Nghiên cứu các giải pháp phòng ngừa và biện pháp khắc phục sự cố tường vây

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Với sự phát triển kinh tế, nhu cầu về nhà ở và văn phòng ngày càng gia tăng, trong khi diện tích đất ngày càng hạn hẹp và mật độ xây dựng tăng cao Để tiết kiệm không gian và tối ưu hóa tiện ích, việc xây dựng tầng hầm trở thành một giải pháp quan trọng Đồng thời, cần có các biện pháp đảm bảo sự ổn định cho các hố đào sâu trong điều kiện thi công chật hẹp, nhằm đáp ứng yêu cầu cấp bách trong xây dựng hiện nay.

Để đảm bảo an toàn và phù hợp cho mỗi công trình, có nhiều giải pháp được áp dụng như tường Barrette và cọc khoan nhồi với đường kính nhỏ, tùy thuộc vào điều kiện thực tế của từng dự án.

Hình 1 1 Công trình thi công hố đào sâu sử dụng tường Barrette [1]

Hình 1 2 Công trình thi công hố đào sâu sử dụng cọc khoan nhồi [1]

Mặc dù tường Barrete và cừ Larsen được đánh giá cao về khả năng giữ ổn định cho hố đào trong thi công, nhưng trong quá trình ứng dụng vẫn xảy ra nhiều sự cố đáng tiếc Những sự cố này không chỉ ảnh hưởng đến tiến độ thi công mà còn tác động tiêu cực đến tinh thần, sức khỏe của công nhân và gây thiệt hại về kinh tế.

Hình 1 3 Công trình xẩy ra sự cố khi thi công hố đào sâu sử dụng tường Barrette

Hình 1 4 Công trình xẩy ra sự cố khi thi công hố đào sâu sử dụng cọc khoan nhồi [1]

Theo thống kê, 70% sự cố công trình xảy ra do nền móng không đảm bảo Những sự cố này không chỉ gây thiệt hại lớn về tài sản mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến tinh thần con người, dẫn đến nhiều suy nghĩ tiêu cực.

Bài nghiên cứu này tập trung vào việc đề xuất các giải pháp phòng ngừa và biện pháp khắc phục sự cố liên quan đến tường vây tầng hầm Mục tiêu là cung cấp hướng dẫn cho công tác thiết kế và thi công, giúp ngăn chặn hoặc xử lý hiệu quả các sự cố có thể xảy ra.

Tình hình nghiên cứu

Hiện nay, nhiều nghiên cứu và lý thuyết tính toán về tường vây đã được thực hiện trên toàn thế giới, cùng với các giải pháp hiệu quả nhằm kiểm soát chuyển vị của tường.

Các nghiên cứu đã phát triển lý thuyết và phương pháp tính toán cho tường trong đất, nhấn mạnh sự ảnh hưởng của độ sâu tường chắn đến ổn định hố đào Trong thiết kế sơ bộ, độ dày của tường vây thường được giả định là 5% H e (H e là độ sâu hố đào) Phân tích cũng chỉ ra rằng các mô hình nền có tác động lớn đến kết quả chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu, với nghiên cứu chỉ ra rằng ảnh hưởng của tải trọng tác động lên tường vây chỉ tồn tại trong một vùng giới hạn nhất định K.J.Bakker đã đề xuất giới hạn vùng mô hình phân tích hố đào sâu bằng phần mềm Plaxis, cho thấy rằng giới hạn này phụ thuộc vào chiều rộng và chiều sâu của hố đào.

Ngô Đức Trung và Võ Phán đã tiến hành phân tích tác động của mô hình đến việc dự báo chuyển vị và biến dạng của công trình hố đào sâu ổn định sử dụng tường chắn Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự ảnh hưởng của các yếu tố mô hình trong quá trình dự báo, góp phần nâng cao độ chính xác trong thiết kế và thi công công trình.

Lê Trọng Nghĩa và Lê Khánh Sơn đã tiến hành phân tích sự chuyển vị ngang của tường vây tầng hầm trong quá trình thi công bằng phương pháp semi-Topdown tại khu vực đất yếu ở Thành Phố Hồ Chí Minh.

Nguyễn Bá Kế [8] đã đề cập đến lý thuyết tính toán và thi công hố đào sâu, các phương pháp phân tích và ví dụ thực tế

Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, các tòa nhà cao tầng tại Việt Nam đang gia tăng, kéo theo nhu cầu xây dựng tầng hầm để giải quyết vấn đề đậu xe và kho bãi Trong bối cảnh đất chật, địa chất yếu và mật độ xây dựng dày đặc ở các thành phố lớn, việc đảm bảo ổn định cho hố đào trong quá trình thi công và an toàn cho các công trình hiện hữu là rất quan trọng Giải pháp sử dụng tường Barrette và cọc khoan nhồi được xem là tối ưu, tuy nhiên, trong thực tế vẫn xảy ra nhiều sự cố đáng tiếc trong quá trình thi công tầng hầm.

Sự cố bê tông tường Barrette trong thi công tường vây tại công trình Pacific đã dẫn đến việc nước ngầm xâm nhập vào đáy hố đào, kéo theo đất cát và gây sụp đổ viện khoa học xã hội vùng Nam Bộ.

Hình 1 5 Hiện trạng phần ngầm Pacific và viện khoa học xã hội vùng Nam Bộ sau sự cố ngày 9/10/2007 [9]

Sự cố sập đổ tại Viện khoa học Xã hội vùng Nam Bộ đã khiến một dãy nhà bị vùi lấp hơn 10m dưới lòng đất, với tổng thiệt hại ước tính khoảng 200 tỷ đồng Công trình hiện phải tạm ngừng thi công để điều tra nguyên nhân và tìm phương án xử lý, đồng thời một số phòng ban của viện cũng phải ngừng hoạt động do không đảm bảo an toàn.

Sự cố bùng đáy hố đào tại công trình Vinacomin đã dẫn đến việc sụp đổ hệ thống chống đỡ tường vây, phản ánh những thách thức trong thi công phần ngầm ở Thành phố Hồ Chí Minh.

Hình 1 6 Hiện trạng phần móng tòa nhà Vinacomin sau sự cố ngày 10/05 [1]

Sự cố đã làm 22 căn nhà của các hộ dân bị ảnh hưởng, trong đó có 8 căn hỏng nặng không thể ở, và mặt đường Ung Văn Khiêm bị nứt nẻ kéo dài, tạo thành rãnh lớn Các căn hộ cách đó khoảng 30 m cũng bị nứt tường và hư hỏng ở bậc tam cấp, cửa ra vào Toàn bộ nhà ở cho công nhân trong công trình đã đổ sập và hư hỏng hoàn toàn, dẫn đến việc công trường phải ngưng hoạt động Từ góc độ khoa học, sự cố này là bài học kinh nghiệm quý giá cho những người hoạt động trong lĩnh vực xây dựng, bao gồm thiết kế, thi công và quản lý giám sát dự án.

Nhìn nhận các sự cố công trình một cách tích cực giúp chúng ta rút ra những bài học quý báu cho công tác xây dựng Điều này không chỉ thúc đẩy sự phát triển công nghệ xây dựng mà còn nâng cao khoa học trong ngành xây dựng.

Các sự cố nghiêm trọng không chỉ gây thiệt hại kinh tế mà còn ảnh hưởng đến đời sống và tinh thần của người dân xung quanh, đồng thời tạo ra những dư luận tiêu cực về ngành xây dựng Vì vậy, việc nghiên cứu các giải pháp phòng ngừa và biện pháp xử lý sự cố liên quan đến tường vây là rất cần thiết Luận văn này đề xuất nghiên cứu với chủ đề “Nghiên cứu các giải pháp phòng ngừa và biện pháp khắc phục sự cố tường vây”.

Mục đích nghiên cứu của đề tài

Để giảm thiểu thiệt hại kinh tế và tổn thất tinh thần do sự cố trong thi công, nghiên cứu này tập trung vào các sự cố liên quan đến tường vây, đặc biệt là tường vây Barrette và tường vây cừ Larsen Bài viết sẽ phân tích nguyên nhân gây ra sự cố, từ đó đưa ra các khuyến nghị và lưu ý trong thiết kế cũng như thi công hố đào sâu Ngoài ra, nghiên cứu cũng đề xuất các giải pháp và phương án khắc phục khi sự cố xảy ra.

Phương pháp nghiên cứu

Thu thập dữ liệu thiết kế và hồ sơ khảo sát địa chất từ các công trình thực tế, đặc biệt là những công trình đã xảy ra sự cố trong quá trình thi công, là rất quan trọng Cần chú ý đến các số liệu quan trắc tường Barrete trước, trong và sau khi xảy ra sự cố để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thi công đào đất.

Sử dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng và tính toán lại, kết hợp với số liệu thực tế, giúp đưa ra nhận xét và kiến nghị về sự cố công trường Qua việc mô phỏng, chúng ta xác định được nguyên nhân gây ra sự cố và đề xuất các giải pháp thay đổi trong thiết kế, thi công, đồng thời đánh giá độ an toàn của các giải pháp khắc phục đã được đề xuất.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Giới thiệu

Trong quá trình xây dựng, đặc biệt là các công trình nhà cao tầng và có tầng hầm, việc đào đất có thể làm thay đổi trạng thái ứng suất của đất, dẫn đến dịch chuyển đất nền và gây hư hỏng cho các công trình lân cận nếu không có giải pháp phù hợp Để giữ ổn định cho hố đào và chịu một phần tải trọng của công trình, người ta thường áp dụng thi công tường vây Các loại tường vây phổ biến hiện nay bao gồm tường Barrette, tường vây bằng cọc khoan nhồi, tường vây bằng cừ Larsen và tường vây bằng cừ nhựa Nghiên cứu trong luận văn này sẽ tập trung vào tường vây Barrette và tường vây cừ Larsen.

Tường cừ Larsen

Cừ Larsen là loại cọc liên kết với nhau, kết hợp với các thanh chống và thanh neo để tạo thành hệ tường chắn, thường được sử dụng trong việc làm tường vây chắn đất hoặc nước cho các hố đào tạm thời Chúng cũng được áp dụng trong thi công tầng hầm, móng mố trụ cầu, và hệ thống cấp thoát nước ngầm Tùy thuộc vào độ sâu của hố đào, áp lực ngang của đất và nước, cũng như mức độ tải trọng tác dụng, cừ Larsen có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp với cọc ống thép hoặc cọc thép hình lòng máng để tăng khả năng chịu mômen uốn.

Cừ Larsen không chỉ được áp dụng trong các công trình tạm thời mà còn được coi là một loại vật liệu xây dựng quan trọng, nhờ vào những đặc tính nổi bật của nó, phù hợp cho các bộ phận chịu lực trong các dự án xây dựng.

Cừ Larsen có bề rộng bản từ 400mm đến 750mm, trong đó việc sử dụng cừ có bề rộng lớn mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với cọc nhỏ, do cần ít số lượng cọc hơn cho cùng một độ dài tường chắn Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian và chi phí hạ cọc mà còn giảm lượng nước ngầm chảy qua các rãnh khóa của cọc.

2.2.1 Ƣu điểm của cừ Larsen

Vật liệu này có khả năng chịu ứng suất động cao, cả trong thi công và sử dụng, đồng thời chịu lực tốt với trọng lượng nhẹ Việc nối bằng hàn hoặc bulông dễ dàng giúp gia tăng chiều dài, cho phép sử dụng nhiều lần, từ đó mang lại hiệu quả kinh tế cao.

2.2.2 Nhƣợc điểm của cừ Larsen

Cừ Larsen thường gặp phải tình trạng ăn mòn trong môi trường làm việc, gây khó khăn trong việc kiểm tra độ thẳng đứng và sự kín khít giữa các thanh cừ Ngoài ra, sự xuất hiện của các phiến đá cục bộ cũng làm tăng độ phức tạp trong quá trình thi công.

2.2.3 Phương pháp thi công tường chắn bằng cừ Larsen

- Biện pháp thi công máy ép tĩnh

Máy móc hoạt động hiệu quả với lực tương đối nhỏ, giúp thực hiện công việc mà không gây ô nhiễm hay tiếng ồn Với thiết kế đơn giản và gọn nhẹ, máy dễ dàng vận chuyển mà không cần tháo lắp Đây là lựa chọn lý tưởng cho các công trình có không gian hạn chế, đặc biệt là trong các khu vực đô thị.

-Biện pháp thi công búa rung

Lực rung được tạo ra khi truyền xuống đầu cọc giúp giảm đáng kể ma sát giữa cọc và đất Phương pháp này hoạt động nhanh chóng, chính xác và phát ra tiếng ồn thấp, rất phù hợp cho các công trình không bị hạn chế về không gian.

Mặc dù cừ mang lại nhiều tiện ích về công năng, sự thuận tiện và hiệu quả kinh tế, nhưng trong quá trình thi công, việc không đánh giá đúng khả năng làm việc của cừ, các thông số địa chất và áp dụng giải pháp thi công chưa hợp lý có thể dẫn đến nhiều sự cố đáng tiếc như sạt lở hố đào và nghiêng hệ tường.

9 vây làm ảnh hưởng không nhỏ tới tiến độ thi công, gây thiệt hại về kinh tế và các mối nguy hiểm khác.

Tường Barrette

Tường Barrette là kết cấu chịu lực bằng bê tông cốt thép, bao gồm các panel hình chữ nhật với kích thước chiều rộng từ 0,6m đến 1,5m và chiều dài từ 2,5m đến 3m, độ sâu phụ thuộc vào địa chất công trình Được đổ tại chỗ, tường Barrette thường được sử dụng trong các công trình xây dựng tầng hầm lớn, mang lại nhiều ưu điểm như khả năng chịu tải trọng lớn và dễ dàng kết nối với các cấu kiện khác Điều này giúp tạo ra hệ thống chống đỡ đáng tin cậy cho hố đào, đồng thời giữ ổn định cho các công trình xung quanh trong điều kiện xây chen tại các thành phố.

Tường vây Barrette là giải pháp thi công hố đào sâu với độ ổn định cao, có khả năng chịu tải trọng lớn từ áp lực đất Bên cạnh đó, loại tường này còn được sử dụng như kết cấu chịu lực cho các công trình.

Chi phí thi công tường vây Barrette cao hơn so với các loại tường vây khác, và trong quá trình thi công, thường xảy ra hiện tượng sạt thành vách, yêu cầu áp dụng các biện pháp hỗ trợ Hơn nữa, kích thước lớn của tường cũng làm giảm diện tích sử dụng của tầng hầm.

2.3.3 Phương pháp thi công tường Barrette

Mặc dù công nghệ và kỹ thuật thi công đã có nhiều cải tiến trong những năm qua, nhưng quy trình thi công vẫn bao gồm những bước chính như thi công tường dẫn.

Tường dẫn được thi công quanh chu vi bên trong và bên ngoài của tường Barrette, với chiều cao tiêu chuẩn là 1,2m Bề rộng của tường dẫn thay đổi tùy thuộc vào độ dày của tường vây, sử dụng bê tông mác 200 Thép trong tường dẫn được bố trí theo cấu tạo kỹ thuật.

+ Thi công đào đất theo tường dẫn

Để đảm bảo hiệu quả trong việc lấy đất, cần căn cứ vào mô đun bề rộng của tường panel và dung tích của gầu đào, từ đó áp dụng phương pháp lấy đất xen kẽ Trong quá trình thi công, việc sử dụng Bentonite để giữ ổn định cho hố đào là rất quan trọng Cuối cùng, cần kiểm tra và vệ sinh hố đào để đảm bảo an toàn và chất lượng công trình.

Sau khi hoàn tất quá trình lấy đất, cần kiểm tra hố đào về chiều sâu, độ thẳng đứng và vị trí chính xác Tiếp theo, tiến hành vệ sinh sạch sẽ đáy hố đào để đảm bảo chất lượng công trình.

Hình 2 1 Mô phỏng phương pháp thi công tường Barrette [1]

+ Hạ cốt thép và đổ bê tông

Sau khi hố đào đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật, tiến hành hạ lồng thép bằng cần cẩu và kiểm tra cao độ lồng thép trước khi đổ bê tông Phương pháp đổ bê tông được áp dụng từ dưới lên, sử dụng loại bê tông có độ sụt cao để đảm bảo chất lượng công trình.

Lặp lại các bước trên cho tới khi hoàn thành hệ tường Barrette

Cơ sở lý thuyết tính toán tường vây

2.4.1 Nguyên lý làm việc của tường vây

+ Tải trọng tác động lên tường vây

Hình 2 2 Sơ đồ tải trọng tác dụng vào tường Barrette [10]

Khi tính toán kết cấu tường trong đất, áp lực chính tác động lên bề mặt tiếp xúc là áp lực đất và áp lực nước Các dạng áp lực bên của đất được chia thành áp lực tĩnh, áp lực chủ động và áp lực bị động, trong đó áp lực chủ động và bị động là áp lực giới hạn Áp lực tĩnh P t xuất hiện khi tường Barrette không chuyển vị ngang và đất bên ngoài không bị biến dạng nhiều Ngược lại, áp lực chủ động P c xảy ra khi tường Barrette chuyển vị vào trong hố đào, làm giảm áp lực lên tường và có thể dẫn đến hiện tượng trượt đất, tạo ra mặt trượt chủ động.

Vùng áp lực đất chủ động e a e p

Áp lực bị động xảy ra khi tường Barrette dịch chuyển ra ngoài, dẫn đến việc đất phía sau tường bị nén chặt và áp lực đất lên tường gia tăng Khi chuyển vị tăng, áp lực đất cũng tăng theo, và khi chuyển vị đạt đến mức nhất định, sẽ xuất hiện vết nứt trong đất, được gọi là mặt trượt bị động, khiến đất bị đẩy lên trên Lúc này, áp lực đất tác động lên tường được gọi là áp lực đất bị động P b, trong khi áp lực đất chủ động tác động vào lưng tường cũng cần được xem xét.

P a (2.1) Áp lực đất bị động trước tường:

 - góc ma sát trong của đất c - lực dính của đất

 - trọng lượng của đất sau tường h - chiều sâu tính toán q - Tải trọng trên mặt đất

Giá trị tiêu chuẩn của áp lực thủy tĩnh của nước ngầm lên tường (áp lực ngang) và lên đáy (áp lực thẳng đứng) được xác định bằng tích của trọng lượng riêng của nước ( w = 10kN/m3) với chiều sâu từ mực nước ngầm đến điểm khảo sát trong đất Mực nước ngầm cần được lấy cao nhất từ các số liệu quan trắc thu được Khi mực nước ngầm thay đổi tại các khu vực có địa tầng khác nhau, áp lực thủy tĩnh sẽ được xác định riêng cho từng mực nước Áp lực do nước ngầm gây ra được tính theo công thức: w w w h.

 w - trọng lượng riêng của nước h w - chiều sâu mực nước ngầm từ điểm tính toán

2.4.2 Thiết kế theo phương pháp giải tích

Hình 2 3 Sơ đồ tính toán theo phương pháp Sachipana [3]

Căn cứ vào điều kiện cân bằng tĩnh, ta đƣa ra đƣợc công thức tính Nk và x m Phương trình cân bằng tĩnh:

 x m h k v wh kk xh kk h k x m h k v h k h kk x m w )

Trong đó:  - góc nghiêng mặt trƣợt h

 - độ dốc áp lực nước đất h

 (h 0k +x) áp lực đất chủ động áp lực n-ớc, đất a

P a - áp lực đất chủ động vào lưng tường

P p - áp lực đất bị động trước tường (P p wxv tìm được w và v)

P w - áp lực nước vào lưng tường h 0k - chiều sâu từ mặt đất đến điểm tính toán tính toán

Từ công thức (2.4) và (2.5) ta tính ra đƣợc N k và x m từ đó dễ dàng xác định đƣợc nội lực thân tường

Theo phương pháp này thì lực trục thanh chống và Momen thân tường không biến đổi theo quá trình đào đất

+ Phương pháp đàn hồi a, Sơ đồ tính toán theo b, Sơ đồ tính toán theo phương pháp đàn hồi Nhật Bản phương pháp đàn hồi sau khi sửa lại

Hình 2 4 Sơ đồ tính toán theo phương pháp đàn hồi [3]

Chuyển dịch của thân tường và hình thức cuối cùng của nội lực:

EI h EI x kk kk kk kk kk 3 2

K h - Hệ số nền theo chiều ngang của đất nền (KN/m 3 )

E s = K h x B – Mô đun đàn hồi ngang của lớp đất (KN/m 2 )

E - Mô đun đàn hồi của thân tường (KN/m 2 )

I- Mômen quán tính mặt cắt mỗi mét dài theo chiều ngang của thân tường

B- Độ dài theo chiều ngang của thân tường, thường lấy bằng 1m

- Độ dốc của áp lực nước, đất

2.4.3 Thiết kế theo phương pháp phần tử hữu hạn

2.4.3.1 Giới thiệu phần mềm Plaxis [11]

Plaxis là phần mềm PTHH chuyên dụng cho tính toán biến dạng và ổn định công trình địa kỹ thuật, giúp xây dựng mô hình và mô phỏng ứng xử của đất theo thời gian Với tính chất là vật liệu nhiều pha, đất yêu cầu giải quyết các quá trình liên quan đến áp lực nước lỗ rỗng, cả tĩnh và không tĩnh Plaxis được trang bị các tính năng đặc biệt nhằm giải quyết các khía cạnh phức tạp của kết cấu địa kỹ thuật.

Cấu trúc của Plaxis gồm 4 môđun sau:

Môđun đầu vào cho phép người dùng tạo lưới PTHH, xác định các thông số cơ lý của đất, thiết lập điều kiện hiện trường, tải trọng, mô phỏng các giai đoạn thi công và theo dõi kết quả quan trắc địa kỹ thuật.

- Môđun tính toán (Calculations): Môđun này dùng để thực hiện các quá trình tính toán theo các giai đoạn thi công

Môđun đầu ra thực hiện các phép tính để hiển thị biểu đồ, đường đồng mức, và các thành phần ứng suất - biến dạng của đất nền Ngoài ra, môđun này cũng tính toán nội lực của các phần tử kết cấu, bao gồm mômen, lực cắt, lực dọc và biến dạng.

Môđun vẽ đồ thị (Curves) cho phép chuyển đổi kết quả tính toán từ môđun tính toán sang dạng đồ thị, giúp người dùng dễ dàng xem xét và đánh giá các dữ liệu một cách trực quan.

Chương trình Plaxis được ứng dụng trong các bài toán liên quan đến mái dốc, hố đào, hầm giao thông, đường tàu điện ngầm và các công trình ngầm khác Nó cho phép xác định trạng thái ứng suất - biến dạng của kết cấu ngầm, bao gồm vỏ công trình và các phần tử liên quan, cũng như đất nền xung quanh và các quá trình tương tác giữa đất nền, kết cấu bên trên và công trình ngầm.

Chương trình có thể tính toán các dạng bài toán sau:

- Bài toán đối xứng trục

Bài toán không gian 3D là công cụ quan trọng để mô tả trạng thái ứng suất và biến dạng trong các giai đoạn thi công thực tế Nó áp dụng cho cả các phương pháp thi công hiện đại, giúp tối ưu hóa quá trình xây dựng và nâng cao hiệu quả công việc.

Các mô hình đất nền đa dạng bao gồm quá trình thoát nước, không thoát nước, cố kết và từ biến Những mô hình này mô tả sự hình thành khe nứt giữa đất và kết cấu trong quá trình làm việc thông qua phần tử tiếp xúc.

- Bài toán động (đóng cọc, động đất và các dạng tải có chu kỳ khác) dùng cho bài toán phẳng

Hình 2 5 Một số mô hình tính toán tường vây bằng Plaxis [11]

Các dạng mô hình đƣợc thiết lập sẵn trong Plaxis

- Phần tử này tương tự phần tử kết cấu dầm trong SAP

- Phần tử này xem quan hệ ứng suất biến dạng là đàn hồi tuyến tính

- Kết quả đƣa ra nội lực ở dạng trị số và biểu đồ mômen, lực cắt, lực dọc, các loại chuyển vị theo các phương

* Phần tử neo (node to node):

- Phần tử này dùng để mô phỏng sự làm việc của neo trong đất hoặc thanh chống của tường kết cấu chắn giữ

- Mô hình làm việc dạng thanh kéo/nén dọc trục

- Kết quả đưa ra là các giá trị lực dọc và chuyển vị theo các phương

* Phần tử tường và hầm (diaphragm walls, tunnel):

- Phần tử này mô phỏng được quá trình thi công tường hầm ngầm theo phương pháp đào mở hoặc đào ngầm

Phần tử này hỗ trợ tính toán kết cấu tường vỏ hầm với các hình dạng như hình tròn, hình chữ nhật, và các tổ hợp hình học khác, bao gồm cả cung tròn.

- Kết quả đƣa ra nội lực ở dạng trị số và biểu đồ mômen, lực cắt, lực dọc, các loại chuyển vị theo các phương

* Phần tử vải địa kỹ thuật (geotextile):

- Đây là loại vật liệu làm cốt đất để phục vụ gia cố nền

- Mô hình làm việc kéo dọc trục

- Đàn hồi - dẻo (Mohr - Coulomb)

- Mô hình tái bền của đất (Hardening Soil)

- Mô hình cho đất yếu (Soft soil)

- Mô hình đất yếu có kể tới từ biến (Soft soil creep)

Các số liệu đầu và đầu ra khi tính toán

+ Các số liệu đầu vào:

- Điều kiện biên về chuyển vị: bao gồm chuyển vị ngang, chuyển vị đứng, chuyển vị xoay, chuyển vị cƣỡng bức

Điều kiện biên về áp lực nước lỗ rỗng có thể được xác định cho các vùng đất nền trong các giai đoạn tính toán khác nhau, dựa trên kết quả quan trắc trong quá trình thi công.

- Các tải trọng: gồm lực tập trung, lực phân bố và lực gia tải trước trong các phần tử dầm mô phỏng thanh chống hoặc neo có gia tải

+ Các số liệu đầu ra:

- Các dạng ứng suất gồm ứng suất lệch và các ứng suất chính để tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất

Các trạng thái biến dạng được thể hiện qua lưới biến dạng, bao gồm các chuyển vị ngang và lún tại các điểm cần xem xét, nhằm đánh giá mức độ ổn định của công trình.

- Các dạng áp lực nước lỗ rỗng

- Chú giải cho tất cả các hình vẽ

- Các số liệu đầu ra thể hiện thành dạng bảng hoặc biểu đồ

2.4.3.2 Các mô hình đất nền trong Plaxis

Trong Plaxis, có nhiều mô hình nền như Mohr-Coulomb, Hardening Soil, Soft Soil, và Modified Cam Clay Tuy nhiên, luận văn này sẽ chỉ tập trung vào nghiên cứu và phân tích mô hình nền Mohr-Coulomb.

+ Tổng quát về mô hình

Mô hình Mohr-Coulomb là mô hình đàn dẻo lý tưởng, phù hợp cho mọi loại đất và thường được sử dụng trong giai đoạn đầu của quá trình tính toán do tính đơn giản và dễ áp dụng Trong các trạng thái ứng suất, mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng được mô tả là tuyến tính trong miền đàn hồi thông qua hai thông số độ cứng mô-đun Young (E) và hệ số Poisson (ν) Tiêu chuẩn phá hoại của đất nền được xác định bởi hai thông số sức chống cắt (c) và góc ma sát (φ).

Trong mô hình Plaxis biến dạng đƣợc định nghĩa gồm hai thành phần: biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

Hình 2 6 Ý tưởng cơ bản của mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng [11]

Xác định thông số cho mô hình

Một số nguyên nhân dẫn đến sự cố tường vây

Các nguyên nhân dẫn đến sự cố tường vây có thể là :

Sai sót trong thi công thường xảy ra do khuyết tật trong quá trình thi công tường vây, kết hợp với sự chênh lệch áp suất mực nước ngầm giữa bên trong và bên ngoài tường Điều này dẫn đến hiện tượng nước phun trào mang theo đất và cát, gây sụt lún cho các công trình lân cận.

Sai sót trong thiết kế và đánh giá ảnh hưởng của mực nước ngầm đã dẫn đến việc chưa xác định chính xác tác động của nước ngầm có áp trong nền cát đến mũi tường vây, đặc biệt khi mũi tường được đặt trong lớp cát.

- Sai sót trong tổ chức thu thập và xử lý thông tin khảo sát địa chất khi không đánh giá đúng tình trạng của đất nền

Khi tính toán tường vây tổng chuyển vị của tường quá lớn so với kinh nghiệm của nước ngoài

Kỹ thuật thi công không đạt yêu cầu, gây nên các khuyết tật trong bản thân tường khi có sự chênh lệch áp lực nước tạo ra sự cố

Khi thi công tường chắn đất chế tạo sẵn bằng phương pháp rung hoặc ép, có thể xảy ra hiện tượng lún móng ở các công trình lân cận Việc thi công tường trong đất cần được thực hiện cẩn thận để tránh ảnh hưởng đến sự ổn định của các công trình xung quanh.

23 loại đất rời, kém chặt hoặc gây hƣ hỏng kết cấu hiện hữu khi tác động trực tiếp lên chúng

Thời gian thi công kéo dài dẫn đến việc mất nước trong đất xung quanh hố đào, làm giảm áp lực nước lỗ rỗng và khả năng chịu lực của đất Hệ quả là đất xung quanh chuyển vị lớn theo thời gian, gây lún hoặc nghiêng cho các công trình lân cận, từ đó ảnh hưởng đến an toàn công trình.

Việc không lắp đặt hệ thống đo đạc và quan trắc cho các công trình ngầm và công trình liên kế dẫn đến việc không thể kiểm tra chuyển vị của tường và động thái của các công trình lân cận Điều này gây khó khăn trong việc đưa ra biện pháp đối phó thích hợp và kịp thời để ngăn chặn sự cố xảy ra.

Ngoài những nguyên nhân đã nêu, một yếu tố quan trọng thường bị bỏ qua là tác động của thời tiết và thiên tai Sự xuất hiện ngày càng bất thường và khó dự đoán của lũ lụt và bão đang ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công trình xây dựng.

Một số giải pháp khắc phục

2.6.1 Giải pháp bơm vữa áp lực

Máy bơm áp lực được sử dụng để đưa hỗn hợp vữa xi măng vào đất qua các lỗ khoan đã được tạo sẵn, nhằm cải thiện tính chất cơ lý và tăng cường độ cho đất nền.

Thiết bị sử dụng trong công tác khoan phụt gồm :

- Máy khoan tạo lỗ gồm 1 máy đồng bộ (tháp khoan, cần khoan, mũi khoan…)

- Thùng trộn xi măng, bộ nút phụt xi măng, ống nhựa Φ 34, Φ 90, ống dẫn cao su chịu áp lực cao, đồng hồ áp lực loại 10 kg

Theo tiêu chuẩn cơ lý trung bình, khi lưu lượng tiêu hao q đạt 0.5 l/phút/1m2 thì yêu cầu được coi là đạt Giải pháp này thường được biết đến với tên gọi phương pháp ổn định toàn khối.

2.6.2 Giải pháp sử dụng cọc xi măng đất

Cọc xi măng đất là loại cọc hình trụ được hình thành thông qua phương pháp trộn sâu, kết hợp giữa đất nguyên trạng và xi măng Quá trình này diễn ra khi xi măng được phun xuống nền đất bằng thiết bị khoan phun, trong khi mũi khoan được hạ xuống để làm tơi đất.

Phương pháp Jet Grouting là một kỹ thuật gia cố nền đất thông qua quá trình khoan và phun vữa cao áp Khi đạt độ sâu cần thiết, thiết bị sẽ quay ngược lại và di chuyển lên, trong khi xi măng được phun vào nền đất Áp lực cao từ tia nước và tia vữa (200 - 400 atm) kết hợp với vận tốc lớn sẽ làm cho các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xới tơi và hòa trộn với vữa Sau khi đông cứng, quá trình này tạo ra một khối đồng nhất gồm xi măng và đất, đảm bảo tính ổn định và bền vững cho nền đất.

Hình 2 9 Công nghệ Jet Grouting ba pha T [12]

Bảng 2 1 Đặc trƣng cọc Jet Grouting ở TPHCM, Trần Nguyễn Hoàng Hùng [12] Địa chất Đường kính cọc (m) q u (Mpa)

Tăng khả năng chịu tải của đất nền và khả năng chống trượt cho mái dốc là rất quan trọng Việc này không chỉ giảm thiểu ảnh hưởng từ các công trình lân cận mà còn hạn chế độ lún của công trình Đồng thời, nó giúp giảm dòng thấm xâm nhập, ổn định vách hố đào và ngăn chặn dòng thấm, mang lại giải pháp tiết kiệm chi phí hiệu quả.

Khả năng chịu uốn và chịu cắt kém, tải trọng bản thân lớn

Với nhiều ưu điểm về tính năng sử dụng, tính kinh tế và điều kiện thi công, đề tài này đề xuất giải pháp ứng dụng cọc xi măng đất để gia cố nền trong hố đào sâu Giải pháp này không chỉ giúp gia tăng áp lực đất bị động mà còn có khả năng giảm áp lực đất chủ động Phương pháp tính toán sẽ được áp dụng để đảm bảo hiệu quả của giải pháp này.

Phương pháp tính toán trụ làm việc như cọc yêu cầu trụ có độ cứng lớn và được đặt vào tầng đất chịu tải, giúp lực truyền vào móng chủ yếu thông qua các trụ xi măng-đất Nếu trụ không được đưa xuống tầng đất chịu lực, có thể áp dụng phương pháp tính toán tương tự như cọc ma sát.

- Đánh giá ổn định các trụ gia cố theo trạng thái giới hạn 1

Khả năng chống chuyển vị của hố đào phụ thuộc vào số lượng và cách bố trí các trụ trong hố móng Kết quả phân tích tính toán thể hiện qua các nội lực tác dụng lên trụ, bao gồm mô men uốn (M), lực dọc (N) và lực cắt (Q) Để đảm bảo an toàn cho móng trụ, cần thỏa mãn các điều kiện an toàn cụ thể.

Nội lực lớn nhất trong một trụ: max ult S

Mô men lớn nhất trong cọc : max gh

Q ult là sức chịu tải giới hạn của cọc xi măng đất

[M gh ] là mô men giới hạn của cọc xi măng đất

Fs - hệ số an toàn

- Đánh giá ổn định các trụ gia cố theo trạng thái giới hạn 2

Tính toán theo trạng thái giới hạn 2 đảm bảo cho móng trụ không phát sinh biến dạng và lún quá lớn: i gh

S gh - độ lún giới hạn cho phép;

S i - độ lún tổng cộng của móng cọc

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC SỰ CỐ TƯỜNG VÂY

Nghiên cứu về sự cố công trình sử dụng tường vây Barrette

3.1.1 Giới thiệu về công trình

Công trình tọa lạc tại quận 3, thành phố Hồ Chí Minh, với quy mô 4 tầng hầm, 1 tầng lửng và 14 tầng lầu, tổng diện tích xây dựng vượt quá 800m² Để thi công phần hầm, công trình áp dụng tường Barrette làm tường chắn đất, cùng với hệ khung bê tông cốt thép và móng sử dụng cọc khoan nhồi D800.

3.1.2 Giới thiệu về sự cố

Trong quá trình thi công đào đất đến độ sâu khoảng -16.8m để chuẩn bị đổ bê tông lót, nhà thầu gặp sự cố khi nước chảy lên từ đáy hố móng với lưu lượng lớn, cuốn theo hạt đất và cát nhỏ Lượng cát chảy ra liên tục mà không có dấu hiệu dừng lại Khi áp dụng giải pháp dẫn nước vào ống để cân bằng áp lực, hiện tượng bùng đáy quanh vị trí ống dẫn đã xảy ra Thực tế cho thấy, khi dẫn nước vào ống, cột nước lên cao khoảng 6m tính từ đáy hố đào, chứng tỏ đây là nước ngầm có áp, phù hợp với cơ sở tính toán do quá trình thi công hố đào sâu vô tình tạo ra cột áp chênh lệch.

Nước từ đáy hố đào trào lên mạnh mẽ, mang theo cát và không thể ngăn chặn, dẫn đến mất cân bằng áp lực trong đất Điều này làm giảm áp lực nước lỗ rỗng và tăng độ rỗng đột ngột, gây giảm khả năng chịu lực của nền công trình lân cận, đặc biệt là khu vực giáp với biên trục 4 Hệ quả là hai block nhà lân cận đã bị nghiêng lún và nứt.

Hình 3 1 Mặt bằng móng công trình

Biện pháp tạm thời nhằm cân bằng áp lực nước trong hố móng bằng cách bơm nước từ bên ngoài vào, giúp triệt tiêu sự chênh lệch cột nước ngầm giữa trong và ngoài hố đào Mặc dù công trình lân cận và thi công tạm thời đã ổn định, sự cố vẫn xảy ra, ảnh hưởng đến các công trình xung quanh và gây khó khăn trong việc thi công đài cọc và các hầm.

3.1.3 Phân tích, kiểm tra các nguyên nhân dẫn tới sự cố

3.1.3.1 Phân tích về địa chất công trình

Từ mặt đất đến độ sâu khảo sát, địa tầng tại hố khoan HK1, HK2, HK3 được phân chia thành 7 lớp Thứ tự các lớp này được tóm tắt rõ ràng trong bảng dưới đây.

Bảng 3 1 Tóm tắt đặc điểm các lớp đất đến độ sâu khảo sát

STT Lớp đất Đặc điểm

1 T Bề mặt hiện hữu là nền bê tông (dày 0,1m), kế đến là lớp á sét lẫn xà bần dày từ 1,00m đến 1,3m

Lớp á sét là loại vật liệu có tính dẻo chảy đến dẻo mềm, chủ yếu được cấu thành từ sét, cát mịn, bột và bụi Màu sắc của lớp á sét thường là xám đốm vàng hoặc xám nâu Độ sâu của lớp á sét dao động từ 1,1m đến 3,8m.

3 2a Á sét lẫn sạn laterite lẫn á sét, màu nâu đỏ xám, trạng thái cứng có độ sâu từ 3,00m đến 4,20m tại HK2

4 2b Á sét lẫn sỏi sạn laterite dẻo mềm đến dẻo cứng có độ sâu từ

5 3 Á sét, dẻo mềm đến dẻo cứng có độ sâu từ 5m đến 9,00m tại

HK1, 9,8m đến 11,0m tại HK2, và 9,5m đến 11,0m tại HK3

6 4a Cát trung lẫn bột, màu vàng xám, trạng thái rời có độ sâu từ

Cát mịn đến thô lẫn bột, chặt vừa có độ sâu từ 11.0m đến 45,1m tại HK1, sâu từ 11m đến 28,5m tại HK2, sâu từ 11m đến 43,7m tại HK3

8 4c Cát mịn, đến trung lẫn bột, chặt có độ sâu từ 28.50m đến

Sét lẫn ít cát mịn, nữa cứng, sâu từ 45,1m đến 47,0m tại HK1, sâu từ 4,0m đến 47.0m tại HK2, sâu từ 43,7m đến 47,0m tại HK3

10 5b Sét cứng đến rất cứng, sâu từ 47m đến 52,2m tại HK1, sâu từ

47,0m đến 52,6m tại HK2, sâu từ 47m đến 52,4m tại HK3

11 6 Á sét nửa cứng sâu từ 52,5m đến 54,5m tại HK1, sâu từ 52,6m đến 54,7m tại HK2, sâu từ 52,4m đến 54,2m tại HK3

Công trình có mực nước ngầm ở độ sâu -7,5 m và lớp cát sâu tới -43 m, trong khi mũi tường vây được đặt ở độ sâu -28,8 m, tức là nằm trong lớp cát Theo kinh nghiệm thiết kế, vị trí này không thuận lợi cho việc đặt mũi tường vây do lớp cát có hệ số thấm lớn, dẫn đến khó khăn trong việc ngăn chặn dòng thấm và dễ xảy ra hiện tượng cát chảy do áp lực nước.

Việc kéo dài chiều dài của mũi tường cắm vào lớp đất sét nhằm ngăn chặn dòng thấm và hiện tượng cát chảy sẽ tốn kém chi phí và không mang lại hiệu quả kinh tế.

3.1.3.2 Phân tích về thiết kế tầng ngầm và trình tự thi công

Tòa nhà được thiết kế với cấu trúc bao gồm 4 tầng hầm, 1 tầng trệt, 1 tầng lửng và 14 tầng lầu, sử dụng bê tông cốt thép Móng tòa nhà được đặt trên nền cọc khoan nhồi, xung quanh tầng hầm được bảo vệ bởi hệ thống tường Barrette dày 0,8m và có độ sâu lên tới 28,8m.

Bêtông tường vây cấp độ bền B30

Cốt thép dùng thép loại SS400

Thép hình hệ giằng chống 1: H350*350*12*19, có EA = 3,57*10 6 kN/m

Thép hình hệ giằng chống 2, 3, 4: H400*400*13*21, có EA = 4,41*10 6 kN/m b) Trình tự thi công

Giai đoạn 1 : Thi công tường vây, dầm giằng đầu tường và cây chống

Giai đoạn 2 bao gồm việc đào đất đến cao độ -3,7m và thi công hệ giằng chống 1 tại cao độ -2,7m Tiếp theo, giai đoạn 3 thực hiện đào đất đến cao độ -6,8m và thi công hệ giằng chống 2 ở cao độ -5,8m Cuối cùng, giai đoạn 4 sẽ đào đất đến cao độ -9,9m và thi công hệ giằng 3 tại cao độ -8,9m.

Giai đoạn 5 : Đào đất đến cao độ -13,0m thi công hệ giằng 4 cao độ -12,0m

Giai đoạn 6 : Đào đất đến cao độ đáy móng và sàn tầng hầm 4

Giai đoạn 7 : Thi công móng và sàn tầng hầm 4

Giai đoạn 8 : Thi công tháo dỡ hệ giằng 4

Giai đoạn 9 : Thi công cột tầng hầm 4 và sàn tầng hầm 3

Giai đoạn 10 : Thi công tháo dỡ hệ giằng 3

Giai đoạn 11 : Thi công cột tầng hầm 3 và sàn tầng hầm 2

Giai đoạn 12 : Thi công tháo dỡ hệ giằng 2

Giai đoạn 13 : Thi công cột tầng hầm 2 và sàn tầng hầm 1

Giai đoạn 14 : Thi công tháo dỡ hệ giằng 1

Giai đoạn 15 : Thi công cột tầng hầm 1 và sàn tầng trệt

Giai đoạn 16 : Vận chuyển thiết bị ra khỏi công trường

Công trình áp dụng phương pháp đào mở với các giai đoạn thi công được mô tả chi tiết, đảm bảo phù hợp với phương án ban đầu Tại hiện trường, trình tự thi công được thực hiện đúng theo biện pháp đã đề ra, đồng thời tiến hành kiểm tra kết cấu tường vây theo quy trình thi công.

Thiết kế tường vây bằng tường barret dày 800mm

Thông số tính toán tường Barrette :

- Độ cứng dọc trục EA =2,6*10 7 kN/m

- Độ cứng kháng uốn EI = 13,9*10 5 kNm 2 /m

- Các thông số của mô hình đƣợc tổng hợp ở bảng 3.2

Bảng 3 2 Thông số đặc trƣng của các lớp đất

STT Thông số Kí hiệu Lớp T Lớp 1 Lớp 2a Lớp 2b Lớp 3 Lớp 4a Lớp 4b Đơn vị

1 Mô hình vật liệu Model MC MC MC MC MC MC MC -

2 Ứng xử của vật liệu Type UnDrained UnDrained UnDrained UnDrained UnDrained Drained Drained -

3 Dung trọng tự nhiên γ(unsat.) 19 18,2 20,11 18,6 19,2 18,37 19,2 kN/m3

4 Dung trọng bão hòa γ(sat) 19 19,2 20,10 19,8 19,6 19,0 20,10 kN/m3

5 Môdul đàn hồi Eref 10000 13677 - 13876 16464 17852 17852 kN/m2

10 Hệ số thấm kx = ky 8,64 8,64e-3 - 8,64e-3 8,64e-3 0,864 0,864 m/day

Hình 3 2 Biểu đồ momen của tường vây khi kết thúc quá trình đào đất theo mô hình biện pháp thi công

- Biểu đồ momen của tường theo mô hình kiểm tra.

Hình 3 3 Biểu đồ momen của tường vây khi kết thúc quá trình đào đất theo mô hình kiểm tra

Giá trị momen của tường thay đổi giữa mô hình biện pháp thi công và mô hình kiểm tra, điều này có thể được giải thích bởi sự khác biệt trong phương pháp và điều kiện áp dụng.

+ Thứ nhất là do trong quá trình lấy phụ tải mặt đất, mô hình theo biện pháp thi công lấy 15 kN/m 2 còn mô hình kiểm tra lấy 40kN/m 2

Phương pháp mô hình đất nền hiện tại gặp vấn đề khi mô phỏng theo biện pháp thi công, đặc biệt là việc giả định rằng hố đào có cùng độ sâu, tức là đáy hố móng có cùng cao độ Điều này không phản ánh chính xác thực tế, vì độ sâu hố móng không có tính đối xứng Do đó, phương pháp mô phỏng này không thể phản ánh đúng quá trình làm việc của tường vây.

Hình 3 4 Biểu đồ tổng chuyển vị của hố đào khi kết thúc quá trình đào đất

Quá trình lập biện pháp chỉ đưa ra thông số chuyển vị ngang mà chưa xem xét tổng chuyển vị của tường Mô hình tính toán cho thấy tổng chuyển vị của tường khá lớn, mặc dù đây chỉ là giai đoạn thi công đào đất, chưa có tải trọng đứng tác động Phần lớn chuyển vị này chủ yếu do chuyển vị của đất ở đáy hố móng gây ra Dữ liệu quan trắc chuyển vị của tường vây trước và sau sự cố cho thấy tường không có chuyển vị ngang lớn, càng củng cố nhận định rằng tổng chuyển vị chủ yếu là do chuyển vị đứng Việc kiểm tra biện pháp hạ mực nước ngầm cũng cần được thực hiện.

Tính lại độ cao mực ngầm theo số lƣợng giếng khoan thực tế

Số lƣợng giếng khoan theo ghi nhận thực tế tại thời điểm thi công tới đáy móng n=6 giếng

Các thông số theo hồ sơ thiết kế bao gồm:

Kích thước hình học của hố đào, chiều dài hố móng L = 31.8m, chiều rộng hố đào B = 27,9m

Thông số địa chất qui đổi:

Bề dày của tầng chứa nước H = 37,5m

Hình 3 5 Biểu đồ thể hiện quá trình hạ mực nước ngầm

Các giá trị tính toán từ biện pháp thi công cho ta kết quả nhƣ sau: Đố sâu chôn giếng Htt = 21,723m

Bán kính ảnh hưởng hút nước R = 43,8m Độ cao cột nước ở trung tâm hố móng h c = 28,3m

Lưu lượng nước chảy vào hố móng

 Lượng nước lớn nhất vào mỗi giếng điểm q120r L w w 3 \k = 136,44m 3 /ngày

Trong đó : r w = 0,038m : bán kính ống lọc

L w = 10m : chiều dài phần ống lọc k = 0,864m/ngày

Số lƣợng giếng cần khoan

Quá trình tính toán biện pháp thi công nhận đƣợc số liệu giếng cần khoan là hơn

Trong quá trình thi công, để tiết kiệm chi phí hạ mực nước ngầm, số giếng thực tế được khoan chỉ còn 6 giếng thay vì 9 giếng như dự kiến Từ đó, lưu lượng nước còn lại trong hố móng được xác định lại.

Chiều dày của tầng nước gây áp lực đẩy nổi

Sự tồn tại của lưu lượng nước này ở dưới các lớp đất trong thời gian dài, cộng dồn theo thời lƣợng thi công đã tạo nên lực đẩy nổi

Nghiên cứu sự cố công trình sử dụng tường vây cừ Larsen

3.2.1 Giới thiệu về công trình xẩy ra sự cố

Công trình tọa lạc tại quận 9, TP Hồ Chí Minh, bao gồm 1 tầng hầm, 1 tầng lửng và 16 tầng lầu với tổng diện tích xây dựng vượt quá 1200m² Móng công trình được thi công bằng cọc bê tông ly tâm ứng suất trước và khung kết cấu bê tông cốt thép Để đảm bảo an toàn cho việc thi công móng, hệ tường cừ Larsen loại IV đã được sử dụng để chắn giữ đất, với chiều sâu ép cừ đạt -12m và chiều sâu thi công móng đại trà là -4,6m.

3.2.2 Giới thiệu về địa chất công trình

Từ mặt đất đến độ sâu khảo sát, địa tầng tại các hố khoan HK1, HK2, HK3, HK4, HK5 gồm 5 lớp khác nhau Độ sâu mực nước ngầm được ghi nhận là -2m so với mặt đất tự nhiên, như được tóm tắt trong bảng dưới đây.

Bảng 3 7 Đặc điểm đặc trƣng của các lớp đất

STT Lớp đất Đặc điểm các lớp đất

1 T Bề mặt hiện hữu là lớp cát mịn màu xám xanh, trạng thái bời rời tới chặt vừa, có độ sâu từ 0 đến -2m

2 1 Bùn sét hữu cơ màu xám đen, trạng thái mềm có độ sâu từ -2m đến -8m

3 2 Đất sét màu nâu đỏ trạng thái dẻo cứng có độ sâu từ -

4 3 Cát mịn xám trắng đến nâu vàng, trạng thái chặt vừa có độ sâu từ -17m đến -45m

5 4 Cát mịn màu nâu vàng, trạng thái chặt vừa đến rất chặt có độ sâu từ -47m đến 70m

3.2.3 Giới thiệu về sự cố

Trong quá trình thi công phần móng, nhà thầu đã gặp sự cố khi đào đất đến độ sâu khoảng -4,6m, dẫn đến hiện tượng cừ chắn đất bị nghiêng Hiện tượng này đã làm nghiêng các cọc ở vị trí móng sát tường chắn đất, gây gián đoạn quá trình thi công Để khắc phục, nhà thầu phải thực hiện các thí nghiệm kiểm tra lại cọc và khoan cọc nhồi bổ sung.

3.2.4 Giải pháp thiết kế móng và phương pháp quy đổi độ cứng cọc

Công trình sử dụng móng cọc bê tông ly tâm với đường kính D400 mm, được liên kết bằng hệ dầm giằng móng kích thước 400mm x 600mm và bê tông B25 Kích thước các móng dao động từ 3200mm đến 3450mm, với chiều cao đài móng là 1400mm Biện pháp thi công áp dụng cừ Larsen loại IV dài 12m, được tăng cứng bằng các thanh chống xiên H250 tựa lên móng, với khoảng cách giữa các thanh chống là 8m.

Hình 3 17 Mặt bằng móng điển hình

+ Thông tin móng dùng cọc ly tâm đường kính 400mm như sau

Theo thông tin của đơn vị tư vấn thiết kế thì móng là cọc ly tâm, đường kính 400mm, cách nhau 1200 mm

Xác định mô men quán tính I:

Mô men quán tính của một cọc là:

Xác định diện tích mặt cắt ngang A:

Chiều dày tương đương của tường quy đổi là:

Do các cọc không sát nhau và có khoảng cách thông thủy là 0.8m, hay khoảng cách s = 1.2m, mô đun E cần được tính quy đổi Giả định sử dụng bê tông B25 với mô đun E = 3*10^7 kN/m², mô đun quy đổi sẽ được xác định dựa trên các thông số này.

Tương tự, ta có dung trọng quy đổi là:

Vậy ta có các hệ số quy đổi nhƣ sau:

Tóm lại, thông số quy đổi cọc ly tâm đường kính 400mm như sau:

Bảng 3 8 Thông số quy đổi cọc ly tâm đường kính 400mm

Cấu kiện Mô tả Ký hiệu Đơn vị Giá trị

Loại vật liệu tác động - - Elastic

Moment quán tính I m4 9,54E-4 Độ cứng dọc trục EA kN/m 5,72E+05 Độ cứng kháng uốn EI kNm²/m 8,53E+03

3.2.5 Mô phỏng kiểm tra biện pháp thi công theo các thông số ghi nhận đƣợc

Từ các số liệu ở trên tiến hành mô phỏng quá trình thi công đào đất theo biện pháp đã đề ra, sử dụng mô hình Mohr-Coulomb

+ Các thông số địa chất cho mô hình

Bảng 3 9 Thông tin địa chất đất nền

Thông số Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4

Mô hình MC MC MC MC Ứng xử Drained Undrained Undrained Undrained

Chiều dày h, m 2,0 6,0 9 28 γunsat (kN/m 3 ) 18,04 14,39 19,30 19,46 γsat (kN/m 3 ) 19,04 14,58 19,87 19,95 c (kN/m2) 1,14 8,52 28,96 1,58 φ (0) 19,68 3,61 12,62 28,25

Hệ thanh chống H250x250x9x14 Thép sử dụng có mác CCT42 có:

Mô-đun đàn hồi: E = 2,1x108 kN/m2;

Diện tích mặt cắt ngang: A= 92,18 cm2

Cường độ tính toán: f= 2100 kG/cm2

Giới hạn chảy: fy = 2200 kG/cm2

Khoảng cách giữa các thanh chống L = 8m

Bảng 3 10 Thông tin thanh chống

Cấu kiện Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Tính chất vật liệu Material type Linear Elastic - Độ cứng dọc trục EA 1,94E+6 kN

+ Tiến hành mô phỏng lại biện pháp thi công theo các số liệu ghi nhận đƣợc

Hình 3 18 Mô phỏng biện pháp thi công đào đất

+ Các bước tính toán được thiết lập như sau

Hình 3 19 Các bước tính toán trình tự thi công

+ Kết quả chuyển vị ngang của tường chắn theo trình tự thi công đã đề ra

Hình 3 20 Kết quả mô hình theo biện pháp thi công

- Kiểm tra biến dạng hố đào với giá trị chuyển vị đỉnh tường 0.6m max 0, 6

    Hố đào mất ổn định

Chuyển vị đỉnh tường lớn có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công trình liền kề, dẫn đến hiện tượng nghiêng cọc ép tại vị trí các móng gần tường vây Kết quả chuyển vị của mô hình gần như tương đồng với thực tế quan sát tại hiện trường.

3.2.6.1 Giải pháp tăng chiều dài tường cừ Larsen

Tăng chiều dài cừ Larsen từ 12m lên 18m nhằm nâng cao khả năng chịu lực của tường vây bằng cách đưa cừ ngàm sâu vào đất Phương án này giữ nguyên chủng loại cừ Larsen loại IV, không thay đổi các thông số vật liệu Biện pháp thi công đào đất cũng được giữ nguyên như ban đầu, và tiến hành mô phỏng lại với các số liệu địa chất hiện có.

Hình 3 21 Mô hình mô phỏng phương án thay đổi chiều dài cừ

Các phase tính toán đƣợc giữ nhƣ lúc đầu, kết quả của mô hình thay đổi chiều dài cừ Larsen thành 18m được thể hiện như dưới đây:

Hình 3 22 Kết quả chuyển vị ngang của tường khi tăng chiều dài cừ

Qua kết quả phân tích từ mô hình ta nhận thấy :

Khi điều chỉnh chiều dài của tường vây mà vẫn giữ nguyên phương pháp thi công ban đầu, chuyển vị giảm 63.3% Tuy nhiên, so với điều kiện biến dạng ngang của hố đào, mức độ chuyển vị vẫn cao hơn.

Biện pháp điều chỉnh chiều dài tường vây cừ Larsen có thể thực hiện mà vẫn giữ nguyên phương án thi công, đặc biệt trong điều kiện mặt bằng thuận lợi và không có công trình trọng yếu lân cận Tuy nhiên, việc áp dụng phương án này yêu cầu phải tính toán lại khoảng cách giữa đài móng và tường chắn để đảm bảo không ảnh hưởng đến quy trình thi công cốt pha và cốt thép.

3.2.6.2 Giải pháp gia cố bằng cọc xi măng đất

Gia cố cọc xi măng đất dọc theo tường vây nhằm tăng khả năng chịu lực của vùng đất nền, giảm áp lực tác dụng lên tường và giảm chuyển vị của tường vây Phương pháp trộn sâu được áp dụng để tạo cọc xi măng đất, được thi công trước khi lắp đặt tường cừ Larsen Các đặc tính của cọc xi măng đất được giả định dựa trên nghiên cứu trước đó, do chưa có thí nghiệm xác nhận sự phù hợp với địa tầng khu vực Giải pháp này giữ nguyên chiều dài, loại cừ và biện pháp thi công của tường cừ Larsen, với cọc gia cố có chiều sâu tương đương Hai phương án được đề xuất là gia cố một hàng cọc và gia cố hai hàng cọc dọc theo tường vây Các thông số cọc xi măng đất được trình bày trong bảng kèm theo.

Bảng 3 11 Các thông số của cọc xi măng đất

Tên vật liệu Cọc xi măng đất Ứng xử của vật liệu khi phân tích Undraine γ sat (kN / m3) 19,2 γunsat (kN / m 3 ) 19,2 k x (m / ngày) 0,1 k y (m / ngày) 0,1

Sử dụng mô hình Mohr-Coulomb để tiến hành mô phỏng tính toán ứng xử của vật liệu

Hình 3 23 Mô phỏng phương án tính toán gia cố cọc xi măng đất

Hình 3 24 Kết quả chuyển vị của tường khi gia cố 1 hàng cọc có chiều đường kính

Hình 3 25 Kết quả chuyển vị của tường khi gia cố 2 hàng cọc

Khi gia cố cọc xi măng đất dọc theo chiều dài tường vây mà không thay đổi biện pháp thi công ban đầu, chuyển vị của đỉnh và chân tường sẽ giảm theo tỷ lệ thuận với độ dày của lớp gia cố.

3.2.6.3 Giải pháp thay đổi biện pháp đào đất

Đề xuất thay đổi biện pháp thi công nhằm thi công từ bên trong ra, tạo liên kết giữa các cọc và thực hiện hệ giằng móng đồng thời với quá trình thi công đài móng Điều này giúp ổn định đất nền dưới móng và giảm thiểu chuyển vị của tường vây.

- Mô phỏng theo đề xuất thay đổi biện pháp thi công

Hình 3 26 Mô hình mô phỏng phương án thay đổi biện pháp thi công

- Các phase tính toán theo trình tự kiến nghị thay đổi

Hình 3 27 Các phase tính toán theo mô hình thay đổi biện pháp thi công

Hình 3 28 Kết quả chuyển vị của tường khi thay đổi biện pháp thi công

Kết quả phân tích cho thấy, khi thay đổi biện pháp thi công và bổ sung cây chống, chuyển vị đỉnh tường giảm xuống còn 2.0cm, với chuyển vị lớn nhất là 7.5cm Tuy nhiên, việc thay đổi biện pháp thi công từ trung tâm ra ngoài sẽ gây khó khăn trong quá trình vận chuyển đất.

57 móng sát biên được triển khai nhằm tăng cường khả năng vận chuyển vật tư và thiết bị phục vụ cho quá trình thi công, đồng thời làm tăng chi phí cho việc xây dựng đường tạm.

Khi thi công hố đào trong điều kiện đất sét dẻo, các sự cố thường xảy ra, ảnh hưởng đến tiến độ và chất lượng công trình Do đó, việc lập biện pháp thi công cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo sự ổn định cho hố đào Phân tích mô hình các giải pháp giúp giảm thiểu chuyển vị ngang của tường vây cừ Larsen cho thấy, việc thay đổi biện pháp thi công đào đất mang lại hiệu quả tối ưu cho công trình.