Nghiên cứu thiết kế tính toán kết cấu tường biên tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố Nam Định thi công theo phương pháp tường trong đất

B
GIO DC V
O TO
B
XY DNG
TR
NG I HC
KI
N TRC
H N
I

Vũ quốc lập
Nghiên cứu thiết kế tính toán kết cấu tờng bên
tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố nam định
thi công theo phơng pháp tờng trong đất
LUN VN THC S
chuyên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp
H Ni - 2011
B
GIO DC V
O TO
B
XY DNG
TR
NG I HC
KI
N TRC H NI

Vũ quốc lập
khoá: 2008 2011 lớp ch08x

Nghiên cứu thiết kế tính toán kết cấu tờng bên
tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố nam định
thi công theo phơng pháp tờng trong đất
LUN VN THC S
chuyên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp
mã số: 60.58.20
ngời hớng dẫn khoa học:
GS TS Đỗ nh tráng
H N
i
- 2011

Danh mục các bảng
Bảng 2.1 Bảng tải trọng và tác động 22
Bảng 3.1 Đặc trng vật liệu của lớp đất 2 50
Bảng 3.2 Đặc trng vật liệu của lớp đất 3 50
Bảng 3.3 Đặc trng vật liệu của lớp đất 4 51
Bảng 3.4 Đặc trng vật liệu của lớp đất 5 52
Bảng 3.5 Đặc trng vật liệu của lớp đất 6 52
Bảng 3.6 Đặc trng vật liệu của lớp đất 7 53
Bảng 3.7 Đặc trng vật liệu của tờng chắn 54
Bảng 3.8 Đặc trng vật liệu của thanh chống 54
Bảng 3.9 Giá trị chuyển vị lớn nhất của tờng khảo sát với trờng hợp 1 64
Bảng 3.10 Giá trị chuyển vị lớn nhất của tờng khảo sát với trờng hợp 2 68
Bảng 3.11 Giá trị chuyển vị lớn nhất của tờng khảo sát với trờng hợp 3 72
Bảng 3.12 Hệ số tỉ lệ K 77
danh mục các hình vẽ
Hình 1.1 Tờng chắn bằng cọc trộn xi măng đất 7
Hình 1.2 Tờng chắn bằng cọc bê tông cốt thép 9
Hình 1.3 Chắn giữ bằng tờng liên tục trong đất 10

Hình 1.4 Mặt cắt công trình Toà nhà Nam Hải Minh Tower 18
Hình 2.1 Sơ đồ phân bố thực tế áp lực đất 24
Hình 2.2 Sơ đồ tính toán theo phơng pháp Sachipana 26
Hình 2.3 Sơ đồ tính toán theo phơng pháp đàn hồi 27
Hình 2.4 Sơ đồ tính toán theo phơng pháp tính lực trục thanh chống 28
Hình 2.5 Phần tử đất và điểm ứng suất của phần tử 15 nút (a), 6 nút (b) 31
Hình 2.6 Một số công trình tính bằng Plaxis 35
Hình 2.7 Sơ đồ tính toán 38
Hình 2.8 Lực trục thanh chống và mômen uốn thân tờng 40
Hình 2.9 Sơ đồ tính toán 41
Hình 2.10 Sơ đồ chuyển vị của cả hệ 41
Hình 2.11 Chuyển vị của tờng liên tục 42
Hình 2.12 Biểu đồ mô men của tờng liên tục 42
Hình 2.13 Biểu đồ lực cắt của tờng liên tục 43
Hình 2.14 Hớng chuyển vị của đất nền và tờng liên tục 43
Hình 2.15 ứng suất hiệu quả trong nền đất 44
Hình 2.16 ứng suất tổng 44
Hình 2.17 ứng suất theo phơng x (
xx
) 45
Hình 2.18 ứng suất theo phơng y (
yy
) 45
Hình 2.19 ứng suất theo phơng z (
zz
) 46
Hình 2.20 ứng suất theo phơng xy (
xy
) 46
Hình 3.1 Đào đất giai đoạn 1, thi công dầm sàn tầng hầm 1 49

Hình 3.2 Đào đất giai đoạn 2, thi công đài móng + sàn tầng hầm 2 49
Hình 3.3 Sơ đồ tính toán 55
Hình 3.4 Các giai đoạn tính toán 55
Hình 3.5 Chuyển vị ngang và mômen của tờng giai đoạn 1 56
Hình 3.6 Chuyển vị ngang và mômen của tờng giai đoạn 2 57
Hình 3.7 Chuyển vị ngang và mômen của tờng giai đoạn 3 58
Hình 3.8 Chuyển vị ngang và mômen của tờng giai đoạn 4 59
Hình 3.9 Chuyển vị ngang và mômen của tờng giai đoạn 5 60
Hình 3.10 Sơ đồ tính toán 62
Hình 3.11 Các giai đoạn tính 62
Hình 3.12 Chuyển vị ngang và mômen của tờng trong giai đoạn nguy hiểm
nhất 63
Hình 3.13 Biểu đồ quan hệ giữa chiều sâu và chuyển vị ngang của tờng 65
Hình 3.14 Sơ đồ tính toán 66
Hình 3.15 Các giai đoạn tính toán 66
Hình 3.16 Chuyển vị ngang và mômen của tờng trong giai đoạn nguy hiểm
nhất 67
Hình 3.17 Biểu đồ quan hệ giữa chiều dày và chuyển vị ngang của tờng 69
Hình 3.18 Sơ đồ tính toán 70
Hình 3.19 Các giai đoạn tính 70
Hình 3.20 Chuyển vị ngang và mômen của tờng trong giai đoạn nguy hiểm
nhất 71
Hình 3.21 Biểu đồ quan hệ giữa vị trí mực nớc ngầm và chuyển vị ngang của
tờng 73
Hình 3.22 Sơ đồ tính toán 78
Hình 3.23 Kết quả tính toán 78
lời cảm ơn
Trớc hết tôi xin bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất cả các thầy cô
giáo trong Khoa sau đại học Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội vì những
giúp đỡ và chỉ dẫn hữu ích trong quá trình học tập cũng nh khi tiến hành làm

luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong tiểu ban đánh giá đề
cơng chi tiết và kiểm tra tiến độ - Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội đã có
những ý kiến đóng góp quý báu cho bản thảo của luận văn. Đặc biệt, tôi xin
cảm ơn GS -TS Đỗ Nh Tráng đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp hớng dẫn, cũng
nh tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu và động viên tác giả trong quá
trình hoàn thành luận văn.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi
trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tác giả
Vũ Quốc Lập
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan luận văn của tôi với đề tài Nghiên cứu thiết kế tính
toán kết cấu tờng bên tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố Nam Định thi
công theo phơng pháp tờng trong đất không sao chép, trùng lặp với các
luận văn đã đợc bảo vệ.
Tác giả
Vũ Quốc Lập
mục lục
mở đầu 1
chơng1
tổng quan về phơng pháp tờng trong đất và thiết kế
kết cấu tờng bên tầng hầm nhà cao tầng thi công theo
phơng pháp tờng trong đất 4
1.1 Sự phát triển của phơng pháp tờng trong đất trên thế giới và tại Việt
Nam 4
1.2 Tờng trong đất và phạm vi ứng dụng 5
1.2.1 Tờng trong đất 5
1.2.2 Phạm vi ứng dụng 6
1.3 Các loại tờng trong đất 7

1.3.1 Tờng chắn bằng cọc trộn xi măng - đất 7
1.3.2 Tờng chắn bằng cọc hàng 9
1.3.3 Tờng liên tục trong đất 10
1.4 Các phơng pháp tính toán tờng liên tục trong đất đang đợc áp dụng
12
1.4.1 Phơng pháp giải tích 13
1.4.1.1 Tính toán tờng liên tục trong đất theo phơng pháp Sachipana Nhật
13 1.4.1.2 Tính toán tờng liên tục trong đất theo phơng pháp đàn hồi:
13
1.4.1.3 Tính toán tờng liên tục trong đất theo phơng pháp tính lực trục thanh
chống, nội lực thân tờng biến đổi theo quá trình đào: 14
1.4.1.4 Phơng pháp gia số: 14
1.4.2 Phơng pháp phần tử hữu hạn 15
1.5 Điều kiện địa chất tại thành phố Nam Định: 17
1.5.1. Khái quát về địa chất tại thành phố Nam Định 17
1.5.2. Giới thiệu tóm tắt quy mô công trình và tài liệu khảo sát địa chất của công
trình đợc thi công tại thành phố Nam Định 17
1.5.2.1. Quy mô công trình Toà nhà Nam Hải Minh Tower 17
1.5.2.2. Tài liệu khảo sát địa chất tại khu vực xây dựng công trình 19
chơng 2
các phơng pháp tính toán thiết kế tờng liên tục trong
đất có kể đến sự làm việc của nền 21
2.1 Các dạng tải trọng và cách xác định 21
2.2 Tính toán thiết kế tờng liên tục trong đất: 25
2.2.1. Phơng pháp giải tích (phơng pháp Sachipana - Nhật) 26
2.2.2. Liệt kê các phơng pháp giải tích khác 27
2.2.2.1 Phơng pháp đàn hồi 27
2.2.2.2 Phơng pháp tính lực trục thanh chống, nội lực thân tờng biến đổi theo
quá trình đào móng 28
2.2.3 Phơng pháp phần tử hữu hạn 30

2.3.2.1 Giới thiệu phần mềm Plaxis (Hà Lan) 33
2.3.2.2 Giới thiệu một số phần mềm khác 37
2.3 Phân tích lựa chọn phơng pháp tính toán cho bài toán cụ thể với các
điều kiện đã chọn, đánh giá tính chính xác của phơng pháp chọn 37
2.3.1 Ví dụ 37
2.3.2 Tính theo phơng pháp giải tích (phơng pháp Sachipana - Nhật) 38
2.3.3 ứng dụng phần mềm Plaxis 40
2.4 Đánh giá so sánh phơng pháp chọn với những phơng pháp khác 47
Chơng 3
Tính toán kết cấu tờng trong đất với điều kiện địa chất
tại thành phố Nam Định theo phơng pháp lựa chọn,
nghiên cứu khảo sát sự làm việc của tờng trong các giai
đoạn thi công và khai thác sử dụng công trình
49
3.1 Tính toán kết cấu tờng bên của tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố
Nam Định thi công theo phơng pháp tờng trong đất: 49
3.1.1. Trình tự thi công, mặt cắt hố đào 49
3.1.2 Một số đặc trng vật liệu 50
3.1.3. Tính toán kết cấu tờng bên tầng hầm nhà cao tầng trong giai đoạn thi
công bằng phần mềm Plaxis 8.5 54
3.1.3.1 Nhập dữ liệu đầu vào 54
3.1.3.2 Tính toán tờng trong đất 55
3.1.3.3 Kết quả tính toán 55
3.2 Nghiên cứu phân tích sự làm việc của kết cấu tờng bên trong giai
đoạn thi công 61
3.2.1 Nghiên cứu các trờng hợp làm việc của tờng 61
3.2.1.1 Trờng hợp 1: (Thay đổi chiều sâu ngàm của tờng vào trong đất) 61
3.2.1.2 Trờng hợp 2: (Thay đổi chiều dày của tờng) 65
3.2.1.3 Trờng hợp 3: (Thay đổi vị trí mực nớc ngầm) 69
3.2.2 Phân tích đánh giá các trờng hợp khảo sát 73

3.3 Khảo sát sự làm việc tờng bên của tầng hầm nhà cao tầng trong giai
đoạn khai thác sử dụng công trình 74
3.3.1 Phân tích đánh giá chung hệ kết cấu của công trình 74
3.3.2 Tính toán sự làm việc của tờng bên tầng hầm trong giai đoạn khai thác
sử dụng 75
3.3.2.1 Tính toán tải trọng 75
3.3.2.2 Tổ hợp tải trọng 77
3.3.2.3 Tính toán sự làm việc của tờng bên tầng hầm bằng phần mềm Etab9.7
77
3.3.3 Đánh giá sự làm việc của tờng bên tầng hầm trong giai đoạn khai thác
sử dụng 79
Kết luận và kiến nghị 80
Danh môc tµi liÖu tham kh¶o: 82
1
mở đầu
Lý do chọn đề tài:
Ngày nay, khi dân c tại các thành phố Nam Định trở nên đông đúc, đất
đai chật hẹp, đắt đỏ, để tiết kiệm đất đai, đồng thời với việc xây dựng nhiều
nhà cao tầng, ngời ta triệt để khai thác và sử dụng không gian dới mặt đất
cho nhiều mục đích khác nhau về kinh tế, xã hội, văn hóa môi trờng và cho
cả mục đích phòng thủ dân sự. Bên cạnh việc phục vụ cho dân dụng, một số
ngành công nghiệp, các công trình thuỷ lợi cũng đa một phần dây chuyền sản
xuất, kho và các bể chứa vào sâu dới đất nh: dây chuyền tuyển quặng trong
nhà máy luyện kim, cán thép, các lò trong nhà máy xi măng, các trạm bơm, bể
chứa, ụ tàu diện tích lên đến hàng chục ngàn mét vuông và sâu đến hàng
chục mét. Trong quốc phòng cần rất nhiều các công trình ngầm phục vụ cho
các mục đích khác nhau nh kho chứa vũ khí trang bị, các hầm trú ẩn, hầm
thử vũ khí
Khi xây dựng các công trình ngầm thờng kéo theo hiện tợng lún bề
mặt, làm biến dạng các công trình lân cận, làm rối loạn sinh hoạt và giao

thông đô thịđặc biệt là trong điều kiện thành phố đã dày đặc các công trình
dân dụng, công nghiệp, hệ thống giao thông và các công trình ngầm khác.
Việc xây dựng các công ngầm này sẽ phức tạp và khó khăn hơn rất nhiều khi
gặp nền đất yếu bão hoà nớc.
Để khắc phục những khó khăn trên, thi công công trình ngầm bằng
phơng pháp tờng trong đất là một phơng pháp rất hiệu quả thích hợp với
mọi điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn. Đặc biệt, phơng pháp này áp
dụng đợc trong điều kiện thành phố tránh tối đa việc gây lún cho các công
trình lân cận, đồng thời cho phép tiết kiệm nhân lực, nguyên vật liệu, thiết bị
Một số nhà cao tầng ở Việt Nam đã áp dụng phơng pháp tờng trong đất
để xây dựng tầng hầm nhng trong quá trình thiết kế và thi công còn gặp
nhiều hạn chế nh quy phạm cha chặt chẽ, phụ thuộc vào nớc ngoài.
2
Vì vậy luận văn Nghiên cứu thiết kế tính toán kết cấu tờng bên
tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố Nam Định thi công theo phơng
pháp tờng trong đất nhằm mục đích nghiên cứu một số giải pháp tính
toán tờng trong đất đáp ứng nhu cầu xây dựng cho các công trình đợc xây
dựng tại thành phố Nam Định và các vùng có điều kiện địa chất tơng tự.
Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu các phơng pháp tính toán tờng trong đất, so sánh lựa
chọn phơng pháp tính chính xác và hiệu quả nhằm đáp ứng nhu cầu xây dựng
cho các công trình nhà cao tầng có tầng hầm tại thành phố Nam Định.
Đối tợng và phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu tài liệu địa chất tại Nam Định.
- Tính toán thiết kế tờng trong đất cho tầng hầm nhà cao tầng với điều
kiện địa chất tại thành phố Nam Định.
- Nghiên cứu khảo sát sự làm việc của tờng trong các giai đoạn thi
công và khai thác, sử dụng công trình.
Nội dung nghiên cứu:
Luận văn gồm 3 chơng:

- Chơng 1: Tổng quan về phơng pháp tờng trong đất và thiết kế
kết cấu tờng bên tầng hầm nhà cao tầng thi công theo phơng pháp
tờng trong đất
- Chơng 2: Các phơng pháp tính toán thiết kế tờng liên tục
trong đất có kể đến sự làm việc của nền.
- Chơng 3: Tính toán kết cấu tờng trong đất với điều kiện địa chất
tại thành phố Nam Định theo các phơng pháp lựa chọn, nghiên cứ
khảo sát sự làm việc của tờng trong các giai đoạn thi công và khai thác
sử dụng công trình
Hớng kết quả nghiên cứu:
Các kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn có thể đợc sử dụng làm tài
liệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng cho chuyên ngành địa kỹ thuật, thi
3
công và xây dựng công trình ngầm đô thị, và nếu đợc hoàn thiện thêm, sẽ là
cơ sở khoa học để kiến nghị sử dụng rộng rãi phơng pháp gia cố thành hố
đào bằng công nghệ tờng trong đất trong thực tiễn xây dựng các công trình
có quy mô ở thành phố Nam Định.
4
chơng 1
tổng quan về phơng pháp tờng trong đất và thiết kế
kết cấu tờng bên tầng hầm nhà cao tầng thi công theo
phơng pháp tờng trong đất
1.1 Sự phát triển của phơng pháp tờng trong đất trên thế giới và tại Việt
Nam
Trớc đây, để xây dựng các công trình ngầm, ngời ta thờng dùng các
phơng pháp xây dựng đắt tiền nh đào hở, đóng cọc cừ, hạ mực nớc ngầm,
đóng băng đất mà chiều sâu không đợc lớn, làm ảnh hởng tới các công
trình lân cận khi xây xen trong thành phố.
Từ sau năm 1940, phơng pháp tờng trong đất đợc bắt đầu nghiên
cứu áp dụng và vào những năm bảy mơi của thế kỷ XX phơng pháp này đợc

áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới, điều đó tạo điều kiện cho việc hoàn thiện
quy trình công nghệ và tính toán kết cấu. Đây là một trong những phơng pháp
thi công tiến bộ nhất để xây dựng các công trình ngầm và là phơng pháp tốt
nhất để xây dựng các công trình ngầm có độ sâu lớn trong các thành phố có
mật độ xây dựng dày đặc.
Trên thế giới, áp dụng phơng pháp tờng trong đất để xây dựng các
công trình ngầm trong các khu đô thị là rất phổ biến nh:
- Tại thành phố nh Tokyo (Nhật Bản) các nhà cao tầng phải có ít nhất từ
5 đến 8 tầng hầm.
- ở Thợng Hải (Trung Quốc) thờng thấy có 2 đến 3 tầng hầm dới mặt
đất ở các nhà cao tầng, có nhà đã thiết kế đến 5 tầng hầm có kích thớc lớn
nhất đến 274x187m, kết cấu chắn giữ sâu tới 32m.
- Tại Matxcơva (Nga) đã xây dựng gara có kích thớc 156x54m, sâu 27m. - Tại
Geneve (Thụy sĩ) một gara ngầm 7 tầng sâu 28m đã đợc xây dựng.
Tại Việt nam, phơng pháp tờng trong đất cũng đợc áp dụng rất hiệu
quả trong việc xây dựng các công trình ngầm nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng
không gian trong lòng đất ở các thành phố đông dân c với điều kiện địa chất
5
và địa chất thuỷ văn rất phức tạp để để giải quyết các vấn đề liên quan đến giao
thông đô thị, xây dựng các gara ô tô, nhà cao tầng trong thành phố, các khu đô
thị mới, hạ tầng các khu công nghiệp ví dụ nh:
- Toà nhà Harbour View Tower ở thành phố Hồ Chí Minh gồm 19 tầng
lầu và 2 tầng hầm, có kết cấu chắn giữ sâu 10m, đã dùng tờng trong đất sâu
42m dày 0,6m vây quanh mặt bằng kết cấu chắn giữ 25x27m.
- Trụ sở Vietcombank Hà Nội cao 22 tầng và 2 tầng hầm có kết cấu
chắn giữ sâu 11m dùng tờng trong đất sâu 18m dày 0,8m.
- Nhà máy Apatit Lao Cai, nhà máy xi măng Bỉm Sơn hay nhà máy nhiệt
điện Phả Lại đã có những kho, hầm hay tuynen vận chuyển nguyên liệu đặt sâu
trong đất từ 5 đến 20m
1.2 Tờng trong đất và phạm vi ứng dụng

1.2.1 Tờng trong đất
Tờng trong đất là các kết cấu dạng tờng có tác dụng vừa chắn giữ vừa
chịu lực của phần công trình nằm dới mặt đất.
Kết cấu dạng tờng trong đất có các u điểm:
- Thi công đợc các công trình ngầm có độ sâu lớn
- Thích dụng trong mọi điều kiện địa chất, đặc biệt trong các vùng đất
yếu, mực nớc ngầm cao
- Là biện pháp thi công hầu nh là duy nhất để xây dựng trong điều kiện
thành phố chật hẹp, xây xen do khi thi công hạn chế chấn động, tiếng ồn, dễ
khống chế về biến dạng lún, ít ảnh hởng các công trình xây dựng và đờng
ống ngầm ở lân cận xung quanh [8]
- Giảm khối lợng thi công, có thể thi công theo phơng pháp ngợc (top
- down) có lợi cho việc tăng nhanh tốc độ thi công, hạ thấp giá thành công trình
[8].
- Tờng vừa có thể dùng làm kết cấu bao che ở độ sâu lớn lại có thể kết
hợp làm kết cấu chịu lực, làm móng cho công trình trong những điều kiện nhất
6
định.
Bên cạnh những u điểm trên, việc sử dụng tờng trong đất có những
nhợc điểm sau:
- Thi công theo phơng pháp tờng trong đất yêu cầu về máy móc, trang
thiết bị thi công đồng bộ cao, mỗi loại tờng cần một loại thiết bị thi công phù
hợp vì vậy đòi hỏi đầu t ban đầu lớn.
- Mỗi loại kết cấu chỉ phù hợp với một số chiều sâu hố đào và loại địa
chất nhất định, vì vậy việc lựa chọn kết cấu tờng không phù hợp có thể làm
ảnh hởng rất lớn đến độ an toàn và giá thành thi công.
- Việc sử lý bùn thải không những làm tăng chi phí cho công trình mà
khi kỹ thuật phân ly bùn không hoàn hảo hoặc sử lý không thoả đáng sẽ làm
cho môi trờng bị ô nhiễm [8].
- Do trong quá trình thi công, các lớp đất có kẹp lớp đất cát tơi xốp, mềm

yếu mà tính chất dung dịch giữ thành không thích hợp hoặc đã bị biến chất dẫn
đến sụt lở thành làm cho thể tích bê tông thân tờng tăng lên đáng kể, mặt
tờng bị lồi lõm, kích thớc kết cấu vợt quá giới hạn cho phép.
1.2.2 Phạm vi ứng dụng
Thực tế xây dựng trên thế giới và ở Việt Nam cho thấy phơng pháp
tờng trong đất có thể áp dụng hiệu quả khi xây dựng các loại công trình sau:
- Các công trình dân dụng có phần ngầm nh: gara, trung tâm thơng
mại, kho chứa, rạp chiếu phim, nhà hát; Phần ngầm các nhà cao tầng nh
móng, các tờng chắn kết cấu chắn giữ những toà nhà đợc xây gần những
công trình có sẵn.
- Các công trình công nghiệp nh phân xởng nghiền của nhà máy làm
giàu quặng, các phân xởng đúc thép liên tục, các hố nhận nguyên liệu, các
phễu để dỡ, chất tải
- Các công trình thuỷ lợi thu, nhận nớc, các trạm bơm, các công trình
làm sạch
- Các công trình giao thông nh hầm giao thông đặt nông, các móng trụ
cầu
- Các công trình quân sự và công trình dân sự có kết hợp phòng thủ khi
có chiến tranh xảy ra.
7
Thực tế những công trình xây dựng trong các điều kiện dới đây sẽ có
hiệu quả cao nhất khi sử dụng tờng trong đất:
- Trong điều kiện địa chất thuỷ văn phức tạp, mực nớc ngầm cao, nhất
là gặp tầng nớc ngầm có áp.
- Khi xây dựng các công trình ngầm và tờng chắn kết cấu chắn giữ
trong điều kiện xây chen trong thành phố, gần các công trình đã có.
- Phơng pháp tờng trong đất cho phép thiết kế các công trình ngầm có
hình dạng bất kỳ trên mặt bằng, giảm chiều dày tờng và loại trừ đợc công tác
hút và hạ mực nớc ngầm.
Tờng trong đất có thể sử dụng đồng thời làm móng chịu tải trọng phần

trên trong những điều kiện sau:
- Tờng tựa trên đá cứng hoặc đất tốt, tức là khi tờng có thể làm việc
nh vách.
- Tờng đợc xây dựng gần sát liền với móng của những nhà đã có, mà
độ bền của những móng này có thể bị phá hoại khi xây dựng các móng cọc
đóng.
1.3 Các loại tờng trong đất
1.3.1 Tờng chắn bằng cọc trộn xi măng - đất: [8]
Hình 1.1 Tờng chắn bằng cọc trộn xi măng đất, [8]
8
Tờng chắn bằng cọc trộn xi măng - đất một phơng pháp mới để gia cố
nền đất yếu, nó sử dụng xi măng, vôi để làm chất đóng rắn, lợi dụng một loạt
phản ứng hóa học xảy ra giữa chất đóng rắn với đất, làm cho đất đóng rắn lại
thành một thể cọc có dạng tờng ổn định và có cờng độ nhất định.
Ưu điểm của phơng pháp này là kinh tế, thi công nhanh, không có chất
thải, lợng xi măng khống chế điều chỉnh chính xác, không có độ lún thứ cấp
(nếu làm nền) không gây dao động đến công trình lân cận, thích hợp với đất có
độ ẩm cao (> 75%). Kết cấu loại này không thấm nớc không phải đặt thanh
chống tạo điều kiện cho đào kết cấu chắn giữ đợc dễ dàng, hiệu quả kinh tế
cao.
Tuy nhiên chỉ phù hợp với hố đào có chiều sâu từ 5 - 7m, không phù hợp
với những hố đào có chiều sâu lớn hơn.
Phơng pháp trộn dới sâu thích hợp với các loại đất đợc hình thành từ
các nguyên nhân khác nhau nh đất sét dẻo bão hòa, bao gồm bùn nhão, đất
bùn, đất sét và đất sét bột
Ngoài chức năng giữ ổn định thành hố đào, cọc trộn xi măng đất còn
đợc sử dụng trong các trờng hợp sau:
- Giảm độ lún công trình
- Tăng khả năng chống trợt mái dốc
- Tăng cờng độ chịu tải của nền đất

- Giảm ảnh hởng chấn động đến công trình lân cận
- Tránh hiện tợng hoá lỏng của đất rời
- Cô lập phần đất bị ô nhiễm
Phơng pháp này xuất hiện đầu tiên tại Mỹ sau đó đợc một số nớc nh
Nhật Bản, Trung Quốc phát triển. Tại Việt Nam đầu những năm 80 kỹ thuật
này của hãng Linden - Alimak đã đợc áp dụng làm cọc ximăng/vôi đất đờng
kính 40cm, sâu 10m cho các công trình nhà 3 - 4 tầng, hiện nay Linden -
Alimak và Hercules (Thụy Điển) liên doanh làm loại cọc này sâu đến 20m
bằng hệ thống tự động từ khâu khoan, phun xi măng và trộn tại khu công
9
nghiệp Trà Nóc (Cần Thơ).
1.3.2 Tờng chắn bằng cọc hàng: [8]
Hình 1.2 Tờng chắn bằng cọc bê tông cốt thép [8]
Khi thi công công trình ngầm tại những chỗ không tạo đợc mái dốc
hoặc hiện trờng hạn chế không thể dùng cọc trộn đợc, khi chiều sâu công
trình khoảng 6 - 10m thì có thể chắn giữ bằng cọc hàng. Chắn giữ bằng cọc
hàng có thể dùng cọc nhồi khoan lỗ, cọc bản BTCT hoặc cọc bản thép
Kết cấu chắn giữ bằng cọc hàng có thể chia làm các loại sau:
- Chắn giữ bằng cọc hàng theo kiểu dãy cột: Khi đất quanh hố tơng đối
tốt, mực nớc ngầm thấp, có thể lợi dụng hiệu ứng vòm giữa hai cọc gần nhau
để chắn đất.
- Chắn giữ bằng cọc hàng liên tục: Trong đất yếu thờng không thể hình
thành đợc vòm đất, cọc chắn giữ phải thành hàng liên tục. Cọc khoan lỗ dày
liên tục có thể chồng tiếp vào nhau hoặc cọc bản thép, cọc bản BTCT.
- Chắn giữ bằng cọc hàng tổ hợp: Trong vùng đất yếu mà có mực nớc
10
ngầm cao có thể dùng cọc hàng khoan nhồi tổ hợp với tờng chống thấm bằng
cọc xi măng đất.
Ưu điểm của phơng pháp này là chất lợng vật liệu tin cậy, tốc độ thi
công nhanh, thi công đơn giản, khả năng ngăn nớc tốt. Đối với loại cọc tạm

thời có thể nhổ lên dùng lại nhiều lần, giá thành hạ. Đối với loại cọc bằng
BTCT có thể đợc dùng nh kết cấu vĩnh viễn, độ cứng chống uốn lớn, độ dịch
chuyển nhỏ ở đầu cọc.
Nhợc điểm là chiều dài hạn chế nên không thể ứng dụng cho những
công trình ngầm có độ sâu lớn. Quá trình thi công có thể ảnh hởng đến móng
hoặc các công trình ngầm xung quanh, không dùng đợc trong điều kiện thành
phố có xây chen.
Căn cứ vào thực tiễn thi công ở vùng đất yếu, với độ sâu hố đào < 6m,
khi điều kiện hiện trờng có thể cho phép thì áp dụng kiểu tờng chắn bằng cọc
BTCT đúc sẵn hoặc cọc bản thép là lý tởng hơn cả. Với hố đào có độ sâu 6 -
10m thờng dùng cọc khoan lỗ 800 - 1000mm, phía sau có cọc trộn dới sâu
hoặc bơm vữa chống thấm, đặt 2 - 3 tầng thanh chống, số tầng thanh chống tuỳ
theo tình hình địa chất hoàn cảnh xung quanh và yêu cầu biến dạng của kết cấu
mà xác định. Kết cấu loại này đã ứng dụng thành công ở hố đào có độ sâu tới
13m.
1.3.3 Tờng liên tục trong đất: [8]
Hình 1.3 Chắn giữ bằng tờng liên tục trong đất, [8]
11
Công nghệ thi công tờng liên tục trong đất là dùng các máy đào đặc biệt
để đào móng có dung dịch giữ thành (nh sét bentonite) thành những đoạn hào
với độ dài nhất định; sau đó cẩu lắp lồng cốt thép đã chế tạo sẵn trên mặt đất
vào trong móng. Dùng ống dẫn đổ bê tông trong nớc cho từng đoạn tờng, nối
các đoạn tờng với nhau bằng các đầu nối đặc biệt (nh ống đầu nối hoặc hộp
đầu nối), hình thành một bức tờng liên tục trong đất bằng bê tông cốt thép.
Tờng liên tục trong đất quây lại thành đờng khép kín, sau khi đào móng cho
thêm hệ thống thanh chống hoặc thanh neo sẽ có thể chắn đất ngăn nớc, rất
tiện cho việc thi công móng sâu. Nếu tờng liên tục trong đất lại kiêm làm kết
cấu chịu lực của công trình xây dựng lại càng có hiệu quả kinh tế cao hơn.
Công nghệ tờng liên tục trong đất có các u điểm sau đây:
- Thân tờng có độ cứng lớn, tính tổng thể tốt, do đó biến dạng của kết

cấu và của móng đều rất ít, vừa có thể dùng đợc trong kết cấu bao che lại có
thể dùng làm kết cấu chịu lực.
- Thích dụng trong các loại điều kiện chất đất: Trong các lớp đất cát cuội
hoặc khi phải vào tầng nham phong hoá thì cọc bản thép rất khó thi công,
nhng lại có thể dùng kết cấu tờng liên tục trong đất thi công bằng các máy
đào móng thích hợp.
- Khi thi công chấn động ít, tiếng ồn thấp, ít ảnh hởng các công trình
xây dựng và đờng ống ngầm ở lân cận xung quanh, dễ khống chế về biến dạng
lún. Đặc biệt thích hợp trong điều kiện đô thị chật hẹp, xây chen.
- Có thể thi công theo phơng pháp ngợc (top - down), có lợi cho việc
tăng nhanh tốc độ thi công, hạ thấp giá thành công trình.
Nhng, phơng pháp thi công tờng liên tục trong đất cũng có những
nhợc điểm cụ thể nh sau:
- Không thể áp dụng trong đất có lẫn đá tảng kích thớc lớn hoặc có hiện
tợng castơ với các lỗ trống lớn, có mạch ngầm làm vữa sét chảy vào trong đất.
Trong bùn lỏng và cát chảy trên bề mặt hay trong đất nớc áp lực với dòng
thấm tốc độ lớn.
12
- Việc xử lý bùn thải không những làm tăng chi phí cho công trình mà
khi kỹ thuật phân li bùn không hoàn hảo hoặc xử lý không thoả đáng sẽ làm
cho môi trờng bị ô nhiễm.
- Khi mực nớc ngầm dâng lên nhanh mà mặt dung dịch giữ thành giảm
mạnh, trong tầng trên có kẹp lớp đất cát tơi xốp, mềm yếu, nếu tính chất dung
dịch không thích hợp hoặc đã bị biến chất, việc quản lí thi công không thoả
đáng, đếu có thể dẫn đến sụt lở thành móng, lún mặt đất xung quang, nguy hại
đến sự an toàn của các công trình xây dựng và đợc ống ở lân cận. Đồng thời
cũng có thể làm cho thể tích bê tông thân tờng bị tăng vọt lên, mặt tờng lồi
lõm, kích thớc kết cấu vợt quá giới hạn cho phép.
- Nếu dùng tờng liên tục trong đất dạng bê tông cốt thép đổ toàn khối
chỉ để làm tờng chắn đất tạm thời trong giai đoạn thi công thì giá thành khá

cao, không kinh tế.
Khi làm kết cấu chắn giữ sâu trên 10m trong tầng đất yếu, yêu cầu cao về
chống lún và chuyển dịch của các công trình xây dựng và đờng ống ở xung
quanh, hoặc khi tờng là một phần của kết cấu chính của công trình hoặc khi áp
dụng phơng pháp thi công ngợc thì có thể dùng tờng liên tục trong đất [8].
Tại Việt Nam phơng pháp này đã đợc sử dụng ở một số nơi nhng chủ
yếu tại các thành phố lớn nh Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Nha Trang nh
toà nhà VietcomBank Tower Hà Nội, khách sạn Phơng Đông - Nha Trang.
Trong tơng lai với điều kiện chật hẹp trong các thành phố cùng với yêu cầu về
chiều sâu tầng hầm ngày càng tăng đây là giải pháp gần nh duy nhất có thể áp
dụng.
1.4 Các phơng pháp tính toán tờng liên tục trong đất đang đợc áp dụng
Trên thế giới phơng pháp tờng trong đất đang đợc áp dụng rất rộng
rãi, đi kèm với nó là các phơng pháp tính toán khác nhau. Tại Việt Nam cha
có quy phạm đầy đủ cho tính toán vì vậy cần nghiên cứu lựa chọn những
phơng pháp phù hợp có thể dùng để tính toán thiết kế tờng một cách nhanh
chóng và hiệu quả. Với mỗi loại tờng có thể có những phơng pháp tính toán
13
khác nhau, tuy nhiên cũng có thể dùng chung trong một số trờng hợp cụ thể.
1.4.1 Phơng pháp giải tích: [8]
1.4.1.1 Tính toán tờng liên tục trong đất (phơng pháp Sachipana - Nhật)
Là phơng pháp tính toán khi xem lực trục thanh chống, mômen thân
tờng bất biến, lấy một số hiện tợng thực đo làm căn cứ:
* Sau khi đặt tầng chống dới, lực trục của tầng chống trên hầu nh
không đổi, hoặc chỉ biến đổi chút ít.
* Chuyển dịch của thân tờng từ điểm chống dới trở lên, phần lớn đã
xảy ra trớc khi lắp đặt tầng chống dới.
* Mômen uốn của thân tờng từ điểm chống dới trở lên, phần lớn trị số
của nó là phần còn d lại từ trớc khi lắp đặt tầng chống dới.
Căn cứ vào các hiện tợng thực đo này Sachipana đa ra phơng pháp

tính lực trục thanh chống và mô men thân tờng không biến đổi theo quá trình
đào đất, những giả định cơ bản của nó là:
* Trong đất có tính dính, thân tờng xem là đàn hồi dài vô hạn.
* áp lực đất thân tờng từ mặt đào trở lên phân bố theo hình tam giác, từ
mặt đào trở xuống phân bố theo hình chữ nhật (đã triệt tiêu áp lực đất tĩnh ở
phía đào đất).
* áp lực nớc bên dới mặt đào xem là giảm đi tới không, lực chống của
đất bên bị động xem là đạt tới áp lực đất bị động.
* Sau khi lắp đặt chống sẽ xem là điểm chống bất động.
* Sau khi lắp đặt tầng chống dới thì xem trị số lực trục của tầng chống
trên duy trì không đổi, còn thân tờng từ tầng chống dới trở lên vẫn duy trì ở
vị trí cũ.
* Điểm mômen uốn thân tờng bên dới mặt đào M = 0 xem là một
khớp, và bỏ qua lực cắt trên thân tờng từ khớp ấy trở xuống.
Căn cứ vào điều kiện cân bằng tĩnh M
A
= 0 và Y = 0 tìm ra lực chống
và chiều sâu tờng.
1.4.1.2 Tính toán tờng liên tục trong đất theo phơng pháp đàn hồi: