BÀI GIẢNG MÔN HỌC KỸ THUẬT THI CÔNG Dùng cho hệ Cao đẳng chuyên nghiệp

Khoa xây dựng đã tiến hành tổ chức biên soạn cuốn " Giáo trình kỹ thuật thi công" Trong lần biên soạn này, các tác giả tham gia biên soạn Giáo trình đã tiếp thu nghiêm túc những đóng góp

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP & XÂY DỰNG



BÀI GIẢNG MÔN HỌC

KỸ THUẬT THI CÔNG

Dùng cho hệ Cao đẳng chuyên nghiệp

(Lưu hành nội bộ)

Uông Bí, năm 2010

Lêi nãi ®Çu

Để đáp ứng kịp thời nhu cầu về tài liệu giảng dạy cho giáo viên và tài liệu học tập cho sinh viênchuyên ngành Xây dựng Khoa xây dựng đã tiến hành tổ chức biên soạn cuốn

" Giáo trình kỹ thuật thi công"

Trong lần biên soạn này, các tác giả tham gia biên soạn Giáo trình đã tiếp thu nghiêm túc những đóng góp của người đọc về những điểm cần chỉnh lý và bổ sung, kiến thức mới đảm bảo tính cơ bản , hiện đại và chính xác, khoa học của giáo trình

" Giáo trình kỹ thuật thi công" là tài liệu chính thống, bắt buộc sử dụng trong đào

tạo chuyên ngành Xây dựng dân dụng và công nghiệp Đồng thời Giáo trình còn là tài liệu tốt cho các bạn đọc quan tâm khác

Tham gia biên soạn Giáo trình là tập thể cán bộ giảng dạy khoa Xây dựng Trường Cao đẳng Công nghiệp và Xây dựng sau đây

1 KSXD Hà Văn Lưu - Trưởng khoa xây dựng

2 KS Trần Minh Quang - Chủ biên Tập thể người chỉ đạo, biên soạn giáo trình của khoa xây dựng trường cao đẳng công nghiệp và xây dựng xin giới thiệu cuốn sách với độc giả, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp có tính xây dựng của bạn đọc cho lần tái bản sau

Quảng Ninh, ngày 15/08/2009

Chủ biên

KS Trần Minh Quang

CHƯƠNG 1 CÔNG TÁC ĐẤT VÀ GIA CỐ NỀN MÓNG

************************

A CÔNG TÁC ĐẤT

I KHÁI NIỆM.

1 Các loại công trình và công tác đất.

- Xây dựng bất kỳ công trình nào cũng đều có phần công tác đất

- Khối lượng công tác đất phụ thuộc vào qui mô, tính chất và địa hình công trình Những nơi có địa hình và địa chất phức tạp, thi công đất có thể gặp nhiều khó khăn

- Có những công trình công tác đất chiếm một khối lượng lớn làm ảnh hưởng đến chất lượng và tiến độ thi công công trình

1.1- Phân loại công trình đất: Có nhiều cách

- Theo mục đích sử dụng: có 2 loại chủ yếu:

+ Các công trình bằng đất: mương máng, đường sá, bãi chứa

+ Các công trình phục vụ công trình khác: hố móng, rãnh đặt đường ống

- Theo thời gian sử dụng: có 2 loại:

+ Các công trình sử dụng lâu dài: đê, đập, đường sá

+ Các công trình sử dụng ngắn hạn: đê quai, hố móng, rãnh thoát nước

- Theo hình dạng công trình: có 2 loại:

+ Các công trình tập trung: hố móng, san ủi mặt bằng

+ Các công trình chạy dài: đê, đường sá, mương máng

1.2- Các dạng công tác đất:

- Đào đất: là hạ độ cao mặt đất tự nhiên xuống bằng độ cao thiết kế (như

đào móng, đào mương ) Thể tích đất đào thường được kí hiệu là V+

- Đắp đất: là nâng độ cao mặt đất tự nhiên lên bằng độ cao thiết kế (như

đắp nền nhà, đắp đê ) Thể tích đất đắp thường được kí hiệu là V

San đất: là làm bằng phẳng một diện tích nào đó của mặt đất Trong san

đất bao gồm cả công tác đào và công tác đắp Lượng đất trong khu vực san có thể vẫn được giữ nguyên, có thể đào bỏ đi hoặc có thể đắp thêm vào để đạt đến một cao trình nào đó (như san mặt bằng, san nền đường )

- Hớt (bóc) : là bóc bỏ lớp đất phía trên không sử dụng như: lớp thực vật,

lớp đất phân hoá Lớp này không có khả năng chịu lực Thực chất đây là công tác đào nhưng không theo một cao trình cụ thể nào cả mà phụ thuộc vào chiều dày lớp đất cần bóc bỏ

- Lấp đất: là làm cho những chỗ trũng cao bằng khu vực xung quanh Thực

chất đây là công tác đắp, khối lượng đắp phụ thuộc vào cao độ tự nhiên của khu vực xung quanh hoặc độ sâu của vùng đất yêu cầu xử lý

- Đầm đất: là đầm nén các lớp đất mới đổ cho đặc chắc.

2 Các tính chất kỹ thuật của đất và ảnh hưởng của nó đến kt thi công đất.

2.1- Trọng lượng riêng của đất (  ): Là trọng lượng của một đơn vị thể tích

đất, được xác định bằng công thức:

 = V G

[g/cm3] hoặc [t/m3]

Trong đó: G - trọng lượng của khối đất có thể tích là V

Trọng lượng riêng của đất thể hiện sự đặc chắc của đất Thông thường, đất

có trong lượng riêng càng lớn thì càng đặc chắc

2.2- Độ ẩm của đất (W): Là tỉ lệ phần trăm của nước có trong đất.

0

0

G

G G

x 100 (%) Trong đó: G0- là trọng lượng khô của đất Muốn thi công dễ dàng thì cần phải có độ ẩm thích hợp cho từng loại đất Thông thường theo độ ẩm của đất, người ta phân đất ra làm 3 loại:

Đất có: - W ≤ 5% : đất khô

- W ≤ 30% : đất ẩm

- W ≥ 30% : đất ướt

Theo kinh nghiệm, ngoài hiện trường thi công, người cán bộ chỉ huy có thể xác định tương đối chính xác độ ẩm của đất bằng cách bốc một nắm đất bóp chặt lại rồi thả ra, nếu nắm đất vỡ rời ra là đất khô, nếu nắm đất giữ nguyên hình dạng là đất đủ ẩm, nếu nắm đất dính bét trên tay là đất quá ướt

2.3- Độ dốc của mái đất (i): Là góc lớn nhất của mái dốc khi đào đất (với

đất nguyên thể) hoặc khi ta đổ đống hay đắp đất mà đất không bị sạt lở

+ Độ dốc của mái đất phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất (), độ dính của đất (C), độ ẩm của đất (W), tải trọng tác dụng lên mặt đất và chiều sâu của

hố đào (H)

+ Xác định độ dốc (i):

Từ hình vẽ 1-1 ta có: i = tg = H B

Trong đó:

i - là độ dốc tự nhiên của đất;

 - là góc của mặt trượt;

H - chiều cao hố đào (mái dốc);

B - chiều rộng của hố đào (mái dốc)

Thông thường người ta cho độ soải m của mái dốc:

m = i

1 = H

B

= cotg

m - còn gọi là hệ số mái dốc.

Việc xác định chính xác độ dốc của mái đất có ý nghĩa quan trọng tới sự đảm bảo an toàn cho công trình trong quá trình thi công và giảm tới mức tối thiểu khối lượng đào

2.4- Độ tơi xốp của đất (  ): là tính chất biến thiên thể tích của đất trứơc và

sau khi đào Độ tơi xốp được xác định theo công thức:

(%)

100

0

0 x V

V

V 





Trong đó: V0 - thể tích đất nguyên thổ

V - thể tích đất sau khi đào lên

Hình 1-1 : Độ dốc của mái đất

Có 2 hệ số tơi xốp: Độ tơi xốp ban đầu 0 là độ tơi xốp khi đất vừa đào lên chưa đầm nén; và độ tơi xốp cuối cùng  là độ tơi xốp khi đất đã được đầm chặt Đất càng rắn chắc thì độ tơi xốp càng lớn, đất xốp rỗng có độ tơi xốp nhỏ,

có trường hợp có giá trị âm

2.5- Độ chống xói mòn của đất: là tính không bị dòng nước cuốn trôi khi

có dòng nước chảy qua

Muốn không xói lở thì lưu tốc của dòng nước trên mặt đất không vượt quá lưu tốc cho phép

Lưu tốc cho phép là trị số lưu tốc mà ở đấy hạt đất bắt đầu bị cuốn đi Đất có lưu tốc cho phép càng lớn thì khả năng chống xói lở càng cao

Lưu tốc cho phép của một số loại đất thông thường như sau:

- Đối với đất cát: lưu tốc cho phép: v = 0,15 - 0,80 m/s

- Đối với đất sét chắc : v = 0,80 - 1,80 m/s

Những công trình bằng đất có tiếp xúc với dòng chảy cần lưu ý đến tính chất này khi chọn đất thi công

3 Phân cấp đất.

Trong các công tác thi công đất, người ta dựa vào mức độ khó dễ khi thi công để phân cấp Cấp đất càng cao thì càng khó thi công, mức độ chi phí nhân công và chi phí máy càng lớn

3.1- Phân cấp đất theo phương pháp thi công thủ công: Phân đất thành 9 cấp, mức độ

khó cho thi công tăng dần từ cấp 1 đến cấp 9 (xem bảng, trang 9, GT-KTTC)

3.2- Phân cấp đất theo phương pháp thi công cơ giới: Phân loại đất thành

11 cấp Từ cấp 1 đến cấp 4 là đất, từ cấp 5 đến cấp 11 là đá Phân cấp của đất dựa vào chi phí lao động để đào 1m3 đất, còn phân cấp đá dựa vào thời gian khoan 1m dài lỗ khoan.(xem bảng, trang 10, GT KTTC)

Việc phân cấp đất đá giúp ta chọn được loại máy thi công và phương pháp thi công hợp lý

II TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CÔNG TÁC ĐẤT

- Mục đích: Hầu hết các công trình xây dựng đều có liên quan đến công tác

đất Việc xác định khối lượng công tác đất làm cơ sở để lập phương án thi công, lập dự toán hợp lý Do đó, việc tính toán xác định công tác đất phải tiến hành cẩn thận và chính xác

- Nguyên tắc tính toán:

+ Đối với những công trình có địa hình đơn giản: Dùng các công thức hình học đơn giản để tính toán

+ Đối với những công trình có hình dạng không rõ ràng : thì ta qui đổi thành các hình đơn giản rồi áp dụng các công thức như trên

1 Tính khối lượng công tác đất theo hình khối:

- Đối với hình đống cát :

6

h

- Đối với khối lập phương : V= a3

[ab + (a+c)(b+d) + dc]

V=

- Đối với khối hộp chữ nhật : V= a.b.h

- Đối với hình nón : V= 3

h

R2

2 Tính khối lượng công tác đất của công trình chạy dài:

Với các công trình chạy dài thường gặp như móng băng, đường, mương máng, thường có kích thước theo chiều dài lớn hơn nhiều lần so với kích thước hai phương còn lại Do mặt đất tự nhiên không bằng phẳng nên chiều cao tính toán h của công trình luôn thay đổi Để khối lượng tính toán chính xác, thông thường người ta chia công trình thành nhiều đoạn sao cho trong mỗi đoạn, chiều cao của công trình thay đổi không đáng kể Công trình càng chia nhỏ làm nhiều đoạn thì số liệu tính toán càng chính xác nhưng đồng thời khối lượng tính toán

sẽ tăng lên Sau khi đã chia ra từng đoạn, ta xác định các thông số hình học của các tiết diện ở hai đầu đoạn

Thể tích của hình chạy dài tính gần đúng theo công thức sau:

V1 = 1 2 2

F

F 

Trong đó : F1- diện tích của tiết diện trước;

F2- diện tích của tiết diện sau;

L - chiều dài của đoạn công trình cần tính;

Ftb- diện tích của tiết diện trung bình mà ở đó chiều cao của tiết diện bằng trung bình cộng của chiều cao hai tiết diện trước và sau

Thể tích thực V của đoạn công trình luôn nhỏ hơn V1 và lớn hơn V2

V1 > V > V2

Vì vậy các công thức trên chỉ nên áp dụng cho các công trình có chiều dài

L<50m và sự chênh lệch chiều cao tiết diện không quá 0,5m : h1- h2≤ 0,5 m

Hình 1-3 : Sơ đồ để tính khối lượng công tác đất của công trình chạy dài

Với các công trình khác, người ta thường sử dụng công thức của Winkler Cách thành lập công thức như sau:

Cho trượt tiết diện bé theo trục công trình đến khi chồng lên tiết diện lớn Các điểm A’, B’, C’, D’ sẽ trùng lên các điểm A, B, C, D của tiết diện lớn Từ hai đường CC’ và DD’ ta kẻ hai mặt phẳng thẳng góc xuống mặt đáy công trình (C’D’EF) chia đoạn công trình ra làm ba khối Một khối (V1) nằm giữa hai mặt phẳng `thẳng đứng và hai khối chóp (V 1, V 2 ) nằm ngoài hai mặt phẳng đó

Thể tích của đoạn công trình được tính theo công thức:

Theo (1-1) ta có:

)

(F1 12 F2

Trong đó: 1, 2 - diện tích đáy tam giác của các khối hình chóp;

F1, F2 - diện tích các tiết diện ở 2 đầu đoạn công trình;

L - chiều dài đoạn công trình

Và: V 1 = 3

1

1L ; V 2 = 3

1

Thay (1-4), (1-5) vào (1-3) ta được:

).

(F1 12 F2 L

+ 3

1

1L + 3

1

2L

F

F 

.L - 6

1

Với một đoạn công trình, độ nghiêng của đáy công trình không lớn và hệ số mái dốc của hai bên sườn công trình bằng nhau, ta có thể chấp nhận một sai số

để có1 = 2 Như vậy:

1 = 2 = 2

1

Trong đó: h = 1 2 2

h

h 

; h’ = 3 2 4

h

h 

;

Hình 1-4 : Sơ đồ để tính toán theo phương pháp Winkler

m - độ soải của mái dốc hai bên sườn xem như bằng nhau Nếu hai bên sườn

có độ soải khác nhau thì khi đó lấy: m = 1 2 2

m

; với m1, m2 lần lượt là độ soải của mái dốc 2 bên

Thay (1-7) vào (1-6) ta được công thức Winkler:

V = [ 1 2 2

F

F 

- 6

1 (h - h’)2m ] L

III CÔNG TÁC CHUẨN BỊ THI CÔNG NỀN ĐẤT

1 Giải phóng mặt bằng thi công :

Giải phóng mặt bằng bao gồm một số công việc sau: đập phá công trình cũ không sử dụng đến, di chuyển mồ mả hoặc những công trình có sẵn trên mặt bằng thi công, tháo dỡ bom mìn ( nếu có ), đào bỏ cây và rễ cây, phá đá mồ côi trên mặt bằng (nếu cần thiết), xử lý thảm thực vật thấp, dọn sạch chướng ngại vật tạo thuận lợi cho thi công

Trước khi thi công cần phải thông báo trên các phương tiện thông tin đại chúng để những người có công trình ngầm nổi trong khu vực thi công (mồ mả, đường điện, đường nước ) biết để có kế hoạch di chuyển Sau một thời gian qui định, chủ đầu tư phải làm các thủ tục để di chuyển Đối với việc di chuyển

mồ mả phải theo đúng phong tục và qui định về vệ sinh

Nếu khu vực có bom mìn chưa nổ phải thuê công binh dò mìn và kịp thời vô hiệu hoá bom mìn

Đối với các công trình cũ như nhà cửa, công trình xây dựng phải có thiết kế phá dỡ bảo đảm an toàn và vệ sinh môi trường; tận thu vật liệu còn sử dụng được

Nếu trong mặt bằng thi công có cây to thì phải chặt hạ hoặc di chuyển, rễ cây phải được đào bỏ hết để tránh mối mục làm hư và yếu nền đất sau này

Nếu có đá mồ côi thì có thể giải phóng bằng việc đánh mìn Hòn nào cần để lại phải do kiến trúc sư quyết định

Những lớp đất cỏ hoặc đất màu nên hớt bỏ thu gom vào một chỗ để sau này

sử dụng vào việc trồng cỏ và cây trên mặt bằng

Những nơi lấp đất nếu có bùn phải tát nước vét bùn để tránh nền đất sau này không ổn định

2 Tiêu nước mặt - Hạ nước ngầm:

2.1 Tiêu nước mặt: Là hạn chế nước chảy vào mặt bằng thi công Thường

dùng một số biện pháp sau:

- Đào rãnh thoát nước: Để cho nước không tràn vào mặt bằng công trình mỗi

khi có mưa, ở phía cao của khu đất thi công ta đào các rãnh thoát nước để dẫn nước đi hướng khác Còn ở phía thấp công trình có thể đào hệ thống rãnh xương

cá để dẫn nước từ công trình ra ngoài Tiết diện của rãnh phụ thuộc vào điều kiện địa chất, lưu lượng dòng chảy Nếu không có điều kiện thoát nước tự chảy phải bố trí hệ thống bơm tiêu nước Độ dốc của rãnh thoát nước theo chiều nước chảy phải 0.003

- Dùng đê quai: Trường hợp mưa lớn rãnh không thể thoát nước kịp thì ở phía thấp của rãnh người ta thường đắp thêm đê quai

2.2 Hạ nước ngầm: Khi đào móng mà cốt đáy móng thấp hơn mực nước

ngầm thì cần phải lập biện pháp hạ mực nước ngầm Muốn xác định mực nước ngầm có thể dựa vào kết quả khoan thăm dò địa chất hoặc có thể đào một giếng thăm

Hạ mực nước ngầm là làm cho nước ngầm hạ thấp cục bộ ở một vùng nào

đó bằng cách nhân tạo nhằm bảo đảm thông suốt quá trình thi công trong khu vực

Có mấy cách hạ mực nước ngầm như sau:

a) Đào rãnh lộ thiên: thường áp dụng khi hố móng rộng và sâu, và mực

nước ngầm ở khá cao Người ta đào các rãnh ở chân hố móng sâu hơn đáy móng khoảng 0,81m Theo chiều dài rãnh cứ 10m lại đào một hố ga tích nước và

đặt bơm vào các hố ga này bơm nước ra ngoài.(hình 1-5b)

Nếu lưu lượng nước ngầm lớn mà ta bơm như trên thì đất ở đáy hố móng

và bờ vách sẽ bị trôi theo nước làm hỏng vách đất hố móng Khi đó người ta không dùng loại hố móng với mái dốc nghiêng được mà dùng hệ thống tường cừ

để đỡ vách đất.(hình 1-5a).

Để máy bơm hoạt động tốt, thành hố tích nước không bị sạt lở và đất không chảy theo nước, ta thường sử dụng ống sành hoặc bêtông có đk từ 40 đến 60cm và cao 1m để làm thành

Trường hợp hố móng đào ở nơi đất cát hạt vừa và nhỏ thì ở phần dưới của

hố tích nước thường rải một lớp sỏi nhỏ

b) Rãnh ngầm: Xung quanh hố

móng chừng 5 - 10m người ta đào một hệ thống rãnh sâu hơn đáy móng khoảng 1-2m rồi lấp bằng những cuộn vật liệu thấm nước hoặc bằng các ống thấm (ống sành

có khía lỗ) xung quanh bọc bằng các tấm thấm nước để dòng nước

Hình 1- 6 : Rãnh ngầm

để hạ mực nước ngầm a) Khi MNN lớn b) Khi MNN nhỏ

Hình 1- 5 : Rãnh lộ thiên để hạ mực nước ngầm

tiêu chảy được dễ dàng Để dễ thoát nước, đáy rãnh thường phải có độ dốc khoảng 0.03-0.04 Miệng rãnh lấp bằng đất sét không thấm nước dày khoảng 50cm để cho nước đục trên mặt không mang những hạt mịn thấm vào tầng lọc ở bên dưới Hệ thống rãnh này được dẫn đến các hố thu nước rồi từ đó dùng máy bơm đẩy nước ra ngoài

c) Dùng giếng thấm: Áp dụng khi mực nước ngầm không sâu lắm, đất có lưu

lượng nước ngầm nhỏ, hệ số thấm lớn, chiều sâu hố móng không lớn Hệ thống giếng thấm được đặt ngoài phạm vi hố móng Khi bơm nước trong giếng thấm, nước ngầm trong đất sẽ hạ xuống theo hình phễu nên mỗi giếng chỉ hạ mực nước ngầm trong một phạm vi nhất định Vì vậy, phải căn cứ vào lưu lượng nước ngầm, công suất của máy bơm để bố trí các giếng thấm sao cho hố móng lúc nào cũng khô

Dùng giếng thấm có các nhược điểm là: thi công giếng tốn nhiều công, lắp ráp giếng phức tạp và có cát lẫn trong nước khi máy bơm hút nước làm máy bơm mau hỏng

d) Dùng ống kim lọc: Ống kim lọc dùng để hạ nước ngầm trong đất cát,

đất cát lẫn sỏi, có hệ só thấm k = 1m đến 100m/ngày đêm Thiết bị này là một hệ thống giếng lọc có đường kính nhỏ bố trí sát nhau theo đường thẳng ở xung quanh hố móng Các giếng lọc nhỏ này được nối với máy bơm chung bằng các ống tập trung nước

Kim lọc là một ống thép nhỏ có đk 50-68mm, dài tới 10m và có 3 phần chính:

- Đoạn trên là ống thép đầu hút nước (1) Độ dài đoạn này tuỳ theo ý đồ

hạ mực nước ngầm tại vị trí hút

- Đoạn lọc gồm 2 ống lồng vào nhau có khoảng hở ở giữa Ống bên trong

là ống thu nước không đục lô (2), nối liền với ống hút ở trên Ống bên ngoài là ống thấm nước có khoan lỗ (3), đường kính lớn hơn ống đoạn trên một chút.

Bên ngoài ống thấm được quấn bằng dây thép uốn

kiểu lò xo (4) Bên

ngoài cuộn dây thép là lưới lọc Bên ngoài nữa bố trí thêm một lưới

cứng và thô hơn (5)

để bảo vệ lưới lọc khỏi bị hư hỏng khi

hạ xuống và rút lên khỏi lỗ

- Đoạn cuối gồm có van hình

khuyên (6), van hình vành cầu (7) Hình 1- 7 : Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của kim lọc

a) Khi hạ ống kim lọc vào đất b) Khi hút nước ngầm lên