Các phương pháp thi công tầng hầm sâu, sự cố và cách khắc phục

Việc thiết kế, thi công các tường tầng hầm hạng mục chính của các công trình ngầm ở nước ta đã được nghiên cứu từ những năm 90, tuy nhiên vẫn thật chưa đầy đủ, các công trình xây dựng c

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Trong những năm gần đây, Việt Nam là một trong những nước có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất thế giới, tổng sản phẩm quốc nội GDP hằng năm đạt trên 8% Kéo theo đó là sự phát triển mạnh mẽ của các lĩnh vực chính trị, xã hội, văn hóa…tốc độ

đô thị hóa ngày càng nhanh, mức sống của người dân ngày càng được nâng cao, nhu cầu về nơi ăn, chốn ở rất phong phú và đa dạng Đối với những thành phố lớn, những trung tâm kinh tế của đất nước như: Thành Phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng… dân số gia tăng một cách đáng kể bởi số lượng lớn người nhập cư hằng năm, thì nhu cầu nhà ở càng cấp bách hơn Không nằm ngoài quy luật phát triển của các đô thị hiện đại với mật độ dân số ngày càng đông trong khi đất đai thì không sinh ra được, nên việc phát triển các khu chung cư theo chiều cao cũng như theo chiều sâu là vấn đề tất yếu Theo GS.Nguyễn Thế Bá:” Với mật độ dân số ngày càng cao, diện tích đô thị ngày càng thu hẹp nên việc phát triển chổ ở cho dân đô thị không thể phát triển theo không gian chiều ngang, tức là xây dựng tự do, mà buộc phải phát triển chung cư cao tầng và hơn nữa là các công trình ngầm”

Việc xây dựng tầng hầm cho nhà cao tầng không những giúp giảm sức ép về nhu cầu nhà ở, sinh hoạt, kho bãi… cho người dân mà xét mặt nền móng, kết cấu, an ninh quốc phòng cũng rất có lợi Khi công trình nhà cao tầng có nhiều tầng hầm, thì một lượng lớn đất trên móng sẽ được lấy đi, hơn nữa với nhiều tầng hầm sâu, công trình sẽ chịu lực đẩy nổi do nước ngầm gây ra, giúp giảm tải cho nền móng rất nhiều Không những thế, đối với công trình nhà cao tầng có nhiều tầng hầm thì trọng tâm của công trình sẽ được hạ thấp làm tăng tính ổn định tổng thể cho công trình, tăng khả năng chịu tải trọng ngang do gió, động đất, của công trình

Hiện nay, có thêm hàng loạt khu chung cư cao tầng mới đang được xây thêm với các tầng hầm ngày càng sâu hơn Bên cạnh đó, trong thành phố có những khu vực trung tâm còn có những quỹ đất rất lớn nhưng ta không thể xây dựng trên đó được (vd: khu công viên trong trung tâm thành phố), nên đã có nhiều dự án muốn xây dưng dưới các khu đất này những công trình ngầm để tiết kiệm quỹ đất theo thống kê của

sở xây dựng TP.HCM, hiên nay, đang có từ 5-7 dự án muốn xây dựng dưới các công viên thành phố những công trình ngầm có độ sâu từ 7-9 tầng hầm

Như vậy, việc xây dựng phần ngầm cho công trình là một nhu cầu thực tế, đem lại nhiều lợi ích thiết thực cho người dân cũng như tăng tính ổn định, an toàn cho công trình

Việc thiết kế, thi công các tường tầng hầm ( hạng mục chính của các công trình ngầm) ở nước ta đã được nghiên cứu từ những năm 90, tuy nhiên vẫn thật chưa đầy

đủ, các công trình xây dựng còn gặp nhiều sự cố Trong những năm gần đây, hàng lọat công trình nhà cao tầng có tầng hầm gặp rất nhiều sự cố gây thiệt hại lớn về người và vật chất Ngày 05/11/2007, Bộ Xây Dựng đã ban hành chỉ thị 07/2007CT-BXD về việc tăng cường quản lý xây dưng đối với công trình nhà cao tầng đặc biệt là công trình có tầng hầm Điều này chứng tỏ rằng: việc xây dựng tầng hầm cho nhà cao tầng là rất khó khăn, phức tạp, tiềm ần nhiều rủi ro đòi hỏi chủ đầu tư, nhà thầu thiết

kế, thi công, giám sát… cần phải hết sức thận trọng và có đủ năng lực khi xây dựng công trình có tầng hầm Vì vậy, yêu cầu có được một quy trình thiết kế, thi công tầng hầm một cách an toàn, hiệu quả là một vấn đề hết sức cấp thiết Bên cạnh đó, việc thống kê các sự cố thường hay xảy ra, tìm những nguyên nhân gây ra sự cố, từ đó đề

ra những biện pháp phòng ngừa, khắc phục sẽ giúp giảm thiểu được những thiệt hại khi thi công tường tầng hầm cho nhà cao tầng Đó cũng chính là lý do hình thành đề tài

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:

Đây là nghiên cứu ứng dụng vào tình hình thực tế thi công tường tầng hầm nên mục tiêu của nghiên cứu là:

• Tổng kết, hướng dẫn các phương pháp thi công tường tầng hầm sâu

• Phân tích những thuận lợi và khó khăn khi thi công tầng hầm sâu trong điều kiện địa chất ở Thành Phố Hồ Chí Minh và các nơi tương tự

• Nghiên cứu và phân tích những sự cố thường gặp khi thi công tường

tầng hầm sâu từ đó đề ra các biện pháp phòng ngừa và khắc phục các sự cố trên

3 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ NGHIÊN CỨU:

Tìm hiểu các phương pháp thiết kế tường tầng hầm, các phần mềm đang được

sử dụng rộng rãi hiện nay, vd: MIDAS, PLAXIS, GEOSLOPE…

Thu thập các số liệu, các nghiên cứu về tường tầng hầm trên thế giới và tại Việt Nam thông qua các sách báo, tạp chí chuyên ngành, internet, các tham luận, các báo cáo khoa học các nhà khoa học trong các hội nghị chuyên ngành

Tìm hiểu các phương pháp thi công tường tầng hầm tại Việt Nam khảo sát các công trình đang xây dựng có tầng hầm sâu trên địa bàn TP.HCM và các vùng lân cận Tìm hiểu các sự cố đã xảy ra trên công trường, tham khảo và đánh giá các biện pháp khắc phục của nhà thầu thi công từ đó đưa ra các kết luận, biện pháp phòng ngừa, khắc phục sự cố

phố Hồ Chí Minh và các vùng lân cận vì khu vực này tập trung hầu như đầy đủ các công trình quy mô lớn các các tầng hầm sâu nên có thể được xem đại diện cho các công trình trên cả nước

5 KHÁI LƯỢC NỘI DUNG LUẬN VĂN:

Chương I: giới thiệu chung về luận văn, sự cần thiết phải xây dựng công trình ngầm Mục tiêu, phương pháp và phạm vi của nghiên cứu

Chương II: Tổng quan về xây dựng tầng hầm trên thế giới và Việt Nam Phân loại tường tầng hầm, những thuận lợi và khó khăn khi thi công tường tầng hầm trong điều kiện địa chất ở thành phố Hồ Chí Minh và các nơi tương tự

Chương III: Trình bày lý thuyết tính toán tường tầng hầm, hố đào sâu Các phương pháp thi công tường tầng hầm ở Việt Nam và trên thế giới

Chương IV: Trình bày các sự cố, nguyên nhân gây ra các sự cố khi thi công tầng hầm sâu, từ đó đề ra các biện pháp phòng ngừa và khắc phục sự cố

Chương V: Kết luận và kiến nghị Sự cần thiết phải xây dựng tường tầng hầm cho nhà cao tầng, những khó khăn khi xây dựng Đưa ra các đề xuất để giảm thiểu sự

cố trong xây dựng tường tầng hầm cho nhà cao tầng

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG HỐ ĐÀO ĐỂ XÂY DỰNG TẦNG HẦM

1 TÌNH HÌNH XÂY DỰNG TƯỜNG TẦNG HẦM TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM:

Công trình có tầng hầm đã được xây dựng từ lâu trên thế giới, hầu hết các công trình nhà cao tầng đều có tầng hầm Độ sâu cũng như số tầng hầm phụ thuộc vào điều

kiện địa chất, công nghệ và công năng sử dụng của công trình Đa phần các công trình

đều có từ 1 đến 3,4 tầng hầm, cá biệt có những công trình vì yêu cầu công năng sử

tự Tên công trình Địa điểm xây dựng Số tầng nổi Số tầng hầm

7 International Plaza Simao Shanghai, China 60 3

8 China World Trade Center Tower III China 74 4

14 CommerceBank Frankfurt Germany 56 3

Đa số các cơng trình nhà cao tầng cĩ tầng hầm sâu tập trung chủ yếu ở các nước phát triển như: Mỹ, Nhật, HongKong, Trung Quốc, Đài Loan… Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các nước đang phát triển cũng xây dựng nhà cao tầng cĩ tầng hầm sâu ngày càng nhiều như: Singapore, Philipin, Thailand,… cho thấy sự cần thiết cũng như xu thế phát triển tất yếu của cơng trình nhà cao tầng cĩ nhiều tầng hầm

Vì cơng trình cĩ nhiều tầng hầm đã được xây dựng rất lâu trên thế giới nên quy trình cơng nghệ, thiết bị dùng để xây dựng cơng trình cĩ nhiều tầng hầm cũng rất phát triển với nhiều cơng nghệ hiện đại, tiên tiến, các cơng nghệ ra đời trước đĩ cũng được

sử dụng nhiều với những ưu điểm vượt trội Việc lựa chọn cơng nghệ xây dựng tùy thuộc vào từng đặc điểm cụ thể của cơng trình Một số cơng nghệ, giải pháp chống đỡ thường được sử dụng phổ biến để xây dựng cơng trình cĩ nhiều tầng hầm trên thế giới: tường cừ thép (steel sheet piling), tường cừ bẳng cọc nhồi bêtơng cốt thép(BTCT), tường cừ bằng cọc ximăng đất, tường cừ BTCT thi cơng bằng cơng nghệ tường trong đất hoặc các tấm BTCT đúc sẵn…

Mặc dù, cơng trình cĩ nhiều tầng hầm đã được xây dựng từ lâu trên thế giới với những cơng nghệ hiện đại, và cĩ rất nhiều kinh nghiệm Tuy nhiên, do mức độ khĩ khăn, phức tạp, ẩn chứa nhiều rủi ro nên việc thi cơng tường tầng hầm trên thế giới đã xảy ra khơng ít sự cố, tai nạn Tổ chức CIRIA đã cĩ một thống kê các sự cố từ năm 1973 với những nguyên nhân và tỉ lệ như sau[6]:

Bảng 1.2 Nguyên nhân gây sự cố hố đào

1 Do hố đào không được chống đỡ 63

2 Do hệ gia cố thành (tường, chống, neo không bảo đảm) 20

3 Do sự làm việc của hệ thống 14

4 Do mất ổn định mái đất hố đào 3

Và báo cáo của Gue & Tan[20]:

Bảng 1.3 Nguyên nhân gây sự cố hố đào tại Trung Quốc STT Nguyên nhân Số lần xảy ra Tỉ lệ %

1 Do quản lí của đơn vị XD 10 6

3 Do thiết kế không đảm bảo 74 46

5 Do giám sát đôn đốc không tốt 5 3

Qua 2 bảng thống kê trên ta nhận thấy rằng, các sự cố khi thi cơng hố đào để xây dựng tầng hầm khơng phải là ít, mà nguyên nhân chủ yếu là cơng tác thiết kế cũng như cơng tác thi cơng, chống giữ vách hố đào chưa đảm bảo, chưa lường hết được sự phức tạp, khĩ khăm khi xây dựng tầng hầm sâu Sau đây là một số ví dụ về

sự cố khi xây dựng tầng hầm trên thế giới:

1.1 Sự cố cơng trình Highland Tower tại Malaysia[20]:

Highland Tower bao gồm 3 khối chung cư 12 tầng được đặt tên theo thứ tự 1,2

và 3 Cơng trình được xây dựng trong năm 1975 và 1978 Ngay mặt sau của khối chung cư là đồi núi dốc đứng và một dịng thủy lưu theo hướng từ đơng sang tây, theo hướng chảy tự nhiên của cơng trình thì nĩ sẽ đi qua phía nam của cơng trình

Trong quá trình thi cơng thì dịng hải lưu này được làm lệch sang phía Bắc bằng các hệ thống cống chạy qua sườn đồi ngay cạnh phía sau của cơng trình.Tuy nhiên hệ thống thốt nước này cho đền nay vẫn chưa hồn thành

Vào ngày 11/12/1993 lúc 13h30, sau 10 ngày mưa rịng rã, khối nhà số 1 đã sụp đỗ hồn tồn

Hình 1.1 Sự Cố Sập Khối 3 Công Trình Highland Tower

1.2 Vành Trude của tàu điện ngầm thành phố Muenchen (Munich), Đức,

1994 [24]

Tuyến tàu điện ngầm U1 được kéo dài để khai thác khu hội chợ nằm tại phía đông Muenchen Các đường hầm của công đoạn thi công “vành Trude”được thi công bằng phương pháp bê tông phun Một đề nghị đặc biệt của các nhà thầu là nên đào đường hầm phía dưới lớp sét cách nước, để không gây ảnh hưởng đến khối nước

ngầm phía trên

Sau khi bắt đầu công tác đào đã xảy ra hiện tượng sập lở tại một gương Các thợ đào hầm không còn khống chế được nước và vật chất sập vào và do vậy đã rời khỏi hầm sau thời gian ngắn Trên mặt đất, gần ngã tư đường phố đã xuất hiện nhanh một phễu lún sụt, cũng bị nước ập vào nhanh Một xe buýt, đang đứng chờ tại ngã tư, không kịp chạy ra khỏi khu vực sập đất và bị tụt xuống phễu lún Ba hành khách đã bị chết “đuối” (hình 1) Để không gây nguy hại cho khu vực xung quanh, người ta đã lấp

đầy phễu sập đất bằng bê tông

Hình 1.2 Sự Cố Sập Hầm Khi Làm Tàu Điện Ngầm Tại Munich 1994

Để khắc phục, nhà thầu đã tiến hành thi công một vòng tường vây quanh bằng cọc khoan nhồi và đào xúc đất phía trong thận trọng, trước hết là để đào lấy thi thể người chết Khi đào, người ta phát hiện rằng chiều dày lớp đá phấn (Mergel) nằm giữa hai lớp cuội chứa nước, mỏng hơn so với trong tài liệu thiết kế Ngoài ra các khe nứt trong đá phấn chứa cát đã dẫn đến hiện tượng thấm nước và đó là nguyên nhân của sự

cố

Sau đó tuyến hầm được thi công bằng cách sử dụng phương pháp buồng khí nén

1.3 Sự Cố Tại Trạm Xử Lý Nước Thải Tại Bangkok, Thai Lan[20]

1.3.1 Giới thiệu sơ lượt về sự cố

Công trình trạm bơm xử lý nước thải IPS là một bộ phận quang trọng của công trình

xủ lý nước thải giai đoạn 2 của thủ đô Bangkok Công trình được triển khai từ năm 1995 với thiết kế tầng ngầm sâu 20.7m sử dụng tường vây BTCT dày 1m sâu 25m đỗ tại chổ làm tường vĩnh cửu chịu lực ngang trong quá trình thi công đào đất và xây dựng kết cấu bên trong

Hình 1.3.a Mặt bằng vị trí trạm bơm Trước khi tiến hành xây dựng người ta đã đào bỏ 3m lớp bùn sét phía trên mặt và thay vào đó là lớp các lấp bên dưới lớp các thay thế là lớp sét mền sâu đếm khoảng 16m

và các lớp đất tiếp theo như bảng thống kê:

Bảng 1.4 Chỉ Tiêu Cơ Lý Của Đất Nền

Sau khi nhà thầu địa phương thi công xong tường vây, công tác đào đất bên trong được triển khai cùng với hệ giằng chống tạm bằng thép Vào giữa tháng 8/1997, khi công tác đào đất bên trong gần đạt đến độ sâu cuối cùng (-20.7m), một cạnh của tường vây bị

đổ sập vào phía bên trong làm cho phần đất sét mềm ở khu vực xung quanh đổ vào vùi lấp toàn bộ hai xe xúc và một cần cẩu đứng tại vị trí bên ngoài gần đoạn tường vây đó Sự chuyển động của đất làm hư hại khoảng 20 căn nhà trong phạm vi 50m xung quanh

Hình 1.3.b Ảnh chụp công trình sau khi sập tường vây

Hình 1.3.c Phát thảo mặt cắt công trình sau khi sập tường vây Sau khi sự cố xảy ra, toàn bộ khu vực được lấp lại bằng cát đến cao độ mặt đất tự

ngày 22 tháng 1 năm 2000 Sự cố gây phá hủy một tường hào nhồi đã dẫn đến trượt lở một phần hào thi công ga và đã vùi một xe buýt (hình 3) Ba hành khách bị chết và lái

xe bị thương nặng, các ngôi nhà ở vùng lân cận bị hư hỏng nặng

Nguyên nhân được phát hiện là khi thiết kế đã không chú ý đến một trường hợp tải trọng, do không chú ý hết điều kiện của khối đất nền Đó là biến động mạnh của mực nước ngầm đã gây ra dịch chuyển của các lớp cát, cuội không được khảo sát Trường hợp tải trọng này đã không được tính đến khi thiết kế tường hào nhồi

Biện pháp khắc phục được sử dụng ngay là lấp đầy toàn bộ đoạn hào có sự cố và khoan phụt xi măng vào khối đất trên diện rộng Các đoạn tường không bị phá hủy cũng được gia cường, để tránh bị phá hủy khi đào lại đoạn hào Một số phần của ga

được đào lại bằng phương pháp ngầm

Hình 1.4 Sụt Lún Mặt Đất Tại Taegu, Hàn Quốc Gây Nứt Vỡ Các Tòa Nhà, Đoạn

Phố

1.5 Tàu điện ngầm Thượng Hải (Shanghai), Trung Quốc, 2003 [24]

Trong chương trình mở rộng mạng tàu điện ngầm của thành phố Thượng Hải, năm 2000 người ta bắt đầu thi công tuyến đường số 4, gọi là “đường ngọc trai” Đoạn hầm cơ bản là đoạn qua sông Hoàng Phố, chạy từ trung tâm kinh tế mới Phố Đông về phía nội thành

Trong khi hai đường hầm đã được thi công bằng máy khiên đào áp lực đất, thì xảy

ra sự cố khi đào đường hầm ngang dưới lòng sông, đoạn gần bờ Trước khi đường hầm ngang ở độ sâu gần 35m bị sập lở, nước và vật liệu đã ụp vào đến mức những người thi công không thể ngăn cản nổi Trong khi họ đang tìm cách tự bảo vệ, đã xuất hiện lún sụt mạnh trên mặt đất, gây hư hại lớn đến các ngôi nhà lân cận và các công trình xây dựng khác Một số tòa nhà cao tầng, thương mại đã bị hư hại nặng, bị sập hoặc có nguy cơ sập đổ nên đã được kéo đổ (Hình 4) Đê ngăn nước lũ trên bờ cũng bị phá hoại mạnh Nhiều thời điểm đã có nguy cơ bị ngập lụt vì sông Hoàng phố có lượng nước lớn trong thời kỳ này Cả hai đường hầm lún sâu hàng mét và bị ngập nước, vỏ hầm bị phá hủy

Người ta xác định nguyên nhân của sự cố là khối đất được đóng băng nhằm đảm bảo an toàn cho công tác thi công đường hầm ngang đã bị phá hủy Công tác khắc phục

đã được triển khai rất phức tạp, tốn kém, mất nhiều thời gian, do quy mô rộng của sự

cố

Hình 1.5 Phá Sập Nhà, Sau Khi Xảy Ra Sự Cố Trong Đường Hầm Tàu Điện

Ngầm Số 4 ở Thượng Hải

2 TÌNH HÌNH XÂY DỰNG TƯỜNG TẦNG HẦM TẠI VIỆT NAM:

Không nằm ngoài xu thế phát triển của thế giới, tại Việt Nam các công trình có tầng hầm sâu cũng bắt đầu xuất hiện từ những năm đầu của thập niên 90, các công trình này hầu hết được xây dựng bởi những Kỹ Sư, Kiến Trúc Sư nước ngoài và chủ

công trình nhà cao tầng có tầng hầm sâu từ 3-7 tầng hầm đã được xây dựng bởi Kỹ Sư Việt Nam

Sau đây là bảng thống kê các công trình có tầng hầm sâu đã và sẽ được xây dựng tại Việt Nam:

Bảng 1.5 Các Công Trình Nhà Cao Tầng Có Tầng Hầm Tiêu Biểu ở Việt Nam

Thứ

tự

Tên công trình Địa điểm Đơn vị thi công Số

tầng hầm

Phương pháp thi công

1 Vietcombank Tower Hà Nội Bachy-soletanche 2 Tường Barret

Neo trong đất

2 Văn phòng – chung cư 27 Láng Hạ Hà Nội

Bachy-soletanche Cty xây dựng số 1

HN

2

Tường Barret Đào hở, chống bằng dàn thép

3 Vincom Tower A Hà Nội Delta 2 Tường Barret

Top-down

10 Vincom Tower B TP.HCM Bachy-soletanche

Tường Barret Top-down

11 Cao ốc Pacific TP.HCM Cty TNHH Pacific 5 Tường Barret

Top-down

12 Harbour view

Tường Barret Top-down

13 Golden Square Đà Nẵng Bachy-soletanche 2 Tường Barret

Bên cạnh đó, hiện UBND TP.HCM đang có kế hoạch xây hàng loạt các bãi để

xe ngầm trong thành phố, dưới các công viên với số tầng hầm từ 5-8 tầng hầm được thống kê trong bảng sau:

Dựa vào bảng thống kê trên, ta nhận thấy rằng số lượng công trình có tầng hầm

và số tầng hầm ngày càng tăng, tập trung chủ yếu ở hai thành phố lớn là Hà Nội và TP.HCM Ngoài ra, cũng có một số ít công trình có tầng hầm ở Đà Nẵng, Nha Trang, Cần Thơ Với biện pháp thi công tường tầng hầm và biện pháp chống đở hố đào chủ yếu là:

a Loại tường:

- Tường Barret

- Tường bêtông cốt thép thường

b Biện pháp thi công :

đó, Chủ Đầu Tư cũng như Nhà Thầu chưa nhận thức được sự khó khăn, phức tạp khi thi công tầng hầm sâu nên trong những năm gần đầy hàng lọat sự cố về tầng hầm sâu

đã xảy ra gây thiệt hại lớn về người và vật chất sau đây xin nêu ra một vài sự cố đã xảy ra ở Việt Nam trong những năm gần đây:

2.1 Sự Cố Tầng Hầm của Cao Ốc Pacific, TP.HCM

2.1.1 Mô tả sự cố công trình:

Công trình cao ốc Pacific có 5 tầng hầm, 1 trệt và 18 tầng lầu Tường tầng hầm bằng BTCT dày 1m, thi công bằng công nghệ tường trong đất, khi đào đất để thi công tầng hầm thứ 5 thì phát hiện một lỗ thủng lớn ở tường tầng hầm có kích thước 0.2m x 0.7m, dòng nước rất mạnh kéo theo nhiều đất cát từ bên ngoài vào qua lỗ thủng của tường tầng hầm Công nhân đã dùng hết cách nhưng không thể bịt được

lỗ thủng Nước kéo theo đất cát chảy vào tầng hầm, công nhân phải thoát khỏi tầng hầm để tránh tai nạn xảy ra

Sự cố công trình này đã làm sụp đổ hoàn toàn Viện Nghiên Cứu Khoa Học Xã Hội Nam Bộ ngay bên cạnh, tòa nhà Sở Ngọai Vụ cũng bị lún nghiêm trọng, cao ốc YOCO 12 tầng và các tuyến đường xung quanh công trình cũng có nguy cơ bị lún nứt

Hình 1.6 Sự cố sập Viện Nghiên Cứu Khoa Học Xã Hội Nam Bộ

đặt trên móng nông ở độ sâu -1.5m Đất nền khu vực xây dựng bao gồm lớp đất lấp dày 2.5m, tiếp theo các lớp sét dẻo mềm, bùn sét yếu có bề dày lớn, lớp cát và lớp cuội sỏi

Hình 1.7 Công Trình 27 Láng Hạ, Hà Nội Công trình 16 tầng và 1 tầng hầm, do tải trọng công trình tương đối lớn nên giải pháp móng cọc khoang nhồi đường kính 1m được lựa chọn Để thi công phần móng và phần ngầm, thiết kế đã lựa chọn biện pháp dùng cọc BTCT thi công bằng Phương pháp ép để tạo tường cừ, sau đó đào toàn bộ diện tích mặt bằng đến độ sâu -3m và đào hố móng cục bộ để thi công hố móng Phương án thiết kế nền móng bao gồm nội dung:

- Cọc khoang nhồi 45m, mũi cọc tựa vào lớp cuội sỏi

- Tầng ngầm kết cấu BTCT sâu 3m, đài móng dày 2m

- Tường cừ cọc BTCT tiết diện 30x30cm sâu 12 m, bố trí cách nhau 1m, khoảng cách giữa các cừ ken ván gỗ

Công tác thi công đào hố móng được thực hiện vào mùa mưa, vì vậy lượng nước mặt chứa trong lớp đất khá lớn Lượng nước này liên tục chảy vào hố móng với lưu lượng hàng chục m3/giờ Do các ván ken giữa các cọc cừ không kín nên hạt mịn trong lớp đất bị cuốn trôi theo dòng chảy của nước Quan sát hiện trường tại mặt tiếp xúc giữa đất và ván chỉ còn các hạt thô như gạch vụn và sỏi ở trạng thái rời rạc Hai

tháng sau khi đào hố móng đến độ sâu thiết kế, khối nhà liền kề giáp hố móng đã bị lún nghiên, đỉnh nhà nghiên qua phía hố móng gần 40cm

Nguyên nhân của sự cố được xác định là do cừ không có khả năng cách nước,

do đó dòng chảy của nước vào hố đào đã cuốn trôi hạt mịn trong lớp đất bên dưới móng nhà liền kề làm giảm khả năng chịu tải của đất nên

Hơn nữa, trong quá trình thi công Nhà thầu đã không thực hiện tốt công tác quan trắc nghiên cho công trình lân cân Nếu thực hiện tốt điều này thì sự cố sẽ sớm phát hiện ra và khắc phục sớm

2.3 Công trình chi nhánh Ngân Hàng Nhà Nước, 45 Lý Thường Kiệt, Hà Nội

2.3.1 Đặc điểm chung:

Công trình được xây dựng tại góc giao nhau của đường Lý Thường Kiệt và Bà Triệu, 2 mặt còn lại tiếp giáp với nhà 2 đến 3 tầng đang sử dụng Tại trục A và C tường cừ thép được cắm sát móng ngôi nhà cũ Kích thước mặt bằng và định vị công trình được trình bày trên hình 1.8 Công trình gồm 17 tầng, có một tầng hầm, hố đào sâu 5.6m, bản móng bê tông cốt thép dày 2m đặt trên cọc nhồi φ100cm sâu 38m

Hình 1.8 Mặt Bằng Công Trình Ngân Hàng Nhà Nước 45 Lý Thường Kiệt, Hà

Nội

2.3.2 Tường chắn và hệ chống đỡ:

Thiết kế chống đỡ do đơn vị thi công tự làm, tường cừ thép và hệ chống trong lòng hố được sử dụng Trên trục A sử dụng cừ JSP2 sâu 12m Tại trục A và C do hố đào sát móng nhà đang sử dụng nên ván cừ không được liên kết ngàm với nhau mà chỉ tiếp xúc với nhau trên toàn bộ chiều dài cừ Để khắc phục hiện tượng nước chảy từ ngoài vào hố đào qua chiều dọc tiếp xúc của cừ, đơn vị thi công thực hiện hàn các bản thép dày 10mm rộng 100mm bới các đượng hàn liên tục cùng với quá trình đào đất hố móng

Các cạnh còn lại dùng cừ thép JSP3 dài 12m Hai đợt chống bằng thép I300 được đặt tại các cao độ -0.8m và -3.5m tính từ mặt đất thiên nhiên tạo thành mạng dầm giao thoa có cạnh ≈5m, mạng dầm này được đặt trên các trụ thép I300 chống xuống đầu cọc nhồi hoặc xuống đáy hố đào Trong khi thi công đơn vị có sử dụng hai dầm thép dùng thử tải cọc nhồi chống ngang qua hố từ trục G đến trục C ở khoảng giữa truc 2 đến trục 5

2.3.3 Sự cố khi thi công phần ngầm:

- Trong khi thi công đào đất xảy ra sự cố: hệ cừ tại trục A bị đẩy nghiêng về phía hố đào xấp xỉ 20cm

- Nước từ ngoài chảy vào hố móng khá nhiều qua các khe tiếp xúc của các tấm

cừ tại trục A Mặt đất sát cừ lún xấp xỉ 10cm

- Khi thi công lắp ghép tường tầng hầm xuất hiện một số vết nứt tại tường móng công trình sát trục 7

2.3.4 Nguyên nhân gây sự cố:

Theo dõi tại công trình suốt quá trình thi công phần ngầm chúng tôi thấy sự cố trên là do một số nguyên nhân sau:

- Hệ thống đỡ ở cốt -0.8m không được thi công thành một hệ dầm giao thoa hoàn chỉnh do máy đào đất đứng ở giữa mặt bằng, mà được thi công thành từng phần,

do vậy độ ổn định tổng thể không đảm bảo Thanh chống đỡ cừ vuông góc với trục A (thanh số 1) được chống vào thanh số 2 Nhưng thanh chống số 2 chỉ được chống xuống đầu cọc nhồi bởi một cây chống xiên tại điểm X Như vậy thanh chóng 2 đã bị uốn theo phương trục X (phương chịu uốn kém của thép I) Vì lẽ đó dưới áp lực đẩy ngang, tường cừ đã bị nghiêng vào trong hố đào

- Các bản thép dùng để liên kết 2 tấm cừ kề nhau như trình bày ở phần trên không được đầy đủ, vì vậy khe hở giữa chúng cho nước ở lớp đất lấp từ ngoài chảy vào hố móng

Hai nguyên nhân trên đã gây nên hiện tượng đẩy nghiêng cừ và lún sụt đất nền, gây nứt cho công trình sát trục A

- Khi thi công lắp ghép tường tầng hầm cho trục 7, vì hố đào không đủ kích thước cần thiết, vì vậy để không phải thay đổi kích thước móng, đơn vị thi công đã cho cắt bằng máy hàn hồ quang bụng của dầm đỡ cừ I300 tại cốt -0.8m để luồn cốt thép của tường tầng hầm qua Như vậy dầm đỡ cừ bị giảm yếu do bị cắt phần bụng, dưới tác dụng của áp lực ngang, dầm đỡ cừ bị võng, làm cho đất nền bị chuyển dịch theo, đây là nguyên nhân gây vết nứt tại công trình liền kề trục 7

Các nguyên nhân trên tập trung ở hai yếu tố là thiết kế tường cừ, hệ chống và chất lượng thi công tại công trường Tuy nhiên đây là một công trìng có kích thước mặt bằng nhỏ Nếu hố đào có kích thước mặt bằng lớn, sự cố sẽ xảy ra ở mức độ lớn

ra như bình thông nhau, cuốn theo đất cát làm lún sụt các công trình lân cận

Trước tình trạng đó, người ta phải khẩn cấp lấp ngay cát hố đào sâu tạo áp lực cân bằng để tránh lún sụt tiếp Đồng thời lắp đặt các trạm quan trắc dịch chuyển, lún

và động thái nước dưới đất để tránh các rủi ro có thể xảy ra

Hình 1.9 Sụt lún hè đường Nguyễn Siêu

3 PHÂN LOẠI HỐ MÓNG SÂU ĐỂ LÀM TỪƠNG TẦNG HẦM:

Khi thi công tường tầng hầm ngừơi ta thường sử dụng một số loại tường vây giữ hố móng sau đây:

• Tường chắn bằng ximăng đất trộn ở tầng sâu: trộn cưỡng chế đất vời ximăng thành cọc ximăng đất, sau khi đóng rắn sẽ tạo thành tường chắn có dạng bản liền khối đạt cường độ nhất định, dùng để đào hố móng sâu từ 3-6m

• Cọc bản thép: dùng các cừ thép hình chữ U, Z… móc vào nhau tạo thành một hàng cừ thép, dùng phương pháp đóng hoặc rung để hạ chúng vào đất, dùng cho loại hố móng từ 3-10m

• Cọc bản bêtông cốt thép: cọc dài từ 6-12m, sau khi đóng cọc xuống đất, trên đỉnh cọc đổ một dầm vòng bêtông cốt thép đặt một dãy chống giữ hoặc thanh neo, dùng cho loại hố móng từ 3-6 m

• Tường chắn bằng cọc khoang nhồi: đường kính từ 600-1000mm, làm thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, trên đỉnh cũng đổ dầm vòng BTCT, dùng cho loại hố móng có độ sâu từ 6-13m

• Tường liên tục trong đất: sau khi đào thành hào móng thì đổ bêtông, làm thành tường chắn đất bằng bằng BTCT có cường độ tương đối cao, dùng cho

hố móng có độ sâu 10m trở lên hoặc điều kiện thi công phứac tạp

• Giếng chìm và giếng chìm hơi ép:Giếng chìm là một khồi BTCT không đỉnh, không đáy chỉ có tường xung quanh Đó là một hệ kết cấu hình ống Mặt cắt giếng chìm có thể hình tròn, vuông, chữ nhật hoặc cũng có thể là đa giác nhiều cạnh Thi công giếng chìm chiếm ít diện tích, khối lượng đào đất ít, thao tác dễ dàng, tốn ít vật tư

Về kết cầu chắn giữ hố móng sâu ta có thể phân loại theo một số đặc điểm sau:

không có

chắn giữ Đào có dốc

Đào có dốc khi không có nước ngầm Đào có dốc thoát nứơc bằng máng hở

B Đào hố

có chắn

Đào chống đỡ kiểu

(Có neo kéo, không có neo kéo)

Cọc bản thép, cọc ống thép Cấu thành bởi cọc nhồi BTCT (cọc xếp dày, cọc xếp thưa, tường chắn đất tổ hợp bởi một hàng hoặc hai hàng – cọc nhồi khoan lỗ và bơm vữa hoặc cọc trộn đất Tường liên

tục ngầm

Tường liên tục ngầm BTCT Tường liên tục ngầm đất vôi có cốt Kết cấu chống đỡ giếng chìm

Tường chắn đất kiểu trọng Cọc giữ đất cốt cứng

Đào kiểu kết cấu chắn giữ hình vòm Đào kiểu chắn giữ bên trong (hệ thống trong được tạo thành bởi dầm ngang dọc theo mặt bằng,ống thép, cọc), bao gồm một hàng chống, nhiều hàng chống

C Đào phân đoạn hố

móng (Kết hợp

phương thức A và B)

Đóng cọc bản Ỉ đào ở phần giữa Ỉ đổ bêtông móng ở giữa và các kết cấu ngầm Ỉ cọc bản chống chéo và chống ngang Ỉ đào đất xung quanh thi công tiếp

D Đào bằng phương pháp từ trên xuống (top-down): Trước tiên làm cọc nhồi

bêtông, làm bản sàn móng hộp bêtông, lợi dụng nó làm kết cấu chắn giữ

E Đào có gia cố

thể đất thành hố

và đáy hố (sử

dụng riêng lẻ hoặc

kết hợp kết cấu

chắn giữ khác)

Đào bơm vữa giữ thành, đào có màng hoá chất giữ thành, đào có ximăng đất lưới thép giữ thành

Đào có đinh đất giữ thành (bờ thành đặt thép phun bêtông) Đào phun neo bêtông giữ thành (hoặcphun neo có thanh neo giữ thành)

F Đào giữ thành bằng biện pháp tổng hợp – hố móng được đào bằng cách có một phần để mái dốc, có một phần giữ thành

3.2 Phân loại theo đặc điểm chịu lực của kết cấu:

Cọc nhồi BTCT đào hố móng bằng công nhân

Cọc nhồi BTCT khoang hố mòng bằng máy Cọc BTCT đúc sẵn

Cọc nhào trộn Cọc phun quay

Cọc thép

Bản thép hình chữ I/bản BTCT Bản thép hình long máng

Cọc ống thép (có thanh neo) Cọc BTCT ống thép (đổ tại chổ/lắp ghép)

Tường trong đất bằng BTCT (đổ tại chổ/lắp ghép) Tường chắn kiểu trọng lực đất ximăng

Chắn giữ bằng thép Chống bằng BTCT Chống bằng gỗ Chống bằng chất đồng bao cát

Phun neo để chắn giữ (bao gồm bơm vữa và kéo neo Tường bằng đinh đất để chắn giữ (bao gồm cài thép gia cường)

Kết cấu chắn giữ chịu lực chủ động

Kết

cấu

chắn

giữ

4 LỰA CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU CHẮN GIỮ HỐ MÓNG CHO TƯỜNG TẦNG HẦM:

Tường vây giữ và thanh chống hoặc thanh neo phải lựa chọn thành môt hệ hoàn chỉnh gồm vật liệu, hình thức kết cấu, cách bố trí Điều này phụ thuộc vào quy

mô công trình, đặc điểm của công trình, điều kiện địa chất thủy văn, các yêu cầu về

kỹ thuật, kinh nghiệm… bên cạnh đó, giá thành phương án cũng là một chỉ tiêu hàng đầu để đánh giá tính hợp lí của phương án Ở Việt Nam, các công trình có tầng hầm sâu chỉ mới được xây dựng trong hơn mười năm trở lại đây nên chưa có một hệ thống đơn giá tổng hợp cho tất cả các loại tường chắn Việc thi công tường tầng hầm chủ yếu sử dụng một số giải pháp chống đỡ thành hố đào như sau:

- Tường cừ thép, hệ chống thép hình hoặc neo

- Tường cừ cọc ximăng đất (không hoặc chống thép hình, neo)

- Tường vây barret ( chống thép hình, neo hoặc thi công bằng phương pháp top-down)

4 Cọc nhồi đặt thưa trát mặt ximăng lưới thép

Tường vòm cuốn khép kín

Kiểu tự đứng (cọc consol, tường) Thanh neo vào tầng đất

Ống thép, thép hình chống đỡ Chống chéo

0 Hệ dầm vòm chống đỡ thi công top-down 2

Kết cấu chắn đất ngăn nước

Trong một số nghiên cứu gần đây của tác giả Nguyễn Dư Tiến, Trần Đức Cường đã đưa ra một số phương án so sánh các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật cho từng phương án thi công hố đào như sau:

So sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cho giải pháp tường cừ thép và tường barrette trong thi công nhà cao tầng có 2 tầng hầm

Giải pháp 1: Thiết kế, thi công, giữ ổn định hố đào bằng tường vây barrette, dày 600mm, sâu 16m;

Giải pháp 2: Thiết kế tường bao bê tông dày 400mm, sâu 7,3m, giữ ổn định bằng cừ thép dài 12m (thu hồi sau khi sử dụng)

Bảng 1.7 So sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật theo loại tường

Vật liệu Giá XL (triệu VND)

T

T Chỉ tiêu so sánh Đơn vị

Cừ thép + tường D400

Tường Barrette D600

Cừ thép + tường D400

Tường Barrette D600

So sánh chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật với giải pháp giữ ổn định tường vây barrette bằng hệ dàn thép và phương pháp thi công Top - down

Giải pháp 1: giữ ổn định tường vây barrette bằng hệ dàn thép hình chữ H, 2 tầng chống;

Giải pháp 2 : giữ ổn định tường vây barette bằng phương pháp thi công Top - down

Chỉ tiêu so sánh vị Chống

bằng dàn thép hình

Thi công Top - down

Chống bằng dàn thép hình

Thi công Top - down

1 Cột thép H400

Đào mở:

240m*56.1kg/m Topdown:

160m*56.1kg/m

2 Dầm thép H300

Đào mở:1490m*36.5kg/m

3 Chi phí liên kết của

Và trong một nghiên cứu của TS Đỗ Đình Đức cũng đã đưa ra được khái toán cho một số loại tường chắn đang sử dụng tại Việt Nam như sau:

Bảng 1.9 Giá trị khái toán cho môt số loại tường chắn sâu 12m

STT Loại tường chắn sử dụng Đơn giá 1m dài

6 Tường chắn BTCT thi

công thông thường

15.247,79 Làm tường tầng hầm

Bảng 1.10 Giá trị khái toán cho môt số loại tường chắn sâu 18m

STT Loại tường chắn sử dụng Đơn giá 1m dài

Bảng 1.11 Bảng Thống Kê Giải Pháp Tường Chắn

Độ sâu hố đào Giải pháp tường chắn

<6m Sử dụng phương án cừ thép có thu hồi cho giá thành thấp nhất

6-10m Nên sử dụng phương án tường BTCT (Tường barret) với dàn chống

thép hình hoặc neo trong đất, thi công bằng phương pháp bottom-up Nếu địa chất công trình có mực nước ngầm sâu (không ảnh hưởng tới

hố đào) thì có thể sử dụng phương án cọc nhồi BTCT và tầng hầm thi

công bằng phương pháp đào thông thường

>10m Nên sử dụng phương án thi công tường trong đất (tường barret) và

công nghệ thi công top-down

Điều kiện địa chất thủy văn ảnh hưởng rất lớn đền việc thi công hố móng sâu thậm chí quyết định việc lựa chọn phương án thi công Vì vậy, việc khảo sát địa chất

thủy văn trước khi thi công đóng vai trò rất quan trọng Nắm được địa chất thủy văn

tại khu vực thi công giúp có thể lựa chọn được biện pháp thi công hợp lý, lường trước

được những sự cố có thể xảy ra từ đó có cách phòng ngừa và khắc phục hiệu quả Sau

đây, xin trình bày sơ lượt về tình hình địa chất thủy văn tại khu vực TP.HCM và

những tác động của nó tới việc lựa chọn biện pháp thi công hố móng sâu

5.1 Khái Quát Chung Về Cấu Tạo Địa Chất TP.HCM

Khu vực TP.HCM thuộc rìa Tây Nam của đới Đà Lạt Lãnh thổ thành phố Hồ Chí Minh được cấu tạo bởi các trầm tích kainozoi (Neogen - đệ tứ), sắp xếp trên

Long Bình gặp đá gốc ngay từ trên trên mặt đến hết chiều sâu hố khoan (390m) thì tất

cả các khu vực còn lại đều gặp đá gốc phân bố ở độ sâu từ 72m (Thủ Đức) cho đến

333m (Bình Chánh) Như vậy, hầu hết diện tích của TP.HCM đều được bao phủ bởi

tầng trầm tích Kainozoi

5.1.2 Trầm tích Kainozoi

Chiếm hầu hết diện tích thành phố, có tuổi từ Miocen muộn (N31) đền ngày nay Bề dày tầng phủ tại mỗi khu vực lại khác nhau: Thủ Đức (>60m); Củ Chi (150-

240m); Tân Bình (>250m); Nhà Bè-Cần Giờ (200-250m) Các tầng phủ này sắp xếp

thành các tập, các lớp thô mịn nằm xen kẽ nhau, nằm ngang hoặc gần nằm ngang

Tính chất này là một trong các nguyên nhân dẫn đến điều kiện địa chất, thủy văn, các

điều kiện tự nhiên khác nhau cho từng khu

Theo thời gian thành tạo, trầm tích thuộc tầng phủ Kainozoi chia thành 2 nhóm: trầm tích có tuổi Neogen và trầm tích có tuổi Đệ Tứ

Trầm tích có tuổi Neogen: bao gồm cuội sỏi kết, cát kết xen sét bột chứa di

tích thực vật, bào tử phấn hoa, vi cổ sinh thuộc các hệ tầng: Bình Trưng (N13btg), Nhà

Bè (N21nb), Bà Miêu (N22bm)

Tầng Nhà Bè - Bình Trưng phân bố ở độ sâu từ 80m ở nam Thủ Đức đến 140m ở trung tâm thành phố và tới 212m ở tây nam Bình Chánh với thành phần vụn thô chiếm ưu thế hơn các lớp hạt mịn xen lẫn nhau theo nhịp , dày mỗi nhịp 40 - 60m, chứa nước phong phú

130-Tầng Bà Miêu phân bố ở độ sâu từ 10 đến 30m ở Thủ Đức, nội thành và chìm sâu tới 75m ở Bình Chánh, phân nhịp với chiều dày nhịp từ 50 đến 70m Phần dưới của nhịp là cát lẫn sạn, sỏi màu xám trắng, trong đó cát hạt trung chiếm ưu thế, phần trên là cát bụi, bụi, sét màu xám xanh, xám vàng nhạt với chiều dày các lớp sét biến đổi từ vài mét đến 10 - 20m , trên cùng bị phong hoá mạnh tạo nên lớp laterit sét - sắt khá dày

Các trầm tích Neogen không lộ trên bề mặt, phân bố ở độ sâu từ 48m (Thủ Đức) và 144m (Cần Giờ) đến độ sâu 333m (Bình Chánh) Trầm tích có nguồn gốc sông biển Đây là lớp trầm tích có độ gắn kết, độ chịu tải tốt hơn so với nhóm trầm tích có tuổi Đệ Tứ phủ trên

Trầm tích có tuổi Đệ Tứ: phổ biến và bao phủ hầu hết trên diện tích TP.HCM,

bao gồm các trầm tích Pleistocen và Holocen

Các trầm tích Pleistocen: gồm cuội, sỏi, sạn, cát bột, sét bột, có chổ gặp cát,

cát sạn chứa Kaolin thuộc hệ tầng: Trảng Bom, Thủ Dức, Củ Chi

Tầng Trảng Bom, không xuất lộ trên bề mặt, chiều dày biến đổi trung bình từ

10 đến 30m, nằm sâu 3 - 10m (bắc Thủ Đức, Củ Chi, Hóc Môn, nội thành) và sâu hơn tại các khu vực khác Có thể phân biệt 3 lớp : dưới cùng là cuội sỏi, giữa là cát sạn, trên cùng là sét pha, sét Đây là tầng chịu tải chính của các công trình bề mặt và cũng

là tầng bị đào bởi chính khi xây dựng công trình ngầm

Tầng Thủ Đức xuất lộ trên bề mặt thềm bậc 3 của thành phố từ độ cao 15 - 35

m tại các khu vực bắc Thủ Đức và đông bắc Củ Chi với thành phần chủ yếu là sét pha

- sét có chiều dày từ 0,5 đến 7,5m, nằm trong vùng ảnh hưởng của tải trọng công trình

từ bề mặt và bị khai đào khi xây dựng các công trình ngầm đô thị

Tầng Củ Chi có thành phần tương đối đồng nhất, trên mặt là sét, phía dưới có một lớp mỏng cát sạn sỏi, phân bố trên bề mặt các bậc thềm bậc 2 có cao độ 5 - 15m ở tây nam Củ Chi, Hóc Môn, trung tâm thành phố, dày 1,5 - 5m Đây là nền bền vững cho các công trình bề mặt và tầng cách nước tương đối tốt

phần ngầm đang được xây dựng ở các khu vực lộ ra trầm tích này

Các trầm tích Holocen: các thành tạo bở rời bao gồm cát, sỏi, cát pha bột, sét

và sét bột, chứa phong phú di tích cổ sinh thuộc các hệ tầng Bình Chánh, Cần Giờ và các trầm tích Holocen thượng Chúng phân bố rộng rãi ở các phần địa hình trũng dọc sông Sài Gòn, phía tây huyện Bình Chánh, các quận huyện thuộc phía nam Sài Gòn quận 4, quận 7, huyện Nhà Bè, Cần Giờ với độ cao tuyệt đối 0.2-2m Đây là các tầng đất yếu, cơ bản không thuận lợi cho việc thi công các công trình có phần ngầm

Cấu trúc địa chất lãnh thổ thành phố HCM tương đối phức tạp, đặc biệt là ở phần trên của mặt cắt Dựa trên đặc điểm phân bố không gian và thành phần có thể chia lát cắt của trầm tích khu vực Tp HCM thành hai phần Phần trên cấu tạo chủ yếu

từ các trầm tích mềm dính với bề dày 10-30m và phần dưới cấu tạo từ các trầm tích mềm rời phân bố bắt đầu từ độ sâu 10-30m Bảng 1.12 tóm tắt cấu trúc mặt cắt trầm tích khu vực Tp HCM

Các trầm tích có tuổi, nguồn gốc, thành phần vật chất và trạng thái khác nhau, phân bố ở những điều kiện khác nhau, vì thế ảnh hưởng của chúng tới ổn định công trình và công nghệ thi công công trình cũng rất khác nhau Các công trình ngầm đô thị thành phố Hồ Chí Minh theo quy hoạch ở giai đoạn đầu sẽ phát triển tới độ sâu 30m Như vậy trong vùng ảnh hưởng của chúng sẽ có mặt chủ yếu đất đá của các tầng Trảng Bom, Thủ Đức, Củ Chi, Bình Chánh, Cần Giờ và các trầm tích Holoxen trên

Bảng 1.12Cấu trúc mặt cắt trầm tích khu vực Tp HCM Kiểu 1

Tầng hiện đại, amb QIV3Tầng Cần Giờ, amb QIV1-2

Bùn yếu, E = 12 kG/cm2Bùn yếu, E = 12 kG/cm2

Holoxen

Sét, sét pha, Ro=2.0-2.5kG/cm2Sét, sét pha, Ro=3.0-3.5kG/cm2Sét, sét pha, Ro=2.5-3.0kG/cm2

Phần Tầng Trảng Bom, aQI Cát, sạn, sỏi

Pleixtoxen

dưới Tầng Bà Miêu, Nhà Bè, N Cát, sạn, sỏi và sét theo nhịp Neogen

5.2 Yếu Tố Địa Hình Tại Khu Vực TP.HCM

Hình 1.9 Bản Đồ Địa Mạo TP.HCM

Dựa trên bản đồ địa mạo TP.HCM có thể phân chia địa hình TP.HCM thành 4 nhóm nguồn gốc khác nhau: Địa hình thành tạo do sông, do biển, do hỗn hợp sông

bố chủ yếu ở các khu vực quận 9, Thủ Đức, phía Tây Bắc huyện Củ Chi Địa hình cao trung bình 10-25m, với dạng địa hình đồi lượn sóng, xen kẽ những gò đồi Địa hình được thành tạo trên các trầm tích thuộc các hệ tầng: Thủ Đức, Củ Chi Địa hình này thuận lợi cho việc bố trí xây dựng các công trình và phát triển giao thông đường bộ

5.2.2 Địa hình tạo thành do biển

Bao gồm các địa hình: bãi triều, giồng cát ven biển, thềm tích tụ bậc I Các địa hình này phân bố trên diện tích hẹp ở ven biển Cần Giờ Chúng được thành tạo trên các trầm tích cát, cát lẫn bột…Việc thiết kế móng cho công trình trên khu vực này cần căn cứ trên khảo sát địa chất cụ thể

5.2.3 Địa hình tạo thành do hỗn hợp sông biển

Địa hình bao gồm các bậc thềm hỗn hợp sông biển bậc I, II Phân bố khá rộng

ở các quận nội thành cũ, một phần quận 2, Thủ Đức, toàn bộ quận 12 và huyện Hóc Môn, phía tây huyện Củ Chi…Độ cao trung bình 2-5m, riêng phía Bắc từ 5-10m Đây

là vùng có độ cao trung bình, tuy nhiên thành phần trầm tích có sự thay đổi nhiều nên khi xây dựng công trình cần nghiên cứu kỹ tình hình địa chất, thủy văn

5.2.4 Địa hình tạo thành do đầm lầy và các quá trình khác

Trầm tích cấu tạo nên các bề mặt có nhiều nguồn gốc khác nhau, chủ yếu là trầm tích trẻ (Holocen) Địa hình này bao gồm các dãi trũng đầm lầy ven sông Sài Gòn, sông Nhà Bè … thuộc huyện Nhà Bè, Cần Giờ, Binh Chánh Đây là vùng thấp trũng, độ cao trung bình 0.5-2m Đây là khu vực có nền đất yếu (chủ yếu là phèn mặn)

5.3 Những Thuận Lợi Và Khó Khăn Khi Thi Công Hố Đào Sâu Tại Khu Vực TP.HCM

Từ các điều kiện địa chất thủy văn, địa hình địa mạo và dựa vào các nghiên cứu của các tác giả Trần Mạnh Liểu, Đoàn Thế Tường [20] và tác giả Đặng Hữu Diệp

ta có thể chia khu vực TP.HCM thành các khu vực khác nhau theo mức độ thuận tiện cho việc xây dựng các công trình ngầm như trong bản đồ sau:

Hình 1.10 Sơ đồ phân khu địa chất theo mức độ thuận lợi cho việc thi công

công trình ngầm tại TP.HCM

5.3.1 Khả năng xây dựmg tầng hầm đối với khu vực I-a, I-b

Khu I chiếm toàn bộ diện tích nội thành, huyện Hóc Môn, huyện Củ Chi và bắc quận Thủ Đức Về cấu trúc địa mạo, khu I bao gồm các thềm bậc 1, 2, 3 Nền địa chất

là một phức hệ đất đá bao gồm sét, sét pha, cát, sạn sỏi sắp xếp theo kiểu nhịp và xen kẹp Phần trên của mặt cắt (tới độ sâu 5 - 7m) là sét, sét pha tầng Củ Chi, Thủ Đức với

Mức độ thuận lợi cho xây dựng công trình ngầm cũng phụ thuộc vào độ sâu mực nước ngầm khu I có thể chia thành hai phụ khu: phụ khu I-a tương đối thuận lợi hơn với địa hình cao 5-25m, nước ngầm nằm sâu từ 5 đến 10m, chiếm diện tích tương đối rộng ở bắc Thủ Đức, bắc Củ Chi và một phần nhỏ ở trung tâm thành phố Phụ khu I-b kém thuận lợi hơn với cao độ địa hình 2-5m, chiều sâu mực nước ngầm nhỏ hơn 5m Phụ khu I-b bao gồm phần lớn diện tích trung tâm thành phố, tây bắc Củ Chi

Điều kiện địa chất công trình khu I được đánh giá là thuận lợi, tuy nhiên cũng cần có những giải pháp kỹ thuật tương ứng để loại trừ ảnh hưởng của các hiện tượng địa chất như: mương xói, lún ướt, xói ngầm, cát chảy để đảm bảo ổn định cho công trình Khi khảo sát xây dựng công trình ngầm tại khu I cần làm sáng tỏ các vấn đề như: Chiều dày lớp phủ sét - sét pha và đặc điểm các lớp kẹp mỏng cát, sạn bão hoà nước, quy luật và đặc điểm các lớp kẹp sét - sét pha, trạng thái của chúng, độ sâu mực nước ngầm, hướng vận động và gradien dòng chảy ngầm, độ sũng nước và bất đồng nhất về thành phần hạt của đất đá chứa nước (cát, sạn, sỏi), quy luật giao động mực nước ngầm, áp lực thuỷ tĩnh lên công trình ngầm

• Giải pháp tường chắn và hệ chống đỡ:

Với đặc điểm cấu trúc địa chất như vậy, khu I thuận lợi cho thi công các công trình ngầm không quá độ sâu 5 - 7m bằng phương pháp đào hở, thành hố đào ổn định Các hiện tượng địa chất công trình chủ yếu là nước chảy vào hố móng từ các lớp mỏng cát, sạn xen kẹp Đối với các công trình ngầm xuống sâu hơn, vấn đề ổn định thành hố đào trở nên phức tạp và phụ thuộc vào áp lực nước, độ sũng nước và bất đồng nhất của đất đá Các giải pháp tường chắn và hệ chống đỡ có thể lựa chọn:

- Tường cừ thép có chống đỡ

- Tường ximăng đất

- Tường BTCT thi công bằng công nghệ tường trong đất có chống đỡ bằng thép hình hoặc neo (cho công trình 2 tầng hầm) hoặc hệ sàn chống đỡ khi thi công bằng phương pháp top-down

• Những sự cố tiềm ẩn khi thi công:

Tại vùng I, mặt cắt công trình có dạng từ mặt đất đền đô sâu 2-3m là đất sét bột

có tính lún ướt, tiếp theo là lớp sét dẻo cứng đến cứng ở độ sâu 5.5-11m, từ đó đến

40-50m là tầng chứa nước Với mặt cắt địa chất như vậy, nêú thi công hố đào sâu có thể xảy ra hiện tương mất ổn định hố móng nếu dựa theo công thức của Terzeghi tính

ra hệ số an toàn không đủ

Vùng này còn có khả năng xảy ra hiện tượng bục đáy hố móng do ảnh hưởng của mực nước ngầm Khả năng thứ nhất khi đáy hố móng nằm trong tầng chứa cát pha và cát, khi thi công lại áp dụng biện pháp tháo hố móng khô làm cho độ dốc thủy lực lớn hơn độ dốc tới hạn gây ra hiện tượng xói ngầm gây mất ổn định hố đào và công trình lân cận Khả năng thứ hai, nếu đáy hố móng nằm trong tầng đất sét, nhưng tầng bên dưới đáy hố móng hiện diện tầng nước ngầm nếu bề dày lớp đất sét không

đủ dày để chống áp lực của nước ngầm thì sẽ gây ra bục đáy tầng hầm gây ngập hố móng Nếu dùng bơm tháo khô hố móng sẽ làm hạ mực nước ngầm ở khu vực xung quanh, gây lún, lún nghiên cho công trình lân cận, đường ống ngầm bị hư hại, mặt đất nứt nẻ…

5.3.2 Khả năng xây dựmg tầng hầm đối với khu vực II-a, II-b, IIc

Khu II chiếm tòan bộ diện tích huyện Cần Giờ, Nhà Bè, Bình Chánh, nam Thủ Đức, tây nam Củ Chi và dọc ven sông Sài Gòn với độ cao địa hình 0 - 2m bao gồm tòan bộ các bãi bồi thấp và cao trong phạm vi thành phố Cấu tạo đất nền của vùng II gồm đất sét, sét pha cát, cát mịn và cát thô, chúng phần lớn đều ở trạng thái bão hòa nước, đây là những loại đất yếu, độ rỗng lớn, xốp có khả năng chịu tải thấp Trong vùng này, mưc nước ngầm nằm sát mặt đất chủ yếu là nước mặn Na-Cl, hàm lượng sắt cao, PH thấp, có khả năng ăn mòn CO2, ăn mòn Sunphat, phổ biến các hiện tượng địa chất: lầy hóa, cát chảy, xói ngầm, xâm thực bờ Vùng II được đánh giá là không thuận lợi cho việc thi công công trình ngầm, các hiện tượng địa chất có thể uy hiếp sự

ổn định của công trình

Mức độ bất lợi của chúng có thể phân chia tiếp theo chiều dày của phức hệ đất yếu , bao gồm các phụ khu : II-a, II-b và II-c có chiều dày phức hệ đất yếu, tương ứng nhỏ hơn 10m, 10 - 20m và 20 - 30m Khi khảo sát xây dựng công trình ngầm trong khu B cần chú ý một số vấn đề như : Xác định bề mặt của tầng Trảng Bom, đặc biệt là các rãnh bị khoét sâu và hẹp, tính thấm, hướng vận động và gradien dòng chảy ngầm của 2 phức hệ đất đá : đất yếu và cát, sạn, sỏi xen kẹp sét - sét pha để xác định các khu vực có khả năng thấm mạnh và áp lực thuỷ tĩnh lớn, quy luật dao động mực nước ngầm, thành phần hoá học của nước ngầm để xác định các khu vực có khả năng ăn mòn bê tông và kim loại cao, khả năng và mức độ thoát khí mê tan của phức hệ đất yếu, tính chất cơ lý của đất yếu để tính toán ổn định của thành hố đào mà chủ yếu là

độ bền, hệ số nén lún, sức chịu tải, mức độ chứa nước và bất đồng nhất về thành phần hạt của cát, sạn, sỏi tầng Trảng Bom

thi công tầng hầm sâu thì nên lựa chọ biện pháp tường chắn bằng công nghệ tường trong đất kèm theo giải pháp hạ mực nước ngầm và xử lý đất nền dưới đáy hố đào

• Những sự cố tiềm ẩn khi thi công:

Xây dựng công trình ngầm trong khu II sẽ gặp phải rất nhiều khó khăn do tồn tại của phức hệ đất yếu có độ bền nhỏ Các quá trình và hiện tượng địa chất công trình

có thể xảy ra rất nghiêm trọng trong thời gian thi công công trình ngầm bao gồm : nước mặt và nước ngầm chảy vào hố đào, bờ và thành các công trình khai đào sẽ rất mất ổn định do các hiện tượng sạt, sập, xói lở Phải đặc biệt chú trọng các biện pháp gia cố thành vách

Trong vùng II, nếu thi công hố móng đào sâu thì có thể xảy ra hiện tượng mất khả năng chịu tải âm ở đáy móng, dẫn đến hiệng tượng đẩy trồi hố móng, làm cho đất, công trình lân cận có thể bị lún, nghiên Hơn nữa, mặt cắt địa chất công trình hiện diện tầng bùn từ 10-30m Đất bùn sét luôn ở trạng thái bão hòa, chưa được cố kết tự nhiên, độ rỗng lớn, cường độ kháng cắt thấp và có tính hóa lỏng khi chịu chấn động

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ, THI CÔNG TƯỜNG TẦNG HẦM

về hai loại cơ bản khác nhau: Loại không xét đến độ cứng của tường và loại có xét đến độ cứng của tường

- Loại không xét đến độ cứng của tường giả thiết tường tuyệt đối cứng và chỉ xét đến các trị số áp lực đất ở trạng thái giới hạn là áp lực chủ động và áp lực đất bị động Thuộc loại này có thể phân thành hai nhóm

a) Nhóm theo lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn

Các lý thuyết theo nhóm này đều giả thiết khối đất trượt sau tường chắn, giới hạn bởi mặt trượt có hình dạng định trước, như một khối rắn ở trạng thái cân bằng giới hạn Đại diện cho xu hướng lý thuyết này là lý thuyết C.A.Coulomb (1773) và sau đó được I.V.Pôngxele, K.Culman, phát triển thêm

b) Nhóm theo lý thuyết cân bằng giới hạn phân tố (điểm):

Nhóm lý thuyết này chủ trương tính toán các trị số áp lực đất chủ động và áp lực đất bị động với giả thiết các điểm của môi trường đất đắp đạt trạng thái cân bằng giới hạn cùng một lúc Lý thuyết này đã được giáo sư V.L.M.Rankine đề ra năm 1857 sau đó được nhiều tác giả phát triển thêm và đặc biệt đến nay lý thuyết cân bằng giới hạn phân tố được phát triển rất mạnh mẽ, trước hết phải kể đến các công trình nghiên cứu lý thuyết của viện sĩ V.V.Xôcôlovski Ngoài ra còn có X.X.Geluskêvits đã thành công trong việc giải các bài toán về lý thuyết cân bằng giới hạn bằng phương pháp đồ giải, bằng hệ vòng tròn đặc trưng

1.1.1 Lý Thuyết Tính Áp Lực Đất Của C.A.Coulomb

Lý thuyết áp lực đất lên tường chắn của C.A.Coulomb dựa trên cơ sở của các giả thiết sau đây :

- Tường tuyệt đối cứng không biến dạng, mặt trượt là mặt phẳng

- Lăng thể trượt xem như một khối rắn tuyệt đối được giới hạn bằng hai mặt trượt: mặt phát sinh trong khối đất và mặt lưng tường Giả thiết này cho phép ta thay các lực thể tích và lực bề mặt tác dụng lên lăng thể trượt bằng các lực tương đương

- Xét khối đất trượt ở trạng thái cân bằng giới hạn, nghĩa là trạng thái ứng với thời điểm bắt đầu trượt (trị số áp lực đất chủ động tính toán được xác định tương ứng với lực đẩy của lăng thể trượt lên tường, còn trị số áp lực đất bị động được xác định tương ứng với lực chống của lăng thể trượt lên tường) Với giả thiết này cho phép ta thừa nhận các góc lệch của các phản lực tại các mặt trượt bằng góc ma sát trong ϕ (giữa khối đất bất động và lăng thể trượt) và góc ma sát ngoài δ (giữa đất và lưng tường) đồng thời đa giác lực (G, Ec, R) khép kín

1.1.1.1 Tính toán áp lực chủ động lớn nhất theo Thuyết C.A.Coulomb

1.1.1.1.1 Tính cho đất rời

Giả sử có một tường chắn cứng với lưng tường phẳng AB, chắn giữ khối đất đắp (đất rời) sau lưng tường với mặt đất có dạng bất kỳ, không chịu tác dụng của tải trọng ngoài hình 3.1 Nếu gọi ε là góc nghiêng của lưng tường so với phương thẳng đứng và ω là góc hợp bởi mặt trượt giả thiết nào đó với phương nằm ngang, thì tại thời điểm xảy ra trượt sẽ xuất hiện hai mặt trượt AB và BC, tạo thành lăng thể trượt ABC

Hình 3.1

Theo giả thiết 2 và 3 thì phương của hai phản lực Ec và R được xác định bởi góc ma sát ngoài δ và góc ma sát trong ϕ như hình 2.1 Điều kiện cân bằng giới hạn được thỏa mãn khi tam giác lực (G, Ec, R) khép kín Do đó, dựa vào hệ thức lượng của tam giác lực hình 2.1: có thể rút ra biểu thức sau đây của áp lực chủ động đối với đất rời lên lưng tường cứng

Trong đó : G - Trọng lượng của lăng thể trượt ABC ;