Luận văn thạc sĩ Công trình thủy: Biến dạng của nền đất xung quanh hố móng khi hạ mực nước ngầm trong móng sâu

1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học do chính tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tôi xin cam đoan các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Lê Hữu Bính 2 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cám ơn các thầy hướng dẫn khoa học đặc biệt là người thầy hướng dẫn chính TS. Nguyễn Kế Tường đã tận tâm hướng dẫn khoa học, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. Tôi cũng xin bày tỏ sự biết ơn tới sự quan tâm của Khoa Đào tạo sau đại học – Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh và sự ủng hộ của bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm luận án. Cuối cùng tôi xin chân thành cám ơn đến gia đình đã động viên ủng hộ tôi trong thời gian làm luận án. 3 MỤC LỤC Trang bìa……………………………………………………… ………………….…… 0 LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI CẢM ƠN 2 MỤC LỤC HÌNH VẼ 6 MỤC LỤC BẢNG BIỂU 7 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NHỮNG BIẾN ĐỘNG CỦA NỀN QUANH CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG. 8 1.1.Đào hố móng sâu 8 1.1.1. Khái niệm hố móng sâu: 8 1.1.2. Biện pháp chắn giữ thành hố móng: 8 1.1.3. Biện pháp hạ mực nước ngầm trong thi công hố móng sâu: 12 1.2.Lấp hố móng sâu: 14 1.2.1 Ngừng hạ mức nước ngầm: 14 1.2.2. Ngừng hạ mức nước ngầm và lấp đất: 14 1.3. Biến dạng của đất nền xung quanh hố móng: 14 1.3.1.Biến dạng của đất nên xung hố móng do việc đào hố móng gây ra: 14 1.3.2.Biến dạng của đất nên xung hố móng do việc lấp hố móng gây ra: 16 1.4. Những vấn đề còn tồn tại chưa được giải quyết: 16 1.4.1. Hệ thống chắn giữ thành hố móng. 16 1.4.2. Hạ mực nước ngầm trong thi công hố móng. 17 4 1.5. Tính cấp thiết của đề tài. 17 1.6. Mục tiêu nghiên cứu. 20 1.7. Hạn chế của đề tài và phương hướng phát triển 21 Chương 2:CƠ SỞ TÍNH TOÁN CỦA LUẬN VĂN ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 22 2.1. Khái niệm về dòng thấm 22 2.1.1. Tổng quan về sự phát triển của lý thuyết thấm 22 2.1.2. Định luật về thấm và các phương trình cơ bản: 26 2.1.3. Các khái niệm cơ bản của bài toán thấm: 29 2.1.4. Tính toán chuyển động ổn định dòng thấm trong điều kiện đất đồng nhất: 32 2.1.5. Chuyển động ổn định dòng thấm trong đất không đồng nhất: 34 2.1.6. Chuyển động dòng thấm ổn định vào hố móng 35 2.2. Các biến hình thấm thông thường: 37 2.2.1. Xói ngầm cơ học 38 2.2.2.Xói tiếp xúc 38 2.2.3. Hiện tượng đất chảy 38 2.3.4. Trường hợp đặc biệt khác 40 2.4. Đặc trưng biến dạng của đất 42 2.5. Khử nước ngầm trong hố móng 45 Chương 3: TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG VÀO TÍNH TOÁN HỐ MÓNG 52 3.1. Khái niệm về chuyển dịch đất nền xung quanh hố móng 52 3.1.1. Các nguyên nhân gây ra chuyển dịch đất nền xuông quanh hố móng: 52 3.1.2. Chuyển vị của công trình chắn gữi: 52 3.1.3. Hạ mực nước ngầm trong thi công hố móng sâu: 52 5 3.1.4. Áp lực đất chủ động của Rankine (giả thiết tường không có ma sát): 59 3.1.5. Độ lún do hạ mực nước ngâm gây ra xung quanh hố móng: 60 3.2. Ứng dụng vào tính toán thực tế : 62 3.3. Phương pháp làm giảm biến dạng đất nền xung quanh hố móng: 97 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100 4.1. Mục tiêu mà đề tài đạt được 100 4.1. Hạn chế của đề tài và phương hướng phát triển 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 6 MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sự cố tầng hầm cao ốc Bến Thành TSC 20 Hình 1.2: Sự cố tầng hầm cao ốc Pacific 20 Hình 2.1: Sơ đồ lưới thấm của nước dưới đất 31 Hình 2.2: Sơ đồ dòng thấm vào hố móng hoàn chỉnh 35 Hình 2.3 : Sơ đồ dòng thấm vào hố móng không hoàn chỉnh 36 Hình 2.4: Giếng hút không hoàn chỉnh 1 hàng với 1 nguồn nước 46 Hình 2.5 :Giếng không hoàn chỉnh bố trí 1 hàng ở giữa 2 nguồn nước 48 Hình 2.6: Giếng hoàn chỉnh, 1 giếng với nguồn nước hình tròn bao quanh 51 Hình 3.1:Mô hình bán kính ảnh hưởng của giếng điểm 53 Hình 3.2:Mô hình hạ nước ngầm của hệ thống giếng điểm. 54 Hình 3.2: Mặt bằng biểu diễn bán kính vòng tròn tương đương 57 Hình 3.3: Nhóm giếng hạ mức nước ngâm hoàn chỉnh 58 Hình 3.4: Áp lực bị động tác dụng lên tường chắn 59 Hình 3.5 : Mặt cắt địa chất HK1 – HK3 64 Hình 3.6 : Mặt cắt địa chất HK2 – HK4 65 Hình 3.7 : Mặt cắt địa chất HK3 – HK4 66 Hình 3.9: Hình chiếu đứng của sơ đồ làm việc của giếng điểm 69 Hình 3.10: Sơ đồ diễn biến của độ lún của đất nền xung quanh hố móng ứng với h max =6m 80 Hình 3.11: Sơ đồ diễn biến của độ lún của đất nền xung quanh hố móng ứng với h max =10m 94 Hình 3.12: Sơ đồ diễn biến của độ lún của đất nền xung quanh hố móng. 96 Hình 3.13: sơ đồ bổ sung nước cho nước ngầm ngăn ngừa phá hoại cho công trình xung quanh 98 7 MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Trị số J KCP theo đất nền và cấp công trình 41 Bảng 3.1:Giá trị  phụ thuộc B L 57 Bảng 3.2 : Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất 63 Bảng 3.3: Giá trị của ứng suất gây lún do bốn hình chữ nhật nay gây ra ứng với h max =6m 73 Bảng 3.4: Tổng độ lún của nền đất xung quanh hố móng với h max =6m 74 Bảng 3.5: Giá trị ứng suất tổng gây lún tại điểm M ứng với h max =6m 76 Bảng 3.6:Kết quả lún tổng cộng tại vị trí M ứng với h max =6m 76 Bảng 3.7: giá trị ứng suất tổng tại vị trí N ứng với h max =6m 77 Bảng 3.8: Kết quả lún tổng cộng tại vị trí N ứng với h max =6m 78 Bảng 3.9: giá trị ứng suất tổng tại vị trí P ứng với h max =6. 79 Bảng 3.10: Kết quả lún tổng cộng tại vị trí P ứng với h max =6. 79 Bảng 3.11: Giá trị ứng suất tổng tại vị trí 0 ứng với h max =10. 85 Bảng 3.12: Kết quả lún tổng cộng tại vị trí 0 ứng với h max =10. 86 Bảng 3.13: Giá trị ứng suất tổng tại vị trí M ứng với h max =10. 88 Bảng 3.14: Kết quả lún tổng cộng tại vị trí M ứng với h max =10. 89 Bảng 3.15: Giá trị ứng suất tổng tại vị trí N ứng với h max =10. 90 Bảng 3.16: Kết quả lún tổng cộng tại vị trí N ứng với h max =10. 91 Bảng 3.17: Giá trị ứng suất tổng tại vị trí P ứng với h max =10. 92 Bảng 3.18: Kết quả lún tổng cộng tại vị trí P ứng với h max =10. 93 Bảng 3.19: Kết quả tính toán các bài toán còn lại 95 8 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NHỮNG BIẾN ĐỘNG CỦA NỀN QUANH CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG. 1.1. Đào hố móng sâu 1.1.1. Khái niệm hố móng sâu: Hố móng sâu là hố móng có độ sâu đặt chân móng lớn hơn 6m ,trong thực thế có nhiều hố móng có độ sâu ít hơn 6m nhưng phải đào trong đất có điều kiện chất công trình và địa chất thủy văn phức tạp cũng phải ứng xử như đối với hố móng sâu. 1.1.2. Biện pháp chắn giữ thành hố móng: Kết cấu chắn giữ thường thì có tính chất tạm thời thường chỉ có tính chất tạm thời, khi thi công xong là hết tác dụng. Một số vật liệu làm kết cấu chăn giữ có thể được sử dụng lại, như cọc bản thép và những phương tiện chắn giữ theo kiểu công cụ. Nhưng cũng có một số kết cấu chắn giữ được chôn lâu dài ở trong đất như cọc bê tông cố thép ứng lực trước, cọc khoan nhồi, cọc trộn xi măng đất và tường liên tục trong đất. Cũng có cả loại khi thi công móng thì là kết cấu chắn giữ hố móng, thi công xong sẽ trở thành một bộ phận của kết cấu vĩnh cửu, làm thành tường ngoài các phòng ngầm kiểu phức hợp như tường liên tục trong đất. Các công trình chắn giữ phải thõa mãn các điều kiện an toàn như yêu cầu về cường độ bản thân, tính ổn định và sự biến dạng của kết cấu chắn giữ, đảm bảo an toàn cho công trình xung quanh. 1.1.2.1. Chắn giữ bằng cọc trộn dưới sâu: Cọc trộn dưới sâu là phương pháp mới để gia cố nên đất yếu, nó sử dụng xi măng, vôi để làm chất đóng rắn, nhớ vào máy trộn dưới sâu để trộn cưỡng bức đất yếu với chất đóng rắn, lợi dụng một số loại phản ứng hóa học – vật lí xảy ra giũa chất đóng rắn với đất, làm cho đất mềm đóng rắn lại thành một thể cọc có tính chỉnh thể, tính ổn định và có cường độ nhất định. 9 Ở Việt Nam, đầu những năm 80 đã dùng kỹ thuật này của hãng Linden-Alimak (thủy điển) làm cọc xi măng/vôi đất đường kính 40cm, sâu 10m cho công trình nhà 3-4 tầng và hiện nay đang liên doanh với công ty Herculec(thủy điểm) làm loại cọc này sâu đến 20m bằng hệ thống tự động từ khâu khoan, phun xi măng và trộn tại khu công nghiệp Trà Nóc (Cần Thơ) với tổng chiều dài cọc gần 50.000m. Phương pháp trộn dưới sâu thích hợp với các loại đất được hình thành từ các nguyên nhân khác nhau như đất sét dẻo bão hòa, bao gồm bùn nhão, đất bùn, đất sét và đất sét bột Độ sâu gia cố từ vài mét đến 50-60m. Nhìn chung nhận thấy khi gia cố loại đất yếu khoảng vật đất sét có chứa đá cao lanh, đá cao lanh nhiều nước và đá măng tô thì hiệu quả tương đối cao. Gia cố đất loại đất sét có chứa đá ilic, có chất chloride và hàm lượng chất hữu cơ cao, độ trung hòa (độ pH) tương đối thấp thì hiệu quả kém hơn. Nguyên lí cơ bản của việc gia cố xi măng đất là xi măng sua khi trộn với đất sẽ sinh ra một loạt phản ứng hóa học rồi dần dần đóng rắn lại. Theo kết quả thí nghiệm đất xi măng ở phòng: dung trọng xi măng đất hơi lớn hơn đất mềm, ước lớn hơn đất mềm 0,7%-2,3%, hàm lượng nước nhỏ hơn đất mềm. Cường độ chịu nén không hạn chế nở hông q u thường là (0,5-4)MPa, cường độ chịu kéo (0,15 0,25) tu q   , lực dính kết (0,2 0,3) u cq , góc ma sát trong 00 20 30   ,mô đun biến dạng 50 (120 150) u Eq ( 50 E là mô đun biến dạng khi ứng suất của xi măng đất đạt đến 50% trị số phá hủy), hệ số thẩm thấu k = 10 -7 - 10 -6 cm/s. 1.1.2.2. Chắn giữ bằng cọc hàng: Khi đào hố móng, ở những chỗ không tạo được mái dốc hoặc do hiện trường hạn chế không thể chắn giữ bằng cọc trộn được, khi độ sâu khoảng 6-10m thì có thể chắn giữ bằng cọc hàng. Chắn giữ bằng cọc hàng có thể dùng cọc khoan nhồi, cọc đào bằng nhân công, cọc bản bê tông đúc sẵn hoặc cọc bản thép Kết cấu chắc giữ bằng cọc hàng có thể chia làm:  Chắc giữ bằng cọc hàng theo kiểu dẫy cột  Chắc giữ bằng cọc hàng liên tục  Chắc giữ bằng cọc hàng tổ hợp 10 trong ba loại kết cấu được sử dụng cho công trình hố móng có độ sâu khác nhau, với kết cấu chắn giữ bằng hàng cọc theo kiểu dẫy cột được sử dụng cho hố móng có đất nền tương đối tốt và mực nước ngầm tương đối thấp.ngược lại với kiểu chắn giữ cọc hàng tổ hợp sử dụng cho địa chất hố móng phức tạp, mực nước ngầm ở độ sâu lớn. Căn cứ vào độ sâu đào hố, địa chất và tình hình chịu lực của kết cấu, chắn giữ bằng hàng cọc có thể chia làm mấy loại sau đây:  Kết cấu chắn giữ không có chống (conson): khi độ sau đào hố móng không lớn và có thể lợi dụng được tác dụng conson để chắn giữ được thể đất ở phía sau tường  Kết cấu chắn giữ có chống đơn:khi độ sâu đào hố móng lớn hơn, không thể dùng được kiểu không chống thì có thể dùng một loại chống đơn trên đỉnh của kết cấu chắn giữ(hoặc dùng neo kéo).  Kết cấu chắn giữ nhiều tầng chống: khi độ sâu đào móng là khá sâu, có thể đặt nhiều tầng chống, nhằm giảm bớt nội lực của tầng chắn. Căn cứ vào thực tiễn thi công ở vùng đất yếu, với độ sâu hố đào lớn hơn 6m, khi điều kiện hiện trường có thể cho phép thì nên áp dụng kiểu tường chắn bằng cọc trộn dưới sâu kiểu trọng lực là hợp lý nhất. Khi điều kiện hiện trường bị hạn chế, cũng có thể dùng cọc conson khoan lỗ hàng dày đường kính 600mm, giữa hai cọc được chèn kín bằng cọc rễ cây, cũng có thể làm thành màng ngăn nước bằng cách bơm vữa hoặc cọc trộn xi măng ở phía sau cọc nhồi: Với loại hố móng có độ sâu 4-6m, căn cứ vào điều kiện hiện trường và hoàn cảnh xung quanh có thể dùng loại tường chắn bằng cọc trộn dưới sâu trọng lực hay có thể đóng cọc BTCT đúc sẵn hoặc cọc bản thép, sau đó ngăn thấm nước bằng bơm vữa hoặc tăng thêm cọc trộn, đặt một đường dầm quây và thanh chống, cũng có thể dùng cọc khoan lỗ  600mm, phía sau dùng cọc nói trên để ngăn thấm, ở đỉnh cọc đặt 1 đường dầm quây và thanh chống. Với loại hố móng có độ sâu 6-10m, thường dùng cọc khoan lỗ đường kính  800-1000mm, phía sau có cọc trộn dưới sâu hoặc bơm vữa chống thấm, đặt 2-3 tầng thanh chống, số tầng chống tùy theo điều kiện địa chất, hoàn cảnh xung quanh và yêu cầu biến dạng của kết cấu quây giữ mà xác định. Với loại hố móng có độ sâu trên 10m, trước đây hay dùng tường ngầm liên tục trong đất, có nhiều tầng thanh chống, tuy là chắc chắn [...]... hạn cho phép  Nếu dùng tường liên tục trong đất chỉ để làm tường chắn đất tạm thời trong giới trong giai đoạn thi công thì giá thành khá cao, không kinh tế 1.1.3 Biện pháp hạ mực nước ngầm trong thi công hố móng sâu: Khi thi công hố móng và móng công trình, thường phải đào đất ở phía dưới mực nước ngầm, nhất là đối với nhà cao tầng, móng đặt sâu, số tầng ngầm dưới đất khá nhiều Khi thi công, nếu nước. .. lực bản thân của đất tác dụng lên đất móng, sẽ giảm được một phần sự đẩy nổi đấy móng, gây ra biến dạng xung quanh ở dung quanh vì sự hao hụt đất nền ở xung quanh do dòng thấm mang vào và khi lấp đất thì trả lại một phần áp lực bị động làm giảm sự chuyển dịch của tường cừ 1.3 Biến dạng của đất nền xung quanh hố móng: Biến dạng đất nên xung quanh hố móng do hai yếu tố cơ bản gây ra đó là hệ thống chắn... của đất nền xung quanh hố móng sâu do hạ mực nước ngầm gây ra 21  Xác định các nguyên nhân sự cố do việc hạ mực nước ngầm, đưa ra các biện pháp khắc phục để không xẩy ra các sự cố đáng tiếc  Giới thiệu với các nhà tkiết kế về sự làm việc của đất nền xung quanh hố móng khi hạ mực nước ngầm 1.7 Hạn chế của đề tài và phương hướng phát triển Do thời lượng quy định thực hiện luận văn có hạn, luận văn. .. vào trong đấy hố móng, sẽ tạo nên áp lực đẩy nổi sẽ là trượt móng của công trình nếu không được tính toán kỹ thời gian ngừng hạ và phương pháp lấp hố móng Mặt khác khi nước ngầm trong hố móng tăng lên sẽ làm giảm áp lực bị động của đất bên trong hố móng làm chuyển dịch đất nên ở bên trên tường cừ 1.2.2 Ngừng hạ mức nước ngầm và lấp đất: Cũng tương tự như việc ngừng hạ mực nước ngầm nhưng có lấp đất. .. cho công trình xung quanh công trình 1.4.2 Hạ mực nước ngầm trong thi công hố móng Nước ngầm có ảnh hưởng rất quan trọng không chỉ trong việc thi công giữ ổn định vách đất, đào đất hố móng mà còn rất quan trọng trong khâu thiết kế Nếu đất không có nước thì kết cấu sẽ được an toàn hơn nhiều Nên đã có rất nhiều nghiên cứu về nước ngầm đối với sự ổn định của hố móng Nhưng chưa có một công trình nào nghiên... nước ngầm ngấm vào trong hố móng làm cho hố móng bị ngập nước nên hạ thấp cường độ của đất nền, tính nén co tăng lên, công trình sẽ bị lún quá lớn, hoặc tăng ứng suất trọng lượng bản thân của đất, tạo ra lún phụ thêm của móng, những điều đó sẽ trực tiếp ảnh hưởng đến an toàn của công trình xây dựng Do đó, khi thi công hố móng cần thiết phải có biện pháp hạ mực nước ngầm và thoát nước tích cực để cho móng. .. thống chắn giữ và sự dịch chuyển của nước ngầm (dòng thấm) gây ra sự chuyển dịch đất nên xung quanh hố móng làm hư hại, có thể dẫn đến sự sụp đỗ hoàn toàn công trình bên cạnh 1.3.1 Biến dạng của đất nên xung hố móng do việc đào hố móng gây ra: Khi đào đất sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất – biến dạng của đất tự nhiên dưới tác dụng trọng lượng bản thân của đất Đáy hố đào được giải phóng khỏi tải trọng... hoại đất nền của móng các công trình lân cận, khi n cho các công trình đó bị biến dạng, bị sụp lún, thậm chí bị phá hoại Đó là nguyên nhân sự cố công trình, một bài học đắt giá Tóm lại, ba trường hợp sự cố trên đều do việc thiết kế và thi công tường vây và hạ mực nước ngầm thi công hố móng không tốt tạo ra tình trạng chênh áp lực nước lớn giữa trong và ngoài hố đào sâu, nước phun mạnh từ đáy hố lên... từ đáy hố đào trở xuống cũng làm thay đổi về chất độ cứng của ván cừ và có ảnh hưởng tới chuyển dịch của đất bên ngoài theo cả hai phương thẳng đứng và nằm ngang 1.3.2 Biến dạng của đất nên xung hố móng do việc lấp hố móng gây ra: Việc lấp hố móng gồm có hai công việc đó là ngừng hạ nước ngầm và lấp đất cho hố móng để lấy mặt bằng để xây dựng các kết cấu khác của công trình Việc ngừng hạ mước ngầm là... và đưa ra các nguyên nhân của sự dịch chuyển của đất nền xung quanh hố móng do nước ngầm gây ra.Và đưa ra các biện pháp hạ mực nước ngầm thích hợp với công nghệ chắn giữ hố móng Do thời gian có hạn chưa đưa ra các bài toán với nhiều giả thiết địa chất và hố móng khác nhau và chưa đưa ra được các yếu tố thiên nhiên bất lợi trong việc thi công hố móng Hướng phát triển của luận văn là đưa vào các giả thiết . công hố móng sâu: 12 1.2.Lấp hố móng sâu: 14 1.2.1 Ngừng hạ mức nước ngầm: 14 1.2.2. Ngừng hạ mức nước ngầm và lấp đất: 14 1.3. Biến dạng của đất nền xung quanh hố móng: 14 1.3.1 .Biến dạng của. NHỮNG BIẾN ĐỘNG CỦA NỀN QUANH CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG. 1.1. Đào hố móng sâu 1.1.1. Khái niệm hố móng sâu: Hố móng sâu là hố móng có độ sâu đặt chân móng lớn hơn 6m ,trong thực thế có nhiều hố móng. tường cừ. 1.3. Biến dạng của đất nền xung quanh hố móng: Biến dạng đất nên xung quanh hố móng do hai yếu tố cơ bản gây ra đó là hệ thống chắn giữ và sự dịch chuyển của nước ngầm (dòng thấm)