Phân tích ứng xử giữa đất nền và tường vây hố đào cho công trình khu vực quận quận 1 thành phố hồ chí minh

HCM” này chủ yếu tập trung nghiên cứu những phương pháp khác nhau để đánh giá hệ số an toàn tổng thể, sự phình trồi của đất bên trong hố đào và chuyển vị tường vây bằng việc sử dụng các

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP HỒ CHÍ MINH

-

TRẦN HỒNG NGUYÊN

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ GIỮA ĐẤT NỀN VÀ TƯỜNG VÂY

HỐ ĐÀO CHO CÔNG TRÌNH KHU VỰC QUẬN 1 - TP.HCM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGÀNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

TP.HCM, Năm 2018

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP HỒ CHÍ MINH

-

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ GIỮA ĐẤT NỀN VÀ TƯỜNG VÂY

HỐ ĐÀO CHO CÔNG TRÌNH KHU VỰC QUẬN 1 - TP.HCM

Chuyên ngành : Xây dựng dân dụng và công nghiệp

Mã số chuyên ngành: 60 58 02 08

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG

Người hướng dẫn khoa học

TS TRẦN THANH DANH

TP Hồ Chí Minh năm 2018

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng luận văn “Phân tích ứng xử giữa đất nền và tường vây

hố đào cho công trình khu vực quận 1 – TP HCM” là bài nghiên cứu của chính tôi

Ngoại 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

TP Hồ Chí Minh, 2018

TRẦN HỒNG NGUYÊN

Trang 4

LỜI CÁM ƠN Lời cám ơn đầu tiên chân thành gởi đến Thầy TS Trần Thanh Danh

Thầy đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong quá trình học và suốt quá trình làm luận văn Thầy đưa ra những định hướng và lời khuyên rất hữu ích trong quá trình nghiên cứu đề tài này Những định hướng, lời khuyên, sự tận tình của Thầy là động lực giúp tôi hoàn thành luận văn này

Cám ơn các Thầy Cô khoa Xây dựng và Điện trường Đại học Mở TP

Hồ Chí Minh đã truyền đạt những kiến thức thật sự bổ ích trong toàn bộ quá trình giảng dạy

Cám ơn các anh, chị, em và Ban giám đốc Xí Nghiệp 5 – Công ty Nagecco đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong trong suốt thời gian học tập

và hoàn thành luận văn này

Cám ơn tất cả người thân trong gia đình và những người bạn đã ủng hộ tinh thần, động viên và giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và hoàn thành luận văn

TP Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2018

Trang 5

TÓM TẮT

Trong tình hình phát triển đô thị hiện nay việc các công trình cao tầng có tầng hầm xây chen trong khu vực đô thị ngày càng nhiều, việc thiết kế và thi công các công trình có tầng hầm phải được thực hiện sao cho đảm bảo độ an toàn, kinh tế và tăng hiệu quả sử dụng

Quá trình thiết kế và thi công hố đào sâu là một phân đoạn quan trọng của kỹ thuật nền móng Tùy thuộc vào tải trọng công trình, chiều rộng, chiều sâu tầng hầm

và cùng với điều kiện địa chất công trình, để giảm thiểu sự rủi ro trong quá trình thiết

kế và thi công tầng hầm sử dụng tường vây cọc Barrette nhằm đảm bảo mức độ an toàn trong quá trình thi công có nhiều vấn đề cần đề cập đến

Vì vậy đề tài luận văn “Phân tích ứng xử giữa đất nền và tường vây hố đào

cho công trình khu vực quận 1 – TP HCM” này chủ yếu tập trung nghiên cứu

những phương pháp khác nhau để đánh giá hệ số an toàn tổng thể, sự phình trồi của đất bên trong hố đào và chuyển vị tường vây bằng việc sử dụng các thông số đất nền cho phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis Từ kết quả đó so sánh với kết quả thực nghiệm đo đạc tại hiện trường để đánh giá độ tin cậy giữa lý thuyết tính toán và thực nghiệm Từ đó rút ra kết luận để ứng dụng cho các công trình tương tự tiếp theo

Công trình Khách sạn Kỳ Hòa số 39-39A Nguyễn Trung Trực, phường Bến Thành, quận 01, TP.HCM được mô phỏng trong luận văn này Qui mô công trình gồm: 3 tầng hầm, tầng trệt, tầng lửng, 13 lầu Sử dụng tường vây cọc Barrette, móng cọc khoan nhồi Tường vây cọc Barrette D600 dài 24m phần mũi cọc Barret nằm trong lớp đất cát

Mũi cọc Barret nằm trong lớp đất cát không nằm trong lớp đất sét nên giải quyết bài toán này cần phải kiểm tra hệ số ổn định tổng thể và ổn định đáy hố đào bằng cách tăng – giảm chiều dài cọc Barret sau khi đạt được sự ổn định rồi kiểm tra chuyển vị tường vây Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn của phần mềm tính toán

để kiểm tra và so sánh với chuyển vị thực trong đó mô hình Mohr-Coulomb và

Trang 6

Hardening-Soil là 2 mô hình chính sử dụng để kiểm tra và so sánh với chuyển vị thực

tế Việc phân tích trên nhằm dự đoán sự an toàn và chuyển vị tường vây

Kết quả của việc nghiên cứu này là tìm ra thông số độ cứng E50ref lấy bằng Eode

(xác định từ thí nghiệm oedometer) phù hợp áp dụng vào việc tính toán sự biến dạng của tường vây bằng phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis 2D, và bằng việc dùng các công thức thực nghiệm để tính toán các hệ số an toàn để tìm được chiều dài tường thích hợp trong khoảng từ 18m đến 30m

Việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn và công thức thực nghiệm giúp chúng ta hiểu thêm về ảnh hưởng của đất nền lên tường vây từ đó ta có sự lựa chọn thông số tường vây phù hợp cho việc thiết kế công trình có tầng hầm

 Từ khóa: hố đào sâu, tường vây, ổn định, chuyển vị, plaxis 2D

Trang 7

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

TÓM TẮT…… iii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 GIỚI THIỆU 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3

1.3 Ý NGHĨA VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 6

2.1 BỐI CẢNH 6

2.2 MỘT SỐ CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY 7

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15

3.1 TƯỜNG CHẮN ĐẤT 15

3.1.1 Tường chắn bằng cọc chống thép (Soldier piles) 16

3.1.2 Tường chắn bằng cọc bản thép (Sheet piles) 18

3.1.3 Tường chắn bằng cọc nhồi bê tông cốt thép (Column pile) 19

3.1.4 Tường chắn liên tục trong đất (Diaphragm walls) 22

3.2 ÁP LỰC ĐẤT 24

3.2.1 Áp lực đất tĩnh 25

3.2.2 Lý thuyết áp lực đất Rankine (1857) 26

3.2.3 Lý thuyết áp lực đất Coulomb (1776) 28

3.3 PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH 31

3.3.1 Kiểm tra ổn định chống lật (Chang-Yu Ou, 2006) 32

3.3.2 Kiểm tra ổn định trồi (bùng) đáy hố đào (Chang-Yu Ou, 2006) 34

3.3.3 Tính toán hệ số khi đòng thời xem xét c và j (Nguyễn Bá Kế, 2002) 36

Trang 8

3.3.4 Tính toán hệ số theo qui trình hố móng Thượng Hải (Nguyễn Bá

Kế, 2002) 38

3.3.5 Kiểm tra ổn định đáy hố đào trong đất cát (Nguyễn Bá Kế, 2006) 40 3.3.6 Kiểm tra ổn định dòng thấm không có áp của đáy hố đào (Nguyễn Bá Kế, 2006) 41

3.3.7 Tính toán ổn định trong Plaxis (Phi/c reduction) (Nguyễn Viết Trung, 2009) 44

3.4 MÔ HÌNH ĐẤT NỀN TRONG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (PLAXIS Version 8 Material Models Manual) 45

3.4.1 Mô hình Mohr – Coulomb (MC) 45

3.4.2 Mô hình Hardening Soil (HS) 48

3.4.3 Một số công thức thực nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý của đất: 52

CHƯƠNG 4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 57

4.1 GIỚI THIỆU 57

4.2 BỐI CẢNH VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 57

4.3 QUI TRÌNH NGHIÊN CỨU 67

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO 69

5.1 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN THÔNG SỐ ĐỘ CỨNG CỦA ĐẤT NỀN 69 5.2 KIỂM TRA ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO 73

5.2.1 Trường hợp 1 chiều dài tường 18m 73

Trang 9

5.2.8 Hệ số ổn định trong phương pháp phân tích phần tử hữu hạn: 115

5.3 KIỂM TRA CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY 122

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 133

6.1 KẾT LUẬN 133

6.2 KIẾN NGHỊ 133

TÀI LIỆU THAM KHẢO 135

PHỤ LỤC…… 138

Số liệu đo đạc biểu đồ chuyển vị ngang tường vây 138

Trang 10

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

HÌNH 2 1: BIỂU ĐỒ THỰC NGHIỆM ĐỂ DỰ TÍNH ĐỘ LÚN CỦA ĐẤT QUANH HỐ MÓNG (PECK,

1969) 7

HÌNH 2 2: QUAN HỆ GIỮA CHUYỂN DỊCH NGANG VÀ CHUYỂN DỊCH THẲNG ĐỨNG VỚI HỆ SỐ BIẾN DẠNG (O’ROURKE, 1981) 9

HÌNH 2 3: PHƯƠNG PHÁP BÁN KINH NGHIỆM ĐỂ DỰ TÍNH ĐỘ LÚN TRONG CÁT BAUER (1984) 10 HÌNH 3 1: CỌC CHỐNG THÉP: (A) MẶT TRƯỚC VÀ (B) MẶT CẮT 16

HÌNH 3 2: PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CỌC CHỐNG THÉP. 17

HÌNH 3 3: CÁC LOẠI CỌC BẢN THÉP. 18

HÌNH 3 4: PHƯƠNG PHÁP BỐ TRÍ CỌC BẢN THÉP 19

HÌNH 3 5: CÁC CÁCH BỐ TRÍ CỌC NHỒI LÀM TƯỜNG CHẮN ĐẤT. 20

HÌNH 3 6: TRÌNH TỰ THI CÔNG CỌC NHỒI. 21

HÌNH 3 7: TƯỜNG CHẮN CỌC NHỒI BÊ TÔNG CỐT THÉP 21

HÌNH 3 8: QUI TRÌNH THI CÔNG TẤM PANEL TƯỜNG VÂY: 22

HÌNH 3 9: QUI TRÍNH THI CÔNG TƯỜNG VÂY: 23

HÌNH 3 10: TƯỜNG LIÊN TỤC TRONG ĐẤT VÀ HỆ THỐNG GIẰNG CHỐNG 24

HÌNH 3 11: BA LOẠI ÁP LỰC ĐẤT 25

HÌNH 3 12: VÒNG TRÒN ỨNG SUẤT Ở ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG GIỚI HẠN 26

HÌNH 3 13: ÁP LỰC ĐẤT CHỦ ĐỘNG RANKINE 27

HÌNH 3 14: ÁP LỰC ĐẤT BỊ ĐỘNG RANKINE 28

HÌNH 3 15: ÁP LỰC ĐẤT CHỦ ĐỘNG COULOMB 29

HÌNH 3 16: ÁP LỰC ĐẤT BỊ ĐỘNG COULOMB 30

HÌNH 3 17: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CHỐNG LẬT THEO PHƯƠNG PHÁP ÁP LỰC TỔNG 32

HÌNH 3 18: LỰC ĐẤT BÊN NGOÀI HỐ ĐÀO LỚN LÀM CHÂN TƯỜNG BỊ DỊCH CHUYỂN VÀO BÊN TRONG 33

HÌNH 3 19: MÔ TẢ HIỆN TƯỢNG BÙNG ĐÁY HỐ ĐÀO 34

HÌNH 3 20: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TRỒI ĐÁY HỐ ĐÀO CỦA TERZAGHI 35

HÌNH 3 21: PHÂN TÍCH CHỐNG TRỒI KHI ĐỒNG THỜI XEM XÉT C VÀ j 37

Trang 11

HÌNH 3 22: PHÂN TÍCH CHỐNG TRỒI THEO QUI TRÌNH THƯỢNG HẢI 38

HÌNH 3 23: ĐỘ SÂU CẦN THIẾT CỦA CHÂN TƯỜNG CHẮN ĐỂ NGĂN NGỪA KHẢ NĂNG PHÁ HỦY THỦY LỰC DƯỚI ĐÁY HỐ ĐÀO (US NAVY) 40

HÌNH 3 24: SƠ ĐỒ KIỂM TRA PHUN TRÀO ĐÁY HỐ ĐÀO DO DÒNG THẤM. 41

HÌNH 3 25: SƠ ĐỒ KIỂM TRA PHUN TRÀO ĐÁY HỐ TƯỜNG CHẮN 42

HÌNH 3 26: KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA MÔ HÌNH ĐÀN DẺO LÝ TƯỞNG 46

HÌNH 3 27: CÁC MẶT PHÁ HOẠI MC TRONG KHÔNG GIAN ỨNG SUÂT 46

HÌNH 3 28: XÁC ĐỊNH E 0 VÀ E 50 TỪ THÍ NGHIÊM NÉN BA TRỤC THOÁT NƯỚC 47

HÌNH 3 29: QUAN HỆ ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG HYPERBOLIC LÚC GIA TẢI SƠ CẤP CỦA THÍ NGHIỆM BA TRỤC THOÁT NƯỚC 50

HÌNH 3 30: XÁC ĐỊNH TỪ BIỂU ĐỒ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT KHÔNG NỞ HÔNG (OEDOMETER) 51

HÌNH 4 1: PHỐI CẢNH CÔNG TRÌNH 58

HÌNH 4 2: MẶT CẮT NGANG CÔNG TRÌNH 59

HÌNH 4 3: MẶT BẰNG BỐ TRÍ VÁCH HẦM 60

HÌNH 4 4: MẶT CẮT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH 61

HÌNH 4 5: SƠ ĐỒ BỐ TRÍ HỐ QUAN TRẮC 66

HÌNH 5 1: CHUYỂN VỊ NGANG TƯỜNG KHI X1 69

HÌNH 5 7: HỆ SỐ ỔN ĐỊNH TƯƠNG ỨNG TRƯỜNG HỢP TƯỜNG DÀI 18M, MÔ HÌNH MC 115

Trang 12

HÌNH 5 14: HỆ SỐ ỔN ĐỊNH TƯƠNG ỨNG TRƯỜNG HỢP TƯỜNG DÀI 18M, MÔ HÌNH HS 117

HÌNH 5 21: SO SÁNH HỆ SỐ AN TOÀN ÁP LỰC TỔNG (PUSH-IN) VÀ HỆ SỐ YÊU CẦU 119

HÌNH 5 22: SO SÁNH HỆ SỐ AN TOÀN TERZAGHI VÀ HỆ SỐ YÊU CẦU 119

HÌNH 5 23: SO SÁNH HỆ SỐ AN TOÀN U_B_GIÁM VÀ HỆ SỐ YÊU CẦU 120

HÌNH 5 24: SO SÁNH HỆ SỐ AN TOÀN THƯỢNG HẢI VÀ HỆ SỐ YÊU CẦU 120

HÌNH 5 25: SO SÁNH HỆ SỐ AN TOÀN US_NAVY VÀ HỆ SỐ YÊU CẦU 120

HÌNH 5 26: SO SÁNH HỆ SỐ AN TOÀN DÒNG THẤM KHÔNG ÁP VÀ HỆ SỐ YÊU CẦU 120

HÌNH 5 27: SO SÁNH HỆ SỐ AN TOÀN CHỐNG PHUN TRÀO VÀ HỆ SỐ YÊU CẦU 121

HÌNH 5 28: SO SÁNH HỆ SỐ AN MC_MODE VÀ HS_MODE 121

HÌNH 5 29: CHUYỂN VỊ NGANG VÀ CHUYỂN VỊ ĐỨNG TƯỜNG DÀI 18M, MÔ HÌNH MOHR-COULOMB 122

HÌNH 5 30: CHUYỂN VỊ NGANG VÀ CHUYỂN VỊ ĐỨNG TƯỜNG DÀI 18M, MÔ HÌNH HARDENING-SOIL 122

Trang 13

HÌNH 5 36: CHUYỂN VỊ NGANG VÀ CHUYỂN VỊ ĐỨNG TƯỜNG DÀI 24M, MÔ HÌNH

HÌNH 5 43: CHUYỂN VỊ NGANG TƯỜNG ỨNG VỚI TƯỜNG TRƯỜNG HỢP CHIỀU DÀI TƯỜNG

THEO MÔ HÌNH MOHR-COULOMB 129

HÌNH 5 44: CHUYỂN VỊ NGANG TƯỜNG ỨNG VỚI TƯỜNG TRƯỜNG HỢP CHIỀU DÀI TƯỜNG

THEO MÔ HÌNH HARDENING SOIL 129

Trang 14

DANH MỤC BẢNG

BẢNG 3 1: CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU CHẮN GIỮ (NGUYỄN BÁ KẾ, 2002) 15

BẢNG 3 2: MỐI QUAN HỆ C U , j VÀ N (SPT) THEO MỘT SỐ CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM 52

BẢNG 3 3: THANG ĐO HỆ SỐ POISSON (DUNCAN, 1980) 52

BẢNG 3 4: HỆ SỐ M K THEO HỆ SỐ RỖNG VÀ LOẠI ĐẤT (TCVN 4200:2012) 54

BẢNG 3 5: CÔNG THỨC KINH NGHIỆM CỦA BOWLES (1988) MỐI LIÊN HỆ GIỮA MODUL BIẾN DẠNG E CỦA ĐẤT THEO SPT VÀ CPT (CHANG-YU OU, 2006) 54

BẢNG 3 6: THANG ĐO MODUL BIẾN DANG E CỦA CÁC LOẠI ĐẤT KHÁC NHAU (BOWLES, 1988) 55 BẢNG 3 7: HỆ SỐ THẤM CỦA MỘT SỐ LOẠI ĐẤT (HOÀNG VIỆT HÙNG, 2016) 56

BẢNG 4 1: ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA CÁC LỚP ĐẤT 62

BẢNG 4 2: CHIỀU DÀY CÁC LỚP ĐẤT 63

BẢNG 4 3: THÔNG SỐ ĐỊA CHẤT SỬ DỤNG CHO MÔ HÌNH MOHR - COULOMB 64

BẢNG 4 4: THÔNG SỐ ĐỊA CHẤT SỬ DỤNG CHO MÔ HÌNH HARDENING SOIL 64

BẢNG 4 5: THÔNG SỐ TƯỜNG VÂY 65

BẢNG 4 6: THÔNG SỐ HỆ SHORING TẦNG 1 VÀ 2 65

BẢNG 4 7: THÔNG SỐ HỆ SHORING TẦNG 3 65

BẢNG 4 8: CÁC TRƯỜNG HỢP CHIỀU DÀI TƯỜNG VÂY 65

BẢNG 5 1: SO SÁNH KẾT QUẢ CHUYỂN VỊ NGANG LỚN NHẤT CỦA TƯỜNG KHI QUAN TRẮC GIAI ĐOẠN CUỐI VÀ SỰ TĂNG DẦN .72

BẢNG 5 2: TỔNG HỢP CÁC TRƯỜNG HỢP HỆ SỐ AN TOÀN 119

BẢNG 5 3: TỔNG HỢP MỐI LIÊN HỆ GIỮA CHIỀU DÀI TƯỜNG VÀ CHUYỂN VỊ 130

Trang 15

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

1.1 GIỚI THIỆU

Trong quá trình phát triển, nhu cầu về xây dựng các công trình nhà cao tầng có tầng hầm trong khu vực đô thị ngày càng tăng cao Việc thi công đào đất tầng hầm cho các công trình xây chen, ảnh hưởng biến dạng của tường vây và đất nền trong quá trình thi công nếu không khảo sát và tính toán không hợp lý sẽ dẫn đến các hậu quả là làm hư hại các công trình lân cận và công trình đang thi công làm ảnh hưởng đến chức năng kết cấu liên quan, hiệu suất và độ bền của chính công trình Đề tài về

hố đào sâu đã được các tài liệu, sách vở và các bài bào viết khá nhiều, sự kết hợp các thông số thực nghiệm, kỹ thuật thi công và phương pháp tính toán thiết kế mới để diễn tả sự tương tác giữa đất và kết cấu cho các công trình ngầm Yếu tố an toàn trong việc thi công hố đào sâu được đưa lên hàng đầu, nhằm tránh nguy cơ thiệt hại có thể xảy ra, làm tăng hiệu quả kinh tế Trong khu vực nội thành, xây chen việc quan trắc biến dạng vô cùng quan trọng, vì vậy biện pháp thi công phải được thiết kế và kiểm tra chặt chẽ, một khi biến dạng quá mức sẽ làm hư hại các công trình lân cận, ảnh hưởng đến kết cấu và khả năng chịu lực tường vây trong thời gian dài Việc quan trọng nữa đó là áp lực đất tác động lên tường chắn có thể được tính toán một cách tin cậy để đạt mức độ an toàn chống lại sự phá hoại Ngoài ra, sự am hiểu những mô hình

cơ bản của đất nền cũng hết sức quan trọng khi mà những công cụ số, cũng như là phương pháp phần tử hữu hạn (FE-method) được sử dụng

Đối với hố đào sâu sự phá hoại hoặc sụp đổ khi thi công là một tai họa tại khu vực này, điều tai hại nhất là nó có thể gây nguy hiểm cho người đang làm việc và tài sản tại hố đào và xung quanh nó Nếu việc phá hoại hoặc sụp đổ của hố đào xảy ra thì phạm vi ảnh hưởng của nó thường rất lớn Điều này có thể nhận biết sớm qua việc phân tích sự biến dạng của đất bên trong và bên ngoài tường chắn kết hợp với việc khảo sát đo đạc độ lún của đất nền bên trên và các công trình hiện hữu xung quanh

nó Sự biến dạng bất thường của nó không chỉ ảnh hưởng đến tường chắn mà còn ảnh hưởng đến các sự việc tiếp theo Đối với khả năng chịu lực của hố đào nó còn liên

Trang 16

quan đến hệ thống chống đỡ, thời điểm nguy hiểm nhất trong quá trình thi công Vì tầm ảnh hưởng lớn nên để tránh sự phá hoại hoặc sụp đổ của hố đào cần phải tính toán sao cho hố đào đạt được sự ổn định cần thiết

Nhu cầu phát triển công trình ngầm đô thị ngày càng nâng cao do sự phát triển kinh tế xã hội ngày càng tăng, quỹ đất phục vụ xây dựng trong đô thị ngày càng giảm nên nhu cầu xây dựng các công trình có tầng hầm ngày càng phát triển Vì vậy đối với việc thiết kế và thi công công trình hố đào sâu trong nội thành, địa chất bao gồm các lớp đất sét, cát, trầm tích tất cả không tránh khỏi sự biến dạng của nền đất khi khi dụng công trình mới và các công trình lân cận

Khi thi công hố đào sâu lớp đất trong hố đào bị mất đi điều này làm thay đổi ứng suất và biến dạng của đất dẫn đến sự mất ổn định của nền đất như đất bị trượt, đáy hố đào bị vồng lên và hiện tượng cát chảy… Do đó khi thiết kế tường chắn giữ

hố đào cần kiển tra sự ổn định của hố đào cần thiết phải có thêm biện pháp gia cường

để tăng sự ổn định của hố đào Nếu thiết kế hoặc thi công không đúng hố đào sẽ mất

ổn định và phá hoại Sự phá hoại này có thể xảy ra đột ngột hoặc cũng có thể xảy ra chậm chạp do một số nguyên nhân tác động như sự rung động, mưa bão, tải trọng do con người gây ra và cũng có nguyên nhân không rỏ ràng như thiếu độ an toàn khi thiết kế hoặc thi công không đúng kỹ thuật

Giải pháp thiết kế biện pháp thi công hố đào sâu thường dựa trên các công thức thực nghiệm Tuy nhiên nếu chiều sâu vượt quá giới hạn thiết kế thông thường, trong điều kiện xây dựng hiện đại, địa chất phức tạp theo những trình tự thi công khác nhau,

có hệ thống chống hoặc neo hay kết hợp vừa chống vừa neo, sự hình thành và phát triển áp lực nước lỗ rỗng thì phương pháp dự đoán áp lực đất bên ngoài và biến dạng thì độ tin cậy giải pháp thiết kế bị giảm đi nên kết hợp với biện pháp quan trắc

Vì vậy vấn đề chính liên quan đến giải pháp thiết kế thi công hố đào sâu trong khu vực nội thành là:

1 Thiết kế biện pháp thi công hố đào sâu có hệ thống chống hoặc neo hoặc kết hợp cả hai

Trang 17

2 Thiết kế biện pháp sao cho ngăn ngừa và giảm thiệt hại đến mức tối đa cho công trình xây dựng và các công trình lân cận

3 Thiết kế biện pháp thi công sao cho đạt hiệu quả kinh tế nhất, ứng dụng các phần mềm tính toán gần đúng với thực tế thi công

Vấn đề giải quyết khó khăn liên quan đến thiết kế thi công hố đào sâu hiện nay

là sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Bởi vì phương pháp này cung cấp khả năng nhận xét và đánh giá biến dạng của tường vây do ảnh hưởng của áp lực đất theo thời điểm thi công và phát triển biến dạng lâu dài

Việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn cho phân tích địa kỹ thuật yêu cầu một mô hình gần như chính xác của ứng xử đất Sự chọn lựa mô hình cơ bản nào trong phân tích phần tử hữu hạn cũng phải xem xét đến vấn đề như là kiểu của mô hình cơ bản, trình tự thi công, điều kiện đất và độ cứng của tường trước khi phân tích Lựa chọn mô hình tính toán thích hợp nhất sao cho bảo đảm sự an toàn và kinh tế Các phương pháp phần tử hữu hạn thường được sử dụng nhất trong thiết kế địa

kỹ thuật như:GEO-SLOPE, MSHEET và PLAXIS Các chương trình này đòi hỏi những thông số đầu vào khác nhau nhận được từ những thí nghiệm khác nhau Tuy nhiên Plaxis là một trong những phần mềm phổ biến kết hợp những mô hình cơ bản với những thông số có thể nhận được trực tiếp hay gián tiếp từ những thí nghiệm đơn giản trong phòng như thí nghiệm ba trục và nén cố kết

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Việc thiết kế và thi công hố đào sâu, toàn bộ tường vây nằm xây chen giữa các công trình khác nên tường vây bị tác động bởi các lớp đất xung quanh nó gây ra chuyển vị tường Tất cả các yếu tố gây ảnh hưởng lên tường vây đó là sự làm việc của đất, mối quan hệ ứng suất biến dạng trong quá trình thi công tầng hầm, tất cả quá trình làm việc của đất đều ảnh hưởng lên tường chắn Một số các yếu tố khác gây ảnh hưởng đến việc thi công hố đào:

+ Loại và đặc trưng của hố đào

+ Chiều sâu, chiều dày, cường độ tường vây

Trang 18

+ Các công trình lân cận (kiểu móng, chiều cao tầng, khoảng cách.)

+ Biện pháp thi công, chất lượng thi công

+ Thời tiết trong quá trình thi công (có thể được xét đến)

Tất cả các yếu tố trên đều ảnh hưởng lên tường vây và có khả năng gây ra chuyển

vị tường Vì vậy trong quá trình thiết kế người thiết kê phải lường trước tất cả các yếu tố có thể gây bất lợi cho công trình

Mục đích của việc nghiên cứu ảnh hưởng của đất nền đối với hố đào sâu làm tăng thêm kiến thức chuyên môn cho các kỹ sư thiết kế làm tăng khả năng sử dụng các phần mềm phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn và so sánh với số liệu thực tế đã được đo đạc được bằng công trình thực tế Từ đó so sánh và rút ra kinh nghiệm cho các dự án tiếp theo

Mục đích chính của việc nghiên cứu gồm:

+ Mục tiêu 1: Thu thập và phân tích số liệu địa chất để tìm ra thông số độ

cứng đất nền thích hợp cho việc mô phỏng bài toán chuyển vị tường vây và ổn định hố đào bằng phương pháp phần tử hữu hạn

+ Mục tiêu 2:

 Dùng các công thức thực nghiệm để tính toán và kiểm tra các hệ số

ổn định cho hố đào với nhiều chiều dài tường thay đổi từ 18 – 30m

 Phân tích chuyển vị tường vây bằng phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis 2D Sử dụng 2 mô hình Mohr-Coulomb và Hardening-Soil để tính toán với chiều dài tường thay đổi từ 18 – 30m + Mục tiêu 3: Kiểm tra và so sánh chuyển vị của tường vây giữa số liệu thực

tế đo đạc và lý thuyết tính toán So sánh các hệ số an toàn của

hố đào sâu với chiều dài tường thay đổi từ 18 – 30m

Phạm vi việc nghiên cứu này ứng dụng với công trình Khách sạn Kỳ Hòa số 39A Nguyễn Trung Trực, phường Bếnh Thành, quận 01, TP Hồ Chí Minh Qui mô công trình gồm 3 tầng hầm, kèm với số liệu quan trắc đo đạc trong thời gian thi công

Trang 19

39-1.3 Ý NGHĨA VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Ý nghĩa khoa học: Tìm hiểu các nguyên nhân trực tiếp hoặc gián tiếp gây ra chuyển vị của tường vây và gây sự mất ổn định của đất nền bên trong và bên ngoài

hố đào Từ đó hiểu thêm về sự làm việc của đất nền trong quá trình thi công hố đào sâu

Ý nghĩa thực tiễn của việc nghiên cứu: Hiểu thêm về sự làm việc của đất nền ảnh hưởng của nó tác động lên hố đào thông qua việc phân tích và so sánh giữa số liệu quan trắc hiện trường lý thuyết ứng dụng trong việc giải quyết bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn Tìm ra hệ số an toàn hợp lý cho việc thiết kế và thi công hố đào sâu với nhiều loại chiều dài tường vây khác nhau trong điều kiện địa chất phức tạp từ đó tìm ra chiều dài tường vây hay chiều sâu của tường cắm trong đất là thích hợp đảm bảo an toàn và kinh tế

Trang 20

Việc thiết kế hố đào sâu nhằm ổn định, chống lại sự biến dạng do tác động các lớp đất và các công trình xung quanh nó, phụ thuộc vào độ cứng của tường vây, biện pháp thi công và chuyển động của đất xung quanh trong quá trình thi công

Sau khi hoàn thành công trình ứng suất trong đất nền bên dưới công trình cũng gia tăng và có thể gây ảnh hưởng đến các công trình lân cận

Quá trình thi công đào đất tầng hầm ảnh hưởng của các tải trọng xung quanh, chiều sâu đào, chỉ tiêu cơ lý của đất nền, mực nước ngầm, loại kết cấu tường vây, biện pháp thi công gây ra:

+ Loại chuyển vị ;

+ Tốc độ chuyển vị ;

+ Độ lớn, sự phân bố cũng như dạng chuyển vị

Một trong những quan trọng của việc thiết kế ổn định là hệ số an toàn Hệ số

an toàn càng lớn ổn định càng cao tuy nhiên nó lại ảnh hưởng chi phí dự án, hệ số nhỏ có thể tiết kiệm chi phí nhưng nguy cơ mất an toàn cao Phân tích ổn định tổng thể bao gồm: phân tích sự phá hoại tổng thể, phân tích sự phun trào có thể xuất hiện đối với cát chảy, phân tích sự trồi (bùng) đáy hố móng Vì vậy việc thiết kế hệ số an toàn sao cho độ cứng của tường vây phù hợp với điều kiện địa chất và các công trình lân cận không bị ảnh hưởng phải được các kỹ sư thiết kế tính đến Mặc dù vậy biến dạng đất nền thường khó dự đoán nên việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong thiết kế hố đào sâu là cần thiết áp dụng

Trang 21

2.2 MỘT SỐ CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY

Kết quả thực tế được kiểm tra và so sánh thực nghiệm đã được các nhà nghiên cứu trước đây thiết lập dựa trên mối quan hệ giữa chuyển vị tường vây được đo đạc thực tế tại hiện trường và với những thông số các công trình tương tự Tuy nhiên chỉ

là giả định nhưng nó cũng được làm cơ sở để áp dụng trong việc tính toán sơ bộ Một số phương pháp kinh nghiệm và bán kinh nghiệm của nước ngoài về hố đào sâu:

- Phương pháp của Peck (1969): Peck đã xem xét những hố đào sâu là những

hố đào thẳng đứng có các hệ thống chống đỡ Biến dạng của đất nền xung quanh hố đào, biến dạng đất nền (phình trồi) đáy hố đào, đưa ra biện pháp

là giảm sự mất ổn định của đất nền xung quanh hố đào và các biểu đồ áp lực đất phục vụ cho công tác thiết kế hố đào Biểu đồ được vẽ theo khoảng cách từ hố đào đến nơi xảy ra độ lún Tuy nhiên, nhận xét trên của Peck những trường hợp nghiên cứu đã xuất bản và kinh nghiệm cá nhân Có 3 nguyên nhân chính ảnh hưởng đến biến dạng của đất đối với việc thi công

hố đào sâu Thứ nhất đó là tính chất cơ lý (loại) của đất, biện pháp hay công nghệ thi công Thứ hai là chiều sâu hố đào Thứ ba mà Peck gọi là “tay nghề công nhân” trong việc kiểm soát chuyển vị đất nền

Hình 2 1: Biểu đồ thực nghiệm để dự tính độ lún của đất quanh hố móng

(Peck, 1969)

Trang 22

Vùng I: Cát và sét từ mềm tới cứng (C u > 30kPa), trình độ thi công trung bình;

Vùng II: Sét rất mềm tới mềm (C u < 30kPa);

Vùng III: Sét rất mềm tới mềm ở độ sâu dưới đáy hố móng

H – Độ sâu hố móng; S – khoảng cách từ điểm dự tính lún tới vách hố móng;  - độ lún cần tính

- Phương pháp 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 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 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 (AE/L) do hiệu ứng nén tại

vị trí liên kết và hiệu ứng uốn của giằng chống

Trang 23

Hình 2 2: Quan hệ giữa chuyển dịch ngang và chuyển dịch thẳng đứng với hệ

số biến dạng (O’Rourke, 1981)

- Phương pháp của Bauer (1984): là một trong những phương pháp bán kinh nghiệm Phương pháp này có khả năng áp dụng cho các hố móng trong cát, đã cho thấy sự hợp lí giữa các số liệu lún tính toán và các dịch chuyển hiện trường, mặc dù độ rộng vùng ảnh hưởng lún tính toán được xuất hiện

có giới hạn độ mở rộng theo phương ngang nhỏ hơn độ sâu hố đào

Trang 24

Hình 2 3: Phương pháp bán kinh nghiệm để dự tính độ lún trong cát Bauer (1984)

a) Độ lún của đất xung quanh tường;

b) Sự biến đổi của hệ số lún theo đặc tính của đất nền

Một số đề tài luận văn thạc sĩ trước đây nghiên cứu về hố đào sâu:

- Đề tài “Phân tích ổn định của tường vây cọc Barrette khi đào sâu trong đất yếu” của Mai Anh Tuấn (2016) trường Đại học Bách Khoa Nghiên cứu ổn định và chuyển vị của tường vây trong đất yếu, tác giả chỉ ra một số việc nghiên cứu bằng phương pháp phần tử hữu hạn, tìm hiểu thông số quan trắc, đánh giá số liệu Theo tác giả việc chưa đưa ra đầy đủ số liệu về quan trắc trong toàn bộ quá trình thi công nên chưa thể so sánh một cách tổng quát, chưa xét đến biến dạng đất xung quanh hố đào Mặc dù theo tác giả đây là nền đất yếu Có kiểm tra tính toán phình trồi nhưng kết quả không đáng kể do nền bên dưới được gia cố bằng cọc xi măng đất

Trang 25

- Đề tài “Phân tích ổn định hệ tường vây kết hợp Barrette trong quá trình thi công

hố đào bằng mô hình Plaxis 3D” của Nguyễn Thanh Nam (2015) trường Đại học Bách Khoa Nghiên cứu chuyển vị của tường vây bằng phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis 2D và 3D và giới hạn trong mô hình Mohr-Coulomb, so sánh 2

mô hình này, và so sánh với kết quả thực nghiệm,việc nghiên cứu vẫn chưa thấy nhắc đến sự ổn định của đất bên trong hố đào mặc dù trước đó có đề cập đến

- Đề tài “Phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong thi công hố đào bằng phương pháp phần tử hữu hạn” của Võ Phước Đạt (2014) trường Đại học Bách Khoa Đề tài nêu khá rõ ràng về các quá trình thi công và kiểm tra Nghiên cứu chuyển vị của hố đào bằng phương pháp phần tử hữu hạn và so sánh với số liệu thực tế, đề tài cũng nói về sự phình trồi của đất tại đáy hố móng nhưng kết quả sau khi giải bài toán lại không đề cập đến chuyển vị đáy hố đào do mô hình tính toán là ½ hố đào

- Đề tài “Nghiên cứu chuyển vị và ổn định của tường vậy trong quá trình thi công

hố đào sâu” của Nguyễn Đình Phi (2011) trường Đại học Bách Khoa Đề tài nghiên cứu đầy đủ về chuyển vị của hố đào: tường vây, đất bên trong và ngoài

hố đào, sự phình trồi của lớp đất trong giai đoạn đào từng lớp

- Đề tài “Nghiên cứu phương pháp tính áp lực đất phù hợp cho tường vây hố đào sâu” của Nguyễn Bửu Anh Thư (2013) trường Đại học Bách Khoa Tác giả nghiên cứu các phương pháp tính áp lưc đất lên tường chắn bằng phương pháp giải tích, tính phình trồi đáy hố đào, chuyển vị của tường chắn bằng phương pháp phần tử hữu hạn và so sánh tất cả với số liệu quan trắc thực tế công trình

- Đề tài “Ứng dụng giải pháp xử lý đất yếu dưới đáy hố đào để ổn định tường vây cho nhà cao tầng” của Khổng Hồ Tố Trâm (2015) trường Đại học Bách Khoa Tác giả nghiên cứu giải pháp phụt vữa áp lực cao để xử lý nền đất yếu nhằm hạn chế sự mất ổn định của đất xung quanh và đáy hố đào Tác giả cũng tính toán và đưa ra một số biện pháp phun phụt vữa để ổn định đất nền xung quanh và đáy

hố đào

Một số bài báo nghiên cứu liên quan đến quá trình thiết kế hố đào sâu như:

Trang 26

- Nghiên cứu “Ảnh hưởng của hố đào sâu đến độ lún mặt nền công trình lân cận” của Nguyễn Hồng Nam, và các cộng sự (2011), Trường Đại học Thủy lợi Bài báo giới thiệu hai phương pháp phân tích biến dạng nền công trình lân cận hồ đào đó là phương pháp dầm trên nền đàn và phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis Nghiên cứu mô phỏng có xét đến ảnh hưởng của các tham số đến độ lún mặt nền như: chiều sâu hố đào, khoảng cách từ mép hố đào đến công trình lân cận, tải trọng bề mặt Kết quả nghiên cứu bài báo cho thấy chiều dài hố đào, khoảng cách

từ mép hố đào đến công trình lân cận và tải trọng bề mặt ảnh hưởng đáng kể đến

độ lún mặt nền Tuy nhiên việc nghiên cứu này chỉ giới hạn với tường cừ bằng thép có thanh chống ngang, mực nước ngâm sâu, đất nền đồng chất Vì vậy để việc nghiên cứu tiếp theo là tường bê tông cố thép, đất nền nhiều lớp khác nhau, mực nước ngầm cao để cho ra các kết quả khác nhau và khách quan hơn cho việc so sánh

- Bài đã đăng trên Tạp chí Cầu Đường Việt Nam “Kiểm soát những tác động của

sự dịch chuyển đất trong xây dựng hầm đô thị”, Tác giả: Brian Brenner, và các cộng sự (2001) (Biên dịch: Nguyễn Đức Toản

Bài báo đề cập đến vấn đề "địa hình khó khăn" liên quan tới hiều thách thức về mặt tổ chức và kỹ thuật gặp phải khi xây dựng một hầm sâu theo phương pháp đào và lấp qua khu đô thị đông dân Yêu cầu việc xây dựng không được gây ra bất cứ hậu quả nào cho xung quanh

Các vấn đề được đề cập bao gồm:

 Xem xét các phương pháp dự đoán chuyển dịch đất do đào và tác động của nó tới các công trình kế cận

 Phương pháp thi công làm giảm nhẹ sự chuyển dịch đất

 Các vấn đề liên quan đến việc kiểm soát dịch đất hố đào và các tác động của nó

Các nguyên nhân gây dịch đất ngoài phạm vi hố đào có thể phân làm hai loại chung:

 Biến dạng của các thành phần của hệ chống vách

Trang 27

 Biến dạng của đất do tương tác của khối đất xung quanh và nước ngầm đối với các hoạt động đào

 Hiệu ứng trồi: thường là nguồn gây biến dạng duy nhất lớn nhất và khó kiểm soát nhất Khi lớp đất nền ngay dưới hố đào làm việc như là một phản lực với tải trọng tường, khối đất này nằm trong trạng thái nén Tường tác dụng lên nó như một dạng áp lực đất bị động Kết quả là khối đất biến dạng và làm cho tường chuyển dịch vào phía trong Độ lún cứ tích lũy theo quá trình đào vì không thể hồi phục được Tình trạng trở nên khó giải quyết hơn nếu lớp đất chịu nén mở rộng tới độ sâu ngoài phạm vi cao độ đào cuối cùng

Bài báo này nói đến việc kiểm soát và quản lý sự chuyển dich của đất xung quanh hố đào, đưa ra kinh nghiêm trước đây và các phương pháp bán kinh nghiệm, đưa ra các biện pháp thi nhằm hạn chế sự dich chuyển

- Bài “Tính toán hạ thấp mực nước ngầm của hố móng bằng hệ thống giếng”, Tác giả Lương Vân Anh (2009), Trung tâm Quốc gia nước sạch và VSMTNT Công tác tiêu nước hố móng liên quan đến điều kiện địa chất công trình của khu vực xây dựng, kích thước hố móng, biện pháp đào móng, khả năng ảnh hưởng đến các công trình lân cận vì vậy, nó phụ thuộc vào cả ba khâu: khảo sát, thiết kế và thi công Giải pháp tiêu nước hố móng bằng cách hút nước từ hệ thống giếng bố trí xung quanh là giải pháp thông dụng, hiệu quả vì có cơ sở lý thuyết thấm chặt chẽ và thuận lợi trong tổ chức thi công Giải pháp hút nước từ hệ thống giếng thường được lựa chọn vì có các ưu điểm cơ bản:

 Tạo gradient thuỷ lực ngược với hướng đổ của mái hố móng, vì vậy, ngăn chặn hiện tượng cát chảy, xói sụt mái hố móng, cát đùn ở đáy hố móng

 Đáy hố móng thông thoáng, không bị cản trở bởi hệ thống thiết bị tiêu nước, thuận lợi cho thi công

 Chủ động hạ thấp mực nước xuống dưới đáy hố móng đến độ sâu yêu cầu, bảo đảm đáy hố móng khô ráo, thuận lợi thi công

Trang 28

Về việc thi công hạ mực nước ngầm, nếu thực hiện không đúng đồ án thiết

kế hoặc đúng đồ án thiết kế nhưng không đúng quy trình cũng dẫn đến giảm hiệu quả hạ thấp mực nước ngầm, tức là giảm hiệu quả xử lý nước

hố móng Việc thi công không đúng quy trình có thể làm chặt đất xung quanh giếng, giảm hệ số thấm dẫn đến giảm hệ số dẫn nước, cũng tức là giảm độ hạ thấp mực nước trong phạm vi giữa các giếng Để bảo đảm chắc chắn thành công khi áp dụng cần phải thực hiện nghiêm chỉnh các công việc trong cả 3 khâu khảo sát, thiết kế, thi công

Các phương pháp nghiên cứu đều có ưu và nhược điểm tùy thuộc vào các điều kiện địa chất, địa hình, kỹ thuật, kinh tế từng loại công trình và địa điểm xây dựng

mà chọn biện pháp thiết kế thi công tường vây thích hợp Việc phân tích, tính toán và

áp dụng số liệu địa chất để kiểm tra giữa số liệu đo đạc thực tế so sánh với việc tính toán sao cho gần đúng nhất mà vẫn công trình đảm bảo an toàn từ khâu thiết kế đến thi công

Trang 29

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 TƯỜNG CHẮN ĐẤT

Tùy theo hình dạng, tải trọng, địa chất, chiều sâu hố đào, biện pháp thi công

mà người thiết kế lựa chọn loại tường chắn phù hợp với khu vực thi công Có thể chọn sơ bộ kết cấu chắn giữ như gợi ý bảng sau (Nguyễn Bá Kế, 2002) :

Bảng 3 1: Chọn sơ bộ kết cấu chắn giữ (Nguyễn Bá Kế, 2002)

Bùn và đất yếu Đất sét thông thường

H ≤ 6m

(a) Cọc nhào trộn xi măng đất

(b) Cọc bê tông 600 + tay chống hoặc thanh neo + tường ngăn nước

(c) Cọc đóng (cọc thép, BTCT DƯL + tường máng ngăn nước + tay chống hoặc thanh neo + dầm ở ngang lưng tường)

(a) Cấp I hoặc cấp 2 trở lên đào đất có mái dốc

(b) Làm mái dốc + giếng thu nước

(c) Mái dốc cục bộ + tường đinh đất (hoặc phun neo chống giữ) (d) Tường gạch chắn giữ, làm mái dốc cục bộ + gia cố tầng mặt (e) Làm mái dốc cục bộ, cọc nhồi

6m < H ≤ 10m

(a) Cọc bê tông (800-1000) + tường mỏng ngăn nước + tay chống hoặc thanh neo (hoặc đào trung tâm)

(b) Tường liên tục (b=600-800) + tay chống hoặc thanh neo

(c) Cọc đóng tay chống hoặc thanh neo + tường mỏng ngăn nước

(d) Tường ngầm liên tục xi măng đất + tay chống hoặc thanh neo

(a) Làm dốc cục bộ + cọc bê tông (600) + tay chống hoặc thanh neo + tường mỏng ngăn nước

(b) Làm dốc cục bộ + cọc đóng + tay chống hoặc thanh neo + tường mỏng ngăn nước

(c) Làm dốc cục bộ + tường ngầm liên tục xi măng đất + tường đinh đất (hoặc phung neo chắn giữ) + hạ mực nước ngầm

(d) Làm dốc cục bộ + giữ hình vòm + hạ mực nước hoặc tường mỏng ngăn nước

H > 10m (a) Tường liên tục (b=800-1000) +

tay chống hoặc thanh neo

(b) Cọc đường kính lớn (800 – 1000) + tường mỏng ngăn nước + nhiều tay chống hoặc thanh neo + (hoặc đào trung tâm)

(c) Tường liên tục (hoặc cọc đường kính lớn) + gia cố thể đất trong và ngoài + tay chống hoặc thanh neo + tường mỏng ngăn nước

(a) Làm dốc cục bộ + cọc bê tông (800-1000) + tay chống hoặc thanh neo + tường mỏng ngăn nước

(b) Làm dốc cục bộ + tường liên tục + tay chống hoặc thanh neo (c) Làm dốc cục bộ + tường đinh đất (hoặc phung neo để chống giữ) + hạ nước

Trang 30

(d) Làm dốc cục bộ + cọc đóng + tay chống hoặc thanh neo + tường mỏng ngăng nước

Tường chắn đất và hệ giằng (hoặc neo) phải được lựa chọn thành một hệ hoàn chỉnh gồm vật liệu dùng, hình thức kết cấu và cách bố trí Điều này chủ yếu tùy thuộc vào quy mô công trình, đặc điểm công trình, điều kiện hiện trường, tài liệu về kết quả báo cáo khảo sát địa chất, phương pháp đào cùng với kinh nghiệm địa phương, thông qua tổng hợp phân tích và so sánh cùng với việc đảm bảo an toàn tin cậy từ đấy lựa chọn phương án khả thi và kinh tế hợp lí

3.1.1 Tường chắn bằng cọc chống thép (Soldier piles)

Những loại thép sử dụng cho cọc chống bao gồm cọc thép ray, cọc thép H, cọc thép I Cọc thép ray và cọc thép H thường được sử dụng nhiều hơn cọc thép I Không bắt buộc đặt những tấm ván ở giữa 2 cọc chống, việc đặt những tấm ván đó hay không tùy thuộc vào trạng thái và cường độ đặc trưng của đất tại vị trí đó

Hình 3 1: Cọc chống thép: (a) mặt trước và (b) mặt cắt

Trang 31

Ưu điểm của cọc chống thép:

- Thi công nhanh, dễ dàng, chi phí thấp;

- Cọc thép có thể thu hồi;

- Giảm thiểu sự xáo trộn lớp đất khi kéo cọc lên so với cọc bản;

- Mũi cọc có thể được gia cố bằng vật liệu thép đặc biệt khi gặp lớp đất sỏi;

- Cọc thép này có thể sử dụng lại

Nhược điểm của cọc chống thép:

- Khó để ngăn thấm đối với đất cát có mực nước ngầm cao, cần có một số biện pháp để hạ mực nước;

- Việc thi công cọc đóng chống thép có thể gây ra tiếng ồn và rung, tiếp đến sẽ làm cho lớp cát bên dưới sẽ dày hơn, một trong số đó sẽ làm cho đất biến dạng không đồng đều của các công trình lân cận có thể xảy ra;

- Cần phải lấp đất trước khi đóng cọc, sự thiếu hụt đất có thể gây hiệu ứng xấu cho vùng phụ cận;

- Những chỗ rỗng giữa tường ngăn và đất xung quanh cần được lấp đầy;

- Khi nhổ cọc sẽ làm xáo trộn đất xung quanh

Hình 3 2: Phương pháp thi công cọc chống thép.

Trang 32

3.1.2 Tường chắn bằng cọc bản thép (Sheet piles)

Cọc bản thép được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành xây dựng như: công trình

kè chống sạt lở bờ sông, tường chắn hố đào các công trình xây dựng, đê quay thi công trụ cầu giao thông… Mép của mỗi thanh thép thường có khóa miệng để cho 2 cọc kề nhau có thể móc chặt vào nhau, tạo ra tác dụng chống thấm và cách nước Thiết bị thi công cọc bản thép có máy đóng cọc xung kích, bao gồm búa rơi tự do, búa diesel, búa hơi v.v… máy đóng cọc gây chấn động, có thể dùng để đóng và nhổ cọc, ngoài ra còn

có thể sử dụng máy nén cọc tĩnh

Một số dạng cọc bản thép:

Hình 3 3: Các loại cọc bản thép

a) Cọc phẳng; b) Cọc hình máng; c) Cọc chữ Z; d) Cọc chữ U (Cọc larssen)

Ưu điểm của cọc bản thép:

- Chất lượng vật liệu tin cậy;

- Trong tầng đất yếu tốc độ thi công nhanh và tương đối đơn giản;

- Khả năng ngăn nước tương đối tốt;

- Có thể sử dụng lại, giá thành hạ

Nhược điểm của cọc bản thép:

- Độ cứng thấp hơn cọc khoan nhồi và tường vây;

Trang 33

- Dễ bị sụt lún khi đóng hoặc nhổ đối với lớp cát;

- Khó thi công ở lớp đất cứng;

- Gây ra tiếng ồn hoặc rung chấn khi thi công;

- Việc ngăn rò rỉ nước không hoàn toàn và không bằng tường vây

Hình 3 4: Phương pháp bố trí cọc bản thép

3.1.3 Tường chắn bằng cọc nhồi bê tông cốt thép (Column pile)

Khi thi công đào hố để đặt công trình ngầm do hiện trường bị hạn chế không đào đất tạo dốc, không thể đóng hạ cọc bản vì bị giới hạn bởi chấn động và tiếng ồn nên không cho phép, vì vậy có thể thi công chắn giữ bằng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép Có thể sử dụng cọc nhồi có đường kính 800-1000mm để tạo thành tường chắn Tùy theo chiều sâu hố đào và khả năng chịu lực của kết cấu chắn giữ bằng cọc nhồi có thể chia làm mấy loại sau:

- Kết cấu chắn giữ không chống (console): Khi độ sâu hố đào không lớn, khả năng chịu lực của hàng cọc có thể chịu được áp lực đất bên ngoài

Trang 34

- Kết cấu chắn giữ có một tầng chống: Khi độ sâu hố đào lớn hơn, có thể dùng một hàng chống đặt trên đỉnh của kết cấu chắn giữ (hoặc sử dụng neo)

- Kết cấu chắn giữ nhiều tầng chống: khi độ sâu hố đào lớn, có thể đặt nhiều tầng chống để tăng khả năng chịu lực của tường chắn

Kết cấu chắn giữ bằng cọc nhồi có thể chia một số dạng sau:

Hình 3 5: Các cách bố trí cọc nhồi làm tường chắn đất

Ưu điểm của tường chắn cọc nhồi bê tông cốt thép:

- Tiếng ồn và chấn động ít hơn khi thi công so với cọc bản thép và cọc chống thép;

- Có thể điều chỉnh độ sâu của cọc;

- Có thể áp dụng cho đất cuội sỏi nếu mũi cọc được trang bị đặc biệt hơn;

- Thi công dễ dàng hơn đối với lớp đất cát

- Độ cứng của cọc cao hơn sao với cọc bản thép và cọc đóng thép

Nhược điểm của tường chắn cọc nhồi bê tông cốt thép:

- Khó có thể ngăn ngừa biến dạng phình nở của tường trong thi công;

- Thời gian thi công dài hơn so với cọc bản thép và cọc chống thép;

- Dễ bị khuyết tật khi thi công;

- Độ cứng thấp hơn tường vây

Trang 35

Trình tự thi công cọc nhồi:

Hình 3 6: Trình tự thi công cọc nhồi

a) Khoan tạo lỗ bằng guồng xoắn dài; b) Khoan đến độ sâu thiết kế; c) Hạ lồng thép và ống đổ; d) Đổ bê tông qua ống đổ, bê tông ngập trong ống;

d) Rút ống đổ sau khi đổ xong bê tông

Hình 3 7: Tường chắn cọc nhồi bê tông cốt thép

Trang 36

3.1.4 Tường chắn liên tục trong đất (Diaphragm walls)

Tường liên tục trong đất được sử dụng để làm tường chống thấm của đập thủy lợi Milan ở Italia lần đầu tiên vào năm 1950, sử dụng dung dịch sét để giữ thành Bắt đầu vào những năm 1970 phương pháp này được ứng dụng trong các công trình thủy lợi, bến cảng và các phần công trình ngầm rất đa dạng của các nhà máy sản công nghiệp và năng lượng

Đối với các công trình xây dựng trong thành phố liên quan đến hố đào sâu, tường chắn liên tục trong đất chủ yếu được làm để thi công tầng ngầm của nhà ở và nhà dân dụng đặt sâu dưới đất có chức năng công cộng như kho tàng, bãi đậu xe, đặt

hệ thống thiết bị kỹ thuật, trạm biến thế, trạm cấp và xử lý nước, tường chắn … Ngoài

ra còn có thể sử dụng làm cọc (cọc Barret)

Do sử dụng được nhiều chức năng như vậy nên tường liên tục trong đất có thể

sử dụng như một cấu trúc vĩnh viễn

Hình 3 8: Qui trình thi công tấm panel tường vây:

a) Thi công tường dẫn hướng; b) Đào hố; c) Lắp đặt cốt thép; d) Đổ bê tông

Trang 37

Hình 3 9: Qui trính thi công tường vây:

I) Đào đất trong dung dịch sét; II) Hạ các cấu kiện chia đoạn;

III) Lắp đặt khung cốt thép; IV) Đổ bê tông và rút dần ống đổ;

V) Đào khoảng tường giữa; VI) Đặt khung cốt thép; VII) Đổ bê tông

Ưu điểm của tường chắn liên tục trong đất (Diaghragm wall):

- Tường có độ cứng cao, tính tổng thể tốt, biến dạng của tường tương đối nhỏ, có thể dùng cho kết cấu chắn giữ siêu sâu;

- Có thể điều chỉnh độ dày và chiều sâu của tường;

- Có thể sử dụng neo hoặc chống hoặc kết hợp cả 2;

- Sử dụng cho nhiều loại đất nền khác nhau;

- Khi thi công giảm được tiếng ồn, chấn động;

- Khả năng ngăn nước tốt;

- Có thể áp dụng thi công phương pháp top-down;

- Tường liên tục và nền móng có thể tạo thành một thể thống nhất

Nhược điểm của tường chắn liên tục trong đất (Diaghragm wall):

- Yêu cầu tập trung thiết bị lớn, thời gian thi công dài, chi phí lớn;

- Thiết bị ngoại vi (ví dụ: như bể lắng cặn) chiếm một khoảng không lớn;

- Khó thi công khi gặp phải cát lở;

- Việc xử lý bùn thải không thỏa đáng sẽ làm cho môi trường bị ô nhiễm;

Trang 38

- Khi mực nước ngầm tăng nhanh mà mặt dung dịch giữ thành giảm mạnh trong tầng cát tơi xốp, mềm yếu, nếu tính chất của dung dịch không thích hợp hoặc đã

bị giảm chất lượng, việc quản lý thi công không tốt… có thể dẫn đến sụt lở thành

hố, lún mặt đất xung quanh có thể gây nguy hại đến các công trình lân cận Đồng thời cũng có thể làm cho thể tích bê tông thân tường tăng lên, mặt tường bên trong hố đào lồi lõm

Hình 3 10: Tường liên tục trong đất và hệ thống giằng chống

3.2 ÁP LỰC ĐẤT

Việc tính toán hố đào sâu kết cấu tường chắn đất, áp lực đất tác động vào bề mặt tiếp xúc của kết cấu tường Sự phân bố của áp lực đất có liên quan đến một số yếu tố như: tính chất của đất; độ cứng và độ cao của tường; các nhân tố hướng và độ lớn chuyển vị của tường Việc xác định các vấn đề liên qua đến áp lực đất khác phức tạp nên hiện nay vẫn dùng một số lý thuyết áp lực đất với những hiệu chỉnh bằng số liệu thực nghiệm

Có 3 loại áp lực đất tác dụng lên tường chắn

Trang 39

- Áp lực đất tĩnh, hợp lực của áp lực đất tĩnh được biểu thị bằng Eo (kN/m), cường

độ áp lực đất tĩnh biểu thị bằng po (kPa)

- Áp lực đất chủ động, được biểu thị bằng EA (kN/m) và pa (kPa)

- Áp lực đất bị động, được biểu thị bằng EP (kN/m) và pp (kPa)

Hình 3 11: Ba loại áp lực đất a) Áp lực đất tĩnh; b) Áp lực đất chủ động; c) Áp lực đất bị động

3.2.1 Áp lực đất tĩnh

Tường chắn đất duy trì tĩnh trạng thái bất động ở nguyên vị trí của nó thì áp lực đất tác động vào tường gọi làm áp lực đất tĩnh Đất phía sau tường chắn ở vào trạng thái cân bằng đàn hồi, áp lực đất tính công thức theo công thức sau:

Trong đó:

po – cường độ áp lực đất tĩnh tại điểm tính toán (kPa);

i – trong lượng đơn vị của tầng đất thứ i bên trên điểm tính toán (kN/m3);

hi – độ dày lớp đất thứ i bên trên điểm tính toán (m);

q – tải trọng phân bố đều trên mặt đất (kPa);

Ko – hệ số áp lực đất tĩnh của đất tại điểm tính toán

Hệ số áp lực đất tĩnh Ko xác định bằng thí nghiệm:

Theo công thức của Jaky (1944) đối với đất cố kết thường có thể lấy gần đúng:

Trang 40

j’ – góc ma sát trong hữu hiệu của đất, được xác định bằng thí nghiệm cắt không thoát nước cắt chậm (CD)

Đối với đất quá cố kết có thể lấy (Alpan 1967; Schmidt 1967):

Trong đó: OCR - hệ số quá cố kết của đất

3.2.2 Lý thuyết áp lực đất Rankine (1857)

Lý thuyết cân bằng giới hạn của đất

Lý thuyết cân bằng giới hạn của Rankine chỉ có một điều kiện biên tức là tình trạng bề mặt của thể đất vô hạn mà không kể đến điều kiện biên trên mặt tiếp xúc lưng tường với thể đất (không ma sát)

Hình 3 12: Vòng tròn ứng suất ở điều kiện cân bằng giới hạn

Hình 3.12 Đem đường cong cường độ chống cắt và trạng thái ứng suất ở một điểm nào đó trong đất vẽ thành một hình tròn ứng suất Mohr, khi vòng tròn ứng suất

O1 với cường độ f tiếp xúc nhau ở điểm A, mặc cắt qua điểm này đều ở vào trạng

thái cân bằng giới hạn

Ta có:

Định dạng
Số trang	152
Dung lượng	4,4 MB