Tải bản đầy đủ

Phân tích ổn định hố móng sâu nhà cao tầng trên đất yếu tại sóc trăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

LÊ NGOAN

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỐ MÓNG SÂU NHÀ CAO TẦNG
TRÊN ĐẤT YẾU TẠI SÓC TRĂNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI


LÊ NGOAN

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỐ MÓNG SÂU NHÀ CAO TẦNG
TRÊN ĐẤT YẾU TẠI SÓC TRĂNG

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số: 60-58-02-04

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐỖ TUẤN NGHĨA

HÀ NỘI - 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Lê Ngoan, học viên lớp cao học 24ĐKT12, chuyên ngành Địa Kỹ thuật xây
dựng. Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Phân tích ổn đinh hô móng sâu nha cao
tầng trên đất yếu tại Sóc Trăng” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, tôi không sao
chép và kết quả của luận văn này chưa công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu
khoa học nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi
nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Sóc Trăng, ngày 22 tháng 12 năm 2017
Tác giả

Lê Ngoan

3

i


LỜI CẢM ƠN
Sau gần 02 năm tham gia học tập chuyên ngành Địa Kỹ thuật xây dựng với sự chỉ dẫn
nhiệt tình của Quý thầy cô giáo. Tác giả đã hoàn thành khóa học với đề tài tốt nghiệp
“Phân tích ổn định hố móng sâu nhà cao tầng trên đất yếu tại tinh Sóc Trăng”.
Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến thầy PGS.TS.
Hoàng Việt Hùng và TS. Đỗ Tuấn Nghĩa đã dành nhiều thời gian giúp đỡ nhiệt tình,
hướng dẫn tôi trong suốt thời gian học tập, thực hiện luận văn; giúp cho tác giả có
được những kiến thức hữu ích, làm nền tảng định hướng cho công tác chuyên môn.
Tác giả cũng xin chân thành cám ơn đến Quý thầy cô Bộ môn Địa Kỹ thuật cùng Quý


thầy cô Phòng đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học Thủy Lợi đã nhiệt tình giảng dạy
và tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành khóa học này.
Lời cám ơn chân thành xin gửi đến gia đình, bạn bè và các bạn học viên Lớp cao học
Địa Kỹ thuật xây dựng (24ĐKT12), đặc biệt là các bạn cùng đơn vị công tác và nhóm
bạn làm Luận văn do TS. Đỗ Tuấn Nghĩa trực tiếp hướng dẫn đã động viên tinh thần,
giúp đỡ và hỗ trợ tôi rất nhiều trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn tốt
nghiệp.
Tuy đã có những cố gắng song do thời gian có hạn, kiến thức bản thân còn hạn chế nên
luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót và tồn tại, tác giả mong nhận

được mọi ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành của quý thầy cô giáo, anh chị em
và các bạn đồng nghiệp.
Trân trọng kính chào!

4

i


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU TRONG XÂY DỤNG .....................4
1.1 Đặc điểm của công trình hố móng sâu ......................................................................4
1.1.1 Giới thiệu chung .....................................................................................................4
1.1.2 Ứng xử của đất xung quanh khi thi công hố móng sâu [1] ...................................5
1.2 Việc thi công hố móng sâu tại Việt Nam và thế giới [2]...........................................7
1.2.1 Các hố móng sâu trên trên thế giới.........................................................................7
1.2.2 Các hố móng sâu ở Việt Nam.................................................................................8
1.3 Bài học kinh nghiệm trong thi công hố móng sâu [3] ...............................................9
1.4 Nhận xét và hướng tiếp cận của đề tài.....................................................................14
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN KẾT
CẤU CHẮN
GIỮ....................................................................................................................16
2.1 Các dạng tải trọng và phân loại ...............................................................................16
2.1.1 Phân loại tải trọng.................................................................................................16
2.1.2 Các dạng tải trọng.................................................................................................16
2.2 Tính áp lực đất lên tường chắn [4] ..........................................................................17
2.2.1 Tính áp lực đất tĩnh...............................................................................................17
2.2.2 Lý thuyết tính áp lực đất Rankine ........................................................................18
2.2.3 Lý thuyết tính áp lực đất Coulomb.......................................................................21
2.3 Kết luận....................................................................................................................24
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU...........25
3.1 Các phương pháp xác định hệ số an toàn trong phân tích ổn định hố đào..............25
3.1.1 Phương pháp hệ số cường độ ...............................................................................25
3.1.2 Phương pháp hệ số tải trọng .................................................................................25
3.1.3 Phương pháp hệ số kích thước .............................................................................26
3.2 Các hình thức và cơ chế phá hoại của hố đào .........................................................26
3.2.1 Phá hoại đẩy vào...................................................................................................26
3.2.2 Phá hoại đẩy trồi ...................................................................................................35
3.3 Các phương pháp phân tích ổn định ........................................................................36
3

3


3.3.1 Phương pháp sức chịu tải .....................................................................................36

4

4


3.3.2 Phương pháp sức chịu tải ngược ..........................................................................41
3.3.3 Phương pháp cung trượt .......................................................................................46
3.3.4 Phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích tính ổn định của hố đào sâu trong đất
sét [19]...........................................................................................................................50
3.4 Kết luận ...................................................................................................................54
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỐ MÓNG SÂU CÔNG TRÌNH TRỤ SỞ
NGÂN HÀNG TMCP CÔNG THƯƠNG CHI NHÁNH SÓC TRĂNG .....................55
4.1 Mô tả đặc điểm công trình Ngân hàng Công thương Việt Nam Chi nhánh Sóc Trăng
[20] ................................................................................................................................55
4.2 Đặc điểm địa chất thủy văn và các thông số thí nghiệm đất nền [21] ....................56
4.3 Các giai đoạn thi công tầng hầm công trình............................................................59
4.4 Các thông số đầu vào để lập mô hình hố đào trong Plaxis 2D [22]........................60
4.5 Kết quả phân tích.....................................................................................................65
4.6 So sánh kết quả hệ số an toàn theo các phương pháp khác nhau ............................71
4.6.1 Tính toán ổn định bằng phần mềm Plaxis (Phương pháp c, phi, Reduction) ......71
4.6.2. Phương pháp Tezaghi..........................................................................................74
4.6.3 Phương pháp Bjerrum và Eide .............................................................................75
4.6.4 Phương pháp cung trượt .......................................................................................77
4.7 Kết luận ...................................................................................................................79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................80
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................82

5

5


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 (1) Sự cố 05 tầng hầm Công trình Pacific và viện KHXH lân cận bị sụp đổ13
Hình 1.2 Mặt bằng vị trí Trạm bơm ..............................................................................14
Hình 1.3 Ảnh chụp công trình sau khi xảy ra sự cố .....................................................14
Hình 2. 1 Lý thuyết tính toán áp lực đất Rankine .........................................................18
Hình 2. 2 Tính toán áp lực đất chủ động, bị động Rankine...........................................19
Hình 2. 3 Tính toán áp lực đất chủ động Coulomb .......................................................22
Hình 2. 4 Tính toán áp lực đất bị động Coulomb ..........................................................23
Hình 3. 1 Phương pháp hệ chắn đất tự do .....................................................................27
Hình 3. 2 Phương pháp hệ chắn đất cố định..................................................................27
Hình 3. 3 Phân tích đẩy vào bằng phương pháp áp lực tổng thể...................................29
Hình 3. 4 Các mối quan hệ giữa hệ số an toàn chống đẩy vào xác định từ phương pháp
áp lực tổng thể và chiều sâu chôn tường (su không đổi). ..............................................30
Hình 3. 5 Hệ số an toàn chống đẩy vào của hố đào trong đất sét..................................31
Hình 3. 6 Phân bố của áp lực nước do thấm..................................................................32
Hình 3. 7 Hệ số an toàn chống đẩy vào cho hố đào trong đất cát (tất cả các trường hợp
đều an
....................................................................................34
Hình 3. 8 Phân tích phá hoại đẩy vào bằng phương pháp hiệu áp lực ..........................35
Hình 3. 10 Mặt cắt hố đào của trường hợp giả sử .........................................................37
Hình 3. 11 Mối quan hệ giữa kích thước mặt phá hoại và hệ số an toàn chống đẩy trồi
xác định bởi phương pháp sức chịu tải, phương pháp sức chịu tải ngược, và phương
pháp cung trượt (su = 25 kN/m2). .................................................................................38
Hình 3. 12 Mối quan hệ giữa kích thước mặt phá hoại và hệ số an toàn chống đẩy trồi
xác định bởi phương pháp sức chịu tải, phương pháp sức chịu tải ngược, và phương
pháp
cung
trượt
(su/�v’
=
0.3).
.....................................................................................38

6

6


Hình 3. 13 Phân tích đẩy trồi sử dụng phương pháp Terzaghi: (a) D � B / 2 và (b)
D � B / 2 .......................................................................................................................39
Hình 3. 14 Quan hệ giữa chiều sâu chôn tường và mặt phá hoại: (a) chôn sâu và (b)
chôn
nông. ..............................................................................................................................41
Hình 3. 15 Phân tích phá hoại đẩy trồi bằng phương pháp sức chịu tải ngược.............42
Hình 3. 16 Hệ số sức chịu tải Skempton (Skempton, 1951) .........................................44
Hình 3. 18 Vị trí tâm mặt trượt trong phương pháp cung trượt. ...................................46

7

7


Hình 3. 19 Phân tích phá hoại đẩy trồi theo phương pháp cung trượt: (a) mặt phá hoại
và (b) các lực tác dụng lên khối trượt............................................................................48
Hình 3. 20 Hệ số an toàn tăng khi cung phá hoại vượt quá chiều rộng hố đào. ...........49
Hình 3. 21 Phân tích đẩy trồi trong đất yếu phân tầng..................................................49
Hình 4. 1 Phối cảnh công trình Ngân hàng Vietinbank, chi nhánh Sóc Trăng .............55
Hình 4. 2 Mặt bằng mô hình hố đào sâu Vietinbank Sóc Trăng ..................................56
Hình 4. 3 Mặt cắt địa chất công trình (hố khoan HK1, HK2, HK3) .............................59
Hình 4. 4 Mặt cắt hố đào công trình..............................................................................60
Hình 4. 5 Mô hình hố đào công trình trong phần mềm Plaxis 2D ................................61
Hình 4. 6 Chuyển vị ngang của tường trong các giai đoạn đào ....................................65
Hình 4. 7 Sụt lún mặt đất sau tường theo các giai đoạn đào .........................................66
Hình 4. 8 Hiện trạng công trình Câu Lạc Bộ Hưu Trí (nằm kề hố móng đang thi công)
.......................................................................................................................................67
Hình 4. 9 Đẩy trồi qua các giai đoạn đào ......................................................................67
Hình 4. 10 Sự hình thành các điểm chảy dẻo giai đoạn đào 1 ......................................68
Hình 4. 11 Sự hình thành các điểm chảy dẻo giai đoạn đào 2 ......................................69
Hình 4. 12 Sự hình thành các điểm chảy dẻo giai đoạn đào 3 ......................................69
Hình 4. 13 Sự hình thành các điểm chảy dẻo giai đoạn đào 4 ......................................70
Hình 4. 14 Kết quả hệ số an toàn �Msf khi giảm Phi-c (Phase 4 trong Plaxis)...........72
Hình 4. 15 Vị trí các điểm khảo sát (A, B, C)...............................................................73
Hình 4. 16 Chuyển vị của điểm C theo �Msf ...............................................................73
Hình 4. 17 Phân tích đẩy trồi sử dụng phương pháp Terzaghi (�= 00)
.........................74
Hình 4. 18 Phân tích đẩy trồi sử dụng phương pháp Bjerrum và Eide .........................75
Hình 4.19 Phân tích phá hoại đẩy trồi theo phương pháp cung trượt ...........................77


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3. 1 Quan hệ chiều dài tường bê tông cốt thép (hoặc chiều sâu chôn tường) của
trường hợp hố đào giả sử với cw ....................................................................................32
Bảng 4. 1 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất.......................................................57
Bảng 4. 2 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất (tiếp theo) .....................................58
Bảng 4. 3Các thông số và mô hình đất nền nhập vào phần mềm Plaxis (dua len tren) 62
Bảng 4..4 Thông số tường cừ ........................................................................................64
Bảng 4. 5 Thông số thanh chống ...................................................................................65
Bảng 4. 6 Tính hệ số an toàn Fb theo phương pháp Terzaghi bằng excel .....................75
Bảng 4. 7 Tính hệ số an toàn Fb theo phương pháp Bjerrum và Eide bằng excel.........76
Bảng 4. 8 Tính hệ số an toàn Fb theo phương pháp cung trượt bằng excel...................78
Bảng 4. 9 So sánh kết quả theo các phương pháp khác nhau........................................78


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
k:
Eoed:
�w:
D:
t:
Gs :
e:
p0:
�i:
hi:
q:
K0 :
OCR:
�’:
�:
c
� :
z:
�:
H:
�:

y:
Kh

m
kN/m3

Hệ số thấm
Mô đun biến dạng tiếp tuyến
Dung trọng nước
Đường thấm
thời gian thi công
Tỉ trọng hạt
Hệ số rỗng
Cường độ áp lực đất tĩnh tại điểm tính toán
Trọng lượng đơn vị của tầng đất thứ i bên trên điểm tính toán
Độ dày tầng đất thứ i bên trên điểm tính toán
Tải trọng phân bố đều trên mặt đất
Hệ số áp lực đất tĩnh của đất ở tại điểm tính toán.
Hệ số siêu cố kết của đất, lấy từ số liệu thí nghiệm
Góc ma sát trong hữu hiệu của đất
Trọng lượng đất
Lực dính kết
Góc ma sát trong của đất
Độ sâu từ điểm tính toán đến mặt đất lấp
Góc ma sát trong của đất lấp sau lưng tường
Độ cao của tường chắn đất
Góc kẹp giữa lưng tường với đường thẳng đứng (Lưng tường
nghiêng úp xuống là dương, ngược lại là âm)
Góc nghiêng giữa mặt đất lấp với mặt phẳng ngang
Góc ma sát giữa lưng tường với đất lấp
Lực dính hữu hiệu
Hệ số áp lực đất chủ động tính theo chỉ tiêu cường độ ứng
suất hữu hiệu
Hệ số áp lực đất bị động tính theo chỉ tiêu cường độ ứng suất
hữu hiệu
Hệ số áp lực đất chủ động tính theo chỉ tiêu cường độ ứng
suất tổng của đất
Hệ số áp lực đất bị động tính theo chỉ tiêu cường độ ứng suất
tổng của đất
Chuyển dịch thân tường
Hệ số nền theo chiều ngang của đất nền

Es

kN/m2

Modul đàn hồi ngang của lớp đất

E

kN/m2

Modul đàn hồi của thân tường

�:
�:
c':
K’a:

m/ngày
kN/m2
kN/m3
m
ngày

kN/m2
(kN/m3)
m
kN/m2

độ
kN/m3
kN/m2
độ
m
độ
m
độ
độ
độ
kN/m2

K’p:
Ka :
Kp :

viii

10


I

m4

B
η
B:
H:

m
m
m

q
�1

kN/m2
kN/m3

�2

kN/m3

Momen quán tính mặt cắt mỗi mét dài theo chiều ngang của
thân tường
Độ dài theo chiều ngang của thân tường (lấy bằng 1m)
Độ dốc của áp lực nước, đất
Bề rộng hố móng
Độ sâu đào hố móng

Nq , Nc
hw:
m
Pcz :
Pwy :
cc
cr
ψ’

kN/m2

Siêu tải mặt đất
Trị bình quân gia chuyền của trọng lượng tự nhiên của các lớp
đất ở phía ngoài hố kể từ mặt đất đến đáy tường
Trị bình quân gia quyền của trọng lượng tự nhiên của các lớp
đất ở phía trong hố kể từ mặt đất đến đáy tường
Hệ số sức chịu tải của đất
Chênh lệch cột nước giữa trong và ngoài đáy hố
Áp lực trọng lượng bản thân của lớp đất phủ nằm từ mặt hố

kN/m

móng đến mái của tầng nước có áp
Áp lực cột nước của tầng nước có áp

độ

Chỉ số nén
Chỉ số nở
Góc giản nở

2

viii

11



MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hóa ngày càng nhanh, tại các khu vực đô thị
các công trình cao tầng đang dần thay thế các công trình thấp tầng. Đồng thời, việc giải
quyết các vấn đề về hạ tầng kỹ thuật cho công trình (nơi để xe, bố trí các bể nước
ngầm, bể tự hoại, trạm bơm…) luôn là vấn đề cần cân nhắc của các chủ đầu tư xây
dựng công trình, dẫn đến việc gia tăng chiều cao của các cao ốc thông thường kéo theo
sự tăng về độ sâu của công trình.
Địa chất thủy văn tại khu vực Sóc Trăng có đặc điểm chung của vùng Đồng bằng sông
Cửu Long, là khu vực có nền đất yếu bảo hòa nước với chiều dày lớn. Do đó, với
khuynh hướng phát triển mạnh các công trình nhà cao tầng, đặc biệt khi có tầng hầm
thì việc nghiên cứu tính toán ổn định của hố đào sâu cần phải được quan tâm, nghiên
cứu đúng mức nhằm đảm bảo cho công trình chủ thể và các công trình lân cận được ổn
định, tránh được các sự cố đáng tiếc xảy ra trong quá trình thi công xây dựng cũng như
khi đưa vào khai thác sử dụng lâu dài.
Việc thi công kết cấu chắn giữ cho hố móng nhà cao tầng rất đa dạng, phụ thuộc vào
từng điều kiện cụ thể, các thiết bị, máy móc xây dựng ngày càng hiện đại, tối tân hơn.
Chúng ta cần thấy được không có loại công trình xây dựng nào mà các khâu từ khảo
sát, thiết kế, thi công và quan trắc lại có yêu cầu gắn bó chặt chẽ như đối với công trình
chắn giữ hố móng.
Chính vì thế việc nghiên cứu ổn định hố móng sâu nhà cao tầng cũng như phân tích sự
ảnh hưởng của quá trình thi công và sử dụng đến công trình lân cận thật sự rất cần thiết
hiện nay. Đây cũng chính là tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu.
2. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn và các phương pháp phân
tích truyền thống vào tính ổn định trong thi công hố đào sâu.

1

1


- Xác định được mức độ ảnh hưởng đến ổn định và biến dạng của công trình lân cận do
thi công hố đào móng sâu gây ra. Từ đó có những giải pháp nhằm hạn chế ảnh hưởng
do hố đào sâu gây ra cho các công trình lân cận.
- So sánh kết quả tính toán hệ số an toàn theo các phương pháp khác nhau. Từ đó lựa
chọn phương pháp tính toán phù hợp cho những công trình tương tự.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Công trình Trụ sở Ngân hàng TMCP Công thương Việt Nam Chi nhánh Sóc Trăng.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
4.1 Cách tiếp cận
- Tìm hiểu các lý thuyết đã có về ổn định của hố đào sâu.
- Thu thập các thông tin về hiện trạng, tài liệu địa hình, địa chất, số liệu quan trắc của
Trụ sở Ngân hàng TMCP Công thương Việt Nam Chi nhánh Sóc Trăng để lấy sơ liệu
cơ bản cho việc tính toán và so sánh kết quả.
- Sử dụng phần mềm Plaxis và phương pháp truyền thống kiểm tra chuyển vị, biến
dạng của đất nền và hệ kết cấu chống đỡ hố móng sâu ở các giai đoạn đào khác nhau
trong quá trình thi công, so sánh với kết quả quan trắc thực tế và đề xuất phương pháp
tính toán ổn định hố móng sâu hợp lý cho các nhà cao tầng.
4.2 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp giải tích: Lý thuyết tính toán áp lực đất tường chắn đất; tính toán kết
cấu chắn giữ hố đào theo phương pháp đàn hồi. Kiểm tra ổn định chống trồi (bùng) của
hố móng và kiểm tra chống chảy thấm vào hố móng.
- Phương pháp phần tử hữu hạn: Sử dụng phần mềm Plaxis để phân tích chuyển vị
ngang của tường vây cừ Larssen và cọc bê tông bên trong hố đào ở các giai đoạn thi
công đào đất, so sánh với kết quả được mô phỏng bằng phần mềm Plaxis và phương
pháp tính bằng giải tích.

2

2


5. Kết quả đạt được
- Nắm vững kiến thức về ổn định hố đào sâu trong quá trình thi công với điều kiện địa
chất yếu.
- Tính toán ổn định theo phương pháp phần tử hữu hạn và các phương pháp truyền
thống. Phân tích kết quả, so sánh với tài liệu quan trắc thực tế.
- Đánh giá cơ bản ảnh hưởng của chiều sâu chôn tường và bề rộng hố đào tới ổn định
hố móng trong thi công hố đào công trình Trụ sở Ngân hàng TMCP Công thương Việt
Nam Chi nhánh Sóc Trăng.
- Đề xuất phương pháp tính toán ổn định hố móng sâu cho các nhà cao tầng trong điều
kiện địa chất yếu tại Sóc Trăng.

3

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU TRONG XÂY DỤNG
Tỉnh Sóc Trăng nằm trong vùng đồng bằng sông Cửu Long, phía Bắc và Tây Bắc giáp
thành phố Cần Thơ, phía Đông Bắc giáp tỉnh Trà Vinh, phía Tây giáp tỉnh Bạc Liêu,
phía Nam giáp biển Đông. Sóc Trăng có địa hình thấp và tương đối bằng phẳng. Độ
cao cốt đất tuyệt đối từ 0,4 - 1,5 m, độ dốc thay đổi khoảng 45 cm/km chiều dài. Nhìn
chung địa hình tỉnh Sóc Trăng có dạng lòng chảo, cao ở phía sông Hậu và biển Đông
thấp dần vào trong, vùng thấp nhất là phía Tây và Tây Bắc. Tiểu địa hình có dạng gợn
sóng không đều, xen kẽ là những giồng cát địa hình tương đối cao và những vùng thấp
trũng nhiễm mặn, phèn.
1.1 Đặc điểm của công trình hố móng sâu
1.1.1 Giới thiệu chung
Ngày nay trong xây dựng và phát triển đô thị, đối với các đô thị lớn đặc biệt quan tâm
đến sự kết hợp chặt chẽ giữa các công trình trên mặt đất và các công trình được xây
dựng dưới mặt đất, luôn tìm cách khai thác triệt để không gian ngầm với nhiều mục
đích khác nhau. Do đó các công trình ngầm ngày càng được đầu tư và phát triển.
Công trình ngầm là công trình nằm trong lòng đất, theo mục đích sử dụng có thể phân
chia như sau:
- Công trình ngầm giao thông: Hầm đường sắt, hầm đường ô tô xuyên núi, hầm cho
người đi bộ, tầu điện ngầm, hầm vượt sông.
- Công trình thủy lợi ngầm: Hầm công trình thủy điện, hầm dẫn nước tưới tiêu, hầm
cấp thoát nước, hầm đường thủy.
- Công trình ngầm đô thị: hầm giao thông đô thị (hầm ở nút giao thông, hầm cho người
đi bộ, hầm tàu điện ngầm…) hầm cấp thoát nước, hầm cáp thông tin, năng lượng
(collector), gara ngầm, hầm nhà dân dụng, hầm nhà xưởng, các công trình công cộng
(cửa hàng, nhà hát, phố ngầm…)
- Công trình ngầm khai khoáng: Hầm chuẩn bị, hầm vận tải, hầm khai thác, hầm thông
gió…

4

4


Công trình đặc biệt: Hầm chứa máy bay, tàu thuyền, kho tàng, nhà máy…
Theo phương pháp thi công có thể chia ra làm hai loại chính: công trình ngầm thi công
theo phương pháp đào mở và công trình ngầm thi công theo phương pháp đào kín,
ngoài ra còn có loại công trình ngầm thi công theo phương pháp hạ chìm.
Khi thi công công trình ngầm một vấn đề phức tạp đặt ra là giải pháp thi công hố đào
sâu. Khi thi công hố đào sâu làm thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng trong đất nền
xung quanh khu vực hố đào và có thể làm thay đổi mực nước ngầm dẫn đến nền đất bị
dịch chuyển và có thể lún gây hư hỏng công trình lân cận nếu không có giải pháp thích
hợp.
Các giải pháp chống đỡ thành hố đào sâu thường được áp dụng là: Tường cừ thép,
tường cừ cọc xi măng đất, tường cừ barette. Yêu cầu chung của tường cừ là phải đảm
bảo về cường độ cũng như độ ổn định dưới tác dụng của áp lực đất và các loại tải trọng
do được cắm sâu vào đất, neo trong đất hoặc được chống đỡ từ trong lòng hố đào theo
nhiều cấp khác nhau.
1.1.2 Ứng xử của đất xung quanh khi thi công hô móng sâu [1]
Công trình hố móng là một loại công việc tạm thời, sự dự trữ về an toàn có thể là tương
đối nhỏ nhưng lại có liên quan với tính địa phương, điều kiện địa chất của mỗi vùng
khác nhau thì đặc điểm cũng khác nhau, công trình hố móng là một khoa học đan xen
giữa các khoa học về đất đá, về kết cấu và kĩ thuật thi công; là một loại công trình mà
hệ thống chịu ảnh hưởng đan xen của nhiều nhân tố phức tạp và là ngành khoa học kĩ
thuật tổng hợp đang còn chờ phát triển về mặt lý luận.
Do hố móng là loại công trình có giá thành cao, khối lượng công việc lớn, là trọng
điểm tranh giành của các đơn vị thi công, tại vì kĩ thuật phức tạp, phạm vi ảnh hưởng
rộng, nhiều nhân tố biến đổi, sự cố hay xảy ra, là một khâu khó về mặt kĩ thuật, có tính
tranh chấp trong công trình xây dựng. Đồng thời cũng là trọng điểm để hạ thấp giá
thành và bảo đảm chất lượng công trình.

5

5


Công trình hố móng đang phát triển theo xu hướng độ sâu lớn, diện tích rộng, có công
trình với chiều dài, chiều rộng đạt tới hơn trăm mét, quy mô công trình cũng ngày càng
tăng lên.
Theo đà phát triển cải tạo các thành phố cũ, các công trình cao tầng, siêu cao tầng chủ
yếu của các thành phố lại thường tập trung ở những khu đất nhỏ hẹp, mật độ xây dựng
lớn, dân cư đông đúc, giao thông chen lấn, điều kiện để thi công công trình hố móng
đều rất kém. Lân cận công trình thường có các công trình xây dựng vĩnh cửu, các công
trình lịch sử, nghệ thuật bắt buộc phải được an toàn, không thể đào có mái dốc, yêu cầu
đối với việc ổn định và khống chế chuyển dịch rất là nghiêm ngặt.
Tính chất của đất đá thường biến đổi trong khoảng khá rộng, điều kiện ẩn dấu của địa
chất và tính phức tạp, tính không đồng đều của điều kiện địa chất thuỷ văn thường làm
cho số liệu khảo sát có tính phân tán lớn, khó đại diện được cho tình hình tổng thể của
các tầng đất, hơn nửa, tính chính xác cũng tương đối thấp, tăng thêm khó khăn cho
thiết kế và thi công công trình hố móng.
Đào hố móng trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện hiện
trường phức tạp khác rất dễ sinh ra trượt lở khối đất, mất ổn định hố móng, thân cọc bị
chuyển dịch vị trí, đáy hố trồi lên, kết cấu chắn giữ bị vòi nước nghiêm trọng hoặc bị
chảy đất... làm phá hoại hố móng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công trình xây
dựng, các công trình ngầm và đường ống ở xung quanh.
Công trình hố móng bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất,
chống giữ, ngăn nước, hạ mực mước, đào đất... trong đó, một khâu nào đó thất bại sẽ
dẫn đến cả công trình bị phá hoại.
Việc thi công hố móng như đóng cọc, hạ nước ngầm, đào đất... đều có thể gây ra ảnh
hưởng ở các công trình lân cận hoặc tác động lẫn nhau, tăng thêm các nhân tố để có thể
gây ra sự cố.
Công trình hố móng có giá thành khá cao, nhưng lại chỉ là có tính tạm thời nên thường
là không muốn đầu tư nhiều chi phí. Nhưng nếu để xảy ra sự cố thì việc xử lý sẽ vô

6

6


cùng khó khăn, gây ra tổn thất lớn về kinh tế và ảnh hưởng nghiêm trọng về mặt xã
hội.

7

7


Công trình hố móng có chu kỳ thi công dài, từ khi đào đất cho đến khi hoàn thành toàn
bộ phần khuất của công trình ngầm dưới mặt đất phải trải qua nhiều lần mưa to, nhiều
lần chất tải, chấn động, thi công có sai sót v.v... tính ngẫu nhiên của mức độ an toàn
tương đối lớn, sự cố xảy ra thường là đột biến.
1.2 Việc thi công hố móng sâu tại Việt Nam và thế giới [2]
1.2.1 Các hô móng sâu trên trên thế giới
Công trình có tầng hầm đã có từ lâu trên thế giới, nó trở thành phổ biến và gần như là
thông lệ khi xây dựng nhà nhiều tầng. Đa phần các công trình đều có từ 1 đến 3 hoặc 4
tầng hầm, cá biệt có những công trình vì yêu cầu công năng sử dụng có đến 5÷10 tầng
hầm tập trung nhiều nhất ở Châu Âu và các nước phát triển như Mỹ, Canada, Australia,
Đài Loan…
Ở Châu Âu do đặc điểm nền đất tương đối tốt, mực nước ngầm thấp, kỹ thuật xây dựng
tiên tiến và cũng do nhu cầu sử dụng nên các công trình ngầm được xây dựng rất nhiều,
hầu như nhà nhiều tầng nào cũng có tầng hầm. Công nghệ này còn được sử dụng để thi
công các công trình ga ngầm dưới lòng đường, đường ngầm cao tốc…
Ở Châu Á nói chung công trình có tầng hầm chưa phải là nhiều, nhưng ở một số nước
và vùng lãnh thổ như Hồng Kông, Đài Loan, Hàn Quốc… thì số lượng công trình và
nhà nhiều tầng có tầng hầm chiếm tỷ lệ khá cao.
Trong thế giới hiện đại công trình ngầm không chỉ để giải quyết các vấn đề “nóng”
trong phát triển đô thị mà còn phát triển thành những trung tâm văn hóa, thương mại,
đạt tới trình độ đỉnh cao của nghệ thuật kiến trúc và chứa đựng những nét đặc trưng
của các thành phố như: thành phố ngầm RESO tại trung tâm Montreal (bang Quebec –
Canada) với 33km đường hầm, kết nối 41 khối nhà trong diện tích 12 km2 bao gồm
văn phòng, ngân hàng, khách sạn, trường đại học, bảo tàng, trung tâm thi đấu thể thao,
trung tâm mua sắm…; hệ thống tàu điện ngầm ở Moscow, London, Paris là những bảo
tàng sống động về nghệ thuật trang trí, kỹ nghệ và công nghệ mang yếu tố thời đại.
Vì công trình ngầm đã được xây dựng rất lâu trên thế giới nên quy trình công nghệ,
thiết bị dùng để xây dựng công trình ngầm cũng rất phát triển với nhiều công nghệ

8

8


hiện đại, tiên tiến. Việc lựa chọn công nghệ xây dựng tùy thuộc vào từng đặc điểm cụ
thể của

9

9


công trình. Một số công nghệ, giải pháp chống đỡ thường được sử dụng phổ biến thi
công hố đào sâu để xây dựng công trình ngầm trên thế giới: tường cừ thép, tường cừ
bằng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép (BTCT), tường cừ bằng cọc xi măng đất, tường
cừ BTCT thi công bằng công nghệ tường trong đất hoặc các tấm BTCT đúc sẵn…
Mặc dù công trình ngầm đã được xây dựng từ lâu trên thế giới với nhiều những công
nghệ khác nhau, tuy nhiên, do mức độ khó khăn, phức tạp, ẩn chứa nhiều rủi ro nên
việc thi công tầng hầm công trình trên thế giới đã xảy ra không ít sự cố, tai nạn.
Dưới đây là một số sự cố điển hình khi xây dựng tầng hầm trên thế giới:
- Sự cố trạm xử lý nước thải tại Bangkok, Thái Lan.
- Sự cố sập hố đào công trình tàu điện ngầm ở Taegu, Hàn Quốc.
1.2.2 Các hô móng sâu ở Việt Nam
Ngày nay công trình có tầng hầm đã trở thành một phần của đời sống đô thị, khai thác
không gian ngầm là xu hướng tất yếu trong trát triển đô thị hiện đại. Không nằm ngoài
xu thế phát triển của thế giới, tại Việt Nam, các công trình có tầng hầm cũng bắt đầu
xuất hiện từ những năm đầu của thập niên 90, đặc biệt phát triển trong hơn 10 năm trở
lại đây nhất là ở các đô thị lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Tuy nhiên,
việc khai thác không gian ngầm cho mục đích xây dựng, cải tạo và phát triển đô thị ở
nước ta mới chỉ dừng lại ở những không gian đơn lẻ (dưới các khối nhà cao tầng của
các khu đô thị), hoặc chủ yếu phục vụ nhu cầu giao thông như hầm đường bộ, hầm để
xe tại các trung tâm thương mại…
Do phát triển và xây dựng công trình ngầm vẫn còn là điều mới mẻ và khiêm tốn ở
nước ta, trong thực tế thi công cũng không ít các sự cố liên quan đến công nghệ thi
công tầng hầm đã xảy ra ở nước ta. Dưới đây xin nêu ra một vài sự cố điển hình đã xảy
ra ở Việt Nam khi thi công tầng hầm công trình trong một số năm trở lại đây:
- Sự cố khi thi công công trình Chi nhánh Ngân hàng nông nghiệp Hà Nội, 45 Lý
Thường
Kiệt, Hà Nội.
- Sự cố khi thi công tầng hầm của khách sạn Pacific, TP.HCM.
10

10


- Sự cố khi thi công tầng hầm Ngân hàng TMCP Công thương Việt Nam tại Đà Nẵng.
1.3 Bài học kinh nghiệm trong thi công hố móng sâu [3]
Bên cạnh những thành tựu đã đạt được, vấn đề thi công hố móng sâu cũng xảy ra nhiều
sự cố đáng tiếc, để lại những hậu quả nặng nề trong quá trình chinh phục đỉnh cao công
nghệ xây dựng của nước ta trong những năm trở lại đây. Nguyên nhân các sự cố rất đa
dạng, do sai sót trong các khâu khảo sát địa chất công trình, thiết kế thi công tường
chắn đất (sự biến dạng quá mức của đất và kết cấu chống đỡ), vấn đề bảo vệ dòng
chảy và quan trắc chuyển động của đất nền xung quanh hố đào, sự mất cân bằng khi hạ
mực nước, vấn đề chủ quan không tuân thủ nghiêm ngặt quy trình thi công, quản lý
chất lượng công trình . . .
Những công trình hố móng gặp sự cố, nguyên nhân và bài học kinh nghiệm được rút ra
thông qua các công trình sau:
* Bài học kinh nghiệm về cọc ván thép:
(1) Nhà Văn phòng ở Quận Hai Bà Trưng – Hà Nội
Công trình (Xây chen) có diện tích mặt bằng 7,15m x 22,90m, cao 8 tầng, có 1 tầng
hầm, mặt tiền ở mặt phố, xây ngay sát ngôi nhà cũ 4 tầng, có kết cấu khung, móng
băng với cốt đáy móng khoảng -1,2m.
Để làm móng cọc ép và tầng hầm cho ngôi nhà mới, người ta đã dùng cọc ván thép
U200
dài 6m ép thành tường cừ xung quanh chu vi móng và tầng hầm.
Trong khi ép cọc chỉ cách tường nhà cũ 0,5m, đã thấy có tác động ảnh hưởng đến
móng và độ ổn định của công trình cũ liền kề. Sau khi thi công xong tường vây hố
móng, người ta đào hố, hút nước để thi công đài cọc và tầng hầm.
Theo số liệu quan trắc lún từ ngày 22/10/2007 đến ngày 28/02/2008 thì độ lún của nhà
cũ về phía hố đào (để xây tầng hầm của nhà mới) đạt tới 5cm làm cho ngôi nhà lún
nghiêng, tách hẳn khỏi nhà liền kề có sẵn ở trên mái 15cm. Do đó công trình mới chưa
làm xong móng và tầng hầm, đã phải ngừng thi công cho đến nay để tìm giải pháp xử
lí.
11

11


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×