Phân tích ứng xử của đất và tường trong hố móng công trình Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.09 MB, 82 trang )
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Bản Luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của riêng tôi,
dưới sự hướng dẫn của thầy PGS. TS HOÀNG VIỆT HÙNG, Trường Đại học Thủy
Lợi. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao
chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn
tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả
DƯƠNG HOÀNG HÂN
i
LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập và nghiên cứu, dưới sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo,
trao dồi với các bạn cùng lớp, tôi đã tích lũy cho mình một số kiến thức nhất định về
chuyên môn của ngành Địa Kỹ thuật xây dựng, Trường Đại học Thủy Lợi. Tôi được
giao đề tài luận văn Thạc sĩ “Phân tích ứng xử của đất và tường trong hố móng
công trình Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng”.
Đề tài của tôi đã hoàn thành với nội dung như đã đề ra trong đề cương nghiên cứu với
sự nỗ lực cố gắng của bản thân và sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS. TS Hoàng
Việt Hùng. Tuy nhiên do thời gian và trình độ có hạn nên luận văn vẫn còn tồn tại một
số thiếu sót nhất định, cần được các thầy cô đóng góp ý kiến nhằm tiếp tục hoàn thiện
luận văn để có thể ứng dụng cho các công việc chuyên môn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo giảng dạy tại Bộ môn Địa kỹ thuật, cảm
ơn cơ quan đã tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn. Đặc biệt, tôi xin gửi
lởi cảm ơn chân thành đến thầy PGS. TS Hoàng Việt Hùng đã trực tiếp hướng dẫn
luận văn.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện
tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!
ii
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU....................................................................................... ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................... x
MỞ ĐẦU
..................................................................................................................... 1
1.1. Tổng quan về tình hình xây dựng hố móng sâu ở thế giới và Việt Nam ...................... 3
1.1.1. Tình hình xây dựng hố móng sâu ở thế giới ........................................................... 3
1.1.2. Tình hình xây dựng hố móng sâu ở Việt Nam ........................................................ 3
1.2. Phân loại tường vây hố móng ....................................................................................... 6
1.2.1. Tường chắn bằng cọc xi măng đất ......................................................................... 6
1.2.2. Cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực ........................................................................ 7
1.2.3. Cọc bản thép .......................................................................................................... 11
1.2.4. Tường liên tục trong đất ........................................................................................ 14
1.2.4.1. Giữ ổn định bằng hệ dàn thép hình ...................................................................... 14
1.2.4.2. Giữ ổn định bằng phương pháp neo trong đất ...................................................... 14
1.2.4.3. Giữ ổn định bằng phương pháp thi công Top - down .......................................... 15
1.2.5. Tường chắn bằng cọc khoan nhồi ......................................................................... 16
1.3. Những vấn đề cần quan tâm khi thiết kế và thi công hố móng sâu ............................ 17
1.3.1. Tính toán áp lực đất, nước..................................................................................... 18
1.3.1.1. Áp dụng lí luận áp lực đất .................................................................................... 18
1.3.1.2. Tính riêng áp lực đất, nước................................................................................... 18
1.3.1.3. Phương pháp thí nghiệm xác định các thông số cường độ của đất ...................... 18
1.3.2. Tính toán bằng lý luận và hiệu chỉnh theo kinh nghiệm ....................................... 19
1.3.3. Hiệu ứng thời gian, không gian của công trình hố móng...................................... 19
1.3.4. Khống chế mực nước ngầm .................................................................................. 19
1.3.5. Khống chế biến dạng của hố móng ....................................................................... 20
1.4. Kết luận chương 1 ....................................................................................................... 20
CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TƯỜNG TRONG HỐ
MÓNG SÂU ................................................................................................................... 21
2.1. Đặc điểm của công trình hố móng sâu ........................................................................ 21
iii
2.2. Cơ sở lý thuyết bài toán thiết kế hố móng sâu ............................................................ 22
2.2.1. Các ngoại lực tác dụng .......................................................................................... 22
2.2.2. Áp lực đất .............................................................................................................. 22
2.2.2.1. Các loại áp lực đất và điều kiện sản sinh ra chúng ............................................... 22
2.2.2.2. Lý thuyết cân bằng giới hạn của đất ..................................................................... 24
2.2.2.3. Lý thuyết W.J.W.Rankine .................................................................................... 25
2.2.2.4. Lý thuyết áp lực đất C.A.Coulomb: ..................................................................... 30
2.2.2.5. Áp lực đất ở trạng thái tĩnh ................................................................................... 34
2.2.3. Áp lực nước ........................................................................................................... 35
2.2.4. Ảnh hưởng của chuyển vị thân tường cừ đối với áp lực đất. ................................ 36
2.2.5. Tải trọng thi công ................................................................................................. 37
2.2.6. Áp dụng tính toán .................................................................................................. 37
2.3. Phương pháp phần tử hữu hạn trong tính toán hố móng sâu ...................................... 37
2.4. Các biện pháp thi công hố móng sâu .......................................................................... 38
2.4.1. Giữ ổn định bằng tường cừ thép ........................................................................... 39
2.4.2. Giữ ổn định bằng cọc Xi măng đất ....................................................................... 41
2.5. Kết luận chương 2 ....................................................................................................... 41
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ỨNG DỤNG .......................... 43
3.1. GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH ...................................................................................... 43
3.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................................ 43
3.1.2. Qui mô công trình ................................................................................................. 43
3.1.3. Kết cấu công trình ................................................................................................. 45
3.1.4. Địa chất công trình ................................................................................................ 45
3.1.5. Địa chất thủy văn .................................................................................................. 50
3.2. PHÂN TÍCH HAI HỆ KẾT CẤU CHẮN GIỮ .......................................................... 50
3.2.1. Phương pháp tính toán: ......................................................................................... 50
3.2.2. PHƯƠNG ÁN 1: CỪ FSP4 .................................................................................. 52
3.2.2.1. Hệ kết cấu chắn giữ .............................................................................................. 52
3.2.2.2. Số liệu địa chất ..................................................................................................... 52
3.2.2.3. Kết quả phân tích .................................................................................................. 52
3.2.3. PHƯƠNG ÁN 2: CỌC XI MĂNG ĐẤT .............................................................. 60
iv
3.2.3.1. Hệ kết cấu chắn giữ .............................................................................................. 60
3.2.3.2. Số liệu địa chất ..................................................................................................... 60
3.2.3.3. Kết quả phân tích .................................................................................................. 60
3.3. Kết luận chương 3 ....................................................................................................... 68
KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ ............................................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 72
v
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Landmark 81 - Vietnam (nguồn: tekla.com) ...................................................4
Hình 1. 2 Panorama Nha Trang (nguồn: panorama.ancu.com) .......................................4
Hình 1. 3 Tuyến metro Nhổn - Ga Hà Nội (nguồn: tapchigiaothong.vn) ......................5
Hình 1. 4 Tòa nhà văn phòng Vietbank ( nguồn: dungtien.com) ...................................5
Hình 1. 5 IIham Baru Tower Basement, Kuala Lumpur ( nguồn: perimalaysia.com) ..5
Hình 1. 6 Thiết bị khoan ..................................................................................................6
Hình 1. 7 Trình tự khoan .................................................................................................6
Hình 1. 8 Chống vách bằng cọc xi măng.........................................................................7
Hình 1. 9 Cấu tạo Joint cao su tại khớp nối của cừ .........................................................7
Hình 1. 10 Cấu tạo cọc bản bê tông cốt thép dạng chữ W điển hình ..............................8
Hình 1. 11 Cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực (nguồn: 620chauthoi.com) .................9
Hình 1. 12 Thi công cọc ván BTCT dự ứng lực bằng phương pháp xói nước kết hợp
búa rung (nguồn: ansonjsc.com)......................................................................................9
Hình 1. 13 Cọc bản thép ................................................................................................13
Hình 1. 14 Tường chắn dùng cọc bản thép (nguồn: sheetpileinvietnam.blogspot.com)
.......................................................................................................................................13
Hình 1. 15 Thi công đào đất và hạ lồng thép tường barrette (nguồn: duyenhai.vn) .....15
Hình 1. 16 Công nhân gia công lồng thép tường vây (nguồn: bachy-soletanche.vn) ...16
Hình 1. 17 Tường chắn dùng cọc khoan nhồi (nguồn: bauervietnam.com) ..................16
Hình 2. 1 Quan hệ giữa áp lực đất với chuyển vị của tường ........................................23
Hình 2. 2 Vòng tròn Mohr ứng suất ở điều kiện cân bằng giới hạn .............................24
Hình 2. 3 Trạng thái bị động và chủ động Rankine .....................................................25
Hình 2. 4 Sơ đồ tính toán áp lực chủ động và điểm đặt theo Rankine .........................27
Hình 2. 5 Sơ đồ tính toán áp lực bị động và điểm đặt theo Rankine ............................29
Hình 2. 6 Sơ đồ tính áp lực chủ động của đất rời theo Coulomb .................................30
Hình 2. 7 Sơ đồ tính áp lực chủ động của đất dính theo Coulomb. .............................31
Hình 2. 8 Sơ đồ tính áp lực chủ động của đất theo đồ giải ..........................................31
Hình 2. 9 Sơ đồ tính áp lực bị động theo Coulomb. .....................................................32
vi
Hình 2. 10 Tính áp lực đất khi mặt đất lấp chéo nghiêng ............................................33
Hình 2. 11 Tính áp lực đất nghĩ khi mặt đất ngang, lưng tường đứng .........................34
Hình 2. 12 Biến đổi khác nhau của thân tường gây ra sực khác nhau về áp lực đất .....36
Hình 3. 1 Vị trí công trình Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng ...........................................43
Hình 3. 2 Phối cảnh 1 tòa nhà Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng .....................................44
Hình 3. 3 Phối cảnh 2 tòa nhà Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng .....................................44
Hình 3. 4 Mặt bằng móng bè trên nền cọc ...................................................................45
Hình 3. 5 Mặt bằng định vị hố khoan ...........................................................................45
Hình 3. 6 Mô hình phần tử hữu hạn .............................................................................53
Hình 3. 7 Các giai đoạn tính toán .................................................................................54
Hình 3. 8 Lưới chuyển vị khi đào tới cốt -2.1 m ..........................................................54
Hình 3. 9 Phổ chuyển vị của đất khi đào tới cốt -2.1 m ...............................................55
Hình 3. 10 Hướng chuyển vị của đất khi đào tới cốt -2.1 m ........................................55
Hình 3. 11 Phân bố các điểm chảy dẻo của đất khi đào tới cốt -2.1 m ........................56
Hình 3. 12 Sụt lún nền đất khi đào tới cốt -2.1 m ........................................................56
Hình 3. 13 Chuyển vị ngang của tường khi đào tới cốt -2.1 m ....................................57
Hình 3. 14 Chuyển vị lưới khi đào tới cốt -4.7 m ........................................................57
Hình 3. 15 Phổ chuyển vị của đất khi đào tới cốt -4.7 m .............................................58
Hình 3. 16 Hướng chuyển vị của đất khi đào tới cốt -4.7 m ........................................58
Hình 3. 17 Biểu đồ các điểm chảy dẻo của đất khi đào tới cốt -4.7 m .........................59
Hình 3. 18 Sụt lún nền đất khi đào tới cốt -4.7 m ........................................................59
Hình 3. 19 Chuyển vị ngang của tường khi đào tới cốt -4.7 m ....................................60
Hình 3. 20 Mô hình phần tử hữu hạn (PA2).................................................................61
Hình 3. 21 Các giai đoạn tính toán (PA2) ....................................................................61
Hình 3. 22 Chuyển vị lưới khi đào tới cốt -2.1 m (PA2)..............................................62
Hình 3. 23 Phổ chuyển vị của đất khi đào tới cốt -2.1 m (PA2) ..................................62
Hình 3. 24 Hướng chuyển vị của đất khi đào tới cốt -2.1 m (PA2) .............................63
Hình 3. 25 Biểu đồ các điểm chảy dẻo của đất khi đào tới cốt -2.1 m (PA2) ..............63
Hình 3. 26 Sụt lún nền đất khi đào tới cốt -2.1 m (PA2).............................................64
Hình 3. 27 Chuyển vị ngang của tường khi đào tới cốt -2.1 m (PA2) .........................64
Hình 3. 28 Chuyển vị lưới khi đào tới cốt -4.7 m (PA2)..............................................65
vii
Hình 3. 29 Phổ chuyển vị của đất khi đào tới cốt -4.7 m (PA2) ..................................65
Hình 3. 30 Hướng chuyển vị của đất khi đào tới cốt -4.7 m (PA2) .............................66
Hình 3. 31 Biểu đồ các điểm chảy dẻo của đất khi đào tới cốt -4.7 m (PA2) ..............66
Hình 3. 32 Sụt lún nền đất khi đào tới cốt -4.7 m (PA2)..............................................67
Hình 3. 33 Chuyển vị ngang của tường khi đào tới cốt -4.7 m (PA2) .........................67
Hình 3. 34 Thông số đầu vào........................................................................................68
viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1 Kích thước hình học mặt cắt ngang của Cừ ván BTCT DƯL ......................10
Bảng 1. 2 Đặc trương hình học của Cừ ván BTCT DƯL ..............................................10
Bảng 1. 3 Các thông số kỹ thuật của Cừ ván BTCT DƯL ............................................11
Bảng 2. 1 Các giải pháp thi công hố móng sâu dựa vào chiều sâu hố móng ...............41
Bảng 3. 1 Chỉ tiêu cơ lý của đất ...................................................................................49
ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BTCT
Bê tông cốt thép
BTCT DƯL
Bê tông cốt thép dự ứng lực
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
x
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Khai thác và sử dụng một cách có hiệu quả không gian dưới mặt đất trong các đô thị
hiện đại đang là xu thế của sự phát triển ngày nay. Những công trình ngầm, chẳng hạn
như hệ thống tàu điện ngầm, các bãi đỗ xe ngầm…, hoặc một phần công trình nằm
dưới mặt đất như tầng hầm của các công trình…, ngoài việc phải chịu những tác động
giống như của các công trình trên mặt đất, nó còn chịu những tác động của môi trường
xung quanh không chỉ ở giai đoạn thi công mà còn ở giai đoạn sử dụng.
Việc thi công các loại công trình ngầm như đã nêu trên rất phức tạp, nhất là trong
không gian đô thị chật hẹp, có nhiều các công trình lân cận như các công trình nhà cao
tầng, viện bảo tàng, di tích lịch sử, hệ thống đường giao thông hay hệ thống kỹ
thuật…, có thể gây ảnh hưởng xấu đến chúng: lún, hư hỏng, phá hủy… hoặc có thể
gây mất an toàn trong thi công, làm ảnh hưởng chất lượng, tiến độ thi công công trình.
Hiện nay, các đơn vị thi công đã áp dụng nhiều các biện pháp thi công khác nhau để
chống giữ vách hố đào của các công trình ngầm. Các biện pháp thi công phụ thuộc vào
các điều kiện cụ thể của công trình cũng như thiết bị thi công được sử dụng. Tính toán
khả năng chịu lực cũng như xác định các chuyển vị, biến dạng của kết cấu ở giai đoạn
thi công một cách chính xác sẽ giúp cho việc lựa chọn biện pháp thi công hợp lí.
Luận văn nêu tổng quan những vấn đề thiết kế, thi công hố móng sâu trên Thế giới,
cũng như tại Việt Nam. Vấn đề thiết kế đảm bảo ổn định và an toàn cho việc thi công
đào sâu trong đất luôn là bài toán khó, dù có nhiều tiến bộ trong việc mô phỏng bài
toán bằng các mô hình diễn tả ứng xử của đất khá gần với thực tế nhưng vẫn còn xảy
ra các sự cố công trình xây dựng. Luận văn này sẽ phân tích và so sánh kết quả tính
toán của hai hệ kết cấu chắn giữ trong hố móng của công trình Ánh Quang Plaza - Sóc
Trăng nhằm rút ra một số kết luận, cơ sở lý thuyết bài toán thiết kế, thi công hố móng
sâu, hy vọng có thể ứng dụng cho các công trình tương tự khác.
1
2. Mục đích của đề tài
Tính toán nội lực, chuyển vị, nội lực của tường vây và các kết cấu chắn giữ hố móng
sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn theo hai hệ kết cấu chắn giữ, có xét đến sự làm
việc đồng thời giữa đất nền và kết cấu chống đỡ của hố móng công trình Ánh Quang
Plaza - Sóc Trăng và đất nền bao quanh công trình.
So sánh kết quả tính toán của hai phương án trên, đưa ra kết luận và kiến nghị trong
quá trình thiết kế và thi công để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho công trình.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Phân tích ứng xử của đất và tường trong hố móng công trình
Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng.
Phạm vi nghiên cứu: Công trình Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng được nghiên cứu với
hai phương án hệ kết cấu chắn giữ hố móng: hệ sử dụng cừ thép FSP4 với thanh chống
H300, và hệ sử dụng cọc đất - xi măng đường kính d=800mm với thanh chống H300.
4. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về hố móng sâu, kết cấu chắn giữ hố đào sâu.
Phân tích lý thuyết áp lực đất và kết cấu chắn giữ.
Phân tích sự làm việc của hố móng sâu công trình Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng có xét
đến sự làm việc đồng thời giữa kết cấu và đất nền bao quanh.
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Tính toán nội lực của hệ thanh chống, hệ tường vây theo các phương pháp dựa lý
thuyết áp lực đất của Coulomb và tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn với
việc sử dụng phần mềm Plaxis 8.6 cho phép tính toán kiểm tra ổn định của đất nền
theo các giai đoạn thi công.
6. Kết quả đạt được
Đưa ra kết quả tính toán chuyển vị, nội lực kết cấu trong từng giai đoạn thi, từ đó có
những giải pháp thiết kế công trình đảm bảo hiệu quả và an toàn đối với các công trình
tương tự.
2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỐ MÓNG SÂU TRONG XÂY DỰNG
CÔNG TRÌNH
1.1. Tổng quan về tình hình xây dựng hố móng sâu ở thế giới và Việt Nam
1.1.1. Tình hình xây dựng hố móng sâu ở thế giới
Tại các thành phố lớn trên thế giới, do vấn đề về đất xây dựng và giá đất ngày càng
tăng cao, nên tại các thành phố đó đã kết hợp công nghệ kỹ thuật phát triển và biện
pháp thi công tiên tiến đã xây dựng hầu hết những công trình nhà cao tầng đều có tầng
hầm.
Độ sâu cũng như số tầng hầm phụ thuộc vào điều kiện địa chất, công nghệ và công
năng sử dụng của công trình [1]. Đa phần các công trình đều có từ 1 đến 3 tầng hầm,
cá biệt có những công trình vì yêu cầu công năng sử dụng có đến trên 3 tầng hầm. Ví
dụ như: Tại Đài Loan, công trình Taipei 101 có 101 tầng trên nền, cùng 5 tầng hầm,
diện tích sàn 412.500 m2. Tại Ả Rập Saudi, công trình Kingdom Centre là tòa nhà rất
cao gồm 41 tầng lầu và 2 tầng hầm, tổng diện tích sàn 300.000 m2. Tại Hàn Quốc,
công trình Lotte World Premium Tower, là siêu cao ốc 123 tầng lầu và 6 tầng hầm,
cao 556 mét [2].
1.1.2. Tình hình xây dựng hố móng sâu ở Việt Nam
Ở một số thành phố lớn của Việt Nam [3], có chung vấn đề như các thành phố lớn trên
Thế giới, cùng với quá trình đô thị hóa, tốc độ tăng dân số nhất là tăng dân số cơ học
ngày càng tăng nhanh nên quỹ đất tại các khu đô thị lớn ngày càng bị thu hẹp, môi
trường sống và mỹ quan kiến trúc bị ảnh hưởng. Do đó đã có rất nhiều các giải pháp
khác nhau được nghiên cứu và áp dụng, và một trong những giải pháp để giải quyết
bài toán không gian ở các khu đô thị đó chính là khai thác không gian ngầm. Cho nên
phương án xây dựng mới các đô thị luôn đặt ra mục tiêu là triệt để khai thác và sử
dụng không gian dưới mặt đất.
Việc xây dựng các loại công trình nói trên dẫn đến xuất hiện nhiều loại hố móng sâu
khác nhau mà để thực hiện chúng, người thiết kế và thi công cần có những biện pháp
chắn giữ bảo vệ thành vách hố móng và công nghệ đào thích hợp về mặt kỹ thuật –
3
kinh tế cũng như an toàn về môi trường và không gây ra ảnh hưởng xấu đến công trình
lân cận đã xây dựng trước đó. Điển hình là tại các thành phố như Hà Nội và thành phố
Hồ Chí Minh đã sử dụng các tầng hầm dưới các nhà cao tầng với hố đào có chiều sâu
đến hàng chục mét. Ví dụ như A&B Tower gồm 29 tầng lầu và 3 tầng hầm, Saigon
Centre là một khu phức hợp cao ốc gồm 39 tầng lầu và 4 tầng hầm, Vietcombank
Tower gồm 40 tầng lầu và 4 tầng hầm, Bitexco Financial Tower gồm 68 tầng lầu và 3
tầng hầm, Tòa nhà văn phòng Vietbank gồm 18 tầng lầu và 3 tầng hầm, Khách sạn
Hilton Saigon gồm 38 tầng và 5 tầng hầm, .v.v... điều này cho thấy xu hướng xây dựng
công trình kết hợp sử dụng không gian bên dưới mặt đất rất ưu việt cho nhiều thập
niên tiếp theo.
Hình 1. 1 Landmark 81 - Vietnam (nguồn: tekla.com)
Hình 1. 2 Panorama Nha Trang (nguồn: panorama.ancu.com)
4
Hình 1. 3 Tuyến metro Nhổn - Ga Hà Nội (nguồn: tapchigiaothong.vn)
Hình 1. 4 Tòa nhà văn phòng Vietbank ( nguồn: dungtien.com)
Hình 1. 5 IIham Baru Tower Basement, Kuala Lumpur ( nguồn: perimalaysia.com)
5
1.2. Phân loại tường vây hố móng
Hiện nay trong thiết kế và thi công hố móng sâu [3]có loại tường vây chủ yếu như sau:
1.2.1. Tường chắn bằng cọc xi măng đất
Cọc trộn dưới sâu là một phương pháp mới để gia cố nền đất yếu nó sử dụng xi măng,
vôi, v.v… để làm chất đóng rắn, nhờ vào máy trộn dưới sâu để trộn cưỡng bức đất yếu
với chất đóng rắn dung dịch hoặc là dạng bột, lợi dụng một loạt phản ứng hóa học –
vật lý xảy ra giữa chất đóng rắn với đất làm cho đất mềm đóng rắn lại thành hình cọc
có tính chỉnh thể, tính ổn định và có cường độ nhất định.
Chất lượng của tường phụ thuộc vảo tổng hợp các yếu tố như địa chất, thiết bị, thiết kế
tỷ lệ trộn, quá trình khoan trộn và quản lý chất lượng. Kinh nghiệm và sự chuyên
nghiệp của nhà thầu cũng đóng một vai trò rất lớn đối với chất lượng của tường. Quá
trình thi công được chia làm hai loại sau: sản xuất chất trộn và quá trình trộn. Sản xuất
chất trộn bao gômg quá trình định lượng, trộn, khuấy trong các thiết bị trộn. Qua trình
thứ 2 là vận hành các thiết bị trong đó bao gồm tốc độ phun, lượng trộn thực và máy
khoan.
Hình 1. 6 Thiết bị khoan
Hình 1. 7 Trình tự khoan
6
Hình 1. 8 Chống vách bằng cọc xi măng
1.2.2. Cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực
Cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DƯL) được chế tạo lần đầu bởi công ty
P.S. Mitsubishi (Nhật Bản) cách đây hơn 50 năm. Trong vòng 20 năm qua, kết cấu
tường chắn sử dụng cọc bản bê tông cốt thép đã được áp dụng khá nhiều ở các nước
Đông Nam Á trong đó có Việt Nam để bảo vệ các công trình ven sông kết hợp với
việc chống xói lở bờ sông, công trình hố đào sâu, hệ thống kè các đường giao thông có
địa hình bất lợi, hệ thống các đê, cống, đập và các cảng sông, biển ...
Các tấm cừ bản BTCT DƯL được liên kết với nhau bằng khớp nối âm dương tạo thành
một liên kết vững chắc. Để đảm bảo điều kiện khít nước, đặc biệt để ngăn chặn triệt để
khi gặp phải vùng địa chất có hiện tượng cát đùn, cát chảy giữa khớp nối sử dụng một
vật liệu kín nước (Joint) được chế tạo bằng nhựa tổng hợp có độ bền rất cao. Do bằng
nhựa dẻo nên Joint không hề gây khó khăn trong quá trình thi công.
Joint cao su kÝn níc
Elastic Vinyl Choloride
Hình 1. 9 Cấu tạo Joint cao su tại khớp nối của cừ
7
Cừ ván BTCT DƯL có nhiều dạng khác nhau như dạng sóng, dạng phẳng tuy nhiên
dạng sóng W là loại thường gặp nhất. Trong thực tế cọc bản bê tông cốt thép dạng W
có nhiều loại với chiều cao khác nhau từ W120 (cao 120mm) đến W600 (cao 600mm)
và chiều dài từ 6m đến 28m. Bề rộng của cừ được chế tạo định hình với kích thước
996mm. Cừ ván có cốt chủ thường là cốt thép dự ứng lực loại tao cáp 12,7mm, số
lượng tao cáp tuỳ theo chiều dài của cừ.
Hình 1. 10 Cấu tạo cọc bản bê tông cốt thép dạng chữ W điển hình
Cọc bản bê tông cốt thép với nhiều tính năng vượt trội: cường độ chịu lực cao nhờ tiết
diện dạng sóng và đặc tính dự ứng lực làm tăng độ cứng, khả năng chịu lực, giảm
trọng lương, sản xuất theo quy trình công nghệ tiên tiến nên chất lượng được kiểm soát
chặt chẽ, chủng loại đa dạng, giá thành giảm, đặc biệt là thi công thuận tiện.
Trong xây dựng công trình trong các thành phố dùng móng cọc ép, có thể dùng cừ ván
BTCT DƯL ép làm tường chắn chung quanh móng, để khi ép cọc, đất không bị dồn về
những phía có thể gây hư hại những công trình lân cận (như làm nứt tường, lún
lệch...). Đây là một giải pháp thay thế tường trong đất (dày tối thiểu 600 - với chi phí
xây lắp rất cao) hoặc tường cừ thép trong một số trường hợp như những trường hợp
phải để cừ lại.
8
Có nhiều biện pháp để thi công như: dùng búa đóng Diesel, dùng búa rung, bằng
phương pháp xói nước kết hợp búa rung, phương pháp ép tĩnh kết hợp xói nước...
Hình 1. 11 Cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực (nguồn: 620chauthoi.com)
Hình 1. 12 Thi công cọc ván BTCT dự ứng lực bằng phương pháp xói nước kết hợp
búa rung (nguồn: ansonjsc.com)
9
Bảng 1. 1 Kích thước hình học mặt cắt ngang của Cừ ván BTCT DƯL
MÆt c¾t ngang t¹i ®Ønh
MÆt c¾t ngang t¹i ®Ønh
Chñng lo¹i
H
t
i
j
e
a
b
c
d
h
f
Sngang
(m2)
W120-1000
120
60
o
120
556
80
198
396
0
60
60
0,0624
W160-1000
160
80
o
160
556
78
200
400
0
80
80
0,0829
W180-1000
160
80
o
160
556
100
178
356
0
100
100
0,0881
W225-1000
225
100
25
200 548,6 93,8 184,2 368,4 3,7
125
100
0,1085
W250-1000
250
100
50
200
481 112,5 155,5 331
37,5 150
100
0,1160
W275-1000
275
100
75
200
444 131,3 148,7 293,4 56
175
100
0,1252
W300-1000
300
100
100
200
362
97
181
362
97
190
100
0,1243
W325-AB-1000
325
110
125
200
430
109
169
338
63
215
100
0,1315
W350-AB-1000
350
120
150
200
404 117,3 160,7 321,4
76
230
100
0,1468
W400-AB-1000
400
120
200
200
370 130
148
296
93
280
100
0,1598
W450-AB-1000
450
120
250
200
322 155
123
246
117
330
100
0,1835
W500-AB-1000
500
120
300
200
336 140
138
276
110
380
100
0,1818
W600-AB-1000
600
120
400
200
306 150
126
256
125
480
100
0,2078
Bảng 1. 2 Đặc trương hình học của Cừ ván BTCT DƯL
Cao
DtÝch
KC tõ trôc trung hoµ
H
A
Y
cm
cm2
Yu (cm)
W120-1000
12,0
624
W160-1000
16,0
W180-1000
M«Men
Qu¸n tÝnh
M« ®un mÆt c¾t
Yi (cm)
I (cm4)
Zu (cm3) Zi (cm3)
6,00
6,00
6912
1152
1152
829
8,00
8,00
16350
2044
2044
18,0
881
9,00
9,00
23547
2616
2616
W225-1000
22,5
1085
11,25
11,25
45722
4064
4064
W250-1000
25,0
1160
12,50
12,50
63041
5043
5043
W275-1000
27,5
1252
13,75
13,75
84100
6117
6117
W300-1000
30,0
1243
15,00
15,00
106003
7067
7067
W325-AB-1000
32,5
1315
16,25
16,25
134261
8262
8262
W350-AB-1000
35,0
1468
17,50
17,50
169432
9682
9682
W400-AB-1000
40,0
1598
20,00
20,00
248685
12434
12434
W450-AB-1000
45,0
1835
22,50
22,50
353354
15705
15705
W500-AB-1000
50,0
1818
25,00
25,00
462362
18494
18494
W600-AB-1000
60,0
2078
30,00
30,00
765907
25530
25530
Chñng lo¹i
10
Z
Bảng 1. 3 Các thông số kỹ thuật của Cừ ván BTCT DƯL
Cao DÇy Réng M«men cho phÐp
Chñng lo¹i
mm
mm
W120-1000
120
60
W160-1000
160
W180-1000
160
W225-1000
225
4,02
W250-1000
250 100
5,73
W275-1000
275
7,53
W300-1000
300
W325-A-1000
W325-B-1000
W350-A-1000
W350-B-1000
W400-A-1000
W400-B-1000
W450-A-1000
W450-B-1000
W500-A-1000
W500-B-1000
W600-A-1000
W600-B-1000
325
mm
T.m
ChiÒu dµi (m)
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
1,41
1,92
80
2,95
9,06
11,3
110
12,7
996
350
400
14,8
16,1
19,1
22,3
450 120
500
600
25,4
29,4
33,8
33,7
47,9
55,4
1.2.3. Cọc bản thép
Tường chắn đất hố đào bằng cọc bản thép là một trong các giải pháp đào đất hố lộ
thiên dựa trên tính toán điều kiện cho phép của các đặc trưng địa chất cũng như hiện
trạng tồn tại của công trình lân cận. Đó là xét về độ bền và ổn định cục bộ theo từng
mặt cắt địa chất của từng hố khoan sao cho việc thi công hố đào sau này là khả thi, hạn
chế tối đa các sự cố đẩy trồi đất, trượt lở đất xung quanh hố đào làm ảnh hưởng đến
các công trình lân cận. Đặc biệt phải lựa chọn hệ thanh chống sao cho hạn chế biến
dạng tường vây và chuyển vị ngang tại đỉnh tường là tối thiểu.
Phương pháp này phù hợp với độ sâu hố đào không quá 5-7m thích hợp với nền đất
yếu có mực nước ngầm cao, thi công không phức tạp.
Ưu điêm của cọc bản thép là:
- Khả năng chịu ứng suất động khá cao (cả trong quá trình thi công lẫn trong
quá trình sử dụng).
11
- Khả năng chịu lực lớn trong khi trọng lượng 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 về mặt kinh tế.
Nhược điểm của cọc bản thép là:
- Độ cứng tương đối thấp, nếu biện pháp chống đỡ không hợp lý, cọc sẽ bị biến
dạng và tại đỉnh cọc chuyển vị ngang rất lớn làm gia tăng dịch chuyển đất quanh hố
đào, gây ra lún đất nền và tất yếu làm nứt vỡ kết cấu công trình lân cận, gây hư hỏng
hệ thống cống ngầm hay các kênh kỹ thuật trong thành phố, nứt mặt đường giao thông.
Trong cả quá trình thi công đào đất hố móng kéo dài xét về nhiều mặt thì phương pháp
này thường phát sinh hiện tượng rò rỉ nước ngầm qua cừ làm đẩy nổi đất đáy hố đào.
- Hệ thanh chống ngang, chống xiên không hạn chế một cách tuyệt đối được các
chuyển vị lớn tại đỉnh tường cừ nếu kích thước hố đào rộng và lớn.
- Do cần thiết phải sử dụng nhiều tầng, nhiều lớp thanh chống cho tường cừ sẽ
gây trở ngại các hoạt động máy đào đất dù là sử dụng máy đào cỡ nhỏ, vì vậy phải đào
đất bằng biện pháp thủ công nên thời gian thi công phần ngầm kéo rất dài.
Ngày nay cọc bản 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 bản thép có mặt
cắt ngang dạng chữ U, Z thông thường còn có loại mặt cắt ngang Omega (W), dạng
tấm phẳng cho các kết cấu tường chắn tròn khép kín, dạng hộp được cấu thành bởi 2
cọc U hoặc 4 cọc Z hàn với nhau.
Về kích thước, cọc ván thép có bề rộng bản thay đổi 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 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 lượng nước ngầm chảy qua các rãnh khóa của cọc.
12
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.
Cọc bản thép sẽ được đóng hoặc rung để hạ cọc thép vào trong đất, cọc bản thép sẽ
được thu hồi tái sử dụng khi thi công xong phần hầm.
Hình 1. 13 Cọc bản thép
Hình 1. 14 Tường chắn dùng cọc bản thép (nguồn: sheetpileinvietnam.blogspot.com)
13
1.2.4. Tường liên tục trong đất
Thực chất là một loại cọc khoan nhồi, nhưng khác cọc khoan nhồi về hình dạng tiết
diện, và phương pháp tạo lỗ. Tường thường dày 600-800mm để chắn giữ ổn định hố
móng sâu trong quá trình thi công. Tường có tiết diện chữ nhật, chữ thập, chữ I, chữ
H…, và được tạo lỗ bằng gầu ngoạm. Chiều rộng tường thay đổi từ 2.6 m đến 5.0 m.
Các đoạn tường được liên kết chống thấm bằng goăng 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.
Tường có sức chịu tải lớn hơn nhiều so với cọc nhồi (có thể lên hơn 1000T) nên dùng
cho những công trình có tải trọng dưới móng rất lớn. Và thường sử dụng khi kết hợp
làm tường vây và móng cho công trình. Tuy nhiên giá thành thi công loại móng này
thường đắt hơn nhiều (do công nghệ thi công) so với dùng cọc khoan nhồi.
Tường thường được giữ ổn định trong quá trình thi công bằng các giải pháp sau:
1.2.4.1. Giữ ổn định bằng hệ dàn thép hình
Số lượng 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 tường vây.
a. Ưu điểm:
Trọng lượng nhỏ, lắp dựng và tháo dỡ thuận tiện, có thể sử dụng nhiều lần. Căn cứ vào
tiến độ đào đất có thể vừa đào, vừa chống, có thể làm cho tăng chặt nếu có hệ thống
kích, tăng đơ rất có lợi cho việc hạn chế chuyển dịch ngang của tường.
b. Nhược điểm:
Độ cứng tổng thể nhỏ, mắt nối ghép nhiều. Nếu cấu tạo mắt nối không hợp lý và thi
công không thoả đáng và không phù hợp với yêu cầu của thiết kế, dễ gây ra chuyển
dịch ngang và mất ổn định của hố đào do mắt nối bị biến dạng.
1.2.4.2. Giữ ổn định bằng phương pháp neo trong đất
14
Thanh neo trong đất đã được ứng dụng tương đối phổ biến và đều là thanh neo dự ứng
lực. Neo trong đất có nhiều loại, tuy nhiên dùng phổ biến trong xây dựng tầng hầm nhà
cao tầng là neo phụt.
a. Ưu điểm:
Thi công hố đào gọn gàng, có thể áp dụng cho thi công những hố đào rất sâu.
b. Nhược điểm:
Số lượng đơn vị thi công xây lắp trong nước có thiết bị này còn ít. Nếu nền đất yếu sâu
thì cũng khó áp dụng.
1.2.4.3. Giữ ổn định bằng phương pháp thi công Top - down
Phương pháp thi công này thường được dùng phổ biến hiện nay. Để chống đỡ sàn tầng
hầm trong quá trình thi công, người ta thường sử dụng cột chống tạm bằng thép hình.
Trình tự phương pháp thi công này có thể thay đổi cho phù hợp với đặc điểm công
trình, trình độ thi công, máy móc hiện đại có.
a. Ưu điểm:
Chống được vách đất với độ ổn định và an toàn cao nhất. Rất kinh tế, tiến độ thi công
nhanh.
b. Nhược điểm:
Kết cấu cột tầng hầm phức tạp, liên kết giữa dầm sàn và cột tường khó thi công, công
tác thi công đất trong không gian tầng hầm có chiều cao nhỏ khó thực hiện cơ giới.
Nếu lỗ mở nhỏ thì phải quan tâm đến hệ thống chiếu sáng và thông gió.
Hình 1. 15 Thi công đào đất và hạ lồng thép tường barrette (nguồn: duyenhai.vn)
15
