GIẢI PHÁP CHỐNG ĐỠ TƯỜNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG CÓ SỬ DỤNG TƯỜNG NGANG THI CÔNG THEO PP TRỘN SÂU

Thực tế hiện nay, những công trình có nhiều tầng hầm, gặp phải địa chất rất yếu, quá trình thi công tầng hầm sẽ gây nên chuyển vị ngang của tường tầng hầm lớn, nhất là tại vị trí đáy hố đào, đồng thời xảy ra hiện tượng đẩy trồi đáy hố đào. Để giải quyết vấn đề này, phương án tạo ra một tường ngang xi măng – đất thay thế một phần lớp đất yếu, có tác dụng như một hệ chống đỡ tại vị trí có chuyển vị lớn nhất là một giải pháp khả quan. Để hiểu rõ hơn sự hiệu quả này, bài báo sẽ nghiên cứu bao gồm 3 phần chính sau: Các phương pháp chống đỡ tầng hầm nhà cao tầng Cơ sở lý thuyết của phương pháp chống đỡ tường tầng hầm nhà cao tầng có sử dụng tường ngang thi công theo phương pháp trộn sâu Nghiên cứu chống đỡ tường tầng hầm nhà cao tầng bằng tường ngang

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHỐNG ĐỠ TƯỜNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG CĨ SỬ DỤNG TƯỜNG NGANG THI CƠNG THEO PHƯƠNG PHÁP TRỘN SÂU The research on the solution of using horizontal wall constructed by the deep mixing method to retain the building basement wall ThS.Võ Văn Dần Phone: 0987999739 Khoa Xây dựng Email: vovandan.vn@gmail.com Tóm tắt: Hiện nay, thành phố lớn nước ta Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh triển khai thi cơng nhiều cơng trình nhà cao tầng có tới 4-5 tầng hầm Trong q trình thi cơng tường tầng hầm nhà cao tầng, việc đưa giải pháp chống đỡ cho tường quan trọng Hiện có nhiều phương pháp áp dụng để giải vấn đề Trong giải pháp có dùng tường ngang thi công theo phương pháp trộn sâu với nhiều ưu điểm: giảm đáng kể chuyển vị tường, chống đầy trồi đáy hố đào…Giải pháp sử dụng nhiều công trình lớn giới, nhiên Việt Nam chưa áp dụng rộng rãi Đây lý tác giả nghiên cứu về: “Giải pháp chống đỡ tường tầng hầm nhà cao tầng có sử dụng tường ngang thi công theo phương pháp trộn sâu” theo điều kiện địa chất Việt Nam Ở tác giả tập trung nghiên cứu giải pháp từ đưa mối liên hệ số lượng tầng hầm, chiều dày tường ngang, hay chiều sâu tường tầng hầm Các kết nghiên cứu cho thấy việc sử dụng tường ngang hiệu Abstract In recent years, a lot of high buildings with 4-5 basement floors have been constructed in major cities, such as Hanoi and Hochiming city During installing the basement foundation, it’s necessary to find a suitable solution to retain the wall Various solutions have been applied to solve this problem.Of these solutions, using horizontal wall constructed by the deep mixing method, which brings a high efficiency on reducing retaining wall displacements and hydrostatic uplift pressures for excavation, has been used widely in large construction works all over the world, but in Vietnam this method has not been widely applied.The proposal ‘The solution of using horizontal wall constructed by the deep mixing method to retain the basement wall’ has been introduced based on the geological condition in Vietnam.Based on researching the solution, the proposal indicates the relationship between the number of basement floors,horizontal wall thickness and the depth of excavation wall.The study result showed that the use of horizontal wall is very effective Từ khóa: Chống đỡ tường tầng hầm, trộn sâu Key word: retain the basement wall, deep mixing method ĐẶT VẤN ĐỀ Thực tế nay, cơng trình có nhiều tầng hầm, gặp phải địa chất yếu, trình thi công tầng hầm gây nên chuyển vị ngang tường tầng hầm lớn, vị trí đáy hố đào, đồng thời xảy tượng đẩy trồi đáy hố đào Để giải vấn đề này, phương án tạo tường ngang xi măng – đất thay phần lớp đất yếu, có tác dụng hệ chống đỡ vị trí có chuyển vị lớn giải pháp khả quan Để hiểu rõ hiệu này, báo nghiên cứu bao gồm phần sau: - Các phương pháp chống đỡ tầng hầm nhà cao tầng - Cơ sở lý thuyết phương pháp chống đỡ tường tầng hầm nhà cao tầng có sử dụng tường ngang thi công theo phương pháp trộn sâu - Nghiên cứu chống đỡ tường tầng hầm nhà cao tầng tường ngang Hình Tường đất chống đỡ tường ngang NỘI DUNG Các giải pháp chống đỡ tường đất - Chống đỡ hệ dầm thép: Dàn thép hình liên kết vào tường vây làm nhiệm vụ chống đỡ - Chống đỡ neo đất: Neo đất thường dùng dự ứng lực, khoan neo vào phần đất bên cạnh để giữ ổn định cho tường tầng đất - Chống đỡ hệ dầm sàn thi công Top-down, semi Top-down Down-up: Hệ kết cấu dầm sàn tầng hầm làm nhiệm vụ giữ ổn định cho tường vây q trình thi cơng - Chống đỡ tường ngang thi công theo phương pháp khoan trộn sâu Giải pháp thay đổi tính chất lớp đáy móng phương pháp khoan trộn sâu (phụt vữa xi măng) Lớp đất sau khoan trộn sâu xem tường ngang xi măng đất, kết hợp với hệ chống, hệ dầm sàn thi công Top-down, semi Top-down Down-up, làm giảm chuyển vị tường tầng hầm, giảm kích thước tường tầng hầm, chống đẩy trồi đáy hố đào… Hình Sự làm việc tường ngang thi công công theo pp trộn sâu Đặc trưng lý đất trộn xi măng 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng hỗn hợp xi măng đất a Các yếu tố ảnh hưởng tới cường độ hỗn hợp xi măng đất Trong thí nghiệm trường, yếu tố đất chất gia cố ảnh hưởng lớn tới cường độ đất bị xử lý Terashi [1997] đưa bảng phân loại sau: Bảng Các yếu tố ảnh hưởng tới cường độ xi măng đất ( Terashi, 1997) I Các đặc trưng chất gia cố II Các đặc trưng điều kiện đất (đặc biệt quan trọng cho lớp sét) Loại chất gia cố Chất lượng Hỗn hợp nước phụ gia Thuộc tính hóa lý khống vật học đất Thành phần hữu Độ pH nước lỗ rỗng Thành phần nước Độ trộn lẫn III Điều kiện hỗn hợp Thời gian việc trộn/trộn lại Chất lượng yếu tố giữ ổn định Nhiệt độ IV Điều kiện xử lý Thời gian xử lý Độ ẩm Làm ướt sấy khơ/ đóng băng làm tan, v.v b Các nghiên cứu thực nghiệm xác định đặc trưng đất trộn xi măng Cường độ - Thí nghiệm nén nở hông thường thực mẫu chuẩn bị từ mẫu ướt phịng thí nghiệm mẫu cắt từ lõi mẫu trường Hình biểu diễn tần suất kết cường độ nén nở hông mẫu xi măng đất có đường kính 150mm 75mm Hình Tần suất cường độ nén nở hông hỗn hợp xi măng đất (O’Rourke, 1997) - Mô đun Sự thêm vào vữa xi măng đất làm tăng mô đun, tăng khơng tính tốn cách xác Briaud đồng nghiệp (2000) trình bày kết từ tỉ lệ thật, cung cấp dụng cụ cách rộng khắp dự án xi măng đất trường Đại học Texas A&M Công thức đạt tổng hợp: E dat/Vua (kPa)=12,900(f e' (kPa))0.41 (1) Trong đó: f e' - cường độ nén nở hơng O’Rourke đồng nghiệp đề nghị dự tính mơ đun xi măng đất: E=100q u (2) Trong đó: qu cường độ nén nở hông 2.2 Phương pháp tính tốn cường độ trụ xi măng đất Phương pháp tính tốn theo quan điểm tương đương: Nền cọc đáy móng xem đồng với số liệu cường độ j td , Ctđ, Etđ nâng cao Gọi as tỉ lệ diện tích trụ xi măng - đất thay diện tích đất as = j Trong đó: Ap (3) As = asj +( 1- as ) j nÒn (4) Ctd = aC s trô + ( 1- as ) CnỊn (5) Etd = asEtrơ +( 1- as ) EnỊn (6) td trơ Ap – Diện tích đất thay trụ xi măng - đất As – Diện tích đất cần thay => Vì luận văn ta thay toán lớp đất phía móng cơng trình tiêu j td , Ctđ, Etđ lấy tiêu lý trụ 2.3 Các đặc trưng đất Hà Nội sau trộn xi măng Hầu hết mơ hình đất Hà Nội đất yếu có nhiều lớp đất có nước ngầm Những lớp đất thường nằm độ sâu từ đến 20m, độ sâu thường đặt đáy tầng hầm với cơng trình 3,4,5 tầng hầm Trên thực tế Hà Nội có cơng trình sử dụng biện pháp gia cố khoan trộn sâu hầm Kim Liên, đường Láng- Hịa Lạc Chúng ta thao khảo bảng thống kê cường độ chịu nén số hỗn hợp gia cố “đất xi măng” tính tốn thực tế với đất Hà Nội số vùng lân cận [TCXDVN 385:2006 ] Nghiên cứu tường tầng hầm nhà cao tầng chống đỡ tường ngang 3.1 Mối liên hệ đặc trưng tường ngang độ bền, độ cứng hệ chống đỡ 3.1.1 Lựa chọn địa chất a Nền đất tự nhiên Chọn điển hình địa chất tầng C3, địa chất yếu để phục vụ nghiên cứu Các đặc trưng Bảng : Bảng Chỉ tiêu lý lớp đất sử dụng để nghiên cứu Tên lớp đất STT 10 11 12 13 Tên tiêu Chiều dày lớp đất Độ ẩm tự nhiên Khối lượng thể tích tự nhiên Khối lượng riêng Lực dính kết Góc ma sát Hệ số nén lún Áp lực tiền cố kết Chỉ số lún Hệ số thấm Mô đun tổng biến dạng Áp lực tính tốn quy ước Chỉ số SPT Lớp Ký hiệu Đơn vị Đất sét tầng Thái Bình m % g/cm3 g/cm3 kN/m2 Độ cm2/kG kG/cm2 Cc k kN/m2 kN/m2 Búa W γu γs C ϕ A1-2 Pc cm/s Eo Ro N 10 30,2 1,87 2,71 11 11 04’ 0,034 5300 63 Lớp Đất bùn hữu tầng Hải Hưng 15 (18) 54,70 1,62 2,59 21,1 501’ 0,100 0,850 0,350 0,830 2500 55 4,00 Lớp Cát tầng Vĩnh Phuc 20 34,06 2,0 2,66 0,1 250 24550 350 33 b Lớp hỗn hợp xi măng đất thay Tính tốn ổn định sử dụng mơ hình vật liệu Mohr-Coulomb Các đặc trưng Bảng 3: Bảng Bảng tiêu lý tường ngang xi măng đất STT Tên tiêu Ký hiệu Chiều dày lớp đất Trọng lượng thể tích tự nhiên Hệ số poisson Lực dính đơn vị Mơđun đàn hồi Góc ma sát Góc giãn nở γu ν Cu E ϕ ψ Đơn vị m KN/m3 KN/m2 KN/m2 Độ Độ Hỗn hợp xi măng đất Thay đổi 1,87 0,2 150 30000 00 00 3.1.2 Các trường hợp tính tốn Từ dạng đất yếu chọn, tính chất lý lớp hỗn hợp xi măng đất, lập toán nhiều trường hợp khác để nghiên cứu ảnh hưởng đặc trưng tường ngang số lượng tầng hầm, chiều dày, chiều sâu tường chắn Từ đưa bảng thống kê, đồ thị thể mối liên hệ đó, phục vụ cho việc áp dụng cho cơng trình (các trường hợp tính tốn xem bảng kết bảng 4, bảng 5) Bài tốn mơ ứng xử tường vây trình đào đất, thi công sàn tầng hầm thực chương trình tính PLAXIS phiên 8.2 Các bước tính hồn tồn phù hợp với tiến độ thi cơng theo trình tự thi cơng Top - down: Thi cơng tường ngang, đào đất + hạ mực nước ngầm hố đào; lắp chống + kích chống; đến đúc đáy, kết cấu dầm sàn Lần lượt chọn điểm nằm tường vây điểm phân tích Điểm A điểm có chuyển vị lớn Chuyển vị cho phép tường chắn < 0,5% chiều sâu tường (Theo tài liệu FHWA-IF-99-015, 'Geotechnic Eng Circular No – Ground anchor and Anchored systems' trang 119-120) Trường hợp cơng trình tầng hầm: Tường vây dày 0,6m Tường ngang dày 3m Mô ứng xử tường vây qua giai đoạn thi công PLAXIS: Giai đoạn 1: thi công tường vây, chất tải Giai đoạn 2: thi công tường ngang xi măng đất Giai đoạn 3: Thi công đào đất tầng hầm Giai đoạn 4: thi công sàn tầng hầm Giai đoạn 5: thi công đào đất tầng hầm Giai đoạn 6: thi công sàn tầng hầm Giai đoạn 7: thi cơng đào đất tầng hầm móng Thay đổi giá trị chiều sâu tường vây để thu giá trị chuyển vị gần thỏa mãn điều kiện cho phép Ta kết ta xác định với trường hợp tường ngang dày 3m, chiều sâu tường vây 29m đạt điều kiện chuyển vị đẩy trồi đáy hố đào Tính tốn tương tự với trường hợp chiều dày tường ngang thay đổi, chiều dày tường vây thay đổi, ta thu bảng tổng kết kết sau: Bảng 4: Kết tính toán trường hợp tầng hầm TH Số tầng hầm Chiều dày TTH 0.6m 0.8m Chiều sâu TTH 35 35 32 29 27 26 27 33 Chiều dày TN 5 Chuyển vị 23 18.93 15.6 14.5 12.37 10.63 14.74 16.5 Ghi Không thỏa mãn Không thỏa mãn Không thỏa mãn 3 1m 5 30 28 26 25 28 26 25 14.4 12.8 11.8 15.08 13.5 12.5 14.5 Không thỏa mãn Khơng thỏa mãn Trường hợp cơng trình tầng hầm: Tính tốn tương tự ta có bảng kết sau: Bảng 5: Kết tính tốn trường hợp tầng hầm TH Số tầng hầm 4 Chiều dày TTH 0.8m 1m 1,2m Chiều dày TN Chiều sâu TTH Chuyển vị 5 5 36 36 36 33 30 29 28 36 33 31 30 29 28 32 30 29 28 24.1 20.2 17.6 15.9 14.32 13.96 27.1 18.4 16 14.46 13.34 12.8 22.7 15.3 13.6 14.6 20.5 Ghi Không thỏa mãn Không thỏa mãn Không thỏa mãn Không thỏa mãn Không thỏa mãn 3.1.3 Phân tích mối liên hệ số tầng hầm chiều sâu tường tầng hầm chống đỡ tường ngang Dựa vào kết có từ nghiên cứu trên, ta lập đồ thị biểu diễn mối liên hệ số tầng hầm, chiều dày lớp tường ngang chiều sâu tường tầng hầm, với trục tung chiều dày tường ngang, trục hoành chiều sâu tường vây thiêt lập sau: Đồ thị Trường hợp 3TH, TTH dày 0,6m Đồ thị trường hợp 3TH, TTH dày 0,8m Đồ thị trường hợp 3TH, TTH dày 1m Đồ thị trường hợp 4TH, TTH dày 0,8m Đồ thị trường hợp 4TH, TTH dày 1m Đồ thị trường hợp 4TH, TTH dày 1,2m Theo kết tính tốn trường hợp cho thấy đặc điểm địa chất có ảnh hưởng lớn tới chuyển vị TTH Trong toán này, tác giả xét đến điều kiện địa chất yếu Độ sâu tới đáy lớp đất yếu tính từ đáy móng 12m (chiều dày lớp 15m, 18m) chuyển vị thường lớn phạm vi lớp đất Từ thấy việc sử dụng tường ngang xi măng đất để chống đỡ vị trí đáy móng hiệu Trường hợp không sử dụng tường ngang: Với cơng trình 3TH, TTH dày 0,6m tường vây khơng thể đảm bảo điều kiện chuyển vị Khi tăng chiều dày TTH lên 0,8m 1m chiều sâu TTH lớn mà không đảm bảo theo quy định (bảng 4) Với cơng trình 4TH, dùng TTH dày 0,8m tường vây khơng thể đảm bảo điều kiện chuyển vị Tăng chiều dày TTH lên 1m 1,2m chiều sâu TTH phải lớn mà khơng đảm bảo theo quy định (bảng 5) Như việc tăng chiều sâu chiều dày tường tầng hầm khơng hiệu trường hợp Trường hợp có sử dụng tường ngang: Với cơng trình 3TH, sử dụng tường ngang dày 2m chống đỡ dùng TTH dày 0,6m sâu 32m Sau tăng 1m chiều dày tường ngang lại giảm chiều sâu TTH (bảng 4) Với cơng trình 3TH, có TTH 0,8m sử dụng 3m tường ngang giảm đươc đến 21,2% chiều sâu so với không sử dụng tường ngang (bảng 5) Trường hợp 4TH, sử dụng TTH dày 0,8m có tường ngang dày 2m Khi TTH dày 1m kết hợp tường ngang 4m giảm đến 19% chiều sâu TTH so với khơng có tường ngang (bảng 5) Khi rút ngắn chiều sâu TTH nằm lớp đất yếu dù có sử dụng tường ngang đến 5m khơng đảm bảo chuyển vị (trong tất trường hợp xét), lúc chân TTH khơng có lớp đất tốt chống đỡ, bị trượt Tác giả đề xuất phương án khoan trộn sâu xi măng đất để tạo tường ngang chân TTH, điều phụ thuộc vào cơng nghệ thi cơng có đảm bảo hay không KẾT LUẬN - Chống đỡ tường tầng hầm nhà cao tầng tường ngang thi công theo phương pháp trộn sâu giải pháp nhằm hạn chế chuyển vị ngang tường chắn đất đảm bảo điều kiện ổn định an toàn cho thân cơng trình cơng trình lân cận - Phương pháp gia cố thường sử dụng đất có lớp đất yếu có chiều dày lớn nằm lớp đất tốt Chuyển vị ngang cho phép tường tầng hầm tiêu chuẩn đánh giá giải pháp chống đỡ tường ngang - Tường ngang đất trộn sâu có mơ đun đàn hồi sức kháng cắt lớn gấp nhiều lần so với đất yếu giảm biến dạng đất chịu tải - Các kết nghiên cứu với tường tầng hầm có chiều dày khác độ sâu hố đào khác cho thấy sử dụng tường ngang, độ sâu chôn tường giảm đáng kể so với trường hợp không sử dụng tường ngang (có trường hợp lên đến 21%) Đẩy trồi đáy hố đào, chuyển vị lún mặt đồng thời giảm xuống Kết nghiên cứu với 31 trường hợp thể bảng bảng đồ thị từ đồ thị đến đồ thị - Tường tầng hầm cần ngàm vào lớp đất tốt phía lớp đất yếu giá trí định Trong trường hợp khơng thể ngàm vào lớp đất tốt phía dưới, giải pháp đề xuất thi cơng tường ngang vị trí chân tường chắn đất TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt: Đỗ Đình Đức, Thi cơng hố đào cho tầng hầm nhà cao tầng đô thị Việt Nam, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, (2002) Đinh Hoàng Hải, Quy trình cơng nghệ cột đất – vơi đất - xi măng, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, (2002) Nguyễn Bá Kế, Xây dựng cơng trình ngầm đô thị theo phương pháp đào mở, nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, (2008) Lê Kiều, Chất lượng bê tông cốt thép cọc nhồi tường Baret, Báo cáo hội thảo “Những học kinh nghiệm quốc tế Việt Nam cơng trình ngầm thị”, (2008) Nguyễn Văn Quảng, Nền móng tầng hầm nhà cao tầng, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, (2008) Nguyễn Văn Quảng, Chỉ dẫn thiết kế thi công cọc barét, tường đất neo đất, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, (2008) Đoàn Thế Tường Các dạng đô thị Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh đánh giá chúng phục vụ xây dựng cơng trình ngầm, Bài báo khoa học Nguyễn Viết Trung, Cọc xi măng đất phương pháp gia cố đất yếu, Nhà xuất xây dựng, (2011) TCXDVN 385: 2006, Phương pháp gia cố đất yếu trụ xi măng đất, nhà xuất Xây dựng 10 Tiêu chuẩn thành phố Thượng Hải, Quy phạm kỹ thuật xử lý móng, TP Thượng Hải, (1994) Tiếng anh: 11 Cassadra Rutherfor, Giovanna Biscontin, and Jean –Loius Briaud Texas A&M University); Design manual for excavation support using deep mixing technology 12 Wong kai sin (Nanyang Technological University), esign analysis deep excavations , 2009 13 Chang –Yu Ou (2006), Deep Excavation, Theory and Practice 14 Thomas Telford (1996), Deep Excavations: a practical manual, London 15 http://www.bauer.de 16 http://www.rawell.co.uk 10