(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn

CÔNGTRÌNHNGÂNHÀNG VIETINBANKCHI NHÁNHSÓCTRĂNGBẰNGPHƯƠNGPHÁPPHẦNTỬHỮUHẠN

LUẬNVĂNTHẠC SĨ

BỘGIÁODỤCVÀĐÀO TẠO BỘNÔNG NGHIỆPVÀPTNT

TRƯỜNGĐẠI HỌCTHUỶLỢI

-NGUYỄNNGỌCTHUẬN

NGHIÊNCỨUCÁCYẾUTỐẢNH HƯỞNG ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU

CÔNGTRÌNHNGÂNHÀNG VIETINBANKCHI NHÁNHSÓCTRĂNGBẰNGPHƯƠNGPHÁPPHẦNTỬ HỮUHẠN

LỜICAMĐOAN

Tên tôi là Nguyễn Ngọc Thuận, học viên cao học lớp CH24ĐKT12, chuyên ngành

Địakỹ thuật xây dựng Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ“Nghiên cứu các yếu tố ảnhhưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình Ngân hàng Vietinbank chinhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn”là công trình nghiên cứu

củariêngtôi,tôikhôngsaochépvàkếtquảcủaluậnvănnàychưacôngbốtrongbấtkỳcôngtrìnhnghiêncứukhoahọcnào

Tácgiả

NguyễnNgọcThuận

LỜI CẢMƠN

Sauthờigianhọctập,nghiêncứuvớisựhướngdẫntậntìnhcủaTiếnsĩĐỗTuấnNghĩacùng với sự giúp đỡ

của các giảng viên của Trường Đại học Thủy lợi Luận văn thạc sĩvới đề tài“Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường chắn hố đào sâucông trình Ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tửhữu hạn”đã được tác giả hoàn thành

đúng thời hạn quy định và đảm bảo đầy đủ cácyêu cầutrongđềcươngđược phê duyệt

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đếnTiến sĩ Đỗ Tuấn Nghĩangười đã tận

tìnhhướng dẫn, cung cấp thông tin, tài liệu và chỉ ra những định hướng khoa học cầnthiếtđểtácgiảhoànthànhluậnvănnày

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoacôngtrình,PhòngđàotạoĐạihọcvàsauĐạihọccùngtoànthểcácthầycôgiáotrongtrườngĐại học Thủy lợi

đã giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong thời gian tác giả học tập vànghiêncứu

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những ngườiđitrướcđãchỉbảo,khíchlệ,độngviên,ủnghộnhiệttìnhvàtạođiềukiện,giúpđỡchotácgiảvềmọimặttrongquátrìnhhọctậpcũngnhư hoànthiệnluậnvăn

Tuy đã có những cố gắng song do thời gian có hạn, kiến thức bản thân còn hạn chếnênluận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót và tồn tại, tác giả mong nhậnđượcmọiýkiếnđónggópvàtraođổichânthànhcủacácthầycôgiáo,anhchịemvàcácbạnđồngnghiệp

MỞĐẦU 1

CHƯƠNG1.TỔNGQUANVỀHỐĐÀOSÂU 4

1.1 Kháiquátvềhốđàosâu 4

1.1.1 Tình hìnhxâydựng hốđàosâu 4

1.1.2 Đặcđiểm 8

1.2 Nguyêntắcthiếtkếvàphânloạikếtcấuchắngiữ 9

1.2.1 Nguyêntắcthiết kế 9

1.2.2 Đặcđiểmthiếtkế 10

1.2.3 Cácdạngtường vâyhốđàosâu 12

1.3 Kếtluận 18

CHƯƠNG2 N G H I Ê N C Ứ U C H U Y Ể N V Ị T Ư Ờ N G C H Ắ N H Ố Đ À O M Ở S Ử DỤNGPHƯƠNGPHÁPPHẦN TỬHỮU HẠN 19

2.1 PhươngphápPhầntửhữuhạn 19

2.1.1 Ứngdụng 20

2.1.2 Lịch sử 20

2.1.3 SosánhPPPTHHvớiphươngpháp saiphânhữuhạn(PPSPHH) 21

2.2 Ápdụngphươngphápphầntửhữuhạntrongphântíchchuyểnvịtườngchắnhốđào( Plaxis 2D) 22

2.2.1 Mô hình 23

2.2.2 Nhữngphầntử 24

2.2.3 Thiết lậpdữliệuđấtnền 25

2.2.4 Thiết lậpdữliệuchodầm 36

2.2.5 Thiết lậpđặctrưngvậtliệu củavảiđịa kỹthuật 37

2.2.6 Thiết lậpdữliệuvậtliệuneo 38

2.2.7 Tạolưới(meshgeneration) 39

2.2.8 Điều kiệnbanđầu(initialconditions) 41

2.2.9 Điều kiệnáplưcnước(waterconditions ) 42

2.2.10 Dạnghìnhhọcbanđầu(initialgeometryconfiguration) 46

2.3 Kếtluận 47

CHƯƠNG3.NGHIÊNCỨUẢNHHƯỞNGCỦACHIỀUSÂUCHÔNTƯỜNGVÀT IẾTDIỆNTƯỜNGĐẾN CHUYỂNVỊTƯỜNG 49

3.1 MôhìnhhốđàosâucôngtrìnhNgânhàngTMCPCôngthươngViệtNam(Vietinbank)chinhá

nhSócTrăng 49

3.1.1 Mô tảđặcđiểmcôngtrình 49

3.1.2 Đặcđiểmđịachấtthủyvănvàcácthôngsốthínghiệmđấtnền 50

3.1.3 Cácgiaiđoạnthicôngtầnghầmcôngtrình 53

3.1.4 Cácthôngsốđầuvàođểlậpmôhìnhhố đàotrongPlaxis2D 54

3.1.5 Kếtquảphântích 59

3.2 Ảnhhưởngcủachiềusâuchôntườngđến chuyểnvịtường 63

3.3 Ảnhhưởngcủatiếtdiệntường đếnchuyểnvịtường 70

3.4 Kếtluận 74

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU SÂU HỐ MÓNG ĐẾNCHUYỂNVỊTƯỜNG 76

4.1 Cáctrườnghợpphântích 76

4.2 Kếtquảphântích 78

4.3 Kếtluận 84

KẾTLUẬNVÀ KIẾNNGHỊVỀNHỮNGNGHIÊNCỨU TIẾPTHEO 85

TÀILIỆUTHAMKHẢO 88

DANHMỤC HÌNHVẼ

Hình 1.1 Kênh xả ngầm ngoài khu vực đô thị G-cans thành phố Kasukabe,ngoại

ôTokyo, Nhật Bản.Đâylàmột trongnhững hệthống thoátnước nổitiếng nhất

đồngthờilàhệthốngthoátlũngầmlớnnhấtthếgiới 5

Hình 1.2 Ga Novoslobodskaya nằm trong hệ thống tàu điện ngầm hiện đại ở Moscow,LiênBang Nga,lần đầutiênđivàohoạtđộng năm1952 5

Hình 1.4 Đường hầm Thủ Thiêm, thành phố Hồ Chí Minh, hầm vượt sông lớn nhấtĐông Nam Á, khánh thành 11/2011 Hầm có tổng chiều dài 1.490m, trong đó hầm dìmbaogồm4đốthầmcótổngchiềudài370m,hầmgiaothônghộpđôirộng33,3m 7

Hình 1.5 Hầm B2, khu vực để xe máy cán bộ viên chức của tòa nhà Trung tâm hànhchínhĐàNẵng 7

Hình1.6 Côngtrìnhhốmóng 8

Hình1.7TườngcừLarsen 13

Hình1.8Tườngvâycọcximăngđất 14

Hình1.9Tườngvâycọcbảnbêtôngcốt thép 15

Hình1.10 Tườngvâyhốđàobằng cọckhoan nhồi 16

Hình1.11 Tườngvâybằngcọcbarrette 17

Hình2.1 Cửasổthiết lậpthôngsốcơbảncủamôhình 23

Hình2.2 Vịtrícủa nút vàđiểmứngsuấttrong phầntửđất 25

Hình2.3 Cửasổthiết lậpthôngsốđấtnềnvà lớpphân giới(Thôngsốđấtnền) 31

Hình2.4 ĐịnhnghĩaE0vàE50 32

Hình 2.5 Các đường tròn ứng suất tới hạn, một chạm vào đường phá hoại MohrCoulomb 33

Hình2.6 Mặtpháhoại trongkhônggianứng suấtchínhchođấtcát 34

Hình2.7 Cửasổthiết lậpthôngsốđấtnềnvà lớpphân giới(Thôngsốlớpphângiới) .34

Hình2.8 Cửasốthiết lậpthôngsốtườngchắn 36

Hình2.9 Cửasổthiết lậpthôngsốvậtliệuvải địakỹthuật 38

Hình2.10 Cửasổthiếtlậpthôngsốhệchống, neo 38

Hình2.11 Cửasổthiết lậpáplựcnước 45

Hình2.12Cửasổtạoứngsuấtbanđầu 47

Hình3.1PhốicảnhcôngtrìnhNgânhàngVietinbank,chinhánhSóc Trăng 49

Hình3.2MặtbằngmôhìnhhốđàosâuVietinbankSócTrăng 50

Hình3.3 Mặtcắtđịachấtcôngtrình(hốkhoanHK1,HK2,HK3) 53

Hình3.4 Mặtcắthốđàocôngtrình 54

Hình3.5Môhìnhhốđào công trìnhtrongphần mềmPlaxis2D 54

Hình3.6Chuyểnvịngangcủa tườngtrongcác giaiđoạnđào 59

Hình3.7Sụtlún mặtđấtsautườngtheocácgiaiđoạnđào 60

Hình3.8Hiệntrạngcôngtrình Câulạc bộ hưutrí 61

Hình3.9Đẩytrồiquacác giaiđoạnđào 61

Hình3.10Sự hìnhthànhcác điểmchảydẻogiai đoạnđào1 62

Hình3.11Sự hìnhthànhcácđiểmchảydẻogiaiđoạnđào2 62

Hình3.12Sự hìnhthànhcác điểmchảydẻogiai đoạnđào3 63

Hình3.13 Chuyểnvịnganglớn nhấtcủatườngchắnkhităngchiềusâuchôntường6 4 Hình3.14 Quanhệ chuyểnvịnganglớn nhấtcủatườngchắn vàtỷlệHp/He 65

Hình3.15TrườnghợpHp=11m 66

Hình3.16Trường hợpHp=13m 66

Hình3.17T r ư ờ n g h ợ p Hp=15m 67

Hình3.18Trường hợpHp=17m 67

Hình3.19Trường hợpHp=19m 68

Hình3.20Trường hợpHp=23m 68

Hình3.21Trường hợpHp=26m 69

Hình3.22Trường hợpHp=32,5m 69

Hình3.23Chuyểnvịnganglớnnhấtđốivớitừngloại tườngchắn 72

Hình3.24Quanhệgiữa EI/EIovàchuyểnvịtường chắn 73

Hình3.25Biểuđồcácđiểmchảydẻo(tường chắnFSPIV) 73

Hình3.26Biểuđồcácđiểmchảydẻo (tườngchắn SW500A) 74

Hình3.27Biểuđồcácđiểmchảydẻo (tườngchắnBarretteD1200) 74

Hình4.1.Mặtcắt điểnhìnhcủacáchốđàophântích 76

Hình4.2Môhình Plaxis cho trườnghợpHe=8m,He=9m 77

Hình4.3MôhìnhPlaxischo trườnghợpHe=11m 77

Hình4.4 Chuyểnvịnganglớnnhấtcủatường chắnkhităngchiều sâuhố móng 79

Hình4.5 Quanhệchuyểnvịngang lớnnhấtcủatườngcừvàchiềusâuhố móng 80

Hình4.6TrườnghợpHe=6,5m 81

Hình4.7Trường hợpHe=7,0m 81

Hình4.8Trường hợpHe=8,0m 82

Hình4.9Trường hợpHe=9,0m 82

Hình4.10Trường hợpHe=11,0m 83

Bảng3.1:Bảngtổnghợpchỉtiêu cơlýcáclớpđất 51

Bảng3.1:Bảngtổnghợpchỉtiêu cơlýcáclớpđất( t i ế p ) 52

Bảng3.2Thôngsốđất nền 56

Bảng3.3Thôngsốtườngcừ 58

Bảng3.4Thôngsốthanhchống 59

Bảng3.5ThôngsốtườngcừthépFSP 71

Bảng3.6Thôngsốtườngcừ vánbêtôngcốtthépSW 71

Bảng3.7ThôngsốtườngcừcọcbarretteB25 71

Bảng4.1Trìnhtựthi côngứngvớicáctrường hợpchiềusâuhốmóngkhácnhau 78

MỞĐẦU

1 Tínhcấpthiết của đềtài

Trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hoá của nước ta ngày càng nhanh, quỹ đấtđôthịnóichungvàcủacácđôthịlớnnóiriêngđãgầncạnkiệt,cáckhônggianxanh,khônggiancôngcộngngàymộtthuhẹp đòihỏiphảitậndụngcảchiềucaolẫnchiềusâucủakhônggianđôthị.Tiếtkiệmđấtđaitrongkhaitháctàinguyênkhônggianngầmđôthị,bố trí hợp lý các công trình ngầm sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển vànâng cao chấtlượng sống của đô thị Sự xuất hiện của các Trung tâm thương mại ngầm quy

mô lớnhoặc các dự án Bãi đỗ xe ngầm kết hợp dịch vụ cho thấy nhu cầu xã hội rất lớn.Khaithác và sử dụng không gian ngầm cho phát triển, chỉnh trang đô thị tại Việt Namnhưmộtnguồntàinguyên khônggianrộnglớnlàxuhướngtấtyếu

Tại các đô thị lớn như Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng… thì các công trình có thiếtkếcao tầng đều gắn liền với thiết kế tầng hầm nhằm tận dụng triệt để quỹ đất đô thị.Sốtầng hầmđượcthiếtkếphổbiếnnhấtlàtừ2-3tầng,cónhiều côngtrìnhphứchợpcó3

- 6 tầng hầm với diện tích lớn như: Tòa nhà Kumho Asiana Plaza, Trung tâmthươngmại, văn phòng, căn hộ cho thuê và bãi đậu xe ngầm tại số 70 Lê Thánh Tônvà

phầnngầmcôngviênChiLăng;Caoốcvănphòng,trungtâmthươngmạivàcănhộchothuêtạisố34TônĐứcThắng;KhuphứchợpEden…

Thành phố Sóc Trăng là một đô thị còn non trẻ, quỹ đất xây dựng công trình trong nộiôthành phố tuy còn nhiều nhưng việc đầu tư xây dựng các công trình nhà cao tầngkếthợp tầng hầm tại khu vực trung tâm thành phố đang dần trở nên phổ biến Với

cáccôngtrìnhnhàcaotầng,đặcbiệtkhicótầnghầmtrongđiềukiệnđịachấtthủyvăntrênđịabàntỉnhlàđất yếubảohòanướcthìviệcnghiêncứutínhtoán ổn định của hố đào sâu cần phải được quan tâm, nghiên cứu đúng mứcnhằm đảmbảochocôngtrìnhchủthểvàcáccôngtrìnhlâncận đượcổnđịnh,tránhđượccácsựcốđáng tiếcxảy ra trong quá trình thi công xây dựng cũng như khi đưa vào khai thác sửdụnglâudài

Thi công hố đào sâu làm thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng trong đất nềnxungquanh khu vực hố đào và có thể làm thay đổi mực nước ngầm dẫn đến nền đất bịdịchchuyển Các giải pháp chống đỡ thành hố đào thường được áp dụng là: tường cừthép,tường cừ cọc xi măng đất, tường cừ barrette Yêu cầu chung của tường cừ là phảiđảmbảovềcườngđộcũngnhưđộổnđịnhdướitácdụngcủaáplựcđấtvàcácloạitảitrọng.Bên cạnh đó thìviệc hạn chế và đảm bảo chuyển vị của tường cừ trong mức cho phéplàhếtsứcquantrọng.

Vì vậy mà việc nghiên cứu chuyển vị của tường cũng như các yếu tố ảnh hưởngđếnchuyển vị của tường hố đào sâu trong công trình là rất cần thiết và cấp bách nhằmdựbáochínhxácsựlàmviệccủatườngtừđóđềxuấtbiệnpháphợplý,đảmbảoantoànkĩthuậtvàtínhkinhtế.Đâycũngchínhlàtínhcấpthiếtcủađềtàinghiêncứu

3 Cáchtiếpcận

- Nghiêncứucáclýthuyết vềchuyểnvịcủatườnghốđàosâu

- Thuthậpcácthôngtinvềhiệntrạng,tàiliệuđịahình,địachất,tàiliệuthiếtkếcôngtrìnhVietinbankchinhánhSócTrăng

- SửdụngphầnmềmPlaxis2Dđểphântích,tínhtoánchuyểnvị,biếndạngcủatườngchắntrongquátrìnhthicôngđàođất

4 Đốitượngvàphươngphápnghiêncứu

- Sử dụng các thông tin về hiện trạng, tài liệu địa hình, địa chất, tài liệu thiết kếcôngtrình Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng làm công trình nghiên cứu và lập mô hìnhmôphỏng

- Phươngphápkếthừa:Tổnghợpvàápdụngcáclýthuyếtđãcóliênquanđếnvấnđềchuyểnvịtườngtronghốđàosâu.

- Phươngphápphântích:SửdụngphầnmềmPlaxis2Dphântích,tínhtoánđểđánhgiácácyếutốảnhhưởngđến chuyểnvịthựctếcủatường

5 Kếtquảđạtđược

- Nắmvữngkiếnthứcvềchuyểnvịcủatườnghốđàokhithicôngtrongđiềukiệnđấtyếu

- Đánh giá cơ bản ảnh hường của chiều sâu chôn tường, tiết diện tường và chiều sâu hốđàođếnchuyểnvịcủatườnghốđào

Việc xây dựng các công trình nói trên theo xu thế hiện nay đã dẫn đến xuất hiệnhàngloạtkiểuhốmóngsâukhácnhau,màđểthựchiệnchúng,ngườithiếtkếvàthicôngcầncó nhữngbiện pháp chắn giữ để bảo vệ thành vách hố và công nghệ đào thích hợp vềmặt kỹ thuật - kinh tế cũng như an toàn

vệ môi trường và không ảnh hưởng xấu đếncôngtrình lân cận đã xâydựng trước đó.Nhữngloạicôngtrìnhxâydựnghạtầngcơsởđôthịthườnggặphốhoặchàođàosâutừđơngiảnđếnphứctạpnhư:

- Hệthốngcấpnước;

- Hệthống bểchứavàxửlýnướcthải;

- Ốnggópkỹthuậtchung(collector,trongđóđặtcácđườngốngcấpnước,khíđốt,điệnđộnglực,cápthôngtin…;

Hình 1.1 Kênh xả ngầm ngoài khu vực đô thị G-cans thành phố

Kasukabe,ngoạiôTokyo,NhậtBản.Đâylàmộttrongnhữnghệthốngthoátnướcnổitiếngnhất

đồngthời làhệthốngthoátlũngầmlớn nhấtthếgiới

- Nútvượtngầmchongườiđibộhoặcphươngtiệngiaothôngnhẹ(kếthợpcáckiốt,thươ

ng mại,dịchvụ…);Bãiđậuxe,garaôtô, khohàng,…

- Gavàđường tàuđiện ngầm,đường ôtôcao tốc;

Hình 1.2 Ga Novoslobodskaya nằm trong hệ thống tàu điện ngầm hiện đại ở

Moscow,LiênBangNga, lầnđầutiênđivàohoạtđộng năm1952

- Vănphònggiaodịch, cunghộinghị,khutriểnlãm,trungtâmthương mại…;

Hình1.3 RESO- Khuphứchợpngầmlớnnhấtthếgiới,thànhphốMontreal, Canada

- Côngtrìnhphòngvệdânsự;

Trongthếgiớihiệnđạicôngtrìnhngầmkhôngchỉđểgiảiquyếtcácvấnđề“nóng”trongphát triển đô thị mà cònphát triển thành những trung tâm văn hóa, thương mại, đạt tớitrình độ đỉnh cao của nghệ thuật kiến trúc và chứađựng những nét đặc trưng của cácthành phố như: Khu phức hợp ngầm lớn nhất thế giớiRESO tại thành phố Montreal,bang Quebec, Canada, hệ thống tàu điện ngầm ởMoscow, London, Paris, Tokyo, hệthốngcốngngầmthoátnướccácthànhphốlớn,…

TạiViệtNam,cáccôngtrìnhcótầnghầmcũngbắtđầuxuấthiệntừnhữngnămđầucủathập niên 90, đặc biệtphát triển trong hơn 10 năm trở lại đây nhất là ở các đô thịlớnnhưthànhphốHàNộivàthànhphốHồChíMinh.Tuynhiên,việckhaitháckhônggianngầm cho mụcđích xây dựng, cải tạo và phát triển đô thị ở nước ta mới chỉ dừng lạiởnhữngkhônggianđơnlẻ(dướicáckhốinhàcaotầngcủacáckhuđôthị),hoặcchủyếuphục vụ nhu cầugiao thông như hầm đường bộ, hầm để xe tại các trung tâm thươngmại…

Hình 1.4 Đường hầm Thủ Thiêm, thành phố Hồ Chí Minh, hầm vượt sông lớnnhấtĐông Nam Á, khánh thành 11/2011 Hầm có tổng chiều dài 1.490m, trong đóhầm dìmbaogồm4đốthầmcótổngchiềudài370m,hầmgiaothônghộpđôirộng33,3m

Hình1.5HầmB2, khu vựcđểxemáycánbộviênchứccủatòanhàTrungtâmhànhchínhĐàNẵng

1.1.2 Đặcđiểm

Côngtrìnhhố móngluônluônchịuhệáplựcvàtácđộngxungquanhnhưáplựcđấtdotrọng lượng bản thâncộng với ảnh hưởng của các công trình lân cận; áp lực nướctĩnhvàđộngphụthuộcvàodaođộngmựcnướcngầm;cácsóngứngsuấtdocácphươngtiệngiao thông gây ra.Công trình hố móng bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽvớinhaunhưchắnđất,chốnggiữ,ngănnước,hạmựcnước,đàođất trongđó,mộtkhâunàođóthấtbạisẽdẫnđếncảcôngtrìnhbịđổvỡ

Hình1.6CôngtrìnhhốmóngCông trình hố móng có liên quan với tính địa phương, điều kiện địa chất của mỗivùngkhác nhau thì đặc điểm cũng khác nhau Đào hố móng trong điều kiện đất yếu,mựcnước ngầm cao và các điều kiện hiện trường phức tạp rất dễ sinh ra trượt lỡ khốiđất,mất ổn định hố móng, gây ra hiện tượng bùn trồi đáy hố móng, gây hư hỏng côngtrìnhxâydựngvàcáccôngtrìnhlâncận

Vềranhgiớiphânbiệtgiữahốmóngnôngvàhốđàosâukhôngcóquyđịnhrõrệt,trongthựctếđốivớicáchốmóngtừ6mtrởlênđượcxemlàhốđàosâuhoặcnhữnghốmóngcó độ sâu không quá 6m nhưng địa chất và môi

phứctạpthìcũngđượcứngxửnhưlàhốđàosâu.Hiệnnay,vớiviệcxâydựngngàycàngtăngcáccôngtrìnhnhàcaotầngcókhaitháckhônggianngầmởcácthànhphốlớn,công

trình hố móng đang phát triển theo xu hướng có độ sâu lớn hơn, diện tích rộng hơnnênvấn đề đảm bảo ổn định và an toàn thi công đào sâu luôn là bài toán khó, cần phải tuânthủ nghiêm ngặt trong suốt quá trình triển khai dự án từ

kếđếnviệctriểnkhaithicônghốđàosâukếthợpvớicôngtácquantrắcthựctếngoàihiệntrường

1.2 Nguyêntắcthiếtkếvàphânloạikếtcấuchắngiữ

Ranh giới phân biệt giữa hố móng nông và hố móng sâu không có quy định rõ rệt,cóquanniệmcholàkhôngquá5mcoilàhốmóngsâu,còntrongthựctếthịtrườnglấy6mlàm ranh giới hốmóng nông và hố móng sâu là tương đối phù hợp Có khi độ sâu hốmóng ít hơn 5m nhưng phải đào trong đất cóđiều kiện địa chất công trình và địa chấtthủyvănphứctạpcũngphảiứngxửnhưđốivớihốmóngsâu

Cuốn sách này chủ yếu giới thiệu về thiết kế và thi công hệ kết cấu chắn giữ tronghốmóng sâu, bao gồm việc thiết kế và thi công hệ thống kết cấu tường (cọc) quây giữcóchịuáplựccủanướcđất,chắngiữa(hoặcthanhneođất),trụvớithanhcài,màngchốngthấm…

1.2.1 Nguyêntắcthiết kế

Nguyêntắc thiếtkếkết cấuchắngiữlà:

1/ An toàn tin cậy: Đáp ứng yêu cầu về cường độ bản thân, tính ổn định và và sựbiếndạngkếtcấuchắngiữ, đảmbảoantoànchocôngtrìnhởxungquanh;

2/Tínhhợplívềkinhtế:Dướitiềnđềlàbảođảm antoàn,tincậychokếtcấuchắngiữ,phải xác định phương

án có hiệu quả kinh tế kỹ thuật rõ ràng trên cơ sở tổng hợp cácmặtthờigian,vậtliệu,thiếtbị,nhâncôngvàbảovệmôitrườngxungquanh;

3/ Thuận lợi và bảo đảm thời gian cho thi công, trên nguyên tắc an toàn tin cậy vàkinhtếhợplí,đáptốiđanhữngđiềuthuậnlợichothicông(nhưbốtríchắngiữhợplí,thuậntiệnchoviệcđào đất),rútngắnthờigianthicông

Kếtcấugiữthườngchỉcótínhtạmthời,khimóngthicôngxonglàhếttácdụng.Mộtsốvậtliệulàmkếtcấuchắngiữcóthểđượcsửdụnglại,nhưcọcbảnthépvànhữngphương

tiện chắn giữ theo kiểu công cụ Nhưng cũng có một số kết cấu chắn giữ được chônlâudài ở trong đất cọc tấm bằng bêtông cốt thép, cọc nhồi, cọc trộn xi măng đất và tườngliên tục trong đất Cũng có cả loạitrong khi thi công móng thì làm kết cấu chắn giữ hốmóng, thi công xong sẽ trở thànhmột bộ phận của kết cấu vĩnh cửu, làm thànhtườngngoàicácphòngngầmkiểuphứchợpnhư tườngliêntục trongđất.

1.2.2 Đặcđiểmthiếtkế

Đặcđiểmcủacôngtácthiếtkếcôngtrìnhchăn giữ hố móng là:

1/ Tính không xác định của ngoại lực: Ngoại lực tác dụng lên các kết cấu chắn giữ(ápdụngchủđộngvàbịđộngcủađấtvàáplựcnước)sẽthayđổitheođiềukiệnmôitrường,phươngphápthicôngvàgiaiđoạnthicông;

2/ Tính không xác định của biến dạng, khống chế biển dạng điều quan trọng trongthiếtkếkếtcấuchắngiữnhưnglạicónhiềunhânsốảnhhưởngđếnlượngbiếndạngnàynhưlà:Độcứngcủatườngvây,cáchbốtríhệchống(hoặcneo)vàđặctínhmangtảicủacấukiện,tínhchấtđấtnền,sựthayđổicủamứcnướcdướiđất,chấtlượngthicông,trìnhđộquảnlíngoàihiệntrường…

3/ Tính chất không xác định của đất; tính chất không đồng nhất của đất nền (hoặccủalớp đất) và chúng cũng không phải là số không đổi, hơn nữa lại có những phươngphápxácđịnhkhácnhau(nhưcắtkhôngcóthoátnước…)tùytheo mẫulấy ởnhữngvịtrívàgiai đoạn thicông không giống nhau của hố móng, tính chất đất cũng thay đổi, sự tácdụng của đất nền lên kết cấu chắn giữ hoặclực chắn giữ của nó cũng theo đó mà thayđổi;

4/

Nhữngnhântốngẫunhiêngâyrasựthayđổi,nhữngngàythayđổingoàiýmuốncủasựphânbốáplựcđấttrênhiệntrườngthicông,sựkhôngnắmvữngnhữngchướngngạivật trong lòng đât (ví dụ tuyến đường ống đã cũ

đềucóảnhhưởngđếnviệcthicôngvàsửdụnghốđàosâumộtcáchbìnhthường

Donhữngnhântốkhóxácđịnhchínhxácnóitrênnêumộtxuhướngmớitrongthiếtkếhốđàotheolíthuyếtphântíchđộrủiro(MalcolmPuller,1996)

Casagrandenhấnmạnhrằngcácrủirođượctổngkếttừnhiềudựán,sựtồntạicủachúngphải được thừa nhận, vàđang từng bước sử dụng để diễn tả một sự cân bằng giữatínhkinhtếvàsựantoàn;cácrủironàyphảiđượcxemxétmộtcáchcóhệthốngCasagrandeđịnhnghĩa“rủirotínhtoán”gồmhaithànhphần:

a) Nếuxácsuấtpháhoạitươngđốilớn(0,05hoặchơn)dướitảitrọngthiếtkếchophép,rủironàycóthểđược đánhgiá(bằnglíthuyếtđộtincậy)vớiđộchínhxácđủđểtạoracác quyết định Trạng thái này chỉ được

áp dụng khi quan tâm tới tổn thất về kinh tế vàkhôngantoàn

b) Nếuxácsuấtpháhoạirấtnhỏ(nhỏhơn0,001)dướitảitrọngthiếtkếchophép,rủironày không thể đánhgiá được bằng phân tích Mặc dù vậy, việc tạo ra một giá trị thôngthường của xác suất phá hoại có thể được trợgiúp nhiều từ các biểu biết về rủi ro vànhữnggìtốtnhấtcóthểlàmđểgiảmthiểuchúng.Việcthiếtkếnhiềudựánvềhốđàosâuphảinằmtrongdạngthứchaikhichấpnhậnxácsuấtpháhoạiphảirấtnhỏbởicácrủirotrongđờisống.Whitmanđãminhhọatrongcácloại báo của ống các ứng dụng lí thuyết độ tin cậy

vàcáclỗingẫunhiênkhiđánhgiácácrủirotrongổnđịnhmáidốc,cácyếutốantoàntrongphân tích rủi ro của sự hóalỏng và việc sử dụng kĩ thuật phân tích hệ thống đểđịnhlượngrủirotrongmộtsốdựán.Cácvídụvềđánhgiárủirođãđượctiếnhànhchomột

dự án xây dựng công nghiệp để cho khả năng hóa lỏng tiềm ẩn của cát và cho việcthicôngđậpđất.

Hoeg và Muraka đã xem việc thiết kế thông thường một tường chắn trọng lực đơngiảnvà tiến hành một phần tích thống kê về tường cho thiết kế Đối với các đặc tính của đấtvà chiều cao lớp đất lấp, thiết kế này đã sử dụng các hệ

Hoeg và Muraka sau đó đã thiết kế lại tường trọng lực này sử dụng phương phápxácsuất, tính giá thành ban đầu, giá thành thi công, giá thành thiệt hại và xác suất pháhoạidolật,quasứcchịutảivàtrượt,đểxácđịnhtổnggiáthànhcầnthiết.Thiếtkếtốiưunàylàhệthốngvớitổnggiáthànhcânthiếtlànhỏnhất

Dự định chủ yếu của Whitman Hoeg, Muraka là cung cấp một mô hình cho việc thiếtkếtheo xác suất bằng các phương pháp tương tự, cho các kết cấu phức tạp hơn nhưcáctường có giăng và neo, mặc dù có tính lôgic trong lập luận của họ nhưng chỉ có một íttrường hợp cho thấy nhữngphương pháp như vậy chỉ có thể được tiến hành khi ngườithiếtkếchấpnhận

- Ưu điểm của phương pháp này là chất lượng vật liệu của cọc bản tin cậy, đây làphươngpháp cổ điển nhất, thi công nhanh, khả năng ngăn nước tương đối tốt nhưng độcứngtườngkhônglớnnênlượngthanhchốnglớn,khônggian đàođấtchậthẹp

- Nhược điểm của phương pháp này là gây ra tiếng ồn thi công lớn, chấn độngmạnh,xáo động nền đất nhiều, khi thi công sinh ra biến dạng lớn, các công trình xâydựngxungquanhvàcácđườngốngngầmdễbịlúnvàchuyểnvịmạnh.Loạinàysửdụngchocáchốđàocó độ sâutừ 3mđến10m

1.2.3.2 Tườngvâyhốđàobằngcọcximăngđấttrộnởtầng sâu:

Dùngmáykhoankhoanvàođấtvớiđườngkínhvàchiềusâulổkhoantheothiếtkế,đấttrong quá trìnhkhoan được trộn cưỡng chế với ximăng thành các dãy cọc ximăng đất,sau khi đóng rắn lại sẽ thành tường chắndạng bản liền khối, có khả năng chống thấmvà ổn định cho hố đào, thi công được trongđiều kiện ngập sâu trong nước, hiện trườngchật hẹp Loại tường vây này thích hợp với các loại đất từ cát thô cho đếnbùn yếu, sửdụngchocáchốđàocóđộsâutừ3mđến10m

1.2.3.3 Tườngvâyhốđàobằngcọcbảnbêtôngcốtthép:

Đây là dạng đặc biệt của tường chắn, được dùng để bảo vệ các công trình vensông,chống xói ngầm rất hiệu quả, cường độ chịu lực tốt, giá thành rẻ Mặt cắt tiết diệncódạngsóng,dạngphẳng,dạngmặtphẳng/mặtlõm;chiềudàicọctừ6mđến21m,bềrộngcác loại cọc cốđịnh 0,996m Phương pháp thi công bằng búa rung kết hợp xói nước.Sau khi hạ cừ xong, bên trên đỉnh cọc đổdầm vòng bê tông cốt thép và đặt một dãy hệthanhchốnghoặcthanhneo

- Ưuđiểmcủacọcbảnbêtôngcốtthép:Độcứngchốnguốnlớn;Độdịchchuyểnnhỏởđầu cọc; Không bị

ăn mòn nhanh; Có thể được dùng như một kết cấu vĩnh viễn; Dochiều rộng cọc bản bêtông cốt thép đến gần1m nên giảm thời gian hạ cọc; Dùng thiếtbị thông dụng để hạ cọc (rung ép có đóngcọc khi kết hợp xói nước); Sử dụng vật liệuhàn, trám bằng clorua nhựa vinyl nên cọcbản bê tông cốt thép có thể làm màng ngănnước;

- Nhược điểm của cọc bản bê tông cốt thép ứng suất trước: Nâng, vận chuyển cẩnthậnhơn để tránh hư hỏng; chiều dài hạn chế, không có khả năng nối dài; khả năng sửdụnglại có thể rất thấp do bị hỏng lúc nhổ; Độ dày lớn nên chi phí đóng cọc bản bê tông cốtthép gấp 1,8 đến 2,2 lần so với cọc ván thép (kinhnghiệm Nhật Bản) và không thíchhợpkhilàmhốmóngtrongxâychendochuyểnvịngang đấtnềnlớn

1.2.3.4 Tườngvâyhốđàobằngcọc khoan nhồi:

Hình1.10Tườngvâyhốđàobằngcọckhoan nhồi

1.2.3.5 TườngvâyDiaphragm wall,cọcbarrette(tườngliên tụctrongđất):

Tiết diện tường có dạng hình chữ nhật, sau khi được tạo thành hào bằng gầu ngoạmthìlồng thép được hạ xuống để đổ bê tông; kết cấu bê tông cốt thép này được sử dụng đểlàm tường vây hố đào và kết hợplàm tường tầng hầm để sử dụng sau này Loại tườngvây này có giá thành cao, thíchhợp với điều kiện địa hình thi công khó khăn,xungquanhcónhiềucôngtrìnhxâychen,sửdụngchocáchốđàocóđộsâutừ 10mtrở lên

1.2.3.6 Giếngchìmvàgiếngchìmhơiép,trên mặtđấthoặctronghốđàonôngcónền

Được chuẩn bị đặc biệt ta làm tường vây của công trình để hở phía trên và phíadưới,phíabêntrongcôngtrình(tronglòngcủagiếng)đặtcácmáyđàođất,phíabênngoàithìcó cần trục

để chuyển đất đào được ra khỏi giếng Cũng có thể đào đất bằng phươngpháp thủy lực Dưới tác dụng của lực trọng

giếng)côngtrìnhsẽhạsâuvàođất.Đểgiảmlựcmasátởmặtngoàigiếng

cóthểdùngphươngphápxóithủylực,làmlớpvừasétquanhmặtngoàimặtgiếngvàđất,sơnlênmặtngoàilớpsơnchốngmasátv.v…

Saukhigiếngđãhạđếnđộsâuthiếtkếsẽthi

côngbịtđáyvàlàmcáckếtcấubêntrongtừdướilêntrên:Cột,sàn,móng,thiếtbị,bunkev.v…Giếngchìmhơiép:Trênmặtđấtlàmmộthộpkínvớinắplàsàngiếngvàđáydướinằmsátphầnđàocủachângiếng,trongđócólắpốnglênxuốngvàthiếtbịđiềuchỉnhápsuấtkhông khí: bên cạnh có trạm khí nén và máy bơm

lênmặtđấtquaốnglênxuốngvàthiếtbịđiềuchỉnhápsuấtkhôngkhínóitrên.Trongkhônggiancôngtáccủagiếngchìmhơiépđuoẹcbơmkhínéntớiáplựcbằngáplựcthủytinhvà nhờ vậy mà công tác đào đất đã khô ráo

côngtiếpphầnkếtcấunằmphíatrênhộpkínnóitrên.Phươngphápgiếngchìmhơiépthường

dùng trong đất yếu có mực nước ngầm cao, dòng chảy mạnh, ở những nơi ngậpnước,tứclàtrongnhữngtrườnghợpviệcthoátnướclàkhókhăn vàkhônghợplívềmặtkinhtế,vàchỉở độsâu30-35mvìkhôngthểcôngtácởáp suất0-3,5atm.

1.3.Kếtluận

Quá trình xây dựng và phát triển đô thị trên thế giới đều quan tâm đến sử dụngkhônggian ngầm Việc khai thác, sử dụng không gian ngầm và xây dựng công trìnhngầm lànhu cầu thực tế của của các đô thị ở nước ta trong thời gian tới Việc khai tháckhônggian ngầm sẽ nâng cao hiệu quả sử dụng mặt đất, năng lực cơ sở hạ tầng, giữ gìncảnhquanlịchsửvănhóa,tăngdiệntíchxanh,cảithiệnsinh tháiđôthị…

Côngtrìnhngầmtrongđôthịcórấtnhiềuloại, cáccôngnghệthicôngnócũngđadạngvà phức tạp Việcthiết kế thi công hố đào sâu của công trình ngầm dựa theo nhiềuphươngthức,phươngpháptínhtoánkhácnhau

Trong Chương 1, tác giả đã trình bày một cách khái quát về hố đào sâu của côngtrìnhngầm trong đô thị Thông qua đó giúp chúng ta có một cái nhìn tổng quát côngtrìnhngầm; tình hình xây dựng và phát triển hố đào sâu của công trình ngầm ở nước tacũngnhư trên thế giới; nắm bắt được đặc điểm về hố đào sâu và các vấn đề thường gặpphảikhithicônghốđàosâuđểtừđóchúngtacónhữngnghiêncứu,tínhtoán,đưaranhữnggiải pháp thi công

hố đào sâu công trình ngầm đạt hiệu quả cao nhất cũng như hạnchếthấpnhấtnhữngrủirocóthểxảyratrongquátrìnhthicông

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO

Về mặt toán học, phương pháp phần tử hữu hạn (PPPTHH) được sử dụng để giảigầnđúng bài toán phương trình vi phân từng phần (PTVPTP) và phương trình tíchphân, vídụ như phương trình truyền nhiệt Lời giải gần đúng được đưa ra dựa trên việc loại bỏphương trình vi phân mộtcách hoàn toàn (những vấn đề về trạng thái ổn định), hoặcchuyển PTVPTP sang mộtphương trình vi phân thường tương đương mà sau đóđượcgiảibằngcáchsửdụngphươngpháp saiphânhữuhạn,vânvân

PPPTHHkhôngtìmdạngxấpxỉcủahàmtrêntoànmiềnxácđịnhVcủanómàchỉtrongnhững miền con Ve(phần tử) thuộc miền xác định của hàm.Trong PPPTHH miềnVđượcchiathànhmộtsốhữuhạncácmiềncon,gọilàphầntử.Cácmiềnnàyliênkếtvớinhau tại các điểmđịnh trước trên biên của phần tử được gọi là nút Các hàm xấp xỉ nàyđược biểu diễn qua các giá trị của hàm (hoặc giá trị của đạo hàm) tại các điểm

củaphầntửvàđượcxemlàẩnsốcầntìmcủabàitoán

Trong việc giải phương trình vi phân thường, thách thức đầu tiên là tạo ra mộtphươngtrình xấp xỉ với phương trình cần được nghiên cứu, nhưng đó là ổn định sốhọc(numerically stable), nghĩa là những lỗi trong việc nhập dữ liệu và tính toán trunggiankhôngchồngchấtvàlàmchokếtquảxuấtraxuấtratrởnênvônghĩa.Córấtnhiềucáchđểlàmviệcnày,tấtcảđềucónhữngưuđiểmvànhượcđiểm.PPPTHHlàsựlựachọn

tốt cho việc giải phương trình vi phân từng phần trên những miền phức tạp (giốngnhưnhững chiếc xe và những đường ống dẫn dầu) hoặc khi những yêu cầu về độ chínhxácthayđổitrongtoànmiền.Vídụ,trongviệcmôphỏngthờitiếttrênTráiĐất,việcdựbáochính xác thời tiếttrên đất liền quan trọng hơn là dự báo thời tiết cho vùng biển rộng,điềunàycóthểthựchiệnđượcbằngviệcsửdụngphươngphápphầntửhữuhạn.

2.1.1 Ứngdụng

PhươngphápPhầntửhữuhạnthườngđượcdùngtrongcácbàitoánCơhọc(cơhọckếtcấu,cơhọcmôitrường liêntục)để xácđịnhtrườngứngsuấtvàbiến dạngcủavật thể

Ngoài ra, phương pháp phần tử hữu hạn cũng được dùng trong vật lý học để giảicácphương trình sóng, như trong vật lý plasma, các bài toán về truyền nhiệt, động lựchọcchấtlỏng, trườngđiệntừ

2.1.2 Lịchsử

Phương pháp phần tử hữu hạn được bắt nguồn từ những yêu cầu giải các bài toánphứctạp về lý thuyết đàn hồi, phân tích kết cấu trong xây dựng và kỹ thuật hàng không Nóđược bắt đầu phát triển bởiAlexander Hrennikoff (1941) và Richard Courant (1942).Mặc dù hướng tiếp cận củanhững người đi tiên phong là khác nhau nhưng họ đều cómột quan điểm chung, đó làchia những miền liên tục thành những miền con rời rạc.Hrennikoff rời rạc những miềnliên tục bằng cách sử dụng lưới tương tự, trong khiCourant chia những miền liên tụcthành những miền có hình tam giác cho cách giải thứhai của phương trình vi phân từng phần elliptic, xuất hiện

từ các bài toán về xoắn củaphần tử thanh hình trụ Sự đóng góp của Courant là phát triển, thu hút

kĩthuật,ví dụnhưđiệntừhọcvà độnglựchọcchấtlỏng

SựpháttriểncủaPPPTHHtrongcơhọckếtcấuđặtcơsởchonguyênlýnănglượng,vídụ như: nguyên lýcông khả dĩ, PPPTHH cung cấp một cơ sở tổng quát mang tính trựcquantheoquyluậttựnhiên,đólàmộtyêucầulớnđốivớinhữngkỹsư kếtcấu

2.1.3 SosánhPPPTHHvớiphươngpháp saiphânhữuhạn(PPSPHH)

PPSPHH là một phương pháp khác để giải phương trình vi phân từng phần SựkhácnhaugiữaPPPTHHvàPPSPHHlà:

 ĐiểmđặctrưngnhấtcủaPPPTHHlànócókhảnăngápdụngchonhữngbàitoánhình học và nhữngbài toán biên phức tạp với mối quan hệ rời rạc Trong khi đó PPSPHHvề căn bản chỉ áp dụng được trong dạng hình chữ

 Có những lập luận để lưu ý đến cơ sở toán học của việc xấp xỉ phần tử hữuhạntrởlênđúngđắnhơn,vídụ,bởivìtrongPPSPHHđặcđiểmcủaviệcxấpxỉnhữngđiểmlướicònhạnchế

 Kết quả của việc xấp xỉ bằng PPPTHH thường chính xác hơn PPSPHH,nhưngđiềunàycònphụthuộcvàonhiềuvấnđềkhácvàmộtsốtrườnghợpđãchokếtquảtráingược.Nóichung,PPPTHHlàmộtphươngphápthíchhợpđểphântíchcácbàitoánvềkếtcấu

(giảicácbàitoánvềbiếndạngvàứngsuấtcủavậtthểdạngkhốihoặcđộnglựchọckếtcấu),trongkhiđóphươngpháptínhtrongđộnglựchọcchấtlỏngcókhuynhhướngsử

dụng PPSPHH hoặc những phương pháp khác (như phương pháp khối lượng hữuhạn).Những bài toán của động lực học chất lỏng thường yêu cầu phải rời rạc hóa bài toánthành một số lượng lớn những

“ô vuông” hoặc những điểm lưới (hàng triệu hoặchơn),vìvậymànóđòihỏicáchgiảiphảiđơngiảnhơnđểxấpxỉcác“ôvuông”.Điềunàyđặcbiệtđúngchocácbàitoánvềdòngchảyngoài,giốngnhưdòngkhôngkhíbaoquanhxehơihoặcmáybay,hoặcviệcmôphỏngthờitiếtởmộtvùngrộnglớn

Córấtnhiềubộphầnmềmvềphươngphápphầntửhữuhạn,một

sốmiễnphívàmộtsốđượcbánphổbiếnnhấtlàPlaxis,GeoSlope,

2.2 Ápdụngphươngphápphầntửhữuhạntrongphântíchchuyểnvịtườngchắnhốđào(Pla xis2D)

Hình2.1Cửasổthiết lậpthôngsốcơbảncủamôhìnhMột mô hình đối xứng trục được sử dụng cho những cấu trúc vòng tròn với một(nhiềuhoặcíthơn)mặtcắtngangđườngkínhđồngdạngvàtảixuyêntâmlênsơđồxungquanhtrục tâm, nơi màtrạng thái biến dạng và trọng âm được giả thiết đồng nhất trong bất kỳphương hướng xuyên tâm nào Chú ý rằng đó cho những vấn đề đối xứngtrục tọa độ Xđại diện bán kính và tọa độ Y tương ứng với đường trục đối xứng Những tọa độ X âmkhông cần được sử dụng.

Sự chọn lựa của biến dạng phẳng hoặc đối xứng trục dẫnđếnmộtmôhìnhphầntửhữuhạnhaikíchthướcvớichỉhaitịnhtiếntựdocủanút(phươngXvàY).Mộtmôhìnhđốixứngtrục3Dđượcsửdụngchonhữngcấutrúcmàvềmặthìnhhọclàđốixứngtrụcvàchịutảitrọngvớitảikhôngđốixứngtrục,nhưtảicọcvàmóngtròn

Sựchọnlựacủađốixứngtrục3Ddẫntớimộtmôhìnhphầntửhữuhạnbakíchthước

với ba tịnh tiến tự do của nút (phương X, Y và Z) Đối xứng trục 3D là sẵn có nhưmộtmô đunriêngbiệt vàcóthểđượcđọctheoyêucầuđặcbiệt.

2.2.2 Nhữngphầntử

Cho một sự phân tích 2 chiều (biến dạng phẳng hoặc đối xứng trục) người dùng cóthểlựa chọn hoặc 6 nút hoặc những phần tử tam giác 15 nút (xem hình 2.2) Hình tamgiác6 nút là phần tử mặc định cho một sự phân tích 2 chiều Nó cung cấp một phép nội suythứ tự thứ hai cho những sự dịch chuyển Ma trận độ

bởiphéplấytíchphânsốsửdụngtổngcủabađiểmGauss(nhữngđiểmứngsuất).Chohìnhtam giác 15 nút loạicủa phép nội suy là bốn và sự lấy tích phân là gồm mười hai điểmứngsuất

Cho một sự phân tích 3 chiều (đối xứng trục 3 chiều) duy nhất một loại phần tử làsẵncó, phần tử nêm 15 nút (xem hình 2.2) Phần tử này đưa cho một phép nội suy thứtựthứhaichonhững sựdịchchuyểnvàsựlấytíchphânlàgồmsáuđiểmứng suất

Hình tam giác 15 nút là một phần tử 2 chiều rất chính xác mà đã được chỉ ra để đemlạinhững kết quả ứng suất chính xác cao cho những vấn đề khó, chẳng hạn trongnhữngtínhtoánsựgãyvụnchonhữngloạiđấtkhôngépđược.Tuynhiên,sửdụngnhữnghìnhtam giác 15nút dẫn tới sử dụng tương đối nhiều bộ nhớ và sự thực hiện tính toán vàthao tác chậm Trong những phiên bảnPlaxis trước đây hình tam giác 15 nút là kiểuphần tử mặc định bởi vì số lượng phần tử

tuynhiên,sốlượngphầntửtrongmộtmắtlướiphầntửhữuhạncóthểcaohơnnhữngphiênbản được cho phéptrước đây Để tránh thời gian tính toán và sự thực hiện chậm,phầntửmặcđịnhbâygiờlàhìnhtamgiác6nút.Kiểuphầntửnàythựchiệntốtchođasốcáckiểutínhtoán.Tuynhiên,sựchínhxáccủanhữngkếtquảtrongđasốcáctrườnghợpsẽthấphơntrongtrườnghợptươngtựkhisử dụngcùngsốlượngcủahìnhtamgiác15 nút

Sự chính xác của hình nêm 15 nút cho sự phân tích 3 chiều là có thể so sánh đượcvớihìnhtamgiác6núttrongmộtsựphântích2chiều.Nhữngkiểuphầntửcaohơnthì

Công dụng của mô hình này là dùng để tính toán cho đất ở miền đàn hồi hay miềndẻo.Nếu đất nằm trong miền đàn hồi dùng lý thuyết đàn hồi Nếu đất trong miền dẻo, dùnglýthuyếtdẻo

Môhìnhđượctínhtoánkhôngliênquanđếndòngchảy(≠ψ))vàkhôngđưavàohệsốthấmđểtínhtoán

MôhìnhMohr-Coulomb(đànhồi dẻo)không ápdụngđểtínhtoánchocáctrườnghợp:

- Đấtnềnhóacứng(về khốilượngthểtích,lựccắt);

- Ứngxửthayđổicủađấtnềnđốivớitrườnghợptảinénnguyênthủyvàtảiđànhồi(dỡtảinénlại)

- Yếutốảnhhưởngvềmặtthờigianchấttải

Khitínhtoántheo mô hìnhMohr-Coulombgồmcó5thôngsố cơbản:

- Môdunđànhồi Eref=E0hoặcEref=E50được xácđịnhtừthí nghiệmnén

Môdunđànhồi(độcứng)cáttuyếnE50ref,MôdunbiếndạngtiếptuyếnEoedref,MôdunđànhồitrongđiềukiệndỡtảivàgiatảilạiEurref,diễntảsựphụthuộc củaứngsuấtvàoMôdunbiếndạng.

o

Eurref-Môdunđànhồitrongđiềukiệndỡtảivàgiatảilại(kN/m2)(mặcđịnhEurref

=3xEr e f)

m-nănglượngtại mứcứngsuấtphụ thuộcvàođộcứng(hệsốlũythừa)

ur- hệ số Poisson trong điều kiện dỡ tải và gia tải lại.pref

-ứngsuấtthamchiếutheođộcứng

KN C-hệsốáplựcngangtrongđiềukiệncốkếtthường

Rf- hệsốpháhoại,Rf =qq𝐹

ad) Môhình SoftSoil:

Là loại mô hình đất sét ( Cam-Clay ) được dùng nhiều trong loại đất mềm như loạicốkếtđấtsétvàthanbùn.Môhìnhđượcthựchiệntốtởtrạngthái nénnguyênthủy

e) Môhìnhtừbiếncủađấtmềm:

Môhìnhdùngđể môphỏngquan hệphụthuộcgiữathờigianvàđất mềm

2.2.3.2 Loạiquan hệvậtliệu

TấtcảcáchệsốtrongPlaxisđạidiệnchosựảnhhưởngcủađấtnhưsựliênhệgiữaứngsuấtvàbiếndạngcủađất.ĐiềuquantrọngcủađấtlàsựcómặtcủanướclổrỗngÁplựcnướclổrỗngtácđộnglớnđếnđất

Để có thể hợp nhất áp lực nước lổ rỗng ở trong đất, Plaxis đưa mỗi mô hình có baquanhệ:

a) Quanhệthoátnước(Drainedbehaviour):

Quan hệ này được sử dụng ngoại trừ tạo ra áp lực nước lổ rỗng Điều này thể hiện rõchotrường hợp đất khô và hoàn toàn thoát nước do khả năng thấm cao như cát vàtốcđộgiatảithấp.Điềunàycũngcóthểdùngmôphỏngquanhệdàihạncủađấtmàkhôngcầnđếnmôhìnhchínhxácvềlịchsửcốkếtvàtảitrọngkhôngthoátnước

b) Quanhệkhôngthoátnước(Undrainedbehaviour):

Quan hệ này được dùng để phát triển toàn bộ áp lực nức lổ rỗng Nước lổ rỗng đôikhibịtắtdoquátrìnhthoátnướcthấp(nhưđấtsét)vàtốcđộgiatảicao.

Tấtcảnhữnglớpkhôngthoátnướccóquanhệthựcsựvớinhau,ngaycảmộtlớphoặcmộtphầncủalớpnằmở vịtríbêntrênđườngmặt nước

Ngoài độ cứng và cường độ của đất, Plaxis tự động thêm vào kích thước độ cứngchonướcvàphânbiệtảnhhưởnggiữaứngsuất vàbiếndạngv à áplựcnướclổrỗng

Plaxis không sử dụng môdun thực tế cao của nước bởi vì điều này dẫn đến tìnhtrạngxấu của ma trận độ cứng và vấn đề toán học Thực tế tổng độ cứng chống lại lựcnéncủacảđấtvànướcdựatheocôngthứctrênhệsốPoissonlà0,495.Kếtquảnàylàmthấpđi

môdunđộlớncủanước

Trongđóá p l ự c n ư ớ c l ổ r ỗ n g t ừ m ộ t l ự c n é n n h ỏ t r o n g m ộ t v à i

p h ầ n t r ă m c ủ a tải trọng sẽ ảnh hưởng đến ứng suất khi đó hệ số Poisson ảnhhưởng nhỏ nhất Đối vớivật liệu không thoát nước lấy nhỏ hơn 0,35 Sử dụng giá trị hệ

số Poisson cao có nghĩalànướcsẽkhôngthíchhợpvớiđộcứngcủađất

c) Quanhệ khôngcónước lổrỗng(Non-porousbehaviour):

Sử dụng mô hình này khi áp lực nước lổ rỗng không vượt quá áp lực trong lớp đó.Ứngdụngnàycóthếthấytrongmôhìnhkếtcấubêtôngvàđá.Quanhệkhôngthoátnướclổrỗng thườngdùng kết hợp với mô hình đàn hồi tuyên tính Khối lượng ướt không thíchhợpvớiloạivậtliệukhôngcólổrỗng

Trong phân tích và tính toán mực nước ngầm trong những lớp không có lổ rỗng cóthểsửdụngđểtránháplựcnướclổrỗngtrongkhuvực.Điềukiệnbiêncủanhữnglớpkhôngcólổrỗnglàhoàntoànkhôngthấmđược

Loại vật liệu không có lổ rỗng cũng có thể áp dụng cho lớp phân cách Để có thểhoàntoàn thành khối tường cọc bản hoặc những kết cấu ở phần trước, xung quanh mặtphângiớicóthểphântáchthànhloạivậtliệukhôngcólổrỗng

2.2.3.3 Dungtrọngkhôvàdungtrọngướt(ɣ dry vàɣ wet )

Dung trọng khô và dung trọng ướt là khối lượng đơn vị của đất kể cả loại vật liệu cólổrỗng Dung trọng khô ɣdryáp dụng trên mực nước ngầm Dung trọng ướt được áp dụngcho tất

cả vật liệu nằm dưới mực nước ngầm Khối lượng riêng nhập vào là khối lượngtrên đơn vịthể tích Những vật liệu không có lổ rỗng chỉ có dung trọng khô Với đất cólổ rỗng dung trọng khô nhỏ hơn dung trọng ướt Ví dụ cát có dung trọngkhô 16 kN/m3vàdungtrọngướt 20kN/m3

Chúýrằngloạiđấtsétkhôngcódungtrọngkhô.Ởtrênmựcnướcngầmđấtcóthểhoàntoànướtdohiệntượngmaodẫn

Ởnhữngvùngphíatrênmựcnướcngầmcóthểcódungtrọngướtcụcbộ.Trongtrườnghợpnàykhôngnênnhậpgiátrịthựccủadungtrọngkhômàthaythếgiátrịlớnhơn.Tuynhiên giá trị áp lực nước lổ rỗng bên trên mựcnước ngầm luôn bằng không Trongtrườnghợpnàykhôngcóứngsuất

Khối lượng được tính bằng tổng hệ số khối lượng trong ứng suất ban đầu hoặcbằngtrọnglượngtảitrọngtrongchươngtrìnhtính

Hệsốthấmlàkíchthướccủavậntốc(chiềudàiđơnvịtrên mộtđơn vịthờgian).Hệsốthấm nhập vào đòihỏi phân tích mức độ cố kết và tính toán mực nước ngầm.Trongtrườnghợpnàyhệsốthấmđặcbiệtcầnthiếtchotấtcảcáclớpgồmhầuhếtcáclớpthấmmà được xem xét

ở phần trước Plaxis phân biệt giữa hệ số thoát nước theo phươngngang kx, and và theo phương đứng ky, khi một

sựkhácnhauđángkểgiữahệsốthấmnướctheophươngđứngvàphươngngang

Trong đất hiện trường thì khác nhau về hệ số thấm giữa nhiều lớp đất là rất lớn.Tuynhiên cần quan tâm khi lấy giá trị hệ số thấm quá cao hoặc quá thấp xảy ra đồngthờitrongphầntửhữuhạndẫnđếnthiếumatrậnkèmtheo.Đểcóthểthuđượckếtquảchínhxácgiátrịhệsốthoátnướclớn nhất vànhỏnhấtkhôngvượtquá105

Đểcóthể môphỏnghầuhếtnhữngloạivậtliệukhôngthấmnước(nhưbêtônghoặcđákhông nứt) khi sửdụng nên nhập vào hệ số thấm ít liên quan đến hệ số thấm thựccủađấtxungquanh.Thôngthườnghệsố100đủchokếtquảthỏamãn.

Hình2.3Cửasổthiết lập thôngsốđấtnềnvàlớpphân giới(Thôngsốđấtnền)

2.2.3.5 Môdunđànhồi (E)

Plaxis dùng môdun đàn hồi như là môdun độ cứng trong mô hình đàn hồi và môhìnhMohr-Coulomb, nhưng một số Môdun độ cúng thay đổi cho tốt hơn Một Môdunđộcứng có khích thước ứng suất Giá trị hệ số độ cứng cho phép trong tính toán đặcbiệtchúýtrongnhiềumôhìnhthểhiệntrongquanhệtuyếntínhkhibắtđầucótảitảitrọng

Trong cơ học đất, độ dốc ban đầu thường được xem là E0và cát tuyến ở 50% cườngđộđược xem là E50(xem hình 2.4) Một số loại đất có hệ số cố kết cao hơn đất sét và mộtsốloại đá với vùng biến dạng đàn hồi lớn thường dùng hệ số E0trong khi cát vàgầnnhữnglớpsétcốkếthôngthườngmộttrong10lớpdùngE50