B
GIO DC V
O TO
B
XY DNG
TR
NG I HC
KI
N TRC
H N
I
Vũ quốc lập
Nghiên cứu thiết kế tính toán kết cấu tờng bên
tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố nam định
thi công theo phơng pháp tờng trong đất
LUN VN THC S
chuyên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp
H Ni - 2011
B
GIO DC V
O TO
B
XY DNG
TR
NG I HC
KI
N TRC H NI
Vũ quốc lập
khoá: 2008 2011 lớp ch08x
Hình 1.4 Mặt cắt công trình Toà nhà Nam Hải Minh Tower 18
Hình 2.1 Sơ đồ phân bố thực tế áp lực đất 24
Hình 2.2 Sơ đồ tính toán theo phơng pháp Sachipana 26
Hình 2.3 Sơ đồ tính toán theo phơng pháp đàn hồi 27
Hình 2.4 Sơ đồ tính toán theo phơng pháp tính lực trục thanh chống 28
Hình 2.5 Phần tử đất và điểm ứng suất của phần tử 15 nút (a), 6 nút (b) 31
Hình 2.6 Một số công trình tính bằng Plaxis 35
Hình 2.7 Sơ đồ tính toán 38
Hình 2.8 Lực trục thanh chống và mômen uốn thân tờng 40
Hình 2.9 Sơ đồ tính toán 41
Hình 2.10 Sơ đồ chuyển vị của cả hệ 41
Hình 2.11 Chuyển vị của tờng liên tục 42
Hình 2.12 Biểu đồ mô men của tờng liên tục 42
Hình 2.13 Biểu đồ lực cắt của tờng liên tục 43
Hình 2.14 Hớng chuyển vị của đất nền và tờng liên tục 43
Hình 2.15 ứng suất hiệu quả trong nền đất 44
Hình 2.16 ứng suất tổng 44
Hình 2.17 ứng suất theo phơng x (
xx
) 45
Hình 2.18 ứng suất theo phơng y (
yy
) 45
Hình 2.19 ứng suất theo phơng z (
zz
) 46
Hình 2.20 ứng suất theo phơng xy (
xy
) 46
Hình 3.1 Đào đất giai đoạn 1, thi công dầm sàn tầng hầm 1 49
luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong tiểu ban đánh giá đề
cơng chi tiết và kiểm tra tiến độ - Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội đã có
những ý kiến đóng góp quý báu cho bản thảo của luận văn. Đặc biệt, tôi xin
cảm ơn GS -TS Đỗ Nh Tráng đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp hớng dẫn, cũng
nh tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu và động viên tác giả trong quá
trình hoàn thành luận văn.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi
trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tác giả
Vũ Quốc Lập
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan luận văn của tôi với đề tài Nghiên cứu thiết kế tính
toán kết cấu tờng bên tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố Nam Định thi
công theo phơng pháp tờng trong đất không sao chép, trùng lặp với các
luận văn đã đợc bảo vệ.
Tác giả
Vũ Quốc Lập
mục lục
mở đầu 1
chơng1
tổng quan về phơng pháp tờng trong đất và thiết kế
kết cấu tờng bên tầng hầm nhà cao tầng thi công theo
phơng pháp tờng trong đất 4
1.1 Sự phát triển của phơng pháp tờng trong đất trên thế giới và tại Việt
Nam 4
1.2 Tờng trong đất và phạm vi ứng dụng 5
1.2.1 Tờng trong đất 5
1.2.2 Phạm vi ứng dụng 6
1.3 Các loại tờng trong đất 7
2.3.2.1 Giới thiệu phần mềm Plaxis (Hà Lan) 33
2.3.2.2 Giới thiệu một số phần mềm khác 37
2.3 Phân tích lựa chọn phơng pháp tính toán cho bài toán cụ thể với các
điều kiện đã chọn, đánh giá tính chính xác của phơng pháp chọn 37
2.3.1 Ví dụ 37
2.3.2 Tính theo phơng pháp giải tích (phơng pháp Sachipana - Nhật) 38
2.3.3 ứng dụng phần mềm Plaxis 40
2.4 Đánh giá so sánh phơng pháp chọn với những phơng pháp khác 47
Chơng 3
Tính toán kết cấu tờng trong đất với điều kiện địa chất
tại thành phố Nam Định theo phơng pháp lựa chọn,
nghiên cứu khảo sát sự làm việc của tờng trong các giai
đoạn thi công và khai thác sử dụng công trình
49
3.1 Tính toán kết cấu tờng bên của tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố
Nam Định thi công theo phơng pháp tờng trong đất: 49
3.1.1. Trình tự thi công, mặt cắt hố đào 49
3.1.2 Một số đặc trng vật liệu 50
3.1.3. Tính toán kết cấu tờng bên tầng hầm nhà cao tầng trong giai đoạn thi
công bằng phần mềm Plaxis 8.5 54
3.1.3.1 Nhập dữ liệu đầu vào 54
3.1.3.2 Tính toán tờng trong đất 55
3.1.3.3 Kết quả tính toán 55
3.2 Nghiên cứu phân tích sự làm việc của kết cấu tờng bên trong giai
đoạn thi công 61
3.2.1 Nghiên cứu các trờng hợp làm việc của tờng 61
3.2.1.1 Trờng hợp 1: (Thay đổi chiều sâu ngàm của tờng vào trong đất) 61
3.2.1.2 Trờng hợp 2: (Thay đổi chiều dày của tờng) 65
3.2.1.3 Trờng hợp 3: (Thay đổi vị trí mực nớc ngầm) 69
3.2.2 Phân tích đánh giá các trờng hợp khảo sát 73
thông đô thịđặc biệt là trong điều kiện thành phố đã dày đặc các công trình
dân dụng, công nghiệp, hệ thống giao thông và các công trình ngầm khác.
Việc xây dựng các công ngầm này sẽ phức tạp và khó khăn hơn rất nhiều khi
gặp nền đất yếu bão hoà nớc.
Để khắc phục những khó khăn trên, thi công công trình ngầm bằng
phơng pháp tờng trong đất là một phơng pháp rất hiệu quả thích hợp với
mọi điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn. Đặc biệt, phơng pháp này áp
dụng đợc trong điều kiện thành phố tránh tối đa việc gây lún cho các công
trình lân cận, đồng thời cho phép tiết kiệm nhân lực, nguyên vật liệu, thiết bị
Một số nhà cao tầng ở Việt Nam đã áp dụng phơng pháp tờng trong đất
để xây dựng tầng hầm nhng trong quá trình thiết kế và thi công còn gặp
nhiều hạn chế nh quy phạm cha chặt chẽ, phụ thuộc vào nớc ngoài.
2
Vì vậy luận văn Nghiên cứu thiết kế tính toán kết cấu tờng bên
tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố Nam Định thi công theo phơng
pháp tờng trong đất nhằm mục đích nghiên cứu một số giải pháp tính
toán tờng trong đất đáp ứng nhu cầu xây dựng cho các công trình đợc xây
dựng tại thành phố Nam Định và các vùng có điều kiện địa chất tơng tự.
Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu các phơng pháp tính toán tờng trong đất, so sánh lựa
chọn phơng pháp tính chính xác và hiệu quả nhằm đáp ứng nhu cầu xây dựng
cho các công trình nhà cao tầng có tầng hầm tại thành phố Nam Định.
Đối tợng và phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu tài liệu địa chất tại Nam Định.
- Tính toán thiết kế tờng trong đất cho tầng hầm nhà cao tầng với điều
kiện địa chất tại thành phố Nam Định.
- Nghiên cứu khảo sát sự làm việc của tờng trong các giai đoạn thi
công và khai thác, sử dụng công trình.
Nội dung nghiên cứu:
Luận văn gồm 3 chơng:
áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới, điều đó tạo điều kiện cho việc hoàn thiện
quy trình công nghệ và tính toán kết cấu. Đây là một trong những phơng pháp
thi công tiến bộ nhất để xây dựng các công trình ngầm và là phơng pháp tốt
nhất để xây dựng các công trình ngầm có độ sâu lớn trong các thành phố có
mật độ xây dựng dày đặc.
Trên thế giới, áp dụng phơng pháp tờng trong đất để xây dựng các
công trình ngầm trong các khu đô thị là rất phổ biến nh:
- Tại thành phố nh Tokyo (Nhật Bản) các nhà cao tầng phải có ít nhất từ
5 đến 8 tầng hầm.
- ở Thợng Hải (Trung Quốc) thờng thấy có 2 đến 3 tầng hầm dới mặt
đất ở các nhà cao tầng, có nhà đã thiết kế đến 5 tầng hầm có kích thớc lớn
nhất đến 274x187m, kết cấu chắn giữ sâu tới 32m.
- Tại Matxcơva (Nga) đã xây dựng gara có kích thớc 156x54m, sâu 27m. - Tại
Geneve (Thụy sĩ) một gara ngầm 7 tầng sâu 28m đã đợc xây dựng.
Tại Việt nam, phơng pháp tờng trong đất cũng đợc áp dụng rất hiệu
quả trong việc xây dựng các công trình ngầm nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng
không gian trong lòng đất ở các thành phố đông dân c với điều kiện địa chất
5
và địa chất thuỷ văn rất phức tạp để để giải quyết các vấn đề liên quan đến giao
thông đô thị, xây dựng các gara ô tô, nhà cao tầng trong thành phố, các khu đô
thị mới, hạ tầng các khu công nghiệp ví dụ nh:
- Toà nhà Harbour View Tower ở thành phố Hồ Chí Minh gồm 19 tầng
lầu và 2 tầng hầm, có kết cấu chắn giữ sâu 10m, đã dùng tờng trong đất sâu
42m dày 0,6m vây quanh mặt bằng kết cấu chắn giữ 25x27m.
- Trụ sở Vietcombank Hà Nội cao 22 tầng và 2 tầng hầm có kết cấu
chắn giữ sâu 11m dùng tờng trong đất sâu 18m dày 0,8m.
- Nhà máy Apatit Lao Cai, nhà máy xi măng Bỉm Sơn hay nhà máy nhiệt
điện Phả Lại đã có những kho, hầm hay tuynen vận chuyển nguyên liệu đặt sâu
trong đất từ 5 đến 20m
1.2 Tờng trong đất và phạm vi ứng dụng
yếu mà tính chất dung dịch giữ thành không thích hợp hoặc đã bị biến chất dẫn
đến sụt lở thành làm cho thể tích bê tông thân tờng tăng lên đáng kể, mặt
tờng bị lồi lõm, kích thớc kết cấu vợt quá giới hạn cho phép.
1.2.2 Phạm vi ứng dụng
Thực tế xây dựng trên thế giới và ở Việt Nam cho thấy phơng pháp
tờng trong đất có thể áp dụng hiệu quả khi xây dựng các loại công trình sau:
- Các công trình dân dụng có phần ngầm nh: gara, trung tâm thơng
mại, kho chứa, rạp chiếu phim, nhà hát; Phần ngầm các nhà cao tầng nh
móng, các tờng chắn kết cấu chắn giữ những toà nhà đợc xây gần những
công trình có sẵn.
- Các công trình công nghiệp nh phân xởng nghiền của nhà máy làm
giàu quặng, các phân xởng đúc thép liên tục, các hố nhận nguyên liệu, các
phễu để dỡ, chất tải
- Các công trình thuỷ lợi thu, nhận nớc, các trạm bơm, các công trình
làm sạch
- Các công trình giao thông nh hầm giao thông đặt nông, các móng trụ
cầu
- Các công trình quân sự và công trình dân sự có kết hợp phòng thủ khi
có chiến tranh xảy ra.
7
Thực tế những công trình xây dựng trong các điều kiện dới đây sẽ có
hiệu quả cao nhất khi sử dụng tờng trong đất:
- Trong điều kiện địa chất thuỷ văn phức tạp, mực nớc ngầm cao, nhất
là gặp tầng nớc ngầm có áp.
- Khi xây dựng các công trình ngầm và tờng chắn kết cấu chắn giữ
trong điều kiện xây chen trong thành phố, gần các công trình đã có.
- Phơng pháp tờng trong đất cho phép thiết kế các công trình ngầm có
hình dạng bất kỳ trên mặt bằng, giảm chiều dày tờng và loại trừ đợc công tác
hút và hạ mực nớc ngầm.
Tờng trong đất có thể sử dụng đồng thời làm móng chịu tải trọng phần
- Giảm ảnh hởng chấn động đến công trình lân cận
- Tránh hiện tợng hoá lỏng của đất rời
- Cô lập phần đất bị ô nhiễm
Phơng pháp này xuất hiện đầu tiên tại Mỹ sau đó đợc một số nớc nh
Nhật Bản, Trung Quốc phát triển. Tại Việt Nam đầu những năm 80 kỹ thuật
này của hãng Linden - Alimak đã đợc áp dụng làm cọc ximăng/vôi đất đờng
kính 40cm, sâu 10m cho các công trình nhà 3 - 4 tầng, hiện nay Linden -
Alimak và Hercules (Thụy Điển) liên doanh làm loại cọc này sâu đến 20m
bằng hệ thống tự động từ khâu khoan, phun xi măng và trộn tại khu công
9
nghiệp Trà Nóc (Cần Thơ).
1.3.2 Tờng chắn bằng cọc hàng: [8]
Hình 1.2 Tờng chắn bằng cọc bê tông cốt thép [8]
Khi thi công công trình ngầm tại những chỗ không tạo đợc mái dốc
hoặc hiện trờng hạn chế không thể dùng cọc trộn đợc, khi chiều sâu công
trình khoảng 6 - 10m thì có thể chắn giữ bằng cọc hàng. Chắn giữ bằng cọc
hàng có thể dùng cọc nhồi khoan lỗ, cọc bản BTCT hoặc cọc bản thép
Kết cấu chắn giữ bằng cọc hàng có thể chia làm các loại sau:
- Chắn giữ bằng cọc hàng theo kiểu dãy cột: Khi đất quanh hố tơng đối
tốt, mực nớc ngầm thấp, có thể lợi dụng hiệu ứng vòm giữa hai cọc gần nhau
để chắn đất.
- Chắn giữ bằng cọc hàng liên tục: Trong đất yếu thờng không thể hình
thành đợc vòm đất, cọc chắn giữ phải thành hàng liên tục. Cọc khoan lỗ dày
liên tục có thể chồng tiếp vào nhau hoặc cọc bản thép, cọc bản BTCT.
- Chắn giữ bằng cọc hàng tổ hợp: Trong vùng đất yếu mà có mực nớc
10
ngầm cao có thể dùng cọc hàng khoan nhồi tổ hợp với tờng chống thấm bằng
cọc xi măng đất.
Ưu điểm của phơng pháp này là chất lợng vật liệu tin cậy, tốc độ thi
công nhanh, thi công đơn giản, khả năng ngăn nớc tốt. Đối với loại cọc tạm
cấu và của móng đều rất ít, vừa có thể dùng đợc trong kết cấu bao che lại có
thể dùng làm kết cấu chịu lực.
- Thích dụng trong các loại điều kiện chất đất: Trong các lớp đất cát cuội
hoặc khi phải vào tầng nham phong hoá thì cọc bản thép rất khó thi công,
nhng lại có thể dùng kết cấu tờng liên tục trong đất thi công bằng các máy
đào móng thích hợp.
- Khi thi công chấn động ít, tiếng ồn thấp, ít ảnh hởng các công trình
xây dựng và đờng ống ngầm ở lân cận xung quanh, dễ khống chế về biến dạng
lún. Đặc biệt thích hợp trong điều kiện đô thị chật hẹp, xây chen.
- Có thể thi công theo phơng pháp ngợc (top - down), có lợi cho việc
tăng nhanh tốc độ thi công, hạ thấp giá thành công trình.
Nhng, phơng pháp thi công tờng liên tục trong đất cũng có những
nhợc điểm cụ thể nh sau:
- Không thể áp dụng trong đất có lẫn đá tảng kích thớc lớn hoặc có hiện
tợng castơ với các lỗ trống lớn, có mạch ngầm làm vữa sét chảy vào trong đất.
Trong bùn lỏng và cát chảy trên bề mặt hay trong đất nớc áp lực với dòng
thấm tốc độ lớn.
12
- Việc xử lý bùn thải không những làm tăng chi phí cho công trình mà
khi kỹ thuật phân li bùn không hoàn hảo hoặc xử lý không thoả đáng sẽ làm
cho môi trờng bị ô nhiễm.
- Khi mực nớc ngầm dâng lên nhanh mà mặt dung dịch giữ thành giảm
mạnh, trong tầng trên có kẹp lớp đất cát tơi xốp, mềm yếu, nếu tính chất dung
dịch không thích hợp hoặc đã bị biến chất, việc quản lí thi công không thoả
đáng, đếu có thể dẫn đến sụt lở thành móng, lún mặt đất xung quang, nguy hại
đến sự an toàn của các công trình xây dựng và đợc ống ở lân cận. Đồng thời
cũng có thể làm cho thể tích bê tông thân tờng bị tăng vọt lên, mặt tờng lồi
lõm, kích thớc kết cấu vợt quá giới hạn cho phép.
- Nếu dùng tờng liên tục trong đất dạng bê tông cốt thép đổ toàn khối
chỉ để làm tờng chắn đất tạm thời trong giai đoạn thi công thì giá thành khá
tính lực trục thanh chống và mô men thân tờng không biến đổi theo quá trình
đào đất, những giả định cơ bản của nó là:
* Trong đất có tính dính, thân tờng xem là đàn hồi dài vô hạn.
* áp lực đất thân tờng từ mặt đào trở lên phân bố theo hình tam giác, từ
mặt đào trở xuống phân bố theo hình chữ nhật (đã triệt tiêu áp lực đất tĩnh ở
phía đào đất).
* áp lực nớc bên dới mặt đào xem là giảm đi tới không, lực chống của
đất bên bị động xem là đạt tới áp lực đất bị động.
* Sau khi lắp đặt chống sẽ xem là điểm chống bất động.
* Sau khi lắp đặt tầng chống dới thì xem trị số lực trục của tầng chống
trên duy trì không đổi, còn thân tờng từ tầng chống dới trở lên vẫn duy trì ở
vị trí cũ.
* Điểm mômen uốn thân tờng bên dới mặt đào M = 0 xem là một
khớp, và bỏ qua lực cắt trên thân tờng từ khớp ấy trở xuống.
Căn cứ vào điều kiện cân bằng tĩnh M
A
= 0 và Y = 0 tìm ra lực chống
và chiều sâu tờng.
1.4.1.2 Tính toán tờng liên tục trong đất theo phơng pháp đàn hồi:
Copyright: Tài liệu đại học ©