Nghiên cứu giải pháp ổn định hố đào cho bể xử lý nước khu đô thị Bắc An Khánh

LỜI TÁC GIẢ Luận văn thạc sỹ kỹ thuật: “Nghiên cứu giải pháp ổn định hố đào cho bể xử lý nước khu đô thị Bắc An Khánh – Hà Nội” thực trường Đại học Thủy lợi Hà Nội hướng dẫn khoa học Tiến sĩ Trần Thương Bình Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới ban giám hiệu phòng, khoa ban môn Địa kỹ thuật nhà trường Trong trình nghiên cứu viết Luận văn Tác giả nhận hướng dẫn tận tình đóng góp q báu Thầy Cơ Nhà Khoa học giúp đỡ Tác giả xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới PGS TS Trịnh Minh Thụ, TS Hoàng Việt Hùng Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ động viên tinh thần vật chất để tác giả đạt kết ngày hôm Trong q trình nghiên cứu để hồn thành luận văn, tác giả khó tránh khỏi thiếu sót mong nhận góp ý, bảo thầy, cô cán đồng nghiệp luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 01 tháng 03 năm 2015 Tác giả PHAN VIẾT CHÍNH LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả PHAN VIẾT CHÍNH MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU VÀ BỂ NGẦM 1.1 Tổng quan tình hình xây dựng hố đào sâu giới Việt Nam4 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Thực trạng thi công ổn định hố đào sâu Việt Nam 1.2 Khái quát chung hố đào sâu bể ngầm 11 1.2.1 Bể ngầm 11 1.2.2 Hố đào sâu: 14 1.3 Các giải pháp chắn giữ 18 1.3.1 Các giải pháp ổn định tạm thời 19 1.3.2 Các giải pháp ổn định lâu dài 21 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TÍNH TỐN LỰA CHỌN GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH VÀ THI CÔNG HỐ ĐÀO 27 2.1 Sự hình thành áp lực đất lên tường chắn 27 2.1.1 Tường chắn 27 2.1.2 Lực ngang khối đất lên lưng tường 30 2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán áp lực đất nước lên lưng tường 36 2.2.1 Tường cứng 36 2.2.2 Tường mềm 40 2.2.3 Áp lực đất, nước khối đất lên tường 41 2.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn giải pháp ổn định tường chắn 43 2.3.1 Tường cừ 43 2.3.2 Áp lực khối đất lên cừ lực cản đất hạ giếng chìm 45 CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH VÀ THI CÔNG HỐ ĐÀO HỢP LÝ 52 3.1 Luận chứng lựa chọn giải pháp ổn định 52 3.1.1 Giới thiệu cơng trình 52 3.1.2 Phân tích lựa chọn giải pháp 60 3.2 Giải pháp tường cừ 67 3.2.2 Lựa chọn chống 67 3.2.3 Các tiêu lý phần mềm tính tốn 68 3.2.4 Kết tính tốn 70 3.3 Giải pháp giếng chìm 79 3.3.1 Cơ sở lựa chọn cấu tạo giếng chìm biện pháp thi cơng: 79 3.3.2 Phân tích tính khả thi hiệu giải pháp giêng chìm với dự án 82 3.4 Một số đề xuất xây dựng bể ngầm dung tích lớn 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 I Những kết đạt luận văn 91 II Kiến nghị 91 III Một số điểm tồn 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Một cơng trình ngầm Trung Quốc( Nguồn: Internet) Hình 1.2: Hố móng sâu tịa nhà Lotte Tower Super Tower Hàn Quốc Hình 1.3: Sụt nhà để xe nứt nhà vệ sinh tòa nhà bên cạnh cao ốc Pacific 10 Hình 1.4: Ngập nước tầng hầm (Nguồn: Internet) 11 Hình 1.5: Sơ đồ hố móng đào sâu 14 Hình 1.6: Sơ đồ mặt trượt thành hố móng 15 Hình 1.7: Sơ đồ tượng cát chảy 17 Hình 1.8: Các loại chắn giữ cọc hàng 20 Hình 1.9: thi cơng tường liên tục 23 Hình 1.10: Sơ đồ ngun lý làm việc móng giếng chìm ép 24 Hình 2.1: Mặt cắt số loại tường chắn 27 Hình 2.2: Mặt cắt tường cứng 30 Hình 2.3: cường độ áp lực đất tác dụng lên lưng tường 31 Hình 2.4: tính tốn áp lực đất lên tường chắn 37 Hình 2.5: Biểu đồ phân bố cường độ áp lực đất bị động lên tường 39 Hình 2.6: Sơ đồ áp lực đất lên tường 45 Hình 2.7: Mặt cắt ngang giếng đồng 48 Hình 3.2: Mặt cắt bể ngầm dạng hình vng 67 Hình 3.3: Mặt cắt tính tốn 70 Hình 3.4: Sơ đồ chia lưới phần tử hữu hạn 70 Hình 3.5: Sơ đồ tính tốn ứng suất cho mặt cắt góc hố đào 71 Hình 3.6: Lưới biến dạng cho mặt cắt góc hố đào 71 Hình 3.7: Chuyển vị theo phương ngang 72 Hình 3.9: Chuyển vị tổng cừ 73 Hình 3.10: Sơ đồ tính tốn 74 Hình 3.11: Lưới biến dạng 75 Hình 3.12: Chuyển vị theo phương ngang 76 Hình 3.13: Chuyển vị theo phương đứng 77 Hình 3.14: Chuyển vị tổng cừ 78 Hình 3.15: Phối cảnh đốt giếng 80 Hình 3.16: Mặt cắt thể cấu tạo hệ thống neo gia tải 85 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các công trình ngầm thi cơng Việt Nam(Nghiêm Hữu Hạnh, 2012) Bảng 2.1: Bảng tính tốn chiều sâu hạ giếng chìm vào đất 49 Bảng 3.1: Bảng địa tầng khu vực 53 Bảng 3.2: Bảng giá trị thông số đất với tính tốn xác định quy trình thi cơng 82 Bảng 3.3: Bảng giá trị thông số độ sâu đào nhỏ độ sâu đáy giếng 86 Bảng 3.4: Bảng giá trị thông số độ sâu đào lớn độ sâu đáy giếng 87 Bảng 3.5: Bảng giá trị thông số theo phương án 88 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Sau năm đổi mới, nhiều khu dân cư tập trung hình thành phát triển với mật độ ngày cao Điều đó, đặt loạt vấn đề hạ tầng thị, cấp thiết nước thải sinh hoạt Đặc biệt đô thị lớn Hà Nội, nước sinh hoạt phải xử lý hệ thống tập trung Bể ngầm chứa nước hạng mục thiếu hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt hệ thống tập trung Bể ngầm chứa nước cịn giải pháp cơng trình để tích chứa nước mưa thay cho hệ thống hồ, ao góp phần chống ngập ứng cục Khi xây dựng bể ngầm chứa nước thải hệ thống xử lý nước thải chứa nước mưa chống ngập có yêu cầu bể chứa có dung tích lớn nên đáy bể thường có chiều sâu lớn Do đó, bên cạnh tính ưu việt vượt trội hiệu đầu tư việc thi công bể chứa phải giải nhiều vấn đề ổn định hố đào sâu Trong xây dựng tầng hầm, hố đào đạt tới độ sâu lớn 10m ổn định thực theo nhiều phương pháp khác như: tường đất barret với công nghệ Top-Down cừ kết hợp kết với giàn chống neo xử lý gia cố chất kết dính trước đào Tuy nhiên, với dạng cơng trình bể chứa đặc điểm làm việc nên cấu tạo bể ứng xử đất với bể có khác biệt với tường tầng hầm Trong thực tế Việt nam, bể ngầm đất yếu thi công bể đơn giản, nằm nơng, dung tích nhỏ Do việc sáng tỏ giải pháp ổn định thành hố đào hợp lý cơng trình cụ thể tiền đề xây dựng thành quy trình quy phạm làm sở pháp quy để triển khai dự án xây dựng bể chứa giải vấn đề hạ tầng thị Đó lý lựa chọn đề tài “nghiên cứu giải pháp ổn định hố đào cho bể xử lý nước khu đô thị Bắc An Khánh – Hà Nội” 2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Làm sáng tỏ vấn đề tính tốn thiết kế thi cơng để lựa chọn hai giải pháp tường cừ giếng chìm việc xây dựng bể ngầm ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng ghiên cứu Nghiên cứu giải pháp ổn định hố đào sâu tường cừ thép giếng chìm - Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu ổn định hố đào đất cho việc thi công bể ngầm áp dụng cho khu đô thị Bắc An Khánh – Hà Nội PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Thông qua tốn làm sáng tỏ hình thành áp lực đất lên tường chắn chuyển vị tường ổn định đáy hố đào ảnh hưởng nước ngầm đến q trình thi cơng cơng trình Phân loại đất dạng cơng trình để đề xuất phương pháp hợp lý Áp dụng phần mềm Geostudio tính ổn định thấm, trượt phần mềm VBA tính tốn giếng chìm NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu tổng quan hố đào biện pháp ổn định hố đào Nghiên cứu vấn đề áp lực đất lên tường cừ thành giếng chìm Nghiên cứu biện pháp thi cơng tường cừ giếng chìm Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI - Ý nghĩa khoa học Góp phần sáng tỏ hình thành áp lực đất chủ động bị động lên tường chắn thành giếng chìm q trình thi cơng - Ý nghĩa thực tiễn Góp phần làm sáng tỏ hợp lý giải pháp ổn định hố đào thi công cơng trình bể ngầm dung tích lớn BỐ CỤC LUẬN VĂN MỞ ĐẦU Chương 1: Tổng quan hố đào sâu bể ngầm 1.1 Tổng quan tình hình xây dựng hố đào sâu giới Việt Nam 1.2 Khái quát chung hố đào sâu bể ngầm 1.3 Các giải pháp chắn giữ Chương 2: Cơ sở tính tốn lựa chọn giải pháp ổn định thi công hố đào 2.1 Sự hình thành áp lực đất lên tường chắn 2.2 Cơ sở tính tốn áp lực đất nước lên lưng tường 2.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn giải pháp ổn định tường chắn Chương 3: Lựa chọn giải pháp hợp lý 3.1 Luận chứng lựa chọn giải pháp ổn định 3.2 Phân tích lựa chọn giải pháp KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 87 Bảng 3.4: Bảng giá trị thông số độ sâu đào lớn độ sâu đáy giếng Nhận xét : phương án việc hạ giếng khả thi với tải trọng neo,chú ý độ sâu lớn lực kích nhỏ +Phương án 3: Giống phương án đưa giếng qua lớp cát sau khơng tiến hành đào giếng mà tiến hành kích đẩy độ sâu thiết kế Kết tính toán phương án sau: 88 Bảng 3.5: Bảng giá trị thông số theo phương án Nhận xét: kết tính tốn phương án cho thấy lực kích đẩy ln nhỏ tải trọng neo Vì có tính khả thi đồng thời hai cơng việc đào kích phân biệt thành hai cơng đoạn khác thời gian thi công chi phí nhỏ hạn chế nhiều rủi ro qua trình thi cơng Vì phương án phương án hợp lý dùng để thi công 89 3.4 Một số đề xuất xây dựng bể ngầm dung tích lớn + Cơng tác khảo sát: Từ việc tính tốn lựa chọn phương án cho thấy thông số đất quan trọng việc hạ giếng chìm lực cản đất phụ thuộc nhiều vào đất nên tính tốn dự đốn chúng thí nghiệm phịng chưa đủ tin cậy mà xác tin cậy giá trị thu từ thí nghiệm xun tĩnh Vì sau vị trí đặt giếng xác định, với yêu cầu dung tích tức đường kính chiều sâu bể chứa xác định công tác khảo sát địa chất cho việc xây dựng giếng chìm có mục tiêu cụ thể sau: Xác định xác chiều dầy lớp đất vị trí chân tường Trong đó, lớp phân biệt với không dấu hiệu địa chất mà cụ thể đến trạng thái giá trị tiêu độ bền khối lượng đặc trưng biến dạng đất tốt thể tiêu xuyên tĩnh q c f s Điều có nghĩa công tác khảo sát địa chất bên cạnh việc khoan lấy mẫu nên tăng mật độ điểm xuyên tĩnh Ngoài ra, nhiệm vụ quan trọng xác định đặc trưng tầng chứa nước +Công tác thiết kế: Thiết kế có nhiệm vụ tính tốn xác định cấu tạo giếng hợp lý, tính tốn phải xét tới tổ hợp lực phức tạp xảy cố nghiêng giếng cần phải điều chỉnh Ngồi phải tính tốn xác định chiều sâu neo để có kết xác sức chịu tải neo Đồng thời để giảm rủi trình hạ giếng việc thiết kế lưỡi dao đáy thành giếng phải có độ hợp lý dư để chuyển áp lực bị động bên ngồi trạng thái chủ động khơng làm tăng sức cản mũi gây dịch chuyển lớn khối đất sau lưng tường mà ảnh hưởng đến cơng trình lân cận +Cơng tác thi cơng: 90 Q trình hạ giếng ln địi hỏi độ xác phải có giám sát q trình hạ giếng máy trắc địa phải sử dụng đồng thời số lượng kích đẩy, nên tiến hành nhiều thí nghiệm để xác định sức chịu tải nhổ neo Kết luận chương III Nhìn chung hai giải pháp có tính khả thi đặc biệt giải pháp tường cừ giải pháp truyền thống có nhiều kinh nghiệm để xử lý rủi ro sử dụng thiết bị chuyên dụng có với cơng nghệ quy trình đơn giản Nhờ kết tính tốn cho thấy q trình thi công tường cừ phải tiến hành chống đỡ có tượng trồi đáy hố đào nên chất lượng thi cơng khơng đảm bảo cịn xảy thấm qua khe tường cừ Hơn ổn định tường cừ ổn định thành hố đào cho việc thực hố đào sâu, phần nhiều phần dự án xây bể chứa Trong với giải pháp giếng chìm Việt Nam kinh nghiệm thi cơng giếng chìm khơng nhiều thiết bị thi công đơn giản cần phải có tính thiết dụng Tuy nhiên hồn thành cơng tác giếng chìm hồn thành cơng tác bể ngầm Vì phương án giếng chìm có tính hiệu phương án lựa chọn 91 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Những kết đạt luận văn -Đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu giải pháp ổn định hố đào cho bể xử lý nước khu đô thị Bắc An Khánh – Hà Nội” thu kết sau -Với dạng cấu trúc khu vực dự án giếng chìm tường cừ giải pháp có ưu điểm nhược điểm, việc lựa chọn cuối dựa vào trang thiết bị thi công Tuy nhiên, xét tính hiệu giải pháp giếng chìm phù hợp với điều kiện đất khu vực dự án -Giếng chìm giải pháp lực chọn xây dựng bể ngầm mà cịn xây dựng khơng gian ngầm khác -Lực cản đất vấn đề q trình thi cơng giếng chìm, nghiên cứu làm sáng tỏ lực cản đất mối liên hệ áp lực chủ động bị động, kết xuyên tĩnh biểu rõ cho lực cản đất xét tới mối quan hệ -Cấu trúc mà đất yếu nằm bề mặt điều kiện hợp lý cho việc xây dựng khơng gian ngầm giếng chìm II Kiến nghị -Cần có nghiên cứu mang tính thực nghiệm để giải pháp đưa vào thực tế thực nhiều dạng cấu trúc địa chất khác Trong tiến hành tính tốn áp lực chủ động áp lực bị động từ làm sở để sử dụng thí nghiệm xuyên tĩnh kết hợp với cơng tác khảo sát khác để có số liệu địa chất khác thi công 92 III Một số điểm cịn tồn -Trong tính tốn cịn sử dụng nhiều số liệu đất từ việc tra bảng tính tốn qua quan hệ thực nghiệm tác giả nước quan hệ chưa đủ đảm bảo tin cậy -Mặc dù giếng chìm áp dụng nhiều giới Việt Nam cịn nhiều hạn chế kết nghiên cứu dừng việc nghiên cứu lý thuyết chưa có kết thực tế để chứng minh -Tác giả xem xét lựa chọn hai giải pháp giải pháp giếng chìm giải pháp tường cừ thực tế có nhiều phương pháp khác 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Cao Văn Chí, Trịnh Văn Cương (2003) Cơ học đất NXB Xây dựng Nguyễn Tiến Cường Vấn đề xây dựng cơng trình ngầm thị Việt Nam Tạp chí Xây dựng – 1998 Nguyễn Bá Kế (2002), “Thiết kế thi công hố móng sâu”, Nhà xuất xây dựng Nguyễn Huy Phương, Tạ Đức Thịnh (2005), Bài giảng cao học - Các phương pháp tính tốn cơng nghệ thi cơng móng Phan Trường Phiệt (2001), Áp lực đất tường chắn đất, Nhà xuất xây dựng Nguyễn Văn Quảng, Đỗ Đình Đức (1999), “Nghiên cứu biến dạng đất đào hố sâu”, Tạp chí xây dựng tháng tháng năm 1999 Phạm Hữu Sy (2012) Khảo sát địa kỹ thuật (bài giảng cao học đại học thủy lợi) Tiếng Anh GEO-SLOPE International LTD-User’s Guide GEOSTUDIO (2004) V.D Lomtadze (1993), Địa chất cơng trình chun mơn, Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 10 R Whitlow (1997), Cơ học đất, người dịch : Nguyễn Uyên Trịnh Văn Cương, Nhà xuất giáo dục PHỤ LỤC HÌNH ẢNH TÍNH TỐN BẰNG GEOSTUDIO Sheet Pile 10 + 8.9 m Cat den WT = + 3,6 m + 1.0 m 2a -2 -4 -6 -8 -10 2b -12 -14 -16 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 Hình 1: Véc tơ chiều dòng thấm 10 15 Sheet Pile 10 + 8.9 m Cat den WT = + 3,6 m 3.6 3.6 + 1.0 m 3.4 2a 3.4 -2 3.2 -4 -6 2.6 -10 3.2 2.8 -8 2b -30 -25 -20 -15 -10 -5 2.4 2.2 -35 2.8 -16 -40 2.6 -14 2 2.4 1.8 2.2 -12 10 15 Hình 2: Phân bố cột nước tổng Sheet Pile 10 + 8.9 m -40 Cat den -20 WT = + 3,6 m + 1.0 m 20 0 2a 20 -2 40 -4 60 -6 80 -8 100 -10 120 -12 -14 -16 -40 2b 140 160 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 Hình 3: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng 10 15 Sheet Pile 10 + 8.9 m Cat den WT = + 3,6 m + 1.0 m 2a -2 -4 0.55 0.4 0.05 -8 0.1 0.05 -6 0.1 0.05 -10 2b -12 -14 -16 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 10 15 Hình 4: Trường phân bố Gradien thấm, J max = 0,635 Sheet Pile 10 + 8.9 m Cat den WT = + 3,6 m + 1.0 m 2a -2 -4 -6 -8 1.7979e-010 -12 -14 -16 -40 1.7979e-010 -10 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 Hình 5: Lưu lượng thấm qua cừ 2b 10 15 10 + 8.9 m Sheet Pile Cat den WT = + 3,6 m + 1.0 m 2a -2 -4 -6 -8 -10 2b -12 -14 -16 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 Hình 6: Chiều dòng thấm 10 12 14 16 18 10 + 8.9 m Sheet Pile Cat den WT = + 3,6 m 3.6 + 1.0 m 3.4 2a 3.2 1.2 -2 -4 1.4 -6 2.8 1.6 -8 2.2 2.4 1.8 -10 2b -12 -14 -16 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 Hình 7: Phân bố cột nước tổng 10 12 14 16 18 10 + 8.9 m Sheet Pile -40 Cat den -20 WT = + 3,6 m + 1.0 m 20 20 40 2a -2 40 -4 60 -6 80 -8 100 -10 120 2b -12 140 -14 160 -16 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 10 Hình 8: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng 12 14 16 18 10 + 8.9 m Sheet Pile Cat den WT = + 3,6 m + 1.0 m 2a -2 -4 -6 1.7235e-010 -8 -10 2b -12 -14 -16 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 Hình 9: Lưu lượng thấm qua cừ 10 12 14 16 18 ... quy để triển khai dự án xây dựng bể chứa giải vấn đề hạ tầng thị Đó lý lựa chọn đề tài ? ?nghiên cứu giải pháp ổn định hố đào cho bể xử lý nước khu đô thị Bắc An Khánh – Hà Nội” 2 MỤC TIÊU CỦA... gian ngầm thị … Hình 1.5: Sơ đồ hố móng đào sâu Hố đào xem hố đào sâu q trình thi cơng tồn ln có vấn đề ổn định sau: + Vấn đề ổn định trượt thành hố đào Hiện tượng ổn định thành hố đào khai đào. .. tính tốn giếng chìm NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu tổng quan hố đào biện pháp ổn định hố đào Nghiên cứu vấn đề áp lực đất lên tường cừ thành giếng chìm Nghiên cứu biện pháp thi cơng tường cừ giếng