Tài liệu Luận văn thạc sĩ xây dựng Nghiên cứu thiết kế tính toán kết cấu tường biên tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố nam định thi công theo phương pháp tường trong đất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ------------------------- Vò quèc lËp Nghiªn cøu thiÕt kÕ tÝnh to¸n kÕt cÊu t­êng bªn tÇng hÇm nhµ cao tÇng t¹i thµnh phè nam ®Þnh thi c«ng theo ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt LUẬN VĂN THẠC SĨ chuyªn ngµnh x©y dùng d©n dông vµ c«ng nghiÖp Hà Nội - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ------------------------- Vò quèc lËp kho¸: 2008 – 2011 líp ch08x Nghiªn cøu thiÕt kÕ tÝnh to¸n kÕt cÊu t­êng bªn tÇng hÇm nhµ cao tÇng t¹i thµnh phè nam ®Þnh thi c«ng theo ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt LUẬN VĂN THẠC SĨ chuyªn ngµnh x©y dùng d©n dông vµ c«ng nghiÖp m· sè: 60.58.20 ng­êi h­íng dÉn khoa häc: GS TS §ç nh­ tr¸ng Hà Nội - 2011 lêi c¶m ¬n Tr­íc hÕt t«i xin bµy tá t×nh c¶m biÕt ¬n ch©n thµnh tíi tÊt c¶ c¸c thÇy c« gi¸o trong Khoa sau ®¹i häc – Tr­êng §¹i häc KiÕn tróc Hµ Néi v× nh÷ng gióp ®ì vµ chØ dÉn h÷u Ých trong qu¸ tr×nh häc tËp còng nh­ khi tiÕn hµnh lµm luËn v¨n. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy gi¸o trong tiÓu ban ®¸nh gi¸ ®Ò c­¬ng chi tiÕt vµ kiÓm tra tiÕn ®é - Tr­êng §¹i häc KiÕn tróc Hµ Néi ®· cã nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp quý b¸u cho b¶n th¶o cña luËn v¨n. §Æc biÖt, t«i xin c¶m ¬n GS -TS §ç Nh­ Tr¸ng ®· tËn t×nh gióp ®ì, trùc tiÕp h­íng dÉn, còng nh­ t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi, cung cÊp tµi liÖu vµ ®éng viªn t¸c gi¶ trong qu¸ tr×nh hoµn thµnh luËn v¨n. T«i còng xin tr©n träng c¶m ¬n c¸c b¹n ®ång nghiÖp ®· gióp ®ì t«i trong qu¸ tr×nh häc tËp vµ nghiªn cøu. T¸c gi¶ Vò Quèc LËp Lêi cam ®oan T«i xin cam ®oan luËn v¨n cña t«i víi ®Ò tµi “ Nghiªn cøu thiÕt kÕ tÝnh to¸n kÕt cÊu t­êng bªn tÇng hÇm nhµ cao tÇng t¹i thµnh phè Nam §Þnh thi c«ng theo ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt” kh«ng sao chÐp, trïng lÆp víi c¸c luËn v¨n ®· ®­îc b¶o vÖ. T¸c gi¶ Vò Quèc LËp Danh môc c¸c b¶ng B¶ng 2.1 B¶ng t¶i träng vµ t¸c ®éng ............................................................ 22 B¶ng 3.1 §Æc tr­ng vËt liÖu cña líp ®Êt 2 ................................................... 50 B¶ng 3.2 §Æc tr­ng vËt liÖu cña líp ®Êt 3 ................................................... 50 B¶ng 3.3 §Æc tr­ng vËt liÖu cña líp ®Êt 4 ................................................... 51 B¶ng 3.4 §Æc tr­ng vËt liÖu cña líp ®Êt 5 ................................................... 52 B¶ng 3.5 §Æc tr­ng vËt liÖu cña líp ®Êt 6 ................................................... 52 B¶ng 3.6 §Æc tr­ng vËt liÖu cña líp ®Êt 7 ................................................... 53 B¶ng 3.7 §Æc tr­ng vËt liÖu cña t­êng ch¾n ............................................... 54 B¶ng 3.8 §Æc tr­ng vËt liÖu cña thanh chèng ............................................. 54 B¶ng 3.9 Gi¸ trÞ chuyÓn vÞ lín nhÊt cña t­êng kh¶o s¸t víi tr­êng hîp 1.... 64 B¶ng 3.10 Gi¸ trÞ chuyÓn vÞ lín nhÊt cña t­êng kh¶o s¸t víi tr­êng hîp 2... 68 B¶ng 3.11 Gi¸ trÞ chuyÓn vÞ lín nhÊt cña t­êng kh¶o s¸t víi tr­êng hîp 3... 72 B¶ng 3.12 HÖ sè tØ lÖ K ................................................................................ 77 danh môc c¸c h×nh vÏ H×nh 1.1 T­êng ch¾n b»ng cäc trén xi m¨ng ®Êt ............................................ 7 H×nh 1.2 T­êng ch¾n b»ng cäc bª t«ng cèt thÐp ............................................. 9 H×nh 1.3 Ch¾n gi÷ b»ng t­êng liªn tôc trong ®Êt ............................................ 10 H×nh 1.4 MÆt c¾t c«ng tr×nh Toµ nhµ Nam H¶i Minh Tower ......................... 18 H×nh 2.1 S¬ ®å ph©n bè thùc tÕ ¸p lùc ®Êt ...................................................... 24 H×nh 2.2 S¬ ®å tÝnh to¸n theo ph­¬ng ph¸p Sachipana .................................. 26 H×nh 2.3 S¬ ®å tÝnh to¸n theo ph­¬ng ph¸p ®µn håi ...................................... 27 H×nh 2.4 S¬ ®å tÝnh to¸n theo ph­¬ng ph¸p tÝnh lùc trôc thanh chèng ......... 28 H×nh 2.5 PhÇn tö ®Êt vµ ®iÓm øng suÊt cña phÇn tö 15 nót (a), 6 nót (b) ....... 31 H×nh 2.6 Mét sè c«ng tr×nh tÝnh b»ng Plaxis ................................................. 35 H×nh 2.7 S¬ ®å tÝnh to¸n ................................................................................ 38 H×nh 2.8 Lùc trôc thanh chèng vµ m«men uèn th©n t­êng ........................... 40 H×nh 2.9 S¬ ®å tÝnh to¸n ................................................................................. 41 H×nh 2.10 S¬ ®å chuyÓn vÞ cña c¶ hÖ .............................................................. 41 H×nh 2.11 ChuyÓn vÞ cña t­êng liªn tôc ........................................................ 42 H×nh 2.12 BiÓu ®å m« men cña t­êng liªn tôc .............................................. 42 H×nh 2.13 BiÓu ®å lùc c¾t cña t­êng liªn tôc .................................................. 43 H×nh 2.14 H­íng chuyÓn vÞ cña ®Êt nÒn vµ t­êng liªn tôc ............................. 43 H×nh 2.15 øng suÊt hiÖu qu¶ trong nÒn ®Êt ..................................................... 44 H×nh 2.16 øng suÊt tæng ................................................................................. 44 H×nh 2.17 øng suÊt theo ph­¬ng x ( σxx) ........................................................ 45 H×nh 2.18 øng suÊt theo ph­¬ng y ( σyy) ........................................................ 45 H×nh 2.19 øng suÊt theo ph­¬ng z ( σzz) ......................................................... 46 H×nh 2.20 øng suÊt theo ph­¬ng xy ( σxy) ...................................................... 46 H×nh 3.1 §µo ®Êt giai ®o¹n 1, thi c«ng dÇm sµn tÇng hÇm 1.......................... 49 H×nh 3.2 §µo ®Êt giai ®o¹n 2, thi c«ng ®µi mãng + sµn tÇng hÇm 2 ............. 49 H×nh 3.3 S¬ ®å tÝnh to¸n ................................................................................. 55 H×nh 3.4 C¸c giai ®o¹n tÝnh to¸n ................................................................... 55 H×nh 3.5 ChuyÓn vÞ ngang vµ m«men cña t­êng giai ®o¹n 1 ........................ 56 H×nh 3.6 ChuyÓn vÞ ngang vµ m«men cña t­êng giai ®o¹n 2 ........................ 57 H×nh 3.7 ChuyÓn vÞ ngang vµ m«men cña t­êng giai ®o¹n 3 ........................ 58 H×nh 3.8 ChuyÓn vÞ ngang vµ m«men cña t­êng giai ®o¹n 4 ........................ 59 H×nh 3.9 ChuyÓn vÞ ngang vµ m«men cña t­êng giai ®o¹n 5 ......................... 60 H×nh 3.10 S¬ ®å tÝnh to¸n .............................................................................. 62 H×nh 3.11 C¸c giai ®o¹n tÝnh .......................................................................... 62 H×nh 3.12 ChuyÓn vÞ ngang vµ m«men cña t­êng trong giai ®o¹n nguy hiÓm nhÊt .................................................................................................................. 63 H×nh 3.13 BiÓu ®å quan hÖ gi÷a chiÒu s©u vµ chuyÓn vÞ ngang cña t­êng ..... 65 H×nh 3.14 S¬ ®å tÝnh to¸n .............................................................................. 66 H×nh 3.15 C¸c giai ®o¹n tÝnh to¸n ................................................................. 66 H×nh 3.16 ChuyÓn vÞ ngang vµ m«men cña t­êng trong giai ®o¹n nguy hiÓm nhÊt .................................................................................................................. 67 H×nh 3.17 BiÓu ®å quan hÖ gi÷a chiÒu dµy vµ chuyÓn vÞ ngang cña t­êng .... 69 H×nh 3.18 S¬ ®å tÝnh to¸n .............................................................................. 70 H×nh 3.19 C¸c giai ®o¹n tÝnh ......................................................................... 70 H×nh 3.20 ChuyÓn vÞ ngang vµ m«men cña t­êng trong giai ®o¹n nguy hiÓm nhÊt .................................................................................................................. 71 H×nh 3.21 BiÓu ®å quan hÖ gi÷a vÞ trÝ mùc n­íc ngÇm vµ chuyÓn vÞ ngang cña t­êng ............................................................................................................... 73 H×nh 3.22 S¬ ®å tÝnh to¸n .............................................................................. 78 H×nh 3.23 KÕt qu¶ tÝnh to¸n .......................................................................... 78 môc lôc më ®Çu .......................................................................................................... 1 ch­¬ng1 tæng quan vÒ ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt vµ thiÕt kÕ kÕt cÊu t­êng bªn tÇng hÇm nhµ cao tÇng thi c«ng theo ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt............................................................... 4 1.1 Sù ph¸t triÓn cña ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt trªn thÕ giíi vµ t¹i ViÖt Nam..................................................................................................................... 4 1.2 T­êng trong ®Êt vµ ph¹m vi øng dông ..................................................... 5 1.2.1 T­êng trong ®Êt ......................................................................................... 5 1.2.2 Ph¹m vi øng dông ...................................................................................... 6 1.3 C¸c lo¹i t­êng trong ®Êt ................................................................................ 7 1.3.1 T­êng ch¾n b»ng cäc trén xi m¨ng - ®Êt ................................................... 7 1.3.2 T­êng ch¾n b»ng cäc hµng ........................................................................ 9 1.3.3 T­êng liªn tôc trong ®Êt ........................................................................... 10 1.4 C¸c ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n t­êng liªn tôc trong ®Êt ®ang ®­îc ¸p dông ............................................................................................................................ 12 1.4.1 Ph­¬ng ph¸p gi¶i tÝch ............................................................................... 13 1.4.1.1 TÝnh to¸n t­êng liªn tôc trong ®Êt theo ph­¬ng ph¸p Sachipana – NhËt 13 1.4.1.2 TÝnh to¸n t­êng liªn tôc trong ®Êt theo ph­¬ng ph¸p ®µn håi: .............. 13 1.4.1.3 TÝnh to¸n t­êng liªn tôc trong ®Êt theo ph­¬ng ph¸p tÝnh lùc trôc thanh chèng, néi lùc th©n t­êng biÕn ®æi theo qu¸ tr×nh ®µo: ..................................... 14 1.4.1.4 Ph­¬ng ph¸p gia sè:............................................................................... 14 1.4.2 Ph­¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n .................................................................. 15 1.5 §iÒu kiÖn ®Þa chÊt t¹i thµnh phè Nam §Þnh: .......................................... 17 1.5.1. Kh¸i qu¸t vÒ ®Þa chÊt t¹i thµnh phè Nam §Þnh ....................................... 17 1.5.2. Giíi thiÖu tãm t¾t quy m« c«ng tr×nh vµ tµi liÖu kh¶o s¸t ®Þa chÊt cña c«ng tr×nh ®­îc thi c«ng t¹i thµnh phè Nam §Þnh ..................................................... 17 1.5.2.1. Quy m« c«ng tr×nh Toµ nhµ Nam H¶i Minh Tower ............................. 17 1.5.2.2. Tµi liÖu kh¶o s¸t ®Þa chÊt t¹i khu vùc x©y dùng c«ng tr×nh.................. 19 ch­¬ng 2 c¸c ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n thiÕt kÕ t­êng liªn tôc trong ®Êt cã kÓ ®Õn sù lµm viÖc cña nÒn ...................... ........................... 21 2.1 C¸c d¹ng t¶i träng vµ c¸ch x¸c ®Þnh ..................................................... 21 2.2 TÝnh to¸n thiÕt kÕ t­êng liªn tôc trong ®Êt: ......................................... 25 2.2.1. Ph­¬ng ph¸p gi¶i tÝch (ph­¬ng ph¸p Sachipana - NhËt) ....................... 26 2.2.2. LiÖt kª c¸c ph­¬ng ph¸p gi¶i tÝch kh¸c ................................................. 27 2.2.2.1 Ph­¬ng ph¸p ®µn håi ........................................................................... 27 2.2.2.2 Ph­¬ng ph¸p tÝnh lùc trôc thanh chèng, néi lùc th©n t­êng biÕn ®æi theo qu¸ tr×nh ®µo mãng ......................................................................................... 28 2.2.3 Ph­¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n ................................................................ 30 2.3.2.1 Giíi thiÖu phÇn mÒm Plaxis (Hµ Lan) ................................................. 33 2.3.2.2 Giíi thiÖu mét sè phÇn mÒm kh¸c ....................................................... 37 2.3 Ph©n tÝch lùa chän ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n cho bµi to¸n cô thÓ víi c¸c ®iÒu kiÖn ®· chän, ®¸nh gi¸ tÝnh chÝnh x¸c cña ph­¬ng ph¸p chän ......... 37 2.3.1 VÝ dô ....................................................................................................... 37 2.3.2 TÝnh theo ph­¬ng ph¸p gi¶i tÝch (ph­¬ng ph¸p Sachipana - NhËt)......... 38 2.3.3 øng dông phÇn mÒm Plaxis ................................................................... 40 2.4 §¸nh gi¸ so s¸nh ph­¬ng ph¸p chän víi nh÷ng ph­¬ng ph¸p kh¸c .. 47 Ch­¬ng 3 TÝnh to¸n kÕt cÊu t­êng trong ®Êt víi ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt t¹i thµnh phè Nam §Þnh theo ph­¬ng ph¸p lùa chän, nghiªn cøu kh¶o s¸t sù lµm viÖc cña t­êng trong c¸c giai ®o¹n thi c«ng vµ khai th¸c sö dông c«ng tr×nh ................................................................................................................................... 49 3.1 TÝnh to¸n kÕt cÊu t­êng bªn cña tÇng hÇm nhµ cao tÇng t¹i thµnh phè Nam §Þnh thi c«ng theo ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt: ........................... 49 3.1.1. Tr×nh tù thi c«ng, mÆt c¾t hè ®µo .......................................................... 49 3.1.2 Mét sè ®Æc tr­ng vËt liÖu ........................................................................ 50 3.1.3. TÝnh to¸n kÕt cÊu t­êng bªn tÇng hÇm nhµ cao tÇng trong giai ®o¹n thi c«ng b»ng phÇn mÒm Plaxis 8.5 ..................................................................... 54 3.1.3.1 NhËp d÷ liÖu ®Çu vµo ........................................................................... 54 3.1.3.2 TÝnh to¸n t­êng trong ®Êt .................................................................... 55 3.1.3.3 KÕt qu¶ tÝnh to¸n ................................................................................. 55 3.2 Nghiªn cøu ph©n tÝch sù lµm viÖc cña kÕt cÊu t­êng bªn trong giai ®o¹n thi c«ng ................................................................................................. 61 3.2.1 Nghiªn cøu c¸c tr­êng hîp lµm viÖc cña t­êng ..................................... 61 3.2.1.1 Tr­êng hîp 1: (Thay ®æi chiÒu s©u ngµm cña t­êng vµo trong ®Êt)..... 61 3.2.1.2 Tr­êng hîp 2: (Thay ®æi chiÒu dµy cña t­êng) ................................... 65 3.2.1.3 Tr­êng hîp 3: (Thay ®æi vÞ trÝ mùc n­íc ngÇm) ................................. 69 3.2.2 Ph©n tÝch ®¸nh gi¸ c¸c tr­êng hîp kh¶o s¸t ........................................... 73 3.3 Kh¶o s¸t sù lµm viÖc t­êng bªn cña tÇng hÇm nhµ cao tÇng trong giai ®o¹n khai th¸c sö dông c«ng tr×nh .............................................................. 74 3.3.1 Ph©n tÝch ®¸nh gi¸ chung hÖ kÕt cÊu cña c«ng tr×nh .............................. 74 3.3.2 TÝnh to¸n sù lµm viÖc cña t­êng bªn tÇng hÇm trong giai ®o¹n khai th¸c sö dông ............................................................................................................ 75 3.3.2.1 TÝnh to¸n t¶i träng ............................................................................... 75 3.3.2.2 Tæ hîp t¶i träng ................................................................................... 77 3.3.2.3 TÝnh to¸n sù lµm viÖc cña t­êng bªn tÇng hÇm b»ng phÇn mÒm Etab9.7 ......................................................................................................................... 77 3.3.3 §¸nh gi¸ sù lµm viÖc cña t­êng bªn tÇng hÇm trong giai ®o¹n khai th¸c sö dông............................................................................................................. 79 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ .......................................................................... 80 Danh môc tµi liÖu tham kh¶o:......................................................... 82 1 më ®Çu Lý do chän ®Ò tµi: Ngµy nay, khi d©n c­ t¹i c¸c thµnh phè Nam §Þnh trë nªn ®«ng ®óc, ®Êt ®ai chËt hÑp, ®¾t ®á, ®Ó tiÕt kiÖm ®Êt ®ai, ®ång thêi víi viÖc x©y dùng nhiÒu nhµ cao tÇng, ng­êi ta triÖt ®Ó khai th¸c vµ sö dông kh«ng gian d­íi mÆt ®Êt cho nhiÒu môc ®Ých kh¸c nhau vÒ kinh tÕ, x· héi, v¨n hãa m«i tr­êng vµ cho c¶ môc ®Ých phßng thñ d©n sù. Bªn c¹nh viÖc phôc vô cho d©n dông, mét sè ngµnh c«ng nghiÖp, c¸c c«ng tr×nh thuû lîi còng ®­a mét phÇn d©y chuyÒn s¶n xuÊt, kho vµ c¸c bÓ chøa vµo s©u d­íi ®Êt nh­: d©y chuyÒn tuyÓn quÆng trong nhµ m¸y luyÖn kim, c¸n thÐp, c¸c lß trong nhµ m¸y xi m¨ng, c¸c tr¹m b¬m, bÓ chøa, ô tµu... diÖn tÝch lªn ®Õn hµng chôc ngµn mÐt vu«ng vµ s©u ®Õn hµng chôc mÐt. Trong quèc phßng cÇn rÊt nhiÒu c¸c c«ng tr×nh ngÇm phôc vô cho c¸c môc ®Ých kh¸c nhau nh­ kho chøa vò khÝ trang bÞ, c¸c hÇm tró Èn, hÇm thö vò khÝ... Khi x©y dùng c¸c c«ng tr×nh ngÇm th­êng kÐo theo hiÖn t­îng lón bÒ mÆt, lµm biÕn d¹ng c¸c c«ng tr×nh l©n cËn, lµm rèi lo¹n sinh ho¹t vµ giao th«ng ®« thÞ ®Æc biÖt lµ trong ®iÒu kiÖn thµnh phè ®· dµy ®Æc c¸c c«ng tr×nh d©n dông, c«ng nghiÖp, hÖ thèng giao th«ng vµ c¸c c«ng tr×nh ngÇm kh¸c. ViÖc x©y dùng c¸c c«ng ngÇm nµy sÏ phøc t¹p vµ khã kh¨n h¬n rÊt nhiÒu khi gÆp nÒn ®Êt yÕu b·o hoµ n­íc. §Ó kh¾c phôc nh÷ng khã kh¨n trªn, thi c«ng c«ng tr×nh ngÇm b»ng ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt lµ mét ph­¬ng ph¸p rÊt hiÖu qu¶ thÝch hîp víi mäi ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt vµ ®Þa chÊt thuû v¨n. §Æc biÖt, ph­¬ng ph¸p nµy ¸p dông ®­îc trong ®iÒu kiÖn thµnh phè tr¸nh tèi ®a viÖc g©y lón cho c¸c c«ng tr×nh l©n cËn, ®ång thêi cho phÐp tiÕt kiÖm nh©n lùc, nguyªn vËt liÖu, thiÕt bÞ ... Mét sè nhµ cao tÇng ë ViÖt Nam ®· ¸p dông ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt ®Ó x©y dùng tÇng hÇm nh­ng trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ vµ thi c«ng cßn gÆp nhiÒu h¹n chÕ nh­ quy ph¹m ch­a chÆt chÏ, phô thuéc vµo n­íc ngoµi. 2 V× vËy luËn v¨n Nghiªn cøu thiÕt kÕ tÝnh to¸n kÕt cÊu t­êng bªn tÇng hÇm nhµ cao tÇng t¹i thµnh phè Nam §Þnh thi c«ng theo ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt nh»m môc ®Ých nghiªn cøu mét sè gi¶i ph¸p tÝnh to¸n t­êng trong ®Êt ®¸p øng nhu cÇu x©y dùng cho c¸c c«ng tr×nh ®­îc x©y dùng t¹i thµnh phè Nam §Þnh vµ c¸c vïng cã ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt t­¬ng tù. Môc ®Ých nghiªn cøu: Nghiªn cøu c¸c ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n t­êng trong ®Êt, so s¸nh lùa chän ph­¬ng ph¸p tÝnh chÝnh x¸c vµ hiÖu qu¶ nh»m ®¸p øng nhu cÇu x©y dùng cho c¸c c«ng tr×nh nhµ cao tÇng cã tÇng hÇm t¹i thµnh phè Nam §Þnh. §èi t­îng vµ ph¹m vi nghiªn cøu: - Nghiªn cøu tµi liÖu ®Þa chÊt t¹i Nam §Þnh. - TÝnh to¸n thiÕt kÕ t­êng trong ®Êt cho tÇng hÇm nhµ cao tÇng víi ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt t¹i thµnh phè Nam §Þnh. - Nghiªn cøu kh¶o s¸t sù lµm viÖc cña t­êng trong c¸c giai ®o¹n thi c«ng vµ khai th¸c, sö dông c«ng tr×nh. Néi dung nghiªn cøu: LuËn v¨n gåm 3 ch­¬ng: - Ch­¬ng 1: Tæng quan vÒ ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt vµ thiÕt kÕ kÕt cÊu t­êng bªn tÇng hÇm nhµ cao tÇng thi c«ng theo ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt - Ch­¬ng 2: C¸c ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n thiÕt kÕ t­êng liªn tôc trong ®Êt cã kÓ ®Õn sù lµm viÖc cña nÒn. - Ch­¬ng 3: TÝnh to¸n kÕt cÊu t­êng trong ®Êt víi ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt t¹i thµnh phè Nam §Þnh theo c¸c ph­¬ng ph¸p lùa chän, nghiªn cø­ kh¶o s¸t sù lµm viÖc cña t­êng trong c¸c giai ®o¹n thi c«ng vµ khai th¸c sö dông c«ng tr×nh H­íng kÕt qu¶ nghiªn cøu: C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cña ®Ò tµi luËn v¨n cã thÓ ®­îc sö dông lµm tµi liÖu tham kh¶o, nghiªn cøu vµ ¸p dông cho chuyªn ngµnh ®Þa kü thuËt, thi 3 c«ng vµ x©y dùng c«ng tr×nh ngÇm ®« thÞ, vµ nÕu ®­îc hoµn thiÖn thªm, sÏ lµ c¬ së khoa häc ®Ó kiÕn nghÞ sö dông réng r·i ph­¬ng ph¸p gia cè thµnh hè ®µo b»ng c«ng nghÖ t­êng trong ®Êt trong thùc tiÔn x©y dùng c¸c c«ng tr×nh cã quy m« ë thµnh phè Nam §Þnh. 4 ch­¬ng 1 tæng quan vÒ ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt vµ thiÕt kÕ kÕt cÊu t­êng bªn tÇng hÇm nhµ cao tÇng thi c«ng theo ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt 1.1 Sù ph¸t triÓn cña ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt trªn thÕ giíi vµ t¹i ViÖt Nam Tr­íc ®©y, ®Ó x©y dùng c¸c c«ng tr×nh ngÇm, ng­êi ta th­êng dïng c¸c ph­¬ng ph¸p x©y dùng ®¾t tiÒn nh­ ®µo hë, ®ãng cäc cõ, h¹ mùc n­íc ngÇm, ®ãng b¨ng ®Êt... mµ chiÒu s©u kh«ng ®­îc lín, lµm ¶nh h­ëng tíi c¸c c«ng tr×nh l©n cËn khi x©y xen trong thµnh phè. Tõ sau n¨m 1940, ph­¬ng ph¸p “t­êng trong ®Êt” ®­îc b¾t ®Çu nghiªn cøu ¸p dông vµ vµo nh÷ng n¨m b¶y m­¬i cña thÕ kû XX ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc ¸p dông réng r·i trªn toµn thÕ giíi, ®iÒu ®ã t¹o ®iÒu kiÖn cho viÖc hoµn thiÖn quy tr×nh c«ng nghÖ vµ tÝnh to¸n kÕt cÊu. §©y lµ mét trong nh÷ng ph­¬ng ph¸p thi c«ng tiÕn bé nhÊt ®Ó x©y dùng c¸c c«ng tr×nh ngÇm vµ lµ ph­¬ng ph¸p tèt nhÊt ®Ó x©y dùng c¸c c«ng tr×nh ngÇm cã ®é s©u lín trong c¸c thµnh phè cã mËt ®é x©y dùng dµy ®Æc. Trªn thÕ giíi, ¸p dông ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt ®Ó x©y dùng c¸c c«ng tr×nh ngÇm trong c¸c khu ®« thÞ lµ rÊt phæ biÕn nh­: - T¹i thµnh phè nh­ Tokyo (NhËt B¶n) c¸c nhµ cao tÇng ph¶i cã Ýt nhÊt tõ 5 ®Õn 8 tÇng hÇm. - ë Th­îng H¶i (Trung Quèc) th­êng thÊy cã 2 ®Õn 3 tÇng hÇm d­íi mÆt ®Êt ë c¸c nhµ cao tÇng, cã nhµ ®· thiÕt kÕ ®Õn 5 tÇng hÇm cã kÝch th­íc lín nhÊt ®Õn 274x187m, kÕt cÊu ch¾n gi÷ s©u tíi 32m. - T¹i Matxc¬va (Nga) ®· x©y dùng gara cã kÝch th­íc 156x54m, s©u 27m. - T¹i Geneve (Thôy sÜ) mét gara ngÇm 7 tÇng s©u 28m ®· ®­îc x©y dùng. T¹i ViÖt nam, ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt còng ®­îc ¸p dông rÊt hiÖu qu¶ trong viÖc x©y dùng c¸c c«ng tr×nh ngÇm nh»m ®¸p øng nhu cÇu sö dông kh«ng gian trong lßng ®Êt ë c¸c thµnh phè ®«ng d©n c­ víi ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt 5 vµ ®Þa chÊt thuû v¨n rÊt phøc t¹p ®Ó ®Ó gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn giao th«ng ®« thÞ, x©y dùng c¸c gara « t«, nhµ cao tÇng trong thµnh phè, c¸c khu ®« thÞ míi, h¹ tÇng c¸c khu c«ng nghiÖp... vÝ dô nh­: - Toµ nhµ Harbour View Tower ë thµnh phè Hå ChÝ Minh gåm 19 tÇng lÇu vµ 2 tÇng hÇm, cã kÕt cÊu ch¾n gi÷ s©u 10m, ®· dïng t­êng trong ®Êt s©u 42m dµy 0,6m v©y quanh mÆt b»ng kÕt cÊu ch¾n gi÷ 25x27m. - Trô së Vietcombank Hµ Néi cao 22 tÇng vµ 2 tÇng hÇm cã kÕt cÊu ch¾n gi÷ s©u 11m dïng t­êng trong ®Êt s©u 18m dµy 0,8m. - Nhµ m¸y Apatit Lao Cai, nhµ m¸y xi m¨ng BØm S¬n hay nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn Ph¶ L¹i ®· cã nh÷ng kho, hÇm hay tuynen vËn chuyÓn nguyªn liÖu ®Æt s©u trong ®Êt tõ 5 ®Õn 20m... 1.2 T­êng trong ®Êt vµ ph¹m vi øng dông 1.2.1 T­êng trong ®Êt T­êng trong ®Êt lµ c¸c kÕt cÊu d¹ng t­êng cã t¸c dông võa ch¾n gi÷ võa chÞu lùc cña phÇn c«ng tr×nh n»m d­íi mÆt ®Êt. KÕt cÊu d¹ng t­êng trong ®Êt cã c¸c ­u ®iÓm: - Thi c«ng ®­îc c¸c c«ng tr×nh ngÇm cã ®é s©u lín - ThÝch dông trong mäi ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt, ®Æc biÖt trong c¸c vïng ®Êt yÕu, mùc n­íc ngÇm cao - Lµ biÖn ph¸p thi c«ng hÇu nh­ lµ duy nhÊt ®Ó x©y dùng trong ®iÒu kiÖn thµnh phè chËt hÑp, x©y xen do khi thi c«ng h¹n chÕ chÊn ®éng, tiÕng ån, dÔ khèng chÕ vÒ biÕn d¹ng lón, Ýt ¶nh h­ëng c¸c c«ng tr×nh x©y dùng vµ ®­êng èng ngÇm ë l©n cËn xung quanh [8] - Gi¶m khèi l­îng thi c«ng, cã thÓ thi c«ng theo ph­¬ng ph¸p ng­îc (top - down) cã lîi cho viÖc t¨ng nhanh tèc ®é thi c«ng, h¹ thÊp gi¸ thµnh c«ng tr×nh [8]. - T­êng võa cã thÓ dïng lµm kÕt cÊu bao che ë ®é s©u lín l¹i cã thÓ kÕt hîp lµm kÕt cÊu chÞu lùc, lµm mãng cho c«ng tr×nh trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt 6 ®Þnh. Bªn c¹nh nh÷ng ­u ®iÓm trªn, viÖc sö dông t­êng trong ®Êt cã nh÷ng nh­îc ®iÓm sau: - Thi c«ng theo ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt yªu cÇu vÒ m¸y mãc, trang thiÕt bÞ thi c«ng ®ång bé cao, mçi lo¹i t­êng cÇn mét lo¹i thiÕt bÞ thi c«ng phï hîp v× vËy ®ßi hái ®Çu t­ ban ®Çu lín. - Mçi lo¹i kÕt cÊu chØ phï hîp víi mét sè chiÒu s©u hè ®µo vµ lo¹i ®Þa chÊt nhÊt ®Þnh, v× vËy viÖc lùa chän kÕt cÊu t­êng kh«ng phï hîp cã thÓ lµm ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn ®é an toµn vµ gi¸ thµnh thi c«ng. - ViÖc sö lý bïn th¶i kh«ng nh÷ng lµm t¨ng chi phÝ cho c«ng tr×nh mµ khi kü thuËt ph©n ly bïn kh«ng hoµn h¶o hoÆc sö lý kh«ng tho¶ ®¸ng sÏ lµm cho m«i tr­êng bÞ « nhiÔm [8]. - Do trong qu¸ tr×nh thi c«ng, c¸c líp ®Êt cã kÑp líp ®Êt c¸t t¬i xèp, mÒm yÕu mµ tÝnh chÊt dung dÞch gi÷ thµnh kh«ng thÝch hîp hoÆc ®· bÞ biÕn chÊt dÉn ®Õn sôt lë thµnh lµm cho thÓ tÝch bª t«ng th©n t­êng t¨ng lªn ®¸ng kÓ, mÆt t­êng bÞ låi lâm, kÝch th­íc kÕt cÊu v­ît qu¸ giíi h¹n cho phÐp. 1.2.2 Ph¹m vi øng dông Thùc tÕ x©y dùng trªn thÕ giíi vµ ë ViÖt Nam cho thÊy ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt cã thÓ ¸p dông hiÖu qu¶ khi x©y dùng c¸c lo¹i c«ng tr×nh sau: - C¸c c«ng tr×nh d©n dông cã phÇn ngÇm nh­: gara, trung t©m th­¬ng m¹i, kho chøa, r¹p chiÕu phim, nhµ h¸t; PhÇn ngÇm c¸c nhµ cao tÇng nh­ mãng, c¸c t­êng ch¾n kÕt cÊu ch¾n gi÷ nh÷ng toµ nhµ ®­îc x©y gÇn nh÷ng c«ng tr×nh cã s½n. - C¸c c«ng tr×nh c«ng nghiÖp nh­ ph©n x­ëng nghiÒn cña nhµ m¸y lµm giµu quÆng, c¸c ph©n x­ëng ®óc thÐp liªn tôc, c¸c hè nhËn nguyªn liÖu, c¸c phÔu ®Ó dì, chÊt t¶i... - C¸c c«ng tr×nh thuû lîi thu, nhËn n­íc, c¸c tr¹m b¬m, c¸c c«ng tr×nh lµm s¹ch... - C¸c c«ng tr×nh giao th«ng nh­ hÇm giao th«ng ®Æt n«ng, c¸c mãng trô cÇu... - C¸c c«ng tr×nh qu©n sù vµ c«ng tr×nh d©n sù cã kÕt hîp phßng thñ khi cã chiÕn tranh x¶y ra. 7 Thùc tÕ nh÷ng c«ng tr×nh x©y dùng trong c¸c ®iÒu kiÖn d­íi ®©y sÏ cã hiÖu qu¶ cao nhÊt khi sö dông t­êng trong ®Êt: - Trong ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt thuû v¨n phøc t¹p, mùc n­íc ngÇm cao, nhÊt lµ gÆp tÇng n­íc ngÇm cã ¸p. - Khi x©y dùng c¸c c«ng tr×nh ngÇm vµ t­êng ch¾n kÕt cÊu ch¾n gi÷ trong ®iÒu kiÖn x©y chen trong thµnh phè, gÇn c¸c c«ng tr×nh ®· cã. - Ph­¬ng ph¸p t­êng trong ®Êt cho phÐp thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh ngÇm cã h×nh d¹ng bÊt kú trªn mÆt b»ng, gi¶m chiÒu dµy t­êng vµ lo¹i trõ ®­îc c«ng t¸c hót vµ h¹ mùc n­íc ngÇm. T­êng trong ®Êt cã thÓ sö dông ®ång thêi lµm mãng chÞu t¶i träng phÇn trªn trong nh÷ng ®iÒu kiÖn sau: - T­êng tùa trªn ®¸ cøng hoÆc ®Êt tèt, tøc lµ khi t­êng cã thÓ lµm viÖc nh­ v¸ch. - T­êng ®­îc x©y dùng gÇn s¸t liÒn víi mãng cña nh÷ng nhµ ®· cã, mµ ®é bÒn cña nh÷ng mãng nµy cã thÓ bÞ ph¸ ho¹i khi x©y dùng c¸c mãng cäc ®ãng. 1.3 C¸c lo¹i t­êng trong ®Êt 1.3.1 T­êng ch¾n b»ng cäc trén xi m¨ng - ®Êt: [8] H×nh 1.1 T­êng ch¾n b»ng cäc trén xi m¨ng ®Êt, [8] 8 T­êng ch¾n b»ng cäc trén xi m¨ng - ®Êt mét ph­¬ng ph¸p míi ®Ó gia cè nÒn ®Êt yÕu, nã sö dông xi m¨ng, v«i... ®Ó lµm chÊt ®ãng r¾n, lîi dông mét lo¹t ph¶n øng hãa häc x¶y ra gi÷a chÊt ®ãng r¾n víi ®Êt, lµm cho ®Êt ®ãng r¾n l¹i thµnh mét thÓ cäc cã d¹ng t­êng æn ®Þnh vµ cã c­êng ®é nhÊt ®Þnh. ¦u ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ kinh tÕ, thi c«ng nhanh, kh«ng cã chÊt th¶i, l­îng xi m¨ng khèng chÕ ®iÒu chØnh chÝnh x¸c, kh«ng cã ®é lón thø cÊp (nÕu lµm nÒn) kh«ng g©y dao ®éng ®Õn c«ng tr×nh l©n cËn, thÝch hîp víi ®Êt cã ®é Èm cao (> 75%). KÕt cÊu lo¹i nµy kh«ng thÊm n­íc kh«ng ph¶i ®Æt thanh chèng t¹o ®iÒu kiÖn cho ®µo kÕt cÊu ch¾n gi÷ ®­îc dÔ dµng, hiÖu qu¶ kinh tÕ cao. Tuy nhiªn chØ phï hîp víi hè ®µo cã chiÒu s©u tõ 5 - 7m, kh«ng phï hîp víi nh÷ng hè ®µo cã chiÒu s©u lín h¬n. Ph­¬ng ph¸p trén d­íi s©u thÝch hîp víi c¸c lo¹i ®Êt ®­îc h×nh thµnh tõ c¸c nguyªn nh©n kh¸c nhau nh­ ®Êt sÐt dÎo b·o hßa, bao gåm bïn nh·o, ®Êt bïn, ®Êt sÐt vµ ®Êt sÐt bét... Ngoµi chøc n¨ng gi÷ æn ®Þnh thµnh hè ®µo, cäc trén xi m¨ng ®Êt cßn ®­îc sö dông trong c¸c tr­êng hîp sau: - Gi¶m ®é lón c«ng tr×nh - T¨ng kh¶ n¨ng chèng tr­ît m¸i dèc - T¨ng c­êng ®é chÞu t¶i cña nÒn ®Êt - Gi¶m ¶nh h­ëng chÊn ®éng ®Õn c«ng tr×nh l©n cËn - Tr¸nh hiÖn t­îng ho¸ láng cña ®Êt rêi - C« lËp phÇn ®Êt bÞ « nhiÔm Ph­¬ng ph¸p nµy xuÊt hiÖn ®Çu tiªn t¹i Mü sau ®ã ®­îc mét sè n­íc nh­ NhËt B¶n, Trung Quèc ph¸t triÓn. T¹i ViÖt Nam ®Çu nh÷ng n¨m 80 kü thuËt nµy cña h·ng Linden - Alimak ®· ®­îc ¸p dông lµm cäc xim¨ng/v«i ®Êt ®­êng kÝnh 40cm, s©u 10m cho c¸c c«ng tr×nh nhµ 3 - 4 tÇng, hiÖn nay Linden Alimak vµ Hercules (Thôy §iÓn) liªn doanh lµm lo¹i cäc nµy s©u ®Õn 20m b»ng hÖ thèng tù ®éng tõ kh©u khoan, phun xi m¨ng vµ trén t¹i khu c«ng