Nghiên cứu sử dụng kết cấu cọc cừ với cọc xi măng đất để bảo vệ mái hố móng sâu trong điều kiện địa chất và nước ngầm phức tạp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI MAI THANH XUÂN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KẾT HỢP CỌC CỪ VỚI CỌC XI MĂNG ĐẤT ĐỂ BẢO VỆ MÁI HỐ MÓNG SÂU TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ NƯỚC NGẦM PHỨC TẠP LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI MAI THANH XUÂN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KẾT HỢP CỌC CỪ VỚI CỌC XI MĂNG ĐẤT ĐỂ BẢO VỆ MÁI HỐ MÓNG SÂU TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ NƯỚC NGẦM PHỨC TẠP CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY MÃ SỐ: 60 - 58 - 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ VĂN HÙNG HÀ NỘI - 2012 Mai Thanh Xuân Lớp 18C21 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận văn Nhu cầu khai thác không gian mặt đất xây dựng cơng trình, đô thị lớn, ngày nhiều cần tiết kiệm đất, yêu cầu cấp thiết thành phố đại cho nhiều mục đích khác kinh tế, xã hội, văn hóa, mơi trường Các cơng trình theo xu ngày đa dạng sử dụng kết cấu ngầm dẫn đến xuất hàng loạt kiểu hố móng sâu khác mà để thực chúng, người thiết kế thi cơng cần có biện pháp chắn giữ để bảo vệ thành vách hố móng cơng nghệ đào thích hợp mặt kỹ thuật - kinh tế an toàn môi trường không gây ảnh hưởng xấu đến công trình lân cận xây dựng trước Những loại cơng trình xây dựng hạ tầng sở thị thường gặp hố hầm hào đào sâu từ đơn giản đến phức tạp như: - Hệ thống cấp thoát nước; - Hệ thống bể chứa xử lý nước thải; - Nút vượt ngầm cho người phương tiện giao thông nhẹ; - Bãi đậu xe, gara ôtô, kho hàng; - Ga đường tàu điện ngầm, đường ơtơ cao tốc; - Văn phịng giao dịch, khu triển lãm khổng lồ, trung tâm thương mại…v.v; - Tầng hầm kỹ thuật tồ nhà cao tầng; - Cơng trình phịng vệ dân sự; Đối với hố móng sâu có địa chất yếu mực nước ngầm cao, cần phải sử dụng kết hợp hai nhiều biện pháp gia cố chống đỡ để phát huy ưu điểm biện pháp chống đỡ, đảm bảo an toàn cho cơng tác chống đỡ bảo vệ mái hố móng Cọc cừ thép, cọc ximăng đất sử dụng rộng rãi việc bảo vệ mái hố móng có hiệu kinh tế cao Tuy nhiên phương pháp có ưu điểm, nhược điểm khác nhau, kết hợp hai loại hình giá thành cao hơn, tận dụng ưu điểm chúng, sử dụng trường hợp cần thiết Luận văn Thạc sĩ Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xuân Lớp 18C21 Đề tài “Nghiên cứu sử dụng kết hợp cọc cừ với cọc ximăng đất để bảo vệ mái hố móng sâu điều kiện địa chất nước ngầm phức tạp” phân tích khó khăn cố thường gặp đào móng, giới thiệu biện pháp bảo vệ mái hố móng, sâu phân tích biện pháp sử dụng kết hợp cọc cừ cọc ximăng đất, đóng góp phần nhỏ vào cơng tác xử lý mái hố móng, nhằm đảm bảo chất lượng, tiến độ thi công nâng cao hiệu dự án Nội dung luận văn Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC BẢO VỆ MÁI HỐ MĨNG − Cơng tác hố móng − Những khó khăn cố thường gặp đào móng − Các biện pháp bảo vệ mái hố móng Chương CỌC CỪ, CỌC XIMĂNG ĐẤT VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG − Đặc điểm cấu tạo cọc cừ thép, tính tốn, cơng nghệ thi cơng − Đặc điểm cấu tạo cọc ximăng đất, tính tốn, cơng nghệ thi công Chương GIẢI PHÁP KẾT HỢP CỌC CỪ VỚI CỌC XIMĂNG ĐẤT − Giải pháp kết hợp cọc cừ thép cọc ximăng đất để bảo vệ mái hố móng − Tính tốn thơng số kết cấu chống đỡ − Công nghệ thi công − Khả ứng dụng − Áp dụng tính tốn cho cơng trình hầm đường Kim Liên Kết luận kiến nghị Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xn Lớp 18C21 Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC BẢO VỆ MÁI HỐ MĨNG 1.1 Cơng tác hố móng 1.1.1 Tầm quan trọng cơng tác hố móng Ngày nay, với phát triển kinh tế, cơng trình xây dựng ngày nhiều Mỗi cơng trình có đặc thù riêng cần biện pháp xử lý móng bảo vệ mái hố móng khác Bên cạnh đó, khoa học kỹ thuật phát triển, phương pháp gia cố xử lý bảo vệ mái hố móng cơng trình phát triển đa dạng xử lý dạng địa chất phức tạp Hố móng cơng trình loại cơng trình có khối lượng lớn, kỹ thuật phức tạp, phạm vi ảnh hưởng rộng, nhiều nhân tố biến đổi, hay xảy cố Đây phần trọng điểm để hạ thấp giá thành đảm bảo chất lượng cơng trình Đào hố móng điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao điều kiện trường phức tạp khác dễ sinh trượt lở khối đất, ổn định hố móng, mái bị dịch chuyển, đáy hố trồi lên, kết cấu chắn giữ bị rò nước nghiêm trọng có tượng cát chảy làm hư hại hố móng, uy hiếp nghiêm trọng cơng trình xây dựng, cơng trình ngầm đường ống xung quanh Hố móng có giá thành cao, lại có tính tạm thời nên thường khơng muốn đầu tư chi phí nhiều Nhưng để xảy cố xử lý vơ khó khăn, gây tổn thất lớn kinh tế ảnh hưởng nghiêm trọng mặt xã hội Các phương pháp thường dùng để bảo vệ mái hố móng dùng tường vây, đóng cọc gia cố xung quanh phạm vi hố móng, hạ mực nước ngầm Phương pháp tường vây, hạ mực nước ngầm thường dùng giai đoạn thi công tốn Nhưng loại hố móng cơng trình lâu dài cần phải đóng cọc gia cố chắn, đảm bảo an tồn cơng trình hoạt động Việc tính tốn thiết kế hệ thống gia cố mái cần có sở tính tốn cụ thể, số liệu thực tế Ngoài cần tham khảo cơng trình thành cơng việc bảo vệ mái hố móng Việc sử dụng biện pháp gia cố bảo vệ mái hố móng cần đảm bảo yêu cầu an tồn ổn định, thi cơng nhanh, giới hóa, đồng thời phải hợp lý kinh tế Luận văn Thạc sĩ Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xuân Lớp 18C21 1.1.2 Đặc điểm cơng trình hố móng Cơng trình hố móng loại cơng trình tạm thời, dự trữ an tồn tương đối nhỏ lại chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố như: Điều kiện thi cơng, địa hình thi cơng, địa chất cơng trình, nước ngầm.v.v… Cơng trình thường xây dựng khu đất hẹp, đông đúc dân cư, giao thông dầy đặc, điều kiện thi cơng cơng trình hố móng khó khăn Lân cận cơng trình thường có cơng trình vĩnh cửu, cơng trình văn hóa di tích l ịch sử, nghệ thuật bắt buộc phải an toàn, khơng thể đào có mái dốc u cầu ổn định chuyển dịch nghiêm ngặt Tính chất đất đá thường biến đổi khoảng rộng, điều kiện ẩn dấu địa chất tính phức tạp, tính khơng đồng địa chất thuỷ văn thường làm cho số liệu khảo sát có tính phân tán lớn, khó đại diện cho tình hình tổng thể tầng đất, tính xác thấp, dẫn đến tăng thêm khó khăn cho cơng việc thiết kế thi cơng cơng trình hố móng Đào hố móng điều kiện địa chất yếu, mực nước ngầm cao điều kiện trường phức tạp khác rễ sinh trượt lở khối đất, ổn định hố móng, thân cọc bị chuyển dịch vị trí, đáy hố móng trồi lên, kết cấu chắn gi ữ bị dò nước nghiêm trọng bị chảy đất làm hư hại hố móng, nguy hiểm đến cơng trình xây dựng, cơng trình ngầm đường ống xung quanh khu vực thi cơng hố móng Cơng trình hố móng gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước, đào đất đó, khâu thất bại dẫn đến đổ vỡ gây thiệt hại chậm tiến độ Việc thi cơng hố móng trường lân cận đóng cọc, hạ mực nước ngầm, đào đất gây ảnh hưởng có tương quan chặt chẽ với nhau, tăng thêm nhân tố bất lợi để gây cố Cơng trình hố móng có thời gian thi cơng dài, từ đào móng đ ến hồn thành tồn cơng trình kín khuất ngầm mặt đất phải trải qua nhiều lần mưa to, nhiều lần chất tải, chấn động, thi cơng có sai phạm tính ngẫu nhiên mức độ an toàn tương đối lớn, cố xảy thường đột biến Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xn Lớp 18C21 1.1.3 Yêu cầu chung công tác bảo vệ mái hố móng Khi thi cơng hố móng cơng trình, đặc biệt hố móng sâu nơi có địa chất yếu chịu ảnh hưởng nước ngầm, cơng trình lân cận địa hình thi cơng chật hẹp tối thiểu phải đảm bảo ba yêu cầu sau: + Phải có phương án chống giữ, gia cố xác, an tồn kinh tế kỹ thuật + Phương án thiết kế chống giữ tiên tiến, phải áp dụng tiến khoa học + Phải có đội ngũ thi công huấn luyện tốt Thiết bị máy móc đại phù hợp Phương án chống giữ xác tức việc lựa chọn kết cấu chống giữ hố móng phải dựa sở thích hợp với địa phương, tổng hợp nhân tố kỹ thuật, kinh tế, an tồn mơi trường, để đạt biện pháp thích đáng, an tồn, hợp lý khơng có hại đến mơi trường Thiết kế tiên tiến tức vận dụng biện pháp kỹ thuật tiên tiến thiết kế chống giữ hố móng để giải thoả đáng việc chống giữ an tồn kinh tế Đội ngũ thi cơng tốt: đội ngũ lĩnh hội vẽ thiết kế tiêu chuẩn, quy phạm kỹ thuật đồng thời cịn có đủ phương tiện lực thực tin học hố cơng tác thi cơng Ngồi phải đảm bảo số yêu cầu chung sau: Phải có đầy đủ tài liệu thiết kế kỹ thuật thiết kế thi cơng hố móng cơng trình, để từ lập biện pháp thi cơng chi tiết cho hố móng phương án xử lý không may xảy cố thi công công trình hố móng Chuẩn bị đầy đủ vật liệu, phương tiện công nghệ thi công mà nhà thiết kế yêu cầu, đồng thời đề xuất vấn đề phát sinh, không hợp lý để đưa biện pháp bảo vệ mái hố móng an tồn đảm bảo kỹ thuật kinh tế Khi có điều kiện, cần chọn mặt thành hố móng cho có lợi mặt chịu lực hình trịn, hình đa giác hình chữ nhật Cấu kiện kết cấu chắn giữ mái, thành hố móng khơng làm ảnh hưởng đến việc thi cơng bình thường kết cấu cơng trình Luận văn Thạc sĩ Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xn Lớp 18C21 Trong điều kiện bình thường cấu kiện kết cấu chắn giữ hố móng tường vây, chống thấm, neo không vượt ngồi phạm vi vùng đất cấp cho cơng trình, khơng phải có đồng ý phận chủ quản Phải thường xuyên kiểm tra khả làm việc thiết bị chắn giữ mái hố móng tránh để xảy cố kiểm sốt Phải tuyệt đối an tồn q trình thi cơng cơng trình người thiết bị máy móc 1.2 Những khó khăn cố thường gặp đào móng 1.2.1 Nguyên nhân dẫn đến cố Việc khảo sát, thiết kế, thi công, quản lý thi cơng hố móng mái hố móng suốt q trình xây dựng cơng trình thường hay xảy nhiều cố khác mức độ ảnh hưởng khác Sự phá hoại hệ thống chống đỡ đất không thiết xảy sụp đổ kết cấu Mà số nguyên nhân phá hoại khác như: biến dạng mức đất kết cấu chống đỡ, cân hạ mực nước ngầm, hệ thống chống đỡ đất không đủ độ bền gây phá hoại theo thời gian Bản thân cơng trình hố móng cơng trình hệ thống nhiều khâu tạo thành chắn đất, chống giữ ngăn nước, hạ nước ngầm, đào đất khâu sai phạm xảy cố Cơng trình mặt lý thuyết hay mặt kiểm nghiệm thực tế cịn tồn nhiều chỗ chưa hồn thiện, mà thân cơng trình lại trọng yếu, hai yếu tố tồn tính khơng xác định, nguyên nhân gây cố Người phụ trách cơng trình hố móng, phải có tri thức khoa học học lý thuyết, sức bền vật liệu, học kết cấu, kết cấu cơng trình, địa chất cơng trình thuỷ văn, học đất móng đồng thời lại phải có kinh nghiệm thi công phong phú, phải biết kết hợp địa chất trường với hồn cảnh mơi trường xung quanh đưa phương án thực cơng trình hố móng hợp lý, thích ứng với tình hình cụ thể cơng trình Cơng trình hố móng có tính khu vực rõ rệt, đội ngũ thiết kế thi công từ vùng khác đến, thường chưa hiểu tình hình đặc điểm cơng trình hố móng vùng này, tiến hành cơng việc tình trạng vừa làm vừa mị mẫm, nguyên nhân gây cố Luận văn Thạc sĩ Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xuân Lớp 18C21 1.2.2 Phân tích cụ thể nguyên nhân dẫn đến cố Có vấn đề liên quan đến việc xảy cố hố móng cơng trình: a) Vấn đề quản lý chủ đầu tư Năng lực quản lý chủ đầu tư Xây dựng không tuân thủ theo quy trình quy phạm, tuỳ tiện giao việc xây dựng cơng trình cho đơn vị khơng đủ tư cách thiết kế, thi công Khi giao thầu thiết kế thi công tùy tiện giảm giá, ép tiến độ gây tình trạng đơn vị nhận thầu thực vội vã, không đảm bảo chất lượng hồ sơ chất lượng cơng trình Khơng báo cáo khởi cơng xây dựng quy định, không làm thủ tục giám sát an toàn chất lượng, gây việc giám sát chất lượng hố móng bị vơ hiệu Đơn vị chủ đầu tư khơng phân tích cụ thể tình hình thực tế, không kiểm tra đôn đốc thường xuyên lực, thiết bị, thi công nhà thầu việc thi cơng chắn giữ hố móng dẫn đến lựa chọn hình thức bảo vệ khơng thích hợp, làm xảy cố Đơn vị chủ đầu tư muốn tiết kiệm chi phí thiết kế cấu chắn giữ, tuỳ tiện cho phép áp dụng biện pháp chắn giữ hố móng khơng hợp lý, gây thiệt hại lãng phí nhiều khoản tiết kiệm b) Vấn đề khảo sát hố móng Khơng khảo sát thực địa cách cẩn trọng tỉ mỉ, mà lợi dụng cách cầu may tài liệu khảo sát cơng trình cũ lân cận để đạo thiết kế thi cơng cơng trình hố móng, dẫn đến độ an tồn hố móng giảm Tài liệu khảo sát không chi tiết, đưa cường độ đất phạm vi tầng chịu lực cọc cơng trình, cịn bỏ qua việc thử nghiệm so với tầng đất bên tầng chịu lực tiến hành thử nghiệm trường Các lớp đất tầng chịu lực nơi tồn kết cấu chắn giữ Do thiết kế khơng có cứ, mà công việc yêu cầu nhà thiết kế ước đoán theo kinh nghiệm, đặc biệt người làm thiết kế chưa có kinh nghiệm thường ước đốn khơng nên gây cố Đơn vị khảo sát coi nhẹ việc khảo sát địa chất thuỷ văn, coi cơng tác khảo sát hố móng công tác khảo sát thông thường Báo cáo khảo sát bỏ qua không đánh giá Luận văn Thạc sĩ Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xn Lớp 18C21 chứa nước tầng trên, làm cho người thiết kế thi cơng khơng ý, sau đào hố móng chênh lệch cột nước lớn, tạo thấm nước, trào nước, cát chảy thành hố móng dẫn đến đổ, sập thành hố móng Xử lý số liệu khảo sát đơn vị khảo sát có sai số, lực dính kết, góc ma sát báo cáo khảo sát cung cấp lớn tình hình thực tế, làm cho kết cấu chắn giữ thiết kế không an tồn, lực neo giữ neo khơng đủ Khảo sát khơng điều tra rõ tính trương nở tầng đất, điểm khảo sát hố móng bố trí q, không đủ tài liệu cho người thiết kế làm thống loại kết cấu chắn giữ, khơng có chỗ xử lý đặc biệt, dẫn đến thi công hay xảy tình nguy hiểm c) Vấn đề thiết kế hố móng Các nhà tư vấn thiết kế có chuyên ngành chưa phù hợp, lực thiết kế Thiết kế khơng có tài liệu khảo sát địa chất, khơng có điều tra mơi trường xung quanh Khơng tn thủ quy trình quy phạm, dẫn đến lựa chọn phương án chắn giữ thiếu luận chứng kỹ thuật Người thiết kế đánh giá khơng tính nhạy cảm với độ lún kết cấu công trình lân cận, thiếu đánh giá tác động thời tiết thời gian đến cường độ đất Lựa chọn điều kiện biên lực, tải trọng thiết kế không hợp lý Chọn tiêu cường độ đất không Biện pháp xử lý nước ngầm không thoả đáng Sai phạm, sơ xuất thiết kế kết cấu chống giữ, neo giữ Hệ số thiết kế an toàn nhỏ so với quy phạm d) Vấn đề thi cơng hố móng Các nhà thi cơng có chun ngành chưa phù hợp, lực thi cơng Khơng tn thủ nghiêm ngặt quy trình thi công Biện pháp hạ nước, ngăn nước không hiệu Xử lý không thoả đáng quan hệ phối hợp với nhau, chưa coi trọng thông tin Tuỳ tiện chỉnh đổi thiết kế Thời gian vận chuyển quản lý không tốt Khơng có sẵn phương án xử lý tình bất thường thi cơng xảy Luận văn Thạc sĩ Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xuân Lớp 18C21 66 Hình 3-8: Sơ đồ tính lực áp lực ngang đất lên thành hố móng * Các hệ số áp lực đất chủ động  o 25,1o  K a1 = tan  45 −  = 0,404    20,1o  K a = tan  45o −  = 0,488    o 20,5o  K a = tan  45 −  = 0,481    22,3o  K a = tan  45o −  = 0,450   * Giá trị lực tác dụng điểm (tính cho đoạn tường chắn có chiều dài 1m) PA = q.K a1 − 2.C1 K a1 = 10.0,404 − 2.12 0,404 = −11,2 (kN/m) PCT = (q + γ1.H1 ).K a1 − 2.C1 K a1 = (10 + 19.3,4 ).0,404 − 2.12 0,404 = 14,9 (kN/m) Luận văn Thạc sĩ Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xuân Lớp 18C21 67 PCD = (q + γ1.H1 ).K a − 2.C K a = (10 + 19.3,4 ).0,488 − 2.10 0,488 = 22,4 (kN/m) PDT = (q + γ1.H1 + γ H ).K a − 2.C K a + γ n H = (10 + 19.3,4 + 9.1,4 ).0,488 − 2.10 0,488 + 1.1,4 = 30,0 (kN/m) PDD = (q + γ1.H1 + γ H ).K a − 2.C3 K a + γ n H = (10 + 19.3,4 + 9.1,4 ).0,481 − 2.14 0,481 + 1.1,4 = 23,9 (kN/m) PFT = (q + γ1.H1 + γ H + γ H ).K a − 2.C3 K a + γ n (H + H ) = (10 + 19.3,4 + 9.1,4 + 12.3,4 ).0,481 − 2.14 0,481 + 1.(1,4 + 3,4 ) = 46,9 (kN/m) PFD = (q + γ1.H1 + γ H + γ H ).K a − 2.C K a + γ n (H + H ) = (10 + 19.3,4 + 9.1,4 + 12.3,4 ).0,45 − 2.15 0,45 + 1.(1,4 + 3,4 ) = 42,3 (kN/m) PFD = (q + γ1 H1 + γ H + γ H + γ h ).K a − 2.C K a + γ n (H + H + H ) = (10 + 19.3,4 + 9.1,4 + 12.3,4 + 14,5.2,5).0,45 − 2.15 0,45 + 1.(1,4 + 3,4 + 2,5) = 61,1 (kN/m) * Xác định chiều dài đoạn HI Lớp đáy ximăng đất làm việc chịu lực tác dụng áp lực đất chủ động, sinh áp lực bị động Điểm I điểm có giá trị áp lực chủ động với áp lực bị động Hệ số áp lực đất bị động  73o  K P = tan  45o −  = 44,7   u= c) PH 61,1 = = 1,38 (m) (K P − K a ) (44,77 − 0,45) Áp lực đẩy ngược nước ngầm Áp lực đẩy ngược nước ngầm cột nước từ mực nước ngầm cao đến đáy lớp ximăng đất Gọi chiều dày lớp đáy ximăng đất t, áp lực nước ngầm là: H + t Luận văn Thạc sĩ Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xuân Lớp 18C21 68 3.5.4 Tính kết cấu tường chắn chống a) Tính phản lực điểm B, E, G Với thông số tính tốn trên, dùng phần mềm Sap12 để tính momen (M) lực cắt (Q) (Hình 3-9) a) b) c) Hình 3-9: Tính tốn lực tác dụng lên hệ tường chắn a) Sơ đồ tính; b) Biểu đồ momen (kN.m); c) Biểu đồ lực cắt (kN) Kết tính thể bảng 3-3 Bảng 3-3: Kết tính nội lực Điểm Đơn vị B E G I Mô men (kN.m) 0,17 38,39 33,23 37,12 Phản lực gối tựa (kN) 23,91 120,19 139,44 56,91 b) Kết cấu tường cừ thép Từ mô men lớn điểm E, ta chọn loại cừ thép cho phù hợp Từ bảng 2-1, chọn cừ thép có thơng số theo bảng 3-4 Kiểm tra khả chịu lực cừ thép σ= M max ≤ [σ] W ⇔ 38,39 = 43,92.103 (kN / m ) ≤ [σ] = 415.103 (kN / m ) −6 874.10 Như cừ thép đảm bảo khả chịu lực làm việc Luận văn Thạc sĩ Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xuân Lớp 18C21 69 Bảng 3-4: Các thông số cọc cừ Diện tích Kích thước mặt cắt Loại SP-II c) Khối lượng mặt cắt Mô men Mô men quán tính tĩnh B H t Một cọc Tường cọc Rộng Một cọc Tường cọc Rộng Một cọc Tường cọc Rộng Một cọc Tường cọc Rộng mm mm mm cm2 cm2/m kg/m kg/m2 cm4 cm4/m cm3 cm3/m 400 100 10,5 61,2 120 1240 8740 152 874 P P P 153 P 48 P P P P P P Kết cấu chống Tính tốn chống đỡ cho đoạn chiều dài L = 2,5m cột hầm đặt cách 2,5m Phản lực lớn là: P CR = P G L = 139,44 2,5 = 348,6 (kN) R R R R Từ phản lực P CR , chống lựa chọn phải thỏa mãn điều kiện R I≥ R PCR l 348,6.22 = 108 = 8098 (cm4) 2 π E 3,14 211,3.10 P A≥ P PCR 348,6 106 = 840 (mm2) = fy 415.10 P P Trong đó: E: Mơ đun đàn hồi thép E = 211,3.106 (kN/m2) P P P P f y : Giới hạn chảy dẻo thép f y = 415.103 (kN/m2) R R R l: Khoảng cách nhịp chống R P P P P l = 22 (m) Dựa theo kích thước chiều dày thơng dụng thép hình H, chọn thép H350*12*19 có thông số bảng 3-5 Bảng 3-5: Thông số thép H350*12*19 d bt tw tf A (mm) (mm) (mm) (mm) (mm2) (cm4) (cm4) 350 350 12 19 17044 39506 13581 R Luận văn Thạc sĩ R R Jx Jy R P P P R P P P Chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xn Lớp 18C21 70 3.5.5 Đường kính cọc ximăng đất bên thành hố móng Chiều dày tối thiểu ximăng đất là: B≥ H 7,3 = = 1,22 (m) 6 Chọn chiều dày B = 1,25m Với khoảng cách tâm cọc 1,25m, để tạo tường dày 1,25m đường kính cọc phải ≥ 1,8m Từ bảng 3-1, chọn phương pháp thi công công nghệ vữa pha, với đường kính cọc 1,8m 3.5.6 Chiều dày lớp ximăng đất đáy hố móng Chiều dày lớp ximăng đất đáy hố móng t phải thỏa mãn điều kiện Điều kiện chống thấm: t1 ≥ H + t1 ⇒ t1 ≥ H 7,3 = = 1,46 (m) 5 Điều kiện ổn định: t2 ≥ (H + t ).γ n γ xmđ ⇒ t2 ≥ (7,3 + t ).1 ⇔ t 2,6 ≥ 7,3 = 4,56 (m) 1,6 Chọn chiều dày lớp ximăng đất đáy hố móng t = 5,0m 3.5.7 Lượng nước thấm vào hố móng Vận tốc nước thấm vào hố móng: v = K H 12,3 = 5.10 −5.10 −2 = 1,23.10 −6 (m/s) t 5,0 Lượng nước thấm vào hố móng tính cho 1m dài hố móng: Q = v.F = 1,23.10-6.22.1 = 27,06.10-6 (m3/s) P P P P P P Ứng với mặt cắt khác lượng nước thấm tương ứng khác Tính tổng lượng nước thấm tính mặt cắt, ta có tổng lượng nước thấm vào hố móng Luận văn Thạc sĩ Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xuân 71 Lớp 18C21 3.6 Kết luận chương Kết hợp cọc cừ cọc ximăng đất để tận dụng ưu điểm hai loại hình gia cố hố móng tạo biên hố móng xác, ngăn hồn tồn nước thấm vào hố móng trường hợp hố móng sâu có mực nước ngầm cao Ngoài ra, việc kết hợp giúp ổn định cơng trình phụ cận khơng làm hạ thấp mực nước ngầm xung quanh hố móng Áp dụng cho cơng trình có mặt chật hẹp, khơng mở rộng hố móng q lớn xung quanh cơng trình khu dân cư đông đúc, không hạ thấp mực nước ngầm q trình thi cơng gây lún cho cơng trình xung quanh Áp dụng tính tốn cho cơng trình hầm đường Kim Liên Với sơ đồ tính tốn trên, có thông số loại cừ thép, loại chống, chiều dày tường ximăng đất, chiều dày lớp ximăng đất đáy hố móng Hàng chống tầng chịu lực lớn nhất, hai hàng chống bên chịu lực Để thuận lợi cho cơng tác thi cơng kiểm sốt chất lượng, nên sử dụng chống có kích thước giống Ta tăng khoảng cách chống tầng cho tầng chịu lực gần nhau, sử dụng tối đa khả chống chống chọn Chiều dày lớp ximăng đất thay đổi theo chiều sâu hố móng với mục đích khơng để nước ngầm thấm vào hố móng theo hướng từ lên, ngồi cịn phụ thuộc vào u cầu gia cố cơng trình Từ tốn ứng dụng áp dụng tương tự cho nhiều cơng trình khác có điều kiện tương thích Luận văn Thạc sĩ Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xuân Lớp 18C21 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Cơng trình hố móng loại cơng trình giá thành cao, khối lượng cơng việc lớn, kỹ thuật thi công phức tạp, phạm vi ảnh hưởng rộng, có nhiều nhân tố biến đổi, cố hay xảy Đồng thời trọng điểm để hạ thấp giá thành bảo đảm chất lượng cơng trình Cơng tác hố móng gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước, đào đất đó, khâu thất bại kéo theo nhiều vấn đề cần phải giải Sử dụng cừ thép biện pháp hữu hiệu hố móng có độ sâu H < 15m Khi móng sâu H < 6÷7m thường hay dùng sơ đồ thủy lực kiểu Conson khơng có tầng chống neo Khi hố móng sâu H = 6÷15m thường phải dùng nhiều tầng chống để hố móng được đảm bảo tuyệt đối Có thể sử dụng phương pháp bảo vệ mái hố móng bằng cừ thép một tầng chống để áp dụng cho nhiều công trình hố móng tương tự hầm đường bộ , cống tiêu cửa sông, hố móng nhà máy công trình thủy điện , nhà cao tầng Đặc biệt là trường hợp có địa hình thi công chật hẹp, khu đô thị đông đúc dân cư xe cộ qua lại Việc sử dụng cọc ximăng đất sử dụng phổ biến xử lý bảo vệ mái hố móng Tùy điều kiện cụ thể mà tính tốn mật độ, kích thước, chiều dài cọc để đảm bảo yêu cầu làm việc Kết hợp cọc cừ cọc ximăng đất để tận dụng ưu điểm hai loại hình gia cố hố móng tạo biên hố móng xác, ngăn hồn tồn nước thấm vào hố móng trường hợp hố móng sâu có mực nước ngầm cao Ngồi ra, việc kết hợp giúp ổn định công trình phụ cận khơng làm hạ thấp mực nước ngầm xung quanh hố móng Việc kết hợp cọc cừ cọc ximăng đất thường áp dụng cho công trình có mặt chật hẹp, khơng mở rộng hố móng q lớn xung quanh cơng trình khu dân cư đông đúc, không hạ thấp mực nước ngầm q trình thi cơng gây lún cho cơng trình xung quanh Trong trường hợp kết hợp với việc gia cố nền, biện pháp mang lại hiệu kinh tế cao Luận văn Thạc sĩ Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xn Lớp 18C21 73 Khi tính tốn thiết kế, thi cơng gia cố mái hố móng, cần phải đưa biện pháp gia cố phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất, kết cấu cơng trình Từ tính tốn thơng số cho việc gia cố chống đỡ Từ toán ứng dụng luận văn áp dụng tương tự cho nhiều cơng trình khác có điều kiện tương thích Trong q trình tính tốn, cần phải cân nhắc lựa chọn hệ số an toàn cho việc gia cố chống đỡ, đảm bảo an toàn kinh tế Kiến nghị Để luận văn có khả ứng dụng thực tiễn, cần lập phần mềm tính tốn cho trường hợp khác địa chất nền, mực nước ngầm, chiều sâu hố móng biện pháp gia cố hố móng Hướng phát triển luận văn tính toán với nhiều trường hợp khác nhau, lập thành tài liệu tính tốn tiêu chuẩn, làm tài liệu tham khảo cho thiết kế thi cơng cơng trình thủy lợi, giao thông, dân dụng Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xn Lớp 18C21 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Ban quản lý dự án trọng điểm phát triển đô thị Hà Nội, 2007 Dự án nút Kim Liên Bộ môn Thi công, Trường Đại học Thuỷ Lợi (2004), Giáo trình thi cơng cơng trình thuỷ lợi tập I, Nhà xuất xây dựng Lê Đình Chung (2009), Cơng nghệ xử lý móng, Bài giảng cao học Lê Đình Chung (2008), Sơ đồ cơng nghệ thi cơng cơng trình thủy lợi, thủy điện, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở Nguyễn Bá Kế (2009), Thiết kế thi cơng hố móng sâu, Nhà xuất Xây dựng Nguyễn Quốc Dũng, Phùng Vĩnh An, Nguyễn Quốc Huy (2005), Công nghệ khoan cao áp xử lý đất yếu, Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội Nguyễn Uyên (2009), Thiết kế xử lý hố móng, Nhà xuất Xây dựng R.Whitlow, Cơ học đất, tập Bản dịch Nguyễn Uyên Trịnh Văn Cương Tiếng Anh Chu Jian (2008), Common Soil Improvement Methods, Workshop, Nanyang Technological University 10 Roy Chudley and Roger Greeno (1999), Construction Technology Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành xây dựng công trình thủy Mai Thanh Xuân Lớp 18C21 MỤC LỤC MỞ ĐẦU T T Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC BẢO VỆ MÁI HỐ MÓNG T T T T 1.1 Cơng tác hố móng T T T T 1.1.1 Tầm quan trọng cơng tác hố móng 1.1.2 Đặc điểm cơng trình hố móng 1.1.3 Yêu cầu chung công tác bảo vệ mái hố móng 1.2 Những khó khăn cố thường gặp đào móng .6 T T T T T T T T T T T T T T T T 1.2.1 Nguyên nhân dẫn đến cố 1.2.2 Phân tích cụ thể nguyên nhân dẫn đến cố 1.2.3 Cách khắc phục xử lý cố 1.3 Các biện pháp bảo vệ mái hố móng 14 T T T T T T T T T T T T T T T T 1.3.1 Chắn giữ hố móng cọc hàng .14 1.3.2 Phương pháp chắn giữ hố móng cọc ximăng đất .16 1.3.3 Chắn giữ hố móng tường liên tục đất .17 1.3.4 Chắn giữ hố móng chống 18 1.3.5 Chắn giữ hố móng neo .20 1.3.6 Chắn giữ hố móng đinh đất 21 1.3.7 Hạ mực nước ngầm kết hợp đào đất 22 1.4 Kết luận chương 23 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T Chương CỌC CỪ, CỌC XIMĂNG ĐẤT VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG .25 T T T T 2.1 Đặc điểm cấu tạo cọc cừ thép, tính tốn, công nghệ thi công 25 T T T T 2.1.1 Đặc điểm cấu tạo 25 2.1.2 Tính tốn .26 2.1.3 Ứng dụng 28 2.1.4 Hệ chống 30 2.1.5 Công nghệ thi công .32 2.2 Đặc điểm cấu tạo cọc ximăng đất, tính tốn, cơng nghệ thi công 38 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 2.2.1 Nguyên lý gia cố ximăng đất 38 2.2.2 Nội dung tính tốn .39 2.2.3 Công nghệ Jet-Grouting 40 2.3 Kết luận chương 50 T T T T T T T T T T T T T T T T Chương GIẢI PHÁP KẾT HỢP CỌC CỪ VỚI CỌC XIMĂNG ĐẤT 51 T T T T 3.1 Giải pháp kết hợp cọc cừ thép cọc ximăng đất để bảo vệ mái hố móng 51 T T T T 3.2 Tính tốn thơng số kết cấu chống đỡ .51 T T T 3.2.1 T T T Các lực tác dụng lên kết cấu .51 T Luận văn Thạc sĩ T Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xuân Lớp 18C21 3.2.2 Kết cấu tường chắn .56 3.2.3 Kết cấu chống 58 3.2.4 Đường kính cọc ximăng đất hai biên hố móng 59 3.2.5 Chiều dày lớp ximăng đất đáy hố móng 60 3.2.6 Lượng nước thấm vào hố móng 60 3.3 Công nghệ thi công .61 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T 3.3.1 Trình tự thi cơng 61 3.3.2 Một số ý thi công kết cấu chống giữ 61 3.4 Khả ứng dụng .62 T T T T T T T T T T T T 3.5 Áp dụng tính tốn cho cơng trình hầm đường Kim Liên 63 T T T T 3.5.1 Sơ lược công trình 63 3.5.2 Biện pháp gia cố hố móng 65 3.5.3 Các lực tác dụng lên kết cấu .65 3.5.4 Tính kết cấu tường chắn chống 68 3.5.5 Đường kính cọc ximăng đất bên thành hố móng 70 3.5.6 Chiều dày lớp ximăng đất đáy hố móng 70 3.5.7 Lượng nước thấm vào hố móng 70 3.6 Kết luận chương 71 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .72 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 T Luận văn Thạc sĩ T Chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xn Lớp 18C21 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: TU Bảng 2-1: TU Bảng 2-2: TU Bảng 3-1: TU Bảng 3-2: TU Bảng 3-3: TU Bảng 3-4: TU Bảng 3-5: TU Phạm vi áp dụng biện pháp hạ mực nước ngầm 22 T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU Luận văn Thạc sĩ T U Các thông số cọc cừ thép 27 T U Các thông số kỹ thuật thông dụng 47 T U Các thơng số cọc ximăng đất 59 T U Đường kính cọc ximăng đất theo công nghệ thi công .60 T U Kết tính nội lực 68 T U Các thông số cọc cừ 69 T U Thông số thép H350*12*19 .69 T U Chuyên ngành xây dựng công trình thủy Mai Thanh Xn Lớp 18C21 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: TU Hình 2-1: TU Hình 2-2: TU Hình 2-3: TU Hình 2-4: TU Hình 2-5: TU Hình 2-6: TU Hình 2-7: TU Hình 2-8: TU Hình 2-9: TU Các loại chắn giữ cọc hàng .15 T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U Hình dạng mặt cắt cọc cừ thép thường dùng 26 T U Mặt cắt thường dùng chống thép 30 T U Mặt cắt phần trụ chống .31 T U Dầm đai tường cọc cừ thép .32 T U Sơ đồ thi công cọc cừ thép búa rung điện .33 T U Cấu tạo chi tiết búa rung điện 33 T U Máy rung thi công hạ cừ 34 T U Máy rung điện kết hợp với cần cẩu 34 T U Máy rung thủy lực gắn máy đào .35 T U Hình 2-10: Đóng cừ thép máy truyền động thủy lực 35 TU T U TU T U Hình 2-11: Quá trình phát triển cường độ đất gia cố ximăng .39 TU T U TU T U Hình 2-12: Cơng nghệ đơn pha 42 TU T U TU T U Hình 2-13: Cơng nghệ pha 42 TU T U TU T U Hình 2-14: Công nghệ pha 43 TU T U TU T U Hình 2-15: Sơ đồ dây chuyền thiết bị khoan vữa cao áp 44 TU T U TU T U Hình 2-16: Thiết bị Jet-grouting làm việc trường 44 TU Hình 3-1: TU Hình 3-2: TU Hình 3-3: TU Hình 3-4: TU Hình 3-5: TU Hình 3-6: TU Hình 3-7: TU Hình 3-8: TU Hình 3-9: TU T U TU Tính áp lực đất chủ động Rankine 52 T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU T U TU Luận văn Thạc sĩ T U T U Tính áp lực chủ động đất nhiều lớp 53 T U Tính áp lực đất chủ động mặt đất có siêu tải 54 T U Tính áp lực đất áp lực nước .55 T U Sơ đồ tính tốn theo phương pháp dầm đẳng trị 57 T U Hình vẽ kỹ thuật Hầm đường Kim Liên .64 T U Biện pháp gia cố hố móng hầm đường Kim Liên .65 T U Sơ đồ tính lực áp lực ngang đất lên thành hố móng 66 T U Tính tốn lực tác dụng lên hệ tường chắn 68 T U Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xn Lớp 18C21 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nỗ lực làm việc thân với hướng dẫn tận tình PGS.TS Lê Văn Hùng giúp đỡ thầy cô giáo trường Đại học Thuỷ Lợi học viên hoàn thành luận văn với đề tài: “Nghiên cứu sử dụng kết hợp cọc cừ với cọc xi măng đất để bảo vệ mái hố móng sâu điều kiện địa chất nước ngầm phức tạp” Trong q trình nghiên cứu, có nhiều cố gắng trình độ thời gian hạn chế nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót Học viên mong nhận góp ý thầy cô giáo Học viên xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy cô môn Công nghệ Quản lý xây dựng, thầy cô trường Đại học Thuỷ Lợi, đặc biệt hướng dẫn tận tình PGS.TS Lê Văn Hùng suốt thời gian nghiên cứu giúp đỡ học viên hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày 20 tháng 02 năm 2012 Mai Thanh Xuân Luận văn Thạc sĩ Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Mai Thanh Xuân Lớp 18C21 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết ghi luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Mai Thanh Xn Luận văn Thạc sĩ Chun ngành xây dựng cơng trình thủy ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI MAI THANH XUÂN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KẾT HỢP CỌC CỪ VỚI CỌC XI MĂNG ĐẤT ĐỂ BẢO VỆ MÁI HỐ MÓNG SÂU TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ... PHÁP KẾT HỢP CỌC CỪ VỚI CỌC XIMĂNG ĐẤT − Giải pháp kết hợp cọc cừ thép cọc ximăng đất để bảo vệ mái hố móng − Tính tốn thông số kết cấu chống đỡ − Công nghệ thi công − Khả ứng dụng − Áp dụng. .. mái hố móng cọc ximăng đất cần thiết phải tính tốn hàm lượng ximăng sử dụng; đường kính cọc ximăng đất, chiều dài cọc ximăng đất; mật độ cọc gia cố (số lượng cọc ximăng đất, khoảng cách cọc ximăng