Đánh giá ảnh hưởng các thông số của neo đến chuyển dịch, nội lực của tường vây trong thi công nhà ga ngầm của tuyến metro số 1 bến thành suối tiên

Tường tầng hầm Barrette là tường bê tông cốt thép đổ tại chỗ vây xung quanh công trình, có thể kết hợp với các neo để giữ tường vào đất hoặc thanh chống.Việc xác định momen và chuyển vị

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn của tôi với đề tài“Đánh giá ảnh hưởng các thông s ố neo đến chuyển dịch, nội lực của tường vây trong thi công nhà ga ngầm

c ủa tuyến metro số 1:Bến Thành –Suối Tiên” không sao chép, trùng lặp với các luận văn đã được bảo vệ

Tác gi ả

TR ẦN HOÀNG HẢI

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất cả các thầy cô giáo của Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM vì những giúp đỡ và chỉ dẫn tận tình, hữu ích trong suốt quá trình học tập cũng như tiến hành làm luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Bá Hoàng, Thầy TS Nguyễn Thành Đạt đã trực tiếp hướng dẫn, có những ý kiến đóng góp quý báu cũng như tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu và động viên tác giả trong quá trình hoàn thành luận văn

Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi gặp nhiều khó khăn trong việc tiếp cận những kiến thức mới và hướng giải quyết cho đề tài Nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy Phùng Mạnh Tiến, tôi nắm bắt được nhiều kiến thức và do đó có thể hoàn thành được đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy

Xin gửi lời cảm ơn đến Thầy cô Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Tp.HCM đã chỉ dạy cho tôi những kiến thức bổ ích trong quá trình học tập tại trường

Xin cảm ơn bạn bè đồng nghiệp, gia đình và những người thân đã luôn khuyến khích, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

MỤC LỤC

L ỜI CAM ĐOAN 1

L ỜI CẢM ƠN 2

M Ở ĐẦU 8

CH ƯƠNG 1: 10

T ỔNG QUAN VỀ TƯỜNG TRONG ĐẤT CÓ NEO 10

1.1 Tổng quan tường trong đất 10

1.1.1 Tổng quan 10

1.1.2 Ưu, nhược điểm của tường trong đất 11

1.1.3 Các loại tường trong đất 13

1.1.4 Quy trình thi công xây dựng tường liên tục trong đất 18

1.2 Neo trong đất 19

1.2.1 Tổng quan về neo (neo trong đất) 19

1.2.2 Cấu tạo neo đất 22

1.2.3 Ưu nhược điểm của neo trong đất 23

1.2.5 Ứng dụng của neo trong đất 24

CH ƯƠNG II: 25

CÁC PH ƯƠNG PHÁP TÍNH TƯỜNG TRONG ĐẤT CÓ NEO HIỆN HÀNH 25

2.1 Lý thuyết công nghệ tường trong đất 25

2.1.1 Tính toán ổn định của vách hố đào 25

2.1.2 Tính toán ổn định của kết cấu chắn giữ 25

2.1.3 Kiểm tra ổn định chảy thấm của hố đào 26

2.1.4 Khả năng chịu lực của thanh neo 27

2.2 Lý thuyết tải trọng tác dụng lên tường vây 30

2.2.1 Nguyên lý tính toán áp lực đất chủ động Coulomb 31

2.2.2 Nguyên lý tính toán áp lực đất bị động 34

2.3 Tính toán thiết kế tường liên tục trong đất 36

2.3.1 Phương pháp giải tích (phương pháp Sachipana - Nhật) 36

2.3.2 Phương pháp đường đàn hồi 37

2.3.3 Phương pháp tính lực trục thanh chống, nội lực thân tường biến đổi theo quá trình đào móng 39

2.3.4 Phương pháp phần tử hữu hạn 41

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng của neo đến nội lực của tường 44

2.4.1 Số tầng thanh neo 44

2.4.2 Khoảng cách thanh neo 44

2.4.3 Góc nghiêng 45

CH ƯƠNG 3 46

NGHIÊN C ỨU ẢNH HƯỞNG NEO ĐẾN KẾT CẤU TƯỜNG TRONG ĐẤT CÓ NEO C ỦA NHÀ GA BA SON THUỘC TUYẾN METRO SỐ 1: BẾN THÀNH –SUỐI

TIÊN 46

3.1 Giới thiệu dự án tuyến metro Số 1: Bến Thành –Suối Tiên 46

3.2 Mô hình tính toán bằng phần mềm PTHH Plaxis 47

3.2.1 Mô hình bài toán 47

3.2.2 Bài toán 1: Phân tích ảnh hưởng khi thay đổi chiều dài bầu neo đến chuyển vị và monen của tường 55

3.2.3 Bài toán 2: Phân tích ảnh hưởng khi thay đổi khoảng cách các neo theo phương ngang đến chuyển vị và monen của tường 59

3.2.4 Bài toán 3: Phân tích ảnh hưởng của lực ứng trước của neo đến chuyển vị và monen của tường 63

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67

4.1 Kết luận 67

4.2 Kiến nghị 68

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 69

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tường trong đất của tầng hầm nhà cao tầng 12

Hình 1.2 Tường chắn bằng cọc trộn xi măng đất, 13

Hình 1.3 Tường chắn bằng cọc bê tông cốt thép 15

Hình 1.4 Chắn giữ bằng tường liên tục trong đất 16

Hình 1.5 Neo đất của tầng hầm nhà cao tầng 20

Hình 1.6 Sơ đồ cấu tạo neo 22

Hình 1.7 Chi tiết đầu neo 22

Hình 2.1 Sơ đồ tính ổn định kết cấu chắn giữ 25

Hình 2.2 Sơ đồ kiểm tra chảy thấm hố móng 27

Hình 2.3 Sơ đồ xem bầu neo là hình trụ tròn 28

Hình 2.4 Nguyên lý chịu lực của thanh neo 28

Hình 2.5 Sơ đồ thiết kế thanh neo 30

Hình 2.6 Tính toán áp lực đất chủ động trong trường hợp đất rời 31

Hình 2.7 Tính toán áp lực đất chủ động trong trường hợp mái đất dính 33

Hình 2.8 Tính toán áp lực đất bị động 30

Hình 2.9 Sơ đồ tính toán theo phương pháp Sachipana 36

Hình 2.10 Sơ đồ tính toán theo phương pháp đàn hồi 38

Hình 2.11 Sơ đồ tính toán theo phương pháp tính lực trục thanh chống 39

Hình 2.12 Phần tử đất và điểm ứng suất của phần tử 15 nút (a), 6 nút (b) 41

Hình 3.1 Dự án tuyến Metro Số 1: Bến Thành – Suối Tiên 47

Hình 3.2 Mặt cắt ngang hố đào 49

Hình 3.3 Giai đoạn 1 51

Hình 3.4 Giai đoạn 2 52

Hình 3.5 Giai đoạn 3 52

Hình 3.6 Giai đoạn 4 53

Hình 3.7 Giai đoạn 5 53

Hình 3.8 Giai đoạn 6 54

Hình 3.9 Giai đoạn 7 54

Hình 3.10 Biểu đồ momen và chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn 7 theo mô hình của Moh-Colum 55

Hình 3.11 Biểu đồ chuyển vị ngang của tường sau thi hoàn thành đào theo mô hình của Moh-Colum 56

Hình 3.12 Biểu đồ momen uốn của tường sau thi hoàn thành đào theo mô hình của Moh-Colum 57

Hình 3.13 Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa chiều dài bầu neo (B) và chuyển vị (Ux) của tường 58

Hình 3.14 Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa chiều dài bầu neo (B) và momen uốn (M) của tường 58

Hình 3.15 Biểu đồ chuyển vị ngang của tường khi thay đổi khoảng cách cách neo (Ls) 60

Hình 3.16 Biểu đồ momen uốn của tường sau thi hoàn thành đào theo mô hình của Moh-Colum khi thay đổi khoảng cách neo (Ls) 61

Hình 3.17 Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa khoảng cách các neo (Ls) và chuyển vị (Ux) của tường 62

Hình 3.18 Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa khoảng cách các neo (Ls) và momen uốn (M) của tường 62

Hình 3.19 Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa biến thiên lực neo (F+∆F) và chuyển vị (Ux) của tường 65

Hình 3.20 Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa biến thiên lực neo (F+∆F) và momen uốn (M) của tường 65

DANH MỤC BẢNG BIỂU

B ảng 2.1 Trị số góc d 32

B ảng 3.1 Thông số địa chất ga Ba son 47

Bảng 3.2 Các đặc trưng của tường BTCT liên tục trong đất 50

Bảng 3.3 Các đặc trưng của đoạn chiều dài không liên kết 50

Bảng 3.4 Các đặc trưng của đoạn chiều dài liên kết 50

B ảng 3.5 Tổng hợp thay đổi chuyển vị và momen của tường 57

B ảng 3.6 Tổng hợp thay đổi chuyển vị và momen của tường do thay đổi khoảng cách neo (Ls) 61

B ảng 3.7 Các trường hợp khi thay đổi lực neo 63

B ảng 3.8 Biến thiên lực neo ảnh hưởng đến chuyển vị và momen của tường 64

MỞ ĐẦU

Tính c ấp thiết của đề tài

Hiện nay Việt Nam đang trong giai đoạn hội nhập và phát triển kinh tế, nên việc xây dựng cơ sở hạ tầng, các bến bãi đỗ xe, các công trình tiện ích đặc biệt là các nhà

ga ngầm phục vụ các tuyến tàu điện ngầm được các cấp chính quyền ưu tiên xây

dựng Một phần không thể thiếu trong công trình này là xây dựng hệ thống tầng

hầm Xây dựng các tầng hầm có nhiều mục đích như về nhu cầu sử dụng tầng hầm làm nơi để xe, trung chuyển hành khách để phục vụ các tuyến metro, nơi để thiết bị

hệ thống kỹ thuật Tường tầng hầm ( Barrette) là tường bê tông cốt thép đổ tại chỗ vây xung quanh công trình, có thể kết hợp với các neo để giữ tường vào đất hoặc thanh chống.Việc xác định momen và chuyển vị tường trong đất có neo phụ thuộc vào nhiều thông số của neo như khoảng cách giữa các neo, chiều dài bầu neo và lực kéo của neo

Việc xác định chuyển vị này có ý nghĩa quan trọng đến quá trình thi công và quá trình khai thác sử dụng của công trình, nó cũng góp phần tiết kiệm chi phí xây dựng

mà vẫn đảm bảo đủ khả năng chịu lực và đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Từ các công trình cụ thể mà chúng ta có thể áp dụng hoặc khuyến cáo sử dụng neo trong đất cho các công trình tương tự tại thành phố

M ục đích, nhiệm vụ nghiên cứu:

- Nghiên cứu áp dụng các lí thuyết về tính toán tường neo

- Áp dụng chương trình trên máy tính để mô phỏng và phân tích các bài

toán tương tự bằng phần mềm Plasix

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu là các công trình nhà ga ngầm có sử dụng hệ thống tường trong đất kết hợp với neo để chắn giữ và bảo vệ

Phạm vi nghiên cứu: tường mềm BTCT, tường trong đất có neo

N ội dung nghiên cứu:

- Đánh giá ảnh hưởng của chiều dài bầu neo, lực ứng trước của neo và khoảng cách ngang của neo đến momen và chuyển vị của hệ tường trong đất có neo

Hướng kết quả nghiên cứu:

- Kiến nghị và các giải pháp phù hợp hơn

Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài:

Đưa ra được cái nhìn chung về tính toán xác định ảnh hưởng của các thông số

của neo đến momen và chuyển vị tường trong đất có neo khi thi công và nhà ga

ngầm cho khu vực Tp HCM nói chung và tuyến metro số 1 nói riêng

Đưa ra được kết luận và kiến nghị phù hợp nhất

B ố cục bài luận văn gồm 4 chương

Chương 1: Tổng quan về tường, neo trong đất

Chương 2: Các phương pháp tính tường,neo trong đất

Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng neo trong đất đến kết cấu tường trong đất có neo Chương 4: Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG TRONG ĐẤT CÓ NEO 1.1 Tổng quan tường trong đất

1.1.1 Tổng quan [3]

Tường trong đất có nhiều loại được phân chia theo các tiêu chí khác nhau (ví

dụ: tường trọng lực, tường công xôn, tường cứng, tường mềm ngoài ra còn các

kiểu đặc biệt như tường làm từ các hàng cọc liên tiếp hay cách quãng, tường trong đất có dự ứng lực)

Tường trong đất để làm tầng hầm nhà ga ngầm thường là tường bêtông đổ tại

chỗ, dày 800-2500mm để chắn giữ ổn định hố móng sâu trong quá trình thi công Tường được làm từ các đoạn cọc barette, tiết diện chữ nhật, chiều rộng thay đổi từ 2.6 m đến 5.0m Các đoạn cọc barrette được liên kết chống thấm bằng gioăng cao

su, thép và làm việc đồng thời thông qua dầm đỉnh tường và dầm bo đặt áp sát tường phía bên trong tầng hầm Trong trường hợp 02 tầng hầm, tường trong đất thường được thiết kế có chiều sâu 16 - 20m tuỳ thuộc vào địa chất công trình và

phương pháp thi công Khi tường trong đất chịu tải trọng đứng lớn thì tường được thiết kế dài hơn, có thể dài trên 40m để chịu tải trong như cọc khoan nhồi

Tường trong đất bằng bê tông cốt thép quây lại thành đường khép kín với các

hệ thanh neo sẽ có thể chắn đất, ngăn nước, rất thuận tiện cho việc thi công hố móng sâu Có thể kết hợp tường trong đất làm tầng hầm cho các nhà cao tầng hoặc làm kết cấu chịu lực cho công trình

Tường trong đất là giải pháp hữu hiệu khi xây dựng tầng hầm của công trình nhà ga ngầm Việc xây dựng tầng hầm nhằm đáp ứng các nhu cầu sử dụng cụ thể như sau:

- Về mặt sử dụng:

+ Làm gara để xe ô tô

+ Làm tầng phục vụ sinh hoạt công cộng, bể bơi, quầy bar

+ Làm tầng kĩ thuật đặt các thiết bị máy móc

+ Làm hầm trú ẩn khi có chiến tranh, hoặc phòng vệ, phục vụ an ninh quốc phòng

-Về mặt kết cấu:

Giải pháp nhà cao tầng có tầng hầm, trọng tâm của công trình hạ thấp, do đó làm tăng tính ổn định của công trình, đồng thời làm tăng khả năng chịu tải trọng ngang, tải trọng gió và chấn động địa chất, động đất, cũng như khả năng chống

thấm tầng hầm cho công trình,…

-Về an ninh quốc phòng:

Sử dụng làm công sự chiến đấu khi có chiến tranh, chứa vũ khí, trang thiết

bị, các khí tài quân sự,… nhất là chống chiến tranh oanh tạc hiện đại

Việc xây dựng công trình sử dụng tường trong đất là hợp lý và cần thiết Làm các tầng hầm nhà cao tầng phải trở thành một công việc quen thuộc trong ngành xây dựng ở trên thế giới cũng như ở Việt Nam Nhà có tầng hầm đảm bảo được yêu cầu vệ sinh môi trường, hạn chế tiếng ồn, sử dụng đa chiều và giải quyết được vấn đề tiết kiệm đất xây dựng Từ đó cho thấy việc sử dụng tường trong cho các nhà cao tầng ở thành phố lớn là một nhu cầu thực tế và ưu việt trong ngành xây

dựng

Tường trong đất thường được sử dụng khi làm hố móng sâu trên 10m, yêu

cầu cao về chống thấm, chống lún và chống chuyển dịch của các công trình xây

dựng lân cận hoặc khi tường là một phần của kết cấu chính của công trình hoặc khi

áp dụng phương pháp Top - down

1.1.2 Ưu, nhược điểm của tường trong đất [3]

Nhược điểm của tường trong đất chủ yếu là do công nghệ thi công phức tạp,

khối lượng vật liệu lớn, đòi hỏi máy móc hiện đại và đội ngũ công nhân tay có nghề cao

Hình 1.1 Tường trong đất của tầng hầm nhà cao tầng [13]

1.1.3 Các loại tường trong đất [3]

1.1.3.1 Tường chắn bằng cọc trộn xi măng - đất:

Hình 1.2 Tường chắn bằng cọc trộn xi măng đất, [13]

Tường chắn bằng cọc trộn xi măng - đất một phương pháp mới để gia cố nền đất yếu, nó sử dụng xi măng, vôi để làm chất đóng rắn, lợi dụng một loạt phản ứng hóa học xảy ra giữa chất đóng rắn với đất, làm cho đất đóng rắn lại thành một thể cọc có dạng tường ổn định và có cường độ nhất định

Ưu điểm của phương pháp này là kinh tế, thi công nhanh, không có chất thải, lượng xi măng khống chế điều chỉnh chính xác, không có độ lún thứ cấp (nếu làm nền) không gây dao động đến công trình lân cận, thích hợp với đất có độ ẩm cao (> 75%) Kết cấu loại này không thấm nước không phải đặt thanh chống tạo điều kiện cho đào kết cấu chắn giữ được dễ dàng, hiệu quả kinh tế cao

Tuy nhiên chỉ phù hợp với hố đào có chiều sâu từ 5 - 7m, không phù hợp với những hố đào có chiều sâu lớn hơn

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

Ngoài chức năng giữ ổn định thành hố đào, cọc trộn xi măng đất còn được sử dụng trong các trường hợp sau:

- Giảm độ lún công trình

- Tăng khả năng chống trượt mái dốc

- Tăng cường độ chịu tải của nền đất

- Giảm ảnh hưởng chấn động đến công trình lân cận

- Tránh hiện tượng hoá lỏng của đất rời

- Cô lập phần đất bị ô nhiễm

Phương pháp này xuất hiện đầu tiên tại Mỹ sau đó được một số nước như Nhật Bản, Trung Quốc phát triển Tại Việt Nam đầu những năm 80 kỹ thuật này của hãng Linden - Alimak đã được áp dụng làm cọc ximăng/vôi đất đường kính 40cm, sâu 10m cho các công trình nhà 3 - 4 tầng, hiện nay Linden - Alimak và Hercules (Thụy Điển) liên doanh 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)

1.1.3.2 Tường chắn bằng cọc hàng: [3]

Hình 1.3 Tường chắn bằng cọc bê tông cốt thép [13]

Khi thi công công trình ngầm tại những chỗ không tạo được mái dốc hoặc hiện trường hạn chế không thể dùng cọc trộn được, khi chiều sâu công trình khoảng 6 - 10m thì có thể chắn giữ bằng cọc hàng Chắn giữ bằng cọc hàng có thể dùng cọc nhồi khoan lỗ, cọc bản BTCT hoặc cọc bản thép

Kết cấu chắn giữ bằng cọc hàng có thể chia làm các loại sau:

- Chắn giữ bằng cọc hàng theo kiểu dãy cột: Khi đất quanh hố tương đối tốt, mực nước ngầm thấp, có thể lợi dụng hiệu ứng vòm giữa hai cọc gần nhau để chắn đất

- Chắn giữ bằng cọc hàng liên tục: Trong đất yếu thường không thể hình thành được vòm đất, cọc chắn giữ phải thành hàng liên tục Cọc khoan lỗ dày liên tục có thể chồng tiếp vào nhau hoặc cọc bản thép, cọc bản BTCT

- Chắn giữ bằng cọc hàng tổ hợp: Trong vùng đất yếu mà có mực nước ngầm cao

có thể dùng cọc hàng khoan nhồi tổ hợp với tường chống thấm bằng cọc xi măng đất

Ưu điểm của phương pháp này là chất lượng vật liệu tin cậy, tốc độ thi công nhanh, thi công đơn giản, khả năng ngăn nước tốt Đối với loại cọc tạm thời có thể nhổ lên dùng lại nhiều lần, giá thành hạ Đối với loại cọc bằng BTCT có thể được dùng như kết cấu vĩnh viễn, độ cứng chống uốn lớn, độ dịch chuyển nhỏ ở đầu cọc Nhược điểm là chiều dài hạn chế nên không thể ứng dụng cho những công trình ngầm có độ sâu lớn Quá trình thi công có thể ảnh hưởng đến móng hoặc các công trình ngầm xung quanh, không dùng được trong điều kiện thành phố có xây chen Căn cứ vào thực tiễn thi công ở vùng đất yếu, với độ sâu hố đào < 6m, khi điều kiện hiện trường có thể cho phép thì áp dụng kiểu tường chắn bằng cọc BTCT đúc sẵn hoặc cọc bản thép là lý tưởng hơn cả Với hố đào có độ sâu 6 - 10m thường dùng cọc khoan lỗ φ800 - 1000mm, phía sau có cọc trộn dưới sâu hoặc bơm vữa chống thấm, đặt 2 - 3 tầng thanh chống, số tầng thanh chống tuỳ theo tình hình địa chất hoàn cảnh xung quanh và yêu cầu biến dạng của kết cấu mà xác định Kết cấu loại này đã ứng dụng thành công ở hố đào có độ sâu tới 13m

1.1.3.3 Tường liên tục trong đất: [3]

Hình 1.4 Chắn giữ bằng tường liên tục trong đất [13]

Công nghệ thi công tường liên tục trong đất là dùng các máy đào đặc biệt để đào móng có dung dịch giữ thành (như sét bentonite) thành những đoạn hào với độ dài

nhất định; sau đó cẩu lắp lồng cốt thép đã chế tạo sẵn trên mặt đất vào trong móng Dùng ống dẫn đổ bê tông trong nước cho từng đoạn tường, nối các đoạn tường với nhau bằng các đầu nối đặc biệt (như ống đầu nối hoặc hộp đầu nối), hình thành một bức tường liên tục trong đất bằng bê tông cốt thép Tường liên tục trong đất quây lại thành đường khép kín, sau khi đào móng cho thêm hệ thống thanh chống hoặc thanh neo sẽ có thể chắn đất ngăn nước, rất tiện cho việc thi công móng sâu Nếu tường liên tục trong đất lại kiêm làm kết cấu chịu lực của công trình xây dựng lại càng có hiệu quả kinh tế cao hơn

Công nghệ tường liên tục trong đất có các ưu điểm sau đây:

- Thân tường có độ cứng lớn, tính tổng thể tốt, do đó biến dạng của kết cấu và của móng đều rất ít, vừa có thể dùng được trong kết cấu bao che lại có thể dùng làm kết cấu chịu lực

- Thích dụng trong các loại điều kiện chất đất: Trong các lớp đất cát cuội hoặc khi phải vào tầng nham phong hoá thì cọc bản thép rất khó thi công, nhưng lại có thể dùng kết cấu tường liên tục trong đất thi công bằng các máy đào móng thích hợp

- Khi thi công chấn động ít, tiếng ồn thấp, ít ảnh hưởng các công trình xây dựng và đường ống ngầm ở lân cận xung quanh, dễ khống chế về biến dạng lún Đặc biệt thích hợp trong điều kiện đô thị chật hẹp, xây chen

- Có thể thi công theo phương pháp ngược (top - down), có lợi cho việc tăng nhanh tốc độ thi công, hạ thấp giá thành công trình

Nhưng, phương pháp thi công tường liên tục trong đất cũng có những nhược điểm cụ thể như sau:

- Không thể áp dụng trong đất có lẫn đá tảng kích thước lớn hoặc có hiện tượng castơ với các lỗ trống lớn, có mạch ngầm làm vữa sét chảy vào trong đất Trong bùn lỏng và cát chảy trên bề mặt hay trong đất nước áp lực với dòng thấm tốc độ lớn

- Việc xử lý bùn thải không những làm tăng chi phí cho công trình mà khi kỹ thuật phân li bùn không hoàn hảo hoặc xử lý không thoả đáng sẽ làm cho môi trường bị ô nhiễm

- Khi mực nước ngầm dâng lên nhanh mà mặt dung dịch giữ thành giảm mạnh, trong tầng trên có kẹp lớp đất cát tơi xốp, mềm yếu, nếu tính chất dung dịch không thích hợp hoặc đã bị biến chất, việc quản lí thi công không thoả đáng, đếu có thể dẫn đến sụt lở thành móng, lún mặt đất xung quang, nguy hại đến sự an toàn của các công trình xây dựng và được ống ở lân cận Đồng thời cũng có thể làm cho thể tích bê tông thân tường bị tăng vọt lên, mặt tường lồi lõm, kích thước kết cấu vượt quá giới hạn cho phép

- Nếu dùng tường liên tục trong đất dạng bê tông cốt thép đổ toàn khối chỉ để làm tường chắn đất tạm thời trong giai đoạn thi công thì giá thành khá cao, không kinh tế

Khi làm kết cấu chắn giữ sâu trên 10m trong tầng đất yếu, yêu cầu cao về chống lún và chuyển dịch của các công trình xây dựng và đường ống ở xung quanh, hoặc khi tường là một phần của kết cấu chính của công trình hoặc khi áp dụng phương pháp thi công ngược thì có thể dùng tường liên tục trong đất

1.1.4 Quy trình thi công xây dựng tường liên tục trong đất [3]

- Đào hố panels đầu tiên:

+ Bước 1: Dùng gầu đào thích hợp đào một phần hố đến chiều sâu thiết kế, đào đến đâu phải kịp thời cung cấp dung dịch Bentonite đến đó, cho đầy hố đào để

giữ cho thành hố đào khỏi bị sụt lở

+ Bước 2: Đào phần hố bên cạnh, cách phần hố đầu một đốt

+ Bước 3: Đào nốt phần còn lại (Đào trong dung dịch Bentonite) để hoàn thành một panels đầu tiên theo thiết kế

+ Bước 4: Đặt gioăng chống thấm CWS vào hố đã đào sẵn (có thể sử dụng

dụng cụ được thiết kế phù hợp) trong dung dịch Bentonite, sau đó hạ lồng thép vào

hố móng

+ Bước 5: Đổ bê tông theo phương pháp vữa dâng

+ Bước 6: Hoàn thành đổ bê tông cho toàn bộ panels thứ nhất Đào hố cho panels tiếp theo và tháo bộ giá lắp gioăng chống thấm

+ Bước 7: Đào một phần hố đến độ sâu thiết kế Đào cách panels đầu tiên

một đốt sau khi bê tông của panels trước đó đó liên kết được khoảng 8 giờ

+ Bước 8: Đào tiếp đến sát panels số 1

+ Bước 9: Gỡ bộ gá lắp gioăng chống thấm bằng gầu đào khỏi cạnh panels

số 1, nhưng gioăng chống thấm CWS vẫn nằm tại chỗ tiếp giáp giữa hai panen

+ Bước 10: Hạ lồng cốt thép xuống hố đào chứa đầy dung dịch Bentonite Đặt bộ gá lắp cùng với gioăng chống thấm vào vị trí

+ Bước 11: Đổ bê tông cho panels thứ hai bằng phương pháp vữa dâng như panels số 1

+ Bước 12: Tiếp tục đào hố cho panels thứ ba ở phía bên kia của panels số

một Việc thực hiện đặt bộ gá lắp cùng với gioăng chống thấm và hạ lồng cốt thép,

đổ bê tông cho panels thứ 3 giống như đó thực hiện cho cỏc panels trước

- Tiếp tục thi công theo qui trình thi công như vậy để hoàn thành toàn bộ bước tường liên tục trong đất như thiết kế

1.2 Neo trong đất

1 2.1 Tổng quan về neo (neo trong đất):[3],[12],[15]

- Neo đất là loại kết cấu hoàn toàn chịu kéo nằm trong đất được sử dụng trong đất để tăng ổn định của vách hố đào, mái dốc hay giữ các kết cấu chịu lực

nhổ Khả năng chịu kéo được tạo nên bởi ma sát giữa khối neo và đất xung quanh Đối với neo có sức chịu tải lớn hơn, người ta có thể điều chỉnh lại lực neo do tổn

thất vì chuyển vị , có thể thay đổi lực neo trong khoảng chịu tải của neo

Hình 1.5 Neo đất của tầng hầm nhà cao tầng [13]

- Neo đất được sử dụng để thay thế cho hệ chống đỡ trong việc thi công hố đào trong thành phố, mà ở đấy cần kiểm soát giá trị chuyển vị ngang vì có thể làm ảnh hưởng đến công trình lân cận

Các loại neo

Khả năng chịu nhổ của neo đối với một điều kiện đất đã cho được quyết định bởi hình học của neo Sự truyền ứng suất từ bầu neo đến đất bao quanh còn chịu ảnh hưởng bởi kỹ thuật thi công, đặt biệt là trình tự phun vữa và ở mức độ ít hơn là phương pháp khoan và thổi sạch Theo hình học của neo, ta phân ra 4 kiểu neo

Kiểu neo loại A

Kiểu neo loại A bao gồm tremie (chiếm chỗ theo trong lực), than lỗ khoan thẳng được phun vữa trong bao hoặc vỏ, nó có thể tạm thời hoặc không thẳng tuỳ theo ổn định của lỗ Kiểu này dung khá phổ biến nhất trong đá và rất ổn định trong đối với đắp đất dính cứng Sức kháng nhổ phụ thuộc vào ma sát bên tại giao diện đất, vữa

Kiểu neo loại B

Bao gồm các lỗ khoan được phun vữa áp lực thấp (Pi≤1000Kn/m2), thông qua một ống thẳng hoặc một bao tại chỗ, khi đường kính của bầu neo tăng lên và xáo trộn ít nhất khi vữa thấm qua các lỗ rỗng hoặc nứt nẻ tự nhiên của đất Kiểu neo này dùng phổ biến nhất trong đá yếu nứt nẻ và các lớp hạt thô, nhưng cũng rất phổ biến trong đất rời hạt mịn Ở đây các loại vữa xi măng không đi qua các lỗ rỗng nhỏ nhưng dưới áp lực vữa làm chặt đất cục bộ sau khi khoan và làm tăng cường sức kháng cắt Sức kháng chịu nhổ phụ thuộc chủ yếu vào sức kháng cắt bên thực tế, nhưng thành phần sức kháng mũi cũng có thể kể đến khi tính toán sức chịu tải giới hạn

Bao gồm các lỗ khoan được phun vữa bằng ống tremie, trong đó một loạt chỗ

mở rộng hoặc theo hình chuông hoặc hình bầu đã được hình thành từ trước Kiểu neo này được sử dụng phổ biến nhất trong đất dính từ chặt đến cứng Sức chịu nhổ phụ thuộc vào ma sát bên và sức chịu ở mũi mặc dù đối với các bầu đơn hoặc có khoảng cách rộng thì sức chống giữ của đất có thể được huy động chủ yếu bằng sức chống mũi Dù không phổ biến, kiểu neo này có thể được sử dụng trong đất rời khi phối hợp với một vài dạng ổn định theo kiểu tường mặt trên một chiều dài lớn Thường loại này thi công bằng cách phun trước vữa xi măng, hoá chất trong đất bao quanh bầu neo, bơm dung dịch khoan polime vào lỗ khoan khi khoan hoặc tao bầu

1 2.2 Cấu tạo neo đất [15]

Hình 1.6 Sơ đồ cấu tạo neo

Ghi chú: 1- Đầu neo; 2 - Dây neo; 3 - Bầu neo

- Đầu neo: Đầu neo có tác dụng gắn kết dây neo với tường Khi dây neo gồm nhiều sợi các dây neo được khoá vào đầu neo bằng chốt nêm Khi dây neo là thanh đơn, đầu neo được khoá dây neo bằng bulông

Hình 1.7 Chi tiết đầu neo [15]

- Dây neo: Dây neo có thể là cáp nhiều sợi hoặc thép thanh, được gia công từ thép cường độ cao

- Bầu neo: Bầu neo đảm bảo truyền lực từ công trình cho đất xung quanh Có

2 loại bầu neo cơ bản:

+ Bầu neo sử dụng đối với neo tạm thời (Hình 1.8.a): Lực từ dây neo được truyền trực tiếp lên nhân ximăng của bầu liên kết dây neo với đất xung quanh; khi làm việc bầu neo có thể xuất hiện vết nứt vuông góc với trục dây neo

+ Bầu neo sử dụng đối với neo cố định(Hình 1.8.b): Lực từ dây neo được truyền lên đầu dưới của ống trụ thép nhờ vòng đệm gắn ở đầu cuối dây neo Bên

trong ống trụ, dây neo được phủ lớp chống rỉ và nố tự do di chuyển dọc ống khi tác động lực neo

Hình 1.8 Các giải pháp kết cấu bầu neo [15]: a- đối với neo tạm thời; b- đối với neo cố định 1- lỗ khoan, 2- lớp vỏ bảo vệ, 3- dây neo,

4- nhân xi măng, 5- định tâm;6- ống trụ thép, 7- mác tít bảo vệ chống rỉ

1 2.3 Ưu nhược điểm của neo trong đất [3]

1.2.4 Quy trình thi công neo đất:

Tóm tắt quy trình thi công neo đất:

- Bước 1: Khoan tạo lỗ bằng máy khoan đến độ sâu thiết kế, thành lỗ được giữ ổn định bằng dung dịch Bentonite

- Bước 2: Hạ neo vào lỗ khoan

- Bước 3: Tiến hành bơm vữa xi măng qua ống bơm vào lỗ khoan theo phương pháp vữa dâng

- Bước 4: Sử dụng kích để kéo căng dây neo sau khi vữa xi măng đã đạt cường độ theo thiết kế

- Bước 5: + Khóa đầu neo (neo cố định)

+ Tháo rút cáp (neo tạm thời)

1.2.5 Ứng dụng của neo trong đất [3]

- Neo tường chắn đất khi thi công các hố đào ở các công trường

- Tăng độ ổn định của các mặt cắt khi xây dựng con đường mới

- Ổn định mái dốc

- Chống lại áp lực đẩy nổi của nước ngầm lên kết cấu

- Ổn định và tăng khả năng làm việc của hầm

- Ổn định kết cấu chống lại động đất

- Ổn định móng trụ cầu, cầu dây văng

CHƯƠNG II:

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TƯỜNG TRONG ĐẤT CÓ NEO HIỆN HÀNH

2.1 Lý thuyết công nghệ tường trong đất

2.1 1 Tính toán ổn định của vách hố đào [3],[7],[11]

Sự ổn định của thành đào chủ yếu nhờ vào áp lực tĩnh của dịch sét, bằng cách

so sánh giữa áp lực thủy tĩnh của dịch sét với áp lực đất (Theo lý thuyết áp lực đất Rankine) tính theo lý luận rồi từ đó tính toán sự ổn định của hố đào

1.1: Hệ số tin cậy về ổn định của vách đào

qp, q, qb : Cường độ áp lực theo chiều sâu hào của vữa sét, đất

và nước (kN/m2)

2.1.2 Tính toán ổn định của kết cấu chắn giữ [3],[11]

Với chiều sâu đặt tường H+D, ta tiến hành kiểm tra ổn định của kết cấu chắn giữ

γ 1 (H+D)+q

τ

A' q

q: tải trọng phân bố đều

γ1: Trị bình quân gia quyền của trọng lượng tự nhiên của các lớp đất phía ngoài hố móng đến đáy tường

γ2: Trị bình quân gia quyền của trọng lượng tự nhiên của các lớp đất phía trong hố móng kể từ mặt đào đến đáy tường

Nq, Nc hệ số tính toán khả năng chịu lực giới hạn của đất (Có thể tính theo Terzaghi hoặc Prandt)

Dùng công thức của Prandt Nq, Nc lần lượt là:

ϕ π

0 2

) 2 / 45

tan ) 2 4

3 (

] ) 2 45 cos(

[ 2

1

ϕ

ϕ ϕ π

1 ) 1

2.1 3 Kiểm tra ổn định chảy thấm của hố đào [3],[7],[11]

Lực thẩm thấu J tác dụng trong phạm vi phun trào

Mặt đáy hố móng

B: Phạm vi xảy ra cát chảy, thường lấy B=D/2 (m)

γ': Trọng lượng đẩy nổi của đất (kN/m3)

D: Chiều sâu từ đáy hố mĩng đến chân tường (m)

Hệ số an tồn:

w w w

s

h

D h

D J

W

K

γ

γγ

γ' =2 '

=

Ks: Hệ số an tồn thường lấy Ks >1.5

2.1 4 Khả năng chịu lực của thanh neo

2.1 4.1 Cường độ chịu cắt của đất [3],[15],[11]

Để đơn giản tính tốn ta xét bầu neo hình trụ trịn (hình 2.6) mơ hình làm việc như hình (hình 2.7),theo các giả thiết sau đây:

Hình 2.4 Nguyên lý chịu lực của thanh neo τ: ứng suất lực cản ma sát giữa thành lỗ với vữa ximăng

μ: Ứng suất bó chặt bình quân của vữa đối với cốt thép

Sự truyền tải trọng từ bầu neo sang đất, đá xảy ra bằng ứng suất phân bố đều tác động lên toàn bộ chu vi của bầu neo

Các đường kính của lỗ khoan và bầu neo là như nhau

Phá hoại xảy ra theo kiểu trượt tại giao diện đất/đá với vữa hoặc theo kiểu cắt sát bên giao giữa đất/đá với vữa trong môi trường yếu hơn

Không có sự không dính bám cục bộ nào tại giao diện đất/đá với vữa

Khả năng chịu lực của thanh neo bơm vữa bình thường có liên quan tới đường kính lỗ khoan, độ dài và cường độ chịu cắt của đất, thể hiện bằng công thức sau đây:

T : Khả năng chịu lực của thanh neo (KN)

Lm: Độ dài đoạn neo giữ (m)

D : Đường kính lỗ neo (mm)

t : Cường độ chịu cắt của đất (MPa)

Theo tiêu chuẩn BS 8081:1989 kiến nghị công thức tính neo trong đất có khác

một ít so với công thức trên và có dạng:

Cu: Sức chống cắt không thoát nước trung bình trên đoạn Lm

Lm: Độ dài đoạn neo giữ (m)

T : Khả năng chịu lực của thanh neo (KN)

D : Đường kính lỗ neo (mm)

a :Hệ số bám phụ thuộc tính chất đất, lấy giá trị như sau:

Khi Cu>90 kN/m2 a=0.3-0.35 (sét cứng)

Cu=270 kN/m2 a=0.28-0.36 (sét cứng quá cố kết)

Cu=287 kN/m2 a=0.48-0.6 (sét vôi cứng)

Cu=95 kN/m2 a=0.45 (sét bùn cứng )

2.1 4.2 Tính độ dài bầu neo [3]

Độ dài bầu thanh neo được tính theo công thức sau:

Hình 2.5 Sơ đồ thiết kế thanh neo Điểm O là điểm áp lực bằng không, OE là mặt trượt giả định, góc kẹp giữa neo AD với phương ngang AC là a, AB là đoạn tự do của neo, tìm độ dài AB

) 2 / 45

= AOtg

AC , ϕ đã biết, vậy có thể tìm được AO

2/45

ˆB= 0 +ϕ

C

A

αϕα

ˆ

AB C

)2/45sin(

)

2/45()

2/135sin(

)2/45sin(

0

0 0

0

0

αϕ

ϕϕ

αϕ

2.2 Lý thuyết tải trọng tác dụng lên tường vây [3],[4],[7]

Tường chắn đất là công trình chung để chỉ các công trình giữ cho đất không

sụt lở Tường chắn chỉ chịu tác dụng của áp lực đất và của hoạt tải trên đó truyền

xuống Muốn giữ cho tường chắn được an toàn thì phải xác định được các lực tác

dụng nói trên

Lý luận áp lực đất của Coulomb được xây dựng trên 2 giả thiết cơ bản sau:

- Mặt trượt của khối đất ở trạng thái cân bằng giới hạn (chủ động hoặc bị động) là một mặt phẳng

- Trị số áp lực đất tính toán là trị số lớn nhất trong các trị số áp lực chủ động

có thể có khi đất đạt trạng thái cân bằng chủ động và là trị số nhỏ nhất trong các trị

số áp lực bị động có thể có khi đất đạt trạng thái cân bằng bị động

2.2 1 Nguyên lý tính toán áp lực đất chủ động Coulomb [3],[11]

Trường hợp đất rời

Ngoài 2 giả thiết trên, Coulomb xem tường là tuyệt đối cứng, đất đắp sau tường là loại đất rời, đồng chất, đồng thời xem rằng khi đạt tới trạng thái cân bằng

giới hạn lăng thể ABC bị trượt toàn bộ như một cố thể (hình 2.6), tức là coi sự cân

bằng giới hạn chỉ xảy ra trên mặt AB và BC mà thôi

C

ψ ϕ

Hình 2.6 Tính toán áp lực đất chủ động trong trường hợp đất rời

Khi tường chuyển vị ngang hoặc quay một góc nhỏ về phía trước, thì lăng thể ABC có xu hướng trượt theo hai mặt AB, BC và đạt trạng thái cân bằng chủ động Các lực tác dụng vào cố thể ABC gồm có:

- Trọng lượng bản thân W của khối ABC

- Phản lực R của phần đất còn lại đối với lăng thể trượt Được phân ra thành 2

α: Góc nghiêng của lưng tường

ε: Góc tạo bởi phương mặt trượt với phương ngang

Hệ số áp lực đất chủ động có thể tính theo biểu thức sau:

2

2 2

mặt nằm ngang đi qua đỉnh tường và

lấy với dấu âm nếu ngược lại

Trường hợp đặc biệt d=b=a=0 thì:

dụng giữa đất và lưng tường AB Lực dính này, về bản chất, khác với lực dính tác

dụng giữa các hạt đất với nhau và chỉ thể hiện rõ rệt ở các đất có tính bết lớn với độ

ẩm cao, do đó, trong tính toán, thường không xét đến Vì vậy, sơ đồ tính toán có thể trình bày như trên hình 2.7

c.BC

R W

δ

ϕ

θ

β α

Hình 2.7 Tính toán áp lực đất chủ động trong trường hợp mái đất dính

Khi lăng thể đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn chủ động thì đa giác lực có

dạng khép kín Từ đó ta có thể viết:

ET: Áp lực đất sinh ra do trọng lượng bản thân lăng thể đất

EC: Áp lực đất giảm bớt do tác dụng của lực dính trên mặt BC

Biểu thức của ET và Ec có thể tìm được dựa vào hệ thức lượng trong các tam giác lực abc và ceg

Thiết lập công thức cuối cùng ta có:

Nếu dưới tác dụng của lực ngoài, tường chắn chuyển vị về phía đất và gây ra

trạng thái cân bằng giới hạn bị động, thì sau khi tường có khả năng bị truợt lên theo

mặt BC và BA (hình 2.8) Ở trạng thái cân bằng giới hạn lăng thể ABC chịu tác

dụng của các lực:

Trọng lượng bản thân W của lăng thể ABC

Phản lực R của phần đất còn lại với lăng thể ABC

Phản lực E của lưng tường đối với lăng thể

Vì lăng thể ABC ở trạng thái cân bằng giới hạn và có xu hướng trượt lên trên, nên phương và chiều của các lực tác dụng lên lăng thể trượt có thể biểu diễn như hình 2.6 Hệ lực tác dụng lên lăng thể cân bằng, nên tam giác lực khép kín Từ hệ

thức lượng trong tam giác lực có thể dễ dàng rút ra được biểu thức E

giả thiết thứ 2 của Coulomb, trị số áp lực đất bị động Ep là trị số nhỏ nhất của E và

mặt trượt ứng với Ep là mặt trượt nguy hiểm nhất

Muốn tìm Ep, có thể dùng phương pháp giải tích hoặc phương pháp đồ giải tương tự như trường hợp áp lực đất chủ động

Đối với đất rời, kết quả của phương pháp giải tích cho

2 0