Giáo trình Thi công công trình ngầm bằng phương pháp đặc biệt: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:79

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 của giáo trình "Thi công công trình ngầm bằng phương pháp đặc biệt" cung cấp cho học viên những nội dung về: điều kiện đặc biệt trong xây dựng công trình ngầm; thi công giếng đứng bằng phương pháp đặc biệt; thi công lò nghiêng bằng phương pháp đặc biệt; thi công lò bằng bằng phương pháp đặc biệt;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Thi công công trình ngầm bằng phương pháp đặc biệt: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH GIÁO TRÌNH THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐẶC BIỆT DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH - 2020
Chƣơng 1 ĐIỀU KIỆN ĐẶC BIỆT TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM 1.1. Khái niệm Khi công trình ngầm thi công trong điều kiện địa chất, địa chất công trì nh, địa chất thủy văn, địa hóa học, địa cơ học phức tạp không thể dùng được các phương pháp thông thường, phải chuyển sang phương pháp đặc biệt thìgọi làthi công công trình bằng phương pháp đặc biệt. Công trình cóthể chịu một số yếu tố đặc biệt như: chứa nước, chứa khí , phay phá đứt gãy, cát chảy, nhiệt độ cao hay chịu nhiều yếu tố đặc biệt cùng xảy ra như: vừa cónhiệt độ cao, vừa chứa khíhoặc cóhiện tượng bùng nền. n chung, mức độ phức tạp của điều kiện đặc biệt được đánh giá bằng các Nhì chỉ tiêu sau đây:  Cóbao nhiêu yếu tố đặc biệt cùng xảy ra  Từng yếu tố gây khó khăn cho thi công như thế nào  Thiết bị đặc biệt (thiết bị chuyên dùng) để khắc phục trong thi công  Giải pháp khắc phục áp dụng  Tính nguy hiểm vàmất an toàn trong thi công  Giáthành 1m công trình so với điều kiện bình thường. 1.2. Các điều kiện đặc biệt 1.2.1. Đá có độ kiên cố rất lớn Khi độ kiên cố của đá theo Protodiakonov f>10 sẽ tạo ra sự khó khăn phức tạp trong quá trình phá đá. Hiệu quả khoan vàgiáthành khoan sẽ không thể bì nh thường, đòi hỏi thiết bị cũng có đặc tính cao phục vụ cho công tác khoan lỗ mì n phá đá hay dùng thiết bị điện từ trường, phương pháp nhiệt… để phá đá ở gương đào. 1.2.2. Phay phá địa chất Các phá hủy cục bộ tạo ra một dải ảnh hưởng cho việc đào và chống giữ công trình. Tại các phay phávàvùng lân cận đất đá bị vònhàu, cónhiều diễn biến phức tạp về địa chất, địa chất công trình, địa chất thủy văn, tính chất lýhóa của khối 1
đá thi công,… làm cho quátrì nh chống giữ trở lên vô cùng khó khăn, phức tạp, đòi hỏi phải cónhững giải pháp phùhợp. 1.2.3. Cát chảy Cát chảy làhỗn hợp giữa nước và đất (đất chảy) gồm 2 phần lỏng và đặc. Phần đặc gồm các hạt bụi, bùn đá có kích thước hạt ≥0.005mm có thể lắng đọng trong nước. Phần lỏng gồm nước và các hạt kích thước
1.2.9. Nhiệt độ cao Nhiệt độ cao làtác nhân ảnh hưởng lớn vàtrực tiếp tới người vàthiết bị thi công. Không có giải pháp hữu hiệu đặc thù cho quátrì nh này thìkhông cho phép xây dựng công trình được. Các giải pháp kéo theo hàng loạt các chi phíkhác vàcác điều kiện đảm bảo. 1.2.10. Độ chứa nƣớc, áp lực nƣớc, tốc độ nƣớc Độ chứa nước, áp lực nước, tốc độ nước lànhững yếu tố hết sức phức tạp và bất lợi cho quá trình đào và chống giữ công trì nh ngầm. Các giải pháp hữu hiệu ngăn ngừa các yếu tố trên làcả một vấn đề lớn, phức tạp trong lĩnh vực xây dựng ngầm vàmỏ. 1.2.11. Sự sụp đổ liên tục Sự sụp đổ liên tục của biên công trình đã làm cho quá trình đào và chống bị gián đoạn. Không thể chống công trình khi chưa có giải pháp khắc phục sự sụp đổ biên công trình. Đây cũng là một vấn đề phức tạp, đòi hỏi nhiều công sức, nhiều sáng tạo của những nhàxây dựng ngầm vàmỏ. 1.2.12. Sự chuyển dịch đất đá Sự chuyển dịch đất đá vào hang đào sớm (bùng nền) cũng mang những yếu tố bất bình thường cho công tác đào và đặc biệt làchống giữ. Ở đây cũng còn nhiều vấn đề chưa được đề cập đến vàgiải quyết hiện nay trên thế giới. Những yếu tố trên đây là những yếu tố hay gặp trong thực tế xây dựng công nh ngầm. Ngoài các yếu tố kể trên còn phải kể đến hàng loạt các yếu tố góp phần trì t nhiều cản trở công việc bình thường khi đào, chống công trì í nh ngầm. Nói chung, các yếu tố tạo nên điều kiện đặc biệt trong xây dựng công trình ngầm cũng đa dạng vàphong phú, thể hiện khi thìriêng rẽ, khi thì đồng thời với mức độ ảnh hưởng rất khác nhau. Nhìn chung, ở mỗi một điều kiện cụ thể cần xác định đầy đủ các yếu tố và đánh giá chính xác mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố vàcủa tổ hợp các yếu tố đến quátrình công nghệ đào, chống công trình ngầm. Từ đó sẽ rút ra những giải pháp thích hợp cho xây dựng công trình ngầm. 1.3. Phân loại các điều kiện đặc biệt Hiện nay cónhiều quan điểm phân loại điều kiện đặc biệt: 3
- Quan niệm phân chia theo đặc điểm tự nhiên của khối đá, theo đó người ta chia ra: loại bở rời, loại liền khối, loại khô, loại chứa nước… - Quan điểm chia theo nhóm các yếu tố ảnh hưởng: Nhóm ảnh hưởng đến giải pháp đào phá đá và nhóm ảnh hưởng đến các giải pháp chống giữ. Các nhóm ảnh hưởng đến giải pháp đào là các điều kiện về thủy văn, điều kiện địa chất mỏ; các nhóm ảnh hưởng đến giải pháp chống là các điều kiện về địa cơ học. Trong mỗi nhóm sẽ chia thành các phân nhóm nhỏ hơn. Cách phân loại này cũng chỉ làquy ước, mang tính chung, chưa có các tiêu chuẩn lượng hóa rõràng. Vìvậy, khi phân chia mới chỉ dựa theo mặt định tính và chưa đi vào mặt định lượng của các điều kiện. Hình 1.1 giới thiệu bảng phân loại điều kiện đặc biệt, được dùng để định hướng các giải pháp đào và chống công trình ngầm. Hình 1.1. Phân loại điều kiện đặc biệt 1.4. Phƣơng pháp thi công đặc biệt Tùy thuộc vào điều kiện đặc biệt về địa lý, địa chất thủy văn, địa chất công nh, địa cơ học, địa hóa học khu vực xây dựng công trì trì nh ngầm vàmỏ màchọn lựa phương pháp thi công đặc biệt cho phù hợp. Trong từng điều kiện cụ thể khu vực xây dựng công trình cần xác định đầy đủ các yếu tố đặc biệt, đánh giá mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố, tổ hợp yếu tố đến qui trì nh công nghệ thi công. Ta có thể chọn một phương pháp hoặc kết hợp nhiều phương pháp dưới đây để thi công: 1) Phương pháp đóng cọc 2) Phương pháp tạo vỏ bêtông kí n 4
3) Phương pháp thả vỏ chống chìm 4) Phương pháp dùng buồng khíép 5) Phương pháp hạ mực nước ngầm 6) Phương pháp hóa học 7) Phương pháp điện hóa học 8) Phương pháp ép vữa xi măng 9) Phương pháp ép vữa đất sét 10) Phương pháp ép vữa hắc í n 11) Phương pháp đóng băng nhân tạo 12) Phương pháp dùng máy liên hợp, phương pháp khiên đào 13) Phương pháp nén ép Phương pháp 1, 2, 3, 12, 13 là phương pháp đặc biệt thực sự. Các phương pháp còn lại mang tính chất gia cố đất đá ban đầu. Câu hỏi ôn tập Câu 1. Trình bày khái niệm điều kiện đặc biệt. Liệt kêcác chỉ tiêu đánh giá mức độ phức tạp của điều kiện đặc biệt. Câu 2. Phân loại các điều kiện đặc biệt. Câu 3. Liệt kê các phương pháp thi công đặc biệt 5
Chƣơng 2 THI CÔNG GIẾNG ĐỨNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐẶC BIỆT 2.1. Phƣơng pháp đóng cọc 2.1.1. Phƣơng pháp thi công - Cọc để thi công: bằng gỗ hay thép, cọc cóthể đóng thẳng đứng hay xiên, có thể đóng một lớp hay nhiều lớp. Khi đóng nhiều lớp thìdiện tí ch tiết diện giếng bị thu nhỏ lại, cho nên khi thi công diện tích cần phải đảm bảo điều kiện tốc độ gió 3m/s
- Nếu chiều dày lớp đất đá yếu chứa nước lớn hơn chiều dài của cọc thìphải đóng lớp cọc thứ 2. Trình tự đóng cọc vàbốc đất đá giống như trên. - Khi cọc đóng vào lớp đất đá không thấm nước với độ sâu 1-1,5m thìdừng lại chống cố định cho đoạn công trình qua lớp đất đá mềm yếu, sau đó tiến hành thi công CTN bình thường. Đóng cọc xiên thường dùng để thi công giếng có tiết diện ngang hì nh chữ nhật. Trình tự đóng cọc tương tự như đóng cọc thẳng. Khi đóng cọc xiên tiết diện giếng không giảm nhưng bị hở ở các góc giếng. Khi gương giếng cách lớp đất đá mềm yếu chứa nước 0,5m ta đặt khung định hướng bằng thép hoặc gỗ (nếu bằng gỗ đường kính 18-20cm). Giữa 2 vành định hướng ta đóng cọc bằng búa thủy lực hoặc thủ công, góc nghiêng ra ngoài của cọc tạo mặt phẳng nằm ngang 70-750. Cọc thép ưu việt hơn cọc gỗ: độ bền lớn hơn, chiều dài cọc lớn hơn (đến 15 m), các cọc tiếp xúc với nhau tốt hơn, í t bị biến dạng khi thi công, tốc độ đóng nhanh do đóng bằng búa máy. Cọc bằng thép có thể làcọc chuyên dùng. Cọc ghép lại từ thép hì nh, thông thường dùng cọc ống. Khi dùng cọc ống bằng kim loại thìcóthể lợi dụng ống này để thoát nước. Dùng cọc ống hiệu quả nhất khi chiều dày lớp đất đá đóng cọc là3÷4 m, lúc ấy chiều dài cọc là5÷6 m, cọc đóng một lớp, chỉ dùng một lần. Phương pháp đóng cọc dùng trong cát chảy, đất đá chứa nước, cóchiều dày lớn nói chung làhiệu quả. Nhưng khi gặp đá kẹp thìcọc khó đóng qua, dễ bị lệch tâm giếng hoặc cọc bị hở. Vìvậy phạm vi ứng dụng bị hạn chế. Phương pháp đóng cọc thường là phương pháp phụ cho phương pháp hạ mực nước ngầm, dùng để thi công lớp đất đá không được tháo khô. 2.1.2. Ƣu nhƣợc điểm vàphạm vi áp dụng * Ƣu điểm: Đơn giản, không đòi hỏi trình độ cao, giáthành thi công rẻ, dùng đóng cọc trong cát chảy, đất đá chứa nước, cóchiều dày lớn nói chung làhiệu quả. * Nhƣợc điểm: Điều kiện thi công phức tạp, hiệu suất lao động thấp, tốc độ đào lò chậm, khả năng cơ giới hóa thấp. Khi thi công dễ làm trượt lở công trì nh trên mặt. 7
* Phạm vi áp dụng Phương pháp đóng cọc cóthể dùng độc lập hoặc phối hợp với phương pháp khác khi thi công giếng đứng qua lớp đất đá yếu, chứa nước, cát chảy cóchiều dày 34m, nằm gần mặt đất, không lẫn đá tảng hoặc đá cứng gây cản trở khi đóng cọc. 2.1.3. Những yêu cầu khi lập thiết kế vàthi công - Chọn loại cọc và phương pháp đóng cọc, một lớp cọc hay nhiều lớp cọc - Phải xác định các yêu cầu cơ bản của cọc - Xác định đường kính ban đầu giếng, đề phòng đóng làm giảm tiết diện sử dụng của giếng - Lựa chọn phương pháp đóng cọc - Kỹ thuật đào xúc đất đá *Bản vẽ thi công: - Môtả mặt cắt ngang công trình sau khi đã hoàn thành toàn bộ công việc thi công - Các mặt cắt ngang vàdọc của công trì nh trong thời kỳ tổ chức thi công - Hộ chiếu khoan nổ mì n, chống giữ công trì nh - Cấu trúc rãnh nước, đường ống, dây diện.. - Biểu đồ tổ chức chu kỳ - Bảng chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật 2.2. Phƣơng pháp tƣờng bê tông kín 2.2.1. Khái quát chung Đây thực chất là phương pháp dùng cọc bằng bê tông đổ tại chỗ hoặc đóng cọc bê tông đúc sẵn, các cọc bê tông được đặt liên tiếp nhau tạo thành tường bêtông n nằm ở ngoài chu vi giếng thiết kế ngăn cát và nước chảy vào khu vực thi công. kí Phương pháp này do thi công tương đối phức tạp nên không được áp dụng rộng rãi. Nhưng nó có ưu điểm hơn so với phương pháp đóng cọc vìcóthể sử dụng trong đá rắn chứa nước, trong đá tảng, đá kẹp vàchiều dày của lớp đất đá chứa nước cần đóng cọc lớn. Quátrình thi công gồm các bước: Xác định vị tríbố trícọc → Tạo lỗ khoan → Đổ bêtông tạo cọc → Bốc xúc đất đá → Thi công vỏ chống. 8
2.2.2. Phạm vi áp dụng Sử dụng trong đá rắn chứa nước, trong đá liên kết mềm yếu chứa đá tảng, đá kẹp vàchiều dày của lớp đất đá mềm yếu chứa nước cần đóng cọc lớn mà phương pháp đóng cọc không dùng được hay hiệu quả kém. 2.2.3. Phƣơng pháp tạo vỏ bêtông kí n - Cọc được bố trítrên vòng tròn đồng tâm với tâm giếng, cọc cóthể làcọc bêtông hoặc bêtông cốt thép, được đặt trong đất đá mềm hoặc cứng. - Để tạo cọc người ta khoan lỗ khoan từ trên mặt đất xuống (đất đá rắn)→đặt ống bao bằng kim loại vào trong lỗ khoan sau đó tạo cọc theo 3 cách sau: + Đổ bêtông vào ống bao đồng thời kéo ông bao lên + Nếu kéo ông bao lên khó khăn để luôn ống bao lại rồi đổ bêtông + Nếu đất đá ổn định thìkéo ống bao lên rồi đổ bêtông vào trong lỗ khoan. - Ống bao có đường kính 520625mm, chiều dài 45m, trọng lượng 300350 kg, nếu chiều dày lớp đất đá lớn hơn chiều dài ống bao thi nối các ống bao lại với nhau. Để các cọc xít với nhau ta tạo khớp nối ở cọc. Để tạo khớp nối ở cọc ta hàn thép chữ C dọc theo ống bao. - Quátrình thi công: Giai đoạn 1: Xác định vị trí đóng cọc vàtạo nút bêtông. Giai đoạn 2: Đóng ống bao xuống độ sâu cần thiết. Giai đoạn 3: Đập tháo nút bêtông. Giai đoạn 4: Đổ bêtông thân cọc: Sau khi đạp nút bê tông ta đổ bê tông hơi ẩm vào lỗ khoan và đầm dùi, chiều cao lớp đổ bêtông từ 0,60,8m, mác bêtông nh chất cơ lý đất đá mà cọc đi qua. Nếu cọc đi phụ thuộc vào chiều dài của cọc vàtí qua lớp nước cótính chất ăn mòn phải dùng phụ gia chống thấm. Nếu dùng cọc bê tông cốt thép có thể dùng thép ct3, cốt ngang đường kí nh 68mm, cốt chịu lực 1820mm. Bước xoắn cốt ngang ở thân cọc là15cm vàgiảm dần về phía đáy cọc (đáy cọc 5cm). Độ nghiêng cho phép khi tạo cọc là 1 độ cho cọc cóchiều dài 100m. Sau khi tạo được tường bêtông xung quanh công trì nh ta tiến hành đào xúc đất đá và chống cố định cho giếng bình thường. 9
2.2.4. Khả năng mang tải chịu tải trọng của cọc a. Khả năng mang tải dọc cột Đảm bảo độ lún cho phép không vượt quáứng suất nén cho phép. Khả năng mang tải dọc xác định theo công thức [1]: Pd = Fc [n ], T (2.1) Trong đó: Fc - Diện tích tiết diện ngang cọc [n] - Ứng suất nén cho phép của vật liệu. b. Khả năng mang tải ngang của cọc Đảm bảo cọc không chuyển dịch theo phương nằm ngang, không vượt quá ứng suất uốn cho phép của vật liệu. Khả năng mang tải ngang của cọc được xác định theo công thức sau đây [1]: Png = 1,8 (aFc +biBi), T (2.2) Trong đó: a - Tải trọng đơn vị cho phép đất đá tác dụng lên đầu dưới cọc; T/m2 bi - Hệ số phụ thuộc vào các loại đất đá Bi - Diện tích xung quanh cọc tính tương ứng với chiều dày thứ i nào đó. Đất đá ở trạng thái lỏng thi a, bi bằng 0. 2.2.5. Ƣu nhƣợc điểm vàphạm vi áp dụng *Ƣu điểm: - Dùng trong đất đá liên kết mềm yếu chứa đá tảng, đá kẹp hoặc phương pháp đóng cọc không dùng được hay hiệu quả kém. - Dễ dàng tạo đường khép kín ngăn nước khi thi công kể cả lớp đất đá nằm nghiêng. - Tạo tường chắn cóhình dạng vàtiết diện bất kỳ, hạn chế được sự lệch tâm. - Thi công tương đối nhanh vàan toàn, khả năng cơ giới hóa thi công cao. - Tường bêtông kín trong chừng mực nào đó vỏ bêtông làmột phần của vỏ chống cố định hay vỏ chống tạm thời. - Ngoài ra, tường bêtông có ma sát lớn đối với đất đá xung quanh nên chịu tải trọng lớn. - Phương pháp này tiết kiệm vật liệu so với các phương pháp khác. *Nhƣợc điểm: 10
- Hạn chế điều kiện sử dụng lớp đất đá có chiều sâu lớn nh thi công, thân cọc thi công sau dễ làm vỡ cọc trước. - Trong quátrì 2.3. Phƣơng pháp thả vỏ chống chìm 2.3.1. Cấu tạo của vỏ chống chìm Hình dạng tiết diện ngang của vỏ chống hạ chìm có thể là: hình tròn, hì nh chữ nhật, hình elip. Cơ cấu của vỏ chống chìm cơ bản gồm các phần như sau: 1 – Đế cắt 2 – Vỏ giếng chìm 3 – Thanh giằng 4 – Cơ cấu kéo căng 1- Thành vỏ giếng chìm: được xây bằng gạch đá, gạch, bêtông, bêtông cốt thép, thép, đôi khi bằng gỗ. Các loại này có trọng lượng riêng lớn làm tăng khả năng tự chìm của vỏ chống. Hì nh 2.1. Cấu tạo vỏ chống giếng chìm - Nếu chiều dày lớp đất đá 10m thì thêm cốt thép hoặc dùng hai vỏ chống giếng chìm lồng với nhau. - Trường hợp đất đá cứng rắn không chìm tự nhiên được ta phải dùng phương pháp gia tải bằng kích đẩy xuống, khi đó dùng vỏ chống giếng bằng kim loại. Bêtông chế tạo vỏ chống chim dùng mác 200 hoặc lớn hơn nữa, xi măng dùng mác 300, 400. Nếu dùng gạch nung thìdùng mác 250, 300. 2- Đế cắt (móng cắt) - Dùng vật liệu bêtông, bêtông cốt thép hay kim loại, gồm từ 6-8 đoạn ghép lại với nhau bằng bu lông (Hình 2.2). 11
a) b) c) nh 2.2. Cấu tạo đế cắt Hì - Chiều cao móng cắt từ 0,6 đến 1,2m. Góc nhọn của đế cắt từ 30-500, nếu đất đá liên kết 400, trọng lượng thường 20 tấn, phí a trong đế cắt chế tạo các gờ để gia cố sau đó bơm vữa nghèo chèn kí ch. - Móng cắt bêtông cốt thép dùng cho vỏ chống BTCT được chế tạo liền với vỏ chống giếng. - Khe nối giữa các đoạn đế cắt dùng đệm cao su để bịt kí n và tránh vỡ, khoảng chống trong đế cắt nhồi BT mác thấp. - Tác dụng thành giằng dùng để liên kết giữa thành vỏ giếng chìm với đế cắt. - Thanh giằng làm bằng thép tròn đường kí nh 30-60mm, trên các thành giằng có gắn các đầu nối và cơ cấu kéo căng số 2, khoảng cách giữa thanh giằng là0,75 đến 1,5m. Để giảm lực ma sát giữa thành vỏ giếng chìm và đất đá xung quanh thì toàn nh nón cụt, dưới to trên nhỏ, góc nghiêng hì bộ thành giếng chìm có cấu tạo hì nh nón cụt so mặt phẳng đứng 10’-2030’. 2.3.2. Tính toán cơ cấu vỏ chống chìm 2.3.2.1. Kích thước miệng giếng Đối với lớp đất đá có độ sâu 4m thìvỏ giếng chìm được thả trong lòng giếng, khi đó đường kính miệng giếng lớn hơn đường kí nh vỏ giếng chìm 0,5m. Cóthể xác định đường kí nh vỏ miệng giếng theo công thức [1]: 12
Dg = D1 + 2(d+s) (2.3) ở đây: D1 – Đường kính bên trong vỏ giếng chìm xác định như sau: Nếu chiều dày lớp cát đất chảy bằng 7-10m thìD1 =(1,3-1,4)D Nếu chiều dày lớp cát đất chảy >10m thìD1 =(1,4-1,5)D Nếu dùng 2 vỏ giếng chìm lồng nhau thì đường kí nh bên trong của vỏ chống giếng chìm thứ hai được xác đinh như sau: D’2 =D1 + 2d1 + 2a1 2.3.2.2. Chiều dày vỏ giếng chì m Do tính chất đặc biệt của công trì nh không nên thiết kế vỏ chống chìm quá mỏng. Nếu vỏ chống bằng gạch thìchiều dày vỏ chống không được nhỏ hơn 51 cm (chiều dày hai viên gạch qui chuẩn). Nếu vỏ chống bằng bêtông thìchiều dày vỏ chống không nhỏ hơn 30 cm. Chiều dày vỏ chống chìm xác định phụ thuộc vào áp lực lớp đất đá chứa nước (có thể dựa theo biểu đồ phân bố áp lực của P.M. Tximbarevic) và xác định theo công thức của Lame:  d  R1   n    1 , cm (2.4)   n   2Pmax  Trong đó: R1 – bán kính bên trong của vỏ chống chìm; Pmax - áp lực lớn nhất của đất đá tác dụng lên vỏ chống chìm; [σn] - ứng suất nén cho phép của vật liệu làm vỏ chống. Nếu vỏ chống chìm cócốt thép thìdùng công thức với điều kiện [1]:  f cot   nbt  cth   nb 1   (2.5)  fb  Trong đó:  nb - ứng suất nén cho phép của bêtông; fcot – diện tích tiết diện ngang cốt thép bố trítrong vỏ chống; fb - diện tích tiết diện ngang phần bêtông của vỏ chống. Chiều dày vỏ chống chì nh theo công thức trên cần lấy tăng lên 20÷30%. m tí 2.3.2.3. Chiều cao của vỏ giếng chì m 13
Để đảm bảo ổn định đế cắt vỏ chống chìm phải cắm sâu vào lớp đất đá không chứa nước nằm dưới lớp đất đá mềm yếu 1÷2 m, bình thường là1,5 m. Phía trên của vỏ chống chìm phải nằm trong trụ của lớp đất đá phía trên lớp mềm yếu chứa nước ítnhất 1,5 m. Như vậy, chiều cao tối thiểu của vỏ chống chìm H là: H = h + 3m (2.6) Trong đó: h – chiều dày vỉa đất đá mềm yếu chứa nước. 2.3.2.4. Tính toán việc hạ giếng chì m Khi hạ vỏ giếng chìm có hai lực chủ yếu tác dụng vào vỏ giếng là: lực ấn chìm (cólợi), lực cản khả năng chìm vỏ giếng (không cólợi). a. Lực ấn chìm vỏ chống gồm hai thành phần: + Trọng lượng chống chìm Lực này tạo cho vỏ chống tự chìm [1] Q = g0 + g1 , T (2.7) Trong đó: g0 – trọng lượng của đế cắt, g0 = 15÷20 T; g1 – trọng lượng vỏ chống chìm và được xác định theo công thức:  g1  4 D2 2   D12 H1. , T (2.8) H1 – Chiều cao vỏ chống chìm không kể đế cắt được xác định bằng công thức: H1 = H – h0 h0 – chiều cao đế cắt, h0 = 0,6÷1,2 m γ – trọng lượng thể tích của vật liệu làm vỏ chống chìm + Trọng lượng gia tải: Khi vỏ chống không tự chìm được phải tăng tải trọng cho vỏ chống. Gọi G1 làtrọng lương gia tải thì[1]: G1 = g 2 + g 3 + g 4 , T (2.9) Trong đó: g2 – trọng lượng của vật liệu chất tải lên vỏ chống chìm; g3 – trọng lượng phần vỏ chống chìm được xây thêm; g4 – lực kích đẩy vỏ chống chìm xuống. b. Lực cản vỏ giếng chìm 14
+ Lực ma sát G2 Lực này sinh ra giữa mặt ngoài vỏ chống chìm và đất đá xung quanh. Lực ma sát phụ thuộc vào diện tích ngoài vỏ chống chìm vàlực ma sát đơn vị của lớp đất đá thả vỏ chống chìm (t) và được xác định bằng công thức: G2 = t.F = t.π.D2.H, T (2.10) Trong đó: t – lực ma sát đơn vị, t phụ thuộc vào loại đất đá và loại vỏ chống chìm; F – diện tích xung quanh mặt ngoài vỏ chống chìm, m2. Nếu đất đá chứa nước gồm nhiều lớp khác nhau ta tí nh lực ma sát riêng cho từng lớp rồi tổng hợp tính lại: n n G2   Gi  D2  hiti , T (2.11) i 1 i 1 Trong đó: h – chiều cao vỏ chống chìm, m ; hi – chiều dày của lớp đất đá chứa nước thứ i ; ti – lực ma sát của lớp đất đá thứ i. Nếu vỏ chống chìm ở độ sâu < 25 m có thể lấy t = 2,25÷2,5 cho toàn bộ chiều cao vỏ chống chìm. Thường thìgiátrị t = 1,7÷2,5 T/m2. Ngoài ra cũng có thể xác định G2 theo phương pháp cơ học: G2 = Q.f’, T (2.12) Trong đó: Q – trọng lượng vỏ chống chìm ; f’ – hệ số ma sát. + Lực đẩy acximet G3 Khi thả vỏ chống vào lớp đất đá chứa nước hoặc trong công trình có dung dịch, vỏ chống bị đẩy ngược lên theo chiều thẳng đứng do lực đẩy Acximet. Lực này phụ thuộc vào tiết diện ngang vỏ chống, trọng lượng thể tí ch của nước hay của dung dịch vàchiều dày lớp đất đá thả vỏ chống chìm. Thường thìlực này không lớn vàcóthể xác định theo công thức :  G3  4 D 2 2   D12  1h, T (2.13) 15
Trong đó: D1, D2 – đương kính trong và ngoài vỏ chống chìm ; 1 – trọng lượng thể tích của nước hoặc dung dịnh đổ vào công trì nh ; h – chiều dày lớp đất đá chứa nước. Vậy vỏ chống tự chìm khi : Q > G2 +G3 (2.14) Khi Q ≤ G2 +G3 vỏ chống không tự chìm được, muốn cho vỏ chống chìm cần phải gia tải thêm trọng lượng G1, lúc ấy vỏ chống tự chìm với điều kiện : Q + G1 > G2 +G3 (2.15) Từ đó ta có công thức trọng lượng gia tải là: G1 > G2 +G3 - Q (2.16) Nếu bơm hết nước vàkhông có dung dịch trong công trì nh thìG3 = 0, lúc này trọng lượng gia tải sẽ là: G1 > G2 - Q Trọng lượng gia tải thường lấy tăng 10÷20% để vỏ chống chìm thuận lợi, nghĩa là : G1tt  1,1  1,2G1 (2.17) Biết G1tt cóthể lựa chọn các hì nh thức gia tải. Nếu dùng vật liệu gia tải thìchiều cao phần gia tải h1' được xác định từ điều kiện : G1tt G  F ' ' h1 '  h1 '  tt , m (2.18) F ' ' 1 Trong đó : F’ – diện tích tiết diện ngang ngăn gia tải, m2 ; ’ – trọng lượng thể tích vật liệu gia tải, T/m3. Nếu dùng kích để gia tải thìsố kích cần thiết đẩy vỏ chống xuống là: G1tt nk  (2.19) Rk Trong đó : Rk – sức nâng hay đẩy của một kí ch, Rk phụ thuộc vào loại kích, thường Rk = 100÷200 T. 16
Lực nâng hay đẩy của toàn bộ kí ch phải nhỏ hơn trọng lượng vỏ chống nh với đất đá xung quanh. miệng công trình vàlực ma sát giữa vỏ miệng công trì Điều kiện để kích không nâng được vỏ chống miệng công trì nh lên là: G1tt  G4  F.t1, T (2.20) Trong đó : G4 – trọng lượng của vỏ chống miệng công trình ; nh với đất đá xung F - Diện tích tiếp xúc của vỏ chống miệng công trì quanh, m2 ; t1 – lực ma sát đơn vị, T/m2. Khi G1tt  G4  F.t1 cần gia tải cho miệng công trình trọng lượng G5 G5  G1tt  G4  F.t1  (2.21) Do trọng lượng bản thân, vỏ chống tự chìm được một đoạn H0. Đến độ sâu này giếng không tự chìm được nữa, ta có điều kiện cân bằng mới : Q'  G'2 G'3 (2.22) Từ đó ta tính được đoạn giếng tự chìm H0. Trong đó : Q’ – trọng lượng của vỏ chống tương ứng với chiều cao H2 của vỏ chống không tự chìm được, chiều cao H2 được xác định bằng công thức : H2 = H – H0 ; H – chiều cao vỏ chống chìm. Vậy :  Q'  4 D 2 2   D12 H 2 , T (2.23) G’2 – lực ma sát của phần vỏ chống tự chìm trong đất đá ; G’2 = πD2H0t, T (2.24) G’3 – lực đẩy Acximet vào phần vỏ chống tự chìm trong đất đá :  G'3  4 D 2 2   D12  1H 0 , T (2.25) Từ đó ta có: H0  D  D12 H 2 2    2 (2.26) 4 D2t  D22  D12  1 17
Thay H2 = H – H0 vàgiải phương trình bậc 2 sẽ tìm được H0. Khi bơm nước khôhoặc trong vùng không códung dịch thì G’3 = 0. Từ đó ta tính được : H0  D 2 2   D12 H 2 (2.27) 4 D2t1 2.3.3. Phƣơng pháp thi công 2.3.3.1. Thả vỏ chống chìm : có 3 trường hợp - Đất đá mềm yếu chứa nước cách mặt đất từ 1,5 đến 2m thìviệc thả vỏ giếng chìm được tiến hành từ trên mặt đất, đầu tiên tiến hành san phẳng mặt đất và phùlên chúng một lớp cát cóchiều dày 0,5-1m, sau đó xây vỏ giếng chìm lên trên với chiều cao cho phép, khi vỏ chống giếng ổn định thìxúc bỏ lớp cát đi và tiến hành hạ chìm. - Đất đá mềm yếu chứa nước cách mặt đất từ 2 đến 4 m thìvỏ giếng chìm được thả từ hào đào xung quanh giếng, hào đào đến khi đáy hào cách lớp đất đá yếu chứa nước 1-2 m thìdừng, san phẳng đáy hào và phủ lên nómột lớp cát sỏi dày từ 0,5-1m, sau đó tiến hành xây vỏ chống giếng chìm. - Đất đá mềm yếu chứa nước chiều dày>4m nhất thiết phải xây miệng giếng đặt biệt. Khi gương giếng cách lớp đất đá mềm yếu chứa nước 1-2m thìdừng lại và được lát 1 lớp gỗ ván đặt hướng tâm rồi phủ lên nó một lớp cát sỏi, đặt đế cắt lên, tiến hành xây vỏ giếng chìm lên trên. Móng cắt vàvỏ giếng cóchiều cao lớn hơn chiều dày lớp đất đá yếu 2-3m 2.3.3.2. Đào và vận chuyển đất đá Có 2 phương pháp: Phƣơng pháp 1: Không cần bơm nước trong đất đá cát chảy chứa nước, đào vàvận chuyển đất đá từ trên mặt đất bằng gầu xúc. Phương pháp đào xúc từ trên mặt đất thuận tiện, đơn giản, được áp dụng khi áp lực thủy tĩnh nhỏ, trong lớp đất đá mềm yếu chứa nước không có đá tảng cỡ lớn và đá kẹp. Phƣơng pháp 2: Bơm nước liên tục trong lớp đất đá mềm yếu chứa nước (đào đất đá kết hợp với bơm nước). 18
Khi đào bằng phương pháp này gương giếng được phủ lớp ván hoặc các bao cát, việc bốc đất đá tiến hành từng phần, từng đoạn một, việc bơm nước lên sử dụng máy bơm gương. Gương giếng cần bố trímột máng thoát nước ở giữa. Trong phương pháp này cần đề phòng khả năng trôi đất đá từ ngoài vỏ giếng vào trong, làm cho đất đá ngoài vỏ giếng rỗng gây sụt lở, sau khi thi công xong ta phải bơm vữa vào khoảng trống. Để đề phòng đất đá trôi từ ngoài vỏ giếng vào, đế cắt phải cắm sâu vào lớp đất đá ở gương từ 1,5-2m so với gương giếng. 2.3.3.3. Kiểm tra độ lệch vàxử lýsự cố trong quátrì nh giếng chì m a. Kiểm tra độ lệch Để kiểm tra độ lệch cách đơn giản nhất làsử dụng quả dọi Nếu sử dụng phương pháp bơm nước kết hợp với đào đất đá để thi công ta có thể dùng sơn đen hoặc trắng vạch vào vỏ chống giếng chìm. Căn cứ vào mức độ chìm của các vạch ở thành giếng tại vị tríthành giếng ngang mặt nước để xác định độ lệch của giếng. b. Xử lýsự cố Trường hợp giếng bị lệch thìta chất tải về phí a giếng chìm chậm hoặc làm giảm lực ma sát của vỏ giếng với đất đá xung quanh bằng cách bôi trơn vỏ giếng, bơm nước dung dịch vào đất đá bên phía chìm chậm. Có thể dùng gỗ để chèn vào phần chìm nhanh để hạn chế tốc độ chìm của chúng. Nguyên nhân giếng chìm chậm: + Trọng lượng vỏ giếng chìm nhỏ + Lực ma sát giữa thành vỏ giếng chìm và đất đá xung quanh lớn + Lực đẩy asimet vào giếng lớn + Trọng lượng gia tải chưa đạt yêu cầu Trong tất cả các nguyên nhân trên thìlực ma sát là nguyên nhân cơ bản gây cản trở sự chìm chậm. Để giảm lực ma sát giữa thành giếng vàvỏ giếng chìm ta dùng nước hoặc dung dịch bơm thành vỏ giếng cắt. Biện pháp tích cực nhất dùng phương pháp gia tải, cóhiệu quả nhất làgia tải bằng kích. 19