Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình ngân hàng vietinbank chi nhánh sóc trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
---------------

TRẦN KẾ ĐẠT

NGHIÊN CỨU 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

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT


TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
---------------

TRẦN KẾ ĐẠT

NGHIÊN CỨU CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU
CÔNG TRÌNH NGÂN HÀNG VIETINBANK CHI NHÁNH
SÓC TRĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

CHUYÊN NGÀNH:

ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ SỐ:

60580204

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

TS ĐỖ TUẤN NGHĨA

HÀ NỘI, NĂM 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Trần Kế Đạt, học viên cao học lớp 24ĐKT12, chuyên ngành Địa kỹ thuật
xây dựng. Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu chuyển vị tường chắn hố
đào sâu công trình Ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp
phần tử hữu hạn” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, tôi không sao chép và kết
quả của luận văn này chưa công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu khoa học nào.
..............., ngày

tháng

năm 2017

Tác giả

Trần Kế Đạt

-i-


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập, nghiên cứu với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS Đỗ Tuấn
Nghĩa cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong trường Đại học Thủy lợi, luận
văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình
Ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn”
đã được tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy định và đảm bảo đầy đủ các yêu cầu
trong đề cương được phê duyệt.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Đỗ Tuấn Nghĩa người đã tận
tình hướng dẫn, cung cấp thông tin, tài liệu và vạch ra những định hướng khoa học cần
thiết để tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa công
trình, Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học cùng toàn thể các thầy cô giáo trong
trường Đại học Thủy lợi đã giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong thời gian tác giả học
tập và nghiên cứu.
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những người đi
trước đã chỉ bảo, khích lệ, động viên, ủng hộ nhiệt tình và tạo điều kiện, giúp đỡ cho
tác giả về mọi mặt trong quá trình học tập cũng như hoàn thiện luận văn.
Tuy đã có những cố gắng song do thời gian có hạn, kiến thức bản thân còn hạn chế nên
luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót và tồn tại, tác giả mong nhận được
mọi ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành của các thầy cô giáo, anh chị em và các
bạn
đồng nghiệp.
..............., ngày

tháng năm 2017

Tác giả

Trần Kế Đạt

-ii-


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................... viii
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................1
2.
Mục
đích
nghiên
.................................................................................................2

cứu

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.............................................................2
3.1 Cách tiếp cận.............................................................................................................2
3.2. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................3
4. Nội dung nghiên cứu..................................................................................................3
5.
Kết
quả
dự
kiến
.........................................................................................3

đạt

được

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU.........................................................4
1.1.
Tình
hình
xây
dựng
.......................................................4

hố

đào

sâu

trên

thế

giới

1.2. Tình hình xây dựng hố đào sâu ở Việt Nam ........................................................7
1.3. Đặc điểm hố đào sâu...............................................................................................8
1.4. Những vấn đề cần nghiên cứu khi thi công hố đào sâu.......................................9
1.4.1. Tính toán áp lực đất, nước ..............................................................................................
10
1.4.2. Hiệu ứng thời gian, không gian của công trình hố móng ...............................................
10
1.4.3. Khống chế biến dạng của hố móng ................................................................................ 11

1.5. Kết luận .................................................................................................................11
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO MỞ SỬ
DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN .....................................................12
2.1. Chuyển vị tường chắn trong quá trình đào sâu.................................................12
2.1.1. Tác động của sự thay đổi ứng suất trong đất nền (Nguyễn Bá Kế 2010).......................
12
2.1.2. Đặc tính của đất (Nguyễn Bá Kế 2010)..........................................................................
13
2.1.3. Ứng suất ngang ban đầu trong đất (Nguyễn Bá Kế 2010) .............................................
14
2.1.4. Tình trạng nước ngầm (Nguyễn Bá Kế 2010) ................................................................
14
2.1.5. Các hệ số an toàn ổn định (Chang-Yu Ou 2006)............................................................ 15
-3-


2.1.6. Chiều rộng hố đào (Chang-Yu Ou 2006) ....................................................................... 15
2.1.7. Chiều sâu hố đào (Chang-Yu Ou 2006) ......................................................................... 16
2.1.8. Chiều sâu chôn tường (Chang-Yu Ou 2006).................................................................. 16
2.1.9. Độ cứng tường (Chang-Yu Ou 2006)............................................................................. 17

-4-


2.1.10. Độ cứng thanh chống (Chang-Yu Ou 2006) ................................................................ 17
2.1.11. Khoảng cách chống (Chang-Yu Ou 2006) ................................................................... 19
2.1.12. Gia tải chống (Chang-Yu Ou 2006) ............................................................................. 19
2.1.13. Trình độ thi công (Nguyễn Bá Kế 2010)...................................................................... 20

2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn trong phán đoán chuyển vị tường chắn ........21
2.2.1. Ưu nhược điểm của phương pháp phần tử hữu hạn (Youssef M.A. Hashash 1992)...... 21
2.2.2. Mô hình hố đào của phương pháp phần tử hữu hạng (R.B.J. Brinkgreve 2002)............ 24

2.3. Bài toán phân tích ngược. ....................................................................................28
2.3.1. Hố đào sâu trong đất sét ................................................................................................. 28
2.3.2. Hố đào sâu trong đất cát ................................................................................................. 35

2.4. Kết luận .................................................................................................................44
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN CÔNG TRÌNH
NGÂN HÀNG VIETINBANK CHI NHÁNH SÓC TRĂNG
...............................................46
3.1. Mô tả đặc điểm công trình Ngân hàng Công thương Việt Nam Chi nhánh Sóc
Trăng.............................................................................................................................46
3.2. Đặc điểm địa chất thủy văn và các thông số thí nghiệm đất nền .....................47
3.3. Các giai đoạn thi công tầng hầm công trình: .....................................................49
3.4. Các thông số đầu vào để lập mô hình hố đào trong Plaxis 2D .........................50
3.4.1. Mô hình và thông số đất nền .......................................................................................... 51
3.4.2. Mô hình và thông số tường cọc xi măng đất .................................................................. 53
3.4.3. Mô hình và thông số hệ chống ngang............................................................................. 54

3.5. Kết quả phân tích .................................................................................................54
3.6. Kết luận .................................................................................................................59
CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỀ RỘNG HỐ ĐÀO TỚI
CHUYỂN VI TƯỜNG. ...............................................................................................60
4.1. Các trường hợp phân tích....................................................................................60
4.2. Kết quả phân tích .................................................................................................61
4.3. Kết luận .................................................................................................................71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................................73
1. Kết quả đạt được của đề tài....................................................................................73
2. Những tồn tại của đề tài ..........................................................................................74
3. Kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo..............................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................77

-5-


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Một công trình ngầm tại Trung Quốc...............................................................5
Hình 1.2 Hố móng sâu tòa nhà Lotte Tower Super Tower ở Hàn Quốc.........................6
Hình 2.1 Đường ứng suất của các phần tử đất ở gần hố đào.........................................13
Hình 2.2 Quan hệ giữa chuyển vị lớn nhất của tường, độ cứng của hệ thống chống, và
hệ số an toàn chống đẩy trồi. .........................................................................................15
Hình 2.3 Quan hệ giữa chuyển vị tường lớn nhất và chiều sâu đào..............................16
Hình 2.4 Quan hệ giữa chiều sâu chôn tường và chuyển vị tường ...............................17
Hình 2.5 Quan hệ giữa hình dạng chuyển vị tường và độ cứng thanh chống lớn.........18
Hình 2.6 Quan hệ giữa hình dạng chuyển vị tường và độ cứng thanh chống nhỏ ........18
Hình 2.7 Chuyển vị hông của tường và sụt lún mặt đất của hố đào TNEC ..................19
Hình 2.8 Quan hệ giữa áp lực đất, lực chống, và phản lực của đất ...............................20
Hình 2.9 Ví dụ về bài toán biến dạng phẳng và đối xứng trục......................................25
Hình 2.10 Ứng dụng trong đó các phần tử tấm, neo và các giao diện được sử dụng ...25
Hình 2.11 Vị trí các nút và điểm ứng suất ở phần tử dầm 3 nút và 5 nút .....................26
Hình 2.12 Vị trí các nút và điểm ứng suất trong các phần tử của đất ...........................27
Hình 2.13 Mô tả sơ lược trình tự thi công hố đào và các lớp đất dưới đáy hố đào.......29
Hình 2.14 Sự biến thiên của (a) hàm lượng nước và (b) hệ số rỗng ban đầu ứng với độ
sâu ..................................................................................................................................30
Hình 2.15 Sự biến thiên của chỉ số nén (a) và (b) chỉ số nở ứng với độ sâu.................30
Hình 2.16 Sự biến thiên của (a) OCR và (b) sức kháng cắt không thoát nước ứng với
độ sâu .............................................................................................................................31
Hình 2.17 So sánh chuyển vị tường và biến dạng lún mặt đất đo được với dự đoán bằng
mô hình HS....................................................................................................................32
Hình 2.18 Ước lượng mô đun ban đầu được đề xuất bởi Chang và Abas (1980).........32
Hình 2.19 So sánh chuyển vị tường và biến dạng lún mặt đất đo được với dự đoán bằng
mô hình Mohr-Coulomb, = 0 .....................................................................................33
Hình 2.20 So sánh chuyển vị tường và biến dạng lún mặt đất đo được với dự đoán bằng
mô hình Mohr-Coulomb, = 0 .....................................................................................34
Hình 2.21 So sánh chuyển vị tường và biến dạng lún mặt đất đo được với dự đoán
bằng
mô hình HS....................................................................................................................35
Hình 2.22 Sơ đồ bố trí và kế hoạch quan trắc: (a) ga tàu O6 và (b) ga tàu 07 ..............38
Hình 2.23: Sự phân bố theo chiều dọc của mô đun đàn hồi được phân tích lại ............39
Hình 2.24 Mặt cắt địa chất hố đào ở 2 ga tàu O6 và O7 ...............................................41

-6-


Hình 2.25 Mối liên hệ giữa các giá trị SPT-N với mô đun đàn hồi ..............................42
Hình 2.26 Mối liên hệ giữa chiều sâu với mô đun đàn hồi ...........................................43
Hình 3.1 Mặt bằng mô hình hố đào sâu Vietinbank Sóc Trăng ....................................46
Hình 3.2 Mặt cắt địa chất công trình (hố khoan HK1, HK2, HK3) ..............................49
Hình 3.3 Mặt cắt hố đào công trình ...............................................................................50
Hình 3.4 Mô hình hố đào công trình trong phần mềm Plaxis 2D .................................51
Hình 3.5 Chuyển vị ngang của tường cọc xi măng đất trong các giai đoạn đào ...........54
Hình 3.6 Sụt lún mặt đất sau tường cọc xi măng đất theo các giai đoạn đào................55
Hình 3.7 Hiện trạng công trình Câu lạc bộ hưu trí ........................................................56
Hình 3.8 Đẩy trồi qua các giai đoạn đào .......................................................................56
Hình 3.9 Sự hình thành các điểm chảy dẻo giai đoạn đào 1 .........................................57
Hình 3.10 Sự hình thành các điểm chảy dẻo giai đoạn đào 2 .......................................57
Hình 3.11 Sự hình thành các điểm chảy dẻo giai đoạn đào 3 .......................................58
Hình 4.1 Mặt cắt đại diện của các hố đào phân tích......................................................60
Hình 4.2 Chuyển vị ngang của tường chắn hố đào khi tăng bề rộng hố đào theo tỷ lệ
B/B0 ...............................................................................................................................61
Hình 4.3 Chuyển vị ngang lớn nhất của tường chắn hố đào khi tăng bề rộng hố đào
theo tỷ lệ B/B0
.......................................................................................................................62
Hình 4.4 Các điểm chảy dẻo của đất ứng với trường hợp B/B0=1................................63
Hình 4.5 Các điểm chảy dẻo của đất ứng với trường hợp B/B0=1,2.............................63
Hình 4.6 Các điểm chảy dẻo của đất ứng với trường hợp B/B0=1,5.............................64
Hình 4.7 Chuyển vị của đất ứng với trường hợp B/B0=1..............................................64
Hình 4.8 Chuyển vị của đất ứng với trường hợp B/B0=1,2...........................................65
Hình 4.9 Chuyển vị của đất ứng với trường hợp B/B0=1,5...........................................65
Hình 4.10 Các điểm chảy dẻo của đất ứng với trường hợp B/B0=1,7 ..........................66
Hình 4.11 Các điểm chảy dẻo của đất ứng với trường hợp B/B0=2..............................67
Hình 4.12 Các điểm chảy dẻo của đất ứng với trường hợp B/B0=2,5...........................67
Hình 4.13 Các điểm chảy dẻo của đất ứng với trường hợp B/B0=3..............................68
Hình 4.14 Các điểm chảy dẻo của đất ứng với trường hợp B/B0=4..............................68
Hình 4.15 Chuyển vị ứng với trường hợp B/B0=1,7.....................................................69
Hình 4.16 Chuyển vị của đất ứng với trường hợp B/B0=2............................................69
Hình 4.17 Chuyển vị ứng với trường hợp B/B0=2,5.....................................................70
Hình 4.18 Chuyển vị của đất ứng với trường hợp B/B0=3............................................70
Hình 4.19 Chuyển vị của đất ứng với trường hợp B/B0=4............................................71
-7-


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Các công trình ngầm đã thi công tại Việt Nam................................................7
Bảng 2.1 Các thông số đầu vào của vật liệu trong ứng sử không thoát nước, ước tính từ
Chang và Abas (1980), cho mô hình Mohr Coulomb ...................................................32
Bảng 2.2 Trình tự thi công tường chắn cho hố đào O6 và O7 ......................................36
Bảng 2.3 Tính chất của đất ở ga tàu O6. .......................................................................37
Bảng 2.4 Tính chất của đất ở ga tàu O7. .......................................................................37
Bảng 3.1 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất........................................................47
Bảng 3.2 Thông số đất nền ............................................................................................52
Bảng 3.3 Thông số tường cọc xi măng đất....................................................................53
Bảng 3.4 Thông số thanh chống ....................................................................................54

-8-


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
FEM:

Phương pháp phần tử hữu hạn .

BEM:

Phương pháp phần tử biên .

TNEC:

Tòa nhà Trung Tâm Thương Mại Đài Bắc .

MC:
Coulomb. HS:

Mô hình MohrMô hình

Hardening Soil.

-9-


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hoá của nước ta ngày càng
nhanh, hệ thống đô thị phát triển cả về số lượng, chất lượng và quy mô, quỹ đất đô thị
nói chung và của các đô thị lớn nói riêng đã gần cạn kiệt, các không gian xanh, không
gian công cộng ngày một thu hẹp... đòi hỏi phải tận dụng cả chiều cao lẫn chiều sâu
của không gian đô thị. Khai thác và sử dụng một cách có hiệu quả không gian dưới
mặt đất trong các đô thị hiện nay đang là xu thế tất yếu của sự phát triển. Trong xu thế
chung đó thì hệ thống công trình ngầm đô thị ngày càng có vị trí quan trọng. Sự xuất
hiện của các Trung tâm thương mại ngầm quy mô lớn hoặc các dự án Bãi đỗ xe ngầm
kết hợp dịch vụ cho thấy nhu cầu xã hội rất lớn. Khai thác và sử dụng không gian
ngầm cho phát triển, chỉnh trang đô thị tại Việt Nam như một nguồn tài nguyên không
gian rộng lớn là xu hướng tất yếu.
Đặc biệt ở các đô thị lớn như Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng… thì các công trình có
thiết kế cao tầng đều gắn liền với thiết kế tầng hầm nhằm tận dụng triệt để quỹ đất đô
thị. Số tầng hầm được thiết kế phổ biến nhất là từ 2-3 tầng, có nhiều công trình phức
hợp có 3 - 6 tầng hầm với diện tích lớn như: Tòa nhà Kumho Asiana Plaza, Trung tâm
thương mại, văn phòng, căn hộ cho thuê và bãi đậu xe ngầm tại số 70 Lê Thánh Tôn và
phần ngầm công viên Chi Lăng; Cao ốc văn phòng, trung tâm thương mại và căn hộ
cho thuê tại số 34 Tôn Đức Thắng; Khu phức hợp Eden…
Thành phố Sóc Trăng là một đô thị còn non trẻ, quỹ đất xây dựng công trình trong nội
ô thành phố tuy còn nhiều nhưng việc đầu tư xây dựng các công trình nhà cao tầng kết
hợp tầng hầm tại khu vực trung tâm thành phố đang dần trở nên phổ biến. Với khuynh
hướng phát triển mạnh các công trình nhà cao tầng, đặc biệt khi có tầng hầm trong điều
kiện địa chất thủy văn trên địa bàn tỉnh là đất yếu bảo hòa nước thì việc nghiên cứu
tính toán ổn định của hố đào sâu cần phải được quan tâm, nghiên cứu đúng mức nhằm
đảm bảo cho công trình chủ thể và các công trình lân cận được ổn định, tránh được các
sự cố đáng tiếc xảy ra trong quá trình thi công xây dựng cũng như khi đưa vào khai
thác sử dụng lâu dài.

-1-


Thi công hố đào sâu làm thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng trong đất nền xung
quanh khu vực hố đào và có thể làm thay đổi mực nước ngầm dẫn đến nền đất bị dịch
chuyển. Các giải pháp chống đỡ thành hố đào thường được áp dụng là: tường cừ thép,
tường cừ cọc xi măng đất, tường cừ barrette. Yêu cầu chung của tường cừ là phải đảm
bảo về cường độ cũng như độ ổn định dưới tác dụng của áp lực đất và các loại tải
trọng. Bên cạnh đó thì việc hạn chế và đảm bảo chuyển vị của tường cừ trong mức cho
phép là hết sức quan trọng.
Chuyển vị của tường cừ phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như tải trọng, cách thi công hố
đào, địa chất của công trình, hình dạng của tường cừ, chiều sâu chôn tường, bề rộng hố
đào… Việc nghiên cứu chuyển vị của tường hố đào sâu trong công trình là rất cần thiết
và cấp bách, nhằm dự báo chính xác sự làm việc của tường cừ để từ đó đề xuất biện
pháp hợp lý, đảm bảo an toàn kĩ thuật và tính kinh tế. Đây cũng chính là tính cấp thiết
của đề tài nghiên cứu.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nắm vững kiến thức về chuyển vị của tường chắn hố đào khi thi công các hố móng
sâu với điều kiện địa chất yếu.
- Tính toán chuyển vị tường chắn hố đào sâu của một công trình cụ thể có thi công tầng
hầm trên địa bàn tỉnh Sóc Trăng.
- Đánh giá cơ bản ảnh hưởng bề rộng hố đào tới chuyển vị của tường chắn hố đào sâu
của một công trình cụ thể có thi công tầng hầm trên địa bàn tỉnh Sóc Trăng.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
3.1 Cách tiếp cận
- Tìm hiểu các lý thuyết đã có về chuyển vị của tường của hố đào sâu.
- Thu thập các thông tin về hiện trạng, tài liệu địa hình, địa chất, tài liệu thiết kế công
trình Ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng.

-2-


- Sử dụng phần mềm Plaxis để tính toán chuyển vị tường chắn hố đào sâu công trình
Ngân hàng Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng và ảnh hường của bề rộng hố đào tới
chuyển vị của tường chắn.
3.2. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp kế thừa: tổng hợp và áp dụng các lý thuyết đã có liên quan đến vấn đề
chuyển vị tường chắn trong hố đào sâu.
- Phương pháp phân tích: dựa vào số liệu khảo sát kết hợp với sử dụng phần mềm
Plaxis tính toán để đánh giá và dự đoán chuyển vị của tường.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết đã có về chuyển vị tường chắn hố đào mở sử dụng phương pháp
phần tử hữu hạn.
- Nghiên cứu việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn vào dự đoán chuyển vị tường
chắn hố đào sâu trong thi công tầng hầm công trình Ngân hàng Vietinbank chi nhánh
Sóc Trăng theo phương pháp đào mở.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của bề rộng hố đào lên chuyển vị của tường chắn.
5. Kết quả dự kiến đạt được
- Nắm vững kiến thức về chuyển vị của tường chắn hố đào khi thi công các hố móng
sâu với điều kiện địa chất yếu.
- Tính toán chuyển vị tường chắn hố đào trong thi công hầm công trình Ngân hàng
Vietinbank chi nhánh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis).
- Đánh giá cơ bản ảnh hường của bề rộng hố đào tới chuyển vị của tường chắn hố đào.
- Đóng góp một phần nhỏ vào công tác nghiên cứu chuyển vị tường chắn hố đào các
công trình có thi công tầng hầm trên địa tỉnh Sóc Trăng bằng phương pháp phần tử hữu
hạn.

-3-


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU
1.1. Tình hình xây dựng hố đào sâu trên thế giới
Ngày nay trong xây dựng và phát triển đô thị, đặc biệt đối với các đô thị lớn rất quan
tâm đến sự kết hợp chặt chẽ giữa các công trình trên mặt đất và các công trình được
xây dựng dưới mặt đất, luôn tìm cách khai thác triệt để không gian ngầm với nhiều
mục đích khác nhau. Do đó các công trình ngầm ngày càng được đầu tư và phát triển.
Công trình có tầng hầm đã được xây dựng từ lâu trên thế giới, hầu hết các công trình
nhà cao tầng đều có tầng hầm. Độ sâu cũng như số tầng hầm phụ thuộc vào điều kiện
địa chất, công nghệ và công năng sử dụng của công trình. Đa phần các công trình đều
có từ 1 đến 3 hoặc 4 tầng hầm, cá biệt có những công trình vì yêu cầu công năng sử
dụng có đến 5÷10 tầng hầm. Đa số các công trình nhà cao tầng có tầng hầm sâu tập
trung chủ yếu ở các nước phát triển như: Mỹ, Philipin, Australia, Đài Loan… Tuy
nhiên, trong những năm gần đây, các nước đang phát triển cũng xây dựng nhà cao tầng
có tầng hầm sâu ngày càng nhiều như: Singapore, Thailand… cho thấy sự cần thiết
cũng như xu thế phát triển tất yếu của công trình nhà cao tầng có nhiều tầng hầm.
Vì công trình có nhiều tầng hầm đã được xây dựng rất lâu trên thế giới nên quy trình
công nghệ, thiết bị dùng để xây dựng công trình có nhiều tầng hầm cũng rất phát triển
với nhiều công nghệ hiện đại, tiên tiến. Việc lựa chọn công nghệ xây dựng tùy thuộc
vào từng đặc điểm cụ thể của công trình. Một số công nghệ, giải pháp chống đỡ thường
được sử dụng phổ biến để xây dựng công trình có nhiều tầng hầm trên thế giới: tường
cừ thép, tường cừ bằng cọc nhồi bêtông cốt thép (BTCT), tường cừ bằng cọc xi măng
đất, tường cừ BTCT thi công bằng công nghệ tường trong đất hoặc các tấm BTCT đúc
sẵn…
Hầu như các thành phố lớn trên thế giới, do cần tiết kiệm đất đai và giá đất ngày càng
cao nên đã tìm cách cải tạo hoặc xây mới các đô thị của mình với ý tưởng chung là
triệt để khai thác và sử dụng không gian dưới mặt đất cho nhiều mục đích khác nhau về
kinh tế, xã hội, văn hóa và môi trường.

-4-


Một số ngành công nghiệp do yêu cầu của dây chuyền công nghệ (như nhà máy luyện
kim, cán thép, làm phân bón…) cũng đã đặt một phần không nhỏ dây chuyền đó nằm
sâu dưới mặt đất.
Các trạm bơm lớn, công trình thủy điện cũng cần đặt sâu vào long đất nhiều bộ phận
chức năng của mình với diện tích đến hang vài chục ngàn mét vuông và sâu đến hàng
trăm mét.
Hướng xây dựng “thành phố theo chiều thẳng đứng” rất ưu việt trong những thập niên
tới. Nhật Bản xem hướng phát triển đô thị bằng cách đi sâu vào lòng đất là một trong
những biện pháp giải tỏa sự đông đúc mật độ dân cư của họ cùng với 2 giải pháp là lên
cao và lấn biển. Ở Tokyo đã có quy định khi xây nhà cao tầng phải có ít nhất 5-8 tầng
hầm. Ở Thượng Hải (Trung Quốc) thường thấy có 2-3 tầng hầm dưới mặt đất ở các tòa
nhà cao tầng, có nhà đã thiết kế đến 5 tầng hầm, kích thước mặt bằng lớn nhất đã lên
đến 274x187m, diện tích khoảng 51.000m2, hố móng sâu nhất tới 32m.

Hình 1.1 Một công trình ngầm tại Trung Quốc (Nguồn Internet)
Một gara lớn có kích thước 156x54x27m gồm 7 tầng được xây dựng đầu tiên ở
Mátcơva, có sức chứa 2000 ô tô con mà nếu làm trên mặt đất cần 50.000m2. Để xây
dựng công

-5-


trình này, người ta đã phải đào 274.000m3 đất, 4000m3 bê tông đổ tại chỗ và
19.500m3
bê tông đúc sẵn.

Hình 1.2 Hố móng sâu tòa nhà Lotte Tower Super Tower ở Hàn Quốc
(Nguồn Internet)
Ở Genever (Thụy Sĩ) xây dựng bằng phương pháp giếng chìm 1 gara ngầm 7 tầng hình
tròn cho 530 ô tô con, đường kính gara là 57m, sâu 28m, sàn trên cùng cách mặt đường
3m. Các tầng được xếp theo đường xoắn ốc với độ nghiêng không lớn lắm.
Một giếng chìm có kết cấu thành mỏng, gồm nhiều đoạn đúc sẵn có đường kính 37.8m,
sâu 57.8m đã hạ vào trong đất có điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn hết
sức phức tạp vào năm 1972 tại Mikahilovski (Nga) (Nguyễn Bá Kế, 2012)
Mặc dù công trình có nhiều tầng hầm đã được xây dựng từ lâu trên thế giới với nhiều
những công nghệ khác nhau, tuy nhiên, do mức độ khó khăn, phức tạp, ẩn chứa nhiều
rủi ro nên việc thi công tầng hầm công trình trên thế giới đã xảy ra không ít sự cố, tai
nạn mà điển hình là sự cố công trình trạm bơm nước thải Bangkok – TháiLan có kích
thước 20,3m đường kính, sâu 20,2m, bị sập ngày 17-8-1997 khi vừa hoàn tất công tác
đào và lắp đặt hệ thanh chống. Kết cấu của công trình gồm hệ tường vây liên kết
(diaphragm wall) giữ vai trò như tường chắn khi thi công đào sâu và giữ vai trò tường
-6-


hầm sau khi đúc bê tông các bản sàn hầm. Đặc biệt là công trình này có kích thước
hoàn
toàn giống một công trình tương tự đã thi công thành công ở Frankfurt - Đức.
1.2. Tình hình xây dựng hố đào sâu ở Việt Nam
Công trình có tầng ngầm đã trở thành một phần của đời sống đô thị, khai thác không
gian ngầm là xu hướng tất yếu trong trát triển đô thị hiện đại. Không nằm ngoài xu thế
phát triển của thế giới, tại Việt Nam, các công trình có tầng hầm cũng bắt đầu xuất hiện
từ những năm đầu của thập niên 90, đặc biệt phát triển trong hơn 10 năm trở lại đây.
Trong những năm gần đây ở nước ta, tại các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố
Hồ Chí Minh cũng bắt đầu sử dụng các tầng hầm dưới các nhà cao tầng với hố đào có
chiều sâu lên đến hơn chục mét.
Bảng 1.1 Các công trình ngầm đã thi công tại Việt Nam (Nghiêm Hữu Hạnh, 2012)
Đ
T Tê T ơn
thi
T n hi cô
B
ac
So
V
1
C let
Ct
ăn
D y
H
ph
C N
òn
Tr
2
C D

sở D elt
3 To C D
à D elt
V
4
V Đ
P
N ôn

To
5
V D
à
N elt
nh
C
Ct
6 hu V y
H
ng N B
N
T
7 T C ac
So
Vi D let
To
T
8
C

à
Ct
D ng
nh
C Ct
Tr Ct
9
ụ H
y H
y
sở ội N
O
Ct
10
Tr
H
ce
y
. N
an
K Đ
11

ch
To
In
12
à
do
Gr
nh
Pa Ar ou
Ct
13 cif ch y
Ph Đ
ic áp à

Đ
ặc
đi
T
ườ
ng
T
-ườ
T
-ườ
T
-ườ
T
-ườ
T
-ườ
T
-ườ
T
ườ
ng
T
ườ
T
ườ
-ng
T
-ườ
T
ườ
T
ườ
-7-


Do phát triển và xây dựng công trình ngầm vẫn còn là điều mới mẻ và khiêm tốn ở
nước ta, trong thực tế thi công cũng không ít các sự cố liên quan đến công nghệ thi
công tầng hầm đã xảy ra ở nước ta. Một số sự cố điển hình đã xảy ra ở Việt Nam khi
thi công tầng hầm công trình trong một số năm trở lại đây như: Sự cố khi thi công công
trình Chi nhánh Ngân hàng nông nghiệp tại Hà Nội; Sự cố khi thi công tầng hầm của
khách sạn Pacific tại TP.HCM; Sự cố khi thi công tầng hầm Ngân hàng TMCP công
thương Việt Nam tại Đà Nẵng.
1.3. Đặc điểm hố đào sâu
Thi công hố đào có thể coi là một bài toán dỡ tải đối với nền đất. Việc dỡ tải này làm
thay đổi trạng thái ứng suất biến dạng trong nền. Sự cân bằng ban đầu bị vi phạm,
trạng thái ứng suất thay đổi làm xuất hiện nguy cơ mất ổn định, trước hết là thành hố
đào và sau đó là đáy hố và đất xung quanh. Khi nghiên cứu sự ổn định của hố đào và
các biện pháp bảo vệ nó, Terzaghi (1943) đánh giá chiều sâu hố đào là yếu tố quan
trọng nhất và đưa ra tiêu chí:
- Hồ đào nông là hố đòa có chiều sâu nhỏ hơn chiều rộng của hố;
- Hố đào sâu là hố đào có chiều sâu lớn hơn chiều rộng của hố.
Nhưng sau đó thì năm 1967 Teraghi và Peck, và năm 1977 Peck và các cộng sự đã đề
nghị là:
- Hố đào nông là hố đào có chiều sâu đào nhỏ hơn 6m;
- Hố đào sâu là hố đào có chiều sâu đào lớn hơn 6m.
Công trình hố đào sâu bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất,
chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước ngầm, đào đất… trong đó, một khâu nào đó gặp sự
cố có thể sẽ dẫn đến cả công trình bị đỗ vỡ.
Bài toán ổn định hố đào sâu đòi hỏi người kỹ sư thiết kế phải có kinh nghiệm trong
việc phân tích và lựa chọn giải pháp tường chắn đủ cứng để chống lại sự phá hoại kết
cấu, sự trượt, chuyển vị và sự phá hoại ổn định

-8-


1.4. Những vấn đề cần nghiên cứu khi thi công hố đào sâu
Để tránh hay hạn chế những sai sót hoặc sự cố xảy ra trong lúc thiết kế và thi công hố
móng sâu, cần phải thỏa mãn các yêu cầu chung nhất sau đây theo tổng kết kinh
nghiệm của thế giới.
Về mặt thiết kế kết cấu chắn giữ hố móng và nền của nó phải tính theo 2 nhóm trạng
thái giới hạn sau đây:
- Nhóm 1cần thỏa mãn về:
+ Ổn định vị trí của tường, chống trượt, lật, xoay;
+ Ổn định sức chịu tải và ổn định cục bộ của nền;
+ Cường độ của các cấu kiện và mối nối;
+ Sức chịu tải và độ bền của các kết cấu neo;
+ Ổn định và độ bền của kết cấu thanh chống;
+ Ổn định thấm của nền.
- Nhóm 2 cần thỏa mãn về:
+ Tính theo biến dạng nền, tường chắn và cấu kiện của nó;
+ Tính các cấu kiện của kết cấu tường theo sự phát triển của vết nứt;
+ Ổn định của thành hố đào khi tường làm việc trong đất;
+ Kể đến ảnh hưởng của hố đến công trình lân cận.
Về mặt thi công cần chú ý:
+ Đặc điểm công nghệ và trình tự thi công, thao tác;
+ Bơm hút nước, neo đất, kết cấu thanh chống;
+ Khả năng thay đổi các đặc trưng cơ lý của đất có liên quan tới quá trình
khoan, đóng và các tác động công nghệ khác;

-9-


+ Sự cần thiết của kết cấu chắn giữ chống thấm nước;
+ Sự cần thiết dùng các giải pháp kết cấu để giảm áp lực lên tường chắn
(cấu kiện giải tỏa tải trọng, vải địa kỹ thuật, đất có cốt…).
Trước khi thực hiện việc thiết kế và thi công hố đào sâu cần nghiên cứu kỹ các vấn đề
sau đây:
1.4.1. Tính toán áp lực đất, nước
a) Áp lực đất: Trong hơn chục năm qua kể từ khi cải cách và mở cửa, giới khoa học kỹ
thuật ở Trung Quốc đã làm nhiều thí nghiệm nghiên cứu về áp lực đất của công trình
hố móng và cho thấy rằng kết quả tính toán theo lí luận áp lực đất kinh điển là tương
đối phù hợp với thực tế tại các vùng đất yếu như Thượng Hải, Thiên Tân…Còn các
vùng đất không bão hòa như Bắc Kinh chẳng hạn, tính toán áp lực đất cũng vẫn dùng lí
luận áp lực đất kinh điển và các phương pháp thí nghiệm thường hay làm để xác định
các chỉ tiêu cường độ, nhưng kết quả tính toán có vênh nhiều so với thực tế. Với các
vùng đất có mực nước ngầm sâu, độ ẩm của đất thấp thì lại tỏ ra quá an toàn.
b) Tính riêng và tính gộp áp lực đất, nước: Hiện nay, các chuyên gia ở nhiều nước
thường tính riêng áp lực đất với loại đất có tính thấm nước mạnh như cát, sỏi, đá…điều
này trên căn bản đã được công nhận rộng rãi. Còn đối với vấn đề với áp lực đất nước
của loại đất có tính thấm ít như đất mịn, đất sét thì nhận thức vẫn còn khác nhau. Tính
gộp áp lực đất nước về lý luận đang còn khiếm khuyết, nhưng thực tế lại tương đối dễ
dàng , thêm vào một số hiệu chỉnh theo kinh nghiệm là có thể tiếp cận được với tình
hình thực tế.
1.4.2. Hiệu ứng thời gian, không gian của công trình hố móng
Đây là đặc trưng chủ yếu của công trình hố móng, trong đó, hình dạng mặt bằng, độ
sâu đào, hoàn cảnh xung quanh, điều kiện tải trọng, thời gian đào hố dài hay ngắn, đều
có ảnh hưởng rất lớn đến chịu lực và biến dạng. Nhất là trong những vùng đất yếu, do
đào hố và hạ nước ngầm sẽ làm cho nước trong đất biến đổi, khung cốt đất lại có đặc
trưng xúc biến, do đó, cần phải kể đến trạng thái chịu lực không gian cũng như trạng
thái ứng suất và biến dạng thay đổi theo thời gian của nó. Lí luận về hiệu ứng thời gian
và không gian này, hiện nay đã được các chuyên gia rất coi trọng, nhưng vận dụng nó

-10-


trong thiết kế thi công như thế nào thì đang còn phải chờ một bước phát triển hoàn
thiện hơn nữa.

-11-


1.4.3. Khống chế biến dạng của hố móng
Đây chính là nội dung quan trọng của hiệu ứng thời gian, không gian, cũng là một vấn
đề lớn được mọi người chú ý trong công trình hố móng. Vấn đề biến dạng của hố móng
bao gồm đất ở vùng hố móng do đào hố, hạ nước ngầm làm cho mặt nền bị biến dạng
lún xuống, đồng thời cũng bao gồm vấn đề bản thân kết cấu chỗng giữ biến dạng
nghiêng vào phía trong hố...
1.5. Kết luận
Quá trì xây dựng và phát triển đô thị trên thế giới đều quan tâm đến sử dụng không
gian ngầm. Việc khai thác, sử dụng không gian ngầm và xây dựng công trình ngầm là
nhu cầu thực tế của của các đô thị ở nước ta trong thời gian tới. Việc khai thác không
gian ngầm sẽ nâng cao hiệu quả sử dụng mặt đất, năng lực cơ sở hạ tầng, giữ gìn cảnh
quan lịch sử văn hóa, tăng diện tích xanh, cải thiện sinh thái đô thị…
Trong chương 1, tác giả đã tổng quan về tính cấp thiết của việc xây dựng công trình
ngầm trong thời điểm hiện nay. Nêu ra tình hình xây dựng công trình ngầm trên thế
giới và tại Việt Nam trong những năm gần đây. Bên cạnh đó là những sự cố về công
trình ngầm đã xảy ra trên thế giới và tại Việt Nam để thấy rõ được mức độ nghiêm
trọng khi có sự cố xảy ra.
Trong chương này, các vấn đề cần nghiên cứu khi tính toán thiết kế và thi công một
công trình ngầm cũng được nêu ra nhằm thấy rõ được việc thiết kế, thi công một công
trình hố đào sâu là một công việc đòi hỏi kinh nghiệm của người thiết kế, thi công; kỹ
thuật thi công và các vấn đề còn hạn chế trong thiết kế tính toán hố đào sâu.

-12-


CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO MỞ
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
2.1. Chuyển vị tường chắn trong quá trình đào sâu
Hiện nay khi thi công hố đào sâu thì yếu tố chuyển vị tường chắn quanh hố móng đặc
biệt được quan tâm. Khống chế được yếu tố này thì sẽ giảm thiểu được đáng kể các sự
cố hay hư hỏng không đáng có đối với công trình đang thi công và các công trình lân
cận.
Độ lớn của chuyển vị tường được xác định từ lực bất cân bằng do đào sâu, độ cứng của
hệ thống chắn giữ, ổn định hố đào, v.v. Lực bất cân bằng là kết quả tổng hợp của
nhiều yếu tố như chiều rộng hố đào, chiều sâu hố đào, gia tải trước, v.v. Mối liên hệ
của các yếu tố này với chuyển vị có thể được suy luận từ lý thuyết.
Đối với các vùng đất nền khác nhau mà các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng của đất
quanh hố đào sâu sẽ không giống nhau, trong số đó các yếu tố chính ảnh hưởng đến
chuyển vị của tường chắn có thể kể đến như sau:
2.1.1. Tác động của sự thay đổi ứng suất trong đất nền (Nguyễn Bá Kế 2010)
Sự thay đổi ứng suất xảy ra ở hai dạng phần tử đất, một ở cạnh (phần tử A) và một ở
bên dưới đáy hố móng (phần tử B). Các phần tử này được thể hiện trong hình 2.1.
Đường ứng suất này xảy ra trong đất sét cố kết bình thường. Sự giảm ứng suất tổng
thể theo phương thẳng đứng và phương nằm ngang xảy ra trong quá trình đào và việc
thay đổi sự cân bằng áp lực nước lỗ rỗng có tác động quan trọng tới biến dạng của đất.
Sự thay đổi mối quan hệ ứng suất - biến dạng theo thời gian trong quá trình đào sẽ làm
thay đổi ứng suất hữu hiệu khi áp lực nước lỗ rỗng được cân bằng lại. Trong quá trình
cố kết, tốc độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng có liên quan đến hiệu suất thoát nước, độ
thấm của thớ đất và lượng độ ẩm nhận được.

-13-


Hình 2.1 Đường ứng suất của các phần tử đất ở gần hố đào (theo Lambe, 1970)
Vị trí đường ứng suất khi chưa có tải của phần tử B tiến dần tới đường bao phá hoại là
nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến dịch chuyển ngang của đất bên dưới đáy hố móng (do
làm tăng độ lớn và mở rộng sự lún thẳng đứng). Nếu như đường ứng suất B̅1 tới B̅ss
nằm trong đường bao phá hoại của ứng suất hữu hiệu K1 thì trong phần tử đất xuất hiện
vùng chảy nhỏ, biến dạng của phần tử đất là nhỏ, do đó dịch chuyển ngang của đất
cũng sẽ
nhỏ. Ngược lại, nếu những điểm ứng suất hữu hiệu của phần tử B quá gần với đường
bao phá hoại thì trong phần tử đất sẽ xuất hiện vùng chảy lớn, dịch chuyển ngang lớn
và phá hoại bị động cục bộ.
2.1.2. Đặc tính của đất (Nguyễn Bá Kế 2010)
Ảnh hưởng do đặc tính của đất đến hố đào đã được Peck (1969) tiến hành nghiên cứu
và tổng kết. Theo Peck, dịch chuyển của tường và độ lún của đất trong đất cứng (chẳng
hạn như đất cát hay sét cứng) sẽ có trị số nhỏ hơn so với trong đất mềm (chẳng hạn sét
yếu hay cứng vừa và bùn lỏng)
Dịch chyển của đất do đào trong sét yếu có thể trở thành mối quan tâm lớn, đặc biệt
nơi mà đất sét đã được giả định là không đẳng hướng. Nhiều nghiên cứu (ví dụ:

-14-


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×