CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU 1.1 Tổng quan về hố đào 1. Vai trò của hố đào Ngày nay, tại các thành phố lớn do quỹ đất ngày càng thu hẹp, giá đất ngày càng tăng cao nên con người có xu hướng khai thác tối đa phần không gian dưới mặt đất công trình với nhiều mục đích khác nhau: dây chuyền công nghệ các ngành công nghiệp nặng (luyện kim, vật liệu xây dựng…), các công trình thủy lợi (các trạm bơm, các công trình thủy lợi, thủy điện…), các công trình giao thông (ga, hầm, đường tàu điện ngầm…), các công trình dân dụng (bãi đậu xe, tầng hầm kỹ thuật…). Đặc điểm của công trình hố đào sâu Công trình hố đào sâu là một loại công việc tạm thời, sự dự trữ về an toàn có thể là tương đối nhỏ nhưng lại có liên quan với tính địa phương, điều kiện địa chất của mỗi vùng khác nhau thì đặc điểm cũng khác nhau. Theo đà phát triển cải tạo các thành phố cũ, các công trình cao tầng, thường tập trung ở những khu đất nhỏ hẹp, mật độ xây dựng lớn.
Yêu cầu đối với việc ổn định và khống chế chuyển dịch rất là nghiêm ngặt. Đào hố móng trong điều kiện địa chất phức tạp, 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 hư hại nghiêm trọng hoặc bị chảy đất… làm hư hại hố móng, ảnh hưởng đến các công trình xây dựng lân cận, các công trình ngầm và đường ống xung quanh. Công trình hố đào sâu bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước, đào đất… trong đó, một khâu nào đó thất bại sẽ dẫn đến cả công trình bị đỗ vỡ. Việc thi công hố móng ở các hiện trường lân cận như đóng cọc, hạ nước ngầm, đào đất,… đều có thể sinh ra những ảnh hưởng hoặc khống chế lẫn nhau, tăng thêm các nhân tố để có thể gây ra sự cố.
Công trình hố móng có giá thành rất cao, nên việc tính toán thi công phải được quan -4- tâm đúng mức, nếu bất cẩn để xảy ra sự cố thì việc xử lý rất khó khăn, đồng thời gây ra tổn thất lớn về kinh tế và ảnh hưởng nghiêm trọng về mặt xã hội. Phân loại hố đào 1. Phương thức đào Người ta chia hố đào sâu thành 2 loại: - Đào không có chắn giữ: được sử dụng khi hạ mực nước ngầm, đào đất, gia cố nền và giữ mái dốc. - Đào có chắn giữ: được sử dụng cho các kết cấu quay giữ, hệ thống chắn giữ, gia cố nền, quan trắc… 1.
Đặc điểm chịu lực của kết cấu Người ta chia hố đào sâu thành 2 loại: - Kết cấu chắn giữ áp lực chủ động: có vai trò chịu tác dụng của phần áp lực chủ động tác dụng lên kết cấu thành hố đào, bao gồm các kết cấu phun neo để chắn giữ, tường bằng đinh đất để chắn giữ. - Kết cấu chắn giữ áp lực đất bị động: có vai trò chịu tác dụng của phần áp lực bị động tác động lên kết cấu thành hố đào, bao gồm: cọc, bản, ống, tường và chống 1. Chức năng kết cấu Người ta chia kết cấu chắn giữ thành 2 loại: - Bộ phận chắn đất: + Kết cấu chắn đất, thấm nước: cọc thép chữ H,I có bản cài, cọc nhồi đặt thưa trát xi măng lưới thép, cọc đặt dầy, cọc hai hàng chắn đất, cọc nhồi kiểu liên vòm, chắn giữ bằng đinh đất, tường vây barrette… + Kết cấu chắn đất, ngăn nước: tường liên tục trong đất, cọc, tường trộn xi măng đất dưới tầng sâu, giữa cọc đặt dày có bố trí thêm cọc xi măng hay cọc trộn hóa chất, tường vòm cuốn khép kín… - Bộ phận chắn giữ kiểu kéo giữ: gồm kiểu tự đứng, thanh neo, thép hình chống đỡ, chống chéo, hệ dầm vòng chống đỡ… -5- 1. Phân loại tường vây hố đào thường sử dụng 1.
Tường chắn bằng cọc đất trộn xi măng Tường chắn bằng cọc đất trộn xi măng: trộn đất với xi măng thành cọc xi măng (dạng dung dịch hay dạng bột), sau khi đóng rắn sẽ thành tường chắn có dạng bản liền khối đạt cường độ nhất định. Dùng cho loại hố đào có độ sâu từ 3-6m.1: Tường chắn bằng cọc đất trộn xi măng 1. Tường chắn đất bằng cọc khoan nhồi Tường chắn đất bằng cọc khoan nhồi có đường kính từ 0.6-1m, cọc dài 15-30m, làm thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, đỉnh cọc cũng được cố định bằng dầm vòng bằng bê tông cốt thép. Dùng cho hố đào có độ sâu từ 6-13m.2: Tường chắn đất bằng cọc khoan nhồi 1.
Tường chắn bằng cọc thép hình Tường chắn bằng cọc thép hình: các cọc thép hình thường là I hay H được hạ vào trong đất liền sát nhau bằng búa đóng hay rung tạo thành tường chắn kiểu hàng cọc, trên đỉnh được giằng bằng thép hình. Dùng cho hố đào có độ sâu 6-13m.3: Tường chắn bằng cọc thép hình 1. Tường chắn dạng hàng cọc bản thép Tường chắn bằng cọc bản thép: dùng máng thép sấp ngửa móc vào nhau hay cọc bản thép khóa miệng bằng thép hình có mặt cắt chữ U và Z, được hạ vào đất bằng cách đóng hay rung. Dùng cho loại hố đào có độ sâu từ 3-10m.4: Tường chắn dạng hàng cọc bản thép -7- 1.
Cọc bản bê tông cốt thép Cọc bản bê tông cốt thép có chiều dài cọc từ 6-12m, sau khi hạ cọc xuống đất, người ta tiến hành cố định đầu cọc bằng dầm vòng bê tông cốt thép hay thanh neo, thích hợp cho loại hố đào từ 3-6m.5: Tường cọc bản bê tông cốt thép 1. Tường vây Barrette Tường vây Barrette là tường bê tông đổ tại chỗ, chiều dầy từ 600-800mm để chắn giữ ổn định hố đào sâu trong quá trình thi công. Tường có thể được làm từ các đoạn cọc barrette, tiết diện chữ nhật với chiều rộng thay đổi từ 2. Các đoạn tường Barrette được liên kết chống thấm bằng goăng cao su.
Trong trường hợp 2 tầng hầm, tường barrette thường được thiết kế có chiều sâu >10m tùy thuộc vào địa chất công trình và phương pháp thi công. • Các phương pháp ổn định tường vây Barrette Tường vây Barrette được giữ ổn định trong quá trình thi công bằng các giải pháp sau: - Giữ ổn định bằng hệ dàn thép hình: số lượng tầng thanh chống có thể là 1, 2 tầng chống hoặc nhiều hơn tùy theo địa chất công trình, chiều sâu hố đào. -8- - Giữ ổn định bằng phương pháp neo trong đất: thanh neo trong đất được sử dụng là neo dự ứng lực. Neo trong đất có nhiều loại, tuy nhiên dùng phổ biến trong xây dựng hầm là neo phụt.
- Giữ ổn định bằng phương pháp thi công Top-Down: Phương pháp thi công này thường được sử dụng phổ biến hiện nay. Để chống đỡ sàn tầng hầm trong quá trình thi công, người ta thường sử dụng Kingpost bằng thép hình. Trình tự thi công này có thể thay đổi phù hợp với đặc điểm công trình, trình tự thi công… Hình 1.6: Hố đào ổn định bằng tường vây và hệ chống 1. Các nghiên cứu về hệ tường ngang ổn định hố đào sâu 1.Nghiên cứu của C.
Hsieh (2006) với đề tài “CASE RECORD OF AN EXCAVATION WITH CROSS WALLS AND BUTTRESS WALLS“ Tài liệu nghiên cứu việc đào đất với tường ngang và tường chống. Tường ngang và tường có trụ ống là những phương pháp xây dựng thường được sử dụng ở Đài Loan để bảo vệ tòa nhà liền kề trong quá trình đào đất. Cả hai phương pháp này tuy chưa được xác minh nhưng đã được công nhận đều có tác dụng tốt trong việc làm giảm chuyển vị tường và độ lún nền. Tuy nhiên, các phương pháp luận thiết kế cho các bức tường ngang và tường có trụ ống trong quá trình đào bới vẫn còn mang tính -9- thực nghiệm cao vì thiếu những ví dụ điển hình trong lịch sử với kết quả giám sát tốt.
Trong nghiên cứu này, một ví dụ lịch sử trình bày một chuỗi tài liệu xây dựng tốt với chất lượng công trình tốt, và với kết quả giám sát tốt. Theo kết quả giám sát, chuyển vị tường và độ lún nền ở tường ngang hoặc gần đó có có thể được giảm đáng kể.7: Sơ đồ tường ngang Hình 1.8: Các kiểu liên kết giữa tường ngang và tường vây -10- Hình 1.9: Chuyển vị của tường vây và độ lún của đất nền tại vị trí có tường ngang. Kết luận: Tường ngang, thường được xây dựng trước khi đào bới, kết nối các bức tường chắn đối diện nhau. Các bức tường ngang trong trường hợp này được xây dựng theo cùng một cách như tường vây, cần phải có một cường độ nén rất cao, và chuyển vị chung quanh phải là một số lượng không đáng kể với vị trí của các bức tường ngang.
Các khớp kết nối các bức tường ngang với các bức tường ngăn được xây dựng bằng cách sử dụng khớp tấm phân vùng ở hai bên của bức tường ngăn. Bàn chải thép được sử dụng để loại bỏ các chất nhờn trên các tấm phân vùng trước khi đổ bê tông các lỗ đào tường ngang. Tuy nhiên, trong quá trình này, bàn chải thép hơi bị quay đi và có thể ảnh hưởng đến chất lượng xây dựng các khớp nối và từ đó sẽ ảnh hưởng đến chuyển vị tường bị hạn chế bởi các bức tường ngang. Kết quả giám sát cho thấy sự chuyển vị của tường chắn và độ lún nền ở vị trí của tường ngang đã giảm đáng kể, tối đa là 26,1 mm chuyển vị bên và tối đa là 12 mm độ lún nền.
Cho dù chuyển vị này xuất phát từ nén đàn hồi của bức tường ngang hoặc chất lượng xây dựng của các khớp không được lý tưởng lắm cũng xứng đáng nghiên cứu thêm.Nghiên cứu của Richard N. Hwang and Za-Chieh Moh (2008) với đề tài “EVALUATING EFFECTIVENESS OF BUTTRESSES AND CROSS WALLS BY REFERENCE ENVELOPES” [5] Hiệu quả của tường chống và các tường ngang trong việc giảm thiểu độ võng của tường vây trong hai trường hợp được ước tính bằng nghiên cứu đường lệch tường và các tài liệu tham khảo. Cả hai công trình được đặt tại Khu K1, lưu vực sông Đài Bắc và việc đào bới được thực hiện ở độ sâu 32 m bằng cách sử dụng các phương Top- Down. Người ta đã phát hiện ra rằng bức tường ngang có hiệu quả trong việc làm giảm chuyển vị tường trong hai trường hợp.
Mặt khác, hiệu quả của tường chống phụ thuộc nhiều vào cấu hình của nó.10: Vị trí công trình nghiên cứu Bảng 1.1: Biểu đồ tham khảo sử dụng phương pháp Bottom-up tại vùng T2,TK2 và K1 -12- Hình 1.
