Nghiên cứu ứng dụng phương pháp hạ giếng để xây dựng hố thế trong phương pháp kích đẩy ở thành phố hà nội (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI VŨ QUANG CẢNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP HẠ GIẾNG ĐỂ XÂY DỰNG HỐ THẾ TRONG PHƯƠNG PHÁP KÍCH ĐẨY Ở THÀNH PHỐ HÀ N

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

VŨ QUANG CẢNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP

HẠ GIẾNG ĐỂ XÂY DỰNG HỐ THẾ TRONG PHƯƠNG PHÁP KÍCH ĐẨY Ở THÀNH PHỐ

HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

VŨ QUANG CẢNH KHÓA: 2014 – 2016

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP

HẠ GIẾNG ĐỂ XÂY DỰNG HỐ THẾ TRONG PHƯƠNG PHÁP KÍCH ĐẨY Ở THÀNH PHỐ

HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2016

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

Mã số: 60.58.02.08

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN ĐỨC NGUÔN

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế bất cứ sự thành công nào đều có sự giúp đỡ, hỗ trợ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của những người thầy, người cô, gia đình, bạn bè

và đồng nghiệp

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin gửi đến PSG.TS Nguyễn Đức Nguôn - chủ nhiệm Bộ môn Công trình ngầm - Đại học Kiến trúc Hà Nội, người thầy hướng dẫn luận văn, đã dùng tri thức và tâm huyết của mình truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho tôi trong suốt thời gian vừa qua

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn Thạc sỹ Đặng Kim Thành – Phó Giám đốc Công

ty Cổ phần Đầu tư – Tư vấn và Thi công xây dựng Việt Nam đã định hướng, chỉ dẫn cho luận văn của tôi

Xin cảm ơn Khoa sau đại học - Đại học Kiến trúc Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình đào tạo thạc sỹ

Và cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, các đồng nghiệp đã luôn ở bên

và động viên những lúc khó khăn để tôi có thể vượt qua và hoàn thành tốt luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

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

Vũ Quang Cảnh

DANH MỤC HÌNH VẼ

Số hiệu hình Tên hình

Hình 1.1 Một số dạng kiên đào sử dụng trong phương pháp kích đẩy Hình 1.2 Chi tiết trạm kích chính

Hình 1.3 Các bước thực hiện kích đẩy ở trạm kích trung gian

Hình 1.4 Bố trí mặt bằng xây dựng

Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ kích đẩy

Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ kích đẩy của đoạn đường ống ngầm sử dụng

băng chống ma sát Hình 1.7 Sơ đồ công nghệ kích đẩy của đoạn đường ống ngầm sử dụng cáp Hình 1.8 Minh họa một số bước thực hiện phương pháp kích đẩy

Hình 1.9 Phân bố địa chất khu vực nội thành Hà Nội

Hình 1.10 Mặt cắt địa chất khu vực nội thành Hà Nội

Hình 1.11 Mặt cắt địa chất công trình

tại xã Mỹ Đình, huyện Từ Liêm, Hà Nội

Hình 1.12 Mặt cắt địa chất công trình

tại phường Trung Hòa, quận Cầu Giấy, Hà Nội Hình 1.13 Kết cấu giếng đứng BTCT toàn khối

Hình 1.14 Kết cấu giếng đứng BTCT từ khối rỗng

Hình 1.15 Kết cấu giếng đứng từ panen BTCT phẳng (a, b)

Hình 1.16 Một số loại mối nối giếng

Hình 1.17 Các dạng khác nhau của phần dao giếng chìm

Hình 1.18 Kết cấu giếng hạ đứng - giếng hạ bằng hơi ép (a) và tuy nen hơi

ép (b) Hình 2.1 Các mô hình tương tác tiếp xúc giữa giếng và đất đá xung quanh Hình 2.2 Mô men uốn và lực dọc tác dụng tại tiết diện giếng

Hình 2.3 Sơ đồ tính côngson trường hợp 1

Hình 2.4 Sơ đồ kiểm tra giếng theo sự kéo đứt

Hình 2.5 Sơ đồ tính côngson trong trường hợp 2

Hình 2.6 Sơ đồ tính công son trong trường hợp 3

Hình 2.7 Sơ đồ áp lực kích ống

Hình 2.8 Công trình xuất phát trong thi công kích đẩy

Hình 2.9 Công trình nhận trong thi công kích đẩy

Hình 2.10 Sơ đồ kích đẩy của đơn nguyên đường ngầm hình chữ nhật sử

dụng băng chống giảm ma sát Hình 2.11 Bơm huyền phù bentonit (sét hoặc polime) xung quanh võ ống Hình 2.12 Các giai đoạn kích đẩy ống kích có sử dụng kích trung gian Hình 2.13 Các sơ đồ kích đẩy ống nhờ cáp một phía (a) và hai phía ( b) Hình 2.14 Hình minh họa Varga

Hình 2.15 Đáy thành giếng phẳng

Hình 2.16 Đáy thành giếng cấu tạo chân dao

Hình 3.1 Mặt bằng thoát nước trong thiết kế củaDự án thoát nước Hà Nội

giai đoạn II Hình 3.2 Phương án thoát nước đề xuất

Hình 3.3 Vị trí kích đẩy ống qua đường sắt

Hình 3.4 Trắc dọc tuyến ống qua đường sắt Bắc - Nam

Hình 3.5 Thông số kích thước của đầu khiên và đốt chứa hệ thống bôi trơn Hình 3.6 Thông số kích thước cơ bản của ống bê tông cốt thép

Hình 3.7 Cấu tạo giếng

Hình 3.8 Mô hình kết cấu giếng thẳng đứng theo mô hình đối xứng trục Hình 3.9 Kết quả chuyển vị của giếng theo phương đứng

Hình 3.10 Kết quả chuyển vị của giếng theo phương ngang

Hình 3.11 Kết quả lực cắt trong thân giếng

Hình 3.12 Kết quả lực dọc trong thân giếng

Hình 3.13 Kết quả mô men trong thân giếng

Hình 3.14 Mô hình giếng 3D

Hình 3.15 Kết quả chuyển vị của giếng theo phương X

Hình 3.16 Kết quả chuyển vị của đất nền theo phương X

Hình 3.17 Kết quả chuyển vị của giếng theo phương Y

Hình 3.18 Kết quả chuyển vị của đất nền theo phương Y

Hình 3.19 Kết quả chuyển vị của giếng theo phương Z

Hình 3.20 Kết quả chuyển vị của đất nền theo phương Z

Hình 3.21 Kết quả lực cắt trong thân giếng

Hình 3.22 Kết quả lực dọc trong thân giếng theo phương X Hình 3.23 Kết quả lực dọc trong thân giếng theo phương Y Hình 3.24 Kết quả mô men M 11 trong thân giếng theo phương X Hình 3.25 Kết quả mô men M 11 trong thân giếng theo phương Y Hình 3.26 Kết quả mô men M 22 trong thân giếng theo phương X Hình 3.27 Kết quả mô men M 22 trong thân giếng theo phương Y Hình 3.28 Mặt cắt bố trí thép thành giếng

Hình 3.29 Mặt cắt bố trí thép thành giếng tại vị trí ống kích

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

Ký hiệu Ý nghĩa

A Diện tích tiết diện của ống

Asw Diện tích cốt thép đai

C Lực dính của đất đá

e1, e2 Áp lực hông của đất đá tại đỉnh ống, đáy ống

Eb Modun đàn hồi của bê tông

Es Modun đàn hồi của thép

Esw Modun đàn hồi của thép làm cốt đai

Fa Diện tích cốt thép chịu lực

Go Trọng lượng bản thân của thành giếng

H Chiều sâu đỉnh ống

n Hệ số vượt tải, hệ số an toàn

P Tải trọng của bánh sau ô tô

P’ Tải trọng phân bố của hoạt tải ô tô hoặc tàu hỏa trên đỉnh ống

Pk Lực kích ống

q Tải trọng phân bố đều theo phương thẳng đứng của đất đá

R Bán kính theo tim của thành ống

Rng Bán kính ngoài của ống

Rtr Bán kính trong của ống

Rs, Rsc Cường độ chịu kéo và cường độ chịu nén tính toán của cốt thép

r Bán kính của giếng

t Chiều dày thành ống

ts Chiều dày hiệu dụng của thành ống

U Là chu vi thành giếng

ɣ Trọng lượng thể tích của đất đá

φ Góc ma sát trong của đất

µ0 Hệ số Poisson của đất đá

ϕ Đường kính thanh thép

MỤC LỤC Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các ký hiệu

Danh mục các bảng, biểu

Danh mục các hình vẽ

MỞ ĐẦU

* Lý do chọn đề tài 1

* Mục đích nghiên cứu 2

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

* Phương pháp nghiên cứu 2

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

* Cấu trúc luận văn 3

NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP HẠ GIẾNG ĐỂ XÂY DỰNG HỐ THẾ PHỤC VỤ KÍCH ĐẨY ĐƯỜNG ỐNG HẠ TẦNG KỸ THUẬT 4

1.1 Phương pháp kích đẩy……….……….4

1.1.1 Ý tưởng, ưu - nhược điểm, điều kiện áp dụng……… …………4

1.1.2 Trang thiết bị công nghệ……… 8

1.1.3 Các giai đoạn xây lắp……….……….19

1.1.4 Sự phù hợp với địa hình, địa chất thành phố Hà Nội……… 21

1.2 Khái niệm, cấu tạo và công năng hố thế……….……… 26

1.2.1 Khái niệm……….……… 26

1.2.2 Cấu tạo giếng……… ……26

1.2.3 Công năng hố thế………31

1.3 Phương pháp thi công hạ giếng …… ……… 31

1.3.1 Phương pháp hạ giếng có kết cấu bê tông cốt thép thi công từng đoạn đúc sẵn………….……….32

1.3.2 Phương pháp hạ giếng toàn khối sử dụng cừ Larsen IV gia cường thành hố đào……….………33

1.4 Khó khăn, thuận lợi trong thi công hố thế phục vụ kích đẩy đường ống ở thành phố Hà Nội……… 33

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU GIẾNG ĐỂ XÂY DỰNG HỐ THẾ TRONG PHƯƠNG PHÁP KÍCH ĐẨY … 37

2.1 Cơ sở lý thuyết……… …37

2.2 Tính toán kết cấu giếng……… ……….38

2.2 1 Tải trọng tác dụng……….………….39

2.2.2 Sơ đồ tính, phương pháp tính toán……….42

2.3 Tính toán đế kích phục vụ kích đẩy……… 47

2.3.1 Tính toán lực kích……… ………….47

2.3.2 Tính toán phản lực đế kích phục vụ kích đẩy……….47

2.4 Các giải pháp thi công hạ giếng……… 50

2.5 Giả pháp giảm ma sát trong phương pháp kích đẩy……… …… 51

2.5.1 Lực cản ma sát………55

2.5.2 Lực cản của đáy thành giếng……… 56

2.5.3 Biểu thức lực cản của đất là sức kháng tổng thể các thành phần ma sát ở thành và đáy thành giếng………58

2.6 Các sự cố thường gặp và biện pháp ngăn ngừa, khắc phục………… ……61

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP HẠ GIẾNG ĐỂ XÂY DỰNG HỐ THẾ PHỤC VỤ KÍCH ĐẨY ĐƯỜNG ỐNG HẠ TẦNG KỸ THUẬT QUA ĐƯỜNG SẮT TRÊN ĐƯỜNG NGUYỄN KHUYẾN – ĐỐNG ĐA – HÀ NỘI ……… 65

3.1 Giới thiệu về công trình……… 65

3.1.1 Mặt bằng và trắc dọc công trình……… ………65

3.1.2 Điều kiện địa chất công trình……… 68

3.1.3 Lựa chọn phương pháp đào và kích thước giếng kích, giếng nhận, chân dao……….74

3.1.4 Đặc trưng vật liệu – hình học ống kích……… 78

3.1.5 Lực kích……… 79

3.2 Tính toán kết cấu giếng……….……… 80

3.2.1 Cấu tạo giếng kích………80

3.2.2 Kiểm tra ổn định giếng thẳng đứng sử dụng phần mềm Plaxis 2D tính toán theo mô hình đối xứng trục ……… ……… …82

3.2.3 Kiểm tra ổn định giếng thẳng đứng sử dụng phần mềm Plaxis 3D …………85

3.2.4 Kiểm tra cốt thép giếng khi lực kích thay đổi ……….95

3.2.5 Biểu đồ nội lực giếng khi lực kích thay đổi……… … 96

3.3 Phân tích một số nguyên nhân dẫn đến sự cố thường gặp và đề xuất một số biện pháp xử lý……… ……… 97

3.3.1 Các sự cố thường gặp khi thi kích đẩy 97

3.3.2 Một số biện pháp ngăn ngừa, khắc phục sự cố khi thi công 98

3.4 Quy trình thi công hố thế phục vụ công tác kích đẩy……… 100

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận……… …102

Kiến nghị……… … 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO………

1

MỞ ĐẦU

*Lý do chọn đề tài

Ở một đô thị lớn như thành phố Hà Nội, việc xây dựng những hệ thống hỗ trợ cho đời sống đô thị như: đường ống cấp nước, đường cống thoát nước, đường ống cấp gas, cấp điện và các phương tiện truyền thông thông tin đang được chú trọng đầu tư Các dự án này hầu hết được thi công bằng phương pháp đào mở nên

dù hình thức này tuy đơn giản, chi phí thấp nhưng lại có hạn chế lớn là khó quản lý bởi việc thi công kéo dài, chỉ phù hợp cho việc thi công ở độ sâu ngắn, nằm ngay gần mặt đất Chưa kể, sau khi hoàn thiện công trình, nhiều đơn vị thi công chỉ quan tâm dọn dẹp khu vực mình quản lý, để mặc khu vực xung quanh với những con đường lồi lõm, chắp vá, làm mất mỹ quan đô thị

Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng thành công các công nghệ thi công mới, trong đó phải kể đến công nghệ kích đẩy ống ngầm (Pipe jacking) đặc biệt xây dựng giếng kích (Jacking shaft) và giếng nhận (Receiving shaft) làm hố thế phục vụ công nghệ kích đẩy ống là một bài toán được đặt ra cần phải giải quyết Trong đó phương pháp thi công giếng dựa vào trọng lượng bản thân hạ đứng để xây dựng hố thế đem lại hiệu quả cao Phương pháp này đặc biệt giá trị với thành phố có mật độ giao thông lớn như ở Hà Nội vì thi công ngầm trong khi giao thông bên trên mặt đất vẫn lưu thông bình thường nên không gây ùn tắc giao thông, không chiếm dụng mặt đường như phương pháp đào mở thông thường Đồng thời, nó cũng đặc biệt hữu dụng với việc thi công những đường ống ngầm qua sông hay những trường hợp không thể đào mở từ trên mặt đất do đoạn đường vướng các trụ điện, biển báo Hay trường hợp cống ngầm đi qua khu

đô thị, tòa nhà cao ốc với một độ sâu nhất định, ở những nơi giao thông vẫn diễn

ra bình thường thì phương pháp kích ống ngầm là một lựa chọn tối ưu

Bước đầu, công nghệ này đã được ứng dụng tại Tp Hồ Chí Minh như: thi công đường ống thoát nước ngầm vượt sông Sài gòn đường kính 3m năm 2011; đường ống thoát nước ngầm đi ngang Quốc lộ I đường kính 1,5m giữa năm 2013

2

Tuy nhiên, việc chưa nắm bắt được toàn bộ công nghệ thi công cũng như tính toán, khảo sát đã gây ra một số sự cố trong quá trình thực hiện dự án

Để nắm bắt được cơ hội phát triển công nghệ hạ giếng phục vụ kích ống ngầm, áp dụng một cách có hiệu quả trong xây dựng các công trình ngầm ở Việt Nam, cũng như tránh được những sai sót của những dự án trước đó nên việc nghiên cứu công nghệ này là hết sức cần thiết

Do đó, trong phạm vi luận văn tốt nghiệp này sẽ nghiên cứu công nghệ hạ giếng để xây dựng hố thế phục vụ kích đẩy trong xây dựng đường ống hạ tầng kỹ thuật và tính toán kết cấu giếng đứng có xét đến tương tác giữa kết cấu với môi trường đất đá xung quanh dưới tác động của các tải trọng trong hai giai đoạn thi công và sử dụng

*Mục đích nghiên cứu

Ứng dụng phương pháp hạ giếng thi công hố thế phục vụ công tác kích đẩy

hạ tầng kỹ thuật trong điều kiện xây chen của khu vực Hà Nội

*Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Phương pháp hạ giếng để xây dựng hố thế phục vụ công tác kích đẩy, các điều kiện áp dụng

Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng hố thế phục vụ công tác kích đẩy đường ống

hạ tầng kỹ thuật ở thành phố Hà Nội

*Phương pháp nghiên cứu

Công nghệ thi công giếng để xây dựng hố thế phục vụ kích đẩy trong xây dựng các công trình ngầm hạ tầng kỹ thuật:

Cấu tạo và phân tích kết cấu giếng, điều kiện áp dụng phục vụ thi công theo phương pháp kích đẩy;

Trang thiết bị công nghệ;

Kỹ thuật thi công và tổ chức chu kỳ đào;

Khả năng áp dụng phương pháp hạ giếng để xây dựng hố thế phục vụ kích đẩy để xây dựng đường ống hạ tầng kỹ thuật ở Hà Nội

3

*Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Góp phần làm rõ hơn về công nghệ thi công hạ giếng để xây dựng hố thế phục vụ kích đẩy, khả năng áp dụng, phương pháp tính toán kết cấu giếng hạ đứng

để thi công đường ống ngầm hạ tầng kỹ thuật sử dụng theo phương pháp này nói riêng và việc phát triển ứng dụng phương pháp kích đẩy nói chung

Góp phần hạn chế những rủi ro, sự cố tiềm ẩn trong công tác xây dựng đường ống hạ tầng kỹ thuật khi được áp dụng ở thành phố Hà Nội

*Cấu trúc luận văn

Luận văn này gồm 3 chương:

Chương 1 Tổng quan các phương pháp hạ giếng để xây dựng hố thế phục vụ kích đẩy đường ống hạ tầng kỹ thuật

Chương 2 Cơ sở lý thuyết và tính toán kết cấu giếng để xây dựng hố thế trong phương pháp kích đẩy

Chương 3 Áp dụng phương pháp hạ giếng để xây dựng hố thế phục vụ kích đẩy đường ống hạ tầng kỹ thuật qua đường sắt trên đường Nguyễn Khuyến – Đống

Đa – Hà Nội

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

Email: digilib.hau@gmail.com

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN