chuong 2 tong quan ve ho dao sau

Tổng quan về hố đào sâu Cùng với sự phát triển của cơ sở hạ tầng của đô thị, ngày càng nhiều công trình hố đào được xây dựng với nhiều mục đích khác nhau, từ đơn giản cho đến phức tạp,

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU

2.1 Tổng quan về hố đào sâu

Cùng với sự phát triển của cơ sở hạ tầng của đô thị, ngày càng nhiều công trình hố đào được xây dựng với nhiều mục đích khác nhau, từ đơn giản cho đến phức tạp, như: Hệ thống cấp thoát nước, hệ thống bể chứa và xử lý nước thải, bãi đậu xe ngầm, ga và đường tàu điện ngầm, tầng hầm dưới các nhà cao tầng,…

Căn cứ vào điều kiện hiện trường và chiều sâu đào, hố đào có thể được chia thành hai loại:

- Hố đào nông: khi chiều sâu đào không quá 5(m)

- Hố sâu sâu: khi chiều sâu đào lớn hơn 5(m) Tuy nhiên, trong một số trường hợp chiều sâu đào của hố móng nhỏ hơn 5 (m) nhưng phải thi công trong điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn tương đối phức tạp thì vẫn phải ứng xử như hố đào sâu

Căn cứ vào phương pháp thi công, hố đào có thể được chia thành hai loại:

- Đào không có chắn giữ

- Đào có chắn giữ

Theo chức năng, kết cấu chắn giữ hố đào có thể được chia làm hai bộ phận chủ yếu: bộ phận chắn đất và bộ phận chắn giữ kiểu kéo giữ

- Bộ phận chắn đất: được chia thành hai loại chủ

yếu là: kết cấu chắn đất thấm nước và kết cấu chắn đất ngăn nước

+ Kết cấu chắn đất, thấm nước bao gồm các loại sau: Cọc thép chữ H hay chữ I có bản cài, cọc nhồi đặt thưa trát mặt ximăng lưới thép, cọc hai hàng chắn đất, chắn bằng đinh đất,…

+ Kết cấu chắn đất, ngăn nước bao gồm các loại sau: Tường liên tục trong đất, tường trộn ximăng đất dưới tầng sâu, cọc trộn ximăng dưới tầng sâu, giữa cọc đặt dày thêm cọc phun ximăng cao áp, tường vòm cuốn khép kín,…

- Bộ phận chắn giữ kiểu kéo giữ: Ống thép

hay thép hình chống đỡ (chống ngang), ống thép hay thép hình chống đỡ (chống chéo), thanh neo vào trong đất, chống đỡ bằng bản sàn các tầng hầm (đối với những

công trình thi công bằng phương pháp top – down), hệ dầm vòng chống đỡ

Một số loại tường vây thường sử dụng cho các công trình hố đào [4]

- Tường chắn bằng đất trộn ximăng ở tầng sâu : Trộn cưỡng chế đất với ximăng (dạng dung dịch

hoặc dạng bột), lợi dụng một số phản ứng hoá lý xảy

ra giữa đất với ximăng, sau khi đóng rắn sẽ tạo thành tường chắn có dạng bản liền khối có cường độ nhất định

Loại tường chắn này thích hợp cho các loại công trình hố đào có chiều sâu đào từ 3 - 6 (m)

- Cọc bản thép: Dùng thép máng sấp ngửa móc

vào nhau hoặc cọc bản thép khóa miệng bằng thép hình với mặt cắt chữ U hoặc Z Dùng phương pháp đóng hoặc rung để hạ chúng vào trong đất Sau khi hoàn thành nhiệm vụ chắn giữ, chúng có thể được thu hồi và sử dụng lại

Loại tường này thích hợp cho những hố đào có độ sâu từ 3 - 10 (m)

- Cọc bản bêtông cốt thép: Dùng các cọc có

chiều dài từ 6 - 12 (m) đóng vào đất Sau khi đóng cọc vào đất, trên đỉnh cọc đổ một dầm vòng bằng bêtông cốt thép đặt một dãy chắn giữ hoặc thanh neo Loại tường này có thể dùng cho những hố đào có chiều sâu từ 3 - 6 (m)

- Tường chắn bằng cọc khoan nhồi: Dùng các

cọc khoan nhồi có đường kính từ 600 – 1000 (mm), dài từ

15 – 30 (m) làm thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, trên đỉnh cọc đổ dầm vòng bằng bêtông cốt thép

Loài tường này thích hợp cho các hố đào có độ sâu từ 6 – 13 (m)

- Tường liên tục trong đất: Dùng các máy đào

đặc biệt để đào thành hố đào thành những đoạn có độ dài nhất định ( có dùng dung dịch bentonite để giữ ổn định ), sau đó đem các lồng thép đã chế tạo sẵn đặt vào Dùng ống dẫn đổ bêtông cho từng đoạn tường rồi nối các đoạn tường này lại với nhau bằng các đầu nối đặc biệt ( ống đầu nối hoặc hộp nối ) để tạo thành tường liên tục trong đất bằng bêtông cốt thép

Loại tường này thích hợp cho những hố đào có độ sâu từ 10 (m) trở lên hoặc trong những trường hợp điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn tương đối phức tạp, gây khó khăn cho việc thi công hố đào

- Giếng chìm và giếng chìm hơi ép

+ Giếng chìm: Trên mặt đất hoặc trong hố đào nông có nền được chuẩn bị đặc biệt, ta làm tường vây của công trình để hở phía trên và phía dưới Phía bên trong công trình ( trong lòng của giếng ) đặt các máy đào đất, phía bên ngoài có cần trục để chuyển đất đào được ra khỏi giếng Ta cũng có thể đào đất bằng phương pháp thuỷ lực Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân giếng, công trình sẽ hạ sâu vào đất Để giảm lực ma sát ở mặt ngoài giếng ta có thể dùng phương pháp xói thủy lực, làm lớp vữa sét quanh mặt ngoài giếng và đất, sơn lên mặt ngoài giếng lớp sơn chống ma sát,…

Sau khi hạ giếng đến độ sâu thiết kế, tiến hành thi công bịt đáy và làm các kết cấu bên trong từ dưới lên trên

+ Giếng chìm hơi ép: Trên mặt đất làm một hộp kín với nắp là sàn giếng và đáy dưới nằm sát phần đào của chân giếng, trong đó có lắp ống lên xuống và thiết bị điều chỉnh áp suất không khí; bên cạnh có trạm khí nén và máy bơm Đất đào được trong giếng sẽ được đưa lên mặt đất qua ống lên xuống và thiết bị điều chỉnh áp suất không khí

Trong không gian công tác của giếng chìm hơi ép được bơm khí nén tới áp lực bằng áp lực thủy tĩnh, nhờ vậy mà công tác đào đất sẽ khô ráo

Phương pháp giếng chìm hơi ép thường dùng trong đất yếu có mực nước ngầm cao, dòng chảy mạnh, ở những nơi ngập nước và độ sâu từ 30 – 35 (m)

2.2 Giới thiệu một số công trình hố đào sâu

2.2.1 Trên thế giới

1 Một gara có kích thước 156 x 54 x 27 m gồm 7 tầng được xây dựng ở Maxcơva có sức chứa 2000 ôtô con

Để xây dựng công trình này người ta đã đào 274000m3 đất, 4000m3 bêtông đổ tại chổ và 19500m3 bêtông cốt thép đúc sẵn

Các tường chịu lực được xây dựng trong 6 tháng bằng phương pháp tường trong đất

2 Một gara ngầm 7 tầng, hình tròn có đường kính 57m, sâu 28m, có sức chứa 530 ôtô con, sàn trên cùng cách mặt đường phố 3m, các tầng được xếp theo đường xoắn ốc

Đây là công trình được xây dựng bằng phương pháp giếng chìm

2.2.2 Ở Việt Nam

2.2.2.1 Cao ốc Fideco

Hình 2.1 – Vị trí xây dựng cao ốc Fideco

Cao ốc Fideco được xây dựng tại số 81-85 Hàm Nghi, quận 1, TpHCM Công trình có hố đào được chắn giữ bằng tường liên tục (Diaphram wall), tường chắn có chiều dày là 0.6m Tường chắn được chống đỡ bởi hệ thanh chống được bố trí thành 2 lớp:

- Lớp 1: đặt ở cao trình -2.200m (cao trình mặt đất là -0.250m)

- Lớp 2 : đặt ở cao trình -5.500m (cao trình mặt đất là -0.250m)

Công trình đựơc đặt trên nền đất gồm 4 lớp:

- Lớp 1 : bùn sét, màu xám đen, dày 4m

- Lớp 2 : đất sét, màu nâu vàng, dày 1m

- Lớp 3 : cát hạt mịn đến thô lẫn bột, ít sét , sỏi sạn, màu xám vàng nâu, dày 30.4m

- Lớp 4 : đất sét màu nâu vàng

Một số hình ảnh trong quá trình thi công

Hình 2.2 - Tiến hành lắp đặt tầng chống thứ nhất

Hình 2.3 - Ño chuyeån dòch ngang baèng thieát bò inclinometer

Hình 2.4 - Đào đất và tiến hành lắp đặt tầng chống thứ

2

2.2.2.2 Công trình Cao ốc văn phòng – thương mại Golden Tower

Công trình được xây dựng tại số 06 Nguyễn thị Minh Khai – phường ĐaKao – Q.1 – Tp HCM, công trình gồm

13 tầng cao và 02 tầng hầm

Đây là công trình có hố đào sâu được chắn giữ bằng tường liên tục, chiều dày tường là 0.6m

Một số hình ảnh trong quá trình thi công.

Hình 2.5 – Lắp đặt tầng chống thứ nhất

Hình 2.6 – Đào đất đến cao độ sàn hầm 1

2.2.2.3 Công trình trạm bơm ngầm kênh Nhiêu Lộc – Thị nghè

- Kích thước trạm bơm:

+ Chiều dài : 57.3m + Chiều rộng : 23.8m + Chiều sâu : 20m

- Đây là công trình sử dụng tường liên tục làm kết cấu chắn giữ Tường được thi công theo từng modul sau đó ghép lại với nhau, mỗi modul có kích thước như sau:

+ Chiều rộng : 1.2m + Chiều dài từng modul : 6m

- Hố đào được chống 6 lớp thanh chống: + Cao trình lớp 1: -2.00m ( cao trình mặt đất +0.00m)

+ Cao trình lớp 2: -5.00m + Cao trình lớp 3: -8.00m + Cao trình lớp 4: -10.50m + Cao trình lớp 5: -14.50m + Cao trình lớp 6: -17.50m

Hình 2.7 - Hình ảnh một phần của công trình

Hình 2.8 – Lắp đặt cốt thép cho tường dẫn

Hình 2.9 – Đào đất thi công tường chắn

Hình 2.10 – Lắp đặt cốt thép tường chắn

2.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của

đất quanh hố đào sâu [4,9].

Thực tế quan sát đất và công trình ở gần hố đào sâu cho thấy: đất và công trình ở gần hố đào bị chuyển vị với một độ lớn nào đó Chuyển vị này do một số yếu tố chủ yếu sau gây ra: kích thước hố đào, tình trạng nước ngằm, biện pháp thi công, tác động của sự thay đổi ứng suất trong đất nền, ứng suất ngang ban đầu trong đất, các đặc tính của đất, độ cứng của hệ thanh chống, trình độ thi công, tác động của việc gia tải trước,…

2.3.1 Kích thước hố đào: hình dạng mặt bằng,

diện tích mặt bằng và độ sâu của hố đào có ảnh

hưởng rất lớn tới sự mở rộng và sự dịch chuyển của đất xung quanh và bên dưới đáy hố đào Tomlinson đã đề cập đến sự dịch chuyển không thể tránh khỏi của đất vào trong lòng hố đào ở điều kiện thành hố đào có chắn giữ bình thường với lượng chuyển vị khoảng 0 -25% độ sâu của hố đào trong đất sét yếu và khoảng 0 – 0.5% độ sâu của hố đào trong đất sét cứng hay đất cát chặt

2.3.2 Tình trạng nước ngầm: tác động của nước

ngầm đối với độ lún của đất rất đa dạng và xảy ra ở các giai đoạn đào khác nhau Dòng thấm là nguyên nhân làm giảm áp lực nước ngầm, làm gia tăng ứng suất hữu hiệu và độ lún bên ngoài biên hố đào

Sự hạ nước ngầm lớn nhất ở gần hố đào và giảm dần theo khoảng cách so với hố đào, vì vậy quá trình lún tại các vị trí khác nhau trong đất bên ngoài hố đào sẽ khác nhau và có hình dáng tương tự như do dỡ tải các

lớp đất ở phía trên hố đào gây ra

2.3.3 Biện pháp thi công: việc lựa chọn các biện

pháp thi công tổng thể đối với tầng hầm như biện pháp top-down hay bottom-up, kỹ thuật sử dụng thanh chống, khoảng thời gian tiến hành các giai đoạn đào,… tất cả đều có ảnh hưởng đến sự dịch chuyển của đất

ở quanh hố móng

Đối với phương pháp top – down, người ta sử dụng các sàn tầng hầm để chống đỡ tường thay cho các hệ thanh chống với mục đích giảm tiểu chuyển dịch của tường chắn, cũng như chuyển dịch của đất quanh hố đào

Ngoài ra, việc chọn hệ thanh chống đỡ hay hệ giằng và cách lắp đặt chúng cũng ảnh hưởng rất nhiều tới độ lún của đất

2.3.4 Tác động của sự thay đổi ứng suất trong đất nền:

Sự thay đổi ứng suất xảy ra ở hai dạng phần tử đất: phần tử ở cạnh hố đào và phần tử ở dưới đáy hố đào

Sự giảm ứng suất tổng thể theo phương thẳng đứng và phương nằm ngang xảy ra trong quá trình đào đất dẫn đến sự xuất hiện của áp lực đất chủ động trong đất nền và việc thay đổi sự cân bằng áp lực nước lỗ rỗng có tác động tới biến dạng của đất Sự thay đổi mối

quan hệ ứng suất – biến dạng theo thời gian trong quá trình đào sẽ làm thay đổi ứng suất hữu hiệu khi áp lực nước lỗ rỗng được cân bằng lại

2.3.5 Ứng suất ngang ban đầu trong đất: trong

các vùng đất cao, tồn tại ứng suất theo phương ngang ở trong đất kiểu như trong đất sét quá cố kết, giá trị của hệ số áp lực đất lớn hơn Ko, biến dạng của đất xung quanh hố đào lớn Đối với đất có tính nén thấp, giá trị của hệ số áp lực đất ở trạng thái nghỉ là Ko, biến dạng của đất xung quanh hố đào thường nhỏ hơn

2.3.6 Đặc tính của đất

Ảnh hưởng do đặc tính của đất đến hố đào đã được Peck tiến hành nghiên cứu và tổng kết vào năm 1969 Theo Peck, dịch chuyển của tường và đất xung quanh hố đào trong đất cứng sẽ có trị số nhỏ hơn so với trong đất mềm

Độ cứng và cường độ của đất là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng tổng thể của hố đào và sự dịch chuyển của đất xung quanh Trong sét yếu và bùn nhão, vùng hóa dẻo của đất có thể là kết quả của việc xuất hiện sức kháng bị động đối với các cọc cừ hay giằng biên kết hợp với dịch chuyển lớn

2.3.7 Độ cứng của hệ thanh chống

Độ cứng của hệ thanh chống có vai trò rất quan trọng, thực tế quan sát cho thấy chuyển dịch của đất quanh hố đào giảm khi tăng độ cứng của hệ thanh chống đỡ

Goldberg và các tác giả khác đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ cứng hệ kết cấu chống đỡ đến hố đào Các số liệu này cho thấy rằng độ cứng và khoảng cách của kết cấu chống đỡ có ảnh hưởng tới chuyển dịch của đất bên ngoài

Hình dáng biến dạng của tường hoặc của đất ở ngay bên cạnh tường được sinh ra bởi biến dạng giữa các điểm chống đỡ ở các độ sâu khác nhau và những giá trị dịch chuyển vào trong lòng hố móng tại các điểm đó Lực nén xuất hiện trong các thanh chống khi tất các lực ở bên ngoài và bên trong tường đạt tới trạng thái cân bằng Lực cân bằng thay đổi trong thanh chốngvà sự thay đổi áp lực đất ở dưới đáy hố móng là nguyên nhân gây ra một lượng dịch chuyển ngang phụ thuộc vào

độ cứng của thanh chống và độ cứng của đất ở trạng thái nén bên dưới đáy hố móng

2.4 Giới thiệu về công trình được tiếp cận trong đề tài – Công trình nhà điều hành sản xuất công

ty điện lực Tp.HCM [17]

Công trình được xây dựng tại số 35 Tôn Đức Thắng, phường Bến Nghé, quận 1, TpHCM

Công trình có chiều cao là 86.4m, gồm 22 tầng và

3 tầng hầm

Đây là công trình có hố đào sâu sử dụng tường liên tục làm kết cấu chắn giữ, được thi công theo phương pháp top – down

Hố đào sâu có kích thước 53.45 m x 70.25 m, sâu 10m được chắn giữ bằng tường liên tục có chiều dày 0.6m, sâu 24m Tường chắn được thi công thành từng panel tường ghép lại với nhau

Tường được chống đỡ bởi các sàn tầng hầm có chiều dày là 0.3m Cao trình của các sàn tầng hầm:

- Cao trình mặt sàn tầng hầm 1: -4.00m

- Cao trình mặt sàn tầng hầm 2: -8.00m

- Cao trình mặt sàn tầng hầm 3: -12.00m

Hình 2.11 – Mặt cắt tường vây

Hình 2.12 - Mặt bằng tường vây và cọc

Sàn tầng hầm được chống đỡ bằng các cột thép hình chữ I Các cột thép này được chống lên đầu các cọc khoan nhồi

Hình 2.13 – Mặt cắt cột thép hình

Hình 2.14 – Công trình nhà điều hành sản xuất công ty

điện lực Tp.HCM

Hình 2.15 - Sàn tầng hầm thứ nhất

Hình 2.16 - Đào đất thi công tầng hầm thứ hai

Hình 2.17 – Vận chuyển đất ra khỏi hố đào

2.5 Một số nghiên cứu về hố đào sâu

- Clough và O’Rourker – Dựa vào các quan trắc thực tế đã đưa ra mối tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất với độ cứng của tường chắn; tương quan giữa hệ số an toàn với sự bùng nền

- Brian Brenner, David L.Druss và Bratrice J.Nessen – Nghiên cứu về sự dịch chuyển của đất và ảnh hưởng của nó đối với công trình lân cận trong thi công đào đất

- Peck – Từ những quan trắc thực tế đã thiết lập biểu đồ quan hệ giữa độ lún thẳng đứng (theo  của độ sâu hố móng) với khoảng cách đến hố móng (theo

tỉ lệ của độ sâu hố móng)