Nghiên cứu giải pháp sử dụng cọc nhồi kết hợp neo đất trong tính toán ổn định hố đào sâu (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN QUÝ CHỨC NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP SỬ DỤNG CỌC NHỒI KẾT HỢP NEO ĐẤT TRONG TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU LUẬN VĂN TH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

NGUYỄN QUÝ CHỨC

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP SỬ DỤNG CỌC NHỒI KẾT HỢP NEO ĐẤT TRONG TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

Hà Nội - 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

NGUYỄN QUÝ CHỨC KHÓA: 2013 - 2015

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP SỬ DỤNG CỌC NHỒI KẾT HỢP NEO ĐẤT TRONG TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGUYỄN NGỌC THANH

Hà Nội - 2015

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với TS Nguyễn Ngọc Thanh đã định hướng khoa học, liên tục quan tâm, tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu và đưa ra nhiều ý kiến quý báu cũng như tạo điều kiện thuận lợi, động viên tác giả trong quá trình thực hiện luận văn

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ Khoa Sau đại học, Khoa Xây dựng và đặc biệt là các thầy, cô giáo giảng dạy Bộ môn Địa

kỹ thuật - Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội cùng các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình trong quá trình hoàn thành luận văn này

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Quý Chức

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Quý Chức

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng, biểu

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU 1

 Lý do chọn đề tài 1

 Mục đích nghiên cứu 2

 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

 Đối tượng nghiên cứu 2

 Phạm vi nghiên cứu 2

 Phương pháp nghiên cứu 2

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

 Cấu trúc luận văn 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH 4

HỐ ĐÀO SÂU 4

1.1 Ổn định hố đào sâu 4

1.2 Phân loại và phạm vi ứng dụng các loại tường chắn đất 5

1.2.1 Phân loại 5

1.2.2 Phạm vi ứng dụng 12

1.3 Tổng quan giải pháp dùng tường cọc kết hợp neo đất 14

1.3.1 Giải pháp dùng tường cọc kết hợp neo đất 14

1.3.2 Thực trạng của giải pháp tường cọc kết hợp neo đất ở Việt Nam 22

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TƯỜNG CỌC KHOAN NHỒI KẾT HỢP NEO ĐẤT 24

2.1 Ứng dụng giải pháp sử dụng tường cọc nhồi kết hợp neo đất trong thi công hố đào sâu 24

2.1.1 Đặc điểm hố đào 24

2.1.2 Đặc điểm địa tầng 28

2.2 Các phương pháp tính toán tường chắn đất 31

2.2.1 Tính toán tường chắn kiểu conson [5] 31

2.2.2 Tính toán tường chắn có một thanh chống/neo [8]: 32

2.2.3 Tính toán tường có nhiều thanh chống/ neo [8]: 34

2.2.4 Phương pháp phần tử hữu hạn tính hệ thanh trên nền đàn hồi [5] 37

2.3 Phương pháp tính toán cọc khoan nhồi kết hợp neo đất 38

2.3.1.Phương pháp lý thuyết 38

2.3.2.Phương pháp phần tử hữu hạn 49

2.3.3 Phân tích so sánh kết quả đạt được từ mô hình hóa 57

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ÁP DỤNG GIẢI PHÁP CỌC NHỒI KẾT HỢP NEO ĐẤT CHO MỘT SỐ CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 61

3.1 Công trình nhiệt điện Mông Dương II 61

3.1.1 Giới thiệu công trình và đặc điểm công trình 61

3.1.2 Điều kiện địa chất 62

3.1.3 Tính toán ổn định hố đào sâu 63

3.1.4 So sánh điều kiện kinh tế kỹ thuật với các giải pháp khác 77

3.2 Công trình Goldmark City - 136 Hồ Tùng Mậu 79

3.2.1 Giới thiệu công trình và đặc điểm công trình 79

3.2.2 Điều kiện địa chất 79

3.2.3 Tính toán ổn định hố đào sâu 80

3.2.4 So sánh điều kiện kinh tế kỹ thuật với các giải pháp khác 85

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

Kết luận 87

Kiến nghị 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tương quan giữa kích thước hố đào với kích thước của tường vây Bảng 1.2 Lựa chọn giải pháp chống đỡ ổn định thành hố đào

Bảng 1.3 Xác định sơ bộ điểm C

Bảng 1.4 Xác định hệ số K

Bảng 1.5 Áp lực đất tác dụng lên tường chắn có nhiều thanh chống/ neo Bảng 2.1 So sánh ưu nhược điểm của một số giải pháp ổn định hố đào Bảng 2.2 Lựa chọn sơ bộ giải pháp ổn định hố đào theo chiều sâu

Bảng 2.3 Tính chất cơ lý cơ bản của đất nền Hà Nội theo phân khu xây

dựng Bảng 2.4 Áp lực đất tác dụng lên tường chắn có nhiều thanh chống/ neo Bảng 2.5 Hệ số mở rộng  của đường kính lỗ khoan trong phần bầu neo Bảng 2.6 Thông số phần tử cọc nhồi

Bảng 2.7 Các thông số lớp đất nền

Bảng 2.8 Thông số phần tử neo

Bảng 3.1 Các thông số của đất nền sử dụng cho mô hình tính toán

Bảng 3.2 Khả năng chịu lực của neo dự án Mông Dương II

Bảng 3.3 Giá trị đặc trưng của hệ tường cọc sử dụng cho mô hình tính

toán Bảng 3.4 Các thông số của neo đất sử dụng trong mô hình tính toán

Bảng 3.5 Giá trị lực kéo trong neo sau giai đoạn 3

Bảng 3.6 Giá trị lực kéo trong neo sau giai đoạn 4

Bảng 3.7 Giá trị lực kéo trong neo sau giai đoạn 5

Bảng 3.8

So sánh sơ bộ các khối lượng sử dụng cho phương án tường liên tục và cọc nhồi kết hợp neo đất

Bảng 3.9 Các thông số của đất nền sử dụng trong tính toán bằng phần

mềm Plaxis Bảng 3.10 Các thông số của cọc nhồi

Bảng 3.11 Các thông số của neo

Bảng 3.12 Khái toán sơ bộ chi phí cho hai phương án ổn định hố đào

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

Số hiệu hình Tên hình

Hình 1.1 Cọc xi măng đất chắn giữ hố đào dạng bức tường

Hình 1.2 Dây chuyền công nghệ cọc trộn dưới sâu [5]

Hình 1.3 Tường chắn bằng ván gỗ kết hợp với thép tiêu chuẩn

Hình 1.4 Tường cừ cọc ván thép

Hình 1.5 Tường cừ bê tông cốt thép dự ứng lực

Hình 1.6 Tường cừ bê tông cốt thép

Hình 1.7 Tường cừ bằng cọc bêtông cốt thép liền kề (PJ Edwards & Co.)

Hình 1.8 Tường gồm các cọc bê tông cài vào nhau (Murphy International

Ltd) Hình 1.9 Công nghệ thi công một đoạn tường trong đất [18]

Hình 1.10 Các dạng tường cọc khoan nhồi

Hình 1.11 Tường cọc liền kề

Hình 1.12 Tường cọc cát tuyến (Secant Pile wall)

Hình 1.13 Máy khoan sử dụng cần khoan CFA

Hình 1.14 Quy trình thi công tường cọc cát tuyến - Secant Pile

Hình 1.15 Tường cọc Secant pile sau khi thi công xong

Hình 1.16 Tường cọc tiếp tuyến (Tangent Pile wall)

Hình 1.17 Cấu tạo cơ bản của neo đất

Hình 1.18 Neo bằng thanh thép cường độ cao

Hình 1.19 Cáp sử dụng neo

Hình 1.20 Cấu tạo cơ bản của neo sợi vĩnh cửu

Hình 1.21 Ảnh thi công neo đất dự án Đà Lạt Center

Hình 1.22 Ảnh thi công neo đất công trình nhiệt điện Mông Dương 2

Hình 1.23 Ảnh thi công neo đất công trình Goldmark City 136 Hồ Tùng Mậu

Số hiệu hình Tên hình

Hình 2.1 Sơ đồ phân khu địa chất công trình Hà Nội

Hình 2.2 Sơ đồ dịch chuyển của cọc bản conson và phân bố áp lực đất Hình 2.3 Các sơ đồ làm việc tường mỏng neo khi độ sâu hạ khác nhau

Hình 2.4 Biểu đồ áp lực bên của đất lên tường chắn có nhiều gối đỡ / neo

theo Terzaghi Hình 2.5 Sơ đồ tính toán trụ cứng nhiều nhịp như dầm liên tục

Hình 2.6 Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Terzaghi và Peck

Hình 2.7 Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất cát

Hình 2.8 Biểu đồ áp lực đất biểu kiến cho đất sét trạng thái nửa cứng đến

cứng Hình 2.9 Tính toán lực neo cho một tầng neo

Hình 2.10 Tính toán lực neo cho tường có nhiều tầng neo

Hình 2.11 Khoảng cách yêu cầu neo theo phương đứng và phương ngang

Hình 2.12 Ma sát đơn vị dự kiến qs giữa đất nền và bầu neo theo kết quả thí

nghiệm hiện trường Hình 2.13 Giao diện phần mềm Plaxis 8.5

Hình 2.14 Chương trình tính Plaxis Calculation

Hình 2.15 Giao diện phần mềm Geo 5 – Sheeting Check

Hình 2.16 Thông số lớp đất nền trong phần mềm Plaxis

Hình 2.17 Mô hình bài toán bằng phần mềm Plaxix 8.5

Hình 2.18 Kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxix 8.5

Hình 2.19 Sơ đồ tính toán bằng phần mềm Geo 5

Hình 2.20 Kết quả tính toán bằng phần mềm Geo 5

Hình 3.1 Mặt bằng kích thước khu vực thi công hố đào

Hình 3.2 Sơ đồ bố trí neo cọc nhồi dự án Mông Dương II

Hình 3.3 Mặt bằng bố trí hệ cọc xi măng đất xen kẽ cọc nhồi

Số hiệu hình Tên hình

Hình 3.4 Mặt cắt bố trí neo dự án Mông Dương II

Hình 3.5 Thi công tường dẫn và hệ tường cọc; đào đất đến cốt -1.4m

Hình 3.6 So sánh nội lực và chuyển vị của tường cọc sau khi kết thúc giai

đoạn 1 và giai đoạn 2 Hình 3.7 Giai đoạn thi công 2- Thi công tầng neo thứ nhất

Hình 3.8 Giai đoạn thi công 3- Đào đất đến cốt -5,4m

Hình 3.9 So sánh nội lực và chuyển vị của tường cọc sau khi kết thúc giai

đoạn 2 và giai đoạn 3 Hình 3.10 Giai đoạn thi công 4 - Thi công tầng neo thứ 2 tại cốt -4.9m

Hình 3.11 So sánh nội lực và chuyển vị của tường cọc sau khi kết thúc giai

đoạn 3 và giai đoạn 4 Hình 3.12 Giai đoạn thi công 5

Hình 3.13 So sánh nội lực và chuyển vị của tường cọc sau khi kết thúc giai

đoạn 4 và giai đoạn 5 Hình 3.14 Thiết bị thu dữ liệu cầm tay

Hình 3.15 Cáp dữ liệu và đầu dò đo độ nghiêng

Hình 3.16 Mặt bằng bố trí quan trắc và thiết bị đo độ nghiêng

Hình 3.17 So sánh chuyển vị ngang của tường cọc giữa kết quả phân tích

bằng phần mềm Plaxis và quan trắc trong thực tế Hình 3.18 Mặt bằng bố trí neo khu vực hố đào dự án Goldmark City

Hình 3.19 Sơ đồ bố trí neo cho hố đào Goldmark City

Hình 3.20 Thi công tường cọc liền kề ngoài công trường

Hình 3.21 Giai đoạn thi công 1 - Thi công tường + tải trọng

Hình 3.22 Giai đoạn thi công 2 - Đào đất đến cốt -5.0m

Hình 3.23 Giai đoạn thi công 3 - Thi công neo ở cốt -4.5m

Hình 3.24 Giai đoạn thi công 4 - Đào đất đến cốt -9.2m

Hình 3.25 So sánh chuyển vị ngang của tường cọc tính bằng Plaxis và quan trắc thực tế

1

MỞ ĐẦU

 Lý do chọn đề tài

Trong sự phát triển ngành xây dựng hiện nay, việc thiết kế và thi công các công trình ngầm, hố đào sâu là một xu thế tất yếu Nó giải quyết được vấn đề tiết kiệm quỹ đất, giá thành cũng như tăng cường các tính mỹ quan, giảm tác động tới môi trường Đến nay, hầu hết các công trình cao tầng đều có tầng hầm với độ sâu khác nhau, bên cạnh đó chúng ta còn đang và tiếp tục xây dựng các công trình hạ tầng giao thông cũng như các công trình xây dựng công nghiệp nơi mà ổn định hố đào sâu là một trong những yêu cầu bắt buộc Để ổn định hố đào sâu chúng ta có rất nhiều biện pháp thông dụng như: sử dụng các dải cọc đất xi măng, tường cừ thép,

cừ bê tông cốt thép, cừ BTCT dự ứng lực, tường bê tông cốt thép, tường bê tông cốt thép liên tục trong đất… Những biện pháp này có thể lựa chọn không cần kết hợp với các dạng chống đỡ khác (tường conson) hoặc phải kết hợp với các giải pháp chống đỡ khác như biện pháp top down, semi top down, hệ văng chống hay bằng neo đất để tạo được sự ổn định của hố đào sâu

Mỗi giải pháp đều có những ưu điểm, nhược điểm nhất định phụ thuộc vào điều kiện địa hình, địa tầng, khu vực xây dựng và chiều sâu hố đào khác nhau

Giải pháp tường cọc nhồi là một trong những giải pháp khá hữu hiệu trong thi công hố đào khi nó cho phép giải quyết các nhược điểm chính của cọc cừ thép cũng như tường BTCT liên tục nhờ sự linh hoạt, thuận lợi, và có hiệu quả kinh tế cao Tùy vào điều kiện địa tầng và chiều sâu hố đào mà chúng ta có thể lựa chọn các loại cọc nhồi với các đường kính lớn nhỏ khác nhau

Giải pháp chống đỡ bằng neo đất được xem là giải pháp tối ưu khi mặt bằng công trình xây dựng rộng lớn và điều kiện địa tầng phù hợp với các lớp đất tốt và khá tốt Việc sử dụng neo đất sẽ cho phép tiết kiệm chi phí tối đa và tăng nhanh được tiến độ thi công do không gian hố đào không bị cản trở

Chính vì thế, giải pháp cọc nhồi kết hợp neo đất là một trong những giải pháp hữu hiệu và có hiệu quả kinh tế cao trong thi công hố đào sâu trong những điều kiện địa tầng và mặt bằng công trình cho phép Để có được cái nhìn chi tiết cụ

2

thể hơn về phương pháp tính toán, khả năng ứng dụng giải pháp chống đỡ này trong các điều kiện địa chất của Hà Nội nói riêng và cả nước nói chung, trong nội dung

luận văn này tác giả trình bày “Nghiên cứu giải pháp sử dụng cọc nhồi kết hợp

neo đất trong tính toán ổn định hố đào sâu”

 Mục đích nghiên cứu

Các giải pháp ổn định hố đào sâu

Khả năng ứng dụng, phương pháp tính toán cọc nhồi kết hợp neo đất trong tính toán ổn định hố đào sâu

 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nắm được các giải pháp ổn định hố đào sâu, ưu nhược điểm của các giải pháp

- Làm rõ được việc tính toán thiết kế neo đất

- Làm rõ được giải pháp ổn định hố đào sâu bằng cọc nhồi kết hợp neo với những nội dung chủ yếu như cách tính toán, kiểm tra hệ thống cọc nhồi kết hợp neo đất

 Đối tượng nghiên cứu

- Hố đào sâu

- Cọc khoan nhồi, neo đất

- Điều kiện địa tầng

 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi luận văn giới hạn trong khuôn khổ các nghiên cứu ứng dụng, tính toán cọc khoan nhồi kết hợp neo đất trong hố đào sâu; không nghiên cứu giải pháp thi công Trên cơ sở đó so sánh về yếu tố kinh tế - kỹ thuật với các giải pháp khác như tường cừ thép hay tường BTCT

 Phương pháp nghiên cứu

o Phương pháp lý thuyết

o Phương pháp tổng hợp tính toán, so sánh và phân tích

o Dựa các thực nghiệm

3

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

o Giúp mọi người có cái nhìn tổng quát về việc sử dụng công nghệ neo đất

và khả năng áp dụng tường cọc nhồi trong thi công hố đào sâu

o Góp phần vào việc chỉ rõ được ưu nhược điểm và khả năng áp dụng của giải pháp cọc nhồi kết hợp neo trong thi công hố đào trong điều kiện địa tầng Hà Nội nói riêng và cả nước nói chung

o Làm cơ sở lựa chọn phương án chống đỡ hợp lý khi thi công hố đào sâu

o Làm tài liệu chuyên ngành cho kỹ sư

 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn có phần nội dung bao gồm ba chương:

Chương 1: Tổng quan về các giải pháp ổn định hố đào sâu

Chương 2: Ứng dụng và các phương pháp tính toán cọc khoan nhồi kết hợp neo đất

Chương 3: Tính toán áp dụng giải pháp cọc nhồi kết hợp neo đất cho một số công trình thực tế

THÔNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

Các nghiên cứu chính của luận văn đã được đề cập đến vấn đề chính sau đây:

- Trình bày tổng quan các giải pháp tường chắn ổn định hố đào và giải pháp cọc khoan nhồi kết hợp neo đất ở Việt Nam và trên thế giới

- Phân tích được phạm vi ứng dụng cọc khoan nhồi kết hợp neo đất với hố đào sâu và địa tầng khác nhau tại khu vực Hà Nội

- Chỉ ra phương pháp tính toán tường chắn đất nói chung và tường cọc khoan nhồi kết hợp với neo đất nói riêng

- Các kết quả tính toán từ mô hình số 2D bằng phần mềm Plaxis đã chỉ ra các

xu hướng chuyển dịch của tường khá tương đồng với các kết quả quan trắc, tuy còn

có sự khác biệt đáng kể nhưng kết quả có thể chấp nhận được

- Với việc sử dụng cọc khoan nhồi kết hợp neo đất hoặc cọc khoan nhồi đường kính nhỏ kết hợp neo đất cho phép đẩy nhanh tiến độ, giảm ảnh hưởng đến công trình lân cận và đây là một trong những giải pháp hữu hiệu nếu điều kiện đất nền cho phép

- Tường cọc khoan nhồi đường kính nhỏ D300-600mm liền kề khá phù hợp với hố đào sâu từ 610m nhất là các công trình xây chen trong thành phố và với các điều kiện địa tầng mà mực nước ngầm thấp hơn đáy hố đào

- Thi công neo đất nên thi công theo kỹ thuật bơm vữa 2 lần với việc sử dụng ống bơm vữa bằng TAM và Double Packer có thể làm tăng được sức chịu tải của neo lên đáng kể (khoảng 2 lần) so với phương pháp thông thường

Kiến nghị

- Để giải quyết bài toán hố đào sâu sát thực tế hơn ta cần phải sử dụng mô hình đất nền phù hợp với bài toán hố đào nơi mà có sự giảm ứng suất theo phương ngang, chúng ta có thể sử dụng mô hình tiên tiến hơn có kể đến đường dỡ tải của đất

- Cần có các nghiên cứu chuyên sâu hơn nữa về địa tầng, phân chia địa tầng

và kích thước hố đào để làm cơ sở cho việc áp dụng giải pháp này