Phân tích ảnh hưởng của hố móng đào sâu nhà cao tầng đến ổn định công trình lân cận
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (768 KB, 183 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------[\-------
NGUYỄN CÔNG HUÂN
PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ MĨNG
ĐÀO SÂU NHÀ CAO TẦNG ĐẾN ỔN ĐỊNH
CƠNG TRÌNH LÂN CẬN
CHUYÊN NGÀNH : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
MÃ SỐ NGÀNH
: 60.58.60
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2010
CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN XUÂN THỌ
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. VÕ PHÁN
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. TRẦN TUẤN ANH
Luận văn Thạc só được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 01 tháng 09 năm 2010
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
------------------------
Tp.HCM ngày 25 tháng 01 năm 2010
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: NGUYỄN CÔNG HUÂN
Ngày, tháng, năm sinh: 06 - 11 - 1984
Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Phái: Nam
Nơi sinh: TP. HCM
MSHV: 00908543
I. TÊN ĐỀ TÀI
PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ MÓNG ĐÀO SÂU
NHÀ CAO TẦNG ĐẾN ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH LÂN CẬN
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. Nhiệm vụ:
Phân tích ảnh hưởng của hố móng đào sâu nhà cao tầng đến ổn định công trình lân cận.
2. Nội dung:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về hố móng đào sâu trong công trình nhà cao tầng.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định hố móng đào sâu.
Chương 3: Phân tích ảnh hưởng của hố móng đào sâu công trình “cao ốc văn phòng
Coteccons” đến công trình lân cận.
Kết luận và kiến nghị.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 25 tháng 01 năm 2010.
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 02 tháng 07 năm 2010.
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN XUÂN THỌ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
TS. TRẦN XUÂN THỌ
PGS.TS. VÕ PHÁN
Nội dung và đề cương Luận văn Thạc só đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua
Ngày ……. tháng ……. năm 2010
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
KHOA QUẢN LÝ NGÀNH
LỜI CÁM ƠN
Luận văn Thạc só là kết quả tổng hợp những kiến thức mà tác giả đã tích
luỹ được sau hai năm học tập tại Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí
Minh. Để hoàn thành được luận văn này, bên cạnh sự nỗ lực của bản thân tác
giả còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng như sự động viên của
gia đình và bạn bè đồng nghiệp.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy TS. Trần Xuân Thọ, người
đã hết sức tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể Quý thầy cô Trường Đại
học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là Quý thầy cô trong Bộ môn
Địa Cơ – Nền Móng đã hết lòng truyền đạt những kiến thức quý báu, cũng như
tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành tốt luận văn.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình – thành viên luôn kề vai
sát cánh, đôn đốc trong quá trình tác giả học tập và thực hiện luận văn.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến các anh chị đã và đang công tác
tại công ty Nagecco, bạn bè đã tạo điều kiện, hỗ trợ tác giả trong thời gian qua.
TP.Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 07 năm 2010
Nguyễn Công Huân
TÓM TẮT LUẬN VĂN
TÊN ĐỀ TÀI
PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ MÓNG ĐÀO SÂU NHÀ CAO TẦNG
ĐẾN ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH LÂN CẬN
TÓM TẮT
Trong điều kiện quỹ đất hạn hẹp tại TP. HCM, các công trình cao tầng thường san
sát nhau, hoặc xen lẫn với các công trình cấp 3, cấp 4 đã xuống cấp. Đây thật sự là một
hiện trạng đòi hỏi người thiết kế và thi công phải dự tính được chuyển vị của kết cấu chắn
giữ, phạm vi và mức độ ảnh hưởng do việc thi công hố móng đào sâu gây ra cho những
công trình lân cận.
Với tính cấp thiết của vấn đề trên, tác giả đã tiếp cận đề tài luận văn: “ Phân tích
ảnh hưởng của hố móng đào sâu nhà cao tầng đến ổn định công trình lân cận”, tiến hành
nghiên cứu các cơ sở lý thuyết chung và chọn phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết
các vấn đề sau:
1) Phân tích ổn định và biến dạng của hố móng đào sâu được thi công bằng biện
pháp đđào hở kết hợp hệ chống giữ.
2) Thiết lập biểu đồ của chuyển vị ngang tường chắn theo từng giai đoạn thi công.
Kiểm tra khả năng chịu lực của hệ kết cấu chắn giữ hố móng.
3) Phân tích ảnh hưởng của quá trình thi công hố móng đào sâu đến các công
trình lân cận có kết cấu móng khác nhau (móng sâu và móng nông). Từ đó
kiểm tra ổn định của các công trình lân cận.
4) Thiết lập biểu đồ của chuyển vị ngang và độ lún các móng công trình lân cận
theo từng giai đoạn thi công hố đào sâu.
5) Nghiên cứu các giải pháp làm giảm sự ảnh hưởng của quá trình thi công hố
móng đào sâu đến các công trình lân cận .
Từ kết quả và biểu đồ phân tích trên, tác giả thiết lập các biểu thức quan hệ để dự
tính độ lún và chuyển vị ngang của công trình lân cận, cũng như chọn được các giải pháp
làm giảm sự ảnh hưởng của quá trình thi công hố đào đến công trình lân cận.
SUMMARY OF THESIS
NAME OF THESIS
ANALYSING THE EFFECT OF DEEP EXCAVATION OF HIGH-RISE
BUILDING ON THE STABILITY OF SURROUNDING CONSTRUCTIONS.
SUMMARY
In the circumstance of the limited land fund in Ho chi minh City, high-rise
buildings are usually in close proximity together or interpose between ramshackle
houses and decrepit buildings. It is an essential requirement on civil engineers to
estimate the displacement of diagram wall and the effects of deep excavation on
surrounding constructions.
For the above reasons, based on general theories and the finite element method
(FEM), the thesis: “Analysing the effect of deep excavation of the high-rise building on
the stability of surrounding constructions” has been choosen to analyse below problems:
1) Analysing the stability and displacement of deep excavation constructed by
bottom-up method.
2) Establishing the diagram of horizontal displacement of diaphram wall in each
stage of construction, inspecting the bearing capacity of shoring systems for
deep excavation.
3) Analysing effects of deep excavation on surrounding constructions with
different foundation structures (shallow and deep foundations), inspecting the
stability of surrounding constructions.
4) Establishing the diagram of horizontal displacement and settlement of
surrounding construction’s foundations in each stage of construction.
5) Studying the methods to reduce the effect of deep excavation of high-rise
building on the stability of surrounding constructions.
From the above studies, the author will propose expressions to calculate horizontal
displacement and settlement of surrounding construction’s foundations, providing the
solutions to reduce the effects of deep excavation of the high-rise building on the
stability of surrounding constructions.
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
1
2. Nội dung nghiên cứu của Luận văn
2
3. Phương pháp nghiên cứu
3
4. Ý nghóa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài nghiên cứu
3
5. Hạn chế của đề tài
4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỐ MĨNG ĐÀO SÂU TRONG CƠNG TRÌNH NHÀ
CAO TẦNG
1.1. Tổng quan về hố móng đào sâu
5
1.2. Giải pháp xử lý ổn định thành hố đào
6
1.3. Giới thiệu một số công trình hố móng đào sâu nhà cao tầng
9
1.3.1. Trên thế giới
1.3.2. Trong nước
1.4. Những nguyên nhân gây mất ổn định hố đào và công trình lân cận
9
10
12
1.4.1. Các nguyên nhân khách quan
12
1.4.2. Các nguyên nhân chủ quan
13
1.5. Những sự cố về hố móng đào sâu đã xảy ra trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh
13
1.6. Những vấn đề đã được nghiên cứu
16
1.7. Nhận xét
17
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA ỔN ĐỊNH HỐ
MÓNG ĐÀO SÂU VÀ CÔNG TRÌNH LÂN CẬN
2.1. Giới thiệu
18
2.2. Lý thuyết tính toán áp lực đất lên kết cấu chắn giữ của hố móng đào sâu
18
2.2.1. Lý thuyết Mohr-Rankine
18
2.2.2. Lý Thuyết Coulomb
22
2.2.3. Lý thuyết Sokolovski
26
2.2.4. Ảnh hưởng của chuyển vị thân tường đến áp lực đất
27
2.3 Phương pháp tính toán kết cấu chắn giữ của hố móng đào sâu
31
2.3.1 Phương pháp Sachipana (Nhật)
31
2.3.2. Phương pháp đàn hồi
34
2.3.3. Phương pháp phần tử hữu hạn
38
2.4 Phương pháp kiểm tra ổn định hố móng đào sâu
38
2.4.1 Kiểm tra ổn định chống trồi của hố đào
38
2.4.1.1. Phương pháp Terzaghi – Peck
38
2.4.1.2. Phương pháp Caquot và kerisel
40
2.4.1.3. Phương pháp tính theo Goh (1994)
41
2.4.1.4. Tính toán theo quy trình hố móng Thượng Hải
43
2.4.2. Kiểm tra ổn định chống chảy thấm của hố đào
44
2.4.2.1 Kiểm tra ổn định chống phun trào
44
2.4.2.2 Kiểm tra ổn định chống cột nước có áp
44
2.5. Phương pháp kiểm tra ổn định của đất và công trình lân cận hố móng
2.5.1. Các phương pháp thực nghiệm
45
45
2.5.1.1 Phương pháp của Peck (1969)
45
2.5.1.2 Phương pháp của Clough và Mana (1981)
46
2.5.2. Các phương pháp bán thực nghiệm
47
2.5.2.1 Phương pháp Caspe (1966) và Bowles (1988)
47
2.5.2.2. Phương pháp của Bauer (1984)
48
2.5.2.3. Phương pháp của Moscomarchitextura (1999)
49
2.6. Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua việc ứ ng dụng phần mềm
mô phỏng vào tính toán , kiểm tra ổn định hố móng và công trình lân cận
52
2.6.1. Giới Thiệu
52
2.6.2. Cơ sở lý thuyết của phần mềm Plaxis
53
2.6.2.1. Lý thuyết về biến dạng
53
2.6.2.2. Lý thuyết về dòng chảy ngầm
2.6.3. Các mô hình đất nền trong phần mềm Plaxis
2.7. Nhận xét và lựa chọn phương pháp phân tích
53
54
56
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ MÓNG ĐÀO SÂU CÔNG
TRÌNH “CAO ỐC VĂN PHÒNG COTECCONS” ĐẾN CÔNG TRÌNH LÂN CẬN
3.1. Đặt vấn đề
58
3.2. Mô tả công trình thực tế
59
3.2.1. Đặc điểm kỹ thuật công trình
59
3.2.2. Biện pháp thi công hố móng đào sâu
60
3.2.2.1. Biện pháp đào đất
60
3.2.2.2. Mô phỏng quá trình thi công hố đào
61
3.2.2.3. Biện pháp hạ mực nước ngầm trong hố móng
65
3.2.2.4. Biện pháp tường chắn hố móng đào sâu
66
3.2.3. Biện pháp quan trắc hiện trường
66
3.2.3.1. Bố trí các mốc quan trắc
66
3.2.3.2. Các thiết bị sử dụng và thời gian quan trắc
69
3.3. Cấu tạo địa chất và thuỷ văn công trình
69
3.3.1. Cấu tạo địa chất
69
3.3.2. Điều kiện thuỷ văn
71
3.4. Tính toán các thông số đầu vào cho mô hình Plaxis
73
3.4.1. Xác định các thông số cho mô hình đất nền Hardening-Soil
73
3.4.2. Các thông số của tường chắn
75
3.4.3. Các thông số của thép hình
75
3.4.4. Các thông số cọc khoan nhồi
75
3.4.5. Các thông số và tải trọng của các công trình lân cận
75
3.4.5.1. Với công trình có kết cấu móng sâu (chung cư 10 tầng)
75
3.4.5.2. Tải trọng bởi công trình có kết cấu móng nông (nhà cấp 4 – 2 tầng)
78
3.5. Phân tích ổn định và ứng suất biến dạng của hố móng đào sâu công trình
“cao ốc văn phòng Coteccons”
80
3.5.1. Phân tích ổn định và ứng suất biến dạng của hố móng đào sâu theo
từng giai đoạn thi công
80
3.5.2. Thiết lập các biểu đồ chuyển vị ngang tường chắn. So sánh với kết
quả quan trắc thực tế.
97
3.5.2.1. Thiết lập các biểu đồ chuyển vị ngang của tường tại vị trí đỉnh
tường, các vị trí ứng với từng giai đoạn đào, vị trí chân tường chắn.
3.5.2.2. So sánh với kết quả quan trắc thực tế.
3.5.3. Kiểm tra khả năng chịu lực của hệ kết cấu chắn giữ hố móng.
97
103
105
3.6. Phân tích ảnh hưởng của quá trình thi công hố móng đào sâu “cao ốc văn
phòng Coteccons” đến công trình lân cận có kết cấu móng sâu
107
3.6.1. Phân tích ảnh hưởng của quá trình thi công hố móng đào sâu đến
ổn định tổng thể của chung cư 10 tầng lân cận
108
3.6.2. Phân tích ảnh hưởng của quá trình thi công hố móng đào sâu đến
ổn định cục bộ của từng vị trí móng công trình chung cư 10 tầng lân cận
115
3.6.3. Thiết lập các biểu thức quan hệ và ứng dụng khi đánh giá ổn định
công trình lân cận
123
3.6.3.1. Thiết lập biểu thức quan hệ giữa (S/H) và (X/H)
123
3.6.3.2. Thiết lập biểu thức quan hệ giữa (Δux/X) và (z/H)
125
3.6.4. So sánh độ lún các móng công trình lân cận tính toán từ Plaxis với
kết quả quan trắc thực tế
127
3.7. Phân tích ảnh hưởng của quá trình thi công hố móng đào sâu “cao ốc văn
phòng Coteccons” đến công trình lân cận có kết cấu móng nông
130
3.7.1. Phân tích ảnh hưởng của quá trình thi công hố móng đào sâu đến
ổn định của công trình nhà cấp 4 lân cận có kết cấu móng nông
131
3.7.2. Thiết lập các biểu thức quan hệ và ứng dụng khi đánh giá ổn định
công trình lân caän
142
3.7.2.1. Thiết lập biểu thức quan hệ giữa (S/H) và (X/H)
142
3.7.2.2. Thiết lập biểu thức quan hệ giữa (ux/H) và (X/H)
144
3.8. Nghiên cứu các giải pháp làm giảm sự ảnh hưởng của quá trình thi công
hố móng đào sâu “cao ốc văn phòng Coteccons” đến các công trình lân cận
148
3.8.1. Giải pháp 1 – Thay đổi chiều sâu tường chắn
148
3.8.2. Giải pháp 2 – Tăng thêm hệ chống cho kết cấu chắn giữ hố đào
152
3.8.3. Giải pháp 3 – Thay đổi các chỉ tiêu cường độ vật liệu
154
3.8.4. Nhận xét
158
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
159
Kiến nghị
162
Hướng nghiên cứu tiếp theo
162
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
-1-
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, mức độ đô thị hóa ngày càng nhanh, mức sống của
người dân ngày một nâng cao kéo theo đó là nhu cầu về sinh hoạt ăn ở, nghỉ ngơi, giải trí
cũng tăng lên không ngừng, đòi hỏi một không gian sống tốt hơn , tiện nghi hơn. Mặt
khác, với xu hướng hội nhập, công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước và xu thế phát triển
của thời đại nên sự đầu tư xây dựng các công trình nhà ở cao tầng thay thế các công trình
thấp tầng, các khu dân cư đã xuống cấp là rất cần thiết. Tuy nhiên, việc giải quyết các
nhu cầu về sinh hoạt (nơi để xe, bố trí các bể nước ngầm, bể tự hoại, trạm bơm…) luôn là
vấn đề cần cân nhắc của các chủ đầu tư xây dựng công trình, dẫn đến việc gia tăng chiều
cao của các cao ốc thông thường kéo theo sự tăng về độ sâu của công trình.
Trong điều kiện quỹ đất hạn hẹp tại TP. HCM, các công trình cao tầng thường san
sát nhau, hoặc xen lẫn với các công trình cấp 3, cấp 4 đã xuống cấp. Đây thật sự là một
hiện trạng đòi hỏi người thiết kế và thi công cần có những biện pháp chắn giữ để bảo vệ
thành vách hố móng, đảm bảo công trình an toàn trong quá trình thi công cũng như khi sử
dụng và không gây ảnh hưởng xấu đến các khu vực lân cận đã xây dựng trước đó. Ngoài
ra, trên phương diện thiết kế cũng cần hết sức lưu ý đến việc hạn chế làm thay đổi tình
hình địa chất và thuỷ văn tại khu vực xây dựng (mực nước ngầm, đất nền bị xáo trộn…) vì
những thay đổi này sẽ có sự ảnh hưởng rất lâu dài đến các công trình lân cận.
Việc thi công kết cấu chắn giữ cho hố móng nhà cao tầng rất đa dạng, phụ thuộc
vào từng điều kiện cụ thể, các thiết bị, máy móc xây dựng ngày càng hiện đại, tối tân
hơn. Chúng ta cần thấy được 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.
-2-
Chính vì thế việc nghiên cứu các kết cấu chắn giữ hố móng nhà cao tầng cũng như
phân tích sự ảnh hưởng của quá trình thi công và sử dụng đến công trình lân cận thật sự
rất cần thiết hiện nay. Đây cũng chính là tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu.
2. Nội dung nghiên cứu của Luận văn
Trong phạm vi luận văn, tác giả sử dụng tường tầng hầm BTCT (diaphragm wall,
một trong những biện pháp hữu hiệu để chắn giữ thành vách hố móng sâu) để phân tích,
tính toán và so sánh.
Trong suốt quá trình thi công, biện pháp bố trí hệ chống, khoảng thời gian tiến
hành các giai đoạn đào, giải pháp thoát nước hố móng … tất cả đều có ảnh hưởng đến ứng
suất, chuyển vị của tường hố đào, sự chuyển dịch của đất ở quanh hố móng, ổn định của
các công trình lân cận. Vì vậy, đề tài “Phân tích ảnh hưởng của hố móng đào sâu nhà
cao tầng đến ổn định công trình lân cận” của tác giả nhằm giải quyết các vấn đề sau
đây:
1) Phân tích ổn định và biến dạng của hố móng đào sâu được thi công bằng biện
pháp đđào hở kết hợp hệ chống giữ bằng phần mềm mô phỏng, so sánh với kết
quả quan trắc thực tế.
2) Thiết lập biểu đồ của chuyển vị ngang tường chắn theo từng giai đoạn thi công.
Kiểm tra khả năng chịu lực của hệ kết cấu chắn giữ hố móng.
3) Phân tích ảnh hưởng của quá trình thi công hố móng đào sâu đến các công
trình lân cận có kết cấu móng khác nhau (móng sâu và móng nông).
4) Kiểm tra ổn định của những công trình lân cận dưới ảnh hưởng của quá trình thi
công hố móng đào sâu gây ra.
5) Nghiên cứu các giải pháp làm giảm sự ảnh hưởng của quá trình thi công hố
móng đào sâu đến các công trình lân cận .
-3-
3. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện được các vấn đề nêu trên, phương pháp nghiên cứu được lựa chọn:
Phương pháp giải tích:
o Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết phân tích, kiểm tra ổn định và biến dạng của
tường chắn liên tục trong đất.
o Nghiên cứu lý thuyết kiểm tra ổn định của hố móng đào sâu nhà cao tầng.
o Nghiên cứu lý thuyết tính toán vùng ảnh hưởng và chuyển vị của đất nền xung
quanh hố móng. Từ đó kiểm tra ổn định cho các công trình lân cận.
Phương pháp phần tử hữu hạn: s ử dụng phần mềm Plaxis:
o Phân tích ổn định và biến dạng của hố móng đào sâu trong quá trình thi công,
so sánh với số liệu quan trắc thực tế. Kiểm tra khả năng chịu lực của hệ kết cấu
chắn giữ.
o Xác định phạm vi và mức độ ảnh hưởng do hố móng gây ra cho công trình lân
cận, so sánh với số liệu quan trắc thực tế. Từ đó kiểm tra ổn định cho các công
trình lân cận. .
4. Ý nghóa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Từ các phân tích và nghiên cứu, tác giả thu được các kết quả sau:
1) Đánh giá ổn định và biến dạng của hố móng đào sâu được thi công bằng biện
pháp đào hở kết hợp với hệ chống giữ .
2) Thiết lập biểu đồ của chuyển vị ngang tường chắn theo từng giai đoạn thi công.
Trên cơ sở đó lựa chọn vị trí, tiết diện các kết cấu chắn giữ và biện pháp thi
công hợp lý cho hố móng đào sâu..
3) Thiết lập biểu đồ của chuyển vị ngang và độ lún các móng công trình lân cận
theo từng giai đoạn thi công hố đào sâu. Từ đó xác định được mức độ ảnh
hưởng của hố đào sâu đến ổn định của các công trình lân cận.
4) Thiết lập các biểu thức quan hệ giữa độ lún và chuyển vị ngang gia tăng của
các móng công trình lân cận (sinh ra do ảnh hưởng bởi quá trình thi công
-4-
hố đào) với khoảng cách từng móng đến hố đào; giữa chuyển vị ngang tổng thể
gia tăng của hệ móng công trình lân cận theo các giai đoạn và chiều sâu đào
đất của quá trình thi công hố đào. Từ đó có thể dự đoán được mức độ ảnh
hưởng cũng như kiểm tra ổn định của công trình lân cận bất kỳ xung quanh hố
móng đào sâu.
5) Đưa ra các giải pháp hạn chế ảnh hưởng do việc thi công hố móng đào sâu gây
ra đến ổn định công trình lân cận và một số biện pháp xử lý sự cố mất ổn định
hố móng đào sâu và công trình lân cận .
5. Hạn chế của đề tài
Trong phạm vi đề tài, tác giả chỉ nghiên cứu đối với tường BTCT (diaphragm
wall), bên cạnh đó còn có nhiều biện pháp chắn giữ thành hố móng khác: cọc xi măng
đất, tường cừ laser…
Trong phần cuối tác giả chỉ đưa ra từng giải pháp riêng biệt nhằm làm giảm ảnh
hưởng quá trình thi công hố đào đến công trình lân cận, chưa tiến hành kết hợp các giải
pháp và xem xét hiệu quả của từng phương án hỗn hợp.
-5-
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỐ MĨNG ĐÀO SÂU
TRONG CƠNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG
1.1. Tổng quan về hố móng đào sâu
Căn cứ vào chiều sâu đào, hố đào có thể được chia thành hai loại:
Hố đào nông: khi chiều sâu đào không quá 5(m).
Hố sâu sâu: khi chiều sâu đào lớn hơn 5(m).
Tuy nhiên, trong một số trường hợp chiều sâu đào của hố móng nhỏ hơn 5 (m)
nhưng phải thi công trong điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn tương
đối phức tạp thì vẫn phải ứng xử như hố đào sâu.
Căn cứ vào điều kiện hiện trường phương pháp thi công, hố đào có thể được chia
thành hai loại:
Loại đào không có kết cấu chắn giữ (hay còn gọi là đào trần) giống như đào
hố móng nông cho nhà phố, nhà ở liên kế, móng cột …
Loại đào có kết cấu chắn giữ, chẳng hạn như chắn giữ hố móng bằng tường
cọc bản thép, tường barette, tường cọc xi măng đất…
Theo chức năng, kết cấu chắn giữ hố móng đào sâu có thể được chia làm hai bộ
phận chủ yếu:
Bộ phận chắn đất: gồm kết cấu chắn đất ngăn nước (tường liên tục trong đất,
tường trộn ximăng đất dưới tầng sâu, cọc trộn ximăng dưới tầng sâu, giữa cọc
đặt dày thêm cọc phun ximăng cao áp, tường vòm cuốn khép kín.…) và kết
cấu chắn đất không ngăn nước (Cọc thép chữ H hay chữ I có bản cài, cọc nhồi
đặt thưa trát mặt ximăng 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
những công trình thi công bằng phương pháp top – down), hệ dầm vòng chống
đỡ.
-6-
1.2. Giải pháp xử lý ổn định thành hố đào
Hiện nay có các giải pháp thông dụng sau:
Hệ cọc bản thép: Dùng thép máng sấp ngửa móc vào nhau hoặc cọc bản thép
khóa miệng bằng thép hình với mặt cắt chữ U hoặc chữ Z. Dùng phương pháp
đóng hoặc rung để hạ chúng vào trong đất, sau khi hoàn thành nhiệm vụ chắn giữ,
có thể thu hồi sử dụng lại, dùng cho hố móng có độ sâu từ 3m÷10m.
Hình 1.1. Hệ cọc bản thép kết hợp với hệ chống thép ống
Tường liên tục trong đất (Diaphragm Wall): Sau khi đào thành hào móng thì đổ
bêtông, làm thành tường chắn đất bằng bêtông cốt thép có cường độ tương đối cao,
dùng cho hố móng có độ sâu từ 10m trở lên hoặc trong điều kiện thi công tương
đối khó khăn.
-7-
Hình 1.2. Hệ tường BTCT liên tục kết hợp với hệ chống thép hình I
Hình 1.3. Hệ tường BTCT sử dụng biện pháp neo trong đất
-8-
Hình 1.4. Hệ tường BTCT sử dụng biện pháp thi công top-down
* Đây là hai giải pháp được sử dụng phổ biến nhất.
Cọc bản bêtông cốt thép: Chiều dài cọc từ 6m÷12m, sau khi đóng cọc xuống đất,
trên đỉnh cọc đổ một dầm vòng bằng bêtông cốt thép đặt một dãy chắn giữ hoặc
thanh neo, dùng cho loại hố móng có độ sâu từ 3m÷6m.
Tường chắn bằng cọc khoan nhồi: Đường kính từ φ600mm÷φ1000mm, cọc dài từ
15m÷30m, làm thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, trên đỉnh cọc đổ một dầm
vòng bằng bêtông cốt thép, dùng cho hố móng có độ sâu từ 6m÷13m.
Tường chắn bằng ximăng đất trộn ở tầng sâu: Trộn cưỡng chế đất với ximăng
thành cọc ximăng-đất, sau khi đông cứng lại sẽ thành tường chắn có dạng bản liền
khối đạt cường độ nhất định, dùng cho những loại hố móng có độ sâu từ 3m÷6m.
-9-
1.3. Giới thiệu một số công trình hố móng đào sâu nhà cao tầng
1.3.1. Trên thế giới
Tháp Latino America 43 tầng cao nhất ở Mexico City có tầng hầm đào sâu 12,6m.
Để ngăn chặn hiện tượng đẩy trồi quá mức do đào hố móng, áp suất thuỷ tónh tầng
đất sét nằm bên dưới được giảm bằng cách hút nước từ giếng để thoát nước cho các
lớp cát mỏng ở trong lớp sét. Bên cạnh đó, sử dụng tường BTCT sâu 33m để ngăn
ngừ lún các vùng xung quanh.
Tháp đôi trung tâm thương mại thế giới ở New York bằng thép gồm 110 tầng với
độ cao 405m được đặt trên đá phiến Manhatan ở độ sâu 21m, dùng tường vữa xi
măng và các neo vào đá để bảo vệ các nhà xung quanh khỏi bị biến dạng phá hoại
khi đào hố móng.
Các toà nhà cao tầng ở Thượng Hải (Trung Quốc) hiện nay thường có từ 2 đến 5
tầng hầm, kích thước mặt bằng lớn nhất là 274x187m, hố móng có thể sâu đến
32m. Phương pháp giữ ổn định hố móng thông dụng nhất là sử dụng tường BTCT
chạy suốt phạm vi hố móng.
Hình 1.5. Một số công trình cao tầng tại TP Thượng Hải
-10-
Hình 1.6. Tường BTCT và hệ chống giữ ổn định hố móng đào sâu
1.3.2. Trong nước
Cao ốc Harbour View ở thành phố Hồ Chí Minh có 19 tầng lầu và 2 tầng hầm, hố
móng sâu đến 10m đã dùng tường trong đất sâu 42m, dày 0,6m để vây quanh hố
móng 25x27m.
Trụ sở Vietcom bank ở Hà Nội cao 22 tầng có 2 tầng hầm với hố móng sâu 11m, đã
dùng tường trong đất sâu 18m, dày 0,8m kết hợp với 101 bầu neo để giữ cho hố
móng ổn định.
Cao ốc Fideco được xây dựng tại số 81-85 Hàm Nghi, quận 1, TpHCM. Công trình
có hố đào được chắn giữ bằng tường liên tục (Diaphram wall), tường chắn có chiều
dày là 0.6m. Tường chắn được chống đỡ bởi hệ thanh chống được bố trí thành
lớp:
Lớp 1: đặt ở cao trình -2.200m (cao trình mặt đất là -0.250m).
Lớp 2 : đặt ở cao trình -5.500m (cao trình mặt đất là -0.250m).
hai
-11-
Hình 1.7. Công tác lắp đặt tầng chống thứ nhất cao ốc Fideco
Hình 1.8. Đo chuyển dịch ngang bằng thiết bò inclinometer
-12-
Hình 1.9. Công tác đào đất và tiến hành lắp đặt tầng chống thứ 2 cao ốc Fideco
1.4. Những nguyên nhân gây mất ổn định hố đào và công trình lân cận
Thi công hố đào sâu là một công đoạn thi công hết sức phức tạp, thường xảy ra
những sự cố mất ổn định. Các sự cố xảy ra bởi một hay nhiều các nguyên nhân cùng lúc,
cả về khách quan lẫn chủ quan.
1.4.1. Các nguyên nhân khách quan
o
Theo đà phát triển cải tạo các thành phố cũ, các công trình cao tầng, siêu cao
tầng chủ yếu của các thành phố lại thường tập trung ở những khu đất nhỏ hẹp, mật
độ xây dựng lớn, dân cư đông đúc, giao thông chen lấn, điều kiện thi công công
trình hố móng đều rất kém. Lân cận công trình thường có các công trình xây dựng
vónh cửu, các công trình lịch sử, nghệ thuật bắt buộc phải được an toàn, không thể
đào có mái dốc, yêu cầu đối với việc ổn định và khống chế chuyển dịch rấtø
nghiêm ngặt.
o
Tính chất của đất đá thường biến đổi trong khoảng khá rộng, điều kiện ẩn dấu
của địa chất và tính phức tạp, tính không đồng đều của điều kiện địa chất thủy văn
thường làm cho số liệu khảo sát có tính phân tán lớn, khó đại diện được cho tình
-13-
hình tổng thể của các tầng đất, hơn nữa, tính chính xác cũng tương đối thấp, gây
khó khăn cho thiết kế và thi công công trình hố móng.
o
Tại các khu vực đất yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện hiện trường
phức tạp khác, việc thi công hố móng rất dễ sinh ra trượt lở khối đất, mất ổn định
hố móng, tường chắn bị chuyển dịch vị trí và bị rò nước nghiêm trọng hoặc bị chảy
đất … làm hư hại hố móng, ảnh hưởng nghiêm trọng các công trình xây dựng xung
quanh.
o
Công trình hố móng đào sâu thường có chu kỳ thi công dài, từ khi đào đất đến
khi hoàn thành toàn bộ các công trình ngầm dưới mặt đất phải trải qua nhiều lần
mưa to, nhiều lần chất tải, động đất, …dẫn đến tính khách quan của sự cố tương đối
lớn, xảy ra đột biến.
1.4.2. Các nguyên nhân chủ quan
o
Đơn vị thi công chưa cân nhắc kó càng trong việc lựa chọn phương án giữ ổn
định cho thành hố đào và khu vực lân cận. Bên cạnh đó, quy mô công trình cũng
ngày càng tăng lên, kéo theo hố móng công trình phát triển theo xu hướng độ sâu
lớn, diện tích rộng, trình độ và kó thuật của các đơn vị chưa theo kịp.
o
Các biện pháp thi công hố móng thường chiếm giá thành xây dựng cao, khối
lượng công việc lớn, lại đòi hỏi kỹ thuật phức tạp, là một khâu khó về mặt kỹ
thuật, hay có tính tranh chấp giữa các bên. Khi vượt chi phí, công tác thi công hố
móng thường bị cắt giảm (về biện pháp), dẫn đến không đảm bảo chất lượng.
o
Công trình hố móng bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như
chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước, đào đất… trong đó, một khâu nào đó
thất bại sẽ dẫn đến cả công trình bị đổ vỡ.
1.5. Những sự cố về hố móng đào sâu đã xảy ra trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh
Theo các nghiên cứu trước đây, có bốn kiểu phá hoại của hố móng được chắn giữ
hay xảy ra nhất: [16]
o Sự dịch chuyển quá lớn của kết cấu chắn giữ.
-14-
o Kết cấu chắn giữ bị võng hay sụt lở.
o
Đáy hố móng trong đất sét trương nở bị đẩy trồi.
o Hiện tượng đất chảy, xói ngầm trong đất dạng hạt.
Nếu hố móng nằm kề các công trình khác như nhà ở, đường ống, đường giao thông
sẽ kéo theo sự mất ổn định của các công trình lân cận này.
Một số sự cố mất ổn định hố móng và công trình lân cận đã xảy ra:
Thi công tầng hầm Cao Ốc Residence (Q1): công trình có 1 tầng hầm, 1 tầng trệt
và 11 lầu . Khi đào ở độ -8m dưới đáy hố móng, phát hiện nước ngầm phun lên rất
mạnh cuốn theo cát hạt nhỏ. Hậu quả là ngày 31/10/2007 hè đường Nguyễn Siêu
có hố sụt rộng 4x4m và sâu khoảng 3-4m và chung cư Casaco (Đường Thi Sách ,
Q1) bị lún nghiêm trọng.
Nguyên nhân có thể là dùng cừ laser làm tường vây không ngăn được nước, nên
khi hút nước để thi công tầng hầm, thì cột nước chênh áp ngoài thành hố đào tạo
nên áp lực lớn đẩy nước luồn qua chân tường vây đẩy trồi đáy móng lên. Nước
dưới đất được thoát ra như bình thông nhau, cuốn theo đất cát làm sụt lún nền các
công trình xung quanh gần đó. Trước tình trạng đó, người ta đã phải khẩn cấp lấp
ngay các hố đào sâu và hố sụt tạo cân bằng áp lực để tránh tình trạng sụt lún tiếp.
Đồng thời lắp đặt các trạm quan trắc dịch chuyển, lún và động thái nước dưới đất
để tránh các rủi ro có thể xảy ra.
Cao ốc văn phòng Bến Thành TSC – 186 Lê Thánh Tôn: Công trình này có diện
tích mặt bằng 10x40m và 2 tầng hầm .Tháng 11/2007, trong khi đào hố móng sâu,
thì nước ngầm ở đáy hố phun lên rất mạnh, làm phồng trồi đáy hố làm xê dịch
tường cừ bằng cọc lasen khoảng 8cm. Đất nền bị sụt lún làm nứt đường hẻm lân
cận và nghiêng tường ngăn. Do đó buộc phải ngừng thi công và dùng biện pháp
khoan giếng bơm hạ nước ngầm. Nguyên nhân là do dùng tường cừ Lasen không
hơp lí. Chân tường cừ đang đặt ở lớp cát pha bảo hòa nước nên khi có chênh áp lực
bơm hút nước trong hố đào thì nước phun mạnh từ đáy hố lên kéo theo đất cát và
gây sụt lún.
