Đặt vấn đề Trên con đường công nghiệp hóa- hiện đại hóa đất nước, nhà cao tầng ngày càng được xây dựng nhiều hơn. Bảng thống kê dữ liệu một số nhà cao tầng đã được xây dựng từ 2009 đến 2014 như sau [5]: Bảng 1. Dữ liệu một số nhà cao tầng được xây dựng từ 2009 đến 2014 Tên tòa nhà Chiều cao tầng Số tầng Năm hoàn Địa điểm (m) thành Keangnam Hanoi 336 72 2011 Hà Nội Landmark tower Lotte center Hà Nội 267 65 2014 Hà Nội Thang Long number One 152 40 2014 Hà Nội A& B Victoria van Phu 145 40 2014 Hà Nội Saigon Pearl 135 38 2009 Tp. Hồ Chí Minh Bitexco Financial 262.
Hồ Chí Minh Saigon Times square 163. Hồ Chí Minh Vietcombank Tower 206 40 2014 Tp. Hồ Chí Minh Đặc biệt tại các thành phố lớn, diện tích đất sử dụng có giới hạn trong khi mật độ dân cư ngày càng đông đúc, do đó nhu cầu về không gian để xe đang là vấn đề cấp bách được đặt ra cho các chủ đầu tư. Vì vậy trong hầu hết các dự án cao tầng đều có bố trí tầng hầm nhằm triệt để khai thác không gian dưới mặt đất cho nhu cầu về bãi đậu xe và bố trí các hệ thống kỹ thuật của tòa nhà.
2 Việc xây dựng các công trình có tầng hầm đặt ra cho các đơn vị thiết kế cũng như đơn vị thi công phải đưa ra các biện pháp chắn giữ thích hợp để bảo vệ thành hố đào, đảm bảo an toàn, ổn định về mặt kỹ thuật, hiệu quả về mặt kinh tế cũng như đảm bảo không gây ảnh hưởng xấu đến công trình lân cận đã xây dựng trước. Xác định vấn đề nghiên cứu: Trong thi công tầng hầm, có nhiều biện pháp để giữ ổn định vách hố đào như cọc vây, cừ larsen, tường vây,…Tuy nhiên với số tầng hầm từ 2 hầm trở lên và mực nước ngầm cao thì tường vây sẽ được sử dụng phổ biến. Tùy theo địa chất công trình, chân tường vây có thể cắm trong đất sét hoặc trong đất cát. Trường hợp chân tường vây nằm trong đất cát thì việc thiết kế không chỉ giải quyết về nội lực tường vây, hệ chống mà còn phải xét đến những rủi ro như: đẩy trồi đáy hố đào, bùn nền, cát chảy dưới chân tường vây,…Do vậy luận văn này sẽ đề cập đến những vấn đề trên khi phân tích.
Mục tiêu nghiên cứu: Các mục tiêu nghiên cứu cụ thể của luận văn như sau: - Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Plaxis 8.6 (2D) với mô hình Haderning Soil để phân tích ảnh hưởng của các loại chiều dài tường vây trong cát đến chuyển vị tường vây và ổn định tổng thể hố đào. - Dựa trên các công thức khoa học để tính toán, phân tích sự ảnh hưởng của các loại chiều dài tường vây đến hệ số ổn định đáy hố đào. Từ đó phân tích chọn ra chiều dài tường vây hợp lý áp dụng cho công trình Chung Cư Nguyễn Kim. - Luận văn sẽ đi so sánh kết quả chuyển vị theo tính toán bằng phần mềm Plaxis 8.6 với kết quả quan trắc thu thập được để kiểm chứng lại sự hợp lý của thông số đầu vào đưa vào plaxis.
Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài: - Ngày nay với quá trình đô thị hóa, nhu cầu xây dựng tầng hầm ngày càng là nhu cầu cấp thiết. Việc thiết kế để lựa chọn chiều dài tường vây nói chung và trường hợp tường vây nằm trong đất cát nói riêng là hết sức quan trọng. - Luận văn tập trung phân tích để lựa chọn chiều dài tường vây sao cho đảm bảo được tất cả các điều kiện như: chuyển vị tường vây, ổn định tổng thể hố đào và ổn định đáy hố đào. Do vậy đây cũng sẽ là tài liệu tham khảo rất thực tế cho các đơn vị thiết kế, các nhà thầu thi công cũng như cho chủ đầu tư.
Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu về lý thuyết: + Tìm hiểu các cơ sở lựa chọn các thông số địa chất để đưa vào mô hình cho hợp lý. + Tìm hiểu những cơ sở lý thuyết để kiểm tra ổn định đáy hố đào như: bùng nền (sand boiling), phá huỷ dạng ống (Failure by piping) - Nghiên cứu về mô hình Plaxis 8.6: + Tìm hiểu các thông số khi tính bằng mô hình Hardening Soil để nhập thông số đầu vào cho chính xác. + Sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng đầy đủ các bước thi công theo đúng thực tế tương ứng với các loại chiều dài tường vây khác nhau. - Dựa vào kết quả chuyển vị tường vây, hệ số ổn định tổng thể và ổn định đáy hố đào tương ứng với các loại chiều dài tường vây khác nhau, luận văn sẽ đi phân tích và chọn lựa chiều dài tường vây cho hợp lý.
- Trên cơ cở chiều dài tường vây đã chọn, luận văn sẽ đi phân tích và so sánh với kết quả quan trắc thực tế. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu: - Thời gian: Thời gian thực hiện nghiên cứu từ 02/2016 đến 02/2017. - Địa điểm: Đề tài nghiên cứu dự án tại Quận 10, thành phố Hồ Chí Minh. - Đối tượng nghiên cứu: + Luận văn này chỉ đi phân tích cho 1 công trình có 2 tầng hầm ứng với địa chất tại Phường 7, Quận 10, TP.
- Quan điểm phân tích: Phân tích và thảo luận theo quan điểm của đơn vị thiết kế hoặc đơn vị thi công. 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Về hố đào sâu 2.1 Phân loại hố đào sâu [2]: Căn cứ vào điều kiện thực tế hiện trường và chiều sâu đào, hố đào có thể được chia làm 2 loại: - Hố đào nông: khi chiều sâu đào không quá 6m - Hố đào sâu: khi chiều sâu đào lớn hơn 6m 2.2 Một số công trình hố đào sâu trên thế giới [9]: Tại Matxcơva, người ta đã xây dựng một ga ra có sức chứa lên đến vài ngàn ôtô con. Người ta đã tiến hành đào 274000m3 đất, đổ 4000m3 bê tông tại chỗ và 19500m3 bê tông đúc sẵn. Phương án chắn giữ thành hố đào được chọn là phương án tường trong đất.
Thời gian thi công các tường này lên đến 06 tháng. Tòa tháp đôi Malaysia, Toà tháp đôi của Malaysia có 29.000m2 tường trong đất bằng bê tông cốt thép dày 0.8m, sâu 30m để làm tầng hầm. Dùng 2 loại cọc barrette 1.8m sâu từ 60 - 105m và cọc 0.3 Một số công trình hố đào sâu ở Tp. Hồ Chí Minh [4]: Công trình MB Sunny Tower: Địa điểm Qui mô Chiều sâu đào lớn nhất 259 Trần Hưng 3 tầng hầm, 22 ~15m Đạo, Q1, Tp.
tầng cao HCM 6 Công trình Ree Tower: Địa điểm Qui mô Chiều sâu đào lớn nhất 09 Đoàn Văn 3 tầng hầm, 20 ~15. tầng cao HCM Công trình Sai Gon MC Tower: Địa điểm Qui mô Chiều sâu đào lớn nhất 34 Tôn Đức 5 tầng hầm, ~18m Thắng, Q1, Tp. 42 tầng cao HCM Công trình Sai Gon Centre: Địa điểm Qui mô Chiều sâu đào lớn nhất 92-94 Nam Kỳ 6 tầng hầm, ~28m Khởi Nghĩa, 37 tầng cao Q1, Tp.2 Về tường chắn đất: 2.1 Các loại tường chắn đất thông dụng: Có nhiều loại tường chắn đất khác nhau, sau đây là một số loại tường chắn đất thông dụng. Tường cừ thép (sheet pile wall): Cừ thép được sử dụng rất phổ biến ở Việt Nam để làm tường chắn đất tạm khi thi công hố đào.
Cừ thép được hạ vào đất bằng cách ép rung và chúng được liên kết liên tục với nhau khi hạ vào đất. Cừ thép có rất nhiều hình dạng khác nhau như hình chữ U, Z, dạng đường thẳng,… Loại cừ sử dụng phổ biến nhất cho hố đào sâu là dạng chữ U. Nếu liên kết được thi công tốt, cừ thép rất hiệu quả trong việc chắn nước. Ngược lại, sự rò rỉ nước có thể xảy ra tại các vị trí liên kết.
(a) (b) (c) (a) hình chữ U, (b) hình chữ Z, (c) dạng đường thẳng Hình 2. Các loại cừ thép phổ biến[2] (a) Dự án Era Town, quận 7. Biện pháp đào đất sử dụng cừ lasen kết hợp hệ giằng chống, hệ neo. (nguồn: Công ty CP Xây Dựng và KD Địa Ốc Hòa Bình) 8 Ưu điểm: - Khi hạ cừ vào đất có sự liên kết liên tục giữa hai cừ với nhau nên vị trí nối kín khít, có thể ngăn nước tốt.
- Có thể tái sử dụng nhiều lần nên biện pháp sử dụng cừ rất hiệu quả về kinh tế. Nhược điểm: - Độ cứng chống uốn thấp hơn tường vây, cọc khoan nhồi và cọc secant pile. - Dễ bị chuyển vị mặt đất khi thi công ép hoặc nhổ cừ trong nền đất cát. - Khó hạ cừ thép vào đất cứng, có thể gây ra nhiều tiếng ổn và chấn động đối với môi trường xung quanh.
- Mức độ chắn nước không tuyệt đối so với tường vây. Phạm vi áp dụng - Sử dụng phù hợp cho những hố đào từ 9m trở lại. - Vì cừ thường được hạ vào đất bằng phương pháp ép nên thường áp dụng cho những nơi có địa chất không quá cứng, cừ mới có thể xuyên qua khi ép rung được. - Ép cừ trong đất cát thường phải có xói nước nên giá thành cao, ngoài ra có thể gây chấn động rung làm lún mặt đất lân cận, vì vậy hạn chế áp dụng trong loại đất này.
Tường bằng thép hình kết hợp chèn khe hở (Soldier pile wall)[14]: Tường chống thường sử dụng loại thép hình H được ép vào đất trước khi thực hiện công tác đào đất. Các tấm gỗ sẽ được chèn vào khe hở giữa các cây thép hình ngay sau mỗi giai đoạn đào đất để giữ ổn định cho đất phía sau lưng tường.3: Thi công lắp các thanh gỗ chống sạt lở đất giữa các cọc thép hình, Dự án Kumho Asiana Plaza, Quận 1, Tp. (Nguồn: Công ty Cổ Phần XD và KD Địa Ốc Hòa Bình) Ưu điểm: , 2010 - Yêu cầu kỹ thuật thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh. - Thi công chèn khe hở bằng vật liệu gỗ nên biện pháp này rất kinh tế.
- Thi công cọc kingpost có thể điều chỉnh được một cách linh hoạt theo thực tế thay đổi của công trường. - Các cọc có thể được nhổ dễ dàng để tái sử dụng nhiều lần. Nhược điểm: - Biện pháp không thể áp dụng được trong đất có mực nước ngầm cao, nếu áp dụng phải có biện pháp hạ nước ngầm thích hợp. - Những vị trí bị rỗng sau lưng tường cần được lấp lại, nếu thi công không đạt sẽ dẫn đến lún mặt đất xung quanh tầng hầm.