Phân tích chuyển vị của tường vây trong phương pháp thi công top down dựa vào độ cứng sàn

Với điều kiện mặt bằng thi công chật hẹp và sự hiện hữu của các công trình lân cận như hiện nay, việc đảm bảo không gian thi công, điều kiện về chuyển vị của tường chắn cũng như biến dạn

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM VINH PHÁT

PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG VÂY TRONG

PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG TOP - DOWN

Trang 2

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Lê Trọng Nghĩa

Cán bộ chấm nhận xét 1 : GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ

Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS.TS Bùi Trường Sơn

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM

Ngày 10 tháng 01 năm 2018

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

1 PGS.TS Nguyễn Minh Tâm

2 GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ

3 PGS.TS Bùi Trường Sơn

4 PGS.TS Tô Văn Lận

5 PGS.TS Nguyễn Thành Đạt

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)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS Nguyễn Minh Tâm PGS.TS Nguyễn Minh Tâm

Trang 3

- -

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: PHẠM VINH PHÁT MSHV: 1570050

Ngày tháng năm sinh: 01/09/1992 Nơi sinh: ĐỒNG THÁP

Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số: 60.58.02.11

Khóa (năm trúng tuyển): 2015

I TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY TRONG PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG TOP - DOWN

DỰA VÀ ĐỘ CỨNG SÀN

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 thống lỗ mở sàn đến chuyển vị tường vây trong quá trình thi công tầng hầm

3 Ứng dụng phân tích một công trình thực tế ở Việt Nam

4 Nhận xét và phân tích các kết quả đạt được

5 Các kết luận và kiến nghị khoa học

Tp HCM, ngày tháng năm 2018

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn 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 truyền đạt những bài học, những kinh nghiệm chuyên ngành quý giá, giúp tác giả có đầy đủ nền tảng kiến thức để thực hiện đề tài nghiên cứu này

Tiếp theo, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc đến TS Lê Trọng Nghĩa, 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 Đồng thời, tác giả cũng xin gửi đến ThS Bùi Văn Chúng lòng biết ơn sâu sắc vì những nhận xét và góp ý thật sự bổ ích của thầy để tác giả hoàn thành tốt 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 12 năm 2017

Học viên

Phạm Vinh Phát

Trang 5

Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu ảnh hưởng chuyển vị của tường vây phụ thuộc vào độ cứng của hệ kết cấu chống đỡ, trên cơ sở phân tích một công trình thực tế tại thành phố Hồ Chí Minh Công trình phân tích có tổng 4 tầng hầm được thi công bằng phương pháp thi công Top – Down, chiều sâu đào đất lớn nhất là -26.55m thi công hố pít thang máy Công trình sử dụng kết cấu tường vây có chiều dày 600mm, chuyển vị lớn nhất của tường vây là 31.2mm (trong giai đoạn thi công hố pít, dựa vào kết quả quan trắc thực tế) Trong luận này tác giả mô phỏng quá trình thi công tầng hầm bằng phần mềm Plaxis 2D Foundation kết hợp với Etabs V16, và mô phỏng bằng Plaxis 3D Foundation và tiến hành so sánh kết quả chuyển vị so với thực tế quan trắc Kết quả phăn tích bằng Plaxis 2D Foundation cho hình dạng biểu đồ thì giống với quan trắc thực tế, nhưng cho giá trị lớn hơn Trong khi đó kết quả kết quả thu được từ Plaxis 3D Foundation cho kết quả rất giống với quan trắc thực tế, điều này chứng tỏ mô phỏng bằng Plaxis 3D Foundation thu được kết quả chính xác và đáng tin cậy hơn Ngoài ra dựa vào mô phỏng Plaxis 3D Foundation tác giả còn tiến hành so sánh chuyển vị trong các khu vực khác nhau trên mặt bằng thi công tường vây, từ đó rút ra kết quả chuyển vị tường vây và độ cứng sàn (độ cứng sàn phụ thuộc vào chiều dày sàn, cách bố trí lỗ mở, hệ kết dầm và Kingpost)

Trang 6

The graduation thesis examines the effect of displacement of the diaphragm wall

on the hardness of the supporting structure, based on the analysis of an actual structure

in Ho Chi Minh City The analysis has a total of 4 basements are constructed by Down construction method, the largest digging depth is -26.55m construction elevator pits The structure of the diaphragm wall is 600mm thick, the largest displacement of the diaphragm wall is 31.2mm (during the construction of the pits, based on the actual observation results) In this essay, the author simulates the basement construction using the Plaxis 2D Foundation software in combination with the Etabs V16, and simulates the Plaxis 3D Foundation and compares the displacement results with the actual observations Plaxis 2D Foundation's plaque results for the chart shape is similar to the actual observation, but for greater value While results obtained from the Plaxis 3D Foundation yielded results that are very similar to actual observations, this proves that Plaxis 3D Foundation's simulation results are more accurate and reliable In addition, based on the Plaxis 3D Foundation simulation, the author also conducted transposition comparisons in different areas of the diaphragm wall construction, resulting in the removal

Top-of the diaphragm wall and the hardness Top-of the floor (floor hardness depending on the floor thickness, the openings, openings, and the Kingpost)

Trang 7

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 TS Lê Trọng Nghĩa

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 12 năm 2017

Học viên

PHẠM VINH PHÁT

Trang 8

MỤC LỤC

CHƯƠNG : MỞ ĐẦU 7

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 7

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 7

3 Ý NGHĨA VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỄN 7

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 8

4.1 Nghiên cứu lý thuyết 8

4.2 Mô phỏng bằng phần tử hữu hạn 8

5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 9

1.1 GIỚI THIỆU 9

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI 9

1.2.1 Nghiên cứu của tác giả Gordon Tung-Chin Kung: Comparision of excavation – include wall deflection using Top Down and Bottom Up construction methods in Taipei silty clay [1]……… 9

1.2.2 Nghiên cứu của tác giả Chang Yu Ou và các công sự: Nghiên cứu công trình Taipei Enterprise National Center 13

1.2.3 M.Moeinil, B.Rafezy2 and W.P.Howson: Investigation Into The Floor Diaphragm Flexibility In Rectangular Reinforced Concrete Buildings And Error Formula 17

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM 18

1.3.1 Châu Ngọc và Lê Văn Pha: Tính toán hệ kết cấu bảo vệ hố móng sâu bằng phương pháp xét sự làm việc đồng thời giữa đất nền và kết cấu 18

1.3.2 Nguyễn Minh Tâm, Nguyễn Bửu Anh Thư: Nghiên cứu phương pháp tính áp lực đất phù hợp với tường vây hố đào sâu 21

1.4 NHẬN XÉT 21

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 22

2.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ THANH CHỐNG ĐỠ HỐ ĐÀO 22

2.2 ẢNH HƯỞNG THANH CHỐNG ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN 23

2.2.1 Độ cứng của hệ chống (Struts Stiffness) 23

2.2.2 Khoảng cách của hệ chống (Struts spacing) 24

Trang 9

2.2.3 Kích tải trước cho hệ chống (Struts Preload) 25

2.3 PHÂN TÍCH LỰC DỌC THANH CHỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN 25

2.3.1 Xác định tải trọng trên hệ chống theo phương pháp áp lực đất biểu kiến 25

2.3.2 Sự gia tăng tải trọng thanh chống giai đoạn thi công sàn tầng hầm 27

2.4 PHÂN TÍCH MỐI QUAN HỆ BIẾN DẠNG TƯỜNG CHẮN - LÚN BỀ MẶT 28

2.4.1 Dạng độ lún bề mặt của đất nền 28

2.4.2 Xác định giá trị lớn nhất của độ lún bề mặt đất nền 28

2.5 ỨNG XỬ KHÔNG GIAN QUÁ TRÌNH THI CÔNG TẦNG HẦM 29

2.6 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN HỐ ĐÀO SÂU BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN 30

2.6.1 Quan hệ thoát nước và không thoát nước 30

2.6.2 Mô hình tăng bền đẳng hướng Harderning Soil 31

2.6.3 Chia lưới phần tử trong Plaxis 33

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 35

3.1 THỰC TRẠNG CÔNG TRÌNH PHÂN TÍCH 35

3.1.1 Đặc điểm công trình phân tích 35

3.1.2 Điều kiện địa chất công trình 36

3.1.3 Trình tự thi công tầng hầm 40

3.2 MÔ PHỎNG CÔNG TRÌNH 56

3.2.1 Thông số bài toán 56

3.2.2 Kết quả phân tích Plaxis 65

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 81

Kết luận ………81

Kiến nghị ………82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

Trang 10

DANH MỤC HÌNH

HÌNH 1-1 MINH HỌA THÔNG TIN CHI TIẾT CỦA 26 HỐ ĐÀO SÂU THU THẬP 10

HÌNH 1-2: BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG 26 TRƯỜNG HỢP THU THẬP TRONG LỊCH SỬ 10

HÌNH 1-3 ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG CỦA SÀN ĐẾN BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG VÂY 11

HÌNH 1-4 ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG THANH CHỐNG ĐẾN BIẾN DẠNG TƯỜNG VÂY 11

HÌNH 1-5 QUAN HỆ CHIỀU SÂU HỐ ĐÀO GÂY BIẾN DẠNG TƯỜNG 12

HÌNH 1-6 MẶT BẰNG CÔNG TRÌNH TAIPEI ENTERPRISE NATIONAL ENTERPRISE 13

HÌNH 1-7 MẶT CẮT HỒ ĐÀO CÔNG TRÌNH TAIPEI ENTERPRISE NATIONAL ENTERPRISE 14

HÌNH 1-8 BIỆN PHÁP THI CÔNG TÒA NHÀ TAIPEI ENTERPRISE NATIONAL ENTERPRISE 15

HÌNH 1-9 MỐI QUAN HỆ GIỮA BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG, ĐỘ CỨNG HỆ CHỐNG 15

HÌNH 1-10 MỐI QUAN HỆ HÌNH DẠNG TƯỜNG BIẾN DẠNG VÀ SỰ TĂNG ĐỘ CỨNG THANH CHỐNG 16

HÌNH 1-11 MỐI QUAN HỆ HÌNH DẠNG TƯỜNG BIẾN DẠNG VÀ SỰ TĂNG ĐỘ CỨNG THANH CHỐNG 16

HÌNH 1-12 ĐỘ VÕNG CỦA TƯỜNG THEO PHƯƠNG NGANG VÀ ĐỘ LÚN BỀ MẶT HỐ ĐÀO 17

HÌNH 1-13 MẶT BẰNG CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIÊU LỘC - THỊ NGHÈ 18

HÌNH 1-14 MẶT CẮT CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIÊU LỘC - THỊ NGHÈ 18

HÌNH 1-15 HỆ TƯỜNG CHẮN VÀ THANH CHỐNG HÌNH 1-16 KÍCH ĐIỀU CHỈNH CHUYỂN VỊ TƯỜNG 19

HÌNH 1-17 MẶT CẮT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH 19

HÌNH 2-1 LIÊN KẾT GIỮA HỆ THANH CHỐNG VÀ KINGPOST 22

HÌNH 2-2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ CHỐNG ĐỠ HỐ ĐÀO 23

HÌNH 2-3 MỐI QUAN HỆ BIẾN DẠNG TƯỜNG CHẮN VÀ HỆ THANH CHỐNG CÓ ĐỘ CỨNG LỚN 23

HÌNH 2-4 MỐI QUAN HỆ BIẾN DẠNG TƯỜNG CHẮN VÀ HỆ THANH CHỐNG CÓ ĐỘ CỨNG BÉ 24

HÌNH 2-5 MỐI QUAN HỆ GIỮA ÁP LỰC ĐẤT, LỰC THANH CHỐNG VÀ PHẢN LỰC ĐẤT NỀN 25

HÌNH 2-6 BIỂU ĐỒ ÁP LỰC ĐẤT BIỂU KIẾN CỦA PECK 26

HÌNH 2-7 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TRÊN HỆ THANH CHỐNG 26

HÌNH 2-8 CÁC DẠNG ĐỘ LÚN BỀ MẶT HÌNH 2-9 CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN VÀ ĐỘ LÚN 28

HÌNH 2-10 ẢNH HƯỞNG HIỆU ỨNG VÒM TRONG THI CÔNG BÊ TÔNG TƯỜNG VÂY 29

HÌNH 2-11 CÁC VÙNG ỨNG XỬ BIẾN DẠNG PHẲNG VÀ ỨNG XỬ KHÔNG GIAN TRONG HỐ ĐÀO 29

HÌNH 2-12 ĐỊNH NGHĨA MÔ ĐUN E OEDREF TRONG THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT 32

HÌNH 2-13 MẶT DẺO MẶT PHẲNG P – Q HÌNH 2-14 MẶT DẺO KHÔNG GIAN 32

HÌNH 2-15 ĐƯỜNG CONG BIẾN DẠNG CÓ KỂ ĐẾN SỰ KẾT THÚC GIÃN NỞ 32

HÌNH 2-16 LƯỚI PHẦN TỬ HỮU HẠN DÙNG TRONG PHÂN TÍCH HỐ ĐÀO SÂU 34

HÌNH 2-17 ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN BỀ MẶT ĐẤT NỀN THEO PHƯƠNG PHÁP PECK (1969) 34

Trang 11

HÌNH 3-2 MẶT BẰNG CẮT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG 35

HÌNH 3-3 BIỂU ĐỒ SPT THEO ĐỘ SÂU 37

HÌNH 3-4 BIỂU ĐỒ MẶT CẮT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH 38

HÌNH 3-5 MẶT CẮT ĐỊA CHẤT HK2 39

HÌNH 3-6 MẶT BẰNG THI CÔNG TƯỜNG VÂY VÀ KINGPOST 40

HÌNH 3-7 MẶT CẮT THI CÔNG TƯỜNG VÂY VÀ KINGPOST 40

HÌNH 3-8 MẶT BẰNG ĐÀO ĐẤT XUỐNG CAO ĐỘ -2.9M 41

HÌNH 3-9 MẶT CẮT ĐÀO ĐẤT XUỐNG CAO ĐỘ -2.9M 41

HÌNH 3-10 MẶT BẰNG THI CÔNG SÀN L1 CAO ĐỘ -0.2M 42

HÌNH 3-11 MẶT CẮT THI CÔNG SÀN L1 CAO ĐỘ -0.2M 42

HÌNH 3-14 MẶT BẰNG THI CÔNG SÀN B1 CAO ĐỘ -5.0M 44

HÌNH 3-15 MẶT CẮT THI CÔNG SÀN B1 CAO ĐỘ -5.0M 44

HÌNH 3-30 MẶT BẰNG THI CÔNG HỐ PÍT CAO ĐỘ -21.55M 52

HÌNH 3-31 QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ TRONG TỪNG GIAI ĐOẠN THI CÔNG 55

HÌNH 3-32 HỆ TRỤC TỌA ĐỘ CỦA PHẦN TỬ DẦM 56

HÌNH 3-33 CÁCH XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ PHÁ HOẠI QUY ƯỚC TỪ THÍ NGHIỆM CD 59

HÌNH 3-34 CÁCH XÁC ĐỊNH E 50REF , E URREF THÍ NGHIỆM CD 59

Trang 12

HÌNH 3-36 KHÔNG GIAN ỨNG SUẤT THÍ NGHIỆM CD – MẪU UD1-2 60

HÌNH 3-37 BIẾN DẠNG - ỨNG SUẤT LỆCH THÍ NGHIỆM CD – MẪU UD1-2 60

HÌNH 3-38 XÁC ĐỊNH E 50REF TỪ THÍ NGHIỆM CD – MẪU UD1-2 60

HÌNH 3-39: QUAN HỆ ỨNG SUẤT – HỆ SỐ RỖNG THÍ NGHIỆM NÉN 1 TRỤC - MẪU UD1-28 61

HÌNH 3-40 QUAN HỆ HỆ SỐ THẤM K – HỆ SỐ RỖNG THÍ NGHIỆM NÉN 1 TRỤC - MẪU UD1-28 61

HÌNH 3-41 XÁC ĐỊNH E OED TỪ THÍ NGHIỆM NÉN 1 TRỤC - MẪU UD1-28 62

HÌNH 3-42 ĐỊNH NGHĨA HỆ SỐ POISSION  62

HÌNH 3-43: ĐỊNH NGHĨA GÓC  THEO PLAXIS 63

HÌNH 3-44: BIỂU ĐỒ QUAN HỆ  1 -  V TRONG THÍ NGHIỆM CD – MẪU UD2-27 63

HÌNH 3-45 MÔ PHỎNG ETABS SÀN L1 65

HÌNH 3-46 KẾT QUẢ CHUYỂN VỊ TRONG SÀN L1 65

HÌNH 3-47 MÔ PHỎNG ETABS SÀN B1 66

HÌNH 3-48 KẾT QUẢ CHUYỂN VỊ TRONG SÀN TẦNG B1 66

HÌNH 3-53 VỊ TRÍ MẶT CẮT NGANG A – A THEO PHƯƠNG ĐỨNG 69

HÌNH 3-54 MÔ PHỎNG PLAXIS 2D MẶT CẮT NGANG A - A 69

HÌNH 3-55 MESH PHẦN TỬ TRONG PLAXIS 2D 70

HÌNH 3-56 KẾT QUẢ CHUYỂN VỊ THEO PHƯƠNG NGANG 70

HÌNH 3-57 KẾT QUẢ CHUYỂN VỊ THEO PHƯƠNG ĐỨNG 70

HÌNH 3-58 CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY TRONG GIAI ĐOẠN ĐÀO -21.55M 71

HÌNH 3-59 MOMENT TƯỜNG VÂY TRONG GIAI ĐOẠN ĐÀO -21.55M 71

HÌNH 3-60 LỰC CẮT TƯỜNG VÂY TRONG GIAI ĐOẠN ĐÀO -21.55M 71

HÌNH 3-61 CHUYỂN VỊ TRONG TỪNG GIAI ĐOẠN THI CÔNG – PLAXIS 2D 72

HÌNH 3-62 MÔ PHỎNG PLAXIS 3D – SÀN L1 73

HÌNH 3-63 MÔ PHỎNG PLAXIS 3D – SÀN B4 73

HÌNH 3-64 VỊ TRÍ NGÀM KINGPOST 73

HÌNH 3-65 MÔ PHỎNG PLAXIS 3D FOUDATION 74

HÌNH 3-66 CHUYỂN VỊ HỐ ĐÀO THEO PHƯƠNG U X – GIAI ĐOẠN ĐÀO ĐẤT -21.55M 74

HÌNH 3-67 CHUYỂN VỊ HỐ ĐÀO THEO PHƯƠNG U Z – GIAI ĐOẠN ĐÀO ĐẤT -21.55M 74

HÌNH 3-68 CHUYỂN VỊ HỐ ĐÀO THEO PHƯƠNG U – GIAI ĐOẠN ĐÀO ĐẤT -21.55M 75

Trang 13

HÌNH 3-69 CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY THEO PHƯƠNG U Y – GIAI ĐOẠN ĐÀO ĐẤT -21.55M 75

HÌNH 3-70 CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY THEO PHƯƠNG U Z – GIAI ĐOẠN ĐÀO ĐẤT -21.55M 75

HÌNH 3-71 CHUYỂN VỊ TRONG TỪNG GIAI ĐOẠN THI CÔNG – PLAXIS 3D 76

HÌNH 3-72 CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY ĐÀO ĐẤT -21.55MM THEO CÁC TRƯỜNG HỢP PHÂN TÍCH 77

HÌNH 3-73 MẶT BẰNG CHIA ZONE KHU VỰC SÀN L1 78

HÌNH 3-74 MẶT BẰNG CHIA ZONE KHU VỰC SÀN B4 78

HÌNH 3-75 CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY ĐÀO ĐẤT -21.55MM THEO MẶT BẰNG CHIA ZONE 79

DANH MỤC BẢNG BẢNG 1-1 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT NỀN CÔNG TRÌNH 19

BẢNG 1-2 CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG HỐ ĐÀO 20

BẢNG 1-3 KẾT QUẢ LÝ THUYẾT VÀ ĐO THỰC TẾ LỰC DỌC TÁC DỤNG CÁC LỚP THANH CHỐNG 20

BẢNG 3-1 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT NỀN CÔNG TRÌNH 36

BẢNG 3-2 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT NỀN CÔNG TRÌNH 36

BẢNG 3-3 TRÌNH TỰ THI CÔNG TẦNG HẦM 52

BẢNG 3-4 KẾT QUẢ QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY 53

BẢNG 3-5 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA TƯỜNG VÂY 56

BẢNG 3-6 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA TƯỜNG VÂY 56

BẢNG 3-7 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA DẦM MŨ TƯỜNG VÂY 57

BẢNG 3-8 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA HỆ KINGPOST 57

BẢNG 3-9 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA HỆ SÀN TẦNG HẦM 57

BẢNG 3-10 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA MÔ HÌNH TĂNG BỀN HS 58

BẢNG 3-11 BẢNG TRA HỆ SỐ POISSON 62

BẢNG 3-12 HỆ SỐ R INTER CHO CÁC BỀ MẶT TIẾP XÚC 64

BẢNG 3-13 BẢNG TỔNG HỢP THÔNG SỐ MÔ HÌNH HS 64

BẢNG 3-14 ĐỘ CỨNG SÀN XÁC ĐỊNH DỰA VÀO PHẦN MỀM ETABS 69

BẢNG 3-15 ĐẶC ĐIỂM CÁC ZONE TRÊN MẶT BẰNG 80

Trang 14

0 CHƯƠNG : MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng phần không gian dưới mặt đất để xây dựng công trình ngày càng phổ biến và bức thiết, nhất là trong các thành phố lớn như thành phố Hồ Chí Minh Các công trình xây dựng này có phần kết cấu ngầm sâu trong đất, và phải thi công trong điều kiện nhà xây chen vơi nhau

Quá trình đào đất và thi công kết cấu ngầm làm phát sinh chuyển vị tường chắn nên việc làm thế nào để hạn chế chuyển vị này có ý nghĩa hết sức quan trọng Với điều kiện mặt bằng thi công chật hẹp và sự hiện hữu của các công trình lân cận như hiện nay, việc đảm bảo không gian thi công, điều kiện về chuyển vị của tường chắn cũng như biến dạng của đất nền

là vấn đề rất phức tạp và yêu cầu cao, cần phải nghiên cứu phương án biện pháp thi công thật chi tiết để tránh những sự cố đáng tiếc có thể xảy ra trong quá trình thi công

Chính vì vậy, hệ kết cấu chống đỡ hố đào là thật sự cần thiết và có ảnh hưởng lớn đến chuyển vị tường chắn trong quá trình thi công tầng hầm Vấn đề ứng xử của tường vây theo

độ cứng của lỗ mở sàn trong phương pháp thi công Top Down, cũng như việc bố trí, kiểm tra

hệ kết cấu chống đỡ theo từng giai đoạn thi công tầng hầm sao cho kinh tế và thỏa mãn các điều kiện trên là mục đích chính của đề tài này

Luận văn sẽ phân tích và so sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả quan trắc thực

tế trong quá trình thi công của một công trình ở thành phố Hồ Chí Minh Bên cạnh đó, luận văn cũng phân tích những thay đổi trong việc bố trí lỗ mở sàn so với thực tế nhằm tìm ra được diện tích lỗ mở sàn hợp lý trong phương pháp thi công Top – Down Từ đó rút ra một số kết luận quan trọng như ảnh hưởng của độ cứng sàn theo 2 phương, vị trí bố trí hệ kingpost đến chuyển vị tường vây, với hy vọng có thể ứng dụng cho các công trình khác

Thiết lập mối quan hệ giữa độ cứng sàn đến chuyển vị ngang của tường vây, trong toàn

bộ quá trình thi công phần hầm của công trình

Ngoài việc đảm bảo điều kiện chuyển vị, cũng như khả năng chịu lực của tường vây Thì vị trí cũng như diện tích của lỗ mở sàn trong phương pháp thi công Top Down cũng cần được kiểm tra cẩn thận, sao cho không ảnh hưởng đến các công trình lân cận Đây là vấn đề rất quan trọng trong công tác thiết kế và thi công tầng hầm nhà cao tầng

Có biện pháp kiểm tra an toàn đối với hệ thống sàn có lỗ mở ở trạng thái nguy hiểm trong quá trình thi công, đảm bảo chuyển vị tường vây luôn nằm trong giới hạn cho phép

Trang 15

0.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

0.4.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Cơ sở lý thuyết cho việc tính toán và lựa chọn các thông số đất nền hợp lý dựa vào kết quả khảo sát địa chất trong trường hợp không có khảo sát địa chất thì tác giả sẽ tham khảo và đối chiếu các tài liệu đáng tin cậy khác

- Cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng độ cứng sàn đối với chuyển vị của tường vây tầng hầm trong quá trình thi công, tác giả mô phỏng bằng phần mềm sau đó tìm ra tương quan giữa độ cứng hệ chống và chuyển vị tường vây

0.4.2 Mô phỏng bằng phần tử hữu hạn

- Sử dụng chương trình Etabs 2016 v2 mô phỏng sàn tầng hầm từ đó xác định độ cứng sàn trong quá trình thi công Kết hợp với phần mềm Plaxis 2D để tìm ra chuyển vị của tường vây Từ đó có thể bố trí lỗ mở sàn theo từng giai đoạn thi công cho phù hợp với

điều kiện thi công thực tế

- Sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation mô phỏng toàn bộ quá trình lắp đặt thi công toàn bộ phần hầm của dự án, tìm ra mối quan hệ giữa chuyển vị tường vây với hệ kết cấu chống đỡ, từ đó đối chiếu với kết quả phân tích bằng Plaxis 2D kết hợp với Etabs

2016 v2 để đưa ra được vị trí cũng như diện tích lỗ mở sàn, vị trí bố trí Kingpost, hệ shoring phù hợp hơn với thực tế quan trắc

- Nghiên cứu kết quả khảo sát địa chất từ đó đưa ra thông số đầu vào của hệ đất nền vào mô phỏng chương trình Plaxis, trong trường hợp không có khảo sát địa chất thì sẽ

đối chiếu tương quan gần đúng từ các tài liệu đáng tin cậy khác

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết trong việc tìm ra mô hình đất hợp lý để mô phỏng bằng Plaxis (trong luận văn này tác giả sử dụng mô hình đất Harderning Soil trong quá trình

mô phỏng Plaxis)

- Mô phỏng ETABS 2016 v2 để tìm ra độ cứng sàn (độ cứng sàn phụ thuộc vào: chiều dày sàn, vị trí lỗ mở, vị trí bố trí hệ kết cấu chống đỡ như kingpost, cột/vách bê tông)

Mô phỏng Plaxis 2D tìm ra chuyển vị của tường vây theo độ cứng sàn một phương

- Mô phỏng Plaxis 3D tìm ra chuyển vị của tường vây có xét đến ảnh hưởng của lỗ mở,

vị trí kingpost, hệ shoring…

- So sánh kết quả chuyển vị tường vây được mô phỏng bằng Plaxis 2D, Plaxis 3D so

vơi kết quả quan trắc thực tế, từ đó đưa ra các kết luận quan trọng

- So sánh kết quả chuyển vị của tường vây theo từng vùng trên mặt bằng sàn dựa vào

mô phỏng 3D từ đó có đánh giá được vị trí lỗ mở, cách bố trí hệ kingpost sao cho phù hợp với chuyển vị tường vây trong quá trình thi công

Trang 16

1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Một trong những vấn đề cơ bản khi thi công tầng hầm nhà cao tầng là giải pháp ổn định

hố đào trong quá trình thi công Trong thực tế có nhiều phương pháp giữ thành hố đào phụ thuộc vào chiều sâu hố đào, điều kiện địa chất, mặt bằng thi công Với những công trình có chiều sâu đào tương đối lớn, để có thể thi công tầng hầm một cách nhanh chóng và an toàn…việc lựa chon phương pháp thi công Top Down là cần thiết Vấn đề thiết kể đảm bảo

an toàn thi công đào sâu trong nền đất luôn là bài toán khó vì vậy cần phải tính toán thiết kế

cơ cấu giữ ổn định tường chắn:

 Phương pháp tính toán ổn định hệ giàn chống bằng thép hình

Trong thi công bằng phương pháp Top Down thì vấn đề lỗ mở sàn thi công cũng là một vấn đề rất đáng quan tâm để đạt được hiệu quả cao nhất về thi công, cũng như về tính toán thiết kế Kiểm tra ổn định, và khả năng chịu lực của sàn hầm dùng để giữ ổn định lực xô ngang của tường tầng hầm bằng phần mềm tính toán kết cấu không gian (Etabs, Sap….)

1.2.1 Nghiên c ứu của tác giả Gordon Tung-Chin Kung: Comparision of excavation –

include wall deflection using Top Down and Bottom Up construction methods in Taipei silty clay [1]

Bài báo cáo này tác giả so sánh chuyển vị của tường vây giữa 2 phương pháp thi công Top Down (TDM) và Bottom Up (BUM) thông qua 26 trương hợp hố đào trên nền đất sét pha

ở Đài Bắc đã được thu thập và phân tích trong lịch sử Các quan sát thực địa cho thấy rằng chuyển vị ngang tối đa của tường vây (hm) thi công bằng phương pháp TDM bằng 1.28 lần thi công bằng phương pháp BUM Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của tường vây được

và 4 trong 26 trường hợp được chọn thử nghiệm tính toán để khảo sát sự khác biệt chuyển vị tường vây (hm) theo 2 phương pháp TDM và BUM Kết quả phân tích cho thấy chuyển vị trung bình (hm) thi công bằng phương pháp TDM lớn hơn BUM 1.1 lần, khi không kể đến ảnh hưởng

độ co nhiệt độ của sàn bê tông Cả 2 dữ liệu quan trắc và kết quả phân tích cho thấy rẳng chuyển vị tường vây thi công bằng phương pháp TDM lớn hơn mặc dù sàn có độ cứng ngang tốt hơn

Trang 17

 Hs là độ sâu thanh chống hoặc sàn

 Hm là chiều sâu hố đào gây biến dạng tối

đa trong tường

 Ho là độ sâu hố đào cho phép

 L là chiều dài tường vây

 H là khoảng cách giữa 2 thanh chống

Hình 1-1 Minh họa thông tin chi tiết của 26 hố đào sâu thu thập

Hình 1-2: Biến dạng của tường 26 trường hợp thu thập trong lịch sử

Trang 18

Dựa vào hình 1.2 ta thấy chuyển vị trung bình hm/Ho của phương pháp TDM lớn hơn phương pháp BUM không phân biệt địa chất

Độ cứng thanh chống sàn và bản sàn trong 26 trường hợp của bài báo được tính như

 S là nhịp của thanh chống hoặc sàn

 L là chiều dài của thanh chống

Hình 1-3 Ảnh hưởng độ cứng của sàn đến biến dạng của tường vây

Hình 1-4 Ảnh hưởng độ cứng thanh chống đến biến dạng tường vây

Trang 19

Hình 1-5 Quan hệ chiều sâu hố đào gây biến dạng tường

Dựa vào kết quả quan sát từ các trường hợp hố đào thu thập trong lịch sử và các thông

số nghiên cứu, tác giả bái báo rút ra một số kết luận như sau:

 Tường vây sử dụng làm tường chắn trong tất cả 26 trường hợp hố đào Độ cứng trung bình của hệ chống và bản sàn tác giả thu thập được tương ứng

56767 (kN/m/m) và 161900 (kN/m/m)

 Thông qua việc xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của tường chắn

hố đào, 5 yếu tố xác định là quan trọng có thể dẫn đến sự khác biệt vê chênh lệch chuyển vị của tường vây trong 2 phương pháp TDM và BUM là: Độ sâu

hố đào qua từng bước đào, độ cứng của hệ chống và bản sàn, hệ chống ứng lực trước, thời gian thi công hệ chống bản sàn, độ co ngót của sàn bê tông

 Các kết quả của thông số nghiên cứu cho thấy rằng tỷ lệ chuyển vị trung bình

hm khi thi công bằng phương pháp TDM bằng xấp xỉ 1.1 phương pháp BUM khi ảnh hưởng do co ngót của bản sàn bê tông được bỏ qua So với tỷ lệ 1:2 thu được từ quan sát thực tế trong trường hơp thứ 23 của nghiên cứu này Sự khác biệt này có thể do xét đến ảnh hưởng của độ co ngót của bê tông sàn

Trang 20

1.2.2 Nghiên c ứu của tác giả Chang Yu Ou và các công sự: Nghiên cứu công trình Taipei

Enterprise National Center

Công trình Taipei Enterprise National Enterprise có mặt bằng dạng hình thang với cạnh dài 60 – 105m, cạnh ngắn 43m, gồm 6 tòa nhà A, B, C, D, E, F kế cận công trình lân cận

Hình 1-6 Mặt bằng công trình Taipei Enterprise National Enterprise

Việc thi công tường vây của TNEC bắt đầu vào ngày 13/8/1991 và hoàn thành vào ngày 10/11/1991 Các thiết bị chính như thiết bị đo áp lực đất, đo áp lực nước, thiết bị đo ứng suất trong cốt thép và thiết bị quan trắc nghiêng được lắp đặt chung ngay khi tường vây bắt đầu thi công, quá trình thi công tường vây diễn ra trong 89 ngày Khi thi công tường vây hoàn thành, cọc nhồi cho móng và cột chống thép được thi công, công tác này hoàn thành vào ngày

155, ngay sau đó thiết bị đo áp lực nước và thiết bị đo phình trồi được lắp đặt vào trong hố đào, khi các thiết bị quan trắc đã lắp đặt xong, việc đào bắt đầu vào ngày 156

Trang 21

Hình 1-7 Mặt cắt hồ đào công trình Taipei Enterprise National Enterprise

Bước đầu tiên đào tới độ sâu -2.8m, quá trình đào diễn ra trong 6 ngày, đến lúc hoàn thành bước đào 1 là ngày thứ 162 Sau đó tiếp tục đào nước thứ 2 và lắp đặt lớp cây chống thứ 1 (H300x300x10x15 chiều dài 6-11mm nhịp trung bình khoảng 8mm, dự ứng lực 784.8kN) cho bước đào tới độ sâu -4.9m

Khi tới độ sâu -4.9m, một lớp xi măng được phun lên mặt hố đào Cốt pha được lắp dựng để thi công tầng B1 tại cao độ -3.5m, khi tầng B1 đã hoàn thành và đạt cường độ, việc thi công bắt đầu tiến hành song song, thi công kết cấu bên trên và thi công các tầng hầm

Tầng 1 và các kết cấu bên trên sẽ được thi công cùng lúc bắt đầu bước dào thứ 3 (tới cao độ -8.6m) Sau đó các bước đào đất và thi công sẽ được lặp lại cho đến khi hoàn thành tầng B4F (bước thi công thứ 10)

Sau bước thi công thứ 10, biến dạng của tường vây đã lên tới 8cm, để giảm biến dạng của tường vây, phương pháp đào theo từng vùng đã được chấp thuận, vùng giữa được đào trước Vùng giữa được đào tới độ sâu -17.3m, lớp cây chống thứ 2 được được lắp ở cao độ -16.5m Vùng phía đông và phía tây được đào sau và lắp cây chống vào vùng trung tâm Vì lý

do đó, bước 11 và bước 12 được chia thành 11A 11B và 12A 12B Lớp cây chống thứ 2 là H400x400x13x21 có nhịp khoảng 2.5 tới 6m trung bình khoảng 3.4m, mỗi cây có ứng lực trước 1177k Tới bước đào thứ 7 (bước thi công thứ 13) chạm tới đáy hố đào với độ cao -19.7m, bước cuối cùng là thi công móng bè

Trang 22

Trong quá trình thi công tòa nhà công trình lân cận bị nghiêng nhẹ, để giải quyết vần

đề này, sau khi thi công tường vây và trước khi đào đất, một vài biên pháp cải tạo đã được đề ra: Jet grouting giữa tòa nhà và hố đào…

Hình 1-8 Biện pháp thi công tòa nhà Taipei Enterprise National Enterprise

Mối quan hệ giữa hệ số an toàn trương nở và bề rộng hố đào rút ra từ kinh nghiệm:

Clough và O’Rourke (1990) đã tìm ra được rằng bề rộng hố đào càng tăng thì biến dạng của tường vây càng lớn, hơn thế nữa, khi bề rộng hố đào càng lớn thì hiện tương mất cân bằng lực càng lớn; hệ số an toàn trương nở càng giảm

Hình 1-9 Mối quan hệ giữa biến dạng của tường, độ cứng hệ chống

Trang 23

Bước đào đầu tiên, chuyển vị của tường đã được tạo ra với dạng đầu thừa Bước đào thứ 2 sẽ bắt đầu sau khi lắp hệ chống đầu tiên Nếu độ cứng của thanh chống đủ lớn, lực nén tác dụng lên thanh chống sẽ nhỏ hơn vì vậy tường chắn sẽ xoay quanh điểm tiếp xúc giữa thanh chống và tường, biến dạng của tường được tao ra Biến dạng lớn nhất của tường sẽ xảy ra gần bề mặt hố đào

Hình 1-10 Mối quan hệ hình dạng tường biến dạng và sự tăng độ cứng thanh chống

Sau khi lắp hệ chống thứ 2 thì bước đào thứ 3 sẽ bắt đầu Giả đĩnh rằng hệ chống ở level 2 cũng đủ lớn, tường chắn sẽ tiếp tục xoay quanh điểm tiếp xúc với hệ chống ở level 2,

độ biến dạng của tường xảy ra lần nữa Vị trí biến dạng lớn nhất xảy ra gần bề mặt hố đào như hình 1.10c Nếu đất bên dưới hố đào là đất yếu, phản lực đẩy từ tường chắn sẽ giảm và

vị trí biến dạng lớn nhất hầu như xảy ra bên dưới hố đào

Được suy ra từ phép ngoại suy, hố đào trong đất cứng sẽ hầu hết xảy ra biến dạng lớn nhất bên trên mặt hố đào

Hình 1-11 Mối quan hệ hình dạng tường biến dạng và sự tăng độ cứng thanh chống

(a) Bước đào đầu tiên, (b) Bước đào thứ 2, (c) Bước đào thứ 3

Trang 24

Như hình 1.11 biều đồ biến dạng ngang tường chắn ở mỗi bước đào TNEC Khi biện pháp TDM được sử dụng trong trường hợp này, độ cứng dọc trục của sàn thì khá lớn và ứng

xử biến dạng thì tương tự hình 1.11, trong đó biến dạng lớn nhất xảy ra gần bề mặt hố đào

Hình 1-12 Độ võng của tường theo phương ngang và độ lún bề mặt hố đào

1.2.3 M.Moeinil, B.Rafezy2 and W.P.Howson: Investigation Into The Floor Diaphragm

Flexibility In Rectangular Reinforced Concrete Buildings And Error Formula

Các tác giả đã sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích ảnh hưởng của biến dạng của sàn lên tường trong kết cấu tường vây sàn bằng bê tông cốt thép, thông số sử dụng là sàn bê tông cốt thép hình chữ nhật và có lỗ mở Tiếp theo đó, các tác giả sử dụng giả định kết cấu tuyệt đối cứng để xác định công thức sai lệch Công thức này được sử dụng để xác định sai lệch khi tính toán các kết cấu tương tự trong đó có giả định kết cấu chống đỡ tuyệt đối cứng

Trang 25

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM

1.3.1 Châu Ng ọc Ân và Lê Văn Pha: Tính toán hệ kết cấu bảo vệ hố móng sâu bằng

phương pháp xét sự làm việc đồng thời giữa đất nền và kết cấu

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 1-13 Mặt bằng công trình xử lý nước thải Nhiêu Lộc - Thị Nghè

Hình 1-14 Mặt cắt công trình xử lý nước thải Nhiêu Lộc - Thị Nghè

Trang 26

Hình 1-15 Hệ tường chắn và thanh chống Hình 1-16 Kích điều chỉnh chuyển vị tường

Trang 27

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

11 Lắp đặt tầng chống 4 cốt -7.50

Trang 28

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

1.3.2 Nguy ễn Minh Tâm, Nguyễn Bửu Anh Thư: Nghiên cứu phương pháp tính áp lực

đất phù hợp với tường vây hố đào sâu

Công trình Vietcombank Tower, Phường Bến Nghé, Quận 1, TPHCM gồm 35 tầng, 4 tầng hầm nên có 5 sàn: B0, B1, B2, B3, B4, mỗi sàn dày 0.3m riêng sàn B4 dày 2.9m Kích thước trung bình hố đào: 50mx50m, chiều sâu đào lớn nhất (4 tầng hầm) 15.7m, mực nước ngần -1m, biện pháp thi công Top Down

Nội dung bài báo chủ yếu tập trung nghiên cứu tổng quan phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis xác định áp lực tác dụng lên tường chắn cũng như mô hình phu hợp trong Plaxis

để sử dụng cho mô phỏng các lớp đất Qua việc so sánh giữa các kết quả tính toán phân tích bằng Plaixs với số liệu quan trắc thực tế, rút ra kết luận như sau: Mô phỏng Plaxis bằng các

mô hình Harderning Soil và Mohr Coulomb cho kết quả biểu đồ biến biến dạng của tường vây theo độ sâu khá phù hợp với thực tế Tuy nhiên, về độ lớn chuyển vị ngang thì vẫn còn chênh lệch Kết quả phân tích theo mô hình Harderning Soil lớn nhơn 1.1 – 2 lần; còn Mohr Coulomb thì gấp 2 – 6 lần kết quả thực tế

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 là sàn trong thi công Top Down 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 sàn cũng như vị trí lỗ mở trong từng giai đoạn khác nhau của quá trình thi công Vấn đề về ứng xử của tường chắn theo kết cấu sàn chống đỡ cũng chưa được xét đến

Do đó, luận văn này sẽ phân tích chi tiết về mối quan hệ ứng xử giữa kết cấu sàn có lỗ

mở và chuyển vị của tường chắn, đồng thời trình bày phương án bố trí, kích thước cũng như

vị trí lỗ mở sao cho hợp lý và đảm bảo an toàn khi thi công

Trang 29

2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

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

Hình 2-1 Liên kết giữa hệ thanh chống và kingpost

Trang 30

Hình 2-2 Các thành phần của hệ chống đỡ hố đào

Trang 31

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 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

Hình 2-4 Mối quan hệ biến dạng tường chắn và hệ thanh chống có độ cứng bé

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

2.2.2 Khoảng cách của hệ chống (Struts spacing)

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

Trang 32

2.2.3 Kích tải trước cho hệ chống (Struts Preload)

Khi sử dụng phương pháp đào hở có hệ giằng (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 2-5 Mối quan hệ giữa áp lực đất, lực thanh chống và phản lực đất nền

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 lực đất sau lưng tường chắn dần đạt đến giá trị áp lực chủ động Hình 2.7 cho thấy phương pháp sử dụng hệ thanh chống và phản lực đất bên trong hố đào để chống lại áp lực ngang của đất sau lưng tường chắn Theo nguyên tắc cân bằng tải trọng, khi hệ thanh chống chịu được nhiều áp lực ngang của đất do được kích tải trước, thì đất bên dưới bề mặt hố đào sẽ chịu tải ít hơn,

từ đó dẫn đến giảm chuyển vị của tường chắn

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

Trang 33

Peck (1969b) 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 2-6 Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Peck

Hình 2-7 Các phương pháp tính toán tải trọng trên hệ thanh chống

Trang 34

 Phương pháp một nửa (Half method): 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

 Phương pháp áp lực bên dưới (underneath pressure method): 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

 Phương pháp gối tựa đơn (simply supported method): Phương pháp gối tựa đơn

giả định vị trí tựa thanh chống với tường chắn là khớp

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

2.3.2 Sự gia tăng tải trọng thanh chống giai đoạn 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

Do đó khi thiết kế hệ thanh chống, cần chú ý đến sự gia tăng tải trọng trong tầng thanh chống do việc tháo dỡ tầng thanh chống khác Việc tháo dỡ này làm cho tầng thanh chống bên trên làm việc ở trạng thái nguy hiểm, vì vậy cần có biện pháp kiểm tra gia cường hợp lý, đảm bảo không làm gia tăng chuyển vị của tường chắn

Trang 35

2.4 PHÂN TÍCH MỐI QUAN HỆ BIẾN DẠNG TƯỜNG CHẮN - LÚN BỀ MẶT

2.4.1 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, khi đó giá trị lớn nhất của độ lún bề mặt đất nền sẽ được tìm thấy tại một khoảng cách nào đó sau lưng tường chắn và độ lún này có dạng lõm

Hình 2-8 Các dạng độ lún bề mặt Hình 2-9 Chuyển vị tường chắn và độ lún

Vì các nhân tố ảnh hưởng đến biến dạng tường chắn cũng ảnh hưởng đến độ lún bề mặt đất nền, nên có sự tồn tại mối quan hệ xác định giữa giá trị lớn nhất của chuyển vị tường chắn và giá trị lớn nhất của độ lún bề mặt đất nền

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

Do đó, để xác định giá trị lớn nhất của độ lún bề mặt đất nền, có thể sử dụng phương pháp dầm trên nền đàn hồi hoặc phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán giá trị lớn nhất của chuyển vị tường chắn gây ra bởi quá trình thi công, sau đó ước lượng độ lún bề mặt dựa vào mối quan hệ giữa chúng

Trang 36

2.5 ỨNG XỬ KHÔNG GIAN QUÁ TRÌNH THI CÔNG TẦNG HẦM

Hình 2.11 thể hiện một hố đào hình chữ nhật trong đó biến dạng của tường vây gần tiết diện trung tâm của cạnh dài (mặt cắt A-A) gần giống nhau Do đó, ứng xử có thể được xem như biến dạng phẳng Trái lại ứng xử biến dạng tại tiết diện trung tâm của cạnh ngắn (mặt cắt B-B) do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng vòm của bê tông (ứng xử không gian) nên chuyển vị của tường vây và đất nền nhỏ hơn so với tại mặt cắt A-A Các ứng xử của tường vây và đất nền gần các góc tường cũng là ứng xử không gian (vùng C, D trong hình vẽ) nên chuyển vị của tường vây và đất nền cũng nhỏ hơn so với tại tiết diện trung tâm Riêng đối với vùng E thì ngược lại, chuyển vị của tường và đất đều lớn hơn so với vùng D

Hình 2-10 Ảnh hưởng hiệu ứng vòm trong thi công bê tông tường vây

Hình 2-11 Các vùng ứng xử biến dạng phẳng và ứng xử không gian trong hố đào

Với độ cứng theo phương ngang lớn, tường vây có ứng xử không gian (hiệu ứng vòm) Trong khi các phương án tường chắn khác như soldier piles, steel sheet piles, column piles

do không có độ cứng theo phương ngang nên không xét đến hiệu ứng vòm Vì vậy đối với tường vây, để thu được kết quả chính xác, việc phân tích bài toán không gian để xét đến hiệu ứng vòm của bê tông cần được thực hiện Vấn đề này chỉ có thể thực hiện được bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)

Trang 37

2.6 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN HỐ ĐÀO SÂU BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN

2.6.1 Quan hệ thoát nước và không thoát nước

2.6.1.1 Quan hệ thoát nước (Drained)

Phân tích "Drained" được sử dụng nhằm mục đích không phát sinh áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong đất nền Đất và nước được xem như 1 vật liệu duy nhất (đất) đang chịu tải (không liên quan gì đến thoát nước)

Phân tích “Drained” chủ yếu áp dụng cho các loại đất rời (thoát nước nhanh) và ứng

xử lâu dài của đất sét

2.6.1.2 Quan hệ không thoát nước (Undrained)

Phân tích "Undrained" được sử dụng nhằm mục đích xem xét ứng xử của đất nền theo ứng suất hữu hiệu, có kể đến quá trình phát triển áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong đất theo

lý thuyết cố kết của Terzaghi:     ' w

Phân tích "Undrained" trong Plaxis cho phép xác định khả năng chịu tải của đất nền dựa vào 2 thành phần vật liệu là khung hạt đất và nước lỗ rỗng trong đất Trong quá trình chịu tải, Plaxis sẽ tự động đưa ra thông số mô đun đàn hồi thể tích tổng   w

u

K

K K '

nDựa vào hệ số Skempton B, quá trình phân tích khả năng chịu tải của đất và nước sẽ được tính toán như sau:

nK '1K

 Modun khối hữu hiệu:

Thông thường, kết quả tính toán Kw,ref/n vẫn còn nhỏ hơn độ cứng thực sự của nước

là Kwo = 2.106 (kN/m2)

Trang 38

2.6.2 Mô hình tăng bền đẳng hướng Harderning Soil

Mô hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil (HS) là nâng cao dùng để mô phỏng ứng xử của nhiều loại đất khác nhau, dành cho cả đất mềm và đất cứng (Schanz, 1998)

Khác với mô hình đàn dẻo lý tưởng MC, mặt ngưỡng dẻo của mô hình HS không cố định trong không gian ứng suất chính mà có thể mở rộng ra tùy thuộc vào mức độ biến dạng dẻo của đất Mô hình HS tích hợp cả 2 loại ứng xử tăng bền của đất nền, đó là tăng bền chống cắt và tăng bền chống nén

Tăng bền chống cắt dùng để mô phỏng các biến dạng không hồi phục của đất nền khi chịu ứng suất lệch (ứng suất cắt) ban đầu Tăng bền chống nén dùng để mô phỏng các biến dạng không hồi phục của đất nền khi chịu tải nén 1 trục ban đầu (nén cố kết hay nén đẳng hướng)

Trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước, mối quan hệ giữa biến dạng dọc trục và ứng suất lệch có dạng hyperbolic (Kondner, 1963) và về sau đã được ứng dụng trong mô hình hyperbolic nổi tiếng của Duncan và Chang (1970) Tuy nhiên, mô hình HS đã vượt xa mô hình hyperbolic vì mô hình này xây dựng trên cơ sở lý thuyết dẻo thay vì lý thuyết đàn hồi và thêm nữa mô hình HS có xét đến góc giãn nở của đất và đưa ra mặt dẻo hình chỏm

Trong mô hình HS, độ cứng của đất nền được mô tả chính xác hơn mô hình MC vì sử dụng 3 loại độ cứng khác nhau cho đất nền, bao gồm:

 Độ cứng khi chất tải trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước: E50ref

 Độ cứng khi gia tải hoặc dở tải: Eurref

 Độ cứng trong thí nghiệm nén cố kết: Eoedref

Ý tưởng cơ bản của việc thành lập mô hình HS là mối quan hệ dạng hyperbolic giữa biến dạng dọc trục ε1 và ứng suất lệch q trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước Các đường cong dẻo trong thí nghiệm 3 trục thoát nước được biểu diễn như sau:

 



1 50 a

q2E 1

Trang 39

Trong đó Eurref là mô đun Young tham chiếu trong trường hợp dở tải và gia tải của thí nghiệm nén 3 trục ứng với áp lực nén tham chiếu là pref

Mô đun biến dạng E50ref và Eurref chủ yếu kiểm soát độ lớn của biến dạng dẻo ứng với mặt dẻo khi chịu cắt, trong khi mô đun Eoedref được sử dụng để kiểm soát độ lớn của biến dạng dẻo xuất phát từ chỏm dẻo

Hình 2-12 Định nghĩa mô đun E oed ref trong thí nghiệm nén cố kết

Hình 2-13 Mặt dẻo mặt phẳng p – q Hình 2-14 Mặt dẻo không gian

Hình 2-15 Đường cong biến dạng có kể đến sự kết thúc giãn nở

Trang 40

 E50ref : Mô đun cát tuyến trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước (kN/m2)

 Eoedref : Mô đun tiếp tuyến trong thí nghiệm nén cố kết (kN/m2)

 m : Số mũ của ứng suất phụ thuộc độ cứng

Các thông số nâng cao:

 Eurref : Độ cứng khi dở tải và gia tải (mặc định Eurref = 3E50ref )

 νur : Hệ số poison khi dở tải và gia tải (mặc định νur = 0.2)

 pref : Ứng suất tham chiếu của độ cứng (mặc định pref = 100 kN/m2)

 KoNC : Giá trị Ko ở điều kiện cố kết thường (mặc định KoNC = 1-sin)

tử bất quy tắc sẽ gây ra sự mất ổn định số học hay sự thiếu chính xác của phân tích số

Để biết một phần tử có hình dạng tốt (đúng quy tắc) hay không, có thể đánh giá điều này thông qua tỉ số giữa chiều dài L và chiều rộng B của phần tử Các phần tử có tỉ lệ L/B ≈ 1.0 là các phần tử tốt Do đó, các phần tử hình vuông và tam giác đều là sự lựa chọn tốt nhất Tuy nhiên, các phần tử có dạng này thường không dễ đạt được trong phân tích, vì vậy một phần tử có tỉ số L/B trong khoảng 1.0 ≤ L/B ≤ 2 – 2.5 có thể được xem là phần tử tốt

Hình dạng của một phần tử sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác trong quá trình phân tích của phần tử đó và các phần tử xung quanh Do đó, các phần tử tốt cần được đặt ở những vùng quan trọng Đối với các vùng ít quan trọng hơn, có thể đặt các phần tử không tốt (phần

tử có tỉ lệ L/B không nằm trong miền trên)

Định dạng
Số trang	91
Dung lượng	10,28 MB