Chương 11 CHUYỂN VN CỦA TƯỜNG CHẮN VÀ CÔNG TRÌNH LÂN CẬN HỐ ĐÀO

Chương 11 CHUYỂN VN CỦA TƯỜNG CHẮN VÀ CƠNG TRÌNH LÂN CẬN HỐ ĐÀO Thực tế quan sát đất cơng trình gần hố đào ,nhất hố đào sâu ,cho thấy: đất cơng trình gần hố bị chuyển vị với độ lớn Những chuyển vị cần phải dự tính để có biện pháp điều chỉnh tiến độ thi công đào hố yêu cầu khống chế nghiêm ngặt độ lớn chuyển vị cần có giải pháp chống đỡ hố đào an toàn chí phải dùng giải pháp gia cố móng kết cấu cơng trình lân cận Vì ngồi việc tính tốn kết cấu chắn cho thân hố móng cịn phải dự tính chuyển vị đất cơng trình vùng ảnh hưởng hố đào 11.1 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHUYỂN VN Đối với vùng đất khác mà yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng đất quanh hố đào sâu không giống nhau,trong số yếu tố kể đến như: • Tác động thay đổi ứng suất đất nền; • Kích thước hố đào; • Các đặc tính đất; • Ứng suất nằm ngang ban đầu đất; • Tình trạng nước ngầm biến đổi chúng ; • Độ cứng tường chắn hệ thống giữ(thanh chống neo); • Tác động việc gia tải trước chống neo; • Trình tự thi cơng; • Trình độ thi cơng; • v.v… Danh sách khơng đưa thứ tự ưu tiên cho nhân tố tầm quan trọng yếu tố phụ thuộc vào cơng việc Dưới phân tích số yếu tố nói 1.Sự thay đổi ứng suất đất Sơ đồ biến dạng kết cấu chắn giứ hố móng,của đáy hố móng cơng trình quanh hố móng khái qt miêu tả hình 11.1 Khi đào đất làm thay đổi trạng thái ứng suất - biến dạng đất tự nhiên tác dụng trọng lượng thân đất Đáy hố đào giải phóng khỏi tải trọng đứng nên trồi lên phía cịn áp lực ngang đất quanh tường chắn gây chuyển vị ngang tường Việc chống đỡ làm hạn chế chuyển vị loại trừ chuyển vị(hình 11.1a) Khi dùng neo đê chống đỡ tường chắn làm thay đổi trạng thái ứng suất móng gây cho cơng trình phía biến dạng đáng kể (hính 11.1b) Ở đề cập đến loại chuyển vị tường neo tường chuyển vị theo chiều ngược lại lực neo giữ đủ lớn Sự thay đổi ứng suất ví dụ giải thích qua chế (hình 11.2) nghiên cứu hố đào Hồng Kông Xét phần từ đất : A cạnh tường chắn B đáy hố đào Đường ứng suất xảy đất sét cố kết bình thường Sự giảm ứng suất tổng thể theo phương thẳng đứng phương ngang xảy trình đào việc thay đổi cân áp lực nước lỗ rỗng có tác động quan trọng tới biến dạng đất Sự thay đổi mối quan hệ ứng suất biến dạng theo thời gian trình đào làm thay đổi ứng suất hữu hiệu áp lực nước lỗ rỗng cân lại Trong trình cố kết , tốc độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng có liên quan đến hiệu suất nước ( độ thấm thớ đất lượng độ Nm nhận được) Vị trí đường ứng suất chưa có tải phần tử B tiến dần tới đường bao phá hoại nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến dịch chuyển ngang đất đáy hố móng( làm tăng độ lớn mở rộng lún thẳng đứng ) N ếu đường ứng suất nằm đường bao phá hoại ứng suất hữu hiệu phần tử đất xuất vùng chảy nhỏ,biến dạng phần tử đất nhỏ,do dịch chuyển ngang đất nhỏ N gược lại điểm ứng suất hữu hiệu phần tử B gần với đường bo phá hoại phần tử đất xuất vùng chảy lớn,dịch chuyển ngang lớn phá hoại bị đồng cục Ứng suất biến dạng phần tử đất gần hố đào Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu (tĩnh) Phần tử đất A Phần tử đất B Giảm Giảm Áp lực nước lỗ rỗng trình cố kết Giảm Tăng Biến dạng dỡ tải N én thẳng đứng Biến dạng cố kết N én thẳng đứng Cường đọ chống cắt khơng nước q trình cố kết Tăng Áp lực nước lỗ rỗng có dịng thấm ổn định Áp lực nước lỗ rỗng dỡ tải Kéo thẳng đứng Kéo thẳng đứng Giảm 2.Kích thước hố móng Hình dạng mặt bằng,kích thước mặt độ sâu hố móng ,tất có ành hưởng lớn tới mở rộng phân bố dịch chuyển đất xung quanh bên đáy hố móng với điều kiện đất định Độ sâu hố đào hiển nhiên có ảnh hưởng tới dịch chuyển đất Tomlinson đề cập tới dịch chuyển tránh khỏi đất vào lịng hố điều kiện thành hố móng có chắn bình thường hay có neo với lượng chuyển vị khoảng (0-25%)H đất yếu khoảng (0-0,5%)H cát chặt hay sét cứng (H độ sâu hố đào) Điều thể rõ kiểm tra ổn định hố đào chương Và mục 11.2”dự tính chuyển vị đất quanh hố đào” dùng ngun tắc vừa nêu để tính tốn Ảnh hưởng nước ngầm Tác động nước ngầm độ lún đất đa dạng xảy giai đoạn đào khác Tại nơi tường chắn đặt vào lớp đất dính khơng đạt tới độ sâu hố đào,trạng thái thấm ổn định phát triển thành dòng bên chân tường làm đNy đáy hố đào Dòng thấm nguyên nhân làm giảm áp lực nước ngầm ,làm gia tăng ưng suất hữu hiệu độ lún bên biên hố đào Cũng thời điểm này,sức kháng bị động giảm dịng đNy phía tường chắn,sự dịch chuyển lớn xảy sức kháng bị động thay đổi đến lượng Sự hình thành trạng thái ổn định nguyên nhân dẫn đến dịch chuyển đất theo phương nằm ngang thẳng đứng Các dịng chảy nước ngầm vừa nêu xem hình 11.3 Sự hạ nước ngầm lớn gần hố đào giảm dần theo tăng khoảng cách so với hố đào ,vì trình lún điểm khác đất có hình dáng tương tự dỡ tải lớp đất phía hố đào gây ra(hình 11.4) Hiện nhiều cố cơng trình hố đào có liên quan đến mực nước ngầm nên phải đặc biệt ý đến nhân tố thiết kế thi công đào việc bảo vệ an toàn cho cơng trình lân cận Sự cố cơng trình N gô Quyền Hà N ội xảy trình đào hố móng đến đáy tầng hầm mùa mưa gây lún nứt số cơng trình liền kề có độ dịch chuyển ngang độ lún tốc độ 1mm/giờ,sàn tường cơng trình bị nứt Sự cố cơng trình Lý Thái Tổ Hà N ội xảy trình đào tầng hầm hố móng,làm cơng trình cổ lân cận số nhà gần hố đào bị lún nứt nghiêm trọng q trình thi cơng bị tạm dừng Một nguyên nhân gây cố nước mặt kéo đất phía móng cơng trình vào cơng trình bơm hút nước nhằm tháo khơ hố móng để thi cơng Một ví dụ tiêu biểu (xem[23]) tượng hạ nước ngầm đến cơng trình hữu lân cận xây dựng đường vượt ngầm quảng trường Truda (quảng trường Blagoveshenski) Saint Peterburg Ở đây,khác với đường vượt truyền thống trung tâm Peterburg tạo kết cấu ngầm lớn (hình11.5) Địa điểm xây dựng cơng trình nằm gần sơng N eva,mực nước ngầm trung bình độ sâu 1,7m cách mặt đất Dưới lớp đất dày 2-3m trầm tích tam giác châu dày 5-6m chứa nhiều cát bụi cát mịn,dưới trầm tích biển sét dẻo mềm có chiều dày 12-16m thay đổi đến độ sâu 20m sét băng hà có độ sệt dẻo cứng Đào móng đến độ sâu 5,80m tháo khô nước Chất lượng tường cọc thép (cọc Larsen IV, sâu tới 14m) khơng tốt chúng có khe hở nên nước bên chảy vào hố Việc xây dựng bị gián đoạn năm mà khơng có biện pháp bảo vệ Kết qua gần mùa hè thi công hố đào hút nước nên làm mực nước ngầm chung quanh hạ đến cốt tuyệt đối thấp – 0,890m N hư nước ngầm cạnh tường chắn bị hạ thấp mặt nước sông N eva kênh đào lân cận Phễu hạ mực nước ngầm rơi vào nhà quanh cơng trình N hững nghiên cứu tính tốn cho thấy nhà số đại lộ Konogvardeiski, cách hố đào 16m gần nhất, bị lún khơng có nhiều vết nứt kết cấu chịu lực N guyên nhân biến dạng phát triển xói ngầm đất cát mịn cát bụi tháo hút nước lâu Hệ số rỗng cát tăng lên đến 0,25 nên mô đun biến dạng loại đất giảm nửa gây biến dạng them nhà Mơ hình hóa số thay đổi điều kiện làm việc cho thấy độ lún đầu hồi nhà nằm gần lối vượt ngầm tăng 1,5cm cát bị rời xói ngầm Kết độ lún lệch tương đối vượt trị cho phép (ΔS/L) = 0,002 ngun nhân xuất vết nứt kết cấu chịu lực nhà Để ngăn ngừa biến dạng nhà số người ta dùng biện pháp sau: bơm vữa xi măng vào lớp cát rời đáy mòng với áp lực cao làm chống thấm sát cọc thép để ngăn nước bị hạ thấp (hình 11.6) Độ sâu chống thấm 10m cách mặt đất cắt qua tầng nước có áp (lớp sét dẻo mềm) Bơm vữa xi măng – sét qua ống khoan cách 3,0m với nhiều lần bơm Sauk hi nhồi ximăng – sét đầy lỗ rỗng bắt đầu làm chống thấm bơm ép áp lực cao qua lỗ khoan dẫn Φ152mm (ximăng M400, thủy tinh lỏng, clorua N a, phụ gia siêu dẻo) từ lên N hư dọc theo tường cọc thép bảo vệ hố đào dài gần 70m làm chống thấm N hờ có chống thấm nên làm giảm gradient dòng thấm nâng cao mực nước ngầm từ vị trí đến vị trí (xem hình 11.6) Kết mực nước ngầm gần móng nhà hữu cao đáy móng đệm đáy móng gỗ lại nằm nước, độ lún móng ngừng phát triển tiếp tục sử dụng nhá số mà khơng lo thiếu an tồn Độ cứng tường hệ chống giữ Các số liệu nghiên cứu sử dụng nề biến dạng cục (nền Winkler) hay chương trình phần tử hữu hạn tương tác đất – kết cấu số liệu quan sát trường cho thấy trình lún đất xung quanh hố đào chống đỡ cọc thép giảm tăng độ cứng cọc hệ chống đỡ Độ cứng đàn hồi hệ chống có vai trị quan trọng Độ chôn sâu cọc từ đáy hồ đào trở xuống làm thay đổi chất độ cứng cọc thép có ảnh hưởng tới chuyển dịch đất bên theo hai phương thẳng đứng nằm ngang Goldberg tác giả khác nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng hệ kết cấu chống đỡ theo phương thẳng đứng độ chôn sâu N hững kết nghiên cứu tổng kết hình 11.7 Trong hệ số ổn định vẽ theo thông số độ cứng Các số liệu cho thấy độ cứng cọc thép khoảng cách chống đỡ có ảnh hưởng tới chuyển dịch đấ bên ngồi Kết tính tốn, thiết kế cơng trình việc sử dụng chương trình tính với mơ hình Winkler xác nhận quan sát trường cho thấy việc tăng độ cứng hệ chống đỡ làm giảm chuyển dịch đất bên ngồi hố móng, giá trị lớn độ cứng hệ chống đỡ có tác dụng làm giảm lượng nhỏ dịch chuyển đất xung quanh hố Việc nghiên cứu đề cập tới ảnh hưởng thực tế độ cứng tường chắn hệ chống đỡ tới chuyển dịch đất xung quanh hố móng, chúng lại khơng xác nhận Clough Davidson hay Tomlinson Các tác giả cho độ lớn biến dạng độ sâu cho hố móng hàm đặc trưng chống đỡ đất độ cứng hệ chống đỡ Tomlinson đề cập tới cấu kiện thép, chí có tiết diện lớn, trở nên không đủ độ cứng để làm giảm chuyển vị đất độ cứng đáng kể Ơng cho thấy tường bê tơng cốt thép biến dạng lượng tương tự với tường cọc thép N hững tương tự kinh nghiệm tác giả người công nhận độ cứng đất yếu tố quan trọng phải quan tâm N gười ta cho hai độ cứng cọc thép hệ chống có đóng góp đáng kể để đánh giá xem đất bên cạnh tường có phép dịch chuyển hay khơng Sự chuyển vị tường chăn hệ thống giữ có quan hệ với biến dạng cơng trình lân cận, điều mà người thiết kế thi công cơng tình ngầm thị quan tâm Để làm sáng tỏ điều nhóm nhà nghiên cứu, đứng đầu giáo sư V.A.Ilichev [24] khảo sát số nhân tố có liên quan đến hố đào biến dạng cơng trình hữu, là: - Loại kết cấu tường chắn phương pháp chống giữ chúng; - Độ xa tương đối nhà so với hố đào có kể dến độ sâu móng nhà hữu m = (H – h)/L, L – khoảng cách từ nhà đến hố đào sâu; H – độ sâu hố đào; h – độ sâu móng nhà lân cận - Loại trạng thái kết cấu nhà niên hạ sử dụng; - Điều kiện địa chất cơng trình địa điểm xây dựng Hai loại tường chắn dùng để xem xét là: - Tường liên tục đất cọc xi măng đất giao cắt thi công phương pháp ép vữa (jet – grouting); - Tường chắn trụ cứng (ống thép thép hình chữ I) có cài ngang gỗ Chống giữ tường có neo đất, chống ngang sàn tầng ngầm (phương pháp top – down) Trong vùng ảnh hưởng hố đào, trung tâm thủ đô Matxcơva, nhà xây dựng vào cuối kỉ 18 đến đầu kỉ 19, nhiều nhà xếp loại “tượng đài kiến trúc” “lịch sử” (có tuổi 100 năm) “nhà cổ” (có tuổi 50 năm) có 17 cơng trình ngầm xây dựng hố đào mở với 73 nhà nằm vùng ảnh hưởng chúng Đã tiến hành quan trắc biến dạng nhà q trình thi cơng khai thác cơng trình ngầm Các nhà gần hố đào có độ cao từ đến tầng trụ sở hành dùng tường dọc tường ngang chịu lực hỗn hợp: tường chịu lực khung phía nhà Móng phần lớn tự nhiên: móng băng, móng đơn móng bè Vật liệu làm móng đá xây, gạch nhà xây sau bê tơng cốt thép đổ chỗ lắp ghép Điều kiện địa chất cơng trình đặc trưng tương trung tâm Matxcơva có tiêu lí sau: Loại I cát:ϕ = 25- 390; c = – kPa; E = 21 – 40 MPa; Loại II sét sét: ϕ = 14 190; c = 25 – 55 kPa; E = 18 – 28 MPa; Loại III cát rời, sét, sét ϕ = – 170; c = – 48 kPa; E = – 12 MPa Dùng phần mềm PLAXIS để thực tính tốn so sánh lí thuyết kết quan trắc để xét đến yếu tố ảnh hưởng nêu (xem hình 11.8 đến hình 11.10) Một số nhận xét kết luận có ý nghĩa thực tế rút từ kết nghiên cứu nói sau: - Từ hình 11.8 ta thấy: Khi m≤ 1, kiểu tường chắn có cách chống giữ khơng có ảnh hưởng lớn đến độ lún nhà lân cận Khi m = 1÷ độ lún nhà dùng tường trụ cứng cài gỗ không lớn không 10% so với độ lún nhà hố móng chắn tường đất, cọc giao cắt cọc bơm ép, từ cho phép kết luận kết cấu tường chắn nhân tố định có ảnh hưởng đến độ lún cơng trình lân cận - Từ hình 11.9 ta thấy: ảnh hưởng phương pháp chống giữ tường: độ lún lớn cơng trình lân cận có m chống giữ neo; độ lún nhỏ – chống giữ sàn tầng hầm (top – down) Trong trường hợp m có ảnh hưởng lớn đến độ lún nhà tường giữ neo có ảnh hưởng xây dựng ngầm theo phương pháp “trên xuống” (top – down) - Từ hình 11.10 ta thấy: điều kiện địa chất cơng trình có ảnh hưởng lớn đến độ lún nhà nằm vùng ảnh hưởng hố đào cơng trình ngầm Độ lún lớn nhà đất yếu (đất loại III) chúng có đặc trưng độ bền biến dạng thấp loại I,II phương pháp chống giữ xem xét - So sánh kết tính tốn kết đo lún thấy chúng gần N hững tính tốn theo phần mềm PLAXIS với mơ hình đàn dẻo Morh – Coulomb toán phẳng đủ tin cậy qua so sánh độ lún tính tốn độ lún đo nêu trên: sai số đến 20% giữ tường neo sàn BTCT đến 30% giữ tường chống ống thép N hững nghiên cứu cho phép lập đưa trị biến dạng giới hạn nhà kiến nghị phương pháp làm tường chắn (xem 11.3) Việc chọn hệ chống giữ hay tường chắn cách lắp đặt chúng ảnh hưởng tới độ lún thẳng đứng đất Trong vài phương pháp, chẳng hạn tường chắn cọc trụ hệ chống ngang hay phương pháp tường, trụ cứng có cài ngang, đất yêu cầu cần phải có bề mặt rộng hố đào để lắp đặt hệ chống nguyên nhân làm cho độ lún lớn so với phương pháp chắn giữ khác Cũng tương tự vậy, nơi sử dụng cọc thép đất cát thi công phương pháp rung mạnh hay đóng có xói nước gây độ lún lớn Trình độ thi cơng N hiều kết quan trắc tiêu chuNn thi công khác cho thấy việc đào nhanh thái độ thi công cNu thả công việc chống đỡ thành hố đào dẫn tới chuyển dịch hệ chống, lượng lún sụt đất phá hoại cục bộ, có trường hợp dẫn đến sụp đổ N hiều nguyên nhân chuyển dịch hay phá hoại phụ hố đào kinh nghiệm trường việc chậm thi công hệ chống đỡ, đào cốt đáy, thi công đóng cọc chất lượng kém, nước có khe hở tường chắn, mối nối khóa cọc thép hay mối nối tường đất dẫn tới đất, biến dạng hay tách thớ bờ chắn đất sét, chất tải bề mặt lớn chất đống đất đá đào lên hay thiết bị thi công, neo – giằng không đủ độ cứng, lực kéo/nhổ chúng không đạt trị số yêu cầu nêm giằng bị trượt gây dịch chuyển lớn tường đất quanh hố đào bị lún sụt Cũng cịn có ngun nhân cơng tác giám sát quản lí thi cơng khơng chặt chẽ… gây lún sụt đất xung quanh hố đào hay sụp đổ hệ chống đỡ hố móng Để thấy rõ điều vừa nêu ta xem xét cố hố đào phân tích kĩ [5] Một khách sạn 23 tầng mặt đất tầng ngầm xây dựng khu vực phồn hoa Tế - N am (Trung Quốc) có mặt đơng, nam, bắc gần với cơng trình hữu cịn phía tây giáp đường giao thơng (hình11.11) Diện tích xây dựng 20185m2, hố móng đào sâu 12m, mức nước ngầm tĩnh -7m, với địa chất từ xuống: lớp tạp chất bồi lấp, lớp đất lấp, lớp hồng thổ cấp trạng thái khơ, lớp sét bột, lớp cuội sỏi, lớp sét… Chọn phương án thiết kế thi cơng hố móng là: phía Tây đào taluy 1:0,3; mặt dùng57 cọc khoan nhồi Φ800@ 1800 dài 18m ngàm 6m, phần côngxon dài 12m, diện tích cốt thép cho cọc 40,7 cm2 Mặt phía Bắc có đoạn dùng cọc thépΦ159@ 1000 dài 15m ngàm vào đất 3,0m xung quanh hố móng khoan 12 lỗ khoan Φ400 sâu 20m để thu nước Lần đầu đào đến -6,5m lần sau đào tới 13,20m Do nhiều ngun nhân khác nhau, q trình thi cơng hố móng gây ổn định xảy lần sụt lở: + Lần (lúc 15giờ ngày 22-11 năm 1992): Thoạt đầu cọc phía đơng nghiêng 350, đất bị lở cục Tiếp theo cọc phía Đơng – N am chưa xuất chuyển vị rõ rệt; song phần đất tỳ vào cọc xuất vết nứt rộng 0,5-1cm Mặt phía Bắc chiều dài khoảng 12m nơi khơng có đóng cọc mặt đường rộng 3,2m bị lún, vết nứt rộng 1-2cm N hà cửa bên đường có thẳng đứng nên ép vào đồng làm cho đồng bị cong,nhờ vào phiến biến dạng điện trở dán đồng đưa tín hiệu điện,máy thu mặt đất thu nhận tín hiệu điện tính trị uốn cong đồng,tức biết góc nghiêng θ máy đo nghiêng,từ tính chuyển vị đối tượng phải đo Lsin θ (hình 11.30b) 3)Thiết bị đo lún đất mặt tầng sâu: Dùng thiết bị đo lún để quan trắc (a) Độ lún đất phía sau tường để phán đoán ổn định tường (b) Lún nâng đáy hố đào để phán đoán đặc trưng biến dạng lớp đất đáy công trinh (c) Hiện tượng đất xung quanh ùa vào hố đào nâng đáy hố đào tác dụng áp lực nước thuỷ động để phán đốn tính ổn định cơng trinh Cấu tạo nguyện lú làm việc máy đo lún đất theo độ sâu (xem hình 11.32a) gồm vịng từ lún có dạng song nhựa mềm, ống lún theo độ sâu, đầu dò cảm ứng Vòng cảm biến.Sau ống đo lún chôn vào đất qua lỗ khoan,chèn vữa để ống đo liên kết tốt với đất.Khi lún lớp đất vịng từ lún bị lún đồng thời(hoặc vùng trồi lên) thả đầu dò vào ống có bọc vịng từ lún,vịng cảm biến nối liền với vòng từ báo hiệu chuyển vị làm cho cảm ứng đặt đỉnh đọc biến dạng,rồi từ trị biến dạng đo biết trị chuyển vị vòng từ,cuối đo lún đàn hồi lớp đất.Trong trường hợp trông thường,trong lớp đất có đặt truyền cảm(bên ngồi có vịng từ lún vịng cách nước) tất nhiên vị trí vịng cảm biến ghi nhận từ đầu N gồi phương pháp đo nói cịn có loại đặt mốc đo điểm độ sâu khác nhau, độ lún đo đỉnh điểm mốc trình bày hình 11.32b Đơn giản việc đo lún mặt đất quanh hố móng mốc đo đặt nơng(hình 11.33) theo phương pháp khí áp cao đạc(phương pháp hay dung thực tế Việt N am) Vữa chèn ống đo lún lỗ khoan pha chế sét trương nở(bentonit),cát mịn xi măng phải vào điều kiện địa chất khác nơi để xác định thực nghiệm tính chất phải giống với đất nguyên trạng.Sau nối với truyền cảm đỉnh liên kết cố định vào móc cọc(tường) giả định không lún.Chuyển vị đứng cọc phải kiểm tra thường xuyên.Tiếp lợi dụng máy tàn phổ biến dạng đo lượng lún lượng đàn hồi lớp đất 4)Máy đo ứng suất cốt thép: Đo ứng suất cốt thép dung để: a) Đo momen theo chiều sâu tường chắn(bằng tường BTCT hàng cọc) b) Đo lực trục momen theo phương ngang kết cấu chống c) Đo momen đáy kết cấu ngầm Cấu tạo nguyên lý làm việc máy đo cốt thép Máy đo cố thép có loại kiểu dây rung kiểu điện trở biến dạng(hình 11.34) tiếp thu tần suất điện trở biến dạng N guyên lý làm việc máy đo cốt thép : Khi máy đo cốt thép chịu lực dọc trục,sẽ làm bién đổi lực căng dây thép đàn hồi làm thay đổi tần số dao động dây thép,thông qua tần suất ta đo biến đổi tần suất sợi dây thép,tức đo độ lớn lực tác động vào dây thép từ tính đổi lực truyền vào kết cấu BTCT Máy đo cốt thép kiểu điện trở biến dạng làm việc theo nguyên lý lợi dụng biến dạng sinh sau cốt thép chịu lực,tấm điện trở biến dạng dán cốt thép sinh biến dạng,từ đo trị biến dạng tính độ lớn lực tác dụng lên cốt thép Trên hình 11.35 trình bày cách bố trí đầu đo cốt thép kiểu điện trở Để cố định đầu đo lên cốt thép nên dung phương pháp buộc phương pháp hàn điểm cho đầu đo cách đầu buộc/hàn khoảng 35d(d đường kính cốt thép cần đo).Không dùng phương pháp hàn đối để cố định 5) Thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng: Trong cơng trinh hố móng,hạ mực nước hố móng đào đất hố móng tất làm biến đỏi thể tích nước lỗ rỗng điều chỉnh lại phân bố áp lực nước lỗ rỗng lớp đất.Trong việc quan trắc hố móng,thiết bị đo áp lực lỗ rỗng thường dùng để quan trắc biến đỏi áp lực nước lỗ rỗng phía sau tường,phán đốn độ cố kết chuyển vị trượt khối đất.Hiện có loại thường dùng thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng kiểu dây rung kiểu biến dạng điện trở,lần lượt đo độ lớn áp lực nước lỗ rỗng nhờ vào tần suất biến dạng.N hờ giám sát khống chế tình hình hạ mực nước trinh đào hố móng,phạm vi mức độ làm xáo động khối đất xung quanh…do việc đào hố móng gây Đầu đo áp lực nước lỗ rỗng lắp vào lỗ khoan sẵn ( φ 86) đặt độ sâu cần đo, phía dung đất sét để tạo thành nút (hình 11.36a) ép thiết bị đo vào đất lớp đất mềm: khoan lỗ, cách vị trí đo khoảng 1m ta ép đầu đo áp lực nước lỗ rỗng tới độ sâu thiết kế dùng đất sét bịt kín lỗ khoan phần phía (hình 11.36b) Một số tiêu khác cần đo tiết lắp chúng cần tham khảo [7] N guyên tắc bố trí loại quan trắc nói phải dựa vào điều kiện xây dựng cụ thể đẻ quy định trị số cảnh báo động thái cơng trình hố móng đất vật kiến trúc chung quanh hố móng đầu yêu cầu khống chế biến dạng chúng để định, chi tiết tham khảo tài liệu [7] ví dụ 6) Ví dụ thực tế Trong [7] trình bày chi tiết kết quan trắc cơng trình hố móng Trung Quốc, bổ xung số “bài học” thực tế khác Đường xe điện ngầm Avenue bang Chicago (theo [31]), làm tàu điện ngầm Avenue làm nứt trường học Frances Xavier Warde số cơng trình nằm gần hố đào khơng xa (xem ảnh hình 11.37) Hố đào sâu 7,9m chắn giữ cọc nhồi giao cắt với chống ngang ống thép phía đầu tường tầng neo cốt khác Các lớp đất trừ lớp gần mặt đất cát lấp lại sét mềm đến sét cứng (xem hình 11.37) Trường học Frances Xavier Warde tòa nhà tầng kết cấu khung BTCT, mặt hình chữ L đặt móng băng trực giao có bề rộng 1,2m Tính chất lý cơng trình trình bày hình 11.38a Trên hình 11.38b trình bày kết đo chuyển vị ngang tường chắn gần tường độ lún trương Frances Xavier Warde Yếu tố thời gian có ý nghĩa quan trọng việc phát triển chuyển vị ngang lún Ta thấy chuyển vị tường ( theo độ lún móng) lớp sét mềm lớn lớp sét cứng tổng kết nhận xét Peck trình bày hình 11.14: Một cơng trình quan trắc hố đào lân cận thực thận trọng việc phân tích kết đo chi tiết trình bày [31] - Siêu thị Thượng Hải (theo [12]) Siêu thị Phổ Đông cao 17 tầng có tần hầm Hố móng đào sâu đến 7,8m gồm đất sét bùn sét mịn Tường chắn dùng cọc khoan nhồi φ 750 đặt sát nhau, sâu 19,0m với cọc xi măng đất phía ngồi để làm màng chống thấm, quanh hố móng dùng vữa đặc để gia cố theo chiều sâu rộng 4,5m, đầu tường có dầm vịng tầng chống BTCT hình 11.39 Phương án đào đất dự định lúc đầu từ bắc đến nam, đào lần tới độ sâu đáy móng làm đài móng khu vực I Mặt Bằng điểm quan trắc hình 11.40 + Bố trí điểm quan trắc nội dung quan trắc (xem hình 11.40) - Đặt ống đo nghiêng (từ I.1 đến I.6) sâu 15m để đo chuyển dịch ngang độ sâu khác nhau: - Đặt 12 điểm (từ đến 12) để đo chuyển vị đầm vịng quanh hố móng: - Dùng máy đo lực cốt thép kiêu dây dung đặt chống BTCT (A – D): - Quanh hố móng bố trí giếng đo mực nước ngầm (w1 – w4) áp lực nước lỗ rỗng (P1– P4) : - Dọc theo đường bố trí điểm (S1-S8) dọc theo đường ống bố trí điểm (M1-M3) để đo lún Trước đào móng, tất hạng mục đo nói ghi số đọc khởi đầu sau đó, q trình thi cơng, ngày đo lần + Kết quan trắc phân tích - Khi đào khu vực 1, 5, lớn, trung bình 5,2mm/ngày, điểm độ sâu 7,5m 8,5m đạt tới 51,5mm, vượt lần so với trị cho phép lúc thiết kế 26mm, lúc vùng chưa đào III, điểm đo nghiêng lại nhỏ (xem hình 11.41) - Lực trục điểm A,B thay đổi nhanh: trước ngày 28 tháng ngày 120 kN /ngày, từ ngày 19 đến ngày 22 lên đến 720 kN /ngày ngày 22 đạt tới 300 kN /ngày với chuyển vị ngang tăng tương tự, điều nói lên chuyển vị vào phía hố móng tường cọc ngun nhân tăng lực trục chống - Cùng với việc đào móng độ lún đường tuyến đường ống vào ngày 22 vượt giới hạn cảnh báo, điểm M1 tới 25,6mm - Mực nước ngầm áp lực nước lỗ rỗng khơng có thay đổi, điều chứng tỏ lực trục và chuyển vị nói khơng phải thai đổi mực nước ngầm tải trọng gây ra: + Các giải pháp gia cường dựa kết quan trắc Qua phân tích tư liệu quan trắc nói nhận thấy hố đào vào giai đoạn nguy hiểm nên cần phải có giải pháp hữu hiệu để đảm bảo tính ổn định hố, ngăn chặn tổn thất lớn Cụ thể dùng giải pháp sau: - Dừng việc thi công đào đất nên khối đất ổn định trở lại theo dõi điểm đo: - Tại khu vực I, cốt 2,5m phía đáy hố móng lắp thêm ống chống ngang (hình 11.42): - Đối với ống chống cần gia trước lực trục để sau bớt lực chống chống BTCT phía trên: - Thay đổi phương pháp đào: sau chống xong ống thép khu vực I đào khu vực II III đến độ sâu -3,5m , lắp thêm chống đào đất đến đáy móng -7,8m, cuối có chừa lại phần đất để làm đảo tì chống sau này: - Sau đào đến đáy móng đổ lớp bê tơng lót dày 100mm N hư vậy, cơng trình hố móng thơng qua phân tích số liệu qua trắc, kịp thời xử lý thơng tin có giải pháp khắc phục có hiệu nên ngăn chặn tổn thất, hồn thành tốt nhiệm vụ + Cơng trình hố móng TNEC (Đài Loan) (theo [28]) a) Giới thiệu cơng trình Tòa nhà Trung tân Tổ chức kinh doanh Quốc gia Đài Loan (Taipei N ational Enterprising Center) (TN EC), mặt đất có 18 tầng tầng hầm thể hình 11.43b Hình dạng hình học hố đào thay đổi, với chiều rộng 43m, chiều dài góc nam góc bắc 106m va 61m Dùng tường đất làm kết cấu tường chắn hố đào, với bề dày tường 0,9m sâu 35m Độ sâu hố đào lớn 19,7m Tầng ngầm thi công theo phương pháp từ “trên – xuống” với tường đất giữ sàn cứng BTCT dày 150mm có trụ đỡ trung gian Các cơng trình kề cận: gồm có số tịa nhà lân cận thể mặt hình 11.43 Dưới giới thiệu đặc diểm cơng trình (hình 11.43a): - Cơng trình A: tòa nhà 12 tầng mặt đất, cao khoảng 42m, có tầng hầm đặt móng bè Tịa nhà có diện tích mặt 16m x17m, nằm sát với hố móng: - Cơng trinh B: nhà cao tầng, gồm có 14 tầng mặt đất tầng hầm, có kết cấu móng bè, tịa nhà gần với hố đào ( góc Tây – N am): - Cơng trình D: khối nhà tầng (căn hộ) liền khối với Tòa nhà tồn 15 năm móng mở rộng đáy: - Cơng trình E: nhà cao tầng, gồm có 14 tầng phía tầng hầm đặt móng bè nằm vị trí cách tường chắn hố đào 6m: - Ba cơng trình C, F G khơng đặt điểm quan trắc xa hố đào b) Các biện pháp đo đạc kiểm tra thực tế cơng trình Bố trí điểm đo lún đo dộ nghiêng tòa nhà theo hướng khác nhau, dặt điểm đo nghiêng (B1 – 7) nhà A, B, D E N gồi cịn lắp đặt thêm máy khác (như I-1, I-2 I-3) nằm thân tường để đo chuyển dịch ngang tường đất, chân tường chắn xuống đến lớp cát sỏi, với độ sâu 46m mặt đất Bộ máy đo nghiêng SI-1, SI-2 SI-3 máy đo biến dang Extensometer Rod-tup nhiều điểm E-1, E-2 E-3 lắp đặt dọc theo phần theo dõi phía sau tường chắn Các điểm leo máy Extensometer đặt độ sâu 8, 12,16,20,24 30m mặ đất thay đổi hướng độ lớn chuyển dịch đất độ sâu mặt đất quan trắc nhờ cách bố trí điêm đo trình bày hình 11.43b Chú ý độ xác máy đo nghiêng (Inclinometer) ± 0,1mm máy đo lún (Extensometer) ± 1mm Ở phần quan sát điểm đo độ lún phân đoạn 1,0m khoảng cách từ đến 7,5m từ tường chắn, phân doạn từ 1,5 đến 3m từ khoảng xa 7,5m đến 49m kể từ tường chắn hố đào c)Điều kiện địa chất cơng trình địa chất thủy văn khu vực Công trường thi công nằm lưu vực Đài Loan tạo thành lớp dày bồi tích có tên gọi cấu trúc Sungshan, nằm bên cấu trúc Chingmei Cấu trúc Chingmei tìm thấy từ 5000 đến 6000 năm trước nằm xen kẽ lớp cát (SM) sét mịn (CL) với chiều dày lớp dày Cấu trúc Chingmei, nguồn gốc gồm cuội sỏi, kéo dài đến độ sâu lớn Trên sở kết thí nghiệm cố kết chiều lịch sử địa chất lưu vực Đài Loan, đất sét xem xét cố kết bình thường với hệ số cố kết 1,05 N hư thấy hình 11.43b, lớp thứ từ độ sâu từ -8,0m đến -33,0m sét mịn (CL) có ảnh hưởng đáng kể đến hố đào, đáy hố móng độ sâu 19,7m độ sâu tường cừ 35,0m Ứng suất cắt không nước lớp thu từ thí nghiệm khơng nước khơng cố kết (UU) thí nghiệm cắt cánh trường (FV) Tỉ số ứng suất cắt khơng nước (hoặc lực dính khơng nước) với ứng suất hữu hiệu đứng Su/ σ v ' ≈ 0,36 thí nghiệm UU Su/ σ v ' ≈ 0,32 thí nghiệm FV Hơn nữa, thí nghiệm nén trục điều kiện cố kết khơng nước xác định hệ số K0 (CK0U-AC) thí nghiệm kéo dọc trục điều kiện cố kết khơng nước (CK0U-AE) thực mẫu đất lấy độ sâu 16,25m 15,75m Từ thí nghiệm CK0U, K0 lấy 0,55 Từ kết thí nghiệm cho thấy Su/ σ v ' thí nghiệm nén trục 0,29 thí nghiệm kéo trục 0,21 Biến dạng dọc ( ∈1 ) thời điểm phá hoại thí nghiệm nén trục 2,5% kéo trục 10% Các đặc trưng lớp đất trình bày bảng 11.10 Bảng 11.10 Những đặng trưng lớp đất Độ sâu m Số lọai đất nhát /ft Wn: LL PI % Su: KN /m2 C’: Su/ᵟ’v KN /m ϕ ’: Độ * 0-5,6 CL 32 34 23 44- - 33,9 5,6-8 SM 11 25 - - - - 32,3 8-33 CL 3-10 25-40 30-38 10-20 - 0,32 29 33-35 SM 20 24 - - - - 32,4 35-37,5 CL 14 28 33 21 55 - 31,6 37,5-46 SM 30 30 - - - - - >46 Sỏi sạn >100 - - - - - - Chú thích bảng 11.10 - CL, SM – Sét mịn, cát mịn; Su- Lực dính khơng nước; C’, ϕ ’ – Lực dính góc ma sát thí nghiệp thoat nước d) Một số biến dạng chuyển vị điển hình Trên hình 11.44 trình bày kết đo chuyển vị uốn tường điểm I-1, I-2 I-3 giai đoạn đào thứ 13 Giai đoạn lúc tiến hành đào đất đến độ sâu -15,2m từ ngày 363 đến 378 (kể từ lúc khởi công làm tường) giai doạn 13 lúc đào cốt -19,7m ngày thứ 445 đến 460 tức đến cốt đáy móng chưa làm sàn tầng thứ B5F Theo trụ địa chất hình 11.43, lớp đất yếu Tuy vậy, nhà D không bị ảnh hưởng đáng kể chuyển vị tường Trên hình 11.45a trình bày kết đo nghiêng điểm I-1 sau giai đoạn đo tương ứng Chuyển vị ngang lớn tường 10,6cm so với độ sâu hố đào khoảng 0,54% Trị số lớn so với nghiên cứu số tác giả khác (ví dụ Clough O’Rourke) dùng tường đất có độ cứng tốt sàn làm nhiệm vụ chống đỡ ngang Điều thời gian dài từ lúc đào đến lúc làm sàn phương pháp “trên – xuống” Cố kết từ biến đất có ảnh hưởng đến trạng thái biến dạng tường đất Trên hình 11.45b trình bày độ lún mặt đất, có dạng lõm hầu hết giai đoạn đào Chỗ lõm biểu đồ cách mép hố đào khoảng 11m tỉ số khoảng cách với độ sâu hố móng khoảng 0,5 N có độ lún lớn có ảnh hưởng đáng kể đến chức cơng trình lân cận thấy rõ xem xét biến dạng nhà A B Về chuyển vị điểm khối đất nhận biết theo vec tơ xác định từ kết đo nghiêng đo lún Trên hình 11.46 kết đo chuyển vị ngang chuyển vị đứng giai đoạn đào thứ đến thứ 13 Chuyển vị ngang đất gần tường chắn lớn nhiều chuyển vị đứng Tỉ số chuyển vị đứng với chuyển vị ngang tăng lên xa dần tường chắn Và chuyển vị thẳng đứng lớn không xuất mặt đất chuyển vị đứng gần đầu tường tương đối nhỏ e) Tình trạng nhà lân cận Trên sở quan trắc chuyển vị biến dạng cơng trình hố móng cơng trình lân cận, kể trạng thái biến dạng khối đất quanh tường (cần biết chi tiết nên xem [28]) phân tích ảnh hưởng chuyển vị đào móng đến chuyển vị biến dạng cơng trình lân cận Ở tóm tắt giới thiệu tình trạng nhà A B qua cho ta nhiều học bổ ích Khi đào hố ngày 70, tòa nhà A bắt đầu nghiêng sang phía hố đào Độ nghiêng thể rõ rệt tịa nhà có xuất vết nứt nghiêng sát gần tịa nhà B Để có thông tin biến dạng nhằm bảo vệ an tồn cho cơng trình, người thi cơng đặt hệ thống đo đạc B-1 B-2 mái nhà B để theo dõi độ nghiêng tòa nhà, dùng biện pháp gia cố phương pháp cọc phun vữa sâu từ đến 20m đẻ cải tạo đất gần tường chắn (hình 11.47) Đáng tiếc tòa nàh nghiêng đột phun vữa (hình 11.48), số đọc máy đo B-1 theo hướng 1-3 cho thấy tịa nhà nghiêng sang phía vùng hố đào với trị số đọc khoảng 1/491 Số đọc theo hướng 2-4 1/1011 nghiêng sang phía bắc, 1/668 nghiêng sang phía đơng Đây có lẽ việc phun vữa không thich hợp không lúc, đất móng bị phá hoại Lúc này, tòa nhà nghiêng nghiêm trọng, dù chưa thấy có sưn nứt nẻ bên tịa nhà N hưng đào sâu tịa nhà lại quay trở lại độ nghiêng giảm xuống Ở giai đoạn cuối cùng, số đọc máy đo B-1 theo hướng 1-3 2-4 1/1375 sang phía đơng 1/4297 sang phía Bắc; cịn số đọc máy B-2 theo hướng 1-3 2-4 1/1459 sang phía N am 1/2864 sang phía Đơng Hiện tượng giải thích biểu đồ độ lún mặt đất theo hướng vuông góc với cạnh ab (xem hinh 11.47 11.49) Ở giai đoạn đào đầu tiên, tương chắn làm việc dầm công xon độ lún bề mặt lớn đất suất gần tường (sát với tường ) N hững độ lún bề mặt lớn đất gần gốc a bcó giá trị lớn độ lún nằm gần gốc c d, làm cho tịa nhà A nghiêng phía hố đào Tuy nhiên , đào sâu , kiểu lõm biểu đồ lún , nơi mà độ lún bề mặt lớn đất xuất số điểm cách tường chắn có trị số trội Khi độ lớn bề mặt gần gốc a b lại nhỏ độ lớn gần gốc c d Hiện tượng tòa nhà A quay nghiêng trở lại Mặt khác, đoạn đường ac nằm vị tri gần góc lồi cơng trường, làm cho dịch chuyển đất it đoạn đương bd nằm vị tri gần góc lõm làm cho dịch chuyển đất lớn Đây lí mà tịa nhà bị nghiêng sang phía nam đào sâu, thấy số đọc máy B-1 theo 2-4 B-2 theo hướng 1-3 (hình 11.48) Theo số đọc máy B-3 B-4(lắp đặt mái nhà B) cho thấy : Đối với nhà B, giai đoạn đào cuối cùng, độ nghiêng lớn sang phía hố đào 1/1637 (với máy đo B-3), 1/1185( với máy đo B-4) kết thúc hố đào Hố đào có ảnh hưởng đến tịa nhà Ảnh hưởng khơng đáng kể giải thích hai lý sau: dù góc đơng-nam tịa nhà sát với hố đào lại cắt ngang qua góc lồi hố đào Ảnh hưởng làm giảm độ lún bề mặt đất cạnh nhỏ (chỉ khoảng 22m) Mặt khác, phần phái bắc tòa nhà nằm ảnh hưởng độ lún; nhiên phần cịn lại khơng( thấy hinh 11.43) lý mà nhà B chịu ảnh hưởng không đáng kể hố đào ... căng dọc nhà -Chống đỡ tạm phận cơng trình, nhà gần hố đào- Bịt lỗ cửa tường gần hố đào cách xây chèn gạch 11. 5.QUAN TRẮC CƠNG TRÌNH HỐ ĐÀO VÀ CƠNG TRÌNH LÂN CẬN N hư trình bày chương I có nhiều... nghệ thi công tướng chắn hệ chống giữ tường; - Khoảng cách từ mép hố đào đến cơng trình lân cận; - Cách tiếp cận cơng trình hữu với hố đào( vng góc hay song song với cạnh dài/cạnh ngắn hố đào) -... độ sâu hố đào từ dến 20 kết quan trắc 14 công trình hố đào gồm 12 tường đất tường cọc khoan nhồi làm tường chắn với chống ngang hoạc sàn.(top-down) trình bày hình 11. 19 Từ số liệu đo chuyển