7. Cấu trúc luận văn
3.5. Kết luận chương 3
Trên cơ sở lựa chọn giải pháp tường vây hợp lý khi xây dựng hố móng tầng hầm nhà cao tầng tác giả đã lựa chọn sơ đồ tính tốn, kể đến ảnh hưởng của sơ đồ tính tốn, yếu tố thi công, kinh tế để đưa ra các giải pháp áp dụng tính tốn cho một cơng trình cụ thể và lựa chọn sơ đồ, phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm GEO5 để tính tốn và lựa chọn chiều dầy tường vây hợp lí cho cơng trình tầng hầm nhà cao tầng cơng trình Tịa nhà căn hộ bán và cho thuê 345 Đội Cấn - Ba Đình - Hà Nội”.
CHƯƠNG 4
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TƯỜNG VÂY HỢP LÝ CƠNG TRÌNH CĂN HỘ BÁN VÀ CHO THUÊ 345 ĐỘI CẤN - BA ĐÌNH - HÀ NỘI
4.1. Khái qt chung về cơng trình 345 đội cấn
a. Giới thiệu cơng trình:
*Tên dự án: Tổ hợp nhà văn phòng, căn hộ bán và cho thuê 345 Đội Cấn
Hình 4.1. Phối cảnh 3D cho tòa nhà văn phòng, căn hộ 345 Đội Cấn
*Địa điểm xây dựng: số 343-345 phố Đội Cấn - phường Liễu Giai - quận Ba Đình - Hà Nội.
*Chủ đầu tư: Công ty cổ phần Thanh Công E&C.
*Đơn vị Tư vấn thiết kế: Công ty CP kiến trúc Lập Phương (Cubic)
b. Vị trí, giới hạn khu đất xây dựng:
* Vị trí ơ đất xây dựng cơng trình:
Vị trí dự án tại số 343-345 phố Đội Cấn - phường Liễu Giai - quận Ba Đình - Hà Nội.
- Phía Bắc giáp giáp khu dân cư phường Liễu Giai; - Phía Nam giáp đường Đội Cấn;
- Phía Đơng giáp ngõ 345 Đội Cấn;
- Phía Tây giáp Trung tâm dạy nghề và giới thiệu việc làm Thanh Niên.
Khu đất dự án có mặt chính tiếp giáp với đường lớn nên thuận lợi cho giao thông đi lại và đấu nối các hệ thống hạ tầng kỹ thuật của khu vực.
c. Quy mô đầu tư:
- Quy mơ dự án trên khu đất có diện tích 2.846m2, trong đó: - Diện tích đất mở đường: 305m2.
- Diện tích đất xây dựng cơng trình : 2541m2.
d. Khu đất xây dựng cơng trình:
- Diện tích khu đất: 2846m2. - Diện tích xây dựng: 1452.6m2. - Mật độ xây dựng: 51%.
- Tổng diện tích sàn nổi (khơng kể tầng hầm, tầng tum thang): 20274.9m2. - Hệ số sử dụng đất: 8 lần.
- Số tầng : 16 tầng. - Số lượng căn hộ là: 107 căn. - Cấp cơng trình: Cấp II.
4.2. Đánh giá các yếu tố địa chất, địa chất thủy văn của cơng trình để lựa chọn giải pháp tường vây hợp lý
a. Vị trí và đặc điểm mặt bằng khu vực khảo sát:
Diện tích khảo sát là mảnh đất khá rộng nằm tại số 343-345 phố Đội Cấn - phường Liễu Giai - quận Ba Đình - Hà Nội. Mặt bằng hiện tại là khu đất trống, có bề mặt địa hình tương đối bằng phẳng. Giả định lấy cao độ tại hố khoan 0.00m.
b Cấu trúc địa chất nền đất thiên nhiên và đặc tính địa chất cơng trình của các lớp đất.
Địa tầng khu đất gồm 5 lớp đất, từ trên xuống dưới như sau: Lớp 1: Đất lấp
Lớp 2: Sét pha dẻo mềm. Lớp3: Cát hạt bụi chặt vừa. Lớp 4: Sét pha dẻo cứng
Lớp 5: Cát hạt nhỏ chặt Lớp đất: Đất lấp
Lớp này phân bố trên tồn bộ diện tích khảo sát, đây là lớp sét pha có màu xám nâu, xám đen lẫn nhiều tạp chất, xốp. Bề dày của lớp từ 1,2m đến 1,5m. Trong lớp này không tiến hành lấy mẫu.
Lớp 2: Sét pha dẻo mềm.
Sét pha màu nâu gụ, xám nâu, xám trắng, trạng thái dẻo cứng mềm, đôi chỗ dẻo chảy. Lớp này được phân bố trên tồn diện tích khảo sát. Mặt lớp xuất hiện ở độ sâu 1,2 đến 1,5m, đáy lớp kết thúc ở độ sâu 0,8m đến 0,9m. Kết quả thí nghiệm các lớp đất đá hố móng tầng hầm nhà cao tầng được mô tả như trong bảng 4.1.
Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm 7 mẫu đất của lớp cho chỉ tiêu như sau:
STT Các chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu Đơn vị Giá trị TB
1 Độ ẩm tự nhiên W % 34.5
2 Khối lượng thể tích tự nhiên γw g/cm3 1.80
3 Khối lượng thể tích khơ γc g/cm3 1.34
4 Khối lượng riêng γs g/cm3 2.70
5 Hệ số rỗng e0 1.017 6 Độ lỗ rỗng n % 50.4 7 Độ bão hòa G % 91.4 8 Giới hạn chảy Wch % 39.2 9 Giới hạn dẻo Wd % 25.0 10 Chỉ số dẻo Id % 14.2 11 Độ sệt Is 0.67 12 Góc ma sát trong φ Độ 8.36 13 Lực dính C kG/cm2 0.15
Cường độ tiêu chuẩn của lớp đất: R = 0,98 kG/cm2.
Mô đun tổng biến dạng của lớp đất đá phía nền cơng trình được mô tả như trong bảng 4.2.
Bảng 4.2. Mô đun tổng biến dạng của lớp Cấp áp lực Cấp áp lực Pi [kG/cm2] Hệ số rỗng ei Hệ số nén lún ai, i+ 1[ cm2/kG]
Mô đun tổng biến dạng Ei [kG/cm2] 0 1,017 0,077 0,050 37,3 55,3 1 0,904 2 0,890
Thí nghiệm SPT 7 lần trong lớp cho N = 4 - 6 búa/30cm, trung bình 5 búa /30cm. Lớp đất 3: Cát hạt bụi chặt vừa.
Lớp này xuất hiện trên toàn bộ khu vực khảo sát, đây là lớp cát bụi màu xám trắng, xám ghi, trạng thái chặt vừa. Mặt lớp xuất hiện ở độ sâu từ 0.8m đến 0.9m, đáy kết thúc ở độ sâu từ 14,5m đến 15,0m.
Kết quả thí nghiệm 7 mẫu của mẫu đất của lớp cho các chỉ tiêu như trong bảng 4.3 bên dưới.
Bảng 4.3. Kết quả thí nghiệm các mẫu đất
Thành phần hạt ( % ) Góc nghỉ tự
nhiên (độ) 2-0,5 0,5- 0,25 0,25 - 0,1 0,1- 0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 < 0,005
4,3 17,3 39,9 19,7 12,7 4,4 1,9 26,0
Theo kết quả nghiên cứu mẫu cát trên ta có: Trọng lượng hạt > 0,1mm chiếm dưới 75% => đây là lớp cát hạt bụi.
Thí nghiệm SPT 7 lần trong lớp cho N = 15 - 18 búa/30cm, trung bình là 16 búa/30cm => cát có trạng thái chặt vừa.
Cường độ tiêu chuẩn của lớp: R = 1,0kG/cm2
Theo tiêu chuẩn xây dựng 226: 1999, các chỉ tiêu của cát được xác định theo SPT là:
Lực dính C = 0
Khối lượng thể tích 1,55g/cm3
Mơ đun tổng biến dạng: E = a + c (N + 6) = 120,0 kG/cm2. Độ chặt tương đối: Dr = 31,02%
Góc ma sát trong: φ = 250 Lớp 4: Sét pha dẻo cứng
Lớp này xuất hiện trên tồn bộ diện tích khu đất khảo sát, đây là lớp sét pha màu nâu vàng, xám ghi, trạng thái dẻo cứng. Mặt lớp xuất hiện ở độ sâu từ 14,5 đến 15,0m, đáy lớp kết thúc ở độ sâu 18,7m đến 19,2m.
Kết quả thí nghiệm 4 mẫu đất của lớp cho các chỉ tiêu như trong bảng 4.4. Bảng 4.4. Bảng kết quả thí nghiệm cho 4 mẫu đất
STT Các chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu Đơn vị Giá trị TB
1 Độ ẩm tự nhiên W % 31,1
2 Khối lượng thể tích tự nhiên γw g/cm3 1,87
3 Khối lượng thể tích khơ γc g/cm3 1,42
4 Khối lượng riêng γs g/cm3 2,71
5 Hệ số rỗng e0 0,903 6 Độ lỗ rỗng n % 47,4 7 Độ bão hòa G % 93,3 8 Giới hạn chảy Wch % 40,9 9 Giới hạn dẻo Wd % 25,5 10 Chỉ số dẻo Id % 15,4 11 Độ sệt Is 0,36 12 Góc ma sát trong φ Độ 10,52 13 Lực dính C kG/cm2 0,20
Cường độ tiêu chuẩn của lớp R = 1,43 kG/cm2. Mô đun tổng biến dạng của lớp:
Cường độ tiêu chuẩn của lớp đất: R = 0,98 kG/cm2.
Bảng 4.5. Mô đun tổng biến dạng của lớp Cấp áp lực Cấp áp lực Pi [kG/cm2] Hệ số rỗng ei Hệ số nén lún ai, i+ 1[cm2/kG]
Mô đun tổng biến dạng Ei[kG/cm2] 0 0,903 0,051 0,037 63,3 85,3 1 0,852 2 0,815
Thí nghiệm SPT 4 lần trong lớp cho N = 12-14 búa/30cm, trung bình 13 búa / 30cm.
Cát hạn nhỏ chặt màu xám xanh, xám ghi lẫn sạn, trạng thái chặt. Lớp này được phân bố trên tồn bộ diện tích khu đất khảo sát. Mặt lớp xuất hiện từ độ sâu 18,7m đến 19,2m và khi khoan đến độ sâu 30,0m vẫn chưa hết lớp. Kết quả thí nghiệm 12 mẫu của lớp chỉ tiêu như được mơ tả như bảng 4.6.
Bảng 4.6. Kết quả thí nghiệm 12 mẫu đất cho nghiên cứu
Thành phần hạt (% ) Góc nghỉ tự
nhiên ( độ) 10 - 2 2- 0,5 0,25 - 0,1 0,1- 0,05 0,05-0,01 < 0,01 < 0,01
TB 6,8 19,3 52,3 14,2 2,8 2,8 29,6
Theo kết quả thí nghiệm mẫu cát trên: Trọng lượng hạt lớn hơn 0,1mm chiếm 75% => Đây là lớp cát hạt nhỏ.
Thí nghiệm SPT 12 lần trong lớp cho N = 32- 43 búa/30cm, trung bình là 36,7 búa/30cm => Cát có trạng thái chặt.
Cường độ tiêu chuẩn của lớp R = 2,5 kG/cm2 Cường độ tiêu chuẩn của lớp: R = 2,5 kG/cm2
Theo tiêu chuẩn xây dựng 226: 1999, các chỉ tiêu của cát xác định theo SPT là: Mô đun tổng biến dạng: E = a + c ( N + 6) = 189,4 kG/cm2
Độ chặt tương đối Dr = 65,1% Góc ma sát trong: φ = 34,30
c. Điều kiện địa chất thủy văn:
Địa tầng vị trí khảo sát gồm 5 lớp, trong đó địa tầng lớp 3 và lớp thứ 5 chứa nước, còn lại là lớp cách nước hoặc chứa nước kém. Mực nước ngầm tại thời điểm khảo sát có độ sâu -1,2m đến 1,4m.
Từ điều kiện địa chất địa chất, địa chất thủy văn, địa chất cơng trình đã nêu có thể rút ra kết luận như sau: Địa tầng trong khu vực khảo sát trong độ sâu 30m gồm 5 lớp, lớp 1 có tính chất xây dựng kém, cịn lại là các lớp có cường độ trung bình đến khá cao.
Với quy mơ cơng trình nhà cao tầng, có 3 tầng hầm, để giữ ổn định trong quá trình thi cơng và tận dụng luôn làm tường tầng hầm nên sử dụng tường barret. Mực nước ngầm nằm nơng nên ảnh hưởng nhiều đến thi cơng hố móng cơng trình.
Kết quả phân tích địa chất và cắt trụ cắt lỗ khoan cơng trình Xây dựng căn hộ bán và cho thuê 345 đội cấn có thể được mơ tả như trong các hình 4.2 đến 4.4. Các chỉ tiêu cơ lí của đất đá từ lớp 1 đến lớp 4 được mô tả như trong bảng 4.7 và 4.8.
Bảng 4.7. Các chỉ tiêu cơ lý của đất
Bảng 4.8. Chỉ tiêu cơ lý của đất lớp thứ 4
4.3. Giới thiệu các bước mơ hình bằng phần mềm GEO5
* Trình tự thiết kế, tính tốn tường barret bằng chương trình sheeting check:
Bước 1: Trình đơn Project (dự án)
- Nhập các dữ liệu về cơng trình như thơng tin dự án, ngày tháng thiết kế, thông tin về tác giả, chủ đầu tư;
- Nhập đơn vị chung cho bài tốn.
- Lựa chọn phương pháp tính tốn áp lực đất (theo tiêu chuẩn, lý thuyết Coulomb, lý thuyết Caqouot...), bao gồm áp lực chủ động và áp lực bị động của đất; - Lựa chọn phương pháp tính tốn ảnh hưởng của động đất (lý thuyết Mononobe - Okabe, lý thuyết Arango);
- Nhập số lượng phần tử hữu hạn trong tính tốn khi phân tích tường.
Bước 3: Trình đơn Profile
- Nhập cao độ mặt đất (Terrain elevation)
- Nhập thông số về các lớp đất (độ sâu của các lớp đất).
Bước 4: Trình đơn Modulus Kh
- Nhập giá trị cho mođun phản lực của đất nền (theo Schmith, phân bố...); - Mô đun phản lực theo phương ngang của đất nền một cách tổng quát phù hợp với độ cứng lị xo trong mẫu Winkler mơ tả mối quan hệ giữa tải trọng tác dụng lên một bản đặc và biến dạng tổng của đất được tính như sau:
y k p .
Trong đó:
p - Tải trọng tác dụng dọc theo bề mặt của bản đất; k - Độ cứng của lò xo Winkler;
y - Chuyển vị của tấm vào trong đất nền.
- Trong chương trình, chúng ta có thể khai báo mơ đun phản lực đất nền dưới các dạng như sau:
+ Dạng phân bố: giả thiết phân bố của mô đun phản lực của đất phía trước và phía sau cơng trình được nhập;
+ Là một thơng số của đất với giá trị tương ứng theo các công thức của Schmitt, CUR166, Menard, Chadeisson, phép lặp sủ dụng các thuộc tính biến dạng của đất).
Bước 5: Trình đơn Soils:
- Lựa chọn mẫu mặt cắt cho lớp đất;
- Nhập các thông số cần thiết cho các lớp đất.
Bước 6: Trình đơn Geometry
- Nhập các thông số cho tường vây: vật liệu, độ dày, chiều cao...;
Những bước khai báo trên là không đổi trong suốt các giai đoạn thi công. Sau khi thi công tường chắn trong đất, khi chưa tiến hành đào, chương trình coi nội lực và chuyển vị trong tường là bằng 0.
Các bước tiếp theo được khai báo trong từng giai đoạn thi cơng:
Bước 7: Trình đơn Assign
- Khai báo các thơng số đã nhập trong bước 5 cho từng lớp đất.
Bước 8: Trình đơn Excavation (đào đất)
- Lựa chọn mơ hình đào đất dưới hố đào; - Khai báo độ sâu đào đất (depth of ditch); - Khai báo hoạt tải trong hố đào (nếu có); - Lớp nền hố đào (nếu có).
Bước 9: Trình đơn Terrain
- Khai báo mơ hình đất ngồi hố đào
Bước 10: Trình đơn Water
- Khai báo các thơng số về nước
Bước 11: Trình đơn Surcharge
- Nhập hoạt tải trên mặt đất
Bước 12: Trình đơn Applied force
- Nhập các ngoại lực tác dụng lên tường (lực xô ngang, mơmen uốn)
Bước 13: Trình đơn Anchors
- Khai báo các thông số về neo trong đất
Bước 14: Trình đơn Props
- Khai báo các thơng số về thanh chống
Bước 15: Trình đơn Supports
- Khai báo các thông số về gối tựa của tường
Bước 16: Trình đơn Earthquake
- Lựa chọn có tính tốn ảnh hưởng của động đất tới cơng trình hay khơng - Nhập các hệ số động đất theo phương ngang và phương đứng
- Lựa chọn có kể đến ảnh hưởng của nước hay khơng
Bước 17: Trình đơn Settings
- Lựa chọn tiêu chuẩn để tính tốn
- Lựa chọn những hệ số khác trong tính tốn như hệ số an tồn trong tính tốn ổn định....
Bước 18: Trình đơn Analysis
- Ấn vào trình đơn analysis để phân tích tường trong giai đoạn thi cơng thứ nhất.
- Chương trình sẽ tiến hành phân tích hệ kết cấu tường, đất và kết cấu chống giữ. Kết quả thu được là nội lực của tường, chuyển vị của tường và áp lực đất tác dụng lên tường
Bước 19: Trình đơn Internal Stability
- Kiểm tra ổn định bên trong tường chắn
Bước 20: Trình đơn External Stability
- Kiểm tra ổn định tổng thể tường chắn
Sau khi tiến hành kiểm tra phân tích tường chắn trong giai đoạn thi cơng thứ nhất, ta chuyển sang giai đoạn thi công thứ hai. Các bước khai báo trong giai đoạn này tương tự giai đoạn thứ nhất.
Sau khi phân tích xong tất cả các giai đoạn thi công tiến hành in các thuyết minh và các biểu đồ nội lực, chuyển vị:
- Sử dụng trình đơn Add picture để đưa hình ảnh vào thuyết minh
- Quay về bước thi công thứ nhất (Stage of construction), lựa chọn trình đơn Envelopes, lựa chọn biểu đồ bao nội lực, biểu đồ bao chuyển vị.
- In thuyết minh (file/Print document). Thuyết minh được GEO5 đưa ra chỉ bao gồm các giai đoạn tính tốn đã được thực hiện. Trong trường hợp ta khơng cho chương trình dựng biểu đồ bao, trong thuyết minh sẽ khơng có phần tính tốn cũng nhưng số liệu về biểu đồ bao.
* Thống kê các số liệu đầu vào cần có cho bài tốn thiết kế tường bằng phần mềm GEO5:
a. Các số liệu về địa chất:
- Số liệu về địa tầng, chiều sâu, cao độ các lớp đất. Các số liệu này có thể tìm thấy dễ dàng trong các tài liệu khảo sát địa chất của cơng trình.
- Các thông số về đất được sử dụng để khai báo trong trình đơn Soils (bước 5)