Luận văn: Ảnh hưởng của hố đào sâu nền đất yếu tới cọc chống

Chia sẻ: King Rosea | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

Thêm vào BST

Báo xấu

206
lượt xem 54
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn: Ảnh hưởng của hố đào sâu nền đất yếu tới cọc chống có mục đích là làm tăng thêm vốn kiến thức và sự hiểu biết về sự ảnh hưởng của việc thi công hố đào sâu trong đất yếu sẽ tác động như thế nào đến cọc bên trong hố đào chưa có tải trọng dọc trục. Tải trọng ngang do chuyển vị của đất gây ra moment uốn của chuyển vị có làm thay đổi ứng suất cũng như phá hoại cọc hay không.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: Ảnh hưởng của hố đào sâu nền đất yếu tới cọc chống

i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, chúng em xin chân thành cám ơn ban giám hiệu nhà trường Đại Học Lạc Hồng cùng quý thầy cô khoa kỹ thuật công trình đã tạo điều kiện cho chúng em được nghiên cứu khoa học. Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Lê Trọng Nghĩa, thầy đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình và luôn quan tâm, động viên tinh thần trong thời gian thực hiện bài báo cáo nghiên cứu khoa học này. Thầy cùng với các thầy cô trong khoa kỹ thuật công trình đã truyền đạt cho chúng em hiểu được phương pháp tiếp cận và giải quyết một vấn đề một cách khoa học, đây là hành trang quý giá mà chúng em sẽ gìn giữ cho quá trình học tập và làm hành trang cho chúng em sau khi ra trường đi làm cũng như học cao hơn nữa. Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ chúng em trong thời gian học tập và làm báo cáo nghiên cứu vừa qua. Biên Hòa, ngày 25 tháng 11 năm 2012 Sinh viên
ii MỤC LỤC Lời cảm ơn .................................................................................................................. i Mục lục ....................................................................................................................... ii Danh mục hình ........................................................................................................ iv Damh mục bảng.......................................................................................................vii Tóm tắt luận văn ..................................................................................................... ix MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ..............................................................................1 3. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài .....................................................................2 4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 2 5. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................... 2 Chƣơng 1: TỔNG QUAN ......................................................................................... 3 1.1. Sự cố cọc bị nghiêng lệch trong quá trình thi công hố đào sâu ..................3 1.2. Ảnh hƣởng hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào .......................................9 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................................17 2.1. Phân tích phần tử hữu hạn trong PLAXIS ................................................17 2.1.1. PLAXIS 3D Foundation ........................................................................17 2.1.2. Môhình...................................................................................................18 2.1.3. Tính toán ................................................................................................ 18 2.1.4. Xuất kết quả ........................................................................................... 18 2.2. Tạo mô hình ..................................................................................................19 2.3. Chia lƣới phần tử ......................................................................................... 20 2.4. Mô hình ứng xử của đất ...............................................................................22 2.4.1. Mô hình Mohr – Coulumb (MC) ........................................................... 22 2.4.2. Mô hình Hardening Soil (HS) ................................................................ 23 2.5. Đặc trƣng vật liệu của tƣờng vây cừ Larsen (Sheet pile wall) .................26 2.6. Đặc trƣng vật liệu của phần tử dầm (wailing beam) ................................ 29 2.7. Đặc trƣng vật liệu của phần tử cọc (Pile) ...................................................30 2.8. Phần tử lò xo (Spring) ..................................................................................30
iii Chƣơng 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT YẾU ĐẾN CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO......................................................... 31 3.1. Phƣơng pháp tính toán ................................................................................31 3.2. Phân tích ảnh hƣởng của cọc bên trong hố đào ứng với công trình thực tế … .................................................................................................................... 33 3.2.1. Các đặc điểm cơ bản của công trình ...................................................... 33 3.2.2. Các thông số và mô hình vật liệu .......................................................... 37 3.2.2.1. Thông số đất sử dụng trong mô hình .............................................37 3.2.2.2. Thông số tường cừ Larsen .............................................................. 37 3.2.2.3. Thông số thanh chống xiên và giằng đầu cừ Larsen ........................... 41 3.2.3. Thông số cọc sử dụng trong mô hình .................................................... 41 3.2.4. Phụ tải mặt đất ....................................................................................... 44 3.2.5. Điều kiện mực nước ngầm ....................................................................44 3.2.6.Phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào ứng với trường hợp thực tế ....................................................................................................................... 45 3.2.6.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation .........................................45 3.2.6.2. Kết quả tính toán ............................................................................47 3.2.7. Phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào trong trường hợp dời dần khối đất đắp ra xa....................................................................................... 56 3.2.7.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation ........................................ 56 3.2.7.2. Kết quả tính toán ............................................................................58 3.2.7.3. Phân tích kết quả ............................................................................60 3.3. Phân tích mở rộng xem xét ảnh hƣởng của cọc bên trong hố đào trong trƣờng hợp thay đổi chiều dài tƣờng ứng với công trình thực tế ...................67 3.3.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation ................................................68 3.3.2. Phân tích kết quả tính toán ....................................................................69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................75 KẾT LUẬN ..........................................................................................................75 KIẾN NGHỊ .........................................................................................................76 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 40
iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 – Các cọc ống bị nghiêng lệch – Trạm phân phối xi măng Hiệp Phước ..... 3 Hình 1.2 – Toàn cảnh sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy Cao ốc Phường Thảo Điền, Quận 2, TP. Hồ Chí Minh....................................................... 4 Hình 1.3 – Sự cố cọc bị nghiêng lệch – Nhà máy xử lý nước thải Bình Chánh ......... 4 Hình 1.4 – Sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy – Cao ốc Khu đô thị mới Phú Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh ........................................................ 5 Hình 1.5 – Công trình móng trụ cầu sử dụng cọc ống bê tông ly tâm ứng suất trước .......................................................................................................... 6 Hình 1.6 – Công trình 13 tầng tại Khu Phú Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh ... 7 Hình 1.7 – Khu vực cọc bị nghiêng lệch – Công trình 13 tầng Khu đô thị mới Phú Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh ........................................................ 7 Hình 1.8 – Toàn cảnh hố đào – công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh ........ 8 Hình 1.9 – Tường cừ Larsen bị chuyển dịch – Công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh .................................................................................................... 8 Hình 1.10 – Cọc bị nghiêng lệch khi tiến hành đào đến cao độ đáy đài - Công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh ............................................................ 9 Hình 1.11 – Mô hình trường hợp I – Tạo mái dốc khi đào (Thasnanipan, 1998) ..... 11 Hình 1.12 – Mô hình trường hợp II – Sử dụng cọc bản có chống chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998) ................................................................................ 11 Hình 1.13 – Mô hình trường hợp III – Sử dụng cọc bản có hai tầng chống tạm chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998)...................................................... 11 Hình 1.14 – Mô hình trường hợp IV – Sử dụng cọc bản có một tầng chống tạm chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998)...................................................... 12 Hình 1.15 – Kết quả tính toán mômen uốn và chuyển vị của cọc gần tường cọc bản nhất. Trường hợp IV ................................................................................ 13 Hình 1.16 – Mô hình 3D của các lớp địa chất (Kok, 2009) ...................................... 14 Hình 1.17 – Bản vẽ cho thấy vịt trí gãy cọc của 2 cọc nằm liền kề hố đào (Kok, 2009) ........................................................................................................ 15
v Hình 1.18 – Hình ảnh nhóm 3 cọc bị gãy (Kok, 2009) ............................................. 15 Hình 1.19 – Hình ảnh nhóm 6 cọc bị gãy (Kok, 2009) ............................................. 16 Hình 2.1 – Yêu cầu tối thiểu của mô hình hố đào (Bakker, 2005)[8] ....................... 20 Hình 2.2 – Các phần tử và nút trong một mô hình 2D. Mỗi nút có hai bậc tự do, được mô tả bởi các mũi tên trong hình nhỏ hơn, (Wiberg, 1974)[7] ...... 20 Hình 2.3 – Các bước phân tích phần tử hữu hạn (Wiberg, 1974)[7] ........................ 21 Hình 2.4 – Kết quả chuyển vị với số nút tăng dần trong mô hình 3D, (Hannes và Daniel, 2010) ........................................................................................... 22 Hình 2.5 – Mô hình dẻo lý tưởng .............................................................................. 23 Hình 2.6 – Xác định Eo và E50qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước ...................... 23 Hình 2.7 – Xác định E50ref qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước ........................... 25 Hình 2.8 – Xác định Eoedrefqua thí nghiệm nén cố kết (Oedometer) ........................ 26 Hình 2.9 – Hệ trục địa phương của phần tử tường và các đại lượng khác................ 26 Hình 2.10 – Các đại lượng chính của tường cừ Larsen ............................................ 27 Hình 2.11 – Thông số cơ bản của tường cừ Larsen .................................................. 28 Hình 2.12 – Hệ trục địa phương của phần tử dầm ................................................... 29 Hình 3.1 – Quy trình phân tích.................................................................................. 32 Hình 3.2 – Mặt bằng tổng thể thi công hố đào .......................................................... 34 Hình 3.3 – Mặt bằng thi công hố đào. ....................................................................... 35 Hình 3.4 – Chi tiết cáp neo đầu cừ ............................................................................ 36 Hình 3.5 – Mặt cắt sau khi thi công cọc và tường cừ Larsen.................................... 36 Hình 3.6 – Mặt cắt sau khi thi công đào đến độ sâu -1,8m so với MĐTN ............... 36 Hình 3.7 – Mặt cắt sau khi thi công đào đến độ sâu -3,8m so với MĐTN ............... 37 Hình 3.8 – Chi tiết chống xiên trong hầm và neo cáp ngoài hầm ............................. 37 Hình 3.9 – Mô hình 3D của các lớp địa chất ............................................................ 38 Hình 3.10 – Kích thước cừ Larsen loại IV ................................................................ 38 Hình 3.11 – Chuyển vị tại các giai đoạn thi công đào của cọc rỗng và cọc đặc ....... 42 Hình 3.12 – Kết quả chuyển vị của cọc rỗng và cọc đặc có độ cứng tương đương.. 43 Hình 3.13 – Mặt bằng vị trí khối đất. ........................................................................ 44
vi Hình 3.14 – Mặt bằng mô hình trong phân tích phần tử hữu hạn ............................. 44 Hình 3.15 – a) Chia lưới 2D;..................................................................................... 45 b) Chia lưới 3D; .................................................................................... 45 Hình 3.16 – Mô hình cọc, tường và hệ neo ............................................................... 46 Hình 3.17 – Các giai đoạn thi công đào .................................................................... 46 Hình 3.18 – Biến dạng của hố đào khi đào đến cao độ -3,8 so với MĐTN ............. 47 Hình 3.19 – Vùng biến biến dạng dẻo ...................................................................... 47 Hình 3.20 – a) Chuyển vị của cọc khi đào đến cao độ -1,8m; .................................. 48 b) Chuyển vị của cọc khi đào đến cao độ -3,8m; .................................. 48 Hình 3.21 – a) Moment của cọc khi đào đến cao độ -1,8m; ..................................... 48 b) Moment của cọc khi đào đến cao độ -3,8m; ..................................... 48 Hình 3.22 – Mặt bằng cọc được sử dụng trong phân tích so sánh ............................ 49 Hình 3.23 – Biểu đồ chuyển vị lớn nhất của các cọc theo các giai đoạn thi công đào đất .......................................................................................................... 50 Hình 3.24 – Biểu đồ moment uốn lớn nhất trong các cọc theo giai đoạn thi công ... 51 Hình 3.25 – Mặt bằng nhóm cọc sử dụng phân tích ................................................ 52 Hình 3.26 – Kết quả chuyển vị ngang của cọc so với quan trắc hiện trường .......... 53 Hình 3.27– Đồ thị biểu diễn đường cong quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất của cọc và khoảng cách từ cọc đến tường theo chiều sâu lớn nhất hố đào ................................................................................................. 54 Hình 3.28 – Các trường hợp chia lưới 2D; .............................................................. 56 Hình 3.29 – Các trường hợp chia lưới 3D; .............................................................. 57 Hình 3.30 – Các trường hợp chuyển vị; ................................................................... 58 Hình 3.31 – Các trường hợp moment uốn................................................................ 59 Hình 3.32a – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất đắp khi đào -1,8m ............................................................................................ 60
vii Hình 3.32b – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các trường hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất đắp khi đào -1,8m ................................................................................ 61 Hình 3.33a – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất đắp khi đào -3,8m ............................................................................................. 62 Hình 3.33b – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các trường hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất đắp khi đào -3,8m ................................................................................ 63 Hình 3.34 – Biểu đồ so sánh kết quả moment uốn của cọc trong các trường hợp dời khối đất đắp ra xa hố đào và moment kháng uốn của cọc ..................... 65 Hình 3.35 – Biểu đồ so sánh kết quả moment uốn của cọc trong các trường hợp dời khối đất đắp ra xa và moment kháng của cọc........................................ 66 Hình 3.36 – Mặt cắt hố đào của công trình thực tế ................................................... 68 Hình 3.37 – Mô hình cọc và tường cừ Larsen có chiều sâu thay đổi....................... 68 Hình 3.38 – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường hợp tăng chiều sâu tường chắn .............................................................. 69 Hình 3.39 – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các trường hợp tăng chiều sâu tường chắn .................................................. 70 Hình 3.40 – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường hợp tăng chiều sâu tường chắn .............................................................. 71 Hình 3.41 – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các trường hợp tăng chiều sâu tường chắn ................................................. 71 Hình 3.42 – Biểu đồ moment uốn lớn nhất của cọc trong các trường hợp tăng chiều sâu tường chắn ....................................................................................... 72 Hình 3.43 – Đồ thị biểu diễn đường cong quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất của cọc và khoảng cách từ cọc đến tường theo chiều sâu lớn nhất hố đào. . ...................................................................................................... 73
viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 – Khả năng chịu moment của cọc và moment gây ra trong cọc gần biên hố đào do thi công hố đào (Thasnanipan, 1998) ........................................... 12 Bảng 2.1 – Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Mohr – Coulumb ......................... 23 Bảng 2.2 – Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Hardening Soil ............................ 25 Bảng 2.3 – Đặc trưng vật liệu của tường cừ Larsen với ứng xử đàn hồi tuyến tính . 27 Bảng 2.4 – Đặc trưng vật liệu của dầm (wailing beam) ........................................... 29 Bảng 2.5 – Đặc trưng vật liệu của cọc ...................................................................... 30 Bảng 3.1 – Các thông số của cừ Larsen từ nhà sản xuất ........................................... 38 Bảng 3.2 – Thông số đất nền sử dụng mô hình Mohr – Coulomb (MC) .................. 39 Bảng 3.3 – Thông số cừ Larsen FSP – IV dùng trong mô hình ................................ 40 Bảng 3.4 – Đặc trưng vật liệu của thanh chống xiên và gằng đầu cừ ....................... 41 Bảng 3.5 – Đặc trưng vật liệu của cọc sử dụng trong mô hình ................................. 43 Bảng 3.6 – Moment uốn lớn nhất của cọc từ mô hình phần tử hữu hạn 3D và kết quả kiểm tra độ đồng nhất của cọc bằng phương pháp biến dạng nhỏ (PIT).. 51
ix TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong luận văn trình bày nghiên cứu một công trình ở quận 8, TP. Hồ Chí Minh có cọc bên trong hố đào mở trên đất sét yếu bị phá hoại. Theo báo cáo khảo sát địa chất, công trình có lớp đất yếu dày 25m, từ cao độ -1m đến -26m (so với mặt đất tự nhiên), lớp đất có chỉ số SPT ‘ N ‘≈ 0. Công trình sử dụng cọc ống ly tâm ứng suất trước để chống để kết cấu bên trên. Khi tiến hành đào đất đến cao trình đáy để thi công đài móng thì gặp hiện tượng đất bị đẩy trồi làm cọc chuyển vị và gây moment uốn cho cọc, kết quả là cọc bị nghiên lệch và bị gãy. Sử dụng phần mềm PLAXIS 3D Foundation để phân tích ứng xử của cọc trong suốt quá trình thi công hố đào. Kết quả dự đoán ứng xử của cọc trong suốt quá trình đào sẽ được so sánh với kết quả quan trắc ngoài hiện trường. Những kết quả này rất quan trọng và hữu ích, đặc biệt là thực hiên trước khi tiến hành hố đào. Bằng phương pháp này có thể giúp đỡ trong việc lập kế hoạch và phối hợp công tác đào đắp ngoài hiện trường cũng như các biện pháp phòng tránh cọc bị phá hoại.
1 1. PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT YẾU ĐẾN CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO 2. MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, số lượng trường hợp cọc bên trong hố đào mở bị phá hoại ngày càng tăng. Các sự cố có điểm chung là, sau khi thi công phần cọc xong tiến hành công tác đào đất hố đào thì xảy ra sự cố cọc bị nghiêng lệch hay phá hoại. Một số nước trên thế giới tiến hành thi công hố đào trước khi thi công cọc để bảo vệ cọc ổn định, nhưng nó lại không phù hợp trong điều kiện không gian thi công chật hẹp và không cho phép đào mở. Đặc biêt là công trình có nhiều tầng hầm. Việc thi công hố đào trong đất yếu là rất phức tạp, khi đất yếu chuyển vị ngang sẽ tạo ra phụ tải trên cọc và khi chuyển vị quá mức sẽ gây moment uốn lớn hơn moment kháng nứt của cọc, kết quả là cọc bị gãy. Đã có nhiều nghiên cứu tập trung chuyển vị ngang của tường chắn và dự đoán chuyển vị ngang của đất nền. Khi công trình sử dụng móng cọc, thì liên quan đến chuyển vị ngang của đất nền có thể gây phá hoại khi đào đất. Cọc thường được thiết kế để chống đỡ tải trọng đứng nên khi đất chuyển vị ngang sẽ gây moment uốn trong cọc, làm thay đổi ứng suất trong cọc hay thậm chí là gây gãy cọc. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào trong đất yếu còn khá hạn chế. Với lí do đó, phần nghiên cứu này tập trung vào “phân tích ảnh của hố đào sâu trong đất yếu đến cọc bên trong hố đào”. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Mục đích nghiên cứu này là làm tăng thêm vốn kiến thức và sự hiểu biết về sự ảnh hưởng của việc thi công hố đào sâu trong đất yếu sẽ tác động như thế nào đến cọc bên trong hố đào chưa có tải trọng dọc trục. Tải trọng ngang do chuyển vị của đất gây ra moment uốn của chuyển vị có làm thay đổi ứng suất cũng như phá hoại cọc hay không!
2 3. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài - Thiết lập biểu đồ chuyển vị ngang và moment uốn của cọc bên trong hố đào. Từ đó xác định vùng cọc sẽ bị ảnh hưởng bên trong hố đào sâu. - Xác định phạm vi ảnh hưởng của khối đất đắp đến chuyển vị và moment uốn của cọc bên trong hố đào. - Thiết lập quan hệ giữa chiều sâu tường với chuyển vị và moment uốn của cọc bên trong hố đào. Đưa ra giải pháp hạn chế ảnh hưởng của hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Để nghiên cứu các nội dung nêu trên, tác giả đã lựa chọn phương pháp nghiên cứu sau: 1. Nghiên cứu về lý thuyết : Cơ sở lý thuyết về tính toán lựa chọn thông số đầu vào từ các thí nghiệm trong phân tích bài toán hố đào sâu. 2. Mô phỏng: Sử dụng phần mềm plaxic 3D Foundation để phân tích ổn định và biến dạng của hố đào sâu trong quá trình thi công; xác đinh phạm vi và mức độ ảnh hưởng do hố đào sâu gây ra cho cọc bên trong hố đào. 5. Nội dung nghiên cứu Nội dung của bài báo cáo chỉ tập trung nghiên cứu vào các vấn đề sau: - Phân tích ứng suất của cọc bên trong hố đào khi thi công hố đào sâu trong đất yếu. - Phân tích ảnh hưởng của tải trọng xung quanh hố đào đến cọc bên trong hố đào bằng phương pháp phần tử hữu hạn có xét đến chiều dài ngàm tường và khoảng cách cọc đến tường hố đào.
3 3. Chƣơng 1: TỔNG QUAN Chương này trình bày vấn đề liên quan đến ảnh hưởng của hố đào sâu đến các công trình xung quanh hố đào do đất chuyển vị theo phương ngang, dựa trên cở sở thu thập các tài liệu trong và ngoài nước. Nội dung cơ bản bao gồm việc xem xét tác động của hố đào sâu đến cọc lân cận hố đào và các yếu tố sẽ được xem xét trong phân tích mô phỏng hố đào sâu. Các nghiên cứu ảnh hưởng của hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào còn khá hạn chế, hầu hết các học giả nghiên cứu sự ảnh hưởng đến cọc bên ngoài hố đào do thi công hố đào sâu, mà chưa xét đến ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào do quá trình thi công hố đào sâu trong đất yếu. 1.1. Sự cố cọc bị nghiêng lệch trong quá trình thi công hố đào sâu Hình 1.1 – Các cọc ống bị nghiêng lệch - Trạm phân phối xi măng Hiệp Phước - Công trình trạm phân phối xi măng Hiệp Phước – Công ty cổ phần xi măng Thăng Long (KCN Hiệp Phước – TP.HCM) Công trình sử dụng cọc ống BTCT chiều dài 33- 35m cho 1 tim cọc do Công ty Phan Vũ thiết kế. Đặc biệt địa tầng khu vực xây dựng có lớp bùn nhão dày đến 21m tính từ mặt đất tự nhiên. Công trình sử
4 dụng giải pháp cọc đóng và sau khi thi công có đến khoảng 80% số cọc đóng tại khu vực silô bị nghiêng lệch theo 1 hướng, hình 1.1.[6] - Công trình xây dựng cao ốc ở Phường Thảo Điền – Quận 2 – TP. HCM cũng xảy ra sự cố tương tự khi hầu như toàn bộ phần cọc, móng bị nghiêng, có cọc bị gãy khúc. Thiệt hại sự cố này ước tính lên đến 10 tỷ đồng, việc khắc phục sự cố này cũng hết sức phức tạp do đất nền đã bị xáo trộn rất nhiều, hình 1.2.[6] Hình 1.2 – Toàn cảnh sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy Cao ốc Phường Thảo Điền, Quận 2, TP. Hồ Chí Minh Hình1.3 – Sự cố cọc bị nghiêng lệch – Nhà máy xử lý nước thải Bình Chánh Công trình xử lý nước thải Bình Chánh (dự án cải thiện môi trường nước TP. HCM): sự cố xảy ra với khoảng 2664 cọc bị nghiêng lệch trong số 7474 cọc đã
5 đóng và có khoảng 1970 bị nghiêng lệch vượt quá giới hạn cho phép, thiệt hại ước tính lúc bấy giờ là khoảng 60 tỷ đồng. Ngay khi xảy ra sự cố ban quản lý dự án đã chỉ đạo nhà thầu là liên doanh N.E.S.JV (Nhật Bản) giữ nguyên hiện trạng cọc tại hiện trường và tiếp tục quan trắc theo dõi để có các dư liệu chính xác phục vụ việc tìm giải pháp xử lý. Và trong quá trình đào đất để thi công bể xử lý nước thải thì Chủ đầu tư, tư vấn PCI và nhà thầu đã phát hiện một số cọc bị dịch chuyển theo phương ngang, hình 1.3.[6] Hình 1.4 – Sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy – Caoốc Khu đô thị mới Phú Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh - Một số công trình móng cọc BTCT thi công tại huyện Cần Giờ- TP. HCM xảy ra hiện tượng đầu cọc bị chuyển vị ngang sau khi thi công hạ cọc bằng phương pháp búa đóng và tiêu biểu là sự cố cọc của móng trụ cầu Lôi Giang, Rạch Lá trên đường Rừng Sác – Huyện Cần Giờ. Công trình cầu Rạch Lá sử dụng cọc BTCT 40cm×40cm dài từ 30-35m, đóng qua vùng đát sét nhão dày khoảng 20m rồi đến
6 lớp đất sét dẻo mềm, đất tự nhiên là bờ sông thoải. Cọc sau khi đóng được 1 tháng thì phát hiện sự cố cọc bị dịch chuyển khoảng 3m. [6] - Một công trình xây dựng cao ốc ở khu Phú Mỹ Hưng – Quận 7 khi đi thi công phần móng cọc thì đã xảy ra hiện tượng cọc bị xô lệch, làm sạt một phần đường đi. Theo nhận định của CONINCO thì nguyên nhân là do phương án chống đỡ không tốt trong lúc thi công cọc BTCT đã làm xảy ra hiện tượng sạt cọc. Ước tính số tiền thiệt hại do sự cố này khoảng 3-4 tỷ đồng.[6] - Một số công trình cầu, khi thi công cọc cho móng trụ cầu nằm ngay gần mép bờ sông cũng đã xảy ra sự cố cọc bị nghiêng lệch quá giới hạn cho phép, Hình 1.5hình 1.5. [3] Hình 1.5 – Công trình móng trụ cầu sử dụng cọc ống bê tông ly tâm ứng suất trước - Công trình tại Quận 7 – Phú Mỹ Hưng – TP. HCM áp dụng phương pháp móng cọc ly tâm BTCT dự ứng lực – D500 thi công bằng phương pháp ép thủy lực (ép đỉnh) đã xảy ra sự cố cọc bị dịch chuyển ngang. Sự cố được phát hiện sau khi đơn vị thi công phần móng và hầm tiến hành đào đất, khoảng cách sai lệch so với thiết kế ban đầu có tim lên đến hơn 0,6m và vượt qua ngoài phạm vi cho phép của quy trình thi công. [6]
7 Hình 1.6 – Công trình 13 tầng Phú Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh Hình1.6 – Khu vực cọc bị nghiêng lệch – Công trình 13 tầng Khu đô thị mới Phú Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh Và mới nhất trong năm nay 2011, công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh. Trong quá trình tiến hành thi công đào đất để thi công đài móng thì gặp sự cố cọc bị nghiêng lệch và gãy tại 2 móng M1 & M2, cọc bị chuyển vị lớn nhất lên đến khoảng 60cm. Nguyên nhân ban đầu được xác định do đơn vị thi công đã vận chuyển đất trong hố đào và tập kết gần mép hố đào khoảng 12m, cao 4m. Đặc biệt địa chất ở đây rất yếu có lớp sét yếu dày khoảng 25m.
8 Hình 1.8 – Toàn cảnh hố đào – Công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh Hình 1.7 – Tường cừ Larsen bị chuyển dịch – Công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh
9 Hình 1.8 – Cọc bị nghiêng lệch khi tiến hành đào đến cao độ đáy đài - Công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh Hiện tượng chuyển vị ngang đầu cọc xảy ra sau khi thi công dẫn đến tọa độ các cọc thay đổi. Việc xác định chất lượng cọc và khả năng mang tải còn lại của cọc cũng như đề ra các biện pháp xử lý khắc phục và cấp thiết để giảm bớt chi phí và thời gian cũng như làm giảm bớt sự chậm trễ tiến độ thi công và tính hiệu quả của dự án. Do đó, cần phân tích đánh giá ảnh hưởng của hố đào sâu, đặc biệt công trình có lớp đất yếu dày. 1.2. Ảnh hƣởng hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào Với sự gia tăng các trường hợp cọc bị phá hoại trong hố đào mở. Điều này xảy ra khi tiến hành thi công tác đào đất sau khi cọc được thi công. Mặc dù ở một số nước tiến hành thi công hố đào trước khi thi công cọc để đảm bảo cọc còn nguyên
10 vẹn, nhưng nó lại không phù hợp cho những công trình có không gian thi công hạn chế không cho phép thi công đào mở, đặc biệt là xây dựng công trình có nhiều tầng hầm. Việc thi công hố đào sâu trong đất yếu lại càng phức tạp, sự chuyển vị ngang quá mức của đất yếu sẽ gây ra phụ tải tác dụng lên các cọc. Nguồn tài liệu báo cáo về vấn đề này còn rất hạn chế. Thasnanipan (1998) đã trình bày bốn trường hợp cọc liên kết với các công trình hố đào sâu ở Bangkok trong đất sét mềm bị phá hoại. Kiểm tra cọc bị phá hoại bằng thí nghiệm thử động biến dạng lớn (high strain dynamic load test) và cũng mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn hai chiều để dự đoán. Từ đó, tìm ra mối tương quan giữa vị trí của vết nứt và moment uốn trong cọc vượt quá moment uốn cho phép. Khi sử phương pháp phần tử hữu hạn 2D để phân tích, Thasnanipan (1998) đã sử dụng phần mềm PLAXIS 2D version 6 và sử dụng mô hình Mohr – Coulumb để mô phỏng các giai đoạn thi công hố đào, chuyển vị của đất/cọc và phân tích ứng suất uốn trong cọc cho cả bốn trường hợp. Kết quả mô hình cho thấy rằng moment uốn trong cọc do thi công hố đào lớn hơn khả năng chịu moment gây nứt cọc trong tất cả trường hợp. Kết quả phân tích được trình bày tóm tắt trong Bảng 1.1. Hình 1.9 – Mô hình trường hợp I – Tạo mái dốc khi đào (Thasnanipan, 1998)
11 Hình 1.10 – Mô hình trường hợp II – Sử dụng cọc bản có chống chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998) Hình 1.11 – Mô hình trường hợp III – Sử dụng cọc bản có hai tầng chống tạm chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998)