CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỐ MÓNG ĐÀO SÂU ĐƯỢC ỔN ĐỊNH BẰNG TƯỜNG CHẮN 1.Tổng quan về hố móng 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. Công trình hố móng là một khoa học đan xen giữa các khoa học về đất đá, về kết cấu kỹ thuật và thi công, là một loại công trình mà hệ thống chịu ảnh hưởng đan xen của nhiều nhân tố phức tạp và là ngành khoa học kỹ thuật tổng hợp đang còn chờ phát triển về mặt lí luận. Do hố móng là loại công trình có giá thành cao, khối lượng công việc lớn, là trọng điểm tranh giành của các đơn vị thi công, lại vì kỹ thuật phức tạp, phạm vi ảnh hưởng rộng, nhiều nhân tố biến đổi, sự cố hay xảy ra, là một khâu khó về mặt kỹ thuật, có tính tranh chấp trong công trình xây dựng, đồng thời cũng là trọng điểm để hạ thấp giá thành và bảo đảm chất lượng công trình. Công trình hố móng đang phát triển theo xu hướng độ sâu lớn, diện tích rộng, có các chiều dài, chiều rộng đạt tới hơn trăm mét, quy mô công trình cũng ngày càng tăng lên.
Theo đà phát triển cải tạo các thành phố cũ, các công trình cao tầng, siêu cao tầng chủ yếu của các thành phố lại thường tập trung ở những khu đất nhỏ hẹp, mật độ xây dựng lớn, dân cư đông đúc, giao thông chen lấn, điều kiện thi công công trình hố móng đều rất kém. Lân cận công trình thường có các công trình xây dựng vĩnh cửu, các công trình lịch sử, nghệ thuật bắt buộc phải được an toàn, không thể đào có mái dốc, yêu cầu đối với việc ổn định và khống chế chuyển dịch rất là nghiêm ngặt. Tính chất của đất đá thường biến đổi trong khoảng khá rộng, điều kiện ẩn dấu của địa chất và tính phức tạp, tính không đồng đều của điều kiện địa chất thủy văn thường làm cho số liệu khảo sát không có tính phân tán lớn, khó đại diện được cho tình hình tổng thể của các tầng đất, hơn nữa, tính chính xác cũng tương đối thấp, -7- tăng thêm khó khăn cho thiết kế và thi công công trình hố móng. Đào hố móng trong điều kiện đất yếu, 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 dò đường nghiêm trọng hoặc bị chảy đất.
làm hư hại hố móng, uy hiếp nghiêm trọng các công trình xây dựng, các công trình ngầm và đường ống xung quanh. Công trình hố móng bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước ngầm, 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 mực 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 khá cao, nhưng lại chỉ là có tính tạm thời nên thường là không muốn đầu tư chi phí nhiều, nhưng nếu để xảy ra sự cố thì xử lý sẽ vô cùng khó khăn, gây ra tổn thất lớn về kinh tế và ảnh hưởng nghiêm trọng về mặt xã hội. Công trình hố móng có chu kì thi công dài, từ khi đào đất cho đến khi hoàn thành toàn bộ các công trình kín khuất ngầm dưới mặt đất phải trãi qua nhiều lần mưa to, nhiều lần chất tải, chấn động, thi công có sai phạm. tính ngẫu nhiên của mức độ an toàn tương đối lớn, sự cố xảy ra thường đột biến.
Phân loại hố đào Việc phân loại hố đào nông và sâu chỉ mang tính tương đối. Tezhaghi và Peck (1969) cho rằng hố đào lớn hơn 6 mét thì được gọi là hố đào sâu. Tuy nhiên trong một vài trường hợp đặc biệt, khi độ sâu hố đào bé hơn 6 mét nhưng do được thi công trong điều kiện địa chất công trình và điều kiện thủy văn phức tạp thì cũng được phân tích như ứng xử của hố đào sâu. Nếu phân biệt hố đào sâu theo phương thức đào, người ta phân biệt hố đào sâu thành hai nhóm chuyên biệt sau: * Đào không có chắn giữ: được sử dụng cho các nhu cầu hạ mược 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 -8- giữ, gia cố nền, quan trắc,.
* Khi phân loại hố đào theo đặc điểm chịu lực của kết cấu, người ta chia hố đào thành hai nhóm sau: - Kết cấu chắn giữ áp lực chủ động: Có vai trò chịu tác dụng của phần áp lực chủ động tác động 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 bị động: Có vai trò chịu tác dụng của phần áp lực bị động tác động lên kết cấu thành hố đào, bao gồm các kết cấu như cọc, bản, ống, tường và chống. * Khi phân biệt hố đào theo chức năng kết cấu, có thể phân chia kết cấu chắn giữ thành hai bộ phận sau đây: Bộ phận chắn đất, bao gồm: - Kết cấu chắn đất, thấm nước cọc thép chữ H, I có bản cài; cọc nhồi đặt thưa trát mặt xi măng lưới thép, cọc đặt dày, cọc hai hành chắn đất, cọc nhồi kiểu liên vòm, chắn giữ bằng đinh đất,. - Kết cấu chắn đất, ngăn nước tường liên tục trong đất, cọc, tường trộn xi măng dưới tầng đất sâu, giữa cọc đặt dày và bố trí thêm cột xi măng cao áp hay cọc trộn hóa chất, tường vòm cuốn khép kín,.
Bộ phận chắn đất kiểu kéo giữ gồm kiểu tự đứng, thanh neo vào tầng đất, ống thép, thép hình chống đỡ, chống chéo, hệ dầm vòng chống đỡ,. Phân loại tường chắn giữ Hố đào Hiện nay có các giải pháp thông dụng như sau: Hệ cọc bản thép: Dùng thép máng sấp ngửa xếp 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 chúng vào trong đất. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ chắn giữ, có thể thu hồi để sử dụng lại, dùng cho hố móng có độ sâu từ 3m đến 10m.1 Hệ cọc bản thép kết hợp với Hệ chống thép ống Tường liên tục trong đất (Diaphragm wall): Sau khi đào thành hố móng thì đổ bê tông, làm thành tường chắn đất bằng bê tông cốt thép có cường độ tương đối cao, dùng cho hố móng có độ sâu từ 10m trở lên hoặc trong điều kiện thi công tương đối khó khăn.
* Đây là hai giải pháp được sử dụng phổ biến nhất - Cọc bản BTCT : Chiều dài cọc từ 6m đến 12m, sau khi đóng cọc xuống đất, trên đỉnh cọc đổ một dầm vòng bằng BTCT đặt một dãy chắn giữ hoặc thanh neo, dùng cho loại hố móng có độ sâu từ 3m đến 6m. - Tường chắn bằng cọc khoan nhồi: Đường kính từ Þ600mm đến Þ1000mm, cọc dài từ 15m đến 30m, làm thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, trên đỉnh cọc đổ một dầm vòng bằng BTCT, dùng cho hố móng sâu từ 6m đến 13m. - Tường chắn bằng xi măng đất trộn ở tầng sâu : Trộn cưỡng chế đất với xi măng thành cọc xi măng – đất, sau khi đông cứng lại sẽ trở thành tường chắn có dạng bản liền khối đạt cường độ nhất định, dùng cho những loại hố móng có độ sâu từ 3m đến 6m. Các nghiên cứu trước đây về Tường chắn ổn định hố móng sâu theo hướng nghiên cứu của đề tài 1.
Trên thế giới - Tháp Latino America 43 tầng cao nhất ở Mexico city có tầng hầm đào sâu 12,6m. Để ngăn chặn hiện tượng đẩy trồi quá mức do đào hố móng, áp suất thủy tỉnh tầng đất sét nằm bên dưới được giảm bằng cách hút nước từ giếng để thoát nước cho các lớp cát mỏng ở trong lớp sét. Bên cạnh đó, sử dụng tường BTCT sâu 33m để ngăn ngừa lún các vùng xung quanh. - Tháp đôi Trung tâm thương mại thế giới ở New York bằng thép gồm 110 tầng, với độ cao 405m được đặt trên đá phiến Manhatan ở độ sâu 21m, dùng tường vữa xi măng và các neo vào đá để bảo vệ các nhà xung quanh khỏi bị biến dạng phá hoại khi đào hố móng.
- Các tòa nhà cao tầng ở Thượng hải (Trung Quốc) hiện nay thường có từ 2 đến 5 tầng hầm, kích thướt mặt bằng lớn nhất là (274*187)m, hố móng có thể sâu đến 32m. Phương pháp giữ ổn định hố móng thông dụng nhất là sử dụng tường BTCT chạy suốt phạm vi hố móng.2 Tường BTCT và hệ chống giữ ổn định hố móng đào sâu - 11 - - Ở Geneve (Thụy sĩ) đã xây dựng bằng phương pháp giếng chìm một garage ngầm 7 tầng hầm, hình tròn cho 530 ô tô con, đường kính gara 57m, sâu 28m. - Trạm bơm nước thải Bangkok - Thái Lan có kích thước đường kính 20,3m, sâu 20,2m, bị sập ngày 17- 8 -1997 khi vừa hoàn tất công tác đào và lắp đặt hệ thanh chống. Kết cấu của công trình gồm hệ tường vây liên kết (diaphragm wall) giữ vai trò như tường chắn khi thi công đào sâu và giữ vai trò tường hầm sau khi đúc bê tông các bản sàn hầm.
Đặc biệt là công trình này có kích thước hoàn toàn giống một công trình tương tự đã thi công thành công ở Frankfurt - Đức. Trong nước * Cao ốc Harbour View ở thành phố Hồ Chí Minh có 19 tầng lầu và 02 tầng hầm, hố móng sâu đến 10m, đã dùng tường trong đất sâu 42m, dày 0,6m để vây quanh hố móng (25*27)m. * Cao ốc Fidico được xây dựng tại số 81-85 Hàm nghi, Quận 1, TP HCM. Công trình có hố đào được chắn giữ bằng tường liên tục (Diaphram wall), chiều dày tường chắn 0,6m.
Tường chắn được chống đỡ bởi hệ thanh chống được bố trí thành 02 lớp: Lớp 1: Đặt ở cao trình -2.200mm (cao trình mặt đất là -0. Lớp 2 : Đặt ở cao trình -5.500m (cao trình mặt đất là -0.3 Công tác lắp đặt tầng chống thứ nhất cao ốc Fidico - 12 - * Qua những công trình thực tế trên thế giới và trong nước, chúng ta thấy rằng việc sử dụng hố đào sâu đã được sử dụng ngày càng nhiều và với quy mô ngày càng lớn.
