Giải pháp gia cố thành hố đào sử dụng công nghệ dcm (deep cement mixing) cho các công trình cao tầng hầm ở quận 7 tp hcm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN HẢI GIẢI PHÁP GIA CỐ THÀNH HỐ ĐÀO SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ DCM (DEEP CEMENT MIXING) CHO CÁC CƠNG TRÌNH CAO TẦNG MỘT TẦNG HẦM Ở QUẬN 7-TPHCM Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành : 60.58.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2009 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn: TS LÊ TRỌNG NGHĨA Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luaän văn Thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -*** - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ VIỆT-NAM Độc Lập -Tự Do –Hạnh Phúc -*** Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 200 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN : NGUYỄN VĂN HẢI NGÀY THÁNG NĂM SINH: 10/5/1979 CHUYÊN NGÀNH : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PHÁI: NAM NƠI SINH: PHÚ YÊN MSHV: 00907542 I/TÊN ĐỀ TÀI : GIẢI PHÁP GIA CỐ THÀNH HỐ ĐÀO SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ DCM (DEEP CEMENT MIXING) CHO CÁC CÔNG TRÌNH CAO TẦNG MỘT TẦNG HẦM Ở QUẬN 7-TPHCM II/ NHIÊM VỤ-NỘI DUNG 1/Nhiệm vụ Nghiên cứu ổn định biến dạng tường chắn DCM cho công trình cao tầng tầng hầm quận 7-TpHCM 2/Nội dung Mở đầu Chương 1: Giới thiệu công nghệ DCM (Deep cement mixing) Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định hố đào sâu sử dụng công nghệ DCM Chương 3:Phân tích hố đào sâu sử dụng công nghệ DCM để gia cố thành hố đào công trình cao ốc hộ chung cư cao cấp BMC-quận 7-TpHCM Kết luận kiến nghị III/NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV/ NGÀY HOÀN THÀNH: V/ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS LÊ TRỌNG NGHĨA 3/2/2009 5/7/2009 TS.LÊ TRỌNG NGHĨA CN BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS VÕ PHÁN Luận văn thạc só Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày … tháng … năm 200… PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô Bộ mơn Địa – Nền móng, trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh nhiệt tình giảng dạy, quan tâm, giúp đỡ suốt trình học tập tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Đây kết truyền đạt kiến thức Thầy Cô nỗ lực học tập, phấn đấu tác giả để có thành ngày hôm Tôi xin chân thành cảm ơn TS Lê Trọng Nghĩa, người theo sát, quan tâm, đạo giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin cảm ơn Trường CĐXD số tạo điều kiện thuận lợi để tơi có điều kiện hồn thành chương trình học Cuối xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người u, bạn bè tơi động viên, quan tâm tơi nhiều q trình thực luận văn Học viên Nguyễn Văn Hải TÓM TẮT LUẬN VĂN Công nghệ cọc đất – xi măng DCM (deep cement mixing) thời gian gần ứng dụng nhiều tường chắn cho hố đào sâu Nó thay cho cừ thép, cọc khoan nhồi, tường vây cơng trình cao tầng tầng hầm với tính kinh tế cao thân thiện với mơi trường Nhiệm vụ luận văn tác giả tập trung nghiên cứu ứng xử tường chắn DCM đất sét yếu cách phân tích số liệu quan trắc cơng trình xây dựng quận – Tp Hồ Chí Minh Hố móng có kích thước dài 120m, rộng 51m sâu 6m Tường chắn DCM gồm có dãy cọc đất – xi măng với độ chồng mí 15cm, cọc có đường kính 1m, sâu 10m với hàm lượng xi măng 250kg/m3 Ở khu vực này, chiều dày lớp đất yếu lớn 40m, chân cọc DCM khơng thể đặt vào lớp đất tốt Vì thế, kết cấu tường chắn DCM giống bị trôi lớp đất yếu Chuyển vị ngang thực tế theo quan trắc cọc DCM lớn (109.7cm) nguyên nhân làm cho số mặt cắt hố đào bị phá hoại Bằng phương pháp phân tích ngược, dựa số liệu quan trắc, tác giả dùng phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis để mơ hình tốn với kết gần giống làm việc thực tế tường DCM Từ đó, thơng số mơ hình dùng để phân tích cho tốn khác để tìm giải pháp tường chắn DCM thích hợp cho khu vực THESIS SUMMARY The soil-cement colomn technology DCM (deep cement mixing) has being applied in retaining wall for deep excavations very much recently Its can replace for steel sheet piles, contiguous bored piles, or diaphragm walls in one basement high-rise constructions with the lower cost and friendly with environment The main purpose of the this thesis is studying the behavior of DCM retaining wall in soft ground by analyzing data obtained from a construction site in district – Ho Chi Minh city The excavation was 120m length, 51m wide and 6m deep The DCM retaining wall has fourth rows of soil-cement column, 15cm overlapping, 1m diameter, 10m deep and 250kg/m3 cement content At this area, the total thickness of soft clay layers was over 40m, the toe of DCM colomn did not extend into a hard stratum Thus, the DCM retaining wall structure floated in the soft clay The large lateral displacements of DCM retaining wall (109.7cm) caused the excavation failured at some section By a back analyzing method, based on observational datas, the Author will use the Plaxis finite element software to model the problem with similar results as the DCM retaining wall’s actual bahavior Hence, the parameters of this model are used to analyze the other models for finding a compatible retaining wall solution in this area MỤC LỤC MỞ ĐẦU .2 Đặt vấn đề nghiên cứu 2 Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .5 Hạn chế đề tài CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DCM (DEEP CEMENT MIXING) 1.1 Lịch sử phát triển cọc đất trộn xi măng 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Lịch sử phát triển 1.2 Giới thiệu số cơng trình giới sử dụng công nghệ DCM gia cố thành hố đào 12 1.3 Giới thiệu phương pháp thi công cọc DCM công nghệ trộn ướt 15 1.3.1 Sơ đồ bố trí thi cơng cọc DCM 15 1.3.2 Lưỡi khoan Teno xe khoan công nghệ cọc DCM 16 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền cọc DCM 22 1.5 Các thông số tường chắn DCM .23 1.6 Giới thiệu số cơng trình nước theo hướng phân tích đề tài 25 1.7 Các kết nghiên cứu ứng dụng nước cọc đất trộn xi măng 27 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ DCM .30 2.1 Giới thiệu 30 2.1.1 Ổn định đất 30 2.1.2 Tính tốn ổn định tường chắn hệ chống .30 2.2 Các phương pháp tính ổn định hố đào 31 2.2.1 Tính áp lực ngang đất tác dụng lên tường chắn 31 a/ Lý thuyết Morh-Rankine 32 b/ Lý thuyết Coulomb 34 2.2.2 Lý thuyết tính tốn ổn định tổng thể cho hệ tường với khối đất trước sau tường 36 a/ Tính ổn định đất đáy hố đào .36 b/ Các phương pháp đánh giá ổn định trượt theo phương pháp mặt trượt trụ tròn 38 2.2.3 Kiểm tra tượng bùng đáy hố móng 39 a/ Phương pháp Terzaghi-Peck 39 b/ Phương pháp Terzaghi cải tiến 40 2.2.4 Ước lượng độ lún mặt đất xung quanh hố trình đào đất 41 2.2.5 Tính ổn định biến dạng phương pháp phần tử hữu hạn 42 a/ Tổng quan 42 b/ Các phần mềm địa kỹ thuật thông dụng 42 2.3 Nghiên cứu ứng dụng cọc đất xi măng hỗn hợp (compound DCM) gia cố thành hố đào sâu [17] 45 2.3.1 Giới thiệu 45 2.3.2 Thiết kế tường chắn hỗn hợp DCM 45 a/ Hình dạng tường chắn hỗn hợp DCM 45 b/ Các lưu ý thiết kế 46 c/ Thiết kế cọc DCM 46 d/ Thiết kế cọc khoan nhồi .50 e/ Tính tốn ổn định .52 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH HỐ ĐÀO SÂU SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ DCM ĐỂ GIA CỐ THÀNH HỐ ĐÀO CỦA CƠNG TRÌNH CAO ỐC CĂN HỘ VÀ CHUNG CƯ CAO CẤP BMC - QUẬN - TPHCM 55 3.1 Đặt vấn đề .55 3.2 Giới thiệu cơng trình .55 3.2.1 Đặc điểm vị trí cơng trình 55 3.2.2 Điều kiện địa chất cơng trình thủy văn .58 3.2.3 Trình tự thi cơng thơng số tường chắn DCM cơng trình 65 3.3 Tổng hợp, thống kê kết quan trắc trường 67 3.3.1 Vị trí quan trắc 67 3.3.2 Kết quan trắc 69 3.3.3 Đánh giá kết quan trắc .72 3.4 Tính tốn phần mềm PTHH Plaxis 73 3.4.1 Các thông số đất mô theo mơ hình Morh – Coulomb 73 3.4.2 Các bước mơ tính tốn 77 3.4.3 Phân tích tốn để chọn thơng số thích hợp 78 3.4.4 Kết tính tốn với thơng số chọn 83 a/ Chuyển vị 84 b/ Dòng thấm 85 c/ Ứng suất .86 d/ Biến dạng 87 e/ Ổn định .88 3.5 So sánh kết quan trắc tính tốn Plaxis .89 3.6 Tương quan chiều sâu tường mức độ ổn định Msf 90 3.7 Tương quan bề dày tường mức độ ổn định Msf 92 3.8 Tương quan chiều sâu, chiều dày tường mức độ ổn định Msf 94 3.9 Tương quan tải trọng mức độ ổn định Msf .96 3.10 Tương quan trình đào đất giảm tải mức độ ổn định Msf 98 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .101 Kết luận 101 Kiến nghị 103 MỤC LỤC HÌNH Hình 1 Sơ đồ so sánh độ chấn động (dB) độ ồn (dB) với .10 Hình Cọc vữa cát chảy trắng xám cát vàng sét 11 Hình Sử dụng cọc DCM để làm hồ chứa nước làm mương, kênh dẫn 12 Hình Sử dụng cọc DCM để ngăn hóa mềm (trong đất yếu) sau khoan cọc làm tường chắn cách ly hai bên đất ngăn mực nước ngầm thấm qua 12 Hình Dự án Lake Parkway 13 Hình Cơng trình Marin Tower, Honolulu 14 Hình Cơng trình Vert Wall, Texas A & M University 14 Hình Sơ đồ bố trí thiết bị thi công cọc vữa 15 Hình Xe khoan thiết bị đồng 16 Hình 10 Cấu tạo lưỡi khoan Teno .17 Hình 11 So sánh lưỡi khoan Teno lưỡi khoan khác 17 Hình 12 Các bước thi công cọc DCM 18 Hình 13 Thơng số kỹ thuật công nghệ cọc vữa áp dụng điều kiện đất khác 20 Hình 14 Thiết bị điện tốn kiểm tra thông số cọc DCM 20 Hình 15 Các thiết bị kiểm tra chất lượng cọc DCM .21 Hình 16 Một số thiết bị dùng thi công cọc DCM 22 Hình 17 Hình dạng điển hình tường chắn DCM 24 Hình 18 Chung cư cao cấp BMC-Q7-TpHCM (Thi công cọc DCM với hàng cọc, đào sâu 6m, tầng hầm, đường kính cọc1m, L = 10m) .25 Hình 19 Cơng trình Sài Gịn Pearl – Q.Bình Thạnh - TpHCM (khoan cọc DCM ổn định đất nền, đường kính 1m, chiều dài L = 12m) .25 Hình 20 Cơng trình Vĩnh Trung plaza – Tp Đà nẵng (thi công tường chắn DCM, đào 3m đường kính cọc 1.2m, L = 9m, Cơng ty Tenox Kyusyu thực hiện) 26 Hình 21 Chung cư 60 Nguyễn Thiện Thuật - Nha Trang (cọc DCM cho tầng hầm, đường kính 0.4m, L = 9m.) .26 Hình 22 Cơng trình khách sạn đảo xanh Tp.Đà Nẵng (tường chắn DCM hai tầng hầm đào sâu 10.5m, đường kính cọc 1m, L = 14m) 26 Hình 23 Khu chung cư cao cấp 47 Ba Cu (cọc DCM cho tầng hầm, đường kính 0.6m, L = 12m.) 27 Hình Điều kiện phát sinh áp lực chủ động đất 32 Hình 2 Áp lực chủ động đất hệ tọa độ (τ, σ) 33 Hình Trạng thái áp lực bị động đất hệ tọa độ (τ, σ) 34 Hình Áp lực chủ động đất rời tác động lên lăng thể trượt Coulomb 35 Hình Áp lực chủ động đất dính lên lưng tường theo Coulomb 35 Hình Cân ổn định đáy hố đào sâu theo Terzaghi (năm 1943) 37 Hình Cơ chế trượt theo Kempfert, 1997 38 Hình Phương pháp Terzaghi – Peck để tính chống trồi đáy hố móng .39 Hình Phương pháp Terzaghi cải tiến tính chống trồi đáy hố móng 40 -92- Nhận xét: Trong bước đào 2m 4m, ảnh hưởng chiều sâu cọc DCM đến chuyển vị ngang cọc không nhiều Ở bước đào 6m, chiều sâu cọc lớn chuyển vị ngang cọc DCM giảm đáng kể Tính tốn cho thấy chênh lệch chuyển vị ngang cọc cọc sâu 10m 16m 53.2cm Khi chiều sâu cọc tăng từ 10 lên 16m hệ số ổn định tăng từ 1.03 lên 1.25 Điều cho thấy việc tăng chiều sâu cọc có ảnh hưởng đáng kể đến chuyển vị độ ổn định cọc Qua kết tính tốn, tác giả đề nghị sử dụng hàng cọc DCM với chiều sâu cọc ≥ 12m để đảm bảo điều kiện ổn định kinh tế 3.7 Tương quan bề dày tường mức độ ổn định Msf Cùng với việc tìm chiều sâu hợp lí cho tường DCM, tác giả tiến hành phân tích ảnh hưởng chiều dày tường DCM đến chuyển vị độ ổn định tường Bề dày tường chọn để phân tích dãy, dãy, dãy, dãy dãy với chiều sâu cọc DCM 10m Kết tính tốn trình bày theo bảng sau: Số dãy dãy dãy dãy dãy dãy 2m 50.43 50.0 45.9 42.7 39.7 4m 150.3 119.0 102.0 92.48 84.9 6m failure failure failure 872.7 503.5 2m 2.31 2.43 2.45 2.36 2.5 4m 1.32 1.44 1.55 1.65 1.74 6m