Ứng dụng chương trình plaxis tính toán lựa chọn chiều dày tường Barette cho tầng hầm nhà cao tầng

Bài viết Ứng dụng chương trình plaxis tính toán lựa chọn chiều dày tường Barette cho tầng hầm nhà cao tầng trình bày tổng quan phần mềm plaxis; Tính toán lựa chọn chiều dày tường barette cho tầng hầm nhà cao tầng; Chiều dày tường barette giữ nguyên.

Trang 1

ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PLAXIS TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CHIỀU DÀY TƯỜNG BARETTE CHO TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG

Nguyễn Thị Thanh Hoa

Khoa Địa chất và Khoáng sản, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh

Email: ntthoa@hcmunre.edu.vn

TÓM TẮT

Khi thiết kế thi công phần ngầm, quan trọng là thiết kế tính toán cho tường vây tầng hầm (tường Barrette) với mục tiêu để tường Barrette có chiều dày chiều sâu hợp lý phù hợp về kinh tế, khả năng chịu lực và đảm bảo yêu cầu kỹ thuật là cần thiết Hiện nay, có nhiều phương pháp tính toán thiết kế tường Barrette, trong đó ứng dụng chương trình Plaxis vào tính toán cho thấy những

ưu điểm như tiết kiệm thời gian, chi phí và cho ra kết quả chính xác Nghiên cứu này như một kết quả thực nghiệm từ việc sử dụng số liệu công trình để đưa ra những thay đổi, ảnh hưởng trong việc tính toán tường vây cho thi công tầng hầm Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thi công tường vây, trong nghiên cứu này chỉ xét đến 2 yếu tố cơ bản ảnh hưởng trực tiếp đến chiều dày của tường vây: 1 Chiều dày tường được giữ nguyên, thay đổi chiều cao tầng chống thì nội lực trong tường thay đổi, dẫn đến biến dạng của tường thay đổi, tiết diện thép thay đổi; 2 Thay đổi chiều dày tường hay chính là thay đổi độ cứng của tường bằng cách tăng giảm chiều dày của tường Bằng việc sử dụng phần mềm Plaxis với phương pháp phần tử hữu hạn, kết quả của nghiên cứu đưa ra cách xác định tường Barrette có chiều dày hợp lý ứng với điều kiện, yếu tố ảnh hưởng cụ thể của công trình

Từ khóa: “nhà cao tầng”, “tầng hầm”, “tường vây”, “Barrette”, “Plaxis”

1 MỞ ĐẦU

Do nhu cầu tiết kiệm diện tích xây dựng, các công trình nhà cao tầng ngày càng phát triển và phổ biến ở nước ta, đặc biệt ở các thành phố lớn như Thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội Để giải quyết bài toán về nhu cầu diện tích, nhiều công trình ngầm được xây dựng và khai thác hiệu quả không gian ngầm như tầng hầm trong các chung cư, tòa cao ốc, đường ngầm metro,… Với đặc điểm địa chất khu vực Hà Nội hay TP HCM kết cấu yếu có khả năng chịu tải rất thấp, vì vậy việc thiết kế tường vây phải đảm bảo chiều dày hợp lý, các tiêu chí chuyển vị tường, chuyển vị của nền đất xung quanh hố đào cũng như hiệu quả kinh tế trong đầu tư là vấn đề quan trọng trong thi công xây dựng tầng hầm

Hiện nay có khá nhiều phương pháp tính toán tường Barette Nội dung chính của việc tính toán tường là tính độ ổn định và cường độ của tường, tức là xác định chiều sâu của tường cắm vào trong đất và xác định tiết diện ngang hợp lý Trong các phương pháp tính toán tường vây liên tục trong giai đoạn thi công như: phương pháp Sachipana của Nhật, phương pháp phần tử hữu hạn hệ thanh trên nền đàn hồi và bản mỏng trên nền đàn hồi, trong đó việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn bằng việc sữ dụng phần mền Plaxis cho thấy mức độ chính xác, khả thi và nhanh chóng

Trang 2

sự biến dạng và ổn định trong lĩnh vực địa chất công trình Các bài toán địa kỹ thuật ngày nay đưa

ra các yêu cầu mô hình và mô phỏng ứng xử theo thời gian của các loại đất đá Mô hình hóa đất đá

là một vấn đề quan trọng do đó nhiều công trình địa kỹ thuật đã quan tâm đến việc mô hình hóa các kết cấu và tương tác giữa kết cấu và đất Plaxis được trang bị những tính năng đặc biệt để giải quyết một số khía cạnh của kết cấu địa kỹ thuật phức tạp Trình tự để giải một bài toán địa kỹ thuật bằng bằng phần mềm Plaxis gồm 11 bước chi tiết sau:

Bước 1: Thiết lập tổng thể bài toán;

Bước 2: Thiết lập mặt bằng làm việc;

Bước 3: Thiết lập đường bao, hình dạng kết cấu;

Bước 4: Khai báo tải trọng;

Bước 5: Khai báo lỗ khoan và các tính chất vật liệu;

Bước 6: Chia lưới phần tử;

Bước 7: Thiết lập giai đoạn tính toán;

Bước 8: Chọn điểm;

Bước 9: Tính toán;

Bước 10: Xem và xuất kết quả nội lực, biến dạng và ứng suất của kết cấu;

Bước 11: Xem và xuất kết quả biểu đồ quan hệ lực - chuyển vị của kết cấu

2.2 Tính toán lựa chọn chiều ày tường barette cho tầng hầm nhà cao tầng

Tường Barrette là một bộ phận kết cấu công trình, là tường của tầng hầm Trong giai đoạn thi công tầng hầm tường (Barrette) là kết cấu chắn giữ ổn định cho hố đào, sau khi thi công xong tường Barrette là tường của tầng hầm Trong khuôn khổ nghiên cứu khảo sát một số yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến chiều dày của tường Barette như sau:

- TH1: Chiều dày tường Barette giữ nguyên, thay đổi chiều cao tầng chống từ 3m đến 4m và 5m Khảo sát sự thay đổi về chuyển vị và ứng suất trong tường chắn khi chiều dày tường chắn không đổi, đất nền không đổi

- TH2: Chiều dày tường Barette thay đổi, này trường hợp này thay đổi độ cứng của tường bằng cách tăng giảm chiều dày Khảo sát sự thay đổi về chuyển vị và ứng suất trong tường chắn khi chiều cao tầng chống không đổi, đất nền không đổi

Trang 3

Hình 1 Mô hình đào đất cho tường Barrette

2.2.1 Xét ảnh hưởng của chi u cao tầng chống đến tường chắn trong trường hợp chi u dày tường barette giữ nguyên

Tầng hầm đào sâu -11 m, với mực nước ngầm nằm tại cốt -2,0 m, chiều cao tầng chống thay đổi cách nhau tăng dần từ 3 m, 4 m và 5 m Mô phỏng các giai đoạn tính toán đào đất cho tường chắn như sau:

Khoảng cách thanh chống 3m Khoảng cách thanh chống 4m Khoảng cách thanh chống 5m

- Giai đoạn 1: Thi công xong

tường Barrette, chất tải trên mặt

đất xung quanh tường Barrette

- Giai đoạn 2: Đào lần 1, chiều

sâu hố đào 2,0 m

- Giai đoạn 3: Chống đỡ tường

bằng thanh chống/neo, điểm đặt

thanh chống có cao độ -2,0 m

sâu đợt đào 3,0 m, kết hợp hạ mực

nước ngầm

bằng thanh chống/neo đợt 2, điểm

đặt thanh chống có cao độ -5,0 m

nước ngầm

bằng thanh chống/neo đợt 3, điểm

đặt thanh chống có cao độ -8,0 m

nước ngầm, đáy hố đào đạt cốt

-11.000 m

- Giai đoạn 1: Thi công xong tường Barrette, chất tải trên mặt đất xung quanh tường Barrette

- Giai đoạn 2: Đào lần 1, chiều sâu hố đào 3,0 m,

- Giai đoạn 3: Chống đỡ tường bằng thanh chống/neo, điểm đặt thanh chống có cao độ -3,0 m

- Giai đoạn 4: Đào lần 2, chiều sâu đợt đào 4,0 m, kết hợp hạ mực nước ngầm

- Giai đoạn 5: Chống đỡ tường bằng thanh chống/neo đợt 2, điểm đặt thanh chống có cao độ -7,0 m

- Giai đoạn 6: Đào lần 3, chiều sâu đợt đào 4,0 m, kết hợp hạ mực nước ngầm, đáy hố đào đạt cốt -11.000 m

- Giai đoạn 1: Thi công xong tường Barrette, chất tải trên mặt đất xung quanh tường Barrette

- Giai đoạn 2: Đào lần 1, chiều sâu hố đào 1,0 m

- Giai đoạn 3: Chống đỡ tường bằng thanh chống/neo, điểm đặt thanh chống có cao độ -1,0 m

- Giai đoạn 4: Đào lần 2, chiều sâu đợt đào 5,0 m, kết hợp hạ mực nước ngầm

- Giai đoạn 5: Chống đỡ tường bằng thanh chống/neo đợt 2, điểm đặt thanh chống có cao độ -6,0 m

- Giai đoạn 6: Đào lần 3, chiều sâu đợt đào 5,0 m, kết hợp hạ mực nước ngầm, đáy hố đào đạt cốt -11.000 m

Trang 4

Hình 2 Sơ đồ tính mô hình

khi thanh chống có khoảng cách

3 m

khi thanh chống có khoảng

cách 4 m

khi thanh chống có khoảng

cách 5 m

2.2.2 Xét ảnh hưởng của chi u cao tầng chống đến tường chắn trong trường hợp chi u dày tường barette thay đổi (độ cứng tường thay đổi)

Trong trường hợp này chiều cao tầng chống giữ nguyên (4m), thay đổi chiều dày tường có nghĩa là thay đổi độ cứng của tường bằng cách tăng giảm chiều dày (tường dày 400, 500, 600, 700, 800) mác 300 Khảo sát sự thay đổi về chuyển vị và ứng suất trong tường chắn khi chiều cao tầng chống không đổi, đất nền không đổi

Bảng 1 Đặc trưng vật liệu tường

3 KẾT QUẢ THẢO LUẬN

Trên cơ sở các thông số khai báo và quy trình các bước thực hiện, chương trình Plaxsis cho ra các kết quả theo từng trường hợp mô phỏng tính toán được trình bày dưới đây

3.1 Chiều ày tường barette giữ nguyên

Các kết quả tương ứng cho từng khoảng cách thanh chắn cụ thể như sau:

- Khi thanh chắn có khoảng cách 3 m, kết quả trên chương trình Plaxis cho thấy biểu đồ bao momen có Mmax=154,58 kN/m, biểu đồ chuyển vị Umax= 2,47 cm

Trang 5

Hình 5 Biến dạng đất theo phương ngang

khi thanh chắn cách 3 m

Hình 6 Lưới biến dạng giai đoạn cuối

khi thanh chắn 3 m

Hình 7 Biểu đồ bao momen khi thanh chắn

cách 3 m

Hình 8 Biểu đồ chuyển vị

Hình 10 Biến dạng đất theo phương đứng

khi thanh cắn cách 4 m

Trang 6

momen khi thanh chắn 4 m chuyển vị khi

thanh chắn 4 m

Hình 15 Biến dạng đất theo phương đứng

Hình 16 Biểu đồ bao

momen khi thanh chắn 5 m

Hình 17 Biểu đồ chuyển

vị khi thanh chắn 5 m

Hình 18 Lưới biến dạng giai đoạn cuối

khi thanh chắn 5 m

Từ kết quả tính toán cho các trường hợp thanh chắn cách 3 m, 4 m, 5 m, biểu đồ so sánh chuyển vị được thực hiện trên các phần tử trong lưới tính (tọa độ X, Y là các giá trị tại nút giao của từng phần tử) Ta lập được biểu đồ chuyển vị của tường Barrette và biểu đồ so sánh momen khi khoảng cách tầng chống thay đổi như sau:

Trang 7

Hình 19 Biểu đồ chuyển vị của tường Barrette khi khoảng cách tầng chống thay đổi.

Hình 20 Biểu đồ bao momen của tường Barrette ở giai đoạn cuối khi khoảng cách tầng

chống thay đổi

Nhận xét: Trong trường hợp chiều dày tường barette giữ nguyên, tức là giữ cho độ cứng của tường không đổi, chỉ thay đổi tăng khoảng cách chiều cao tầng chống (3 m, 4 m, 5 m), kết quả chạy

ra từ chương trình Plaxis cho thấy:

- Biến đổi chuyển vị ở đỉnh tường tăng, riêng thân tường chuyển vị tăng rõ rệt Điều này chứng

tỏ áp lực đất tác dụng lên thân tường ảnh hưởng lớn khi khoảng cách 2 tầng chống càng lớn Tại chân tường, chuyển vị hầu như không thay đổi khi thay đổi chiều cao tầng chống, nếu chân tường

có sự dịch chuyển thì do áp lực đẩy ngang của đất lớn tác dụng Nên khi thiết kế tính toán chú ý đến chiều sâu của tường để hạn chế chuyển vị không vượt quá giới hạn cho phép

- Khi tăng khoảng cách tầng chống thì momen trong thân tường tăng lên đáng kể, giá trị momen càng lớn khi khoảng cách càng cao Do vậy cần phải tính toán xác định khoảng cách phù hợp để khối lượng cốt thép không vượt quá khối lượng cho phép và khoảng cách tầng chống phù hợp để đảm bảo việc thi công thuận lợi

3.2 Thay đổi độ cứng của tường ảnh hưởng đến tường chắn

Khi chiều cao tầng chống giữ nguyên khoảng 4 m, với các giá trị tường dày 400, 500, 600,

700, 800 cho thấy sự thay đổi về chuyển vị và ứng suất trong tường chắn khi chiều cao tầng chống không đổi, đất nền không đổi như sau:

Trang 8

Hình 21 Biểu đồ

bao momen tường

dày 400

chuyển vị tường dày 400

bao momen tường dày 500

momen tường dày 600

bao momen tường dày 700

momen tường dày 800 Hình 30 Biểu đồ chuyển vị tường

dày 800

Trang 9

Kết quả chuyển vị so sánh giữa các loại tường có chiều dày từ 400 đến 800 cho thấy sự ổn định và phù hợp khi lựa chọn chiều dày tường là 600 đối với công trình công trình có 3 tầng hầm trong điều kiện địa chất chất yếu TP HCM (số liệu công trình được sử dụng trong nghiên cứu)

Hình 31 Biểu đồ chuyển vị của tường Barrette.

Nhận xét: Khi thay đổi chiều dày của tường chắn, nhưng hệ thống chống vẫn giữ nguyên tại vị

trí 4 m, trong điều kiện áp lực đất tác dụng lên tường không đổi, kết quả chạy từ chương trình Plaxis cho thấy ở độ dày tường 600 sự chuyển vị của tường là ít nhất Ngoài ra, sự chuyển vị ở thân tường

có sự thay đổi lớn, đặc biệt tại vị trí đáy hố đào Trên cơ sở phân tích, vấn đề đặt ra là cần lựa chọn chiều dày tường sao cho hàm lượng cốt thép trong tường không vượt quá quy định mà chiều dày

tường vẫn đảm bảo được vai trò trong tầng hầm cũng như thuận tiện trong thi công

4 KẾT LUẬN

Khi tính toán lựa chọn chiều dày tường cần xét đến chiều cao tầng chống, khi chiều cao tầng chống càng cao thì nội lực và chuyển vị trong thân tường càng lớn Đối với tường barrette làm việc theo sơ đồ có nhiều thanh chống thì thanh chống trên cùng cách đỉnh 3 m và khoảng cách giữa các thanh chống 4 m là hợp lý nhất khi tường có chiều dày từ 400-600 (tức 0,4-0,6 m) Đối với công trình có từ 3 tầng hầm, với chiều sâu hố đào từ 10-15 m thì nên chọn chiều dày tường là mác 600 (0,6 m) là hợp lý

Kết quả tính toán từ chương trình Plaxis có sự kiểm tra tính toán lại bằng thủ công và thực tế trong quá trình thi công xây dựng tầng hầm (công trình Khách sạn Phương Đông với 3 tầng hầm) cho thấy sự khả thi và phù hợp trong kết quả đầu ra của chương trình Kết quả nghiên cứu còn giới hạn khi chưa xét đến ảnh hưởng biến đổi của tường vây quanh từng loại đất đá trong hố đào

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Đỗ Văn Đệ - Phần mềm Plaxis ứng dụng vào tính toán các công trình thủy công, Nxb Xây

dựng, 2008

2 Lê Bá Lương, Pierre Larael, Nguyễn Thành Long, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức Lục - Công

trình trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam, Nxb Xây dựng, 2001

3 Nguyễn Đức Nguôn - Địa kỹ thuật trong xây dựng công trình ngầm dân dụng và công nghiệp,

Nxb Xây dựng, 2008

4 Nguyễn Quang Phích, Nguyễn Văn Mạnh - Phương pháp số chương trình Plaxis 3D & UDEC,

Nxb Xây dựng, 2007

5 Phan Trường Phiệt - Áp lực đất và tường chắn đất Nxb Xây dựng, 2001

Trang 10

Email: ntthoa@hcmunre.edu.vn

ABSTRACT

When designing the underground construction, it is important to design the basement wall (Barrette wall) with the purpose is to make Barrette wall of reasonable size, economical fit and technical requyrements At present, there are many methods of calculating Barrette walls, which use the Plaxis program to calculate the advantages such as saving time, costs and give accurate results

In this study, two basic factors that directly affect the barrette wall thickness are: 1 The wall thickness is constant, changing the height of the floor, leading to internal force in the wall changes, the deformation of the wall changes, the section of steel also changes; 2 Change the wall thickness (change the wall's hardness) by increasing the thickness By using the Plaxis software with finite element method, the results of the study provide a way to determine the Barrette wall thickness that

is appropriate for each work condition

Keywords: “Ground-floor”, “ High - Rise”, “diaphragm wall”, “Barrette”, “Plaxis”

Định dạng
Số trang	10
Dung lượng	1,03 MB