Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tường vây barrette để ổn định hố đào sâu trong điều kiện đất yếu

Giới thiệu 1

Khi thi công tầng hầm cho các công trình cao tầng trên vùng đất yếu, việc ổn định hố đào sâu là rất quan trọng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố kỹ thuật cũng như môi trường Quá trình thi công hố đào sâu có thể làm thay đổi trạng thái ứng suất và biến dạng của đất nền xung quanh, dẫn đến sự thay đổi mực nước ngầm Nếu không có giải pháp thích hợp, điều này có thể gây ra dịch chuyển nền đất, lún sụt và hư hỏng cho các công trình lân cận.

Hiện nay, có nhiều phương pháp ổn định hố đào như tường cừ barrette, tường cừ thép và tường cọc đất trộn ximăng Tường cừ cần đảm bảo cường độ và sự ổn định trước áp lực đất và tải trọng, thông qua việc cắm sâu vào đất, neo hoặc chống đỡ từ lòng hố đào Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng, phụ thuộc vào điều kiện địa chất, địa hình, kinh tế và kỹ thuật của từng công trình Trong số đó, phương pháp sử dụng cọc barrette để ổn định hố đào ngày càng phổ biến nhờ vào những ưu điểm nổi bật, vì vậy việc nghiên cứu phương pháp này là rất cần thiết.

Mục đích nghiên cứu 1

- Đề tài này được nghiên cứu với các mục đích sau:

+ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về ổn định hố đào, khả năng chịu lực của cọc barrette và tính toán cọc chịu tải ngang

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tường chắn bằng cọc barrette là rất quan trọng để lựa chọn chiều sâu và bề dày tường phù hợp Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền cũng cần được xem xét kỹ lưỡng nhằm đảm bảo thiết kế ổn định cho hố đào, bao gồm ổn định lật, ổn định trượt và khả năng chống thấm.

Phương pháp nghiên cứu 2

Dựa trên số liệu địa chất của công trình cụ thể, tiến hành tính toán và kiểm tra ổn định hố đào theo lý thuyết đã được thiết lập Kết quả cho thấy mỗi phương pháp tính toán đều có những ưu điểm và hạn chế riêng, từ đó rút ra kết luận về tính hiệu quả của từng phương pháp trong việc đảm bảo an toàn cho hố đào.

Phần mềm Plaxis được sử dụng để tính toán độ ổn định cho các công trình cụ thể, từ đó giúp so sánh và đánh giá kết quả tính toán với các dữ liệu quan trắc thực tế.

Ý nghĩa khoa học của đề tài 2

Hiện nay, công nghệ cọc barrette được sử dụng phổ biến để ổn định hố đào, đặc biệt trong nền móng các công trình dân dụng, giao thông, cảng biển và thủy lợi Phương pháp này đảm bảo tính ổn định và cơ giới hóa trong thi công, mang lại hiệu quả cao cho các dự án xây dựng.

- Hệ thống lại các lý thuyết cơ bản về ổn định hố đào sâu

- Dựa vào lý thuyết tính toán moment và chuyển vị cho tường bằng nhiều phương pháp khác nhau.

Giá trị thực tiễn của đề tài 2

Công nghệ cọc barrette đang trở thành giải pháp hiệu quả cho việc ổn định hố đào trong các công trình nhiều tầng hầm Mặc dù còn mới, công nghệ này đã được áp dụng rộng rãi tại nhiều dự án lớn như hầm Kim Liên (Hà Nội), cảng Ba Ngòi (Khánh Hoà), cảng Bạc Liêu, và đường cao tốc TP.Hồ Chí Minh – Trung Lương Trong bối cảnh kinh tế đang đổi mới và ngành xây dựng phát triển mạnh mẽ, công nghệ cọc barrette hứa hẹn sẽ được ứng dụng nhiều hơn nữa cho các công trình xây dựng trên nền đất yếu trong tương lai.

TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP SỬ DỤNG CỌC BARRETTE ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO

Tổng quan về tường vây barrette 7

Tường vây barrette là loại tường bêtông đổ tại chỗ, dày từ 600-800mm, được sử dụng để giữ ổn định hố móng sâu trong quá trình thi công Chúng thường được làm từ các đoạn cọc barrette có tiết diện chữ nhật, với chiều rộng thay đổi từ 2.2m đến 3.6m, và được liên kết chống thấm bằng goăng cao su Đối với công trình có hai tầng hầm, tường barrette thường có chiều sâu từ 16-20m, tùy thuộc vào địa chất và phương pháp thi công Khi chịu tải trọng đứng lớn, tường barrette được thiết kế dài hơn, có thể vượt quá 40m, như trong trường hợp Toà nhà 59 Quang Trung, để đảm bảo khả năng chịu tải tương đương với cọc khoan nhồi.

1.3.2 Các tiết diện cọc barrette hình chữ nhật thường dùng

Kích thước cọc barrette của công ty Bachy Soletanche Việt Nam thường dùng xem ở bảng sau:

Hình 1.1 Tiết diện cọc barrette Bảng 1.1 Các kích thước tiết diện cọc barrette thường dùng

Hình 1.2 Máy đào gàu ngoạm

Hình 1.3 Máy đào thuỷ lực đặc biệt

1- dầm cắt; 2- xilanh dẫn; 3- bơm bùn; 4- hộp đỡ; 5-răng cắt đất; 6- vòi hút; 7- tấm lái;

8- bộ truyền động; 9- ống thuỷ lực; 10- ống dẫn bùn

Quy trình thi công cọc barrette gồm 6 bước chính:

- Bước 1: Thi công tường dẫn

- Bước 2: Đào đất - giữ vách hố đào bằng dung dịch bentonite

- Bước 3: Thổi rửa hố đào bằng phương pháp luân chuyển bentonite

- Bước 4: Đặt khối CWS và tấm chắn nước

- Bước 5: Lắp đặt lồng thép

Tường dẫn không chỉ hỗ trợ trong việc dẫn gầu đào cho thi công tường chắn mà còn tạo ra hệ thống định vị chính xác cho tim và cao trình của tường chắn, đồng thời giữ cho lớp bề mặt của hố đào ổn định Hai tường dẫn bê tông cốt thép được thiết kế với khoảng cách tạm thời lớn hơn bề rộng thiết kế của tường chắn từ 5-10cm Hãy tham khảo mặt cắt điển hình của tường dẫn để hiểu rõ hơn.

Hình 1.5 Cấu tạo tường dẫn

Trình tự thi công tường dẫn:

- Xác định vị trí của tường chắn và tường dẫn trên mặt bằng, định vị và dẫn ra ngoài trên hệ thống cọc nhựa và nẹp nhựa

- Đào một tường hào sâu 1-1,5m tuỳ theo thiết kế, đổ một lớp bê tông lót dày khoảng 5cm

- Trên lớp bê tông lót này định vị chính xác tường dẫn lắp dựng cốt thép và lắp dựng ván khuôn cho tường dẫn (ván khuôn thành)

Đổ bê tông cho tường dẫn và tiến hành dỡ ván khuôn sau một ngày Nếu không bắt đầu công tác đào ngay lập tức, cần phải lấp hoặc chống đỡ tạm thời cho hào giữa các tường dẫn.

1.3.4.2 Đào đất - giữ vách hố đào bằng dung dịch bentonite Đào đất dùng gàu chữ nhật do cẩu điều khiển bằng cáp Trong khi đào dung dịch bentonite được giữ ở mức độ cách cốt đỉnh tường dẫn 0,4m độ thẳng đứng của hố đào được kiểm tra bằng mắt thường theo dây cáp cẩu khi hạ gàu vào hố đào

Hình 1.6 Công tác đào đất sau khi thi công tường dẫn

Cần cẩu dùng để đào nên đứng cách mép hố đào tối thiểu là 4m Mọi sự di chuyển của cần cẩu phải hết sức thận trọng

Tường chắn được thi công bằng các tấm panel riêng biệt, giữa các tấm có khớp nối và thường sử dụng gioăng cao su để ngăn nước Có ba loại tấm panel chính được sử dụng là panel khởi đầu, panel tiếp và panel đóng.

Khi sử dụng đầu đào gàu ngoạm, việc đào trở nên dễ dàng hơn với các tầng sét và cát, nhưng sẽ gặp khó khăn khi gặp sét cứng và sỏi Để khắc phục các chướng ngại trong quá trình đào, cần xem xét tính chất và mức độ của trở ngại để lựa chọn biện pháp phù hợp.

- Dùng gầu khi kích cỡ các chướng ngại, dị vật nhỏ

- Dùng luân phiên đầu choòng nặng để phá và gầu để vét

- Dùng khoan để làm rã chướng ngại trước khi dùng gầu

1.3.4.3 Thổi rửa hố đào bằng phương pháp luân chuyển bentonite

Ngay sau khi hoàn tất việc đào hố, đáy hố cần được làm sạch bằng gàu nạo vét trước khi tiến hành luân chuyển dung dịch bentonite Để ngăn chặn tình trạng cát lắng đọng dưới đáy hố, dung dịch bentonite chứa các hạt đất và cát lơ lửng sẽ được hút ra bằng máy bơm Turbine chìm, sau đó được dẫn qua ống về máy lọc cát Cuối cùng, dung dịch bentonite mới sẽ được bổ sung cho đến khi đạt yêu cầu kỹ thuật.

1.3.4.4 Đặt khối CWS và tấm ngăn nước

Khớp nối CWS là một tấm chắn sườn có khả năng rút ra, giúp dễ dàng thi công các khớp nối kín nước giữa các panel tường sau khi đã đào panel kế bên.

Hình 1.7 Cấu tạo liên kết giữa các module tường

Trước khi luân chuyển dung dịch bentonite, cần lắp đặt các khớp nối CWS tại đầu các panel đã đào xong, trong đó các panel khởi đầu có khớp nối ở cả hai đầu, còn các panel tiếp chỉ có khớp nối ở một đầu Khớp nối CWS bao gồm các tấm rời liên kết bằng bu lông trong quá trình hạ xuống hố đào và được đặt sâu vài mét vào cốt đáy hoặc tầng ít thấm Một thanh chắn nước bằng cao su được gắn vào khớp nối để ngăn nước Máy đào có thể được sử dụng chính xác để lắp dựng và tháo dỡ khớp nối CWS, đồng thời hỗ trợ dẫn hướng cho gầu đào khi đào hố mới bên cạnh khớp CWS.

Lồng thép chịu lực được sản xuất trước tại công trường và được lắp đặt sau khi hoàn tất việc kết nối khớp CWS cùng với việc luân chuyển bentonite Sau đó, lồng thép sẽ được hạ xuống hố đào bằng cẩu bánh xích Để đảm bảo chiều dài và lớp bảo vệ cột thép tối thiểu, lồng sẽ được cài đặt các cữ bảo vệ bằng bê tông hoặc thép.

Hình 1.8 Lắp đặt lồng thép

Các lồng thép được gia công thành từng đoạn dài 12m và được liên kết với nhau bằng bu lông chữ U Quá trình uốn chồng được thực hiện khi hạ xuống hố đào Khi tất cả các đoạn lồng thép đã được hạ xuống đúng chiều sâu thiết kế, chúng sẽ được treo vào tường dẫn bằng các thành treo.

Hình 1.9 Nối thép bằng các bu lông chữ U 1.3.4.6 Đổ bêtông

Bê tông để đổ tường barrette thường là bê tông thương phẩm với cường độ tối thiểu đạt 250 daN/cm² và độ sụt cho phép là 18 ± 1,5 cm Quá trình đổ bê tông có thể thực hiện bằng máy bơm hoặc đổ trực tiếp vào phễu, nhưng cần đảm bảo đổ bê tông liên tục từ khi bắt đầu đến khi kết thúc.

Bêtông được đổ vào hố đào qua ống tremic có đường kính 250mm, nối từng đoạn 3m, 2m, 1m, và 0.5m Khi vữa bêtông trong hố đào dâng lên, ống đổ bêtông cần được nâng lên bằng cách cắt bỏ từng đoạn, nhưng phải đảm bảo tối thiểu 2m ống luôn ngập trong vữa bêtông để tránh tạp chất và bentonite lẫn vào bêtông.

Mẻ bêtông đầu tiên thường bị đẩy lên trên cùng, vì vậy cần sử dụng phụ gia hoá dẻo để đảm bảo rằng bêtông không bị ninh kết trước khi hoàn tất quá trình đổ bêtông.

Trong quá trình đổ bêtông, cần theo dõi và ghi chép chi tiết từng mẻ bêtông, bao gồm độ sụt, lấy mẫu thử, thời gian, cao trình ống đổ và cao trình bêtông, nhằm mục đích báo cáo và lập hồ sơ lưu trữ.

Hình 1.10 Công tác đổ bêtông

1.3.5 Các phương pháp ổn định tường vây barrette

Tường barrette được giữ ổn định trong quá trình thi công bằng các giải pháp sau:

- Giữ ổn định bằng hệ dàn thép hình

Áp lực đất tường chắn 18

Tường vây barrette là hệ tường nhằm ổn định áp lực đất tác dụng lên tường bao gồm: áp lực chủ động và áp lực bị động

2.1.1 Áp lực chủ động Áp lực chủ động là giá trị nhỏ nhất của áp lực ngang của khối đất tác dụng lên tường Nó thể hiện phá hoại mà sức kháng cắt của đất huy động dưới toàn bộ trọng lượng bản thân tường:

√ (2.1) Trong đó: σ a : áp lực đất chủ động

: áp lực đất hữu hiệu c : lực dính của đất

K a : hệ số áp lực chủ động (Tra bảng phụ lục 1)

⁄ φ : góc ma sát trong của đất

Tổng áp lực chủ động:

2.1.2 Áp lực bị động Áp lực bị động là giá trị lớn nhất của áp lực ngang của khối đất mà nó có thể huy động do chuyển động tương đối của kết cấu đẩy vào khối đất Nó thể hiện phá hoại mà sức kháng cắt của đất huy động để kháng lại lực đẩy ngang:

√ (2.3) Trong đó: σ p : áp lực đất bị động

: áp lực đất hữu hiệu c : lực ính của đất

K p : hệ số áp lực bị động (Tra bảng phụ lục 1)

⁄ φ : góc ma sát trong của đất

Tổng áp lực bị động:

Tính toán tường vây barrette theo phương pháp cổ điển 19

2.2.1 Kiểm tra sức chịu tải của đất nền dưới chân tường

Hình 2.1 Sơ đồ kiểm tra sức chịu tải của đất nền dưới chân tường

Tường barrette khi được sử dụng làm tường vây cho tầng hầm của nhà cao tầng không cần phải chịu tải trọng thẳng đứng N tc từ công trình phía trên.

Để đảm bảo tính ổn định cho công trình, sức chịu của đất nền dưới chân tường cần lớn hơn tổng tải trọng của công trình và tải trọng do bức tường gây ra tại chân tường.

P tc : ÁP lực tiêu chuẩn dưới chân tường (kN/m 2 )

N tc : Tải trọng công trình trên mỗi mét dài (kN/m)

G tc : Trọng lượng bản thân của mỗi mét dài tường (kN/m)

R tc : Sức chịu của đất nền dưới chân tường (kN/m 2 )

Chiều rộng của tường barrette được ký hiệu là b (m), trong khi chiều sâu của tường được ký hiệu là h (m) Dung trọng của lớp đất dưới chân tường là γ (kN/m³), và dung trọng trung bình của các lớp đất từ chân tường đến mặt đất là γ’ (kN/m³) Cuối cùng, lực dính tiêu chuẩn của lớp đất dưới chân tường được ký hiệu là c_tc (kN/m²).

A,B,D: Các thông số phụ thuộc góc ma sát trong φ của đất dưới chân tường

Tường barrette bằng bê tông cốt thép được cấu tạo từ các barrette liên kết với nhau thông qua gioăng chống thấm, cho phép tính toán chiều dài tường theo từng mét hoặc từng barrette riêng lẻ.

2.2.2 Moment lớn nhất trong tường

2.2.2.1 Tường chắn một hàng chống

Hình 2.2 Sơ đồ tính và biểu đồ moment của tường có một hàng chống

Sơ đồ tính này thường áp dụng cho nhà cao tầng có 2 tầng hầm (với hố đào sâu khoảng 8 đến 10m). Điều kiện ổn định của tường như sau:

Q 1 : Áp lực chủ động của đất.

Q 2 : Áp lực bị động của đất. m: Hệ số điều kiện làm việc (m=0,7÷1).

Phản lực của thanh chống là:

N = Q 1 - Q 2 (2.8) Điểm tác dụng của moment uốn lớn nhất vào trong tường vây là điểm cách mặt đất một đoạn Z0

Với: γ: Dung trọng của đất (kN/m 3 )

K a : Hệ số áp lực chủ động

Moment uốn lớn nhất của tường vây là:

2.2.2.2 Tường chắn nhiều hàng chống Áp lực đất lên tường cừ được xác định theo phương pháp K.Terzaghi Biểu đồ rút gọn áp lực bên trong tường vây tác dụng lên tường có nhiều gối (do các thanh chống khi thi công) đối với sét yếu và vừa được thể hiện như hình 2.4

Trị số áp lực ngang cực đại của đất tác dụng lên tường chắn đối với đất sét yếu và vừa:

Trong đó: γ: Dung trọng tự nhiên của đất (kN/m 3 ) c: Lực dính không thoát nước (kN/m 2 )

P a : Áp lực chủ động của đất lên tường (kN/m 2 )

Z: là khoảng cách từ tiết diện của tường đang xét đến đỉnh tường (m) φ: Góc ma sát trong của đất

Hình 2.3 Áp lực phân bố lên tường vây trong sét yếu và vừa theo Peck (1969)

Dùng P max để xác định nội lực trong tường vây

Moment uốn trong tường và phản lực ở gối được xác định tương tự như dầm một nhịp, với chiều dài bằng khoảng cách giữa các thanh chống Phần trên cùng của tường được coi như một dầm console, có chiều dài từ đỉnh tường đến gối tựa đầu tiên Gối tựa dưới cùng được đặt tại đáy hố móng Để đơn giản hóa tính toán, tường được xem như cứng tuyệt đối, không xét ảnh hưởng của độ võng đến phân bố phản lực đất khi kích các thanh chống, trong khi đất sau tường được coi là nền đàn hồi Winkler với hệ số thay đổi tuyến tính theo chiều sâu.

Hình 2.4 Sơ đồ lực tác dụng vào tường khi kích các thanh chống

Moment M za và lực cắt Q za trong tường vây được xác định theo công thức kinh nghiệm của V.M.Zubkov:

Thành phần lực chống tại hàng thứ n trên mỗi mét dài tường được ký hiệu là S n (kN/m) Khoảng cách từ đỉnh tường đến tiết diện đang xem xét được biểu thị bằng Z (m) Số lượng hàng chống theo chiều cao tường được ký hiệu là k.

L: Chiều sâu tường (khoảng cách từ đỉnh tường đến chân tường) (m) a n : Khoảng cách từ đỉnh tường đến hàng chống thứ nhất (m)

2.2.3 Kiểm tra điều kiện chịu uốn của tường vây barrette

Moment tĩnh của tiết diện ngang tường vây barrette tính trên 1m dài tường: (2.16) Trong đó:

L: chiều sâu tường vây từ đỉnh đến chân tường (m)

S: moment tĩnh tiết diện ngang tường vây (m 3 ) Ứng suất chịu uốn của tường:

M max : moment lớn nhất trong tường vây (kNm) σ: Ứng suất chịu uốn trong tường vây (kN/m 2 ) Điều kiện kiểm tra: σ < [σ] (2.18)

2.2.4 Kiểm tra chuyển vị tại đỉnh của tường vây barrette

Phần trên cùng của tường vây được xem như một dầm console, có chiều dài tương ứng với khoảng cách từ đỉnh tường đến hàng gối tựa hoặc thanh chống đầu tiên.

Chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh tường là:

P a : Áp lực đất chủ động tác dụng lên tường tính cho 1m dài (KN/m) a n : khoảng cách từ đỉnh tường đến hàng chống đầu tiên (m)

EI: độ cứng của tường (kN.m 2 ) Điều kiện kiểm tra chuyển vị: y < [y] (2.20) [y]: chuyển vị cho phép (m)

Mô hình nền Winkler 26

Mô hình nền Winkler, hay còn gọi là phương pháp phản lực nền, được áp dụng để dự đoán moment và chuyển vị ngang Mô hình này xem xét sự liên kết giữa tường và đất thông qua các lò xo tuyến tính riêng lẻ với độ cứng E s.

Áp lực ngang đất nền trên một đơn vị chiều dài tường được ký hiệu là p, trong khi chuyển vị ngang của tường được ký hiệu là y Ứng xử của tường được mô hình hóa như một dầm trên nền đàn hồi, được xem xét trên 1m chiều dài của tường Mô hình này được mô phỏng thông qua một phương trình vi phân cấp 4.

E P I P : Độ cứng của tường (kN.m 2 )

Q: lực dọc đầu cọc (kN)

Bằng cách giả sử E s là hằng số đối với đất sét, các lời giải giải tích được đưa ra bởi Matlock và Reese (1960), Poulos và David (1980), Gills và Demars (1970).

Lý thuyết đàn hồi 27

Poulos (1971) xem đất là vật thể đàn hồi, đồng nhất, đẳng hướng với các thông số đàn hồi là: E s và ν s , cọc được mô phỏng là phần tử dầm

Gỉa thiết: chiều dài cọc là L, đường kính D, độ cứng EpIp Cọc chia thành (n+1) phần tử, mỗi phần tử chịu ứng suất ngang đều p

Chuyển vị ngang cọc giả định bằng với chuyển vị ngang của đấtvà được biểu diễn bởi phương trình:

{y s } : là vector cột chuyển vị đất

{p} : là vector cột biểu diễn tương tác tải ngang giữa cọc và đất

Phương pháp phần tử hữu hạn 27

Phân tích tường vây barrette bằng phương pháp phần tử hữu hạn tương tự như trường hợp dầm trên nền đàn hồi xoay một góc 90 độ, loại bỏ các lò xo trên đường nạo vét Dựa vào phương pháp này, Bowles đã xây dựng các ma trận quan hệ để xác định chuyển vị tại các nút, từ đó tính toán được nội lực tại hai đầu hoặc bên trong phần tử, như được minh họa trong hình 2.6.

Hình 2.6 Mô hình các nút giữa các phần tử

Mã hoá ngoại lực và chuyển vị tại tất cả các nút

Hình 2.7 Độ cứng của lò xo phụ thuộc vào chiều dài của hai phần tử lân cận

Quan hệ giữa ngoại lực P và nội lực F:

P = A.F (2.24) Phương trình quan hệ giữa biến dạng e và chuyển vị X: e = A T X (2.25) Phương trình quan hệ giữa nội lực phần tử và biến dạng phần tử:

Trong các phương trình đã nêu, vector cột của các chuyển vị X là yếu tố chưa được xác định Bằng cách nghịch đảo ma trận A.S.A T, chúng ta có thể tìm ra vector cột của chuyển vị X một cách chính xác.

Khi biết được chuyển vị X tại các điểm nút, ta tính được nội lực F trong từng phần tử:

Tính toán kiểm tra ổn định hố đào 29

2.6.1 Kiểm tra ổn định về thấm của hố đào trong đất có mực nước ngầm cao

Khi thực hiện đào đất với khối lượng lớn, trường ứng suất và biến dạng của đất xung quanh hố đào sẽ bị thay đổi, dẫn đến nguy cơ mất ổn định cho nền đất và cấu trúc chắn giữ hố đào Do đó, trong thiết kế tường cọc barrette cho chắn giữ hố đào, việc kiểm tra ổn định hố đào là cần thiết, và nếu cần, phải áp dụng các biện pháp gia cường để đảm bảo nền đất xung quanh được ổn định hơn.

Các dạng mất ổn định do biến dạng và chuyển vị của tường và đất quanh hố đào có thể xem hình bên dưới

Hình 2.8 Chuyển vị của đất và biến dạng của tường chắn hố đào

Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị và ổn định nói trên gồm có:

+ Sức chống cắt không thoát nước của đất, C u

+ Độ sâu của hố đào, H

+ Bề rộng của hố đào, B

+ Độ sâu của lớp đất tốt, T

+ Độ sâu của tường trong đất, D

+ Độ cứng của tường, EI

+ Khoảng cách giữa các thanh chống

+ Tác động của áp lực nước dưới đất

+ Sự thành thạo thi công

Khi hố đào có thành nghiêng và không cần kết cấu chống giữ, việc kiểm tra ổn định cần thực hiện theo phương pháp trượt cung tròn Đối với phân tích ổn định tổng thể của hố đào, bao gồm cả nền và kết cấu chống giữ, cũng sử dụng phương pháp mặt trượt cung tròn, nhưng cần xem xét độ sâu từ 2-3 lần so với độ sâu của hố đào.

Khi đánh giá ổn định chống trượt, cần lưu ý rằng mặt tường thẳng đứng khác với mặt trượt cung tròn, do đó tâm mặt trượt thường nằm trên tường chắn, gần mép bên trong của hố Để xác định độ sâu cắm vào đất của tường, cần xem xét yêu cầu về ổn định và chống thấm của nền đất dưới đáy hố đào, trong đó yếu tố nước ngầm đóng vai trò quan trọng đối với ổn định của hố đào.

2.6.1.2 Ảnh hưởng của nước ngầm

Nước ngầm ảnh hưởng đáng kể đến độ lún của đất trong quá trình đào, đặc biệt khi tường chắn không được đặt đủ sâu vào lớp đất dính Khi đó, dòng thấm hình thành dưới chân tường, làm giảm áp lực nước ngầm và tăng ứng suất hữu hiệu, dẫn đến độ lún của đất xung quanh hố đào Sức kháng bị động cũng giảm do dòng đẩy nổi bên trong tường chắn, gây ra sự dịch chuyển lớn hơn khi sức kháng này thay đổi Sự ổn định của nước ngầm có thể dẫn đến dịch chuyển của đất theo cả phương ngang và thẳng đứng, có nguy cơ xuyên qua tường chắn nếu thi công không đảm bảo Các dòng chảy của nước ngầm này có thể được minh họa trong hình bên dưới.

Hình 2.9 Dòng chảy của nước ngầm vào hố đào

Sự hạ mực nước ngầm diễn ra mạnh mẽ nhất gần hố đào và giảm dần khi xa hơn khỏi hố đào, dẫn đến hiện tượng lún ở các điểm khác nhau có hình dạng tương tự như khi dỡ tải các lớp đất phía trên hố đào.

Hình 2.10 Hạ mực nước ngầm trong hố móng làm cho đất xung quanh hố bị lún không đều

2.6.1.3 Kiểm tra ổn định do tác động của nước ngầm a Ổn định đáy hố đào khi dòng thấm không có áp

Khi đào hố trong đất bão hòa nước, cần chú ý đến áp lực nước và sự ổn định của hố Việc kiểm tra tình hình chảy thấm là cần thiết để xác định khả năng xuất hiện phun trào (cát chảy) Khi nước ngầm từ dưới đáy hố lên, các hạt đất sẽ chịu lực đẩy nổi từ nước thẩm thấu Nếu áp lực nước thẩm thấu quá lớn, các hạt đất sẽ chuyển sang trạng thái huyền phù, dẫn đến hiện tượng phun trào.

Toàn bộ lực thẩm thấu J tác dụng trong phạm vi phun trào B là:

J = γ w hB (2.29) Trong đó: h: tổn thất cột nước trong phạm vi B từ chân tường đến mặt đáy hố đào, thường lấy h = hw/2 γ w : trọng lượng riêng của nước

B: phạm vi xảy ra cát chảy, thường lấy B = D/2

Trọng lượng nước của khối đất W chống lại áp lực thẩm thấu là:

W = γ’DB (2.30) Trong đó: γ’: trọng lượng đẩy nổi của đất

D: độ cắm sâu của tường vào đất

Hình 2.11 Sơ đồ kiểm tra phun trào đáy hố do dòng thấm

Nếu thoả mãn điều kiện W > J thì sẽ không xảy ra phun trào, tức là phải thoả mãn điều kiện:

K s : hệ số an toàn chống phun trào, thường lấy K s ≥ 1.5

Hình 2.12 Sơ đồ kiểm tra phun trào đáy hố của tường chắn

Tường chắn chỉ là kết cấu chắn đất tạm thời, và để đơn giản hóa việc tính toán, có thể lấy gần đúng theo đường chảy ngắn nhất, tức là đường chảy sát vào tường chắn, nhằm xác định lực chảy thấm lớn nhất.

(2.33) (2.34) Trong đó: i: độ dốc thuỷ lực chảy thấm của đất đáy hố đào h w : chênh lệch cột nước giữa trong và ngoài hố đào

L: độ dài đường chảy của dòng thấm ngắn nhất

L h : tổng độ dài đoạn nằm ngang của chảy thấm

L v là tổng độ dài đoạn thẳng đứng của chảy thấm, trong khi m là hệ số chuyển đổi đoạn thẳng đứng của đường chảy thấm thành đoạn nằm ngang Đối với tường màng chống thấm một hàng, hệ số m được xác định là 1.5 Trong trường hợp tường màng có nhiều hàng, giá trị của m sẽ khác.

Chống chảy thấm hoặc ổn định phun trào của khối đất ở đáy hố đào tính theo công thức:

Trong đó: i cr : độ dốc thuỷ lực tới hạn của khối đất đáy hố đào

G s : tỷ trọng hạt đất e: hệ số rỗng của đất

K s : hệ số an toàn chảy thấm hoặc chống phun trào, lấy bằng 1.2 – 2

Khi đáy hố đào gặp các loại đất như cát, bột cát, đất sét và bột với sự hiện diện của lớp cát bột mỏng, hệ số K sẽ có giá trị lớn Đồng thời, việc ổn định đáy hố đào cũng cần được xem xét khi có dòng thấm có áp.

Trong lớp đất sét không thấm nước, tồn tại một tầng chứa nước, có thể không phải là nước có áp suất, nhưng sự đào đất tạo ra sự chênh lệch cột nước giữa bên trong và bên ngoài hố đào Điều này dẫn đến áp lực trong tầng chứa nước bên trong hố móng cao hơn áp lực nước tĩnh xung quanh.

Kiểm tra ổn định chống nước có áp của đất ở đáy hố móng theo công thức sau:

P cz : áp lực do trọng lượng bản thân lớp đất phủ kể từ mặt hố đào đến mái của tầng nước có áp

P wy : áp lực cột nước của tầng nước có áp

K y : hệ số an toàn chống nước có áp, lấy bằng 1.05

Hình 2.13 Trồi đáy hố đào do nước có áp gây ra

2.6.2 Kiểm tra ổn định phình trồi của đáy hố móng trong nền sét

Bjerrum và Eide (1956) đã nghiên cứu hiện tượng phình trồi ở đáy hố đào và đưa ra công thức xác định hệ số an toàn như sau:

Hệ số sức chịu tải N c phụ thuộc vào tỉ số H/B và L/B, trong đó L là chiều dài hố đào Đối với hố móng hình vuông (B/L = 1), N c có giá trị 6.3 khi H/B = 0 và 9 khi H/B ≥ 4 Đối với hố móng chữ nhật, giá trị của N c sẽ thay đổi theo tỉ số H/B.

Hệ số an toàn ngăn cản sự phình trồi:

Giải pháp xử lý đất ở đáy hố đào 37

Nếu không thể tăng độ sâu của tường do yêu cầu chống trồi đáy hố đào, có thể áp dụng một số biện pháp ổn định đáy hố như hạ mực nước ngầm, gia cường đáy hố bằng cọc đất trộn ximăng hoặc làm màng chống thấm sâu hơn quanh tường chắn.

Các giải pháp trên làm tăng hệ số an toàn về chống trồi, chống thấm của đáy hố đào vì lực dính của đất ở đáy hố đã tăng lên

Áp lực nước ngầm cao hơn đáy hố móng, thường gặp ở đất cát, là một nguyên nhân phổ biến gây mất ổn định Để giảm thiểu hoặc ngăn ngừa tình trạng này, cọc đất trộn ximăng được sử dụng nhằm ngăn chặn sự phun trào đất vào hố móng do áp lực nước gây ra.

Ngăn ngừa sự phun trào của nước vào hố móng là rất quan trọng để tránh tình trạng đất hạt rời bị cuốn trôi, từ đó giữ cho đất xung quanh hố móng không bị rỗng xốp và không bị hút chuyển vào bên trong hố.

Hình 2.15 Ngăn ngừa nước phun trào bằng cọc đất trộn ximăng

Chương 3 PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA TƯỜNG VÂY BARRETTE

VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

Giới thiệu 39

Tính toán tường vây barrette bao gồm việc xác định bề dày, chiều sâu và ứng suất biến dạng của tường Trạng thái ứng suất và biến dạng này chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố như kết cấu chống đỡ, tải trọng tác dụng, kích thước và hình dạng hố đào, điều kiện địa chất, biện pháp thi công, cũng như bề dày và chiều sâu của tường.

- Nội dung chương này sẽ nghiên cứu khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến tường barrette như sau:

Chiều cao tầng chống có thể thay đổi từ 3m, 4m đến 5m, điều này sẽ ảnh hưởng đến biến dạng và nội lực của tường Do đó, việc lựa chọn chiều cao tầng chống một cách hợp lý là rất quan trọng để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.

Thay đổi bề dày tường là phương pháp điều chỉnh độ cứng của tường thông qua việc tăng hoặc giảm bề dày, nhằm nghiên cứu nội lực và chuyển vị của tường.

Thay đổi chiều sâu của tường vây là cần thiết để xác định nội lực và chuyển vị của tường, trong khi bề dày tường và chiều cao tầng chống vẫn được giữ nguyên.

- Công cụ tính toán là phần mềm Plaxis 8.5 với mô hình tính toán Mohr – Coulomb

- Đối tượng nghiên cứu: công trình Trung tâm văn phòng thương mại Hải Quân (số

15 - Lê Thánh Tôn - Quận 1 - TP.HCM) dự kiến xây 1 khối nhà 22 tầng và 3 tầng hầm trên diện tích đất khoảng 4500m 2 với diện tích xây dựng gần 2200m 2

Tổng hợp số liệu địa chất và vật liệu tường vây barrette 40

3.2.1 Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu cơ lý đất nền

Ký hiệu Đơn vị Lớp cát lấp Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 kN/m 3 19.5 13.66 15.44 17.13 16.93 16.92 kN/m 3 20 17.59 18.87 20.26 19.95 19.88 m/ngày 0.5 0.01 0.5 0.01 0.01 0.5 m/ngày 0.5 0.01 0.5 0.01 0.01 0.5 c' kN/m 2 0.5 1.58 0.41 5.65 4.44 0.5 φ' Độ 25 7.9 27.17 21.29 19.26 33 ψ Độ 0 0 0 0 0 0 ν - 0.25 0.35 0.25 0.35 0.35 0.25 kPa 2x10 4 1.29x10 4 3.54x10 4 4.02x10 4 4.31x10 4 5.6x10 4

3.2.2 Đặc trưng vật liệu tường dày 600mm mác bê tông 300

Bảng 3.2 Đặc trưng vật liệu tường dày 600mm mác bê tông 300

Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Độ cứng khi nén EA 1.74x10 7 kN/m Độ cứng khi uốn EI 5.2x10 5 kNm 2 /m

3.2.3 Đặc trƣng vật liệu thanh chống thép hình H400

Bảng 3.3 Đặc trƣng vật liệu thép hình H400

Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Độ cứng khi nén EA 4.07x10 6 kN

Khoảng cách các thanh chống L 5 m

3.2.4 Mô hình hố đào và tường vây barrette

Kích thước hố đào là 36m x 60m

Cốt ±0.00m tại mặt đất tự nhiên , cao độ sàn hầm 1 là -3.2m, cao độ sàn hầm 2 là -6.7m, cao độ sàn hầm 3 là -10.2m, cao độ đáy đài móng là -12.7m

Chiều sâu hố đào là 12.7m so với mặt đất tự nhiên

Các tầng thanh chống được bố trí cao hơn mỗi đợt đào đất là 0.5m

Tường barrette làm bằng bê tông cốt thép dày 600mm, mác 300

Hoạt tải phân bố đều trên mặt đất q = 15kN/m

Mực nước ngầm ổn định ở cao độ (-5.0m)

Hình 3.1 Mô hình hố đào và tường vây barrette

Ảnh hưởng của chiều cao tầng chống đến tường vây 42

3.3.1 Khoảng cách các tầng chống 3m

Hình 3.2 Mô hình các tầng chống khoảng cách 3m

Hình 3.3 Mô hình Plaxis các tầng chống khoảng cách 3m

3.3.1.2 Các giai đoạn thi công công trình

Bảng 3.4 Các giai đoạn thi công với khoảng cách tầng chống là 3m

Giai đoạn Thời gian Hoạt động thi công

1 60 ngày Thi công tường vây barrette

2 10 ngày Đào đất đợt 1 đến cao độ -1.5m và chống đỡ lần 1 bằng thép hình H400 tại cao độ -1.0m

3 30 ngày Đào đất đợt 2 đến cao độ -4.5m, hạ mực nước ngầm và chống đỡ lần 2 bằng thép hình H400 tại cao độ -4.0m

6 30ngày Đào đất đợt 5 đến cao độ -12.7m (đáy đài móng) và hạ mực nước ngầm

3.3.1.3 Kết quả tính toán trong giai đoạn thi công cuối cùng a Biểu đồ moment

Hình 3.4 Biểu đồ moment khi khoảng cách các tầng chống là 3m b Biểu đồ chuyển vị

Hình 3.5 Biểu đồ chuyển vị khi khoảng cách các tầng chống là 3m 3.3.2 Khoảng cách các tầng chống 4m

Bảng 3.5 Các giai đoạn thi công với khoảng cách tầng chống 4m

5 30 ngày Đào đất đợt 5 đến cao độ -12.7m (đáy đài móng) và hạ mực nước ngầm

Hình 3.9 Biểu đồ chuyển vị khi khoảng cách các tầng chống là 4m

3.3.3 Khoảng cách các tầng chống 5m

Bảng 3.6 Các giai đoạn thi công với khoảng cách tầng chống là 5m

Hình 3.13 Biểu đồ chuyển vị khi khoảng cách các tầng chống là 5m

3.3.4 So sánh kết quả chuyển vị ngang và moment của tường khi thay đổi khoảng cách các tầng chống

3.3.4.1 Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang

Bảng 3.7 Bảng số liệu chuyển vị ngang U x (mm)

Hình 3.14 Biểu đồ chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu tường

Series1: Trường hợp khoảng cách các tầng chống 3m

3.3.4.2 Biểu đồ so sánh moment trong tườnng

Bảng 3.8 Bảng số liệu Moment (kNm)

Hình 3.15 Biểu đồ moment của tường vây theo chiều sâu tường

Series1: Trường hợp khoảng cách các tầng chống 3m Series2: Trường hợp khoảng cách các tầng chống 4m Series3: Trường hợp khoảng cách các tầng chống 5m

Trong trường hợp chiều sâu hố đào và độ cứng tường vây không thay đổi, nhưng khoảng cách các tầng chống có sự thay đổi, chuyển vị ngang lớn nhất của tường đạt 23.51mm Giá trị chuyển vị cho phép [Ux] được tính là 0.5%H, tương đương với 0.5% x 25m = 0.125m hay 125mm Do đó, tường đã đáp ứng yêu cầu về chuyển vị.

Chênh lệch chuyển vị lớn nhất ∆Ux được tính toán là 7.02%, với giá trị cụ thể là (23.51 - 21.86)/23.51 x100% Sự chênh lệch này chủ yếu xảy ra từ mặt đất đến đáy hố đào, trong khi từ đáy hố đào xuống hết tường vây, chênh lệch chuyển vị không đáng kể.

Chênh lệch moment lớn nhất trong tường vây là:

Khi thay đổi khoảng cách các tầng chống, chuyển vị của tường không chênh lệch nhiều và vẫn nằm trong giới hạn cho phép Tuy nhiên, moment trong tường có sự chênh lệch lớn, do đó cần tăng cường cốt thép phù hợp khi thực hiện tính toán cho tường vây.

Ảnh hưởng của bề dày đến chuyển vị ngang và nội lực tường vây 53

Chọn khoảng cách các tầng chống không đổi là 4m, giữ chiều dài tường và chiều sâu hố đào ổn định Nghiên cứu sự thay đổi của chuyển vị và moment uốn của tường vây với các bề dày tường lần lượt là 0.6m, 0.8m và 1.0m.

3.4.1 Các đặc trƣng về vật liệu

3.4.2 Kết quả tính toán moment và chuyển vị trong tường vây ở giai đoạn thi công cuối cùng

3.4.2.1 Trường hợp bề dày tường là 600mm a Biểu đồ moment

Hình 3.16 Biểu đồ moment với M max = 421.6 kNm b Biểu đồ chuyển vị

Hình 3.17 Biểu đồ chuyển vị với U max = 23.13 mm

3.4.3 So sánh kết quả chuyển vị ngang và moment của tường khi thay đổi bề dày tường vây

3.4.3.1 Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang

Bảng 3.12 Bảng số liệu chuyển vị ngang U x (mm)

Hình 3.22 Biểu đồ chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu tường

Series1: Trường hợp bề dày tường 600mm Series2: Trường hợp bề dày tường 800mm Series3: Trường hợp bề dày tường 1000mm

3.4.3.2 Biểu đồ so sánh moment trong tườnng

Bảng 3.13 Bảng số liệu Moment (kNm)

Hình 3.22 Biểu đồ moment của tường vây theo chiều sâu tường

Series1: Trường hợp bề dày tường 600mm Series2: Trường hợp bề dày tường 800mm Series3: Trường hợp bề dày tường 1000mm

Trong trường hợp chiều sâu hố đào và khoảng cách các tầng chống không đổi, việc thay đổi bề dày tường vây dẫn đến chuyển vị ngang lớn nhất của tường là 23.08mm So với giá trị chuyển vị cho phép [Ux] = 0.5%H = 0.5% x 25m = 125mm, tường hoàn toàn đáp ứng điều kiện về chuyển vị.

Chênh lệch chuyển vị lớn nhất giữa trường hợp bề dày tường 600mm và 800mm là: ∆Ux = (23.08 -19.69)/23.08 x100% = 14.68%

Chênh lệch chuyển vị lớn nhất giữa trường hợp bề dày tường 800mm và 1000mm là:

Chênh lệch chuyển vị chủ yếu ở đáy hố đào, còn đỉnh và đáy tường vây thì sự chênh lệch chuyển vị không đáng kể

Chênh lệch moment lớn nhất trong tường vây giữa trường hợp bề dày tường 600mm và 800mm là:

Chênh lệch moment lớn nhất trong tường vây giữa trường hợp bề dày tường 800mm và 1000mm là:

Khi tăng bề dày tường, chuyển vị của tường sẽ giảm, nhưng sự chênh lệch chuyển vị nhỏ hơn sự tăng độ cứng của tường, với chuyển vị lớn nhất nằm trong giới hạn cho phép Moment trong tường tăng khi bề dày tăng, và sự chênh lệch moment phù hợp với chênh lệch độ cứng của tường Do đó, lựa chọn bề dày tường 600mm là hợp lý về mặt kinh tế và kỹ thuật Đối với các hố đào sâu hơn và chiều sâu tường lớn hơn, cần tăng bề dày tường cho phù hợp.

ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THỰC TẾ

Giới thiệu về công trình 70

Trung tâm văn phòng thương mại Hải Quân là một tòa nhà 22 tầng với 3 tầng hầm, được xây dựng trên diện tích khoảng 4600m² Tòa nhà tọa lạc tại số 15 - Lê Thánh Tôn, Quận 1, TP.HCM.

Kích thước hố đào là 36m x 60m

Chiều sâu hố đào là 12.7m

Chiều sâu tường vây là 25m

Tường vây barrette dày 600mm mác bê tông 300

Giải pháp thi công là dùng 3 tầng thanh chống đến đủ độ sâu để thi công đài móng và đáy hầm

Vị trí quan trắc chuyền vị ngang nằm ở giữa hố đào

Công cụ tính toán là phần mềm Plaxis 8.5 với hai mô hình tính toán Mohr – Coulomb và Hardening Soil kết hợp với số liệu quan trắc thực tế.

Cấu tạo địa chất 70

Kết quả khảo sát địa chất tại khu vực xây dựng "Trung tâm thương mại Hải Quân" ở số 15 Lê Thánh Tôn, Quận 1, TP Hồ Chí Minh, được thực hiện qua 5 hố khoan: HK1 và HK5 sâu 90m, HK2 và HK4 sâu 70m, HK3 sâu 80m, cho thấy các lớp đất trong khu vực có những đặc điểm đáng chú ý.

Trên bề mặt là lớp cát lấp bề dày 1m

Lớp á sét và bùn á sét có trạng thái chảy đến dẻo mềm, tạo thành lớp đất yếu không thuận lợi cho xây dựng công trình Lớp đất (1a) có bề dày trung bình từ 10m đến 13.7m với trị số chuỳ tiêu chuẩn N = 2 Trong khi đó, lớp đất (1b) là lớp á sét dẻo mềm, có bề dày trung bình từ 1.4m đến 2.4m và trị số chuỳ tiêu chuẩn N = 4.

Cát có độ mịn đến thô, chứa ít sỏi và có màu xám nâu vàng, với trạng thái từ rời đến chặt vừa, bề dày trung bình từ 19.1m đến 20.8m Trị số chuỳ tiêu chuẩn N là 4, cho thấy đây là lớp đất có đặc trưng cơ lý trung bình yếu.

Sét màu nâu vàng xám có độ cứng từ nửa cứng đến rất cứng, với bề dày trung bình từ 8.2 đến 13.1m và trị số chuỳ tiêu chuẩn N = 22 Lớp đất này có đặc trưng cơ lý trung bình, đóng vai trò là tầng tựa chịu mũi cọc.

4 Lớp đất 4 Á sét màu xám vàng nâu, vàng nâu đỏ, trạng thái nửa cứng đến rất cứng bề dày trung bình 4.4m đến 9.1m Trị số chuỳ tiêu chuẩn N = 14

Cát mịn đến thô màu xám xanh, trạng thái chặt đến rất chặt, bề dày trung bình 15.55m đến 38.55m Tri số chuỳ tiêu chuẩn N = 24.

Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền 75

Với cả 2 mô hình, các chỉ tiêu cơ lý của đất (c’, φ’, γunsat, γ sat , kx, ky) lấy từ hồ sơ khảo sát địa chất [9]

Xác định các module biến dạng: và : từ thí nghiệm nén cố kết

Trong nghiên cứu này, chúng tôi xác định từ thí nghiệm nén 3 trục với mô hình CD, nhưng chỉ có kết quả của thí nghiệm nén 3 trục với mô hình CU Do đó, chúng tôi thực hiện chuyển đổi kết quả theo công thức tại áp suất tham chiếu p ref = 100 kN/m².

Theo các giá trị trung bình của các loại đất khác nhau thì: ≈ 3 , ≈ nên ta lấy = 3 , = để tính cho mô hình Hardenning Soil

Bảng 4.1 Các thông số đất nền cho mô hình Mohr – Coulomb

Ký hiệu Đơn vị Lớp cát lấp Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 kN/m 3 19.5 13.66 15.44 17.13 16.93 16.92 kN/m 3 20 17.59 18.87 20.26 19.95 19.88 m/ngày 0.5 0.01 0.5 0.01 0.01 0.5 m/ngày 0.5 0.01 0.5 0.01 0.01 0.5 c’ kN/m 2 0.5 1.58 0.41 5.65 4.44 0.5 φ’ Độ 25 7.9 27.17 21.29 19.26 33 ψ Độ 0 0 0 0 0 0 ν - 0.25 0.35 0.25 0.35 0.35 0.25 kPa 2x10 4 1.29x10 4 3.54x10 4 4.02x10 4 4.31x10 4 5.6x10 4

Bảng 4.2 Các thông số đất nền cho mô hình Hardening Soil

Ký hiệu Đơn vị Lớp cát lấp Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 kN/m 3 19.5 13.66 15.44 17.13 16.93 16.92 kN/m 3 20 17.59 18.87 20.26 19.95 19.88 m/ngày 0.5 0.01 0.5 0.01 0.01 0.5 m/ngày 0.5 0.01 0.5 0.01 0.01 0.5 c' kN/m 2 0.5 1.58 0.41 5.65 4.44 0.5 φ' Độ 25 7.9 27.17 21.29 19.26 33 ψ Độ 0 0 0 0 0 0 ν - 0.25 0.35 0.25 0.35 0.35 0.25 kPa 2x10 4 1.29x10 4 3.54x10 4 4.02x10 4 4.31x10 4 5.6x10 4 kPa 2x10 4 1.29x10 4 3.54x10 4 4.02x10 4 4.31x10 4 5.6x10 4 kPa 6x10 4 3.87x10 4 10.62x10 4 12.06x10 4 12.93x10 4 16.8x10 4 m - 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

Các giai đoạn thi công công trình 74

Bảng 4.3 Các giai đoạn thi công công trình

So sánh kết quả chuyển vị ngang giữa mô hình Mohr – Coulomb, Hardening Soil và kết quả quan trắc 74

4.6.1 Giai đoạn đào đất đợt 1

Bảng 4.4 Bảng chuyển vị ngang tường trong giai đoạn đào đất đợt 1

Hình 4.2 Biểu đồ chuyển vị ngang của tường vây trong giai đoạn đào đất đợt 1 4.6.2 Giai đoạn đào đất đợt 2

Hình 4.3 Biểu đồ chuyển vị ngang của tường vây trong giai đoạn đào đất đợt 2

4.6.3 Giai đoạn đào đất đợt 3

Hình 4.4 Biểu đồ chuyển vị ngang của tường vây trong giai đoạn đào đất đợt 3 4.6.4 Giai đoạn đào đất đợt 4

Hình 4.5 Biểu đồ chuyển vị ngang của tường vây trong giai đoạn đào đất đợt 4

4.6.5 So sánh chuyển vị ngang lớn nhất giữa 3 mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil so với thực tế

Bảng 4.8 Bảng so sánh chuyển vị lớn nhất giữa 2 mô hình với thực tế

Chênh lệch giữa 2 mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil với thực tế

Bảng 4.9 Bảng so sánh chuyển vị lớn nhất giữa 2 mô hình

Chênh lệch giữa 2 mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil (%)

4.6.6.1 Trong cả 4 giai đoạn đào đất thì biểu đồ chuyển vị ngang của tường vây trong 2 mô hình so với thực tế từ khoảng L/3 so với mặt đất tự nhiên đến chân tường tương đối đồng dạng nhau.Tuy nhiên biểu đồ chuyển vị theo Hardening Soil ôm sát biểu đồ theo quan trắc hơn và có sự chênh lệch lớn khoảng 36% so với biểu đồ chuyển vị theo Mohr-Coulomb

4.6.6.2 Qua từng giai đoạn đào đất thì chuyển vị của tường vây càng tăng theo nhưng chênh lệch chuyển vị của đợt đào 1 và đợt đào 2 lên đến gần 50%, các đợt đào sau sự chênh lệch chuyển vị giảm dần còn khoảng 25% và đến đợt đào cuối tăng không đáng kể Điều đó chứng tỏ chuyển vị ngang của tường tăng nhanh trong giai đoạn đầu đào đất, sau tăng chậm dần sau khi thi công các lớp chống đỡ và hạ mực nước ngầm

4.6.6.3 Theo mô hình Mohr-Coulomb, chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây so với thực tế lớn hơn khoảng 45% Sự chênh lệch này là do các thông số đầu vào được lấy từ phòng thí nghiệm nên mẫu không còn nguyên dạng và không phản ánh được sự thay đổi ứng suất, biến dạng thực tế của đất nền trong quá trình thi công

4.6.6.4 Theo mô hình Hardening Soil, chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây so với thực tế lớn hơn từ 9.8% - 18.03% trong các giai đoạn đào đất Sự chênh lệch này tương đối gần sát với kết quả quan trắc hơn mô hình Mohr-Coulomb là do độ cứng của đất được mô tả chính xác hơn bằng cách sử dụng 3 loại độ module khác nhau: module gia tải của thí nghiệm nén 3 trục E50 , module gia tải của thí nghiệm oedometer

Trong thí nghiệm nén 3 trục, giá trị mô đun Eoed thường được xác định dựa trên giá trị Eur, với mối quan hệ trung bình là Eur ≈ 3 E50 và Eoed ≈ E50 Tuy nhiên, thực tế cho thấy khi chiều sâu tăng lên, các mô đun này cũng tăng theo do áp lực đất gia tăng, dẫn đến sự chênh lệch về chuyển vị so với giá trị lý thuyết.

Trong điều kiện đất nền yếu, việc tính toán chuyển vị của tường vây theo mô hình Hardening Soil mang lại kết quả gần gũi với thực tế hơn so với mô hình Mohr-Coulomb.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 Phân tích bài toán chuyển vị ngang tường theo phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis 8.5 với 2 mô hình Mohr-Coulomb và Hardening Soil cho ra kết quả chuyển vị chênh lệch tương đối lớn Chênh lệch chuyển vị của 2 mô hình từ 33.2% - 37.9% Chênh lệch so với thực tế của Mohr-Coulomb và Hardening Soil lần lượt là 42.65% - 48.26% và 9.8% và 18.03% Xét về mặt hiệu quả thì tính toán theo mô hình Hardening Soil sẽ cho kết quả gần sát với thực tế nhất

2 Sự thay đổi khoảng cách các tầng chống tường vây từ 3m đến 4m và 5m trong điều kiện đất nền tương đối yếu thì chuyển vị ngang lớn nhất của tường là 23.51mm vẫn nằm trong giới hạn cho phép và chênh lệch về chuyển vị ngang lớn nhất của tường không đáng kể khoảng 7.02%, chênh lệch moment lớn nhất là 21.64%

3 Bề dày tường vây barrette tăng dần từ 600mm lên 800mm và 1000mm thì chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây là 23.08mm nằm trong giới hạn cho phép và sẽ giảm dần tương ứng 14.68% và 10.81% Giá trị moment trong tường tăng tương ứng 31.16% và 26.69% phù hợp với độ tăng độ cứng của tường Như vậy, xét về mặt kinh tế thì lựa chọn bề dày tường 600mm phù hợp hơn với chiều sâu hố đào cũng như điều kiện thi công chống giữ hố đào Đối với các công trình có chiều sâu hố đào lớn hơn thì tăng bề dày tường cho phù hợp để hạn chế chuyển vị trong tương

4 Thay đổi chiều sâu tường từ 20m đến 25m và 30m thì chuyển vị ngang lớn nhất thay đổi không đáng kể và chuyển vị ngang lớn nhất là 24.64mm Chuyển vị ngang ở chân tường có chênh lệch nhiều lần lượt là 3.02mm, 7.09mm và 9.73mm Như vậy tường càng cắm vào lớp đất sâu thì chuyển vị chân tường càng lớn Tuỳ vào điều kiện kinh tế và kỹ thuật ta cần lựa chọn chiều sâu tường vây cho phù hợp đảm bảo ổn định cho hố đào sâu và chân tường phải nằm trong lớp đất tốt

Khi phân tích chuyển vị ngang của tường vây bằng phương pháp phần tử hữu hạn, việc lựa chọn mô hình tính toán phù hợp với thực tế là rất quan trọng Trong điều kiện đất yếu, mô hình đàn hồi phi tuyến có ưu điểm vượt trội so với mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng, mang lại kết quả chính xác hơn Khi nhập các thông số cho mô hình Hardening Soil, cần chú ý đến sự gia tăng của các module gia tải và dỡ tải theo chiều sâu do áp lực đất tăng.

Trong mô hình Hardening Soil, giá trị Eur khoảng 3E50 và Eoed tương đương với E50 Do đó, cần tiến hành nghiên cứu để xác định các giá trị mô-đun gia tải và dỡ tải cho từng loại đất nền khác nhau, nhằm thuận tiện cho việc nhập thông số đầu vào.

Nghiên cứu độ cứng tương đương của tường vây với các lớp đất xung quanh để có mô hình tính toán phù hợp nhất

Khi xây dựng công trình trong đô thị, việc đánh giá ảnh hưởng của hố đào đến móng của các công trình lân cận là rất quan trọng Điều này giúp xác định các giải pháp thi công hợp lý cho tầng hầm, đảm bảo an toàn và ổn định cho các công trình xung quanh.

Cần có thêm các nghiên cứu về ứng xử của tường khi chịu tác dụng của tải trọng động

[1] Châu Ngọc Ẩn, Nền móng, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2005

[2] Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2004

[3] Trần Quang Hộ, Giải pháp nền móng cho nhà cao tầng, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2009

[4] Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái, Móng cọc – Phân tích và thiết kế, Nhà xuất bản Khoa hoc và kỹ thuật, 2004

[5] Võ Phán, Hoàng Thế Thao, Phân tích và tính toán móng cọc, Nhà xuất bản Đại học

[6] Nguyễn Văn Quảng, Nền móng và tầng hầm nhà cao tầng, Nhà xuất bản Xây dựng,

[7] TCXDVN 205:1998, Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế, 1998

Ngô Đức Trung và Võ Phán đã tiến hành phân tích ảnh hưởng của mô hình nền đến dự báo chuyển vị và biến dạng của công trình hố đào sâu ổn định bằng tường chắn Nghiên cứu này được trình bày trong báo cáo khoa học, góp phần nâng cao hiểu biết về sự tương tác giữa nền đất và các cấu trúc công trình.

Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 12, 2011

Công ty cổ phần tư vấn xây dựng tổng hợp NAGECCO đã thực hiện khảo sát thiết kế xây dựng nền móng cho Trung tâm văn phòng thương mại Hải Quân, với báo cáo khảo sát địa chất công trình được hoàn thành vào năm 2007.

[10] Charles W W Ng, Noel Simons and Bruce Menzies, Soil-Structure Engineering of

Deep Foundations, Excavations and Tunnels, Thomas Telford Publishing, 1 Heron Quay,

[11] Clough, G Wayne and O’Rourke, Thomas D., Construction Induced Movements of

Insitu Walls, Geotechnical Special Publication No.25, ASCE, 1990

[12] Dimitrios, Iliadelis, Effect of Deep Excavation on an Adjacent Pile Foundation,

[13] Braja M Das, Geotechnical Engineering Handbook, Ernst & Sohn, A Wiley

[14] Malcolm Puller, Deep Excavations: a practical manual, Thomas Telford Publishing,

[15] Poulos H G., Pile Foundation Analysis and Design, John Wiley and Sons, 1980

[16] Prakash Shamsher, Shama Hari D., Móng cọc trong thực tế xây dựng, Nhà xuất bản

[17] Sidney Sze Yue Lam, Ground Movements due to Excavation in Clay: Physical and

[18] Terzaghi, Karl and Peck, Ralph B., Soils Mechanics in Engineering Practice, John Wiley and Sons, Inc., New York, 1967

[19] L M Zhang, Behavior of Laterally Loaded Large-Section Barrettes, Journal of

Phụ lục 1: Bảng tra K a , K p theo φ

Phụ lục 2: Bảng tra A,B,D theo φ

Trị số tiêu chuẩn của góc (góc ma sát trong ϕ tc (o)

Hình 1: Xác định E ur và E 50 từ thí nghiệm nén 3 trục

Hình 2: Xác định từ thí nghiệm nén 1 trục

Hình 3: Mặt bằng bố trí thiết bị quan trắc chuyển vị ngang tại công trình

Phụ lục 5 Bảng các giá trị chuyển vị ngang của tường trong các giai đoạn đào đất ở vị trí QT1

Phụ lục 6 Bảng các giá trị chuyển vị ngang của tường trong các giai đoạn đào đất ở vị trí QT3

Phụ lục 7 Bảng giá trị chuyển vị của tường ở giai đoạn đào đất 1 trong Plaxis

Theo mô hình Mohr - Coulomb

Plate Element Node X Y Ux Uy

Theo mô hình Hardening Soil

Họ và tên: MÃ QUANG VINH

Ngày, tháng, năm sinh: 28-10-1986 Nơi sinh: Đồng Tháp Địa chỉ liên lạc: 77 – Cách Mạng Tháng 8 – Phường 2 – TP Cao Lãnh – Đồng Tháp Điện thoại: 0673.852.788 Di động: 016.66.99.11.47

II Quá trình đào tạo

Từ 1996 - 2004: Học sinh trường THPT–TX.Cao Lãnh, Đồng Tháp

Từ 2004 - 2009: Sinh viên trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, Khoa Kỹ thuật

Từ 2009 đến nay: Học viên cao học ngành Địa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học

III Quá trình công tác

Từ 2009 - 2011: Cán bộ kỹ thuật công ty xây dựng Hùng Thịnh, quận Phú Nhuận

Từ 2011 – 2012: Cán bộ kỹ thuật công ty xây dựng Thuận Tiến, quận Bình Thạnh

Từ 2012 đến nay: Chuyên viên Văn phòng UBND tỉnh Đồng Tháp.

Tiêu đề	Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Tường Vây Barrette Để Ổn Định Hố Đào Sâu Trong Điều Kiện Đất Yếu
Tác giả	Mã Quang Vinh
Người hướng dẫn	PGS.TS Võ Phán
Trường học	Đại học Bách Khoa
Chuyên ngành	Địa kỹ thuật xây dựng
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2012
Thành phố	TP.Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	120
Dung lượng	2,36 MB