Đồ án đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố nền đất và thi công đến ổn định tường cừ

MỤC LỤC
TÓM TẮT LUẬN VĂN....................................................................................3
DANH MỤC BẢNG BIỂU...............................................................................4
DANH MỤC HÌNH VẼ....................................................................................6
MỞ ĐẦU...........................................................................................................9
Chương 1.........................................................................................................12
TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM................................12
VÀ HỐ MÓNG SÂU......................................................................................12
1.1. Các phương pháp thi công công trình ngầm.........................................12
1.1.1. Phương pháp thi công từ dưới lên (bottom-up).............................12
1.1.2. phương pháp thi công từ trên xuống (top-down)..........................13
1.2. Các biện pháp giữ vách hố đào sâu khi thi công đào mở [2], [4], [10] 15
1.2.1. Giữ vách bằng đào theo mái dốc tự nhiên.....................................16
1.2.2. Giữ vách bằng ván cừ....................................................................16
1.2.3. Thi công tường nhà làm tường chắn đất........................................20
1.2.4. Gia cố nền trước khi thi công hố đào............................................21
1.3. Sự cố trong thi công hố đào sâu và các vấn đề địa kỹ thuật cần giải
quyết............................................................................................................23
1.3.1. Tình hình chung về sự cố hố đào sâu............................................23
1.3.2. Các sự cố hố đào có dùng tường cừ chắn đất................................25
1.3.3. Các vấn đề địa kỹ thuật cần giải quyết khi thi công phần ngầm.. .28
Kết luận chương 1:......................................................................................29
Chương 2.........................................................................................................31
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG CỪ CHẮN ĐẤT VÀ CÁC
YÊU CẦU KỸ THUẬT TRONG THI CÔNG HỐ MÓNG SÂU..................31
2.1. Tải trọng tác động lên kết cấu chắn giữ................................................31
2.1.1. Các dạng tải trọng và phân loại.....................................................31
2.1.2. Tải trọng tác động lên tường chắn.................................................31
2.1.3. Trị số thiết kế đối với áp lực đất....................................................32
2.1.4. Một số nhân tố ảnh hưởng đến sự phân bố áp lực lên tường chắn
[4]............................................................................................................36

2.2. Tính toán tường chắn bằng cọc bản thép (tường cừ thép)....................42
2.2.1. Giới thiệu chung............................................................................42
2.2.2. Tính toán tường chắn bằng cọc bản kiểu conson..........................42
2.2.3. Tính toán tường cọc bản có một thanh chống (hoặc neo).............54


2

2.2.4. Tính toán tường cọc bản nhiều lớp................................................58
2.3. Các yêu cầu kỹ thuật trong thi công hố móng dùng tường cừ..............61
2.3.1. Đặc điểm của công trình hố móng sâu..........................................61
2.3.2. Yêu cầu kỹ thuật trong thi công hố móng sâu dùng tường cừ.......61
Kết luận chương 2.......................................................................................62
Chương 3.........................................................................................................63
ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ NỀN ĐẤT VÀ THI CÔNG
ĐẾN ỔN ĐỊNH TƯỜNG CỪ.........................................................................63
3.1. Các yếu tố thuộc về nền đất ảnh hưởng đến ổn định tường cừ............63
3.1.1. Tính chất cơ lý của đất nền............................................................63
3.1.2. Nước ngầm....................................................................................65
3.1.3. Nước mặt.......................................................................................67
3.2. Các yếu tố thuộc về thi công ảnh hưởng đến ổn định tường cừ...........68
3.2.1. Biện pháp kỹ thuật - tổ chức thi công............................................68
3.2.3. Thời gian thi công..........................................................................70
3.3. Phương án kỹ thuật - tổ chức thi công phần ép cừ và đào đất hố móng
tầng hầm công trình Trung tâm nghiên cứu khoa học - Học viện Kỹ thuật
Quân sự của nhà thầu..................................................................................70
3.3.1. Giới thiệu chung về công trình......................................................70
3.3.2. Biện pháp kỹ thuật - tổ chức thi công ép cừ, đào đất hố móng tầng
hầm và tình trạng làm việc của các lớp cừ..............................................72
3.4. Tính toán, phân tích đánh giá mức độ ảnh hưởng của các nguyên nhân

đến ổn định của tường cừ nhiều tầng chắn giữ hố móng sâu tại công trình
Trung tâm NCKH-HVKTQS.......................................................................74
3.4.1. Phân tích các yếu tố có thể ảnh hưởng đến ổn định của tường cừ.
.................................................................................................................74
3.4.2. Tính toán nội lực, chuyển vị của hệ tường cừ với số liệu báo cáo
khảo sát địa chất (bài toán ban đầu)........................................................75
Kết luận chương 3.......................................................................................92
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................................93
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................95


3

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Họ và tên học viên:

Lê Ngọc Dung

Lớp:

Đường ô tô và đường thành phố

Khóa:

25A

Cán bộ hướng dẫn:

TS. Đỗ Ngọc Viện
Đại tá,GS,TS. Phạm Cao Thăng

Tên đề tài:

Ảnh hưởng trục xe quá tải đến ổn định nền đường trong
kết cấu áo đường mềm.

Tóm tắt nội dung:
Xuất phát từ hiện trạng khai thác sử dụng hệ thống giao thông đường
bộ hiện nay. Nhiều hư hỏng xuất hiện trên hầu hết các tuyến đường gây nên
mất an toàn giao thông, giảm năng lực vận chuyển, tốn kinh phí duy tu sửa
chữa, giảm hiệu quả đầu tư mà nguyên nhân được cho là do hiện tượng xe quá
tải gây nên. Luận văn đi sâu vào tìm hiểu, xây dựng phương pháp đánh giá
những tác hại của xe quá tải gây ra với nền đường để từ đó có cái nhìn toàn
diện, đầy đủ hơn về tác hại của xe quá tải. Đề xuất những biện pháp để kiểm
soát tình trạng xe quá tải hiện nay.


4

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Chuyển vị cần thiết ở đỉnh tường để sinh ra áp lực chủ động và bị
động.................................................................................................................37
Bảng 2.2 Hệ số tỉ lệ m.....................................................................................48
Bảng 2.3 Hệ số hướng ngang K......................................................................48
Bảng 2.4 Hệ số tỉ lệ c......................................................................................49
Bảng 2.5 Nội lực và chuyển dịch của cọc trong nền đàn hồi..........................53
Bảng 3.1 Số liệu địa chất đầu vào của bài toán...............................................76
Bảng 3.2 Khai báo số liệu đầu vào của cừ Larsen..........................................77
Bảng 3.3 Biến thiên góc ma sát trong ϕ..........................................................81
Bảng 3.4 Bảng biến thiên lực dính C..............................................................85

Bảng 3.5 Biến thiên góc ma sát trong ϕ ứng với các lần khảo sát..................88
PHỤ LỤC KẾT QUẢ BÀI TOÁN BAN ĐẦU.................................................1
Bảng PL1: Nội lực của cừ trong giai đoạn 1.....................................................1
Bảng PL2: Chuyển vị của cừ trong giai đoạn 1................................................2
Bảng PL3: Nội lực cừ 1 trong giai đoạn 2........................................................3
Bảng PL5: Nội lực cừ 2 trong giai đoạn 2........................................................6
Bảng PL6: Chuyển vị của cừ 2 trong giai đoạn 2.............................................7
PL KẾT QUẢ CÁC BÀI TOÁN KHẢO SÁT..................................................9
GÓC MA SÁT TRONG (ϕ)..............................................................................9
Bảng PL7: Kết quả Mômen, Lực cắt ứng với các lần khảo sát.........................9
Bảng PL8: Kết quả chuyển vị đỉnh cừ và chân cừ............................................9
LỰC DÍNH (C)...............................................................................................10
Bảng PL9: Kết quả Mômen, Lực cắt ứng với các lần khảo sát.......................10
Bảng PL10: Kết quả chuyển vị đỉnh cừ và chân cừ ứng với các lần khảo sát 10


5

GÓC MA SÁT TRONG (ϕ) GIẢM TỪNG LỚP............................................11
Bảng PL11: Mômen max, Lực cắt max ứng với các lần khảo sát...................11
Bảng PL12: Chuyển vị đỉnh cừ và chân cừ ứng với các lần khảo sát.............11


6

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Tường cừ ngàm (không neo, chống)...............................................19
Hình 1.2. Tường cừ neo...................................................................................19
Hình 1.3. Gia cố hố đào trước khi đào móng..................................................22
Hình 1.4. Sơ đồ hoạt động của phương pháp đóng băng nhân tạo..................23

Hình 2.1 Ba loại áp lực đất..............................................................................32
Hình 2.2 Quan hệ giữa áp lực đất và chuyển vị của tường.............................33
Hình 2.3 Tính toán áp lực đất theo Coulomb..................................................33
Hình 2.4 Tính toán áp lực chủ động theo Rankine..........................................35
Hình 2.5 Tính toán áp lực bị động theo Rankine............................................35
Hình 2.6 Phân bố áp lực đất lên tường cứng (a) và tường mềm (b)................36
Hình 2.7 Biến đổi khác nhau của thân tường gây ra sự khác nhau về áp lực đất
.........................................................................................................................37
Hình 2.8 Phân bố áp lực đất lên 4 loại tường chắn giữ hố đào.......................38
Hình 2.9 Phân bố áp lực đất trong quá trình đào và chống.............................39
Hình 2.10 Áp lực đất lên tường đo được theo thời gian..................................40
Hình 2.11 Kết quả đo áp lực đất trong quá trình thi công...............................41
Hình 2.12 Tính cọc conson bằng phương pháp cân bằn tĩnh..........................42
Hình 2.13 Sơ đồ chuyển dịch của cọc bản conson và phân bố áp lực đất.......45
Hình 2.14 Sơ đồ tính toán theo Blum..............................................................46
Hình 2.15 Quy luật biến đổi của hệ số nền.....................................................47
Hình 2.16 Sơ đồ tính toán coi cọc như dầm trên nền đàn hồi.........................50
Hình 2.17 Sơ đồ tính toán theo phương pháp “m”..........................................52
Hình 2.18 Chuyển vị và góc xoay của cọc ở đáy hố móng dưới tác động của
lực đơn vị và mômen đơn vị............................................................................52
Hình 2.19 Sơ đồ tính toán cân bằng tĩnh chắn giữ bằng cọc với 1 tầng chống
.........................................................................................................................54


7

Hình 2.20 Sơ đồ tính toán theo phương pháp dầm đẳng trị............................55
Hình 2.21 Mô hình thay nền đất bằng các lò xo.............................................57
Hình 2.22 Mô hình thay nền đất bằng các lò xo trong tính toán tường cừ 2 lớp
.........................................................................................................................59

Hình 3.1 Ảnh hưởng do tính chất của đất nền đến dịch chuyển của đất xung
quanh hố đào...................................................................................................65
Hình 3.2 Dòng chảy của nước ngầm vào hố đào............................................66
Hình 3.3 Hạ mực nước trong hố móng làm cho đất ở xung quanh hố bị lún
không đều........................................................................................................67
Hình 3.4 Quan hệ độ ẩm thể tích tới lực hút dính với 7 loại đất.....................68
Hình 3.5 Biến dạng của nền trong giai đoạn 1................................................77
Hình 3.7 Biến dạng của nền trong giai đoạn 2................................................78
Hình 3.9 Biểu đồ Mômen, Lực cắt, Chuyển vị của cừ 2 trong giai đoạn 2.....79
Hình 3.10 Đồ thị quan hệ ϕ ∼ Mômen max..................................................82
Hình 3.11 Đồ thị quan hệ ϕ ∼ Lực cắt max..................................................82
Hình 3.12 Đồ thị quan hệ ϕ ∼ Chuyển vị cừ trong giai đoạn 1....................83
Hình 3.13 Đồ thị quan hệ ϕ ∼ Chuyển vị cừ 1 trong giai đoạn 2.................83
Hình 3.14 Đồ thị quan hệ ϕ ∼ Chuyển vị cừ 2 trong giai đoạn 2.................84
Hình 3.15 Đồ thị quan hệ C ∼ Mômen max.................................................85
Hình 3.16 Đồ thị quan hệ C ∼ Lực cắt max.................................................86
Hình 3.17 Đồ thị quan hệ C ∼ Chuyển vị cừ trong giai đoạn 1....................86
Hình 3.18 Đồ thị quan hệ C ∼ Chuyển vị cừ 1 trong giai đoạn 2.................87
Hình 3.19 Đồ thị quan hệ C ∼ Chuyển vị cừ 2 trong giai đoạn 2.................87
Hình 3.20 Đồ thị quan hệ Mômen max – thời điểm khảo sát.........................89
.........................................................................................................................90
Hình 3.21 Đồ thị quan hệ Lực cắt max – thời điểm khảo sát..........................90


8

Hình 3.22 Chuyển vị cừ trong giai đoạn 1......................................................90
Hình 3.23 Chuyển vị cừ 1 trong giai đoạn 2...................................................91
Hình 3.24 Chuyển vị cừ 2 trong giai đoạn 2...................................................91

9

MỞ ĐẦU
1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài:
- Cơ sở khoa học:
Nhu cầu khai thác không gian dưới mặt đất trong xây dựng công trình,
nhất là ở các đô thị lớn, từ lâu đã phát triển và phổ biến ở nước ngoài. Những
công trình hoặc một phần công trình loại này thường được đặt sâu vào trong
nền đất, ngoài phải chịu những tác động như những công trình đặt trên mặt
đất còn phải chịu những tác động đặc biệt của môi trường đất xung quanh.
Phương diện thiết kế, nhất là phương diện thi công chúng đã được các nhà
chuyên môn nước ngoài nghiên cứu sâu về mặt lý thuyết và có những đề xuất
thành các quy trình kỹ thuật khá chặt chẽ. Tuy nhiên việc thi công các kết cấu
chắn giữ hố móng là rất đa dạng, vì nó phụ thuộc vào những điều kiện cụ thể
và thiết bị cũng được hoàn thiện ngày càng tốt hơn. Các tác giả đã chỉ ra rằng,
không có loại công trình xây dựng nào mà các khâu từ khảo sát, thiết kế, thi
công và quan trắc lại có yêu cầu gắn bó chặt chẽ như đối với công trình chắn
giữ hố móng. Bên cạnh đó, do sự phức tạp của nền móng và môi trường địa
kỹ thuật, đặc điểm đa dạng của địa hình, điều kiện thi công cũng như đặc
điểm các công trình lân cận mà việc nghiên cứu để hoàn thiện lý thuyết tính
toán và công nghệ thi công mang màu sắc riêng của từng quốc gia. Các sự cố
khi thi công là rất đa dạng và khó tránh khỏi. Kinh nghiệm thi công hố đào ở
Anh và ở Trung Quốc trong những năm gần đây cũng đã được phân tích và
tổng kết, chúng trở thành những bài học thực tế, có khi rất đắt, đối với tất cả
các khâu có liên quan đến khảo sát, thiết kế, thi công và quản lý thi công hố
đào. Biết rõ nguyên nhân gây ra sự cố cũng có ý nghĩa như là cách tìm biện
pháp phòng ngừa sự cố nhằm hạn chế đến mức tối thiểu xảy ra sự cố. Vì vậy
việc nghiên cứu liên quan đến các sự cố hố đào vẫn luôn là yêu cầu của thực
tế đối với những người làm công tác xây dựng các nước.

10

Trong nước đã có một số tác giả nghiên cứu về thi công hố móng sâu
thông qua một số đề tài nghiên cứu của các viện hoặc một vài luận văn thạc sĩ
trong nước được bảo vệ... Tuy nhiên nhìn chung trong lĩnh vực này chúng ta
chủ yếu tiếp thu kinh nghiệm và tiếp nhận chuyển giao các công nghệ thi
công của các nước.
- Tính thực tiễn:
Ở Việt Nam đã, đang và sẽ xây dựng nhiều nhà cao tầng có tầng hầm
cũng như xây dựng nhiều công trình ngầm đô thị. Việc xây dựng công trình
như vậy có nhiều khó khăn và rủi ro. Đã có nhiều thành công nhưng cũng xảy
ra những điều đáng tiếc. Một số tác giả theo hướng đó cũng đã tìm hiểu và
đưa ra những bài học kinh nghiệm thông qua một số trường hợp sự cố công
trình. Do tính chất đa dạng, phức tạp của các nguyên nhân sự cố (khảo sát,
thiết kế, thi công, quan trắc...), mỗi công trình được khảo sát lại có những đặc
điểm riêng và do đó, mỗi một nghiên cứu lại góp phần làm phong phú và đầy
đủ hơn cho việc đưa ra các biện pháp phòng ngừa sự cố.
Đề tài đáp ứng được yêu cầu công việc, góp phần vào việc phát triển
công nghệ xây dựng của Việt Nam. Kết quả nghiên cứu còn có thể làm tài liệu
tham khảo giúp cơ quan chức năng trong tính toán thiết kế và thi công các
công trình cụ thể.
2. Mục tiêu của đề tài:
Tìm ra những nguyên nhân chủ yếu từ các yếu tố nền đất và biện pháp
thi công tác động đến tường cừ chắn đất làm cho tường cừ biến dạng vượt quá
giới hạn cho phép và những hậu quả xấu có thể xảy ra đối với hố móng cũng
như các công trình lân cận. Từ đó rút ra những bài học kinh nghiệm, những
cảnh báo cần thiết cho các đối tượng liên quan (quản lý dự án, tư vấn giám
sát, nhà thầu thi công...).

3. Phương pháp nghiên cứu:


11

- Về lý thuyết:
Nghiên cứu các tài liệu, tổng hợp các lý thuyết, lựa chọn các đại lượng
cần khảo sát và phương pháp khảo sát các đại lượng đó.
- Về thực nghiệm:
Thông qua các số liệu, tư liệu, thông tin thu thập được, sẽ tiến hành
kiểm tra lại các giả thiết và các kết quả tính toán trước đó; phân tích bổ sung
thêm các yếu tố đầu vào phát sinh trong quá trình thi công, thực hiện tính toán
với các yếu tố bổ sung và kiểm chứng với số liệu thực tế đã xảy ra. Việc tính
toán sẽ được tiến hành theo từng trường hợp cũng như tổ hợp của các yếu tố
bổ sung. Từ đó xác định được những nguyên nhân chính, đặc thù và mức độ
ảnh hưởng của các nguyên nhân đó đến sự cố công trình. Đối chiếu với những
bài học kinh nghiệm đã được phổ biến từ các nghiên cứu trong lĩnh vực này
của các tác giả trong và ngoài nước để có đề xuất bổ sung các yêu cầu ngăn
ngừa sự cố đối với các đối tượng liên quan: quản lý dự án, tư vấn giám sát,
nhà thầu thi công...
4. Cấu trúc của luận văn:
Luận văn gồm có: Phần mở đầu, 3 chương, kết luận và kiến nghị, danh
mục tài liệu tham khảo và phụ lục.
Phần Mở đầu nêu lên cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài, mục tiêu
cần đạt được và phương pháp nghiên cứu trong luận văn.
Chương 1: Tổng quan về thi công công trình ngầm và hố móng sâu.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán tường cừ chắn đất và các yêu cầu
kỹ thuật trong thi công hố móng sâu.
Chương 3: Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố nền đất và thi công đến
ổn định tường cừ.

Phần Kết luận và kiến nghị nêu lên một số ý kiến rút ra từ quá trình
nghiên cứu của đề tài.


12

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM
VÀ HỐ MÓNG SÂU
1.1. Các phương pháp thi công công trình ngầm
1.1.1. Phương pháp thi công từ dưới lên (bottom-up)
Đây là phương pháp cổ điển được áp dụng khi chiều sâu hố đào không
lớn, thiết bị thi công đơn giản. Theo phương pháp này, toàn bộ hố đào được
đào đến độ sâu thiết kế (độ sâu đặt móng), có thể đào thủ công hay đào máy
phụ thuộc vào chiều sâu hố đào, thời tiết khí hậu, tình hình địa chất thủy văn,
vào khối lượng đất cần đào và nó còn phụ thuộc vào thiết bị máy móc, nhân
lực của công trình. Sau khi đào xong, tiến hành xây nhà theo thứ tự bình
thường từ dưới lên trên, nghĩa là từ móng lên mái. Để đảm bảo cho hố đào
không bị sụt lở trong quá trình thi công, sử dụng các biện pháp giữ vách đào
theo phương pháp truyền thống, nghĩa là có thể đào theo mái dốc tự nhiên
(theo góc ϕ của đất), hoặc nếu khi mặt bằng chật hẹp không cho phép mở
rộng ta luy mái dốc hố đào thì có thể dùng cừ, tường chắn đất để chống giữ hố
đào. Cách thi công hố đào như vậy còn được gọi là phương pháp đào mở [4].
Ưu điểm của phương pháp: là có thể sử dụng máy làm đất và máy thi
công khác nhau với mức độ cơ giới hóa cao, các công tác thi công đơn giản,
cho phép đẩy nhanh tiến độ thi công, độ chính xác cao. Mặt khác các giải
pháp kiến trúc và kết cấu cho tầng hầm cũng đơn giản vì nó giống như phần
trên mặt đất. Việc xử lý chống thấm cho tường tầng hầm và lắp đặt mạng lưới
kỹ thuật tương đối thuận tiện dễ dàng. Việc làm khô hố móng cũng đơn giản
hơn, ta có thể dùng bơm hút nước từ đáy móng đi theo hố thu nước đã được

tính toán sẵn. Nhìn chung nếu có điều kiện thi công đào mở sẽ làm hạ giá
thành xây dựng, dễ dàng kiểm soát được chất lượng công trình.


13

Nhược điểm của phương pháp: là khi công trình xây dựng có mặt
bằng rộng, chiều sâu hố đào lớn sẽ rất khó thực hiện, đặc biệt khi lớp đất bề
mặt yếu. Khi hố đào không dùng hệ cừ thì mặt bằng phải rộng đủ để mở ta luy
cho hố đào. Còn xét về chiều sâu hố đào khi quá lớn nếu dùng biện pháp này
ta sẽ phải cừ thành nhiều đợt, nhiều bậc hoặc phải sử dụng đến biện pháp neo
tường trong đất.
1.1.2. phương pháp thi công từ trên xuống (top-down)
Công nghệ thi công từ trên xuống, tiếng Anh là Top-down construction
method, là công nghệ thi công phần ngầm của công trình nhà, theo phương
pháp từ trên xuống, khác với phương pháp truyền thống: thi công từ dưới lên.
Trong công nghệ thi công Top-down người ta có thể đồng thời vừa thi công
các tầng ngầm (bên dưới cốt ±0,00) và móng của công trình, vừa thi công một
số hữu hạn các tầng nhà, thuộc phần thân, bên trên cốt ±0,00 (trên mặt đất).
Bản chất của phương pháp này là:
Giai đoạn 1: Thi công tường trong đất và cọc khoan nhồi trước. Cột
của tầng hầm (hay cột chống tạm) cũng được thi công cùng cọc nhồi đến cốt
mặt nền.
Giai đoạn 2: Người ta tiến hành đổ sàn tầng trệt ngang trên mặt đất tự
nhiên. Tầng trệt được tỳ lên tường trong đất và cột tầng hầm (hay cột chống
tạm). Người ta lợi dụng luôn các cột đỡ cầu thang máy, thang bộ, giếng trời
làm cửa đào đất và vận chuyển đất lên đồng thời cũng là cửa để thi công tiếp
các tầng dưới. Ngoài ra nó còn là cửa để tham gia thông gió, chiếu sáng cho
việc thi công đào đất...Khi bê tông đạt cường độ yêu cầu, người ta tiến hành
đào đất qua các lỗ cầu thang giếng trời cho đến cốt của sàn tầng thứ nhất (1C)

thì dừng lại sau đó lại tiếp tục đặt cốt thép đổ bê tông sàn tầng 1C. Cũng trong
lúc đó từ mặt sàn tầng trệt người ta tiến hành thi công phần thân nghĩa là từ
dưới lên. Khi thi công đến sàn tầng dưới cùng người ta tiến hành đổ bê tông


14

đáy nhà liền với đầu cọc tạo thành sản phẩm dưới cùng, đó cũng là phần bản
đáy của móng nhà. Bản này còn đóng vai trò chống thấm và chịu lực đẩy nổi
của lực Acsimet.
Có hai phương pháp thi công sàn tầng hầm:
- Dùng hệ cột chống hầm đã thi công (tỳ lên cọc nhồi) để đỡ hệ dầm và
sàn tầng hầm.
- Dùng cột chống tạm (thường dùng trong thực tế là thép hình chữ H)
có gia cường đặt vào cọc nhồi.
Mỗi phương án trên đều bộc lộ những ưu điểm và nhược điểm của nó,
để áp dụng được phải tính toán một cách chặt chẽ vì không những nó liên
quan đến thi công mà cả giải pháp kết cấu nữa.
Ưu điểm của phương pháp Top-down:
- Các vấn đề về mặt bằng và tiến độ thi công: không cần diện tích đào
móng lớn hoặc đỡ tốn các chi phí phải làm tường chắn đất độc lập. Đặc biệt
đối với công trình giao thông dạng hầm giao thông, phương pháp này giúp
sớm tái lập mặt đường để giao thông. Và có thể thi công kết hợp Bottom-up
phần nổi và Top-down đối với phần ngầm (thông dụng đối với các công trình
dân dụng có tầng ngầm) do đó đẩy nhanh tiến độ thi công.
- Không phải chi phí cho hệ chống phụ.
- Chống vách đất được giải quyết triệt để vì dùng tường và hệ kết cấu
công trình có độ ổn định cao.
- Không tốn hệ thống giáo chống, coppha cho kết cấu dầm sàn vì thi
công trên mặt đất.

- Các vấn đề về móng (hiện tượng bùn nền, nước ngầm...): có một điểm
lưu ý ở đây là trong đô thị thường có nhiều công trình cao tầng, nếu thi công
đào mở (Open cut) có tường vây, móng sâu và phải hạ mực nước ngầm để thi
công phần ngầm, điều này dẫn đến việc thường không đảm bảo cho các công


15

trình cao tầng kề bên (dễ xảy ra hiện tượng trượt mái đào, lún, nứt...), phương
án thi công Top-down giải quyết được vấn đề này.
- Khi thi công các tầng hầm đã có sãn tầng trệt có thể giảm một phần
ảnh hưởng xấu của thời tiết.
Nhược điểm của phương pháp Top-down:
- Kết cấu cột tầng hầm phức tạp.
- Liên kết giữa dầm sàn và cột tường khó thi công.
- Thi công đất trong không gian kín khó thực hiện cơ giới hóa, năng
suất lao động thấp. Nếu chỉ thi công phần ngầm không kết hợp thi công phần
nổi thì tiến độ thi công so với đào mở sẽ chậm hơn rất nhiều.
- Thi công trong tầng hầm kín vì ảnh hưởng đến sức khỏe người lao
động.
- Phải lắp đặt hệ thống thông gió và chiếu sáng nhân tạo.
- Chất lượng thi công ở một số công việc: nút, dầm cột khó kiểm soát.
1.2. Các biện pháp giữ vách hố đào sâu khi thi công đào mở [2], [4], [10]
Một trong số những vấn đề cơ bản khi thi công tầng hầm nhà cao tầng
là giải pháp ổn định thành hố đào trong quá trình thi công. Trong thực tế có
nhiều phương pháp giữ thành hố đào tùy thuộc vào độ sâu hố đào, điều kiện
địa chất, mặt bằng thi công giải pháp kết cấu…
Nếu thi công bằng phương pháp Top-down, chống vách đất được giải
quyết nhờ hệ thống kết cấu dầm sàn của các tầng hầm. Tuy nhiên như đã nêu
trên, phương pháp Top-down cũng có những nhược điểm và không phải trong

trường hợp nào áp dụng phương pháp Top-down cũng có hiệu quả nếu phân
tích đầy đủ hiệu quả tổng hợp (tiến độ, chi phí…). Vì vậy phương pháp thi
công truyền thống (đào mở) vẫn được nghiên cứu áp dụng khá phổ biến và
những vấn đề liên quan đến các phương án giữ vách hố đào trong phương
pháp này vẫn không ngừng được hoàn thiện, cải tiến và bổ sung. Sau đây đưa


16

ra các phương án giữ ổn định vách hố đào theo phương pháp thi công truyền
thống.
1.2.1. Giữ vách bằng đào theo mái dốc tự nhiên
Những hố móng không quá sâu có thể đào được mà không cần chống
đỡ xung quanh nếu như có khoảng không tương đối rộng, đủ để tạo được mái
dốc tự ổn định. Độ dốc của mái phụ thuộc vào loại đất đá và các đặc tính của
chúng, vào điều kiện thời tiết và khí hậu, vào chiều sâu hố móng và khoảng
thời gian để hố móng lộ thiên. Các mái đất đá được đào thường có độ dốc lớn
nhất có thể có với từng loại đất đá và sự xuất hiện một vài chỗ trượt nhỏ nói
chung cũng không nguy hiểm. Giá thành vận chuyển đất đá ở chỗ trượt này có
vẻ ít hơn so với việc bạt mái thoải hơn.
Biện pháp đào đất theo độ dốc tự nhiên: phương pháp này chỉ áp dụng
khi hố đào không sâu, với đất dính, góc ma sát trong ϕ lớn, mặt bằng thi công
rộng rãi đủ để mở taluy mái dốc hố đào và để đưa thiết bị thi công cũng như
chứa đất được đào lên.
1.2.2. Giữ vách bằng ván cừ
Kết cấu cừ, còn gọi là kết cấu chắn đất mềm hay tường chắn mềm, có
đặc trưng là chiều dài tương đối lớn, độ dày mỏng và dễ bị biến dạng do áp
lực đất, áp lực nước, được dùng để chắn đất, ngăn nước cho các hố đào khi
xây dựng.
Tường cừ, tường neo, hố đào có thanh chống đỡ, hố đào có thanh giằng

thường gồm những cấu kiện có độ cứng chịu uốn tương đối nhỏ, chúng được
chống đỡ tại các cao trình khác nhau bởi các neo hay thanh chống đồng thời
cũng được chống đỡ bằng cách chôn vào trong đất phía dưới cao trình đào
thấp nhất. Áp lực đất thực tế lên lưng vật chắn thẳng đứng mềm và tải trọng
trong các cấu kiện chống đỡ phụ thuộc đáng kể vào tính chất của đất, độ sâu
hố đào và trình tự thi công.


17

1.2.2.1. Các loại cừ
Các cừ nối tiếp hay bán nối tiếp để tạo thành một tường liên tục cho các
công trình chắn nước, chắn giữ thành hố móng.
Các loại cừ dùng phổ biến sau đây: tường cừ gỗ, tường cừ bê tông đúc
sẵn, tường cừ thép.
a. Cừ gỗ: Loại này chỉ dùng cho những hố đào loại nhỏ, chiều sâu
không lớn và ở trên mực nước ngầm. Loại phổ biến nhất là các phai gỗ thông
thường và cọc Wakefileld. Các phai gỗ có tiết diện 50x300mm được đóng
cạnh tiếp cạnh. Cọc Wakefileld gồm ba phai gỗ được đóng đinh ghép vào
nhau, với phai ở giữ chồi lên khoảng 50-75mm. Các phai gỗ cũng có thể
ngàm mộng với nhau. Các xương sống kim loại được đóng vào trong rãnh các
cừ nằm kề để giữ chúng với nhau sau khi chúng được đóng vào đất.
b. Cừ bê tông đúc sẵn: Loại cừ này có trọng lượng nặng, được thiết kế
với cốt thép để chịu các ứng suất lâu dài mà công trình phải chịu sau khi xây
dựng và trong khi thi công. Cừ có chiều rộng 500-800mm; dày 150-250mm.
Hiện nay một số nước đã sử dụng cừ bê tông cốt thép ứng lực trước. Ván cừ
bê tông cốt thép có ưu điểm là không bị ăn mòn. Tuy nhiên nó cũng có một số
nhược điểm như sau:
- Chiều dài hạn chế, không có khả năng nối dài;
- Tính chịu uốn, chống và đập thấp;

- Không có khả năng tái sử dụng;
- Chống thấm khó khăn, vận chuyển phức tạp;
- Thể tích chiếm chỗ lớn, không thích hợp cho công trình xây chen
- Điều kiện thi công nghiêm ngặt.
Xuất phát từ những ưu nhược điểm trên, nên cừ bê tông cốt thép chỉ
thích hợp và sử dụng hiệu quả cho các công trình cảng, kè ven bờ, các đường
đào sâu hoặc đáp có chiều cao từ 3-4m.


18

c. Ván cừ thép: Cừ ván thép (thuật ngữ tiếng Anh là Stell sheet piles)
hay còn gọi là cọc ván thép, cừ thép, cừ Larsen, cọc bản, là một cấu kiện dạng
tấm có các rãnh khóa (me cừ) để hợp thành một tường chắn khép kín. Nhằm
mục đích ngăn nước và chắn đất trong hầu hết các trường hợp ứng dụng.
Hàng cừ thép có thể tạo thành một tấm tường chống thấm bền chắc bảo
vệ các hố móng. Tường cừ thép ngăn được nước thấm qua là khi nước luồn
qua các khe móc nối chạy dích dắc sẽ để lại những hạt đất nhỏ, và những hạt
đất này sẽ bịt kín khe móc nối. Cừ thép hiện nay được dùng rộng rãi ở nước ta
vì nó có những ưu nhược điểm như sau:
Ưu điểm: là gọn nhẹ, sẵn có trên thị trường, dễ sử dụng, tiến độ thi
công nhanh, có thể tái sử dụng được rất nhiều lần.
Nhược điểm khi sử dụng ván cừ thép:
- Bị ăn mòn trong quá trình sử dụng;
- Chiều sâu hố đào không lớn;
- Khi thi công ép, đóng vào đất dễ gây ảnh hưởng đến công trình lân
cận;
- Công tác thu hồi lại các ván thép đã sử dụng khá khó khăn và tốn
kém, trong nhiều trường hợp gây ảnh hưởng đến công trình bên cạnh.
1.2.2.2. Các loại tường cừ

Căn cứ vào tường cừ có hệ kết cấu chống đỡ hay không có kết cấu
chống đỡ mà người ta chia tường cừ thành hai loại chính như sau: Tường cừ
ngàm và tường cừ neo (chống).
- Tường cừ ngàm hoạt động như một dầm conson rộng ở trên mức đáy
hố đào. Ván cừ có thể đặt một tầng khi chiều sâu đào không lớn. Cũng có thể
dùng ván cừ đặt thành nhiều tầng (không chống). Khi ấy hố đào được đào
thành nhiều bậc, mở rộng phía trên, áp dụng cho trường hợp khi ván cừ không
đủ dài để chống một lần hoặc khi hố đào quá sâu và có yêu cầu mặt bằng hố


19

đào phải thông thoáng để thi công tầng hầm (hình 1.1).
- Dùng ván cừ có chống hoặc có neo, hố đào được đào thẳng đứng.
Dùng cừ có chống khi cột chống không ảnh hưởng đến thi công tầng hầm, còn
khi có sự đòi hỏi thoáng đãng trong hố đào để thi công tầng hầm ta phải dùng
neo, neo này được neo trên mặt đất. Loại ván cừ có chống hoặc neo dùng khi
áp lực đất lớn (hình 1.2).

a)
b)
Hình 1.1. Tường cừ ngàm (không neo, chống)
a) Một tầng cừ

b) Nhiều tầng cừ

a)

b)
Hình 1.2. Tường cừ neo

a) Dùng neo đỉnh cừ
b) Dùng chống
Việc lựa chọn kết cấu loại tường cừ, loại cừ vào công trình cụ thể có


20

một ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật đặc biệt. Sử dụng tường cừ chắn giữ hố đào
ngoài các yêu cầu phải đảm bảo an toàn cho hố đào, thì còn phải đảm bảo chi
phí thi công là thấp nhất. Các ván cừ rộng và dài thường kinh tế hơn loại có
tiết diện nhỏ vì cùng một một sức kháng uốn yêu cầu thì trọng lượng trên 1m 2
nhỏ hơn. Chính vì vậy, hiện nay ván cừ thép là lựa chọn hàng đầu cho các
công trình thi công hố móng sâu bằng phương pháp đào mở. Đã có rất nhiều
đơn vị thi công sử dụng tường cừ ngàm nhiều tầng (cừ Larsen nhiều tầng) để
chắn giữ thành hố đào. Nhưng vẫn còn sử dụng theo kinh nghiệm là chủ yếu
mà chưa có những tính toán cụ thể, do đó tiềm ẩn nhiều yếu tố rủi ro trong
quá trình thi công.
1.2.3. Thi công tường nhà làm tường chắn đất
Công nghệ thi công tường liên tục trong đất tức là dùng các máy đào
đặc biệt để đào móng có dung dịch giữ thành móng (cũng còn gọi là bùn ổn
định, như sét bentonite) thành những đoạn hào nhất định; sau đó đem lồng cốt
thép đã chế tạo sẵn trên mặt đất đặt vào trong móng. Dùng ống dẫn đổ bê tông
trong dung dịch sét (phương pháp rút ống) cho từng đoạn tường, nối các đoạn
tường với nhau bằng các đầu nối đặc biệt, hình thành một bức tường liên tục
trong đất bằng bê tông cốt thép. Cũng có thể dùng các cấu kiện bê tông cốt
thép đúc sẵn đặt vào hào chứa đầy vữa sét. Sau khi lắp ráp các kết cấu vữa sét
được thay bằng vữa tam hợp để chúng lấp đầy các mối nối của panen và các
khe hở quanh tường để truyền tải trọng từ khối đất vào tường chắn. Tường
trong đất quây lại thành đường khép kín, sau khi đào móng cho thêm hệ thống

thanh chống hoặc thanh neo vào sẽ có thể chắn đất, ngăn nước, rất tiện cho
việc thi công hố móng sâu. Nếu tường liên tục trong đất lại kiêm làm kết cấu
chịu lực của công trình xây dựng thì càng có hiệu quả kinh tế hơn.
Phương pháp này có ưu điểm rất lớn là không cần dùng ván cừ để giữ
vách hố đào. Trình tự thi công công trình vẫn theo thứ tự như xưa tức là xây


21

từ dưới xây lên. Để áp dụng được phương pháp này thì tường bao của công
trình phải được thiết kế bảo đảm chịu được tải trọng do áp lực đất gây ra với
nó trong trạng thái là tường chắn thi công hố đào cũng như trong trạng thái sử
dụng - là tường tầng hầm. Nếu trường hợp tường bao không tự chịu áp lực thì
phải có biện pháp chống tường bằng các hệ chống đỡ hoặc bằng neo bê tông.
Nhược điểm của nó là thời gian thi công dài và phải thi công xong
tường bao, cọc (nếu có) rồi mới đến đào đất và xây công trình. Một nhược
điểm khác là thiết bị thi công khá cồng kềnh không thích hợp cho trường hợp
xây chen.
1.2.4. Gia cố nền trước khi thi công hố đào
Khi công trình được thi công ở những vùng địa chất yếu, có tính chất
cơ lý phức tạp. Người ta phải tiến hành gia cố nền đất trước khi thi công hố
đào như: phương pháp cột xi măng đất, phương pháp đóng băng nhân tạo...
a. Giải pháp cột xi măng đất:
Khi công trình được thi công ở những vùng đất yếu hoặc đất cát, việc
đào đất sẽ gặp khó khăn vì đất có thể sụt, cát sẽ lở. Trong trường hợp này có
thể áp dụng phương pháp gia cố nền hố đào trước khi đào đất. Nó thích hợp
cho công trình cố mặt bằng thi công rộng và chiều sâu hố đào không lớn.
Nội dung của phương pháp này là trước khi thi công đào đất người ta
dùng thiết bị khoan chuyên dụng và bơm cao áp phụt vữa xi măng (hoặc bột
xi măng khô) vào nền đất xung quanh hố đào. Khi xi măng thủy hóa và đóng

rắn sẽ làm cho nền đất có cường độ tăng lên cụ thể là tăng hệ số dính C và
góc ma sát trong ϕ của đất nền. Cường độ của đất nền sau khi gia cố có thể
đạt được (0,5 ÷ 4Mpa). Với biện pháp gia cố này hố đào có thể đào thẳng
đứng hoặc nghiêng theo góc ϕ khá lớn.
Ưu điểm: phương pháp này là thi công đơn giản, giá thành thấp, tạo
mặt bằng thi công thoáng không bị vướng bởi cây chống.


22

Nhc im:
- Khú xỏc nh chớnh xỏc cỏc thụng s ca nn sau khi gia c.
- tin cy ca gii phỏp thp.
- ũi hi phi cú mt bng xung quanh rng gia c vựng cú nguy c
trt.
Bơm xi măng cát

Bơm xi măng cát

Vữa xi măng
cát đã đợ c
bơm xuống
Đ ào

Hỡnh 1.3. Gia c h o trc khi o múng
b. Gii phỏp úng bng nhõn to:
L phng phỏp tiờn tin cú th ỏp dng c trong mt s trng hp
c bit khú khn. Vi phng phỏp ny khụng nhng cú tỏc dng chng gi
vỏch h o m cũn l mt gii phỏp hu hiu x ly nc ngm khi thi
cụng t. Bng cỏch lm lnh t nn xung nhit di 0 0C, ngi ta cú

th to ra tng chn cú cng cao trong phn ln t bóo ho nc, chiu
dy ca tng d dng thay i tu theo yờu cu bng cỏch tng s trc lm
lnh.


23

Hình 1.4. Sơ đồ hoạt động của phương pháp đóng băng nhân tạo
Phạm vi ứng dụng có hiệu quả của phương pháp này :
- Khi độ sâu hố đào lớn, vượt quá giới hạn cho cọc cừ (khoảng 20m)
- Khi khó thi công cọc cừ xuyên qua những lớp đất bão hoà lớn.
- Khi việc hạ mực nước ngầm bằng các giải pháp thông thường quá đắt
hoặc khi tốc độ dòng chảy của nước ngầm quá lớn (Vượt quá 2m/ngày).
1.3. Sự cố trong thi công hố đào sâu và các vấn đề địa kỹ thuật cần giải
quyết
1.3.1. Tình hình chung về sự cố hố đào sâu
Sự cố hố đào rất đa dạng và khó tránh khỏi. Kinh nghiệm thi công hố
đào đã được nhiều tác giả phân tích và đúc kết, chúng trở thành những bài học
thực tế, có khi rất đắt đối với tất cả các khâu thiết kế có liên quan từ khảo sát
đến thiết kế, thi công và quản lý thi công hố đào.


24

Biết rõ những nguyên nhân gây ra những sự cố cũng có ý nghĩa như là
cách tìm biện pháp phòng ngừa sự cố nhằm hạn chế tối tiểu xảy ra sự cố.
Sự phá hoại của hệ chống đỡ đất không nhất thiết xảy ra bởi sự sụp đổ
của kết cấu. Những dạng phá hoại khác, gồm có: sự biến dạng quá mức của
đất và kết cấu chống đỡ, sự mất cân bằng khi hạ mực nước ngầm, hệ kết cấu
chống đỡ đất không đủ bền gây ra phá hoại theo thời gian.

Trên những nét tổng quát nhất, có thể chỉ ra các nguyên nhân đáng chú
ý dưới đây:
a. Đối với hố đào không chống đỡ
- Khảo sát không đầy đủ gây ra các giả thiết thiết kế lạc quan về cường
độ của đất, đá và điều kiện nước ngầm.
- Người thiết kế đánh giá không đúng tính nhạy cảm với độ lún của kết
cấu và công trình lân cận.
- Thiếu các đánh giá của người thiết kế thi công về các tác động của
thời tiết và thời gian tới cường độ đất.
b. Đối với hố đào có chống đỡ
- Khảo sát không đầy đủ gây ra các giả thiết thiết kế lạc quan về tính
đồng nhất của đất, đá, cường độ của đất và khối đá, tình trạng nước ngầm.
- Không đủ chất lượng của các chi tiết kết cấu.
- Không có sự kết hợp của người thiết kế và thi công.
- Thiếu các đánh giá của người thiết kế về các giới hạn của kỹ thuật thi
công đặc biệt như thanh chống cho tường chắn và neo.
- Thiếu các đánh giá của người thiết kế về ảnh hưởng của biến dạng,
của kết cấu chống đỡ đất và biến dạng của đất được chống đỡ.
- Sự thay đổi của tải trọng theo các điều kiện tự nhiên - nước ngầm,
thủy triều, nhiệt độ và sự thiếu đánh giá của người thi công về các hậu quả có
thể có do các thay đổi này gây ra


25

- Các thay đổi điều kiện đất, đá và sự thiếu đánh giá của người thi công
về các hậu quả có thể xảy ra.
- Sự quá tải của kết cấu chống đỡ đất do tải trọng của máy móc, thiết bị
tạm.
- Các phá hoại của hệ tường cừ có neo và các hố đào có chống đỡ xảy

ra bởi việc quên không tính tải trọng san lấp, áp lực đất vượt trội sinh ra trong
quá trình thi công, hệ chống đỡ được thiết kế không đúng, sự hư hỏng và ăn
mòn, thiết kế thiếu chính xác các chi tiết thi công.
1.3.2. Các sự cố hố đào có dùng tường cừ chắn đất
a. Lún sụt đất nền xung quanh hố đào:
Khi thi công hố đào thường xảy ra hiện tượng lún sụt đất nền ở bề mặt
xung quanh hố đào. Trên thực tế, hiện tượng này là khó tránh khỏi.
- Lún do đào hố móng: quá trình đào hố móng gây ra sự thay đổi trạng
thái ứng suất trong đất nền. Sự thay đổi trạng thái ứng suất kéo theo hiện
tượng biến dạng đất nền. Những biến dạng này thường thể hiện ở sự hạ thấp
mặt đất vùng lân cận xung quanh hố đào. Đất thường chuyển dịch từ bên
ngoài hướng và trong hố đào và từ đáy hố hướng lên trên. Các công trình đặt
trên nền đất biến dạng đều có chuyển vị tương ứng.
- Lún sụt do hạ thấp mực nước ngầm: khi thi công hố đào nằm dưới
mực nước ngầm, để đảm bảo cho hố đào khô ráo trong suốt quá trình thi công,
cần phải tiến hành hạ mực nước ngầm trước khi đào hố. Khi hạ mực nước
ngầm, phần đất nằm trong phạm vi hạ thấp bị tháo khô, áp lực nước lỗ rỗng
trong đất bị triệt tiêu, áp lực hữu hiệu tăng dần lên. Phần áp lực hữu hiệu gia
tăng làm cho tầng chứa nước (cát, sỏi và đất sét bão hòa nước) trong một
phạm vi nhất định bị nén chặt, từ đó gây ra hiện tượng lún sụt.