Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU 1. Giới thiệu Sụp đổ hay phá hoại hố đào luôn là thảm họa tại các công trường thi công hố đào sâu. Trong trường hợp xấu nhất, sự cố hố đào có thể gây nguy hiểm đến tính mạng của công nhân và ảnh hưởng đến các công trình lân cận. Phạm vi ảnh hưởng thường rất lớn, đất nền bị lún nhiều có thể phát sinh hư hỏng và gây sụp đổ các công trình.
Vì vậy, giải pháp để tránh phá hoại hay sụp đổ thành hố đào và đảm bảo ổn định khi đào sâu trong đất là quan trọng hàng đầu. Không có quy định rõ rệt ranh giới phân biệt giữa hố đào sâu và hố đào nông, trong thực tế thì thường lấy 6m làm ranh giới giữa hố đào nông với hố đào sâu. Tuy nhiên, khi độ sâu hố đào nhỏ nhưng phải đào trong đất có điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn phức tạp thì cũng phải ứng xử như hố đào sâu. Hố đào khi căn cứ vào điều kiện hiện trường, phương pháp thi công, có thể được chia thành hai loại: – Loại đào không có kết cấu chắn giữ (hay còn gọi là đào trần) giống như đào hố móng nông cho nhà phố, nhà ở liên kế, móng cột … – Loại đào có kết cấu chắn giữ, chẳng hạn như chắn giữ hố móng bằng tường cọc bản thép, tường barette, tường cọc xi măng đất… Khi phân chia theo chức năng, kết cấu chắn giữ hố đào sâu có thể chia thành hai bộ phận chủ yếu: – Bộ phận chắn đất: gồm kết cấu chắn đất, ngăn nước và kết cấu chắn đất không ngăn nước.
– Hệ chống và neo giữ: thép ống hay thép hình chống đỡ, thanh neo vào trong đất, chống đỡ bằng bản sàn các tầng hầm (đối với những công trình thi công bằng phương pháp top – down), hệ dầm vòng chống đỡ. Trang 4 LUẬN VĂN GVHD: TS. TRẦN XUÂN THỌ 1. Giải pháp ổn định thành hố đào Thi công hố đào sâu làm thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng đất nền xung quanh khu vực hố đào, có thể làm thay đổi mực nước ngầm dẫn đến nền đất bị dịch chuyển, gây lún và làm hư hại các công trình xung quanh nếu không có giải pháp chống đỡ, thi công hố đào thích hợp.
Các giải pháp chống đỡ thành hố đào thường được áp dụng là: – Chắn giữ bằng cọc trộn dưới sâu Cọc trộn dưới sâu là một phương pháp mới để gia cố nền đất yếu và ổn định thành hố đào. Loại kết cấu chống giữ này không thấm nước, không phải đặt thanh chống, tạo cho hố đào có không gian thi công thông thoáng, vật liệu sử dụng cũng chỉ có xi măng, do đó đạt được hiệu quả kinh tế tương đối cao, được sử dụng rộng rãi trong chắn giữ hố đào có độ sâu từ 3m đến 6m.1: Chắn giữ hố đào bằng cọc đất trộn xi măng – Chắn giữ bằng cọc hàng Hố đào do hiện trường hạn chế không thể chắn giữ bằng cọc trộn được hay khi độ sâu hố đầu khoảng 6m đến 10m thì có thể chắn giữ bằng cọc hàng. Chắn giữ bằng cọc hàng có thể dùng cọc nhồi khoan tạo lỗ, cọc bản bê tông cốt thép đúc sẵn hoặc cọc bản thép. Trang 5 LUẬN VĂN GVHD: TS.
TRẦN XUÂN THỌ 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 chữ Z. Dùng phương pháp đóng hoặc rung để hạ cọc vào trong đất, sau khi hoàn thành nhiệm vụ chắn giữ, có thể thu hồi sử dụng lại. Dùng cho hố đào có độ sâu từ 3m đến 10m.2: Chắn giữ hố đào bằng cọc bản thép (cừ Larsen) Cọc bản bêtông cốt thép: chiều dài cọc từ 6m đến 12m, sau khi đóng cọc xuống đất, trên đỉnh cọc đổ một dầm vòng bằng bêtông cốt thép đặt một dãy chắn giữ hoặc thanh neo. Dùng cho loại hố đào có độ sâu từ 3m đến 6m.3: Chắn giữ hố đào bằng cọc bản bê tông cốt thép Trang 6 LUẬN VĂN GVHD: TS.
TRẦN XUÂN THỌ Cọc khoan nhồi: đường kính từ 0,6m đến 1m, cọc dài từ 15m đến 30m, làm thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, trên đỉnh cọc đổ một dầm vòng bằng bêtông cốt thép. Dùng cho hố đào có độ sâu từ 6m đến 13m.4: Chắn giữ hố đào sâu bằng hàng cọc khoan nhồi – Chắn giữ bằng tường liên tục trong đất (tường vây) Được sử dụng lần đầu tiên vào những năm 1950 tại Italy, tường vây đã được sử dụng phổ biến, rộng rãi trên toàn thế giới cho đến ngày nay. Phương pháp thi công tường vây bằng cách dùng gầu ngoặm đào hào với dung dịch giữ thành (thông thường là bentonite), sau đó hạ lồng thép chế tạo sẵn và đổ bêtông tạo thành tường liên tục trong đất bằng bêtông cốt thép. Trong quá trình thi công hố đào sâu, có thể bổ sung thêm hệ thanh chống hoặc neo làm tăng thêm ổn định tổng thể, giảm chuyển dịch của hệ kết cấu chắn giữ, điều này không những liên quan tới an toàn của hố đào và quá trình thi công đào đất mà còn có ảnh hưởng lớn đến việc tiết kiệm chi phí và tiến độ của công trình.
Tường vây thường dùng cho hố đào có độ sâu lớn hoặc trong điều kiện thi công tương đối khó khăn, yêu cầu nghiêm ngặt về biến dạng, chuyển vị các công trình xây dựng và đường ống xung quanh. Trang 7 LUẬN VĂN GVHD: TS. TRẦN XUÂN THỌ Hình 1.5: Chắn giữ hố đào bằng tường vây bê tông cốt thép với thanh chống Hình 1.6: Chắn giữ hố đào bằng tường vây bê tông cốt thép với hệ neo Trang 8 LUẬN VĂN GVHD: TS. TRẦN XUÂN THỌ Hình 1.7: Chắn giữ hố đào sâu bằng tường vây bê tông cốt thép Một vài ưu điểm của tường vây như sau Ảnh hưởng đến môi trường xung quanh trong quá trình thi công thấp.
Khi thi công chấn động ít, tiếng ồn thấp, ít ảnh hưởng đến các công trình xây dựng và đường ống ngầm xung quanh. Biến dạng của tường tương đối nhỏ, thân tường có độ cứng lớn, bề dày và độ sâu của tường có thể điều chỉnh thích hợp. Khả năng chống thấm nước tốt, khi sử dụng vừa như một kết cấu chắn giữ vừa như một kết cấu chịu lực lâu dài thì hiệu quả kinh tế cao. Trang 9 LUẬN VĂN GVHD: TS.
TRẦN XUÂN THỌ 1. Sự cố hố đào, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa 1. Sự cố hố đào [4] Việc thi công hố đào có thể gây ra sự cố hoặc hư hỏng đối với các công trình lân cận, biểu hiện như sau: Sự cố như sập đổ công trình hoặc một bộ phận công trình; sụt nền; gãy cấu kiện chịu lực chính, đứt đường ống, đường cáp hoặc hệ thống thiết bị công trình; nghiêng, lún công trình hoặc nứt, võng kết cấu chịu lực chính quá mức cho phép. Hư hỏng như nứt, tách nền; nứt tường hoặc kết cấu bao che, ngăn cách, hư hỏng cục bộ nhưng chưa tới mức gián đoạn hoạt động các đường ống, đường cáp hoặc hệ thống thiết bị công trình; nghiêng, lún công trình hoặc nứt, võng kết cấu chịu lực chính nhưng còn trong giới hạn cho phép; Các biểu hiện nêu trên có thể xuất hiện ngay từ khi bắt đầu thi công kết cấu chống giữ thành hố đào như đóng cừ, thi công cọc, làm tường vây hoặc xuất hiện trong quá trình thi công đào đất.
Nguyên nhân – Chấn động phát sinh khi thi công Các chấn động phát sinh khi rung hạ cừ, hạ ống vách để khoan cọc nhồi có thể gây lún móng của các công trình lân cận tựa trên một số loại đất rời, kém chặt hoặc gây hư hỏng kết cấu bằng các tác động trực tiếp lên chúng. – Chuyển vị của đất Các chuyển vị thẳng đứng (lún hoặc trồi) và chuyển vị ngang của đất xảy ra khi thi công tường hố đào, khi đào đất hố đào, khi hút nước ra khỏi hố đào hoặc khi thu hồi cừ ván thép. Khi rung hoặc ép tường cừ chế tạo sẵn thì bề mặt đất có xu hướng nâng lên và đất bị đẩy ra xa. Ngược lại khi thi công cọc khoan nhồi hoặc tường vây bê tông cốt thép thì bề mặt đất xung quanh bị lún xuống và đất dịch chuyển ngang hướng về vị trí khoan tạo lỗ.
Khi thi công đào đất, đất nền ở khu vực xung quanh bị lún xuống và chuyển dịch ngang về phía hố đào. Mức độ lún và chuyển vị ngang phụ thuộc vào độ sâu đào, Trang 10 LUẬN VĂN GVHD: TS. TRẦN XUÂN THỌ đặc điểm của đất nền, kết cấu chống đỡ và qui trình đào đất. Chuyển dịch lớn thường phát sinh khi thi công hố đào sâu trong đất yếu.
Khi bơm hút nước để thi công hố đào, mực nước ngầm bị hạ thấp làm tăng độ lún của đất nền ở khu vực xung quanh. Mức độ lún phụ thuộc vào mức độ hạ mực nước ngầm, đặc điểm của đất nền và thời gian thi công. – Mất ổn định hố đào Hố đào có thể bị mất ổn định do hệ thống chống đỡ không đủ khả năng chịu lực hoặc do hiện tượng trượt sâu. Trong trường hợp này các công trình liền kề hố đào bị chuyển vị lớn và có thể bị sập đổ ngay.
– Sụt đất Hiện tượng sập cục bộ thành rãnh đào và hố khoan khi thi công tường vây và cọc bằng phương pháp đổ tại chỗ có thể để lại các hốc nhỏ trong đất. Các hốc với qui mô lớn hơn được hình thành khi đất bị cuốn trôi theo dòng chảy của nước vào hố đào qua khe hở giữa các tấm cừ hoặc qua các khuyết tật trên kết cấu tường vây. Khi vòm đất phía trên các hốc này bị sập sẽ gây ra hiện tượng sụt nền hoặc sự cố của các công trình trên nó. Hiện tượng này có khả năng xảy ra khi hút nước hố đào để thi công móng, tầng hầm trong nền cát bão hòa nước.
Biện pháp phòng ngừa Thi công hố đào là công việc phức tạp, cần được quản lý, giám sát và thực thi một cách chặt chẽ ở tất cả các bước từ khảo sát, thiết kế biện pháp thi công, thi công tới xử lý các tình huống phát sinh khi thi công. Các công trình quan trọng nằm trong phạm vi ảnh hưởng của hố đào cần có biện pháp bảo vệ, chống đỡ, gia cố trước khi thi công hố đào. – Khảo sát phục vụ thiết kế biện pháp thi công Khối lượng và độ sâu khảo sát địa kỹ thuật phục vụ thiết kế biện pháp thi công hố đào phải phù hợp với yêu cầu của các tiêu chuẩn.
