Nghiên cứu áp dụng các giải pháp chắn giữ hố móng sâu bằng cừ khi đào đất bằng phương pháp lộ thiên

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO THÔN BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI - LÊ MINH TÂM NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÁC GIẢI PHÁP CHẮN GIỮ HỐ MÓNG SÂU BẰNG CỪ KHI ĐÀO ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỘ THIÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội, 2011 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI - LÊ MINH TÂM NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÁC GIẢI PHÁP CHẮN GIỮ HỐ MÓNG SÂU BẰNG CỪ KHI ĐÀO ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỘ THIÊN Chun ngành : Xây dựng Cơng trình thuỷ Mã số: 60 - 58 - 40 : LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS LÊ KIM TRUYỀN Hà Nội - 2011 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chun ngành Xây dựng cơng trình thủy với đề tài: “ Nghiên cứu áp dụng giải pháp chắn giữ hố móng sâu cừ đào đất phương pháp lộ thiên” hoàn thành với giúp đỡ mặt tạo điều kiện tốt Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo ĐH & SĐH, khoa Cơng trình thầy giáo, giáo môn, cán công nhân viên phục vụ trường Đại học Thủy lợi, bạn bè đồng nghiệp, quan gia đình Tác giả xin chân thành cảm ơn: Ban giám hiệu, phòng Đào tạo ĐH & SĐH, khoa Cơng trình, thầy giáo, giáo tham gia giảng dạy trực tiếp cao học, cán công nhân viên phục vụ trường Đại học Thủy lợi tận tình giúp đỡ truyền đạt kiến thức Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo: GS.TS Lê Kim Truyền trực tiếp tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty tư vấn xây dựng thuỷ lợi Việt Nam - CTCP, Ban lãnh đạo Công ty tư vấn 11, văn phịng tư vấn, thư viện cơng ty tư vấn tạo điều kiện giúp đỡ tác giả q trình hồn thành luận văn Tác giả xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, cổ vũ tinh thần vật chất để tác giả đạt kết hôm Do hạn chế trình độ chun mơn thời gian, nên Luận văn khơng tránh khỏi sai sót, tác giả mong muốn tiếp tục nhận nhiều góp ý bảo thầy bạn bè đồng nghiệp để tác giả hoàn thiện tốt Luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Tác giả Lê Minh Tâm Học viên: Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy MỤC LỤC MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài II Mục đích nhiệm vụ đề tài III Cách tiếp cận, phương pháp đối tượng nghiên cứu Cách tiếp cận 2 Phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu IV Kết dự kiến đạt CHƯƠNG HỐ MÓNG SÂU, NHỮNG ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ 1.1 Khái niệm hố móng sâu hố móng sâu thường gặp thi cơng cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện 1.2 Đặc điểm nguyên tắc thiết kế 1.2.1 Cơng trình hố móng có đặc điểm sau 1.2.2 Nguyên tắc thiết kế phân loại kết cấu chắn giữ 1.2.2.1 Nguyên tắc thiết kế 1.2.2.2 Đặc điểm thiết kế 1.2.2.3 Phân loại tường vây hố móng 10 1.3 Nội dung công tác thiết kế 14 1.3.1 Lựa chọn bố trí kết cấu chắn giữ hố móng 14 1.3.2 Tính tốn thiết kế kết cấu chắn giữ hố móng 16 1.3.3 Nghiệm tốn tính ổn định kết cấu chắn giữ theo trạng thái giới hạn 16 1.3.4 Thiết kế điểm nối 18 1.3.5 Giếng hạ nước ngầm 18 1.3.6 Phương pháp đào móng 19 1.3.7 Quan trắc 19 1.4 Một số vấn đề thiết kế thi công cơng trình hố móng 20 1.4.1 Tính áp lực đất nước 20 Học viên : Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy 1.4.1.1 Phương pháp tính tốn 20 1.4.1.2 Tính riêng tính gộp áp lực nước đất 20 1.4.1.3 Phương pháp thí nghiệm xác định thơng số cường độ đất 21 1.4.1.4 Hiệu chỉnh kết tính toán theo kinh nghiệm 22 1.4.2 Khống chế mực nước ngầm trình thi cơng hố móng 23 1.4.3 Hiệu ứng thời gian, khơng gian cơng trình hố móng 24 1.4.4 Khống chế biến dạng hố móng 24 1.4.5 Sự cố cơng trình hố móng nghiêm trọng 25 1.5 Những cơng trình thường sử dụng để chắn giữ hố móng sâu đào đất phương pháp lộ thiên 26 1.6 Những phương pháp đào móng phương pháp lộ thiên 28 1.7 Những nhu cầu thực tế phương hướng phát triển áp dụng công nghệ thiết kế, thi công công trình chắn giữ hố móng sâu 28 1.8 Kết luận chương 29 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN MỞ MÓNG LỘ THIÊN KHƠNG CẦN CHẮN GIỮ MÁI HỐ MĨNG 2.1 Khái niệm điều kiện ứng dụng phương pháp mở móng lộ thiên 30 2.2 Đánh giá ổn định mái hố đào 32 2.2.1 Lựa chọn thông số độ bền chống cắt tính ổn định mái dốc 32 2.2.2 Trượt tịnh tiến mái dốc vô hạn 33 2.2.2.1 Mái dốc vơ hạn khơng nước 33 2.2.2.2 Mái dốc vơ hạn nước 34 2.2.3 Trượt xoay 36 2.2.3.1 Cơ cấu phá hoại mái dốc đất dính 36 2.2.3.2 Ổn định khơng nước - phân tích ứng suất tổng (ϕ u =0) 38 R R 2.2.3.3 Ổn định nước - phân tích ứng suất hiệu 40 2.2.3.4 Xác định áp lực nước lỗ rỗng 44 2.2.3.5 Mặt trượt mái hố móng khơng theo cung tròn 46 Học viên : Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy 2.2.3.6 Phương pháp phân tích nêm 47 2.2.3.7 Xét áp lực nước lỗ âm tính ổn định mái dốc 49 2.3 Kết luận chương 53 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG KẾT CẤU CHẮN GIỮ ĐẤT BẰNG TƯỜNG CỪ 3.1 Khái niệm đặc điểm loại kết cấu chắn giữ đất tường cừ 55 3.1.1 Kết cấu chắn đất 55 3.1.2 Các loại cừ 56 3.2 Tải trọng tác dụng lên kết cấu chắn giữ 60 3.2.1 Các dạng tải trọng phân loại 60 3.2.2 Áp lực đất 62 3.2.2.1 Áp lực đất tĩnh 63 3.2.2.2 Lý thuyết áp lực đất Rankine 65 3.2.2.3 Lý thuyết áp lực đất Coulomb 72 3.2.2.4 Tính áp lực đất trường hợp đặc biệt 77 3.2.3 Áp lực nước 81 3.2.3.1 Phương pháp tính áp lực nước bình thường 81 3.2.3.2 Tính áp lực nước dòng thấm trạng thái ổn định 83 3.2.3.3 Tính áp lực nước đồ giải 85 3.3 Thiết kế tường cừ 86 3.4 Bố trí tổ chức thi cơng đất hố móng có kết cấu chắn giữ đất tường cừ 88 3.5 Kết luận chương 90 CHƯƠNG ỨNG DỤNG BIỆN PHÁP CHẮN GIỮ ĐẤT BẰNG TƯỜNG CỪ CHO CƠNG TRÌNH CỐNG TẮC GIANG - PHỦ LÝ TỈNH HÀ NAM 4.1 Giới thiệu tổng quan công trình 91 4.1.1 Vị trí, quy mơ cơng trình q trình nghiên cứu 92 4.1.2 Khu vực hưởng lợi 92 Học viên : Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy 4.1.3 Địa chất cơng trình, địa chất thủy văn 93 4.1.3.1 Địa chất khu vực đầu mối cơng trình 93 4.1.3.2 Địa chất thủy văn 94 4.1.4 Khí tượng & Thủy văn cơng trình 94 4.1.4.1 Mạng lưới quan trắc 94 4.1.4.2 Mực nước lớn năm 95 4.1.4.5 Mực nước nhỏ 95 4.1.5 Biện pháp cơng trình 96 4.1.5.1 Biện pháp xử lý 96 4.1.5.2 Biện pháp kỹ thuật tổ chức xây dựng 96 4.2 Tính tốn kết cấu chắn giữ mái hố móng cơng trình Tắc Giang cừ thép 97 4.2.1 Lựa chọn loại kết cấu 97 4.2.2 Tính tốn ổn định hố móng 98 4.2.2.1 Mục đích tính tốn 98 4.2.2.2 Tài liệu tính toán: 98 4.2.2.3 Phương pháp tính 103 4.2.2.4 Tính tốn ổn định 103 4.3 Phân tích kết tính tốn 106 4.4 Kết luận chương 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Những kết đạt trình nghiên cứu 108 II Một số tồn luận văn 109 III Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO Học viên : Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Lựa chọn kết cấu chắn giữ 15 Bảng 1.2 Thống kê nguyên nhân gây cố hố móng sâu 25 Bảng 2.1 Độ dốc lớn vách hố móng, vách hào khơng có gia cố 30 Bảng 2.2 Độ dốc lớn vách hố móng có độ sâu < 5m (khơng có chống đỡ) 31 Bảng 2.3 Độ dốc theo loại đất, trạng thái đất 31 Bảng 2.4 Độ dốc vách đá 32 Bảng 3.1 Các tính chất loại cừ thép 58 Bảng 3.2 Một số loại cừ thép Nga số tính chất chúng 59 Bảng 3.3 Tải trọng tác động lên giếng chìm tường đất giai đoạn thi công 61 10 Bảng 3.4 Trị số tham khảo hệ số áp lực đất tĩnh K o 64 R R 11 Bảng 3.5 Hệ số áp lực đất tĩnh K o đất 64 R R 12 Bảng 3.6 Hệ số áp lực đất tĩnh đất nén chặt 65 13 Bảng 4.1 Mực nước thiết kế sông Hồng vị trí cống Tắc Giang 95 14 Bảng 4.2 Mực nước lớn thiết kế sông Hồng vị trí cống Tắc Giang 95 15 Bảng 4.3 Mực nước nhỏ năm thiết kế cống Tắc Giang 95 16 Bảng 4.4 Mực nước bình quân ngày nhỏ năm thiết kế cống Tắc Giang 95 17.Bảng 4.5 Mực nước nhỏ thiết kế mùa tiêu cống Tắc Giang 95 Học viên : Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các sơ đồ điié kiện địa chất định độ sâu đặt móng cơng trình Hình 1.2 Độ sâu đặt móng vị trí mực nước ngầm, mực nước áp lực Hình 1.3 Phân loại theo phương thức đào hố móng 12 Hình 1.4 Phân loại theo đặc điểm chịu lực kết cấu 13 Hình 1.5 Phân loại theo chức 13 Hình 1.6 Sơ đồ phân loại hố móng sâu theo phương thức đào 14 Hình 2.1 Các lực tác dụng lên lăng thể trượt mái dốc khơng nước 33 Hình 2.2 Các lực tác dụng lên lăng thể trượt mái dốc thoát nước 35 Hình 2.3 Các dạng mặt phá hoại 37 10 Hình 2.4 Các cung trượt có bán kính tâm khác 38 11 Hình 2.5 Phân tích ứng suất tổng 38 12 Hình 2.6 Ảnh hưởng khe nứt căng phân tích ứng suất tổng 39 13 Hình 2.7 Ảnh hưởng mái dốc ngập nước 40 14 Hình 2.8 Phương pháp phân mảnh 41 15 Hình 2.9 Mảnh đơn giản hố Bishop 43 16 Hình 2.10 Biểu đồ giá trị r u 47 R R 17 Hình 2.11 Hiệu chỉnh hệ số an tồn cho trượt khơng theo cung trịn 48 18 Hình 2.12 Thành phần lực hút dính phát sinh góc ϕb khác 51 P P RR 19 Hình 2.13 Quan hệ hệ số an tồn lực hút dính mái dốc đơn giản 51 20 Hình 2.14 Hệ số an tồn theo tỷ số ϕb , ϕ’ điều kiện thấm khác 53 P R P R 21 Hình 3.1 Các kiểu biến dạng điển hình tường đứng 55 22 Hình 3.2 Sử dụng cừ cho cơng trình chắn nước, gia cố hố móng 56 23 Hình 3.3 Các loại cừ gỗ bê tông đúc sẵn 57 24 Hình 3.4 Dạng cài nối tiếp cừ 57 25 Hình 3.5 Ba loại áp lực đất 62 26 Hình 3.6 Quan hệ áp lực đất với chuyển vị tường 63 27 Hình 3.7 Vòng tròn ứng suất điều kiện cân giới hạn 65 Học viên : Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy 28 Hình 3.8 Trạng thái chủ động bị động Rankine 67 29 Hình 3.9 Lý thuyết áp lực đất Rankine 67 30 Hình 3.10 Tính áp lực đất chủ động Rankine 68 31 Hình 3.11 Tính áp lực đất chủ động đất gồm nhiều lớp 70 32 Hình 3.12 Tính áp lực đất chủ động đất lấp có siêu tải 71 33 Hình 3.13 Tính áp lực đất chủ động Rankine 72 34 Hình 3.14 Lý thuyết áp lực đất Colomb 73 35 Hình 3.15 Tính áp lực đất chủ động Colomb 73 36 Hình 3.16 Tính áp lực đất bị động Rankine 76 37 Hình 3.17 Áp lực đất hướng ngang tải trọng tập trung gây 77 38 Hình 3.18 Áp lực đất hướng ngang tải trọng tập trung gây tường cứng 77 39 Hình 3.19 Tính áp lực đất áp lực nước 81 40 Hình 3.20 Hình phân bố áp lực nước chân tường 84 41 Hình 3.21 Hình phân bố áp lực nước không cân 85 42 Hình 3.22 Xác đinh tải trọng lên chống 87 43 Hình 3.23 Trình tự thi cơng cho cơng trình đắp lại 89 44 Hình 3.24 Trình tự thi cơng cho cơng trình nạo vét 89 45 Hình 4.1 Mặt cắt tính tốn 98 46 Hình 4.2 Các thơng số qui đổi 101 47 Hình 4.3 Sơ đồ lực qui đổi 102 48 Hình 4.4 Sơ đồ tính tốn 102 49 Hình 4.5 Sơ đồ lực minh họa 103 50 Hình 4.6 Sơ đồ lực tác dụng 105 Học viên : Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ - 96- Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy 4.1.5 Biện pháp cơng trình - Âu thuyền: Âu thuyền có chiều rộng thơng thuyền B=8m, thân âu L=100m; cao trình đáy(-2,0m); cao trình đầu âu phía sơng Hồng (+9,5m) phía sơng Châu Giang (+7,5m) - Cống lấy nước: Chiều rộng cống Bc=5x2,5=12,5m, cao độ ngưỡng (-1,5m), cống lấy nước tầng - Cầu giao thơng: tải trọng H13-x60, b=5,0m, cao trình mặt cầu +9,5m - Khu quản lý vận hành: tổng diện tích nhà quản lý PCLB 180m2 Các cơng trình bố trí sau: Âu thuyền đặt bên phải, cống lấy nước đặt bên trái vị trí lịng sông Châu cũ, tim tuyến âu thuyền đặt song song tim tuyến cống cách 42m, tim tuyến cơng trình (tim cầu giao thông) trùng tim đê Hữu Hồng 4.1.5.1 Biện pháp xử lý Chọn phương án gia cố cọc BTCT M30 Tường cánh cửa vào đầu âu thượng: cọc 0,3 x 0,3 x 8,0m Mật độ 1,1 x 1,3m cọc Âu thuyền cọc 0,3 x 0,3 x 8,0m Mật độ 1,5 x 1,9m cọc 4.1.5.2 Biện pháp kỹ thuật tổ chức xây dựng Dẫn dịng thi cơng a Tần suất thiết kế Tần suất thiết kế cơng trình tạm phục vụ cơng tác dẫn dịng p = 10% Tần suất thiết kế cơng trình tạm phục vụ cơng tác lấp dòng p = 10% Tần suất thiết kế xác định cao trình san để xây dựng khu mặt công trường p=10% b Thời đoạn mực nước thiết kế dẫn dịng Theo tài liệu thuỷ văn mùa khơ từ tháng 11 đến tháng 5, mùa mưa từ tháng đến tháng 10 Mực nước cao mùa khô thời đoạn từ tháng 11 đến tháng ứng với tần suất p=10% phía sơng Hồng 5.02m Mực nước cao mùa lũ ứng với tần suất p=10% phía sông Hồng 7.48m Học viên: Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ - 97- Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy c Sơ đồ dẫn dịng trình tự thi cơng - Năm xây dựng thứ từ tháng 11 đến năm trước đến tháng 10 năm sau: + Mùa khô: thời đoạn từ tháng 11 đến tháng Đắp đê quai phía hạ lưu Cống Âu Để chống mực nước lũ ứng với tần suất p=10% Cao trình đê quai hạ lưu +5.00, chiều rộng mặt đê b=5.0m, mái thượng lưu m =2.5, mái hạ lưu R R m =2.0 Sau đắp đê quai hạ lưu xong, bơm cạn hố móng rồi đào móng cống R R đợt 1, đến cao trình 0.00 Hết lớp sét dừng lại để đóng cừ chống thấm xung quanh hố móng cống Hàng cừ chống thấm đóng qua lớp lớp cát bụi có K=7.10-3cm/s Cắm sâu vào lớp lớp cát có k=5.10-4cm/s khoảng 1m để đảm P P P P bảo hố móng khơ suốt q trình thi cơng Sau đóng cừ xong, tiếp tục đào hố móng đợt đến cao trình thiết kế thi công hệ thống rãnh tiêu nước lộ thiên phên rơm cọc tre xung quanh hố móng, làm khơ hố móng để đóng cọc bê tơng móng cống thi cơng cống đến cao trình +5.00 + Mùa mưa lũ: Tiếp tục thi công xong cống lấy nước, đào móng âu thuyền đợt đến cao trình 0.0 Nhổ cừ chống thấm cống để đóng cừ chống thấm xung quanh hố móng âu thuyền Đóng cọc bê tơng móng âu thuyền từ cao trình 0.0 trở xuống phương pháp đóng cọc âm Vì mùa mưa điều kiện thi công công tác tiêu nước hố móng gặp nhiều khó khăn, phức tạp - Mùa khô năm xây dựng thứ hai: Từ tháng 11 năm trước đến tháng năm sau Đào móng âu thuyền đợt từ cao trình 0.00 đến cao trình thiết kế Thi công hệ thống tiêu nước lộ thiên phên rơm cọc tre xung quanh hố móng, bơm cạn hố móng, để đổ bê tơng xong âu thuyền Đắp đê quai thượng lưu kết hợp làm đường tránh, để đào cửa vào thi cơng xong tồn phần cửa vào, lắp đặt xong thiết bị cống âu thuyền Tồn cống âu thuyền phải thi cơng xong trước 15/5 để chống lũ tiểu mãn lũ vụ Thời gian cịn lại làm cơng tác hồn thiện, nghiệm thu bàn giao đưa cơng trình vào vận hành khai thác 4.2 Tính tốn kết cấu chắn giữ mái hố móng cơng trình Tắc Giang cừ thép 4.2.1 Lựa chọn loại kết cấu: Học viên: Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ - 98- Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Căn vào độ sâu hố đào, tình hình địa chất khu vực đầu mối Tác giả lựa chọn: Loại cừ thép có L=12m để chống thấm xung quanh hố móng cống Hàng cừ chống thấm đóng qua lớp lớp cát bụi có K=7.10-3cm/s Cắm sâu vào lớp P P lớp cát có k=5.10-4cm/s khoảng 1m để đảm bảo hố móng khơ suốt q P P trình thi cơng 4.2.2 Tính tốn ổn định hố móng Tính tốn ổn định cừ thép loại l=12m 4.2.2.1 Mục đích tính tốn: kiểm tra ổn định cừ thép 4.2.2.2 Tài liệu tính tốn: Mặt cắt tính tốn Hình 4.1: Mặt cắt tính tốn - Lớp 1: ω = 29.40% = 0.294 G = 92.50% = 0.925 γ w = 1.88g/cm3 = 18.8KN/m3 R R P P P P γ c = 1.45g/cm3 = 14.5KN/m3 R R P P P C = 0.223KG/cm2 = 2.23KN/m2 P P P ∆ = 2.70 ε = 0.858 φ= 13o25’ P P P K = 1.0*10-5cm/s = 1.0*10-7 m/s P P Học viên: Lê Minh Tâm P P n = 46.20% =0.462 Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ - 99- Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy - Lớp 1a: ω = 59.20% = 0.592 G = 99.80% = 0.998 γ w = 1.65g/cm3 = 16.5KN/m3 R R P P P γ c = 1.04g/cm3 = 10.4KN/m3 R R P P P P P ∆ = 2.69 P ε = 1.595 φ = 04o31’ P C = 0.031KG/cm2 = 0.31KN/m2 P P P K = 5.0*10-6cm/s = 5.0*10-8 m/s P P P P n = 61.50% = 0.615 - Lớp : ω = 31.60% = 0.316 G = 94.10% = 0.941 γ w = 1.86g/cm3 = 18.6KN/m3 R R P P P γ c = 1.41g/cm3 = 14.1KN/m3 R R P P P P P P ∆ = 2.69 ε = 0.903 φ = 11o01’ P Cc = 0.133KG/cm2 =1.33KN/m2 P P P K = 5.0*10-5cm/s = 5.0*10-7 m/s P P P P n = 47.50% = 0.475 - Lớp 3: ω= 24.20% = 0.242 G = 82.5% = 0.825 γ w = 1.86g/cm3 = 18.6KN/m3 C = 0.074KG/cm2 = 0.74KN/m2 γ c = 1.50g/cm3 = 15.0KN/m3 ∆ = 2.67 φ = 21o50’ ε = 0.783 R R R R P P K = 5.0*10-3cm/s = 5.0*10-5 m P P P P P P P n = 43.90% = 0.439 - Lớp 4: ω = 24.8% = 0.248 G = 85.70% = 0.857 γ w = 1.88g/cm3 = 18.8KN/m3 C = 0.069KG/cm2 = 0.69KN/m2 γ c = 1.51g/cm3 = 15.1KN/m3 ∆ = 2.67 φ = 23o28’ ε = 0.772 R R R R P P K = 7.0*10-3cm/s = 7.0*10-5m/s P P Học viên: Lê Minh Tâm P P P P P n = 43.6% = 0.436 Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ - 100- Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy - Lớp 5: ω = 25.0% = 0.25 G = 84.00% = 0.84 γ w = 1.86g/cm3 = 18.6KN/m3 R R P P P γ c = 1.49g/cm3 = 14.9KN/m3 R R P P P C = 0.073KG/cm2 = 0.73KN/m2 P P P ∆= 2.67 P ε = 0.794 φ = 19o28’ P P P K = 5.0*10-3cm/s = 5.0*10-5m/s P P P n = 44.3% = 0.443 P - Lớp 6: ω = 38.50% = 0.385 G = 97.80% = 0.978 γ w = 1.80g/cm3 = 18.0KN/m3 R R P P P γ c = 1.30g/cm3 = 13.0KN/m3 R R P P P C = 0.070KG/cm2 = 0.70KN/m2 P P P ∆ = 2.66 P ε = 1.047 φ = 08o09’ P P P K = 5.0*10-4 cm/s = 5.0*10-6 m/s P P P n = 51.10% = 0.511 P - Lớp 7: ω = 27.10% = 0.271 G = 86.70% = 0.867 γ w = 1.85g/cm3 = 18.5KN/m3 R R P P P γ c = 1.46g/cm3 = 12.8KN/m3 R R P P P C= 0.081KG/cm2 = 0.81KN/m2 P P P ∆ = 2.67 P ε = 0.834 φ = 19o02’ P P P K = 5.0*10-3 cm/s = 5.0*10-5 m/s P P P n = 45.50% = 0.455 P Tải trọng xe H13 qui đổi tương đương thành lớp đất đắp có chiều cao h o R xác định theo công thức (Trang 61 Tiêu chuẩn ngành 14TCN 143-2004) : h o =1.3*n*G/γ*B*l R R Trong : 1.3: Hệ số tải trọng động n: Số xe phân bố theo phương ngang, n=1 G: Trọng lượng xe, G=13tấn γ: Dung trọng đất đắp đường, γ=1.88t/m3 l: Phạm vi phân bố tải trọng theo hướng dọc, l=4.2m P Học viên: Lê Minh Tâm P Lớp CH17C2 R Luận văn thạc sĩ B: - 101- Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Chiều rộng phân bố theo hướng ngang xe, B=1.8m h o =1.3*1*13/1.88*1.8*4.2 = 1.2m R R Tính quy đổi khối đất phía sau cừ thép thành lực phân bố theo sơ đồ tính tốn hình 5-105 trang 896 - “Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi tập 1” Tính C/γH=2.23/9.81*12 = 0.019 ứng với φ=13o25’, δ=φ/2, β=0, tgα=0 P P Tra bảng lập sẵn cho : θ c =41o R R P P Các thơng số qui đổi hình 4.2 Hình 4.2: Các thông số qui đổi Chiều cao qui đổi: h = (1+b/2x)*(h+1.2) = (1+5.44/2*8.62)*(6.5+1.2) = 10.13m R R Lực phân bố q quy đổi từ cột đất phía sau cừ thép (tính cho 1m chiều dài) : q = 9.26*1.88*1 = 19.04T/m Sơ đồ lực sau qui đổi (hình 4.3) Học viên: Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ - 102- Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy γ γ ϕ ε Hình 4.3: Sơ đồ lực qui đổi Thiên an toàn, coi lực phân bố q=19.04T/m tác dụng sát mép cừ thép Sơ đồ tính tốn hình 4.4 Hình 4.4:Sơ đồ tính tốn Học viên: Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy - 103- 4.2.2.3 Phương pháp tính Hình 4.5: Sơ đồ minh hoạ 4.2.2.4 Tính tốn ổn định Để thiên an tồn ta tính tồn lớp đất đất rời, xem cừ thép tường mỏng, không thấm Tham khảo tài liệu Tính tốn tường chắn đất G.K.KLEIN xuất năm 1964 Phương pháp tính: Để đơn giản tính tốn ta coi cừ khơng bị biến dạng xoay quanh điểm C độ sâu Zc = 0.8h = 0.8*6.2 = 4.96m R R Gọi Q1, Q2, qD áp lực chủ động ∇-2.8, áp lực chủ động ∇-2.8 phản lực lớn chân cừ a Áp lực chủ động ∇-2.8 Trọng lượng riêng đẩy lớp 4: γ dn = (∆ − 1) * γ n (2.67 − 1) * 9.81 = = 9.25( KN / m ) 1+ e + 0.772 Công thức tính : σ = (q + γz )λ − * C * λ Trong : γ: Trọng lượng riêng tự nhiên lớp 1, 3, trọng lượng riêng đẩy lớp 4; Với lớp 1:  13o 25'  ϕ   = 0.623 λ = tg  45 o −  = tg  45 o − Học viên: Lê Minh Tâm  2   Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy - 104- Với lớp 2:  ϕ 11o 01'    = 0.679 λ = tg  45 o −  = tg  45 o − Với lớp 3:  ϕ 21o 50'    = 0.458 λ = tg  45 o −  = tg  45 o − Với lớp 4: 23o 28'   o ϕ 2 o   = 0.430 λ = tg  45 −  = tg  45 − 2      2 2   2   Áp lực đất ∇+3.00 : σ = (190+18.8*0)*0.623-2*2.23*0.789 = 114.85(KN/m) R R Áp lực đất ∇+1.72: σ = (190+18.8*1.28)*0.623-2*2.23*0.789 = 129.84 (KN/m) R R Áp lực đất ∇+1.72: σ = (190+18.8*1.28)*0.679-2*1.33*0.824 = 143.16 (KN/m) R R Áp lực đất ∇+0.60: σ = (190+18.8*1.28+18.6*1.12)*0.679-2*1.33*0.824 = 157.30 (KN/m) R R Áp lực đất ∇+0.60: σ = (190+18.8*1.28+18.6*1.12)*0.458-2*0.74*0.677 = 106.58 (KN/m) R R Áp lực đất ∇-0.96: σ = (190+18.8*1.28+18.6*1.12+18.6*1.56)*0.458 - 2*0.74*0.677 R R = 119.87 (KN/m) Áp lực đất ∇-0.96: σ = (190+18.8*1.28+18.6*1.12+18.6*1.56)*0.43- 2*0.69*0.656 R R = 112.58 (KN/m) Áp lực đất ∇-2.80: σ = (190+18.8*1.28+18.6*1.12+18.6*1.56+9.25*1.84)*0.43-2*0.69*0.656 R R = 119.90 (KN/m) Áp lực đất ∇-7.76: σ = (190+18.8*1.28+18.6*1.12+18.6*1.56+9.25*6.8)*0.43 - 2*0.69*0.656 R R = 139.62 (KN/m) Học viên: Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ - 105- Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Áp lực nước ∇-2.80: σ 10 = 9.81*1.84 = 18.05 (KN/m) Áp lực nước ∇-7.76: σ 11 = 9.81*6.8 = 66.71 (KN/m) R R R R Áp lực đất ∇-9.00: σ 12 =(190+18.8*1.28+18.6*1.12+18.6*1.56++9.25*8.04)*0.43 R - R 2*0.69*0.656 = 144.56 (KN/m) Áp lực nước ∇-9.00: σ 13 = 9.81*8.04 = 78.87 (KN/m) R R b áp lực bị động Cơng thức tính : σ = γ dn * z * λ Trong : γ đn : R R Trọng lượng riêng đẩy đất;   λ = tg  45 o + 23o 28'  o 2  = 2.323  = tg  45 + 2   ϕ Áp lực đất ∇-7.76 : σ' = 9.25*4.96*2.323 = 106.58 (KN/m) Áp lực nước ∇-7.76 : σ' = 9.81*4.96 = 48.66 (KN/m) Áp lực đất ∇-9.00 : σ' = 9.25*6.2*2.323 = 133.22 (KN/m) Áp lực nước ∇-9.00 : σ' = 9.81*6.2 = 60.82 (KN/m) R R R R R R R R σ1 σ2 σ3 σ4 σ5 σ6 σ7 σ10 σ8 σ9 σ11 σ1 σ2 Hình 4.6: Sơ đồ lực tác dụng c Cơng thức tính tốn Áp lực chủ động lớn chân cừ tính : Học viên: Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy - 106- [γh λ − 2(Q ] + Q2 ) qD = − γh2 λ γh2 λ − 2Q1 (h1 + 3h2 ) − 3Q2 (2h2 − Z c ) 2 Trong λ: Hiệu hệ số áp lực bị động chủ động lớp 4, λ =2.323-0.43=1.893 Q : Áp lực chủ động đáy hố móng R R Q = 147+9.59+160.34+7.92+166.26+10.37+207.15+6.73+16.61 = 731.97KN R R Q : Áp lực chủ động đáy hố móng R R Q = 89.53+594.70 = 684.23KN R R Q (h /3+h2): Mô men Q lấy điểm D R R R R R R M =147*11.36+9.59*11.14+160.34*10.16+7.92*9.98+166.26*8.82+10.37*8.56+ R R +207.15*7.12+6.73*6.81+16.61*6.81 = 6673.88KNm Q (h -Z c /2): Momen Q lấy điểm D R R R R R R R R M = (89.53+594.70)*6.12 = 4187.48KNm R R γ: Trọng lượng đẩy lớp 4, γ=9.25KN/m3 P Thay thông số vào công thức cho : [9.25 * 6.2 ] *1.893 − 2(731.97 + 684.23) − 9.25 * 6.2 *1.893 9.25 * 6.2 *1.893 − * 9973.88 − * 4187.48 q D = −185.00( KN / m) qD = Muốn cho tường chắn ổn định, tức ngăn ngừa đất trồi, phản lực lớn đáy tường (q D ) phải nhỏ sức kháng tới hạn q np đất tính hiệu áp R R R R lực bị động chủ động Q np =(γh + q)*λ nl + γ h λ n2 - γ h λ a2 R R R R R R R R R R R R RR R R R R R = -(147+9.59+160.34+7.92+166.26+10.37+207.15+6.73+743.38+76.45+16.61+ +111.91+188.54)+412.98+188.54 = -1250.73 (KN/m) λ n1 = + sin ϕ1 + sin 17 o 08' = = 1.83 − sin ϕ1 − sin 17 o 08' Như q D = 185 < q np = 1250.73 R R R R Kết luận: Nền đất không bị đẩy trồi, tường cừ ổn định 4.3 Phân tích kết tính tốn Học viên: Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ - 107- Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy - Các tài liệu khảo sát địa hình, địa chất khu đầu mối, tài liệu thủy văn đáp ứng yêu cầu cho việc tính tốn - Cơng trình cống Tắc Giang nằm vùng đồng sông Hồng, đất có địa chất phức tạp, tài liệu khảo sát địa chất khu vực cơng trình có lớp lớp yếu Mọi tính tốn dựa vào số liệu thí nghiệm phịng Kích thước chiều dài cọc cừ định sau có kết đóng cọc cừ ngồi trường - Kết tính tốn đạt cần phải có số giả thiết đưa 4.4 Kết luận chương - Thi cơng hố móng cơng trình ln song hành với với việc lựa chọn giải pháp thi công hố đào phù hợp với điều kiện địa chất - thủy văn công trình Trong q trình tính tốn cần trọng đến chuyển dịch đất xung quanh hố đào xảy q trình đào móng hay sau thời gian hố đào lấp đất Đây vấn đề khó tránh khỏi, nhà thầu lực, kinh nghiệm, thiếu thơng tin tin cậy số liệu khảo sát - Thi công chắn đất hố đào cừ giải pháp đào móng lộ thiên dựa tính toán điều kiện cho phép đặc trưng địa chất trạng tồn cơng trình lân cận Đó xét độ bền ổn định cục theo mặt cắt địa chất hố khoan cho việc thi công hố đào sau khả thi, hạn chế tối đa cố đẩy trồi đất, trượt lở xung quanh hố đào làm ảnh hưởng đến cơng trình lân cận - Vấn đề hố móng ln chủ đề thời sự, tiềm ẩn nghề nghiệp kỹ sư xây dựng móng cơng trình Phải tính toán để vừa đảm bảo ổn định cơng trình vừa giảm giá thành xây dựng Học viên: Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ - 108 - Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Những kết đạt trình nghiên cứu Trong trình xây dựng phát triển đất nước, phát triển sở hạ tầng đặt nhiệm vụ ngày cao, địi hỏi cơng trình xây dựng cần mục tiêu chủ yếu sau : Đảm bảo chất lượng, thi công nhanh, tiến độ, giá thành hạ, hiệu đầu tư cao An toàn xây dựng quản lý Để thực mục tiêu đó, cơng tác đào móng để thi cơng cơng trình vị trí quan trọng Luận văn trình bày cách hệ thống vấn đề liên quan đến giải pháp chắn giữ hố móng sâu cừ đào đất phương pháp lộ thiên Để thực mục tiêu trên, tác giả luận văn nêu tượng, cố xảy đào móng, để chủ động đề giải pháp xử lý q trình thi cơng, mà trước hết phải nắm đặc điểm nguyên tắc thiết kế đào hố móng sâu, học kinh nghiệm lựa chọn kết cấu chắn giữ, xử lý cố thường gặp nước giới Trong luận văn tác giả sâu vào giải pháp mở móng lộ thiên đặc biệt quan tâm đến việc đánh giá ổn định mái hố đào Để đánh giá ổn định mái hố đào cần phải xem xét tượng , khả gây trượt mái lực tác dụng lên mặt trượt điều kiện địa chất khác như: cường độ chống cắt đất bảo hòa, ảnh hưởng áp lực nước lỗ rỗng, áp lực nước ngầm, ảnh hưởng nước mặt mưa gây ra, thời gian tồn mái dốc hố móng… Phương pháp đánh giá ổn định mái hố đào dựa nguyên tắc cân lực Để đảm bảo ổn định mái dốc hố đào có nhiều phương pháp, luận văn tác giả sâu vào phương pháp chắn giữ mái hố móng tường cừ Khi thiết kế tường cừ điều trước tiên phải xác định sơ đồ tính tốn lực tác động vào kết cấu chắn giữ mái hố móng từ tiến hành bước thiết kế tường cừ trình bày chương Học viên: Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ - 109 - Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thủy Sau nghiên cứu lý thuyết nêu trên, tác giả luận văn vận dụng kiến thức học để thiết kế tường cừ cho cơng trình cống Tắc Giang - Phủ Lý tỉnh Hà Nam Qua tính tốn khảo sát thực tế, tác giả luận văn cho phương pháp tính tốn kết đạt phù hợp với thực tế thi cơng cơng trình làm việc cách an toàn II Một số tồn luận văn - Do thời gian trình độ có hạn nên tác giả chưa phân tích đánh giá sâu phương pháp tính tốn điều kiện biên tính tốn hợp lý hay khơng; - Việc áp dụng lý thuyết chương 2, vào chương giản đơn chưa đưa nhiều toán để so sánh, chưa xây dựng phần mềm để tính tốn tìm lời giải tối ưu lập bảng, đồ thị tiện cho nhà thiết kê sau này; - Trong luận văn sâu phần của kết cấu chắn giữ đất mềm tường cừ, nhiều giải pháp khác tường neo, tường cừ có chống… chưa đề cập tới III Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp - Việc tính tốn thiết kế kết cấu chắn giữ mái hố móng sâu nước ta tương lai gặp nhiều nên cần đầu tư nghiên cứu để có giải pháp, số liệu thực tế phù hợp với điều kiện nước ta; - Cần đầu tư nghiên cứu loại kết cấu khác chắn giữ đất điều kiện địa hình, địa chất khác nhau, điều kiện mơi trường thời gian khác để có hướng sử dụng hợp lý điều kiện cụ thể nước ta; - Trong q trình đào hố móng sâu, gặp khơng cố gây lún nứt cơng trình xung quanh cần đầu tư nghiên cứu đưa quy định cụ thể để giảm tối thiểu cố xảy ra; Tóm lại, việc nghiên cứu bảo vệ mái dốc đất đào móng sâu cịn nhiều vấn đề cần nghiên cứu, tổng kết đưa vào tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm để gặp phải có sở để tính tốn thiết kế bảo đảm hố cơng trình bên cạnh ổn định, giá thành hạ, thời gian thi công nhanh Học viên: Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 Luận văn thạc sĩ Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ mơn thi cơng- ĐHTL,“Giáo trình thi cơng cơng trình thủy lợi Tập1,2”,NXBNN Đại học Thuỷ lợi, “Hướng dẫn thiết kế tường chắn cơng trình thuỷ lợi”, ĐHTL Đỗ Đình Đức (2002), “Thi cơng hố đào cho tầng hầm nhà cao tầng đô thị Việt Nam”, Luận án TSKT, Đại học Kiến trúc Hà Nội Trần Thanh Giám (2008), “Đất xây dựng phương pháp gia cố đất”,NXB Xây Dựng Nguyễn Bá Kế (2008), “Thiết kế thi cơng hố móng sâu”, NXB Xây Dựng G.K.Klein (1964) ,“ Tính tốn tường chắn đất ”, (Tài liệu dịch) Nguyễn Thế Phùng (1998),“Cơng nghệ thi cơng cơng trình ngầm phương pháp tường đất”, NXB Giao thông vận tải – Hà Nội Sổ tay thuỷ lợi, tập Tuyển tập tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, tập 10 Nguyễn Uyên (2008 ), ‘Thiết kế xử lý hố móng’ NXBXD - Hà Nội 11 Tiêu chuẩn ngành 14TCN 143-2004 12 Viện tiêu chuẩn Anh (1986), “ Hướng dẫn thực hành móng ”,NXBXD Học viên: Lê Minh Tâm Lớp CH17C2 ... sử dụng để chắn giữ hố móng sâu đào đất phương pháp lộ thiên 26 1.6 Những phương pháp đào móng phương pháp lộ thiên 28 1.7 Những nhu cầu thực tế phương hướng phát triển áp dụng. .. GIẢI PHÁP CHẮN GIỮ HỐ MÓNG SÂU BẰNG CỪ KHI ĐÀO ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỘ THIÊN ” cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn II MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI Nắm phương pháp chắn giữ mái hố móng sâu. .. DỤC ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI - LÊ MINH TÂM NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÁC GIẢI PHÁP CHẮN GIỮ HỐ MÓNG SÂU BẰNG CỪ KHI ĐÀO ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỘ THIÊN