Đề tài Thi công đường hầm qua nút giao thông bằng phương pháp đào hở

Tr­êng ®¹i häc kiÕn tróc hµ néi Khoa x©y dùng Bé m«n x©y dùng c«ng tr×nh ngÇm ®« thÞ ®å ¸n m«n häc (mÉu tham kh¶o) tªn ®Ò tµi thi c«ng ®­êng hÇm qua nót giao th«ng b»ng ph­¬ng ph¸p ®µo hë Chñ tr× TS. NguyÔn ®øc ngu«n Thùc hiÖn: th. Vò hoµng Ngäc Hµ néi 8-2009 PHẦN 1 - GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH (NÚT GIAO THÔNG NGà TƯ KIM LIÊN) I. VỊ TRÍ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH Nút giao thông Kim Liên nằm trong phạm vi hai quận Đống Đa và Hai Bà Trưng, là giao cắt giữa đường trục Lê Duẩn - Giải Phóng và đường vành đai 1 đoạn Kim Liên - Đại Cồ Việt. Nút giao thông Kim Liên được coi là một trong những cửa ngõ chính vào Thành phố. Nút Kim Liên thuộc phạm vi của các phường Bách Khoa, Lê Đại Hành thuộc quận Hai Bà Trưng và phường Kim Liên thuộc quận Đống Đa. Xung quanh nút có một số cơ quan, trường học lớn của Thành phố: ĐH Bách Khoa, Khách sạn Kim Liên, Công viên Lênin, nhà máy ôtô 3-2. II. PHƯƠNG ÁN KIẾN TRÚC, KẾT CẤU CÔNG TRÌNH 1. Phương án kiến trúc công trình Nút giao thông Kim Liên hiện tại là nút giao thông cùng mức, được tổ chức giao thông cưỡng bức bằng đảo tròn. Hiện trạng các đường dẫn vào nút như sau: Phía Nam: Đường Giải Phóng, rộng 42m. Gồm 4 làn xe cơ giới và hai làn xe thô sơ, ở giữa có dải phân cách trung tâm rộng 3m. Phía Bắc: Đường Lê Duẩn, rộng 21m. Lòng đường rộng 15m được chia làm hai chiều. Không có sự phân biệt rõ ràng giữa làn xe thô sơ và làn xe cơ giới. Phía Đông: Đường Đại Cồ Việt, rộng 50m, 4 làn xe cơ giới và hai làn xe thô sơ, ở giữa có dải phân cách trung tâm rộng 3m. Phía Tây: Đường Kim Liên - Trung Tự (mới), rộng 50m, gồm 4 làn xe cơ giới, 2 làn xe thô sơ, dải phân cách trung tâm rộng 3m. Kết quả phân tích năng lực thông hành Z cho thấy hầu hết các hướng vào nút, hệ số Z đều >1 ( vượt quá trị số cho phép là 0,85 ), vì vậy ùn tắc giao thông rất dễ xảy ra. Dòng xe chạy thẳng lớn, dòng xe rẽ trái lớn, số lượng các điểm xung đột nhiều Dòng xe rẽ trái từ Kim Liên - Trung Tự ra đường Lê Duẩn và từ đường Đại Cồ Việt ra đường Giải Phóng thường không chạy vòng qua đảo giao thông theo qui định mà rẽ trái ngay trước khi vào nút gây ra tình trạng giao thông lộn xộn cản trở lưu thông của các dòng xe khác, tăng số lượng các điểm xung đột. Tuyến đường sắt chạy song song với đường Lê Duẩn - Giải Phóng gây ảnh hưởng lớn đến lưu thông qua nút, đặc biệt là khi có tầu chạy qua. Đây là một trong những nguyên nhân chính gây ùn tắc. Lưu lượng và dự báo giao thông qua nút Trong dự án quy hoạch tổng thể giao thông TP Hà Nội, tổ chức JICA - Nhật Bản có đưa ra kết quả điều tra lưu lượng xe năm 1999 và dự báo đến năm 2015 tại nút Kim Liên như sau: Bảng 1: Kết quả điều tra lưu lượng xe năm 1999 và dự báo năm 2015 tại nút Kim Liên Tên nút Số lượng xe-Hướng đường 1999 2015 Ô tô các loại Xe máy Xe đạp Xe qui đổi Ô tô các loại Xe máy Xe đạp Xe qui đổi 1 Lê Duẩn 534 7271 4182 5425 24 7412 4156 5001 2 Giải Phóng 628 7478 4961 5855 1070 14166 8676 12745 3 Kim Liên 356 6666 3950 4874 1749 7804 5421 8908 4 Đại cồ Việt 336 5956 3168 5030 2891 5049 3258 9234 Tổng cộng 1854 27371 16216 21183 6334 34431 21511 35888 Hình1: Mặt cắt ngang hiện trạng các đường nối vào nút Kim Liên Theo các số liệu đặc trưng nhất về lưu lượng hiện tại theo số liệu khảo sát của công ty Tư vấn Đầu Tư Xây Dựng GTCC Hà Nội tháng 3-1999. Tổng số xe con qui đổi là 10998xe/1giờ cao điểm Hướng chạy nhiều nhất là hướng chạy thẳng từ đường Lê Duẩn ra đường Giải Phóng là 2363 xe, chiếm 22% tổng lượng xe qua nút. Hướng xe chạy thẳng từ Đại Cồ Việt đi Kim Liên - Trung Tự là 2114 xe, chiếm 19%, hướng ngược lại từ Kim Liên - Trung Tự đi Đại Cồ Việt là 16%. Hướng rẽ trái lớn nhất là hướng rẽ từ Đại Cồ Việt đi Giải Phóng, 912xe, chiếm 8%. Nếu phân tích cho từng loại xe thì 2 hướng chạy thẳng trên trục đường Giải Phóng - Lê Duẩn và Kim Liên - Trung Tự đều chiếm tỷ lệ cao. Cải tạo nút giao thông Kim Liên để trở thành một mắt xích quan trọng điều tiết lưu lượng giao thông vành đai 1 theo trục Đông – Tây và điều tiết lưu lượng giao thông trục đường Lê Duẩn – Giải Phóng ra vào thành phố. Các thông số quy chuẩn thiết kế hầm giao thông qua nút Phần hầm kín có độ dốc nhở nhất không dưới 4%, phần hầm dẫn hai đầu có độ dốc dọc nhất không vượt quá 40%. Để giảm hơi độc do động cơ thải ra thì độ dốc trên có thể phải giảm xuống đến 10% Trên mặt cắt dọc, bán kính đường cong nhỏ nhất với đường cong lồi là 10 000m, đường cong lõm là 2000m. Đối với đường bình thường và đường cục bộ các con số trên tương ứng là 6000m, 4000m và 1500m, 1000m. Do đặc điểm đây là hầm giao thông đô thị tại điểm nút giao thông quan trọng nên vấn đề giao thông cần được chú ý để đảm bảo tình trạng giao thông diễn ra bình thường. Đồng thời chiều dài đường dẫn cũng bị giới hạn do vậy mà chiều sâu đặt công trình cũng bị giới hạn. Đây là những yếu tố ảnh hưởng quyết định tới việc lựa chọn phương án mặt cắt hầm hợp lí Tĩnh không và kích thước bên trong đường hầm: Việc định ra giới hạn tĩnh không của hầm là đảm bảo cung cấp cho người sử dụng một đường hầm an toàn, phục vụ tốt, hoạt động khai thác diễn ra một cách hiệu quả trong một khoảng không gian giới hạn, có bầu không khí dễ chịu với thời gian phục vụ lâu dài và chi phí bảo trì thấp nhất. Giới hạn tĩnh không cũng là cơ sở để xác định kích thước và hình dạng mặt cắt kết cấu đường hầm. Chiều cao tĩnh không được xác định theo tiêu chuẩn thiết kế 22TCN272-05, tuyển tập tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam tập V về thiết kế hầm giao thông và tính đến tình trạng dòng xe lưu thông trong đường hầm. Chiều rộng: phù hợp với qui mô đường chui Chiều cao: H ³ 4,75m Xác định các cấp hạng kĩ thuật và các chỉ tiêu kĩ thuật của tuyến Xác định cấp hạng kĩ thuật của tuyến: Qua số liệu khảo sát xe qua nút giao thông Kim Liên, hướng Kim Liên - Đại Cồ Việt có lưu lượng xe xon qui đổi hiện tại là: 4974xe/ngày đêm. Hướng Đại Cồ Việt - Kim Liên là 5030xe/ngày đêm. Khi thiết kế kỹ thuật tuyến Kim Liên - Đại Cồ Việt ta lấy lưu lượng xe trên cả hai chiều và chạy trên 4 làn xe cơ giới: N = 4974 +5030 = 9904xe/ngày đêm Do đó, lưu lượng xe trên mỗi làn là 9904/4 = 1651xe/ngày đêm Trong tương lai đến năm 2020 lưu lượng xe qua tuyến này còn tăng lên đến: 8908 + 9234 = 18242xe/ngày đêm. Tương đương với mỗi làn là 3023xe/ngày đêm. Do vậy, ta cần phải nâng cấp đoạn đường này lên đường cấp II thành phố, có 4 làn xe cơ giới và 2 làn xe thô sơ. Ngoài ra còn có 2 làn xe thô sơ giành cho các xe rẽ phải, rẽ trái. Như đã chọn trên phần I, ta đã chọn phương án đường hầm qua nút Kim Liên theo hướng Kim Liên - Đại Cồ Việt là phương án kỹ thuật. Căn cứ vào chương trình qui hoạch giao thông tổng thể của văn phòng Kiến trúc sư trưởng TP Hà Nội và UBND TP Hà Nội thì đoạn đường hầm Kim Liên - Đại Cồ Việt là một trong những công trình nằm trên đường vành đai 1. Đo đó, cần phải được xác định hoàn chỉnh. Với những cơ sở trên đây ta cần phải chọn tuyến đường này là đường cấp II thành phố mới đáp ứng được các yêu cầu về giao thông đã đặt ra hiện nay và trong tương lai. Xác định tiêu chuẩn kĩ thuật cơ bản của tuyến: Với cấp hạng kỹ thuật trên ta xác định được các đặc trưng của tuyến là: Cường độ xe chạy tính toán ở năm tương lai là 18242xe/ngày đêm. Tốc độ thiết kế là: v = 100Km/h Thành phần dòng xe như đã trình bày ở phần 1/ chương 1. Từ những đặc trưng này ta tiến hành xác định các chỉ tiêu kĩ thuật cơ bản của tuyến: Trắc dọc tuyến đường hầm: Xác định những điểm khống chế: Xác định vị trí đặt hầm: Hầm có chiều dài 140m, chiều rộng 19,5m được bố trí trên trục đường Đại Cồ Việt-Kim Liên. Do đó lấy tim của đường Đại Cồ Việt và tim đường Kim Liên làm tim hầm. Ngoài ra lấy vị trí đặt cửa hầm cách tim đường hầm một khoảng là 57m về phía Kim Kiên. Ta có thể dễ dàng xác định được các điểm khống chế của tuyến bằng các cọc 20m bắt đầu từ vị trí đặt cửa hầm. Các điểm khống chế này được ghi chi tiết ở bản vẽ trắc dọc kĩ thuật tuyến Việc thiết kế trắc dọc tuyến được trình bày chi tiết trên bản vẽ trắc dọc kĩ thuật. Xác định bán kính đường cong đứng: Bán kính đường cong đứng được xác định theo tiêu chuẩn xây dựng đường ôtô. Từ cơ sở trên ta chọn bán kính đường cong đứng của đường hầm như sau: Đường hầm ôtô gồm có hai đường cong lồi và một đường cong lõm. Các thông số của đường cong đứng được ghi trong bảng: Bảng 2: Các thông số của đường cong đứng STT Đường cong Bán kính R(m) Tiếp tuyến T(m) Tiêu cự P(m) Độ dài K(m) 1 Đường cong 1 (KM00+100) 14000 20 14 20 2 Đường cong 2 (KM0+272.5) 15000 40 9,14 40,1 3 Đường cong 3 (KM0+695) 1400 40 9,14 20 Độ dốc dọc lớn nhất: Độ dốc dọc lớn nhất phải xác định theo 2 điều kiện sau: Sức kéo phải lớn hơn tổng lực cản của đường: imax = D – f Sức kéo nhỏ hơn sức bám giữa bánh xe và mặt đường: imax = D’ – f ; D’ = (Gk – Pw)/G Trong đó: f: Hệ số sức cản lăn, tuỳ theo từng loại đường D: Nhân tố động lực của xe D’: Nhân tố động lực xác định theo độ nhám của bánh xe Gk: Trọng lượng trục bánh xe chủ động Các độ dốc dọc lớn nhất imax được xác định cho các loại xe và được lập vào bảng sau: Bảng 3. Độ dốc dọc lớn nhất imax của tuyến đường Loại xe D D’ Gk G Pw imax i’max Xe con 0,03 0,131 1050 2000 0,161 0,175 0,1085 Xe tải nhẹ 0,04 0,15 3210 5350 0,281 0,175 0,1275 Xe tải trung 0,026 0,175 5688 5125 0,365 0,035 0,1525 Xe buýt 0,026 0,175 5688 8125 0,365 0,035 0,1525 Từ các giá trị độ dốc tính toán cho các loại xe ở bảng ta có thể xác định được độ dốc dọc tối đa là imax = 0,035 = 3,5%, với đường hầm độ dốc này phải chiết giảm 10%. Chọn độ dốc dọc trong hầm là 2,5%. Đường cong nằm tối thiểu: Tuyến được vạch dựa trên đường có sẵn nên bán kính đường cong nằm đã được định sẵn. Với đường cong này ta không cần phải bố trí siêu cao vì bán kính đường cong nằm khá lớn, R = 3000m > Rmin (không cần bố trí siêu cao) Với Xác định tầm nhìn xe chạy: Hình 2: Sơ đồ tầm nhìn 1 chiều Tầm nhìn 1 chiều được xác định theo công thức: Trong đó: lo: Đoạn dự trữ, lấy lo = 10m K: Hệ số sử dụng phanh, K = 1,2 V: Vận tốc thiết kế, V = 100Km/h = 27,78m/s j: Hệ số bám dọc của đường , trong điều kiện bình thường j = 0.5 Thay số vào ta được: Đoạn hầm này không phải tính toán tầm nhìn ngang bởi vì đay là đường 1 chiều và không có tuyến cắt qua. Xác định bán kính đường cong đứng: Tính toán đường cong đứng lõm để hạn chế lực ly tâm và đảm bảo tầm nhìn ban đêm Để xác định đường cong đứng lõm tối thiểu đảm bảo tầm nhìn ban đêm ta dựa vào sơ đồ chiếu sáng sau: Hình 3: Sơ đồ xác định bán kính đường cong đứng lõm Ta có: Trong đó: S1 = 107m; Hp = 0,75m (xe con) ; a = 1o , thay vào công thức ta được: R = 2187,1m Mặt khác, bán kính đường congđứng lõm đã chọn phải đảm bảo lớn hơn bán kính đường cong đứng tối thiểu hạn chế lực ly tâm tác dụng lên mặt đường: R = V2/6,5 = 1538,5m Phương án mặt cắt cho hầm giao thông qua nút Kim Liên Phương án mặt cắt đường hầm theo thiết kế là hình hộp chữ nhật mái phẳng có vách ngăn giữa (hình.4). Các thông số kỹ thuật như sau: Bề rộng hầm 19,5m; Chiều cao thông thuỷ 5m; Dầm đáy dày 0,5m; Dầm nóc dày 0,75m; Tường bên dầy 0,75m; Vách ngăn dầy 0,5m Tổng chiều cao hầm 6,4m. Hình 4: Mặt cắt ngang hầm dạng hộp có vách ngăn Đây là dạng kết cấu phù hợp với phương pháp thi công lộ thiên bằng công nghệ thi công tường trong đất và phương pháp thông thường ổn định vách hố đào bằng cọc cừ. Có thể là lắp ghép hoặc đổ tại chỗ. Ưu điểm : Hệ số sử dụng không gian cao, kết hợp với tường trong đất làm tường chịu lực Phương pháp thi công đơn giản. Dễ định hình hoá các cấu kiện thi công lắp ghép = > khả năng cơ giới hoá cao Nhược điểm: Khả năng chịu lực kém hơn so với kết cấu vòm. Cần phải mở rộng hầm sang một bên để bố trí đường phục vụ các hệ thống kĩ thuật (hệ thống cáp điện, hệ thống thoát nước, hệ thống thông gió…) Do phải chịu tải trọng bên trên tương đối lớn nên chiều dày dầm nóc khá lớn 2. Phương án kết cấu và lựa chọn giải pháp thi công công trình Trong phương pháp lộ thiên, vỏ hầm chủ yếu được xác định bằng dạng vật liệu sử dụng tại chỗ các công nghệ và kĩ thuật triển khai. Phương án 1: Thân hầm dài 140m Hầm dẫn hai bên mỗi bên dài 202,5m, đường dẫn 2x50 = 100m Phương án này sử dụng hệ KCBT đổ toàn khối dạng tường chắn đất Phần hầm dẫn bao gồm: tường bên là các khối BTCT dạng hình thang chiều dày dưới móng là 1,5m và 0,75m trên đỉnh. Các tường bên này ngàm vào khối BT đáy dày 1,5m. Để chống lại mô men lật và để đảm bảo tính ổn định cho tường chắn, phần đáy móng mở rộng ra ngoài về phía nền đất mỗi chiều 2m. Chiều cao tường chắn thay đổi từ 2,82m đến 12,65m. Phần hầm kín cũng gồm hệ kết cấu tường chắn và đáy BTCT như phần hầm dẫn. Phần nóc hầm đổ BTCT toàn khối tại chỗ dạng vòm 2 nhịp, khẩu độ mỗi nhịp là 8,75m. Phần vòm chỗ mỏng nhất ở đỉnh vòm là 0,5m, dày nhất ở chân vòm là 1m. Phần tiếp giáp với hầm dẫn có bố trí khe lún. Giải pháp thi công: Giai đoạn 1: xây dựng một nửa hầm đến giữa nút, để phần đường còn lại cho xe lưu thông. Sau khi xây dựng xong nửa đầu và một nửa đaọn hầm đó lấp lại và xây dựng kết cấu của đường phía trên hầm cho xe chạy qua và chuyển sang giai đoạn 2. Giai đoạn 2: Hoàn thành phần hầm còn lại, cho xe chạy qua hầm phía trên vừa xây dựng xong trong giai đoạn 1 Giai đoạn 3: Hoàn thành nốt các phần còn lại Các biện pháp cụ thể như sau: Biện pháp giữ thành hố đào: Sử dụng cừ thép để giữ thành hố đào và chống nước xâm nhập vào hố đào. Chiều dài cừ thép trung bình từ 8m-16m, Để hạn chế tiếng ồn và chấn động phát sinh, dự kiến sử dụng biện pháp ép tĩnh để hạ cừ. Có thể sử dụng búa rung tại các vị trí nằm xa các công trình đã xây dựng. Thi công theo phương pháp cuốn chiếu: Việc thi công cừ được hoàn thành dứt điểm cho từng đoạn để có thể đào ngay sau khi hạ cừ Sử dụng thanh chống ngang để hạn chế sự dịch chuyển ngang của nền đất. Biện pháp đào: Thi công phòng nước, các giếng bơm thoát nước ra ngoài phạm vi công trình để hạ mực nước ngầm và thu nước mặt thẩm thấu vào công trình qua tường cừ. Tổ chức đào từ hai phía về tâm công trình cho tới độ sâu 4m, đến độ sâu này tường cừ vẫn đủ cứng chưa cần thanh chống ngang nên mặt bằng khá thông thoáng cho phép thi công bằng cơ giới Thi công thanh chống ngang tại các khu vực cần đào sâu trên 4m, sau đó đào lùi dần từ tâm công trình ra hai phía. Sử dụng thiết bị đào thích hợp vì lúc này có các thanh chống ngang cản trở việc đào hầm. Trong quá trình đào phải thường xuyên theo dõi chuyển vị của tường. Biện pháp thi công kết cấu hầm: Phương án đổ BT tại chỗ được lựa chọn vì: Kết cấu hầm liền khối làm tăng độ cứng và khả năng chống thấm, không đòi hỏi thiết bị thi công hiện đại. Trình tự thi công như sau: Thi công bản đáy từng công đoạn theo cao độ thiết kế: Thi công đệm cát vàng dày 0,5m theo tiêu chuẩn thiết kế. Các mạch ngừng được đặt gioăng chống thấm chuyên dụng. Tiến hành đặt cốt thép rồi đổ BT bản đáy dày 1,5m. Để đảm bảo tiến độ cũng như chất lượng công trình, BT dùng để thi công là BT thương phẩm. Sauk hi thi công bản đáy, tiến hành lắp đặt cốt thép cốt pha cho tường và đổ BT tường. Lắp đặt hệ thống cốt pha và cốt thép nóc hầm, rồi tiến hành đổ BT nóc hầm. Phương án 2: Thân hầm dài 140m Hầm dẫn hai bên mỗi bên dài 202,5m, đường dẫn 2x50 = 100m Phương án này sử dụng gải pháp tường trong đất cho hệ kết cấu hầm Kết cấu phần hầm dẫn có dạng 1 khung cứng, hở phía trên, hai tường chắn hai bên sử dụng hai tường BTCT dày 1m, có chiều sâu thay đổi từ 2,82m đến 12,65m thi công theo phương pháp tường trong đất. Hai tường chắn này chịu áp lực ngang của đất đảm bảo sự ổn định của công trình. Kết cấu đáy chị áp lực đẩy nổi và tải trọng của làn xe bên trên nên sử dụng lớp BTCT dầy 1m, ở dưới có xử lý nền bằng lớp đệm cát dày 0,5m. Phần tiếp giáp giữa hầm chính và hầm dẫn có bố trí khe lún. Phần hầm kín gồm 2 tường bên dầy 1m; tường ngăn dày 0,5m; dầm đáy dầy 1,5m; dầm nóc dày 1m. Giải pháp thi công: Giai đoạn 1: xây dựng một nửa hầm đến giữa nút, để phần đường còn lại cho xe lưu thông. Sau khi xây dựng xong nửa đầu và một nửa đaọn hầm đó lấp lại và xây dựng kết cấu của đường phía trên hầm cho xe chạy qua và chuyển sang giai đoạn 2. Giai đoạn 2: Hoàn thành phần hầm còn lại, cho xe chạy qua hầm phía trên vừa xây dựng xong trong giai đoạn 1 Giai đoạn 3: Hoàn thành nốt các phần còn lại Các biện pháp cụ thể như sau: Thi công các tường chắn đất rộng 1m bằng công nghệ tường trong đất Sau đó tiến hành đổ BT nóc hầm dày 1m Tiến hành đào đất dưới tấm trần hầm Đổ lớp đệm cát và thi công đáy hầm Biện pháp thi công tường trong đất: Thi công các tường định vị Sử dụng các máy khoan chuyên dụng đào các hào rộng 1m cách nhau từng đoạn một. Trong quá trình khoan sử dụng Bentonit để giữ thành hố đào. Sử dụng các ống casing để dẫn hướng cho các hố khoan. Chiều sâu khoan trung bình phần thân hầm là 17m, phần đường dẫn là 5m-17m. Sau khi khoan xong, tiến hành thổi rửa đáy hố khoan, sau đó tiến hành hạ các lồng cốt thép Sau khi định vị đúng tim trục, độ cao lồng thép tiến hành đổ BT bằng phương pháp ống rút thẳng đứng Tiến hành thi công các đoạn còn lại sau khi đổ BT các đoạn trước đã đủ cường độ Biện pháp đào hầm: Do nóc hầm BT cốt thép đã đổ trước cùng với các tường trong đất chống đỡ áp lực ngang của đất hai bên nên không cần hệ thống cọc cừ chống đỡ như phương án 1. Vì vậy có thể sử dụng tối đa các phương tiện máy móc cơ giới. Biện pháp thi công các kết cấu hầm: Thi công đổ BT tại chỗ giống như phương án 1 nhưng thi công tấm đào, chống thấm và thi công áo đường ngay trả lại hiện trạng cho giao thông hoạt động bình thường. Sauk hi đào đất xong thì thi công lớp đệm cát rồi thi công đáy hầm. Thi công theo phương án 2 công nghệ thi công đơn giản ít ảnh hưởng đến giao thông. Vì thi công trần hầm trước khi đào nên có thể tận dụng đất làm ván khuôn để đổ tấm trần hầm nên không tốn đà giáo ván khuôn./. III. ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH, ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN 1. Điều kiện địa chất công trình Trong giới hạn diện tích thành phố Hà Nội có mặt không liên tục các phân vị địa tầng từ Proterozoi đến Kainozoi với tổng chiều dầy địa tầng trước Đệ Tứ bằng 2133,5m và địa tầng Đệ Tứ là 213,8 m bao gồm tất cả 11 phân vi địa tầng. Trong phạm vi nghiên cứu điều kiện xây dựng các công trình ngầm thành phố chủ yếu cần xem xét sự phân bố các thành tạo Đệ Tứ. Các trầm tích Đệ Tứ tại thành phố Hà Nội với các nguồn gốc khác nhau được hình thành từ Pleistocen sớm đến Holocen muộn. Các lớp địa chất theo kết quả khoan thăm dò được lấy như sau (hình 5): + Lớp kết cấu áo đường: dày 0,5m;j = 450; c = 30 KN/m2 ; g =22,5 KN/m3 + Lớp kết đất đắp : dày 2,5m; j = 240; c = 0 KN/m2; g =18 KN/m3 + Lớp đất cát lẫn gạch đá vụn:dày 1,2m ; j = 220; c = 0 KN/m2,  g=18,5 KN/m3 + Lớp đất sét dẻo: dày 4,2m; j = 60; c = 15,7KN/m2 ; g = 16,8 KN/m3 + Lớp đất sét pha: dày 10,8m; j = 60; c =15,3KN/m2; g =18,1 KN/m3 2. Điều kiện địa chất thuỷ văn Khu vực thành phố Hà Nội có điều kiện thủy văn khá phức tạp. Trong trầm tích đô thị thành phố Hà Nội có hai tầng chứa nước chính - Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Holocen và tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Pleistocen. Đặc điểm chung của các tầng chứa nước là nước dưới đất tồn tại trong các lỗ hổng. Nằm giữa hai tầng chứa nước này là tầng cách nước Pleistocen trên. Hình 5: Mặt cắt địa chất tại khu vực Kim Liên Hà Nội có hai hệ thống sông : hệ thống sông Hồng và sông Cầu. Sông Hồng chảy qua Hà Nội theo hướng Đông Nam trên một đoạn dài 20 km. Lưu lượng tối thiểu của sông Hồng bằng 350 m3/s, tối đa bằng 22000m3/s. Mực nước của sông Hồng cao nhất là +14,13m, thấp nhất là 1,73m. Mực nước trung bình dao động từ +2,18m (trong mùa khô) đến +10,18m (trong mùa mưa). Do nằm trong khu vực hạ lưu sông Hồng nên mực nước ngầm của khu vực xây dựng có liên quan mật thiết với mực nước của sông Hồng. Theo tài liệu khảo sát địa chất thủy văn thì mực nước ngầm cao nhất là vào mùa mưa ( Tháng 8 âm lịch ), sau đó mực nước sẽ rút dần và thấp nhất cào tháng 12 âm lịch. 3. Điều kiện khí hậu Hà Nội nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa với hai mùa khí hậu rõ rệt. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3, mùa mưa (mùa nóng) bao gồm những tháng còn lại trong năm. Nhiệt độ trung bình hàng năm bằng 230 - 23,50. Độ ẩm trung bình bằng 80% - 88%. Mùa mưa thường bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 10 (chiếm 80% tổng lượng mưa) với lượng mưa trung bình hàng năm bằng 1500 - 2000 mm. Lượng mưa cực đại tập trung vào hai tháng 7, 8 với cường độ có khi vượt quá 150 mm/ngày. Có khi mưa liên tục trong nhiều ngày, gây úng lụt nặng. Vào mùa khô khí hậu tương đối thuận lợi cho việc xây dựng các công trình do đó ta nên chọn thời gian thi công vào mùa này. Khu vực Kim Liên nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa với hai mùa khí hậu rõ rệt. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3, mùa mưa (mùa nóng) bao gồm những tháng còn lại trong năm. Nhiệt độ trung bình hàng năm bằng 230 - 23,50. Độ ẩm trung bình bằng 80% - 88%. Mùa mưa thường bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 10 (chiếm 80% tổng lượng mưa) với lượng mưa trung bình hàng năm bằng 1500 - 2000 mm. Lượng mưa cực đại tập trung vào hai tháng 7, 8 với cường độ có khi vượt quá 150 mm/ngày. Có khi mưa liên tục trong nhiều ngày, gây úng lụt nặng, mực nước ngầm dâng cao do ở gần hồ Bảy Mẫu, vị trí này cũng tương đối thấp của khu vực Hà Nội. Theo kết quả nghiên cứu lập bản đồ ĐCCT - ĐCTV thành phố Hà Nội tỷ lệ 1:50000 của Đoàn 64, Liên đoàn II địa chất thủy văn, thì yếu tố quan trọng nhất gây ra những ảnh hưởng trực tiếp đến xây dựng các công trình ngầm là chiều sâu mực nước dưới đất. Tính thấm, độ giàu nước của khối đất đá, cũng như sự biến đổi động thái của nước dưới đất (kể cả các tầng chứa nước ngầm sâu hơn) làm cho hoạt động của nền đất trở nên rất phức tạp. Trong điều kiện động thái tự nhiên chưa bị phá huỷ, chiều sâu mực nước dưới đất nhỏ hơn 2m ở các giải ven sông ngòi, nhỏ hơn 2 - 5 m trên đồng bằng và 5 - 10m trên các sườn đồi núi thấp. Hiện nay, Hà Nội đang khai thác khoảng 445000m3 nước ngầm mỗi ngày từ tầng chứa nước cát cuội, sỏi dưới sâu và đã hình thành phễu hạ thấp mực nước ngầm với đường kính bằng 15 - 20km, sâu 23m. Điều này đã gây nên hậu quả tháo khô các tầng chứa nước phía trên do hiện tượng thấm xuyên. Mực nước ngầm bị tụt xuống sâu 5- 7m ở khu vực ngoại vi cho đến 14m tại khu vực lấy nước tập trung. Khu vực nút giao thông Kim Liên nằm gần hai nhà máy nước lớn là: nhà máy nước Bạch Mai và nhà máy nước Ngầm ở Pháp Vân. Do vậy mà mực nước ngầm của khu vực này bị hạ thấp. Khi tính toán thiết kế, thi công ta không xét đến nước ngầm tác dụng vào công trình. Mà chỉ quan tâm đến việc thoát nước mặt cho công trình. Vào mùa khô khí hậu tương đối tốt có nhiều thuận lợi cho việc xây dựng các công trình hạ tầng cơ sở. Nên ta chọn thời điểm thi công vào mùa này. PHẦN 2 - THIẾT KẾ BIỆN PHÁP KỸ THUẬT VÀ TỔ CHỨC THI CÔNG A. THIẾT KẾ BIỆN PHÁP KỸ THUẬT THI CÔNG I. ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THI CÔNG 1.1. Lựa chọn phương án thi công Nêu ra các phương án thi công, lựa chọn phương án thi công hợp lý trong điều kiện cụ thể của công trình. Công trình được thi công tại nút giao thông có lưu lượng xe qua lại lớn mà vẫn phải đảm bảo giao thông đi lại nên các phương án thi công phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Đảm bảo xe cộ và các phương tiện giao thông vẫn có thể lưu thông trong suốt quá trình thi công ở phạm vi công trường. - Đảm bảo tuyệt đối an toàn cho các công trình lân cận. - Không gây tiếng ồn quá mức cho phép. - Thời gian thi công ngắn, nhanh chóng đưa công trình vào sử dụng. - Đảm bảo an toàn cho người và các thiết bị thi công trong phạm vi công trường. - Hợp lý về kinh tế. - Trong quá trình xây dựng phải có đủ khoảng trống để tập kết và bố trí các phương tiện máy móc thiết bị, vật liệu xây dựng. Không làm cản trở giao thông, không gây ô nhiễm môi trường xung quanh. Đồng thời quá trình thi công cần phải tránh tiếng ồn, gây rung động làm ảnh hưởng đến các cơ quan, công sở…xung quanh khu vực nút. Phối hợp với ngành đường sắt để tổ chức tốt các chuyến tàu trong quá trình thi công, đặc biệt tại vị trí có đường sắt chạy qua. 1.2. Một số biện pháp thi công công trình ngầm bằng phương pháp đào hở (lộ thiên). 1.2.1. Phương pháp đào hầm Đầu tiên từ mặt đất ta tiến hành đào hố móng có vách xiên hoặc thẳng đứng với hệ thống chống vách đến độ sâu cần thiết kế. Sau đó tiến hành đổ bê tông tại chỗ, xây dựng kết cấu chống thấm rồi lấp đất trở lại. Để chống đỡ vách hố móng thẳng đứng dùng cọc cừ hoặc cọc cừ kết hợp với neo. Phương pháp thi công dùng hố móng đặc trưng bằng việc cơ giới hoá cao quá trình thi công, cho phép khả năng sử dụng kết cấu công nghiệp, các thiết bị nâng chuyển công suất lớn vào đào hầm. Tuy nhiên trong điều kiện đô thị, khi tồn tại trong vùng mật độ các công trình xây dựng dày đặc, cường độ giao thông lớn thì không phải lúc nào áp dụng phương pháp này cũng cho hiệu quả kinh tế cao. Việc đào hố móng rộng kéo dài trên đoạn 100-150m sẽ dẫn đến phá hoại giao thông trong suốt thời kì xây dựng, gây khó khăn cho cuộc sống bình thường của đô thị. Khi thi công bằng phương pháp đào hố móng thường đòi hỏi chi phí lớn về kim loại, gỗ gia cố tạm thời. Tiếp tục hoàn thiện kết cấu ngầm, ứng dụng các loại tường chắn vách hầm mới, cơ giới hoá công tác cách nước sẽ giảm được sức lao động và giá thành công trình, tăng cường độ và giảm thời gian thi công công trình ngầm bằng phương pháp đào hầm. 1.2.2. Phương pháp tường trong đất Khi bố trí công trình ngầm đặt nông, gần các công trình nhà cửa, cũng như trong điều kiện giao thông thành phố dày đặc có thể áp dụng phương pháp tường trong đất. Đầu tiên ở những chỗ sẽ xây dựng tường của công trình ngầm, người ta đào hào và gia cố nó theo từng bước, rộng 0,6-1,2m, sâu đến độ sâu sẽ xây dựng kết cấu tường của công trình ngầm. Sau đó tiến hành đào hố móng đến cao độ nóc công trình rồi tiến hành đổ bê tông toàn khối nóc hầm trên tường đã thi công. Tiếp theo, tấm trần đã xây xong được bảo vệ bằng lớp phòng nước, rồi lấp đất trở lại, hoàn trả lại các công trình bên trên (mặt đường, vỉa hè). Tiếp đó tiến hành đào đất trong đường hầm rồi tiến hành thi công tấm đáy và vách ngăn. Việc xây dựng kết cấu tường công trình ngầm từ bê tông toàn khối trong đất tạo điều kiện giảm bớt khối lượng công tác, giảm chi phí bê tông cốt thép, giảm bớt thời hạn và giá thành xây dựng Phương pháp tường trong đất có ưu điểm hơn phương pháp hố móng là không đòi hỏi dùng tường cừ cọc ván đảm bảo ổn định thành hố đào, ổn định cho nhà cửa và các công trình lân cận. Phương pháp này có thể áp dụng trong đất đá không cứng dạng bất kỳ (kể cả đất rời, đất sét…) trừ loại đất bùn chảy đất có lỗ rỗng lớn hoặc đất có hang Karster. Phương pháp này có hiệu quả nhất khi chiều sâu hố đào lớn hơn 5-6m. Sử dụng vữa sét để gia cường thành hào, không cần xây dựng hệ thống thoát nước hoặc hạ mực nước ngầm nhân tạo, giảm khối lượng đào đất, tránh tiếng ồn và rung, giảm nặng nhọc và tăng nhịp độ xây dựng. Trong phương phápp này, tường vừa có vai trò như tường cừ cọc ván giữ ổn định hố đào, đồng thời là chi tiết chịu lực của công trình. Đó cũng chính là ưu điểm nổi bật của phương pháp thi công sử dụng “tường trong đất”. 1.3. Lựa chọn phương án thi công Trên cơ sở đánh giá các phương án thi công và dựa vào điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn và điều kiện xã hội khu vực xây dựng ta chọn phương án thi công hầm sử dụng phương pháp tường trong đất. Phương pháp này sẽ giảm được sức lao động và giá thành công trình, tăng cường độ và giảm thời gian thi công, phù hợp với khả năng thi công của các đơn vị thi công. Kết luận Phương án thi công tường liên tục trong đất là dùng các máy đào đặc biệt để đào hố móng có bề rộng 0,6-1,2m, có sử dụng dung dịch ổn định vách hố đào (chủ yếu là sử dụng vữa bentonite), thành những đoạn hố đào với độ dài nhất định sau đó đem lồng cốt thép đã chế tạo sẵn trên mặt đất đặt vào trong hào. Dùng ống dẫn đổ bê tông trong nước cho từng đoạn tường, nối các đoạn tường bằng các loại đầu nối đặc biệt, hình thành nên một tường lien tục trong đất bằng bê tông cốt thép. Tường trong đất tạo thành hệ thống tường chắn đất khi ổn định thành hố đào khi đào hầm, khi đào cần bố trí thêm hệ thống thanh chống hoặc neo để giữ ổn định cho tường. Tường trong đất có khả năng chắn nước, rất tiện lợi cho việc thi công hố móng đào sâu. Tường trong đất kết hợp làm kết cấu chịu lực của công trình thì rất có hiệu quả về kinh tế. Khi thi công theo công nghệ tường trong đất cần giải quyết một số vấn đề cơ bản sau: - Tính toán dung trọng của vữa bentonite để giữ ổn định vách hào khi đào - Tính toán độ bền của tường trong giai đoạn thi công và giai đoạn sử dụng công trình - Kiểm tra ổn định chống trồi hố móng - Kiểm tra ổn định chống chảy thấm của hố đào (gồm kiểm tra ổn định chống phun trào và kiểm tra chống cột nước có áp) Có hai phương án kết cấu khi thi công bằng công nghệ tường trong đất: - Phương án kết hợp tường vây làm kết cấu chịu lực - Phương án không kết hợp tường vây làm kết câu chịu lực (tường trong đất chỉ đóng vai trò là tường chắn đất và nước ngầm) - Phương án không kết hợp tường vây làm kết cấu chịu lực không mang lại hiệu quả kinh tế cao, chỉ sử dụng trong những trường hợp đặc biệt khi không thể kết hợp tường vây làm kết cấu chịu lực hoặc phải xây dựng nhiều công trình ở phía trong tường vây. - Với phương án kết hợp, khi thi công phải để sẵn các chi tiết thép chờ để đổ bê tông phần đáy hầm và nóc hầm. II. CÔNG TÁC CHUẨN BỊ KHI THI CÔNG 2.1. Các công tác chuẩn bị khi thi công: 2.1.1. Công tác chuẩn bị mặt bằng, che chắn và biển báo. Ngay sau khi trúng thầu thi công công trình, Nhà thầu triển khai ngay các công việc cụ thể sau: Trình toàn bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật chi tiết: biện pháp, tiến độ, tổ chức nhân lực, máy móc thiết bị, sơ đồ bố trí hiện trường và những giấy tờ pháp lý, các tài liệu có liên quan đến việc thi công đường ống do Chủ đầu tư cấp duyệt tới các cơ quan quản lý chuyên ngành hữu quan như: giao thông, thuỷ lợi... cũng như các bên có liên quan để phối hợp giải quyết các công trình ngầm liên quan đến công trình thi công. Thông báo rõ tên đơn vị thi công, trụ sở làm việc của công ty, văn phòng ban chỉ huy công trường, thời gian làm việc liên tục 24 giờ trong ngày để nhân dân, chính quyền địa phương và các đơn vị cơ quan, cá nhân có công trình ngầm trên khu vực thi công được biết để thuận tiện cho việc liên hệ. Phối hợp với công an, đội quản lý trật tự trị an của địa phương trên địa bàn thi công nhằm đảm bảo trật tự, an ninh chống các hiện tượng tiêu cực, gây rối trật tự an toàn xã hội trong suốt thời gian thi công, nâng cao tinh thần trách nhiệm chung. Cần thiết sẽ tổ chức họp cùng nhân dân địa phương trên địa bàn thi công để cam kết với dân: không vi phạm an toàn giao thông của nhân dân, giữ gìn an ninh trật tự, đảm bảo cảnh quan và môi sinh cho dân trong khu vực thi công. Trong quá trình thi công, với bất kỳ lý do nào như: ảnh hưởng của thời tiết, sự cố... đều có các hình thức thông báo kịp thời về thời gian thực hiện công việc rõ ràng cho toàn dân trong địa bàn thi công được biết để tạo điều kiện cho đơn vị thi công theo đúng kế hoạch. Xung quanh tường rào đều có biểu tượng của nhà thầu xây dựng. Tại các góc của tường rào có bố trí hệ thống đèn pha chiếu sáng bảo vệ. Phòng bảo vệ được bố trí tại cổng có chắn barie. 2.1.2. Biện pháp thi công đảm bảo an toàn đối với các công trình liền kề Đất đào tới đâu chúng tôi sẽ vận chuyển ra khỏi khu vực thi công ngay tới đó. Mọi vật tư, thiết bị thi công đều được thu dọn ngay sau khi kết thúc một công việc. 2.1.3. Công tác chuẩn bị điện, nước thi công. - Điện: Chúng tôi bố trí một máy phát điện công suất 250KVA, và dự phòng một máy công suất 250 KVA. *Tại các điểm đấu điện có công tơ chia làm 2 tuyến. - Tuyến 1: Phục vụ điện động lực cho các máy thi công, máy trộn vữa, đầm đất, đầm bê tông và các thiết bị chiếu sáng khi thi công... - Tuyến 2: Điện phục vụ cho bảo vệ và sinh hoạt. Toàn bộ hệ thống dây dẫn điện đều đi trên các cột gỗ cao 2 m men theo hàng rào công trường và phân nhánh đến từng điểm tiêu thụ. Trong trường hợp phải đi ngầm để đảm bảo an toàn, hệ thống dây dẫn sẽ là dây cáp ngầm PVC 3x10 + 1x6. - Nước: Chúng tôi bố trí 2 bể chứa, mỗi bể 30m3. Nước được đưa tới hàng ngày bằng xe chở nước. 2.1.4. Phương án giải quyết khi mất điện, thiếu nước. - Điện: Bố trí máy phát điện dự phòng. - Nước: Luôn luôn có 1 xe chở nước dự phòng, hàng ngày đều có xe chở nước tới công trường. Phương án hàng rào bảo vệ và phương án bảo quản vật tư thiết bị tập kết trước khi sử dụng. Công trường có bảo vệ trực 24h/24 ngày chia làm 3 ca đảm bảo trật tự, an ninh trong và ngoài công trường. Nhà thầu tổ chức một tổ bảo vệ của riêng để thực hiện bảo vệ vật tư và thiết bị cũng như con người của nhà thầu. Nhà thầu sẽ đăng ký mẫu thẻ ra vào công trường của CBCNV với chủ đầu tư để tiện việc kiểm soát ra vào. Các biển báo khẩu hiệu an toàn, nội quy công trường phải được dựng sớm đúng nơi quy định. Tất cả vật tư, thiết bị đều được bảo quản trong kho, kê cách mặt đất 0,6m. Đồng thời dự trữ một kho trống. 2.1.5. Dịch vụ thông tin. Trang bị điện thoại di động, hoặc máy bộ đàm cho các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật để thuận tiện cho công tác điều hành, quản lý tại công trường. 2.1.6. Vệ sinh môi trường. a. Vệ sinh: Tiến hành các biện pháp bảo đảm hiện trường và các khu vực thi công trong điều kiện đủ vệ sinh. Tất cả các vấn đề về sức khoẻ và vệ sinh sẽ tương ứng với các yêu cầu của cơ quan y tế địa phương và các cơ quan hữu quan khác. b. Xử lý nước thải và chất thải ô nhiễm môi trường: Đưa ra các quy định về nước thải và có phương án xử lý nước thải từ các lều trại và văn phòng của mình về tất cả các loại nước cũng như tất cả các loại chất thải lỏng và chất thải rắn. Nhà thầu sẽ thực hiện các biện pháp hợp lý để giảm thiểu về các chất bẩn, ô nhiễm nguồn nước và không thích hợp hoặc có ảnh hưởng xấu đến cộng đồng khi thực hiện các công việc. 2.1.7. Bố trí tổng mặt bằng thi công. a. Văn phòng công trường và trạm y tế: - Giai đoạn đầu nhà thầu bố trí ở gần cổng ra vào công trình làm ban chỉ huy công trường và công tác y tế để thuận tiện cho công tác quản lý thi công và cấp cứu kịp thời nếu có xảy ra sự cố. - Ngoài ra lập một ban chỉ đạo gián tiếp tại trụ sở Công ty. Bộ phận này sẽ kết hợp với ban chỉ huy công trường cùng giải quyết các vấn đề thi công nhằm đạt được hiệu quả cao nhất. b. Kho chứa vật tư thiết bị: - Bố trí một kho chứa vật tư, thiết bị gần ban chỉ huy công trường. c. Bãi vật liệu: - Nhà thầu bố trí bãi vật liệu ngay tại công trường (chủ yếu để tập kết cốp pha và cốt thép đã gia công từ xưởng). Do mặt bằng thi công tương đối chật hẹp sẽ có biện pháp luân chuyển vật liệu hợp lý sao cho vật liệu tại công trường luôn đạt mức tối thiểu mà vẫn đảm bảo công trình thi công liên tục. d. Các hạng mục phụ trợ: - Bố trí hai khu vệ sinh di động tại công trường. - Tại các vị trí thuận lợi đều bố trí thùng rác, tránh tình trạng vứt rác bừa bãi trên hiện trường. Mỗi tuần hai lần được chuyển ra khỏi công trường. 2.1.8. Tổ chức công trường. Để đảm bảo tiến độ, chất lượng và thuận tiện cho việc quản lý điều hành chung trên toàn công trường, công trường được tổ chức theo sơ đồ quản lý (xem sơ đồ tổ chức công trường). Ban chỉ huy công trường chịu trách nhiệm về quản lý giám sát tổ chức thi công toàn công trường theo tiến độ đảm bảo chất lượng, giải quyết các mối quan hệ giữa Nhà thầu và Kỹ sư trong quá trình thi công. Tổ kỹ thuật giám sát giúp Ban chỉ huy công trường quản lý khối lượng, giám sát chất lượng, tiến độ thi công đối với các tổ thi công và quản lý công nhân trực tiếp thực hiện tốt các công việc được giao. Cán bộ công nhân viên tham gia thi công công trình thực hiện nghiêm ngặt nội quy, quy định của công ty nhất là an toàn lao động, phòng chống cháy nổ, vệ sinh môi trường. 2.2. Tính toán kết cấu thi công Căn cứ vào phương pháp thi công đã lựa chọn là thi công bằng phương pháp đào lộ thiên, sử dụng kết cấu tường trong đất nên ta tiến hành tính toán kết cấu thi công gồm các công việc sau: Tính toán độ bền của tường trong đất trong giai đoạn thi công Tính toán kết cấu neo giữ ổn định cho tường 2.2.1. Thiết kế neo giữ ổn định cho tường hầm a. Xác định độ cắm sâu của tường: Độ cắm sâu của tường so với mặt đào được xác định theo điều kiện Điều kiện chống trồi của hố móng Bài toán tính neo Trong bài toán chúng ta không có nước ngầm nên ta chỉ tính độ cắm sâu theo điều kiện chống trồi của hố móng. b. Tính theo điều kiện chống trồi hố móng: Cơ sở tính toán: Khi xây tường vây trong đất nếu độ cắm sâu của chân tường không đủ thì hố móng có nguy cơ bị trồi lên do áp lực của đất đá bên ngoài. Đất đá bị trượt theo đường cong như hình vẽ tạo nên hiện tượng nâng cao mặt đáy hố móng. Vì vậy tường cần được cắm sâu thêm một đoạn được tinh toán theo chiều sâu hố móng Tính toán: sử dụng sơ đồ tính toán chống trồi đối với đất không dính và bỏ qua lực ma sát dọc của đất đá: Hình 6. Sơ đồ tính toán chống trồi hố móng Ứng suất theo chiều đứng bên phía không đào: q1 = qmd + g.h = 12,193 + 17,62.(9,4 + D) = 165,628 + 17,62D Ứng suất theo chiều đứng bên đào đất: q2 = g.D = 18,1. D Theo lý luận về đường trượt, để đảm bảo khả năng đất đá không bị trồi lên ta có điều kiện cân bằng: 165,628+17,62.D = 5,716.18,1.D D = 1,93 m Tổng quan về neo phụt và cơ sở tính toán thiêt kế: Khi thi công công trình ngầm theo phương pháp tường trong đất bằng cách đào lộ thiên, quá trình đào đất đá phía trong hầm sẽ gây nên sự mất cân bằng về áp lực đất đá tác dụng phía trong và phía ngoài hầm,dẫn đến sự mất ổn định của tường. Để giữ ổn định cho tường người ta dùng hệ thống thanh chống hoặc thanh neo bố trí hai bên tường 2.2.2.Cấu tạo thanh neo trong đất: thường gồm 3 bộ phận chính: Bầu neo: là bộ phận làm việc chính của neo, được gia cố vào trong đất đá và nằm ngoài lăng thể trượt của đất đá. Thanh neo: nối phần làm việc của neo với công trình. Đầu neo: nối thanh căng neo với công trình. Neo phụt sử dụng vữa xi măng phụt vào lỗ khoan trong đất để tạo bầu neo, thanh neo được cấu tạo từ các thanh thép hoặc các bó cáp. Sức chịu tải của neo được tính toán phụ thuộc chủ yếu vào đường kính bầu neo, thanh neo có tác dụng truyền lực từ công trình đến bầu neo 2.2.3. Phương pháp thi công neo phụt: Sử dụng các máy khoan chuyên dụng khoan qua bức tường chắn để tạo lỗ neo trong đất. Sau đó đưa ống tạo neo vào lỗ khoan đến chiều dài thiết kế của neo. Ống tạo neo làm bằng kim loại hoặc bằng nhựa chịu áp lực có đường kính 85-245mm. Trên đoạn tạo bầu neo có đục các lỗ #10 với các gel cao su để phụt vữa xi măng. Để tạo hiệu quả phụt vữa xi măng tốt, trong ống còn lắp các van chặn bằng cao su trong từng đoạn ống trong phạm vi tạo bầu neo. Van chặn bình thường ở trạng thái xẹp. Khi bơm vữa xi măng van sẽ được làm căng nhờ chất lỏng được dẫn theo đường ống từ ngoài vào. Khi bơm vữa xi măng với áp suất đủ lớn bầu neo sẽ được hình thành xung quanh neo, thanh neo được làm từ các bó cáp không gỉ Bầu neo tạo nên sức ma sát lớn giữa neo và đất đá xung quanh, do đó tạo cho neo sức kéo khá lớn đủ khả năng chịu áp lực đất đá phía ngoài tường. 2.2.4. Những nguyên tắc chung khi thiết kế neo phụt: Bầu neo phải nằm ngoài cung trượt đất đá phía sau tường. Khi thiết kế neo trong đất người ta giả thiết rằng trong trường hợp bất lợi nhất là bức tường bị mất ổn định làm cho khối đất đá sau tường bị trượt theo cung tròn giả định. Để neo có hiệu quả thì bầu neo phải nằm ngoài cung trượt. Phải đảm bảo sự ổn định của tường chắn Khi đào hố sâu thì tường chắn sẽ bị đẩy ra do áp lực đất đá chủ động sau tường và gây nên áp lực bị động ở chân tường (phía đào đất). Khi thiết kế neo phải đảm bảo 2 điều kiện sau: Điểm ngàm A (điểm có mômen bằng 0 dưới chân tường) không được trùng với đáy tường. Nếu 2 điểm đó trùng nhau thì nguy cơ chân tường bị đẩy ra làm tường mất ổn định. Phải đảm bảo cân bằng lực đẩy do áp lực chủ động của đất sau lưng tường với lực giữ do áp lực bị động trước tường và lực kéo của các thanh neo. Phải đảm bảo cho tổng các lực thẳng đứng nhỏ hơn phản lực ở đáy tường, tức là nhỏ hơn sức chịu tải của đất ở đáy tường. Do thanh neo có độ dốc nên sẽ tạo ra áp lực thẳng đứng tác dụng vào tường lớn do đó có thể làm tường bị lún quá giới hạn cho phép. Vì vậy phải kiểm tra để đảm bảo sức chịu của đất lớn hơn các lực thẳng đứng tác dụng vào tường. Sức chịu tải của neo được tạo nên bởi hai thành phần: Phần chủ yếu là giữa mặt xung quanh của bầu neo và đất Phần phụ là phản lực của đất vào gương neo. Sức chịu tải của neo được xác định theo công thức: Trong đó: K: Hệ số đồng nhất của đất đá, lấy K=0,6 m: Hệ số điều kiện làm việc, m=1 fs: Sức ma sát của đất (KN/m2) Ls: Chiều dài bầu neo (m) u: Chu vi mặt ngoài của bầu neo (m) A, B: Hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc góc ma sát trong của đất Ctc: Lực dính tiêu chuẩn của đất KN/m2) g: Trọng lượng riêng của đất (KN/m3) h: Khoảng cách từ bầu neo đến mặt đất (m) Như vậy sức chịu tải của neo phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó đường kính bầu neo và chiều dài bầu neo có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng chịu tải của neo. Việc thiết kế neo phụt khi đã biệt giá trị lực căng trong neo chủ yếu là xác định chiều dài bầu neo. Chiều dài đoạn tự do được xác định sao cho phần bầu neo nằm ngoài cung trượt của đất. 2.2.5. Phương pháp Sachipana tính nội lực trong thanh neo: Tổng quan về phương pháp: Việc tính toán độ bền của tường trong đất là khá phức tạp nhất là khi xét đến tương tác giữa tường và đất. Đê đơn giản hoá tính toán, trong phương pháp này, ta coi lực căng neo, mômen than tường là bất biến, không thay đổi trong suốt quá trình đào đất: Sau khi lắp đặt tầng neo dưới, lực căng của tầng neo trên hầu như không đổi, hoặc chỉ biến đổi chút ít. Chuyển dịch thân tường từ hang neo dưới trở lên phần lớn xảy ra trước khi lắp đặt tầng neo dưới. Mômen uốn của thân tường từ hàng neo dưới trở lên phần lớn trị số của nó là phần dư còn lại từ trước khi lắp đặt hàng neo dưới. Các giả thiết cơ bản của phương pháp Sachipana: Thân tường xem là đàn hồi vô hạn Áp lực đất đá tác dụng lên thân tường bên phía không đào đất là áp lực chủ động và áp lực nước. Phản lực chống hướng ngang của đất ở bên dưới mặt đào lấy bằng áp lực đất bị động. Sauk hi lắp đặt neo thì xem điểm đặt neo là bất động Sau khi lắp đặt tầng neo dưới thì xem trị số lực căng của neo tren duy trì không đổi còn thân tường từ tầng neo dưới trở lên vẫn duy trì ở vị trí cũ. Điểm mômen uốn thân tường bên dưới mặt đào M=0 (điểm A) được xem là một khớp, và chỉ tính toán cho phần tải trọng tác dụng lên tường phía bên trên điểm đó. Với giả thiết như vậy việc xác định các ẩn số cần thiết là khoảng cách từ mặt đào đến điểm mômen = 0 dưới chân tường (xA) và giá trị lực kéo trong neo (NK) chỉ cần thông qua 2 phương trình tĩnh học: SY = 0 SMA = 0 Sauk hi xác định được XA và giá trị lực kéo NK, mômen thân tường được xác định theo cơ học kết cấu. Việc tính toán tường trong đất theo phương pháp Sachipana thường cho kết quả mômen thân tường và lực kéo trong neo lớn hơn so với phương giải chính xác từ 5%-10%. Kết quả như vậy chấp nhận được vì thiên về an toàn. Áp dụng phương pháp Sachipana vào bài toán - Số liệu địa chất Lớp 1: Đất đổ nền lẫn gạch đá vụn (lớp này sẽ bóc bỏ khi thi công) Lớp 2: Đất sét dẻo trạng thái dẻo mềm C = 15,4KN/m2 ; j = 6o ; g = 16.8KN/m3 ; h = 4,2m Lớp 3: Đất sét pha C = 15,3KN/m2 ; j = 6o ; g = 18,1KN/m3 ; - Mô hình tính toán theo Sachipana Do trình tự thi công hầm, phần hầm kín ta thi công dầm nóc trước khi đào đất trong hầm, khi đó dầm nóc đóng vai trò như một thanh ngang chống đỡ giữ ổn định cho tường trong quá trình đào đất trong hố móng. Do vậy phần hầm kín ta không cần thi công neo mà chỉ cần tính toán chiều sâu chân tường để đảm bảo chống trồi của hố móng khi đào đất hố móng đến cao độ đặt dầm đáy. Phần hầm dẫn, hai tường bên giữ vai trò như một kết cấu tường chắn đất. Khi tường có chiều cao lớn ta phải tính toán ổn định của tường. Để đảm bảo ổn định của tường trong quá trình sử dụng cũng như trong suốt quát trình thi công, ta phải bố trí neo cho tường, ta chỉ bố trí cho phần tường có chiều cao lớn hơn 5m, phần tường có chiều cao nhỏ hơn 5m không cần bố trí - Chọn số tầng thanh neo: Thi công thanh neo trước tiên phải đào đến vị trí thanh neo, ngừng đào vào sau đó thi công thanh neo, chờ sau khi kéo DƯL thanh neo mới được đào đất bước tiếp sau. Do đó, them một tầng thanh neo là them một tuần hoàn thi công. Trong trường hợp cụ thể, số tầng neo càng ít càng tốt. Vì vậy ta chỉ bố trí một tầng neo đặt ở cao độ -4,4m - Khoảng cách các thanh neo: Để hạn chế hiệu ứng nhóm neo thì khoảng cách giữa các neo phải lớn hơn 4 lần đường kính (D là đường kính lớn nhất trong bầu neo) tính từ tim đến tim. Trong thực tế khoảng cách tối thiểu là từ 1,5-2m. Ta chọn khoảng cách giữa các thanh neo là 2m. - Mô hình tính toán: HÌnh 7. Sơ đồ tính tường neo theo phương pháp Sachipana Áp lực đất đá chủ động sau lưng tường biểu diễn ở dạng hx và áp lực đất đá bị động phía trước của tường biểu diễn ở dạng wx( là trị số áp lực đất bị động sau khi đã trừ đi áp lực đất tĩnh). Từ điều kiện SY = 0 ta có: (1) Với b = h- a Từ điều kiện SM = 0 ta có: (2) Thay (1) vào (2) rồi rút gọn ta có phương trình: (3) Vì bài toán ta xét không có nước ngầm nên thành phần chứa b sẽ bằng 0 - Tính toán: Tính toán áp lực đất theo lí thuyết áp lực đất Rankine, lấy 1m theo chiều dài thân tường để tính. - Áp lực đất chủ động vào lưng tường: Theo kết quả tính toán ở phần 2 chương 1 ta có: Ở độ sâu Z = 0 : pa = 4,4KN/m2 Ở độ sâu Z = 4,4m : pa = 27,76KN/m2 Ở độ sâu Z = 9,4m : pa = 54,81KN/m2 Ta có: - Áp lực đất bị động tường trước: => w = 21,734 ; v = 30,43 Theo sơ đồ tính toán ta có: k = 1; hok = 9,4m; hkk = h1k = 5m; Ni = 0 . Thay vào công thức (3) ta được: Giải phương trình ta được: XA = 3,104m Dùng công thức (1) ta sẽ tìm được lực dọc trục thanh chống Nk: Mômen thân tường: (thể hiệ trên hình …) Thiết kế thanh neo cho công trình: Lực căng lớn nhất trong neo là: Nk = 432,934KN do áp lực đất sau lưng tường tác dụng trên 1m dài tường gây ra. Cứ 2m dài tường ta bố trí một thanh neo thì nội lực trong thanh neo là Nneo = 2.Nk = 2.432,934 = 865,934KN Xác định chiều dài bầu neo Ls: (Theo phương pháp thực nghiệm của M.Bustanmante) Trong đó: TU: Lực kéo trong thanh neo (KN), TU = 865,868KN DS: Đường kính bầu neo, Được xác định phụ thuộc đường kính lỗ khoan, tính chất của đất và kĩ thuật phun tạo bầu neo, được xác định theo công thức: DS = a.Dd a: Hệ sô tra bảng, với đất sét bơm phụt có Pi > P1, a=1,8 Chọn đường kính lỗ khoan Dd = 15cm => D = 1,8.15 = 27cm qS: Phụ thuộc chỉ số N trong thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn. Với đất sét dẻo N = 5 tra bảng ta có : qS = 0,1Mpa = 100KN/m2 Thay số vào công thức ta có: Lấy LS = 12m Xác định chiều dài tự do: Chiều dài tự do phải được đảm bảo cho bầu neo nằm ngoài cung trượt của đất đá Với đất có j = 6o ta có thể coi cung trượt là một đường thẳng bắt đầu từ chân tường và kết hợp với phương thẳng đứng góc 45o-j/2 Giả thiết thanh neo hợp với phương nằm ngang góc a = 30o Hình 8. Sơ đồ tính toán neo tạm thời trong quá trình thi công Khi đó chiều dài đoạn tự do được xác định theo công thức: Lấy AB = 6m Vậy tổng chiều dài neo là : L = LS + AB = 12 + 6 = 8m - Kiểm tra sức chịu tải của nền đất khi xây dựng tường vây: Để xây dựng tường vây phải đảm bảo sức chịu tải của nền đất dưới chân tường phải lớn hơn tải trọng bản thân của tường và tải trọng thẳng đứng do sức căng của thanh neo truyền xuống. Trong đó: Ptc: Áp lực tiêu chuẩn dưới chân tường (KN/m) Gtc: Trọng lượng bản thân của 1m dài tường (KN/m) Gtc = 12,4.1.1.24 = 297,6KN/m GN: Lực thẳng đứng do sức căng của thanh neo (KN) GN = (432,934 + 375).tan(30o) = 466,46KN Qms: Lực ma sát giữa đất đá và thân tường Qms = fs.L fs: Lực ma sát giữa đất và tường, tra theo bảng phụ thuộc vào loại đất và chiều sâu trung bình của lớp đất, fs = 35KN/m2 L: Chiều dài phần tường ngập trong đất Qms = 35.12,4 = 434KN Rtc: Sức chịu tải của đất nền được xác định theo công thức: Rtc = A.b.gT + B.h. gD + D.ctc gT: Khối lượng riêng của đất đá từ chân tường đến mặt đất, gT = 17,62KN/m3 gD: Khối lượng riêng của đất đá dưới chân tường, gD = 18.1KN/m3 b: Chiều rộng của tường, b = 1m h: Chiều sâu chôn tường, h = 12,4m ctc: Lực dính lớp đất dưới chân tường, ctc = 15,3KN/m2 A,B,D:Thông số phụ thuộc góc ma sát trong của đất j = 6o; A = 0,61; B = 3,44; D = 6,04 Rtc = 0,61.1.17,62 + 3,44.12,4.18,1 + 6,04.15,3 = 875KN => Đạt 2.3. Quy trình thi công 2.3.1. Công tác chuẩn bị: Khôi phục cọc và định vị phạm vi thi công: Ở đây đường hầm của chúng ta xuyên qua nút Kim Liên dựa trên cơ sở tuyến đường cũ. Như ở thiết kế kỹ thuật đã đề xuất phương án lựa chọn thì lấy tim đường Kim Liên và tim đường Đại Cồ Việt làm tim đường hầm. Việc khôi phục cọc nhờ vào các mốc chuẩn và lên tim hầm không có gì khó khăn. 2.3.2. Công tác dọn dẹp chuẩn bị mặt bằng: Đường Kim Liên – Đại Cồ Việt là đường đã làm. Nút của chúng ta đã chọn phương án làm hầm do đó mặt bằng thi công của chúng ta chỉ chiếm 12420m2, diện tích này nằm trên toàn bộ đường Kim Liên và đường Đại Cồ Việt. Vì vậy không cần phải dọn dẹp mặt bằng mà chỉ phải chuẩn bị các biển báo công trường và hàng rào khu vực thi công. Ở đây để thuận tiện ta bố trí tập kết máy móc, thiết bị, nguyên vật liệu vào khu vực công viên Thống Nhất và một phần ở khu vưc trường Đại học Bách Khoa. 2.3.3. Giải pháp phòng nước khi thi công: Trong quá trình thi công đào đất đường hầm và đường dẫn phải có biện pháp phòng nước trong công trình. Nước ở trong công trình ở đây chủ yếu là nước mưa chảy và công trình và nước thẩm thấu từ xung quanh…gây khó khăn và phức tạp cho quá trình thi công Ở đây biện pháp phòng nước trong quá trình thi công bao gồm các biện pháp sau: Bố trí hệ thống giếng thu và máy bơm đi cùng theo khoảng cách tiêu chuẩn tính toán, cứ từ 50-70m một giếng thu nước và một máy bơm nước hoạt động thường xuyên khi hố thu có nước. Tổ chức bơm nước thường xuyên và thực hiện chế độ trực 24/24h. Ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật và thi công cần tính toán chính xác lưu lượng nước chảy vào và chế độ cần thiết của hệ thống phòng nước sau khi đã có số liệu điều tra khảo sát, thí nghiệm chính xác về điều kiện địa chất thuỷ văn khu vực nút. 2.3.4. Các giai đoạn thi công chính: Giai đoạn 1: Thi công các đốt hầm từ H6, H7, H8, H9 với tổng chiều dài 40m, phần hầm kín nằm giữa nút giao thông. Giai đoạn này gồm các công việc: Bóc bỏ lớp đất mượn phía trên đến cao độ -1,2m Tiến hành ép cọc bê tông 35x35cm đến cao độ -21,6m Sử dụng các máy đào chuyên dụng thi công các đoạn tường trong đất. Tường trong đất đổ cao hơn cao độ thiết kế 0,5m Đợi cho tường đạt cường độ yêu cầu, dùng máy xúc kết hợp nhân lực đào đất đến cao độ thấp hơn cao độ đặt nóc hầm 50cm. Đập bỏ bê tông xấu đỉnh tường, thi công lớp cát lót dày 35cm đầm chặt, sau đó thi công một lớp bê tông mác thấp M100# tạo phẳng làm ván khuôn đáy thi công bản nóc hầm. Lắp dựng ván khuôn, đặt cốt thép bản nóc hầm (cốt thép được lấy trong kho thép đã được gia công đặt bên trường Bách Khoa. Đổ bê tông nóc hầm bằng xe bơm bê tông, bê tông được lấy từ trạm trộn bê tông đặt ở Giáp Bát vận chuyển đến công trường bằng xe Mix. Trước khi đổ phải lấy mẫu thử độ sụt đúc mẫu thí nghiệm. Đợi bê tông nóc hầm đạt cường độ thì lấp đất trở lại và thi công hoàn trả lại mặt đường cho giao thông đi lại. Trong quá trình đợi bê tông nóc hầm đạt cường độ thì tiến hành thi công các đốt H10, H11, H12, H13, H14 của giai đoạn 2. Giai đoạn 2: Sau khi thi công xong giai đoạn 1 tiến hành thi công sang giai đoạn 2, gồm thi công các đốt hầm từ H1 đến H5 và từ H10 đến H14 với tổng chiều dài 100m. Trình tự các bước thi công giống như ở giai đoạn 1 Giai đoạn 3: Thi công tường trong đất của hai nhánh hầm dẫn, thi công song song từ hai đầu vào. Gồm các đốt hầm từ D6 đến D20 và D6’ đến D20’. Trình tự các bước thi công: Bóc bỏ lớp đất mượn phía trên đến cao độ -1,2m Tiến hành ép cọc bê tông 35x35cm Sử dụng các máy đào chuyên dụng thi công các đoạn tường trong đất. Sau khi thi công xong chuyển sang thi công giai đoạn 4 Giai đoạn 4: Tiến hành đào đất toàn hầm, dùng máy xúc, máy ủi, các máy làm đất chuyên dụng, kết hợp với nhân lực đào đất trong hầm, đào từ hai phía hầm dẫn vào đào đến đâu thi công bản bê tông đáy đến đó Thi công các hạng mục kỹ thuật khác: hoàn thiện bề mặt hầm, thi công mặt đường, bể thu mước, rãnh thoát nước, trạm bơm nước, chiếu sáng,… Giai đoạn 5: Hoàn thiện hầm, tạo mỹ quan Thông xe hầm, đưa hầm vào khai thác sử dụng. Thi công cọc đóng bê tông cốt thép: Trên mặt bằng tiến hành đo đạc các vị trí xác định tim móng, từ đó xác định được vị trí các cọc trong bệ. Mặt bằng phải thoát nước và đủ không gian cho thi công Di chuyển máy ép cọc DW-25-40, ép cọc bê tông 35x35cm. Để ép được cọc đến cao độ thiết kế thì ta phải sử dụng cọc dẫn. Ép cọc đến khi đầu cọc cách cao độ mặt đất 0,5m thì dùng cọc dẫn chụp lên đầu cọc rồi tiếp tục ép cọc đến cao độ thiết kế. Dùng móc cẩu của máy ép rút đoạn cọc dẫn lên, rồi lần lượt đóng các cọc còn lại của bệ móng theo trình tự như vậy. Thi công tường trong dất: Thi công tường trong đất bao gồm các bước chủ yếu sau: Đầu tiên cho máy xúc đào một rãnh hào để thi công tường dẫn; Sau đó dùng máy đào gầu ngoạm đào các đoạn hào có kích thước 5x0,75m, trong quá trình đào phải luôn cung cấp đầy đủ vữa sét cho hố đào; Chế tạo lồng cốt thép, dùng cẩu hạ lồng cốt thép vào trong hào; Đổ bê tông hào bằng phương pháp đổ bê tông trong nước. HÌnh 9. Sơ đồ công nghệ thi công tường trong đất HÌnh 10. Sơ đồ dây chuyền công nghệ chế tạo dung dịch vữa sét Dung dịch Bentonite, tỷ lệ pha trộn là 30Kg Bentonite cho 1m3 dung dịch. Tỷ lệ này có thể điều chỉnh và thêm phụ gia sao cho các thông số phải đạt được như sau: Tỷ trọng: 1,02 – 1,15 g/cm3= Độ nhớt: 30 – 50 giây Độ PH: 8 – 12 Trên công trường Bentonite được trộn với máy trộn tốc độ cao, và được chứa trong các thùng chứa lớn. Dung dịch Bentonite thu hồi được làm sạch bằng máy để dùng lại. Biện pháp thi công cốt thép và bê tông cho tường : Cốt thép tường được chế tạo và lắp đặt sẵn tại công trường, cốt thép được sử dụng là cốt thép gai, cốt thép được liên kết bằng cách buộc lại với nhau. Sử dụng cẩu để đưa lồng cốt thép vào trong hào, quá trình cẩu phải sử dụng dây buộ để định hướng tránh để lồng cốt thép trượt ra ngoài mép hố đào. Trên lồng cốt thép có bố trí các con kê định vị làm bằng bê tông hoặc bằng các tai thép hoặc bằng nhựa, có tác dụng bảo đảm chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép và tránh làm lở thành hố đào. Tiến hành đổ bê tông tường theo công nghệ đổ bê tông trong nước là phương pháp rút ống thẳng đứng. Cường độ của bê tông là 30Mpa, độ lớn cốt liệu <50mm. Bê tông cần phải dẻo, thời gian ninh kết là tối đa, độ sụt từ 16-20mm. Chọn chiều dài khối đào sao cho kết thúc khối đổ trong thời gian bằng một hoặc hai lần thời gian ninh kết của xi măng, để tăng thời gian ninh kết ta sử dụng phụ gia. Trong khung thép phải bố trí chỗ cho ống đổ bê tông Bê tông sử dụng là loại bê tông thương phẩm được chở đến công trường bằng xe Mix Trước khi đổ phải làm sạch hố đào, sau đó hạ ống đổ bê tông có D = 200 – 300mm, các ống nối với nhau bằng bu lông. Quá trình đổ bê tông phải liên tục , Bentonite phải được thu hồi tránh để tràn ra ngoài, ống đổ bê tông được rút dần lên trong quá trình đổ nhưng phải luôn ngập trong bê tông một đoạn tối thiểu 3m. Biện pháp đào đất trong hầm: Sau khi thi công tường trong đất xong, đợi khi bê tông tường đạt cường đột theo yêu cầu thiết kế thì tiến hành đào đất trong hầm. Trình tự đào được tiến hành phù hợp với từng loại đất và hệ thống chống đỡ. Do thi công bằng tường trong đất nên mặt bằng thi công rất thuận lợi cho công tác đào đất. Căn cứ vào tình hình và điều kiện cụ thể ta sẽ sử dụng loại máy xúc gầu thuận kết hợp với máy ủi để đào đường hầm và đường dẫn. Với điều kiện cụ thể của nút giao thông Kim Liên ta sử dụng phương pháp đào là đào theo chiều dọc hầm: cho máy đào tuần tự di chuyển theo chiều dọc của hố móng. Hình 11.Sơ đồ đào đất tuyến hầm Sơ đồ đào đất được thể hiện như hình vẽ trên, máy xúc đào đất rồi đổ lên ôtô. Khi đào khoang 1, trục đường đi của máy đào là D1, trục đường đi của ô tô vận chuyển đất là X1; Khi đào khoang 2 thì những đường đó là D2 và X2; khoang 3 là D3 và X3. Đường ô tô vận chuyển đất chạy song song với tuyến đào. Trong phương pháp đào dọc này có 2 kiểu đó là đào dọc đổ bên và đào dọc đổ sau.Ta chọn máy đào gầu thuận mã hiệu EO-4321A, máy ủi DZ43. Bảng 4. Thông số kỹ thuật của máy xúc gầu thuận EO-4321A Bảng thống kê số liệu kỹ thuật của máy xúc gầu thuận EO-4321A TT Thông số Ký hiệu Đơn vị Khối lượng 1 Dung tích gầu q m3 1,0 2 Bán kính đào đất ở cao trình máy đứng Ron m 2,5 3 Bán kính đào đất lớn nhất R m 7,4 4 Chiều cao đổ đất lớn nhất h m 4,7 5 Bán kính đổ đất ứng với độ cao lớn nhất r m 4,1 6 Chiều cao đào đất khi bán kính đào lớn nhất H m 7,9 7 Trọng lượng máy tấn 19,5 8 Thời gian một chu kì khi góc quay j = 90o giây 15,0 Bảng 5. Thông số kỹ thuật của máy ủi DZ43 Bảng thống kê số liệu kỹ thuật của máy ủi DZ43 TT Thông số Ký hiệu Đơn vị Khối lượng 1 Máy kéo cơ sở DT-75B 2 Sức kéo 30 3 Chiều dài ben B KN 3,5 4 Chiều cao ben h m 0,8 5 Độ nâng ben m 0,6 6 Góc quay ben độ 63-90 7 Vận tốc nâng ben Vn m/s 0,25 8 Vận tốc hạ ben Vh m/s 0,25 9 Vận tốc di chuyển tiến Vt Km/h 11,49 10 Vận tốc di chuyển lùi Vl Km/h 4,35 11 Góc nghiêng ben ở mặt phẳng đứng độ ±5 12 Trọng lượng máy giây 9,1 Biện pháp thi công neo phụt Sử dụng máy khoan Krupp HB101 của Đức, hoặc các máy khoan có các chỉ tiêu kỹ thuật tương đương. Bảng 6. Thông số kỹ thuật của máy khoan Krupp HB101(của Đức) Tính năng máy khoan Krupp HB101 TT Thông số Đơn vị 1 Đường kính lỗ khoan mm 64 - 27 2 Mômen xoắn N.m 950 3 Số lần xung kích lần/phút 1800 4 Vòng quay r/phút 0 -140 5 Lực tiến vào KN Lớn nhất là 25 6 Độ dài cần khoan mm 6250 7 Công suất động cơ KW 74 8 Trọng lượng máy Tấn 8,3 9 Kích thước (dài × rộng × cao) mm 6610×2300×2200 Dây truyền công nghệ thi công neo phụt sử dụng máy khoan Krupp HB101 của Đức: Chuẩn bị thi công → Chuyển máy vào vị trí → Điều chỉnh vị trí lỗ và góc nghiêng của vần khoan → Mở nguồn nước → Khoan lỗ → Nhấc cần khoan trong lên để rửa nhiều lần → Nối ống tầng trong, cần khoan và nối ống lồng ngoài → Tiếp tục khoan vào → Nhấc cần khoan trong lên để xối rửa nhiều lần đến độ sâu qui định → Nhấc cần khoan trong lên để xối rửa nhiều lần đến khi trong lỗ khoan ra nước trong → Khoá nước, nhổ cần khoan trong (nhổ theo từng đoạn) → Cắm bó dây thép xoắn và ống bơm vữa vào → Bơm vữa → Dùng máy nhổ ống để nhổ ống lồng ngoài (nhổ ra theo từng đoạn) → Bơm vữa lần 2 → Dưỡng hộ → Kéo DƯL → Dùng nên khoá chặt → Thi công xong thanh neo thì tiếp tục đào đất. Lỗ khoan được khoan và chèn ống theo từng khâu dài 1m. Việc nối kéo dài cần khoan và ống lồng ngoài đều được cơ giới hoá với động cơ thuỷ lực. Vữa xi măng được trộn tại các thùng trộn đặt gần máy khoan thi công neo và dùng ống cao su chịu áp lực cao để hút vữa xi măng vào máy bơm. Khi bơm vữa tạo neo phải sử dụng hệ thống ống gel tạo neo và van chặn bằng cao su để tăng khả năng lan toả của vữa tạo bầu neo. Ống tạo neo được làm bằng nhựa chịu áp lực có D = 200mm, trên đoạn tạo bầu neo có khoan các lỗ D = 10mm với gel cao su để phụt vữa xi măng. Tại những đoạn có lỗ khoan phụt vữa ta dùng các đai thép D = 6mm bó quanh ống tạo neo để tránh tránh phá huỷ ống khi chịu áp lực cao trong quá trình bơm vữa. Thi công lớp cát lót: Dùng ô tô tự đổ vận chuyển cát về đổ vào trong hào, việc san phẳng tiến hành bằng máy san ủi, dùng lu loại nhỏ (16T) để lu lèn chặt cát (sử dụng loại lu tĩnh) Cụ thể như sau: Tổng thể tích cát phải lu lèn: 0,5.18.545 = 4905m3 Số chuyến ô tô phải vận chuyển: (Sử dụng ô tô vận chuyển loại 4T) N = 4905/4 = 1226,25 chuyến. Lấy tròn 1227 chuyến Sử dụng 2 máy lu lèn loại 16T (lu tĩnh) Hình 12. Sơ đồ lu lèn cát Công tác cốt thép: Phần lớn cốt thép trong kết cấu là ở dạng lưới thép được gia công trước tại bãi gia công cốt thép. Việc nắn thẳng cốt thép được thực hiện bằng tời Sơ đồ công nghệ gia công cốt thép xem hình 13. Cốt thép được đưa xuống hào băng cần cẩu và được lắp dựng theo từng đoạn đổ bê tông, cốt thép được nối với nhau bằng hàn hồ quang, khi hàn phải đảm bảo bề mặt mối nối nhẵn, không cháy, không đứt quãng, không thu hẹp cục bộ, đảm bảo chiều cao và chiêu dài đường hàn. Cốt thép trong đáy và nóc hầm được liên kết bằng cách buộc. Sử dụng liên kết hàn hồ quang để nối cốt thép với thép chờ để sẵn trong tường. Hình 13. Sơ đồ công nghệ gia công cốt thép Công tác bê tông: Bê tông sử dụng là loại bê tông thương phẩm được sản xuất tại nhà máy. Ta sử dụng tổ hợp đổ bê tông để thi công bao gồm: xe Mix để vận chuyển bê tông, máy bơm bê tông. Máy đẩy vữa bê tông qua một hệ thống ống cao su chuyên dụng… Những điều cần chú ý khi đổ bê tông: Trước khi đổ bê tông cần kiểm tra nghiệm thu ván khuôn, cốt thép, hệ thống sàn công tác đã đạt được các yêu cầu kỹ thuật hay chưa. Làm sạch ván khuôn, cốt thép, sửa các khuyết tật nếu có. Khi đổ bê tông lên lớp vữa đã đổ trước thì phải làm sạch bề mặt lớp vữa, tưới nước xi măng rồi mới đổ bê tông. Đối với bê tông khối lớn phải đổ thành nhiều lớp. Khi đổ phải đổ từ xa tới gần so với vị trí tiếp nhận. Trong quá trình thi công bê tông bản đáy hầm phải chú ý đến các vị trí đặt bể thu nước, xử lý chống thấm cho mạch ngừng thi công bằng các gioăng chống thấm chuyên dụng… Thi công tầng phòng nước cho kết cấu: Bề mặt bê tông được láng một lớp phủ vữa xi măng dày 2 – 3cm. Trên bề mặt lớp láng ta phun một lớp phòng nước phủ lên. Để tránh khỏi những tác động cơ học người ta láng lên lớp phòng nước một lớp vữa phủ xi măng dày 2 – 3cm. Lớp phòng nước được sử dụng là lớp vải thuỷ tinh, điều này cho phép thi công cơ giới hoá nhanh chóng. Với loại này ta sẽ phun lên tường bảo vệ một lớp phủ Bitum đặc chảy hoặc hơi nóng dày 1,5 – 2mm. Thi công lớp bê tông lót: Công tác an toàn lao động Khi thi công công trình ngầm đào lộ thiên, đất trong hào đến độ sâu lớn và thi công công trình trong rãnh hào được tạo bởi 2 tường , ta phải cân nhắc đến công tác an toàn lao động tránh các trường hợp rủi ro xảy ra. Trong các công tác được tiến hành thi công thì công tác làm đất có thể gây ra nhiều nguy hiểm nhất. Biện pháp an toàn trong công tác đào đất đó là: Hố đào phải có rào ngăn, có biển báo, ban đêm phải thắp đèn đỏ Trước mỗi buổi làm việc phải cử người đi kiểm tra hệ thống neo tường trong đất…sau đó rồi mới cho công nhân làm việc Không để công nhân ngồi nghỉ ngơi, ngồi tránh nắng ở chân tường trong đất. Các đống vật để trên hố đào phải cách mép hố đào ít nhất 0,5m Trước khi khởi công đào đất phải điều tra hệ thống mạng lưới đường ống ngầm, dây cáp điện, đường ống… Không được cho phép làm các công việc phụ gần khoang đào, không để người đi đứng trong phạm vi quay của cần máy đào và của xe vận chuyển. Không để máy đào đào thành các rãnh đất, gầu máy đào đổ đất vào thùng xe ô tô phải đi từ sau xe tới. Ngoài ra các hệ thống biển báo, đèn hiệu phải đầy đủ giữ an toàn cho người và mọi phương tiện giao thông tại khu vực phạm vi công trường. III. LẬP BIỆN PHÁP THI CÔNG TƯỜNG TRONG ĐẤT 3.1. Công tác chuẩn bị. a. Định vị công trình. Đây là một công tác hết sức quan trọng và công trình phải xác định vị trí của các trục, tim của toàn công trường và vị trí chính xác của các giao điểm, của các trục đó trên cơ sở đó và hồ sơ thiết kế ta xác định vị trí tim cốt của từng cọc. Sai số theo ISO – 7976 – 1: 1989 (E): Đo bằng máy kinh vĩ và thước đo thép, chiều dài cần đo 20 ¸ 30 m là ± 15 mm. b. Giác móng. Tiến hành đồng thời với quá trình định vị công trình. Xác định chính xác giao điểm của các trục. Tiến hành tương tự để xác định giao điểm của các trục và đưa các trục ra ngoài phạm vi thi công móng. Tiến hành cố định các mốc bằng cột bêtông chôn sâu xuống đất. c. Xác định tim cọc. Vị trí tim cọc từng trụ sẽ được xác định trên cơ sở toạ độ của cọc và hệ mốc thiết kế được giao bằng hệ máy trắc đạc. Vị trí tim cọc sẽ được kiểm tra lại ngay sau khi hạ xong ống vách và đảm bảo sự sai số cho phép về sự lệch tim. Căn cứ vào các trục đã xác định khi khi giác vuông ta tiến hành định vị các tim cọc bằng phương pháp hình học đơn giản. Chú ý: Mốc gửi rất có thể bị thất lạc ® nên đánh dấu gửi vào các công trình lân cận nếu có thể. d. Kiểm tra công tác chuẩn bị. Kiểm tra vị trí hố đào, thiết bị phục vụ thi công, khả năng làm việc của máy móc, hệ thống cung cấp nước, điện, thoát nước, nguyên vật liệu… e. Thiết bị đào. Việc chọn máy làm đất phụ thuộc vào loại và nhóm đất, vị trí bố trí công trình và chiều sâu đào. Do thi công trong thành phố nên máy đào gầu ngoạm là hợp lý hơn cả vì nó chiếm ít mặt bằng. Các thiết bị được chọn bao gồm 1 cẩu xích 100 tấn mang một gầu đào chuyên dụng là một gầu ngoạm có bề rộng gầu bằng bề rộng của tường chắn. Gầu ngoạm được dùng để đào đất loại sét và loại cát. Còn khi cần phá đá thì dùng loại đầu phá với những bánh xe răng cưa cỡ lớn có gắn kim cương (hình 14). Hình14. Máy đào. Hình 15. Gầu đào. Hình 16. Gầu phá. Bảng7. Một số loại gầu thùng của hãng Bachy. Bề dày gầu (mm) Tên kiểu gầu và trọng lượng gầu (tấn) KL KE KF KJ BAG 400 6,5 - - - - 500 6,8 6,5 6,4 - - 600 7,0 6,8 6,6 - - 800 7,5 7,2 - - - 1000 9,0 8,5 - 12 16 1200 11 10 - 12 16,5 1500 - - - 12 17 Bề rộng gầu (m) 1,8 2,2 2,8 2,8 3,6 Hình 17. Kích thước gầu thùng của hãng Bachy. * Nguyên lý đào hào: Gầu đào đất bằng cách dùng trọng lượng bản thân để cắm ngập miệng gầu vào trong đất. Đầu tiên đưa gầu đến vị trí miệng hào, điều chỉnh cho gầu vào đúng vị trí. Sau khi điều chỉnh gầu đúng vị trí, thợ máy cho thả dây cáp treo gầu, gầu rơi tự do cho đến khi miệng gầu ngập trong đất, kéo dây cáp để đóng miệng gầu lại. Đất sẽ bị miệng gầu múc lên và được giữ chặt trong miệng gầu. Kéo gầu lên và quay cần đưa gầu tới vị trí xe chở đất hoặc bãi đổ cho xả đất trong gầu ra. Sau đó lại đưa gầu tới vị trí đào và quá trình lặp lại như trước. * Đặc điểm của phương pháp đào: + Do trọng lượng bản thân gầu lớn nên có thể đào được lại đất tương đối cứng (cường độ khoảng 10MPa). Những loại đất này sẽ bị vỡ ra dưới trọng lượng của gầu. + Do gầu nặng và được treo trên dây cáp nên trọng tâm gầu rất thấp và ổn định. Đồng thời gầu rơi tự do nên thành hồ đào gần như thẳng đứng. + Do vỏ gầu có cấu tạo bởi một thùng sắt có chiều dài lớn và tiếp xúc với thành hào nên khi thả gầu rơi tự do để đào đất vỏ gầu miết mạnh vào thành hố tạo tạo thành màng cứng có tác dụng giữ thành hố đào hạn chế tối đa hiện tượng sập thành. * Các máy đào hào dùng gầu thuỷ lực. Trên thế giới có các hãng của Pháp và Bauer của Đức là các hãng nổi tiếng về sản xuất các máy này. Cấu tạo chung của gầu (hình 17 và 18) gồm: Thân gầu là khung thép cứng có trọng lượng lớn. Miệng gầu ở dưới thân gầu và được đóng mở bằng hệ thống xi lanh thuỷ lực. Hệ thống xi lanh này được đặt trong thân gầu. Các đường ống cấp dầu được xuất phát từ máy cơ sở cấp cho các xi lanh. Toàn bộ gầu được treo lên cần bằng dây cáp. f. Chuẩn bị hố đào. Để đảm bảo cho gầu đào đúng vị trí và xuống thẳng, cần phải làm tường dẫn bằng bêtông. Công dụng của tường dẫn: dẫn hướng gầu đào và chống sụt lở miệng hố đào. Cấu tạo: tường dẫn chạy dọc hai bên miệng hố đào của tường chắn, tường chôn sâu vào mặt đất tự nhiên 1m, khoảng cách hai tường dẫn lớn hơn bề rộng tường chắn là 5cm. Tường dẫn sẽ được phá bỏ sau khi thi công xong tường chắn. Hình 18. Chi tiết tường dẫn. Nền của tường dẫn phải được làm phẳng và đầm chặt, sau đó ghép ván khuôn, đặt cốt thép và đổ bêtông tường dẫn. Cần chú ý thêm rằng để đảm bảo hố đào đúng kỹ thuật, thì phải có công nhân điều khiển thiết bị thành thạo và tay nghề cao. g. Chế tạo dung dịch bentonite (bùn khoan). Dung dịch bentonite dùng để giữ thành hố đào của cọc barét không bị sạt lở. Sử dụng dung dịch Bentonite để giữ thành hố đào là phương pháp được dùng phổ biến và rất có hiệu quả trong điều kiện nước ta. Hiện nay trên thị trường Việt Nam có nhiều loại Bentonite do các hãng sản xuất như: Hình19. Đặt cữ định hướng hố đào. Hình20. Tường dẫn + Bentonite do Petro Việt Nam sản xuất. + Bentonite sét Đống Đa do công ty hoá chất Thái Hà sản xuất. + Bentonite GTC4 do Pháp sản xuất. + Bentonite VOLCLAY do Mỹ sản xuất. Các loại Bentonite do Việt Nam sản xuất giá thành rẻ nhưng chất lượng không cao hay bị tách nước do đó số lần luân chuyển để dùng lại ít. Bentonite do nước ngoài sản xuất có chất lượng tốt hơn, số lần luân chuyển nhiều hơn nhưng giá lại cao hơn. Bảng 8. Các đặc tính kỹ thuật của bột Bentonite. Thông số Giá trị Độ ẩm 9 ¸ 11% Độ trương nở 14 ¸ 16% Trọng lượng riêng 2,1T/m3 Độ PH của keo với 5% 9,8 ¸ 10,5 Giới hạn lỏng Aherberg > 400 ¸ 450 Chỉ số dẻo 350 ¸ 400 Độ lọt sàng cỡ 100 98 ¸ 99% Độ lọt sàng cỡ 74 2,2 ¸ 2,5% Khi thi công người ta hoà bột Bentonite với nước sạch (nước máy) sẽ được dung dịch Bentonite, nếu cần có thể thêm phụ gia. Các chỉ tiêu tính năng ban đầu của dung dịch Bentonite được khống chế như sau: Bảng 9. Các chỉ tiêu kỹ thuật của dung dịch Bentonite.(TCXD 206 - 1998) Thông số Giá trị Dung trọng 1,05 ¸ 1,15T/m3 Độ nhớt 18 ¸ 45s Hàm lượng cát < 0% Tỷ lệ chất keo > 95% Lượng mất nước 30ml/30phút Độ dày của áo sét 1 ¸ 30mm/30phút Lực cắt tĩnh: 1 phút 10 phút 20 ¸ 30mg/cm2 50 ¸ 100mg/cm2 Tính ổn định 0,03g/cm2 Trị số PH 7 ¸ 9 Hình 21. Trạm điều chế dung dịch đào. Sử dụng dung dich betonite một cách tuần hoàn. Trong khi đào hố luôn luôn đổ đầy dung dịch khoan trong hố. Dung dịch khoan này là dung dịch mới. Gầu đào đến đâu thì phải bổ sung dung dịch khoan ngay cho đầy hố. Trong khi đào thì dung dịch bentonite bị nhiễm bẩn (do đất, cát) làm giảm khả năng giữ ổn định thành hố, do đó phải thay thế. Để làm việc đó, phải hút bùn từ hố khoan lên đưa về trạm xử lý. Các tạp chất bị khử đi, còn lại là dung dịch khoan như mới để tái sử dụng. Các giai đoạn thi công. Công nghệ thi công tường trong đất bằng bêtông cốt thép toàn khối trong đất bao gồm các giai đoạn thi công bắt buộc sau: a. Đào đất cho panel (barét) đầu tiên: Đào hố cho panel (barét) đầu tiên, phải thực hiện 3 bước: - Bước 1: Dùng gầu đào thích hợp đào một phần hố đến chiều sâu thiết kế. Chú ý, đào đến đâu cung cấp Bentonite đến đó, cho đầy hố đào, để giữ cho thành hố đào khỏi bị sụt lở (phần 1, hình 3.7). - Bước 2: Đào phần hố bên cạnh, cách phần hố đầu tiên 1 dải đất. Làm như vậy để khi cung cấp dung dịch bentonite vào hố sẽ không làm lở thành hố cũ (phần 2, hình 3.7). - Bước 3: Đào nốt phần còn lại (đào trong dung dịch bentonite) để hoàn thành một hố cho panet đầu tiên theo thiết kế (phần 3, hình 3.7). Hình22. Đào hố cho panel (barét) đầu tiên. 1) Đào một phần hố 2) Đào phần hố bên cạnh 3) Đào phần còn lại b. Hạ lồng cốt thép, đặt gioăng chống thấm và đổ bêtông cho panen (barrette) đầu tiên. - Bước 4: Hạ lồng cốt thép vào hố đào sẵn, trong dung dịch bentonite. Sau đó đặt gioăng chống thấm (Nhờ có bộ gá lắp bằng thép chuyên dụng) vào vị trí. - Bước 5: Đổ bêtông theo phương pháp vữa dâng, thu hồi dung dịch bentonite về trạm xử lí. ống đổ bêtông phải luôn luôn chìm trong bêtông tươi một đoạn khoảng 3m để tránh cho bêtông bị phân tầng, bị rỗ. - Bước 6: Hoàn thành đổ bêtông cho toàn bộ panen (barrrette) thứ nhất. Hình23. Hạ lồng thép, đặt gioăng chống thấm và đổ bêtông cho panel đầu tiên. 4) Hạ lồng cốt thép và đặt gioăng chống thấm; 5) Đổ bêtông theo phương pháp vữa dâng; 6) Đổ bêtông xong. c. Đào hố cho panen (barrrette) tiếp theo và tháo bộ ghá lắp gioăng chống thấm. - Bước 7: Đào một phần hố sâu đến cốt thiết kế đáy panen (đào trong dung dịch bentonite). Phải đào cách panen đầu tiên (sau khi bêtông của panen đó đã ninh kết được ³ 8 giờ) một dải đất. - Bước 8: Đào tiếp đến sát panen số 1. - Bước 9: Gỡ bộ ghá lắp gioăng chống thấm bằng gầu đào khỏi cạnh của panen số 1, nhưng gioăng chống thấm vẫn nằm tại chỗ tiếp giáp giữa 2 panen. d. Hạ lồng cốt thép, đặt gioăng chống thấm và đổ bê tông cho panen (barrette) thứ hai. - Bước 10: Hạ lồng cốt thép vào hố đào chứa đầy dung dịch bentonite. Đặt toàn bộ ghá và gioăng chống thấm vào vị trí. - Bước 11: Đổ bêtông cho panen (barrette) thứ hai bằng phương pháp vữa dâng như panen số 1. - Bước 12: Tiếp tục đào hố cho panen thứ ba ở phía bên kia của panen số 1. Thực hiện việc hạ lồng cốt thép, đặt bộ ghá cùng với gioăng chống thấm và đổ bêtông cho panen thứ 3 giống như đã thực hiện cho các panen trước. Tiếp tục theo qui trình thi công như vậy để hoàn thành toàn bộ bức tường theo thiết kế. Công tác đào vách. Vách có dạng hình tròn nên không thể đào theo cách thông thường được, do kích thước gầu đào có hình chữ nhật, nên khi thi công phải tổ hợp các hình chữ nhật lại để có được hình dạng như thiết kế. Các đốt đào được tổ hợp bởi các đoạn có kích thước 2,8m. Các đốt đào cách nhau 1 đốt. Đốt còn lại đóng vai trò trụ đất giữa 2 đốt. Đốt này đào sau khi đã đổ bêtông 2 đốt bên cạnh. Theo mức độ đào đất của vách người ta cung cấp bentonite để giữ vách. Bentonite được chế tạo tại công trường. Bentonite được chế tạo sẵn chứa được trong các thùng chứa tại công trường rồi theo đường ống có đường kính 75 đến 100 mm hoặc qua ống cao su mềm bơm vào vách bằng các ống bơm bùn. Trong quá trình đào vách một phần vữa sét bị mất do xâm nhập vào trong đất, do đó vữa sẽ được bơm vào vách liên tục để giữa vữa sét trong hào vách ở mức cần thiết (được xác định cụ thể ngoài hiện trường). Khi đào tới độ sâu thiết kế, sẽ chờ một khoảng thời gian nhất định (ít nhất 1 giờ) để cho các vật liệu lắng đọng hết và sau đó dùng một gầu nạo vét đáy phẳng để làm sạch đáy hào vách. Trong quá trình đào, đất được gầu đào lấy lên từ hào vách được đổ vào thùng chứa, chờ cho thoát bớt vữa sét, sẽ dùng máy xúc vào xe ôtô ben chở đi đổ ở nơi quy định. Đặt lồng thép. Sau khi đào xong một đoạn vách đến độ sâu thiết kế, tiến hành kiểm tra kích thước khoang đào, tính chất của vữa sét và làm sạch đáy hào ta tiến hành đặt khung cốt thép. Khung thép phải được gia công theo đúng bản vẽ thiết kế. Các thanh thép chủ được nối với móc treo bằng mối nối hàn. Các khung thép được nối nhau bằng mối buộc hoặc hàn tuỳ theo thiết kế đã được duyệt và phải dựa theo tiêu chuẩn. Bề rộng của khung cốt thép phải nhỏ hơn bề rộng hào vách 10 - 20cm để đảm bảo lớp bêtông bảo vệ. Trong phần trên của khung cốt thép gia cố các thanh ngang để tựa lên vách dẫn, nhằm giữ ổn định cho khung cốt thép trong quá trình đổ bêtông vách. Khung cốt thép phải được kiểm tra kỹ lưỡng, khi hạ khung thép phải chú ý cho khung thép thẳng đứng tránh cắm vào thành làm sụt lở. Các lồng thép được nối với nhau phải đủ chắc để tránh làm cho lồng bị tụt rơi. Khung cốt thép phải được đặt trước khi đổ bêtông. Mỗi lần chuyển cốt thép đến công trường đều phải lấy một nhóm mẫu gồm 3 mẫu để kiểm tra tại các phòng thí nghiệm hợp chuẩn. Đổ bêtông tường vây. Trước khi tiến hành đổ bêtông, pahỉ đảm bảo đáy hố khoan phải sạch, nếu lớp lắng dưới đáy hố khoan vượt quá mức cho phép, thì tiến hành làm sạch lần hai bằng phương pháp thổi khí. Bentonite phải được kiểm tra trước khi tiến hành đổ bêtông. Khi đảm bảo đáy hố khoan đã được làm sạch theo quy định, bắt đầu hạ ống đổ bêtông. Ống đổ bêtông có đường kính trong là 200 – 300 cm. Các đoạn ống đổ được nối với nhau bằng bulông hay bằng các khớp tháo nhanh. Giữa các ống được làm cho kín nước. Để ống đổ bêtông ban đầu không bị nhiểm bẩn bentonite, một lớp ngăn cách bằng bọt xốp sẽ được cho vào trong ống. Hỗn hợp bêtông đổ vách là bêtông mác 350 kg/cm2, độ sụt 18 ± 2 cm. Chở bêtông đến công trường rồi đổ vào vách qua phễu, qua ống thẳng đứng, đầu dưới ống đổ bêtông luôn phải ngập trong bêtông 1,5 – 3 m, dài nhất không quá 9 m. Khi bắt đầu đổ bêtông, ống đổ bêtông được hạ cách đáy hố khoan nhiều nhất là 20cm. Quá trình đổ bêtông phải diễn ra liên tục, phải đảm bảo ống đổ bêtông phải sạch, kín nước. Trong suốt quá trình đổ bêtông bentonite thu hồi phải được bơm sạch về bể chứa không để chảy tràn lan ra mặt bằng. Khi đổ bêtông lớp bêtông phía trên chân ống luôn phải linh động cho tới khi đổ hoàn thành vách. Trước mỗi lần cắt ống đổ bêtông và sau khi đổ mỗi xe bêtông đều tiến hành đo kiểm tra độ dâng của bêtông nhằm đảm bảo ống đổ luôn cắm trong bêtông và phát hiện trường hợp hào vách bị sụt lở hoặc thu hẹp. Kiểm tra chất lượng tường trong đất. Kiểm tra chất lượng bêtông. Sử dụng phương pháp siêu âm để kiểm tra chất lượng tường giống như kiểm tra cọc Baret, cọc khoan nhồi. Bố trí các ống đo trên suốt chiều dài panel tường cần kiểm tra khoảng cách ống phải £ 1,5 m. a. Nguyên lý thiết bị. Phương pháp siêu âm xác định tính toàn khối của cọc dựa trên đặc điểm của quá trình truyền sóng siêu âm trong vật liệu bêtông. Sóng siêu âm truyền từ đầu phát qua vật liệu cọc đến đầu thu. Đặc tính của vật liệu ảnh hưởng đến tín hiệu thu được trên máy đo. Trong thí nghiệm siêu âm, hai đầu thu, phát sóng siêu âm được thả xuống đáy của ống đặt sẵn trong lòng cọc trước khi đổ bêtông (hai đầu đo phải luôn cùng cao độ). Cả đầu thu và phát được kéo lên với một vận tốc đặt trước phù hợp với chiều dài cọc và khả năng của máy đo. Trong quá trình đầu đo định chuyển lên đỉnh tín hiệu được hiển thị trên màn hình và được ghi lại thành file dưới dạng số và được lưu giữ trong thiết bị đo. b. Tính năng kỹ thuật. Bộ thiết bị siêu âm gồm các bộ phận chính sau: * Máy đo: Là một máy tính tổ hợp với phần điều khiển thiết bị chức năng điều khiển quá trình đo, lưu giữ số liệu. * Bộ phận đo chiều dài: Đo chiều dài kiểm tra, kiểm soát tốc độ kéo đầu đo * Cuộn dây: Dài tới 100m, một đầu nối với dây đo, một đầu nối với 2 đầu đo, truyền và nhận tín hiệu giữa máy đo và các đầu đo. * Dầu đo: đầu phát phát ra xung siêu âm có tần số 60 - 100KHz Các thiết bị siêu âm hiện nay cho phép đo các cọc có đường kính tới 2,5m. Tần số của tín hiệu từ 250MHz. Tần số đo từ 1 - 5cm/lần đo. Tần số phát xung 12 - 20 Hz. c. Quy trình thí nghiệm. Trước khi tiến hành thí nghiệm đo siêu âm kiểm tra chất lượng cọc tại hiện trường nhà thầu chuyển cho đơn vị thí nghiệm các tài liệu liên quan như số lượng cọc thí nghiệm, mặt bằng cọc thí nghiệm và các số liệu từng cọc thí nghiệm, đặc biệt là các số liệu về cao độ của ống siêu âm và của cọc. Nhà thầu tạo điều kiện thuận lợi cho đơn vị thí nghiệm tiếp cận hiện trường và thực hiện thí nghiệm. Nhà thầu có trách nhiệm mời các đơn vị liên quan như tư vấn, chủ đầu tư chứng kiến thí nghiệm. Quá trình thí nghiệm siêu âm cụ thể như sau: + Đánh số các ống siêu âm trên mặt đất (cọc có thể ở sâu bên dưới) theo một quy tắc. Đo khoảng cách giữa các ống siêu âm. Trước khi đo phải khẳng định các ống siêu âm chứa đầy nước và không bị tắc. Hình24. Nguyên lý siêu âm. + Đưa các đầu đo vào bên trong ống và thả xuống tận đáy. Căn chỉnh 2 đầu đo tại vị trí bêtông tốt cho tín hiệu thu được là chuẩn nhất. + Quá trình đo bắt đầu đồng thời khi kéo hai dầu đo từ đáy ống siêu âm lên và kết thúc khi hai đầu đo lên đến đỉnh. Trong khi kéo đầu đo lên phải liên tục cấp nước vào các ống siêu âm. Số liệu đo được lưu giữ lại trong máy đo. Nếu nghi ngờ có khuyết tật trong quá trinh đo được lặp lại với các thang đo khác nhau. Lặp lại quá trình đo cho các cặp ống siêu âm (mặt cắt siêu âm) khác. Thí nghiệm cho một cọc kết thúc khi đo siêu âm cho tất cả các mặt cắt hoàn tất. Kết quả thí nghiệm sẽ được đơn vị thí nghiệm đánh giá sơ bộ tại hiện trường phân tích trong phòng và lập báo cáo chính thức. d. Kết quả thí nghiệm. Tín hiệu siêu âm nhận được trên màn hình máy đo. Mỗi vị trí chiều sâu siêu âm cho một tín hiệu siêu âm nhất định. Thông thường bê tông tốt cho tín hiệu siêu âm có biên độ cao đồng đều, bê tông xấu cho tín hiệu yếu. Tại mỗi độ sâu máy đo thu nhận một tín hiệu và tập hợp các tín hiệu theo chiều sâu cho hình ảnh phổ siêu âm học. Hình ảnh phổ siêu âm cọc chỉ cho phép đánh giá định tính chất lượng bêtông cọc. Các thiết bị siêu âm hiện nay đều phải có phần mềm xử lý số liệu để đưa ra các thông số cụ thể hơn là thời gian và vận tốc truyền song âm trong vật liệu cọc. Vận tốc truyền sóng trong khoảng 3000 - 5000m/s biểu hiện bê tông tốt và đồng đều. Tại các vị trí có suy giảm 20% vận tốc truyền sóng và vận tốc truyền sóng giảm dưới 3000m/s biểu hiện rằng bêtông khuyết tật. Kiểm tra chất lượng chống thấm nước qua tường. Chủ yếu kiểm tra thấm qua các gioăng cách nước giữa các panel bằng cách quan sát thực địa. Nếu bị thấm thì phải có biện pháp xử lý. Thông thường dùng vữa chống thấm chuyên dụng (thí dụ vữa Sika). 5. Các vấn đề kỹ thuật trong quá trình thi công 5.1. Hệ thống thông gió. Trong đường hầm ô tô, khí độc hại chủ yếu là khí CO và CO2 do việc đốt cháy dầu xăng của động cơ ô tô thải ra. Về mùa hè, nhiệt độ không khí bên ngoài hầm cao hơn bên trong hầm từ 10 - 150 do vậy mà áp suất bên trong hầm bao giờ cũng lớn hơn bên ngoài hầm. Hầm có hai cửa: một cửa nằm theo hướng Đông - Tây, một nằm theo hướng Tây - Tây Bắc. Hầm kín nằm theo hướng Đông - Tây nên dễ dàng tiếp nhận gió Đông Nam về mùa hè và gió Đông Bắc về mùa Đông Do chiều dài hầm nhỏ ( L=140m) vì vậy ta chỉ cần sử dụng thông gió tự nhiên./. 5.2. Hệ thống thoát nước. Các loại nước có thể chảy trong hầm: Nước mưa Nước khi rửa đường Do vậy phải bố trí hệ thống rãnh dọc và bể chứa để thu nước mưa chảy từ hai đầu hầm dẫn vào và nước rửa đường. Nước được thu vào bể chứa và được bơm ra khỏi phạm vi hầm vào hệ thống cống thoát nước của thành phố. Với cơn mưa có cường độ mưa lớn nhất, giả sử thể tích nước mưa chảy vào hầm sau 1 trận mưa là 80m3 , và cứ trong 1h lại có một trận mưa như vậy căn cứ vào đó ta có thể chọn bể thu nước dung tích 240m3, như vậy là phải sau 3h nước mới đầy bể. Khi đó sử dụng 4 máy bơm tự động công suất mỗi máy là 80m3/h trong đó có 2 máy dự phòng, ta có thể đưa toàn bộ lương nước mưa ra khỏi đường hầm Kích thước bể ta có thể chọn như sau: chọn 2 bể đặt gần nhau tại vị trí giữa hầm, kích thước mỗi bể là: 5x8x3m (rộng 5m, dài 8m, cao 3m). Bể được đúc bằng BTCT liền khối bề dày tường 25cm./. 5.3. Giải pháp chiếu sáng và cung cấp năng lượng cho hầm Để đảm bảo giao thông thì yêu cầu trong hầm phải có hệ thống chiếu sáng nhân tạo, các loại đèn dùng chiếu sáng trong hầm là các loại thiết bị chiếu sáng chuyên dụng chống nổ, chống ăn mòn. Mạng đèn bố trí hai bên hầm, khoảng cách 10m/1bộ. Chiếu sáng phần hầm dẫn bằng hệ thống cột đèn chiếu sáng hiện đại, hệ thống dây cáp điện được bố trí trong ống kĩ thuật chôn ngầm trong hầm. Nguồn năng lượng chiếu sáng được bố trí trong các khoang kĩ thuật đảm bảo an toàn cao, hệ thống đường dây là các loại cáp mềm bọc trong các ống cách điện, các thiết bị chiếu sáng phải là các thiết bị chuyên dụng để đảm bảo không xảy ra sự cố. Việc cấp điện được cung cấp bởi hai nguồn độc lập./. 5.4. Giải pháp chống thấm cho hầm Toàn bộ hệ thống hâm kín và hầm dẫn được bọc 1 lớp chống thấm, đảm bảo kết cấu không bị thấm nước trong quá trình khai thác. Kết cấu chống thấm được chia làm ba phần: phần đáy hầm; phần tường và đỉnh của hầm; phần bề mặt trong hầm. Quy trình chống thấm cho bề mặt BT trong hầm như sau: Làm sạch và khô bề mặt BT hầm Sơn hỗn hợp phụ gia chông thấm lên bề mặt BT lần thứ nhất. Sau 4h-5h, Sơn hỗn hợp phụ gia chống thấm lên bề mặt BT lần thứ hai và dán phủ bề mặt bằng lớp vải kĩ thuật thứ nhất. Sau 4h-5h, Sơn hỗn hợp phụ gia chống thấm lên bề mặt BT lần thứ ba và dán phủ bề mặt bằng lớp vải kĩ thuật thứ hai Sau 4h-5h, Sơn hỗn hợp phụ gia chống thấm lên bề mặt BT lần thứ tư và dán phủ bề mặt bằng lớp vải kĩ thuật thứ ba. Để một ngày sau thi công lớp BT bảo vệ./. Qui trình chống thấm cho đáy hầm như sau: Sau khi thi công xong móng cọc và lớp tạo phẳng của móng hầm, ta dùng loại chống thấm HDPE trải xuống dưới đáy hầm và thực hiện đổ BT lên trên. Loại màng chống thấm có đặc tính kĩ thuật tối thiểu tương đương PREPREUP 300R của hãng Grace. Màng chống thấm HDPE có khả năng liên kết với BT khi chưa ninh kết tạo thành lớp màng chống thấm có đặc tính kĩ thuật tối thiểu tương đương BITUTHEN 3000 của hãng Grace. Sau khi hoàn thiện công tác dán màng chống thấm, toàn bộ đường hầm được bọc một lớp xốp (Polystyrene Foam). Phần đỉnh hầm được láng một lớp xi măng cát dầy 2,5cm. Lớp xốp và xi măng cát có tác dụng bảo vệ màng chống thấm trong quá trình đắp đất xung quanh. Phần các tầng ngầm dưới đất của hệ thống trạm bơm cùng hệ thống trạm bơm được chống thấm bằng loại màng chống thấm có đặc tính kĩ thuật tối thiểu tương đương BITUTHEN 3000 của hãng Grace, bên ngoài màng chống thấm được bọc một lớp xốp (Polystyrene Foam) đảm bảo cho màng chống thấm không bị phá hoại trong quá trình lấp đất. Giữa các đốt hầm kín, hầm dẫn đổ tại chỗ bố trí khe co giãn rộng 2cm. Mối nối gồm hai phần: Thanh F32 liên kết giữa các đốt hầm: tại khe giãn nở bố trí các thanh F32, bước a = 300mm chạy dọc theo chu vi mặt cắt. Thanh F32 một đầu liên kết chặt vào BT, một đầu có thể trượt tự do trong ống nhựa tẩm nhựa đường Chống thấm mối nối: Để chống thấm qua khe giãn nở 2cm, ta sử dụng băng ngăn nước lắp đặt chạy dọc theo mối nối và được đặt ở giữa. Hai bên băng ngăn nước dùng vật liệu chèn khe từ vật liệu PE tỷ trọng cao (Joint Filler). Ngoài cùng sát bề mặt BT sử dụng vật liệu gắn kín trên cơ sở Polysulphide có tính năng cao dùng để hàn kín các mối nối (Joint Sealants). TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. GS.TSKH. Nguyễn Văn Quảng. Chỉ dẫn thiết kế và thi công cọc barét, tường trong đất và neo trong đất. Nhà xuất bản Xây dựng, 2003. 2. L.V.Makốpski ( TS. Nguyễn Đức Nguôn dịch, GS.TSKH. Nguyễn Văn Quảng hiệu đính ) Công trình ngầm giao thông đô thị. Nhà xuất bản Xây dựng, 2004. 3. PTS. Nguyễn Thế Phùng. Công nghệ thi công công trình ngầm bằng phương pháp tường trong đất. Nhà xuất bản Giao thông vận tải, 1998. 4..Một số tài liệu của công ty Nippon Mechanics & crane. 5. Nguyễn Xuân Trọng. Thi công hầm và công trình ngầm. Nhà xuất bản Xây dựng - Hà nội, 2001. 6. Nguyễn Việt Tuấn. Dự báo sự dịch chuyển của đất nền xung quanh hố đào. Luận án thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Xây dựng Hà nội, 2000. 7. TCVN 4453-1995- Ván khuôn Tiêu chuẩn thiết kế 8.Malcom Puller. Deep excavation: a practical manual. Thomas Telford, London-1996. 9.Kai.S.Wong. Deep excavation in clay Ashot coaurse, Hanoi - 2001.