Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xử lý hố móng trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao, áp dụng cho dự án cải tạo sông tích

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN HỮU HOÀN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XỬ LÝ HỐ MÓNG TRONG ĐIỀU KIỆN NỀN CÁT VÀ MỰC NƯỚC NGẦM CAO, ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH CẢI TẠO LÒNG DẪN SÔNG TÍCH LUẬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN HỮU HOÀN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XỬ LÝ HỐ MÓNG TRONG ĐIỀU KIỆN NỀN CÁT VÀ MỰC NƯỚC NGẦM CAO,

ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH CẢI TẠO LÒNG DẪN SÔNG TÍCH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN HỮU HOÀN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XỬ LÝ HỐ MÓNG TRONG ĐIỀU KIỆN NỀN CÁT VÀ MỰC NƯỚC NGẦM CAO,

ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH CẢI TẠO LÒNG DẪN SÔNG TÍCH

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Mã số: 60.58.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN HỮU HUẾ

Hà Nội - 2014

Trong quá trình thực hiện luận văn “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xử lý hố

móng trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao, áp dụng cho dự án cải tạo

sông Tích” học viên đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo trường Đại Học Thủy Lợi, đặc biệt là sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS Nguyễn Hữu Huế Đến nay tôi đã hoàn thành luận văn thạc sĩ theo đúng kế hoạch đã đề ra

Mong muốn của học viên là góp phần nhỏ bé vào việc nghiên cứu đưa giải pháp xử lý hố móng trong điều kiện địa chất yếu mà cụ thể là nền cát và mực nước ngầm cao Tuy nhiên vì sự hiểu biết của bản thân và thời gian thực hiện luận văn có hạn nên nội dung của luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, chỉ bảo của các thầy, cô để nâng cao sự hiểu biết và có điều kiện phát triển thêm nội dung nghiên cứu của luận văn sau này

Học viên xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Hữu Huế, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, cung cấp các kiến thức khoa học cho tôi trong suốt thời gian qua Qua đây tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô giáo trong trường Đại học Thủy Lợi, các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp

đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn Thạc sĩ này

Hà nội, ngày…….tháng…… năm 2014

Học viên

Nguyễn Hữu Hoàn

Tôi là Nguyễn Hữu Hoàn, học viên cao học lớp 20C21 - Trường Đại học Thủy lợi

Tôi là tác giả của bài luận văn này, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các nội dung và kết quả nghiên cứu là trung thực, chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Nguyễn Hữu Hoàn

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 2

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

4 Kết quả dự kiến đạt được 2

5 Nội dung của luận văn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT THI CÔNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 4

1.1 Nền đất yếu và đặc điểm cơ bản của nền đất yếu 4

1.2.Các giải pháp kỹ thuật thi công công trình trên nền đất yếu. 6

1.3 Phân tích đánh giá các sự cố hố móng công trình trong điều kiện nền yếu 13

CHƯƠNG 2 CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ HỐ MÓNG TRONG ĐIỀU KIỆN NỀN CÁT VÀ MỰC NƯỚC NGẦM CAO 18

2.1 Hố móng và các phương pháp thi công hố móng 18

2.2.Các giải pháp công nghệ xử lý hố móng trong điều kiện địa chất yếu. 23

2.3.Nghiên cứu giải pháp tường cọc ván thép giữ ổn định mái đào trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao. 42

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP ĐƯỢC CHỌN CHO DỰ ÁN CẢI TẠO LÒNG DẪN SÔNG TÍCH 55

3.1.Giới thiệu về dự án cải tạo lòng dẫn sông Tích 55

3.2.Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kết cấu cho đoạn kênh bê tông kênh từ K0÷K2+700 thuộc dự án sông Tích. 61

3.3. Đánh giá biện pháp thi công hố móng sâu 77

Hình 1 1 Sơ đồ bố trí khe lún 7

Hình 1 2 Thay đổi chiều sâu và kích thước móng 8

Hình 1 2 Xử lý nền bằng phương pháp đệm cát 9

Hình 1 3 Cọc bê tông xử lý nền trạm bơm tiêu Bình Phú – Hà Nội 10

Hình 1 3 Thi công xử lý nền bằng bấc thấm nhà máy xơ sợi Đình Vũ 12

Hình 1 4 Cát chảy vào hố móng công trình và biện pháp xử lý 15

Hình 1 5 Xói ngầm tại đập Tắc Giang 15

Hình 2 1 Các bước thi công Top-Down 20

Hình 2 2 Thi công hố móng sâu theo phương thức đào mở 21

Hình 2 3 Thi công hố móng không có chắn giữ 21

Hình 2 4 Chắn giữ vách hồ đào bằng cọc ván thép 22

Hình 2 5 Thi công cọc xi măng đất dự án nâng cấp sân bay Cát Bi – Hải Phòng 26 Hình 2 6 Cọc xi măng đất được đào lên 26

Hình 2 7 Các loại chắn giữ bằng cọc hàng 27

Hình 2 8 Cọc ván thép bảo vệ hố móng dự án kênh La Khê – Hà Nội 28

Hình 2 9 Bảo vệ hố móng bằng cừ bê tông cốt thép 29

Hình 2 10 Thi công tường trong đất 31

Hình 2 11 Cấu tạo neo trong đất 33

Hình 2 12 Tường neo cọc ván thép 34

Hình 2 13 Kết hợp neo và cọc xi măng đất bảo vệ hố móng chợ Đà Lạt 34

Hình 2 14 Phương pháp tháo nước nằm ngang 36

Hình 2 15 Hình dạng cọc ván thép 43

Hình 2 17 Chống giữ kiểu thanh nén nhiều nhịp 48

Hình 2 18 Neo giữ bằng khối bê tông 48

Hình 2 19 Neo giữ bằng hàng cừ phụ 49

Hình 2 20 Neo giữ bằng thanh neo trong đất 49

Hình 2 21 Sơ đồ tính theo phương pháp cân bằng tĩnh cho tường có neo 50

Hình 2 22 Phương pháp đường đàn hồi 52

Hình 2 23 Quy luật biến đổi của hệ số nền 53

Hình 3 1 Hệ văng chống gia cường cho hàng cừ thép 63

Hình 3 2 Chuyển vị của hố móng U = 8,76cm 64

Hình 3 3 Hệ số ổn định hố móng 65

Hình 3 4 Chuyển vị hố móng U = 8,83cm 65

Hình 3 5 Hệ số ổn định hố móng 66

Hình 3 6 Nội lực trong thanh neo 66

DANH M ỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật chủ yếu của lòng dẫn sông Tích 56

Bảng 3.2 Chỉ tiêu cơ lý của đất nền lòng dẫn sông Tích 61

Bảng 3.3 Kết quả tính toán chuyển vị và ổn định hố móng 67

Bảng 3.4 Kết quả tính toán nội lực trong tường cừ 67

Bảng 3.5 Đơn giá chi tiết cho từng phương án 68

Bảng 3.6 Chi phí lắp dựng cho các phương án 76

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong quá trình thi công công trình xây dựng công tác hố móng là công việc quan trọng và chiếm nhiều thời gian Công tác hố móng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện địa chất cũng như địa chất thủy văn của khu vực xây dựng Từ đó dẫn đến hàng loạt kiểu hố móng sâu khác nhau mà để thực hiện chúng cần có những biện pháp chắn giữ để bảo vệ thành vách hố và công nghệ thi công thích hợp về mặt kỹ thuật – kinh tế cũng như đảm bảo an toàn về môi trường và không gây ảnh hưởng

xấu đến các công trình lân cận

Sự cố thi công hố đào móng công trình luôn song hành với việc lựa chọn giải pháp thi công hố đào không thích hợp với điều kiện địa chất - thuỷ văn công trình

Sự chuyển dịch đất nền quanh hố đào có thể xảy 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 kém năng lực, ít kinh nghiệm, hoặc thiếu thông tin tin cậy về số liệu khảo sát Vấn

đề đào hố luôn luôn là chủ đề thời sự, nó tiềm ẩn trong nghề và nghiệp của một kỹ

sư xây dựng nền móng công trình

Hình ảnh gia cố hố đào tại một công trình trong thành phố Hồ Chí Minh

Hiện nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, đã có rất nhiều biện pháp bảo vệ thành vách hố móng, gia cố nền móng được đưa ra và áp dụng thành công trong thực tế Tiêu biểu như hệ thống cọc xi măng đất, công nghệ khoan phụt Jet-Grouting, cừ thép… Trên thực tế có những công trình có hố móng đặt sâu vào

tầng cát mịn có hệ số thấm lớn nên công tác hố móng trở nên khá phức tạp, do đó

việc nghiên cứu đề xuất biện pháp thi công phù hợp với đặc thù công trình và điều

kiện địa chất nhằm tiết kiệm chi phí, đẩy nhanh tiến độ thi công, đảm bảo an toàn

lao động… là hết sức quan trọng và cần thiết Vì vậy đề tài “Nghiên cứu giải pháp

k ỹ thuật xử lý hố móng trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao, áp dụng cho công trình c ải tạo lòng dẫn sông Tích” là một hướng nghiên cứu mới về lĩnh vực xử

lý hố móng trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật xử lý hố móng trong điều kiện nền cát và

mực nước ngầm cao

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Luận văn chủ yếu sử dụng kết hợp các phương pháp:

– Phương pháp nghiên cứu lý thuyết;

– Phương pháp quan sát trực tiếp;

– Phương pháp kế thừa những kết quả đã tổng kết, nghiên cứu

4 Kết quả dự kiến đạt được

– Phân tích các phương pháp xử lý hố móng trong điều kiện địa chất nền yếu – Đề xuất biện pháp thi công cho hố móng trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao Áp dụng tính toán cho dự án tiếp nước Sông Tích

5 Nội dung của luận văn

Ngoài phần mở đầu khẳng định tính cấp thiết của đề tài, các mục tiêu cần đạt được khi thực hiện đề tài, các cách tiếp cận và phương pháp thực hiện để đạt được các mục tiêu đó Luận văn gồm 3 chương chính, phụ lục và danh mục tài liệu tham

khảo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT THI CÔNG

CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.1 N ền đất yếu và đặc điểm cơ bản của nền đất yếu

giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu

do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất Do vậy việc đánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất

cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm trong phòng và hiện trường) để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức khó khăn, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực

tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng công trình khi xây dựng trên

nền đất yếu

Nền đất yếu có một số đặc điểm chung như sau [1]:

– Khả năng chịu lực vào khoảng 0,5 – 1 kG/cm2

1.1.2 Đặc điểm của một số loại đất yếu

Trong thực tế xây dựng, chúng ta thường gặp một số loại đất yếu sau: Đất sét

yếu; đất cát yếu; than bùn và đất than bùn [1]

Biến dạng của đất sét yếu là do sự phá hoại các mối liên kết cấu trúc và biến

dạng các màng hấp phụ của nước liên kết gây nên Các loại biến dạng chủ yếu của đất sét yếu là biến dạng cấu trúc và biến dạng cấu trúc hấp phụ

Tính chất lưu biến:

Đất sét yếu là một môi trường dẻo nhớt, chúng có tính từ biến và khả năng thay đổi độ bền khi tải trọng tác dụng lâu dài Khả năng này gọi là tính chất lưu

biến

Hiện tượng dão trong đất sét yếu liên quan đến sự ép thoát nước tự do khi nén

chặt Do vậy hiện tượng này liên quan tới sự thay đổi mật độ kết cấu của đất do kết

quả chuyển dịch, các hạt và các khối lên nhau, cũng như những thay đổi trong sự định hướng của các hạt và các khối đó với phương tác dụng của tải trọng

Cát được coi là yếu khi cỡ hạt thuộc loại nhỏ, mịn trở xuống đồng thời có kết

cấu rời rạc, ở trạng thái bão hòa nước, có thể bị nén chặt và hóa lỏng đáng kể, chứa nhiều di tích hữu cơ và chất lẫn sét Những loại cát đó khi chịu tác dụng rung hoặc

chấn động thì trở thành trạng thái lỏng nhớt, gọi là cát chảy [5]

Đặc điểm quan trọng nhất của cát là bị nén chặt nhanh, có độ thấm nước rất

lớn Khi cát gồm những hạt nhỏ và bão hòa nước thì chúng trở thành cát chảy, hiện tượng này rất nguy hiểm cho công trình và công tác thi công

Bùn là những trầm tích hiện đại, được thành tạo chủ yếu do kết quả tích lũy các vật liệu phân tán mịn bằng cơ học hoặc hóa học ở đáy sông hồ, bãi lầy Bùn chỉ liên quan với các chỗ chứa nước, là các trầm tích mới lắng đọng, no nước và rất yếu

về mặt chịu lực Thành phần của bùn có thể là cát pha sét, sét pha cát, sét và cũng

có thể là cát, nhưng chỉ là cát nhỏ trở xuống Độ bền của bùn rất bé, góc ma sát có

thể bằng 0 và chỉ khi mất nước mới có thể cho góc ma sát

Việc xây dựng công trình trên nền bùn chỉ có thể được thực hiện sau khi đã

tiến hành các biện pháp xử lý nền

Than bùn có nguồn gốc hữu cơ, thành tạo do kết quả phân hủy các di tích hữu

cơ, chủ yếu là thực vật, tại các bãi lầy và những nơi bị hóa lầy Trong điều kiện thế

nằm thiên nhiên, than bùn có độ ẩm cao (85÷95%) Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất Khi xây dựng công trình tại những khu vực than bùn cần áp dụng các biện pháp: làm đai cốt thép, khe lún, làm nền cọc hoặc thay thế

một phần than bùn

1.2 Các gi ải pháp kỹ thuật thi công công trình trên nền đất yếu

Với những đặc điểm của đất yếu nêu trên thì muốn đặt móng công trình xây

dựng trên nền đất này thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng chịu

lực của nó Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện như: Đặc điểm công trình, đặc điểm

của nền đất Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra các biện pháp xử

lý hợp lý Có thể chia thành ba nhóm biện pháp sau [1]:

– Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình

– Các biện pháp xử lý về móng

– Các biện pháp xử lý nền

1.2.1 Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình

Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng do các điều kiện biến dạng không thỏa mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn do nền đất yếu, sức chịu tải bé Các biện pháp về

kết cấu công trình nhằm giảm áp lực tác dụng lên mặt nền hoặc làm tăng khả năng

chịu lực của kết cấu công trình Người ta thường dùng các biện pháp sau [1]:

Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ, thanh mảnh, nhưng phải đảm bảo khả năng

chịu lực của công trình nhằm mục đích làm giảm trọng lượng bản thân công trình,

giảm được tĩnh tải tác dụng lên móng

Làm tăng sự linh hoạt của kết cấu công trình kể cả móng bằng cách dùng kết

cấu tĩnh định hoặc phân cắt các bộ phận của công trình bằng các khe lún để khử được ứng suất phụ phát sinh trong kết cấu khi xảy ra lún lệch hoặc lún không đều Làm tăng khả năng chịu lực cho kết cấu công trình để đủ sức chịu các ứng lực sinh ra do lún lệch và lún không đều bằng các đai bê tông cốt thép để tăng khả năng

chịu ứng suất kéo khi chịu uốn, đồng thời có thể gia cố tại các vị trí dự đoán xuất

Thay đổi chiều sâu chôn móng nhằm giải quyết sự lún và khả năng chịu tải

của nền; Khi tăng chiều sâu chôn móng sẽ làm tăng trị số sức chịu tải của nền đồng

thời làm giảm ứng suất gây lún cho móng nên giảm được độ lún của móng; Đồng

thời tăng độ sâu chôn móng, có thể đặt móng xuống các tầng đất phía dưới chặt hơn, ổn định hơn Tuy nhiên việc tăng chiều sâu chôn móng phải cân nhắc giữa 2

yếu tố kinh tế và kỹ thuật

Hình 1 1 Thay đổi chiều sâu và kích thước móng

Thay đổi kích thước và hình dáng móng sẽ có tác dụng thay đổi trực tiếp áp

lực tác dụng lên mặt nền, và do đó cũng cải thiện được điều kiện chịu tải cũng như điều kiện biến dạng của nền Khi tăng diện tích đáy móng thường làm giảm được áp

lực tác dụng lên mặt nền và làm giảm độ lún của công trình Tuy nhiên đất có tính nén lún tăng dần theo chiều sâu thì biện pháp này không hoàn toàn phù hợp

Thay đổi loại móng và độ cứng của móng cho phù hợp với điều kiện địa chất công trình: Có thể thay móng đơn bằng móng băng, móng băng giao thoa, móng bè

hoặc móng hộp; trường hợp sử dụng móng băng mà biến dạng vẫn lớn thì cần tăng thêm khả năng chịu lực cho móng; Độ cứng của móng bản, móng băng càng lớn thì

biến dạng bé và độ lún sẽ bé Có thể sử dụng biện pháp tăng chiều dày móng, tăng

cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng kết cấu bên trên, bố trí các sườn tăng cường khi móng bản có kích thước lớn

1.2.3 Các biện pháp xử lý nền

Khi các biện pháp về kết cấu công trình và móng mà vẫn không đáp ứng yêu

cầu thiết kế thì mới sử dụng các biện pháp xử lý nền Xử lý nền là cải thiện các chỉ

tiêu cơ lý, hóa học của nền nhằm tăng cường khả năng chịu lực, phòng lún, phòng

thấm, chống trượt và chống lật cho nền công trình [1]

Phương pháp thay nền

Đây là một phương pháp ít được sử dụng, nhà thầu xây dựng thay một phần

hoặc toàn bộ nền đất yếu trong phạm vi chịu lực công trình bằng nền đất mới có tính bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát Phương pháp này đòi hỏi kinh tế và

thời gian thi công lâu dài, áp dụng được với mọi điều kiện địa chất Bên cạnh đó cũng có thể kết hợp cơ học bằng phương pháp nén thêm đất khô với điều kiện địa

chất đất mùn xốp Khi sử dụng phương pháp này thường sử dụng vải địa kỹ thuật để tăng cường khả năng chịu lực giữa các lớp đất mới

Hình 1 2 Xử lý nền bằng phương pháp đệm cát

Các phương pháp cơ học

Là một trong những nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao gồm các phương pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh (phương pháp nén trước), sử dụng tải

trọng động(đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm, sử dụng lưới nền cơ học

và sử dụng thuốc nổ sâu , phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi ), phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học

Đây là một trong những giải pháp được sử dụng nhiều nhất hiện nay và mang

lại hiệu quả kinh tế cao Tại Việt Nam, đã có nhiều công trình áp dụng giải pháp như:

- Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m cọc xi măng đất có đường kính 0,6m thi công bằng trộn khô

- Tại Hà Nội, hầm đường bộ Kim Liên được xây dựng trong khu vực địa chất

yếu, nhất là khu vực phía đuờng Đào Duy Anh, nền đất dưới hầm đã được cải tạo

bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng với chiều dày khoảng 1,5-6m Việc gia cố đất tại đáy bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng không nhằm gia cố nền đất mà

chỉ với mục đích chống trượt trồi khi đào xuống độ sâu lớn (trên 10m) và cũng không phải gia cố tại tất cả các vị trí đào mà căn cứ theo điều kiện địa chất từng khu

vực, có nơi gia cố, có nơi không

- Dự án nâng cấp cảng hàng không Cát Bi – Hải Phòng sử dụng cọc xi măng đất để gia cố nền, chiều sâu cọc 13 ÷ 15m, đường kính 0,8m

- Dự án nâng cấp, cải tạo trạm bơm tiêu Bình Phú – Thạch Thất, Hà Nội sử

dụng cọc bê tông cốt thép để gia cố nền trạm bơm và khu vực nhà trạm, chiều dài

mỗi cọc 10m, kích thước cọc 30x30cm, mật độ 1÷1,2m/cọc

Hình 1 3 Cọc bê tông xử lý nền trạm bơm tiêu Bình Phú – Hà Nội

Phương pháp nhiệt học

Là một phương pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp với một số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép Sử dụng khí nóng trên 800o để làm biến đổi đặc tính lí hóa của nền đất yếu Phương pháp này chủ yếu sử dụng cho điều kiện địa

chất đất sét hoặc đất cát mịn Phương pháp đòi hỏi một lượng năng lượng không

nhỏ, nhưng kết quả nhanh và tương đối khả quan

Là một trong các nhóm phương pháp được chú ý trong vòng 40 năm trở lại đây Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như xi măng, thủy tinh, phương pháp Silicat hóa… hoặc một số hóa chất đặc biệt phục vụ mục đích điện hóa Phương pháp xi măng hóa và sử dụng cọc xi măng đất tương đối tiện lợi và

phổ biến Trong vòng chưa tới 20 năm trở lại đây đã có những nghiên cứu tích cực

về việc thêm cốt cho cọc xi măng đất Sử dụng thủy tinh ít phổ biến hơn do độ bền

của phương pháp không thực sự khả quan, còn điện hóa rất ít dùng do đòi hỏi tương đối về công nghệ

Phương pháp sinh học

Là một phương pháp mới sử dụng hoạt động của vi sinh vật để làm thay đổi đặc tính của đất yếu, rút bớt nước úng trong vùng địa chất công trình Đây là một phương pháp ít được sự quan tâm, do thời gian thi công tương đối dài, nhưng lại được khá nhiều ủng hộ về phương diện kinh tế

Các phương pháp thủy lực

Đây là nhóm phương pháp lớn như là sử dụng cọc thấm, lưới thấm, sử dụng

vật liệu composite thấm, bấc thấm, sử dụng bơm chân không, sử dụng điện thẩm Các phương pháp phân làm hai nhóm chính, nhóm một chủ yếu mang mục đích làm khô đất, nhóm này thường đòi hỏi một lượng tương đối thời gian và còn khiêm tốn

về tính kinh tế Nhóm hai ngoài mục đích trên còn muốn mượn lực nén thủy lực để

gia cố đất, nhóm này đòi hỏi cao về công nghệ, thời gian thi công giảm đi và tính kinh tế được cải thiện đáng kể

Tại Việt Nam, công trình đầu tiên được áp dụng giải pháp này là dự án cụm khí điện đạm Cà Mau (2002), tuy nhiên do nhà thầu Pháp thi công nên giá thành còn khá cao Đến năm 2008, Công ty Fecon của Việt Nam đã trực tiếp thi công tại

dự án nhiệt điện Nhơn Trạch 2 (giá bằng 40%), sau đó đã áp dụng rộng rãi và thành công tại nhà máy xơ sợi tổng hợp polyester Đình Vũ (Hải Phòng), nhà máy Nhiệt điện Long Phú 1 (Sóc Trăng), khu liên hợp thép Formosa (Hà Tĩnh), nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải 1 (Trà Vinh)…

Hình 1 2 Thi công xử lý nền bằng bấc thấm nhà máy xơ sợi Đình Vũ

Nh ận xét chung:

Nền đất yếu có nhiều tác hại và nguy cơ gây mất an toàn cho các công trình xây dựng Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc nghiên cứu nền đất

yếu cũng như các giải pháp xử lý nền đất yếu ngày càng hoàn thiện hơn Trong thực

tế thiết kế cũng như thi công, cần căn cứ vào điều kiện địa chất công trình cụ thể để

lựa chọn các biện pháp xử lý Có thể sử dụng một giải pháp hoặc sử dụng kết hợp nhiều biện pháp, giải pháp để xử lý nhằm mang lại hiệu quả cao nhất, đảm bảo an toàn cho công trình xây dựng

1.3 Phân tích đánh giá các sự cố hố móng công trình trong điều kiện nền yếu

Khi thi công hố móng trên nền đất yếu, việc xảy ra sự cố là khó tránh khỏi Các sự cố hố móng thường rất đa dạng và ứng với mỗi sự cố lại có những cách để

xử lý khác nhau Dưới đây là một số sự cố thường gặp cũng như biện pháp xử lý khi thi công hố đào trong vùng đất yếu [1], [5]:

tẩm ướt, trương nở, giảm độ chặt, phong hoá, phá huỷ kết cấu tự nhiên, các hiện tượng từ biến trong đất đá; tác động của áp lực thuỷ tĩnh và thuỷ động lên khối nền, gây nên biến dạng thấm (xói ngầm, chảy trôi, biến thành trạng thái cát chảy v.v.); các tác động bên ngoài như chất tải trên sườn dốc, dao động địa chấn và vi địa chấn, v.v Mỗi một nguyên nhân riêng biệt kể trên đều có thể làm mất cân bằng của các

khối đất đá ở sườn dốc, nhưng thông thường là do tác động đồng thời của một số trong những nguyên nhân đó

Biện pháp xử lý sạt trượt

Sạt trượt làm biến dạng thành vách hố móng, tăng khối lượng đào và đặc biệt gây nguy hiểm cho con người và máy móc thi công dưới hố móng Để phòng ngừa

sạt trượt có thể áp dụng một số phương án sau [5], [6]:

- Sử dụng tường cừ cùng như các biện pháp khác để bảo vệ thành vách

- Hạ các cơ khi chiều sâu hố đào lớn

- Tăng hệ số mái đào

- Hạn chế việc chất tải lên mái đào

1.3.2 Cát chảy

Cát chảy là hiện tượng các dòng bùn cát như một dịch thể dẻo nhớt chảy vào công trình đào cắt qua nó, làm hố móng bị biến dạng, các công trình ở gần hố móng

sẽ không ổn định Cát chảy thường là cát hạt nhỏ, cát hạt mịn, bùn sét pha chứa hữu

cơ đồng thời bão hòa nước [5], [9]

Theo cơ chế, tính chất và nguyên nhân phát sinh, có thể chia cát chảy làm hai

loại: Cát chảy giả và cát chảy thật

Cát chảy thật xảy ra trong đất cát không đồng nhất có chứa từ 3%÷5% hạt sét

và hữu cơ, nguyên nhân là do ma sát giữa các hạt cát quá nhỏ Cát chảy thật có một

số đặc điểm như: góc nghỉ tự nhiên của cát khi thoát nước từ 5÷7o; nước dễ dàng thoát ra khỏi đất, nước đục

Cát chảy giả xảy ra trong đất cát sạch không có lực dính kết, không chứa hạt sét và hữu cơ Nguyên nhân là do áp lực thủy động lớn làm cho các hạt đất di chuyển theo hướng gradien thấm Cát chảy giả có một số đặc điểm như: Góc nghỉ tự nhiên của cát khi thoát nước từ 28÷32o; nước dễ thoát ra khỏi đất, nước trong

Cát chảy gây nên trượt, sụt khi đào hố móng, làm biến dạng bề mặt công trình

liền kề và làm tăng khối lượng đào Để xử lý hiện tượng này, có thể áp dụng một số phương án sau [5], [9]:

- Bóc bỏ nếu tầng cát chảy nằm nông và mỏng

- Hạ thấp mực nước ngầm tại khu vực xây dựng, giảm gradien thủy lực dòng

thấm để làm khô vùng cát chảy trong thời gian xây dựng

- Làm tường cừ vây quanh hố móng

- Gia cố vùng cát chảy (làm đông cứng đất, xi măng hóa, silicat hóa), làm chặt đất tại khu vực xây dựng

Hình 1 3 Cát chảy vào hố móng công trình và biện pháp xử lý

1.3.3 Xói ngầm

Xói ngầm là hiện tượng các hạt đất đá, cát nhỏ bị cuốn ra khỏi vị trí ban đầu dưới tác dụng cơ học của dòng thấm dẫn tới trong đất đá hình thành những lỗ rỗng, khe rỗng, làm sụt lún mặt đất, gây hư hỏng công trình Tại Việt Nam nhiều công trình nhất là đê điều đã bị hư hại do xói ngầm [5], [9]

Hình 1 4 Xói ngầm tại đập Tắc Giang

1.3.3.1 Điều kiện phát sinh và phát triển xói ngầm

Để xói ngầm phát sinh cần hai điều kiện về đất và dòng thấm: về nền đất và về dòng thấm [9]

Về nền đất, đất đá phải có các lỗ rỗng đủ lớn để cho các hạt vụn có thể đi qua được Các hạt nhỏ chui qua lỗ rỗng giữa các hạt lớn khi tỷ lệ đường kính giữa hạt

lớn nhất và nhỏ nhất D/d > 20 Khi đất đá có nhiều cỡ hạt thì thông thường đường kính lỗ rỗng bị giảm đi, hiện tượng xói ngầm khó xảy ra hơn Trên thực tế, với hai

tầng thấm nước khác nhau (từ lớp thấm yếu sang lớp thấm mạnh) thì xói ngầm xảy

ra khi sự chênh lệch hệ số thấm quá hai lần: K2/K1 > 2 (K1, K2 là hệ số thấm ở lớp

1 và 2)

Đối với dòng thấm phải có năng lượng đủ lớn, dòng thấm chảy rối và trong cát

I > 5 Hiện nay, trong lĩnh vực xác định điều kiện xói ngầm đã có nhiều công trình

thực nghiệm khác nhau, E.A Zamarin dựa vào quan hệ giữa độ rỗng và dung trọng

hạt đã đưa ra công thức xác định Igh [5]:

n n

I

n

s

gh = ( − 1 )( 1 − ) + 0 , 5γ

γ

Trong đó: γs - dung trọng hạt đất ; γn - dung trọng nước; n - độ rỗng của đất

Xói ngầm tạo ra các lỗ rỗng trong nền gây mất ổn định về cường độ của khối

nền, làm biến dạng, lún không đều, gây thấm mất nước ở các công trình ngăn nước

Để xử lý hiện tượng này, cần phải đề ra các biện pháp để giữ lại cốt đất, không cho các hạt nhỏ theo dòng thấm ra ngoài Thông thường, người ta sử dụng các biện pháp chính sau [5]:

Điều tiết dòng thấm: Có thể thông qua điều tiết dòng chảy mặt hay biện pháp

kéo dài dòng thấm nhằm giảm nhỏ gradien thấm thực tế, giảm hoặc triệt tiêu hẳn xói ngầm, như dùng sân phủ, tường cừ, màn chắn, khống chế nước mặt dao động…

Gia c ố đất đá: để tăng trị số gradien thấm tới hạn như đầm chặt đất, phun vữa

gắn kết đất đá để giảm độ rỗng và tăng cường liên két của các hạt đất đá với nhau

Biện pháp gia cố thích hợp cho công trình đất đắp, cho nền công trình có gradien

thấm cao

T ạo lớp đất chống xói ngầm bằng cách đặt các thiết bị lọc ngược để tạo lớp lọc

tự nhiên, giảm gradien thấm và không cho hạt đất đá đi qua Thiết bị lọc ngược thích hợp với công trình đắp thường bố trí sau tường chắn, vách âu thuyền, hạ lưu đập, cống nước

Chương 1 của luận văn đã khái quát về nền đất yếu cũng như các giải pháp xử

lý nền đất yếu được sử dụng hiện nay Có thể thấy, các biện pháp xử lý nền ngày càng phong phú và đa dạng, các công nghệ mới được áp dụng và mang lại hiệu quả cao Đây sẽ là cơ sở để đưa ra những giải pháp khi thi công hố móng trong điều

kiện địa chất nền này

CHƯƠNG 2 CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ HỐ MÓNG TRONG ĐIỀU KIỆN

NỀN CÁT VÀ MỰC NƯỚC NGẦM CAO 2.1 H ố móng và các phương pháp thi công hố móng

2.1.1 Hố móng và đặc điểm của công trình hố móng

Hố móng là một loại công trình tạm thời, tuy nhiên lại là loại công trình có giá thành cao, khối lượng công việc lớn Hố móng có phạm vi ảnh hưởng rộng, kỹ thuật thi công phức tạp, sự cố hay xảy ra nên có tính tranh chấp trong công trình xây

dựng Đồng thời đây cũng là trọng điểm để hạ thấp giá thành và đảm bảo chất lượng công trình [6]

Tính chất của đất đá thường biến đổi trong khoảng khá rộng, tính không đồng đều của địa chất thủy văn thường làm cho số liệu khảo sát có tính phân tán lớn, khó đại diện cho tình hình tổng thể của các tầng đất, hơn nữa tính chính xác cũng thấp,

dẫn đến tăng thêm khó khăn cho công việc thiết kế và thi công hố móng

Đào hố móng trong điều kiện nền yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện

hiện trường phức tạp khác rất dễ xảy ra trượt lở khối đất, mất ổn định hố móng, thân

cọc bị dịch chuyển vị trí, đáy hố móng trồi lên, kết cấu chắn giữ bị dò nước nghiêm

trọng hoặc bị chảy đất …làm hư hại hố móng, nguy hiểm đến các công trình xây

dựng xung quanh khu vực hố móng

Công trình hố móng gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước ngầm, đào đất…trong đó, một khâu nào đó

thất bại sẽ dẫn đến đổ vỡ gây thiệt hại và chậm tiến độ Việc thi công hố móng ở các

hiện trường lân cận như đóng cọc, hạ mực nước ngầm, đào đất …đều có thể gây ra

những ảnh hưởng hoặc có sự tương quan chặt chẽ với nhau, tăng thêm các nhân tố

bất lợi để có thể gây ra sự cố

Công trình hố móng có thời gian thi công dài, từ khi đào móng đến khi hoàn thành toàn bộ các công trình kín khuất ngầm dưới mặt đất phải trải qua nhiều lần

chấn động, chất tải, thi công có sai phạm …tính ngẫu nhiên của mức độ an toàn tương đối lớn, sự cố xảy ra thường là bất ngờ

2.1.2 C ác biện pháp thi công hố móng

Biện pháp thi công hố đào ở Việt Nam chủ yếu sử dụng hiện nay là biện pháp Top-Down và biện pháp thi công đào mở Các phương pháp này được ứng dụng tùy theo từng công trình, từng đơn vị thi công và vẫn chưa có một chuẩn mực để áp

dụng Điều này gây khó khăn rất nhiều cho các đơn vị thi công khi lựa chọn biện pháp thi công hố đào

– BƯỚC 1: Thi công kết cấu chắn giữ;

– BƯỚC 2: Đào đất và lắp dựng hệ thanh chống;

– BƯỚC 3: Thi công sàn tầng 1 (chừa lại khoảng trống để thi công tầng phía dưới);

– BƯỚC 4: Thi công các tầng phía dưới cho đến hết;

– BƯỚC 5: Thi công tường, tháo dỡ thanh chống giữa, bịt kín khoảng trống

giữa các sàn;

– BƯỚC 6: Hoàn thiện công trình;

Các bước thi công được mô tả trên hình 2.1

Hình 2 1 Các bước thi công Top-Down

Thi công theo phương án này có ưu diểm là không cần diện tích đào móng lớn

hoặc đỡ tốn chi phí làm tường chắn đất độc lập, tiến độ thi công được đẩy nhanh Tuy nhiên, phương án này cũng tồn tại một số nhược điểm như kết cấu cột tầng hầm

phức tạp, quá trình thi công đòi hỏi phải có nhiều kinh nghiệm Mặt khác, công tác

thi công được tiến hành trong không gian kín nên khó thực hiện cơ giới hóa, gây ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động Ngoài ra, quá trình thi công hố đào càng lâu thì chuyển vị của nền đất xung quanh hố đào càng lớn, đất xung quanh hố đào bị

mất nước làm chuyển vị của nền đất xung quanh hố đào tăng nhanh theo thời gian Khi đất xung quanh hố đào chuyển vị sẽ làm các công trình lân cận hố đào bị lún

lệch, lún nghiêng Do đó, nếu thời gian thi công hố đào kéo dài có thể làm công trình lân cận bị ảnh hưởng

Căn cứ vào điều kiện hiện trường, biện pháp thi đào mở có thể chia thành loại đào không có chắn giữ và loại đào có chắn giữ [6] Nội dung và trình tự công việc đào hố móng được trình bày trong sơ đồ ở hình 2.2

Hình 2 2 Thi công hố móng sâu theo phương thức đào mở

Đào không có chắn giữ

Phương pháp đào không có chắn giữ hay đào toàn mặt cắt được áp dụng khi địa chất nền tốt, mái hố móng có khả năng tự ổn định cao mà không cần các biện pháp để bảo vệ chống sạt trượt

Hình 2 3 Thi công hố móng không có chắn giữ

Tùy theo điều kiện địa chất của khối đất mà thành hố đào có thể nghiêng hoặc

thẳng đứng Trình tự thi công của phương pháp này thường là đào đất đến độ sâu thiết kế, sau đó thi công từng kết cấu móng và thi công xong phần nào lấp đất hoàn công hố đào phần đó Lưu ý, cần tổ chức thi công đào thử với các quan trắc địa kỹ thuật phù hợp để chọn biện pháp thi công thích hợp Khi chọn biện pháp thi công hố

đào với mái dốc tự nhiên, cần xác định độ dốc mái hố đào bằng số liệu khảo sát địa

kỹ thuật hoặc thực nghiệm tại hiện trường Phương pháp này có ưu điểm thi công nhanh; tiết kiệm được chi phí thi công kết cấu chắn giữ; có thể sử dụng các cơ đào

để vận chuyển đất đá đào móng cũng như các nguyên vật liệu xuống hố móng để thi công… Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm là cần mặt bằng thi công

rộng và khối lượng đào là khá lớn

Đào có chắn giữ

Khi không có khả năng thi công đào đất với mái dốc tự nhiên, hoặc mặt bằng thi công chật hẹp có thể áp dụng biện pháp thi công với các giải pháp chống giữ thành hố đào: tường cừ ván thép; tường cừ bằng cọc đất xi măng; tường cừ bằng

cọc bê tông cốt thép đúc sẵn hoặc cọc khoan nhồi; tường bê tông cốt thép trong đất Khi áp dụng biện pháp chống giữ thành hố đào bằng tường cừ, cần xác định các thông số kỹ thuật của tường cừ như vị trí, độ sâu, kích thước tiết diện ngang, hệ kết

cấu neo và chống đỡ tường cừ, yêu cầu khả năng chống thấm của tường cừ (nếu

cần)

Hình 2 4 Chắn giữ vách hồ đào bằng cọc ván thép

Trình tự thi công của phương pháp này là đào đất đến một độ sâu nhất định sau đó thi công kết cấu bảo vệ mái Khi thi công xong kết cấu bảo vệ này mới tiến hành thi công hố móng Phương pháp này có ưu điểm là có thể thi công trong những

điều kiện địa chất mềm yếu hoặc những nơi có mặt bằng thi công chật hẹp như trong các khu đô thị, khu đông dân cư Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi kỹ thuật thi công cao và chi phí cao

Ngoài hai phương pháp trên cũng còn có những phương pháp khác như Semi- Topdown Đây là biện pháp kết hợp giữa thi công theo phương án Top-down và phương án đào mở Phương án này tuy giảm được thời gian thi công, nhưng chuyển

vị ban đầu của kết cấu chắn giữ thành hố đào là tương đối lớn, đây là phương án thuận lợi cho thi công hố đào sâu

Nhìn chung với tất cả các biện pháp thi công hố đào hiện nay đều gây ra chuyển vị cho đất nền xung quanh hố đào Những chuyển vị này đều gây ảnh hưởng

xấu đến các công trình lân cận Do đó trong quá trình thi công hố đào cần thực hiện quan trắc địa kỹ thuật (quan trắc chuyển vị của tường chắn; quan trắc nước dưới đất; quan trắc lún đất nền và công trình lân cận…)

2.2 Các gi ải pháp công nghệ xử lý hố móng trong điều kiện địa chất yếu

Như đã phân tích ở chương 1, khả năng chịu lực của nền đất yếu gần như là không có Các máy móc cũng như thiết bị thi công thiếu vị trí đứng, thậm chí khi có

vị trí đứng máy thì trong quá trình thi công khối đất có thể sạt trượt hoặc lún sụt bất

cứ lúc nào Ngoài việc phải tiến hành xử lý nền như đã nêu ở chương 1 thì có hai

vấn đề khác cũng quan trọng không kém cần quan tâm và giải quyết đó là bảo vệ thành vách hố đào và bơm tiêu nước ngầm Đây là những công việc có khối lượng

lớn, yêu cầu kỹ thuật thi công cao và có ảnh hưởng quyết định đến tiến độ cũng như

chất lượng của công trình

2.2.1 Bảo vệ thành vách hố đào

Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, đã có nhiều phương pháp được áp dụng vào việc bảo vệ mái hố móng sâu khi thi công xây dựng công

trình trên nền đất yếu, tùy từng loại công trình cũng như các điều kiện địa chất mà

ta lựa chọn phương pháp phù hợp Dưới đây là một số phương pháp chính [6]:

- Chắn giữ bằng cọc trộn dưới sâu

- Chắn giữ bằng cọc hàng

- Chắn giữ bằng tường liên tục trong đất

- Chắn giữ bằng thanh thanh neo

Cọc trộn dưới sâu là phương pháp mới để gia cố nền đất, nó sử dụng xi măng, vôi, v.v…để làm chất đóng rắn nhờ vào máy trộn dưới sâu để trộn cưỡng bức đất

yếu với chất đóng rắn (dung dịch hoặc dạng bột), lợi dụng một loạt phản ứng hóa

học - vật lý xảy ra giữa chất đóng rắn với đất, làm cho đất mềm đóng rắn lại thành

một thể cọc có tính chỉnh thể, tính ổn định và có cường độ nhất định [6]

Sau chiến tranh thế giới thứ 2, Mĩ là nước đầu tiên nghiên cứu về cọc xi măng

trộn tại chỗ (MIP), đường kính cọc 0,3÷0,4, dài 10÷12m Năm 1974 Trạm nghien

cứu kỹ thuật bén cảng của Nhật Bản hợp tác nghiên cứu thành công phương pháp

trộn xi măng để gia cố (CMC) Năm 1977 Trung Quốc bắt đầu thí nghiệm trong phòng và nghiên cứu chế tạo máy hai trục đầu tiên để trộn dưới sâu Năm 1990,

Nhật Bản dưa 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 vòng trộn ngược lên trên làm thành cọc, phương pháp này có thể trộn được thân cọc có đường kính tới 2m

Tại Việt Nam, phương pháp này được nghiên cứu từ những năm đầu thập kỷ

80 thế kỷ trước với sự giúp đỡ của Viện Viện Địa kỹ thuật Thuỵ Điển (SGI) với

một thiết bị thi công, do TS Nguyễn Trấp làm chủ trì Đề tài được kết thúc vào năm

1986 thiết bị được chuyển giao cho LICOGI

Phương pháp trộn dưới sâu thích hợp cho các loại đất được hình thành từ các nguyên nhân khác nhau như đất sét dẻo bão hòa, bao gồm bùn nhão, đất bùn, đất sét

và đất sét bột Độ sâu gia cố hiện nay đã đạt tới 50÷60m Nhìn chung nhận thấy khi

gia cố loại đất yếu khoáng vật đát sét có chứa đá cao lanh, đá cao lanh nhiều nước

và đá măng tô thì hiệu quả của phương pháp là tương đối cao Khi gặp nền đất có

chứa đá ilic, có chất chloride và hàm lượng chất hữu cơ cao thì hiệu quả do phương pháp mang lại tương đối thấp

Ngoài chức năng ôn định thành hố đào, trụ đất xi măng còn được sử dụng trong các trường hợp như gia cố nền đất, tăng khả năng chống trượt mái dốc, tránh

hiện tượng hóa lỏng của đất rời, giảm ảnh hưởng chấn động đến các công trình lân

cận

Ưu điểm của cọc xi măng đất

- Tốc độ thi công cọc rất nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp Tiết kiệm

thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ cường độ

- Hiệu quả kinh tế cao Giá thành hạ hơn nhiều so với phương án xử lý khác

- Rất thích hợp cho công tác xử lý nền, xử lý móng cho các công trình ở các khu vực đất yếu như: bãi bồi, ven sông, ven biển

- Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước

- Khả năng xử lý sâu (có thể đến 50m)

- Địa chất nền đất pha cát càng phù hợp với công nghệ gia cố ximăng, độ tin

cậy cao

Biện pháp thi công

Thi công cọc trộn dưới sâu có thể sử dụng phương pháp ướt (phun vữa) hoặc phương pháp khô (phun bột), hiện nay phương pháp ướt được sử dụng nhiều hơn Quá trình thi công theo phương pháp ướt có thể tổng quát lại thành 6 bước như sau: Bước 1: Đinh vị máy khoan vào vị trí khoan cọc (bằng máy toàn đạc điện tử.) Bước 2: Bắt đầu khoan vào đất, quá trình mũi khoan đi xuống đến độ sâu theo qui định thiết kế

Bước 3: Bắt đầu bơm vữa theo qui định và trộn đều, tốc độ mũi khoan đi

a) B ắt đầu khoan tạo lỗ b) C ọc xi măng đất hoàn thiện Hình 2 5 Thi công cọc xi măng đất dự án nâng cấp sân bay Cát Bi – Hải Phòng

Hình 2 6 Cọc xi măng đất được đào lên

2.2.1.2 Bảo vệ bằng cọc hàng

Khi thi công 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 bản bê tông cốt thép đúc sẵn hoặc cọc bản thép [6], [7]

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

Chắn giữ cọc hàng theo kiểu dãy cột: Khi đất xung quanh hố tương đối tốt,

mực nước ngầm 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 (hình 2.7a)

Chắn giữ bằng cọc liên tục (hình 2.7b): 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 và 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 giữa hai cọc để nối

liền cọc hàng khoan lỗ lại, như hình 2.7c Ngoài ra, cũng có thể dùng cọc bản thép,

cọc bản bê tông cốt thép, như hình 2.7d,e

Chắn giữ bằng cọc hàng tổ hợp: Trong vùng đất yếu mà có mực nước ngầm cao có thể dùng cọc khoan nhồi tổ hợp với tường chống thấp bằng cọc xi măng đất như hình 2.7f

Hình 2 7 Các loại chắn giữ bằng cọc hàng

Căn cứ vào độ sâu hố đào và tình hình chịu lực của kết cấu, chắn giữ bằng cọc hàng có thể chia làm mấy loại sau đây:

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

và có thẻ lợi dụng được tác dụng conson để chắn giữ được thể đất ở phía sau tường

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)

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

Tại Việt Nam, đã có nhiều công trình sử dụng cọc hàng để bảo vệ thành vách

hố móng Các hình thức được áp dụng khá đa dạng như cọc ván thép, cọc khoan

nhồi, cọc bê tông cốt thép Trong đó hình thức cọc ván thép được sử dụng nhiều hơn cả do có thể tái sử dụng, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với các phương

án khác

Hình 2 8 C ọc ván thép bảo vệ hố móng dự án kênh La Khê – Hà Nội

Hình 2 9 Bảo vệ hố móng bằng cừ bê tông cốt thép

Xuất phát từ phương pháp thi công cọc khoan nhồi và cọc Barret (cọc chữ

nhật) đối với nhà cao tầng nhiều khi phải xây dựng tầng hầm Việc kết hợp giữa cọc

chịu lực và tường hầm dẫn đến ý tưởng làm móng tường trong đất, công nghệ này được áp dụng và đưa vào thi công sử dụng từ năm 1950 khi thi công tường chống

thấm của đập thủ lợi Milan (Mỹ) Bắt đầu từ những năm 70, phương pháp này được ứng dụng trong các công trình thủy lợi, bên cảng và các công trình xây dựng ở Trung Quốc Trong những năm gần đây, đã thu được rất nhiều thành tựu về chế tạo thiết bị, ứng dụng công trình và nghiên cứu lý luận về tường liên tục trong đất [6], [7]

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 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

Ưu, nhược điểm của phương pháp

Ưu điểm:

- Thân tường có độ cứng lớn, tính tổng thể tốt, do đó biến dạng của kết cấu và móng rất ít, vừa có thể dùng được trong kết cấu quây giữ sâu, lại có thể dùng trong

kết cấu lập thể (không gian)

- Thích dụng trong các loại địa chất: cát cuội, các tầng nham phong hóa

- Có thể giảm bớt ảnh hưởng của môi trường trong khi thi công công trình, ít

chấn động khi thi công, ít ảnh hưởng đến các công trình xây dựng xung quanh, dễ

khống chế biến dạng lún

Nhược điểm:

- Khi thi công theo phương pháp này, bùn thải sẽ rất nhiều Nếu không có biện pháp xử lý sẽ làm cho môi trường bị ô nhiễm, tăng chi phí xây dựng công trình

- Khi mực nước ngầm dâng nhanh mà mặc dung dịch giữ thành giảm mạnh thì

dễ xảy ra hiện tượng sụt lở thàn hố đào Đồng thời cũng làm thể tích bê tông thân tường tăng lên, mặt tường lồi lõm, kích thước kết cấu vượt quá giới hạn cho phép

- Giá thành của tường liên tục trong đất cao hơn cọc hàng hoặc cọc trộn sâu Thường khi hố móng sâu trên 10m, địa chất yếu, có yêu cầu cao vè chống lún và chuyển vị của các công trình xây dựng xung quanh hoặc khi tường là một phần của

kết cấu chính thì mới nên áp dụng phương pháp này

a) Máy đào tường trong đất b) Đổ bê tông tường

Hình 2 10 Thi công tường trong đất

Tại Việt Nam, công nghệ tường trong đất được áp dụng cho công trình dân

dụng có sử dụng các tầng hầm Có thể kể đến một số công trình như: Tòa nhà

Vinafood – Hà Nội khi thi công đã gặp phải tầng cát mịn, dễ gây sụt lở thách vách

tường barret, để khắc phục tình trạng này đã sử dụng thêm công nghệ bơm phụt cao

áp Jet-Grouting để hỗ trợ thi công; Trung tâm thương mại và văn phòng (04 Láng

Hạ, Hà Nội) sử dụng tường Barret bảo vệ thành hố móng cho 2 tầng hầm; Tòa tháp

đôi Vincom, 191 Bà Triệu bảo vệ thành hố móng bằng tường Barret, 2 tầng hầm;

Kho bạc nhà nước Hà Nội, 32 Cát Linh: sử dụng tường Barret, có hai tầng hầm; Tòa

nhà Vietcombank, 98 Trần Quang Khải: sử dụng tường Barret, có hai tầng hầm…

Neo trong đất là hệ thống làm ổn định kết cấu, chống lại dịch chuyển quá mức

của kết cấu bằng cách tạo ra ứng suất trước truyền vào trong đất đá Neo trong đất

được sử dụng trong xây dựng tường chắn và kết cấu chống lại áp lực đẩy trồi của

nước từ thế kỷ 19 Neo trong đất được sử dụng ở đập Cheurfas, Algeria để neo bể

chứa nước vào năm 1938 Sau chiến tranh Thế giới thứ 2, neo trong đất được ứng

dụng rộng rãi hơn trong các lĩnh vực: ổn định mái đào, ổn định mái dốc và chống

sạt lở, gia cố đập… Châu Âu là những nước đi đầu trong các ứng dụng neo trong đất Năm 1950, neo Bauer sử dụng tao cáp cường độ cao trong lỗ khoan có đường kính nhỏ được giới thiệu ở Đức, sau đó là Úc và Thụy Sĩ đã sử dụng neo trong đất cho nhiều công trình xây dựng Vào thập niên 1970, Hoa Kỳ sử dụng neo đất cho hệ

thống chống tạm phục vụ công tác đào đất và dần dần phát triển ứng dụng cho các

kết cấu vĩnh cửu [6], [7]

Tại Việt Nam, công trình đầu tiên sử dụng kỹ thuật neo trong đất đã được Bachy Soletanche Vietnam thực hiện thành công ở tòa tháp VietcomBank (Hà Nội) vào năm 1997 Tòa tháp Keangam Landmark Tower (Hà Nội) do Samwoo Geotech thi công từ tháng 5/2008, tường bê tông cốt thép liên tục trong đất dày 80cm và hai

tầng neo có sức chịu tải từ 35-40 tấn được sử dụng để thi công tầng hầm Một số công trình khác như Trung tâm điều hành và Thông tin viễn thông Điện lực Việt Nam (Hà Nội), chung cư LUGIACO (Thành phố Hồ Chí Minh) cũng đã sử dụng công nghệ neo trong đất để thi công các tầng hầm

Cấu tạo neo trong đất

Neo trong đất có hai đoạn chính: đoạn chiều dài không liên kết và đoạn chiều dài liên kết (hình 2.11) Đoạn chiều dài không liên kết là đoạn chiều dài tự do, không liên kết với vữa Chiều dài này có tác dụng truyền tải trọng từ đầu neo cho đoạn chiều dài liên kết với vữa Đoạn chiều dài không liên kết phải đủ lớn để nằm ngoài phạm vi mặt trượt giới hạn

Đoạn chiều dài liên kết với vữa được bao bọc bằng vữa và truyền tải trọng từ neo vào đất đá xung quanh Đoạn chiều dài liên kết có chiều dài trung bình từ 3.0 đến 10.0m

Hình 2 11 Cấu tạo neo trong đất

Cả thép thanh và cáp dự ứng lực đều có thể được sử dụng làm neo trong đất Các thanh thép thường có đường kính 26, 32, 36, 45 và 64mm và chiều dài 1 thành khoảng 18m Tải trọng thiết kế của neo xấp xỉ 2,077kN ứng với thanh có đường kính 64mm Với neo có chiều dài lớn hơn, có thể sử dụng hộp nối để đạt chiều dài yêu cầu So với các tao cáp dự ứng lục, thép thanh dễ tạo ứng suất và có thể điều chình được tải trọng sau khi lắp đặt Các bó cáp dự ứng lực thường bao gồm nhiều tao cáp có 7 sợi xoắn, các tao cáp có đường kính 12.7 hoặc 15.2mm Neo sử dụng các tao cáp dự ứng lực không có giới hạn về chiều dài và tải trọng Các tao cáp có

độ tự chùng thấp được sử dụng để giảm mất mát do cốt thép tự chùng

Có thể nhận thấy một số ưu điểm của neo trong đất như sau:

Thi công hố đào gọn gàng, tạo mặt bằng thi công rộng rãi và không sử dụng hệ văng chống ngang nên có thể thi công được hố đào bằng cơ giới

Chống được vách đất với độ ổn định và an toàn cao, có thể thi công được hố đào rất sâu

Có thể kết hợp với tường chắn mềm để phân bố lại nội lực trong kết cấu tường, do đó có thể giảm kích thước, chiều sâu của thép trong tường chắn