Nghiên cứu lựa chọn giải pháp ứng dụng cọc cừ ván thép thay cho biện pháp truyền thống trong thi công hố móng cống vùng triều.

- Ngày nay, công nghệ xây dựng cống được phát triển rất nhanh, có thể thi công được trong điều kiện dưới nước mà không cần hố móng khô ráo, xong phần lớn các công trình cống vùng triều đ

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập tại trường Đại học Thủy Lợi và quá trình làm luận văn được sự giúp đỡ của các thầy cô trong trường, các cán bộ và lãnh đạo Công ty cổ phần tư vấn Sông Đà, đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn thạc

sĩ này

Do thời gian có hạn nên luận văn không tránh được hạn chế, và còn tồn tại nhiều thiết sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và trao đổi chân thành để tác giả có thể phát triển, nghiên cứu nhiều hơn, sâu hơn góp phần đưa kiến thức đạt được vào phục vụ sản xuất trong thực tế

Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Trọng

Tư đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, và cung cấp những thông tin khoa học cần thiết

để tác giả có thể hoàn thành luận văn này

Sau cùng tác giả xin chân thành cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để cho tác giả hoàn thành luận văn

Mặc dù bản thân đã rất cố gắng nhưng chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được nhận những ý kiến đóng góp bổ sung của quý thầy

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình tự tìm tòi, nghiên cứu độc lập của bản thân với sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn Những thông tin, dữ liệu đưa ra trong luận văn được trích dẫn rõ ràng, đầy đủ về nguồn gốc Những số liệu thu thập và tổng hợp của cá nhân đảm bảo tính khách quan và trung thực

Hà Nội, tháng 02 năm 2013

Tác giả

Lâm Trọng Kiên

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1

Chương 1 3

TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH CỐNG VÙNG TRIỀU 3

1.1 Khái niệm chung về cống vùng triều .3

1.1.1 Khái niệm 3

1.1.2 Đặc điểm .3

1.1.3 Mục đích xây dựng .3

1.2 Sự phát triển và tình hình xây dựng cống vùng triều ở nước ta 3

1.2.1 Đặc điểm vùng cửa sông nước ta 3

1.2.2 Sự phát triển và tình hình xây dựng cống vùng triều ở nước ta 4

1.3 Công nghệ xây dựng cống vùng triều .6

1.3.1 Xây dựng cống theo công nghệ truyền thống .6

1.3.2 Công nghệ cống đập trụ đỡ 7

1.3.3 Công nghệ đập xà lan 8

1.4 Một số biện pháp thi công cống vùng triều truyền thống .9

1.4.1 Các biện pháp thi công cống vùng triều .9

1.4.2 Các kết cấu làm đê quây ngăn nước .11

Chương 2 13

TỔNG QUAN ỨNG DỤNG CỌC CỪ VÁN THÉP TRONG XÂY DỰNG 13

2.1 Sự ra đời, hình thành và phát triển của cọc cừ thép trong xây dựng .13

2.1.1 Sự ra đời và hình thành .13

2.1.2 Sự phát triển của cọc ván thép 13

2.2 Ưu điểm 15

2.3 Nhược điểm 15

2.4 Chế tạo 16

2.4.1 Trong phương pháp cán nóng 16

2.4.2 Trong phương pháp dập nguội 17

2.5 Ứng dụng cọc cừ ván thép trong các ngành xây dựng 17

2.5.1 Trong thi công công trình dân dụng 18

2.5.2 Trong công trình giao thông 18

2.5.3 Thi công công trình thủy lợi 19

2.5.4 Thi công công trình cảng .20

Chương 3 22

ỨNG DỤNG CỌC CỪ VÁN THÉPTRONG THI CÔNG HỐ MÓNG CỐNG VÙNG TRIỀU 22

3.1 Phân tích kết cấu khung vây cọc cừ 22

3.1.1 Khung vây một hàng cọc cừ ván thép 22

3.1.2 Khung vây hai hàng cọc cừ ván thép .23

3.2 Lựa chọn kết cấu cho thi công các hạng mục cống .24

3.3 Biện pháp thi công cọc cừ ván thép .24

3.3.1 Thiết bị thi công cọc cừ ván thép 24

3.3.2 Biện pháp đóng cọc cừ ván thép vào trong đất 26

3.3.3 Biện pháp nhổ cọc cừ ván thép 27

3.4 Phân tích lựa chọn chiều sâu cắm cọc cừ ván thép vào đất .28

3.4.1 Các hình thức khung vây chắn giữ hố móng .28

3.4.2 Phân tích các chiều sâu chôn cọc cừ ván thép 28

3.5 Tính toán nội lực và chuyển vị khung vây cừ ván thép .31

3.5.1 Phân tích phương pháp phần tử hữu hạn hệ thanh trên nền đàn hồi 32

3.5.2 Tính toán kiểm tra ổn định của kết cấu cọc cừ ván thép .39

3.6 Tính toán tầng chống 40

3.6.1 Giới thiệu 40

3.6.2 Thiết kế và thi công thanh chống 41

3.6.3 Tính toán kiểm tra ổn định thanh chống .46

3.7 Tính toán kiểm tra ổn định hố móng 46

3.7.1 Kiểm tra ổn định chống trồi của hố móng 47

3.7.2 Kiểm tra ổn định chống chảy thấm vào hố móng .50

3.8 Kết luận Chương 3 52

Chương 4 53

ỨNG DỤNG CỌC CỪ VÁN THÉP THI CÔNG HỐ MÓNG CỐNG THỦ BỘ 53

4.1 Tổng quan về công trình .53

4.2 Giới thiệu công trình .54

4.2.1 Tên công trình: Cống Thủ Bộ .54

4.2.2 Vị trí địa lý công trình 57

4.2.3 Điều kiện tự nhiên vùng công trình .58

4.3 Biện pháp thi công hố móng bằng khung vây cọc cừ ván thép .61

4.3.1 Biện pháp thi công hố móng trụ pin và dầm ngưỡng .61

4.3.2 Biện pháp thi công hố móng âu thuyền .62

4.4 Trường hợp và sơ đồ tính toán khung vây cọc cừ ván thép 62

4.4.1 Trường hợp tính toán .62

4.4.2 Sơ đồ tính toán .63

4.5 Thông số tính toán khung vây cọc cừ ván thép 64

4.5.1 Thông số mực nước, cao trình hố móng cống 64

4.5.2 Chỉ tiêu cơ lý đất hố móng cống 64

4.5.3 Thông số cọc cừ ván thép 64

4.5.4 Thông số cọc bê tông cốt thép 65

4.5.5 Thông số thanh chống chống 65

4.6 Kết quả tính toán và kiểm tra ổn định 66

4.6.1 Trường hợp thi công hố móng trụ pin, dầm ngưỡng 67

4.6.2 Trường hợp thi công hố móng khoang âu thuyền 73

4.7 Kết luận chương 4 .78

4.7.1 Đối với khung vây cọc cừ thi công trụ pin, dầm ngưỡng .78

4.7.2 Đối với khung vây cọc cừ thi công âu thuyền .78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các cống vùng triều tiêu biểu Việt Nam đến năm 2013 5

Bảng 3.1: Tham khảo bảng để lựa chọn loại máy thích hợp 25

Bảng 4.1: Thông số chính của công trình .54

Bảng 4.2: Điều kiện địa chất hố móng cống Thủ Bộ 59

Bảng 4.3: Thông số mực nước, cao trình hố móng cống 64

Bảng 4.4: Chỉ tiêu cơ lý đất hố móng cống 64

Bảng 4.5: Thông số hình học cọc cừ ván thép chọn .65

Bảng 4.6: Chỉ tiêu cơ lý cọc cừ ván thép chọn 65

Bảng 4.7: Chỉ tiêu cơ lý cọc bê tông cốt thép .65

Bảng 4.8: Thông số hình học thanh chống chọn 66

Bảng 4.9: Chỉ tiêu cơ lý thanh chống chọn 66

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu tạo cống truyền thống 6

Hình 1.2: Cấu tạo cống đập trụ đỡ .7

Hình 1.3: Cấu tạo đập xà lan 8

Hình 1.4: Mặt bằng thi công cống trên bãi sông 9

Hình 1.5: Mặt bằng thi công cống trên toàn lòng sông 10

Hình 1.6: Mặt bằng thi công cống trên một phần lòng sông 10

Hình 1.7: Cấu tạo đê quây bằng đất đá 11

Hình 1.8: Cấu tạo khung vây đất và cọc ván gỗ 12

Hình 2.1: Một số dạng cọc cừ ván thép 14

Hình 2.2: Các loại me, móc nối liên động cừ .16

Hình 2.3: Sản xuất cán nóng cọc cừ ván thép 16

Hình 2.4: Sản xuất cán nguội cọc cừ ván thép 17

Hình 2.5: Hố móng dự án Donphin plaza, Từ Liêm .18

Hình 2.6: Hố móng hầm đường bộ Kim Liên 19

Hình 2.7: Hố móng cống Bà Đầm – Ô môn Xà No 19

Hình 2.8: Công trình bờ kè đường Bạch Đằng (Thị xã Thủ Dầu Một) 20

Hình 3.1: Kết cấu khung vây 1 hàng cọc cừ ván thép .22

Hình 3.2: Kết cấu khung vây 2 hàng cọc cừ ván thép 23

Hình 3.3: Chi tiết thiết bị dẫn hướng đóng cọc cừ ván thép .26

Hình 3.4: Sơ đồ phân bố áp lực đất, mômen biến dạng 30

của tường cọc cừ với các độ sâu cắm vào trong đất khác nhau 30

Hình 3.5: Sơ đồ xác định chiều sâu chôn cọc cừ 30

Hình 3.6: Sơ đồ tính áp lực đất và áp lực nước 32

Hình 3.7: Rời rạc hữu hạn……….34

Hình 3.8: Sơ đồ tính phần tử dầm ……… 34

Hình 3.9: Sơ đồ 1……… 35

Hình 3.10: Sơ đồ 2 ……….35

Hình 3.11: Phần tử dầm trên nền đàn hồi Winkler 37

Hình 3.12: Sơ đồ tính tính toán cọc cừ ván thép 39

Hình 3.13: Chống giữ thanh nén một nhịp 42

Hình 3.14: Chống giữ thanh nén nhiều nhịp 42

Hình 3.15: Sơ đồ tính toán thanh chống……… 43

Hình 3.16: Điều kiện cân bằng thanh nén chịu uốn một nhịp……… 43

Hình 3.17: Cân bằng của thanh nén uốn liên tục nhiều nhịp .45

Hình 3.18: Sơ đồ tính toán chống trồi 47

Hình 3.19: Quan hệ KL – D/H khi đông thời kể đến c, ϕ 49

Hình 3.20: Sơ đồ kiểm tra phun trào đáy móng 50

Hình 4.1: Mô hình thủy lực cống Thủ Bộ 57

Hình 4.2: Vị trí Cống Thủ Bộ 58

Hình 4.3: Biện pháp thi công hố móng trụ Pin, dầm ngưỡng 61

Hình 4.4: Biện pháp thi công khoang âu thuyền 62

Hình 4.5: Sơ đồ tính toán hố khung vây thi công trụ Pin, dầm ngưỡng 63

Hình 4.6: Sơ đồ tính toán khung vây thi công âu thuyền 63

Hình 4.7: Mặt cắt cọc cừ ván thép đại diện .65

Hình 4.8: Mặt cắt thanh chống đại diện 66

Hình 4.9: Đường đẳng chuyển vị khi bơm nước hố móng đến -9.5 67

Hình 4.10: Đường đẳng chuyển vị khi đào hố móng đến -12.5 68

Hình 4.11: Mômen uốn của cọc cừ ván thép khi bơm nước hố móng đến -9.5 68

Hình 4.12: Mômen uốn của cọc cừ ván thép khi đào đất hố móng đến -12.5 .69

Hình 4.13: Chuyển vị của hố móng khi bơm nước hố móng đến -9.5 69

Hình 4.14: Chuyển vị của hố móng khi đào đất hố móng đến -12.5 .70

Hình 4.15: Mặt trượt nguy hiểm nhất khi bơm nước hố móng đến -9.5 70

Hình 4.16: Mặt trượt nguy hiểm nhất khi đào đất hố móng đến -12.5 .71

Hình 4.17: Đường đẳng chuyển vị khi bơm cát vào giữa 2 hàng khung vây .73

Hình 4.18: Đường đẳng chuyển vị khi bơm nước để thi công hố móng 73

Hình 4.19: Mômen của cọc cừ ván thép khi bơm cát vào giữa 2 hàng khung vây 74 Hình 4.20: Mômen của cọc cừ ván thép khi bơm nước để thi công hố móng 74

Hình 4.21: Chuyển vị khi bơm cát vào giữa 2 hàng khung vây 75

Hình 4.22: Chuyển vị khi bơm nước để thi công hố móng 75

Hình 4.22: Mặt trượt nguy hiểm nhất khi bơm cát vào giữa 2 hàng khung vây 76

Hình 4.23: Mặt trượt nguy hiểm nhất khi bơm nước để thi công hố móng 76

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài:

- Trong giai đoạn phát triển công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hiện nay, biến đổi khí hậu đã làm cho mực nước biển dâng cao, các nước ven biển như nước ta ngày càng phải chú trọng tới việc giữ ngọt và ngăn mặn tại các nơi vùng trũng, vậy nên các công trình khu vực ven biển đang được chú trọng đầu tư xây dựng Đặc điểm của các công trình này là xây dựng trên nền đất yếu là phổ biến, chịu tác dụng của nước thuỷ triều, đặc biệt khu vực ven biển có nhiều kênh rạch đầm lầy các cửa sông Các công trình phục vụ phát triển kinh tế xã hội như cầu cống được cải tạo, nâng cấp xây dựng mới nhiều Các công trình cầu cống xây dựng trong khu vực này thường xuyên chịu ảnh hưởng của nước trong sông và thuỷ triều

- Ngày nay, công nghệ xây dựng cống được phát triển rất nhanh, có thể thi công được trong điều kiện dưới nước mà không cần hố móng khô ráo, xong phần lớn các công trình cống vùng triều đều phải thi công tại chỗ, tức là thi công hố móng trong điều kiện khô ráo, công việc rất khó khăn đối với các công trình ở cửa sông bởi mực nước sông lớn, điều kiện địa chất yếu, mặt bằng thi công chật hẹp bởi không thể đào kênh dẫn dòng Do vậy việc nghiên cứu giải pháp thi công hố móng khô ráo là rất quan trọng và cấp thiết nhưng phải đảm bảo thỏa mãn điều kiện về kỹ thuật, kinh tế và thi công nhanh nhất

2

- Thu thập số liệu các công nghệ thi công xây dựng cống vùng triều ngày nay, và các phương pháp thi công cống vùng triều truyền thống

- Thu thập tài liệu liên quan từ mạng internet và các nguồn khác

- Đề xuất giải pháp bảo vệ hố móng cống vùng triều bằng khung vây cọc cừ ván thép

3.2 Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích biện pháp thi công cọc cừ ván thép trong thi công hố cống vùng triều thực tế đã thi công để lựa chọn kết cấu cọc cừ ván thép

- Nghiên cứu lý thuyết tính toán cọc cừ ván thép bảo vệ hố móng

- Sử dụng phần mềm tính toán thiết kế cọc cừ ván thép bảo vệ hố móng cống

3

Chương 1 TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH CỐNG VÙNG TRIỀU

1.1 Khái niệm chung về cống vùng triều

• Ngăn mặn, giữ ngọt không cho nước thủy triều dâng vào đồng ruộng

• Cấp nguồn nước tưới cho nông nghiệp và công nghiệp

• Tiêu thoát lũ trong lũ chính vụ

• Ngăn xâm nhập mặn vào nội thành các thành phố Đồng bằng sông cửu long

1.2 Sự phát triển và tình hình xây dựng cống vùng triều ở nước ta

1.2.1 Đặc điểm vùng cửa sông nước ta

• Nước ta là nước có đường bờ biển kéo dài với hơn 3260km kéo dài từ Móng Cái tới Hà Tiên, vậy nên địa hình bờ biển rất phức tạp không bằng phẳng chỗ cao chỗ thấp, có nhiều sông ngòi cắt ngang, cứ khoảng 20km có một con sông

• Đặc điểm bờ biển nước ta phần lớn là bờ biển cát và bùn Bờ biển cát thường xuất hiện ở miền Trung có nhũng nơi có đụn, đồi cát rất lớn và cao với độ dốc từ 1/5-1/500 Còn trong bờ bùn thường xuất hiện ở các vùng có cửa sông lớn mang nhiều phù xa như vùng sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long có độ dốc từ 1/5-

4

1/2000 Bên cạnh đó rải rác cũng có bờ biển là đá, cuội sỏi hay nhũng vùng bờ biển có sét cao, đặc biệt vùng có bờ bằng đá cuội dài hàng trăm cây số được sóng và dòng chảy sắp xếp thành nhiều bậc như bờ biển bắc xã Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận

• Thủy triều

Thủy triều ở vùng biển ven bờ Việt Nam rất phong phú và đa dạng, bao gồm

cả 4 kiểu thủy triều chính của thế giới: Nhật triều, nhật triều không đều, bán nhật triều không đều, bán nhật triều

Theo GS Nguyễn Ngọc Thụy ở Việt Nam có bốn loại thủy triều truyền vào sông như sau:

- Thủy triều có biên độ lớn truyến rất sâu vào đồng bằng lớn đó là đồng bằng sông Cửu Long Sóng triều truyền khá nhanh trung bình khoảng 15÷20km/h Dòng triều hoạt động cách biển 50-100km, lưu tốc có thể đạt 0,75÷2,0m/s

- Thủy triều có biên độ lớn truyền khá sâu vào đồng bằng đó là đồng bằng sông Hồng và sông Thái Bình gồm nhiều hướng truyền khác nhau Dòng triều hoạt động trong khoảng 150÷180km, lưu tốc dòng chính đạt 1÷2m/s

- Thủy triều truyền vào một số đồng bằng nhỏ của Việt Nam với ít cửa vào

và giới hạn truyền vừa phải nằm ở miền Trung: sông Mã, sông Chu…

- Thủy triều truyền vào một số sông có độ dốc lớn khoảng cách rất hạn chế ở các núi giáp biển miền Bắc và miền Trung Việt Nam

1.2.2 Sự phát triển và tình hình xây dựng cống vùng triều ở nước ta

• Trong giai đoạn hiện nay, nước ta tập trung công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước: trước tiên cần pháp triển nông nghiệp để tránh tình trạng thiếu đói, và các công trình thủy lợi được xây dựng để phục vụ cho nông nghiệp, trong đó cống ngăn mặn ngày càng nhiều, quy mô khác nhau do công nghệ thi công phát triển nhanh ở trong nước và trên thế giới

5

• Với khí hậu ngày càng khắc nghiệt, nhiệt độ tăng cao làm băng tan chảy dẫn tới mực nước biển tăng lên, trong khi ở nước ta đặc biệt là Đồng bằng sông Cửu Long thường bị triều cường dâng cao làm ngập lụt, do vậy cấp thiết cần xây dựng hệ thống cống vùng triều để ngăn mặn và chống triều cường vào thành phố, đồng ruộng

• Một số công trình tiêu biểu cống vùng đã được xây dựng đến nay

Bảng 1.1: Các cống vùng triều tiêu biểu Việt Nam đến năm 2013

xây dựng

Năm hoàn thành

xd-1 Cống ngăn mặn giữ ngọt Thảo

Long

15khoang x31m - Kiểm soát lũ, ngăn mặn,

cấp nước, cải tạo phù xa

Huyện Phú Vang - Thừa thiên Huế

2001-2007

2 Cống Đò Điệm 16khoang x 8m - nước tưới Ngăn mặn giữ ngọt, cấp Huyện Thạch Hà – Hà Tĩnh 2004-2007

3 Cống kiểm soát Triều Nhiêu Lộc 2khoangx22,5m

10 cống - Kiểm soát lũ, ngăn mặn,

giữ ngọt cấp nước sinh hoạt

Hậu Giang, Kiên Giang, Cần Thơ

Long An 2011-2014

6

Cống Kinh Lộ - Kiểm soát lũ, ngăn mặn,

giữ ngọt cấp nước sinh hoạt

Kiểm Soát Nước

Triều Cầu Bông

B = 10m - Kiểm soát lũ, ngăn mặn,

giữ ngọt cấp nước sinh hoạt

B = 20m - Kiểm soát lũ, ngăn mặn,

giữ ngọt cấp nước sinh hoạt

TP.Hồ Chí Minh 2003-2007

10 Công Trình

Kiểm Soát Nước

Triều Bình Lợi

B = 20m - Kiểm soát lũ, ngăn mặn,

giữ ngọt cấp nước sinh hoạt

TP.Hồ Chí Minh 2003-2007

6

1.3 Công nghệ xây dựng cống vùng triều

1.3.1 Xây dựng cống theo công nghệ truyền thống

Trước khi có công nghệ thi công xây dựng cống hiện đại như cống trụ đỡ, hay cống đập xà lan, thì cống theo công nghệ truyền thống đã được áp dụng chủ yếu, với các đặc điểm:

- Chống thấm: theo đường viền ngang giữa đáy và nền

- Chống xói hạ lưu bằng kết cấu nối tiếp tiêu năng

1.3.1.3 Điều kiện thi công

Làm đê quây trong lòng sông để thi công cống trong hố móng khô ráo

1.3.1.4 Ưu điểm:

Thi công đơn giản, dễ dàng kiểm soát trong thi công

1.3.1.5 Nhược điểm

- Khối lượng thi công lớn

- Mặt bằng thi công rộng, đền bù giải phóng mặt bằng

Hình 1.2: Cấu tạo cống đập trụ đỡ

1.3.2.2 Nguyên lý làm việc của cống

- Ổn định chịu lực ngang (chống trượt, chống lật) bằng từng trụ độc lập trên hệ cọc ngàm sâu vào trong đất nền (cọc đóng hoặc cọc khoan nhồi)

1.3.2.3 Điều kiện thi công

- Thi công cống trong lòng chảy giữa sông

1.3.2.4 Ưu điểm:

- Giá thành giảm 30% so với thi công cống truyền thống cùng nhiệm vụ

- Không phụ thuộc chế độ thủy văn nên thời gian thi công rút ngắn

- Thi công được trên trên sông rộng và sâu

- Đập xà lan hộp mà đáy và trụ pin đều là hộp rỗng để di rời và đánh đắm

- Đập xà lan bản dầm mà loại mà đáy và trụ pin đều bản dầm cùng với hai bản mặt thượng hạ lưu cấu tạo thành hộp nổi để di chuyển để đánh đắm các bộ phận khác như đập trụ đỡ

Hình 1.3: Cấu tạo đập xà lan

1.3.3.2 Nguyên lý làm việc

- Ổn định lún: Giảm trọng lượng cống tác dụng lên nền

- Ổn định chống trượt: Bằng đường viền ngang giữa bản đáy và đất nền

- Ổn định chống xói: Mở rộng khẩu độ cống để lưu tốc sau cống nhỏ hơn lưu tốc xói cho phép của đất nền

1.3.3.3 Điều kiện thi công

Cống được đúc trên cạn sau đó lai dắt đến vị trí xây dựng và đánh chìm

1.3.3.4 Ưu điểm:

- Giá thành giảm 60% so với thi công cống truyền thống cùng nhiệm vụ

- Không phụ thuộc chế độ thủy văn nên thời gian thi công rút ngắn

- Chế tạo và lắp ghép theo tính chất công nghiệp

1.3.3.5 Nhược điểm

9

- Phải lai dắt từ vị trí xây dựng tới vị trí xây dựng cống

- Đánh chìm cống cần có biện pháp định vị chính xác

1.4 Một số biện pháp thi công cống vùng triều truyền thống

• Do đặc thù cống vùng triều thi công dưới mực nước thủy triều do đó nhất thiết phải phải tạo vòng vây tạm để đồng thời vừa ngăn nước, đào đất hố móng và hút nước trong hố móng trong quá trình thi công Vòng vây phải đảm bảo thu hẹp tới mức tối thiểu để tránh cho lưu tốc dòng chảy tăng lên đột ngột quá nhiều làm xói mòn đáy sông và sạt lở chân vòng vây đồng thời gây cản trở cho giao thông đường thủy

• Đặc điểm nữa là vùng cửa sông thường có bồi lắng cát và bùn có chiều dày lớn nên trong quá trình thi công hố móng thường xảy ra tình trạng thấm nước vào hố móng, nên cần chọn biện pháp thi công cho hố móng là khô ráo nhất

• Về điều kiện thi công vùng triều phức tạp hơn rất nhiều khi thi công trên cạn cũng như thi công trên lòng sông như: khâu đo đạc, định vị công trình, phương án vận chuyển vật liệu trang thiết bị, nhân lực để thi công vòng vây,

hố móng Nội dung và cách tổ chức thi công hố móng vì vậy cũng phức tạp hơn nhiều, cần phải tính toán các biện pháp thi công hố móng khác nhau để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế

• Một số biện pháp thi công hố móng cống vùng triều được áp dụng:

1.4.1 Các biện pháp thi công cống vùng triều

1.4.1.1 Xây dựng cống trên bãi sông tại vị trí dòng sông cong

10

Đào hố móng cống và xây dựng cống trên bãi sông, dẫn dòng thi công qua dòng sông cũ nên không anh hưởng tới quá trình thi công cống, sau khi hoàn thiện cống tiến hành đào kênh dẫn thượng hạ lưu cống và đắp đập ngăn sông sông cũ lại, biện pháp này thường làm trong đoạn sông cong

1.4.1.2 Xây dựng cống trên toàn lòng sông

Kªnh dÉn dßng

S«ng S«ng

Hình 1.5: Mặt bằng thi công cống trên toàn lòng sông

Cách này thường áp dụng cho dòng sông thẳng mặt bằng thi công rộng để đảm bảo cho thi công đào kênh dẫn dòng bên phía bờ sông sau đó tiến hành đắp đê quai thượng hạ lưu khu vực xây dựng cống Sau khi thi cống cống xong tiến hành phá dỡ đê quai thi công để dòng chảy qua cống hoàn thiện và lấp kênh dẫn dòng

1.4.1.3 Xây dựng cống trên một phần lòng sông

Biện pháp này thường áp dụng cho xây dựng cống tại vị trí lòng sông không sâu và lòng sông rộng: tiến hành đắp đê quai dọc sông và dẫn dòng qua phần sông còn lại, xây dựng cống trong lòng đê quai, sau khi thi công xong thì đắp đê quai phần sông còn lại và dẫn dòng thi công qua phần cống đã thi công xong

§ª quai S«ng

Hè mãng cèng

11

1.4.2 Các kết cấu làm đê quây ngăn nước

1.4.2.1 Đê quai bằng đất đá hỗn hợp

Đây là loại vòng vây đơn giản nhất và phổ biến khi thi công hố móng cống

- Trong trường hợp khi hố móng cống vùng triều thi công ở nơi có mực nước không sâu lắm (h < 2m-:-3m), lưu tốc dòng chảy không lớn(v<0.5m/s), song nước không mạnh thường sử dụng vòng vây đất hoặc bao tải đất cấu tạo khép kín cả bốn phía Mặt cắt ngang của vòng vây đất có dạng hình thang mái dốc phía ngoài thường 1:2 đến 1:3, phía trong thay đổi từ 1:1 đến 1:1.5, tùy theo địa chất, đồng thời chân cách móng hố móng lớn hơn 1.0m, trong trường hợp phía ngoài vòng vây lưu tốc dòng chảy lớn có thể gia cố thêm bằng đắp lớp đá hộc, bao tải đất hoặc xếp rọ đá phía dưới chân để ổn định mái đắp vòng vây

- Trong trường hợp thi công hố móng cống vùng triều mực nước triều lớn và

hố móng cống rộng thì sử dụng phương pháp đắp đất đá hỗn hợp kết hợp với lõi bằng đất sét hoặc cọc ván để ngăn nước thấm qua

- Nhưng nhược điểm: là thi công lâu, nhân lực, máy móc nhiều, chỉ thi công

được khi mực nước thủy triều xuống và diện tích lấn chiếm dòng chảy lớn trong trường hợp thi công ở cửa sông

1.4.2.2 Khung vây đất và cọc ván gỗ

12

Khung vây này dùng với mực nước không quá 3m, lưu tốc dòng chảy từ 0,5m/s đến 1,5m/s, có thể dùng mặt ván gỗ cả 2 lớp trong và ngoài, như vậy khối lượng đất đắp và độ thu hẹp lòng dòng chảy giảm so phương án đắp đất và đắp đất

13

Chương 2 TỔNG QUAN ỨNG DỤNG CỌC CỪ VÁN THÉP TRONG XÂY DỰNG

2.1 Sự ra đời, hình thành và phát triển của cọc cừ thép trong xây dựng

2.1.1 Sự ra đời và hình thành

• Cọc ván thép được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1908 tại Mỹ trong dự án Black RockHarbour, tuy nhiên trước đó người Ý đã sử dụng khung vây cọc bản bằng gỗ để làm khung vây khi thi công móng mố trụ cầu trong nước Bên cạnh gỗ

và thép, cọc bản cũng có thể được chế tạo từ nhôm, từ bê tông ứng lực trước Tuy nhiên với những ưu điểm vượt trội, cọc ván thép vẫn chiếm tỉ lệ cao trong nhu cầu

sử dụng

• Cho đến nay cọc ván thép được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước khác nhau với các đặc tính về khả năng chịu lực ngày càng được cải thiện Ngoài cọc ván thép có mặt cắt ngang dạng chữ U, Z thông thường còn có loại mặt cắt ngang Omega (Ω), dạng tấm phẳng (straight web) cho các kết cấu khung vây tròn khép kín, dạng hộp (box pile) được cấu thành bởi 2 cọc U hoặc 4 cọc Z hàn với nhau Tùy theo mức độ tải trọng tác dụng mà khung vây có thể chỉ dùng cọc ván thép hoặc kết hợp sử dụng cọc ván thép với cọc ống thép (steel pipe pile) hoặc cọc thép hình H (King pile) nhằm tăng khả năng chịu mômen uốn

2.1.2 Sự phát triển của cọc ván thép

2.1.2.1 Sự phát triển của cọc ván thép trên thế giới

Công nghệ cọc ván thép ở Nhật Bản được bắt đầu từ việc sử dụng cọc ván thép trong các công trình khung vây đất của toà nhà Misui năm 1930 Sau đó để khôi phục sau hoả hoạn trong trận động đất “Great Kanto” năm 1923, một số lượng lớn cọc ván thép từ các nước trên thế giới đã được nhập vào để khôi phục các công trình cảng, sông một cách nhanh chóng, mở ra một thời kỳ mới của công nghệ cọc ván thép Nhân dịp này từ sau năm 1925, hàng năm có từ 3 đến 4 vạn tấn cọc ván

14

thép được nhập vào Khối lượng cọc ván thép nhập vào tiếp tục tăng nhanh đến năm thứ 5 năm SHOWA nhưng đến năm 1931 do ảnh hưởng của tình trạng suy thoái kinh tế lớn mà khối lượng cọc ván thép nhập vào giảm đi mạnh mẽ

Năm 1929 công ty thép Yahata của Chính phủ Nhật đã thành công trong việc quốc sản hoá cọc ván thép và năm 1931 lần đầu tiên cán và bán ra được 2500tấn cọc ván thép hệ Lakawana, từ đó trở đi việc nhập khẩu cọc ván thép gần như là không có Do nhận thấy những ưu điểm nổi bật của cọc ván thép, năm 1931 Nhật Bản bắt đầu sản xuất trong nước tại Hãng “Public Yahata Steel” Sự phát triển công nghệ và sử dụng cọc ván thép sau đó rất nhanh chóng không những ở Nhật Bản mà còn ở nhiều nước khác, ở nhiều loại công trình khác nhau: công trình giao thông, công trình cảng, bến tàu, công trình sông,…

Lịch sử của cọc ván thép ở Nhật Bản:

1931: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép hình chữ U ”Kiểu SPII”

1955: Bắt đầu sản xuất cọc ván thép hình đường thẳng “SP-F”

15

2.1.2.2 Sự phát triển của cọc cừ ván thép ở Việt Nam

Trên thế giới đã ứng dụng cọc cừ ván thép từ lâu nhưng mãi đến những năm

1990 Việt Nam mới thực sự tiếp cận với cừ ván thép, tuy nhiên do giá thành và yêu cầu kỹ thuật cao nên đến những năm 2000 thì Việt Nam mới nhập của các nước trên thế giới và bắt đầu sản xuất để phục vụ thi công các công trình phức tạp khó khăn như nhà cao tầng có hố móng sâu nơi địa hình chật hẹp, các công trình giao thông như mố trụ cầu, hay các công trình thủy lợi như làm đê quây thi công cống, đập…

2.2 Ưu điểm

Cọc cừ ván thép được làm bằng thép nên các ưu điểm dễ nhận thấy nhất là:

- Khả năng chịu ứng suất động khá cao (trong quá trình thi công cũng như sử dụng)

16

2.4 Chế tạo

• Cọc cừ ván thép là một cấu kiện xây dựng dạng tấm (ván) được cán (nóng hoặc nguội) với hệ rãnh khoá liên động ở phần rìa cừ Rãnh khoá liên động cho phép các cây cừ độc lập liên kết với nhau hình thành một một khung vây khép kín ngăn chống đất và nước Cọc ván thép được sản xuất dễ dàng cho việc vận chuyển, trong nhiều trường hợp mang lại hiệu quả cho chủ đầu tư một giải pháp nhanh chóng, dài lâu với tuổi thọ vật liệu cao

Hình 2.2: Các loại me, móc nối liên động cừ

• Hiện nay cọc ván thép được chế tạo theo hai phương pháp khác nhau: phương pháp cán nóng và phương pháp dập nguội

17

phương pháp này cũng giống như phương pháp chế tạo thép hình hay thép tấm thông thường Cọc ván thép được chế tạo theo phương pháp này có dạng mặt cắt ngang rất linh hoạt, độ dày bản cánh và bụng có thể giống hoặc khác nhau, các

vị trí góc có thể dày lên để chống hiện tượng tập trung ứng suât, rãnh khóa được chế tạo kín khít để hạn chế đến mức thấp nhất khả năng cho nước chảy qua Dĩ nhiên với các ưu điểm nổi bật, giá thành của cọc này thông thường cũng lớn

2.4.2 Trong phương pháp dập nguội

Một cuộn thép tấm sẽ được kéo qua một dây chuyền bao gồm nhiều trục cán được sắp xếp liên tục nhau, mỗi trục cán có chứa các con lăn có thể thay đổi

vị trí, nắn thép tấm từ hình dạng phẳng ban đầu thành dạng gấp khúc như cọc ván thép Cọc ván thép được chế tạo theo phương pháp này phải được kiểm tra nghiêm ngặt khả năng chịu lực cũng như khe hở của rãnh khóa trước khi xuất xưởng Giá thành của loại cọc này thông thường rẻ hơn so với phương pháp cán

nóng

Hình 2.4: Sản xuất cán nguội cọc cừ ván thép

2.5 Ứng dụng cọc cừ ván thép trong các ngành xây dựng

Trên thế giới giới và Việt Nam hiện nay đã có rất nhiều công trình được thiết

kế biện pháp thi công bằng cọc ván thép, với khả năng chịu tải trọng động cao,

dễ thấy cọc ván thép rất phù hợp với nhiều loại công trình khác nhau, làm khung vây cho các công trình có hố móng tạm hoặc vĩnh cửu

18

2.5.1 Trong thi công công trình dân dụng

Cọc ván thép cũng có thể được sử dụng để làm khung vây tạm thời hay vĩnh cửu, hố móng tầng hầm trong nhà nhiều tầng hoặc trong các bãi đỗ xe ngầm thay cho khung vây bê tông cốt thép Khi đó, tương tự như phương pháp thi công topdown, cọc ván thép sẽ được hạ xuống trước hết để làm khung vây chắn đất phục vụ thi công hố móng Bên cạnh đó cần có hệ thống giằng chống nhiều tầng tùy thuộc chiều sâu và chiều rộng hố móng mà bố trí cho hợp lý, bản thân cọc ván thép sẽ được hàn thép chờ ở mặt trong để có thể bám dính chắc chắn với bê tông của các dầm biên được đổ sau này Trên các rãnh khóa giữa các cọc ván thép sẽ được chèn bitum để ngăn nước chảy vào tầng hầm hoặc có thể dùng đường hàn liên tục để ngăn nước (trong trường hợp này nên dùng cọc bản rộng

để hạn chế số lượng các rãnh trong khóa)

Hình 2.5: Hố móng dự án Donphin plaza, Từ Liêm

2.5.2 Trong công trình giao thông

Cọc cừ ván thép được sử rất rộng rãi, đặc biệt các công trình giao thông thi công ở các địa hình khó khăn chật hẹp ở thành phố như hầm đường bộ, đường ống thoát nước lớn, các trụ cầu dưới nước, các công trình cảng… cọc ván thép rất tiện dụng, thời gian thi công nhanh, độ bền chịu lực tốt

do tận dụng lại, thi công được những nơi mực nước cao mà các biện pháp khác không thi công được, các công trình thủy lợi áp dụng như hố móng cống khẩu

độ lớn, cống thủy lợi vùng triều, đập ngăn mặn, gia cố bờ bao…ngoài áp lực nước, đất còn chịu lực tác dụng của sóng biển cũng như lực va đập của tàu thuyền khi cặp mạn

Hình 2.7: Hố móng cống Bà Đầm – Ô môn Xà No

20

2.5.4 Thi công công trình cảng

Sử dụng cọc ván thép có thể tiết kiệm về mặt chi phí hơn vì nếu không dùng cọc ván thép thì số lượng cọc ống bên dưới kết cấu nền cảng sẽ phải tăng lên nhiều và phải thiết kế thêm cọc xiên để tiếp thu hoàn toàn các tải trọng ngang tác dụng vào kết cấu nền cảng

Hình 2.8: Công trình bờ kè đường Bạch Đằng (Thị xã Thủ Dầu Một)

Cọc ván thép được sử dụng nhiều nhất đó là làm khung vây chắn đất hoặc nước khi thi công các hố đào tạm thời Ta có thể thấy cọc ván thép được sử dụng khắp mọi nơi: trong thi công tầng hầm nhà dân dụng, nhà công nghiệp, thi công móng mố trụ cầu, hệ thống cấp thoát nước ngầm, trạm bơm, bể chứa, kết cấu hạ tầng, thi công van điều áp kênh mương,…tùy theo độ sâu của hố đào cũng như

áp lực ngang của đất và nước mà cọc ván thép có thể đứng độc lập (sơ đồ xon) hay kết hợp với một hoặc nhiều hệ giằng thép hình

công-Đa phần hệ giằng được chế tạo từ thép hình I nhằm thuận tiện trong thi công Kinh nghiệm chống nước chảy qua các rãnh khoá của cọc ván thép trong các công trình tạm thời này là sử dụng hỗn hợp xi măng trộn đất sét, vừa tiết kiệm chi phí lại đạt hiệu quả khá cao (gần như ngăn nước tuyệt đối)

Rõ ràng cọc ván thép không chỉ đơn thuần là một loại phương tiện phục vụ thi công các hố đào tạm thời mà còn có thể được xem như là một chủng loại vật liệu xây dựng được sử dụng vĩnh cửu trong một số công trình xây dựng Sản phẩm cọc ván thép được cung cấp trên thị trường cũng rất đa dạng về hình dáng,

22

Chương 3 ỨNG DỤNG CỌC CỪ VÁN THÉP TRONG THI CÔNG HỐ MÓNG CỐNG VÙNG TRIỀU

3.1 Phân tích kết cấu khung vây cọc cừ

Cống vùng triều thi công trong điều kiện dưới nước nên khung vây cọc cừ đóng vai trò như đê quây trong thi công hố móng cống truyền thống Các dạng kết cấu khung vây cọc cừ được áp dụng thi công:

3.1.1 Khung vây một hàng cọc cừ ván thép

Hình 3.1: Kết cấu khung vây 1 hàng cọc cừ ván thép

Kết cấu khung vây một hàng cọc ván thép được sử dụng khi móng công trình hẹp Kết cấu khung vây gồm các cọc ván thép đóng xỏ me kín khít với nhau đóng sâu vào đất nền Chiều sâu cắm vào nền khoảng 1/2 chiều sâu cột nước Các cọc ván thép được giữ ổn định bằng các tầng khung chống trong Đối với khung vây dạng này thường phải đổ bê tông phản áp trong nước Lớp bê tông này có tác dụng chống chân khung vây và chống đẩy trồi đất vào trong hố móng

Áp lực nước tác dụng lên cọc ván thép thông qua hệ khung chống trong này sẽ triệt tiêu nhau Số lượng và khoảng cách giữa các tầng khung chống phụ thuộc

23

vào độ cứng của loại cọc ván thép và kết cấu dầm chống trong Thông thường từ

3 đến 5m, càng xuống sâu, khoảng cách giữa các tầng khung chống càng nhỏ Qua thi công thấy rằng khung vây một hàng cọc ván thép chỉ nên sử dụng khi kích thước một trong hai chiều dài hoặc rộng của hạng mục thi công không quá 25m Với kích thước lớn hơn thì kết cấu của khung chống trong thường mất

ổn định, không đảm bảo an toàn cho thi công công trình Lúc này nên sử dụng khung vây hai hàng cọc ván thép

3.1.2 Khung vây hai hàng cọc cừ ván thép

Hình 3.2: Kết cấu khung vây 2 hàng cọc cừ ván thép

Khung vây hai hàng cọc ván thép được sử dụng khi thi công các hạng mục dưới lòng sông có diện tích rộng, kích thước hai chiều đều lớn Kết cấu khung vây hai hàng cọc ván thép gồm hai vòng vây cọc ván thép xỏ me với nhau và đóng sâu vào đất nền, chiều sâu ngập trong đất khoảng 1/2 chiều sâu cột nước Giữa hai hàng cọc ván thép là đất hoặc cát Khoảng cách giữa hai hàng cọc ván thép phụ thuộc vào chiều sâu cột nước, thường chọn khoảng cách giữa hai hàng cọc ván thép là 0,8 lần chiều sâu cột nước

Khung vây dạng này ổn định nhờ vào các thanh giằng néo và khối đất đắp giữa hai hàng cọc ván thép Do các cọc ván thép được xảm và tự kín nước với nhau nên khối đất đắp trong khung vây nên chọn loại có góc ma sát lớn như cát hoặc đất pha cát để tăng ổn định và dễ dàng thi công bằng tàu

24

3.2 Lựa chọn kết cấu cho thi công các hạng mục cống

Ngày nay cống vùng triều sử dụng chủ yếu là cống đập trụ đỡ và đập xà lan, đặc điểm cấu tạo cống đập trụ đỡ gồm trụ pin, dầm ngưỡng độc lập nhau và âu thuyền lựa chọn kết cấu bảo vệ như sau:

Thi công trụ pin và dầm ngưỡng bằng kết cấu khung vây 1 hàng cọc cừ bởi trụ pin và dầm ngưỡng thi công độc lập, kích thước thường nhỏ, độ sâu mực nước lớn, thường sảy ra hiện tượng thấm lớn

Thi công âu thuyền bằng kết cấu khung vây 2 hàng cọc cừ bởi hố móng âu thuyền rộng

3.3 Biện pháp thi công cọc cừ ván thép

Kết cấu chắn giữ cọc cừ ván thép tức là dùng các loại cọc bản thép đóng vào trong đất, để đảm bảo có thể dùng các thanh chống hoặc neo cần thiết để chống lại

áp lực đất và áp lực nước, đảm bảo cho hố móng khô ráo trong quá trình thi công Hình dáng mặt cắt cừ thép thường dùng có chữ U, Z, ω, hoặc bản thẳng bụng kiểu máng vv… tùy theo nhu cầu sử dụng từng công trình cụ thể

Chắn giữ hố móng bằng cọc cừ ván thép có ưu điểm chất lượng vật liệu của cọc tin cậy, trong từng tầng đất yếu thì tốc độ thi công nhanh và tương đối đơn giản, khả năng ngăn nước tốt, các loại cọc tạm thời có thể nhổ lên và dùng lại nhiều lần làm cho giá thành hạ

Biện pháp thi công cọc cừ ván thép tuân theo thiêu chuẩn

TCXDVN286-:-2003, do Viện công nghệ xây dựng biên soạn, vụ Khoa học Công Nghệ Bộ Xây Dựng trình duyệt, Bộ trưởng Bộ trưởng Bộ Xây Dựng ban hành theo quyết định số:14 ngày 5 tháng 6 năm 2003

3.3.1 Thiết bị thi công cọc cừ ván thép

Thiết bị thi công cọc cừ ván thép có máy đóng cọc xung kích, bao gồm búa rơi

tự do, búa điezeen, búa hơi vv… máy đóng cọc chấn động, có thể dùng đóng và nhổ cọc, ngoài ra còn có máy nén cọc tĩnh

25

Để đóng cọc cừ ván thép được tiến hành thuận lợi, phải lựa chọn máy thi công thích hợp, trong đó căn cứ chủ yếu là trọng lượng, độ dài và số lượng của cừ thép, tình trạng chất đất phải phải có lợi cho việc đóng nhổ cọc cừ ván thép, cà còn phải thỏa mẵn các yêu cầu về khống chế tiếng ồn và chấn động đối với môi

trường xung quanh Tham khảo để lựa chọn loại máy thích hợp cho quá trình thi

công

Bảng 3.1: Tham khảo bảng để lựa chọn loại máy thích hợp

Máy đóng cọc xung kích Loại máy

Búa Điezen Búa hơi Búa hơi Búa rung

Máy nén áp lực dầu

Hình thức

Mọi loại cừ ván thép , trừ cừ ván nhỏ

Mọi loại cừ ván thép , trừ cừ ván nhỏ

Mọi loại

cừ ván thép

Mọi loại

cừ ván thép

Mọi loại cừ ván thép , trừ cừ ván nhỏ

Không hợp Không hợp Thiết bị phụ

trợ Quy mô lớn Quy mô lớn Giản đơn Giản đơn Quy mô lớn

Âm thanh Cao Hơi cao Cao Thấp Hầu như không

26

3.3.2 Biện pháp đóng cọc cừ ván thép vào trong đất

Vị trí đóng cọc cừ ván thép phải ở chỗ mép ngoài nhất của móng phải chừa

lại khe hở đủ để dựng và đỡ cốp pha và thuận tiện cho việc thi công máy

Trong hiện trường thi công trật hẹp có thể lợi dụng cọc bản thép để làm cốp pha sườn của bản đáy hoặc đài nâng, nhưng nhất thiết phải có lót bằng tấm sơ sợi (hoặc giấy dầu) để thuận tiện cho việc khi nhổ cọc cừ ván thép

Trước khi đóng cọc cừ ván thép đưa vào sử dụng phải được kiểm tra sửa sang lại, đặc biệt là cọc được nhổ lên dùng lại nhiều lần , trong quá trình nhổ lên vận chuyển xếp dỡ dễ bị biến dạng bởi các nguyên nhân khác nhau, khi kiểm tra những khiếm khuyết bề mặt hoặc cong vênh đều phải sửa sang uốn nắn

Để đảm bảo cho đường trục của cọc bản sau khi thi công phải có thiết bị dẫn hướng để đảm bảo cho cọc cừ ván thép không bị lệch hướng

Dầm dẫn hướng và cọc dẫn hướng có thể dùng thép hình cũng có thể dùng

gỗ, cự ly mép – mép giữa các dầm dẫn hướng là bề rộng của khung vây cừ ván thép Thiết bị dẫn hướng sau khi đóng cọc xong lại tháo ra để sử dụng cho các đoạn đóng cọc sau đó

BÒ réng cäc v¸n thÐp

Cäc dÉn h−íng DÇm dÉn h−íng

Hình 3.3: Chi tiết thiết bị dẫn hướng đóng cọc cừ ván thép

Phương pháp đóng cọc ván thép chủ yếu như sau:

3.2.2.1 Phương pháp đóng từng chiếc cọc một

Phương pháp này tức là chúng ta đem từng chiếc cọc ván thép một đóng đến cho đến cốt thiết kế, phương pháp này tốc độ thi công nhanh, độ cao giá cọc có thể thấp hơn một chút, nhưng cọc dễ bị nghiêng lật, khi có yêu cầu độ

27

3.2.2.2 Phương pháp đóng theo kiểu bình phong

Cho từ 10 đến 20 cây cọc cừ ván thép thành từng hàng vào trong giá đóng cọc tạo thành như bình phong, sau đó máy đóng cọc di chuyển đi lại cho hai đầu đóng xuống tới độ sâu yêu cầu trước rồi đóng lần lượt cọc bên trong xuống, phương pháp này có thể phòng ngừa cọc ván tháp bị nghiêng hoặc bị quay sau trong khi đóng, những kết cấu quây giữ mà có yêu cầu kín khít thì thường dùng phương pháp này, nhưng phương pháp này cũng có nhược điểm tốc độ đóng cọc chậm hơn và giá thành đóng cọc cao hơn

3.3.3 Biện pháp nhổ cọc cừ ván thép

Lực cản khi nhổ cọc cừ ván thép do 2 lực tổ thành là lực mút chặt cọc và lực

ma sát bề mặt tiếp xúc giữa cọc cừ ván thép và đất có ba phương pháp nhổ cọc

là nhổ bằng lực tĩnh, nhổ bằng chấn động va nhổ bằng xung kích, bất kể là phương pháp nào cũng xuất phát từ việc phải khắc phục lực cản nhổ cọc

Nhổ cọc cừ ván thép dễ hay khó quyết định phần lớn là lúc đóng xuống có thuận tiện hay không Nếu cọc đóng trong đất cứng hoặc đất cát chặt thì khi nhổ cọc thì sẽ rất khó khăn, đặc biệt là khi mộng ngoạm của một số cọc bị biến dạng hoặc độ thẳng kém thì khi nhổ lực cản sẽ rất lớn Ngoài ra khi đào hố móng nếu chống giữ cọc không kịp thời thì cọc bị xiên, rất khó cho việc nhổ cọc sau này Trình tự bắt đầu nhổ cọc: có thể căn cứ vào tình trạng khi đóng cọc để xác định trình tự bắt đầu nhổ cọc, khi cần thiết cũng có thể nhổ cọc gián cách Trình

tự khi nhổ cọc cách tốt nhất là ngược chiều với khi đóng cọc

Trong quá trình nhổ nhất thiết phải đảm bảo cho máy nhổ ở vào trạng thái thuận tiện, tăng cường kiểm tra dây cáp chịu lực, tránh dây cáp bị đứt khi rút cọc Khi cọc cừ ván thép không nhổ được, có thể dùng búa chấn động hoặc búa diezen đóng lại một lần nữa, để khắc phục lực dính hoặc làm cho sạch gỉ ở cọc

cừ ván thép thì việc nhổ cọc được thuận tiện hơn

Nhổ cọc có thể kéo theo đất lên làm thành lỗ hổng và làm tầng đất bị chấn động, đặc biệt trong tầng đất mềm yếu, có thể làm lún kết cấu thi công gần hố

28

móng, Các lỗ hỗng tạo ra khi nhổ cọc phải dùng cát trung để lấp kín lại, hoặc lấp bằng vữa đất nở, khi có yêu cầu cao với biến dạng dịch chuyển của đất trong lúc nhổ cọc, phải dùng dùng phương pháp nhổ đến đâu thì phải đổ lấp vữa đến đó

3.4 Phân tích lựa chọn chiều sâu cắm cọc cừ ván thép vào đất

3.4.1 Các hình thức khung vây chắn giữ hố móng

Căn cứ vào độ sâu hố đào và tình hình chịu lực của kết cấu, mà chia ra các loại kết cấu chắn giữ khung vây cừ thép sau:

1 Kết cấu chắn giữ không có thanh chống (conson), khi có độ sâu đào hố móng không lớn (chiều sâu hố móng khoảng 4÷6m) và có thể lợi dụng được tác dụng conson để chắn giữ được áp lực đất và nước ở phía ngoài hố móng

2 Kết cấu chắn giữ có chống đơn: khi độ sâu đào hố móng lớn hơn (chiều sâu

hố móng khoảng 6÷8m), không thể dùng được kiểu không có thanh chống thì có thể dùng thanh chống một hàng chống đơn ở trên đỉnh kết cấu chắn giữ

3 Kết cấu chắn giữ nhiều hàng chống: Khi mà độ sâu đào hố móng là khá sâu (chiều sâu hố móng >8m) có thể phải đặt nhiều tầng chống nhằm giảm bớt áp lực của khung vây chắn

3.4.2 Phân tích các chiều sâu chôn cọc cừ ván thép

Kết cấu khung vây cọc cừ ván thép chắn giữ có nhiều hàng chống, tại các điểm

đó hình thành nên điểm tựa, còn phần cọc cừ ván thép chôn sâu trong đất, khi chôn sâu trong đất thì thành điểm tựa đơn giản, khi chôn sâu trong đất thì thành ngàm Sau đây là các trường hợp khác nhau do các độ sâu chôn cọc cừ ván thép khác nhau tạo ra

1 Khi độ sâu cắm cọc cừ ván thép vào trong đất tương đối nông, áp lực đất bị động phía trước cọc được phát huy toàn bộ cánh tay đòn của áp lực đất chủ động ở điểm chống là bằng nhau (hình 3.4a) Khi đó thân tường cọc cừ ở trạng thái cân bằng giới hạn do đó sẽ có trị sô mômen dương Mmax ở trong nhịp là lớn nhất, nhưng độ sâu trong đất nông nhất là tmin Lúc này, áp lực đất

29

bị động ớ phía trước tường được lợi dụng toàn bộ, đầu dưới của tường có thể

có chuyển dịch sang trái một ít

2 Đọ sâu cắm vào trong đất của cọc cừ được tăng lên khi lơn hơn tmin (hình 3.4b), thì áp lực đất bị động ở phía trước cọc không được phát huy và lợi dụng toàn bộ, khi đó, đầu dưới của cọc chỉ xoay một góc và ở nguyên vị trí chứ không sinh ra hiện tượng chuyển dịch, lúc này áp lực đất ở mũi cọc cừ bằng không, áp lực đất bị động chưa được phát huy, có thể xem độ an toàn được tăng lên

3 Độ sâu cắm vào trong đất của cọc cừ tiếp tục tăng lên, trước tường sau tường đều xuất hiện áp lưc đất bị động, cọc cừ cắm cắm vào trong đất ở trạng thái ngàm chặt, tương đương với dầm siêu tĩnh, đầu trên gối gối khớp đầu dưới ngàm chặt Mômen uốn của nó đã giảm đi nhiều xuất hiện mômen âm dương

cả hai chiều Trị số tuyệt đối mômen uốn ngàm chặt M2 ở đầu dưới hơi nhỏ hơn trị số mômen ở trong nhịp M1, điểm không áp lực và điểm không mômen khá giống nhau (hình 3.4c)

4 Độ sâu cắm vào trong đất của cọc cừ tăng lên thêm một chút nữa (hình 3.4 d), khi đó độ sâu cắm vào trong đất của cọc cừ đã bị xem là quá sâu, đất bị động ở phía trước cọc cừ và phía sau cọc cừ không được phát huy đầy đủ, nó không tạo ra được tác động lớn đối với việc giảm bớt mômen ở trong nhịp

Do đó cọc cừ chắn giữ cắm quá sâu vào trong đất thì cũng không phải kinh tế

Từ bốn trạng thái nêu trên có thể thấy độ sâu cắm vào trong đất như trong trạng thái 4 là quá sâu và không kinh tế, sẽ không được áp dụng trong thiết

kế Trạng thái thứ 3 thường được áp dụng hiện nay, nói chung là lấy mômen dương bằng 110%÷115% của mômen âm làm căn cứ thiết kế, nhưng cũng có thể thấy mômen dương bằng mômen âm làm căn cứ thiết kế Vì theo trạng thái này thì cọc tuy tương đối dài nhưng mômen uốn khá nhỏ, có thể chọn mặt cắt nhỏ, đồng thời vì cắm vào trong đất khá sâu nên an toàn và đáng tin cậy hơn Nếu thiết kế theo trạng thái thứ 1 và thứ 2 có thể được độ sâu ngàm

M max

Ep

t 1

Ea q

Hỡnh 3.4: Sơ đồ phõn bố ỏp lực đất, mụmen biến dạng

của tường cọc cừ với cỏc độ sõu cắm vào trong đất khỏc nhau

Chiều sõu tối thiểu của cọc cừ vỏn thộp chụn vào trong đỏy hố múng được xỏc định theo sơ đồ sau:

Tài liệu thiết kế cống, địa chất, địa hình, thủy văn vị trí xây dựng

Xác định sơ bộ chiều sâu chôn cọc cừ Lựa chọn dạng kết cấu khung vây cọc cừ

31

3.5 Tính toán nội lực và chuyển vị khung vây cừ ván thép

Hiện nay có nhiều phương pháp tính toán kết cấu tường cọc cừ như:

1 Phương pháp dầm liên tục

2 Phương pháp chia đôi tải trọng thanh chống

3 Phương pháp “m”

4 Phương pháp có tính đến quá trình đào

5 Phương pháp phần tử hữu hạn tính hệ thanh trên nền đàn hồi

Các phương pháp trên tính toán kết cấu trên đều có ưu nhược điểm, và các phương pháp này chủ yếu được xây dựng trên các giả thuyết mà không

kể đến quá trình đào đất hố móng, coi hệ thống chắn giữ đã tồn tại trước khi đào hố móng cũng như không kể đến sự thay đổi của phản lực thanh chống, biến dạng của kết cấu chắn giữ trong quá trình thi công đào đất Trên thực tế nội lực và biến dạng của kết cấu chắn giữ có nhiều thanh chống biến đổi theo quá trình đào và lắp dựng khác nhau, một số biện pháp tính toán giả thiết môi trường đất là môi trường đàn hồi tuyến tính từ đó không kể đến môi trường đàn hồi dẻo của đất

Phương pháp phần từ hữu hạn tính toán kết cấu chắn giữ và môi trường đất được coi là phương pháp ưu việt nhất hiện nay do đó đã khắc phục được giả thuyết môi trường đất chỉ đơn thuần là môi trường đàn hồi tuyến tính, mô hình Mohr Coulomb, quan hệ đàn hồi dẻo tuyệt đối giữa ứng suất biến dạng hơn nữa cho phép kể đến quá trình đào và thi công kết cấu chắn giữ trong quá trình tính toán

Trong luận văn này chỉ đề cập tới phương pháp 5

Phương pháp phần tử hữu hạn tính hệ thanh trên nền đàn hồi

Phương pháp phần tử hữu hạn để tính hệ thanh trên nền đàn hồi là một phương pháp xây dựng trên mối quan hệ dựa trên tính chất đàn hồi tuyến tính của đất Nguyên lý tính toán là giả thiết kết cấu chắn đất từ mặt đáy trở lên là phần tử dầm, phần tử từ đáy móng trở xuống là phần tử dầm trên nền đàn hồi, tải trọng là áp lực đất hướng ngang chủ động và áp lực nước Do phương pháp phần