Nghiên cứu ảnh hưởng của hố đào sâu 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 (3.64 MB, 116 trang )
Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------------
NGUYỄN CÔNG KHANH
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU
ĐẾN ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH LÂN CẬN
CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
MÃ SỐ NGÀNH: 60.58.60
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2007
CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
-------------------
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN XUÂN THỌ
CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: ……………………………………………………...
CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: ………………………………………………………
Luận văn thạc só được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, Ngày 06 tháng 09 năm 2007
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
-------------------------------------------
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
---------------------------------------------
Tp HCM, ngày tháng năm 2007
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: NGUYỄN CÔNG KHANH
Ngày, tháng, năm sinh: 04/05/1982
Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Phái
: Nam
Nơi sinh : Đồng Tháp
MSHV : 00905220
I- TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU ĐẾN ỔN ĐỊNH CÔNG
TRÌNH LÂN CẬN.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1- Nhiệm vụ:
Nghiên cứu ảnh hưởng của hố đào sâu đến ổn định công trình lân cận.
2- Nội dung:
Chương 1: Giới thiệu.
Chương 2: Tổng quan về hố đào sâu.
Chương 3: cơ sở lý thuyết tính toán ổn định và biến dạng của hố đào sâu được chắn
giữ bằng tường liên tục.
Chương 4: Phân tích ảnh hưởng của hố đào sâu đến ổn định công trình lân cận.
Chương 5: Kết luận và kiến nghị.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
: ngày
tháng
năm 2007
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ
: ngày
tháng
năm 2007
V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
: TS. TRẦN XUÂN THỌ.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TS. TRẦN XUÂN THỌ
CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH
TS. VÕ PHÁN
Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua
Ngày 05 tháng 07 năm 2007
TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH
TRƯỞNG KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành được luận văn thạc só, bên cạnh sự nổ 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 trong suốt thời gian
thực hiện luận văn.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy T.S Trần Xuân Thọ,
người đã tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt thời gian thực hiện
luận văn này.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể Quý thầy cô, đặc
biệt là Quý thầy cô trong Bộ môn Địa Cơ – Nền Móng đã tận tình
truyền đạt những kiến thức quý báo, cũng như tạo mọi điều kiện thuận
lợi để tác giả hoàn thành luận văn trong suốt thời gian vừa qua .
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, những người đã
không ngừng động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong
suốt thời gian tác giả thực hiện luận văn.
Xin bày tỏ lòng biết ơn đến bạn bè, những người đã động viên tác
giả trong thời gian vừa qua.
TÓM TẮT LUẬN VĂN
TÊN ĐỀ TÀI: “ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU ĐẾN
ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH LÂN CẬN”
TÓM TẮT:
Việc xây dựng những công trình có hố đào sâu trong điều kiện phải
xây chen giữa các công trình khác đòi hỏi những người làm công tác 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 đào sâu gây ra cho những công trình lân cận.
Vì vậy, tác giả đã tiếp cận đề tài luận văn: “ Nghiên cứu ảnh hưởng
của hố đào sâu đến ổn định công trình lân cận” và chọn phương pháp phần tử
hữu hạn để phân tích các vấn đề sau:
1. Phân tích ổn định và biến dạng của hố đào sâu được thi công
bằng biện pháp top-down trong quá trình thi công.
2. Thiết lập biểu thức và biểu đồ quan hệ chuyển vị ngang cực đại
của tường theo chiều sâu đào đất; giữa chuyển vị ngang cực đại của tường chắn
với bán kính ảnh hưởng do việc thi công hố đào gây ra theo từng giai đoạn thi
công hố đào.
3. Phân tích ảnh hưởng của quá trình thi công hố đào sâu đến ổn
định công trình lân cận. Thiết lập biểu thức và biểu đồ quan hệ giữa độ lún của
móng công trình lân cận do thi công hố đào gây ra với chiều sâu đào đất (như
một tỉ lệ với chiều sâu của tường) trong quá trình thi công hố đào.
4. Phân tích ảnh hưởng của chiều sâu tường cắm vào đất đến
chuyển vị của tường chắn và chuyển vị của đất nền xung quanh hố đào. Từ đó
đưa ra giải pháp hạn chế chuyển vị của tường và đất nền xung quanh hố đào,
đảm bảo sự ổn định cho những công trình lân cận.
Từ những kết quả phân tích, tác giả đưa ra những biểu thức quan hệ để
dự tính bán kính ảnh hưởng, độ lún của những công trình lân cận, cũng như chọn
được chiều sâu tường cắm vào đất hợp lý cho những công trình hố đào sâu có địa
chất tương tự.
SUMMARY OF THESIS
NAME OF THESIS: “ STUDY ON THE EFFECT OF DEEP
EXCAVATION ON STABILITY OF SURROUNDING CONSTRUCTIONS”
SUMMARY:
Constructing deep excavation in parenthetic condition demands civil
Engineers calculate displacement of diagram wall and effect of constructing
deep excavation on surrounding constructions.
Hence, the thesis: “ Study on the effect of deep excavation on stability
of surrounding constructions” have been choosen to analyse problems:
1. Analysing stability and displacement of excavation constructed
by top-down method.
2. Establishing relationship between maximum
displacement and radius of effect of constructing deep excavation .
horizontal
3. Analysing effect of constructing deep excavation to stability of
surrounding constructions and establish relationship between settlement of
foundation and depth of excavation.
4. Analysing effect of depth of wall in soil to displacement of wall
and arround soil excavation. Therefrom, choose solution to restrict displacement
of wall and arround soil excavation.
From analysis, author will propose expressions to calculate radius of
effect, settlement of foundation for similar excavation constructions.
MỤC LỤC
Chương 1: Giới thiệu
1
Chương 2: Tổng quan về hố đào sâu
2.1 Tổng quan về hố đào sâu
4
2.2 Giới thiệu một số công trình hố đào sâu
6
2.2.1 Trên thế giới
6
2.2.2 Ở Việt Nam
2.2.2.1 Cao ốc Fideco
6
2.2.2.2 Cao ốc văn phòng – thương mại Golden Tower
9
2.2.2.3 Công trình trạm bơm ngầm kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè
10
2.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của đất quanh hố đào sâu
12
2.4 Giới thiệu về công trình được tiếp cận trong đề tài – Công trình
nhà điều hành sản xuất công ty điện lực Tp.HCM
13
2.5 Một số nghiên cứu về hố đào sâu
18
Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính toán và kiểm tra ổn địnhcủa hố đào sâu
3.1 Lý thuyết tính toán áp lực đất lên kết cấu chắn giữ của hố đào sâu
19
3.1.1 Phân loại áp lực ngang của đất
19
3.1.2 Lý thuyết Morh – Rankine
20
3.1.3 Lý thuyết Coulomb
24
3.1.4 Lý thuyết cân bằng giới hạn điểm
26
3.1.5 Ảnh hưởng của chuyển vị thân tường đến áp lực đất
27
3.2 Phương pháp tính toán áp lực nước lên kết cấu chắn giữ của hố
đào sâu (tường liên tục).
30
3.2.1 Phương pháp tính riêng áp lực nước và đất
30
3.2.2 Phương pháp tính chung áp lực nước và đất
31
3.3 Phương pháp tính toán kết cấu chắn giữ của hố đào sâu (tường liên
tục).
3.3.1 Phương pháp Sachipana (Nhật).
31
3.3.2 Phương pháp đàn hồi
34
3.3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn
37
3.4 Phương pháp kiểm tra ổn định của hố đào sâu.
37
3.4.1 Kiểm tra ổn định chống trồi của hố đào
37
3.4.1.1 Phương pháp Terzaghi – Peck
37
3.4.1.2 Phương pháp Caquot và kerisel
39
3.4.1.3 Phương pháp tình ổn định chống trồi đáy hố theo
Goh (1994).
40
3.4.1.4 Tính ổn định chống trồi theo quy trình hố móng
Thượng Hải.
42
3.4.2 Kiểm tra ổn định chống chảy thấm của hố đào.
3.4.2.1 Kiểm tra ổn định chống phun trào.
43
3.4.2.2 Kiểm tra ổn định chống cột nước có áp.
43
3.5 Phương pháp dự tính tính dịch chuyển của đất hay công trình
gần hố đào.
3.5.1 Phương pháp kinh nghiệm
44
44
3.5.1.1 Phương pháp của Peck (1969)
44
3.5.1.2 Phương pháp của Clough và Mana (1981)
45
3.5.2 Phương pháp bán kinh nghiệm
3.5.2.1 Phương pháp Caspe ( 1966 ) và Bowles ( 1988 ).
45
3.5.2.2 Phương pháp của Bauer ( 1984 ).
46
3.5.2.3 Phương pháp của Moscomarchitextura (1999)
47
3.5.3 Các phương pháp số.
3.6 Nhận xét
51
52
Chương 4: phân tích ảnh hưởng của hố đào sâu đến ổn định công trình
lân cận
4.1. Đặt vấn đề.
53
4.2. Phương pháp tính toán.
53
4.3. Mô tả đặc điểm và địa chất của công trình tiếp cận
4.3.1 Các đặc điểm cơ bản của công trình
54
4.3.2 Địa chất công trình.
55
4.4. Phân tích ổn định và biến dạng của hố đào sâu bằng phần
mềm Plaxis version 8.2
57
4.4.1 Trình tự các bước thi công của hố đào sâu
57
4.4.2 Các thông số đưa vào tính toán.
57
4.4.2.1 Các thông số của tường chắn
57
4.4.2.2 Các thông số của sàn tầng hầm
57
4.4.2.3 Các thông số của thép hình
57
4.4.2.4 Các thông số về địa chất
58
4.4.2.5 Các thông số của cọc khoan nhồi
58
4.4.3 Phân tích biến dạng và nội lực của hố đào theo từng giai
đoạn thi công
59
4.4.3.1 Kết quả tính toán
59
4.4.3.2 Phân tích kết quả tính toán
70
1. Biến dạng của tường chắn.
70
2. So sánh kết quả tính toán với kết quả quan trắc thực tế
75
4.5. Phạm vi ảnh hưởng do thi công hố đào gây ra.
76
4.6. Phân tích ảnh hưởng của quá trình thi công hố đào sâu đến công
trình lân cận
80
4.6.1 Phân tích ảnh hưởng của quá trình thi công hố đào sâu đến
công trình lân cận có móng là móng sâu.
80
4.6.1.1 Kết quả tính toán
83
4.6.1.2 Phân tích kết quả tính toán và nhận xét
86
4.6.2 Phân tích ảnh hưởng của quá trình thi công hố đào sâu đến
công trình lân cận có móng là móng nông.
88
4.6.2.1 Kết quả tính toán.
89
4.6.2.2 Phân tích kết quả tính toán và nhận xét.
90
4.7. Phân tích ảnh hưởng của chiều sâu tường cắm vào đất đến chuyển
vị của tường chắn và chuyển vị của đất nền xung quanh hố đào.
4.7.1 Kết quả tính toán
4.7.2 Phân tích kết quả tính toán và nhận xét.
4.8. Nhận xét
Kết luận và kiến nghị
92
92
100
102
103
Chương 1
GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề.
Hiện nay, rất nhiều công trình cao tầng có tầng hầm và những công trình
ngầm đã được xây dựng ở khắp nơi trên thế giới, cũng như ở Việt Nam. Việc
xây dựng những công trình này dẫn đến sự xuất hiện hàng loạt kiểu hố đào sâu,
cũng như các biện pháp chắn giữ nhằm ổn định thành vách hố đào trong quá
trình xây dựng công trình.
Vì vậy, trong từng điều kiện thi công cụ thể của mỗi công trình chúng ta
phải đưa ra biện pháp chắn giữ thành vách và biện pháp thi công hố đào phù
hợp. Đặc biệt, trong điều kiện công trình phải xây chen giữa các công trình khác,
chúng ta phải đặc biệt chú ý đến ảnh hưởng của việc thi công hố đào đến các
công trình lân cận.
Do đó, để xây dựng được những công trình có tầng hầm bên dưới công
trình hay những công trình ngầm trong điều kiện thi công tương đối khó khăn
như phải xây chen giữa các công trình khác, các nhà thầu thiết kế và thi công
cần phải xem xét đến các vấn đề thiết yếu sau:
- Chọn giải pháp chắn giữ phù hợp để hố đào được ổn định trong quá
trình thi công.
- Khống chế chuyển vị của tường chắn, tránh gây ảnh hưởng đến các
công trình lân cận.
- Biện pháp và thiết bị quan trắc sự dịch chuyển của tường chắn.
- Dự tính phạm vi và mức độ ảnh hưởng đến các công trình lân cận do
dịch chuyển của tường chắn,…
Trong tương lai, tại các thành phố lớn ở nước ta sẽ có rất nhiều công trình
cao tầng có tầng hầm bên dưới và những công trình ngầm được xây dựng trong
điều kiện phải xây chen, rất khó khăn cho việc thi công.
Vì vậy, để giải quyết được một phần nhỏ các vấn đề nêu trên, tác giả đã
tiếp cận các số liệu của công trình Nhà điều hành sản xuất Công ty Điện lực Tp
HCM, một công trình phải xây dựng trong điều kiện xây chen, tương đối khó
khăn cho việc thi công để thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của hố
đào sâu đến ổn định công trình lân cận”.
1.2 Mục đích nghiên cứu.
1. Phân tích ổn định và biến dạng của hố đào sâu được thi công bằng
biện pháp top-down trong quá trình thi công.
2
2. Xác định phạm vi ảnh hưởng do hố đào sâu gây ra cho công trình lân
cận trong quá trình thi công.
3. Phân tích ổn định của những công trình lân cận do quá trình thi công
hố đào sâu gây ra.
4. Phân tích ảnh hưởng của chiều sâu tường cắm vào đất đến chuyển vị
của tường chắn và chuyển vị của đất nền xung quanh.
1.3 Ý nghóa và giá trị thực tiễn của đề tài
1. Đánh giá ổn định và biến dạng của hố đào sâu được thi công bằng
biện pháp top-down.
2. Thiết lập được biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị cực đại của kết cấu
chắn giữ của hố đào sâu với bán kính ảnh hưởng do chuyển vị đó gây ra trong
quá trình thi công hố đào sâu.
3. Thiết lập được biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị cực đại của tường với
độ lún của công trình lân cận nằm trong vùng ảnh hưởng của hố đào và biểu
thức quan hệ giữa độ lún của công trình lân cận với chiều sâu đào đất. Từ đó xác
định được mức độ ảnh hưởng của hố đào sâu đến ổn định của công trình lân cận.
4. Thiết lập quan hệ giữa chiều sâu tường cắm vào đất với chuyển vị của
tường chắn và đất nền xung quanh. Đưa ra giải pháp hạn chế ảnh hưởng do việc
thi công hố đào sâu gây ra đến ổn định công trình lân cận.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Trong quá trình nghiên cứu các mục đích nêu trên, tác giả đã lựa chọn các
phương pháp nghiên cứu sau:
1. Nghiên cứu về lý thuyết: Cơ sở lý thuyết về tính toán và kiểm tra ổn
định, biến dạng của hố đào sâu
- Lý thuyết tính toán tường chắn liên tục trong đất.
- Lý thuyết kiểm tra ổn định của hố đào sâu.
- Lý thuyết tính toán chuyển vị của đất quanh hố đào sâu.
2. Mô phỏng: sử dụng phần mềm Plaxis để phân tích ổn định và biến
dạng của hố đào sâu trong quá trình thi công; xác định phạm vi và mức độ ảnh
hưởng do hố đào sâu gây ra cho công trình lân cận.
1.5 Nội dung nghiên cứu
Chương 1: Giới thiệu.
Chương 2: Tổng quan về hố đào sâu.
Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính toán và kiểm tra ổn định của hố đào sâu.
3
Chương 4 : Phân tích ảnh hưởng của hố đào sâu đến ổn định của công trình
lân cận.
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn - phần mềm Plaxis version 8.2 để
phân tích các vấn đề sau:
1. Phân tích ổn định và biến dạng của hố đào sâu trong quá trình thi
công.
2. Phân tích ảnh hưởng của hố đào sâu đến ổn định công trình lân cận
2.1 Thiết lập biểu đồ và biểu thức quan hệ giữa chuyển vị của kết
cấu chắn giữ của hố đào sâu và bán kính ảnh hưởng do chuyển vị đó gây ra.
2.2 Phân tích ổn định của công trình lân cận do việc thi công hố đào
sâu gây ra. Thiết lập biểu đồ và biểu thức quan hệ giữa chuyển vị của tường
chắn với độ lún của công trình lân cận và biểu thức quan hệ giữa độ lún của
công trình lân cận với chiều sâu đào đất.
2.3 Phân tích ảnh hưởng của chiều sâu tường cắm vào đất đến
chuyển vị của tường chắn và chuyển vị của đất nền xung quanh.
Chương 5: Kết luận và kiến nghị.
Từ những kết quả phân tích sẽ rút ra những kết luận và kiến nghị cho
hướng nghiên cứu tiếp theo.
1.6 Hạn chế của đề tài.
1. Trong đề tài này, chỉ tập trung nghiên cứu những vấn đề của hố đào
sâu được chắn giữ bằng tường liên tục.
2. Chưa xét đến sự thay đổi độ bền chống cắt của đất trong suốt quá trình
thi công hố đào sâu.
4
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU
2.1.
Tổng quan về hố đào sâu
Cùng với sự phát triển của cơ sở hạ tầng của đô thị, ngày càng nhiều công
trình hố đào được xây dựng với nhiều mục đích khác nhau, từ đơn giản cho đến
phức tạp, như: Hệ thống cấp thoát nước, hệ thống bể chứa và xử lý nước thải, bãi
đậu xe ngầm, ga và đường tàu điện ngầm, tầng hầm dưới các nhà cao tầng,…
Căn cứ vào điều kiện hiện trường và 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 phương pháp thi công, hố đào có thể được chia thành hai loại:
- Đào không có chắn giữ
- Đào có chắn giữ.
Theo chức năng, kết cấu chắn giữ hố đào có thể được chia làm hai bộ phận
chủ yếu: bộ phận chắn đất và bộ phận chắn giữ kiểu kéo giữ.
- Bộ phận chắn đất: được chia thành hai loại chủ yếu là: kết cấu chắn
đất thấm nước và kết cấu chắn đất ngăn nước.
+ Kết cấu chắn đất, thấm nước bao gồm các loại sau: Cọc thép chữ H
hay chữ I có bản cài, cọc nhồi đặt thưa trát mặt ximăng lưới thép, cọc hai hàng
chắn đất, chắn bằng đinh đất,….
+ Kết cấu chắn đất, ngăn nước bao gồm các loại sau: 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,…
- Bộ phận chắn giữ kiểu kéo giữ: Ống thép hay thép hình chống đỡ
(chống ngang), ống thép hay thép hình chống đỡ (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.
Một số loại tường vây thường sử dụng cho các công trình hố đào [3]
- Tường chắn bằng đất trộn ximăng ở tầng sâu : Trộn cưỡng chế đất
với ximăng (dạng dung dịch hoặc dạng bột), lợi dụng một số phản ứng hoá lý
xảy ra giữa đất với ximăng, sau khi đóng rắn sẽ tạo thành tường chắn có dạng
bản liền khối có cường độ nhất định.
5
Loại tường chắn này thích hợp cho các loại công trình hố đào có chiều
sâu đào từ 3 - 6 (m).
- 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 Z. Dùng phương pháp
đóng hoặc rung để hạ chúng vào trong đất. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ chắn
giữ, chúng có thể được thu hồi và sử dụng lại
Loại tường này thích hợp cho những hố đào có độ sâu từ 3 - 10 (m)
- Cọc bản bêtông cốt thép: Dùng các cọc có chiều dài từ 6 - 12 (m)
đóng vào đất. Sau khi đóng cọc vào đất, trên đỉnh cọc đổ một dầm vòng bằng
bêtông cốt thép đặt một dãy chắn giữ hoặc thanh neo.
Loại tường này có thể dùng cho những hố đào có chiều sâu từ 3 - 6 (m).
- Tường chắn bằng cọc khoan nhồi: Dùng các cọc khoan nhồi có
đường kính từ 600 – 1000 (mm), dài từ 15 – 30 (m) làm thành tường chắn theo
kiểu hàng cọc, trên đỉnh cọc đổ dầm vòng bằng bêtông cốt thép.
Loài tường này thích hợp cho các hố đào có độ sâu từ 6 – 13 (m).
- Tường liên tục trong đất: Dùng các máy đào đặc biệt để đào thành
hố đào thành những đoạn có độ dài nhất định ( có dùng dung dịch bentonite để
giữ ổn định ), sau đó đem các lồng thép đã chế tạo sẵn đặt vào. Dùng ống dẫn
đổ bêtông cho từng đoạn tường rồi nối các đoạn tường này lại với nhau bằng các
đầu nối đặc biệt ( ống đầu nối hoặc hộp nối ) để tạo thành tường liên tục trong
đất bằng bêtông cốt thép.
Loại tường này thích hợp cho những hố đào có độ sâu từ 10 (m) trở lên
hoặc trong những trường hợp điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn
tương đối phức tạp, gây khó khăn cho việc thi công hố đào.
-
Giếng chìm và giếng chìm hơi ép
+ Giếng chìm: Trên mặt đất hoặc trong hố đào nông có nền được
chuẩn bị đặc biệt, ta làm tường vây của công trình để hở phía trên và phía dưới.
Phía bên trong công trình ( trong lòng của giếng ) đặt các máy đào đất, phía bên
ngoài có cần trục để chuyển đất đào được ra khỏi giếng. Ta cũng có thể đào đất
bằng phương pháp thuỷ lực. Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân giếng, công
trình sẽ hạ sâu vào đất. Để giảm lực ma sát ở mặt ngoài giếng ta có thể dùng
phương pháp xói thủy lực, làm lớp vữa sét quanh mặt ngoài giếng và đất, sơn lên
mặt ngoài giếng lớp sơn chống ma sát,…
Sau khi hạ giếng đến độ sâu thiết kế, tiến hành thi công bịt đáy và
làm các kết cấu bên trong từ dưới lên trên.
+ Giếng chìm hơi ép: Trên mặt đất làm một hộp kín với nắp là sàn
giếng và đáy dưới nằm sát phần đào của chân giếng, trong đó có lắp ống lên
6
xuống và thiết bị điều chỉnh áp suất không khí; bên cạnh có trạm khí nén và
máy bơm. Đất đào được trong giếng sẽ được đưa lên mặt đất qua ống lên xuống
và thiết bị điều chỉnh áp suất không khí.
Trong không gian công tác của giếng chìm hơi ép được bơm khí nén tới
áp lực bằng áp lực thủy tónh, nhờ vậy mà công tác đào đất sẽ khô ráo
Phương pháp giếng chìm hơi ép thường dùng trong đất yếu có mực nước
ngầm cao, dòng chảy mạnh, ở những nơi ngập nước và độ sâu từ 30 – 35 (m).
2.2.
Giới thiệu một số công trình hố đào sâu
2.2.1 Trên thế giới
1. Một gara ngầm có kích thước 156 x 54 x 27 m gồm 7 tầng được
xây dựng ở Maxcơva – Nga có sức chứa 2000 ôtô con.
Để xây dựng công trình này người ta đã đào 274000m3 đất, 4000m3
bêtông đổ tại chổ và 19500m3 bêtông cốt thép đúc sẵn.
Các tường chịu lực được xây dựng trong 6 tháng bằng phương pháp
tường trong đất.
2. Một gara ngầm 7 tầng, hình tròn có đường kính 57m, sâu 28m, có
sức chứa 530 ôtô con, sàn trên cùng cách mặt đường phố 3m, các tầng được xếp
theo đường xoắn ốc. Công trình được xây dựng ở Geneve.
Đây là công trình được xây dựng bằng phương pháp giếng chìm.
2.2.2 Ở Việt Nam
2.2.2.1 Cao ốc Fideco
Hình 2.1 – Vị trí xây dựng cao ốc Fideco
7
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 2 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).
Công trình đựơc đặt trên nền đất gồm 4 lớp:
- Lớp 1 : bùn sét, màu xám đen, dày 4m
- Lớp 2 : đất sét, màu nâu vàng, dày 1m.
- Lớp 3 : cát hạt mịn đến thô lẫn bột, ít sét , sỏi sạn, màu xám vàng
nâu, dày 30.4m
- Lớp 4 : đất sét màu nâu vàng.
Một số hình ảnh trong quá trình thi công
Hình 2.2 - Tiến hành lắp đặt tầng chống thứ nhất
8
Hình 2.3 - Đo chuyển dịch ngang bằng thiết bị inclinometer
Hình 2.4 - Đào đất và tiến hành lắp đặt tầng chống thứ 2
9
2.2.2.2 Công trình Cao ốc văn phòng – thương mại Golden Tower
Công trình được xây dựng tại số 06 Nguyễn thị Minh Khai –
phường ĐaKao – Q.1 – Tp HCM, công trình gồm 13 tầng cao và 02 tầng hầm.
Đây là công trình có hố đào sâu được chắn giữ bằng tường
liên tục, chiều dày tường là 0.6m.
Một số hình ảnh trong quá trình thi công.
Hình 2.5 – Lắp đặt tầng chống thứ nhất
Hình 2.6 – Đào đất đến cao độ sàn hầm 1
10
2.2.2.3 Công trình trạm bơm ngầm kênh Nhiêu Lộc – Thị nghè
- Kích thước trạm bơm:
+ Chiều dài : 57.3m
+ Chiều rộng : 23.8m
+ Chiều sâu : 20m
- Đây là công trình sử dụng tường liên tục làm kết cấu chắn
giữ. Tường được thi công theo từng modul sau đó ghép lại với nhau, mỗi modul
có kích thước như sau:
+ Chiều rộng : 1.2m
+ Chiều dài từng modul : 6m
- Hố đào được chống 6 lớp thanh chống:
+ Cao trình lớp 1: -2.00m ( cao trình mặt đất +0.00m)
+ Cao trình lớp 2: -5.00m
+ Cao trình lớp 3: -8.00m
+ Cao trình lớp 4: -10.50m
+ Cao trình lớp 5: -14.50m
+ Cao trình lớp 6: -17.50m
Hình 2.7 - Hình ảnh một phần của công trình
11
Hình 2.8 – Lắp đặt cốt thép cho tường dẫn
Hình 2.9 – Đào đất thi công tường chắn
Hình 2.10 – Lắp đặt cốt thép tường chắn
12
2.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của đất quanh hố đào sâu [3,15].
Thực tế quan sát đất và công trình ở gần hố đào sâu cho thấy: đất và
công trình ở gần hố đào bị chuyển vị với một độ lớn nào đó. Chuyển vị này do
một số yếu tố chủ yếu sau gây ra: kích thước hố đào, tình trạng nước ngằm, biện
pháp thi công, tác động của sự thay đổi ứng suất trong đất nền, ứng suất ngang
ban đầu trong đất, các đặc tính của đất, độ cứng của hệ thanh chống, trình độ thi
công, tác động của việc gia tải trước,…
2.3.1 Kích thước hố đào: hình dạng mặt bằng, diện tích mặt bằng và độ
sâu của hố đào có ảnh hưởng rất lớn tới sự mở rộng và sự dịch chuyển của đất
xung quanh và bên dưới đáy hố đào. Tomlinson đã đề cập đến sự dịch chuyển
không thể tránh khỏi của đất vào trong lòng hố đào ở điều kiện thành hố đào có
chắn giữ bình thường với lượng chuyển vị khoảng 0 - 25% độ sâu của hố đào
trong đất sét yếu và khoảng 0 – 0.5% độ sâu của hố đào trong đất sét cứng hay
đất cát chặt.
2.3.2 Tình trạng nước ngầm: tác động của nước ngầm đối với độ lún của
đất rất đa dạng và xảy ra ở các giai đoạn đào khác nhau. Dòng thấm là nguyên
nhân làm giảm áp lực nước ngầm, làm gia tăng ứng suất hữu hiệu và độ lún bên
ngoài biên hố đào.
Sự hạ nước ngầm lớn nhất ở gần hố đào và giảm dần theo khoảng cách so
với hố đào, vì vậy quá trình lún tại các vị trí khác nhau trong đất bên ngoài hố
đào sẽ khác nhau và có hình dáng tương tự như do dỡ tải các lớp đất ở phía trên
hố đào gây ra.
2.3.3 Biện pháp thi công: việc lựa chọn các biện pháp thi công tổng thể
đối với tầng hầm như biện pháp top-down hay bottom-up, kỹ thuật sử dụng thanh
chống, khoảng thời gian tiến hành các giai đoạn đào,…tất cả đều có ảnh hưởng
đến sự dịch chuyển của đất ở quanh hố móng.
Đối với phương pháp top – down, người ta sử dụng các sàn tầng hầm để
chống đỡ tường thay cho các hệ thanh chống với mục đích giảm tiểu chuyển dịch
của tường chắn, cũng như chuyển dịch của đất quanh hố đào.
Ngoài ra, việc chọn hệ thanh chống đỡ hay hệ giằng và cách lắp đặt chúng
cũng ảnh hưởng rất nhiều tới độ lún của đất.
2.3.4 Tác động của sự thay đổi ứng suất trong đất nền:
Sự thay đổi ứng suất xảy ra ở hai dạng phần tử đất: phần tử ở cạnh hố đào
và phần tử ở dưới đáy hố đào.
Sự giảm ứng suất tổng thể theo phương thẳng đứng và phương nằm ngang
xảy ra trong quá trình đào đất dẫn đến sự xuất hiện của áp lực đất chủ động
13
trong đất nền và việc thay đổi sự cân bằng áp lực nước lỗ rỗng có tác động tới
biến dạng của đất. Sự thay đổi mối quan hệ ứng suất – biến dạng theo thời gian
trong quá trình đào sẽ làm thay đổi ứng suất hữu hiệu khi áp lực nước lỗ rỗng
được cân bằng lại.
2.3.5 Ứng suất ngang ban đầu trong đất: trong các vùng đất cao, tồn tại
ứng suất theo phương ngang ở trong đất kiểu như trong đất sét quá cố kết, giá trị
của hệ số áp lực đất lớn hơn Ko, biến dạng của đất xung quanh hố đào lớn. Đối
với đất có tính nén thấp, giá trị của hệ số áp lực đất ở trạng thái nghỉ là Ko, biến
dạng của đất xung quanh hố đào thường nhỏ hơn.
2.3.6 Đặc tính của đất
Ảnh hưởng do đặc tính của đất đến hố đào đã được Peck tiến hành nghiên
cứu và tổng kết vào năm 1969. Theo Peck, dịch chuyển của tường và đất xung
quanh hố đào trong đất cứng sẽ có trị số nhỏ hơn so với trong đất mềm.
Độ cứng và cường độ của đất là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến
biến dạng tổng thể của hố đào và sự dịch chuyển của đất xung quanh. Trong sét
yếu và bùn nhão, vùng hóa dẻo của đất có thể là kết quả của việc xuất hiện sức
kháng bị động đối với các cọc cừ hay giằng biên kết hợp với dịch chuyển lớn.
2.3.7 Độ cứng của hệ thanh chống
Độ cứng của hệ thanh chống có vai trò rất quan trọng, thực tế quan sát cho
thấy chuyển dịch của đất quanh hố đào giảm khi tăng độ cứng của hệ thanh
chống đỡ.
Goldberg và các tác giả khác đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ cứng hệ kết
cấu chống đỡ đến hố đào. Các số liệu này cho thấy rằng độ cứng và khoảng
cách của kết cấu chống đỡ có ảnh hưởng tới chuyển dịch của đất bên ngoài.
Hình dáng biến dạng của tường hoặc của đất ở ngay bên cạnh tường được
sinh ra bởi biến dạng giữa các điểm chống đỡ ở các độ sâu khác nhau và những
giá trị dịch chuyển vào trong lòng hố móng tại các điểm đó. Lực nén xuất hiện
trong các thanh chống khi tất các lực ở bên ngoài và bên trong tường đạt tới
trạng thái cân bằng. Lực cân bằng thay đổi trong thanh chốngvà sự thay đổi áp
lực đất ở dưới đáy hố móng là nguyên nhân gây ra một lượng dịch chuyển ngang
phụ thuộc vào độ cứng của thanh chống và độ cứng của đất ở trạng thái nén bên
dưới đáy hố móng.
2.4. Giới thiệu về công trình được tiếp cận trong đề tài – Công trình nhà
điều hành sản xuất Công ty Điện lực Tp.HCM [8]
Công trình được xây dựng tại số 35 Tôn Đức Thắng, phường Bến Nghé,
quận 1, TpHCM.
14
Công trình có chiều cao là 86.4m, gồm 22 tầng và 3 tầng hầm.
Đây là công trình có hố đào sâu sử dụng tường liên tục làm kết cấu chắn
giữ, được thi công theo phương pháp top – down.
Hố đào sâu có kích thước 53.45 m x 70.25 m, sâu 12m được chắn giữ
bằng tường liên tục có chiều dày 0.6m, sâu 24m. Tường chắn được thi công
thành từng panel tường ghép lại với nhau.
Tường được chống đỡ bởi các sàn tầng hầm có chiều dày là 0.3m. Cao
trình của các sàn tầng hầm:
-
Cao trình mặt sàn tầng hầm 1: -4.00m
-
Cao trình mặt sàn tầng hầm 2: -8.00m
-
Cao trình mặt sàn tầng hầm 3: -12.00m
Hình 2.11 – Mặt cắt tường vaây
15
Hình 2.12 - Mặt bằng tường vây và cọc
16
Sàn tầng hầm được chống đỡ bằng các cột thép hình chữ I. Các cột thép
này được chống lên đầu các cọc khoan nhồi.
Hình 2.13 – Mặt cắt cột thép hình
Hình 2.14 – Công trình nhà điều hành sản xuất Công ty Điện lực Tp.HCM
