Nghiên cứu công nghệ thi công hố móng sâu bằng phương pháp đào lộ thiên có sử dụng hệ thống kết cấu chống đỡ

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu làm việc nghiêm túc với tất nỗ lực thân, tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài ‘‘Nghiên cứu công nghệ thi cơng hố móng sâu phương pháp đào lộ thiên có sử dụng hệ kết cấu chống đỡ’’ nhằm đóng góp phần nhỏ vào cơng tác nghiên cứu, đề xuất công nghệ thi công hợp lý phù hợp với điều kiện thi công giao thông đô thị Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Nguyễn Hữu Huế tận tình bảo, giúp đỡ động viên tinh thần suốt trình nghiên cứu thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn đến thầy, cô giáo Trường đại học Thủy lợi, bạn bè, đồng nghiệp q trình thu thập tài liệu, trao đổi thơng tin kinh nghiệm quý báu lý luận thực tế Do hạn chế điều kiện thời gian, tài liệu trình độ nên luận văn khơng tránh khỏi sai sót, khiếm khuyết Tác giả mong tiếp tục nhận bảo thầy, giáo ý kiến đóng góp bạn bè, đồng nghiệp Hà Nội, tháng năm 2012 Tác giả Nguyễn Quang Huy LỜI CAM KẾT Tên là: Nguyễn Quang Huy Học viên lớp: 17C2 Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khoa học Tác giả luận văn Nguyễn Quang Huy MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CƠNG CƠNG TRÌNH NGẦM KHU VỰC ĐƠ THỊ 1.1 Các đặc điểm cơng trình ngầm giao thơng thị 1.1.1 Tổng quan cơng trình ngầm thị 1.1.2 Các phương pháp tính tốn cơng trình ngầm 1.2 Các phương pháp thi công cơng trình ngầm 12 1.3 Các dạng kết cấu chống đỡ 15 1.4 Kết luận chương 19 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THI CƠNG ĐÀO LỘ THIÊN CĨ SỬ DỤNG HỆ KẾT CẤU CHỐNG ĐỠ TẠM THỜI ĐỐI VỚI HẦM GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ TRONG NÚT GIAO THÔNG ĐÔ THỊ 2.1 Đánh giá mặt điều kiện phục vụ thi cơng cơng trình ngầm nội đô thị 20 2.2 Đề xuất phương án thi cơng, trình tự thi cơng cơng trình phù hợp với điều kiện thi cơng cơng trình ngầm nội đô thị 21 2.2.1 Các giải pháp bảo vệ thành hố đào 22 2.2.2 Các phương thức thi công 25 2.2.3 Giải pháp thi công sát cơng trình kiến trúc 28 2.3 Nghiên cứu cơng nghệ thi công hệ thống sàn nắp phục vụ giao thông, thi công điều kiện giao thông chật hẹp 2.3.1 Khái niệm chung hệ thống sàn nắp phục vụ thi công 30 T 2.3.2 Ưu điểm hệ thống sàn nắp phục vụ giao thông T 31 2.3.3 Ứng dụng hệ thống sàn nắp 31 T 2.3.4 Cấu tạo hệ thống sàn nắp (đường tạm) phục vụ thi cơng T 32 2.3.5 Tính toán hệ thống sàn nắp (đường tạm) điều kiện giao thông 34 2.3.6 Phương pháp thi công hệ thống sàn nắp (đường tạm) 42 2.4 Nghiên cứu công nghệ thi công tường cọc ván thép giữ ổn định mái đào 2.4.1 Khái niệm chung cọc ván thép 42 2.4.2 Ưu nhược điểm cọc ván thép 44 2.4.3 Các ứng dụng cọc ván thép 45 2.4.4 Tính tốn kết cấu cọc ván thép 47 2.5 Kết luận chương 68 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐƯỢC LỰA CHỌN ĐỂ THI CÔNG HẦM GIAO THÔNG NÚT KIM LIÊN – ĐẠI CỒ VIỆT 3.1 Giới thiệu cơng trình hầm giao thơng Kim Liên – Đại Cồ Việt 70 3.1.1 Giới thiệu chung 3.1.2 Hệ thống thoát nước 3.1.3 Nền móng 3.1.4 Kết cấu 3.1.5 Biện pháp thi công 3.1.6 Biện pháp chống thấm 3.2 Lựa chọn biện pháp thi cơng hố móng sâu 70 72 73 73 76 76 77 3.2.1 Đánh giá điều kiện địa chất, điều kiện thi công 77 3.2.2 Lựa chọn phương án thi cơng hố móng sâu 79 3.3 Phân tích, tính tốn hệ kết cấu chống đỡ hố móng sâu 82 3.3.1 Điều kiện biên (điều kiện đầu vào) 82 3.3.2 Phân tích, tính tốn hệ kết cấu chống đỡ hố móng sâu 83 3.3.3 Đánh giá biện pháp thi cơng hố móng sâu, so sánh với thực tế: 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95 Những kết đạt 95 Những tồn trình thực luận văn 95 Những kiến nghị 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH 97 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Phân loại theo phương pháp thi cơng ngầm 13 Hình 1.2: Phân loại theo phương pháp thi công đào chống giữ 14 Hình 1.3: Thi cơng chống đỡ tường barret 17 Hình 1.4: Thi cơng chống đỡ tường cừ thép 18 Hình 1.5: Tường chắn cọc ván bê tơng cốt thép 18 Hình 2.1: Các giải pháp bảo vệ thành hào theo điều kiện thi cơng 24 Hình 2.2: Các phương pháp thi công thành hào nghiêng 26 Hình 2.3: Chu trình thi cơng phương án tường 27 Hình 2.4: Thi cơng hở gặp nước mặt 28 Hình 2.5: Phương án đón đỡ cơng trình kiến trúc mặt đất 30 Hình 2.6: Cấu tạo hệ khung kết cấu chịu lực 32 Hình 2.7: Ứng suất cục 40 Hình 2.8: Cọc ván thép chữ U 43 Hình 2.9: Cọc ván thép chữ Z 43 Hình 2.10: Cọc ván thép tiết diện phẳng 44 Hình 2.11: Cọc ván thép tiết diện ῼ 44 Hình 2.12: Tường cọc ván tự 48 Hình 2.13: Tường cọc ván có neo 48 Hình 2.14: Khoảng áp dụng trạng thái giới hạn cực hạn trạng thái giới hạn khai thác 50 Hình 2.15: Áp lực đất tác dụng lên tường conson tự 53 Hình 2.16: Áp lực đất tác dụng lên tường conson có neo 53 Hình 2.17: Hướng tác dụng lực neo 54 Hình 2.18: Biểu đồ áp lực đất 58 Hình 2.19: Các loại hư hỏng trượt sâu 62 Hình 2.20: Các loại hư hỏng chiều sâu cọc không hợp lý 62 Hình 2.21: Phân tích cung trịn sử dụng phương pháp Fellenius 64 Hình 2.22: Phân tích ổn định mái dốc sử dụng phương pháp mặt trượt 66 Hình 3.1: Mặt dự án nút giao thơng Kim Liên 71 Hình 3.2: Mặt cắt dọc tuyến đường hầm thuộc dự án nút giao Kim Liên 72 Hình 3.3: Bản vẽ phân đoạn kết cấu dạng U&B Hình 3.4: Bản vẽ hình khối kết cấu đường hầm dạng tường chắn U 74 75 Hình 3.5: Bản vẽ hình khối kết cấu đường hầm dạng cống hộp 75 Hình 3.6: Mặt cắt địa chất dọc tuyến đường hầm Kim Liên – Đại Cồ Việt 77 Hình 3.7: Gia cố móng hố đào khu vực 81 Hình 3.8: Gia cố móng hố đào khu vực 81 Hình 3.9: Tương tác đất hệ cọc bước 83 Hình 3.10: Tương tác đất hệ kết cấu chống đỡ sau đào lớp 84 Hình 3.11: Tương tác đất hệ kết cấu bước 84 Hình 3.12: Tương tác đất hệ kết cấu bước 85 Hình 3.13: Tương tác đất hệ kết cấu bước 85 Hình 3.14: Tương tác đất hệ kết cấu giai đoạn đào đất lớp cuối (lớp 4) 86 Hình 3.15: Chuyển vị lớp đất đáy hố móng giai đoạn cuối 86 Hình 3.16: Kết tính tốn nội lực tường cừ thép (bước 6) 87 Hình 3.17: Kết tính tốn nội lực xà chống ngang 87 Hình 3.18: Kết tính tốn ổn định hố đào 88 Hình 3.19: Tương tác đất cọc cừ bước 88 Hình 3.20: Tương tác đất cọc cừ giai đoạn đào đất lớp 89 Hình 3.21: Tương tác đất cọc cừ bước 89 Hình 3.22: Tương tác đất hệ kết cấu bước 90 Hình 3.23: Tương tác đất hệ kết cấu bước 90 Hình 3.24: Tương tác đất hệ kết cấu bước 91 Hình 3.25: Chuyển vị lớp đất đáy hố móng giai đoạn cuối 91 Hình 3.26: Kết tính tốn nội lực tường cừ thép (bước 6) 92 Hình 3.27: Kết tính tốn ổn định hố đào 92 DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1: Các phương pháp thi công hầm theo cách bóc tách đất đá 13 Bảng 2.1: Điều kiện khả áp dụng giải pháp bảo vệ 24 Bảng 2.2 Trạng thái giới hạn khai thác 50 Bảng 2.3: Giá trị hai hệ số k’ k 57 Bảng 3.1: Chỉ tiêu lý lớp đất, đường hầm Kim Liên – Đại Cồ Việt 79 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Với tốc độ thị hóa ngày nay, thị lớn, dạng cơng trình ngầm thành phần chủ yếu hạ tầng kỹ thuật đô thị Trong xu chung phát triển thị theo hướng đại hệ thống cơng trình ngầm thị ngày có vị trí quan trọng Cơng nghệ thi cơng loại cơng trình ngầm theo xu hướng xuất hàng loạt kiểu đào sâu khác mà để thực phải có giải pháp chắn giữ để bảo vệ thành vách hố móng có cơng nghệ đào thích hợp để vừa đảm bảo thi cơng an tồn mà đảm bảo điều kiện giao thơng lại Q trình thi cơng cơng trình ngầm khu vực đô thị gặp nhiều yếu tố bất lợi mặt thi công chật hẹp, phải chịu ảnh hưởng lớn cơng trình lân cận, nước ngầm, cấu trúc địa tầng hố móng… Ngày phương pháp thi cơng đào hố móng sâu phương pháp đào lộ thiên có sử dụng hệ kết cấu chống đỡ phương pháp hay dùng để thi cơng cơng trình ngầm thị Đặc điểm phương pháp thích hợp với khơng gian chật hẹp, gần hố móng thi cơng tồn nhiều cơng trình xây dựng, ổn định khơng làm xáo trộn hoạt đông giao thông khu vực Xuất phát từ ý nghĩa thực tiễn học viên lựa chọn đề tài: Nghiên cứu công nghệ thi công hố móng sâu phương pháp đào lộ thiên có sử dụng hệ kết cấu chống đỡ Mục đích Đề tài: Lựa chọn phương án thi công cơng trình hợp lý để giải hài hịa vấn đề : Thi công nội công trường - giao thơng thị cắt ngang qua cơng trình, an tồn cho cơng trình dân sinh, cơng trình giao thơng gần khu vực chiều sâu hố đào điều kiện địa chất đô thị Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận văn cơng trình đường hầm giao thơng nút giao thông đô thị Phạm vi nghiên cứu cơng nghệ thi cơng hố móng sâu phương pháp đào lộ thiên sử dụng hệ kết cấu chống đỡ Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: - Tiếp cận trực tiếp cơng trình thực tế, phương pháp thi cơng có giới để áp dụng nghiên cứu - Kế thừa, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học công nghệ tiên tiến có nước giới vào phân tích, tính tốn - Nghiên cứu lý thuyết phương pháp tính tốn: phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp tính tốn khác… - Kết hợp cơng cụ tính tốn sử dụng phần mềm để giải, từ rút kết luận đề xuất kiến nghị 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Những kết đạt Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu làm việc nghiêm túc với tất nỗ lực thân, tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài ‘‘Nghiên cứu cơng nghệ thi cơng hố móng sâu phương pháp đào lộ thiên có sử dụng hệ kết cấu chống đỡ’’ nhằm đóng góp phần nhỏ vào cơng tác nghiên cứu, đề xuất công nghệ thi công hợp lý phù hợp với điều kiện thi công giao thông đô thị Luận văn hoàn thành tất mục tiêu đề đề tài - Hệ thống phương pháp thi cơng cơng trình ngầm - Đánh giá mặt điều kiện thi công công trình ngầm nội thị - Đề xuất phương án thi cơng - Tính tốn kiểm tra biện pháp thi công lựa chọn - Áp dụng phần mềm vào tính tốn thiết kế với cơng trình sử dụng đào lộ thiên - Vận dụng kết áp dụng vào thiết kế chống đỡ cho thi công hầm giao thông Kim Liên Những tồn trình thực luận văn Do hạn chế điều kiện thời gian, tài liệu trình độ nên luận văn khơng tránh khỏi sai sót, khiếm khuyết Tác giả mong tiếp tục nhận bảo thầy, giáo ý kiến đóng góp bạn bè, đồng nghiệp Những kiến nghị Trong năm tới khả có nhiều dự án xây dựng cơng trình ngầm giao thơng thị để đáp ứng yêu cầu giao thông cho khu vực Hiện chưa có quy trình, quy phạm thiết kế cơng trình ngầm giao thơng thị Nên qua kết nghiên cứu thực tiễn thi công xây dựng quy trình, quy phạm xây dựng lĩnh vực Từ dần ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế thi công công trình ngầm giao thơng thị Như đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày phát triển, vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật vừa có giá thành hợp lý; tránh độc quyền thiết kế thi cơng, tiết kiệm kinh phí đầu tư cho nhà nước 96 CÁC T ÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Tiến Cường Vấn đề xây dựng cơng trình ngầm thị Việt Nam Tạp chí Xây dựng – 1998 Nguyễn Bá Kế Thiết kế thi công hố móng sâu Nhà xuất xây dựng – 2000 Giáo trình “Thi cơng cơng trình thủy lợi” tập 2, Bộ môn Thi Công, Trường Đại học Thủy Lợi, NXB Xây Dựng 2004 Giáo trình “Cơ học đất”, Cao Văn Chí, Trường Đại học Thủy Lợi, NXB Xây Dựng 2005 Giáo trình “Kết cấu thép”, Vũ Thành Hải, Trường Đại học Thủy Lợi, NXB Xây Dựng 2006 Giáo trình “Sức bền vật liệu”, Phạm Ngọc Khánh, Trường Đại học Thủy Lợi, NXB Xây Dựng 2002 97 ` PHỤ LỤC HÌNH ẢNH HÌNH ẢNH THỂ HIỆN BIỆN PHÁP THI CƠNG Trình tự thi cơng đào đất hố đào sâu U (1) Đào đất lớp (2) Lắp đặt hệ giằng chống lớp (3) Đào đất lớp (4) Lắp đặt hệ giằng chống lớp (5) Đào đất lớp (6) Lắp đặt hệ giằng chống lớp (7) Đào đất lớp (8) Lắp đặt hệ giằng chống lớp (9) Đào đất lớp Bước 1: Đào đất lớp Bước 2: Lắp đặt giằng chống lớp Bước 3: Đào đất lớp Bước 4: Lắp đặt giằng chống lớp Bước 5: Đào đất lớp Bước 6: Lắp đặt giằng chống lớp Bước 7: Đào đất lớp Bước 8: Lắp đặt giằng chống lớp Bước 9: Đào đất lớp Trình tự thi cơng cơng trình hố đào sâu U 4500 Ground level 4500 Ground level Road deck plates 1st LAYER STRUT H-400x400@5m 1st LAYER STRUT H-400x400@5m SHEET PILE SHEET PILE Wall rebar 2nd LAYER STRUT H-400x400@5m Wall rebar Wall rebar Formwork 2nd LAYER STRUT H-400x400@5m Bottom slab Lean concrete Blinding stone Formwork Detail B Bước 1: Xử lý hố móng, lắp dựng cốt thép, ván khuôn SHEET PILE Detail D I200x100 L=21000 Wooden D80 @=2400 Wooden D80 (L75x75x6) @=2400 Wall rebar Detail C Bước 2: Đổ bê tông đáy 4500 4500 4500 Ground level Ground level SHEET PILE SHEET PILE L75x75x6 5a L=2500,@=5000 L75x75x6 5b L=2340,@=5000 4500 Detail E L120x120x10 L=11m 6a L75x75x6 L=3500 L75x75x6 L=3m,@=5m 4a L75x75x6 I200x100 L=2000 L=2.5m 7b SHEET PILE L120x120x10 L=11m L75x75x6 5a L=2500,@=5000 L75x75x6 5b L=2340,@=5000 BOTTOM SLAB Bước 3: Xử lý hố móng, lắp dựng cốt thép, ván khuôn tường L75x75x6 L=2m,@=5m 4b L75x75x6 L=2500,@=5000 L75x75x6 L=2000 L75x75x6 L=1m BOTTOM SLAB Bước 4: Đổ bê tông tường đoạn L75x75x6 L=2340 4500 4500 4500 Ground level 4500 Ground level 1st LAYER STRUT H-400x400@5m SHEET PILE Runner beam to fix rebar 1st LAYER STRUT H-400x400@5m Wall rebar SHEET PILE Wall rebar Wall rebar 2' SHEET PILE 2nd LAYER STRUT H-400x400@5m 200 Chamfer 300x300 500 2000 -3.150 Strut concrete t=200 mm BOTTOM SLAB 400 BOTTOM SLAB 500 605 2000 605 500 500 Chamfer 300x300 Strut concrete t=200 mm 500 2000 Chamfer 300x300 -3.150 500 -0.946 500 Strut concrete Bước 5: Xử lý hố móng, lắp dựng cốt thép, ván khn tường Bước 6: Đổ bê tông tường đoạn 27074 4500 10565 4500 4500 4500 7509 Ground level Ground level 1st LAYER STRUT H-400x400@5m 1st LAYER STRUT H-400x400@5m L75x75x6 5d @=5m Relocation of 3rd layer strut 500 Chamfer 300x300 200 500 Strut concrete t=200 mm BOTTOM SLAB 400 BOTTOM SLAB 1ST STAGE Chamfer 300x300 1ST STAGE 1ST STAGE Relocation of 3rd layer strut 500 1ST STAGE 500 500 Support system @=2400 500 Detail F 500 L75x75x6 @=5m Bước 7: Xử lý hố móng, lắp dựng cốt thép, ván khn tường Bước 8: Đổ bê tông tường đoạn 4500 4500 4500 4500 Ground level L120x120x10 L=11m Tie-rod Relocation of 2nd layer strut 500 200 500 1ST STAGE SHEET PILE BOTTOM SLAB 400 500 1850 Relocation of 3rd layer strut 2000 BOTTOM SLAB L75x75x6 @=5000 2nd STAGE 2nd STAGE 2nd STAGE 500 1ST STAGE 1ST STAGE Relocation of 3rd layer strut 500 500 2nd STAGE Relocation of 2nd layer strut L75x75x6 @=5000 200 L75x75x6 @=5000 L75x75x6 @=5000 1ST STAGE Ground level Bước 9: Xử lý hố móng, lắp dựng cốt thép, ván khn tường Bước 10: Đổ bê tông tường đoạn 4500 4500 4500 4500 Ground level Ground level Tie-rod D16 @750x1500 200 3rd STAGE 200 2nd STAGE 500 1ST STAGE Relocation of 3rd layer strut 500 500 SHEET PILE BOTTOM SLAB 400 BOTTOM SLAB Relocation of 2nd layer strut 2nd STAGE 2nd STAGE 1ST STAGE Chamfer 300x300 605 -3.150 500 2000 1ST STAGE Relocation of 3rd layer strut 500 500 2nd STAGE Relocation of 2nd layer strut 605 1ST STAGE 3rd STAGE L75x75x6 L=800 500 L75x75x6 @=5m L75x75x6 @=5m Bước 11: Xử lý hố móng, lắp dựng cốt thép, ván khuôn tường Bước 12: Đổ bê tông tường đoạn ... ngầm, cấu trúc địa tầng hố móng? ?? Ngày phương pháp thi cơng đào hố móng sâu phương pháp đào lộ thi? ?n có sử dụng hệ kết cấu chống đỡ phương pháp hay dùng để thi công cơng trình ngầm thị Đặc điểm phương. .. Nghiên cứu cơng nghệ thi cơng hố móng sâu phương pháp đào lộ thi? ?n có sử dụng hệ kết cấu chống đỡ Mục đích Đề tài: Lựa chọn phương án thi cơng cơng trình hợp lý để giải hài hòa vấn đề : Thi công. .. nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận văn cơng trình đường hầm giao thông nút giao thông đô thị 2 Phạm vi nghiên cứu công nghệ thi cơng hố móng sâu phương pháp đào lộ thi? ?n sử dụng hệ kết cấu chống