Nghiên cứu ảnh hưởng của cọc khoa nhồi tới chuyển vị của đất nền lân cận hố đào sâu ở hà nội (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI --- NGUYỄN VĂN THAO NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỌC KHOAN NHỒI TỚI CHUYỂN VỊ CỦA ĐẤT NỀN LÂN CẬN HỐ ĐÀO SÂU Ở HÀ NỘI LU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

NGUYỄN VĂN THAO

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỌC KHOAN NHỒI TỚI CHUYỂN VỊ CỦA ĐẤT NỀN LÂN CẬN HỐ ĐÀO

SÂU Ở HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

Hà Nội - 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

NGUYỄN VĂN THAO KHÓA: 2014 - 2016

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỌC KHOAN NHỒI TỚI CHUYỂN VỊ CỦA ĐẤT NỀN LÂN CẬN HỐ ĐÀO

SÂU Ở HÀ NỘI

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGUYỄN NGỌC THANH

Hà Nội - 2016

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với TS Nguyễn Ngọc Thanh đã định hướng khoa học, liên tục quan tâm, tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu và đưa ra nhiều ý kiến quý báu cũng như tạo điều kiện thuận lợi, động viên tác giả trong quá trình thực hiện luận văn

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ Khoa Sau đại học, Khoa Xây dựng và đặc biệt là các thầy, cô giáo giảng dạy Bộ môn Địa

kỹ thuật - Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội cùng các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình trong quá trình hoàn thành luận văn này

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Văn Thao

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Văn Thao

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng, biểu

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU

* Lý do chọn đề tài 1

* Mục đích nghiên cứu 1

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

* Phương pháp nghiên cứu 2

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

* Cấu trúc luận văn 2

NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU VÀ ẢNH HƯỞNG TỚI CHUYỂN VỊ ĐẤT NỀN LÂN CẬN HỐ ĐÀO 3

1.1 Hố đào sâu và các biện pháp thi công hố đào sâu hiện nay 3

1.1.1 Hố đào sâu 3

1.1.2 Các biện pháp thi công hố đào sâu phổ biến hiện nay 4

1.2 Các phương pháp tính toán ổn định hố đào sâu 12

1.3 Thực trạng tính toán ổn định hố đào sâu hiện nay và ảnh hưởng tới chuyển vị đất nền lân cận hố đào 25

1.3.1 Thực trạng tính toán ổn định hố đào sâu hiện nay 25

1.3.2 Ảnh hưởng hố đào sâu tới chuyển vị đất nền lân cận 28

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỌC KHOAN NHỒI TỚI CHUYỂN VỊ ĐẤT NỀN LÂN CẬN HỐ ĐÀO SÂU Ở HÀ NỘI 31

2.1 Đặc điểm địa tầng và hố đào sâu ở Hà Nội 31

2.1.2 Đặc điểm địa tầng 31

2.1.2 Đặc điểm thi công hố đào sâu ở Hà Nội 34

2.2 Các phương pháp tính toán 37

2.2.1 Phương pháp lý thuyết 37

2.3 Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố của cọc khoan nhồi tới chuyển vị đất nền trong thi công hố đào sâu 40

CHƯƠNG III ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 65

3.1 Ví dụ 1: Tính toán chuyển vị của đất nền trong thi công hố đào sâu của công trình ‘‘Chung cư HH2 Dương Nội’’khu đô thị mới Dương Nội, Hà Đông, Hà Nội 65

3.1.1 Địa tầng 65

3.1.2 Mô hình tính toán 66

3.1.3 So sánh chuyển vị của bài toán tính toán và quan trắc thực tế 71

3.2 Ví dụ 2: Tính toán chuyển vị của đất nền trong thi công hố đào sâu của công trình ‘‘Khu nhà ở cho cán bộ và chiến sỹ công an TP Hà Nội ’’ Trung Kính, Cầu Giấy, Hà Nội 73

3.2.1 Địa tầng 73

3.2.2 Mô hình tính toán 75

3.2.3 So sánh chuyển vị của bài toán tính toán và quan trắc thực tế 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 79

Kiến nghị 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Lựa chọn kết cấu chắn giữ

Bảng 1.2 Áp lực đất tác dụng lên tường chắn có nhiều thanh chống/ neo

Bảng 2.1 Tính chất cơ lý cơ bản của đất nền Hà Nội theo phân khu xây

dựng

Bảng 2.2 Một số công trình có từ 2 tầng hầm trở lên được xây dựng thời

gian gần đây ở Hà Nội Bảng 2.3 Thông số phần tử cọc khoan nhồi

Bảng 2.4 Thông số phần tử cừ Lasen

Bảng 2.5 Các thông số lớp đất nền

Bảng 2.6 Bảng tổng hợp chuyển vị đất nền trong các trường hợp

Bảng 2.7 Bảng tổng hợp nội lực tường chắn trong các trường hợp

Bảng 3.1 Các thông số của đất nền sử dụng cho mô hình tính toán1

Bảng 3.2 Các thông số của tường cừ sử dụng cho mô hình tính toán

Bảng 3.3 Các thông số của thanh chống sử dụng cho mô hình tính toán

Bảng 3.4 Các thông số của bê tông cọc khoan nhồi sử dụng cho mô hình

tính toán Bảng 3.5 Bảng so sánh kết quả chuyển vị ngang trong bài toán tính toán và

kết quả quan trắc lún công trình Bảng 3.6 So sánh chuyển vị ngang của tường cọc giữa kết quả phân tích

bằng phần mềm Plaxis 3D và quan trắc trong thực tế Bảng 3.7 Các thông số của đất nền sử dụng cho mô hình tính toán 2

Bảng 3.8 Giá trị đặc trưng của hệ tường cọc sử dụng cho mô hình tính

toán 2 Bảng 3.9 Giá trị đặc trưng của thanh chống ngang 2

Bảng 3.10 Thông số phần tử cọc khoan nhồi 2

Bảng 3.11 Bảng so sánh kết quả chuyển vị ngang trong bài toán tính toán và

kết quả quan trắc lún công trình 2

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Tường chắn sử dụng cọc bê tông cốt thép ván gỗ và thanh giằng Hình 1.2 Tường chắn sử dụng cọc thép và ván gỗ hoặc tấm bê tông đúc sẵn Hình 1.3 Thi công hạ cừ bằng máy thủy lực

Hình 1.4 Thi công hạ cừ bằng máy ép rung

Hình 1.5 Tường chắn và hệ neo trong đất

Hình 1.6 Cấu tạo cơ bản của neo đất

Hình 1.7 Tường cừ bê tông cốt thép dự ứng lực

Hình 1.8 Tường cừ bê tông cốt thép

Hình 1.9 Thi công tầng hầm bằng phương pháp Top-down

Hình 1.10 Công nghệ thi công một đoạn tường trong đất

Hình 1.11 Cọc xi măng đất chắn giữ hố đào dạng bức tường

Hình 1.12 Dây chuyền công nghệ cọc trộn dưới sâu

Hình 1.13 Tường chắn bằng ván gỗ kết hợp với thép tiêu chuẩn

Hình 1.14 Tường cừ cọc ván thép

Hình 1.15 Tường chắn có sử dụng neo

Hình 1.16 Sơ đồ dịch chuyển của cọc bản cong son

Hình 1.17 Sơ đồ làm việc tường mỏng neo khi độ sâu hạ khác nhau

Hình 1.18 Biểu đồ áp lực bên của đất lên tường chắn có nhiều gối đỡ /neo

theo Terzaghi

Số hiệu hình Tên hình

Hình 1.19 Sơ đồ tính toán trụ cứng nhiều nhịp như dầm liên tục

Hình 1.20 Sơ đồ tính gần đúng theo phương pháp Sachipana

Hình 1.21 Sự chuyển dịch của đất nền do dịch chuyển của tường chắn

Hình 2.1 Sơ đồ phân khu địa chất công trình Hà Nội

Hình 2.2 Ảnh thi công neo đất công trình Goldmark City 136 Hồ Tùng

Mậu Hình 2.3 Giao diện phần mềm Plaxis

Hình 2.4 Thông số lớp đất nền trong phần mềm Plaxis

Hình 2.5 Thông số tường cừ trong phần mềm Plaxis

Hình 2.6 Mô hình bài toán không kể tới ảnh hưởng cọc khoan nhồi Hình 2.7 Kết quả bài toán không kể tới ảnh hưởng cọc khoan nhồi Hình 2.8 Mô hình bài toán có cọc khoan nhồi đặt cách nhau 3m

Hình 2.9 Kết quả bài toán có cọc khoan nhồi dài 30m đặt cách nhau

3m Hình 2.10 Mô hình bài toán có cọc khoan nhồi đặt cách nhau 6m

Hình 2.11 Kết quả bài toán có cọc khoan nhồi đặt cách nhau 6m

Hình 2.12 Kết quả bài toán có cọc khoan nhồi dài 20m đặt cách nhau

3m

Hình 2.13 Kết quả bài toán các các cọc khoan nhồi dài 20m đặt cách

nhau 3m Hình 2.14 Mô hình bài toán các hàng cọc khoan nhồi đặt gần tường cừ Hình 2.15 Kết quả bài toán các hàng cọc khoan nhồi đặt gần tường cừ

Số hiệu hình Tên hình

Hình 2.16 Mô hình bài toán tường chắn hố móng là tường bê tông cốt

thép Hình 2.17 Kết quả bài toán tường chắn hố móng là tường bê tông cốt

thép Hình 2.18 Mô hình bài toán tăng chiều sâu hố đào

Hình 2.19 Kết quả bài toán tăng chiều sâu hố đào

Hình 2.20 So sánh chuyển vị của trường hợp không có cọc khoan nhồi

và trường hợp các cọc khoan nhồi đặt cách nhau 3m Hình 2.21 So sánh chuyển vị của trường hợp không có cọc khoan nhồi

và trường hợp các cọc khoan nhồi đặt cách nhau 6m Hình 2.22 So sánh chuyển vị của trường hợp không có cọc khoan nhồi

và trường hợp các cọc khoan nhồi đặt cách nhau 3m và giảm chiều dài cọc nhồi

Hình 2.23 So sánh chuyển vị của trường hợp không có cọc khoan nhồi

và trường hợp các cọc khoan nhồi đặt cách nhau 3m và giảm chiều dài cọc nhồi

Hình 2.24 So sánh chuyển vị của trường hợp có và không kể tới cọc

khoan nhồi khi tường chắn hố móng là tấm tường bê tông cốt thép

Hình 2.25 So sánh chuyển vị của trường hợp có và không kể tới cọc

khoan nhồi khi tăng chiều sâu hố đào Hình 2.26 Gán các lớp đất trong phần mềm Plaxis 3D

Hình 2.27 Mô hình bài toán trong phần mềm Plaxis 3D

Số hiệu hình Tên hình

Hình 2.28 Kết quả ứng suất bài toán trong phần mềm Plaxis 3D

Hình 2.29 So sánh chuyển vị của trường hợp có cọc khoan nhồi dài 30 m

cách nhau 3m trong phần mềm Plaxis 2D và Plaxis 3D Hình 2.30 So sánh chuyển vị của trường hợp có cọc khoan nhồi dài 30 m

cách nhau 6m trong phần mềm Plaxis 2D và Plaxis 3D Hình 2.31 So sánh chuyển vị của trường hợp có cọc khoan nhồi dài 20 m

cách nhau 6m trong phần mềm Plaxis 2D và Plaxis 3D Hình 3.1 Thông số tường chắn trong phần mềm Plaxis 3D Foundation Hình 3.2 Thi công tường chắn và hệ cọc khoan nhồi; đào đất đến cốt -3,3m

Hình 3.3 Thi công tầng chống thứ hai và đào đất tới đáy đài

Hình 3.4 So sánh chuyển vị ngang của tường cọc giữa kết quả phân tích

bằng phần mềm Plaxis 3D và quan trắc trong thực tế Hình 3.5 Mô hình tính toán bài toán có kể tới cọc khoan nhồi

Hình 3.6 Thiết bị thu dữ liệu cầm tay

Hình 3.7 Cáp dữ liệu và đầu dò đo độ nghiêng

Hình 3.8 So sánh chuyển vị ngang của tường cọc giữa kết quả phân tích

bằng phần mềm Plaxis 3D và quan trắc trong thực tế

MỞ ĐẦU

* Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, tại các đô thị lớn như Hà Nội và TP Hồ Chí Minh, tốc độ phát triển kinh tế và quy mô dân số tăng lên đáng kể, diện tích xây dựng ngày càng bị thu hẹp

Thủ đô Hà Nội là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hoá, khoa học kỹ thuật, đào tạo, du lịch, dịch vụ, là đầu mối giao thông, giao lưu trong nước và quốc tế; là một trong những thành phố đã và đang được triển khai nghiên cứu đầu tư xây dựng nhiều khu đô thị mới nhất trên cả nước

Các công trình ngày càng tăng về chiều cao và tăng về số tầng hầm, khi thi công cần phải tính toán ổn định hố đào sâu Nếu hố đào sâu mất ổn định có thể gây

ra chuyển vị của đất nền xung quanh và dưới đáy hố đào ảnh hưởng tới các công trình lân cận

Các cọc khoan nhồi thường được thi công trước khi đào đất hố móng, góp phần ngăn cản các mặt trượt của nền đất Hiện nay, việc tính toán ổn định hố đào sâu ít kể tới ảnh hưởng của cọc khoan nhồi tới sự chuyển vị của đất nền và còn mang tính chất định tính và chưa rõ ràng

Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của cọc khoan nhồi tới chuyển vị của đất nền lân cận hố đào sâu ở Hà Nội” là thực sự cần thiết, có ý nghĩa khoa học

và thực tiễn, góp phần xem xét đầy đủ hơn về phương pháp tính toán ổn định hố đào sâu của công trình ở Hà Nội nói riêng và Việt Nam nói chung

* Mục đích nghiên cứu

Thông qua luận văn này, tác giả muốn tìm hiểu, so sánh, đánh giá kết quả của bài toán tính toán chuyển vị của đất nền lân cận hố đào sâu có kể tới ảnh hưởng của cọc khoan nhồi trong phạm vi hố đào với kết quả quan trắc lún công trình Từ đó đưa ra những nhận xét, kiến nghị về phương pháp tính toán ổn định

hố đào sâu

2

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: cọc khoan nhồi trong phạm vi hố đào sâu trong thi công tầng hầm nhà cao tầng

- Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu ảnh hưởng của cọc khoan nhồi tới chuyển

vị của đất nền lân cận hố đào sâu của một số công trình cao tầng ở Hà Nội

* Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết

- Thu thập, phân tích các tài liệu liên quan bao gồm: tài liệu địa chất, quan trắc lún

- Sử dụng phương pháp mô hình hóa ứng xử hố đào sâu với đất nền và việc

sử dụng phần mềm Plaxis để khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới chuyển vị đất nền lân cận hố đào sâu của một số công trình cao tầng ở Hà Nội

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- ý nghĩa khoa học: chính xác hóa dần các tính toán thiết kế ổn định hố đào sâu

- ý nghĩa thực tiễn: phân tích được ảnh hưởng của cọc khoan nhồi tới chuyển vị của đất nền lân cận hố đào sâu, từ đó xem xét bài toán tối ưu hóa trong thiết kế biện pháp thi công, giảm giá thành công trình xây dựng

* Cấu trúc luận văn

Luận văn được trình bày gồm phần mở đầu và 3 chương, nội dung cụ thể từng chương như sau:

Chương 1 Tổng quan về hố đào sâu và ảnh hưởng tới chuyển vị đất nền lân cận hố đào

Chương 2 Nghiên cứu ảnh hưởng của cọc khoan nhồi tới chuyển vị của đất nền lân cận hố đào sâu ở Hà Nội

Chương 3 Áp dụng tính toán công trình thực tế

THÔNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui

lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện

– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận

Các nghiên cứu chính của luận văn đã được đề cập đến vấn đề sau đây:

- Đề tài đã nghiên cứu về hố đào sâu và ảnh hưởng của cọc khoan nhồi tới chuyển vị của đất nền lân cận hố đào sâu Ảnh hưởng của cọc khoan nhồi tới đất nền xung quanh bởi các yếu tố như mật độ cọc, chiều dài cọc, khoảng hàng cọc đầu tiên tới tường chắn, chiều sâu hố đào, chiều sâu tường chắn,… Bố trí các cọc khoan nhồi đặt càng gần nhau, hàng cọc khoan nhồi đầu tiên gần với tường chắn, hoặc tăng chiều dài cọc khoan nhồi thì vừa làm giảm chuyển vị đất nền, nội lực trong tường chắn cũng giảm nên từ đó có thể giảm được kích thước, chiều dài của tường chắn hố móng, tiết kiệm chi phí thi công, từ đó tối ưu hóa được bài toán kinh tế trong thi công hố đào móng nói riêng và cho công tác thi công công trình nói chung Khi chiều sâu hố đào hoặc tường chắn hố móng có chiều sâu lớn thì ảnh hưởng của cọc khoan nhồi tới chuyển vị đất nền xung quanh hố đào không nhiều Trong trường hợp khảo sát các bài toán như ở trên, khi có kể tới ảnh hưởng của cọc khoan nhồi thì giá trị chuyển vị ngang của đất nền xung quanh hố đào giảm đi khoảng 6-15%, cũng như vậy, giá trị nội lực giảm đi khoảng 1-7% so với việc không kể tới ảnh hưởng của cọc khoan nhồi

- Tính toán, so sánh bài toán ảnh hưởng của cọc khoan nhồi tới chuyển vị của đất nền xung quanh hố đào trong các trường hợp khác nhau của mô hình Plaxis 2D và Plaxis 3D Foundation Kết quả tính toán cho thấy xu hướng khá tương đồng, tuy nhiên kết quả lập trên mô hình 3D nhỏ hơn, sát với thực tế hơn

- Qua khảo sát nhiều mô hình tác giả nhận thấy việc bố trí các cọc khoan nhồi với khoảng cách 3 lần đường kính cọc cho hiệu quả giảm độ lún của đất nền lân cận hố đào tốt hơn khi khoảng cách này lớn hơn Tương tự, khi chiều

dài cọc bằng 3 lần chiều sâu hố đào hoặc khoảng cách hàng cọc biên bố trí cách

81

tường chắn 2,5m sẽ cho hiệu quả nhất

- So sánh kết quả quan trắc lún thực tế và kết quả thực hiện trên mô hình Plaxis 3D Foundation của hai công trình thực tế đã thi công Kết quả thu được cũng giống như kết quả các bài toán đã khảo sát trong chương 2 Trong trường hợp có kể tới ảnh hưởng của cọc khoan nhồi thì kết quả chuyển vị đất nền xung quanh hố đào nhỏ hơn so trường hợp không kể tới Kết quả tính toán còn sai khác so với kết quả quan trắc lún do các yếu tố về địa tầng không đồng nhất, thông số trong mô hình Mohr-Coulomb chỉ là gần đúng,…

Kiến nghị

- Bài toán so sánh phần mềm 2D với 3D có xu hướng tương đồng nhưng kết quả trong phần mềm 3D nhỏ hơn và sát thực tế hơn, kiến nghị sử dụng phần mềm 3D trong thiết kế

- Để giải quyết bài toán hố đào sâu sát thực tế hơn ta cần phải sử dụng mô hình đất nền phù hợp với bài toán hố đào nơi mà có sự giảm ứng suất theo phương ngang

- Cần có số liệu về thống kê, quan trắc giải pháp này để từ đó đưa ra chỉ dẫn thi công phù hợp

- Mô hình vật lý cần phù hợp với bài toán Cần có các nghiên cứu cụ thể hơn nữa về sự ảnh hưởng của cọc khoan nhồi tới chuyển vị đất nền lân cận hố đào

- Trong thiết kế khi tính toán ổn định của hố đào sâu thực tế chưa kể tới ảnh hưởng của cọc khoan nhồi Từ các ưu điểm của giải pháp tác giả kiến nghị các đơn

vị thiết kế, cơ quan quản lý nhà nước ưu tiên sử dụng phương pháp này lựa chọn biện pháp ổn định hố đào sâu