C DIM NG SUT BIN DNG CA DT NN XU

The installation of circular pipes at high depth in silty fine sandy layer beneath soft soil layers does not affect to existing facilities.. Based on local geological conditions, taking

C I M NG SU T – BI N D NG C A T N N XUNG QUANH C NG TRÒN CHÔN SÂU KHU V C THÀNH PH H CHÍ MINH

Tr n Quang Huy 1 , Bùi Tr ng S n 2

(1) T ng Công ty Xây d ng Trung Qu c (CSCEC) (2) Tr ng i h c Bách Khoa, HQG-HCM

TÓM T T: C ng ng m chôn sâu là m t trong nh ng gi i pháp h p lý nh t đ c ch n l a

lên các công trình hi n h u C n c trên c s đi u ki n đ a ch t khu v c, th c hi n phân tích

ABSTRACT: STRESS-STRAIN CHARACTER OF GROUND AROUND BURIED CIRCULAR PIPES IN HOCHIMINH CITY

Depth buried pipe is one of the best efficient solutions, which selected for the sanitary and storm sewers in HoChiMinh City The installation of circular pipes at high depth in silty fine sandy layer beneath soft soil layers does not affect to existing facilities Based on local geological conditions, taking into account of pipe jacking method including earth pressure balance system and groundwater, the analyses of stress – strain behavior of soil around buried pipes are carried out Beside, it is analyzed to the disturbance of soils during tunneling and the effects to the stress – strain characteristics of soils

1 C I M I U KI N A CH T

CÔNG TRÌNH KHU V C VÀ GI I

PHÁP CHO CÔNG TRÌNH THU GOM

Do đ c thù đi u ki n đ a ch t công

trình c a khu v c Thành ph H Chí Minh

(Tp HCM) có l p tr m tích tr có b dày

khá l n nên vi c ch n l a ph ng pháp

xây d ng công trình thoát n c đô th nh t

thi t ph i xét đ n các y u t quan tr ng

hàng đ u này Trong đi u ki n đô th , n u

thi t k các công trình thoát n c đ sâu

không l n, bi n pháp thi công s g p nhi u

khó kh n Th t v y, v i nhi u công trình

hi u h u trên n n tr m tích b r i, nh t

thi t ph i b trí các công trình ch ng đ

khi khai đào đ tránh nh h ng đ n các

công trình trên m t Vi c này gây nhi u

t n kém và kéo dài th i gian thi công đáng

k

khu v c Tp HCM, bao ph trên h u

h t di n tích các qu n 1, 2, 4, 5, 7, 8, 9 là

các l p tr m tích có tu i T hi n đ i,

ch y u là bùn sét T m t c t đ a ch t khu

v c xây d ng có th th y r ng l p đ t có

kh n ng ch u t i t ng đ i t t là l p cát

m n l n b t tr ng thái ch t v a n m ngay bên d i l p bùn sét y u N u công trình

ng m đ c đ t trong t ng bùn sét y u thì

bi n d ng và bi n d ng l ch c a công trình

có th r t l n, không th duy trì đi u ki n làm vi c n đ nh đ c Trong tr ng h p

c ng đ t nông thì có th g p nhi u khó

kh n trong bi n pháp thi công do ph i th c

hi n các công trình ch ng đ t m th i ho c

ph i ti n hành x lý n n

Do đó, các công trình ng m thoát n c khu v c đô th nh Tp HCM đ c ch n

l a đ t đ sâu khá l n các đ sâu này,

đ t n n t ng đ i t t Công trình c ng

ng m các đ sâu này không nh h ng đáng k đ n đ n đ nh c a các công trình

hi n h u bên trên Bi n pháp thi công h p

lý trong tr ng h p này là đào kín

i v i bài toán công trình ng m đào

kín, khi đ t bên trong công trình đ c đào

ra s làm m t cân b ng áp l c đ t trong

ph m vi đào, t đó đ t n n phía d i công

trình ng m có xu h ng n ra còn trong

quá trình s d ng, tr ng l ng công trình

ng m t ng do có ch a n c bên trong, làm

cho đ t n n bên d i công trình ng m l i

có xu h ng nén xu ng Hi n t ng nén và

d t i này có th th hi n qua ch s nén λ

và d t i κ t k t qu thí nghi m Mô hình

đ t có xét đ n đ c đi m bi n d ng này c a

đ t là mô hình Camclay Do v y s d ng

mô hình Camclay cho bài toán đào đ t và

xây d ng công trình ng m s cho k t qu

phù h p v i th c t

q

2 S PHÂN B NG SU T TRONG

QUANH CÔNG TRÌNH NG M

Trong tính toán công trình ng m, áp

l c đ a t ng là t i tr ng ch y u Tùy theo

tính ch t và c u t o đ a ch t, áp l c đ a

t ng tác d ng lên công trình ng m có th là

th ng đ ng t trên xu ng, áp l c ngang, áp

l c t d i đáy c ng tác d ng lên và đôi

khi là áp l c d c theo chi u dài công trình

Th c t xây d ng cho th y r ng áp l c

đ a t ng lên công trình ng m phát tri n

m nh khi đi m t a c a công trình ng m

lún xu ng hay bi n d ng Do đó ph i th c

s c n tr ng trong công tác thi công, tránh

làm y u đ t n n Theo nhi u tài li u, trong

th i gian thi công th ng quan tr c th y s

gia t ng áp l c đ a t ng theo th i gian sau

khi l p đ t Nguyên nhân ch y u c a hi n

t ng này là do đ c ng c a công trình

không đ , đ t n n xung quanh b xáo tr n

gây bi n d ng công trình và làm gia t ng

giá tr áp l c đ t

Áp l c đ t lên công trình không nh ng

ph thu c vào các đ c tr ng c lý, c u trúc

đ a t ng mà còn ph thu c vào đ c đi m

quá trình thi công Rõ ràng tr ng thái ng

su t ban đ u nh h ng đáng k lên k t

qu tính toán Do đó, k t qu bài toán phù

h p h n nên xét đi u ki n thi công th c t

Hình 1 Tr ng thái ng su t trong kh i đ t

b xáo tr n

Trên hình 1 th hi n tr ng thái ng su t

c a kh i đ t xung quanh công trình ng m

Áp l c đ t d c tr c công trình ng m theo Terzaghi có th bi u di n d i d ng:

ϕ

γ

0 1 1

0 0

1 tan

n K n

K

K a

c a

−

−

×

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

−

= (1) Trong đó:

a1 : kích th c kh i tr t (hình 1);

Kích th c c a kh i tr t:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

+

=

2 45 tan 0

1

ϕ

h a

γ : tr ng l ng riêng c a đ t;

K0 : h s áp l c ngang,

y

x

K

σ

σ

=

0 ;

c : l c dính; ϕ : góc ma sát trong;

q : t i tr ng trên b m t;

1

a

z

n= , v i z là đ sâu k t m t đ t

đ n đ nh h m

Tr ng h p đ t r i (c = 0) và áp l c tác

d ng trên b m t không có, t c là q = 0, ta

th y:

γ

0

tan

n K

K

−

×

đ sâu khá l n d i m t đ t, khi giá

tr z l n h n đáng k so v i a1 nên xem

nh n = ∞, ta đ c:

σ z + dσ z

2a1

2

450−ϕ

h

2a

γ σ

tan

0

1

K

a

Terzaghi cho r ng h s K0 = σx/σy d c

tr c công trình đ sâu 2a1 trên công trình

có th đ t đ n giá tr 1,5 Thông th ng,

trong đi u ki n đ t y u bão hòa n c

tr ng thái ban đ u K0 = 1 Khi đó:

ϕ

γ σ

tan 1

a

i v i đ t r i, tanϕ = f (đ kiên c ),

công th c (4) có th vi t l i d i d ng:

γ σ

f1

a

Theo M.M Protodiakonov, ph ng

trình đ ng cong m t tr t khi khai đào có

d ng:

2 1

1

x a

z

f

Trên c s ph ng trình (6) có th bi u

di n áp l c đ t theo ph ng th ng đ ng

lên n p công trình d i d ng:

2 1

x a

a

H s kiên c cho các l p tr m tích

m m r i có th l y x p x f = tanϕ, đ i v i

100

1

f ≈ , đây R là c ng đ

kháng nén đ n tr c c a đá

Công th c (7) là công th c g n đúng

do ch p nh n m t s gi thi t Theo công

th c c a Terzaghi (1), có th nh n đ c

giá tr áp l c theo ph ng th ng đ ng

trong kh i đ t xáo tr n do khai đào đ

sâu b t k đ i n n đ t

V i cát có ϕ = 300

, công th c (5) tr thành σz =1,735a1γ K t qu th c

nghi m đo đ c áp l c đ a t ng theo ph ng

th ng đ ng dao đ ng trong ph m vi

σz = 1,3÷1,4a1 Sai s l n nh t so v i

k t qu đo đ c th c nghi m là 25% [6]

Trong tr ng h p chi u sâu đ t công

trình nông, có ngh a là khi chi u sâu đ t

c ng z th a mãn đi u ki n (8) ho c (9) thì

áp l c theo ph ng th ng đ ng xem nh là

áp l c c a c t đ t, t c là σz = γ.h [1, 5, 6]

h < (1,5 -2)z (8)

Ho c h < 5a1 (phù h p khi f < 0.8) (9)

Ngoài ra, trong tr ng h p đào sâu

th a mãn công th c trên nh ng khi đ t đá bên trên công trình ng m y u và r i r c t i

m c có th b qua l c liên k t nh công trình đ t trong đ t bão hòa n c, vùng cát

ch y,… thì áp l c theo ph ng th ng đ ng

v n đ c tính toán nh áp l c c a c t đ t

∑

=

= n

i i i

1

γ

Áp l c ngang lên công trình ng m khai đào theo ph ng th ng đ ng:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

0 2 1

ϕ γ

i i i

=

−

i i i

1

ν

T k t qu phân tích công th c (1), áp

l c do trong l ng b n thân các l p đ t có

b dày h ≥ 5a1 có giá tr không đ i và không ph thu c đ sâu chôn công trình

Ngoài ra còn có th th y r ng, áp l c đ a

t ng theo ph ng th ng đ ng lên công trình ng m có th tri t tiêu n u 0

1

=

−

a

c

t c là

γ

c

a1≤ i u này hoàn toàn h p lý khi n n là đá c ng, các h m đào hoàn toàn

n đ nh, không c n có các bi n pháp gia

c

QUANH C NG TRÒN B NG

PH NG PHÁP PH N T H U H N

C ng tròn thoát n c thu c tuy n c ng

n m d c đ ng Tr n H ng o, b t đ u t ngã ba đ ng Hàm Nghi, Tôn c Th ng

v h ng đ ng Hàm Nghi, Tr n H ng

o, r vào đ ng Tr n Tu n Kh i và đ vào Tr m b m g n kênh ôi Thông s đ t

n n l a ch n tính toán c n c vào k t qu

kh o sát đ a ch t công trình h khoan IWPS.S1-01 tr m b m g n kênh ôi [4]

C ng tròn làm b ng v t li u bê tông c t thép có đ ng kính ngoài 2,6m, đ ng kính trong 2,2m đ t sâu trong l p cát đ sâu 14,5m tính t m t đ t t nhiên đ n tâm

c ng K t c u c ng tròn đ c thi t k có

th ch u l c khi thi công

-0.032 -0.035 -0.040

-0.057

-0.047 -0.060

-0.050

-0.040

-0.030

-0.020

-0.010

0.000

Chiều sâu chôn cống - z (m)

S ma

Smax ở điểm A

c c đ i trên b m t S max (cm) và chi u sâu

cơng trình

T k t qu tính tốn mơ ph ng b ng

ch ng trình Plaxis trên c s mơ hình

Soft soils (là mơ hình Camclay bi n c i),

đ kh o sát nh h ng c a đ sâu chơn

c ng, chúng tơi ti n hành thi t l p quan h

gi a đ lún c c đ i trên b m t (đi m A)

và chi u sâu chơn c ng nh hình 2 Cĩ

th th y r ng trong quá trình thi cơng đào

n đ nh (kích th c h đào và kích th c

c ng trịn nh nhau, đ t n n xung quanh

khơng b m t mát khi đào), chi u sâu đ t

c ng càng bé thì đ lún b m t càng l n

Tuy nhiên, bài tốn tính tốn trong đi u

ki n đ a ch t th c t cơng trình cho th y

giá tr chuy n v trong giai đo n thi cơng

khơng đáng k , nh h n 0,1cm và khi s

d ng giá tr đ lún c ng khơng đáng k

Tuy nhiên, trong quá trình thi cơng cĩ

th x y ra m t mát m t ph n th tích đ t

m t đào do đ t b long r i do khoan đào,

do áp l c đ t hay áp l c dung d ch v a cân

b ng m t đào

H s m t mát th tích đ t m t đào

tính tốn d a trên t s ∆V/V, trong đĩ

∆V, V l n l t là l ng th tích đ t m t

mát và th tích đ t ban đ u m t đào, V =

dπD2

/4 v i d là chi u dài ph n đ t khơng

đ c ch ng đ tr c m t h m (v i lo i

khiên đào dùng h th ng cân b ng áp l c

đ t và n c ng m, d là b r ng bu ng áp

l c) và D là đ ng kính h m M t s ý

ki n cho r ng h s ∆V/V b ng v i h s

tr ng thái n đ nh ∆A/A, trong đĩ ∆A là

di n tích vùng lún trên m t đ t t nhiên lúc

n đ nh và A là di n tích đ ng h m [3, 5] tính tốn n i l c, d đốn chuy n v cho c ng ng m và đ t n n trong quá trình thi cơng b ng ph ng pháp kích đ y v i

đ u khiên đào kín cĩ h th ng cân b ng áp

l c m t đào chính xác h n, c n thi t xét

đ n th tích đ t m t mát trong tính tốn

V i đi u ki n đ a ch t y u r i khu v c

Tp HCM, c th cho cơng trình đang xét,

kh n ng x y ra hi n t ng s t l m t đào d n đ n lún m t đ t cĩ th x y ra Theo đ ngh c a m t s tác gi , h s m t mát cĩ th dao đ ng trong kho ng 1-2% [3, 5] Vi c xét m c đ m t mát trong tính tốn cho th y bi n d ng c a đ t n n xung quanh c ng ng m và đ lún trên b m t cĩ giá tr l n h n đáng k Khi thi cơng, do

m t mát m t ph n đ t đ u khiên trong quá trình đào, đ t mái khu v c này b s p

xu ng, cịn đ t b n d i n ra do vi c đào

đ t gây tác d ng nh tr ng h p d t i (hình 3)

A

quanh c ng trong giai đo n thi cơng v i t

l m t mát th tích m t đào ∆V/V = 2%

thu n ti n trong vi c d đốn đ lún l n nh t t i tr c trung tâm trên m t đ t

Smax, chuy n v Sc t i đ nh c ng theo chi u sâu và đ ng kính c ng, ti n hành l p bi u

đ quan h gi a Smax/Sc và z/D (hình 4)

T s li u tính tốn th ng kê, cĩ th thi t

l p quan h gi a t s Smax/Sc và z/D nh trên bi u đ Ph ng trình đ i di n quan h trên cĩ d ng tuy n tính:

Smax/Sc=-0,088(z/D)+1,252 (13)

S max /S c = -0.0882(z/D) + 1.2519

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

T s chi u sâu - đ ng kính, z/D

Hình 4 Bi u đ quan h gi a t s đ

Trong quá trình thi công, giá tr Sc luôn

đ c ghi nh n thông qua các thi t b g n

đ u khiên Vi c ki m soát giá tr cao đ

trong quá trình thi công cho phép hi u

ch nh k p th i đ ng đi c a thi t b khoan

đào và v trí c a c ng ng m sau khi l p

đ t Ngoài ra, s d ng b u th c đ ngh

trên cho phép đánh giá c đ lún c a b

m t sau khi xây d ng công trình

S m t n đ nh m t đào làm cho

vùng đ t xung quanh đ u khiên và tr c

m t đào b xáo tr n ng su t c t phát sinh

l n hai bên hông c ng, đ c bi t là v trí

kho ng 450 so v i tr c trung tâm, ng su t

này đ t x p x b ng ng su t c t c c đ i

c a n n đ t M c đ ti p c n tr ng thái

gi i h n đ t 96,7% vùng đ t xáo đ ng

th hi n thông qua các đ ng đ ng m c ký

hi u L trên hình 5 Vùng nguy hi m có th

b thu h p đáng k sau khi l p đ t c ng

Th c v y, sau khi l p đ t, do s có m t c a

c ng, ph n l c c a b m t c ng lên đ t n n

làm t ng giá tr ng su t nén, do đó s c

ch ng c t c a đ t c ng t ng theo, h qu là

t ng m c đ n đ nh

(a)

(b)

H: 0,633 I: 0,717 J: 0,800 K: 0,883 L: 0,967

Hình 5 M c đ ti p c n tr ng thái gi i

giai đo n thi công (a) và s d ng (b) v i t

l m t mát th tích m t đào ∆V/V = 2%

N u l ng m t mát th tích trong quá trình thi công cao h n s d n t i vi c m

r ng vùng bi n d ng d o gây m t n đ nh

n n đ t khu v c xung quanh c ng V i

đi u ki n đ a ch t là l p cát m n l n b t, ít sét công trình đang xét có th gây ra lún

s t và bi n d ng l n Do v y, c n kh ng

ch t l m t mát th tích đ t trong quá trình công nh m gi m đ lún, b o đ m

đi u ki n n đ nh đ t n n xung quanh

c ng

4 NH N XÉT VÀ K T LU N

Theo m t s lý thuy t tính toán áp l c tác d ng lên công trình ng m, đ sâu gi i

h n nào đó tr đi thì áp l c tác d ng lên v công trình ng m đ c xem nh không đ i [6] Do đó, công trình ng m đ c l p đ t

t đ sâu này tr đi s không nh h ng

đ n giá tr đ lún trên b m t Vi c mô

ph ng b ng ch ng trình Plaxis c n c trên c s ph ng pháp ph n t h u h n cho th y áp l c tác d ng lên đ t n n xung quanh v công trình ng m ph thu c tr ng

l ng b n thân kh i đ t bên trên Tuy nhiên theo tính toán, n u c ng ng m đ c chôn sâu đ sâu thích h p thì giá tr đ lún trên b m t do s có m t c a c ng

ng m trong n n c ng không đáng k

T k t qu t ng h p lý thuy t tính toán

và mô ph ng ng x ng su t – bi n d ng

c a đ t n n xung quanh c ng tròn chôn sâu

v i các đ c tr ng c lý c a đ t n n khu

v c n i thành Tp H Chí Minh chúng tôi

rút ra đ c m t s k t lu n nh sau:

• Trong đi u ki n thi công c ng ng m

chôn sâu b ng khiên đào b t kín n

đ nh, bi n d ng c a đ t n n xung

quanh công trình và trên b m t không

đáng k , không gây nh h ng đ n môi

tr ng xây d ng

• S m t mát th tích đ t trong quá trình

thi công nh h ng đáng k lên giá tr

chuy n v c a đ t n n xung quanh c ng

ng m và đ lún trên m t đ t

• lún c c đ i m t đ t thay đ i theo

chi u sâu chôn c ng: đ sâu chôn c ng

càng l n thì đ lún b m t càng bé

V i đ sâu chôn c ng l n h n 5 l n

đ ng kính c ng thì bi n d ng b m t

do s có m t c a c ng có giá tr không

đáng k

• Trong đi u ki n đ t n n r i r c khu

v c Tp HCM, quá trình thi công

kh ng ch l ng m t mát th tích đ t

trong kho ng 2% thì quan h gi a t s

c a đ sâu chôn c ng và đ ng kính

c ng v i t s đ lún b m t và đ

lún t i đ nh c ng có th bi u di n theo

bi u th c:

Smax/Sc = -0,088(z/D)+1,252

• Trong quá trình thi công, vùng bi n

d ng d o xu t hi n xung quanh c ng

tròn trong ph m vi góc 450 ÷ 1350

và

-450 ÷ -1350

so v i tr c trung tâm Sau khi l p đ t v c ng, ph m vi vùng này

s co h p l i

TÀI LI U THAM KH O

1 Lê V n Th ng, inh Xuân B ng,

Nguy n Ti n C ng, Phí V n L ch: C

s Thi t k Công trình Ng m, NXB

Khoa h c K thu t, Hà N i (1981)

2 Leca, E., et al., presented by the WG

“Research: Settlements induced by

Tunneling in Soft Ground, Tunnelling

and Underground Space Technology 22

(2007), p 119-149

3 Lee, C J., and Bing-Ru WU, and

Shean-Yau CHIOU: Soil Movements Around a

Tunnel in Soft Soils, Proc Natl Sci

Counc ROC (A), Vol 23, No 2 (1999),

p 235-247

4 Soil Investigation Report for

Intermediate Wasterwater Pumping Station, Research Center Technology

and Industrial Equipment (RECTIE), 06/2005

5 Vermeer, P A.: On a Smart Use of

3D-FEM in Tunnelling, Plaxis Bulletin No

11, September 2001