Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thi công tường trong đất và chọn chiều sâu hợp lý kết cấu tường khu vực tp hồ chí minh

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết tính toán công nghệ tường trong đất Nghiên cứu các loại tải trọng tác dụng lên kết cấu, chọn chiều sâu đặt tường hợp lý, dùng nguyên lý cơ học kết cấu tín

-

LÝ HOÀNG TRÂN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THI CÔNG TƯỜNG TRONG ĐẤT VÀ CHỌN CHIỀU SÂU HỢP LÝ KẾT CẤU TƯỜNG

KHU VỰC TP.HCM

CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

MÃ SỐ NGÀNH : 605830

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Cán bộ hướng dẫn khoa học : ………PGS TS LÊ THỊ BÍCH THỦY

Cán bộ chấm nhận xét 1 : ……….….TS CAO VĂN TRIỆU

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : Lý Hoàng Trân Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 19/09/1981 Nơi sinh : Tiền Giang Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô và đường thành phố

MSHV : 00106022

1- TÊN ĐỀ TÀI :

“NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THI CÔNG TƯỜNG TRONG ĐẤT VÀ CHỌN CHIỀU SÂU HỢP LÝ KẾT CẤU TƯỜNG KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH”

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

“Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thi công tường trong đất và chọn chiều sâu hợp lý kết cấu tường khu vực TP.HCM” với các nội dung chính sau :

Chương 1: Tổng quan về công nghệ tường trong đất

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết tính toán công nghệ tường trong đất

Chương 3: Công nghệ thi công tường trong đất

Chương 4: Chọn chiều sâu hợp lý kết cấu tường khu vực TP Hồ Chí Minh

Phần kết luận và kiến nghị

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 25/01/2010

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 02/07/2010

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

sâu hợp lý kết cấu tường khu vực TP Hồ Chí Minh ” được thực hiện từ tháng

01/2010 đến tháng 7/2010 với mục đích nghiên cứu phương pháp thi công đào mở ứng dụng công nghệ tường trong đất, đề tài cũng đưa ra những lý thuyết để chọn chiều sâu đặt tường, nội lực, chuyển vị của thân tường trong quá trình đào mở Luận văn cũng đưa ra ví dụ tính toán tham khảo cho đoạn tuyến Metro tại Thành Phố Hồ Chí Minh

Tôi xin trân trọng cảm ơn Cô PGS TS Lê Thị Bích Thủy đã giúp đỡ, tận tình hướng dẫn và cung cấp các thông tin cần thiết để tôi hoàn thành luận văn này Tôi cũng xin cảm ơn Thầy TS Trịnh Văn Chính đã giúp đỡ tôi có được những tài liệu cần thiết phục vụ cho việc nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các Thầy Cô giáo trong Bộ môn Cầu đường và Khoa Sau Đại học của Trường Đại học Bách khoa Thành Phố Hồ Chí Minh trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không tránh khỏi những hạn chế

và thiếu sót Tôi rất mong được sự đóng góp của quý Thầy Cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Lý Hoàng Trân

TP.HCM”

Giới thiệu chung

Xác định mục tiêu nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu luận văn, nêu được ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của luận văn

Chương 1: Tổng quan về công nghệ tường trong đất

Nêu tổng quan về công nghệ tường trong đất và phạm vi áp dụng trên thế giới cũng như Việt Nam Sơ bộ phương pháp đào mở không dùng hệ thống chống

đỡ và có dùng hệ thống chống đỡ tạm bằng nhiều kiểu chống khác nhau Giới thiệu phương pháp đào mở kết hợp với công nghệ tường trong đất

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết tính toán công nghệ tường trong đất

Nghiên cứu các loại tải trọng tác dụng lên kết cấu, chọn chiều sâu đặt tường hợp lý, dùng nguyên lý cơ học kết cấu tính nội lực và chuyển vị của thân tường

Chương 3 : Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thi công tường trong đất

Nêu trình tự các bước thi công tường trong đất bằng phương pháp đổ tại chỗ, qua quá trình nghiên cứu sẽ thấy được khả năng ứng dụng công nghệ tường trong đất trong việc thi công tuyến Metro tại Thành Phố Hồ Chí Minh

Chương 4: Chọn chiều sâu hợp lý kết cấu tường khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh

Dựa trên số liệu địa chất của các dự án lớn đang triển khai trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh để tổng hợp và có cái nhìn tổng quan về địa chất của khu vực Dùng lý thuyết trình bày trong chương 2 để nghiên cứu chọn chiều sâu đặt tường và tính toán nội lực, biến dạng cho một số vị trí đoạn tuyến được chọn

Phần kết luận và kiến nghị

DIAPHRAGM WALL AND REASONABLE DEEP CHOOSE WALL

STRUCTURE AREA IN HO CHI MINH CITY”

Introduction

Determination of research objectives, scope of research, methods of research, point out science meaning and thesis practicality

Chapter 1: Overview of technology diaphragm wall

Overview of technology diaphragm wall, and technological scope of the world as well as Vietnam Preliminary open excavation do not use systems support and temporary support systems used by many different types of support Introduce open excavation combined with technology diaphragm wall

Chapter 2: Research the theory of calculation technology diaphragm wall

Research the type of load acting on the structure, reasonable deep choose wall structure using principle of structural analysis caculate the internal forces and displacements of the wall

Chapter 3: Applied research of construction technology diaphragm wall

The sequence of working stages diaphragm wall in situ concrete methods, through the research process will see the ability to apply technology diaphragm wall construction in Metro rail in Ho Chi Minh City

Chapter 4: Reasonable deep choose wall structure area in Ho Chi Minh City

Based on geological data of the major projects have been developing in the area of Ho Chi Minh for synthesis and overview of the geology of the area Using the theory was presented in Chapter 2 to choose the wall set reasonable depth and calculate the internal forces and deformation for a number of sections selected metro line

MỤC LỤC

GIỚI THIỆU CHUNG 1

1 Nhiệm vụ luận văn 1

2 Nội dung luận văn 2

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TƯỜNG TRONG ĐẤT 3

1.1 Tổng quan về công nghệ tường trong đất 3

1.2 Phương pháp đào mở 4

1.2.1 Phương pháp đào mở không cần hệ chống đỡ 4

1.2.2 Phương pháp đào mở dùng hệ chống đỡ 5

1.2.2.1 Đóng cọc thép hình có dạng chữ I cách nhau từ 0,8m-1,5m 6

1.2.2.2 Đóng ván cừ thép che chống kiểu conson 6

1.2.2.3 Đóng cọc thép phun vữa bêtông giữ đất 7

1.2.2.4 Dùng nhiều cọc khoan nhồi liền nhau tạo thành vách ngăn đất 7

1.3 Phương pháp đào mở kết hợp với công nghệ tường trong đất 8

1.3.1 Tường trong đất đổ tại chỗ 9

1.3.2 Tường trong đất đúc sẵn 10

1.3.3 Ưu nhược điểm 10

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ TƯỜNG TRONG ĐẤT 21

2.1 Các dạng tải trọng và phân loại 21

2.1.1 Các dạng tải trọng có thể tác động lên công trình bao gồm 21

2.1.2 Phân loại theo tiêu chuẩn các tải trọng và tác động 22

2.2 Áp lực đất tác dụng lên tường 25

2.3 Áp lực nước 29

2.3.1 Phương pháp tính riêng áp lực nước đất 29

2.3.2 Phương pháp áp lực nước đất tính chung 31

2.4 Hệ thống chắn giữ hố móng 31

2.4.1 Kết cấu thanh chống 32

2.4.2 Neo trong đất 33

2.5 Tính toán nội lực và chuyển vị của tường trong đất 34

2.5.1 Phương pháp hệ số nền 34

2.5.1.1 Hệ số nền của đất 34

2.5.1.2 Phương trình vi phân dầm trên nền đàn hồi 37

2.5.1.3 Nội lực, chuyển vị của tường 42

2.5.1.4 Tính toán tường trong đất có nhiều tầng chống 46

2.5.2 Khái niệm chung về phương pháp phần tử hữu hạn 52

2.5.2.1 Phân loại phương pháp phần tử hữu hạn 52

2.5.2.2 Các dạng mô hình nền 55

2.5.2.3 Phần tử mặt tiếp xúc 58

2.6 Kiểm tra tính ổn định của kết cấu chắn giữ 60

2.6.1 Kiểm tra ổn định chống trồi (bùng) của hố móng 61

2.6.4 Chiều sâu đặt tường theo sức chịu tải của đất nền 64

CHƯƠNG 3 : CÔNG NGHỆ THI CÔNG TƯỜNG TRONG ĐẤT 67

3.1 Trình tự công tường trong đất 67

3.2 Thiết bị thi công tường trong đất 70

3.3 Vật liệu giữ thành hố đào khi thi công 72

3.3.1 Chế tạo dịch sét 73

3.3.2 Xử lý tái sinh dịch sét 74

3.4 Phương pháp thi công tường liên tục trong đất 74

3.4.1 Chuẩn bị mặt bằng 74

3.4.2 Xây tường định vị 74

3.4.3 Đào hào 76

3.4.3.1 Phân chia từng phần đoạn hào 76

3.4.3.2 Độ dài đào hào nhỏ nhất của máy đào 77

3.4.3.3 Ổn định thành hào 77

3.4.4 Gia công và lắp đặt lồng thép 78

3.4.5 Công tác đổ bê tông / 80

3.4.6 Hệ thống mối nối tường 83

3.5 Chống thấm cho tường trong đất 84

3.6 Vệ sinh và an toàn lao động trong thi công tường trong đất 86

3.7 Các sự cố thường gặp và giải pháp xử lý trong thi công tường trong đất 87

3.7.1 Các khả năng gây sự cố 87

3.7.2 Biện pháp khắc phục sự cố 87

CHƯƠNG 4 : CHỌN CHIỀU SÂU HỢP LÝ KẾT CẤU TƯỜNG KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 90

4.1 Đặc điểm địa chất khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh 90

4.2 Một số lưu ý về tình hình địa chất 97

4.2.1 Cát có thể chảy lỏng 97

4.2.2 Khả năng ăn mòn bê tông của nước ngầm 97

4.3 Tính toán áp dụng 98

4.3.1 Chọn đoạn tuyến metro 98

4.3.2 Chọn chiều sâu hợp lý kết cấu tường 99

4.3.2.1 Phương pháp hệ số nền 100

4.3.2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 113

PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 119

PHỤ LỤC 121

1 Phụ lục 1 121

2 Phụ lục 2 130

3 Phụ lục 3 134

GIỚI THIỆU CHUNG

1 Nhiệm vụ luận văn :

Trong những năm gần đây, vấn đề giao thông đô thị của Thành Phố Hồ Chí Minh ngày càng trở nên phức tạp Tình trạng kẹt xe xảy ra thường xuyên, tai nạn giao thông và ô nhiễm môi trường gia tăng

Một trong các giải pháp chủ yếu để giải quyết tình trạng trên là phát triển các loại hình vận tải hành khách khối lượng lớn như xe buýt, tàu điện ngầm (metro), xe điện trên mặt đất…Trong đó phát triển metro là ưu tiên hàng đầu Sau khi xây dựng các tuyến metro với năng lực vận chuyển lớn và tốc độ cao có thể đảm nhận chuyên chở một lượng lớn hành khách với tốc độ nhanh trong giờ cao điểm, không gây ô nhiễm… đáp ứng được yêu cầu phát triển dài hạn của thành phố về vận tải hành khách công cộng

Việc xây dựng các tuyến metro của Thành Phố đang được triển khai, một trong những nội dung quan trọng đặt ra là lựa chọn phương án xây dựng hầm phù hợp điều kiện địa chất, mặt bằng thi công chật hẹp, các công trình giao thông, hạ tầng

kỹ thuật, kiến trúc … dọc tuyến dày đặc Các nghiên cứu sẽ góp phần làm giảm chi phí xây dựng, giảm nguy cơ xảy ra sự cố trong quá trình thi công và khai thác Một trong những phương án có thể lựa chọn để xây dựng là phương pháp đào mở kết hợp với công nghệ tường trong đất

Do đó việc “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thi công tường trong đất và

chọn chiều sâu hợp lý của kết cấu tường khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh” thì

hết sức cấp thiết và đó cũng chính là nội dung của luận văn

Mục đích nghiên cứu : thông qua việc nghiên cứu sẽ chứng minh được tính phù hợp của công nghệ thi công tường trong đất khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh Mục tiêu nghiên cứu của đề tài sẽ tập trung vào biện pháp thi công và lý thuyết tính toán kết cấu tường, từ đó đưa ra các khuyến cáo khi áp dụng phương pháp này để ứng dụng thi công trong khu vực TP Hồ Chí Minh

2 Nội dung luận văn :

Chương 1 : Tổng quan về công nghệ tường trong đất

Chương 2 : Nghiên cứu lý thuyết tính toán công nghệ tường trong đất

Chương 3 : Công nghệ thi công tường trong đất

Chương 4 : Chọn chiều sâu hợp lý kết cấu tường khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh

Phần kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TƯỜNG TRONG ĐẤT

1.1 Tổng quan về công nghệ tường trong đất :

Tường trong đất là một bộ phận kết cấu công trình bằng bêtông cốt thép được đúc tại chỗ hoặc lắp ghép trong đất Thường có tiết diện hình chữ nhật với chiều rộng từ 0,5m đến 1,5m; chiều dài từ 4m đến 6m; chiều sâu thông thường từ 12m đến 30m, cá biệt có những công trình sâu đến 100m

Tường trong đất được chia thành các panel, thi công tường trong đất thực chất là thi công các panel, được nối với nhau bằng các cạnh ngắn của tiết diện, giữa các cạnh ngắn của panel có gioăng chống thấm

hợp cho phép loại trừ những công tác xây dựng đắt tiền như : đóng cọc cừ, hạ mực nước ngầm, đóng băng đất Trong vòng hàng chục năm, tường trong đất được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới, phương pháp này cũng được phổ biến rộng rãi ở Việt Nam khi xây dựng lại các công trình cũ

1.2 Phương pháp đào mở :

Phương pháp thi công công trình ngầm bằng cách đào mở khá phổ biến, đó

là phương pháp đào trên mặt đất, đào từ trên xuống dưới sau khi đạt đến độ cao thiết kế, lại từ đáy thi công thuận chiều từ dưới lên trên, hoàn thành kết cấu chính của công trình ngầm, cuối cùng lấp hố đào và khôi phục hiện trạng như ban đầu

Hình dạng, kích thước hố đào trên mặt bằng và chiều sâu của chúng cũng như hệ thống chống đỡ phụ thuộc vào điều kiện địa chất, thủy văn công trình, điều kiện xây dựng các công trình trên mặt đất, kích thước, khuôn khổ của kết cấu ngầm

Phương pháp đào mở phân làm 2 loại: khi thi công có dùng hệ thống chống

đỡ và thi công không dùng hệ chống đỡ

1.2.1 Phương pháp đào mở không cần hệ chống đỡ :

Trong điều kiện địa chất ổn định, công trình ngầm đặt tương đối nông, mặt bằng đủ rộng, ảnh hưởng môi trường xung quanh tương đối ít Với điều kiện như vậy khi thi công đào hố móng chỉ dựa vào mái dốc thích hợp thì có thể giữ ổn định nên có thể mở hố móng theo mái dốc tự nhiên mà không cần phải dùng một loại hệ thống chống đỡ nào khác

Hình 1.2 : Đào mở không cần chống đỡ

- Khó thi công được ở khu vực địa chất có nước mặt, nước ngầm

- Làm ô nhiễm và ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

- Phạm vi chiếm dụng mặt bằng lớn

* Phạm vi áp dụng :

- Địa hình tương đối rộng, ở nơi có ít dân cư qua lại, do vậy phương pháp này không thích hợp khi thi công trong thành phố nơi có dân cư đông đúc, mật độ xây dựng dày đặc

- Thích hợp với khu vực địa chất tương đối ổn định

Khi lựa chọn phương pháp thi công và luận cứ công nghệ xây dựng trong giai đoạn hiện nay, đơn giản và kinh tế nhất là phương pháp đào hào với mái dốc tự nhiên Tuy nhiên với mái dốc tự nhiên, diện tích để thi công công trình yêu cầu rất lớn Vì vậy trong điều kiện chật hẹp của khu vực đô thị, người ta xây dựng các công trình đào sâu bằng cách dùng vách thẳng sử dụng hệ chống đỡ

1.2.2 Phương pháp đào mở dùng hệ chống đỡ :

Trong quá trình thi công công trình đào sâu, phương án đào sử dụng hệ chống đỡ được chọn theo các nguyên tắc sau:

- Phải giữ được vách đào ổn định, an toàn trong quá trình thi công

- Phải phù hợp với biện pháp đào đất và công nghệ thi công

- Thi công phải đơn giản, giá thành hạ

- Luôn chú ý đến khả năng sử dụng lại sau khi thi công hoàn thành

Sau đây là một phương án chống vách đã được áp dụng :

Phương pháp này được áp dụng khi hố không sâu, áp lực đất nhỏ, không có nước ngầm chảy mạnh Cọc đóng thường là thép hình I hay H

1.2.2.2 Đóng ván cừ thép che chống kiểu conson :

Mở hố đào che chống kiểu conson là dùng kết cấu che chống cắm xuống quá đáy hố đào, sau đó trực tiếp đào khối đất đá bên trong hố móng

Áp dụng khi hố đào nông, có nước ngầm, ván cừ thép sẽ được thu hồi sau khi

đã thi công xong

Hình 1.4 : Đóng ván cừ thép

1.2.2.3 Đóng cọc thép phun vữa bêtông giữ đất :

Cọc thép được đóng xuống đất hết chiều sâu thiết kế Đào đến đâu tạo ngay mặt vòm giữa các cọc bằng cách phun vữa bêtông lên vách đất tạo thành những vòm nhỏ, chân đạp vào các cọc giữ đất không lở vào hố móng

Phương án này được áp dụng khi đất rời, không có mực nước ngầm hay đất dẻo Phương pháp này cũng giống như phương pháp đóng cọc thép có ván gỗ nhưng phần gỗ được thay bằng khối bêtông do đó tiết kiệm gỗ, cọc có thể thu hồi được

Hình 1.5 : Đóng cọc thép I kết hợp phun vữa

1.2.2.4 Dùng nhiều cọc khoan nhồi liền nhau tạo thành vách ngăn đất :

Theo phương pháp này tiến hành khoan lỗ dạng răng lược cách nhau một khoảng nhất định trong vữa sét, hạ lồng thép và đổ bê tông tại chỗ tạo thành cọc bêtông cốt thép; sau đó khoan lỗ giữa hai cọc, lắp lồng thép và đổ bê tông cọc hoàn chỉnh hình thành tường liên tục bằng hàng cọc

50 50

Hình 1.6 : Dùng nhiều cọc khoan nhồi tạo thành vách

Biện pháp này áp dụng khi chiều sâu hố đào lớn, áp lực đất lớn Công trình xây dựng cần bảo vệ xung quanh khỏi bị sụt lún Vách chống có thể tham gia chịu lực cùng móng công trình nhưng ít khi sử dụng nó làm tường bao vì khả năng chống thấm của nó không tốt Độ sâu của vách có thể thi công đến chiều sâu cần thiết để không cần có biện pháp chống giữ vách

* Ưu điểm :

- Diện tích mặt bằng thi công chật hẹp, thi công tương đối ổn định

- Thi công tương đối dễ dàng, mức độ cơ giới hóa cao, chất lượng đảm bảo

- Giảm khối lượng công tác đất

* Nhược điểm :

- Khối lượng công việc tăng lên đáng kể, giá thành xây dựng tăng

- Phải dùng nhiều máy móc thiết bị để thi công

* Phạm vi áp dụng :

- Khu vực có địa chất yếu

- Trong điều kiện chật hẹp, tuy nhiên không sử dụng được trong thành phố vì cản trở giao thông

- Áp dụng được ở nơi có mực nước ngầm

1.3 Phương pháp đào mở kết hợp với công nghệ tường trong đất

Xuất phát trên cơ sở đào hố móng không cần sự chống đỡ, đến việc đào hố móng có chống đỡ vì lý do địa chất, lý do mặt bằng xây dựng và một số nguyên nhân khác Người ta đã ứng dụng phương pháp đào mở kết hợp với công nghệ tường trong đất

Phương pháp thi công này cũng tương đối đơn giản, trước hết dùng các thiết

bị, máy móc chuyên dụng để đào hào có dung dịch giữ thành móng thành từng phân đoạn với độ dài nhất định, sau đó xây dựng kết cấu tường

Có hai loại tường : tường bêtông cốt thép đúc sẵn và tường bêtông cốt thép

đổ tại chỗ

1.3.1 Tường trong đất đổ tại chỗ :

Đối với tường trong đất đổ tại chỗ thì công việc tiến hành như sau : đặt lồng thép đã chế tạo sẵn vào trong hố đào, dùng ống dẫn đổ bêtông trong nước cho từng đoạn tường, nối các đoạn tường lại với nhau bằng các đầu nối đặc biệt, hình thành bức tường liên tục trong đất bằng bêtông cốt thép, tiến hành đào đất theo phương pháp lộ thiên

Hình 1.7 : Tường trong đất đỗ tại chỗ

Công việc thi công tường trong đất bằng bêtông đổ tại chỗ là khá phức tạp, chất lượng bêtông không phải lúc nào cũng theo ý muốn, thời gian thi công lại kéo dài Để khắc phục người ta đưa các cấu kiện bêtông đúc sẵn nhằm thay thế bêtông đúc tại chỗ

Hiện nay, cấu tạo tường trong đất đúc sẵn có 2 dạng cơ bản là dạng “cột-tấm”

và “tấm phẳng” :

Hình 1.8 : Tường trong đất đúc sẵn dạng cột - tấm

Hình 1.9 : Tường trong đất đúc sẵn dạng tấm - phẳng

1.3.3 Ưu nhược điểm :

Phương pháp đào mở kết hợp với công nghệ tường trong đất có những ưu và nhược điểm chính như sau:

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

* Phạm vi ứng dụng :

Theo kinh nghiệm thiết kế và xây dựng, phương pháp tường trong đất có thể

áp dụng hiệu quả khi xây dựng những công trình sau :

- Các công trình dân dụng, công trình ngầm như: gara, trung tâm thương mại, rạp chiếu phim, nhà hát v.v

- Các công trình công nghiệp : các phân xưởng nghiền của nhà máy làm giàu quặng, phân xưởng đúc thép, hố nhận nguyên liệu

- Các công trình thu nhận nước, các trạm bơm…

- Các đường phố, đường giao thông, các công trình bờ của thủy lợi

- Các móng nhà cao tầng, các tường chắn để xây dựng các buồng ngầm

Ngoài ra phương pháp tường trong đất có hàng loạt ưu điểm so với các phương pháp khác, còn trong một số trường hợp là không thể thay thế được Đó là đối với trường hợp xây dựng trong điều kiện thành phố chật hẹp, gần các nhà đã xây dựng,

khi mực nước ngầm cao và chiều sâu công trình lớn, hình dạng phức tạp trên mặt bằng hoặc khi các phương pháp khác bị loại trừ

v Một số công trình ứng dụng công nghệ tường trong đất trên thế giới :

- Trung tâm thương mại giải trí Stara Zagora, Bulgaria : tường chắn dày 0,6m, sâu 20m, diện tích 7.380m2

Hình 1.10 : Trung tâm thương mại giải trí Stara Zagora

- Bến tàu Concarneau, Pháp : tường chắn dày 0,8m, sâu 15m, diện tích 5.000m2

- Tuyến metro Bangkok Thái Lan : tường chắn dày từ 0,8-1,2m, sâu 20-55m, diện tích : 156.00m2

Hình 1.13 : Tuyến Mmetro Bangkok

- Tuyến metro số 2 Cairo, Ai Cập : tường chắn dày từ 0,6-1,2m, sâu 55m, diện tích : 566.00m2

Hình 1.14 : Tuyến metro số 2 Cairo

- Nhà ga tàu điện ngầm Farrer, Singapore : tường chắn dày từ 0,8-1,2m, sâu 15-35m, diện tích : 27.00m2

Hình 1.15 : Nhà ga tàu điện ngầm Farrer

v Một số công trình ứng dụng công nghệ tường trong đất ở Việt Nam :

- Cao ốc văn phòng Harbour View , 35 Nguyễn Huệ, Quận 1, Thành Phố Hồ Chí Minh gồm 19 tầng nhà, 2 tầng hầm, tường trong đất dày 0,6m, sâu 42m, diện tích 3.200m2

Hình 1.16 : Tòa nhà Harbour View

- Trụ sở Vietcombank, 198 Trần Quang Khải, Quận Hoàn Kiếm, Hà Nội, gồm 22 tầng nhà, 2 tầng hầm, tường trong đất dày 0,7m, sâu 25m, diện tích

2.500m2

Hình 1.17 : Trụ sở Vietcombank

- Khu nhà ở tiêu chuẩn cao kết hợp với văn phòng và dịch vụ, 27 Láng Hạ,

Hà Nội:, gồm 27 tầng nhà, 2 tầng hầm, tường trong đất dày 0,6m, sâu 15m, diện tích 3.000m2

- Dự án hầm Thủ Thiêm Thành Phố Hồ Chí Minh: tường trong đất dày 1-1,2m, diện tích 64.766m2

Hình 1.20 : Dự án hầm Thủ Thiêm

Hiện nay tại Thành Phố Hồ Chí Minh, tuyến metro Bến Thành – Tham Lương đang được triển khai, một số đoạn trên tuyến được thi công bằng phương pháp đào

hở trên những con đường hiện hữu, hai bên là các công trình kiến trúc như nhà ở, các công trình văn hóa, hành chính… Vì vậy cần phải nghiên cứu kỹ công nghệ và dây chuyền thi công cụ thể, chi tiết để đảm bảo an toàn cho các công trình kiến trúc hai bên và công tác vệ sinh môi trường được tốt Trong điều kiện đó, giải pháp ứng dụng công nghệ tường trong đất được xem là thích hợp và có hiệu quả nhất, vì tường trong đất có khả năng chịu lực cao trong quá trình chống vách hố đào, vừa có thể sử dụng làm kết cấu thành hầm, điều đó cho phép hạ giá thành xây dựng

Việc xây dựng tường trong đất là một quá trình công nghệ phức tạp, được hình thành từ các quá trình đơn giản liên hệ với nhau Do thời gian có hạn nên trong luận văn chỉ tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ tường trong đất và lý thuyết tính toán của kết cấu tường đổ tại chỗ để thi công tuyến metro trên địa bàn Thành Phố Hồ Chí Minh

Khi xây dựng hầm bằng phương pháp tường trong đất trong điều kiện đô thị cần xem xét giải quyết vấn đề sau :

Xác định chiều sâu hợp lý của tường trong đất : tùy theo địa chất từng khu

vực mà tải trọng tác dụng lên tường chắn khác nhau Với các chiều sâu hầm khác nhau thì tải trọng tác dụng lên tường chắn là khác nhau dẫn đến chiều sâu chôn tường khác nhau Việc tìm ra chiều sâu chôn tường hợp lý về kỹ thuật và kinh tế là bài toán cần thiết cần được giải quyết Để giải quyết vấn đề này chúng ta cần nghiên cứu về lý thuyết tính toán công nghệ tường trong đất

CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CÔNG

NGHỆ TƯỜNG TRONG ĐẤT

2.1 Các dạng tải trọng và phân loại [23] :

Công trình tác dụng tương hỗ với môi trường đất trong thời gian xây dựng và khai thác là khác nhau Đầu tiên, ở đa số các công trình áp lực bên của đất là một trong những tải trọng cơ bản, chỉ truyền lên tường ngăn hoặc một phần công trình, trong giai đoạn này các tường có các biên trên và dưới là tự do Sau khi xây đáy sẽ xảy ra phân bố lại ứng suất và tải trọng Một phần tải trọng truyền ở phần dưới của chu vi tường lên đáy, còn đáy đôi khi là kết cấu giằng Sau khi xây dựng ở bên trong công trình các cột, các sàn thì xảy ra sự phân bố lại tiếp theo của các ứng lực

và tải trọng do sự thay đổi độ cứng chung của công trình và đặc trưng tác dụng tương hỗ với đất Tải trọng tác dụng lên công trình không những phụ thuộc vào loại đất mà còn vào ý nghĩa công trình, giải pháp kết cấu, phương pháp xây dựng của chúng

2.1.1 Các dạng tải trọng có thể tác động lên công trình bao gồm :

- Do trọng lượng bản thân của đất– thẳng đứng và bên hông

- Do tác động của các ứng lực đặt trên mặt đất

- Do một phần của các nhà bên trên mặt đất, truyền trực tiếp lên công trình

- Do trọng lượng bản thân của công trình

- Do nước dưới đất

- Do vữa sét

- Do chất đầy nước vào công trình và các chất lỏng hoặc chất rời khác

- Các tải trọng tập trung do neo đất hoặc thanh chống

- Các tải trọng do các thiết bị công nghệ, bố trí trực tiếp trong công trình Tùy thuộc vào công dụng của công trình, đặc biệt là phương pháp xây dựng

và khai thác có thể có các dạng khác của tải trọng tác dụng lên công trình

2.1.2 Phân loại theo tiêu chuẩn các tải trọng và tác động :

Tải trọng tác dụng lên công trình theo tiêu chuẩn các tải trọng và tác động có thể là tải trọng cố định, tải trọng tạm thời và tải trọng khai thác

Tải trọng thường xuyên (cố định) là những tải trọng và tác động như trọng lượng bản thân của đất và công trình, nghĩa là thường xuyên tác dụng trong khi xây dựng và khai thác

Các tải trọng tạm thời là những tải trọng chỉ tác động trong một thời kỳ Tải trọng tạm thời có thể dài hạn hoặc ngắn hạn Tường chắn bêtông cốt thép của công trình được làm từ bêtông và cốt thép, trong quan hệ cấu trúc, nó thường là kết cấu thành mỏng và vỏ có hình dạng khác nhau trên mặt bằng Trạng thái ứng suất và biến dạng của kết cấu như vậy phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất, sơ đồ kết cấu của công trình, độ mềm của nó và mức độ biến dạng của gối neo v.v… để tính toán kết cấu bêtông cốt thép mềm, tác động tương hỗ với khối địa tầng cần phải biết biểu

đồ áp lực tiếp xúc Việc xác định biểu đồ này rất phức tạp, ngay cả khi nền đất là đồng nhất Vì thế, áp lực đất trong thực tế công trình, thường được xem xét với việc

sử dụng lý thuyết Coulomb cổ điển với hiệu chỉnh trên cơ sở các số liệu thực nghiệm

Những tải trọng đặc biệt bao gồm lực động đất, va chạm và các tác động khác tác dụng khi xây dựng và khai thác công trình như lở đất trong vùng áo sét

Việc tính toán công trình được tiến hành với tổ hợp bất lợi nhất của tải trọng hoặc các ứng lực tương ứng với nó Các tổ hợp này được thiết lập từ việc phân tích các phương án tác động đồng thời thực tế của các tải trọng khác nhau đối với giai đoạn được xem xét của công trình, có xét đến những thể hiện có thể của các sơ đồ khác nhau từ việc tác dụng của các tải trọng tạm thời hoặc không có một số tải nào

đó trong chúng Khi đó chia thành :

- Tổ hợp tải trọng cơ bản từ các tải trọng thường xuyên, các tải trọng dài hạn

và ngắn hạn

- Tổ hợp tải trọng đặc biệt lập từ các tải trọng thường xuyên, tải trọng dài hạn, ngắn hạn và một tải trọng đặc biệt

Nếu như dựa vào tổ hợp tải trọng lớn hơn một tải trọng tạm thời, thì giá trị của tải trọng tạm thời hay ứng lực tương ứng thì phải nhân lên với hệ số tổ hợp cho trong bảng sau :

Bảng 2.1: Các dạng tải trọng

Các tổ hợp Các tải trọng

Dài hạn

Ngắn hạn

0,95 0,90

0,95 0,80

Người ta xác định giá trị tiêu chuẩn của trọng lượng kết cấu xây dựng của phần ngầm và phần hở theo các kích thước thiết kế của cấu kiện với trọng lượng riêng của bêtông cốt thép là 24÷29KN/m3 Đối với công trình chịu đẩy nổi, thì cố gắng áp dụng các kết cấu xây dựng loại nặng, đối với những kết cấu xây dựng có đào đất dưới nước thì phần kết cấu nằm dưới mực nước ngầm được tính có xét đến lực đẩy nổi của nước

Trong bảng liệt kê các tải trọng và tác động, phát sinh trong những điều kiện xây dựng và khai thác trên cơ sở các kiến nghị theo hạ giếng và tường trong đất Từ những tải trọng và tác động khác nhau trong bảng này, các tải trọng cơ bản tác dụng lên kết cấu tường chắn của công trình là các dạng khác nhau của áp lực đất

Bảng 2.2 : Bảng liệt kê các tải trọng và tác động

hiệu Đơn vị đo Hệ số

1 Trọng lượng kết cấu (tường, đáy, v.v…) Gc, G0 KN 1,1(0,9)

2 Áp lực bên (nằm ngang) của đất lên tường

3 Áp lực lên tường do lớp đất nằm nghiêng Pe,1 KPa

(kG/cm2) 1,1(0,9)

4

Áp lực phát sinh trong đất khi đổ đầy hào

bằng hỗn hợp bêtông và truyền lên tường

qua đất khi đông cứng

7 Lực ma sát giữa tường và đất khi công trình

8

Lực căng neo:

- Để tiếp nhận áp lực bên của đất

- Để tạo lực bổ sung chống nổi công trình

1,0

9

Áp lực bên phụ của đất lên tường, gây ra

bỡi các tải trọng trên mặt đất, các giếng hạ

1,0

10 Áp lực bên chủ động (và bị động của đất) Pa

(Pp)

KPa (kG/cm2)

1,1

11 Lực ma sát theo mặt bên của giếng hạ trong

đất khi chất tải lên nó

14 Lực cản của đất dưới phần lưỡi giếng khi

15 Sức cản của đất dưới đáy công trình R0 kN -

16 Lực hạ giếng khi phải chất tải thêm (trong

17

Áp lực bên phụ thêm của đất lên tường, gây

ra bởi các tải trọng ngắn hạn, đặt trên bề

19 Sức bền tính toán của đất yếu trượt Rc,m,

Rc,v

KPa (kG/cm2) -

20 Áp lực đất lên tường, gây ra do biến dạng

KPa (kG/cm2) -

Giá trị hệ số vượt tải ở trong ngoặc được sử dụng khi tính kết cấu có chất tải, nổi, ổn định, vị trí chống lật cũng như các trường hợp khác khi chúng làm xấu điều kiện làm việc của kết cấu

Khi tính toán phần ngầm của công trình và nền của chúng theo biến dạng, hệ

số vượt tải lấy bằng đơn vị

2.2 Áp lực đất tác dụng lên tường :

Khi tính toán áp lực đất như là tải trọng cơ bản tác dụng lên kết cấu chắn đỡ của công trình dẫn đến việc phải xem xét nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trị số và gây

ra ứng suất, biến dạng công trình Trong đó có các nhóm nhân tố sau:

- Các yếu tố đặc trưng cho môi trường đất đặt công trình

- Các yếu tố xem xét đến những yếu tố đặc biệt của phương pháp xây dựng, công nghệ xây dựng và những đặc điểm của phương pháp thi công

- Các yếu tố đặc trưng cho kết cấu công trình, tĩnh không công trình, độ cứng,

độ mềm của kết cấu gối tựa …

- Các yếu tố ảnh hưởng đến đến đặc tính và trị số áp lực đất, gây ra bởi những đặc điểm của các thời kỳ

- Phân tích các yếu tố này và các yếu tố có thể khác cho phép làm rõ các điều kiện cùng làm việc của công trình và khối đất xung quanh

- Theo sự ảnh hưởng của môi trường đất có bố trí công trình đến những điều kiện cùng làm việc với công trình có thể chia ra hai loại cơ bản của những điều kiện của đất :

+ Loại một là việc truyền lên công trình áp lực đất bên do đất bị phá hoại, đặc trưng cho những công trình đặt không sâu như các tường chắn khác nhau đặt trong

hố móng hở

+ Loại hai là đối với các công trình thi công bằng các phương pháp đặc biệt như hạ giếng, tường trong đất, ép đẩy.v.v…, đối với loại hai là sự làm việc của công trình trong khối đất không bị phá hoại

Khi tính toán áp lực của khối đất có cấu trúc phá hoại lên kết cấu chắn đỡ của công trình người ta cho rằng khi không có chuyển dịch, các kết cấu tường chắn cứng bất động chịu áp lực trước giới hạn của đất đá nằm trong trạng thái cân bằng đàn hồi

Các tường chắn được sử dụng để giữ khối đất và tường của tầng hầm, mái dốc đất đắp, hố đào, gia cố móng nằm trong sự cân bằng là các kết cấu chắn đỡ phổ biến hơn cả Sự ổn định vị trí của tường chắn được đảm bảo hoặc là bởi trọng lượng bản thân, hoặc là bởi trọng lượng của đất do tường đưa vào làm việc và neo

Theo đặc điểm tác dụng tương hỗ của đất với tường chắn người ta chia ra các dạng áp lực bên sau đây của đất: chủ động, bị động và áp lực đất trong trạng thái tĩnh Áp lực chủ động và bị động là áp lực giới hạn của đất

Áp lực đất tĩnh : nếu tường chắn không chuyển dịch duy trì ở vị trí tĩnh thì

áp lực tác động vào tường gọi là áp lực đất tĩnh Hợp lực của áp lực đất tĩnh tác động trên mỗi mét dài tường chắn đất biểu thị bằng E0, cường độ áp lực đất tĩnh biểu thị bằng p0

Áp lực chủ động : nếu tường chắn đất dưới tác động của áp lực đất lấp mà

lưng dịch chuyển theo chiều đất lấp, khi đó áp lực đất tác động vào tường sẽ từ áp lực đất tĩnh mà giảm dần đi, khi thể đất ở sau tường đạt đến giới hạn cân bằng, đồng

thời xuất hiện mặt trượt liên tục làm cho thể đất trượt xuống, khi đó áp lực đất giảm đến trị nhỏ nhất, gọi là áp lực đất chủ động, biểu thị bằng EA và pa

Áp lực đất bị động : nếu tường chắn đất dưới tác đụng của ngoại lực di động

theo chiều đất lấp, khi đó áp lực đất tác động vào tường sẽ từ áp lực đất tĩnh mà tăng dần lên, liên tục cho đến khi thể đất đạt giới hạn cân bằng, đồng thời xuất hiện mặt trượt liên tục, thế đất ở phía sau tường bị chèn đẩy lên Khi đó, áp lực đất tăng tới trị số lớn nhất, gọi là áp lực đất bị động, biểu thị bằng Ep và pp

v Ảnh hưởng của chuyển vị thân tường đối với áp lực đất :

Như trên đã biết khi tường chắn dịch chuyển về phía trước, áp lực đất dần dần giảm nhỏ đi cho đến trị số nhỏ nhất – áp lực đất chủ động, còn khi tường ép về phía đất đắp thì áp lực đất dần dần tăng lên cho đến trị số lớn nhất – áp lực đất bị động Thí nghiệm cho thấy khi chuyển vị ở phần đỉnh của tường bằng 0,1% - 0,5%

độ cao của tường, áp lực đất của đất có tính cát sẽ giảm thấp tới áp lực đất chủ động, đất lấp tính cát muốn đạt đến áp lực đất bị động thì chuyển vị ở phần đỉnh của

tường chắn đất sẽ phải lớn hơn nhiều, ước tính bằng 5% chiều cao của tường hoặc lớn hơn nữa

Ảnh hưởng của chuyển vị tường chắn đối với áp lực đất có các dạng sau :

a) Sinh ra vòm ngang b) Sinh ra vòm ngang c)

d) Áp lực đất chủ động e) Áp lực đất bị động

Hình 2.2 : Biến đổi khác nhau của thân tường gây sự khác nhau về áp lực đất

- Khi đỉnh tường cố định, đầu dưới tường dịch chuyển ra phía ngoài, áp lực đất có hình parapol (Hình 2.2a)

- Khi đầu trên và dưới tường cố định nhưng phần giữa tường thì vồng ra phía sau, áp lực đất có hình yên ngựa (Hình 2.2b)

- Khi tường dịch chuyển song song ra phía ngoài, áp lực đất có hình parapol (Hình 2.2c)

- Khi tường nghiêng ra phía ngoài, quay theo trung tâm của đoạn dưới tường

2.3 Áp lực nước :

Tải trọng tác động lên kết cấu tường chắn, ngoài áp lực đất ra còn có áp lực nước của nước ngầm dưới mặt đất Khi tính áp lực nước, thường lấy trọng lượng nước gw = 10 kN/m3 Áp lực nước có liên quan đến các nhân tố như lượng cấp bổ sung nước ngầm, sự thay đổi mùa, độ kín nước của tường chắn trong thời gian thi công đào hố, độ sâu của tường trong đất, phương pháp xử lí thoát nước v.v…

Tính áp lực nước, đất dưới mực nước ngầm thường dùng 2 phương pháp là nước đất tính riêng (áp lực nước, đất lần lượt tính riêng rồi cộng lại) và nước đất tính chung Đối với đất tính cát và đất bột, có thể tính theo nước đất tính riêng, nghĩa là tính áp lực nước rồi áp lực đất, sau đó cộng chúng với nhau Với đất có tính sét thì có thể căn cứ vào tình hình ở hiện trường và kinh nghiệm trong thi công để xem tính chung hoặc tính riêng

2.3.1 Phương pháp tính riêng áp lực nước đất :

Phương pháp nước đất tính riêng áp dụng trọng lượng đẩy nổi để tính áp lực đất, dùng áp lực nước tĩnh để tính áp lực nước, sau đó cộng lại sẽ có tổng áp lực bên (Hình 2.3)

Áp dụng nguyên lý ứng suất hữu hiệu để tính áp lực đất, tính riêng áp lực nước, đất :

Hình 2.3 : Tính áp lực đất và áp lực nước

Phương pháp trên đây tương đối rõ ràng nhưng trong thực tế sử dụng còn một

số khó khăn, đôi khi cũng khó có được chỉ tiêu cường độ hữu hiệu, do đó trong nhiều trường hợp dùng phương pháp ứng suất tổng để tính áp lực đất, rồi cộng với

2.3.2 Phương pháp áp lực nước đất tính chung :

Phương pháp áp lực nước đất tính chung khi dùng trọng lượng bão hòa của đất tính tổng áp lực nước, đất, đây là phương pháp thông dụng hiện nay, đặc biệt là đối với đất tính sét:

Áp lực nước, đất tác động vào tường chắn có thể được các thanh chống bên trong truyền dẫn đi và duy trì cân bằng, cũng có thể do neo đất đặt ở bên ngoài duy trì cân bằng, chúng còn có thể làm giảm chuyển dịch của kết cấu chắn giữ

Chống bên trong có thể trực tiếp cân bằng áp lực ngang của tường quây giữ hai bên, cấu tạo giản đơn, chịu lực rõ ràng Neo đất đặt ở phía sau lưng của tường quây giữ, tạo được không gian cho việc đào đất và việc thi công kết cấu công trình,

có lợi cho việc nâng cao năng suất thi công Trong các vùng đất yếu, đặc biệt là trong thành phố công trình xây dựng dày đặt thì chống bên trong sử dụng nhiều hơn

2.4.1 Kết cấu thanh chống :

Kết cấu chống giữ sử dụng trong các công trình xây dựng thông thường và các công trình đô thị có thể chia làm hai loại là chống bằng vật liệu thép và bêtông cốt thép

Hình 2.4 : Kết cấu thanh chống

v Chống bằng kết cấu thép :

Chống bằng kết cấu thép có ưu điểm là trọng lượng nhỏ, lắp dựng và tháo dỡ rất thuận tiện, hơn nữa lại có thể sử dụng nhiều lần Căn cứ vào tiến độ đào đất, chống bằng thép có thể vừa đào vừa chống, lại có thể làm cho chống tăng thật chặt, rất có lợi cho việc hạn chế biến dạng của thân tường Do đó, trong các trường hợp bình thường nên ưu tiên sử dụng chống bằng thép Do độ cứng tổng thể của kết cấu thép tương đối kém, mắt nối lắp ghép khá nhiều, khi cấu tạo mắt nối không hợp lý hoặc thi công không thoả đáng, không phù hợp yêu cầu thiết kế thì rất dễ gây ra chuyển dịch ngang của hố móng do thanh chống và mắt nối bị biến dạng Có khi cả mắt nối bị phá hủy dẫn đến toàn bộ bị phá hỏng, vì vậy, phải có thiết kế hợp lý, quản lý hiện trường chặt chẻ và nâng cao trình độ kĩ thuật thi công ở hiện trường