Giải pháp xử lý nền cát cho hố móng sâu vùng đồng bằng - áp dụng_unprotected

Khi đào móng, chuyển đi một khối lượng đất đá, phá vỡ cân bằng tự nhiên của môi trường đất đá, nước dưới đất nên đã xảy ra một loạt các hiện tượng gây trở ngại đến công tác đào móng như:

LỜI CẢM ƠN

Dưới sự giúp đỡ vô cùng quý báu của các thầy trong trường Đại học Thuỷ lợi, Ban QLDA các tiểu dự án ADB5 tỉnh Bắc Ninh, bạn bè, đồng nghiệp, người thân và cùng với sự nỗ lực của bản thân, tác giả mong muốn đóng góp một phần nhỏ và đem lại những giá trị về khoa học - thực tiễn cho đề tài luận văn thạc sỹ kỹ thuật

“Giải pháp xử lý nền cát cho hố móng sâu vùng đồng bằng - Áp dụng cho trạm bơm tiêu Nhất Trai, tỉnh Bắc Ninh”

Để đạt được như vậy, tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với PGS.TS Nguyễn Hữu Huế, đã cho tôi những ý tưởng quý giá, những định hướng ban đầu và nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành công việc nghiên cứu khoa học của mình

Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, Phòng Đào tạo Đại học và sau đại học, Khoa Công trình, và các thầy tham gia giảng dạy khoá Cao học

22 trường Đại học Thủy lợi đã tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành tốt khoá học Cuối cùng, xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã khích lệ động viên tôi thực hiện đề tài luận văn này./

Hà Nội, tháng 05 năm 2016

Tác giả

Bùi Anh Tú

LỜI CAM KẾT

Tôi là Bùi Anh Tú, tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi là do tôi làm Những kết quả nghiên cứu là trung thực.Trong quá trình làm tôi có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và cấp thiết của đề tài Các tài liệu trích dẫn

rõ nguồn gốc và các tài liệu tham khảo được thống kê chi tiết Những nội dung và kết quả trình bày trong Luận văn là trung thực, nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, tháng 05 năm 2016

Tác giả

Bùi Anh Tú

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN I

LỜI CAM KẾT II

MỤC LỤC III DANH MỤC BẢNG BIỂU V

DANH MỤC HÌNH VẼ VI

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài: 1

3 Phương pháp nghiên cứu: 1

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG MÓNG TRÊN NỀN CÁT ĐÙN, CÁT CHẢY 3

1.1 Hiện tượng xói ngầm, cát chảy 3

1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng của phương pháp hạ mực nước ngầm khi thi công hố móng 3

1.2.1 Hạ mực nước ngầm khi thi công hố móng trên thế giới 4

1.2.2 Hạ mực nước ngầm khi thi công hố móng ở Việt Nam 4

1.3 Ảnh hưởng của việc tiêu nước mặt, tiêu nước ngầm đến ổn định hố móng công trình 5

1.3.1 Ảnh hưởng của việc tiêu nước mặt, tiêu nước ngầm đến ổn định mái hố móng 5 1.3.2 Ảnh hưởng của việc tiêu nước mặt, tiêu nước ngầm đến ổn định đáy hố móng 7 1.4 Các sự cố khi thi công hố móng sâu trong vùng địa chất cát đùn, cát chảy 9

1.5 Sự cố, hư hỏng 10

1.5.1 Nguyên nhân dẫn đến sự cố, hư hỏng 10

1.6 Các kết quả đạt được khi dùng biện pháp hạ mực nước ngầm để thi công hố móng có địa chất cát đùn, cát chảy, những tồn tại và nguyên nhân 11

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 19

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIẢI PHÁP KỸ THUẬT KHI THI CÔNG HỐ MÓNG SÂU 20

2.1 Các giải pháp kỹ thuật khi thi công móng trên nền địa chất cát đùn, cát chảy.

20

2.1.1 Hạ mực nước ngầm xung quanh hố móng 20

2.1.2 Bố trí tường vây hố móng (cừ, hào bentonite, các giải pháp phụt vữa tạo màn chống thấm ) 21

2.2 Các giải pháp bảo vệ hố móng khi thi công móng trên nền địa chất cát đùn, cát chảy 23

2.2.1 Chắn giữ bằng cọc xi măng đất (cọc trộn sâu) 23

2.2.2 Chắn giữ bằng cọc hàng 27

2.2.3 Chắn giữ bằng tường liên tục trong đất 29

2.3.1 Phương pháp tiêu nước mặt 31

2.3.2 Phương pháp tiêu nước ngầm 43

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 58

CHƯƠNG 3.ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP VÀO TÍNH TOÁN HỐ MÓNG TRẠM BƠM NHẤT TRAI – TỈNH BẮC NINH 59

3.1 Giới thiệu về trạm bơm Nhất Trai 59

3.1.1 Các thông số cơ bản của trạm bơm 59

3.1.2 Tài liệu địa chất khu vực nền trạm bơm 62

3.2 Những vấn đề khi thi công hố móng trạm bơm Nhất Trai 68

3.2.1 Theo thiết kế ban đầu 68

3.2.2 Thực tế thi công tại công trường: 69

3.3 Đề xuất giải pháp dùng hệ thống giếng kim để hạ thấp mực nước ngầm cho hố móng trạm bơm Nhất Trai 70

3.3.1 Tính toán hạ mực nước ngầm 70

3.3.2 Kiểm tra hạ mực nước ngầm bằng phần mềm Modflow 73

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1 Bảng tính trị số n 38

Bảng 2-2 Lượng thấm từ đáy móng lên (Qt3) 40

Bảng 2-3 Bảng tính trị số Ta 55

Bảng 3-1 Thông số kỹ thuật trạm bơm Nhất Trai 60

Bảng 3-2 Chỉ tiêu cơ lý đất nền 65

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Biểu đồ biến đổi sức chống cắt của đất khi thay đổi độ ẩm 6

Hình 1-2 Sơ đồ lực tác dụng lên mái dốc khi có áp lực thủy động 7

Hình 1-3 Tác dụng của nước ngầm có thể gây bục đáy hố móng 8

Hình 1-4 Nước ngầm có áp tác dụng lên lớp đất không thấm ở đáy hố móng có thể gây bục đáy hố móng 8

Hình 1-5 Hố xói phá hủy đoạn đường Lê Văn Lương (kéo dài) Hà Nội, mùa mưa 2012 13

Hình 1-6 Mặt cắt ngang hố móng trạm bơm Như Trác 14

Hình 1-7 Hố móng cống Vân Cốc có hàng cừ vây xung quanh và đã sử dụng hệ thống giếng kim tiêu nước nhưng không đạt hiệu quả 15

Hình 2-1 Sơ đồ của một giếng đơn hạ mực nước ngầm 20

Hình 2-2 Phản ứng hóa học của xi măng và đất 26

Hình 2-3 Các hình thức chắn giữ bằng cọc hàng 28

Hình 2-4 Một kiểu bố trí rãnh tiêu trong quá trình đào móng 32

Hình 2-5 Bố trí hệ thống tiêu nước thường xuyên 33

Hình 2-6 Chống đỡ cho giếng tập trung nước 33

Hình 2-7 Sơ đồ tính thấm qua đê quai ở trên nền không thấm 36

Hình 2-8 Sơ đồ tính thấm qua đê quai ở trên nền đất thấm 37

Hình 2-9 Sơ đồ tính thấm vào hố móng hoàn chỉnh 38

Hình 2-10 Sơ đồ tính toán giếng không hoàn chỉnh 40

Hình 2-11 Sơ đồ tính toán lưu lượng bơm bổ sung 41

Hình 2-12 Giếng thường cỡ lớn 44

Hình 2-13 Ống lọc nước bằng gang đúc 44

Hình 2-14 Bố trí hệ thống giếng kim xung quanh hố móng 46

Hình 2-15 Cấu tạo giếng kim với khớp nối bản lề 46

Hình 2-16 Hai tầng giếng kim để hạ thấp mực nước ngầm 48

Hình 2-17 Cấu tạo giếng kim có thiết bị dòng phun 49

Hình 2-18 Cấu tạo vòi phun 49

Hình 2-19 Sơ đồ giếng kim lọc kết hợp điện thấm 51

Hình 2-20 Cấu tạo giếng khoan loại nhỏ 52

Hình 2-21 Sơ đồ tính toán giếng không hoàn chỉnh 54

Hình 3-1 Phối cảnh tổng thể trạm bơm Nhất Trai 60

Hình 3-2 Mặt cắt địa chất khu vực nhà trạm 2-2’ 64

Hình 3-3 Mặt cắt địa chất nhà trạm 12-12’ 64

Hình 3-4 Hố móng trạm bơm Nhất Trai 69

Hình 3-5 Cắt ngang hố móng trạm bơm Nhất Trai 72

Hình 3-6 Mặt bằng bố trí giếng kim hố móng trạm bơm Nhất Trai 73

Hình 3-7 MNN xung quanh phạm vi hố móng sau 7 ngày hút nước liên tục bằng 42 giếng đặt cách nhau 3,5m nhìn từ trên xuống 75

Hình 3-8 MNN xung quanh phạm vi hố móng sau 7 ngày hút nước liên tục bằng 42 giếng đặt cách nhau 3,5m 75

Hình 3-9 Mô tả bố trí hệ thống giếng hạ MNN và giếng quan trắc MNN xung quanh phạm vi hố móng theo không gian 3D 76

Hình 3-10 Mặt cắt dọc đi qua tim hố móng 76

Hình 3-11 Mặt cắt ngang đi qua tim hố móng 77

Hình 3-12 cắt ngang đi qua tim hố móng 77

Hình 3-13 Mặt cắt ngang đi qua tim hố móng 78

Hình 3-14 Đường quan hệ MNN ở giữa hố móng theo thời gian bơm nước của hệ thống giếng (gồm 42 giếng) xung quanh phạm vi hố móng 78

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Móng của hầu hết các công trình thường nằm dưới mặt đất từ vài mét đến hàng chục mét Đào móng là công việc đầu tiên khi thi công xây dựng của bất kỳ công trình nào Khi đào móng, chuyển đi một khối lượng đất đá, phá vỡ cân bằng tự nhiên của môi trường đất đá, nước dưới đất nên đã xảy ra một loạt các hiện tượng gây trở ngại đến công tác đào móng như: Đất đá ở thành hố trượt lở, di chuyển vào hố móng, đất ở đáy

hố bị đẩy trồi, nước dưới đất, cát chảy vào hố móng, vùng đất xung quanh hố móng chuyển vị làm cho các công trình ở lân cận lún sụt, nứt nẻ

Sự cố thi công hố móng công trình luôn song hành với việc lựa chọn giải pháp thi công

hố đào không thích hợp với điều kiện địa chất và nước ngầm Sự chuyển dịch đất nền quanh hố đào có thể xẩy ra ngay trong quá trình đào móng hay sau thời gian hố đào đã lấp đất Đây là vấn đề khó tránh khỏi, một khi nhà thầu thiết kế hoặc thi công kém năng lực, ít kinh nghiệm hoặc tài liệu khảo sát thiếu chính xác

Vấn đề đào hố móng luôn luôn là chủ đề thời sự, nó tiềm ẩn nhiều rủi ro cần được xem xét kỹ lưỡng và có giải pháp thi công thích hợp, nhằm hoàn thành công trình đúng thời hạn, an toàn và hiệu quả

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài:

- Nghiên cứu và đề xuất giải pháp kỹ thuật khắc phục hiện tượng cát đùn, cát chảy trong thi công công trình

- Ứng dụng kết quả nghiên cứu tính toán cho thi công trạm bơm tiêu Nhất Trai, huyện Lương Tài, Tỉnh Bắc Ninh

3 Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu tài liệu chuyên ngành có liên quan đến vận động của nước ngầm, ổn định thấm của nền công trình

- Tính toán ổn định hố móng sâu trong điều kiện địa chất và nước ngầm bất lợi, đồng thời phân tích trên mô hình bằng phần mềm Plaxis, Modflow Từ đó đề ra các giải pháp bảo vệ kênh dẫn, phòng tránh cát đùn, cát chảy cho kênh trong quá trình thi công

và vận hành, sử dụng sau này

- Áp dụng cho một công trình thực tế có so sánh kết quả nghiên cứu và thực tế

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG MÓNG TRÊN NỀN CÁT ĐÙN, CÁT CHẢY

1.1 H iện tượng xói ngầm, cát chảy

Khi xây dựng công trình ở đồng bằng, ven sông, biển có hố móng sâu (các trạm bơm lớn, các hệ thống tiêu thoát nước, các tầng hầm của các tòa nhà, hầm đường bộ, ga tàu điện ngầm ) thường gặp đất nền là lớp cát hạt trung hoặc cát hạt mịn có lẫn một lượng nhỏ hạt sét phù sa và mực nước ngầm tự nhiên cao, một số trường hợp đáy móng công trình có thể có tầng nước áp lực, trong trường hợp này khi đào móng dễ phát sinh các hiện tượng:

− Đáy hố móng bị bục do tầng nước áp lực ở phía dưới đẩy lên do lớp đất ở đáy móng quá mỏng, kéo theo đất và cát vào hố móng

− Nước ngầm chảy từ mái hố móng kéo theo đất và cát vào trong hố móng Khi đào móng các công trình này, mực nước ngầm lộ ra, các hạt mịn, hạt nhỏ cát chứa bụi sẽ bị nước ngầm kéo theo từ xung quanh mái hố móng và đáy hố móng vào hố móng công trình Hiện tượng chảy của cát có thể diễn ra một cách chậm chạp, hoặc rất nhanh dưới hình thức đùn ra ngay sau khi đào đến chúng, làm cho mái hố móng mất

ổn định, hoặc bục đáy hố móng Nếu lượng đất, cát chảy vào hố móng quá nhiều thì có thể gây sụt lún, đổ vỡ các công trình xây dựng đã có ở xung quanh hố móng

1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng của phương pháp hạ mực nước ngầm khi thi công hố móng

Tiêu nước cho các hố móng xây dựng là để ngăn ngừa tác động có hại của dòng chảy nước ngầm đối với nền và mái hố móng Ngăn lưu lượng nước ngầm chảy vào hố móng, tiêu được nước cho đất tại các tầng đào, ngăn ngừa đất mái móng bị sụt và trượt

1.2.1 Hạ mực nước ngầm khi thi công hố móng trên thế giới

Tại các công trường xây dựng thuỷ công của Liên – xô, phương pháp hạ nước ngầm được áp dụng rộng dãi trong thời kỳ công nghiệp hóa và hiện đại hóa, phương pháp hạ mực nước ngầm được áp khi xây dựng các tuyến tàu điện ngầm và kênh đào Matskva ( năm 1933-1937) và chẳng bao lâu sau đó tại các công trường của các công trình đầu mối Ru-bin-ski và U-glich-ski (năm 1936-1941) Nhưng tại các công trường đó đã sử dụng các thiết bị còn chưa hiện đại: giếng không sâu lắm với các máy bơm ly tâm, máy bơm cần để hạ nước ngầm không quá 4-4,5m và chỉ sử dụng có tính chất thí nghiệm các máy bơm sâu của nước ngoài loại hiện đại để giảm mức nước ngầm tới 11m

Tại kênh đào Von-ga Đông mang tên V.I.Lênin đã sử dụng với quy mô lớn các thiết bị hiện đại có hiệu quả do mình tự sản xuất: các máy bơm sâu để hạ mực nước ngầm tới 23m và các thiết bị kim lọc để hạ nước ngầm tới 5m Tất cả trong các hố móng của 22 công trình thuỷ công trên sông đào Vôn-ga Đông với tổng diện tích phải tiêu là 84 ha

Ở các nước trên thế giới cũng đã áp dụng phương pháp hạ mực nước ngầm vào các công trình thủy lợi, thủy điện, giao thông và xây dựng dân dụng đạt hiệu quả khá tốt

Hố móng sâu phức hợp của tháp phát thanh truyền hình Thượng Hải đặt sâu 12,5m diện tích đáy móng khoảng 2700m2, dùng phương pháp giếng kim để tiêu nước ngầm Hai toà nhà của bệnh viện hữu nghị Trung Nhật, diện tích nhà khoảng 7000m2, cạnh dài lớn nhất là 91,4m, rộng 41,5m sâu -8,86m, mực nước ngầm khoảng -1,5 m, tầng chứa nước là đất cát bột nặng, đất bột sét và cát bột, đã dùng 570 giếng kim phun tạo thành 2 vòng tròn khép kín, hiệu quả hạ mức nước ngầm rất tốt

Đại lầu trung tâm Quốc mậu Vũ Hán có diện tích đào 5000m2, sâu -16,8m, bố trí giếng kết hợp cả bên trong và bên ngoài hố móng, giếng sâu 42-47m Áp dụng phương pháp tăng dần số lượng giếng kim phun nước, hiệu quả hạ mực nước ngầm rất tốt

1.2.2 Hạ mực nước ngầm khi thi công hố móng ở Việt Nam

Việt Nam là nước có nền khoa học kỹ thuật phát triển muộn hơn các nước tiên tiến

trên thế giới, hiện nay các công trình thủy lợi thủy điện, các công trình giao thông và dân dụng đang trên đà phát triển khá mạnh, công nghệ hạ thấp mực nước ngầm cũng theo đó mà phát triển theo

Trong những năm gần đây chúng ta đã áp dụng phương pháp hạ thấp mực nước ngầm

để bảo vệ hố móng khi xây dựng nhiều công trình như: Hố móng cống Hiệp Thuận (Đập Đáy, Hà Tây cũ), Âu thuyền Cầu Đất (Hải Dương), trạm bơm Kim Đôi, trạm bơm Phấn Động, trạm bơm Nhất Trai (Bắc Ninh), trạm bơm Như Trác, Hữu Bị II (Hà Nam), cống Liên Mạc (Hà Tây), trạm bơm Tràm (Hải Dương), cống Vân Cốc, hệ thống kênh dẫn cụm công trình đầu mối Hát Môn - Đập Đáy (Hà Tây), tầng hầm các công trình xây dựng, hầm đường bộ…

1.3 Ảnh hưởng của việc tiêu nước mặt, tiêu nước ngầm đến ổn định hố móng công trình

Móng của hầu hết các công trình xây dựng đòi hỏi phải có hố móng khô ráo để thi công, trừ một số trường hợp như đắp đất trong nước, dọn nền bằng tàu cuốc, tàu hút bùn Thi công các công trình có hố móng ở vùng có mực nước ngầm cao cần thiết phải có giải pháp tiêu nước và bảo vệ mái hố móng phù hợp đảm bảo an toàn công trình đang thi công và các công trình lân cận, đồng thời đẩy nhanh được tiến độ thi công Việc lựa chọn phương án tiêu nước và bảo vệ mái hố móng liên quan mật thiết đến đặc điểm kết cấu công trình và phụ thuộc vào điều kiện địa chất - địa chất thuỷ văn của khu vực xây dựng công trình

Như vậy việc tiêu nước hố móng là biện pháp rất quan trọng để đảm bảo cho mái, đáy

hố móng ổn định và khô ráo trong quá trình thi công

1.3.1 Ảnh hưởng của việc tiêu nước mặt, tiêu nước ngầm đến ổn định mái hố móng

Đối với các công trình xây dựng ở những khu vực có mực nước ngầm cao, hố móng công trình phải tồn tại trong điều kiện phức tạp Tại đáy hố móng ứng suất giảm, áp lực lỗ rỗng giảm theo, mái hố móng chịu ảnh hưởng của dòng thấm trên mái chảy vào

hố móng

Khi chênh lệch mực nước ngầm so với đáy hố móng càng lớn, độ dốc thủy lực tăng

cao dễ gây mất ổn định về xói ngầm, kéo theo các hạt cát trôi vào hố móng, mái hố sẽ

bị rỗng chân nên khả năng chịu lực theo phương đứng giảm khiến đất phía trên tụt xuống làm sạt mái hố móng Trong trường hợp cát mịn, có hệ số thấm bé thì dễ xảy ra cát đùn chảy và cũng gây sụt lở

Mực nước ngầm cao trên mái hố móng cũng là nguyên nhân gây mất ổn định về trượt mái

Tác động trọng lực lên đất tăng khi độ ẩm ướt tăng sẽ kèm theo sự giảm độ bền (lực

ma sát trong ϕ và lực dính C của đất giảm) (Hình 1.1)

Hình 1-1 Biểu đồ biến đổi sức chống cắt của đất khi thay đổi độ ẩm

Áp lực thủy động đóng vai trò lớn trong một số trường hợp trượt của mái dốc Áp lực thủy động Dtđ hướng theo phương dòng thấm và xác định bằng công thức:

Với J –Gradien thấm; γn - Khối lượng riêng của nước

Trong thời gian đào móng, mực nước ngầm tại mái hố móng sẽ giảm xuống đột ngột làm nước từ xung quanh thấm vào hố móng sinh ra áp lực thủy động Tổng thành phần trọng lực T được bổ sung thêm áp lực thủy động Dtđ làm giảm hệ số ổn định F của sườn dốc

Hình 1-2 Sơ đồ lực tác dụng lên mái dốc khi có áp lực thủy động

Sự tăng tải trên mái dốc và các khu vực kề cận với mép mái dốc, các dao động địa chấn, các lực tác động tĩnh và động, lâu dài và tạm thời bên ngoài khác, máy móc, thiết bị, người…thường làm giảm sự ổn định và làm đất dịch chuyển

Phân tích nguyên nhân trên cho phép kết luận là sự hình thành tạo trượt do tăng lực cắt Quá trình làm giảm độ bền đất khi ẩm ướt, giảm độ chặt, phong hóa, phá hoại kết cấu tự nhiên, tác động của thủy tĩnh và một phần lực thuỷ động, sự biến đổi trạng thái ứng suất và nhiều nguyên nhân khác, chủ yếu gây ra sự giảm độ bền chịu cắt của đất Ứng suất cắt lớn hơn độ bền của đất mái dốc sẽ phá hủy độ ổn định của mái dốc và tạo thành trượt

Khi hạ mực nước ngầm, lượng nước trong đất giảm sẽ làm đất trở nên khô ráo và ma sát giữa các hạt đất tăng lên (C,ϕ, dung trọng của đất tăng) khiến mái đào loại đất này tăng khả năng ổn định

1.3.2 Ảnh hưởng của việc tiêu nước mặt, tiêu nước ngầm đến ổn định đáy hố móng

Trong trường hợp nền công trình là loại đất dễ lưu động (như đất cát pha sét, cát nhỏ hạt) thì khi hút nước lộ thiên nền đó bị hư hỏng do nước ngầm thấm vào hố móng Trường hợp nước ngầm có áp thì cả nền đất tương đối ổn định cũng có thể bị hư hại Khi làm khô hố móng thường hay xảy ra hai hiện tượng hư hỏng nền như sau:

Hiện tượng xói rỗng là hiện tượng đất nền bị dòng nước thấm lôi cuốn đi Hiện tượng

này chỉ xuất hiện trong những đất rời hoặc ít dính như đất cát, cát pha sét Lúc đầu những hạt đất nhỏ bị cuốn đi và khi lưu tốc tăng thì những hạt đất lớn hơn cũng bị lôi cuốn đi, còn lại một cơ cấu đất tơi xốp Nền đất này rất dễ lún, hoặc có những đường nước thấm tập trung, làm suy yếu từng vùng đất…Mức độ xói rỗng và phá hoại cơ cấu đất nền càng tăng, khi chiều sâu hố móng càng sâu so với mực nước ngầm và cường

độ bơm nước ra khỏi hố móng càng lớn

Hiện tượng bục nền là hiện tượng đất nền bị mất ổn định hoàn toàn Thường xảy ra cả trong đất rời lẫn đất dính Do nước ngầm có áp lực từ dưới đẩy lên có thể làm phá vỡ lớp đất mặt nền không thấm nước hoặc ít thấm nước

Nước ngầm có áp lực cũng thường hay gặp khi xây dựng các công trình thủy lợi ở miền ven sông, ven biển, ven các nguồn chứa nước, nơi mà nguồn nước cung cấp nước ngầm cho đất (hình 1.3 và 1.4)

Hình 1-3 Tác dụng của nước ngầm có thể gây bục đáy hố móng

h h H

Hình 1-4 Nước ngầm có áp tác dụng lên lớp đất không thấm ở đáy hố móng có thể

gây bục đáy hố móng

Điều kiện nền công trình không bị nước ngầm có áp phá bục nền (hình 1.3 và 1.4) có thể biểu diễn bằng bất đẳng thức:

Trong đó: H- Cột nước áp lực (m)

hn- Chiều dày lớp nước trên đáy hố móng (m)

hđ – Chiều dày lớp đất không thấm dưới đáy hố móng (m)

γ và γđ – Dung trọng của nước và dung trọng đẩy nổi của đất (T/m3)

Vế trái bất đẳng thức chỉ áp lực nước ở mặt dưới lớp đất không thấm Vế phải chỉ trọng lượng nước và đất tính tới mặt dưới lớp đất không thấm

Trong trường hợp hố móng được hút khô hẳn thì số hạng đầu của vế phải sẽ bằng không Thường người ta chỉ hạ mực nước có áp đến một trị số an toàn nào thôi

Muốn ngăn ngừa hiện tượng xói ngầm và bục đáy móng do nước ngầm người ta áp dụng những biện pháp bảo vệ nền bằng cách tiêu nước ngầm, dùng các giếng kim giảm áp hoặc gia tải Nhưng việc áp dụng phương pháp nào , trước hết phụ thuộc vào tính thấm nước của đất đá chứa nước, chiều dày tầng chứa nước, đặc điểm địa chất thủy văn và độ sâu yêu cầu của mực nước ngầm

1.4 Các sự cố khi thi công hố móng sâu trong vùng địa chất cát đùn, cát chảy

Đào hố móng trong điều kiện địa chất yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện hiện trường phức tạp rất dễ sinh ra trượt lở khối đất, mất ổn định hố móng, thân cọc bị dịch chuyển 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 đến sự an toàn của các công trình lân cận Sự cố đã xảy ra trong cả quá trình thi công tường cừ lẫn trong khi đào đất Các sự cố chủ yếu đã xảy ra là: nứt gãy kết cấu, đứt đường ống, nghiêng lún nhà, sụt đất, đổ tường rào, sập

đổ nhà Các hiện tượng này thường xảy ra tại các khu vực có đất sét yếu hoặc cát chảy khi tường cừ hố đào không đủ độ cứng hoặc thiếu khả năng cách nước (cọc ép, cọc khoan nhồi không liên tục, cừ tràm hoặc một số loại khác) Tại một vài công trình sự

cố đã xảy ra ngay cả khi đất nền không quá yếu nhưng tường cừ không đủ cứng hoặc

khi tường cừ là tường trong đất đủ cứng nhưng lại bị khuyết tật, không ngăn được xói ngầm nền nước và cát

1.5 Sự cố, hư hỏng

Sự cố: Sập đổ công trình hoặc một bộ phân công trình; sụt nền; gãy cấu kiện chịu lực chính, đứt đường ống, đường cáp hoặc hệ thống thiết bị công trình; nghiêng, lún công trình hoặc nứt, võng kết cấu chịu lực chính quá mức cho phép;

Hư hỏng: nứt, tách nền; nứt tường hoặc kết cấu bao che, ngăn cách, hư hỏng cục bộ

nhưng chưa tới mức gián đoạn hoạt động các đường ống, đường cáp hoặc hệ thống thiết bị công trình; nghiêng, lún công trình hoặc nứt, võng kết cấu chịu lực chính nhưng chưa tới mức cho phép;

Các biểu hiện nêu trên có thể xuất hiện ngay từ khi bắt đầu thi công kết cấu chống giữ thành hố đào như đóng cừ, thi công cọc, làm tường cừ barrette hoặc xuất hiện trong quá trình đào đất hố móng

1.5.1 Nguyên nhân dẫn đến sự cố, hư hỏng

1.5.1.1 Chấn động phát sinh khi thi công

Các chấn động phát sinh khi rung hạ cừ, hạ ống vách để khoan cọc nhồi có thể gây lún móng của các công trình lân cận tựa trên một số loại đất rời, kém chặt hoặc gây hư hỏng kết cấu bằng các tác động trực tiếp lên chúng;

1.5.1.2 Chuyển vị của đất

Các chuyển vị thẳng đứng (lún hoặc trồi) và chuyển vị ngang của đất xảy ra khi thi công tường cừ hố đào (thường là cừ ván thép, cọc hoặc barrette), khi đào đất hố móng, khi hút nước ra khỏi hố đào hoặc khi thu hồi cừ ván thép

Khi rung hoặc ép tường cừ chế tạo sẵn thì bề mặt đất có xu hướng nâng lên và đất bị đẩy ra xa Ngược lại khi thi công cọc khoan nhồi hoặc barrette thì bề mặt đất xung quanh bị lún xuống và đất dịch chuyển ngang hướng về vị trí khoan tạo lỗ

Khi thi công đào đất hố móng, đất nền ở khu vực xung quanh bị lún xuống và chuyển dịch ngang về phía hố đào Mức độ lún và chuyển vị ngang phụ thuộc vào độ sâu đào,

đặc điểm của đất nền, kết cấu chống đỡ và qui trình đào đất Chuyển dịch lớn thường phát sinh khi thi công hố đào sâu trong đất yếu

Khi bơm hút nước để thi công hố đào, mực nước ngầm bị hạ thấp làm tăng độ lún của đất nền ở khu vực xung quanh Mức độ lún phụ thuộc vào mức độ hạ mực nước ngầm, đặc điểm của đất nền và thời gian thi công

Khi thu hồi cừ ván thép, đất chuyển dịch vào các khe rỗng do cừ để lại gây ra lún khu vực xung quanh tường cừ

1.5.1.3 Mất ổn định

Hố đào có thể bị mất ổn định do hệ thống chống đỡ không đủ khả năng chịu lực hoặc

do hiện tượng trượt sâu Trong trường hợp này các công trình liền kề hố đào bị chuyển

vị lớn và có thể bị sập đổ ngay

1.5.1.4 Sụt đất

Hiện tượng sập cục bộ thành rãnh đào và hố khoan khi thi công tường cừ và cọc bằng phương pháp đổ tại chỗ có thể để lại các hốc nhỏ trong đất Các hốc với qui mô lớn hơn được hình thành khi đất bị cuốn trôi theo dòng chảy của nước vào hố móng qua khe hở giữa các tấm cừ hoặc qua các khuyết tật trên kết cấu cừ Khi vòm đất phía trên các hốc này bị sập sẽ gây ra hiện tượng sụt nền hoặc sự cố của các công trình trên nó Hiện tượng này có khả năng xảy ra khi hút nước hố đào để thi công móng trong nền cát bão hòa nước

1.6 Các kết quả đạt được khi dùng biện pháp hạ mực nước ngầm để thi công hố móng có địa chất cát đùn, cát chảy, những tồn tại và nguyên nhân

Việc áp dụng phương pháp hạ mực nước ngầm để bảo vệ hố móng hiện nay đã được

áp dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam, với việc khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, thì ngày nay công nghệ hạ thấp mực nước ngầm đã mang lại những thành quả nhất định cho sự phát triển của ngành xây dựng nói chung và xây dựng công trình thủy lợi nói riêng

Trong thi công các hố móng sâu có mực nước ngầm cao, việc áp dụng công nghệ hạ

thấp mực nước ngầm đã mang lại những kết quả cụ thể như sau

− Làm cho mái hố móng luôn luôn được ổn định và khô ráo, chất lượng xây đúc

hố móng được đảm bảo

− Thời gian thi công công trình được rút ngắn

− Giảm khối lượng đào móng và giảm giá thành thi công

− Làm tăng cường độ của đất nền vì vậy giảm độ lún của công trình

− Giảm thiểu ảnh hưởng đến các công trình lân cận

− Tạo được thêm mặt bằng để bố trí các công trình công cộng, các đường giao thông phục vụ thi công

Tuy nhiên trong thực tế việc hạ mực nước ngầm vẫn còn nhiều tồn tại cần được khắc phục như:

− Mực nước trong các hố móng không hạ được như thiết kế ban đầu

− Vẫn còn nước chảy từ mái vào hố móng kéo theo đất cát vào hố móng gây sạt

lở mái hố móng

− Gây hư hại đến các công trình lân cận

− Thiết bị chủ yếu vẫn nhập ngoại nên việc áp dụng gặp nhiều khó khăn và giá thành thiết bị còn cao Trình độ lắp đặt và vận hành chưa chuyên nghiệp

− Chọn các thông số thiết kế chưa phù hợp với thực tế hiện trường

Với các công trình có yêu cầu HMNN trong quá trình thi công móng thì việc HMNN thành công hay không sẽ quyết định cả sự thành bại trong xây dựng, giá thành xây dựng, chất lượng nền, chất lượng móng và chất lượng công trình

Dưới đây là một số tồn tại khi tiêu nước phục vụ thi công móng một số công trình:

* Sự cố đường Lê Văn Lương (kéo dài) – Hà Nội: Sự cố xảy ra do hiện tượng xói

ngầm khi thi công hố móng tòa nhà 104, 105 thuộc tổ hợp chung cư U Silk City của

Công ty Sông Đà Thăng Long nằm sát ngay ven đường Lê Văn Lương (kéo dài), suốt

quá trình bơm cạn hố móng các tầng hầm các tòa nhà làm xói ngầm mất nền của hệ thống cống ngầm đồng thời kết hợp với mưa to nước chảy đầy trong cống đã tác động

bẻ gãy đường ống cống, nước tập trung đổ vào hố móng làm đứt hẳn một đoạn đường cao tốc

Hình 1-5 Hố xói phá hủy đoạn đường Lê Văn Lương (kéo dài) Hà Nội, mùa mưa 2012

* Sự cố công trình Ngô Quyền – Hà Nội: Sự cố xảy ra ngay trong quá trình đào hố

móng để xây dựng tầng hầm Khi đào hố móng đến đáy tầng hầm trong mùa mưa đã gây lún nứt một số công trình liền kề với độ dịch chuyển ngang và độ lún đạt tốc độ 1mm/giờ, sàn và tường của công trình đã bị nứt

* Sự cố công trình Lý Thái Tổ - Hà Nội: Xảy ra ngay trong quá trình đào tầng hầm và

hố móng, làm công trình cổ lân cận và một số nhà ở gần hố đào bị lún nứt nghiêm trọng và quá trình thi công bị tạm dừng

Sự cố hố đào công trình cao ốc Pacific: Sự cố làm sập Viện Khoa học Xã hội vùng Nam bộ và gây sụt nền Sở Ngoại vụ (thành phố Hồ Chí Minh) các sự cố trên đều có nguyên nhân tác động của nước ngầm và chất lượng thi công tường hầm ngầm

* Trạm bơm Như Trác, tỉnh Hà Nam: Thiết kế sử dụng hệ thống giếng kim của Liên

Xô (cũ) chế tạo để hạ mực nước ngầm xuống thấp hơn đáy móng ít nhất 0,5m (ở trung tâm móng) để đảm bảo đào móng trong điều kiện khô ráo, mái móng không bị sạt lở Đỉnh giếng kim được đặt ở cao độ +7,0m sâu hơn mặt đất tự nhiên Khoảng cách giữa

2 giếng liền kề nhau là 1,3m Đáy giếng ở cao độ -2.6m (Hình 1.6)

Toàn bộ các giếng kim được hạ bằng phương pháp xói nước và giếng được hạ dần xuống thấp nhờ trọng lượng bản thân của giếng

Hình 1-6 Mặt cắt ngang hố móng trạm bơm Như Trác Việc hạ MNN để đào móng vào giữa tháng 12 hoàn toàn không có mưa Khi hệ thống giếng kim hoạt động bình thường và đã đào móng xuống cao độ +4.3m thì trên mái hố móng xuất hiện cát chảy gây sạt lở từng đoạn Hồ móng bắt đầu ngập nước và việc đào móng gặp rất nhiều khó khăn và hầu như đào móng không có hiệu quả, đào được bao nhiêu cát chảy ra bấy nhiêu

Để khắc phục tình trạng này đơn vị thi công đã bạt mái từ m=2 sang mái xoải hơn m=3, đặc biệt phía sông m=3,5, dùng phên rơm và cọc tre đóng trên mái để hạn chế cát chảy vào hố móng, kết hợp dùng hệ thống tiêu nước mặt để hỗ trợ Kiểm tra lại toàn bộ hệ thống giếng để phát hiện các giếng bị dò khí, sau đó xiết chặt, làm kín các

mối nối để đảm bảo độ chân không cho hệ thống giếng kim, tăng công suất của nguồn điện, đảm bảo đủ nguồn điện cho máy bơm hoạt động bình thường, bơm đủ lưu lượng thiết kế

Nhờ các biện pháp trên và thêm một số yếu tố khách quan khác (mực nước ngầm thực

tế đã xuống thấp hơn thiết kế ở cao trình +5.1) nên biện pháp thi công đã đạt như yêu cầu thiết kế

* Cống Vân Cốc huyện Phúc Thọ, tỉnh Hà Tây: Thiết kế sử dụng hệ thống giếng kim

của Trung Quốc chế tạo để hạ mực nước ngầm xuống thấp hơn đáy móng ít nhất 0,5m (ở trung tâm móng) kết hợp với hàng cừ vây quanh hố móng ở phía ngoài hàng giếng kim 0,5m để đảm bảo đào móng trong điều kiện khô ráo

Khi giếng kim hoạt động nhà thầu thi công bắt đầu đào móng cống nhưng nước thấm vào nhiều nên không thể tiếp tục thi công được, như vậy là kết quả hạ mực nước ngầm không đạt yêu cầu nguyên nhân là do hệ thống giếng hoạt động không hiệu quả

Hình 1-7 Hố móng cống Vân Cốc có hàng cừ vây xung quanh và đã sử dụng hệ thống

giếng kim tiêu nước nhưng không đạt hiệu quả

* Phân tích những nguyên nhân của việc tiêu nước và bảo vệ mái hố móng không đạt hiệu quả

+ Vấn đề quản lý của chủ đầu tư

− Việc lựa chọn nhà thầu còn cẩu thả, chỉ quan tâm đến giảm giá thành và ép

thời gian quá ngắn, coi nhẹ vấn đề năng lực và kinh nghiệm của nhà thầu thiết kế và thi công, dẫn đến thời gian thực hiện vội vàng, cẩu thả, trong thiết kế còn tồn tại nhiều vấn đề, thi công thì làm rối, làm ẩu, bớt nhân công, xén vật liệu

− Chủ đầu tư không sát sao để nhà thầu chọn lựa, bố trí thiết bị tiêu nước chưa hợp lý

Kết quả khảo sát tại hiện trường là cơ sở cho thiết kế tính toán hố móng công trình Sai sót của công tác khảo sát tất sẽ để lại những ẩn họa sự cố cho công trình Những vấn

đề về khảo sát công trình thể hiện ở các mặt sau:

+ Địa chất thuỷ văn

Đơn vị khảo sát coi nhẹ công việc khảo sát địa chất thuỷ văn như: coi nước có áp cũng như sự chứa nước của các tầng trên, hệ số thấm của các tầng đất thường hay suy dẫn từ các số liệu kinh nghiệm ở địa phương, không làm thí nghiệm chuyên ngành cụ thể, dẫn đến sai lầm

Bỏ qua không đánh giá về sự chứa nước ở tầng trên do đó không làm cho người thiết

kế, thi công chú ý, sau khi đào hố móng mực nước trong và ngoài chênh nhau lớn dẫn đến nước thấm vào trong hố móng, cát chảy ở thành hố móng, đất bột, cát bột chảy vào hố gây ra sạt lở thành hố móng

+ Vấn đề khảo sát

Không khảo sát thực địa tại hiện trường mà lấy số liệu ở các công trình lân cận, chưa xác định chính xác hệ số thấm đứng Kđ, và hệ số thấm ngang Kn, các lớp sét, phù sa xen kẹp, độ thô thủy lực,… hoặc tại các vị trí cục bộ có sự thay đổi gây ra tình trạng những số liệu khảo sát chênh lệch khá xa so với thực tế

Những báo cáo khảo sát nói chung đặc trưng cho các điều kiện tự nhiên bao gồm: Những tài liệu về địa hình của khu đất; các mặt cắt địa chất gắn liền với mặt bằng khu đất xây dựng, có tách ra các lớp chứa nước và các lớp không thấm, có chỉ rõ mực nước xuất hiện và ổn định của nước ngầm trong các lỗ khoan hoặc áp lực trong ống đo của

nước ngầm, thành phần của hạt đất ở các tầng chứa nước, những chỉ dẫn về các bể chứa nước, các dòng nước lộ thiên hoặc những nguồn nước ngầm nào khác có thể có ở gần khu đất xây dựng, những chỉ dẫn về sự dao động của mực nước ngầm, các hệ số thấm nước, những chỉ dẫn về thành phần hóa học của nước ngầm và khả năng ảnh hưởng của nó đối với các thiết bị bơm và lọc

+ Vấn đề thiết kế hố móng

Thiết kế không chứng chỉ, thiết kế vượt cấp dẫn tới chất lượng thiết kế kém, tạo ra tình huống nguy hiểm và sự cố

Điều tra môi trường xung quanh chưa đầy đủ, chưa tính đến đường ống lân cận

bị rò rỉ, ao, hồ gần hố móng ảnh hưởng bất lợi đối với tiêu nước hố móng

Nhà thấu thiết kế thiếu kinh nghiệm

Người thiết kế không tính tới tác động của thời tiết, thời gian thi công công trình Thiếu sự phối hợp giữa đơn vị thiết kế và thi công

Tư vấn thiết kế lấy các thông số của thiết bị chưa phù hợp với điều kiện hiện trường, thường vượt quá khả năng làm việc của thiết bị như: lưu lượng các giếng, khoảng cách giữa 2 giếng liên tiếp, độ sâu đặt giếng, …lớn hơn khuyến cáo của nhà cung cấp thiết bị

Nhà thầu chọn thời điểm thi công không hợp lý như đang trong mùa mưa, bão nên mực nước ở các sông sẽ rất cao và lượng nước thấm vào hố móng sẽ rất lơn

Nhà thầu không có kinh nghiệm trong lắp đặt thiết bị nên lắp chưa chính xác, không

khí chui vào giếng khi giếng hoạt động làm giảm hoặc mất chân không gây ra giảm hoặc mất khả năng hút nước của các giếng kim

Khi máy bơm hoạt động một số kim lọc bị tắc, ống lọc bị tắc do thi công chưa quan tâm đúng mức đến lớp lọc xung quanh giếng và nhất là ống lọc: lớp lọc này không có, không đủ dày hoặc thành phần hạt không đúng làm giảm lưu lượng vào giếng, hệ số thấm theo các phương Kđ, Kn khác nhau

Quản lý thi công rối ren trong quá trình thi công hố móng một mặt hút nước trong hố móng đi, mặt khác lại cứ xả bừa nước sinh hoạt, nước thi công trên bờ thành hố móng, làm cho áp lực đất chủ động của kết cấu chắn giữ tăng lên Trong thời gian thi công, không quản lý tốt đường ống cấp nước chôn ngầm, ống bị rò nước, đẩy đất giữa các cọc đi, hoặc nước vào xung quanh hố móng quá nhiều, tải trọng của kết cấu chắn giữ tăng lên

Chưa có kinh nghiệm trong quản lý vận hành dẫn đến vận hành không đúng quy trình, không phát hiện các hư hỏng cục bộ và xử lý kịp thời dẫn đến hiệu quả làm việc của các giếng không đều, hiệu suất các giếng thấp làm hệ thống vận hành không đồng bộ khiến hạ mực nước ngầm không đạt được mong muốn

Một số đơn vị cử nhân viên giám sát không đảm bảo yêu cầu Thiếu sự kết hợp với đơn vị thiết kế, không kịp thời phát hiện ra những sai sót và không kịp thời báo cho chủ đầu tư biết để xử lý khiến cho công trình không đảm bảo

Giám sát không kịp thời ngăn chặn những sai phạm của đơn vị thi công, để cho đơn vị thi công làm bừa, làm ẩu

+ Vấn đề về thiết bị

Phần lớn thiết bị hạ mực nước ngầm đều phải nhập khẩu, giá thành thiết bị còn quá cao, không đồng bộ là những khó khăn lớn hiện nay, trong quá trình sử dụng dễ bị hư hỏng và việc thay thế thiết bị hư hỏng bằng các thiết bị khác không đúng chủng loại làm giảm hiệu suất của giếng

Trong quá trình vận hành, các thiết bị hạ mực nước ngầm không được bảo

dưỡng đúng quy trình nên khi hoạt động sẽ giảm hiệu suất

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Nội dung của chương 1 tác giả đã tập chung xem xét tổng quan về công tác hố móng

và đặc biệt nhấn mạnh các nguyên nhân điển hình thường gặp khi thi công hố móng sâu có mực nước ngầm cao

Việc thi công hố móng sâu có mực nước ngầm cao luôn là công việc khó khăn khi thi công công trình, vì vậy việc nghiên cứu các biện pháp bảo vệ hố móng cũng như hạ thấp mực nước ngầm phù hợp cho từng công trình cần được quan tâm để áp dụng một cách có hiệu quả cho hố móng các công trình xây dựng nói chung và công trình thủy lợi nói riêng

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIẢI PHÁP KỸ THUẬT KHI THI CÔNG HỐ MÓNG SÂU

2.1 Các giải pháp kỹ thuật khi thi công móng trên nền địa chất cát đùn, cát chảy

Thi công các công trình có hố móng sâu ở vùng có mực nước ngầm cao, địa chất có cát đùn, cát chảy cần thiết phải có giải pháp bảo vệ hố móng, đảm bảo cho hố móng công trình đang thi công và các công trình lân cận được an toàn, đồng thời đẩy nhanh được tiến độ thi công Việc lựa chọn phương án bảo vệ mái hố móng liên quan mật thiết đến đặc điểm kết cấu công trình và phụ thuộc vào điều kiện địa chất - địa chất thuỷ văn của khu vực xây dựng

Các phương pháp bảo vệ hố móng trong điều kiện mực nước ngầm dâng cao có thể chia thành 2 nhóm sau:

2.1.1 Hạ mực nước ngầm xung quanh hố móng

Hạ mực nước ngầm chủ yếu lợi dụng “hình phễu rút nước“ Khi bắt đầu bơm hút thì nước ngầm trong tầng chứa nước ở xung quanh chảy vào giếng, sau một thời gian, mực nước sẽ ổn định và hình thành một đường cong uốn về phía giếng tạo thành một mặt trũng hình phễu (hình 2-1) Bán kính phễu R và chiều sâu hạ mực nước ngầm S ở ngay trong giếng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó yếu tố chính là hệ số thấm K của đất

Hình 2-1 Sơ đồ của một giếng đơn hạ mực nước ngầm

Mỗi giếng chỉ tiêu được một khối đất nhất định Bởi vậy để tiêu nước cho cả hố móng cần phải bố trí cả một hệ thống giếng

Chiều sâu hạ mực nước ngầm tại các khu vực khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố: chiều dày, các đặc trưng của tầng chứa nước

Khi hạ thấp mức nước ngầm cần phải tính đến các nhân tố sau:

− Loại đất và hệ số thấm

− Cao trình hạ mực nước ngầm yêu cầu

− Cao trình mực nước ngầm tự nhiên

− Biện pháp bảo vệ hố móng và các công trình lân cận

2.1.2.3 Cọc bản bêtông cốt thép

Cọc dài 6-12m, sau khi đóng cọc xuống đất, trên đỉnh cọc đổ một dầm vòng bằng

bêtông cốt thép đặt một dây chắn giữ hoặc thanh neo, dùng cho loại hố móng có độ sâu 3-6m

2.1.2.4 Tường chắn bằng cọc khoan nhồi

Đường kính φ 600-1000mm, cọc dài 15-30m, làm thành tường chắn theo kiểu hàng dọc, trên đỉnh cũng đổ dầm vòng bằng BTCT, dùng cho loại hố móng có độ sâu 6-13m

2.1.2.5 Tường liên tục trong đất

Sau khi đào thành hào móng thì đổ bêtông, làm thành tường chắn đất bằng bêtông cốt thép có cường độ tương đối cao, dùng cho hố móng có độ sâu 10m trở lên hoặc trong trường hợp điều kiện thi công tương đối khó khăn

2.1.2.6 G iếng chìm và giếng chìm hơi ép

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 thì có cần trục để chuyển đất đào được ra khỏi giếng Cũng có thể đào đất bằng phương pháp thuỷ lực Dưới tác dụng của lực trọng trường (trọng lượng bản thân của giếng) công trình sẽ hạ sâu vào đất Để giảm lực ma sát ở mặt ngoài giếng có thể dùng phương pháp xói thuỷ lực, làm lớp vữa sét quanh mặt ngoài giếng và đất, sơn lên mặt ngoài lớp sơn chống ma sát Ngày nay phương pháp này ít được dùng do khó khăn về an toàn lao động

Sau khi giếng đã hạ đến độ sâu thiết kế sẽ thi công bít đáy và làm các kết cấu bên trong từ dưới lên trên: cột, sàn, móng thiết bị, bunke…

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 đưa lên mặt đất qua ống lên xuống và thiết bị điều chỉnh áp suất không khí nói trên Trong không gian công tác của giếng chìm hơi ép được bơm khí nén tới áp lực bằng áp lực thuỷ tĩnh và nhờ vậy mà công tác đào đất sẽ khô ráo Cùng với hộp kín đi sâu vào

đất ta thi công tiếp phần kết cấu nằm phía trên hộp kín nói trên Phương pháp giếng chìm hơi ép thường dùng trong đất yếu có mực nước ngầm cao, dòng chảy mạnh, ở những nơi ngập nước, tức là trong những trường hợp việc thoát nước là khó khăn và không hợp lí về mặt kinh tế và chỉ ở độ sâu 30-35m vì không thể công tác ở áp suất 3,0 – 3,5atm

Kết cấu chắn giữ hố móng sâu có thể phân loại theo:

Việc lựa chọn phương án bảo vệ hố móng phải tổng hợp các yếu tố kỹ thuật, kinh tế,

Sau Đại chiến thế giới lần thứ hai, Mĩ là nước đầu tiên nghiên cứu về cọc ximăng trộn

tại chỗ (MIP), đường kính cọc 0,3 – 0,4m, dài 10-12m Năm 1950 truyền vào Nhật Bản, năm 1974 Trạm Nghiên cứu kĩ thuật bến cảng của Nhật Bản hợp tác nghiên cứu thành công phương pháp trộn ximăng để gia cố (CMC) Năm 1977 Trung Quốc bắt đầu thí nghiệm trong phòng và nghiên cứu chế tạo máy 2 trục đầu tiên để trộn dưới sâu Năm 1990 Nhật Bản đưa ra loại công nghệ thi công trộn dưới sâu mới gọi là phương pháp RR, khi thi công đầu trộn lên xuống, lắc ngang và quay tròn trộn ngược lên làm thành cọc, một lần làm cọc có thể trộn được thân cọc có đường kính tới 2m

Ở Việt Nam đầu những năm 80 đã dùng kĩ thuật này của hãng Linden – Alimak (Thuỵ Điển) làm cọc xi măng/vôi đất đường kính 40cm, sâu 10m cho công trình nhà 3-4 tầng

và hiện nay đang liên doanh với Công ty Hercules (Thuỵ Điển) làm các cọc này sâu đến 20m bằng hệ thống tự động từ khâu khoan, phun ximăng và trộn tại khu công nghiệp Trà Nóc (Cần Thơ) với tổng chiều dài cọc gần 50.000m Gần đây (năm 1999 )

đã có một Hội nghị thế giới về vấn đề này (Dry Mix Methods gor Deep Soil Stabilization ) ở Rotterdam (Hà Lan)

Phương pháp trộn dưới sâu thích hợp với các loại đất được hình thành từ các nguyên nhân khác nhau như đất sét dẻo bão hoà, bao gồm bùn nhão, đất bùn, đất sét và đất sét bột Độ sâu gia cố từ mấy mét cho đến 50-60m Ở Trung Quốc làm được tới độ sâu 15-18m Nhìn chung nhận thấy khi gia cố loại đất yếu khoáng vật đất sét có chứa đá cao lanh, đá cao lanh nhiều nước và đá măng tô thì hiệu quả tương đối cao Gia cố loại đất tính sét có chứa đá silic, có chất chloride và hàm lượng chất hữu cơ cao, độ trung hoà (độ pH) tương đối thấp thì hiệu quả kém hơn

Ở Thượng Hải, Trung Quốc, khi đào hố móng có độ sâu 5-7m, kết cấu tường chắn trước đây thường dùng cọc bản thép Vì cọc bản thép khi đóng cọc, nhổ cọc tiếng ồn thi công lớn, chấn động mạnh, xáo động nền đất nhiều, khi thi công sinh ra biến dạng lớn, tính chắn nước kém, các công trình xây dựng quanh và các đường ống ngầm dễ bị lún và chuyển vị mạnh

Tại công trình gang thép Bảo Sơn, Trung Quốc năm 80 bắt đầu ứng dụng cọc trộn dưới sâu thay cho cọc bản thép làm kết cấu chống giữ thu đựơc kết quả tốt Nhiều nơi

ở Trung Quốc hay dùng kiểu tường chắn trọng lực Loại kết cấu chống giữ này không

thấm nước, không phải đặt thanh chống, tạo điều kiện cho hố móng có thể đào rất thông thoáng, vật liệu sử dụng cũng chỉ có ximăng, do đó đạt được hiệu quả kinh tế tương đối cao, được sử dụng rộng rãi trong việc quây giữ hố móng sâu từ 5-7m Kinh nghiệm ở Việt Nam qua công trình ở khu công nghiệp Trà Nóc (Cần Thơ) cũng chứng

tỏ ưu việt của phương pháp này là kinh tế, thi công nhanh, không có đất thải, lượng ximăng khống chế điều chỉnh chính xác, không có độ lún thứ cấp (nếu làm nền), không gây dao động đến công trình lân cận, thích hợp với đất có độ ẩm cao (>75%)

Ngoài chức năng ổn định thành hố đào trụ đất ximăng còn đựơc dùng trong các trường hợp sau:

− Giảm độ lún công trình

− Tăng khả năng chống trượt mái dốc

− Tăng cường độ chịu tải của nền đất

− Giảm ảnh hướng chấn động đến công trình lân cận

− Tránh hiện tượng biến loãng (hoá lỏng) của đất rời

− Cô lập phần đất bị ô nhiễm

2.2.1.2 Nguyên lí và đặc tính gia cố ximăng đất

Quá trình phản ứng lí hoá của việc gia cố đất bằng ximăng khác với nguyên lí đóng rắn của bêtông Đóng rắn của bêtông chủ yếu là ximăng thực hiện tác dụng thuỷ giải

và thuỷ hoá trong cốt liệu thô và cốt liệu nhỏ, do đó tốc độ đóng rắn khá nhanh Khi dùng ximăng gia cố đất, do lượng ximăng trộn vào đất ít (chỉ chiếm 7%-15% trọng lượng đất gia cố), phản ứng thuỷ giải và thuỷ hoá của ximăng hoàn toàn thực hiện trong môi trường có hoạt tính nhất định – sự quây kín của đất, do đó tốc độ đóng rắn chậm và tác dụng phức tạp, cho nên quá trình tăng trưởng cường độ của ximăng gia cố đất cũng chậm hơn bêtông

Nguyên lí cơ bản của việc gia cố ximăng đất là ximăng sau khi trộn với đất sẽ sinh ra một loạt phản ứng hoá học rồi dần dần đóng rắn lại, các phản ứng chủ yếu của chúng là:

(1) Phản ứng thuỷ giải và thuỷ hoá của ximăng; ximăng phổ thông chủ yếu do các vật oxyd và oxyd calci, oxyd silic lần lượt tạo thành các khoáng vật ximăng khác nhau; Silicat tricalci, aluminat tricalci, silicat dicalci khi dùng ximăng gia cố đất yếu các khoáng vật trên bề mặt hạt ximăng nhanh chóng xảy ra phản ứng thuỷ giải và thuỷ hoá với nước trong đất yếu tạo thành các hoá hợp chất như hydroxyd calci, silicat calci ngậm nước, aluminat calci ngậm nước theo công thức sau:

Ximăng + nước = CSH – gel + Hydroxit calci

(2) Tác dụng của hạt đất sét với các chất thuỷ hoá của ximăng: Sau khi các chất thuỷ hoá của ximăng được tạo thành, tự thân nó trực tiếp đóng rắn, hình thành bộ khung xương đá ximăng; tiếp đến phản ứng với các hạt đất sét có một hoạt tính nhất định ở xung quanh

(3) Tác dụng cacbonat hoá: Hydroxyd calci trôi nổi trong chất thuỷ hoá ximăng có thể hấp thụ cacbonic trong nước và trong không khí sinh ra phản ứng cacbonat hoá tạo thành cacbonat calci không tan trong nước

Quá trình phản ứng gia cố ximăng đất như hình 2.2

Hình 2-2 Phản ứng hóa học của xi măng và đất

2.2.2 Chắn giữ bằng cọc hàng

Khi đào hố móng, ở những chỗ không tạo được mái dốc hoặc do hiện trường hạn chế không thể chắn giữ bằng cọc trộn được, khi độ sâu khoảng 6-10m thì có thể chắn giữ bằng cọc hàng Chắn giữ bằng cọc hàng có thể dùng cọc nhồi khoan lỗ, cọc đào bằng nhân công, cọc bằng bê tông cốt thép đúc sẵn hoặc cọc bản thép…

Kết cấu chắn giữ bằng cọc hàng có thể chia làm:

2.2.2.1 Chắn giữ bằng cọc hàng theo kiểu dẫy cột

Khi đất quanh hố tương đối tốt, mực nước ngầm tương đối thấp, có thể lợi dụng hiệu ứng vòm giữa hai cọc gần nhau (ví dụ khi dùng cọc nhồi khoan lỗ hoặc cọc đào lỗ đặt thưa) để chắn mái đất như hình 2.3a

2.2.2.2 Chắn giữ bằng cọc hàng liên tục (hình 2.3b)

Trong đất yếu thì thường không thể hình thành được vòm đất, cọc chắn giữ phải xếp thành hàng liên tục Cọc khoan lỗ dày liên tục có thể chồng tiếp vào nhau, hoặc khi cường độ bê tông thân cọc còn chưa hình thành thì làm một cọc rễ cây bằng bê tông không cốt thép ở giữa hai cây cọc để nối liền cọc Cũng có thể dùng cọc bản thép, cọc bản bê tông cốt thép như hình 2.3d, e

(a) Kết cấu chắn giữ không có chống (conson): Khi độ sâu đào hố móng không lớn và

có thể lợi dụng được tác dụng conson để chắn giữ được thể đất ở phía sau tường (b) Kết cấu chắn giữ có chống đơn: Khi độ sâu đào hố móng lớn hơn, không thể dùng được kiểu không có chống thì có thể dùng một hàng chống đơn ở trên đỉnh của kết cấu chắn giữ (hoặc là dùng neo kéo)

(c) Kết cấu chắn giữ nhiều tầng chống: Khi độ sâu đào hố móng là khá sâu, có thể đặt nhiều tầng chống nhằm giảm bớt nội lực của tường chắn

Căn cứ vào thực tiễn thi công ở vùng đất yếu, với độ sâu hố đào <6m, khi điều kiện hiện trường có thể cho phép thì có thể áp dụng kiểu tường chắn làm bằng cọc trộn dưới sâu kiểu trọng lực là lí tưởng hơn cả Khi hiện trường bị hạn chế, cũng có thể dùng cọc conson khoan lỗ hàng dày φ600mm, giữa hai cọc được chèn kín bằng cọc rễ cây, cũng

có thể làm bằng màng ngăn nước bằng cách bơm vữa hoặc cọc trộn xi măng ở phía sau cọc nhồi: với loại hố móng có độ đào sâu 4-6m, căn cứ vào điều kiện hiện trường

và hoàn cảnh xung quanh có thể dùng loại tường chắn bằng cọc trộn dưới sâu kiểu trọng lực hoặc đóng bằng cọc BTCT đúc sẵn hoặc cọc bản thép, sau đó ngăn thấm nước bằng bơm vữa hoặc tăng thêm cọc trộn, đặt một đường dầm quây và thanh chống, cũng có thể dùng cọc khoan lỗ φ600, phía sau dùng cọc nói trên để ngăn thấm,

ở đỉnh cọc đặt 1 đường dầm quây và thanh chống Với loại hố móng có độ sâu 6-10m, thường dùng cọc khoan lỗ φ800-1000mm phía sau có cọc trộn dưới sâu hoặc bơm vữa chống thấm, đặt 2-3 tầng thanh chống, số tầng thanh chống tùy theo tình hình địa chất, hoàn cảnh xung quanh và yêu cầu biến dạng của kết cấu quây giữ mà xác định Với loại hố móng có độ sâu trên 10m, trước đây hay dùng tường ngầm liên tục trong đất,

có nhiều tầng thanh chống, tuy là chắc chắn tin cẩn nhưng giá thành cao, gần đây đã dùng cọc khoan lỗ φ80-1000mm để thay thế cho tường ngầm và cũng dùng cọc trộn dưới sâu để ngăn nước, có nhiều tầng thanh chống và đảo trung tâm, kết cấu chắn giữ loại này đã ứng dụng thành công ở hố móng có độ sâu đào tới 13m

Hình 2-3 Các hình thức chắn giữ bằng cọc hàng

2.2.3 Chắn giữ bằng tường liên tục trong đất

Công nghệ thi công tường liên tục trong đất tức là dùng các máy đào đặc biệt để đào móng có dung dịch giữ thành móng (cũng còn gọi là bùn ổn định, như sét bentonite) thành những đoạn hào với độ dài nhất định; sau đó đem lồng cốt thép đã chế tạo sẵn trên mặt đất đặt vào trong móng Dùng ống dẫn đổ bê tông trong nước cho từng đoạn tường, nối các đoạn tường lại với nhau bằng các đầu nối đặc biệt (như ống đầu nối hoặc hộp đầu nối) hình thành một bức tường liên tục trong đất bằng bê tông cốt thép Tường liên tục trong đất quây lại thành đường khép kín, sau đó đào móng cho thêm hệ thống thanh chống hoặc thanh neo vào sẽ có thể chắn đất, ngăn nước rất tiện cho việc thi công móng sâu Nếu tường liên tục trong đất lại kiêm làm kết cấu chịu lực của

công trình xây dựng thì càng có hiệu quả kinh tế cao

Lần đầu tiên vào năm 1950 khi làm tường chống thấm của đập thủy lợi Milan ở Italia,

đã thi công tường liên tục trong đất có dung dịch giữ thành (gọi là phương pháp Milan) Bắt đầu từ những năm 70, phương pháp này được áp dụng trong các công trình thủy lợi, bến cảng và các công trình xây dựng ở Trung Quốc Trong 10 năm lại đây đã thu được rất nhiều thành tích về chế tạo thiết bị, ứng dụng công trình và nghiên cứu lí luận về tường liên tục trong đất

Công nghệ tường liên tục trong đất có ưu điểm sau đây:

− Thân tường có độ cứng lớn, tính tổng thể tốt, do đó biến dạng của kết cấu và của móng đều rất ít, vừa có thể dùng được trong kết cấu quây giữ siêu âm, lại có thể dùng trong kết cấu lập thể (không gian)

− Thích dụng trong các loại điều kiện chất đất: Trong các lớp đất cát cuội hoặc khi phải vào tầng nham phong hóa thì cọc bản thép rất khó thi công, nhưng lại có thể dùng kết cấu tường liên tục trong đất thi công bằng các loại máy đào móng thích hợp

− Có thể giảm bớt ảnh hưởng môi trường trong khi thi công công trình Khi thi công chấn động ít, tiếng ồn thấp, ít ảnh hưởng các công trình xây dựng và đường ống ngầm ở lân cận xung quanh, dễ khống chế và biến dạng lún

− Có thể thi công theo phương pháp ngược, có lợi cho việc tăng nhanh tốc độ thi

công, hạ thấp giá thành công trình

Nhưng phương pháp thi công tường liên tục trong đất cũng có những nhược điểm như sau:

− Việc xử lý bùn thải không những làm tăng chi phí cho công trình mà kỹ thuật phân li bùn không hoàn hảo hoặc xử lí không thỏa đáng sẽ làm cho môi trường bị ô nhiễm

− Vấn đề sụt lở thành hố: Khi mực nước ngầm dâng lên nhanh mà mặt dung dịch giữ thành giảm mạnh, trong tầng trên có kẹp lớp đất cát tơi xốp, mềm yếu, nếu tính chất dung dịch không thích hợp hoặc đã bị biến chất, việc quản lí thi công không thỏa đáng, đều có thể dẫn đến sụt lở thành móng, lún mặt đất xung quanh, nguy hại đến an toàn của các công trình xây dựng và đường ống ở lân cận Đồng thời cũng có thể làm cho thể tích bê tông thân tường bị tăng vọt lên, mặt tường lồi lõm, kích thước kết cấu vượt quá giới hạn cho phép

Nếu dùng tường liên tục trong đất chỉ để làm tường chắn đất tạm thời trong giai đoạn thi công thì giá thành khá cao, không kinh tế

Giá thành của tường liên tục trong đất cao hơn cọc hàng hoặc cọc trộn dưới tầng sâu Phải qua so sánh kỹ theo độ sâu đào hố móng, tình hình chất đất, tình hình quây giữ…Nếu thấy hợp lý về kinh tế và kỹ thuật thì mới sử dụng Nói chung, thường thì khi làm hố móng sâu trên 10m trong tầng đất yếu , yêu cầu cao về chống lún và chuyển dịch của các công trình xây dựng và đường ống ở xung quanh, hoặc khi tường

là một phần của kết cấu chính của công trình hoặc khi áp dụng phương pháp thi công ngược, thì có thể dùng tường liên tục trong đất

2.3 Lựa chọn giải pháp kỹ thuật khi thi công hố móng sâu trên nền địa chất cát đùn, cát chảy

Hiện nay có hai phương pháp tiêu nước hố móng cơ bản là tiêu nước trên mặt và hạ thấp mực nước ngầm

2.3.1 Phương pháp tiêu nước mặt

2.3.1.1 Điều kiện áp dụng

− Hố móng nằm ở tầng đất hạt thô, hệ số thấm lớn

− Dưới đáy hố móng không có tầng nước ngầm áp lực hoặc đáy hố móng cách tầng nước ngầm áp lực với chiều dày đủ lớn để không sinh hiện tượng nước đẩy ngược làm bục đáy hố móng

− Thích hợp với phương án đào móng theo từng lớp

2.3.1.2 Ưu, nhược điểm của phương pháp

Ưu điểm: Phương pháp này đơn giản, rẻ tiền

Nhược điểm: Thoát nước bằng phương pháp này không thể hoàn toàn ngăn được hiện tượng cát chảy, đồng thời với việc nước ngầm ào vào trong hố móng, đất ở bốn xung quanh hố móng cũng ào vào theo, có thể dẫn tới sụt lở thành hố móng, hạ thấp cường

độ của đất đáy hố móng

2.3.1.3 Bố trí hệ thống tiêu nước mặt

Nguyên tắc chung: bố trí hệ thống tiêu nước hố móng gây ảnh hưởng ít nhất đến quá trình thi công

Hệ thống tiêu nước thường thay đổi theo từng thời kỳ thi công ở hố móng

1) Bố trí tiêu nước thời kỳ đầu

Tổng lượng nước bơm từ hố móng bao gôm:

− Lượng nước ban đầu ứng với dung tích hình học của khoảng không gian quây trong đê quai, kể từ mặt nước trở xuống tính theo địa hình đáy hố móng và mặt nước trong hố móng

− Lượng nước bổ sung chảy vào hố móng do thấm qua đê quai hoặc nền đê quai, qua đáy và mái hố móng và cả do nước mưa

− Ngoài ra còn thêm những thể tích nước đáng kể thấm qua các đoạn đê quai thi công không đảm bảo chất lượng, một khối lượng nước đáng kể nằm trong các kẽ hổng của đất đào trong hố móng, một phần khối lượng nước đó được chuyển ra khỏi

hố móng cùng với đất, phần còn lại phải bơm đi bằng các phương tiện tiêu nước Thời kỳ đầu cần tháo cạn nước đọng trong hố móng bằng các trạm bơm

Các trạm bơm có thể đặt ở các vị trí thay đổi phụ thuộc vào mực nước đọng, có thể đặt trên hệ thống phao nổi

2) Bố trí hệ thống tiêu nước trong thời kỳ đào móng

Việc bố trí phụ thuộc vào phương pháp đào móng và đường vận chuyển để bố trí hệ thống mương chính

Hình 2-4 Một kiểu bố trí rãnh tiêu trong quá trình đào móng

3) Bố trí hệ thống tiêu nước thường xuyên

Sau khi đào xong hố móng, cần phải duy trì cho móng khô ráo bằng hệ thống mương rãnh và hố tập trung nước xung quanh hố móng để bơm ra các rãnh tiêu nước và dẫn chúng đến các máy bơm các rãnh này thường bố trí theo đường chu vi hố móng và ở các

cơ bên ngoài đường viền nền công trình, ở ngay giáp các chân mái

Hình 2-5 Bố trí hệ thống tiêu nước thường xuyên Thông thường mương rãnh có mặt cắt hình thang Mương chính có độ sâu h=1÷1,5m, đáy b≥0,3m, độ dốc i≥0,002 Mương nhánh h=0,3÷0,5m, b=0,3m, i≥0,002

Giếng tập trung nước có đáy thấp hơn đáy mương chính 1m, diện tích 1,5x1,5m hoặc 2,5x2,5m

Mép của mương tiêu phải cách chân mái hố móng ≥ 0.5m

Trường hợp mương rãnh và hố tập trung nước có mái thẳng đứng thì cần dùng gỗ ván

và văng chống để giữ mái Vị trí các văng chống căn cứ vào phân bố áp lực đất:

E1

E2 E3 E4