Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực đất lên tường hố đào công trình the centec tower

Xuất phát từ những yêu cầu thực tế nêu trên, tác giả đã tiếp cận đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực đất lên tường hố đào công trình The Centec Tower” và chọn phương pháp phần tử h

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

LÂM HẢI ĐĂNG

Trang 2

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Trang 3

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

-

-Tp HCM, ngày tháng năm 2008

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: LÂM HẢI ĐĂNG Phái : nam

Ngày, tháng, năm sinh: 25/06/1982 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MSHV : 00906746

I- TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực đất lên tường hố đào công trình “The Centec Tower”

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1- Nhiệm vụ:

Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực đất lên tường hố đào công trình “The Centec Tower” 2- Nội dung:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về hố đào sâu

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán hố đào sâu được chắn giữ bằng tường chắn liên tục Chương 3 : Phân tích ổn định và biến dạng của hố đào sâu qua các giai đoạn thi công Chương 4: Tương quan chuyển vị của tường hố đào từ tính toán và thực tế

Chương 5: Tính toán, phân tích ảnh hưởng của việc thi công hố đào sâu đến móng nông công trình lân cận

Trang 4

Lời cảm ơn

Luận văn Thạc Sĩ hoàn thành là sự nỗ lực của bản thân tác giả, là quá trình truyền thụ kiến thức và hướng dẫn không ngừng của Quý Thầy, Cô; những động viên khích lệ từ gia đình, bạn bè trong suốt quá trình học tập và rèn luyện

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS Võ Phán đã tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến toàn thể Quý Thầy, Cô Bộ môn Địa Cơ Nền Móng đã tham gia giảng dạy truyền đạt kiến thức, tạo mọi điều kiện tốt nhất trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Niềm động viên tinh thần lớn nhất của tác giả chính là Cha Mẹ, Anh, Chị, Em, những người không ngại khó khăn luôn động viên, khích lệ trong những lúc khó khăn nhất, là sức mạnh tinh thần để tôi vững tin thực hiện được mục tiêu của mình Luận Văn Thạc Sĩ này là món quà cao quý nhất tôi muốn dành tặng cho gia đình Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến những người bạn luôn sẵn sàng giúp đỡ, động viên tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Với những hiểu biết của bản thân chắc chắn không tránh khỏi những sai sót khi thực hiện luận văn, kính mong Quý Thầy, Cô, bạn bè góp ý chân thành để tôi ngày càng hoàn thiện sự hiểu biết của mình

Trang 5

Do vậy, người làm công tác thiết kế phải dự tính và khống chế được chuyển vị, độ

ổn định của kết cấu chắn giữ cũng như phải dự đoán được bán kính và mức độ ảnh hưởng đến các công trình lân cận

Xuất phát từ những yêu cầu thực tế nêu trên, tác giả đã tiếp cận đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực đất lên tường hố đào công trình The Centec Tower” và chọn phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích các vấn đề sau:

1) Phân tích ổn định và biến dạng của hố đào sâu được thi công bằng phương pháp Bottom – up

2) So sánh kết quả chuyển vị ngang tính toán với kết quả quan trắc thực tế 3) Phân tích quan hệ giữa mức độ gia tăng độ lún của móng băng công trình lân cận theo tỷ số khoảng cách móng băng – tường hố đào và chiều sâu hố đào L/H 4) Phân tích quan hệ giữa mức độ gia tăng chuyển vị ngang của móng băng công trình lân cận theo tỷ số khoảng cách móng băng – tường hố đào và chiều sâu

hố đào L/H

Từ những phân tích trên đây, tác giả đưa ra phương trình dự báo mức độ và bán kính ảnh hưởng của hố đào sâu đến móng băng các công trình lân cận Những phương trình trên đây có thể áp dụng cho các công trình có quy mô và địa chất tương tự

Trang 6

So, designers must predict and control displacements, stability of deep excavations

as well as calculate radius and degree of effect on surrounding constructions

From these practical demands, the thesis “Study on the effect of soil pressure on diaphragm wall of The Centec Tower Building” has been chosen to analyse these following problems:

1) Analysing stability and displacement of excavation constructed in Bottom –

H – The depth of excavation

From these analysis, author will propose equations to predict degree and radius of effect of deep excavations on surrounding ribbon foundations These equations can be applied for similar constructions

Trang 7

MỞ ĐẦU:

I Đặt vấn đề 1

II Mục đích nghiên cứu 1

III Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài 1

IV Phương pháp nghiên cứu 1

V Nội dung nghiên cứu 2

VI Hạn chế của đề tài 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU: 1.1 Tổng quan về hố đào sâu 3

1.1.1 Phân loại hố đào 3

1.1.2 Phân loại tường vây hố đào thường sử dụng 3

1.2 Đặc điểm của công trình hố đào sâu 4

1.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của đất quanh hố móng 5

1.3.1 Tác động của sự thay đổi trạng thái ứng suất trong nền 5

1.3.2 Kích thước hố móng 5

1.3.3 Tình trạng nước ngầm 6

1.3.4 Ứng suất ngang ban đầu trong đất 6

1.3.5 Độ cứng của hệ chống đỡ 6

1.3.6 Tác động của việc gia tải trước 6

1.4 Tình hình sử dụng các hố đào sâu cho các công trình có tầng hầm trên thế giới và tại Việt Nam 6

1.4.1 Trên thế giới 6

1.4.2 Ở Việt Nam 6

1.5 Giới thiệu về công trình được tiếp cận trong đề tài – Công trình “The Centec Tower” 9

1.6 Một số nghiên cứu về hố đào sâu 11

1.6.1 Trên thế giới 11

1.6.2 Ở Việt Nam 12

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỐ ĐÀO SÂU ĐƯỢC CHẮN GIỮ BẰNG TƯỜNG CHẮN LIÊN TỤC: 2.1 Tính toán áp lực đất bằng các công thức lý thuyết 13

Trang 8

2.1.1.1 Phân loại áp lực ngang của đất 13

2.1.1.2 Lý thuyết áp lực đất của Coulomb 14

2.1.1.3 Lý thuyết áp lực đất của Mohr – Rankine 15

2.1.1.4 Lý thuyết cân bằng giới hạn điểm – Lời giải của Sokolovski 19

2.1.1.5 Ảnh hưởng của chuyển vị thân tường đến áp lực đất 20

2.1.2 Phương pháp tính áp lực nước lên tường chắn của hố đào sâu (tường liên tục) 23

2.1.2.1 Phương pháp tính riêng áp lực nước – đất 23

2.1.2.2 Phương pháp tính chung áp lực nước – đất 24

2.1.3 Tính toán lực tĩnh của tường liên tục trong đất 25

2.1.3.1 Phương pháp Sachipana (Nhật) 25

a Giới thiệu về phương pháp 25

b Các bước tính toán 26

c Nhận xét về phương pháp 27

2.1.3.2 Phương pháp đàn hồi 27

a Giới thiệu về phương pháp 27

b Các giả thiết cơ bản 27

c Phương trình đường cong đàn hồi 28

d Các bước tính toán 29

2.2 Tính toán ổn định hố đào bằng các công thức lý thuyết 29

2.2.1 Kiểm tra ổn định chống trồi của hố đào .29

2.2.1.1 Phương pháp Terzaghi – Peck 29

2.2.1.2 Phương pháp Terzaghi cải tiến 31

2.2.1.3 Phương pháp Caquot và Kerisel 31

2.2.1.4 Phương pháp kiểm tra ổn định chống trồi đáy hố theo Goh 32

2.2.1.5 Tính toán ổn định chống trồi theo quy trình hố móng Thượng Hải 33

2.2.2 Kiểm tra ổn định chống chảy thấm của hố đào 34

2.2.2.1 Kiểm tra ổn định chống phun trào 34

2.2.2.2 Kiểm tra ổn định chống cột nước có áp 34

2.3 Kiểm tra ổn định của tường chắn 35

2.3.1 Kiểm tra ổn định của đất nền dưới bản móng tường chắn 35

2.3.2 Kiểm tra ổn định trượt phẳng của tường chắn 35

2.3.3 Kiểm tra ổn định lật của tường chắn .36

2.3.4 Kiểm tra ổn định trượt sâu của tường chắn 36

2.4 Tính toán biến dạng của tường chắn bằng các công thức lý thuyết 36

2.4.1 Dưới tác dụng của tải trọng bất kỳ lên mặt bên 37

2.4.2 Dưới tác dụng của tải tập trung .38

Trang 9

2.5 Tính toán ổn định và biến dạng của tường chắn bằng phương pháp phần tử hữu hạn 40

2.5.1 Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn 40

2.5.2 Một số mô hình và các thông số tương ứng thường gặp trong phần mềm Plaxis 41

2.5.2.1 Mô hình đàn hồi tuyến tính 41

2.5.2.2 Mô hình Mohr – Coulomb 41

2.5.2.3 Mô hình Hardening Soil 42

2.5.2.4 Mô hình Soft Soil 42

2.5.2.5 Mô hình Soft Soil Creep 43

2.6 Nhận xét và kết luận chương 2 43

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG HỐ ĐÀO SÂU QUA CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG 3.1 Mô tả đặc điểm công trình tiếp cận 44

3.1.1 Mô tả về hố đào và tường chắn công trình 44

3.1.2 Trình tự thi công hố đào 45

3.2 Mô tả địa chất công trình 45

3.2.1 Lớp đất 0 46

3.2.2 Lớp đất 1 (CS1) 46

3.2.3 Lớp đất 2 (CG) 46

3.2.4 Lớp đất 3 (CS2) 46

3.2.5 Lớp đất 4.1 (SM1a) 46

3.2.6 Lớp đất 4.2 (SM1b) 47

3.3 Các thông số đưa vào tính toán bằng phần mềm Plaxis 8.2 47

3.3.1 Các thông số về địa chất 47

3.3.1.1 Các thông số Eoed 47

a Lớp đất 0 47

b Lớp đất CS1: Lớp đất 1 48

c Lớp đất CG: Lớp đất 2 49

d Lớp đất CS2: Lớp đất 3 50

e Lớp đất SM1a: Lớp đất 4 51

f Lớp đất SM1b: Lớp đất 5 51

3.3.1.2 Các thông số Eref 54

3.3.1.3 Các thông số ν 57

3.3.1.4 Bảng tổng hợp các thông số sử dụng cho mô hình Mohr – Coulomb 57

3.3.2 Các thông số của tường chắn 57

3.3.3 Các thông số của thép hình dùng làm thanh chống tường tầng hầm 58

Trang 10

trường hợp không có móng băng MB công trình lân cận (Trường hợp A) 58

3.4.1 Hình ảnh toàn bộ quá trình thi công hố đào bằng phần mềm Plaxis 58

3.4.2 Kết quả tính toán 58

3.4.2.1 Sau khi đào xong đất giai đoạn 1 59

a Một số kết quả vả biểu đồ thu được 59

b Ồn định hố đào 63

3.4.2.4 Sau khi đào xong đất giai đoạn cuối cùng 73

CHUƠNG 4: TƯƠNG QUAN CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG HỐ ĐÀO TỪ TÍNH TOÁN VÀ THỰC TẾ 4.1 So sánh chuyển vị ngang của tường hố đào từ sử dụng phần mềm kiểm chứng và kết quả đo đạc tại hiện trường 79

4.1.1 Chuyển vị ngang của một số điểm từ việc sử dụng phần mềm 79

4.1.2 Chuyển vị ngang của một số điểm khi quan trắc thực tế 83

4.1.3 So sánh chuyển vị ngang từ tính toán và quan trắc thực tế 83

4.2 Giải thích nguyên nhân về sự chênh lệch 84

CHUƠNG 5: TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU ĐẾN MÓNG BĂNG CÔNG TRÌNH LÂN CẬN 5.1 Giới thiệu 85

5.2 Các thông số của móng băng MB công trình lân cận 85

5.3 Tính toán biến dạng ngang, độ lún của móng băng MB công trình lân cận trước và sau khi thi công hố đào với khoảng cách giữa móng băng và tường chắn thay đổi (Trường hợp B) 86

5.3.1 Hình ảnh toàn bộ quá trình thi công hố đào bằng phần mềm Plaxis 86

5.3.2 Kết quả tính toán 86

5.3.2.1 Trường hợp khoảng cách móng băng và tường chắn là 2m 86

a Trước khi thi công hố đào 86

Trang 11

b Sau khi thi công hố đào 89

5.4 Phân tích ảnh hưởng của việc thi công hố đào sâu đến móng băng công trình lân cận khi khoảng cách móng băng và tường hố đào thay đổi 96

5.4.1 Quan hệ gia tăng chuyển vị đứng (%) của móng băng – tỷ số khoảng cách giữa móng băng MB – tường hố đào và chiều sâu hố đào L/H 98

5.4.2 Quan hệ gia tăng chuyển vị ngang (mm) của móng băng – tỷ số khoảng cách giữa móng băng MB – tường hố đào và chiều sâu hố đào L/H 99

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: I Kết luận 102

II Kiến nghị 102

Trang 12

MỞ ĐẦU

I ĐẶT VẤN ĐỀ:

Hiện nay, các công trình nhà cao tầng với nhiều tầng hầm đang xuất hiện ngày càng nhiều và đang trở thành xu thế tất yếu trong quá trình hiện đại hóa các thành phố lớn Phần diện tích trên mặt đất của công trình được phục vụ cho công năng sử dụng chính của công trình: cao ốc văn phòng, trung tâm mua sắm, giao dịch, chung cư cao tầng … Do vậy, để đáp ứng cho các nhu cầu tất yếu kèm theo của các công trình cao tầng như: chỗ để xe, các khu phụ trợ …, người ta sử dụng ngày càng nhiều các tầng hầm với độ sâu ngày càng sâu hơn Điều này đồng nghĩa với sự xuất hiện của các hố đào, các giải pháp chống giữ thành hố đào tương ứng

Vì vậy, trong điều kiện cụ thể của từng công trình, chúng ta cần phải đề ra các giải pháp thi công hố đào cũng như các giải pháp chống giữ vách hố đào cho phù hợp với từng giai đoạn thi công

Các vấn đề tất yếu đặt ra khi thi công các công trình có tầng hầm bên dưới bao gồm các vấn đề cơ bản sau đây:

Chọn giải pháp thi công hố đào cho phù hợp với tính chất công trình

Chọn giải pháp chắn giữ tường hố đào ổn định trong quá trình thi công

Khống chế chuyển vị của tường hố đào, tránh gây ảnh hưởng đến các công trình lân cận

Có biện pháp xác định chuyển vị của tường hố đào

Xuất phát từ các yêu cầu thực tế trên đây, tác giả đã tiếp cận công trình The Centec Tower để thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực đất lên tường

hố đào công trình The Centec Tower”

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:

Thiết kế giải pháp thi công hố đào, chắn giữ tường hố đào công trình đối với từng giai đoạn thi công cụ thể

Phân tích, đánh giá ổn định và biến dạng của tường hố đào trong từng giai đoạn thi công

III Ý NGHĨA VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI:

Thiết kế giải pháp thi công hố đào, chắn giữ tường hố đào cho công trình nhà cao tầng The Centec Tower

So sánh kết quả tính toán lý thuyết, kết quả có được từ việc sử dụng phần mềm kiểm chứng, kết quả quan trắc thực tế tại hiện trường Từ đó, lựa chọn được phương pháp tính đúng đắn cho tường hố đào các công trình có tính chất tương tự

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Để thực hiện các mục tiêu nghiên cứu trên đây, tác giả lựa chọn phương pháp nghiên cứu như sau: tính toán lý thuyết, quan trắc hiện trường và sử dụng phần mềm kiểm chứng Trong đó:

1 Tính toán lý thuyết: Sử dụng các lý thuyết tính toán sau đây:

Lý thuyết tính toán tường chắn liên tục trong đất

Trang 13

Lý thuyết kiểm tra ổn định của hố đào sâu

Lý thuyết kiểm tra ổn định thành hố đào

2 Quan trắc hiện trường: Ghi nhận chuyển vị của kết cấu thành hố đào

3 Mô phỏng: sử dụng phần mềm Plaxis để phân tích ổn định và biến dạng của hố đào trong quá trình thi công

V NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:

1 Mở đầu

2 Chương 1: Tổng quan về hố đào sâu

3 Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán hố đào sâu được chắn giữ bằng tường chắn liên tục

4 Chương 3: Phân tích ổn định và biến dạng của hố đào sâu qua các giai đoạn thi công

Sử dụng phần mềm Plaxis để tính toán nội lực và biến dạng của thành hố đào trong các giai đoạn thi công

Sử dụng phần mềm Plaxis phân tích, đánh giá mức độ ổn định của hố đào sâu qua các giai đoạn thi công

5 Chương 4: Tương quan chuyển vị ngang của tường hố đào từ tính toán và quan trắc thực tế

Quan trắc thực tế tại công trình để xác định được biến dạng của thành hố đào tại một số vị trí

6 Chương 5: Tính toán, phân tích ảnh hưởng của việc thi công hố đào sâu đến móng băng công trình lân cận

Sử dụng phần mềm Plaxis để phân tích ảnh hưởng của hố đào sâu đến móng băng công trình lân cận

7 Kết luận, kiến nghị

VI HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI:

Chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực đất lên tường chắn liên tục Chưa nghiên cứu sự thay đổi các chỉ tiêu cơ học của đất theo độ sâu cũng như theo quá trình thi công hố đào

Chưa nghiên cứu ảnh hưởng của việc thi công hố đào đến móng sâu các công trình lân cận

Trang 14

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU

1.1 Tổng quan về hố đào sâu:

Ngày nay, tại các thành phố lớn trên thế giới, do quỹ đất ngày càng thu hẹp, giá đất ngày càng cao nên người ta có xu hướng là khai thác tối đa phần không gian dưới mặt đất của công trình cho nhiều mục đích khác nhau: dây chuyền công nghệ của một

số ngành công nghiệp nặng (luyện kim, cán thép, vật liệu xây dựng…), các công trình thủy lợi (các trạm bơm lớn, công trình thủy lợi hay thủy điện…), các công trình giao thông (ga và đường tàu điện ngầm…), các công trình dân dụng (bãi đậu xe, tầng hầm

kỹ thuật…)

1.1.1 Phân loại hố đào:

Sự phân biệt giữa hố đào nông và sâu hiện nay vẫn chưa rõ rệt Có một số quan điểm cho rằng hố đào quá 5m được gọi là hố đào sâu Trong thực tế, người ta thường lấy giới hạn 6m làm cơ sở phân biệt hố đào nông và sâu Tuy nhiên, trong một vài trường hợp đặt biệt, khi độ sâu hố đào bé hơn 5m nhưng do được thi công trong điều kiện địa chất công trình và điều kiện thủy văn phức tạp thì cũng được phân tích như ứng xử của hố đào sâu

Nếu phân biệt hố đào sâu theo phương thức đào, người ta phân biệt hố đào sâu thành 02 nhóm chuyên biệt sau đây:

Đào không có chắn giữ: được sử dụng cho các nhu cầu: hạ nước ngầm, đào đất, gia cố nền và giữ mái dốc

Đào có chắn giữ: được sử dụng cho các kết cấu quây giữ, hệ thống chắn giữ, gia cố nền, quan trắc…

Khi phân loại hố đào theo đặc điểm chịu lực của kết cấu, người ta chia hố đào thành 02 nhóm sau:

Kết cấu chắn giữ áp lực chủ động: có vai trò chịu tác dụng của phần áp lực chủ động tác động lên kết cấu thành hố đào, bao gồm các kết cấu phun neo để chắn giữ, tường bằng đinh đất để chắn giữ

Kết cấu chắn giữ áp lực bị động: có vai trò chịu tác dụng của phần áp lực bị động tác động lên kết cấu thành hố đào, bao gồm các loại kết cấu sau đây: cọc, bản, ống, tường và chống

Khi phân loại hố đào theo chức năng kết cấu, có thể phân chia kết cấu chắn giữ thành 02 bộ phận sau đây:

Bộ phận chắn đất: bao gồm:

Kết cấu chắn đất, thấm nước: cọc thép chữ H, I có bản cài, cọc nhồi đặt thưa trát mặt ximăng lưới thép, cọc đặt dầy, cọc hai hàng chắn đất, cọc nhồi kiểu liên vòm, chắn giữ bằng đinh đất …

Kết cấu chắn đất, ngăn nước: tường liên tục trong đất, cọc, tường trộn ximăng đất dưới tầng sâu, giữa cọc đặt dày có bố trí thêm cọc ximăng cao áp hay cọc trộn hóa chất, tường vòm cuốn khép kín …

Bộ phận chắn giữ kiểu kéo giữ: gồm kiểu tự đứng, thanh neo vào tầng đất, ống thép, thép hình chống đỡ, chống chéo, hệ dầm vòng chống đỡ …

1.1.2 Phân loại tường vây hố đào thường sử dụng:

Trang 15

Tường chắn bằng ximăng đất trộn ở tầng sâu: trộn cuỡng chế đất với ximăng thành cọc ximăng đất, sau khi đóng rắn sẽ thành tường chắn có dạng bản liền khối đạt cường độ nhất định, thích hợp cho loại hố đào có độ sâu từ 3-5m

Cọc bản thép: dùng máng thép sấp ngửa móc vào nhau hay cọc bản thép khóa miệng bằng thép hình có mặt cắt chữ U và Z, được hạ vào đất bằng cách đóng hoặc rung, thích hợp cho loại hố đào sâu từ 3-10m

Cọc bản bêtông cốt thép: cọc dài 6-12m, sau khi hạ cọc xuống đất, người ta tiến hành cố định đầu cọc bằng dầm vòng bêtông cốt thép hay thanh neo, thích hợp cho loại hố đào sâu từ 3-6m

Tường chắn đất bằng cọc khoan nhồi: đường kính từ 0.6-1m, cọc dài 30m, làm thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, đỉnh cọc cũng được cố định bằng dầm vòng bêtông cốt thép, dùng cho loại hố đào sâu từ 6-13m

15- Tường liên tục trong đất: sau khi đào hố đào bằng các máy đào chuyên dụng thành các đoạn có độ sâu nhất định (có sử dụng bentonite để ổn định thành

hố đào), đặt các lồng thép chế tạo sẵn vào thì tiến hành đổ bêtông cho từng đoạn bằng các ống dẫn, dùng các thiết bị nối chuyên dụng nối những đoạn tường riêng biệt thành tường chắn đất bằng bêtông cốt thép đạt cường độ tương đối cao, dùng cho hố đào có độ sâu > 10m hay phải thi công trong điều kiện phức tạp

Giếng chìm và giếng chìm hơi ép:

Giếng chìm: trên mặt đất hoặc trong hố đào nông có nền được chuẩn bị đặc biệt, người ta làm thành tường vây của công trình có để hở cả phía trên

và phía dưới Trong lòng giếng, người ta bố trí các máy đào đất còn bên ngoài thành giếng thì bố trí các cần trục vận chuyển khối lượng đất đào ra khỏi lòng giếng Cũng có thể đào giếng bằng phương pháp thủy lực Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân giếng, giếng sẽ tự chìm vào lòng đất Tuy nhiên, để giảm thiểu ma sát ở thành ngoài giếng, người ta có thể bố trí các xói nước thủy lực, làm lớp vữa sét quanh mặt ngoài giếng và đất, quét lớp bitum giảm ma sát Sau khi hạ giếng đến độ sâu yêu cầu thì tiến hành bịt đáy giếng và tiến hành thi công các kết cấu bên trong giếng theo thứ tự từ dưới lên trên

Giếng chìm hơi ép: trên mặt đất làm một hộp kín với nắp là sàn giếng, đáy dưới nằm sát phần đào của chân giếng, trong đó có lắp ống lên xuống và thiết bị điều chỉnh áp suất không khí; bên cạnh có trạm khí nén và máy bơm Đất đào được trong giếng được đưa lên mặt đất qua ống lên xuống và thiết bị điều chỉnh áp suất không khí nói trên Trong không gian công tác của giếng chìm hơi ép, người ta bơm khí nén tới áp lực bằng áp lực thủy tĩnh, do vậy công tác đào đất được khô ráo Cùng với hộp kín đi sâu vào đất, ta thi công tiếp phần kết cấu nằm bên trên hộp kín nói trên Phương pháp này thường được dùng trong đất yếu có mực nước ngầm cao, dòng chảy mạnh, những nơi ngập nước và có độ sâu từ 30-35m

1.2 Đặc điểm của công trình hố đào sâu:

1.2.1 Công trình hố đào là một loại công việc tạm thời, sự dự trữ về an toàn là bé nhưng liên quan chặt chẽ với tính địa phương và điều kiện địa chất của từng địa phương Nói chung, công trình hố đào là sự đan xen giữa khoa học về đất

đá, cơ học kết cấu và kỹ thuật thi công

Trang 16

1.2.2 Công trình hố đào chịu ảnh hưởng đáng kể của xu thế thời đại Nghĩa là đang tăng cả về độ sâu, diện tích mặt bằng, quy mô công trình

1.2.3 Công trình hố đào phát triển cùng xu hướng cải tạo lại các thành phố

cũ, gắn liền với việc cải tạo lại các công trình cao tầng Các công trình này tập trung trong những khu dân cư đông đúc, khả năng giao thông hạn chế, phần lớn là xây chen nên việc thi công hố đào rất khó khăn Yêu cầu tất yếu đặt ra là hố đào phải đảm bảo tính ổn định, cũng như chuyển vị của thành hố đào phải được khống chế trong giới hạn cho phép, tránh gây tác động xấu cho các công trình lân cận 1.2.4 Tính chất của đất đá thường thay đổi trong khoảng rộng Điều kiện khảo sát chỉ cho thấy phần nào tính chất của đất đá mà thôi, không thể hiện đầy đủ được sự thay đổi bất thường về địa chất, thủy văn, … Công trình hố đào gắn bó chặt chẽ với sự thay đổi bất thường đó Do vậy, công tác thiết kế và thi công các công trình hố đào thường gặp nhiều khó khăn

1.2.5 Công trình hố đào bao gồm nhiều khâu, nhiều giai đoạn thi công khác nhau Do vậy, chỉ cần thất bại trong một công đoạn nhỏ cũng có thể gây ra

sự cố nghiêm trọng cho cả công trình

1.2.6 Công trình hố đào cũng chịu sự ảnh hưởng rất lớn từ việc thi công của các công trình lân cận Nếu các công trình lân cận đang tiến hành đóng cọc, hạ nước ngầm, đào đất … thì có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng cho công trình hố móng

1.2.7 Công trình hố đào thường có thời gian thi công kéo dài, từ khi đào đất cho đến khi hoàn thành toàn bộ các phần khuất của công trình Đây là quá trình công trình hố đào phải trải qua nhiều lần mưa to, nhiều lần chất tải, chấn động, tích lũy các sai phạm trong từng giai đoạn thi công Do vậy, tính ngẫu nhiên của mức độ an toàn là tương đối lớn, sự cố xảy ra thường dẫn đến hậu quả nghiêm trọng

1.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của đất quanh hố móng:

Thực tế cho thấy đối với các hố đào sâu, đất và công trình luôn chuyển vị với một giá trị nào đó Những chuyển vị này cần phải được dự tính, đôi khi cần phải được khống chế ở một giới hạn nào đó để tránh gây ra tác động xấu cho các công trình lân cận Để thực hiện được những mục tiêu này, cần đưa ra tiến độ thi công, phương pháp đào đất phù hợp cũng như phải có giải pháp chắn giữ thành hố đào thật hợp lý Những nguyên nhân gây nên chuyển vị thành hố đào có thể kể đến các nguyên nhân chính sau đây:

1.3.1 Tác động của sự thay đổi trạng thái ứng suất trong nền:

Khi đào đất, chúng ta trực tiếp làm thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng của đất tự nhiên Đáy hố đào được giải phóng khỏi tải trọng đứng của khối đất bên trên nên sẽ trồi lên Đồng thời, áp lực ngang của đất quanh tường chắn sẽ gây ra chuyển vị ngang của tường Giải pháp chống đỡ chỉ giúp khống chế phần nào chứ không triệt tiêu hoàn toàn chuyển vị ngang này

Sau khi đã đào xong hố móng, việc xây dựng công trình trong hố đào cũng gây ra độ lún cho đáy hố móng Trong khi đó, các chuyển vị ngang xuất hiện trong quá trình đào móng vẫn được duy trì một phần hay hoàn toàn

1.3.2 Kích thước hố móng:

Trang 17

Hình dạng mặt bằng, kích thước mặt bằng và độ sâu hố đào cũng gây ảnh hưởng lớn đến sự mở rộng, sự phân bố chuyển vị của đất xung quanh và bên dưới đáy hố móng

1.3.3 Tình trạng nước ngầm:

Tác động của nước ngầm đối với độ lún của đất là rất đa dạng và xảy ra theo từng giai đoạn khác nhau của quá trình thi công đào đất Dòng thấm là nguyên nhân làm giảm áp lực nước ngầm, làm gia tăng ứng suất hữu hiệu và độ lún ngoài biên hố móng

1.3.4 Ứng suất ngang ban đầu trong đất:

Trong các vùng đất cao, tồn tại những ứng suất theo phương ngang ở trong đất kiểu như trong sét quá cố kết, giá trị của hệ số áp lực đất lớn hơn K0, biến dạng của đất xung quanh hố đào tăng, thậm chí xảy ra ngay trong cả những hố đào nông Đối với đất có tính nén thấp, giá trị của hệ số áp lực ở trạng thái nghỉ là K0, biến dạng thường nhỏ hơn

1.3.5 Độ cứng của hệ chống đỡ:

Việc tăng độ cứng của hệ chống đỡ làm giảm chuyển dịch của đất bên ngoài

hố móng Tuy nhiên, việc gia tăng đáng kể độ cứng của hệ chống đỡ cũng chỉ có ý nghĩa làm giảm đi một lượng nhỏ sự dịch chuyển của đất xung quanh hố đào mà thôi

1.3.6 Tác động của việc gia tải trước:

Việc gia tải trước cho hệ giằng của hố đào sâu nhằm làm giảm độ lún bên ngoài cho các loại đất rời hay sét có độ cứng trung bình và cứng, bằng cách liên kết cọc cừ cứng và dầm, ví dụ như cọc cừ thép và dầm tường bằng bêtông cốt thép Ngoài ra, cũng có thể giảm dịch chuyển của đất nếu gia cường độ cứng của đất bằng hiệu ứng trễ của đường cong biến dạng - ứng suất của đất trong quá trình

dỡ tải, kết hợp với sự gia tải và dỡ tải lặp đi lặp lại trong các thanh chống và giằng tại các vị trí chắn giữ

Ngoài các nguyên nhân chính trên đây, còn có những yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến chuyển vị của đất quanh hố đào, chẳng hạn như biện pháp thi công, kinh nghiệm thi công của nhà thầu trong quá trình thi công các hố đào sâu

1.4 Tình hình sử dụng các hố đào sâu cho các công trình có tầng hầm trên thế giới và tại Việt Nam:

1.4.1 Trên thế giới:

Tại thành phố Matxcơva, người ta đã tiến hành xây dựng lần đầu tiên một garage có sức chứa lên đến 2000 ôtô con Để xây dựng công trình, người ta đã tiến hành đào 274000 m3 đất, đổ 4000 m3 bêtông tại chỗ và 19500 m3 bêtông đúc sẵn Phương án chắn giữ thành hố đào được chọn là phương án tường trong đất Thời gian thi công các tường này lên đến 06 tháng

Ở Genève, Thụy Sỹ, bằng phương pháp giếng chìm, người ta đã tiến hành xây dựng 1 garage ngầm 7 tầng, hình tròn có sức chứa 530 ôtô con Giếng chìm được

hạ vào đất bằng phương pháp “áo sét xúc biến” Công trình có đường kính 57m, sâu 28m, sàn trên cùng ở cao độ -3m (so với cao độ đường phố hiện hữu)

Trang 18

Công trình cao 86.4m, gồm 22 tầng lầu và 03 tầng hầm, có hố đào sâu đến 10m, đã dùng phương án tường trong đất để chắn giữ thành hố đào Tường chắn liên tục này được thi công bằng phương pháp top – down

Tường trong đất dày 0.6m, sâu 22m được dùng để chắn giữ cho mặt bằng móng 53.45m*70.25m Tường trong đất ở công trình này được thi công thành từng Panel, sau đó ghép lại với nhau

Hình 1-1: Toàn cảnh công trình nhà điều hành sản xuất công ty điện lực

thành phố Hồ Chí Minh

Một số hình ảnh trong quá trình thi công:

Hình 1-2: Sàn tầng hầm thứ nhất

Trang 20

1.5 Giới thiệu về công trình được tiếp cận trong đề tài – Công trình “The Centec Tower”:

Địa chỉ: 72 - 74, Nguyễn Thị Minh Khai, Quận 3, Tp.HCM

Công trình gồm 22 tầng trên mặt đất và 03 tầng hầm Tổng chiều cao công trình là 97.80m

Phương án tường chắn đất được chọn là phương án tường liên tục, dày 0.6m, sâu 24.0m Để chống đỡ tường liên tục này, người ta tiến hành bố trí 3 tầng hệ giằng chống ở các cao độ khác nhau: -1.90m, -5.50m, -9.10m (so với cao độ đỉnh tường)

Phần ngầm của công trình đươc thi công bằng phương pháp bottom – up

Một số hình ảnh trong quá trình thi công:

Hình 1-5: Toàn cảnh tòa nhà The Centec Tower

Trang 21

Hình 1-6: Hình ảnh tầng chống thứ nhất tường tầng hầm

Hình 1-7: Hình ảnh tầng chống thứ hai, ba của tường tầng hầm

Trang 22

1.6 Một số nghiên cứu về hố đào sâu:

1.6.1 Trên thế giới:

Malcom Puller: Hố đào sâu: Cẩm nang thực tế thi công

Kai.S.Wong: Hố đào sâu trong đất sét

Peck.R.B: Hố đào sâu và đường hầm trong đất yếu

Trang 23

Clough và O’Rourker: Dựa vào các quan trắc thực tế, đưa ra tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất với độ cứng của tường chắn, giữa hệ số an toàn và vùng nền

Brian Brenner, David L.Russ và Bratrice J.Nessen: Nghiên cứu về sự dịch chuyển của đất và ảnh hưởng của nó đến công trình lân cận trong quá trình thi công đào đất

1.6.2 Ở Việt Nam:

Nguyễn Thế Phùng: Công nghệ thi công công trình ngầm bằng phương pháp tường trong đất

Nguyễn Việt Tuấn: Dự báo sự chuyển dịch của đất nền xung quanh hố đào

Đỗ Đình Đức: Thi công hố đào cho tầng ngầm nhà cao tầng trong đô thị Việt Nam

Trần Thanh Tùng: Nghiên cứu phương pháp tính toán và kiểm tra ổn định công trình tường trong đất bảo vệ 2 tầng hầm của nhà 14 tầng trên đất yếu ở Q7, Thành phố Hồ Chí Minh

Hoàng Thế Thao: Phân tích ứng xử giữa đất và tường công trình trạm bơm Kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè trong quá trình thi công đào đất

Trang 24

CH ƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỐ ĐÀO SÂU ĐƯỢC CHẮN GIỮ BẰNG TƯỜNG CHẮN LIÊN TỤC

2.1 Tính toán áp lực đất bằng các công thức lý thuyết:

2.1.1 Lý thuyết tính toán áp lực đất tác dụng lên kết cấu chắn giữ của hố đào

sâu:

2.1.1.1 Phân loại áp lực ngang của đất: [3]

Khi tính toán kết cấu chắn giữ, áp lực tác động vào bề mặt tiếp xúc của kết cấu chắn giữ với thể đất được gọi là áp lực đất Độ lớn và quy luật phân bố của áp lực đất

có liên quan mật thiết đến các nhân tố hướng và độ lớn của chuyển vị ngang của kết cấu chắn giữ, tính chất của đất, độ cứng và độ cao của kết cấu chắn giữ Nhưng việc xác định áp lực đất dựa theo các yếu tố nêu trên nhìn chung là khá phức tạp, do vậy hiện nay người ta vẫn dùng lý thuyết của Coulomb với những hiệu chỉnh bằng số liệu thực nghiệm

Áp lực ngang của đất được phân thành các loại sau đây:

Áp lực đất tĩnh: Nếu tường chắn đất được duy trì ở trạng thái tĩnh tại bất động (tường không dịch chuyển) thì áp lực đất tác động vào tường gọi là áp lực đất tĩnh Hợp lực của áp lực đất tĩnh tác dụng lên mỗi m dài tường chắn đất được biểu thị bằng

E0 (kN/m), cường độ áp lực đất tĩnh biểu thị bằng p0 (kPa) Áp lực đất tĩnh chính là ứng suất pháp có độ lớn tăng tuyến tính theo chiều sâu, chính là ứng suất do trọng lượng bản thân

Áp lực ngang của đất có khuynh hướng đẩy trượt kết cấu chắn giữ Và khi kết cấu chắn giữ bị trượt ra hay lấn vào khối đất, khối đất đạt trạng thái cân bằng giới hạn dẻo và áp lực ngang tương ứng của đất đạt cực trị, được gọi là áp lực ngang của đất ở trạng thái cân bằng phá hoại dẻo Có hai loại áp lực ngang cực trị là:

Áp lực đất chủ động: Nếu tường chắn đất dưới tác động của áp lực đất lấp mà lưng tường dịch chuyển theo chiều đất lấp, khi đó áp lực đất tác động vào tường sẽ từ giá trị áp lực đất ở trạng thái tĩnh mà giảm dần đi Khi thể đất ở sau lưng tường đạt đến trạng thái cân bằng, đồng thời xuất hiện mặt trượt liên tục làm cho thể đất trượt xuống, khi đó áp lực đất giảm đến giá trị nhỏ nhất, gọi là áp lực đất chủ động, biểu thị bằng EA (kN/m) và pa (kPa)

Áp lực đất bị động: Nếu tường chắn đất dưới tác dụng của ngoại lực di động theo chiều đất lấp, khi đó áp lực của khối đất phía sau lưng tường sẽ từ giá trị của áp lực đất tĩnh mà tăng dần lên, liên tục cho đến khi thể đất đạt trạng thái cân bằng, đồng thời xuất hiện mặt trượt liên tục, thể đất ở phía sau lưng tường bị chèn đẩy lên Khi

đó, áp lực đất tăng đến trị số lớn nhất, gọi là áp lực đất bị động, biểu thị bằng EP(kN/m) và pp (kPa)

Trang 25

2.1.1.2 Lý thuyết áp lực đất của Coulomb: [1], [3]

Dựa trên các giả thiết sau đây:

1 Giả định tường chắn là cứng Đất lấp phía sau tường là đất cát đồng đều, khi lưng tường dịch chuyển tách xa thể đất hoặc đẩy về phía thể đất, thể đất sau lưng tường sẽ đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn Nêm đất trượt ABC là thể cứng

2 Mặt trượt của thể trượt hình thành thơng qua 2 tổ mặt phẳng ở chân tường:

Mặt AB men theo lưng tường

Mặt BC hình thành ngay trong lăng thể đất

3 Khi cĩ lực dính thì lực dính phân bố đều trên mặt trượt BC

WE

(2.1)

Chuyển vị ra khỏi khối đất Chuyển vị vào khối đất

p

E E

0

E

Ea

Hình 2-1: Sự thay đổi áp lực ngang của đất theo độ

dịch chuyển của tường chắn

W R

T RN W

A

H

Hình 2-2: Tính áp lực đất chủ động Coulomb

Trang 26

Suy ra: Ea =

sin

)sin(

ϕθψ

ϕθ

−+

−

−W

(2.2)

Trong đó: W: trọng lượng của lăng thể đất ABC

Ea: hợp lực của tường chắn đất tác dụng lên khối đất

R: phản lực của khối đất bên ngoài tác dụng lên lăng thể trượt theo mặt phẳng BC

φ: góc ma sát trong của đất

α: góc nghiêng của lưng tường so với phương thẳng đứng

δ: góc ma sát ngoài của đất

θ: góc hợp bởi mặt trượt BC và phương ngang

Theo phương pháp trực tiếp:

Ea =

sin

)sin(

ϕθψ

ϕθ

−+

−

−W

(2.4)

W =

) sin(

) cos(

cos

) cos(

αθα

βαγ

)cos(

)sin(

1)cos(

cos

)(cos

−+

++

−

αβα

δ

βϕϕδα

δα

αϕ

) sin(

) cos(

ψϕθβθ

ϕθαθ

cos

) cos(

)cos(

)sin(

1)cos(

cos

)(cos

−

+

βαδ

α

βϕϕδδ

αα

αϕ

(2.11)

2.1.1.3 Lý thuyết áp lực đất của Mohr – Rankine: [1]

Xét 1 mặt phẳng AB thẳng đứng trong một khối đất tự nhiên có trọng lượng riêng bão hòa là γsat, mực nước ngầm nằm ngang mặt đất Áp lực ngang lên mặt AB gồm áp lực nước lỗ rỗng u, áp lực khung hạt đất ở trạng thái tĩnh σ’h, cũng là ứng suất

Trang 27

hữu hiệu theo phương ngang Tại điểm P ở độ sâu z, quan hệ giữa ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng σ’v và theo phương ngang σ’h ở trạng thái tĩnh là:

Áp lực chủ động Ea:

Nếu mặt phẳng AB dịch chuyển về bên phải, đến vị trí A’B’ như hình vẽ trên đây, khối đất bên trái mặt phẳng AB sẽ rời ra (nếu là cát), ứng suất theo phương ngang σ’h của điểm M giảm dần trong khi ứng suất hữu hiệu thẳng đứng σ’v của điểm

M lại khơng đổi Vịng trịn Mohr ứng suất lớn dần về phía gốc tọa độ, đến khi chạm đường bao sức chống cắt của Coulomb Lúc này, khối đất bên trái đạt đến trạng thái cân bằng chủ động và xuất hiện hệ mặt trượt, trên đĩ cĩ ứng suất thỏa điều kiện cân bằng Coulomb (ứng với vịng Mohr tiếp xúc đường bao sức chống cắt S) Ứng suất theo phương ngang của đất là ứng suất chính bé nhất được gọi là áp lực đất ở trạng thái cân bằng chủ động, ký hiệu σ’a, ứng suất chính bé nhất là σ’v = γ’*z (2.13)

sat γ

z P

B

A Mực nước ngầm

σ' ho

Hình 2-3: Áp lực ngang đất ở trạng thái tĩnh

sat γ

z

B' B

A' A Mực nước ngầm

Hình 2-4: Điều kiện phát sinh áp lực chủ động và

bị động của đất

Trang 28

= -2c’ Ka , tức là xuất hiện vùng lực kéo

Chiều cao vùng chịu kéo:

z: độ sâu từ điểm tính toán đến mặt đất

Từ các công thức trên, ta có thể thấy: áp lực chủ động pa phân bố tuyến tính theo

độ sâu z Khi đó, hợp lực EA của áp lực đất chủ động sẽ là diện tích của hình phân bố

pa và đặt tại trọng tâm của hình phân bố

'

v a

σ'

ϕ

O

τ

σ

σ'

M

Hình 2-5: Áp lực chủ động của đất trong hệ tọa độ (τ, σ)

Trang 29

Áp lực bị động Ep:

Để khảo sát trạng thái cân bằng dẻo bị động, ta cũng xét trường hợp mặt phẳng

AB bị dịch chuyển về bên phải đến vị trí A’B’ như hình vẽ trên đây Lúc này, khối đất bên phải A’B’ bị nén chặt, ứng suất theo phương ngang σ’h của điểm N tăng dần trong khi ứng suất hữu hiệu thẳng đứng σ’v của điểm N lại không đổi Vòng tròn Mohr ứng suất nhỏ thành 1 điểm σ’h = σ’v, sau đó phát triển về phía xa gốc tọa độ, σ’h > σ’v, đến khi chạm đường sức chống cắt Coulomb Lúc này, khối đất bên phải mặt phẳng AB đạt trạng thái bằng bị động và xuất hiện hệ mặt trượt, trên đó có ứng suất thỏa điều kiện cân bằng Coulomb (ứng với vòng Mohr tiếp xúc đường bao sức chống cắt S) Ứng suất theo phương ngang của đất là ứng suất chính lớn nhất được gọi là áp lực đất ở trạng thái cân bằng bị động, ký hiệu σ’p, ứng suất chính lớn nhất

Hình 2-6: Biểu đồ tính toán áp lực chủ động trong đất cát và sét

'

hN

σ'

ϕ

O

τ

σ

σ' vN p

σ'

Hình 2-7: Áp lực bị động của đất trong hệ tọa độ (τ, σ)

Trang 30

z: độ sâu từ điểm tính toán đến mặt đất

2.1.1.4 Lý thuyết cân bằng giới hạn điểm: Lời giải của Sokolovski [1]

Từ điều kiện cân bằng của một phân tố đất ở trạng thái cân bằng tĩnh, hệ phương trình cân bằng có dạng như sau:

= +

0 x z

x z

x zx

zx z

δ

δσδ

δτ

γδ

δτδ

× +

+

0 ) 2 sin 2 2

(cos sin

2 )

2 cos sin 1 ( 2 sin sin

) 2 cos 2

(sin sin

2 2

cos sin )

2 cos sin

1

(

x z

δ

δθθδ

δθθϕ

σδ

δσθϕδ

δσθϕ

γδ

δθθδ

δθθϕ

σδ

δσθϕδ

δσθϕ

Hình 2-8: Biểu đồ tính toán áp lực bị động trong đất cát và sét

Trang 31

Trong đó q: tải trọng phân bố đều phía sau lưng tường chắn

Khi tường chắn đất dịch chuyển về phía trước, áp lực đất dần dần giảm nhỏ đi cho đến trị số bé nhất – áp lực đất chủ động Còn khi tường ép về phía đất đắp thì áp lực đất dần dần tăng lên cho đến trị số lớn nhất – áp lực đất bị động Vậy thì áp lực đất biến đổi theo chuyển vị của tường chắn đất

Khi chuyển vị ở phần đỉnh của tường bằng 0.1%-0.5% độ cao của tường, áp lực đất của đất có tính cát sẽ giảm thấp đến áp lực đất chủ động Đất lấp có tính cát muốn đạt đến áp lực đất bị động thì chuyển vị ở phần đỉnh của tường chắn đất sẽ phải lớn hơn nhiều, ước đến 5% chiều cao của tường hay lớn hơn nữa

Ảnh hưởng của chuyển vị tường chắn với áp lực đất bao gồm các loại sau đây:

Khi đỉnh tường cố định, đầu dưới tường dịch chuyển ra phía ngoài, áp lực đất hình parabol:

Trang 32

Khi hai đầu trên và dưới tường cố định nhưng phần giữa tường thì vồng

ra phía ngoài, áp lực đất có hình yên ngựa:

Khi tường dịch chuyển song song ra phía ngoài, áp lực đất có hình parabol:

Khi tường nghiêng ra phía ngoài, quay theo trung tâm của đoạn dưới tường sẽ gây ra áp lực chủ động bình thường:

Hình 2-10: Biểu đồ áp lực đất khi đỉnh và chân tường cố định,

thân tường dịch chuyển

Hình 2-9: Biểu đồ áp lực đất khi đỉnh tường cố định,

chân tường dịch chuyển

Hình 2-11: Biểu đồ áp lực đất khi tường dịch chuyển song song ra phía ngoài

Trang 33

Khi tường chắn đất hoàn toàn không dịch chuyển mới có thể sinh ra

áp lực đất tĩnh:

Khi xem nền đất hoàn toàn không chuyển vị, tác dụng lên hai bên thân tường chính là áp lực đất tĩnh p0 Khi tường chịu ngoại lực và sinh ra biến dạng, nếu lượng chuyển vị ngang của bất kỳ một điểm nào đó của tường là δ thì áp lực đất tác dụng lên tường chắn tại điểm đó bên phía bị động sẽ gia tăng một lượng là khδ, trong đó kh

là hệ số nền nằm ngang của nền đất của tường và giá trị của áp lực đất lúc này là:

pα: cường độ áp lực đất nằm ngang bị động tác động ở vị trí tính toán trên tường

pβ: cường độ áp lực đất nằm ngang chủ động tác động ở vị trí tính toán trên tường

po: cường độ áp lực đất tĩnh tác động ở vị trí tính toán trên tường

Hình 2-13: Biểu đồ áp lực đất khi tường hoàn toàn không dịch chuyển

Hình 2-12: Biểu đồ áp lực đất khi tường nghiêng ra phía ngoài

Trang 34

kh: hệ số nền nằm ngang của nền đất của tường

δ: lượng chuyển vị ngang của tường ở vị trí tính toán

Tùy thuộc vào sự gia tăng của chuyển vị, áp lực đất phía bị động cũng tăng lên dần Nhưng khi đạt đến một giá trị nhất định nào đó thì dù chuyển vị có tăng thêm, áp lực đất phía bị động không tăng thêm nữa Giá trị tới hạn này gọi là áp lực đất bị động Tương tự, khi chuyển vị gia tăng, áp lực đất phía chủ động cũng giảm dần Nhưng khi đạt đến một giá trị nhất định nào đó thì dù chuyển vị có tiếp tục tăng thêm,

áp lực đất phía chủ động cũng không tiếp tục giảm thêm nữa Giá trị tới hạn này được gọi là áp lực đất chủ động

Cạnh chủ động: pβ = po - Khδ ≥ pa (2.37)

Cạnh bị động: pα = po + Khδ ≤ pp (2.38)

Trong đó: pa, pp lần lượt là áp lực chủ động và bị động tại vị trí tính toán

Áp lực đất tĩnh giảm dần cho đến áp lực chủ động hay tăng dần cho đến áp lực

bị động, điều này chỉ xuất hiện khi tường cứng dịch chuyển sang ngang hay là quay Hansen đã kiến nghị để định lượng δ của loại chuyển vị này là:

Với áp lực chủ động: δa = 0.001H

Với áp lực bị động: δp = 0.01H

Trong đó, H là chiều cao của tường

Chuyển vị cần thiết ở đỉnh tường để sinh ra áp lực đất chủ động và bị động, theo

“Sổ tay công trình móng” do Phương Hiểu Dương chủ biên, được xác định như sau:

Theo bảng số liệu trên đây, ta có thể thấy rằng chuyển vị thân tường cần thiết để sinh ra áp lực chủ động là dễ xuất hiện Trong khi đó, lượng chuyển vị cấn thiết để sinh ra áp lực bị động là khá lớn, nhiều khi vượt quá chuyển vị cho phép để đảm bảo khả năng sử dụng bình thường của công trình Do vậy, trước khi lựa chọn phương án tính toán, rất cần thiết phải tính đến tình huống về biến dạng này, khi trong tính toán

có tính đến cân bằng giới hạn thì điều này cực kỳ quan trọng

2.1.2 Phương pháp tính áp lực nước lên tường chắn hố đào sâu (tường liên tục): [3]

Có nhiều phương pháp tính áp lực nước tác dụng lên kết cấu chắn giữ thành hố đào sâu: phương pháp tính áp lực nước bình thường, phương pháp tính áp lực nước khi dòng thấm ở trạng thái ổn định, phương pháp đồ giải Trong khuôn khổ của luận văn này, tác giả chỉ đi sâu phân tích phương pháp tính áp lực nước bình thường

2.1.2.1 Phương pháp tính riêng áp lực nước – đất:

Bảng 2-1: Chuyển vị cần thiết ở đỉnh tường để sinh ra áp lực đất chủ động và bị động:

Loại đất Trạng thái ứng suất Hình thức chuyển dịch Chuyển vị cần thiết Đất cát Chủ động

0.001H 0.001H 0.05H

>0.1H Đất sét Chủ động

Trang 35

Trong phương pháp này, áp dụng trọng lượng đẩy nổi để tính riêng áp lực đất, dùng áp lực nước tĩnh để tính áp lực nước Sau đó, cộng hai biểu đồ lại, ta có được tổng áp lực bên

Lợi dụng nguyên lý ứng suất hữu hiệu để tính áp lực đất Tính riêng áp lực nước – đất, tức là:

Trong đó: γ’: dung trọng đẩy nổi của đất

Ka’: hệ số áp lực chủ động, tính theo cường độ ứng suất hữu hiệu

γw: trọng lượng của nước

2.1.2.2 Phương pháp tính chung áp lực nước – đất:

Trong phương pháp này, người ta dùng dung trọng bão hòa của đất để tính chung áp lực đất – nước Đây là cách tính thông dụng hiện nay, đặc biệt được áp dụng cho đất sét dính bão hòa nước Cụ thể:

Trong đó: γsat: dung trọng bão hòa của đất

Ka: hệ số áp lực chủ động, tính theo cường độ ứng suất tổng

w

Ka γ

a K

γ H

2c

H

Hình 2-14: Tính áp lực đất và áp lực nước

Trang 36

c: lực dính xác định theo cắt cố kết không thoát nước (cố kết cắt nhanh) hoặc không cố kết không thoát nước theo phương pháp tổng ứng suất

2.1.3 Tính toán lực tĩnh của tường liên tục trong đất: [3]

2.1.3.1 Phương pháp Sachipana (Nhật):

a Giới thiệu về phương pháp:

Là phương pháp tính toán khi xem lực trục thanh chống, moment thân tường bất biến, lấy một số hiện tượng thực nào đó làm căn cứ, như:

Sau khi đặt tầng chống dưới, lực trục của tầng chống trên hầu như không thay đổi hoặc là chỉ thay đổi chút ít

Chuyển dịch của thân tường từ điểm chống dưới trở lên, phần lớn đã xảy ra trước khi lắp đặt tầng chống dưới

Moment của thân tường từ điểm chống dưới trở lên, phần lớn trị số của nó

là phần còn dư lại từ trước khi lắp đặt tầng chống dưới

Căn cứ vào các hiện tượng thực đo này, Sachipana đưa ra phương pháp tính lực trục thanh chống và moment thân tường không biến đổi theo quá trình đào đất

Những giả định cơ bản trong phương pháp tính toán lực trục thanh chống và moment thân tường do Sachipana đưa ra như sau:

Trong đất có tính dính, thân tường xem như đàn hồi dài vô hạn

Áp lực đất thân tường từ mặt đào trở lên phân bố theo hình tam giác, từ mặt đào trở xuống phân bố theo hình chữ nhật (đã triệt tiêu áp lực đất tĩnh ở bên phía đào đất)

Phản lực chống hướng ngang của đất bên dưới mặt đào chia làm 2 vùng: vùng dẻo đạt đến áp lực đất bị động có độ cao là l, và vùng đàn hồi có quan hệ đường thẳng với biến dạng của thân tường

Sau khi lắp đặt chống sẽ xem điểm chống bất động

ξξξξx +ζζζζ

N N N

2 1

Trang 37

Sau khi lắp đặt tầng chống dưới thì xem như lực trục của tầng chống trên không đổi, thân tường từ tầng chống dưới trở lên vẫn ở vị trí cũ

Tuy nhiên, việc tính toán chính xác là khá phức tạp Do vậy, ông đã đưa ra cách tính gần đúng với những giả định cơ bản như sau:

Trong đất có tính dính, thân tường xem như đàn hồi dài vô hạn đầu dưới đáy tự do

Áp lực đất thân tường từ mặt đào trở lên phân bố theo hình tam giác, từ mặt đào trở xuống phân bố theo hình chữ nhật (đã triệt tiêu áp lực đất tĩnh ở bên phía đào đất)

Phản lực chống hướng ngang của đất lấy bằng áp lực đất bị động, trong đó, (ξx + ζ ) là trị số áp lực bị động sau khi trừ đi áp lực đất tĩnh (ηx)

Sau khi lắp đặt chống sẽ xem điểm chống bất động

Sau khi lắp đặt tầng chống dưới thì xem như lực trục của tầng chống trên không đổi, thân tường từ tầng chống dưới trở lên vẫn ở vị trí cũ

Điểm moment uốn thân tường bên dưới mặt đào xem như một khớp Bỏ qua lực cắt trên thân tường từ khớp ấy trở xuống

Để giải gần đúng, chỉ cần giải hệ sau đây:

2

0

2

1 2

1

m m

k i m

2

1 ( 2

1 [

) (

0 1

1 1

1 0

2 0

3 − − − − − − ∑− − ∑− + k kk − k =

k i kk k

ik i m

kk k

m kk k

N N N

Trang 38

Ở đợt đào thứ nhất, ký hiệu dưới chân công thức (2.48) và (2.49) lấy k = 1,

còn N1 lấy bằng 0, từ công thức (2.49) tìm ra xm, sau đó thay vào công thức

(2.48) để tìm ra N1

Ở đợt đào thứ hai, ký hiệu dưới chân công thức (2.48) và (2.49) lấy k = 2,

còn Ni chỉ có N1 là đã biết Từ công thức (2.49) tìm ra xm, sau đó thay vào công

thức (2.48) để tìm ra N2

Ở đợt đào thứ ba, ký hiệu dưới chân công thức (2.48) và (2.49) lấy k = 3,

còn Ni có N1, N2 là đã biết Từ công thức (2.49) tìm ra xm, sau đó thay vào

công thức (2.48) để tìm ra N3

Cứ tiếp tục tương tự như thế, sẽ tìm ra được lực trục của các tầng thanh

chống và từ đó, cũng xác định được nội lực thân tường

c Nhận xét về phương pháp:

So với phương pháp chính xác, phương pháp gần đúng cho kết quả lực trục

thanh chống lớn hơn, bài toán thiên về yếu tố an toàn Moment thân tường thì ngoại

trừ phần moment âm ra, hình dạng moment gần giống phương pháp chính xác, và

moment cực đại có giá trị lớn hơn trong phương pháp chính xác khoảng 10%, bài

toán cũng thiên về yếu tố an toàn

2.1.3.2 Phương pháp đàn hồi:

a Giới thiệu về phương pháp:

Phương pháp đàn hồi trong “Quy phạm thiết kế móng công trình xây dựng Nhât

Bản” có sơ đồ tính toán như hình Thân tường xem như là đàn hồi dài vô hạn, giải

bằng phương trình vi phân Áp lực đất bên chủ động là đã biết, nhưng phía dưới mặt

cắm vào đất (mặt đáy hố đào) chỉ có lực chống của đất bên bị động, trị số của phản

lực đất tỷ lệ thuận với chuyển dịch của thân tường Các giả định khác của phương

pháp này đều giống phương pháp Sachipana

Đại học Đồng Tế (Thượng Hải – Trung Quốc) đã sửa đổi một số điểm trong

phương pháp này, có bổ sung thêm áp lực nước, đất bên chủ động từ dưới mặt đào

đất

b Các giả thiết cơ bản:

Thân tường xem như đàn hồi dài vô hạn

E ysO

N N N -x

Trang 39

Đã biết áp lực nước đất và giả sử phân bố hình tam giác

Phản lực đất tác động vào thân tường ở phía dưới mặt đào giả định là tỷ lệ thuận với dịch chuyển của thân tường

Sau khi đặt thanh chống (sàn nhà) thì xem như điểm chống của thanh chống là bất động

Sau khi đặt tầng thanh chống dưới, thừa nhận là lực trục trong tầng thanh chống trên duy trì không đổi, thân tường của phần bên trên cũng duy trì chuyển dịch như cũ

Trong đó, các ký hiệu đã dùng như sau:

y: chuyển dịch thân tường (m);

Kh: hệ số nền theo chiều ngang của đất nền (kN/m3);

Es = Kh*B: module đàn hồi ngang của lớp đất (kN/m2);

E: module đàn hồi của thân tường (kN/m2);

I: moment quán tính mặt cắt mỗi m dài theo chiều ngang của thân tường;

B: độ dài theo chiuều ngang của thân tường, thường lấy bằng 1m;

+ Esy2 = η(hok + x) (2.51) Chuyển dịch của thân tường và hình thức cuối cùng của nội lực:

-x

N N N

1 2 k

Hình 2-18: Sơ đồ tính toán theo phương pháp đàn hồi

sau khi sửa đổi

Trang 40

Khi ở giai đoạn đào thứ 2, đã biết N1 và δ2, dùng công thức (2.53) để tìm lực trục N2 của tầng chống thứ 2 và dùng công thức (2.52) để tìm chuyển dịch

δ3 ở vị trí dự định đặt tầng chống thứ 3

Khi ở giai đoạn đào thứ 2, đã biết N1, N2 và δ3, dùng công thức (2.53) để tìm lực trục N3 của tầng chống thứ 3 và dùng công thức (2.52) để tìm chuyển dịch δ4 ở vị trí dự định đặt tầng chống thứ 4

Tính như trên, sẽ tìm được nội lực thân tường và lực trục thanh chống khi đào đến đáy hố móng

2.2 Tính toán ổn định hố đào bằng các công thức lý thuyết: [3]

Khi đào hố móng, do đất trong hố bị đào đi làm biến đổi trường ứng suất và trường biến dạng của nền đất, có thể dẫn đến mất ổn định nền đất Ví dụ như nền đất

bị trượt, đáy hố bị vồng lên và cát chảy, …Do đó, trong khi thiết kế chắn giữ hố móng, nhất thiết phải kiểm tra tính ổn định của hố móng, khi cần thiết phải có thêm các biện pháp gia cường, làm cho tính ổn định của nền đất có độ an toàn nhất định 2.2.1 Kiểm tra ổn định chống trồi của hố đào:

2.2.1.1 Phương pháp Terzaghi – Peck:

Terzaghi cho rằng, với mặt cắt nằm ngang ở đáy hố móng, đất ở 02 bên của hố móng giống như siêu tải phân bố đều tác động lên mặt cắt ấy Siêu tải này có xu hướng làm cho phần đáy hố móng không chịu siêu tải xảy ra hiện tượng vồng lên

Định dạng
Số trang	115
Dung lượng	3,67 MB