Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng neo đất cho thi công hầm nhà cao tầng tại thành phố hạ long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ---------------------------------- NGUYỄN NGỌC LINH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NEO ĐẤT CHO THI CÔNG HẦM NHÀ CAO TẦNG TẠI THÀNH PHỐ HẠ LONG LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ---------------------------------- NGUYỄN NGỌC LINH kho¸ 2016 - 2018 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NEO ĐẤT CHO THI CÔNG HẦM NHÀ CAO TẦNG TẠI THÀNH PHỐ HẠ LONG Chuyên ngành: Kĩ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGUYỄN NGỌC THANH Hà Nội – 2018 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với TS. Nguyễn Ngọc Thanh đã định hướng khoa học, liên tục quan tâm, tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu và đưa ra nhiều ý kiến quý báu cũng như tạo điều kiện thuận lợi, động viên tác giả trong quá trình thực hiện luận văn. Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ Khoa Sau đại học, Khoa Xây dựng và đặc biệt là các thầy, cô giáo giảng dạy Bộ môn Địa kỹ thuật - Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội cùng các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình trong quá trình hoàn thành luận văn này. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Ngọc Linh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Ngọc Linh MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục các bảng, biểu Danh mục các hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU * Lý do chọn đề tài .......................................................................................... 1 * Mục đích nghiên cứu .................................................................................... 2 * Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................ 2 * Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 2 * Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ...................................................... 2 * Cấu trúc luận văn ......................................................................................... 3 NỘI DUNG Chương 1. Tổng quan chung về neo đất và việc sử dụng neo đất trong thi công hầm các công trình xây dựng .................................................................. 4 1.1. Một số khái niệm về neo đất .................................................................. 4 1.2. Phân loại neo và phạm vi áp dụng ....................................................... 10 1.2.1. Phân loại neo theo thời gian sử dụng ................................................ 10 1.2.2. Phân loại neo theo hình dạng và sự làm việc..................................... 12 1.2.3. Phân loại neo tùy theo mục đích sử dụng .......................................... 15 1.2.4. Phân loại theo công nghệ thi công neo khoan ................................... 16 1.2.5. Phân loại theo trạng thái ứng suất lắp đặt ban đầu............................. 21 1.3. Khái quát điều kiện địa hình và địa chất công trình tai Thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh............................................................................... 22 1.3.1. Vị trí địa lý ....................................................................................... 22 1.3.2. Điều kiện địa hình ............................................................................ 22 1.3.3. Điều kiện khí hậu ............................................................................. 23 1.3.4. Khái quát về đặc điểm địa chất khu vực............................................ 24 1.3.5. Đặc điểm về địa tầng địa chất khu vực.............................................. 25 1.4. Thực trạng áp dụng neo đất trong xây dựng các công trình xây dựng tại thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh ......................................................... 28 Chương 2. Cơ sở lý thuyết tính toán neo đất ................................................ 32 2.1. Các khái niệm về áp lực đất lên tường chắn ......................................... 32 2.2. Tính toán, thiết kế neo đất ................................................................... 51 2.3. Ứng dụng phương pháp mô hình số trong tính toán neo kết hợp tường chắn trong ổn định hố đào sâu .................................................................... 61 Chương 3. Ứng dụng neo đất trong thi công hầm chung cư 33 tầng LIDECO - Thành phố Hạ Long ..................................................................................... 69 3.1. Khái quát về vị trí, đặc điểm công trình và địa tầng ............................. 69 3.1.1. Khái quát về vị trí, đặc điểm công trình ............................................ 69 3.1.2. Đặc điểm địa tầng ............................................................................. 69 3.2. Kiểm tra khả năng chịu lực của tường cọc khoan nhồi kết hợp neo ..... 88 3.2.1. Mô hình bài toán tường cọc khoan nhồi kết hợp neo......................... 88 3.2.2.Kết quả chuyển vị trong tường vây........................................................ 92 3.2.3. Kiểm tra khả năng chịu lực của neo ...................................................... 93 3.3. Một vài nhận xét và đánh giá về điều kiện kinh tế kỹ thuật .................. 97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận.................................................................................................... 100 Kiến nghị ................................................................................................. 101 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng bảng Trang Bảng 3.1 Các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 71 Bảng 3.2 Cácchỉtiêucơlýcủalớp 3a 73 Bảng 3.3 Cácchỉtiêucơlýcủalớp 3b 75 Bảng 3.4 Chi tiếtvềbềdàylớpvàgiátrị SPT củalớp 4a 77 Bảng 3.5 Kếtquảphântíchmộtsốphầnđávụn 78 Bảng 3.6 Mộtsốchỉtiêucơlýđácủalớp 4 80 Bảng 3.7 Chi tiếtvềbềdàylớpvàgiátrị SPT củalớp 4b 81 Bảng 3.8 Mộtsốchỉtiêuphântíchcủaphầnđávỡvụncủalớp 4b 81 Bảng 3.9 Mộtsốchỉtiêucơlýcủalớpđácátkết 4c 83 Bảng 3.10 Chi tiếtvềbềdàylớpvàgiátrị SPT củalớp 5 Bảng Mộtsốchỉtiêucủaphầnđávỡthànhđấtmangtínhthamkhảocủalớp 3.11 5 Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 3.14 Bảng 3.15 Bảng 3.16 84 85 Thôngsốđầuvàomôhìnhnền 90 Thôngsốmôhìnhtườngchắnđấtbằngcọckhoannhồiliêntục 91 ThôngsốmôhìnhneotrongPlaxis 91 Hệsốmởrộngcủađườngkínhlỗkhoantrongphầnbầu neo 94 Tínhtoánlực neo theođộbềnnềnđất 95 Bảng 3.17 Tínhtoánlực neo theođộbềncủacáp (ASTM416) 95 1 MỞ ĐẦU * Lý do chọn đề tài Trong vài thập kỷ trở lại đây, sự xuất hiện và sử dụng công nghệ neo trong đất trong công trình xây dựng khá đa dạng như tăng cường ổn định mái đất, tường chắn, móng mố cầu treo, ổn định đê đập, ụ tàu, ổn định, vòm hầm,.... Ở Việt Nam, neo được sử dụng chủ yếu vào việc ổn định sườn dốc, gia cố vỏ hầm trong các công trình xây dựng giao thông hay như là chống đỡ trong thi công hầm nhà cao tầng trong xây dựng dân dụng và công nghiệp tại các thành phố lớn như TP. Hà Nội hay TP. Hồ Chí Minh và đã có những thành công bước đầu cũng như mang lại hiệu quả kinh tế cao trong khoảng 20 năm trở lại đây. Thành phố Hạ Long với đặc điểm là thành phố ven biển với tiềm năng rất lớn về ngành dịch vụ du lịch, khoáng sản. Trong khoảng 10 năm trở lại đây, các công trình xây dựng không ngừng phát triển cả về số lượng, lẫn quy mô trong đó có việc xây dựng các công trình giao thông, các công trình xây dựng công nghiệp lớn như các nhà máy nhiệt điện và các nhà cao tầng với số lượng hầm ngày một tăng. Hơn thế nữa, với đặc điểm về địa hình và địa tầng khá phức tạp ở cửa biển và đồi núi phong hóa mạnh nên việc thi công hầm gặp nhiều khó khăn và đòi hỏi các giải pháp chống đỡ kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn và hữu hiệu. Một trong những giải pháp phục vụ thi công hầm nhà cao tầng mà ta kể tới là giải pháp neo kết hợp với tường chắn nhằm ổn định thi công hố đào và tăng nhanh tốc độ thi công cũng như tiết kiệm các chi phí cho chủ đầu tư. Vì vậy, tác giả lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp là “Nghiên cứu ứng dụng neo đất cho thi công hầm nhà cao tầng tại thành phố Hạ Long”. 2 * Mục đích nghiên cứu Đề xuất cơ sở khoa học cho việc sử dụng neo trong đất vào việc ổn định tường chắn cho hầm nhà cao tầng tại thành phố Hạ Long, nơi có điều kiện địa chất phức tạp với cấu trúc địa tầng ven biển và đồi núi, nền đất bị phong hóa mạnh dễ xảy ra hiện tượng trượt gây mất ổn định cho công trình. * Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: các neo đất, các loại địa hình, địa tầng tại một số khu vực thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh, hầm của các nhà cao tầng hay của các công trình xây dựng công nghiệp. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết tính toán và áp dụng neo đất cho các công trình xây dựng tại thành phố Hạ Long với việc chủ yếu tập trung cho việc xây dựng các hầm nhà công trình cao tầng. * Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết : Thu thập, nghiên cứu, vận dụng tài liệu và kinh nghiệm trong và ngoài nước. - Phương pháp thống kê với việc thu thập các tài liệu địa chất công trình địa chất thủy văn tại một số khu vực thuộc tỉnh Quảng Ninh. - Phương pháp chuyên gia: Tham vấn và hỏi ý kiến các chuyên gia, các Thầy giáo chuyên ngành Địa Kỹ Thuật. - Phương pháp mô hình hóa với việc sử dụng phần mềm chuyên ngành Địa Kỹ Thuật ( Plaxis, Geo5...). * Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học: nghiên cứu, đề xuất các giải pháp thi công hợp lý trong thi công hầm nhà cao tầng tại thành phố Hạ Long. 3 Ý nghĩa thực tiễn: Hoàn thiện các phương án thi công tầng hầm tối ưu dành cho điều kiện địa chất riêng biệt tại thành phố Hạ Long. Đem lại sự hiệu quả trong thi công và tiết kiệm chi phí thi công công trình. * Cấu trúc luận văn Ngoài các phần Mở đầu, kết luận và kiến nghị, Tài liệu tham khảo và Phụ lục, nội dung chính của Luận văn gồm ba chương: Chương 1: Tổng quan chung về neo đất và việc sử dụng neo đất trong thi công hầm các công trình xây dựng. Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán neo đất. Chương 3: Ứng dụng neo đất trong thi công hầm chung cư 33 tầng LIDECO - Thành phố Hạ Long. 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 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết Luận - Nội dung đề tài đã giới thiệu phương pháp tính toán và phạm vi áp dụng của một số loại neo đất phổ biến cũng như giải pháp tường chắn ổn định hố đào và giải pháp cọc khoan nhồi kết hợp neo đất. - Phân tích được phạm vi ứng dụng cọc khoan nhồi kết hợp neo đất với hố đào sâu và địa tầng khác nhau tại khu vực Hạ Long. - Chỉ ra phương pháp tính toán tường chắn đất nói chung và tường cọc khoan nhồi kết hợp với neo đất nói riêng. - Với việc sử dụng cọc khoan nhồi kết hợp neo đất hoặc cọc khoan nhồi kết hợp neo đất cho phép đẩy nhanh tiến độ, giảm ảnh hưởng đến công trình lân cận và đây là một trong những giải pháp hữu hiệu nếu điều kiện đất nền cho phép. - Đề tài đã đánh giá và chỉ ra khoảng cách bố trí đặt neo cho kết quả hợp hiểu quả về truyền lực và tiết kiệm về kinh tế nhất. - Tính toán lực căng của neo theo TA-95 là có tính thực tiễn, phù hợp với đặc thù tính toán neo đất tại khu vực Hạ Long nói riêng và công nghệ bơm vữa thi công với việc bơm vữa 2 lần, lần 2 với áp lực cao qua ống "T.A.M" áp dụng cho công trình thực tế cho thấy kết quả tính toán và thực tiễn là phù hợp, có tính an toàn cao. - Chỉ ra ta có thể sử dụng mô hình hóa tường chắn đất và thanh neo cho kết quả chấp nhận được. Việc mô hình neo theo mô hình phần tử "embedded row pile" có xét tới yếu tố 3D là hợp lý. Kết quả quan trắc thực tế cho thấy chuyển vị thực tế nhỏ hơn các giá trị dự tính theo các bước đào, điều này cho thấy có sự khác biệt đáng kể giữa các mô hình tính toán, cũng như trong các tính toán hiện nay thiên về an toàn do ta có kể tới các yếu tố chiết giảm sức kháng của đất. 101 Kiến Nghị - Cần có các nghiên cứu chuyên sâu về địa tầng, địa chất từng địa điểm cụ thể các phường xã để có thể cho một kết quả tính toán neo đất để thi công hầm nhà cao tầng có các địa phương. - Nội dung đề tài chỉ nghiên cứu, tính toán ứng dụng thi công neo đất cho hầm nhà cao tầng khu vực thành phố Hạ Long. - Thực tế ứng dụng giải pháp cọc khoan nhồi kết hợp neo đất tại Hạ Long và các đơn vị thi công theo phương pháp này là chưa nhiều. Từ các ưu điểm của giải pháp tác giả kiến nghị các đơn vị thiết kế, cơ quan quản lý nhà nước ưu tiên sử dụng phương pháp này lựa chọn biện pháp ổn định hố đào sâu trong thi công hầm nhà cao tầng. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình Tên hình Trang Hình 1.1 Các ứng dụng của thanh neo 5 Hình 1.2 Cáchbốtrí neo trongcôngtrìnhhốmóng 5 Hình 1.3 Cấutạocơbảncủaneođất 6 Hình 1.4 Neo bằngthépcườngđộcao 8 Hình 1.5 Cápsửdụng neo 9 Hình 1.6 Cấu tạo cơ bản của neo vĩnh cửu 10 Hình 1.7 Phân loại neo trong đất 12 Hình 1.8 Neo trọnglực 13 Hình 1.9 Neo bản 13 Hình 1.10 Neo hìnhtrụ 14 Hình 1.11 Neo ổnđịnhmáidốc 15 Hình 1.12 Hình neo tườngchắn 15 Hình 1.13 Neo códạng IRP 15 Hình 1.14 Neo cóphunvữatạobầutrongđất 15 Hình 1.15 Sơđồgiacốtườngchắnbằngneohìnhtrụ 16 Hình 1.16 Sơđồđầuneocódầunở 17 Hình 1.17 Hìnhdángbềngoàicủaphầnlàmviệccủađầuneonở 18 Hình 1.18 Neo phụt 19 Hình 1.19 So sánhhailoạithanh neo 21 Hình 1.20 Hình 1.21 Hình 1.22 Ảnh thi công neo đất công trình nhiệt điện Mông Dương 2 Thi công 2 tầng hầm tại công trình Lideco Quảng Ninh Thi công 2 tầng hầm tại công trình Ha Long dragon bay 29 30 31 Hình 2.1 Hộpthínghiệmcắtđắt 33 Hình 2.2 Hiệuchỉnhsứckhắngcắtkhíkhôngthoátnước 34 Hình 2.3 Neo trụtrònđơngiản 34 Hình 2.4 Nguyênlýchịulựccủathanh neo 34 Hình 2.5 Quanhệgiữaáplựcvàbiếndạng 38 Hình 2.6 TrạngtháichủđộngvàbịđộngRankine 40 Hình 2.7 TínháplựcđấtchủđộngRankine 42 Hình 2.8 TínháplựcđấtbịđộngRankine 44 Hình 2.9 Lýthuyếtáplựcđất Coulomb 46 Hình 2.10 Tínháplựcđấtchủđộng Coulomb 46 Hình 2.11 Tínháplựcđấtbịđộng Coulomb 47 Hình 2.12 Sơđồtínhtoántườngtầnghầmkhông neo 48 Hình 2.13 Sơđồtínhtoántườngcó 1 hàng neo 49 Hình 2.14 Biểuđồrútgọnáplựcbêncủađấtlêntườngchắncónhiềuhàng neo 50 Hình 2.15 Sơđồlựctácdụngvàotườngcừkhicócácneoứngsuấttrước 51 Hình 2.16 Mặtđấtbịpháhủytrượtxuống 55 Hình 2.17 Pháhủybằngmặttrượt ở tầngsâu 55 Hình 2.18 PhươngpháptườngthaythếKranz 55 Hình 2.19 Đagiáclựcvàsơđồtínhtoán 55 Hình 2.20 Sơđồkiểmtraổnđịnhthanh neo 56 Hình 2.21 Phântíchổnđịnhcácmặttrượtdạngcungtròn Littlejohn 1970) Phântíchổnđịnhtổngthểđểxácđịnhchiềudàitự Hình 2.22 (theo vàchiềudàitổngcộngcủa neo 59 do (theoWeatherbyvà 59 Nicholson 1982) Hình 2.23 GiaodiệnphầnmềmPlaxis 8.5 63 Hình 2.24 ChươngtrìnhtínhPlaxis Calculation 65 Hình 3.1 Mặtcắtđiểnhình 2-2 89 Hình 3.2 Mặtbằngbốtríneođất 89 Hình 3.3 Môhìnhtổngthể 92 Hình 3.4 Chuyểnvịngangcủatườngvâyở bướcđàocuốicùng 93 Hình 3.5 Ma sátđơnvịdựkiếnqsgiữađấtnềnvàbầu neo theo 95 kếtquảthínghiệmhiệntrường Hình 3.6 Hình 3.7 Quanhệtảitrọngvàchuyểnvị Công nghệ bơm vữa 2 lần bằng quả Bo (parker) và ống bơm TAM TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 99 Tiếng Việt 1. Trịnh Văn Cương, Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Uyên (1998), Kỹ thuật nền móng, Nhà xuất bản giáo dục. 2. Nguyễn Anh Dũng (1995), Thi công hố đào sâu, Tuyển tập khoa học công nghệ NTC 95. 3. Nguyễn Hữu Đẩu (2000), Công nghệ mới đánh giá chất lượng cọc, Nhà xuất bản xây dựng. 4. Đỗ Đình Đức (2002), Thi công hố đào sâu cho tầng hầm nhà cao tầng trong đô thị Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học kiến trúc Hà Nội. 5. Nguyễn Bá Kế (2002), Thiết kế và thi công Hố móng sâu, Nhà xuất bản xây dựng. 6. Bùi Danh Lưu, Hồ Chất (1996), Neo ổn định các công trình trong đất đá, Hà Nội. 7. Bùi Danh Lưu (1999), Neo trong đất đá, Nhà xuất bản giao thông vận tải. 8. Nguyễn Đức Nguôn (2013), Cơ sở thiết kế và thi công công trình ngầm đô thị, Nhà xuất bản xây dựng. 9. Nguyễn Đức Nguôn (2008), Địa kỹ thuật trong xây dựng công trình ngầm dân dụng và công nghiệp, Nhà xuất bản xây dựng. 10. Vũ Công Ngữ, Nguyễn Anh Dũng (1995), Cơ học đất, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. 11. Phan Trường Phiệt (2001), Áp lực đất và tường chắn đất, Nhà xuất bản xây dựng. 12. Nguyễn Ngọc Thanh, Nghiên cứu ứng dụng neo đất trong thi công hốđào sâu, Bộ môn Địa Kỹ Thuật – Khoa Xây Dựng – Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội. 13. Vương Văn Thành, Nguyễn Đức Nguôn, Phạm Ngọc Thắng (2012), Tính toán thực hành nền móng công trình dân dụng và công nghiệp, Nhà xuất bản xây dựng. 14. Đoàn Thế Tường, Lê Thuận Đăng (2004), Thí nghiệm đất và nền móng công trình, Nhà xuất bản giao thông vận tải. Tiếng Anh 15.BS 8081-1989, British Standard Code of Practice for Ground anchorages. 16. Ngoc-Thanh NGUYEN, Phuong-Duy NGUYEN (2013), Numerical calculation and confronting with movement monitoring data of contiguous bored piles and ground anchors retaining system for a deep excavation, New Technologies for Urban Safety of Mega Cities in Asia.. 17. Plaxis 2D tutorial Manual Version 9.0. 18. http://halongcity.gov.vn/pages/dieukientunhienxahoi.aspx.