Phân tích ứng xử đất và tường vây của hố đào sâu trong điều kệin đất yếu ở khu vực thành phố hồ chí minh

4 Chương : TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Ở KHU VỰC TP.HCM VÀ HỐ ĐÀO SÂU ĐƯC ỔN ĐỊNH BẰNG TƯỜNG VÂY 1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Ở KHU VỰC TP.HCM Đất vật chất vỏ Trái đất có nguồn gốc từ trình phong hoá tự nhiên đá gốc ( đá macma, đá trầm tích, đá biến chất) Tuỳ thuộc vào yếu tố : thành phần vật chất đá gốc, loại hình phong hoá, trình vận chuyển lắng động, yếu tố khí hậu- địa lý mà hình thành loại đất có tính chất lý khác Mặt khác, trình tồn tự nhiên khoảng thời gian dài (hàng ngàn đến hàng triệu năm), đất đá chịu ảnh hưởng trình biến đổi tính chất vật lý hoá học gồm trình: bay hơi, hình thành vết nứt, phong hoá, lọc rửa, ximăng hoá 1.1.1 Nguồn gốc hình thành địa chất khu vực Tp.HCM Theo tài liệu địa chất kiến trúc đồ phân vùng địa chất công trình lãnh thổ Việt Nam [8 ] : Địa chất khu vực Tp.HCM có cấu trúc móng Mezozon, có nguồn gốc núi lửa tuổi Jura muộn, Creta sớm Tầng tầng có tuổi Holocene QIV, tầng đất yếu, hình thành trình trầm tích ven biển, cửa sông, hạt vừa đến nhỏ mịn, chứa nhiều xác động thực vật Tầng bên tầng có tuổi Pleistocene (QI-III), gồm sản vật thô cuội, sỏi, cát có nguồn gốc ven biển, có vết tích sườn tích 1.1.2 Sự phân bố loại đất TP.HCM Địa chất khu vực Tp.HCM chia thành vùng [10]: ¾ Vùng A : gồm loại đá tuổi từ J3 – K1 cấu tạo loại đá cứng nửa cứng, phân bố khu vực Thủ Đức Cần Giờ ¾ Vùng B : thường loại sét, sét pha cát, cát pha sét, cát có chiều dày từ 0-10 m phủ lên lớp đất laterit Mực nước ngầm thay đổi từ 110m, chia thành tiểu vùng (B-I B-II), phân bố khu vực : Thủ Đức, Củ Chi, Hóc Môn ¾ Vùng C : gồm loại đất yếu (đất sét nhão, bùn sét, bùn sét pha cát), chiều dày thay đổi từ đến 30 m (có nơi đến 40m), phủ lớp cát mịn đến trung, mực nước ngầm thường nhỏ 1m Địa mạo phẳng, có nơi trũng ngập, có tượng lầy hoá cục bộ, chịu ảnh hưởng thủy triều Hầu phủ kín khắp bề mặt khu vực trừ khu vực nêu vùng A B Được chia thành nhiều tiểu vùng : C-I, C’ II, C-III, C-IV, C-V, C-V 1.1.3 Các đặc điểm điển hình điều kiện địa chất công trình [8], [10] Khu vực TP.HCM nằm đơn nguyên địa hình đồng thấp tích tụ trầm tích phù sa Đệ Tứ trẻ Do điều kiện hình thành nên phân bố tầng trầm tích có chiều dày lớn biến đổi phức tạp Đặc biệt lớp trầm tích phù sa trẻ Holocene gần phủ kín khắp bề mặt khu vực : bề dày từ vài mét đến vài chụt mét, có nơi lên đến 40 mét Đặc trưng hệ trầm tích yếu khu vực trình biến đổi tích tụ, phân hủy hấp thụ hoá sinh, bão hòa nước, bắt đầu vào trình nén chặt hoá đá Ngoài lớp có bề dày khoảng 0.5 dến 3.0 m dược cải tạo, thổ nhưỡng hay thổ cư hoá Các tầng trầm tích trẻ Holocene bên chủ yếu bùn có đặc điểm chung đặc tính xây dựng như: ¾ Trạng thái mềm (hoặc bời rời), hoàn toàn bảo hoà nước, trình phân hủy hấp thụ hoá sinh; độ ẩm cao từ 50 – 100% ( có đến 120%); dung trọng khô nhỏ, thông thường không 10 KN/m3; độ sệt I L >1.0; hệ số rỗng e>1.5, chí có nơi từ – lớn ¾ Từ mặt đất tự nhiên đến độ sâu 6m : OCR = 7.2 – 2.12, đất sét có tính chất cố kết trước nặng; từ độ sâu 6m đến 12m : OCR = 2.12 – xấp xỉ : đất sét có tính chất cố kết trước nhẹ; từ độ sâu 12m dến 22m : đất sét có tính chất cố kết thường.[4] ¾ Tính nén lún cao, số C c biến đổi từ 0.5 – 1.5 Module tổng biến dạng (cấp áp lực 0-2 daN/cm ) từ 5-10 daN/ cm ¾ Cường độ sức chống cắt không thoát nước nói chung không lớn 0.2 daN/ cm ¾ Tính thấm nước thấp : tính thấm nước đất yếu thấp, thường -6 -8 hệ số thấm theo phương đứng vào khoảng ix(10 đến 10 ) cm/sec ( i=1-10) Do chu kỳ đầu gia tải, thường xuất áp lực nước lổ rỗng thặng dư cao, ảnh hưởng đến sức chịu tải thời gian lún kéo dài 1.2 TỔNG QUAN HỐ ĐÀO SÂU ỔN ĐỊNH BẰNG TƯỜNG CHẮN 1.2.1 Đặc điểm hố đào sâu Trong thực tế xây dựng thường lấy 6m làm ranh giới hố móng nông hố móng sâu.[5] Công trình có hố đào sâu ổn định tường vây liên quan mật thiết giửa lónh vực khoa học kỹ thuật : Cơ học đất, Cơ học kết cấu, Công nghệ thi công chịu ảnh hưởng đan xen nhiều nhân tố phức tạp ¾ Kỹ thuật thi công phức tạp, phạm vi ảnh hưởng rộng, nhiều nhân tố biến đổi Sự cố hay xảy ra, đặc biệt điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao điều kiện trường phức tạp khác ¾ Trong thành phố, công trình thường nơi khu vực nhỏ hẹp, mật độ xây dựng lớn, dân cư giao thông đông đúc, điều kiện thi công khó khăn ¾ Tính chất lý đất thay đổi phạm vi rộng.Tính không đồng không đẳng hướng cao ¾ Thời gian thi công tương đối dài, chịu ảnh hưởng mưa, triều cường 1.2.2 Các loại tường chắn ổn định hố đào sâu Tường vây giữ ổn định hố đào có loại chủ yếu sau [2],[5] - Tường chắn đất trộn ximăng tầng sâu: Trộn cưỡng chế đất với ximăng thành cọc ximăng đất, sau đóng rắn lại thành tường chắn có dạng liền khối đạt cường độ định, dùng để đào loại hố móng có độ sâu 3-6m Hình 1.1 Cọc trộn Ximăng + đất sâu - Cọc thép: Dùng thép máng sấp ngửa móc vào cọc thép khoá miệng thép hình với mặt cắt chữ U chữ Z Dùng phương pháp đóng rung để hạ chúng vào đất, sau hoàn thành nhiệm vụ chắn giữ, thu hồi sử dụng lại, dùng cho loại hố móng có độ sâu từ 3-10m - Cọc bêtông cốt thép: Cọc dài 6-12m, sau đóng cọc xuống đất, đỉnh cọc đổ dầm vòng bêtông cốt thép đặt dãy chắn giữ neo, dùng cho loại hố móng có độ sâu 3-6m - Tường chắn cọc khoan nhồi: Đường kính φ600-1000mm, cọc dài 1530m, làm thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, đỉnh đổ dầm giằng bêtông cốt thép (BTCT), dùng cho loại hố móng có độ sâu 6-13m - Tường liên tục đất (Tường vây – Diaphram walls): Sau đào tạo rảnh đổ bêtông, làm thành tường chắn đất bêtông cốt thép có cường độ tương đối cao, dùng cho hố móng có độ sâu 10m trở lên trường hợp điều kiện thi công tương đối khó khăn.(Hình 1.3, 1.4) Hình 1.3 Minh họa thi công tường vây BTCT Hình 1.4 Tường vây BTCT thi công xong, giai đọan đào dất Hình 1.5 Hố đào ổn định tường vây hệ chống 10 Hình 1.6 Hố đào ổn định tường vây Neo đất 1.2.3 Giới thiệu số công trình hố đào ổn định tường vây • Harbour View Tower - Thành phố Hồ Chí Minh Công trình tọa lạc số 35 Nguyễn Huệ, Quận 1, Tp.HCM : gồm 19 tầng lầu, tầng hầm, có hố móng sâu đến 10m Diaphragm Wall có chiều rộng 0.6m, sâu 30m • Vietcombank Tower - Hà Nội Công trình gồm 22 tầng lầu, tầng hầm, có hố móng sâu đến 11m Diaphragm Wall có chiều rộng 0.8m, sâu 22m • Công trình 25 Láng Hạ – Hà Nội Công trình gồm 28 tầng hai tầng hầm Tổng chiều sâu tầng hầm 9.6m Hệ tường chắn gồm mô đun pannel liên kết Kích thước pannel là: - Bề rộng : 0.6m, Chiều dài: 2.8m - Chiều sâu tường: 20.0m 11 1.3 CÁC NGUYÊN NHÂN CỦA SỰ CỐ CÔNG TRÌNH HỐ ĐÀO SÂU 1.3.1 Sự sụp đổ tường vây trạm bơm nước thải bangkok [23] Hình 1.7 Hố đào Trạm bơm nước thải Bangkok bị sụp đổ Trạm bơm xử lý nước thải ngầm Bangkok có kết cấu tường vây đóng vai trò tường chắn đất giai đoạn thi công phần kết cấu Ngày 17 tháng 08 năm 1997, giai đoạn đào đất cuối hoàn tất tường vây bị đổ sập phía Tường vây có dạng hình tròn kết hợp với đa giác, rộng 20.3m, dài 34.239.3m, sâu 24m Tình hình địa chất: lớp dày 15m, sét yếu trầm tích biển ( W=80-90%, γ=14.5-15.0 kN/m3, S u =10-15 kPa); bên lớp sét cứùng có chiều dày lớn (Su khoảng 100 kPa); Mực nước ngầm cách mặt đất 1-2m 12 Theo kết điều nghiên quan chức có Trường Đại học Chulalongkorn, Bangkok, Thái Lan, nguyên nhân gây cố : ¾ Phân tích tính toán chưa phù hợp điều kiện thực tế như: thông số địa chất không đáng tin cậy, áp lực đất nước tác dụng lên tường vây thực tế lớn tính toán ¾ Chất lượng chi tiết kết cấu hệ chống không đạt nên áp lực ngang lớn gây phá hoại làm ổn định 1.3.2 Tổng kết số nguyên nhân chung cố Theo phân tích tổng kết kinh nghiệm thi công hố đào sâu Anh Trung Quốc [5] hầu hết cố xảy do: ¾ Công tác khảo sát đánh giá điều kiện địa chất chưa đầy đủ tin cậy ¾ Sự thay đổi phức tạp môi trường (đất, nước ngầm, thời tiết ) chưa dự báo chuẩn bị ¾ Phân tích tính toán chưa phù hợp điều kiện thực tế ¾ Thiếu đánh giá người thiết kế giới hạn chất lượng, kỹ thuật thi công (của chống neo); ảnh hưởng biến dạng, kết cấu chống đỡ biến dạng đất chống đỡ.(theo báo cáo Sower).[5] ¾ Chủ quan hay trình độ thi công chất lượng công trình tạm, tải tải trọng máy móc, thiết bị tạm, vật tư tổ chức bố trí 1.4 MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐÃ CÓ 1.4.1 Một số kết nghiên cứu tường vây nước Trần Thanh Tùng, nghiên cứu phương pháp tính toán kiểm tra ổn định công trình tường đất bảo vệ hai tầng hầm nhà 14 tầng, đất yếu Tp.HCM đưa số kết sau: • Khi tính chuyển vị tường đất lấy mô đun đàn hồi đất dính E=375cu (cu lực dính đơn vị không thoát nước), mô đun đàn hồi 13 lớp đất cát E=766N (N số SPT) kết ước lượng độ biến dạng ban đầu tương đối sát với quan trắc thực tế • Đối với công trình tường đất bảo vệ hai tầng hầm (độ sâu khoảng 8m), khu vực quận 7, Tp Hồ Chí Minh, bề dày tường đất lớn 0.8m tăng bề dày tường thu chuyển vị ngang giảm so với tường nhỏ 0.8m Do vậy, với công trình tường đất bảo vệ hai tầng hầm nhà cao tầng nên chọn chiều dày tường 0.8m Đưa quan hệ chuyển vị ngang tường chiều dày tường Hình 1.1: Biểu đồ quan hệ chuyển vị ngang bề dày tường Đoàn Công Nam, nghiên cứu thay đổi nội lực chuyển vị tường đất trình thi công đào tầng hầm nhà cao tầng đưa kết luận: chuyển vị ngang nội lực tường giải phương pháp giải tích cho kết lớn so với phương pháp phần tử hữu hạn Hoàng Thế Thao [22], phân tích ứng xử đất tường vây công trình Trạm bơm ngầm kênh Nhiêu Lộc-Thị Nghè phầm mềm Plaxis với mô hình Mohr-Coulomb, kết đạt : 102 Độ lún bề mặ t - Đà o GĐ 0.000 Độ lún s (m) -0.020 -0.040 B -0.060 -0.080 P -0.100 -0.120 10 20 30 40 50 60 70 Khoả ng cá ch x (m) Đường cong B – kết tính từ PP Caspe-Bowels Đường cong P – kết tính toán Plaxis Hình 4.3.12: Kết đường lún bề mặt hai phương pháp đào đất lớp Độ lún bề mặt tính theo phương pháp Caspe- Bowles nhỏ phân tích phần mềm Plaxis nhiên tính chất dự đoán độ lún chênh lệch không quan trọng Bề rộng vùng ảnh hưởng lún bề mặt theo kết phân tích phần mềm Plaxis lớn so với kết tính theo phương pháp Caspe- Bowles (kể trường hợp xét đến tiêu chuẩn “ độ lún đất t 6m, có hai tầng chống), chuyển vị lớn có xu hướng xảy vùng có độ sâu từ 0.8H ÷1.2H Chuyển vị ngang lớn tường vây (0.28 - 0.17)% chiều sâu đào, tỉ lệ giảm đáy hố đào vào lớp đất tốt Độ cứng tổng thể tường vây, hệ chống ứng lực trước có ảnh hưởng lớn chuyển vị ngang Quan phân tích trên, nhận thấy 113 giảm kích thước tường vây, độ cứng số lượng hệ chống đảo bảo yêu cầu ổn định biến dạng Trong giai đoạn thi công đào đất, vùng có mức độ tiếp cận trạng thái tới hạn(tỉ số τ max = 0.9 − 1.0 ) hình thành phát triển lớn khu vực đáy hố đào; τ gh chuyển sang giai đoạn kích hệ chống vùng có xu hướng co lại Sau giai đoạn thi công đào đất hoàn tất, việc trì hoãn kéo dài thời gian hoàn thiện đáy móng tăng nguy ổn định cho đất sau lưng tường đáy hố đào Trong trình thi công đào đất, moment tường vây có thay đổi độ lớn mặt tác dụng uốn Do việc xây dựng biểu đồ bao moment lực cắt cho tường vây cho phép thiết kế kết cấu phù hợp Mô hình Cam Clay sử dụng thống số λ, к để dự báo biến dạng nên chuyển vị đứng đáy hố đào, độ lún mặt đất phù hợp so với kết phân tích mô hình đàn hồi, đàn hồi- dẻo khác, ưu điểm mô hình Cam Clay Dự báo độ lún bề mặt đất xung quanh hố đào theo phương pháp Caspe- Bowles phân tích phần mềm Plaxis tương đối gần Tuy nhiên việc dự báo bề rộng vùng ảnh hưởng từ phân tích phần mềm Plaxis cho kết lớn thích hợp cho sét mềm Cần thiết quan trắc độ chuyển dịch đất xung quanh hố đào ảnh hưởng đến công trình lân cận để kiểm chứng 10 Dựa vào nhận xét tương quan trình bày phần 4.4 quan trọng hữu ích việc thiết kế thi công hố đào tương tự 11 Mổi mô hình có ưu điểm riêng tương thích đất phụ thuộc vào: tính đặc thù toán, loại đất nền, điều 114 kiện hình thành trình chịu tải Nên cần thiết tham khảo kết thi công trứơc 12 Sử dụng mô hình Hardening Soil mô toán hố đào trạm bơm ngầm kênh Nhiêu Lộc- Thị Nghè cho kết dạng chuyển vị ngang tường chưa sát với thực tế Để kết đáng tin cậy module biến dạng cần thiết tham khảo quan hệ sau: ¾ Đối với đất sét yếu ref E 50 = (1120 đến 1350) Su ref ref Và E ur = E 50 ¾ Đối với cát sét cứng đến cứng: biểu thức tương quan thực nghiệm USACE-1990 Es (kN/m2)=1000(16.7 + 0.7Nave) TÀI LIỆU THAM KHẢO Châu Ngọc n, Cơ Học Đất, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, 2002 Châu Ngọc n, Nền Móng, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, 2002 Châu Ngọc n, Bùi Trường Sơn, Lê Thị Ngọc Lan, Đặc điểm biến dạng đất yếu khu vực TP HCM đồng Sông Cửu Long sở mô hình Cam Clay, Hội nghị khoa học công nghệ lần 8, Bách khoa 2005 Trần Quang Hộ, Công trình đất yếu, NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2004 Nguyễn Bá Kế, Thiết Kế Và Thi Công Hố Móng Sâu, Nhà xuất xây dựng Hà Nội, 2002 Lê Bá Lương; Lê Bá Khánh; Lê Bá Vinh, Tính toán móng công trình theo thời gian, Trường Đại học Bách khoa Tp.HCM, 2000 Phạm Văn Long, Một số vấn đề tồn tiêu chuẩn xử lý đất yếu, Hội nghị khoa học công nghệ lần 8, ĐH Bách khoa Tp.HCM 2005, trang Lê Thị Ngọc Lan, Luận văn Thạc sỹ, Các đặc trưng biến dạng đất yếu trình cố kết thấm”, ĐHBK Tp.HCM, 2004 Võ Phán, Bài giảng: Các Phương Pháp Thí Nghiệm Nền Móng Công Trình, Đại học Bách khoa Tp.HCM, 2005 10 Võ Phán, Luận văn Thạc sỹ, Nghiên cứu quan hệ lý đất yếu khu vực Tp.HCM đồng sông Cửu Long, ĐHBK Tp.HCM 11 Võ Phán, Luận n Tiến sỹ kỹ thuật, ĐHBK Tp.HCM, 2004 12 Trà Thanh Phương, Ứng dụng phần mềm Plaxis tính toán ổn định & kết cấu giếng thoát nước thải-DA Vệ sinh môi trường lưu vực Nhiêu Lộc-Thị Nghè, Hội nghị khoa học công nghệ lần , ĐH Bách khoa 2005, trang 414-420 13 Bùi Trường Sơn, Chọn lựa phương pháp thí nghiệm xác định cường độ đất theo giai đoạn khác nhau, Hội nghị khoa học trẻ Bách khoa lần 3, 2001,trang 82-86 14 Bùi Trường Sơn, nh hưởng áp lực nước lỗ rỗng lên đặc trưng sức chống cắt đất sét mềm, Hội nghị khoa học công nghệ, ĐHBK Tp.HCM, 2002, trang 15-19 15 Bùi Trường Sơn, Biến dạng tức thời lâu dài công trình sở thông số đất nền, Hội nghị khoa học công nghệ lần 8, ĐH Bách khoa 2005, trang 680-684 16 Nguyễn Văn Thơ; Trần Thị Thanh, Xây dựng đê đập, đắp tuyến dân cư đất yếu đồng Sông Cửu Long, Nhà xuất Nông Nghiệp, 2002 17 Trần Xuân Thọ, Bài giảng:“Tính toán tự động toán Địa kỹ thuật “, ĐHBK Tp.HCM, 2005 18 Hoàng Thế Thao, Luận văn Thạc sỹ, Phân tích ứng xử giửa đất tường công trình trạm bơm ngầm kênh Nhiêu Lộc- Thị Nghè trình thi công đào đất, ĐHBK Tp.HCM, 2005 19 Hồ sơ báo cáo khảo sát địa chất khu vực xây dựng Trạm bơm ngầm kênh Nhiêu Lộc-Thị Nghè, Liên hiệp khoa học địa chất-Nền móng-Vật liệu xây dựng,2003 20 Nguyễn Hoàng Quân, PhD Dissertation, Lateral pressure behaviuor of soft clay in construction of deep excavation, Osaka Sangyo University, 2005 21 Braja M.Das, Principles of Foundation Engineering, The University of Texas at EI Paso 22 David Muir Wood, Soil Behaviuor And Critical State Soil Mechanics, Cambrige University Press, 1994 23 R.Witlow, Cơ học đất, Tập & 2, NXB Giáo dục, 1999 24 Plaxis Manuals Version 25 Trang Web, Civil and Environmenttal Engineering Conference, Bangkok, Thailand, 2006 ... tương ứng 19 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ỨNG XỬ ĐẤT VÀ TƯỜNG CHẮN ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU 2.1 TÍNH ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT TÁC DỤNG LÊN TƯỜNG CHẮN Trong phân tích ứng xử đất tường chắn hố đào sâu. .. hợp cho mô ứng xử lớp đất tốt bên việc phân tích ứng xử đất tường vây hố đào sâu trạm bơm ngầm kênh Nhiêu Lộc- Thị Nghè trình thi công đào đất 40 Chương : PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐẤT ĐỂ PHỤC... tiễn Do sở kế thừa phát triển vấn đề nêu trên, mục đích đề tài luận văn : " Phân tích ứng xử đất tường vây hố đào sâu điều kiện đất yếu khu vực Tp.HCM “ : - Chọn lựa mô hình mô phù hợp với điều kiện