Phân tích ứng xử của đất và tường trong hố móng công trình Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Bản Luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu riêng tơi, hướng dẫn thầy PGS TS HỒNG VIỆT HÙNG, Trường Đại học Thủy Lợi Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả DƯƠNG HOÀNG HÂN i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu, hướng dẫn tận tình thầy giáo, trao dồi với bạn lớp, tơi tích lũy cho số kiến thức định chuyên môn ngành Địa Kỹ thuật xây dựng, Trường Đại học Thủy Lợi Tôi giao đề tài luận văn Thạc sĩ “Phân tích ứng xử đất tường hố móng cơng trình Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng” Đề tài tơi hồn thành với nội dung đề đề cương nghiên cứu với nỗ lực cố gắng thân hướng dẫn tận tình thầy PGS TS Hồng Việt Hùng Tuy nhiên thời gian trình độ có hạn nên luận văn cịn tồn số thiếu sót định, cần thầy đóng góp ý kiến nhằm tiếp tục hồn thiện luận văn để ứng dụng cho cơng việc chuyên môn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo giảng dạy Bộ môn Địa kỹ thuật, cảm ơn quan tạo điều kiện để hồn thành tốt luận văn Đặc biệt, tơi xin gửi lởi cảm ơn chân thành đến thầy PGS TS Hoàng Việt Hùng trực tiếp hướng dẫn luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn! ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình xây dựng hố móng sâu giới Việt Nam 1.1.1 Tình hình xây dựng hố móng sâu giới 1.1.2 Tình hình xây dựng hố móng sâu Việt Nam 1.2 Phân loại tường vây hố móng 1.2.1 Tường chắn cọc xi măng đất 1.2.2 Cừ ván bê tông cốt thép dự ứng lực 1.2.3 Cọc thép 11 1.2.4 Tường liên tục đất 14 1.2.4.1 Giữ ổn định hệ dàn thép hình 14 1.2.4.2 Giữ ổn định phương pháp neo đất 14 1.2.4.3 Giữ ổn định phương pháp thi công Top - down 15 1.2.5 Tường chắn cọc khoan nhồi 16 1.3 Những vấn đề cần quan tâm thiết kế thi công hố móng sâu 17 1.3.1 Tính tốn áp lực đất, nước 18 1.3.1.1 Áp dụng lí luận áp lực đất 18 1.3.1.2 Tính riêng áp lực đất, nước 18 1.3.1.3 Phương pháp thí nghiệm xác định thông số cường độ đất 18 1.3.2 Tính tốn lý luận hiệu chỉnh theo kinh nghiệm 19 1.3.3 Hiệu ứng thời gian, khơng gian cơng trình hố móng 19 1.3.4 Khống chế mực nước ngầm 19 1.3.5 Khống chế biến dạng hố móng 20 1.4 Kết luận chương 20 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH TƯỜNG TRONG HỐ MÓNG SÂU 21 2.1 Đặc điểm cơng trình hố móng sâu 21 iii 2.2 Cơ sở lý thuyết toán thiết kế hố móng sâu 22 2.2.1 Các ngoại lực tác dụng 22 2.2.2 Áp lực đất 22 2.2.2.1 Các loại áp lực đất điều kiện sản sinh chúng 22 2.2.2.2 Lý thuyết cân giới hạn đất 24 2.2.2.3 Lý thuyết W.J.W.Rankine 25 2.2.2.4 Lý thuyết áp lực đất C.A.Coulomb: 30 2.2.2.5 Áp lực đất trạng thái tĩnh 34 2.2.3 Áp lực nước 35 2.2.4 Ảnh hưởng chuyển vị thân tường cừ áp lực đất 36 2.2.5 Tải trọng thi công 37 2.2.6 Áp dụng tính toán 37 2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn tính tốn hố móng sâu 37 2.4 Các biện pháp thi công hố móng sâu 38 2.4.1 Giữ ổn định tường cừ thép 39 2.4.2 Giữ ổn định cọc Xi măng đất 41 2.5 Kết luận chương 41 CHƯƠNG PHÂN TÍCH TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG 43 3.1 GIỚI THIỆU CƠNG TRÌNH 43 3.1.1 Vị trí địa lý 43 3.1.2 Qui mơ cơng trình 43 3.1.3 Kết cấu cơng trình 45 3.1.4 Địa chất cơng trình 45 3.1.5 Địa chất thủy văn 50 3.2 PHÂN TÍCH HAI HỆ KẾT CẤU CHẮN GIỮ 50 3.2.1 Phương pháp tính tốn: 50 3.2.2 PHƯƠNG ÁN 1: CỪ FSP4 52 3.2.2.1 Hệ kết cấu chắn giữ 52 3.2.2.2 Số liệu địa chất 52 3.2.2.3 Kết phân tích 52 3.2.3 PHƯƠNG ÁN 2: CỌC XI MĂNG ĐẤT 60 iv 3.2.3.1 Hệ kết cấu chắn giữ 60 3.2.3.2 Số liệu địa chất 60 3.2.3.3 Kết phân tích 60 3.3 Kết luận chương 68 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1 Landmark 81 - Vietnam (nguồn: tekla.com) Hình Panorama Nha Trang (nguồn: panorama.ancu.com) .4 Hình Tuyến metro Nhổn - Ga Hà Nội (nguồn: tapchigiaothong.vn) Hình Tịa nhà văn phịng Vietbank ( nguồn: dungtien.com) Hình IIham Baru Tower Basement, Kuala Lumpur ( nguồn: perimalaysia.com) Hình Thiết bị khoan Hình Trình tự khoan Hình Chống vách cọc xi măng .7 Hình Cấu tạo Joint cao su khớp nối cừ Hình 10 Cấu tạo cọc bê tông cốt thép dạng chữ W điển hình Hình 11 Cọc ván bê tông cốt thép dự ứng lực (nguồn: 620chauthoi.com) Hình 12 Thi cơng cọc ván BTCT dự ứng lực phương pháp xói nước kết hợp búa rung (nguồn: ansonjsc.com) Hình 13 Cọc thép 13 Hình 14 Tường chắn dùng cọc thép (nguồn: sheetpileinvietnam.blogspot.com) .13 Hình 15 Thi cơng đào đất hạ lồng thép tường barrette (nguồn: duyenhai.vn) .15 Hình 16 Công nhân gia công lồng thép tường vây (nguồn: bachy-soletanche.vn) 16 Hình 17 Tường chắn dùng cọc khoan nhồi (nguồn: bauervietnam.com) 16 Hình Quan hệ áp lực đất với chuyển vị tường 23 Hình 2 Vòng tròn Mohr ứng suất điều kiện cân giới hạn .24 Hình Trạng thái bị động chủ động Rankine .25 Hình Sơ đồ tính toán áp lực chủ động điểm đặt theo Rankine 27 Hình Sơ đồ tính toán áp lực bị động điểm đặt theo Rankine 29 Hình Sơ đồ tính áp lực chủ động đất rời theo Coulomb 30 Hình Sơ đồ tính áp lực chủ động đất dính theo Coulomb 31 Hình Sơ đồ tính áp lực chủ động đất theo đồ giải 31 Hình Sơ đồ tính áp lực bị động theo Coulomb 32 vi Hình 10 Tính áp lực đất mặt đất lấp chéo nghiêng 33 Hình 11 Tính áp lực đất nghĩ mặt đất ngang, lưng tường đứng 34 Hình 12 Biến đổi khác thân tường gây sực khác áp lực đất .36 Hình Vị trí cơng trình Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng 43 Hình Phối cảnh tịa nhà Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng .44 Hình 3 Phối cảnh tịa nhà Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng .44 Hình Mặt móng bè cọc 45 Hình Mặt định vị hố khoan 45 Hình Mơ hình phần tử hữu hạn .53 Hình Các giai đoạn tính tốn 54 Hình Lưới chuyển vị đào tới cốt -2.1 m 54 Hình Phổ chuyển vị đất đào tới cốt -2.1 m .55 Hình 10 Hướng chuyển vị đất đào tới cốt -2.1 m 55 Hình 11 Phân bố điểm chảy dẻo đất đào tới cốt -2.1 m 56 Hình 12 Sụt lún đất đào tới cốt -2.1 m 56 Hình 13 Chuyển vị ngang tường đào tới cốt -2.1 m 57 Hình 14 Chuyển vị lưới đào tới cốt -4.7 m 57 Hình 15 Phổ chuyển vị đất đào tới cốt -4.7 m .58 Hình 16 Hướng chuyển vị đất đào tới cốt -4.7 m 58 Hình 17 Biểu đồ điểm chảy dẻo đất đào tới cốt -4.7 m 59 Hình 18 Sụt lún đất đào tới cốt -4.7 m 59 Hình 19 Chuyển vị ngang tường đào tới cốt -4.7 m 60 Hình 20 Mơ hình phần tử hữu hạn (PA2) .61 Hình 21 Các giai đoạn tính tốn (PA2) 61 Hình 22 Chuyển vị lưới đào tới cốt -2.1 m (PA2) 62 Hình 23 Phổ chuyển vị đất đào tới cốt -2.1 m (PA2) 62 Hình 24 Hướng chuyển vị đất đào tới cốt -2.1 m (PA2) .63 Hình 25 Biểu đồ điểm chảy dẻo đất đào tới cốt -2.1 m (PA2) 63 Hình 26 Sụt lún đất đào tới cốt -2.1 m (PA2) 64 Hình 27 Chuyển vị ngang tường đào tới cốt -2.1 m (PA2) 64 Hình 28 Chuyển vị lưới đào tới cốt -4.7 m (PA2) 65 vii Hình 29 Phổ chuyển vị đất đào tới cốt -4.7 m (PA2) 65 Hình 30 Hướng chuyển vị đất đào tới cốt -4.7 m (PA2) .66 Hình 31 Biểu đồ điểm chảy dẻo đất đào tới cốt -4.7 m (PA2) 66 Hình 32 Sụt lún đất đào tới cốt -4.7 m (PA2) 67 Hình 33 Chuyển vị ngang tường đào tới cốt -4.7 m (PA2) 67 Hình 34 Thơng số đầu vào 68 viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1 Kích thước hình học mặt cắt ngang Cừ ván BTCT DƯL 10 Bảng Đặc trương hình học Cừ ván BTCT DƯL 10 Bảng Các thông số kỹ thuật Cừ ván BTCT DƯL 11 Bảng Các giải pháp thi cơng hố móng sâu dựa vào chiều sâu hố móng .41 Bảng Chỉ tiêu lý đất 49 ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BTCT Bê tông cốt thép BTCT DƯL Bê tông cốt thép dự ứng lực TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam x Hình 15 Phổ chuyển vị đất đào tới cốt -4.7 m Hình 3.15 thể phổ chuyển vị hệ hố móng chống đào tới cao trình -4.7 m Chuyển vị tổng hệ 5.8 cm Hình 16 Hướng chuyển vị đất đào tới cốt -4.7 m Hình 3.16 thể véc tơ chuyển vị hệ hố móng chống đào tới cao trình -4.7 m Chuyển vị tổng hệ 5.8 cm 58 Hình 17 Biểu đồ điểm chảy dẻo đất đào tới cốt -4.7 m Hình 3.17 thể phân bố điểm chảy dẻo hệ hố móng chống đào tới cao trình -4.7 m Chuyển vị tổng hệ 5.8 cm Hình 18 Sụt lún đất đào tới cốt -4.7 m Hình 3.18 kết lún bề mặt hố đào đào tới cao trình -4.7 m Chuyển vị lún lớn bề mặt 3,2 cm 59 Hình 19 Chuyển vị ngang tường đào tới cốt -4.7 m Hình 3.19 kết tính chuyển vị ngang hố đào đào tới cao trình -4.7 m Chuyển vị ngang lớn bề mặt 4,3 cm 3.2.3 PHƯƠNG ÁN 2: CỌC XI MĂNG ĐẤT 3.2.3.1 Hệ kết cấu chắn giữ - Cọc xi măng đất: đường kính 0.8 m, dài 12 m - Thanh chống: H300x300x10x15 cốt -1.1 m, khoảng cách chống m 3.2.3.2 Số liệu địa chất -Số liệu tính toán lấy theo bảng 3.1 - Mực nước ngầm cốt -1.2 m - Hoạt tải thi công: 10 kPa 3.2.3.3 Kết phân tích 60 Hình 20 Mơ hình phần tử hữu hạn (PA2) Hình 3.20 mơ hình lưới phần tử hữu hạn, mơ cho trường hợp sử dụng cọc xi măng đất để chắn giữ hố móng cơng trình Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng Hình 21 Các giai đoạn tính tốn (PA2) Hình 3.21 thể giai đoạn thi cơng hố móng cơng trình Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng phân tích 61 Hình 22 Chuyển vị lưới đào tới cốt -2.1 m (PA2) Hình 3.22 thể lưới chuyển vị hệ hố móng chống đào tới cao trình -2.1 m Chuyển vị tổng hệ cm Hình 23 Phổ chuyển vị đất đào tới cốt -2.1 m (PA2) Hình 3.23 thể phổ chuyển vị hệ hố móng chống đào tới cao trình -2.1 m Chuyển vị tổng hệ cm 62 Hình 24 Hướng chuyển vị đất đào tới cốt -2.1 m (PA2) Hình 3.24 thể véc tơ chuyển vị hệ hố móng chống đào tới cao trình -2.1 m Chuyển vị tổng hệ cm Hình 25 Biểu đồ điểm chảy dẻo đất đào tới cốt -2.1 m (PA2) Hình 3.25 thể phân bố điểm chảy dẻo hệ hố móng chống đào tới cao trình -2.1 m Chuyển vị tổng hệ cm 63 Hình 26 Sụt lún đất đào tới cốt -2.1 m (PA2) Hình 3.26 kết lún bề mặt hố đào đào tới cao trình -2.1 m Chuyển vị lún lớn bề mặt 2,1 cm Hình 27 Chuyển vị ngang tường đào tới cốt -2.1 m (PA2) Hình 3.27 kết tính chuyển vị ngang hố đào đào tới cao trình -2.1 m Chuyển vị ngang lớn bề mặt 3,2 cm 64 Hình 28 Chuyển vị lưới đào tới cốt -4.7 m (PA2) Hình 3.28 thể lưới chuyển vị hệ hố móng chống đào tới cao trình -4.7 m Chuyển vị tổng hệ 5,3 cm Hình 29 Phổ chuyển vị đất đào tới cốt -4.7 m (PA2) Hình 3.29 thể phổ chuyển vị hệ hố móng chống đào tới cao trình -4.7 m Chuyển vị tổng hệ 5,3 cm 65 Hình 30 Hướng chuyển vị đất đào tới cốt -4.7 m (PA2) Hình 3.30 thể véc tơ chuyển vị hệ hố móng chống đào tới cao trình -4.7 m Chuyển vị tổng hệ 5,3 cm Hình 31 Biểu đồ điểm chảy dẻo đất đào tới cốt -4.7 m (PA2) Hình 3.31 thể phân bố điểm chảy dẻo hệ hố móng chống đào tới cao trình -4.7 m 66 Hình 32 Sụt lún đất đào tới cốt -4.7 m (PA2) Hình 3.22 kết lún bề mặt hố đào đào tới cao trình -4.7 m Chuyển vị lún lớn bề mặt 4.4 cm Hình 33 Chuyển vị ngang tường đào tới cốt -4.7 m (PA2) Hình 3.33 kết tính chuyển vị ngang hố đào đào tới cao trình -4.7 m Chuyển vị ngang lớn bề mặt 5.6 cm 67 PHỤ LỤC THƠNG SỐ ĐẦU VÀO Hình 34 Thơng số đầu vào 3.3 Kết luận chương Ở hai phương án: - Ở giai đoạn đào đến cốt -2,1m xuất chuyển vị tường (max = 6.9cm) đất bên lẫn ngồi hố móng (max = 13.0cm), xuất sụt lún xung quanh hố móng (max = 5.0cm) Một khối lượng lớn đất đáy hố móng đào lên, giải phóng tải trọng đứng bên cốt -2.1m, móng xuất trồi lên, đồng thời tạo áp lực ngang lên quanh tường chắn gây chuyển vị ngang tường - Các chuyển vị sụt lún tiếp tục phát triển nhiều đào tiếp đến cốt 4,7m, mũi cừ đất mũi cừ có xu hướng chuyển vị nhiều vào phía bên hố móng, phần đất đào lớn độ sâu hố móng -4,7m Độ chuyển vị đất lớn 26.0cm, tường 18.3cm, độ lún lớn đạt 9.4cm Kết 68 cho thấy phát triển theo tỉ lệ thuận chuyển vị đất - tường với độ lún đất xung quanh cơng trình bắt đầu từ lúc bắt đầu tiến hành đào đất hố móng - Cả phương án cừ FSP4 Cọc ximăng đất cho kết chuyển vị phương chiều, độ lớn sụt lún gần nhau, không chênh lệch nhiều - Các giá trị sụt lún xung quanh hố đào lớn phạm vi ảnh hưởng với khoảng cách rộng tính từ mép hố móng (từ 30-50m) Một lần cho thấy tầm quan trọng việc cần thiết xét đến ảnh hưởng độ lún đến cơng trình xung quanh cơng hố móng, đặc biết nhà dân có móng đơn đặt trực tiếp tự nhiên (nền chưa xử lý gia cố) - Một yếu tố ảnh hưởng đến độ chuyển vị hệ tường kết cấu tường chắn hệ chống đỡ tường, độ chôn sâu chân tường đất yếu tố thiết kế ta tính tốn kiểm soát 69 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ Kết đạt luận văn Luận văn phân tích tổng quan cơng trình hố móng, phân tích quy mơ đặc điểm cơng trình hố móng từ có biện pháp chống giữ để thi cơng an tồn hố móng Mặc dù cơng trình hố móng cơng trình tạm ổn định hố móng định ổn định cơng trình lân cận, đồng thời ổn định cơng trình hố móng định đến ổn định hệ thống tầng hầm sau Với tốn phân tích hố móng cơng trình Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng, hố móng cơng trình khơng phải sâu, hố móng chưa phải đặc trưng cho cơng trình hố móng khu vực Tuy nhiên với điều kiện đất Sóc Trăng với hai phương án đề xuất kết cấu chắn giữ cừ thép cọc xi măng đất, có nhận xét sau: Khi đào đất làm thay đổi trạng thái ứng suất - biến dạng đất tự nhiên tác dụng trọng lượng thân đất Đáy hố đào giải phóng khỏi tải trọng đứng nên trồi lên phía trên, áp lực ngang đất quanh tường chắn gây chuyển vị ngang tường, việc chống đỡ làm hạn chế chuyển vị chưa hoàn toàn loại trừ chuyển vị Những tồn trình thực Thời gian kiến thức thân hạn chế nên kết đạt bước đầu Vì vậy, việc tính tốn đưa phương án chắn giữ hố móng Phương án sử dụng cừ thép với hệ chống H300 phương án cọc xi măng đất với hệ chống H300 hợp lý với cơng trình có đặc trưng tương tự chưa phải phương án tối ưu Kiến nghị Trong việc xây dựng cải tạo cơng trình có tầng hầm thị, nơi có mật độ xây dựng cao, thường phải giải vấn đề độ lún biến dạng thêm cơng trình hữu Do thiết kế thi cơng hố móng sâu cần phải ý đến ổn định an tồn cơng trình lân cận, phải đánh giá mức độ quan trọng chúng, 70 để xét cần thiết giải pháp kỹ thuật cụ thể để chống đỡ móng cơng trình lân cận Một vài biện pháp cần thiết xem xét bổ sung để chuyển vị đất theo phương thẳng đứng, nằm ngang, xung quanh đáy hố móng nhỏ theo điều kiện đất cơng trình vị trí tương đối cơng trình lân cận so với vị trí hố móng Có biện pháp sau: - Sử dụng tường chắn để chống đỡ tất dài hạn ngắn hạn; - Sử dụng hay tường có độ cứng chống uốn; - Tránh làm đất tác động rung hay nguyên nhân khác; - Đảm bảo độ chôn sâu tường lớp đất tốt; - Bố trí lớp chống đỡ thấp gần cốt đáy hố móng; - Tăng độ cứng chống nén chống; - Cần tiến hành nhanh công tác lắp đặt chống ngang chống dọc; 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Trường Phiệt (2010), Áp lực đất tường chắn đất, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [2] Nghiêm Hữu Hạnh (2012), Bài giảng ‘ Cơng Trình Ngầm’, Đại học Thủy Lợi [3] Nguyễn Bá Kế , Thiết kế thi cơng hố móng sâu, NXB xây dựng 2012 [4] Nền Móng- Phan Hồng Quân- NXB Giáo Dục, 2006 [5] Trịnh Minh Thụ (2013) Bài giảng ‘Các phương pháp thí nghiệm phịng nâng cao’- Đại học Thủy Lợi [6] Trịnh Minh Thụ, Hoàng Việt Hùng, Bùi Văn Trường , Bài giảng ‘Thấm cơng trình đất’- Đại học Thủy Lợi, 2013 [7] Trường Đại học Thủy Lợi, Giáo trình học đất -NXB giáo dục, 1997 [8] TCXDVN-356-2005- Thiết kế kết cấu BTCT [9] TCVN 2737-1995- Tải trọng tác động, tiêu chuẩn thiết kế [10] Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Thị Bạch Dương (2009), Phân tích kết cấu hầm tường cừ phần mềm Plaxis, Nhà xuất giao thông vân tải [11] Bowles J.E , Foundation Analysis and Design, 1988 [12] Chang-Yo Ou, Deep Excavation, Theory and Practice 2008 [13] Handbook of soil Mechanics and Foundation Engineering (1982) 72 ... cứu: Phân tích ứng xử đất tường hố móng cơng trình Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng Phạm vi nghiên cứu: Cơng trình Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng nghiên cứu với hai phương án hệ kết cấu chắn giữ hố móng: ... cơng trình Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng 43 Hình Phối cảnh tịa nhà Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng .44 Hình 3 Phối cảnh tịa nhà Ánh Quang Plaza - Sóc Trăng .44 Hình Mặt móng bè cọc ... W12 0-1 000 120 60 W16 0-1 000 160 W18 0-1 000 160 W22 5-1 000 225 4,02 W25 0-1 000 250 100 5,73 W27 5-1 000 275 7,53 W30 0-1 000 300 W325-A-1000 W325-B-1000 W350-A-1000 W350-B-1000 W400-A-1000 W400-B-1000