MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Tốc độ đô thị hóa ngày càng nhanh trong những năm gần đây ở các thành phố lớn đã khiến quỹ đất cho các công trình xây dựng đang ngày bị thu hẹp. Để sử dụng một cách hiệu quả diện tích đất sử dụng, các nhà đầu tư đều chọn xu thế phát triển công trình của họ sâu vào trong lòng đất. Đây chính là xu thế phát triển đô thị theo chiều thẳng đứng và là giải pháp cần thiết hiện nay cho các thành phố đông đúc trên thế giới.
Kèm theo sự phát triển đó, các giải pháp công nghệ để đảm bảo thi công an toàn càng cần phải nghiên cứu và phát triển. Đặc biệt, do tính chất đặc thù của các công trình ngầm thường nằm trong thành phố, nơi có mật độ xây dựng hiện hữu cao, các sai lầm dù nhỏ trong quá trình thi công cũng dẫn đến những hậu quả rất lớn. Đề tài “Phân tích ổn định trong quá trình thi công nhà ga Bến Thành tuyến metro số 1” được chọn lựa cho luận văn nhằm phân tích khả năng ổn định của công trình cũng như các tác động trong quá trình thi công đến các công trình hiện hữu. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI - Tìm hiểu, nghiên cứu các biện pháp thường được sử dụng nhằm ổn định tổng thể hố đào và bảo vệ công trình lân cận trong quá trình thi công hố đào sâu.
- Nghiên cứu biện pháp thi công hố đào đang được áp dụng tại nhà ga Bến Thành thuộc tuyến đường sắt đô thị số 1 Bến Thành – Suối Tiên. - Mô phỏng lại biện pháp thi công hố đào sâu tại nhà ga Bến Thành bằng phần mềm Plaxis từ đó phân tích, so sánh với kết quả quan trắc thực tế. - Phân tích ý nghĩa, tính hiệu quả của lớp đất cải tạo dưới đáy hố đào trong việc ổn định đáy hố đào và giảm biến dạng tường vây tại Nhà Ga Bến Thành. - Phân tích tính hiệu quả của gia tải trước trong thanh chống.
Mục đích và tác dụng thực tế đối với việc hạn chế chuyển vị ngang tường vây và bảo vệ công trình lân cận. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI - Là tài liệu tham khảo phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu biện pháp thi công hố đào sâu trong thành phố. - Là tài liệu tham khảo để đánh giá các biện pháp ổn định hố đào và bảo vệ công trình lân cận, từ đó có thể đưa ra những giải pháp thi công hợp lý cho công trình. - Là tài liệu tham khảo cho việc tính toán và mô hình biện pháp thi công hố đào sâu.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, thu thập các tài liệu nghiên cứu trước đây liên quan đến biện pháp thi công hố đào sâu, biện pháp ổn định hố đào và bảo vệ công trình lân cận. - Mô phỏng các biện pháp ổn định hố đào bằng phần mềm Plaxis từ đó có được các mô hình thực tế thi công phục vụ mục đích đánh giá so sánh. - Phân tích kết quả quan trắc thực tế từ đó có được những so sánh đánh giá với mô hình tính toán. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỂ TÀI Đề tài tập trung phân tích đánh giá khả năng ổn định của công trình hầm đào hở trong quá trình thi công và một số yếu tố ảnh hưởng lên khả năng ổn định.
Các yếu tố hạ mực nước ngầm, khả năng mất ổn định của các công trình lân cận và một số yếu tố khác chưa được đề cập phân tích đánh giá. TỔNG QUAN MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH HỐ ĐÀO SÂU 1. CÁC YẾU TỐ GÂY RA MẤT ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU 1. Ổn định tổng thể kết cấu Sự phá huỷ hố đào có thể xảy ra do ứng suất trong hệ chống vượt quá khả năng chịu tải của nó hay mô men trong tường chắn vượt quá mô men giới hạn.
Đây là các dạng phá hoại về khả năng chịu lực của kết cấu chắn tạm. Phá hoại cắt tổng thể Khi ứng suất cắt tại một điểm trong đất vượt quá hoặc bằng sức kháng cắt của đất tại điểm đó, thì điểm đó rơi vào trạng thái phá hoại hoặc trạng thái giới hạn. Khi nhiều điểm phá hoại liên kết với nhau, mặt phá hoại sẽ được hình thành gây phá hoại hố đào hoặc sập hố đào.1 – Một số cơ chế phá hoại do mất ổn định tổng thể 4 1. Đẩy trồi hố đào Nếu bên dưới đáy hố đào tồn tại lớp đất không thấm nước nằm trên lớp đất thấm tốt như cát hoặc đá dăm thì lớp đất không thấm nước có khả năng bị đẩy trồi bởi áp lực nước ngầm từ lớp thấm nước tốt.2 – Cơ chế phát sinh đẩy trồi hố móng 1.
Cát chảy Khi mực nước ngầm bên trong hố đào thấp hơn mực nước bên ngoài hố đào, điều này gây chênh lệch áp suất và hình thành dòng thấm trong đất. Dòng thấm này nếu chảy qua lớp cát nằm bên dưới hố đào sẽ có khả năng mang theo cát tràn vào trong đáy hố đào.3 – Sơ đồ dòng thấm trong đất bên dưới tường chắn 5 1. Ổn định nền đất và công trình xung quanh hố đào Trong quá khứ, khi chiều sâu các hố đào còn hạn chế, sự ảnh hưởng của công tác đào đến môi trường xung quanh không đáng kể. Gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ kéo theo đó là sự gia tăng về chiều sâu và kích thước hố đào đã gây ra những ảnh hưởng không nhỏ đến nền đất xung quanh và công trình lân cận trong phạm vi thi công hố đào.
Lún nền đất đặc biệt là lún lệch sẽ gây ra những tác động xấu đến thành phần kết cấu của một ngôi nhà như dầm, cột, tường, móng từ đó gây ra những vế nứt dẫn đến giảm tuổi thọ công trình hoặc hư hại công trình. Một trong những lý do gây nên lún nền đất xung quanh có thể xảy đến trong quá trình thi công hố đào là việc kiểm soát biến dạng tường chắn không tốt.4 - Ảnh hưởng của công tác đào đến công trình lân cận 6 1. CÁC BIỆN PHÁP CHỐNG ĐỠ ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO 1. Các biện pháp thi công đảm bảo ổn định tổng thể Hố đào sâu, bao gồm thi công tường chắn, đào kết cấu, lắp đặt thanh chống, thi công móng, thi công sàn…với các biện pháp thi công đa dạng đòi hỏi những tính toán thích hợp trong quá trình thiết kế.
Chúng ta phải xem xét kết hợp, điều kiện địa chất khu vực, điều kiện môi trường, các giai đoạn thi công, giá thành và sự sẵn có của thiết bị. Những biện pháp thi công thường được sử dụng: thi công đào hở, biện pháp đào sử dụng giằng chống, Biện pháp đào từng phần, biện pháp đào sử dụng neo, biện pháp thi công top-down. Biện pháp đào hở toàn phần Biện pháp đào hở hoàn toàn có thể được chia thành 2 loại là đào mái dốc và đào sử dụng tường chắn không giằng chống. Biện pháp đào mái dốc không sử dụng tường chắn hoặc khung chống.
Thay vào đó, thành hố đào được tạo dốc để đảm bảo ổn định nền đất sau hố đào, tránh sạt trượt. Biện pháp sử dụng tường chắn không giằng chống thì độ cứng của tường chắn là yếu tố duy nhất đảm bảo ổn định cho hố đào.5 – Biện pháp đào mái dốc 7 Hình 1.6 – Biện pháp đào sử dụng tường chắn 1. Biện pháp đào sử dụng giằng chống. Thanh chống dọc cùng hệ giằng ngang được lắp đặt phía trước tường chắn để chống lại áp lực đất phía sau tường.7 – Biện pháp đào sử dụng giằng chống 8 1.
Biện pháp sử dụng neo gia cố tường vây Thay vì sử dụng thanh chống biện pháp này sử dụng neo giữ để cân bằng lại áp lực đất phía sau tường vây.8 Biện pháp sử dụng neo gia cố tường vây 1. Biện pháp đào từng phần Phần giữa khu vực thi công được đào trước, phần giáp tường chắn được giữ lại để chống đỡ áp lực đất phía sau tường. Sau đó thi công kết cấu chính ở giữa hố đào, kết hợp giằng chống và phần kết cấu đã thi công để giữ ổn định hố đào. Đào phần đất còn lại giáp tường vây và thi công kết cấu chính.9 – Biện pháp đào từng phần 9 1.
Biện pháp Top – down Theo như biện pháp đào sử dụng giằng chống, công tác đào sẽ được tiến hành từ trên xuống dưới đến cao độ đáy hố đào sau đó móng bè hoặc các tấm sàn sẽ được thi công. Hệ giằng chống sẽ được tháo từng lớp một sau khi thi công xong từng sàn. Theo đó toàn bộ công tác thi công sẽ được hoàn thành sau khi tháo hệ giằng chống trên cùng. Biện pháp thi công như vậy được gọi chung là Bottom-up.
Ngược lại với biện pháp Bottom-up, biện pháp thi công Top-down sẽ tiến hành thi công sàn kết cấu ngay sau khi đào đến cao độ sàn. Kết cấu sàn vĩnh cữu sẽ được dùng để thay thế hệ giằng chống tạm bằng thép chống lại áp lực đất phía sau tường chắn. Theo đó kết cấu tầng hầm sẽ được hoàn thành cùng lúc với công tác đào.10 – Biện pháp thi công Top – Down 10 1. Ổn định nền đất và bảo vệ công trình lân cận 1.
Biến dạng tường chắn và độ cứng của hệ chống Trường hợp hệ thanh chống có độ cứng lớn Hình 1.11 – Mối quan hệ giữa mô đun biến dạng của tường chắn và hệ thanh chống có độ cứng lớn (a) Giai đoạn đào đất đầu tiên (b) Giai đoạn đào đất thứ 2 (c) Giai đoạn đào đất thứ 3 Theo như Hình 1.11, khi bắt đầu đào đất giai đoạn thứ nhất, chuyển vị của tường chắn sẽ xuất hiện và có dạng như một consol (Hình 1. Sau khi lắp đặt tầng thanh chống thứ nhất và tiến hành đào đất giai đoạn 2, nếu hệ thanh chống có độ cứng đủ lớn, tướng chắn sẽ xoay xung quanh điểm tiếp xúc giữa hệ thanh chống và tường, khi đó biến dạng của tường chắn có dạng như Hình 1.11b, chuyển vị lớn nhất của tường chắn xảy ra gần bề mặt hố đào. Hoàn tất lắp đặt tầng thanh chống thứ hai và tiến hành đào đất giai đoạn 3, giả định rằng độ cứng tầng thanh chống thứ hai cũng đủ lớn, khi đó tường chắn sẽ tiếp tục xoay xung quanh điểm tiếp xúc giữa tầng thanh chống 2 và tường, biến dạng của tường chắn có dạng như Hình 1.11c, chuyển vị lớn nhất của tường chắn cũng xảy ra gần bề mặt hố đào.