Nghiên cứu, dự báo các vấn đề về địa chất công trình cho hố móng sâu trên một số kiểu cấu trúc nền điển hình ở khu vực thành phố thanh hoá

4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH PHÁT SINH ĐỐI VỚI HỐ MÓNG ĐÀO SÂU, CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH .... Cho đến nay, ở thành phố Thanh Hóa chưa có một công trình nào

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN ĐÌNH THẮNG

NGHIÊN CỨU, DỰ BÁO CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

CHO HỐ MÓNG SÂU TRÊN MỘT SỐ KIỂU CẤU TRÚC NỀN ĐIỂN HÌNH

Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ THANH HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN ĐÌNH THẮNG

NGHIÊN CỨU, DỰ BÁO CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH CHO

HỐ MÓNG SÂU TRÊN MỘT SỐ KIỂU CẤU TRÚC NỀN ĐIỂN HÌNH Ở

KHU VỰC THÀNH PHỐ THANH HÓA

Chuyên ngành: Địa chất công trình

Mã số: 60.44.65

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS: ĐỖ MINH TOÀN

2 GS.TSKH: ĐẶNG HỮU ƠN

HÀ NỘI - 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng có ai công bố trong bất

kì công trình nào khác

Hà Nội, ngày 8 tháng 6 năm 2012

Tác giả luận văn

Nguyễn Đình Thắng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH PHÁT SINH ĐỐI VỚI HỐ MÓNG ĐÀO SÂU, CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH 8

1.1 Nhà cao tầng, hố móng sâu cho nhà cao tầng 8

1.2 Các vấn đề địa chất công trình phát sinh khi thi công hố móng sâu 11

1.2.1 Vấn đề ổn định trượt thành hố móng 12

1.2.2 Vấn đề trồi đáy hố móng 13

1.2.3 Vấn đề bục đáy hố móng 14

1.2.4 Vấn đề cát chảy, xói ngầm 15

1.2.5 Vấn đề nước chảy vào hố móng 17

1.3 Các phương pháp tính toán đảm bảo ổn định trượt đất ở thành hố móng 18 1.3.1 Phương pháp giả thiết mặt trượt là trụ tròn 18

1.3.2 Phương pháp tra bảng của M.N Goldstein 20

1.3.3 Phương pháp xây dựng mặt nghiêng ổn định của N.N Maxlov 21

1.4 Các giải pháp phòng chống nước chảy vào hố móng 23

1.4.1.Giải pháp thoát nước mặt 23

1.4.2 Hạ thấp mực nước bằng hệ thống giếng điểm 26

1.5 Một số giải pháp đảm bảo ổn định thành hố móng đào sâu 27

1.5.1 Giải pháp chắn giữ bằng cọc đất xi măng 27

1.5.2.Giải pháp chắn giữ bằng cọc hàng 34

1.5.3.Giải pháp chắn giữ bằng tường liên tục trong đất 36

1.5.4.Giải pháp chắn giữ bằng thanh chống 39

1.5.5.Giải pháp chắn giữ bằng neo trong đất 42

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN ĐCCT VÀ PHÂN CHIA CÁC KIỂU CẤU TRÚC NỀN KHU VỰC THÀNH PHỐ THANH HÓA 45

2.1 Đặc điểm điều kiện ĐCCT khu vực thành phố Thanh Hóa 45

2.1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên và dân cư 45

2.1.2 Đặc điểm trầm tích Đệ tứ khu vực thành phố Thanh Hóa 47

2.1.3 Các tính chất cơ lý của đất đá theo ĐCCT 50

2.1.4 Đặc điểm Địa chất thủy văn 60

2.1.5 Các hiện tượng địa chất động lực công trình 62

2.2 Phân chia các kiểu cấu trúc nền khu vực thành phố Thanh Hóa 64

2.2.1 Mục đích phân chia cấu trúc nền khu vực thành phố Thanh Hóa 64

2.2.2 Nguyên tắc phân chia cấu trúc nền khu vực thành phố Thanh Hóa 64 2.2.3 Phân chia cấu trúc nền khu vực thành phố Thanh Hóa 67

CHƯƠNG 3DỰ BÁO CÁC VẤN ĐỀ ĐCCT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH CHO HỐ MÓNG SÂU TRÊN MỘT SỐ KIỂU CẤU TRÚC NỀN ĐIỀN HÌNH Ở KHU VỰC THÀNH PHỐ THANH HÓA 75

3.1 Dự báo các vấn đề ĐCCT và đề xuất các giải pháp ổn định hố móng đào sâu nhà cao tầng khu vực thành phố Thanh hóa 75

3.1.1 Đặt vấn đề: 75

3.1.2 Dự báo, đề xuất các giải pháp ổn định hố móng đào sâu nhà cao tầng khu vực thành phố Thanh Hóa 76

3.2 Tính toán ổn định cho thành hố móng cấu trúc nền phụ dạng IB2-2 81

3.2.1 Đặc điểm công trình 81

3.2.2 Đặc điểm địa chất 81

3.2.3 Tính toán thiết kế hệ thống chống đỡ hố móng 83

KẾT LUẬN 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài:

Đi cùng với sự phát triển của đất nước, thành phố Thanh Hóa nay đã có những thay đổi rất rõ rệt, rất nhiều khu đô thị mới, khu nhà cao tầng đã được xây dựng Hầu hết các nhà cao tầng đều có tầng hầm để tăng diện tích sử dụng, tiết kiệm đất đai, giảm được chiều cao Móng của những công trình loại này là móng sâu, ngoài phải chịu những tác dụng trực tiếp tải trọng của công trình còn phải chịu những tác động đặc biệt của môi trường địa chất xung quanh Do vậy, việc thiết kế, thi công chúng cần phải có những xem xét, nghiên cứu riêng biệt

Cho đến nay, ở thành phố Thanh Hóa chưa có một công trình nào nghiên cứu một cách đầy đủ, có hệ thống về các vấn đề Địa chất công trình (ĐCCT) các hố móng đào sâu của của nhà cao tầng như ổn định thành và đáy hố móng, nước chảy vào hố móng Tất cả các vấn đề đó gây ảnh hưởng lớn đến công tác

thi công cũng như sự ổn định của các công trình lân cận Do vậy “Nghiên cứu,

dự báo các vấn đề Địa chất công trình cho hố móng sâu trên một số kiểu cấu trúc nền điển hình ở khu vực thành phố Thanh Hóa” là một vấn đề cấp

thiết và có ý nghĩa thực tiễn quan trọng

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Làm sáng tỏ các vấn đề ĐCCT phát sinh khi thi công các hố móng sâu cho các nhà cao tầng xây dựng trên một số kiểu cấu trúc nền điển hình ở khu vực thành phố Thanh Hóa, từ đó kiến nghị các phương pháp đánh giá và biện pháp đảm bảo ổn định các hố móng đào sâu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

Các vấn đề ĐCCT phát sinh khi thi công hố móng sâu trên một số kiểu

cấu trúc nền và các giải pháp đảm bảo ổn định cho hố móng đào sâu

Phạm vi nghiên cứu: diện tích bao gồm thành phố Thanh Hóa, chiều sâu nghiên cứu đến giới hạn ảnh hưởng của việc thi công hố móng sâu (tương ứng với 5 tầng hầm, chiều sâu đến 20m)

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Làm sáng tỏ các kiểu cấu trúc nền đặc trưng ở khu vực thành phố Thanh Hóa;

- Xác định và dự báo một số vấn đề ĐCCT có thể phát sinh khi thi công xây dựng các tầng hầm nhà cao tầng trên các kiểu cấu trúc nền điển hình khác nhau ở khu vực thành phố Thanh Hóa;

- Đề xuất các giải pháp đảm bảo sự ổn định cho các hố móng sâu của nhà cao tầng trong khu vực thành phố Thanh Hóa

5 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Để đạt được các nhiệm vụ đặt ra, nội dung luận án tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

- Tổng quan về các vấn đề ĐCCT phát sinh đối với các hố móng đào sâu;

- Nghiên cứu đặc điểm ĐCCT - ĐCTV và phân chia các kiểu cấu trúc nền khu vực thành phố Thanh Hóa phục vụ dự báo các vấn đề ĐCCT cho các

hố móng sâu nhà cao tầng;

- Bước đầu tính toán, dự báo các vấn đề ĐCCT cho hố móng sâu trên một số kiểu cấu trúc nền điển hình;

- Kiến nghị các giải pháp đảm bảo ổn định hố móng đào sâu

6 Phương pháp nghiên cứu

Để nghiên cứu các nhiệm vụ trên, đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Địa chất truyền thống : thu thập các tài liệu đã có, đi thực địa, khoan lấy mẫu thí nghiệm bổ sung;

- Thực nghiệm : tiến hành 1 số thí nghiệm trong phòng và ngoài trời để

bổ sung tài liệu nghiên cứu;

- Thống kê toán học;

- Tính toán: sử dụng các phương pháp khác nhau để dự báo các vấn đề ĐCCT như: tính toán ổn định thành hố móng, lượng nước chảy vào hố móng,…

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1 Kết quả nghiên cứu là tài liệu rất có ý nghĩa thực tế, sử dụng tham khảo khi lập phương án khảo sát, thiết kế và thi công các hố móng sâu;

2 Tài liệu nghiên cứu góp phần làm sáng tỏ điều kiện địa chất công trình phục vụ cho việc qui hoạch xây dựng các nhà cao tầng có thiết kế các tầng hầm

8 Cơ sở tài liệu của đề tài

- Các tài liệu công bố trong nước và ngoài nước đề cập về thiết kế, thi công hố móng đào sâu, đặc biệt là các tài liệu về tính toán dự báo sự ổn định

và các giải pháp đảm bảo ổn định cho hố móng đào sâu;

- Tài liệu nghiên cứu về đặc điểm ĐCCT - ĐCTV khu vực thành phố Thanh Hóa do Liên Đoàn Địa chất thủy văn - Địa chất công trình miền Bắc thực hiện ;

- Tài liệu nghiên cứu về trầm tích Đệ tứ, địa hình, địa mạo khu vực thành phố Thanh Hóa;

- Các tài liệu khảo sát địa chất công trình, thí nghiệm hiện trường cho nhiều dạng công trình xây dựng với các quy mô khác nhau do Viện Quy hoạch và Phát triển đô thị, Sở Xây dựng, Sở Tài nguyên và Môi trường, Công

ty Cổ phần tư vấn và đầu tư xây dựng Vinaconex 18 Thanh Hóa, Liên đoàn Địa chất thủy văn - Địa chất công trình miền Bắc … đã thực hiện

Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả đã tiến hành nghiên cứu bổ sung công tác đo vẽ địa chất công trình, khoan, lấy mẫu, thí nghiệm, quan trắc…

9 Cấu trúc của luận văn

Luận văn bao gồm phần Mở đầu, 3 Chương, phần Kết luận, được trình bày trong 101 trang với 44 hình,19 bảng biểu

Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với người hướng dẫn

PGS.TS Đỗ Minh Toàn và GS.TSKH Đặng Hữu Ơn - Trường Đại học Mỏ

- Địa chất đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo và cung cấp tài liệu cho tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu hoàn thiện luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn toàn thể các Thầy Cô giáo trong Bộ môn Địa chất công trình, phòng Sau Đại học của trường Đại học Mỏ - Địa chất đã nhiệt tình truyền thụ kiến thức, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập tại trường Tác giả cũng gửi lời cảm ơn đến Viện Quy hoạch và Phát triển đô thị tỉnh Thanh Hóa, Sở Xây dựng tỉnh Thanh Hóa, Công ty Cổ phần tư vấn và đầu tư xây dựng Vinaconex (Vinaconex 18), Liên đoàn Địa chất thủy văn - Địa chất công trình miền Bắc, đặc biệt là Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thanh Hóa (nơi tác giả đang công tác) đã nhiệt tình cung cấp tài liệu và giúp

đỡ tác giả trong quá trình hoàn thành luận văn

Xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH PHÁT SINH ĐỐI VỚI HỐ MÓNG ĐÀO SÂU, CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH

1.1 Nhà cao tầng, hố móng sâu cho nhà cao tầng

Nhà cao tầng là một khái niệm có tính tương đối với các Quốc gia, các địa phương và các thời điểm, phụ thuộc vào điều kiện kinh tế, kỹ thuật của xã hội Căn cứ vào chiều cao và số tầng nhà thì có nhiều quan điểm đưa ra định nghĩa về nhà cao tầng (Bảng 1.1)

Bảng 1.1 Độ cao khởi đầu của nhà cao tầng của một số nước

Trung Quốc Nhà ở 10 tầng và 10 tầng trở lên, kiến trúc khác ≥ 28m,

(theo tiêu chuẩn JGJ3-2002) Liên Xô (cũ) Nhà ở 10 tầng và 10 tầng trở lên, kiến trúc khác 7 tầng

Theo Ủy ban Nhà cao tầng Quốc tế:

Ngôi nhà mà chiều cao của nó là yếu tố quyết định các điều kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác với các ngôi nhà thông thường thì được gọi là nhà cao tầng

Căn cứ vào chiều cao và số tầng nhà, Ủy ban Nhà cao tầng Quốc tế phân nhà cao tầng ra 4 loại:

+ Nhà cao tầng loại 1: 9 -16 tầng (cao nhất 50m);

+ Nhà cao tầng loại 2: 17-25 tầng (cao nhất 75m);

+ Nhà cao tầng loại 3: 26 - 40 tầng (cao nhất 100m);

+ Nhà cao tầng loại 4: 40 tầng trở lên (gọi là nhà siêu cao tầng)

Tùy theo sự phát triển nhà cao tầng, các nước thường có cách phân loại khác nhau Hiện nay, ở nước ta vẫn có xu hướng chấp nhận sự phân loại trên của Ủy ban Nhà cao tầng Quốc tế

* Hố móng đào sâu

Hiện nay, việc phân loại các hố móng nông và sâu không có quy định rõ ràng Trong cuốn “ Thiết kế và thi công hố móng sâu” (2002), Nguyễn Bá Kế cho rằng, chiều sâu của hố móng quá 5m được coi là hố móng sâu hoặc khi độ sâu hố móng nhỏ hơn 5m nhưng phải đào trong đất có điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn phức tạp thì cũng phải ứng xử như đối với hố móng đào sâu Các loại công trình xây dựng hạ tầng cơ sở đô thị thường có hố hoặc hào đào sâu, từ đơn giản đến phức tạp gồm các hệ thống: cấp thoát nước; bể chứa

và xử lý nước thải; nút vượt ngầm cho người đi bộ hoặc phương tiện giao thông nhẹ; bãi đỗ xe, gara ô tô, kho hàng; ga và đường tàu điện ngầm, đường

ô tô cao tốc; tầng hầm kĩ thuật hoặc dịch vụ dưới nhà cao tầng; công trình phòng vệ dân sự.v.v Tuy nhiên, trong phạm vi của luận văn tác giả chỉ đề cập đến hố móng sâu cho nhà cao tầng

* Trình tự thi công

Trên thực tế có nhiều phương pháp thi công hố móng nhà cao tầng như phương pháp TopDown (thi công từ trên xuống), phương pháp Bottom up (thi công từ dưới lên) Nhưng thi công cho hố móng nhà cao tầng vẫn phổ biến nhất là phương pháp thi công từ trên xuống kèm theo các biện pháp gia cố chống giữ thành hố móng

Quá trình thi công các hố móng đào sâu thường bắt đầu từ khi thi công các hệ thống chống giữ với các giải pháp thích hợp Tiến hành đào đất đợt một rồi thi công hệ thống chống giữ xung quanh thành hố đào, sau đó tiến hành đào và thi công hệ thống chống giữ đợt tiếp theo, cứ thực hiện như vậy cho đến cao độ thiết kế rồi tiến hành thi công các tầng hầm theo quy trình từ dưới lên trên Tuy nhiên, hiện nay ở một số công trình người ta thi công các

tầng hầm theo trình tự từ trên xuống dưới, tầng hầm được thi công ở trên mặt đất, sau đó đào đất dưới tấm sàn khi bê tông đủ cường độ Thi công theo phương pháp này không phải sử dụng hệ thống chống giữ hố đào, áp lực đất được truyền vào các tấm sàn bê tông cốt thép của tầng hầm

Các giải pháp thi công và các biện pháp chắn giữ, gia cố thành hố móng được lựa chọn phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện địa chất, tính chất cơ lý của đất

đá, địa chất thủy văn - mực nước ngầm xuất hiện Ví dụ như khi thi công tầng hầm mà dưới nền đất có lớp cát ta phải đề phòng hiện tượng cát chảy do vậy phải thường phải sử dụng tường vây khi khai đào và khi mực nước ngầm xuất hiện nông ta cũng phải có biện pháp bơm hút, tháo khô hố móng để thi công Trên thế giới có rất nhiều các công trình xây dựng có hố móng sâu Ở Tokyo (Nhật Bản) đã có quy định nhà cao tầng phải có ít nhất từ 5 đến 8m tầng hầm với mục đích phát triển đô thị bằng cách đi sâu vào lòng đất để giải tỏa sự đông đúc mật độ dân cư Ở Thượng Hải (Trung Quốc) thường thấy có

2 đến 3 tầng hầm dưới mặt đất của các nhà cao tầng, có nhà thiết kế đến 5 tầng hầm, kích thước mặt bằng lớn nhất đến 274 × 187m, hố móng sâu nhất đến 32m Một gara lớn có kích thước 156 ×24 ×27m gồm 7 tầng hầm, được xây dựng đầu tiên ở Matxcơva (Nga), gần khu triển lãm thành tựu kinh tế quốc dân có sức chứa 2000 ô tô con (nếu đặt trên mặt đất thì cần đến 50.000m2), để đảm bảo ổn định thành hố đào người ta đã sử dụng giải pháp “ Tường trong đất”, thời gian thi công các tường chịu lực này trong 6 tháng

Ở nước ta, trong những năm gần đây, tại các thành phố lớn như Hà Nội

và thành phố Hồ Chí Minh cũng bắt đầu sử dụng các tầng hầm dưới các nhà cao tầng với hố đào có chiều sâu đến hàng chục mét Công trình Harbour View Tower (Thành phố Hồ Chí Minh) gồm 19 tầng lầu và 2 tầng hầm có hố móng sâu đến 10m, đã sử dụng biện pháp “ Tường trong đất” sâu 42m, dày 0,6m với tổng diện tích tường đến 3200m2 kết hợp với 101 chiếc neo đất đặt ở

2 cao trình +8,7m và +4,2m so với cao trình +11m của mặt đất tự nhiên Công

trình Hacinco Tower đặt tại số 324 Tây Sơn, quận Đống Đa, Hà Nội với 15 tầng cao 70,4m và 2 tầng hầm sâu 6m trên khuôn viên đất 3110m2, diện tích xây dựng 1390m2 cũng thi công theo công nghệ “ Tường trong đất” Trong xây dựng công nghiệp như nhà máy Apatit Lào Cai, Nhà máy xi măng Bỉm Sơn hay nhà máy Nhiệt điện Phả Lại 2 đã có những kho, hầm, trạm bơm hay tuynen vận chuyển nguyên liệu đặt sâu trong lòng đất từ 4 - 5m đến 20m Việc xây dựng các loại công trình nói trên dẫn đến xuất hiện hàng loạt các kiểu hố móng đào sâu khác nhau mà để thực hiện chúng, người thiết kế và thi công cần có những giải pháp chắn giữ thích hợp về mặt kĩ thuật - kinh tế

để đảm bảo ổn định thành vách hố cũng như an toàn về môi trường và không gây ảnh hưởng xấu đến công trình lân cận đã xây dựng trước đó

1.2 Các vấn đề địa chất công trình phát sinh khi thi công hố móng sâu

Các công trình nhà cao tầng, đặc biệt là nhà cao tầng có tầng hầm được thiết kế với các kiểu móng hộp, móng cọc (cọc đóng, cọc Barette, cọc ép và cọc khoan nhồi) hoặc móng liên hợp thường phải đào hố móng sâu để phục

vụ quá trình thi công Trong quá trình thi công sẽ làm thay đổi đột ngột bề mặt địa hình, hình thành mái dốc thẳng đứng, làm xuất hiện những điểm lộ

nước ngầm, dẫn đến sự chênh lệch đột ngột áp lực mực nước ( Hình 1.1)

Hình 1.1:Sơ đồ hố móng đào sâu

H, m

b

H: chiều sâu hố móng;

b: chiều rộng hố móng

Điều đó đã làm thay đổi trạng thái ứng suất của đất dưới đáy và xung quanh thành hố móng, làm mất ổn định thành hố móng và gây ra hiện tượng lún trồi ở đáy hố móng, chịu sự chi phối của áp lực địa tầng và áp lực cột nước

Mặt khác, với các điều kiện cấu trúc nền khác nhau sẽ có các vấn đề mất

ổn định hố móng đào sâu khác nhau, ví dụ như khi đào hố móng qua tầng sét, sét pha cách nước khác với điều kiện qua tầng cát, cát pha Mực nước dưới đất xuất lộ có áp hay không có áp, tất cả những vấn đề trên sẽ dẫn đến xuất hiện các vấn đề mất ổn định khác nhau

Do vậy, các vấn đề mất ổn định hố móng đào sâu bao gồm:

nhưng cũng có thể mặt trượt phát triển sâu xuống cả đáy hố móng ( Hình 1.2)

Đây là vấn đề thường gặp khi thi công hố móng đào sâu

Hình 1.2: Sơ đồ mặt trượt thành hố móng

H: Chiều sâu hố móng

1.2.2 Vấn đề trồi đáy hố móng

Vấn đề trồi thường xảy ra với nền đất dính do các nguyên nhân là:

- Khi dỡ bỏ tải do quá trình đào đất, đất nền ở đáy hố móng có xu hướng

bị nở ra gây ra hiện tượng đáy hố móng bị trồi lên Nếu thời gian thi công kéo dài, đất dưới đáy hố móng sẽ bị phá hoại kết cấu do áp lực của đất bị giảm đến mức áp suất khí quyển

- Trong trường hợp đất dưới đáy hố móng có tính trương nở chưa bão hòa, khi gặp nước thì cũng có thể gây nên vấn đề trồi đáy hố móng

Để đánh giá định lượng vấn đề trồi đáy hố móng, Terzaghi đã đưa ra hệ

số an toàn chống trồi (K) Terzaghi cho rằng, nếu cường độ tải trọng trên đáy

hố móng vượt quá khả năng chịu lực giới hạn của nền sẽ làm cho đáy hố móng bị trồi lên Hệ số chống trồi (K) được tính theo công thức (1.1)

5, 72

d v

b.Trượt ở thành và đáy hố mónga.Trượt ở thành hố móng

Trong đó:

qd: khả năng chịu lực giới hạn của nền đất ( qd = 5,7c);

pv: cường độ tải trọng của đất nền trên đáy hố móng (t/m2);

: khối lượng thể tích đất trên đáy hố móng ( t/m3);

c : lực dính kết của đất trên đáy hố móng (t/m2);

do lớp cách nước còn quá mỏng, dưới áp lực của tầng chứa nước có áp có thể gây ra hiện tượng bục đáy hố móng Hiện tượng này phụ thuộc vào từng loại đất và trị số áp lực của tầng nước có áp

Để đánh giá định lượng vấn đề bục đáy hố móng do áp lực của tầng nước

có áp, Terzaghi đã đưa vào hệ số an toàn chống bục đáy hố móng ( Ky) theo công thức (1.2)

w

cz y

y

P K

K : hệ số an toàn bục đáy hố móng

Nếu K y ≥ 1,05 thì đáy hố móng ổn định, nếu K y < 1,05 thì đáy hố móng

bị bục do áp lực của tầng chứa nước có áp

Trong thời gian gần đây đã có rất nhiều sự cố công trình liên quan đến sự

cố bục đáy hố móng, công trình cao ốc Pacific đường Nguyễn Thị Minh Khai, Q.1 thành phố Hồ Chí Minh là một ví dụ Về thiết kế hố móng của cao ốc Pacific có lẽ chỉ chú ý đến sự ổn định của vách hố móng mà không quan tâm đến trạng thái giới hạn có thể xảy ra ở đáy hố móng Tài liệu khảo sát đất nền phục vụ cho thiết kế tầng hầm với cọc sâu 67m nhưng chỉ có một lỗ khoan sâu 80m, rất ít thông tin về điều kiện thủy văn nên động thái nước dưới đất không được làm sáng tỏ, từ đó có thể làm cho người thi công không có điều kiện để đánh giá đầy đủ tác động bất lợi của nước dưới đất đối với phần ngầm công trình Chính vì vậy, thiết kế khi sử dụng hồ sơ khảo sát địa chất có tầng chứa nước dưới đất phân bố ở độ sâu 10,4 - 10,6m đến 42,9 - 44,1m, nhưng không dự báo được trạng thái giới hạn có thể xảy ra ở đáy hố móng gây ra bục đáy dẫn đến hậu quả nghiêm trọng

1.2.4 Vấn đề cát chảy, xói ngầm

Khi bị các hố móng và các công trình bóc lộ ra, cát hạt mịn, hạt nhỏ, cát chứa bụi và nhiều bụi bão hòa nước do tác dụng của dòng thấm sẽ nổi lên và tràn ra khỏi đáy hố móng Người ta gọi hiện tượng đó là dạng của cát chảy

Vùng cát chảy sạt (hình1.3) đôi khi có thể lan ra một dải rất rộng và làm tổn

hại đến ổn định chung của mái dốc Hiện tượng cát chảy có thể xảy ra một cách chậm chạp thành lớp dày, có thể nhanh, hoặc rất nhanh và mang tính chất tai biến dưới hình thức đùn lên sau khi đào đến chúng

Hình 1.3:Sơ đồ hiện tượng cát chảy

H: chiều sâu hố móng

Nếu ở phần dưới của sườn dốc, mái dốc có hiện tượng cát chảy thì các khối bên trên sẽ mất điểm tựa Do đó dọc theo các sườn dốc, mái dốc xuất hiện các vết nứt, dẫn tới việc thành tạo các khối trượt mới, hoặc thúc đẩy hiện tượng trượt đã phát triển thêm Sự ổn định của sườn dốc, mái dốc bị phá vỡ toàn bộ

Cát chảy thường có độ chặt kết cấu rất kém, bởi thế khi chịu của tải trọng, chúng bị nén chặt, bị dồn ép và bị trồi lên Điều đó chứng tỏ rằng chúng không ổn định chẳng những khi khai đào hoặc khai thác đến, mà còn yếu, không thích hợp để làm nền các công trình

Theo V.D Lomtadze, hiện tượng xói ngầm được hiểu là quá trình vận chuyển những hạt nhỏ qua những lỗ rỗng của cốt đất hạt to hơn Sự phát triển xói ngầm đặc trưng cho tác dụng phá hoại do thấm, sự không đồng nhất về thành phần của đất đá và phương diện thấm Xói ngầm phát triển tương đối chậm (hàng năm, hàng chục năm) nhưng cũng ảnh hưởng đến sự ổn định của

hố móng đào sâu khi thời gian thi công hố móng quá dài và đất trong phạm vi

hố móng có khả năng xảy ra hiện tượng xói ngầm (như cát sỏi bão hòa nước) Khi trong khối đất cấu tạo thành hố móng xảy ra hiện tượng xói ngầm, độ chặt của đất giảm xuống và độ rỗng tăng lên, gây mất ổn định thành hố móng

Để dự báo xói ngầm, ngoài việc phân tích những số liệu quan trắc ngoài trời,

H, m

có thể tiến hành thí nghiệm với những mẫu đất đá trong những thiết bị thấm với trị số gradien có thể xảy ra ở khu vực hố móng

1.2.5 Vấn đề nước chảy vào hố móng

Hố móng đào sâu là một công trình có cao độ đáy hố thấp hơn bề mặt tự nhiên của nơi xây dựng công trình, do vậy khi thi công hố móng ta đã tạo ra một vùng trũng mà nơi đó là điều kiện thuận lợi cho các nguồn nước xung quanh công trình có thể xâm nhập vào hố móng Khi bị nước xâm nhập thì không những gây khó khăn cho công tác thi công hố móng mà làm giảm cường độ của đất nền, công trình sẽ bị lún quá lớn, hoặc tăng thêm ứng suất trọng lượng bản thân của đất, tạo ra lún phụ thêm của móng Mặt khác, đất đá

ở xung quanh thành hố móng cũng bị giảm cường độ, đó cũng là nguyên nhân thúc đẩy trượt lở thành hố móng Những điều đó sẽ trực tiếp ảnh hưởng đến

an toàn của công trình Do đó, khi thi công hố móng cần thiết phải có các biện pháp hạ mực nước và thoát nước tích cực để cho móng được thi công trong trạng thái khô ráo Nước chảy vào hố móng bao gồm: nước mặt, nước mưa và nước ngầm

- Nước mặt: thường có lưu lượng nhỏ, độ sâu ảnh hưởng nông, có thể hút khô, kiểm soát được, do đó không gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự ổn định của thành hố móng

- Nước mưa: các công trình hố móng đào sâu thường thi công theo phương pháp lộ thiên, các hố móng là nơi thu nước Vì vậy, khi trời mưa, mực nước trong hố móng thường dâng cao Trong trường hợp đất đá xung quanh thành hố móng chưa bão hòa thì nước mưa làm cho đất đá xung quanh thành hố móng suy giảm về độ bền

- Nước dưới đất: vấn đề nước chảy vào hố móng xảy ra khi đào sâu hố móng vào trong tầng chứa nước hoặc do bục đáy hố móng bởi tầng nước có áp nằm ở dưới đáy hố móng Khi ta tháo khô hố móng để thực hiện các công việc thi công hố móng, điều này sẽ dẫn đến hiện tượng mực nước xung quanh công trình bị hạ thấp và có xu hướng chảy tập trung vào hố móng Bên cạnh đó, sự vận động của dòng nước sẽ kéo theo hiện tượng cát chảy, đất chảy xung quanh vách hố

móng tập trung về hố móng Nếu tường chắn và hệ thống chống đỡ không đảm bảo

sẽ gây hiện tượng trượt tổng thể hoặc trượt cục bộ Do vậy, việc tính toán tháo khô

hố móng là một vấn đề quan trọng trong thi công hố móng sâu

Để áp dụng các biện pháp tháo khô hố móng ta cần phải chú ý đến các nhân tố sau:

+ Loại đất đá chứa nước và hệ số thấm;

+ Cốt yêu cầu hạ thấp mực nước và cốt mực nước dưới đất (thường thì mực nước dưới đất phải được hạ thấp đến dưới đáy hố móng 0,5 - 1,0m); + Dùng hình thức nào để chống giữ thành hố móng, đặc biệt là hố móng sâu; + Diện tích hố móng lớn hay nhỏ

Các giải pháp để đối phó với nước dưới đất khi xây dựng và vận hành công trình chủ yếu ngăn cách và tách nước dưới đất không còn liên hệ với công trình như phun dung dịch xi măng hoặc Silicat tạo màn chống thấm Đóng băng đất, hạ thấp mực nước dưới đất và thoát nước trực tiếp từ công trình ngầm Ở điều kiện ở Việt Nam, thường dùng phổ biến hai phương pháp: + Hạ thấp mực nước trên mặt;

+ Hạ thấp mực nước dưới đất bằng giếng điểm

1.3 Các phương pháp tính toán đảm bảo ổn định trượt đất ở thành hố móng

Để đánh giá ổn định thành hố móng người ta, thường sử dụng các phương pháp giả thiết mặt trượt là mặt trụ tròn; tra bảng của Goldstein; mặt nghiêng ổn định của Maxlov

1.3.1 Phương pháp giả thiết mặt trượt là trụ tròn

Đây là phương pháp khá phổ biến để tính toán ổn định thành hố móng (thành hố móng coi như một mái đất) Bản chất của phương pháp là xác định

hệ số ổn định mái đất đối với mặt trượt nguy hiểm nhất

Theo hình 1.4, giả sử thành hố móng bị trượt theo mặt AC với tâm O và bán kính R Lực gây trượt là trọng lực Q của lăng thể trượt ABC Lực chống trượt là lực ma sát và lực dính kết của đất phân bố đều trên mặt trượt

Hình 1.4: Sơ đồ mặt trượt theo mặt trượt AC

Theo hình 1.4, giả sử mái đất bị trượt theo mặt AC với tâm O và bán kính R Lực gây trượt là trọng lực Q của lăng thể trượt ABC Lực chống trượt

là lực ma sát và lực dính kết của đất phân bố đều trên mặt trượt

Hệ số ổn định mái đất được xác định theo công thức (1.3) [13]

Q a

L S R

.

.



 (1.3)

Trong đó: R: bán kính cung trượt;

S: sức chống cắt của đất;

L: Chiều dài cung trượt;

a: Khoảng cách từ tâm O đến phương tác dụng của lực Q Thành phần: R.S.L chính là Mô men chống trượt ;

a Q là mô men gây trượt

Nếu η > 1 thì mái đất ổn định, η = 1 thì mái đất ở trạng thái cân bằng giới hạn, η < 1 thì mái đất mất ổn định

Đối với một mái đất nhất định, η thay đổi theo vị trí mặt trượt, mặt trượt ứng với ηmin gọi là mặt trượt nguy hiểm nhất Do vậy, muốn biết mái đất có

ổn định hay không ta chỉ cần xác định ηmin, nếu ηmin > 1 thì mái đất ổn định Muốn tìm η ta giả thiết một mặt trượt bất kỳ rồi dùng công thức (1.3) để tính

Đây là phương pháp có độ chính xác rất cao, thường áp dụng cho những mái dốc có thành phần đất là đồng nhất

1.3.2 Phương pháp tra bảng của M.N Goldstein

M.N Goldstein dựa trên cơ sở tổng hợp kinh nhiệm xây dựng kênh đào Maxcơva - Volga, theo các kết quả tính toán bằng đồ giải và tính thử nhiều lần các mái dốc đơn giản bằng phương pháp mặt trượt cung tròn hình trụ, ông

đã đưa ra công thức kinh nghiệm về hệ số ổn định mái đất η như sau:

A, B : các hệ số tra bảng phụ thuộc vào góc dốc và vị trí mặt trượt;

H: chiều cao mái đất;

Tâm trượt nguy hiểm nhất được xác định bằng cách dựa vào sơ đồ của hình 1.5

Nếu mái đất có gồm nhiều lớp đất thì khi tính toán cần quy đổi về mái có thành phần đồng nhất bằng cách tính c, tg φ theo giá trị trung bình:

.

i i m

i

c h c

h

 và

.

i i m

i i

tg h tg

c h



Nếu trên đỉnh mái đất có tải trọng phân bố đều thẳng đứng q tác dụng thì khi tính toán quy nó về một lớp đất tương đương có chiều cao h=q/ và tiếp tục tính toán với chiều cao mái đất là H + h

Phạm vi áp dụng của phương pháp này chủ yếu là đất đồng nhất như sét, sét pha, mái dốc không gãy khúc Tuy nhiên, do phương pháp này dựa chủ yếu vào kinh nhiệm nên độ chính xác không cao

1.3.3 Phương pháp xây dựng mặt nghiêng ổn định của N.N Maxlov

Năm 1949, N.N Maxlov đưa ra nhận xét rằng, mái dốc ổn định nhất có dạng đường cong và chứng minh mái dốc sẽ ở trạng thái cân bằng giới hạn nếu tại một điểm bất kỳ trên bề mặt mái dốc, góc nghiêng bằng góc trượt: α =

ψ, trong đó ψ là góc trượt tương ứng với trọng lượng của các lớp đất nằm trên điểm đang xét, được xác định từ trị số của hệ số chống trượt

Từ những phân tích trên, Maxlov đề nghị phương pháp xây dựng mặt

nghiêng ổn định như sau: (hình 1.6)

- Vẽ mặt cắt mái dốc với chiều cao H;

- Chia khối đất ra làm nhiều lớp có chiều dày bằng nhau hi;

- Xác định trị số áp lực thẳng đứng Pi =  i i h;

- Vẽ đồ thị giữa sức kháng cắt của mỗi lớp đất với trị số Pi  f P( );

- Từ đồ thị τ = f(P) xác định các góc trượt ψ1,ψ2, ψ3, ψ4;

- Từ A kẻ AC hợp với phương ngang một góc ψ1;

- Từ C kẻ CD hợp với phương ngang một góc ψ2;

- Từ D kẻ DE hợp với phương ngang một góc ψ3;

- Từ E kẻ EF hợp với phương ngang một góc ψ4

Hình1.6: Sơ đồ xác định mặt định mặt nghiêng ổn định của mái dốc theo

Maxlov

Đường ABCDEF chính là mặt nghiêng ổn định của mái dốc Nếu mái dốc cho trước (đường AB) nằm bên trái đường ACDEF thì mái dốc mất ổn định Ngược lại, mái dốc cho trước nằm bên phải đường ACDEF thì mái dốc

ổn định

Phương pháp này đơn giản, thuận tiện khi sử dụng Tuy nhiên nó có một nhược điểm cơ bản là độ dốc của mặt nghiêng ổn định (ABCDEF) phụ thuộc rất nhiều vào số lớp đất Có thể nhận thấy, nếu số lớp càng ít điểm thì B càng dịch về phía trái và ngược lại, số lớp càng nhiều điểm thì B càng dịch về phía phải Vì vậy, nên áp dụng phương pháp này để tính toán ổn định mái đất khi chiều dày các lớp đất không lớn hơn 3 - 5m

1.4 Các giải pháp phòng chống nước chảy vào hố móng

1.4.1.Giải pháp thoát nước mặt

a Thi công thoát nước trên mặt

Theo kinh nghiệm thi công thoát nước trên mặt ở các hố móng sâu thì trình tự các bước sau:

- Đào máng thoát nước ở khoảng cách không nhỏ hơn 3m ở ngoài đường viền của đáy móng (tính theo khoảng cách từ mép móng tới chân bờ thành như

hình 1.7), thường đáy máng rộng 0,3m, độ dốc 1% - 5%, đồng thời có đặt hố thu

nước

- Phải duy trì một khoảng chênh lệch độ cao thích hợp giữa mặt đào với mặt đáy máng thoát nước và mặt đáy giếng thu nước, đáy máng thoát nước thấp hơn mặt đào 0,3 - 0,5m Đáy hố thu nước thấp hơn đáy máng thoát nước 1m (hình 1.7)

- Chiều rộng hố thu nước thường là 0,7 - 1m, thành hố có thể xây gạch, ống bê tông, ván chắc chắn hoặc các biện pháp chắn giữ tạm thời, tầng lọc ngược ở đáy bằng đá dăm hoặc đá sỏi dày 0,3m

Hình 1.8: Mặt cắt ngang máng thoát nước

b Xác định lượng nước dưới đất chảy vào hố móng và lựa chọn máy bơm Lượng nước thấm vào trong hố móng có thể ước lượng theo kinh nhiệm hoặc xác định bằng phương pháp hút nước thử, cũng có thể ước tính bằng phương pháp giếng lớn, tức là xem hố móng hình chữ nhật là một giếng lớn

có đường kính 2ro, tính lượng trào nước vào rồi tìm công suất của máy bơm



  (1.6) [5]

Hình 1.9: Sơ đồ mực nước ngầm trong hố móng

Trong đó:

k - hệ số thấm (m/ngày);

R - bán kính ảnh hưởng, phụ thuộc vào k;

H - độ sâu từ mực nước ổn định đến đáy hố móng theo thiết kế (m) Công suất N của máy bơm theo công thức sau :

1 2

7 5

a Q H N

 - Công suất máy động lực 0,75 - 0,85

Phương pháp này nên chỉ áp dụng cho nền đất trên là sét, hoặc sét pha, bởi vì nó không thể hoàn toàn ngăn cản được hiện tượng cát chảy

Trên thực tế thi công ngôi nhà 5 tầng số 174 Nguyễn Trãi, thành phố Thanh Hóa, móng bê tông cốt thép hình hộp, lớp chịu lực là sét pha nhẹ, cốt

H, m

đáy móng là -6,15m, mực nước ngầm cách mặt đất 1m Mặt cắt máng thoát nước là 500×300mm, giếng thu nước là 800×800mm, sâu hơn đáy máng 1m,

cứ 25 - 40m lại làm 1 hố thu nước Kết quả thu được cho thấy, phương pháp này rất có hiệu quả

1.4.2 Hạ thấp mực nước bằng hệ thống giếng điểm

Được tiến hành nhờ các lỗ khoan hạ thấp mực nước hoặc nhờ các ống lọc kim cắm vào đất bằng phương pháp thủy lực, bố trí rất gần nhau (thường 0,6 - 1,2m) Các lỗ khoan hoặc các ống lọc kim thường bố trí từ xung quanh chu vi hố móng công trình Tất cả các lỗ khoan (ống lọc kim) được nối vào đường ống dẫn chung và nối với máy bơm

Khu xây dựng công nghiệp và công trình thủy công lớn cần tiến hành hạ thấp mực nước lớn, người ta áp dụng một số mức hạ thấp (hạ thấp theo bậc), mỗi mực cho phép hạ thấp mực nước 3 - 5m

Công tác hạ thấp mực nước xây dựng được bắt đầu từ khi mở móng và kết thúc khi hoàn thành xây dựng công trình

Hạ thấp mực nước trước và trong quá trình khai thác bằng các hệ thống giếng khoan sâu xung quanh công trường khai thác cần có sự tính toán chi tiết bằng phương pháp giải tích hoặc mô hình toán để lựa chọn lưu lượng giếng khoan, số lượng giếng khoan và khoảng cách giữa chúng

Trong những năm gần đây, trong thực tế hạ thấp mực nước trong đất bùn

và đất sét yếu người ta áp dụng phương pháp điện thấm Cơ sở phương pháp điện thấm cắm vào đất sét bão hòa nước hai điện cực: cực dương là thanh kim loại, cực âm là ống lọc kim Sau khi cho dòng điện 1 chiều chạy qua các keo sét dịch chuyển về phía cực dương, nước sẽ dịch chuyển về cực âm Nếu tại cực âm bố trí thiết bị hút nước thì tốc độ thoát nước sẽ tăng lên đáng kể

1.5 Một số giải pháp đảm bảo ổn định thành hố móng đào sâu

Khi tính toán ổn định hố móng đào sâu cho các công trình cụ thể chúng

ta cần phải rất lưu ý các vấn đề địa chất công trình có thể xảy ra để đưa ra các giải pháp thích hợp nhằm đảm bảo ổn định hố móng

Hiện nay, các giải pháp đảm bảo ổn định thành móng đào sâu chủ yếu được áp dụng là giải pháp chắn giữ bằng: cọc xi măng đất; cọc hàng; tường liên tục trong đất; các thanh chống; neo trong đất; bằng đinh đất… Các giải pháp này đảm bảo cho thành hố móng ổn định dưới tác dụng của các dạng áp lực đất và các tải trọng khác nhờ được cắm sâu vào đất và neo trong đất hoặc được chống đỡ trong lòng hố đào theo từng cấp sàn của tầng hầm Dưới đây

là một số giải pháp đảm bảo ổn định hố móng đào sâu được sử dụng phổ biến hiện nay

1.5.1 Giải pháp chắn giữ bằng cọc đất xi măng

Cọc đất xi măng là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun Mũi khoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến đạt độ sâu lớp đất cần gia cố thì quay ngược lại và dịch chuyển lên Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng được phun vào nền đất (bằng áp lực khí nén đối với hỗn hợp khô hoặc bằng bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt) Cọc đất xi măng được sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực xây dựng như xử lý nền bên dưới móng công trình, nhất là khu vực có tầng đất yếu dày Nhưng chủ yếu cọc đất xi măng được dùng để gia cố đất xung quanh đường hầm, ổn định tường chắn, chống trượt cho mái dốc đào (đặc biệt là ổn định thành các hố móng nhà cao tầng có xây dựng tầng hầm)

* Ưu điểm:

So với một số biện pháp xử lý nền hiện có, công nghệ cọc đất xi măng có

ưu điểm là khả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ cát hạt thô cho đến bùn yếu), thi công được cả trong điều kiện ngập sâu trong

nước hoặc điều kiện hiện trường chật hẹp, trong nhiều trường hợp đưa lại hiệu quả kinh tế rõ rệt so với các giải pháp xử lý khác

Ưu điểm nổi bật của cọc đất xi măng là:

+ Thi công nhanh, kĩ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi

ro cao 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 cọc đóng; + Thi công trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước; + Khả năng xử lý sâu (có thể đến 50m)

Trên thế giới, Mĩ là nước đầu tiên nghiên cứu về cọc xi măng trộn tại chỗ (MIP), đường kính cọc 0,3 - 0,4m, dài 10 - 12m Năm 1950, phương pháp này được sử dụng ở Nhật Bản Năm 1974, trạm nghiên cứu kĩ thuật bến 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 ra máy 2 trục đầu tiên để trộn xi măng - đất dưới sâu

Ở Việt Nam, đầu những năm 80 đã dùng kĩ thuật này của hãng Linden- Alimak (Thụy Điển) làm cọc đất - xi măng, đất - vôi với đường kính 40cm, sâu 10m cho công trình nhà 3 - 4 tầng và hiện nay độ sâu của cọc được thi công có thể lên tới 20m bằng hệ thống tự động từ khâu khoan, phun xi măng

và trộn Công trình Trung tâm thông tin thương mại Hàng Hải (góc giao giữa đường Đào Duy Anh và đường Giải Phóng, Hà Nội) đã sử dụng giải pháp cọc

xi đất xi măng đường kính 60cm, dài 12m để chắn giữ hố móng sâu 7,1m

Thiết kế và tính toán chắn giữ thành hố móng bằng cọc đất xi măng

* Nguyên tắc thiết kế chắn giữ thành hố móng bằng cọc đất xi măng Khi thiết kế kết cấu tường chắn phải xem xét tổng hợp các yếu tố sau đây:

- Kích thước hình học của hố móng, hình dạng, độ sâu phải đào;

- Điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn;

- Tải trọng mà kết cấu chống giữ phải chịu và độ lớn của tải trọng;

- Tình hình xung quanh hố móng như công trình xây dựng, đường giao thông, hệ thống công trình ngầm

Kết cấu chắn giữ bằng cọc xi măng đất chính là các cọc chồng tiếp với

nhau, hình thức bố trí mặt bằng có thể có dạng bức tường ( Hình 1.10)

Hình 1.10: Kết cấu chắn giữ có dạng bức tường

Nếu tường chắn dạng bức tường mà không đủ về bề rộng thì có thể tăng thêm bề rộng để thành kết cấu chắn giữ có dạng ô cách, tức là trong bề rộng của kết cấu chắn giữ không cần trộn gia cố toàn bộ, có thể ở một khoảng cách nhất định lại gia cố thành những tường dọc đứng song song, rồi theo tường dọc ấy làm thêm các sườn gia cố, các sườn này nối các tường dọc lại với nhau

Hình 1.11: Kết cấu có dạng tường ô cách

Căn cứ vào yêu cầu sử dụng và đặc tính chịu lực, hình thức mặt cắt của

kết cấu tường chắn cọc trộn như (hình 1.12)

Hình 1.12: Một số kiểu mặt cắt của kết cấu tường chắn đất - xi măng

* Tính toán tường chắn bằng đất - xi măng

Tường chắn xi măng đất thường có 3 hình thức phá hỏng: phá hỏng do

nghiêng đổ (hình1.13a); tổng thể nền đất bị phá hỏng (hình1.13b); phá hỏng

do chân tường bị trượt ra ngoài (hình 1.13c)

a) b) c)

Hình 1.13: Các kiểu phá hỏng của tường chắn đất xi măng

Khi tính toán tường chắn đất xi măng cần tính toán ổn định chống

nghiêng, lật, chống trượt, tính ổn định tổng thể… Căn cứ vào đặc tính của đất

và độ sâu hố đào, đầu tiên dựa vào kinh nhiệm để định ra độ dài của cọc và độ

rộng của thân tường :

Độ dài cọc: L = (1,8 - 2,2 )H [5], tuy nhiên L phải lớn hơn chiều sâu mất

ổn định của hố móng khi chưa gia cố

Chiều rộng tường : B = (0,7 - 0,95)H [5] (trong đó : H - độ sâu hố móng)

- Kiểm tra tính ổn định chống trượt (hình 1.13) theo công thức:

E : là lực trượt của thân tường;

W: trọng lượng bản thân của thân tường (kN/m; T/m);

B: chiều rộng của tường (m);

Ea: áp lực đất chủ động (kN/m; T/m);

Ep: áp lực đất bị động (kN/m; T/m);

φ: góc ma sát trong của lớp đất ở chỗ chân tường (độ);

c: lực dính kết của lớp đất ở chỗ chân tường;

μ: hệ số ma sát của đáy chân tường, với đất khi không có tài liệu thí nghiệm có thể lấy theo loại đất: Đất bùn μ = 0,20 - 0,25, đất sét μ = 0,25 - 0,4; đất cát μ = 0,4 - 0,5;

Kh : hệ số an toàn ổn định chống trượt ( thường lấy Kh ≥ 1,3 )

Hình 1.14: Kiểm tra tính ổn định chống nghiêng lật

- Kiểm tra tính ổn định chống nghiêng lật (hình 1.14) theo công thức:

p p R

o

M K



  (1.9) [5]

Trong đó:

MR : mô men chống nghiêng lật;

Mo : mô men nghiêng lật;

hp : cánh tay đòn với điểm A ở chân tường của áp lực đất bị động;

ha : cánh tay đòn với điểm A ở chân tường của áp lực bị động;

b: cánh tay đòn với điểm A của trọng lượng bản thân tường W;

Ko: hệ số an toàn ổn định chống nghiêng lật ( thường lấy Ko ≥1,4 )

- Kiểm tra tính ổn định tổng thể : dùng phương pháp mặt trượt cung tròn

hình trụ để kiểm tra tính ổn định tổng thể của tường chắn (hình1.15)

Trong đó:

bi: độ rộng của băng thứ i (m);

qi: tải trọng mặt đất của băng thứ i (kPa; t/m2);

Wi: trọng lượng của băng thứ i;

αi : góc tạo thành giữa tiếp tuyến ở điểm giữa của cung trượt với đường nằm ngang tại băng đất thứ i (độ);

φi: góc ma sát trong của đất nền tại băng thứ i (độ);

K : hệ số an toàn ổn định tổng thể khi tính theo phương pháp tổng ứng suất (thường lấy K ≥ 1,2)

Ngoài việc kiểm tra, tính toán các yếu tố trên, để tính toán ổn định của tường chắn bằng đất xi măng còn kiểm tra, tính toán các yếu tố như: ứng suất thân tường, tính chống thấm, tính chuyển vị ngang của tường chắn

Hình1.16: Chắn giữ hố đào bằng cọc đất xi măng tại công trình Khách

sạn Thái Bình Dương ( Thượng Hải)

Hình1.17: Khoan thi công cọc đất - xi măng tại sân bay Cần Thơ

1.5.2.Giải pháp chắn giữ bằng cọc hàng

Khi đào hố móng, ở những vị trí không tạo được mái dốc hoặc do diện tích khu vực xây dựng hạn chế không chắn giữ bằng cọc trộn đất xi măng được, ở độ sâu hố móng 8 - 10m thì có thể chắn giữ bằng cọc hàng Chắn giữ bằng cọc hàng

có thể dùng cọc khoan nhồi, cọc bê tông cốt thép hoặc cọc thép

Chắn giữ bằng cọc hàng có thể chia làm 3 loại sau:

- Chắn giữ bằng cọc hàng theo kiểu dãy cột: loại này dùng khi đất xung quanh tương đối tốt, mực nước ngầm tương đối thấp (hình1.18a)

- Chắn giữ bằng cọc hàng liên tục (hình 1.18b) : thường được sử dụng trong đất yếu, cọc khoan lỗ dày liên tục có thể xếp chồng tiếp vào nhau, hoặc khi cường độ bê tông thân cọc còn chưa hình thành thì làm một cọc rễ cây bằng bê tông không cốt thép ở giữa hai cây cọc để nối liền cọc hàng (hình 1.18c) Cũng có thể dùng cọc bản thép, cọc bản bê tông cốt thép (hình 1.18d)

- Chắn giữ bằng cọc hàng tổ hợp: trong vùng đất yếu mà có mực nước ngầm tương đối cao có thể dùng cọc hàng khoan nhồi tổ hợp với tường chống thấm bằng cọc xi măng đất (hình1.18e)

a Chắn giữ theo kiểu dãy cột b Chắn giữ thành hàng liên tục

Cọc rễ cây hoặc bơm vữa

bên hố móng

c Chắn giữ thành hàng liên tục d Chắn giữ thành hàng liên tục

- 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 đào hố móng là khá sâu, có thể đặt nhiều tầng chống, nhằm giảm bớt nội lực của tường chắn

Tính toán kết cấu chắn giữ bằng cọc hàng bao gồm tính lực tĩnh của chân tường, tính thanh chống và ổn định của hố móng

Trên thế giới, giải pháp chắn giữ hố móng cọc hàng được sử dụng khá phổ biến Đại lầu Lệ Tinh Uyển nằm ở khu phố Tô Loan, Thượng Hải (Trung Quốc)

đã sử dụng giải pháp chắn giữ hố móng sâu 12,65m bằng cọc khoan nhồi  1000mm, dài 27m kết hợp với cọc trộn đất - xi măng để ngăn nước xâm nhập vào hố móng Khách sạn Thái Bình Dương, Thượng Hải (Trung Quốc) đã sử dụng giải pháp chắn giữ hố móng sâu 13,7m, kích thước hố móng 120 ×80m bằng cọc bản bê tông cốt thép dày 45cm kết hợp với 04 neo đất xiên, đất nền trong phạm vi chiều sâu hố móng chủ yếu là đất yếu (bùn sét và bùn sét pha) Ở Việt Nam, giải pháp chắn giữ hố móng đào sâu bằng cọc hàng sử dụng chưa phổ biến và thường kết hợp với các giải pháp khác như: cọc đất - xi măng, tường trong đất

1.5.3.Giải pháp chắn giữ bằng tường liên tục trong đất

1.5.3.1 Giới thiệu chung

Tường liên tục trong đất là tường bằng BTCT được quây lại thành đường khép kín kết hợp thêm hệ thống thanh chống hoặc thanh neo nhằm ổn định thành

hố móng Công nghệ thi công tường liên tục trong đất là dùng máy đào đặc biệt

để đào móng với dung dịch giữ thành hố móng (bentonite) thành những đoạn hào với độ dài nhất định, sau đó đem lồng thép đã chế tạo sẵn đặt vào trong móng Dùng ống dẫn đổ bê tông trong nước cho từng đoạn tường, nối các đoạn tường lại với nhau bằng các đầu nối đặc biệt (như ống đầu nối hoặc hộp đầu nối), cuối cùng hình thành một bức tường liên tục trong đất bằng bê tông cốt thép Trên thế giới, lần đầu tiên vào năm 1950, khi làm tường chống thấm đập thủy lợi Milan (Italia) đã thi công tường liên tục trong đất có dung dịch giữ thành (gọi là phương pháp Milan) Bắt đầu từ năm 1970, phương pháp này được ứng dụng cho các công trình thủy lợi, bến cảng và các công trình xây dựng ở Trung Quốc Trong 10 năm lại đây, đã thu được rất nhiều thành tích trong công nghệ thi công, chế tạo thiết bị và nghiên cứu lý luận về tường liên tục trong đất Hố móng Lầu chủ quản ở quảng trường Nam Dương, Thượng Hải (Trung Quốc) đào sâu 15,7m, dùng giải pháp tường liên tục trong đất làm kết cấu chắn giữ,

thân tường bằng BTCT dày 1m và sâu 30,5m, theo chiều đứng đặt 3 hàng thanh chống nằm ngang ở các chiều sâu 1,7m; 6,3m và 10,9m Đất nền trong phạm vi chiều sâu hố móng chiếm đa số là đất yếu (bùn sét và bùn sét pha)

Ở Việt Nam, trong những năm gần đây, giải pháp chắn giữ hố móng đào sâu bằng tường liên tục trong đất được sử dụng khá phổ biến Công trình Vietcombank (ở số 198 Trần Quang Khải, Hà Nội) được xây dựng cao 23 tầng

và có 2 tầng hầm, hố móng sâu 10,4m Tường chắn bê tông cốt thép do hãng Bachy Soletanche thi công theo công nghệ tường liên tục trong đất Tường gồm các panel có kích thước 600×80×1800cm, các tấm panel được nối bởi một gioăng cao su cách nước Ngoài ra, khi thi công tường còn kết hợp với hai hàng neo thi công bằng công nghệ khoan phụt vữa xi măng Neo tại một góc với phương ngang 450 , đỉnh neo đặt tại cao trình -3m và -7m so với mặt đất

Hình 1.19: Thi công tường trong đất tại nhà cao tầng ở Trung Quốc

Hình 1.20: Thi công tường trong đất tại nhà cao tầng ở Trung Quốc

Hình1.21: Tường chắn liên tục của hố móng có tầng hầm tại công trình

khách sạn Shangri - Singapo

1.5.3.2 Ưu nhược điểm của phương pháp chắn giữ bằng tường liên tục trong đất

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

- Thân tường có độ cứng lớn, tính tổng thể tốt, do đó biến dạng của kết cấu và của móng đều rất ít Có thể sử dụng giải pháp này trong các loại cấu trúc nền khác nhau;

- Giảm bớt ảnh hưởng môi trường khi thi công công trình: chấn động ít, tiếng ồn thấp, ít ảnh hưởng đến các công trình xây dựng và đường ống ngầm

ở xung quanh, dễ khống chế về biến dạng lún;

- Có thể thi công theo phương pháp từ dưới lên, có lợi cho việc tăng tốc tiến độ thi công, hạ thấp giá thành

Tuy nhiên, phương pháp thi công tường liên tục trong đất có những nhược điểm sau:

- Việc xử lý bùn thải không những làm tăng kinh phí cho công trình mà khi kỹ thuật phân ly bùn không hoàn hảo hoặc xử lý không thỏa đáng sẽ làm cho môi trường bị ô nhiễm;