Báo cáo nghiên cứu khoa học Nghiên cứu chuyển vị của tường chắn hố đào sâu có xét ảnh hưởng của hiệu ứng góc sử dụng phần mềm plaxis 3d

Đề tài tập trung phân tích ảnh hưởng của yếu tố góc đến chuyển v tường vây b ng việc s dụng phần mềm Plaxis 3D mô phỏng công trình Lim Tower có mặt b ng đặc biệt để thấy được chuyển v tư

LỜI CẢM ƠN

Đối với mỗi sinh viên đang ngồi trên ghế giảng đường đại học, bên cạnh việc học tập các môn trên lớp, nghiên cứu khoa học được xem như một trong những nhiệm vụ và trách nhiệm của sinh viên Nó không chỉ cung cấp cho chúng ta cơ hội tiếp cận sâu hơn với lĩnh vực chuyên môn, mà còn cho ta một tác phong làm việc khoa học, rèn luyện cho chúng ta cách nhìn nhận vấn đề một cách khách quan, tiếp cận từ nhiều phía Chính vì thế trường Đại Học Lạc Hồng đã tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho các sinh viên năm cuối tham gia vào các hoạt động nghiên cứu khoa học Sau khi đã kết thúc tất cả các môn học trong chương trình đại học thì đây chính

là lúc phù hợp để những sinh viên có niềm đam mê khoa học có thể tiếp tục tìm hiểu và nâng cao trình độ chuyên môn của mình

Với tấm lòng biết ơn và trân trọng nhất, chúng em xin cảm ơn tập thể giảng viên trường Đại Học Lạc Hồng, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Kỹ Thuật Công Trình đã chỉ dạy chúng em những kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm thực tế cần thiết phục vụ cho quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học này

Chúng tôi xin cảm ơn bạn bè, các thế hệ đàn anh đi trước đã đóng góp những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong việc hướng dẫn, học tập các phần mềm kỹ thuật mới phục vụ trong đề tài cũng như khả năng làm việc sau này

Qua đề tài nghiên cứu lần này, đặc biệt chúng em bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS Lê Trọng Nghĩa, người đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình, chu đáo những kiến thức chuyên môn, kinh nghiệm thực tế quý báu để giúp chúng

em hoàn thành bài nghiên cứu đúng thời hạn và nhiệm vụ được giao

Do khả năng và trình độ có hạn nên việc tồn tại những sai xót trong đề tài là điều không thể tránh khỏi, để trở thành những người kỹ sư thực thụ có được một đề tài nghiên cứu mang lại lợi ích cho xã hội chúng em còn phải cố gắng và học hỏi nhiều hơn nữa Kính mong quý thầy cô chỉ bảo những khiếm khuyết, sai sót, đóng góp ý kiến để giúp chúng em có thể hoàn thiện hơn kiến thức và khả năng của mình

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Ngày càng nhiều công trình cao tầng có tầng hầm được xây dựng b ng phương pháp thi công tường vây Do đó xác đ nh chính xác chuyển v tường vây là một yếu tố quan trọng trong quá trình thi công Trong các công trình có mặt b ng lồi l m, các góc xuất hiện thì yếu tố góc ảnh hưởng đến chuyển v tường vây có nhiều điều khác biệt so với các công trình vuông cạnh Do đó việc phân tích ảnh hưởng của hiệu ứng góc là cần thiết

Đề tài tập trung phân tích ảnh hưởng của yếu tố góc đến chuyển v tường vây

b ng việc s dụng phần mềm Plaxis 3D mô phỏng công trình Lim Tower có mặt

b ng đặc biệt để thấy được chuyển v tượng vây tại các v trí góc mà ở mô hình phân tích 2D không thấy, qua đó cũng thấy được sự ảnh hưởng của nó đến chuyển

v tường vây

Từ việc lập mô hình plaxis 3D, phân tích các kết quả thu được, phân tích ảnh hưởng của hiệu ứng góc đến chuyển v tường vây Kết quả cho thấy r ng ở v trí đỉnh tường vây có chuyển v tại góc lớn hơn cả chuyển v ở bụng tường vây đặc biệt là ở những giai đoạn hố đào xuống sâu , cần bố trí hệ thanh chống tại những v trí góc lồi để giới hạn chuyển v Sự xuất hiện của những góc lồi cũng làm gia tăng chuyển v tường vây Tại v trí góc lồi, chuyển v có dạng hình console, có chuyển

v ở cao trình đỉnh tường vây Chiều dài cạnh tạo nên góc ảnh hưởng đến chuyển v tại góc

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i

Tóm tắt đề tài nghiên cứu khoa học ii

Mục lục iii

Danh mục bảng iv

Danh mục hình v

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 1

3 Ý nghĩa và giá tr thực tiễn của đề tài 1

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Hạn chế của đề tài 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG VÂY 3

1.1 Tổng quan 3

1.2 Giới thiệu chung về tường vây 3

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển v tường vây hố đào 4

1.3.1 Tải trọng vùng lân cận 4

1.3.2 Độ cứng tường chắn và hệ chống đỡ 6

1.3.3 Mực nước ngầm 7

1.3.4 Áp lực đất và tính chất đất nền 7

1.3.5 Kích thước hố móng 9

1.3.6 Hiệu ứng góc 10

1.4 Nhận xét 11

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13

2.1 Phân tích bài toán hố đào sâu b ng phương pháp phần t hữu hạn s dụng phần mềm Plaxis 13

2.1.1 Mô hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil 13

2.1.2 Chia lưới phần t trong Plaxis 20

2.1.2.1 Hình dạng của phần t 20

2.1.2.2 Mật độ lưới của phần t 20

2.1.2.3 Giới hạn vùng nền của mô hình phân tích 21

2.2 Thông số đầu vào của đất nền 22

2.2.1 Thông số E, ν 22

2.2.2 Hệ số thấm của đất k 24

2.2.3 Lực dính c và góc ma sát φ 24

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG GÓC ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU CỦA

MỘT CÔNG TRÌNH THỰC TẾ Ở TP HỒ CHÍ MINH 26

3.1 Đặc điểm công trình nghiên cứu 26

3.2 Biểu đồ thể hiện sự quan trắc 26

3.3 Điều kiện đ a chất công trình 28

3.4 Trình tự thi công tầng hầm 30

3.5 Mô phỏng bài toán 43

3.6 Thông số đầu vào của bài toán 43

3.6.1 Tường vây 43

3.6.2 Hệ thanh chống 43

3.6.3 Dầm mũ tường vây 45

3.6.4 Cột thép hình Kingpost 45

3.6.5 Sàn tầng hầm công trình 46

3.6.6 Phụ tải mặt đất 46

3.6.7 Điều kiện mực nước ngầm 46

3.6.8 Đất nền công trình 46

3.7 Phân tích kết quả bài toán 50

3.8 Phương án bố trí thêm hệ thanh chống tại góc lồi A 60

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

DANH MỤC BẢNG

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ CHUYỀN VỊ CỦA TƯỜNG VÂY 3

Bảng 1.1 – Độ d ch chuyển của tường ứng với loại đất 8

CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13

Bảng 2.1 – Miền giá tr của mô đun E ứng với các loại đất khác nhau Bowles, 1988) 23

Bảng 2.2 – Các giá tr điển hình của mô đun E [7] 24

Bảng 2.3 – Hệ số thấm k của một số loại đất [6] 24

Bảng 2.4 – Góc ma sát trong của cát theo chỉ số N 24

Bảng 2.5 – Các giá tr điển hình của φ’, c’ và cu [7] 25

CHƯƠNG 3 – PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG GÓC ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU CỦA MỘT CÔNG TRÌNH THỰC TẾ Ở TP HỒ CHÍ MINH 27

Bảng 3.1 – Chuyển v lớn nhất của tường vây ngày 09-11-11 27

Bảng 3.2 – Bảng phân loại và đặc điểm phân bố các lớp đất hố khoan BH2 28

Bảng 3.3 – Các giai đoạn tính toán 42

Bảng 3.4 – Thông số đầu vào của tường vây 43

Bảng 3.5 – Thông số đầu vào của hệ thanh chống tường vây 44

Bảng 3.6 – Thông số đầu vào của dầm mũ tường vây 45

Bảng 3.7 – Thông số đầu vào của hệ kingpost 45

Bảng 3.8 – Thông số đầu vào của sàn hầm công trình 46

Bảng 3.9 – Tính chất cơ lý chủ yếu của đất nền công trình 48 Bảng 3.10 – Chuyển v của tường vây tại ống INO1 51 Bảng 3.11 – Chuyển v của tường vây tại ống INO2 52 Bảng 3.12 – So sánh kết quả chuyển v của tường vây giữa

điểm góc A với INO2 55

Bảng 3.13 – So sánh kết quả chuyển v của tường vây giữa điểm

góc A với A’ trên mô hình không có góc A 58

Bảng 3.14 – So sánh kết quả chuyển v của tường vây tại điểm A

khi tăng cường hệ thanh chống góc 61

Bảng 3.15 – So sánh kết quả chuyển v tường vây tại điểm góc lồi A với INO2

phương án bố trí thêm hệ thanh chống tại góc 63

Bảng 3.16 – So sánh kết quả chuyển v tường vây tại điểm góc lồi A với A’ trên

mặt b ng công trình không có góc A

phương án bố trí thêm hệ thanh chống tại góc 65

DANH MỤC HÌNH

CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY 3

Hình 1.1 – Thi công tường vây bê tông cốt thép 4

Hình 1.2 – Dạng tường vây khi thi công xong 4

Hình 1.3 – Phân bố áp lực đất lại dưới tác dụng của tải trọng Qp 5

Hình 1.4 – Phân bố áp lực đất lại dưới tác dụng của tại trọng Qs 5

Hình 1.5 – Đường cong thiết kế cho chuyển d ch tường lớn nhất Clough và O’Rourk, 1990 6

Hình 1.6 – Ảnh hưởng độ cứng của tường vây đến chuyển v của tường 7

Hình 1.7 – Ảnh hưởng của áp lực đất lên chuyển d ch của tường theo Terzaghi 8

Hình 1.8 – Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển v ngang 9

Hình 1.9 – Sự khác nhau giữa chuyển v lớn nhất của tường trong các trường hợp chiều dài tường phụ khác nhau 10

Hình 1.10 – Ảnh hưởng hiệu ứng vòm trong thi công tường vây 11

Hình 1.11 – Các vùng ứng x biến dạng phẳng và ứng x không gian trong hố đào 11

CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13

Hình 2.1 – Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước 14

Hình 2.2 – Các đường cong dẻo ứng với các giá tr γ p khác nhau 16

Hình 2.3 – Đ nh nghĩa mô đun Eoedref trong thí nghiệm nén cố kết 17

Hình 2.4 – Các mặt dẻo trong mặt phẳng p - q~ của mô hình HS 18

Hình 2.5 – Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính của mô hình HS c=0 18

Hình 2.6 – Đường cong biến dạng có kể đến sự kết thúc giãn nở trong thí nghiệm 3 trục thoát nước 19

Hình 2.7 – Đ nh nghĩa tỉ lệ L/B của một phần t 20

Hình 2.8 – Lưới phần t hữu hạn dùng trong phân tích hố đào sâu 21

Hình 2.9 – Ước lượng độ lún bề mặt đất nền theo phương pháp Peck 1969 22

CHƯƠNG 3 - PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG GÓC ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU CỦA

MỘT CÔNG TRÌNH THỰC TẾ Ở TP HỒ CHÍ MINH 26

Hình 3.1 – Mặt b ng bố trí các ống Incliometer INO1, INO2, INO3 26

Hình 3.2 – Kết quả quan trắc chuyển v ngang của tường vây tại ống INO1, INO2 27

Hình 3.3 – Mặt cắt đ a chất công trình 29

Hình 3.4 – Mặt b ng thi công tầng hầm bước 1 30

Hình 3.5 – Mặt b ng thi công tầng hầm bước 2 30

Hình 3.6 – Mặt b ng shoring lớp 1 bước 3 31

Hình 3.7 – Mặt cắt thi công bước 1-2) 31

Hình 3.8 – Mặt cắt thi công bước 3 32

Hình 3.9 – Mặt cắt thi công tầng hầm bước 4 32

Hình 3.10 – Mặt b ng shoring lớp 2 bước 5 33

Hình 3.11 – Mặt cắt thi công bước 4 33

Hình 3.12 – Mặt cắt thi công bước 5 34

Hình 3.13 – Mặt b ng thi công tầng hầm bước 6 34

Hình 3.14 – Mặt b ng shoring lớp 3 bước 7 35

Hình 3.15 – Mặt cắt thi công bước 6 35

Hình 3.16 – Mặt cắt thi công bước 7 36

Hình 3.17 – Mặt b ng thi công tầng hầm bước 8 36

Hình 3.18 – Mặt b ng thi công tầng hầm bước 9 37

Hình 3.19 – Mặt cắt thi công bước 8 37

Hình 3.20 – Mặt cắt thi công bước 9 38

Hình 3.21 – Mặt b ng thi công tầng hầm bước 10 38

Hình 3.22 – Mặt b ng thi công tầng hầm bước11 39

Hình 3.23 – Mặt cắt thi công bước10 39

Hình 3.24 – Mặt cắt thi công bước 11 40

Hình 3.25 – Mặt b ng thi công tầng hầm bước 12 40

Hình 3.26 – Mặt b ng thi công tầng hầm bước 13-14) 41

Hình 3.27 – Mặt cắt thi công bước 12 41

Hình 3.28 – Mặt cắt thi công bước 13-14) 42

Hình 3.29 – Hệ trục tọa độ của phần t dầm 44

Hình 3.30 – Mô hình phân tích bài toán b ng chương trình

Plaxis 3D Foundation 49

Hình 3.31 – Hệ tường vây và kết cấu chống đỡ hố đào trong không gian 49

Hình 3.32 – Kết quả chuyển v của tường vây 50

Hình 3.33 – Biểu đồ chuyển v tường vây tại ống INO1, INO2 khi quan trắc và mô phỏng thực tế phase 10 53

Hình 3.34 – Điểm góc A trên mặt b ng tầng hầm 54

Hình 3.35 –Biểu đồ chuyển v của tường vây tại góc A 54

Hình 3.36 – Biểu đồ so sánh giá tr chuyển v của tường vây tại v trí góc A và INO2 56

Hình 3.37 – V trí các điểm phân tích trên mô hình tương đương 56

Hình 3.38 – Mô hình plaxis 3D mô phỏng bài toán tương đương 57

Hình 3.39 – Kết quả chuyển v tường vây mô hình tương đương 57

Hình 3.40 – Biểu đồ so sánh giá tr chuyển v của tường vây tại v trí góc A với A’ 59

Hình 3.41 – V trí tăng cường thanh chống tại góc lồi 60

Hình 3.42 – Dạng chuyển v của tường vây theo phương án tăng cường hệ thanh chống tại góc 60

Hình 3.43 – So sánh chuyển v của tường vây tại điểm góc lồi A khi chưa gia cường hệ thanh chống với khi có gia cường hệ thanh chống 61

Hình 3.44 – So sánh kết quả chuyển v tường vây tại điểm góc lồi A với INO2 phương án bố trí thêm hệ thanh chống tại góc) 62

Hình 3.45 – So sánh kết quả chuyển v tường vây tại điểm góc lồi A với A’ trên mặt b ng tương phương án bố trí thêm hệ thanh chống tại góc) 63

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

- Để đáp ứng được mật độ dân số ngày càng tăng trong các thành phố lớn hiện nay, việc xây dựng các toà nhà cao tầng, chung cư ngày càng nhiều, các công trình xây dựng này phải có diện tích phần ngầm đủ lớn theo tiêu chuẩn quy hoạch và thiết

kế để phục vụ các hạng mục như bãi giữ xe, bãi chứa các thiết b phụ trợ như hệ thống điện, hệ thống nước, thậm chí cả khu vui chơi, giải trí … và vấn đề đất đai ngày càng thu hẹp, một số công trình dựng sẵn trước đó, khiến các công trình xây dựng sau này chen vào giữa có cạnh bao quanh công trình không được thẳng do đó vấn đề thi công sẽ khó khăn, và yếu tố nhiều góc cạnh sẽ ảnh hưởng đến chuyển v tường vây hố đào Cho nên việc nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng góc đến chuyển v tường vây hố đào là một trong những vấn đề lớn cần được nghiên cứu và xem xét

- Trong nhiều nghiên cứu trước, chuyển v của tường vây hố đào sâu phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như tải trọng, cách thi công hố đào, đ a chất của công trình, hình dạng của tường vây Nghiên cứu này sẽ tiến hành mô phỏng hiệu ứng góc ảnh hưởng đến chuyển v của tường vây b ng plaxis 3D

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

- Mục đích nghiên cứu của đề tài này là Nghiên cứu chuyển vị của tường chắn hố đào sâu có xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng góc sử dụng phần mềm Plaxis 3D”

3 Ý NGHĨA VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

- Dự báo được chuyển v hố đào, đặc biệt tại v trí các góc hố đào sâu

- Đưa ra giải pháp xây dựng mô hình đất của hố đào sâu trong phần mềm Plaxis 3D Foundation từ đó cung cấp kết quả chuyển v sát ứng x thực tế của công trình hơn

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tổng hợp các nghiên cứu trước đó

- S dụng kết quả quan trắc thực tế của công trình đã thi công

- Thiết lập các thông số đầu vào và thành lập mô hình trong Plaxis

- S dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation phân tích ảnh hưởng của hiệu ứng

góc

5 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI

- Phạm vi nghiên cứu cục bộ, số liệu dùng để nghiên cứu là kết quả quan trắc thực tế từ công trình tại Quận 1, Tp Hồ Chí Minh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY

1.1 TỔNG QUAN

Kết cấu hố đào sâu thường được thi công trong vùng dân cư Chuyển v đất nền phải thấp hơn giới hạn cho phép để tránh ảnh hưởng tới những kết cấu lân cận Chuyển v của tường là yếu tố khó tiên đoán trước Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thuộc tính đ a chất, độ cứng của tường và hệ thanh chống, ảnh hưởng của tải trọng, hiệu ứng góc, và một số ảnh hưởng khác

Công trình hố đào sâu bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước, đào đất… trong đó, một khâu nào đó gặp sự cố có thể sẽ dẫn đến cả công trình b đỗ vỡ

Việc thi công hố móng ở các hiện trường lân cận như đóng cọc, hạ nước ngầm, đào đất… đều có thể sinh ra những ảnh hưởng hoặc khống chế lẫn nhau, tăng thêm các nhân tố để có thể gây ra sự cố

Công trình hố móng có giá thành khá cao, nhưng lại chỉ là có tính tạm thời nên

có khuynh hướng không muốn đầu tư chi phí nhiều Nhưng nếu để xảy ra sự cố thì

x lý sẽ vô cùng khó khăn, gây ra tổn thất lớn về kinh tế và ảnh hưởng nghiêm trọng về mặt xã hội

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TƯỜNG VÂY

Tường trong đất Diaphragm wall thường được gọi là tường Baret vì tường được cấu tạo bởi những Baret nối với nhau, giữa các Baret có các gioăng chống thấm Các Baret nối với nhau thành bức tường bê tông cốt thép ở trong đất

Độ dày tường vây tiêu chuẩn có các kích cỡ: 600mm, 800mm, 1000mm, 1200mm và 1500mm

Tường vây bê tông thép: Dùng máy đào đặc biệt để đào thành hố đào thành những đoạn có độ dài nhất đ nh, bùn trong hố đào phải được thổi sạch sau đó thả lồng thép đã chế tạo sẵn xuống, dùng các ống dẫn đổ bê tông xuống cho từng đoạn, nối các đoạn tường này vào b ng các đầu nối đặc biệt, dùng cho hố móng có độ sâu

từ 10m trở lên hoặc trong điều kiện thi công tương đối khó khăn

Hình 1.1 - Thi công tường vây ê tông cốt thép

H nh1.2 - D ng tường vây hi thi công xong

1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO

1.3.1 TẢI TRỌNG VÙNG LÂN CẬN

Tải trọng các công trình hiện hữu ảnh hưởng lớn đến việc phân bố lại áp lực trong đất gây tác động đến chuyển v tường vây

Theo Gerber 1929 và Spangler 1938 nghiên cứu áp lực đất theo phương ngang được phân bố lại dưới tác động của tải trọng phân bố bên trên được hiệu chỉnh bởi các hệ số m, n

Với tải trọng tập trung:

2

0.40.28

p h

p h

Hình 1.3 - Phân ố áp lực đất l i dưới tác dụng tải trọng Q p

Với tải trọng phân bố

Hình 1.4 - Phân bố áp lực đất l i dưới tác dụng tải trọng Q s

( sin cos 2 )

s h

Q H

1.3.2 ĐỘ CỨNG TƯỜNG CHẮN VÀ HỆ CHỐNG ĐỠ

Thay đổi độ dày tường làm thay đổi độ cứng của tường làm giảm chuyển d ch của đất bên ngoài hố đào Tuy nhiên việc tường dày quá chiếm diện tích lớn, chi phí thi công tăng cao

Clough và O’Rourke 1990 dựa vào một số quan trắc về biến dạng của một số

hố đào đã lập thành bảng so sánh với độ cứng của tường chắn và tương quan giữa

hệ số an toàn với sự trồi nền

Đối với hố đào trong đất sét mềm tới cứng vừa, O’Rourke đã so sánh chuyển

v ngang lớn nhất và chuẩn hóa umax/z với độ cứng của tường EI/γh4

Hình 1.5 - Đường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất Clough và

O’Rour ,1990)

Trong đó:

E: Mô đun đàn hồi của tường

I: Môment chống uốn

H: Khoảng cách trung bình giữa các thanh chống

L Sebastian Bryson và David G Zapata-Medina 2012 đã mô phỏng 3D để nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng của các loại tường đến chuyển v của tường tương ứng với các loại đất

Hình 1.6 - Ảnh hưởng độ cứng của tường đến chuyển vị của tường

Long 2001 đã nghiên cứu và phân tích 296 trường hợp Nghiên cứu chủ yếu tập trung vào kết quả xác nhận của Clough và O'Rourke 1990 cho các vùng đất cứng với δhm / H = 0,05-0,25% và δvm / H = 0-0,2% Với đất sét mềm với hệ số an toàn thấp, sự chuyển d ch của tường có thể lên tới δhm / H = 3,2% Ông kết luận biến dạng của hố đào sâu trong đất không dính cũng như trong đất sét cứng không phụ thuộc nhiều vào độ cứng của bức tường và hệ chống đỡ Độ cứng ảnh hưởng đến biến dạng đáng kể khi đào sâu trong đất sét mềm với hệ số an toàn thấp Ông tìm ra một hệ số linh hoạt Addenbrooke’s để xác đ nh được độ cứng tường và hệ chống đỡ

1.3.3 MỰC NƯỚC NGẦM

Trong từng giai đoạn thi công hố đào, mực nước ngầm ảnh hưởng đáng kể đến chuyển v tường vây Dòng thấm là nguyên nhân giảm áp lực nước ngầm, tăng ứng suất hữu hiệu

1.3.4 ÁP LỰC ĐẤT VÀ TÍNH CHẤT ĐẤT NỀN

Khi thi công hố đào sâu sinh ra áp lực đất chủ động và b động, gây ra lực ảnh hưởng đến chuyển v tường vây

Theo nghiên cứu của Terzaghi 1954 trên nền cát với các đặc trưng khác nhau cho ra kết quả chuyển v tường vây khác nhau

Hình 1.7 - Ảnh hưởng của áp lực đất lên chuyển dịch của tường theo Terzaghi

Các nghiên cứu của Raj 1999 : liên quan đến chuyển d ch t nh tiến của đỉnh tường do đặc trưng quay của tâm quay do ảnh hưởng của sự gia tăng áp lực đất Như vậy, có thể thấy r ng lực xô ngang liên quan đến áp lực chủ động và b động của đất

Bảng 1.1 Độ dịch chuyển của tường ứng với lo i đất

Lo i đất, tr ng thái đất Độ dịch chuyển của tường

Đất rời, trạng thái chặt (0,001 ÷ 0,002)H Đất rời, trạng thái rời (0,002 ÷ 0,004)H Đất dính, trạng thái chặt (0,01 ÷ 0,02)H Đất dính, trạng thái mềm (0,02 ÷ 0,05)H Với H là chiều cao của tường chắn m

Hình 1.8 - Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vị ngang

Tác giả Chang – Yu Ou trong quá trình nghiên cứu thành lập một quy trình phân tích 3D phát triển trên chương trình máy tính khi phân tích bài toán đào sâu và thực hiện trên công trình cụ thể đã cho thấy ảnh hưởng của kích thước hố móng

Hình 1.9 - Sự khác nhau giữa chuyển vị lớn nhất của tường trong các trường hợp

chiều dài tường phụ khác nhau

Với chiều dài tường phụ B>20m , khi giảm chiều dài của tường chính thì độ lệch của tường sẽ giảm

1.3.6 HIỆU ỨNG GÓC

Hình 1.11 thể hiện một hố đào hình chữ nhật trong đó biến dạng của tường vây gần tiết diện trung tâm của cạnh dài mặt cắt A-A gần giống nhau Do đó, ứng

x có thể được xem như biến dạng phẳng

Trái lại ứng x biến dạng tại tiết diện trung tâm của cạnh ngắn mặt cắt B-B)

do b ảnh hưởng bởi hiệu ứng vòm của bê tông ứng x không gian nên chuyển v của tường vây và đất nền nhỏ hơn so với tại mặt cắt A-A

Các ứng x của tường vây và đất nền gần các góc tường cũng là ứng x không gian vùng C, D trong hình vẽ nên chuyển v của tường vây và đất nền cũng nhỏ hơn so với tại tiết diện trung tâm Riêng đối với vùng E thì ngược lại, chuyển v của tường và đất đều lớn hơn so với vùng D

Hình 1.10 – Ảnh hưởng hiệu ứng vòm trong thi công tường vây

Hình 1.11 – Các vùng ứng xử iến d ng phẳng và ứng xử hông gian trong hố đào

Với độ cứng theo phương ngang lớn, tường vây có ứng x không gian hiệu ứng vòm Trong khi các phương án tường chắn khác như soldier piles, cừ larsen, cọc vây do độ cứng theo phương ngang bé nên không xét đến hiệu ứng vòm Chính

vì vậy nên đối với tường vây, để thu được kết quả chính xác, việc phân tích bài toán không gian để xét đến hiệu ứng vòm của bê tông cần được thực hiện Vấn đề này chỉ có thể thực hiện được b ng phương pháp phần t hữu hạn FEM

1.4 NHẬN XÉT

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chuyển v tường vây trong đó ảnh hưởng của hiệu ứng góc có tác động nhiều, đặc biệt là khuôn đất xây dựng không được vuông cạnh Và với sự hỗ trợ tính toán hố đào sâu b ng phương pháp phần t hữu hạn s dụng mô hình 3D có nhiều ưu điểm để mô phỏng, phân tích đánh giá ảnh hưởng của hiệu ứng góc đến chuyển v tường

Khi s dụng phương pháp phần t hữu hạn plaxis 2D phân tích chuyển v tường vây hố đào ta không thấy được sự ảnh hưởng và mức độ ảnh hưởng của hiệu ứng góc đến chuyển v tường vây

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN HỐ ĐÀO SÂU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN

TỬ HỮU HẠN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS

2.1.1 MÔ HÌNH TĂNG BỀN ĐẲNG HƯỚNG HARDENING SOIL

Mô hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil HS là mô hình đất nâng cao dùng để mô phỏng ứng x của nhiều loại đất khác nhau, dành cho cả đất mềm và đất cứng Schanz, 1998

Khác với mô hình đàn dẻo lý tưởng Morh Coulumb (MC), mặt ngưỡng dẻo của mô hình HS không cố đ nh 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

x 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 ch u 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 ch u 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 s 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

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 tr qa được xác đ nh như sau:

' 3

q q R

 (2.3)

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

Ứng suất lệch:

Hình 2.1 - Quan hệ giữa ứng suất và iến d ng theo hàm Hyper olic 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 s dụng:

p tb

f  f  (2.5) Trong đó ftb là hàm của ứng suất và γp là ham của biến dạng dẻo

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, còn với các giá tr m < 1 thì đường chảy dẻo hơi cong Hình 2.2 trình bày hình dạng đường cong dẻo ứng với các giá tr khác nhau của thông số tăng bền γp khi m = 0.5 đất cứng

Ứng suất lệch:

Hình 2.2 - Các đường cong dẻo ứng với các giá trị γ p khác nhau

Các mặt dẻo khi ch u cắt trong hình 2.2 không giải thích được biến dạng thể tích dẻo trong quá trình ch u 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 Eref

50 và Erefur chủ yếu kiểm soát độ lớn của biến dạng dẻo ứng với mặt dẻo khi ch u cắt, trong khi mô đun Eoedref được s dụng để kiểm soát độ lớn của biến dạng dẻo xuất phát từ chỏm dẻo

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

Mặt dẻo hình chỏm có phương trình như sau:

p pc

m p

NC r oed

K E

Hình 2.4 - Các mặt dẻo trong mặt phẳng ( p - q ~ ) của mô h nh HS

Hình 2.5 - Mặt dẻo trong hông gian ứng suất chính của mô h nh HS (c=0)

Mặt dẻo khi ch u cắt cũng như mặt dẻo khi ch u nén đều có dạng lục giác của tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb, và mặt dẻo khi ch u cắt có thể giãn nở để trở thành mặt phá hoại theo tiêu chuẩn Mohr-Coulomb, còn mặt dẻo hình chỏm có thể dãn ra theo ứng suất tiền cố kết pp Sau khi giãn nở, vật liệu sẽ tiến tới trạng thái độ chặt tới hạn và sự giãn nở chấm dứt

Hình 2.6 - Đường cong iến d ng có ể đến sự ết thúc giãn nở trong thí nghiệm 3

trục thoát nước

Các thông số cơ bản của mô hình HS:

 Các thông số cường độ như mô hình MC:

E50ref : Mô đun cát tuyến trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước kN/m2)

Eoedref: Mô đun tiếp tuyến trong thí nghiệm nén cố kết kN/m2

)

m : Số mũ của ứng suất phụ thuộc độ cứng

 Các thông số nâng cao nên được s dụng ở dạng mặc đ nh :

Eurref : Độ cứng khi dở tải và gia tải mặc đ nh Eurref = 3E50ref )

νur : Hệ số poison khi dở tải và gia tải mặc đ nh ν ur = 0.2)

pref : Ứng suất tham chiếu của độ cứng mặc đ nh pref = 100 kN/m2)

KoNC: Giá tr Ko ở điều kiện cố kết thường mặc đ nh Koref = 1-sinφ

Rf: Tỷ số phá hoại qf/qa mặc đ nh Rf = 0.9)

2.1.2 CHIA LƯỚI PHẦN TỬ TRONG PLAXIS

2.1.2.1 HÌNH DẠNG CỦA PHẦN TỬ

Hình dạng của phần t dùng trong phân tích có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả đạt được Do đó, các phần t s dụng trong phân tích phần t hữu hạn nên tránh những dạng không theo quy tắc Tốt hơn hết là nên phân chia phần t có dạng quy tắc, bởi vì những phần t bất quy tắc sẽ gây ra sự mất ổn đ nh số học hay sự thiếu chính xác của phân tích số

Để biết một phần t có hình dạng tốt đúng quy tắc hay không, có thể đánh giá điều này thông qua tỉ số giữa chiều dài L và chiều rộng B của phần t Các phần

t có tỉ lệ L/B ≈ 1.0 là các phần t tốt Do đó, các phần t hình vuông và tam giác đều là sự lựa chọn tốt nhất Tuy nhiên, các phần t có dạng này thường không dễ đạt được trong phân tích, vì vậy một phần t có tỉ số L/B trong khoảng 1.0 ≤ L/B ≤

Bên cạnh đó, vì lực dở tải gây ra do quá trình đào đất tác dụng trực tiếp lên đáy hố đào ở trong vùng đào, cho nên mật độ lưới trong vùng đào sẽ ảnh hưởng lớn đến kết quả phân tích Do đó, mật độ lưới trong vùng đào cũng nên được phân chia m n hơn

(a)

(b) Hình 2.8 – Lưới phần tử hữu h n dùng trong phân tích hố đào sâu

(a) Lưới xấu (b) Lưới tốt

2.1.2.3 GIỚI HẠN VÙNG NỀN CỦA MÔ HÌNH PHÂN TÍCH

Peck 1969 là người đầu tiên đề ngh một phương pháp để dự đoán độ lún bề mặt của đất nền gây ra bởi quá trình đào đất dựa vào kết quả quan sát hiện trường Ông chủ yếu dùng kết quả quan trắc thu được của các dự án ở Chicago và Oslo, từ

đó thiết lập đường cong quan hệ giữa độ lún bề mặt của đất nền δv và khoảng cách

từ tường chắn d theo độ sâu đào đất lớn nhất He cho các loại đất khác nhau

Hình 2.9 – Ước lượng độ lún ề mặt đất nền theo phương pháp Peck (1969)

Vùng I – Cát và sét cứng cu > 30kPa)

Vùng II – Sét rất mềm đến mềm cu < 30kPa)

Vùng III – Sét rất mềm đến mềm ở độ sâu dưới đáy hố đào

Đây là phương pháp đơn giản và dễ áp dụng nên ngày nay vẫn được nhiều kỹ

sư s dụng trong phân tích bài toán hố đào

2.2 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA ĐẤT NỀN

2.2.1 THÔNG SỐ E, ν

Theo chương trình Plaxis, thông số E ref

50 của mô hình HS sẽ được lấy trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước Tuy nhiên trong thực tế nhiều công trình lại không tiến hành thí nghiệm này Vì vậy, đối với hầu hết các loại nền đất, nhiều tác giả dựa vào các thí nghiện SPT, thí nghiệm CPT hoặc thí nghiệm nén 3 trục không thoát nước để ước lượng mô đun biến dạng của đất nền theo các công thức tương quan Theo kết quả thực nghiệm của Michell, Gardner và Schurtmann 1970 :

 Với đất sét cố kết trước:

E = 750c u – 1000c u (2.14) Trong đó:

cu – lực dính của thí nghiệm nén 3 trục không thoát nước

Bảng 2.1 – Miền giá trị của mô đun E ứng với các lo i đất hác nhau (Bowles,

Bảng 2.2 – Các giá trị điển h nh của mô đun E [7]

Loại đất Trạng thái E (mPa)

Sét

Mềm

N a cứng Cứng

Ở các nước tư bản, Terzaghi, Peck, Meyerhof, Duhem, Osaki, … đưa ra công thức xác đ nh góc φ:

12N SPT a

(2.15)Với a = 15 – 25

Bảng 2.5 – Các giá trị điển h nh của φ’, c’ và cu [7]

Sét mềm cố kết thường 15 – 20 5 – 10 10 – 25

Sét cứng cố kết trước 25 – 28 20 – 25 75 – 150

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG GÓC ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU CỦA MỘT CÔNG

TRÌNH THỰC TẾ Ở TP HỒ CHÍ MINH 3.1 ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU

Công trình dùng để phân tích trong đề tài này là Cao ốc Văn Phòng Lim Tower n m tại số 9 – 11 Tôn Đức Thắng, Quận 1, TP Hồ Chí Minh

Công trình có kích thước dài 60m, rộng 34m, gồm 2 tầng hầm với cao độ đáy

hố đào sâu nhất là -13.35m riêng khu vực pít thang máy đào đến -14.85m Giải pháp kết cấu được chọn là s dụng tường vây dày D = 800mm, chiều dài L = 38.5m cắm vào lớp đất số 5 là lớp sét dẻo lẫn cát m n, trạng thái n a cứng đến cứng có chỉ

số NSPT = 21 - 42 Công trình được thi công theo phương pháp bottom – up, s dụng

3 tầng thanh chống chính để chống đỡ hố đào trong suốt quá trình đào đất và thi công tầng hầm, tầng thanh chống thứ 4 chỉ chống đỡ cục bộ tại khu vực thang máy

3.2 BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ QUAN TRẮC

Hình 3.1 – Mặt ằng ố trí các ống Incliometer INO1, INO2, INO3

Bảng 3.1 – Chuyển vị lớn nhất của tường vây ngày 09-11-11

Ống Chuyển v tại chu

kỳ 74 (mm)

Chuyển v tại chu

kỳ 75 mm

Độ lệch (mm)

Độ sâu (mm)

Chuyển vị ngang (mm) Chuyển vị ngang (mm)

(a) IN01 (b) IN02

Hình 3.2 – Kết quả quan trắc chuyển vị ngang của tường vây

t i ống INO1, INO2

3.3 ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

Công trình được khảo sát với 3 hố khoan BH1, BH2, BH3 đến độ sâu -80m cốt ±0.00m được xem như tại mặt đất tự nhiên Dựa theo số liệu thống kê từ hồ sơ khảo sát đ a chất, chọn hố khoan BH2 nguy hiểm nhất để phân tích bài toán

Bảng 3.2 – Bảng phân lo i và đặc điểm phân ố các lớp đất hố hoan BH2

Hình 3.3 - Mặt cắt địa chất công tr nh