Độ lún biến dạng giới hạn công trình lân cận cải tạo xây dựng đô thị Đặt vấn đề Trong xây dựng cải tạo công trình xây dựng đô thị nơi có mật độ xây dựng cao, thường phải giải vấn đề độ lún biến dạng thêm công trình hữu xây gây Các loại công trình thường gặp là: - Xây cải tạo mở rộng khu vực trung tâm đô thị cũ nhằm tận dụng đất đai cải tạo môi trường sống - Xây dựng hệ thống cống, kênh, gara ô tô ngầm, tàu điện ngầm hệ thống dịch vụ, đại hoá hệ thống giao thông đô thị; - Lắp đặt máy móc thiết bị dây chuyền công nghệ để hoàn thiện mở rộng sở sản xuất hiẹn có; - Cải tạo, chỉnh trị dòng chảy sông hồ đô thị Những khó khăn xây dựng công trình phương pháp bảo vệ để tránh hư hỏng công trình cũ là: - Khó có đầy đủ tài liệu công trình cũ trạng kỹ thuật kết cấu móng; - Thiếu hồ sơ lưu trữ hệ thống công trình ngầm (đường điện, cáp thông tin liên lạc, hệ thống cống rãnh thoát nước ) thay đổi vị trí chúng trình khai thác; - Không dễ dàng chọn sơ đồ làm viẹc tiêu cường độ biến dạng cấu kiện công trình cũ gần với thực tế để tính toán ảnh hưởng qua lại công trình cũ - mới; - Công nghệ thi công thường khó khăn, phức tạp tốn kinh tế, công trình cũ có nguy bị ảnh hưởng xấu; - Ảnh hưởng không tốt đến môi trường sống (bụi, ồn, chấn động ) hoạt động bình thường cư dân gần lúc thi công, nhiều phải giải vấn đề rắc rối quan hệ xã hội liên quan đến bảo tồn cảnh quan kiến trúc công trình lịch sử Trong chủ yếu xem xét hư hỏng công trình cũ tác động qua lại công trình cũ, như: - Độ nhạy công trình hữu với lún không ( xác định sơ đồ kết cấu trạng kỹ thuật kết cấu chịu lực), điều phụ thuộc vào tuổi thọ hao mòn hữu hình công trình hữu quan khai thác; - Các ảnh hưởng bất lợi thi công xây dựng nhàg công trình gần (như chuyển vị đất, chấn động, hạ mực nước ngầm ) phải xét tương tác bất lợi nhát chúng; - Điều kiện địa chất công trình địa chất thuỷ văn (xác định tính biến dạng độ bền nền) có thẻ bị biến đổi trình khai thác xây dựng; - Lựa chọn công nghệ thi công móng thích hợp để hạn chế đến mức tối đa tác động xấu đến công trình cũ Hình Sơ đồ tác động ứng suất đáy công trình (1) lên công trình cũ (II) phạm vi phễu lún C,D vùng bị phá hỏng Trên hình trình bày ảnh hưởng ứng suất pháp móng công trình lên móng công trình hữu tuỳ theo khoảng cách chúng công trình cũ có biến dạng giới hạn cho phép Trong thực hành, ta dựa vào nguyên tắc phân bố ứng suất để kiểm tra tác động bất lợi công trình gay cho công trình cũ biến dạng lún không đều, trượt ma sát âm lên cọc công trình hữu Trong thi công có nhiều yếu tố ảnh hưởng xấu đến công trình gần, việc đào hố móng chất lượng công nghệ chắn giữ thành hố có vai trò đặc biệt quan trọng Công trình gần hố móng có nguy bị biến dạng đáng kể suốt trình đào, chắn giữ xây trình bày hình Những chuyển vị đứng ngang đất đáy thành hố dẫn đến lún nghiêng nhà công trình nằm vùng ảnh hưởng Hình Sự chuyển vị đất chuyển vị tường chắn hố đào Trong cung cấp cho người thiết kế nguyên tắc tính toán biến dạng công trình hữu trị số giới hạn chúng tích luỹ qua quan trắc công trình thực tế từ số tài liệu nước mà chưa có tiêu chuẩn Việt Nam thực tế người xây dựng thiếu nhiều thông tin vè vấn đề Một số nguyên tắc tính toán lún biến dạng Theo mục đích toán toàn tính toán phải dựa nguyên tắc trạng thái giới hạn biến dạng Biến dạng thêm nhà công trình hiẹn hữ cải tạo xây dựng đô thị gây xác định tổng bíen dạng gây tác động độc lập khácnhau trình bày bảng Bảng Những yêu cầu xác định biến công trình Biến dạng thêm cần xác định Loại tác động Độ lún trung bình max móng, S Lún lệch tương đối móng ΔS/L độ võng tương đối Độ nghiêng móng, i Chuyển vị ngang móng, u Chuyển vị ngang tương đối Δu/L + + - - - + + + - - + + + + + + + - - - Thay đổi điều kiện địa chất thuỷ văn Tăng tải trọng lên xây Thi công hố móng gần nhà thay đổi cốt Tác động động Kết tính toán phải thoả mãn điều kiện đây: _ _ S≤ Su S ≤ Su (1) n ∑ S1ad ≤ S adu i=l (2) Trong đó: S: độ lớn nhà xay mới, xác định tính toán; Su: độ lún giới hạn lớn theo mô hình xác cho tiêu chuẩn thiết kế móng: _ _ S Su - trị số trung bình S Su; Siad - độ lún thêm nhà hữu nhân tố i gây xây ( xem bảng 1) S ad, u - độ lún thêm giới hạn nhà hữu xây gây ra, cho bảng 2, teo cấp trạng thái kỹ thuật công trình Trong trường hợp tương đối đơn giản theo điều kiện (3) (6): Sadmax ≤ S adu Độ lún thêm tương đối tính theo công thức: (3) Jadmax = (STa - STb) / / ≤ Jadu Độ nghiêng: i admax = (STa - STn) / L a-n ≤ i adu (4) (5) Độ võng củac đáy móng móng gần hố đào: ρ (x) = αi - αj ≤ ρ (6) Δx Trong đó: STa , STb - độ lún thêm công trình hienẹ hữu điểm a (sát với công trình mới) điểm b (cách điểm a khoảng l); STn - độ lún thêm điểm n công trình hữu cách chỗ tiếp giáp khe lún hai công trình cũ L a-n , nhà tương đối ngắn lấy L = 20 - 30cm; l - khoảng cách từ chỗ tiếp giáp (khe lún) đến chỗ tường gần lỗ cửa nhà có tường dọc chịu lực; nhà tường ngang chịu lực khoảng cách tường; nhà khung bước cột, thường từ - 6cm; αi - αj - góc nghiêng móng điểm i j có toạ độ x x + Δx , Δx = ÷ 10m Jadu i adu, ρ - trị giới hạn cho bảng Các tính toán nói nên dùng phương pháp phàn tử hữu hạn với mô hình phi tuyến đất Khi công trình hữu gần hố đào phải kiểm tra thêm ổn định trượt Một số tác giả (ví dụ xem [1] lại dựa vào hiệu số góc nghiêng móng để đánh giá gọi góc uốn giới hạn b đáy móng đến két luận chung rằng: - Xuất nứt nhà khung tường nhà có tường chịu lực b > 1/300; - Hư hỏng cột, dầm β > 1/150; - An toàn chống nứt β < 1/500 Tác giả tài liệu [3], V.A Ilichev, lấy tài liệu chuẩn độ võng dãy móng ρ độ lệch góc nghiêng Δa đáy móng (heo đề nghị [1] ếu tố để xem xét ảnh hưởng hố đào hở đào ngầm đến công trình lân cận, đây, bảng 2, sâu phải đánh giá trạng thái kỹ thuật công trình lân cận để có đối xử thích hợp chọn kết cấu chắn giữ công trình ngầm Ý nghĩa thực tế vấn đề Những trị số giới hạn biến dạng thêm công trình hạn hữu sinh xây dựng công trình cho bảng dùng làm trị biến dạng khống chế xây dựng phát triển đô thị Nếu biến dạng thêm tính toán theo công thức (1) – (6) không thỏa mãn phải thay đổi giải pháp móng công trình hay lựa chọn kết cấu chắn hố đào thích hợp để thi công công trình ngầm phải gia cường móng hay kết cấu công trình hữu Bảng Kiến nghị trị biến dạng giới hạn (theo [3]) Loại nhà Cấp trạng thái kỹ Độ lún thuật Sadu, cm kết cấu Nhà không khung nhiều tầng có tường chịu lực gạch xây bloc, cốt thép Nhà cổ cần bảo tồn, nhiều tầng kiến trúc lịch sử có tường chịu lực gạch, cốt thép Biến dạng thêm giới hạn Lún lệch Độ Độ võng tương đối nghiêng đáy J admax móng, i admax ρ1/m -3 -3 -4 Độ lệch góc nghiêng đáy móng αi - αj I II III IV V 4.0 3.0 1.0 0 2x 10 1x 10-3 7x 10-4 4x 10-4 2x 10 1x 10-3 7x 10-3 4x 10-4 4x 10 1x 10-4 8x 10-5 5x 10-5 3x 10-2 8x 10-3 6x 10-4 4x 10-5 I II III IV V 1.0 0.4 0.2 6x 10-4 4x 10-4 1x 10-4 6x 10-4 4x 10-4 1x 10-4 2x 10-4 4x 10-4 2x 10-4 2x 10-3 3x 10-4 2x 10-5 Chú thích bảng 2: - Cấp trạng thái kỹ thuật kết cấu phân loại theo bề rộng vết nứt, độ lún lệch móng tình trạng móng (theo bảng 2), - Theo [2], tuỳ thuộc vào tuổi giá trị lịch sử nhà mà chia ra: nhà cổ có tuổi 100năm, nhà cũ có tuổi 5-100năm, nhà đại có tuổi 50năm - Cấp trạng thái kỹ thuật V cấp phá hỏng không trình bày đây; - Độ võng đáy móng dùng trường hợp nằm vùng ảnh hưởng hố Bảng Cấp trạng thái kỹ thuật nhà công trình (theo[4]) Công trình Cấp trạng thái I Nhà sản xuất nhà khung hoàn toàn II Biến dạng kết cấu Không có hư hỏng cấu kiện khung Trong tường bao gạch mối nối tường có vết nứt cục 1mm Không có dấu hiệu bị cắt Móng trạng thái tốt Có nứt cục đến 0,5mm cáu kiện khung Vết nứt mối nối tường chỗ ngàm sàn với tường đến 1mm, kết cấu bao che có vết nứt rộng đến 5mm, có dấu hiệu cắt/trượt Độ lún lệch tương đối móng nhà khung thép có tường chèn lớn 0,0001, nhà lại không lớn 0,0003 Móng hư hỏng không đáng kể III Nhà công trình có kết I cấu không cho phép xuất II nội lực lún không III I Nhà nhiều tầng không II khung với tường chịu lực III Công trình I cao, cứng, II ống khói III Các vết nứt liên tục đến 1mm cấu kiện khung Các vết nứt tường lớn 5mm, chuyển vị mối nối sàn – tường đến 5mm Độ lệch tương đối móng nhà khung thép có tường chèn lớn 0,0001, nhà lạo không lớn 0,0003 Móng hư hỏng nhiều, phá hỏng vữa vật liệu Không có hư hỏng kết cấu chịu lực nhà Trong tường bao che có nứt cục nghiêng đến 0,5mm, chuyển vị Các móng trạng thái tốt Vết nứt đến 0,5mm kết cấu chịu lực, đến 0,3mm tường gạch tường bloc lớn Độ lún lệch tương đối móng đến 0,005 móng hư hỏng đáng kể Các vết nứt dày đặc 1mm kết cấu chịu lực, tường gạch bloc lớn nứt rộng đến 5mm Móng hư hỏng nặng vữa vạt liệu Không có hư hỏng tường chịu lực, tường gạch bao che mối nối cáctấm tường có nứt cục đến 1mm dấu hiệu bị cắt/trượt Móng trạng thái tốt Trong tường gạch chịu lực mối nối vết nứt đến 3mm chạy suốt kết cấu có dấu hiệu trượt Độ lún lệch tương đối móng nhà lớn đến 0,0010, nhà có giằng bê tông cốtc thép đến 0,0014 Độ nghiêng không 0,003 Móng hư hỏng không đáng kể Vết nứt xuyên qua tường, chuyển vị mối nối ngàm sàn, tường sàn, tường lơn 3mm Độ lún lệch tương đối móng nhà lớn nhiều 0,0008, nhà gạch nhà bloc cốt thép – lớn 0,0010, nhà có giằng BTCT lớn 0,0014 Nghiêng lớn 0,003 Móng hư hỏng nặng, vữa vật liệu bị vỡ Trong kết cấu BTCT có nứt cục đến 0,5mm dấu hiệu trượt cắt mối nối ngàm sàn – tường Có vết nứt đến 0,5mm kết cấu BTCT đến 1,00mm mối nối kết cấu BTCT lắp ghép Trong thể xay gạch vết nứt đến 2mm Độ nghiêng không lứon 0,002 Móng hư hỏng không đáng kể Vết nứt đến 1mm kết cấu BTCT Độ nghiêng lớn 0,002 Móng hư hỏng nặng, vữa vật liệu bị vỡ Nhiều quan trắc thực tế [5] chứng tỏ để công trình hữu không xảy biến dạng vượt biến dạng tiêu chuẩn (bảng 2) xây dựng công trình hố đào sâu phải thoả mãn điều kiện: (H-h) / L ≤ tg φl + Cl/p (7) Trong đó: φl + Cl: trị tính toán góc ma sát lực dính đất dùng để tính theo trạng thái giới hạn cường độ; P: áp lực đáy móng công trình hữu tải trọng tính toán dùng tính sức chịu tải gây ra; L - khaỏng cách từ công trình hữu đến mép hố đào; H , h - độ sâu hố đào móng công trình hữu Theo điều kiện (7) bảng trình bày bán kính ảnh hưởng (R) công trình lên công trình hữu dựa kết tính toán Teo công trình hữu nằm bán kính R phải kiểm tra biến dạng điều kiện (1) ÷ (6) nêu Bảng bán kính ảnh hưởng kết cấu chắn giữ hố đào công trình lân cận (theo [5]) Phương pháp thi công hố đào Tường đất: - Dùng neo - Dùng chống thép - Dùng sàn (phương pháp top down) Tường chắn cọc vít có chống Bán kính ảnh hưởng R 5H 3H 2H 4H Khi nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng công trình hữu thi công công trình hố đào sâu điều kiện địa chất công trình, độ xa tương đối m= )H - h) /L kiến nghị giải pháp tường chắn hố đào trình bày bảng 5, điều kiện địa chất quy ước sau: I - cát (từ mịn đến sỏi sạn chặt vừa chặt), II - sét sét từ trạng thái cứng đến dẻo cứng, III – cát bụi rời, sét từ mềm đến nhão (có thể có hữu cơ) Bảng Chỉ dẫn lựa chọn kiểu chống đỡ thành vách ứng viới dạng kết cấu nhà, điều kiện địa chất theo giá trị m (theo [6]) Tên đặc điểm kết cấu nhà công trình hữu Nhà nhiều tầng không khung, tường chịu lực bloc lớn có thẻ xây gạch cốt thép Cấp trạng Độ lún lớn Vùng điều H-h thái kỹ thuật Smax, cm kiện địa chất m= công L trình Khuyến cáo phương pháp chống giữ tường chắn I 4,0 I - III I, II II 3,0 I - III ≤ 1,7 1,8 6,0 6,1 10,0 ≤ 0,5 0,6 1,5 1,6 4,0 4,1 10,0 ≤ 0,4 0,5 3,0 3,1 4,0 4,1 10,0 ≤ 0,2 0,2 2,0 A, P, II P, II II A, P, II P, II P, II II A, P, II P, II P, II II A, P, II P, II ≤ 0,4 0,5 3,0 3,1 4,0 4,1 6,0 A, P, II P, II P, II II I, II III 1,0 I, II I IV Nhà cổ II kiến trúc lịch sử hay nhiều 0,4 I - III I 1,0 I, II I tầng có III tường chịu lực gạch , không IV có cốt thép 0,4 I - III ≤ 0,2 0,2 I 0,2 2,0 P, II I ≤ P, II 0,2 A,P, II Chú thích bảng 5: - Ở trị số m lớn trị cho bảng cần có biện pháp bảo vệ nhà (làm ngăn với công trình công suất mới, gia cố thân móng nền, đổi kiểu móng khác v.v ) - Phân cấp công trình theo trạng thái kỹ thuật tham khảo [4] - A- giữ tường chắn neo; P - giữ tường chắn chống ngang xiên; II - chống đỡ sàn (thi công phương pháp Top - Down) PGS TS Nguyễn Bá Kế (Nguồn tin: T/C Người Xây dựng, số 8/2006) ... cách chúng công trình cũ có biến dạng giới hạn cho phép Trong thực hành, ta dựa vào nguyên tắc phân bố ứng suất để kiểm tra tác động bất lợi công trình gay cho công trình cũ biến dạng lún không... dạng thêm nhà công trình hiẹn hữ cải tạo xây dựng đô thị gây xác định tổng bíen dạng gây tác động độc lập khácnhau trình bày bảng Bảng Những yêu cầu xác định biến công trình Biến dạng thêm cần xác... thuật công trình lân cận để có đối xử thích hợp chọn kết cấu chắn giữ công trình ngầm Ý nghĩa thực tế vấn đề Những trị số giới hạn biến dạng thêm công trình hạn hữu sinh xây dựng công trình cho