Hình 2.7. Thi cơng Top - Down từ mặt nền tầng hầm thứ nhất
Nhìn chung với tất cả các biện pháp thi công hố đào hiện nay đều gây ra chuyển vị cho đất nền xung quanh hố đào. Những chuyển vị này đều gây ảnh hưởng xấu đến các cơng trình lân cận. Do đó trong q trình thi cơng hố đào cần thực hiện quan trắc địa kỹ thuật (quan trắc chuyển vị của tường chắn; quan trắc nước dưới đất; quan trắc lún đất nền và cơng trình lân cận…)
Lựa chọn phương pháp thi cơng cơng trình ngầm theo phương pháp nào, thì chủ yếu dựa trên sự phân tích kỹ lưỡng, then trọng các yếu tố sau: Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật, đảm bảo an tồn về mơi trường và khả năng áp dụng công nghệ hiện đại và quan trọng nhất là giảm tối đa các ảnh hưởng bất lợi đến cơng trình lân cận.
2.6. Các phương pháp giữ ổn định thành hố đào
Khi khai đào các tầng hầm nhà cao tầng trong điều kiện đơ thị chật hẹp thì cần thiết phải giữ ổn định các thành hố đào. Một số hệ kết cấu chống giữ thường được sử dụng trong cơng nghệ đào mở có thể được liệt kê như sau:
1. Đào không cần chống giữ thành
Trong điều kiện đất trống trải đủ rộng thì cho phép đào hố với độ dốc tự nhiên mà không cần chống giữ thành hoặc chỉ cần bảo vệ mặt dốc bằng một lớp xi măng lưới thép để phòng mất ổn định. Yêu cầu chính là độ nghiêng của thành hố đảm bảo được độ ổn định và độ sâu không vượt quá độ sâu giới hạn:
2. Chống giữ thành bằng trụ đứng - ốp bản (Soldier piles with lateral laggings)
Hệ chống giữ này gồm trụ/cọc (bằng thép hình hoặc bê tơng cốt thép đúc sẵn) khoảng cách giữa các cọc xác định theo tính toán thường từ 1 2m thanh chống/
văng chống ngang (có khi thay bằng neo đất), dầm giữa ở lưng tường và bản cài ngang bằng gỗ dày từ 7 10cm (có khi thay thế bằng bê tơng phun) loại tường này dùng cho những hố móng khơng sâu (< 12m) vùng đất khô ráo hoặc phải hạ mực nước ngầm, thi cơng đơn giản: đóng hoặc ép các trụ quanh hố đào và đặt thanh chống hoặc neo theo thiết kế (hình 2.8).
Hình 2.8. Tường cọc ván trong xây dựng tầng hầm kết hợp với neo
3. Tường chắn bằng cọc bản
Các dạng cọc bản thường dùng hiện nay theo vật liệu có thể chia ra: cọc bản bằng gỗ, cọc bản bằng bê tông cốt thép, cọc bản bằng thép, cọc bản bằng chất dẻo PVC.
- Cọc bản bằng bê tông cốt thép gồm 2 loại: ứng suất trước và khơng có ứng suất trước. Loại tường bằng cọc bản bê tơng cốt thép có độ cứng lớn, đầu cọc dịch chuyển nhỏ, không bị ăn mịn nhanh có thể sử dụng như một kết cấu vĩnh cửu.
- Tường chắn bằng cọc cừ bản thép: thường có 4 loại:
+ Cừ bản thép phẳng: Loại cừ này có mơ men kháng uốn khơng lớn, chiều dài chế tạo 8 - 22m.
+ Cừ máng thép: chiều dài chế tạo 8 - 22m thường sử dụng cho các loại kết cấu chống thấm cơng trình xây dựng.
+ Cừ thép chữ Z: ký hiệu SK-1, SK-2, SĐ-5.
+ Cừ Larssen: thường chế tạo 4 loại cừ: IV, V, VI, VII có chiều dài từ 8-22m với liên kết móc rắn chắc, tạo ra mô men kháng uốn lớn, đây là loại cừ đang được sử dụng phổ biến hiện nay.
Để ổn định tường cọc cừ bản thép, tùy theo bề rộng hố đào mặt bằng và điều kiện hiện trường mà dung thanh chống ngang hoặc neo đất.
- Tường chắn bằng cọc bản vật liệu nhựa composite: trong những hố đào nông dùng cho cơng trình ngầm đặt nơng như colector, đường cấp thốt nước phụ... hồn tồn có thể dùng cọc bản nhựa để làm tường chắn, do loại cọc này có tính chống xâm thực, ăn mịn tốt trong mơi trường chua mặn có thể bền đến 30-50 năm, sản xuất cơng nghiệp, kiểm sốt chất lượng rễ, nhẹ (nhẹ hơn thép 70-75%, và nhẹ hơn bê tông 40-50%), thuận tiện trong vận chuyển và bảo quản.
4. Tường chắn bằng hàng cọc
Như đã biết cọc nhồi bê tông cốt thép hoặc cọc nhồi bê tông cốt thép kết hợp với cọc xi măng đất có thể dùng để làm tường chắn thành hố đào. Có tác dụng ngăn nước và chịu lực là rất tốt.
5. Tường liên tục trong đất
Tường liên tục trong đất có thể thi cơng bằng phương pháp đổ bê tông tại chỗ hoặc lắp những tấm tường bê tông cốt thép đúc sẵn vào hào đào sẵn. Có 3 giai đoạn cơ bản để thi cơng tường: làm tường dẫn, đào hào, lắp dựng tấm cốt thép và đổ bê tông hoặc lắp tấm bê tông cốt thép đúc sẵn vào hào. Công nghệ đổ bê tơng tường tồn khối quyết định bởi kết cấu của tường, kiều máy đào hào và những điều kiện địa chất cơng trình của đơn vị thi cơng. Căn cứ vào điều kiện địa chất nền, trang bị và khả năng kỹ thuật cũng như một số yếu cầu về mơi trường an tồn cao của cơng trình ở gần để chọn cơng nghệ làm tường bằng phương pháp đúc sẵn - lắp gép - tồn khối hóa (vừa có đúc sẵn vừa có đổ bê tơng tại chỗ). Có thể kết hợp các tấm tường với trụ đúc sẵn kiểu sườn theo công nghệ Panosol (của hãng soletanche) và công nghệ Prefasil (của hãng Bachy).
6. Kết cấu phụ trợ của tường chắn hố đào
Trong những hố đào nông và nền đất tốt với độ sâu thích hợp thì tường chắn có thể làm việc như dầm con sơn và đủ cứng để ổn định, cịn ở những hố đào sâu thì cần có kế cấu phụ trợ để giữ tường. Hệ thống chắn giữ thành hố đào do hai bộ phận tạo thành, một là tường chắn hai là thanh chống bên trong hoặc là thanh neo vào đất bên ngoài. Chúng cùng với tường chắn sẽn tăng thêm ổn định tổng thể của kết cấu chắn giữ, khơng những có liên quan tới độ an tồn của hố đào và cơng việc đào đất, mà cịn có ảnh hưởng rất lớn rới giá thành và tiến độ của cơng trình hố đào.
2.7. Những yếu tố ảnh hưởng đến hố đào chỉ kiểm soát được một phần trong q trình thi cơng hố móng tường vây q trình thi cơng hố móng tường vây
- Phương pháp thi công hệ chống đỡ: Hố đào có thể bị mất ổn định do hệ thống chống đỡ không đủ khả năng chịu lực hoặc do hiện tượng trượt sâu. Trong trường hợp này các cơng trình liền kề hố đào bị chuyển vị lớn và có thể bị sập đổ ngay. - Phương pháp thi công: Khi rung hoặc ép tường cừ chế tạo sẵn hoặc khi thi cơng tường trong đất có thể gây lún móng của các cơng trình lân cận tựa trên một số loại đất rời, kém chặt hoặc gây hư hỏng kết cấu bằng các tác động trực tiếp lên chúng. - Thời gian thi cơng: Q trình thi cơng hố đào càng lâu thì chuyển vị của nền đất xung quanh hố đào càng lớn, đất xung quanh hố đào bị mất nước làm chuyển vị của nền đất xung quanh hố đào tăng nhanh theo thời gian. Khi đất xung quanh hố đào chuyển vị sẽ làm các cơng trình lân cận hố đào bị lún lệch, lún nghiêng. Do đó, nếu thời gian thi cơng hố đào kéo dài có thể làm cơng trình lân cận bị ảnh hưởng.
- Trình độ và chất lượng thi cơng: Kỹ thuật thi công kém dẫn đến chuyển vị ngang của tường chắn lớn.
- Chu kỳ thi công xây dựng: Mỗi hạng mục thi công được phân thành 1 chu kỳ. Việc phân chu kỳ như vậy nếu không hợp lý sẽ làm ảnh hưởng đến chuyển vị cơng trình
- Thời tiết: Ngồi những ngun nhân trên thì trong đó cịn có một ngun nhân mà bấy lâu nay cịn bị xem nhẹ, đó là sự tác động đáng kể của thời tiết, của thiên tai, lũ bão ngày càng bất thường, khó dự báo và nghiêm trọng hơn tới các cơng trình xây dựng.
2.8. Những yếu tố ảnh hưởng đến hố đào không kiểm sốt được trong q trình thi cơng tường vây hố móng
- Đặc tính của đất nền: Trong đất sét, chuyển vị ngang lớn nhất của tường chắn phụ thuộc vào độ bền của đất. Chuyển vị ngang của tường chắn và lún nền đất cho đất sét cứng và đất rời nhỏ hơn so với đất sét mềm yếu.
- Ảnh hưởng của sự thay đổi điều kiện ứng suất trong đất nền: Khi đào đất, cả ứng suất theo phương đứng và theo phương ngang đều giảm đi và thay đổi sự cân bằng áp lực nước lỗ rỗng trong đất. Một trong những hiệu ứng quan trọng nhất của quá trình này là chuyển vị của đất nền ở đáy và xung quanh hố đào.
- Tính chất và quy mơ của cơng trình lân cận.
- Kích thước hố đào: Hố đào càng sâu, ứng suất tổng giảm càng lớn và như vậy chuyển vị của tường chắn càng lớn. Hố đào càng rộng, chuyển vị của tường chắn càng lớn.
- Ứng suất ngang ban đầu trong đất: khi đào đất với giá trị hệ số áp lực ngang ban đầu của đất Ko lớn, chuyển dịch của đất và tường là lớn, thậm chí cả khi đào nơng. - Điều kiện nước dưới đất: Sự thay đổi mực nước ngầm ảnh hưởng đến ổn định của tường chắn cùng hệ chống đỡ và độ lún của cơng trình xung quanh hố đào. Chênh lệch áp lực nước ở phía ngồi và phía trong hố đào có thể xảy ra hiện tượng bùng nền, cát chảy … ở đáy hố đào. Bơm hút nước để thi công hố đào, mực nước ngầm bị hạ thấp làm tăng độ lún của đất nền ở khu vực xung quanh hố đào. Mức độ lún phụ thuộc vào mức độ hạ mực nước ngầm, đặc điểm của đất nền và thời gian thi công.
2.9. Nhận xét chương 2
Tóm lại việc lựa chọn tường vây khi thi công xây dựng các tầng hầm nhà cao tầng phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tố, bao gồm cả các yếu tố kỹ thuật cũng như các yếu tố kinh tế, các yếu tố khách quan cũng như các yếu tố chủ quan khi xây dựng chúng. Ngoài ra cần chú ý đến động đất, các dòng thấm, dòng chảy, trượt lở, các quá trình và các hiện tượng địa chất cơng trình gắn với xây dựng các cơng trình lân cận.
CHƯƠNG 3
CƠ SỞ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP TƯỜNG VÂY HỢP LÝ KHI THI CƠNG XÂY DỰNG HỐ MĨNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG
3.1. Khái quát chung
Trong chương này tác giả đề cập đến các cơ sở để lựa chọn giải pháp tường vây hợp lý, là tiêu chí để đánh giá, định giá, định lượng từ đó so sánh và lựa chọn được phương án hợp lý nhất. Các tiêu chí lựa chọn tường vây phù hợp phải bao gồm hay liên hệ được đến các vấn đề sau:
- Yếu tố kỹ thuật hợp lý khi thi cơng xây dựng hố móng tầng hầm nhà cao tầng; - Yếu tố thi công hợp lý khi thi công xây dựng hố móng tầng hầm nhà cao tầng; - Yếu tố kinh tế hợp lý khi thi cơng xây dựng hố móng tầng hầm nhà cao tầng;
Trong phần phân tích các yếu tố kỹ thuật, luận văn có liệt kê lại các phương pháp lựa chọn sơ đồ tính tốn, tính tốn kết cấu tường vây ở chương 1 và bổ sung một số ưu nhược điểm để làm cơ sở lựa chọn giải pháp tường vây hợp lý cho chương tiếp.
3.2. Yếu tố thiết kế kỹ thuật hợp lý
3.2.1. Cơ sở để đánh giá yếu tố kỹ thuật hợp lý
- Tường vây đảm bảo yếu tố kỹ thuật như: Độ bền, độ cứng, độ ổn định trong quá trình lựa chọn giải pháp kết cấu cho tầng hầm nhà cao tầng.
- Đảm bảo tính kỹ thuật trong q trình sử dụng như là tính thấm, nứt nẻ, co ngót của bê tơng.
- Trên cơ sở so sánh độ bền, độ ổn định (độ cứng) người kỹ sư phải đưa ra được nhiều giải pháp để so sánh các giải pháp với nhau sau đó lựa chọn giải pháp tối ưu nhất khi thiết kế cơng trình cũng như thi công đảm bảo hiệu quả vừa tiếc kiệm kinh tế.
- Ngoài đảm bảo các yếu tố kỹ thuật như độ bền độ cứng độ ổn định, kinh tế thì người thiết kế phải đảm bảo thuận tiện cho vấn đề thi công hợp lý, dễ dàng.
- So sánh lựa chọn các phương pháp thi cơng, máy móc trang thiết bị để đưa vào dự án sao cho thuận tiện và phù hợp nhất, tránh thời gian ngừng nghỉ của máy móc cũng như tiến độ xây dựng nhanh nhất để tiếp tục nhanh chóng xây dựng các tầng nhà bên trên.
3.2.2. Ảnh hưởng của việc lựa chọn sơ đồ tính tốn, tính tốn kết kết cấu hợp lý tường vây
Nói chung, hiện nay trong tính tốn phân tích ổn định kết cấu tường vây tầng hầm nhà cao tầng có 2 nhóm phương pháp tính tốn: nhóm các phương pháp cổ điển: Tính tốn tường chắn khơng neo, tính tốn tường chắn có một hàng neo, tính tốn tường chắn có 1 hàng neo, thiết kế tường chắn bằng phương pháp số gia. Và phương pháp phần tử hữu hạn dùng phần mềm máy tính GEO5 để tính tốn.
3.2.2.1. Các phương pháp tính toán cổ điển và số ưu nhược điểm về các phương pháp, sơ đồ tính tốn theo phương pháp cổ điển
Thiết kế tường vây dạng tường trong đất;
+ Kiểm tra sức chịu tải của đất nền dưới chân tường; + Tính tốn tường chắn khơng neo;
+ Tính tốn tường chắn có một hàng neo; + Tính tốn tường chắn có nhiều hàng neo; + Thiết kế tường vây bằng phương pháp số gia. Nhược điểm của nhóm phương pháp này là:
- Tính tốn đơn giản nhưng độ chính xác khơng cao.
- Dựa trên nhiều tác giả nói chung chưa xét đầy đủ đặc tính của cơng trình cụ thể. - Tường bị dịch chuyển dưới tác động tổng hợp của áp lực đất theo phương ngang, phản lực thanh chống và phản lực đàn hồi của đất các phương pháp trên mới chỉ đề cập rất sơ lực đến những yếu tố mang tính chất quyết định.
+ Để phù hợp với giả thuyết tính tính- áp lực đất từ thân tường từ mặt đào trở lên phân bố theo hình tam giác, cần coi các lớp đất mà tường xuyên qua là đồng nhất, nghĩa là các chỉ tiêu cơ lý của đất làm giá trị đầu vào là giá trị trung bình của các lớp đất. Điều này làm giảm đáng kể độ tin cậy của các phương pháp.
+ Giả thuyết của các phương pháp này là coi thanh chống tuyệt đối cứng thực tế cho thấy độ cứng của thanh chống ảnh hưởng khá nhiều đến ổn định của tường chắn trong quá trình đào.
+ Độ lớn phản lực đàn hồi của đát quyết định bởi tính chất của đất, độ cứng của thân tường, hình dạng mặt cắt tường, độ sâu cọc trong đất. Với giả thiết nền đồng nhất, thân tường tuyệt đối cứng nhằm đơn giản tính tốn nhưng cũng làm giảm độ chính xác của phương pháp.
- Nội lực thân tường thực tế còn phát triển đến hết chiều sâu ngàm tường trong đất, những phương pháp này chỉ cho nội lực từ tầng chống cuối cùng trở lên, do đó khơng có căn cứ nào để thiết kế phần tường ngàm trong đất.
Ưu điểm:
Phương pháp trên khá đơn giản trong tính tốn nên phù hợp với điều kiện địa chất đơn giản có thể sử dụng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ cho tường vây có chiều sâu vừa phải.
3.2.2.2. Phương pháp tính tốn bằng phần tử hữu hạn
Phương pháp phần tử hữa hạn là một trong nhiều nhóm phương pháp số gần đúng được dùng phổ biến để phân tính kết cấu tường vây, phương pháp phần tử hữu hạn đối với tính tốn nền móng thường có các loại như sau:
- Phương pháp phần tử hữu hạn hệ thanh trên nền đàn hồi; - Phương pháp phần tử hữu hạn bản mỏng trên nền đàn hồi.
Phương pháp này thường đem phần thân tường trên mặt đáy móng lý tưởng hóa là phần tử bản mỏng chịu uốn. Đem phần thân tường ở trong đất xem là phần tử