Bài giảng kĩ thuật thi công 1 ĐHXD

Là bài giảng môn KTTC1 của ĐHXD Hà Nội. Free tải về. ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Công nghệ thi công phần Ngầm(30T)

CHƯƠNG I ĐẤT VÀ CÔNG TÁC ĐẤT (3T)

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CÔNG TÁC ĐẤT (4T)

CHƯƠNG III CÔNG TÁC CHUẨN BỊ VÀ PHỤC VỤ THI CÔNG PHẦN NGẦM CÔNG TRÌNH

(4T)

CHƯƠNG IV KỸ THUẬT THI CÔNG ĐÀO ĐẤT (9T)

CHƯƠNG V KỸ THUẬT THI CÔNG ĐẮP ĐẤT (9T)

CHƯƠNG VI THI CÔNG ĐÓNG CỌC VÀ VÁN CỪ (6T)

ĐẤT VÀ CÔNG TÁC ĐẤT

BÀI 1 CÁC LOẠI CÔNG TRÌNH ĐẤT VÀ CÔNG TÁC ĐẤT

Trong xây dựng, đa số các công trình đều có phần công tác đất Công tác đất chiếm một tỷ trọng tương đối lớn, nó quyết định chất lượng và tiến độ thi

công công trình Nếu tách riêng công tác đất với khối lượng lớn thì có thể coi nó là một công trình làm đất

Có thể phân loại các công trình làm đất theo nhiều cách khác nhau

1 CÁC LOẠI CÔNG TRÌNH ĐẤT

1.1 Chia theo độ bền công trình

Có 2 loại công trình: Công trình vĩnh cửu và công trình tạm thời

• Công trình vĩnh cửu: Là công trình có thời gian sử dụng lâu dài: nền đường bộ, đường sắt, đê đập, kênh mương…. 

• Công trình tạm thời: chỉ phục vụ trong thời gian thi công: hố móng, rãnh đặt đường ống, sau khi thi công xong thì lấp.

1.2 Chia theo hình dạng công trình

Công trình chạy dài và công trình tập trung:

• Công trình chạy dài: đê, đập, đường sá…là các công trình có tiết diện ngang nhỏ so với tổng chiều dài công trình

• Công trình tập trung: hố móng, san mặt bằng… là các công trình có kích thước theo hai phương gần bằng nhau

2 CÁC LOẠI CÔNG TÁC ĐẤT

Trong công tác thi công thường có các loại công tác đất sau:

• Đào: hạ độ cao mặt đất tự nhiên xuống độ cao thiết kế, thể tích đất đào: V+, ví dụ: đào hố móng rộng, đào kênh, đào đường hầm… 

• Đắp: nâng độ cao mặt đất tự nhiên lên độ cao thiết kế, thể tích đất đắp: V-, ví dụ: đắp nền, đắp đê, đắp đập đất…

• San: làm phẳng một diện tích đất, san bao gồm đào và đắp, lượng đất được giữ nguyên San có thể kết hợp với đào và đắp, ví dụ: san bằng mặt đất, san đồi, san nền đường, san đất đắp

• Hớt (bóc): lấy lớp đất không sử dụng ở trên (đất mùn, đất thực vật, đất ô nhiễm), hớt theo độ dày lớp đất lấy đi

• Lấp: là việc làm cho chỗ đất trũng cao bằng khu vực xung quanh, lấp đất phụ thuộc độ cao tự nhiên của khu vực xung quanh, ví dụ như lấp rãnh, lấp móng, lấp quanh công trường vừa xây xong… 

• Đầm đất: tức là sau khi đổ lớp đất thứ nhất thì tiến hành lu lèn đầm chặt, sau đó đổ lớp thứ 2, đầm tiếp, đổ lớp thứ 3, lại đầm mục đích để tăng

độ đặc chắc, giảm độ rỗng

BÀI 2 NHỮNG TÍNH CHẤT KỸ THUẬT CỦA ĐẤT ẢNH HƯỞNG ĐẾN THI CÔNG

1 KHÁI NIỆM

Đất là một môi trường phức tạp có nhiều yếu tố ảnh hưởng (cơ, lý hoá) Trong giáo trình này chỉ đề cập tới các tính chất có ảnh hưởng lớn nhất tới

kỹ thuật thi công đất và đến giá thành công trình đất và năng suất thi công của máy làm đất: trọng lượng riêng, độ ẩm, độ dốc tự nhiên, độ tơi xốp, lưu

tốc cho phép …

2 TRỌNG LƯỢNG RIÊNG CỦA ĐẤT

• Định nghĩa: là trọng lượng của một đơn vị thể tích đất ở trạng thái tự nhiên

• Công thức xác định: γ = G/V ( kG/cm3) với G trọng lượng của khối đất có trong thể tích V

• Tính chất: Đất có trọng lượng riêng càng lớn→ đất chắc→công lao động chi phí để thi công càng cao Ngược lại, đất có trọng lượng riêng bé→ đất tơi xốp→ dễ thi công

3 ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT

• Định nghĩa: Là tỷ lệ % của nước chứa trong một thể tích đất, kí hiệu là W

• Công thức xác định: W= (G-Go)/Gx(%) với G, Go: trọng lượng tự nhiên và trọng lượng khô của mẫu thí nghiệm

• Tính chất:

Độ ẩm của đất ảnh hưởng đến công lao động làm đất rất lớn Độ ẩm của đất thể hiện độ tồn tại của nước trong thể tích đất Mặc dù khi xét đến

mức độ khó dễ đến công tác thi công ta phải xét đến nhiều yếu tố khác nữa nhưng nhìn chung độ ẩm ảnh hưởng khá lớn đến công tác thi công Đất

ướt quá hay khô quá đều làm quá trình thi công đất khó khăn

Đất khô quá làm cho chi phí việc đào đất tăng lên, làm giảm năng suất đào đất

Đất ư ớt quá thì gây dính, cản trở độ cơ động của các thiết bị thi công, vệ sinh lao động trên công trường

Độ ẩm của đất ảnh hưởng rất lớn đến quá trình đầm đất Mỗi loại đất muốn đạt được năng suất và hiệu quả cao trong quá trình đầm thì phải đạt được độ

ẩm đầm nén tối ưu Thông thường mỗi loại đất có một độ ẩm mà ở đó đất có thể đầm chặt nhất (lúc đó nước trong đất đóng vai trò như dầu mỡ bôi trơn

trên bề mặt hạt đất tạo lực dính giữa các hạt đất và làm cho đất có độ chặt cần thiết)

Dựa vào độ ẩm mà người ta phân ra các loại đất như sau :

i = α =

Trong đó: α: góc của mặt trượt

B: Chiều rộng của mái dốc

H: Chiều cao hố đào

• Ngược lại với góc dốc thì ta có độ soải của mái dốc

• Độ dốc tự nhiên phụ thuộc vào:

Góc ma sát trong của các hạt đất

Độ dính của đất

Tải trọng tác dụng lên mặt đất

Chiều sâu hố đào (càng đào sâu càng dễ gây sụt lở, do đó càng đào sâu thì càng phải đào xoải hơn, còn nếu đào nông thì có thể đào dốc hơn)

Khi góc dốc ϕ của khối đất vượt qua góc dốc tự nhiên α thì sự cân bằng của mái dốc được giữ bởi lực ma sát Ntgϕ và lực dính C (AC) tác dụng

lên mặt phẳng trượt Khi tổng các lực này nhỏ hơn lực trượt T⇒ mái dốc sẽ bị sụp đổ

Q : trọng lượng của khối lăng trụ ABC

θ : góc giữa mặt phẳng trượt và mặt phẳng nằm ngang

T q n

Hình 2 - Điều kiện cân bằng của mái dốc

Độ dốc tự nhiên có ảnh hưởng rất lớn tới các biện pháp thi công đào, đắp đất Biết được các độ dốc tự nhiên của đất ta mới đề ra được biện

pháp thi công có hiệu quả VD: thi công có mái dốc hay không có, bố trí các máy móc thi công nằm ngoài khu vực đào hố móng, bố trí các đống đất đổ

trên mặt bằng, nếu mặt bằng chật hẹp thì phải chống tường hố đào

Khi đào đất tạm thời phải tuân theo độ dốc cho phép cho ở bảng 1

Bảng 1 Độ dốc mái đất của các hố đào tạm thời

Loại đất

Độ dốc lớn nhất cho phép khi chiều số hố móng bằng (m)

Góc nghiêng mái dốc

Tỉ lệ

độ dốc

Góc nghiêng mái dốc

Tỉ lệ

độ dốc

Góc nghiêng mái dốc

Chiều sâu của một số hố đào vách thẳng đứng mà không cần chống đỡ trong các loại đất khác nhau :

Bảng 2 Bảng hạn chế về chiều sâu hố đào không cần chống

Loại đất Chiều sâu không vượt quáĐất cát và đất lẫn sỏi sạn 1 m

Đất thịt và đất sét 1,5m Đất thị chắc và đất sét chắc (khi đào phải dùng

cuốc chim, xà beng)

cos

2

ϕ γ

o th

C H

Nhưng giá trị tính toán không được lớn hơn giá trị trên (chú ý công thức trên chưa kể hệ số an toàn.)

5 ĐỘ TƠI XỐP

• Định nghĩa: Là tính chất thể hiện khả năng thay đổi thể tích của đất trước và sau lúc đào Ký hiệu: ρ (%)

• Công thức xác định: (V-Vo)/Vx100%

Trong đó :

V0 - Thể tích đất nguyên thổ, là thể tích đất còn nằm nguyên vị trí của nó ở vỏ trái đất khi kiến tạo

V - Thể tích đất sau khi đào lên trong gàu máy xúc, đổ đống trên bờ hoặc trong thùng xe vận chuyển

• Tính chất:

ρ0 : là độ tơi xốp ban đầu khi đất đào lên chưa đầm nén

ρ : là độ tơi xốp sau khi đất đã đầm nén

Loại đất Độ tơi xốp ban đầu Độ tơi xốp sau khi đầm

Bảng 3 Độ tơi xốp của đất

Tên đất Hệ số chuyển từ tự nhiên sang đất tơi Ghi chú

hệ số tơi xốp của đất tại hiện trường

Phụ lục 3 - TCVN 4447-1987

Đất càng rắn chắc hay cấp đất cáng lớn thì độ tơi xốp càng lớn, khi thi công sẽ gặp nhiều khó khăn, giá thành thi công tăng Tăng khối lượng

đất thừa phải vận chuyển ra khỏi mặt bằng

Đất xốp, rỗng có độ tơi xốp nhỏ, có khi có giá trị âm VD : loại đất bùn chứa nhiều lỗ rỗng, khi đào lên nước chảy hết, các hạt đất dịch chuyển

lại gần nhau → giảm thể tích V < Vo→ρ < 0

6 LƯU TỐC CHO PHÉP

• Định nghĩa : Là tốc độ của dòng chảy mà không gây xói lở đất

• Tính chất:

Đất có lưu tốc cho phép càng lớn thì khả năng chống xói mòn càng cao

Đối với các công trình bằng đất có tiếp xúc với dòng chảy như đập, kênh , mương… cần quan tâm đến tính chất này khi chọn đất thi công

Muốn tránh xói lở đất thì lưu tốc dòng nước chảy theo mặt đất không được lớn hơn một trị số ở đó các hạt đất bắt đầu bị lôi cuốn đi

• Một số lưu tốc cho phép của một số loại đất

1 ĐỊNH NGHĨA:

BÀI 3 PHÂN CẤP ĐẤT

• Là cách phân loại đất dựa trên mức độ khó dễ khi thi công ( bằng thủ công hoặc bằng máy )

• Cấp đất càng cao thì càng khó thi công

• Phân cấp bằng bằng phương pháp thủ công: dựa vào mức độ hao phí thời gian của người công nhân, khi đào một khối lượng nhất định Thời gian đào trên thể tích càng lớn thì cấp đất càng cao

Phân cấp theo cơ giới: dựa vào mức độ hao phí ca máy của máy đào 1 gàu khi đào một khối lượng đất nhất định V Số ca máy đào trên đơn vị thể tích càng cao thì cấpp đất càng lớn hay loại đất đó càng rắn

Có thể phân thành 9 cấp theo bảng sau:

Bảng 5 Phân cấp đất trong thi công thủ công

Cấp đất Tên các loại đất Công cụ tiêu chuẩn xác định  

I

- Đất phù sa, cát bồi, đất màu, đất mùn, đất hoàng thổ, đất đen

- Đất đồi sụt lở hoặc đất nơi khác đem đến đổ (thuộc đất nhóm IV đổ xuống) chưa bị nén chặt

- Đất màu ẩm ướt nhưng chưa đến trạng thái dính dẻo

- Đất nhóm III, nhóm IV sụt lở hoặc đất nơi khác đem đến đổ đã bị nén chặt nhưng chưa đến trạng thái nguyên thổ

- Đất phù sa, cát bồi, đất màu, đất mùn, đất hoàng thổ, tơi xốp có lẫn gốc rễ cây, mùn rác, sỏi

đá, gạch vụn, mảnh sành kiến trúc đến 10% thể tích, hoặc 50 – 150 kg trong 1m 3

Dùng xẻng cải tiến ấn nặng tay xúc được

III

- Đất sét vàng hay cát trắng, đất thịt, đất chua, đất kiềm ở trạng thái ẩm mềm

- Đất cát pha thịt, thịt pha cát, cát pha sét có lẫn gốc rễ cây, sỏi đá, mảnh vụn kiến trúc đến 10% thể tích

- Đất đen, đất mùn, ngâm nước mất dính

- Đất thịt, đất sét pha thịt, pha cát ngâm nước nhưng chưa thành bùn

- Đất do thân lá cây mục tạo thành dùng mai cuốc đào không thành tảng mà vỡ mịn ra, rời rạc như xỉ

- Đất thịt, đất sét nặng, kết cấu chặt

- Đất mặt, sườn đồi có nhiều cỏ lẫn cây sim, mua, rành rành

- Đất nâu mềm

Dùng mai xắn được

- Đất thịt, đất sét, đất nâu rắn chắc, cuốc ra chỉ được từng hòn nhỏ

- Đất chua, đất kiềm khô cứng

- Đất mặt đê, mặt đường đất cũ

- Đất mặt sườn đòi có lẫn sỏi đá, có sim, mưa, rành rành mọc đầy

- Đất thịt, đất sét kết cấu chặt lẫn cuội sỏi, mảnh vụn kiến trúc, gốc rễ cây 10-20% thể tích hoặc 150-300 kg/m3

- Đá vôi phong hóa già nằm trong đất, đào ra từng mảng được, khi còn trong đất thì tương đối mềm, đào ra rắn dần lại,đập vỡ vụn ra như xỉ

Dùng cuốc bàn cuốc chối tay, phải dùng cuốc chim to lưỡi để đào

VII

- Đất đồi lẫn từng lớp sỏi, lượng sỏi 25-35% lẫn đá tảng, đá trái đến 20% thể tích

- Đất mặt đường đá dăm hoặc đương đất rải mảnh sành, gạch vỡ

- Đất cao lanh, đất thịt, đất sét kết cấu chặt, lẫn mảnh vụn kiến trúc, gốc rễ cây 20-30% thể tích hoặc

IX

- Đất lẫn đá tảng, đá trái lớn hơn 30% thể tích, cuội sỏi giao kết bởi đất sét

- Đất có lẫn từng vỉa đá phiến, đá ong xen kẽ (loại đá khi còn trong lòng đất tương đối mềm)

- Đất sỏi đỏ rắn chắc

Dùng xà beng, choòng búa mới đào được

3 PHÂN CẤP ĐẤT DỰA TRÊN VIỆC THI CÔNG ĐẤT BẰNG MÁY

3.1 Phân nhóm đất cho máy xúc (4 nhóm)

Bảng 6 Phân nhóm đất cho máy xúc

- Cát khô, cát có độ ẩm tự nhiên, á cát, không có lẫn đá dăm.

- Đất bùn dầy dưới 20cm, không có rễ cây, sỏi sạn hoặc đất khô lẫn đá có đk > 30cm.

- Đất đồng bằng có lớp trên dầy < 80cm hoặc đất vun thành đống bị nén chặt.

III - Đất sét nặng vỡ từng mảng, đất sét lẫn đá dăm dùng xẻng, mai mới xắn được.

- Đất bùn dầy < 40cm.

- Đất đã được nổ, phá.

- Đất đồng bằng có lớp dưới từ 2 - 3,5m.

- Đất đỏ, vàng ở vùng đồi núi có lẫn đá ong, sỏi nhỏ, kết cấu đặc, cứng.

- Đất cứng lẫn đá quả dừa hay sít non.

3.2 Phân nhóm đất cho máy ủi (3 nhóm)

Bảng 7 Phân nhóm đất cho máy ủi

II - Sỏi sạn không có lẫn đá to.

- Đất sét mềm ướt không lẫn lộn đá dăm hoặc á sét nặng

- Đất bùn dầy > 30cm

- Đất lẫn đá tảng.

- Đất đồng bằng dầy trên 1,2m.

- Đất sét lẫn sỏi sạn, đá dăm, cát khô.

- Đất bùn dầy trên 30cm.

- Đất lẫn đá tảng.

- Đất đồng bằng dầy trên 1,2m.

BÀI 1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH ĐẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH KHỐI LƯỢNG CÔNG TÁC ĐẤT

1. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH ĐẤT

1.1 Khái niệm

• Việc tính toán khối lượng đất có ý nghĩa rất quan trọng trong việc thiết kế và thi công các công trình có liên quan đến công tác đất

• Về mặt thiết kế: có tính được khối lượng đất thì mới tính được dự toán thông qua việc dự báo khối lượng và bóc tách tiên lượng

• Về mặt thi công: việc tính khối lượng đất giúp ta lập kế hoạch tổ chức thi công và phục vụ cho việc thanh quyết toán khối lượng

• Các công trình đất thường có kích thước rất lớn theo không gian 3 chiều như đê, đập, nền đường, nếu lấy kích thước tính toán sai lệch một ít cũng có thể dẫn đến sai khác rất lớn khi tính toán khối lượng đất  sai dự toán, sai lệch trong tổ chức thi công

• Mỗi dạng công trình đất khác nhau sẽ có cách xác định kích thước khác nhau Trong bài này, ta sẽ xác định kích thước của một số dạng công trình thường gặp.

1.2 Kích thước một số công trình thường gặp

• Với các công trình chạy dài

Kích thước nền đường, kênh mương, hệ thống đê điều: Để tính toán khối lượng công tác đất người ta chia công trình thành nhiều đoạn, mỗi đoạn

nằm giữa 2 mặt cắt có tiết diện ngang F1,F2, thể tích của mỗi đoạn là Vi thì tổng các Vi sẽ là thể tích của công trình chạy dài Để tính các thể tích đất Vi thì ta phải xác định diện tích mặt cắt ngang

VD1 : Tính toán khối lượng công tác đất của một con kênh có chiều dài L, mặt cắt ngang như hình vẽ :

- Kích thước đáy dưới mương là b

- Chiều dài kênh L

- Chiều cao đào đất là h ( cốt đất tự nhiên và cốt đáy móng lấy ở bản vẽ kỹ thuật)

Hình 3 - Khối lượng công trình đất TH cốt đất tự nhiên tương đối bằng phẳng

Như vậy, bề rộng cạnh trên của hố đào trong trường hợp cốt đất tự nhiên tương đối phẳng:

a = b + 2mh

Nếu cốt đất tại vị trí đào, đắp công trình chạy dài, không bằng phẳng thì có thể xác định các diện tích mặt cắt ngang như sau:

b mh

Cốt đất không bằng nhau, mặt đất không bằng phẳng

212

12

mh mh

b h

h

• Đối với công trình phục vụ thi công móng (hố móng)

Chiều rộng đáy móng băng, móng độc lập tối thiểu phải bằng kích thước đáy móng cộng 0,1m bê tông lót về 2 phía, khoảng cách để đặt ván

khuôn và neo giằng, tăng thêm 0,2m (TCVN 4447-1987, mục 3.9)

Phải mở rộng về các phía ở đáy một khoảng lưu thông a1 để tiện thi công móng

- Đối với hố móng đơn, nhỏ thì a1=0,3-0,5m

- Nếu hố móng lớn và rất lớn, thi công bằng máy thì a1 = 2 – 3,5m

- Trong trường hợp cần thiết có công nhân làm việc dưới đáy móng thì khoảng cách tối thiểu giữa kết cấu móng và vách hố móng

phải lớn hơn 0,7m

VD2: Xác định kích thước hố đào cho một công trình có đáy F = a.b và chiều sâu đáy hố móng là h.

Căn cứ vào cấp đất và chiều sâu hố móng ta xác định được hệ số mái dốc:

Chiều sâu hố đào được xác định:

H = h + hbt lótVới h là chiều sâu chôn móng theo thiết kế

a

1 m

Trong đó am, bm là kích thước hố móng; a1 là khoảng cách thi công - khoảng lưu không; 0,2m là phần bê tông lót đổ rộng hơn đáy móng về hai phía.

Xác định kích thước miệng hố đào:

A = a + 2m (H+h1)

B = b + 2m (H+h1)

2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH

Dựa vào các phương pháp tính thể tích của hình học không gian

Khi công trình có hình dáng đúng với các hình thông thường như hình trụ, hình hộp, hình nón thì chỉ cần áp dụng những công thức sẵn có để

tính

Với những công trình có hình dáng phức tạp, ta phải dùng phương pháp tính gần đúng, sao cho sai số nằm trong phạm vi cho phép Đôi khi

một công trình phải chia ra làm nhiều hình khối để tính mới đạt được độ chính xác mong muốn

1 CÁC DẠNG HÌNH KHỐI THƯỜNG GẶP ( HỐ MÓNG, KHỐI ĐẤT ĐẮP)

Hình 4 - Hố móng, khối đất đắp

2 CÔNG THỨC TÍNH

ab

a'

b'

d'

c 'V1

Hình 5 - Hố móng

- Tiến hành đo vẽ các kích thước.

- Từ 4 đỉnh đáy nhỏ, dựng 4 đường vuông góc với đáy trên, cắt đáy trên tại I,J,K,L

- Qua các cạnh ở đáy nhỏ, dựng 4 mặt phẳng vuông góc với đáy trên: 4 mặt phẳng chia hình khối làm 9 khối nhỏ

Trong đó: a,b - chiều dài, rộng của đáy dưới hố móng

c,d - chiều dài, rộng của đáy trên hố móng

H - chiều cao hố móng

- Công thức trên càng chính xác khi 2 đáy hố càng song song nhau