Nghiên cứu các giải pháp gia cố ổn định công trình ngầm trong thành phố ứng dụng tính toán cho hố đào công trình royal city hà nội

1 MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nội dung nghiên cứu đề tài Cách tiếp cận phƣơng pháp nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Kết đạt đƣợc CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH NGẦM 1.1 Tổng quan giải pháp gia cố thành hố đào sâu Việt nam 1.2 Gia cố thành hố đào sâu cọc ván thép hình ống thép 1.2.1 Giới thiệu cọc ván thép hình ống thép 1.2.2 Ƣu điểm 1.2.3 Nhƣợc điểm 1.3 Gia cố thành hố đào sâu tƣờng đất 1.3.1 Giới thiệu tƣờng đất 1.3.2 Ƣu, nhƣợc điểm tƣờng đất 1.3.3 Sơ lƣợc bƣớc thi công tƣờng đất 1.4 Giải pháp gia cố thành phƣơng pháp trụ xi măng đất 1.4.1 Giới thiệu phƣơng pháp trụ xi măng đất 1.4.2 Ƣu điểm trụ xi măng đất 11 1.5 Gia cố thành hố đào sâu dãy cọc khoan nhồi .12 1.5.1 Giới thiệu cọc khoan nhồi 12 1.5.2 Ƣu, nhƣợc điểm cọc khoan nhồi 14 1.6 Giới thiệu số công trình có tầng hầm Hà Nội 15 1.6.1 Nhu cầu sử dụng tầng hầm tòa nhà cao tầng 15 1.6.2 Các cố hố đào sâu thƣờng gặp trình thi công .16 1.6.3 Một số cố thi công hố đào sâu Việt Nam 17 1.7 Đánh giá chung .22 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỐ ĐÀO SÂU .24 2.1 Một số đặc trƣng trạng thái ứng suất, biến dạng khối đất 24 2.1.1 Mô hình đàn hồi 24 2.1.2 Mô hình đàn dẻo .28 2.1.3 Mô hình đàn dẻo nhớt .29 2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán hố đào sâu .31 2.3 Ứng dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn .32 2.3.1 Nội dung phƣơng pháp PTHH toán đàn hồi tuyến tính 32 2.3.2 Nội dung phƣơng pháp PTHH toán đàn dẻo 35 2.4 Ổn định hố đào sâu đất có mực nƣớc ngầm nằm cao 44 2.4.1 Ảnh hƣởng nƣớc ngầm 44 2.4.2 Kiểm tra ổn định tác động nƣớc ngầm 47 2.5 Kết luận chung .48 CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH BÀI TOÁN ỨNG DỤNG 49 3.1 Giới thiệu trƣờng hợp tính toán 49 3.1.1 Vị trí công trình 49 3.1.2 Quy mô công trình 49 3.1.3 Điều kiện địa chất đặc trƣng lý đất 52 3.1.4 Kết cấu hố đào thông số 54 3.2 Lựa chọn phần mềm tính toán .56 3.3 Lựa chọn phƣơng pháp tính ứng suất - biến dạng 56 3.4 Tính toán ổn định cho mặt cắt điển hình .57 3.5 Kết tính toán 58 3.5.1 Trƣờng hợp tính toán cho giai đoạn 59 3.5.2 Trƣờng hợp tính toán cho giai đoạn 61 3.5.3 Trƣờng hợp tính toán cho giai đoạn 63 3.5.4 Trƣờng hợp tính toán cho giai đoạn 66 3.5.5 Trƣờng hợp tính toán cho giai đoạn 68 3.5.6 Trƣờng hợp tính toán cho giai đoạn 71 3.5.7 Trƣờng hợp tính toán cho giai đoạn 73 3.6 Kết luận phân tích kết tính toán 75 3.6.1 Đất 75 3.6.2 Tƣờng vây .77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 Những kết đạt đƣợc: .80 Kiến nghị .81 TÀI LIỆU THAM KHẢO .83 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 85 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 : Các giải pháp thi công phụ thuộc độ sâu hố đào 12 Bảng 1.2 : Thống kê số công trình có sử dụng tầng hầm địa bàn thành phố 16 Bảng 3.1: Các đặc trƣng lý đất 54 Bảng 3.2 Thông số cấu kiện 55 Bảng 3.3 Chuyển vị đứng ngang lớn đất qua giai đoạn 75 Bảng 3.4 Chuyển vị đứng ngang lớn tƣờng vây trái qua giai đoạn 77 Bảng 3.5 Bảng Momen uốn cực đại tƣờng vây qua giai đoạn 79 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Một số hình ảnh tƣờng cừ ván thép công trình ngầm Hình 1.2 Thi công tƣờng đất Hỉnh 1.3 Thi công tƣờng barrette Hình 1.4 Thi công trụ xi măng đất 10 Hình 1.5 Thi công tƣờng cọc khoan nhồi D 400 nhà dân 13 Hình 2.1: Mô hình đàn hồi tuyến tính 24 Hình 2.2: Mô hình đàn hồi phi tuyến 26 Hình 2.3: Đƣờng cong quan hệ lg E t ~lg3 27 Hình 2.4: Mô hình nguyên lí Kelvin - Voigt 30 Hình 2.5: Các dạng ổn định tƣờng chắn hố đào 32 Hình 2.6: Dòng ngầm chảy qua chỗ tƣờng bị nứt 45 Hình 2.7: Dòng ngầm chảy dọc theo bề mặt tƣờng chắn 46 Hình 2.8: Dòng ngầm chảy từ đời chứa nƣớc 46 Hình 2.9: Dòng ngầm chảy dƣới chân tƣờng 46 Hình 2.10: Hạ mực nƣớc hố móng làm cho đất xung quanh hố móng lún không 47 Hình 3.1: Vị trí khu chung cƣ Royal city 49 Hình 3.2 Phối cảnh tòa nhà chung cƣ Royal city 50 Hình 3.3 Mặt chung cƣ Royal city 51 Hình 3.4 Mặt bố trí cọc tƣờng vây thi công khối nhà R1 R2 51 Hình 3.5 Mặt cắt điển hình tầng hầm (đơn vị m) 52 Hình 3.6 Trụ địa chất 53 Hình 3.7 Sơ đồ tính cho mặt cắt qua khối nhà R1 R2 58 Hình 3.8 Sơ đồ lƣới phần từ tính toán cho mặt cắt qua khối nhà R1 R2 58 Hình 3.9 Mặt cắt ngang thi công tƣờng vây cọc khoan nhồi 59 Hình 3.10 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn (Tỷ lệ gấp 100 lần) 60 Hình 3.11 Biểu đồ mô men uốn cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 60 Hình 3.12 Biểu đồ mô men uốn cực đại tƣờng vây phải giai đoạn 60 Hình 3.13 Mặt cắt ngang thi công sàn đào đất tới cao trình sàn tầng hầm 61 Hình 3.14 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn (Tỷ lệ gấp 50 lần) 62 Hình 3.15 Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây trái giai đoạn 62 Hình 3.16 Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây phải giai đoạn 62 Hình 3.17 Biểu đồ mô men uốn cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 63 Hình 3.18 Biểu đồ mô men uốn cực đại tƣờng vây phải giai đoạn 63 Hình 3.19 Mặt cắt ngang thi công sàn đào đất tới cao trình sàn tầng hầm 64 Hình 3.20 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn (tỷ lệ gấp 50 lần) 64 Hình 3.21 Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây trái giai đoạn 65 Hình 3.22 Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây phải giai đoạn 65 Hình 3.23 Biểu đồ mô men uốn cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 65 Hình 3.24 Biểu đồ mô men uốn cực đại tƣờng vây phải giai đoạn 65 Hình 3.25 Mặt cắt ngang thi công sàn đào đất tới cao trình sàn tầng hầm 66 Hình 3.26 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn (tỷ lệ gấp 50 lần) 67 Hình 3.27 Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây trái giai đoạn 67 Hình 3.28 Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây phải giai đoạn 67 Hình 3.29 Biểu đồ mô men uốn cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 68 Hình 3.30 Biểu đồ mô men uốn cực đại tƣờng vây phải giai đoạn 68 Hình 3.31 Mặt cắt ngang thi công sàn đào đất tới cao trình sàn tầng hầm 69 Hình 3.32 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn đào sàn tầng (tỷ lệ gấp 50 lần) 69 Hình 3.33 Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây trái giai đoạn 70 Hình 3.34 Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây phải giai đoạn 70 Hình 3.35 Biểu đồ mô men uốn cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 70 Hình 3.36 Biểu đồ mô men uốn cực đại tƣờng vây phải giai đoạn 70 Hình 3.37 Mặt cắt ngang thi công sàn đào đất tới cao trình sàn tầng hầm 71 Hình 3.38 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn (tỷ lệ gấp 50 lần) 72 Hình 3.39 Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây trái giai đoạn 72 Hình 3.40 Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây phải giai đoạn 72 Hình 3.41 Biểu đồ mô men uốn cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 73 Hình 3.42 Biểu đồ mô men uốn cực đại tƣờng vây phải giai đoạn 73 Hình 3.43 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn (tỷ lệ gấp 50 lần) 74 Hình 3.44 Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây trái giai đoạn 74 Hình 3.45 Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây phải giai đoạn 74 Hình 3.46 Biểu đồ mô men uốn cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 75 Hình 3.47 Biểu đồ mô men uốn cực đại tƣờng vây phải giai đoạn 75 Hình 3.48 Chuyển vị ngang lớn đất qua giai đoạn 76 Hình 3.49 Chuyển vị đứng lớn đất qua giai đoạn 76 Hình 3.50 Chuyển vị ngang lớn tƣờng trái qua giai đoạn 78 Hình 3.51 Chuyển vị ngang lớn tƣờng phải qua giai đoạn 78 Hình PL1 Mặt cắt điển hình cho tƣờng vây chiều dài 65 m 85 Hình PL2 Sơ đồ tính cho mặt cắt qua khối nhà R1 R2 86 Hình PL3 Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn (Tỷ lệ gấp 50 lần) 86 Hình PL Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây trái giai đoạn Thi công tƣờng vây, cọc khoan nhồi 87 Hình PL Biểu đồ momen cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 87 Hình PL Sơ đồ lƣới phần tử giai đoạn đào sàn tầng (tỷ lệ gấp 30 lần)88 Hình PL Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây trái giai đoạn 88 Hình PL Biểu đồ momen cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 89 Hình PL Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây trái giai đoạn 89 Hình PL 10 Biểu đồ momen cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 90 Hình PL 11 Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây trái giai đoạn 90 Hình PL 12 Biểu đồ momen cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 91 Hình PL 13 Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây trái giai đoạn 91 Hình PL 14 Biểu đồ momen cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 92 Hình PL 15 Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây trái giai đoạn 92 Hình PL 17 Biểu đồ momen cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 93 Hình PL 18 Chuyển vị ngang lớn tƣờng vây trái giai đoạn 93 Hình PL 19 Biểu đồ momen cực đại tƣờng vây trái giai đoạn 94 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN c Lực dính đơn vị đất D Đƣờng kính mẫu thí nghiệm E Mô đun đàn hồi Et Mô đun đàn hồi tuyến tính ε Biến dạng dọc trục đất f Là vecto chuyển vị Fd Hệ số độ chôn sâu Fp Hệ số momen Fs Hệ số an toàn Ft Hệ số mômen G Mô đun cắt đất  Góc ma sát đất H Dầm thép hình chữ H I Dầm thép hình chữ I  Là hệ số đàn hồi H Biến dạng lo xo N Biến dạng bình nhớt K Mô đun biến dạng thể tích đất Me Ma trận hàm toạ độ phần tử μ Hệ số Poisson đất q Độ lệch ứng suất  Góc dãn nở đất  Số gia hệ số đàn hồi t Thời gian σ Ứng suất đất 1 Ứng suất lớn 3 Ứng suất nhỏ Ue véc tơ chuyển vị nút phần tử 10 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Những kết đạt đƣợc: Với nội dung nghiên cứu tác giả đƣa số kết đạt đƣợc nhƣ sau: + Tác giả tổng hợp các giải pháp gia cố thành hố đào sâu thi công tầng hầm cho nhà cao tầng ƣu nhƣợc điểm giải pháp Qua rút tổng kết ban đầu cho công tác thiết kế, thi công tầng hầm nhà cao tầng nhằm đáp ứng đƣợc công sử dụng giá thành hợp lý + Thu thập, tổng hợp tài liệu vấn đề cố công trình ngầm Việt Nam phân loại hình thức ổn định nguyên nhân dẫn đến ổn định than công trình ngầm công trình lân cận + Tiếp cận sở lý thuyết ban đầu số đặc trƣng trạng thái ứng suất, biến dạng khối đất gồm mô hình bản: Mô hình đàn hồi, mô hình đàn dẻo, mô hình đàn nhớt đàn dỏe nhớt phục vụ cho việc tính toán ổn định khối đất công trình ngầm + Sử dụng phần mềm Plaxis 8.2 để tính toán phân tích cho toán cụ thể công trình Royal City rút kết luận giải pháp thiết kế thi công công trình ngầm gắn bó chặt chẽ với đặc điểm thiết kế kết cấu chắn giữ công trình ngầm phụ thuộc vào công nghệ thi công yêu cầu cao chủ đầu tƣ Kết cấu chắn giữ đồng thời kết cấu chịu lực vĩnh cửu cho công trình + Tính toán phân tích chuyển vị ngang, chuyển vị đứng, nội lực đất tƣờng vây công trình cho mặt cắt qua hai khối nhà R1 R2 qua giai đoạn thi công tầng hầm Trong thực tế công trình Royal city đƣợc thi công dùng tƣờng vây có độ sâu độ sâu cọc 65 m Và qua tính toán kiểm tra lại phần mềm Plaxis 8.2 tƣờng vây có độ sâu 44 m ta thấy độ ổn định công trình cao hệ số ổn định Msf > 81 + Sử dụng phần mềm Plaxis 8.2 để mô tả tính toán tƣờng vây có nhiều điểm bật: Đất đƣợc mô qua tham số mô hình chọn, tƣờng vây đất làm việc thông qua phần tử tiếp xúc Nó mô sát thực tế trình làm việc kết cấu đất nên kết tính toán nội lực chuyển vị sát thực tế + Nguyên nhân tăng chuyển vị ngang tƣờng chắn chuyển vị đất theo giai đoạn thi công tăng dần áp lực đất áp lực nƣớc tác dụng lên tƣờng chắn hai bên biên hố đào theo tăng dần chiều sâu hố đào Kiến nghị Bài toán mẫu đƣa tác giả áp dụng hạn hẹp vài mặt cắt đại diện vài điểm đại diện mặt cắt ứng với vai điều kiện biên địa chất, tải trọng nên việc kết luận cuối mức độ ổn định công trình không thỏa đánh Luận văn dừng lại việc xét toán phẳng chƣa xét tới yếu tố ảnh hƣởng mặt cắt tính toán, ảnh hƣởng tải trọng theo phƣơng không gian, làm việc đồng thời ảnh hƣởng lẫn cấu kiện, công trình lân cận Với công trình ngầm xây dựng thành phố, điều kiện địa chất đất yếu phức tạp, ảnh hƣởng công trình lân cận việc xét toán không gian cần thiết, cho kết sát với thực tế Ngoài lựa chọn chiều sâu cọc tƣờng vây dựa vào kinh nghiệm dựa số liệu khao sát địa chất chƣa cụ thể tính toán có kết tính toán chuyển vị hệ số an toàn ta kết luận đƣợc chiều sâu cọc lựa chọn phù hợp Nên đề nghị nghiên cứu sâu phƣơng pháp tính toán lựa chọn chiều dài cọc tƣờng vây Về mặt kinh tế, công trình ngầm dạng công trình mà gây lãng phí lựa chọn giải pháp thiết kế, thi công không phù hợp với đặc điểm dự án Về mặt kỹ thuật, dạng công trình phức tạp, thi công dƣới sâu, dễ xảy 82 cố cho thân công trình công trình liền kề Vì vậy, công việc thiết kế, thi công, giám sát thi công công trình ngầm phải đƣợc đặc biệt coi trọng Những vấn đề về, an toàn cho công trình ngầm đô thị vùng đất yếu đặt nhiều thách thức cho phát triển bền vững công trình ngầm, không gian ngầm thành phố Việt Nam Vì cần thiết phải tập trung nghiên cứu cách kỹ lƣỡng toàn diện cho loại hình công trình ngầm khác thành phố có xu phát triển tƣơng lai gần, nhƣ hệ thống tàu điện ngầm, nút giao thông ngầm, hầm dành cho ngƣời bộ,… 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ môn Địa kỹ thuật trƣờng ĐH Thủy lợi (2010), Giáo trình Địa kỹ thuật Bộ môn Địa kỹ thuật trƣờng ĐH Thủy lợi (2003), Sổ tay kỹ thuật thủy lợi sử dụng phần mềm Plaxis Bộ môn Địa kỹ thuật trƣờng ĐH Thủy lợi (2001), Mô hình hóa Địa kỹ thuật Cao Văn Chí, Trịnh Văn Cƣơng (2003), Cơ học đất, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Nguyễn Bá Kế (2009), Thiết kế thi công hố móng sâu, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Nguyễn Bá Kế (2006), Xây dựng công trình ngầm đô thị theo phương pháp đào mở, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội PGS.TS Nguyễn Hồng Nam, Bài giảng Phương pháp phần tử hữu hạn địa kỹ thuật xây dựng – Đại học thủy lợi, 2013 Nguyễn Tráng, Những học kinh nghiệm việc xây dựng tầng hầm nhà cao tầng Việt Nam, Công ty APAVE Việt Nam & Đông Nam Á Phạm Ngọc Khánh (1998), Phương pháp phần tử hữu hạn, Trƣờng ĐH Thủy lợi, Hà Nội 10 Nguyễn Văn Quảng (2009), Nền móng tầng hầm nhà cao tầng, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội 11 Trƣờng ĐH Kiến trúc Hà Nội (1999), Công nghệ thi công tường chắn, neo đất, móng cọc 12 Viện khoa học công nghệ, Hướng dẫn kỹ thuật phòng ngừa cố thi công hố đào 84 III WEBSITES 13 http://www.Goldengate.org 85 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN Bài toán tính toán cụ thể hố móng công trình Royal city Chƣơng trang 60 với chiều dài tƣờng vây 44 m, với chiều dài tƣờng vây 65 m với số liệu mặt cắt địa chất bƣớc thi công giống ta tính toán phần mềm Plaxis cho số liệu kết nhƣ hình bên dƣới Sau hình PL1 mặt cắt điển hình cho tƣờng vây có chiều dài 65m -4 Lop Tang ham Tang ham Tuong vay btct Tang ham Lop Tang ham Tang ham - 30 Coc khoan nhoi - 36 Lop - 40 - 43.3 Lop Lop - 49.8 Lop - 60.9 Lop Hình PL1 Mặt cắt điển hình cho tường vây chiều dài 65 m Sử dụng phần mềm Plaxis 8.2 để tính toán phân tích cho toán với chiều dài tƣờng vây 65 m 86 Hình PL2 Sơ đồ tính cho mặt cắt qua khối nhà R1 R2 Hình PL3 Sơ đồ lưới phần tử giai đoạn (Tỷ lệ gấp 50 lần) 87 Hình PL Chuyển vị ngang lớn tường vây trái giai đoạn Thi công tường vây, cọc khoan nhồi Hình PL Biểu đồ momen cực đại tường vây trái giai đoạn 88 Hình PL6 Sơ đồ lưới phần tử giai đoạn đào sàn tầng (tỷ lệ gấp 30 lần) Hình PL Chuyển vị ngang lớn tường vây trái giai đoạn 89 Hình PL Biểu đồ momen cực đại tường vây trái giai đoạn Hình PL Chuyển vị ngang lớn tường vây trái giai đoạn 90 Hình PL 10 Biểu đồ momen cực đại tường vây trái giai đoạn Hình PL 11 Chuyển vị ngang lớn tường vây trái giai đoạn 91 Hình PL 12 Biểu đồ momen cực đại tường vây trái giai đoạn Hình PL 13 Chuyển vị ngang lớn tường vây trái giai đoạn 92 Hình PL 14 Biểu đồ momen cực đại tường vây trái giai đoạn Hình PL 15 Chuyển vị ngang lớn tường vây trái giai đoạn 93 Hình PL 17 Biểu đồ momen cực đại tường vây trái giai đoạn Hình PL 18 Chuyển vị ngang lớn tường vây trái giai đoạn 94 Hình PL 19 Biểu đồ momen cực đại tường vây trái giai đoạn ... đảm bảo ổn định hố đào nhƣ công trình xung quanh mặt đất Đề tài Nghiên cứu giải pháp gia cố ổn định công trình ngầm thành phố - ứng dụng tính toán cho hố đào công trình Royal city Hà Nội đề tài... pháp tính toán hố đào sâu, công trình ngầm giải pháp chống đỡ đảm bảo công trình ổn định cho công trình thực tế Việt Nam Mô tính toán thay đổi ứng suất, biến dạng đất xung quanh hố đào sâu, công. .. đích nội dung nghiên cứu đề tài Nghiên cứu giải pháp gia cố ổn định công trình ngầm, hố đào sâu Nghiên cứu thay đổi ứng suất, biến dạng, chuyển vị đất tƣờng vây xung quanh hố đào Nghiên cứu phƣơng