Xác định hệ số nền theo phương ngang để tính toán tường vây hố đào sâu

TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu này được phát triển dựa trên các nghiên cứu về phương pháp dầm trên nền đàn hồi BEF với việc xác định hệ số nền theo phương ngang, kết hợp với chương trình tín

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TP HỒ CHÍ MINH

ĐOÀN VĂN TOÀN

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NỀN THEO PHƯƠNG NGANG ĐỂ TÍNH TOÁN TƯỜNG VÂY

HỐ ĐÀO SÂU

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (60.58.60)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.Hồ Chí Minh - Tháng 12 năm 2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS TRẦN XUÂN THỌ

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐH quốc gia TP.HCM ngày … tháng … năm …

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hồi đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

- -oOo -

TP HCM, ngày 05 tháng 12 năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: ĐOÀN VĂN TOÀN Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 20-10-1984 Nơi sinh: Phú Yên

Chuyên ngành: Địa Kỹ thuật Xây dựng MSHV: 10090343

Chương 2: Phương pháp xác định hệ số nền theo phương ngang

Chương 3: Phân tích ứng xử tường vây trong hố đào sâu

Kết luận và kiến nghị

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/12/2011

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRẦN XUÂN THỌ

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ long biết ơn sâu sắc đến người thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn cũng như truyền cho tôi lòng nghiên cứu khoa học: TS Trần Xuân Thọ

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô trong Bộ môn Địa cơ Nền móng, những người đã truyền cho tôi kiến thức quý giá trong quá trình học tập tại trường cũng như khi công tác ngoài xã hội

Xin gửi lời cảm ơn đến các học viên lớp Địa kỹ thuật khóa 2009 và 2010; những bạn, người đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Cuối cùng, tôi xin gửi đến GS Chang–Yu, Ou, quý Thầy Cô Bộ nền móng - Khoa xây dựng – Đại học Kiến Trúc TP.HCM và những người thân trong gia đình đã luôn động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể tham gia và hoàn thành luận văn này

Với những hạn chế về số liệu, trình độ cũng như thời gian thực hiện, chắc chắn luận văn lần này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự đóng góp ý kiến

từ quý Thầy Cô, đồng nghiệp và bạn bè để luận văn hoàn thiện hơn Kính chúc quý Thầy

Cô thật nhiều sức khỏe

Trân trọng kính chào!

Đoàn Văn Toàn

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu này được phát triển dựa trên các nghiên cứu về phương pháp dầm trên nền đàn hồi (BEF ) với việc xác định hệ số nền theo phương ngang, kết hợp với chương trình tính toán VEX để phân tích nó Nghiên cứu hệ số nền theo phương ngang dựa trên phương trình của Chang – Yo, Ou (1997) là nghiên cứu cần thiết để đối chiếu với các chương trình của phương pháp khác trong việc phân tích ứng xử của tường vây Hai công cụ được áp dụng trong đề tài nghiên cứu này là chương trình Plaxis và chương trình VEX Trong đó, kết quả phân tích bằng Plaxis có thể sử dụng như là một điều kiện chuẩn trong việc so sánh với kết quả VEX Để kiểm chứng cho độ chính xác của phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis), phân tích ứng xử tường vây của dự án Hud Tower – Hà nội có đối chiếu so sánh với số liệu quan trắc hiện trường Những hiểu biết sâu rộng về hệ số nền theo phương ngang của nền đất sẽ là một công cụ phân tích hữu ích để hổ trợ cho việc phân tích và đánh giá hố đào sâu

ABSTRACT

The research topic has been developed based on research methods beams on elastic foundation (BEF) for the determination of horizontal subgrade reaction coefficients, combined with calculations VEX program to analyze it Studying horizontal subgrade reaction coefficients based on the equation of Chang–Yo, Ou (1997) is needed to compare with other programs of the method in analyzing the behavior of diaphragm wall Two methods are performed in this research such as Plaxis and VEX program In particular, the analysis results by PLAXIS can be used as benchmark in comparison with the results of VEX program To verify the accuracy of the finite element method (Plaxis), conduct analysis of diaphragm wall of HUD Tower projects - Hanoi has collated compared with field measurement results The extensive knowledge of horizontal subgrade reaction coefficients of the soil would be a useful analytical tool to support the analysis and evaluation of deep excavation

Key word: beam on elastic foundation, finite element method, springs, diaphragm wall, horizontal subgrade reaction coefficients, hozirontal displacement, deep excavation

GIỚI THIỆU 1

1 Tổng quan 1

2 Mục đích 2

3 Nội dung đề tài 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Hạn chế 2

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN VỀ HỆ SỐ NỀN 3

1.1 Sự phát triển của phương pháp dầm trên nền đàn hồi 3

1.2 Xác định hệ số phản lực nền 6

CHƯƠNG 2 10

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NỀN THEO PHƯƠNG NGANG 10 2.1 Giới thiệu 10

2.2 Cơ sở lý thuyết 10

2.2.1 Các giả thuyết 10

2.2.2 Ứng xử ứng suất – biến dạng của đất trước tường 11

2.2.3 Ứng xử ứng suất – biến dạng của đất dưới đáy tường 13

2.2.4 Điều kiện biên và giải bài toán 15

2.2.5 Xác định hệ số phản lực nền theo phương ngang 16

2.3 Phương pháp Miyoshi và phương pháp lò xo hai bên 17

CHƯƠNG 3 19

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ TƯỜNG VÂY CỦA HỐ ĐÀO SÂU 19

3.1 Đặt vấn đề 19

3.2 Giới thiệu về công trình Hud Tower 19

3.3 Điều kiện địa chất công trình 20

3.4 Phân tích các thông số sử dụng trong mô phỏng 21

3.5 Kết quả phân tích các thông số 26

3.6 Quan trắc hiện trường 29

3.6.1 Sơ đồ quan trắc 29

3.6.3 Kết quả quan trắc 31

3.7 Kết quả phân tích bằng chương trình VEX 32

3.7.1 Chuyển vị ngang của tường vây 34

3.8 Kết quả phân tích bằng chương trình Plaxis 35

3.8.1 Chuyển vị ngang của tường vây 36

3.9 Đánh giá kết quả phân tích với kết quả quan trắc hiện trường 37

3.10 Nghiên cứu độ nhạy của phương trình Ou 40

3.11 Thiết lập áp lực đất ngang phía sau lưng tường 43

3.12 Kiểm chứng việc sử dụng các trường hợp lý thuyết giả định 44

3.12.1 Sức chống cắt tuyến tính theo độ sâu 44

3.12.2 Sức chống cắt không thoát nước là hằng số 50

3.12.2.1 Nền đất một lớp sét 50

3.12.2.2 Nền đất hai lớp sét 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

1 Kết luận 60

2 Kiến nghị và hướng nghiên cứu 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

GIỚI THIỆU

1 Tổng quan

Dưới điều kiện đào đất thông thường, một lượng đất bên trong hố đào được dỡ bỏ, tạo ra

áp lực đất không cân bằng tác dụng lên tường Áp lực đất không cần băng sẽ làm phát sinh biến dạng của tường và bề mặt đất Nền đất, điều kiện mực nước ngầm, hình dạng hố đào, qui trình thi công, phương pháp thi công, loại tường chắn giữ…và nhiều yếu tố liên quan tới chuyển vị của tường và lún bề mặt đất Để bảo vệ các công trình lân cận và an toàn hố đào, phân tích ứng suất và biến dạng trước khi tiến hành đào đất với việc sử dụng phương pháp số

Hai phương pháp số thường được sử dụng là phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và phương pháp dầm trên nền đàn hồi (BEF) FEM là một phương pháp tương thích để mô phỏng ứng suất – biến dạng của đất và xác định các thông số đất Phải tốn nhiều thời gian cho việc phân tích dữ liệu đầu vào, tích toán, và phân tích kho dữ liệu cho các bài toán hố đào Tính toán bằng thủ công, BEF trở thành một mô hình lựa chọn đơn giản dưới mọi tình huống Với phương pháp này, yêu cầu dữ liệu đầu vào đơn giản, thời gian tính toán nhanh hơn và khối lượng dữ liệu tính toán cũng nhỏ hơn

Tuy nhiên, sự đơn giản hóa của phương pháp BEF cần một sự phân tích thật cẩn thận khi giải quyết các bài toán hố đào phức tạp để trách xảy ra các sai số Hơn thế nữa, độ tin cậy của các

sử giả thuyết trong phương pháp này, như ứng sử đàn hồi tuyến tính của đất, sự cân bằng về độ cứng của đất cho điều kiện gia tải và dỡ tải, và việc ước lượng giá trị hệ số nền theo phương ngang vẫn còn nhiều tranh cãi Giá trị hệ số nền không chỉ phụ thuộc vào độ cứng của đất mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: hình dạng và độ cứng của tường, thanh chống, chiều sâu hố đào…

Đề tài nghiên cứu này được phát triển dựa trên các nghiên cứu về phương pháp BEF thông qua chương trình tính toán VEX Nghiên cứu hệ số nền theo phương ngang dựa trên phương trình của Ou (1997) là nghiên cứu cần thiết để đối chiếu với các chương trình của phương pháp khác, như phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis và chương trình dầm trên nền đàn hồi Để các công cụ này được dùng an toàn trong việc thực hành các bài toàn địa kỹ thuật thông thường, thì chúng cần được kiểm chứng để đối chiếu với kết quả quan trắc hiện trường Vì có như vậy, kết quả tính toán mới có giá trị và đúng đắn Để có một hiểu biết tốt hơn về phương trình của Ou, một số mô hình đơn giản được phân tích ở các phần sau

2 Mục đích

Nghiên cứu dựa trên phương pháp dầm trên nền đàn hồi (BEF) theo công thức xác định hệ số nền theo phương ngang của Ou (1997) kết hợp với chương trình VEX trở thành mục đích chính của đề tài Các phân tích nhấn mạnh tới việc tìm ra các điều kiện đúng nhất về hệ số nền theo phương ngang

3 Nội dung đề tài

Theo phần giới thiệu tổng quan trong đề tài này, Chương 1 tiến hành trình tổng quan về hệ số nền, sự phát triển của phương pháp dầm trên nền đàn hồi (BEF)

Chương 2 đưa ra phương pháp xác định hệ số nền ngang được chọn trong chương trình VEX

Chương 3 phân tích ứng xử của tường vây trong hố đào sâu bằng chương trình Plaxis và bằng chương trình VEX, và các thông số được sử dụng trong đề tài này

Cuối cùng, tóm tắt các kết quả chính của đề tài nghiên cứu và đưa ra kiến nghị cho việc nghiên cứu sau này

4 Phương pháp nghiên cứu

Hai công cụ được áp dụng trong đề tài nghiên cứu này là chương trình Plaxis, VEX Để kiểm chứng cho độ chính xác của công cụ phần tử hữu hạn (Plaxis), phân tích ứng xử tường vây của dự án Hud Tower – Hà nội

Kết quả phân tích bằng Plaxis có thể sử dụng như là một điều kiện chuẩn trong việc so sánh với kết quả VEX Những hiểu biết sâu rộng về BEF được thực hiện để phân tích bằng việc xem xét hệ số nền theo phương ngang của nền đất Vì thế, chúng được sử dụng như là một công cụ phân tích hữu ích để hổ trợ cho việc phân tích và đánh giá bài toán

chương trình VEX Dựa trên việc phân tích, chúng ta sẽ giải thích được rằng chương trình VEX vẫn còn có những thiếu sót trong việc phân tích ứng xử của tường

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ SỐ NỀN

1.1 Sự phát triển của phương pháp dầm trên nền đàn hồi

Ngày nay, tường vây với nhiều tầng chống được sử dụng một các rộng rải trong các hố đào sâu, thường được kết hợp với phương pháp thi công Top–Down, với mục đích chính là hạn chế sự biến dạng ngang của đất xung quanh Thiết kế tường chắn giữ với nhiều hệ chống có kể đến sự tương tác giữa kết cấu – đất nền và cho phép mô phỏng qui trình thi công Sự tương tác giữa kết cấu

và đất nền có ý nghĩa quan trọng cơ bản trong thiết kế nền móng và luôn có một sức lôi cuốn, quan tâm của các nhà nghiên cứu cũng như các kỹ sư Để phân tích tương tác giữa kết cấu móng và đất nền, thì có nhiều nghiên cứu liên quan đến việc mô hình hệ nền, giải tích cũng như phân tích số gần đúng được thực hiện

Vào năm 1867, Winkler là người đầu tiên giới thiệu về khái niệm lò xo không đổi Ông ta

mô hình móng chịu uốn, như là móng bè, nằm trên hoặc được chống đỡ bởi các lò xo riêng lẽ, độc lập với nhau Mô hình về sau được Terzaghi theo đuổi để đưa ra một quan hệ đơn giản và giải quyết nhanh gọn cho việc phân tích móng bè, được đơn giản hóa công thức toán học trong việc mô phỏng

hệ số nền Độ lớn của các lò xo không đổi được đề nghị bởi Terzaghi (1955) Mô hình của Terzaghi được biết như là mô hình phản lực nền và được sử dụng phổ biến trong việc thiết kế móng bè

Vượt thời gian, các chuyên gia địa kỹ thuật đạt tới những hiểu biết ngày càng tốt hơn về ứng

xử của nền đất và nhiều mô hình đất được phát triển Nhiều trong số đó đưa ra các phương trình toán học phức tạp, cái mà cần thiết cho kỹ thuật máy tính tiến bộ hơn và đặc biệt là được giải quyết bằng chương trình phần tử hữu hạn Mô hình lò xo quả thực là một trong những công cụ tương đối tốt cho các kỹ sư

Giả thiết cơ bản của mô hình Winkler, Hình 1.1, mô tả rằng móng là kết cấu có độ cứng uốn (EI) và đất là một nền đàn hồi Tương tác của chúng có thể được mô phỏng như một hệ các lò xo độc lập Lò xo không đổi là hệ số ứng suất chia cho chuyển vị, được biểu diễn như sau:

p k



độc lập riêng lẽ không ảnh hưởng lẫn nhau

Hình 1.1 Mô hình Winkler

Công thức toán học giản đơn của mô hình đất nền đàn hồi Winkler không nói đến

sự phân bố ứng suất của đất hay phản lực nền theo độ sâu và sự hình thành bầu áp lực

Độ lún của nền đất dưới móng được cộng dồn do ảnh hưởng tương tác giữa ứng suất trong nền và thông số đàn hồi của đất tại mọi điểm bên trong vùng áp lực (vùng huy động ứng suất trong nền) Cho dù lý thuyết Winkler có những hạn chế xong nó là rất dễ dàng

để sử dụng Thay vì tiến hành một phân tích với việc lý tưởng hóa kết cấu, thì sự lý tưởng

mô hình Winkler được thực hiện cho mục đích thực hành

Nhiều nhà nghiên cứu khác đã nghiên cứu về hằng số lò xo liên quan tới mô hình Winkler như sau:

1 Haliburton (1968) đã giới thiệu mô hình đất phi tuyến có kể đến ngưỡng ban đầu của mặt trượt chủ động và bị động Mô hình đề nghị có thể lý tưởng với sự chống đỡ đàn hồi hay độ võng bắt buộc Haliburton đã chứng tỏ ứng dụng tiềm năng mới của phương pháp hệ số nền để thiết kế tường chắn giữ Cụ thể là phương pháp này có sự khác biệt so với phương pháp cổ điển là đã đề cập tới điều kiện biên và vị trí chống đỡ tại các cấp độ khác nhau Hơn thế nữa, mô hình có thể phân tích sự phân bố ứng suất đạt được cho các hành dạng của kết cấu, cho phép kỹ sư làm thí nghiệm với các độ sâu cắm tường khác nhau và vị trí chống đỡ khác nhau Phương nháp chuẩn trong kỹ thuật kết cấu chắn giữ Tính khả thi của phương pháp phản lực nền vẫn hiện rõ trong công trình của Haliburton (1968), đã được đưa ra để sử dụng cho thiết kế kết cấu thực

Vì thế từ thập niên 1970, Boudier và các cộng sự (1970), Eages và Bouyat (1971a;

1971b), Rossignol và Genin (1973) đã phát triển chương trình phần mềm cho việc thiết kế tường chắn giữ bằng việc sử dụng phương pháp hệ số nền

2 Nalamura và Nakazawa (1972) [12] đã nghiên cứu về phương pháp lò xo trên đất sét nềm Khi phản lực tác dụng của các lò xo đất nền còn nhỏ hơn áp lực đất bị động, thì được gọi là trạng thái đàn hồi Khi mà lò xo đất nền tiến tới điều kiện bị động, thì phản lực lò xo bên phái bị động là tăng lên và đạt tới áp lực đất bị động Điều này được gọi là trạng thái dẻo (Hình 1.2)

Hình 1.2 Phương pháp lò xo đất (Nakamura, 1972)

3 Miyoshi (1977), dựa theo quan niệm bầu áp lực Boussinesq, đã đề cập rằng việc dỡ tải trọng do lấy đi khối đất có ảnh hưởng lên mặt đứng của tường tới độ sâu băng với

bề rộng hố đào Vì thế, độ sâu của điểm hội tụ được giả định đạt được dưới bề rộng

hố đào mà không cần phải xuyên tới lớp đất cứng

4 Pearlman và Wolosick (1990) giải thích rằng có nhiều qui trình thiết kế khác nhau cho neo đất, và phụ thuộc vào kinh nghiệm người thiết kế Ông luôn đề cập rằng việc chọn các thông số địa kỹ thuật có ảnh hưởng lớn nhất trong thiết kế Một nghiên cứu địa kỹ thuật được chỉ dẫn tới việc phát họa điều kiện tự nhiên và cường độ của vật liệu Biểu đồ áp lực đất gần đúng được chọn để tính toán phản lực ngang tại các vị trí neo và điểm cắm sâu Moment và lực cắt trong phần tử tường được xác định với việc dùng phương pháp dầm liên tục để tính toán Cuối cùng, là kiểm tra ổn định tổng thể, điều chỉnh hệ thống được phân tích để đạt được điều mong muốn

5 Ou (1997) đã tham khảo Randolph và Worth (1978) thu được hệ số nền theo phương ngang thực hiện trong phân tích hố đào Dựa trên lý thuyết BEF, mô hình giả định rằng đất phía sau tường là bao gồm các dải đất ngang, giữa mỗi dải đất được mô phỏng như là một số vô hạn các lò xo nền

6 Ou (2000) [16] chấp nhận phương pháp lò xo một phía của Miyoshi (1977) để phát triển chương trình phân tích hố đào (VEX) Chương trình tính toán có thể xác định biến dạng của tường chắn giữ cho từng giai đoạn đào đất, gồm cả độ lún của đố đào, moment uốn trong tường, áp lực ngang, và hệ số an toàn cho việc phân tích ổn định trong phân tích hố đào Chương trình VEX thuận tiện để sử dụng do mô hình phân tích đơn giản, thông số đầu vào cũng như thời gian tính toán được thực hiện một cách nhanh chóng

7 Tsai (2002) [19] phân tích hố đào – gồm cả biến dạng của tường chắn giữ sử dụng mô hình

lò xo nền đơn giản – một bên và hai bên của phương pháp dầm trên nền đàn hồi Phân tích bằng việc sử dụng chương trình VEX, chỉ xây dựng với mô hình lò xo đơn giản – một bên ngay từ đầu nên không có thí điểm đầy đủ cho việc nghiên cứu các trường hợp Vì thế, Tsai (2002) phát triển mô hình lò xo nền hai bên và thí nghiệm với vài công trình thực Hệ số nền được sử dụng trên phương pháp dầm trên nền đàn hồi được xác định theo phương trình có được bởi Ou (1997) và các công thức thực nghiệm thu nhận được từ quá trình phân tích ngược

Như đã trình bày ở trên, phần mềm VEX vẫn cho ra kết quả hệ số nền còn thô Vì thế, đề tài này cố gắng tìm ra các nguyên nhân ảnh hưởng tới vấn đề này Một vài mô hình đơn giản được mô phỏng để so sánh từ đó có cái nhìn sâu sắc hơn các đặc điểm bên trong của lý thuyết Ou

Điều này nói lên rằng hệ số nền không chỉ phụ thuộc vào đặc tính cơ bản của đất

mà còn phụ thuộc vào hệ móng nữa

Vesic [20] đã mở rộng mô hình Winkler sang mô hình đàn hồi và giả thuyết đất ở trong bầu ứng suất huy động là đồng nhất Phương trình Vesic mô tả hệ số nền phụ thuộc không chỉ bề rộng móng, B, mà còn phụ thuộc vào thông số đàn hồi của đất, Es và s, thông số dầm, Eb và I

4 12

s

E k



Nó không thích hợp khi thay bề rộng, B, của hố đào vào phương trình Vesic thành

hệ số nền Các nghiên cứu thực nghiệm liên quan đến ứng xử của kết cấu được cắm sâu vào trong đất (Rifaat, 1935; Loos và Breth, 1949) và các nghiên cứu liên quan lý tưởng hóa kết cấu địa kỹ thuật của các loại khác cần được bổ sung bằng lý thuyết sát đáng về khái niệm hệ số nền Terzaghi (1955) đề nghị hệ số nền cho tường cừ bản có neo liên quan tới độ cắm sâu, được nhìn nhận như diện chịu tải Nếu độ cắm sâu là nông và đáy tường cừ không được ngàm chặt, tường chắn giữ sẽ đẩy vào như đất (xem hình 1.2) Trong đất cát và sét cứng, hệ số nền lần lượt được ước lượng như sau:

z = độ sâu dưới đáy hố đào phía bị động

Hp = độ sâu ngàm chặt của tường cừ

Có ba điểm được nêu ra trên khía cạnh của phương trình 1.4 và 1.5

Poisson

2 Đối với đất cát, sự giảm áp lực hữu hiệu đè nén do quá trình đào đất sẽ làm

3 Đối với đất sét, sự giảm áp lực hữu hiệu đè nén do quá trình đào đất sẽ không làm thay đổi giá trị kh Điều này được lý giải là do đất sét ứng xử dưới điều kiện không thoát nước Tính toán bằng thủ công, kh sẽ tăng do giảm độ sâu ngàm chặt của tường

Theo Terzaghi (1955) [17], có các phương pháp khác đề nghị ước lượng hệ số nền cho tường chắn giữ, như Menard và cộng sự (1964), Balay (1984), Simon (1955), Becci

và Nove (1987), Schmitt (1995), Monaco và Marchetti (2004), Monnet (1994)…

 

0.13 9 2

M h

E k

Thông số kích thước ở công thức trên a (m) liên quan với dạng hình học tường và

cắm sâu của tường Trong thực hành, a= chiều cao vùng đất chịu tải bởi áp lực đất bị

Schmitt (1995) chấp nhận công thức Menard để tìm ra một một cách khác của biến dạng cho tường cứng và tường mềm Với việc xem độ cứng quán tính của tường EI, giả

oed

oed 4

2.1 EI

h

Để có cái nhìn thấu đáo đối với phương trình trên, cho một modul nền đất, tường

(1961) đã chỉ ra sự ảnh hưởng ít của kết cấu lên giá trị kh Giá trị kh là ngịch đảo tỉ lệ 1/12

M k

B

Lựa chọn của Chadeisson (Monnet, 1994) gồm cả việc thiết lập hệ số nền liên quan tới cường độ chống cắt của đất, lực dích và góc nội ma sát Đề nghị này, được lập thành biểu đồ, và cũng đã có vài minh chứng được cung cấp bởi Monnet (1994), người đã đề xuất triển khai phương pháp Londez và cộng sự (1997) đã đưa ra ví dụ cho việc cho sử dụng biểu đồ thiết kế Chadeisson lên kết cấu thực

Các hạn chế của phương pháp hệ số nền đã chỉ dẫn các tác giả đến ý định dùng phương pháp kết hợp trong đó phản lực của nền tác dụng lên tường chắn giữ được tính toán theo qui trình thi công, với việc xem xét rằng khối đất dịch chuyển trong miền đàn hồi

Các công thức thực nghiệm để ước lượng giá trị kh được thực hiện thông qua một loạt các phân tích ngược của các hố đào được khảo sát bởi Lee (2000) [8] và Ou (2002) [19], cho ra

Sự gần đúng của nghiên cứu này là để tìm ra cách áp dụng phương trình của Ou để

có thể sử dụng trong các trường hợp hố đào sâu Vì thế, mô tả chi tiết phương trình của

Ou sẽ được giải thích kỹ trong các chương sau

Hình 2.1 Mô hình của Ou

Tường được giả định có một đầu tự do chống đỡ đất biến dạng và phân cắm sâu cùa tường dịch chuyển đồng đều Với tiết diện ngang hay chiều dài đơn vị của tường, giả định rằng đất bên trong hố đào là được tạo thành từng dải đất, hệ số nền theo phương ngang của nền được định nghĩa như là hệ số của áp lực ngang đối dịch chuyển sang phải

(a) Mô hình Winler (1967) được áp dụng

(b) Cả đất và tường đều biến dạng phẳng

(c) Phần cắm sâu của tường là dịch chuyển đồng đều

(d) Hố đào là đối xứng với tâm hố đào

(e) Đất bên trong hố đào được phân thành nhiều dải đất

(f) Đất nền là đẳng hướng và đồng nhất

(g) Áp lực đè nén tác dụng lên bề mặt của dải đất Giả định này cũng xuất hiện trong nhiều phương pháp phân tích hố đào và tường chắn giữ

2.2.2 Ứng xử ứng suất – biến dạng của đất trước tường

Dựa theo các giả định trên, xét các dải đất có mỗi bề dày dz (Hình 2.3) Một phần

tử đất có chiều dài, dx, cắt ra từ dải đất, như biểu diễn Hình 2.4 Ứng suất dọc trục phân

bố đều trên mặt bên phải tiết diện của phần tử là P(x)/dz, khi đó phân bố trên mặt bên trái

Hình 2.3 Ứng suất tác dụng lên phần tử trong dải đất ngang Biến dạng ngang tại một điểm trong tiết diện, cách một khoảng x là

Dựa vào sự cân bằng lực theo phương ngang của phần tử (Hình 2.5), ta được

phương trình (2.4) theo biến x, ta được

   2  

2 2

2.2.3 Ứng xử ứng suất – biến dạng của đất dưới đáy tường

Chuyển dịch ngang của tường sẽ làm tăng lên ứng suất cắt lên đất ở dưới đáy tường Hình 2.4, minh họa điều kiện ứng suất của phần tử Vì thế, sự cân bằng lực theo phương ngang cho phần tử

Dựa theo phương trình Boussinesp, ứng suất cắt lên đất dưới đáy tường thay đổi tỉ

lệ nghịch với sự tăng lên khoảng cách từ tâm của phần cắm sâu Kết quả ứng suất cắt dưới đáy tường được biểu diễn như sau:



Biến dạng cắt bằng với

zx zx s

Hình 2.5 Ứng suất tác dụng lên phần tử đất lân cận

Lý do là, thành phần thứ hai w/x trong phương trình (2.13) có thể được bỏ qua Thay phương trình (2.11) vào phương trình (2.13) và sắp xếp lại ta được

  0  0  0 /2

2 ln

U s

độ sâu ảnh hương và khoảng cách ảnh hưởng, U, có thể được ước lượng bằng việc lấy nhỏ hơn 10B (ví dụ, khoảng 5 lần bề rộng hố đào) hoặc tới độ sâu lớp đất cứng

Theo như điều kiện chuyển vị tương thích, chuyển vị của đất phía trước phần cắm sâu cân bằng với đất lân cận, nên u(x) = us(x)

Thay phương trình (2.13) vào (2.9), ta được

s

E G

2.2.4 Điều kiện biên và giải bài toán

Điều kiện biên

(a) Chuyển vị ngang của một điểm tại tâm hố đào là bằng không, ví dụ u(B) = 0 (b) Đất tại vị trí cuối cùng bên trái, ví dự x =B, là chịu lực Pb, ví dụ P(B) = Pb

Giải phương trình (2.18) cho ra được trường u(x) và P(x)

  1 s 1  b sinh  

s s s

2.2.5 Xác định hệ số nền theo phương ngang

Mối quan hệ của ứng suất pháp theo phương x tại điểm cuối (x=0) của phần cắm sâu và chuyển vị ngang là

l = chiều dài phần cắm sâu của tường

sét với chiều sâu là l (m)

kh= hệ số nền theo phương ngang

Modul đàn hồi của sét có thể thu nhận được từ biểu thức gần đúng:

2.3 Phương pháp Miyoshi và phương pháp lò xo hai bên

Có hai phương pháp BEF khác nhau được sử dụng trong chương trình VEX dựa trên giả định sự phân bố áp lực đất ngang, ví dụ phương pháp lò xo hai bên và phương pháp Miyoshi (1977) Cả hai phương pháp dùng mô hình lò xo trong việc mô phỏng ứng

xử ứng suất – biến dạng của đất

Phương pháp lò xo hai bên mô phỏng đất bên trong và bên ngoài hố đào như các lò xo

Hình 2.6 Lò xo đặt ở hai bên của dầm liên tục (double side springs)

Hình 2.7 Lò xo đặt ở một bên dầm liên tục (Miyoshi, 1977)

cân bằng xuất hiện do sự khác nhau về độ lớn của áp lực đất ngang ở trạng thái tĩnh trên

cả hai bên của tường cừ Chuyển vị của tường được phân tích bằng phương pháp BEF Bên trong hố đào, áp lực đất ngang tĩnh gồm cả dịch chuyển của tường sẽ tăng tới

áp lực giới hạn Bên ngoài hố đào, áp lực đất ngang tĩnh gồm cả dịch chuyển của tường

sót của phương pháp này là bề rộng của hố đào không được xem xét trong tính toán Trong phương pháp Miyoshi, đất bên trong hố đào được mô phỏng như các lò xo, trong khi áp lực đất ngang tác dụng lên tường cừ bên ngoài hố đào được giả định đạt tới trạng thái chủ động Hình 2.7 minh họa sự phân bố áp lực chủ động bên trên mặt hố đào được giả định dạng tam giác, trong khi bên dưới mặt hố đào được giả định dạng hình thang

đào hoặc độ sâu lớp đất cứng Vì thế, cho ra lực dỡ tải do hố đào đất tác dụng lên mặt hố đào Có một giả định cơ bản cho bài toàn Boussineq cho lực giảm tải phân bố đều tác dụng lên trên bề mặt hố đào Bề rộng hố đào sẽ được kếp hợp trong phân tích Điều kiện

áp lực dỡ bỏ có vẻ xa vời từ giả định của bài toàn Boussineq có thể làm cho phương pháp Miyoshi không phù hợp với hố đào sâu

3.2 Giới thiệu về công trình Hud Tower

Tính toán phần tử hữu hạn Plaxis được tiến hành để kiểm tra ứng dụng của chương trình tính toán VEX cho dự án Hud Tower, qui trình thi công được ghi lại đầy đủ và có số

được chắn giữ bằng tường vây có bề dày 800mm với độ sâu của tường 25m, thanh giằng H300x300x10x15 với khoảng cách thanh giằng là 5.0m và kết hợp với sàn tầng hầm làm giằng chống cho thi công đào đất

Sau khi thi công xong tường vây DW800 và cọc khoan nhồi, kingpost thì tiến hành thi công đào đất tầng hầm Quá trình thi công được tóm tắt như sau:

Giai đoạn 1: Đào đất lần 1 xuống cao độ -3.000m

Giai đoạn 2: Lắp giằng chống H300x300x10x15 tại cao độ -2.000m

Giai đoạn 3: Đào đất lần 2 xuống cao độ -5.000m

Giai đoạn 4: Thi công sàn hầm B1 tại cao độ -3.500m

Giai đoạn 5: Tháo chống H300x300x10x15 và thi công sàn trệt dày 200mm

Giai đoạn 6: Đào đất lần 3 xuống cao độ -9.000m,

Giai đoạn 7: Thi công sàn hầm B2 tại cao độ -7.000m

Giai đoạn 8: Đào đất lần 4 xuống cao độ -12.000m, rồi thi công các đài móng bè

3.3 Điều kiện địa chất cơng trình

k Lớp k: Đất đá san lắp

1 Lớp 1: sét pha,màu xám trắng,trạng

2

3

thái dẻo mềm,dẻo cứng

Lớp 2: sét ,màu nâu đỏ -nâu vàng trạng thái cứng

Lớp 3: Cát pha,màu nâu vàng-xám trắng, kết cấu chặt

Lớp 1: Sét pha, màu xám trắng, trạng thái dẻo mềm - dẻo cứng

a Thông số tường vây

Độ cứng tường vây áp dụng trong đề tài này sử dụng phương trình 3.1 Trong khi

đó, modul Đàn hồi của bê tông sử dụng phương trình 3.2 và moment quán tính của tường của sử dụng phương trình 3.3

b = 1m (cắt dải có chiều dài 1m)

h= bề dày của tường (m)

A = diện tích mặt cắt ngang của sàn hầm

L= chiều dài của sàn hầm (thường lấy bằng ½ bề rộng hố đào =B/2)

LS

Trong đó,

K= độ cứng của thanh chống (kN/m/m)

Es = modul đàn hồi của thép, 8

2.1 10

s

A = diện tích mặt cắt ngang của thanh chống

L= chiều dài của thanh chống (thường lấy bằng ½ bề rộng hố đào =B/2)

S= khoảng cách theo phương ngang giữa 2 thanh chống (m)

3.4.2 Thông số đầu vào của đất nền

Đối với đất quá cố kết (OC), theo Schmidt (1967) và Alpan (1967) có thể biễu diễn theo công thức sau:

α = hệ số thực nghiệm, α = sin’

c Sự phân bố áp lực đất ngang

Xem xét hầu hết áp lực đất thực, lý thuyết áp lực đất chủ động và bị động Caquot

– Kerisel thường được chấp nhận cho phân tích và thiết kế các bài toán hố đào sâu Hơn

nữa, áp lực đất Caquot – Kerisel, cũng như áp lực đất Coulomb, đề cập đến ma sát giữa

đất và tường Lý thuyết áp lực đất Rankine không xem xét lực dính và ma sát giữa đất và

tường

Padfield Mair (1984) đề nghị kết hợp lý thuyết Rankine và Caquot – Kerisel trong

tính toán áp lực đất Đối với đất sét hoàn toàn bão hòa  0 và c =su, Ka = Kp = 1, vì

Do áp lực nước lỗ rỗng tiêu tán nhanh phát sinh trong đất rời ( 0), phương pháp ứng suất hữu hiệu được kiến nghị bởi Padfield và Mair (1984) trong việc tính toán

Đối với đất rời, áp lực đất chủ động và bị động là liên quan với góc ma sát

  giữa đất và tường chắn giữ Góc ma sát của đất 'thì góc ma sát giữa đất và tường được giả định  '/ 3

đất và tường chắn giữ Lực dích giữa đất và tường được lấy c w 2s u/ 3

3.5 Kết quả phân tích các thông số

3.5.1 Thông số cho phương pháp dầm trên nền đàn hồi (chương trình VEX)

a Thông số tường vây DW800

Tường vây (diaphragm wall), chiều sâu từ mặt đất tự nhiên biến đổi từ L=25m, tường dày 800mm Bê tông dùng để thi công là bê tông mác M350(B25) có modul đàn hồi là Eb = 3.0x107kN/m2

- kN/m

b Thông số sàn trệt và hầm B1, B2

Sàn trệt, hầm 1 (B1) và sàn hầm 2 (B2) có cao độ lần lượt là ±0.000; -3.500 và

Hệ thanh chống thép hình H300x300x10x1521 tại cao độ -2.000, sử dụng thép có

H300x300x10x15

d Thống số đất nền

3.5.2 Thông số cho phương pháp phần tử hữu hạn (chương trình Plaxis)

a Thông số tường vây DW800

Tường vây (diaphragm wall), chiều sâu từ mặt đất tự nhiên biến đổi từ 25m, tường dày 800mm Bê tông dùng để thi công là bê tông mác M350(B25) có modul đàn hồi là Eb = 3.0x107kN/m2

- kN/m

b Thông số sàn hầm B1, B2

Sàn trệt, hầm 1 (B1) và sàn hầm 2 (B2) có cao độ lận lượt là ±0.000; 3.500 và

d Thông số đất nền

Sét pha, trạng thái dẻo mềm, dẻo cứng

Lớp 2 Sét nâu đỏ trạng thái cứng

Lớp 3 Cát pha, trạng thái chặt

25000 0.35 19.5

17013’

0

MC undr 17.3 20.1 8.64e-4

89600 0.35 42.3

21026

0

MC

dr 17.0 20.1 0.864

80000 0.3 4.8

29019

0

-

- kN/m3 kN/m3 m/ngày kN/m2

- kN/m2

o o

+ Đối với đất sét: Eref = 2800N

+ Đối với đất cát: Eref = 2500N