Luận Văn Thạc Sĩ Về Cọc Chân Leg Pile Trong Tường Vây Cọc Barrette Khi Thi Công Tầng Hầm

Luận văn thạc sĩ phân tích hiệu quả cọc chân leg pile trong tường vây cọc barrette khi thi công tầng hầm, cung cấp kiến thức chuyên sâu.

• Tác giả: Phan Chánh Phúc
• Người hướng dẫn: TS. Lê Trọng Nghĩa
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Phân Tích Sự Làm Việc Của Cọc Chân (Leg Pile) Trong Tường Vây Cọc Barrette Khi Thi Công Tầng Hầm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về cọc chân leg pile trong tường vây cọc barrette

Cọc chân (leg pile) là một giải pháp quan trọng trong việc thi công tường vây cọc barrette, đặc biệt trong các công trình xây dựng tầng hầm. Cọc chân giúp gia tăng khả năng chịu lực và ổn định cho tường vây, từ đó giảm thiểu chuyển vị của tường trong quá trình thi công. Việc sử dụng cọc chân trong tường vây cọc barrette không chỉ mang lại hiệu quả về mặt kỹ thuật mà còn tiết kiệm chi phí và thời gian thi công. Theo nghiên cứu, cọc chân có thể được thiết kế với chiều dài và khoảng cách khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện địa chất và yêu cầu của công trình. Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của cọc chân bao gồm kích thước hố đào, chiều dài ngàm trong đất của tường, và độ cứng của tường vây. Việc phân tích sự làm việc của cọc chân trong tường vây cọc barrette là cần thiết để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.

1.1 Giới thiệu về cọc chân leg pile trong tường vây cọc barrette

Cọc chân (leg pile) được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng hiện đại, đặc biệt là trong các dự án có yêu cầu cao về độ ổn định và an toàn. Cọc chân giúp phân phối tải trọng đều hơn lên tường vây cọc barrette, từ đó giảm thiểu nguy cơ lún sụt và biến dạng không mong muốn. Việc áp dụng cọc chân trong tường vây cọc barrette không chỉ giúp tăng cường khả năng chịu lực mà còn tạo ra một giải pháp thi công hiệu quả hơn trong các điều kiện địa chất phức tạp. Nghiên cứu cho thấy rằng, khi chiều sâu của cọc chân tăng lên, chuyển vị của tường vây sẽ giảm dần, điều này chứng tỏ rằng cọc chân đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định tường vây trong quá trình thi công.

II. Cơ sở lý thuyết khi phân tích chuyển vị của tường chắn hố đào sâu

Phân tích chuyển vị của tường chắn hố đào sâu là một phần quan trọng trong thiết kế và thi công công trình. Các lý thuyết tính toán tường chắn bao gồm phương pháp đàn hồi, phương pháp phần tử hữu hạn, và các mô hình địa chất khác nhau. Trong nghiên cứu này, phần mềm Plaxis 3D Foundation được sử dụng để mô phỏng và phân tích chuyển vị của tường vây cọc barrette có xét đến sự làm việc của cọc chân (leg pile). Mô hình Hardening Soil trong Plaxis cho phép tính toán chính xác hơn về ứng suất và biến dạng của tường vây trong các điều kiện khác nhau. Kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng, khi áp dụng các thông số đầu vào chính xác, sự sai khác giữa mô phỏng và quan trắc thực tế sẽ được giảm thiểu, từ đó nâng cao độ tin cậy của các kết quả phân tích.

2.1 Các lý thuyết tính toán tường chắn

Các lý thuyết tính toán tường chắn bao gồm nhiều phương pháp khác nhau, từ phương pháp truyền thống đến các phương pháp hiện đại như phần tử hữu hạn. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của công trình. Phương pháp đàn hồi thường được sử dụng để tính toán ứng suất và biến dạng trong tường vây, trong khi phương pháp phần tử hữu hạn cho phép mô phỏng chi tiết hơn về hành vi của tường vây dưới tác động của tải trọng. Việc áp dụng các lý thuyết này trong phân tích chuyển vị của tường vây cọc barrette sẽ giúp đưa ra các giải pháp thiết kế tối ưu hơn, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho công trình.

III. Tính toán tường vây cọc barrette có xét đến sự làm việc của cọc chân leg pile

Tính toán tường vây cọc barrette có xét đến sự làm việc của cọc chân (leg pile) là một bước quan trọng trong quá trình thiết kế và thi công. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của chiều sâu và khoảng cách của cọc chân đến chuyển vị của tường vây. Kết quả cho thấy rằng, khi chiều sâu ngàm của cọc chân tăng lên, chuyển vị của tường vây sẽ giảm, điều này chứng tỏ rằng cọc chân có vai trò quan trọng trong việc ổn định tường vây. Ngoài ra, khoảng cách giữa các cọc chân cũng ảnh hưởng đến chuyển vị của tường vây; khi khoảng cách tăng lên, chuyển vị của tường vây có xu hướng tăng theo. Việc tính toán chính xác các thông số này sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế tường vây cọc barrette, từ đó nâng cao hiệu quả thi công và giảm thiểu rủi ro cho công trình.

3.1 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu tập trung vào việc phân tích sự làm việc của cọc chân (leg pile) trong tường vây cọc barrette khi thi công tầng hầm. Các yếu tố như chiều sâu ngàm cọc chân và khoảng cách giữa các cọc chân được xem xét kỹ lưỡng để đánh giá ảnh hưởng của chúng đến chuyển vị của tường vây. Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích ngược dựa trên số liệu quan trắc thực tế và mô hình hóa bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation. Kết quả từ nghiên cứu sẽ cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho việc thiết kế và thi công các công trình tương tự trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CỌC LEG PILE TRONG TƯỜNG BARRETTE 1.1 Giới thiệu về cọc leg pile trong tường vây barrette và việc sử dụng hiện nay: 1.1 Giới thiệu về cọc leg pile trong tường vây barrette : Tường vây cọc Barrette là một dạng tường trong đất, thường sử dụng để làm tường trong các tầng hầm nhà cao tầng, Tường Barrette là một bộ phận kết cấu công trình bằng bê tông cốt thép được đúc tại chỗ hoặc lắp ghép trong đất. Việc thi công tường vây cọc Barrette trong đất thực chất là thi công các cọc Barrette liên tục, được nối liền nhau qua các khớp nối CWS để tạo thành một bức tường trong đất. Hệ cọc Barrette có những đoạn cọc được cắm sâu vào trong tầng đất tốt để chịu trọng lượng bản thân của tường được gọi là cọc chân (leg pile). B0 Dầm mũ B1 B2 Tường Barrettee Barrette leg Hình 1.1 : Mô hình tường vây Barrette có cọc leg pile Tường vây cọc Barrette được thi công bằng lưỡi khoan loại gầu ngoạm hình chữ nhật.

Tường Barrette thường có tiết diện hình chữ nhật, có chiều rộng từ 0,6- 1,5m, chiều dài từ 2,5-3,0m và chiều sâu từ 12-40m, cá biệt có những tường sâu đến 100m. Tường vây cọc Barrette được sử dụng để làm tường hầm cho nhà cao tầng, các công trình ngầm như: đường tàu điện ngầm, đường cầu chui, cống thoát nước lớn, các gara ô tô ngầm dưới đất v.2 Khái quát về tình hình thi công cọc leg pile trong tường barrette: Tường Barrette lần đầu tiên được thử nghiệm vào năm 1948 sau đó được thi công trong thực tế lần đầu ở Italia năm 1950 bởi Icos. Năm 1961 hệ tường Barrete được sử dụng tại công trình Hyde Park Corner, Lon Don, sau đó công nghệ trở nên phổ biến trên toàn Châu Âu. Sự phát triển của công nghệ được thúc đẩy bởi sự cạnh tranh của các công ty lớn đi đầu trong công nghệ này đó là: Icos ở Châu Âu và Mỹ, Soletanche và Bachy ở Pháp, trevasani và Rodio ở Italia.

Đầu những năm 70 tường được sử dụng ở Nhật từ đó nó trở thành phổ biến trên toàn thế giới. Ở Việt Nam được áp dụng lần đầu từ những năm 1995, 1996 ở Hà Nội: Công trình 15 tầng Rosegander-Aprtuent – Số 6 phố Ngọc Khánh - Hà Nội, công trình Everfortune 83 Lý Thường Kiệt - Hà Nội (5 tầng hầm). Cho đến nay việc thi công tường barrette được ứng dụng trong hầu hết các công trình xây dựng có một hoặc nhiều tầng hầm ở Việt Nam. Tuy nhiên, khối lượng vật liệu khi thi công tường barrette lớn do tường vây cần được đặt vào những tầng đất tốt, cùng với công nghệ thi công phức tạp nên cọc barrette thường có giá thành cao, để giảm khối lượng về vật liệu các cọc chân (leg pile) trong tường vây barrette đã được sử dụng, nhằm đảm bảo khả năng chịu lực của tường và điều kiện chuyển vị của đất quanh hố đào.

Có thể kể ra đây một số công trình sử dụng tường Barrette sử dụng cọc chân (leg pile) tiêu biểu như sau: Hình 1.2 : Mặt bằng dự án khu phức hợp Sathorn - 5 - Dự án khu phức hợp Sathorn nằm ở vị trí trung tâm Bangkok [1]. Hố đào sâu lớn nhất 15.5 m , tường vây barrette dày 0. Các cọc khoan nhồi (Bored pile) đường kính 1,2m và các cọc leg pile (2.8m) được thi công trong hệ tường vây và cắm vào lớp đất cát lẫn sỏi sạn sâu 60m nhằm mục đích chống đỡ tải trọng của cột và trọng lượng bản thân của hệ tường vây. Hệ thanh chống gồm các thanh giằng ngang theo đường biên tường chắn, các thanh dọc và các thanh chống ngang, khoảng cách giữa các thanh chống là 6.8m Để quan trắc chuyển vị của tường, dùng 4 ống inclinometer đã được lắp vào trong tường với chiều sâu 20m đến 25m.3 : So sánh kết quả chuyển vị tường giữa quan trắc và tính toán Khi tiến hành đào đất ở giai đoạn 1 với chiều sâu đào là 3,2 m.

Chuyển vị ngang quan sát được là 40mm. Sau đó tiến hành thi công hệ dầm mũ nhằm khóa đỉnh tường mà không có sự chống đỡ của hệ thanh chống. Kết quả là sau ba tháng không chống đỡ - 6 - chuyển vị đã tăng lên 55mm-70mm. Sau khi lắp đặt hệ thống chống và kích tải, chuyển vị tường chắn tăng lên từ 2mm-4mm ở các giai đoạn đào đất còn lại.3 so sánh kết quả tính toán và quan trắc trên độ cứng của đất Eu/Su = 500 và 2000 đối với đất sét mềm và sét cứng ở Bangkok.

Kết quả của hình 1.3 đã bỏ qua chuyển vị ở giai đoạn đầu tiên. Theo như nguyên cứu của Teparakasa W. Đồng thời việc kích tải trước cho hệ thanh chống là rất hiệu quả đối việc làm giảm chuyển vị ngang của tường chắn.4 : Dự án ngân hàng ThaiLand (BOT) Dự án ngân hàng ThaiLand (BOT) là công trình được xây dựng ở Bangkok dọc theo sông Chao Phraya, dự án xây dựng gần hai cung điện : Bangkhunphrom Palace và - 7 - Tewavej Palace, với 4 tầng hầm bao gồm F1 (-1. Dự án gồm 4 tầng hầm với tổng chiều sâu của hố đào sâu 15.

Tường vây dày 1m, sâu 20m và cọc leg pile sâu 50m để chống đỡ tải trọng bản thân của tường vây. Công tác thi công được tiến hành bằng phương pháp top-down. Bắt đầu từ sàn F1 sau đó di chuyển xuống P2 và thi công sàn P4, tiếp đến là sàn P1, P3. Kết quả chuyển vị ngang của tường vây theo các giai đoạn và chuyển vị lớn nhất được phân tích bởi FEM được trình bày ở hình 1.5 : Kết quả chuyển vị ngang của tường vây (a) Mặt cắt tường vây (b) Chuyển vị lớn nhất của tường vây theo kết quả quan trắc và tính toán.

- 8 - Trong một số điều kiện thi công không thể sử dụng hệ cọc barrette làm tường vây. Người thiết kế đã dùng tường vây là hệ cọc được thi công liên tục. Để giảm giá thành hệ cọc đã được thay đổi tiết diện. Dự án The Heathrow Express Rail Link kết nối trực tiếp giữa sân bay Heathrow và trung tâm London [4].

Hố đào là hình tròn có đường kính 60m và sâu 30m. Giải pháp được đưa ra là dùng thi công hệ cọc xung quanh hố đào. Gồm có 182 cọc secant pile, các cọc khoan nhồi này có đường kính 1.2m với chiều sâu là 40m, sau đó giảm tiết diện cọc với đường kính 0,9m dài 20m.6 : Thể hiện sự thay đổi tiết diện cọc trong tường vây Hình 1.7 : Chuyển vị của tường vây Dự án The Heathrow Express Rail Link Cao ốc Văn Hóa – Khách Sạn Pasteur được xây dựng tại địa chỉ 59-61 Pasteur, phường Bến Nghé, quận I, TP Hồ Chí Minh gồm 3 tầng hầm mỗi tầng hầm có chiều - 9 - cao 3m, các tầng hầm được bố trí làm chỗ giữ và đậu xe cho cả công trình. Ngoài ra còn có hệ thống máy móc kỹ thuật phục vụ cho toà nhà: thang máy, bể nước ngầm… Hình 1.8 : Mặt bằng tường vây và hệ thanh chống Cao ốc Văn Hóa – Khách Sạn Cao ốc Văn Hóa – Khách Sạn Pasteur có tổng chiều sâu hố đào là 10.3m, tường vây dày 0,6m, chiều sâu tường vây 22m , Các cọc chân sâu 32 ÷ 40 m.

Các tầng hầm được thi công bằng phương pháp Bottom-up, được lắp đặt bằng hệ thống thép hình để chống đỡ vách tầng hầm trong quá trình đào đất và thi công các tầng hầm. Gồm các giai đoạn sau : Giai đoạn 1 : Thi công hệ tường vây xung quanh hố đào Giai đoạn 2 : Hạ mực nước ngầm và tiến hành đào đất xuống cao độ 2.2m Giai đoạn 3 : Lắp đặt hệ thanh chống bằng thép hình ở cao độ 1.5m Giai đoạn 4 : Hạ mực nước ngầm và tiến hành đào đất xuống cao độ 5.2m Giai đoạn 5 : Lắp đặt hệ thanh chống bằng thép hình ở cao độ 4.5m Giai đoạn 6 : Hạ mực nước ngầm và tiến hành đào đất xuống cao độ 8.2m Giai đoạn 7 : Lắp đặt hệ thanh chống bằng thép hình ở cao độ 6.5m - 10 - Giai đoạn 8 : Hạ mực nước ngầm và tiến hành đào đất xuống cao độ 10.3 m Để quan trắc chuyển vị của tường, dùng 4 ống inclinometer đã được lắp vào trong tường. Chuyển vị lớn nhất ở vị trí I4 tại chu kỳ 27 tương ứng với giai đoạn 6 [5].9 : Mặt cắt tường vây và kết quả chuyển vị ngang theo quan trắc ở vị trí I4 Dự án Vietcombank Tower tọa lạc tại số 5, quảng trường Mê Linh, quận I, TP Hồ Chí Minh gồm 4 tầng hầm, hố đào sâu 15.7 m tường vây dày 1m , sâu 39 m .Các cọc chân sâu 51 ÷ 65 m. Dự án được thi công bằng phương pháp Top-down.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của tường : [6] 1.1 Kích thước hố đào: Trong nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số an toàn đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu.

Clough và O’Rourke (1990) đưa ra kết luận rằng trong một hố đào sâu điển hình thì chuyển vị ngang của tường tỷ lệ thuận với chiều rộng của hố đào sâu. Điều này được giải thích là khi chiều rộng của hố đào càng lớn thì sự mất cân bằng lực càng chênh lệch do đó chuyển vị ngang của tường càng lớn. Hơn nữa, trong đất sét - 11 - yếu khi chiều rộng của hố đào càng lớn thì hệ số an toàn chống trồi đáy càng giảm vì vậy chuyển vị ngang càng lớn. Trong mối liên hệ giữa chiều sâu hố đào với chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu đã được Ou và các đồng sự (1993) nghiên cứu thông qua phân tích các công trình hố đào sâu trong khu vực Đài Bắc.

Theo kết quả của nghiên cứu này , mối quan hệ giữa chuyển vị cho phép và chiều sâu hố đào được đánh giá qua biểu thức : δhm = (0,2-0,5%).1) Hố đào càng sâu thì chuyển vị của tường vây cũng càng tăng lên. Đồng thời chuyển vị của tường vây trong lớp sét mềm lớn hơn trong đất cát.10 : Quan hệ giữa chuyển vị lớn nhất tường và chiều sâu hố đào (Ou et al 1993) 1.2 Chiều dài ngàm trong đất của tường: Mối liên hệ giữa chiều sâu ngàm trong đất tường vây Hp đến chuyển vị ngang của tường vây. Đã được Chang Yu Ou tiến hành phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong một hố đào sâu 20m bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Khi sức kháng thông thường của đất nền là su/σv’ = 0,36, chiều sâu ngàm chân tường Hp=20m và 15m thì chuyển vị ngang của tường tương tự nhau.

Khi giảm chiều sâu Hp=10m thì chuyển vị ngang của tường có thay đổi một ít nhưng tường vẫn đảm bảo ổn định.