Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU 1.1 Phân loại hố đào và tường chắn [1][2].1 Phân loại hố đào. Cùng với sự phát triển của cơ sở hạ tầng của đô thị, ngày càng nhiều công trình hố đào được xây dựng với nhiều mục đích khác nhau, từ đơn giản cho đến phức tạp, như: Hệ thống cấp thoát nước, hệ thống bể chứa và xử lý nước thải, bãi đậu xe ngầm, ga và đường tàu điện ngầm, tầng hầm dưới các nhà cao tầng,… Căn cứ vào điều kiện hiện trường và chiều sâu đào, hố đào có thể được chia thành hai loại: ‐ Hố đào nông: khi chiều sâu đào không quá 5m. ‐ Hố đào sâu: khi chiều sâu đào lớn hơn 5m. Tuy nhiên, trong một số trường hợp chiều sâu đào của hố móng nhỏ hơn 5m nhưng phải thi công trong điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn tương đối phức tạp thì cũng được phân tích ứng xử như hố đào sâu.
Ngoài ra có thể phân loại theo phương pháp đào : ‐ Phương pháp đào mở : phương pháp đào mở có thể được chia thành phương pháp đào mái dốc và phương pháp đào console. Phương pháp đào tạo dốc không sử dụng tường chắn đất hoặc hệ giằng chống. Thay vào đó, hố đào được thi công đào và tạo dốc ở các biên.1 : Phương pháp đào mở tạo dốc 5 Hình 1.2 : Phương pháp đào mở console ‐ Phương pháp đào có giằng : là phương pháp đào đất có thêm hệ giằng ngang phía trước tường chắn để chống lại áp lực ngang của đất tác dụng lên lưng tường (hình 1. Mặc dù hệ giằng và các trụ đỡ có thể cản trở trong quá trình thi công, nhưng phương pháp này được sử dụng thông dụng nhất, có thể áp dụng cho tất cả các hố đào sâu với kích thước và độ sâu bất kì.3 : Hình ảnh công trường thi công bằng phương pháp đào có giằng ‐ Phương pháp đào neo: phương pháp này sử dụng các thanh neo thay thế cho hệ giằng để chống lại áp lực ngang của đất.
Phương pháp này dựa vào cường độ của đất để tạo ra lực neo. Cường độ đất nền càng cao, lực neo tạo ra càng lớn và ngược lại.4 : Phương pháp đào neo ‐ Phương pháp đào ốc đảo: phương pháp đào ốc đảo được giải thích như sau : đào phần trung tâm của mặt bằng thi công trước và giữ lại phần đất gần tường chắn, tạo thành mái dốc để giữ tường. xây dựng phần kết cấu chính tại khu vực trung tâm, đào mái dốc và lắp dựng hệ giằng giữa tường chắn và kết cấu chính. Tháo hệ giằng và thi công phần còn lại của kết cấu.
Nếu độ sâu đào không quá lớn, có thể dùng các thanh chống xiên để giằng và thi công hoàn tất hố đào trong 1 giai đoạn. Nếu độ sâu hố đào lớn, cần sử dụng kết hợp với các phương pháp đào giằng hoặc neo, đó là lắp đặt hệ giằng hoặc neo theo từng lớp đến độ sâu thiết kế. Khi thi công đào bằng phương pháp ốc đảo, mặt bằng công trường phải đủ rộng, và biện pháp thi công phải xem xét đến vị trí của kết cấu chính. Độ rộng và độ dốc của mái dốc cần được tính toán để không gây phá hoại trượt.
Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là tốn ít thời gian thi công. Phương pháp này yêu cầu ít giằng hơn phương pháp đào giằng, giảm chi phí lắp dựng và tháo dỡ các hệ giằng. Ứng dụng trong khu vực có diện tích đào rộng, phương pháp này tránh được các nhược điểm của phương pháp đào giằng, đó là nhịp giằng lớn làm giảm lực chống của giằng chống lại áp lực ngang của đất, hoặc nhược điểm của phương pháp đào neo là áp lực nước cao gây cản trở lắp đặt neo. Nhược điểm của phương pháp này là khả năng rò rỉ nước hoặc 7 sự giảm yếu tại các mối nối giữa phần kết cấu chính ở giữa với các kết cấu xung quanh.
Bên cạnh đó, chuyển vị của đất nền và biến dạng của tường chắn lớn thường xảy ra do lực chống bị động của mái dốc nhỏ hơn khi ở trạng thái bình thường, đặc biệt là trong đất mềm.5 : Hình ảnh thi công bằng phương pháp đào ốc đảo ‐ Phương pháp thi công Top-down: các phương pháp thi công kể trên đều thuộc dạng thi công từ dưới lên, đó là sau khi đào đến cao độ thiết kế, phần kết cấu bên dưới được thi công theo trình tự từ dưới lên. Ngược lại với các phương pháp trên, phương pháp thi công top-down lắp dựng ván khuôn và thi công dầm sàn ngay sau mỗi đợt đào, các dầm sàn cố định này sẽ thay thế cho các hệ giằng tạm thời bằng thép hình trong phương pháp đào giằng để chống lại áp lực đất sau lưng tường chắn. Theo phương pháp này, việc thi công kết cấu bên dưới sẽ kết thúc cùng lúc với quá trình đào đất. Việc thi công phần kết cấu bên dưới được thực hiện từ trên xuống nên được gọi là phương pháp top-down.
‐ Phương pháp đào phân vùng: việc thi công đào đất sử dụng tường liên tục làm tường chắn đất, bởi vì hiệu ứng vòm của tường betong, nên biến dạng của tường chắn hoặc chuyển vị của đất nền ở các góc tường rất ít, biến dạng ở cạnh ngắn của 8 hố đào ít hơn ở cạnh dài. Việc đào theo vùng tận dụng những ưu điểm trên để làm giảm chuyển vị của tường hoặc đất nền trong quá trình đào.6 : Mặt bằng một hố đào sâu Hình 1.7 : Mặt bằng hố đào bằng phương pháp đào phân vùng 1.2 Phân loại tường chắn ‐ Tường cọc chống : dùng thép hình H hoặc I đóng thành một hàng cọc, chèn ván hoặc thép tấm sau lưng cọc trong lúc đào, sau đó lấp đất vào khoảng trống giữa ván và cọc, khi cần thiết có thể lắp thêm hệ giằng ngang.8 : Hình ảnh thi công tường cọc chống ‐ Cọc bản thép: Dùng thép máng sấp ngửa móc vào nhau hoặc cọc bản thép khóa miệng bằng thép hình với mặt cắt chữ U hoặc Z. Dùng phương pháp đóng hoặc rung để hạ chúng vào trong đất. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ chắn giữ, chúng có thể được thu hồi và sử dụng lại Hình 1.9 : Tường cọc bản thép 10 ‐ Tường cọc bản bêtông cốt thép: thi công các cọc BTCT (cọc khoan nhồi hoặc cọc đúc sẵn) thành dãy liên tục để chắn đất.10 : Tường vây bằng cọc khoan nhồi ‐ Tường liên tục trong đất: Dùng các máy đào đặc biệt để đào thành hố đào thành những đoạn có độ dài nhất định (có dùng dung dịch bentonite để giữ ổn định), sau đó đem các lồng thép đã chế tạo sẵn đặt vào.
Dùng ống dẫn đổ bêtông cho từng đoạn tường rồi nối các đoạn tường này lại với nhau bằng các đầu nối đặc biệt (ống đầu nối hoặc hộp nối) để tạo thành tường liên tục trong đất bằng bêtông cốt thép.11 : Tường liên tục BTCT 1.2 Giới thiệu một số công trình hố đào sâu[7] 11 1.1 Trên thế giới ‐ Một gara có kích thước 156 x 54 x 27 m gồm 7 tầng được xây dựng ở Maxcơva có sức chứa 2000 ôtô con. Để xây dựng công trình này người ta đã đào 274000m3 đất, 4000m3 bêtông đổ tại chổ và 19500m3 bêtông cốt thép đúc sẵn. Các tường chịu lực được xây dựng trong 6 tháng bằng phương pháp tường trong đất. ‐ Một gara ngầm 7 tầng, hình tròn có đường kính 57m, sâu 28m, có sức chứa 530 ôtô con, sàn trên cùng cách mặt đường phố 3m, các tầng được xếp theo đường xoắn ốc.
Đây là công trình được xây dựng bằng phương pháp giếng chìm.2 Ở Việt Nam ‐ Cao ốc thương mại Phú Thọ Thuận Việt Cao ốc được xây dựng tại số 319 Lý Thường Kiệt, Phường 15, Quận 11, TpHCM. Công trình gồm 17 tầng lầu, 2 tầng hầm, sử dụng hệ tường vây cừ Larssen chu vi 58mX57. ‐ Công trình Cao ốc Pacific Công trình được xây dựng tại số 43-45-47 Nguyễn thị Minh Khai – phường ĐaKao – Q.1 Tp HCM, công trình gồm 20 tầng cao và 3 tầng hầm. ‐ Cao ốc Saigon M&C Công trình toạ lạc tại số 34, Tôn Đức Thắng, Q1, Tp.HCM gồm 5 tầng hầm, sử dụng tường vây dày 1m, sâu hơn 40m.3 Các nghiên cứu về tường chắn hố đào sâu[3] Các nghiên cứu bằng PP số cho hố đào sâu Clough, G.(1974) đã so sánh ứng xử của tường neo và tường giằng bằng cách sử dụng phương pháp Phần tử hữu hạn, và kiểm tra ảnh hưởng của ứng suất trước, độ cứng neo, khoảng cách neo, độ cứng tường và chiều sâu hố đào đối với tường neo.
Việc phân tích được thực hiện dựa trên các giả thuyết mặt trượt phẳng. Mô hình đất được sử dụng là mô hình đàn hồi phi tuyến tương tự như mô 12 hình được mô tả bởi Duncan và Cling, trong đó ứng xử của đất được giả thiết bao gồm 1 phần phi tuyến đối với những tải trọng ban đầu, và ứng xử tuyến tính đối với việc chất tải và dỡ tải. Họ kết luận rằng tường có neo hoạt động không hiệu quả như tường giằng, việc gia tăng ứng suất trước cũng như độ cứng tường hoặc độ cứng của neo có thể giảm chuyển vị của đất, khoảng cách neo rộng có thể gây ra sự tập trung áp lực đất lớn tại cao độ neo. Và họ cũng kết luận rằng yếu tố quan trọng gây nên độ lún sau lưng tường neo nhỏ hơn tường giằng đó là do tường neo thường được tạo ứng suất trước, và việc đào quá mức thường xảy ra trong quá trình thi công tường giằng có thể dễ dàng gây độ lún gấp đôi.C (1990) dùng phương pháp Phần tử hữu hạn để tiến hành nghiên cứu các thông số nhằm đánh giá ảnh hưởng của các đặc tính của tường, độ sâu của đất cứng, bề rộng hố đào, chiều sâu chôn tường đối với sự ổn định của hố đào trong đất sét.
Việc nghiên cứu chỉ ra rằng độ dày của lớp sét bên dưới hố đào, độ sâu chôn tường và độ cứng tường là những nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến sự ổn định nền.F (1991) khảo sát ứng xử của tường vây dạng console dùng làm hệ thống tường chắn tạm cho công trình đường cao tốc thấp. Đất và bản tường liên tục được giằng ở độ sâu 9m của hố đào trong đất sét lẫn cuội quá cố kết ở trạng thái cứng. Các nghiên cứu được thực hiện để khảo sát ảnh hưởng của đất, tường và độ cứng của bản giằng, và hệ số áp lực ngang của đất K0. Kết quả cho thấy độ cứng của đất, giá trị K0, và sự liên kết kết cấu giữa bản sàn mặt đường với tường chắn là các hệ số quan trọng ảnh hưởng tới ứng xử của tường.