PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG TƯỜNG GIA CƯỜNG ĐẾN CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC CỦA HỆ TƯỜNG VÂY THAY ĐỔI ĐỘ CỨNG TRONG KẾT CẤU ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM KIM THANH PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG TƯỜNG GIA CƯỜNG ĐẾN CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC CỦA H

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM KIM THANH

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG TƯỜNG GIA CƯỜNG ĐẾN CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC CỦA HỆ TƯỜNG VÂY THAY ĐỔI

ĐỘ CỨNG TRONG KẾT CẤU ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208

Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/2016

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM KIM THANH

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG TƯỜNG GIA CƯỜNG ĐẾN CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC CỦA HỆ TƯỜNG VÂY THAY ĐỔI

ĐỘ CỨNG TRONG KẾT CẤU ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208

Hướng dẫn khoa học:TS NGUYỄN MINH ĐỨC

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

TP Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 09 năm 2016

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

PHẠM KIM THANH

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, quý Thầy cô Khoa

Xây Dựng và Cơ Học Ứng Dụng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

TP.HCM đã tạo điều kiện cho tôi trong hoàn thành quá trình nghiên cứu họctập và thực hiện đề tài luận văn này

Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành đến Thầy TS Nguyễn Minh

Đức và sự hỗ trợ của Thầy Lê Phương đã giúp đỡ và hướng dẫn tận tình

những kiến thức về cách thức nghiên cứu vấn đề cũng như thực hiện nộidung để tôi có thể hoàn thành đề tài của mình

Mặc dù đã cố gắng để thực hiện đề tài một cách trọn vẹn nhất Song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không tránh khỏi sai sót, rất mong được sự góp ý của quý Thầy Cô để đề tài có thể hoàn thiện tốt hơn nữa

Trang 5

TÓM TẮT

Khai thác và sử dụng một cách có hiệu quả không gian dưới mặt đấttrong các đô thị hiện đại đang là xu thế tất yếu của sự phát triển Những công trình ngầm, chẳng hạn như hệ thống tàu điện ngầm, các bãi đỗ xe ngầm…., ngoài việcphải chịu những tác động giống như của các công trình trên mặt đất, nó còn chịunhững tác động của môi trường xung quanh, có thể gây ảnh hưởng xấu đến chúng: lún, hư hỏng, phá hủy… hoặc có thể gây mất an toàn trong thi công, làm ảnh hưởng chất lượng, tiến độ thi công công trình

Một trong những giải pháp để giải quyết vấn đề chuyển vị ngang củatường vây là giải pháp tường gia cường xen kẽ trong hệ tường vây để cùng tham gia chịu áp lực đất và tăng độ ổn định chuyển dịch hệ tường

Công trình dùng để phân tích trong luận văn này là "Khách sạn

Pullman SaiGon Center" nằm tại số 148 Trần Hưng Đạo, Phường Bến Nghé,

Quận 1, Thành Phố Hồ Chí Minh Công trình gồm 3 tầng hầm với tổng độ sâu đào trung bình là -12.6m, hố đào sâu nhất là -15.6m (vị trí đáy hố pít thang máy) so với mặt đất tự nhiên được sử dụng làm hầm để xe, phòng kỹ thuật Tầng hầm được thiết

kế thi công theo phương pháp Bottom

-sàn hầm 1 là -3.3m, cao độ -sàn hầm 2 là -6.9m, cao độ -sàn hầm 3 là -9.3m, cao độ đáy móng là -12.5m (đối với khu vực đáy hố pít thang máy là -15.6m)

+ Luận văn sử dụng mô hình Hardening Soil mô phỏng so sánh với kếtquả quan trắc

+ Thay đổi độ cứng tường vây đánh giá mức độ ảnh hưởng của tường gia cường đến chuyển vị ngang của hệ tường vây

+ Thông qua việc mô phỏng bằng mô hình Plaxis 3D đã thể hiện rõ ràng

sự làm việc không gian, cho ra được giá trị độ cứng thật của hệ tường chắn gồmtường gia cường kết hợp xen kẽ với tường vây bê tông cốt thép

+ Luận văn này sẽ giúp cho người kỹ sư thiết kế có thêm cơ sở lý luận trong việc lựa chọn giải pháp tường gia cường trong hệ tường vây cho công trình cao tầng có nhiều tầng hầm như hiện nay

Trang 6

Exploiting and using the underground space in modern cities effectively

is the inevitable trend of development The underground works, such as the subway system, the underground car park , beside bearing the same impact of the works

on the ground, it is also subject to the effects of ambient environment which may cause an adverse effect on them such as subsidence, damage, destruction or danger

in construction, thus affecting the quality and progress of construction

One of the solutions to solve the problem of horizontal displacement of diaphragm wall is combining alternating walls of reinforced diaphragm wall system to join under pressure to increase the stability of land and shifting of the wall system

Buildings used for the analysis in this paper is "Pullman SaiGon Center" located at

148 Tran Hung Dao Street, Ben Nghe Ward, District 1, Ho Chi Minh City The work consists of 3 basements with total average depth of -12.6m dig, the deepest hole is -15.6m (bottom hole location piston lifts) under the groundis used as underground parking lot andtechnical rooms The basement is designed according to the method of construction Bottom - up The ground floor elevation is 0.00m, 1 basement floor elevation is -3.3m elevation tunnel 2 is -6.9m floor, basement floor elevation 3 is -9.3m, foundation bottom elevation is -12.5m (for piston area elevator pit floor -15.6 m)

+ Thesis uses Hardening Soil simulation models and compares to the results of monitoring

+ Change the diaphragm wall stiffness assess the degree of influence of the wall reinforcement system to horizontal displacement of diaphragm wall

+ Through the simulation using Plaxis 3D model has clearly shown the working space, for the true value of the system stiffness walls include reinforced wall interspersed combined with reinforced concrete diaphragm wall

+ This thesis will help designengineers become more rationale in selecting solutions

in walls reinforced diaphragm wall systems for high-rise buildings with many

Trang 7

DANH MỤC HÌNH Chương 1

Hình 1.1: Đào đất lộ thiên, tường chắn đất không có hệ chống giữ 7

Hình 1.2: Phương pháp thi công Top-down 7

Hình 1.3: Hệ dầm cột chống văng cừ gỗ thép 8

Chương 2 Hình 2.1: Tính áp lực đất chủ động Rankine 10

Hình 2.2: Tính áp lực đất bị động Rankine 11

Hình 2.3: Áp lực nước tác dụng vào tường 11

Hình 2.4: Áp lực nền đất có nước ngầm 14

Hình 2.5: Áp lực nền đất không đồng nhất 15

Hình 2.6: Áp lực ngang của đất có phương tiện giao thông 16

Hình 2.7: Áp lực ngang từ công trình lân cận 17

Hình 2.8: Sức chịu tải của nền đất dưới chân tường 19

Hình 2.9: Sơ đồ dịch chuyển của tường Conson và phân bố áp lực đất 20

Hình 2.10: Sơ đồ tính toán tường tầng hầm không có neo 21

Hình 2.11: Sơ đồ phân bố áp lực đất, momen và biến dạng của tường với các độ sâu cắm vào trong đất khác nhau 23

Hình 2.12: Sơ đồ tính toán tường có 1 hàng neo 24

Hình 2.13: Phương pháp theo Terzaghi –Peck 27

Hình 2.14: Phương pháp theo Caquot và Kerisel 28

Hình 2.15: Quan hệ ứng suất biến dạng trong mô hình đàn dẻo 36

Hình 2.16: Mặt giới hạn Mohr Coulomb trong không gian ứng suất chính 38

Hình 2.17: Xác định Eref từ thí nghiệm 3 trục cố kết thoát nước 40

Hình 2.18: Xác định từ thí nghiệm nén cố kết 41

Hình 2.19: Quan hệ ứng suất biến dạng Hyperbol 43

Hình 2.20: Mặt chảy biến dạng trượt tiến về mặt Mohr-Coulomb 44

Hình 2.21: Mặt mũ chi phối biến dạng thể tích khi nén đẳng hướng 45

oed E

Trang 8

Hình 2.22: Mặt giới hạn tổng quát của mô hình Hardening-soil 46

Hình 2.23: Xác định E50ref qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước 49

Hình 2.24: Xác định Eoedref qua thí nghiệm nén cố kết (Oedometer) 50

Hình 2.25: Hệ trục địa phương của phần tử tường 54

Hình 2.26: Hệ trục địa phương của phần tử dầm 55

Hình 2.27: Hệ trục địa phương của phần tử sàn 56

Chương 4 Hình 4.1: Công trình Pullman SaiGon Center 60

Hình 4.2: Mặt bằng thi công tổng thể 61

Hình 4.3: Mặt bằng tường vây cọc Barrette gia cường 67

Hình 4.4: Bước thi công từ 1-4 68

Hình 4.7: Mô hình bài toán trong Plaxis 3D Foundation 70

Hình 4.8: Hình ảnh Mesh lưới 2D 70

Hình 4.9: Hình ảnh Mesh lưới 3D 71

Hình 4.10: Mô hình hệ tường vây 3D 71

Hình 4.11: Đào đất ở cao độ -3.3m 72

Hình 4.12: Đào đất ở cao độ-6.9m 72

Hình 4.13: Đào đất ở cao độ -9.3m 73

Hình 4.14: Đào đất ở cao độ hố thang máy -15.6m 73

Hình 4.15: Chuyển vị tổng của tường vây phía tiếp giáp nhà dân (d=600mm) 74

Hình 4.16: Chuyển vị tổng của tường vây tiếp giáp phía đường Trần Hưng Đạo 74

Trang 9

phía đường Nguyễn Cư Trinh 75

Hình 4.18: Chuyển vị tổng của tường vây d=800mm 75

Bài toán 1: Hình 4.19: Biểu đồ chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN01 76

Hình 4.20: Biểu đồ chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN02 77

Hình 4.21: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN03 78

Bài toán 2: Hình 4.22: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN01 79

Hình 4.34: Biểu đồ so sánh các giá trị chuyển vi ngang TH1 tại IN01 95

Trang 10

Hình 4.37: Biểu đồ so sánh các giá trị chuyển vị ngang TH2 tại IN01 97

4.5 Mô hình Morh Coulomb Hình 4.43: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN01 108

Trang 11

DANH MỤC BẢNG Chương 1:

Bảng 1.1: Các công trình ứng dụng cọc Barrette 6

Chương 2: Bảng 2.1: Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Mohr –Coulumb 49

Bảng 2.2: Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Hardening-Soil 54

Bảng 2.3: Đặc trưng vật liệu của tường 54

Bảng 2.4: Đặc trưng vật liệu của dầm 55

Bảng 2.5: Đặc trưng vật liệu của sàn 56

Chương 4: Bảng 4.1: Tên và trạng thái các lớp đất 64

Bảng 4.2: Các chỉ tiêu cơ lý của đất 65

Bảng 4.3: Tường vây 66

Bảng 4.4: Thanh chống 66

Bài toán 1: Bảng 4.5: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN01 76

Bảng 4.6: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN02 76

Bài toán 2: Bảng 4.8: Tường vây thay đổi chiều dày 78

Bảng 4.10: Chênh lệch kết quả % chuyển vị mô hình HS khi chiều dày tường thay đổi tại IN01 80

Trang 12

Bảng 4.29: Nội lực Trường hợp 1 100

Trang 13

Bảng 4.31: Nội lực Trường hợp 3 104

4.5 Mô hình Morh Coulomb Bảng 4.32: Bảng chỉ số SPT mô hình MC 107

Trang 14

MỤC LỤC

LÝ LỊCH KHOA HỌC i

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

TÓM TẮT v

ABSTRACT vi

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Phạm vi nghiên cứu đề tài 2

6 Đóng góp mới cho đề tài 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU HỐ ĐÀO SÂU 3

1.1 Đặc điểm hố đào sâu 3

1.1.1 Về phương diện cơ học 3

1.1.2 Nguyên tắc thiết kế Tường vây 3

1.2 Các hiện tượng địa kỹ thuật xảy ra khi thi công hố đào sâu 4

1.2.1 Chuyển dịch của đất nền khi thi công HĐS 4

1.2.2 Hiện tượng nước chảy vào hố đào 4

1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến ổn định chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu 5

1.3.1 Nhóm các nhân tố cố hữu 5

1.3.2 Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thiết kế 5

1.3.3 Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thi công 5

1.4 Giới thiệu thi công tường tầng hầm 6

1.5 Công nghệ thi công tầng hầm nhà nhiều tầng 6

Trang 15

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

2.1 Các phương pháp xác định áp lực lên tường 9

2.2 Các phương pháp xác định áp lực 9

2.2.1 Tính áp lực đất theo lý thuyết W.J.W.Rankine 9

2.2.2 Áp lực nước ngầm lên mặt tường 11

2.2.3 Áp lực động đất 12

2.2.4 Áp lực tác dụng lên tường trong một số trường hợp riêng 13

2.3 Phương pháp tính toán kết cấu ổn định hố đào sâu tường vây 19

2.3.1 Tính toán tường chắn dạng conson 19

2.3.2 Tính toán tường chắn có 1 tầng chống 22

2.3.3 Tính toán tường có nhiều thanh chống 25

2.4 Kiểm tra tính ổn định chống trồi (bùng) của hố móng 26

2.5 Cơ sở lý thuyết trong Plaxis 28

2.5.1 Mô hình vật liệu 29

2.5.2 Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis 31

2.6 Giới thiệu các Mô hình 35

2.6.1 Mô hình ứng xử của đất Mô hình Morh-Coulomb 35

2.6.2 Mô hình ứng xử của đất Mô hình Hardning Soil 42

2.6.3 Sử dụng các thông số tương quan từ thí nghiệm hiện trường 47

2.7 Đặc trưng vật liệu kết cấu 53

2.7.1 Đặc trưng vật liệu tường vây 53

2.7.2 Đặc trưng vật liệu dầm 55

2.7.3 Đặc trưng vật liệu sàn 56

2.8 Kết luận 57

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ TRÌNH TỰ NGHIÊN CỨU 58

3.1 Giới thiệu 58

3.2 Phương pháp nghiên cứu 58

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU TRƯỜNG HỢP THỰC TẾ 60

4.1 Tổng quan về công trình 60

Trang 16

4.2 Trình tự thi công và một số hình ảnh trong quá trình thi công 61

4.3 Bài toán mô phỏng 62

4.3.1 Cơ sở lựa chọn chiều dày tường vây 62

4.3.2 Bài toán 1: Mô phỏng thực tế lại kết cấu tầng hầm công trình so sánh với kết quả Quan trắc 63

4.3.3 Bài toán 2: 78

4.3.4 Bài toán 3 83

4.3.5 Bài toán 4 87

4.3.6 Bài toán 5 91

4.3.7 Lập Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị của các thay đổi giá trị đầu vào với kết quả tường từ công trình thực tế 94

4.4 Đánh giá được mức độ ảnh hưởng của độ cứng tường vây đến nội lực của hệ tường vây thay đổi chiều dày, độ sâu và cường độ Bê tông 100

4.5 Mô hình Morh Coulomb 106

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

Trang 17

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết đề tài

Sử dụng một cách có hiệu quả không gian dưới mặt đất trong các đô thịhiện đại Những công trình này ngoài việc phải chịu những tác động của tải sử dụng còn chịu những tác động của môi trường xung quanh không chỉ ở giai đoạn sử dụng

mà còn ở giai đoạn thi công Trong không gian đô thị chật hẹp việc thi công các loạicông trình ngầm này rất phức tạp có thể gây ảnh hưởng xấu như lún, nứt hay hư hỏng kết cấu hoặc có thể gây mất an toàn trong thi công, làm ảnh hưởng chất lượng, tiến độ thi công công trình

Tất cả những yếu tố này đòi hỏi người thiết kế phải phân tích kỹ các phương

án lựa chọn nhằm đảm bảo những yêu cầu như là tính kinh tế, công năng, sự ổnđịnh cho công trình lân cận Trong đó việc thi công hố đào sâu là cần thiết phải có những biện pháp hạn chế chuyển vị ngang của tường chắn và độ lún của đất nền Một trong những giải pháp để giải quyết vấn đề chuyển vị ngang của tường vây là giải pháp kết hợp cọc Barrette xen kẽ trong tường vây để cùng tham gia chịu

áp lực đất và tăng độ ổn định tường Giải pháp này vừa đáp ứng được việc bố trí mặt bằng kiến trúc cho công trình khi đưa hệ cột ra mép ngoài, vừa có tác dụng tăng

độ cứng cho hệ tường vây, vừa mang tính kinh tế khi kết hợp cọc barrete chịu tảitrọng đứng công trình để làm việc như một tấm tường vây Dựa trên những lý do

trên, luận văn này tập trung vào: Phân tích ảnh hưởng của độ cứng tường gia

cường đến chuyển vị và nội lực của hệ tường vây thay đổi độ cứng trong kết cấu ổn định hố đào sâu.

2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài:

- Phân tích kết cấu tường tầng hầm theo độ cứng và tiết diện để lựa chọn loạikết cấu và tiết diện hợp lý, hiệu quả

- Đề xuất phương pháp thiết kế kết cấu tường tầng hầm phù hợp với từng loạicông trình

3 Đối tượng nghiên cứu

- Các hố đào sâu của công trình ngầm có sử dụng tường vây bê tông cốt thép

4 Phương pháp nghiên cứu

Trang 18

- Nghiên cứu áp dụng các lí thuyết về tính toán tường tầng hầm.

- Mô phỏng số: Sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation để tính toán chuyển

vị ngangvà nội của kết cấu tường vây trong hố đào sâu

- Kết hợp so sánh với số liệu quan trắc thực tế qua các giai đoạn đào đất khác nhau để đánh giá hiệu quả ổn định của giải pháp kết cấu được sử dụng trong đề tài

5 Nội dung và phạm vi nghiên cứu đề tài

- Xác định chiều dày, độ sâu tầng hầm cho hợp lý

- Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu và đánh giá tính ổn định về mặt chuyển vịngangvà nội lực của hệ tường chắn hố đào

6 Đóng góp mới của đề tài

- Mô hình đất nền theo Hardering Soil cho kết quả phù hợp với kết quả quan trắc thực tế, khác với các nghiên cứu trước đây sử dụng mô hình Morh Coulomb

- Giải pháp kết cấu tường vây cọc Barrette sâu -75m (kích thước chiều dày 1.0m-1.2m x rộng 2.8m) kết hợp xen kẽ với vách tường vây bằng bản BTCT, đây là giải pháp mới dùng thi công hố đào sâu ở Việt Nam, có những ưu điểm như sau:

+ Tăng độ cứng và giảm chuyển vị cho tường vây

+ Hệ cột có móng bằng cọc barret chịu tải trọng của công trình bên trên, tăng không gian sử dụng

- Đề xuất tỉ lệ độ cứng chiều dày tường vây/chiều dày cọc Barret là 0.5-0.8 khi thiết kế thực tế cho những công trình có địa chất tương tự

- Tác giả đề xuất hệ số tương quan xác định Module biến dạng Eref của mô hình Morh Coulomb là Eref =(2400−3500)N, với N là chỉ số SPT của đất nền so vớiModule biến dạng E thực nghiệm của Michel và Gardner (1975) và Schurtmann (1970) chỉ có E=766N (kN/m2) và kết quả của tác giả phù hợp với quan trắc thựctế

Trang 19

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU HỐ ĐÀO SÂU 1.1 Đặc điểm hố đào sâu

1.1.1 Về phương diện cơ học:

Thi công hố đào có thể coi là một bài toán dỡ tải đối với nền đất Việc dỡ tải này làm thay đổi trạng thái ứng suất biến dạng trong nền Sự cân bằng ban đầu bị vi phạm, trạng thái ứng suất thay đổi làm xuất hiện nguy cơ mất ổn định, trước hết là thành hố và sau đó là đáy hố và đất xung quanh Khi nghiên cứu sự ổn định của hố đào và các biện pháp bảo vệ nó, Terzaghi (1943) đánh giá chiều sâu hố đào là yếu tố quan trọng nhất và đưa ra tiêu chí:

Hồ đào nông là hố có chiều sâu nhỏ hơn chiều rộng của hố;

Hố đào sâu là hố có chiều sâu lớn hơn chiều rộng của hố

Nhưng sau đó thì năm 1967, Teraghi và Peck, và năm 1977 Peck và các cộng sự đã

đề nghị là:

Hố đào nông là hố có chiều sâu đào nhỏ hơn 6m;

Hố đào sâu là hố có chiều sâu đào lớn hơn 6m

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 ngầm, đào đất… trong đó, một khâu nào đó gặp sự cố có thể sẽ dẫn đến cả công trình bị đỗ vỡ

Bài toán ổn định hố đào sâu đòi hỏi người kỹ sư thiết kế phải có kinh nghiệm trong việc phân tích và lựa chọn giải pháp tường chắn đủ cứng để chống lại sự phá hoại kết cấu, sự trượt, chuyển vị và sự phá hoại ổn định

1.1.2 Nguyên tắc thiết kế Tường vây

- An toàn tin cậy: Thiết kế phải đáp ứng tuyệt đối về yêu cầu cường độ, tính

ổn định tổng thể của công trình, của hệ thống kết cấu Kết cấu phải chắc chắn biếndạng của tường không ảnh hưởng đến công trình lân cận

- Tính kinh tế : Khi đảm bảo điều kiện về an toàn, tin cậy của kết cấu chắn giữthì xác định hiệu quả kinh tế của phương án trên cơ sở tổng hợp các yếu tố về thờigian, vật liệu, thiết bị nhân công và bảo vệ môi trường

- Thuận lợi thi công: Khi thiết kế tường Barrette nên có hình dáng đơn giản

Trang 20

thuận tiện cho thi công, sủ dụng công nghệ đơn giản phù hợp với máy móc thiết bị

để thi công nhanh chóng, rút ngắn thời gian thi công đảm bảo an toàn lao động

- Tường Barrette là một bộ phận kết cấu công trình, là tường của tầng hầm Trong giai đoạn thi công tầng hầm tường (Barrette) là kết cấu chắn giữ ổn định cho

hố đào, sau khi thi công xong tường Barrette là tường của tầng hầm

- Về mặt kết cấu: Khi xây dựng tầng hầm trong nhà cao tầng sẽ hạ thấp trọngtâm của công trình, làm tăng độ ổn định tổng thể; tường, cột của tầng hầm sẽ làm tăng độ ngàm của công trình vào đất, tăng khả năng chống lực ngang của gió bão, động đất.Theo khảo sát cứ sâu một tầng hầm thì tầng hầm sẽ làm đối trọng cân đối

ổn định cho 4-5 tầng nổi

- Về nền móng: Nhà cao tầng có tải trọng lớn gây áp lực nên nền móng rấtcao, khi làm tâng hầm lượng đất sẽ được lấy bớt đi sẽ làm giảm tải cho móng, mặt khác khi đặt móng dưới sâu so với mặt đất thì cường độ đất nền tăng lên Khi tầng hầm nằm dưới mực nước ngầm, nước ngầm đẩy nổi công trình sẽ giảm tải cho móng, giảm độ lún cho công trình

1.2 Các hiện tượng địa kỹ thuật xảy ra khi thi công hố đào sâu

1.2.1 Chuyển dịch của đất nền khi thi công HĐS

Lún sụt đất nền xung quanh hố đào: Khi thi công hố đào thường xảy ra hiện tượng lún sụt đất nền ở bề mặt xung quanh hố đào Có một số trường hợp lún sau:Lún sụt do đào hố móng; Lún sụt do hạ thấp mực nước ngầm; Lún sụt do chấn động; Hiện tượng đẩy trồi hố đào

Việc đào các hố sâu trong đất làm giảm độ chặt của đất nền dưới móng các công trình Mặt khác, nếu đáy nằm dưới mực nước ngầm, do có hiện tượng chênh lệch cột nước do hạ mực nước ngầm sẽ xuất hiện thêm một áp lực đẩy ở đáy hố móng Hiện tượng đẩy trồi làm giảm độ chặt của đất nền dưới đáy hố đào, giảm khả năng chịu lực

1.2.2 Hiện tượng nước chảy vào hố đào

Với đặc điểm địa hình hẹp, mực nước ngầm cao, đáy hố đào có độ sâu lớn và

Trang 21

đào xảy ra khá phổ biến đối với các công trình hố đào sử dụng kết cấu chắn giữ là

cừ thép và cọc nhồi tiết diện nhỏ

Sự dịch chuyển xảy ra chủ yếu là vùng đất sau lưng tường, vùng đất bên cạnh

hố đào Các yếu tố ảnh hưởng đến dịch chuyển của đất nền xung quanh hố đào sâu phụ thuộc vào nhiều yếu tố sau:

- Ảnh hưởng của sự thay đổi trạng thái ứng suất trong đất nền

- Kích thước hố đào, yếu tố hình học, yếu tố không gian

- Ứng suất trong đất theo phương ngang lớn ảnh hưởng bất lợi đến hố đào

- Ảnh hưởng của đặc trưng đất nền

- Hạ mực nước ngầm thường gây ra sự lún sụt

- Hiện tượng cố kết ảnh hưởng lớn đến sự làm việc của hố đào

1.3.2 Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thiết kế

- Độ cứng của hệ thống chống đỡ, chiều dày của tường vây, chiều dài của tường vây…

- Hình dạng của hố đào: chiều rộng, chiều sâu, dạng hình học của hố đào

- Sự cải thiện đất nền công trình như các biện pháp phụt vữa, trộn vữa xi măng nhằm nâng cao khả năng chịu lực và giảm sự biến dạng của đất nền

1.3.3 Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thi công

Trang 22

- Các phương pháp thi công khác nhau như: Top-down, Semi Top-down, Bottom-Up

- Thời gian của các giai đoạn thi công

- Tay nghề của đội công nhân thi công công trình

Bảng 1.1: Các công trình ứng dụng cọc Barrette

/tầng hầm

Kích thước cọc (dày x dài x sâu) m

Tòa Tháp đôi Petronas Towers (Malaysia) 100 1,2m x 2,8m x 125m

Nhận xét: Ổn định các công trình ngầm, hố đào sâu tầng ngầm phụ thuộc rất

lớn vào 2 yếu tố là chất lượng thi công tường vây và bố trí hệ thanh chống tạm trong quá trình đào nhằm đảo bảo chuyển vị hệ tường nằm trong giới hạn cho phép

1.4 Giới thiệu tường vây tầng hầm

Tường vây (Diaphragm wall) là một loại tường trong đất bằng bê tông cốt thép được đúc tại chỗ, thi công bằng lưỡi khoan loại gầu ngoạm hình chữ nhật dùng cho hố móng có độ sâu từ 10m trở lên hoặc trong điều kiện thi công tương đối khókhăn

Tường vây thường có tiết diện hình chữ nhật, có chiều rộng từ 0,6- 1,5m, chiều dài từ 2,5-3,0m và chiều sâu từ 12-30m, cá biệt có những tường sâu đến 100m Tại Việt Nam đã làm một số công trình sâu từ 18- 22m rộng 0,6-0,8m

Đa số các công trình nhà cao tầng có tầng hầm sâu tập trung chủ yếu ở các nước phát triển như: Mỹ, Philiphine, Australia, Đài Loan, Singapore, Thailand,…

đã phát triển rất nhiều công trình nhà cao tầng có nhiều tầng hầm

1.5 Công nghệ thi công tầng hầm nhà nhiều tầng.

a Phương pháp đào hố móng lộ thiên có mái dốc

Trang 23

Hình 1.1: Đào đất lộ thiên, tường chắn đất không có hệ chống giữ

b Phương pháp thi công từ trên xuống (Top-Down)

Hình 1.2: Phương pháp thi công Top-down

- Ưu điểm:

o Không tốn hệ thống chống đỡ tạm để chống đỡ vách tường tầng hầm.Trong quá trình thi công không tốn hệ thống cột chống dàn giáo cho dầm sàn vì dầm sàn thường thi công ngay trên mặt đất

o Sau khi thi công dầm sàn tầng trệt có thể tách hoàn toàn thi công phầnngầm và phần thân bên trên, có thể thi công đồng thời phần ngầm và phầnthân

o Khối lượng đào đất ít, thời gian thi côngnhanh

- Nhược điểm:

o Kết cấu cột tầng hầm thi công phức tạp, phải chônsẵn

Trang 24

o Việc xử lý các liên kêt giữa cột với dầm sàn và liên kết giữa dầm và tường tầng hầm phứctạp.

o Việc đổ bê tông cột và thi công cốt thép cột tầng hầm khó thi công

o Bê tông phải dùng phụ gia trương nở, dùng vữa bê tông đặc biệt

o Những vùng có mực nước ngầm cao gây khó khăn trong thi công

c Đào hố móng lộ thiên, tường tầng hầm là tường chắn đất, dùng hệ kết cấu thanh chống(hoặc neo bê tông) chống giữ

- Ưu điểm:

Không dùng ván hoặc cừ để làm hệ thống chống đỡ vách đất hố đào

mà dùng tường BTCT tầng hầm (Tường Barrette) làm tường cừ

Tiến độ thi công nhanh

- Nhược điểm:

- Tốn vật liệu là xà dầm cột (có thể thu hồi vật liệu 100%)

- Các thanh chống trong hố đào hay bị vướng gây khó khăn cho việc thi công tầng hầm

Hình 1.3: Hệ dầm cột chống văng cừ gỗ thép

Trang 25

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các tải trọng tác dụng lên tường vây

Các dạng tải trọng có thể tác động lên hệ tường vây gồm:

- Do trọng lượng bản thân của hệ tường;

- Do tác động của các ứng lực đặt trên mặt đất;

- Do một phần công trình trên mặt đất truyền qua đất;

- Do áp lực đất lên mặt tường;

- Do áp lực nước dưới đất lên tường;

- Các tải trọng do các thiết bị thi công bố trí trực tiếp trong công trình;

Theo tiêu chuẩn các tải trọng và tác động, tải trọng tác động vào kết cấu chia làm 3 loại:

- Tải trọng thường xuyên (cố định): là những tải trọng và tác động như trọng lượng bản thân của đất và công trình, tác dụng khi xây dựng và khai thác

- Tải trọng tạm thời: là những tải trọng chi tác động một thời gian như : ô tô, cần trục, tải trọng vật liệu…

- Tải trọng đặc biệt: bao gồm động đất, va chạm và các tác động khác tác dụng khi xây dựng và khai thác hoặc lở đất

Việc tính toán phải tổ hợp bất lợi nhất của tải trọng và các lực tương ứng với

Trang 27

Hình 2.2: Tính áp lực đất bị động Rankine

2.2.2 Áp lực nước ngầm lên mặt tường

Áp lực do trọng lượng đẩy nổi để tính áp lực đất phía dưới mực nước ngầm, dùng áp lực nước tĩnh để tính áp lực nước sau đó cộng hai loại với nhau ta sẽ có tổng áp lực lên tường

Giả sử mực nước ngầm tại độ sâu h so với mặt đất Xét điểm M có độ sâu z kể

từ mặt đất thì áp lực nước tại M được xác định như sau:

J : trọng lượng riêng của nước

Hình 2.3: Áp lực nước tác dụng vào tường

Trang 28

- Áp lực đất trên mực nước ngầm được tính tương tự áp lực đất bình thường

- Áp lực đất dưới mực nước ngầm được tính với trọng lượng đẩy nổi

Trang 29

- Ews: Lực nước tĩnh

- Ewd: Lực nước động

- J : Trọng lượng của đất

- Kv: hệ số động đất theo phương đứng

- O : hệ số áp lực đất (tĩnh và động) theo công thức của Monovobe và OKabe

2.2.4 Áp lực tác dụng lên tường trong một số trường hợp riêng

Trong thực tế điều kiện làm việc dồng thời giữa đất nền và tường chắn phức tạp hơn nhiều Điều kiện càng phức tạp, độ chính xác đòi hỏi càng cao thì sơ đồ tính toán càng sát với thực tế Độ chính xác của bài toán phụ thuộc vào dữ liệu đầu vào như tính chất cơ lý, trạng thái ứng suất trong nền, ma sát giữa đất và tường và các yếu tố khác

2.2.4.1 Trường hợp trong nền đất có mực nước ngầm

Khi có nước ngầm phía dưới mực nước ngầm có lực đẩy nổi do đó dung trọng của đất trong tính toán là dung trọng đẩy nổi Phía trên mực nước ngầm dungtrọng tính toán là dung trọng riêng của đất, góc ma sát trong của đất khi có vàkhông có mực nước ngầm lấy giá trị như nhau Biểu đồ áp lực có dạng :

Trang 30

Hình 2.4: Áp lực nền đất có nước ngầm

2.2.4.2 Áp lực đất lên tường trong trường hợp đất nền không đồng nhất

Giả thiết nền đất cấu tạo từ những lớp đất song song với mặt đất có chiều dày

hi mỗi lớp đất có chỉ tiêu cơ lý riêng Ta thấy dạng biểu thức tínhtoán áp lực chủ động và bị động đều giống nhau chỉ khác nhau ở hệ số Ob và Oc

Có thể dùng biểu thức của Rankine hoặc Coulomb đẻ xác định Eb và Ec

- Tại các điểm I nằm trên ranh giới giữa 2 lớp đất áp lực chủ động và bị động cótính đặc biệt Điểm I thuộc lớp thứ 1 nên:

cI 1 1 c1 bI 1 1 b1

P O h O ; P O h OMặt khác điểm I cũng thuộc lớp thứ 2 nên:

cI 1 1 c2 bI 1 1 b2

P O h O ; P O h O c1; b1; c2; b2;

đồ áp lực chủ động và bị động có bước nhảy Đối với các điểm nằm trên ranh giới giữa các lớp khác áp lực chủ động và bị động cũng phân bố tương tự

Trang 31

Hình 2.5: Áp lực nền đất không đồng nhất

2.2.4.3 Áp lực ngang của đất tác dụng lên tường khi trên mặt đất có phương

tiện giao thông

Mặt đất có phương tiện giao thông thường bằng phẳng nằm ngang có i=0 Tải trọng của phương tiện giao thông là tải trọng di động tạm thời, tải này nên

bố trí ở những vị trí bất lợi, trong phạm vi ảnh hưởng đến tường chắn, tức là ởtrong phạm vi dải Bnp Chiều rộng được xác định như sau:

tg(45 )

2 M

Trang 32

Hình 2.6: Áp lực ngang của đất có phương tiện giao thông

2.2.4.4 Áp lực ngang từ công trình hiện có

Khi tường chắn đất gần công trình hiện có cần tính đến áp lực từ móng nhà nếu các móng nhà nằm trong giới hạn khối trượt

Áp lực móng được truyền dưới góc 300 45 0 so với đường thẳng đứng phụthuộc vào trường hợp kém thuận lợi nhất

- Giá trị áp lực đứng của đất lên kết cấu tường

QP

aI

- Giá trị áp lực ngang

ah

Qqa

I I

O

Q: áp lực đứng lên đế móng; aI : chiều rộng của diện tích chất tải lên móng

có tính đến sự phân bố áp lực theo chiều sâu

Trang 33

Hình 2.7: Áp lực ngang từ công trình lân cận

2.2.5 Phân tích sức chịu tải của nền đất dưới chân tường.

Tường vây làm tường tầng hầm cho nhà cao tầng, thì có thể hoặc khôngchịu tải trọng thẳng đứng Ntc do công trình bên trên gây nên

Trong trường hợp tổng quát, thì phải đảm bảo cho sức chịu của đất dướichân tường lớn hơn tải trọng của công trình cộng với tải trọng bản thân của bứctường gây nên tai chân tường,

Trong đó:

- Ptc: Áp lực tiêu chuẩn dưới chân tường;

- Ntc: Tải trọng công trình trên mỗi mét dài;

- Gtc: Trọng lượng bản thân của, mỗi mét dài tường

- Rtc: Sức chịu tải của đất nền dưới chân tường

- b: chiều rộng của tường trong đất

tc tc

R Ab J Bh ' Dc J Trong đó :

- b: chiều rộng của bức tường (chiều rộng của barét)

- h: chiều sâu của bức tường, m;

- J: dung trọng của lớp đất dưới tường, T/m3;

Trang 34

- J’: dung trọng trung bình của các lớp đất từ chân tường đến mặt đất, T/m3;

- c: lực dính tiêu chuẩn của lớp đất dưới chân tường, T/m2;

- A, B, D: các thông số phụ thuộc góc ma sát trong M 0 của lớp đất dướichân tường

- Ứng suất tác dụng tại các mép đáy móng tường được xác định theo côngthức:

max min

- Ea: đặt tại mức đáy tường đối với trọng tâm đáy

- Độ lệch tâm e xác định như sau:

b e 2 [[: khoảng cách từ điểm đặt của tổ hợp lực Ea đến mép lật

g L

N

[

- Mg: tổng mô men của các lực giữ

- ML: tổng mô men của các lực lật

Trong trường hợp lực lật là lực ngang Eah còn lực giữ là lực N thì M g =N.d

và M L = Eah ( H-hc) đối với mép lật Khi nền đồng nhất hoặc các lớp nằm ngang

có tính nén lún không tăng theo chiều sâu thì tính biến dạng coi như thoả mãn,nếu áp lực trung bình V TB không vượt quá áp lực tiêu chuẩn và ứng suất V max không lớn hơn 1,2 áp lực tiêu chuẩn của nền , còn ứng suất nhỏ nhất không nhỏhơn 0, điều này được đảm bảo khi ed b/6 và t [b/3 Nếu 2 điều kiện này khôngđảm bảo thì ứng suất max dưới mép móng xác định như sau:

max

2N 3 V

[

Trang 35

Hình 2.8: Sức chịu tải của nền đất dưới chân tường

2.3. Phương pháp tính toán kết cấu tường vây

2.3.1 Tính toán tường dạng conson

Tường vây xem như tường bản conson (1 đầu tự do, 1 đầu ngàm sâu vào đất) dưới tác động của áp lực đất chủ động ở bên ngoài 3 phía trên mặt hố móng Tường

sẽ nghiêng về phía bên trong hố móng, còn phần dưới cọc sẽ dịch chuyển theo chiều ngược lại Tức là tường sẽ quay quanh một điểm nào đó ở dưới đáy hố móng, giả sử điểm đó là điểm b như hình vẽ Thân tường ở phía bên trên điểm b dịch chuyển về phía bên trái, thành bên phải của tường tính từ điểm b trở lên chịu tác dụng của áp lực đất chủ động, thành bên trái của tường kể từ điểm b trở xuống chịu tác dụng của áp lực đất bị động

Trang 36

Hình 2.9: Sơ đồ dịch chuyển của tường Conson và phân bố áp lực đất

Tường chắn đất một đầu tự do, một đầu ngàm vào đất được xem như dầm.Consol chịu tác dụng của áp lực đất, thì nó sẽ quay quanh một điểm C, gọi là điểm ngàm, cách đáy hố đào một đoạn là Zc= 0,8h2(trong đó h2 là chiều sâu tường dưới đáy hố đào)

Thông số quan trọng cần xác định là độ sâu cần thiết của tường và momen uốn Mmaxđể tính cốt thép cho tường

Các công thức tính toán đã được GS.TS Nguyễn Văn Quảng áp dụng cho nhà

có tầng hầm không sâu hơn 4m

Trang 37

Hình 2.10: Sơ đồ tính toán tường tầng hầm không chống

a) Sơ đồ tường; b) Sơ đồ áp lực đất; c) Biểu đồ Momen

- Xác định hệ số áp lực đất

- Hệ số áp lực đất chủ động:

0 45 2

Trang 38

Độ sâu của tường cắm vào trong đất tương đối nông, áp lực đất bị động ởphía trước cọc được phát huy toàn bộ cánh tay đòn của áp lực đất chủ động và cánh tay đòn của áp lực đất bị động ở điểm chống là bằng nhau Khi đó thân tường ở vào trạng tái cân bằng giới hạn, do đó sẽ có giá trị Momen uốn dương Mmax ở trong nhịp là lớn nhất, nhưng độ sâu trong đất là nông nhất tmin Lúc này, áp lực đất bịđộng được lợi dụng toàn bộ, đầu dưới của tường có thể dịch chuyển sang trái mộtít.

Độ sâu cắm vào trong đất của cọc được tăng lên, khi lớn hơn tmin thì áp lựcđất bị động ở phía trước cọc không được phát huy và lợi dụng toàn bộ, khi đó đầudưới của cọc chỉ xoay một góc và ở nguyên vị trí chứ không sinh ra hiện tượng

Trang 39

phát huy, có thể xem là độan toàn được tăng lên.

Độ sâu cắm vào đất tiếp tục được tăng lên, trước tường và sau tường đềuxuất hiện áp lực đất bị động, cọc cắm vào trong đất ở trạng thái ngàm chặt tương đương với dầm siêu tĩnh: Đầu trên gối khớp đầu dưới ngàm chặt Momen uốn của

nó giảm đi nhiều và xuất hiện moomen âm dương cả hai chiều Trị tuyệt đối momen uốn ngàm M2ở đầu dưới hơi nhỏ hơn momen trong nhịp M1, điểm không áp lực và điểm không Momen khá giống nhau

Hình 2.11: Sơ đồ phân bố áp lực đất, momen và biến dạng của tường với các độ sâu

cắm vào trong đất khác nhau

Trang 40

Độ sâu cắm vào trong đất của tường tăng lên thêm một bước nữa khi đó độ sâu cắm vào trong đất của tường được xem là sâu quá, đất bị động ở phía trước và phía sau tường không thể phát huy lợi dụng đầy đủ, nó không tạo ra được tác động lớn đối với việc giảm bớt momen trong nhịp Do đó tường cắm quá sâu vào trong đất thì không kinh tế.

Hình 2.12: Sơ đồ tính toán tường có 1 hàng neo

a) Sơ đồ tính; b) Biểu đồ Mômen

c Điều kiện cân bằng ổn định của tường

Định dạng
Số trang	130
Dung lượng	1,61 MB