Tính toán lựa chọn kích thước hợp lý tường Barrette khi xây dựng nhà cao tầng ven bờ Tây sông Hàn

Tính toán lựa chọn kích thước hợp lý tường Barrette khi xây dựng nhà cao tầng ven bờ Tây sông Hàn

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây có nhiều công trình cao tầng đã và đang được xây dựng ở Việt Nam. Khai thác không gian ngầm giải quyết được nhiều vấn đề kinh tế – xã hội, đất đai xây dựng đô thị, môi trường…Vì vậy xây dựng công trình ngầm đang trở thành một xu hướng tất yếu trong xây dựng các đô thị hiện đại. Mặt khác tầng hầm nhà cao tầng hạ thấp trọng tâm công trình, làm tăng độ ổn định cho công trình. Tường tầng hầm (bằng hệ cọc Barrette) nhà cao tầng là tường bê tông cốt thép vây xung quanh công trình. Chiều sâu tường vây phụ thuộc vào chiều sâu tầng hầm, biện pháp thi công, địa chất công trình, tải trọng tác dụng lên tường vây… Chiều sâu của tường Barrette được thiết kế chủ yếu để giữ vách hố đào trong quá trình thi công phần ngầm, vì trong giai đoạn này hệ dầm sàn các tầng hầm chưa thi công nên nội lực và chuyển vị của tường là lớn nhất.Chiều sâu tường barrete tốt nhất khi tường cắm vào lớp đất cứng, không thấm nước như đá phiến, sét cứng. Với địa chất ở Đà Nẵng thì lớp này ở khá sâu (khoảng 40m) nên điều kiện kinh tế không cho phép.

Vì vậy, cần lựa chọn chiều sâu tường cắm vào lớp đất nào, độ ngàm sâu bao nhiêu để đảm bảo khả năng làm việc của tường và hợp lý về mặt kinh tế.

Trong khuôn khổ của luận văn trình bày về vấn đề: “Tính toán lựa chọn kích thước hợp lý tường Barrette khi xây dựng nhà cao tầng ven bờ Tây sông Hàn, Đà Nẵng”.

2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Mục đích: Nghiên cứu sự làm việc tường trong đất, các yếu tố tác động lên tầng hầm, phương pháp thi công tầng hầm, từ đó lựa chọn chiều sâu tường tầng hầm hợp lý và đưa ra các kiến nghị.

Đối tượng nghiên cứu: Các công trình xây dựng có sử dụng tường Barrette.

Phạm vi nghiên cứu: Tường trong đất (tường Barrette).

3. Phương pháp nghiên cứu

– Thu thập tài liệu của các tác giả trong, ngoài nước có liên quan đến đề tài.

– Nghiên cứu lý thuyết về tường trong đất, các công nghệ thi công tường trong đất; kết hợp với nghiên cứu phân tích các công trình tầng hầm nhà cao tầng đã được thiết kế – thi công ở thành phố Đà Nẵng.

– Sử dụng các phần mềm chuyên dụng GEO5 để tính toán.

4. Mục tiêu nghiên cứu và tính mới của đề tài

– Nghiên cứu cơ sở tính toán, sự làm việc của tường trong đất.

– Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện đất nền Đà Nẵng tác động lên tường vây.

– Nghiên cứu ảnh hưởng của biện pháp thi công đến việc lựa chọn chiều sâu tường vây.

5. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài nghiên cứu

– Ý nghĩa khoa học:

+ Đưa ra góc nhìn tổng quan về tính toán xác định kích thước tường trong đất.

+ Đề tài phù hợp với yêu cầu thực tế, lựa chọn chiều sâu tường trong đất hợp lý, kinh tế.

– Ý nghĩa thực tiễn:

Các kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng cho chuyên ngành địa kỹ thuật, thi công xây dựng công trình tầng hầm nhà cao tầng.

6. Cấu trúc của luận văn

Luận văn bao gồm phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, phụ lục, tài liệu tham khảo và 3 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về tường trong đất và các phương pháp thi công tầng hầm nhà cao tầng tại Đà Nẵng.

Chương 2: Phương pháp tính toán tường trong đất.

Chương 3: Tính toán lựa chọn kích thước tường trong đất.

7. Sơ đồ khối quá trình nghiên cứu

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG TRONG ĐẤT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG

1.1. TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG TRONG ĐẤT

1.1.1. Giới thiệu về tường trong đất

a. Định nghĩa tường trong đất

Tường trong đất (tường Barrette) là một bộ phận kết cấu công trình bằng bê tông cốt thép, được đúc tại chỗ hoặc lắp ghép nằm trong đất. Tường Barrette được tạo nên bởi các panels Barrette nối liền với nhau qua các liên kết mềm hoặc liên kết cứng theo chu vi nhà tạo nên một hệ thống tường bao trong đất.

b. Vật liệu chủ yếu làm tường Barrette

– Bê tông dùng cho tường Barrette là bê tông có cấp độ bền lớn hơn B22,5. Dùng không ít hơn 400kg xi măng PC30 cho 1m³ bê tông.

– Cốt thép:

+ Thép chủ thường dùng có đường kính (16÷32)mm loại AII÷AIII .

+ Thép đai thường dùng có đường kính (12÷16)mm loại AI hoặc AII.

c. Kích thước hình học của Barrette

Các panels Barrette thường có tiết diện hình chữ nhật với chiều rộng từ 0,4m đến 1,8m; chiều dài từ 2,4m đến 6,7m; chiều sâu thông thường từ 12m đến 30m, cá biệt có những công trình sâu đến 100m.

1.1.2. Nguyên tắc thiết kế kết cấu tường Barrette

Khi lựa chọn kích thước tường Barrette thường căn cứ vào các yếu tố:

– Chân tường phải cắm vào hoặc xuyên qua tầng đất sét, sét pha thì mới đảm bảo được nước dưới đất bên ngoài tường Barret không thấm hoặc thấm chậm vào hố đào.

– Chiều sâu của tường chôn trong đất, chiều sâu tường càng lớn thì áp lực đất tác dụng lên tường càng tăng, nên chiều dày của tường phải đảm bảo về khả năng chịu lực và biến dạng.

– Biện pháp thi công: Biện pháp thi công tầng hầm ảnh hưởng đến chiều dày của tường, vì trong quá trình thi công đào đất sẽ làm thay đổi sơ đồ làm việc tường, khi đó tường làm việc theo dạng conson, dạng conson có một thanh chống, dạng conson nhiều thành chống…

1.1.3. Công nghệ thi công tường Barrette

a. Tóm tắt biện pháp thi công tường Barrette

Sử dụng thiết bị thi công chuyên dụng với các gầu đào phù hợp với tiết diện tường Barrette để đào hố sâu. Đồng thời sử dụng dung dich Bentonite hoặc dung dịch SuperMud để giữ cho thành hố đào không bị sạt lở. Đặt lồng thép vào hố đào, tiến hành đổ bê tông theo phương pháp vữa dâng, dung dịch Bentonite trào lên do bê tông chiếm chỗ được gom vào bể thu hồi để xử lý và sử dụng lại. Các panels Barrette được nối với nhau qua các liên kết chống thấm để tạo thành tường Barrette.

b. Quy trình thi công tường trong đất

Tường trong ®Êt được chia thành các panels được nối với nhau bằng các cạnh ngắn của tiết diện, giữa các cạnh ngắn của panels có gioăng chống thấm. Trình tự thi công tường trong ®Êt bằng phương pháp đổ bê tông tại chỗ được thực hiện theo qui trình sau:

– Đào hố panels đầu tiên:

+ Bước 1: Dùng gầu đào thích hợp để đảm bảo được kích thước định hình sẵn, đào một phần hố đến chiều sâu thiết kế, có thể đào cả hố khi kích thước hố đào nhỏ, đào đến đâu phải kịp thời cung cấp dung dịch Bentonite đến đó.

+ Bước 2: Đào phần hố bên cạnh, cách phần hố đầu một đốt.

+ Bước 3: Đào nốt phần còn lại (đào trong dung dịch Bentonite) để hoàn thành một panels đầu tiên theo thiết kế.

+ Bước 4: Đặt gioăng chống thấm CWS vào hố đã đào sẵn (có thể sử dụng dụng cụ được thiết kế phù hợp) trong dung dịch Bentonite, sau đó hạ lồng thép vào hố móng.

+ Bước 5: Đổ bê tông theo phương pháp vữa dâng.

+ Bước 6: Hoàn thành đổ bê tông cho toàn bộ panels thứ nhất. Đào hố cho panels tiếp theo và tháo bộ giá lắp gioăng chống thấm.

– Đào hố panels tiếp theo:

+ Bước 7: Đào một phần hố đến độ sâu thiết kế. Đào cách panels đầu tiên một đốt sau khi bê tông của panels trước đó đã liên kết được khoảng 12 giờ.

+ Bước 8: Đào tiếp đến sát panels số 1.

+ Bước 9: Gỡ bộ gá lắp gioăng chống thấm bằng gầu đào khỏi cạnh panels số 1, nhưng gioăng chống thấm CWS vẫn nằm tại chỗ tiếp giáp giữa hai panels.

+ Bước 10: Hạ lồng cốt thép xuống hố đào chứa đầy dung dịch Bentonite. Đặt bộ gá lắp cùng với gioăng chống thấm vào vị trí.

+ Bước 11: Đổ bê tông cho panels thứ hai bằng phương pháp vữa dâng như panels số 1.

+ Bước 12: Tiếp tục đào hố cho panels thứ ba ở phía bên kia của panels số một. Việc thực hiện đặt bộ gá lắp cùng với gioăng chống thấm và hạ lồng cốt thép, đổ bê tông cho panels thứ ba giống như đã thực hiện cho các panels trước.

– Tiếp tục thi công theo qui trình thi công như vậy để hoàn thành toàn bộ bước tường trong đất như thiết kế.

>3m

5

6

4

1.2. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VEN BỜ TÂY SÔNG HÀN, THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

10

11

12

>3m

>3m

Hình 1.1: Quy trình thi công tường Barrette

1.2.1. Điều kiện địa chất công trình tại thành phố Đà Nẵng

Theo bản đồ địa chất và khoáng sản 1:200.000 tờ Hướng Hóa – Huế – Đà Nẵng và các báo cáo khảo sát địa chất công trình của nhiều công ty tư vấn, khảo sát – xây dựng, cấu trúc địa chất khu vực Đà Nẵng có các đơn vị địa tầng chủ yếu (từ dưới lên) sau đây: [1]

– Địa tầng:

+ Hệ tầng A Vương (∈₂– O₁av): Đây là thành tạo đá biến chất đến tướng đá phiến lục được tách ra 3 phụ hệ tầng. Thành phần thạch học gồm: đá phiến sericit –clorit-thạch anh, đá phiến thạch anh-mica, đá hoa, cát kết dạng quarzit, cát kết sericit, đá phiến sét đen, đá phiến sừng,…

+ Hệ tầng Long Đại (O₃– S₁lđ): Hệ tầng Long Đại cũng gồm 3 phụ hệ tầng và là đá trầm tích biến chất yếu, có cấu tạo xen nhịp đá phân lớp mỏng – trung bình với đá phân phiến. Thành phần thạch học đặc trưng bao gồm: cát kết, cát bột kết sericit, đá phiến sericit – clorit, đá phiến thạch anh sericit, đá phiến thạch anh, đá phiến sét màu đen, cát bột kết, bột kết, thấu kính đá vôi.

+ Hệ tầng Tân Lâm (D1tl): Tham gia cấu tạo hệ tầng này có 2 phụ hệ tầng phủ bất chỉnh hợp trên hệ tầng Long Đại và bao gồm: cát kết, bột kết, đá phiến sét màu tím gụ, nâu đỏ, xám vàng, ít hơn có cuội cạn kết. Nước dưới đất chỉ tồn tại trong khe nứt và rất nghèo.

+ Hệ tầng Ngũ Hành Sơn (C – Pnhs): Hệ tầng được cấu tạo từ đá vôi hoa hóa màu trắng, xám hồng, ít hơn có đá phiến thạch anh – sericit, quarzit phân phiến.

+ Trầm tích Đệ Tứ (Q): Trầm tích Q bao gồm các thành tạo sông, sông – biển, biển, biển – đầm lầy có tuổi từ Pleistocen sớm đến Holocen muộn với bề dày từ 1-3m ở rìa đồng bằng (chân đồi, núi) đến 50 – 60m (vùng sát biển). Thành phần thạch học đặc trưng có: cát, cuội, sỏi, cát pha, sét pha, bùn, than bùn có chứa hữu cơ, vỏ sò, hến.

Trong thành tạo bở rời trầm tích Q tàng trữ nước dưới đất có lưu lượng q=0,1-3,26l/sm, hệ số thấm K=1,4-26,73m/ngày đêm và mực nước tĩnh cách mặt đất 1-3,5m.

– Magma xâm nhập:

+ Phức hệ Đại Lộc (ργa D1đl) gồm: Granit biotit dạng porphyr, granit 2 mica dạng porphyr, cấu tạo gneis.

+ Phức hệ Hải Vân (γa T₃hν): Đây là phức hệ magma có diện phân bố rộng nhất, gồm: melanogranit biotit, granit biotit, granit 2 mica granitalaskit, granitaplit,…

+ Phức hệ Bà Nà (γa E₂bn): Được đặc trưng bằng granit biotit, granit 2 mica, granitaplit,…

– Kiến tạo và tân kiến tạo:

Vỏ quả đất lãnh thổ thành phố Đà Nẵng bị nhiều hệ thống đứt gãy theo phương gần á vĩ tuyến và phương kinh tuyến chia cắt, làm giảm tính liên tục của đá, giảm độ bền của chúng, nhất là tạo nên các đới nứt nẻ tăng cao độ chứa nước. Đây là hiểm họa trong xây dựng công trình nói chung và công trình ngầm nói riêng. Ngoài ra, hoạt động xâm nhập trẻ (phức hệ Bà Nà), chuyển động nâng phân dị khối tảng vùng núi và sụt võng dạng địa hào là những biểu hiện chuyển động tân kiến tạo, tuy không mạnh nhưng cần xem xét khi thiết kế, thi công công trình ngầm, công trình có quy mô.

1.2.2. Thống kê báo cáo số liệu địa chất đã khảo sát tại ven bờ Tây sông Hàn, thành phố Đà Nẵng [1]

a. Công trình: Văn phòng đại diện (VPĐD) Ngân hàng Thương mại Cổ phần Công thương Việt Nam (ViettinBank) khu vực miền Trung tại Đà Nẵng

Vị trí xây dựng: 36 Trần Quốc Toản,quận Hải Châu, thành phố Đà Nẵng.

Tổng hợp kết quả ngoài trời và phân tích trong phòng có thể chia nền đất thành các lớp từ trên xuống như sau:

• Lớp 1 – Cát hạt vừa đến nhỏ, trạng thái chặt vừa. Chiều dày từ 5,8m đến 6,2m.
• Lớp 2 – Cát hạt nhỏ đến bụi, màu xám xi măng, bão hòa nước, trạng thái rời. Chiều dày từ 6,2m đến 10,2m.
• Lớp 3 – Cát hạt nhỏ đến hạt bụi, màu xám đen, bão hòa nước, trạng thái chặt vừa. Chiều dày từ 3,5m đến 5,2m.
• Lớp 4 – Cát hạt bụi màu xám xanh, xám xi măng, bão hòa nước, chặt vừa. Chiều dày từ 3,6m đến 4,1m.
• Lớp 5 – Sét nhẹ màu xám xi măng, xám đen, cuối lớp lẫn vỏ sò, trạng thái dẻo mềm. Chiều dày từ 3m đến 9m.
• Lớp 6 – Sét nhẹ màu xám xanh, loang lổ nâu, xám xi măng, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng. Chiều dày từ 7,1m đến 7,5m.
• Lớp 7 – Cát hạt thô màu xám xanh, trạng thái chặt. Chiều dày từ 6,1m đến 8,5m.

Mực nước ngầm đo được ổn định trong khoảng -1,8 đến -1,9m kể từ mặt đất.

Bảng 1.1. Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất của công trình Viettinbank Đà Nẵng

b. Công trình: Trung tâm hành chính thành phố Đà Nẵng.

Vị trí xây dựng: 24 đường Trần Phú, quận Hải Châu, thành phố Đà Nẵng.

• Lớp 1 – Cát mịn, trạng thái rời đến chặt vừa. Chiều dày từ 6,2m đến 9,1m.
• Lớp 2 – Á cát, trạng thái dẻo. Chiều dày từ 1,5m đến 2,2m.
• Lớp 3 – Cát mịn, trạng thái rời đến chặt vừa. Chiều dày từ 9 m đến 11m.
• Lớp 4 – Sét, trạng thái dẻo nhão đến dẻo mềm. Chiều dày từ 2 m đến 5m.
• Lớp 5– Cát hạt mịn, trạng thái chặt đến rất chặt. Chiều dày 4m đến 6m.
• Lớp 6– Á sét, dẻo mềm đến dẻo cứng.Chiều dày 2m đến 8,2m.
• Lớp 7 – Cát hạt thô chặt vừa đến chặt. Chiều dày 5,3 đến 6,5m.

Mực nước ngầm đo được ổn định trong khoảng -1,5 đến -2,0m kể từ mặt đất.

Bảng 1.2. Chỉ tiêu cơ lý lớp đất công trình Trung tâm hành chính Đà Nẵng

c. Công trình: Tòa nhà hỗn hợp Văn phòng SHB Đà Nẵng.

Vị trí xây dựng: Lô A21, Nguyễn Văn Linh, Q. Hải Châu, TP. Đà Nẵng.

• Lớp 1: Cát hạt nhỏ, màu xám vàng, trạng thái ẩm, bão hoà, kết cấu chặt vừa. Bề dày lớp từ 8,0m đến 9,5m.
• Lớp 2: Cát hạt bụi, màu xám xanh đen, trạng thái bão hoà, kết cấu chặt vừa – chặt. Bề dày lớp từ 5,50m đến 7,5m.
• Lớp 3: Sét pha cát, trạng thái dẻo mềm. Bề dày 1,00m đến 3,00m.
• Lớp 4: Cát hạt bụi, màu xám trắng, trạng thái bão hoà, kết cấu chặt. Bề dày lớp mỏng, thay đổi từ 2,00m đến 3,00m.
• Lớp 5: Sét pha cát màu xám xanh, trạng thái dẻo mềm. Bề dày lớp từ 4,50m đến 8,00m.
• Lớp 6: Sét pha cát, trạng thái cứng. Bề dày lớp 3,0m.
• Lớp 7: Sét pha cát màu xám nâu, xám đen, trạng thái cứng. Bề dày lớp 8,00m.
• Lớp 8: Sét pha cát, trạng thái cứng. Bề dày lớp 5,0m.

Mực nước ngầm đo được ổn định trong khoảng -2,0 đến -2,5m kể từ mặt đất.

Bảng 1.3. Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất của công trình Ngân hàng SHB Đà Nẵng

d. Công trình: Bạch Đằng Hotel Complex.

Vị trí xây dựng: 50 Bạch Đằng, Q. Hải Châu, TP. Đà Nẵng

• Lớp 1 – Cát hạt vừa đến nhỏ, trạng thái chặt vừa. Chiều dày từ 7,9m đến 9,2m.
• Lớp 2 – Cát hạt mịn, trạng thái chặt vừa. Chiều dày từ 10,3m đến 11,1m.
• Lớp 3– Sét xám đen, xanh, trạng thái nửa cứng. Chiều dày 10,5m.
• Lớp 4– Sét xám xanh, dẻo mềm. Chiều dày 11,9m.

Mực nước ngầm ở độ sâu 2m kể từ mặt đất.

Bảng 1.4. Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất công trình Bạch Đằng Hotel Complex

e. Công trình: Trung tâm Thông tin khu vực miền Trung – Tây Nguyên.

Vị trí xây dựng: 81 Quang Trung, Q. Hải Châu, TP. Đà Nẵng.

• Lớp 1: Cát hạt mịn, ẩm đến bão hòa nước, trạng thái rời. Bề dày thay đổi từ 8m đến 8,5m.
• Lớp 2: Cát mịn màu xám, bão hòa nước, trạng thái rời. Bề dày lớp từ 11,5m đến 12,5m.
• Lớp 3: Á sét màu xám, bão hòa nước, trạng thái dẻo cứng. Bề dày thay đổi từ 4m đến 6m.
• Lớp 4: Cát mịn, chặt vừa đến rất chặt. Bề dày thay đổi từ 3,5m đến 4m.
• Lớp 5: Á sét, dẻo cứng. Bề dày thay đổi từ 1,2m đến 2,2m.
• Lớp 6: Cát mịn, rất chặt. Bề dày từ 2,7m đến 6,7m.
• Lớp 7: Sét xám đen, trạng thái nửa cứng. Bề dày thay đổi từ 9m đến 10m.

Bảng 1.5. Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất công trình Trung tâm Thông tin khu vực miền Trung – Tây Nguyên tại Đà Nẵng

Hình 1.2. Mặt cắt địa chất các công trình

Ghi chú: a. là mặt cắt địa chất công trình Viettin bank Đà Nẵng.

b. là mặt cắt địa chất công trình Trung tâm hành chính thành phố Đà Nẵng.

c. là mặt cắt địa chất công trình Ngân hàng SHB.

d. là mặt cắt địa chất công trình Bạch Đằng Hotel Complex.

e. là mặt cắt địa chất công trình Trung tâm Thông tin khu vực miền Trung – Tây Nguyên tại Đà Nẵng.

1.3. TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG (SỬ DỤNG TƯỜNG BARRETTE)

1.3.1. Phương pháp thi công Top-down

Trình tự thi công:

1. Thi công tường chắn đất (Diagram wall).

Tường chắn đất phải được thi công thành một chu vi kín.

Cấu tạo của cấu kiện này là các tường bê tông cốt thép, có thể kết hợp với cọc nhồi xen kẽ để tham gia chịu lực cùng kết cấu móng.

Công nghệ thi công tường chắn đất (tường Barrette) theo trình tự như đã nêu ở mục 1.1.3.

Khi tường vây đã được thi công thành một chu vi kín quanh diện tích xây dựng, ta bắt đầu tiến hành giai đoạn kế tiếp.

1. Thi công cọc khoan nhồi tại vị trí các cột chịu lực

Dựa theo bản thiết kế để xác đinh vị trí các cột chịu lực sau khi công trình hoàn tất, từ đó xác định tim cọc và tiến hành thi công theo trình tự.

Các cọc khoan nhồi nằm dưới móng cột ở bên trong mặt bằng nhà thì chỉ thi công tới cốt móng (không tính phần bê tông đỉnh cọc phải đập bỏ sau này). Các Kingpost được đặt trong cọc khoan nhồi và chờ dài lên cốt không (cốt nền ngay tại mặt đất). Các cốt thép hình này là trụ đỡ các tầng nhà hình thành trong khi thi công Top-down nên nó được tính toán để chịu được tất cả các tầng nhà được hình thành trước khi móng có khả năng chịu lực (bao gồm các tầng hầm và một số hữu hạn các tầng phần thân đã tính trước).

Sau khi thi công xong cọc khoan nhồi và Kingpost, bắt đầu tiến hành thi công hệ dầm sàn tầng trệt của công trình.

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN 2014\LUAN VAN KY THUAT\LUAN VAN LOP K26 XDDD\VO XUAN NGUYEN