Trong hình 1.19a, thanh chống ở độ sâu H1 dưới mặt đất, tất yếu là phải đào đến độ sâu H1 + ∆H. Khi đó, tải trọng tương ứng và sơ đồ tính tốn như hình 1.19b. Oq1 là áp lực đất từ mặt đào trở lên, sau khi giải sẽ được phản lực x10, x20,…x60 của lò xo đất bên dưới mặt đào, nội lực và chuyển vị của thân tường tương ứng với lúc ấy sẽ có thể tìm được.
Hình 1.19. Sơ đồ q trình tính tốn của phương pháp số gia
Khi đặt thanh chống vào chỗ H1 bên dưới đỉnh tường, cho độ cứng lò xo của chống này là K, sau đó đào từ H1 + ∆H đến H2, sơ đồ tính tốn của q trình này như hình 1.19c, lượng tăng của áp lực đất là q1q2 mà khi đào tới H1 + ∆H, tức là ở
trạng thái như hình 1.19b, hai lị xo đất K1, K2 tác động vào thân tường có phản lực X10, X20, cịn khi đào từ H1 + ∆H, đến H2, đất ở lò xo này bị đào đi mất nên K1 và K2 tương ứng khơng cịn nữa, nó tương đương với hai lực ở trên tường mà về mặt tác dụng có độ lớn tương đương và có phương chiều ngược lại với x10, x20 như hình 1.19c.
Do đó q1q2 và X10, X20,sẽ là số gia tải trọng của quá trình tăng này và do lò xo đàn hồi K và lò xo đất ở bên dưới mặt đào cùng nhau gánh chịu và khi giải sẽ tìm được các phản lực lò XoX31, X32, X33, X34 , X35, X36 như hình 1.19d, nội lực thân tường và phản lực lò xo tác dụng trên thân tường của quá trình tăng sẽ được lực tác động trên tường, như hình 1.19d thể hiện, tức là số gia nội lực thân tường và chuyển vị thu được của quá trình hai lần tăng như hình 1.10b,c cộng dồn sẽ được nội lực và chuyển vị thân tường cuối cùng của q trình thi cơng như thể hiện trong hình 1.10d. Trên đây là q trình tính tốn của phương pháp số gia, nó hồn tồn có thể dùng trong trường hợp có nhiều chống hoặc nhiều neo.
1.5.2.3. Chứng minh lý luận của phương pháp
Khi đào đến H1 + ∆H, sơ đồ tính tốn và phản lực lị xo của đất ở bên dưới mặt đào như hình 1.19b, tưởng tượng tách ra một phần của tường, thì khi đó ngoại lực tác động vào tường có áp lực đất ở trên mặt đào và phản lực lò xo ở bên dưới mặt đào, như hình 1.20a. Lúc này hệ lực tác động lên tường là hệ lực cân bằng, khi lắp thanh chống vào chỗ H1 và đào từ H1 + ∆H đến H2, hệ lực không cân bằng đã biết tác động lên tường và tình hình gối tựa lị xo như hình 1.20b, hình 1.20a cho thấy là đào tới H2 thì nội lực và chuyển vị của thân tường có thể tính được từ hình 1.20b, sơ đồ tính tốn thể hiện trên hình 1.11b đã kể đến ảnh hưởng của việc lắp đặt thanh chống và trình tự thi công. Nếu chúng ta chứng minh được kết quả của hình 1.20b là cộng dồn kết quả của hình 1.20b,c thì tính chính xác của phương pháp số gia đã được khẳng định. Hình 1.20b có thể thu được từ cộng dồn hình 1.20c với 1.20d, kết quả của hình 1.20d và hình 1.20c là giống nhau, mà ngoại lực đã biết tác động lên tường ở hình 1.20c thì giống như hình 1.20a, chúng là một hệ cân bằng, cho là trên các lò xo gối tựa của hệ cân bằng 1.20c sẽ không sinh ra bất kì một lực mới nào nữa, do đó lấy phần tách ra ở tường của hình 1.20c, thì các ngoại lực tác động lên sẽ giống như kết quả của hình 1.20d. Do đó, nội lực và chuyển vị của tường ở hình 1.20b có thể thu được kết quả cộng dồn hai hình 1.19b,c. Với lý luận như vậy, thì trong tường có nhiều chống cũng có thể chứng minh được.
Hình 1.20. Sơ đồ chứng minh lý luận tính tốn theo phương pháp số gia
1.5.3. Nhận xét về các phương án thiết kế tính tốn tường vây hiện nay
Nói chung, các phương pháp tính tốn thiết kế tường vây tầng hầm nhà cao tầng hiện nay vẫn thường sử dụng các lý thuyết của các tác giả như Terzaghi, dầm trên nền đàn hồi lý thuyết Winkler…. áp lực tường chắn đất
Ở trong nước, hiện nay các tác giả thường tính tốn xác định chiều dầy tường vây trên cơ sở các bài toán giải tích có kết hợp với các phương pháp số bằng các phần mềm. Các tác giả nghiên cứu về vấn đề này có thể kể tên như PGS.TS.Nguyễn Bá Kế, GS.TSKH.Nguyễn Văn Quảng, TS.Nguyễn Thế Phùng. Tuy nhiên, họ vẫn chưa xem xét sâu đến vấn đề mà vẫn chủ yếu dựa trên các lý thuyết tính tốn chưa đi sâu vào tính tốn một cơng trình cụ thể. Để áp dụng cụ thể các nghiên cứu và vận dụng các lý thuyết tính tốn tác giả xin đi đến áp dụng vào cơng trình cụ thể.Để đi xác định biện luận lựa chọn chiều dầy tường vây hợp lý cho các tầng hầm nhà cao tầng. Điều này địi hỏi phải có các nghiên cứu bổ sung để tính tốn lựa chọn loại hình tường vây và các tham số tường vây hợp lý cho các tầng hầm ở Việt Nam, đặc biệt là đối với cơng trình 345 Đội Cấn - Ba Đình - Hà Nội.
1.6. Nhận xét chương 1
Cơng trình tầng hầm nhà cao tầng đã được thiết kế và xây dựng nhiều tại các thành phố lớn trong và ngoài nước. Cùng theo đó là sự nghiên cứu phát triển áp dụng của các phương pháp chống giữ thành hố đào cũng như các phương pháp tính tốn ổn định thành hố đào. Tại mỗi cơng trình cần phân tích điều kiện cụ thể của cơng trình để có thiết kế số lượng tầng hầm, giải pháp chống giữ và tính ổn định cho thành hố đào.
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ SỬ DỤNG TƯỜNG VÂY KHI THI CÔNG CÁC TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG
2.1. Khái quát chung
Xây dựng các cơng trình trong đơ thị, khu vực đơng dân cư luôn gặp phải các vấn đề: không gian thi công chật hẹp, công trường thi công nằm ngay gần nhà dân, gần đường giao thông…Khi triển khai thi công gặp phải rất nhiều vấn đề như: ách tắc giao thông, tiếng ồn, ô nhiễm môi trường trong thời gian thi công. Đặc biệt với các cơng trình nhà cao tầng có tầng hầm, khi xây dựng các cơng trình này một phần cơng trình nằm trong lịng đất do đó gây ra các biến đổi: trạng thái ứng suất, biến dạng trong đất và có thể làm thay đổi mực nước ngầm dẫn đến nền đất bị dịch chuyển... với các đặc điểm như vậy có thể gây lún hư hại cơng trình lân cận nếu như khơng có giải pháp thi cơng thích hợp. Do đó cần thiết phải lựa chọn phương pháp phù hợp thi cơng xây dựng các cơng trình.
Nói chung hiện nay nguyên tắc chung của các phương pháp thi công tầng hầm bên dưới các tịa nhà cao tầng thì cơ bản phải đảm bảo được các yêu cầu tối thiểu sau:
- Phải đảm bảo sự ổn định của đất đá ở xung quanh hố móng các cơng trình tầng hầm;
- Đảm bảo điều kiện ổn định để cung cấp được việc đào, cắt xây dựng tường hố móng một cách an tồn tiện lợi;
- Đảm bảo được sự thích ứng, tương thích của kết cấu chống giữ và đất đá xung quanh các thành hố đào;
- Cung cấp ổn định, thiết lập được các bước khai đào một cách phù hợp tránh ảnh hưởng đến đất đá và các cơng trình xây dựng lân cận xung quanh;
- Quá trình xây dựng phải đảm bảo cơng tác thốt nước liên tục và tránh làm ảnh hưởng đến mực nước ngầm hoặc các đường ống nước ngầm cung cấp cho các hộ dân hoặc khu công nghiệp lân cận;
- Quá trình xây dựng thì phải đảm bảo việc di dời đất đá an toàn và tránh ảnh hưởng đến mơi trường xung quanh.....
2.2. Phân tích các yếu tố địa chất ảnh hưởng đến thiết kế và thi cơng tường vây
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp thiết kế, thi cơng. Do đó chúng ta cần phải phân tích và đánh giá các yếu tố này một cách cụ thể, xem xét sự ảnh hưởng của chúng đến q trình thiết kế, thi cơng các tầng hầm để tìm ra các giải pháp thi cơng phù hợp cho từng điều kiện cụ thể.
2.2.1. Các thông số địa cơ học đánh giá tính chất của đất nền bằng các thí nghiệm trong phòng
* Rây để phân loại cát:
- Cát to hạt lớn 0,50mm trên 50% trọng lượng.
- Cát trung chứa hạt lớn hơn 0,25% trên 50% trọng lượng. - Cát nhỏ chứa hạt lớn hơn 0,10% trên 75% trọng lượng. - Cát bụi chứa hạt nhỏ hơn 0,10% trên 75% trọng lượng.
* Phân loại đất theo thành phần hạt sét. (Φ ≤ 0,005mm)
- Đất sét chứa trên 30% hạt sét. - Sét pha chứa 10% - 30% hạt sét. - Cát pha chứa 3% - 10% hạt sét. - Cát chứa dưới 3% hạt sét.
* Phân loại theo chỉ số dẻo.
- Đất sét có Wn > 17. - Sét pha có 7 < Wn < 17. - Cát pha, có Wn < 17.
* Sàng để phân loại cuội sỏi và đá dăm.
- Cuội sỏi: Hạt trịn đường kính lớn hơn 2mm chiếm trên 50% theo trọng lượng.
- Đá săm: Hạt sắc cạnh, có đường kính lớn hơn 2mm chiếm trên 50% trọng lượng.
* Xác định độ chặt của của cát theo hệ số rỗng e. + Đối với cuội sỏi, cát to, cát trung:
-Khi có e < 0,55: trạng thái chặt
- Khi có 0,55 < e < 0,65: Trạng thái chặt vừa. - Khi có e > 0,65 trạng thái rời xốp.
+ Đối với cát nhỏ.
- Khi có e < 0,6: trạng thái chặt
- Khi có 0,6 < e < 0,70: Trạng thái chặt vừa. - Khi có e > 0,70 trạng thái rời xốp.
+ Đối với cát bụi:
-Khi có e < 0,6: trạng thái chặt
- Khi có 0,6 < e < 0,8: Trạng thái chặt vừa. - Khi có e > 0,80 trạng thái rời xốp.
* Xác định trạng thái của đất theo độ sệt B (hoặc I)
-Đất ở trạng thái rắn khi có B ≤ 0 tức là W ≤ Wp. - Đất ở trạng thái nửa rắn khi B ≤ 0,2.
- Đất ở trạng thái dẻo cứng khi có 0,25 ≤ B ≤ 0,50 - Đất ở trạng thái dẻo mềm khi 0,5 ≤ B ≤ 0,75. - Đất ở trạng thái dẻo nhão khi 0,75 ≤ B ≤ 1. - Đất ở trạng thái nhão khi B > 1.
* Xác định tính chất của đất theo góc ma sát trong φ0.
-Đất rất yếu φ0 < 50 - Đất yếu 50 < φ0 < 100
- Đất trung bình 100 < φ0 < 200 - Đất tốt 200 < φ0 < 300 - Đất rất tốt φ0 > 300
2.2.2. Các tham số của nước ngầm
Trong xây dựng cơng trình ngầm trong đó có xây dựng tầng hầm nhà cao tầng các nhân tố địa chất đóng vai trị quyết định trong nhiều vấn đề lớn kể từ việc xác định tính khả thi tới giá thành cơng trình. Khác với các loại cơng trình khác, trong cơng trình ngầm, đất khơng chỉ chịu tải, mà cịn như là mơi trường bảo vệ cơng trình. Khi thi cơng các hố đào sâu, ngay từ ban đầu, độ bền của đất giữ cho thành hố đào ổn định cho tới khi các biện pháp chống đỡ gia cường được thi công lắp dựng và làm việc. Ngay cả khi thiết kế gia cường, cường độ của đất cũng được tính tốn tham gia mang tải góp phần ổn định cơng trình. Đất đá xung quanh cơng trình ngầm, về một khía cạnh nào đó, có thể xem như là vật liệu xây dựng tương tự như sắt thép, bê tông trong các dạng cơng trình khác. Tuỳ theo từng điều kiện địa chất cơng trình riêng biệt khi xây dựng cơng trình ngầm, từ đó lựa chọn cơng nghệ và áp dụng phương pháp thi công hợp lý.
Điều kiện địa chất cơng trình là tổng hợp tồn bộ các yếu tố địa chất tự nhiên của một khu vực có ảnh hưởng tới cơng tác thiết kế, thi cơng và q trình sử dụng cơng trình. Điều kiện địa chất cơng trình bao gồm các yếu tố sau:
- Điều kiện địa hình, địa mạo khu vực nghiên cứu;
- Cấu tạo địa chất: Nền đất có bao nhiêu lớp đất, chiều dày mỗi lớp, loại đất gì, các chỉ tiêu cơ lý của từng lớp đất, cốt tự nhiên.
- Đặc điểm địa tầng và tính chất cơ lý của các lớp đất đá;
- Các hiện tượng địa chất động lực khu vực: Khi thiết kế và xây dựng cần tính đến trạng thái động học của khu vực đơ thị có ảnh hưởng nhiều đến điều kiện địa kỹ thuật như: động đất, các dòng thấm, dòng chảy, trượt lở….
- Đặc điểm Địa chất thủy văn: Cần nắm rõ về điều kiện địa chất thủy văn như: chiều sâu mực nước ngầm, chế độ và tính chất hóa lý của nước dưới đất. Bởi khi đào đất sẽ làm phá vỡ trạng thái cân bằng của nước dưới đất, làm thay đổi áp lực nước lỗ rỗng, làm tăng tốc độ thấm và thay đổi hoạt tính lý hóa của nước. Q trình đào sâu vào khối đất chứa nước sẽ có dịng nước ngầm chảy vào hố đào, do đó cần có biện pháp đặc biệt để hút nước, hạ mực nước ngầm, gia cường bằng phương pháp hóa học hoặc đóng băng đất. Nước trong đất tạo nên áp lực thủy tĩnh tác dụng lên cơng trình, làm cho cơng trình ngầm chịu lực đẩy nổi, đồng thời có thể phá vỡ sự ổn định của khối đất do giảm độ bền và làm tơi xốp đất rời. Từ đó tiến hành thống kê các chỉ tiêu cơ lý để tính tốn.
2.3. Ảnh hưởng của các thơng số hình học của hố móng đến từng vây
Hình dạng hố móng các tầng hầm nhà cao tầng thì rất đa rạng và phong phú, chúng có thể được chia ra làm các dạng sau:
- Hố móng vách tường thẳng đứng; - Hố móng vách tường năm nghiêng; - Hố móng đào thành nhiều tầng;
+ Nếu cơng trình thi cơng trong khu vực có mặt bằng rộng rãi, đủ điều kiện để mở mái dốc cho hố đào, có thể chứa được các thiết bị phục vụ thi công và lượng đất tập kết khi chưa vận chuyển:
- Hố đào không sâu, điều kiện địa chất thuận lợi, đất dính, góc ma sát trong lớn thì ta tiến hành theo phương pháp đào mở theo mái dốc tự nhiên mà không cần biện pháp chống giữ, bảo vệ thành hố đào.
- Hố đào sâu, khối lượng đào lớn thì có thể áp dụng phương pháp đào thành nhiều tầng.
+ Nếu điều kiện mặt bằng, địa chất và quy mơ cơng trình khơng cho phép tiến hành đào theo mái dốc tự nhiên, ta phải có biện pháp bảo vệ thành hố đào trước
Hình 2.1. Các sơ đồ về hình dạng hố móng xây dựng nhà cao tầng
2.4. Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến thi công tường vây
Khoa học cơng nghệ và trình độ trang bị kỹ thuật là một trong những yếu tố tiên quyết, quan trọng quyết định phương pháp thi tường vây công xây dựng cơng trình.
Trên thế giới thì việc thi cơng tường vây các cơng trình ngầm tầng hầm nhà cao tầng đã trở thành khá phố biến vì thế mà các phương pháp thi cơng, kỹ thuật, máy móc phát triển rất nhanh và đa dạng. Việc phân tích đánh giá các yếu tố để tìm gia phương pháp thi công hợp lý cho ta nhiều sự lựa chọn tối ưu. Tuy nhiên với điều kiện một quốc gia đang hội nhập, ngành xây dựng cơng trình hầm ngầm nhà cao tầng ở nước ta với xu hướng hiện đại hóa và hội nhập sâu thì ngày càng được xã hội quan tâm và chú ý nhiều. Việc lựa chọn phương pháp thi công đào đất phụ thuộc vào loại móng, khối lượng đất đào, thời gian thi công theo kế hoạch, mặt bằng thi cơng, nhân lực, máy móc thiết bị và hiệu quả kinh tế.