Nghiên cứu lựa chọn quy trình kích trước trong thiết kế hệ chống vách tường vây dự án nhà gia bason quận 1

Kết quả đạt được: Kích trước có tác dụng làm giảm chuyển vị ngang tường vây; Khi gia tải kích cho hệ chống, nội lực mômen tường vây thay đổi: mômen bên trong tường vây bên trên hố đào gi

i

trong thiết kế hệ chống vách tường vây dự án nhà ga Bason, quận 1” là công trình nghiên cứu của riêng tôi và thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Dương Hồng Thẩm Các số liệu trong đề tài này được thu thập và sử dụng một cách

trung thực Kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này không sao chép của bất cứ luận văn nào và cũng chưa được trình bày hay công bố ở bất cứ công trình nghiên cứu nào khác trước đây

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018

Học viên

Nguyễn Hữu Phúc

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể quý Thầy cô khoa Xây Dựng và Điện, Khoa sau đại học, Trường Đại học Mở TP Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những bài học, những kinh nghiệm chuyên ngành quý giá, giúp em có đầy đủ nền tảng kiến thức để thực hiện đề tài nghiên cứu này Tiếp theo, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc đến

PGS.TS Dương Hồng Thẩm, thầy đã truyền đạt kiến thức, hướng dẫn tận tâm,

định hướng cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu Đồng thời,

em cũng xin gửi đến lòng biết ơn sâu sắc vì những nhận xét và góp ý thật sự bổ ích của thầy để tác giả hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu này

Sau cùng, em xin gửi lời biết ơn chân thành, sâu sắc đến gia đình và bạn bè, đồng nghiệp về sự quan tâm, giúp đỡ, động viên, ủng hộ tác giả trong suốt chặn đường thực hiện đề tài nghiên cứu này

Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của bản thân, tuy nhiên không thể không có những thiếu sót Kính mong quý Thầy Cô chỉ dẫn thêm để em bổ sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn

Xin trân trọng cảm ơn

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018

Học viên

Nguyễn Hữu Phúc

iii

TÓM TẮT

Luận văn trình bày nghiên cứu quy trình kích trước trong thiết kế hệ chống

vách tường vây khi thi công hố đào sâu của công trình “Tuyến tàu điện ngầm số 1 (Bến thành - Suối Tiên) - Nhà ga Bason” Công trình này gồm 2 tầng hầm với

chiều sâu đào đất là 14.566m, được chống đỡ bằng 4 tầng thanh chống Luận văn sử dụng mô hình phần tử hữu hạn Plaxis 2D với ứng xử mô hình đất Hardening Soil Trình tự nghiên cứu trong luận văn: Chạy bài toán không gia tải kích với mô hình đất được hiệu chỉnh; Giải bài toán phân tích ngược tìm bộ thông số đất phù hợp; Chạy bài toán với giá trị lực kích trong các hệ chống khác nhau; Phân tích rút

ra nhận xét, kết luận

Kết quả đạt được: Kích trước có tác dụng làm giảm chuyển vị ngang tường vây; Khi gia tải kích cho hệ chống, nội lực mômen tường vây thay đổi: mômen bên trong tường vây bên trên hố đào giảm, mômen bên ngoài tường vây bên trên hố đào tăng, mômen bên ngoài tường vây bên dưới hố đào giảm; Khi áp đặt lực kích ở một tầng chống nội lực (lực nén) trong tầng chống tăng lên, nội lực hệ chống liền kề có

xu hướng giảm

iv

Lời cảm ơn .ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

Danh mục các hình vẽ và đồ thị vi

Danh mục các bảng biểu xvi

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Giới thiệu chung, tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Đối tượng nghiên cứu 1

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

1.5 Nội dung nghiên cứu 3

1.6 Giới hạn của nghiên cứu 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 4

2.1 Giới thiệu hố đào sâu 4

2.1.1 Đặc điểm 4

2.1.2 Phân loại hố đào 4

2.1.3 Các phương pháp đào phổ biến 6

2.2 Cấu tạo hệ chống hố đào sâu 8

2.3 Các loại tường hố đào sâu thường sử dụng 9

2.3.1 Soldier pile: cọc chống 9

2.3.2 Sheet pile: cọc cừ 10

2.3.3 Column pile: cọc làm việc như cột 11

2.3.4 Cement deep mixing: cọc xi măng đất 12

2.3.5 Diaphragm walls: tường vây 12

2.4 Các kết quả nghiên cứu trước đây 14

v

2.5 Kết luận 18

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19

3.1 Phân tích bài toán hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm Plaxis 19

3.1.1 Quan hệ thoát nước và không thoát nước 19

3.1.2 Mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng Mohr-Coulomb 22

3.1.3 Mô hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil 24

3.1.4 So sánh giữa mô hình Mohr-Coulomb và mô hình Hardening Soil 31

3.1.5 Thông số đầu vào của đất nền 31

3.1.6 Điều kiện biên cho bài toán 36

3.1.7 Chia lưới phần tử trong Plaxis 38

3.2 Chuyển vị tường vây 40

3.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang 40

3.2.2 Cơ chế phát sinh chuyển vị tường vây 41

3.2.3 Chuyển vị cho phép của tường vây 42

3.2.4 Hệ số ổn định tổng thể 44

3.2.5 Ổn định đáy hố đào 45

3.3 Hiện tường phá hoại xói ngầm (sand boiling) 45

3.4 Ứng xử không gian của quá trình thi công tầng hầm 49

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CÔNG TRÌNH CỤ THỂ 51

4.1 Thực trạng công trình nghiên cứu 51

4.1.1 Đặc điểm công trình nghiên cứu 51

4.1.2 Điều kiện địa chất công trình 52

4.1.3 Trình tự thi công tầng hầm 53

4.2 Mô phỏng bài toán 61

vi

4.2.3 Mô phỏng bài toán phân tích ngược 71

4.2.4 So sánh kết quả giữa bài toán gia tải kích và không gia tải kích 78

4.2.5 Giải bài toán gia tải kích theo các trường hợp 87

A Tổ hợp I 89

B Tổ hợp II 94

C Tổ hợp III 99

D Tổ hợp IV 104

4.2.5 Giải bài toán gia tải kích theo các trường hợp 87

4.2.6 So sánh kết quả các tổ hợp 109

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 122

5.1 Kết luận 122

5.2 Kiến nghị 123

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 2.1 Đào thẳng đứng 4

Hình 2.2 Đào có dốc 4

Hình 2.3 Biện pháp đào đất sử dụng cừ Larsen, tường vây kết hợp hệ giằng chống 5

Hình 2.4 Thi công đào mở không có hệ chống 6

Hình 2.5 Thi công đào mở sử dụng cừ Larsen, tường vây kết hợp hệ giằng chống 7

Hình 2.6 Thi công đào Top-Down 8

Hình 2.7 Cấu tạo hệ giằng chống (Nguồn: Công ty Hirose Maruken Vietnam) 9

Hình 2.8 Soldier pile - Cọc chống 10

Hình 2.9 Sheet pile - Cọc cừ 11

Hình 2.10 Cọc khoan nhồi 12

Hình 3.1 Biểu đồ quan hệ ứng suất - Biến dạng (làm việc đàn hồi và dẻo lý tưởng) 22

Hình 3.2 Mặt phá hoại MC trong không gian ứng suất 23

Hình 3.3 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước 26

Hình 3.4 Các đường cong dẻo ứng với các giá trị p khác nhau 27

Hình 3.5 Định nghĩa mô đun Erefoed trong thí nghiệm nén cố kết 28

Hình 3.6 Các mặt dẻo trong mặt phẳng (q p   ) của mô hình HS 29

Hình 3.7 Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính của mô hình HS (c=0) 29

Hình 3.8 Đường cong biến dạng có kể đến sự kết thúc giãn nở trong thí nghiệm 3 trục thoát nước 30

Hình 3.9 Hình mô tả mặt bằng và mặt cắt để phân tích điều kiện biên (Nguồn: Ou Chang-Yu, 2006) 36

Hình 3.10 Điều kiện biên lưới phần tữ hữu hạn 37

viii

Hình 3.11 Khoảng cách biên yêu cầu khi phân tích chuyển vị của tường hay độ lún

nền 38

Hình 3.12 Kích thước hình học hố đào khi mô hình bằng phần mềm Plaxis 38

Hình 3.13 Định nghĩa tỉ lệ L/B của một phần tử 39

Hình 3.14 Lưới phần tử hữu hạn trong phân tích hố đào sâu 40

Hình 3.15 Mối quan hệ giữa biến dạng của tường chắn với cây chống có độc ứng lớn 41

Hình 3.16 Mối quan hệ giữa biến dạng của tường chắn với cây chống có độ cứng nhỏ 42

Hình 3.17 Mối quan hệ giữa chuyển vị lớn nhất của tường chắn và độ sâu hố đào (Ou et al., 1993) 42

Hình 3.18 Một số cơ chế phá hoại do mất ổn định tổng thể 44

Hình 3.19 Sơ đồ kiểm tra xói ngầm đáy hố đào (tiêu chuẩn Eurocode 7 ) 45

Hình 3.20 Sơ đồ kiểm tra bùng nền đáy hố đào (phương pháp Gradient thủy lực tới hạn) 46

Hình 3.21 Sơ đồ kiểm tra bùng nền đáy hố đào (phương pháp Terzaghi) 47

Hình 3.22 Biểu đồ cho đất cát rời, mịn và biên không thấm là vô hạn (không có biên không thấm) 48

Hình 3.23 Biểu đồ cho đất cát rời, mịn và có tồn tại biên không thấm bên dưới 49

Hình 3.24 Ảnh hưởng hiệu ứng vòm trong thi công tường vây 50

Hình 3.25 Các vùng ứng xử biến dạng phẳng và ứng xử không gian trong hố đào 50

Hình 4.1 Mặt bằng bố trí hệ thanh chống 51

Hình 4.2 Mặt cắt bố trí hệ thanh chống 52

Hình 4.3 Mặt cắt địa chất công trình 53

Hình 4.4 Mặt bằng thi công tường vây 53

Hình 4.5 Mặt bằng thi công đào đất lớp 1 54

Hình 4.6 Mặt bằng thi công lắp giằng lớp 1 54

Hình 4.7 Mặt bằng thi công đào đất lớp 2 55

ix

Hình 4.8 Mặt bằng thi công lắp giằng lớp 2 55

Hình 4.9 Mặt bằng thi công đào đất lớp 3 56

Hình 4.10 Mặt bằng thi công lắp giằng lớp 3 56

Hình 4.11 Mặt bằng thi công đào đất và lắp giằng lớp 4 57

Hình 4.12 Mặt cắt thi công đào đất, đổ bê tông lót và sàn đáy 57

Hình 4.13 Mặt cắt thi công tháo giằng 58

Hình 4.14 Mặt cắt thi công cột và sàn sảnh chờ 58

Hình 4.15 Mặt cắt thi công tháo giằng lớp 2 59

Hình 4.16 Mặt cắt thi công đổ cột và sàn mái 59

Hình 4.17 Mặt cắt thi công tháo giằng lớp 1 60

Hình 4.18 Mặt cắt thi công đắp đất 60

Hình 4.19 Kết quả mô hình Plaxis bài toán hố đào 65

Hình 4.20 Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất lần 1, 2 68

Hình 4.21 Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất lần 3 68

Hình 4.22 Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất lần 4 69

Hình 4.23 Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất lần 5 69

Hình 4.24 Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và kết quả quan trắc qua các chu kỳ đào đất lắp hệ chống 70

Hình 4.25 Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất lần 1, 2 74

Hình 4.26 Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất lần 3, 4 75

Hình 4.27 Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất lần 5 75

x

Hình 4.28 Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và kết quả quan trắc qua các chu kỳ đào đất lắp hệ chống 76 Hình 4.29 Biểu đồ bao mômen cho các giai đoạn thi công mô hình Plaxis 77 Hình 4.30 Chuyển vị ngang tường vây giữa bài toán mô hình Plaxis kích theo thiết

kế và bài toán không gia tải kích qua các chu kì 79 Hình 4.31 Biểu đồ bao mômen giữa bài toán gia tải kích và không gia tải kích qua các giai đoạn thi công 80 Hình 4.32 Chuyển vị ngang tường vây các giai đoạn thi công tổ hợp I (TH1-TH4) 92 Hình 4.33 Biểu đồ bao momen các giai đoạn thi công tổ hợp I (TH1-TH4) 93 Hình 4.34 Chuyển vị ngang của tường vây qua các giai đoạn thi công TH5-TH8 97 Hình 4.35 Biểu đồ bao momen các giai đoạn thi công TH5-TH8 98 Hình 4.36 Chuyển vị ngang của tường vây qua các giai đoạn thi công TH9-TH12 102 Hình 4.37 Biểu đồ bao momen các giai đoạn thi công TH9-TH12 103 Hình 4.38 Chuyển vị ngang của tường vây qua các giai đoạn thi công TH13-TH16 107 Hình 4.39 Biểu đồ bao momen các giai đoạn thi công TH13-TH16 108 Hình 4.40 Chuyển vị ngang tường vây tại cao độ hệ chống HG4, giai đoạn đào đất lần 5 với lực kích hệ chống HG4 thay đổi 116 Hình 4.41 Mômen lớn nhất tường vây (bên trong hố đào) giai đoạn đào đất lần 5 với lực kích hệ chống HG4 thay đổi 117 Hình 4.42 Nội lực hệ chống HG4 giai đoạn đào đất lần 5 với lực kích

hệ chống HG4 thay đổi 118 Hình 4.43 Nội lực hệ chống HG2, HG3, HG4 giai đoạn đào đất lần 5 với lực kích

hệ chống HG4 thay đổi 118 Hình 4.44 Đồ thị thể hiện chuyển vị ngang tại các cao độ tầng chống 1, 2, 3 và 4 ở giai đoạn đào đất lần 5 của tổ hợp I 119

xi

Hình 4.45 Đồ thị thể hiện chuyển vị ngang tại các cao độ tầng chống 1, 2, 3 và 4 ở giai đoạn đào đất lần 5 của tổ hợp II 120

xii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Miền giá trị của mô đun E ứng với các loại đất

khác nhau (Bowles, 1988) 32

Bảng 3.2 Các giá trị điển hình của mô đun E 33

Bảng 3.3 Hệ số thấm k của một số loại đất 33

Bảng 3.4 Các giá trị điển hình của hệ số Poisson 34

Bảng 3.5 Góc ma sát trong của cát theo chỉ số NSPT 35

Bảng 3.6 Các giá trị điển hình của ', c ' và cu 35

Bảng 3.7 Bảng tra hệ số Rint er 36

Bảng 3.8 Chuyển vị tường chắn và mức độ ảnh hưởng đến công trình lân cận 43

Bảng 4.1 Bảng phân loại và đặc điểm các lớp đất hố khoan U-180 52

Bảng 4.2 Bảng thông số đầu vào của tường vây 61

Bảng 4.3 Bảng thông số đầu vào của thanh chống và hệ giằng ngang 62

Bảng 4.4 Bảng thông số đầu vào của sàn tầng hầm 62

Bảng 4.5 Bảng thông số đất (hiệu chỉnh) sử dụng để mô hình bài toán hố đào 63

Bảng 4.6 Lịch sử đào đất từng giai đoạn tương ứng với chu kỳ quan trắc tường vây 65

Bảng 4.7 Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây của bài toán không gia tải kích 66

Bảng 4.8 Nội lực thanh chống (kN/m) các giai đoạn thi công-Bài toán không gia tải kích 66

Bảng 4.9 Nội lực thanh chống (kN) các giai đoạn thi công - Bài toán không gia tải kích 67

Bảng 4.10 Nội lực max của hệ chống các giai đoạn thi công bài toán không gia tải kích 67

Bảng 4.11 Các chu kỳ bài toán phân tích ngược qua các giai đoạn đào đất lắp hệ chống 72

xiii

Bảng 4.12 Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây của bài toán gia tải kích theo thiết kế 72 Bảng 4.13 Nội lực thanh chống (kN/m) các giai đoạn thi công - Bài toán gia tải kích trước 73 Bảng 4.14 Nội lực thanh chống (kN) các giai đoạn thi công - Bài toán gia tải kích trước 73 Bảng 4.15 Nội lực max của hệ chống các giai đoạn thi công bài toán gia tải kích 74 Bảng 4.16 Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây giữa bài toán gia tải kích theo thiết kế và bài toán không gia tải kích 81 Bảng 4.17 Tỷ lệ chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây giữa bài toán gia tải kích theo thiết kế và bài toán không gia tải kích 81 Bảng 4.18 Tổng hợp nội lực hệ chống các giai đoạn thi công bài toán gia tải kích theo thiết kế và bài toán không gia tải kích 82 Bảng 4.19 Khả năng chịu lực so với nội lực các thanh chống bài toán không gia tải kích theo TCXDVN 5575-2012 86 Bảng 4.20 Các trường hợp giá trị lực kích (%) trong các hệ chống 88 Bảng 4.21 Các trường hợp giá trị lực kích (kN/m) trong các hệ chống 89 Bảng 4.22 Chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống

tổ hợp I (TH1-TH4) qua các chu kỳ 90 Bảng 4.23 Mômen tường vây max và tại cao độ các thanh chống

tổ hợp I (TH1-TH4) qua các chu kỳ 90 Bảng 4.24 Nội lực lớn nhất thanh chống trong các trường hợp

tổ hợp I (TH1 – TH4) 91 Bảng 4.25 Nội lực thanh chống giai đoạn đào đất lần 4 – lắp HG4 – kích,

đào lần 5 các trường hợp của tổ hợp I 91 Bảng 4.26 Chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống

tổ hợp II (TH5-TH8) 95 Bảng 4.27 Nội lực momen tường vây max và tại các cao độ thanh chống

tổ hợp II (TH5-TH8) 95

xiv

Bảng 4.28 Giá trị nội lực lớn nhất thanh chống tổ hợp II (TH5-TH8) 96 Bảng 4.29 Nội lực thanh chống giai đoạn đào đất lần 5 và lắp hệ chống 4 – Kích các trường hợp tổ hợp II (TH5-TH8) 96 Bảng 4.30 Chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống

tổ hợp III (TH9-TH12) 100 Bảng 4.31 Nội lực momen tường vây max và tại các cao độ thanh chống

tổ hợp III (TH9-TH12) 100 Bảng 4.32 Giá trị nội lực lớn nhất thanh chống tổ hợp III (TH9-TH12) 101 Bảng 4.33 Nội lực thanh chống giai đoạn đào đất lần 5 và lắp hệ chống 4 – Kích các trường hợp tổ hợp III (TH9-TH12) 101 Bảng 4.34 Chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống

tổ hợp IV (TH13-TH16) 105 Bảng 4.35 Nội lực momen tường vây max và tại các cao độ thanh chống

tổ hợp IV (TH13-TH16) 105 Bảng 4.36 Giá trị nội lực lớn nhất thanh chống tổ hợp IV (TH13-TH16) 106 Bảng 4.37 Nội lực thanh chống giai đoạn đào đất lần 5 và lắp hệ chống 4 – kích các trường hợp tổ hợp IV (TH13-TH16) 106 Bảng 4.38 Chênh lệch chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống tổ hợp I và tổ hợp II 109 Bảng 4.39 Chênh lệch chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống tổ hợp III và tổ hợp IV 110 Bảng 4.40 Chênh lệch chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống tổ hợp I và tổ hợp III 111 Bảng 4.41 Chênh lệch chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống tổ hợp I và tổ hợp IV 113 Bảng 4.42 Chênh lệch chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống tổ hợp II và tổ hợp IV 114 Bảng 4.43 Giá trị chuyển vị ngang tường vây tại cao độ hệ chống HG4 – Giai đoạn đào đất lần 5 115

xv

Bảng 4.44 Giá trị mômen lớn nhất tường vây (bên trong hố đào) tại cao độ hệ chống HG4 – Giai đoạn đào đất lần 5 116 Bảng 4.45 Giá trị nội lực hệ chống HG4 – Giai đoạn đào đất lần 5 117 Bảng 4.46 Bảng chuyển vị ngang tại các cao độ tầng chống 1, 2, 3 và 4 ở giai đoạn đào đất lần 5 của tổ hợp I 119 Bảng 4.47 Bảng chuyển vị ngang tại các cao độ tầng chống 1, 2, 3 và 4 ở giai đoạn đào đất lần 5 của tổ hợp II 120

xvi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CD : Cố kết thoát nước (Consolidated Drained)

CPT : Thí nghiệm xuyên tĩnh (Cone Penetrometer Test)

CU : Cố kết không thoát nước (Consolidated Undrained)

DPT : Thí nghiệm xuyên động (Dynamic Penetrometer Test)

GL : Kể từ mặt đất tự nhiên (Ground Level)

TCXDVN : Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

SPT : Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test)

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu chung, tính cấp thiết của đề tài

Trên con đường công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, nhà cao tầng ngày càng được xây dựng nhiều hơn, nhu cầu sử dụng phần không gian bên dưới mặt đất cho nhu cầu về bãi giữ xe và bố trí các hệ thống kỹ thuật của tòa nhà ngày càng phổ biến và bức thiết, đặc biệt là trong các thành phố lớn như thành phố

Trong thi công tầng hầm, có nhiều biện pháp để giữ ổn định vách hố đào như cọc vây, cừ larsen, tường vây, Tuy nhiên với số tầng hầm từ 2 hầm trở lên và mực nước ngầm cao thì tường vây và kết hợp với hệ chống sẽ được sử dụng phổ biến

Biện pháp kích trước trong thanh chống được sử dụng, nhưng việc áp dụng kích trước trong hệ chống chưa có quy tắc cụ thể Nên luận văn này nghiên cứu lựa chọn quy trình kích trước đến chuyển vị, nội lực của hệ chống vách tường vây bê tông cốt thép trong bài toán thiết kế thi công hố đào sâu

1.2 Đối tượng nghiên cứu

Có 3 đối tượng được đưa vào xem xét: Ứng xử của hệ tường vây, các yếu tố liên hệ đến chuyển vị ngang của tường và vấn đề gia tải kích trước

+ Phân tích ứng xử của hệ chống và tường vây: Quan trắc trong quá trình thi công về ứng xử của hệ chống và tường vây là cần thiết, nhằm để tiên đoán

và đưa ra biện pháp xử lý kịp thời

+ Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của tường vây có thể kể đến như: chiều sâu hố đào, chiều rộng hố đào, địa chất, biện pháp cũng như kỹ thuật thi công, độ cứng của hệ chống đỡ,

+ Hệ cây chống và tiến trình gia tải kích: độ cứng của hệ chống đỡ ít nhiều ảnh hưởng đến chuyển vị của tường vây Đối với hệ chống đỡ bằng thép hình,

hệ kích luôn được sử dụng và trong thực tế lực kích thường xuyên được điều chỉnh như một biện pháp giảm chuyển vị của hệ tường vây

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis 2D mô phỏng trình tự thi công hố đào sâu của một công trình thực tế đã thi công có số liệu quan trắc thực

tế, giải quyết một cách tổng quát bài toán hố đào sâu có kích trước nhằm giảm chuyển vị tường vây và đất xung quanh, đáp ứng được cường độ vật liệu, nội lực của tường vây

+ Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis 2D mô hình trình tự thi công hố đào sâu của một công trình thực tế đã thi công có số liệu quan trắc để tìm ra bộ thông số đất phù hợp với mô hình tính toán

+ Phân tích ảnh hưởng của lực kích đến nội lực và ứng xử của hệ chống và tường vây trong quá trình thi công hố móng đào sâu

+ Đưa ra quy trình kích hợp lý theo tương quan với độ cứng hệ chống vách

và chuyển vị của tường vây và đất xung quanh với các trường hợp cụ thể trong thiết kế thi công hệ chống hố đào sâu

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu về lý thuyết:

+ Tìm hiểu các cơ sở lựa chọn các thông số địa chất để đưa vào mô hình cho hợp lý

+ Tìm hiểu những cơ sở lý thuyết để kiểm tra ổn định đáy hố đào như: bùng nền (sandboiling), phá huỷ dạng ống (Failure by piping)

+ Nghiên cứu lý thuyết về ảnh hưởng của hệ chống đến chuyển vị của tường chắn tầng hầm

Nghiên cứu về mô hình Plaxis 8.6:

+ Tìm hiểu các thông số khi tính bằng mô hình Hardening Soil để nhập thông số đầu vào cho chính xác

+ Sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng trình tự thi công hố đào sâu của một công trình thực tế đã thi công có số liệu quan trắc thực tế; kỹ thuật phân tích ngược số liệu quan trắc thực tế dược áp dụng, để tìm ra thông số đất phù hợp trên mô hình tính toán cho kết quả đúng nhất sát với thực tế Sau khi

có thông số mô hình đúng đắn rồi, phân tích ảnh hưởng của lực kích đến chuyển vị, nội lực tường vây, hệ giằng chống được tiến hành

1.5 Nội dụng nghiên cứu

Nội dung của nghiên cứu gồm hai phần:

+ Xây dựng và chuẩn hóa mô hình, dự kiến dùng kỹ thuật phân tích ngược (back analysis) để chuẩn bộ thông số đất nền mà cụ thể là mođuyn biến dạng E trong quá trình đào hầm (dỡ tải) phù hợp với quá trình thi công thực tế

+ Tính toán chuyển vị, nội lực của tường vây, hệ chống và xây dựng quy trình kích trước theo ít nhất 3 phương án, từ đó quan sát sự phân bố nội lực, cường độ vật liệu và chuyển vị của tường vây và đất xung quanh

1.6 Giới hạn của nghiên cứu

- Nghiên cứu chỉ sử dụng Phương pháp phần tử hữu hạn plaxis 2D để mô hình → xem xét ứng xử tương quan giữa lực kích và kết cấu chống đỡ

- Chỉ nghiên cứu đối với 1 công trình cụ thể, chưa có tính khái quát cao cho các công trình khác có chiều sâu đào khác nhau, thi công theo biện pháp khác nhau: đào mở sử dụng hệ neo trong đất, cừ larsen, và các công trình ở các khu vực địa chất khác nhau Cần có nhiều nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm

để mức độ đánh giá ngày càng chính xác hơn

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 2.1 Giới thiệu hố đào sâu

2.1.1 Đặc điểm

Đặc điểm của hố đào sâu liên quan tới yếu tố địa phương, tức là tùy vào điều kiện điạ chất của mỗi vùng khác nhau mà nó có đặc điểm khác nhau Công trình hố đào sâu phụ thuộc nhiều vào đặc tính của đất nền tại nơi thi công, các giải pháp kết cấu và kỹ thuật thi công hố đào

Công trình thi công hố đào sâu bao gồm nhiều các khâu: chắn đất, đào đất, chống giữ, hạ mực nước ngầm Vì tính chất quan trọng và yêu cầu độ an toàn cao nên thường chi phí thi công hố đào sâu là rất lớn, thời gian thi công kéo dài Công trình hố đào sâu trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao, các điều kiện hiện trường phức tạp thì thường xảy ra các sự cố: trượt lở, mất ổn định, kết cấu chắn giữ bị hư hại, ảnh hưởng đến công trình đang xây dựng và các công trình xung quanh

2.1.2 Phân loại hố đào

Có nhiều cách phân loại khác nhau Tuy nhiên có thể chia thành ba dạng để xem xét như: Phương thức đào, đặc điểm chịu lực và chức năng kết cấu

a Theo phương thức đào

Đào không có chắn giữ thi công bằng cách hạ mực nước ngầm, đào taluy, gia cố nền và ổn định mái dốc

Hình 2.1 Đào thẳng đứng Hình 2.2 Đào có dốc

Đào có chắn giữ thi công bằng cách sử dụng các kết cấu quây giữ, hệ thống chắn giữ Vật liệu kết cấu chắn giữ là thép, bê tông, xi măng trộn đất

Hình 2.3 Biện pháp đào đất sử dụng cừ Larsen, tường vây

kết hợp hệ giằng chống

b Theo đặc điểm chịu lực của kết cấu chắn giữ

Kết cấu chắn giữ chịu lực bị động: Kết cấu chắn giữ hố đào có vai trò chịu

áp lực đất chủ động bao gồm các kết cấu như phun neo, tường bằng đinh đất Kết cấu chắn giữ chịu áp lực chủ động: Kết cấu chắn giữ hố đào có vai trò chịu áp lực đất bị động bao gồm các kết cấu như cọc, bản, ống, tường và chống

c Theo chức năng chắn giữ hố đào

Kết cấu chắn đất, ngăn nước

+ Tường liên tục trong đất

+ Cọc, tường trộn xi măng đất dưới tầng sâu

+ Giữa cọc đạt dày thêm cọc phun xi măng cao áp

+ Cọc bản thép

* Bộ phận chắn giữ kiểu kéo giữ

+ Kiểu tự đứng (cọc consol, tường)

+ Thanh neo vào tầng đất

+ Ống thép, thép hình chống đỡ (chống ngang)

+ Chống chéo

+ Hệ dầm vòng chống đỡ

+ Thi công top-down

2.1.3 Các phương pháp đào phổ biến

a Phương pháp đào mở ( The full open cut excavation method)

Chi phí rẻ không phải thi công tường chắn

Không phải thi công lắp đặt và thảo dỡ hệ giằng chống

Dùng cho địa hình rộng rãi

Khối lượng đất di chuyển lớn, cần có thêm công tác lắp đất cho mái dốc Cần hạ mực nước ngầm

Không thích hợp cho đất cát và bùn sét

Hình 2.4 Thi công đào mở không có hệ chống

b Phương pháp đào giằng, chống giữ (The braced excavation method)

Dễ dàng thi công từ nguồn nguyên liệu có sẵn

Có thể tái sử dụng thanh giằng, chống

Khó khăn khi thi công các công tác chính vì trở ngại về không gian, vận chuyển đất, đào đất…

Hố đào rộng gây ảnh hưởng đến hệ giằng ngang, ảnh hưởng đến độ an toàn của thi công

Thi công hố quá sâu, Kingpost khó đảm bảo độ mảnh để làm việc

Chuyển vị của tường chắn thường khá lớn

Hình 2.5 Thi công đào mở sử dụng cừ Larsen, tường vây

kết hợp hệ giằng chống

c Phương pháp đào neo bầu vữa (The anchored excavation method)

Thích hợp cho hố đào rộng và độ sâu nông

Thời gian thi công ngắn

Lực neo phụ thuộc nhiều vào loại đất mà nó đang neo, nó chỉ làm việc tốt trong đất cát, còn trong bùn sét thì lực neo bị giảm đáng kể

Khi đất có hệ số thấm lớn, các lỗ khoan sẽ bị rò rỉ nước khi tiến hành khoan

để đưa neo vào nên không áp dụng cho các hố đào có độ chêch mực nước ngầm quá 10m

Độ lún xung quang lớn cũng ảnh hưởng đến khả năng neo

d Phương pháp thi công top-down

Nhược điểm:

+ Chi phí cao

+ Thời gian thi công hầm được kéo dài, nên chuyển vị sau cùng của tường chắn hay độ lún của nền tăng do từ biến (nếu có nhiều lớp đất yếu cạnh nhau) + Chất lượng công trình bị ảnh hưởng bở hệ thống thông gió và chiếu sáng dưới bản sàn

Hình 2.6 Thi công đào Top-Down 2.2 Cấu tạo hệ chống hố đào sâu

Thiết kế hệ thanh chống cần đảm bảo khả năng chịu lực và đảm bảo điều kiện thi công thực tế với các thiết bị máy móc trong quá trình thi công đào đất,

bố trí hệ chống hạn chế trùng vị trí với các cấu kiện cột, vách, dầm, sàn tầng hầm Hệ chống đỡ hố đào gồm các bộ phận sau:

1- Cừ larsen 8- Chân chéo 16- Tấm thép nối

2- Solder pile 9- Giằng góc 17- Gông ở góc

3- Tường BTCT 10- Gia cường góc (JIB piece) 18- Bulong

4- King post 11- Gia cường góc (CN ) 19- Giá đỡ thanh (Waler) 5- Ván gỗ 12- Kích (UJ, KJ) 20- Giá đỡ thanh (Strut) 6- Waler 13- Hộp kích 21- Tấm đệm liên kết 7- Thanh giằng 14- Đồng hồđo áp lực PG/ LC 22- Miếng chêm góc

+ Mũi cọc có thể được gia cường bằng vật liệu thép đặc biệt khi nằm trong các lớp sỏi sạn

+ Nếu cọc chống được hạ bằng khoan sơ bộ và khi thiếu hụt trong khi lấp đầy sẽ gây ảnh hưởng xấu đến vùng lân cận

+ Khe hở giữa tường chắn và đất xung quang cần được chèn đầy

Hình 2.8 Soldier pile - Cọc chống 2.3.2 Sheet pile: cọc cừ

+ Nhạy cảm với nền trong quá trình đóng và rút cừ trong nền cát

+ Đóng cừ gặp khó khan trong nền đất cứng

+ Gây nhiều tiếng ồn

+ Nếu rò rỉ giữa các khe hở cần phải trát vữa

Hình 2.9 Sheet pile - Cọc cừ 2.3.3 Column pile: cọc làm việc như cột

Cọc đất trộn xi măng:

+ Trộn cưỡng bức đất với xi măng thành cọc xi măng, sau khi đóng rắn thành tường chắn có dạng bản liền khối đạt cường độ nhất định Phụ hợp với hố đào 3 – 6m

Cọc khoan nhồi:

+ Đường kính 0.6 – 1m, cọc dài 15-30m, làm thành tường chắn theo kiểu hang cọc, đỉnh cọc cố định bằng dầm giằng bê tông cốt thép Phù hợp với hố đào 6 -13m

+ Thời gian thi công lâu hơn cọc chống và cọc cừ

+ Độ cứng nhỏ hơn tường vây

+ Dễ xảy ra các sự cố trong thi công

Hình 2.10 Cọc khoan nhồi 2.3.4 Cement deep mixing: cọc xi măng đất

Cọc xi măng đất (hay còn gọi là cột xi măng đất-trụ xi măng đất) là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết

bị khoan phun Mũi khoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt độ sâu lớp đất cần gia cố thì quay ngược lại và dịch chuyển lên Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng được phun vào nền đất bằng áp lực khí nén đối với hỗn hợp khô hoặc bằng bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt

Cọc CDM ngoài ứng dụng để làm tường chắn thi công các công trình ngầm,

ổn định hố đào sâu, nó còn rất thông dụng trong việc gia cố nền đất yếu và móng của các công trình công nghiệp, giao thông, thủy lợi,

2.3.5 Diaphragm walls: tường vây

Điển hình là tường vây barrette, tường bê tông đổ tại chỗ, chiều dày từ 600 – 1200 mm để chắn giữ ổn định hố đào sâu trong quá trình thi công

Tường có thể được làm từ các đoạn cọc barrette, tiết diện chữ nhật với chiều rộng thay đổi từ 2,2 – 3,6 m Các đoạn tường barrette được liên kết chống thấm bằng goăng cao su

Trong trường hợp 2 tầng hầm, tường barrette thường được thiết kế có chiều sâu >10 m tùy thuộc vào địa chất công trình và kỹ thuật thi công

Ưu điểm:

+ Ít rung, ít ồn, độ bền cao, biến dạng tường tương đối nhỏ

+ Kích thước tường có thể điều chỉnh được

+ Khả năng chống thấm tốt

+ Được dùng làm kết cấu vĩnh cửu

Nhược điểm:

+ Thiết bị lớn, thời gian thi công kéo dài, tốn chi phí

+ Không thích hợp cho đất cuội sỏi

+ Khó thi công khi gặp cát lở

* Các phương pháp ổn định tường vây:

+ Giữ ổn định hệ giằng thép hình

+ Giữ ổn định bằng phương pháp neo trong đất, phổ biến là neo phụt + Giữ ổn định bằng biện pháp Top-down, để chống đỡ sàn tầng hầm trong quá trình thi công, người ta thường sử dụng Kingpost bằng thép hình, trình tự thi công có thể thay đổi để phù hợp với đặc điểm công trình và điều kiệu địa chất

* Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây:

+ Cố kết do thấm và bơm nước

2.4 Các kết quả nghiên cứu trước đây

2.4.1 Những nghiên cứu trong nước

Theo (Huỳnh Thế Vĩ, 2013), tác giả tập trung phân tích ảnh hưởng của hệ thanh chống đến chuyển vị của tường vây khi thi công tầng hầm cao ốc văn phòng “Lim Tower” tại Thành Phố Hồ Chí Minh Trong giai đoạn thoát dỡ hệ thanh chống và triển khai đổ bê tông sàn hầm, lực dọc tác dụng lên tầng thanh chống bên trên tầng thanh chống được tháo dỡ tăng lên rất lớn, làm cho tầng thanh chống đó đạt tới trạng thái nguy hiểm Với những giai đoạn đào đất có chiều sâu đào đất từ tầng thanh chống cuối cùng đến bề mặt hố đào lớn hơn 4m, chuyển vị của tường vây sẽ tăng rất nhanh và ảnh hưởng lớn đến tổng chuyển vị sau cùng của tường vây

Theo (Phạm Quan Đằng, 2015), tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của lực kích

đến chuyển vị của tường vây khi thi công tầng hầm, dự án Trung tâm thương mại văn phòng Hải Quân tại Thành Phố Hồ Chí Minh Khi áp dụng lực kích trong hệ chống thì chuyển vị ngang lớn nhất tường vây thường nằm ở dưới đáy

hố đào Khi không gia tải kích thì chuyển vị lớn nhất nằm bên trên cao độ đáy

hố đào khi đất bên dưới đáy hố đào là đất tương đối yếu Khi gia tải kích cho hệ chống: mômen bên trong tường vây bên trên hố đào giảm, mômen bên ngoài tường vây bên trên hố đào tăng, mômen ngoài tường vây dưới đáy tường vây giảm

Theo (Dương Hồng Thẩm, 2015), tác giả sử dụng giải tích thứ nguyên để

giải thích cho mối quan hệ giữa độ cứng và chuyển vị của tường vây với kỳ vọng từ mối quan hệ này tiên đoán được chuyển vị của tường Khi khống chế được chuyển vị của tường bằng cách thay đổi thông số cấu thành độ cứng, giải pháp chống vách hợp lý cho hố đào móng của công trình có thể được xác lập

Số liệu quan trắc nhiều có thể giúp đánh giá độ cứng của hệ tường vây một cách đáng tin cậy, qua đó có thể tiến hành nghiên cứu tham số trên các tham số và biến độ cứng tương đối R, để tìm ra yếu tố nào đóng góp quan trọng hơn vào độ

cứng của hệ chống vách hố đào Như vậy, độ cứng tương đối là đối số (mục tiêu) của kiểu phân tích ngược (back analysis)

Theo (Ngô Đức Trung và Võ Phán), tác giả dùng mô hình Mohr-Coulomb

và Hardening Soil trong Plaxis để phân tích dự báo chuyển vị của tường và biến dạng đất nền công trình hố đào sâu trạm bơm lưu vực Nhiêu Lộc Thị Nghè Thành phố Hồ Chí Minh So sánh kết quả dự báo từ mô hình MC và HS với các

dữ liệu quan trắc được Độ cứng gia tải và dỡ tải của đất nền tác động đáng kể đến độ lớn và phân bố độ trồi hố móng hơn là đến chuyển vị ngang của tường và

độ lún bề mặt của đất nền

Theo (Lê Văn Pha và Châu Ngọc Ẩn, 2007), tác giả đề cho rằng phương

pháp 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 phân tử hữu hạn với việc sử dụng phần mềm PLAXIS 7.2 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 Mô hình bài toán 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, tường vây dày 1,2m, sâu 40m Hệ thanh chống được sử dụng trên công trường thuộc loại có thể thay đổi chiều dài bằng kích (tăng lực trong thanh chống), nhằm hạn chế chuyển vị tường trong quá trình đào đất Mô hình nền được sử dụng trong bài toán là Mohr – Coulomb (Mô hình đàn hồi – dẻo lý tưởng) Việc tính toán theo phương pháp xét sự làm việc đồng thời giữa đất nền và hệ kết cấu bằng phần mềm PLAXIS cho phép tính toán kiểm tra các giai đoạn thi công khác nhau và xác định được chuyển vị, biến dạng và nội lực phát sinh trong đất nền

và hệ kết cấu Phương pháp tính toán và kết quả tính là có thể tin cậy được, phù hợp với quan trắc thực tế Tác giả chú trọng đến các nội lực của thanh chống, nếu các tầng chống có nội lực lớn thì luôn có phương án tăng hệ thanh chống dự phòng (chuẩn bị các vị trí lắp chống xen kẽ) và phải tính toán mô phỏng trước

Theo (Phùng Đức Long, 2011), tác giả cho rằng mối tương quan độ cứng

của đất và tường chắn được phân tích bằng cách sử dụng các mô hình đất thực

tế và được thực hiện bằng phương pháp PTHH Những lợi ích chính có thể kể đến: khả năng mô hình được ứng suất và biến dạng của đất và tường chắn phù hợp với trình tự thi công thực tế Gia tải trước trong hệ neo có thể được mô hình một cách rất thực tế Với sự hổ trợ của phương pháp PTHH một vài kết luận có thể được rút ra bên dưới:

+ Tường cừ thép với hệ neo được gia tải trước, lý thuyết Rankine về áp lực đất chủ động và bị động không còn đúng nữa

+ Từ việc nghiên cứu các tham số đơn giản, có thể thấy rằng cho dù có chọn giá trị gia tải trước ở giai đoạn bắt đầu như thế nào, thì ở giai đoạn đào đất cuối cùng với cùng cao độ đào, tải trong hệ neo gia tải trước sẽ đạt được giá trị gần bằng nhau Chọn lựa những giá trị gia tải trước đúng đắn có thể làm giảm đáng kể chuyển vị tường, nền đất, mômen uốn, cũng như lực cắt trong tường Theo (Võ Phước Đạt, 2014), tác giả nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây Trong đó có đề cập ứng xử của đất và tường vây trong suốt quá trình đào hầm.Kết quả nghiên cứu cho thấy:

+ Mô hình Morh – Coulomb khá nhạy cảm với các thông số c, , Eref ,

, Rint er

+ So với kết quả quan trắc, kết quả mô phỏng từ mô hình Morh –Coulomb chưa cho thấy sự phù hợp tuyệt đối vì lý do mô hình nay chưa kể đến tính dẻo trong đất

2.4.2 Những nghiên cứu trên thế giới

Theo nghiên cứu của Peck (1969), tác giả đã xem xét những hố đào sâu

là những hố đào với những cạnh thẳng đứng yêu cầu hệ thống chống đỡ bên ngoài Chuyển vị ngang, lún đất bên ngoài hố đào, mất ổn định trồi đáy hố đào, những phương pháp giảm chuyển vị đất nền cạnh hố đào và những biểu

đồ áp lực đất cho thiết kế hố đào sâu là những chủ đề được thảo luận bởi Peck Tuy nhiên những nhận xét trên của Peck là dựa trên kinh nghiệm cá nhân và những trường hợp nghiên cứu đã xuất bản, như sau:

+ Đặc tính của đất là yếu tố quan trọng trong việc thực hiện hố đào sâu

+ Sự quan trọng của yếu tố chiều sâu hố đào và trình tự thi công

+ Tay nghề công nhân trong việc kiểm soát chuyển vị

Theo (Yang Ku-Seung và Oh Sung-Nam, 2000), tác giả cho rằng việc sử dụng biện pháp gia tải trước trong hệ chống biện pháp đào đất ở Hàn Quốc ngày càng gia tăng Và nó thì cần thiết để phân tích ảnh hưởng của việc gia tải trước đến chuyển vị, mômen tường chắn và lực dọc của hệ chống, Trong nghiên cứu này, bằng cách sử dụng phương pháp phân tích dầm trên nền đàn hồi, từ việc so sánh dữ liệu đo và kết quả tính toán hai công trường và nghiên cứu tham

số tương quan giữa việc gia tải trước trong hệ chống và áp lực đất tường chắn trong đất cát Kết quả, khoảng 50%-75% tải thiết kế hệ chống xem là lực kích trước có ảnh hưởng đến chuyển vị và áp lực đất lên tường chắn Tối thiểu 25% giá trị độ cứng hữu hiệu hệ chống ảnh hưởng đến việc ngăn chặn sự gia tăng chuyển vị và mômen tường chắn Một trong những phương pháp để ngăn chặn

sự dịch chuyển quá lớn trong việc đào đất-giằng chống, việc gia tải trước trong các thanh chống được xem là cách hiệu quả hơn so với việc tăng độ cứng của thanh chống trong hệ giằng tường, việc gia tải trong hệ chống có thể tránh được nếu lực dọc của thanh chống quá lớn

Theo (Mingfei Li et al., 2008), tác giả cho rằng dùng mô hình Coulomb và Duncan-Chang để phân tích ứng xử của tường vây và hệ chống vách Mô hình Duncan-Chang cho kết quả gần với số liệu quan trắc hơn mô hình MC Mục đích của nghiên cứu là so sánh giữa 2 mô hình để tìm ra mô hình

Mohr-có kết quả gần với số liệu quan trắc và đánh giá Plaxis là phương pháp PTHH cho kết quả gấn với số liệu thực

Theo (Malcolm D Bolton et al., 2010), tác giả cho rằng đưa ra những nguyên nhân mà khi thiết kế cũng như thi công hố móng sâu dẫn đến công trình

bị sụp đổ Thường thì chuyển vị của tường cũng như mô men tăng dần vào những tầng chống dưới và trong khi thi công, công việc quan trắc chuyển vị của tường không cảnh báo được những chuyển vị lớn của tường mà khắc phục Khi

hạ mực nước ngầm trong khi đào hố thực sự hiệu quả đối với những đất mịn ít

thấm, còn khi lớp đất sét nằm trên lớp cát chứa nước thì nguy cơ bùng nền là khó tránh và phải dùng những biện pháp như Jet-grouting trước khi đào để khắc phục Độ sâu chôn tường cũng là những vấn đề cần quan tâm trong thi công hố đào móng sâu và nền đất yếu phải được xử lý trước khi đào Và hệ chống giằng thường hay bị pha hủy vùng liên kết giữa thanh chống và thanh gông Khi tường cắm sâu vào đất cứng nhưng độ cứng của tường không đủ cũng dẫn đến phần tường bên dưới Khoảng không có chống sẽ bị chuyển vị nhiều dẫn đến đất nền xung quanh bị lún nhiều hơn và làm cho bùng nền

2.5 Kết luận

Có nhiều dạng tường vây khác nhau được sử dụng hiện nay nhằm giữ ổn định thành hố đào Mỗi loại tường vây có những ưu khuyết điểm và phạm vi sử dụng khác nhau, cần lựa chọn sử dụng phù hợp

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây trong đó ảnh hưởng của hiệu ứng góc có tác động nhiều, đặc biệt là hình dạng hố đào xây dựng không được vuông cạnh Khi sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn plaxis 2D phân tích chuyển vị tường vây hố đào ta không thấy được sự ảnh hưởng và mức

độ ảnh hưởng của hiệu ứng góc đến chuyển vị tường vây

Thanh chống và tiến trình gia tải kích làm giảm đáng kể chuyển vị của

tường vây Kết quả chuyển vị này phụ thuộc chủ yếu vào khả năng chịu lực của thanh chống và chất lượng các khớp nối giữa thanh chống và tường vây Hệ kích luôn được sử dụng và trong thực tế lực kích thường xuyên được điều chỉnh như một biện pháp giảm chuyển vị của hệ tường vây Tuy nhiên, lực kích cần được điều chỉnh như thế nào trong từng quá trình thi công đào theo giai đoạn và ảnh hưởng của nó lên nhiệm vụ chắn giữ thành công hố đào, giảm chuyển vị ngang đến mức nào vẫn chưa được hiểu biết đầy đủ và được quan tâm thích đáng Vì vậy luận văn này được thực hiện góp phần lắp khoảng trống nghiên cứu đó, một vấn đề riêng đặt ra là nghiên cứu quy trình của lực kích đến chuyển

vị, nội lực của hệ chống, tường vây bê tông cốt thép theo mối quan hệ với số lượng tầng chống và độ cứng toàn cục của hệ chống vách

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Phân tích bài toán hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm Plaxis

3.1.1 Quan hệ thoát nước và không thoát nước

* Quan hệ thoát nước (Drained)

Phân tích "Drained" được sử dụng nhằm mục đích không phát sinh áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong đất nền Đất và nước được xem như một vật liệu đất duy nhất đang chịu tải không liên quan gì đến thoát nước

Phân tích “Drained” chủ yếu áp dụng cho các loại đất rời (thoát nước nhanh)

và ứng xử lâu dài của đất sét

Đặc điểm sử dụng:

+ Tính thấm của vật liệu lớn và tốc độ gia tải chậm

+ Nước lỗ rỗng có thể thoát ra hay chảy vào

+ Không tạo ra áp lực nước lỗ rỗng thặng dư

+ Dùng phù hợp cho đất khô, thoát nước hoàn toàn do hệ số thấm cao (đất cát) hay tốc độ gia tải chậm

+ Mô phỏng ứng xử lâu dài của vật liệu mà không cần quan tâm đến việc cố kết

* Quan hệ không thoát nước (Undrained)

Phân tích "Undrained" được sử dụng nhằm mục đích xem xét ứng xử của đất nền theo ứng suất hữu hiệu, có kể đến quá trình phát triển áp lực nước lỗ rỗng thặng

dư trong đất theo lý thuyết cố kết của Terzaghi:

w'

     (3.1) Phân tích "Undrained" trong Plaxis cho phép xác định khả năng chịu tải của đất nền dựa vào 2 thành phần vật liệu là khung hạt đất và nước lỗ rỗng trong đất Trong quá trình chịu tải, Plaxis sẽ tự động đưa ra thông số mô đun đàn hồi thể tích tổng Ku (cho khung hạt đất + nước lỗ rỗng trong đất):

w u

K

K K '

n

  (3.2)

nK '1K

Bộ thông số hữu hiệu cần được nhập vào cho quá trình tính toán là E', ν', c', φ'

Và từ đó, Ku sẽ được tính toán theo định luật Hooke như sau:

u u

2G 1K

   - khi chọn chế độ tính toán “Manual”

Mô đun độ lớn của nước lỗ rỗng sẽ được tính toán như sau:

Để kết quả tính toán gần chính xác thì mô đun độ lớn của nước phải lớn hơn

mô đun khối của khung hạt đất gấp nhiều lần, Kw nK ' Để điều kiện này được thỏa mãn thì hệ số poison  ' 0.35, khi đó: Kw 30nK '

Thông thường, kết quả tính toán Kw,ref / n vẫn còn nhỏ hơn độ cứng thực sự của nước là o 6 2

Với T < 0.10 : Chọn quan hệ không thoát nước "Undrained"

Với T > 0.40 : Chọn chức năng thoát nước "Drained"

 - Trọng lượng riêng nước

t - Thời gian thi công

D - Chiều dài đường thoát nước

T - Hệ số thời gian không thứ nguyên

U - Mức độ cố kết

3.1.2 Mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng Mohr-Coulomb

Mô hình Mohr-Coulomb (MC) là mô hình đất cơ bản và phổ biến nhất với ứng

xử đàn hổi - dẻo lý tưởng của đất nền, áp dụng tiêu chuẩn phá hoại của Coulomb

Mohr-Nguyên lý chủ yếu của mô hình Mohr - Coulomb là biến dạng của đất nền sẽ bao gồm 2 thành phần: biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

Biến dạng dẻo là biến dạng không hồi phục Để đánh giá biến dạng dẻo có xảy

ra trong tính toán hay không, một hàm dẻo f được định nghĩa Hàm dẻo f là hàm của ứng suất và biến dạng, được thể hiện như một mặt trong không gian ứng suất chính Một mô hình đàn hồi – dẻo lý tưởng là một mô hình cấu thành với một mặt dẻo cố định, mặt dẻo này hoàn toàn được xác định thông qua các thông số đất nền và không chịu ảnh hưởng bởi biến dạng dẻo Đối với các trạng thái ứng suất đặc trưng bởi các điểm bên trong mặt dẻo, ứng xử hoàn toàn đàn hồi và tất cả biến dạng là hồi phục (hình 3.2)

Hình 3.1 Biểu đồ quan hệ ứng suất - Biến dạng

(làm việc đàn hồi và dẻo lý tưởng)

Mô hình MC không xét đến tính tăng bền hay suy bền của vật liệu trong quá trình biến dạng mà chỉ đưa ra một ứng suất cắt giới hạn để tách biệt ứng xử đàn hồi

và ứng xử dẻo