Đặt vấn đề Cùng với sự phát triển của nền kinh tế thì nhƣu cầu về nhà ở, văn phòng ngày càng tăng cao, diện tích đất ngày càng chật hẹp, mật độ xây dựng ngày càng tăng lên. Để tiết kiệm diện tích đất cũng nhƣ đƣa ra giải pháp bố trí không gian tiện ích thì xây dựng tầng hầm là vấn đề luôn đƣợc đƣa ra, và giải pháp để giữ ổn định cho các hố đào sâu trong điều kiện diện tích thi công chật hẹp là một yêu cầu cấp bách. Có nhiều giải pháp đƣợc đƣa ra nhƣ dùng tƣờng Barrette, sử dụng cọc khoan nhồi đƣờng kính bé ., tùy vào điều kiện thực tế của mỗi công trình để có giải pháp phù hợp và an toàn nhất. 1 Công trình thi công hố đào sâu sử dụng tƣờng Barrette [1] Hình 1.
2 Công trình thi công hố đào sâu sử dụng cọc khoan nhồi [1] 1 Luan van Mặc dù thi công tƣờng vây sử dụng tƣờng Barrete và cừ Larsen đƣợc đánh giá cao về khả năng giữ ổn định cho hố đào trong quá trình thi công cũng nhƣ khi đƣa vào sử dụng nhƣng trong quá trình ứng dụng cũng có nhiều sự cố đáng tiếc xẫy ra làm ảnh hƣởng tới tiến độ thi công, ảnh hƣởng tới tinh thần, sức khỏe và thiệt hại về kinh tế. 3 Công trình xẩy ra sự cố khi thi công hố đào sâu sử dụng tƣờng Barrette Hình 1. 4 Công trình xẩy ra sự cố khi thi công hố đào sâu sử dụng cọc khoan nhồi [1] Theo thống kê 70% sự cố các công trình là do nền móng [2]. Sự cố công trình luôn là điều rất đáng tiếc xẩy ra ngoài ý muốn của của con ngƣời, gây thiệt hại to lớn về tài sản, tinh thần, gây ra nhiều tác động suy nghĩ tiêu cực cho con ngƣời.
2 Luan van Trƣớc tình hình đó, đề tài này nghiên cứu về các giải pháp phòng ngừa và biện pháp khắc phục sự cố tƣờng vây nhằm đề xuất, hƣớng dẫn cho công tác thiết kế cũng nhƣ thi công cách phòng ngừa hoặc khắc phục các sự cố có thể xẩy ra liên quan đến tƣờng vây tầng hầm. Tình hình nghiên cứu Hiện nay trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu và các lý thuyết tính toán về tƣờng vây, các giải pháp để khống chế chuyển vị của tƣờng. Nghiên cứu ngoài nƣớc: Các nghiên cứu đã đƣa ra các lý thuyết tính toán tƣờng trong đất,các phƣơng pháp tính toán các thành phần cấu trúc của tƣờng, nhận định về sự ảnh hƣởng trực tiếp của độ sâu tƣờng chắn tới sự ổn định của hố đào,trong các thiết kế sơ bộ độ dày của một tƣờng vây có thể đƣợc giả định là 5% H e ( H e là độ sâu hố đào) [3]. Đƣa ra các phân tích về ảnh hƣởng của các mô hình nền đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tƣờng vây trong hố đào sâu bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn.
Cũng có những nghiên cứu về ảnh hƣởng của giới hạn vùng mô hình đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tƣờng vây [4]. Các kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng ảnh hƣởng của các loại tải trọng tác động lên tƣờng vây chỉ nằm trong một vùng giới hạn nhất định.Bakker [5] đã đƣa ra đề nghị giới hạn vùng mô hình phân tích hố đào sâu bằng phần mềm Plaxis. Theo kết quả nghiên cứu này thì giới hạn mô hình phụ thuộc vào chiều rộng và chiều sâu của hố đào. Nghiên cứu trong nƣớc: Ngô Đức Trung, Võ Phán [6].
Đã phân tích ảnh hƣởng của mô hình đến dự báo chuyển vị và biến dạng công trình hố đào sâu ổn định bằng tƣờng chắn Lê Trọng Nghĩa, Lê Khánh Sơn [7]. Đã phân tích chuyển vị ngang tƣờng vây tầng hầm khi thi công theo phƣơng pháp semi-Topdown trong khu vực đât yếu Thành Phố Hồ Chí Minh. Nguyễn Bá Kế [8] đã đề cập đến lý thuyết tính toán và thi công hố đào sâu, các phƣơng pháp phân tích và ví dụ thực tế. 3 Luan van Nhìn chung, các nghiên cứu tập trung vào việc nghiên cứu tính toán, nghiên cứu tính ổn định mà chƣa đề cập đến các biện pháp xử lý khi xẩy ra sự cố.
Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay ở hầu hết các thành phố của Việt Nam đều có các tòa nhà cao tầng, và để giải quyết mặt bằng đậu xe cũng nhƣ kho bãi thì xây dựng tầng hầm là vấn đề luôn đƣợc đặt ra. Trong điều kiện ở các thành phố, diện tích đất chật hẹp, địa chất yếu, mật độ xây dựng dày đặc và đặc biệt là các thành phố lớn thì việc giữ ổn định cho hố đào trong suốt quá trình thi công cũng nhƣ đảm bảo an toàn cho các công trình hiện hữu là rất cần thiết. Giải pháp sử dụng tƣờng Barrette, cọc khoan nhồi là một trong những giải pháp tối ƣu nhƣng trong quá trình áp dụng vẫn còn xẩy ra nhiều sự cố đáng tiếc. Một số sự cố tiêu biểu xẩy ra trong quá trình thi công tầng hầm nhƣ: Sự cố khiếm khuyết bê tông tƣờng Barrette trong quá trình thi công tƣờng vây ở công trinh Pacific làm cho nƣớc ngầm tràn vào đáy hố đào mang theo đất cát gây sụp đổ viện khoa học xã hội vùng Nam Bộ.
5 Hiện trạng phần ngầm Pacific và viện khoa học xã hội vùng Nam Bộ sau sự cố ngày 9/10/2007 [9] 4 Luan van Sự cố đã làm dãy nhà Viện khoa học Xã hội vùng Nam Bộ đổ sập, bị vùi dƣới lòng đất hơn 10m phần còn lại của khu nhà cũng có nguy cơ bị đổ sập gây thiệt hại nặng nề về kinh tế, theo số liệu từ chủ đầu tƣ thì tổng thiệt hại khoảng 200 tỷ đồng. Bên cạnh đó công trình cũng phải tạm ngƣng thi công để điều tra nguyên nhân và tìm phƣơng án xử lý, một số phòng ban của Viện khoa học Xã hội vùng Nam Bộ phải tạm ngƣng hoạt động do không đảm bảo an toàn. Sự cố bùng đáy hố đào gây sụp đổ hệ chống đỡ tƣờng vây ở công trình Vinacomin cũng là một trong các sự cố tiêu biểu trong quá trình thi công phần ngầm ở Thành phố Hồ Chí Minh. 6 Hiện trạng phần móng tòa nhà Vinacomin sau sự cố ngày 10/05 [1] Sự cố làm 22 căn nhà của các hộ dân bị ảnh hƣởng thì có 8 căn hỏng nặng không thể ở, mặt đƣờng Ung Văn Khiêm cũng bị nứt nẻ kéo dài nhiều đoạn, tạo thành rãnh lớn.
Các căn hộ cách đó khoảng 30 m cũng bị nứt tƣờng, hƣ hỏng một số vị trí ở bậc tam cấp, cửa ra vào. Toàn bộ nhà ở cho công nhân bên trong công trình bị đổ sập, hƣ hỏng hoàn toàn. Sự cố xẫy ra làm công trƣờng phải ngƣng hoạt động. Đứng trên góc độ khoa học, sự cố công trình là bài học kinh nghiệm vô cùng đắt giá cho những ngƣời hoạt động trong lĩnh vực xây dựng, bao gồm cả thiết kế, thi công và quản lý giám sát dự án.
Những ngƣời làm công tác khoa học nên đối mặt 5 Luan van với các sự cố công trình bằng cách nhìn nhận tích cực nhƣ là kinh nghiệm quí báu cho công tác xây dựng, hƣớng đến sự phát triển công nghệ xây dựng và khoa học ngành xây dựng. Những sự cố gây ra hậu quả nghiêm trọng không những làm tổn thất về kinh tế, ảnh hƣởng tới đời sống sinh hoạt, tinh thần của ngƣời dân khu vực lân cận mà còn gây ra dƣ luận không tốt đối với ngành xây dựng trong xã hội. Vì vậy việc nghiên cứu các giải pháp phòng ngừa, các biện pháp để xử lý khi xẫy ra sự cố đối với tƣờng vây là rất cần thiết. Do đó luận văn đề xuất nghiên cứu với đề tài “ Nghiên cứu các giải pháp phòng ngừa và biện pháp khắc phục sự cố tƣờng vây”.
Mục đích nghiên cứu của đề tài. Để giảm tối đa những thiệt hại về kinh tế, những tổn thất về tinh thần, những hệ lụy không mong muốn do các sự cố gây ra. Đề tài tập trung nghiên cứu các loại sự cố xẩy ra đối với tƣờng vây trong quá trình thi công, tìm hiểu nguyên nhân gây ra sự cố nhằm đƣa ra các khuyến nghị, những lƣu ý trong quá trình thiết kế thi công hố đào sâu cũng nhƣ đề xuất các giải pháp, các phƣơng án khắc phục, xử lý khi xảy ra sự cố. Đề tài tập trung nghiên cứu sự cố xẩy ra đối với hai loại tƣờng vây là tƣờng vây Barrette và tƣờng vây cừ Larsen.
Phƣơng pháp nghiên cứu Thu thập số liệu thiết kế, hồ sơ khảo sát địa chất của các công trình thực tế, đặc biệt là các công trình cố xẩy ra sự cố trong quá trình thi công cũng nhƣ các số liệu quan trắc tƣờng Barrete trƣớc quá trình thi công đào đất, trong quá trình thi công, sau khi xẩy ra sự cố. Tiến hành mô phỏng, tính toán lại bằng phần mềm Plaxis, kết hợp với số liệu thực tế để đƣa ra nhận xét, kiến nghị. Từ việc mô phỏng lại bài toán thực tế công trƣờng để xác định đƣợc các nguyên nhân gây ra sự cố, từ đó đề ra các giải pháp thay đổi trong thiết kế, thi công và đánh giá độ an toàn của các giải pháp khắc phục đã đề xuất. 6 Luan van CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
Giới thiệu Trong quá trình xây dựng đặc biệt là xây dựng các công trình nhà cao tầng, các công trình có tầng hầm thì việc thi công đào đất sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất của đất. Quá trình hạ mực nƣớc ngầm làm cho đất nền bị dịch chuyển, đặc biệt là khu vực địa tầng có lớp cát, gây ra hƣ hỏng cho các công trình lân cận nếu không đƣa ra các giải pháp phù hợp. Vì vậy ngƣời ta thƣờng áp dụng hình thức thi công tƣờng vây, kết cấu tƣờng vây này có chức năng giữ ổn định hố đào và có thể dùng chịu một phần tải trọng của công trình hoặc tƣờng bao cho tầng hầm. Hiện nay có nhiều loại tƣờng vây phổ biến nhƣ tƣờng Barrette, tƣờng vây bằng cọc khoan nhồi, tƣờng vây bằng cừ Larsen, tƣờng vây bằng cừ nhựa.
Trong nội dung luận văn này những nghiên cứu đƣợc giới hạn với các công trình sử dụng tƣờng vây Barrette và tƣờng vây cừ Larsen. Tƣờng cừ Larsen Cừ larsen là một loại cọc đƣợc liên kết với nhau, kết hợp với các thanh chống, thanh neo tạo thành hệ tƣờng chắn. Cừ larsen (Sheet pile) đƣợc sử dụng nhiều để làm tƣờng vây chắn đất hoặc nƣớc khi thi công các hố đào tạm thời. Ngoài ra còn đƣợc sử dụng trong thi công tầng hầm nhà dân dụng, nhà công nghiệp, thi công móng mố trụ cầu, hệ thống cấp thoát nƣớc ngầm, trạm bơm, kết cấu hạ tầng,….