Trang 1 MỞ ĐẦU* Lý do chọn đề tàiTrong vài thập kỷ trở lại đây, sự xuất hiện và sử dụng công nghệ neotrong đất trong công trình xây dựng khá đa dạng như tăng cường ổn định máiđất, tường
1 MỞ ĐẦU * Lý do chọn đề tài Trong vài thập kỷ trở lại đây, sự xuất hiện và sử dụng công nghệ neo trong đất trong công trình xây dựng khá đa dạng như tăng cường ổn định mái đất, tường chắn, móng mố cầu treo, ổn định đê đập, ụ tàu, ổn định, vòm hầm, Ở Việt Nam, neo được sử dụng chủ yếu vào việc ổn định sườn dốc, gia cố vỏ hầm trong các công trình xây dựng giao thông hay như là chống đỡ trong thi công hầm nhà cao tầng trong xây dựng dân dụng và công nghiệp tại các thành phố lớn như TP Hà Nội hay TP Hồ Chí Minh và đã có những thành công bước đầu cũng như mang lại hiệu quả kinh tế cao trong khoảng 20 năm trở lại đây Thành phố Hạ Long với đặc điểm là thành phố ven biển với tiềm năng rất lớn về ngành dịch vụ du lịch, khoáng sản Trong khoảng 10 năm trở lại đây, các công trình xây dựng không ngừng phát triển cả về số lượng, lẫn quy mô trong đó có việc xây dựng các công trình giao thông, các công trình xây dựng công nghiệp lớn như các nhà máy nhiệt điện và các nhà cao tầng với số lượng hầm ngày một tăng Hơn thế nữa, với đặc điểm về địa hình và địa tầng khá phức tạp ở cửa biển và đồi núi phong hóa mạnh nên việc thi công hầm gặp nhiều khó khăn và đòi hỏi các giải pháp chống đỡ kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn và hữu hiệu Một trong những giải pháp phục vụ thi công hầm nhà cao tầng mà ta kể tới là giải pháp neo kết hợp với tường chắn nhằm ổn định thi công hố đào và tăng nhanh tốc độ thi công cũng như tiết kiệm các chi phí cho chủ đầu tư Vì vậy, tác giả lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp là “Nghiên cứu ứng dụng neo đất cho thi công hầm nhà cao tầng tại thành phố Hạ Long” 2 * Mục đích nghiên cứu Đề xuất cơ sở khoa học cho việc sử dụng neo trong đất vào việc ổn định tường chắn cho hầm nhà cao tầng tại thành phố Hạ Long, nơi có điều kiện địa chất phức tạp với cấu trúc địa tầng ven biển và đồi núi, nền đất bị phong hóa mạnh dễ xảy ra hiện tượng trượt gây mất ổn định cho công trình * Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: các neo đất, các loại địa hình, địa tầng tại một số khu vực thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh, hầm của các nhà cao tầng hay của các công trình xây dựng công nghiệp Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu lý thuyết tính toán và áp dụng neo đất cho các công trình xây dựng tại thành phố Hạ Long với việc chủ yếu tập trung cho việc xây dựng các hầm nhà công trình cao tầng * Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết : Thu thập, nghiên cứu, vận dụng tài liệu và kinh nghiệm trong và ngoài nước - Phương pháp thống kê với việc thu thập các tài liệu địa chất công trình địa chất thủy văn tại một số khu vực thuộc tỉnh Quảng Ninh - Phương pháp chuyên gia: Tham vấn và hỏi ý kiến các chuyên gia, các Thầy giáo chuyên ngành Địa Kỹ Thuật - Phương pháp mô hình hóa với việc sử dụng phần mềm chuyên ngành Địa Kỹ Thuật ( Plaxis, Geo5 ) 3 * Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học: nghiên cứu, đề xuất các giải pháp thi công hợp lý trong thi công hầm nhà cao tầng tại thành phố Hạ Long Ý nghĩa thực tiễn: Hoàn thiện các phương án thi công tầng hầm tối ưu dành cho điều kiện địa chất riêng biệt tại thành phố Hạ Long Đem lại sự hiệu quả trong thi công và tiết kiệm chi phí thi công công trình * Cấu trúc luận văn Ngoài các phần Mở đầu, kết luận và kiến nghị, Tài liệu tham khảo và Phụ lục, nội dung chính của Luận văn gồm ba chương: Chương 1: Tổng quan chung về neo đất và việc sử dụng neo đất trong thi công hầm các công trình xây dựng Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán neo đất Chương 3: Ứng dụng neo đất trong thi công hầm chung cư 33 tầng LIDECO - Thành phố Hạ Long 4 NỘI DUNG Chương 1 Tổng quan chung về neo đất và việc sử dụng neo đất trong thi công hầm các công trình xây dựng 1.1 Một số khái niệm về neo đất [6,7] Trong những năm gần đây, các áp dụng mới về hệ thống neo đất đã tiếp tục xuất hiện thường xuyên và ngày nay các neo này có thể được kết hợp với tường chắn, ụ khô, đập, bể chứa nước, đê bê tông trọng lực, các toà nhà cao tầng, cầu treo hoặc vòm, mái treo, thử tải trọng và bản, tháp thông tin, cột ăng ten, cầu nhảy trượt băng, ổn định vách đá tầng lộ thiên, ổn định sườn dốc, cột, hầm, hang ngầm, đường ống và giàn khoan dầu Nguyên tắc chung để thiết kế neo đất là phải đánh giá độ tin cậy, các yêu cầu về mặt kỹ thuật, cần phải có hiểu biết chi tiết về đặc tính của đất nền, phải có các khảo sát chi tiết và một thiết kế đúng đắn có liên quan đến các tải trọng tĩnh và động, vị trí neo, chiều dài truyền tải trọng và ổn định cục bộ và ổn định tổng thể Chú ý rằng, xu hướng hiện nay đang vươn tới thiết kế theo trạng thái giới hạn, cần phải kể đến tải trọng và biến dạng đi kèm dưới các điều kiện khai thác, cũng như cơ chế phá hoại phát triển khi phá hoại Đối với các công trình tạm thời và lâu dài, bảo vệ chống ăn mòn cần được áp dụng thích hợp với hoàn cảnh cụ thể Thanh neo trong đất được phát triển trên cơ sở của thanh neo trong đá, trước những năm 50, thanh neo trong đá được ứng dụng trong kết cấu vỏ áo đường hầm Năm 1958 một công ty của Đức lần đầu tiên dùng vào việc neo giữ tường chắn đất trong thi công hố móng sâu, thanh neo đã đưa vào trong tầng đất không phải là sét Thanh neo trong đất có rất nhiều ưu điểm, sau lần ứng dụng thành công năm 1958 đã được các nước chú ý và tiếp tục ứng dụng trong việc neo giữ các loại kết 5 cấu, đồng thời tập trung nhiều công sức vào nghiên cứu phát triển, làm cho số lượng công trình ứng dụng tăng lên rất nhanh, công nghệ thi công ngày càng được hoàn thiện và hình thành các thiết bị thi công đồng bộ Hình 1.1 Các ứng dụng của thanh neo Neo ngang có thanh giữ Neo phun vào đá Neo phun vào đất Neo giữ bằng trụ neo Neo bản Neo kép có thanh giữ Hình 1.2 Cách bố trí neo trong công trình hố móng Từ 1970, nhiều nước đã soạn thảo ra các quy trình thiết kế và thi công thanh neo trong đất Đồng thời, năm 1969 Hội cơ học đất và nền móng công trình Quốc tế lần thứ 7 tại Mexico, năm 1977 hội nghị lần thứ 8 tại Tokyo đã thảo luận các vấn 6 đề về chùng/rão và ăn mòn cũng như về lý thuyết tính toán, về nâng cao khả năng chịu lực… Ở Trung Quốc đầu tiên dùng vào công trình đường hầm xe điện ngầm, năm 1980 lần đầu tiên dùng vào neo giữ hố móng sâu nhà cao tầng, nói chung là bơm vữa áp lực, cũng có khi bơm vữa hai lần, cốt neo từ cốt thép thô phát triển đến dây thép xoắn, từ neo 1 tầng đến neo hố sâu 4 tầng, cũng đã soạn ra tiêu chuẩn ngành Đến nay, thanh neo trong đất đã được ứng dụng tương đối phổ biến và đều là thanh neo dự ứng lực Neo trong đất là hệ thống làm ổn định kết cấu, chống lại dịch chuyển quá mức của kết cấu bằng cách tạo ra ứng suất trước truyền vào trong đất đá Định nghĩa của Littlejohn: “ Neo trong đất là thiết bị có khả năng truyền tải trọng kéo vào các lớp địa tầng” Neo trong đất là hệ thống giữ sự ổn định cho kết cấu, chống lại sự chuyển vị quá mức của kết cấu bằng cách tạo ra ứng suất truyền vào trong đất Neo đất có thể chịu lực nâng lên hoặc áp lực đất, áp lực nước lên tường chắn, nó tận dụng khả năng dính kết giữa bầu neo và các lớp đất tốt ở phía dưới sâu ngoài phạm vi mặt trượt để ổn định cho kết cấu công trình Hình 1.3 Cấu tạo cơ bản của neo đất 7 Trong công tác thi công, công trình ngầm hay hố đào sâu có thể giữ ổn định dưới áp lực bên lên tường chắn từ bên ngoài hố đào nhờ hệ thống neo giữ hoặc thanh giằng Ngày nay với kỹ thuật neo có rất nhiều loại neo khác nhau được sử dụng và thi công cho công trình ngầm dưới đất Loại neo mà thường được hay sử dụng nhất là hệ neo dự ứng lực được khoan và bơm vữa Neo trong đất thường được thiết kế độ nghiêng từ 10 - 45 độ Với kết cấu tường chắn, góc nghiêng của neo thông thường được thiết kế từ 15 đến 35 độ so với phương ngang Trong một số trường hợp hạn chế mặt xung quanh công trình, người ta thiết kế góc nghiêng của neo một góc 45 độ [8] Các thành phần cơ bản của neo trong đất bao gồm : đầu neo, phần chiều dài không bám dính và chiều dài bám dính (bầu neo) Phần đầu neo: là phần liên kết với kết cấu tường chắn, nó phải đảm bảo vững chắc cho đầu neo, không làm biến dạng và phá huỷ cục bộ tường chắn Phần chiều dài bám dính là phần cuối cùng của tường neo được cố định chắc chắn vào nền đất ổn định Nó phải đảm bảo khả năng bám dính với đất và không làm mở rộng biến dạng dẻo của đất nền bao quanh nó Vì thế vùng đất nền này phải có kích thước đủ lớn và cần được củng cố và mở rộng vùng neo, cải thiện phần đất quang vùng neo, tăng độ sâu và chiều dài bám dính của neo… Phần chiều dài không bám dính là phần truyền tải giữa phần đầu và phần cố định Phần tự do (thân neo) cần có cường độ và tiết diện đảm bảo Phần thân neo: là bộ phận truyền lực của neo thường được sử dụng ống thép, thanh thép có gờ, cũng như các dây thép, thanh thép có cường độ cao trong các dạng cáp chùm, bó cáp có độ bền lên tới > 1800Mpa, với các ống thép từ 300-1500Mpa hay với sợi cáp lên tới 500-2500kN [8] Thép sử dụng trong neo có thể dùng cả 2 dạng là cáp dự ứng lực thường có đường kính danh định là 12,7mm hoặc 15,2mm Thanh thép có đường kính 16mm đến 88mm và chiều dài một thanh khoàng 11,8m 8 Tải trọng thiết kế của neo có thể kể đến như đối với thanh neo có đường kính 65mm tải trọng thiết kế xấp xỉ 3447 kN Với các neo có chiều dài lớn hơn 11,8m, có thể sử dụng hộp nối để nối các thanh thép bởi các đầu nối ống có ren để đạt được chiều dài yêu cầu Các thanh thép cường độ cao được chế tạo các thành các rãnh ren trên toàn thân thanh thép có (Fy=1035Mpa) được đưa vào bên trong ống gen cho phép ghép nối và phát triển một cách tương tự như cốt thép So với cáp dự ứng lực, thanh thép dễ tạo ứng suất và có thể điều chỉnh được tải trọng sau khi lắp đặt Chiều dài phần tự do phải đảm bảo đủ để phần cố định của neo nằm vào vùng đất ổn định sau mặt trượt Cả thanh thép và cáp dự ứng lực đều được ứng dụng làm neo trong đất Các quy định về thanh neo và cáp dự ứng lực tuân theo tiêu chuẩn ASTM A722 và ASTM A416 Hình 1.4 Neo bằng thép cường độ cao Tùy thuộc vào cường độ chịu kéo của thép mà chế tạo thanh neo, với mỗi loại cường độ chịu kéo của thép sẽ cho ra một loại sản phẩm neo với cường độ chịu kéo khác nhau Các thanh neo thường được sản xuất với chiều dài cố định từ nhà máy sản xuất với chiều dài lớn nhất là 11,8m Với chiều dài thanh thép neo lớn hơn chiều dài do nhà máy thiết kế, sẽ được được nối lại với nhau bởi coupler (khớp nối) tương tượng như khớp nối thép trong xây dựng Tức là đầu nối sẽ được tiện ren phù hợp với đường kính ren 2 đầu của thanh thép được chế tạo làm neo Rất dễ dàng và 9 thuận lợi cho phép ghép nối chiều dài các thanh neo lại với nhau để đạt chiều dài neo thiết kế theo yêu cầu Bảo vệ thanh neo: Thanh neo thường được bảo vệ bởi các lớp mạ kẽm để chống gỉ hay các lớp nhự đường nấu nóng quét lên thanh và sau đó tiến hành được đặt trong các lớp vỏ bọc HDPE, tiếp theo tiến hành bơm vữa vào bó xung quanh thanh thép và ống HDPE, để đặt cho thanh thép không bị lệch tâm khỏi vị trí tâm ống HDPE thì thông thường trong các ông HDPE sẽ được bố trí định tâm Mặt bích đầu neo: Mặt bích hay gọi là bản mã đầu neo thông thường được chế tạo bởi các tấm thép cường độ cao hình vuông có diện tích và chiều dày bằng hoặc lớn hơn cường độ thanh neo làm việc Bản mã có nhiệm vụ truyền lực ngang của tường xuống bầu neo thông qua sự làm việc của thanh neo và bu lông Bản mã có tác dụng chống sự truyền lực cục bộ của tường vào thanh dẫn đến phá hoại cục bộ tường bê tông tại điểm đặt neo Bu lông của thanh neo: Là thành phần giữ cố định thanh neo vào tường, khi siết bu lông sẽ dùng máy bắn siết bu lông tới khi nào đạt tới cường độ thiết kế thì dụng lại Hình 1.5 Cáp sử dụng neo 10 1.2 Phân loại neo và phạm vi áp dụng [6,7] 1.2.1 Phân loại neo theo thời gian sử dụng Neo vĩnh cửu (Permanent Ground Anchor) dùng vào cho mục đích ổn định lâu dài cho các hạng mục, các công trình ngầm vĩnh cửu Neo được xem như một bộ phận của công trình, có cùng tuổi thọ với công trình Để cung cấp khả năng bảo vệ chống ăn mòn cho neo vĩnh cửu cần thiết phải bọc kín toàn bộ neo được gói gọn trong vữa trong vỏ bọc có gờ Vỏ bọc HDPE hoặc PVC được cung cấp độ nhám để neo có thể phát triển khả năng liên kết với vữa bên ngoài vỏ, trong khu vực không bám dính của neo được bao bọc bởi vỏ bọc trơn để ngăn sự phát triển bám dính Một ống thép được nhựa gắn vào mặt sau tấm gối, ống này có dạng loa kèn được gọi là “trumpet” Đây là đoạn chuyển vị từ vỏ bảo vệ sang đầu neo, bảo vệ ăn mòn Trumpet được lấp đầy vữa bọt, hoặc dầu mỡ sau khi căng kéo để bảo vệ chống ăn mòn Một nắp được phủ đầy chất chống ăn mòn được đặt bên trong khoá ốc bảo vệ đầu neo Đối với neo bằng thanh bar, phần chuyển tiếp neo sang đầu neo được sử dụng ống Trumpet để bảo vệ neo khỏi ăn mòn Hình 1.6 Cấu tạo cơ bản của neo vĩnh cửu