Nghiên cứu áp dụng giải pháp hệ chống đỡ vách hố đào sâu bằng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
----------------------------------

NGUYỄN TIẾN LONG

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH
HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
----------------------------------

NGUYỄN TIẾN LONG
KHÓA: 2015-2017

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH
HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số

: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. NGUYỄN ĐỨC NGUÔN

Hà Nội - 2017


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo Trường Đại học Kiến trúc Hà
Nội, các cán bộ Khoa sau đại học, Khoa Xây dựng và đặc biệt là các thầy, cô giáo
giảng dạy Bộ môn các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình trong suốt quá
trình học tập chương trình cao học. Tác giả cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành
sâu sắc đến Giáo viên hướng dẫn – PGS.TS Nguyễn Đức Nguôn đã tận tình giúp
đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu và động viên tác giả trong quá trình nghiên cứu và
hoàn thiện Luận văn này.
Quá trình thực hiện luận văn diễn ra trong một thời gian ngắn, mặc dù bản
thân tôi đã rất cố gắng, song không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong
được sự quan tâm góp ý của quý thầy cô, các đồng nghiệp để tôi có thể hoàn thiện
hơn về kiến thức và có bước nghiên cứu bổ sung phát triển.
Xin chân thành cảm ơn./.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Tiến Long


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ là công trình nghiên cứu khoa học độc lập
của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của luận văn là trung thực và có
nguồn gốc rõ ràng.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Tiến Long


MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Danh mục các bảng, biểu
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài ................................................................................................... 1
Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu. ......................................................... 1
Phương pháp nghiên cứu. ...................................................................................... 2

Ý nghĩa thực tiễn của luận văn............................................................................... 2
Kết cấu nội dung luận văn. .................................................................................... 2
NỘI DUNG LUẬN VĂN
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH
HỐ ĐÀO SÂU ...................................................................................................... 3
1.1 Tình hình xây dựng tầng hầm và hệ chống đỡ vách hố đào sâu. ................. 3
1.2 Các giải pháp chống đỡ vách hố đào sâu. .................................................... 4
1.2.1 Giữ ổn định hố đào bằng dãy cọc xi măng đất. ............................................ 4
1.2.2 Giữ ổn định hố đào bằng tường cừ, cọc cừ. ................................................. 6
a) Tường cừ gỗ. ............................................................................................... 6
b) Tường cừ thép. ............................................................................................ 6
c) Tường cừ bê tông. ...................................................................................... 8
1.2.3 Giữ ổn định vách hố đào bằng hệ giằng chống ............................................10
1.2.4 Giữ ổn định vách hố đào bằng tường Barrette. ............................................11
1.2.5 Giữ ổn định vách hố đào bằng các tấm panel BTCT lắp ghép. ....................13
1.2.6 Giữ ổn định vách hố đào bằng hệ khung, dầm.............................................16
1.2.7 Giữ ổn định vách hố đào bằng neo. .............................................................17
1.2.8 Giữ ổn định vách hố đào bằng kết cấu công trình. .......................................20
1.3 Giải pháp chống đỡ vách hố đào sâu bằng cọc BTCT................................22


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ
VÁCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN ....................................28
2.1 Cấu tạo hệ chống đỡ vách hố đào sâu .........................................................28
2.1.1 Cơ sở lựa chọn hình dạng kích thước, cấu tạo cọc BTCT đúc sẵn ứng suất
trước trong quá trình thi công. .............................................................................28
2.1.2 Vật liệu làm cọc BTCT ...............................................................................29
2.1.3 Giải pháp cấu tạo mối nối. ..........................................................................31
a. Mối nối ngang ...........................................................................................31
b. Mối nối dọc ...............................................................................................32

c. Nguyên tắc bố trí mối nối dọc....................................................................33
2.2 Tính toán hệ chống đỡ hố đào sâu bằng cọc BTCT. ..................................35
2.2.1. Tính toán hệ chống đỡ hố đào sâu dạng công xơn. .....................................35
2.2.2. Tính toán hệ chống đỡ hố đào sâu có 1 thanh chống. .................................36
2.2.3. Tính toán hệ chống đỡ trong quá trình khai thác công trình........................41
2.2.4 Tính toán bằng phương pháp Sachipana......................................................45
2.2.5. Phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng phần mềm plaxis. .........................48
2.3 Giải pháp hệ chống đỡ hố đào sâu bằng cọc BTCT. ..................................50
2.3.1. Công tác tổ chức thi công...........................................................................50
a. Công tác chuẩn bị hệ thống điện, nước phục vụ thi công. ..........................50
b. Công tác chuẩn bị các thiết bị và vật tư phục vụ thi công. .........................50
c. Thiết bị thi công ép cọc .............................................................................51
d. Công tác chuẩn bị vật tư, vật liệu ..............................................................55
2.3.2 Trình tự thi công ........................................................................................56
a. Thiết bị kiểm tra hiện trường. ....................................................................56
b. Công tác sản xuất cọc BTCT ứng suất trước..............................................56
c. Thi công hạ cọc. ........................................................................................57
d. Thi công dầm bo đầu cọc BTCT. ...............................................................66
e. Thi công hệ chống đỡ, ổn định cọc. ...........................................................66
f. Giải pháp chống thấm cho tường cọc BTCT ứng suất trước .......................67


2.4 Các sự cố thường gặp. .................................................................................68
2.4.1 Trong quá trình thi công ............................................................................68
2.4.2 Giải pháp phòng tránh trong quá trình thi công ...........................................70
2.5 Các biện pháp khắc phục rủi do trong quá trình thi công.........................71
2.5.1 Các rủi ro xảy ra trong thi công...................................................................71
2.5.2 Các biện pháp khắc phục ............................................................................75
2.6 Phạm vi áp dụng .........................................................................................75
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO

SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN .................................................................77
3.1 Đặc điểm, vị trí công trình...........................................................................77
3.2 Điều kiện địa chất công trình ......................................................................77
3.3 Lựa chọn loại cọc BTCT ứng suất trước ....................................................79
3.4 Giải pháp kết cấu .........................................................................................80
3.5 Tính toán và so sánh tường Barette cùng chiều dày ..................................81
3.6 Đề xuất quy trình thi công hệ chống đỡ vách hố đào sâu bằng cọc BTCT
đúc sẵn ứng suất trước ......................................................................................94
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận ...............................................................................................................100
Kiến nghị.............................................................................................................100
TÀI LIỆU THAM KHẢO


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Tên đầy đủ

BTCT

Bê tông cốt thép

ƯST

Ứng suất trước

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam


DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hiệu
hình
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 1.6
Hình 1.7
Hình 1.8
Hình 1.9
Hình 1.10
Hình 1.11
Hình 1.12
Hình 1.13
Hình 1.14
Hình 1.15
Hình 1.16
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8

Hình 2.9
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12
Hình 2.13
Hình 2.14
Hình 2.15

Tên hình vẽ
Công trình sử dụng cọc xi măng đất
Một số loại cừ thép
Tường cừ thép Larsen
Tường cừ bê tông cốt thép ứng suất trước
Kè chắn thành hố đào (a); một số sơ đồ cấu tạo hệ thanh
chống (b); và mặt cắt thanh chống (c)
Quá trình thi công tường Barette
Sơ đồ thi công tường từ các tấm panels BTCT lắp ghép
Hệ dầm, khung chống vách cho hố đào sâu và rộng
Sử dụng neo kết hợp chống gia cố hố đào sâu
Chi tiết đầu neo
Công trình sử dụng neo trong đất
Biện pháp thi công từ trên xuống ( Top - down)
Một số hình dạng mặt cắt ngang cọc bản BTCT ứng suất
trước
Cọc ván BTCT ứng suất trước
Cọc cừ Xuân Mai BTCT ứng suất trướchình chữ T
Cọc BTCT ứng suất trước hình chữ SH
Chi tiết cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước
Mặt cắt ngang tường cọc sau khi đã thi công
Các kiểu khớp nối âm dương (a) và khớp nối kín nước (b)

Phương án nối cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước
Vị trí có thể nối cọc
Sơ đồ bao mô men
Sơ đồ dịch chuyển cọc conson và phân bố áp lực đất
Sơ đồ làm việc cọc chân tựa tự do - một chống/ neo
Sơ đồ làm việc cọc ngàm - một chống/ neo
Sơ đồ tính toán theo mô hình dầm thay thế
Biểu đồ áp lực bên của đất lên cọc chắn có nhiều thanh
chống/ neo theo Terxaghi
Sơ đồ tính toán cọc nhiều nhịp như dầm liên tục
Chuyển dịch của thân tường sau lần đào
Sơ đồ tính toán theo phương pháp Sachipana
Máy ép cọc robot

Trang
5
7
8
9
10
12
14
17
18
19
19
21
24
26
26

27
29
29
32
33
33
35
36
38
39
40
42
43
45
46
51


Số hiệu
hình
Hình 2.16
Hình 2.17
Hình 2.18
Hình 2.19
Hình 2.20
Hình 2.21
Hình 2.22
Hình 2.23
Hình 2.24
Hình 2.25

Hình 2.26
Hình 2.27
Hình 2.28
Hình 2.29
Hình 2.30
Hình 2.31
Hình 2.32
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9

Tên hình vẽ
Máy ép cọc robot thủy lực 240 Tấn
Chân chống
Hộp kẹp ống
Ray dẫn hướng di chuyển
Giá đỡ
Một số sơ đồ đóng cọc
Công nghệ đóng cọc
Thi công đóng cọc bê tông tại Cảng cá Phú Lạc
Máy ép cọc robot tự hành
Thi công khoan dẫn cọc
Tường cọc sau khi thi công dầm bo xong
Sử dụng sàn tầng hầm chống đỡ tường cọc BTCT ứng suất

trước
Thi công bê tông phung khô cho tường tầng hầm bằng cọc
BTCT ứng suất trước
Mặt cắt ngang của tường cọc
Sự quan hệ giữa chuyển vị của cọc BTCT ứng suất trước và
hư hỏng công trình lân cận
Dòng chảy của nước ngầm vào hố đào
Hạ mực nước trong hố móng làm cho đất ở xung quanh hố
bị lún không đều
Cấu tạo chi tiết
Bố trí cốt thép
Mặt cắt tầng hầm
Mặt bằng tường tầng hầm
Sơ đồ tính toán của mô hình cọc BTCT ứng suất trước trong
chương trình Plaxis
Lưới biến dạng giai đoạn cuối cọc BTCT ứng suất trước
Sơ đồ tính toán của mô hình tường Barette trong chương
trình Plaxis
Lưới biến dạng giai đoạn cuối tường Barette
Sơ đồ đề xuất quy trình thi công cọc BTCT đúc sẵn ứng suất
trước

Trang
52
52
53
54
54
57
58

60
64
65
66
67
68
68
72
74
74
79
79
80
82
83
85
88
90
94


DANH MỤC BẢNG
Số hiệu
bảng
Bảng 1.1
Bảng 2.1
Bảng 2.2
Bảng 2.3
Bảng 2.4
Bảng 2.5

Bảng 2.6
Bảng 3.1
Bảng 3.2

Tên bảng

Đặc trưng kỹ thuật một số loại cọc cừ thép thông dụng
Cường độ dọc trục theo TCVN 5574 - 2012
Bảng chỉ tiêu cọc bản BTCT ứng suất trước của Nhật Bản
Kết quả nội lực của cọc BTCT ứng suất trước
Các chỉ số của đất
Áp lực đất tác dụng lên cọc chán có nhiều thanh chống/neo
Thông số máy ép cọc
Cấu tạo địa chất công trình
Các chỉ tiêu đất
Các đặc trưng vật liêu của cọc BTCT ứng suất trước dày
Bảng 3.3
500 bê tông B40
Bảng 3.4 Các đặc trưng vật liêu của sàn BTCT
Bảng 3.5 Kết quả chuyển vị của cọc BTCT ứng suất trước
Bảng 3.6 Kết quả nội lực của cọc BTCT ứng suất trước
Bảng 3.7 Các đặc trưng của tường Barete dày 500 mác 300
Bảng 3.8 Kết quả chuyển vị của tường Barette
Bảng 3.9 Kết quả nội lực của tường Barette
Bảng 3.10 Chỉ tiêu tính năng ban đầu của dung dịch bentonite

Trang
7
30
30

34
41
42
55
78
78
81
81
85
86
88
90
91
95


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Văn Châu (2014), “Xây dựng quy trình thi công tường Barret cho công
trình nhà cao tầng tại thành phố Vĩnh Long”, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Trường
Đại học Kiến Trúc Hà Nội;
2. Nguyễn Quý Chức (2015), “Nghiên cứu giải pháp sử dụng cọc nhồi kết hợp neo
đất trong tính toán ổn định hố đào sâu”, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại
học Kiến Trúc Hà Nội;
3. Nguyễn Thanh Hải (2011), “Tính toán lựa chọn chiều dày tường Barret cho
tầng hầm nhà cao tầng”, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến trúc Hà
Nội;
4. Nguyễn Trường Huy, Nghiêm Mạnh Hiến (2009), “Bài giảng xây dựng Công
trình ngầm đô thị theo phương pháp đào mở”, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội;
5. Nguyễn Bá Kế, “Thiết kế và thi công hố móng sâu, Nhà xuất bản xây dựng
2002”;

6. Nguyễn Bá Kế, “Xây dựng Công trình ngầm đô thị theo phương pháp đào mở,
Nhà xuất bản xây dựng 2006”;
7. Nguyễn Đức Nguôn (2011), “Bài giảng Địa kỹ thuật và Công trình ngầm đô
thị”, Trường Đại học kiến trúc Hà Nôi;
8. Nguyễn Quang Phích, “Phương pháp số chương trình Plaxis 3D & UDEC”.
Nhà xuất bản xây dựng 2007;
9. Đỗ Công Sơn (2011), “Tính toán tường trong đất sử dụng panel lắp ghép bê
tông ứng lực trước cho tầng hầm nhà cao tầng khu vực Hà Nội”, Luận văn Thạc sỹ
kỹ thuật, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội;
10. Đinh Văn Tình (2011), “Nghiên cứu ứng dụng cọc ván BTCT cho công trình kè
ven sông biển trên địa bàn thành phố Đà Nẵng”, Sở giao thông vận tải thành phố
Đà Nẵng;


1

MỞ ĐẦU

 Lý do chọn đề tài
Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hóa của nước ta ngày càng
nhanh, hệ thống đô thị phát triển cả về số lượng, chất lượng và quy mô. Đặc biệt là
ở các đô thị lớn như TP. Hồ Chí Minh và Hà Nội, tốc độ phát triển nóng tạo ra các
áp lực về hạ tầng đô thị, về nhà ở, văn phòng, giao thông đô thị và không gian công
cộc trong đô thị…. Quỹ đất về mặt của các đô thị lớn đã ở tình trạng gần như cạn
kiệt, các không gian xanh, không gian công cộng ngày càng bị thu hẹp, khiến người
dân đô thị cảm thấy bức bối…. Những điều này cộng với nhu cầu về tính văn minh,
hiện đại và mỹ quan đô thị đã và đang đòi hỏi việc phát triển phải hướng đến khả
năng tận dụng, phát triển song song cả về chiều cao lẫn chiều sâu của đô thị.
Do đó, việc phát triển công trình ngầm đang được chú trọng và thực hiện rất
nhiều ở nước ta hiện nay. Một số công trình tiêu biểu như Royal City, Time City,

Keangnam Tower, hầm Kim Liên….v..v… Nhưng do mặt bằng công trình, điều
kiện vị trí công trình trật hẹp nên chúng ta không thể đào hở, dùng cừ Larsen chống
đỡ vách hố đào, cọc Barrette bê tông đổ tại chỗ thi công khó khăn chưa tận dụng hết
ưu việt của vật liệu, hệ chống đỡ bằng thanh chống bằng thép chữ I, neo,… còn
phức tạp tốn kém. Đó cũng là lý do tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu áp dụng giải
pháp hệ chống đỡ vách hố đào sâu bằng cọc BTCT đúc sẵn” sử dụng công nghệ
ứng suất trước.
 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
* Mục đích nghiên cứu: Từng bước áp dụng giải pháp hệ chống đỡ vách hố
đào sâu bằng cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước rộng rãi trong quá trình thi công.
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu:
+ Các giải pháp chống đỡ vách, hố đào như hệ chống, neo,......
+ Giải pháp chống đỡ vách hố đào sâu bằng cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước.
- Phạm vi nghiên cứu: Kết cấu công trình tầng hầm, hầm đường bộ, ga tàu điện….


2

 Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu sau đây:
- Nghiên cứu tài liệu, tiêu chuẩn, quy phạm kỹ thuật, pháp luật.
- Phân tích tổng hợp.
- Sử dụng phần mềm Plaxis của Hà Lan để tính toán các ví dụ cụ thể.
 Ý nghĩa thực tiễn của luận văn
- Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể làm tài liệu tham khảo cho các công trình
ngầm thi công bằng hệ chống đỡ vách hố đào sâu bằng cọc BTCT đúc sẵn ứng suất
trước. Ngoài ra, sử dụng cọc BTCT ứng suất trước làm giảm khối lượng bê tông cốt
thép, giảm khối lượng làm đất, giảm giá thành xây dựng và giảm thời gian thi công.
 Kết cấu nội dung luận văn.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH
HỐ ĐÀO SÂU
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ
VÁCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO
SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ


THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


100

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận:
Qua nghiên cứu áp dụng giải pháp chống đỡ vách hố đào sâu bằng cọc BTCT
đúc sẵn ứng suất trước tác giả luận văn đã giải quyết được những vấn đề sau:
- Tổng kết đánh giá ưu nhược điểm của các giải pháp chống đỡ vách hố đào
sâu.
- Trình bày cơ sở lý thuyết áp dụng cọc BTCT ứng suất trước bao gồm cấu tạo,
tính toán thi công hệ chống đỡ vách hố đào sâu.

- Phân tích đánh giá các sự cố trong quá trình thi công đông thời đề xuất các
giải pháp khắc phục các tiềm ẩn sự cố đó.
- Đề xuất quy trình thi công cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước.
- Đề xuất giải pháp liên kết hệ cọc bằng các mối nối dọc và mối nối ngang
Kiến nghị:
- Các cơ quan nhà nước cần xây dựng hệ thống tiêu chuẩn Thiết kế, thi công và
nghiệm thu loại cọc BTCT ứng suất trước làm cơ sở cho việc áp dụng công nghệ
mới này một cách rộng rãi. Xây dựng quy trình kiểm tra chất lượng thi công phù
hợp với tiêu chuẩn hiện hành và công tác đánh giá, kiểm tra chất lượng thi công
công trình.