4 Cỏc cao trỡnh chớnh
2.3.2.Bố trớ hệ thống cừ chống đỡ kết hợp tiờu nước phớa trong hố múng.
a) Đặc điểm cấu tạo của cọc cừ thộp
Cọc cừ thộp (cỏc tờn gọi khỏc là cừ thộp, cừ Larsen, cọc bản, thuật ngữ tiếng anh là steel sheet pile) là một cấu kiện dạng tấm cú cỏc rónh khoỏ (cũn gọi là 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 cừ thộp được sử dụng lần đầu tiờn vào năm 1908 tại Mỹ trong dự ỏn Black Rock Harbour, tuy nhiờn trước đú người í đó sử dụng tường cọc cừ bằng gỗ để làm tường võy khi thi cụng múng mố trụ cầu trong nước. Bờn cạnh gỗ và thộp, cọc cừ cũng cú thể được chế tạo từ nhụm, từ bờ tụng ứng lực trước. Tuy nhiờn với những ưu điểm vượt trội, cọc cừ thộp vẫn chiếm tỉ lệ cao trong nhu cầu sử dụng.
Ngày nay, trong lĩnh vực xõy dựng, cọc cừ thộp được sử dụng ngày càng phổ biến. Từ cỏc cụng trỡnh thủy cụng như cảng, bờ kố, cầu tàu, đờ chắn súng, cụng trỡnh cải tạo dũng chảy, cụng trỡnh cầu, đường hầm đến cỏc cụng trỡnh dõn dụng như bói đậu xe ngầm, tầng hầm nhà nhiều tầng, nhà cụng nghiệp. Cọc cừ thộp khụng chỉ được sử dụng trong cỏc cụng trỡnh tạm thời mà cũn cú thể được xem như một loại vật liệu xõy dựng, với những đặc tớnh riờng biệt, thớch hợp với một số bộ phận chịu lực trong cỏc cụng trỡnh xõy dựng.
Hỡnh dạng mặt cắt thường dựng chữ U, chữ Z hoặc cọc cừ thẳng bụng kiểu mỏng… tuỳ theo cỏc hóng sản xuất.
Kết cấu chẵn giữ bằng cọc cừ thộp tức là dựng cọc cừ thộp đúng vào trong đất, cú đặt cỏc thanh chống hoặc neo cần thiết để chống lại ỏp lực đất, ỏp lực nước, đảm bảo cho đất xung quanh hố múng được ổn định.
Chắn giữ bằng cọc cừ thộp cú ưu điểm là: chất lượng vật liệu của cọc cừ tin cậy, trong tầng đất yếu thỡ tốc độ thi cụng nhanh, và tương đối giản đơn, khả năng ngăn nước tương đối tốt, loại cọc cừ tạm thời cú thể nhổ lờn dựng lại nhiều lần, giỏ thành hạ.
Hỡnh 2.9. Hỡnh dạng mặt cắt cọc cừ thộp thường dựng
Cỏc thụng số chớnh khi lựa chọn cọc cừ thộp gồm cỏc kớch thước dài, rộng, chiều dày vỏn cừ, diện tớch mặt cắt, trọng lượng, mụ men quỏn tớnh, mụ men tĩnh.
* Tớnh toỏn
Khi lựa chọn chiều sõu đặt cừ, cú thể sử dụng phương phỏp giải tớch hoặc sử dụng phương phỏp phần tử hữu hạn để lựa chọn chiều sõu chụn cừ. Sau đú tiến hành kiểm tra vấn đề ổn định của cừ và đất sau lưng cừ theo một trong hai phương phỏp dưới đõy:
* Phương phỏp giải tớch
+ Dạng cừ khụng cú chống (dạng conson) chiều sõu chụn khoảng 10m: khi chiều sõu chụn cừ khụng lớn: sử dụng phương phỏp cõn bằng tĩnh hay phương phỏp Blum, hoặc phương phỏp đường đàn hồi (phương phỏp đồ giải).
+ Dạng cú một tầng chống: sử dụng phương phỏp giữ đất tự do hoặc giữ đất cố định (phương phỏp dầm tương đương). Chỳ ý khi sử dụng 2 phương phỏp này phải phõn tớch đặc tớnh của đất nền để lựa chọn phương phỏp hoặc cú thể sử dụng phương phỏp dầm đẳng trị. b b U b b b b h h h bề dầy a bề dầy e BZ RZ bề dầy a bề dầy e bề dầy e bề dầy a α bề dầy e
+ Dạng nhiều tầng chống: sử dụng phương phỏp dầm liờn tục, phương phỏp chia đụi tải trọng thanh chống.
Phương phỏp giải tớch được đề cập chi tiết ở nhiều tài liệu nghiờn cứu về nền múngnhư.
* Phương phỏp phần tử hữu hạn
Cú thể sử dụng phần mềm Plaxis để tớnh toỏn. Cần tiến hành tớnh cho hai bài toỏn thuận và nghịch:
+ Trước tiờn làm bài toỏn nghịch: Quy định hệ số ổn định của tường cừ, sau đú tỡm chiều sõu chụn cừ.
+ Bài toàn thuận: từ chiều sõu chụn cừ tiến hành tớnh toỏn lại hệ số ổn định của cừ.
* Ứng dụng
Với khả năng chịu tải trọng động cao, cọc cừ thộp rất phự hợp cho cỏc cụng trỡnh cảng, cầu tàu, đờ đập, ngoài ỏp lực đất cũn chịu lực tỏc dụng của súng biển cũng như lực va đập của tàu thuyền khi cặp mạn.
Trờn thế giới đó cú rất nhiều cụng trỡnh cảng được thiết kế trong đú cọc cừ thộp (thường kết hợp với hệ tường neo và thanh neo) đúng vai trũ làm tường chắn, đất được lấp đầy bờn trong và bờn trờn là kết cấu nền cảng bờ tụng cốt thộp với múng cọc ống thộp hoặc cọc bờ tụng cốt thộp ứng suất trước bờn dưới. Tường cọc thộp này cũng được ngàm vào bờ tụng giống như cọc ống.
Hệ tường neo thụng thường cũng sử dụng cọc cừ thộp nhưng cú kớch thước và chiều dài nhỏ hơn so với tường chớnh. Thanh neo là cỏc thanh thộp đường kớnh từ 40mm đến 120mm cú thể điều chỉnh chiều dài theo yờu cầu. Việc thiết kế cụng trỡnh cảng sử dụng cọc cừ thộp cú thể tiết kiệm về mặt chi phớ hơn vỡ nếu khụng dựng cọc cừ thộp thỡ số lượng cọc ống bờn dưới kết cấu nền cảng sẽ phải tăng lờn nhiều và phải thiết kế thờm cọc xiờn để tiếp thu hoàn toàn cỏc tải trọng ngang tỏc dụng vào kết cấu nền cảng.
Bờn cạnh cụng trỡnh cảng, nhiều cụng trỡnh bờ kố, kờnh mương, cải tạo dũng chảy cũng sử dụng cọc cừ thộp do tớnh tiện dụng, thời gian thi cụng nhanh, độ bền chịu lực tốt.
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 cừ thộp để ổn định mỏi dốc hay làm bờ bao cũng tỏ ra khỏ hiệu quả.
Trong thiết kế, cọc cừ thộp ngoài 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 cừ thộp bờn trong được sơn phủ để đỏp ứng tớnh thẩm mỹ đồng thời cũng để bảo vệ chống ăn mũn cho cọc cừ thộp.
Lĩnh vực mà cọc cừ thộp được sử dụng nhiều nhất đú là làm tường võy chắn đất hoặc nước khi thi cụng cỏc hố đào tạm thời. Cọc cừ 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 cừ thộp cú thể đứng độc lập (sơ đồ conson) 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.
b) Hệ thanh chống
Hệ thanh chống bằng thộp thường được sử dụng kết hợp với vỏn cừ thộp trong trường hợp hố múng cú chiều sõu lớn mà chiều rộng nhỏ, làm tăng khả năng ổn định của hệ thống vỏn cừ thộp.
* Thanh chống (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mặt cắt thường dựng của thanh chống và dầm đài cú thộp ống, thộp chữ H, thộp chữ I, thộp lũng mỏng và cỏc mặt cắt tổ hợp của chỳng (Hỡnh 2.10).
Hỡnh 2.10. Mặt cắt thường dựng của thanh chống bằng thộp
* Trụ chống và dầm đai, dầm ngang y y y y y x x x x x x x x x x y y y y y
Trong trường hợp bỡnh thường, từ mặt đỏy của hố đào trở lờn dựng trụ chống bằng thộp ghộp thành, mặt cắt như hỡnh 2.11, nhằm thuận tiện cho việc thi cụng cốt thộp bản đỏy của múng cụng trỡnh chớnh, đồng thời cũng thuận tiện cho việc liờn kết với cấu kiện thanh chống.
Hỡnh 2.11. Mặt cắt phần trờn của trụ chống
1)Thộp gúc L 120 ì 10; 2) Bản hoặc thành ghộp
Trụ chống từ đỏy đố đào trở xuống cú thể dựng cọc khoan nhồi đường kớnh khụng nhỏ hơn 650mm (cũng cú thể lợi dụng cọc cụng trỡnh), cũng cú thể dựng cọc thộp ống hoặc cọc thộp chữ H cú tiết diện bằng với phần trụ ở bờn trờn. Khi dựng cọc khoan nhổ thỡ chõn trụ chống ở bờn trờn nú phải chụn vào trong cọc khụng nhỏ hơn 4 lần cạnh dài của trụ chống thộp và phải hàn nối với lũng cốt thộp ở trong cọc.
Để đề phũng trụ chống bị lỳn hoặc sự đàn hồi của đất ở đỏy hố gõy ra ảnh hưởng bất lợi cho kết cấu chống giữ thỡ chõn trị chống phải đặt vào tầng đất tương đối tốt. Ở vựng đất mềm yếu độ sõu chõn trụ chống kể từ đỏy hố đào trở xuống khụng nờn nhỏ hơn 2 lần độ sõu hố đào.
Dầm đai thường đặt ở lưng tường theo yờu cầu của thiết kế, thường làm bằng thộp chữ U ghộp với nhau (hỡnh 2.12). Vị trớ của dầm cũng như số tầng dầm đai được bố trớ và lựa chọn theo kết quả tớnh toỏn. Để đơn giản trong tớnh toỏn, trừ 2 tầng dầm ở phớa đầu và chõn tường, cỏc tầng dầm ở phần giữa tường nờn bố trớ cỏch đều nhau, lỳc ấy ta cú thể xem trụ cứng hoặc bản/cọc của tường (trong phạm vi khoảng cỏch giữa cỏc thanh chống làm việc như dầm liờn tục cú nhịp bằng nhau).
.3 3 5 0 ~ 500m m 1 2
Hỡnh 2.12. Dầm đai của tường cọc cừ thộp 1. Thanh neo; 2. Cọc cừ thộp; 3. Dầm đai lưng tường
c) Cụng nghệ thi cụng
* Thiết bị thi cụng cọc cừ thộp
Thi cụng ộp cừ vỏn thộp cú rất nhiều biện phỏp, nhưng ở Việt Nam, 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). Ngoài ra người ta cũn dựng cỏc mỏy chuyờn dựng truyền động thủy lực như Giken Silent Piler.
Để việc đúng cọc cừ thộp được tiến hành thuận lợi, phải lựa chọn loại mỏy thi cụng cho thớch hợp, trong đú căn cứ chủ yếu là trọng lượng, độ dài và số lượng của cọc cừ thộp, tỡnh trạng chất đất phải cú lợi cho việc đúng và nhổ cọc cừ thộp, cần phải thoả món cỏc yờu cầu về khống chế tiếng ồn và chấn động đối với mụi trường xung quanh.
Trong quỏ trỡnh thi cụng cần lưu ý đến sự cộng hưởng gõy ra bởi tần số rung, nú cú thể gõy hại đến cỏc cụng trỡnh lõn cận.
1
2
Hỡnh 2.13. Sơ đồ thi cụng cọc cừ thộp bằng bỳa rung điện
1. Động cơ và đĩa lệch tõm 2. Ngàm liờn kết với đầu cọc cừ thộp
3. Lũ xo
Hỡnh 2.14. Cấu tạo chi tiết bỳa rung điện
* Đúng cọc cừ thộp
Vị trớ đúng cọc cừ thộp phải ở chỗ mộp ngoài nhất của múng, phải chừa lại khe hở đủ để dựng và dỡ cốp pha và thuận tiện cho việc thi cụng bằng mỏy.
Trong trường hợp hiện trường chật hẹp cũng cú thể lợi dụng cọc cừ thộp để làm cốp pha sườn của bản đỏy hoặc đài nõng, nhưng nhất thiết phải cú lút bằng tấm sơ sợi (hoặc giấy dầu) để tiện cho khi nhổ cọc cừ thộp sau này.
Trước khi cọc cừ thộp đưa vào sử dụng, cọc phải được kiểm tra, sửa sang lại, đặc biệt là loại cọc đó nhổ lờn dựng lại nhiều lần, trong quỏ trỡnh nhổ lờn, vận chuyển, xếp dỡ, dễ bị biến dạng vỡ cỏc nhõn tố khỏc, khi kiểm tra những khiếm khuyết bề mặt hoặc cong vờnh đều phải được sử sang, uốn nắn.
Đặc biệt lưu ý trỡnh tự thi cụng cọc để trỏnh hiện tượng cừ thộp phải chịu tải tạm thời quỏ lớn ở khu vực mặt bằng xung quanh hố múng.
Để đảm bảo đường trục của cọc cừ sau khi thi cụng, phải cú thiết bị dẫn hướng, của cọc cừ thộp. Dầm dẫn hướng, và cọc dẫn hướng cú thể dựng thộp hỡnh, cũng cú thể dựng gỗ, mộp giữa cỏc thanh dầm dẫn hướng là bề rộng của tường cọc cừ. Thiết bị dẫn hướng sau khi đúng cọc xong lại thỏo ra để sử dụng tiếp cho đoạn đúng cọc sau đú.
U
Phương phỏp đúng cọc thộp chủ yếu như sau: (1) Phương phỏp đúng từng chiếc cọc một: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tức là đem từng chiếc cọc một đúng cho đến cốt thiết kế, phương phỏp này tốc độ nhanh, độ cao giỏ cọc cú thể thấp hơn một chỳt, nhưng cọc dễ bị nghiờng lệch, khi cú yờu cầu cao về độ chớnh xỏc của cọc hoặc cọc khỏ dài (lớn hơn 10m) thỡ khụng nờn dựng.
(2) Phương phỏp đúng theo kiểu bỡnh phong:
Cho từ 10 – 20 cõy cọc cắm thành hàng vào trong giỏ đúng cọc thành như cỏi bỡnh phong, sau đú mỏy đúng cọc di chuyển đi lại, cho hai đầu xuống tới độ sõu yờu cầu trước, rồi đúng lần lượt cọc bờn trong xuống, phương phỏp này cú thể phũng ngừa cọc bị nghiờng hoặc bị quay trong khi đúng, những kết quõy giữ mà cú yờu cầu
kớn khớt thỡ hay dựng phương phỏp này. Nhược điểm của phương phỏp này là tốc độ đúng cọc chậm hơn và giỏ đúng cọc phải cao hơn.
* Nhổ cọc cừ thộp
Lực cản khi nhổ cọc cừ thộp do hai lực tổ thành là lực mỳt chặt cọc và lực ma sỏt bề mặt của cọc. Cú ba phương phỏp nhổ cọc là nhổ bằng lực tĩnh, nhổ bằng chấn động và nhổ bằng xung kớch, bất kể là phương phỏp nào cũng xuất phỏt từ việc phải khắc phục lực cản nhổ cọc.
Nhổ cọc cừ thộp dễ hay khú quyết định phần lớn là ở lỳc đúng xuống cú thuận lợi hay khụng. Nếu cọc đúng trong đất cứng hoặc là đất cỏt chặt thỡ khi nhổ cọc sẽ rất khú khăn, đặc biệt là khi mộng ngoạm của một số cọc bị biến dạng hoặc độ thẳng đứng kộm thỡ khi nhổ lực cản sẽ rất lớn. Ngoài ra, khi đào hố múng nếu chống khụng kịp thời cọc sẽ bị xiờn lệch đi thỡ nhổ cũng rất khú khăn.
+ Trỡnh tự bắt đầu nhổ cọc: Cú thể căn cứ vào tỡnh trạng khi đúng cọc để xỏc định trỡnh tự bắt đầu nhổ cọc, khi cần thiết cũng cú thể nhổ cọc giỏn cỏch. Trỡnh tự khi nhổ cọc tốt nhất là ngược chiều với trỡnh tự khi đúng cọc.
+ Trong quỏ trỡnh nhổ cọc nhất thiết phải đảm bảo cho mỏy nhổ ở vào trạng thỏi làm việc thuận lợi, tăng cường kiểm tra dõy cỏp chịu lực, trỏnh bất ngờ bị đứt dõy cỏp.
+ Khi cọc cừ thộp nhổ khụng được, cú thể dựng bỳa chấn động hoặc bỳa điờzen đúng lại một lần để khắc phục lực dớnh, hoặc làm cho sạch gỉ ở cọc thỡ cú thể nhổ thuận lợi hơn.
+ Nhổ cọc cú thể kộo theo đất lờn làm thành lỗ hổng và làm cho tầng đất bị chất động, đặc biệt là trong tầng đất mềm yếu, cú thể làm lỳn kết cấu hoặc đường ống đó thi cụng ở gần hố múng, cú khi làm lỳn mặt đất, ảnh hưởng đến an toàn của cụng trỡnh xõy dựng và thiết bị ở xung quanh. Do đú phải cú cỏc biện phỏp hữu hiệu để giải quyết. Cỏc lỗ hổng tạo ra khi nhổ cọc phải dựng cỏt trung để lấp kớn lại, hoặc lấp bằng vữa đất nở, khi cú yờu cầu cao đối với biến dạng dịch chuyển của đất trong lỳc nhổ cọc, phải dựng phương phỏp nhổ đến đõu thỡ đổ vữa lấp ngay đến đấy.