Phân tích ổn định tường vây tầng ngầm thuộc dự án khu phức hợp khách sạn bạch đằng có xét tải trọng động đất

Trong những năm gần đây, trên thế giới đã xảy ra rất nhiều trận động đất lớn như tại Indonesia ( năm 2012), Nhật Bản ( năm 2011), Tứ Xuyên Trung Quốc ( năm 2008), Iran ( năm 2004), Ấn Độ ( năm 2001), Đài Loan ( 1999)... Ở Việt Nam chúng ta, động đất cũng thường xuyên xuất hiện. Đặc biệt, trong năm 2012 đến nay, xung quanh khu vực thủy điện Sông Tranh 2 thuộc huyện Bắc Trà My, tỉnh Quảng Nam, đã xảy ra liên tiếp các trận động đất. Hậu quả của các trận động đất là gây thiệt hại nghiêm trọng về tính mạng của con người cũng như tài sản vật chất của xã hội. Trong bối cảnh các đô thị lớn ở nước ta đang phát triển mạnh mẽ thì nhu cầu về nhà ở, làm việc và giải trí là hết sức cấp thiết. Chính vì vậy, khu phức hợp là một trong những giải pháp kiến trúc hiệu quả để đáp ứng nhu cầu của người dân đô thị trong bối cảnh dân số tăng trưởng nhanh . Do đó, việc xây dựng khu phức hợp ngày càng nhiều về số lượng lẫn quy mô là việc rất cần thiết. Bên cạnh đó, việc khai thác và sử dụng một cách có hiệu quả không gian dưới mặt đất của các công trình này cũng đang là xu thế tất yếu. Những công trình khai thác tầng ngầm chẳng hạn như hệ thống bãi đổ xe ngầm hoặc một phần công trình dưới mặt đất như tầng hầm của công trình..., ngoài việc chịu tác động các tải trọng bên trên còn chịu áp lực đất, nước ngầm và áp lực tăng thêm do động đất gây ra trong quá trình xây dựng và sử dụng. Vì vậy, khi tính toán kết cấu chịu tải trọng, ngoài các loại tải trọng thông thường cần phải xem xét tác dụng của động đất gây ra.Ổn định của công trình ngầm là một trong những yếu tố rất quan trọng quyết định đến khả năng chịu lực của hệ kết cấu khi có động đất xảy ra. Nhằm tìm hiểu tác động do động đất gây ra ảnh hưởng đến công trình ngầm , Tôi chọn đề tài: “Phân tích ổn định tường vây tầng ngầm thuộc dự án khu phức hợp khách sạn Bạch Đằng có xét tải trọng động đất ”.

1 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong năm gần đây, giới xảy nhiều trận động đất lớn Indonesia ( năm 2012), Nhật Bản ( năm 2011), Tứ Xuyên- Trung Quốc ( năm 2008), Iran ( năm 2004), Ấn Độ ( năm 2001), Đài Loan ( 1999) Ở Việt Nam chúng ta, động đất thường xuyên xuất Đặc biệt, năm 2012 đến nay, xung quanh khu vực thủy điện Sông Tranh thuộc huyện Bắc Trà My, tỉnh Quảng Nam, xảy liên tiếp trận động đất Hậu trận động đất gây thiệt hại nghiêm trọng tính mạng người tài sản vật chất xã hội Trong bối cảnh đô thị lớn nước ta phát triển mạnh mẽ nhu cầu nhà ở, làm việc giải trí cấp thiết Chính vậy, khu phức hợp giải pháp kiến trúc hiệu để đáp ứng nhu cầu người dân đô thị bối cảnh dân số tăng trưởng nhanh Do đó, việc xây dựng khu phức hợp ngày nhiều số lượng lẫn quy mô việc cần thiết Bên cạnh đó, việc khai thác sử dụng cách có hiệu không gian mặt đất công trình xu tất yếu Những công trình khai thác tầng ngầm chẳng hạn hệ thống bãi đổ xe ngầm phần công trình mặt đất tầng hầm công trình , việc chịu tác động tải trọng bên chịu áp lực đất, nước ngầm áp lực tăng thêm động đất gây trình xây dựng sử dụng Vì vậy, tính toán kết cấu chịu tải trọng, loại tải trọng thông thường cần phải xem xét tác dụng động đất gây ra.Ổn định công trình ngầm yếu tố quan trọng định đến khả chịu lực hệ kết cấu có động đất xảy Nhằm tìm hiểu tác động động đất gây ảnh hưởng đến công trình ngầm , Tôi chọn đề tài: “Phân tích ổn định tường vây tầng ngầm thuộc dự án khu phức hợp khách sạn Bạch Đằng có xét tải trọng động đất ” MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU: - Xây dựng mô hình phân tích ổn định hệ tường vây tầng ngầm có xét tải trọng động đất - Từ phân tích ổn định hệ tường vây tầng ngầm có xét tải trọng động đất ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu : Tường vây tầng ngầm khu phức hợp khách sạn Bạch Đằng - Phạm vi nghiên cứu : Tường vây tầng ngầm khu phức hợp khách sạn Bạch Đằng có xét tải trọng động đất PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu lý thuyết ứng dụng vào phân tích ổn định hệ tường vây tầng ngầm có xét tải trọng động đất - Sử dụng phần mềm kết cấu Sap2000 để phân tích hệ kết cấu, từ xác định thông số CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN Chương 1: Tổng quan hệ thống tường vây tầng ngầm xây dựng Chương 2: Lý thuyết tính toán ổn định tường vây Chương 3: Áp dụng phân tích ổn định tường vây tầng ngầm thuộc dự án khu phức hợp khách sạn bạch đằng có xét tải trọng động đất CHƢƠNG I.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƢỜNG VÂY TẦNG NGẦM TRONG XÂY DỰNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU TƢỜNG VÂY 1.1.1 Kết cấu tƣờng vây - Tường vây phận kết cấu công trình bê tông cốt thép đúc chỗ lắp ghép đất Tường vây thường có tiết diện hình chữ nhật, có chiều rộng từ 0.6-1.5m, chiều dài từ 2.5-3.0m chiều sâu từ 12-30m, có tường sâu đến 100m nối với gioăng cao su chống thấm để tạo thành tường vây đất - Tên loại kết cấu thường gọi sau: Tiếng Việt: tường vây hay tường đất Tiếng Anh: Diaphragm wall Tiếng Pháp: Paroi moulée dans le sol Tiếng Nga: CTEHA TPYHTE [1] - Tường vây thường làm bê tông đá 1x2 mác 250-450 (khoảng 450 kg Xi măng cho m3 bê tông) - Cốt thép thường sử dụng loại AI-AII Thép dọc thường dùng loại AII Thép đai thường dùng loại AI-AII [3] - Kích thước hình học tường vây: Tiết diện ngang tường thông dụng hình chữ nhật, hình chữ L.Chiều rộng tường phụ thuộc vào yêu cầu công trình, chiều sâu phải đủ dài để cắm vào lớp đất tốt - Tường vây sử dụng để làm tường hầm cho nhà cao tầng, công trình ngầm như: đường tàu điện ngầm, đường cầu chui, cống thoát nước lớn, gara ô tô ngầm đất v.v… [2] 1.1.2 Tầm quan trọng tƣờng vây tầng ngầm xây dựng Ở nước công nghiệp phát triển, điển hình Việt Nam, nhu cầu không gian sinh hoạt làm việc ngày tăng cao kéo theo loạt hoạt động dịch vụ làm cho diện tích xây dựng trở nên hạn hẹp Vì việc phát triển không gian xây dựng theo chiều cao chiều sâu xu hướng tất yếu xây dựng đô thị nước nói riêng giới nói chung Do chiều cao phần thường bị hạn chế qui hoạch xây dựng đô thị nên cần phát triển phần ngầm để đáp ứng nhu cầu: - Thêm diện tích sử dụng cho phần kỹ thuật - Chôn sâu phần móng tạo ổn định công trình - Tăng thêm không gian sử dụng cho công trình chiều cao phần bị hạn chế theo qui hoạch độ cao khu vực Tuy nhiên, việc phát triển xây dựng theo chiều sâu nảy sinh nhiều yếu tố không thuận lợi: - Gây ảnh hưởng lớn tới công trình lân cận - Việc thi công phần ngầm có chiều sâu lớn vô khó khăn, đặc biệt công trình xây chen đô thị Tường vây giải pháp hữu hiệu phải xây dựng tầng hầm công trình Việc thiết kế tầng hầm sử dụng tường vây có số ý nghĩa sau: 1.1.2.1 Về mặt kết cấu Nhà cao tầng thường có tải trọng lớn nên gây áp lực lớn lên móng Vì vậy, sử dụng tường vây ta truyền phần tải trọng lớn công trình xuống đất sâu (khoảng 30 60m) nơi đất có khả chịu lực tốt nhiều lần Thêm vào đó, với chiều sâu lớn thường nằm mực nước ngầm (đúng với hầu hết trường hợp công trình Việt Nam), đó, tác dụng lực đẩy Archimedes có xu hướng đẩy công trình, qua làm giảm phần tải trọng truyền xuống đất Tường vây có tác dụng làm hạ thấp trọng tâm khối nhà cao tầng để tăng mức độ ổn định công trình (một yếu tố vô quan trọng tính toán thiết kế nhà cao tầng), mà tham gia chịu phần lớn nội lực gây tải trọng ngang (động đất, gió động….) 1.1.2.2 Về mặt thi công Tường vây phận quan trọng công nghệ thi công TopDown, công nghệ sử dụng phổ biến thi công công trình nhà cao tầng khu vực đô thị Việc sử dụng tường vây giải vấn đề vô hóc búa thi công tầng hầm nhà cao tầng, công tác thi công đào đất cho hố đào có chiều sâu lớn đến lớn Tường vây không đóng vai trò làm kết cấu chắn đất mà có nhiệm vụ chống rò rỉ nước, chống thấm cho hố đào trình thi công đào đất Bên cạnh đó, điều kiện xây dựng đô thị, đồng nghĩa với việc công trình cao tầng xây chen vô phổ biến, thêm vào điều kiện địa chất không tốt, khó lường ổn định việc lựa chọn tường vây cho công tác thiết kế thi công vô hợp lý để đáp ứng nhu cầu thi công giảm thiểu nguy ảnh hưởng đến công trình lân cận 1.1.2.3 Về mặt sử dụng - Sử dụng tường vây làm kết cấu chống thấm cho tầng hầm công trình - Sử dụng tường vây làm kết cấu chống đỡ áp lực đất tác dụng lên tầng hầm - Sử dụng tường vây giúp tăng khả cách âm, cách nhiệt nhờ bề dày lớn 1.1.2.4 Về mặt an ninh quốc phòng Các công trình có tầng hầm sử dụng tường vây làm kết cấu bao che thường kiên cố nhờ bề dày khả chịu lực lớn tường nên sử dụng công có chiến tranh, làm hầm chứa trang thiết bị, khí tài quân chí chống chịu chiến tranh oanh tạc đại Qua ta khẳng định việc xây dựng công trình sử dụng tường vây hợp lý cần thiết Thiết kế thi công công trình cao tầng có tầng hầm sử dụng tường vây phải trở thành công việc quen thuộc ngành xây dựng Việt Nam Nhà có tầng hầm sử dụng tường vây đảm bảo yêu cầu vệ sinh môi trường, hạn chế tiếng ồn, sử dụng đa chiều giải vấn đề tiết kiệm đất xây dựng Từ cho thấy việc sử dụng tường vây cho nhà cao tầng thành phố lớn nhu cầu thực tế ưu việt ngành xây dựng [4] 1.1.3 Ƣu điểm nhƣợc điểm tƣờng vây tầng ngầm 1.1.3.1 Ƣu điểm - Thi công công trình ngầm có độ sâu lớn - Thích dụng điều kiện địa chất, đặc biệt vùng đất yếu, mực nước ngầm cao - Là biện pháp thi công để xây dựng điều kiện thành phố chật hẹp, xây xen thi công hạn chế chấn động, tiếng ồn, dễ khống chế biến dạng lún, ảnh hưởng công trình xây dựng đường ống ngầm lân cận xung quanh - Giảm khối lượng thi công, thi công theo phương pháp ngược (top down) có lợi cho việc tăng nhanh tốc độ thi công, hạ thấp giá thành công trình - Tường vừa dùng làm kết cấu bao che độ sâu lớn lại kết hợp làm kết cấu chịu lực, làm móng cho công trình điều kiện định 1.1.3.2 Nhƣợc điểm: - Thi công theo phương pháp tường vây yêu cầu máy móc, trang thiết bị thi công đồng cao, loại tường cần loại thiết bị thi công phù hợp đòi hỏi đầu tư ban đầu lớn - Mỗi loại kết cấu phù hợp với số chiều sâu hố đào loại địa chất định, việc lựa chọn kết cấu tường không phù hợp làm ảnh hưởng lớn đến độ an toàn giá thành thi công - Việc sử lý bùn thải làm tăng chi phí cho công trình mà kỹ thuật phân ly bùn không hoàn hảo xử lý không thoả đáng làm cho môi trường bị ô nhiễm - Do trình thi công, lớp đất có kẹp lớp đất cát tơi xốp, mềm yếu mà tính chất dung dịch giữ thành không thích hợp bị biến chất dẫn đến sụt lở thành làm cho thể tích bê tông thân tường tăng lên đáng kể, mặt tường bị lồi lõm, kích thước kết cấu vượt giới hạn cho phép 1.1.4 Phạm vi ứng dụng Thực tế xây dựng giới Việt Nam cho thấy phương pháp tường vây áp dụng hiệu xây dựng loại công trình sau: - Các công trình dân dụng có phần ngầm như: gara, trung tâm thương mại, kho chứa, rạp chiếu phim, nhà hát Phần ngầm nhà cao tầng móng, tường chắn kết cấu chắn giữ nhà xây gần công trình có sẵn - Các công trình công nghiệp phân xưởng nghiền nhà máy làm giàu quặng, phân xưởng đúc thép liên tục, hố nhận nguyên liệu, phễu để dỡ, chất tải - Các công trình thuỷ lợi thu nhận nước, trạm bơm, công trình làm - Các công trình giao thông hầm giao thông đặt nông, móng trụ cầu - Các công trình quân công trình dân có kết hợp phòng thủ có chiến tranh xảy Thực tế công trình xây dựng điều kiện có hiệu cao sử dụng tường vây: - Trong điều kiện địa chất thuỷ văn phức tạp, mực nước ngầm cao, gặp tầng nước ngầm có áp - Khi xây dựng công trình ngầm tường chắn kết cấu chắn giữ điều kiện xây chen thành phố, gần công trình có - Phương pháp tường đất cho phép thiết kế công trình ngầm có hình dạng mặt bằng, giảm chiều dày tường loại trừ công tác hút hạ mực nước ngầm Tường vây sử dụng đồng thời làm móng chịu tải trọng phần điều kiện sau: - Tường tựa đá cứng đất tốt, tức tường làm việc 10 vách - Tường xây dựng gần sát liền với móng nhà có, mà độ bền móng bị phá hoại xây dựng móng cọc đóng [1] [4] 1.1.5.các loại tƣờng vây 1.1.5.1 Tƣờng cọc trộn xi măng - đất: Hình 1.1 Tường chắn cọc trộn xi măng đất Tường chắn cọc trộn xi măng - đất phương pháp để gia cố đất yếu, sử dụng xi măng, vôi để làm chất đóng rắn, lợi dụng loạt phản ứng hóa học xảy chất đóng rắn với đất, làm cho đất đóng rắn lại thành thể cọc có dạng tường ổn định có cường độ định 95 l y  5,88(m) b) Xác định độ lệch tâm - Độ lệch tâm: eo=M/N=641,02.100/790,04=81,13(cm) - Độ lệch tâm thi công : e’ = 1(cm) - Độ lệch tâm cuối e=eo+e’=81,13+1=82,13(cm) -  b  1,3(cm) bc  40(cm)  c  2,1(cm) c) Kiểm tra tiết diện chọn - Tính toán đặt trưng hình học tiết diện: F  215(cm ) J x  65361,59(cm4 ) Wx  3268,08(cm3 ) J y  22406,55(cm ) Wy  1120,33(cm3 ) rx  17, 44(cm ) ry  10, 21(cm ) x  lx / rx  558 /17, 436  33, 71 x  x ( R / E )1/2  33, 71.(21/ 21000)1/2  1, 066 y  l y / ry  558 /10, 21  57,59 Nhận thấy : max  57,59  [ ]  120 d) Kiểm tra ổn định tổng thể mặt phẳng uốn 96 - Độ lệch tâm tương đối m tính theo công thức: m  e /   e.F / W  82,13.215 / 3268,08  5, - Hệ số ảnh hưởng hình dáng tiết diện  : x  1, 066  5 - Các hệ số  ,  xác định theo công thức sau:   0,9 1/2 Do c  .( E / R)  3.14.(21000 / 21)  99,3 1/2 c  99,3  y  57, 64 nên   - Hệ số ảnh hưởng momen mặt phẳng uốn C xác định sau: C   / (1  m. )  1/ (1  6,35.0,9)  0,148 Kiểm tra ổn định tổng thể cột mặt phẳng khung theo công thức  y  N / (C. y F )  805, 73 / (0,148.0,835.295)  21,98( KN / cm2 )  y  21,98  R  21( KN / cm2 )   ( y  R) / R  (21,98  21) / 21  4,66%  5% Vậy: Thanh chống đảm bảo khả chịu lực 105 3.5 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN Trong chương này, với mục đích phân tích ổn định tường vây tầng ngầm có xét tải trọng động đất với công trình cụ thể, “ công trình khu phức hợp khách sạn Bạch Đằng” Công trình thi công phần ngầm, mục đích chương phân tích hệ kết cấu tường vây có động đất xảy với cường độ định kết cấu ổn định hay không Thông qua việc xác định tải trọng tác dụng vào hệ kết cấu tường vây tính toán thủ công phần mềm Sap Kết tính toán với hệ kết cấu tường vây công trình lúc động đất xảy hệ đảm bảo ổn định Nhưng lúc động đất xảy với cường độ định hệ chống không đảm bảo khả chịu lực Vì vậy, có đề xuất đưa dựa theo kết tính toán tăng diện tích thép cho chống để đảm bảo ổn định cho toàn hệ tường vây 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Quảng (2006) Nền móng tầng hầm nhà cao tầng Nhà xuất xây dựng Hà Nội ; [2] Nguyễn Văn Quảng (2006) Chỉ dẫn thiết kế thi công cọc baret, tường đất neo đất Nhà xuất xây dựng Hà Nội 2006; [3] Nguyễn Thanh Hải ( 2011) Cơ sở lựa chọn tường barette cho tầng hầm nhà cao tầng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Kiến Trúc Hà Nội; [4] Lê Quang Anh ( 2010) Phân tích nguyên nhân gây hư hỏng tường barette thời gian qua Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Kiến Trúc Hà Nội; [5] Vũ Quốc lập ( 2011) Nghiên cứu thiết kế tính toán kết cấu tường tầng hầm nhà cao tầng Thành phố Nam Định Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Kiến Trúc Hà Nội; [6] Nguyễn Bá Kế (2002) Thiết kế thi công hố móng sâu Nhà xuất xây dựng Hà Nội; [7] Nguyễn Đăng Thái ( 2008) Nghiên cứu tính toán tường tầng hầm giai đoạn thi công Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Kiến Trúc Hà Nội; [8] Nguyễn Đức Nguôn (2008) Địa kỹ thuật xây dựng công trình ngầm dân dụng công nghiệp Nhà xuất xây dựng Hà Nội; [9] Đỗ Văn Đệ (2008) Phần mềm Plaxis ứng dụng vào tính toán công trình thủy công Nhà xuất xây dựng Hà Nội; [10] Đỗ Như Tràng ( 1998 ) Áp lực đất tính toán kết cấu công trình ngầm Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự, Trung tâm sau đại học; [11] Vũ Công Ngữ, Nguyễn Anh Dũng (1995) Cơ học đất Nhà 107 xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội; [12] Nguyễn Uyên Bài tập học đất móng công trình Nhà xuất Xây dựng Hà Nội; [13] Cao Văn chí ( 2003) Cơ học đất Nhà xuất Xây dựng Hà Nội; [14] Nguyễn Trung Hoa Giáo trình học đất; [15] R.Whitlow ( 1997 ) Cơ học đất NXB Giáo Dục; [16] Nguyễn Quang Chiêu ( 2004 ) Thiết kế tường chắn đất Nhà xuất Giao Thông Vận Tải Hà Nội; [17] Bộ Nông Nghiệp Phát Triển Nông Thôn ( 2003 ) Hướng dẫn thiết kế tường chắn công trình thủy lợi; [18] Phan Trường Phiệt (2001) Áp lực đất tường chắn đất Nhà xuất xây dựng Hà Nội; [19] Vương Văn Thành, Nguyễn Đức Nguôn (2010) Tính toán thực hành móng Nhà xuất xây dựng Hà Nội; [20] đất TCXD VN 9386-2012 Tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động 108 109