Nghiên cứu ảnh hưởng các thống số không thoát nước xung quanh hố đào sây trên nền đất yếu

Hiện nay có rất nhiều biện pháp để bảo vệ thành hố đào sâu: tường vây cọc đất trộn xi măng, cọc bản thép, cọc bản bêtông cốt thép, tường chắn bằng cọc khoan nhồi, tường liên tục trong đấ

Trang 1

LÊ HOÀNG VIỆT

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ KHÔNG THOÁT NƯỚC XUNG QUANH HỐ ĐÀO SÂU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

Chuyên Ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 07 năm 2009

Trang 2

-

Cán bộ hướng dẫn nhận xét: PGS TS CHÂU NGỌC ẨN

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: HĐ CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ Trường Đại học BÁCH KHOA TP.HCM, ngày ……… tháng ……… năm 2009

Trang 3

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : LÊ HOÀNG VIỆT Giới tính: Nam

Chuyên ngành : Điạ kỹ thuật xây dựng MSHV: 00907556

I TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ KHÔNG THOÁT NƯỚC

XUNG QUANH HỐ ĐÀO SÂU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN :

1 Nhiệm Vụ

Phân tích ảnh hưởng các thông số không thoát nước xung quanh hố đào sâu

trên nền đất yếu

Xác định bán kính vùng ảnh hưởng đến nền đất xung quanh của hố đào sâu

2 Nội dung đề tài nghiên cứu

Mở đầu

Chương I : Tổng quan về hố đào trong các công trình cao tầng

Chương II : Tổng quan tường vây liên tục trong đất

Chương III : Cơ sở lý thuyết tính toán tường chắn trong hố đào

Chương IV : Phân tích ảnh hưởng của hố đào sâu cho công trình Times Square Kết luận và kiến nghị

III NGÀY GIAO NHIIỆM VỤ :

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :

Nội dung và đề cương Luận văn Thạc sĩ đã được Hội đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS VÕ PHÁN

Trang 4

- Ngày sinh :17-04-1971 Nơi sinh: Tiền Giang

- Điạ chỉ liên lạc : Số 69/30B đường Phó Cơ Điều, Phường 3, Thành phố Vĩnh Long, tỉnh Vĩnh Long Điện thoại : 070.6250240 - 0979853988

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

1 Từ 1989 đến 1993 : Học tại Trường Sư phạm Kỹ Thuật 4

Năm tốt nghiệp : 1993 Ngành học : Cơ khí chế tạo máy

Hệ đào tạo: Chính qui dài hạn 4.5 năm

2 Từ 09/2000 đến 12/2000: Học tại Trường Cao đẳng Sư phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long Năm tốt nghiệp : 2001 Ngành học : Cơ khí chế tạo máy

Hệ đào tạo : Bổ túc kiến thức (Chuyên tu)

3 Từ 1996 đến 2001 : Học tại Trường Đại học Kiến Trúc TP Hồ Chí Minh

Năm tốt nghiệp : 2001

Ngành học : Xây dựng dân dụng và công nghiệp

Hệ đào tạo : Tại chức dài hạn 5 năm

4 Tháng 09/2007 đến nay: Học tại Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh Chuyên ngành : Điạ kỹ thuật xây dựng

Khoá đào tạo : 2007

Mã số học viên : 00907556

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC

1 Từ 02/1994 đến 09/2003:Giảng viên trường CĐ Sư phạm kỹ thuật Vĩnh Long

2 Từ 10/2003 đến 08/2007: Công tác tại Ban quản lý các dự án Công nghiệp & dân dụng tỉnh Vĩnh Long

3 Từ tháng 09/2007 cho đến nay: Học viên cao học ngành Địa kỹ thuật xây dựng trường Đại học Bách Khoa Tp HCM

Trang 5

Trước hết, học viên xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cô giáo trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã truyền dạy những kiến thức khoa học nền tảng để học viên hoàn thành luận văn thạc sĩ này Đặc biệt, học viên xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn PGS TS Châu Ngọc Ẩn là người đã định hướng nghiên cứu, tư duy, phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu khoa học, hỗ trợ về tinh thần và chỉ dẫn tận tình về chuyên môn, giúp đỡ cho học viên trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Học viên xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy cô giáo thuộc bộ môn Bộ môn Địa cơ - Nền móng, quý thầy cô giáo thuộc khoa xây dựng đã tham gia giảng dạy, cảm ơn tất cả các bạn bè cùng khoá 2007 đã hỗ trợ về tinh thần, tài liệu và chia sẽ kinh nghiệm thi công các công trình thực tế có liên quan đến đề tài nghiên cứu khoa học của học viên

Kính gởi đến cha, mẹ kính yêu lòng biết ơn vô hạn, xin cám ơn các anh, chị, gia đình và các con đã ủng hộ, tạo điều kiện tốt nhất để học viên vượt qua mọi khó khăn và hoàn thành luận văn thạc sĩ này./

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2009

LÊ HOÀNG VIỆT

Trang 6

hoặc một phần của công trình loại này được đặt sâu trong lòng đất, ngoài việc chịu tải trọng của công trình còn phải chịu những tác động đặc biệt của môi trường đất, áp lực nước xung quanh công trình Đặc biệt Thành phố Hồ Chí Minh là thành phố trẻ đã chuyển mình sang một thành phố hiện đại nên đang xây dựng rất nhiều các loại công trình ngầm Kết quả tính toán giữa lý thuyết và thực tế quan trắc về ứng xử của nền đất với tường vây trong hố đào sâu còn khác biệt khá lớn Để có những kết quả xác thực hơn tác giả chọn đề tài nghiên cứu khoa học “Ảnh hưởng các thông số không thoát nước xung quanh hố đào sâu trên nền đất yếu” Nhằm phân tích ứng xử của nền đất và tường vây trong hố đào sâu của công trình Times square”

Từ những kết quả nghiên cứu được tác giả đưa ra những nhận xét, kết luận, kiến nghị và định hướng nghiên cứu chuyên sâu tiếp theo của vấn đề này

ABSTRACT

Nowadays, the demand of underground space utilization in construction

in big cities is too much and various The projects or some parts of these projects are constructed underground They are affected by project load above and special impaction of soil environemtn and water pressure surround the project at the same time Especially, Ho Chi Minh is one the biggest and most modern city

in Viet Nam with a lot of underground projects under construction There is a quite big difference between calculalated theory and actual monitoring result regarding soil behaviour with retaining structures in deep excavation In oder to have more accurate results, the author has chosen the thesis “Affection of undrained parameters surrounding deep excavtion in soft soil so as to analyze soil behaviour with retaining structures in deep excavation of Times Square Project”

From the results, the author offers some comments, conclusions, recommendations and orientation for futher issues of this thesis

Trang 7

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1.GIỚITHIỆU 1

2.NỘIDUNGNGHIÊNCỨU 2

3.MỤCĐÍCHNGHIÊNCỨU 3

4.PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 3

5.ÝNGHĨAKHOAHỌCCỦAĐỀTÀI 3

6.HẠNCHẾCỦAĐỀTÀI 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO TRONG CÁC CÔNG TRÌNH CAO TẦNG 5

1.1.TỔNGQUANVỀTƯỜNGCHẮNTRONGHỐĐÀO 5

1.2.CÁCDẠNGTƯỜNGCHẮNTRONGHỐĐÀOSÂU 6

1.3.TÍNHTOÁNKIỂMTRATƯỜNGCHẮNHỐĐÀO 6

1.4.MỘTSỐSỰCỐCÔNGTRÌNHDOTHICÔNGHỐĐÀOSÂU 7

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TƯỜNG LIÊN TỤC TRONG ĐẤT 9

2.1.TỔNGQUANTƯỜNGLIÊNTỤCTRONGĐẤT 9

2.1.1.Mô tả các bước thi công tường liên tục trong đất 9

2.1.2.Thiết bị thi công tường liên tục trong đất 10

2.1.3.Trình tự thi công tường liên tục trong đất 11

2.2.MỘTSỐCÔNGTRÌNHSỬDỤNGTƯỜNGLIÊNTỤCTRONGĐẤT 11

2.2.1.Cao ốc Harbour View 11

2.2.2.Trụ sở Vietcombank Hà Nội 12

2.2.3.Hệ thống nhà ga xe điện ở BangKok, Thái Lan 13

2.2.4.Toà tháp đôi của Malaysia 13

Trang 8

CỦAĐỀTÀI 14

2.3.1.Trong nước 14

2.3.2.Trên thế giới 15

2.4.CÁCNGUYÊNNHÂNGÂYLÚNVÀTÍNH ĐỘLÚNXUNGQUANH CÔNGTRÌNHHỐĐÀOTRONGQUÁTRÌNHTHICÔNG 16

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN TRONG HỐ ĐÀO 18

3.1.LÝTHUYẾTTÍNHTOÁNÁPLỰCĐẤTLÊNKẾTCẤUCHẮNGIỮ CỦAHỐĐÀOSÂU(TƯỜNGLIÊNTỤC): 18

3.1.1.Tính áp lực ngang của đất tác dụng lên tường: 18

3.1.2.Lý thuyết Mohr – Rankine [7] 18

3.1.3.Lý thuyết Coulomb [7] 21

3.1.4.Lý thuyết Cân bằng giới hạn [4] 26

3.2.CÁCPHƯƠNGPHÁPTÍNHTOÁNTƯỜNGCHẮNTRONGHỐĐÀO: 27

3.2.1.Các phương hướng tính toán ổn định tường chắn trong hố đào 27

3.2.1.1.Phương hướng 1: 27

3.2.1.2.Phương hướng 2 28

3.2.1.3.Phương hướng 3 28

3.2.2.Các phương pháp tính toán tường chắn trong hố đào: 29

3.2.2.1.Phương pháp dầm liên tục 29

3.2.2.2.Phương pháp tính lực trục thanh chống, nội lực thân tường biến đổi theo quá trình đào móng: 30

3.3.CÁCPHƯƠNGPHÁPKIỂMTRAỔNĐỊNHCỦAHỐĐÀOSÂU[3] 31

3.3.1.Kiểm tra ổn định nền ở đáy hố móng [5] 31

Trang 9

3.3.3.Lý thuyết tính toán ổn định tổng thể cho cả hệ tường và khối đất trước và

sau tường [12] 33

3.3.4.Tính lún xung quanh hố đào bằng quan trắc thực địa 34

3.4.LÝTHUYẾTTÍNHTOÁNÁPLỰCĐẤTLÊNKẾTCẤUCHẮNGIỮ CỦAHỐĐÀOSÂUBẰNGPHẦNTỬHỮUHẠN: 36

3.4.1.Mô hình Mohr – Coulomb 36

3.4.2.Mô hình Hardening – Soil (HS) 36

3.4.3.Mô hình nền Soft – Soil (SS) 37

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU CÔNG TRÌNH TIMES SQUARE 40

4.1.GIỚITHIỆUVỀCÔNGTRÌNH 40

4.2.ĐẶCĐIỂMĐỊACHẤTCÔNGTRÌNH[17] 42

4.3.MÔPHỎNGQUÁTRÌNHTHICÔNG 46

4.3.1.Thi công tường dẫn 46

4.3.2.Các bước thi công đào đất 49

4.3.2.1.Thi công lớp 1 50

4.3.2.2.Thi công lớp 2 50

4.3.2.3.Thi công lớp 3 51

4.3.2.4.Thi công lớp 4 51

4.3.2.5.Thi công lớp 5 52

4.3.2.6.Hạ mực nước ngầm 52

4.3.3.Thiết bị đo đạc và kiểm tra trong quá trình thi công 52

4.3.3.1.Chuyển vị của tường 52

4.3.3.2.Đo lực dọc của thanh chống 54

4.3.4.Đặc điểm địa chất công trình khu vực xây dựng 54

Trang 10

4.3.4.2.Các thông số địa chất 55

4.4.MÔPHỎNGBÀITOÁNBẰNGPHẦNMỀMPLAXIS8.5 57

4.4.1.Sơ đồ bài toán 57

4.4.2.Xác định kích thước mô hình hình học của bài toán 57

4.4.3.Các thông số sàn tầng hầm, tường chắn và thanh chống 58

4.4.4.Tải trọng tác dụng lên bề mặt khu vực thi công 59

4.4.5.Lực trong hệ thanh chống 60

4.4.6.Phần tử tiếp xúc 62

4.4.7.Thiết lập các giai đoạn tính toán 62

4.4.8.Các phase tính toán 62

4.5.PHÂNTÍCHỨNGXỬGIỮAĐẤTVÀTƯỜNGCHẮN 64

4.5.1.Mục đích 64

4.5.2.Phân tích ứng xử của tường chắn theo từng giai đoạn thi công đào đất 65

4.5.2.1.Chuyển vị đứng của tường theo giai đoạn thi công ( độ lún của tường ) 65 4.5.2.2.Chuyển vị ngang của tường theo giai đoạn thi công 67

a. Chuyển vị ngang của tường sau khi thi công lớp 1 67

b. Chuyển vị ngang của tường sau khi lắp và kích thanh chống 1 67

c. Chuyển vị ngang của tường sau khi thi công lớp 2 68

d. Chuyển vị ngang của tường sau khi lắp và kích thanh chống 2 68

e. Chuyển vị ngang của tường sau khi thi công lớp 3 69

f. Chuyển vị ngang của tường sau khi lắp và kích thanh chống 3 69

g. Chuyển vị ngang của tường sau khi thi công lớp 4 70

h. Chuyển vị ngang của tường sau khi lắp và kích thanh chống 4 70

i. Chuyển vị ngang của tường sau khi thi công lớp 5 71

j. Chuyển vị ngang của tường sau khi đổ bê tông bản đáy 71

Trang 11

a. Chuyển vị ngang của tường sau khi thi công lớp 1 72

b. Chuyển vị ngang của tường sau khi kích thanh chống 1 72

c. Chuyển vị ngang của tường sau khi thi công lớp 2 73

d. Chuyển vị ngang của tường sau khi kích thanh chống 2 73

e. Chuyển vị ngang của tường sau khi thi công lớp 3 74

f. Chuyển vị ngang của tường sau khi kích thanh chống 3 74

g. Chuyển vị ngang của tường sau khi thi công lớp 4 75

h. Chuyển vị ngang của tường sau khi kích thanh chống 4 75

i. Chuyển vị ngang của tường khi thi công lớp 5 76

j. Chuyển vị ngang của tường sau khi đổ BT bản đáy 76

4.5.2.4.Biểu đồ nội lực của tường ở các giai đoạn thi công 78

a. Moment của tường sau khi thi công lớp 1 79

b. Moment của tường sau khi thi công lớp 2 79

c. Moment của tường sau khi thi công lớp 3 80

d. Moment của tường sau khi thi công lớp 4 80

e. Moment của tường sau khi thi công lớp 5 81

f. Moment của tường sau khi thi công đổ bê tông bản đáy 81

4.6.Phân tích ứng xử của nền đất 82

4.6.1.Chuyển dịch theo phương đứng của khối đất 82

4.6.2.Chuyển dịch theo phương ngang của khối đất sau lưng tường 83

4.7.Nhận xét kết quả phân tích tại một số vị trí khảo sát 86

4.7.1.Khảo sát điểm A 87

4.7.2.Khảo sát điểm C 90

4.7.3.Khảo sát điểm H 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 367H96

Trang 12

CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 4-1: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất nền 43

Bảng 4-2: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất nền (tiếp theo) 44

Bảng 4-3: Bảng kết quả thí nghiệm nén cố kết 45

Bảng 4-4: Các thông số địa chất phục vụ tính toán bằng phần mềm Plaxis 56

Bảng 4-5: Các thông số của tường, sàn tầng hầm 59

Bảng 4-6: Các thông số thanh chống 59

Bảng 4-7: Lực dọc thanh chống trong các giai đoạn thi công 61

Bảng 4-8: Các phase tính toán bằng chương trình Plaxis 63

Bảng 4-9: Kết quả tính toán chuyển vị đứng của tường chắn 66

Bảng 4-10: So sánh quả tính toán chuyển vị ngang của tường chắn dày 600 77

Bảng 4-11: So sánh quả tính toán chuyển vị ngang của tường chắn dày 800 77

Bảng 4-12: Quan hệ chiều sâu hố đào-chuyển vị ngang-bề rộng vùng ảnh hưởng 84

CÁC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 2-1: Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị ngang và bề dày của tường 15

Biểu đồ 2-2: Đường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất 16

Biểu đồ 3-1: Sự thay đổi áp lực ngang của đất theo độ dịch chuyển của tường chắn 18

Biểu đồ 3-2: Các trạng thái cân bằng giới hạn dẻo của Rankine 19

Biểu đồ 3-3: Vòng tròn Mohr cho áp lực chủ động trong đất dính 20

Biểu đồ 3-4:Quan hệ logarit giữa biến dạng thể tích và ứng suất trung bình 38 Biểu đồ 4-1: Kết quả tính lún của tường dày 600 sau 12 tháng (Uymax=55.50mm) 66

Biểu đồ 4-2: Kết quả tính lún của tường dày 800 sau 12 tháng (Uymax=51.38mm) 66

Biểu đồ 4-3: Chuyển vị ngang của tường dày 600 lúc đào xong lớp 1 (Uxmax=17.56mm) 67

Trang 14

(Uxmax=26.33mm) 70

Biểu đồ 4-21: Chuyển vị ngang của tường dày 600 sau khi đổ BT bản đáy (Uxmax=19.24mm) 71

Biểu đồ 4-22: Chuyển vị ngang của tường dày 800 sau khi đổ BT bản đáy (Uxmax=32.75mm) 71

Biểu đồ 4-23: Chuyển vị ngang của tường dày 600 sau khi đào lớp 1 72

Biểu đồ 4-25: Chuyển vị ngang của tường dày 600 sau khi kích thanh chống 1 72

Trang 15

Biểu đồ 4-41: Chuyển vị ngang của tường dày 600 sau khi đổ BT bản đáy 76

Biểu đồ 4-42: Chuyển vị ngang của tường dày 800 sau khi đổ BT bản đáy 76

Biểu đồ 4-43: Moment của tường dày 600 khi đào xong lớp 1 (Mmax=38.08kNm/m) 79 Biểu đồ 4-44: Moment của tường dày 800 khi đào xong lớp 1 (Mmax=22.40kNm/m) 79 Biểu đồ 4-45: Moment của tường dày 600 khi đào xong lớp 2 (Mmax=54.02kNm/m) 79 Biểu đồ 4-46: Moment của tường dày 800 khi đào xong lớp 2 (Mmax=76.65kNm/m) 79 Biểu đồ 4-47: Moment của tường dày 600 khi đào xong lớp 3 (Mmax=84.63kNm/m) 80 Biểu đồ4-48: Moment của tường dày 800 khi đào xong lớp 3 (Mmax=131.18kNm/m) 80 Biểu đồ 4-49: Moment của tường dày 600 khi đào xong lớp 4 (Mmax=139.60kNm/m)80 Biểu đồ 4-50: Moment của tường dày 800 khi đào xong lớp 4 (Mmax=531.12kNm/m)80 Biểu đồ 4-51: Moment của tường dày 600 khi đào xong lớp 5 (Mmax=115.81kNm/m)81 Biểu đồ 4-52: Moment của tường dày 800 khi đào xong lớp 5 (Mmax=455.80kNm/m)81 Biểu đồ 4-53: Moment của tường dày 600 khi đào xong lớp 5 (Mmax=116.62kNm/m)81 Biểu đồ 4-54: Moment của tường dày 800 khi đào xong lớp 5 (Mmax=751.80kNm/m)81 Biểu đồ 4-55: Quan hệ giữa chiều sâu đào và chuyển vị ngang của tường 600 85

Biểu đồ 4-56: Quan hệ giữa chiều sâu đào và chuyển vị ngang của tường 800 85

Biểu đồ 4-57: Quan hệ giữa chiều sâu đào và tỷ lệ H/Umax 86

Biểu đồ 4-58: Ứng suất theo phương ngang tại điểm A trong quá trình thi công 87

Biểu đồ 4-59: Ứng suất theo phương đứng tại điểm A trong quá trình thi công 88

Biểu đồ 4-60: Chuyển vị theo phương ngang tại điểm A trong quá trình thi công 88

Biểu đồ 4-61: Biến đổi ứng suất tổng p’ tại điểm A trong quá trình thi công 89

Biểu đồ 4-62: Biến đổi ứng suất lệch q’ tại điểm A trong quá trình thi công 89

Biểu đồ 4-63: Ứng suất theo phương ngang tại điểm C trong quá trình thi công 90

Biểu đồ 4-64: Ứng suất theo phương đứng tại điểm C trong quá trình thi công 90

Biểu đồ 4-65: Biến đổi ứng suất tổng p’ tại điểm C trong quá trình thi công 91

Biểu đồ 4-66: Biến đổi ứng suất lệch q’ tại điểm C trong quá trình thi công 91

Trang 16

Biểu đồ 4-68: Ứng suất theo phương đứng tại điểm H trong quá trình thi công 92

Biểu đồ 4-69: Biến đổi ứng suất tổng p’ tại điểm H trong quá trình thi công 93

Biểu đồ 4-70: Biến đổi ứng suất lệch q’ tại điểm H trong quá trình thi công 93

CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Các dạng chống giữ thành hố đào 5

Hình 1-2: Toàn cảnh trạm bơm nước thải ở Bangkok bị sập năm 1997 8

Hình 2-1: Các bước thi công tường trong đất 9

Hình 2-2: Các loại nối (Joints) 9

Hình 2-3: Các kiểm gàu ngoạm 10

Hình 2-4: Các loại gầu ngạm đào rãnh tường trong đất mềm 10

Hình 2-5: Các loại gầu đào rãnh tường trong đất cứng 10

Hình 2-6: Công trình Cao ốc Harbour View đang lúc thi công 12

Hình 2-7: Công trình Vietcombank Hà Nội 12

Hình 2-8: Thi công hệ thống nhà ga xe điện ở Bangkok 13

Hình 2-9: Thi công tường tầng hầm nhà tháp đôi Malaysia 13

Hình 3-1: Lý thuyết nêm của Coulomb 21

Hình 3-2: Áp lực bị động trong điều kiện thoát nước 25

Hình 3-3: Phân tố đất sau tường 27

Hình 3-4: Xác định tâm xoay của tường dựa vào áp lực đất 28

Hình 3-5: Mô hình nền Winkler 28

Hình 3-6: Sơ đồ tính toán theo các giai đoạn thi công 29

Hình 3-7: Sơ đồ tính toán của phương pháp đàn hồi 30

Hình 3-8: Cân bằng ổn định đáy hố đào (h/b<1) theo Terzaghi năm 1943 31

Hình 3-9: Cân bằng ổn định đáy hố đào (h/b>1) theo Bejerrum năm 1956 32

Hình 3-10: Phương pháp phân mãnh 33

Trang 17

Hình 4-1: Toàn cảnh toà nhà Time square 40

Hình 4-2: Mặt cắt ngang công trình Time Square 41

Hình 4-3: Mặt bằng công trình Time Square 42

Hình 4-4: Thiết bị đào rãnh tại công trình Times Square 46

Hình 4-5: Thi công rãnh tạm tại công trình Times Square 46

Hình 4-6: Lồng thép cho từng panel tường tại công trình Times Square 47

Hình 4-7: Quá trình đào đất tại công trình Times Square 47

Hình 4-8: Hệ thống giằng chống tường tại công trình Times Square 48

Hình 4-9: Hệ thống giằng chống ở góc tường tại công trình Times Square 48

Hình 4-10: Vị trí đo ứng suất của thanh chống tại công trình Times Square 49

Hình 4-11: Mặt bằng hệ giằng, chống cho tường công trình Times Square 49

Hình 4-12: Thi công lớp 1 50

Hình 4-17: Mặt bằng bố trí vị quan trắc 53

Hình 4-18: Mặt cắt hố khoan khu vực khảo sát 55

Hình 4-19: Mặt cắt ngang tường chắn và thanh chống 57

Hình 4-20: Mô hình bài toán trong plaxis 58

Hình 4-21: Kết quả tính lún của nền sau 12 tháng (Uymax=125.52mm) 65

Hình 4-22: : Chuyển dịch theo phương đứng của khối đất 82

Hình 4-23: Chuyển dịch theo phương ngang của khối đất 83

Hình 4-24: Chuyển dịch theo phương ngang của khối đất sau lưng tường 87

Trang 18

MỞ ĐẦU

1 GIỚI THIỆU

Trong điều kiện nước ta hiện nay, do nhu cầu về nhà phục vụ cho sinh hoạt (ăn ở, làm việc, giải trí, …) ngày càng tăng cao, nhất là các đô thị lớn, mà quĩ đất có hạn nên việc khai thác không gian dưới mặt đất là rất cần thiết

Phần lớn các công trình xây dựng hiện nay điều là công trình xây chen

Do đó, việc thiết kế và thi công cần có những biện pháp tối ưu để thi công hố móng sâu nhằm bảo vệ thành hố đào, đảm bảo ổn định cho các công trình xung quanh

Hiện nay có rất nhiều biện pháp để bảo vệ thành hố đào sâu: tường vây cọc đất trộn xi măng, cọc bản thép, cọc bản bêtông cốt thép, tường chắn bằng cọc khoan nhồi, tường liên tục trong đất … Tuy nhiên giải pháp tường BTCT liên tục trong đất đã được nhiều nước trên thế giới sử dụng và ở Việt Nam hiện nay cũng sử dụng khá nhiều cho các cao trình cao tầng vì những ưu nhược điểm sau đây:

Ưu điểm:

1 Thân tường có độ cứng lớn, do đó biến dạng của kết cấu và móng đều bé, có thể dùng làm kết cấu tường chắn hố đào và sử dụng vách tường tầng hầm Có khà năng chịu tải trọng ngang lớn, tính ổn định cao, chống thấm tốt

2 Có thể giảm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh trong quá trình thi công công trình: Giảm chấn động, tiếng ồn, ít ảnh hưởng các công trình xây dựng và đường ống ngầm ở lân cận, dễ khống chế biến dạng về lún trong phạm vi lún ảnh hưởng lân cận

3 Thi công nhanh và nền đất xung quanh hố đào khá ổn định

Trang 19

3 Nếu dùng tường liên tục trong đất chỉ để làm tường chắn đất tạm thời trong giai đoạn thi công thì giá thành cao, không kinh tế

Tuy nhiên với ưu điểm và nhược điểm của tường liên tục trong đất là chịu tải trọng lớn phù hợp với các công trình cao tầng và có nền đất yếu như khu vực thành phồ Hồ Chí Minh và các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long

2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nhiệm vụ chính của đề tài là “Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số không thoát nước xung quanh hố đào sâu trên nền đất yếu”, nhằm giải quyết các vấn đề sau:

Tính toán nội lực và chuyển vị của hệ tường trong đất thay đổi theo quá trình thi công bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Phân tích ổn định của hố đào: Dự tính chuyển vị của nền đất xung quanh và dưới hố đào sâu có hệ tường trong đất bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Xác định bán kính ảnh hưởng của hố đào lên các công trình lân cận bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Thiết lập mối quan hệ giữa chiều sâu hố đào và phạm vi ảnh hưởng xung quanh hố đào

Trang 20

3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Dự đoán chính xác kết quả về ổn định và biến dạng thực tế khi thiết kế, thi công hố đào có hệ tường vây là tường liên tục trong đất, nhằm đảm bảo ổn định khi thi công tầng hầm trong các nhà cao tầng và các công trình lân cận

Xác định bán kính ảnh hưởng đến nền đất xung quanh của hố đào bằng phương pháp phần tử hữu hạn

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu về lý thuyết:

Cơ sở lý thuyết về tính toán và kiểm tra ổn định, biến dạng của hố đào

Lý thuyết tính toán tường chắn liên tục trong đất

Lý thuyết kiểm tra ổn định của hố đào

Mô phỏng:

Sử dụng phần mềm Plaxis để phân tích ổn định, biến dạng và chuyển vị của hố đào sâu trong quá trình thi công; Xác định phạm vi và mức độ ảnh hưởng

do hố đào sâu gây ra cho công trình lân cận

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay, trong phạm vi thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), giải pháp thi công tường chắn trong các tầng hầm công trình cao tầng đang được các ngành, các giới quan tâm xem xét triệt để và đề ra các biện pháp hữu hiệu áp dụng vào công trình ở các địa phương

Hơn nữa, trong tiến trình hội nhập toàn cầu hoá và tốc độ dân số gia tăng ngày càng nhanh, diện tích đất ở trên đầu người ở các đô thị ngày càng giảm xuống Vì thế các công trình ngầm được thiết kế và thi công ngày càng nhiều, đặc biệt là ở Tp HCM

Hơn nữa địa chất khu vực Tp HCM và các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long tương đối phức tạp nên việc tính toán thiết kế tường chắn cho các tầng

Trang 21

hầm nhà cao tầng và kiểm tra khống chế các chuyển vị của tường, của nền xung quanh hố đào trong quá trình thi công là các yếu tố hết sức quan trọng, cấp bách và cần thiết phải nghiên cứu, áp dụng thành tựu khoa học kỹ thuật để tiên đoán và xác định được mức độ ảnh hưởng của nó đến các công trình lân cận

6 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI

Do thời gian hạn chế nên đề tài :

Chưa xét đến yếu tố từ biến của đất nền trong hố đào khi thi công

Chỉ tính toán theo số liệu địa chất của một vùng nên phạm vi ứng dụng của kết quả nghiên cứu đề tài không rộng, cần có hướng nghiên cứu trên phạm vi rộng hơn trong thời gian tiếp theo

Trong đề tài này tác giả chỉ tập trung nghiên cứu tường liên tục trong đất trong đất bùn sét mềm bảo vệ hố đào trong khi thi công các tầng hầm nhà cao tầng

Trang 22

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO TRONG CÁC

CÔNG TRÌNH CAO TẦNG

1.1 TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN TRONG HỐ ĐÀO

Căn cứ vào điều kiện địa chất và chiều sâu đào, hố đào có thể được chia thành hai loại:

- Hố đào nông: khi chiều sâu đào không quá 5m

- Hố đào sâu: khi chiều sâu đào lớn hơn 5m Tuy nhiên trong một số trường hợp chiều sâu đào của hố móng nhỏ hơn 5m nhưng phải thi công trong điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn tương đối phức tạp thì vẫn phải ứng xử như hố đào sâu

Căn cứ vào phương pháp thi công, hố đào có thể được chia thành hai loại:

- Hố đào không có chắn giữ (Unsupported excavations)

- Hố đào có hệ thống chắn giữ (Supported retaining system )

Hình 1-1: Các dạng chống giữ thành hố đào a)Tường tự do; b) Ổn định tường bằng đất đắp; c) Ổn định tường bằng giằng đơn; d) Ổn định tường bằng hệ giằng xiên ; e) Ổn định tường bằng hệ giằng ngang f) Ổn định tường bằng neo ngang ; g) Ổn định tường bằng hệ neo đất ; h) Ổn định bằng phương pháp Top-down; i)Ổn định tường bằng hệ thanh chống

Trang 23

1.2 CÁC DẠNG TƯỜNG CHẮN TRONG HỐ ĐÀO SÂU

• Tường chắn bằng trụ đất trộn ximăng: Trộn cưỡng chế ximăng với

đất thành cọc ximăng đất, sau khi đóng rắn lại sẽ thành tường chắn có dạng bản liền khối đạt cường độ nhất định, dùng để đào loại hố móng có độ sâu 3-6m

• Cọc bản thép: Dùng thép máng sấp ngửa liên kết vào nhau hoặc cọc

bản thép khoá miệng bằng thép hình với mặt cắt chữ U và chữ Z Dùng phương pháp đóng hoặc rung để hạ chúng vào trong đất, sau khi hoàn thành nhiệm vụ chắn giữ, có thể thu hồi sử dụng lại, dùng cho loại hố móng có độ sâu từ 3-10m

• Cọc bản bêtông cốt thép: Dùng các cọc có chiều dài từ 6 -12m đóng

vào đất Sau khi đóng cọc vào đất, trên đỉnh cọc đổ một dầm giằng bằng bêtông cốt thép đặt một dãy chắn giữ hoặc thanh neo

• Tường chắn bằng cọc khoan nhồi: Dùng các cọc khoan nhồi có đường

kính từ 600 -1000mm, dài từ 15 -30m làm thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, trên đỉnh cọc đổ dầm giằng bằng bêtông cốt thép

• Tường liên tục trong đất: Dùng các máy đào đặc biệt để đào hố đào

thành những đoạn có độ dài nhất định (có dùng dung dịch bentonite để giữ ổn định), sau đó hạ các lồng thép đã chế tạo sẵn xuống hố đào Dùng ống dẫn đổ bêtông cho từng đoạn tường (panel tường) rồi nối các đoạn tường này lại với nhau bằng các đầu nối đặc biệt (ống đầu nối hoặc hộp nối) để tạo thành tường liên tục trong đất bằng bêtông cốt thép Loại tường này thích hợp cho những hố đào có độ sâu từ 10m trở lên hoặc trong những trường hợp điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn tương đối phức tạp

1.3 TÍNH TOÁN KIỂM TRA TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO

9 Tính toán ổn định của tường theo từng giai đoạn thi công

9 Tính toán chuyển vị theo phương đứng của khối đất

9 Tính toán chuyển vị theo phương ngang của khối đất sau lưng tường

Trang 24

9 Tính toán ổn định tổng thể của tường chắn hố đào

9 Phân tích khảo sát tại một số điểm trong hố đào

Những nội dung tính toán nói trên đều có quan hệ với độ sâu của tường vây, khi xác định độ sâu của tường vây cần phải thỏa mãn các yêu cầu tính toán

ở các bước nêu trên Tính toán ổn định của kết cấu chắn giữ phải theo trạng thái giới hạn về biến dạng nên phải dùng áp lực đất chủ động và bị động của đất để tính toán Cần lưu ý rằng có rất nhiều nhân tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự ổn định của kết cấu chắn giữ hố đào và có nhiều hiện tượng biến dạng không hề

tồn tại một cách độc lập với nhau [1].

1.4 MỘT SỐ SỰ CỐ CÔNG TRÌNH DO THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU

Việc thiết kế và thi công các công trình hố móng sâu đôi khi ít được các đơn vị quan tâm đúng mức Vì vậy đã xảy ra một số trường hợp đáng tiếc, gây không ít thiệt hại về người và tài sản Các sự cố có thể gặp như : bị sạt lở hố móng, gây lún sụt, nứt nẻ và sụp đổ công trình lân cận

Sau đây là một số sự cố công trình liên quan đến hố đào:

• Ngày 26/07/2007, toàn bộ căn nhà 4 tầng lầu (số 792C Nguyễn Kiệm, Gò Vấp) đã sụp đổ do quá trình xây dựng hầm Nguyên nhân được xác định là do tự ý đào hầm sâu 5m mà không có biện pháp thi công hợp lý bên cạnh địa chỉ 792A, 792B cộng với những cơn mưa lớn trong nhiều ngày đã làm sập hoàn toàn căn nhà 792C Nguyễn Kiệm

• Lúc 19h35 ngày 09/10/2007, toàn bộ khu nhà hơn 100m2 gồm một trệt, một lầu là văn phòng của tạp chí Khoa Học Xã Hội (thuộc viện Khoa Học Xã Hội vùng Đông Nam bộ, số 49 Nguyễn Thị Minh Khai, Phường Bến Nghé, Quận 1, Tp.HCM) đã đổ sập hoàn toàn Nguyên nhân ban đầu xác định là do trong khi thi công công trình 43-45-47 Nguyễn Thị Minh Khai (cao ốc Pacific) đang thi công phần móng thì tường vây giáp ranh với Viện Khoa Học Xã Hội Nam bộ bị thủng kéo theo nước, cát và một phần căn nhà trên bị đổ sụp

Trang 25

• Trạm bơm nước ở Bangkok : Hồ chứa có kích thước cạnh ngang trung bình 20m và sâu 20,2m bị sập ngày 17/8/1997

Hình 1-2: Toàn cảnh trạm bơm nước thải ở Bangkok bị sập năm 1997

Nhận xét:

- Việc thi công các kết cấu chắn giữ hố đào sâu là rất đa dạng và luôn tiềm ẩn nhiều sự cố công trình, vì nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Cần nhấn mạnh rằng không có loại công trình xây dựng nào mà các khâu từ khảo sát, thiết kế, thi công và quan trắc lại có yêu cầu gắn bó chặt chẽ như đối với công trình chắn giữ hố đào sâu của các công trình ngầm

- Giai đoạn nguy hiểm nhất là quá trình thi công các tường chắn tầng hầm, vì khi đào đất và hạ mực nước ngầm là dở tải làm cho đất vùng lân cận sẽ có xu hướng trượt sâu vào trong hố đào, gây sạt lở nghiêm trọng

Trang 26

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TƯỜNG LIÊN TỤC TRONG ĐẤT

2.1 TỔNG QUAN TƯỜNG LIÊN TỤC TRONG ĐẤT

Tường liên tục trong đất : Sau khi đào tạo lỗ thì đổ bêtông, làm thành tường chắn đất bằng bêtông cốt thép, dùng cho hố móng có độ sâu 10m trở lên hoặc trong trường hợp điều kiện thi công tương đối khó khăn

2.1.1 Mô tả các bước thi công tường liên tục trong đất

Thi công tường liên tục trong đất

1 Làm máng ; 2 Đặt ống nối đầu; 3 Cẩu lắp lồng cốt thép ; 4 Đổ bêtông

Hình 2-1: Các bước thi công tường trong đất

Các loại mối nối (Joints):

Hình 2-2: Các loại nối (Joints)

Trang 27

2.1.2 Thiết bị thi công tường liên tục trong đất

Thiết bị đào mương rãnh

Căn cứ vào điều kiện địa hình và địa chất để lựa chọn các loại thiết bị thi công đào mương rãnh thích hợp Hiện nay có 3 loại: kiểu gàu ngoạm, kiểu quay tròn và kiểu xung kích

Hình 2-3: Các kiểm gàu ngoạm

Hình 2-4: Các loại gầu ngạm đào rãnh tường trong đất mềm

Hình 2-5: Các loại gầu đào rãnh tường trong đất cứng

Trang 28

Máy đào kiểu xung kích dùng lực xung kích phá vỡ nền đất bằng vận động lên xuống hoặc vận động đổi hướng sau đó nhờ dung dịch sét tuần hoàn để đẩy ra ngoài

2.1.3 Trình tự thi công tường liên tục trong đất

Phần tường dẫn

Thi công tường dẫn có tác dụng bảo vệ thành miệng hào, xác định vị trí hào, đỡ thiết bị thi công, ngăn chặn dung dịch sét tràn vào thành hầm

Đào hào

Đào hào là công việc then chốt trong thi công tường liên tục trong đất Hình dạng thành hào căn bản sẽ quyết định ngoại hình của thân tường, do đó độ chuẩn xác khi đào hào sẽ là một khâu quan trọng để đảm bảo chất lượng tường liên tục trong đất

Thi công mối nối tường liên tục trong đất

Mối nối tường liên tục có tác dụng làm cho tường dẫn chịu lực như kết cấu liên tục Ngoài ra, mối nối còn có tác dụng ngăn nước, chống thấm cho công trình Tại công trình đang thực hiện, sử dụng một loại khe nối đặc biệt để vẫn đảm bảo chịu lực và ngăn không cho nước thấm vào bên trong hố đào(hình 2.2)

2.2 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH SỬ DỤNG TƯỜNG LIÊN TỤC TRONG ĐẤT

Trong những năm gần đây, Việt Nam nói chung, Tp Hồ Chí Minh nói riêng nhà cao tầng xây dựng rất nhiều và cũng đã sử dụng các tầm hầng dưới các tòa nhà cao tầng với các hố đào có chiều sâu lên đến hàng chục mét Sau đây là một số công trình có tầng hầm sử dụng tường liên tục trong đất hoặc cọc barratte ở Việt Nam và trên thế giới:

2.2.1 Cao ốc Harbour View

Cao ốc Harbour View số 35 Nguyễn Huệ, Quận 1, Tp Hồ Chí Minh là một cao ốc gồm 20 tầng lầu và 3 tầng hầm Diện tích đất xây dựng 25mx27m Mặt

Trang 29

bằng xây dựng chật hẹp, hai mặt bên của công trình tiếp giáp với hai tòa nhà 2 và 6 tầng đã có sẵn, hai mặt còn lại tiếp giáp với hai đường lớn thuộc trung tâm

Tp Hồ Chí Minh Tầng hầm của công trình có chiều sâu là 9,61m, được chắn giữ bằng các mô đun pannel liên kết với nhau thành hệ tường khép kín Kích thước của một môđun pannel là: Bề rộng : 0,6m; Chiều dài: 2,8m ; Chiều sâu tường: 22m

Hình 2-6: Công trình Cao ốc Harbour View đang lúc thi công

2.2.2 Trụ sở Vietcombank Hà Nội

Công trình này 22 tầng và hai tầng

hầm có hố móng sâu 11m, cũng dùng tường

sâu 18m, dày 0,8m với tổng diện tích tường

2500m2kết hợp với 101 chiếc neo đất đặt ở

hai cao trình -2,3 m và -6,8m so với cao trình

+11m ở mặt đất tự nhiên…

Hình 2-7: Công trình Vietcombank Hà Nội

Trang 30

2.2.3 Hệ thống nhà ga xe điện ở BangKok, Thái Lan

Hình 2-8: Thi công hệ thống nhà ga xe điện ở Bangkok

Chiều dài nhà ga 359m, được xây dựng bằng hệ thống tường dẫn trong đất với các môđun: Bề dày:1,2m; Rộng: 3,0m; Chiều sâu: 44,5-55m

2.2.4 Toà tháp đôi của Malaysia

Toà tháp đôi của Malaysia có 29.000m2 tường trong đất bằng bê tông cốt thép dày 0,8m, sâu 30m để làm tầng hầm Dùng 2 loại cọc barrette 1,2x2,8 sâu từ 60-105m và cọc 0,8x2,8 sâu từ 40-60m

Hình 2-9: Thi công tường tầng hầm nhà tháp đôi Malaysia

Trang 31

2.3 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI VỀ HỐ ĐÀO ĐƯỢC ỔN ĐỊNH BẰNG TƯỜNG CHẮN THEO HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

• Hình dạng đường chuyển vị giữa kết quả tính toán và kết quả quan trắc gần tương đồng nhau Về giá trị, chuyển vị của tường theo kết quả tính toán lớn hơn kết quả quan trắc thực tế từ 1,10÷1,83 lần

• Khi thi công ở các giai đoạn đầu, chuyển vị lớn nhất xảy ra ở vùng đỉnh tường Khi thi công ở các giai đoạn sau, chuyển vị lớn nhất có xu hướng xảy ra ở vùng có độ sâu từ 0,8H-1,2H Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây bằng 0,28÷0,17% chiều sâu đào, tỉ lệ này giảm khi đáy hố đào vào các lớp đất tốt

Trần Thanh Tùng [10] đã nghiên cứu phương pháp tính toán và kiểm tra

ổn định công trình tường trong đất bảo vệ hai tầng hầm của nhà 14 tầng, trên đất yếu ở Tp Hồ Chí Mình đã đưa ra được một số kết quả như sau:

• Khi tính chuyển vị tường trong đất lấy mô đun đàn hồi của các đất dính E=375cu (cu là lực dính đơn vị không thoát nước), mô đun đàn hồi của lớp đất cát E=766N (N là chỉ số SPT) thì kết quả tương đối sát với quan trắc thực tế

• Đối với công trình tường trong đất bảo vệ hai tầng hầm (độ sâu khoảng 8m), ở khu vực quận 7, Tp Hồ Chí Minh, khi bề dày của tường trong đất lớn hơn 0,8m thì khi tăng bề dày tường thu được chuyển vị ngang giảm ít hơn so với khi tường nhỏ hơn 0,8m Do vậy, với công trình tường trong đất bảo vệ hai tầng hầm

Trang 32

của nhà cao tầng nên chọn chiều dày tường là 0,8m Đưa ra được quan hệ giữa chuyển vị ngang của tường và chiều dày của tường

Biểu đồ 2-1: Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị ngang và bề dày của tường

2.3.2 Trên thế giới

• Clough và O’Rourke [11] đã dựa vào một số quan trắc về biến dạng của

một số hố đào, đã lập thành bảng, so sánh với độ cứng của tường chắn và tương quan giữa hệ số an toàn với sự bùng nền Đối với hố đào trong đất sét mềm tới cứng vừa, Clough và O’Rourke đã so sánh chuyển vị ngang lớn nhất đã chuẩn hoá

I : là mô men chống uốn h: khoảng cách trung bình giữa các thanh chống Các đường cong thể hiện quan hệ giữa các hệ số an toàn FS khác nhau với độ bùng nền

p z

s N

FS c u

+

=γTrong đó: z: chiều sâu hố đào

γ: tỉ trọng đất sét ; p: tải trọng mặt đất

su : sức chống cắt không thoát nước của đất tại đáy hố đào

Nc: hệ số phụ thuộc vào kích thước móng

Trang 33

Độ cứng của hệ tường: 4

h

EI

γ

Biểu đồ 2-2: Đường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất

• Theo Brian Brenner, David L Druss và Beatrice J Nessen [5], nghiên

cứu về sự chuyển dịch đất và ảnh hưởng của nó với công trình lân cận trong thi công đào đất đã đưa ra: Tổng chuyển vị của đất nền t<[t0]=0,2 inch ≈ 5,08mm thì việc đào đất xem như không ảnh hưởng đến tất cả các công trình hiện hữu

• Đầu tiên phải kể đến tổng kết của Peck, năm 1969 [5], ông cho rằng độ

lún xung quanh hố đào đạt 1% chiều sâu đào khi đào trong cát và sét từ mềm đến cứng, và hơn 2% cho sét yếu dầy Tuy nhiên, với phương pháp thiết kế mô phỏng tốt và những công nghệ thi công tạo những tường chắn cứng hơn như tường vây dầy và tường liên kết bởi các cọc nhồi đường kính lớn, độ lún xung quanh hố đào giảm dần

2.4 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY LÚN VÀ TÍNH ĐỘ LÚN XUNG QUANH CÔNG TRÌNH HỐ ĐÀO TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG

Trong quá trình đào đất gây thay đổi trường ứng suất trong toàn khu đất làm tường dịch chuyển vào trong, nền đáy hố đào vồng lên và khối đất xung quanh hố đào lún xuống, đây là nguyên nhân làm hư hỏng các công trình lân cận

Độ lún mặt đất xung quanh hố đào do: Lắp đặt tường chắn; chuyển vị

tường khi đào đất; lắp đặt hệ neo; hạ mực nước ngầm và đặc biệt nghiêm trọng

là do đất di chuyển theo dòng nước ngấm

Trang 34

Lún xung quanh do lắp đặt tường: Trong bài báo của Fujita năm 1994 [5] cho thấy độ lún của đất xung quanh chiếm 50% do hạ và nhổ cọc bản dài

14,5m

Lún xung quanh do chuyển vị tường chắn:Độ lún xung quanh do

chuyển vị tường chắn phụ thuộc vào một số nhân tố: Loại và độ cứng của hệ chống; vị trí điểm chống; độ cứng của tường Theo Clough – O’Rourke năm

1990 [5], khi công trình đào đạt ổn định tốt thì chuyển dịch ngang lớn nhất của

tường khoảng 0,2% chiều sâu đào và độ lún mặt đất xung quanh đạt cực đại khoảng 0,15% chiều sâu đào, cho tường vây và tường cọc nhồi

Lún xung quanh do lắp đặt hệ neo: Khi khoan để tạo hệ neo gây mặt đất

xung quanh tùy thuộc loại đất nền, theo ghi nhận của Kempfert năm 1999 cho thấy khi khoan neo trong nền sét mềm đã gây độ lún xung quanh đạt 70% độ lún tổng, tại Constance – Đức

Lún xung quanh do bơm nước hạ mực nước ngầm: Theo nguyên lý căn

bản, đất sét cố kết thường lún nhiều hơn đất sét cố kết trước khi hạ mực nước ngầm trong quá trình đào đất

Nhận xét:

Dựa vào lý thuyết tính toán tường chắn và một số nghiên cứu vừa nêu trên, ta nhận thấy rằng: Về phương pháp tính toán hố đào có tường chắn thì có nhiều, từ những phương pháp cổ điển cho đến phương pháp hiện đại Tuy nhiên, việc áp dụng cho đúng với điều kiện địa chất ở Việt Nam nói chung và thành phố Hồ Chí Minh nói riêng (trong tương lai sẽ xây dựng nhiều công trình ngầm) hiện nay vẫn chưa được thống nhất và còn nhiều bất cập Kết quả tính toán, thiết kế còn chênh lệch nhiều so với thực tế Do đó cần nghiên cứu thực nghiệm quan trắc ở nhiều công trình ở nhiều khu vực khác nhau để có kết luận và khuyến cáo xác thực

Trang 35

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN

TRONG HỐ ĐÀO

3.1 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ÁP LỰC ĐẤT LÊN KẾT CẤU CHẮN GIỮ CỦA HỐ ĐÀO SÂU (TƯỜNG LIÊN TỤC):

3.1.1 Tính áp lực ngang của đất tác dụng lên tường:

Có hai loại áp lực ngang:

- Áp lực ngang chủ động (Ea): Khi đất ở trạng thái cân bằng phá hoại dẻo chủ động và đạt giá trị cực tiểu

-Áp lực ngang bị động (Ep): Khi đất ở trạng thái cân bằng phá hoại dẻo bị động và đạt giá trị cực đại

Biểu đồ 3-1: Sự thay đổi áp lực ngang của đất theo độ dịch chuyển của tường chắn

3.1.2 Lý thuyết Mohr – Rankine [7]

a Đối với đất không dính (c=0):

Tại một điểm bất kỳ ở dưới mặt nằm ngang, ứng suất có hiệu lấy bằng:

- Ứng suất thẳng đứng σ’V=σ’1

- Ứng suất nằm ngang σ’h=σ’3

Các vòng tròn Mohr biểu thị hai trạng thái cân bằng dẻo có thể có, đều tiếp xúc với đường bao phá hoại bởi vì chúng đều quan hệ với một điều kiện giới hạn

Các điểm A và C biểu thị trạng thái ứng suất hông tương ứng với trạng thái chủ động và bị động:

Trang 36

OA = σ’ha– Aùp lực hông chủ động; Khi nở hông sẽ dẫn tới σ’ha < σ’v

OC = σ’hp– Aùp lực hông bị động ; Khi nén hông sẽ dẫn tới σ’hp>σ’v

Biểu đồ 3-2: Các trạng thái cân bằng giới hạn dẻo của Rankine

a)Trạng thái chủ động b) Trạng thái bị động

Từ vòng tròn Mohr, mặt phá hoại được định hướng tương ứng bởi góc αa và αp:

) 2

' 45 ( ) ' 90 ( 2

1 ) 2 ( 2

) 2

' 45 ( ) ' 90 ( 180 [ 2

1 ) 2 180 ( 2

OB

OA K

Trang 37

Qua biến đổi hình học ta được: )

2

'45('sin1

'sin

sin1

'sin

b Đối với đất dính (c ≠ 0):

• Đối với đất dính trong điều kiện thoát nước:

Lý thuyết ban đầu của Rankine chỉ giải quyết áp lực trong vật liệu hạt (có

ma sát) và không xem xét đến lực dính Trong điều kiện không thoát nước và trong đất quá cố kết, độ bền sức chống cắt được biểu diễn toàn bộ hay một phần bằng lực dính biểu kiến (cu hay c’) Dựa trên phương pháp Rankine , năm 1915 Bell công bố lời giải có lực dính thể hiện bằng một đoạn trên trục độ bền sức chống cắt

Biểu đồ 3-3: Vòng tròn Mohr cho áp lực chủ động trong đất dính

Ta thấy được vòng tròn Mohr cùng với đường bao phá hoại cho đất quá cố kết Như trong trường hợp đất không dính, điểm xuất phát là tỷ số của các ứng suất có hiệu:

v

ha

ctg c

ctg c PB

PA

'''

σϕ

σϕ+

+

PF FD

PF FD BF

PF

AF PF PB

+

−

=+

−

=+

−

=

'sin1

'sin1/

1

/1

ϕ

Áp lực chủ động: σ’ ha =K aσ’ v -2c’ K a (3.10)Áp lực bị động : σ’ hp =K pσ’ v +2c’ K p (3.11)

Trang 38

• Đối với đất dính trong điều kiện không thoát nước

Các phương trình trên được dùng khi đất làm việc có thoát nước, biểu thị điều kiện lâu dài của cân bằng dẻo giới hạn Với bài toán cân bằng không thoát nước (tức thời) trong đất bão hòa, góc ma sát ϕu =0, do đó Ka=Kp=1 cho nên áp lực hông tổng bằng:

Áp lực bị động : σhp=σv+2cu (3.13)

3.1.3 Lý thuyết Coulomb [7]

Xem xét lăng thể đất, khi tường hơi dịch chuyển dẫn đến đất ở trạng thái chủ động và nêm có xu hướng di chuyển về phía tường Lúc xảy ra như vậy, nêm trượt xuống theo mặt tường AB và dọc theo mặt phá hoại BC Các lực tác dụng lên nêm ở trạng thái cân bằng dẻo giới hạn này cùng với tam giác lực được như hình vẽ

AC AB

Trong đó: W- trọng lượng của nêm đất (với đất đồng nhất);

Pa- cường độ áp lực đất chủ động tác dụng lên tường;

R- phản lực của đất;

α - góc của mặt phẳng phá hoại;

W

R

PA

Trang 39

δ - góc ma sát giữa tường và đất;

θ - góc nghiêng của lưng tường;

ϕ’ – góc ma sát trong của đất;

γ - trọng lượng đơn vị của đất;

a Áp lực chủ động lên tường nhám:

• Điều kiện thoát nước (c’=0)

2

) sin(

) ' sin(

) sin(

sin ) ' sin(

+ +

−

=

β θ

β ϕ δ ϕ δ

θ

θ ϕ θ

'sin

−

• Điều kiện không thoát nước (ϕ u =0)

Điều kiện không thoát nước giả định xảy ra ở sau tường trong đất sét bão hòa khi thời gian thi công nhanh, ngắn ngày hoặc áp lực nước lỗ rỗng thặng dư chưa giảm trong một thời gian sau đó Trong các trường hợp như thế, người ta xem xét sự ổn định ngắn ngày với ứng suất tổng và độ bền cắt không thoát nước của đất, tức là τ = cu và ϕu =0 Nghiên cứu trường hợp không phức tạp của một tường nhám thẳng đứng và mặt đất nằm ngang Một mặt phẳng phá hoại BT giả thiết kết thúc ở chân khe nứt căng tại độ sâu z0 Ở trạng thái giới hạn, nêm ABTC duy trì được cân bằng bởi sáu lực:

W- trọng lượng nêm ABTC

E- phản lực pháp tuyến mặt phá hoại

Pa – áp lực chủ động tác dụng lên tường

Fc – Lực chống cắt theo BT; Fc=cu (H-z0)cosα (3.18)

Trang 40

Fw – Lực chống cắt dọc theo AB; Fw=cw (H – z0) (3.19)

Pw – áp lực hông tạo bởi nước trong khe nứt căng 2

cu – lực dính không thoát nước (và cũng chính là cường độ chống cắt

của đất không thoát nước)

cw – lực dính không thoát nước giữa tường và đất

Độ lớn lực dính của tường cw biến đổi từ 0,3cu cho đất sét chặt tới bằng cu cho đất sét yếu Khi có số liệu thực nghiệm cụ thể thường dùng giá trị là 0,45cu

Từ những biến đổi toán học ta được:

u

w u

ha

c

c c

c

c c

z

+

=

12

Nếu có tải trọng phụ tác dụng phân bố đều q tác dụng trên mặt đất thì:

γ

q c

c c

• Trường hợp đất sét quá cố kết thoát nước (c’>0)

Khi nghiên cứu sự ổn định của đất sét quá cố kết mạnh, cần phải xem xét lượng biến dạng gắn liền với lúc bắt đầu phá hoại Độ bền lớn nhất của đất τ=c’+σ’ntgϕ’f được đưa vào khi biết rằng chỉ có biến dạng rất nhỏ trước khi phá hoại Phần lớn các trường hợp tường chắn, biến dạng trước khi chảy đủ lớn để sinh ra sự dãn nở Vì thế, phá hoại sẽ xảy ra ở trạng thái giới hạn τc=σ’ntgϕ’ tức là c’=0

Do vậy, nguyên tắc chung là phải dùng các thông số ở trạng thái giới hạn (c’=0, ϕ’=ϕ’c) và các phương trình (3.21), (3.22) và (3.23) để tính áp lực chủ động Trong các trường hợp nếu ta thấy rằng hợp lí khi giả thiết là phá hoại xảy

Định dạng
Số trang	114
Dung lượng	3,11 MB