Chương 1 tổng quan về tính cấp thiết của việc xây dựng công trình ngầm trong thời điểm hiện nay. Nêu ra tình hình xây dựng công trình ngầm trên thế giới và tại Việt Nam trong những năm gần đây. Bên cạnh đó là những sự cố về công trình ngầm đã xảy ra trên thế giới và tại Việt Nam để thấy rõ được mức độ nghiêm trọng khi có sự cố xảy ra. Trong chương này, các vấn đề cần nghiên cứu khi tính toán thiết kế và thi công một công trình ngầm cũng được nêu ra nhằm thấy rõ được việc thiết kế, thi công một công trình hố đào sâu là một công việc đòi hỏi kinh nghiệm của người thiết kế, thi công; kỹ thuật thi công và các vấn đề còn hạn chế trong thiết kế tính toán hố đào sâu.CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Formatted: Bullets and Numbering 2.1 Đặc điểm thi công hố đào sâu 2.1 Đặc điểm chung của công trình hố móng 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 liên quan tới tính địa phương, điều kiện địa chất của mỗi vùng khác nhau thì đặc điểm cũng khác nhau.
- 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, lại vì kỹ thuật phức tạp, phạm vi ảnh hưởng rộng, nhiều nhâ tố biến đổi, sự cố hay xảy ra, là một khâu khó về mặt kỹ thuật, có tính tranh chấp trong công trình xây dựng. Đồng thời cũng là trọng điểm để hạ thấp giá thành công trình và đảm bảo chất lượng công trình. - Công trình hố móng đang phát triển theo xu hướng độ sâu lớn, diện tích rộng, quy mô công trình 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 đều rất khó khăn. 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 mái dốc, yêu cầu với việc ổn định và khống chế chuyển vị là rất nghiêm ngặt.
- Tính chất của đất đá thường biến đổi trong khoảng khá rộng, điều kiện địa chất thay đổi 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 đựợc cho tình hình tổng thể của các tầng đất, hơn nữa, tính chính xác cũng tương đối thấp, tăng thêm khó khăn cho công tác thiết kế và thi công 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 dò nước nghiêm 17 trọng hoặc bị chảy đất… làm hư hại hố móng, uy hiếp nghiêm trọng các công trình xây dựng, các công trình ngầm và đường ống xung quanh. - Công trình hố móng bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất, chông giữ, ngăn nước, hạ mực nước, đào đất…trong đó, một khâu nào đó thất bại sẽ dẫn tới cả công trình bị đổ vỡ. - Việc thi công hố móng ở các hiện trường lân cận như đóng cọc, hạ mực nước ngầm, đào đất… đều có thể sinh ra ảnh hưởng hoặc khống chế lẫn nhau, tăng thêm các nhân tố có thể gây ra sự cố.
- Công trình hố móng có giá thành khá cao, nhưng lại chỉ có tính tạm thời nên thường là không muốn đầu tư chi phí nhiều. Nhưng nếu để xảy ra sự cố thì sẽ vô cùng khó khăn, gây tốn thất lớn về kinh tế. - Công trình hố móng có chu kỳ thi công dài, từ khi đào đất tới khi hoàn thành toàn bộ công trình kín khuất ngầm dưới mặt đất phải trải qua nhiều lần mưa to, nhiều lần chất tải, chấn động, thi công có sai phạm…tính ngẫu nhiên của mức độ an toàn tương đối lớn, sự cố xảy ra thường đột biến.2 Đặc điểm hố móng thi công trên nền sét Khi thi công hố móng trên nền đất sét thường có các đặc điểm sau: - Việc đào đất bị hạn chế do phải duy trì ổn định vách hố đào và đáy hố nên đòi hỏi phải thi công nhanh, gấp. - Do tính chất đất sét là yếu, nên trong quá trình thi công hố móng dễ xảy ra mất ổn định thành vách, gây lên chuyển vị, sụt lún các công trình lân cận.2 Cơ sở lý thuyết bài toán thiết kế hố móng sâu Formatted: Bullets and Numbering Bài toán thiết kế hố đào sâu chính là việc tính toán tường vây và hệ kết cấu chống đỡ tường vây đảm bảo được cường độ và độ ổn định trong suốt quá trình thi công và trong quá trình sử dụng công trình.
Tải trọng tác động lên kết cấu chắn giữ chủ yếu có: - Áp lực đất 18 - Áp lực nước - Tải trọng truyền từ móng qua môi trường đất của công trình xây dựng trong phạm vi vùng ảnh hưởng - Tải trọng thi công: ô tô, cần cẩu, vật liệu xếp trên hiện trường, lực neo giữ tường vây. - Nếu vật chắn giữ là một bộ phận của kết cấu chủ thể thì phải kể đến lực động đất. - Tải trọng phụ do sự biến đổi nhiệt độ và co ngót của bê tông gây ra. Trong phạm vi luận văn, ta chỉ xét tới các dạng tải trọng sau: - Áp lực đất - Áp lực nước - Tải trọng thi công 2.1 Áp lực đất Khi tính toán kết cấu chắn giữ, áp lực tác động vào bề mặt tiếp xúc của kết cấu chắn giữ với thể đất tức là áp lực đất.
Độ lớn và quy luật phân bố của áp lực đất có liên quan với các nhân tố hướng và độ lớn của chuyển vị ngang của kết cấu chắn giữ, tính chất của đất, độ cứng và độ cao của kết cấu chắn giữ, nhưng do việc xác định chúng khá phức tạp ngay trong trường hợp đơn giản nhất nên hiện nay vẫn dùng lý thuyết Coulomb với những hiệu chỉnh bằng thực nghiệm. Áp lực đất gồm có: Áp lực đất tĩnh, áp lực đất chủ động và áp lực đất bị động.1 Áp lực đất tĩnh Khi tường hoàn toàn không chuyển vị, khối đất sau tường ở trạng thái cân bằng tĩnh. Ứng suất theo phương ngang do trọng lượng bản thân gây ra tại điểm M ở độ sâu z được tính theo công thức: σ’ x =k 0 .σ’ z Trong đó: 19 + k 0 là hệ số áp lực hông, theo Jaky thì k 0 = 1-sinϕ, ϕ là góc ma sát trong của đất + σ’ z =γ’.z, với γ’: Dung trọng riêng đẩy nổi của đất 2.2 Áp lực đất chủ động Là loại áp lực đất làm cho tường dịch chuyển về phía trước hay làm cho tường xoay, tức là làm cho khối đất phía sau lưng tường giản ra. Thành phần nằm ngang của áp lực đất chủ động được xác định theo lý thuyết cổ điểm đối với mặt trượt phẳng của lăng thể phá hoại.
Tung độ của biểu đồ thành phần ngang cảu áp lực đất chủ động được xác định theo công thức: σ a =(q+Σγ i .√K a Trong đó: + q: hoạt tải trên bề mặt, áp lực do hoạt tải được truyền theo mặt phẳng phá hoại đến điểm cần tính tung độ áp lực chủ động lên tường.h i : áp lực thẳng đứng do trọng lượng bản thân của đất ở độ sâu cần xác định tung độ biểu đồ áp lực đất chủ động. + γ i : dung trọng tự nhiên của đất ở trạng thái độ ẩm tự nhiên, bị đẩy nổi hoặc bão hòa nước. + h i : Bề dày lớp đất thứ i có cùng các đặc trưng cơ lý. +c: Lực dính của đất nằm ở độ sâu cần xác định áp lực chủ động + K a : Hệ số thành phần nằm ngang của áp lực chủ động được xác định như sau: + ϕ: góc ma sát của đất 2.3 Áp lực đất bị động Là loại áp lực đất làm khối đất sau lưng tường bị nén lại hoặc ngược hướng v ới chuyển động của tường.
Trong phạm vi mỗi lớp đất đồng chất, quy luật biến 20 thiên của áp lực đất bị động theo chiều sâu được coi là tuyến tính. Tung độ biểu đồ thành phần ngang của áp lực đất bị động lên tường thẳng đứng khi mặt đất nằm ngang được tính theo công thức: σ p =(q+Σγ i .√K p Trong đó: + K p : hệ số thành phần ngang của áp lực bị động của đất được tính toán theo công thức sau: Qua trình bày ở trên ta có thể thấy, trong ba loại áp lực trên thì áp lực bị động là lớn hơn áp lực đất tĩnh và áp lực chủ động là nhỏ nhất. Từ phân tích lý luận và thử nghiệm thực tiễn cho thấy, chuyển vị cần thiết khi phía sau tường chắn đất đạt đến áp lực đất bị động lớn hơn rất nhiều áp lực đất chủ động.4 Tính toán áp lực đất khi có tải trọng hình băng phân bố Tải trọng hình băng tức là tải trọng phân bố trên một dải bề rộng hữu hạn, ví dụ tải trọng của móng băng chạy song song với tường chắn, tải trọng của ô tô, đường sắt, đường đê. Khi trên mặt đất có tải trọng hình băng ta có thể dùng phương pháp tính gần đúng theo lý thuyết áp lực đất Rankine để xác định áp lực ngang của nó.
Theo hình vẽ, tại điểm cách đỉnh tường một đoạn L tác động siêu tải phân bố đều bề rộng L 1. Từ khởi điểm O của siêu tải vẽ một đường OC tạo với đường nằm ngang 1 góc 450+ϕ/2 và cắt lưng tường tại điểm C. Ta xem từ C trở lên không kể đến tác động của siêu tải phân bố, áp lực chủ động của nó chỉ là do trọng lượng bản thân đất lấp gây ra, từ điểm C trở xuống mới xét đến tác động của siêu tải phân bố. Tương tự, từ điểm cuối O’ của siêu tải, ta cũng kẻ đường O’D tạo với đường nằm ngang 1 góc 450+ϕ/2 cắt lưng tường tại D.
Phân bố cường độ áp lực đất chủ động do tải trọng hình băng gây ra là abcd. 1 Tính áp lực đất chủ động dưới tác động của tải trọng hình băng 2.