Phân tích chuyển vị và nội lực trong tường chắn và hệ dầm sàn khi thi công tầng hầm bằng phương pháp semi top down

LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan rằng luận văn “PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC TRONG TƯỜNG CHẮN VÀ HỆ DẦM SÀN KHI THI CÔNG TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP SEMI-TOP-DOWN” là bài nghiên cứu của chính t

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

-

TRẦN NGUYỄN HOÀNG LUÂN

PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC TRONG TƯỜNG CHẮN VÀ HỆ DẦM SÀN KHI THI CÔNG TẦNG HẦM

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

-

TRẦN NGUYỄN HOÀNG LUÂN

PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC TRONG TƯỜNG CHẮN VÀ HỆ DẦM SÀN KHI THI CÔNG TẦNG HẦM

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng luận văn “PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC TRONG TƯỜNG CHẮN VÀ HỆ DẦM SÀN KHI THI CÔNG TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP SEMI-TOP-DOWN” là bài nghiên cứu của chính tôi dưới sự

hướng dẫn khoa học của thầy TS Lê Trọng Nghĩa

Ngoài trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này, tôi cam đoan rằng toàn phần hay những phần nhỏ của luận văn này chưa từng được công bố hoặc được sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác

Không có sản phẩm/nghiên cứu nào của người khác được sử dụng trong luận văn này mà không được trích dẫn theo đúng quy định

Luận văn này chưa bao giờ được nộp để nhận bất kỳ bằng cấp nào tại các trường đại học hoặc cơ sở đào tạo khác

Tất cả các số liệu, kết quả phân tích và tính toán trong luận văn là hoàn toàn trung thực Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình

Tp HCM, ngày 15 tháng 05 năm 2018

Học viên

Trần Nguyễn Hoàng Luân

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS Lê Trọng Nghĩa Thầy đã chỉ bảo và hướng dẫn giúp tôi hình thành nên ý tưởng của đề tài, hướng dẫn tôi cách tìm kiếm tài liệu, các phương pháp tiếp cận nghiên cứu Thầy đã có nhiều ý kiến, nhận xét đóng góp quý báu và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua Ngoài ra, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Xây dựng, trường Đại học

Mở Tp.HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường

Mặc dù bản thân đã cố gắng nghiên cứu để hoàn thiện, tuy nhiên vì khả năng có hạng nên không thể không có những thiếu sót nhất định Kính mong Thầy chỉ dẫn thêm để em bổ sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn

Xin trân trọng cảm ơn Quý Thầy Cô

Trang 5

TÓM TẮT ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ

Khi đào hầm trong khu vực nội thành đô thị, việc đánh giá ứng xử của tường vây đến cường độ và sự phân bố chuyển vị đất nền sau lưng tường là một phần quan trọng của quá trình thiết kế, vì một khi chuyển vị quá mức cho phép sẽ làm hư hại các công trình lân cận cũng như gây nguy hiểm đến quá trình thi công phần hầm Để giảm chuyển vị của đất nền xung quanh cùng chuyển vị của tường chắn tầng hầm một hệ tường vây (Diaphram wall) và hệ kết cấu sàn tầng hầm được sử dụng như là một kết cấu để giữ hố đào sâu vì nhiều ưu điểm của nó

Trong luận văn này tác giả trình bày nghiên cứu một công trình ở quận 1, TP Hồ Chí Minh có hệ tường vây (Diaphram wall) bao quanh và được thi công bằng phương pháp Semi-Top-Down Để phân tích chuyển vị và nội lực trong tường chắn

và hệ dầm sàn khi thi công tầng hầm bằng phương pháp Semi-Top-Down Tác giả giải Bài toán phân tích ngược sử dụng phần mềm PLAXIS 2D và Etabs đồng thời dựa vào kết quả quan trắc thực tế chuyển vị ngang của tường vây để đánh giá sự phù hợp của mô phỏng và các thông số đầu vào Cùng với việc gia cường lỗ mở của sàn tầng hầm khi phục vụ thi công đối với công trình thực tế

Từ đó tác giả rút ra kết luận về những mối liên hệ giữa độ cứng của đất với giá trị

NSPT, sức chống cắt không thoát nước SU trong hồ sơ khảo sát địa chất, và gia cường chống tạm sàn tại vị trí có lỗ mở phục vụ thi công khi thi công tầng hầm bằng phương pháp Semi-Top-Down Qua đó, hướng tới thiết kế tường vây và hệ kết cấu chống đỡ khi thi công tầng hầm bằng biện pháp Semi-Top-Down đạt 2 yếu tố kinh tế

và an toàn cao, đồng thời dự báo chuyển vị ngang của tường qua từng giai đoạn thi công cho các công trình có địa chất và quy mô tương tự

Trang 6

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT LUẬN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ viii

DANH MỤC BẢNG xiii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Giới hạn của đề tài 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Phạm vi nghiên cứu 2

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

7 Cấu trúc của đề tài 3

CHƯƠNG 1 KHẢO SÁT TỔNG QUAN 4

1.1 Giới thiệu 4

1.2 Tổng kết các nghiên cứu trước 5

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 5

1.2.1.1 Tổng kết nghiên cứu của Peck (1969) 5

1.2.1.2 Tổng kết nghiên cứu của O’Rourke (1981) 5

1.2.1.3 Tổng kết nghiên cứu của Clough and O’Rourke (1989 & 1990) 6

1.2.1.4 Tổng kết nghiên cứu của Ou and Hsieh 7

1.2.1.5 Tổng kết nghiên cứu của Gordon Tung-Chin Kung 8

1.2.1.6 Tổng kết nghiên cứu của Chang Yu Ou và các đồng sự: Nghiên cứu công trình Taipei Enterprise National Center 11

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 14

Trang 7

1.2.2.1 Tổng kết nghiên cứu của Nguyễn Khánh Dư và Lê Trọng Nghĩa 14

1.2.2.2 Tổng kết nghiên cứu của PGS.TS.Châu Ngọc Ẩn, TS Lê Văn Pha: Tính toán hệ kết cấu bảo vệ hố móng bằng phương pháp xét sự làm việc đồng thời giữa đất nền và kết cấu 14

1.2.2.3 Tổng kết nghiên cứu của PGS TS Nguyễn Minh Tâm, Ths Nguyễn Bửu Anh Thư: Nghiên cứu phương pháp tính áp lực đất phù hợp cho tường vây hố đào sâu 15

1.3 Tổng kết chương 1 15

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16

2.1 Cơ sở lý thuyết về ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong việc phân tích chuyển vị và nội lực trong tường chắn 16

2.1.1 Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis 16

2.1.1.1 Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous” 16

2.1.1.2 Dung trọng không bão hoà và dung trọng bão hoà 17

2.1.1.3 Hệ số thấm 17

2.1.1.4 Thông số độ cứng của đất nền 18

2.1.1.5 Thông số sức kháng cắt của đất nền 19

2.2 Mô hình đất nền sử dụng trong Plaxis 20

2.2.1 Mô hình Hardening Soil 20

2.2.2 Những thông số đầu vào của đất 24

2.2.2.1 Thông số E, ν 25

2.2.2.2 Hệ số thấm k của đất 29

2.2.2.3 Giới hạn vùng nén của mô hình phân tích 30

2.2.2.4 Hệ số bề mặt tiếp xúc Rinter 31

2.2.2.5 Xác định hệ số mũ m 31

2.3 Lý thuyết kéo - nén đúng tâm 31

2.3.1 Khái niệm 31

2.3.2 Ứng suất trên mặt cắt ngang 32

2.3.3 Biến dạng của thanh chịu kéo (nén) đúng tâm 33

Trang 8

2.3.4 Thí nghiệm kéo nén đúng tâm đối với vật liệu dòn 33

2.3.5 Khái niệm về sàn phẳng chịu lực khi thi công hố đào bằng phương pháp Top-Down 34

2.3.6 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ cứng của sàn theo phương ngang theo nhóm tác giả M Moeini1, B Rafezy2 and W P Howson 34

2.3.6.1 Bề dày sàn 34

2.3.6.2 Vị trí lỗ mở 35 2.3.6.3 Kích thước lỗ mở 35 2.4 Cơ sở lý thuyết trong ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn để xác định độ cứng theo phương ngang của sàn tầng hầm: 37

2.4.1 Cơ sở lý thuyết ứng dụng phần mềm Sap, Etabs 37

2.4.2 Quan hệ ứng suất và biến dạng, cách xác định modun độ cứng thực của sàn có lổ mở thi công 37

2.5 Tổng kết chương 2 38

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC TRONG TƯỜNG CHẮN VÀ HỆ DẦM SÀN KHI THI CÔNG TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP SEMI-TOP-DOWN CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ KHÁCH SẠN MAJESTIC TẠI TP.HCM 39

3.1 Giới thiệu công trình 39

3.1.1 Tổng quan về công trình nghiên cứu 39

3.1.2 Địa chất công trình 40

3.1.3 Trình tự thi công hố đào 44

3.2 PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC TRONG TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO CÔNG TRÌNH THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NGƯỢC (BACK-ANALYSIS) 50

3.2.1 Chuyển vị ngang thực tế của tường vây 50

3.2.2 Phân tích hố đào bằng chương trình Plaxis 54

3.2.2.1 Thông số tường vây 55

3.2.2.2 Thông số đầu vào của hệ thanh chống tường vây tính toán từ etabs 55

3.2.2.3 Tải trọng công trình xung quanh nhập vào mô hình tính 64

Trang 9

3.2.2.4 Quá trình tính toán mô phỏng thi công hố đào 72

3.2.3 Kết quả tính toán chuyển vị ngang trong mô hình plaxis-so sánh kết quả tính toán với quan trắc thực tế 80

3.2.4 Kết quả tính toán Momen max trong mô hình plaxis 89

3.2.5 Phân tích và Nhận xét 92

3.2.5.1 Phân tích 92

3.2.5.2 Nhận xét 95

3.3 PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC TRONG HỆ DẦM SÀN 95

3.3.1 Phân tích chuyển vị và nội lực hệ dầm sàn 96

3.3.1.1 Mô hình tính và tải trọng tác dụng 96

3.3.1.2 Kết quả chuyển vị trong 2 trường hợp tính toán 100

3.3.1.3 Kết quả nội lực trong 2 trường hợp tính toán 101

3.3.2 Nhận xét 105

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO 108

Trang 10

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Quan hệ giữa độ lún và khoảng cách đến tường vây 5

Hình 1.2 Quan hệ giữa độ lún và khoảng cách đến tường vây đối với từng loại đất (Clough and O’Rourke, 1989 & 1990) a:cát, b:sét cứng, c:sét mềm 6

Hình 1.3 Mối quan hệ giữa biến dạng lớn nhất của tường, độ cứng của hệ chống và hệ số an toàn chống trương nở 7

Hình 1.4 Quan hệ giữa độ lún và khoảng cách đến tường vây (Ou and Hsieh,2000; Ou et al,2005) 8

Hình 1.5 Thông tin chi tiết của 26 hố đào sâu thu thập từ vùng T2 và K1 9

Hình 1.6 Ảnh hưởng độ cứng của sàn đến biến dạng của tường vây 10

Hình 1.7 Ảnh hưởng độ cứng của thanh chống đến biến dạng của tường vây 10

Hình 1.8 Mối quan hệ giữa chiều sâu hố đào gây biến dạng tường tối đa và độ sâu hố đào cho phép của 2 phương pháp Top-Down và Bottom Up 10

Hình 1.9 Mặt bằng công trình Taipei Enterprise National Center 11

Hình 1.10 Mặt cắt hố đào công trình Taipei Enterprise National Center 12

Hình 1.11 Mối quan hệ giữa hình dạng của tường bị biến dạng và sự tăng độ cứng của thanh chống (a) bước đào đầu tiên; (b) bước đào thứ 2; (c) bước đào thứ 3 12

Hình 1.12 Mối quan hệ giữa hình dạng của tường bị biến dạng và sự giảm độ cứng của thanh chống (a) bước đào đầu tiên;(b) bước đào thứ 2;(c) bước đào thứ 3 13

Hình 1.13 Độ võng của tường theo phương ngang và độ lún bề mặt đất của hố đào TNEC: (a) độ võng của tường theo phương ngang và (b) độ lún bề mặt đất 13

Hình 2.1 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước 21

Hình 2.2 Các đường cong dẻo ứng với các giá trị trung bình khác nhau 22

Hình 2.3 Định nghĩa mô đun Eoedref trong thí nghiệm nén cố kết 23

Hình 2.4 Các mặt dẻo trong mặt phẳng (p-q) của mô hình HS 23

Hình 2.5 Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính của mô hình HS (c=0) 24

Hình 2.6 Đường cong biến dạng có kể đến sự kết thúc giãn nở trong thí nghiệm 3 trục thoát nước 24

Hình 2.7 Quan hệ giữa Eu/ cu theo chỉ số OCR và Ip (Duncan & Buchigani) 27

Trang 11

Hình 2.8 Điều kiện biên cho phân tích hố đào sâu bằng chương trình Plaxis 31

Hình 2.9 Định nghĩa thanh kéo – nén đúng tâm 32

Hình 2.10Thanh thẳng chịu kéo (nén) đúng tâm 33

Hình 2.11 Biểu đồ kéo (nén) vật liệu dòn 34

Hình 2.12 Sự biến thiên sai số bề dày sàn 35

Hình 2.13Dạng mặt bằng và kích thước lỗ mở 35

Hình 2.14 Mô hình – kích thước của sàn và tường vây 36

Hình 2.15 Biểu đồ xác định độ cứng chịu nén EA xét trên 1m sàn 38

Hình 3.1 Mặt bằng hố móng công trình 39

Hình 3.2 Cao độ 4 tầng chống hố đào 40

Hình 3.3 Mặt cắt địa chất công trình 42

Hình 3.4 Mặt bằng hố khoan 43

Hình 3.5 Đào đất đến cao độ -2.05m 44

Hình 3.6 Thi công sàn trệt 44

Hình 3.11 Thi công sàn trệt 46

Hình 3.13 Thi công hầm B1 cao độ -6.26m 47

Hình 3.19 Khu vực lỗ mở để thi công phần ngầm 49

Hình 3.20 Các mốc quan trắc chuyển vị tường vây của công trình … 50

Hình 3.21 Chuyển vị ngang của tường vây tại mốc IL-02 (hmax = 16.35m) 51

Trang 12

Hình 3.22 Chuyển vị ngang của tường vây tại mốc IL-01 (hmax = 18.65) 52

Hình 3.23 Mô hình 1(HK4, IL-02) 54

Hình 3.24 Mô hình 2 (HK5, IL-01) 54

Hình 3.25 Mặt bằng sàn có lỗ mở như thiết kế được mô hình bằng phần mềm Etabs 56

Hình 3.26 Mặt bằng sàn có lỗ mở lớn hơn so với thiết kế được mô hình bằng phần mềm Etabs 56

Hình 3.27 Sơ đồ tính trong mô hình Etabs 56

Hình 3.28 Vị trí gối cố định và gối di động trong mô hình 57

Hình 3.29 Mô hình áp lực ngang tác dụng vào tường chắn 57

Hình 3.30 Chuyển vị của sàn trệt trong Etabs với P=200kN/m 58

Hình 3.31 Biểu đồ xác định độ cứng chịu nén dọc trục (EA) của sàn tầng trệt có lỗ mở theo thiết kế 59

Hình 3.32 Biểu đồ xác định độ cứng chịu nén dọc trục (EA) của sàn tầng hầm B1 có lỗ mở theo thiết kế 60

Hình 3.35 Biểu đồ xác định độ cứng chịu nén dọc trục (EA) của sàn tầng trệt có lỗ mở lớn hơn so với thiết kế 62

Hình 3.36 Biểu đồ xác định độ cứng chịu nén dọc trục (EA) của sàn tầng hầm B1 có lỗ mở lớn hơn so với thiết kế 62

Hình 3.39 Chuyển vị ngang của tường vây tại độ sâu đào h= 6.66m (IL-02) 80

Hình 3.40 Chuyển vị ngang của tường vây tại độ sâu đào h= 9.65m (IL-02) 81

Hình 3.41 Chuyển vị ngang của tường vây tại độ sâu đào h=12.65m (IL-02) 82

Hình 3.42 Chuyển vị ngang củsa tường vây tại độ sâu đào h= 16.35m (IL-02) 83

Hình 3.43 Chuyển vị ngang của tường vây tại độ sâu đào h= -2.0m 84

Trang 13

Hình 3.44 Chuyển vị ngang của tường vây tại độ sâu đào h= -6.66 m 85

Hình 3.45 Chuyển vị ngang của tường vây tại độ sâu đào h= 9.65m 86

Hình 3.48 Biểu đồ Momen ở các giai đoạn đào đất tại mốc quan trắc IL-02 89

Hình 3.49 Biểu đồ Momen ở giai đoạn đào đất -2.0m 90

Hình 3.50 Biểu đồ Momen ở giai đoạn đào đất -6,66m 90

Hình 3.51 Biểu đồ Momen ở giai đoạn đào đất -9,65m 91

Hình 3.54 Biểu đồ So sánh kết quả tính toán với quan trắc thực tế ở giai đoạn đào đất đến cao độ -2.05 m của hố đào theo tại mốc IL-01 92

Hình 3.59 Trích đoạn mô hình tính 96

Hình 3.60 Hoạt tải thi công tác dụng vào hệ dầm sàn 96

Hình 3.61 Chuyển vị của dầm sàn tầng trệt 96

Hình 3.62 Chuyển vị của dầm sàn hầm B1 97

Hình 3.65 Chuyển vị của dầm sàn tầng trệt 98

Trang 14

Hình 3.69 Mômen dải sàn tầng trệt theo phương Y 101

Hình 3.70 Mômen dải sàn hầm B1 theo phương Y 102

Trang 15

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tóm tắt giá trị δhm/H0 và độ cứng của thanh chống và sàn 9

Bảng 2.1 Tương quan giữa mô đun biến dạng E theo NSPT 26

Bảng 2.2 Mô đun biến dạng và hệ số poison của đất rời (Mraja M.Das,1999) 28

Bảng 2.3 Hệ số poison của đất (Joseph E Bowles, 1996) 28

Bảng 2.4 Hệ số thấm điển hình của đất theo P.M.Cashman & M.Preen (2001) 29

Bảng 2.5 Hệ số thấm điển hình của đất theo NAVFAC (1983) 29

Bảng 3.1 Mô tả địa chất công trình 40

Bảng 3.2 Các thông số địa chất công trình 41

Bảng 3.3 Bảng tổng hợp kết quả quan trắc công trình 53

Bảng 3.4 Thông số đầu vào của tường vây hố đào (diaphragm wall) 55

Bảng 3.5 Thông số vật liệu được lấy theo hồ sơ thiết kế là B40 để nhập vào Etabs 57

Bảng 3.6 Kết quả tính toán độ cứng dọc trục EA 58

Bảng 3.7 Quan hệ ứng suất biến dạng P- ε của sàn trệt 59

Bảng 3.8 Quan hệ ứng suất biến dạng P- ε của sàn hầm B1 59

Bảng 3.11 Kết quả tính toán độ cứng dọc trục EA từ phần mềm Etabs 61

Bảng 3.12 Quan hệ ứng suất biến dạng P- ε của sàn trệt 61

Bảng 3.16 Kết quả tính toán độ cứng dọc trục EA từ phần mềm Etabs 63

Bảng 3.17 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của đất 65

Bảng 3.18 Thông số đầu vào của các lớp đất nền trong chương trình Plaxis 66

Bảng 3.19 Thông số đầu vào của các lớp đất nền trong chương trình Plaxis trong mô hình 69

Bảng 3.20 Mô phỏng các giai đoạn thi công hố đào 72

Trang 16

Bảng 3.21 So sánh kết quả tính toán với quan trắc thực tế ở giai đoạn đào đất đến cao độ

-2.0m của hố đào theo tại mốc IL-01 92

Bảng 3.22 So sánh kết quả tính toán với quan trắc thực tế ở giai đoạn đào đất đến cao độ -6.66 m của hố đào theo tại mốc IL-01 92

Bảng 3.26 Bảng giá trị tải trọng nhập vào mô hình 95

Bảng 3.27 Bảng giá trị chuyển vị ngang của dầm sàn hầm (TH1) 98

Bảng 3.28 Bảng tổng hợp giá trị chuyển vị ngang của dầm sàn hầm (TH2) 99

Bảng 3.29 Kết quả so sánh chuyển vị ngang của dầm sàn tầng trệt tại vị trí mặt cắt qua sàn 100

Bảng 3.30 Kết quả so sánh chuyển vị ngang của dầm sàn hầm B1 tại vị trí mặt cắt qua sàn 100

Bảng 3.33 Kết quả so sánh chuyển vị ngang của dầm sàn tầng trệt với 2 trường hợp tính toán 100

Bảng 3.34 Kết quả so sánh chuyển vị ngang của dầm sàn hầm B1 với 2 trường hợp tính toán 101

Bảng 3.35 Kết quả so sánh chuyển vị ngang của dầm sàn hầm B2 với2 trường hợp tính toán 101

Bảng 3.36 Kết quả so sánh chuyển vị ngang của dầm sàn hầm B3 với 2 trường hợp tính toán 101

Bảng 3.37 Bảng tổng hợp giá trị Mômen của dầm sàn hầm (TH1) 102

Bảng 3.38 Bảng tổng hợp giá trị Mômen của dầm sàn hầm (TH2) 103

Bảng 3.39 Kết quả so sánh Mômen của dầm sàn tầng trệt tại vị trí mặt cắt qua sàn 103

Trang 17

Bảng 3.40 Kết quả so sánh Mômen của dầm sàn hầm B1 tại 2 vị trí mặt cắt qua sàn 103 Bảng 3.41 Kết quả so sánh Mômen của dầm sàn hầm B2 tại 2 vị trí mặt cắt qua sàn 103 Bảng 3.42 Kết quả so sánh Mômen của dầm sàn hầm B3 tại 2 vị trí mặt cắt qua sàn 103 Bảng 3.43 Kết quả so sánh Mômen của dầm sàn tầng trệt ở 2 trường hợp tính toán 104 Bảng 3.44 Kết quả so sánh Mômen của dầm sàn hầm B1 ở 2 trường hợp tính toán 104 Bảng 3.45 Kết quả so sánh Mômen của dầm sàn hầm B2 ở 2 trường hợp tính toán 104 Bảng 3.46 Kết quả so sánh Mômen của dầm sàn hầm B3 ở 2 trường hợp tính toán 104

Trang 18

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hoá của nước ta ngày càng nhanh, hệ thống đô thị phát triển cả về số lượng, chất lượng và quy mô Đặc biệt là ở các đô thị lớn như TP Hồ Chí Minh và Hà Nội, tốc độ phát triển nhanh tạo

ra các áp lực về hạ tầng đô thị, về nhà ở, văn phòng, giao thông đô thị và không gian công cộng trong đô thị Những điều này đòi hỏi việc phát triển phải hướng đến khả năng tận dụng quỹ đất, phát triển song song cả về chiều cao lẫn chiều sâu của

đô thị Cùng với việc phát triển công nghệ ngày càng cao, nhiều tổ hợp các công

trình thương mại, dịch vụ ngầm đã được xây dựng

Khi đào trong khu vực nội thành đô thị nơi có điều kiện địa chất yếu phức tạp, việc đánh giá cường độ và sự phân bố biến dạng của đất nền cùng với việc tính toán kiểm tra hệ thống kết cấu chống đỡ hố móng sâu trong quá trình thi công công trình trở nên phức tạp và yêu cầu cao Do đó đơn vị thiết kế và thi công cần phân tích, đưa ra giải pháp thiết kế và thi công phù hợp nhất trong những điều kiện hiện có, vì một khi biến dạng quá mức sẽ làm ảnh hưởng hư hại các công trình lân cận cũng như ảnh hưởng đến chức năng kết cấu liên quan và độ bền của chính công trình Chủ đề về hố đào sâu này cũng đã được tìm hiểu bởi nhiều nhà nghiên cứu trong nhiều năm những công cụ số, như là phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp phân tích, phương pháp số… được sử dụng để diễn tả sự tương tác giữa đất và

tường vây, giữa tường vây và kết cấu bên trong

Các biện pháp thi công tầng hầm hiện nay như phương pháp đào hở kết hợp với chống vách bằng cừ thép, sử dụng tường vây cọc nhồi tiết diện nhỏ kết hợp với chống đỡ hoặc neo, thi công bằng phương pháp Bottom–Up, Top–Down Tuy nhiên, trong khu vực có địa chất phức tạp và có yêu cầu cao về công nghệ cũng như tiến độ thi công thì biện pháp thi công kín với công nghệ Top–Down là lựa chọn hàng đầu

Khi một kết cấu chắn giữ đất tạm thời, chẳng hạn như hệ tường vây (Diaphram wall), được thiết kế thì yếu tố an toàn phải là ưu tiên hàng đầu Tiếp theo đó là yêu cầu về hiệu quả kinh tế cũng ngày càng gắt gao, cùng với yêu cầu về kiến trúc phải

có khoảng thông tầng và trong biện pháp Top-Down cũng đòi hỏi phải thiết kế lỗ

mở để phục vụ thi công các lỗ mở này làm ảnh hưởng đến độ cứng của sàn theo phương ngang Kết quả là làm cho chuyển vị của tường lớn tăng nguy cơ phá hoại cho công trình lân cận

Điều này dẫn đến nhu cầu phải dự đoán chính xác hơn nữa chuyển vị của đất nền, tường chắn và hệ thống kết cấu chống đỡ hố móng, nhằm đảm bảo cân bằng giữa việc thiết kế an toàn và hiệu quả kinh tế khi xây dựng công trình

Trang 19

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Sử dụng phần mềm plaxis 2D, Etabs kết hợp với kết quả quan trắc thực tế để phân tích chuyển vị và nội lực trong tường chắn và hệ dầm sàn khi thi công tầng hầm bằng phương pháp Semi-Top-Down

- Phân tích ảnh hưởng chuyển vị và nội lực của sàn tầng hầm tại những vị trí

lỗ mở đến chuyển vị và nội lực của tường vây Qua đó, có biện pháp gia cố vị trí lỗ

mở của sàn tầng hầm phục vụ thi công khi thi công bằng phương pháp Down

Semi-Top-3 Giới hạn của đề tài

- Đề tài tập trung phân tích chuyển vị và nội lực trong tường chắn và hệ dầm sàn bằng mô hình plaxis 2D trong khi mặt bằng công trình có hình dạng phức tạp và chiều sâu đào giật cấp không đồng đều

- Trong quá trình nghiên cứu việc công trình thi công chậm tiến độ dẫn đến việc thu thập số liệu phải kéo dài

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích cơ sở lý thuyết, đánh giá độ cứng của sàn tầng hầm khi thi công bằng phương pháp Semi-Top-Down

- Sử dụng phần mềm plaxis 2D để phân tích chuyển vị và nội lực trong tường chắn khi thi công tầng hầm bằng phương pháp Semi-Top-Down

- Sử dụng phần mềm Etabs để phân tích chuyển vị và nội lực của sàn tầng hầm tại vị trí lỗ mở

5 Phạm vi nghiên cứu

- Đề tài tập trung phân tích chuyển vị và nội lực của tường chắn đồng thời phân tích chuyển vị và nội lực của sàn tầng hầm tại vị trí lỗ mở sàn tầng hầm trong quá trình thi công hố đào Công trình đề tài nghiên cứu là dự án mở rộng khách sạn Majestic (Nguyễn Huệ, Quận 1, Tp Hồ Chí Minh) được thi công bằng phương pháp Semi-Top–Down, sau khi thu nhận được những kết quả phân tích, đề tài tập trung khuyến cáo việc lựa chọn mô hình phân tích và các thông số đầu vào của mô hình, kết hợp với gia cố lỗ mở sàn khi thi công đối với những công trình có phương pháp thi công, quy mô và điều kiện địa chất tương tự

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiến của đề tài

- Dựa vào lý thuyết tính toán, dùng phầm mềm mô phỏng công trình thực tế so sánh kết quả với số liệu thực nghiệm để kiểm tra, đánh giá chuyển vị và nội lực của tường vây trong quá trình thi công tầng hầm

- Việc nghiên cứu đề tài nhằm mục đích cung cấp thêm luận cứ để làm rõ ưu nhược điểm của phương pháp Semi-Top-Down trong thi công hố đào sâu Xác định chuyển vị và nội lực của tường chắn và hệ dầm sàn Qua đó, Có biện pháp gia cố vị

Trang 20

trí lỗ mở của sàn tầng hầm phục vụ thi công khi thi công bằng phương pháp Top-Down

Semi-7 Cấu trúc đề tài

Mở đầu

Chương 1 Khảo sát tổng quan

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Chương 3 Phân tích chuyển vị và nội lực của tường vây và hệ dầm sàn khi thi công tầng hầm bằng phương pháp Semi-Top-Down cho công trình thực tế là dự án

mở rộng khách sạn Majestic (Nguyễn Huệ, Quận 1, Tp Hồ Chí Minh)

Trang 21

CHƯƠNG 1: KHẢO SÁT TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu

Vấn đề liên quan khi thi công hố đào sâu là giải pháp ổn định và biến dạng Một

hố đào sâu ổn định là hố đào mà thành hố không được sụp đổ và đáy của nó không được mất kiểm soát đẩy trồi Thành hố đào được thiết kế để chống lại biến dạng đất nền xung quanh hố đào mà nó có thể gây phá hoại công trình lân cận, đường xá, hay như cơ sở hạ tầng Quy mô phá hoại phụ thuộc vào cường độ và kiểu chuyển vị đất nền xung quanh hố đào

Ổn định và biến dạng có liên quan với nhau Nếu hệ số an toàn chống lại sự phá hoại là lớn, thì biến dạng trong đất xung quanh hố đào sẽ là nhỏ, và chuyển vị đất nền xung quanh sẽ nhỏ Ngược lại, nếu hệ số an toàn gần bằng 1, biến dạng trong đất xung quanh hố đào sẽ là lớn, và chuyển vị đất nền sẽ lớn

Trong thực tế có nhiều phương pháp giữ thành hố đào tuỳ thuộc vào độ sâu hố đào, điều kiện địa chất, mặt bằng thi công và giải pháp kết cấu Với thực tế công trình “khách sạn Majestic” có chiều sâu tầng hầm tương đối lớn, để tiến hành thi công phần ngầm một cách an toàn, nhanh chóng và tiện lợi, việc sử dụng phương pháp thi công mới theo công nghệ Top-Down là cần thiết Vấn đề thiết kế đảm bảo

ổn định và an toàn thi công hố đào sâu trong nền đất luôn là bài toán khó vì dù có nhiều tiến bộ trong tính toán mô phỏng dựa trên các mô hình tính toán diễn tả được ứng xử đất nền khá gần với ứng xử thực tế nhưng vẫn còn những sự cố vì vậy cần phải tính toán thiết kế cơ cấu giữ ổn định tường chắn gồm có:

 Phương pháp tính toán ổn định hệ dàn chống bằng thép hình

 Phương pháp tính toán neo phụt

 Tính toán kiểm tra ổn định kết cấu tường chắn - sàn hầm bằng phương pháp thi công Top-Down

Trong thi công Top-Down thì vấn đề chọn lỗ mở sàn để thi công cũng là một vấn

đề rất đáng quan tâm, để đạt được hiệu quả cao nhất về thi công cũng như về tính toán thiết kế Phải kiểm tra ổn định và khả năng chịu lực của sàn tầng hầm dùng để giữ ổn định lực xô ngang của tường tầng hầm

Vì vậy, phần khảo sát tổng quan này cung cấp một mô tả ngắn dự đoán chuyển vị đất nền liên kết với tường vây và ảnh hưởng của độ cứng hệ chống đỡ đến chuyển

vị tường vây Và kết cấu sẽ bao gồm 3 phần Phần thứ nhất là những tổng kết đáng

kể của các nghiên cứu đã xuất bản trước đây Phần thứ hai tổng hợp những bài báo

mô tả những nghiên cứu trong quá trình thực hiện hố đào sâu Và phần còn lại là những tổng kết dữ liệu của những nghiên cứu quan trắc hố đào sâu ở hiện trường

Trang 22

1.2 Tổng kết các nghiên cứu trước

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

1.2.1.1 Tổng kết nghiên cứu của Peck (1969)

Peck (1969) là người đầu tiên đề xuất một phương pháp để dự đoán giải quyết chuyển vị do đào đất gây ra, dựa trên quan sát thực địa Ông chủ yếu sử dụng các kết quả giám sát của các trường hợp lịch sử ở Chicago và Oslo và thành lập các đường cong quan hệ giữa độ lún và khoảng cách đến tường vây với nhiều loại đất khác nhau

Hình 1.1 Quan hệ giữa độ lún và khoảng cách đến tường vây

Phương pháp Peck dựa trên kết quả giám sát của các trường hợp lịch sử trước năm 1969, hầu hết trong số đó sử dụng cọc ván thép hoặc cọc chống, tường chắn, hoàn toàn khác với việc thiết kế và xây dựng các phương pháp tiên tiến hiện nay Trong các dự án hố đào sâu trong những năm gần đây, các đường cong quan hệ của Peck đề xuất không thể áp dụng cho tất cả các hố đào Về cơ bản những đường cong bắt nguồn từ phương pháp của Peck là tổng hợp kinh nghiệm đơn giản để áp dụng

1.2.1.2 Tổng kết nghiên cứu của O’Rourke (1981)

O’Rourke nghiên cứu chuyển vị đất nền gây ra bởi hố đào sâu có giằng chống và những hoạt động thi công liên quan Ông đã chỉ ra sự quan trọng của hoạt động chuẩn bị công trường lên chuyển vị đất nền, và cũng đã liệt kê ra sự bố trí lại và việc hạ mực nước ngầm, thi công tường vây, thi công hố móng sâu cũng như là những hoạt động chuẩn bị của công trường có thể gây ra chuyển vị đất nền Tác giả cũng nghiên cứu quan hệ giữa hình dạng chuyển vị của tường hố đào và tỉ số giữa chuyển vị ngang và đứng của mặt đất nền bằng cách xem xét dữ liệu thực hiện từ bảy trường hợp nghiên cứu O’Rourke cũng kết luận từ những phân tích rằng tỉ số chuyển vị ngang trên chuyển vị đứng là 1.6 đối với biến dạng công sôn thuần túy và 0.6 đối với biến dạng phình trồi thuần túy của tường vây Ngoài ra, O’Rourke cũng

đã nêu ra những kết luận về tác động của độ cứng giằng chống, việc ứng suất trước

Trang 23

của giằng chống, và sự tính toán thời gian của việc lắp đặt chống Tác giả nhận xét

rằng độ cứng hữu hiệu của chống có thể thấp hơn 2% so với độ cứng chuẩn (EA /L)

do hiệu ứng nén tại vị trí liên kết và hiệu ứng uốn của giằng chống

1.2.1.3 Tổng kết nghiên cứu của Clough and O’Rourke (1989 & 1990)

Clough và O’Rourke nghiên cứu chuyển vị gây ra bởi hố đào sâu bằng cách xem xét dữ liệu từng trường hợp và những nghiên cứu trước đó Các tác giả đã chia chuyển vị ra làm 2 loại Thứ nhất là chuyển vị do quá trình đào thi công tường vây,

và loại thứ 2 là chuyển vị gây ra bởi hoạt động thi công phụ Họ đã kết luận từ những nghiên cứu của mình rằng chuyển vị do hố đào sâu có thể được dự đoán trong những phạm vi hợp lý nếu nguồn gốc chuyển vị được xem xét

Phương Pháp Clough và O'Rourke (1990) đề xuất nhiều loại hình đường bao của chuyển vị bề mặt hố đào gây ra cho đất khác nhau trên nhiều trường hợp Theo các nghiên cứu của họ,đào trong cát hoặc đất sét cứng sẽ có xu hướng xuất hiện đường bao chuyển vị theo hình tam giác Chuyển vị tối đa sẽ được tìm thấy gần tường chắn Đào trong đất sét mềm đến trung bình sẽ tạo ra đường bao chuyển vị hình thang

Hình 1.2 Quan hệ giữa độ lún và khoảng cách đến tường vây đối với từng loại

Clough và O’Rourke (1990) đã tìm ra được rằng bề rộng hố đào càng tăng thì biến dạng của tường vây càng lớn hơn thế nữa, khi bề rộng hố đào càng lớn thì hiện tượng mất cân bằng lực càng lớn; hệ số an toàn trương nở càng giảm

Trang 24

Hình 1.3 Mối quan hệ giữa biến dạng lớn nhất của tường, độ cứng của hệ chống và

hệ số an toàn chống trương nở

1.2.1.4 Tổng kết nghiên cứu của Ou and Hsieh

Ou và Hsieh (Ou và Hsieh, 2000; Ou et al, 2005) đã phát triển một phương pháp

để dự đoán lún bề mặt trên cơ sở các nghiên cứu về các loại hình lún bề mặt, vùng ảnh hưởng, vị trí lún tối đa Các tác giả đề xuất giải quyết các đường cong cho các tường lửng và các loại lõm, như thể hiện trong hình 1.4

Dòng phân khúc ab trong hình 1.4a, với một độ dốc dốc hơn, đại diện cho các vùng ảnh hưởng chính, mà sẽ tạo ra một sự biến dạng góc lớn hơn như xa như các cấu trúc lân cận có liên quan Vì vậy, nó là cần thiết để kiểm tra sự an toàn của các công trình lân cận miễn là giá trị của δvm là lớn Đoạn thẳng là đại diện cho các khu vực ảnh hưởng thứ cấp và có độ dốc ít dốc Trong điều kiện bình thường, giải quyết trong SIZ có ít ảnh hưởng đến cấu trúc

Theo hình 1.4 đường cong giải quyết các loại lõm có thể được mô tả trong ba đoạn thẳng Phân khúc dòng abc đại diện cho các vùng ảnh hưởng và phân khúc dòng cd tiểu vùng ảnh hưởng thứ cấp Ảnh hưởng riêng biệt của họ trên các cấu trúc

là giống như mô tả trong các loại tường lửng

Trang 25

Hình 1.4 Quan hệ giữa độ lún và khoảng cách đến tường vây

(Ou and Hsieh,2000; Ou et al,2005)

Theo phương pháp Ou và Hsieh, việc độ lún gây ra trong hố đào sau lưng tường chắn có thể được dự đoán dựa trên các các bước sau đây:

1 Ước tính chuyển vị ngang tối đa của tường chắn bằng Phương pháp phần tử hữu hạn, hoặc phương pháp dầm trên nền đàn hồi

2 Xác định loại chuyển vị: Tính toán tường chuyển vị ngang từ một trong hai phương pháp phần tử hữu hạn hoặc các tia trên các phương pháp nền đàn hồi Sau

đó, xác định loại của giải quyết bề mặt đất Hoặc chúng ta có thể tận dụng lợi thế của các kết quả khảo sát ở giai đoạn khai quật ban đầu bởi vì các loại hồ sơ giải quyết nổi lên ở giai đoạn đầu thường kéo dài đến giai đoạn cuối cùng

3 Ước tính giá trị của chuyển vị đứng trên cơ sở của mối quan hệ giữa chuyển vị lớn nhất và chuyển vị ngang lớn nhất

1.2.1.5 Tổng kết nghiên cứu của Gordon Tung-Chin Kung

Tác giả so sánh chuyển vị của tường giữa hai phương pháp thi công Top-Down (TDM) và Bottom-Up (BUM) thông qua tổng số 26 trường hợp hố đào trên nền đất sét pha ở Đài Bắc đã được thu thập và phân tích trong lịch sử Các quan sát thực địa cho thấy rằng chuyển vị ngang tối đa của tường (δhm) thi công bằng phương pháp Top-Down (TDM) bằng 1.28 lần so với thi công bằng phương pháp Bottom-Up (BUM) Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của tường được khảo sát và 4 trong số

26 trường hợp được chọn để tiếp tục thử nghiệm tính toán để khảo sát sự khác biệt chuyển vị của tường (δhm) theo hai phương pháp TDM và BUM Kết quả phân tích cho thấy tỷ lệ trung bình chuyển vị (δhm) khi thi công bằng phương pháp TDM so với thi công bằng phương pháp BUM xắp xỉ bằng 1.1, khi không kể đến ảnh hưởng

độ co nhiệt của sàn bê tông Cả 2 dữ liệu quan trắc và kết quả phân tích cho thấy

Trang 26

rằng chuyển vị của tường thi công bằng phương pháp TDM lớn hơn mặc dù sử dụng hệ sàn có độ cứng chống đỡ lớn

Hình 1.5 Thông tin chi tiết của 26 hố đào sâu thu thập từ vùng T2 và K1

Trong đó:

 HS là độ sâu thanh chống hoặc sàn (m)

 Hm là chiều sâu hố đào gây biến dạng tường tối đa (m)

 H0 là độ sâu hố đào cho phép (m)

 L là chiều dài của tường vây (m)

 h là khoảng cách giữa 2 thanh chống (m)

Dựa vào các kết quả phân tích tác giả kết luận giá trị trung bình δhm/H0 của phương pháp Top-Down có giá trị lớn hơn so với phương pháp Bottom Up không phân biệt địa chất

Các trường hợp phân tích δhm/H0 (%)

Độ cứng trung bình của hệ chống và sàn S (kN/m/m)

Các trường hợp trong vùng T2 0.36 0.46 59424 176521 Các trường hợp trong vùng K1 0.41 0.53 51823 147278 Tất cả các trường hợp 0.38 0.49 56767 161900

Độ cứng của thanh chống và bản sàn trong 26 trường hợp của bài báo này được

tính như sau: S=EA/ls (1.1) Trong đó:

 S là độ cứng của thanh chống hoặc sàn (kN/m2

)

 E là modul đàn hồi (kN/m2

)

 A là diện tích mặt cắt ngang (m2)

Trang 27

 s là nhịp của thanh chống hoặc sàn (m)

 l là chiều dài của thanh chống hoặc sàn (m)

Hình 1.6 Ảnh hưởng độ cứng của sàn đến biến dạng của tường vây

Hình 1.7 Ảnh hưởng độ cứng của thanh chống đến biến dạng của tường vây

Hình 1.8 Mối quan hệ giữa chiều sâu hố đào gây biến dạng tường tối đa và độ sâu

hố đào cho phép của 2 phương pháp Top-Down và Bottom Up

Trang 28

Dựa vào kết quả quan sát từ các trường hợp hố đào thu thập được trong lịch sử

và các thông số nghiên cứu, tác giả đã rút ra một số kết luận như sau:

 Tường vây được sử dụng làm tường chắn trong tất cả 26 trường hợp hố đào

Độ cứng trung bình của hệ chống và bản sàn trong 26 trường hợp hố đào mà tác giả thu thập được tương ứng là 56767 (kN/m/m) và 161900 (kN/m/m)

 Thông qua việc xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của tường chắn

hố đào, 5 yếu tố được xác định là quan trọng có thể dẫn đến sự khác biệt về

độ chênh lệch chuyển vị của tường vây giữa 2 phương pháp thi công hố đào TDM và BUM: (1) độ sâu hố đào qua từng bước đào, (2) độ cứng của hệ chống và bản sàn, (3) hệ chống ứng lực trước, (4) thời gian thi công hệ chống và bản sàn, và (5) độ co ngót của sàn bê tông

 Các kết quả của các thông số nghiên cứu cho thấy rằng tỷ lệ trung bình chuyển vị (δhm) khi thi công bằng phương pháp TDM so với thi công bằng phương pháp BUM xắp xỉ bằng 1.1 khi ảnh hưởng của độ co ngót của sàn bê tông không được xem xét So với tỷ lệ 1.2 thu được từ quan sát thực địa trong trường hợp thứ 23 trong nghiên cứu này Sự khác biệt này có thể là do xét đến ảnh hưởng của độ co ngót của sàn bê tông

1.2.1.6 Tổng kết nghiên cứu của Chang Yu Ou và các đồng sự: Nghiên cứu công

trình Taipei Enterprise National Center

Công trình Taipei National Enterprise Center có mặt bằng dạng hình thang với cạnh dài 60–105m, cạnh ngắn 43m, gồm 6 tòa nhà A, B, C, D, E, F kế cận công trình

Hình 1.9 Mặt bằng công trình Taipei Enterprise National Center

Việc thi công tường vây của TNEC bắt đầu vào ngày 13 tháng 8 năm 1991 và hoàn thành vào ngày 10 tháng 11 năm 1991 Các thiết bị chính như thiết bị đo áp lực đất, đo áp lực nước, thiết bị đo ứng suất trong cốt thép và thiết bị quan trắc

Trang 29

nghiêng được lắp đặt chung ngay khi tường vây bắt đầu thi công, quá trình thi công tường vây diễn ra trong 89 ngày Khi thi công tường vây hoàn thành, cọc nhồi cho móng và cột chống thép được thi công, công tác này hoàn thành vào ngày 155, ngay sau đó thiết bị đo áp lực nước và thiết bị đo phình trồi được lắp đặt vào trong hố đào khi các thiết bị quan trắc đã lắp đặt xong, việc đào đất bắt đầu vào ngày 156

Hình 1.10 Mặt cắt hố đào công trình Taipei Enterprise National Center

Bắt đầu với bước đào đầu tiên, chuyển vị của tường sẽ được tạo ra với dạng đầu thừa Bước đào thứ 2 sẽ bắt đầu sau khi lắp hệ chống đầu tiên Nếu độ cứng của thanh chống đủ lớn, lực nén tác dụng lên thanh chống sẽ nhỏ hơn vì vậy tường chắn

sẽ xoay quanh điểm tiếp xúc giữa thanh chống và tường, biến dạng của tường được tạo ra Biến dạng lớn nhất của tường sẽ xảy ra gần bề mặt của hố đào như hình1.11b bên dưới:

Hình 1.11 Mối quan hệ giữa hình dạng của tường bị biến dạng và sự tăng độ cứng của thanh chống (a) bước đào đầu tiên; (b) bước đào thứ 2; (c) bước đào thứ 3

Trang 30

Sau khi lắp hệ chống thứ 2 thì bước đào thứ 3 bắt đầu Giả định rằng hệ chống ở bước 2 cũng đủ lớn, tường chắn sẽ tiếp tục xoay quanh điểm tiếp xúc với hệ chống

ở bước 2, độ biến dạng của tường xảy ra lần nữa Vị trí biến dạng lớn nhất xảy ra gần bề mặt hố đào như hình 1.11c Nếu đất bên dưới hố đào là đất yếu, phản lực đẩy

từ tường chắn sẽ giảm và vị trí biến dạng lớn nhất hầu như xảy ra bên dưới mặt hố đào

Được suy ra từ phép ngoại suy tương tự, hố đào trong đất cứng (đất sét) sẽ hầu hết xảy ra biến dạng lớn nhất bên trên mặt hố đào Thật vậy, những vị trí biến dạng lớn nhất được tìm thấy gần bề mặt hố đào trong hầu hết các hố đào ở Taipei

Như hình 1.12, với độ cứng của thanh chống không cao, lực nén của thanh chống

sẽ khá lớn Biến dạng của tường sẽ xoay quanh các điểm tiếp xúc trong suốt bước đào thứ 2 và thứ 3

Hình 1.12 Mối quan hệ giữa hình dạng của tường bị biến dạng và sự giảm độ cứng của thanh chống (a) bước đào đầu tiên; (b) bước đào thứ 2; (c) bước đào thứ 3

Như hình 1.12 biểu đồ biến dạng ngang của tường chắn ở mỗi bước đào TNEC Khi biện pháp Top-Down được sử dụng trong trường hợp này, độ cứng dọc trục của sàn thì khá lớn và ứng xử biến dạng thì tương tự như hình 1.12, trong đó biến dạng lớn nhất xảy ra gần mặt hố đào

Hình 1.13 Độ võng của tường theo phương ngang và độ lún bề mặt đất của hố đào TNEC: (a) độ võng của tường theo phương ngang, (b) độ lún bề mặt đất

Trang 31

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

1.2.2.1 Tổng kết nghiên cứu của Nguyễn Khánh Dư và Lê Trọng Nghĩa

Công trình được nghiên cứu là công trình SSG TOWER tại Quận Bình Thạnh, Thành Phố Hồ Chí Minh gồm 4 tầng hầm với chiều sâu đào là -12.4m và tại vị trí đáy thang máy thì chiều sâu hố đào là -15m so với mặt đất tự nhiên Tầng hầm được thiết kế thi công theo phương pháp Top-Down Cao độ mặt đất tự nhiên  0 00m, cao độ sàn hầm 1 là -1.75m, cao độ sàn hầm 2 là -4.75m, cao độ sàn hầm 3 là -7.75m, cao độ sàn hầm 4 là -10.75m Hệ tường vây cọc ba-rét dày 1m và cắm đến

độ sâu -39m dùng chắn đỡ thành hố đào

Theo 2 tác giả thì giá trị Eref có ảnh hưởng đáng kể đến chuyển vị của tường chắn Giá trị Eref phù hợp của lớp bùn sét trạng thái chảy nằm trong khoảng

Eref = 20003500 kN/m2 tương ứng với giá trị  = 200350

Mô hình Hardening Soil cho kết quả gần giống với thực tế hơn mô hình Mohr Coulomb là vì mô hình Mohr Coulomb chỉ sử dụng một thông số modulus biến dạng sẽ không thể mô hình đầy đủ ứng xử đàn hồi dẻo của quá trình dỡ tải Kết quả phân tích cho thấy khi lấy Eref = [200350]su thì mô hình Hardening Soil cho kết quả ứng suất và chuyển vị ngang gần đúng với quan trắc với độ sai lệch từ 0.5% đến 1.7% Khi phân tích bằng mô hình Mohr Coulomb cho kết quả lớn hơn quan trắc từ 5.9% đến 11.8% Khi dùng mô hình Hardening Soil với E50ref = [200350]su cho lớp đất sét yếu và E50ref = 2000N cho lớp cát pha lẫn sỏi sạn thì kết quả phân tích bằng phần mềm Plaxis 3D cho kết quả tương thích với số liệu quan trắc

1.2.2.2 Tổng kết nghiên cứu của Châu Ngọc Ẩn, Lê Văn Pha: Tính toán hệ kết

cấu bảo vệ hố móng bằng phương pháp xét sự làm việc đồng thời giữa đất nền và kết cấu

Công trình trạm bơm nước sinh hoạt thuộc hệ thống xử lý nước Nhiêu Lộc–Thị

Nghè (TP.Hồ Chí Minh) có kích thước rộng 22m, dài 57.3m, sâu 19m Giải pháp

kết cấu được chọn là bản đáy bê tông cốt thép và các sàn liên kết vào hệ tường vây dày 1.2m, sâu 40m, đã được đúc trước với công nghệ đào rãnh nhồi bê tông tại chỗ Chiều dày tường và cốt thép trong tường vây đã được chọn theo quá trình đào gồm

có từ 5–7 tầng thanh chống Giải pháp thi công được chọn gồm có 7 tầng thanh chống cho đến độ sâu đủ để thi công bản đáy trạm bơm

Các tác giả đã tính toán hệ kết cấu chống đỡ bằng phương pháp xét sự làm việc đồng thời giữa đất nền và hệ kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn với việc sử dụng phần mềm Plaxis cho phép kiểm tra ổn định và biến dạng đất nền và hệ kết cấu ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình thi công

Kết quả tính toán lực dọc tác dụng lên các lớp thanh chống và kết quả đo đạc thực tế chênh lệch nhau từ 6 tới 22,9 % do đó việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis với mô hình Mohr – Coulomb để kiểm tra ổn định

và biến dạng đất nền và hệ kết cấu ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình thi

Trang 32

công là đáng tin cậy Trong bài báo này các tác giả cũng đã sử dụng Module biến dạng E theo công thức tương quan thực nghiệm của Michel và Gardner (1975) và Schurtmann (1970) E = 766 N (kN/m2)

1.2.2.3 Tổng kết nghiên cứu của Nguyễn Minh Tâm, Nguyễn Bửu Anh Thư:

Nghiên cứu phương pháp tính áp lực đất phù hợp cho tường vây hố đào sâu

Công trình Vietcombank Tower, Số 5, Quảng Trường Mê Linh, P Bến Nghé, Q.1, TP HCM gồm 35 tầng, 4 tầng hầm nên có 5 sàn: B0, B1, B2, B3, B4, mỗi sàn dày 0,3m riêng sàn B4 dày 2,9m Kích thước trung bình hố đào: 50m x 50m, chiều sâu đào lớn nhất (4 tầng hầm) 15,7m, mực nước ngầm -1m, biện pháp thi công Top–Down

Nội dung của bài báo này chủ yếu tập trung nghiên cứu tổng quan phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis xác định áp lực tác dụng lên tường chắn cũng như mô hình phù hợp trong Plaxis để sử dụng cho mô phỏng các lớp đất Qua việc so sánh giữa các kết quả tính toán phân tích Plaxis với kết quả quan trắc các kết luận cụ thể được rút ra như sau: Mô phỏng lớp đất bằng các mô hình Hardening Soil và Mohr Coulomb cho kết quả hình dạng của biểu đồ chuyển vị với chiều sâu khá phù hợp so với kết quả quan trắc thực tế Tuy nhiên, về độ lớn của chuyển vị ngang thì vẫn còn chênh lệch Kết quả tính toán chuyển vị ngang theo mô hình Hardening Soil lớn hơn 1,1 –2 lần; còn tính toán theo mô hình Mohr Coulomb gấp hơn 2 –6 lần so với kết quả quan trắc

Trang 33

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết về ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong việc

phân tích chuyển vị và nội lực trong tường chắn

2.1.1 Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis

2.1.1.1 Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous”

Một trong những tính chất khác biệt giữa đất và các vật liệu khác là trong đất tồn tại các dạng vật chất ở ba thể khác nhau: thể rắn (hạt đất), thể lỏng (nước), thể khí (không khí) Đặc biệt là nước gây nên áp nước lỗ rỗng làm ảnh hưởng to lớn đến ứng xử của đất nền Do đó để mô phỏng ứng xử của đất nền trong sự tương tác giữa kết cấu hạt đất với nước trong đất việc phân loại đất nền thành ba loại: thoát nước (Drained), không thoát nước (Undrained), và không thấm (Non-porous) là cần thiết Khi đất một lớp đất nền được chọn là loại vật liệu thoát nước áp lực nước lỗ rỗng

sẽ không được tạo ra trong đất, các tải ngoài sẽ chuyển toàn bộ vào ứng suất hữu hiệu của đất nền Loại vật liệu này được sử dụng cho những lớp đất nền khô ráo (bên trên mực nước ngầm), các loại đất nền có hệ số thấm cao, hay trong các phân tích công trình ở trạng thái lâu dài mà không cần kể đến tính thấm kém của đất nền

và thời gian cố kết

Ngược lại với vật liệu thoát nước, khi đất nền được thiết lập là vật liệu không thoát nước áp lực nước lỗ rỗng sẽ được tạo ra trong đất nền Dòng thấm trong đất nền có thể được bỏ qua do tính thấm kém của vật liệu, hệ số tải ngoài cao hay tiến hành phân tích trong trường hợp tức thời Khi các lớp đất nền được chọn thuộc tính không thoát nước thì chúng ứng xử không thoát nước hoàn toàn mặc dù lớp đất đó nằm trên mực nước ngầm Tuy nhiên các thông số nhập vào trong lớp đất nền lại là các thông số thoát nước vì mặc định Plaxis sẽ sử dụng những công thức tương quan

để chuyển những thông số này về thông số không thoát nước

Đối với thuộc tính non-porous thì cả áp lực nước ban đầu và áp lực nước lỗ rỗng đều không được tạo ra trong vật liệu này Thuộc tính này thường kết hợp với kiểu

mô hình đàn hồi dùng để mô phỏng các loại vật liệu bê tông, xi măng đất … Đối với loại vật liệu này không có sự phân biệt giữa dung trọng tự nhiên và dung trọng bão hoà

Việc lựa chọn loại vật liệu trong quá trình phân tích một bài toán là rất quan trọng vì nó quyết định ứng xử của đất nền và phương pháp phân tích Do đó việc lựa chọn loại vật liệu theo những kinh nghiệm và cảm nhận chủ quan của người phân tích dựa trên hệ số thấm, loại đất có thể dưa đến những kết quả phân tích không tin cậy Vermeer & Meier (1998) đã đưa ra một công thức giúp xác định loại vật liệu trong qua trình phân tích hố đào sâu

Trang 34

- t: thời gian thi công

Khi T <0.1 đất nền ứng xử không thoát nước, T>0.4 đất nền ứng xử thoát nước

2.1.1.2 Dung trọng không bão hoà và dung trọng bão hoà

Dung trọng không bão hoà (γunsat) và dung trọng bão hoà (γsat) là dung trọng đơn

vị của đất nền bao gồm cả nước trong các lỗ rỗng của kết cấu khung hạt đất Dung trọng không bão hoà đại diện cho dung trọng đơn vị của lớp đất nằm trên mực nước ngầm và dung trọng bão hoà là cho lớp đất nằm dưới mực nước ngầm Trong thực

tế thì lớp đất nằm trên mực nước ngầm không hoàn toàn khô ráo do hiện tượng mao dẫn do đó không nên gán thông số dung trọng không bão hoà là dung trọng khô của đất mà nên chọn là dung trọng tự nhiên của đất Dung trọng bão hoà được tính toán thông qua một công thức tương quan với các thông số khác

e

Gs

w sat



 1

) (

Plaxis cũng cung cấp thêm tính năng thay đổi hệ số thấm thông qua sự thay đổi

hệ số rỗng e

(2.3) Mặc định thì ck=1015, tuy nhiên chỉ nên thay đổi hệ số thấm khi kết hợp phân tích với mô hình Soft Soil Creep

Trang 35

2.1.1.4 Thông số độ cứng của đất nền

Biến dạng của đất nền là một trong những vấn đề quan trọng nhất trong địa kỹ thuật Khác với những loại vật liệu đàn hồi, giới hạn cường độ thường đạt trước giới hạn về biến dạng, đất là một loại vật liệu đàn dẻo có tính nhớt do đó giới hạn về biến dạng thường xảy ra đồng thời hay trước giới hạn về cường độ gây mất ổn định cho công trình Vì vậy thông số về độ cứng của đất nền là thông số quan trọng trong các mô hình tính toán

Độ cứng của đất nền bao gồm các thông số là mô-đun E, mô-đun biến dạng cắt

G, mô-đun biến dạng thể tích K và hệ số Poisson ν Theo lý thuyết đàn hồi các thông số này có mối liên hệ với nhau thông qua biểu thức sau:

;)1(

2 

) 2 1 (

Mô-đun Eoedonmeter là mô-đun của đất nền được xác định từ thí nghiệm nén cố kết Theo lý thuyết đàn hồi, mô-đun oedonmeter và mô-đun đàn hồi liên hệ với nhau theo công thức:

(1 2 )(1 )

) 1 (

2(1 )

''

)1(

2    ,

 E G E G

u u

E K

3 (2.7)

Trong điều kiện không thoát nước thì nên vì vậy

)1(2

3'  ,

E

E u

(2.8)

Trang 36

Wroth và Houlsby (1985) hầu hết các loại đất nên

34.111.1'  

để tìm ra những thông số độ cứng đó thông qua các mối tương quan với các thông

số khác (thông thường là chỉ số SPT-N hay sức kháng cắt không thoát nước Su)

2.1.1.5 Thông số sức kháng cắt của đất nền

Nếu như thông số độ cứng quyết định biến dạng của đất nền thì thông số sức kháng cắt, chủ yếu là c và φ, quyết định cường độ của đất nền và mặt chảy dẻo trong các mô hình nền Trong Plaxis, tuỳ theo phương pháp và mục đích phân tích

mà thông số sức chống cắt có thể thoát nước (c’, φ’) hay không thoát nước(cu,

φu=0)

Thông số sức chống cắt thoát nước có thể sử dụng cả trong trường hợp loại đất nền được thiết lập là thoát nước (Drained) và không thoát nước (Undrained) Tuy nhiên việc sử dụng sức chống cắt thoát nước trong trường hợp đất nền được thiết lập là không thoát nước có thể dẫn đến sự sai lệch giữa thông số sức chống cắt không thoát nước trong mô hình và trong thực tế vì sự khác biệt về lộ trình ứng suất giữa mô hình và thực tế Đặc biệt trong mô hình Morh-Coulomb, sự kết hợp này dẫn đến việc sức chống cắt không thoát nước trong mô hình lớn hơn thực tế Trong các mô hình tiên tiến hơn (Hardening Soil Model, Soft Soil Creep…) thì mô phỏng tốt hơn mô hình Morh-Coulomb nhưng trong mọi trường hợp cần có sự so sánh giữa việc tính toán từ mô hình với sức chống cắt không thoát nước thực tế ( Ở một khía cạnh khác, sự kết hợp này giúp người phân tích thấy được sự thay đổi sức chống cắt theo quá trình cố kết Plaxis cũng có thể phân tích khi thông số sức chống cắt thoát nước c’=0, tuy nhiên trong một số trường hợp thì không nên vì sẽ gây những phức tạp trong ma trận tính toán Do đó, đối với những người chưa có kinh nghiệm nên nhập giá trị c’ nhỏ nhất là 0.2 KPa

Sức chống cắt không thoát nước sử dụng được trong trường hợp đất nền được thiết lập là không thoát nước trong các mô hình nền là Morh-Coulomb và Hardening Soil Khi đất nền được thiết lập là thoát nước kết hợp với thông số sức chống cắt không thoát nước thì đây là trường hợp phân tích ứng suất tổng chỉ ứng dụng được cho mô hình Morh-Coulomb Trong các trường hợp này, thì sức chống cắt của đất nền không phụ thuộc vào trạng thái ứng suất và lộ trình ứng suất

Trang 37

Một thông số cũng liên quan đến sức chống cắt là góc giãn nở ở ψ (psi) Góc giãn nở ở ψ chỉ được chú ý đến đối với những loại đất sét cố kết nặng và đất cát chặt Khi góc ma sát nhỏ hơn 30 độ thì góc giãn nở bằng 0 Trong trường hợp đất cát từ khoáng thạch anh thì góc giãn nở có thể tính gần đúng ψ=φ-30 Khi đất nền thiết lập là không thoát nước thì việc sử dụng góc giãn nở nên cẩn thận vì sẽ đưa đến trường hợp không xác định được cường độ của đất nền

2.2 Mô hình đất nền sử dụng trong Plaxis

Có rất nhiều mô hình nền trong Plaxis, tuy nhiên trong luận văn này tác giả chỉ tập trung nghiên cứu và phân tích trên mô hình nền Hardening Soil Model

2.2.1 Mô hình Hardening Soils

Mô hình Hardening Soil (HS) là mô hình đất nâng cao dùng để mô phỏng ứng xử của nhiều loại đất khác nhau, dành cho cả đất mềm và đất cứng (Schanz, 1998) Khác với mô hình đàn dẻo lý tưởng MC, mặt ngưỡng dẻo của mô hình HS không cố định trong không gian ứng suất chính mà có thể mở rộng ra tùy thuộc vào mức độ biến dạng dẻo của đất Mô hình HS tích hợp cả 2 loại ứng xử tăng bền của đất nền,

đó là tăng bền chống cắt và tăng bền chống nén

Tăng bền chống cắt dùng để mô phỏng các biến dạng không hồi phục của đất nền khi chịu ứng suất lệch (ứng suất cắt) ban đầu Tăng bền chống nén dùng để mô phỏng các biến dạng không hồi phục của đất nền khi chịu tải nén 1 trục ban đầu (nén cố kết hay nén đẳng hướng)

Trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước, mối quan hệ giữa biến dạng dọc trục và ứng suất lệch có dạng hyperbolic (Kondner, 1963) và về sau đã được ứng dụng trong mô hình hyperbolic nổi tiếng của Duncan và Chang (1970) Tuy nhiên, mô hình HS đã vượt xa mô hình hyperbolic vì mô hình này xây dựng trên cơ sở lý thuyết dẻo thay vì lý thuyết đàn hồi và thêm nữa mô hình HS có xét đến góc giãn nở của đất và đưa ra mặt dẻo hình chỏm

Trong mô hình HS, độ cứng của đất nền được mô tả chính xác hơn mô hình MC

vì sử dụng 3 loại độ cứng khác nhau cho đất nền, bao gồm:

 Độ cứng khi chất tải trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước: E50ref

 Độ cứng khi gia tải hoặc dở tải: Eurref

 Độ cứng trong thí nghiệm nén cố kết: Eoedref

Ý tưởng cơ bản của việc thành lập mô hình HS là mối quan hệ dạng hyperbolic giữa biến dạng dọc trục ε1 và ứng suất lệch q trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước Các đường cong dẻo trong thí nghiệm 3 trục thoát nước được biểu diễn như sau:

Trang 38

Trong đó qa là giá trị tiệm cận của sức chống cắt Mối quan hệ này được thể hiện trên hình 2.17 Giá trị E50 là mô đun độ cứng phụ thuộc vào ứng suất nén trong lần chất tải đầu tiên và được xác định bởi phương trình sau:

Trong đó E50ref là mô đun biến dạng tham chiếu trong thí nghiệm nén 3 trục ứng với áp lực nén tham chiếu là pref , số mũ m thể hiện sự thay đổi phi tuyến của mô đun biến dạng E50 theo E50ref (với 0.5 ≤m ≤ 1 tùy theo loại đất nền)

Ứng suất lệch tới hạn qf và giá trị qa được xác định như sau:

Khi q = qf , trạng thái phá hoại sẽ xảy ra và đạt tới ngưỡng dẻo

Hình 2.1 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic trong thí

nghiệm nén 3 trục thoát nước

Đối với lộ trình ứng suất lúc dở tải và gia tải, một mô đun độ cứng khác phụ thuộc vào ứng suất được sử dụng:

Trong đó Eurref là mô đun Young tham chiếu trong trường hợp dở tải và gia tải của thí nghiệm nén 3 trục ứng với áp lực nén tham chiếu là pref

Trang 39

Với thông số tăng bền p là hằng số, điều kiện chảy dẻo f = 0 sẽ thông qua các đường cong dẻo trong mặt phẳng (p'-q) Và các đường cong dẻo này phụ thuộc vào

E50 và Eur , do đó hình dạng đường cong dẻo sẽ phụ thuộc vào số mũ m

+ Khi m =1 (đất yếu), các đường cong dẻo trở thành đường thẳng

+ Khi m < 1 thì đường chảy dẻo hơi cong

Hình 2.4 trình bày hình dạng đường cong dẻo ứng với các giá trị khác nhau của thông số tăng bền p khi m = 0.5 (đất cứng)

Các mặt dẻo khi chịu cắt trong hình 2.18 không giải thích được biến dạng thể tích dẻo trong quá trình chịu nén đẳng hướng Do đó một loại mặt dẻo thứ hai được đưa ra để giới hạn miền đàn hồi theo phương trục p

Mô đun biến dạng E50ref và Eurref chủ yếu kiểm soát độ lớn của biến dạng dẻo ứng với mặt dẻo khi chịu cắt, trong khi mô đun Eoedref được sử dụng để kiểm soát độ lớn của biến dạng dẻo xuất phát từ chỏm dẻo

Trang 40

Hình 2.3 Định nghĩa mô đun E oed ref trong thí nghiệm nén cố kết

Mặt dẻo hình chỏm có phương trình như sau:

Độ lớn của chỏm dẻo phụ thuộc vào áp lực tiền cố kết pp Quy luật tăng bền diễn

tả mối quan hệ giữa áp lực tiền cố kết p p và biến dạng thể tích trên chỏm mũ pc

như sau:

Hình 2.4 Các mặt dẻo trong mặt phẳng (p-q) của mô hình HS

Tiêu đề	Phân Tích Chuyển Vị Và Nội Lực Trong Tường Chắn Và Hệ Dầm Sàn Khi Thi Công Tầng Hầm Bằng Phương Pháp Semi-Top-Down
Tác giả	Trần Nguyễn Hoàng Luân
Người hướng dẫn	TS. Lê Trọng Nghĩa
Trường học	Trường Đại Học Mở Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Xây Dựng Công Trình Dân Dụng & Công Nghiệp
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2018
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	125
Dung lượng	11,23 MB