BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN TIẾN LONG NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Hà Nội - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN TIẾN LONG KHÓA: 2015-2017 NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số : 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN ĐỨC NGUÔN Hà Nội - 2017 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy cô giáo Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, cán Khoa sau đại học, Khoa Xây dựng đặc biệt thầy, cô giáo giảng dạy Bộ môn bạn đồng nghiệp giúp đỡ, dẫn tận tình suốt trình học tập chương trình cao học Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành sâu sắc đến Giáo viên hướng dẫn – PGS.TS Nguyễn Đức Ngn tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu động viên tác giả q trình nghiên cứu hồn thiện Luận văn Quá trình thực luận văn diễn thời gian ngắn, thân cố gắng, song khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tơi mong quan tâm góp ý q thầy cơ, đồng nghiệp để tơi hồn thiện kiến thức có bước nghiên cứu bổ sung phát triển Xin chân thành cảm ơn./ Hà Nội, ngày tháng năm 2017 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Tiến Long LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Tiến Long MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình vẽ, đồ thị Danh mục bảng, biểu MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn luận văn Kết cấu nội dung luận văn NỘI DUNG LUẬN VĂN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU 1.1 Tình hình xây dựng tầng hầm hệ chống đỡ vách hố đào sâu 1.2 Các giải pháp chống đỡ vách hố đào sâu 1.2.1 Giữ ổn định hố đào dãy cọc xi măng đất 1.2.2 Giữ ổn định hố đào tường cừ, cọc cừ a) Tường cừ gỗ b) Tường cừ thép c) Tường cừ bê tông 1.2.3 Giữ ổn định vách hố đào hệ giằng chống 10 1.2.4 Giữ ổn định vách hố đào tường Barrette 11 1.2.5 Giữ ổn định vách hố đào panel BTCT lắp ghép 13 1.2.6 Giữ ổn định vách hố đào hệ khung, dầm 16 1.2.7 Giữ ổn định vách hố đào neo 17 1.2.8 Giữ ổn định vách hố đào kết cấu cơng trình 20 1.3 Giải pháp chống đỡ vách hố đào sâu cọc BTCT 22 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN 28 2.1 Cấu tạo hệ chống đỡ vách hố đào sâu 28 2.1.1 Cơ sở lựa chọn hình dạng kích thước, cấu tạo cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước q trình thi cơng 28 2.1.2 Vật liệu làm cọc BTCT .29 2.1.3 Giải pháp cấu tạo mối nối 31 a Mối nối ngang 31 b Mối nối dọc .32 c Nguyên tắc bố trí mối nối dọc 33 2.2 Tính tốn hệ chống đỡ hố đào sâu cọc BTCT 35 2.2.1 Tính tốn hệ chống đỡ hố đào sâu dạng công xơn 35 2.2.2 Tính tốn hệ chống đỡ hố đào sâu có chống .36 2.2.3 Tính tốn hệ chống đỡ q trình khai thác cơng trình 41 2.2.4 Tính tốn phương pháp Sachipana 45 2.2.5 Phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng phần mềm plaxis .48 2.3 Giải pháp hệ chống đỡ hố đào sâu cọc BTCT 50 2.3.1 Công tác tổ chức thi công 50 a Công tác chuẩn bị hệ thống điện, nước phục vụ thi công 50 b Công tác chuẩn bị thiết bị vật tư phục vụ thi công .50 c Thiết bị thi công ép cọc .51 d Công tác chuẩn bị vật tư, vật liệu 55 2.3.2 Trình tự thi cơng 56 a Thiết bị kiểm tra trường 56 b Công tác sản xuất cọc BTCT ứng suất trước 56 c Thi công hạ cọc 57 d Thi công dầm bo đầu cọc BTCT 66 e Thi công hệ chống đỡ, ổn định cọc .66 f Giải pháp chống thấm cho tường cọc BTCT ứng suất trước .67 2.4 Các cố thường gặp .68 2.4.1 Trong q trình thi cơng 68 2.4.2 Giải pháp phòng tránh q trình thi cơng 70 2.5 Các biện pháp khắc phục rủi q trình thi cơng .71 2.5.1 Các rủi ro xảy thi công 71 2.5.2 Các biện pháp khắc phục 75 2.6 Phạm vi áp dụng 75 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN 77 3.1 Đặc điểm, vị trí cơng trình 77 3.2 Điều kiện địa chất cơng trình 77 3.3 Lựa chọn loại cọc BTCT ứng suất trước 79 3.4 Giải pháp kết cấu 80 3.5 Tính tốn so sánh tường Barette chiều dày 81 3.6 Đề xuất quy trình thi cơng hệ chống đỡ vách hố đào sâu cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận .100 Kiến nghị 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên đầy đủ BTCT Bê tông cốt thép ƯST Ứng suất trước TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu hình Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 1.12 Hình 1.13 Hình 1.14 Hình 1.15 Hình 1.16 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Tên hình vẽ Cơng trình sử dụng cọc xi măng đất Một số loại cừ thép Tường cừ thép Larsen Tường cừ bê tông cốt thép ứng suất trước Kè chắn thành hố đào (a); số sơ đồ cấu tạo hệ chống (b); mặt cắt chống (c) Q trình thi cơng tường Barette Sơ đồ thi công tường từ panels BTCT lắp ghép Hệ dầm, khung chống vách cho hố đào sâu rộng Sử dụng neo kết hợp chống gia cố hố đào sâu Chi tiết đầu neo Cơng trình sử dụng neo đất Biện pháp thi công từ xuống ( Top - down) Một số hình dạng mặt cắt ngang cọc BTCT ứng suất trước Cọc ván BTCT ứng suất trước Cọc cừ Xuân Mai BTCT ứng suất trướchình chữ T Cọc BTCT ứng suất trước hình chữ SH Chi tiết cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước Mặt cắt ngang tường cọc sau thi công Các kiểu khớp nối âm dương (a) khớp nối kín nước (b) Phương án nối cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước Vị trí nối cọc Sơ đồ bao mô men Sơ đồ dịch chuyển cọc conson phân bố áp lực đất Sơ đồ làm việc cọc chân tựa tự - chống/ neo Sơ đồ làm việc cọc ngàm - chống/ neo Sơ đồ tính tốn theo mơ hình dầm thay Biểu đồ áp lực bên đất lên cọc chắn có nhiều chống/ neo theo Terxaghi Sơ đồ tính tốn cọc nhiều nhịp dầm liên tục Chuyển dịch thân tường sau lần đào Sơ đồ tính tốn theo phương pháp Sachipana Máy ép cọc robot Trang 10 12 14 17 18 19 19 21 24 26 26 27 29 29 32 33 33 35 36 38 39 40 42 43 45 46 51 Số hiệu hình Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 2.18 Hình 2.19 Hình 2.20 Hình 2.21 Hình 2.22 Hình 2.23 Hình 2.24 Hình 2.25 Hình 2.26 Hình 2.27 Hình 2.28 Hình 2.29 Hình 2.30 Hình 2.31 Hình 2.32 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Tên hình vẽ Máy ép cọc robot thủy lực 240 Tấn Chân chống Hộp kẹp ống Ray dẫn hướng di chuyển Giá đỡ Một số sơ đồ đóng cọc Cơng nghệ đóng cọc Thi cơng đóng cọc bê tông Cảng cá Phú Lạc Máy ép cọc robot tự hành Thi công khoan dẫn cọc Tường cọc sau thi công dầm bo xong Sử dụng sàn tầng hầm chống đỡ tường cọc BTCT ứng suất trước Thi công bê tông phung khô cho tường tầng hầm cọc BTCT ứng suất trước Mặt cắt ngang tường cọc Sự quan hệ chuyển vị cọc BTCT ứng suất trước hư hỏng cơng trình lân cận Dòng chảy nước ngầm vào hố đào Hạ mực nước hố móng làm cho đất xung quanh hố bị lún không Cấu tạo chi tiết Bố trí cốt thép Mặt cắt tầng hầm Mặt tường tầng hầm Sơ đồ tính tốn mơ hình cọc BTCT ứng suất trước chương trình Plaxis Lưới biến dạng giai đoạn cuối cọc BTCT ứng suất trước Sơ đồ tính tốn mơ hình tường Barette chương trình Plaxis Lưới biến dạng giai đoạn cuối tường Barette Sơ đồ đề xuất quy trình thi cơng cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước Trang 52 52 53 54 54 57 58 60 64 65 66 67 68 68 72 74 74 79 79 80 82 83 85 88 90 94 DANH MỤC BẢNG Số hiệu bảng Bảng 1.1 Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 2.4 Bảng 2.5 Bảng 2.6 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Tên bảng Đặc trưng kỹ thuật số loại cọc cừ thép thông dụng Cường độ dọc trục theo TCVN 5574 - 2012 Bảng tiêu cọc BTCT ứng suất trước Nhật Bản Kết nội lực cọc BTCT ứng suất trước Các số đất Áp lực đất tác dụng lên cọc chán có nhiều chống/neo Thơng số máy ép cọc Cấu tạo địa chất cơng trình Các tiêu đất Các đặc trưng vật liêu cọc BTCT ứng suất trước dày Bảng 3.3 500 bê tông B40 Bảng 3.4 Các đặc trưng vật liêu sàn BTCT Bảng 3.5 Kết chuyển vị cọc BTCT ứng suất trước Bảng 3.6 Kết nội lực cọc BTCT ứng suất trước Bảng 3.7 Các đặc trưng tường Barete dày 500 mác 300 Bảng 3.8 Kết chuyển vị tường Barette Bảng 3.9 Kết nội lực tường Barette Bảng 3.10 Chỉ tiêu tính ban đầu dung dịch bentonite Trang 30 30 34 41 42 55 78 78 81 81 85 86 88 90 91 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Châu (2014), “Xây dựng quy trình thi cơng tường Barret cho cơng trình nhà cao tầng thành phố Vĩnh Long”, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội; Nguyễn Quý Chức (2015), “Nghiên cứu giải pháp sử dụng cọc nhồi kết hợp neo đất tính tốn ổn định hố đào sâu”, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội; Nguyễn Thanh Hải (2011), “Tính tốn lựa chọn chiều dày tường Barret cho tầng hầm nhà cao tầng”, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội; Nguyễn Trường Huy, Nghiêm Mạnh Hiến (2009), “Bài giảng xây dựng Công trình ngầm thị theo phương pháp đào mở”, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội; Nguyễn Bá Kế, “Thiết kế thi cơng hố móng sâu, Nhà xuất xây dựng 2002”; Nguyễn Bá Kế, “Xây dựng Cơng trình ngầm thị theo phương pháp đào mở, Nhà xuất xây dựng 2006”; Nguyễn Đức Nguôn (2011), “Bài giảng Địa kỹ thuật Cơng trình ngầm đô thị”, Trường Đại học kiến trúc Hà Nôi; Nguyễn Quang Phích, “Phương pháp số chương trình Plaxis 3D & UDEC” Nhà xuất xây dựng 2007; Đỗ Cơng Sơn (2011), “Tính tốn tường đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trước cho tầng hầm nhà cao tầng khu vực Hà Nội”, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội; 10 Đinh Văn Tình (2011), “Nghiên cứu ứng dụng cọc ván BTCT cho cơng trình kè ven sơng biển địa bàn thành phố Đà Nẵng”, Sở giao thông vận tải thành phố Đà Nẵng; MỞ ĐẦU  Lý chọn đề tài Tại Việt Nam, năm gần đây, tốc độ thị hóa nước ta ngày nhanh, hệ thống đô thị phát triển số lượng, chất lượng quy mô Đặc biệt đô thị lớn TP Hồ Chí Minh Hà Nội, tốc độ phát triển nóng tạo áp lực hạ tầng đô thị, nhà ở, văn phòng, giao thơng thị không gian công cộc đô thị… Quỹ đất mặt thị lớn tình trạng gần cạn kiệt, không gian xanh, không gian công cộng ngày bị thu hẹp, khiến người dân đô thị cảm thấy bối… Những điều cộng với nhu cầu tính văn minh, đại mỹ quan thị đòi hỏi việc phát triển phải hướng đến khả tận dụng, phát triển song song chiều cao lẫn chiều sâu thị Do đó, việc phát triển cơng trình ngầm trọng thực nhiều nước ta Một số cơng trình tiêu biểu Royal City, Time City, Keangnam Tower, hầm Kim Liên….v v… Nhưng mặt cơng trình, điều kiện vị trí cơng trình trật hẹp nên khơng thể đào hở, dùng cừ Larsen chống đỡ vách hố đào, cọc Barrette bê tông đổ chỗ thi công khó khăn chưa tận dụng hết ưu việt vật liệu, hệ chống đỡ chống thép chữ I, neo,… phức tạp tốn Đó lý tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu áp dụng giải pháp hệ chống đỡ vách hố đào sâu cọc BTCT đúc sẵn” sử dụng công nghệ ứng suất trước  Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu * Mục đích nghiên cứu: Từng bước áp dụng giải pháp hệ chống đỡ vách hố đào sâu cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước rộng rãi q trình thi cơng * Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: + Các giải pháp chống đỡ vách, hố đào hệ chống, neo, + Giải pháp chống đỡ vách hố đào sâu cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước - Phạm vi nghiên cứu: Kết cấu cơng trình tầng hầm, hầm đường bộ, ga tàu điện… 2  Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu sau đây: - Nghiên cứu tài liệu, tiêu chuẩn, quy phạm kỹ thuật, pháp luật - Phân tích tổng hợp - Sử dụng phần mềm Plaxis Hà Lan để tính tốn ví dụ cụ thể  Ý nghĩa thực tiễn luận văn - Kết nghiên cứu luận văn làm tài liệu tham khảo cho cơng trình ngầm thi cơng hệ chống đỡ vách hố đào sâu cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước Ngoài ra, sử dụng cọc BTCT ứng suất trước làm giảm khối lượng bê tông cốt thép, giảm khối lượng làm đất, giảm giá thành xây dựng giảm thời gian thi công  Kết cấu nội dung luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ THƠNG BÁO Để xem phần văn 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: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Qua nghiên cứu áp dụng giải pháp chống đỡ vách hố đào sâu cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước tác giả luận văn giải vấn đề sau: - Tổng kết đánh giá ưu nhược điểm giải pháp chống đỡ vách hố đào sâu - Trình bày sở lý thuyết áp dụng cọc BTCT ứng suất trước bao gồm cấu tạo, tính tốn thi cơng hệ chống đỡ vách hố đào sâu - Phân tích đánh giá cố q trình thi cơng đơng thời đề xuất giải pháp khắc phục tiềm ẩn cố - Đề xuất quy trình thi cơng cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước - Đề xuất giải pháp liên kết hệ cọc mối nối dọc mối nối ngang Kiến nghị: - Các quan nhà nước cần xây dựng hệ thống tiêu chuẩn Thiết kế, thi công nghiệm thu loại cọc BTCT ứng suất trước làm sở cho việc áp dụng công nghệ cách rộng rãi Xây dựng quy trình kiểm tra chất lượng thi cơng phù hợp với tiêu chuẩn hành công tác đánh giá, kiểm tra chất lượng thi cơng cơng trình  ... CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ... định vách hố đào kết cấu cơng trình 20 1.3 Giải pháp chống đỡ vách hố đào sâu cọc BTCT 22 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ÁP DỤNG GIẢI PHÁP HỆ CHỐNG ĐỠ VÁCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG CỌC BTCT ĐÚC SẴN... giải pháp hệ chống đỡ vách hố đào sâu cọc BTCT đúc sẵn ứng suất trước rộng rãi trình thi công * Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: + Các giải pháp chống đỡ vách, hố đào hệ chống,