Tài liệu Nghiên cứu giải pháp tường chắn đất cho lối lên xuốn hầm giao thông tại hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ----------------------------------- LÊ THỊ NGA NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TƯỜNG CHẮN ĐẤT CHO LỐI LÊN XUỐNG HẦM GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ----------------------------------- LÊ THỊ NGA KHÓA: 2016 – 2018 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TƯỜNG CHẮN ĐẤT CHO LỐI LÊN XUỐNG HẦM GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình DD&CN Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN ĐỨC NGUÔN Hà Nội - 2018 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sỹ kỹ thuật “ Nghiên cứu giải pháp tường chắn đất cho lối lên xuống hầm giao thông tại Hà Nội” được hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân tác giả và sự giúp đỡ tận tình của Khoa sau đại học trường Đại học Kiến trúc Hà Nội. Với tất cả sự kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô trong Khoa Sau Đại học, trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đã truyền đạt cho em kiến thức trong suốt quá trình học cao học tại nhà trường. Đặc biệt, tác giả gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Đức Nguôn đã tận tình dìu dắt, truyền đạt nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu tạo điều kiện để tác giả vượt qua các trở ngại hoàn thành luận văn này. Tuy đã cố gắng, nhưng do thời gian và trình độ còn hạn chế nên trong luận văn chắc chắn còn tồn tại những thiếu sót và hạn chế. Tác giả rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô giáo và đồng nghiệp. Đó là sự giúp đỡ quý báu để tác giả cố gắng hoàn thiện hơn nữa trong quá trình nghiên cứu và công tác sau này. Trân trọng cảm ơn ! LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào. Hà Nội, ngày … tháng … năm 2018 Tác giả luận văn Lê Thị Nga MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................... MỤC LỤC ...................................................................................................... DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT............................................................. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ .......................................................... DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................. MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1       Lý do chọn đề tài ................................................................................ Mục đích nghiên cứu .......................................................................... Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................... Phương pháp nghiên cứu ................................................................... Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .......................................... Cấu trúc luận văn ............................................................................... NỘI DUNG ................................................................................................... 5 Chương 1. TỔNG QUAN VỂ GIẢI PHÁP TƯỜNG CHẮN ĐẤT CHO LỐI LÊN XUỐNG HẦM GIAO THÔNG .................................................. 5 1.1.Tổng quan về hầm giao thông ............................................................. 5 1.1.1. Khái niệm chung ............................................................................ 5 1.1.2. Cấu tạo ........................................................................................... 6 1.1.3. Ưu nhược điểm của hầm giao thông so với đường mặt đất và cầu vượt.......................................................................................................... 8 1.2. Thực trạng sử dụng hầm giao thông đô thị hiện nay...................... 11 1.3. Giải pháp tường chắn đất cho lối lên xuống hầm giao thông ......... 14 1.3.1.Khái niệm tường chắn đất cho lối lên xuống hầm giao thông ........ 14 1.3.2.Phân loại ....................................................................................... 14 1.3.3.Cấu tạo tường chắn đất cho lối lên xuống hầm giao thông ............. 19 1.4. Nhận xét ............................................................................................ 23 Chương 2. TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN CHO LỐI LÊN XUỐNG HẦM GIAO THÔNG THEO ĐIỀU KIỆN ĐẤT NỀN TẠI HÀ NỘI ................ 24 2.1. Địa chất công trình, thủy văn tại thành phố Hà Nội ...................... 24 2.1.1. Phân khu địa chất ......................................................................... 24 2.1.2. Đặc điểm địa chất thủy văn .......................................................... 27 2.2. Các loại tải trọng tác dụng lên tường chắn ..................................... 29 2.2.1. Tải trọng từ áp lực đất .................................................................. 29 2.2.2. Áp lực nước ngầm [3]................................................................... 35 2.2.3. Tải trọng từ các phương tiện giao thông [3] .................................. 38 2.2.4. Tải trọng từ các phương tiện trong quá trình thi công [3].............. 42 2.2.5. Tải động đất [3] ............................................................................ 45 2.3. Nguyên tắc tính toán tường chắn đất .............................................. 54 2.4. Lựa chọn giải pháp tường chắn cho lối lên xuống hầm giao thông đô thị ........................................................................................................ 56 2.4.1. Nội dung giải pháp ....................................................................... 56 2.4.2. Ưu điểm, nhược điểm của giải pháp ............................................. 57 Chương 3. ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP TƯỜNG CHẮN ĐẤT CHO LỐI LÊN XUỐNG HẦM GIAO THÔNG TẠI HÀ NỘI ................................. 60 3.1. Giới thiệu công trình ........................................................................ 61 3.2. Cấu trúc đất nền của khu vực nghiên cứu ...................................... 61 3.2.1. Cấu trúc đất nền của hầm Khuất Duy Tiến – Lê Văn Lương ........ 61 3.2.2. Cấu trúc đất nền của hầm Phạm Hùng – Trần Duy Hưng ............. 68 3.3. Tính toán kết cấu tường chắn lối lên xuống hầm giao thông ......... 74 3.3.1. Lựa chọn Vật liệu kết cấu tường chắn .......................................... 74 3.3.2. Sơ đồ tính toán và nội lực của tường chắn theo hai phương pháp . 74 3.3.3. Tính toán Với cấu trúc đất nền của hầm Khuất Duy Tiến – Lê Văn Lương ................................................................................................... 76 3.3.4. Tính toán Với cấu trúc đất nền của hầm Phạm Hùng – Trần Duy Hưng. ..................................................................................................... 81 3.3.5. Nhận xét ....................................................................................... 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................. 888 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................... DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên đầy đủ BT Bê tông BTCT Bê tông cốt thép PA Phương án SĐ Sơ đồ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ Số hiệu hình vẽ/ Sơ đồ Tên hình vẽ/Sơ đồ Trang Hình 1.1 Hầm giao thông đô thị 10 Hình 1.2 Hầm giao thông Kim Liên ngập trong nước mưa làm giao thông ách tắc khi trời mưa và ảnh hưởng bởi các lỗ chói 16 Hình 1.3 Tường trọng lực 17 Hình 1.4 Tường mỏng bằng thép 17 Hình 1.5 Phân loại tường theo nguyên tắc làm việc 18 Hình 1.6 Phân loại tường theo kết cấu 19 Hình 1.7 Phân loại tường theo kết cấu dạng chữ L 19 Hình 1.8 Tường chắn rọ đá, tường có cốt 20 Hình 1.9 Một số dạng cấu tạo tường chắn giao thông 22 Hình 1.10 Kết cấu tường chắn BTCT toàn khối có tường công xôn 23 Hình 2.1 Sơ đồ phân khu địa chất công trình Hà Nội 26 Hình 2.2 Tường chắn với đất sau tường phẳng 33 Hình 2.3 Áp lực đất chủ động và áp lực đất bị động 34 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Biểu đồ áp lực chủ động của đất khi có các lớp đất khác nhau Sơ đồ chất tải tạm thời từ các phương tiện giao thông H30 và HK 80 Sơ đồ xác định áp lực ngang từ các phương tiện giao thông Ảnh hưởng của tải trọng phân bố đều trên mặt đất Lực quán tính khi xét động đất 36 40 43 45 48 Hình 2.9 Định nghĩa góc Mononobe-Okabe trong phương trình Hình 2.10 Sơ đồ tính và biểu đồ nội lực tường chắn 56 Hình 2.11 Mặt bằng và mặt cắt hầm giao thông dử dụng tường chắn chữ U có hệ thanh chống ngang 58 Hình 2.12 Sơ đồ tính toán hầm giao thông 60 Hình 3.1 Mô hình tính toán 78 Hình 3.2 Tải trọng áp lực đất 79 Hình 3.3 Tải trọng hoạt tải lên sàn nền 79 Hình 3.4 Biểu đồ mô men trong tường 79 Hình 3.5 Biểu đồ lực cắt trong tường 80 Hình 3.6 Biểu đồ chuyển vị trong tường 80 Hình 3.7 Tải trọng áp lực đất 83 Hình 3.8 Biểu đồ mô men trong tường 83 49 DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang Bảng 2.1 Tính chất cơ lý cơ bản của đất nền Hà Nội theo phân khu địa chất. 27 Bảng 2.2 Tính toán tiêu chuẩn của một số loại xe 44 Bảng 2.3 Bảng 3.1a Bảng 3.2a Bảng 3.1b Bảng 3.2a Bảng 3.3a Bảng 3.3a Các giá trị của hệ số r để tính toán hệ số động đất theo phương ngang Tính toán tải trọng tác dụng vào tường chắn hầm Khuất Duy Tiến – Lê Văn Lương Tính toán thép tường chắn theo hai sơ đồ tính hầm Khuất Duy Tiến – Lê Văn Lương Tính toán tải trọng tác dụng vào tường chắn hầm Phạm Hùng – Trần Duy Hưng Tính toán thép tường chắn theo hai sơ đồ tính hầm Phạm Hùng – Trần Duy Hưng Bảng so sánh nội lực của hai sơ đồ tính hầm Khuất Duy Tiến – Lê Văn Lương Bảng so sánh nội lực của hai sơ đồ tính hầm Phạm Hùng – Trần Duy Hưng 52 78 81 82 84 84 85 1 MỞ ĐẦU  Lý do chọn đề tài Việt Nam đang trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Vì vậy việc xây dựng hạ tầng kỹ thuật đóng vai trò rất quan trọng, là một trong những hoạt động không thể thiếu trong quá trình phát triển đất nước. Để đáp ứng đòi hỏi phát triển nền kinh tế-xã hội của đất nước, cần thiết phải xây dựng các hệ thống công trình ngầm trong các khu vực đô thị như TP Hồ Chí Minh và Hà Nội. Đặc biệt, trong những năm gần đây do nhu cầu phát triển kinh tế xã hội cũng như giao lưu thương mại giữa các vùng, các miền của đất nước đòi hỏi cơ sở hạ tầng về giao thông vận tải như đường xá, cầu cống ngày càng được xây dựng nhiều hơn. Cùng với việc mở thêm nhiều tuyến đường mới kết nối các khu vực với nhau, các thành phố lớn đã bắt đầu cải tạo hệ thống giao thông đô thị và xây dựng các nút giao cầu vượt, hầm giao thông nhằm giảm thiểu ùn tắc giao thông, giúp dòng phương tiện giao thông qua lại được dễ dàng đặc biệt là vào các giờ cao điểm. Giải quyết được những vấn đề cấp thiết về giao thông đô thị hiện nay không thể thiếu được các công trình ngầm như hầm giao thông, tầu điện ngầm…Công trình hầm giao thông đóng một vai trò rất quan trọng trong việc thúc đẩy giao lưu thương mại phát triển kinh tế xã hội và văn minh đô thị. Trong điều kiện đô thị đất đai chật hẹp, dân cư đông đúc như hiện nay công trình hầm giao thông có nhiều ưu điểm nội bật hơn so với phương án đường mặt đất và cầu vượt: + Tiết kiệm được nhiều quỹ đất: Sử dụng hầm giao thông giúp tiết kiệm quỹ đất hơn so với phương án cầu vượt hay đường mặt đất và quỹ đất đó có thể được sử dụng vào các công trình ưu tiên như trường học, bệnh viện.. + Tạo nên các nút giao thông thuận tiện, tránh ách tắc giao thông đặc biệt trong các giờ cao điểm. 2 + Đảm bảo sự đi lại liên tục và tốc độ cao cho các phương tiện giao thông, góp phần giảm tai nạn giao thông. + Giúp phân luồng tốt tuyến giao thông cơ giới và đi bộ. + Không làm phá hoại cảnh quan môi trường, không phá vỡ quần thể kiến trúc xung quanh. Việc thiết kế và xây dựng hầm giao thông đô thị đòi hỏi những yêu cầu rất khắt khe về kỹ thuật như việc lựa chọn hình dáng kết cấu tường chắn để vừa đảm bảo yêu cầu về chịu lực vừa tiết kiệm về kinh tế, đồng thời kết hợp với các yêu cầu cần thiết khác như ánh sáng, thoát nước. Tường chắn cho phần đường dẫn hầm giao thông đô thị hiện nay chủ yếu được sử dụng có hình dáng chữ U hở. Đây là giải pháp kết cấu khá hợp lý cho hầm giao thông đô thị, việc lựa chọn hình dáng kết cấu tường chắn này khá phổ biến ở Việt Nam cũng như trên thế giới. Tuy nhiên việc lựa chọn kết cấu tường chắn dạng chữ U hở như hiện nay làm cho kết cấu tường lớn dẫn tới chi phí xây dựng tăng, ngoài ra vào các ngày nắng thường gây ra hiện tượng “lỗ chói, lỗ tối” khi đi vào hầm và khi ra khỏi hầm, ngày mưa gây ra hiện tượng ngập nước trong lòng hầm gây ngập lụt như trường hợp hầm Kim Liên…vì vậy ta cần lựa chọn giải pháp kết cấu phù hợp hơn về cả mặt chịu lực cũng như kết hợp được với ánh sáng và thoát nước. Thông qua đề tài của mình, tác giả sẽ tìm hiểu đề xuất giải pháp lựa chọn kết cấu tường chắn hợp lý nhất để có thể tăng cường hiệu quả về mặt chịu lực cũng như kết hợp được về mặt điều chỉnh ánh sáng và giảm lượng nước chảy vào hầm giao thông đô thị.  Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tính toán, thiết kế tường chắn đất và ứng dụng một số giải pháp kết cấu tường chắn hợp lý cho lối lên xuống hầm giao thông đô thị. 3  Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Tường chắn đất cho lối lên xuống hầm giao thông tại Hà Nội. - Phạm vi nghiên cứu: Giải pháp tường chắn đất áp dụng cho lối lên xuống hầm giao thông tại Hà Nội.  Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu về mặt lý thuyết, chọn lọc các tài liệu và kế thừa kết quả nghiên cứu của các đề tài nghiên cứu khoa học và các dự án khác có liên quan. Nghiên cứu các tiêu chuẩn, quy định về tính toán thiết kế, thi công một số loại tường chắn. Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, các công trình đã sử dụng. Nghiên cứu một số giải pháp tường chắn, đề xuất giải pháp phù hợp cho đường dẫn lối lên xuống hầm giao thông đô thị.  Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài -Ý nghĩa khoa học: + Phân tích làm rõ phạm vi áp dụng và phương pháp tính toán các loại tường chắn đất. + Đề xuất được một số giải pháp tường chắn hợp lý cho lối lên xuống hầm giao thông đô thị. - Ý nghĩa thực tiễn: Luận văn có thể là tài liệu tham khảo cho các kỹ sư thiết kế tính toán tường chắn đất cho các công trình hầm giao thông đô thị. 4  Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị và tài liệu tham khảo, nội dung chính của luận văn gồm 3 chương: Chương 1. Tổng quan về tường chắn đất cho lối lên xuống hầm giao thông Chương 2. Giải pháp tường chắn lối lên xuống hầm giao thông theo điều kiện đất nền tại Hà Nội Chương 3. Ứng dụng giải pháp tường chắn đất cho lối lên xuống hầm giao thông tại Hà Nội THÔNG BÁO Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội. Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội. Email: [email protected] TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong luận văn này nêu được tổng quan về hầm giao thông đô thị, tường chắn cho lối lên xuống hầm giao thông. Nghiên cứu lý thuyết về tường chắn đất, phương pháp tính toán tường chắn và đưa ra giải pháp phù hợp cho tường chắn lối lên xuống hầm giao thông đô thị. Giải pháp đề xuất giải quyết được những vấn đề sau: * Về mặt kết cấu tường chắn: Lựa chọn sử dụng tường chắn dạng chữ U có hệ chống ngang làm thay đổi sơ đồ tính toán tường chắn. Giải pháp này cho phép làm giảm nhẹ được kết cấu tường chắn và thay vào khối lớn thì ta có thể sử dụng kết cấu tường chắn có cấu tạo mỏng hơn, điều này đem đến nhiều lợi ích về mặt kinh tế mà vẫn đảm bảo khả năng chịu lực. Cụ thể: + Nội lực: Tường chắn theo phương án đề xuất có nội lực nhỏ hơn rất nhiều (163 KNm) so với tường chắn theo phương án hiện hành (660 KNm) nên tường chắn theo phương án đề xuất có kết cấu mỏng hơn (từ bề đày 600 mm theo kết cấu tường chắn hiện hành giảm xuống còn 400 mm theo phương án đề xuất mà vẫn đảm bảo đủ khả năng chịu lực). + Chuyển vị: Tường chắn theo phương án đề xuất có chuyển vị nhỏ hơn rất nhiều (2,6 mm) so với tường chắn theo phương án hiện hành (12,9 mm). * Về việc thoát nước: Việc lựa chọn kết cấu tường chắn có kết hợp thêm mái che giúp diện tích mặt đón nước mưa giảm nên lượng nước mưa chảy xuống hầm giảm rất 89 nhiều so với kết cấu tường chắn hiện hành và giúp tăng mức độ an toàn cho các phương tiện tham gia giao thông. *Về mặt ánh sáng: Khi có mái che có cấu tạo chuyên dụng, ánh sáng được chuyển đổi từ từ cho phép người tham gia giao thông bắt nhập được với mức sáng khi vào và khi ra khỏi hầm, không xảy ra hiện tượng lỗ sáng lỗ tối gây chói, lóa mắt người tham gia giao thông giúp giảm nhiều tai nạn giao thông. Kiến nghị Việc xây dựng các công trình hầm giao thông trong các đô thị là rất cần thiết. Ở các đô thị Việt Nam công trình hầm giao thông hiện đã và đang được xây dựng nhiều. Tuy nhiên, hầm giao thông hiện hành chưa công trình nào có mái che. Việc lựa chọn giải pháp kết cấu như đã trình bày trong luận văn cần được sử dụng rộng rãi cho các đường hầm giao thông trong đô thị hay những nơi đông dân cư đất đai chật hẹp, điều này giúp tăng hiệu quả sử dụng đường hầm, tăng độ an toàn cho xe cộ ra vào đường hầm. Do thời gian hạn chế, luận văn mới chỉ đưa ra một giải pháp lựa chọn kết cấu giúp tăng khả năng hiệu quả sử dụng tường chắn cho lối lên xuống hầm giao thông. Trong giải pháp này cần nghiên cứu hệ giàn, chống hợp lý cũng như tính toán khoảng cách các tấm lợp để đảm bảo giảm dần ánh sáng tạo điều kiện cho các phương tiện giao thông tham gia giao thông an toàn hơn. DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đinh Xuân Bảng, Vũ Công Ngữ, Lê Đức Thắng (1974), Sổ tay thiết kế nền và móng nền và móng tập , NXB Khoa học và kỹ thuật. 2. Nguyễn Quang Chiêu (2004), Thiết kế tường chắn đất, NXB Giao thông vận tải. 3. PGS.Nguyễn Đức Nguôn (2011), Bài giảng Địa kỹ thuật và Công trình ngầm đô thị, Trường đại học Kiến Trúc. 4. TS. Nguyễn Quốc Hùng, TS.Nguyễn Thế Phùng (2007), Thiết kế công trình hầm giao thông, NXB Giao thông vận tải. 5. PGS.Nguyễn Đức Nguôn, GS.TSKH. Nguyễn Văn Quảng (2004), Công trình ngầm giao thông đô thị, NXB Xây dựng. 6. PGS.Nguyễn Đức Nguôn (2010), Giải pháp kỹ thuật cho đường hầm giao thông cơ giới khu vực Hà Nội, Tài liệu hội thảo chuyên đề xây dựng. 7. Phan Hồng Quân(2006), Cơ học đất, NXB Xây dựng. 8. GS.Phan Trường Phiệt (2001), Áp lực đất và tường chắn đất, NXB Xây dựng. 9. GS.TS.Nguyễn Viết Trung, Thiết kế thi công giám sát công trình hầm giao thông, NXB Xây dựng. 10. Vương Văn Thành, Nguyễn Đức Nguôn, Phạm Ngọc Thắng (2012), Tính toán thực hành nền móng công trình dân dụng và công nghiệp, NXB Xây dựng (tái bản), Hà Nội. 11. Trần Văn Việt (2004), Cẩm nang dùng cho kỹ sư địa chất, NXB Xây dựng. 12. Tài liệu hội thảo chuyên đề: Áp lực đất, thiết kế tường chắn đất. 13. Trang thông tin điện tử ứng dụng công nghệ TenSar trong xây dựng. 14. Trang thông tin điện tử các loại máy trong xây dựng. 15. Trang thông tin điện tử biện pháp thi công tường chắn đất.