Semi topdown Sử dụng cừ thép

Giải quyết được các vấn đề về mặt bằng và tiến độ thi công: không cần diện tích đào móng lớn hoặc đỡ tốn chi phí phải làm tường chắn đất độc lập. Phương pháp thi công “SEMITOPDOWN” sử dụng cừ thép Trình tự các giai đoạn thi công tầng hầm theo phương án SEMITOPDOWN sử dụng cừ thép

Trang 1

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Trong những năm gần đây tại thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh và một

số thành phố lớn khác, nhiều công trình có nhiều tầng hầm đã và đang được xâydựng Việc thi công tầng hầm có thể làm đất nền bị dịch chuyển và lún, gây hư hỏngcho các công trình lân cận nếu không có các giải pháp thích hợp; nhất là đối với cáccông trình xây chen, có mặt bằng chật hẹp ở Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh hiệnnay Với công trình xây chen có 1-3 tầng hầm, có rất nhiều các giải pháp thi côngphong phú, đa dạng có thế áp dụng được như: tường cừ thép, cọc xi măng đất,tường vây barrette, kết hợp với 1-2 tầng chống bằng dàn thép hoặc neo trong đất.Nên với công trình có 1-3 tầng hầm thì việc lựa chọn được một phương án thi cônghợp lý cả về kinh tế và điều kiện kỹ thuật không phải là một việc đơn giản

Với công trình có 2 tầng hầm trở lên, phương án Semi-topdown sử dụng tườngtrong đất thường được tin dùng nhất với ưu điểm là độ cứng lớn nên chuyển vịngang rất nhỏ, rất hữu ích cho việc thi công các hố đào sâu và bảo đảm ổn định chocác công trình lân cận khi thi công chen trong thành phố Tuy nhiên phương án nàyvẫn tồn tại một số nhược điểm chưa thể khắc phục, đặc biệt là liên quan tới chấtlượng tường vây, chống thấm bên ngoài tường, chi phí vật liệu và vấn đề ô nhiễm

môi trường Vì vậy, nhóm tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu phương pháp thi công SEMI-TOPDOWN sử dụng cừ thép để chống đỡ hố đào” với mục đích đưa ra

được một phương án thi công phần ngầm mới hợp lý, có tính khoa học, kinh tế;nhằm khắc phục những nhược điểm của phương án tường trong đất, nâng cao chấtlượng tường vây; giảm thiểu tối đa chi phí giá thành vật liệu và ô nhiễm môi trường,phục vụ thực tế sản xuất

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Hố đào của công trình có 1-3 tầng hầm

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu phương pháp “SEMI-TOPDOWN” sử dụng cừthép chống đỡ thành hố đào

3 Mục tiêu của đề tài

- Đề xuất ra một phương án thi công phần ngầm mới có sử dụng cừ thép chống

đỡ hố đào hợp lý, có tính khoa học, kinh tế trên cơ sở đảm bảo điều kiện kỹthuật;

- Tính toán thiết kế chi tiết biện pháp chống đỡ hố đào, nêu ra qui trình thi công khi

áp dụng phương án thi công SEMI-TOPDOWN đối với công trình cụ thể có sửdụng cừ thép chống đỡ thành hố đào

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết tính toán: các phương pháp tính toán tường chắn, thiết kếhệ kết cấu chắn giữ hố đào

- Phương pháp điều tra, thực nghiệm, thu tập và tổng hợp các tài liệu chuyênnghành liên quan

- Phương pháp sử dụng phần mềm tính toán chuyên ngành Plaxis, Etabs để thúcđẩy nhanh quá trình và tính toán chính xác, mô tả rõ ràng sự làm việc của cừthép và hệ kết cấu chống đỡ

Trang 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CỪ

THÉP TRONG THI CÔNG CHẮN GIỮ THÀNH HỐ ĐÀO

1.1.Mục đích và giải pháp công nghệ sử dụng tường cừ thép thi công tầng hầm

Cùng với sự phát triển của đất nước, các công trình nhà cao tầng, hệ thống tàuđiện ngầm, hầm ngầm đã và đang được xây dựng mạnh mẽ tại các thành phố lớntrên cả nước Do quỹ đất của thành phố Hà Nội có hạn và giá đất ngày càng cao,các chủ đầu tư, các nhà kinh tế và các nhà kiến trúc đã tìm cách cải tạo xây dựngcác nhà văn phòng cho thuê với các ý tưởng khai thác triệt để không gian ngầmdưới đất Việc xây dựng các loại công trình nói trên dẫn đến hàng loạt các vấn đềkhó khăn trong việc giải quyết các bài toán hố đào trong thành phố Trước tình hìnhcông nghệ sử công nghệ sử dụng tường cừ thép thi công tầng hầm đã đưa ra một sốgiải pháp thi công hợp lý, vẫn đảm bảo không gây lún nứt các công trình liền kề Công nghệ sử dụng tường cừ thép thi công tầng hầm được nghiên cứu và ứngdụng như một giải pháp trung gian giữa cọc khoan nhồi đường kính nhỏ, cọc barrettevới các ưu điểm về kỹ thuật, độ an toàn, phạm vi áp dụng của tường cừ thép khárộng, từ các công trình thấp tầng đến cao tầng, áp dụng trong mọi điều kiện mặtbằng khác nhau Điều đặc biệt không gây ảnh hưởng đến các công trình lân cận, cóthể làm cọc chịu nhổ, cọc chịu uốn Dùng xong có thể thu hồi lại tới 95%

Hình 1.1.1.Hình dạng cừ thép và các bộ phận nối (rãnh, bích , khóa liên động)

*Ưu điểm : Có thể liệt kê một số ưu điểm nổi bật của cừ thép như sau:

- Khả năng chịu ứng suất động khá cao (cả trong quá trình thi công lẫn trong quátrình sử dụng)

- Khả năng chịu lực lớn trong khi trọng lượng khá bé

- Độ liên tục của cừ được đảm bảo, cừ ván thép có thể nối dễ dàng bằng mối nốihàn hoặc bulông nhằm gia tăng chiều dài

- Thi công cừ không gây ảnh hưởng làm nứt, hỏng công trình liền kề

- Thiết bị thi công nhỏ gọn, có thể thi công trong ngõ hẹp, mặt bằng thi công nhỏ,chiều cao thi công tối thiểu 5m

- Cừ thép có thể sử dụng nhiều lần, do đó có hiệu quả về mặt kinh tế

Trang 3

*Phạm vi ứng dụng của công nghệ sử dụng tường cừ thép thi công tầng hầm :

- Các công trình cao tầng xây chen trong thành phố

- Các công trình cải tạo, sửa chữa nâng tầng

- Tường chắn đất, tường tầng hầm, chống trượt

- Tường vây đào một đến hai tầng hầm

Cừ ván thép đã được sử dụng cho mọi kết cấu công trình tạm (làm xong nhổlên) cũng như vĩnh cữu (đóng bỏ) Ngày nay, trong lĩnh vực xây dựng, cừ ván thépđược sử dụng ngày càng phổ biến Trong các công trình dân dụng, cừ ván thép cũngcó thể được sử dụng để làm tường tầng hầm trong nhà nhiều tầng hoặc trong cácbãi đỗ xe ngầm thay cho tường bê tông cốt thép Khi đó, tương tự như phương phápthi công Topdown, chính cừ ván thép sẽ được hạ xuống trước hết để làm tường vâychắn đất phục vụ thi công hố đào Bản thân cừ ván thép sẽ được hàn thép chờ ởmặt trong để có thể bám dính chắc chắn với bê tông của các dầm biên được đổ saunày Trên các rãnh khóa giữa các cừ ván thép sẽ được chèn bintum để ngăn nướcchảy vào tầng hầm hoặc có thể dùng đường hàn liên tục để ngăn nước (trongtrường hợp này nên dùng cọc bản rộng để hạn chế số lượng các rãnh khóa) Trongthiết kế, cừ ván thép ngoài việc kiểm tra điều kiện bền chịu tải trọng ngang còn phảikiểm tra điều kiện chống cháy để chọn chiều dày phù hợp Bề mặt của cừ ván thépbên trong được sơn phủ để đáp ứng tính thẩm mỹ đồng thời cũng để bảo vệ chống

ăn mòn

Hình 1.1.2.Cừ thép được sử dụng làm bờ đê và chống đỡ hố đào

Cũng không quên nhắc lại lĩnh vực mà cọc ván thép được sử dụng nhiều nhất đó

là làm tường vây chắn đất hoặc nước khi thi công các hố đào tạm thời Ta có thểthấy cừ thép được sử dụng khắp mọi nơi: trong thi công tầng hầm nhà dân dụng,nhà công nghiệp, thi công móng mố trụ cầu, hệ thống cấp thoát nước ngầm, trạmbơm, bể chứa, kết cấu hạ tầng, thi công van điều áp kênh mương,…tùy theo độ sâucủa hố đào cũng như áp lực ngang của đất và nước mà cừ ván thép có thể đứngđộc lập (sơ đồ công-xon) hay kết hợp với một hoặc nhiều hệ giằng thép hình (sơ đồdầm liên tục) Đa phần hệ giằng được chế tạo từ thép hình chữ I,H nhằm thuận tiệntrong thi công Kinh nghiệm chống nước chảy qua các rãnh khoá của cừ ván théptrong các công trình tạm thời này là sử dụng hỗn hợp xi măng trộn đất sét, vừa tiếtkiệm chi phí lại đạt hiệu quả khá cao (gần như ngăn nước tuyệt đối)

Trang 4

Hình 1.1.3.Cừ thép được sử dụng làm bờ kè và ngăn nước trong thi công

Thi công ép cừ ván thép (steel sheet pile) có rất nhiều biện pháp, nhưng ở ViệtNam , thường dùng nhất là ép bằng búa rung Có 2 loại búa rung: loại dùng điện (thicông với xe cẩu) và loại thuỷ lực gắn trên máy đào (excavator) Tần số rung thườngtrong khoảng từ 20 đến 40 Hz Lực ly tâm do búa tạo ra có thể lên đến 4000 kN(tương đương 400 tấn) Ngoài ra người ta còn dùng các máy chuyên dùng truyềnđộng thủy lực như Giken Silent Piler

Hình 1.1.4.Phần chân kẹp cọc, có tác dụng giữ vững máy khi rút cọc

1.2.Các phương pháp sử dụng cừ thép khi thi công hố đào các công trình có tầng hầm tại Việt Nam hiện nay

Hiện nay biện pháp sử dụng cừ thép để chắn giữ thành hố đào các công trình có

tầng hầm thường kết hợp với phương pháp thi công “ phương pháp thi công đào

đất trước sau đó thi công nhà từ dưới lên ”

Để đảm bảo cho hệ hố đào không bị sụt lở trong quá trình thi công người tadùng các biện pháp giữ hố đào theo hai phương pháp truyền thống sau :

Trang 5

1.2.1 Đào hở không sử dụng văng chống, hệ neo

Phương pháp này khá đơn giản vì không gây trở ngại cho máy móc thi công và

các biện pháp thi công, được ưu tiên áp dụng với hố đào các công trình có mặt bằngtương đối rộng, xung quanh không có các công trình xây dựng liền kề, hoặc có

khoảng cách khá xa đủ an toàn Với phương pháp này nếu hố đào sâu ta có thể ép

cừ làm nhiều đợt theo nhiều cấp áp lực đất khác nhau mà không cần phải sử dụngvăng chống

Nhược điểm của cừ larssen là độ cứng tương đối thấp, cọc có thể bị biến dạng

và tại đỉnh cọc chuyển vị ngang lớn làm gia tăng dịch chuyển đất quanh hố đào, gây

ra lún đất nền và tất yếu làm nứt vỡ kết cấu công trình lân cận Vì vậy phương phápnày ít được áp dụng trong thi công tầng hầm nhà cao tầng trong thành phố, khôngphù hợp với công trình có mặt bằng hẹp,công trình xây chen, xung quanh có cáctrông trình lân cận

1.2.2 Đào hở kết hợp hệ văng chống, hệ neo [1]

Phương án này được áp dụng khi mặt bằng chật hẹp không cho phép mở rộng

ta luy mái dốc hố đào hoặc biện pháp dùng cừ thép không có văng chống, hệ neokhông đảm bảo đủ khả năng chịu lực, chuyển vị cho phép Phương án này thườngđược lựa chọn cho công trình có dưới 2 tầng hầm và cách xa các công trình lân cậnmột khoảng cách an toàn (công trình lân cận nằm ngoài phạm vi lăng thể trượt của

hố đào) Các phương án chống đỡ bao gồm:

+ Chống đỡ bằng hệ dầm sản xuất tại chỗ

+ Chống đỡ bằng hệ thanh chống tiêu chuẩn

+ Chống đỡ bằng hệ neo đất

Số lượng tầng thanh chống có thể là 1 hoặc 2 hoặc nhiều hơn tùy theo chiều sâu

hố đào , dạng hình học hố đào , điều kiện địa chất thủy văn trong phạm vi chiều sâutường vây Khi áp dụng biện pháp chống giữ thành hố đào bằng tường cừ, cần xácđịnh các thông số kỹ thuật của tường cừ như vị trí, độ sâu, kích thước tiết diệnngang, hệ thống kết cấu neo và chống đỡ tường cừ (nếu cần), yêu cầu khả năngchống thấm của tường cừ (nếu cần)

Một số giải phải chống đỡ tường cừ phổ biến là :

+ Chống ngang nếu kích thước mặt bằng công trình không quá rộng

+ Chống vào cọc khoan nhồi, đài cọc hoặc phần đất chưa thi công

Trang 6

Hình 1.2.1.a Chống ngang Hình 1.2.1.b Chống vào cọc khoan nhồi

Hình 1.2.1 Chống vách đất bằng cừ thép kết hợp hệ văng chống

Hình 1.2.2 Hệ văng chống chống vào cột tầng hầm, đài cọc.

Ngoài ra ta có thể sử dụng hệ cừ thép kết hợp hệ văng chống ngang để chống vào phần đất chưa thi công , chắn giữ hố đào

2 1

Hình 1.2.3 Mặt cắt ngang hố đào có hệ văng chống vào phần đất chưa thi công.

1.3.Phương pháp thi công từ trên xuống sử dụng công nghệ tường trong đất 1.3.1 Đặc điểm công nghệ thi công

Phương pháp thi công từ trên xuống (Top –Down, Semi – Topdown) là phươngpháp thi công phần ngầm của công trình nhà cao tầng, phương pháp này khác với

Trang 7

phương pháp thi công truyền thống: thi công từ dưới lên trên Trong công nghệ thicông này, người ta có thể đồng thời vừa thi công các tầng ngầm (bên dưới cốt ±0,00) và móng của công trình, vừa thi công một số hữu hạn các tầng nhà thuộc phầnthân bên trên cốt không ( trên mặt đất) Dùng phương pháp này đơn vị thi công sẽdùng các sàn bê tông tại các sàn tầng hầm như hệ chống cho tường vây trong suốtquá trình thi công đào đất tầng hầm.

Công tác thi công đào đất các tầng hầm bên dưới được thực hiện sau khi việcthi công các tấm sàn tầng hầm bên trên đươc hoàn thành Đất đào sau khi được đàobỏ vận chuyển lên trên qua lỗ mở thi công và lỗ mở thi công là cửa để đưa vật tư,vật liệu xuống bên dưới để thi công tầng hầm

1.3.2 Một số ưu - nhược điểm

*Ưu điểm :

- Giải quyết được các vấn đề về mặt bằng và tiến độ thi công: không cần diện

tích đào móng lớn hoặc đỡ tốn chi phí phải làm tường chắn đất độc lập Đặc biệt đốivới các công trình giao thông dạng hầm giao thông, phương pháp này sớm giúp táilập mặt đường để giao thông Và có thể thi công kết hợp từ dưới lên phần thượngtầng và từ trên xuống đối với phần ngầm (thông dụng đối với các công trình dândụng có tầng ngầm) do đó đẩy nhanh tiến độ thi công

- Không cần dùng hệ thống chống tạm (Bracsing System) để chống đỡ vách

tường tầng hầm trong quá trình đào đất và thi công các tầng hầm, không phải chi phícho hệ chống phụ Hệ thanh chống tạm này thường rất phức tạp vướng không gian thi công và rất tốn kém

- Tiến độ thi công nhanh: khi đang làm móng và tầng hầm vẫn có thể đồng thời

làm phần trên được để tiết kiệm thời gian, (đương nhiên là phải tăng chi phí giacường an toàn phần dưới nhiều hơn, còn nếu “tiết kiệm” tiến độ mà không bù lỗđược “chi phí” tăng do phải gia cường an toàn thì không cần làm nhanh, thi công từtrên xuống phần ngầm trước rồi mới làm phần trên như đã thấy ở các công trình tại

Hà Nội Sau khi đã thi công sàn tầng trệt có thể tách hoàn toàn việc thi công phầnthân và thi công phần ngầm Có thể thi công đồng thời các tầng hầm và kết cấu phầnthân bên trên

- Giải quyết được các vấn đề về móng (hiện tượng bùn nền, nước ngầm …): có

một điểm lưu ý ở đây là trong đô thị thường có nhiều công trình cao tầng, nếu thicông đào mở (open cut) có tường vây, móng sâu và phải hạ mực nước ngầm để thicông phần ngầm , điều này dẫn đến việc thường không đảm bảo cho các công trìnhcao tầng kề bên (dễ xảy ra hiện tượng trượt mái đào, lún, nứt….) Với phương án thicông từ trên xuống ta có thể chống đỡ được vách đất với độ ổn định và an toàn caonhất, giải quyết được vấn đề này

Ngoài ra, khi thi công các tầng hầm đã có sẵn tầng trệt có thể giảm một phần ảnhhưởng xấu của thời tiết tới công tác thi công

*Nhược điểm :

- Kết cấu cột tầng hầm phức tạp; có xuất hiện nhiều mối nối (giữa sàn và cột, vách)

- Liên kết giữa dầm sàn và cột, vách, tường khó thi công;

Trang 8

- Công tác thi công đất trong không gian tầng hầm kín,chiều cao nhỏ khó thực hiện

cơ giới

- Thi công trong tầng hầm kín ảnh hưởng đến sức khoẻ người lao động.

- Nếu lỗ mở nhỏ thì phải lắp đặt hệ thống thông gió và chiếu sáng nhân tạo

1.3.3 Tường trong đất (Barrette )

Tường trong đất cấu tạo bởi những cọc Barrette nối với nhau thành bức tường bằng bêtông cốt thép ở trong đất Để chống thấm, giữa các Barét phải có gioăng chống thấm.Trường hợp này tường trong đất có thể được thiết kế và tính toán như một loại móng sâu Với phương án thi công từ trên xuống thường được lựa chọn cùng với công nghệ tường trong đất

Ưu điểm của tường trong đất là độ cứng lớn nên chuyển vị ngang rất nhỏ, rất hữu ích cho việc thi công các hố đào sâu và bảo đảm ổn định cho các công trình lân cận khi thi công chen trong thành phố Dùng giải pháp tường trong đất để xây dựng tầng hầm cho nhà cao tầng là hợp lý Khi xây dựng công trình có 2, 3 tầng hầm trở lên, trên nền đất yếu, trong các đô thị thì giải pháp tường trong đất là tốt nhất

Tuy nhiên giải pháp tường trong đất vẫn tồn tại một số nhược điểm sau [3]:

- Giữa các tấm tường là gioăng chống thấm nên các tấm tường làm việc độc lập, độcứng tổng thể của tường nhỏ

- Khó kiểm soát chất lượng thi công, nghiệm thu, xử lý sự cố và đặc biệt là chốngthấm bên ngoài tường

- Chất lượng cọc barrette không đảm bảo tuyệt đối,có thể bị khuyết tật, bục, thủng vìmột số sự cố như: công tác đào, đổ bê tông, độ đặc chắt không đảm bảo, dùngBentonite không thích hợp dẫn tới sụt lở thành hố đào, đất rơi vào lẫn với bê tông

- Chân cọc barrette phải đặt vào tầng đất tốt để đảm bảo ổn định cho hố đào sâu vàchống thấm cho tầng hầm Nếu công trình có địa chất: lớp bùn, sét yếu ở sâu, để đặtđược vào lớp đất tốt thì chiều dài cọc khá lớn, vì vậy phương án này không kinh tế

- Tài liệu khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn nếu thiếu các dữ liệu đểthiết kế và có độ tin cậy không cao, thiết kế chưa hợp lý, năng lực của nhà thầu sẽảnh hưởng nhiều đến phương án thi công, chất lượng công trình

- Công nghệ thi công đòi hỏi hệ thống máy móc kĩ thuật, trình độ, kinh nghiệm củađơn vị thi công cao

- Khối lượng vật liệu thi công tường bao lớn, gây lãng phí trong quá trình chịu lựclâu dài

- Gây ô nhiễm môi trường vì phải sử dụng dung dịch Bentonite giữ thành hố đào

1.4.Phương pháp thi công “SEMI-TOPDOWN” sử dụng cừ thép

1.4.1 Đặt vấn đề, đề xuất phương án thi công mới

Hiện nay ở Việt Nam, các công trình nhà có nhiều tầng hầm ngày càng xuất hiệnnhiều, và đi kèm với đó là khá nhiều các giải pháp, đặc điểm thi công tầng hầm

Bảng 1.4.1 Thống kê một số công trình có 02 tầng hầm và đặc điểm thi công tầng

hầm trên địa bàn thành phố Hà Nội

TT Tên công trình Thiết kế Đơn vị thi công Đặc điểm thi công tầng

hầm

Trang 9

Đào Duy Anh

Tr ĐH KT HN Cty XD số 1, HN - Tường bê tông thường

COFICO - Tường barrette

- Neo trong đất

TCty XD Sông Đà - Tường barrette

- Đào hở, chống bằng dàn thép

8 Chung cư C14 Bộ

Công an , Lê Văn

Lương

Cty KT& XD Hội KTS

-Cty XD số 1, HN - Tường bê tông thường

- Đào hở, chống bằng dàn thép

9 Toà nhà tháp

Viet- combank

Indochine Group - Tường barrette

- Neo trong đất

- Đào hở,ép cừ 2 đợt, văng chống vào đài cọc

12 Golden Land* -

275 Nguyễn Trãi

Archipel Pháp

-Posco – Korean, Long Giang

- Top – down, Semi - topdown: 54%;

- Neo trong đất: 15%;

- Cọc xi măng đất: 8%;

- Không chống: 8%

Bảng 1.4.2 Các giải pháp lựa chon thi công chủ yếu tầng hầm [4]

H ≤ 6m - Tường cừ thép (không hoặc 1 tầng chống, neo)

Trang 10

( 1 tầng hầm ) - Cọc xi măng đất (không hoặc 1 tầng chống, neo)

6m < H ≤ 10m

( 2 tầng hầm )

- Tường cừ thép (1-2 tầng chống, neo)

- Cọc xi măng đất (1-2 tầng chống, neo)

- Tường vây barrette (1-2 tầng chống, neo) tuỳ theo điềukiện nền đất, nước ngầm và chiều dài tường ngập sâuvào nền đất

H > 10m

( 3 tầng hầm )

- Tường vây barrette ( ≥ 02 tầng chống, neo)

- Tường cừ thép ( ≥ 2 tầng chống, neo) nếu điều kiện địachất và hình học hố đào thuận lợi

*Nhận xét : từ bảng số liệu thống kê ta có thể thấy ở Việt Nam với công trình có

- Từ 3 tầng hầm trở lên, giải pháp ưu tiên nên lựa chọn là tường barrette kết hợp phương án Top – down, Semi-Topdown

- Có 2 tầng hầm, có rất nhiều các giải pháp thi công phong phú, đa dạng có thế áp dụng được như: tường cừ thép, cọc xi măng đất, tường vây barrette, kết hợp với 1-2 tầng chống bằng dàn théo hoặc neo trong đất

*Đề xuất: Trên cơ sở những ưu-nhược điểm của phương án: thi công

Semi-Topdown+barrette, và một số phương án khác sử dụng cừ thép+hệ dàn thép,neo cũng như các vấn đề thực tế gặp phải khi thi công các công trình áp dụngnhững phương án trên

Nhóm tác giả đề xuất ra một phương án thi công mới “phương án TOPDOWN có sử dụng cừ thép làm kết cấu chắn giữ” có tính hợp lý, khoa học,

SEMI-kinh tế trên cơ sở vẫn đảm bảo các điều kiện kỹ thuật Để nhằm khắc phục đượcmột số hạn chế, nhược điểm của việc sử dụng tường barrette, nâng cao chất lượngtường vây, giảm thiểu tối đa chi phí giá thành vật liệu và ô nhiễm môi trường, phục

vụ thực tế sản xuất (thực tế những công trình đã thi công chỉ sử dụng phương án thicông Bán Top-Down cho những tầng hầm sử dụng công nghệ tường trong đất )

1.4.2 Trình tự các giai đoạn thi công tầng hầm theo phương án

SEMI-TOPDOWN sử dụng cừ thép

Với phương án mới sử dụng cừ thép này ta vẫn áp dụng thi công theo phươngpháp Semi-Topdown và sử dụng hệ dầm sàn tầng hầm (kết hợp một phần hệ thanhchống) làm kết cấu chống đỡ nhưng không sử dụng cọc Barrette làm tường chắn mà

sử dụng cừ thép; khi đó tường bao tầng hầm sẽ được thi công sau này cùng với cột,vách ngăn tương tự như phương pháp sử dụng cọc Barette thông thường Thi côngtầng hầm xong sẽ lấp đất,cát vào khoảng trống giữa cừ thép và tường bao (nếu có),sau đó rút cừ thép hoặc để cố định vĩnh viễn trong lòng đất

Trên cơ sở đó tác giả đề xuất ra 2 phương án sử dụng cừ thép sau:

- Phương án 1 (PA1): thi công xong sẽ rút cừ, sử dụng hệ dầm sàn tầng hầm kết

hợp hệ dầm bo, thanh chống làm kết cấu chống đỡ

- Phương án 2 (PA2): giữ nguyên cừ trong lòng đất làm kết cấu chắn giữ, tường

bao sau này, sử dụng hệ dầm sàn tầng hầm làm kết cấu chống đỡ

Trang 11

*Quy trỡnh thi cụng ỏp dụng cho phương ỏn 1 (PA1): thi cụng xong sẽ rỳt cừ

thi công đài,

giằng móng

đào đất tầng hầm h2

thi công đài móng thi công giằng móng

đào đất hố móng

thi công

đổ bê tông sàn tầng 1 cốt ±0.00

THIếT Kế Lỗ Mở THI CÔNG Hệ KINGPOST

thi công cột, l õi thang máy

t ờng bao tầng hầm 2

thi công cột, l õi thang máy tầng hầm 1

Lắp đặt hệ văng chống

Quy trỡnh thi ỏp dụng với phương ỏn 2 (PA2): cũng tương tự như PA1 chỉ khỏc là

khụng có cụng đoạn lắp đặt hợ̀ văng chống vì cừ thộp tựa trực tiờ́p lờn hợ̀ dầm sàn;

và khụng phải lṍp đṍt, rút cừ như PA1 mà giữ nguyờn cừ trong lũng đṍt kờ́t hợp vớichớnh tường bao làm kờ́t cṍu chắn giữ tầng hầm sau này

*Hỡnh ảnh mụ tả quy trỡnh thi cụng theo PA1:

Trang 12

Hình 1.4.1 Thi công cọc khoan nhồi, kingpost, ép cừ thép

Hình 1.4.2 Đào đất giai đoạn I tới đáy hệ dầm sàn tầng hầm thứ nhất

Hình 1.4.3 Thi công hệ dầm sàn tầng hầm thứ nhất và sau đó lắp đặt hệ dầm bo,

thanh chống

Hình 1.4.4 Thi công đào đất giai đoạn II tới đáy đài móng

Trang 13

Hình 1.4.5 Thi công đài, giằng móng; sàn tầng hầm thứ hai

Hình 1.4.6 Thi công tường bao, cột, vách tầm hầm thứ hai

Hình 1.4.7 Lấp cát, đất quanh tường tới đáy sàn tầng hầm thứ nhất

Trang 14

Hình 1.4.8 Thi công tường bao, cột, vách, lỗ mở sàn tầng hầm thứ nhất

Hình 1.4.9 Tháo dỡ hệ văng chống; thi công sàn tầng 1 và lấp đất, cát tới cos 0,00 m

Hình 1.4.10 Thi công rút cừ thép và tiếp tục thi công kết cấu phần thân.

Trang 15

Bảng 1.4.3: Bảng so sánh, liệt kê trình tự các giai đoạn thi công theo phương án

Semi –Topdown sử dụng cừ thép và tường Barrette (với công trình có 2 tầng hầm)

Thi công cọc Barrette,

tường vây Thi công cọc khoan nhồi

Giai đoạn 3 (4 bước) Giai đoạn 3 (5 bước)

 Bước 1: Thi công phần cột chống tạm bằng thép hình ( Kingpost)

Phương án chống tạm theo phương đứng là dùng các cột chống tạm bằng thép hình đặt trước (kingpost) vào các cọc khoan nhồi hoặc các cọc phụ ở đúng vị trí các cột suốt chiều cao từ mặt đất đến đỉnh cọc Các cột này được thi công ngay trong giai đoạn thi công cọc khoan nhồi

 Bước 2: Thi công tầng hầm thứ nhất Gồm các công đoạn sau :

• Đào đất đến cốt thi công sàn; ghép ván khuôn thi công tầng hầm thứ nhất Tận dụng mặt đất đã được xử lý để làm hệ thống đỡ ván khuôn;

• Đổ bê tông, chống thấm hệ dầm - sàn tầng ngầm thứ nhất

• Bố trí các ống thép, thép chờ cột, vách ngăn tại các vị trí có cột, vách ngăn để nối thép cho phần cột và vách ngăn tầng hầm phía dưới;

• PA1: Lắp đặt hệ thống dầm bo cừ thép,thanh chống đỡ cừ thép, hệ thống kích cơđể gia tải trước cho thanh chống, vì vậy hệthanh chống không làm việc thu động Hệthống chống đỡ này được gắn vào dầm,sàn tầng hầm thứ nhất

• PA2: không phải lắp đặt hệ thanh chống;chỉ cần đảm bảo sự liên kết tốt giữa cừthép và hệ dầm sàn bằng các biện pháp:hàn tấm thép chờ ở dầm sàn với cừ thép,dầm bo,…

 Bước 3:Thi công tầng hầm thứ hai.

• Tháo ván khuôn chịu lực tầng hầm 1; đào đất đến cốt đáy đài móng

• Chống thấm cho phần móng; thi công đài cọc, các bể ngầm, móng cầu thang máy và các hệ thống ngầm dùng cho công trình;

• Lấp đất tới cốt sàn, đổ bê tông, chống thấm sàn tầng hầm thứ hai

• Thi công cột, lõi, vách ngăn và các cấu kiện khác từ tầng hầm thứ hai lên tầng hầm thứ nhất; sau đó bơm vữa xi-măng có phụ gia trương nở qua các lỗ chờ bằng ống thép d=40,60mm để lấp đầy và chèn kín bề mặt tiếp

Trang 16

giáp giữa đáy dầm, đáy sàn và mặt trên của cột, lõi , tường bao.

 Bước 4: Thi công tường bao tầm hầm

và lấp đất.

• Ghép ván khuôn, hệ thống chống đỡ,lắpđặt cốt thép, đổ bê tông, thi công chốngthấm tường bao tầng hầm thứ 2

• PA1:Tháo dỡ hệ văng chống, thi công lấpđất, cát vào khoảng trống giữa cừ thép vàtường bao tới cốt sàn tầng hầm 1

• PA2: không phải lấp đất, cát vì cừ thép vàtường vây liền khối

• Thi công tiếp các cấu kiện: cột , lõi , vách,tường bao ở tầng hầm 1 tương tự như đốivới tầng hầm 2 và lấp đất quanh tường tớicốt tự nhiên (PA1)

 Bước 5: Thi công phần kết cấu ngay trên mặt đất (cốt sàn tầng 1):

• Ghép ván khuôn thi công sàn tầng 1 Hệ ván khuôn cột chống được đặt trực tiếp lên hệ thống sàn tầng hầm thứ nhất;

Đặt cốt thép thi công, đổ bê tông, chống thấm giữa sàn và tường vách

• PA1:Thi công rút cừ Larssen và lấp cát vàovị trí vừa rút cừ

• PA2: Giữ cố định cừ thép làm kết cấu chắn giữu, làm việc cùng với tường bao

- Thi công theo phương án SEMI-TOPDOWN nên vẫn giải quyết được các vấn đề

về mặt bằng và tiến độ thi công, không cần dùng hệ thống chống tạm (PA2), giảiquyết được các vấn đề về móng, giảm một phần ảnh hưởng xấu của thời tiết tớicông tác thi công Chống đỡ được vách đất với độ ổn định và an toàn cao nhất,hơn bất cứ phương án sử dụng hệ chống đỡ dàn thép nào;

- Máy móc, thiết bị thi công tầng hầm đơn giản và tiến độ thi công nhanh;

- Độ cứng, sự liên kết và làm việc tổng thể của tường vây, phần ngầm tốt vì tườngvây được đổ toàn khối;

- Chiều sâu và chiều dày tường bao có thể giảm rất nhiều, tiết kiệm vật liệu hơnphương án sử dụng tường trong đất;

Trang 17

- Chất lượng bê tông tường vây tầng hầm luôn được đảm bảo tốt hơn phương ántường trong đất vì thi công toàn khối nên bê tông đặc chắc, không bị rỗ, khuyếttật;

- Dễ dàng trong công tác nghiệm thu, xử lí sự cố và đặc biệt là chống thấm;

- Giảm bớt chi phí lắp đặt hệ thống thông gió và chiếu sáng nhân tạo (PA1);

- Giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường do không phải sử dụng dung dịch Bentonite giữ thành hố đào tường vây (chỉ dùng khi thi công cọc khoan nhồi)

* Nhược điểm:

- Vân tồn tại một số nhược điểm của phương án SEMI-TOPDOWN;

- Cừ larssen có độ cứng tương đối thấp, nếu biện pháp chống đỡ không hợp lý,cọc sẽ bị biến dạng và chuyển vị ngang lớn làm gia tăng dịch chuyển đất quanh

hố đào, gây ra lún đất nền và ảnh hưởng đến công trình lân cận;

- Trong cả quá trình thi công xét về nhiều mặt thì phương pháp này thường phátsinh hiện tượng rò rỉ nước ngầm qua cừ, có thể làm đẩy nổi đất đáy hố đào;

- Quá trình rút cừ, lấp đất gây ảnh hưởng một phần đến công trình lân cận (PA1)

- Mực nước ngầm không quá cao để hạn chế sự rò gỉ, đẩy nổi đất đáy hố đào;

Giải pháp: Nếu mực nước ngầm cao có thể dùng biện pháp hút nước bề mặt

hoặc bơm hút nước sâu nếu phù hợp về khả năng thi công, tính kinh tế

- Áp dụng cho công trình nếu công trình có địa chất: lớp bùn, sét yếu ở sâu; đểcọc Barrette đặt được vào lớp đất tốt thì chiều dài cọc lớn, vì vậy phương án sửdụng coc Barrette với công trình này không kinh tế;

Giải pháp: lựa chon cừ, chiều sâu chôn cừ và các biện pháp chống đỡ đảm

bảo Thi công ép cừ và giữ nguyên cừ trong lòng đất làm kết cấu chắn giữ, tường

bao sau này ( PA2 ).

3 Cơ sở tính toán, thiết kế tường cừ và hệ kết cấu chống đỡ áp dụng cho

“phương án SEMI-TOPDOWN có sử dụng cừ thép làm kết cấu chắn giữ ” đều

dựa trên các phương pháp tính toán, thiết kế truyền thống hiện nay được áp dụng;

và các phương pháp đó sẽ được trình bày chi tiết trong chương II của đề tài

Trang 18

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN

VÀ THIẾT KẾ HỆ KẾT CẤU CHẮN GIỮ HỐ ĐÀO2.1 Các yêu cầu đặt ra trong thiết kế [4]

- An toàn tin cậy: Đáp ứng yêu cầu về cường độ bản thân, tính ổn định, và sự biến

dạng của kết cấu chắn giữ, đảm bảo an toàn cho công trình xung quanh

- Tính hợp lý về kinh tế: Xác định phương án có tính hiệu quả kinh tế kĩ thuật rõ

ràng trên cơ sở tổng hợp các mặt thời gian, vật liệu, thiết bị, nhân công và bảo vệ môi trường xung quanh

- Thuận lợi và bảo đảm thời gian thi công: Dựa trên các nguyên tắc trên kết cấu

phải đáp ứng tối đa những điều kiện thuận lợi cho thi công

2.2 Các phương pháp tính toán tường chắn

2.2.1 Phương pháp giải tích [6]

2.2.1.1 Theo quan điểm tính toán tường chắn như một cấu kiện chịu áp lực đất

Sự làm việc của tường chắn như một kết cấu chịu áp lực đất phụ thuộc khôngnhững bản thân kết cấu tường mà còn phụ thuộc vào phương pháp thi công hố đào,trình tự thực hiện thi công cũng như chất lượng công tác thi công Tính toán kết cấutường chắn nhằm đảm bảo yêu cầu cường độ và ổn định bản thân tường dưới tácdụng của áp lực đất trước và sau tường Sơ đồ làm việc của tường được lựa chọnchủ yếu căn cứ vào theo biện pháp và trình tự thi công

Các phương pháp tính toán sau đây có thể coi là tiêu biểu:

a) Phương pháp cân bằng tĩnh

Phương pháp cân bằng tĩnh áp dụng cho phân tích tường chắn được coi là “ngàm” trong đất dựa vào các phương trình cân bằng tĩnh học áp lực đất hai phía vàcân bằng mô mem tĩnh đối với đáy tường để xác định chiều sâu tối thiểu đảm bảo ổnđịnh tường Hệ số áp lực chủ động và bị động, có giá trị áp lực đất tương ứng xácđịnh theo công thức Rankine (1857) có dạng:

pa= Kaσv – 2c Ka và pp = Kpσv + 2c Kp (2.1)Trong đó Ka = hệ số áp lực đất chủ động

1 0

1 1 2

2 0 1

1 4

0

46

266

8

β

ββ

a a

p a a

p a

a a

t e e y

E t

E e

45

n

ϕϕ

γ

γn – Dung trọng tự nhiên của đất ở lớp thứ n.

ϕn – Góc ma sát trong của đất ở lớp thứ n.

Trang 19

Mô mem uốn trong tường cũng xác định theo phương pháp kết cấu thông thường.

b) Phương pháp Blum

Blum đề nghị thay áp lực đất bị động ở phần chân tường phía ngoài bằng áp lựctập trung tác dụng ở chân tường Việc xác định độ sâu ngàm cần thiết trở nên đơngiản hơn nhờ bậc của phương trình xác định đã giảm xuống bậc 3 có dạng:

( ) ( p( a) )

a p

a

K K

a l E t

K K

E t

)6

=

a p

a

K K

K h

=

a p

a

K K

K h

a 1 (2.8)

c) Phương pháp đường đàn hồi.

Phương pháp đường đàn hồi có thể áp dụng cho tường ngàm tự do lẫn tườngcó chống cho phép xác định cả chiều sâu ngàm tường vào đất dưới đáy hố đào lẫn

mô mem uốn lớn nhất trong tường Thực chất của phương pháp đàn hồi và sử dụng

đồ họa xác định đúng dần độ sau ngàm cần thiết trên nguyên tắc đa giác lực tácdụng lên tường đóng kín Việc thực hiện được tiến hành theo các bước sau:

• Chọn độ sâu ngàm bất kỳ (cho bước thử ban đầu), to

• Tính áp lực đất lên hai phía tường chia tường theo chiều cao làm nhiều đoạn,thay áp lực đất trên từng đoạn bằng các lực tập trung tại trọng tâm biểu đồ áp lựcđất vẽ đa giác lực và đa giác dây tương ứng theo tỷ lệ xích chọn thích hợp.Đagiác lực sẽ khép kín thỏa mãn điều kiện cân bằng tĩnh học khi độ sâu ngàm to đãchọn đúng.Trường hợp đa giác lực chưa khép chứng tỏ độ sâu to chọn ban đầuchưa thích hợp, cần thay đổi và vẽ lại

• Xác định giá trị và điểm đặt của Ep’ trên đa giác lực đã khép kín cũng như độ sâungàm cần thiết xác định mô mem uốn lớn nhất và vị trí của nó theo sơ đồ trên đagiác dây với tỷ lệ xích đã chọn

d) Phương pháp Sachipana

Sachipana phân tích tường có nhiều tầng chống thực hiện trong đất dính dựavào các giả thiết sau:

• Thân tường là một kết cấu đàn hồi dài vô hạn

• Áp lực đất từ đáy hố đào trở lên phân bố theo luật tam giác, từ đáy hố đào trởxuống phân bố đều

• Áp lực đất bị động phía trước tường (dưới đáy hố đào) gồm hai vùng phân biệt:vùng cân bằng giới hạn (đã biến dạng dẻo) và vùng đàn hồi

• Vị trí chống không thay đổi, lực trong văng chống không thay đổi

Việc tính toán dựa vào hai phương trình cân bằng tĩnh học (cân bằng lực theophương ngang và cân bằng mô mem lấy với chân tường) cho từng giai đoạn đào vàđặt văng chống cho đến khi hoàn thành đào hố

e) Phương pháp biến dạng

Trang 20

Phương pháp này lần đầu tiên được áp dụng ở Nhật Bản với các giả thiết cơbản tương tự phương pháp Sachipana với một thay đổi về giả thiết áp lực đất phía bịđộng: giá trị áp lực đất phía bị động tỷ lệ thuận với dịch chuyển của tường Giảiphương trình đường trục võng đàn hồi của tường ứng với điều kiện biên xuất hiện tạitừng giai đoạn thi công, nội lực thân tường và lực nén trong văng chống dùng làmcăn cứ thiết kế/kiểm tra kết cấu tường và văng chống.

f) Phương pháp cùng biến dạng

Tường trong trạng thái ban đầu chịu áp lực tĩnh cân bằng từ hai phía Trongquá trình đào hố móng, tường dịch chuyển làm thay đổi áp lực đất từ hai phía dầnđạt tới giá trị áp lực đất chủ động nhỏ nhất pa và áp lực đất bị động lớn nhất pp Giátrị áp lực đất tại một vị trí bất kỳ thay đổi cùng sự biến dạng của tường được xácđịnh theo công thức :

δ

K p

p= 0 + ; pa < p< pp (2.9)Trong đó, po = áp lực tĩnh lên tường, P0 =K0γz;

Ko = hệ số áp lực đất tĩnh

Đối với đất rời, Ko có thể xác định theo góc ma sát trong hữu hiệu theo công thứcthực nghiệm của Jaky (1994):

p = áp lực đất thực tác dụng lên tường;

K = hệ số nền theo phương ngang;

δ = dịch chuyển ngang của tường

g) Nhận xét chung

Việc tính toán tường chắn như một cấu kiện độc lập chịu sự tác dụng của áplực đất xuất hiện trong quá trình thi công hố đào mặc dù có nhiều nghiên cứu cải tiếnnhưng rõ ràng không phù hợp với sự làm việc thực tế của công trình trong đó tường

và đất xung quanh luôn luôn tồn tại sự tương tác, phụ thuộc lẫn nhau Hệ quả củaviệc đơn giản hóa mô hình phân tích là sự an toàn của công trình trong quá trình thicông cũng như ảnh hưởng của việc thi công hố đào đến các công trình lân cậnkhông thể kiểm soát được hoặc phải rất tốn kém Các phương pháp tính thuộc loạinày nói chung chỉ nên áp dụng cho những trường hợp hố đào sâu mà ở đó ít cónguy cơ xảy ra tai biến công trình hoặc việc phân tích phù hợp hơn trong đó có xétđến sự làm việc đồng thời của tường với đất nền không đem lại lợi ích đáng quantâm Trong những trường hợp khác, phân tích hố đào coi như tường chắn như mộtcấu kiện độc lập chịu tác dụng của áp lực đất chỉ nên được sử dụng trong phân tích

sơ bộ để tìm lời giải xấp xỉ ban đầu

2.2.1.2 Theo quan điểm tính toán tường chắn cùng làm việc đồng thời với đất

a) Phương pháp dầm trên nền đàn hồi.

Áp lực đất lên tường thực tế phụ thuộc vào mức độ dịch chuyển của tường.Khi đất chuyển từ trạng thái cân bằng đàn hồi (tường không chuyển vị) sang trạngthái chủ động, hướng ứng suất chính không thay đổi, giá trị của nó giảm xuống gây

Trang 21

ra biến dạng ngang của đất nhỏ hơn nhiều so với khi chuyển sang trạng thái bị động(hướng ứng suất chính xoay một góc 900 trong đó ứng suất theo phương ngang tănglên nhiều) Chuyển vị của chân tường do đó chưa đạt đến trạng thái giới hạn bịđộng Việc áp dụng lý thuyết cân bằng giới hạn một mặt không đảm bảo ổn định củatường (vì áp lực đất bị động ở chân tường chưa đạt tới giá trị tính toán), mặt kháckết cấu bản thân tường lại quá lãng phí (vì được tính với giá trị áp lực lớn) Để giảiquyết mâu thuẫn nay, mô hình dầm trên nền đàn hồi cục bộ được đề xuất áp dụngtrong đó thay nền đất tiếp xúc hai bên tường bằng các lò xo đàn hồi độc lập theo môhình Winkler, 1867 Tư tưởng của phân tích dầm trên nền đàn hồi chủ yếu như sau :Nền đất được mô phỏng bằng hệ lò xo có độ cứng

2 0

0 ,

1

E d d k K v

E d d k

i si i s

i i si i

Trong đó: ksi= mô đun phản lực nền tại độ sâu đang xét; Eo = mô đun biếndạng của đất; vo = hệ số biến dạng ngang của đất; ω = hệ số phụ thuộc tỉ lệ giữachiều dài di với bề rộng tường

Sơ đồ thay thế áp lực đất từ hai phía và văng chống bằng các lò xò có độcứng tương ứng và dầm thay thế tường chắn Trước khi đào, áp lực hai phía cânbằng ở trạng thái tĩnh Giả sử việc đào đảm bảo được tường hoàn toàn khôngchuyển dịch, áp lực tĩnh lên tường chứng tỏ sự mất cân bằng Sự mất cân bằng áplực như vậy xuất hiện khi đào làm cho tường bị biến dạng và làm thay đổi áp lực đấtlên tường dần đến trạng thái cân bằng mới

b) Phương pháp số gia:

Phương pháp số gia được dùng để phân tích đơn giản tường trong điều kiệnthi công có nhiều tầng neo có xét đến sự làm việc đồng thời giữa tường, thanhchống neo và đất Trong phương pháp này phần đất chưa đào và hệ văng chốngđược thay thế bằng các lò xo tương ứng có độ cứng đàn hồi K phụ thuộc độ cứngcủa đất, của hệ văng chống Khi việc đào đất được gia tăng theo độ sâu trong quátrình thi công, các lò xo thay thế đất dần mất đi, nội lực tương ứng chuyển dần sanghệ văng chống và các lò xo đất còn lại sẽ làm thay đổi chuyển vị của tường cũngnhư của đất cho đến khi quá trình thi công kết thúc

c) Phương pháp phần tử hữu hạn coi tường như hệ thanh dầm trên nền đàn hồi.

Trong phương pháp này kết cấu chắn (tường, hệ văng/neo) được chia thànhcác phần tử thanh dầm Áp lực đất phía chủ động đóng vai trò tải trọng lên hệ với giátrị áp lực đất chủ động phân bố tam giác cho phần trên đáy hố đào và phân bố đềucho phần dưới; đất phía bị động thay thế bằng các gối tựa đàn hồi có độ cứng K xácđịnh theo (2.12) Ma trận độ cứng của phần tử thanh dầm xác định theo công thức :

Trang 22

120612

0

00

41

60

120

2 2

2

l l

l

I A I

A

l

I A

0

10010

0000

000

100

d) Phương pháp phần tử hữu hạn tổng thể hai chiều

Chia vùng ảnh hưởng của việc đào hố bằng các lưới (tam giác hoặc hình chữnhật) để tạo thành các phần tử Mỗi phần tử xác định bởi tọa độ các đỉnh gọi là cácnút Chuyển vị của các nút trên phần tử, {q} liên hệ với chuyển vị tại một điểm bất kỳbên trong phần tử bởi phương trình:

{u} = [f] {q} (2.16) Trong đó, {u} = vector chuyển vị tại một điểm bất kỳ trong vùng phân tích;

[f] = hàm hình dạng chuyển vị; {q} = ma trận chuyển vị nút

Ma trận biến dạng tại một điểm xác định theo biểu thức:

{ε} = [d]{u} = [d][f]{q} = [B]{q} (2.17) Trong đó, [d] = toán tử vi phân tuyến tính riêng phần; [B] = ma trận liên hệ

giữa biến dạng với chuyển vị nút

Theo nguyên lý công khả dĩ, ma trận độ cứng của phần tử xác định theo công thức:

[Ke] =∫

v

B]

Trong đó [D] = ma trận quan hệ ứng suất – biến dạng của phần tử (đất nền,

tường chắn, văng chống…) xây dựng theo mô hình nền lựa chọn

Tổ hợp các ma trận độ cứng của các phân tử trong hệ tọa độ tổng thể ta thiết lậpđược ma trận độ cứng [K] của hệ do đó ma trận chuyển vị nút {q} là nghiệm củaphương trình: [K] {q}= {P} (2.19)

Trong đó {P}= ma trận các tải trọng ngoài xuất hiện do hố đào hoặc tải trọng

nút tương đương : {σ} = [D] {ε} (2.20)

e) Nhận xét chung.

 Các phương pháp phân tích tường chắn như dầm trên nền đàn hồi cục bộdựa vào lời giải phương trình vi phân trục dầm thuận lợi cho trường hợp nền

Trang 23

đồng nhất hoặc có mô đun phản lực nền thay đổi tuyến tính, không có hệ thốngchống ngang Lời giải có sẵn của bài toán cọc chịu tải trọng ngang có thể ápdụng trực tiếp hoặc có số hóa Trường hợp nền nhiều lớp, nhiều hệ văng chốngngang, bài toán trở nên phức tạp hơn và chỉ có thể có được lời giải theo phươngpháp số, trình tự thực hiện và nội dung tương tự phương pháp lý luận cùng biếndạng với khả năng mở rộng linh hoạt hơn nhờ quan hệ ứng suất – biến dạngkhông bị ràng buộc Trong số đó phương pháp số gia dựa vào quan hệ ứng suất– biến dạng của nền theo mô hình đàn hồi tuyến tính thường kém chính xác, đặcbiệt là khi mô tả chuyển vị ngang của đất.

 Phương pháp phần tử hữu hạn coi tường như hệ thanh trên nền đàn hồi vềcăn bản tương tự như phương pháp dầm trên nền đàn hồi trong đó tường đượcphân thành các phân tử có cùng độ cứng, có nút được lựa chọn sao cho chỉ tồntại sự thay đổi tải trọng, chuyển vị chỉ xảy ra tại nút do đó phần tử trở nền thuầnnhất hơn Việc xuất hiện hệ thống văng chống ngang, neo… cũng như trình tự vàbiện pháp thi công có thể được xử lý một cách thuận lợi trong quá trình phântích

 Tất cả các phương pháp phân tích nêu trên mặc dù đã ngày càng trở nên

“tiến bộ”, các yếu tố ảnh hưởng đến kết cấu tường chắn được xem xét nhưngvẫn tồn tại nhược điểm chủ yếu là tách rời hoặc “liên kết” lỏng kẻo giữa tường vàmôi trường đất xung quanh Sự khiếm khuyết này làm hạn chế khả năng phântích, không cho phép mô tả đồng thời hiệu ứng quan trọng của quá trình là sự ổnđịnh chung của hệ thống, ổn định đáy hố đào cũng như chuyển dịch của đất xungquanh hố Các khiếm khuyết này có thể được khắc phục bằng phương phápphần tử hữu hạn đầy đủ mô tả toàn bộ hệ tường-đất nền bằng các phân tử cóliên hệ trực tiếp với nhau trong đó nền đất được mô tả thông qua các mô hìnhtoán học thích hợp với từng điều kiện địa chất công trình cụ thể

2.2.2 Phương pháp dùng phần mềm nền móng chuyên dụng

Ngày nay công nghệ phần mềm rất phát triển đã tạo nên nhiều ứng dụng hữu ích

cho ngành xây dựng Dùng chương trình phần mềm nền móng chuyên dụng PLAXIS

2D (Hà Lan) hoặc GEOSLOPE (Canađa) Thực tế cho thấy chỉ có dùng chương trìnhphần mềm địa kỹ thuật chuyên dụng mới có thể giải quyết ổn thoả bài toán tườngchắn nhiều tầng neo chống

Chương trình PLAXIS 2D cho phép mô tả kết cấu chắn giữ bằng các thông sốhình học (chiều dài, tiết diện, mômen quán tính), loại vật liệu (trọng lượng riêng); tiếtdiện, cường độ, khoảng cách các thanh neo chống; các thông số cơ bản của nền đất(γ, c, φ, k, E), các chế độ nền đất thoát nước hay không, các loại tải trọng trên mặtđất Các mô hình tính toán của chương trình (đàn hồi tuyến tính, đàn hồi dẻo tuyệtđối, đất mềm, đất yếu) Đặc biệt, chương trình đưa ra kết quả mô phỏng ở các giaiđoạn thi công khác nhau của hố đào Các kết quả nếu được hiệu chỉnh theo kinhnghiệm xây dựng, các số liệu quan trắc tại địa phương thì sẽ cho kết quả khả quan Các bước thực hiện, xác định tải trọng tác động lên kết cấu chắn giữ dưới ảnhhưởng của các tác động thi công và ứng xử của nền đất gồm:

1- Nghiên cứu kỹ báo cáo khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn trong khuvực xây dựng công trình và vùng ảnh hưởng lân cận

Trang 24

2- Tính toán các thông số kỹ thuật đặc trưng của nền đất đối với từng lớp đất trong trụ địa chất Các chỉ tiêu về cơ lý, sức kháng cắt của đất, mực nước ngầm, 3- Tính toán qua phần mềm chuyên ngành Plaxis với các bước thực hiện như sau:

 Bước 1: Thiết lập mô hình tổng thể của bài toán

 Bước 2: Thiết lập đường bao hình dạng kết cấu

 Bước 3: Khai báo tải trọng tác dụng lên hệ kết cấu phù hợp với điều kiện côngtrình và quá trình thi công

 Bước 4: Thiết lập điều kiện giới hạn của bài toán

 Bước 5: Khai báo các tính chất của vật liệu

 Bước 6: Chia lưới phần tử

 Bước 7: Thiết lập những điều kiện về mực nước

 Bước 8: Thiết lập giai đoạn tính toán

 Bước 9: Chọn điểm

 Bước 10: Xem và xuất kết quả nội lực, chuyển vị và ứng suất của kết cấu hố đào

 Bước 11: Xem và xuất kết quả biểu đồ biến đổi tải trọng của tường chắn

 Bước 12: Xem và xuất giá trị của nội lực, chuyển vị và ứng xuất

Kết quả các giá trị về chuyển vị của bài toán sẽ được so sánh với các giá trịchuyển vị cho phép nằm trong giới hạn đã được tổng kết theo thực tế thi công ở ViệtNam và trên thế giới như sau:

Bảng 2.1: Giá trị chuyển vị cho phép theo thực tế các công trình của Clough và

O’Rourke 1990 [6]

Stt Tên chuyển vị

Đơnvị

tính

Chiềusâu hốđào

Chuyển vị

cho phép

Điều kiệnđịa chất Tài liệu viện dẫn

Theo Clough vàO’Rourke 1990

2

Chuyển vị của

đất nền xung

quanh hố đào

cứng, cát

Theo Clough vàO’Rourke 1990 Trường hợp biến dạng và chuyển vị lớn hơn mức cho phép, bài toán phải đượcthiết lập lại với các yêu cầu tăng thêm khả năng chịu lực, độ cứng kết cấu chống đỡ,tường chắn đất để có thể giảm thiểu các biến dạng về dưới mức cho phép Điều kiệnbiến dạng đảm bảo sẽ cho giá trị áp lực lên từng tầng chống đỡ kết cấu dầm sàn thicông tầng hầm Xác định các giá trị áp lực tác dụng lên hệ thanh chống lớn nhất phùhợp với từng giai đoạn thi công Các giá trị áp lực này với vai trò lực tác dụng lên kếtcấu chống đỡ hố đào

2.3 Tính toán thiết kế hệ kết cấu chắn giữ hố đào [4]

2.3.1 Phương pháp tính toán ổn định hệ dàn chống bằng thép hình

Mô hình hệ dàn chống bằng chương trình tính toán kết cấu không gian (chươngtrình SAP, Etabs, Staad ) tính toán sự ổn định và khả năng chịu lực của tiết diện

Định dạng
Số trang	48
Dung lượng	6,58 MB