Nghiên cứu tính toán tường trong đất trong thi công hầm vượt tại thành phố Nam Định

LVTS31 Nghiên cứu tính toán tường trong đất trong thi công hầm vượt tại thành phố Nam Định Đăng ngày 28082011 09:12:00 AM 450 Lượt xem 258 lượt tải Giá : 0 VND Nghiên cứu tính toán tường trong đất trong thi công hầm vượt tại thành phố Nam Định Hãng sản xuất : Unknown

Trường đại học kiến trúc hà nội

đỗ nhật tân

Nghiên cứu tính toán tường trong đất

trong thi công hầm vượt tại thành phố nam định

luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành: xây dựng dân dụng và công nghiệp

mã số: 60.58.20

Hà Nội 2011

Trường đại học kiến trúc hà nội

đỗ nhật tân

Nghiên cứu tính toán tường trong đất

trong thi công hầm vượt tại thành phố nam định

luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành: xây dựng dân dụng và công nghiệp

mã số: 60.58.20

người hướng dẫn khoa học

gs.ts đỗ như tráng

Hà Nội 2011

Trường đại học kiến trúc hà nội

đỗ nhật tân

Nghiên cứu tính toán tường trong đất

trong thi công hầm vượt tại thành phố nam định

luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành: xây dựng dân dụng và công nghiệp

mã số: 60.58.20

Hà Nội 2010

Lời cam đoan

1.2 Tổng quan về các phương pháp thi công hầm……… 14

1.2.2 Các phương pháp đào hở (lộ thiên) ……… 151.2.3 Một số phương pháp khác thi công công trình ngầm … 21

1.3 Công nghệ xây dựng tường trong đất……………… 241.3.1 Phạm vi áp dụng và các ưu nhược điểm……… 241.3.2 Công nghệ xây dựng tường trong đất………… 26

2.1.1 Tải trọng tác động lên tường trong đất……… 342.1.2 Một số phương pháp tính toán tường trong đất……… 43

2.2 Tính toán tường trong đất bằng phương pháp phần

tường trong đất trong thi công hầmvượt và tính toán kết cấu vỏ hầm vượt 61

3.1 Tính toán tường trong đất trong thi công hầm vượt

với các điều kiện địa chất khu vực TP Nam Định…. 613.1.1 Phân tích kết cấu tường trong đất theo các phương pháp

hiện hành bằng chương trình tính theo ngôn ngữ Matlab… 613.1.2 Phân tích kết cấu tường trong đất theo phương pháp

3.1.3 Phân tích kết cấu tường trong đất bằng phần mềm Plaxis 73

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nước ngầm, chiều dày của

3.2.1 ảnh hưởng của mực nước ngầm đến nội lực trong kết cấu 763.2.2 ảnh hưởng của chiều dày tường đến nội lực trong kết cấu 77

3.3 Tính toán kết cấu vỏ hầm vượt thi công theo phương

pháp tường trong đất trong giai đoạn khai thác……. 813.3.1 Mô hình tính toán kết cấu vỏ hầm vượt thi công theo

phương pháp tường trong đất trong giai đoạn khai thác 813.3.2 Các kết quả tính toán kết cấu vỏ hầm vượt thi công theo

phương pháp tường trong đất trong giai đoạn khai thác 82

Phần phụ lục

1.1 Phân loại hầm 4

3.3 Thông số đầu vào của phần tử thanh chống Strut 643.4 Nội lực kết cấu tường trong đất tính theo Matlab 663.5 Nội lực kết cấu tường trong đất tính theo Plaxis 75

1.10 Thi công đào lộ thiên sử dụng kết cấu chắn giữ bằng

tường trong đất

23

1.11 Sơ đồ công nghệ thi công tường trong đất 27

1.13 Sơ đồ thi công tường liên tục trong đất bằng cọc đào 29

1.15 Tường trong đất lắp ghép theo sơ đồ công nghệ thứ nhất 311.16 Tường trong đất lắp ghép theo sơ đồ công nghệ thứ hai 321.17 Kết cấu hỗn hợp của tường trong đất lắp ghép 332.1 Vòng tròn ứng suất ở điều kiện cân bằng giới hạn 36

2.17 Sơ đồ tính toán phần tử hữu hạn hệ thanh 543.1 Mặt cắt ngang hầm hình hộp mái phẳng có vách ngăn ở giữa 623.2 Sơ đồ tính tường theo ngôn ngữ lập trình Matlab 643.3 Biểu đồ chuyển vị của tường trong đất tính theo Matlab 653.4 Biểu đồ mômen của tường trong đất tính theo Matlab 65

3.6 Sơ đồ tính tường theo phương pháp Sachipana 703.7 Sơ đồ và kết quả tính tường trong đất theo Sachipana 71

3.10 Mô hình tường trong đất bằng phần mềm Plaxis 743.11 Chuyển vị ngang, mômen, lực cắt của tường theo Plaxis 743.12 Quan hệ giữa chuyển vị và mực nước ngầm 76

3.15 Quan hệ giữa chuyển vị và chiều dày tường theo Matlab 783.16 Quan hệ giữa lực cắt và chiều dày tường theo Matlab 793.17 Quan hệ giữa mômen và chiều dày tường theo Matlab 793.18 Quan hệ giữa chuyển vị và chiều dày tường theo Plaxis 803.19 Quan hệ giữa lực cắt và chiều dày tường theo Plaxis 803.20 Quan hệ giữa mômen và chiều dày tường theo Plaxis 813.21 Sơ đồ tính toán hầm vượt trong giai đoạn khai thác 823.22 Biểu đồ mômen, lực dọc của hầm vượt trong giai đoạn

khai thác

823.23 Biểu đồ lực cắt của hầm vượt trong giai đoạn khai thác 83

mở đầu

* Tớnh cấp thiết của đề tài

Do nhu cầu phát triển của kinh tế, hầm vượt và không gian ngầm ngàycàng được quan tâm Tại các thành phố lớn hệ thống tàu điện ngầm đang đượctriển khai xây dựng Một số dự án về hầm vượt đã được triển khai lập dự án,khảo sát và giải phóng mặt bằng Rất nhiều các nhà cao tầng đã và đang xâydựng có từ một đến nhiều tầng hầm Thi công công trình ngầm đô thị ở ViệtNam trong một số năm trở lại đây đã sử dụng nhiều phương pháp thi công hiện

đại như phương pháp khiên đào (TBM- tại hầm dẫn nước công trình Thủy điện

Đại Ninh Tây Nguyên- sẽ sử dụng TBM trong đất yếu, tại các công trình Metrô

ở Hà nội và thành phố HCM), phương pháp hầm dìm để thực hiện xây dựng cáccông trình hầm dưới nước (thi công hầm vượt Thủ Thiêm), sử dụng phươngpháp tường trong đất… Một loạt các dự án xây dựng hầm vượt được nghiên cứutriển khai xây dựng: dự án hầm vượt sông Thủ Thiêm (T.p Hồ Chí Minh), hầmvượt sông Hương (Huế), dự án tàu điện ngầm tại Tp Hà Nội và Tp Hồ ChíMinh, các dự án hầm vượt đường bộ… Trong đó một số dự án đã hoàn thành,một số dự án đang được triển khai

Trong các dự án về hầm vượt đã xây dựng chúng ta chủ yếu thi côngbằng phương pháp đào mở Phương pháp thi công tường trong đất ở Việt Namcho đến nay được sử dụng chủ yếu trong thi công các tầng hầm nhà cao tầng vàcác công trình phục vụ cho giao thông chủ yếu ở các Thành phố lớn Hiện naytrong các dự án hầm vượt đường bộ thường được thiết kế đi ngầm trong đất và

sử dụng phương pháp thi công tường trong đất là chủ yếu Do những ưu điểm

đặc biệt của phương pháp tường trong đất là:

- Thi công được các công trình ngầm có độ sâu lớn

- Thích dụng trong mọi điều kiện địa chất, đặc biệt trong các vùng đấtyếu, mực nước ngầm cao

- Đảm bảo ổn định cho các công trình phụ cận, liền kề, phù hợp sử dụngthi công trong các công trình có điều kiện mặt bằng xây dựng chật hẹp.

- Giảm khối lượng thi công, có thể thi công theo phương pháp ngược(top -down) có lợi cho việc tăng nhanh tốc độ thi công

- Tường vừa có thể dùng làm kết cấu bao che ở độ sâu lớn lại có thể kếthợp làm kết cấu chịu lực (cho các công trình ngầm), làm móng cho công trìnhtrong những điều kiện nhất định

Cho nên việc nghiên cứu áp dụng tường trong đất trong thi công hầm

vượt là cần thiết Đề tài tập trung vào việc nghiên cứu “Nghiên cứu tính toán tường trong đất trong thi công hầm vượt tại Thành phố Nam Định”.

* Mục tiờu đề tài luận văn

- Nghiên cứu và tính toán tường trong đất vào xây dựng công trình hầmvượt ở Việt Nam, áp dụng cụ thể cho hầm vượt dự kiến sẽ được xây dựng tạiThành phố Nam Định

- ứng dụng khảo sát, phân tích sự làm việc của kết cấu cấu tường trong

đất trong thi công công trình hầm vượt với các điều kiện địa chất ở Thành phốNam Định

- Phân tích sự làm việc của kết cấu công trình ngầm thi công theophương pháp tường trong đất, từ các kết quả nghiên cứu có thể đề xuất cáckiến nghị về giải pháp kết cấu hợp lý

* Đối tượng và phạm vi nghiờn cứu

Các công trình hầm vượt ứng dụng công nghệ tường trong đất với điềukiện địa chất tại Thành phố Nam Định

* Nội dung nghiờn cứu của đề tài

Luận văn có ba chương với các nội dung chính như sau

Chương 1: Tổng quan về công trình hầm vượt và các phương pháp thicông hầm vượt Giới thiệu về phương án hầm vượt dự kiến tại Thành phố Nam

Định

Chương 2: Lý thuyết tường trong đất trong thi công công trình hầm vượtChương 3: Phân tích, khảo sát sự làm việc của tường trong đất trong thicông hầm vượt và tính toán kết cấu vỏ hầm vượt.

Kết luận và kiến nghị

* Phương pháp nghiên cứu

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về công trình hầm, các công nghệ thicông hầm đặc biệt là công nghệ tường trong đất trong thi công hầm vượt, kếthợp với các tài liệu thực tế thiết kế và thi công các công trình ngầm tại ViệtNam và tại Hà Nội Tiến hành nghiên cứu phân tích kết cấu tường trong đấttheo quá trình thi công, từ đó đưa ra kiến nghị về lựa chọn mô hình tính toán

* ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Các kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn có thể được sử dụng làm tàiliệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng cho chuyên ngành địa kỹ thuật, thicông và xây dựng công trình ngầm đô thị, là cơ sở khoa học để kiến nghị sửdụng công nghệ ứng dụng tường trong đất trong thi công các hầm vượt tạiThành phố Nam Định và ở những nơi có điều kiện địa chất tương tự

Theo công dụng và những đặc biệt về kết cấu hầm được chia thành cácnhóm và các loại sau:

tiêu, cải tạo đất

- Hầm trên các đường cấp thoát nước

- Hầm để cấp hơi, cấp nhiệt

- Hầm để bố trí mạng lưới thông tin liênlạc, mạng điện và các hệ thống nănglượng khác

4 Hầm trong công nghiệp khai

- Các gara, kho tàng ngầm

- Hầm cho các nhà máy như nhà máy

điện nguyên tử, các nhà máy quốcphòng có ý nghĩa đặc biệt

- Các trung tâm thương mại, nghỉ ngơitrong các thành phố hiện đại

- Các phòng thí nghiệm quan trọng củanền KTQD

6 Theo khu vực xây dựng - Hầm xuyên núi- Hầm đồng bằng

- Hầm trong thành phố1.1.2 Lịch sử xây dựng hầm vượt trên Thế giới

Nguồn gốc của việc xây dựng hầm đầu tiên phải kể đến việc tạo nênnhững hang ngầm từ thời cổ xưa Từ lâu, trước công nguyên ở Babilon, AiCập, Hy Lạp và La Mã công tác xây dựng ngầm được tiến hành để khai tháckhoáng sản, xây dựng các lăng mộ, nhà thờ sau đó đến cấp nước và giaothông Đáng kể hơn là những hầm do người La Mã xây dựng vào mục đíchcấp, thoát nước và giao thông, một số còn giữ nguyên cho đến ngày nay

Vào cuối thời kỳ trung cổ do việc mở rộng quan hệ giữa các dân tộccũng như việc rút ngắn con đường buôn bán người ta đã xây dựng các hầm

đường thủy nối các đường giao thông thủy đang ngăn cách nhau bởi các dãynúi bằng việc sử dụng thuốc nổ đen để phá đá.

Việc xuất hiện đường sắt là nguyên nhân thúc đẩy sự nghiệp phát triểnhầm sau này Hầm đường sắt đầu tiên dài 1190m xây dựng năm 1826-1830 từLiverpool đến Manchester Anh Cũng trong thời kỳ này, hầm đường sắt đượcxây dựng ở Pháp và các nước Châu Âu khác

Sau chiến tranh thế giới lần thứ I, nhịp điệu xây dựng hầm giảm bởi vì

đến thời kỳ này hầu như mạng lưới đường sắt đã hoàn thiện ở các nước Châu

Âu Trong số những hầm xây dựng thời kỳ này có hầm Apenhin B trên tuyếnPhlorece đi Bolona (1920-1931) Đây là hầm đường sắt tuyến đôi dài nhất thếgiới có một ga ở giữa Cũng thời kỳ này (1927) đã kết thúc việc xây dựng hầm

đường thủy Rove dài 7,12Km trên tuyến Marcei-Ron ở Pháp có tiết diệnngang lớn nhất thế giới 24,5x17,1m

Tuyến đường xe điện ngầm ở Luân Đôn vận hành năm 1863 là cáctuyến xe điện ngầm đầu tiên trên thế giới và nó cũng mở đầu thời kỳ xây dựngcác hệ thống xe điện ngầm ở thành phố lớn trên thế giới Đến nay thế giới đã

đưa vào vận hành trên 100 hệ thống xe điện ngầm ở trên 30 nước và cũng

đang thiết kế thi công hơn 30 hệ thống khác

1.1.3 Tổng quan về xây dựng hầm vượt ở Việt Nam

Các công trình ngầm đô thị như hệ thống tàu điện ngầm, bãi đỗ xengầm, hầm vượt đường bộ , cho tới cuối thế kỷ XX vẫn chưa có công trìnhnào được xây dựng ở Việt Nam

Trong những năm đầu thế kỷ XXI và tương lai gần, các công trìnhngầm sẽ xây dựng ở các thành phố lớn có thể kể đến:

* Tại Thành phố Hà Nội:

- Dự án tuyến đường sắt đô thị/tàu điện ngầm (Metro) có hai dự án đang

được thực hiện là: Dự án thí điểm đoạn Nhổn Ga Hà Nội theo hướng đông tây (tuyến số 3) dài khoảng 12,5km trong đó có khoảng 9km đi cao, 4km hầm,

4 ga ngầm Và tuyến 2 theo hướng Bắc Nam (Từ Liêm Nam Thăng Long Thượng Đình), riêng dự án này phân làm 2 tiểu dự án DA1 từ Nam ThăngLong - phố Trần Hưng Đạo và DA2 từ phố Trần Hưng Đạo đến Thượng Đình,

-4 tuyến khác đang nằm trong giai đoạn thiết kế cơ sở

- Công trình ngầm tại nút giao thông: Một trong các giải pháp xây dựng

có hiệu quả khi xây dựng nút giao thông là sử dụng các công trình ngầm tạicác nút giao Các dự án xây dựng hầm bộ hành đã và đang được xây dựng nhưnút Ngã Tư Vọng, nút Kim Liên, nút Ngã Tư Sở, hầm chui và nút giao Trungtâm Hội nghị quốc gia Hiện đã thi công xong hầm chui ngã tư Kim Liên (vànhiều công trình khác) Dùng hệ cột chống đứng, dầm văng/thanh chốngngang và giằng xiên để ổn định hố đào sâu hơn 9m Đáy hố đào được gia cố

và chặn nước ngầm bằng kỹ thuật phụt vữa cao áp

Hình 1.1- Công trình hầm chui ngã tư Kim Liên, Hà Nội tháng 2/2008

- Công trình ngầm vượt sông: Theo điều chỉnh quy hoạch chung của HàNội đến năm 2020 là mở rộng thành phố chủ yếu theo hướng Tây Bắc và TâyNam lấy sông Hồng làm trục đối xứng Việc xây dựng các công trình vượtsông Hồng đang trở thành vấn đề cấp bách, ngoài việc xây dựng các cầu lớnvượt sông Hồng như cầu Thanh Trì, cầu Nhật Tân một số dự án về hầm vượt

sông Hồng cũng đã được đề xuất và trong tương lai việc xây dựng các hầmvượt sông Hồng là rất khả thi.

- Công trình ngầm bãi đỗ xe, công trình ngầm chứa đường dây đườngống kỹ thuật và các loại đường ngầm khác Hà Nội dự kiến xây dựng một sốbãi đỗ xe, khai thác ngầm các điểm dịch vụ thương mại, vệ sinh công cộng

Đã thấy có sự chuẩn bị cho dự án xây gara ôtô ngầm ở vườn hoa Hàng Đậu,nghiên cứu cho sự khai thác không gian ngầm phục vụ mục đích thương mạitại các ga ngầm và các tổ hợp thương mại dọc theo hai tuyến metro đầu tiên số

2 và số 3 nói trên

* Tại Thành phố Hồ Chí Minh:

- Công trình ngầm tại nút giao thông: tại Thành phố Hồ Chí Minh đãlập dự án chuyển 4 nút giao thông cùng mức thành giao thông khác mức bằnghình thức giao chui, bao gồm: nút Nam Kỳ Khởi Nghĩa - Lý Chính Thắng, nút

Điện Biên Phủ - Hai Bà Trưng, nút Xô Viết Nghệ Tĩnh - Cách Mạng ThángTám và nút Quảng trường Dân Chủ

- Công trình ngầm vượt sông: Thành phố Hồ Chí Minh với đặc trưng địahình đồng bằng Nam Bộ nhiều sông rạch, muốn giữ sự độc đáo cảnh quansông nước và môi trường thiên nhiên phải sử dụng rất nhiều công trình vượtsông Một trong những công trình vượt sông đã được xây dựng đó là đườngmới Thủ Thiêm (trong đó có hầm Thủ Thiêm) Công trình này là gói thầu số 4nằm trong dự án xây dựng đại lộ Đông - Tây, có chiều dài khoảng 22km điqua địa bàn 6 quận huyện nối trung tâm thành phố với đô thị mới Thủ Thiêm.Tổng chiều dài của hầm là 1.774m (đường dẫn: 551m, đường hầm có nắp:851m, hầm dìm: 372m) Chiều cao toàn bộ hầm (cả vỏ) là 22,80m Hầm gồm

4 làn xe chạy

- Các tuyến đường sắt đô thị (Metro): Thành phố Hồ Chí Minh đã lập

dự án nghiên cứu tiền khả thi về hệ thống giao thông đô thị bằng phương tiệnbánh sắt trong đó có hệ thống metro khép kín Một số tuyến chính được dự

kiến xây dựng như tuyến số 1 Bến Thành - Suối Tiên dài 19,7km, tuyến số 2

từ ngã tư An Sương - Bến Thành - Thủ Thiêm dài 19km, tuyến số 3 từ Quốc lộ

13 - bến xe Miền Đông - Tân Kiên dài 24km, tuyến số 4 từ Bến Cát - đườngNguyễn văn Linh dài 24km, tuyến số 5 từ cầu Sài Gòn - bến xe Cần Giuộc dài17km và tuyến số 6 từ ngã ba Bà Quẹo - vòng xoay Phú Lâm dài 6km

- Công trình ngầm bãi đỗ xe, công trình ngầm chứa đường dây đườngống kỹ thuật và các loại đường ngầm khác Dự án xây gara ô tô ngầm ở côngviên Tao Đàn, ở góc đường Huyền Trân Công Chúa và Nguyễn Du, bãi đỗ xengầm Lam Sơn, gara ô tô ngầm ở công viên Lê Văn Tám

1.1.4 Giới thiệu về phương án hầm vượt dự kiến tại Thành phố Nam Định

Thành phố Nam Định là trung tâm kinh tế phía Nam đồng bằng sôngHồng nằm giữa 3 tỉnh Thái Bình, Ninh Bình và Hà Nam Thành phố đangphấn đấu xây dựng một thành phố văn minh hiện đại góp phần ngày càng lớnvới cả nước Chính vì vậy, Thành phố Nam Định có sức hấp dẫn rất lớn đối vớicác nhà đầu tư trong và ngoài nước Mạng lưới cơ sở hạ tầng tương đối tốtnhưng quy mô và chất lượng chưa đáp ứng với nhịp độ phát triển kinh tế ngàycàng tăng hiện nay và trong tương lai nhất là khu vực trung tâm Thành phố.Hướng phát triển không gian chủ yếu của Thành phố là về phía Hòa Vượng,Tân An, Lộc Hòa, An Xá (xoay quanh trục quốc lộ 10 hướng từ Hải Phòng -Thái Bình - Nam Định - Ninh Bình) Về hạ tầng cơ sở hoàn chỉnh mạng lướigiao thông vành đai, các trục giao thông ra vào cửa ngõ, giảm bớt ách tắc, giảitỏa các nút giao thông lớn

Theo tài liệu nghiên cứu của Tổng cục địa chất, Thành phố Nam Địnhnằm trong cấu trúc võng địa hào Nó lọt giữa 2 đứt gãy lớn, chạy theo hướngTây Bắc - Đông Nam là đứt gãy sông Hồng Địa tầng Thành phố Nam Địnhgồm 2 phần: Phần dưới là tầng móng bao gồm đất đá cổ có tuổi trước kỉ Đệ tứ.Thành phần thạch học bao gồm phiến thạch sét, phiến thạch mica, sa thạch và

đá vôi Phần trên là tầng phủ khá dày bao gồm các trầm tích mềm dính có tuổi

Đệ tứ Trong đó nền đất phân bố hầu như rộng khắp, phát triển từ bề mặt đến

độ sâu khoảng 20m và có nơi lớn hơn Dưới độ sâu này thường gặp những lớptrầm tích Đệ tứ hệ tầng Vĩnh Phúc thành phần chủ yếu là sét, sét pha trạngthái dẻo mềm đến nửa cứng Mực nước ngầm ổn định ở độ sâu 1,2 1,5m

Thành Phố Nam Định đang chuẩn bị lập dự án chuyển nút giao thôngcùng mức thành giao thông khác mức bằng hình thức giao chui tại nút giao cắtQuốc lộ 10 và đường đi Hà Nội tại xã Tân An – Lộc Hòa Dự kiến hầm chui

được thi công đào hở với việc sử dụng công nghệ tường trong đất làm kết cấuchắn giữ kết hợp làm kết cấu của hầm

Hình 1.2- Nút giao thông giao cắt giữa Quốc lộ 10 và đường đi Hà Nội

tại xã Tân An –Lộc Hòa –TP Nam Định

1.1.4.1 Vị trí nút giao thông hầm vượt tại Thành phố Nam Định

Nút giao thông hầm vượt tại Thành phố Nam Định nằm trong phạm vigiữa trung tâm Thành phố Nam Định và xã Lộc Hòa, là giao cắt giữa trục

đường 10 (Thái Bình – Nam Định – Ninh Bình) và đường đi Hà Nội (từ

trung tâm Thành phố Nam Định đi Hà Nội) Nút giao thông này được coi làmột trong những cửa ngõ chính vào Thành phố.

Nút giao thông hầm vượt tại Thành phố Nam Định thuộc phạm vi củaxã Tân An – Lộc Hòa, xung quanh nút có một số cơ quan, bến xe và khu đôthị mới Hòa Vượng

1.1.4.2 Hiện trạng nút giao thông hầm vượt tại Thành phố Nam Định

Đây nút giao thông cùng mức, được tổ chức giao thông cưỡng bức bằngcác đảo tròn Hiện trạng các đường dẫn vào nút như sau:

- Phía Đông, Tây: Đường đi từ trung tâm Thành phố Nam Định đi HàNội rộng 21m lòng đường rộng 16m được chia làm hai chiều không có sựphân biệt rõ ràng giữa làn xe thô sơ và làn xe cơ giới

- Phía Nam, Bắc: Quốc lộ 10 rộng 36m gồm 4 làn xe cơ giới và 2 làn xethô sơ, ở giữa có dải phân cách trung tâm rộng 3m

Kết quả phân tích năng lực thông hành cho thấy dòng xe chạy thẳnglớn, dòng xe rẽ trái lớn, số lượng các điểm xung đột nhiều Dòng xe rẽ trái từtrung tâm Thành phố Nam Định qua đường 10 đi vào khu công nghiệp HòaXá, cụm công nghiệp An Xá, từ Phủ Lý chạy về Thái Bình thường không chạyvòng qua đảo giao thông theo quy định mà rẽ trái ngay trước nút gây ra tìnhtrạng giao thông lộn xộn cản trở lưu thông của các dòng xe khác, tăng sốlượng các điểm xung đột Tuyến đường sắt chạy song song với đường đi HàNội gây ảnh hưởng lớn đến lưu thông qua nút, đặc biệt là khi có tàu chạy qua

Đây là một trong những nguyên nhân chính gây ùn tắc Việc cải tạo nút giaothông giao cắt giữa quốc lộ 10 và đường đi Hà Nội từ nút giao thông đồng mứcsang khác mức sẽ góp phần giải quyết các khó khăn trên

1.1.4.3 Đặc điểm địa chất tại Thành phố Nam Định liên quan đến việc xâydựng hầm đường bộ

+ Lớp 1: Lớp kết cấu áo đường dày 0.5m

+ Lớp 2: Lớp kết cấu đất đắp dày 1.0m

+ Lớp 3: Lớp đất san lấp, sạn xỉ, gạch vỡ phần dưới là đất sét pha dày 1.5m+ Lớp 4: Đất cát, cát pha màu xám, xám đen, trạng thái dẻo dày 4m

+ Lớp 5: Bùn sét pha màu xám, xám gụ xen kẹp các mạch cát pha dày 1.5m+ Lớp 6: Đất cát, cát pha màu xám, xám đen, trạng thái dẻo dày 4.5m

+ Lớp 7: Bùn sét pha màu xám, xám gụ xen kẹp các mạch cát pha dày 10m+ Lớp 8: Lớp sét pha màu xám, xám gụ xen kẹp các mạch cát pha dày 6.5m+ Lớp 9: Cát hạt mịn màu xám, xám đen dày 10m

Qua thu thập tại hiện trường có thể đi đến một số kết luận và kiến nghịnhư sau: Lớp đất 1, 2, 3 được bóc bỏ khi thi công Lớp 4, 5, 6 là lớp đất khátốt xen kẹp với lớp đất xấu có chiều dày 10m Lớp 7, 8 là lớp đất yếu có chiềudày khá lớn (dày 16.5m) Lớp 9 là lớp đất khá tốt có chiều dày lớn

Từ kết quả tổng hợp phân chia các lớp đất cho thấy lớp đất trên khá tốt,lớp đất giữa rất xấu, phân bố ở độ sâu khoảng trên dưới 30m là lớp đất tốt.Khithiết kế và chọn giải pháp cần xem xét và đánh giá kỹ về điều kiện địa chất đểcông trình được ổn định theo thời gian và đảm bảo hiệu quả kinh tế

1.1.4.4 Phương án mặt cắt cho hầm vượt dự kiến tại Thành phố Nam Định

Trạm bơm nước

M.cắt địa chất

Hình 1.3- Mặt cắt dọc, mặt bằng cho hầm vượt dự kiến tại TP Nam Định

Cống ngầm D1000

Lớp BTAF t = 75mm Lớp phòng nước t = 4mm

Dạng mặt cắt hình hộp chữ nhật mái sườn hai nhịp (có vách ngăn giữa)

- Chiều cao hầm : 6,9m - Chiều dày tường : 1m

- Chiều dày dầm nóc : 1m - Chiều dày dầm đáy : 0,75m

- Chiều dày tường ngăn : 0,5m - Độ dốc dọc trong hầm : 2,5%

- Tĩnh không : 4.5*(2*1.25+2*7+0.5)

Đây là dạng kết cầu phù hợp với phương pháp thi công lộ thiên bằngcông nghệ thi công tường trong đất và phương pháp thông thường ổn địnhvách hố đào bằng cọc cừ có thể là lắp ghép hoặc đổ tại chỗ Nó có ưu điểm là

hệ số sử dụng không gian cao kết hợp với tường trong đất làm tường chịu lực,phương pháp thi công đơn giản, dễ định hình hóa các cấu kiện thi công lắpghép nên khả năng cơ giới hóa cao Nhưng cũng có nhược điểm là khả năngchịu lực kém hơn so với kết cấu vòm, cần phải mở rộng hầm sang một bên để

bố trí các đường ống kỹ thuật (hệ thống cáp điện, hệ thống thông gió, hệ thốngthoát nước…), chiều dày dầm nóc khá lớn do phải chịu tải trọng bên trên tương

đối lớn

gỗ, hoặc bằng vòm thép, khung sườn thép Hệ thống vỏ cuối cùng của đườnghầm là kết cấu gạch đá hoặc bê tông, bê tông cốt thép Đôi khi người ta cũng

sử dụng hệ thống neo và bê tông phun làm kết cấu chống tạm

1.2.1.2 Thi công hầm theo phương pháp NATM

Quan điểm thiết kế và thi công hầm theo các phương pháp thi côngtruyền thống là coi đất đá xung quanh gây ra áp lực tác dụng lên vỏ hầm Vỏhầm khi đó là kết cấu chịu lực chính Vì vậy mà sau khi khai đào xong cầnnhanh chóng xây dựng kết cấu chống đỡ vỏ hầm để chịu sự tác động của đất

đá xung quanh

NATM là phương pháp thi công hầm bao gồm các biện pháp mà việchình thành đất đá xung quanh hầm được liên kết thành kết cấu vòm chống Do

đó, việc liên kết này tự bản thân nó sẽ trở thành một phần của kết cấu chống

đỡ Khi đào hầm sự cân bằng hiện có nguyên thủy của các lực trong khối đá sẽchuyển sang tình trạng cân bằng mới, thứ cấp và cũng ổn định Điều này chỉ

có thể đạt được thông qua sự kế tiếp của các giai đoạn trước mặt cùng với tiếntrình phân bổ các ứng suất đa dạng Mục đích của NATM là kiểm soát đượctiến trình chuyển đổi này trong khi vẫn cân nhắc về mặt kinh tế và vẫn antoàn Phương pháp này thường áp dụng trong điều kiện đất đá tốt Khi đất đáyếu, rời rạc vẫn có thể áp dụng NATM nhưng chi phí tốn kém hơn do phảidùng các phương pháp phụ trợ

1.2.1.3 Phương pháp thi công TBM

Phương pháp thi công TBM là phương pháp thi công bằng máy liên hoàn.Máy đào hầm đầu tiên được Beaumont (người Anh) thiết kế năm 1864 và đưavào chế tạo, sử dụng năm 1881 để đào hầm dưới eo biển English Chanel Tuyvậy máy đào đường hầm thương phẩm chỉ được James S.Robbins đưa vào sửdụng lần đầu ở các mỏ vùng Bắc Mỹ vào năm 1947, cùng khoảng thời gian đónhững máy tương tự cũng được phát triển ở Châu Âu Nếu như ban đầu các máy

đào đường hầm chỉ sử dụng ở những công trình đất đá mềm như cát kết mềm,phiến sét, các mỏ muối thì cho đến nay các máy đào đường hầm có thể sửdụng để đào trong đất đá cứng có độ bền nén đến 300Mpa Phương pháp thicông bằng máy đào đường hầm TBM là một phương pháp thi công hiện đại, tốc

độ thi công nhanh

1.2.2 Các phương pháp đào hở (lộ thiên)

Thi công theo phương pháp đào lộ thiên phức tạp nhất là khâu đào đất,còn công tác thi công kết cấu chính hoàn toàn giống như việc thi công côngtrình nổi trên mặt đất Trình tự thi công đào lộ thiên như sau:

- Đào đất từ trên xuống dưới đến cao độ thiết kế

- Thi công kết cấu chính từ dưới lên trên tương tự công trình nổi

- Đắp trả hố đào và khôi phục lại mặt bằng như trước

1.2.2.1 Đào lộ thiên với mái dốc tự nhiên

Theo phương pháp này trong đất ổn định có độ ẩm tự nhiên và khi cómặt bằng rộng thì có thể đào hầm với mái dốc tự nhiên mà không cần giacường Việc đảm bảo ổn định hố móng chỉ dựa vào khả năng tự ổn định củamái đất tự nhiên (Hình1.5)

Phương pháp này có đặc điểm là thi công nhanh do cơ giới hóa tốt, chấtlượng thi công dễ kiểm soát nhưng khối lượng đất đào lại tăng lên và diện tíchmặt bằng yêu cầu rất lớn do đó không hợp lý với điều kiện đô thị chật hẹp

1.Mỏi dốc tự nhiờn 2.Cụng trỡnh ngầm 3.Cụng trỡnh xõy nổi

Hỡnh1.5- Sơ đồ đào lộ thiờn với mỏi dốc tự nhiờn

1.2.2.2 Đào lộ thiên với hệ gia cường cố định

* Hệ gia cường kiểu công-son:

Trong khu vực đô thị, khi chiều sâu đào lớn và trong điều kiện mặt bằngthi công chật hẹp thì việc mở móng với mái dốc tự nhiên là không khả thi.Ngoài ra cần phải hạn chế khối lượng công tác đào đất nên người ta dùng kếtcấu chịu lực kiểu công-son hạ xuống hố móng sau đó mới tiến hành đào hốmóng Kết cấu này dựa vào độ cứng bản thân và áp lực đất bị động để chốnglại áp lực đất chủ động bên ngoài (Hình1.6)

1.Cụng trỡnh ngầm 2.Cụng trỡnh xõy dựng nổi

3.Kết cấu gia cường vỏch hố đào

Hỡnh1.6- Sơ đồ mở hố đào với hệ gia cường kiểu cong – son

Hệ gia cường kiểu công-son này có thể là cọc gỗ, cọc thép, cọc BTCT,cọc nhồi đặt sít với nhau thành tường chắn tương tự như dạng cọc ván thép

hoặc cách quãng và phun bê tông tùy theo yêu cầu chịu lực Hiện nay người tacòn làm hệ gia cường dạng tường chắn bằng cọc khoan đóng hoặc hạ cọc, cộtBTCT vào lỗ khoan sẵn và sử dụng các panen tường đúc sẵn Hệ gia cườngnày phần lớn lấy lại được sau khi xây dựng xong nhưng hầu như không tậndụng được.

Khi chiều sâu đào lớn, hệ gia cường chịu lực quá lớn và nếu điều kiện

đô thị cho phép mái hố đào có thể được dỡ tải đến mực nước ngầm sau đó mớihạ kết cấu che chắn xuống dưới hố móng và tiến hành đào (hình 1.7a) hoặc cóthể đóng hệ gia cường xuống đến độ cao dưới mực nước ngầm trước, phần cònlại mở móng với mái dốc tự nhiên (hình 1.7b)

1 2

3 B

B1

B1 B

1.Cụng trỡnh ngầm 2.Cụng trỡnh xõy dựng nổi

3.Kết cấu gia cường vỏch hố đào

Hỡnh 1.7- Hệ gia cường kiểu cụng-son cú biện phỏp giảm tải

Kết cấu này có ưu điểm là rất thuận tiện khi thi công đào đất bằng cơgiới hóa dễ đảm bảo chất lượng thi công vì trong hố móng không có chướngngại vật cản trở Tuy nhiên hệ gia cường loại này rất phức tạp khi thi công nó

và tốn kém do chịu lực rất lớn nhất là khi thi công hố móng sâu

*Kết cấu che chắn vây xung quanh:

Khi hố móng sâu, hệ kết cấu gia cường kiểu công-son không còn hợp lýnữa Khi đó người ta tiến hành dùng hệ thanh chống hoặc neo trong đất đểtăng cường cho hệ gia cường loại này

- Hệ thống chống ngang (Hình 1.8): Hệ thống nằm ngang gồm hai loạithanh chống là chống ngang và chống góc Các thanh chống này thường làm

bằng thép hình, thép ống chế tạo thành dạng tăng-đơ để có thể thay đổi chiềudài khi cần thiết điều chỉnh Sau khi thi công kết cấu che chắn xong, tiến hành

đào đất đến cao độ lớp chống ngang thứ nhất thì lắp ghép hệ thống ngang thứnhất; tiếp tục đào đến cao độ lớp 2 và lắp hệ thanh chống thứ hai…lặp lạiphương pháp trên cho đến cao độ đáy móng thì ngưng sau đó thi công kết cấuchính Ưu điểm của hệ thống chống ngang là chuyển vị ngang của tường nhỏ,chiều sâu đào không bị hạn chế nhưng lại khó cơ giới hóa thi công do vướng

hệ thống chống

Thanh văng

Mặt đất Lớp chống 1

Lớp chống 2 Mặt đào

Kết cấu che chắn

Hỡnh 1.8- Sơ đồ kết cấu võy xung quanh và hệ thống chống ngang

- Hệ thống chống xiên (Hình 1.9): Hệ thống chống xiên được sử dụngkhi bề ngang hố móng lớn và hình dạng không đồng nhất Sau khi đóng kết cấugia cường đến cao độ, tiến hành đào hố móng theo phương pháp rãnh trung tâm

đến cao độ đáy móng chống xiên, lắp đặt hệ thống chống xiên một đầu chốngvào kết cấu gia cường và một đầu chống vào khối móng vừa xây dựng xong,sau đó đào khối đất còn lại Khi lắp các thanh chống xiên, lắp thanh ngoài cùngtrước sau đó lắp thanh phía trong rồi mới thi công kết cấu chính

Ưu điểm của loại chống xiên là thi công được ở những địa hình khôngcho phép đào hố móng theo kích thước đồng nhất Tuy nhiên nhược điểm lớnnhất của loại này là chuyển vị ngang của kết cấu gia cường tương đối lớn dễgây lún sụt cho đất bên ngoài hố móng và công trình lân cận do đó chỉ nênhạn chế khi chiều sâu hố móng nhỏ Mặt khác việc thi công khối móng của hệchống xiên phải chia thành từng đợt xen kẽ nhau gây phức tạp

và đoạn neo giữa Đoạn đầu neo liên kết với hệ gia cường qua thanh sườn đểliên kết các phiến của hệ gia cường Đoạn thân neo tính từ sau đầu neo đến hếtphạm vi lăng thể trượt và được bọc bằng ống dẫn nhựa cho phép chuyển dịch

tự do Đoạn neo giữ được bố trí ngoài lăng thể trượt của đất, tùy theo yêu cầuchịu lực mà cốt neo có thể được mở rộng và bơm vữa để tăng lực ma sát neogiữ Trình tự thi công là sau khi hạ kết cấu gia cường đến cao độ, tiến hành

đào đất đến cao độ chôn neo, khoan lỗ, cắm neo vào và bơm vữa vào lỗ neo.Sau 7 ữ 10 ngày tiến hành kéo dự ứng lực và tiếp tục đào hố móng đến cao độhoàn chỉnh, sau đó thi công kết cấu chính Neo trong đất có nhiều ưu điểmnhư đã nêu trên, tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của nó là công nghệ phức tạp,giá thành cao, khó tận dụng và luân chuyển nhiều lần Ngoài ra không nên sửdụng neo khi địa tầng là cát chảy và có nhiều công trình xung quanh dễ gâylún sụt

1.2.2.3 Đào lộ thiên với hệ gia cường di động

Để cơ giới hóa công tác đào, bốc dỡ đất và xây dựng kết cấu chính củahầm đặt nông bằng phương pháp lộ thiên có thể áp dụng hệ thống gia cườngbằng kim loại, có tiết diện hở di động được trong quá trình thi công Hiện nay

ở Nga (Liên Xô cũ) đã chế tạo và sử dụng tổ hợp cơ giới hoàn thiện KMO 2x5với khiên hở như sau:

- Trang bị cho công trường đầy đủ các thiết bị và đường vận chuyển riêng

- Đào một đoạn đường sơ bộ để lắp ghép tổ hợp khiên

- Bố trí tường trụ và di chuyển khiên đầu tiên

- Đào từng đoạn dài 1,5m bằng máy đào gầu nghịch

- Thi công lớp đệm của vỏ hầm

- Vận chuyển các khối đơn nguyên vỏ hầm đến từ phía sau và dùng cẩuchân dê chạy trên ray lắp ghép vào vị trí

- Thi công mối nối giữa các đơn nguyên và lớp cách nước

- Đắp đất và tái lập hiện trạng cho bề mặt trên hầm

Phương pháp sử dụng hệ gia cường di động khắc phục hầu hết cácnhược điểm điểm của các phương pháp trước là:

- Hoàn toàn loại trừ hệ gia cường cố định và sự phức tạp khi thi công

- Giảm khối lượng đào và đắp đất do giảm khe hở giữa hố móng và thành hầm

- Tăng mức độ cơ giới hóa thi công

- Giảm mức độ rung và ồn, giảm biến dạng mặt đất và lún các công trình lân cậnBên cạnh những ưu điểm kể trên, thi công sử dụng khiên hở có nhữngnhược điểm khó tránh khỏi sau:

- Chiều dài của đơn nguyên giới hạn bằng bước của thanh trượt kích khiên

- Lực kích di chuyển khiên rất lớn có thể gây hư hỏng vỏ hầm vì kích tìtrực tiếp lên vỏ hầm đã thi công trước đó

- Khó đảm bảo chất lượng cho lớp đệm móng của dưới đơn nguyên hầm

- Khó khăn khi lắp đặt lại mạng lưới kỹ thuật ngầm (nếu có)

1.2.2.4 Đào lộ thiên có kết cấu chống giữ bằng tường liên tục trong đất

Tường liên tục trong đất chống giữ hố đào được thi công bằng các máy

đào đặc biệt tạo thành các đoạn hào với độ dài nhất định, vách hào trong quátrình thi công được giữ ổn định bằng dung dịch sét bentônít Sau khi tạo đượcmột đoạn hào, tiến hành đặt khung lưới cốt thép đã chế tạo sẵn vào trong đórồi tiến hành đổ bê tông bằng các ống dẫn (như đối với cọc khoan nhồi) Các

đoạn tường được nối với nhau bằng các đầu nối đặc biệt (ống đầu nối, hộp đầunối) tạo thành tường bê tông cốt thép liên tục trong đất Tường liên tục trong

đất được quây lại khép kín theo chu vi hố đào, sau khi đào hố đào có thể bố tríthêm hệ thanh chống hoặc neo để chắn đất, ngăn nước phục vụ thi công côngtrình ngầm trong hố đào Phương pháp này thích hợp cho những hố đào có độsâu từ 10m trở lên, mặt bằng thi công chật hẹp, điều kiện địa chất yếu nhất làtrong các tầng đất không đồng nhất có lẫn cát, cuội hoặc các tầng đá phonghóa không sử dụng được phương pháp cọc hàng Kết cấu tường trong đất cũng

có thể dùng các tấm tường bằng BTCT đúc sẵn Để thi công tường liên lụctrong đất cần có các máy đào chuyên dụng (kiểu gầu ngoạm, kiểu xoay trònhoặc kiểu xung kích); thiết bị bơm tuần hoàn và xử lý dung dịch sét, thiết bịcẩu lắp lưới cốt thép và các tấm tường, hệ thống đường ống để đổ bê tông dướinước Tường liên tục trong đất nếu kết hợp làm kết cấu chịu lực của công trìnhthì hiệu quả kinh tế cao

1.2.3 Một số phương pháp khác thi công công trình ngầm

Ngoài các phương pháp thi công đã nêu trên để thi công công trìnhngầm còn sử dụng một số phương pháp khác như: phương pháp giếng chìm vàgiếng chìm hơi ép; phương pháp hạ đoạn, phương pháp đào dưới nắp…

- Phương pháp giếng chìm và giếng chìm hơi ép: thường dùng để thicông các công trình ngầm dạng gian lớn, các giếng đứng, buồng khiên Theophương pháp này trên mặt đất hoặc trong hố đào nông có nền đặc biệt xâydựng kết cấu của công trình ngầm dạng giếng và hạ dần kết cấu xuống bằng

tác dụng của tải trọng bản thân kết cấu và các tải trọng phụ tăng cường Đểgiảm ma sát giữa thành giếng và đất đá có thể dùng phương pháp xói thủy lựchoặc bơm vữa sét vào khe hở giữa chúng Khi đã hạ giếng xuống cao độ thiết

kế tiến hành bịt đáy và thi công các kết cấu bên trong Trường hợp đất bùn,bão hòa nước, mực nước ngầm cao, áp lực nước ngầm lớn thì sát phần lưỡigiếng có cấu tạo buồng hơi ép làm không gian công tác Trong không giannày hơi ép được bơm vào bằng áp lực thủy tĩnh ở mức lưỡi giếng do đó côngtác đào đất được tiến hành trong điều kiện khô ráo Thi công bằng phươngpháp này khả năng cơ giới hóa hạn chế nên tiến độ chậm, khi đào đất bằngnhân công trong buồng hơi ép thì áp lực hơi ép tối đa khoảng 3,0ữ3,5 atm Dovậy chiều sâu giới hạn của giếng chìm hơi ép là 35ữ40m

- Phương pháp hạ đoạn: Để thi công các công trình ngầm như cáctuynel giao thông, tuynel kỹ thuật dưới đáy sông, biển người ta thường sửdụng phương pháp hạ đoạn Theo phương pháp này từng đốt hầm bằng BTCT

được chế tạo ở trên bờ hoặc các ụ cạn (như khi đóng tàu, thuyền) Sau khi chếtạo các đốt hầm thường có mặt cắt ngang dạng hình tròn hoặc hình chữ nhật

có chiều dài từ vài chục đến hàng trăm mét được hạ thủy, kéo dắt vận chuyển

đến vị trí lắp đặt hạ chìm vào vị trí hố móng đã được đào sẵn Các đoạn hầm

được liên kết với nhau qua mối nối đặc biệt có khả năng ngăn nước Việc hạchìm các đoạn hầm có thể thực hiện theo biện pháp cẩu hạ chìm bằng tàu cẩunổi, cẩu hạ chìm bằng thùng nổi, cẩu hạ chìm bằng sàn tự nâng, cẩu bằng hệdầm gác trên các xà lan hoặc bằng biện pháp kéo hạ chìm Sau khi lắp đặtxong toàn bộ tuyến hầm tiến hành đắp lớp phủ hai bên và nóc hầm Thi côngtheo phương pháp hạ đoạn có thể đẩy nhanh tiến độ thi công

- Phương pháp đào dưới nắp (Top-Down): Phương pháp này ban đầu

được áp dụng để thi công công trình ngầm xuyên qua đường giao thông Ban

đầu, người ta dùng hệ dầm thép trên hệ cọc thép che chắn lát mặt đường đểbảo đảm giao thông và tiến hành đào hố đào bên dưới nắp, sau khi đào đến

đáy hố tiến hành thi công kết cấu công trình ngầm từ dưới lên trên Về sauphương pháp này được phát triển, người ta thay thế hệ cọc thép bằng các kếtcấu chống đỡ khác như cọc khoan nhồi, tường liên tục trong đất, thi công tấmnóc trước sau đó tiến hành đào đất, xây dựng các tường, cột giữa, các sàn tiếptheo, tiếp tục đào đất và thi công theo trình tự như vậy cho đến đáy và hoànchỉnh công trình từ trên xuống (do đó phương pháp này còn gọi là phươngpháp top-down) Thi công dưới nắp có ưu điểm là chuyển vị ngang của kết cấunhỏ, các sàn kết cấu được sử dụng làm hệ chống để thi công đào đất, tiết kiệm

được hệ chống tạm thời Tuy vậy, việc đào vận chuyển đất ra không tiện lợi,các mối nối kết cấu cần phải xử lý nhiều, cần phòng nước và cấu tạo liên kếtmối nối tốt

Hỡnh1.10- Thi cụng đào lộ thiờn sử dụng kết cấu chắn giữ bằng tường trong đất

Ngoài những phương pháp kể trên trong một số trường hợp người ta còn

sử dụng các phương pháp đặc biệt khác để thi công công trình ngầm nhưphương pháp nổ ép bằng mìn buồng trong đất sét, á sét, phương pháp đào hầm

bằng tia nước áp lực cao, phương pháp phá đá bằng súng Trong một số trườnghợp thi công công trình ngầm trong đất đá yếu, bão hòa nước người ta còn sửdụng các biện pháp đặc biệt cải tạo địa tầng trước khi tiến hành đào nhưphương pháp đóng băng đất, gia cố bằng các loại hóa chất, chất kết dính…

1.3 Công nghệ xây dựng tường trong đất [2, 3, 6, 8]

1.3.1 Phạm vi áp dụng và các ưu nhược điểm

Tường trong đất là một bộ phận kết cấu công trình bằng bê tông cốtthép được đúc tại chỗ hoặc lắp ghép, nó là kết cấu dạng tường chắn, vừa có tácdụng chắn giữ và vừa có tác dụng chịu áp lực cho phần công trình ngầm dưới

đất (trong một số trường hợp nó được thiết kế để kết hợp chịu lực cùng với hệthống kết cấu công trình)

a Ưu, nhược điểm

Như ta đã biết các phương pháp thi công công trình ngầm truyền thống

đào lộ thiên, tường cừ chỉ thích hợp khi chiều sâu thi công nhỏ, mực nướcngầm thấp, địa bàn xây dựng rộng chứ không thích hợp khi thi công côngtrình ngầm trong điều kiện chật hẹp ở thành phố Phương pháp hạ giếng cũng

được áp dụng trong thi công hố móng sâu tuy nhiên lại phải tiến hành hạ mựcnước ngầm nhân tạo Và sau đây là một số ưu điểm của công nghệ thi côngtường trong đất:

- Giảm khối lượng thi công, có thể thi công theo phương pháp ngược(top -down) có lợi cho việc tăng nhanh tốc độ thi công, hạ giá thành công trình

- Tường vừa có thể dùng làm kết cấu bao che ở độ sâu lớn lại có thể kếthợp làm kết cấu chịu lực làm móng cho công trình trong điều kiện nhất định.

Bên cạnh những ưu điểm trên, việc sử dụng công nghệ tường trong đấtcòn có nhược điểm sau:

- Thi công theo phương pháp tường trong đất yêu cầu về máy móc,trang thiết bị thi công đồng bộ cao, mỗi loại tường cần có một loại thiết bị thicông phù hợp vì vậy đòi hỏi đầu tư ban đầu lớn

- Mỗi loại kết cấu chỉ phù hợp với một số chiều sâu hố đào và loại địachất nhất định, vì vậy việc lựa chọn kết cấu tường không phù hợp có thể làm

ảnh hưởng rất lớn đến độ an toàn và giá thành thi công

- Việc sử lý bùn thải không những làm tăng chi phí cho công trình màkhi kỹ thuật phân ly bùn không hoàn hảo hoặc sử lý không thỏa đáng sẽ làmcho môi trường bị ô nhiễm

- Do trong quá trình thi công, các lớp đất có kẹp lớp đất cát tơi xốpmềm yếu mà tính chất dung dịch giữ thành không thích hợp hoặc bị biến chấtdẫn đến sụt lở thành làm cho thể tích bê tông thân tường tăng lên đáng kể, mặttường bị lồi lõm, kích thước kết cấu vượt quá giới hạn cho phép

- Công tác kiểm soát chất lượng bê tông trong quá trình thi công gặpnhiều khó khăn

b Phạm vi áp dụng công nghệ tường trong đất

Thực tế xây dựng trên thế giới và ở Việt Nam cho thấy phương pháptường trong đất có thể áp dụng hiệu quả khi xây dựng các loại công trình sau:

- Các công trình dân dụng có phần ngầm như: gara, trung tâm thương mại,kho chứa, rạp chiếu phim Phần ngầm các nhà cao tầng như móng, các tườngchắn kết cấu chắn giữ những tòa nhà được xây gần những công trình có sẵn

- Các công trình công nghiệp như phân xưởng nghiền của nhà máy làmgiàu quặng, các phân xưởng đúc thép liên tục, các hố nhận nguyên liệu, cácphễu để dỡ, chất tải

- Các công trình thủy lợi thu, nhận nước, các trạm bơm

- Các công trình giao thông như hầm giao thông đặt nông, móng trụ cầu

- Các công trình quân sự và công trình dân sự có kết hợp phòng thủ khi

có chiến tranh xảy ra

Thực tế những công trình xây dựng trong các điều kiện dưới đây sẽ cóhiệu quả cao nhất khi sử dụng tường trong đất:

- Trong điều kiện địa chất thủy văn phức tạp, mực nước ngầm cao, nhất

Tường trong đất có thể sử dụng đồng thời làm móng chịu tải trọng phầntrên trong những điều kiện sau:

-Tường tựa trên đá cứng hoặc đất tốt (khi tường có thể làm việc như cột)Tường được xây dựng gần sát liền với móng của những nhà đã có, độbền của những móng này có thể bị phá hoại khi xây dựng các móng cọc đóng.1.3.2 Công nghệ xây dựng tường trong đất

* Nguyên tắc ổn định thành vách hố hoặc hào đào

- Sự ổn định của các vách hố đào hoặc hào đào để lộ không chống đỡ

được bảo toàn nhờ việc nhồi đầy vữa sét (dạng huyền phù) vào hố hoặc hào.Trong suốt quá trình đào hào bằng bất kỳ thiết bị nào (đào hay khoan), hào

đều được chứa đầy vữa sét bentonite – dung dịch có tính chất tự đông lại tốtnhất, đảm bảo ổn định vách hố đào và hào

- Sự tự đông lại của vữa là khả năng đông đặc lại (biến thành keo) vớitrạng thái yên tĩnh một lần nữa nó lại trở thành lỏng do khuấy trộn hoặc do tác

động cơ học Vữa sét có chứa các hạt bị phá hoại của đất (mạt) sau khi được

sử lý lại được đưa trở lại hào

* Kích thước cơ bản của tường trong đất

- Chiều sâu hố đào để bố trí các công trình ngầm thường hạn chế ở30ữ35m Khi xác định chiều sâu tường trong đất cần cố gắng đặt sâu vào tầnggiữ nước, có thể lấy bằng (0,5ữ1,0)m trong đá chặt; (0,75ữ1,5)m trong sét;(1,5ữ2,0)m trong sét và á sét dẻo

- Tường dạng hào dày khoảng (0,2ữ1,0)m; sâu (15ữ20)m hoặc lớn hơn

- Khoảng cách giữa các tường phụ thuộc việc tính toán độ bền và ổn

định của các giằng, thường lấy từ 15ữ20m

* Đặc điểm làm việc và chịu lực của tường

Tường trong đất thường không tựa lên đá hay đất chặt nên không có đủkhả năng chịu lực khi tác dụng lên nó những tải trọng thẳng đứng, do sức bềntrên mặt bên nhỏ nên thường thì một phần tải trọng thẳng đứng được truyềnqua tường xuống đáy và phân bố nó trên một diện không lớn lắm

Khi tường chống giữ hố đào có kích thước lớn, bên trong nó được xâydựng nhà hay công trình thì những tường này được sử dụng để chống hố đào

và là tường ngoài của tầng hầm Tải trọng do nhà được truyền lên móng khôngliên quan đến tường chắn

Khi hố đào có kích thước lớn (>20m), có khoảng cách giữa các tường

đến hàng chục mét thì để đảm bảo ổn định cho các tường, giải pháp đơn giản

là sử dụng các hệ neo kết cấu khác nhau

* Quy trình xây dựng tường trong đất gồm các nội dung cơ bản sau:

Ghi chú:

1- Xây tường định vị

2, 3- Đào hào4- Hạ lồng cốt thép5- Đổ bê tông đốt tường

6, 7- Thi công các mối nối

Hình1.11- Sơ đồ công nghệ thi công tường trong đất

a Công nghệ xây dựng tường trong đất là BTCT toàn khối

Việc xây dựng tường trong đất là BTCT toàn khối về nguyên tắc là có thểthực hiện được theo hai sơ đồ công nghệ là tường dạng hào hoặc tường dạng cọc

b Hào liên tục nhồi từng đoạn

Hướng đào đất

7 6 5

2 3 1

Ghi chú: 1, 2: trình tự thực hiện; 3: chặn đầu

9 7 5 3 1

e Các cọc nối với nhau

8 6 4 2

9 8

3

3 Hướng đào đất

1

a Từ các hào nối với nhau

Hình 1.12- Các dạng tường hào và tường cọc

* Tường liên tục bằng cọc cắt giao nhau

- Sơ đồ công nghệ này được tiến hành trong các trường hợp khi độ ổn

định của vách hào không đảm bảo khi đào hào, khi tường hào chịu tải trọnglớn do công trình lân cận truyền vào

- Trình tự công việc như sau:

+ Khoan các lỗ khoan kề sát nhau cùng với việc sử dụng các ống vách

có các chi tiết đảm bảo sự giao nhau của các vòng tròn tiết diện cọc

+ Đặt cốt thép vào từng lỗ khoan bằng các khoang cốt thép riêng rẽ vàtấm chặn đầu

+ Đổ bê tông từng lỗ khoan bằng phương pháp dịch chuyển ống thẳng đứng+ Rút ống vách ra khỏi lỗ khoan đã đổ đầy hỗn hợp bê tông

+ Làm chặt bê tông bằng đầm sau khi đã rút ống vách

* Tường liên tục bằng cọc đào

- Phương pháp này chỉ thích hợp cho vùng đất không chịu ảnh hưởngcủa nước ngầm và trong điều kiện không có cơ giới Ưu điểm là có thể mởnhiều mũi thi công cùng lúc, dễ đảm bảo chất lượng của cọc, dễ thi công và hạgiá thành nhưng nhược điểm lớn nhất là thời gian thi công kéo dài nhất làkhâu đào đất bằng thủ công

Hình 1.13- Sơ đồ thi công tường liên tục trong đất bằng cọc đào

- Trình tự công việc như sau: Đào đất đến cao độ đáy cọc  Cẩu lắplồng cốt thép vào vị trí  Đổ bê tông  Tiếp tục đào đất giữa hai cọc đã đúc

và đào sạch cả phần bê tông bảo vệ phía trong hai cọc rồi tiến hành cẩu lắplồng thép, đổ bê tông hoàn thiện

* Tường liên tục bằng cọc khoan và xung

- Trước hết tiến hành khoan lỗ dạng răng lược cách nhau một khoảngnhất định trong vữa sét, lắp lồng thép và đổ bê tông cọc Sau đó khoan lỗ giữahai cọc, lắp lồng thép và đổ bê tông cọc hoàn chỉnh hình thành tường liên tụcbằng hàng cọc

- Phương pháp này thích hợp cho vùng đất hẹp, khoảng không thi công

bị hạn chế, địa chất có nhiều đá sỏi lớn thích hợp trong điều kiện không cómáy khoan lớn và giá thành hạ Khuyết điểm của loại tường này là mặt tiếpxúc nhiều, tính toàn khối và chống thấm kém, yêu cầu công nghệ rất chặt chẽ

và tiến độ thi công rất chậm

Hình 1.14- Sơ đồ thi công tường liên tục trong đất bằng cọc khoan và xung

b Xây dựng tường trong đất là BTCT lắp ghép

Tường bê tông, BTCT toàn khối trong đất về nguyên tắc có chất lượngthấp hơn tường trên bề mặt, do đó thường đòi hỏi phải được xử lý thêm (làmsạch, trát hoặc bọc)

Quá trình công nghệ thi công tường trong đất từ những cấu kiện bêtông, BTCT lắp ghép bao gồm: xây dựng tường định vị, đào hào trong vữa sét,

đặt cấu kiện lắp ghép vào hào, toàn khối hóa mối nối giữa các cấu kiện

Hiện nay thường sử dụng bốn sơ đồ công nghệ xây dựng tường lắp ghéptrong đất sau đây:

* Sơ đồ công nghệ thứ nhất

Hào được đào trong vữa đông cứng chậm, rồi đặt các tấm panen vào đó.Mối nối giữa các tấm panen được cấu tạo theo kiểu mối nối tường cừ - tức làmộng lùa kiểu “âm - dương” Mối nối hào dài bằng 2 hoặc 3 panen (cộngthêm 20ữ30cm) Hào cũng có thể đào trong vữa sét thông thường, trước khi hạcác tấm panen vào hào thì vữa sét được thay bằng vữa tam hợp đông kết chậm

Vữa sau khi đông cứng sẽ gia cố các mối nối panen và lấp đầy khoảngtrống giữa panen và vách đất Các tấm panen đặt vào hào được treo vào các xàngang đặt trên mặt tường định vị

b) Kết cấu dạng tấm phẳng

Tường chèn

Vữa trong tường

Đất thiên nhiên

Vữa trong hào Cọc T

Đáy móng

Chèn khe bằng vữa tam hợp

a) Kết cấu dạng cột - tấm

Tường chèn

Hình1.15- Tường trong đất lắp ghép theo sơ đồ công nghệ thứ nhất

Việc xây dựng tường từ các cột tiết diện chữ T hoặc chữ I riêng rẽ chônsâu dưới đáy hố móng và các panen phẳng đặt giữa các cột đến chiều sâu thiết

kế là thể hiện tính đa dạng của các kết cấu xây dựng