Bộ giáo dục và đào tạo

Bộ xây dựng

Trường đại học kiến trúc hà nội
---------------------------------------

đỗ công sơn

tính toán tường trong đất sử dụng
panel lắp ghép bê tông ứng lực trước cho
tầng hầm nhà cao tầng khu vực hà nội

luận văn thạc sĩ kỹ thuật
chuyên ngành: xây dựng dân dụng và công nghiệp

Hà Nội: 2011


Bộ giáo dục và đào tạo

Bộ xây dựng

Trường đại học kiến trúc hà nội
-------------------------------------

đỗ công sơn
Khoá: 2008 2011. lớp: 2008x1

tính toán tường trong đất sử dụng
panel lắp ghép bê tông ứng lực trước cho

1

Danh bảng biểu
stt

Tên hình vẽ

2.1

Tải trọng tác động lên tường chắn

27

3.1

Tổng hợp các chỉ tiêu địa chất

64

Trang


2

Danh mục hình vẽ
stt
1.1

Tên hình vẽ
Thi công khoan dẫn tại công trình Sukara Tower - 47

Trọng Phụng
1.6

Thi công đào đất tại công trình Sakura Tower - Số 47

14

Vũ Trọng Phụng
1.7

Cừ bê tông DƯL hình chữ H tại công trình Trung tâm

15

thương mại chợ Mơ - Hai Bà Trưng - Hà Nội
1.8

Thi công chống thấm tầng hầm tại công trình Sakura

15

Tower - Số 47 Vũ Trọng Phụng
1.9

Sự quan hệ giữa chuyển vị của kết cấu chắn giữ hố đào

19

và hư hỏng công trình lân cận
1.10


2.3

Biểu đồ rút gọn áp lực bên của đất lên tường chắn có

36

nhiều hàng neo.
2.4

Sơ đồ lực tác dụng vào tường cừ khi có các thanh neo
ứng suất trước

38


3

2.5

Sơ đồ quan hệ của chống với chuyển dịch của thân tường

39

trong quá trình đào đất.
2.6

Sơ đồ tính toán chính xác theo phương pháp Sachipana

40


52

và c
2.12

Một trong những sơ đồ kiểm tra trào ống

54

2.13

Trồi đáy do nước có áp gây ra.

55

2.14

Các kiểu liên kết theo phương ngang.

58

2.15

Chống thấm cho mối nối

59

2.16


trường và không gây ảnh hưởng xấu đến công trình lân cận đã xây dựng trước đó.
Tường 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 tường cũng đạt được chất lượng
cao và các mối nối tin cậy, tốc độ thi công không cao. Vì vậy, vấn đề nghiên cứu
tính toán tường trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trước 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 ưu
điểm của tường trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trước so với tường
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 trước (BTƯLT) đúc sẵn.


5

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu tính toán tường trong đất sử dụng panel lắp ghép BTƯLT cho tầng
hầm nhà cao tầng trong khu vực Hà Nội.
* phương pháp nghiên cứu:
Đọc tài liệu, tham khảo các công trình đã được 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.
* ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Công nghệ


+ Tường bằng ximăng đất: Là cọc được làm từ ximăng trộn với đất, sau khi đóng
rắn lại sẽ thành tường chắn có dạng bản liền khối đạt cường 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.
+ 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 nước ta đã sản xuất bản cọc bằng BTCT ứng suất trước.
+ Tường chắn bằng cọc khoan nhồi: Đường kính 600-1000 mm, cọc dài 1530m, làm thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, dùng cho loại hố móng có độ sâu 613m, có khi đến 25m.
+ Giếng chìm và giếng chìm hơi ép: Trên mặt đất hoặc trong hố đào nông có nền
được chuẩn bị đặc biệt, ta làm tường vây của công trình để hở ở phía trên và phía
dưới.
+ Tường liên tục trong đất: Làm bằng bê tông cốt thép, chiều dày của tường
thường từ 0,4 1,0m, chiều sâu thường từ 10 45m. Có thể làm tường bằng kết
cấu tấm BTCT lắp ghép. Tường liên tục trong đất có các ưu điểm sau:
Thân tường có độ cứng lớn, do đó, biến dạng của kết cấu và của móng đều rất ít,
vừa có thế dùng được trong kết cấu chắn giữ siêu sâu, lại có thể dùng trong kết cấu
lập thể (không gian).


7

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
nhưng lại có thể dùng kết cấu tường liên tục trong đất được thi công bằng các loại
máy đào thích hợp để đào hào cho tường.
Có thể giảm bớt ảnh hưởng xấu đến môi trường trong thi công công trình. Khi thi
công chấn động ít, tiếng ồn thấp, ít ảnh hưởng đến các công trình xây dựng và

neo và chốt 2 đầu vào hai mố tuyệt đối cứng theo phương tác động của lực căng. Sau
đó tiến hành đổ bê tông. Khi bê tông đạt 80-90% cường độ chịu nén thiết kế mới
được cắt hai đầu cốt căng khỏi mố neo.
Công nghệ căng trước khi đổ bê tông thường được sử dụng trong các xưởng hoặc
bãi đúc các sản phẩm bê tông lắp ghép. Sử dụng công nghệ căng trước trong các
công xưởng cho phép sản xuất hàng loạt các cấu kiện với chất lượng được kiểm soát
chặt chẽ. Nếu bê tông được chưng 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 cư cao tầng và các nhà công nghiệp nhiều
tầng, các công trình công cộng như sân vận động, nhà để xe ngầm khẩu độ lớn đã
được 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 lượng cao.
Do kết cấu tường trong đất dùng panel lắp ghép được sản xuất theo công nghệ
căng trước nên ở luận văn này chỉ đi sâu vào công nghệ căng trước.
- Công nghệ căng sau:
Công nghệ căng sau được thực hiện việc căng cốt thép gây ứng lực trước trong
kết cấu chỉ sau khi đổ bê tông đổ tại chỗ đạt cường 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 được gọi
là căng trên bê tông. Để đảm bảo cho việc căng cốt thép được thuận lợi, cốt căng
phải được luồn trong rãnh hoặc các loại ống chuyên dụng trước khi đổ bê tông.
Tuỳ thuộc vào thể loại kết cấu, loại cốt thép và phương pháp thi công trong công
nghệ căng sau còn được phân biệt như sau:
+) Phương pháp căng ngoài kết cấu:
+) Phương pháp căng sau dùng cáp có bám dính (cáp để trần)
+) Phương pháp căng sau dùng cáp không bám dính (cáp có vỏ bọc)
+) Phương pháp gây ứng lực trước không toàn phần


9


I.1.3. Tình hình sử dụng panel lắp ghép BTƯLT làm tường trong đất trên thế giới và
Việt Nam.
ở nước ta, cũng như nhiều nước trên thế giới ngày càng ứng dụng rộng rãi panel
lắp ghép BTƯLT làm tường trong đất. Các công trình tường trong đất thường gặp
như sau:
- Làm tường tầng hầm cho nhà cao tầng.
- Làm các công trình ngầm như: đường tàu điện ngầm, đường cầu chui, cống
thoát nước lớn, các ga ô gara lớn kích thước 156x54x27m gồm 7 tầng đã được xây
dựng đầu tiên ở Matxcơva tô ngầm dưới đất,
- Làm kè bờ cảng, làm tường chắn đất,

.

Trên thế giới từ những năm 80 của thế kỷ trước đã có những công trình hố móng
đào sâu được xây dựng. Một vào năm 1983, gara trên được xây dựng ngầm bằng
phương pháp tường trong đất. Toà nhà Vĩnh Hoa Thượng Hải có quy mô 27
tầng, cao 99m, độ sâu chôn móng 10.6m, gồm 2 tầng hầm đã dùng tường 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 người ta đã dùng tường trong đất dày 0.9m sâu 35m.


12

Trong những năm gần đây ở nước ta, tại các thành phố lớn như Hà Nội và thành
phố Hồ Chí Minh cũng bắt đầu sử dụng các tầng hầm dưới các nhà cao tầng với hố
đào có chiều sâu đến hàng chục mét và chiều sâu tường 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 tường trong đất sâu 42m, dày 0,6m. Toà nhà chung


13

Một số hình ảnh về tường bê tông dự ứng lực:

Hình 1.2. Cấu tạo tường cừ bê tông dự ứng
lực

Hình 1.3. Giữ ổn định bằng tường cừ
bê tông dự ứng lực

Hình 1.4. ép âm cừ DƯL tại công trình Sakura Tower - Số 47 Vũ Trọng Phụng


14

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


15

Hình 1.7. Cừ bê tông DƯL hình chữ H tại công trình Trung tâm thương mại chợ
Mơ - Hai Bà Trưng - Hà Nội

Hình 1.8. Thi công chống thấm tầng hầm tại công trình Sakura Tower - Số 47
Vũ Trọng Phụng
I.1.4. Bản chất và đặc điểm của tường panel ứng lực trước.
a) Bản chất của tường panel ứng lực trước:

(0,8-0,85)Ru giới hạn bền và bằng 1900Mpa.
Các đặc trưng cơ lý của cốt thép cường độ cao dùng cho bê tông ứng lực trước
đã được chỉ dẫn trong các tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 1651-1:2008 và TCVN
1651-2:2008, TCXDVN 356:2005.


17

*) Bệ căng:
Bệ căng được cấu tạo bằng thép không gỉ, cho phép sử dụng rất nhiều lần.
Khoang giữa là nơi để bố trí thép và đổ bê tông nên nó có kích thước bề rộng bằng
kích thước cấu kiện, thông thường khoảng 1.095m. Bệ căng có ba mặt như ván
khuôn là một mặt đáy và hai tấm thép thành xung quanh hai bên để tạo hình dáng
cho cấu kiện và có các chốt định vị để giữ tấm thép thành ở cả hai bên. Kế tiếp là
đường ray để cho phương tiện máy móc di chuyển sử dụng để phục vụ trong quá
trình sản xuất.
Phía dưới ván thép đáy cách mặt đất khoảng 20cm là khoảng trống để bố trí hệ
thống dưỡng hộ bằng hơi nước.
*) Neo và các mặt bích:
Trong các kết cấu bê tông đúc sẵn neo dùng cho cốt thép căng được phân biệt
theo chức năng: neo ma sát, neo cố định, neo kéo căng (neo công tác).
Neo ma sát là những chi tiết đặt sẵn dọc theo cốt thép căng là sợi hoặc thanh
được dùng chế tạo các dầm, bản, tấm panel bê tông ƯLT theo công nghệ căng trước.
Neo cố định (neo hãm, neo chết) thường dùng trong kết cấu sàn bê tông ƯLT
căng sau với chức năng cố định một đầu cáp trong bê tông có thể có dạng ống kẹp
(neo ép kẹp) hay dạng hoa thị một hay nhiều lớp.
Mặt bích là các tấm thép dày khoảng 3-5 mm hoặc tấm thép ghép lại thành dạng
hộp rỗng. Trên mặt bích có các lỗ để cho các thanh căng luồn qua được. Khoảng
cách từ mặt ván khuôn đáy đến mép dưới của lỗ lấy bằng chiều dày lớp bảo vệ.
Khoảng cách giữa các lỗ bằng khoảng cách giữa các thanh căng. Các mặt bích có

+) Việc gây ứng suất trước 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 trước sử dụng bê tông cường độ cao và cốt thép
cường độ cao. Trong một số trường hợp việc chế tạo các loại vật liệu này gặp khó
khăn hoặc giá thành cao;
+) Thi công kết cấu bê tông ứng lực trước phải sử dụng các thiết bị chuyên dụng.
So với kết cấu bê tông cốt thép thường thì thi công kết cấu bê tông ứng lực trước 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 lượng đối với kết cấu bê tông ứng lực trước đòi hỏi cao
hơn so với kết cấu bê tông cốt thép thường.


19

Do BTƯLT lắp ghép thường đắt hơn đổ tại chỗ, việc giải quyết vấn đề về tính
hợp lý cần có cơ sở kinh tế kỹ thuật, khả năng kỹ thuật, tổ chức. Ngoài ra, việc
xử lý các mối nối giữa các tấm panel tương đối phức tạp, đòi hỏi phải được nghiên
cứu kỹ khi đưa ra phương án xử lý.
Các panel phẳng sử dụng hợp lý trong các công trình tròn hoặc chữ nhật sâu tới
10-12m, panel sườn hiệu quả đối với công trình chữ nhật sâu tới 14-15m, các khối
rỗng có hiệu quả đối với việc xây dựng tường chắn chiều sâu tới 15-18m.
Khi xây dựng tường sâu hơn 12-15m tiến hành phân chia tường không những
theo chiều đứng mà còn theo chiều ngang bằng các khe co giãn. Trong những trường
hợp đó, nên kết hợp làm tường lắp ghép - đổ tại chỗ, phần trên khoảng 10-12m làm
từ panel, còn phần dưới từ BTCT đổ tại chỗ.
Do tường trong đất có độ mảnh lớn, độ cứng nhỏ thường gây chuyển vị ngang lớn
trong quá trình thi công, do đó hệ tường chắn thường được sử dụng kết hợp với hệ
chống hoặc neo.
I.2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của tường trong đất sử

khoảng (0-0,5%)H trong cát chặt hay sét cứng (H là độ sâu hố đào). Bề rộng hố
móng có ảnh hưởng tới chuyển vị ngang của tường panel được Mana và Cloung tổng
kết qua hình vẽ sau.

Hình 1.10: ảnh hưởng của bề rộng hố móng tới
chuyển dịch ngang cực đại của tường và độ lún cực đại của đất


21

*) ảnh hưởng của nước ngầm đến tường panel ứng lực trước.
Tác động của nước ngầm đối với độ lún của đất rất đa dạng và xảy ra ở các giai
đoạn đào khác nhau. Tại nơi tường trong đất sử dụng panel ứng suất trước đặt trong
lớp đất dính nhưng không đạt tới độ sâu của hố đào, trạng thái thấm ổn định sẽ phát
triển thành dòng ở bên dưới chân tường và làm đẩy nổi đáy hố đào. Dòng thấm này
là nguyên nhân làm giảm áp lực nước ngầm, làm gia tăng ứng suất hữu hiệu và độ
lún bên ngoài biên của hố đào. Cũng tại thời điểm này, sức kháng bị động giảm do
dòng chảy phía trong của tường, sự chuyển dịch lớn hơn xảy ra khi sức kháng bị
động thay đổi đến một lượng nào đó. Sự hình thành trạng thái ổn định nước ngầm
như vậy là nguyên nhân dẫn đến sự dịch chuyển của đất theo cả hai phương nằm
ngang và thẳng đứng.
*) Độ cứng của tường chắn và hệ chống giữ đến tường panel ứng lực trước.
Các số liệu nghiên cứu sử dụng nền biến dạng cục bộ (nền Winkler) hay các
chương trình phần tử hữu hạn về tương tác đất nền kết cấu và các số liệu quan sát
được ở hiện trường cho thấy quá trình chuyển vị ngang của tường chắn và lún của
đất xung quanh hố đào chống đỡ bằng tường trong đất giảm khi tăng độ cứng của
tường chắn và hệ thanh chống đỡ. Độ cứng đàn hồi của hệ thanh chống có vai trò rất
quan trọng. Độ chôn sâu của tường từ đáy hố đào trở xuống cũng làm thay đổi về
chất độ cứng của tường và có ảnh hưởng tới chuyển dịch của đất bên ngoài theo cả
hai phương thẳng đứng và nằm ngang.