“ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CÁC SỰ CỐ NỀN ĐẤT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG HỐ MÓNG”

Luận văn Thạc sĩ LỜI TÁC GIẢ Lời tác giả luận văn xin chân thành cám ơn ghi nhớ công ơn NGND.GS.TS Lê Kim Truyền tận tình bảo hướng dẫn tác giả suốt trình thực luận văn Xin cám ơn trường Đại Học Thủy Lợi - Hà Nội, nơi đào tạo tác giả suốt thời gian học đại học, cao học tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy, giáo mơn thi cơng tận tình dìu dắt, gắn bó với tác giả suốt thời gian dài sinh hoạt nghiên cứu Tác giả xin cám ơn Khoa cơng trình, Phòng đào tạo đại học sau đại học Trường đại học Thủy Lợi giúp đỡ chuyên môn cho tác giả năm qua Xin chân thành cảm ơn Công ty cổ phần Bê tông VIDIFI tạo điều kiện giúp đỡ suốt thời gian học tập thực luận văn Tác giả có kết nhờ bảo ân cần thầy, cô giáo, với động viên nhiệt tình quan, gia đình bạn bè đồng nghiệp năm qua Tác giả xin ghi nhớ tất đóng góp to lớn Với thời gian trình độ hạn chế, nội dung nghiên cứu rộng bao gồm nhiều vấn đề nghiên cứu phức tạp luận văn có nhiều khiếm khuyết Rất mong bảo đóng góp thầy bạn bè đồng nghiệp Hà Nội, tháng 11 năm 2011 Tác giả Đỗ Bích Hòa Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ Hình 1.1 Các thành phần tạo thành đất (pha, thể) .3 Hình 1.2 Sơ đồ thể đất ( Sơ đồ thể pha) Hình 1.3 : Sơ đồ hệ vi cấu tạo vĩ cấu tạo đất Yong Sheeran(1973) Pusch (1973) đề nghị Hình 1.4 Sơ đồ đại diện bố trí hạt nguyên tố Hình 1.5 : Kết cấu đơn đất hạt rời .9 Hình 1.6 : Khả xếp hạt lý tưởng có độ chặt tương đối .11 Hình 1.7: Phân loại theo phương thức đào hố móng 13 Hình1.8: Phân loại theo đặc điểm chịu lực kết cấu 14 Hình 1.9: Phân loại theo chức 14 Hình 1.10 Các loại chắn giữ cọc hàng 16 Hình 1.11 : Kết cấu chắn giữ có dạng tường 19 Hình 1.12: Một số hình thức mặt kết cấu tường chắn xi măng theo kiểu tường ô cách 20 Hình 1.13 : Một số mặt cắt kết cấu tường chắn cọc trộn 20 Hình 2.1: Hình phiễu nước rút hút nước giếng .33 Hình 2.2: Vỉa nước 34 Hình 2.3 : Thiết bị tiêu nước hệ thống nằm ngang 35 Hình 2.4 : Thiết bị tiêu nước hệ thống thẳng đứng 35 Hình 2.5 : Thiết bị tiêu nước chặn 36 Hình 2.6 : Tiêu nước theo đường bao cơng trình 37 Hình 2.7 : Hệ thống tiêu nước ven bờ 38 Hình 2.8 Sơ đồ hạ mực nước ngầm theo phương pháp điện thấm 39 Hình 2.9 Sơ đồ hoạt động theo phương pháp đóng băng nhân tạo 39 Hình 2.10 Sơ đồ bố trí hệ thống giếng kim xung quanh hố móng 41 Hình 2.11 Sơ đồ bố trí nhiều cấp làm việc giếng kim hố móng sâu 42 Hình 2.12 : Mặt cắt dọc hố đào có hạ mực nước kim thấm .43 Hình 2.13 Bố trí hệ thống tiêu nước q trình đào móng 46 Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 Luận văn Thạc sĩ Hình 2.16 : Bố trí hệ thống tiêu nước thường xun thi cơng trạm bơm tiêu 46 Hình 3.1 : Phân biệt cát chảy 54 Hình 3.2 Móng trực tiếp cát chảy, rộng dần phía 57 Hình 3.3 Móng cát, đáy móng có đệm bê tơng .57 Hình 3.4 : Móng đặt cát chảy, đáy móng có đệm dăm thi cơng điều kiện có hàng ván cừ bảo vệ .58 Hình 3.5 Dùng giếng chìm thả để thi cơng hố thẳng đứng cát chảy a,bc) Những giai đoạn thả giếng chìm 59 Hình 3.6 Mơ hình thể trạng thái đất đá bị đông lạnh khu vực chuẩn bị thi cơng cơng trình khai đào ngầm .59 Hình 3.7 : Làm dạng bậc thang hố đào sâu 60 Hình 3.8 Tiêu nước cho mái dốc 61 Hình 3.9 : Hệ thống giếng tiêu nước áp lực để bảo vệ trạm thủy điện 63 Hình 3.10 : Giếng tiêu nước có áp lực tự chảy .63 Hình 3.11: Xử lý nước đùn ngược 63 Hình 3.12 Giếng S32 bị ngập nước .65 Hình 3.13: Thi cơng tầng hầm cao ốc Pacific 67 Hình 3.14 Một góc lại Viện KHXH bị hư hại hồn tồn 68 Hình 3.15 Ảnh hưởng việc xây dựng móng cơng trình thị .68 Hình 3.16 Sơ đồ biến dạng tường chắn ; đáy hố móng mặt đất quanh hố móng (theo K.G.Bauer) 70 Hình 3.17 : Đường ứng suất phần tử đất gần đào ( theo Lambe, 1970) 73 Hình 3.18 : Ảnh hưởng độ cứng nhịp chống đỡ tới chuyển dịch ngang tường (Goldberg đồng sự) 77 Hình 3.19 : Sự cố trượt mái hố móng thượng lưu cống âu thuyền dự án nâng cấp mở rộng cống Nam Đàn hệ thống kênh, giai đoạn I 81 Hình 3.20 : Cung trượt hình thành sau trận mưa ngày 17/03/2009 .83 Hình 3.21 : Cung trượt tuần 83 Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 phát triển sau Luận văn Thạc sĩ Hình 3.22 Mặt cắt ngang đại diện hố móng .84 Hình 3.23 Cọc xi măng - đất hố móng .91 Hình 3.24 : Giảm áp lực nước cọc trộn xi măng - đất sâu .91 Hình 4.1 : Hình dạng hố móng .102 Hình 4.2 Sơ đồ hố móng với hàng cừ hệ thống giếng kim 104 Hình 4.3 Sơ đồ hố móng với hàng cừ hệ thống giếng kim 105 Hình 4.4 Sơ đồ hố móng với hệ thống giếng kim 106 Hình 4.5.Sơ đồ móng với tường vây hệ thống giếng lớn 106 Hình 4.6 Sơ đồ tính toán .109 Hình 4.7.Bố trí hệ thống giếng kim 115 Hình 4.8: Sơ đồ tính tốn chiều sâu cừ 116 Hình 4.9 Kích thước cừ 118 Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 : Phạm vi áp dụng biện pháp hạ mực nước ngầm .23 Bảng 3.1: Biến dạng giới hạn cơng trình cũ xây liền kề gây 89 Bảng 4.1 Các tiêu lý đất 100 Bảng 4.2 : Thông số cừ 118 Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 Luận văn Thạc sĩ Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 Luận văn Thạc sĩ MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục đích nhiệm vụ đề tài Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu .1 3.1 Cách tiếp cận 3.2 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG ĐẤT VÀ HỐ MĨNG CƠNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT .3 1.1 Cấu tạo tính chất đất 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Các thành phần vật chất tạo thành đất định nghĩa 1.1.3 Kết cấu đất, xác định thành phần hạt .6 1.2 Đặc điểm hố móng cơng trình đất 11 1.3 Các phương pháp đào móng giải pháp chắn giữ mái hố móng 12 1.3.1 Các phương pháp đào móng 12 1.3.2 Các giải pháp chắn giữ mái hố móng 15 1.4 Kết luận chương 24 CHƯƠNG .26 ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC NGẦM ĐẾN CÔNG TÁC ĐÀO MÓNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP HẠ THẤP MỰC NƯỚC NGẦM ĐỂ BẢO VỆ HỐ MÓNG .26 2.1 Ảnh hưởng nước ngầm đến công tác thi công hố móng (Những cố nước ngầm gây ra) 26 2.2 Các phương pháp hạ thấp mực nước ngầm .32 2.2.1 Phương pháp giếng điểm nhẹ 32 2.2.2 Các loại cơng trình hạ thấp mực nước đất 33 2.2.2.1 Tiêu nước hệ thống 34 2.2.2.2 Tiêu nước chặn (đón phía cao) 36 2.2.2.3 Tiêu nước theo đường bao cơng trình 36 2.2.2.4 Tiêu nước ven bờ 37 2.2.3 Hạ thấp mực nước ngầm phương pháp điện thấm 38 2.2.4 Phương pháp đóng băng nhân tạo 39 2.2.5 Hạ thấp MNN hệ thống giếng 40 2.3 Bố trí hệ thống tiêu nước đào móng 43 2.3.1 Phương pháp tháo nước kiểu lộ thiên ( tiêu nước mặt) 45 2.3.1.1 Bố trí tiêu nước thời kỳ đầu ( tiêu nước đọng) 45 2.3.1.2 Bố trí hệ thống tiêu nước thời kỳ đào móng 46 2.3.1.3 Bố trí hệ thống tiêu nước thường xuyên (sau hố móng đào xong) 46 2.4 Kết luận chương .47 CHƯƠNG .48 XỬ LÝ CÁC SỰ CỐ NỀN ĐẤT TRONG Q TRÌNH THI CƠNG HỐ MĨNG 48 3.1 Những cố đất thường gặp q trình thi cơng hố móng 48 Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 Luận văn Thạc sĩ 3.2 Sự cố cát đùn cát chảy .48 3.2.1 Khái niệm 48 3.2.2 Những dấu hiệu đặc trưng cát chảy 49 3.2.3 Thành phần, tính chất lý cát chảy .50 3.2.4 Bản chất tính chảy cát chảy 52 3.2.5 Nguyên nhân 55 3.2.6 Điều kiện xây dựng cơng trình khu vực có cát chảy 55 3.3 Sự cố bục đáy hố móng 61 3.3.1 Khái niệm: 61 3.3.2 Nguyên nhân xảy bục 61 3.3.3 Biện pháp phòng ngừa khắc phục 62 3.3.3.1 Nguyên tắc chung biện pháp phòng ngừa khắc phục tượng bục 62 3.3.3.2 Một số thí dụ biện pháp khắc phục khả gây bục 64 3.4 Sự chuyển vị đất xung quanh hố móng 66 3.4.1 Khái niệm 66 3.4.2 Nguyên nhân yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị 68 3.4.3 Biện pháp phòng ngừa giải pháp khắc phục .71 3.4.4 Phân tích nguyên nhân: 72 3.4.4.1 Tác động thay đổi ứng suất đất .72 3.4.4.2 Kích thước hố móng 73 3.4.4.3 Đặc tính đất 74 3.3.4.4 Ứng suất ngang ban đầu đất 75 3.4.4.5 Tình trạng nước ngầm .75 3.4.4.6 Độ cứng hệ chống đỡ 75 3.5 Sạt lở hố móng 80 3.6 Ảnh hưởng đào móng đến cơng trình lân cận 86 3.6.1 Tương tác cơng trình cũ-mới 86 3.6.2 Nguyên nhân giải pháp phòng ngừa 87 3.6.3 Giải pháp móng cơng trình gần cơng trình cũ 88 3.7 Biện pháp phòng ngừa giải pháp khắc phục cố .90 3.7.1 Dự báo chuyển dịch đất cơng trình gần hố móng .90 3.7.2 Biện pháp hố móng 90 3.8 Kết luận chương 93 CHƯƠNG 4: HẠ THẤP MỰC NƯỚC NGẦM HỐ MÓNG CỐNG VÂN CỐC, 94 CỤM ĐẦU MỐI HÁT MÔN- ĐẬP ĐÁY BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẾNG KIM 94 4.1 Giới thiệu chung cơng trình 94 4.1.1 Vị trí cơng trình .94 4.1.2 Nhiệm vụ cơng trình 94 4.1.3.Quy mô, kết cấu hạng mục cơng trình .94 4.1.3.1.Các thông số thiết kế .94 4.1.3.2.Quy mô kết cấu công trình 95 4.2 Đặc điểm địa hình, địa chất .96 Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2 Luận văn Thạc sĩ 4.2.1 Đặc điểm địa hình 96 4.2.2.Đặc điểm địa chất 97 4.2.3.Đặc điểm địa chất thủy văn 98 4.2.4 Đánh giá điều kiện địa chất cơng trình 99 4.3.Thiết kế bảo vệ hố móng .103 4.3.1 Đặc điểm hố móng 103 4.3.2 Phân đợt thi cơng hố móng 103 4.3.3 Lựa chọn giải pháp bảo vệ hố móng 104 4.4.Thiết kế tiêu nước hố móng .108 4.4.1 Nhận xét chung 108 4.4.2.Tài liệu cần thiết cho thiết kế tiêu nước hố móng 108 4.4.3.Tính tốn xác định lưu lượng cho hệ thống 109 4.4.3.1 Tính tốn cho hệ thống giếng thứ 109 4.4.3.2.Tính tốn cho hệ thống giếng thứ 113 4.5 Lựa chọn tính tốn chiều sâu đóng cừ .115 4.6 Kết luận chương 118 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 120 Kết luận 120 Kiến nghị 121 Những vấn đề tồn cần nghiên cứu 121 Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 Luận văn Thạc sĩ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong q trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước nhiều cơng trình giao thơng, xây dựng, thủy lợi, khu cơng nghiệp… ngày phát triển cơng trình hạ tầng sở nói hầu hết xây dựng vùng đồng bằng, vùng ven biển đất, mà hầu hết móng làm sâu mặt đất từ vài mét đến hàng chục mét tầng địa chất địa chất thuỷ văn khác Thi công cơng trình đất thường gặp tượng cát đùn cát chảy, bục nền, chuyển vị đất … làm cho công tác thi công hố móng gặp nhiều khó khăn, đơi bị thất bại lựa chọn giải pháp xử lý không hợp lý làm cho giá thành cơng trình tăng lên, thời gian thi công bị kéo dài, ảnh hưởng lớn đến chất lượng cơng trình Để chủ động phòng ngừa, xử lý cố trình thi cơng hố móng việc nghiên cứu tượng, ngun nhân cố giải pháp xử lý thích hợp cố giải pháp xử lý thích hợp cố cần thiết có ý nghĩa lớn mặt kinh tế, kỹ thuật trình xây dựng cơng trình Vì vậy, đề tài “ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CÁC SỰ CỐ NỀN ĐẤT TRONG Q TRÌNH THI CƠNG HỐ MĨNG” cần thiết, có ý nghĩa kinh tế khoa học mà thực tiễn xây dựng cơng trình thủy lợi, thủy điện, giao thơng, xây dựng thường gặp Mục đích nhiệm vụ đề tài Nghiên cứu tượng, nguyên nhân gây cố đất q trình thi cơng Đề xuất giải pháp để chủ động khắc phục cố Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu 3.1 Cách tiếp cận Nghiên cứu thông qua tài liệu thiết kế xử lý hố móng nước giáo trình chuyên ngành dịch từ nước ngồi Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 108 Luận văn Thạc sĩ - Diện tích mở móng nhỏ, khối lượng đào móng khơng lớn - Đảm bảo hố móng ln khơ giáo - Đảm bảo tốt điều kiện kỹ thuật * Nhược điểm - Thi công tường chống thấm khó khăn tốn - Ảnh hưởng thi cơng thi cơng đáy có hệ thống giếng hút sâu sau thi công xong khó xử lý giếng hút sâu Do đặc điểm cấu tạo địa chất hố móng nằm lớp đất cát hạt nhỏ yếu dễ thấm nước mà hố móng lại nằm sâu mực nước ngầm cao nên phương án bảo vệ hố móng phải đảm bảo yêu cầu mái hố móng ổn định, mực nước ngầm hạ xuống thấp để thuận tiện cho thi cơng, phạm vi mở móng nhỏ Từ u cầu ta thấy có phương án phương án khả thi phải tính tốn để lựa chọn phương án tối ưu Do thời gian có hạn nên ta tính cho phương án 4.4.Thiết kế tiêu nước hố móng 4.4.1 Nhận xét chung Theo tài liệu địa chất thủy văn cống lấy nước Vân Cốc có đáy nằm mực nước ngầm mùa lũ mùa kiệt, mực nước ngầm lớn vào mùa kiệt cao trình +3,0, mùa lũ cao trình +6,5 Khi thi cơng hố móng đáy móng cơng trình nằm mực nước ngầm nước ngấm vào hố móng làm cho hố móng bị ngập nước, giảm thấp cường độ đất nền, tính nén co tăng lên, khơng xử lý kịp thời cơng trình bị lún lớn hay tăng trọng lượng thân tạo ứng suất phụ ảnh hưởng trực tiếp đến an tồn cho cơng trình Mặt khác đặc điểm địa chất lớp mực nước ngầm cao nên khu vực móng có tượng cát chảy có khả gây sạt lở hố móng, gây tượng đẩy bục lớp đất móng gây khó khăn cho việc thi cơng Do thi cơng phải có biện pháp hạ thấp mực nước ngầm nước mặt tích cực để hố móng khô 4.4.2.Tài liệu cần thiết cho thiết kế tiêu nước hố móng - Tài liệu địa chất thủy văn Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 109 Luận văn Thạc sĩ - Hệ số thấm đất K=0.005 cm/s * Yêu cầu thiết kế tháo nước hố móng - Chọn phương án tiêu nước thích hợp cho thời kỳ thi công - Xác định lượng nước, cột nước cần tiêu - Bố trí hệ thống tiêu nước thiết bị tiêu nước thích hợp với thời kỳ thi cơng 4.4.3.Tính tốn xác định lưu lượng cho hệ thống Trong luận văn tính phương án bảo vệ hố móng phương án +11.5 Trơc hè mãng Hµng giÕng kim thø m= 1.5 +7.0 01 +6.5 m= 1.5 Hµng giÕng kim thø +5.6 +3.0 +2.5 02 Đường hạ thấp MNN -1.6 Hỡnh 4.6 S tính tốn 4.4.3.1 Tính tốn cho hệ thống giếng thứ Để tính tốn cho hệ thống giếng kim thứ ta đưa trường hợp tính tương đương với giếng lớn có bán kính tính đổi A trị số hạ thấp mực nước ngầm S Theo hình vẽ ta có độ sâu hạ thấp mực nước ngầm: S = S 01 + ∆S (4.1) Trong đó: - S trị số hạ thấp mực nước tâm hố móng so với mực nước ngầm, hệ thống giếng thứ có nhiệm vụ hạ thấp mực nước ngầm tâm hố móng đến cao trình +2,0(m) theo hình vẽ ta có S 01 = 6,5 – 2.0 = 4,5 (m) - ∆S trị số phụ thuộc vào kích thước hố móng, tính chất đất, kích thước giếng, ống lọc, độ sâu khoảng cách chúng tính theo cơng thức kỹ thuật sau [2]: Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2 110 Luận văn Thạc sĩ ∆S = 0,3.q 1,32.l lg l.k r (4.2) Trong đó: - q khả hút nước giếng, q xác định theo công thức [1] q = F × V = (π×φ×L) ×V (m3/ngày đêm) (4.3) q = 3,14×0,05×1×86,5 = 13,58 (m3/ngày đêm) Với: F - diện tích mặt ngồi ống lọc (m2) φ - Lấy theo bán kính giếng giếng hút sâu hạ phướng pháp thủy lực, thường đường kính giếng φ = 38 ÷ 50mm.Lấy φ = 50 mm L - Chiều dài ống lọc thường dài L=1m r - Bán kính ống giếng kim r = 0,02m V - Tốc độ nước thấm vào ống lọc xác định theo cơng thức kính nghiệm sau: V = 60 k = 60 4,32 = 86,5 (m/ngày đêm) K –Là hệ số thấm trung bình của lớp đất K = 0,005(cm/s) = 4,32 (m/ng.đ) ∆S = 0,3.13,58 1,32.1 = 1,73 (m) lg 1.4,32 0,02 Vậy ta có độ sâu hạ thấp mực nước ngầm tâm hố móng S = 4,5 + 1,73 = 6,23(m) a.Xác định chiều sâu hạ giếng kim Chiều sâu hạ giếng tính theo cơng thức [1]: L = Z + S 01 + ∆S + ∆h + l + h (4.4) Trong : Z- Khoảng cách từ tim ống tập trung (lấy đường kính ống tập trung φ =120mm) đến mực nước ngầm ban đầu Z = 0,06 + (7,0 - 6,5) = 0,56 (m) S - Khoảng cách từ mực nước ngầm ban đầu đến mực nước ngầm sau hút ổn định S = 6,5 - 2,0 = 4,5 (m) Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 111 Luận văn Thạc sĩ ∆S - Độ sâu phải hạ thêm mực nước giếng Theo tính tốn ∆S = 1,73 (m) ∆h - Cột nước tiêu hao nước chảy qua ống lọc lấy từ 0,5 ÷ 1m l - Chiều dài phần lọc l = 1m h - Độ ngập nước phần lọc Lấy h = 0,5m Tính L = 0,56 + 4,5 + 1,73 + + + 0,5 = 9,29 (m) Theo điều kiện chế tạo giếng kim chọn chiều dài giếng kim 9,5m b.Xác định nước thấm vào hố móng Lưu lượng thấm vào hố móng tính theo cơng thức [1]: Q = Q’ + Q” (4.5) Trong đó: - Q’ Lưu lượng nước thấm vào giếng phần khơng áp tính theo công thức gần sau [1] : Q’ = 1,36.K.(2H1 -S1 ).S1 A +R lg 1 A1 (4.6) - Q” Lưu lượng nước thấm vào giếng phần có áp.Được tính theo cơng thức gần sau [1]: Q” = 2,72.S01t1K A +R lg 1 A1 -t1/2 (4.7) Trong đó: - K hệ số thấm trung bình lớp đất địa chất K = 4,32 (m/ng.đ) - R bán kính ảnh hưởng hệ thống giếng thứ R xác định theo công thức [1]: R = 2×S × K.H (4.8) Với H chiều sâu tính từ mực nước ngầm ban đầu đến đầu giếng kim H = 6,5 -(-3) =9,5(m) R = 2×6,23× 4,32.9,5 = 79,82 (m) Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 112 Luận văn Thạc sĩ - A Bán kính giếng tính đổi hệ thống giếng thứ Được xác định theo công thức [1] : A= F1 = π 7858 = 50 (m) 3,14 (4.9) Với F diện tích hố móng phần giếng kim thứ bao bọc Do chiều dày tầng thấm tương đối lớn ta xác định vùng ảnh hưởng tới giếng.Theo [Kỹ thuật thi công đất móng] ta có: S01 4,5 T = 0,474 ⇒ a = 1,674 ⇒ T a = 1,674 × H = 1,674 × 9,5 =15,9 (m) = H1 9,5 H1 Theo sơ đồ ta có t = T a - H = 15,9 - 9,5 = 6,4 (m) Thay vào ta tính Q’ = Q = 1,36.4,32.(2.9,5 − 6,23).6,23 = 1138 (m3/ng.d) 50 + 79,82 lg 50 2,72.4,5.6, 4.4,32 = 764 (m3/ng.d) 50 + 79,82 lg 50 − 6, / Vậy tổng lưu lượng chảy vào hố móng Q = Q’ + Q” = 1138 + 764 = 1902 (m3/ng.d) c Xác định số lượng giếng khoảng cách giếng Số lượng giếng kim xác định công thức sau [1] : n= Q m q (4.10) Trong đó: q - Là khả hút nước giếng q = 13,58 (m3/ng.d) Q - Lưu lượng mạch cần làm khô Q = 1902 (m3/ng.d) m - Hệ số dự trữ Do có hàng cừ bảo vệ nên nước thấm vào hố móng bị hạn chế, lấy m = 1,3 Suy n = 1902 1,3 = 182 (giếng) 13,58 Trong thực tế người ta thường lấy dư so với thiết kế 10% ÷ 15% số lượng giếng Vậy chọn số giếng hàng thứ 200 giếng Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 113 Luận văn Thạc sĩ Khoảng cách giếng xác định theo công thức [1]: e= P 300 = = 1,5 (m) 200 n (4.11) Với P = 300 (m) chu vi bố trí giếng kim n – số lượng giếng quanh hố móng Lấy khoảng cách giếng e = 1,5 (m) 4.4.3.2.Tính tốn cho hệ thống giếng thứ Kết cấu giếng kim cấp hoàn toàn toàn giống với kết cấu giếng kim cấp Giếng kim cấp hạ từ cao trình +3,0(m) đến cao trình -7,0(m) Có chức chủ yếu hạ thấp mực nước ngầm cho đợt đào đất thứ hạ thấp mực nước ngầm thường xuyên cho giai đoạn (giai đoạn thi công kết cấu cống) mùa mưa Giếng kim cấp có phương pháp hạ hoàn toàn giống giếng kim cấp Hệ thống giếng kim cấp bố trí cao trình +3,0 dự tính hạ sâu xuống đến 10m Nhưng tầng địa chất nằm sâu nên tính tốn thiết kế với hệ thống giếng khơng hồn chỉnh Hệ thống giếng kim cấp thiết kế hạ thấp mực nước ngầm cho giai đoạn đào đợt thiết kế cho mực nước ngầm ban đầu tính tốn trùng với mực nước ngầm sau hút ổn định hệ thống giếng kim thứ Tức từ cao trình +2,0(m) hút ổn định đáy hố móng chỗ sâu (chân khay đáy cống cao trình - 0,6 m) 1(m) Bài tốn đặt máy bơm hút từ cao trình mực nước ban đầu ổn định +2,0 (m) đến cao trình -1,6(m) Các thơng số để tính tốn cho hệ thống giếng kim thứ bao gồm: S 02 = 3,6 (m) S = S 02 + ∆S = 3,6 + 1,73 = 5,33 (m) A= F2 π = 6271 = 50 (m) 3,14 A = 44,69(m) Còn t = 1,6 m Bán kính ảnh hưởng R = 2× S× K.H = 2×5,33× 4,32.9,0 = 66,47 (m) [1] Từ ta tính Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 114 Luận văn Thạc sĩ Q’ = 1,36.K.(2H -S2 ).S2 1,36.4,32.(2.9,0 − 5,331 ).5,33 = = 1002 (m3/ng.d) 44,69 + 66,47 A +R lg lg 2 44,69 A2 Q” = 2,72.S02 t K 2, 72.3, 6.1, 6.4,32 = =168 (m3/ng.d) 44, 69 + 66, 47 A +R lg lg 2 44, 69 − 1, / A -t /2 Tổng lưu lượng vào hệ thống hai giếng Q = 1002 + 168 =1170 (m3/ng.d) Số lượng giếng kim xác định công thức sau n= Q 1170 m= 1,3 =112 13,58 q Khoảng cách giếng xác định theo công thức [1]: e= P 274 = = 2,45 (m) 112 n Vậy n = 112 giếng, e = 2,45 (m) Trên thực tế ta bố trí hệ thống giếng với khoảng cách thi khơng hợp lý phạm vi ảnh hưởng hút nước giếng kim bé từ 1,5 đến 1,7m, bố trí hệ thống giếng phần nước qua hai giếng làm cho hố móng khơng khơ ảnh hưởng đến thi cơng Thơng thường bố trí hệ thống giếng kim cách khoảng 1,7 m hợp lý * Bố trí hệ thống giếng kim Có hình thức bố trí hệ thống hoạt động giếng kim: - Hai hệ thống hoạt động đồng thời - Hai hệ thống hoạt động độc lập HÖ thèng giÕng thø nhÊt 1,7(m) HÖ thèng giÕng thø hai Hình 4.7.Bố trí hệ thống giếng kim Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 115 Luận văn Thạc sĩ Khi hai hai hệ thống giếng hoạt động đồng thời ta bố trí hệ thống giếng kim mặt so le để đảm bảo khoảng cách giếng hai hệ thống từ 1,5 đến 1,7m hình 4.7 Khi hai hệ thống giếng hoạt động độc lập thi công hệ thống giếng thứ xong, hệ thống giếng thứ có nhiệm vụ hạ thấp mực nước ngầm từ cao trình +6,5(m) xuống cao trình +2,0(m) để thuận tiện cho đào móng đợt Sau đào móng đợt xong ta bố trí hệ thống giếng kim thứ hai có tổng số giếng hai hệ thống cộng lại, hệ thống giếng thứ khơng cần thiết Khi tiêu nước thường xuyên có hệ thống giếng thứ hai hoạt động Từ nhận xét ta chọn phương án bố trí theo phương án hai hệ thống giếng làm việc đồng thời.Vậy hệ thống giếng thứ 176 giếng, hệ thống thứ hai chọn 112 giếng Để cho hệ thống hoạt động an toàn ta dự trữ 30 4.5 Lựa chọn tính tốn chiều sâu đóng cừ Do hố móng sâu mực nước ngầm cao nên để giảm kích thước hố móng, giảm khối lượng đào đắp hố móng ta mở móng kết hợp đóng cừ Ta đóng hai hàng cừ hàng thứ cao trình +8,0(m) gia cố mái lần thứ nhất, hàng cừ thứ cao trình +5,6(m) gia cố mái lần thứ Để chọn loại cừ ta tính tốn chiều dài cừ theo phương pháp Blum Tính mơ men uốn lớn M max từ tính mơ men chống uốn Tra [Sổ tay thiết kế móng] ta chọn loại cừ thép nhà máy Liên Xơ sản xuất Điều kiện an tồn cừ là: W cừ ≥ M max R * Tính tốn chiều dài cừ (Theo phương pháp Blum – [Thiết kế thi cơng hố móng sâu]) Đối với hàng cừ thứ ta chọn chiều dài 6m lực sơ ngang không đáng kể độ sâu đào thấp nên ta khơng tính tốn Đối với hàng cừ thứ hai: Cừ đóng xuống tác dụng lực xơ ngang (P) từ cao trình +5,6(m) đến cao trình đáy cống +1,0(m) Lực tác dụng đất bao gồm hai thành phần: Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 116 Luận văn Thạc sĩ + Phần phía điểm C có chiều ngược chiều với lực P phần phía chiều với lực P Từ ta có sơ đồ tốn hình 4.8 +5,6 +1,0 P u l P +1,0 h Cõ thÐp O E xm Mmax 2b λγτ t0 F t C Hình 4.8: Sơ đồ tính tốn chiều sâu cừ Phần ngược chiều với P phân bố tuyến tính đến độ sâu t có cường độ lớn λγ t đó: λ: hệ số áp lực đất : λ = λ b - λ c = 2,37 – 0,42 = 1,95 λ b : hệ số áp lực đất bị động : λ b = tg2(450+ϕ/2) = tg2(450+240/2) = 2,37 λ c : hệ sô áp lực đất chủ động : λ c = tg2(450 - ϕ/2) = tg2(450 – 240/2) = 0,42 Trong ϕ góc ma sát lớp đất ϕ = 240 γ : trọng lượng riêng đất γ = 1,83 (t/m3) t 02 t 02 Khi hợp lực F =λγ = 1,95×1,83× = 1,785t (t/m3) 2 Phần lực chiều với áp lực chủ động phía coi phân bố đều, lực lớn có cường độ λγ t = 1,95 × 1,83 × t = 3,57t Áp lực chủ động P bỏ qua ma sát đất với cừ có cường độ lớn P a = λ c γ.h Với h = 4,6m, γ = 1,83 (t/m3), λ c = 0,42 Ta tính P a = 0,42×1,83×4,6 = 3,53 (t/m3) Suy P = 0,5.Pa.h = 0,5.3,53.4,6 = 8,13 (t/m3) Phương trình hình chiếu lên phương ngang ta có: E = F – P = 0,5λ.γ.t – P - Phương trình mơ men với điểm O ta có: Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 (4.12) 117 Luận văn Thạc sĩ F t0 h - P.( - t ) = O 3 (4.13) Biến đổi ta phương trình: t – 13,6.t – 62,88 = O (4.14) Giải gần t = 5,09 (m) Thay vào phương trình (2.2.12) ta được: E = 2b λ.γ.t 2b = E P 8,13 = 0,5 t o = 0,5.5,09 = 2,09 (m) λ.γ.t λ.γ.t 1,95.1,83.5,09 Chiều sâu đóng cừ yêu cầu: t = t +b/2 = 5,09 + 2,09/ = 6,135 (m) Do chiều dài cừ L = 4,6 + 6,135 = 10,735 (m) Trong thực tế có loại cừ tiêu chuẩn dài 6m, 12m ta chọn loại cừ đủ chiều dài an tồn 12 m *Chọn loại cừ: - Cừ đảm bảo điều kiện ổn định thỏa mãn điều kiện sau: W cừ ≥ M max R Trong đó: W cừ mô men chống uốn cừ Theo loại cừ chọn ta có W cừ = 114 (cm3) R cường độ cừ Với cừ thep lấy R = 2100(daN/cm2) M max mô men uốn lớn cừ thép - Tính tốn M max (Sơ đồ tính tốn hình 4.9) 2.4,6 Theo sơ đồ tốn ta có: a = =3,07 (m) điểm đặt P l = h + u =4,6 + 0,99 = 5,59 (m) Theo phương pháp Blum: x m = 2.P 2.8,13 = 2,13 (m) = γ.λ 1,83.1,95 (4.15) Từ ta tính Mơ men uốn lớn nhất: M = P.(l + x m − a) − Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 γ.λ.x m (4.16) 118 Luận văn Thạc sĩ 18,3.1,95.2,133 Thay số ta tính M=81,3.(5,59+2,13–3,07)= 351,68 (kN/cm2) Điều kiện ổn định cừ W cừ ≥ Suy W cừ M max R 351,68.104 ≥ =1674,7 (cm3) 2100 Tra bảng (10 – 2) “sổ tay thiết kế móng” ta chọn kiểu cọc cừ thép t nhà máy Liên Xô sản xuất ta chọn loại cừ Π-IV có dạng mặt cắt sau: h H d B Hình 4.9 Kích thước cừ Theo sổ tay thiết kế móng ta tra với cừ IIIK – I có thơng số cừ sau: Bảng 4.2 : Thông số cừ Số hiệu Diện tích tiết diện F(cm) Trọng lượng 1m dài (kG2) Mơ men qn tính I (cm4) Π - IV 490 74 3900 Mô men chống uốn W (cm3) 2200 4.6 Kết luận chương Do đặc điểm cống Vân Cốc cống nằm địa hình có chiều sâu đào móng sâu nằm tầng địa chất phức tạp, thường xuyên chịu ảnh hưởng nước ngầm Qua phân tích tình hình địa chất giải pháp thi công ta thấy giải pháp chủ động phòng ngừa hố móng Cống Vân Cốc xảy tượng ổn định mái hố móng việc thi cơng hố móng cơng việc hố móng khó khăn, an toàn Để chủ động ngăn ngừa cố sạt lở hố móng xảy đưa phương án chủ động bảo vệ hố móng giải pháp hạ thấp mực nước ngầm cừ để chắn giữ mái hố móng để tính tốn so sánh Căn vào hệ số thấm đất Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 119 Luận văn Thạc sĩ hố móng, ta lựa chọn nên sử dụng loại giếng thường hay giếng kim biện pháp tiêu thoát nước đơn giản hay phức tạp để đảm bảo chủ động hạ thấp mực nước ngầm đến độ sâu yêu cầu, tạo Gradien thấm ngược, khắc phục tượng xói ngầm, cát chảy, làm ổn định mái hố móng cản trở việc thi cơng hố móng Từ tính tốn hạ thấp mực nước ngầm hố móng cống Vân Cốc, cụm đầu mối Hát Môn - Đập Đáy ta thấy với đất hố móng có hệ số thấm nhỏ 10-4cm/s sử dụng giếng kim hiệu Khi hố móng có hàng cừ xung quanh đảm bảo kín nước, qua tính tốn so sánh cho thấy hàng cừ ngồi giữ ổn định thành vách hố móng có tác dụng làm giảm phần thời gian bơm hạ thấp mực nước ngầm xuống đáy hố móng tăng độ hạ thấp mực nước ngầm hố móng Qua tính tốn kiểm tra thực tế thi cơng cho thấy hạ thấp mực nước ngầm hố móng cống Vân Cốc, cụm đầu mối Hát Môn - Đập Đáy hợp lý hồn tồn chủ động phòng ngừa cố xảy Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2 120 Luận văn Thạc sĩ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong trình xây dựng cơng trình, việc thi cơng gặp phải hố móng sâu khó tránh khỏi Hố móng sâu thi cơng thường khó khăn phức tạp, ảnh hưởng lớn đến tiến độ, giá thành chất lượng cơng trình Đối với hố móng sâu đất yếu địa hình chật hẹp đòi hỏi tiến độ thi công cao thường áp dụng đồng thời nhiều biện pháp nhằm đạt hiệu cao trình thi cơng hố móng Trong q trình thi cơng cơng trình thủy lợi, việc nghiên cứu tượng, nguyên nhân cố giải pháp xử lý thích hợp cố xảy trình thi cơng hố móng sâu đất có điều kiện địa chất địa chất thuỷ văn khác công việc quan trọng để chủ động đưa giải pháp phòng ngừa đảm bảo việc thi cơng hố móng thuận lợi đảm bảo hiệu kinh tế cao, đảm bảo tiến độ thi cơng hố móng từ cơng tác khác tiến hành thuận lợi Việc lựa chọn phương pháp thích hợp để xử lý cố phụ thuộc vào nhiều yếu tố tự nhiên, thiết bị thi cơng địa chất hố móng Lựa chọn giải pháp hợp lý mang lại hiệu kinh tế cao, bảo đảm thời gian thi cơng, khơng dẫn đến giá thành xây dựng tăng lên có dẫn đến thất bại việc thi cơng hố móng Tùy thuộc vào đặc trưng cố điều kiện tự nhiên bố trí cơng trình để đưa giải pháp thích hợp Thơng tin cố cơng trình bổ ích thực tiễn chưa có thói quen cần phổ biến, giá trị việc phổ biến cố mang lại giá trị thực lớn học giúp phòng ngừa để khơng tái lặp lại cố tương tự - Những kết đạt trình nghiên cứu Phân tích tượng, ngun nhân cố giải pháp xử lý thích hợp cố xảy q trình thi cơng hố móng tượng cát đùn cát chảy, cố bục đáy hố móng, chuyển vị đất xung quanh hố móng, sạt lở hố móng ảnh hưởng đào móng đến cơng trình lân cận - Luận án đề xuất phương pháp tính tốn thơng số hệ thống giếng kim để hạ thấp mực nước ngầm giải pháp thường gặp thi cơng hố móng áp dụng tính tốn cho hố móng cơng trình thủy lợi Vân Cốc để làm sáng tỏ vận Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 121 Luận văn Thạc sĩ dụng kết nghiên cứu vào cơng trình cụ thể Qua tính tốn thiết kế cho hố móng Vân Cốc tác giả thấy khả vận dụng kiến thức học vào giải vấn đề thực tế nâng cao Với nội dung kết trình bày phần luận án, coi luận án thực thiện mục đích nội dung nghiên cứu đặt Kiến nghị - Khả ứng dụng đề tài thực tế Kết nghiên cứu luận án kinh nghiệm đúc kết q trình thi cơng hố móng sâu đất có điều kiện địa chất địa chất thuỷ văn khác phân tích tượng, nguyên nhân cố giải pháp xử lý thích hợp cố xảy q trình thi cơng hố móng học từ cố sập đổ Viện Phát triển bền vững vùng Nam Bộ Thành Phố Hồ Chí Minh có liên quan với việc thi công phần tầng ngầm cao ốc Pacific bên cạnh, ảnh hưởng việc thi công hố móng sâu đến cơng trình lân cận đặc biệt trường hợp có địa hình thi công chật hẹp, khu đô thị đông đúc dân cư xe cộ qua lại Còn với loại hố đào ( hố móng, tầng hầm, cơng trình ngầm, ao hồ cố thường biểu dạng : trượt mái dốc, xệ thành hố móng Sự cố lún cống ngầm, đường dẫn cầu Văn Thánh thuộc đường Nguyễn Hữu Cảnh; Sự cố nghiêng gãy 400 cọc ống đóng D700 thuộc Silô xi măng Thăng Long (Nhà Bè) để từ tránh khỏi rủi ro xác định nguyên nhân gây rủi ro để chủ động có giải pháp phòng ngừa quản lý chất lượng cơng trình qn xuyến suốt giai đoạn chuẩn bị đầu tư Những vấn đề tồn cần nghiên cứu Bên cạnh phát triển mạnh mẽ khu đô thị, khu công nghiệp , cầu đường , sân bay, bến cảng , cố xẩy xây dựng cơng trình ngày nhiều với khơng thơng tin lún đường, nứt nhà, sập cầu, trượt lở mái dốc , kèm theo thiệt hại khơng nhỏ tiền nhân mạng Trong luận văn thời gian trình độ có hạn nên chưa nghiên cứu hết cố xây dựng cơng trình " kinh nghiệm " cần rút để khắc phục cố xây dựng cơng trình khơng nhiều Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2 122 Luận văn Thạc sĩ TÀI LIỆU THAM KHẢO Thi công cơng trình thủy lợi tập (Nhà xuất xây dựng - 2004) Thiết kế hố móng sâu (Nguyễn Bá Kế- Nhà xuất xây dựng-2008) Thiết kế xử lý hố móng (Nguyễn Uyên - Nhà xuất xây dựng - 2008) Hội thảo khoa học tồn quốc cố phòng ngừa cố cơng trình xây dựng (Tổng hội xây dựng - Bộ Xây dựng) Sự cố móng cơng trình (Nguyễn Bá Kế- Nhà xuất xây dựng) Các phương pháp thi công xây dựng (PGS.TS Ngô Văn Quỳ - Nhà xuất xây dựng - 2005) Kỹ thuật xây dựng ( Công tác đất thi công bê tơng tồn khối) - Nhà xuất khoa học kỹ thuật( PGS Lê Kiều- KS Nguyễn Duy Ngụ- PTS Nguyễn Đình Thám - 1995) Kỹ thuật thi cơng - tập - Nhà xuất xây dựng).(TS Đỗ Đình Đức- PGS Lê Kiều - 1995) Thi cơng cơng trình ngầm phương pháp đặc biệt (Nguyễn Thế Phùng Nhà xuất xây dựng) 10 Thiết kế thi công đắp đất yếu (Nguyễn Quang Chiêu- Nhà xuất xây dựng-2005) 11 Thiết kế xây dựng cơng trình ngầm cơng trình đào sâu (Giáo sư- viện sỹVILEN ALECHXEVICH IVACNHUC) Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2 ... pháp xử lý thích hợp cố giải pháp xử lý thích hợp cố cần thi t có ý nghĩa lớn mặt kinh tế, kỹ thuật q trình xây dựng cơng trình Vì vậy, đề tài “ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CÁC SỰ CỐ NỀN ĐẤT TRONG Q TRÌNH THI. .. án thi t kế, xử lý thi cơng hố móng đất áp dụng Cách tiếp cận thứ kế thừa có chọn lọc cơng trình nghiên cứu Cách tiếp cận thứ hai phân tích quan hệ nhân quả: Khi nghiên cứu cố xảy đất q trình thi. .. nghiên cứu nguyên nhân gây cố; từ đề giải pháp xử lý Trong đề tài này, cách tiếp cận có tính chất đạo 3.2 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu cơng trình cơng bố Nghiên cứu