Thuyết minh tính toán biện pháp thi công hố đào
Nội dung tài liệu:
A, Những căn cứ để thiết kế
Những căn cứ pháp lý
Tiêu chuẩn thiết kế
B, Tổng quan về công trình
I, Quy trình thi công hố đào tầng hầm
II, Thông số đất nền và kết cấu thi công
- Thông số đất nền
- Thống số tường cừ, neo, thanh chống
- Phụ tải mặt đất
- Mực nước ngầm trong và ngoài hố đào
III, Sơ đồ tính toán và kết quả tính toán
3.1. Vị trí cắt qua bể nước
Mô hình plaxis
Lưới biến dạng đợt đào
Chuyển vị ngang của cừ
Hệ số ổn định tổng thể
Biểu đồ momem trong cừ
Kiểm tra khả năng chịu lực của thanh chống
Tính thanh dầm vành
3.2. Các vị trí khác
Mô hình plaxis
Lưới biến dạng đợt đào
Chuyển vị ngang của cừ
Hệ số ổn định tổng thể
Biểu đồ momem trong cừ
Kiểm tra khả năng chịu lực của thanh chống
Tính thanh dầm vành
24
Khoa hoïc Coâng ngheä
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH
HỐ ĐÀO SÂU TRÊN NỀN ĐẤT SÉT YẾU BẢO HOÀ NƯỚC
Lê Hoàng Việt *
Tóm tắt
Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu tính toán ổn định và chuyển vị hệ tường vây liên tục bằng bê
tông cốt thép; chuyển vị nền đất xung quanh công trình hố đào sâu trong quá trình thi công bằng phương
pháp phần tử hữu hạn [phần mềm Plaxis]. Kết quả tính toán sẽ cho phép dự báo chuyển vị của nền đất
xung quanh và dưới đáy hố đào; xác định phạm vi ảnh hưởng trong quá trình thi công hố đào đến các
công trình lân cận và tương quan giữa chiều sâu hố đào với phạm vi ảnh hưởng xung quanh hố đào. Kết
quả dự báo được kiểm chứng bằng số liệu đo đạc và quan trắc thực tế tại một công trình với điều kiện
địa chất khu vực thành phố Hồ Chí Minh cho thấy tính đáng tin cậy.
Từ khóa: Hố đào sâu; Tường vây; Ổn định; Chuyển vị; Phạm vi ảnh hưởng xung quanh hố đào.
Abstract
This article presents the results of calculation of stability and displacement of continuous diaphragm
wall system of reinforced concrete; the displacement of the grounds neighbor to deep excavations during
the construction using limited element methods [with the help of Plaxis software]. Calculation results
allow to predict the displacement of the bottom and neigbouring grounds of deep excavation; to identify
the scope of influence during the excavation construction to nearby works and the correlation between
the depth of excavation and the scope of influence around deep excavation. These forecast results are
tested by measurements and observations at an actual work in Ho Chi Minh City. This shows the reliability of forecast results.
Key word: Deep excavation; Diaphragm wall; Stability; Displacement; Influence around deep excavation.
1. Đặt vấn đề
Trong thập niên qua, tại các đô thị lớn như
Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, tốc độ phát triển kinh
tế và mật độ dân số tăng đáng kể, diện tích đất xây
dựng ngày càng bị thu hẹp và hầu hết công trình
cao tầng là xây chen. Để đáp ứng nhu cầu xây dựng
các công trình phục vụ cho đời sống dân sinh ở các
thành phố này, nhiều công trình ngầm được xây
dựng và khai thác hiệu quả không gian ngầm dưới
mặt đất như: tầng hầm trong các cao ốc, đường ngầm
metro,… Với đặc điểm địa chất khu vực TP. HCM
là đất sét yếu bảo hòa nước có khả năng chịu tải rất
thấp, việc lựa chọn giải pháp kết cấu cho tường chắn
trong các công trình hố đào sâu phải đáp ứng các
tiêu chí về độ cứng, chuyển vị của tường, chuyển vị
của nền đất xung quanh hố đào và hiệu quả đầu tư là
những vấn đề hết sức quan trọng.
Hiện nay có rất nhiều giải pháp kết cấu tường
chắn bảo vệ thành hố đào sâu: tường vây bằng cọc
đất trộn xi măng, cọc bản thép, cọc bản bêtông cốt
thép, tường chắn bằng cọc khoan nhồi, tường vây
*
bê tông cốt thép [BTCT] liên tục trong đất, …
mỗi loại kết cấu tường chắn đều có những ưu và
nhược điểm nhất định. Tuy nhiên, đối với đất sét
yếu của khu vực TP.HCM, công trình có từ ba
tầng hầm trở lên sử dụng loại kết cấu tường chắn
là tường vây liên tục bằng BTCT liên tục sẽ có
nhiều ưu điểm hơn.
1.1. Ưu điểm
Thân tường có độ cứng lớn, tính ổn định cao,
chịu tải trọng ngang lớn, chống thấm tốt và kết
hợp làm kết cấu tường chắn hố đào với tường
tầng hầm.
Trong quá trình thi công công trình: giảm
chấn động, tiếng ồn, ít ảnh hưởng các công trình
xây dựng và đường ống ngầm ở lân cận, dễ
khống chế biến dạng về lún trong phạm vi lún
ảnh hưởng lân cận.
Thi công nhanh và nền đất xung quanh hố
đào khá ổn định.
Thạc sĩ, Khoa Xây dựng – Trường Đại học Xây dựng Miền Tây
Soá 10, thaùng 9/2013
24
Khoa hoïc Coâng ngheä
25
1.2. Nhược điểm
Việc xử lý bùn bentonite không đảm bảo kĩ thuật
sẽ làm ô nhiễm môi trường.
Khi mực nước ngầm dâng lên nhanh, nếu tầng
đất bên trên là lớp đất kẹp cát tơi xốp hoặc đất sét
mềm yếu dễ dẫn đến sụt lở thành móng, lún mặt đất
xung quanh, ảnh hưởng đến an toàn của các công
trình lân cận.
Nếu dùng tường vây BTCT liên tục trong đất chỉ
để làm tường chắn đất tạm thời trong giai đoạn thi
công phần ngầm thì giá thành cao.
2. Tổng quan các kết quả nghiên cứu
Theo Peck [1969], độ lún ổn định xung quanh hố
đào đạt 1% chiều sâu đào khi đào trong cát, sét trạng
thái mềm đến cứng và hơn 2% cho sét yếu dày.
Brian Brenner, David L. Druss và Beatrice
J.Nessen [2006] cho rằng, tổng chuyển vị của đất
nền t 0,7b:
4.1. Tính toán nội lực của tường chắn
FS
Xem tường có nhiều tầng chống là dầm liên tục
gối tựa cứng [tức là gối đỡ không chuyển vị], đồng
thời phải thành lập hệ thống tính toán tĩnh cho mỗi
giai đoạn thi công như sau:
5, 7cu
c 2
h u
b
[1]
- Chiều sâu lớp đất dưới đáy hố đào r < 0,7b:
FS
5, 7cu
c
h u
r
[2]
Trong đó: cu là sức chống cắt không thoát
nước của đất nền
[a]
[b
[c]
[d]
là trọng lượng riêng của đất nền
Hình 6. Sơ đồ tính toán theo các giai đoạn thi công
[a]. Giai đoạn đào trước khi lắp chống A có thể
coi tường chắn là một cọc côngxôn ngầm trong đất.
[b]. Giai đoạn đào trước khi lắp chống B, tường
chắn là một dầm tĩnh định có hai gối, hai gối lần
lượt là A và một điểm trong đất có áp lực đất tĩnh
bằng không.
[c]. Giai đoạn đào trước khi lắp chống C, tường
chắn là một dầm liên tục có ba gối. Ba gối lần lượt
là A, B và một điểm áp lực không trong đất.
Hình 7. Cân bằng ổn định đáy hố đào [h/b1]: FS
Trong đó:
N c cu
h p
[3]
Smaximum-availble: Sức chống cắt lớn nhất có thể
có của đất theo điều kiện làm
Nc là hệ số sức chịu tải
Sneeded . for.equilibrium : Sức chống cắt cần thiết đủ
để cân bằng theo điều kiện làm việc.
p là áp lực trên mặt đất xung quanh hố móng
5. Mô phỏng bài toán bằng plaxis
là dung trọng của đất nền
4.3. Tính toán ổn định tổng thể của tường và khối
đất trước - sau lưng tường
+ Phương pháp số: tính toán kiểm tra ổn định
tổng thể phương pháp phổ biến là phương pháp
phân mảnh. Giả sử mặt trượt trụ tròn xảy ra
với tâm trượt O, bán kính r . Chia cung trượt
AB thành n mảnh có bề rộng mỗi mảnh là bi
[thường chọn bề rộng các mảnh bằng nhau dễ tính
toán].
5.1. Mô hình tính toán
Xác định kích thước hình học của mô hình
bài toán. Theo đề nghị của J.E Bowels [1990], sơ
đồ vùng ảnh hưởng của hố đào được chọn sơ bộ
kích thước mô hình tính như sau:
- Chiều rộng mô hình:
W=B+Hw=50+31= 81m.
- Chiều sâu mô hình:
H=1.5B+Hw=1.5*50+31= 106m
Chọn kích thước mô hình: 800x100m
Bài toán đối xứng trục, vì vậy ta có thể mô
hình bài toán đối xứng theo phương trục thẳng
đứng. Trong đó thanh chống được mô phỏng
bằng ½ chiều dài thật. Sử dụng mô hình Morh –
Coulomb để tính toán.
Hình 9. Phương pháp phân mảnh, a] Phân mảnh
khối trượt, b]Các lực tác dụng lên mảnh thứ i
Tại trạng thái cân bằng giới hạn, tổng mômen
gây trượt Mgt sẽ cân bằng với tổng mômen của lực
chống trượt Mct dọc theo AB.
- Mômen gây trượt là:
M gt =SMi gt = STi * r
[4]
- Mômen chống trượt là:
M ct= S Mi ct= S Si * r
[5]
- Hệ số ổn định trượt F được xác định như sau:
n
F
i 1
n
i 1
Hình 10. Mặt cắt ngang hố đào
M cti
M gti
[6]
+ Phương pháp phần tử hữu hạn: Sử dụng phần
mềm Plaxis để tính toán kiểm tra ổn định theo
phương pháp “Phi- C reduction”. Hệ số an toàn
M sf
S m aximum available
S needed. for .equilibrium
[7]
Trong đó:
S : sức chống cắt của đất;
Hình 11. Mô hình bài toán
Soá 10, thaùng 9/2013
28