Mở đầu * Tính chất cấp thiết của đề tài: Do quỹ đất ngày càng hiếm, giá đất ngày càng cao nên hầu hết các thành phố lớn trên thế giới đều có kế hoạch khai thác và sử dụng không gian ngầm đô thị vào các mục đích khác nhau. Công trình ngầm là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống hạ tầng kỹ thuật đô thị. Tổ chức khai thác không gian ngầm đô thị để hoàn thiện hạ tầng kỹ thuật ngầm và tăng cờng chất lợng cuộc sống cho con ngời là một bài toán cực kỳ quan trọng. Cũng nh các thành phố khác trên thế giới, việc khai thác không gian ngầm là vấn đề cấp bách đỗi với thành phố Hà Nội. Một trong những giải pháp xây dựng công trình ngầm trong vùng xây chen và điều kiện nền đất yếu nh khu vực Hà Nội thì giải pháp t ờng trong đất là khá hợp lý. Sử dụng t ờng trong đất để bảo vệ thành vách không những đảm bảo về mặt kỹ thuật, kinh tế mà còn đảm bảo về môi trờng và không gây ảnh hởng xấu đến công trình lân cận đã xây dựng trớc đó. Tờng trong đất sử dụng bê tông cốt thép toàn khối cần phải thực hiện nhiều thao tác khó khăn. Trong đó không phải lúc nào kết cấu tờng cũng đạt đợc chất lợng cao và các mối nối tin cậy, tốc độ thi công không cao. Vì vậy, vấn đề nghiên cứu tính toán tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trớc cho tầng hầm nhà cao tầng khu vực Hà Nội là cần thiết. * Mục đích nghiên cứu. Từ việc nghiên cứu đề tài, tác giả muốn bổ sung, nâng cao kiến thức để làm rõ u điểm của tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trớc so với tờng trong đất sử dụng bê tông cốt thép toàn khối. Đồng thời, xác định bản chất và nguyên nhân chính gây ra các sự cố, rút ra một số biện pháp giảm thiểu sự cố khi thi công hố đào sâu cho tầng hầm nhà cao tầng trong khu vực Hà Nội sử dụng các tấm panel bê tông ứng lực trớc (BTƯLT) đúc sẵn. * Đối tợng và phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tính toán tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép BTƯLT cho tầng hầm nhà cao tầng trong khu vực Hà Nội. * phơng pháp nghiên cứu: Đọc tài liệu, tham khảo các công trình đã đợc thiết kế, thi công thực ở Việt Nam và trên thế giới. Sử dụng phần mềm plaxis của Hà Lan để tính toán các ví dụ cụ thể. 4 * ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Công nghệ t ờng trong đất là giải pháp tiên tiến trong việc xây dựng công trình ngầm đô thị. Với mục đích tăng mức độ công nghiệp hoá xây dựng, việc sử dụng panel lắp ghép BTƯLT là một bớc phát triển mới trong kỹ thuật xây dựng. Sử dụng panel lắp ghép BTƯLT làm tờng trong đất cho phép giảm khối lợng làm đất, giảm chi phí BTCT, giảm thời gian thi công và giá thành xây dựng. *) Cấu trúc của luận văn: - Mở đầu - Chơng I: Tổng quan về tờng trong đất - Chơng II: Cơ sở tính toán tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trớc. - Chơng III: Tính toán tờng tầng hầm sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực tr- ớc. - Kết luận và kiến nghị. Chơng I Tổng quan về tờng trong đất I.1. Tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trớc. I.1.1. Khái niệm về tờng trong đất. Tờng trong đất là một loại kết cấu có tác dụng chắn giữ, đảm bảo cho việc thi công hố móng đào sâu đợc an toàn, thuận lợi, nó chịu tác dụng chủ yếu là các tải trọng ngang nh áp lực đất, áp lực nớc, tải trọng thi công. Tờng trong đất có khi chỉ có tác dụng chắn giữ cho công trình bên trong, cũng có khi là một bộ phận kết cấu chính của công trình, tuỳ theo công năng sử dụng và độ sâu của hố móng mà ta lựa chọn một trong các loại tờng trong đất sau: + Tờng bằng ximăng đất: Là cọc đợc làm từ ximăng trộn với đất, sau khi đóng rắn lại sẽ thành tờng chắn có dạng bản liền khối đạt cờng độ nhất định, dùng cho loại hố đào có độ sâu 3-6m; + Cọc bản thép: Có mặt cắt chữ U và Z, sau khi hoàn thiện nhiệm vụ chắn giữ, có thể thu hồi sử dụng lại, dùng cho loại hố móng có độ sâu từ 3 10m. 5 + Cọc bản bê tông cốt thép có mặt cắt chữ U, C dài 6-20m, dùng cho loại hố móng có độ sâu 3 - 15m; ở nớc ta đã sản xuất bản cọc bằng BTCT ứng suất trớc. + Tờng chắn bằng cọc khoan nhồi: Đờng kính 600-1000 mm, cọc dài 15-30m, làm thành tờng chắn theo kiểu hàng cọc, dùng cho loại hố móng có độ sâu 6-13m, có khi đến 25m. + Giếng chìm và giếng chìm hơi ép: Trên mặt đất hoặc trong hố đào nông có nền đợc chuẩn bị đặc biệt, ta làm tờng vây của công trình để hở ở phía trên và phía dới. + Tờng liên tục trong đất: Làm bằng bê tông cốt thép, chiều dày của tờng thờng từ 0,4 1,0m, chiều sâu thờng từ 10 45m. Có thể làm tờng bằng kết cấu tấm BTCT lắp ghép. Tờng liên tục trong đất có các u điểm sau: Thân tờng có độ cứng lớn, do đó, biến dạng của kết cấu và của móng đều rất ít, vừa có thế dùng đợc trong kết cấu chắn giữ siêu sâu, lại có thể dùng trong kết cấu lập thể (không gian). Thích dụng trong các loại điều kiện đất nền khác nhau: Trong các lớp đất cát cuội hoặc khi phải vào tầng nham phong hoá khi cọc bản thép rất khó thi công nhng lại có thể dùng kết cấu tờng liên tục trong đất đợc thi công bằng các loại máy đào thích hợp để đào hào cho tờng. Có thể giảm bớt ảnh hởng xấu đến môi trờng trong thi công công trình. Khi thi công chấn động ít, tiếng ồn thấp, ít ảnh hởng đến các công trình xây dựng và đờng ống ngầm ở lân cận do dễ khống chế về biến dạng lún và chuyển vị. Có thể thi công theo phơng pháp ngợc có lợi cho việc tăng nhanh tốc độ thi công, hạ thấp giá thành thi công. Do các u điểm trên, kết cấu tờng liên tục trong đất chủ yếu đợc dùng để làm các đờng ngầm dới đất, tàu điện ngầm đặt nông, đờng ô tô và bãi đậu ô tô ngầm. Ngoài ra, phơng pháp tờng trong đất cũng dùng để làm móng (có chức năng nh cọc cọc Baret) và làm các tầng hầm của nhà ở và nhà dân dụng đặt sâu dới đất có chức năng công cộng nh cửa hàng, hiệu ăn, quán cà phê, cũng nh để làm công trình đặt hệ thống thiết bị kỹ thuật đô thị làm trạm biến thế, trạm cấp và xử lý nớc, tờng chắn .v v Vì vậy, ở trong phạm vi của luận văn này, học viên đi sâu vào tìm hiểu tờng liên tục trong đất. I.1.2. Tờng trong đất ứng lực trớc. Tờng trong đất đổ toàn khối thông thờng có khả năng cách nớc không cao. Do đổ tại chỗ nên khó kiểm soát chất lợng, do đó, trong thời gian gần đây tờng panel lắp ghép đợc sử dụng khá rộng rãi trong thực tế, đặc biệt là tờng panel lắp ghép ứng lực trớc. 6 Tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép ứng lực trớc là tờng bê tông cốt thép, trong đó bê tông đợc tạo ra ứng suất trớc để chống lại các vết nứt ở vùng kéo trong panel dới tác dụng của tải trọng bằng cách sử dụng kết hợp bê tông và cốt thép cờng độ cao, cốt thép sau khi buông sẽ tạo ra lực nén trong bê tông. Panel đợc sản xuất trong nhà máy phải đảm bảo các yêu cầu theo đúng qui phạm trớc khi chuyển đến công trờng để tiến hành ép làm tòng trong đất. *) Các phơng pháp gây ứng suất trớc: - Công nghệ căng trớc: Công nghệ căng trớc đợc thực hiện bằng biện pháp căng các loại cốt thép cờng độ cao đặt trong phạm vi khuôn đúc cấu kiện. Cốt đã đợc căng phải đợc neo và chốt 2 đầu vào hai mố tuyệt đối cứng theo phơng tác động của lực căng. Sau đó tiến hành đổ bê tông. Khi bê tông đạt 80-90% cờng độ chịu nén thiết kế mới đợc cắt hai đầu cốt căng khỏi mố neo. Công nghệ căng trớc khi đổ bê tông thờng đợc sử dụng trong các xởng hoặc bãi đúc các sản phẩm bê tông lắp ghép. Sử dụng công nghệ căng trớc trong các công x- ởng cho phép sản xuất hàng loạt các cấu kiện với chất lợng đợc kiểm soát chặt chẽ. Nếu bê tông đợc chng hấp trong điều kiện nhiệt ẩm cao thì sau 24 đến 36 giờ bê tông có thể đạt mọi cấp độ bền thiết kế. Nhờ ứng dụng công nghệ mới này từ năm 2000 đến nay hàng loạt chung c cao tầng và các nhà công nghiệp nhiều tầng, các công trình công cộng nh sân vận động, nhà để xe ngầm khẩu độ lớn đã đợc Công ty Cổ phần bê tông và xây dựng Vinaconex Xuân Mai, sản xuất và lắp dựng với hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, năng suất, chất lợng cao. Do kết cấu tờng trong đất dùng panel lắp ghép đợc sản xuất theo công nghệ căng trớc nên ở luận văn này chỉ đi sâu vào công nghệ căng trớc. - Công nghệ căng sau: Công nghệ căng sau đợc thực hiện việc căng cốt thép gây ứng lực trớc trong kết cấu chỉ sau khi đổ bê tông đổ tại chỗ đạt cờng độ ít nhất 80% cấp bền thiết kế. Điểm tỳ của thiết bị căng nằm ngay trên cạnh hay trên mặt kết cấu nên còn đợc gọi là căng trên bê tông. Để đảm bảo cho việc căng cốt thép đợc thuận lợi, cốt căng phải đợc luồn trong rãnh hoặc các loại ống chuyên dụng trớc khi đổ bê tông. Tuỳ thuộc vào thể loại kết cấu, loại cốt thép và phơng pháp thi công trong công nghệ căng sau còn đợc phân biệt nh sau: +) Phơng pháp căng ngoài kết cấu: +) Phơng pháp căng sau dùng cáp có bám dính (cáp để trần) +) Phơng pháp căng sau dùng cáp không bám dính (cáp có vỏ bọc) +) Phơng pháp gây ứng lực trớc không toàn phần 7 *) Phạm vi áp dụng: Công nghệ sử dụng các tấm panel lắp ghép bê tông ứng suất trớc làm tờng trong đất đã đợc sử dụng rộng rãi trên thế giới và đã sử dụng ở Việt Nam. Các tấm panel thờng đợc sử dụng với các công trình có 2-5 tầng hầm, công trình có chiều sâu tờng dới 20m. Ngoài ra, các tấm panel ứng suất trớc còn đợc sử dụng rộng rãi trong các công trình giao thông nh đờng hầm, tờng chắn các công trình lộ thiên, *) Phơng pháp thi công: Khác với thi công tờng trong đất bằng bê tông đổ toàn khối, với các panel lắp ghép, tuỳ thuộc vào kích thớc và hình dạng các tấm panel mà lựa chọn phơng pháp thi công cho thích hợp. Khi chiều dài 2 cạnh mặt cắt tiết diện của panel là dạng hình vuông, có thể khoan dẫn hớng trớc khi sử dụng máy ép ép chúng vào trong đất. Khi chiều dài 2 cạnh mặt cắt tiết diện của panel là dạng hình chữ nhật, có thể thi công theo trình tự sau: sử dụng các máy gầu ngoạm để đào đất trong môi trờng huyền phù bentonite chống sập thành Cẩu cừ Thả cừ vào các hố đào đã đợc định vị Xử lý các mối nối. Hình 1.1: Thi công khoan dẫn tại công trình Sukara Tower - 47 Vũ Trọng Phụng Một số hình ảnh về các panel bê tông ứng suất trớc đợc sử dụng làm tờng trong đất: 8 9 I.1.3. Tình hình sử dụng panel lắp ghép BTƯLT làm tờng trong đất trên thế giới và Việt Nam. ở nớc ta, cũng nh nhiều nớc trên thế giới ngày càng ứng dụng rộng rãi panel lắp ghép BTƯLT làm tờng trong đất. Các công trình tờng trong đất thờng gặp nh sau: - Làm tờng tầng hầm cho nhà cao tầng. - Làm các công trình ngầm nh: đờng tàu điện ngầm, đờng cầu chui, cống thoát n- ớc lớn, các ga ô gara lớn kích thớc 156x54x27m gồm 7 tầng đã đợc xây dựng đầu tiên ở Matxcơva tô ngầm dới đất, - Làm kè bờ cảng, làm tờng chắn đất, . Trên thế giới từ những năm 80 của thế kỷ trớc đã có những công trình hố móng đào sâu đợc xây dựng. Một vào năm 1983, gara trên đợc xây dựng ngầm bằng phơng pháp tờng trong đất. Toà nhà Vĩnh Hoa Thợng Hải có quy mô 27 tầng, cao 99m, độ sâu chôn móng 10.6m, gồm 2 tầng hầm đã dùng tờng cọc khoan nhồi D600 sâu 21m, khoảng cách 850mm kết hợp với cọc ximăng đất 15m để chắn giữ hố đào sâu 10.6m. Toà nhà Trung tâm tổ chức kinh doanh Quốc Gia Đài Loan (Taipei National Enterprising Center) có 18 tầng trên mặt đất và 5 tầng hầm. Để chắn giữ hố móng sâu 19.7m ngời ta đã dùng tờng trong đất dày 0.9m sâu 35m. Trong những năm gần đây ở nớc ta, tại các thành phố lớn nh Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh cũng bắt đầu sử dụng các tầng hầm dới các nhà cao tầng với hố đào có chiều sâu đến hàng chục mét và chiều sâu tờng trong đất đến trên 40m. Toà nhà Harhour View Tower (thành phố Hồ Chí Minh) gồm 19 tầng lầu và 2 tầng hầm, có hố móng sâu 10m, đã dùng tờng trong đất sâu 42m, dày 0,6m. Toà nhà chung c trên lô đất N05 Trung Hoà - Nhân Chính gồm 29 tầng lầu và 3 tầng hầm, có hố móng sâu 11.7m, đã dùng tờng trong đất sâu 27m, dày 0,8m v v Ngoài ra, trong xây dựng 10 công nghiệp nh nhà máy Apatit Lào Cai, nhà máy ximăng Bỉm Sơn hay nhà máy điện Phả Lại đã có những kho, hầm hay tuynen sâu đến 20m đẫ dùng tờng trong đất hay cọc khoan nhồi bê tông cốt thép để chắn giữ hố đào. Trong thực tế, xây dựng tờng trong đất từ BTCT toàn khối cần phải thực hiện nhiều thao tác khó khăn. Trong đó không phải lúc nào kết cấu tờng cũng đạt đợc chất lợng cao và các mối nối tin cậy, tốc độ thi công hào không cao. Với mục đích tăng mức độ công nghiệp hoá xây dựng với công nghệ tờng trong đất, trong thời gian gần đây bắt đầu sử dụng panel BTCT hạ chúng vào hào đầy vữa sét. ở Việt Nam, công nghệ tờng trong đất sử dụng BTCT toàn khối đã phát triển t- ơng đối rộng rãi đối với các công trình ngầm. Do còn nhiều hạn chết nên tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép vẫn cha đợc sử dụng nhiều trong thời gian qua. Tuy nhiên, cùng với công nghệ ứng lực trớc đợc sử dụng rộng rãi nên trong thời gian gần đây, công ty VINACONEX đã bắt đầu nghiên cứu và sản xuất các panel bê tông ứng lực trớc làm tờng trong đất cho tầng hầm các nhà cao tầng. Ví dụ: Khu Trung tâm thơng mại Chợ Mơ tại 495C Bạch Mai Hai Bà Trng Hà Nội đã đợc thiết kế 2 tầng hầm, dùng các panel lắp ghép 500x520mm có dạng chữ H làm tờng trong đất; Toà nhà SaKura ToWer - 47 Vũ Trọng Phụng đã dùng các panel bê tông ứng suất trớc bằng chữ T, dài mỗi tấm 12,2m, rộng 496mm, dày khoảng 500mm. Hàng t- ờng này sẽ đợc giữ lại để làm tờng tầng hầm, vừa kết hợp làm cọc chịu lực, vừa làm tờng vây. Trong quá trình thi công đã gặp phải một số sự cố nh: Panel bị vỡ, bị xiên, ép sâu quá, ép không tới cốt thiết kế, Một số hình ảnh về tờng bê tông dự ứng lực: 11 H×nh 1.2. CÊu t¹o têng cõ bª t«ng dù øng lùc H×nh 1.3. Gi÷ æn ®Þnh b»ng têng cõ bª t«ng dù øng lùc H×nh 1.4. Ðp ©m cõ D¦L t¹i c«ng tr×nh Sakura Tower - Sè 47 Vò Träng Phông 12 H×nh 1.5. §Þnh vÞ cõ khi Ðp c«ng tr×nh Sakura Tower - Sè 47 Vò Träng Phông H×nh 1.6. Thi c«ng ®µo ®Êt t¹i c«ng tr×nh Sakura Tower - Sè 47 Vò Träng Phông 13 [...]... với kết cấu bê tông cốt thép thông thờng có cùng kích thớc; +) Do có độ cứng lớn hơn nên kết cấu bê tông ứng lực trớc có độ võng nhỏ hơn so với kết cấu bê tông cốt thép; +) Kết cấu bê tông ứng lực trớc sử dụng vật liệu cờng độ cao nên mảnh và nhẹ hơn so với kết cấu bê tông cốt thép; +) Kết cấu bê tông ứng lực trớc có khả năng chịu cắt cao hơn do ứng suất nén trớc trong bê tông đã làm giảm ứng suất kéo... của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau Nói cách khác, trớc khi cấu kiện chịu tải trọng sử dụng, cốt thép đã bị căng trớc, còn b tông đã bị nén trớc Đối với kết cấu tờng trong đất, sử dụng ứng lực trớc sẽ làm triệt tiêu các vết nứt trong bê tông ở vùng kéo do tải trọng từ bên ngoài (áp lực đất, áp lực nớc, ) và phản lực tại các sàn, neo, b) Đặc điểm vật liệu cho bê tông ứng lực trớc Vật... kể bê tông và cốt thép 17 Tuy nhiên, bên cạnh những u điểm đó, kết cấu bê tông ứng lực trớc có những nhợc điểm cần đợc biết để khắc phục: +) Việc gây ứng suất trớc nén trong bê tông ở một số vùng có thể gây ứng suất kéo ở một số vùng khác của kết cấu Khi thiết kế cần có sự tính toán để loại trừ khả năng nứt bê tông do ứng suất kéo này gây ra +) Kết cấu bê tông ứng lực trớc sử dụng bê tông cờng độ cao. .. nớc đất tính riêng (tức áp lực nớc, đất lần lợt tính riêng rồi cộng lại) và nớc đất tính chung Đối với đất tính cát và đất bột, có thể tính theo nớc đất tính riêng, tức là lần lợt tính áp lực nớc rồi áp lực đất, sau đó cộng chúng với nhau Với đất có tính sét thì có thể căn cứ vào tình hình ở hiện trờng và kinh nghiệm trong thi công để xem tính chung hoặc tính riêng *) Phơng pháp tính riêng áp lực. .. độ cao Trong một số trờng hợp việc chế tạo các loại vật liệu này gặp khó khăn hoặc giá thành cao; +) Thi công kết cấu bê tông ứng lực trớc phải sử dụng các thiết bị chuyên dụng So với kết cấu bê tông cốt thép thờng thì thi công kết cấu bê tông ứng lực trớc đòi hỏi nhiều chi phí nhân công hơn, đặc biệt là nhân công có tay nghề cao Bên cạnh đó, công tác kiểm soát chất lợng đối với kết cấu bê tông ứng lực. .. từ BTCT đổ tại chỗ Do tờng trong đất có độ mảnh lớn, độ cứng nhỏ thờng gây chuyển vị ngang lớn trong quá trình thi công, do đó hệ tờng chắn thờng đợc sử dụng kết hợp với hệ chống hoặc neo I.2 Một số yếu tố ảnh hởng đến quá trình làm việc của tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trớc [2] *) Tác động của sự thay đổi ứng suất trong đất nền đến tờng panel ứng lực trớc Sơ đồ về biến dạng... Vật liệu của kết cấu bê tông ứng lực trớc gồm có bê tông, cốt thép căng, cốt thép thờng và một số vật liệu khác nh neo, bộ nối, ống gen, vữa bơm bảo vệ cốt thép căng *) Bê tông: Dùng bê tông có cờng độ cao, đợc sản xuất tại nhà máy với cấp bền không nhỏ hơn B25 Bê tông cần sử dụng mác cao để tăng độ bám dính giữa bê tông và cốt thép dự ứng lực nhằm tránh tuột thép sau khi cắt, lực bám dính này rất... nớc đất: Phơng pháp nớc đất tính riêng áp dụng trọng lợng đẩy nổi để tính áp lực đất, dùng áp lực nớc tĩnh để tính áp lực nớc, sau đó cộng hai loại với nhau sẽ có tổng áp lực bên Dùng phơng pháp ứng suất tổng để tính áp lực đất, rồi cộng với áp lực nớc, tức là tổn ứng suất pa= , HK a 2c K a + w H pb= , HK p + 2c K p + w H Trong đó: 28 Ka: hệ số áp lực đất chủ động tính theo chỉ tiêu cờng độ ứng. .. áp lực đất tĩnh tại điểm tính toán (kPa); i- trọng lợng đơn vị của tầng thứ i bên trên điểm tính toán (kN/m3); 26 hi- độ dày tầng đất thứ i bên trên điểm tính toán (m); q- tải trọng phân bố đều trên mặt đất (kPa); Ko- hệ số áp lực đất tĩnh của đất ở tại điểm tính toán Hệ số áp lực đất tĩnh Ko xác định bằng thí nghiệm: Lần đầu tiên vào những năm 40 Jaky đa ra, sau đó thí nghiệm của Bishop v.v chứng... an Nội lực tổng cộng trong tờng và neo: M z = M za + M 0 Qz = Qza + Q0 Rn = S n + R0 ở đây, M 0 ; Q0 ; R0 tơng ứng là mômen, lực cắt và ứng lực trong neo nhận đợc khi tính toán bình thờng tờng tựa lên các gối kê mà không có neo dự ứng lực Từ M z tính ra thép chủ và từ Qz tính ra thép đai cho mỗi mét dài tờng trong đất theo phơng pháp thông thờng của bê tông dự ứng lực S H r S r Hình 2.4: Sơ đồ lực . sâu cho tầng hầm nhà cao tầng trong khu vực Hà Nội sử dụng các tấm panel bê tông ứng lực trớc (BTƯLT) đúc sẵn. * Đối tợng và phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tính toán tờng trong đất sử dụng panel. Tính toán tờng tầng hầm sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực tr- ớc. - Kết luận và kiến nghị. Chơng I Tổng quan về tờng trong đất I.1. Tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực. cậy, tốc độ thi công không cao. Vì vậy, vấn đề nghiên cứu tính toán tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trớc cho tầng hầm nhà cao tầng khu vực Hà Nội là cần thiết. * Mục đích