Nghiên cứu lực cản của đất nền lên thành giếng chìm (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI - ĐỖ VĂN HOÀNG HÒA NGHIÊN CỨU LỰC CẢN CỦA ĐẤT NỀN LÊN THÀNH GIẾNG CHÌM LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD VÀ CN Hà Nội – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRUỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI - ĐỖ VĂN HOÀNG HÒA KHÓA: 2013 - 2015 NGHIÊN CỨU LỰC CẢN CỦA ĐẤT NỀN LÊN THÀNH GIẾNG CHÌM Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD & CN Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XD CÔNG TRÌNH DD & CN NGUỜI HUỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN THƯƠNG BÌNH Hà Nội – 2015 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới: Các Thầy giáo, Cô giáo, Cán Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội trực tiếp giảng dạy tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình học tập, rèn luyện Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Trần Thương Bình nhiệt tình hướng dẫn suốt thời gian nghiên cứu, hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy cô ti u ban luận văn cho nh ng đ ng g p qu báu đ hoàn ch nh luận văn Hà Nội, ngày 11 tháng năm 2015 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Đỗ Văn Hoàng Hòa LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ công trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực c nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Đỗ Văn Hoàng Hòa MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng, bi u Danh mục hình PHẦN MỞ ĐẦU L chọn đề tài: .1 Mục đích nghiên cứu: .2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu : Phương pháp nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: NỘI DUNG CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ GIẾNG CHÌM VÀ CÁC NGHIÊN CỨU VỀ GIẾNG CHÌM:………………………………………………… ………… 1.1 Giới thiệu chung giếng chìm :……………………………………… 1.2 Phân loại giếng chìm :……………………………………… 12 1.2.1 Giếng chìm hộp :……….………………………………… 12 1.2.2 Giếng chìm mở :……………………………… 12 1.3 Các nghiên cứu giếng chìm :…………………………… 12 CHƯƠNG SỰ HÌNH THÀNH VÀ BIẾN ĐỔI LỰC CẢN CỦA ĐẤT KHI HẠ GIẾNG CHÌM……………………………………………… 27 2.1 Lực ngang tác dụng lên thành giếng đất :……………………… 27 2.1.1 Biến dạng đất hình thành áp lực ngang lên giếng chìm :……………………………………………………………………… 27 2.1.2 Sự biến đổi trạng thái ứng suất tăng ứng suất ngang: 29 2.2 Áp lực đất lên thành giếng chìm……………………………………… 41 2.2.1 Áp lực khối đất tác dụng lên thành giếng trạng thái cân tĩnh 42 2.2.2 Áp lực chủ, bị động áp lực thực tế tác dụng lên thành giếng tĩnh 45 2.3 Lực cản động đất……………………………………………………50 2.3.1 Lực cản ma sát……………………………………………………… 50 2.3.2 Lực cản đáy thành giếng…………………………………………… 51 2.3.3 Bi u thức lực cản đất sức kháng tổng th thành phần ma sát thành đáy thành giếng .55 CHƯƠNG THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH LỰC CẢN CỦA ĐẤT KHI HẠ GIẾNG CHÌM…………………………………………………………… 57 3.1 Xây dựng mô hình nghiên cứu lực cản đất hạ giếng vào nền…57 3.1.1 Cấu tạo, quy trình thi công hạ giếng hình thành biến đổi lực cản………………………………………………………………………57 3.1.2 Ảnh hưởng yếu tố đất nền……………………………………68 3.2 Mô hình thí nghiệm…………………………………………………… 70 3.2.1 Mục đích, nhiệm vụ việc xây dựng mô hình thí nghiệm … 70 3.2.2 Mô hình thí nghiệm………………………………………………… 72 3.3 Các kết thí nghiệm………………………………………………….76 3.3.1 Các kết xác định đặc trưng cản………………………………… 76 3.3.2 Kết thí nghiệm xác định đặc trưng cản mũi………… 80 3.4 Áp dụng kết nghiên cứu…………………………………………….82 3.4.1 Kết nghiên cứu………… ……………………………………….82 3.4.2 So sánh kết nghiên cứu với công trình thực tế thi công……….84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận………… …………………………………… ………….……….89 Kiến nghị………… ………………………….…………………………….90 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG, BIỂU Số hiệu bảng, Tên bảng, biểu Trang biểu Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Giá trị hệ số biến dạng ngang loại đất 29 Quan hệ đặc trưng biến dạng trạng thái 33 cân giới hạn Bảng xác định hệ số ma sát đất rời 77 Bảng kết lực ma sát bê tông với 77 đất rời trượt Bảng xác định hệ số ma sát đất dính 78 Bảng kết lực ma sát bê tông với 78 đất dính trượt Bảng xác định hệ số ma sát đất bùn sét 79 Bảng kết lực ma sát bê tông với 79 đất bùn sét trượt Bảng 3.7 Bảng số liệu kết thí nghiệm với đất cát 81 Bảng 3.8 Bảng số liệu kết thí nghiệm với đất sét 82 Xác định lực kháng đất tác dụng thành 83 Bảng 3.9 giếng chìm Bảng 3.10 Bảng giá trị thông số đất 84 Bảng 3.11 Bảng giá trị thông số tính toán 86 DANH MỤC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang Hình 1.1 Thi công giếng chìm công trình Sanyanggang, thành phố Lianyun, tỉnh Giang Tô, Trung Quốc Hình 1.2a Thi công giếng chìm công trình cầu Bãi Cháy, Quảng Ninh Hình 1.2b Thi công giếng chìm công trình cầu Bãi Cháy, Quảng Ninh Hình 1.3a Giếng chìm làm đê chắn sóng công trình Formosa,Vũng Áng, Hà Tĩnh Hình 1.3b Giếng chìm làm đê chắn sóng công trình Formosa,Vũng Áng, Hà Tĩnh Hình 1.4 Thi công giếng chìm công trình cầu Thuận Phước, Đà Nẵng Hình 1.5 Sơ đồ đơn giản hóa thi công giếng chìm 13 Washington Roebling Hình 1.6 Các tải trọng mặt cắt ngang giếng 13 Hình 1.7 Sơ đồ tính toán kết cấu dạng vỏ 16 Hình 1.8 Sơ đồ tính toán vỏ cầu có xét đến liên kết đàn 17 hồi Hình 1.9 Sơ đồ tính toán áp lực lên thành tường chắn Hình 1.10 Đồ thị Hình 1.11 Neo đất a góc ma sát  H 19 23 23 Hình 2.1 Biểu đồ vòng tròn Morth trình thay đổi ứng 30 suất ngang Hình 2.2 Biểu đồ vòng tròn Morth trình giảm ứng 31 suất ngang Hình 2.3 Quan hệ biến dạng ngang e2 ứng suất 32 lệch cho loại đất cát, đất sét đất sét pha Hình 2.4 Phễu phá hủy đất hạ giếng chìm 35 Hình 2.5 Hình đàn nhớt - dẻo – giảm bền 37 Hình 2.6 Biểu đồ Quan hệ  -  biến dạng tốc độ 39 không đổi Hình 2.7 Đồ thị biến dạng theo thời gian 40 Hình 2.8 Mô hình lực cản tác dụng lên thành giếng chìm 41 Hình 2.9 Mô hình phân lớp nằm ngang 43 Hình 2.10 Mô hình hai bên thành giếng bên có 44 tường cứng Hình 2.11 Mô hình hai bên thành giếng bên có tải M 44 Hình 2.12 Biểu đồ áp lực đất chủ động áp lực nước lên 46 đốt giếng Hình 2.13 Khối trượt đất sau thành giếng 46 Hình 2.14 Áp lực đất lên thành giếng chìm 47 Hình 2.15 Đa giác lực tác dụng lên khối trượt 48 Hình 2.16 Đa giác lực tác dụng lên khối trượt 49 Hình 2.17 Mái dốc sau lưng thành giếng nghiêng góc i 50 Hình 2.18 Hình minh họa Varga 53 Hình 2.19 Đáy thành giếng phẳng 54 Hình 2.20 Đáy thành giếng cấu tạo chân dao 55 Hình 3.1 Phối cảnh đốt giếng 58 Hình 3.2 Đoạn thành giếng để phân tích tính thép 62 Hình 3.3 Mặt đứng bố trí cốt thép thành giếng chìm 64 Hình 3.4 Mặt bố trí cốt thép thành giếng chìm 64 Hình 3.5 Mô hình xác định đặc trưng cản ma sát 73 Hình 3.6 Mô hình xác định đặc trưng kháng mũi 73 Hình 3.7a Mô hình thí nghiệm trường 74 Hình 3.7b Mô hình thí nghiệm trường 75 Hình 3.7c Mô hình thí nghiệm trường 75 Hình 3.7d Mô hình thí nghiệm trường 76 Hình 3.8 Mô hạ giếng chìm 83 Hình 3.9 Tính toán lực kích hạ giếng theo công thức luận 87 văn PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Hiện nay, trình đô thị hoá bùng nổ Việt Nam, đặc biệt thành phố lớn Hà Nội, Thành Phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng Với quĩ đất c hạn, yêu cầu sử dụng ngày nhiều cho mục đích khác kinh tế, trị, xã hội, an ninh quốc phòng việc sử dụng không gian ngầm cần thiết Với việc hàng loạt công trình ngầm đô thị tầng hầm cho nhà cao tầng, khách sạn, đường hầm chui qua đường giao thông, gara ôtô ngầm đất tri n khai xây dựng thành phố lớn Hà Nội (tuyến ngầm Kim Mã - ga Hà Nội), thành phố Hồ Chí Minh( bãi đậu xe ngầm công viên Lê Văn Tám , quận 1), Quảng Ninh, Đà Nẵng khu đô thị khác nước Việc thi công công trình ngầm công việc kh khăn phức tạp Nh ng vấn đề phức tạp thi công công trình ngầm thi công nh ng hố đào sâu, c độ sâu đến hàng chục mét mà việc gi ổn định gia cố vách hố đào kh khăn tốn Nhất nước ta đất yếu bùn, loại đất dính trạng thái bão hòa nước c biến dạng lớn, sức chịu tải thấp gặp nhiều vùng đồng Có nhiều phương pháp thi công không gian ngầm nghiên cứu, phát tri n sử dụng rộng rãi giới bước ứng dụng thành công Việt Nam, c th k đến phương pháp tường đất (tường vây hay tường Barrette), cọc khoan nhồi Các phương pháp k c nhiều ưu m, số nhược m Ở số nước c công nghệ thi công không gian ngầm phát tri n Trung Quốc, Nhật Bản, Thuỵ Đi n, Đức người ta áp dụng phương pháp thi công không gian ngầm phương pháp giếng chìm thu nhiều hiệu Ưu m phương pháp thi công không cần hệ thống chống gi thành giếng, không ảnh hưởng đến công trình lân cận trình thi công, gây ảnh hưởng đến vệ sinh môi trường Thi công không gian ngầm phương pháp hạ giếng chìm công nghệ thi công không phức tạp Mặc dù vậy, thời m nh ng không gian ngầm tri n khai đô thị Việt Nam không sử dụng công nghệ giếng chìm Nhưng với hai kỹ thuật đổ bê tông thành giếng hạ giếng việc chưa áp dụng ch c th vấn đề hạ giếng vào đất Do đ , với nhu cầu không gian ngầm đô thị Việt Nam lớn việc nghiên cứu điều kiện đất nền, khả áp dụng công nghệ giếng chìm thực tế đòi hỏi Vì vậy, nghiên cứu lực cản đất di chuy n thẳng đứng giếng vào cần thiết đ tri n khai công nghệ giếng chìm xây dựng không gian ngầm Mục tiêu nghiên cứu đề tài: - Làm sáng tỏ chất thành phần lực cản, yếu tố đất cấu tạo giếng ảnh hưởng đến lực cản đất đến di chuy n thẳng đứng giếng vào đất nhằm xác lập sở cho tính toán xác định cấu tạo giếng, thiết kế biện pháp, lập quy trình tổ chức thi công xây dựng không gian ngầm công nghệ giếng chìm Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu : nghiên cứu cấu trúc đất, tính chất lí đất, nghiên cứu hình thành lực kháng đất - Phạm vi nghiên cứu : yếu tố địa hình, trạng thái ứng suất ban đầu Phương pháp nghiên cứu: Đ đạt mục tiêu nghiên cứu nêu cần sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp phân tích l thuyết, áp dụng làm sáng tỏ hình thành lực kháng đất lên thành giếng chìm 3 - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm (trong phòng thí nghiệm), làm sáng tỏ lực tiếp xúc bề mặt, mối tương quan gi a lực kháng đất với kết xuyên tĩnh ( CPT) Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài: - Ý nghĩa thực tiễn : đưa lựa chọn thi công không gian ngầm cho Việt Nam - Ý nghĩa khoa học : làm sáng tỏ ứng suất tiếp gi a thành giếng chìm với đất n i riêng, gi a kết cấu với đất n i chung THÔNG BÁO Để xem phần văn 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 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Thực nội dung nghiên cứu tổng hợp phân tích tài liệu thí nghiệm xác định đặc trưng cản đất Kết phân tích l thuyết nghiên cứu thực nghiệm rút số kết luân sau: - Nh ng yếu tố ảnh hưởng tới lực cản đất hạ giếng, bao gồm: trạng thái ứng suất ban đầu đất, đặc tính l đất nền, kích thước, hình dạng, cấu tạo giếng quy trình hạ giếng Trong đ , ảnh hưởng trạng thái ban đầu cấu trúc đất phức tạp kh cho việc tính toán dự báo lực cản thiết kế thi công hạ giếng - Lực cản ma sát hạ giếng lực cản xuất thành giếng phụ thuộc vào đặc m bề mặt thành giếng áp lực khối đất sau thành giếng Lực cản ma sát thành giếng tăng theo độ sâu hạ giếng c th điều ch nh nhờ vào cấu tạo dao giếng - Theo độ sâu lực cản ma sát thành giếng xem tăng tuyến tính lớp đất với hệ số khác gi a lớp đất - Cấu tạo dao giếng đáy giếng biến áp lực bị động thành giếng chuy n sang áp lực chủ động nhỏ qua đ giảm lực ma sát lên thành ngoài, làm tăng lực cản mũi lực ma sát lên thành giếng Do đ , với cấu tạo dao giếng hợp l , đào đất bên thành giếng sâu làm giảm lực cản đất đến di chuy n giếng - Với cấu tạo nêm không đối xứng dao giếng lực cản mũi giếng độ sâu phân tích thành hai thành phần pháp tiếp tuyến Do đ , lực càn đáy giếng phụ thuộc vào không ch đặc trưng độ bền mà phụ thuộc vào giá trị modul biến dạng - Lực cản đất mũi giếng phụ thuộc vào nhiều yếu tố đặc trưng kháng cắt biến dạng đất ch yếu tố, phụ 90 thuộc c chất tương tự sức kháng xuyên đầu mũi thí nghiệm CPT Vì thế, kết thí nghiệm CPT số liệu tin cậy cho việc dự báo lực cản đất thiết kế thi công hạ giếng KIẾN NGHỊ - Nên tiến hành thí nghiệm xuyên tĩnh CPT vị trí tâm thành giếng, đ mật độ m xuyên lớn với chiều sâu chiều sâu đáy giếng - Hiệu thi công giếng phụ thuộc khác biệt gi a đất c chứa dăm sạn đất không chứa dăm sạn Do đ , cần c thông tin đất đ phân biệt chúng, tức bên cạnh nhiều hố xuyên c hố khoan lấy mẫu - Lực gia tải thẳng đứng đ thắng lực cản đất ảnh hưởng đến di chuy n thẳng đứng giếng cần phân bố thành giếng đ đảm bảo tránh xảy tượng nghiêng tăng lực cản Do đ , gia tải nên sử dụng lực kích khối tải chất lên thành giếng - Đ đảm bảo thi công hạ giếng hiệu đảm bảo kỹ thuật vai trò c tính chất định lựa chọn tính toán lực nhổ neo  ... công hạ giếng - Lực cản ma sát hạ giếng lực cản xuất thành giếng phụ thuộc vào đặc m bề mặt thành giếng áp lực khối đất sau thành giếng Lực cản ma sát thành giếng tăng theo độ sâu hạ giếng c... ngầm công nghệ giếng chìm Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu : nghiên cứu cấu trúc đất, tính chất lí đất, nghiên cứu hình thành lực kháng đất - Phạm vi nghiên cứu : yếu tố địa... đ giảm lực ma sát lên thành ngoài, làm tăng lực cản mũi lực ma sát lên thành giếng Do đ , với cấu tạo dao giếng hợp l , đào đất bên thành giếng sâu làm giảm lực cản đất đến di chuy n giếng -