghệ này là dùng thiết bị tạo lỗ lấy đất lên khỏi lỗ,
đồng thời bơm vào lỗ một loại dung dịch (bentonite) có khả năng tạo màng
giữ thành vách hố đào và có trọng lƣợng riêng hơi nhỉnh hơn nƣớc ngầm trong
đất một chút để cân bằng lại áp lực khi lấy đất lên. Tiếp theo làm sạch cặn
lắng (bùn lắng và đất đá rời) rơi dƣới đáy lỗ, đảm bảo sự tiếp xúc trực tiếp của
mũi cọc bê tông sau này vào vùng đất nền chịu lực tốt, tăng sức kháng mũi của
cọc. Tiếp theo hạ cố thép xuống lỗ khoan. Sau đó tiến hành đổ bê tông hay bê
tông cốt thép bằng phƣơng pháp đổ bê tông dƣới nƣớc, nghĩa là đổ bê tông
liên tục từ dƣới đáy lỗ lên, không cho bê tông mới đổ tiếp xúc trực tiếp với
dung dịch giữ thành (ống dẫn bê tông luôn nằm trong long khối bê tông vừa
đổ, để bê tông ra khỏi ống dẫn không trực tiếp tiếp xúc với dung dịch). Khi bê
tông cọc đã ninh kết, đóng rắn và đạt một cƣờng độ nhất định, tiến hành đào
hở phần đỉnh cọc và phá bỏ phần đỉnh cọc này - thƣờng là phần bê tông chất
lƣợng kém do lẫn với dung dịch giữ thành khi bắt đầu đổ bê tông đƣợc đẩy


13
dần lên đỉnh cọc trong quá trình đổ bê tông đùn dần lên chiếm chỗ của dung
dịch giữ thành, đẩy đung dịch này trào ra ngoài miệng lỗ.
Khi đào hố móng ở những chỗ không tạo đƣợc mái dốc, khi độ sâu hố đào
khoảng 8 - 12m thì có thể dùng hàng cọc nhồi bê tông cốt thép làm kết cấu
chắn giữ. Nếu ở những vùng có mực nƣớc ngầm cao thì có thể kết hợp với
hàng cọc trộn hoặc bơm vữa chống thấm.
Khoảng cách của hàng cọc thƣờng trong phạm vi 1m, trên đầu các hàng
cọc phải có dầm liên kết để tăng cƣờng sức chịu của cụm cọc. Nếu chất đất
kém, thƣờng còn phải neo gia cố cọc ngoài hố móng (ngoài mặt trƣợt của đất).
Trong trƣờng hợp hố móng rất sâu, hoặc chất đất rất kém dùng cọc khoan nhồi
bê tông đƣờng kính lớn làm cọc giữ vách càng có hiệu quả. Dƣới đây là ảnh
minh họa dãy cọc khoan nhồi.

Hình 1.5 Thi công tường cọc khoan nhồi D 400 ở nhà dân

Để tránh đất ở giữa các cọc bị trƣợt hoặc bị nƣớc mƣa làm xói lở khiến cho
cọc chắn mất tác dụng, thì khoảng không giữa các cọc phải bịt kín (cài tấm
chắn, lớp bảo vệ bằng bê tông đất, hoặc xi măng lƣới thép). Hàng cọc theo


14
kiểu thẳng hàng thành dãy: Khi đất xung quanh hố đào tƣơng đối tốt, mực
nƣớc ngầm tƣơng đối thấp, có thể lợi dụng hiệu ứng vòm giữa hai cọc gần
nhau. Cọc hàng sát nhau: Trong đất yếu thƣờng không thể hình thành đƣợc
vòm đất, cọc chắn giữ phải xếp thành hàng sát nhau, hoặc khi cƣờng độ bê
tông thân cọc còn chƣa hình thành thì làm một cọc rễ cây bằng bê tông không
cốt thép ở giữa hai cây cọc để nối liền cọc hàng khoan nhồi. Cọc hàng tổ hợp:
Trong vùng đất yếu mà có mực nƣớc ngầm tƣơng đối cao có thể sử dụng cọc
hàng khoan nhồi tổ hợp với tƣờng chống thấm bằng cọc ximăng đất.
1.5.2 Ƣu, nhƣợc điểm của cọc khoan nhồi
1. Ƣu điểm
- Ƣu điểm nội bật của việc thi công cọc khoan nhồi là có độ an toàn trong
thiết kế và thi công cao, kết cấu thép dài liên tục 11 mét, bê tông đƣợc đổ liên
tục từ đáy hố khoan lên trên tạo ra một khối cọc bê tông đúc liền khối nên
tránh đƣợc tính trạng chấp nối giữa các tổ hợp cọc nhƣ ép hoặc đóng cọc, do
đó tăng khả năng chịu lực và độ bền có móng của các công trình công nghiệp,
tòa nhà cao tầng, cầu giao thông quy mô nhỏ,…
- Cọc khoan nhồi có tiết diện và độ sâu mũi cọc lớn hơn nhiều so với cọc
chế sẵn do vậy sức chịu tải lớn hơn nhiều so với cọc chế tạo sẵn.
- Cọc khoan nhồi đƣợc thi công với dàn máy móc và thiết bị hiện đại, thuận
tiện trên mọi địa hình phức tạp. Cọc khoan nhồi có thể đƣợc đặt vào những
lớp đất rất cứng, thậm chí tới lớp đá mà cọc đóng không thể với tới đƣợc.
- Khi thi công cũng nhƣ khi sử dụng, cọc khoan nhồi bảo đảm an toàn cho

các công trình hiện có xung quanh.
2. Nhƣợc điểm
- Khi thi công đòi hỏi thiết bị tốt, đầu tƣ cao cho hệ thống máy thi công, giá
thành cao. Khi xuyên qua địa hình karst hoặc đá nứt nẻ lớn phải dùng ống
chống để lại (không rút lên) sau khi đổ bê tông nên do đó giá thành cọc cao.
Khó kiểm tra chất lƣợng hố cọc và thân cọc sau khi đổ bê tông.


15
- Đối với thi công cọc khoan nhồi, yêu cầu kỹ thuật thi công cao dẫn đến khó
kiểm tra chính xác chất lƣợng bê tông nhồi vào cọc, do đó đòi hỏi sự lành
nghề của đội ngũ công nhân và việc giám sát chặt chẽ nhằm tuân thủ các quy
trình thi công.
1.6 Giới thiệu một số công trình có tầng hầm ở Hà Nội
1.6.1 Nhu cầu sử dụng tầng hầm ở các tòa nhà cao tầng
Trong thiết kế nhà cao tầng hiện nay ở Hà Nội, hầu hết đều có tầng hầm để
giải quyết vấn đề đỗ xe và các hệ thống kỹ thuật của toàn nhà. Phổ biến là các
công trình cao từ 10 đến 30 tầng đƣợc thiết kế từ một đến hai tầng hầm để áp
ứng yêu cầu sử dụng của chủ đầu tƣ trong hoàn cảnh công trình bị khống chế
chiều cao và khuôn viên đất có hạn... Việc xây dựng tầng hầm trong nhà cao
tầng đã tỏ ra có hiệu quả tốt về mặt công năng sử dụng và phù hợp với chủ
trƣơng quy hoạch của thành phố.
Ví dụ nhƣ công trình Harbour View Tower (thành phố Hồ Chí Minh) gồm
19 tầng lầu và 2 tầng hầm, có hố móng sâu 10m, đã dùng tƣờng trong đất sâu
42m, dày 0,6m với tổng diện tích tƣờng 3200m2 để vây quanh mặt bằng hố
móng 25 x 27m. Hay ở thủ đô Hà nội, tòa nhà Vietcombank cao 22 tầng và 2
tầng hầm có hố móng sâu 11m cũng dùng tƣờng trong đất sâu 18m, dày 0,8m
với tổng diện tích tƣờng 2500m2 kết hợp với 101 neo đất đặt ở hai cao trình
+8,7m và +4,2m so với cao trình +11m của mặt đất tự nhiên.
Để thấy rằng công trình ngầm sử dụng tầng hầm là phổ biến, dƣới đây là Bảng

1.2 thống kê một số công trình ngầm với các giải pháp thi công tƣờng vây đã
đƣợc xây dựng trên địa bàn Hà Nội.