Chương 1: Tổng quan về các loại tường vây – tường cọc xi măng đất - Chương 2: Tính toán ổn định tường vây hố đào có xét ảnh hưởng của việc gia cố bằng tường xi măng đất - Chương 3: Mô phỏng gia cố hố đào và cơ chế phá hoại cọc xi măng đất - Chương 4: Chọn lựa bố trí tường xi măng đất để nâng cao ổn định tường vây hố đào sâu - Kết luận và kiến nghị 4. Phương pháp nghiên cứu - Khảo sát thu thập các số liệu quan trắc tường vây tầng hầm Công trình tại Quận 7, TP. Hồ Chí Minh. - Đánh giá khả năng ổn định của tường vây trong thi công hố đào sâu.
- Tiến hành mô hình hố đào gia cố bằng cọc xi măng đất kết hợp tường cừ Larsen với nhiều phương án khác nhau về cách bố trí và độ sâu gia cố bằng mô hình đã lựa chọn ở trên để đề ra phương án hợp lý và đánh giá các yếu tố tác động. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn đề tài - Kết quả nghiên cứu có thể cho phép rút ra các nhận định về việc bố trí cọc xi măng đất hợp lý nâng cao ổn định hố đào sâu. - Cung cấp biện pháp thiết kế hố đào sâu sử dụng giải pháp gia cường cọc xi măng đất để chống chuyển vị ngang tường vây hố đào. Hạn chế đề tài 3 - Đề tài chưa đánh giá hết được ảnh hưởng của các mô hình khác nhau trong mô phỏng, các phương pháp phân tích đến những vấn đề khác của hố đào sâu như lún sau lưng tường, bề rộng hố đào đến ổn định đáy hố đào.
Cũng như các cơ chế phá hoại cọc xi măng đất do tải trọng ngoài và phương pháp thi công cọc. - Ngoài ra đề tài cũng chỉ xét đến phương pháp gia cố đất trong hố đào bằng các cọc xi măng, mà chưa xét đến các kiểu gia cố khác như: kiểu tường, hay dạng toàn khối… - Chưa đánh giá được hết ưu điểm cọc xi măng đất trong việc ổn định hố đào như ngăn dòng thấm mực nước ngầm, bùng nền, cát chảy… vào bên trong đáy hố đào. TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI TƯỜNG VÂY – TƯỜNG CỌC XI MĂNG ĐẤT 1.1 Đặc điểm hố đào sâu Hố đào sâu là loại công trình đặc biệt, việc thiết kế, thi công các kết cấu chắn giữ hố đào sâu rất đa dạng và luôn tiềm ẩn nhiều sự cố công trình vì nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Kết quả khảo sát địa chất, mô hình tính toán, loại kết cấu chắn giữ, phương pháp thiết kế, phương pháp thi công, năng lực tổ chức thi công, điều kiện công trường.
Ảnh hưởng đến chất lượng công trình hố đào sâu. Điều kiện địa chất của nền đất biến đổi trong phạm vi khá rộng, ẩn dấu nhiều rủi ro, đặc biệt là trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện hiện trường phức tạp dễ sinh ra trượt lở đất, mất ổn định hố đào, chuyển dịch tường chắn, trồi hố móng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công trình xây dựng, các đường ống, công trình ngầm ở xung quanh. Do đó, khi thiết kế thi công các công trình loại này, cần phải phân tích lựa chọn tối ưu hóa và có hệ thống cho hàng loạt các công việc như công tác khảo sát phục vụ thiết kế, xác định mô hình tính toán phù hợp, giải pháp thi công xây dựng, giải pháp quan trắc đo đạc chuyển vị và biến dạng kết cấu chắn giữ cũng như quan trắc các công trình lân cận trong suốt quá trình thi công. Thi công hố đào có thể coi là một bài toán dỡ tải đối với nền đất.
Việc dỡ tải này làm thay đổi trạng thái ứng suất biến dạng trong nền. Sự cân bằng ban đầu bị thay đổi, trạng thái ứng suất thay đổi làm xuất hiện nguy cơ mất ổn định, trước hết là thành hố và sau đó là đáy hố và đất xung quanh. Khi nghiên cứu sự ổn định của hố đào và các biện pháp bảo vệ nó, Terzaghi (1943) [12] đánh giá chiều sâu hố đào là yếu tố quan trọng nhất và đưa ra tiêu chí: Hồ đào nông là hố có chiều sâu nhỏ hơn chiều rộng của hố; Hố đào sâu là hố có chiều sâu lớn hơn chiều rộng của hố. Nhưng sau đó năm 1967, Teraghi và Peck, và năm 1969 Peck [13] và các cộng sự đề nghị là: Hố đào nông là hố có chiều sâu đào nhỏ hơn 6m; 5 Hố đào sâu là hố có chiều sâu đào lớn hơn 6m.
Trong địa kỹ thuật hiện nay, khi có nhiều công trình hầm được xây dựng chen trong các khu đô thị việc đảm bảo các ảnh hưởng thấp nhất của hố đến các công trình xung quanh khiến không còn khái niệm hố nông hay hố sâu nữa mà chỉ còn 1 khái niệm duy nhất là thi công hố đào. Đào hố móng cho các công trình có tầng hầm trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao và nhiều điều kiện thường phức tạp khác, có thể gây mất ổn định hố đào, phình trồi đáy hố đào, kết cấu chắn giữ bị hư hỏng nặng…. làm hư hại hố móng, ảnh hưởng nghiêm trọng các công trình ngầm và đường ống xung quanh. Vì vậy, bài toán ổn định hố đào sâu, đòi hỏi người kỹ sư thiết kế phải có kinh nghiệm trong việc phân tích và lựa chọn giải pháp tường chắn đủ cứng để chống lại sự phá hoại kết cấu và chuyển vị ngang quá mức.2 Các yếu tố địa kỹ thuật ảnh hưởng đến công trình hố đào sâu Tùy theo các vùng đất nền khác nhau mà các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng của đất xung quanh hố đào sâu sẽ không giống nhau.
Có thể kể đến [4]: Đặc tính của đất: Chuyển vị ngang của tường chắn phụ thuộc vào độ bền của đất, chuyển vị ngang của tường chắn, độ lún bề mặt đất sét cứng và đất rời nhỏ hơn so với đất sét mềm yếu. Ứng suất ngang ban đầu: khi đào đất với giá trị hệ số áp lực ngang ban đầu của đất K0 lớn, chuyển dịch của đất và tường lớn, thậm chí cả khi đào nông. Kích thước hố móng: hình dạng, diện tích mặt bằng, độ sâu hố móng đều có ảnh hưởng tới sự mở rộng và sự phân bố dịch chuyển đất xung quanh và bên dưới đáy hố móng với những điều kiện đất nền nhất định. Điều kiện nước dưới đất: Sự thay đổi mực nước ngầm ảnh hưởng đến ổn định của tường chắn cùng hệ chống đỡ và độ lún của các công trình xung quanh.
Chênh lệch áp lực nước ở phía ngoài và phía trong hố đào có thể gây ra hiện tượng bùng nền, cát chảy… ở đáy hố đào. Ảnh hưởng do sử dụng biện pháp thi công, trình tự và thời gian thi công, tính chất và quy mô của công trình lân cận. Ảnh hưởng của sự thay đổi điều kiện ứng suất trong đất nền: Khi đào đất, 6 cả ứng suất theo phương đứng và theo phương ngang đều giảm đi và thay đổi sự cân bằng áp lực nước lỗ rỗng trong đất, một trong những hiệu ứng quan trọng nhất của quá trình này là chuyển vị của đất nền ở đáy và xung quanh hố đào.3 Các hiện tượng xảy ra khi thi công hố đào sâu Công trình hố đào sâu bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất, ngăn nước, hạ mực nước ngầm, đào đất… trong đó, một khâu nào đó thất bại sẽ dẫn đến cả công trình bị đổ 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.
Một số hiện tượng thường xảy ra với hố đào sâu như sau [6]: Mất ổn định thành hố đào Hiện tượng lún bề mặt xung quanh hố đào Hiện tượng bùng nền đáy hố đào Nước ngầm tràn vào hố đào Khi đào đất sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất - biến dạng của đất tự nhiên dưới tác dụng trọng lượng bản thân của đất. Đáy hố đào được giải phóng khỏi tải trọng đứng nên sẽ trồi lên phía trên còn áp lực ngang của đất quanh tường chắn sẽ gây ra chuyển vị ngang của tường. Việc tính toán hố đào hiện nay thường sử dụng các số liệu địa chất với các lộ trình ứng suất nén một trục hoặc ba trục thông thường, các thông số từ các thí nghiệm này chưa mô phỏng sát thực quan hệ ứng suất – biến dạng của vùng đất xung quanh hố đào trong quá trình đào đất. Do đó, kết quả tính toán dự báo còn khác biệt so với quan trắc thực tế ngoài công trường, gây kém an toàn và đặc biệt ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu về kinh tế.4 Một số loại tường chắn hố đào Có thể chia tường chắn hố đào sâu làm hai loại chính với hệ tường chắn liên tục.
Loại thứ nhất là hố đào sử dụng tường chắn consol (cantilevered wall). Tường chắn consol không có bất kỳ hệ chống dỡ nào, nó dựa vào sức kháng thụ động của phần đất dưới đáy hố đào để chắn giữ phần đất phía sau tường. Tường chắn trọng lực cũng thuộc loại này. Loại tường chắn consol này thuận lợi cho các hố đào có độ sâu nhỏ hơn 6m, quá trình thi công xây dựng đơn giản hơn nhiều so với các loại tường 7 chắn khác.
Loại hố đào chính thứ hai là loại sử dụng tường chắn với hệ kết cấu chống đỡ. Loại này thường được dùng cho những hố đào có độ sâu lớn hơn 6m. Quá trình đào đất thường chia làm nhiều giai đoạn, mỗi lớp chống đỡ được lắp dựng sau mỗi đợt thi công đào đất, kết cấu chống đỡ bao gồm các thanh chống và hệ giằng. Loại tường chắn này cũng thường sử dụng kết cấu chống đỡ bằng hệ neo trong đất.
Hiện nay, trên thế giới nói chung, ở Việt Nam nói riêng, để bảo vệ thành hố đào người ta thường dùng một số giải pháp sau: Tường cừ thép hay ở Việt Nam thường gọi là cừ Larsen (steel sheet pile), tường cọc barrette, tường vây cọc khoan nhồi đường kính nhỏ và tường vây cọc ximăng – đất.1 Tường vây cừ thép Ngày nay, tường cừ thép được sử dụng ngày càng phổ biến trong lĩnh vực xây dựng dân dụng, cầu, hầm, công trình thủy lợi, công trình giao thông. Từ việc sử dụng trong các công trình tạm thời đến xem như là một loại vật liệu xây dựng với những đặc tính riêng biệt, thích hợp sử dụng với một số bộ phận chịu lực trong công trình xây dựng.
