Chương 5 TƯỜNG CHẮN BẰNG CỌC BẢN

Chương TƯỜNG CHẮN BẰNG CỌC BẢN 5.1 GIỚI THIỆU CHUNG Khi thi công hố đào sâu 10 m đất yếu lại gần công trình hữu, khó dung phương pháp cọc xi măng nên người ta thường dung cọc để làm tường chắn giữ thành hố móng Các dạng cọc thường dùng nay, theo vật liệu chia ra: - Cọc gỗ (ít dung yêu cầu bảo vệ môi trường); - Cọc bê tông cốt thép; - Cọc thép; - Cọc chất dẻo PVC Và theo loại hình kết cấu chia ra: - Tường gồm trụ cứng (thép bê tông cốt thép) có gỗ/ thép bê tông cài ngang - Tường gồm cọc BTCT đặt liên tục; - Tường gồm cọc thép đặt liên tục; - Tường gồm nhựa PVC đặt liên tục; (1) Tường chắn gồm trụ cứng có bưng gỗ/bê tông (soldier piles with Lateral Lagging) gọi phương pháp tường Berlin (Berlin wall method) chúng dùng nhiều thời chiến tranh giới thứ sau lại dung cho công trình dân Loại tường dùng tốt đất sét, đất cát, nơi có mực nước ngầm thấp phải hạ mực nước ngầm Thận trọng dùng đất yếu, khó đóng đất cuội sỏi Giá thành thấp, thi công đơn giản nhanh Khuyết điểm: tiếng ồn lớn đóng nhổ dân cư gần, chuyển vị đất lớn (khi nhổ, tháo) so với loại tường chắn khác Loại tường tự đứng vững (làm việc congxon) thể kết hợp với neo đất thang chống ngang/xiên (2) Tường chắn cọc BTCT đúc sẵn BTCT ứng suất trước (concrete sheet piles) So với cọc thép (sẽ trình bày điểm này) có ưu nhược sau: • Độ cứng chống uốn lớn, đầu cọc dịch chuyển nhỏ, không bị ăn mòn nhanh dùng kết cấu vĩnh cửu; chiều rộng cọc đến 1,0 m nên giảm thời gian hạ cọc, dùng thiết bị thông dụng hạ cọc, dùng vật liệu hàn trám nhựa PVC nên ngăn nước tốt • Nặng, dễ hư hỏng vận chuyển không cNn, độ dày lớn phí đóng/hạ cọc BTCT 1,8 đến 2,2 lần so với cọc thép (theo kinh nghiệm N hật Bản), không thích hợp cho làm tường chắn hố đào vùng xây dựng chật hẹp chuyển vị ngang đất nên lớn,chiều dài hạn chế (đến 20m) không khả nối dài xác suất thu hồi thấp (3) Tường chắn cọc thép (Steel sheet piles) Thích hợp đất yếu có mực nước ngầm cao (vì vừa chắn đất vừa ngăn nước) thi công tương đối đơn giản, dùng thép ống độ cứng tường lớn thích dụng cho hố móng có kích thước rộng cọc thép có độ cứng tương đối thấp nên ý tường chắn đặt gần công trình hữu (vì bị chuyển vị ngang lớn ) Khi đóng gây tiếng ồn lớn, lượng thép dùng nhiều, không bảo quản tốt ( bị cong vênh mép bị kẹt đất cát) việc sử dụng lại nên tốn Cọc thép dễ dàng nối dài hay cắt ngắn theo yêu cầu, dùng nhiều lần làm tường tạm, (4)Tường chắn nhựa PVC (Vinyl sheet piles) Chống xâm thực ăn mòn môi trường nước chua mặn tốt (có thẻ bền 30-50 năm) Sản xuất công nghiệp lên thuận tiện thiết kế, thi công lắp đặt kiểm soát chất lượng dễ, gọn nhẹ (nhẹ thép 70-75% nhẹ bê tông 40-50%) nên thuận tiện vận chuyển bảo quản, tăng mỹ quan cho công trình xây dựng (khi làm tường kè xói lở vùng ven biển, tường chắn đất công trình cầu cảng.) Tường nhựa composite có khả chịu lực (mô men kháng uốn) không cao so với thép BTCT nên hạn chế sử dụng 5.2 CẤU TẠO VÀ BỐ TRÍ TƯỜNG BẰNG CỌC BẢN 5.2.1 Tường trụ cứng bưng kín lưng tường N hư trình bày hình 5.1, trụ cứng thép hình (hình 5.1 a,c) BTCT có cấu tạo rãnh (hình 5.1e) tiết diện chữ T chữ I (hình 5.1 b,d) liên kết ướt qua thép trụ tường (hình 5.1f) Bản chắn ngang để bưng đất gỗ, dày 5-7cm bê tông cốt thép đúc sẵn (hình 5.1 a,b,d,e) xác định tính toán (xem ví dụ 9.1 chương 9) hay bê tông phun lên lưới thép cố định lên mặt tường (hình 5.1 c) hay đổ bê tông trực tiếp vào hào đào (hình 5.1 f ) Phía sau lưng tường dùng vữa cát đất chèn chặt khe trống cài đất để giảm thiểu chuyển đất xung quanh hố đào Khoảng cách trụ cứng xác định tính toán thường quy phạm từ 1,5 đến 3,0 m Trên hình 5.2 trình bày ví dụ loại tường trụ cứng thi công CHLB Đức sâu đến 15m Dùng neo đất dầm đai lưng tường để giữ tường Ở Việt N am, trụ sở nhà số 5-7 Lê DuNn trung tâm thương mại Quốc tế IBC (Thành phố Hồ Chí Minh ) dùng loại tường nói để thi công hố móng sâu 5-7m 5.2.2.Tường chắn cọc thép Thường có loại cọc thép sau đây: a) Cọc thép loại phẳng: Ký hiệu SP-1, loại cọc có mô men chống uốn không lớn, chiều dài chế tạo từ 8: 22m (hình 5.3 a) b) Cọc thép máng: Ký hiệu SP-2, chiều dài chế tạo 8-22m thường dùng cho loại kết cấu chống thấm (đê quai, móng đập) công trình xây dựng (hình5.3 b) c) Cọc thép chữ Z: Ký hiệu SK-1, SK-2, SĐ2 (hình 5.3 c) d) Cọc Larssen: Thường chế tạo loại:IV, V, VI, VII có chiều dài từ 8-22m với liên kết móc rắn chắc.,tạo mômen kháng uốn lớn, loại cọc sử dụng rộng rãi nay(hình 5.3d) Trong bảng 5.1 trình bày số đặc trưng kỹ thuật cọc thép thường dùng Kích thước (mm) Khối lượng( kg) Mô men (cm3) Hệ số tận dụng vật liệu Ghi 182 1,14 Cọc phẳng 28 140 0,93 Cọc máng thép 125 114 285 2,28 58 145 260 650 4,48 240 61 153 630 1575 10,8 400 320 93 232 1256 3160 13,6 Larssen IV 400 180 74 185 880 2200 11,9 Larssen IV 400 180 100 238 1161 3056 12,8 Larssen IV 420 220 122 290 1765 4200 14,5 Larssen IV 460 230 130 310 2101 5000 16,1 Ký hiệu Loại cọc B H SP-1 400 SP-2 1m cừ 1m2 tường G Cho cọc Wx Cho 1m tường chắn W 64 160 73 200 30 150 SK-1 400 110 50 SK-2 400 169,5 SĐ-3 400 SĐ-5 Cọc thép chữ Z Cọc Larssen Cọc thép sử dụng rộng rãi nhiều ngành xây dựng giới Việt N am: công trình kè chống sạt lở bờ sông, tường chắn hố đào móng công trình xây dựng đê quay thi công trụ cầu giao thông… Mép cọc thép thường dùng có khóa miệng cọc kề móc chặt vào nhau, tạo tác dụng chống thấm cách nước Khi dùng cọc thép hình, tính đặc trưng hình học chúng tra cứu tài liệu hang chế tạo xem sổ tay thi công Khi dùng thép ống thép hình khác để làm tường chắn hai mép bên phải hàn móc khóa miệng chạy suốt chiều dài.Cọc thép có khóa miệng có tác dụng cách nước, không xét đến nhân tố bất lợi cho thi công, vùng có mực nước ngầm cao, yêu cầu bảo vệ môi trường nghiêm ngặt giống loại tường chắn dãy cọc,ở phía sau cọc thép phải làm thêm màng cách nước cọc xi măng đất Tường chắn cọc thép dùng cho loại hố móng có mặt hình tròn, chữ nhật, đa giác…(xem hình 5.4) Ở chỗ góc quay hố móng hình chữ nhật, hình đa giác phải vào dạng mặt chỗ góc quay tương ứng N ếu cọc góc thành phNm, lấy cọc thép thông thường cắt hàn thêm thép hình thép vào để làm thành cọc góc Cọc góc phải tăng thỏa đáng chiều dài cọc 5.2.3 Tường chắn cọc BTCT Cọc BTCT gồm loại: BTCT không ứng suất trước BTCT ứng suất trước Loại cọc BTCT không ứng suất trước có cấu tạo trình bày hình 5.5 loại cọc BTCT ứng suất trước - hình 5.6 Hai bên cọc BTCT không ứng suất trước thường làm thành mộng lồi lõm, hình 5.5a Cũng làm thành dạng hình chữ Z hình thức miệng ghép khác Kính thước chiều mộng dương phải nhỏ mộng âm 55mm Đầu nhọn cọc phải làm hình nêm theo chiều dày cọc Để làm cho cọc kề ép sát vào nhau, giảm khe hở đỡ nghiêng dọc, mũi cọc bên mộng âm vạt thành góc chéo 45 độ -60 độ, bên mộng dương không vạt Đầu cọc cọc góc cọc định vị làm thành hình đối xứng Mặt cắt cọc chữ nhật thường có bề rộng 50-80cm, bề dày 2550cm Cọc mặt chữ T thường có sườn dày 20-30cm, sườn cao 50- 75cm, cấp cường Độ bê tông không nên nhỏ C25 Cọc dự ứng lực không nên nhỏ C40 Xét đến ứng suất đóng cọc, đầu cọc phải đặt 4- lớp lưới thép Trong phạm vi 1- 1,5m kể từ đỉnh cọc trở xuống từ mũi cọc trở lên khoảng cách cốt đai không lớn 100mm Phần cọc khoảng cách cốt đai 200-300mm Khi cọc phải đóng vào tầng đất cứng đầu mũi cọc phải có mũi thép Ở thành mộng ghép cọc phải đặt cốt thép cấu tạo Ở chỗ góc quay hố đào, phải vào hình dạng mặt góc quay để làm thành loại góc quay có hình dạng tương ứng Độ dài cọc góc quay cọc định vị phải dài cọc chỗ bình thường khác 1-2m Trên hình 5.5b trình bày ví dụ cấu tạo chi tiết cọc BTCT vừa nêu Cọc BTCT dự ứng lực có nhiều loại kích thước hình dạng khác thường có chiều dày t = 150-300mm, rộng B=5001000mm, chiều dài L=6-20m, bề dày lớp bê tông bảo vệ a=3-5 cm (bảng 5.2) Bảng 5.2.Bảng tiêu cọc BTCT ứng suất trước nhật STT  Kích thước chế tạo  Đơn vị  Loại cừ BTCT ứng suất trước  Bình thường  Đặc biệt  1  Chiều dày (t)  mm  60 ÷ 120  150 ÷ 200  2  Chiều cao (H)  mm  120 ÷ 600  275 ÷ 120  3  Chiều dài (L)  m  ÷ 21  ÷ 25  4  Chiều rộng(B)  mm  996  996 ÷ 1246  5  Chiều dày bảo vệ côt thép(a)  mm  30  50  Trên giới từ năm 50 kỉ trước, công nghệ cọc BTCT ứng suất trước nghiên cứu chế tạo ứng dụng nước Mỹ, Hà Lan, Liên xô, Đức, N hật bản…, hàng năm hảng sản xuất hàng triệu m2 cho xây dựng bến cảng cầu tàu, kè chống xói lở bờ sông biển, công trình đường giao thông, công trình lấn biển công trình hố đào để xây dựng công trình ngầm Ở Việt N am, lần vào năm 2000 cọc BTCT ứng suất trước dùng cho kênh dẫn nước hoàn lưu nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ (Bà Rịa – Vũng Tàu) dài 2000m, với chiều dài cọc 14 – 20m (Hình 5.7 ) Dựa theo tiêu chuNn N hật Bản JIS.A 5354 (1943) yêu cầu cường độ bê tông Rb ≥ 725 kg/cm2 mô men chống uốn Mc cho loại cọc BTCT ứng suất trước thông thường Mc = 15 ÷ 500 Kn.m loại cọc BTCT ứng suất trước loại đặc biệt Mc = 54 - 1549 kN m tùy theo loại hình Thép ứng suất trước cốt thép ứng suất trước cáp ứng suất trước Cốt thép ứng suất trước cần thỏa mãn yêu cầu tiêu chuNn JISG 1312 - 1991 : • Giới hạn chảy : 390 - 510 N /mm2; • Giới hạn đứt : 500 min; • Độ dãn dài tương đối : 16 (D25) • Uốn cong : + góc uốn 180o + bán kính gối uốn R = 2,5 x Dmm Khi dùng cáp ứng suất trước, theo tiêu chuNn nhật JIGS 3536: cáp sợi, ký hiệu SWPR 7B : • Tiết diện Ap = 54,84 – 138,7 mm2; • Cường độ chịu kéo Fpuk = 190 kg/mm2; • Cường độ chịu uốn Fpyk = 160 kg/mm2; • Mô đun đàn hồi Ep = 20 x 106 kg/cm2; • Độ dãn dài trước tạo ứng suất 4%, dãn dài nhiệt độ 2%, dãn dài sau tạo ứng suất 5% Bố trí ống nước cấp mạ kẽm 21 thành ống dày 1,5mm góc chuyển hướng mặt cắt ngang để xói nước hạ cọc (N ếu cần) Cấu tạo khớp nối để liên kết cọc thép BTCT ứng suất trước kiểu âm dương để tạo thành kết cấu vững (hình 5.8a) để đảm bảo kín nước mối nối nhựa tổng hợp ( elastic vinyl cholorite ) (hình 5.8b) Thông số kỹ thuật khớp nối cọc BTCT : m = 48mm ; n = 46mm p = 15mm ; q = 10mm s = 20 ÷ 26mm ; r = 17 ÷ 22mm ; l = 30mm ; t = 110 ÷ 120mm 5.2.4.Tường chắn gỗ nhựa composite Trong hố đào nông dùng cho công trình ngầm đặt nông côlectơ, đường cấp thoát nước phụ vv… hoàn toàn dùng gỗ ghép làm tường chắn cho thành hố đào (hình 5.9a) Bản gỗ ghép ghép mộng âm - dương ghép mảnh nhỏ thành để chắn giữ đào Do tính học yêu cầu bảo vệ môi trường nên ngày dùng gỗ để làm tường chắn Tường chắn vật liệu composite thường có cấu tạo cọc thép (hình 5.9b) Các công ty hàng đầu giới sản xuất loại sản phNm Geoflex (Hà Lan ), Bảng 5.3 Các đặc trưng kỹ thuật số loại cọc nhựa hãng North star Đặc trưng bản  Màu sắc  Trọng lượng  Độ dãn dài  Chiều dày nhỏ tmin  Chiều dày lớn tmax  Môdun chống uốn cho phép (w)  Mô men chống uốn cho phép (M)  Đơn vị   kg/m  %  mm  mm  cm3  kN m  Series 9400  xám  10,94  18,00  10,16  20,32  715,75 12,77  Series 3800  xám  5,59  12,00  6,35  12,70  181,91 5,19  Series Series Series 3700  2500  1900  xám  xám  Xám  5,40  5,00  3,80  12,00  12,00  12,00  6,35  6,35  5,08  12,70  10,16  10,16  278,53  189,80 147,51 5,09  3,49  2,65  N gười Mỹ dùng cọc nhựa để bảo vệ bờ biển Virginia bảo vệ xói lở bờ sông Ở Việt N am Viện kỹ thuật nhiệt đới bảo vệ môi trường ( Bộ quốc phòng ) chế tạo thành công số loại cọc nhựa (BN 03 – BN 04 – BN 05 ) Bước đầu cung cấp cho yêu cầu xây dựng có quy mô nhỏ Tuy nhiên loại cọc sẻ có triển vọng lớn công nghiệp hóa chất phát triển 5.7 THI CÔNG TƯỜNG CỌC BẢN Công tác chuNn bị: Kiểm tra, nghiềm thu đánh số cọc N ắn thẳng cọc bị cong vênh (nếu thép), loại bỏ cọc không đạt yêu cầu kích thước (cọc BTCT) Mặt tường sau hạ phải phẳng để lắp dầm đai làm dầm BTCT, mối nối phải khít ngăn nước Sai số cho phép cọc thép cho bảng 5.7 Bảng 5.7 Sai số cho phép cọc thép Loại cọc Chiều rộng Chiểu cao N hỏ 10mm 10Chiều dày 16mm Lớn 16mm Chiều dài Độ cong L10m Chiều dài L10m Chiều dài Độ phẳng mũi cọc Bản hình U +10mm -5mm +4% Bản hình Z +8mm -4mm ±5% ±1mm Bản hình phẳng ±4mm +1,5mm -0,8mm ±1,2mm - ±1,5m - Không 0,15%L Không 0,15%L Không 0,15%L Không 15mm+0,12%/10m Không 15mm+0,10%/10m Không 15mm+0,10%/10m Không 0,30%L Không 0,15%L Không 0,20%L Không 30mm+0,20%/10m Không 15mm+0,20%/10m Không 20mm+0,20%/10m Không hạn chế Không 4% bề rộng Chọn búa: ổn định, di chuyển dễ dàng, điều chỉnh giá hướng dẫn thuận tiện Búa loại va đập, búa diezen, búa thủy lực, búa rung ép… dùng Trình tự hạ cọc làm việc hợp long đoạn tường phải cân nhắc kỹ lưỡng N ên đóng/hạ cọc theo phương pháp giá đỡ/kẹp theo khoảng 20 cọc đợt tốt Trình tự hạ cọc việc hợp long sau đóng có quan hệ N ếu chu vi hố đào lớn mà đóng cọc theo hướng (xem hình 5.22a,b) tùy điểm hợp long sai số tĩnh lũy lớn, sai số trục lớn; trình tự hạ cọc theo sơ đồ 5.22c số điểm hợp long nhiều sai số tĩnh lũy N ên dùng phương pháp hạ cọc vừa nêu Cách đóng nên đóng cọc cạnh trước đóng cọc góc sau Dùng máy trắc đạc để khống chế kiểm tra độ thẳng đứng cọc trình đóng, kẹp giữ tốt cọc biên đánh số định vị cọc giá kẹp (hình 5.23) để kịp thời kiểm tra hiệu chỉnh Một hai cọc đóng phải đảm bảo đóng xác để làm chuNn cho cọc sau nên phải kiểm tra kỹ mét Khi cọc chuNn đóng xong phải hàn để cố định tạm thời lên giá kẹp Hiệu chỉnh trục tường hợp long (xem hình 5.24): Trước hợp long (mỗi cạnh khoảng cọc bản) phải xác định khả lệch trục qua đo đạc độ dài lại cạnh tính đến cọc góc chỗ định hợp long Thông thường để thay đổi chiều dài (độ xác) chống ngang nên thực việc hiệu chỉnh trục (dùng kích đNy giá định vị phía hố) bên phía cạnh ngắn hố đào Việc đóng tiếp nên dồn phía cạnh ngắn hết cọc sau đóng cọc hợp long Việc thu hồi cọc thép sau công trình ngầm thi công xong phần thân tường xung quanh phải ý việc nhổ cọc (thường ngược với chiều đóng) phải đồng thời chèn đất bơm vữa lấp đầy khe trống thành vách công trình ngầm với đất chong quanh Chi tiết điều vừa nêu tham khảo mục 4.6.2 chương [7] Trên hình 5.25 hố đào sâu 17-23m đất sét yếu Oslo (N auy) với tường chắn cọc thép có neo đất giữ tường