Phương pháp này sẽ tạo ra những hàng cọc làm việc như tường chắn đất, có thể là cọc thi công tại chỗ hoặc cọc bê tông đúc sẵn. Phương pháp cọc thi công tại chỗ có thể phân thành3 loại như sau:
1. Tường cọc đúc tại chỗ: Khoan đào lỗ cọc tới độ sâu thiết kế bằng máy khoan xoắn ốc, đổ bê tông cọc, hạ lồng thép hoặc thép hình. Đường kính cọc trong khoảng từ 30-60 cm. Quy trình thi công được minh họa theo hình 1.15.
2. Tường cọc nhồi bê tông cốt thép: Khoan đào lỗ cọc tới độ sâu thiết kế, trong khi
khoan lỗ, giữ thành hố khoan bằng dung dịch bentonite. Sau khi khoan tạo lỗ xong, hạ lồng thép, đổ bê tông cọc qua ống tremi bằng phương pháp vữa dâng, đồng thời thu hồi dung dịch bentonite. Nếu khoan tạo lỗ trong ống casing thì không cần phải dùng dung dịch giữ thành hố khoan.Đường kính cọc trong khoảng từ 60-200 cm.
Trình tự thi công tường cọc nhồi bê tông cốt thép được minh họa theo hình 1.16.
Hình 1.16: Trình tự thi công tường cọc nhồi bê tông cốt thép
3. Tường cọc xi măng đất trộn sâu: Cọc xi măng đất hay cọc vôi đất là phương pháp dùng máy tạo cọc để trộn cưỡng bức xi măng, vôi với đất yếu. Ở dưới sâu, lợi dụng phản ứng hoá học - vật lý xảy ra giữa xi măng(vôi) với đất, làm cho đất mềm đóng rắn lại thành một thể cọc có tính tổng thể, tính ổn định và có cường độ nhất định. Khả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô cho đến bùn yếu), thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điều
kiện hiện trường chật hẹp... Tuy nhiên, chất lượng của kết cấu tường cọc xi măng đất phụ thuộc nhiều vào công nghệ thi công và chất lượng thi công. Quy trình thi
công cọc xi măng đất trộn sâu được minh họa theo hình 1.18.
Hình 1.19: Hình ảnh thi công tườngcọc xi măng đất trộn sâu 1.3.4 Tường liên tục trong đất
Khái niệm:Công nghệ thi công tường liên tục trong đất là dùng các máy đào
đặc biệt để đào móng, có sử dụng dung dịch giữ thành hố đào (sét bentonite, dung
dịch SuperMud...) thành những đoạn hào với độ dài nhất định; sau đó đem lồng cốt
thép đã chế tạo sẵn trên mặt đất đặt vào trong móng. Dùng ống dẫn đổ bê tông vào từng đoạn tường, nối các đoạn tường lại với nhau bằng các đầu nối đặc biệt (như ống nối tường, hoặc hộp đấu nối...) hình thành một bức tường liên tục trong đất bằng bêtông cốt thép [2].
Hiện nay công nghệ tường trong đất được áp dụng khá rộng rãi, linh hoạt với nhiều loại chiều dày tường: 0.6m, 0.8m, 1.0m, 1.2m… tùy thuộc vào chiều sâu hố đào, điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn…
Ưu điểm:
- Mức rung động, mức ồn khi thi công thấp
- Độ cứng tường lớn, do đó biến dạng tường nhỏ
- Có thể linh hoạt thay đổi chiều dày, chiều sâu tường, thích hợp với nhiều loại đất nền
- Khả năng chống thấm cao
- Bản thân tường cùng với kết cấu sàn móng làm việc đồng thời như một hệ móng cọc, tối ưu sự làm việc của kết cấu móng và phần ngầm
Nhược điểm:
- Chi phí cao, máy móc thiết bị cồng kềnh, thời gian thi công kéo dài
- Những hệ thống thiết bị đi kèm (ví dụ như bể chứa bùn sét) chiếm một diện tích lớn
- Phương pháp này không thể áp dụng cho đất dạng cuội sỏi
- Khó thi công khi gặp cát chảy
- Việc xử lý bùn thải làm tăng chi phí cho công trình.
- Vấn đề sụt lở thành hố đào. Khi mực nước ngầm dâng lên nhanh mà mặt
dung dịch giữ thành giảm mạnh, trong tầng trên có kẹp lớp đất cát tơi xốp, mềm yếu, việc quản lý thi công không thoả đáng...đều có thể dẫn đến sụt lở thành móng, lún mặt đất xung quanh...
Quy trình thi công tường trong đất:
Bước 2: Đào đất theo tường dẫn hướng
Bước 5: Lặp lại quá trình từ bước 2 đến bước 4
Hình 1.20: Trình tự thi công tường trong đất
Hình 1.22: Kết cấu tường trong đất 1.4 Đặc điểm địa chất công trình đất nền khu vựcHà Nội 1.4.1 Điều kiện địa chất tổng thể
Theo các tác giả Vũ Công Ngữ và tập thể [6], Đoàn Thế Tường [10], trên quy
mô lớn, có thể thấy trình tự của các lớp trong tầng đất ở Hà Nội như sau: đất lấp và hữu cơ; sét; cát; cuội sỏi. Lớp sét cấu thành mái của mực nước ngầm, nước ngầm có áp được chứa trong các lớp cát.Theo các số liệu đã có, độ thấm của đất cát biến
thiên giữa 10-6÷10-7 m/sec.
1.4.1.1 Quy luật phân bố trầm tích Hệ thứ Tư của thành phố Hà Nội
Thành phố Hà Nội nằm gần trung tâm vùng trũng đồng bằng miền Bắc, được cấu tạo từ các trầm tích mềm rời hệ thứ Tư có bề dày khá lớn phủ bất chỉnh hợp trên các đá gốc cát kết, sét kết, cuội kết của Neogen. Bề dày của lớp phủ trầm tích hệ thứ Tư trong khu vực TP Hà Nội thay đổi trong khoảng từ 80-90m đến 130-150m.
Trong lát cắt của các trầm tích mềm rời hệ thứ Tư, trầm tích sông Pleixtocen
thuộc tầng Hà Nội bao gồm cát hạt từ trung đến thô lẫn dăm sạn và cuội, sỏi phân bố phía dưới cùng của lát cắt và phủ trực tiếp trên các đá gốc Neogen chiếm một tỷ trọng đáng kể với bề dày bằng gần một nửa bề dày của trầm tích toàn hệ.
Phần phía trên của lát cắt với bề dày 35-45-50m được cấu thành bởi các đất mềm rời có nguồn gốc, thành phần, tính chất rất khác nhau, phân bố theo diện và chiều sâu rất phức tạp. Tóm tắt cấu tạo địa tầng của Hà Nội như sau:
Bảng 1-2: Cấu tạo địa tầng Hà Nội
Phần trên
Tầng Thái Bình, Hải Hưng và Vĩnh Phúc.
Đa dạng về nguồn gốc, tuổi, thành phần, tính chất và đặc điểm phân bố cả theo diện và theo chiều sâu.
Đất dính, đất rời, đất đặc biệt Nguồn gốc sông, sông – biển, hồ lầy ven biển.
Tuổi Holocen, Pleixtocen Bề dày thay đổi.
Phần dưới
Tầng Hà Nội, aQI-II
Cát, cuội, sỏi
Phân bố từ độ sâu hơn 35 m Nước phong phú
1.4.1.2 Cấu trúc nền tự nhiên Thành phố Hà Nội
Phần trên của lát cắt địa chất của vùng Hà Nội chính là đối tượng nghiên cứu, khảo sát phục vụ cho xây dựng các loại công trình khác nhau, đặc biệt là các công trình ngầm. Dựa trên đặc điểm phân bố theo diện và theo chiều sâu của các loại đất có mặt trong khu vực Hà Nội, các đặc tính cơ lý của chúng, có thể phân biệt ba dạng nền tự nhiên chính trong phần trên của lát cắt đang xét. Đó là dạng nền tự nhiên đồng nhất, dạng nền không đồng nhất có hai lớp và dạng nền đa lớp có đất yếu.Dạng nền đồng nhất có cấu tạo từ chỉ một loại đất cùng tên gọi, cùng nguồn gốc và tất nhiên có cùng các tính chất cơ lý.Dạng nền hai lớp cấu tạo từ hai lớp đất khác loại và khác hẳn nhau về thành phần, tính chất.Dạng nền đa lớp cấu tạo từ nhiều lớp đất khác loại, nhưng có mặt một lớp đất có thành phần, tính chất đặc biệt.Cấu tạo của các dạng nền tự nhiên trong phạm vi thành phố Hà Nội như sau:
Bảng 1-3: Các dạng nền tự nhiên trong khu vực thành phố Hà Nội
Loại
nền Dạng nền Các đặc trưng cơ bản Diện phân bố
A: Đơn lớp đồng nhất A1
Đất loại sét, tầng Vĩnh Phúc, nguồn gốc sông–
biển, tuổi Pleixtocen, đồng nhất về thành phần và tính chất. Ro = 0.25-0.3 Mpa, E =10MPa Tây nam Từ Liêm; Đông Anh A2
Đất loại sét, tầng Thái Bình, nguồn gốc sông, tuổi Holocen, kém đồng nhất về thành phần và tính chất. Ro =0.08-0.10 Mpa, E = 5-8 MPa Nội thành Hà Nội B: Hai lớp B1 Lớp 1: Đất loại sét, tầng Vĩnh Phúc, dày 10m; Lớp 2: Đất cát, tầng Vĩnh Phúc, chặt trung bình, dày tới 20 m Bắc Đông Anh B2
Lớp 1: Đất loại sét, tầng Thái Bình, dày 5-10m;
Lớp 2: Đất cát, tầng Thái Bình, chặt trung bình, dày tới 20 m Nam Đông Anh và Thanh trì; Gia Lâm C: Đa lớp, có đất yếu C1
Lớp 1: Đất loại sét, tầng Vĩnh Phúc, dày tới
10m;
Lớp 2: Đất hữu cơ, tầng Vĩnh Phúc, dày tới 10
m, Ro =0.05-0.07 Mpa, E =3-5 MPa Lớp 3: Cát, tầng Vĩnh Phúc Bắc Đông Anh C2
Lớp 1: Đất loại sét, tầng Thái Bình, dày 5-10m;
Lớp 2: Đất hữu cơ, tầng Hải Hưng, dày tới 10m
Ro = 0.05 Mpa, E= 3 MPa Lớp 3: Đất sét (cát), tầng Vĩnh Phúc Đông Anh, Gia Lâm (khoảnh nhỏ) C3
Lớp 1: Đất loại sét, tầng Thái Bình, dày 5-10m;
Lớp 2: Đất bùn hữu cơ, tầng Hải Hưng, dày tới
5-30m
Ro< 0.05 MPa, E < 0.3 MPa
Lớp 3: Đất sét (cát), tầng Vĩnh Phúc
Thanh Trì,
nam Từ
1.4.2 Đánh giá các dạng nền tại Hà Nội phục vụ thi công xây dựng công trình ngầm ngầm
Mức độ thuận tiện cho xây dựng các công trình ngầm được đánh giá theo các
tiêu chí sau:
- Tính phức tạp của công tác khảo sát địa chất công trình
- Khả năng mất ổn định về độ bền và biến dạng của các đất xung quanh
công trình dự định xây dựng
- Tính phức tạp củacác giải pháp và công nghệ xây dựng
Dựa vào quy luật phân bố các dạng đất nền, khu vực thành phố Hà Nội có thể
được phân chia thành ba khu theo mức độ thuận tiện cho công tác xây dựng các
1: Sông Hồng; 2: Hồ Tây
Hình 1.23: Chia khu địa chất công trình thành phố Hà Nội theo mức độ thuận tiện xây dựng công trình ngầm
Khu A: Khu rất thuận tiện
Khu này bao gồm các diện tích phân bố dạng nền đồng nhất. Khi khảo sát xây
dựng, công tác thu thập các tài liệu địa chất công trình đã có là quan trọng. Các
khảo sát phụ thêm chỉ nhằm kiểm tra các thông số hiện có và bổ sung thêm các đặc tính địa chất công trình đặc biệt liên quan đến thiết kế. Khối lượng công tác khảo sát
dọc tuyến công trình cũng không lớn và chỉ nên bố trí tại các vị trí trọng yếu của công trình dự định thiết kế. Công trình có thể đặt tại bất cứ độ sâu nào trong khoảng độ sâu 20-30m tuỳ thuộc vào khả năng của các biện pháp thi công và đặc điểm công trình.Đặc biệt thuận tiện cho phương pháp đào hở, thành hố đào ổn định ở độ sâu đào lớn.Nước ngầm vắng mặt, vấn đề chỉ là thoát nước mặt trong điều kiện thời tiết bất lợi.Thuận tiện cho cả phương pháp đào ngầm. Căn cứ vào tính đồng nhất và dị hướng của đất trong khu có thể phân biệt hai phụ khu: phụ khu đặc biệt thuận tiện (A1) và phụ khu rất thuận tiện (A2). Phụ khu A1 gồm các diện tích của dạng nền đồng nhất kiểu I-a và phụ khu A2 gồm các dạng nền đồng nhất kiểu I-b. Đất trong phụ khu A2 kém đồng nhất hơn theo diện và theo chiều sâu, tính dị hướng thể hiện rõ. Các thấu kính hoặc các phân lớp mỏng của các đất khác loại thường gặp hơn và có thể chứa nước.
Khu A phân bố tại Từ Liêm, phần phía nam giáp sông Hồng của Đông Anh và phần lớn khu vực nội thành Hà Nội.
Khu B: Khu tương đối thuận tiện
Khu này bao gồm các diện tích phân bố dạng nền hai lớp. Vấn đề chủ yếu khi khảo sát xây dựng trong khu này chỉ là xác định rõ gianh giới phân chia hai lớp đất cấu thành lát cắt của khu và đặc điểm địa chất thuỷ văn của lớp đất hạt rời nằm dưới. Khi công trình ngầm phân bố trong giới hạn lớp đất dính phía trên (trong phạm vị trung bình 10m sâu), mức độ thuận tiện như khu A. Cần lưu ý khả năng bùng nền đáy hố đào sâu do áp lực nước lỗ rỗng khi tầng đất hạt rời phía dưới chứa nước có áp. Khi công trình ngầm nằm sâu, vấn đề chủ yếu cần chú ý giải quyết là ổn định thành vách, đáy các hố đào trong lớp đất hạt rời tại các trạm đầu mối cũng như vấn đề thoát nước trong quá trình thi công.Khi ấy, các biện pháp chống thấm cho công trình cũngphải được lưu ý trong thiết kế.
Khu C: Khu ít thuận tiện
Khu này bao gồm các diện tích phân bố dạng nền đa lớp có đất yếu. Xác định diện phân bố, gianh giới phân chia theo chiều sâu của các lớp đất, đặc biệt lớp đất yếu, có mặt trong phạm vị xây dựng công trình là nhiệm vụ hàng đầu. Vấn đề lấy mẫu nguyên trạng và phương pháp xác định tính chất cơ lý của đất yếu đáp ứng với yêu cầu thiết kế cũng đặc biệt quan trọng. Cần thiết áp dụng kết hợp nhiều phương pháp khảo sát, thí nghiệm ngoài trời, trong phòng thích hợp với khối lượng hợp lý cho các mục đích trên. Khi thi công đào hở, cần chú trọng các biện pháp gia cố thành vách hố đào hợp lý vừa đảm bảo ổn định cho bản thân hố đào vừa cho các
công trình lân cận, xung quanh chúng. Khi thi công đào ngầm, cần định trước các biện pháp thi công thích hợp do tuyến công trình cắt qua các vùng có cấu tạo địa chất khác nhau. Chú trọng các giải pháp móng thích hợp tránh biến dạng lún, lún không đều cho công trình. Các quan trắc lâu dài theo dõi ổn định, biến dạng môi trường xung quanh trong quá trình sử dụng là cần thiết.
Khu C phân bố trên địa phận Thanh Trì và một vài khoảnh nhỏ rải rác tại Đông Anh, Gia Lâm, Từ Liêm.
1.5 Tóm tắt chương 1
Chương này đã giới thiệu tổng quát về tình hình phát triển xây dựng nhà cao tầng có tầng hầm hiện nay ở Việt Nam nói chung và ở Hà Nội nói riêng. Đồng thời, đã giới thiệu các phương pháp thi công tầng hầm và các giải pháp tường cừ chắn giữ hố đào phổ biến hiện nay.
Về mặt kinh tế, công trình có tầng hầm là dạng công trình mà ở đó có thể gây lãng phí nếu lựa chọn giải pháp thiết kế, thi công không phù hợp với đặc điểm dự án. Về mặt kỹ thuật, đây là dạng công trình phức tạp, thi công hố đào sâu làm thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng trong đất nền xung quanh khu vực hố đào, có thể làm thay đổi mực nước ngầm dẫn đến nền đất bị dịch chuyển, có thể gây lún, gây hư hỏng công trình lân cận. Vì vậy, cần phải tính toán, lựa chọn giải pháp thi công
phù hợp, đảm bảo an toàn trong quá trình thi công, đồng thời đạt hiệu quả về kinh tế, kỹ thuật.
Trong chương 1 cũng đã khái quát đặc điểm địa chất công trình đất nền khu vực Hà Nội và phân khu địa chất theo mức độ thuận tiện cho thi công phần ngầm. Đây là cơ sở của những tính toán ứng dụng để đánh giá hiệu quả sử dụng tường trong đất kết hợp với công nghệ Top-down trong xây dựng nhà cao tầng ở Hà Nội sẽ được thực hiện trong chương 3.
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN HỐ ĐÀO SÂU 2.1 Tải trọng tác dụnglên kết cấu chắn giữ
Tải trọng tác động lên kết cấu chắn giữ chủ yếu là:
- Áp lực đất ;
- Áp lực nước ;
- Tải trọng truyền từ móng qua môi trường đất của công trình xây dựng
trong phạm vi vùng ảnh hưởng (ở gần hố móng);
- Tải trọng thi công: ôtô, cần cẩu, vật liệu xếp trên hiện trường, lực neo giữ