Khi đào móng, chuyển đi một khối lượng đất đá, con người đã phá vỡ cân bằng tự nhiên của môi trường đất đá, nước dưới đất nên đã xảy ra một loạt các hiện tượng gây trở ngại đến công tác
Trang 1-*** - LUẬN VĂN THẠC SĨ
TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ
ỔN ĐỊNH CỦA MÁI HỐ MÓNG KHÔNG GIA CỐ
Học viên cao học : Nguyễn Ngọc Hưng Lớp : CH18C11
Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy
Mã số : 60 – 58 – 40
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN QUANG CƯỜNG
BỘ MÔN QUẢN LÝ: BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ XÂY DỰNG
Hà Nội – 2013
Trang 2của mái hố móng không gia cố” đã được tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy
định và đảm bảo đầy đủ các yêu cầu trong bản đề cương đã được phê duyệt Trước hết tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa công trình, Trường Đại học Thuỷ lợi và toàn thể các thầy, cô giáo đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian học tập cũng như thực hiện luận văn này Đặc biệt tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Nguyễn Quang Cường đã tận tình hướng dẫn và cung cấp các thông tin khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Sở Nông nghiệp và PTNT Hà Nội đã giúp đỡ trong việc thu thập tài liệu nghiên cứu trong quá trình thực hiện luận văn
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến lãnh đạo Ban quản
lý dự án Đầu tư và Xây dựng - nơi tác giả đang công tác cùng những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã khích lệ, ủng hộ, động viên về
mọi mặt cho tác giả hoàn thành luận văn này
Do hạn chế về mặt thời gian, kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế nên trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn, chắc chắn khó tránh khỏi những thiếu sót nhất định Tác giả rất mong muốn nhận được sự góp ý, chỉ bảo tận tình của các Thầy, Cô giáo và cán bộ đồng nghiệp đối với bản luận văn
Hà Nội, Ngày tháng 8 năm 2013
HỌC VIÊN
Nguyễn Ngọc Hưng
Trang 3Lớp cao học: CH 18C11
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến sự ổn định của mái hố móng không gia cố”
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm
Những kết quả nghiên cứu, tính toán là trung thực Trong quá trình làm luận văn tôi có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm sự tin cậy
và cấp thiết của đề tài Tôi không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác, nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Khoa và Nhà
trường
Hà N ội, ngày tháng 8 năm 2013
H ọc viên
Nguyễn Ngọc Hưng
Trang 7Hình 2-12 U 56TU Biểu đồ giá trị Uru 33
Hình 2-13 Dùng nêm để phân tích mái dốc 34
Trang 9PHẦN MỞ ĐẦU
1 Ý nghĩa khoa học của đề tài
Móng của hầu hết các công trình thường nằm dưới mặt đất từ vài mét đến hàng chục mét Việc đào đất đá đến cao trình đặt móng là công việc đầu tiên khi thi công xây dựng của bất kỳ công trình nào
Khi đào móng, chuyển đi một khối lượng đất đá, con người đã phá vỡ cân bằng tự nhiên của môi trường đất đá, nước dưới đất nên đã xảy ra một loạt các hiện tượng gây trở ngại đến công tác đào móng như: Đất đá ở thành
hố móng trượt lở, di chuyển vào hố móng, đất ở đáy hố bị đẩy trồi, nước dưới đất, cát chảy vào hố móng, vùng đất xung quanh hố móng chuyển vị làm cho các công trình ở lân cận lún sụt, nứt nẻ…gây khó khăn cho công tác thi công, giảm các chỉ tiêu xây dựng của đất nền hoặc gây mất ổn định cho các công trình lân cận
Đề tài "Nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến sự ổn định của mái
hố móng không gia cố" nhằm phân tích, nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng
đến sự ổn định của thành vách hố móng, đưa ra quan hệ về mặt định lượng giữa hệ số ổn định mái hố móng và các nhân tố ảnh hưởng, giúp người thiết
kế và thi công có thể đưa ra các giải pháp thiết kế hố móng tối ưu, tránh những sự cố xảy ra trong quá trình thi công và nâng cao hiệu quả kinh tế trong xây dựng công trình
2 Mục đích của đề tài
- Giới thiệu tổng quan các loại hố móng và công tác tính toán thiết kế hố móng;
- Phân tích ưu nhược điểm và điều kiện ứng dụng của các biện pháp ổn định hố móng;
- Phân tích, tìm ra quy luật tác động của các nhân tố khác nhau đến sự ổn định của mái hố móng không gia cố;
Trang 10- Xây dựng quan hệ giữa hệ số ổn định mái hố móng và các nhân tố ảnh hưởng dưới dạng hàm số và dạng đồ thị, giúp xác định nhanh hệ số ổn định của mái hố móng trong quá trình thiết kế
3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Phân tích, tổng hợp các thành tựu trong nước và trên thế giới trong lĩnh vực thiết kế và xử lý hố móng các công trình xây dựng;
- Sử dụng các công cụ tính toán hiện đại để tính toán, phân tích ổn định của mái hố móng;
- Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xây dựng quy luật ảnh hưởng của các nhân tố đến sự ổn định của mái hố móng
4 Kết quả đạt được
- Đánh giá tổng quan về ưu, nhược điểm và những tồn tại trong lĩnh vực tính toán và xử lý hố móng các công trình xây dựng;
- Phân tích quy luật ảnh hưởng của các nhân tố khác nhau đến sự ổn định của
hố móng, từ đó đưa ra các khuyến cáo cho công tác thiết kế và xử lý hố móng;
- Xây dựng công cụ dạng hàm số và dạng đồ thị giúp xác định nhanh chóng hệ số ổn định của mái hố móng, tạo thuận lợi cho công tác thiết kế, thi công và quản lý xây dựng công trình
Trang 11CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THIẾT KẾ VÀ XỬ LÝ
HỐ MÓNG
Như chúng ta đã biết, hầu hết các công trình xây dựng của loài người, từ những căn nhà thô sơ thời cổ đại đến những công trình vĩ đại nhất hiện nay đều phải dựa trên nền đất Vì nền đất có cường độ nhỏ hơn rất nhiều so với vật liệu xây dựng công trình cho nên phần tiếp giáp giữa công trình và nền đất thường được mở rộng thêm và gọi là Móng Vậy móng chính là bộ phận kéo dài xuống của công trình và nằm ngầm dưới mặt đất tự nhiên Móng có nhiệm
vụ truyền tải từ công trình lên nền đất Mặt tiếp xúc nằm ngang giữa móng và đất gọi là đáy móng Mặt tiếp xúc giữa móng và công trình gọi là mặt đỉnh móng Để đảm bảo điều kiện cường độ và ổn định thường người ta đặt móng thấp hơn mặt đất tự nhiên Khoảng cách giữa đáy móng với mặt đất được gọi
là chiều sâu chôn móng Vì vậy khi đào móng, chuyển đi một khối lượng đất
đá, chúng ta đã phá vỡ cân bằng tự nhiên của môi trường đất đá, nước dưới đất nên đã xảy ra một loạt các hiện tượng gây trở ngại đến công tác đào móng, chậm tiến độ thi công, thi công không an toàn, tăng giá thành cũng như các chi phí khác, làm mất ổn định cho các công trình lân cận, gây hư hỏng, phá hủy công trình, thiệt hại tài sản và tính mạng con người
Muốn vậy chúng ta phải nghiên cứu, phân tích và đánh giá một cách khách quan, triệt để, toàn diện các nhân tố ảnh hưởng đến sự ổn định của mái
hố móng để đưa ra các giải pháp thiết kế hố móng tối ưu Các nhân tố ảnh hưởng bao gồm: Điều kiện địa hình, địa chất công trình và địa chất thủy văn, các số liệu về công trình và tải trọng như hình dáng, kích thước đáy công trình, đặc điểm của công trình, các loại tải trọng có thể có… để nâng cao sự
an toàn trong thi công và hiệu quả kinh tế trong xây dựng công trình
Trang 121.1 Phân lo ại hố móng công trình
Công tác hố móng là một trong những công tác thi công có ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất đất nền do đó có thể ảnh hưởng đến chất lượng và điều kiện làm việc bình thường của công trình cũng như ảnh hưởng đến thời gian hoàn thành công trình Công tác hố móng bao gồm các nội dung chính sau đây: định vị hố móng, đào đất hố móng, bảo vệ đáy và thành hố móng, làm khô hố móng, dọn nền và xây móng
Căn cứ vào điều kiện địa chất công trình, điều kiện hiện trường, phương pháp thi công đào hố có thể chia loại đào không có gia cố và loại đào có gia cố Công tác của loại đào không có gia cố gồm có: hạ nước ngầm, đào đất, gia cố nền và giữ mái dốc
Công tác của loại đào có gia cố gồm có: đặt hệ thống gia cố, hạ nước ngầm, đào đất, gia cố nền, quan trắc và bảo vệ xung quanh hố móng
Ta có thể phân loại hố móng công trình thành một số loại như sau:
- Móng nông
- Móng sâu
- Móng có kết cấu gia cố và không có kết cấu gia cố
+ Móng nông: là loại móng có độ sâu hố móng Hm nhỏ, ảnh hưởng của đất trên đáy móng tới các mặt tiếp xúc là nhỏ Trong Cơ học đất, hố móng có
bề rộng là b, độ sâu hố móng là Hm , theo Berezansev nếu Hm/b ≤ 0,5 thì khi đất dưới móng bị phá hoại nên đất bị đẩy trồi ra ta coi Hm đó là nông
Thi công hố móng nông trong thực tế có độ sâu hố móng không quá lớn, thường từ 1,5 ÷ 3m, nhiều trường hợp đặc biệt chiều sâu hố móng có thể chọn
từ 5 ÷ 6m
Trong thực tế, ta có thể phân biệt móng nông dựa vào tỷ lệ giữa độ sâu chôn móng và bề rộng móng (h/b) Tuy nhiên, tỷ lệ định lượng là bao nhiêu cũng chưa thật rõ ràng Chính xác nhất là dựa vào phương diện làm việc của
Trang 13đất nền, khi chịu tải trọng nếu không tính đến ma sát hông của đất ở xung quanh với móng thì đó là móng nông và ngược lại
Một số loại móng nông thường gặp: Móng đơn (móng đơn đúng tâm, lệch tâm, móng chân vịt), móng băng dưới tường, móng băng dưới cột (móng băng một phương, móng băng giao thoa), móng bè…
Hình 1-1 Thi công hố móng nông có phủ màng ngăn nước
Hình 1-2 Hố móng nông của móng trạm bơm đào giật cấp
Trang 14+ Móng sâu: Là các loại móng mà khi thi công không cần đào hố móng hoặc chỉ đào một phần rồi dùng thiết bị thi công để hạ móng đến độ sâu thiết
kế Nó thường dùng cho các công trình có tải trọng lớn
Các loại móng sâu thường gặp: Móng cọc (đóng, ép), cọc khoan nhồi, cọc baret, móng giếng chìm, giếng chim ép hơi, móng tường chắn đất…
Hình 1-3 Thi công móng cọc đóng, ép
Hình 1-4 Thi công móng cọc khoan nhồi
Khi đào hố móng phải có các biện pháp kĩ thuật để đối phó các hiện tượng xảy ra: sạt lở thành hố, nước ngầm chảy vào hố móng, đất nền đáy hố
bị phình nở, ngấm nước hoặc chịu lực đẩy của áp lực nước, biến dạng của các công trình lân cận
Trang 15Tháp đôi Trung tâm thương mại thế giới ở New York- Mỹ bằng thép gồm
110 tầng với độ cao 405m được đặt trên đá phiến Manhatan tại độ sâu 21m Khối lượng đất đắp, đá và đá đào hố móng trong phạm vi 6,4ha là 11,6 triệu mP
3 P
+ Hố móng có kết cấu gia cố và hố móng không có kết cấu gia cố:
- Móng có kết cấu gia cố: là loại móng hố đào cần phải có kết cấu nhằm
gia cố đất ở mái hố móng để làm ổn định của mái đào hố móng, ngăn chặn các hiện tượng đất mái đào hố móng bị sạt trượt hoặc bị phình ra Loại móng này thường áp dụng trong xây dựng nhà dân dụng tại các đô thị do điều kiện công trường thi công chật hẹp, nên phải mở mái đào thẳng đứng, đồng thời có những lực xung quanh hố móng ép thẳng xuống gây ra lực đẩy mái hố móng phình ra gây mất ổn định mái hố móng; các công trình thủy lợi với điều kiện thi công khó
khăn, không hạ thấp được mực nước ngầm hoặc các công trình ngầm…
- Hố móng có kết cấu gia cố được phân thành nhiều loại, phổ biến hiện
nay trong thực tế thường dùng hai loại hố móng có kết cấu gia cố như sau:
+ Hố móng có kết cấu gia cố bằng cọc chống
+ Hố móng có kết cấu gia cố bằng cọc neo
Hình 1-5 Hố móng sử dụng cọc cừ thép và hệ văng chống chữ H
Trang 16Hình 1-6 Hố móng sử dụng cọc cừ thép và hệ thang ngang chống
Hình 1-7 Các loại neo dùng với tường cừ: (a) neo bản hay dầm, (b) neo
giằng, (c) neo cọc đứng, (d) neo dầm cọc xiên chống đỡ
Trang 17- Móng không có kết cấu gia cố: là loại móng hố móng không cần kết
cấu gia cố đất ở mái hố móng mà mái hố móng vẫn giữ được ổn định
Hình 1-8 Hố móng cống tiêu tự chảy
1.2 Đặc điểm của hố móng
Hố móng có các đặc điểm như sau:
Hố móng là một loại công việc tạm thời, sự dự trữ về an toàn có thể là tương đối nhỏ nhưng lại có liên quan đến tính địa phương, điều kiện địa chất của mỗi vùng khác nhau thì đặc điểm của hố móng cũng khác nhau Hố móng
là một khoa học đan xen giữa các khoa học về đất đá, về kết cấu và kỹ thuật thi công, là một loại công trình mà hệ thống chịu ảnh hưởng đan xen của nhiều nhân tố phức tạp, và là ngành khoa học kỹ thuật tổng hợp đang còn chờ phát triển về mặt lí luận
Do hố móng là loại công việc có giá thành cao, khối lượng công việc lớn,
là trọng điểm tranh giành của các đơn vị thi công, lại vì kỹ thuật phức tạp, phạm vi ảnh hưởng rộng, nhiều nhân tố biến đổi, sự cố hay xảy ra, là một khâu khó về mặt kỹ thuật, có tính tranh chấp trong công trình xây dựng Đồng thời cũng là trọng điểm để hạ thấp giá thành xây dựng và đảm bảo chất lượng công trình
Trang 18Công trình hố móng có giá thành khá cao nhưng chỉ là công trình tạm thời nên thường không muốn đầu tư chi phí nhiều Nhưng nếu để xảy ra sự cố thì xử lý sẽ rất khó khăn, gây ra tổn thất rất lớn về mặt kinh tế, ảnh hưởng nghiêm trọng về mặt xã hội và dư luận
Công trình hố móng đang phát triển theo xu hướng diện tích rộng (chiều dài, chiều rộng tới hơn trăm mét), độ sâu lớn (hàng chục mét) nên sẽ gặp nhiều loại đất đá, hiện tượng địa chất khác nhau, không có lợi cho sự ổn định của hố móng (đất yếu, mực nước ngầm cao, cát đùn, cát chảy)…
Các công trình cao tầng tại các thành phố thường ở các khu đất hẹp, mật
độ xây dựng lớn, dân cư đông đúc, giao thông hạn chế nên điều kiện thi công khó khăn Lân cận hố móng đào thường đã có các công trình, nhà ở nên không thể đào có mái dốc lớn, yêu cầu đối với việc ổn định và khống chế chuyển dịch là rất nghiêm trọng
Việc thi công hố móng ở các hiện trường lân cận như đóng cọc, hạ thấp mực nước ngầm, đào đất đều có thể sinh ra những ảnh hưởng hoặc khống chế lẫn nhau, tăng thêm các nhân tố có thể gây ra sự cố
Tính chất của đất đá thường biến đổi trong khoảng khá rộng, điều kiện ẩn dấu của địa chất và tính phức tạp, tính không đồng đều của điều kiện địa chất thủy văn thường làm cho số liệu khảo sát có tính phân tán lớn, khó đại diện được cho tình hình tổng thể của các tầng đất, hơn nữa, tính chính xác tương đối thấp, tăng thêm khó khăn cho thiết kế và thi công công trình hố móng Đào hố móng trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện hiện trường phức tạp khác rất dễ sinh ra trượt lở khối đất, mất ổn định hố móng, thân cọc bị chuyển dịch vị trí, đáy hố trồi lên, kết cấu gia cố bị dò nước nghiêm trọng hoặc bị chảy đất… làm hư hại hố móng, uy hiếp nghiêm trọng các công trình xây dựng, các công trình ngầm và đường ống xung quanh
Trang 19Công trình hố móng nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ thấp mực nước ngầm, đào đất, trong đó chỉ có một khâu nào đó thất bại thì cũng sẽ dẫn đến sự cố cho hố móng
Thi công hố móng thường kéo dài (vài tháng đến vài năm) nên sẽ chịu tác động của thời tiết, khí hậu (như mưa, nắng); móng bị ngập nước khi mưa, khi nước ngầm dâng cao; đá chịu tác dụng phong hóa khi đào để lộ ra Sự thay đổi ứng suất khi thi công mái dốc sẽ được thấy như trong hình 1-10
Hình 1-9 Sự thay đổi ứng suất khi thi công mái dốc
1.3 Tổng quan công tác thiết kế và xử lý hố móng đào mở không gia cố
Những hố móng nông có thể đào được mà không cần chống đỡ xung quanh nếu như có khoảng không tương đối rộng, đủ để tạo được mái dốc tự
ổn định Độ dốc của mái phụ thuộc vào loại đất, đá và các đặc tính của chúng, vào điều kiện thời tiết và khí hậu, vào chiều sâu hố móng và khoảng thời gian
để móng lộ thiên Các mái đất đá được đào thường có độ dốc lớn nhất có thể
có với từng loại đất đá và sự xuất hiện một vài chỗ trượt nhỏ nói chung cũng không nguy hiểm
Trang 20Theo tiêu chuẩn ngành 14TCVN 447-1987 về công tác đất thi công và nghiệm thu : Thi công công tác đất phần đào hào và hố móng, với loại đất
mềm được phép đào hố móng có vách đứng không cần gia cố, trong trường hợp không có công trình ngầm bên cạnh và ở trên mực nước theo quy định sau:
- Đất cát, đất lẫn sỏi sạn Không quá 1 m
- Đất thịt và đất sét Không quá 1,5m
- Đất thịt chắc và đất sét trắng Không quá 2m
+ Độ dốc lớn nhất cho phép của mái đào hố móng khi không cần gia cố, trong trường hợp nằm trên mực nước ngầm (kể cả phần chịu ảnh hưởng của mao dẫn) và trong trường hợp nằm dưới mực nước ngầm nhưng có hệ thống tiêu nước phải chọn theo chỉ dẫn ở bảng sau:
Loại đất
Độ dốc lớn nhất cho phép khi chiều sâu hố móng bằng
Góc nghiêng của mái đất
Tỷ lệ
độ dốc nghiêng Góc
của mái đất
Tỷ lệ
độ dốc nghiêng Góc
của mái đất
Tỷ lệ
độ dốc
Trang 21Theo kinh nghiệm thực tế thi công độ dốc lớn nhất của vách hố móng, hố đào không có gia cố được cho trong bảng 1-1
Bảng 1-1 Độ dốc lớn nhất của vách hố móng, vách hào không có gia cố
móng <3m
Chiều sâu hố móng
3 -:- 6m Đất đắp, á cát dẻo, cát, sỏi, cuội 1 : 1,25 1 : 1,5
Bảng 1-2 Độ dốc lớn nhất của vách hố móng có độ sâu <=5m (không có gia cố)
Loại đất
Độ dốc vách hố Đào đất bằng tay
và đổ đất lên miệng hố
Đào đất bằng máy Đào đất ở dưới
đáy hố móng Đào đất ở trên bờ hố móng
Trang 22Bảng 1-3 Độ dốc theo loại đất, trạng thái đất
Loại đất Độ chặt Độ dốc cho phép (cao/ rộng)
Độ dốc <5m Dốc cao 5-10m Đất đá sỏi
Chặt Chặt vừa Hơi chặt
1:0,35- 1:0,5 1:0,5- 1:0,75 1:0,75- 1:1
1:0,5- 1:0,075 1:0,5- 1:1 1:1- 1:1,25
Đất sét bột
Rắn chắc Rắn dẻo
Có thể nặn
1:0,75 1:1- 1:1,25 1:1,25- 1:1,5
Rắn dẻo
1:0,75- 1:1 1:1- 1:1,25
1:1- 1:1,25 1:1,25- 1:1,5 Đất sét tàn tích
đá granit Rắn dẻo Có thể nặn 1:0,85- 1:1,25 1:0,75 1:1,1 Đất lấy tạp
Phế thải xây dựng chặt vừa hoặc chặt chắc
1:0,1- 1:0,2 1:0,2- 1:0,35 1:0,35- 1:0,8
1:0,2- 1:0,35 1:0,35- 1:0,5 1:0,8- 1:0,75
Đá mềm
Phong hóa nhẹ Phong hóa vừa Phong hóa mạnh
1:0,35- 1:0,5 1:0,5- 1:0,75 1:0,75- 1:1
1:0,5- 1:0,75 1:0,75- 1:1 1:1- 1:1,25
Trang 231.3.1 Tình hình ứng dụng hố móng không gia cố trong xây dựng các công trình thủy lợi (hố móng nông):
Hình 1-10 Hố móng trạm bơm Đào Xá, huyện Phú Xuyên
Hình 1-11 Hố móng cống tiêu tự chảy xã Hoàng Long, huyện Phú Xuyên
Hình 1-12 Hố móng trạm bơm Nhân Hiền, huyện Thường Tín
Trang 24Hình 1-13 Hố móng bể hút trạm bơm Đoàn Xá, huyện Ứng Hòa
Hình 1-14 Món g cống xả qua đê trạm bơm Cao Bộ, huyện Thanh Oai
Trang 25Hình 1-15 Hố móng trạm bơm Bình Phú, huyện Thạch Thất
1.3.2 Ưu, nhược điểm và các sự cố thường gặp của hình thức hố móng không gia cố:
- Ưu điểm:
+ Về kinh tế, kỹ thuật: kỹ thuật thi công hố móng không gia cố đơn giản
không yêu cầu kết cấu gia cố phức tạp, dễ thi công có thể sử dụng cả nhân công thủ công và máy móc thiết bị nên làm giảm thời gian thi công hố móng
và giảm giá thành thi công hố móng
+ Về tính phổ biến áp dụng: hố móng không gia cố phù hợp với nhiều loại hố móng công trình, được áp dụng phổ biến hiện nay với những nơi có nền địa chất tốt, những nơi có mặt bằng thi công không quá chật hẹp và những công trình có quy mô nhỏ
- Nhược điểm:
+ Do mái hố móng không được gia cố nên hố móng không gia cố không áp dụng được ở những nơi có nền địa chất yếu, những nơi có mực nước ngầm cao + Do hố móng không gia cố thường phải mở mái hố đào, nên không áp dụng được những nơi có mặt bằng thi công chật hẹp, và những nơi có áp lực tĩnh, áp lực động phía bên trên mái hố móng
Trang 26+ Mái hố móng không gia cố dễ bị ảnh hưởng tác động xấu của thời tiết làm xói mái hố móng và các phương tiện thi công phía trên mái hố móng
- Sự cố thường gặp của hố móng không gia cố:
+ Trong những công trình nêu tại mục 1.3.1 trên, ta có thể thấy sự cố khi mái hố móng của cống tiêu tự chảy trạm bơm Đào Xá huyện Phú Xuyên, TP
Hà Nội bị nứt tạo một vết nứt rộng dọc mái hố móng Một vài nguyên nhân của sự cố hố móng không gia cố này là do:
- Đơn vị thi công chất tải đất lên thành của mái hố móng
- Máy móc thiết bị thi công vận nguyên vật liệu, phế thải đi lại xung quanh hố móng gây lực động xung quanh hố móng và làm nứt mái hố móng
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Công tác thiết kế và xử lý hố móng là một công tác phức tạp, vì hố móng chịu tác động của rất nhiều yếu tố tác động ngoại cảnh, thời tiết, máy móc thi công trên công trường, địa chất, thủy văn, kích thước hình học hố móng, mặt bằng thi công…
Công tác thiết kế và xử lý hố móng là một công tác rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn lao động, tiến độ thi công, ảnh hưởng đến các công trình lân cận, ổn định công trình và giá thành sản phẩm của một công trình
Hiện nay, chúng ta vẫn đang quan tâm nhiều đến công tác thiết kế móng công trình, mà chưa quan tâm nhiều đến công tác thiết kế mái hố móng công trình sao cho đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao nhất
Vì vậy việc nghiên cứu về công tác thiết kế và xử lý mái hố móng là thực
sự cần thiết, mang ý nghĩa to lớn về mặt kinh tế kỹ thuật, và nhu cầu thực tế
Trang 27CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI
HỐ MÓNG 2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định mái hố móng
Ổn định xác định hai công thức hệ số an toàn: Cân bằng lực và cân bằng
mômen Các phương pháp xác định lực khác nhau trong các cột đất (hoặc cung trượt) được coi là các trường hợp đặc biệt của lý thuyết cân bằng giới hạn
Không thoát nước: 28T43TX 28T43T= cR ur
28T cR ur R - lực dính không thoát nước, dư
Trang 28Hình 2-1 Các lực tác dụng lên lăng thể trượt ở mái dốc không thoát nước
2.1.1.2 Trượt tịnh tiến trên mái dốc vô hạn
29T
Trượt tịnh tiến trên mái dốc vô hạn 28T29Tlà sự di chuyển theo mặt phẳng ở nông
song song với mái dốc kéo dài Khi có lớp đất cứng hơn nằm dưới sẽ buộc mặt phá hoại theo một mặt phẳng Phá hoại thường bị thúc đẩy do áp lực nước lỗ rỗng tăng đột ngột, đặc biệt trong đất bề mặt bị sấy khô một phần rồi liên kết
với nhau và di chuyển như một bản phẳng mỏng nên đôi khi còn gọi là trượt lớp
1 Mái dốc vô hạn không thoát nước
Phản lực pháp tuyến trên mặt phảng: N = WcosPR c
RLực tiếp tuyến hướng xuống mái dốc T = WsinPR c
RLực chống cắt hướng lên mái dốc R = xb
Trang 29u c
c z
mái dốc thoát nước
Trang 30Trong cát hạt mịn và bụi sức hút mao dẫn sẽ gây ra áp lực nước lỗ rỗng âm
vì thế do hút ẩm, ứng suất hiệu quả tại mặt trượt sẽ tăng lên Nếu mực nước ngầm nằm dưới mặt phẳng trượt là hs thì có:
Trang 31Một số dạng mặt trượt có thể được xem xét cho đất dính như thấy ở hình 2.3: mặt phẳng, cung tròn, không theo quy tắc, hỗn hợp Cho hầu hết các mục đích, một mặt trụ tròn - ở mặt cắt là cung tròn, sẽ cho kết quả thỏa mãn
độ chính xác mà không cần thủ tục phân tích quá phức tạp
28T
Sự ổn định mái dốc đào hay đắp phụ thuộc nhiều vào động thái áp lực nước lỗ rỗng Khi thi công khối đắp, áp lực nước lỗ rỗng sẽ tăng lên và sau khi thi công, sẽ giảm dần xuống Trong các rãnh hào, việc đào ban đầu làm giảm áp lực nước lỗ rỗng, nhưng khi có dòng thấm sẽ tăng dần ứng suất hiệu quả và do vậy độ bền chống cắt có quan hệ nghịch với áp lực nước lỗ rỗng
Hệ số an toàn giới hạn thấp nhất trong khi thi công, sau đó đất sẽ dần dần bền
Trang 32chắc hơn, còn trong mương hào, độ bền chống cắt và do vậy hệ số an toàn lại giảm đi theo thời gian
28T
Bởi thế cần xét cả sự ổn định ngắn ngày (mới thi công) và dài ngày Ổn định ngắn ngày xảy ra trong điều kiện hoàn toàn không thoát nước và độ bền
28T
chống cắt cho bởi τ =c u( ϕu = 0) Ổn định dài ngày xảy ra trong điều kiện
không thoát nước của đất sét bão hòa (theo phương pháp ứng suất tổng hay
(ϕ =u 0) hoặc khi mực nước hạ thấp đột ngột (phân tích theo phương pháp ứng
suất hiệu quả)
Hình 2-3 Các dạng mặt phá hoại
29T
a ) M ặt phẳng; b) Cung tròn; c) Không theo quy tắc; d) Hỗn hợp
d)
Trang 33kính và tâm khác nhau (hình 2.4) Một số cung sẽ qua chân mái dốc, còn một
số khác sẽ cắt mặt đất ở phía trước chân mái dốc Cung giới hạn là một cung
mà dọc theo nó phá hoại dễ xảy ra nhất và có hệ số an toàn thấp nhất
28T
Hình 2.5 là mặt cắt ngang mái dốc có cung trượt bán kính R, tâm O Khối trượt có trọng lượng W nằm trên cung trượt bị dịch chuyển và sự ổn định được đánh giá bằng hệ sô an toàn F được tính theo:
F Momen phahoai W d
Hình 2-4 Các cung trượt có bán kính
và cung khác nhau
Hình 2-5 Phân tích ứng suất
tổng phi(u) = 0
Trang 34Hình 2-6 Ảnh hưởng của khe nứt căng trong phân tích ứng suất tổng
2 0
1 2
W d P y
θ
= + (2.10)
Trang 35Vì ứng suất thay đổi theo mặt trượt thử, nên coi khối trượt như là một dãy các mảnh cung trượt AB (hình 2.7a) có tâm ở bán kính R được chia thành các mảnh có bề rộng b bằng nhau Các lực tác dụng lên một mảnh có chiều dài 1m (hình 2.7b) gồm có:
Trang 36là tăng hệ số an toàn lên khi dùng phương pháp phân tích đơn giản
Trang 37Cân bằng theo phương đứng:
0 W-N'cos cos hd sin
'
c
ul F
N
tg F
1
c b W ub tg F
tg tg W
F
α ϕ α
=
+
Trang 38Việc tính bắt đầu bằng giả thiết một giá trị thử cho F ở phía tay phải rồi dùng quá trình lặp để hội tụ giá trị F thực cho một cung thử đã cho Đó là cách làm thông dụng trong các chương trình được thiết kế cho sử dụng máy tính Hiện nay đã có các chương trình máy tính có khả năng giả quyết cho điều kiện nhiều lớp, có tải trọng phụ trên mặt đất, áp lực mức lỗ rỗng phân bố thay đổi Trong các bài toán, chấp nhận lấy giá trị trung bình không đổi cho
ru Hệ số an toàn tính theo phương pháp này hơi thấp, nhưng sai số thường không quá 3% (trừ trường hợp đáy cung phá hoại sâu, F nhỏ hơn đơn vị )
Hệ số an toàn thấp hơn nhưng chính xác hơn nếu có tính đến các thay đổi của lực thấm lên mảnh và ở trong mảnh Tuy nhiên phương pháp tinh vi này phụ thuộc nhiều vào việc đánh giá đúng áp lực nước lỗ rỗng
Trang 39nhỏ hơn độ ẩm tốt nhất, u0 hầu như bằng không, khi đó r u =B Giá trị r u
có thể giảm do tăng tốc độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng bằng cách kết hợp các lớp thoát nước
h r
h
γγ
Trong trường hợp mực nước bị hạ thấp nhanh chóng, nước trong đất có
xu hướng thấm ngược về hồ chứa qua mái thượng lưu Dù thời gian diễn ra là vài tuần vẫn có sự biến đổi "nhanh" về phàn bố áp lực nước lỗ rỗng (có thể dùng lại lưới thấm cho điều kiện thấm ổn định trước khi hạ thấp mực nước)
Từ hình 2.10 thấy rằng áp lực nước lỗ rỗng tại điểm P (trên một cung trượt thử) trước khi hạ thấp mực nước, đươc tính theo biểu thức:
u =γ h+ −h n
Hình 2-9 Áp lực nước lỗ rỗng tại dòng thấm ổn định
Trang 40Vì h' thường quá nhỏ nên có thể bỏ
qua và ru có giá trị trong khoảng 0,3
lực nước lỗ rỗng trung bình ru là quan
trọng, đặc biệt khi dùng các phương
pháp do Bishop và Morgenstern đề
nghị Bromhead (1980) đưa ra phương
pháp cho một lời giải có hệ thống và
Hình 2-11 Áp lực nước lỗ rỗng sau khi hạ nhanh mực nước ngầm