NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ TƯỜNG VÂY TẦNG HẦM GIA CƯỜNG BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂUBảng 1.1 Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi phân tích bằng những phương pháp khác nhau so sánh với kết quả quan trắc, M.Mitew 2005 ...14 Bảng 1.2 Thông số đ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

VÕ THÀNH HOAN

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ TƯỜNG VÂY TẦNG HẦM

GIA CƯỜNG BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT

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

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 / 2016

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

VÕ THÀNH HOAN

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ TƯỜNG VÂY TẦNG HẦM

GIA CƯỜNG BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT

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

Hướng dẫn khoa học:

TS NGUYỄN SỸ HÙNG

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 / 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, được thực hiện dưới sự

hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Sỹ Hùng.

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)

LỜI CẢM ƠN

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu, quý thầy cô trường Đại học

Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện, giúp đỡ để tôi có môi trường học tập và thực hiện đề tài nghiên cứu này

Đặc biệt gửi lời cảm ơn đến thầy TS Nguyễn Sỹ Hùng là người trực tiếp

giảng dạy và hướng dẫn tôi thực hiện đề tài nghiên cứu này

Xin cảm ơn gia đình đã động viên tôi trong suốt quá trình học tập và làm việc.Cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã luôn khích lệ để tôi vượt qua những khó khăn.Mặc dù đã có nhiều cố gắng, tuy nhiên vẫn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của thầy cô và các bạn

TPHCM, ngày 21 tháng 09 năm 2016 Học viên

Võ Thành Hoan

TÓM TẮT

Trong những năm gần đây ở nước ta, cùng với sự phát triển kinh tế và quá trình đô thị hóa nhanh, nhu cầu sử dụng và khai thác không gian ngầm dưới mặt đất ngày càng nhiều Việc xây dựng các công trình nói trên dẫn đến xuất hiện hàng loạt các hố đào sâu có kích thước lớn và nằm trong tầng đất có địa chất phức tạp Vì vậy, chuyển vị ngang vượt giới hạn cho phép một trong những nguyên nhân chính

có thể gây thiệt hại cho công trình lân cận Do đó, bắt buộc phải giảm thiểu tối đa chuyển vị ngang tường vây

Trong luận văn này trình bày nghiên cứu việc phân tích chuyển vị ngang của tường vây tầng hầm thi công theo phương pháp Semi TopDown trong khu vực đất yếu Tp Hồ Chí Minh Sử dụng kết quả mô phỏng với hai mô hình Morh – Coulomb

và Hardening Soil so sánh với số liệu đo đạc thực tế kiểm chứng sự đúng đắn các thông số đầu vào, nhận thấy mô hình Hardening Soil cho kết quả sát thực tế hơn

Do đó mô hình Hardening Soil sẽ được chọn cho nhưng phân tích trong các bài toán sau

Kết quả phân tích cho thấy chuyển vị ngang của tường vây lớn nhất nằm ở gần khu vực đáy hố đào Dựa trên những nghiên cứu tổng quan trên thế giới, tác giả mô

tả ứng dụng giải pháp phun vữa cao áp Jet Grouting giảm chuyển vị ngang hố đào trong điều kiện địa chất TP.HCM Đất trong khu vực đáy hố đào được thay thế một phần bằng những cọc jet grouting (JGPs) nhằm tăng sức kháng bị động

Phân tích sẽ phân ra làm 2 trường hợp nghiên cứu: Cột đất gia cường vùng chủ động , và cột đất gia cường vùng bị động Có 3 phương pháp mô phỏng xét tới đó là

x Phương pháp RAS (The real allocation simulation) mô phỏng vật liệu riêng biệt theo tính chất thật của đất nền và JGPs

x Phương pháp EMS ( Equivalent material simulation) mô phỏng qui đổi vật liệu tương đương, xem cọc JGPs và đất nền làm việc như một khối duy nhất.

x Ngoài ra để xét đến tính hiệu quả gia cố của các cọc JGPs nhằm huy động hết khả năng làm việc của từng cọc, phải xét thêm cách thức bố trí chiều dài các cọc khác nhau

Kết quả phân tích này chỉ ra rằng việc gia cường vùng bị động sẽ cho kết quả tốt nhất với 7 hàng cọc, thì làm giảm chuyển vị tường 19.1%

Trong khi đó cả 2 phương pháp mô phỏng RAS và EMS đều cho kết quả gần giống nhau Điều này chứng tỏ rằng quan niệm cọc và đất làm việc như một khối đồng nhất là hơp lý

ABSTRACT

In recent years in our country, along with economic development and urbanization process, the need to use and exploitation of underground more and more The build of constructions quoted above has made many kinds of deep excavations appear and have the large size in soil with complex geology The horizontal displacement exceeds the permissible limits and ground settlement due to the construction of deep excavations are the main causes that can cause damage to the adjacent buildings Therefore, it is imperative to minimize the horizontal displacement of diaphragm wall

This thesis presents a research about lateral displacement of the basement diaphragm wall constructed by Semi Topdown method in the soft soil zone of Ho Chi Minh City Using the simulation results with two soil models are Morh-Coulomb and Hardening Soil and compared with actual measurements to verify the correctness of the input parameters, Hardening Soil model for closely real results more practical Therefore, Hardening Soil model will be selected for the analysis of the simulations future

The analytical results show that the horizontal displacement of the diaphragm wall is largest near the bottom of excavations area Based on the study of the world, the author describes the application high-pressure grouting solution (jet grouting) reduced horizontal displacement excavations in geological conditions in Ho Chi Minh city The soil in the bottom of excavations is replaced in part by the jet grouting piles (JGPs) to increase passive resistance

The analysis will be divided into 2 case studies: Soil-cement columns were reinforced the passive area and the active area There are 3 methods to simulate the review are:

x RAS method (The real allocation simulation) simulation separate materials

on the characteristics of the real soil and JGPs

x EMS method ( Equivalent material simulation) as JGPs piles and soil untreated work as a single block material.

x In addition, to consider the effectiveness of JGPs piles reinforcement to mobilize the full capability of each it Need to consider how the layout different length piles

The results of this analysis show that the reinforcement of the passive area is the best result with 7 soil-cement columns , the displacement of the wall is 19.1%reduction

Otherwise, both RAS and EMS methods for simulation have similar results This proves that the concept soil untreated and JGPs piles working as a uniformity block is reasonable

MỤC LỤC

LÝ LỊCH KHOA HỌC i

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

TÓM TẮT v

MỤC LỤC ix

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xiii

DANH MỤC HÌNH ẢNH xv

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 2

3 Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Nội dung nghiên cứu 3

6 Hạn chế của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY TRONG HỐ ĐÀO SÂU 5

1.1 Đặc điểm hố đào sâu 5

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

1.2.1 Ảnh hưởng của hệ số an toàn chống trồi đáy 7

1.2.2 Ảnh hưởng của chiều sâu hố đào 8

1.2.3 Ảnh hưởng của chiều sâu ngàm tường 9

1.2.4 Ảnh hưởng của độ cứng tường và phân bố đất tốt - đất yếu 10

1.3 Các phương pháp phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu 11

1.3.1 Phương pháp giản đơn 12

1.3.2 Phương pháp dầm trên nền đàn hồi và phương pháp phần tử hữu hạn 13

1.4 Phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn 16

1.4.1 Ảnh hưởng mô hình nền đến kết quả chuyển vị ngang tường vây 17

1.4.2 Giới hạn vùng mô hình khi phân tích hố đào sâu bằng phần mềm Plaxis 23

1.4.3 Thông số của mô hình nền khi phân tích hố đào bằng phần mềm Plaxis 24

1.4.3.1 Ảnh hưởng của thông số độ cứng E 25

1.4.3.2 Hệ số thấm K 29

1.4.3.3 Hệ số Poisson 29

1.5 Kết luận .30

CHƯƠNG 2 CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG 32

2.1 Đặt vấn đề .32

2.2 Sơ lược về cọc xi măng đất 33

2.2.1 Ưu nhược điểm cọc xi măng đất 34

2.2.1.1 Ưu điểm 34

2.2.1.2 Nhược điểm 35

2.2.2 Ứng dụng chính của công nghệ trộn sâu 36

2.3 Công nghệ trộn 36

2.3.1 Công nghệ trộn khô 36

2.3.2 Công nghệ trộn ướt 38

2.3.2.1 Khoan phụt vữa cao áp Jet Grouting 39

2.4 Cọc xi măng đất ứng dụng gia cường hố đào 40

2.4.1 Ảnh hưởng từ cách bố trí và mật độ cọc đến chuyển vị ngang tường vây .41

2.4.2 Ảnh hưởng tỷ lệ cải thiện đến chuyển vị ngang tường vây 48

2.4.3 Mối quan hệ E50/qu 49

2.5 Phương pháp mô phỏng trong gia cố hố đào bằng cọc xi măng đất .51

2.5.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm trụ làm việc như cọc 51

2.5.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm nền tương đương 52

2.5.3 Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp 54

2.6 Kết luận .61

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG VIỆC PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY TRONG HỐ ĐÀO SÂU 63

3.1 Cơ sở lý thuyết trong Plaxis 63

3.2 Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis 63

3.2.1 Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous” 63

3.2.2 Dung trọng không bão hoà và dung trọng bão hoà 65

3.2.3 Hệ số thấm 65

3.2.4 Thông số độ cứng của đất nền 66

3.2.5 Thông số sức kháng cắt của đất nền 68

3.3 Các mô hình đất nền trong Plaxis 69

3.3.1 Mô hình Morh-Coulomb 69

3.3.1.1 Tổng quát về mô hình 69

3.3.1.2 Xác định thông số cho mô hình 71

3.3.2 Mô hình Hardening Soil 74

3.3.2.1 Tổng quát về mô hình .74

3.3.2.2 Xác định thông số cho mô hình .78

3.4 Các phương pháp phân tích không thoát nước, thoát nước và phân tích kép (Không thoát nước kết hợp với cố kết) và ứng dụng các phương pháp này trong việc phân tích bằng Plaxis 81

3.4.1 Phân tích không thoát nước 82

3.4.2 Phân tích thoát nước 84

3.4.3 Phân tích kép (Couple Analysis) 84

3.5 Kết luận 85

CHƯƠNG 4 THIẾT LẬP VÀ LỰA CHỌN MÔ HÌNH PHÂN TÍNH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KHI GIA CƯỜNG CỌC XI MĂNG ĐẤT LÀM GIẢM CHUYỂN VỊ NGANG HỐ ĐÀO 87

4.1 Đặt vấn đề .87

4.1.1 Tổng quan về công trình 88

4.1.2 Địa chất 91

4.1.3 Quá trình thi công tầng hầm 96

4.1.4 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang của tường vây trong quá trình thi công 98

4.2 Mô phỏng bài toán bằng Plaxis 100

4.2.1 Phương pháp phân tích 100

4.2.2 Xây dựng mô hình phân tích chuyển ngang của tường vây tầng hầm bằng

phần mềm Plaxis 2D V8.5 100

4.2.2.1 Mô hình vật liệu cho các cấu kiện và đất nền 100

4.2.2.2 Mô hình các giai đoạn thi công 103

4.3 Kết quả phân tích và nhận xét 104

4.4 Phân tích ứng dụng Jet Grouting giảm chuyển vị ngang tường vây 107

4.4.1 Mô phỏng đất trong hố đào được xử lý bằng cọc Jet Grouting 107

4.4.2 Các trường hợp gia cố cọc xi măng đất 108

4.4.2.1 Trường hợp gia cố vùng chủ động 108

4.4.2.2 Trường hợp gia cố vùng bị động 112

4.5 Kết quả chuyển vị ngang tường vây sau khi gia cố cọc JGPs 116

4.5.1 Kết quả chuyển vị ngang tường vây sau khi gia cố cọc JGPs vào khu vực chủ động 116

4.5.1.1 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu riêng biệt ( PP RAS) 116

4.5.1.2 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu tương đương ( PP EMS) 117

4.5.1.3 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi mô phỏng cọc JGPs bằng hai phương pháp RAS và EMS 118

4.5.1.4 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu riêng biệt ( PP RAS), có xét đến việc giảm đều chiều dài cọc 3m 124

4.5.2 Kết quả chuyển vị ngang của tường vây sau khi gia cố cọc JGPs vào vùng bị động 131

4.5.2.1 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu riêng biệt ( PP RAS) 131

4.5.2.2 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu tương dương ( PP EMS) 132

4.5.2.3 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu riêng biệt ( PP RAS) Chiều dài cọc chênh nhau 0.3m hướng giảm dần từ phía gần tường vào trong hố đào 135

4.5.2.4 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây sau khi mô phỏng bằng 3 phương pháp: PP RAS, PP EMS và PP RAS có xét đến giảm chiều dài cọc 136

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 142

TÀI LIỆU THAM KHẢO 144

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi phân tích bằng những

phương pháp khác nhau so sánh với kết quả quan trắc, M.Mitew (2005) 14

Bảng 1.2 Thông số đầu vào mô hình Hardening Soil, Helmut F Schweiger (2007) .18

Bảng 1.3 Thông số đầu vào mô hình Morh-Coulomb, Helmut F Schweiger (2007) .18

Bảng 1.4 Bảng tổng hợp tương quan giữa mô-đun E với chỉ tiêu cơ lý 26

Bảng 1.5 Quan hệ giữa Esvà Su ,Teparaksa W(1999) 27

Bảng 1.6 Quan hệ giữa Esvà Su theo chỉ số dẽo,Bowles J.E (1998) 28

Bảng 1.7 Giá trị tiêu biểu của mô đun E cho vật liệu kết dính (Mpa) 28

Bảng 1.8 Hệ số thấm của đất được tổng hợp như trong bảng sau .29

Bảng 1.9 Hệ số Poisson của đất được tổng hợp như trong bảng sau .29

Bảng 2.1 Bảng tổng hợp ưu nhược điểm phương pháp khoan phụt vữa cao áp Jet Grouting 40

Bảng 2.2 Một số quan hệ giữa E50và qu 49

Bảng 2.3 Các mối tương quan điển hình và dữ liệu cho các loại đất trộn xi măng 49 Bảng 2.4 Đặc trưng cọc Jet Grouting ở TPHCM, Trần Nguyễn Hoàng Hùng (2013) .50

Bảng 2.5 Đặc trưng cọc Jet Grouting, G.Guatteri, J.L Kauschinger, A C Doria , E.B.Perry (1998) 51

Bảng 3.1 Tổng hợp những nét chính của 2 mô hình Mohr- Coloumb và Hardening Soil 86

Bảng 4.1 Quá trình thi công tầng hầm 96

Bảng 4.2 Thông số vật liệu cho cấu kiện trong mô hình Plaxis 100

Bảng 4.3 Thông số đất nền của mô hình Morh-Coulomb 101

Bảng 4.4 Thông số đất nền của mô hình Hardening Soil 102

Bảng 4.5 Mô hình các quá trình thi công 103

Bảng 4.6 So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây giữa kết quả phân tích với kết quả quan trắc 106Bảng 4.7 Các phương pháp mô phỏng cọc JGPs gia cường vùng chủ động 109Bảng 4.8 Bảng chi tiết các trường hợp mô phỏng 110Bảng 4.9 Thông số đầu vào của đất nền được gia cố bằng cọc xi măng đất JGPs trường hợp gia cố vùng chủ động 111Bảng 4.10 Các phương pháp mô phỏng cọc JGPs gia cường vùng bị động 113Bảng 4.11 Bảng chi tiết các trường hợp mô phỏng 114Bảng 4.12 Thông số đầu vào của đất nền gia cố bằng cọc xi măng đất JGPs trườnghợp gia cố vùng bị động 115Bảng 4.13 So sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi mô phỏng hai PP RAS và PP EMS với khi chưa xử lý JGPs 122Bảng 4.14 So sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi mô phỏngcọc xi măng đất vào vùng chủ động bằng PP RAS có xét đến giảm chiều dài cọc 129Bảng 4.15 So sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi mô phỏngcọc xi măng vào vùng bị động bằng hai PP RAS và EMS 133Bảng 4.16 So sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi mô phỏng cọc xi măng vào vùng bị động bằng PP RAS và PP RAS có xét đến giảm chiều dài cọc 141

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Mối tương quan giữa hệ số an toàn chống trồi đáy, độ cứng của tường vây

và hệ thống chống đỡ với chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây (ሺࡱࡵሻȀ

ሺࢽ࢝ࢎࢇ࢜ࢍ૝ሻ đại diện là độ cứng của hệ thống tường chống đỡ, Fb hệ số an toàn chống trồi đáy), Clough và O’Rourke (1990) 7Hình 1.2 Mối tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiềusâu của hố đào (Ou và các đồng sự, 1993) 8Hình 1.3 Chiều sâu ngàm tường Hp ,Chang Yu Ou (2006) 9Hình 1.4 Tương quan giữa chiều sâu ngàm tường và chuyển vị ngang của tường(Chang Yu Ou 2006) 10Hình 1.5 Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống đủ lớn.(a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai đoạnlấp nhiều tầng thanh chống ,Chang Yu Ou (2006) 11Hình 1.6 Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống không

đủ lớn (a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai đoạn lấp nhiều tầng thanh chống, Chang Yu Ou (2006) 11Hình 1.7 Phương pháp ứng suất phụ thuộc 13Hình1.8 Chuyển vị ngang của tường vây khi phân tích bằng hai phương pháp (a) trong trường hợp là Diapharm wall (b) là trường hợp Sheet Pile, Krasinski và M Urban (2011) Với Ux(mm): là chuyển vị ngang , ࢽ(m) : là độ sâu tính từ miện hốđào 16Hình 1.9 Chuyển vị ngang của tường khi phân tích với mô hình chuẩn Hardening Soil Model và mô hình Morh-Coulomb MC3, MC4 so sánh với kết quả quan trắc,Helmut F Schweiger (2002) 19Hình 1.10 Chuyển vị ngang của tường vây khi phân tích bằng các mô hình khác nhau và kết quả quan trắc (a) đào đến độ sâu 0.8m đặt tầng thanh chóng đầu tiên tại

độ sâu 0.3m, (b) đào đến độ sâu 29,5m, lấp 7 tầng thanh chóng và thi công đáy hầm, Lumir Mica và các đồng sự (2010) 21

Hình 1.11 Giới hạn vùng mô hình khi phân tích hố đào sâu bằng Plaxis, K.J Bakker

(2005) 23

Hình 1.12 Chuyển vị ngang của tường vây trong các trường hợp phạm vi mô hình nền khác nhau, W,D chiều rộng và chiều sâu vùng hình, Helmut F Schweiger (2002) 24

Hình 2.1 Ứng dụng chính cọc xi măng đất 36

Hình 2.2 Bố trí trụ trộn khô 37

Hình 2.3 Bố trí trụ trùng nhau theo khối 37

Hình 2.4 Bố trí trụ trộn ướt trên mặt đất 38

Hình 2.5 Bố trí trụ trùng nhau theo công nghệ trộn ướt 38

Hình 2.6 Công nghệ Jet Grouting 39

Hình 2.7 Các kiểu cải thiện đất trong hố đào bằng cọc xi măng đất (a) Gia cường vùng chủ động, (b) Gia cường vùng bị động 40

Hình 2.8 Các kiểu cải thiện đất trong hố đào bằng cọc xi măng đất : (a) Dạng Khối, (b) Dạng cột ,(c) Dạng tường 41

Hình 2.9 Gia cường bên dưới hố đào (a ) Gia cường toàn bộ khu vực , (b) Gia cường cục bộ theo vùng 42

Hình 2.10 Gia cường cọc xi măng đất dưới đáy hố móng 42

(a): dày 1.5m, (b) dày: 3m, (c): dày 6m 42

Hình 2.11 Hiệu quả của chiều dày lớp gia cường Jet Grouting đối với chuyển vị trường vây , Wong (1998) 43

Hình 2.12 Dự án The Song-San được tọa lạc tại khu K1 Đài Bắc, Chan-Yu Ou (2007) 44

Hình 2.13 Ảnh hưởng hiệu ứng góc, Chan-Yu Ou (2007) 44

Hình 2.14 Kết quả nghiên cứu được áp dụng, Chan-Yu Ou (2007) 44

Hình 2.15 So sánh kết quả chuyển vị ngang PP RAS và PP EMS,Chan-Yu Ou, Tzong-Shiann Wu and Hsii-Sheng Hsieh (2007) 45

Hình 2.16 So sánh kết quả chuyển vị ngang PP RAS và PP EMS,Chan-Yu Ou, Tzong-Shiann Wu and Hsii-Sheng Hsieh (2007) 45

Hình 2.17 Kết quả chuyển vị ngang cho từng trường hợp gia cố 46

Hình 2.18 Kết quả chuyển vị ngang tường vây (a) Gia cố vùng chủ động (b) Gia cố

vùng bị động, Lê Trong Nghĩa (2012) 47

Hình 2.19 Kết quả chuyển vị ngang tường cho từng tỷ lệ cải thiện Ir ,Nguyễn Minh Tâm (2013) 48

Hình 2.20 Cọc Jet Grouting cải tạo đất duới đáy hố đào 52

Hình 2.21 Mối quan hệ giữa qu-Ir-m 53

Hình 2.22 Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố bằng cọc xi măng đất 56

Hình 2.23 Quan hệ ứng suất- biến dạng vật liệu xi măng- đất 57

Hình 2.24 Phá hoại khối và phá hoại cắt cục bộ 57

Hình 2.25 Sơ đồ tính toán biến dạng 59

Hình 3.1 Ý tưởng cơ bản của mô hình đàn dẻo lý tưởng 70

Hình 3.2 Xác định Eref từ thí nghiệm 3 trục cố kết thoát nước 72

Hình 3.3 Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết 73

Hình 3.4 Mối quan hệ Hyperpolic giữa ứng suất lệch và biến dạng dọc trục trong thí nghiệm 3 trục thoát nước 76

Hình 3.5 Vùng đàn hồi của mô hình Hardening soil trong không gian ứng suất chính .77

Hình 3.6 Xác địnhࡱ૞૙࢘ࢋࢌ từ thí nghiệm 3 trục thoát nước 79

Hình 3.7 Xác định۳ܗ܍܌ܚ܍܎ từ thí nghiệm nén cố kết 79

Hình 3.8 Xác định hệ số mũ (m) từ thí nghiệm 3 trục thoát nước 81

Hình 4.1 Vị trí công trình và mặt bằng tường vây 89

Hình 4.2 Mặt cắt dọc tường vây 90

Hình 4.3 Biểu đồ độ ẩm (W), giới hạn dẻo (PL), giới hạn nhão (PL), SPT (N), Sức kháng cắt không thoát nước (Su) từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường theo độ sâu 95

Hình 4.4 Các bước thi công tầng hầm 97

Hình 4.5 Mặt bằng bố trí đo chuyển vị ngang tường vây 98

Hình 4.6 Kết quả đo chuyển vị ngang của tường tại vị trí IL2 theo các giai đoạn thi công 99

Hình 4.7 CV ngang ứng với pha đào đến cao độ -4.2m 104

Hình 4.8 CV ngang ứng với pha đào đến cao độ -7.9m 104

Hình 4.9 CV ngang ứng với pha đào đến cao độ -12.55m 105

Hình 4.10 JGPs bố trí vuông góc 107

Hình 4.11 Hình minh họa gia cố cọc xi măng đất vào vùng chủ động: 108

Hình 4.12 Hình minh họa gia cố cọc xi măng đất vào vùng bị động: 112

Hình 4.13 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây ứng với đợt đào cuối (-12.55m) khi sử dụng PP RAS 116

Hình 4.14 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây ứng với đợt đào cuối (-12.55m) khi sử dụng PP EMS 117

Hình 4.15 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP RAS mô phỏng 2 hàng cọc 118

Hình 4.17 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP RAS mô phỏng 4 hàng cọc 119

Hình 4.16 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP RAS mô phỏng 3 hàng cọc 119

Hình 4.18 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP RAS mô phỏng 5 hàng cọc 120

Hình 4.19 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP RAS mô phỏng 6 hàng cọc 120

Hình 4.20 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP RAS mô phỏng 7 hàng cọc 121

Hình 4.21 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP RAS mô phỏng 8 hàng cọc 121

Hình 4.22 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử PP RAS mô phỏng 4 hàng cọc , có xét đến giảm chiều dài cọc 124

Hình 4.23 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử PP RAS mô phỏng 5 hàng cọc , có xét đến giảm chiều dài cọc 125

Hình 4.24 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử PP RAS mô phỏng 6 hàng cọc , có xét đến giảm chiều dài cọc 126

Hình 4.25 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử PP RAS mô phỏng 7 hàng cọc , có xét đến giảm chiều dài cọc 127

Hình 4.26 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử PP RAS mô phỏng 8 hàng cọc , có xét đến giảm chiều dài cọc 128Hình 4.27 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây ứng với đợt đào cuối (-12.55m) khi sử dụng PP RAS 131Hình 4.28 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây ứng với đợt đào cuối (-12.55m) khi sử dụng PP EMS 132Hình 4.29 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây ứng với đợt đào cuối (-12.55m) khi sử dụng PP RAS có xét đến giảm chiều dài cọc 135Hình 4.30 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP RAS mô phỏng 2 hàng cọc 136Hình 4.31 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP RAS mô phỏng 3 hàng cọc 136Hình 4.32 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP RAS mô phỏng 4 hàng cọc 137Hình 4.33 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP RAS mô phỏng 5 hàng cọc 137Hình 4.34 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP RAS mô phỏng 6 hàng cọc 138Hình 4.35 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP RAS mô phỏng 7 hàng cọc 138Hình 4.36 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP RAS mô phỏng 8 hàng cọc 139Hình 4.37 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP RAS mô phỏng 9 hàng cọc 139Hình 4.38 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP RAS mô phỏng 10 hàng cọc 140

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Chuyển vị ngang quá mức của tường vây là nguyên nhân gây thiệt hại cho các tòa nhà lân cận Do đó, bắt buộc phải giảm thiểu tối đa chuyển vị tường vây trong quá trình đào hầm là mối quan tâm hàng đầu để bảo vệ sự ổn định của tòa nhà liền kề

Ở nước ta, đặc biệt là ở các thành phố lớn như Hà Nội và TP Hồ Chí Minh, nhà cao tầng đã xuất hiện rất nhanh chóng Công trình được phát triển lên cao hơn

và một phần được đưa sâu vào lòng đất Điều này là một xu thế chính trong quá trình hiện đại hóa các thành phố lớn

Với chính sách mở rộng đô thị về các Quận 2 và Quận 7 vốn là những vùng đất yếu của khu vực Tp.Hồ Chí Minh thì việc xây dựng các công trình có tầng hầm phục vụ mục đích đô thị hoá các khu vực này là vấn đề được đặt ra Việc xây dựng tầng hầm trong các khu vực đất tốt đã phức tạp thì việc xây dựng trong các khu vực đất yếu thì càng khó khăn hơn vì chuyển vị ngang của các tường vây tầng hầm trong quá trình đào hầm thường rất lớn gây mất ổn định cho hố đào và công trình xung quanh.Tuy nhiên việc tìm kiếm các giải pháp để khắc phục vấn đề này rất phức tạp

vì không thể ước lượng chính xác tuyệt đối chuyển vị ngang của tường vây Nguyên nhân của việc kém chính xác trong phân tích chuyển vị ngang của tường vây là kết quả phân tích bị tác động bởi nhiều yếu tố mà ta không kiểm soát được hết

Sử dụng giải pháp chống đỡ hố đào sâu để đảm bảo sự an toàn cho công trình lân cận trong lớp đất yếu thì có thể phải dùng tường vây bằng bê tông cốt thép chiều dày lớn gây nên sự tốn kém Một giải pháp đặt ra là dùng tường bê tông có chiều dày không lớn kết hợp với cọc xi măng đất , vừa đảm bảo được ổn định và tiết kiệm

chi phí Dựa trên những lý do đó đề tài “ Nghiên cứu ứng xử tường vây tầng hầm

gia cường bằng cọc xi măng đất ” đã được hình thành

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Mục đích của phương pháp dùng cọc xi măng đất gia cường khu vực hố đào sâu là để giảm chuyển vị ngang tường vây trong hố đào

Phương pháp này tương đối dễ dàng thi công, nên được áp dụng ở nhiềunước trên thế giới Tuy nhiên phương pháp phân tích và ý tưởng thiết kế vẫn còn đánh giá cao kinh nghiệm và thiếu phương án thiết kế rõ ràng vào thời điểm này Việc phân tích vấn đề này đòi hỏi một khối lượng tính toán lớn , nên phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng

Từ kết quả quan trắc thực tế của công trình thật sẽ được đem so sánh với kếtquả mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn để chứng minh tính hợp lý và hiệu quả của mô hình có sử dụng cột xi măng đất , gia cố trong hố đào

Đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí cột xi măng đất , khoảng cách giữa các cột, độ sâu gia cố đến kết quả chuyển vị tường vây

3 Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài

Giới thiệu thêm một giải pháp mới giúp bảo vệ các hố đào sâu xây chen trong thành phố, khi các biện pháp chống đỡ thông thường không có hiệu quả hoặctốn kém

Đề tài sẽ là tài liệu tham khảo bổ ích cho các kỹ sư khi thiết kế hố đào sâu tương tự về mô phỏng, sử dụng giải pháp gia cường cọc xi măng đất để chống chuyển vị hố đào

4 Phương pháp nghiên cứu

Khảo sát thu thập các số liệu quan trắc tường vây tầng hầm ở khu vực TP HCM

Tiến hành mô phỏng các công trình trên để tìm ra mô hình tính toán phù hợp

Tiến hành mô hình hố đào gia cố bằng cọc xi măng đất với nhiều phương án khác nhau về cách bố trí và độ sâu gia cố bằng mô hình đã lựa chọn ở trên để đề ra phương án hợp lý và đánh giá các yếu tố tác động

5 Nội dung nghiên cứu

Luận văn này trình bày ứng dụng của phương pháp gia cường cọc xi măng đất để giảm chuyển vị ngang tường vây trong quá trình thi công tầng hầm Trong phương pháp này một phần khối lượng đất trong khu vực hố đào được thay thế bằngcọc xi măng đất , trong nỗ lực để tăng sức kháng bị động của đất , như là một biệnpháp hiệu quả để hạn chế chuyển vị ngang tường vây Sơ bộ về nội dung nghiên cứu đề tài , tác giả tập trung chủ yếu vào các nội dung sau

Chương 1: Từ những nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước , tác giả

đã tổng hợp và giới thiệu tổng quan về các vấn đề hố đào sâu đưa ra cái nhìn tổngthể , những điều còn hạn chế và tiếp tục nghiên cứu

Chương 2: Tổng hợp những nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước , tác giả giới thiệu tổng quan về cọc xi măng đất ,các ứng dụng cọc xi măng đất trong

hố đào sâu ,đưa ra cái nhìn tổng thể , những điều còn hạn chế và tiếp tục nghiên cứu

Chương 3: Để đáp ứng được việc tính toán và nghiên cứu , tác giả đã đi sâu tìm hiểu những cơ sở lý thuyết làm nền tảng, đưa ra được thông số mô hình hợp lý

Chương 4: Tương quan tính toán công trình thực tế bằng các mô hình phần

tử hữu hạn và kết quả quan trắc thực tế , từ đó rút qua kết luận và đề xuất giải pháp

Kết luận và kiến nghị

6 Hạn chế của đề tài

Do khuôn khổ của một luận văn thạc sỹ nên đề tài chưa đánh giá hết đượcảnh hưởng của các mô hình, các phương pháp phân tích đến những vấn đề khác của

hố đào sâu như lún sau lưng tường, ổn định đáy hố đào…

Đề tài này chưa đánh giá được hết ảnh hưởng của các mô hình khác ngoài Morh-Coulomb và Hardening Soil và các nhân tố khác ngoài nhân tố mô hình và

phương pháp phân tích đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong

hố đào sâu ở khu vực đất yếu Tp.Hồ Chí Minh

Ngoài ra đề tài cũng chỉ xét đến phương pháp gia cố đất trong hố đào bằng các cọc xi măng, mà chưa xét đến các kiểu gia cố khác như: kiểu tường, hay dạngtoàn khối…

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY TRONG HỐ ĐÀO SÂU

1.1 Đặc điểm hố đào sâu

Công tác hố đào sâu là loại công tác có giá thành cao, khối lượng công việclớn , kỹ thuật phức tạp ,sự cố hay xảy ra , là một khâu khó về mặt kỹ thuật , đồngthời cũng là trọng điểm để hạ thấp giá thành và bảo đảm chất lượng công trình

Đào hố móng cho các công trình tầng hầm trong điều kiện đất yếu , mựcnước ngầm cao và nhiều điều kiện thường phức tạp khác , rất dễ sinh ra mất ổn định

hố đào , phình trồi đáy hố đào, kết cấu chắn giữ bị hư hỏng nặng… làm hư hại hốmóng , ảnh hưởng nghiêm trọng các công trình ngầm và đường ống xung quanh

Vì vậy 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 và chuyển vị ngang quá mức

1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu

Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu được chia ra làm ba nhóm chính (Kung 2009) [14]:

- Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thiết kế:

x Độ cứng của hệ thống chống đỡ bao gồm độ cứng của tường vây, độcứng của hệ thống thanh chống, chiều dài của tường vây…

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

x Sự tạo ứng suất trước trong hệ thống thanh chống

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

- Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thi công:

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

x Việc đào quá sâu để thi công hệ thống thanh chóng cũng ảnh hưởng đếnchuyển vị ngang của tường vây

x Các giai đoạn thi công trước đó như ảnh hưởng của việc đào hố móng thi công tường vây cũng ảnh hưởng đến chuyển vị tường

x Thời gian của các giai đoạn thi công: thời gian thi công ảnh hưởng khá lớn đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu đặc biệt trong nền đất sét vì liên quan đến vấn đề cố kết và từ biến

x Tay nghề của đội công nhân thi công công trình Điều này cũng đượcPeck (1969) bàn đến

- Nhóm các nhân tố cố hữu:

x Nhân tố địa chất: tính chất cơ lý của đất nền quyết định khả năng chịulực và biến dạng của đất nền, lịch sử chịu lực của đất nền, mực nướcngầm…

x Nhân tố các công trình xung quanh công trình hố đào sâu như các nhà cao tầng xung quanh, các công trình giao thông và mật độ giao thông xung quanh công trình …

- Ngoài ra Chang-Yu Ou (2006) [5] cũng đã nêu lên những nhân tố ảnh hưởngđến chuyển vị ngang của tương vây trong hố đào sâu bao gồm: sự mất cân bằng lực,

độ cứng của tường vây, hệ thống hỗ trợ và hệ số an toàn… Trong đó sự mất cân bằng lực bao gồm những nhân tố như: chiều sâu của hố đào, chiều rộng của hố đào

và lực nén trước trong các thanh chống… Những nhân tố được Ou bàn đến ở đây là những nhân tố liên quan đến vấn đề thiết kế theo như phân loại của Kung (2009)

1.2.1 Ảnh hưởng của hệ số an toàn chống trồi đáy

Hệ số an toàn đã được Clough và O’Rourke (1990) [5] bàn đến trong nghiên cứu ảnh hưởng của nó đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu Bằngcách phân tích nhiều trường hợp trong quá khứ Clough và O’Rourke đã đưa ra mốitương quan giữa hệ số an toàn chống trồi đáy, độ cứng của tường vây và hệ thốngchống đỡ với chuyển vị ngang lớn nhất của tường thông qua biểu đồ sau:

Hình 1.1 Mối tương quan giữa hệ số an toàn chống trồi đáy, độ cứng của tường vây

và hệ thống chống đỡ với chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây (ሺࡱࡵሻȀ

ሺࢽ࢝ࢎࢇ࢜ࢍ૝ ሻ đại diện là độ cứng của hệ thống tường chống đỡ, Fb hệ số an toàn

chống trồi đáy), Clough và O’Rourke (1990)

Clough và O’Rourke (1990) đưa ra kết luận rằng trong một hố đào sâu điểnhình thì chuyển vị ngang của tường tỷ lệ thuận với chiều rộng của hố đào sâu Điềunày được giải thích là khi chiều rộng của hố đào càng lớn thì sự mất cân bằng lựccàng chênh lệch do đó chuyển vị ngang của tường càng lớn Hơn nữa, trong đất sét

yếu thi chiều rộng của hố đào càng lớn thì hệ số an toàn chống trồi đáy càng giảm vì vậy chuyển vị ngang càng lớn.

1.2.2 Ảnh hưởng của chiều sâu hố đào

Trong mối liên hệ giữa chiều sâu hố đào với chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu đã được Ou và các đồng sự (1993) nghiên cứu thông qua phân tích các công trình hố đào sâu trong khu vực Đài Bắc Theo kết quả của nghiên cứu này thì chuyển vị ngang lớn nhất trong các tường vây hố đào sâu khoảng từ 0.2-0.5% chiều sâu hố đào: ߜ௛௠ ൌ  ሺͲǤʹ െ ͲǤͷΨሻܪ௘ (Hình 1.2)

Hình 1.2 Mối tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiều

sâu của hố đào (Ou và các đồng sự, 1993)

1.2.3 Ảnh hưởng của chiều sâu ngàm tường

Hình 1.3 Chiều sâu ngàm tường Hp ,Chang Yu Ou (2006)

Chang Yu Ou (2006) [5] đã đề cập đến mối liên hệ giữa chiều sâu cắm tườngvây (Hp) đến chuyển ngang của tường vây Tác giả đã tiến hành phân tích chuyển vịngang của tường vây trong 1 hố đào sâu 20m bằng phương pháp phần tử hữu hạn Khi sức kháng thông thường của đất nền là ݏ௨Ȁߪ௩ǡ ൌ ͲǤ͵͸ , chiều sâu ngàm chân tường Hp=20m và 15m thì chuyển vị ngang của tường tương tự nhau Khi giảmchiều sâu Hp=10m thì chuyển vị ngang của tường có thay đổi một ít nhưng tườngvẫn đảm bảo ổn định Khi Hp= 4m thì tường bị hiện tượng đá chân (phá hoại) lúc đó chuyển vị ngang của tường tăng lên nhanh chóng.Trong trường hợp ݏ௨Ȁߪ௩ǡ ൌ ͲǤʹͺvới trường hợp chiều sâu ngàm tường Hp= 15m thì chuyển vị ngang của tường có lớn hơn không đáng kể so với trường hợp Hp=20m và tường bị phá hoại khi

Hp=10m lúc đó chuyển vị ngang của tường tăng lên nhanh chóng Do đó khi tường

đã ở trạng thái ổn định thì chiều sâu ngàm của chân tường ảnh hưởng không đáng

kể đến chuyển vị ngang của tường

Hình 1.4 Tương quan giữa chiều sâu ngàm tường và chuyển vị ngang của tường

(Chang Yu Ou 2006)

1.2.4 Ảnh hưởng của độ cứng tường và phân bố đất tốt - đất yếu.

Về cơ bản thì khi tăng độ cứng của tường thì sẽ giảm chuyển vị ngang củatường, tuy nhiên mối liên hệ không phải là tuyến tính và chỉ gia tăng trong mộtkhoảng nhất định do đó việc gia tăng độ cứng cho tường để giảm chuyển vị ngang của tường là không thật khả quan (Hsieh, 1999) Khi chưa lấp các thanh chống thì tường sẽ chuyển vị như một dầm hẫng (cantilever type), khi đã lấp thanh chống, độcứng của thanh chóng đủ lớn thì tường sẽ chuyển vị dạng xoay quanh điểm tiếpgiáp giữa tường và thanh chống và chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ gần đáy

hố đào Nếu lớp đất tại vị trí đáy hố đào là đất yếu thì chuyển vị ngang lớn nhất củatường sẽ nằm dưới đáy hố đào ngược lại khi lớp đất ngay tại đáy hố đào là lớp đấttốt thì thì chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ nằm trên đáy hố đào Khi độ cứng của hệ thống thanh chống không đủ lớn thì chuyển vị ngang của tường có dạng dầm

hẫng (cantilever type) và trong trường hợp này thì chuyển vị lớn nhất của tường là ngay tại vị trí đỉnh tường (Chang Yu Ou, 2006)

Hình 1.5 Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống đủ lớn.

(a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai đoạnlấp nhiều tầng thanh chống ,Chang Yu Ou (2006)

Hình 1.6 Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống không

đủ lớn (a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai đoạn lấp nhiều tầng thanh chống, Chang Yu Ou (2006)

1.3 Các phương pháp phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu

Theo Chang Yu Ou (2006) [5] thì có 3 phương pháp phân tích chuyển vịngang của tường vây trong hố đào sâu: phương pháp giản đơn (Simplified Method),

phương pháp dầm trên nền đàn hồi (Beam on Elastic Foundation Method) và phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method)

1.3.1 Phương pháp giản đơn

Phương pháp giản đơn dựa trên những trường hợp trong qua khứ để xây dựngnên những biểu đồ về mối quan hệ giữa các nhân tố khác nhau với chuyển vị ngang của tường vây Ou và các đồng sự (1993) đã xây dựng mối liên hệ giữa chuyển vịngang lớn nhất và chiều sâu của hố đào trong đó đưa ra những trường hợp cho đấtsét và đất cát (Hình 1.2) Clough và O’Rourke (1990) cũng đã dựa trên những công trình hố đào sâu trong khu vực Đài Bắc để xây dựng nên biểu đồ tương quan giữachuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với hệ số an toàn chống trồi đáy độ cứng của tường vây và hệ thống chống đỡ (Hình 1.1)

Những biểu đồ trên có thể sử dụng để dự đoán được sơ bộ chuyển vị củatường vây trong trường hợp tương tự Do đó ta cũng nhận thấy được những hạn chế

to lớn của phương pháp giản đơn vì chuyển vị ngang của tường vây là tổng hợp tác động của nhiều nhân tố nhưng những biểu đồ trên chỉ xây dựng trên những nhân tốhạn chế dẫn đến sự thiếu chính xác Mặt khác chuyển vị ngang của tường bị ảnh hưởng to lớn bởi điều kiện địa chất nhưng những biểu đồ trên được các tác giả xây dựng trên những nghiên cứu các công trình trong một khu vực nhất định do đó khi đem những biểu đồ này áp dụng cho những công trình ở những khu vực khác thì kếtquả có độ tin cậy thấp

1.3.2 Phương pháp dầm trên nền đàn hồi và phương pháp phần tử hữu hạn

Hình 1.7 Phương pháp ứng suất phụ thuộc

Phương pháp dầm trên nền đàn hồi và phương pháp phần tử hữu hạn là hai phương pháp thông dụng trong phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu Ưu điểm của hai phương pháp này chính mô phỏng gần trọn vẹn những nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu Mặt khác hai phương pháp này có thể ứng trong các phần mềm máy tính để giảm khối lượng

và thời gian tính toán nhưng kết quả thu được chính xác hơn Tuy nhiên lý thuyết cơ bản của hai phương pháp này thì không thật sự đơn giản đặc biệt là phương pháp phần tử hữu hạn do đó người phân tích không những phải có kiến thức cơ bản vữngvàng mà còn phải có kinh nghiệm thực tế

Việc so sánh hai phương pháp dầm trên nền đàn hồi và phương pháp phần tửhữu hạn trong việc phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu đã được một số tác giả nghiên cứu M.Mitew (2005) [18] đã sử dụng phương pháp ứngsuất phụ thuộc (Depending pressure method) và phương pháp phần tử hữu hạn(FEM) để tiến hành phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong một hố đào sâu Phương pháp ứng suất phụ thuộc là một dạng của phương pháp dầm trên nềnđàn hồi dựa trên ý tưởng là mô phỏng mối liên hệ giữa đất nền và tường bằng hệthống những lò xo có độ cứng là Kh, tường được xem là một dầm đàn hồi Chuyển

vị ngang của tường được xác định thông qua việc giải bài toán dầm trên những gối

tựa lò xo có độ cứng là Kh với tải trọng là áp lực đất nền Vấn đề cần giải quyếttrong phương pháp này là xác định hệ số Kh Trong nghiên cứu này M.Mitew đã tính toán Kh theo 3 phương pháp của Terzaghi (1955), Menard and Bourdon (1964) và Monnet (1994) sử dụng phần mềm Geo-FEM trong phân tích Trong phương pháp phần tử hữu hạn M.Mitew đã sử dụng mô hình Mohr-Coulomb trong phần mềmPlaxis 2D để phân tích Độ cứng của đất nền được M.Mitew chia ra làm bốn trường hợp; FEM 1: độ cứng đất nền dựa theo tiêu chuẩn Ba Lan, FEM 2: độ cứng đất nềndựa theo những nghiên cứu trước đó, FEM 3: độ cứng đất nền dựa vào kết quả khảosát địa chất, FEM 4: độ cứng đất nền dựa vào kết quả đo đạc ứng suất tại hiệntrường

Tất cả những kết quả phân tích được so sánh với kết quả quan trắc tại hiệntrường M.Mitew đã nhận xét việc tính toán bằng phương pháp ứng suất phụ thuộccho kết quả rất biến động vì phụ thuộc nhiều vào cách xác định hệ số Kh Trong khi

đó việc tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho kết quả tính ít biến động

và gần sát với kết quả quan trắc Tuy nhiên M.Mitew cũng lưu ý khâu quan trọngkhi tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn là lựa chọn mô hình nền và thông

số của mô hình

Bảng 1.1 Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi phân tích bằng những

phương pháp khác nhau so sánh với kết quả quan trắc, M.Mitew (2005)

Phương pháp ứng suất phụ

thuộc

Phương Pháp phần tử hữu hạn Kết quả quan trắc

Chuyển vị ngang lớn nhất (mm) Terzaghi (1955) Bourdon (1964) Menard and Monnet (1994)

A Krasinski và M Urban (2011) [1] đã tiến hành phân tích một hố đào sâu bằng hai phương pháp : phương pháp mô phỏng tương tác giữa nền và tường là hệthống các lò xo đàn hồi (cải tiến mô hình nền của Winkle) với sự hỗ trợ của phầnmềm OGW (Obudowy Głebokich Wykopów – Deep Excavation Walls) và phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng Plaxis 2D với mô hình nền là Hardening Soil Model Công trình trong nghiên cứu là một hố đào sâu 10m tường dài 12m, đất nền là đấtcát tốt cố kết thường không bão hoà Giải pháp chống đỡ thành vách được giả thiết

là hai trường hợp: tường bê tông chống đỡ bằng neo, tường cừ larsen chống đỡ bằng thanh chống

Kết quả phân tích chuyển vị bằng 2 phương pháp như sau:

(a)

(b)

Hình1.8 Chuyển vị ngang của tường vây khi phân tích bằng hai phương pháp (a)

trong trường hợp là Diapharm wall (b) là trường hợp Sheet Pile, Krasinski và M Urban (2011) Với Ux(mm): là chuyển vị ngang , ࢽ (m) : là độ sâu tính từ miện hốđào

A Krasinski và M Urban nhận xét có sự khác biệt đáng kể khi tiến hành phân tích bằng hai phương pháp trên Việc mô phỏng ứng xử của nền với tường như một dầm trên nền những lò xo đàn hồi đã bộc lộ những thiếu sót vì những lò xo đàn hồi này không mô tả được hết những hiện tượng vật lý phức tạp trong mối liên hệ giữa tường và đất Tuy nhiên tác giả cũng nhận xét rằng cả hai phương pháp này cho ra kết quả phân tích có khác nhau nhưng để xác định phương pháp nào cho kết quả đáng tin cậy hơn cần kiểm chứng với số liệu quan trắc thực tế

1.4 Phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong việc giải quyết những bài toán của kỹ thuật nói chung và địa kỹ thuật nói riêng Như

trình bày ở 1.2 thì ưu điểm của phương pháp phần tử hữu hạn là khả năng ứng dụng vào các phần mềm máy tính giúp giải phóng người kỹ sư khỏi những tính toán toán học phức tạp cũng như khả năng mô phỏng gần như mọi yếu tố tác động đến kết quả bài toán Tuy nhiên việc hiểu biết và sử dụng đúng đắn phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu là một điều không phải đơn giản Trong phần này, một số nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về vấn đề phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn

1.4.1 Ảnh hưởng mô hình nền đến kết quả chuyển vị ngang tường vây

Vấn đề lựa chọn mô hình nền khi phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu là một vấn đề cần bàn luận Các mô hình nền khác nhau thì dựa trên những lý thuyết và những giả thiết khác nhau do đó kết quả thu được sẽ ít nhiều khác biệt Helmut F Schweiger (2007) [34] đã phân tích ảnh hưởng của việc lựa chọn mô hình nền đến kết quả phân tích bài toán hố đào sâu bằng sự hỗ trợ của phần mềm Plaxis 2D Nghiên cứu được thực hiện trên 1 hố đào sâu 16.8m được giữ

ổn định bằng tường vây sâu 32m kết hợp với neo trong đất trên nền cát Helmut F Schweiger sử dụng mô hình Hardening Soil Model làm mô hình chuẩn (reference solution) để so sánh với kết quả khi phân tích bằng mô hình Morh-Coulomb với hai trường hợp MC 3: E=ܧହ଴௥௘௙, MC 4: E=ܧ௨௥௥௘௙ Helmut F Schweiger nhận xét tuy dạng của các đường cong chuyển vị ngang là tương tự nhau nhưng giá trị chuyển vị ngang rất khác biệt Đồng thời khi so sánh với kết quả quan trắc, mô hình Hardening Soil cho chuyển vị ngang hợp lý hơn Điều này chứng tỏ mô hình Morh-Coulomb quá đơn giản để có đủ khả năng giải quyết các vấn đề phức tạp của hố đào sâu

Bảng 1.2 Thông số đầu vào mô hình Hardening Soil, Helmut F Schweiger (2007)

Chiều sâu phân bố các lớp đất Lớp 1: 0-20m Lớp 2: 20-40m Lớp 3: >40m

Bảng 1.3 Thông số đầu vào mô hình Morh-Coulomb, Helmut F Schweiger (2007)

Chiều sâu phân bố các lớp đất Lớp 1: 0-20m Lớp 2: 20-40m Lớp

Hình 1.9 Chuyển vị ngang của tường khi phân tích với mô hình chuẩn Hardening

Soil Model và mô hình Morh-Coulomb MC3, MC4 so sánh với kết quả quan trắc,Helmut F Schweiger (2002)

Lumir Mica và các đồng sự (2010) [17] cũng đã thực hiện nghiên cứu về ảnh hưởng của các mô hình nền đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn Lumir Mica và các đồng sự

đã tiến hành phân tích một hố đào sâu 30m chống đỡ bằng tường vây bê tông dày 0.8m kết hợp với 7 tầng thanh chống, đất nền chủ yếu là đất sét (Brno, Czech Republic) Năm mô hình nền đã được sử dụng: Standard Moh-Coulomb model (MC), Hardening soil model (HS), Hardening soil small strain model (HSS), Hypoplastic basic model (HC) và Hypoplastics model for clays with intergranular strain (HCis) để mô phỏng ứng xử của lớp đất sét (ảnh hưởng lớn đến kết quả phân tích), các lớp đất còn lại được mô phỏng bằng mô hình Morh-Coulomb (ít ảnh hưởng đến kết quả phân tích)

xx Với sự hỗ trợ của phần mềm Plaxis 2D V9, kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong các giai đoạn thi công với các mô hình nền khác nhau được so sánh với nhau và so sánh với kết quả quan trắc bằng thiết bị đo nghiêng của tường Inclinometer INK 20

x Kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường ở những giai đoạn đầu khi tiến hành đào chưa sâu luôn lớn hơn nhiều kết quả quan trắc Điều này là do kết quả phân tích bị ảnh hưởng bởi những lớp đất bên trên được mô phỏng bằng

mô hình MC, các thông số của mô hình này được lấy từ kết quả khảo sát địa chất và chưa qua hiệu chỉnh nên giá trị rất nhỏ làm kết quả phân tích chuyển

vị lớn

x Khi tiến hành đào sâu xuống dưới thì ảnh hưởng của những lớp đất này ít đi

và kết quả phân tích và quan trắc tương đối khớp với nhau Kết quả phân tích

từ hai mô hình HSS và HCis là tốt nhất gần sát với kết quả quan trắc trong khi kết quả phân tích từ hai mô hình HS và HC (không thể hiện được ứng xử biến dạng nhỏ) cho kết quả lớn hơn Điều này chứng tỏ việc bỏ qua ứng xử biến dạng nhỏ của đất nền làm sai lệch kết quả phân tích Tuy nhiên sự sai lệch từ việc phân tích bằng hai mô hình HS và HC là có thể chấp nhận được

do đó việc ứng dụng hai mô hình này trong việc phân tích chuyển vị ngang

của tường vây trong hố đào sâu là có thể chấp nhận Mô hình cho kết quả phân tích kém nhất là mô hình MC, muốn nâng cao khả năng phân tích của

mô hình này thì Lumir Mica và các đồng sự đề nghị nên hiệu chỉnh thông số đầu vào của mô hình từ các kết quả khảo sát địa chất

Hình 1.10 Chuyển vị ngang của tường vây khi phân tích bằng các mô hình khác

nhau và kết quả quan trắc (a) đào đến độ sâu 0.8m đặt tầng thanh chóng đầu tiên tại

độ sâu 0.3m, (b) đào đến độ sâu 29,5m, lấp 7 tầng thanh chóng và thi công đáy hầm, Lumir Mica và các đồng sự (2010)

Aswin Lim và các đồng sự (2010) [2] tiến hành phân tích ứng xử của một hố đào sâu 19.8m tường vây dài 35m thi công bằng phương pháp TopDown kết hợp với hệ thanh chống Sử dụng phần mềm Plaxis với năm mô hình nền khác nhau: