Khi thiết kế, thi công hố móng sâu [3] cần phải tuân thủ các nguyên tắc sau nhằm đảm bảo độ an toàn, đảm bảo tính hợp lý về kinh tế và tiến độ công trình:
- An toàn: Đáp ứng yêu cầu về cường độ, tính ổn định và sự biến dạng của kết cấu chắn giữ, đảm bảo an toàn cho công trình xung quanh.
- Hợp lý về kinh tế: Ngoài nguyên tắc đảm bảo an toàn công trình cần phải xác định được phương án thiết kế thi công có hiệu quả kinh tế kỹ thuật phù hợp với các điều kiện địa chất, vật liệu, thiết bị, nhân công và tiến độ công trình.
- Tính khả thi: Trên nguyên tắc an toàn và kinh tế thì cần phải xem xét tính khả thi của thiết kế và biện pháp thi công hố móng, tạo điều kiện thuận lợi cho thi công, rút ngắn thời gian thi công, sử dụng thiết bị sẵn có v.v...
Về mặt thiết kế kết cấu chắn giữ hố móng và nền thường phải thõa mãn một trong hai nhóm trạng thái giới hạn sau đây:
- Nhóm 1cần thỏa mãn về:
+ Ổn định vị trí của tường, chống trượt, lật, xoay.
+ Ổn định sức chịu tải và ổn định cục bộ của nền.
+ Cường độ của các cấu kiện và mối nối.
+ Sức chịu tải và độ bền của các kết cấu neo.
+ Ổn định và độ bền của kết cấu thanh chống.
+ Ổn định thấm của nền.
- Nhóm 2 cần thỏa mãn về:
+ Tính theo biến dạng nền, tường chắn và cấu kiện của nó.
+ Tính các cấu kiện của kết cấu tường theo sự phát triển của vết nứt.
+ Ổn định của thành hố đào khi tường làm việc trong đất.
18
+ Kể đến ảnh hưởng của hố đến công trình lân cận.
Về mặt thi công cần chú ý:
- Đặc điểm công nghệ và trình tự thi công.
- Bơm hút nước, neo đất, kết cấu thanh chống;
- Khả năng thay đổi các đặc trưng cơ lý của đất có liên quan tới quá trình khoan, đóng và các tác động công nghệ khác.
- Sự cần thiết của kết cấu chắn giữ chống thấm nước.
- Sự cần thiết dùng các giải pháp kết cấu để giảm áp lực lên tường chắn ( cấu kiện giải tỏa tải trọng, vải địa kỹ thuật…).
1.3.1. Tính toán áp lực đất, nước
1.3.1.1. Áp dụng lí luận áp lực đất
Trong nhiều năm qua, giới khoa học kỹ thuật ở Trung Quốc[3] đã làm nhiều thí nghiệm nghiên cứu về áp lực đất của công trình hố móng và cho thấy rằng kết quả tính toán theo lí luận áp lực đất kinh điển là tương đối phù hợp với thực tế tại các vùng đất yếu. Còn các vùng đất không bão hòa, tính toán áp lực đất dùng lí luận áp lực đất kinh điển và các phương pháp thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu cường độ, với kết quả tính toán thường có chênh lệch nhiều so với thực tế. Với các vùng đất có mực nước ngầm sâu, độ ẩm của đất thấp thì lại tỏ ra quá an toàn.
1.3.1.2. Tính riêng áp lực đất, nước
Hiện nay, các chuyên gia ở nhiều nước thường tính riêng áp lực đất với loại đất có tính thấm nước mạnh như cát, sỏi, đá… điều này trên căn bản đã được công nhận rộng rãi.
Còn đối với vấn đề với áp lực đất nước của loại đất có tính thấm ít như đất mịn, đất sét thì nhận thức vẫn còn khác nhau.
1.3.1.3. Phương pháp thí nghiệm xác định các thông số cường độ của đất
Thông thường việc xác định các thông số về cường độ [4], [5]của đất chưa phản ánh chuẩn xác và đầy đủ như thực tế của đất, dẫn đến việc ảnh hưởng kết quả của việc tính
19
toán áp lực đất. Bên cạnh đó việc cùng một thông số được thí nghiệm trên nhiều thí bị khác nhau và nhiều phương pháp thí nghiệm khác nhau lại cho kết quả khác nhau.
Ngoài ra, cường độ của đất nền sẽ có biến đổi theo thời gian thi công, không phải là hằng số. Vì vậy khi thực hiện thí nghiệm thì nguyên tắc là hết sức cố gắng để có kết quả thể hiện gần nhất với khả năng chịu lực và điều kiện thoát nước trong thực tế của đất nền.
1.3.2. Tính toán bằng lý luận và hiệu chỉnh theo kinh nghiệm
Do có nhiều nguyên nhân làm cho kết quả tính toán chưa đủ tin cậy, như một số tính chất của đất còn khó biểu thị bằng định lượng, có tính phân tán lớn và trị số còn nhiều ảnh hưởng bởi phương pháp đo. Bên cạnh lý luận về cơ học đất chưa hoàn thiện. Vì vậy cần thiết phải có sự hiệu chỉnh bằng kinh nghiệm thực tiễn.
1.3.3. Hiệu ứng thời gian, không gian của công trình hố móng
Đây là đặc trưng chủ yếu của công trình hố móng, trong đó hình dạng mặt bằng, độ sâu đào, hoàn cảnh xung quanh, điều kiện tải trọng, thời gian đào hố dài hay ngắn, đều có ảnh hưởng rất lớn đến chịu lực và biến dạng. Nhất là trong những vùng đất yếu, do đào hố và hạ nước ngầm sẽ làm cho nước trong đất biến đổi, do đó cần phải kể đến trạng thái chịu lực không gian cũng như trạng thái ứng suất và biến dạng thay đổi theo thời gian của nó.
Chúng ta chú ý đến lúc đào hố móng tại vùng đất yếu, hiệu ứng không gian - thời gian vô cùng quan trọng, kịp thời chống giữ thì sự cố không xảy ra và ngược lại sẽ gây ra ảnh hưởng rất lớn đến hố móng cũng như các công trình lân cận.
1.3.4. Khống chế mực nước ngầm
Qua các sự cố công trình hố móng [6] trong những năm gần đây cho thấy: đa phần sự cố có liên quan tới nước ngầm. Cho nên, thiết kế kết cấu ngăn nước phải căn cứ vào điều kiện địa chất thủy văn, tham khảo các công trình xung quanh, áp dụng các biện pháp chuyên môn hữu hiệu.
20
Chất lượng chống thấm của kết cấu ngăn nước vô cùng quan trọng, nhưng sự biến dạng của kết cấu chắn giữ lại là nguyên nhân chính gây ra sự thấm nước qua tường chắn.
1.3.5. Khống chế biến dạng của hố móng
Đây chính là nội dung quan trọng của hiệu ứng thời gian, không gian, cũng là một vấn đề lớn được mọi người chú ý trong công trình hố móng. Vấn đề biến dạng của hố móng bao gồm đất ở vùng hố móng do đào hố, hạ nước ngầm làm cho mặt nền bị biến dạng lún xuống, đồng thời cũng bao gồm vấn đề bản thân kết cấu chỗng giữ biến dạng nghiêng vào phía trong hố.