V. NỘI DUNG LUẬN VĂ N:
2.2 PHƯƠNG PHÁP THI CễNG TOP-DOWN XỬ Lí MểNG
2.2.4 Cỏc hệ thống chống đỡ trong quỏ trỡnh thi cụng trạm bơm đứng
Trong quỏ trỡnh đào đất để thi cụng trạm bơm đứng cần phải tiến hành cụng tỏc bảo vệ vỏch hố đào bằng hai hệ thống kết cấu. Đú là hệ thống kết cấu tường chắn võy xung quanh vỏch hố đào trỏnh khụng cho đất đỏ rơi vào hố đào và những kết cấu giữ cho tường chắn ổn định (thanh chống bờn trong hoặc là thanh neo vào đất bờn ngoài). Chỳng cựng với tường chắn đất làm tăng thờm ổn định tổng thể của kết cấu chắn giữ, khụng những cú liờn quan đến an toàn của hố múng và cụng tỏc đào đất, mà cũn ảnh hưởng rất lớn tới giỏ thành và tiến độ của cụng trỡnh hố múng.
Hệ thống chống đỡ ở đõy chia làm 2 loại: chống đỡ tạm thời và chống đỡ cố định
Luận văn thạc sĩ - 50 -
2.2.4.1 Hệ thống chống đỡ tạm thời:
Là hệ thống kết cấu chống đỡ cho những vỏch khối đào cú dạng thẳng đứng hoặc gần thẳng đứng ở những khu vực khụng cho phộp mở mỏi rộng ra. Loại kết cấu này khụng gúp phần để chịu tải trọng của thỏp. Sau khi cụng trỡnh xõy dựng xong hệ thống chống đỡ này để bỏ lại ở trong đất hoặc được lấy ra rồi sau sẽ lấp lại. Loại chống đỡ này thường là dạng cọc cú vỏn chắn hoặc tường bằng những cọc cừ, cọc khoan nhồi, ống thộp rỗng, tường thi cụng trong vữa bentụnite.
2.2.4.1.1.Tường võy dạng cọc cừ
* Đặc điểm
Cừ vỏn thộp là một cấu kiện dạng tấm cú cỏc rónh khoỏ (me cừ) để hợp thành một tường chắn khộp kớn. Nhằm mục đớch ngăn nước và chắn đất trong hầu hết cỏc trường hợp ứng dụng, cọc vỏn thộp đó được sử dụng cho mọi kết cấu cụng trỡnh tạm (làm xong nhổ lờn) cũng như vĩnh cữu (đúng bỏ), và được dựng rộng rói trong cầu tàu, giếng kớn, đờ kố, bói để xe ngầm, ngăn chống cho cỏc hố đào nền múng, xử lý nước thải, cỏc đường vượt, hầm ngầm là một trong số cỏc địa hạt ứng dụng.
Kết cấu chống đỡ tạm thời của trạm bơm đứng được phõn loại thành: loại kết cấu cú khả năng biến đổi theo hỡnh dỏng của khối đào hoặc khụng biến đổi. Hệ thống cú thể biến đổi theo khối đào là cỏc cọc cừ, cọc cú vỏn đỡ. Điều quan trọng là việc khảo sỏt hiện trường, cung cấp thụng số địa chất ngầm để xỏc định hệ thống chống đỡ 1 cỏch chớnh xỏc. Hệ thống chống đỡ khụng biến đổi như tường bờtụng thi cụng trong vữa bentụnite, cọc khoan nhồi, ống thộp rỗng cũng thường được dựng như hệ thống chống đỡ tạm thời của khối đào.
Tường cừ bao gồm nhiều những tấm thộp cú khớp nối tạo thành 1 bức tường liờn kết chặt chẽ với nhau. Việc thi cụng những tấm cừ hoặc khoan vào đất đỏ hoặc dựng mỏy chấn động rung để cừ cắm sõu vào đất đỏ. Những tấm cừ này cú thể cắm sõu dưới đỏy khối đào 1 khoảng cỏch nhất định để tự ổn định gọi là tường tự do và những tấm cừ này lại cú thể biến đổi 1 phần theo hỡnh dạng khối đào và chỉ chống đỡ ở 1 chiều cao khối đất nhỏ khi khối đào tiếp tục đào sõu thỡ cần phải đặt thờm những kết cấu đỡ cho cỏc tường này như: neo vào trong đất đỏ theo những khoảng cỏch cụ thể. Kết cấu tường cọc cừ thộp liờn tục bao gồm những đoạn thộp được
Luận văn thạc sĩ - 51 -
khúa lại với nhau cú hỡnh dạng chữ Z hoặc U và hỡnh vũm theo cỏc hóng sản xuất. Do độ cứng và sức khỏng mụ men uốn của loại này lớn hơn.
* Kớch thước
Cọc vỏn thộp cú bề rộng bản thay đổi từ 400mm đến 750mm. Sử dụng cọc cú bề rộng bản lớn thường đem lại hiệu quả kinh tế hơn so với cọc cú bề rộng bản nhỏ vỡ cần ớt số lượng cọc hơn nếu tớnh trờn cựng một độ dài tường chắn. Hơn nữa, việc giảm số cọc sử dụng cũng cú nghĩa là tiết kiệm thời gian và chi phớ cho khõu hạ cọc, đồng thời làm giảm lượng nước ngầm chảy qua cỏc rónh khúa của cọc. Chiều dài cọc vỏn thộp cú thể được chế tạo lờn đến 30m tại xưởng, tuy nhiờn chiều dài thực tế của cọc thường được quyết định bởi điều kiện vận chuyển (thụng thường từ 9 đến 15m), riờng cọc dạng hộp gia cụng ngay tại cụng trường cú thể lờn đến 72m.
* Ứng dụng
Với cỏc cụng trỡnh đường bộ, hầm giao thụng đi qua một số địa hỡnh đồi dốc phức tạp hay men theo bờ sụng thỡ việc sử dụng cọc vỏn thộp để ổn định mỏi dốc hay làm bờ bao cũng tỏ ra khỏ hiệu quả.
Hỡnh 2-4: Sử dụng cọc vỏn thộp để ổn định mỏi dốc
Trong cỏc cụng trỡnh dõn dụng, cọc vỏn thộp cũng cú thể được sử dụng để làm tường tầng hầm trong nhà nhiều tầng hoặc trong cỏc bói đỗ xe ngầm thay cho tường bờ tụng cốt thộp. Khi đú, tương tự như phương phỏp thi cụng từ trờn xuống (top-down), chớnh cọc vỏn thộp sẽ được hạ xuống trước hết để làm tường võy chắn đất phục vụ thi cụng hố đào. Bản thõn cọc vỏn thộp sẽ được hàn thộp chờ ở mặt trong để cú thể bỏm dớnh chắc chắn với bờ tụng của cỏc dầm biờn được đổ sau này. Trờn cỏc rónh khúa giữa cỏc cọc vỏn thộp sẽ được chốn bitum để ngăn nước chảy
Luận văn thạc sĩ - 52 -
vào tầng hầm hoặc cú thể dựng đường hàn liờn tục để ngăn nước (trong trường hợp này nờn dựng cọc bản rộng để hạn chế số lượng cỏc rónh khúa). Trong thiết kế, cọc vỏn thộp ngồi việc kiểm tra điều kiện bền chịu tải trọng ngang cũn phải kiểm tra điều kiện chống chỏy để chọn chiều dày phự hợp. Bề mặt của cọc vỏn thộp bờn trong được sơn phủ để đỏp ứng tớnh thẩm mỹ đồng thời cũng để bảo vệ chống ăn mũn cho cọc vỏn thộp.
Hỡnh 2-5: Sử dụng vỏn thộp để làm tường tầng hầm
Cũng khụng quờn nhắc lại lĩnh vực mà cọc vỏn thộp được sử dụng nhiều nhất đú là làm tường võy chắn đất hoặc nước khi thi cụng cỏc hố đào tạm thời. Ta cú thể thấy cọc vỏn thộp được sử dụng khắp mọi nơi: trong thi cụng tầng hầm nhà dõn dụng, nhà cụng nghiệp, thi cụng múng mố trụ cầu, hệ thống cấp thoỏt nước ngầm, trạm bơm, bể chứa, kết cấu hạ tầng, thi cụng van điều ỏp kờnh mương,…tựy theo độ sõu của hố đào cũng như ỏp lực ngang của đất và nước mà cọc vỏn thộp cú thể đứng độc lập (sơ đồ cụng-xon) hay kết hợp với một hoặc nhiều hệ giằng thộp hỡnh (sơ đồ dầm liờn tục). Đa phần hệ giằng được chế tạo từ thộp hỡnh I nhằm thuận tiện trong thi cụng. Kinh nghiệm chống nước chảy qua cỏc rónh khoỏ của cọc vỏn thộp trong cỏc cụng trỡnh tạm thời này là sử dụng hỗn hợp xi măng trộn đất sột, vừa tiết kiệm chi phớ lại đạt hiệu quả khỏ cao (gần như ngăn nước tuyệt đối).
Rừ ràng cọc vỏn thộp khụng chỉ đơn thuần là một loại phương tiện phục vụ thi cụng cỏc hố đào tạm thời mà cũn cú thể được xem như là một chủng loại vật liệu xõy dựng được sử dụng vĩnh cữu trong một số cụng trỡnh xõy dựng. Sản phẩm cọc vỏn thộp được cung cấp trờn thị trường cũng rất đa dạng về hỡnh dỏng, kớch cỡ (bề rộng bản, độ cao, chiều dày) nờn cũng khỏ thuận tiện cho việc chọn lựa một sản
Luận văn thạc sĩ - 53 -
phẩm phự hợp. Tất nhiờn, ứng với một cụng trỡnh cụ thể luụn cú nhiều giải phỏp thiết kế khỏc nhau sử dụng cỏc loại vật liệu khỏc nhau. Và khi đú, việc chọn lựa nờn hay khụng sử dụng cọc vỏn thộp cũn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện địa hỡnh địa chất, tỡnh trạng mực nước ngầm, giỏ thành, điều kiện thi cụng...Tuy nhiờn một điều chắc chắc là nhà đầu tư càng cú thờm nhiều cơ hội chọn lựa sao cho đạt được mục tiờu của mỡnh.
* Thi cụng
Thi cụng ộp cừ vỏn thộp (steel sheet pile) cú rất nhiều biện phỏp, nhưng cú lẽ ở VN, thường dựng nhất là ộp bằng bỳa rung. Cú 2 loại bỳa rung: loại dựng điện (thi cụng với xe cẩu) và loại thuỷ lực gắn trờn mỏy đào (excavator). Tần số rung thường trong khoảng từ 20 đến 40 Hz. Lực ly tõm do bỳa tạo ra cú thể lờn đến 4000 kN (tương đương 400 tấn).
Điều cần lưu ý khi thi cụng là sự cộng hưởng gõy ra bởi tần số rung cú thể gõy hại đến cỏc cụng trỡnh lõn cận.
Hỡnh 2-6: Sơ đồ nguyờn lý làm việc của cỏc loại mỏy rung
a) loại nối cứng: 1. Động cơ; 2. Đĩa lệch tõm; 3. Khối nặng. b) loại nối mềm: 4. Mũ cọc; 5. Lũ xo (spring);
c) loại va rung: 1. Vỏ mỏy; 2. Đĩa lệch tõm; 3,4. Bệ va đọ̃p;
5. Lũ xo; 6. Mũ cọc.
Cọc cừ thộp khúa lại với nhau được dựng nhiều trong đất nửa thấm hoặc bóo hũa dễ thấm và những loại đất khỏc tới xốp hoặc yếu đến mức sau này khụng cho phộp đúng vào dễ dàng. Khi mực nước ngầm khụng thể hạ thấp được, cọc cừ thộp
Luận văn thạc sĩ - 54 -
khúa lại trong điều kiện bỡnh thường đủ tỏc dụng để cắt dũng chảy tập trung đi qua đất dễ thấm cả phớa trờn và phớa dưới mức đào.
Cọc cừ thộp khúa lại thường được dựng trong đất cỏt ớt phải quan tõm đến mực nước ngầm. Trường hợp cú một vài cụng trỡnh cụng cộng đi qua những vật cản khỏc nằm dưới mặt đất thỡ phương phỏp này tỏ ra ưu việt về kinh tế. Những cừ thộp được hạ xuống hoặc bằng bỳa đúng hay bỳa chấn động, tựy thuộc vào loại đất. Bỳa rung dựng phổ biến trong đất cỏt. Trong thực tế đúng cọc ngày nay, với sự trợ giỳp của kỹ thuật dự bỏo trước, những cọc cừ cú thể hạ bằng bỳa rung trong cỏt chặt sõu tới 65ft hoặc hơn nữa với kỹ thuật hạ tương đối tốt.
Ưu điểm của tường cừ cú thể thi cụng nhanh, dễ dàng trong điều kiện đất là đồng nhất khi trong khối đào tồn tại những khối đỏ cỏ biệt, phế thải (gạch, bờtụng) những cụng trỡnh cũn sút lại, những vật cản sẽ làm cho việc sử dụng cừ gặp khú khăn bởi vỡ những vật đú hoặc làm hư hỏng cừ hoặc bị cừ làm hư hỏng. Loại ống thộp rỗng được đúng xuống hoặc khoan trước trong đất đỏ rồi hạ cọc. Những cọc này cũng cú thể cắm sõu xuống dưới đỏy khối đào rồi tự ổn định. Khi khối đào được đào sõu thỡ giữa cỏc cọc thộp này được đặt tấm vỏn bằng gỗ hay tấm bờtụng để giữ đất xung quanh. Những cọc này cú thể biến dạng tương đối theo khối đào và chỉ cú khả năng chống đỡ ở chiều cao nhỏ .Khi khối đào sõu những ống thộp này phải cú kết cấu chống đỡ như neo thộp. Điều kiện đất để sử dụng cọc này cú thể khỏc nhau và giống như việc sử dụng tường cừ thộp. Về cọc khoan nhồi cũng giống như trong thi cụng dõn dụng. Riờng những kết cấu chống đỡ cho những bức tường này cú thể là những neo thộp cắm sõu vào đỏ hoặc cắm sõu vào đất và được liờn kết ở đằng sau cỏc bức tường này. Kết cấu chống đỡ bằng neo này cú ưu điểm là khụng cản trở việc thi cụng thỏp so với kết cấu chống dỡ khỏc làm thu hẹp diện tớch thi cụng lại. Việc sử dụng chống đỡ tạm thời cho khối đào cú ưu điểm là cho phộp đặt những tấm chống thấm bờn mặt ngoài của kết cấu thỏp cụ thể những kết cấu chống đỡ này được thi cụng ngoài của vỏ thỏp và tạo ra 1 khoảng khụng để đặt tấm chống thấm trực tiếp vào mặt ngoài của thỏp khi kết thỳc xõy dựng
Luận văn thạc sĩ - 55 -
2.2.4.1.2. Kết cấu chống đỡ cho tường cừ:
* Khi chiều sõu hố đào nhỏ hơn 5m thường dựng thanh chống bằng thộp hoặc bờtụng.
Tuỳ theo kớch thước hố múng mà bố trớ thành chống một nhịp hoặc nhiều nhịp do cú trụ đỡ trung gian
a) b)
Hỡnh 2-7: Bố trớ hệ thanh chống ngang một nhip (a) hoặc nhiều nhịp (b)
Trong cỏc trường hợp bỡnh thường cú hai hỡnh thức bố trớ hệ thanh chống là hệ thanh chống ngang và hệ thanh chống xiờn.
- Hệ thanh chống xiờn:
Là hệ thanh chống cho tường thẳng đứng do dầm giằng dài, thanh chống xiờn, múng chống xiờn thường tỳ lờn đào ở giữa múng hoặc đầu cọc xem như múng chống nộn, thanh chống kết ngang và trụ đứng tạo thành.
Hệ chống xiờn đũi hỏi đất phải đào theo “hỡnh chậu”, tức là trước tiờn đào đất ở giữa, xung quanh sỏt tường thỡ chừa lại thành mỏi dốc, chờ sau khi lắp thanh chống xiờn xong mới đào hết phần mỏi dốc ở xung quanh. Khi đào sõu hơn thỡ thay đổi múng chống xiờn để đảm bảo độ nghiờng của thanh chống xiờn và mỏi đào. Biến dạng của hố múng phụ thuộc vào biến dạng của mỏi dốc và của múng chống xiờn, thường chỉ thớch hợp với nơi cú yờu cầu bảo vệ xung quanh khụng cao, độ sõu đào hố múng khụng lớn lắm. Với những hố múng cú kớch thước mặt bằng tương đối lớn, hỡnh dạng phức tạp, ỏp dụng phương ỏn chống xiờn cho tường đứng cú thể thu được hiệu quả kinh tế tương đối cao.
- Hệ chống ngang
Luận văn thạc sĩ - 56 -
Đõy là loại chống đỡ bờn trong hố múng nhằm truyền ỏp lực ngang của đất ( và ỏp lực nước) giữa tường đối diện hai bờn trong qua những thanh giằng chịu nộn. Thụng thường những thanh giằng hoặc là những đoạn ống hoặc dầm chữ I và thường được chất tải trước để tạo ra một hệ thống rất cứng. Việc lắp dựng những thanh giằng đề chống đỡ được tiến hành bằng cỏch đào đất ngay vị trớ thanh chống và chỉ tiếp tục đào khi việc chất tải đó hồn thành.
Việc chất tải trước nhằm đảm bảo tiếp xỳc chặt chẽ giữa cỏc bộ phận giằng đặt giữa dầm chữ I và một tấp đệm kớch chuyờn dụng được hàn với thanh chống. Tải trọng lờn thành giằng cú thể do hoặc bằng đồng hồ đo lực kộo hoặc cú thể ước tớnh theo cụng thức đàn hồi bằng cỏch đo khoảng cỏch tăng lờn giữa dầm chữ I và thanh giằng.
Hỡnh 2-8: Thộp dầm chữ I.
Phương phỏp thanh giằng chỉ thớch hợp trong những hố múng hẹp (18m đến 36m), khi mà việc sử dụng tường võy cú neo khụng khả thi. Những thanh giằng cú thể bị vừng quỏ mức do tải trọng bản thõn khi khoảng cỏch khối đào quỏ lớn. Khoảng cỏch giữa cỏc thanh giằng chỉ khoảng 4 đến 5m theo chiều thẳng đứng và nằm ngang.
* Khi chiều sõu khối đào lớn hơn 10m thường dựng thanh thộp giằng và neo vào vỏch.
Luận văn thạc sĩ - 57 -
- Loại tường được neo vào trong đất ngày càng được sử dụng rộng rói bởi cỏc tớnh năng nổi trội của nú:
+ Khả năng chịu tải của hệ neo cú khả năng cao theo sự tiến bộ về cụng nghệ.
+ Nhờ những thanh neo cắm vào đất sau lưng tường, nờn trong hố múng khụng cũn vật cản như cỏc phương phỏp chống đỡ khỏc, do vậy việc di chuyển đất đào của hố múng được liờn tục, cải thiện thi cụng kết cấu tầng hầm.
Để sự dịch chuyển của tường võy và lỳn của cụng trỡnh xung quanh khối đào là ớt nhất, những neo ứng suất trước được thiết kế cú cường độ cứng nhất trong điều kiện kinh tế cho phộp. Lực neo ứng suất trước được tạo ra tuỳ thuộc khoảng cỏch theo chiều thẳng đứng ( thường từ 2,1m ữ 3,9m) và nằm ngang của cỏc neo (từ 1,5m ữ 4,5m). Nếu khoảng cỏch này quỏ gần thỡ lực nộo sẽ giảm do tỏc động tương hỗ giữa cỏc vựng khoan phụt liền kề nhau.
Loại tường neo ứng suất trước thường dựng để chống đỡ tạm thời trong lỳc đào đất ở hố múng, cũn bản thõn kết cấu sàn sau khi xõy dựng sẽ tạo ra phản lực cố