Luận văn thạc sĩ : Phân tích ứng xử của công trình hố đào tòa nhà VICEM, Cầu Giấy, Hà Nội có xét đến sự làm việc đồng thời giữa kết cấu và đất nền

LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạy trong chương trình cao học chuyên ngành Địa Kỹ Thuật và Công trình ngầm, những người đã truyền đạt cho em những kiến thức hữu ích về các môn học trong chương trình đào tạo, làm cơ sở cho em thực hiện luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Hồng Nam đã tận tình giúp đỡ cho em trong thời gian thực hiện luận văn. Rất nhiều tài liệu hữu ích em đã nhận được từ thầy và nó giúp cho em rất nhiều trong việc thực hiện luận văn này. Sau cùng, em xin được cảm ơn tới gia đình, bạn bè, những người luôn ủng hộ, động viên em trong suốt quá trình học tập tại trường và trong thời gian thực hiện luận văn này. Do thời gian có hạn và kinh nghiệm nghiên cứu của bản thân còn hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô. Hà Nội, 23/05/201 Học viên Nhữ Văn Dũng BẢN CAM KẾT HỌC VIÊN Tôi xin cam kết rằng, tất cả nội dung thể hiện trong luận văn là sản phẩm nghiên cứu của tôi, các số liệu sử dụng trong quá trình tính toán là hoàn toàn trung thực. Tôi xin chịu toàn bộ trách nhiệm của mình về nội dung luận văn trước Ban giám hiệu nhà trường. Học viên Nhữ Văn Dũng 3 CHƯƠNG 1.CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về tình hình xây dựng hố móng sâu trên thế giới Công trình có tầng hầm đã được xây dựng từ lâu trên thế giới, hầu hết các công trình nhà cao tầng đều có tầng hầm. Độ sâu cũng như số tầng hầm phụ thuộc vào điều kiện địa chất, công nghệ và công năng sử dụng của công trình. Đa phần các công trình đều có từ 1 đến 3 hoặc 4 tầng hầm, cá biệt có những công trình vì yêu cầu công năng sử dụng có đến 5÷10 tầng hầm. Đa số các công trình nhà cao tầng có tầng hầm sâu tập trung chủ yếu ở các nước phát triển như: Mỹ, Philipin, Australia, Đài Loan… Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các nước đang phát triển cũng xây dựng nhà cao tầng có tầng hầm sâu ngày càng nhiều như: Singapore, Thailand,… cho thấy sự cần thiết cũng như xu thế phát triển tất yếu của công trình nhà cao tầng có nhiều tầng hầm. Vì công trình có nhiều tầng hầm đã được xây dựng rất lâu trên thế giới nên quy trình công nghệ, thiết bị dùng để xây dựng công trình có nhiều tầng hầm cũng rất phát triển với nhiều công nghệ hiện đại, tiên tiến. Việc lựa chọn công nghệ xây dựng tùy thuộc vào từng đặc điểm cụ thể của công trình. Một số công nghệ, giải pháp chống đỡ thường được sử dụng phổ biến để xây dựng công trình có nhiều tầng hầm trên thế giới: tường cừ thép, tường cừ bằng cọc nhồi bêtông cốt thép (BTCT), tường cừ bằng cọc xi măng đất, tường cừ BTCT thi công bằng công nghệ tường trong đất hoặc các tấm BTCT đúc sẵn… Hầu như các thành phố lớn trên thế giới, do cần tiết kiệm đất đai và giá đất ngày càng cao nên đã tìm cách cải tạo hoặc xây mới các đô thị của mình với ý tưởng chung là triệt để khai thác và sử dụng không gian dưới mặt đất cho nhiều mục đích khác nhau về kinh tế, xã hội, văn hóa và môi trường. Một số ngành công nghiệp do yêu cầu của dây chuyền công nghệ ( như nhà máy luyện kim, cán thép, làm phân bón ) cũng đã đặt một phần không nhỏ dây chuyền đó nằm sâu dưới mặt đất. Formatted: Bullets and Numbering 4 Các trạm bơm lớn, công trình thủy điện cũng cần đặt sâu vào long đất nhiều bộ phận chức năng của mình với diện tích đến hang vài chục ngàn mét vuông và sâu đến hàng trăm mét. Hướng xây dựng “ thành phố theo chiều thẳng đứng” rất ưu việt trong những thập niên tới. Nhật Bản xem hướng phát triển đô thị bằng cách đi sâu vào lòng đất là một trong những biện pháp giải tỏa sự đông đúc mật độ dân cư của họ cùng với 2 giải pháp là lên cao và lấn biển. Ở Tokyo đã có quy định khi xây nhà cao tầng phải có ít nhất 5-8 tầng hầm. Ở Thượng Hải (Trung Quốc) thường thấy có 2-3 tầng hầm dưới mặt đất ở các tòa nhà cao tầng, có nhà đã thiết kế đến 5 tầng hầm, kích thước mặt bằng lớn nhất đã lên đến 274x187m, diện tích khoảng 51.000m 2 , hố móng sâu nhất tới 32m. Hình 1. 1 Một công trình ngầm tại Trung Quốc( Nguồn: Internet) Một gara lớn có kích thước 156x54x27m gồm 7 tầng được xây dựng đầu tiên ở Mátcơva, có sức chứa 2000 ô tô con mà nếu làm trên mặt đất cần 50.000m 2 . Để xây dựng công trình này, người ta đã phải đào 274.000m 3 đất, 4000m 3 bê tông đổ tại chỗ và 19.500m 3 bê tông đúc sẵn. 5 Hình 1. 2 Hố móng sâu tòa nhà Lotte Tower Super Tower ở Hàn Quốc( Nguồn: Internet) Ở Genever (Thụy Sĩ) xây dựng bằng phương pháp giếng chìm 1 gara ngầm 7 tầng hình tròn cho 530 ô tô con, đường kính gara là 57m, sâu 28m, sàn trên cùng cách mặt đường 3m. Các tầng được xếp theo đường xoắn ốc với độ nghiêng không lớn lắm. Một giếng chìm có kết cấu thành mỏng, gồm nhiều đoạn đúc sẵn có đường kính 37.8m, sâu 57.8m đã hạ vào trong đất có điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn hết sức phức tạp vào năm 1972 tại Mikahilovski (Nga) (Theo Nguyễn Bá Kế, 2012) Mặc dù công trình có nhiều tầng hầm đã được xây dựng từ lâu trên thế giới với nhiều những công nghệ khác nhau, tuy nhiên, do mức độ khó khăn, phức tạp, ẩn chứa nhiều rủi ro nên việc thi công tầng hầm công trình trên thế giới đã xảy ra không ít sự cố, tai nạn mà điển hình là sự cố công trình trạm bơm nước thải Bangkok – TháiLan có kích thước 20,3m đường kính, sâu 20,2m, bị sập ngày 17 – 8 –1997 khi vừa hoàn tất công tác đào và lắp đặt hệ thanh chống. Kết cấu của công trình gồm hệ tường vây liên kết (diaphragm wall) giữ vai trò như tường chắn khi thi 6 công đào sâu và giữ vai trò tường hầm sau khi đúc bê tông các bản sàn hầm. Đặc biệt là công trình này có kích thước hoàn toàn giống một công trình tương tự đã thi công thành công ở Frankfurt - Đức. 1.2 Tổng quan về tình hình xây dựng hố móng sâu ở Việt Nam Trong những năm gần đây ở nước ta, tại các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh cũng bắt đầu sử dụng các tầng hầm dưới các nhà cao tầng với hố đào có chiều sâu đến hàng chục mét và chiều sâu của tường trong đất đến trên 40m, tổng số có đến trên 10 công trình 7 Bảng 1. 1 Các công trình ngầm đã thi công tại Việt Nam(Nghiêm Hữu Hạnh, 2012) TT Tên công trình Thiết kế Đơn vị thi công Đặc điểm thi công tầng hầm 1 Văn phòng và chung cư 27 Láng Hạ CDCC Bachy Soletanche Cty XD số 1 HN - Tường barrette - Đào hở, chống bằng dàn thép 2 Trụ sở kho bạc NN 32 Cát Linh CDCC Delta - Tường barrette - Top – down 3 Toà nhà 70-72 Bà Triệu CDCC Delta - Tường barrette - Top – down 4 VP và Chung cư 47 Huỳnh Thúc Kháng VNCC Đông Dương - Tường barrette - Top – down 5 Toà nhà Vincom 191 Bà Triệu VNCC Delta - Tường barrette - Top – down 6 Chung cư cao tầng 25 Láng hạ VNCC Cty XD số 1 HN - Tường barrette - Top – down 7 TT Viễn thông VNPT 57 Huỳnh Thúc Kháng CDC Bachy Soletanche - Tường barrette - Không chống 8 Toà nhà tháp đôi HH4 Mỹ Đình CDC TCty XD Sông Đà - Tường barrette - Đào hở, chống bằng dàn thép 9 Trụ sở văn phòng 59 Quang Trung Cty KT& XD- Hội KTS Cty XD số 1, HN - Tường barrette - Top – down 10 Ocean Park số 1 Đào Duy Anh Tr. ĐH KT HN Cty XD số 1, HN - Tường bê tông thường - Cọc xi măng đất 11 Khách sạn Sun Way 19 Phạm Đình Hổ - Tường barrette - Neo trong đất 12 Toà nhà tháp Viet- combank Indochine Group - Tường barrette - Neo trong đất 13 Pacific Place 83 Lý Thường Kiệt Archrtype, Pháp Cty XD Sông Đà 2 - Tường barrette - Top – down 8 Như đã trình bày ở trên, việc thi công công trình ngầm vẫn gặp rất nhiều những rủi ro. Ở Việt Nam, sự cố công trình ngầm tại tòa cao ốc Pacific nằm trên đường Minh Khai, Phường Bến Nghé, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh là một sự cố điển hình trong việc xây dựng công trình ngầm tại Việt Nam. Tòa cao ốc Pacific được cấp phép xây dựng tháng 2/2005, diện tích mặt bằng 1.750 m2, cao 78.45m, gồm ba tầng hầm và 1 tầng kỹ thuật (chiều sâu 11.8m); 1 trệt và 20 tầng lầu; tổng diện tích sàn xây dựng là trên 22.000 m2. Tuy nhiên trong quá trình thi công, chủ đầu tư cao ốc Pacific đã điều chỉnh thiết kế (tuy chưa được Sở Xây dựng thành phố cho phép) lên thành sáu tầng hầm (chiều sâu 21.1m), một tầng trệt, 21 lầu, tổng diện tích sàn xây dựng lên tới hơn 41.000m2 với hệ khung gồm 16 cột có tiết diện 1400x1400 mm và sàn ngang. Công trình sử dụng móng bè BTCT đặt trên 65 cọc barrette kích thước 2.8x1.2m sâu 67m. Theo thiết kế, hệ tường vây gồm 50 tấm panel kích thước từ 2.8 đến 5.7m, dày 1m sâu 45m nhưng khi thi công Công ty Pacific đã thay đổi thành 24 panel kích thước 2.8 đến 7.7m, dày 1m sâu 45m. Gioăng cách nước giữa các tấm panel không được chỉ định chiều dài trong thiết kế nên đơn vị thi công chỉ đặt đến đáy tầng hầm, tức khoảng 22m. Thi công các tầng ngầm theo phương pháp “bán ngược” (semi top- down) sử dụng hệ chống đỡ ngang là hệ dầm sàn BTCT dày 230mm và 250mm tựa lên cột biên tạo ra hệ chống ngang phía trong tường vây. 9 Hình 1. 3 Hố móng tòa cao ốc Pacific Do không có hệ quan trắc để theo dõi diễn biến (lực và chuyển vị/biến dạng) của hệ kết cấu chống giữ hố đào và công trình chung quanh nên những thông tin sau đây chủ yếu thu thập từ các phương tiện truyền thông và người chứng kiến lúc xảy ra sự cố. - Tháng 5/2007, công trình bắt đầu thi công sàn tầng hầm, đến tháng 10/2007 thi công được bốn tầng hầm và bắt đầu thi công tầng hầm thứ 5. Trước khi xảy ra sự cố đã thi công xong các panel tường vây, cọc barrette và thi công đổ bê tông đến sàn tầng trệt tại các trục 1-3 và 6-8. Phần khoảng hở từ trục 3 đến trục 6 sử dụng các thanh thép I400 để làm hệ thanh chống đỡ tường vây. - Ngày 9/10/2007, khoảng 18 giờ 30 khi đang đào đất để chuẩn bị đổ bê tông móng thì ở vị trí tiếp giáp tường vây tại cao trình âm 21m so với cốt nền tầng trệt của công trình Pacific, tường vây xuất hiện lỗ thủng rộng 30-35 cm, dài 168 cm. Do áp lực mạnh của nước ngầm tại vị trí lỗ thủng nên gây tràn nước và lôi đất phía ngoài tường vào trong tầng ngầm, do đó khoảng 19 giờ thì dãy nhà trụ sở Viện 10 Khoa học Xã hội vùng Nam Bộ gồm 1 trệt 2 lầu bất ngờ đổ sập, bị vùi sâu dưới lòng đất hơn 10m; phần còn lại của khu nhà cũng có nguy cơ đổ sập. Hình 1. 4 Sự cố công trình ngầm tại tòa cao ốc Pacific - Lúc 17 giờ ngày 23 tháng 1 năm 2008, hơn 2 tháng sau sự cố sập Viện Khoa học Xã hội vùng Nam Bộ, trong khu vực để xe của Sở Ngoại vụ tại số 6 Alexandre de Rode, quận 1, đấu lưng với cao ốc Pacific, sụt lún một lỗ rộng 10m2, sâu 3m làm 4 xe gắn máy rơi xuống hố và nứt tường ở khu vệ sinh. [...]... kiện và mối nối; + Sức chịu tải và độ bền của các kết cấu neo; + Ổn định và độ bền của kết cấu thanh chống; + Ổn định thấm của nền - Nhóm 2 cần thỏa mãn v : + Tính theo biến dạng nền, tường chắn và cấu kiện của nó; + Tính các cấu kiện của kết cấu tường theo sự phát triển của vết nứt; + Ổn định của thành hố đào khi tường làm việc trong đất; + Kể đến ảnh hưởng của hố đến công trình lân cận Về mặt thi công. .. hầm cho các công trình nhà cao tầng, một vấn đề phức tạp đặt ra là giải pháp thi công hố đào sâu trong khu đất chật hẹp liên quan đến các yếu tố kỹ thuật và môi trường Thi công hố đào sâu làm thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng trong đất nền xung quanh khu vực hố đào và có thể làm thay đổi mực nước ngầm dẫn đến nền đất bị dịch chuyển và có thể lún gây hư hỏng công trình lân cận nếu không có giải pháp... đất - Áp lực nước - Tải trọng thi công 2.2.1 Áp lực đất Khi tính toán kết cấu chắn giữ, áp lực tác động vào bề mặt tiếp xúc của kết cấu chắn giữ với thể đất tức là áp lực đất Độ lớn và quy luật phân bố của áp lực đất có liên quan với các nhân tố hướng và độ lớn của chuyển vị ngang của kết cấu chắn giữ, tính chất của đất, độ cứng và độ cao của kết cấu chắn giữ, nhưng do việc xác định chúng khá phức tạp... kiện nền đất, nước ngầm và chiều dài tường ngập sâu vào nền đất H > 10m - Tường vây barrette ( ≥ 02 tầng chống, neo) - Tường cừ thép ( ≥ 2 tầng chống, neo) nếu điều kiện địa chất và hình học hố đào thuận lợi 2.4.2.5 Tóm tắt chương 2 - Mở đầu chương 2 là việc tổng quan về đặc điểm thi công của công trình hố đào sâu và đặc điểm của việc thi công hố đào sâu trên nền sét Từ đó cho người thiết kế và thi công. .. theo chiều sâu hố đào, dạng hình học của hố đào và điều kiện địa chất, thuỷ văn trong phạm vi chiều sâu tường vây Ưu điểm của việc sự dụng thanh chống thép hình là trọng lượng nhỏ, lắp dựng và tháo dỡ thuận tiện, có thể sử dụng nhiều lần Căn cứ vào tiến độ đào đất có thể vừa đào, vừa chống, có thể làm cho tăng chặt nếu có hệ thống kích, tăng đơ rất có lợi cho việc hạn chế chuyển dịch ngang của tường Tuy... Sụt nhà để xe và nứt nhà vệ sinh tại tòa nhà bên cạnh cao ốc Pacific Ngoài sự cố của cao ốc Pacific, một sự cố xảy ra trong quá trình thi công công trình, thì sự cố sau khi công trình đi vào sử dụng cũng gặp rất nhiều trong thực tế Ví dụ như các sự cố ngập nước tầng hầm là sự cố phổ biến hay xảy ra nhất khi công trình ngầm đưa vào sử dụng Hình 1 6 Ngập nước tại tầng hầm (Nguồn: Internet) 12 Qua sự cố... của luận văn 2.3.2.4 Các biện pháp thi công hố móng sâu Quá trình thi công công trình hố móng sâu nói chung và hố móng sâu trên nền sét nói riêng thì biện pháp thi công ảnh hưởng rất lớn tới hiệu quả thi công, tính an toàn của công trình và giá thành công trình Phương pháp đà hở có nhiều ưu việt khi thi Formatted: Bullets and Numbering 30 công hố móng sâu có diện tích lớn trên mặt bằng, thường được chọn... Do hố móng là loại công trình 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 nhâ 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 công trình và đảm bảo chất lượng công trình - Công trình hố. .. chấn động, thi công có sai phạm…tính ngẫu nhiên của mức độ an toàn tương đối lớn, sự cố xảy ra thường đột biến 2.1.2 Đặc điểm hố móng thi công trên nền sét Khi thi công hố móng trên nền đất sét thường có các đặc điểm sau: - Việc đào đất bị hạn chế do phải duy trì ổn định vách hố đào và đáy hố nên đòi hỏi phải thi công nhanh, gấp - Do tính chất đất sét là yếu, nên trong quá trình thi công hố móng dễ xảy... chú : + Đặc điểm công nghệ và trình tự thi công, thao tác; 13 + Bơm hút nước, neo đất, kết cấu thanh chống; + Khả năng thay đổi các đặc trưng cơ lý của đất có liên quan tới quá trình khoan, đóng và các tác động công nghệ khác; + Sự cần thiết của kết cấu chắn giữ chống thấm nước; + Sự cần thiết dùng các giải pháp kết cấu để giảm áp lực lên tường chắn ( cấu kiện giải tỏa tải trọng, vải địa kỹ thuật, đất . dạng nền, tường chắn và cấu kiện của nó; + Tính các cấu kiện của kết cấu tường theo sự phát triển của vết nứt; + Ổn định của thành hố đào khi tường làm việc trong đất; + Kể đến ảnh hưởng của hố. Sụt nhà để xe và nứt nhà vệ sinh tại tòa nhà bên cạnh cao ốc Pacific Ngoài sự cố của cao ốc Pacific, một sự cố xảy ra trong quá trình thi công công trình, thì sự cố sau khi công trình đi vào. các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh cũng bắt đầu sử dụng các tầng hầm dưới các nhà cao tầng với hố đào có chiều sâu đến hàng chục mét và chiều sâu của tường trong đất đến trên