Phân tích hiệu quả của cột đất trộn xi măng chống chuyển vị ngang của tường hố đào trong đất yếu

năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Khoá Năm trúng tuyển : 2010 I- TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG CHỐNG CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG HỐ ĐÀO TRONG ĐẤT YẾU II- NH

TRẦN ĐÌNH TÀI

PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG CHỐNG

CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG HỐ ĐÀO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS LÊ TRỌNG NGHĨA

Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 5 tháng 1 năm 2012

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 .GS.TS LÊ BÁ LƯƠNG

2 .PGS TS CHÂU NGỌC ẨN

3 TS BÙI TRƯỜNG SƠN

4 TS LÊ TRỌNG NGHĨA

5 TS ĐỖ THANH HẢI

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

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

- -oOo -

Tp HCM, ngày tháng năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2010

I- TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG CHỐNG CHUYỂN VỊ NGANG

CỦA TƯỜNG HỐ ĐÀO TRONG ĐẤT YẾU

II- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

Nhiệm vụ: Phân tích hiệu quả của cột đất trộn xi măng chống chuyển vị ngang của tường hố

đào trong đất yếu

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ……/ … / 2011

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : ……/ … / 2011

V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS LÊ TRỌNG NGHĨA

Nội dung và Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

(Họ tên và chữ ký)

TS LÊ TRỌNG NGHĨA PGS.TS VÕ PHÁN

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, xin cảm chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Địa cơ Nền móng đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức quý báu và quan tâm, tạo mọi điều

kiện thuận lợi giúp đỡ học viên trong thời gian qua

Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Lê Trọng Nghĩa,

người đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình và luôn quan tâm, động viên tinh thần trong thời gian học viên thực hiện Luận văn Thầy đã truyền đạt cho học viên hiểu được phương thức tiếp cận và giải quyết một vấn đề khoa học, đây là hành trang quí giá

mà học viên sẽ gìn giữ cho quá trình học tập và làm việc tiếp theo của mình

Cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình, Cơ quan và bạn bè thân hữu đã động viên, giúp đỡ học viên trong thời gian học tập vừa qua

TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2011

Học viên

Trần Đình Tài

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Cột đất trộn xi măng đã được sử dụng rộng rãi để ổn định của lớp sét mềm cho những công trình đất đắp Tuy nhiên cột đất trộn xi măng cũng có thể được sử dụng cho hố đào sâu để gia tăng áp lực đất bị động hoặc làm giảm áp lực chủ động Trong luận văn này, đã thực hiện kết quả từ việc phân tích phần tử hữu hạn của hố đào sâu trong lớp sét Dùng cột đất trộn xi măng để làm giảm chuyển vị của tường cũng tốt như giảm chuyển vị mặt đất trong suốt quá trình đào Việc phân tích được thực hiện với những chiều dày khác nhau của vùng được gia cường bằng cột đất xi măng Việc phân tích đã dùng phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis 2D) để kiểm tra kết quả và rút ra kết luận

Phân tích sẽ phân ra làm 3 trường hợp nghiên cứu: cột đất gia cường vùng

bị động, gia cường vùng chủ động và gia cường vùng chủ động và bị động Trong mỗi trường hợp ta sẽ thay đổi cột đất với những chiều dày khác nhau:

- Vùng bị động thay đổi từ 2m tới toàn bộ chiều ngang công trình

- Vùng chủ động thay đổi từ 2m tới 8m

- Vùng chủ động và bị động được kết hợp tất cả các trường hợp của vùng

bị động và chủ động

Kết quả của phân tích này chỉ ra rằng việc gia cường áp lực vùng bị động

sẽ cho kết quả tốt nhất với cột đất dày 6 - 10m thì làm giảm chuyển vị của tường từ 45.2% - 68.6%, giảm chuyển vị phình trồi đáy hố đào từ 10,12% - 23% và giảm chuyển vị lún của đất ngoài hố đào từ 49.6% - 62.4%

Trong khi đó gia cường vùng chủ động và gia cường vùng chủ động và bị động sẽ không cho kết quả cao về mặt hiệu quả và kinh tế

ABSTRACT

Soil-cement columns have been widely used for stabilisation of soft clay below embankments However they can also be used for deep excavations to increase the passive earth pressure or decrease the active earth pressure In this dissertation, results from FEM analyses for a deep excavation in very soft clay are shown The use soil- cement columns decrease the wall deflection as well as ground settlement in during the excavation The analysis has been performed with varied thickness of the stabilisation area by the soil-cement columns The analysis was used the finite element method (Plaxis 2D) to check result and draw conclusions

The analysis will be divided into 3 case studies: Soil-cement columns were reinforced the passive area, the active area and both In each case we will change the soil-cement columns with different thickness:

- The passive area varies from 2m to entire width of the work

- The active area varies from 2m to 8m

- The active and passive area are combined all cases of both

The results of this analysis was showed that reinforced the passive area pressure for best results with soil-cement columns thickness 6-10m, the displacement of the wall reduced from 45.2% - 68.6%, reducing the displacement rising of soil from 10.12% - 23% and reducing the settlement of the ground around deep excavation from 49.6% - 62.4%

Otherwise, reinforcing the active area and reinforcing active and passive areas will not high result about efficiency and economy

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Gia cường cột đất xi măng dưới đáy hố đào 2

Hình 1.2 Các chuyển vị của tường trong quá trình thi công 4

Hình 1.3 Chuyển vị của tường và đất sau tường 5

Hình 1.4 Quan hệ giữa chiều sâu hố đào và chuyển vị tường 5

Hình 1.5 Hình dạng hố đào và các thông số cường độ đất cho hệ số an toàn 6

Hình 1.6 Các dạng chuyển vị của đất sau tường 7

Hình 1.7 Phương pháp Peck (1969) 8

Hình 1.8 Các vùng ảnh hưởng của chuyển vị đất sau tường 8

Hình 1.9 Phương pháp Clough và O’Rourke (1990) ước chừng chuyển vị mặt đất Hình 1.10 Vùng ảnh hưởng theo Ou (1993) và Nicholson (1987) 11

Hình 1.11 Các hình dạng của chuyển vị tường và đất sau tường 14

Hình 1.12 Mối quan hệ giữa chuyển vị max mặt đất và độ võng tường max 14

Hình 1.13 Trộn ướt CDMland4, Nhật 18

Hình 1.14 Trộn ướt Colmix, pháp 1980 18

Hình 1.15 Trộn ướt Trevimex, Ý 1980 19

Hình 1.16 Trộn ướt CDM-LODIC, Nhật 1985 19

Hình 1.17 Ứng dụng cột đất xi măng cho các công trình 20

Hình 1.18 Thiết kế sàn bằng cột đất xi măng cho hố đào sâu (Shirlaw 2000b) 21

Hình 1.19 Ổn định đáy hố đào bằng phương pháp top-down trong đất sét (Gaba 1990) 21

Hình 1.20 Ổn định với 1 lớp theo Lee và Young 22

Hình 1.21 Ổn định với 2 lớp thep Lee và Young 23

Hình 1.22 Cải tạo đất bằng cột đất xi măng theo Tanaka (1993) 23

Hình 1.23 Chuyển vị tường theo đo đạc của Tanaka (1993) 24

Hình 1.24 Dạng đất được gia cường theo Liao và Tsai (1993) 25

Hình 1.25 Ou và Wu (1996) 26

Hình 1.26 Mặt bằng bố trí DMM theo Uchimaya và Kamon (1998) 26

Hình 1.27 Hình dạng tường chắn DMM trong từng bước thi công theo Kamon và Uchiyama (1998) 27

Hình 1.28 Ảnh hưởng của lớp vữa trong hố đào sâu, Wong (1998) 29

Hình 2.1 Dạng phần tử hữu hạn 2D 31

Hình 2.2 Dùng những phần tử bậc cao 32

Hình 2.3 Ảnh hưởng của điều kiện biên 32

Hình 2.4 Phần tử 3 nút 33

Hình 2.5 Sự mô phỏng của hố đào sâu 44

Hình 2.6 Điều kiện biên hố đào sâu 45

Hình 2.7 Mô hình Mohr-Coulomb 51

Hình 2.8 Mô hình Hardening-Soil 54

Hình 2.9 Quan hệ giữa E50 và Eur 55

Hình 2.10 Biểu đồ Eoedref 55

Hình 2.11 Sơ đồ thi công trộn ướt 56

Hình 2.12 Các hình dạng của cột đất trộnh xi măng 58

Hình 2.13 Mối quan hệ giữa qu và N theo Nishibayashi (1985) 59

Hình 2.14 Mối quan hệ giữa phòng thí nghiệm và hiện trường 59

Hình 2.15 Cường độ chịu kéo Terashi (1980) 60

Hình 2.16 Cường độ chịu uốn Kitazume (2000) 60

Hình 3.1 Mặt cắt địa chất công trình 64

Hình 3.2 Các giai đoạn thi công 65

Hình 3.3 Mô hình bài toán bằng Plaxis 70

Hình 3.4 Mô hình lưới phần tử hữu hạn 70

Hình 3.5 Trường hợp gia cố vùng bị động 71

Hình 3.6 Trường hợp gia cố vùng chủ động 72

Hình 3.7 Trường hợp gia cố vùng chủ động và bị động 73

Hình 3.8 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng bị động (đào -3.5m) 74

Hình 3.9 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động (đào -3.5m) 75

Hình 3.10 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động (đào -3.5m) 76

Hình 3.11 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động (đào -3.5m) 77

Hình 3.12 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng bị động (đào -6.5m) 78

Hình 3.13 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động (đào -6.5m) Hình 3.14 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động

(đào -6.5m) 80

Hình 3.15 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động (đào -6.5m) 81

Hình 3.16 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng bị động (đào -9.5m) 82

Hình 3.17 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động (đào -9.5m) Hình 3.18 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động (đào -9.5m) 84

Hình 3.19 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động (đào -9.5m) 85

Hình 3.20 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng bị động qua các bước thi công 87

Hình 3.21 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động qua các bước thi công 88

Hình 3.22 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động qua các bước thi công 89

Hình 3.23 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động qua các bước thi công 89

Hình 3.24 Phình trồi của đất khi cột đất gia cường vùng bị động 90

Hình 3.25 Phình trồi của đất khi cột đất gia cường vùng chủ động 90

Hình 3.26 Phình trồi của đất khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động 91

Hình 3.27 Phình trồi của đất khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động 91

Hình 3.28 Chuyển vị của đất ngoài hố đào khi gia cường vùng bị động 92

Hình 3.29 Chuyển vị của đất ngoài hố đào khi gia cường vùng chủ động 92

Hình 3.30 Chuyển vị của đất ngoài hố đào khi gia cường vùng chủ động và bị động 93

Hình 3.31 Chuyển vị của đất ngoài hố đào khi gia cường vùng chủ động và bị động 93

Hình 3.32 Tỉ lệ giữa chuyển vị và chiều sâu hố đào khi gia cường cột đất vùng bị động 94

Hình 3.33 Tỉ lệ giữa chuyển vị và chiều sâu hố đào khi gia cường cột đất vùng chủ động 95 Hình 3.34 Tỉ lệ giữa chuyển vị và chiều sâu hố đào khi gia cường cột đất vùng chủ động và bị động 95 Hình 3.35 Tỉ lệ giữa chuyển vị và chiều sâu hố đào khi gia cường cột đất vùng chủ động và bị động 96

Mục Lục

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 2

3 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 2

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài 3

5 Giá trị thực tiễn của đề tài 3

6 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 3

7 Hạn chế của đề tài 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CỦA TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU CÓ GIA CƯỜNG BẰNG CỘT ĐẤT XI MĂNG 4

1.1 Những kết quả nghiên cứu và đo đạc 4

1.1.1 Chuyển vị của tường 4

1.1.2 Chuyển vị của đất xung quanh hốđào 7

1.1.3 Chiều sâu tường dưới đáy hố đào 11

1.1.4 Mối quan hệ giữa chuyển vị mặt đất và chuyển vị tường 12

1.1.5 Nội lực trong tường 16

1.2 Cột đất trộn xi măng 18

1.2.1 Sơ lược về cột đất trộn xi măng 18

1.2.2 Những kết quả nghiên cứu 21

1.3 Kết luận 28

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHI PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU VÀ CỘT ĐẤT XI MĂNG BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN 30

2.1 Phần tử hữu hạn 30

2.2 Rời rạc phần tử 31

2.3 Chuyển vị gần đúng 33

2.4 Phương trình phần tử 34

2.5 Phân tích ứng suất tổng 37

2.6 Tính toán áp lực nước lỗ rỗng 38

2.7 Phân tích thoát nước và không thoát nước 41

2.7.1 Ứng xử không thoát nước 42

2.7.2 Ứng xử không thoát nước trong Plaxis 43

2.8 Điều kiện biên hố đào sâu 45

2.9 Phương pháp phân tích hố đào sâu 46

2.9.1 Phân tích trực tiếp và phân tích ngược 46

2.9.2 Phân tích ứng suất tổng và ứng suất hữu hiệu 47

2.9.3 Phân tích thoát nước, không thoát nước và phân tích thoát nước một phần 48

2.10 Mô hình Mohr-Coulomb 49

2.10.1 Modun E 50

2.10.2 Thông số K 0 và OCR 52

2.10.3 Hệ số thấm: 52

2.11 Mô hình Hardening Soil 53

2.11.1 Modun E 53

2.11.2 Hệ số poisson’s gia tải và dỡ tải v ur 55

2.11.3 Hệ số cố kết thường NC K0 55

2.11.4 Hệ số thấm k 55

2.12 Cột đất trộn xi măng 55

2.12.1 Các đặc tính của cột đất trộn xi măng 55

2.12.2 Các thông số của cột đất trộn xi măng 58

2.13 Kết luận: 61

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA CỘT ĐẤT XI MĂNG CHỐNG CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG HỐ ĐÀO TRONG ĐẤT YẾU 62

3.1 Tổng quan về công trình 62

3.2 Các giai đoạn thi công 64

3.3 Mô hình bài toán và các thông số đầu vào 65

3.3.1 Mô tả bài toán 65

3.3.2 Thông số đầu vào 65

3.4 Mô phỏng bài toán trong Plaxis 69

3.5 Mô phỏng trình tự thi công trong Plaxis 69

3.6 Các trường hợp gia cố bằng cột đất xi măng 70

3.7 Chuyển vị của tường qua các giai đoạn đào 73

3.7.1 Trường hợp thi công đào đến độ sâu -3,5m 73

3.7.2 Trường hợp thi công đào đến độ sâu -6,5m 77

3.7.3 Trường hợp thi công đào đến độ sâu -9,5m 81

3.8 Chuyển vị của tường trong các trường hợp thi công 85

3.9 Chuyển vị phình trồi của đất ở đáy hố đào ở giai đoạn đào -9,5m 90

3.10 Chuyển vị thẳng đứng của đất xung quanh hốđào ở giai đoạn đào -9.5m 92 3.11 Tỉ lệ giữa chuyển vị và chiều sâu của hố đào với các trường hợp gia cường 94

3.12 Kết luận 96

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98

1 Kết Luận 98

2 Kiến Nghị 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Tình hình dân số ngày càng tăng và tập trung nhiềuở các thành phố lớn như: Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Cần Thơ… Do đó cần nhiều dịch vụ cần thiết phục vụ cho sự gia tăng dân số như vậy và một trong những vấnđềđó là chỗở cho người dân vì thế mà có nhiều chung cư cao tầng, cao ốc được xây dựng lên với nhiều tầng hầm phục vụ cho sự an toàn vàđi lại người dân mà hầu nhưđịa chấtở các thành phố lớn của ta đều rất yếuđặc biệt là thành phố Hồ Chí Minh và Cần Thơ do đó vấnđềđặt ra là phải có giải pháp móng hợp lý cho công trình với nhiều tầng hầm như vậy mà biện pháp thi công nhanh và an toàn nhấthiện nay là sử dụng tường vây trong quá trình thi công, điều này sẽđảm bảođộ bền cho chính công trình cũng như các công trình lân cận

Vấnđề về hốđào sâu cũngđã được tìm hiểu bởi nhiều nhà nghiên cứu trong nhiều năm.Tuy nhiên trong những thập kỷ qua sự hiểu biết vềứng xử củađất nền về căn bảnđã tăng lên.Điều này, kết hợp với khả năng sử dụng những kỹ thuật mới trong quá trình thi công của hốđào sâu đã đượcđề ra nghiên cứu và phân tích và một trong sốđó là sử dụng cộtđất trộn xi măng để gia cường chống chuyển vị của tường dướiđáy hốđào sâu khi tường cắm sâu vàođất yếu, khi tường cắm sâu vàođất yếu thì khả năng chuyển vị của tường sẽ tăng lên, xétđến yếu tố này thì cộtđất trộn xi măng là yếu tố hàngđầu vì khả năng thi công tiện lợi, độ bền cao, chi phí thấp

Khi một kết cấu chắn giữđất tạm thời, chẳng hạn như hệ tường vây được thiết kế thì yếu tốan toàn phải là ưu tiên hàngđầu Tiếptheođó là yêu cầu về hiệu quả kinh tế cũng ngày càng gắt gao, điều này dẫnđến nhu cầu phải dựđoán chính xác hơn nữa chuyển vị củađất nền và tăng kiến thức của việc thiết kế những kết cấu chống giữ tạm cũng như lâu dài cho công trình

2 Mụcđích nghiên cứu củađề tài

- Phân tíchứng xử chuyển vị, nội lực của tường vây và chuyển vị củađất xung quanh tường trong đất kết hợp cộtđất trộn xi măng để gia cường chuyển vị của tường dướiđáy hốđào

- Ứng dụng vào việc tính toán thiết kế ổnđịnhchuyển vị của tườngvàđấtxung quanh hốđàocho công trình có hai tầng hầm, chiều sâu hốđào khoảng 10m, tường có chiều dài trong đất yếu lớnđể cắm vàođất tốt nên được gia cố bằngđất trộn xi măng để hạn chế chuyển vị của tường dướiđáy hốđào

Hình1.1 Gia cường cộtđất xi măng dướiđáy hốđào

3 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về chuyển vị, nội lực tường vây và chuyển vị củađất xung quanh tường

Nghiên cứu ảnh hưởng phạmvi của tường vây đếnđất xung quanh trên và dưới tường

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hàm lượng, modun đàn hồi và chiều dàyhợp lý của cộtđất trộn xi măngđể hạn chế chuyển vị của tường vây

Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis để phân tích chuyển vị của tường, phình trồi củađấtởđáy hốđào và tỉ lệ giữa chuyển vị của tường và chiều sâu của hốđào trong đất yếu

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Tìm hiểu được chuyển vị, nội lực của tường và chuyển vị củađất xung quanh tường từđó phân tíchđánh giá ảnh hưởng của tườngđếnđất nền xung quanh.Phân tích đượcứng dụng cộtđất trộn xi măng trong việc gia cường tường dướiđáy hốđào

5 Giá trị thực tiễn của đề tài

Phương pháp này sẽ giúp hiểu rõ vềứng xử của tường trong quá trình thi công hố đào với phương pháp cộtđất trộn xi măngđể hạn chế chuyển vị của tườngdướiđáy hốđào khi tường cắm sâu trong đất yếu, từđó có thểđánh giá vàđưa

ra ý kiến về chiều dày của cộtđất trộn xi măng để hạn chế chuyển vị tường, tiết kiệm chi phí mà vẫnđảm bảo tường làm việc trong giới hạn an toàn

6 Phạmvi nghiên cứu của đề tài

Phương pháp cộtđất trộn xi măng được sử dụng như thanh chống ngang để hạnchế chuyển vị của tường dướiđáy hốđàođể tường làm việc ổn định không gây

hư hại cho công trình Phạm vi nghiên cứu củađề tài chỉ giới hạn trong một số loạiđất yếu và chủ yếu gia cường cộtđấtở vùng áp lực bịđộng( dướiđáy hốđào), vùng áp lực chủđộng ( bên ngoài hốđào),và bên trong lẫn bên ngoài, do đó việc vận dụng phương pháp vào các loạiđất khác trước tiên cần xem xétđiều kiện yếu tố liên quan và hiệu quả kinh tế…

7 Hạn chế của đề tài

Công trình nghiên cứu mang tính chất tổng hợp các lý thuyếtđã học và sưu tầm chưa cóđiều kiện tính toán thực tế,chưa có số liệu thực tếvà tiến hành thực nghiệm ngoài hiện trường

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CỦA TƯỜNG CHẮN HỐĐÀO SÂU CÓ GIA CƯỜNG BẰNG CỘTĐẤT XI MĂNG

1.1 Những kết quả nghiên cứu vàđo đạc

1.1.1 Chuyển vị của tường

Dướiđây là chuyển vị của tường trong lúc thi công giai đoạnđầu và thi công giai đoạn sau cùng

Hình 1.2 Các chuyển vị của tường trong quá trình thi công Nếu As>1,6Ac thì chuyển vịđất sau tường có dạng lõm

- Theo Goldberg (1976),đo đạc trên 63 trường hợp lịch sửthìcho rằng

chuyển vị tường trong đất cát và sỏi sạn hoặcđất sét cứng hoặc rất cứng thì thườngít hơn 0,4% của chiều sâu hốđào Những kết quả của họ cũng chỉ ra rằng chuyển vị tường của hốđào sâu trong sét mềm thì khoảng 1% chiều sâu hốđào

- Theo dữ liệu của Moormann(2004) thực hiện trên 530 công trình trong

sét mềm (cu<75 kpa) Chuyển vị ngang lớn nhất của tường hm thì khoảng giữa 0,5%H và 1%H (với H là chiều sâu hốđào), vị trí chuyển vị ngang lớn nhất thì khoảng 0,5H tới 1H bên dưới mặtđất

Hình 1.3 Chuyển vị của tường vàđất sau tường

Hình 1.4 Quan hệ giữa chiều sâu hốđào và chuyển vị tường Chuyển vị của tường phần lớn phụ thuộc vào hệ thốngthanh giằng

Khoảng cách thanh chống

H [m]: chiều sâu hốđào

t [m]: chiều dài tường dưới hốđào

N : số lớp thanh chống

Chiều sâu hố đào

Chuyển vị ngang tường max

Theo Ou, C.Y(1993)đã thực hiện trên 10 trường hợp lịch sử cho hốđào sâu

ở Tapei cho rằng mối quan hệ giữa chuyển vị lớn nhất mặtđất vào khoảng 50% tới 70% độ võng tường lớn nhất vàđộ võng tường lớn nhất thì khoảng 0,2% tới 0,5% chiều sâu hốđào

-Theo Winter, E(1992)đã thực hiện trên hốđào 10m dùng tường slurry có

nhà thờ bên cạnh cho rằng chuyển vị lớn nhất của tường theo phương ngang vào khoảng 0.15% chiều sâu hốđào

-Phương pháp Clough (1989)đề xuất trên bán thực nghiệm về chuyển vị

trên lớp sét là chuyển vị lớn nhất của tường ( hm)đượcđánh giá từ mối quan hệ giữa hệ số an toàn (FS) và hệ thốngđộ cứng

Với : hệ thốngđộ cứng 4

.

.

h

I E



Trong đó EI làđộ cứng chống uốn

 là trọng lượng riêng củađất dưới tường

h là khoảng cách các thanh chống Hệ số an toàn (FS) đượcđịnh nghĩatheo Terzaghi (1943)

Trong đó:

suu là sức chống cắt không thoát nước củađất phía trên đáy hốđào

sub là sức chống cắt không thoát nước củađất phía dướiđáy hốđào

Hình 1.5 Hình dạng hố đào và thông số cường độ đất cho hệ số an

toàn

NC là hệ số khả năng chịu lực[Theo Terzaghi (1943) NC=5,7]

-Theo Clough và O’Rourke(1990) chuyển vị tường lớn nhất vào khoảng

0,2% chiều sâu hốđào

-Theo Hashash(1992)nếu hệ thống thanh chống tốt thìtỷ sốgiữachuyển vị

tường lớn nhất và chiều sâu hốđào 0,5%

H

Hm



ngược lại nếu hệ thống thanh

chống nhỏ thì hệ số tăng từ 1,5%

H

Hm



tới 2%

1.1.2 Chuyển vị của đất xung quanh hố đào

Chuyển vịđất xung quanh hốđào có 2 loại : loại chuyển vị lớn nhấtở sát thành hốđào (Spandrel) và loại chuyển vị có đường cong lõm (Concave)

Hình1.6 Các dạng chuyển vị củađất sau tường

- Theo phương pháp Peck(1969) dùng phương pháp thực nghiệm.Chuyển

vịđất lớn nhất của sét mềmđến rất mềm thì khoảng 1% của chiều sâu lớn nhất hốđào.Vùngnàythì khoảng 2 lần chiều sâu lớn nhất hốđào.Theo Peck chia làm 3 vùng

Dạng lõm Dạng chuyển vị max gần tường Tường

Hình1.7 Phương pháp Peck (1969) Trong vùng 1 chuyển vị gần sát tường vào khoảng 1% chiều sâu hốđào, trong vùng 2 chuyển vị gần sát tường vào khoảng 2% chiều sâu hốđào

Hình1.8 Các vùng ảnh hưởng của chuyển vịđất sau tường

Vớiđoạn a-b và b-c có thể tính như sau:

Nếu  2

e H

d

thì

Vùng 1: Cát và sét mềmđến sét cứng Vùng 2: a/ Sét rất mềmđến mềm

- Giới hạn chiều sâu lớp sét bên dưới hốđào

- Chiều sâu đáng kể lớp sét dưới hốđào nhưng

N b <N cb b/ Ảnh hưởng chuyển vị bởi quá trình thi công khác nhau

Vùng 3: Sét rất mềmđến mềm

Ước chừng cao hơn Ước chừng gầnđúng

Vùng ảnh hưởng chính

Vùng ảnh hưởng phụ

vm e

d thì

vm e

Với v là chuyển vị bề mặt củađất cách tườngmột khoảng là d

He là chiều sâu hốđào

- Theo phương pháp Bowles(1988)



 là chuyển vịđấtlớn nhất

245tan(

He là chiều say hốđào, Hd là bề rộng hốđào

245tan(

5,0

v 

 là chuyển vịđấtở cách tường

Với D-x là khoảng cách từ tường

- Theo phương pháp Clough và O’Rourke(1990) chuyển vị mở rộng từ 2He

và 3He cho đất cát vàđất sét cứngđến rất cứng

Nếu biết vm thì những vị trí khác có thể tínhđược, ngoài ra trên biểuđồ của Peck thì Clough và O’Rourke cho rằng vùng ảnh hưởng chính (Primary influence zone) thì khoảng 2 lần chiều sâu hốđào(2He) thì chuyển vị vào khoảng0, vmcòn vùngảnh hưởng thứ cấp (Secondary influence zone) thìít ảnh hưởng nên vào khoảng 4He

- Phương pháp Ou(1993) dựa trên 10 trường hợpở Taipei (Hàn Quốc) là

chuyển vịở khoảng cách giới hạn sau tường thì không đều và gia tăng theo chiều sâu hốđào Vùngđó được gọi là vùng ảnh hưởng (AIR), chuyển vị ngoài AIR thì không đáng kể

Với He là chiều sâu hốđào, Hp là chiều sâu tường cắm vàođất

- Theo dữ liệu của Moormann(2004)đã thực hiện nghiên cứu trên 530

trường hợp chuyển vị củađất do đào sâu trong sét mềm (cu< 75kpa) Chuyển

Hình 1.9 Phương pháp Clough và O’Rourke (1990) ước chừng chuyển vị mặt đất

Đường chuyển vị

Cát

Đường chuyển vị

Đường chuyển vị

Sét cứngđến rất cứng

Sét mềm đến vừa

vịlớn nhất theo phương đứng của bề mặtđất sau lưng tường vm nằm trong khoảng 0,1%H tới 10%H trung bình trong khoảng 1,1%H, chuyển vị xảy ra ở khoảng cáchít hơn 0,5%H sau lưng tường nhưng có nhiều trường hợp trong sét mềm khoảng cách này lên tới 2H, với H chiều sâu hốđào

- Theo Ou (1993) và Nicholson (1987) chuyển vị lớn nhất của mặtđất trong

đường cong chuyển vị lõm thì bằng nữa chiều sâu màtạiđóđộ võng tường lớn nhất.Theo Ou (1993) trong nhiều trường hợp thìđộ võng lớn nhất của tường thì gầnđáy hốđào, vì vậy chuyển vị lớn nhất của mặtđất thì bằng nữa chiều sâu hốđào (He/2)

Hình1.10 Vùng ảnh hưởng theo Ou (1993) và Nicholson (1987)

Trong nhiều trường hợp Clough và O’Rourke (1990) thì cho rằng chuyển

vị mặtđấtở gần tường thì trong phạmvi từ0,5 vm tới0,7 vm (với vm là chuyển vị lớn nhất)

1.1.3 Chiều sâu tường dưới đáy hố đào

Dựa trên nhiều nghiên cứu của Woo và Moh (1990) thì tỷ số của chiều dài tường và chiều sâu hốđào vào khoảng 1,6 tới 2.2 ( còn phải dựa vào tầngđất)

Vùng ảnh hưởng chính

Vùng ảnh hưởng phụ

1.1.4 Mối quan hệ giữa chuyển vị mặt đất và chuyển vị tường

-Theo Mana và Clough(1981) cho rằng trong hầu hết trường hợp thì

chuyển vị lớn nhất của bề mặtđất bằng (0,5-0,7) chuyển vị lớn nhất của tường

Các trường hợp chuyển vị củađất và tường

Độ võng tường Khoảng cách từ tường (m)

Hình 1.11 Các hình dạng của chuyển vị tường vàđất sau tường

- Theo Mana và Clough (1981), Ou (1993), Hsiel và Ou (1998)từ nhiều

trường hợp trên khắp thế giới thì:

(max) (max) 0 , 5 H

Hình 1.12 Mối quan hệ giữa chuyển vị max mặt đất và độ võng

tường max ( Ou, 1993 và Hsieh và Ou, 1998)

-Theo Clough(1989) mối liên hệ giữa chuyển vịtheo phương đứng và theo

phương ngang có xétđến hệ thốngthanh giằng:

D H

V

xRxFS H

s

H I

H S S E

E

.



R là hệ số liên hệđộ cứng

E là modun của tường

ES là modun cát tuyến

I là momen kháng uốn của tường

SH là khoảng cách thanh chống ngang

SV là khoảng cách thanh chốngđứng

H là chiều cao tường

He là chiều sâu hốđào

s

 là trọng lượngđất

su là cườngđộ cắt không thoát nước

e s

u u

C u

H

B

D s B

H s N

s FS

22

H V

xRxFS H

FS H

0496 , 0 3088 , 0 (max)

(max)

0884,05072,0(%)

1.1.5 Nội lực trong tường

Momen uốn trong tường được lấy từ lý thuyết dầm:

EI

Trong đó:  làđộ cong

2 / 3 2 2 2

1

1

d EIx

2 5 3 4 4 3 5 2 6

)0(

2,10

)2,1(

5,00

)5,0(

2,10

)2,1(

11

,0)1(

5,01

)5,0(

045

,0)0(

d d

z z

d d

z z

d d

z z z z

H H

H H H H H

1 , 0 1

45 , 0

;

;

0 0 2 0 0

0 0

0 1 4 , 2 32 , 4 912 , 6 368 , 10 9299 , 14

0 1 1 75 , 0 5 , 0 3125 , 0 1875 , 0

1 2 , 1 44 , 1 728 , 1 0736 , 2 483 , 2 986 , 2

1 1 1 1 1

1 1

1 5 , 0 25 , 0 125 , 0 0625 , 0 0313 , 0 0156 , 0

1 0 0 0 0

0 0

7 6 5 4 3 2 1

b

A A A A A A A

X B

7045 , 0 0

644 , 17

6924 , 52

2784 , 48

2845 , 14

7 6 4 4 3 2 1

A A A A A A A

X

45 , 0 ) ( 7045 , 0 ) ( 644 , 17 ) ( 6924 , 52 ) ( 2784 , 48 ) ( 2845 , 14

H



) ( 2514 , 12 ) ( 18 , 371 ) ( 834 , 810 ) ( 476 ,

( 64 ,



 Qua các thí nghiệm và kết quảđo đạc của các tác giả thì chuyển vị lớn

nhất của tường thường xuất hiện gần vị trí củađáy hốđào thì thế ta cần gia cường tại những vị tríđó( phía trên và phía dưới) để hạn chế chuyển vị vàđảm bảo công trình làm việc trong điều kiện an toàn

1.2 Cộtđất trộn xi măng

1.2.1 Sơ lược về cột đất trộn xi măng

Cộtđất trộn xi măng được phát triển từ giữa những năm của thập niên 1970

ở ThụyĐiển nhưng chủ yếu là phương pháp trộn khô, phương pháp trộnướt được Nhật Bản phát triển vào những năm 1970 với nhiều loại dụng cụ trộn sau đó sự phát triển bùng nổ của cộtđất trộn xi măng ở những nước Châu Âu và Bắc Mỹ

Hình1.13Trộnướt CDMLand4, Nhật

Hình1.14Trộn ướt Colmix, Pháp 1980

Hình1.15Trộn ướt Trevimex, Ý 1980

Hình1.16Trộn ướt CDM-LODIC, Nhật 1985 Trộn ướt là phương pháp trộn kết hợp với hỗn hợp nước và xi măng( hoặc có thêm phụ gia), khi cần trộn được xoay đểđánh tơi đất vàđưa vào trong đất tớiđộ sâu thiết kế sau đó cần trộn được xoay rút lên đồng thời phun hỗn hợp vữa

xi măng vào trong đất

Phương pháp cột đất trộn xi măng được sử dụng cho các công trình mềm như: nhà kho, cảng, sân bay, đường, gia cườngđáy hốđào

Phương pháp cộtđất trộn xi măng có chi phí rẻ rất kinh tế cho các công trình với mặt bằng rộng, ít gây nhiều tiếng ồn, không gây ô nhiễm môi trường, chất lượng cũng tương đối ổnđịnh

Hình1.17Ứng dụng của cộtđất trộn xi măng cho các công trình

Ngoài nhữngứng dụng trên cộtđất trộn xi măng còn được dùngđể chống chuyển vịcủa tườngtrong hốđào sâu

Hình1.18Thiết kế sànbằngcộtđất xi măng cho hốđào sâu (Shirlaw 2000b)

1.2.2 Những kết quảnghiên cứu

- Gaba (1990)đã báo cáo khi dùng cộtđất xi măng dưới dạng bè chiều dày

3,5m dướiđáy hốđào, kéo dài giữa những tường chắnđào sâu 15m theo phương pháp top-down trong lớp sét biểnở Singapore Ở tầng hình thành này, có sự hiện diện của tầng sét biển mềmđể rồi sau đó được cải tạo thành lớp cứng hơn.Tác giả trình bày số liệu của thiết bịđo tườngđể chỉ ra những thuận lợi của lớpđất được cải tạo trong việc giảm chuyển vị của tường

Hình1.19Ổnđịnhđáy hốđào bằng phương pháp top-down

trongđất sét Singapore (Gaba 1990)

tầngđất cứng

- Lee và Young (1991)đã báo cáo việc sử dụng cộtđất xi măng để cải tạo

tầngđất bên dưới cho 2 trường hợp nghiên cứu của hốđào sâu trong lớp sét biểnở Singapore Việc cải tạođộ cứng củađấtở bên dưới chiều sâu tới hạn tầng hình thànhđã giúp giảm chuyển vị của tường vàđất.Kế hoạch được sử dụngở dạngđơn ( dày 2m) hoặc 2 lớp dạng bè dọc theo theo hốđàođể giảm chuyển vị tường.Tác giảđề xuất 2 lớpđể tận dụng những lợi thế của những ảnh hưởng còn lạiđể gia tăng độ cứng củađất

Hình1.20Ổnđịnh với 1 lớptheo Lee và Young

chuyển vị ngang

vùng không gia cường vùngđược gia cường

Hình1.21Ổnđịnh với 2 lớp theo Lee và Young

- Tanaka (1993)đãđưa ra sự chú ý với khía cạnh quan tâm là ổnđịnh hốđào

sâu với tường không cắm vào tầngđất cứng, cho phép tường nổi trong tầngđất mềm Chiều dày của lớp sét hơn 50m, đất ổnđịnh bằng cộtđất xi măng kéo dài ngang qua hốđào.Tác giảđề nghị rằng ổnđịnhđất bằng cộtđất xi măng có sức kháng rất yếu so với các lực bên

Hình1.22Cải tạođất bằng cộtđất xi măng theo Tanaka (1993)

được gia cường bằng cộtđất

Hình1.23Chuyển vị tường theo đo đạc của Tanaka (1993)

- Liao và Tsai (1993)đã nghiên cứu sức kháng bịđộng của 1 phầnđất yếu

được gia cố thông qua 2 loại của những mô hình gia cường là dạng cột và dạng thanh chống Từmột loạt các cuộc kiểm tra với những mô hình gia cường khác nhau, cộtđất gia cường có khuynh hướng chảy dẻo 1 sức kháng bịđộng cao hơn chống lại chuyển vị của tường hơn loại gia cường kiểu thanh chống Loạiđất gia cường kiểu thanh chống, dạng 2 chữ L có sức kháng cao hơn dạng hộp và dạng tấm

Hình1.24Dạngđất được gia cường và chuyển vị (Liao và Tsai 1993)

- Ou và Wu (1996)đãđưa ra nghiên cứuđất gia cường bằng cộtđất xi măng

cho hốđào sâu công trình Kon-Her ởĐài Bắc.Tác giảđã phân tích phần tử hữu hạn dùng mô hình 2-D và 3-D trong nghiên cứu của mình và dùng những kết quảđo đạcđể kiểm tra Mục tiêu chínhđề xuất bởi nghiên cứu là hình thành 1 phương phápđánh giáđặc tính liên hợp của vật liệu, do đó mà vùngđất được xử lý có thể thay thế bởi vật liệuđơn trong phân tích phần tử hữu hạn thay vì trình bày rõ ràng phần tử hữu hạn của hình dạng thích hợp Phương pháp này có thể loại trừ việc cần thiết của mô hình 3-D màđòi hỏi tốn nhiều nguồn lực, lưu trữ máy tính và thời gian nhiều

Hình1.25Ou và Wu (1996)

- Uchimaya và Kamon (1998)đã trình bày những kết quả về lĩnh vực hốđào

sâu trên chuyển vị của cộtđất xi măng dạng tường chắn Tường chắn dày 2m với

2 hàng cột được sắp xếp với khoảng cách và chiều sâu khác nhau.Việcđo đạcđã chỉ ra rằng loại tường chắn thì rất thành công trong việc giảm chuyển vị ngang của tường trong quá trìnhđào.Một loạt hình dạng tường chắnđã được thực hiện, nó chỉ ra rằng chuyển vị tường giảm khi mà khoảng cách của tường chắn gần hơn

Hình1.26Mặt bằng bố trí DMM theo Uchimaya và Kamon (1998)

Hình1.27Hình dạng tường chắn DMM trong từng bước thi công

theo Uchimaya và Kamon (1998)

- Young (1998)đã nghiên cứu ảnh hưởng của lớp vữa phun trong hốđào sâu

được phân tích dùng phương pháp phần tử hữu hạn trong 2-D và 3-D Hình dạng của lớp vữa được sử dụng trong nghiên cứu này với chiều dày 3m được lắpđặt suốt toàn bộ mặt cắt ngang của hốđào Sự hiện diện của lớp vữa bên dưới làm thay đổiđáng kểđộ lớn chuyển vị của tường

- Wong (1998)đã thực hiện phân tích phần tử hữu hạn của hình dạng lớp

vữađể chống hốđào sâu trong lớp sét mềm Một loạt mô phỏngđã được thực hiện với những lớp vữa khác nhau ởđó chuyển vị của tường và mô men uốnđã được so sánh.Hốđào sâu rộng 52m và sâu 13m với 3 lớp thanh chống, tường dài 42,5m dày 0,6m được cắm vào tầngđất cứng Lớp vữa dày 1,5m được sử dụng bên dưới hốđào, sự hiện diện của lớp vữa dày 1,5m làm giảm 20-30% lực thanh chống, momen uốn, chuyển vị tường và chuyển vị mặtđất Mặc dùkết quả nghiên cứu trong điều kiện tốiưu kiểmsoát được chuyển vị mặtđất và chuyển vịcủa tường nhưng không có nhữngđề cập cụ thể trong việc cư xử của lớpđất được gia cố