Tài liệu Bảo vệ công trình lân cận khi xây dựng công trình ngầm pdf

1
Bảo vệ công trình lân cận khi
xây d
ựng công trình ngầm
PGS.TS.Nguyễn Bá Kế
Hội Cơ học Đất và Địa Kỹ
thuật Công trình
1. Ảnh hưởng của xây dựng ngầm đối với công trình lân cận
Trong điều kiện đô thị khi xây dựng ngầm thường gây ra nhiều hệ
luỵ xấu chẳng những đối với công trình ở gần hoặc ở trên công trình
ng
ầm như lún nứt, thậm chí sụp đổ (xem hình 1) mà còn làm thay
đổi chế độ thuỷ động của nước dưới đất.

a) Đào ngầm b) Đào
mở
Hình 1. Ảnh hưởng của việc xây dựng công trình ngầm trong đô
thị
1. Nguyên nhân làm đất rỗng hoặc chuyển vị
2. Đất bị đ
ào
ho
ặc chuyển vị thể tích
3. Phân bố chuyển vị thể tích
4. Chuyển vị của mặt đất
5. Chuyển vị của kết cấu và nghiêng lệch
6. Sự hư hỏng của kết cấu
Theo như mô tả trên hình 1,
ta th
ấy:
2

+ Khi đào lấy đi một lượng đất nào đó thì làm thay đổi trạng thái
ứng suất - biến dạng của khối đất quanh chỗ đào;
+ Đất sẽ chuyển vị về phía lỗ/hố đào, độ lớn của chuyển vị phụ
thuộc vào chất lượng của hệ kết cấu chống giữ;
+ T
ổng hợp các loại chuyển vị này sẽ làm mặt đất phía bên trên
công trình ho
ặc vùng đất ở lân cận hố đào lún xuống;
+ N
ếu trong vùng ảnh hưởng /phễu lún này có công trình thì công
trình s
ẽ bị biến dạng.
Nguyên nhân gây ra chuy
ển vị vừa nêu thường gồm có :
-
Tác động của sự thay đổi ứng suất trong đất nền;
- Kích thước của lỗ/ hố đào;
-
Các đặc tính của đất;
- Ứng suất nằm ngang ban đầu trong đất;
- Tình trạng nước ngầm và sự biến động của chúng;
- Độ cứng của hệ chống giữ (thanh chống hoặc neo);
- Tác động của việc gia tải trước trong thanh chống và neo;
- Trình t
ự thi công;
- Trình độ thi công;
- v.v
Danh sách này không đưa ra thứ tự ưu tiên cho bất kì nhân tố
nào bởi vì tầm quan trọng của mỗi yếu tố phụ thuộc vào từng công
việc. Có nhiều nghiên cứu đã được công bố nhằm phân tích ảnh

hưởng của từng yếu tố đó đối với công trình ngầm cụ thể, nếu cần,
b
ạn đọc có thể tham khảo trên các tài liệu chuyên ngành có liên
quan.
2. Tính chuyển vị của đất quanh hố đào
Hiện có nhiều phương pháp ước lượng độ lún của đất quanh hố
đào,
ví dụ tham khảo [1]. Dưới đây xin giới thiệu phương pháp mà
Thượ
ng Hải đã dùng và được đưa vào tiêu chuẩn của thành phố này
DBJ-61-97 [2]
để bạn đọc sử dụng vì có sự tương tự về điều kiện
địa chất công trình và địa chất thuỷ văn của Thượng Hải với các
thành ph
ố Hà Nội, Hải phòng hoặc thành phố Hồ Chí Minh của Việt
Nam

Tính độ lún mặt đất quanh hố đào do hạ mực nước dưới đất, do
chuy
ển vị của tường, do trồi đáy hố và do chèn lấp đất ở khe hở
quanh tườ
ng ngoài của công trình.
2.1. Ảnh hưởng môi trường do dò thấm của thân tường
chắn gây ra:
3
1. Lượng lún của đất xung quanh hố đào do dò thấm của bùn cát
k
ẹp không rõ rệt gây ra dự
tính theo công thức (1)
S = P. H

w
/E
1-2
(1)
Trong đó:
S - Lượng lún của đất (m);
H
w
- Chênh cao giữa mặt nước bị hạ với mặt mực nước ngầm ban
đầu, lấy H
w
= h
o
(m);
E
1-2
- Mô đun nén co của tầng đất trong phạm vi độ sâu nước hạ
(kPa);
P- Ứng suất phụ thêm của việc tính lún trong thời gian nước hạ
thấp;
P = H
w
g
v
/4 (kPa) ; g
v
là tỉ trọng của nư
ớc.
2. Dò thấm của nước, cát kẹp sẽ dẫn tới hiện tượng cát chảy, có
thể gây ra sự cố công trình, trước khi đào tầng đất có thể gây ra cát

ch
ảy phải có biện pháp ứng cứu dự phòng đủ tin cậy, tránh gây ra
hiện tượng cát chảy.
2.2. Ảnh hưởng của môi trường do chuyển dịch, biến dạng
của kết cấu tường chắn và trồi lên của đất ở đáy móng.
Chuyển dịch, biến dạng của thân tường chắn và hệ thống chống
đỡ, trồi l
ên của đất ở đáy hố móng làm cho khối đất ở xung quanh
hố móng bị lún, bị biến dạng như hình 2. Có thể tính theo các công
thức sau:
1. Phạm vi ảnh hưởng của đất xung quanh hố đào, ước tính theo
công thức (2):
B
o
= H . tg(45
o
- f/2 ) (2)
Trong đó:
B
o
- Phạm vi ảnh hưởng lún của khối đất (m);
H - Độ sâu của kết cấu tường chắn (m);
f - Góc ma sát trong của đất (
o
), lấy trị bình quân gia quyền theo
độ d
ày các lớp đất trong phạm vi độ sâu H;
2. Trị số lún lớn nhất ở xung quanh hố móng ước tính theo công
thức (3) :
S

max
= V
o
. tg(45
o
- f/2)/h
o
(3)
Trong đó:
S
max
- trị số lún lớn nhất của khối đất (m);
V
o
- lượng tổn thất của đất sau tường (m
3
/m);
V
o
bao gồm 2 bộ phận là tổn thất của khối đất S
w1
do dịch chuyển
và biến dạng của thân tường và sự trồi lên của đất đáy hố móng
4
S
w2
gây ra. S
w1
có thể lấy trị số tính toán biến dạng của chống đỡ và
thân tường hoặc trị số đo thực tế bằng máy đo nghiêng của công

trình cùng loại. S
w2
là đường trồi lên của đất ở đáy hố móng (m
3
/m),
l
ấy theo trị số đo thực tế ở công trình cùng loại hoặc tính theo công
thức (4) :
S
w2
= B
j
(0,5h
o
+ 0,4h
o
2
)/300 (4)
B
j
- Độ rộng hố móng (m) ;
h
o
- Độ sâu hố đào (m).

Hình 2. Biến dạng của khối đất hố đào
3. Phạm vi ảnh hưởng lún nghiêm trọng nhất phía sau tường ước
tính theo công thức (5) :
 
2/452

0
0



tg
h
D
i
(5)

Trong đó:
D
i
- Phạm vi lún nghiêm trọng nhất phía sau tường (m);
4. Độ lún lệch lớn nhất trong phạm vi D
i
ước tính theo công thức
(6):
I
max
= 1.53V
o
tg
2
(45
o
- f/2)/h
o
(6)

Trong đó:
I
max
– Độ lún lẹch lớn nhất trong phạm vi D
i
.
2.3. Hố móng có tường vây bằng cọc bản thép, ảnh hưởng
đối với môi trường xung quanh khi lấp đất v
à khi nhổ cọc bản thép,
có thể ước tính bằng các phương pháp sau đây:
1) Đất lấp
vào hào của đường ống thị chính và khe hở phía ngoài
c
ủa tường ngoài ở cụng trỡnh ngầm tại hố đào, mật độ thường thấp
hơn đất nguy
ên trạng, tổn thất thể tớch đất này tính theo công thức
(7):
5
V
b
= b
o
h
o
(
o
- )
o
(7)
Trong đó:

V
b
- Lượng tổn thất của thể đất mỗi mét dài theo chiều dọc
(m
3
/m);
b
o
- Bề rộng lấp đất (m);

o
. - Mật độ của đất nguyên trạng và đất lấp (kg/cm
3
).
2) Tổn thất khối đất do nhổ cọc bản thép gây ra tính theo công
thức (8):
V
D
= b L (8)
Trong đó:
V
D
- Lượng tổn thất của thể đất mỗi mét dài theo chiều dọc
(m
3
/m);
b- D
ộ dày của cọc bản thép (m);
L - Độ dài của cọc thép tấm (m).
3) Lượng lún lớn nhất ở xung quanh hố đ

ào (V
b
+ V
D
) do nhổ cọc
bản thộp và do chốn lấp đất quanh hố gây ra tính theo công thức
(3), độ lún lệch lớn nhất tính theo công thức (6), phạm vi ảnh
hưởng nghi
êm trọng tính theo công thức (5).
2.4. Lún lệch theo chiều dọc hố móng có thể căn cứ theo
phương pháp nói trên để tính theo phương án đào, khi độ sâu đ
ào
khác nhau ph
ải tính chênh lệch lún.
3. Một số giải phỏp kỹ thuật bảo vệ môi trường quanh hố
đào
Thiết kế đào hố móng phải áp dụng các biện pháp bảo vệ môi
trường xung quanh.
Cú thể tổng hợp cỏc biện phỏp bảo vệ bằng
hỡnh 3 .
6
Hình 3: Một số giải pháp bảo vệ công trình lân cận hố
đào
(theo[3])
Chi tiết hoá hơn những điều trên hình 3 như sau:
3.1. Đối với công tr
ình hố đào có yêu cầu bảo vệ môi trường
không nên dùng điểm giếng hạ nước ở thành ngoài tường vây. K
hi
b

ắt buộc phải dùng thì nờn có các biện pháp bảo vệ như gia cố nền
đất, bơm bù nước và làm màng cách nước
3.2. Bản thân tường vây phải chống thấm tốt, hệ số chống thấm
của thân tường (kể cả chỗ đầu nối) không được lớn hơn 10
-6
cm/s.
Trước khi đào mà phát hiện thân tường chất lượng không đạt yêu
c
ầu thì phải áp dụng biện pháp chống thấm tăng cường như bơm
vữa… Trong khi đào nếu thấy thân tường bị thấm phải kịp thời phân
tích nguyên nhân, bịt kín đường thấm nước.
3.3. Công trình hố móng ở gần kề nhau mà khởi công đồng thời
hoặc khởi công kế tục nhau thì nhất định phải thoả thuận với nhau
trước về tiến độ thi công để xác định công việc trong thiết kế, tránh
gây ra nguy hại cho nhau.
3.4. Hố móng đã bắt đầu vào giai đoạn đào, trong phạm vi bằng
1,5 lần chiều dài của cọc của hố móng ở gần kề không được thi
công cọc đóng bằng búa.
3.5. Công trình móng dùng kiểu cọc đóng bằng búa thì cọc tường
vây (bao gồm cọc trộn xi măng đất, cọc nhồi), không được đồng
thời thi công với cọc. Thời gian gián cách giữa hai loại việc, khi quan
trắc có áp lực nước lỗ rỗng, khống chế độ cố kết của đất không thấp
hơn 80%; khi quan trắc không có áp lực nước lỗ rỗng, đất bột cát
không ít hơn 20 ngày, đất s
ét bùn không ít hơn 30 ngày.
3.6. Khi tiến hành thi công cọc trộn các công trình kiến trúc ở lân
cận hoặc tuyến ống ngầm, phải khống chế chặt chẽ tốc độ nâng đầu
khoan và tỉ lệ nước xi măng và phải căn cứ vào tài liệu giám sát để
điều chỉnh tốc độ thi công v
à bố trí hợp lí trình tự thi công.

3.7. Khi thiết kế yêu cầu, nên áp dụng các biện pháp gia cố nền
hữu hiệu và biện pháp thi công tốt để bảo vệ môi trường xung
quanh như:
1.Gia cố bơm vữa phía sau tường, dưới đáy đường ống và nền nhà
hi
ện có: Bơm vữa phải
làm trước khi đào, độ sâu bơm vữa sau tường phải lớn hơn độ sâu
đào; độ sâu bơ
m vữa dưới đáy ống không được nhỏ hơn 2m; độ sâu
bơm vữa dưới nền nhà không được nhỏ hơn 5m, và phải d
ùng biện
pháp thi công bơm vữa phân tầng từ tr
ên xuống dưới.
7
2. Gia cố bằng bơm vữa đáy hố: Chỉ tiêu và phạm vi gia cố do
thiết kế tính toán lựa chọn. Bề
rộng tối thiểu phải lớn hơn 3m, độ sâu không vượt quá độ sâu của
tường vây, công nghệ bơm phải bảo đảm không có hiện tượng vữa
đùn lên trên, nên dùng công nghệ bơm vữa khe nứt.
3. Gia cố cọc trộn đáy hố: Chỉ tiêu và phạm vi gia cố do thiết kế
tính toán lựa chọn, thông
thường l
à bố trí cọc trộn men theo chân tường, thi công theo cách
kế tiếp, bề rộng gia cố tối thiểu nên lớn hơn 1,2m, độ sâu gia cố
không vượt quá độ sâu của tường v
õy.
4. Bơm vữa đuổi theo trong thời gian đào: Chôn trước ống bơm
vữa ở những vị trí tương ứng
của đường ống quan trọng hoặc công trình kiến trúc cần bảo vệ
rồi bơm vữa trước khi đào hố móng, trong khi đào, căn cứ vào tài

li
ệu quan trắc để bơm vữa đuổi theo khống chế lượng lún, bơm vữa
lần 2 nên dùng kiểu bơm hai vữa.
5. Đổi đỡ móng: Nhà cửa và công trình kiến trúc ở gần hố móng,
dùng cọc rễ cây hoặc cọc
thanh neo nén tĩnh để đỡ móng. Đỡ móng phải làm trước khi đào
móng, độ dài của cọc không nhỏ hơn độ dài của tường vây.
6. Bơm vữa cao áp: Công trình hố móng ở chỗ chật hẹp, dùng
phương pháp bơm vữa cao áp
để gia cố đường ống v
à móng công trình kiến trúc ở xung quanh,
cũng có thể dùng để sửa chữa và gia cố thân tường.
7. Tạo dự ứng lực cho thanh chống: Khi dùng thanh chống bằng
thép, tăng dự ứng lực cho
thanh chống là biện pháp hữu hiệu để giảm bớt biến dạng của đất
sau tường vây, trị số dự ứng lực n
ên lớn hơn lực trục thiết kế 50%.
Tài liệu tham khảo
1. Nguyễn Bá Kế - Xây dựng cống ngầm đô thị theo phương
pháp đào mở
- Nhà Xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2006.
2. DBJ-61-97 :
Shanghai Standard Code for Design of
Excavation Engineering (in Chinese)
3. L.W.Wong; J.S.Yang,R.N.Huang - Building Protection for Deep
Excavation
. Proceeding of
Symposium of Taipei Metropolitan Rapid Transit
Systems,Vol.C,Taipei,1993.
(Nguồn: Tạp chí Người Xây dựng- Tổng hội xây dựng Việt

Nam)
8