Phân tích ảnh của hố đào sâu trong đất yếu đến cọc bên trong hố đào

Phân tích mở rộng xem xét ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào trong trường hợp thay đổi chiều dài tường ứng với công trình thực tế .... Việc thi công hố đào trong đất yếu là rất phức tạp,

i

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, chúng em xin chân thành cám ơn ban giám hiệu nhà trường Đại Học Lạc Hồng cùng quý thầy cô khoa kỹ thuật công trình đã tạo điều kiện cho chúng em được nghiên cứu khoa học

Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Lê Trọng Nghĩa, thầy đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình và luôn quan tâm, động viên tinh thần trong thời gian thực hiện bài báo cáo nghiên cứu khoa học này Thầy cùng với các thầy cô trong khoa kỹ thuật công trình đã truyền đạt cho chúng em hiểu được phương pháp tiếp cận và giải quyết một vấn đề một cách khoa học, đây là hành trang quý giá mà chúng em sẽ gìn giữ cho quá trình học tập và làm hành trang cho chúng em sau khi

ra trường đi làm cũng như học cao hơn nữa

Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ chúng em trong thời gian học tập và làm báo cáo nghiên cứu vừa qua

Biên Hòa, ngày 25 tháng 11 năm 2012

Sinh viên

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục hình iv

Damh mục bảng vii

Tóm tắt luận văn ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 1

3 Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Nội dung nghiên cứu 2

Chương 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Sự cố cọc bị nghiêng lệch trong quá trình thi công hố đào sâu 3

1.2 Ảnh hưởng hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào 9

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17

2.1 Phân tích phần tử hữu hạn trong PLAXIS 17

2.1.1 PLAXIS 3D Foundation 17

2.1.2 Môhình 18

2.1.3 Tính toán 18

2.1.4 Xuất kết quả 18

2.2 Tạo mô hình 19

2.3 Chia lưới phần tử 20

2.4 Mô hình ứng xử của đất 22

2.4.1 Mô hình Mohr – Coulumb (MC) 22

2.4.2 Mô hình Hardening Soil (HS) 23

2.5 Đặc trưng vật liệu của tường vây cừ Larsen (Sheet pile wall) 26

2.6 Đặc trưng vật liệu của phần tử dầm (wailing beam) 29

2.7 Đặc trưng vật liệu của phần tử cọc (Pile) 30

2.8 Phần tử lò xo (Spring) 30

iii

Chương 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT

YẾU ĐẾN CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO 31

3.1 Phương pháp tính toán 31

3.2 Phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào ứng với công trình thực tế … 33

3.2.1 Các đặc điểm cơ bản của công trình 33

3.2.2 Các thông số và mô hình vật liệu 37

3.2.2.1 Thông số đất sử dụng trong mô hình 37

3.2.2.2 Thông số tường cừ Larsen 37

3.2.2.3 Thông số thanh chống xiên và giằng đầu cừ Larsen 41

3.2.3 Thông số cọc sử dụng trong mô hình 41

3.2.4 Phụ tải mặt đất 44

3.2.5 Điều kiện mực nước ngầm 44

3.2.6.Phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào ứng với trường hợp thực tế 45

3.2.6.1 Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation 45

3.2.6.2 Kết quả tính toán 47

3.2.7 Phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào trong trường hợp dời dần khối đất đắp ra xa 56

3.2.7.1 Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation 56

3.2.7.2 Kết quả tính toán 58

3.2.7.3 Phân tích kết quả 60

3.3 Phân tích mở rộng xem xét ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào trong trường hợp thay đổi chiều dài tường ứng với công trình thực tế 67

3.3.1 Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation 68

3.3.2 Phân tích kết quả tính toán 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

KẾT LUẬN 75

KIẾN NGHỊ 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

Mỹ Hưng, Quận 7, TP Hồ Chí Minh 5 Hình 1.5 – Công trình móng trụ cầu sử dụng cọc ống bê tông ly tâm ứng suất

trước 6 Hình 1.6 – Công trình 13 tầng tại Khu Phú Mỹ Hưng, Quận 7, TP Hồ Chí Minh 7 Hình 1.7 – Khu vực cọc bị nghiêng lệch – Công trình 13 tầng Khu đô thị mới Phú

Mỹ Hưng, Quận 7, TP Hồ Chí Minh 7 Hình 1.8 – Toàn cảnh hố đào – công trình 15 tầng, Quận 8, TP Hồ Chí Minh 8 Hình 1.9 – Tường cừ Larsen bị chuyển dịch – Công trình 15 tầng, Quận 8, TP Hồ

Chí Minh 8 Hình 1.10 – Cọc bị nghiêng lệch khi tiến hành đào đến cao độ đáy đài - Công trình

15 tầng, Quận 8, TP Hồ Chí Minh 9 Hình 1.11 – Mô hình trường hợp I – Tạo mái dốc khi đào (Thasnanipan, 1998) 11 Hình 1.12 – Mô hình trường hợp II – Sử dụng cọc bản có chống chắn giữ hố đào

(Thasnanipan, 1998) 11 Hình 1.13 – Mô hình trường hợp III – Sử dụng cọc bản có hai tầng chống tạm

chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998) 11 Hình 1.14 – Mô hình trường hợp IV – Sử dụng cọc bản có một tầng chống tạm

chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998) 12 Hình 1.15 – Kết quả tính toán mômen uốn và chuyển vị của cọc gần tường cọc bản

nhất Trường hợp IV 13 Hình 1.16 – Mô hình 3D của các lớp địa chất (Kok, 2009) 14 Hình 1.17 – Bản vẽ cho thấy vịt trí gãy cọc của 2 cọc nằm liền kề hố đào (Kok,

2009) 15

v

Hình 1.18 – Hình ảnh nhóm 3 cọc bị gãy (Kok, 2009) 15

Hình 1.19 – Hình ảnh nhóm 6 cọc bị gãy (Kok, 2009) 16

Hình 2.1 – Yêu cầu tối thiểu của mô hình hố đào (Bakker, 2005)[8] 20

Hình 2.2 – Các phần tử và nút trong một mô hình 2D Mỗi nút có hai bậc tự do, được mô tả bởi các mũi tên trong hình nhỏ hơn, (Wiberg, 1974)[7] 20

Hình 2.3 – Các bước phân tích phần tử hữu hạn (Wiberg, 1974)[7] 21

Hình 2.4 – Kết quả chuyển vị với số nút tăng dần trong mô hình 3D, (Hannes và Daniel, 2010) 22

Hình 2.5 – Mô hình dẻo lý tưởng 23

Hình 2.6 – Xác định Eo và E50qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước 23

Hình 2.7 – Xác định E50ref qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước 25

Hình 2.8 – Xác định Eoedrefqua thí nghiệm nén cố kết (Oedometer) 26

Hình 2.9 – Hệ trục địa phương của phần tử tường và các đại lượng khác 26

Hình 2.10 – Các đại lượng chính của tường cừ Larsen 27

Hình 2.11 – Thông số cơ bản của tường cừ Larsen 28

Hình 2.12 – Hệ trục địa phương của phần tử dầm 29

Hình 3.1 – Quy trình phân tích 32

Hình 3.2 – Mặt bằng tổng thể thi công hố đào 34

Hình 3.3 – Mặt bằng thi công hố đào 35

Hình 3.4 – Chi tiết cáp neo đầu cừ 36

Hình 3.5 – Mặt cắt sau khi thi công cọc và tường cừ Larsen 36

Hình 3.6 – Mặt cắt sau khi thi công đào đến độ sâu -1,8m so với MĐTN 36

Hình 3.7 – Mặt cắt sau khi thi công đào đến độ sâu -3,8m so với MĐTN 37

Hình 3.8 – Chi tiết chống xiên trong hầm và neo cáp ngoài hầm 37

Hình 3.9 – Mô hình 3D của các lớp địa chất 38

Hình 3.10 – Kích thước cừ Larsen loại IV 38

Hình 3.11 – Chuyển vị tại các giai đoạn thi công đào của cọc rỗng và cọc đặc 42

Hình 3.12 – Kết quả chuyển vị của cọc rỗng và cọc đặc có độ cứng tương đương 43

Hình 3.13 – Mặt bằng vị trí khối đất 44

Hình 3.14 – Mặt bằng mô hình trong phân tích phần tử hữu hạn 44

Hình 3.15 – a) Chia lưới 2D; 45

b) Chia lưới 3D; 45

Hình 3.16 – Mô hình cọc, tường và hệ neo 46

Hình 3.17 – Các giai đoạn thi công đào 46

Hình 3.18 – Biến dạng của hố đào khi đào đến cao độ -3,8 so với MĐTN 47

Hình 3.19 – Vùng biến biến dạng dẻo 47

Hình 3.20 – a) Chuyển vị của cọc khi đào đến cao độ -1,8m; 48

b) Chuyển vị của cọc khi đào đến cao độ -3,8m; 48

Hình 3.21 – a) Moment của cọc khi đào đến cao độ -1,8m; 48

b) Moment của cọc khi đào đến cao độ -3,8m; 48

Hình 3.22 – Mặt bằng cọc được sử dụng trong phân tích so sánh 49

Hình 3.23 – Biểu đồ chuyển vị lớn nhất của các cọc theo các giai đoạn thi công đào đất 50

Hình 3.24 – Biểu đồ moment uốn lớn nhất trong các cọc theo giai đoạn thi công 51

Hình 3.25 – Mặt bằng nhóm cọc sử dụng phân tích 52

Hình 3.26 – Kết quả chuyển vị ngang của cọc so với quan trắc hiện trường 53

Hình 3.27– Đồ thị biểu diễn đường cong quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất của cọc và khoảng cách từ cọc đến tường theo chiều sâu lớn nhất hố đào 54

Hình 3.28 – Các trường hợp chia lưới 2D; 56

Hình 3.29 – Các trường hợp chia lưới 3D; 57

Hình 3.30 – Các trường hợp chuyển vị; 58

Hình 3.31 – Các trường hợp moment uốn 59

Hình 3.32a – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất đắp khi đào -1,8m 60

vii

Hình 3.32b – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các

trường hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất đắp khi đào -1,8m 61 Hình 3.33a – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường

hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất đắp khi đào -3,8m 62 Hình 3.33b – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các

trường hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất đắp khi đào -3,8m 63 Hình 3.34 – Biểu đồ so sánh kết quả moment uốn của cọc trong các trường hợp dời

khối đất đắp ra xa hố đào và moment kháng uốn của cọc 65 Hình 3.35 – Biểu đồ so sánh kết quả moment uốn của cọc trong các trường hợp dời

khối đất đắp ra xa và moment kháng của cọc 66 Hình 3.36 – Mặt cắt hố đào của công trình thực tế 68 Hình 3.37 – Mô hình cọc và tường cừ Larsen có chiều sâu thay đổi 68 Hình 3.38 – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường

hợp tăng chiều sâu tường chắn 69 Hình 3.39 – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các

trường hợp tăng chiều sâu tường chắn 70 Hình 3.40 – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường

hợp tăng chiều sâu tường chắn 71 Hình 3.41 – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các

trường hợp tăng chiều sâu tường chắn 71 Hình 3.42 – Biểu đồ moment uốn lớn nhất của cọc trong các trường hợp tăng chiều

sâu tường chắn 72

Hình 3.43 – Đồ thị biểu diễn đường cong quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất

của cọc và khoảng cách từ cọc đến tường theo chiều sâu lớn nhất hố đào 73

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 – Khả năng chịu moment của cọc và moment gây ra trong cọc gần biên hố

đào do thi công hố đào (Thasnanipan, 1998) 12

Bảng 2.1 – Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Mohr – Coulumb 23

Bảng 2.2 – Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Hardening Soil 25

Bảng 2.3 – Đặc trưng vật liệu của tường cừ Larsen với ứng xử đàn hồi tuyến tính 27 Bảng 2.4 – Đặc trưng vật liệu của dầm (wailing beam) 29

Bảng 2.5 – Đặc trưng vật liệu của cọc 30

Bảng 3.1 – Các thông số của cừ Larsen từ nhà sản xuất 38

Bảng 3.2 – Thông số đất nền sử dụng mô hình Mohr – Coulomb (MC) 39

Bảng 3.3 – Thông số cừ Larsen FSP – IV dùng trong mô hình 40

Bảng 3.4 – Đặc trưng vật liệu của thanh chống xiên và gằng đầu cừ 41

Bảng 3.5 – Đặc trưng vật liệu của cọc sử dụng trong mô hình 43

Bảng 3.6 – Moment uốn lớn nhất của cọc từ mô hình phần tử hữu hạn 3D và kết quả kiểm tra độ đồng nhất của cọc bằng phương pháp biến dạng nhỏ (PIT) 51

ix

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong luận văn trình bày nghiên cứu một công trình ở quận 8, TP Hồ Chí Minh có cọc bên trong hố đào mở trên đất sét yếu bị phá hoại Theo báo cáo khảo sát địa chất, công trình có lớp đất yếu dày 25m, từ cao độ -1m đến -26m (so với mặt đất tự nhiên), lớp đất có chỉ số SPT ‘ N ‘≈ 0 Công trình sử dụng cọc ống ly tâm ứng suất trước để chống để kết cấu bên trên Khi tiến hành đào đất đến cao trình đáy để thi công đài móng thì gặp hiện tượng đất bị đẩy trồi làm cọc chuyển vị và gây moment uốn cho cọc, kết quả là cọc bị nghiên lệch và bị gãy Sử dụng phần mềm PLAXIS 3D Foundation để phân tích ứng xử của cọc trong suốt quá trình thi công

hố đào Kết quả dự đoán ứng xử của cọc trong suốt quá trình đào sẽ được so sánh với kết quả quan trắc ngoài hiện trường Những kết quả này rất quan trọng và hữu ích, đặc biệt là thực hiên trước khi tiến hành hố đào Bằng phương pháp này có thể giúp đỡ trong việc lập kế hoạch và phối hợp công tác đào đắp ngoài hiện trường cũng như các biện pháp phòng tránh cọc bị phá hoại

1 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU TRONG

ĐẤT YẾU ĐẾN CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO

2 MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, số lượng trường hợp cọc bên trong hố đào mở bị phá hoại ngày càng tăng Các sự cố có điểm chung là, sau khi thi công phần cọc xong tiến hành công tác đào đất hố đào thì xảy ra sự cố cọc bị nghiêng lệch hay phá hoại Một số nước trên thế giới tiến hành thi công hố đào trước khi thi công cọc để bảo vệ cọc ổn định, nhưng nó lại không phù hợp trong điều kiện không gian thi công chật hẹp và không cho phép đào mở Đặc biêt là công trình có nhiều tầng hầm Việc thi công hố đào trong đất yếu là rất phức tạp, khi đất yếu chuyển vị ngang sẽ tạo ra phụ tải trên cọc và khi chuyển vị quá mức sẽ gây moment uốn lớn hơn moment kháng nứt của cọc, kết quả là cọc bị gãy

Đã có nhiều nghiên cứu tập trung chuyển vị ngang của tường chắn và dự đoán chuyển vị ngang của đất nền Khi công trình sử dụng móng cọc, thì liên quan đến chuyển vị ngang của đất nền có thể gây phá hoại khi đào đất Cọc thường được thiết kế để chống đỡ tải trọng đứng nên khi đất chuyển vị ngang sẽ gây moment uốn trong cọc, làm thay đổi ứng suất trong cọc hay thậm chí là gây gãy cọc

Các nghiên cứu về ảnh hưởng của hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào trong

đất yếu còn khá hạn chế Với lí do đó, phần nghiên cứu này tập trung vào “phân tích ảnh của hố đào sâu trong đất yếu đến cọc bên trong hố đào”

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Mục đích nghiên cứu này là làm tăng thêm vốn kiến thức và sự hiểu biết về sự ảnh hưởng của việc thi công hố đào sâu trong đất yếu sẽ tác động như thế nào đến cọc bên trong hố đào chưa có tải trọng dọc trục Tải trọng ngang do chuyển vị của đất gây ra moment uốn của chuyển vị có làm thay đổi ứng suất cũng như phá hoại cọc hay không!

2

3 Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài

- Thiết lập biểu đồ chuyển vị ngang và moment uốn của cọc bên trong hố đào

Từ đó xác định vùng cọc sẽ bị ảnh hưởng bên trong hố đào sâu

- Xác định phạm vi ảnh hưởng của khối đất đắp đến chuyển vị và moment uốn của cọc bên trong hố đào

- Thiết lập quan hệ giữa chiều sâu tường với chuyển vị và moment uốn của cọc bên trong hố đào Đưa ra giải pháp hạn chế ảnh hưởng của hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào

4 Phương pháp nghiên cứu

Để nghiên cứu các nội dung nêu trên, tác giả đã lựa chọn phương pháp nghiên cứu sau:

1 Nghiên cứu về lý thuyết : Cơ sở lý thuyết về tính toán lựa chọn thông số đầu vào từ các thí nghiệm trong phân tích bài toán hố đào sâu

2 Mô phỏng: Sử dụng phần mềm plaxic 3D Foundation để phân tích ổn định

và biến dạng của hố đào sâu trong quá trình thi công; xác đinh phạm vi và mức độ ảnh hưởng do hố đào sâu gây ra cho cọc bên trong hố đào

5 Nội dung nghiên cứu

Nội dung của bài báo cáo chỉ tập trung nghiên cứu vào các vấn đề sau:

- Phân tích ứng suất của cọc bên trong hố đào khi thi công hố đào sâu trong đất yếu

- Phân tích ảnh hưởng của tải trọng xung quanh hố đào đến cọc bên trong hố đào bằng phương pháp phần tử hữu hạn có xét đến chiều dài ngàm tường và khoảng cách cọc đến tường hố đào

3 Chương 1: TỔNG QUAN

Chương này trình bày vấn đề liên quan đến ảnh hưởng của hố đào sâu đến các công trình xung quanh hố đào do đất chuyển vị theo phương ngang, dựa trên cở sở thu thập các tài liệu trong và ngoài nước Nội dung cơ bản bao gồm việc xem xét tác động của hố đào sâu đến cọc lân cận hố đào và các yếu tố sẽ được xem xét trong phân tích mô phỏng hố đào sâu Các nghiên cứu ảnh hưởng của hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào còn khá hạn chế, hầu hết các học giả nghiên cứu sự ảnh hưởng đến cọc bên ngoài hố đào do thi công hố đào sâu, mà chưa xét đến ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào do quá trình thi công hố đào sâu trong đất yếu

1.1 Sự cố cọc bị nghiêng lệch trong quá trình thi công hố đào sâu

Hình 1.1 – Các cọc ống bị nghiêng lệch - Trạm phân phối xi măng Hiệp Phước

- Công trình trạm phân phối xi măng Hiệp Phước – Công ty cổ phần xi măng

Thăng Long (KCN Hiệp Phước – TP.HCM) Công trình sử dụng cọc ống BTCT

chiều dài 33- 35m cho 1 tim cọc do Công ty Phan Vũ thiết kế Đặc biệt địa tầng khu vực xây dựng có lớp bùn nhão dày đến 21m tính từ mặt đất tự nhiên Công trình sử

4

dụng giải pháp cọc đóng và sau khi thi công có đến khoảng 80% số cọc đóng tại khu vực silô bị nghiêng lệch theo 1 hướng, hình 1.1.[6]

- Công trình xây dựng cao ốc ở Phường Thảo Điền – Quận 2 – TP HCM

cũng xảy ra sự cố tương tự khi hầu như toàn bộ phần cọc, móng bị nghiêng, có cọc

bị gãy khúc Thiệt hại sự cố này ước tính lên đến 10 tỷ đồng, việc khắc phục sự cố này cũng hết sức phức tạp do đất nền đã bị xáo trộn rất nhiều, hình 1.2.[6]

Hình 1.2 – Toàn cảnh sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy Cao ốc Phường

Thảo Điền, Quận 2, TP Hồ Chí Minh

Hình1.3 – Sự cố cọc bị nghiêng lệch – Nhà máy xử lý nước thải Bình Chánh

Công trình xử lý nước thải Bình Chánh (dự án cải thiện môi trường nước TP HCM): sự cố xảy ra với khoảng 2664 cọc bị nghiêng lệch trong số 7474 cọc đã

đóng và có khoảng 1970 bị nghiêng lệch vượt quá giới hạn cho phép, thiệt hại ước tính lúc bấy giờ là khoảng 60 tỷ đồng Ngay khi xảy ra sự cố ban quản lý dự án đã chỉ đạo nhà thầu là liên doanh N.E.S.JV (Nhật Bản) giữ nguyên hiện trạng cọc tại hiện trường và tiếp tục quan trắc theo dõi để có các dư liệu chính xác phục vụ việc tìm giải pháp xử lý Và trong quá trình đào đất để thi công bể xử lý nước thải thì Chủ đầu tư, tư vấn PCI và nhà thầu đã phát hiện một số cọc bị dịch chuyển theo phương ngang, hình 1.3.[6]

Hình 1.4 – Sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy – Caoốc Khu đô thị mới Phú

Mỹ Hưng, Quận 7, TP Hồ Chí Minh

- Một số công trình móng cọc BTCT thi công tại huyện Cần Giờ- TP HCM xảy ra hiện tượng đầu cọc bị chuyển vị ngang sau khi thi công hạ cọc bằng phương pháp búa đóng và tiêu biểu là sự cố cọc của móng trụ cầu Lôi Giang, Rạch Lá trên

đường Rừng Sác – Huyện Cần Giờ Công trình cầu Rạch Lá sử dụng cọc BTCT

40cm×40cm dài từ 30-35m, đóng qua vùng đát sét nhão dày khoảng 20m rồi đến

6

lớp đất sét dẻo mềm, đất tự nhiên là bờ sông thoải Cọc sau khi đóng được 1 tháng thì phát hiện sự cố cọc bị dịch chuyển khoảng 3m [6]

- Một công trình xây dựng cao ốc ở khu Phú Mỹ Hưng – Quận 7 khi đi thi

công phần móng cọc thì đã xảy ra hiện tượng cọc bị xô lệch, làm sạt một phần đường đi Theo nhận định của CONINCO thì nguyên nhân là do phương án chống

đỡ không tốt trong lúc thi công cọc BTCT đã làm xảy ra hiện tượng sạt cọc Ước tính số tiền thiệt hại do sự cố này khoảng 3-4 tỷ đồng.[6]

- Một số công trình cầu, khi thi công cọc cho móng trụ cầu nằm ngay gần

mép bờ sông cũng đã xảy ra sự cố cọc bị nghiêng lệch quá giới hạn cho phép, Hình 1.5hình 1.5 [3]

Hình 1.5 – Công trình móng trụ cầu sử dụng cọc ống bê tông ly tâm ứng suất trước

- Công trình tại Quận 7 – Phú Mỹ Hưng – TP HCM áp dụng phương pháp

móng cọc ly tâm BTCT dự ứng lực – D500 thi công bằng phương pháp ép thủy lực (ép đỉnh) đã xảy ra sự cố cọc bị dịch chuyển ngang Sự cố được phát hiện sau khi đơn vị thi công phần móng và hầm tiến hành đào đất, khoảng cách sai lệch so với thiết kế ban đầu có tim lên đến hơn 0,6m và vượt qua ngoài phạm vi cho phép của quy trình thi công [6]

Hình 1.6 – Công trình 13 tầng Phú Mỹ Hưng, Quận 7, TP Hồ Chí Minh

Hình1.6 – Khu vực cọc bị nghiêng lệch – Công trình 13 tầng Khu đô thị mới Phú

Mỹ Hưng, Quận 7, TP Hồ Chí Minh

Và mới nhất trong năm nay 2011, công trình 15 tầng, Quận 8, TP Hồ Chí Minh Trong quá trình tiến hành thi công đào đất để thi công đài móng thì gặp sự cố cọc bị nghiêng lệch và gãy tại 2 móng M1 & M2, cọc bị chuyển vị lớn nhất lên đến khoảng 60cm Nguyên nhân ban đầu được xác định do đơn vị thi công đã vận chuyển đất trong hố đào và tập kết gần mép hố đào khoảng 12m, cao 4m Đặc biệt địa chất ở đây rất yếu có lớp sét yếu dày khoảng 25m

8

Hình 1.8 – Toàn cảnh hố đào – Công trình 15 tầng, Quận 8, TP Hồ Chí Minh

Hình 1.7 – Tường cừ Larsen bị chuyển dịch – Công trình 15 tầng, Quận 8, TP Hồ

Chí Minh

Hình 1.8 – Cọc bị nghiêng lệch khi tiến hành đào đến cao độ đáy đài - Công trình

15 tầng, Quận 8, TP Hồ Chí Minh

Hiện tượng chuyển vị ngang đầu cọc xảy ra sau khi thi công dẫn đến tọa độ các cọc thay đổi Việc xác định chất lượng cọc và khả năng mang tải còn lại của cọc cũng như đề ra các biện pháp xử lý khắc phục và cấp thiết để giảm bớt chi phí và thời gian cũng như làm giảm bớt sự chậm trễ tiến độ thi công và tính hiệu quả của

dự án Do đó, cần phân tích đánh giá ảnh hưởng của hố đào sâu, đặc biệt công trình

có lớp đất yếu dày

1.2 Ảnh hưởng hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào

Với sự gia tăng các trường hợp cọc bị phá hoại trong hố đào mở Điều này xảy

ra khi tiến hành thi công tác đào đất sau khi cọc được thi công Mặc dù ở một số nước tiến hành thi công hố đào trước khi thi công cọc để đảm bảo cọc còn nguyên

10

vẹn, nhưng nó lại không phù hợp cho những công trình có không gian thi công hạn chế không cho phép thi công đào mở, đặc biệt là xây dựng công trình có nhiều tầng hầm Việc thi công hố đào sâu trong đất yếu lại càng phức tạp, sự chuyển vị ngang quá mức của đất yếu sẽ gây ra phụ tải tác dụng lên các cọc Nguồn tài liệu báo cáo

về vấn đề này còn rất hạn chế

Thasnanipan (1998) đã trình bày bốn trường hợp cọc liên kết với các công trình hố đào sâu ở Bangkok trong đất sét mềm bị phá hoại Kiểm tra cọc bị phá hoại bằng thí nghiệm thử động biến dạng lớn (high strain dynamic load test) và cũng mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn hai chiều để dự đoán Từ đó, tìm ra mối tương quan giữa vị trí của vết nứt và moment uốn trong cọc vượt quá moment uốn cho phép Khi sử phương pháp phần tử hữu hạn 2D để phân tích, Thasnanipan (1998) đã sử dụng phần mềm PLAXIS 2D version 6 và sử dụng mô hình Mohr – Coulumb để mô phỏng các giai đoạn thi công hố đào, chuyển vị của đất/cọc và phân tích ứng suất uốn trong cọc cho cả bốn trường hợp Kết quả mô hình cho thấy rằng moment uốn trong cọc do thi công hố đào lớn hơn khả năng chịu moment gây nứt cọc trong tất cả trường hợp Kết quả phân tích được trình bày tóm tắt trong Bảng 1.1

Hình 1.9 – Mô hình trường hợp I – Tạo mái dốc khi đào (Thasnanipan, 1998)

Hình 1.10 – Mô hình trường hợp II – Sử dụng cọc bản có chống chắn giữ hố đào

(Thasnanipan, 1998)

Hình 1.11 – Mô hình trường hợp III – Sử dụng cọc bản có hai tầng chống tạm

chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998)

12

Hình 1.12 – Mô hình trường hợp IV – Sử dụng cọc bản có một tầng chống tạm

chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998)

Bảng 1.1 – Khả năng chịu moment của cọc và moment gây ra trong cọc gần biên

hố đào do thi công hố đào (Thasnanipan, 1998)

Trường

hợp

Đường kính cọc (m)

Hàm lượng cốt thép (%)

Moment gây nứt (t.m)

Moment cực hạn (Whitney) (t.m)

Moment khi

mô phỏng bằng PLAXIS 2D (t.m)

Trong trường hợp II thì moment uốn trong cọc gần tường cọc bản nhất và cọc

ở hàng thứ 2 lớn hơn 89% và 27% khả năng chịu moment uốn cực hạn của cọc Thí nghiệm siêu âm kiểm tra sự đồng nhất của cọc đã phát hiện vết nứt trong 35% các cọc hàng thứ nhất và thứ 2

Trong trường hợp IV kết quả mô hình cho thấy rằng moment uốn trong cọc do quá trình thi công hố đào vượt quá khả năng chịu moment uốn cực hạn của cọc

Từ kết quả phân tích phần tử hữu hạn (Thasnanipan, 1998) thấy rằng moment uốn lớn nhất trong cọc nằm tại vị trí tiếp giáp giữa lớp đất sét yếu và sét cứng

Hình 1.13 – Kết quả tính toán moment uốn và chuyển vị của cọc gần tường cọc bản

nhất Trường hợp IV

14

Hình 1.14 – Mô hình 3D của các lớp địa chất (Kok, 2009)

Ngoài ra Kok (2009) đã trình bày nghiên cứu về một trường hợp ở phía Tây Malaysia về sự phá hoại của cọc trong hố đào mở trong đất sét biển do chuyển vị ngang của đất.Trong trường hợp này, độ dày của lớp đất sét biển rất mềm là 5m đến 7m tính từ mặt đất tự nhiên Theo báo cáo khảo sát địa chất thì đất này có chỉ số SPT ‘N’ = 0 Móng cọc được thiết kế để chống đỡ kết cấu bên trên Thiết kế đã không xét ảnh hưởng của hố đào mở đến cọc nên trong quá trình thi công đài cọc đã không kiểm soát được chuyển vị ngang của đất, gây moment uốn trong cọc và kết quả là một số cọc bị nứt và bị gãy Kok (2009) đã dùng phần mềm PLAXIS 3D Foudation để phân tích ngược Mô hình Hardening soil được dùng trong phân tích Kết quả phân tích trong các giai đoạn đào được so sánh với khả năng chịu moment gây nứt của cọc là 20,4 kN.m (cọc ly tâm ứng suất trước có đường kính 300mm và môđun đàn hồi của bê tông cọc là 30000 MPa) Kok (2009) đã chỉ ra rằng 70% cọc trong mô hình có moment uốn dọc trục trong cọc gây ra bởi thi công hố đào đều vượt quá khả năng chịu moment uốn gây nứt cọc và kết quả là các cọc đều bị nứt

Vị trí nứt tại mặt tiếp giáp giữa lớp đất sét yếu và sét cứng

Hình 1.15 – Bản vẽ cho thấy vịt rí gãy cọc của 2 cọc nằm liền kề hố đào

(Kok, 2009)

Một số hình ảnh về nhóm cọc bị gãy được thể hiện trong hình 1.18 và hình 1.19 dưới đây:

Hình 1.16 – Hình ảnh 3 cọc bị gãy (Kok, 2009)

- Tiến hành đào trước khi lắp đặt hệ chống đỡ

- Lựa chọn hệ thống tường chắn không phù hợp để khống chế chuyển vị của đất

- Không xét tới tải thi công trên công trường

- Thiết kế cọc không xét tới ảnh hưởng của tải trọng ngang do quá trình thi công

- Cốt thép trong cọc không đủ để chống chuyển vị của đất

- Lớp đất sét yếu quá dày

Ngoài ra, vị trí moment uốn lớn nhất trong cọc là tại mặt tiếp giáp giữa lớp đất yếu và đất tốt

4 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Một số phương pháp được sử dụng giải quyết bài toán địa kỹ thuật là: Phương pháp thực nghiệm, phương pháp cân bằng giới hạn và phương pháp số Phương pháp số bao gồm các phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử biên và phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) Phương pháp phân tử hữu hạn là một công

cụ hữu ích để giải quyết bài toán về sự tương tác của cấu tạo đất như thiết kế hố đào

và nền móng Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thích hợp hơn các phương pháp khác bởi vì:

 Phương pháp PTHH có khả năng phân tích bài toán 2 chiều và 3 chiều

 Phương pháp PTHH có thể kết hợp dễ dàng ứng xử phi tuyến của đất Phương pháp phần tử hữu hạn có nhiều ứng dụng, với nhiều gói phần mềm với công cụ phương pháp phần tử hữu hạn như: Abaqus, ACTRAN, ADNIA, FLAC và Plaxis…

2.1 Phân tích phần tử hữu hạn trong PLAXIS

Sự phát triển của phần mềm phần tử hữu hạn có tính thương mại trong phân tích địa kỹ thuật được bắt đầu vào cuối những năm 80, và ngày nay đã phổ biến rộng rãi Có nhiều cách khác nhau để ứng dụng phần tử hữu hạn vào các ngành kỹ thuật khác nhau, và vấn đề phân tích bài toán địa kỹ thuật cũng có những đặc trưng riêng và thường rất phức tạp (Potts, 2002)

Trong chương này sẽ giới thiệu về phần mềm Plaxis 3D Foundation Nó cũng bao gồm giới thiệu cách thức tạo mô hình, sau đó sẽ đi tìm các đặc trưng trong Plaxis 3D foundation của vật liệu

2.1.1 PLAXIS 3D Foundation

Plaxis được nghiên cứu tại Đại học Delft vào năm 1987, là phần mềm sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích khu vực ven sông ở Hà Lan Mãi đến năm 2001 mới có mô hình 2D và khi đó PLAXIS 3D Tunnel đã được phát hành Ba năm sau, PLAXIS 3D Foundation được tạo ra, nó được phát tiển nhằm phục vụ tính toán nền móng công trình và dùng trong ngành địa kỹ thuật như tính toán ổn định,

độ lún và biến dạng

18

Khi nói rằng chuyển từ phân tích 2D sang 3D rất khả thi nhưng đồng thời sự phức tạp cũng tăng lên Điều này cũng chính là tăng khối lượng tính toán Nếu một tính toán chi tiết chỉ mất vài phút để thực hiện trong phân tích 2D, nhưng tính toán tương tự trong phân tích 3D có thể mất hàng giờ Mô hình phân tích ảnh hưởng của các giai đoạn thi công hố đào đến cọc bên trong hố đào cũng là một trong các

trường hợp đó PLAXIS 3D Foundation gồm ba phần chính, đó là mô hình (model), tính toán (calculation) và xuất kết quả (Output)

2.1.2 Mô hình

Trong chế độ mô hình thì hình dạng của mô hình được xây dựng Biên của các lớp đất và đặc trưng vật liệu được thiết lập Xây dựng các phần tử như tường và dầm tại các vị trí trong mô hình và đặc trưng tiếp xúc được định nghĩa Cuối cùng lưới được tạo ra và đạt một độ mịn thích hợp Trong đó việc lựa chọn mô hình đất là rất quan trọng, và sẽ được trình bày trong phần sau

2.1.3 Tính toán

Trong chế độ tính toán, một số bước tính toán có thể được tạo ra Khác nhau trường hợp tải và hình dạng được thiết lập để mô phỏng trình tự xây dựng công trình thực tế Đối với mỗi bước có thể thiết lập các điều kiện mực nước ngầm khác nhau, các bộ phận công trình có thể được kích hoạt Hố đào được mô phỏng bằng cách chấm dứt hoạt động của các tập hợp Các loại tính toán phải được định nghĩa

có thể là tính dẻo (Plastic) hoặc cố kết (consolidation) Phân tích cố kết

(consolidation) được sử dụng khi mô hình các ứng xử phụ thuộc vào thời gian như

sự phát triển và tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng hay khi yêu cầu tính toán độ lún do từ

biến Tính toán tích dẻo (Plastic) được dùng để phân tích biến dạng đàn – dẻo

(elastic-plastic) theo lý thuyết biến dạng nhỏ (Brinkgreve, 2007) Ứng suất và biến dạng được tính toán cho tất cả các nút còn trong trạng thái giới hạn

2.1.4 Xuất kết quả

Trong phần chính thứ ba của Plaxis là chế độ xuất kết quả tính toán và được dùng xử lý kết quả tính toán Biến dạng, ứng xuất và áp lực nước lỗ rỗng sẽ được

thể hiện trong mỗi bước tính toán, còn đối với các cấu kiện công trình ta có thể xem được moment uốn và lực cắt

2.2 Tạo mô hình

Để phân tích phần tử hữu hạn trên phần mềm PLAXIS 3D Foundation thì điều quan trọng đầu tiên là phải tạo mô hình hình học cho bài toán Mô hình này mô tả cấu trúc của công trình trong không gian 3 chiều được chương trình định nghĩa thông qua các mặt phẳng làm việc và các hình trụ hố khoan địa chất Mô hình bao gồm các lớp địa tầng, kết cấu của công trình và các loại tải trọng Mô hình phải đủ lớn để biên bài toán không ảnh hưởng đến kết quả phân tích

 Mặt phẳng làm việc (Work Planes): là các mặt phẳng nằm ngang theo trục x - z tương ứng với một cao độ y

 Điểm và đường thẳng (Geometry line): dùng để tạo mô hình hình học cho bài toán

 Phần tử dầm (Beam): dùng để mô hình cho kết cấu thanh mảnh chịu uốn

 Phần tử cọc (Pile): dùng mô hình cho các loại cọc

 Phần tử lò xo (Spring): dùng để gắn kết vào một mặt của kết cấu và khống chế mặt đó so với mặt khác Phần tử này thường dùng mô phỏng

sự làm việc của cọc đơn

 Phần tử biên (Line Fixity): dùng để tạo biên khống chế cho bài toán

 Phần tử hố khoan (Borehole): dùng khai báo các lớp địa chất cho bài toán

Hình 2.2 – Các phần tử và nút trong một mô hình 2D Mỗi nút có hai bậc tự do,

được mô tả bởi các mũi tên trong hình nhỏ hơn, (Wiberg, 1974)[4]

Khi mô hình trong không gian ba chiều, mỗi nút có ba bậc tự do, kết quả là sẽ cho một hệ thống phương trình lớn hơn vì thực tế rằng mỗi nút cũng có thể di chuyển theo phương z

Phần tử Nút

Phân tích phần tử hữu hạn sẽ tiến hành theo ba bước, xem hình 2.3 Bước đầu tiên là phân chia mô hình thành các phần nhỏ hơn bằng cách tạo ra các phần tử

(Generate elements) vào mô hình, trong đó mỗi phần tử tương đối dễ để giải từng cái một Bước tiếp theo là phân tích các phần tử (Element analysis) Bước cuối cùng

là phân tích hệ thống (System analysis) nơi mà tất cả các phần tử được kết nối với

một hệ thống bằng các điều kiện biên, (Wiberg, 1974)

Hình 2.3 – Các bước phân tích phần tử hữu hạn (Wiberg, 1974)[4]

Phân tích phần tử hữu hạn là một phương pháp tính gần đúng và nguồn lỗi nhiều và thường không thể tránh khỏi (Wiberg, 1974) Số lượng nút trong mô hình

có tác động đáng kể đến kết quả tính toán Số lượng phần tử lớn hơn tạo ra một số lượng lớn các nút cho kết quả chính xác hơn mô hình có ít nút Khi thiết kế các mô hình phức tạp thì thích hợp có số nút cao hơn so với trường hợp đơn giản hơn Các thiết lập mặc định cho kích thước cluster trong PLAXIS 3D Foundation là lưới thô (Coarse mesh) Chia lưới thế này có thể đủ kích thước khi mô hình các trường hợp đơn giản và tính chính xác của tính toán không cần cao Hệ thống phương trình dễ dàng hơn cho máy tính để giải quyết và thời gian tính toán tương đối ngắn

Nếu cần độ chính xác cao hơn thì cần sự làm mịn các cluster Nếu toàn bộ mô

hình cần được làm mịn, thì sử dụng chức năng Global coarseness để thay đổi kích thước phần tử cả phương đứng và ngang với khoảng từ rất thô (Very coarse) đến rất mịn (Very fine) Lưu ý rằng nếu chúng ta chia lưới 2D quá mịn sẽ làm tăng phần

tử khi tiến hành chia lưới 3D và đồng nghĩa là thời gian tính toán sẽ tăng lên

22

Để xác định mô hình gồm bao nhiêu nút là đủ, Hannes và Daniel (2010) đã thực hiện mô phỏng với số lượng các nút là tăng dần dần trên cùng một mô hình Kết quả được so sánh với chuyển vị, xem hình 2.4

Hình 2.4 – Kết quả chuyển vị với số nút tăng dần trong mô hình 3D, (Hannes và

Daniel, 2010) [4]

2.4 Mô hình ứng xử của đất

2.4.1 Mô hình Mohr – Coulumb (MC)

Mô hình Mohr-Coulomb trong Plaxis được dựa trên ý tưởng của quy luật cơ bản đàn - dẻo với mặt ngưỡng cố định không bị tác động bởi biến dạng dẻo và trạng thái ứng suất của một điểm nằm trong mặt ngưỡng là đàn hồi thuần túy

Không có quy luật tái bền hay hóa mềm yêu cầu đối với mô hình Coulomb vì nó được giả dịnh là dẻo thuần túy Hàm ngưỡng dẻo, f , được giới thiệu như là một hàm ứng suất và biến dạng mà có thể được trình bày như là một mặt trong không gian ứng suất chính Mô hình Mohr – Coulumb yêu cầu 5 thông số cơ bản, xem Bảng 4.1

Mohr-Số lượng nút và chuyển vị

Bảng 2.1 – Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Mohr – Coulumb

E, Mô đun Young kN/m2 Mô đun đàn hồicủa đất

, Hệ số poisson - Sự thay đổi ứng suất vuông góc với hướng tải tác

dụng

, Góc ma sát ° Góc nội ma sát của đất

c, Lực dính kN/m2 Sức hút của các phân tử đất hạt mịn

, Góc giãn nở ° Sự thay đổi thể tích của đất trong suốt quá trình cắt

Hình 4.5 – Mô hình dẻo lý tưởng

Hình 2.6 – Xác định E o và E 50 qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước

2.4.2 Mô hình Hardening Soil (HS)

Đáp ứng đất khi chịu tải trọng là không tuyến tính, không đàn hồi và rất là phụ thuộc vào cường độ của ứng suất Mô hình đàn hồi không tuyến tính có thể được

mô phỏng ứng xử biến dạng thể tích tái bền, mà nó không thể sử dụng trong mô hình Duncan and Chang

Tương tự như mô hình Mohr - Coulomb, giới hạn trạng thái ứng suất trong mô hình HS được miêu tả theo thông số ứng suất có hiệu Tuy nhiên, độ cứng đất được miêu tả rất chính xác trong mô hình HS bằng cách sử dụng ba giá trị độ cứng đầu vào khác nhau - độ cứng gia tải ba trục, , độ cứng dở/nén lại ba trục, ,

và độ cứng gia tải nén cố kết, Không giống như mô hình Mohr - Coulomb,

mô hình HS cũng kể đến sự độc lập ứng suất của độ cứng đất, tức là độ giá trị độ cứng đàn hồi tăng với ứng suất buồng trong mô hình HS

Mô hình HS cho phép thay đổi biến dạng thể tích dẻo cũng như biến dạng cắt dẻo do ứng suất lệch So với mô hình Mohr - Coulomb, ứng xử dở tải của đất được

kể đến tốt hơn trong mô hình Hardening-Soil Mô hình HS cũng có thể được sử dụng

để tính toán tin cậy sự phân bố áp lực dưới móng bè và bên cạnh kết cấu tường chắn (Brinkgreve, 2007) Mô hình Mohr - Coulumb yêu cầu 5 thông số cơ bản, xem bảng 2.2

Bảng 2.2 – Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Hardening Soil

kN/m2 Độ cứng đường cát tuyến trong thí

nghiệm nén 3 trục chuẩn

kN/m2 Độ cứng tiếp xúc với tải nén cố kết chính

kN/m2 Độ cứng dở tải/gia tải lại(

, Góc giãn nở ° Sự thay đổi thể tích của đất

trong suốt quá trình cắt

Hình 2.7 – Xác định E 50 ref qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước

Đường tiệm cận Đường phá hoại

26

Hình 2.8 – Xác định E oed ref qua thí nghiệm nén cố kết (Oedometer)

2.5 Đặc trưng vật liệu của tường vây cừ Larsen (Sheet pile wall)

Tường cừ Larsen được mô hình hóa là đàn hồi tuyến tính và do đó có thể không bao giờ đi đến phá hoại Để mô phỏng cấu trúc chắn giữ, PLAXIS 3D Foundation đã sử dụng phần tử tường (wall) Để mô phỏng ứng xử thực tế của tường trong không gian 3 chiều thì phải xem xét ứng xử theo tường phương khác nhau Vì cừ Larsen không như các loại tường khác là đường thẳng mà là tấm tường lượn sóng, vì thế khi mô phỏng ta phải sử dụng mô hình vật liệu không đẳng hướng

Từ đó, độ cứng chống uốn của tường sẽ khác nhau theo những hướng khác nhau Trong PLAXIS 3D Tunnel, các bức tường chỉ có thể mô phỏng đẳng hướng, có nghĩa là độ cứng uốn là giống nhau trong tất cả các hướng Đây không phải là ứng

xử thực tế của tường cừ Larsen.Trong PLAXIS 3D Foundation vấn đề này đã được giải quyết, và các bức tường có thể có đặc trưng không đẳng hướng Bây giờ, vấn đề

là tìm các đặc trưng dùng để mô phỏng ứng xử thực tế của tường cừ Larsen Hệ trục địa phương và đặc trưng của tất cả các hướng thể hiện trong hình 2.9 Các thông số tường cừ Larsen trong PLAXIS 3D Foundation trình bày trong bảng 2.3

Hình 2.9 – Hệ trục địa phương của phần tử tường và các đại lượng khác

Hình 2.10 – Các đại lượng chính của tường cừ Larsen Bảng 2.3 – Đặc trưng vật liệu của tường cừ Larsen với ứng xử đàn hồi tuyến tính

E 1 kPa Mô đun đàn hồi theo trục 1

E 2 kPa Mô đun đàn hồi theo trục 2

G 12 kPa Mô đun cắt trong mặt phẳng

G 13 kPa Mô đun cắt không trong mặt phẳng liên quan

28

E steel (mô đun đàn hồi của thép), và steel (trọng lượng riêng của thép) Thì các thông

số để mô hình hóa có thể được tính bằng những công thức sau theo hướng dẫn của PLAXIS 3D Foundation:

( )

( )

Trong đó:

I 1– Moment quán tính chống uốn trên trục 1

I 2– Momentquán tính chống uốn trên trục 2

2.6 Đặc trƣng vật liệu của phần tử dầm (wailing beam)

Dầm (wailing beam) dùng để phân bố tải gây ra bởi đất xung quanh hố đào Đối với dầm không đẳng hướng, như H300 thì sẽ có đặc trưng khác nhau ở hướng khác nhau Đặc trưng này thường được cung cấp bởi nhà sản xuất thép Đặc trưng vật liệu dầm ứng xử đàn hồi được định nghĩa trong Bảng 2.4

Bảng 2.4 – đặc trưng vật liệu dầm ( wailing beam)

A m2 Diện tích mặt cắt ngang dầm

 kN/m3 Trọng lượng riêng

E kN/m2 Mô đun đàn hồi dọc trục

I 2 m4 Moment quán tính chống uốn quanh trục 2

I 3 m4 Moment quán tính chống uốn quanh trục 3

I 23 m4 Moment quán tính chống uốn xiên (bằng 0

cho mặt cắt dầm đối xứng)

Hình 2.12 – Hệ trục địa phương của phần tử dầm

30

2.7 Đặc trƣng vật liệu của phần tử cọc (Pile)

Cọc là đối tượng dùng để thay thế những kết cấu dạng khối, với mặt cắt ngang

có dạng vuông, tròn hoặc theo yêu cầu của người thiết kế Trước khi tạo cọc cần thiết lập mặt phẳng làm việc tương ứng với đầu trên và đầu dưới của cọc

Bảng 2.5 – Đặc trưng vật liệu của cọc

mỏ neo hay cừ để gia cố cho tường chắn

Lò xo luôn nằm trên mặt phẳng làm việc, do đó cần phải lựa chọn mặt phẳng phù hợp trước khi tạo lò xo

Chương 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT YẾU ĐẾN CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO

Trong quá trình thi công hố đào sâu, dưới tác dụng của áp lực đất xung quanh, tải trọng bề mặt và các yếu tố khác, tường chắn đất sẽ bị dịch chuyển đồng thời cũng gây dịch chuyển đất trong hố đào nhất là trong đất yếu Điều này không những làm ảnh hưởng đến nội lực trong bản thân tường chắn, nội lực trong hệ thanh chống

mà còn có thể gây ra chuyển vị và nội lực trong cọc Nếu chuyển vị và nội lực trong cọc vượt quá giới hạn cho phép sẽ dẫn đến cọc bị phá hoại

Do đó, để có thể dự tính được mức độ ảnh hưởng của hố đào sâu đến ổn định của cọc bên trong hố đào, ta cần phải dự tính được chuyển vị của tường chắn và sự dịch chuyển của đất nền xung quanh trong suốt quá trình thi công hố đào từ đó xác định được phạm vi, mức độ ảnh hưởng do chuyển vị đó gây ra Vì vậy để giải quyết được các vấn đề này, tác giả sẽ phân tích các vấn đề sau:

1 Thiết lập biểu đồ chuyển vị ngang và moment uốn của cọc bên trong hố đào

Từ đó xác định mức độ ảnh hưởng của hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào

2 Thiết lập quan hệ giữa chiều sâu tường cắm vào đất với chuyển vị và moment uốn của cọc bên trong hố đào Đưa ra giải pháp hạn chế ảnh hưởng do việc thi công hố đào sâu gây ra cho cọc bên trong hố đào

3.1 Phương pháp tính toán

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp để tính toán ổn định và biến dạng của hố đào sâu, từ những phương pháp cổ điển đến những phương pháp hiện đại Tuy nhiên, các tiêu chuẩn và phương pháp giải tích áp dụng để tính toán cho các công trình hố đào sâu ở Việt Nam vẫn chưa được thống nhất

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, việc áp dụng các phương pháp phần tử hữu hạn vào trong tính toán các bài toán địa kỹ thuật ngày càng trở nên phổ biến trên thế giới cũng như ở Việt Nam Vì vậy, trong báo cáo này chúng ta chọn phương pháp phần tử hữu hạn – phần mềm PLAXIS 3D Foundation để phân tích các vấn đề nêu trên