Nghiên cứu biện pháp chống đỡ tường chắn hố đào bằng kết cấu ngang không sử dụng kingpost

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỖ ĐÌNH SÁNH NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP CHỐNG ĐỠ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO BẰNG KẾT CẤU NGANG KHÔNG SỬ DỤNG KINGPOST LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Đà Nẵng – Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỖ ĐÌNH SÁNH NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP CHỐNG ĐỠ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO BẰNG KẾT CẤU NGANG KHÔNG SỬ DỤNG KINGPOST Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng Công nghiệp Mã số: 85.80.201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ KHÁNH TOÀN Đà Nẵng – Năm 2019 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn đến tất quý thầy cô giảng dạy Trường ĐH Bách Khoa Đà Nẵng chương trình Cao học Xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp K35, người truyền đạt cho tơi kiến thức chun ngành hữu ích, làm sở cho thực tốt luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Lê Khánh Tồn, người tận tình hướng dẫn cho thực đề tài Mặc dù q trình thực luận văn gặp nhiều khó khăn tiếp cận vấn đề mới, nhờ hướng dẫn bảo tận tình Thầy giúp tơi định hướng vấn đề nghiên cứu hồn thành đề tài Những tài liệu Thầy cung cấp giới thiệu có ý nghĩa quan trọng, giúp ích cho nhiều việc thực đề tài Sau xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình ln tạo điều kiện tốt cho tơi suốt q trình học thực luận văn Do thời gian có hạn kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa nhiều nên luận văn cịn nhiều thiếu sót, mong nhận ý kiến góp ý thầy anh chị học viên LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả ḷn văn Đỗ Đình Sánh NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP CHỐNG ĐỠ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO BẰNG KẾT CẤU NGANG KHÔNG SỬ DỤNG KINGPOST Học viên: Đỗ Đình Sánh Chuyên ngành: Kỹ thuật XD cơng trình DD&CN Mã số: 85.80.201 Khóa: K35 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Hiện thi cơng cơng trình ngầm có nhiều giải pháp thi công khác để chống đỡ tường vây hố đào sâu thi công kết cấu công trình từ lên sử dụng rộng rãi Trong luận văn, tác giả giới hạn phạm vi nghiên cứu hố đào sâu tầng hầm công trình có bề rợng hố đào ≤ 20 m điều kiện địa chất thành phố Đà Nẵng, sử dụng hệ hệ chống ngang ống thép, không sử dụng kingpost để chống đỡ tường chắn hố đào Nghiên cứu đề xuất quy trình thi cơng chống đỡ tường chắn hố đào cơng trình có tầng hầm, sử dụng hệ chống ngang ống thép, khơng sử dụng kingpost… Từ quy trình thi cơng đề xuất, tác giả tiến hành tính tốn khả chịu lực hệ kết cấu chống đỡ dựa một số giả thiết ban đầu cấu tạo, chi tiết liên kết Tác giả đề xuất cấu tạo ống chống chi tiết liên kết để đảm bảo thuận tiện cho thi công đáp ứng yêu cầu chịu lực Kết nghiên cứu cho thấy việc sử dụng ống thép chống đỡ tường vây hố đào hồn tồn hồn tồn khả thi có thể áp dụng thực tế thi cơng Từ khóa - Ớng thép, shoring-kingpost, tường vây; thi cơng chống đỡ tường vây, ống thép chịu nén uốn đồng thời RESEARCHING METHOD TO SUPPORT DIAPHRAGM WALL WITH HORIZONTAL STRUCTURE NOT USING KINGPOST Abstract - Nowaday, to construct underground works, there are many different methods of execution to support retaining wall of deep excavation when constructing from the bottom up In the thesis, the author has limited the scope of study of deep excavation for the basement with the width of pit ≤ 20 m in geological conditions in Da Nang city, using the horizontal support system from steel pipes to support the diaphragm wall The study has proposed the construction process to support the diaphragm wall of the pit of a work with basements, using the horizontal support system of steel pipes, not using kingpost From the proposed construction process, the author conducted calculating the bearing capacity of this supporting structure based on some initial assumptions about structure, connection details, etc The author also proposed the structure of the support tube and the connection details to ensure the convenience for the construction as well as load-bearing requirements of this structure The research results show that the using of steel pipes to support the excavated diaphragm wall can be applied in actual construction Key words - steel pipe, shoring-kingpost, diaphragm wall; Construction of supporting the diapragm wall, steel pipe subjected bending-compression MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Bố cục luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG ĐỠ TƯỜNG CHẮN ĐẤT HỐ ĐÀO SÂU TRONG THI CÔNG 1.1 Các giải pháp chống đỡ tường chắn hố đào sâu thi cơng kết cấu cơng trình từ lên 1.1.1 Giải pháp sử dụng neo ứng suất trước đất 1.1.2 Giải pháp sử dụng hệ Shoring-kingpost 1.2 Chống đỡ tường chắn hố đào sâu hệ kết cấu chống ngang không sử dụng kingpost 1.3 Kết luận chương 16 CHƯƠNG 2: CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN TƯỜNG CHẮN ĐẤT VÀ PHẦN MỀM SỬ DỤNG 18 2.1 Lý thuyết tính toán tường chắn hố đào sâu 18 2.1.1 Ba loại áp lực đất lên tường chắn 18 2.1.2 Tính áp lực đất theo lý thuyết W.J.W.Rankine 19 2.1.4 Tính tốn áp lực đất theo lý luận V.V.Xoclovxki 24 2.1.5 Áp lực tác dụng lên tường bê tông cốt thép một số trường hợp riêng 26 2.2 Tính tốn cấu kiện chịu nén tâm, chịu nén uốn theo Tiêu ch̉n Việt Nam 29 2.2.1 Tính tốn bền 29 2.2.2 Tính tốn ổn định 29 2.2.3 Tính tốn bền với cấu kiện chịu nén uốn 32 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ CHỚNG ĐỠ TƯỜNG CHẮN ĐẤT HỐ ĐÀO BẰNG KẾT CẤU NGANG KHÔNG SỬ DỤNG KINGPOST 36 3.1 Cơng trình thơng số địa chất 36 3.1.1 Giới thiệu cơng trình 36 3.1.2 Thơng số địa chất cơng trình 36 3.1.3 Mơ hình phần tử cơng trình thơng số mơ hình 37 3.1.3.1 Thông số đặc trưng vật liệu tường vây 37 3.1.3.2 Thông số, đặc trưng vật liệu hệ chống mơ hình Plaxis 37 3.1.4 Tải trọng phụ thêm 37 3.2 Xây dựng mơ hình tính tốn theo giai đoạn thi công Plaxis 37 3.2.1 Đề xuất giai đoạn thi công tầng hầm 37 3.2.2 Q trình mơ hình hóa cơng trình giai đoạn thi cơng plaxis 41 3.3 Tính toán lựa chọn tiết diện ống chống 43 3.3.1 Kết xác định nội lực kết cấu 43 3.3.2 Kiểm tra khả chịu tải ống thép 45 3.3.2.1 Các thông số vật liệu ống thép 45 3.3.2.2 Tính tốn kiểm tra khả chịu lực chống 46 3.4 Đề xuất cấu tạo ống chi tiết liên kết khác 53 3.5 Kết luận chương 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56 Kết luận 56 Kiến nghị 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Hệ số áp lực đất chủ động theo lời giải lý thuyết Xoclovxki 26 Bảng 2.2 Hệ số áp lực đất bị động theo lời giải lý thuyết Xoclovski 26 Bảng 2.3 - Hệ số uốn dọc  cấu kiện chịu nén tâm .30 Bảng 2.4 - Giá trị hệ số  .31 Bảng 2.5 - Giá trị hệ số c 31 Bảng 2.6: Hệ số thấm loại đất 33 Bảng 2.7 Các đặc trưng học vật liệu tường vây mơ hình hóa Plaxis .34 Bảng 2.8 Các đặc trưng học vật liệu chống mô hình hóa Plaxis 34 Bảng 3.1 Các thơng số đất sử dụng mơ hình Plaxis 36 Bảng 3.2 Các thông số tường vây khai báo phần mềm Plaxis 8.2 37 Bảng 3.3: Các thông số chống khai báo phần mềm Plaxis 37 Bảng 3.4 Cường đợ tiêu ch̉n, fy cường đợ tính tốn, f 46 Bảng 3.5 Giá trị bán kính quán tính tiết diện ống, i (m) 47 Bảng 3.6 Giá trị độ mảnh  48 Bảng 3.7 Giá trị độ mảnh quy ước .48 Bảng 3.8 Giá trị tải trọng thân trường hợp ống (kN/m) 49 Bảng 3.9 Giá trị mô men kháng uốn trường hợp (cm3) 49 Bảng 3.10 Giá trị mô men uốn trường hợp (kNm) .50 Bảng 3.11 Giá trị ứng suất ống chống lớp (daN/cm2), lực dọc N = 1471 kN 50 Bảng 3.12 Giá trị ứng suất ống chống lớp (daN/cm2), lực dọc N = 1209 kN 51 Bảng 3.13 Giá trị ứng suất ống chống lớp (daN/cm2), lực dọc N = 507.5 kN 52 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Chống đỡ tường vây cơng trình ngầm hệ shoring - kingpost Hình Sử dụng dầm Bailey chống đỡ tường chắn hố đào sâu Hình 1.1 Đặc điểm cấu tạo neo ứng suất trước đất (neo phụt) Hình 1.2 Chống đỡ tường vây cơng trình ngầm hệ Shoring-kingpost Hình 1.3 Các bước thi cơng đào đất cho cơng trình tầng hầm, sử dụng hệ shoring kingpost chống đỡ tường vây - Thi công kết cấu phần ngầm từ lên Hình 1.4 Sử dụng dầm Bailey chống đỡ theo một phương tường chắn hố đào sâu [1] Hình 1.5 Sử dụng hệ dầm Bailey có nút trực giao chống đỡ tường vây hố đào sâu theo hai phương [2] 10 Hình 1.6 Đào đất thi công lớp văng chống thứ dầm Bailey [1] 11 Hình 1.7 Đào đất thi công lớp văng chống thứ hai dầm Bailey [1] 12 Hình 1.8 Đào đất thi công lớp văng chống thứ ba dầm Bailey [1] 13 Hình 1.9 Đào đất đến đáy móng, thi cơng móng sàn tầng hầm đáy [1] 13 Hình 1.10 Tháo lớp văng chống thứ 3, thi công cột, vách sàn tầng hầm hai [1] .14 Hình 1.11 Tháo lớp chống thứ hai, thi công cột, vách, sàn tầng hầm một [1] .15 Hình 1.12 Tháo lớp chống thứ nhất, thi cơng cợt, vách, sàn tầng hầm mặt đất [1] .15 Hình 1.13 Chi tiết dầm Bailey chống vào dầm phụ bố trí sát tường vây [1] .16 Hình 1.14 Hệ giằng chéo, khung định vị ngang tăng cứng cấu tạo dầm hệ dầm Bailey song song [1] 16 Hình 2.1 Ba loại áp lực đất lên tường chắn (nét đứt vị trí ban đầu tường chắn, nét liền vị trí tường chắn tác dụng áp lực đất) .18 Hình 2.2 Trạng thái chủ đợng bị đợng Rankine 19 Hình 2.3 Tính áp lực đất chủ đợng bị đợng Rankine .21 Hình 2.4 Tính áp lực đất chủ động Coulomb 22 Hình 2.5 Tính áp lực đất bị động Coulomb 23 Hình 2.6 Ba trường hợp xảy mặt trượt thứ hai 24 Hình 2.7 Vị trí chia vùng điểm hình dạng mặt trượt 25 Hình 2.8 Tính áp lực chủ đợng bị đợng đất gồm nhiều lớp 28 Hình 2.9 Tính áp lực đất chủ đợng mặt đất có tải trọng phân bố 28 Hình 3.1 Đào đất đến cao đợ mặt sàn tầng hầm 1, thi công lớp ống chống thứ 38 Hình 3.2 Đào đất đến cao đợ mặt sàn tầng hầm 2, thi công lớp ống chống thứ hai .39 Hình 3.3 Đào đất đến cao đợ mặt sàn tầng hầm 3, thi công lớp ống chống thứ ba 39 Hình 3.4 Đào đất đến cote bê tơng lót, thi cơng móng, dầm móng sàn tầng hầm 40 Hình 3.5 Tháo lớp ống chống thứ ba, thi cơng cột, vách tầng hầm 3, sàn tầng hầm 40 Hình 3.6 Tháo lớp ống chống thứ hai, thi cơng cột, vách tầng hầm 2, sàn tầng hầm .41 Hình 3.7 Tháo lớp ống chống thứ hai, thi công cột, vách tầng hầm 1, sàn mặt đất .41 Hình 3.8 Tường vây gán tải phụ thêm mơ hình .41 Hình 3.9 Hạ nước ngầm đến cote -4,0 m, đào đất đợt 1, thi công lớp ống chống 42 Hình 3.10 Hạ nước ngầm đến cote -8,0 m, đào đất đợt 2, thi công lớp ống chống 42 Hình 3.11 Hạ nước ngầm đến cote -11,0 m, đào đất đợt 3, thi công lớp ống chống 42 Hình 3.12 Hạ nước ngầm đến cote -13,0 m, đào đất đợt đến cote đáy bê tơng lót 43 Hình 3.13 Mơ men, lực cắt chuyển vị lớn tường vây 43 Hình 3.14 Lực dọc lớn lớp ống chống thứ 44 Hình 3.15 Lực dọc lớn lớp ống chống thứ hai 44 Hình 3.16 Lực dọc lớn lớp ống chống thứ ba .45 Hình 3.17 Ứng suất ống chống lớp (daN/cm2), lực dọc N = 1471 kN 51 Hình 3.18 Ứng suất ống chống lớp (daN/cm2), lực dọc N = 1209 kN 52 Hình 3.19 Ứng suất ống chống lớp (daN/cm2), lực dọc N = 507.5 kN 53 Hình 3.20 Cấu tạo hệ ống chống dầm phụ 54 DAI Hec pa NANo rntloNc DA.I HQC sAcH KHoA ceNG HoA xA ngI cHU Ncnia vIET NAM DQc lfp - TB - H4nh phfc NHA.N XET LUAN VAN 16r NGHTBP (Ddnh cho ngudt hadng ddn) H9 vd t€n ngudi nhQn xel; LA Khdnh Todn Hgc vi: GVC TS Hgc hdm: Chuy0n ngdnh: Kj thuQt Xdy dqng cdng ttinh DD&CN Co quan c6ng t6c: Trwdng Dgi hgc Btich khoa, Dgi hqc Dd Nfrng H9 vd t0n hgc vi0n cao h1c: Dd Einh Sdnh Kh6a: K35.XDD DD&CN TCn dC tdi lufln vdn: Nghiin c*u biQn phdp chilng cld twdng chiin nA Aao bdng *At ciiu ngang khing sfr dqtng kingpost Chuy0n ngdnh: K! thuQt Xfry d$ng cdng ttinh f rrpN NHAN xET - Hoim thdnh luQn vdn dting fian d0, giai quy€t daqc cdc mqtc fiau - Thdt ldm viQc nghiAm tilc, cd trdch nhi€m di 1- VA Iy chgn AO tai Ei tdi hadng tdi vi€c hta chen ket ciiu chting ngang ld iing thep kh6ng s{,t dqng kingpost thi c6ng ddo md tdng hdm, phaong phdp hiQn dang dp dqng v6'i mlt loqi k\t criu ddc thi,t kh6ng phii bftn, ld ddm Bailey, nAn rrit c6 y nghia khoa hpc vd thwc tidn 2- Va phucrng phfp nghiOn cri'u, tIQ tin cfy cfra c6c sii ti6u - Phaong phdp nghiOn cttru hqp li, phit h.op vdi mqc fiAu cita luQn vdn: nghiAn cbu ly thuyAt finh todn, dp dAng cho c6ng trinh thtrc td, phdn tich ddnh gid vd di xutit - cdc ti| Irc, daa vd kat qud thu daqc ddm bdo d0 chinh xdc vd tin 3- VO k5t quf, khoa hgc cfia - AO cQy tai Di xuiit quy trinh thi c6ng - Tinh todn khd ndng chiu lqrc cila cdc loqi (;ng thdp c6 dadng kinh vd chiiu ddy khdc Ei *urit ,iiu tqo vd khd ndng dp dqmg thwc td 4- VO f nghia khoa hgc, ring dqng thqc ti6n vir hufng mO rQng cria dii tiri - C6 the dp da,mg kAt qud nghiAn ct?u vdo thwc fidn thi c6ng' - Cd the ldm tdi liQu tham khdo hpc tQp vd thwc t€ thi c6ng 5- Nhirng thi6u s6t & v6n d6 cAn lirm r5 (n6u c6) O- f t