PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THANH CHỐNG ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY BARRETTE, TRONG ĐIỀU KIỆN KẾ BÊN CÓ TẦNG HẦM CÔNG TRÌNH HIỆN HỮU

Luận văn đưa ra những phân tích, đánh giá về việc sử dụng tường vây có hệ chống để ổn định hố đào sâu trong công tác thi công tầng hầm. Ngoài ra, luận văn sẽ phân tích và so sánh kết quả quan trắc của một công trình thực tế với tính toán lý thuyết. Bên cạnh đó, cũng đưa ra được sự thay đổi của hệ chống để tìm ra được cách bố trí để đảm bảm chuyển vị tường vây nằm trong giới hạn cho phép. Cuối cùng, dựa vào đó để có thể rút ra kết luận để có thể ứng dụng cho các công trình có quy mô và địa chất gần tương tự.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THANH CHỐNG ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY BARRETTE, TRONG ĐIỀU KIỆN KẾ

BÊN CÓ TẦNG HẦM CÔNG TRÌNH HIỆN HỮU

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 Chủ tịch: GS.TSKH NGUYỄN VĂN THƠ

2 Thư ký: TS CAO VĂN HÓA

3 Phản biện 1: TS LÊ TRỌNG NGHĨA

4 Phản biện 2: TS NGUYỄN NGỌC PHÚC

5 Ủy viên: TS PHẠM VĂN HÙNG

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: HỒ NGỌC TUẤN MSHV: 1770090

Ngày, tháng, năm sinh: 24/05/1994 Nơi sinh: Nghệ An

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số : 60.58.02.11

I TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THANH CHỐNG ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY BARRETTE, TRONG ĐIỀU KIỆN KẾ BÊN CÓ TẦNG HẦM CÔNG TRÌNH HIỆN HỮU

ANALYSIS OF SHORINGS IMPACT ON DEFLECTION OF DIAPHRAGM

WALL ADJACENT TO A BUILDING WITH BASEMENT

II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

1 Thu thập các nghiên cứu liên quan, phân tích và hệ thống các nghiên cứu đó

2 Trình bày cơ sở lý thuyết của hệ thanh chống và ảnh hưởng của hệ thanh chống đến chuyển vị tường vây trong điều kiện kế bên có tầng hầm công trình hiện hữu ứng dụng phân tích một công trình thực tế ở Việt Nam

3 Nhận xét và phân tích các kết quả đạt được

4 Các kết luận và kiến nghị khoa học

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 11 / 02 / 2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 02 / 06 / 2019

Tp HCM, ngày …… tháng …… năm 2019

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS LÊ ANH TUẤN

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc đến PGS,

TS Võ Phán, 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

Ngoài ra, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến tòan thể quý Thầy cô trong Bộ môn Địa Cơ Nền Móng – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và truyện đạt những kiến thức, những bài học kinh nghiệm chuyên ngành quý giá, giúp tác giả có được đầy đủ nền tảng kiến thức để thực hiện đề tài nghiên cứu này

Sau cùng, tác giả 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

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2019

Học viên

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn trình bày nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thanh chống đến chuyển vị tường vây khi thi công tầng hầm của một công trình giả định với địa chất thực tế Từ đó phân tích chuyển vị tường vây của công trình SERENITY SKY VILLAS tại Thành Phố Hồ Chí Minh Công trình này gồm 2 tầng hầm với chiều sâu đào đất là 10m, được chống đỡ bằng

2 tầng thanh chống chính Khoảng cách lớn nhất từ tầng thanh chống đến bề mặt hố đào là 4.0m Toàn bộ quá trình thi công được mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn với việc sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation So sánh kết quả thu được với quan trắc thực tế để tìm ra phương pháp bố trí và gia cường hệ chống hợp lý, đảm bảo chuyển vị của tường vây nằm trong giới hạn cho phép Kết quả cho thấy phương án thay đổi trình tự thi công hố đào nhằm giảm khoảng cách giữa các hệ thanh chống, đồng thời kết hợp gia tăng

độ cứng hệ thanh chống có hiệu quả rất lớn trong việc hạn chế chuyển vị tường vây Bên cạnh đó, với các công trình có dạng hình học phức tạp, bài toán phân tích 3D đem lại độ chính xác cao và đáng tin cậy, rất thích hợp trong việc thiết lập biện pháp thi công tầng hầm

iv

ABSTRACT

This thesis presents a study about the effect of strut system on the lateral movement

of diaphragm wall when constructing imaginary basements with existent ground Subsequently, analysis the lateral movement of diaphragm wall when constructing basements of SERENITY SKY VILLAS TOWER in Ho Chi Minh City This building consists of two basements with the depth of excavation of 10.0 meters It is supported by two strut layers with the maximum distance from one strut layer to excavation surface of 4.0 meters All actual basement construction sequences of the building are simulated by the finite element method with support of Plaxis 3D Foundation Hence, comparison of the obtained results with the monitored measurements in order to find the optimal method

of strut arrangement and strengthening, ensuring that the displacement of diaphragm wall

is within the allowable limit The result shows that combination between alternative method of excavation construction sequences to restrict the distance between two strut layers and strut strengthening has high efficiency in the limitation of lateral wall movement Additionally, this study also shows that a 3-D analysis for the buildings with complex geometry will provide high accuracy and reliability It is very suitable for the establishment of basement construction procedures

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là đề tài nghiên cứu thực sự của tác giả, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS, TS Võ Phán

Tất cả số liệu, kết quả tính toán, phân tích trong luận văn là hoàn toàn trung thực Tôi cam đoan chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2019

Học viên

vi

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 1

3 Nội dung nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 1

5 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài: 2

5.1 Tính khoa học 2

5.2 Tính thực tiễn 2

6 Hạn chế của đề tài 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ CHỐNG ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TƯỜNG VÂY BARRETTE 3

1.1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 3

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 3

1.1.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam 8

1.2 Giới thiệu công nghệ thi công tường vây barrette có hệ chống 11

1.3 Thiết bị thi công 12

1.3.1 Máy đào 12

1.3.2 Dung dịch Bentonite 12

1.3.3 Lồng thép 13

1.4 Trình tự thi công tường vây barrette 14

1.5 Một số công trình tiêu biểu tại Việt Nam 15

1.6 Nhận xét 16

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG HỆ CHỐNG ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY 17

2.1 Khái niệm cơ bản về hệ thanh chống đỡ hố đào 17

2.2 Ảnh hưởng của hệ thanh chống đến chuyển vị tường chắn trong quá trình thi công tầng hầm 19

2.2.1 Độ cứng của hệ chống 19

2.2.2 Khoảng cách của hệ chống 20

2.2.3 Kích tải trước cho hệ chống 21

2.3 Phân tích lực dọc trong hệ thanh chống bằng phương pháp đơn giản 22

2.3.1 Xác định tải trọng trên hệ chống theo phương pháp áp lực đất biểu kiến 22

2.3.2 Sự gia tăng tải trọng trên hệ thanh chống trong giai đoạn tháo dỡ và thi công

sàn tầng hầm 24

2.4 Phân tích mối quan hệ giữa biến dạng của tường chắn và độ lún bề mặt của đất nền 25 2.4.1 Dạng độ lún bề mặt của đất nền 25

2.4.2 Xác định giá trị lớn nhất của độ lún bề mặt đất nền 26

2.5 Ứng xử không gian của quá trình thi công tầng hầm 27

2.6 Phân tích bài toán hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm Plaxis 28

2.6.1 Quan hệ thoát nước và không thoát nước trong Plaxis 28

2.6.2 Mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng Mohr – Coulomb 31

2.6.3 Mô hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil 33

2.6.4 So sánh giữa mô hình Mohr–Coulomb và mô hình Hardening Soil 38

2.6.5 Thông số đầu vào của đất nền 39

2.6.6 Chia lưới phần tử trong Plaxis 42

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ CHỐNG ĐẾN CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG VÂY 45

3.1 Giới thiệu 45

3.2 Công trình 45

3.3 Phân tích sự ảnh hưởng của hệ chống 46

3.3.1 Thay đổi độ cứng của hệ chống 46

3.3.2 Thay đổi khoảng cách của hệ chống theo phương ngang 51

3.3.3 Thay đổi khoảng cách của hệ chống theo phương đứng 55

3.4 Kết luận 59

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH TỪ CÔNG TRÌNH THỰC TẾ TẠI DỰ ÁN SERENITY SKY VILLAS, QUẬN 3, TP HCM 60

4.1 Giới thiệu 60

4.2 Tổng quan về dự án 60

4.2.1 Giới thiệu về công trình 60

4.2.2 Địa chất khu vực dự án 63

4.3 Biện pháp thi công tổng thể 65

4.3.1 Bố trí tường vây và hệ chống 65

4.3.2 Trình tự thi công và mặt cắt thi công 67

4.4 Tính toán biện pháp thi công 70

4.4.1 Phương pháp tính toán 70

4.4.2 Thông số đầu vào 70

viii

4.4.3 Các giai đoạn thi công tầng hầm 75

4.5 Phân tích kết quả bài toán 76

4.5.1 Kết quả tính toán so sánh với quan trắc thực tế 76

4.5.2 So sánh với phương án không có tầng hầm 87

4.5.3 Phương án bố trí lại hệ thanh chống theo điều kiện chuyển vị của tường vây89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1: Vị trí Nhà để xe bưu điện [1] 3

Hình 1 2: Mặt cắt tầng hầm và số liệu thí nghiệm nhà để xe bưu điện [1] 4

Hình 1 3: Trình tự thi công nhà để xe bưu điện [1] 5

Hình 1 4: Kết quả so sánh giữa mô hình và thực tế nhà để xe bưu điện [1] 6

Hình 1 5: Kết quả so sánh chuyển vị thực tế, mô hình 2 chiều và mô hình 3 chiều của công trình Hai-Hua, Đài Loan [2] 7

Hình 1 6: Mặt cắt địa chất công trình Ủy ban Nhân dân Quận 5 [5] 8

Hình 1 7: Công nghệ thi công tường vây barrette 11

Hình 1 8: Máy đào gầu ngoạm 12

Hình 1 9: Máy đào gầu ngoạm 12

Hình 1 10: Dung dịch Bentonite 13

Hình 1 11: Thi công lồng thép 14

Hình 1 12: Trình tự thi công tường vây barrette 14

Hình 1 13: Công trình SAIGON CENTER cao 48 tầng và 5 tầng hầm (2012) 15

Hình 1 14: Công trình KHÁCH SẠN HILTON SAIGON cao 38 tầng và 5 tầng hầm (2017) 16

Hình 2 1: Các thành phần của hệ chống đỡ hố đào 18

Hình 2 2: Hệ thanh chống hố đào 18

Hình 2 3: Liên kết giữa hệ thanh chống và kingpost 18

Hình 2 4: Mối quan hệ giữa mode biến dạng của tường chắn và hệ thanh chống có độ cứng lớn [5] 19

Hình 2 5: Mối quan hệ giữa mode biến dạng của tường chắn và hệ thanh chống có độ cứng bé [5] 20

Hình 2 6: Chiều dài không cố kết trong các giai đoạn thi công hố đào 21

Hình 2 7: Mối quan hệ giữa áp lực đất, lực thanh chống và phản lực đất nền [5] 21

Hình 2 8: Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Peck [6] 22

Hình 2 9: Các phương pháp tính toán tải trọng trên hệ thanh chống [6] 23

Hình 2 10: Tải trọng các tầng thanh chống qua các giai đoạn tháo dỡ và thi công sàn hầm [7] 25

Hình 2 11: Các dạng độ lún bề mặt của đất nền [7] 26

Hình 2 12: Quan hệ giữa giá trị lớn nhất của chuyển vị tường chắn và độ lún bề mặt đất nền [7] 27

Hình 2 13: Ảnh hưởng hiệu ứng vòm trong thi công bê tông tường vây 28

Hình 2 14: Các vùng ứng xử biến dạng phẳng và ứng xử không gian trong hố đào [5]28 Hình 2 15: Ý tưởng cơ bản của mô hình đàn hồi - dẻo lý tưởng MC [8] 31

Hình 2 16: Mặt ngưỡng dẻo MC trong không gian ứng suất chính (c=0) [8] 32

Hình 2 17: Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước [8] 34

Hình 2 18: Các đường cong dẻo ứng với các giá trị p khác nhau [8] 35

Hình 2 19: Định nghĩa mô đun Eoedref trong thí nghiệm nén cố kết [8] 36

Hình 2 20: Các mặt dẻo trong mặt phẳng (p-q) của mô hình HS [8] 37

Hình 2 21: Đường cong biến dạng có kể đến sự kết thúc giãn nở trong thí nghiệm 3 trục thoát nước [8] 38

x

Hình 2 22: Định nghĩa tỉ lệ L/B của một phần tử [8] 42

Hình 2 23: Lưới phần tử hữu hạn dùng trong phân tích hố đào sâu [8] 43

Hình 2 24: Ước lượng độ lún bề mặt đất nền theo phương pháp Peck (1969) 44

Hình 3.1: Kích thước hình học của công trình mẫu 45

Hình 3.3: Mặt cắt địa chất 46

Hình 3.4: Mặt bằng hệ chống 1, 2 công trình mẫu 47

Hình 3.5: Mô hình hố đào sâu trong Plaxis 3D 48

Hình 3.6: Kết quả chuyển vị khi thay đổi độ cứng hệ chống 1 – H300x300x10x15 – Phase 6 49

Hình 3.7: Biểu đồ chuyển vị khi thay đổi độ cứng hệ chống 1 – Phase 6 50

Hình 3.8: Quan hệ giữa độ cứng hệ chống và chuyển vị tường vây 51

Hình 3.9: Khoảng cách các hệ chống theo phương ngang 52

Hình 3.10: Chuyển vị khi thay đổi độ khoảng cách giữa các hệ chống a= 3.0m – Phase 6 53

Hình 3.11: Biểu đồ chuyển vị khi thay đổi độ cứng hệ chống 1 – Phase 6 54

Hình 3.12: Quan hệ giữa khoảng cách hệ chống theo phương ngang và % chuyển vị tường vây 55

Hình 3.13: Khoảng cách các hệ chống theo phương đứng 56

Hình 3.14: Mô phỏng thay đổi khoảng cách hệ chống 1 theo phương đứng trong Plaxis 56

Hình 3.15: Biểu đồ chuyển vị khi thay đổi cao độ hệ chống 1 – Phase 6 58

Hình 3.16: Quan hệ giữa % tăng khoảng cách hai hệ chống và % chuyển vị tường vây59 Hình 4.1: Vị trí dự án SERENITY SKY VILLAS 60

Hình 4.2: Kích thước hình học của công trình 61

Hình 4.3: Mặt bằng hiện trạng 62

Hình 4.4: Mặt bằng cao độ điển hình 62

Hình 4.5: Mặt cắt cao độ điển hình 63

Hình 4.6: Mặt cắt địa chất 64

Hình 4.7: Mặt bằng các đoạn tường vây 66

Hình 4.8: Mặt bằng hệ chống 1 66

Hình 4.9: Mặt bằng hệ chống 2 66

Hình 4.10: Hệ trục tọa độ của phần tử dầm 71

Hình 4.11: Mô hình phân tích bài toán bằng chương trình Plaxis 3D Foundation 75

Hình 4.12: Hệ tường vây và kết cấu chống đỡ hố đào trong không gian 76

Hình 4.13: Vị trí 07 ống Inclinometter 76

Hình 4.14: Chuyển vị tường vây phase 6 theo phương y 77

Hình 4.15: Chuyển vị tường vây phase 6 theo phương x 77

Hình 4.16: Chuyển vị tường vây phase 2, 4, 6 ống I1 79

Hình 4.17: Chuyển vị tường vây phase 2, 4, 6 ống I2 80

Hình 4.18: Chuyển vị tường vây phase 2, 4, 6 ống I6 82

Hình 4.19: Chuyển vị tường vây phase 2, 4, 6 ống I7 84 Hình 4.20: So sánh giữa chuyển vị thực thức tế và mô hình Plaxis - Phase 6 - Ống I185 Hình 4.21: So sánh giữa chuyển vị thực thức tế và mô hình Plaxis - Phase 6 - Ống I286

Hình 4.23: Chuyển vị trong phương án không có tầng hầm bên cạnh - 3 giai đoạn đào hầm 87 Hình 4.23: Chuyển vị trong phương án có tầng hầm bên cạnh - 3 giai đoạn đào hầm 87 Hình 4.24: So sánh chuyển vị giữa 2 phương án – phase 6 88 Hình 4.25: Chuyển vị trong phương án thay đổi cao độ hệ chống - Phase 6 – Phương x90 Hình 4.24: Chuyển vị trong phương án thay đổi cao độ hệ chống - Phase 6 – Phương y90 Hình 4.25: So sánh chuyển vị lớn nhất 2 phương án - Phase 6 92

xii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1: Tính chất cơ lý của đất nền công trình 8

Bảng 1 2: Các giai đoạn thi công hố đào 9

Bảng 1 3: Kết quả tính toán lý thuyết và đo thực tế lực dọc tác dụng lên các lớp thanh chống 10

Bảng 2 1: Miền giá trị của mô đun E ứng với các loại đất khác nhau (Bowles, 1988)40 Bảng 2 2: Các giá trị điển hình của mô đun E [7] 40

Bảng 2 3: Các giá trị điển hình của hệ số Poisson [7] 40

Bảng 2 4: Hệ số thấm k của một số loại đất [6] 41

Bảng 2 5: Góc ma sát trong của cát theo chỉ số NSPT 41

Bảng 2 6: Các giá trị điển hình của φ’, c’ và cu [7] 41

Bảng 3.1: Đặc trưng vật liệu hệ chống 47

Bảng 3.2: Kết quả chuyển vị khi thay đổi độ cứng hệ chống 1 48

Bảng 3.3: Quan hệ giữa độ cứng hệ chống và chuyển vị tường vây 50

Bảng 3.4: Kết quả chuyển vị khi thay đổi độ khoảng cách 2 hệ chống 52

Bảng 3.5: Quan hệ giữa khoảng cách hệ chống và % chuyển vị tường vây 54

Bảng 3.6: Chuyển vị của tường vây khi thay đổi khoảng cách hệ chống theo phương đứng 57

Bảng 3.7: Quan hệ giữa khoảng cách hai hệ chống và % chuyển vị tường vây 58

Bảng 4.1: Thông tin chung về dự án 60

Bảng 4.2: Bảng tổng hợp khối lượng kháo sát địa chất 63

Bảng 4.3: Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 65

Bảng 4.4: Thông số đầu vào của tường vây 70

Bảng 4.5: Thông số đầu vào của hệ thanh chống tường vây 71

Bảng 4.6: Thông số đầu vào của dầm mũ tường vây 72

Bảng 4.7: Thông số đầu vào của hệ kingpost 72

Bảng 4.8: Thông số đầu vào của sàn tầng hầm công trình bên cạnh 72

Bảng 4.9: Giá trị Rinter theo kiến nghị của Plaxis 74

Bảng 4.10: Giá trị hệ số poisson 74

Bảng 4.11: Tính chất cơ lý chủ yếu của đất nền công trình 74

Bảng 4.12: Các giai đoạn tính toán trong Plaxis 75

Bảng 4.13: Chuyển vị trong ống I1 78

Bảng 4.14: Chuyển vị trong ống I2 79

Bảng 4.15: Chuyển vị trong ống I6 81

Bảng 4.16: Chuyển vị trong ống I7 83

Bảng 4.17: Giai đoạn thi công đã thay đổi 89

Bảng 4.18: Kết quả thay đổi chuyển vị phương án thay thế 91

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, dân nhập cư vào các thành phố lớn làm việc và học tập ngày càng đông dẫn đến mật độ dân số tăng cao, vì thế để đáp ứng nhu cầu về nhà ở

và để xe thì các công trình nhà cao tầng có kết hợp nhiều tầng hầm ngày càng phổ biến, nhất là trong các thành phố lớn như thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội Các công trình xây dựng này có phần kết cấu ngầm sâu trong đất và thường nằm cạnh nhiều công trình hiện hữu

Ngày nay, với sự phát triển và phổ biến của công nghệ thi công tường vây barrette, nhiều công trình đã áp dụng phương pháp thi công này để giữ ổn định trong quá trình thi công cũng như kết hợp làm tường chắn cho tầng hầm

Việc làm thế nào để hạn chế chuyển vị của tường vây trong quá trình thi công tầng hầm có ý nghĩa hết sức quan trọng Với điều kiện mặt bằng thi công bất lợi như chật hẹp và sự hiện hữu của các công trình lân cận trong các khu dân cư như hiện nay, để đảm bảo điều kiện về chuyển vị của tường vây cũng như biến dạng của đất nền xung quanh là vấn đề rất phức tạp và yêu cầu phải có một sự phân tích, đánh giá thật cẩn thận

Vì thế, việc bố trí, lựa chọn hệ kết cấu chống đỡ hố đào rất cần thiết và có ảnh hưởng rất lớn đến nội lực và chuyển vị tường vây Mối liên hệ giữa chuyển vị, nội lực của tường vây với độ cứng thanh chống, cũng như việc bố trí, lắp đặt hệ chống sao cho thỏa mãn về các điều kiện về kinh tế, an toàn trong quá trình thi công là mục đích chính của đề tài này

Mục đích nghiên cứu của đề tài

Luận văn đưa ra những phân tích, đánh giá về việc sử dụng tường vây có hệ chống

để ổn định hố đào sâu trong công tác thi công tầng hầm Ngoài ra, luận văn sẽ phân tích và so sánh kết quả quan trắc của một công trình thực tế với tính toán lý thuyết Bên cạnh đó, cũng đưa ra được sự thay đổi của hệ chống để tìm ra được cách bố trí để đảm bảm chuyển vị tường vây nằm trong giới hạn cho phép Cuối cùng, dựa vào đó để

có thể rút ra kết luận để có thể ứng dụng cho các công trình có quy mô và địa chất gần tương tự

Nội dung nghiên cứu

Phân tích ảnh hưởng của hệ thanh chống đến chuyển vị tường vây barrete khi có tầng hầm của công trình kế bên

Nhận xét, đánh giá về mức độ ảnh hưởng của hệ thanh chống đến tường vây

So sánh sự khác biệt của chuyển vị tường vây giữa thực tế và mô hình Plaxis 3D

Phương pháp nghiên cứu

2

Để phân tích ảnh hưởng của hệ thanh chống đến chuyển vị và nội lực tường vây barrete khi có tầng hầm của công trình kế bên tác giả tiến hành nghiên cứu theo ba phương pháp:

- Nghiên cứu lý thuyết

- Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation 2016

- Quan trắc công trình thực tế để so sánh

Tính khoa học và thực tiễn của đề tài:

1.1 Tính khoa học

Đề tài “Phân tích ảnh hưởng của hệ thanh chống đến chuyển vị và nội lực tường

vây barrete, trong điều kiện kế bên tầng hầm công trình hiện hữu” thiết lập mối quan

hệ giữa hệ thanh chống và chuyển vị tường vây trong toàn bộ quá trình thi công tầng hầm Đề tài dùng số liệu thực tế kết hợp kết quả mô hình bằng phương pháp phần tử hữu hạn để đánh giá chuyển vị và nội lực của tường vây

Ngoài việc đảm bảo điều kiện chuyển vị tường chắn, hệ thanh chống hợp lý cũng đảm bảo biến dạng bề mặt đất nền trong giới hạn cho phép, không ảnh hưởng đến các công trình hiện hữu lân cận Đây là vấn đề rất quan trọng trong công tác thiết kế và thi công tầng hầm nhà cao tầng

1.2 Tính thực tiễn

Đề tài này còn giúp cho người thiết kế có thêm một cơ sở lý luận chính xác hơn trong việc tính toán tường vây và mô phỏng quá trình thi công tầng hầm Đặc biệt là trong điều kiện thi công liền kề với tầng hầm các công trình lân cận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ CHỐNG ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY VÀ CÔNG

NGHỆ THI CÔNG TƯỜNG VÂY BARRETTE

Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Vấn đề về ảnh hưởng của hệ kết cấu chống đỡ hố đào đối với điều kiện chuyển vị của tường chắn tầng hầm đã được nhiều nhà khoa học trong nước và trên thế giới nghiên cứu và công bố trên các tạp chí và hội nghị khoa học

 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Theo [1], các tác giả đã trình bày về phân tích chuyển vị một công trình nhà để xe

bưu điện có diện tích 6,880m2 ở trung tâm tài chính tại Boston và được bao bọc xung quanh bởi các tuyến đường chính Toàn bộ quá trình thi công được mô phỏng sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để dự đoán chuyển vị của tường chắn và so sánh với kết quả quan trắc thực tế

Hình 1 1: Vị trí Nhà để xe bưu điện [1]

Nhà để xe có quy mô 7 tầng hầm, sử dụng loại tường vây dày 0.9m và cao độ sâu nhất là -20.7m với 8 tầng chống

4

Hình 1 2: Mặt cắt tầng hầm và số liệu thí nghiệm nhà để xe bưu điện [1]

Đặc trưng đất nền sử dụng để tính tường vây được tóm tắt như sau:

- Lớp 1, là sự trộn lẫn giữa cát lẫn sỏi sạn, xà bần có bề dày từ 0.6 - 4m

- Lớp 2, là lớp đất trầm tích có độ dẻo thấp (PI = 20-30%) và cố độ nhạy vừa phải

(s =3-6) chứa nhiều lớp thấu kính, có bề dày tywf 10-15m

- Lớp 3, là lớp cát chặt đến rất chặt, bề dày thay đổi từ 0.3 - 5.8m

- Lớp 4, là hỗn hợp không đồng nhất của các loại đất và đá, SPT từ 50-100

Hình 1 3: Trình tự thi công nhà để xe bưu điện [1]

Hệ thanh chống gồm các thanh giằng ngang dọc theo biên tường chắn, thanh chống dọc và thanh chống ngang Khoảng cách giữa các thanh chống là khoảng 3m

6

Sau khi tiến hành quan trắc tại 10 vị trí xung quanh công trình, tác giả đã đưa ra bảng so sánh sau:

Hình 1 4: Kết quả so sánh giữa mô hình và thực tế nhà để xe bưu điện [1]

Kết luận cuối cùng của tác giả về sự so sánh này:

- Phải có nhiều nỗ lực trong việc thí nghiệm xác định và kiểm soát đặc tính của đất trong phòng thí nghiệm để tăng độ chính xác khi khai báo tính chất của đất trong phần tử hữu hạn

- Co ngót của bê tông do thay đổi nhiệt độ cũng có khá nhiều ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây

- Sự thay đổi của mực nước cũng ảnh hưởng đáng kể, với công trình này, khai báo thêm áp lực nước đã làm tăng độ lún dự đoán và giảm chuyển vị của thành bên

Theo [2], tác giả đã đưa ra kết quả so sánh giữa thực tế, mô hình 2 chiều và 3

chiều của công trình Hai-Hua tại Đài Bắc, Đài Loan

Hình 1 5: Kết quả so sánh chuyển vị thực tế, mô hình 2 chiều và mô hình 3 chiều của công

trình Hai-Hua, Đài Loan [2]

Phương pháp phần tử hữu hạn trong không gian 2 chiều đã được áp dụng nhiều năm, tuy nhiên mức độ chính xác bị ảnh hưởng bởi các góc của công trình Các tác giả sau khi phân tích đã đưa ra những kết luận sau:

- Việc biến dạng của tường vây bị ảnh hưởng nhiều bởi các góc của nó, phân tích 3 chiều cung cấp một dự đón thực tế và chính xác hơn về chuyển vị tối đa của tường vây

- Đưa ra mối liên hệ gần đúng để ước tính độ chênh lệch giữa phương pháp phần tử hữu hạn 2 chiều và 3 chiều Mối quan hệ này chưa được coi là hoàn toàn đúng vì chưa kể đến các yếu tố như trình tự đào, độ sâu đào, độ cứng tường, hình dạng tường, … Tuy nhiên cũng có thể áp dụng cho một vài trường hợp thi công hố đào sâu tương tự

Theo [3] tác giả đã kết luận rằng nếu lớp đất bên dưới đáy hố đào là lớp đất cứng,

chuyển vị lớn nhất của tường chắn xuất hiện ở trên cao độ đáy hố đào, và khi đó với

hệ thanh chống đủ cứng có tác dụng rất hiệu quả đến việc giảm chuyển vị tường chắn

 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam

Theo [4], tác giả đã trình bày nghiên cứu việc tính toán kiểm tra hệ kết cấu chống

đỡ hố đào đối với công trình trạm bơm nước sinh hoạt thuộc hệ thống xử lý nước thải Nhiêu Lộc - Thị Nghè (TP Hồ Chí Minh) Tác giả sử dụng phần mềm Plaxis để kiểm tra ổn định, biến dạng của đất nền và hệ kết cấu ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình thi công Mô hình bài toán được sử dụng là Mohr – Coulomb (mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng)

Công trình có bề rộng 22m, dài 57.3m và sâu 19m Tường chắn dày 1.2m, sâu 40m, sử dụng 7 tầng chống để chống đỡ hố đào

Hình 1 6: Mặt cắt địa chất công trình Ủy ban Nhân dân Quận 5 [5]

Bảng 1 1: Tính chất cơ lý của đất nền công trình

Nửa cứng, cứng Rất chặt Chiều dài 7.2 – 11.2 1.2 – 9.1 2.8 – 8.5 6.3 – 15.9 9.2 – 15.2 13 – 19.3

Eref50 = 766N (kN/m2) trong đó N – chỉ số SPT

Các giai đoạn tính toán được thể hiện chi tiết trong bảng sau:

Bảng 1 2: Các giai đoạn thi công hố đào

0 Trạng thái ban đầu của đất nền

1 Thi công hệ tường chắn BTCT

2 Tải trọng phân bố tác dụng trên bề mặt

3 Đào đất và hạ mực nước ngầm trong hố móng tới cốt -1.50

9 Đào đất và hạ mực nước ngầm trong hố móng tới cốt -7.00

10 Đào đất và hạ mực nước ngầm trong hố móng tới cốt -8.00

11 Lắp đặt tầng chống 4 cốt -7.50

12 Đào đất và hạ mực nước ngầm trong hố móng tới cốt -9.00

13 Đào đất và hạ mực nước ngầm trong hố móng tới cốt -10.50

14 Đào đất và hạ mực nước ngầm trong hố móng tới cốt -11.50

15 Lắp đặt tầng chống 5 cốt -11.00

16 Đào đất và hạ mực nước ngầm trong hố móng tới cốt -13.50

17 Lắp đặt tầng chống 6 cốt -13.00

18 Đào đất và hạ mực nước ngầm trong hố móng tới cốt -15.50

19 Đào đất và hạ mực nước ngầm trong hố móng tới cốt -17.50

20 Lắp đặt tầng chống 7 cốt -17.00

Kết quả (kN/m)

Theo lý thuyết

Đo thực

tế

Sai biệt giá trị ở cột 4 so với cột 3 (%)

Theo lý thuyết

Đo thực

tế

Sai biệt giá trị ở cột 7 so với cột 6 (%)

Ghi chú: + Dấu (-) đối với giá trị lực dọc: lực nén

+ Dấu (+) đối với giá trị lực dọc: lực kéo

+ Dấu (-) trong cột 5, 8: Giá trị đo thực tế nhỏ hơn giá trị lý thuyết + Dấu (+) trong cột 5, 8: Giá trị đo thực tế lớn hơn giá trị lý thuyết

Từ kết quả tính toán theo lý thuyết ở trên theo từng giai đoạn thi công hố đào và giá trị quan trắc được, tác giả đã rút ra một số kết luận quan trọng như sau:

Sau khi tháo dở tầng thanh chống 6, 7 (phase 23), lực dọc tác dụng lên tầng thanh chống 3, 4 tăng lên rất lớn Đặc biệt là trong tầng chống 3, lực dọc tăng lên gấp 4 lần

so với kết quả tính toán theo lý thuyết, làm cho tầng chống 3 làm việc ở trạng thái rất nguy hiểm Do đó cần có phương án tăng cường dự phòng hoặc chỉ tháo dở tầng chống 7 và giữ lại tầng chống 6

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

Giới thiệu công nghệ thi công tường vây barrette có hệ chống

Từ phương pháp thi công cọc khoan nhồi (cọc tròn) và cọc Barretle (cọc chữ nhật) đối với nhà cao tầng, việc kết hợp giữa cọc chịu lực và tường tầng hầm dẫn đến ý tưởng làm móng tường trong đất, trường hợp này tường trong đất có thể được thiết kế

và tính toán như một loại móng sâu Tường chắn đất cũng rất hữu ích cho việc thi công các hố đào sâu và bảo đảm ổn định cho các công trình lân cận khi thi công chen trong thành phố

Tường vây barrette là tường bêtông đổ tại chỗ, thường dày 300-800mm để giữ ổn định hố móng đào sâu trong quá trình thi công tầng hầm Tường có thể được làm từ các đoạn cọc barette, tiết diện chữ nhật, chiều rộng thay đổi từ 2.2 m đến 4.0m Các đoạn tường barrette được liên kết chống thấm bằng gioăng cao su, thép và làm việc đồng thời thông qua dầm đỉnh tường và dầm bo đặt áp sát tường phía bên trong tầng hầm

Hình 1 7: Công nghệ thi công tường vây barrette

Trong trường hợp nhiều tầng hầm, tường barrette thường được thiết kế có chiều sâu 16-20m tuỳ thuộc vào địa chất công trình và phương pháp thi công Khi tường barrette chịu tải trọng đứng lớn thì tường được thiết kế dài hơn, có thể dài trên 40m để chịu tải trong như cọc khoan nhồi

12

Số lượng tầng thanh chống có thể là 1 tầng chống, 2 tầng chống hoặc nhiều hơn tuỳ theo chiều sâu, dạng hình học của hố đào và điều kiện địa chất, thuỷ văn trong phạm vi chiều sâu tường vây

Thiết bị thi công

 Máy đào

Máy đào gầu ngoạm là thiết bị dùng để đào đất loại sét và loại cát, có 3 loại là gầu ngoạm 1 dây, gầu ngoạm 2 dây và gầu ngoạm thủy lực Gầu ngoạm có bề rộng từ 0.3 – 1.5m và chiều dài từ 2.2 – 4.0m, chiều sâu đào tùy thuộc vào tường loại máy đào có thể lên đến 80m

Hình 1 8: Máy đào gầu ngoạm

Máy đào gầu phá thường gắn với những bánh xe răng cưa cỡ lớn có gắn lưỡi kim cương để phá qua các tầng đất cứng

Hình 1 9: Máy đào gầu ngoạm

 Dung dịch Bentonite

Dung dịch Bentonite hay còn gọi là dung dịch giữ thành vách hố đào là loại dung dịch làm nhiệm vụ thay thế chỗ cho đất được lấy ra khỏi hố đào, chúng phải có khả

năng tạo màng keo (tỉ lệ keo > 95%) phủ lên bề mặt thành đất hố đào nhằm tăng tính

ổn định của thành vách hố đào

Với tỷ trọng nhỉnh hơn nước tí chút (1,05 ÷ 1,15 t/m³), dung dịch giữ thành hố đào tạo được sự cân bằng áp lực với nước ngầm trong đất Nhưng do tỷ trọng dung dịch thấp hơn bê tông rất nhiều (trọng lượng riêng của vữa bê tông nặng là khoảng 2,2 ÷ 2,5 t/m³) nên khi đổ bê tông thì bê tông có thể đẩy nổi dung dịch giữ thành lên trên Đồng thời, nhờ màng keo trên kết hợp với độ nhớt cao (thời gian chảy qua phễu 500 đến 700 cc để đo độ nhớt là từ 18 ÷ 45 sec (giây), tùy mức độ nhớt của dung dịch), dung dịch này gây cản trở dòng chảy của nước ngầm trong đất

Trong thi công, thường dùng dung dịch bentonit, là dung dịch của một loại bột khoáng sét pha với dung môi là nước, để làm dung dịch giữ thành vì dung dịch bentonite có đầy đủ tính chất yêu cầu trên, đảm bảo ngăn chặn được nước từ các khe nước ngầm và giữ được ổn định cho thành hố khoan Dung dịch này thường được thu lại sau khi làm sạch hố khoan, hố đào và được sử dụng cho các lần khoan tiếp theo

Hình 1 10: Dung dịch Bentonite

Hiện nay người ta cũng đưa vào sử dụng một loại dung dịch polymer làm dung dịch giữ thành Cũng có nhiều công trình sử dụng dung dịch giữ thành là hỗn hợp pha theo một tỷ lệ nhất định của bentonite và polymer, như công trình cầu Cần Thơ (phần cọc nhồi)

 Lồng thép

Hình dạng của lồng thép tùy thuộc vào hình dạng và kích thước của tường vây, thường được chế tạo sẵn ở nhà máy và tổ hợp ở công trường

14

Hình 1 11: Thi công lồng thép

Trình tự thi công tường vây barrette

Hình 1 12: Trình tự thi công tường vây barrette

Bước 1, xây dựng tường dẫn hướng bằng bê tông cốt thép và thực hiện chức năng sau:

- Ổn định phần trên của tường vây

- Đảm bảo hình dạng và độ thẳng đứng của chúng trong quá trình đào

- Duy trì mức độ dung dịch Bentonite cần thiết để ổn định hố đào

Bước 2, chuẩn bị dung dịch hỗ trợ giữ thành hố đào

Tường vây được giữ ổn định bằng áp lực thủy tĩnh gây ra bởi dung dịch hỗ trợ, cụ thể ở đây là dung dịch Bentonite hoặc có kết hợp với Polymer

Bước 3, đào đất và giữ vách hố bằng dung dịch Bentonite

Chiều dài thiết kế của một đoạn tường vây thường từ 3 – 6m, trong một số trường hợp có thể lên đến 10 m Trong quá trình đào phải liên tục bơm dung dịch Bentonite

để giữ thành ống cũng như dùng phương pháp luân chuyển Bentonite để thổi rửa bùn đất còn lại trong hố đào

Bước 4, lắp đặt lồng thép

Ngoài lồng thép chính thì đôi khi cần sự hộ trợ của nhưng lồng thép gia cố Cần đảm bảo về hàm lượng cốt thép để đảm bảo bê tông có thể xuyên qua các lớp cốt thép Lồng cốt thép phải được định vị chính xác bằng các loại cần cẩu chuyên dụng

Bước 5, tiến hành đổ bê tông tường vây

Sau khi lắp đặt lồng thép, tiến hành đổ bê tông cho 1 đoạn hố đào tường vây Bê tông phải được đổ liên tục không được ngắt quãng, trong khi đó dung dịch Bentonite được luân chuyển ra ngoài để tái sử dụng

Một số công trình tiêu biểu tại Việt Nam

Hình 1 13: Công trình SAIGON CENTER cao 48 tầng và 5 tầng hầm (2012)

Địa chỉ: 65 Lê Lợi, Quận 1, Tp.Hồ Chí Minh, Việt Nam

Khối lượng tường vây: 17.000m2 tường vây dày 1,0m, sâu từ 45-67m

16

Hình 1 14: Công trình KHÁCH SẠN HILTON SAIGON cao 38 tầng và 5 tầng hầm (2017)

Địa chỉ: 11 Công Trường Mê Linh, Quận 1, Thành Phố Hồ Chí Minh

Khối lượng tường vây: 185.75m tường vây dày 1m, sâu 38.5-42.5m

Đặc điểm chung của cả 2 công trình này là được xây dựng ở trung tâm quận 1, xung quanh bao bọc bởi những công trình có niên đại khá lớn kết hợp với độ sâu 5 tầng hầm gần 20m và địa chất khu vực này có một lớp cát hạt mịn đến thô dày Để giữ

ổn định và đảm bảo an toàn trong khi thi công tầng hầm thì việc sử dụng công nghệ thi công tường vây barrette cho công trình này là hợp lý và có cơ sở

Nhận xét

Qua các nghiên cứu trên thế giới cũng như ở Việt Nam, các tác giả đều nhấn mạnh tầm ảnh hưởng quan trọng của hệ chống đỡ hố đào trong quá trình thi công tầng hầm Với hệ thanh chống có độ cứng đủ lớn và các biện pháp kích tải thích hợp, chuyển vị của tường chắn sẽ giảm đáng kể trong quá trình thi công đào đất

Tuy nhiên, những nghiên cứu trên không đi sâu vào việc đưa ra các phương án bố trí, kiểm tra tiết diện thanh chống trong từng giai đoạn khác nhau của quá trình thi công Vấn đề về ứng xử của tường chắn theo kết cấu hệ thanh chống cũng chưa được xét đến

Do đó, luận văn này sẽ phân tích chi tiết về mối quan hệ ứng xử giữa kết cấu hệ thanh chống và chuyển vị của tường chắn, đồng thời trình bày phương án bố trí, kiểm tra hệ kết cấu chống đỡ trong các giai đoạn thi công tầng hầm Từ đó đưa ra các biện pháp thích hợp để gia cường hệ chống, đảm bảo cho chuyển vị của tường chắn trong giới hạn cho phép

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG

HỆ CHỐNG ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY

Trong chương này, tác giả chủ yếu trình bày cơ sở lý thuyết về hệ thanh chống, cũng như ảnh hưởng của hệ thanh chống đến chuyển vị của tường chắn Phần phân tích lựa chọn thông số đầu vào hợp lý cho mô hình tính toán sẽ được trình bày trong tính toán một công trình cụ thể

2.1 Khái niệm cơ bản về hệ thanh chống đỡ hố đào

Trong quá trình thi công đào đất tầng hầm, tường chắn không chịu được áp lực ngang của đất nền, do đó hệ thanh chống đỡ hố đào thường được yêu cầu sử dụng Việc lựa chọn hệ thanh chống không chỉ phụ thuộc vào độ lớn của áp lực ngang, mà còn phụ thuộc vào thời gian lắp đặt và những trở ngại mà hệ chống đem lại trong quá trình thi công tầng hầm

Căn cứ theo vật liệu làm thanh chống, có thể chia ra làm 3 loại:

- Thanh chống bằng gỗ (Wood Struts): Chi phí rẻ nhưng cường độ chịu nén thấp,

dễ nứt, rất nhạy cảm với sự ăn mòn, độ cứng dọc trục bé Bên cạnh đó, việc nối ghép các thanh gỗ với nhau rất khó khăn, đồng thời không thể tái sử dụng cho công trình khác Chính vì những lý do đó nên hệ thanh chống bằng gỗ ít được sử dụng trong thi công hố đào

- Thanh chống bằng bê tông (RC struts): Độ cứng dọc trục lớn nên có thể sử

dụng với các hố đào có hình dạng khác nhau mà không gây ra sự chùng ứng suất Tuy nhiên, hệ thanh chống bằng bê tông có trọng lượng lớn, không dễ dàng cho việc tháo dỡ, việc kích tải trước cho hệ cũng rất khó khăn và phải cần nhiều thời gian để hệ đạt đến cường độ cho phép Do đó, hệ thanh chống bằng bê tông cũng không phải là sự lựa chọn tối ưu trong thi công hố đào

- Thanh chống bằng thép (Steel Struts): Hệ thanh chống bằng thép có nhiều ưu

điểm như: dễ lắp đặt và tháo dỡ, thời gian thi công ngắn, chi phí thấp, dễ kích tải trước Do đó, hệ thanh chống bằng thép được dùng rộng rãi trong thi công hố đào sâu

Căn cứ theo chức năng của hệ chống, có thể chia ra làm nhiều loại như bờ đất bảo

vệ (earth berm), hệ thanh chống ngang (horizontal struts), thanh chống xiên (rakers), neo (anchors), sàn thi công top – down,…

Luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu về ứng xử của hệ thanh chống bằng thép đến chuyển vị của tường chắn trong các giai đoạn khác nhau của thi công tầng hầm

Ảnh hưởng của hệ thanh chống đến chuyển vị tường chắn trong quá trình thi

Theo như hình 2.4, khi bắt đầu đào đất giai đoạn thứ nhất, chuyển vị của tường chắn sẽ xảy ra và có dạng như một consol (hình a) Sau khi lắp đặt tầng thanh chống thứ nhất và tiến hành đào đất giai đoạn 2, nếu thanh chống có độ cứng đủ lớn, tường chắn sẽ xoay xung quanh điểm tiếp xúc giữa thanh chống và tường, khi đó biến dạng của tường chắn có dạng như hình b Chuyển vị lớn nhất của tường chắn xảy ra gần bề mặt hố đào Hoàn tất lắp đặt tầng thanh chống thứ hai và tiến hành đào đất giai đoạn

3, giả định rằng độ cứng tầng thanh chống 2 cũng đủ lớn, khi đó tường chắn sẽ tiếp tục xoay xung quanh điểm tiếp xúc với tầng thanh chống 2 và biến dạng của tường chắn sẽ có dạng như hình c Chuyển vị lớn nhất của tường chắn cũng xảy ra gần bề mặt hố đào

Trong trường hợp bên dưới hố đào là lớp đất yếu, lực chống để ngăn cản chuyển vị của tường chắn vào bên trong hố đào nhỏ, khi đó chuyển vị lớn nhất của tường chắn

20

thường xảy ra ở bên dưới bề mặt hố đào Ngược lại khi bên dưới là lớp đất tốt, chuyển

vị lớn nhất của tường chắn thường xuất hiện trên bề mặt của hố đào

Khi hệ thanh chống có độ cứng bé, tại vị trí tiếp xúc giữa tầng thanh chống thứ nhất với giai đoạn đào thứ 2 và tầng thanh chống thứ hai với giai đoạn đào thứ 3, chuyển vị của tường chắn lớn Dạng biến dạng sau cùng của tường chắn sẽ có dạng gần với consol và chuyển vị lớn nhất sẽ xuất hiện tại đỉnh của tường chắn

 Khoảng cách của hệ chống

Khoảng cách của hệ thanh chống có thể được chia thành khoảng cách theo phương ngang và khoảng cách theo phương dọc Sự thu hẹp khoảng cách theo phương ngang làm gia tăng độ cứng của hệ chống trên đơn vị bề rộng hố đào, khi đó biến dạng của tường chắn tương ứng với trường hợp thanh chống có độ cứng lớn đã được trình bày ở trên

Sự rút ngắn khoảng cách của hệ thanh chống theo phương đứng có thể tác động hữu hiệu trong việc giảm biến dạng của tường chắn bởi vì độ cứng của hệ thanh chống được gia tăng Mặt khác, vì biến dạng của tường chắn là kết quả tích lũy xuyên qua các giai đoạn đào đất khác nhau, khi khoảng cách theo phương đứng của hệ thanh chống được rút ngắn, chiều dài không cố kết trong mỗi giai đoạn đào đất giảm, kết quả là biến dạng của tường chắn cũng sẽ suy giảm Chiều dài không cố kết (unsupport length) là khoảng cách giữa cao độ tầng thanh chống thấp nhất và bề mặt hố đào

Hình 2 6: Chiều dài không cố kết trong các giai đoạn thi công hố đào

 Kích tải trước cho hệ chống

Khi sử dụng phương pháp đào hở có hệ chống (braced excavation method), hệ thanh chống thường được kích tải trước Giả định rằng hệ thanh chống được lắp đặt ở cao độ nông, áp lực ngang của đất nền còn bé, do đó việc kích tải trước cho hệ có thể đẩy tường chắn ra ngoài Nếu hệ thanh chống được lắp đặt ở cao độ sâu hơn, áp lực ngang của đất nền gia tăng theo độ sâu, khi đó việc kích tải trước cho hệ sẽ không thể đẩy tường chắn ra ngoài một cách dễ dàng

Thực sự, sẽ không có vấn đề gì khi việc kích tải trước gây ra sự di chuyển của tường chắn vì khi xét tổng thể toàn bộ quá trình đào đất và lắp đặt hệ thanh chống, việc kích tải trước luôn luôn hữu ích đối với việc giảm chuyển vị của tường chắn cũng như độ lún bề mặt

Hình 2 7: Mối quan hệ giữa áp lực đất, lực thanh chống và phản lực đất nền [5]

Như đã biết, một khi tiến hành đào đất để thi công tầng hầm, tường chắn sẽ không thể tránh khỏi chuyển vị hướng vào bên trong hố đào, và hiện tượng này sẽ làm cho áp

Unsupport length

Phân tích lực dọc trong hệ thanh chống bằng phương pháp đơn giản

 Xác định tải trọng trên hệ chống theo phương pháp áp lực đất biểu kiến

Để thiết kế hệ chống, việc làm đầu tiên là phải phân tích tải trọng trên hệ trong quá trình thi công đào đất Tải trọng trên hệ thanh chống có thể được tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn; dầm trên nền đàn hồi hay phương pháp áp lực đất biểu kiến Trong trường hợp đơn giản có thể sử dụng phương pháp áp lực đất biểu kiến để phân tích tải trọng trên hệ

Peck (1969) giả định tải trọng trên từng cao độ của các tầng thanh chống được gây

ra bởi áp lực đất trong phạm vi một nửa nhịp theo phương đứng giữa tầng thanh chống bên trên và tầng thanh chống hiện tại và một nửa nhịp theo phương đứng giữa tầng thanh chống hiện tại và tầng thanh chống bên dưới Sau đó ông tính toán kiểm tra lại

áp lực đất theo tải trọng thanh chống đạt được Hình bao áp lực đất thu được theo cách này được chia thành 3 biểu đồ áp lực đất, gọi là áp lực đất biểu kiến

Hình 2 8: Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Peck [6]

(a) Cát (sand) (b) Sét yếu và trung bình yếu (soft and medium soft clay) (γH e /s u >4) (c) Sét cứng (Stiff Clay) (γH e /s u ≤4)

Trong đó

 - dung trọng riêng của đất

He - chiều sâu đào đất

Ka - hệ số áp lực đất chủ động Ka = tan2(45o - /2)

su - sức kháng cắt không thoát nước của đất trong phạm vi He

m - hệ số thực nghiệm

Hình 2 9: Các phương pháp tính toán tải trọng trên hệ thanh chống [6]

(a) Phương pháp một nửa (Half method) (b) Phương pháp áp lực bên dưới (Underneath pressure method) (c) Phương pháp gối tựa đơn (Simply supported method)

24

Các phương pháp tính toán tải trọng trên hệ thanh chống

Phương pháp một nửa (Half method)

Phương pháp một nửa giả định tải trọng trên từng cao độ của các tầng thanh chống

là tổng hợp áp lực đất trong phạm vi một nửa nhịp theo phương đứng giữa tầng thanh chống bên trên và tầng thanh chống hiện tại và một nửa nhịp theo phương đứng giữa tầng thanh chống hiện tại và tầng thanh chống bên dưới Cách tính toán của phương pháp này là bài toán ngược (hình 2.9a)

Phương pháp áp lực bên dưới (underneath pressure method)

Phương pháp áp lực bên dưới giả định tải trọng trên từng cao độ của các tầng

thanh chống là tổng hợp áp lực đất bên dưới tầng thanh chống đó Trong phương pháp này, tải trọng trên tầng thanh chống khi mới lắp đặt nhỏ, sau đó sẽ tăng dần qua các giai đoạn thi công đào đất (hình 2.9b)

Phương pháp gối tựa đơn (simply supported method)

Phương pháp gối tựa đơn giả định vị trí tựa của thanh chống với tường chắn là

khớp Quá trình tính toán bằng phương pháp này như trong hình 2.9c

Từ những phân tích trên có thể thấy rằng áp lực đất biểu kiến là áp lực đất được

suy từ tải trọng trên thanh chống hơn là áp lực thật của đất nền Do đó, áp lực đất biểu

kiến chỉ dùng để tính toán tải trọng trên hệ thanh chống, không dùng để tính toán ứng suất hay momen uốn của tường chắn

Theo như nhiều tài liệu và những kinh nghiệm thực tế, phương pháp áp lực đất

biểu kiến phù hợp với chiều sâu đào không lớn hơn 10m Riêng đối với các hố đào có

độ sâu trên 20m, việc ứng dụng của phương pháp này còn cần có nhiều khảo sát và kiểm tra hơn

 Sự gia tăng tải trọng trên hệ thanh chống trong giai đoạn tháo dỡ và thi công sàn tầng hầm

Tại giai đoạn tháo dỡ hệ chống và thi công sàn tầng hầm, tầng thanh chống bên trên của tầng thanh chống bị tháo dỡ và sàn tầng hầm bên dưới có thể được xem như 2 điểm tựa Nhịp giữa tầng thanh chống bên trên và sàn hầm được xem xét là dầm tựa đơn Lực dọc trong tầng thanh chống bị tháo dỡ có thể xem như một lực tập trung gây

ra trên dầm tựa đơn, có chiều cùng chiều với áp lực ngang của đất nền Lực tập trung này là tổng của lực trong tầng thanh chống tại giai đoạn đào đất cuối cùng và sự gia tăng tải trọng của tầng thanh chống do sự tháo dỡ của tầng thanh chống khác ở giai đoạn trước

Hình 2 10: Tải trọng các tầng thanh chống qua các giai đoạn tháo dỡ và thi công sàn hầm

Phân tích mối quan hệ giữa biến dạng của tường chắn và độ lún bề mặt của đất

nền

 Dạng độ lún bề mặt của đất nền

Hình dạng độ lún bề mặt của đất nền gây bởi quá trình đào đất có thể được chia thành hai loại: dạng vòm (spandrel type) và dạng lõm (concave type) Các yếu tố chính quyết định hai dạng độ lún bề mặt này là độ lớn chuyển vị và hình dạng biến dạng của tường chắn

Nếu giai đoạn đào đầu tiên làm phát sinh chuyển vị tường chắn lớn hơn các giai đoạn đào sau đó, hay quá trình đào ở các giai đoạn sau tiếp tục làm cho chuyển vị tường chắn có dạng consol thì độ lún bề mặt dạng vòm nhiều khả năng xảy ra và giá trị lớn nhất của độ lún sẽ được tìm thấy tại vị trí gần với tường chắn Trong trường hợp chuyển vị của tường chắn lớn nhất xuất hiện tại xung quanh bề mặt của hố đào,

Hình 2.12 cho thấy mối quan hệ giữa biến dạng tường chắn và độ lún bề mặt đất nền đạt được từ quá trình thi công hố đào ở Teipei, Chicago, San Francisco và Oslo (Mana và Clough, 1981; Ou et al., 1993) Qua hình vẽ, có thể nhận thấy vm ≈ (0.5 – 0.75)hm đối với hầu hết các trường hợp, trong đó giá trị cận dưới cho đất cát, cận trên cho đất sét Đối với các loại đất rất yếu, vm ≈ hm (vm – giá trị độ lún bề mặt đất nền,

hm – giá trị chuyển vị ngang của tường chắn)