Trong các môn học của ngành Xây dựng thì Chuyên đề thi công hố móng sâu là 1 môn học hay, cung cấp cho sinh viên một lượng kiến thức cực kỳ hữu ích. Sau khi học xong môn này sinh viên sẽ được giảng viên phát đề bài làm báo cáo thu hoạch. Tài liệu này sẽ giúp các bạn sinh viên tham khảo để làm báo cáo thu hoạch được tốt hơn đồng thời hiểu rõ hơn về hố móng sâu, một dạng bài toán phức tạp trong xây dựng mà hầu như các bạn sau này hành nghề đều gặp phải .
CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD : CAO VĂN HÓA CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG HỐ MÓNG SÂU ĐẶC ĐIỂM KHU ĐẤT: - Cho hố móng: B = 84 m L = 150 m MẶT BẰNG: I TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH: Công trình có kích thước tương đối lớn 84x150 (m) Mặt công trình trải dài cách đường 5m Để thi công phần móng công trình điều trước tiên ta phải tiến hành đào phần hố móng với đặc điểm đòa chất sau: + Lớp (bùn sét yếu): γ = 1.45 tấn/m3 c = 0.02 kg / cm ϕ = 2o + Lớp (bùn sét): γ = 1.5 tấn/m3 SVTH: Nguyễn Ngọc Thơ Trang CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD : CAO VĂN HÓA c = 0.02 kg / cm ϕ = 4o + Lớp (cát chặt): γ = 1.9 tấn/m3 ϕ = 25 o - Đào hố móng kích thước lớn điều kiện đòa chất (đất yếu) dễ sinh trượt lở khối đất, ổn đònh hố móng, thân cọc (nếu có) bò chuyển dòch vò trí, đáy hố trồi lên, kết cấu chắn giữ bò dò nước nghiêm trọng bò chảy đất… làm hư hại hố móng, uy hiếp nghiêm trọng công trình xây dựng, công trình ngầm đường ống xung quanh… Vì vấn đề xử lý phần vách hố đào thẳng đứng đặt nghiêm túc Ta đưa phương pháp để giải lựa chọn giải pháp tối ưu mặt kó thuật mặt kinh tế để tiến hành tính toán cụ thể II ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ VÁCH HỐ ĐÀO: Dùng cừ tràm : - Với kích thước hố móng 84x150 (m) sâu 6m dùng tường chắn cừ tràm hao phí, chiều dài cừ tràm từ đến mét đóng xuống để làm vách chắn cho thành hố đào với đất yếu phương án chắnkhông phù hợp Dùng tường chắn cừ bê tông cốt thép ứng lực trước: - Những bêtông cốt thép có kích thước 120x750 (mm) dài từ 6-8 (m), bêtông mác 300, thép ứng suất trước, đóng hay rung ép Cần thi công thêm lớp chống thấm, giá thành tương đối cao Với đất yếu độ sâu chôn cọc tương đối lớn nên phương án tối ưu Dùng tường cừ vách hố đào gỗ lùa ngang: - Biện pháp sử dụng nhiều vật tư làm cừ không đòi hỏi chuyên dụng mà vật tư phổ biến Máy đóng dầm I thép hình xuống đất máy đóng cọc thông thường Quanh thành hố đào đóng xuống dầm I thép hình có độ sâu đáy hố đào khoảng 3~4 mét Những dầm I đặt cách 1,5 ~ 2,0 mét Khi đào đất sâu lùa ván ngang từ dầm I đến dầm I kia, ván để đứng theo chiều cạnh, lùa hai bụng dầm I Ván ép mặt tỳ vào cánh dầm I Khoảng hở ván cánh dầm I độn gỗ cho chặt.Giải pháp phụ thuộc vào mức nước đất kết không ổn đònh, tạm bợ Chỉ nên sử dụng phạm vi công trình nhỏ Dùng tường chắn ximăng trộn đất: - Trộn cưỡng chế đất với ximăng thành cọc ximăng đất, sau đóng rắn lại thành tường chắn có liền khối đạt cường độ đònh Đây biện pháp có ý nghóa kinh tế cao Có thể dùng để thi công trường hợp Dùng ván cừ thép: - Dùng cừ thép hình chữ Z hay U, có chiều dày từ 6-16mm, dài 12m, chiều rộng ngang từ 580-670mm Cọc cừ thường sử dụng nhiều lần, có công ty chuyên cung cấp cho thuê cọc cừ qua sử dụng nhằm giá thành Hai mép cừ có mộng để lùa cừ lại với lúc đóng xuống đất, mảng cừ có độ khít SVTH: Nguyễn Ngọc Thơ Trang CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD : CAO VĂN HÓA đến mức nước không thấm qua, không di chuyển từ phía mặt cừ sang phía mặt cừ bên Tường chắn cừ thép dễ thi công, thời gian nhanh chóng Đây giải pháp tốt để làm tường vây hố đào Dùng cọc Baret: - Cọc barét loại cọc nhồi, không thi công mũi khoan hình tròn, mà loại gầu ngoạn hình chữ nhật Tiết diện cọc hình chữ nhật : + Chiều rộng từ 0,6 – 1,5m + Chiều dài từ 2,0 – 6,0m - Các loại tiết diện khác tuỳ theo vò trí móng, chữ thập, chữ T, chữ I, L, Y - Độ sâu : Tuỳ theo điều kiện tính chất công trình tải trọng cọc đạt tới độ sâu từ vài chục m đến 100m Thi công tương đối phức tạp tốn Tuy nhiên giải pháp khả thi III TÍNH TOÁN SƠ BỘ CÁC GIẢI PHÁP KHẢ THI: Qua phân tích tổng quan phương pháp xử lí vách hố đào, ta chọn số giải pháp mang tính khả thi để tiến hành tính toán lựa chọn Dùng cọc baret: - Lớp đất lớp đất bùn sét yếu bùn sét, sức chòu tải nhỏ Theo kinh nghiệm ta chôn cọc lớp cọc bò trôi tuột xuống cọc có trọng lượng thân lớn, đất khả chòu tải trọng, ứng suất sinh mũi cọc lớn Vì để đảm bảo mặt ổn đònh tổng thể ta cần chôn cọc qua lớp đất tốt thứ ( đất cát chặt ), chiều dài cọc tương đối lớn ( 37m) Giá thành cao, thi công phức tạp, không kinh tế - Không cần tính toán mà cần phân tích sơ ta thấy ưu nhược điểm giải pháp Dùng cọc ximăng đất: - Lượng ximăng trộn vào: aw = (7% - 20%) trọng lượng đất gia cố Ta chọn 20%, đó: + Dung trọng ximăng đất là: γ = (0,7 − 2,3) * γ d Ta gia cố để γ = 2γ d + Góc masát trong: ϕ = 20 − 30 + Lực dính: c = (0,2 − 0,3) qu , + Với qu tra theo biểu đồ thực nghiệm (Hình vẽ ): SVTH: Nguyễn Ngọc Thơ Trang CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD : CAO VĂN HÓA + Với aw=20% => qu= 200(KPa)=> c = 0,25x200 = 50KPa = 0,5 kg / cm - Ta gia cố khắp diện tích đất phía cọc ximăng đất ( 5m xung quanh hố đào) Sau gia cố ta đất với đặc tính vật lý sau: SVTH: Nguyễn Ngọc Thơ Trang CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD : CAO VĂN HÓA Dùng số liệu dùng làm liệu đầu vào, dùng phần mềm SLOPE/W để kiểm ổn đònh mái dốc Sau giải ta hệ số an toàn ổn đònh mái dốc: K dh= 1.29 < 1.5 Không khả thi • Kết luận: + Ta thấy đất thật yếu nên đơn dùng biện pháp không khả thi Do ta phải kết hợp nhiều giải pháp để giải vấn đề vách hố móng + Nền đất yếu nên ta phải gia cố đất để kết hợp với giải pháp khác IV GIẢI PHÁP TỐI ƯU – TÍNH TOÁN CỤ THỂ: - Sau tổng hợp tất yếu tố ta đònh chọn phương án gia cố cọc xi măng đất kết hợp với dùng tường chắn cừ thép ( tường chắn cừ thép có giá thành thấp dễ thi công cọc baret) SVTH: Nguyễn Ngọc Thơ Trang CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD : CAO VĂN HÓA - Đối với tường cừ thép ta chọn hệ tường chắn có mun mặt cắt lớn tường cừ Lacsen - Gần hãng Đức giới thiệu vào nước ta loại máy Hercules Grundlogging sản xuất để làm cọc xi măng đất Loại làm cọc đất trộn xi măng ướt đường kính 600 mm , sâu bình quân 4,4 mét hay Thay cho xi măng đơn thuần, ta trộn xi măng với vôi để thành cọc vôi - xi măng với lượng hỗn hợp vôi xi măng cho mét sâu cọc 26 kg - Ngoài Nhật Bản giới thiệu với thò trường nước ta loại máy làm cọc loại TENOCOLUMN Các tiêu sử dụng máy TENOCOLUMN sau: Lo¹i ®Êt t¹i chç Lỵng xim¨ng/m3 C¸t Bïn,sÐt ¸ c¸t §Êt lÉn h÷u c¬ Than bïn 250 226 250 350 325 Tû lƯ N/X % 120 100 60 60 60 Cêng ®é mÉu KG/cm2 41,8 30 17,1 15,7 16,4 * Dựa vào liệu có ta tiến hành tính toán cụ thể: Gia cường đất cọc ximăng đất: - Lượng ximăng trộn vào: aw = 17% trọng lượng đất gia cố (lượng ximăng dùng cho m3 cọc 226 kg,tỉ lệ nước ximăng 100% với sữa ximăng bơm xuống cọc) + Dung trọng ximăng đất là: γ = 2.2γ d + Góc masát trong: ϕ = 20 + Lực dính: c = (0,2 − 0,3) qu với qu tra theo biểu đồ thực nghiệm( Hình ): với aw =17% => qu = 140 (KPa) => c = 0,2x140 = 280 KPa = 0,28 kg / cm - Chọn diện tích cọc ximăng: gia cường khoan 5m xung quanh hố đào 10m bên hố đào: - Đường kính cọc là: 600 mm, khoảng cách tim cọc 600mm 0.3 * 0.3 * π = 0.785 => Tỉ lệ diện tích cọc đất: α = 0.6 * 0.6 SVTH: Nguyễn Ngọc Thơ Trang CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD : CAO VĂN HÓA Tính toán độ sâu chôn cừ Lacsen đất (phương pháp cân tónh): Các tham số: K1a=tg2(450- ϕ / )= tg2(450 – 160/2)= 0.567 K1p=tg2(450+ ϕ / )= tg2(450 + 160/2)= 1.761 • Tính tâm quay cọc: Hợp lực áp lực chủ động áp lực bò động tâm quay cọc: γ (h + u ) K a1 − 2c K a1 = γ 1uK 1p + 2c K 1p 31.9 x 0.567 x (6 + u) – x 22.4 x 0.5671/2 = 31.9 x 1.761 x u + x 22.4 x 1.7611/2 => u = 0.403 m < (8.7 – 6) m Vậy tâm quay lớp đất , cách mặt đất tự nhiên là:6 + 0.403 = 6.403 m Khi áp lực chủ động áp lực bò động: SVTH: Nguyễn Ngọc Thơ Trang CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD : CAO VĂN HÓA γ (h + u ) K a1 − 2c K a1 = γ 1uK 1p + 2c K 1p = 82.08 KN Tại vò trí 6m giá trò áp lực chủ động là: 6γ K a1 − 2c K a1 = 74.8 KN 74.8 × 74.8 × 0.403 + = 239.47 KN 2 0.403 74.8 × × × + 74.8 × 0.403 × (6 + )× 3 = 4.13 m a= 239.47 ∑P = Chiều dài cọc : x × γ (K p − K a ) EP = Cân momen cọc: ∑ P( L + x − a) − E p x =0 239.47(6.403 + x – 4.13) – 31.9(1.761 – 0.567)x3/6 = x = 7,06 m Vậy để đảm bảo điều kiện cân tỉnh, chiều dài cọc tối thiểu: L = h + u + 1,2x = + 0.403+ 1.2 x 7.06 = 14.88 m Chọn chiều dài cọc 15m Chọn loại cừ: - Momen uốn lớn nằm vò trí có lực cắt Q= γ ∑ P − (K => mx = 2∑ P γ (K a − K b ) − K b )m x = a = × 239.47 = 3.55m 31.9(1.761 − 0.567) - Vò trí có Mmax cách mặt đất tự nhiên :6 + 0.403 + 3.55 = 9.953 m M max γ ( K b − K a ) xm = ∑ P (l + xm − a ) − Mmax = 239.47(9.953 – 4.13) – [ 31.9(1.761 – 0.567)3.55 3]/6 = 1111.4 KNm - Ta cần chọn loại cừ có khả chòu momen theo vật liệu với M max thiết kế Theo tiêu chuẩn BS 5950, momen kháng uốn theo tiết diện: M vl = Py Z FOS Trong : Z: Môdun mặt cắt tiết diện ván cừ Py: Cường độ thép vật liệu ván cừ FOS: hệ số an toàn (chọn 1,2) Ta chọn loại cừ lacsen : AU26 theo catalo công ty PROFILARBEED s.a với thông số tính toán sau: SVTH: Nguyễn Ngọc Thơ Trang CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG => Mvl = GVHD : CAO VĂN HÓA 450 × 3500 = 1312 KNm > Mmax = 1111.4 KNm 1.2 × 1000 Vậy dùng cừ larsen AU26 thoả điều kiện chòu uốn vách đào Kiểm tra theo điều kiện đất nền: - Kiểm tra sức chòu tải chân cọc ximăng đất: Từ kết ta chọn chiều sâu gia cố đất 15m p lực cọc ximăng đất đế cọc: P tc = 15 × 3.19 = 47.86T / m Sức chòu tải chân tường (Lớp đất 2): R tc = Abγ + Bhγ '+ DC tc Với lớp 2: ϕ = ta tra hệ số: A= 0,06 B= 1,25 D= 3.51 => R = 0.06 × × 1.5 + 1,25 × 15 × 2.24 + 3.51 × 0,2 = 43,15T / m Vậy: Ptc = 47.86 T/m2 < 1,2Rtc = 51.78 T/m2, => Thoả điều kiện chòu tải Chọn chiều rộng lớp đất gia cố ximăng đất : ϕ o o o Góc cắt áp lực chủ động: 45 − = 45 − 16 / = 37 tc - Ta coi lớp đất quanh cừ Larsen để gia cố cọc ximăng đất đồng tính toán áp lực chủ động bò động => chiều rộng gia cố là: B = tg (37 o ) × (15 − 6) = 6.78(m) ta chọn chiều rộng gia cố 7m SVTH: Nguyễn Ngọc Thơ Trang CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD : CAO VĂN HÓA Kiểm tra theo điều kiện ổn đònh mái dốc ( dựa phần mềm SLOPE/W ): -Tính toán ổn đònh tổng thể công trình theo sơ đồ trượt sâu với giả thiết mặt trượt cung tròn Điều kiện yêu cầu chống trượt thoả mãn : nc n mđ Mtr ≤ m/kn Mg Trong : Mtr : tổng momen lực gây trượt Mgl : tổng mômen lực giữ nc : hệ số tổ hợp tải trọng (chọn 1) n : hệ số vượt tải ( chọn 1.2) md: hệ số điều kiện làm việc, xét đến đặc điểm chòu lực thực tế cấu kiện số giả thiết sơ đồ tính.(chọn 1) - Hệ số bảo đảm: SVTH: Nguyễn Ngọc Thơ Trang 10 CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG K= GVHD : CAO VĂN HÓA M gl ≥ 1,2 M tr Các momen Mgl, Mtr tính theo công thức sau : M tr = R ∑ g i sin α i M g = R (∑ g i cos α i taϕ i + ∑ C i Li + ∑ Qdi ) gi : tổng trọng lượng lớp đất, cấu kiện công trình hoạt tải phạm vi lớp đất thứ i R: bán kính cung trượt α i : góc nguyên so với mặt nằm ngang đường tiếp tuyến với cung trượt giao điểm cung trượt với đường tác động lực gi , đường thẳng đứng với bán kính R vẽ qua giao điểm ri : khoảng cách theo đường nằm ngang từ tâm quay O đến đường tác động lực gi li : chiều dài đoạn cung cọc đất thứ i ϕ Ci : góc nội ma sát lực dính dãy cọc xi măng đất thứ i Qci : lực kháng trượt, tính cho m dài công trình Do sức kháng gẫy cọc đóng xuống mặt trượt đoạn sâu tn Trò số Qci xác đònh theo công thức : Qci = 4MC./(tZ.L) MC : momen uốn cọc mặt trược, xác đònh theo điều kiện: + Điều kiện độ bền tiết diện cọc: Theo tính toán trên, điều kiện thỏa mãn với loại cừ lacsen AU26 công ty PROFILARBEED s.a + Điều kiện ngàm cọc mặt trượt đoạn ( tính sơ ): t z = tn/1.25 Theo công thức: MC = [ (δ p − δ a ) Lc t Z ] δ p : áp lực chủ động cừ bên mặt trượt δ a : áp lực bòû động cừ bên mặt trượt δ a = γ LK a1 − 2c K a1 = 31.9 × 15 × 0.567 – × 22.4 × 0.5671/2 = 237.58 KN δ p = γ 1uK 1p + 2c K 1p = 31.9 × (15 – 6) × 1.761 + × 22.4 × 1.7611/2 = 565.3 KN Lc : chiều dài đoạn thẳng mà phạm vi đó, áp lực chủ động động truyền lên cọc => MC ≈ [(565.3 – 237.58) × (15 – – 0.403) × 6/2 × 3/1.25 × 12]/8 = 2534 KNm Trong tính toán lấy giá trò bé giá trò tính được: Mc = ( 1111,4 ;2534 ) = 1111,4 KNm - Vì mômen tính toán theo điều kiện bền tiết diện cừ Lacsen nhỏ so với điều kiện ngàm cọc mặt trượt đoạn nên lấy mômen cọc theo độ bền tiết diện để tính toán lực kháng trượt cọc SVTH: Nguyễn Ngọc Thơ Trang 11 CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD : CAO VĂN HÓA Qci = × 1111.4/(6/2 × 3/1.25 × 1) = 617.4 KN Dùng phần mềm SLOPE/W để kiểm tra ổn đònh mái dốc, ta kết tính toán : Hệ số an toàn 2.41 >1.5 => thỏa mãn điều kiện Kiểm tra ổn đònh chống trồi khối đất đáy móng: - Dùng phương pháp Teraghi-Pech thích dụng với công trình có hố móng dài rộng dài, phương pháp chưa kể đến hình dạng hố móng tác dụng hữu ích tường đất có độ chôn sâu đònh việc chống trồi đáy hố móng - Ta dùng phương pháp tính đẩy trồi đáy hố đào đồng thời xem xét c ϕ q q Kl = γ DN q + cN c γ ( H + D) + q Trong : D: độ sâu chôn móng cuả tường H: độ sâu hố móng, SVTH: Nguyễn Ngọc Thơ Trang 12 CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD : CAO VĂN HÓA q: siêu tải mặt hố móng γ : trò bình quân gia quyền trọng lượng tự nhiên lớp đất phía hố kể từ mặt đất đến đáy tường γ : trò bình quân gia quyền trọng lượng tự nhiên lớp đất phía hố kể từ mặt đào đến đáy tường Nq, Nc: hệ số tính toán khả chòu lực giới hạn đất Dùng công thức Pradlt, Nq, Nc lần lược : ϕ N qp = tan (45 + )e Π tan ϕ = tan (45 + / 2)e Π tan = 1.43 1 N cp = ( N qp − 1) = (1.43 − 1) = 6.15 tan ϕ tan Trong công thức tính K, hệ số an toàn lấy từ (1,2 –> 1,3) ta chưa kể đến tác dụng chống trồi lên cường độ chòu cắt mặt bên tường Vậy K = 1.5 × (15 − 6) × 1.43 + 0.02 × 6.15 = 0.88