Ứng dụng trụ đất xi măng để ổn định tường vây hố đào
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.64 MB, 110 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN VĂN ĐẠI
ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ ỔN ĐỊNH
TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO
Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
Mã số: 60580211
LUẬN
VĂN THẠC SĨ
••
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2018
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHQG HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học:
Cán bộ hướng dẫn 1: PGS.TS TÔ VĂN LẬN
Cán bộ hướng dẫn 2: PGS.TS VÕ PHÁN Cán bộ chấm nhận xét 1:
Cán bộ chấm nhận xét 2:
Đe cương Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa
Tp.HCM, ngày tháng năm 2018.
Thành phần Hội đồng đánh giá đề cương Luận văn thạc sĩ gồm:
1. .........................................................................................................................................................7...................................................7...........................................................................................’....................................................
2 ..................................................................................
3 .........................................................................................
4 .........................................................................................
5 .........................................................................................
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: NGUYỄN VĂN ĐẠI
MSHV: 1570702
Ngày, tháng, năm sinh: 24/09/1992
Nơi sinh: Thái Bình
Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số: 60580211
I.
TÊN ĐỀ TÀI: ứng dụng trụ đất xi măng để ỗn định tường vây hố đào.
II.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1.
Tổng quan về trụ đất xi măng
2.
Cơ sở lý thuyết tính ổn định hố đào sâu bằng phương pháp trụ đất xi măng
3.
ứng dụng trụ đất xi măng để ổn định hố đào sâu công trình A&B SaiGon
Tower
III.
NGÀY GIAO NHIỆM vụ
IV.
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 02/12/2018
V.
HỌ VÀ TÊN CÁN Bộ HƯỚNG DẪN: PGS.TS VÕ PHÁN
: 10/07/2017
Tp. HCM, ngày... tháng... nãm 2018
Cán Bộ HD1 CÁN Bộ HD2 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỤNG
PGS.TS TÔ VĂN LẬN PGS.TS VÕ PHÁN PGS. TS LÊ BÁ VINH
TS LÊ ANH TUẤN
LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến thầy PGS.TS.VÕ
Phán, ngưòi Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp tôi đưa ra hướng nghiên cứu cụ thể, hỗ trợ tài
liệu, kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Học viên cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, Quý thầy cô trường Đại học
Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện, giúp đỡ để tôi có môi trường học tập
và thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Xin cảm ơn gia đĩnh, bạn bè đã động viên tôi trong suốt quá trình học tập và làm
việc.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, tuy nhiên vẫn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong
nhận được sự đóng góp quý báu của thầy cô và các bạn.
TPHCM, ngày 17 tháng 11 năm 2018
Học viên
Nguyễn Văn Đại
1
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, được thực hiện dưới
sựhướng dẫn khoa học của PGS.TS.Võ Phán
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
TPHCM, ngày 17 tháng 11 năm 2018
Học viên
Nguyễn Văn Đại
2
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong luận văn này, tác giả nghiên cứu và phân tích ổn định thành hố đào sâu được
xử lý bằng trụ đất xi măng, một giải pháp hiệu quả, kinh tế và thân thiện với môi trường.
Tác giả áp dụng mô phỏng tính toán cho công trình A&B SaiGon Tower, số 44, đường
Trần Phú, TP. Nha Trang.
Giải pháp bao gồm 2 loại trụ đất xi măng. Ket quả cho thấy, ở độ sâu đào lớn nhất
-11.35m, chuyển vị ngang của tường vây lớn nhất.
Để phân tích ảnh hưởng của bề dày tường vây trụ đất xi măng tới chuyển vị và ổn
định công trình, tiến hành mô phỏng hai trường hợp: Tăng 01 dãy cọc so với thiết kế và
giảm 01 dãy cọc so vói thiết kế.
Để phân tích ảnh hưởng của chiều dài trụ đất xi măng tói chuyển vị và ổn định
công trình, tiến hành mô phỏng hai trường hợp: Tăng chiều dài tường vây lên thêm Olm
và giảm chiều dài tường vây xuống Olm.
Kết quả nghiên cứu này có thể áp dụng cho các công trình có chiều sâu hố đào và
địa chất tưong tự tại khu vực Trần Phú, Nha Trang
3
ABSTRACT
In this dissertation, the author fouces on analyzing the stability of the deep
excavation which is supported by soil mixing columes. This is one of the most advanced,
useful and economical methods in construction of deep excavation. It is also harmless for
environment. A&B SaiGon Tower Project, 44 Tran Phu, TP. Nha Trang city has been
applied for study, using finite element method.
There are two types of soil mixing column. At 11.35 meter depth, the horizontal
displacement of soil mixing is the largest.
To analyze the effect of the soil mixing columes’ thickness to the
displacement and stability of the work, simulate two cases: Adding one soiling
mixing array and reducing one soil mixing array.
To analyze the effect of the soil mixing columes' length to the displacement
and stability of the work, simulate two cases: Increasing the length of the soil mixing
columes by 01m and reducing the length of the soil mixing columes by 01m.
These obtained results can be consulted and applied for construction which have
the same basements level and soil condition in Nha Trang.
4
MUC LUC
••
MỞ ĐẦU
1. Tính cần thiết của đề tài
2. Nội dung nghiên cứu
3. Phương pháp nghiên cứu
4. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài
5. Hạn chế của đề tài
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRỤ ĐẤT XI MĂNG
1.1. Tổng quan về hố móng đào sâu
1.2. Các giải pháp thi công tường vây hố đào sâu
1.2.1. Giữ ổn định bằng tường cừ thép
1.2.2. Gia cố thành hố đào sâu bằng tường trong đất
1.2.3. Gia cố thành hố đào sâu bằng dãy cọc khoan nhồi
1.2.4. Gia cố thành hố đào sâu bằng dãy trụ đất xi măng
1.3. Tổng quan về trụ đất xi măng
1.3.1. Giới thiệu
1.3.2. Công nghệ trộn sâu DM (Deep Mixing)
1.4. Nguyên lý gia cố xi măng đất
1.5. Đặc tính của xi măng - đất
1.6. Khoan phụt cao áp (Jet Grouting)
1.6.1. Công nghệ trộn khô
1.6.2. Công nghệ trộn ướt (Jet Grouting)
1.7. Các thông số kỹ thuật trụ đất xi măng
1.7.1. Cường độ
1.7.2. Hệ số thấm
1.7.3. Modul đàn hồi và hệ số Poison
5
1.8. Nhận xét
CHƯƠNG 2: cơ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH HÓ ĐÀO SÂU
BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT XI MĂNG
2.1. Lý thuyết tính toán áp lực đất lên kết cấu chắn giữ của hố đào sâu
2.1.1. Lý thuyết Mohr - Rainkine
2.1.2. Áp lực đất chủ động
2.1.3. Áp lực đất bị động
2.2. Thiết kế và tính toán ổn định hố đào sâu được xử lý bằng trụ đất xi măng
2.2.1. Nguyên tắc thiết kế
2.2.2. Tính toán ổn định hố đào sâu được xử lý bằng trụ đất xi măng
2.2.2.1. Kiểm tra tính ổn định chống
trượt 2222. Kiểm tra chống nghiêng lật
2.2.2.3. Kiểm tra ổn định tổng thể
2.2.3. Tính chuyển vị ngang của tường vây trụ đất xi măng
2.3. Phưong pháp phần tử hữu hạn
2.3.1. Giới thiệu
2.3.2. Các mô hình đất nền trong phần mềm Plaxis
2.3.3. Các thông số đầu vào đất nền
2.3.3.1. Thông số Mô Đun E
2.3.3.2. Hệ số thấm K
2.3.3.3. Hệ số Poison
CHƯƠNG 3: ƯNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ ỒN ĐỊNH HÓ ĐÀO SÂU
CHO CÔNG TRÌNH A&B SÀI G0NTOWER
3.1. Đặt vấn đề
3.2. Giới thiệu công trình
3.3. Đặc điểm địa chất công trình
3.4. Các thông số mô hình
3.5. Các thông số trụ đất xi măng
6
3.6 Vùng ảnh hưởng và tải phụ
3.7 Tính toán tường vây trụ đất xi măng loại 1 theo phương pháp giải tích
3.7.1 Số liệu địa chất
3.7.2 Số liệu trụ đất xi măng
3.7.3 Các đặc trưng hĩnh học của tường
3.7.4 Tính toán tải trọng tác dụng lên trụ đất xi măng
3.7.4.1 Áp lực đất chủ động
3.7.4.2 Áp lực đất bị động
3.7.4.3 Áp lực nước tĩnh
3.7.4.4 Trọng lượng tường vây
3.7.4.5 Sức kháng trượt tại đáy tường
3.7.4.6 Lực ma sát hông tường
3.7.5 Các bài toán kiểm tra tường
3.7.5.1. Xác định hệ số an toàn trống nghiêng lật
3.7.5.2. Xác định hệ số chống trượt ngang
3.7.5.3. Khả năng chịu lực đất nền dưới cọc
3.7.5.4. Cường độ đất nền dưới đáy
cọc 3.7.6. Kiểm tra ứng suất thân cọc
3.8. Tính toán tường vây trụ đất xi măng loại 2 theo phương pháp giải tích
3.8.1. Số liệu địa chất
3.8.2. Số liệu cọc xi măng đất
3.8.3. Các đặc trưng hình học của tường
3.8.4. Tính toán tải trọng tác dụng lên cọc xi măng đất
3.8.4.1. Áp lực đất chủ động
3.8.4.2. Áp lực đất bị động
3.8.4.3. Áp lực nước tĩnh
7
3.8.4.4. Trọng lượng tường vây
3.8.4.5. Sức kháng trượt tại đáy tường
3.8.4.6. Lực ma sát hông
tường 3.8.5. Các bài toán kiểm tra
tường
3.8.5.1. Xác định hệ số an toàn trống nghiêng lật
3.8.5.2 . Xác định hệ số chống trượt ngang
3.8.5.3. Khả năng chịu lực đất nền dưới cọc
3.8.5.4 Cường độ đất nền dưới đáy cọc
3.7.6. Kiểm tra ứng suất thân cọc
3.9. Mô phỏng tính toán
3.9.1. Mô phỏng công trình trong Plaxis
3.9.2 Phân tích kết quả chuyển vị tường vây
3.9.2.1. Chuyển vị tường vây loại 1
3.9.2.2. Chuyển vị tường vây loại 2
3.9.2.3. Phân tích chuyển vị đứng Uy tại bề mặt hố đào
3.9.2.4 Phân tích chuyển vị đứng tại đáy hố đào
3.9.3. Phân tích ảnh hưởng của bề dày trụ đất xi măng tói chuyển vị và ổn
định của công trình
3.9.4. Phân tích ảnh hưởng của chiều dài trụ đất xi măng tới chuyển vị và on
định của công trình
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
8
DANH MUC HÌNH ẢNH
•
Chương 1:
Hình 1. 1 ứng dụng công nghệ trộn sâu ....................................................................... 9
Hình 1. 2 Khoan phụt cao áp ...................................................................................... 11
Hình 1.3 Sơ đồ thi công phương pháp trộn ướt ......................................................... 12
Chương 2:
Hình 2.1 Điều kiện phát sinh áp lực đất chủ động và bị động của đất ....................... 15
Hình 2.2 Áp lực chủ động của đất .............................................................................. 16
Hình 2.3 Biểu đồ tính áp lực đất chủ động ................................................................. 19
Hình 2.4 Biểu đồ tính áp lực đất bị động.................................................................... 18
Hình 2.5 Kết cấu chắn giữ dạng khối ......................................................................... 19
Hình 2.6 Tính toán tường vây trụ đất xi măng ........................................................... 19
Hình 2.7 Kiểm tra ổn định tổng thể ............................................................................ 22
Hình 2.8 Mô hình nền lò xo ........................................................................................ 24
Hình 2.9 Chuyển vị đỉnh ở tường theo phương pháp “m” ......................................... 25
Chương 3:
Hình 3.1 Công trình A&B Sai Gon Tower ................................................................. 33
Hình 3.2 Vị trí công trình A&B Sai Gon Tower ........................................................ 33
Hình 3.3 Mặt cắt địa chất công trình .......................................................................... 34
Hình 3.4 Mặt bằng vị trí hố khoan.............................................................................. 35
Hình 3.5 Mặt cắt thi công tầng hầm ........................................................................... 36
Hình 3.6 Quy đổi bề dày tương đương trụ đất xi măng .............................................. 48
Hình 3.7 Biểu đồ tính toán áp lực đất tường chắn loại 1 ............................................ 51
Hình 3.8 Biểu đồ tính toán áp lực đất tường chắn loại 2 ............................................ 59
Hình 3.9 Mô hình tổng thể công trình trong Plaxis .................................................... 66
9
Hình 3.10 Khai báo thông số các lớp đất trong Plaxis ............................................... 66
Hình 3.11 Chia lưới phần tử ....................................................................................... 67
Hình 3.12 Khai báo mực nước ngầm .......................................................................... 67
Hình 3.13 Khai báo các phase thi công ...................................................................... 68
Hình 3.14 Mô phỏng phase 1...................................................................................... 68
Hình 3.15 Mô phỏng phase 2...................................................................................... 69
Hình 3.16 Mô phỏng phase 3...................................................................................... 69
Hình 3.17 Mô phỏng phase 4...................................................................................... 70
Hình 3.18 Chuyển vị tường vây loại 1 theo các phase thi công ................................. 71
Hình 3.19 Chuyển vị tường vây loại 2 theo các phase thi công ................................. 72
Hình 3.20 Chuyển vị ngang Ux tường vây loại 1 theo các Phase đào ..................... 73
Hình 3.21 Chuyển vị ngang Ux tường vây loại 2 theo các Phase đào ...................... 73
Hình 3.22 Chuyển vị đứng tại bề mặt công trình ....................................................... 74
Hình 3.23 Chuyển vị đứng tại đáy hố đào .................................................................. 74
Hình 3.24 Quy đổi bề dày tường vây trụ đất xi măng trường hợp 1 .......................... 75
Hình 3.25 Quy đổi bề dày tường vây đất xi măng loại 1 trường hợp 2 ................... 75
Hình 3.26 Quy đổi bề dày tường vây trụ đất xi măng loại 2 trường hợp 2 .............. 76
Hình 3.27 Chuyển vị ngang của tường vây loại 1 theo trường hợp
1&2 ............... 77
Hình 3.28 Chuyển vị ngang của tường vây loại 2 theo trường hợp
1&2 ............... 78
Hình 3.29 Chuyển vị ngang tường vây trụ xi măng đất trường hợp 1........................ 79
Hình 3.30 Chuyển vị ngang tường vây trụ xi măng đất trường hợp 2........................ 79
Hình 3.31 Chuyển vị ngang tường vây loại 1 theo trường hợp 3&4 .......................... 81
Hình 3.32 Chuyển vị ngang tường vây loại 2 theo trường hợp 3&4 .......................... 82
Hình 3.33 Chuyển vị ngang tường vây trường hợp 3 ................................................. 83
Hình 3.34 Chuyển vị ngang tường vây trường hợp 4 ................................................. 83
10
DANH MUC BẢNG BIỂU
•
Chương 2
Bảng 2.1 Giá trị của hệ số tỷ lệ m .............................................................................. 24
Bảng 2.2 Tương quan giữa E và SPT ......................................................................... 28
Bảng 2.3 Quan hệ giữa Es và Su, Teparaksa W(1999) .............................................. 29
Bảng 2.4 Quan hệ giữa Es và Su theo chỉ số dẻo, Bowles. J.E (1998) ...................... 29
Bảng 2.5 Giá trị tiêu biểu của Môđun E cho vật liệu kết dính ................................... 29
Bảng 2.6 Hệ số thấm của đất theo Handbook of Geotechnical Investigation
and Design Table (Burt Look, 2007) .......................................................................... 30
Bảng 2.6 Hệ số thấm của một số loại đất theo Das.BM ............................................. 30
Bảng 2.7 Giá trị hệ số Poison theo Das.BM ............................................................... 31
Bảng 2.8 Hệ so Poison của đất theo Handbook of Geotechnical Investigation
and Design Table (Burt Look, 2007) .......................................................................... 31
Chương 3:
Bảng 3.1 Chỉ tiêu cơ lý lớp la ..................................................................................... 37
Bảng 3.2 Chỉ tiêu cơ lý lớp lb ..................................................................................... 37
Bảng 3.3 Chỉ tiêu cơ lý lớp 2 ...................................................................................... 38
Bảng 3.4 Chỉ tiêu cơ lý lớp LI .................................................................................... 40
Bảng 3.5 Chỉ tiêu cơ lý lớp 3 ...................................................................................... 41
Bảng 3.6 Chỉ tiêu cơ lý lớp 4 ...................................................................................... 42
Bảng 3.7 Chỉ tiêu cơ lý lớp 5 ...................................................................................... 43
Bảng 3.8 Chỉ tiêu cơ lý lớp 6 ...................................................................................... 44
Bảng 3.9 Chỉ tiêu cơ lý lớp 7 ...................................................................................... 45
Bảng 3.10 Mô tả địa chất HK1 ................................................................................... 46
Bảng 3.11 Các thông số mô hình Hardening Soil ...................................................... 47
Bảng 3.12 Thông số trụ đất xi măng .......................................................................... 49
Bảng 3.13 Thông số địa chất tính toán tường vây
50
11
Bảng 3.14 Tính toán áp lực đất chủ động ................................................................... 51
Bảng 3.15 Tính toán áp lực đất bị động ..................................................................... 52
Bảng 3.16 Tính toán áp lực nước tĩnh ........................................................................ 52
Bảng 3.17 Tính toán trọng lượng tường vây .............................................................. 53
Bảng 3.18 Tính toán lực ma sát hông tường............................................................... 53
Bảng 3.19 Tính toán áp lực đất chủ động ................................................................... 55
Bảng 3.20 Tính toán áp lực đất bị động ..................................................................... 56
Bảng 3.21 Tính toán áp lực đất và nước tĩnh.............................................................. 57
Bảng 3.22 Thông số địa chất ...................................................................................... 58
Bảng 3.23 Tính toán áp lực đất chủ động ................................................................... 59
Bảng 3.24 Tính toán áp lực đất bị động ..................................................................... 60
Bảng 3.25 Tính toán áp lực nước tĩnh ........................................................................ 60
Bảng 3.26 Tính toán trọng lượng tường vây .............................................................. 60
Bảng 3.27 Tính toán lực ma sát hông tường............................................................... 61
Bảng 3.28 Tính toán áp lực đất chủ động ................................................................... 63
Bảng 3.29 Tính toán áp lực đất bị động ..................................................................... 64
Bảng 3.30 Tính toán áp lực đất và nước tĩnh tại độ sâu Z=1.02m ............................. 64
Bảng 3.31 Kết quả chuyển vị tường vây loại 1 .......................................................... 70
Bảng 3.32 Kết quả chuyển vị tường vây loại 2 .......................................................... 71
Bảng 3.33 Ket quả chuyển vị ngang của tường
vây loại 1vàhệ số an toàn Msf .... 76
Bảng 3.34 Ket quả chuyển vị ngang của tường
vây loại 2và hệsốan toàn Msf ...... 77
Bảng 3.35 Ket quả chuyển vị ngang của tường
vây loại 1và hệsốan toàn Msf ...... 80
Bảng 3.36 Ket quả chuyển vị ngang của tường
vây loại 2và hệsốan toàn Msf ...... 81
12
DANH MUC KÝ HIÊU, CHỮ VIẾT TẮT
•
KÝ HIỆU
«
7
ĐƠN VỊ
TEN GỌI
Tài liệu tham khảo số 1
[1]
-
^n-l
m2/kN
B
m
c
kN/m2
Lực dính đon vị của đất
Cu
kN/m2
Lực dính của đất trong thí nghiệm Cu
CU
-
D
m
e
Ea
-
kN/m2
Áp lực ngang chủ động
Ep
kN/m2
Áp lực ngang bị động
Eo
kN/m2
Modul biến dạng của đất nền
T-' ret
kN/m2
Modul biến dạng tiếp tuyến
kN/m2
Modul đàn hồi trong điều kiện dỡ tải và gia tải lại
kN/m2
Modul đàn hồi cát tuyến trong thí nghiệm CD
l^oed
p ref ■Mar
ret
C-50
Hệ số nén lún của đất
Bề rộng hố móng
Consolidated Undrained Test
Vùng ảnh hưởng của hố móng
Hệ số rỗng của đất
hi
m
Chiều cao lớp đất thứ i
Ht
m
Chiều sau dưới đáy hố móng
Hw
m
Chiều sâu hố móng
Htr
kN
Sức kháng trượt tại đáy tường
Ip
-
Chỉ số dẻo của đất
Ka
-
Hệ số áp lực đất chủ động
kx,kỵ
m/ngày
Ko
-
KoNC
-
Kp
-
m
-
Hệ số thấm của đất theo phương ngang, phương đứng
Hệ số áp lực ngang ở trạng thái tĩnh
Hệ số áp lực ngang trong điều kiện cố kết thường
Hệ số áp lực đất bị động
Hệ số lũy thừa
13
Nspt
-
Chỉ số SPT
Pa
kN/m2
Cường độ áp lực đất chủ động tác dụng lên tường
q
kN/m2
Tải trọng ngoài
P-inter
-
w
kN
Trọng lượng tường
z
m
Chiều sâu hố đào tại điểm khảo sát
AUX
mm
Chênh lệch chuyển vị ngang
9(9’)
ĐỘ
Góc ma sát trong của đất thí nghiệm CD
5
ĐỘ
Góc ma sát giữa tường và đất
ĐỘ
Góc nghiêng của lưng tường
ĐỘ
Góc giãn nở của đất
Ĩ
kN/m3
Dung trọng của đất
Yw
kN/rn
Trọng lượng riêng nước
u
-
0
9
Hệ số giảm cường độ sức chống cắt
Hệ số poison của đất, tường
1
MỞ ĐẦU
1.
Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, quá trình đô thị hoá đang bùng nổ ở Việt Nam. Hàng loạt các công trình
ngầm đô thị như tầng hầm cho các công trình nhà cao tầng, khách sạn, các hầm chui, gara
ô tô dưới lòng đất đang được xây dựng ở các thành phố lớn như: TP.HỒ Chí Minh, Hà
Nội, Đà Nằng.. .Việc thiết kế và thi công các công trình ngầm luôn phức tạp và tốn nhiều
chi phí. Một trong những vấn đề khó khăn nhất là thi công các hố đào sâu có độ sâu đến
hàng chục mét mà việc giữ ổn định và gia cố cho thành hố đào luôn là hạng mục khó khăn
nhất.
Phần lớn các công trình xây dựng ở thành phố hiện nay là công trình xây chen. Do
đó, việc thiết kế và thi công cần có những biện pháp tối ưu để thi công hố móng sâu nhằm
bảo vệ thành vách hố đào, đảm bảo ổn định cho các công trình xung quanh.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp bảo vệ thành hố đào sâu: Tường cọc bản thép,
cọc bản bê tông cốt thép, tường vây bằng cọc khoan nhồi, tường liên tục trong đất, tường
trụ đất xi măng.... Tuy nhiên với ưu điểm không thấm nước, không phải đặt thanh chống
tạo điều kiện có thể đào thông thoáng, hiệu quả kinh tế cao, thời gian thi công nhanh
chóng... cho nên hệ tường vây trụ đất xi măng là một biện pháp hữu hiệu để bảo vệ thành
hố đào sâu.
Do đó, trong luận văn này việc tìm hiểu về “ứng dụng trụ đất xi măng để ổn định
tường vây hố đào” để có thể đưa vào thi công thực tế là cần thiết. 2
2.
Nội dung nghiên cửu của đề tài
Nhiệm vụ chính của đề tài là “ứng dụng trụ đất xi măng để
ổn tường vây hố đào”, nhằm giải quyết các vấn đề sau:
Tính toán tường vây trụ đất xi măng theo phương pháp giải
tích
Tính toán chuyển vị của hệ tường vây trụ đất xi măng thay
đổi theo quá trình thi công bằng phương pháp thi công Bottom-Up.
2
Phân tích dòng thấm qua dãy tường vây trụ đất xi măng Phân tích ổn định tổng thể
của hố đào và tường vây trụ đất xi măng theo quá trình thi công
Phân tích ảnh hưởng của bề dày dãy tường vây trụ đất xi măng làm ảnh hưởng đến
chuyển vị và độ ổn định của công trình
Phân tích chiều dài của dãy tường vây trụ đất xi măng làm ảnh hưởng đến chuyển
vị và độ ổn định của công trình
3.
Phương pháp nghiên cứu của đề tài
>
Nghiên cứu lý thuyết:
Lý thuyết về trụ đất xi măng Lý thuyết tính toán tường
vây liên tục trong đất Lý thuyết kiểm tra ổn định, biến
dạng của hố đào Lý thuyết tính toán chuyển vị của đất
quanh hố đào sâu Lý thuyết phần tử hữu hạn (FEM)
>
Tính toán tường vây trụ đất xi măng theo phương pháp giải tích
>
Mô phỏng
Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D v8.5 để phân tích ổn định và biến dạng thành
tường vây trong quá trình thi công.
4.
Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài
Đánh giá ổn định và biến dạng tường vây hố móng đào sâu được gia cố bằng
dãy trụ đất xi măng nhằm đảm bảo on định khi thi công công trĩnh cũng như các
công trình lân cận.
Giải quyết các vấn đề mất ổn định của hố đào sâu bằng trụ đất xi măng, mang lại
hiệu quả kinh tế cao và thân thiện với môi trường.
5.
Hạn chế của đề tài
Do chưa có số liệu quan trắc thực tế để có thể so sánh và đánh giá chi tiết với kết
quả tính toán từ việc chạy mô hình
3
Chưa xét đến yếu tố từ biến của đất nền trong hố đào khi thi công.
Đe tài chưa đánh giá hết ảnh hưởng của các mô hình khác ngoài mô hình
Hardening Soil
Đề tài mới chỉ tập trung nghiên cứu tường vây trụ đất xi măng trên một địa
chất nhất định.
4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÈ TRỤ ĐẤT XI MĂNG
1.1. Tổng quan về hố móng đào sâu
■
Căn cứ vào chiều sâu đào, hố đào có thể chia thành 2 loại:
Hố đào nông: Khi chiều sâu đào không quá 5m.
Hố đào sâu: Khi chiều sâu đào lớn hơn 5m Tuy nhiên trong một số truờng họp
chiều sâu hố đào nhỏ hơn 5m nhung phải thi công trong điều kiện địa chất công trình và
địa chất thuỷ văn tuông đối phức tạp thì vẫn phải xử lý nhu hố đào sâu.
■
Căn cứ vào giải pháp chắn giữ thành hố đào, hố đào có thể chia thành 2
loại:
Loại đào không có chắn giữ (hay còn gọi là đào mở), nhu : hố đào móng nông nhà
phố, nhà ở liên kế...
Loại đào có kết cấu chắn giữ nhu: tuờng cọc bản thép, tuờng barrette, tuờng trụ đất
xi măng...
■
Theo chức năng, kết cấu chắn giữ hố móng đào sâu được chia làm 2 bộ
phận chủ yếu:
Bộ phận chắn đất: Gồm kết cấu chắn đất ngăn nước (tường liên tục trong đất,
trường trộn xi măng đất sâu, cọc trộn xi măng đất sâu, giữa cọc đặt dày thêm cọc phun xi
măng cao áp, tường vòm khép kín ...) và kết cấu chắn đất không ngăn nước (cọc thép chữ
H, chữ I, cọc nhồi đặt thưa trát xi măng lưới thép, cọc hai hàng chắn đất...)
Hệ chống và neo giữ: Thép ống hay thép hình chống đỡ (chống ngang và chống
chéo) thanh neo vào trong đất, chống đỡ bằng bản sàn các tầng hầm (đối với các công
trình thi công theo phương pháp Top Down), hệ dầm vòng chống đỡ...
1.2. Các giải pháp thi công tường vây hố đào sâu
5
1.2.1 Giữ ỗn định bằng tường cừ thép
Ngày nay, trong lĩnh vực xây dựng, cọc ván thép (các tên gọi khác là cừ thép, cừ
Larssen, cọc bản, tiếng anh là: Steel Sheet Pile) được sử dụng ngày càng phổ biến, từ các
công trình thủy công như cảng, bờ kè, cầu tàu, đê chắn sóng, công trình cải tạo dòng chảy,
công trình cầu, đường hầm đến các công trình dân dụng như bãi đậu xe ngầm, tầng hầm
nhà nhiều tầng, nhà công nghiệp.
Cọc ván thép không chỉ được sử dụng trong các công trình tạm thời mà còn có thể
được xem như một loại vật liệu xây dựng, với những đặc tính riêng biệt, thích dụng vói
một số bộ phận chịu lực trong các công trình xây dựng.
Cho đến nay, cọc ván thép được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước khác
nhau với các đặc tính về khả năng chịu lực ngày càng được cải thiện. Ngoài cọc ván thép
có mặt cắt ngang dạng chữ u,
z thông thường, còn có loại mặt cắt ngang Omega (W),
dạng tấm phẳng (Straight Web) cho các kết cấu tường vây tròn khép kín, dạng hộp (Box
Pile) được cấu thành bởi 2 cọc u hoặc 4 cọc z hàn với nhau.
Tùy theo mức độ tải trọng tác dụng mà tường vây có thể chỉ dùng cọc ván thép
hoặc kết họp 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. Thường dùng cọc ván thép hình chữ u
hoặc z được 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 (xem các hình từ 1.1 đến 1.6).
về kích thước, cọc ván thép có bề rộng bản thay đối từ 400mm đến 750mm. Sử
dụng cọc có bề rộng bản lớn thường đem lại hiệu quả kinh tế hơn so với cọc có bề rộng
bản nhỏ vì cần ít số lượng cọc hơn nếu tính trên cùng một độ dài tường vây, Hơn nữa,
việc giảm số cọc sử dụng cũng có nghĩa là tiết kiệm thời gian và chi phí
6
cho khâu hạ cọc, đồng thời làm giảm lượng nước ngầm chảy qua các rãnh khóa của
cọc.
Chiều dài cọc ván thép có thể được chế tạo lên đến 30m tại xưởng, tuy nhiên chiều
dài thực tế của cọc thường được quyết định bởi điều kiện vận chuyển(thông thường từ 9
đến 15m), riêng cọc dạng hộp gia công ngay tại công trường có thể lên đến 72m.
Hiện nay bắt đầu dùng dãy cọc ống thép nối liền với nhau tạo thành một hệ tường
liên tục, có khả năng chịu lực cũng như ngăn nước rất tốt, thích hợp cho các vùng đất yếu
hoặc thi công dưới nước.
1.2.2 Gia cố thành hố đào sâu bằng tường trong đất
Tường trong đất, hay còn được gọi là tường vây barrette, là tường bêtông đổ tại
chỗ, thường dày 600-800mm để chắn giữ ổn định hố móng sâu trong quá trình thi công.
Tường có thể được làm từ các đoạn cọc Barrette, tiết diện chữ nhật, chiều rộng thay đổi từ
2.6 m đến 5.Om. Các đoạn tường Barrette được liên kết chống thấm bằng gioăng cao su,
thép và làm việc đồng thời thông qua dầm đỉnh tường và dầm bo đặt áp sát tường phía
bên trong tầng hầm. Trong trường họp 02 tầng hầm, tường Barrette thường được thiết kế
có chiều sâu 16-20m tuỳ thuộc vào địa chất công trình và phương pháp thi công.
Tường trong đất bằng bê tông cốt thép quây lại thành đường khép kín vói các hệ
thanh neo sẽ có thể chắn đất, ngăn nước, rất thuận tiện cho việc thi công hố móng sâu. Có
thể kết họp tường trong đất làm tầng hầm cho các nhà cao tầng hoặc làm kết cấu chịu lực
cho công trình.
Tường trong đất thường được 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 tường là một phần của kết cấu chính của công trình hoặc khi áp dụng phương pháp
Top - down.
7
Tường Barrette được giữ ổn định trong quá trình thi công bằng các giải pháp sau:
Giữ ổn định bằng hệ dàn thép hình Giữ ổn định bằng phương pháp neo
trong đất Giữ ổn định bằng phương pháp thi công Top - down
1.2.3 Gia cố thành hố đào sâu bằng dãy cọc khoan nhồi
Phương 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 lượng riêng hơi nhỉnh hơn nước 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 dưới 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. Sau đó tiến hành đổ bê tông hay bê tông cốt thép bằng
phương pháp đổ bê tông dưới nước, nghĩa là đổ bê tông liên tục từ dưới 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 lòng khối bê tông vừa đổ, để bê tông ra khỏi ống dẫn không trực tiếp tiếp xúc với
dung dịch). Khi bê tông cọc ninh kết, đóng rắn và đạt một cường độ nhất định, tiến hành
đào hở phần đỉnh cọc và phá bỏ phần đỉnh cọc này - thường là phần bê tông chất lượng
kém do lẫn với dung dịch giữ thành khi bắt đầu đổ bê tông được đẩy dần lên đỉnh cọc
trong quá trĩnh đổ bê tông đùn dần lên chiếm chỗ của dung dịch giữ thành, đẩy đung dịch
này trào ra ngoài miệng lỗ. Tóm lại, phương pháp công nghệ là dùng dung dịch giữ thành
hố đào thế chỗ cho đất nền tại vị trí lỗ cọc rồi lại thay dung dịch này bằng vữa bê tông.
Tuy vậy có nhiều phương pháp tạo lỗ cọc khác nhau, nên cũng có nhiều công nghệ thi
công cọc nhồi bê tông khác nhau.
1.2.4 Gia cố thành hố đào sâu bằng dãy trụ đất xi măng
Trụ đất xi măng là phương pháp dùng máy tạo cọc để trộn cưỡng bức xi măng, vôi
với đất yếu. Ở dưới sâu, lợi dụng phản ứng hoá học - vật lý sảy ra giữa xi măng với đất,
làm cho đất mềm đóng rắn lại thành một thể cọc có tính tống thể, tính on định và cường
độ nhất định.
8
Tuy nhiên, theo nghiên cứu sử dụng hệ trụ đất xi măng ổn định thành hố đào sâu,
vói hố móng sâu hon 6m, hệ cọc xi măng - đất sâu 13m, đường kính D1000 thì số dãy cọc
cần thi công >4 dãy cọc mới đảm bảo điều kiện ổn định hố móng [1],
1.3
Tổng quan về trụ đất xi măng
1.3.1 Giới thiệu
Công nghệ trụ đất xi măng là một công nghệ tiên tiến để xử lý nền đất yếu, trụ
đất xi măng có khả năng đáp ứng được các yêu cầu của công trình cọc nhồi, cọc đóng
hay cọc cát. Vì thế trụ đất xi măng được sử dụng rộng rãi ở một số nước phát triển
thập niên 80, ứng dụng cho các công trình: cầu đường, nhà xưởng, bờ kè, tườn chắn,
nhà cao tầng... với ưu điểm: Nhanh, đon giản, ít tốn vật tư, không sinh ra đất thải,
không sử dụng hoá chất, không làm ô nhiễm môi trường, không gây tiếng động, tốn
ít nhân công... Nó được xem là một công nghệ có tính hiệu quả kinh tế rất cao ở các
nước đang và phát triển.
Tại Việt Nam, năm 2002 đã có một số dự án đã ứng dụng trụ đất xi măng vào việc
xây dựng các công trình trên nền đất yếu. Cụ thể như: Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hoà)
năm 2002, Gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam) năm 2004, Dự
án thoát nướ Đồ Son - Hải Phòng, dự án đường cao tốc TP.HỒ Chí Minh đi Trung Lưong,
Đại lộ Đông Tây TP. Hồ Chí Minh năm 2005, Pearl Plaza (Quận Bình Thạnh,
TP.HCM)...
1.3.2 Công nghệ trộn sâu Deep Mixing (DM)
Công nghệ trộn sâu tạo trụ đất xi măng là công nghệ trộn xi măng với đất tại chỗ
dưới sâu. Trụ đất xi măng được sử dụng khá rộng rãi trong xử lý nền móng.
Mục đích của gia cố là làm tăng cường độ, khống chế biến dạng, giảm tính thấm của đất
yếu hoặc co ngót để vệ sinh các khu nhiễm độc. Nói tóm lại là thay đối tính chất, nâng
cao chất lượng của đất bằng cách cứng hoá tại chỗ.
