Trong các môn học của ngành Xây dựng thì Chuyên đề thi công hố móng sâu là 1 môn học hay, cung cấp cho sinh viên một lượng kiến thức cực kỳ hữu ích. Sau khi học xong môn này sinh viên sẽ được giảng viên phát đề bài làm báo cáo thu hoạch. Tài liệu này sẽ giúp các bạn sinh viên tham khảo để làm báo cáo thu hoạch được tốt hơn đồng thời hiểu rõ hơn về hố móng sâu, một dạng bài toán phức tạp trong xây dựng mà hầu như các bạn sau này hành nghề đều gặp phải .
Trang 1CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG
HỐ MÓNG SÂU
ĐẶC ĐIỂM KHU ĐẤT:
- Cho hố móng: B = 84 m
L = 150 m
MẶT BẰNG:
I TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH:
Công trình có kích thước tương đối lớn 84x150 (m) Mặt bằng công trình trải dài và cách đường là 5m Để thi công phần móng của công trình trên thì điều trước tiên là ta phải tiến hành đào phần hố móng với những đặc điểm về địa chất như sau:
+ Lớp 1 (bùn sét yếu): γ =1.45tấn/m3
c = 0.02 kg / cm2
ϕ=2o
+ Lớp 2 (bùn sét): γ =1.5 tấn/m3
Trang 2c = 0.02 kg / cm2
ϕ =4o
+ Lớp 3 (cát chặt): γ =1.9 tấn/m3
ϕ=25o
- Đào hố móng kích thước lớn trong điều kiện địa chất (đất yếu) như trên rất dễ sinh
ra trượt lở khối đất, mất ổn định hố móng, thân cọc (nếu có) bị chuyển dịch vị trí, đáy hố trồi lên, kết cấu chắn giữ bị dò nước nghiêm trọng hoặc bị chảy đất… làm hư hại hố móng,
uy hiếp nghiêm trọng các công trình xây dựng, các công trình ngầm và các đường ống ở xung quanh… Vì thế vấn đề xử lý phần vách hố đào thẳng đứng được đặt ra hết sức nghiêm túc Ta sẽ đưa ra các phương pháp để giải quyết và lựa chọn giải pháp tối ưu nhất về mặt kĩ thuật cũng như về mặt kinh tế để tiến hành tính toán cụ thể
II ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ VÁCH HỐ ĐÀO:
1 Dùng cừ tràm :
- Với kích thước hố móng là 84x150 (m) và sâu 6m thì dùng tường chắn bằng cừ tràm sẽ rất hao phí, và chiều dài của cừ tràm chỉ từ 3 đến 5 mét không thể đóng xuống để làm vách chắn cho thành hố đào với nền đất rất yếu như thế này cho nên phương án này chắc chắnkhông phù hợp
2 Dùng tường chắn là cừ bê tông cốt thép ứng lực trước:
- Những tấm bêtông cốt thép có kích thước 120x750 (mm) và dài từ 6-8 (m),
bêtông mác 300, thép ứng suất trước, được đóng hay rung ép Cần thi công thêm lớp chống thấm, giá thành tương đối cao Với nền đất rất yếu như trên thì độ sâu chôn cọc sẽ là tương đối lớn nên phương án này cũng không phải là tối ưu
3 Dùng tường cừ vách hố đào bằng gỗ lùa ngang:
- Biện pháp này được sử dụng nhiều do vật tư làm cừ không đòi hỏi chuyên dụng mà là những vật tư phổ biến Máy đóng những dầm I thép hình xuống đất cũng là những máy đóng cọc thông thường Quanh thành hố đào được đóng xuống những thanh dầm I thép hình có độ sâu hơn đáy hố đào khoảng 3~4 mét Những dầm I này đặt cách nhau 1,5
~ 2,0 mét Khi đào đất sâu thì lùa những tấm ván ngang từ dầm I nọ đến dầm I kia, tấm ván để đứng theo chiều cạnh, lùa giữa hai bụng của dầm I Ván được ép mặt tỳ vào cánh của dầm I Khoảng hở giữa ván và cánh kia của dầm I được độn gỗ cho chặt.Giải pháp này rất phụ thuộc vào mức nước trong đất và kết quả không ổn định, rất tạm bợ Chỉ nên sử dụng trong phạm vi công trình nhỏ
4 Dùng tường chắn bằng ximăng trộn đất:
- Trộn cưỡng chế đất với ximăng thành cọc ximăng đất, sau khi đóng rắn lại sẽ thành tường chắn có bản liền khối đạt cường độ nhất định Đây là biện pháp có ý nghĩa kinh tế cao Có thể dùng để thi công trong trường hợp này
5 Dùng ván cừ thép:
- Dùng những tấm cừ thép hình chữ Z hay U, có chiều dày từ 6-16mm, dài 12m, chiều rộng ngang từ 580-670mm Cọc cừ thường được sử dụng nhiều lần, có những công ty chuyên cung cấp hoặc cho thuê cọc cừ đã qua sử dụng nhằm giá thành Hai mép tấm cừ có mộng để khi lùa những tấm cừ lại với nhau lúc đóng xuống đất, mảng cừ có độ khít
Trang 3đến mức nước không thấm qua, không di chuyển được từ phía mặt cừ này sang phía mặt cừ bên kia Tường chắn cừ thép dễ thi công, thời gian nhanh chóng Đây cũng có thể là giải pháp tốt để làm tường vây hố đào
6 Dùng cọc Baret:
- Cọc barét là một loại cọc nhồi, không thi công bằng mũi khoan hình tròn, mà bằng loại gầu ngoạn hình chữ nhật
Tiết diện cọc hình chữ nhật :
+ Chiều rộng từ 0,6 – 1,5m
+ Chiều dài từ 2,0 – 6,0m
- Các loại tiết diện khác tuỳ theo vị trí móng, có thể là chữ thập, chữ T, chữ I, L, Y
- Độ sâu : Tuỳ theo điều kiện tính chất công trình và tải trọng cọc có thể đạt tới độ sâu từ vài chục m đến 100m Thi công tương đối phức tạp và tốn kém Tuy nhiên đây cũng là một trong những giải pháp khả thi
III TÍNH TOÁN SƠ BỘ CÁC GIẢI PHÁP KHẢ THI:
Qua phân tích tổng quan các phương pháp xử lí vách hố đào, ta sẽ chọn ra một số giải pháp mang tính khả thi để tiến hành tính toán và lựa chọn
1 Dùng cọc baret:
- Lớp đất 1 và 2 là lớp đất bùn sét yếu và bùn sét, sức chịu tải rất nhỏ Theo kinh nghiệm nếu ta chôn cọc ở lớp 2 thì cọc sẽ bị trôi tuột xuống do cọc có trọng lượng bản thân lớn, đất không có khả năng chịu tải trọng, ứng suất sinh ra tại mũi cọc lớn Vì thế để đảm bảo về mặt ổn định tổng thể ta cần chôn cọc qua lớp đất tốt thứ 3 ( đất cát chặt ), khi đó chiều dài cọc tương đối lớn ( trên 37m) Giá thành cao, thi công phức tạp, không kinh tế
- Không cần tính toán mà chỉ cần phân tích sơ bộ ta sẽ thấy được ưu nhược điểm của giải pháp này
2 Dùng cọc ximăng đất:
- Lượng ximăng trộn vào: aw = (7% - 20%) trọng lượng đất gia cố Ta chọn là 20%, khi đó:
+ Dung trọng của ximăng đất là: γ = ( 0 , 7 − 2 , 3 ) * γd Ta sẽ gia cố để d
γ
γ =2
+ Góc masát trong: ϕ = 200 − 300
+ Lực dính:c = ( 0 , 2 − 0 , 3 ) qu,
+ Với qu được tra theo biểu đồ thực nghiệm (Hình vẽ ):
Trang 4+ Với aw=20% => qu= 200(KPa)=> c = 0,25x200 = 50KPa = 0,5kg / cm2
- Ta sẽ gia cố khắp diện tích đất phía ngoài bằng cọc ximăng đất ( 5m xung quanh hố đào) Sau khi gia cố ta được một nền đất mới với các đặc tính vật lý như sau:
Trang 5Dùng các số liệu trên dùng làm dữ liệu đầu vào, dùng phần mềm SLOPE/W để kiểm ổn định mái dốc
Sau khi giải ta được hệ số an toàn khi ổn định mái dốc: Kdh= 1.29 < 1.5
Không khả thi
• Kết luận:
+ Ta thấy nền đất thật sự rất yếu nên chỉ đơn thuần dùng một biện pháp sẽ không khả thi Do đó ta phải kết hợp nhiều giải pháp để giải quyết vấn đề vách hố móng này
+ Nền đất quá yếu nên ta phải gia cố đất nền để có thể kết hợp với các giải pháp khác
IV GIẢI PHÁP TỐI ƯU – TÍNH TOÁN CỤ THỂ:
- Sau khi tổng hợp tất cả các yếu tố ta quyết định chọn phương án gia cố nền bằng cọc xi măng đất kết hợp với dùng tường chắn bằng cừ thép ( do tường chắn bằng cừ thép có giá thành thấp và dễ thi công hơn cọc baret)
Trang 6- ẹoỏi vụựi tửụứng cửứ baống theựp ta seừ choùn heọ tửụứng chaộn coự moủun maởt caột lụựn ủoự laứ tửụứng cửứ Lacsen
- Gaàn ủaõy caực haừng cuỷa ẹửực giụựi thieọu vaứo nửụực ta loaùi maựy do Hercules
Grundlogging saỷn xuaỏt ủeồ laứm coùc xi maờng ủaỏt Loaùi naứy coự theồ laứm ủửụùc nhửừng coùc ủaỏt troọn xi maờng ửụựt ủửụứng kớnh 600 mm , saõu bỡnh quaõn 4,4 meựt hay hụn nửừa Thay cho xi maờng ủụn thuaàn, ta coự theồ troọn xi maờng vụựi voõi ủeồ thaứnh coùc voõi - xi maờng vụựi lửụùng hoón hụùp voõi vaứ xi maờng cho 1 meựt saõu cuỷa coùc laứ 26 kg
- Ngoaứi ra Nhaọt Baỷn giụựi thieọu vụựi thũ trửụứng nửụực ta loaùi maựy laứm coùc loaùi naứy laứ TENOCOLUMN Caực chổ tieõu khi sửỷ duùng maựy TENOCOLUMN nhử sau:
Loại đất tại chỗ Lợng ximăng/m3 Tỷ lệ N/X
% Cờng độ mẫuKG/cm2
* Dửùa vaứo nhửừng dửừ lieọu ủaừ coự ta seừ tieỏn haứnh tớnh toaựn cuù theồ:
1 Gia cửụứng ủaỏt baống coùc ximaờng ủaỏt:
- Lửụùng ximaờng troọn vaứo: aw = 17% troùng lửụùng ủaỏt gia coỏ (lửụùng ximaờng duứng cho
1 m3 coùc 226 kg,tổ leọ nửụực trong ximaờng 100% vụựi sửừa ximaờng bụm xuoỏng coùc)
+ Dung troùng cuỷa ximaờng ủaỏt laứ: γ =2.2γd
+ Goực masaựt trong: ϕ=200
+ Lửùc dớnh:c = ( 0 , 2 − 0 , 3 ) qu vụựi qu ủửụùc tra theo bieồu ủoà thửùc nghieọm( Hỡnh treõn ): vụựi aw =17% => qu = 140 (KPa)
=> c = 0,2x140 = 280 KPa = 0,28 kg / cm2
- Choùn dieọn tớch coùc ximaờng: gia cửụứng trong khoan 5m xung quanh hoỏ ủaứo vaứ 10m beõn trong hoỏ ủaứo:
- ẹửụứng kớnh coùc laứ: 600 mm, khoaỷng caựch caực tim coùc laứ 600mm
=> Tổ leọ dieọn tớch coùc trong ủaỏt: 0.785
6 0
* 6 0
* 3 0
* 3
α
Trang 7
2 Tính toán độ sâu chôn cừ Lacsen trong đất (phương pháp cân bằng tĩnh):
Các tham số:
K1
a=tg2(450-ϕ / 2)= tg2(450 – 160/2)= 0.567
K1
p=tg2(450+ϕ / 2)= tg2(450 + 160/2)= 1.761
• Tính tâm quay của cọc:
Hợp lực áp lực chủ động và áp lực bị động tại tâm quay cọc:
1 1
1 1 1
1( h + u ) Ka − 2 c Ka = γ uKp + 2 c Kp
γ
<=> 31.9 x 0.567 x (6 + u) – 2 x 22.4 x 0.5671/2 = 31.9 x 1.761 x u + 2 x 22.4 x 1.7611/2
=> u = 0.403 m < (8.7 – 6) m Vậy tâm quay ở lớp đất 1 , cách mặt đất tự nhiên là:6 + 0.403 = 6.403 m
Khi đó áp lực chủ động bằng áp lực bị động:
Trang 81 1
1 1 1
1(h+u)K a −2c K a =γ uK p +2c K p
Tại vị trí 6m thì giá trị áp lực chủ động sẽ là:
1 1
6γ K a − c K a = 74.8 KN
KN
2
403 0 8 74 2
6 8
=
∑
13 4 47
239
2
1 ) 3
403 0 (6 403 0 8 74 6 3
2 2
6 74.8
=
× +
×
× +
×
×
×
=
Chiều dài cọc :
2
) ( p a
P
K K x
= γ
Cân bằng momen ở đây cọc:
2 ) (
2 x E a x L
<=> 239.47(6.403 + x – 4.13) – 31.9(1.761 – 0.567)x3/6 = 0
<=> x = 7,06 m
Vậy để đảm bảo điều kiện cân bằng tỉnh, chiều dài cọc tối thiểu:
L = h + u + 1,2x = 6 + 0.403+ 1.2 x 7.06 = 14.88 m Chọn chiều dài cọc 15m
3 Chọn loại cừ:
- Momen uốn lớn nằm ở vị trí có lực cắt Q= 0
0 )
( 2
2
=
−
−
∑ P γ Ka Kb mx
K K
P
b a
55 3 ) 567 0 761 1 ( 9 31
47 239 2 )
(
2
=
−
×
=
−
∑ γ
- Vị trí có Mmax cách mặt đất tự nhiên là :6 + 0.403 + 3.55 = 9.953 m
6
) (
) (
3 max
m a b m
x K K a
x l P
Mmax = 239.47(9.953 – 4.13) – [ 31.9(1.761 – 0.567)3.553]/6
= 1111.4 KNm
- Ta cần chọn loại cừ có khả năng chịu momen theo vật liệu bằng với Mmax thiết kế Theo tiêu chuẩn BS 5950, momen kháng uốn theo tiết diện:
FOS
Z P
vl
.
= Trong đó :
Z: Môdun mặt cắt của tiết diện ván cừ
Py: Cường độ thép vật liệu ván cừ FOS: hệ số an toàn (chọn 1,2)
Ta chọn loại cừ lacsen : AU26 theo catalo của công ty PROFILARBEED s.a với các thông số tính toán sau:
Trang 9=> Mvl = =
×
× 1000 2
1
3500 450
1312 KNm > Mmax = 1111.4 KNm Vậy dùng cừ larsen AU26 thoả điều kiện chịu uốn của vách đào
4 Kiểm tra theo điều kiện đất nền:
- Kiểm tra sức chịu tải dưới chân cọc ximăng đất:
Từ kết quả trên ta chọn chiều sâu gia cố đất là 15m
Aùp lực của cọc ximăng đất dưới đế cọc:
2
/ 86 47 19 3
Sức chịu tải của nền dưới chân tường (Lớp đất 2):
tc
R = γ + γ ' + Với lớp 2:ϕ = 40ta tra được các hệ số:
=> R tc =0.06×5×1.5+1,25×15×2.24+3.51×0,2=43,15T /m2
Vậy: Ptc = 47.86 T/m2 < 1,2Rtc = 51.78 T/m2,
=> Thoả điều kiện chịu tải
5 Chọn chiều rộng lớp đất gia cố ximăng đất :
Góc cắt của áp lực chủ động: o 45 16o /2 37o
2
- Ta coi lớp đất quanh cừ Larsen để gia cố cọc ximăng đất là đồng nhất trong tính toán áp lực chủ động và bị động => chiều rộng gia cố là:
) ( 78 6 ) 6 15 ( ) 37
tg
B= o × − = ta chọn chiều rộng gia cố 7m
Trang 106 Kiểm tra theo điều kiện ổn định mái dốc ( dựa trên phần mềm SLOPE/W ):
-Tính toán ổn định tổng thể công trình theo sơ đồ trượt sâu với giả thiết mặt trượt cung tròn
Điều kiện yêu cầu chống trượt được thoả mãn :
nc n mđ Mtr ≤m/kn Mg
Trong đó :
Mtr : tổng momen các lực gây trượt
Mgl : tổng mômen các lực giữ
nc : hệ số tổ hợp tải trọng (chọn 1)
n : hệ số vượt tải ( chọn 1.2)
md: hệ số điều kiện làm việc, xét đến đặc điểm chịu lực thực tế của cấu kiện và một số giả thiết của sơ đồ tính.(chọn 1)
Trang 112 , 1
≥
=
tr
gl
M
M K
Các momen Mgl, Mtr được tính theo công thức sau :
∑
) cos
gi : tổng trọng lượng của các lớp đất, của các cấu kiện công trình và của hoạt tải trong phạm vi lớp đất thứ i
R: bán kính cung trượt
i
α : góc nguyên so với mặt nằm ngang của đường tiếp tuyến với cung trượt ở giao điểm của cung trượt với đường tác động của lực gi , đó cũng là đường thẳng đứng với bán kính R vẽ qua các giao điểm
ri : khoảng cách theo đường nằm ngang từ tâm quay O đến đường tác động của lực
gi
li : chiều dài đoạn cung ở đấy cọc đất thứ i
ϕ và Ci : góc nội ma sát và lực dính ở dãy cọc xi măng đất thứ i.
Qci : lực kháng trượt, tính cho 1 m dài công trình Do sức kháng gẫy của các cọc đóng xuống quá mặt trượt một đoạn sâu tn
Trị số Qci được xác định theo công thức :
Qci = 4MC./(tZ.L)
MC : momen uốn của cọc ở dưới mặt trược, xác định theo 2 điều kiện:
+ Điều kiện độ bền của tiết diện cọc:
Theo tính toán trên, điều kiện này đã thỏa mãn với loại cừ lacsen AU26 của công
ty PROFILARBEED s.a
+ Điều kiện ngàm của cọc dưới mặt trượt một đoạn ( tính sơ bộ ): tz = tn/1.25 Theo công thức:
] 8
) (
[
2
Z c a p C
t L
=
p
δ : áp lực chủ động của cừ bên dưới mặt trượt.
a
δ : áp lực bịû động của cừ bên dưới mặt trượt.
1 1
δ = 31.9×15×0.567 – 2×22.4×0.5671/2 = 237.58 KN
1 1
δ = 31.9× (15 – 6) ×1.761 + 2×22.4×1.7611/2 = 565.3 KN
Lc : chiều dài của đoạn thẳng mà trong phạm vi đó, áp lực chủ động và động sẽ truyền lên cọc
=> MC ≈ [(565.3 – 237.58) × (15 – 6 – 0.403) ×6/2×3/1.25×12]/8 = 2534 KNm
Trong tính toán sẽ lấy giá trị bé nhất trong 2 giá trị tính được:
Mc = min ( 1111,4 ;2534 ) = 1111,4 KNm
- Vì mômen tính toán theo điều kiện bền của tiết diện cừ Lacsen nhỏ hơn so với điều kiện ngàm của cọc dưới mặt trượt một đoạn nên lấy mômen của cọc theo độ bền của tiết diện để tính toán lực kháng trượt của cọc
Trang 12Qci = 4×1111.4/(6/2×3/1.25×1) = 617.4 KN.
Dùng phần mềm SLOPE/W để kiểm tra ổn định mái dốc, ta được kết quả tính toán :
Hệ số an toàn 2.41 >1.5 => thỏa mãn điều kiện
5 Kiểm tra ổn định chống trồi của khối đất ở đáy móng:
- Dùng phương pháp Teraghi-Pech chỉ thích dụng với công trình có hố móng dài và rộng và dài, phương pháp này chưa kể đến hình dạng hố móng cũng như tác dụng hữu ích của tường trong đất có độ chôn sâu nhất định đối với việc chống trồi của đáy hố móng
- Ta dùng phương pháp tính đẩy trồi đáy hố đào khi đồng thời xem xét cả c và ϕ
q 2
q 1
q D H
cN DN
+
=
) (
1
2
γ
γ Trong đó :
D: độ sâu chôn móng cuả tường
Trang 13q: siêu tải của mặt hố móng.
1
γ : trị bình quân của gia quyền của trọng lượng tự nhiên của các lớp đất phía ngoài hố kể từ mặt đất đến đáy tường
2
γ : trị bình quân của gia quyền của trọng lượng tự nhiên của các lớp đất phía ngoài hố kể từ mặt đào đến đáy tường
Nq, Nc: hệ số tính toán khả năng chịu lực giới hạn của đất
Dùng công thức Pradlt, Nq, Nc lần lược là :
=
−
=
−
=
= +
= +
15 6 4 tan
1 ) 1 43 1 ( tan
1 ) 1 (
43 1 )
2 / 4 45 ( tan )
2 45 (
ϕ
qp cp
qp
N N
e e
N
Trong công thức tính K, hệ số an toàn có thể lấy từ (1,2 –> 1,3) vì ta chưa kể đến tác dụng chống trồi lên của cường độ chịu cắt ở mặt bên của tường
) 9 6 ( 475 1
15 6 02 0 43 1 ) 6 15 ( 5
+
× +
×
−
×
=
Trong trường hợp này tường cừ không thể chôn sâu vào đất quá lớn (chôn tới lớp thứ 3 là 37m) , không đem lại hiệu quả kinh tế , phương pháp kĩ thuật không cho phép chôn cừ quá sâu vào lòng đất Để chống trồi đáy hố người dùng phương pháp gia cố đáy hố đào bằng bơm ép xi măng hoặc cọc Trong trường hợp này ta dùng phương pháp bơm phụt
qs
Cu2 Cu3
Cu1
Ca LỚP BƠM PHỤT
Bs B1
B
Công thức xác định :
S s
A U
U U
B q HB
D C D C H C B C K
+
+ +
+
=
1
3 1
1 2
* 7 5
γ
Trong đó :
B1 = 0.7 B = 0.7*84 = 58.8 m là khoảng đất tạo thành bán kính cung trượt phía dưới hố móng
Chọn Bs = 20 m là phần tải trọng ngoài gây lên đất chọn q = 10 kn/m
Trang 14D : Chiều dày lớp bơm phụt , đây là lớp bê tông Ca=2.5 kg/m2
m D
D
D D
k
83 2
) 6 02 0 8 58 2 0 7 5 ( ) 25 1 8 58 6 5 1 ( 5 1 7 2
5 1 25
1 8 58 6 5 1
5 2 2
0 6 2 0 8 58 2 0 7 5
≥
⇔
× +
×
×
−
× +
×
×
×
≥
⇔
≥
× +
×
×
× +
× +
× +
×
×
=
Chọn D = 3m Vậy lớp phụt bêtông chống trồi có độ dày cỡ 3 m
V KẾT LUẬN:
Qua quá trình phân tích và tính toán, ta quyết định dùng phương án gia cố đất nền bằng cọc xi măng đất kết hợp với dùng tường cừ Lacsen AU26 của công ty
PROFILARBEED s.a, đồng thời bơm phụt 1 lớp bêtông chống trồi dày 3m Trong quá trình đào hố móng, ta sẽ đào theo từng phân đoạn ( do mặt bằng công trình lớn ), khi đó áp lực đất chủ động sẽ nhỏ hơn khi tính toán và tường cừ càng đảm bảo tính an toàn