Nghiên cứu ảnh hưởng của thi công hố đào đến các công trình lân cận

Việc xây dựng các loại công trình nói trên theo xu thế hiện nay dẫn đến xuất hiện hàng loạt kiểu hố móng sâu khác nhau mà để thực hiện chúng, người thiết kế và thi công cần có những biện

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của TS.Nguyễn Thanh Sơn Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.Các tài liệu tham khảo trong luận văn đều có cơ sở khoa học và có nguồn gốc hợp pháp

Hải Phòng, ngày…… tháng…… năm 2016

Tác giả

KS Vũ Khắc Điệp

ii

LỜI CẢM ƠN

Trongquátrìnhthựchiệnluậnvăn“Nghiên cứuảnh hưởng của thi công hốđào

sựhướngdẫn,giúpđỡ,độngviêncủanhữngcánhânvàtậpthể.Trướchếttôi xinbàytỏ sự cảmơnđốivớiBan giámhiệu nhà trường,Khoa Sauđại học vàcác thầy,côgiáoTrườngĐạihọc Hàng Hải Việt Nam đãtạomọiđiềukiệnđể giúpđỡ tôihoànthànhchươngtrìnhhọctậpvànghiêncứu

Để cóđượckếtquảnàytôivôcùngbiếtơnvàbày tỏlòngkínhtrọngsâusắc đốivới thầy giáo Tiếnsỹ Nguyễn Thanh Sơn ngườiđã rất nhiệttìnhhướngdẫn vàgiúpđỡ tôihoànthànhluậnvănnày

Tôixincảm ơnsự độngviên,giúpđỡcủabạnbè,đồngnghiệpvàgiađình đã chiasẻnhữngkhókhănvà độngviêntôihoànthànhluậnvănnày

Do thời gian thực hiện Luận văn không nhiều và trình độ của tôi còn có hạn, mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng trong Luận văn vẫn sẽ không tránh khỏi những sai sót, tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các Thầy cô giáo, cùng các bạn đồng nghiệp để Luận văn được hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cảm ơn!

Hải Phòng, ngày…… tháng…… năm 2016

Tác giả

KS Vũ Khắc Điệp

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các hình v

Danh mục các bảng vi

Mở đầu 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài 2

Chương 1 Tổng quan về công tác thi công hố đào sâu trong xây dựng công trình 4

1.1 Vai trò và sự cần thiết của hố đào sâu trong công trình xây dựng 4

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến công tác thi công hố đào sâu công trình xây dựng 10

1.3 Đặc điểm kỹ thuật và các giai đoạn thi công các công trình ngầm 13

1.4 Một số nhận xét 15

Chương 2 Ảnh hưởng của hố đào sâu công trình xây dựng đến các công trình lân cận 16

2.1Các biện pháp thi công và giải pháp kết cấu hố đào sâu 16

2.2Ảnh hưởng của hố đào sâu công trình xây dựng đến các công trình lân cận 28

2.3 Một số nhận xét 49

Chương 3 Đề xuất các giải pháp hạn chế ảnh hưởng bất lợi của hố đào sâu đến công trình lân cận 50

3.1 Các giải pháp bảo vệ công trình lân cận và đảm bảo điều kiện xây dựng 50 3.2 Các biện pháp kiểm tra chất lượng trong quá trình thi công 66

iv

3.3Biện pháp phòng ngừa và khắc phục sự cố khi thi công hố đào sâu 66

Kết luận và kiến nghị 74

1 Kết luận 74

2 Kiến nghị 74

Tài liệu tham khảo 75

DANH MỤC HÌNH

Số hiệu

1.3 Bệnh viện đa khoa quốc tế Hải Phòng 8 1.4 Tòa nhà Keangnam Hanoi Landmark Tower 9

2.1 Công trường thi công tầng hầm theo phương pháp

2.3 Thi công tầng hầm bằng phương pháp semi top -

30

2.7 Sự chuyển vị của đất do chuyển vị của tường chắn

2.9 Mô hình nhà và hố đào( không cùng một tỷ lệ) 37

2.10 Ảnh hưởng của chiều sâu hố đào đến độ lún mặt

2.11 Ảnh hưởng của khoảng cách từ mép hố đào đến

vi

2.14 Lưới biến dạng khi đào xuống đáy hố móng 47

2.15 Ảnh hưởng của chiều sâu hố đào đến độ lún mặt

3.1 Các giải pháp lựa chọn thi công chủ yếu tầng hầm ở Việt

3.2 Hệ số mở rộng của đường kính lỗ khoan trong phần bầu

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ở một số thành phố lớn của Việt Nam, cũng như các thành phố lớn trên thế giới,với sự phát triển của kinh tế, xã hội cũng như là đòi hỏi sự phát triển đa dạng, phong phú của các công trình xây dựng có kết cấu, kiến trúc khác nhau vừa cần tiết kiệm đất đai mà giá thành đất ngày càng tăng, nên chúng ta đã tìm cách cải tạo hoặc xây dựng mới các đô thị với các ý tưởng chung là triệt để khai thác và sử dụng không gian dưới mặt đất cho nhiều mục đích khác nhau về kinh tế, xã hội văn hoá môi trường, theo công dụng, công trình ngầm trong đô thị phổ biến là:

- Các công trình giao thông như: Hầm tránh ôtô, hầm cho người đi bộ

- Các công trình xây dựng như: Tầng hầm nhà cao tầng, ga ra ngầm, hầm kỹ thuật

- Các công trình thuỷ lợi như: Hầm dẫn, thoát nước…

Một số ngành công nghiệp do yêu cầu của dây chuyền công nghệ ( như nhà máy luyện kim, cán thép, làm phân bón, sản xuất vật liệu xây dựng v.v ) cũng đã đặt một phần không nhỏ dây chuyền đó nằm sâu dưới đất Nhiều bộ phận chức năng với diện tích đến hàng chục ngàn mét vuông và sâu đến hàng chục mét Việc xây dựng các loại công trình nói trên theo xu thế hiện nay dẫn đến xuất hiện hàng loạt kiểu hố móng sâu khác nhau mà để thực hiện chúng, người thiết kế và thi công cần có những biện pháp chắn giữ bảo vệ thành vách hố móng và công nghệ đào thích hợp về mặt kỹ thuật – kinh tế cũng như an toàn về môi trường và không gây

ra ảnh hưởng xấu đến công trình lân cận đã xây dựng trước đó

Tại các tỉnh thuộc khu vực phía Bắc, đặc biệt là tại Hà Nội là một vùng đất

có những khác biệt căn bản về cấu tạo địa chất, cũng như địa hình Nhu cầu sử dụng xây dựng tầng hầm nhà cao tầng đang rất lớn và có chiều hướng gia tăng trong tương lai Hầu hết đều có tầng hầm để giải quyết vấn đề đỗ xe và các hệ thống kỹ thuật của toàn nhà Phổ biến là các công trình cao từ 10 đến 30 tầng được thiết kế từ một đến hai tầng hầm để áp ứng yêu cầu sử dụng của chủ đầu tư trong

hoàn cảnh công trình bị khống chế chiều cao và khuôn viên đất có hạn Việc xây dựng tầng hầm trong nhà cao tầng đã tỏ ra có hiệu quả tốt về mặt công năng sử dụng và phù hợp với chủ trương quy hoạch của các thành phố, đặc biệt các công trình tầng hầm nhà cao tầng có tải trọng lớn

Khi thi công các công trình có hố đào sâu, thường gây nên chuyển vị của tường chắn và biến dạng của đất nền xung quanh khu vực đào, có khi gây ảnh hưởng bất lợi đến công trình lân cận Vì vậy việc nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của thi công hố đào đến các công trình lân cận ‟‟ là rất phù hợp với đòi hỏi của thực tiễn và có tính chất cấp bách

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về hố đào sâu

- Đánh giá các ảnh hưởng có thể xảy ra khi đào hố sâu, đến các công trình lân cận

- Đề xuất các giải pháp kỹ thuật, nhằm hạn chế tối đa những ảnh hưởng bất lợi đến công trình lân cận khi thi công hố đào sâu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thi công hố đào đến các công trình lân cận, trong các đô thị lớn ở một số tỉnh phía bắc

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích

- Phương pháp thống kê

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Tài liệu quy trình, quy phạm

- Lấy ý kiến chuyên gia

5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài

Việc thực hiện thành công luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của thi công hố đào đến các công trình lân cận‟‟ sẽ góp phần:

cận khi thi công hố đào sâu

- Đưa ra các biện pháp thi công hố đào sâu phù hợp với điều kiện ở nước ta nhằm hạn chế được những ảnh hưởng đến công trình lân cận

- Đưa ra được kết quả nghiên cứu có thể dùng để làm cơ sở và định hướng thiết kế các công trình ngầm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU

TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH 1.1 Vai trò và sự cần thiết của hố đào sâu trong công trình xây dựng:

1.1.1 Vai trò và Sự cần thiết của các công trình ngầm

- Làm kho chứa hàng hóa phục vụ sinh hoạt của người dân trong tòa nhà

- Làm tầng phục vụ sinh hoạt công cộng như bể bơi, cửa hàng,quán bar

- Làm gara ô tô, xe máy

- Làm tầng kỹ thuật để giải quyết các vấn đề điều hòa không khí, xử lý nước thải, lắp đặt máy móc phục vụ giao thông( thang máy), cấp nhiệt

- Làm nơi cư trú tạm thời khi có sự cố xảy ra như chiến tranh

Ở việt Nam: Tình hình cũng không ngoài xu hướng phát triển của thế giới, chỉ có điều là ta luôn đi sau vài thập niên so với các nước tiên tiến Cho mãi tới những năm chín mươi của thế kỷ trước các tòa nhà nhiều tầng mới được xây dựng tại TP.Hồ Chí Minh và Hà Nội, đi kèm theo nó là các tầng hầm được thiết kế, thi công theo các kỹ thuật tiên tiến nhất Ngày nay, do nhu cầu và xu thế của tầng hầm

đã là quá rõ ràng đối với nhà nhiều tầng Sự ra đời của nó hoàn toàn nhằm đáp ứng nhu cầu vừa nêu trước

b Về mặt nền móng:

Ta thấy nhà nhiều tầng thường có tải trọng rất lớn ở chân cột, nó gây ra áp lực rất lớn lên nền và móng,vì vậy khi làm tầng hầm ta đã giảm tải cho móng vì một lượng đất khá lớn trên móng đã được lấy đi, hơn nữa khi có tầng hầm thì

móng được đào xuống khá sâu, móng có thể đặt vào nền đất tốt, cường độ của nền tăng lên (khi ta cho đất thời gian chịu lực) Thêm vào đó tầng hầm sâu nếu nằm dưới mực nước ngầm, nước ngầm sẽ đẩy nổi công trình lên theo định luật Acsimet như thế nó sẽ giảm tải cho móng công trình và đồng thời cũng giảm lún cho công trình

c Về mặt kết cấu

Đối với nhà nhiều tầng không có tầng hầm, độ sâu ngàm vào đất là nông (từ 2-3m), độ ổn định của công trình không cao do trọng tâm của công trình ở trên cao Khi nhà có tầng hầm, trọng tâm của công trình sẽ được hạ thấp làm tăng tính ổn định tổng thể của công trình Hơn nữa, tường, cột, dầm sàn của tầng sẽ làm tăng độ ngàm của công trình và đất, tăng khả năng chịu lực ngang như gió, bão, lụt động đất

d Về an ninh quốc phòng

Tại trụ sở các cơ quan, công sở có tầng hầm thì nó sẽ được sử dụng làm nơi cất giữ tiền bạc, kim loại quý Còn ở những khu định cư thì tầng hầm sẽ là nơi tránh bom đạn tốt nhất cho cư dân mỗi khi xảy ra chiến tranh

1.1.2 Xu hướng phát triển công trình ngầm

1.1.2.1 Xu hướng xây dựng công trình ngầm trên thế giới

Nhà cao tầng đã có từ lâu trên thế giới, nó trở thành phổ biến và gần như là một thông lệ khi xây dựng nhà nhiều tầng Ở châu Âu do đặc điểm nền đất tương đối tốt, mực nước ngầm thấp, kỹ thuật xây dựng tiên tiến và cũng do nhu cầu sử dụng nên hầu như nhà nhiều tầng nào cũng có tầng hầm, thậm chí các siêu thị chỉ

có 2-3 tầng nổi nhưng có tới 2-3 tầng hầm Công nghệ này còn được dùng để thi công các ga ngầm dưới lòng đường, đường cao tốc ngầm ở Paris.[4]

Việc xây dựng tầng hầm trong nhà nhiều tầng là điều rất bình thường nó trở nên quá quen thuộc mỗi khi thiết kế và thi công vì nó giải quyết được các vấn đề phát sinh do nhà nhiều tầng đặt ra

Ở châu Á nói chung số lượng nhà nhiều tầng chưa phải là nhiều, nhưng ở một số nước và vùng lãnh thổ như Hồng Kong, Đài Loan, Hàn Quốc thì số lượng

nhà nhiều tầng có tầng hầm chiếm tỉ lệ khá cao, số lượng tầng hầm trong các nhà

từ 1 đến 4 tầng hầm

Một số công trình ngầm tiêu biểu trên thế giới là:

- Tháp đôi Kuala Lumpur city Centre-Malaysia - Cao 85 tầng: Cọc barrette, tường barrette

- Tòa tháp Đài Bắc 101 ở Đài Bắc, Đài Loan – 101 tầng, 5 tầng hầm, cao 509m

Hình 1.1 : Tòa tháp Đài Bắc 101 ở Đài Loan

- Tòa nhà Chung-hava-Đài loan-16 tầng: Tường barrette, ba tầng hầm

- Đặc biệt ở thành phố Philadenlphia, Hoa Kỳ:Số tầng hầm bình quân trong các tòa nhà của thành phố là 7

1.1.2.2 Xu hướng xây dựng công trình ngầm ở Việt Nam

Đối với Việt Nam, vấn đề xây dựng ngầm đô thị cũng đã được chú ý:

- Tháng 11 năm 2006 Thủ tướng Chính phủ đã ký Nghị định về Xây dựng ngầm đô thị Đây là khung pháp lý cho quy hoạch, xây dựng, bảo trì, khai thác và quản lý không gian ngầm đô thị [12,18]

- Bộ Xây dựng đã ra văn bản trình Thủ tướng Chính phủ về việc bắt buộc phải có thiết kế tầng hầm cho nhà cao tầng ở Hà Nội

Trong giai đoạn 1990 – 2000, phần lớn các nhà cao tầng xây dựng ở khu vực

Hà Nội được xây dựng không có tầng ngầm hoặc chỉ với 1-2 tầng ngầm Các công trình không có tầng ngầm thường là các chung cư được xây dựng ở các khu đô thị mới trong khi các nhà cao tầng xây chen trong khu vực đô thị cũ thường chỉ có 1 tầng ngầm Việc xây dựng công trình với số lượng tầng ngầm hạn chế chủ yếu vì 3

lý do chính:

- Giảm thiểu vốn đầu tư, vì chí phí xây dựng tầng ngầm cao;

- Sức ép về chỗ đỗ xe chưa lớn, vì trong giai đoạn này phương tiện đi lại chủ yếu là xe 2 bánh;

- Khó khăn về mặt kỹ thuật khi thi công hố đào trong điều kiện xây chen Trong gian đoạn từ năm 2000 đến nay yêu cầu về sử dụng tầng ngầm ngày càng tăng, chủ yếu là xe 4 bánh cho các văn phòng và dân cư sống trong các nhà cao tầng

Tại thành phố Hải Phòng có một số công trình tiêu biểu như:

- Tòa nhà Vincom – Plaza, 04 Lê Thánh Tông, Phường Máy Tơ, Quận Ngô Quyền, TP.Hải Phòng Có 3 tầng hầm diện tích khoảng 20.000 m2

Hình 1.2: Tòa nhà Vincom Hải Phòng

- Bệnh viện đa khoa quốc tế Hải Phòng, số 124 Nguyễn Đức cảnh, TP Hải Phòng Có 2 tầng hầm

Hình 1.3: Bệnh viện đa khoa quốc tế Hải Phòng

Tại Thành phố Hà Nội có một số công trình tiêu biểu như:

- Toà nhà Pacific Plance tại 83B Lý Thường Kiệt với 5 tầng ngầm thi công trong điều kiện xây chen và nút giao thông ngầm Kim Liên

- Trung tâm thương mại và văn phòng, 04 Láng Hạ, Hà Nội: Tường Barrette,

Hình 1.5:Tòa tháp đôi Vincom Việc thi công hố đào sâu để xây dựng tầng hầm, đã rất phổ biến trên thế giới

từ lâu.Còn ở Việt Nam, trước đây việc thi công hố đào sâu để xây dựng tầng hầm chưa nhiều Tuy nhiên những năm gần đây, do số lượng phương tiện 4 bánh tăng lên đáng kể, cùng với đó là mật độ xây dựng các công trình tăng lên làm giảm không gian đất Nên nhu cầu xây dựng tầng hầm tăng lên khá nhanh

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến công tác thi công hố đào sâu công trình xây dựng

Xây dựng công trình ngầm là một vấn đề khó, liên quan đến nhiều vấn đề phức tạp về địa chất công trình, thuỷ văn, nền và móng, trong đó vấn đề ổn định tường chắn và hệ chống đỡ, ổn định chống lại trồi đáy và dòng thấm ở đáy hố đào cũng như giới hạn chuyển vị của đất nền luôn được đặt ra nhằm đảm bảo ổn định cho bản thân công trình hố đào và hạn chế những ảnh hưởng bất lợi đến công trình lân cận nằm trong vùng ảnh hưởng của hố đào.Có thể thấy rằng trong các yếu tố ảnh hưởng đến công tác thi công hố đào sâu, chúng ta hầu như không kiểm soát được hết tất cả các yếu tố Những nghiên cứu gần đây đã chỉ ra, 3 nhóm yếu tố theo mức độ kiểm soát được, như sau:

1.2.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến hố đào có thể kiểm soát được

- Kiểu hệ chống đỡ: Khi thi công tầng hầm cho các công trình ngầm, một vấn đề phức tạp đặt ra là phải chọn giải pháp chống đỡ thành hố đào Đặc biệt phải lựa chọn hệ thanh chống sao cho hạn chế biến dạng tường

- Độ cứng của tường chắn và hệ chống đỡ: Chuyển vị ngang của tường chắn phụ thuộc vào độ cứng (chiều dày) của tường và hệ chống đỡ, khoảng cách bố trí các thanh chống và chiều sâu chôn tường trong đất

- Gia tải trước thanh chống: Chuyển vị ngang lớn nhất của tường giảm khi

áp dụng gia tải trước thanh chống

- Mức độ chôn tường chắn: Chiều sâu chôn tường đảm bảo điều kiện cân bằng lực và mômen (chưa xét tới trường hợp ổn định hố đào) Với trường hợp hố đào cho 1 tầng chống việc tính toán còn đơn giản Trường hợp có nhiều tầng chống

để tính chiều sâu chôn tường rất phức tạp Áp lực đất chủ động, bị động sẽ phát sinh khi tường chuyển vị hoặc biến dạng Tới độ sâu nào đó thì 2 thành phần này tắt

1.2.2 Nhữngyếu tố ảnh hưởng đến hố đàochỉ kiểm soát được một phần

- Phương pháp thi công hệ chống đỡ: Hố đào có thể bị mất ổn định do hệ thống chống đỡ không đủ khả năng chịu lực hoặc do hiện tượng trượt sâu Trong trường hợp này các công trình liền kề hố đào bị chuyển vị lớn và có thể bị sập đổ ngay

- Phương pháp thi công: Khi rung hoặc ép tường cừ chế tạo sẵn hoặc khi thi công tường trong đấtcó thể gây lún móng của các công trình lân cận tựa trên một

số loại đất rời, kém chặt hoặc gây hư hỏng kết cấu bằng các tác động trực tiếp lên chúng

- Thời gian thi công: Quá trình thi công hố đào càng lâu thì chuyển vị của nền đất xung quanh hố đào càng lớn, đất xung quanh hố đào bị mất nước làm chuyển vị của nền đất xung quanh hố đào tăng nhanh theo thời gian Khi đất xung quanh hố đào chuyển vị sẽ làm các công trình lân cận hố đào bị lún lệch, lún

nghiêng Do đó, nếu thời gian thi công hố đào kéo dài có thể làm công trình lân cận bị ảnh hưởng

- Trình độ và chất lượng thi công: Kỹ thuật thi công kém dẫn đến chuyển vị ngang của tường chắn lớn

- Chu kỳ thi công xây dựng: Mỗi hạng mục thi công được phân thành 1 chu

kỳ Việc phân chu kỳ như vậy nếu không hợp lý sẽ làm ảnh hưởng đến chuyển vị công trình

- Thời tiết: Ngoài những nguyên nhân trên thì trong đó còn có một nguyên nhân mà bấy lâu nay còn bị xem nhẹ, đó là sự tác động đáng kể của thời tiết, của thiên tai, lũ bão ngày càng bất thường, khó dự báo và nghiêm trọng hơn tới các công trình xây dựng

- Độ lớn của tải trọng bề mặt: Tải trọng bề mặt lớn dẫn đến độ lún lớn

1.2.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến hố đàokhông kiểm soát được

- Đặc tính của đất nền: Trong đất sét, chuyển vị ngang lớn nhất của tường chắn phụ thuộc vào độ bền của đất Chuyển vị ngang của tường chắn và lún nền đất cho đất sét cứng và đất rời nhỏ hơn so với đất sét mềm yếu

- Ảnh hưởng của sự thay đổi điều kiện ứng suất trong đất nền: Khi đào đất,

cả ứng suất theo phương đứng và theo phương ngang đều giảm đi và thay đổi sự cân bằng áp lực nước lỗ rỗng trong đất Một trong những hiệu ứng quan trọng nhất của quá trình này là chuyển vị của đất nền ở đáy và xung quanh hố đào

- Tính chất và quy mô của công trình lân cận

- Kích thước hố đào: Hố đào càng sâu, ứng suất tổng giảm càng lớn và như vậy chuyển vị của tường chắn càng lớn Hố đào càng rộng, chuyển vị của tường chắn càng lớn

- Ứng suất ngang ban đầu trong đất: khi đào đất với giá trị hệ số áp lực ngang ban đầu của đất Ko lớn, chuyển dịch của đất và tường là lớn, thậm chí cả khi

- Điều kiện nước dưới đất: Sự thay đổi mực nước ngầm ảnh hưởng đến ổn định của tường chắn cùng hệ chống đỡ và độ lún của công trình xung quanh hố đào Chênh lệch áp lực nước ở phía ngoài và phía trong hố đào có thể xảy ra hiện tượng bùng nền, cát chảy … ở đáy hố đào Bơm hút nước để thi công hố đào, mực nước ngầm bị hạ thấp làm tăng độ lún của đất nền ở khu vực xung quanh hố đào.Mức độ lún phụ thuộc vào mức độ hạ mực nước ngầm, đặc điểm của đất nền

và thời gian thi công

1.3.Đặc điểm kỹ thuật và các giai đoạn thi công các công trình ngầm

1.3.1 Một số đặc điểm kỹ thuật khi thi công công trình ngầm

- Công trình hố đào để thi công công trình ngầm là một loại công việc tạm thời, sự dự trữ về an toàn có thể là tương đối nhỏ nhưng lại có liên quan với tính địa phương, điều kiện địa chất của mỗi vùng khác nhau thì đặc điểm cũng khác nhau Công trình hố đào là một khoa học đan xen giữa các khoa học kỹ thuật, về kết cấu và kỹ thuật thi công; chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố phức tạp; và là nghành khoa học kỹ thuật tổng hợp đang còn chờ phát triển lý luận[18]

- Do hố đào là loại công trình có giá thành cao, khối lượng công việc lớn thường là trọng điểm cạnh tranh của các đơn vị thi công, lại vì kỹ thuật phức tạp, phạm vi ảnh hưởng rộng, nhiều nhân tố biến đổi, sự cố hay xẩy ra, là một khâu khó khăn về mặt kỹ thuật, có tính tranh chấp trong công trình xây dựng Đồng thời cũng là trọng điểm để hạ giá thành và bảo đảm chất lượng công trình

- Công trình hố đào đang phát triển theo xu hướng độ sâu lớn, diện tích rộng, có cái chiều dài rộng đạt tới hơn trăm mét, quy mô công trình cũng ngày càng tăng lên

- Theo đà phát triển cải tạo các thành phố cũ, các công trình cao tầng, siêu cao tầng chủ yếu của các thành phốlại thường tập trung ở khu đất nhỏ hẹp, mật độ xây dựng lớn, dân cư đông đúc, giao thông chen lấn, điều kiện thi công công trình

hố đào đều rất kém Lân cận công trình thường có các công trình vĩnh cửu, các

công trình lịch sử, nghệ thuật bắt buộc phải được an toàn, không thể đào có mái dốc, yêu cầu đối với việc ổn định và khống chế chuyển dịch là rất nghiêm ngặt

- Tính chất của đất đá thường biến đổi trong khoảng khá rộng, điều kiện ẩn dấu của địa chất và tính phức tạp, tính không đều của điều kiện địa chất thuỷ văn thường làm cho số liệu khảo sát có tính phân tán lớn, khó đại diện được cho tình hình tổng thể của các tầng đất, hơn nữa, tính chính xác tương đối thấp, tăng thêm khó khăn cho thiết kế và thi công công trình hố đào

- Đào hố trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện hiện trưòng phức tạp khác rất dễ sinh ra trượt lở khối đất, mất ổn định hố đào, thân cọc

bị chuyển dịch vị trí, đáy hố trồi lên, kết cấu chắn dữ bị dò nước nghiêm trọng các công trình lân cận, các công trình ngầm và đường ống xung quanh

- Công trình hố đào bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước, đào đất trong đó, một khâu nào đó thất bại sẽ dẫn đến cả công trình bị đổ vỡ

- Việc thi công hố đào ở các hiện truờng lân cận đang đóng cọc, hạ nước ngầm, đào đất đều có thể sinh ra các ảnh hưởng hoặc khống chế lẫn nhau, tăng thêm các nhân tố để có thể gây ra sự cố

1.3.2 Các giai đoạn thi công

Thông thường, có 3 giai đoạn trong thi công công trình hố đào:

- Giai đoạn chuẩn bị: Xây dựng các công trình tạm để thi công công trình ngầm, gia cường các móng kế cận và các công tác khác cần thiết để đảm bảo quá trình xây dựng sau đó được thuận lợi

- Giai đoạn cơ bản: xây dựng công trình ngầm và tất cả các công trình trên mặt đất cần cho khai thác công trình ngầm

- Giai đoạn kết thúc: tiến hành công tác trang trí và lắp thiết bị, tháo dỡ công trình và nhà tạm, khôi phục mạng lưới kỹ thuật đô thị và hoàn thổ

1.4 Một số nhận xét

- Thi công hố đào sâu để xây dựng tầng hầm là rất cần thiết, và ngày một phổ biến hiện nay ở nước ta

- Việc thi công hố đào sâu trong môi trường đô thị, là rất khó khăn và tiềm

ẩn nhiều nguy cơ rủi do có thể xảy ra

- Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng của hố đào sâu đến công trình lân cận là rất cần thiết Từ đó đề ra giải pháp kỹ thuật để đề phòng các rủi do

CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU CÔNG TRÌNH XÂY

DỰNG ĐẾN CÁC CÔNG TRÌNH LÂN CẬN 2.1 Các biện pháp và giải pháp kết cấu thi công hố đào sâu

Các biện pháp thi công các công trình ngầm ảnh hưởng rất lớn đến việc thi công hố đào sâu Việc thi công công trình ngầm ở Việt Nam đang được sử dụng chủ yếu 3 phương pháp thi công là: Phương pháp thi công đào mở,phương pháp Topdown, và phương pháp Semi Top- Down

2.1.1 Biện pháp thi công đào mở

a Đặc điểm

Để xây dựng công trình ngầm có thể thực hiện theo phương pháp đào mở, đào ngầm Trong phương pháp đào mở, đất được đào lên theo cách lộ thiên từ mặt đất, tạo không gian cho công trình ngầm, sau đó đất được đắp lại (cut - and – conver construction).[5,13]

Theo phương pháp này, toàn bộ hố đào được đào đên độ sâu thiết kế( Độ sâu đặt móng), có thể dùng phương pháp đào thủ công hay đào máy phụ thuộc vào chiều sâu hố đào, tình hình địa chất thủy văn, vào khối lượng cần đào và nó còn phụ thuộc vào thiết bị máy móc, nhân lực của công trình Saukhi đào xong, người

ta cho tiến hành xây nhà theo thứ tự bình thường từ dưới lên trên, nghĩa là từ móng lên mái Để đảm bảo cho hệ hố đào không bị sụt lở trong quá trình thi công người

ta dùng các biện pháp giữ vách đào theo các phương pháp truyền thống nghĩa là ta

có thể đào theo mái dốc tự nhiên (theo góc j của đất) Hoặc nếu khi mặt bằng chật hẹp không cho phép mở rộng taluy mái dốc hố đào thì ta có thể dùng cừ để giữ tường hố đào

Hình 2.1:Công trường thi công tầng hầm theo phương pháp đào mở

b Phạm vi ứng dụng

Phương pháp này thường được dùng để thi công những loại công trình ngầm đặt nông (giới hạn trong phạm vi 5 - 15m, có khi đến 20m từ cốt mặt đất) Thông thường, các đường vượt ngầm ngắn, hệ thống côlectơ để đặt mạng lưới kỹ thuật đô thị (cáp điện, động lực, cáp thông tin, ống dẫn khí đốt, ống cấp và thoát nước…) gara ôtô 1-2 tầng ngầm, đường và ga tàu điện nông, các công trình văn hoá giải trí, kho thực phẩm hoặc các mương – ống công nghệ trong công nghiệp… thường thi công trong các hố/hào lộ thiên - đào mở, và tại những nơi có mật độ xây dựng thấp

- Thi công chống thấm cho công trình đơn giản và có chất lượng,

- Tiến độ thi công nhanh

d Một số nhược điểm

- Chiếm đất nhiều, ồn và dễ gây ách tắc giao thông

- Trong đất sét yếu và đất bụi, việc đào hào sẽ bị hạn chế do phải duy trì ổn định vách hố và đáy hố, nên đòi hỏi phải thi công nhanh gấp

- Sự gò bó trong vạch tuyến khi phải bám theo đường phố hiện hữu, đặc biệt

là bán kính cong nhỏ khi mở tuyến tầu điện ngầm Một số nơi hào đào lấn vào móng công trình hiện hữu làm cho nó kém đi về chịu lực hoặc biến dạng, nên phải gia cường chống đỡ thêm, gây tốn kém

- Tiến độ thi công và giá thành của phương pháp đào – lấp bởi có nhiều việc phải làm thêm do sai sót khi khảo sát điều tra hoặc đánh dấu vì chúng chỉ được phát hiện lúc đào, di dời hoặc phải đặt lại hệ thống kỹ thuật đô thị hiện đang khai thác ( cáp điện, thông tin, ống cấp thoát nước…) là vấn đề khá phức tạp, kéo đài tiến độ thi công

- Chuyển vị của đất và lún các công trình hiện hữu Các phương pháp làm giảm sự trồi đáy hay giảm đào lên cũng như sự thay đổi dòng chảy và mực nước ngầm… đều dẫn đến những trở ngại trong tiến độ thi công và thay đổi giá thành

- Phương án này thường sử dụng thép hình để chống giữ thành hố đào Độ

ổn định của thanh chống bằng thép hình thường không cao so với cả việc chống giữ thành hố đào bằng sàn bê tông cốt thép Điều này gây chuyển vị rất lớn với kết cấu giữ thành hố đào như: Tường cừ Larsen, tường vây, cừ bê tông cốt thép dự ứng lực, Những chuyển vị này thường tương đối lớn, độ ổn định không cao, gây ảnh hưởng xấu đến các công trình lân cận Việc sử dụng thép hình để chống đỡ có giá thành tương đối cao, nên các đơn vị thi công thường tiết kiệm, chống không đủ độ dày, không đủ độ cứng của hệ thanh chống, điều này gây ra chuyển vị nhanh và lớn của nền đất xung quanh hố đào, có thể gây sự cố cho công trình lân cận

e Giải pháp kết cấu

Theo phương pháp này, sau khi thi công xong cọc và tường vây, cọc vây hoặc hệ thống cừ bao xung quanh công trình, nhà thầu sẽ tiến hành đào đất tới những độ sâu nhất định sau đó tiến hành:

- Lắp đặt hệ thống chống bằng thép hình (Bracsing System) để chống đỡ vách tường tầng hầm trong quá trình đào đất và thi công các tầng hầm Tùy theo độ sâu đáy đài mà thiết kế có thể yêu cầu một hay nhiều hệ tầng chống khác nhau nhằm đảm bảo đủ khả năng chống lại áp lực đất, nước ngầm phía ngoài công trình tác động lên vách tường tầng hầm

- Sau khi lắp dựng xong hệ chống đỡ và đất được đào đến đáy móng, nhà thầu sẽ thi công hệ móng và các tầng hầm, tầng thân của công trình từ phía dưới lên theo đúng trình tự thi công thông thường

Hệ thống chống có thể được sử dụng như là lõi cứng cho các cấu kiện dầm/sàn của tầng hầm hoặc sẽ được dỡ bỏ sau khi các sàn tầng hầm đủ khả năng chịu lại các áp lực tác dụng lên vách tầng hầm

2.1.2 Biện pháp thi công Top- Down

a Đặc điểm

Công nghệ thi công Top-down (từ trên xuống) là công nghệ thi công phần ngầm của công trình nhà, theo phương pháp khác với phương pháp truyền thống là thi công từ dưới lên Trong công nghệ thi công Top-down người ta có thể đồng thời vừa thi công các tầng ngầm (bên dưới cốt ± 0,00 (cốt ± 0,00 tức là cao độ mặt nền hoàn thiện của tầng trệt công trình nhà, đọc là cốt không)) và móng của công trình, vừa thi công một số hữu hạn các tầng nhà, thuộc phần thân, bên trên cốt không (trên mặt đất) Biện pháp thi công Top- Down, thi công theo phương án Top-Down thường được sử dụng rộng rãi trong công trình dân dụng, đặc biệt là nhà cao tầng nhiều tầng hầm [17]

Hình 2.2: Công nghệ thi công topdown

b.Phạm vi ứng dụng

Nhà cao tầng thường có một vài tầng hầm để làm tầng kĩ thuật, chứa đựng máy móc thiết bị, hệ thống kĩ thuật và xử lý như: Bể nước thô, hệ thống bơm nước, thiết bị lọc, bể nước sạch hệ thống bể chứa phế thải và xử lý, hệ thống biến áp và

tủ điều khiển, tủ phân phối điện Ngoài ra, còn làm kho chứa hàng hóa, vật liệu và gara ô tô Về góc độ chịu lực tầng hầm giúp công trình giảm bớt tải nền đất phía trên đưa trọng tâm công trình thấp xuống, giúp công trình chịu lực ngang của gió, bão, động đất tốt hơn Tuy nhiên việc thi công tầng hầm nói riêng và phần ngầm nói chung thường rất khó khăn và là thách thức đối với nhiều nhà thầu Mỗi công trình đều có những đặc diềm riêng về cấu tạo nền đất, mặt cắt địa chất, chiều cao mực nước ngầm nên không thể chỉ sử dụng kinh nghiệm mà đòi hòi cần có hiểu biết đầy đủ về khoa học và công nghệ mới đáp ứng được yêu cầu xây dựng của công trình

Các phương pháp thi công phần ngầm truyền thống thường dùng tường chắn

và hệ thanh chống để đào đất và thi công phần ngầm công trình từ dưới lên mà đại diện của các phương pháp này là: Phương pháp sử dụng tường chắn bằng cừ ván thép (Sheel piles) và hệ thống thanh chống; Phương pháp sử dụng tường chắn barrette và hệ thống neo trong đất (Anchors).Các phương pháp này bên cạnh một

số ưu điểm thì bộc lộ nhiều nhược điểm cơ bản là tốn kém về kinh tế tiến độ thi công chậm và độ chính xác kém

Đối với những nhà sử dụng tường barrette quanh chu vi nhà đồng thời làm tường cho tầng hầm nhà nên thi công tầng hầm theo kiểu top-down.Công nghệ thi công tầng hầm TOP-DOWN là công nghệ tiên tiến hiện nay

c.Một số ưu điểm

- 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 đối với công trình giao thông dạng hầm giao thông, phương pháp này giúp sớm tái lập mặt đường để giao thông, đẩy nhanh tiến độ thi công

- 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

- Không cần dùng hệ thống chống tạm để chống đỡ vách tường tầng hầm trong quá trình đào đất và thi công các tầng hầm, không phải chi phí cho hệ chống phụ Hệ thanh chống tạm này thường rất phức tạp vướng không gian thi công và rất tốn kém

- Chống vách đất được giải quyết triệt để vì dùng tường và hệ kết cấu công trình có độ ổn định cao

- Không tốn hệ thống giáo chống, copha cho kết cấu dầm sàn vì thi công trên mặt đất Đối với phương pháp đào truyền thống thì chi phí cho công tác chống đỡ

và neo khá cao, kéo dài thi công và đòi hỏi các thiết bị tiên tiến

- 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 thi công đào mở (open cut) có tường vây, móng sâu và phải hạ mực nước ngầm để thi công phần ngầm, điều này dẫn đến việc thường không đảm bảo cho các công trình cao tầng kề bên (dễ xảy ra hiện tượng trượt mái đào, lún nứt ), phương án thi công Top-down giải quyết được vấn đề này

- Khi thi công các tầng hầm đã có sẵn tầng trệt, nên giảm ảnh hưởng xấu của thời tiết

d.Một số nhược điểm

- Kết cấu cột tầng hầm phức tạp

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

- Thi công cần phải có nhiều kinh nghiệm

- Thi công đất trong không gian kín khó thực hiện cơ giới hoá

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

- Phải lắp đặt hệ thống thông gió và chiếu sáng nhân tạo

e Giải pháp kết cấu

Trong công nghệ Top-down, các tầng hầm được thi công bằng cách thi công phần tường vây bằng hệ cọc barrette xung quanh nhà (sau này phần trên đỉnh của tường vây dùng làm tường bao của toàn bộ các tầng hầm) và hệ cọc khoan nhồi (nằm dưới chân các móng cột) bên trong mặt bằng nhà Tường vây thi công theo công nghệ cọc nhồi bê tông tới cốt không (cốt nền ngay trên mặt đất) (không tính phần bê tông chất lượng kém trên đỉnh vào trong thành phần tường) Riêng các cọc khoan nhồi bê tông nằm dưới móng cột ở phía trong mặt bằng nhà thì không thi công tới mặt đất mà chỉ tới ngang cốt móng (không tính phần bê tông đầu cọc nhồi, phải tẩy bỏ đi sau này) Phần trên chịu lực tốt, ngay bên dưới móng của các cọc nhồi này được đặt sẵn các cốt thép bằng thép hình, chờ dài lên trên tới cốt không

trong khi thi công Top-down, nên nó phải được tính toán để chịu được tất cả các tầng nhà, mà được hoàn thành trước khi thi công xong phần ngầm (gồm tất cả các tầng hầm cộng thêm một số hữu hạn các tầng thuộc phân thân đã định trước) Tiếp theo đào rãnh trên mặt đất (làm khuôn dầm), dùng ngay mặt đất để làm khuôn hoặc một phần của khuôn đúc dầm và sàn bê tông cốt thép tại cốt không Khi đổ bê tông sàn cốt không phải chừa lại phần sàn khu thang bộ lên xuống tầng ngầm, để (cùng kết hợp với ô thang máy) lấy lối đào đất và đưa đất lên khi thi công tầng hầm Sàn này phải được liên kết chắc với các cốt thép hình làm trụ đỡ chờ sẵn nêu trên, và liên kết chắc với hệ tường vây (tường vây là gối đỡ chịu lực vĩnh viễn của sàn bê tông này) Sau khi bê tông dầm, sàn tại cốt không đã đạt cường độ tháo dỡ khuôn đúc, người ta tiến hành cho máy đào chui qua các lỗ thang chờ sẵn nêu ở trên, xuống đào đất tầng hầm ngay bên dưới sàn cốt không Sau đó lại tiến hành đổ bê tông sàn tầng hầm này, ngay trên mặt đất vừa đào, tương tự thi công như sàn tại cốt không, rồi tiến hành lắp ghép cốt thép cột tầng hầm, lắp khuôn cột tầng hầm và

đổ bê tông chúng

Cứ làm như cách thi công tầng hầm đầu tiên này, với các tầng hầm bên dưới Riêng tầng hầm cuối cùng thay vì đổ bê tông sàn thì tiến hành thi công kết cấu móng và đài móng

Đồng thời với việc thi công mỗi tầng hầm thì trên mặt đất người ta vẫn có thể thi công một hay vài tầng nhà thuộc phần thân như bình thường Sau khi thi công xong hết các kết cấu của tầng hầm người ta mới thi công hệ thống thang bộ

và thang máy lên xuống tầng hầm

2.2.3 Biện pháp thi công semi - topdown

a.Đặc điểm

Biện pháp semi – topdown là mộtbiện pháp thi công phần ngầm kết hợp của

2 biện pháp top down và biện pháp đào mở Đây là 1 biện pháp mới có sử dụng cừ thép để chống đỡ hố đào hợp lý, có tính khoa học, kinh tế trên cơ sở đảm bảo các

điều kiện kỹ thuật, nâng cao chất lượng tường tầng hầm; giảm thiểu tối đa chi phí giá thành và ô nhiễm môi trường, phục vụ thực tế sản xuất

Hình 2.3: Thi công tầng hầm bằng phương pháp semi top – down

b.Phạm vi ứng dụng

- Phương pháp này phù hợp với công trình xây chen có độ sâu hố đào không quá lớn (thường từ 1 - 3 tầng hầm); khoảng cách với công trình lân cận không quá gần (cách từ 5m);

- Địa chất công trình tương tối tốt hoặc địa chất yếu nhưng tường cừ vẫn đảm bảo khả năng chịu lực và chuyển vị cho phép;

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

c Ưu điểm

- Thi công theo phương ánSemi - Topdown nên vẫn giải quyết được các vấn

đề về mặt bằng và tiến độ thi công, giảm thiểu việc sử dụng hệ thống chống tạm,giải quyết được các vấn đề về móng, giảm một phần ảnh hưởng xấu của thời tiết tới công 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 thanh chống 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, chất lượng của tường bao tốt vì tường bao tầng hầm được đổ toàn khối; bê tông đặc chắc, không bị rỗ, khuyết tật;

- Chiều sâu và chiều dày tường bao có thể giảm rất nhiều, tiết kiệm vật liệu;

- 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;

- 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)

d.Nhược điểm

- Cừ larssen có độ cứng tương đối thấp, nếu biện pháp chống đỡ không hợp

lý, cừ 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;

- Phương pháp này thường phát sinh hiện tượng rò rỉ nước ngầm qua cừ, có thể làm đẩy nổi đất đáy hố đào;

- Quá trình rút cừ, lấp đất trong khi thi công thường gây ảnh hưởng một phần đến công trình lân cận

e Giải pháp kết cấu

Với công nghệ Top-down, các tầng hầm được thi công bằng cách thi công phần tường vây bằng hệ cọc barrette hoặc hệ cọc ván thép (cừ thép) bao xung quanh Ở thời điểm thi công người ta lợi dụng hệ tường này kết hợp với sàn (và hệ chống bổ sung, nếu có) tạo thành hệ giữ vai trò chống giữ phục vụ thi công (nếu thi công theo phương pháp thông thường, phải đào ao toàn bộ tầng hầm, do đó phải có

hệ chống sụt thành hoặc đào taluy rộng - khó khăn trong điều kiện thi công công trình ở thành phố, xây chen, điều kiện chật hẹp, sợ sụt lún ảnh hưởng công trình bên cạnh ) Sau này phần trên đỉnh của hệ tường vây sẽ dùng làm tường bao của toàn bộ các tầng hầm (khi gửi xe ở dưới tầm hầm các tòa nhà bạn thấy các bức

tường này) Tường vây thi công theo công nghệ cọc barrette hoặc cọc ván thép tới cốt mặt đất tự nhiên hoặc cốt tầng trệt (cốt ±0.000)

Trường hợp hệ tường vây được thi công tới mặt đất tự nhiên thấp hơn cốt nền tầng trệt, thì thay vì thi công Top-down ngay từ tầng trệt, người ta có thể bắt đầu thi công top-down từ mặt nền tầng hầm thứ nhất (sàn tầng hầm đầu tiên), bên dưới mặt đất Khi đó, tầng hầm thứ nhất được thi công bằng phương pháp từ dưới lên (bottom-up) truyền thống, phần tường vây trên đỉnh có nhiệm vụ như hệ tường

cừ giữ thành hố đào Trường hợp này cũng có thể gọi là bán Top-down hay "Sơ mi" top-down (semi-top-down)

Như vậy, giả thiết điều kiện thứ nhất: Vì lý do nào đó, kỹ thuật hoặc chi phí hoặc tiến độ hoặc chờ cấp đủ vật tư cần thiết do cừ thép đang trên tàu lênh đênh trên đường đến công trình , người ta thi công tầng hầm 1 bằng phương pháp truyền thống, từ tầng hầm 2 trở đi mới thi công Top-down Nếu Top-down là thi công từ cốt nền tầng 1, thì semi-top-down trường hợp này thi công từ tầng hầm 2 trở đi

Nếu top-down thì không phải hệ văng chống tường Barrette nữa vì ở vị trí

đó sẽ là bê tông sàn tầng 1 (trệt) Như ở hình dưới đây,công trình này đào tung từ tầng hầm 1 lên phía trên (nên phải chống) Sau đó mới thi công topdown từ mặt nền tầng hầm thứnhất:

Hình 2.4:Chống cột sau khi đào mở tầng hầm 1

Hình2.5:Thi công topdown từ mặt nền tầng hầm thứ nhất

Nhìn chung: Với tất cả các biện pháp thi công hố đào hiện nay đều gây ra

chuyển vị cho đất nền xung quanh hố đào Những chuyển vị này đều gây ảnh hưởng xấu đến các công trình lân cận Do đó trong quá trình thi công hố đào cần

thực hiện quan trắc địa kỹ thuật (quan trắc chuyển vị của tường chắn; quan trắc nước dưới đất; quan trắc lún đất nền và công trình lân cận…)

Lựa chọn phương pháp thi công công trình ngầm theo phương pháp nào, thì chủ yếu dựa trên sự phân tích kỹ lưỡng, then trọng các yếu tố sau: Hiệu quả kinh tế – kỹ thuật, đảm bảo an toàn về môi trường và khả năng áp dụng công nghệ hiện đại

và quan trọng nhất là giảm tối đa các ảnh hưởng bất lợi đến công trình lân cận

2.2 Ảnh hưởng của hố đào sâu công trình xây dựng đến các công trình lân cận

2.2.1 Độ lún và mất ổn định của công trình lân cận khi xây dựng

2.2.1.1 Đặt vấn đề

Trong xây dựng và cải tạo các công trình xây dựng ở đô thị nhất là ở nơi có mật độ xây dựng cao, thường phải giải quyết vấn đề độ lún và biến dạng thêm của công trình hiện hữu do xây mới gây ra

Các loại công trình thường gặp là:

- Xây mới hoặc cải tạo mở rộng các khu vực trung tâm trong đô thị cũ nhằm tận dụng đất đai hoặc cải tạo môi trường sống

- Xây dựng hệ thống cống, kênh, gara ô tô ngầm, tàu điện ngầm hoặc hệ thống dịch vụ, hiện đại hoá hệ thống giao thông đô thị

- Lắp đặt máy móc thiết bị hoặc dây chuyền công nghệ mới để hoàn thiện hoặc mở rộng cơ sở sản xuất hiện có

- Cải tạo, chỉnh trị các dòng chảy của sông hồ ở trong đô thị

Những khó khăn trong xây dựng công trình mới và phương pháp bảo vệ để tránh hư hỏng công trình cũ là:

- Khó có đầy đủ tài liệu của công trình cũ về hiện trạng kỹ thuật kết cấu và nhất là nền móng Thiếu hồ sơ lưu trữ về hệ thống công trình ngầm (đường điện, cáp thông tin liên lạc, hệ thống cống rãnh thoát nước ) và những thay đổi vị trí

- Không dễ dàng chọn sơ đồ làm việc cũng như chỉ tiêu về cường độ và biến dạng các cấu kiện của công trình cũ gần với thực tế để tính toán ảnh hưởng qua lại giữa công trình cũ - mới

- Công nghệ thi công thường khó khăn, phức tạp và tốn kém về kinh tế, công trình cũ luôn có nguy cơ bị ảnh hưởng xấu

Ảnh hưởng không tốt đến môi trường sống (bụi, ồn, chấn động ) và hoạt động bình thường của cư dân ở gần lúc thi công, nhiều khi phải giải quyết những vấn đề rắc rối về quan hệ xã hội và những liên quan đến bảo tồn cảnh quan kiến trúc và công trình lịch sử

Ở đây chủ yếu xem xét hư hỏng của công trình cũ do tác động qua lại giữa công trình cũ, mới như:

- Độ nhạy công trình hiện hữu với lún không đều (xác định bằng sơ đồ kết cấu và hiện trạng kỹ thuật của các kết cấu chịu lực), điều đó phụ thuộc vào tuổi thọ

và hao mòn hữu hình của công trình hiện hữu đã quan khai thác

- Các ảnh hưởng bất lợi khi thi công xây dựng mới đối với nhà và công trình

ở gần (như chuyển vị của đất, chấn động, hạ mực nước ngầm ) phải xétsự tương tác bất lợi nhất giữa chúng

- Điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn (xác định tính biến dạng

và độ bền của nền) có thể bị biến đổi trong quá trình khai thác và xây dựng

- Lựa chọn công nghệ thi công nền móng thích hợp để hạn chế đến mức tối

đa những tác động xấu đến công trình cũ

Hình 2.6: Sơ đồ sự tác động của ứng suất ở đáy công trình mới (L) lên công trình cũ (N) trong phạm vi phễu lún C,D vùng bị phá hỏng

Trên hình 2.6, trình bày ảnh hưởng của ứng suất pháp ở móng công trình mới lên móng công trình hiện hữu tuỳ theo khoảng cách giữa chúng và do đó công trình cũ có thể có những biến dạng quá giới hạn cho phép Trong thực hành, ta có thể dựa vào nguyên tắc trên của phân bố ứng suất để kiểm tra những tác động bất lợi của công trình mới gây ra cho công trình cũ về biến dạng lún không đều, trượt hoặc ma sát âm lên cọc công trình hiện hữu

Trong thi công có nhiều yếu tố ảnh hưởng xấu đến công trình ở gần, trong

đó việc đào hố móng và chất lượng của công nghệ chắn giữ thành hố có vai trò đặc biệt quan trọng Công trình ở gần hố móng có nguy cơ bị biến dạng đáng kể trong suốt quá trình đào, chắn giữ và xây mới như trình bày trên hình 2.7 Những chuyển vị đứng và ngang của đất ở đáy và thành hố sẽ dẫn đến lún và nghiêng của những nhà và công trình nằm trong vùng ảnh hưởng

Hình 2.7: Sự chuyển vị của đất do chuyển vị của tường chắn hố đào

Dưới đây chúng ta sẽ đưa ra những nguyên tắc tính toán về biến dạng của công trình hiện hữu cũng như những trị số giới hạn của chúng tích luỹ được qua quan trắc công trình thực tế từ một số tài liệu của nước ngoài mà hiện chưa có trong tiêu chuẩn Việt Nam và trong thực tế người xây dựng còn thiếu nhiều thông tin về vấn đề này

2.3.1.2 Một số nguyên tắc tính toán lún và biến dạng

Theo như mục đích của bài toán thì toàn bộ tính toán này phải dựa trên nguyên tắc của trạng thái giới hạn về biến dạng

Biến dạng thêm của nhà và công trình hiện hữu do cải tạo và xây dựng đô thị gây ra được xác định bằng tổng các biến dạng gây ra bởi các tác động độc lập khác nhau như trình bày ở bảng 2.1

Bảng 2.1: Những yêu cầu xác định biến dạng của nền công trình

Loại tác

động

Biến dạng thêm cần xác định

Độ lún trung bình hoặc max của móng, S

Lún lệch tương đối của móng ΔS/L hoặc

độ võng

Độ nghiêng của móng,

i

Chuyển vị ngang của móng, u

Chuyển vị ngang tương đối Δu/L

tương đối Thay đổi

S: độ lớn nhất của nhà xây mới, xác định bằng tính toán

Su: độ lún giới hạn lớn nhất theo mô hình chính xác hoặc cho trong các tiêu chuẩn thiết kế nền móng

Siad - độ lún thêm của nhà hiện hữu do nhân tố i gây ra khi xây mới ( xem bảng 2-1)

S ad, u - độ lún thêm giới hạn của nhà hiện hữu do xây mới gây ra, cho ở bảng 2-1, theo cấp trạng thái kỹ thuật của công trình

Trong trường hợp tương đối đơn giản theo các điều kiện (2-3) và (2-6):

Sadmax ≤ Sadu(2-3)

Độ lún thêm tương đối tính theo công thức:

Jadmax = (STa - STb) / ≤ Jadu(2-4)

Độ nghiêng:

iadmax = (STa - STn) / L a-n ≤ i adu (2-5)

Độ võng củac đáy móng khi móng ở gần hố đào:

l - khoảng cách từ chỗ tiếp giáp (khe lún) đến chỗ tường gần nhất của lỗ

cửa đối với nhà có tường dọc chịu lực Đối với nhà tường ngang chịu lực là khoảng cách giữa các tường, đối với nhà khung là bước cột, thường từ 2 - 6cm

αi - αj - góc nghiêng của móng tại điểm i và j có toạ độ là x và x +Δx ,

Δx = 6 † 10m

Jadu và i adu, ρ - trị giới hạn cho ở bảng 2-1