Luận văn Thạc sĩ

LỜI TÁC GIẢ
Lời đầu tiên tác giả luận văn xin chân thành cám ơn và ghi nhớ công ơn của
NGND.GS.TS. Lê Kim Truyền đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn tác giả trong suốt quá
trình thực hiện luận văn này.
Xin cám ơn trường Đại Học Thủy Lợi - Hà Nội, nơi đã đào tạo tác giả trong
suốt thời gian học đại học, cao học và tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo bộ môn thi công đã tận tình dìu dắt, gắn
bó với tác giả trong suốt thời gian dài sinh hoạt và nghiên cứu. Tác giả xin cám ơn
Khoa công trình, Phòng đào tạo đại học và sau đại học Trường đại học Thủy Lợi đã
giúp đỡ chuyên môn cho tác giả trong những năm qua.
Xin chân thành cảm ơn Công ty cổ phần Bê tông VIDIFI đã tạo điều kiện
giúp đỡ trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này.
Tác giả có được kết quả này chính là nhờ sự chỉ bảo ân cần của các thầy, cô giáo,
cùng với sự động viên nhiệt tình của cơ quan, gia đình và bạn bè đồng nghiệp trong
những năm qua. Tác giả xin ghi nhớ tất cả những đóng góp to lớn đó.
Với thời gian và trình độ còn hạn chế, nội dung nghiên cứu còn rộng bao gồm nhiều
vấn đề nghiên cứu phức tạp. do đó luận văn còn có nhiều khiếm khuyết. Rất mong
được sự chỉ bảo và những đóng góp của thầy cô và bạn bè đồng nghiệp.
Hà Nội, tháng 11 năm 2011
Tác giả

Đỗ Bích Hòa

.

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


Luận văn Thạc sĩ


Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


Luận văn Thạc sĩ

Hình 2.16 : Bố trí hệ thống tiêu nước thường xun khi thi cơng trạm bơm tiêu.....46
Hình 3.1 : Phân biệt cát chảy....................................................................................54
Hình 3.2 Móng trực tiếp trên cát chảy, rộng dần về phía nền..................................57
Hình 3.3 Móng trên cát, đáy móng có đệm bê tơng.................................................57
Hình 3.4 : Móng đặt trên cát chảy, đáy móng có đệm dăm thi cơng trong điều kiện
có hàng ván cừ bảo vệ...............................................................................................58
Hình 3.5 Dùng giếng chìm thả để thi cơng hố thẳng đứng trong cát chảy a,bc)
Những giai đoạn kế tiếp thả giếng chìm...................................................................59
Hình 3.6 Mơ hình thể hiện trạng thái của đất đá bị đơng lạnh ở khu vực chuẩn bị thi
cơng cơng trình khai đào ngầm.................................................................................59
Hình 3.7 : Làm dạng bậc thang đối với hố đào sâu..................................................60
Hình 3.8 Tiêu nước cho mái dốc..............................................................................61
Hình 3.9 : Hệ thống giếng tiêu nước áp lực để bảo vệ nền một trạm thủy điện......63
Hình 3.10 : Giếng tiêu nước có áp lực tự chảy.........................................................63
Hình 3.11: Xử lý nước đùn ngược............................................................................63
Hình 3.12 Giếng S32 bị ngập trong nước.................................................................65
Hình 3.13: Thi cơng tầng hầm cao ốc Pacific...........................................................67
Hình 3.14 Một góc còn lại của Viện KHXH cũng bị hư hại hồn tồn....................68
Hình 3.15. Ảnh hưởng của việc xây dựng móng cơng trình trong đơ thị.................68
Hình 3.16 Sơ đồ biến dạng của tường chắn ; đáy hố móng và mặt đất quanh hố
móng (theo K.G.Bauer).............................................................................................70
Hình 3.17 : Đường ứng suất của các phần tử đất ở gần đào ( theo Lambe, 1970)...73
Hình 3.18 : Ảnh hưởng của độ cứng và nhịp chống đỡ tới chuyển dịch ngang của
tường (Goldberg và các đồng sự)..............................................................................77


tuần........................................................83

Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2

phát

triển

sau

2


Luận văn Thạc sĩ

Hình

3.22

Mặt

cắt

ngang

đại

diện



Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


1
Luận văn Thạc sĩ

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................1
2. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài .........................................................................1
3. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu. ...........................................................1
3.1. Cách tiếp cận ....................................................................................................1
3.2. Phương pháp nghiên cứu..................................................................................2
CHƯƠNG 1 .................................................................................................................3
ĐẤT VÀ HỐ MÓNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT ...............................................3
1.1. Cấu tạo và những tính chất cơ bản của đất. .....................................................3
1.1.1. Khái niệm ..................................................................................................3
1.1.2. Các thành phần vật chất tạo thành đất và các định nghĩa cơ bản ...........3
1.1.3. Kết cấu đất, xác định thành phần hạt .......................................................6
1.2. Đặc điểm của hố móng công trình trên nền đất. ............................................11
1.3. Các phương pháp đào móng và các giải pháp cơ bản chắn giữ mái hố móng.
...............................................................................................................................12
1.3.1 Các phương pháp đào móng ....................................................................12
1.3.2 Các giải pháp cơ bản chắn giữ mái hố móng .........................................15
1.4. Kết luận chương 1 ..........................................................................................24
CHƯƠNG 2 ...............................................................................................................26
ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC NGẦM ĐẾN CÔNG TÁC ĐÀO MÓNG VÀ CÁC GIẢI
PHÁP HẠ THẤP MỰC NƯỚC NGẦM ĐỂ BẢO VỆ HỐ MÓNG .............................26
2.1. Ảnh hưởng của nước ngầm đến công tác thi công hố móng (Những sự cố do
nước ngầm gây ra). ................................................................................................26

3.2.3. Thành phần, tính chất cơ lý của cát chảy ...............................................50
3.2.4 Bản chất tính chảy của cát chảy ..............................................................52
3.2.5 Nguyên nhân.............................................................................................55
3.2.6 Điều kiện xây dựng công trình ở khu vực có cát chảy. ............................55
3.3. Sự cố bục nền đáy hố móng. ..........................................................................61
3.3.1 Khái niệm: ................................................................................................61
3.3.2 Nguyên nhân xảy ra bục nền ....................................................................61
3.3.3 Biện pháp phòng ngừa và khắc phục. ......................................................62
3.3.3.1 Nguyên tắc chung về biện pháp phòng ngừa và khắc phục hiện
tượng bục nền ................................................................................................62
3.3.3.2 Một số thí dụ về biện pháp khắc phục khả năng gây bục nền ..........64
3.4 Sự chuyển vị của đất ở xung quanh hố móng ................................................66
3.4.1 Khái niệm .................................................................................................66
3.4.2 Nguyên nhân và những yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị ........................68
3.4.3 Biện pháp phòng ngừa và giải pháp khắc phục .......................................71
3.4.4 Phân tích nguyên nhân: ...........................................................................72
3.4.4.1 Tác động của sự thay đổi ứng suất trong đất nền .............................72
3.4.4.2 Kích thước hố móng ..........................................................................73
3.4.4.3 Đặc tính của đất ................................................................................74
3.3.4.4 Ứng suất ngang ban đầu trong đất ...................................................75
3.4.4.5 Tình trạng nước ngầm .......................................................................75
3.4.4.6 Độ cứng của hệ chống đỡ .................................................................75
3.5. Sạt lở hố móng. .............................................................................................80
3.6 Ảnh hưởng khi đào móng đến những công trình lân cận. ..............................86
3.6.1 Tương tác giữa công trình cũ-mới ...........................................................86
3.6.2 Nguyên nhân và giải pháp phòng ngừa ...................................................87
3.6.3 Giải pháp nền móng công trình mới ở gần công trình cũ ........................88
3.7 Biện pháp phòng ngừa và giải pháp khắc phục các sự cố ...............................90
3.7.1 Dự báo sự chuyển dịch đất công trình gần hố móng ...............................90
3.7.2 Biện pháp đối với hố móng ......................................................................90

4.4.3.2.Tính toán cho hệ thống giếng thứ 2 ................................................113
4.5. Lựa chọn và tính toán chiều sâu đóng cừ .....................................................115
4.6. Kết luận chương 4. .......................................................................................118
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. ..................................................................................120
Kết luận. ..............................................................................................................120
Kiến nghị. ............................................................................................................121
Những vấn đề còn tồn tại cần nghiên cứu. ..........................................................121

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


1
Luận văn Thạc sĩ

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước nhiều những công trình
giao thông, xây dựng, thủy lợi, các khu công nghiệp… ngày một phát triển các công
trình hạ tầng cơ sở nói trên hầu hết được xây dựng ở những vùng đồng bằng, vùng
ven biển trên nền đất, mà hầu hết móng làm sâu dưới mặt đất từ vài mét đến hàng
chục mét trên các tầng địa chất và địa chất thuỷ văn khác nhau. Thi công các công
trình trên nền đất như vậy thường gặp các hiện tượng cát đùn cát chảy, bục nền,
chuyển vị của đất … làm cho công tác thi công hố móng gặp rất nhiều khó khăn, đôi
khi bị thất bại nếu lựa chọn giải pháp xử lý không hợp lý làm cho giá thành công
trình tăng lên, thời gian thi công bị kéo dài, ảnh hưởng lớn đến chất lượng công
trình .
Để chủ động phòng ngừa, xử lý các sự cố trong quá trình thi công hố móng
việc nghiên cứu hiện tượng, nguyên nhân của các sự cố giải pháp xử lý thích hợp
các sự cố và giải pháp xử lý thích hợp các sự cố là rất cần thiết và có ý nghĩa lớn về
mặt kinh tế, kỹ thuật trong quá trình xây dựng công trình.

Phân tích những sự cố nền đất trong quá trình thi công hố móng.
- Phương pháp thực hành : Tính toán thiết kế cho một bài toán cụ thể để minh
họa cho một phần lý thuyết đã thu nhận được; từ đó phân tích nhận xét đánh giá
phương pháp nghiên cứu.

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


3
Luận văn Thạc sĩ

CHƯƠNG 1
ĐẤT VÀ HỐ MÓNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT
1.1. Cấu tạo và những tính chất cơ bản của đất.
1.1.1. Khái niệm
Để đưa ra được các giải pháp xử lý các sự cố nền đất trong quá trình thi công
hố móng một cách hợp lý, cần phải nghiên cứu nắm vững cấu tạo những tính chất
cơ bản của đất và những đặc điểm hố móng công trình trên nền đất
Trong thực tế địa kỹ thuật, thuật ngữ cấu tạo của đất được dùng để đề cập sự
sắp xếp hình học của các loại hạt hay khoáng vật cũng như các lực tác động giữa
các hạt của chúng; còn kết cấu đất chỉ đề cập đến sự sắp xếp hình học giữa các hạt.
Trong các đất hạt thô hay đất không dính, các lực giữa các hạt rất nhỏ nên kết cấu
và cấu tạo của sỏi, cát và một số đất bụi là như nhau. Tuy nhiên ngược lại trong đất
hạt mịn hay đất dính, các lực giữa các hạt tương đối lớn vì thế phải xem xét cả các
lực này, cả kết cấu và cấu tạo của đất.
1.1.2. Các thành phần vật chất tạo thành đất và các định nghĩa cơ bản

Hình 1.1 Các thành phần tạo thành đất (pha, thể)
Đất gồm ba thành phần vật chất: hạt rắn, nước và không khí


5
Luận văn Thạc sĩ

Các giá trị điển hình của các chỉ số độ rỗng của cát có thể thay đổi từ 0,4 đến 1,0,
các giá trị điển hình của đất sét thay đổi từ 0,3 đến 1,5 và trị số cao là của một số
đất hữu cơ.
Độ rỗng n được xác định theo công thức
n=

Vv
x100%
Vt

Độ bão hòa S xác định theo công thức :
S=

Vw
x100%
Vt

Độ bão hòa biểu thị tỉ lệ phần trăm của nước chứa trong tổng thể tích của các lỗ
rỗng. Nếu đất hoàn toàn khô thì S=0%, còn nếu các lỗ rỗng hoàn toàn đầy nước thì
đất hoàn toàn bão hòa và S=100%.
Lượng hàm nước (độ ẩm ) W cho biết có bao nhiêu nước trong các lỗ rỗng so với
khối lượng các hạt rắn trong đất
W=

Mw
x100%
Ms


Mw
Vw

Ngoài ra còn ba loại dung trọng khác được dùng trong công trình đất. Đó là dung
trọng khô ρ d , dung trọng bão hòa ρ sat và dung trọng ngập nước hoặc dung trọng đẩy
nổi ρ ' :
ρd =

ρ sat =

Ms
Vt

Ms + Mw
(ở đây V a =0 hoặc S=100%)
Vt

ρ ' = ρ sat − ρ w

Dung trọng khô là một căn cứ chung để đánh giá độ chặt của đất
Do cấu tạo các thành phần trong khối đất như trình bày ở trên nên khi khối đất chịu
tác động một lực ( lực của công trình truyền xuống ) khối đất sẽ bị ép co, lún xuống,
khối đất được cố kết. Tùy thuộc các thành phần vật chất tạo thành mà các đặc tính
trên sẽ khác nhau.
1.1.3. Kết cấu đất, xác định thành phần hạt
- Sự phân loại kết cấu đất dính thành các nhóm đơn giản chỉ dựa theo một số các hạt
sét là không thể làm được
- Các hạt đơn lẻ hoặc các đơn vị hạt riêng lẻ rất hiếm xuất hiện trong tự nhiên và chỉ
tồn tại trong hệ nước - sét pha rất loãng trong các điều kiện môi trường nhất định


Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


8
Luận văn Thạc sĩ

Hình 1.4 Sơ đồ đại diện
về sự bố trí hạt nguyên
tố
a.Tương tác phiến sét
riêng biệt; b. Tương tác
hạt bụi hay hạt cát riêng
biệt; c. Tương tác nhóm
phiến sét; d. Tương tác
hạt cát hay bụi được
bao bọc; e. Tương tác
hạt chỉ có được một
phần

Kết cấu của phần lớn các loại đất sét trong tự nhiên rất phức tạp
Đặc tính kỹ thuật của chúng chịu ảnh hưởng rất lớn bởi cả kết cấu vĩ mô và vi mô
- Hiện tại, không có liên hệ về định lượng giữa kết cấu vi mô và các đặc tính xây
dựng, nhưng có một sự đánh giá định tính về kết cấu của các loại đất dính và mối
liên hệ giữa chúng với đặc tính kỹ thuật của đất sẽ rất quan trọng cho người kỹ sư.
- Độ chặt tương đối D r còn gọi là chỉ số dung trọng I D được dùng để so sánh hệ số
rỗng e của đất đã cho với hệ số rỗng lớn nhất và nhỏ nhất. Độ chặt tương đối
Dr = I D =

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2

ρ dmin : dung trọng khô nhỏ nhất của đất có hệ số rỗng e max
ρ dmin : dung trọng khô nhỏ nhất của đất có hệ số rỗng e min

Cấu tạo và kết cấu của đất không dính:
- Các hạt của đất mà có thể lắng chìm trong một chất lỏng huyền phù một cách độc
lập với các loại hạt khác sẽ tạo thành một loại kiến trúc được gọi là kiến trúc hạt
đơn.
- Kết cấu hạt đơn, có thể ‘’xốp’’ hay ‘’chặt’’ của khối đất trong thiên nhiên có ảnh
hưởng rất lớn đến đặc tính kỹ thuật xây dựng của nó.
- Dưới một số điều kiện chìm lắng với vật liệu rời có thể tạo thành kết cấu tổ ong,
đây là kết cấu có độ lỗ rỗng rất lớn, có tính ‘’giả bền’’.
- Các vòm hạt có thể chịu được tĩnh tải, nhưng kết cấu lại nhảy cảm với sự phá hoại
khi chịu rung động hay tải trọng động

Hình 1.5 : Kết cấu đơn đất hạt rời
Độ chặt tương đối không phải là yếu tố duy nhất phản ánh đặc tính xây dựng của
đất không dính
Chẳng hạn hai loại cát có cùng hệ số rỗng và độ chặt tương đối, nhưng có kết cấu
không giống nhau thì đặc tính kỹ thuật sẽ rất khác nhau

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


10
Luận văn Thạc sĩ

Đường kính hạt và cấp phối
Kích thước xấp xỉ
Khoảng (mm)
1.Các vật liệu đều hạt

-

0,05

0

0

Phần rỗng
Hệ số rỗng

Cu

1
1,1
1.22.0
1.22.0

Khối lượng thế tích (Mg/m3)
Độ lỗ rỗng
(%)

Khối lượng thể tích
khô p d

Khối lượng
Dung trọng
thể tích ướt p ngập nước p'

e max

1,5

2,1

0,93

1,12

1

0,04

50

29

1,4

1,86

1,92

1,4

2,2

0,85

1,18


0,91

1,49

5
10
0,9
0,3
47
23
1,4
1,98
2,06
1,4
2,3
4 6
1
0,2
49
17
1,4
2,14
2,23
1,4
2,4
1,2
0,4
55
29
1,2


11
Luận văn Thạc sĩ

Hình 1.6 : Khả năng sắp xếp các
hạt lý tưởng khi có cùng độ chặt
tương đối

1.2. Đặc điểm của hố móng công trình trên nền đất.
Trong quá trình thiết kế, thi công, giám sát thi công hố móng, ta thấy công trình có
sáu đặc điểm chính như sau:
1. Công trình hố móng là loại công trình tạm thời, sự dự trữ về an toàn có thể là tương
đối nhỏ nhưng lại chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như : Điều kiện thi công, địa hình thi
công, địa chất công trình, nước ngầm, v.v…
2. Công trình hố móng là một khoa học đan xen giữa các khoa học về đất đá, về kết cấu
và kỹ thuật thi công ; là một loại công trình mà hệ thống chịu ảnh hưởng đan xen của
nhiều nhân tố phức tạp; và là nghành khoa học kỹ thuật tổng hợp đang còn phát triển về
mặt lý luận, thực nghiệm và thực tế thi công.
3. Hố móng là loại công trình giá cao, khối lượng công việc lớn, kỹ thuật thi công phức
tạp, phạm vi ảnh hưởng rộng, nhiều nhân tố biến đổi, sự cố hay xảy ra. Đồng thời cũng là
trọng điểm để hạ thấp giá thành và bảo đảm chất lượng công trình. Theo đà phát triển của
xã hội, các công trình nhà cao tầng, siêu cao tầng được xây dựng ngày càng nhiều. Đặc
điểm lại thường được xây dựng tại những khu đất hẹp, đông đúc dân cư, giao thông dầy

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


12
Luận văn Thạc sĩ


Luận văn Thạc sĩ

(A) Đào hố
không có
chắn giữ

Đào thẳng đứng
Đào có dốc
Đào kiểu con sơn

(B) Đào hố
có
chắn
giữ

Đào có dốc khi không có nước ngầm
Đào có dốc thoát nước bằng máng hở
Đào có dốc khi hạ mực nước bằng giếng

Cọc bản thép, cọc ống thép
Cấu thành bởi cọc nhồi BTCT (cọc xế dày, cọc xếp
thưa), tường chắn đất tổ hợp bởi một hang hoặc hai
hàng - cọc nhồi khoan lỗ và bơm vữa hoặc trộn đất
(Có neo kéo, không
vôi, cọc bơm quay)
có neo kéo)
Tường liên Tường liên tục ngầm BTCT
Tường liên tục ngầm đất vôi
tục ngầm
có cốt (SMW)

kết cấu chắn Đào gia cố bằng bơm vữa dùng áp lực đất bị động đáy hố (hoặc kết hợp
giữ khác)
với cọc chắn đất)
(F) Đào giữ thành bằng biện pháp tổng hợp - hố móng được đào bằng cách có một phần
để mái dốc, có một phần giữ thành.

Hình 1.7: Phân loại theo phương thức đào hố móng

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


14
Luận văn Thạc sĩ

Cọc

Bản

Kết cấu chắn giữ

Kết cấu chắn giữa
chịu lực bị động

Ống
Tường

Cọc nhồi BTCT đào hố bằng công nhân (có thanh neo)
Cọc nhồi BTCT khoa hố bằng máy (có thanh neo)
Cọc BTCT đúc sẵn
Cọc nhào trộn

giữ

Bộ phận
chắn đất

Kết cấu chắn đất
thấm nước

Kết cấu chắn đất,
ngăn nước

1. Cọc thép chữ H chữ I có bản cài
2. Cọc nhồi đặt thưa trát mặt ximăng lưới thép
3. Cọc đặt dày (cọc nhồi, cọc đúc sẵn)
4. Cọc hai tầng chắn đất
5. Cọc nhồi kiểu liên vòm
6. Cọc tường hợp chất, cách làm ngược nhà ngầm
7. Chắn giữ bằng đinh đất
8. Chắn giữ bằng cài cốt gia cường
1. Tường liên tục trong đất
2. Cọc, tường trộn ximăng đất dưới tầng sâu
3. Cọc trộn ximăng dưới tầng sâu, thêm cọc nhồi
4. Giữa cọc đặt dày thêm cọc phun ximăng cao áp
5. Giữa cọc đặt dày them cọc bơm vữa hoá chất
6. Cọc bản thép
7. Tường vòm cuốn khép kín
1. Kiểu tự đứng (cọc công xôn, tường)
3. Thanh neo vào tầng đất
4. Ống thép, thép hình chống đỡ (chống ngang)
5. Chống chéo

ngầm tương đối thấp, có thể lợi dụng hiệu ứng vòm giữa hai cọc gần nhau (Ví dụ
khi dùng cọc nhồi khoan lỗ hoặc cọc đào lỗ đặt thưa), để chắn mái đất. Hình 1. 10a
2. Chắn giữ bằng cọc hàng liên tục. Hình 1.10b
Trong đất yếu thì thường không thể hình thành được vòm đất, cọc chắn giữ phải xếp
thành hàng liên tục. Cọc khoan lỗ dày liên tục có thể chồng tiếp vào nhau, hoặc khi
cường độ bê tông thân cọc còn chưa hình thành thì làm một cọc rễ cây bằng bê tông
không có cốt thép ở giữa hai cây cọc để nối liền cọc hàng khoan lỗ lại, như hình
1.10c. Cũng có thể dùng cọc bản thép, cọc bản bê tông cốt thép, như hình 1.10d,e
3. Chắn giữ bằng cọc hàng tổ hợp
Trong vùng đất yếu có mực nước ngầm tương đối cao có thể dùng cọc khoan nhồi
tổ hợp với tường chống thấm bằng cọc xi măng đất, như hình 1.10f

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


16
Lun vn Thc s
cọc rễ cây hoặc bơm vữa

a)

b)

Biên đào hố
c)
Cọc trộn

Bước
Hình U
e)


Hc viờn: Bớch Ho - Lp CH 17C2