Bài viết phân tích các nguyên nhân và yếu tố phát sinh sự nghiêng và lún của công trình khi có một hố đào ở bên cạnh. Các vấn đề thường gặp trong thực tế như ảnh hưởng của khoảng cách từ công trình đến mép hố đào, bề rộng và độ sâu hố đào, suy giảm độ cứng hệ chống vách, biện pháp thi công bơm nước, thi công hố móng đến ổn định của công trình hiện hữu được đưa vào xem xét một cách cẩn thận.
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển TÌM HIỂU KHẢ NĂNG XẢY RA NGHIÊNG LÚN CƠNG TRÌNH HIỆN HỮU DO ĐÀO HỐ MÓNG STUDYING POSSIBILITY OF TILT AND SETTLEMENT OF AN EXISTING BUILDING DUE TO EXCAVATION IN THE VICINITY Vương Quốc Chánh1, Dương Hồng Thẩm2 Trường Đại học Cửu Long; vqchanh061193@gmail.com Trường Đại học Công nghệ Sài Gòn; tham.duonghong@stu.edu.vn Tóm tắt - Bài báo phân tích nguyên nhân yếu tố phát sinh nghiêng lún cơng trình có hố đào bên cạnh Các vấn đề thường gặp thực tế ảnh hưởng khoảng cách từ công trình đến mép hố đào, bề rộng độ sâu hố đào, suy giảm độ cứng hệ chống vách, biện pháp thi cơng bơm nước, thi cơng hố móng đến ổn định cơng trình hữu đưa vào xem xét cách cẩn thận Mơ hình tòa nhà móng băng lập hiệu chuẩn địa chất có thực, với mục tiêu dự báo mơ hình phương pháp số, sử dụng phần mềm Plaxis 2D V8.5 hiệu chuẩn theo số liệu thực Các kết khác biệt giúp dự báo cố hố đào để đơn vị thi công tham khảo Abstract - This article analyses factors and causes of tilt and settlement of existing buildings due to a deep excavation in their vicinity Many conventional problems in reality like effects of distance from building to excavation on existing buildings, effects of width and depth of excavation, degraded stiffness of shoring system, procedure of construction on stability of existing buildings etc are tentatively taken into account A model of building on strip footing using Plaxis 2D V8.5 is established and calibrated to real condition of soil properties Results obtained from this study suggest a tool for predicting damages caused by excavation near existing buildings and help constructors to refer to in practice Từ khóa - cơng trình hữu; độ nghiêng lún; hố đào; ổn định; bùng đáy hố đào Key words - existing building; tilt and settlement; excavation; instability; basal heave Giới thiệu Ngày nay, thị phát triển mau chóng, diện tích đất xây dựng đô thị, hay khu dân cư hẹp thường hữu cơng trình có sẵn, việc xây dựng cơng trình cạnh cơng trình trạng dễ gây nghiêng lún cho cơng trình có sẵn khơng có biện pháp thi cơng hợp lý Do cơng tác dự báo khả nghiêng lún thi công đào móng để đề biện pháp thi cơng hợp lý đảm bảo an toàn quan trọng Các cố nghiêng lún thường xảy bên lòng đất, khó quan sát thấy, xảy liền thi công xảy sau thi công phần ngầm thời gian, làm ảnh hưởng đến cơng trình lân cận chậm tiến độ thi cơng Cho nên, đưa trước mơ hình dự báo cần thiết quan trọng khâu thiết kế thi cơng Hiện nay, có hướng dẫn phòng ngừa cố đào hố [5, 6] có mơ hình để dự báo cho trường hợp đó, yếu tố dễ thấy, dễ liên quan đến cố chưa làm rõ Bài báo nêu số vấn đề yếu tố liên quan, cho thấy nguyên nhân số kết dự báo trước Các yếu tố cần xem xét đưa mơ hình dự báo quan trọng, ảnh hưởng phần đến tính đắn khách quan mơ hình: a) Số liệu địa chất mơ hình: số liệu phải lấy phạm vi xây dựng công trình mang tính xác tương đối b) Tải trọng thân cơng trình xung quanh nơi tọa lạc cơng trình xây dựng c) Sử dụng mơ hình Mohr-Coulomb Plaxis để xây dựng mơ hình Thơng số mơ hình hiệu chuẩn theo kết nén thực tế mà khuôn khổ báo sử dụng kết Mơ hình giới hạn cơng trình xung quanh nhà phố từ - tầng với cọc cừ tràm móng băng, có diện tích tương đối, cơng trình thường quan tâm nhiều phổ biến xây dựng đại trà Các kịch tính tốn Bài báo xem xét kịch xảy sau: Bài toán kịch 1: Bài tốn khoảng cách đến cơng trình hữu (Hố đào cách cơng trình hữu L/Bhố đào = đến 1); Bài toán kịch 2: Bài toán ảnh hưởng bề rộng hố đào; Bài toán kịch 3: Bài toán xét mực nước hố bị nước mưa làm nước dâng lên hạ xuống; Bài toán kịch 4: Suy giảm độ cứng hệ chống vách Hố đào cơng trình có /khơng có chống vách, chiều rộng lớn hay nhỏ, gần xa cơng trình mà theo biến dạng cơng trình bị ảnh hưởng khác Trong khuôn khổ báo, vài trường hợp tiêu biểu xem xét Hình Mơ hình mơ hố đào tòa nhà Mặc định mơ hình đào xuống trước 0,2 m 200 ngày để đất đạt cố kết Sau tiến hành trình tự đào lần m kết cấu bị phá hoại Vương Quốc Chánh, Dương Hồng Thẩm Xét trường hợp trước kết cấu bị phá hoại có nghĩa mơ hình đạt trạng thái giới hạn trước kết cấu bị phá hoại Mơ hình nghiên cứu sau tốn phẳng tính tốn lấy số liệu địa chất địa điểm huyện Thoại Sơn, tỉnh An Giang, cơng trình loại nhà tầng (Hình 1) Mơ số cho tính tốn Mơ tả nhà hữu cạnh hố đào phần tử Plate Hình Thơng số đầu vào đất - Hệ cừ tràm móng băng nằm cừ tràm quy phần tử Plate theo nguyên tắc “tương đương độ cứng”: công cụ cho cột, dầm cọc cừ tràm Các thông số lớp đất cho Bảng Bảng Thông số đầu vào lớp đất mơ hình (sơ lược cho lớp đất đầu tiên) Lớp đất Chỉ số Thông số 16,640 γ 18,120 γsat Lớp đất đắp c 21 (Dày m) 4,82 φ E 5563 15,290 γ 15,290 γsat Lớp c 15 (Dày 10 m) 12 φ E 1.000 9,867 γ 19,400 γsat Lớp c 24,420 (Dày 7,8 m) 14 φ E 2.490 Ghi : E : Mô-đun đất γ : Trọng lượng riêng đất γsát : Trọng lượng riêng khơ c : Lực dính φ : Góc ma sát Đơn vị kN/m3 kN/m3 kN/m2 Độ kN/m2 kN/m3 kN/m3 kN/m2 Độ kN/m2 kN/m3 kN/m3 kN/m2 Độ kN/m2 Hình Hệ cừ tràm móng băng Hình Thơng số đầu vào cừ tràm Hố đào gần cơng trình cần thiết phải có biện pháp chống vách muốn đào sâu đất, toán xét đến ảnh hưởng độ cứng hệ tường chống vách chống lên khả nghiêng lún nhà hữu Bảng Thông số đầu vào phần tử Plate Cọc cừ tràm Ghi : Properties Thông số EA 1,920.105 Đơn vị kN/m EI 117,8 kNm2/m w 0,5 kN/m/m v (Hệ số poisson) 0,35 E : Mô-đun đất A : Diện tích tiết diện I : Độ cứng tiết diện Hình Thơng số đầu vào phần tử Plate - Sử dụng mơ hình Mohr Coulomb Mơ tả lớp đất với tiêu mô-đun biến dạng, lực dính, hệ số Poisson, góc ma sát Hình Hình Thơng số tường chống vách chống Bài toán sử dụng chống vách hố đào tường barret, chống thép Xét ảnh hưởng suy giảm độ cứng, cụ thể vật liệu cho giảm EI, độ cứng chịu kéo nén EA kích thước bị khuyết tật Do đất cơng trình trạng đóng cừ tràm nên mơ-đun biến dạng đất thay đổi tăng lên so với giá trị ban đầu Các nghiên cứu song hành với báo tiến hành chuẩn hóa mơ hình Plaxis đất đóng cừ tràm theo thí nghiệm bàn nén (nén tĩnh) D = m công ty tư vấn thiết kế địa phương (tài liệu [6]), sau đóng cừ mơđun biến dạng đất tăng lên 15 lần, lực dính c tăng lên lần, số góc ma sát tăng lên 1,5 lần cho lớp đất đầu (kết mô Plaxis bàn nén tương tự nhau) ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển Kết tốn 4.1 Bài tốn khoảng cách đến cơng trình hữu 4.1.1 Hố đào cách cơng trình hữu L/Bhố đào=3 (với L khoảng cách từ cơng trình đến mép hố đào) Trường hợp xét khoảng cách hố đào cách xa cơng trình khoảng L, bề rộng (B) hố đào gấp - lần bề rộng cơng trình Bài tốn liên quan đến ảnh hưởng bề rộng hố đào đến công trình lân cận Bài tốn xét hố đào cách xa cơng trình khoảng L/B = 3, đào hố khơng có chống vách Dấu (-) bảng thể chiều chuyển vị mơ hình từ phải sang trái 4.1.2 Hố đào cách cơng trình hữu L/Bhố đào=3 với Bhố đào/Bcơng trình=1 Xét trường hợp 4.1.1 lần thu nhỏ bề rộng hố bề rộng cơng trình Bài tốn xét đến ảnh hưởng bề rộng hố đào đến cơng trình Hình Kết từ mơ hình sau đào xuống Bảng Chuyển vị ngang đất cơng trình, hố đào hẹp Chuyển vị đất Chuyển vị cơng trình Hình Kết từ mơ hình đào xuống m Sau đào hố xuống m kết hợp hạ mức nước ngầm (MNN), không chống vách, kết cấu mơ hình đạt trạng thái giới hạn Theo kết mơ hình đất hố bị đẩy trồi, mép đất gần phía sát cơng trình bị đẩy phía hố, phía xa cơng trình bị đẩy vào hơn, xuất cung trượt đất, cơng trình hữu có khả bị nghiêng hướng nghiêng xa khỏi hố đào (nghiêng ra) Bảng Chuyển vị ngang đất cơng trình, hố đào rộng Chuyển vị đất Chuyển vị cơng trình Mép đất gần cơng trình 116,07.10-3 (m) Mép đất cách xa cơng trình -68,27.10-3 (m) Cột tầng 52,18.10-3 (m) Cột tầng 26,78.10-3 (m) Mép đất gần cơng trình 172,18.10-3 (m) Mép đất cách xa cơng trình -159,60.10-3 (m) Cột tầng 130,91.10-3 (m) Cột tầng 144,69.10-3 (m) Hố đào sâu m kết hợp hạ MNN, lấy vị trí hạ MNN lần cho kết mơ hình, đất hố đào không trồi lên mực MNN hạ xuống, áp lực dòng thấm ảnh hưởng khơng nhiều, mép đất bên hố đào bị tràn phía hố, cơng trình nghiêng phía hố đào Tóm lại, trường hợp đào hố móng sát bên cơng trình trạng, kết chuyển vị cơng trình có sẵn vượt phạm vi cho phép (độ lớn chuyển vị ngang đỉnh tòa nhà 52,18 mm vượt quy định chuyển vị ngang đỉnh cho phép H/500= cm) 4.2 Bài toán xét mực nước hố bị nước mưa làm nước dâng lên Xét tương tự Mục 4.1.2, đào hố xuống m sau để khoảng thời gian để nước mưa (hoặc MNN dâng lên trở lại) để xem ảnh hưởng cơng trình Bài toán xét đến nâng hạ MNN, mực nước hố có ảnh hưởng đến kết cấu đất xung quanh hố Vương Quốc Chánh, Dương Hồng Thẩm nghiêng khác phía hố đào Khi hạ MNN (đào m, đến lần 3) cho thấy, đất hố đào không trồi lên mực MNN hạ xuống (dòng thấm hướng xuống, nên không ảnh hưởng nhiều lực đẩy nước), mép đất bên hố đào bị tràn phía hố, cơng trình có khả nghiêng phía hố đào 4.3 Bài tốn suy giảm độ cứng hệ chống vách Xét trường hợp riêng: Hố đào cách cơng trình hữu L/Bhố đào=0,5, Bhố đào/Bcơng trình=1 Hình 10 Kết mơ hình tính độ cứng hệ chống vách không đạt yêu cầu độ cứng Bảng Chuyển vị ngang đất cơng trình, độ cứng hệ chống vách suy giảm, kèm hạ mức nước ngầm Hình Mơ hình tính với trường hợp mực nước ngầm dâng lên Bảng Chuyển vị ngang đất cơng trình, mức nước ngầm dâng cao Chuyển vị đất Chuyển vị cơng trình Mép đất gần cơng trình 39,76.10-3 (m) Mép đất cách xa cơng trình -52,11.10-3 (m) Cột tầng -27,01.10-3 Cột tầng -76,42.10-3 (m) (m) Theo kết mơ hình ta thấy, MNN dâng lên đất, hố tràn lên theo (nhưng nằm nước), đất bên mép hố không tràn vào hố mà tràn sang bên mép (do ảnh hưởng lực đẩy), lúc đất có khả xảy cung trượt nên cơng trình có khả Mép đất gần cơng trình Chuyển vị hệ vách chống Mép đất cách xa cơng trình Chuyển vị cơng trình -34,16.10-3 (m) -4,41.10-3 (m) Cột tầng 10,08.10-3 (m) Cột tầng 8,42.10-3 (m) Vẫn giữ mô hình cũ, giảm độ cứng hệ tường chống vách 50%: Bảng Chuyển vị ngang đất cơng trình, độ cứng suy giảm 50% Chuyển vị Mép đất gần cơng trình hệ vách chống Mép đất cách xa cơng trình Chuyển vị cơng trình -33,92.10-3 (m) -3,91.10-3 (m) Cột tầng 8,60.10-3 (m) Cột tầng 7,53.10-3 (m) ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển Kết phân tích cho thấy, đào hố có chống vách gần sát cơng trình, vật liệu khơng đủ cứng khả nghiêng lún xảy đương nhiên Đây tình trạng xây chen cần quan tâm đô thị Các kết hai bên tường chịu áp lực đất chuyển vị ngang phía hố đào lớn, lại kèm với trồi đất đáy hố đào, làm cho cơng trình mau chóng bị nghiêng phía hố đào Bàn luận Theo kết chạy trường hợp mơ hình ta thấy: - Đào hố khơng có chống vách dễ gây nghiêng lún cơng trình có chống vách - Bề rộng hố đào ảnh hưởng đến cơng trình lân cận (dễ thấy trường hợp 2), bề rộng lớn khả xảy cung trượt cao, đào sâu đất hố - Bề rộng hố đào bé khả xảy cung trượt ít, đào sâu dễ xảy nghiêng lún cho nhà - Xét đến hố đào sát cơng trình, tường chống vách yếu đào hố xuống sâu, áp lực tường phải chịu hai bên mép lớn, muốn đào sâu với cơng trình sát bên cần phải có hệ tường chắn chống vách cứng, đủ khả chịu lực để đào sâu đất mà gây ảnh hưởng - Độ cứng tường chống vách ảnh hưởng đến nghiêng lún cơng trình, tường chống vách q yếu dễ gây cố - Việc hạ MNN quan trọng, khơng có biện pháp xử lý phù hợp (như chống vách chắn) khơng thể hạ mực nước xuống nhanh dễ gây ổn định, làm khối đất sụp xuống - Đào hố xong để MNN dâng lên ảnh hưởng đến cơng trình, làm đất hố đào trồi lên, kết cấu xung quanh bị kéo xuống phần, MNN dâng lên trở lại, việc đào hố trước gây ảnh hưởng - Sự nghiêng lún phía khác (về phía hố đào phía xa khỏi hố đào) tùy tác động, cấu hình biện pháp thi công hố đào Kết luận - Hố đào gần cơng trình dễ xảy cố Khi đào hố gần cơng trình hữu cần có biện pháp chống vách cách hợp lý - Cần tính tốn độ cứng hệ tường chắn cao tính tốn để phù hợp với u cầu ổn định vách thi cơng đào hố Bên cạnh đó, cần có thiết kế biện pháp xử lý đất hố nguy bị đẩy trồi lên thực hố đào sâu - Khống chế MNN thi công đào hố hợp lý để tránh MNN dâng lên, gây ổn định đất q trình thi cơng đào TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2002 [2] Lê Phương Bình, 2015, Đánh giá lựa chọn mơ hình phù hợp Plaxis tính tốn thiết kế hố móng sâu, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh [3] Andrew J Whittle, 1994, Parameters for the Hardening Soil Mode, Massachusetts Institute of Technology [4] Bộ Xây dựng, Hướng dẫn kỹ thuật phòng ngừa cố thi công hố đào vùng đất yếu, Quyết định việc ban hành hướng dẫn kỹ thuật phòng ngừa cố thi công hố đào vùng đất yếu, số 1338/QĐ-BXD, 2006 [5] Nguyễn Bá Kế, 2009, Bảo vệ cơng trình lân cận xây dựng cơng trình ngầm, Hội Cơ học Đất Địa kỹ thuật Cơng trình Việt Nam [6] Báo cáo nén tĩnh đất gia cố cừ tràm (TCVN 9354:2012) Trung tâm Thử nghiệm kiểm định chất lượng xây dựng BMC-ĐT, Phòng thí nghiệm VILAS 552, 2016 (BBT nhận bài: 27/11/2017; hoàn tất thủ tục phản biện: 03/3/2018) ... cơng trình hữu 4.1.1 Hố đào cách cơng trình hữu L/Bhố đào= 3 (với L khoảng cách từ cơng trình đến mép hố đào) Trường hợp xét khoảng cách hố đào cách xa cơng trình khoảng L, bề rộng (B) hố đào gấp... đào bị tràn phía hố, cơng trình có khả nghiêng phía hố đào 4.3 Bài tốn suy giảm độ cứng hệ chống vách Xét trường hợp riêng: Hố đào cách cơng trình hữu L/Bhố đào= 0,5, Bhố đào/ Bcơng trình= 1 Hình 10... việc đào hố trước gây ảnh hưởng - Sự nghiêng lún phía khác (về phía hố đào phía xa khỏi hố đào) tùy tác động, cấu hình biện pháp thi công hố đào Kết luận - Hố đào gần cơng trình dễ xảy cố Khi đào