Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ổn định thành hố đào bằng phương pháp tường Larsen có xét đến tải trọng ngoài

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng quan về cừ Larsen - Lý thuyết tính toán áp lực đất lên tường chắn - Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis với mô hình Hardening-soil để phân tích chuyể

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TP HỒ CHÍ MINH – 2015

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Họ và tên: TRẦM TRUNG TÍN

Địa chỉ liên hệ: 106H/34 Hoài Thanh, Phường 14, Quận 8, Tp Hồ Chí Minh Điện thoại: 0903511361

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

- 2008-2013: Học đại học tại trường Đại Học Tôn Đức Thắng, Quận 7, Tp Hồ Chí Minh

- 2013-nay: Học cao học tại trường Đại Học Bách Khoa, Tp Hồ Chí Minh

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC

- 2014 – nay: Làm việc tại công ty Bạch Kim Toàn Cầu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH

KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Trầm Trung Tín MSHV: 13091323 Ngày, tháng, năm sinh: 07/02/1990 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH NGẦM Mã số : 605860

1 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH THÀNH HỐ ĐÀO BẰNG PHƯƠNG PHÁP TƯỜNG LARSEN KHI CÓ XÉT ĐẾN TẢI TRỌNG NGOÀI 2 NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tổng quan về cừ Larsen - Lý thuyết tính toán áp lực đất lên tường chắn - Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis) với mô hình Hardening-soil để

phân tích chuyển vị ngang tường cừ Larsen

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/07/2015 4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2015

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Võ Phán, người thầy đã

nhiệt tình hướng dẫn, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bộ môn Địa cơ nền móng, những người đã cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập tại trường

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình đã động viên, tạo điều kiện tốt nhất cho tôi về vật chất lẫn tinh thần trong những năm tháng học tập tại trường

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015

Học viên

Trầm Trung Tín

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Nhu cầu sử dụng phần không gian dưới mặt đất để xây dựng công trình ngày càng phổ biến và bức thiết Các công trình xây dựng này có phần kết cấu ngầm sâu trong đất nên việc tính toán kiểm tra hệ thống kết cấu chống đỡ hố móng sâu và chuyển vị của tường trong quá trình thi công là quan trọng Đặc biệt là khi xét đến tải trọng do công trình bên ngoài gây ra ảnh hưởng đến chuyển vị tường hố đào đồng thời cũng thỏa mãn các điều kiện kinh tế-kỹ thuật-môi trường

Vì vậy tác giả tiến hành nghiên cứu ổn định thành hố đào bằng phương pháp tường Larsen khi có xét đến tải trọng ngoài

Tác giả sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán các vấn đề sau: - Chuyển vị của tường Larsen thay đổi theo quá trình thi công

- Ảnh hưởng của tải trọng ngoài đến chuyển vị ngang của tường Larsen - Vẽ biểu đồ tương quan giữa chuyển vị tường Larsen và tải trọng ngoài - Xác định vùng ảnh hưởng của tải trọng ngoài đến thành hố đào

ABSTRACT

The need to use the underground space for construction is increasingly popular and necessary The construction works have deep underground structures part so the structural systems prop deep foundation and displacement of the sheet steel pile in the construction process is particularly important and need to be checked when calculation Especially considering the load works by outside causes affecting the displacement of wall and also satisfy the conditions of technical – economic - environmental

Therefore, The author starts to study of stabilization work using sheet steel pile method when considering external loads

The authors use Finite Element Method to calculate the following issues:

- The displacement of the sheet steel pile change over the course of construction - Effects of external load to horizontal displacement of the sheet steel pile - Charting the relationship between displacement and external load - Determine the influence of external loads to the sheet steel pile

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng: Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa từng được sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luân văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc

Học viên

Trầm Trung Tín

MỤC LỤC MỞ ĐẦU

1.Đặt vấn đề nghiên cứu 1

2.Mục đích nghiên cứu 1

3.Phương pháp nghiên cứu 1

4.Tính khoa học của đề tài 2

5.Tính thực tiễn của đề tài 2

1.5.3 Phương pháp dùng máy ép thủy lực 11

1.7.4 Sự thiếu hụt chiều sâu chôn cừ 17

1.7.5.Sự ngắt quãng của móc khóa liên kết cừ 18

2.1.2 Lý thuyết tính toán áp lực đất lên tường chắn 23

2.2.1.1 Nhóm theo lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn 23

2.2.1.2 Nhóm theo lý thuyết cân bằng giới hạn phân tố (điểm) 24

2.2 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ÁP LỰC TĨNH LÊN TƯỜNG CHẮN 25

2.2.4 Phương pháp số của Sokolovski 32

2.2.5 Tính toán áp lực đất theo lý thuyết Log-spiral 36

2.2.6 Tính toán áp lực đất lên tường do hoạt tải ngoài gây ra 37

2.2.6.1 Tải phân bố đều 37

2.3.2.3 Đẩy trồi đáy 52

2.4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG PLAXIS 53

2.4.1 Các mô hình đất nền 53

2.4.2 Mô hình Hardening Soil (HS) 53

2.5 NHẬN XÉT 56

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN

3.1 GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH 57

3.1.1 Đặc điểm công trình nghiên cứu 57

3.1.2 Điều kiện địa chất công trình 59

3.2 TÍNH TOÁN TƯỜNG CỪ LARSEN THEO MÔ HÌNH HS 64

Hình 1-6 Cấu tạo búa diesel 8

Hình 1-7 Cấu tạo máy chấn động hạ cọc 9

Hình 1-8 Đóng cọc ván thép bằng búa rung 10

Hình 1-9 Máy ép thủy lực 11

Hình 1-10 Ép cừ đơn 12

Hình 1-11 Ép cừ tấm ( panel-driving) 12

Hình 1.12 Nguyên nhân sự nghiêng lệch của cừ 14

Hình 1.13 Biện pháp làm giảm độ nghiêng lệch của cừ 15

Hình 1.14 Biện pháp phòng chống sự mở rộng và co ngắn so với chiều dài thiết kế 17 Hình 1.15 Mũ mặt cắt 18

Hình 2.6 Phân tố đất sau lưng tường 32

Hình 2.7 Tải trọng ngoài tác dụng sau lưng tường 34

Hình 2.8 So sánh mặt phá hoại theo lý thuyết Log-Spiral và Coulomb 36

Hình 2.9 Áp lực ngang của đất lên tường cừ do tải phân bố đều 38

Hình 2.10 Phân bố áp lực ngang lên tường cừ do tải tập trung (Terzaghi) 39

Hình 2.11 Phân bố áp lực ngang lên tường cừ do tải phân bố đều theo đường thẳng 40 Hình 2.12 Áp lực lên tường dưới tác động của tải trọng hình băng 40

Hình 2.13 Các trạng thái phá hoại cắt tổng thể (a) Đáy tường cọc ván bị đẩy vào trong hố đào ; (b) Đáy hố đào bị trồi lên 43

Hình 2.14 Phân tích đẩy ngang tường cọc ván theo phương pháp áp suất tổng cộng : (a) Phân bố áp lực đất tổng cộng ; (b) Cân bằng hệ lực của phân tố tường tách ra 43

Hình 2.15 Phân tích đẩy trồi đáy hố đào theo phương pháp sức chịu tải của Terzaghi (a) Tìm mặt phá hoại theo phương pháp thử dần ; (b) Mặt phá hoại thứ 2 ; (c) Mặt phá hoại thứ 3 ; (d) Cả hai phía hố đào xảy ra phá hoại 45

Hình 2.16 Phân tích đẩy trồi đáy hố đào theo phương pháp Terzaghi : ( )a DB/ 2 ; ( )B DB/ 2 45

Hình 2.17 Phân tích đẩy trồi đáy hố đào theo phương pháp sức chịu tải âm : (a) Mặt trượt có chiều rộng a 2B1 ; (b) Mặt trượt khác có chiều rộng 2B1 ; (c) Mặt trượt bao phủ toàn đáy hố đào 46

Hình 2.18 Hệ số sức chịu tải của Skempton ( Skempton, 1951) 46

Hình 2.19 Phương pháp Bjerrum và Eide mở rộng : (a) Nc s, cho mặt trượt tròn cắt qua 2 lớp đất ; (b) Nc s, cho mặt trượt tròn tiềp xúc với đỉnh lớp đất phía dưới và (c) fd hiệu chuẩn cho chiều rộng hố đào (NAFAC DM 7.2, 1982 ; Reddy và Srinivasan,1967) 48

Hình 2.20 Vị trí tâm cung trượt tròn theo phương pháp mặt trượt trụ tròn 50

Hình 2.21 Phân tích đẩy trồi đáy hố đào theo phương pháp mặt trượt trụ tròn : (a) Mặt trượt phá hoại và (b) Lực tác động lên khối trượt 50

Hình 2.22 Hệ số an toàn tăng khi vòng tròn phá hoại vượt quá bề rộng hố đào 51

Hình 2.23 Phân tích đẩy trồi đáy hố đào trong trường hợp đất yếu nhiều lớp 51

Hình 2.24 Phân tích đẩy trồi đáy hố đào do áp lực nước 52

Hình 2.25 Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính của mô hình HS (c=0) 53

Hình 2.26 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic qua thí nghiệm nén ba trục thoát nước 55

Hình 2.27 Xác định refoedE qua thí nghiệm nén cố kết Oedometer 56

Hình 3.1 Phối cảnh dự án Căn hộ cao cấp quận 5 57

Hình 3.2 Mặt bằng định vị cọc và cừ Larsen 58

Hình 3.13 Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu – cấp tải 20kN/m2 73

Hình 3.14 Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu ( Trường hợp 1) 74

Hình 3.15 Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu ( Trường hợp 2) 75

Hình 3.16 Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu ( Trường hợp 3) 75

Hình 3.17 Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu tổng hợp 77

Hình 3.18 Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị ngang và tải trọng 78

Hình 3.19 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún và tải trọng 78

Hình 3.25 Biểu đồ chuyển vị ngang (trường hợp 4) 82

Hình 3.26 Biểu đồ chuyển vị ngang (trường hợp 5) 82

Hình 3.27 Biểu đồ chuyển vị ngang (trường hợp 6) 83

Hình 3.28 Biểu đồ chuyển vị ngang (trường hợp 7) 84

Hình 3.29 Biểu đồ chuyển vị ngang (trường hợp 8) 84

Hình 3.30 Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu tổng hợp 86 Hình 3.31 Biểu đồ quan hệ giữa khoảng cách tải và chuyển vị ngang 86

Bảng 3.1 Tương quan giữa mô đun biến dạng E theo NSPT 65

Bảng 3.2 Hệ số thấm k của một số loại đất theo Das, B.M 66

Bảng 3.3 Module biến dạng một số loại đất theo nghiên cứu của giáo sư M.Das 66

Bảng 3.4 Hệ số Rint er 66

Bảng 3.5 Thông số đất nền 66

Bảng 3.6 Thông số tường cừ Larsen 67

Bảng 3.7 Thông số thanh chống ngang 68

Bảng 3.8 Chuyển vị ngang, đứng của tường cừ Larsen 72

Bảng 3.9 Tổng hợp các trường hợp chuyển vị ngang theo tải trọng 76

Bảng 3.10 Tổng hợp các trường hợp chuyển vị ngang theo khoảng cách 84

E kPa Độ cứng khi gia tải hoặc dở tải

refoed

E kPa Độ cứng trong thí nghiệm nén cố kết

MỞĐẦU 1 Đặt vấn đề nghiên cứu:

Để đáp ứng được mật độ dân số ngày càng tăng trong các thành phố lớn hiện nay, việc xây dựng các toà nhà cao tầng, chung cư ngày càng nhiều, các công trình xây dựng này phải có diện tích phần ngầm đủ lớn theo tiêu chuẩn quy hoạch và thiết kế để phục vụ các hạng mục như trung tâm thương mại, bãi giữ xe, bãi chứa các thiết bị phụ trợ như hệ thống điện, hệ thống nước, thậm chí cả khu vui chơi, giải trí …Do đó việc thi công các tầng hầm là rất phổ biến và là nhu cầu cấp thiết hiện nay

Thực tế xây dựng các công trình ngầm cho thấy có rất nhiều hố móng sâu được thi công cạnh các công trình đã xây dựng trước đó Vấn đề đặt ra là khi thi công hố đào thì tải trọng của các công trình lân cận sẽ ảnh hưởng đến chuyển vị tường Vì vậy cần xét các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường như khoảng cách từ hố đào đến công trình lân cận, tải trọng của công trình lân cận, chiều dài cấm sâu trong đất của tường, ứng xử đất nền, độ cứng của hệ thống tường …

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với mô hình Hardening-soil để phân tích chuyển vị ngang của tường Larsen khi xét đến ảnh hưởng tải trọng của công trình ngoài gây ra

Vẽ biểu đồ tương quan giữa chuyển vị tường Larsen và tải trọng ngoài

3 Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán áp lực đất lên tường chắn Sử dụng phần mền Plaxis mô phỏng để phân tích ổn định và biến dạng của tường Larsen

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài: Phân tích ổn định và biến dạng của hố đào sâu có hệ tường vây cừ Larsen khi xét

ảnh hưởng tải trọng ngoài bằng lý thuyết, phương pháp phần tử hữu hạn

5 Tính thực tiễn của đề tài:

Qua quá trình tính toán và mô phỏng sẽ đánh giá được chuyển vị của tường Larsen ứng với từng cấp tải do tải trọng ngoài gây ra cho hố đào

Đưa ra giải pháp gia cố thành hố đào và chọn chiều dài cừ Larsen hợp lý mang lại hiệu quả và giá trị kinh tế cao, tiết kiệm chi phí cho nhà đầu tư

6 Giới hạn đề tài:

Do thời gian hạn chế nên đề tài: Chưa xét đến yếu tố từ biến của đất nền trong hố đào khi thi công Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu tường cừ Larsen trong đất sét dẻo mền bảo vệ thành hố đào khi thi công tầng hầm nhà cao tầng

CHƯƠNG1:TỔNGQUANVỀCỪ LARSEN

1.1 TỔNG QUAN KẾT CẤU TƯỜNG CỪ

Kết cấu tường cừ là loại kết cấu tường mỏng, được đóng sâu vào trong đất tạo ra thế ổn định Nguyên tắc tổng quát đảm bảo tính ổn định của tường cừ đó là tổng các lực ngang và lực đứng tác dụng lên kết cấu phải bằng không

Cừ được sử dụng rộng rãi với nhiều mục đích có thể liệt kê sau:

- Đối với công trình vĩnh cữu: Công trình cầu cảng, công trình gia cố bờ sông hoặc kênh rạch, đê chắn sóng, tường chắn, tường chống xói, tường cắt dòng, đập, đê biển

- Công trình tạm thời: Tường chắn đất, tường chống, công trình phục vụ thi công mố trụ cầu, công trình dạng đảo

- Các công trình đặc biệt: Xilô dầu, công trình bảo vệ ống dẫn dầu, công trình lấp gia cường động đất, công trình chống hóa lỏng, công trình chống biển lấn

Hiện nay, chủng loại cừ rất đa dạng và phong phú Nếu phân loại cừ theo vật liệu chế tạo gồm có: cừ gỗ, thép, bê tông cốt thép và nhựa tổng hợp Còn nếu phân loại cừ theo hình thức neo giữ, ta có cừ tự do, cừ không neo, cừ một tầng neo và cừ nhiều tầng neo Về mặt tính toán, có thể phân loại kết cấu tường cừ theo chỉ số mền ( cừ cứng hoặc cừ mền), hoặc theo đặc trưng liên kết của cừ vào đất: Khớp, ngàm chặt và ngàm đàn hồi Trong đề tài này tác giả tập trung nghiên cứu về cừ thép

1.2 KHÁI NIỆM CỌC VÁN THÉP

Hiện nay, trong lĩnh vực xây dựng, cọc ván thép ( các tên gọi khác là cừ Larsen, cọc bản, thuật ngữ tiếng anh là Steel Sheet Pile) được sử dụng phổ biến có thể chia làm ba loại sau: cọc ván thép nhẹ, cọc ván thép và cọc ống ván thép Cọc ống ván thép hầu hết sử dụng cho công trình vĩnh cửu, trong khi đó cọc ván thép nhẹ và cọc ván thép được sử dụng cho cả công trình vĩnh cửu và công trình tạm theo ứng dụng cần thiết khác nhau

Cọc ván thép được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1908 tại Mỹ trong dự án Black Rock Harbour, tuy nhiên trước đó người Ý đã sử dụng tường cọc bản bằng gỗ để làm tường vây khi thi công móng mố trụ cầu trong nước Bên cạnh gỗ và thép, cọc bản cũng có thể được chế tạo từ nhôm, từ bê tông ứng lực trước Tuy nhiên với những ưu điểm vượt trội, cọc ván thép vẫn chiếm tỉ lệ cao trong nhu cầu sử dụng Cho đến nay cọc ván thép được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước khác nhau với các đặt tính về khả năng chịu lực ngày càng được cải thiện Ngoài cọc ván thép có mặt cắt ngang dạng chữ U, Z thông thường còn có loại mặt cắt ngang Omega (W), dạng tấm phẳng (Straight web) cho các kết cấu tường chắn tròn khép kín, dạng hộp (box pile) được cấu thành bởi 2 cọc U hoặc 4 cọc Z hàn với nhau Tùy theo mức độ tải trọng tác dụng mà tường chắn có thể chỉ dùng cọc ván thép hoặc kết hợp sử dụng cọc ván thép với cọc thép hình H hoặc cọc ống thép nhằm tăng khả năng chịu momen uốn

Cọc ván thép nhẹ được phát triển ban đầu qua các thiết kế đơn giản không có mối nối Tuy nhiên từ nhiều cải tiến hiện nay thiết kế mối nối liên kết đang được sử dụng rộng rãi Cọc ván thép nhẹ chữ U đang được phổ biến rộng rãi

Cọc ván thép có các đặc trưng cơ bản sau:

- Chuẩn loại đa dạng, khả năng chi phí có thể đáp ứng với mọi nhu cầu - Độ tin cậy cao

- Khả năng làm việc tuyệt đối Trong thiết kế, cọc ván thép ngoài việc kiểm tra điều kiện bền chịu tải trọng ngang còn phải kiểm tra điều kiện chống cháy để chọn chiều dày phù hợp Bề mặt của cọc ván thép bên trong được sơn phủ để đáp ứng tính thẩm mỹ đồng thời cũng để bảo vệ chống ăn mòn cho cọc ván thép

1.3 PHÂN LOẠI CỌC VÁN THÉP: 1.3.1 Cọc ván thép tiết diện chữ U

Đặc tính của cọc ván thép chữ U là có thể đáp ứng đối với mọi loại cọc ván thép Nó là vật liệu không thể thiếu đối với mọi kỹ sư và mọi nhà thầu Cọc ván thép chữ U sử dụng rộng rãi trong các công trình vĩnh cửu và các công trình tạm như tường chắn, công trình phục vụ thi công hố móng Hơn nữa độ cứng và moment quán tính tương ứng của nó rất lớn do đó cho phép luân chuyển trong quá trình sử dụng

Loại cọc này có chiều rộng hữu hiệu khác nhau từ 400mm, 500mm, 600mm, cũng như mô đun mặt cắt từ 529 cm2/m đến 3820 cm2/m do đó cho phép tối ưu hóa sự lựa chọn về yêu cầu cường độ

Hình 1-1 Cọc ván thép tiết diện chữ U 1.3.2 Cọc ván thép tiết diện phẳng

Cọc ván thép phẳng có đặc trưng là cường độ cơ học của khớp nối rất cao Do đó nó là vật liệu lý tưởng phù hợp với loại công trình cừ vây ô, kết cấu có dạng tròn, kết cấu vòng vây thi công trụ cầu…

Hình 1-2 Cọc ván thép tiết diện phẳng

1.3.3 Cọc ván thép tiết diện chữ Z

Cọc ván thép chữ Z có đặc trưng là khớp nối nằm ngoài phía trái và phía phải của cọc khi nối chúng lại Loại cọc này chủ yếu dùng trong công trình vĩnh cửu Mô đun mặt cắt cọc chữ Z dao động từ 2510 cm2/m đến 4550 cm2/m

Hình 1-3 Cọc ván thép tiết diện chữ Z 1.3.4 Cọc ván thép dạng hộp

Cọc ván thép dạng hộp được cấu tạo bằng cách hàn úp tổ hợp hai cọc chữ U Tổ hợp thích đáng của các cọc ván thép tạo rất nhiều loại cọc có nhiều môđun tiết diện và phụ thuộc vào thiết kế, tổ hợp phù hợp nhất, kinh tế nhất sẽ được chọn

Loại cọc hộp có môđun tiết diện lớn nhất khoảng 8700cm3 trên một mét dài tường thích hợp cho công trình cầu cảng lớn

Hình 1-4 Cọc ván thép dạng hộp 1.3.5 Cọc ván thép ở góc

Cọc ván thép ở góc hay gọi là cọc góc, mới được phát triển bằng loại cóc ván sản xuất bằng thép cán thay thế cho loại cọc chữ T chế tạo thép hàn thường dùng trước đây Do đó loại trừ quá trình hàn và quá trình lắp ráp khác, giảm bớt trọng lượng cọc

Hình 1-5 Cọc ván thép ở góc

1.4 ƯU ĐIỂM VÀ KHUYẾT ĐIỂM 1.4.1 Ưu điểm

Khả năng chịu ứng suất động khá cao (cả trong quá trình thi công lẫn trong quá trình sử dụng)

Khả năng chịu lực lớn trong khi trọng lượng khá bé Cọc ván thép có thể nối dễ dàng bằng mối nối hàn hoặc bulông nhằm gia tăng chiều dài

Cọc ván thép có thể sử dụng nhiều lần, do đó có hiệu quả về mặt kinh tế

1.4.2 Khuyết điểm

Tính bị ăn mòn trong môi trường làm việc (khi sử dụng cọc ván thép trong các công trình vĩnh cửu) Tuy nhiên nhược điểm này hiện nay hoàn toàn có thể khắc phục bằng các phương pháp bảo vệ như sơn phủ chống ăn mòn, mạ kẽm, chống ăn mòn điện hóa hoặc có thể sử dụng loại cọc ván thép được chế tạo từ loại thép đặc biệt có tính chống ăn mòn cao

Ngoài ra, mức độ ăn mòn của cọc ván thép theo thời gian trong các môi trường khác nhau cũng đã được nghiên cứu và ghi nhận lại Theo đó, tùy thuộc vào thời gian phục vụ của công trình được quy định trước, người thiết kế có thể chọn được loại cọc ván thép với độ dày phù hợp đã xét đến sự ăn mòn này

1.5 DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ THI CÔNG 1.5.1 Phương pháp dùng búa đóng

Búa diesel có loại một cột dẫn, loại hai cột dẫn (hình 1.6a) và loại ống dẫn (hình 1.6b) Loại cột dẫn do năng lượng xung kích nhỏ, tuổi thọ thấp, nên hiện nay rất ít dùng

Hình 1.6 Cấu tạo búa diesel

a) Kiểu hai cột dẫn: 1 Bệ đỡ trên; 2 Răng cưa; 3 Miệng phun; 4 Thanh dẫn; 5 Móc treo; 6 Xà ngang; 7 Tay đòn; 8 Thanh treo móc cẩu; 9 Chốt; 10 Búa; 11 Chốt; 12 Piston; 13 Ống dẫn; 14 Thanh đóng mở; 15 Bơm dầu; 16 Bệ đỡ dưới

b) Kiểu ống dẫn: 1 Lỗ lòng chảo; 2 Bơm dầu; 3 Cánh tay đòn; 4 Thùng dầu dự trữ; 5 Ngăn ngừa dầu nhờn; 6 Piston; 7 Cylinder; 8 Ống nối; 9 Mũ hình cầu; 10 Vòng xiết chặt; 11 Bệ; 12 Chốt

Trước khi đóng cừ bằng búa diesel, việc lựa chọn khả năng đóng của búa rất quan trọng Khi lựa chọn khả năng đóng, cần chú ý các thông số sau:

- Loại cừ ( cừ thép, bê tông cốt thép, cừ bản nhựa…) - Tổng chiều dài và chiều sâu chôn trong đất của cừ

- Mức độ cứng của đất trong quá trình đóng (SPT…) - Phương pháp đóng cừ ( cừ đơn hay nhiều cừ cùng một lúc)

1.5.1.1 Ưu điểm

Kết cấu búa tương đối đơn giản, trọng lượng nhỏ dễ thao tác, dễ lắp đặt, tháo lắp dễ dàng, nhiều phụ tùng thay thế, di chuyển tiện lợi, lực xung kích lớn, chi phí mua

sắm và sử dụng thấp 1.5.1.2 Khuyết điểm

Gây tiếng ồn, rung động lớn và hay làm vỡ hoặc toét đầu cọc ván thép

1.5.2 Phương pháp dùng búa rung

Búa rung và cừ liên kết cứng thành một khối tạo thành hệ rung, dưới tác dụng của lực ly tâm một chiều do máy chấn động sinh ra gây nên chấn động lên xuống theo chiều thẳng đứng, khắc phục lực ma sát của đất xung quanh cọc, dựa vào trọng lượng bản thân và lực quán tính, cọc sẽ được hạ dần vào trong đất

Hình 1.7 Cấu tạo máy chấn động hạ cọc ( búa rung)

a) Loại nối cứng: 1 Động cơ; 2 Đĩa lệch tâm; 3 Khối nặng b) Loại nối mền: 4 Mũ cọc; 5 Lò xo (spring)

c) Loại va rung: 1 Võ máy; 2 Đĩa lệch tâm; 3.4 Bệ va đập; 5 Lò xo; 6 Mũ cọc

Hình 1.8 Đóng cọc ván thép bằng búa rung

Ba yêu cầu cơ bản quyết định yêu cầu kỹ thuật đối với búa rung để làm cho công suất tiêu hao ít nhất mà lại có lợi cho tốc độ hạ cọc và đạt được độ sâu hạ cọc cần thiết là: Biên độ chấn động, tần suất chấn động và áp lực hạ cọc

1.5.3 Phương pháp dùng máy ép thủy lực

Hình 1.9 Máy ép thủy lực 1.5.3.1 Ưu điểm

Tiếng ồn và dao động thấp, sử dụng cho cả đóng và nhổ cọc

1.5.3.2 Khuyết điểm

Hiệu quả làm việc tương đối thấp

1.6 PHƯƠNG PHÁP ÉP CỌC VÁN THÉP 1.6.1 Ép cừ đơn

Ép cừ đơn là phương pháp mà một hoặc hai tấm cừ được đóng xuống đến vị trí thích hợp và đóng đến độ sâu cuối cùng cho đến những tấm cừ cuối cùng Phương pháp này có ưu điểm là tải trọng của búa nhỏ, nhưng điểm chuyển vị, xoay và chao đảo của cừ có thể xuất hiện dễ dàng

Hình 1.10 Phương pháp ép cừ đơn 1.6.2 Ép cừ tấm ( panel-driving)

Cọc ván thép nên được ép theo phương pháp panel-driving để đảm bảo độ thẳng đứng và ngang của cọc Phương pháp này quan trọng trong sự duy trì độ chính xác khi ép cọc có chiều dài lớn hoặc trong vùng đất cứng

Hình 1.11 Phương pháp ép cừ tấm ( panel-driving)

1.7 MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHI ĐÓNG CỪ VÀ CÁCH KHẮC PHỤC

Các vấn đề trong quá trình đóng cọc: - Sự dịch chuyển của cừ

- Sự kéo xuống của cừ - Độ mở rộng và co ngắn với chiều dài tường thiết kế - Sự thiếu hụt chiều sâu chôn cừ

- Sự ngắt quãng của các khóa móng liên kết cừ

1.7.1 Sự nghiêng lệch cừ 1.7.1.1 Nguyên nhân

Vị trí lực búa tác động lên khác vị trí ma sát tại móc liên kết giữa các cừ tác động, lực xoay xuất hiện ở đó và các tấm cừ nghiêng về phía đường thẳng tường (hình 1.12a) Mặc dù các cừ được đóng bình thường tại mặt đất, nhưng chúng có xu hướng xoay một vài độ và chao đảo tại đáy

Do đó đỉnh của các cừ tiếp tục nghiêng hơn so với đáy và cừ có thể nghiêng hướng dần đến đường thẳng tường (hình 1.12b)

Áp lực đất càng lớn hơn, càng sâu hơn tác dụng lên tường cừ, thì cừ càng có xu hướng giảm bề rộng (hình 1.12c) Mặc khác, đỉnh của các cừ có xu hướng mở rộng chịu tác dụng của búa đóng Điều đó dẫn đến cừ nghiêng dần theo hướng của đường thẳng tường

a) b) c)

Hình 1.12 Nguyên nhân sự nghiêng lệch của cừ

1.7.1.2 Biện pháp khắc phục

a) Biện pháp khi cừ nghiêng ít

Đỉnh của cừ đã được đóng sẽ được kéo theo hướng ngược với hướng nghiêng bởi bàn tời (hình 1.13a)

Trong trường hợp đóng cừ đơn, biện pháp đóng cừ sẽ được thay đổi thành đóng cừ tấm để giảm độ nghiêng

b) Biện pháp khi độ nghiêng tăng làm vượt quá bề rộng một cừ mặc dù biện pháp nêu trên đã được áp dụng

Độ nghiêng sẽ được sửa chữa bằng việc sử dụng một cừ chêm vào thêm mà có bề rộng ở đỉnh khác bề rộng ở đáy (hình 1.13b)

Cần thiết phải kiểm tra cường độ kết cấu của tấm cừ chêm vào vì nó sẽ có các module mặt cắt khác nhau so với cừ thông thường

Không được sử dụng các tấm cừ chêm liên tục Khi cần thiết phải chế tạo cừ chêm thêm vào, sự chuẩn bị nhanh cừ chêm để quá trình đóng cừ không bị gián đoạn

Hình 1.13 Biện pháp làm giảm độ nghiêng lệch của cừ

1.7.2 Cừ bị kéo xuống 1.7.2.1 Nguyên nhân cừ bị kéo xuống

Trong suốt quá trình đóng cừ, cừ cạnh nhau thỉnh thoảng bị kéo xuống với các tấm đang được đóng Sự kéo xuống có xu hướng xuất hiện trong nền đất yếu hoặc hiện tượng cừ bị cong xảy ra

Sự kéo xuống được xem xét khi ma sát khóa cửa cừ tăng lên lớn hơn sức chịu tải của cừ bên cạnh mà bao gồm ma sát bề mặt và sức chịu tải của đầu

1.7.2.2 Biện pháp khắc phục khi cừ bị kéo xuống

Khi cừ nghiêng, khắc phục nghiêng nên được tiến hành đầu tiên Trong trường hợp nền đất yếu, cừ nên được dừng đến vị trí cao hơn cao độ thiết kế trong giới hạn biên xem xét Nếu sự kéo xuống không xuất hiện, cừ nên được đóng ngay sau đó xuống đến cao độ cuối cùng

Nó cũng hiệu quả với việc nối tạm thời với cừ bên cạnh bằng cách hàn các khóa móc hoặc sử dụng bu long

1.7.3 Sự mở rộng và rút ngắn so với chiều dài tường thiết kế 1.7.3.1 Nguyên nhân

Khóa cừ được thiết kế có một khoảng trống từ 2 đến 3mm để tạo thuận lợi cho công tác đóng cừ Nó dẫn đến sự mở rộng hoặc rút ngắn chiều dài tường cừ được đóng, khi các cừ được đóng trong điều kiện nén, sự rút ngắn có khả năng xảy ra Mặt khác, trong điều kiện kéo, sự mở rộng lại có thể xuất hiện

Sự mở rộng hay rút ngắn có thể dẫn đến việc điều chỉnh lại về yêu cầu số lượng cừ

1.7.3.2 Biện pháp khắc phục

Trong trường hợp mở rộng, cừ được xem xét để đóng trong điều kiện kéo, do đó, nó sẽ được đóng trong điều kiện nén, ví dụ, trong khi cừ nghiêng lệch so với tường cừ được đóng trước đó

Trong trường hợp thi công thì biện pháp khắc phục được tiến hành ngược lại Sự nghiêng lệch cừ sẽ được kiểm tra trong khoảng 20 đến 30 tấm cừ

Khi các biện pháp nêu trên không có hiệu quả, biện pháp sau đây sẽ được thực hiện: Với việc mở rộng, cừ chế tạo sẵn mà có bề rộng nhỏ hơn bình thường sẽ được đóng điều chỉnh chiều dài tường Với việc co ngắn, cừ chế tạo sẵn có bề rộng lớn hơn (hình 1.14) cừ bình thường hoặc một cừ bình thường thêm vào sẽ được đóng để điều chỉnh chiều dài tường

Hình 1.14 Biện pháp phòng chống sự mở rộng và co ngắn so với chiều dài tường cừ

thiết kế

1.7.4 Sự thiếu hụt chiều sâu chôn cừ

Vì sự thiếu hụt chiều sâu chôn cừ có thể dẫn đến sự cản trở trong thiết kế, cần thiết phải khắc phục bằng cách kiểm tra lại phương pháp đóng cừ

Các biện pháp phòng chống: Búa đóng cừ sẽ được thay đổi để có năng suất lớn hơn hoặc một biện pháp thêm để giảm khả năng đóng sẽ được thực hiện

Sự hữu ích của máy cắt phun nước và máy khoan thường được sử dụng các biện pháp để giảm thiểu khả năng kháng đóng của đất nền

1.7.5 Sự ngắt quãng của móc khóa liên kết cừ

Khi các cừ được đóng đến lớp cát mà kích thước hạt đồng đều, thỉnh thoảng đất lọt vào bên trong khóa cừ đã được đóng trở nên khó khăn bởi sự hút nước và ma sát liên kết Điều đó được gọi là hiện tượng biên và có thể dẫn đến sự ngắt quãng của khóa móc

Biện pháp phòng chống: Gắn mũ tại đáy của khóa như hình 1.15 là biện pháp hiệu quả Những bulông nhỏ có thể là một phương án lựa chọn

Tia nước sẽ được sử dụng để đất không trở nên cứng Đóng cừ đơn sẽ thay đổi thành đóng cừ tấm, và mỗi chiều sâu chôn cừ sẽ được giới hạn từ 2 đến 3m để sự kháng đóng được giảm xuống nhờ tăng sự khử nước trong đất

Hình 1.15 Mũ mặt cắt

1.8 ỨNG DỤNG CỦA CỌC VÁN THÉP 1.8.1 Cọc ván thép sử dụng ở cảng

Với khả năng chịu tải trọng động cao, dễ thấy cừ thép rất phù hợp cho các công trình cảng ( hình 1.16), cầu tàu, đê đập, ngoài áp lực đất còn chịu lực tác dụng của sóng biển cũng như lực va đập của tàu thuyền khi cặp mạn

Hình 1.16 Cọc ván thép áp dụng ở cảng

Trên thế giới đã có rất nhiều công trình cảng được thiết kế trong đó cừ thép ( thường kết hợp với hệ tường neo và thanh neo) đóng vai trò làm tường chắn, đất được lấp đầy bên trong và bên trên là kết cấu nền cảng bê tông cốt thép với móng cọc ống

thép hoặc cọc bê tông cốt thép ứng suất trước bên dưới 1.8.2 Cọc ván thép sử dụng làm tường chắn

Trong các công trình dân dụng, cừ thép cũng được sử dụng làm tường tầng hầm trong nhà nhiều tầng hoặc trong các bãi đỗ xe ngầm thay cho tường bê tông cốt thép Khi đó, tương tự như phương pháp thi công topdown, chính cừ thép sẽ được hạ xuống trước hết để làm tường vây chắn đất phục vụ thi công hố đào (hình 1.17) Bản thân cừ thép sẽ được hàn thép chờ ở mặt trong để có thể bàn dính chắc chắn với bê tông của các dầm biên được đổ sau này Trên các rãnh khóa giữa các cừ thép sẽ được chèn bitum để ngăn nước chảy vào

Hình 1.17 Cừ thép được sử dụng làm tường chắn đất phục vụ thi công hố móng 1.8.3 Cọc ván thép sử dụng trong bờ kè

Bên cạnh công trình cảng, nhiều công trình bờ kè, kênh mương (hình 1.18), cải tạo dòng chảy cũng sử dụng cừ thép do tính tiện dụng, thời gian thi công nhanh, độ bền chịu lực tốt

Hình 1.18 Cừ thép sử dụng trong kè bờ

1.9 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH TIÊU BIỂU 1.9.1 Công trình cao ốc thương mại – căn hộ Phú Thọ Thuận Việt – TP.HCM

Công trình tọa lạc tại số 319 Lý Thường Kiệt, Phường 15, Quận 11, TP HCM gồm 17 tầng lầu, 2 tầng hầm, hố móng sâu 5,65m so với mặt đất tự nhiên Công trình sử dụng hệ tường vây cừ Larsen có chu vi 58mx57,44m; cừ Larsen dài 9m

1.9.2 Công trình chung cư cao cấp – Orchard River

Công trình tọa lạc tại 918-39 đường Nguyễn Văn Hưởng, Phường Thảo Điền, Quận 2, TP HCM gồm 21 tầng lầu và 2 tầng hầm Công trình sử dụng hệ tường vây cừ Larsen có chu vi 50,1x72,5m

1.9.3 Công trình cao ốc cao cấp Thảo Điền– River View

Công trình tọa lạc số 14 đường Thảo Điền, Quận 2, TP HCM gồm 16 tầng lầu và 1 tầng hầm Công trình sử dụng hệ tường vây cừ Larsen có chu vi 37,1x55,2m

1.10 NHẬN XÉT

Hiện nay có rất nhiều phương pháp thi công giữ ổn định thành hố đào ( tường cừ thép, tường barrette, tường cọc xi măng đất, tường cọc khoan nhồi…) nhưng tùy vào điều kiện địa chất công trình, chiều sâu hố đào, biện pháp thi công … mà chọn loại tường nào cho phù hợp nhất là khi có xét đến tải trọng ngoài

Tường cừ Larsen có nhiều ưu điểm nổi bậc như phương pháp thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh, khả năng chịu ứng suất động cao, cho phép lựa chọn tiết diện và chiều dài cọc tối ưu với điều kiện đất nền khác nhau… Được ứng dụng rộng rãi trong nhiều mục đích như cầu cảng, công trình bảo vệ, công trình tạm

Nắm rõ được một số vấn đề khi thi công cừ và biện pháp khắc phục sự cố tại hiện trường