Chuyên đề thi công hệ kết cấu chắn giữ hố đào

Công trình hố móng sâu có chu kì thi công thời gian dài, phức tạp nhất là với công trình hố sâu rộng, thi công trên nền đất yếu. Thi công công trình hố móng sâu rất dễ xảy ra sự cố: sập lở thành, hỏng hệ thống chắn giữ, gây sụt lún côg trình xung quanh. Vì vậy việc lựa chọn phương án và thi công hệ kết cấu chắn giữ trong hố móng sâu rất quan trọng...

CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD: CAO VĂN HÓA *************************************************************************** CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG Đề bài: Lựa chọn phương án thíêt kế và thi công hệ kết cấu chắn giữ hố đào sâu của công trình sau -8.7m -37m -6m Bùn sét γ = 1,45T/m 3 c = 0,02 kg/cm 2 ϕ = 2 o Bùn sét γ = 1,5T/m 3 c = 0,02 kg/cm 2 ϕ = 2 o Cát chặt γ = 19T/m 3 ϕ = 25 o Mặt bằng công trình 5m 5m 5m 5m B=84m L=150m +0.00 Vấn đề thiết kế kết cấu chắn giữ Công trình hố móng sâu có chu kì thi công dài, thi công phức tạp nhất là với công trình hố sâu rộng thi công trên nền đất yếu. Thi công công trình hố móng sâu rất dễ xảy ra sự cố: sập lở thành, hỏng hệ thống chắn giữ, gâ lún nứt những công trình lân can…Vì vậy việc lựa chọn phương án và thi công hệ kết cấu chắn giữ trong hố móng sâu là quan trọng. Thiết kế kết cấu chắn giữ theo các nguyên tắc sau: - An toàn tin cậy: đáp ứng yêu cầu về cường độ bản thân, tính ổn đònh và sự biến dạng của kết cấu chắn giữ, đảm bảo an tòan cho công trình xung quanh. - Tính hợp lý về kinh tế: dưới tiền đề là bảo đảm an toàn, tin cậy cho kết cấu chắn giữ. - Thuận lợi, bảo đảm thời gian cho thi công: trên nguyên tắc an toàn tin cậy và kinh tế hợp lý, đáp ứng tối đa những điều kiện thuận lới cho thi công. ************************************************************************ SVTH: NGUYỄN THỊ HOÀI BẮC 1 CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD: CAO VĂN HÓA *************************************************************************** I/ Đánh giá mức độ ổn đònh tổng thể của đất Do hai bốn phía của công trường đều cách đường xe chạy là 5m nên không thể đào hố có mái dốc. Xét ổn đònh của hố móng khi chưa có kết cấu chắn giữ. Đất có ổn đònh hay không được đánh giá bằng hệ số ổn đònh F S . Tính theo phương pháp mặt trượt cung tròn: phân mảnh Bishop giản đơn. A B 4,5H=27m 2H=12m O 1 D C O 2 O 3 - Chọn các tâm trượt tính toán. - Vẽ đường song song với mặt mái cách khoảng 2H = 6×2 = 12m, vẽ đường thẳng đứng cách A khoảng 4,5H = 27m, giao điểm của 2 đường này là C. - Nối B với C về phía bên trái cắt đường thẳng đứng qua trung điểm AB tại O 1 . - Chọn tiếp O 2 , O 3 ( bên trái O 1 ) làm tâm tính toán. 1/ Xét tâm O 1 - Ta có R 1 = 7,39m; β = 180 o ( đo trên hình vẽ) - Chia lăng thể trượt ra thành 5 mảnh, mỗi mảnh có bề rộng 2,7m - Diện tích, trọng tâm của mỗi mảnh xác đònh bằng CAD 45.91 21.23 21.23 3 6 . 8 2 A B O 1 D -6m -8.7m 1 2 3 4 5 R = 7 , 3 9 m 180 ************************************************************************ SVTH: NGUYỄN THỊ HOÀI BẮC 2 CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD: CAO VĂN HÓA *************************************************************************** - Bảng tính toán Số hiệu mảnh S S 1 S 2 G i =γ i .S α i cosα i sinα i G i cosα i G i sinα i 1 20.49 20.33 0.16 297.19 45.91 0.696 0.718 206.84 213.38 2 26.24 23.49 2.75 381.86 21.23 0.932 0.362 355.89 138.23 3 27.70 23.49 4.21 403.76 0 1 0 403.76 0 4 26.24 23.49 2.75 381.86 21.23 0.932 0.362 355.89 138.23 5 23.90 23.74 0.16 346.63 36.82 0.801 0.599 277.65 207.63 - Với S 1 : diện tích của mảnh i ở lớp đất 1 S 2 : diện tích của mảnh i ở lớp đất 2 cos 1600,03 sin 697,47 i i i i g kN g kN α α = = ∑ ∑ - Chiều dài cung trượt theo góc mở 2 2.3,14.7,39.180 23,216 360 360 R L m π β = = = - Hệ số ổn đònh 1 cos 0,0349.1600,03 2.23, 216 0,147 1,5 sin 697,47 i i i tg g cL F g ϕ α α + + = = = < ∑ ∑ 2/ Xét tâm O 2 - Xác đònh O 2 bất kì trên đường thẳng BC và ở bên trái O 1 - Ta có R 1 = 6,55m; β = 169,06 o ( đo trên hình vẽ) - Chia lăng thể trượt ra thành 5 mảnh, mỗi mảnh có bề rộng 2,31m - Diện tích, trọng tâm của mỗi mảnh xác đònh bằng CAD O 2 1 2 3 4 5 R = 6 , 5 5 m A B D -6m -8.7m 169.06 4 9 . 6 2 23.45 2.7 17.74 40.82 ************************************************************************ SVTH: NGUYỄN THỊ HOÀI BẮC 3 CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD: CAO VĂN HÓA *************************************************************************** - Bảng tính toán Số hiệu mảnh S S 1 S 2 G i =γ i .S α i cosα i sinα i G i cosα i G i sinα i 1 16.76 16.76 0 243.02 40.80 0.757 0.653 183.96 158.69 2 19.91 19.78 0.13 288.76 17.74 0.952 0.305 274.9 88.07 3 20.64 20.09 0.55 299.56 2.7 0.999 0.047 299.26 14.08 4 26.24 26.21 0.03 380.50 23.45 0.917 0.398 348.92 151.44 5 16.84 16.84 0 244.18 49.62 0.648 0.762 158.23 186.07 - Với S 1 : diện tích của mảnh i ở lớp đất 1 S 2 : diện tích của mảnh i ở lớp đất 2 cos 1265,27 sin 598,35 i i i i g kN g kN α α = = ∑ ∑ - Chiều dài cung trượt theo góc mở 2 2.3,14.6,55.169,06 19,327 360 360 R L m π β = = = - Hệ số ổn đònh 2 cos 0,0349.1265,27 2.19,327 0,138 1,5 sin 598,35 ϕ α α + + = = = < ∑ ∑ i i i tg g cL F g 3/ Xét tâm O 3 - Xác đònh O 3 bất kì trên đường thẳng BC và ở bên trái O 1 - Ta có R 1 = 6,43m; β = 166,93 o ( đo trên hình vẽ) - Chia lăng thể trượt ra thành 5 mảnh, mỗi mảnh có bề rộng 2,26m - Diện tích, trọng tâm của mỗi mảnh xác đònh bằng CAD 166.93 49.94 23.71 3.10 17.14 39.75 -8.7m -6m 6 . 4 3 m A B O 3 D ************************************************************************ SVTH: NGUYỄN THỊ HOÀI BẮC 4 CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD: CAO VĂN HÓA *************************************************************************** - Bảng tính toán Số hiệu mảnh S G i =γ i .S α i cosα i sinα i G i cosα i G i sinα i 1 18.82 272.89 39.75 0.769 0.639 209.85 174.38 2 18.90 274.05 17.14 0.956 0.295 261.99 80.84 3 19.57 283.77 3.1 0.999 0.054 283.35 15.35 4 18.28 265.06 23.71 0.916 0.402 242.79 106.55 5 15.94 231.13 49.94 0.644 0.765 148.85 176.81 cos 1146,83 sin 553,926 α α = = ∑ ∑ i i i i g kN g kN - Chiều dài cung trượt theo góc mở 2 2.3,14.6,43.166,93 18,734 360 360 π β = = = R L m - Hệ số ổn đònh 3 cos 2 .1146,83 2.18,734 0,14 1,5 sin 553,926 ϕ α α + + = = = < ∑ ∑ o i i i tg g cL tg F g • Theo kết quả tính toán: tâm trượt O 1 , O 2 , O 3 đều nguy hiểm. Đất không ổn đònh khi đào hố sâu mà không có kết cấu chắn giữ. Đất quá yếu nên cần phải tính toán kết cấu chắn giữ chính xác. II/ Các phương án chống giữ hố đào 1/ Tường liên tục trong đất có đặt 3 tầng chống - Tường liên tục trong đất quây lại thành đường khép kín, sau khi đào móng cho thêm hệ thống thanh chống hoặc thanh neo vào sẽ có thể chắn đất, ngăn nước, rất tiện cho việc thi công móng sâu. Nếu tường liên tục trong đất kiêm làm kết cấu chòu lực của công trình xây dựng thì càng có hiệu quả kinh tế cao hơn. - Sơ đồ tính khi đưa vào phần mềm SAP. K h Thanh chống Thanh chống Thanh chống Tường vây K h K h K h ************************************************************************ SVTH: NGUYỄN THỊ HOÀI BẮC 5 CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD: CAO VĂN HÓA *************************************************************************** - Tuy nhiên, đất của công trường là đất bùn sét, việc xử lý không những làm tăng chi phí cho công trình mà khi kó thuật phân li bùn không hoàn hảo hoặc xử lý không thỏa đáng sẽ làm cho môi trường bò ô nhiễm. - Bề rộng của hố đào là 87m, chiều dài 150m nên bố trí thanh chống không hợp lý vì phải nối thanh chống và thi công rất phức tạp, không có cách nào dùng tầng chống bên trong. - Giá thành của tường liên tục cao hơn cọc hàng và cọc trộn dưới tầng sâu. - Vì vậy dùng phương án tường chắn liên tục có đặt tầng chống làkhông hợp lý. 2/ Cọc bản - Cọc bản thép dễ thi công bằng búa rung, chòu được lực ngang và lực neo lớn. - Dùng cho đất yếu, không tạo được mái dốc. • Cọc bản không neo - Tường cọc bản đóng trong nền sẽ tự ổn đònh nhờ sự khác nhau của áp lực đất bò động và chủ động tác động lên tường. - Đối với đất sét, trong điều kiện không thoát nước sự khác nhau giữa hai áp lực này chính là lực dính. - Các hệ số của lớp 1 γ ϕ ϕ ϕ = = =     = − = − =  ÷  ÷         = + = + =  ÷  ÷     3 2 o 1 2 2 a 2 2 p 14,5kN/ m ;c 2kN/ m ; 2 2 k tg 45 tg 45 0,9326 2 2 2 k tg 45 tg 45 1,0723 2 2 - Tại đáy hố móng 1 1 2 a a a P .h.k 2c k 14,5.6.0,9326 2.2. 0,9326 77,27KN/ m γ = − = − = - Tổng áp lực sau lưng tường 1 1 a 1 1 P P H .77,27.6 231,82kN/ m 2 2 = = = - Điểm đặt lực P 1 cách miệng hố đào 2 2 z H .6 4m 3 3 = = = - p lực ròng tác động lên tường tại đáy hố đào p a P P P 4c H 4.2 14,5.6 0 γ = − = − = − < ⇒ Không thể tính theo phương pháp cọc bản đóng trong đất sét không neo ⇒ cọc bản không tự ổn đònh được do đất quá yếu - Cọc dùng trong phương án này sẽ rất dài. - Phương án không khả thi. - Vì vậy sẽ dùng thêm neo. ************************************************************************ SVTH: NGUYỄN THỊ HOÀI BẮC 6 CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD: CAO VĂN HÓA *************************************************************************** • Cọc bản có neo - Phương án tường có neo sẽ tiết kiệm hơn phương án không neo khi đất quá yếu. - Tính toán phương án này theo giả thiết chân tường dòch chuyển tự do. -8.7m L 4 L 3 L z P F O' -6m -37m L op 1 L op 2 L op 3 - Các hệ số của lớp 1 3 2 o 1 1 2 2 a 1 2 2 p 14,5kN/ m ;c 2kN/ m ; 2 2 k tg 45 tg 45 0,9326 2 2 2 k tg 45 tg 45 1,0723 2 2 γ ϕ ϕ ϕ = = =     = − = − =  ÷  ÷         = + = + =  ÷  ÷     - Các hệ số của lớp 2 3 2 o 1 2 2 2 a 2 2 2 p 15kN/ m ;c 2kN/ m ; 4 4 k tg 45 tg 45 0,87 2 2 4 k tg 45 tg 45 1,15 2 2 γ ϕ ϕ ϕ = = =     = − = − =  ÷  ÷         = + = + =  ÷  ÷     - Tại đáy hố móng 1 1 1 2 a 1 a a 1 p P .H.k 2c k 14,5.6.0,9326 2.2 0,9326 77,27KN/ m P 0 γ = − = − = = ************************************************************************ SVTH: NGUYỄN THỊ HOÀI BẮC 7 CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD: CAO VĂN HÓA *************************************************************************** - Tại đáy lớp 1 ( ) ( ) 2 1 1 2 a 1 1 a a 2 1 1 2 p 1 1 p p P .H .k 2c k 14,5.8,7.0,9326 2.2. 0,9326 113,78KN/ m P . H H .k 2c k 14,5. 8,7 6 1,0723 2.2. 1,0723 46,12KN/ m γ γ = − = − = = − + = − + = - Tại nơi bắt đầu lớp thứ 2 ( ) ( ) 2' 1 2 2 a 1 1 a a 2' 1 2 2 p 1 1 p p P .H .k 2c k 14,5.8,7.0,9326 2.2. 0,87 113,91KN / m P . H H .k 2c k 14,5. 8,7 6 1,0723 2.2. 1,15 46,27KN/ m γ γ = − = − = = − + = − + = - Tại độ sâu z bất kì tại lớp thứ 2 (tính từ lớp thứ 2) ( ) 3 1 2 2 a 1 1 a 2 a a 3 1 2 2 p 2 1 p 2 p p P .H .k .z.k 2c k 113,91 15.z.0,87 113,91 13,05z P . H H .k .z.k 2c k 46,27 15.z.1,15 46,27 17,25z γ γ γ γ = + − = + = + = − + + = + = + - Biểu đồ áp lực bò động, chủ động -8.7m -6m độ sâu bất kì - p lực ròng tác động lên cọc bản ở độ sâu z 3 3 r p a P P P 46,27 17,25z 113,91 13,05z 4,2z 67,64= − = + − − = − - Vò trí mà áp lực chủ động và bò động cân bằng với nhau 3 3 r p a P P P 0 4,2z 67,64 0 z 16,1m = − = ⇔ − = ⇔ = - Vò trí z này cách đáy hố móng một khoảng 3 L z 2,7 16,1 2,7 18,8m= + = + = - Tổng áp lực sau lưng tường 1 1 a a 3 1 1 77,27.6 77,27.18,8 P P H P L 958,148kN/ m 2 2 2 2 = + = + = - Điểm đặt lực cách điểm có áp lực ròng triệt tiêu xác đònh bằng cách lấy moment với điểm đó ************************************************************************ SVTH: NGUYỄN THỊ HOÀI BẮC 8 CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD: CAO VĂN HÓA *************************************************************************** 1 1 a 3 a 3 3 1 1 1 2 P H(L H) P L . L 2 3 2 3 z P 1 2 1 2 .77,27.6(18,8 6) .77,27.18,8. .18,8 2 3 2 3 15,02m 958,148 + + = + + = = - Xác đònh L 4 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 3 2 p a 4 3 4 3 3 2 4 3 4 2 2 2 p a 3 2 4 4 3 2 4 4 4 1 2 M P H L z l . k k L H l L L 0 O' 2 3 3P H L z l L 1,5 H l L L 0 k k 3.958,148 6 18,8 15,02 1 L 1,5 6 5 18,8 L 0 15 1,15 0,87 L 29,7L 6008,96 0 L 12,01m γ γ       = − + − + + − − + + =  ÷       + − − ⇒ + − + − = − + − − ⇒ + − + − = − ⇒ + − = ⇒ = ∑ - Chiều sâu cần đóng cọc vào đất LT 3 4 D L L 18,8 12,01 30,81m= + = + = - Chiều sâu cần đóng cọc vào đất thực tế thường tăng 30% đến 40% ( ) ( ) ( ) TT LT D 1,3 1,4 D 1,3 1,4 30,81 40,05 43,13 m= ÷ = ÷ = ÷ - Chọn D TT = 41m - Cọc ngàm vào lớp đất thứ 3 một đoạn ( ) L 41 37 6 10m= − − = - Tính lực neo F Do tường cân bằng ( ) ( ) 2 2 2 2 p a 4 2 2 2 2 2 p a 4 2 k k L H F P 0 2 k k L 15.(1,15 0,87).12,01 F P 958,148 655,24kN/ m 2 2 γ γ − = − + = − − ⇒ = − = − = ∑ - Dùng phần mềm SAP với sơ đồ tính như sau để tính moment max của cọc bản. - Dầm tính chòu lực áp lực chủ động và bò động có liên kết tại vò trí neo. ************************************************************************ SVTH: NGUYỄN THỊ HOÀI BẮC 9 CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG GVHD: CAO VĂN HÓA *************************************************************************** 8,7m16,1m12,01m 1m - Kết quả: -0.27 300.90 390.85 425.32 220.00 X Z Từ kết quả của SAP ta thấy M max = 425,32Tm tại độ sâu 12,11m - Moment uốn trong cọc bản quá lớn, không có cọc bản thép bất kì nào trong catalog về cừ Larsen có thể sử dụng được. - Mặt khác cọc với chiều dài là 36 + 6 = 42m là cũng quá dài. - Phương án không khả thi. 3/ Gia cố đất bằng cọc xi măng đất - Nguyên nhân cả hai phương án trên không thể khả thi là do đất quá yếu, lực dính c và góc ma sát quá nhỏ, đất không thể nén chặt được trong quá trình thi công vì nước trong lỗ rỗng rất khó thoát đi để lỗ rỗng có thể giảm nhỏ lại. Vì vậy, gia cố cọc đất trộn xi măng để cải thiện các tính chất cơ lý của đất là hiệu quả. - Các cọc xi măng bố trí thành nhiều hàng vây xung quanh hố móng. - Tỉ lệ chiếm chỗ của trụ đất xi măng so với diện tích đất cần gia cố là A c = 25% - Theo thí nghiệm lượng xi măng dùng cho 1 m 3 cọc là 250kg, sau 28 ngày khoan lấy mẫu cường độ đạt 17kg/cm 2 , góc ma sát trong là ϕ gc = 20 o . - Sức chống cắt của trụ đất xi măng ( ) 2 gc u 1 1 1 1 C q 1700 113,3 170 kN/ m 10 15 10 15     = ÷ = ÷ = ÷  ÷  ÷     Chọn C gc = 150kN/m 2 - Lực dính của đất sau khi gia cố bằng cọc xi măng đất ( ) ( ) 2 td tn c gc c C C 1 A C A 2 1 0,25 150.0,25 39kN/ m= − + = − + = ************************************************************************ SVTH: NGUYỄN THỊ HOÀI BẮC 10