NGUYỄN TIẾN LONGNGHIÊN CỨU ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2017 BỘ
Trang 1NGUYỄN TIẾN LONG
NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH
HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
Hà Nội - 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-
Trang 2NGUYỄN TIẾN LONG KHÓA: 2015-2017
NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH
HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số : 60.58.02.08
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN ĐỨC NGUÔN
Hà Nội - 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-
Trang 3LỜI CẢM ƠN Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, các cán bộ Khoa sau đại học, Khoa Xây dựng và đặc biệt là các thầy, cô giáo giảng dạy Bộ môn các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình trong suốt quá trình học tập chương trình cao học Tác giả cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành sâu sắc đến Giáo viên hướng dẫn – PGS.TS Nguyễn Đức Nguôn đã tận tình giúp
đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu và động viên tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận văn này
Quá trình thực hiện luận văn diễn ra trong một thời gian ngắn, mặc dù bản thân tôi đã rất cố gắng, song không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong được sự quan tâm góp ý của quý thầy cô, các đồng nghiệp để tôi có thể hoàn thiện hơn về kiến thức và có bước nghiên cứu bổ sung phát triển
Xin chân thành cảm ơn./
Hà Nội, ngày tháng năm 2017
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Nguyễn Tiến Long
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ 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 Tiến Long
Trang 5MỤC LỤC Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Danh mục các bảng, biểu
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài 1
Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1
Phương pháp nghiên cứu 2
Ý nghĩa thực tiễn của luận văn 2
Kết cấu nội dung luận văn 2
NỘI DUNG LUẬN VĂN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU 3
1.1 Tình hình xây dựng tầng hầm và hệ chống đỡ vách hố đào sâu 3
1.2 Các giải pháp chống đỡ vách hố đào sâu 4
1.2.1 Giữ ổn định hố đào bằng dãy cọc xi măng đất 4
1.2.2 Giữ ổn định hố đào bằng tường cừ, cọc cừ 6
a) Tường cừ gỗ 6
b) Tường cừ thép 6
c) Tường cừ bê tông 8
1.2.3 Giữ ổn định vách hố đào bằng hệ giằng chống 10
1.2.4 Giữ ổn định vách hố đào bằng tường Barrette .11
1.2.5 Giữ ổn định vách hố đào bằng các tấm panel BTCT lắp ghép .13
1.2.6 Giữ ổn định vách hố đào bằng hệ khung, dầm .16
1.2.7 Giữ ổn định vách hố đào bằng neo .17
1.2.8 Giữ ổn định vách hố đào bằng kết cấu công trình .20
1.3 Giải pháp chống đỡ vách hố đào sâu bằng cọc BTCT .22
Trang 6CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ
VÁCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN 28
2.1 Cấu tạo hệ chống đỡ vách hố đào sâu 28
2.1.1 Cơ sở lựa chọn hình dạng kích thước, cấu tạo cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước trong quá trình thi công .28
2.1.2 Vật liệu làm cọc BTCT 29
2.1.3 Giải pháp cấu tạo mối nối .31
a Mối nối ngang 31
b Mối nối dọc 32
c Nguyên tắc bố trí mối nối dọc 33
2.2 Tính toán hệ chống đỡ hố đào sâu bằng cọc BTCT .35
2.2.1 Tính toán hệ chống đỡ hố đào sâu dạng công xơn .35
2.2.2 Tính toán hệ chống đỡ hố đào sâu có 1 thanh chống .36
2.2.3 Tính toán hệ chống đỡ trong quá trình khai thác công trình .41
2.2.4 Tính toán bằng phương pháp Sachipana .45
2.2.5 Phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng phần mềm plaxis .48
2.3 Giải pháp hệ chống đỡ hố đào sâu bằng cọc BTCT .50
2.3.1 Công tác tổ chức thi công .50
a Công tác chuẩn bị hệ thống điện, nước phục vụ thi công .50
b Công tác chuẩn bị các thiết bị và vật tư phục vụ thi công .50
c Thiết bị thi công ép cọc 51
d Công tác chuẩn bị vật tư, vật liệu 55
2.3.2 Trình tự thi công .56
a Thiết bị kiểm tra hiện trường .56
b Công tác sản xuất cọc BTCT ứng suất trước .56
c Thi công hạ cọc .57
d Thi công dầm bo đầu cọc BTCT .66
e Thi công hệ chống đỡ, ổn định cọc .66
f Giải pháp chống thấm cho tường cọc BTCT ứng suất trước 67
Trang 72.4 Các sự cố thường gặp .68
2.4.1 Trong quá trình thi công .68
2.4.2 Giải pháp phòng tránh trong quá trình thi công 70
2.5 Các biện pháp khắc phục rủi do trong quá trình thi công 71
2.5.1 Các rủi ro xảy ra trong thi công 71
2.5.2 Các biện pháp khắc phục 75
2.6 Phạm vi áp dụng 75
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN 77
3.1 Đặc điểm, vị trí công trình 77
3.2 Điều kiện địa chất công trình 77
3.3 Lựa chọn loại cọc BTCT ứng suất trước 79
3.4 Giải pháp kết cấu 80
3.5 Tính toán và so sánh tường Barette cùng chiều dày 81
3.6 Đề xuất quy trình thi công hệ chống đỡ vách hố đào sâu bằng cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước 94
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 100
Kiến nghị 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 8DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Tên đầy đủ
BTCT Bê tông cốt thép
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
Trang 9DANH MỤC HÌNH VẼ
Số hiệu
Trang
Hình 1.1 Công trình sử dụng cọc xi măng đất 5 Hình 1.2 Một số loại cừ thép 7 Hình 1.3 Tường cừ thép Larsen 8 Hình 1.4 Tường cừ bê tông cốt thép ứng suất trước 9 Hình 1.5 Kè chắn thành hố đào (a); một số sơ đồ cấu tạo hệ thanh
chống (b); và mặt cắt thanh chống (c) 10 Hình 1.6 Quá trình thi công tường Barette 12 Hình 1.7 Sơ đồ thi công tường từ các tấm panels BTCT lắp ghép 14 Hình 1.8 Hệ dầm, khung chống vách cho hố đào sâu và rộng 17 Hình 1.9 Sử dụng neo kết hợp chống gia cố hố đào sâu 18 Hình 1.10 Chi tiết đầu neo 19 Hình 1.11 Công trình sử dụng neo trong đất 19 Hình 1.12 Biện pháp thi công từ trên xuống ( Top - down) 21 Hình 1.13 Một số hình dạng mặt cắt ngang cọc bản BTCT ứng suất
Hình 1.14 Cọc ván BTCT ứng suất trước 26 Hình 1.15 Cọc cừ Xuân Mai BTCT ứng suất trướchình chữ T 26 Hình 1.16 Cọc BTCT ứng suất trước hình chữ SH 27 Hình 2.1 Chi tiết cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước 29 Hình 2.2 Mặt cắt ngang tường cọc sau khi đã thi công 29 Hình 2.3 Các kiểu khớp nối âm dương (a) và khớp nối kín nước (b) 32 Hình 2.4 Phương án nối cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước 33 Hình 2.5 Vị trí có thể nối cọc 33 Hình 2.6 Sơ đồ bao mô men 35 Hình 2.7 Sơ đồ dịch chuyển cọc conson và phân bố áp lực đất 36 Hình 2.8 Sơ đồ làm việc cọc chân tựa tự do - một chống/ neo 38 Hình 2.9 Sơ đồ làm việc cọc ngàm - một chống/ neo 39 Hình 2.10 Sơ đồ tính toán theo mô hình dầm thay thế 40 Hình 2.11 Biểu đồ áp lực bên của đất lên cọc chắn có nhiều thanh
chống/ neo theo Terxaghi 42 Hình 2.12 Sơ đồ tính toán cọc nhiều nhịp như dầm liên tục 43 Hình 2.13 Chuyển dịch của thân tường sau lần đào 45 Hình 2.14 Sơ đồ tính toán theo phương pháp Sachipana 46 Hình 2.15 Máy ép cọc robot 51
Trang 10Số hiệu
Trang
Hình 2.16 Máy ép cọc robot thủy lực 240 Tấn 52 Hình 2.17 Chân chống 52 Hình 2.18 Hộp kẹp ống 53 Hình 2.19 Ray dẫn hướng di chuyển 54 Hình 2.20 Giá đỡ 54 Hình 2.21 Một số sơ đồ đóng cọc 57 Hình 2.22 Công nghệ đóng cọc 58 Hình 2.23 Thi công đóng cọc bê tông tại Cảng cá Phú Lạc 60 Hình 2.24 Máy ép cọc robot tự hành 64 Hình 2.25 Thi công khoan dẫn cọc 65 Hình 2.26 Tường cọc sau khi thi công dầm bo xong 66 Hình 2.27 Sử dụng sàn tầng hầm chống đỡ tường cọc BTCT ứng suất
Hình 2.28 Thi công bê tông phung khô cho tường tầng hầm bằng cọc
BTCT ứng suất trước 68 Hình 2.29 Mặt cắt ngang của tường cọc 68 Hình 2.30 Sự quan hệ giữa chuyển vị của cọc BTCT ứng suất trước và
hư hỏng công trình lân cận 72 Hình 2.31 Dòng chảy của nước ngầm vào hố đào 74 Hình 2.32 Hạ mực nước trong hố móng làm cho đất ở xung quanh hố
bị lún không đều 74 Hình 3.1 Cấu tạo chi tiết 79 Hình 3.2 Bố trí cốt thép 79 Hình 3.3 Mặt cắt tầng hầm 80 Hình 3.4 Mặt bằng tường tầng hầm 82 Hình 3.5 Sơ đồ tính toán của mô hình cọc BTCT ứng suất trước trong
chương trình Plaxis 83 Hình 3.6 Lưới biến dạng giai đoạn cuối cọc BTCT ứng suất trước 85 Hình 3.7 Sơ đồ tính toán của mô hình tường Barette trong chương
trình Plaxis 88 Hình 3.8 Lưới biến dạng giai đoạn cuối tường Barette 90 Hình 3.9 Sơ đồ đề xuất quy trình thi công cọc BTCT đúc sẵn ứng suất
Trang 11DANH MỤC BẢNG
Số hiệu
Trang
Bảng 1.1 Đặc trưng kỹ thuật một số loại cọc cừ thép thông dụng 7 Bảng 2.1 Cường độ dọc trục theo TCVN 5574 - 2012 30 Bảng 2.2 Bảng chỉ tiêu cọc bản BTCT ứng suất trước của Nhật Bản 30 Bảng 2.3 Kết quả nội lực của cọc BTCT ứng suất trước 34 Bảng 2.4 Các chỉ số của đất 41 Bảng 2.5 Áp lực đất tác dụng lên cọc chán có nhiều thanh chống/neo 42 Bảng 2.6 Thông số máy ép cọc 55 Bảng 3.1 Cấu tạo địa chất công trình 78 Bảng 3.2 Các chỉ tiêu đất 78 Bảng 3.3 Các đặc trưng vật liêu của cọc BTCT ứng suất trước dày
500 bê tông B40 81 Bảng 3.4 Các đặc trưng vật liêu của sàn BTCT 81 Bảng 3.5 Kết quả chuyển vị của cọc BTCT ứng suất trước 85 Bảng 3.6 Kết quả nội lực của cọc BTCT ứng suất trước 86 Bảng 3.7 Các đặc trưng của tường Barete dày 500 mác 300 88 Bảng 3.8 Kết quả chuyển vị của tường Barette 90 Bảng 3.9 Kết quả nội lực của tường Barette 91 Bảng 3.10 Chỉ tiêu tính năng ban đầu của dung dịch bentonite 95
Trang 12TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Nguyễn Văn Châu (2014), “Xây dựng quy trình thi công tường Barret cho công
trình nhà cao tầng tại thành phố Vĩnh Long”, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Trường
Đại học Kiến Trúc Hà Nội;
2 Nguyễn Quý Chức (2015), “Nghiên cứu giải pháp sử dụng cọc nhồi kết hợp neo
đất trong tính toán ổn định hố đào sâu”, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại
học Kiến Trúc Hà Nội;
3 Nguyễn Thanh Hải (2011), “Tính toán lựa chọn chiều dày tường Barret cho
tầng hầm nhà cao tầng”, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến trúc Hà
Nội;
4 Nguyễn Trường Huy, Nghiêm Mạnh Hiến (2009), “Bài giảng xây dựng Công
trình ngầm đô thị theo phương pháp đào mở”, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội;
5 Nguyễn Bá Kế, “Thiết kế và thi công hố móng sâu, Nhà xuất bản xây dựng
2002”;
6 Nguyễn Bá Kế, “Xây dựng Công trình ngầm đô thị theo phương pháp đào mở,
Nhà xuất bản xây dựng 2006”;
7 Nguyễn Đức Nguôn (2011), “Bài giảng Địa kỹ thuật và Công trình ngầm đô
thị”, Trường Đại học kiến trúc Hà Nôi;
8 Nguyễn Quang Phích, “Phương pháp số chương trình Plaxis 3D & UDEC”
Nhà xuất bản xây dựng 2007;
9 Đỗ Công Sơn (2011), “Tính toán tường trong đất sử dụng panel lắp ghép bê
tông ứng lực trước cho tầng hầm nhà cao tầng khu vực Hà Nội”, Luận văn Thạc sỹ
kỹ thuật, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội;
10 Đinh Văn Tình (2011), “Nghiên cứu ứng dụng cọc ván BTCT cho công trình kè
ven sông biển trên địa bàn thành phố Đà Nẵng”, Sở giao thông vận tải thành phố
Đà Nẵng;
Trang 131
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hóa của nước ta ngày càng nhanh, hệ thống đô thị phát triển cả về số lượng, chất lượng và quy mô Đặc biệt là
ở các đô thị lớn như TP Hồ Chí Minh và Hà Nội, tốc độ phát triển nóng tạo ra các
áp lực về hạ tầng đô thị, về nhà ở, văn phòng, giao thông đô thị và không gian công cộc trong đô thị… Quỹ đất về mặt của các đô thị lớn đã ở tình trạng gần như cạn kiệt, các không gian xanh, không gian công cộng ngày càng bị thu hẹp, khiến người dân đô thị cảm thấy bức bối… Những điều này cộng với nhu cầu về tính văn minh, hiện đại và mỹ quan đô thị đã và đang đòi hỏi việc phát triển phải hướng đến khả năng tận dụng, phát triển song song cả về chiều cao lẫn chiều sâu của đô thị
Do đó, việc phát triển công trình ngầm đang được chú trọng và thực hiện rất nhiều ở nước ta hiện nay Một số công trình tiêu biểu như Royal City, Time City, Keangnam Tower, hầm Kim Liên….v v… Nhưng do mặt bằng công trình, điều kiện vị trí công trình trật hẹp nên chúng ta không thể đào hở, dùng cừ Larsen chống
đỡ vách hố đào, cọc Barrette bê tông đổ tại chỗ thi công khó khăn chưa tận dụng hết
ưu việt của vật liệu, hệ chống đỡ bằng thanh chống bằng thép chữ I, neo,… còn phức tạp tốn kém Đó cũng là lý do tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu áp dụng giải pháp hệ chống đỡ vách hố đào sâu bằng cọc BTCT đúc sẵn” sử dụng công nghệ ứng suất trước
Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
* Mục đích nghiên cứu: Từng bước áp dụng giải pháp hệ chống đỡ vách hố đào sâu bằng cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước rộng rãi trong quá trình thi công
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu:
+ Các giải pháp chống đỡ vách, hố đào như hệ chống, neo,
+ Giải pháp chống đỡ vách hố đào sâu bằng cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước
- Phạm vi nghiên cứu: Kết cấu công trình tầng hầm, hầm đường bộ, ga tàu điện…
Trang 142
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu sau đây:
- Nghiên cứu tài liệu, tiêu chuẩn, quy phạm kỹ thuật, pháp luật
- Phân tích tổng hợp
- Sử dụng phần mềm Plaxis của Hà Lan để tính toán các ví dụ cụ thể
Ý nghĩa thực tiễn của luận văn
- Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể làm tài liệu tham khảo cho các công trình ngầm thi công bằng hệ chống đỡ vách hố đào sâu bằng cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước Ngoài ra, sử dụng cọc BTCT ứng suất trước làm giảm khối lượng bê tông cốt thép, giảm khối lượng làm đất, giảm giá thành xây dựng và giảm thời gian thi công
Kết cấu nội dung luận văn
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH
HỐ ĐÀO SÂU
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trang 15THÔNG 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
Trang 16100
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận:
Qua nghiên cứu áp dụng giải pháp chống đỡ vách hố đào sâu bằng cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước tác giả luận văn đã giải quyết được những vấn đề sau:
- Tổng kết đánh giá ưu nhược điểm của các giải pháp chống đỡ vách hố đào sâu
- Trình bày cơ sở lý thuyết áp dụng cọc BTCT ứng suất trước bao gồm cấu tạo, tính toán thi công hệ chống đỡ vách hố đào sâu
- Phân tích đánh giá các sự cố trong quá trình thi công đông thời đề xuất các giải pháp khắc phục các tiềm ẩn sự cố đó
- Đề xuất quy trình thi công cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước
- Đề xuất giải pháp liên kết hệ cọc bằng các mối nối dọc và mối nối ngang Kiến nghị:
- Các cơ quan nhà nước cần xây dựng hệ thống tiêu chuẩn Thiết kế, thi công và nghiệm thu loại cọc BTCT ứng suất trước làm cơ sở cho việc áp dụng công nghệ mới này một cách rộng rãi Xây dựng quy trình kiểm tra chất lượng thi công phù hợp với tiêu chuẩn hiện hành và công tác đánh giá, kiểm tra chất lượng thi công công trình