phân tích ứng xử của hố đào sâu sử dụng hệ thống chống đỡ áp lực đất với thanh giằng ứng suất trước

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.35 MB, 94 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS. NGUYỄN TRUNG KIÊN

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

4. Ủy viên: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

5. Thư ký: TS. CAO VĂN HOÁ

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.

TRƯỞNG KHOA

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình ngầm Mã số: 8580204 I. TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA HỐ ĐÀO SÂU SỬ DỤNG HỆ THỐNG CHỐNG ĐỠ ÁP LỰC ĐẤT VỚI THANH GIẰNG ỨNG SUẤT TRƯỚC

ANALYSIS BEHAVIOR OF DEEP EXCAVATION USING EARTH RETENTION SYSTEM WITH PRESTRESSED WALES

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Nhiệm vụ:

Phân tích ứng xử của hố đào sâu sử dụng hệ thống chống đỡ áp lực đất với thanh giằng ứng suất trước. Xét cùng một điều kiện địa chất trên cùng một hố đào sâu trong hai bài toán khác nhau tương ứng hai hệ thống chống đỡ áp lực đất : hệ thanh giằng ứng suất trước và hệ shoring truyền thống. Phân tích và điều chỉnh kích thước, thơng số… của hệ thanh giằng ứng suất trước nhằm đảm bảo sự làm việc của tường vây được chống đỡ bằng hệ thống này tương đồng về chuyển vị và nội lực với tường vây được chống đỡ bằng hệ shoring. Từ đó so sánh khối lượng và đánh giá hiệu quả kinh tế, tiến độ trong việc sử dụng phương án chống áp lực đất bằng hệ thanh giằng ứng suất trước đối với hệ shoring truyền thống.

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/09/2023

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/12/2023 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :

GVHD1 : TS. LÊ TRỌNG NGHĨA GVHD2 : TS. NGUYỄN TRUNG KIÊN

Nội dung Đề cương Luận văn Thạc sĩ được Hội đồng Chuyên ngành thông qua.

(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

(Họ tên và chữ ký)

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

▪ Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Tiến sĩ Lê Trọng

Nghĩa và Thầy Tiến sĩ Nguyễn Trung Kiên đã ln tận tình dẫn dắt,

hướng dẫn và động viên tinh thần trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thành luận văn Thạc sĩ này, các thầy đã không quản thời gian ngày hay đếm, luôn tận tâm đối với các học viên nói chung và cá nhân tác giả nói riêng.

▪ Xin gửi lời cảm ơn đến các bạn học viên cùng nhóm hướng dẫn của hai thầy – bạn Ngọc Sơn, bạn Minh Trung, đã đồng hành, chia sẽ và giúp đỡ về chuyên môn cũng như các hoạt động trong quá trình thực hiện luận văn. ▪ Cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn khích lệ, động viên và

giúp đỡ trong q trình nghiên cứu và hồn thành luận văn.

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng bài luận văn không tránh khỏi những thiếu sót; tác giả rất mong nhận được sự thơng cảm, chỉ dẫn, giúp đỡ và đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp.

Xin chân thành cảm ơn!

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

TÓM TẮT

Đào hầm sâu là một trong những giai đoạn phức tạp nhất trong quá trình xây dựng kết cấu vì tính chất tốn kém về chi phí và thời gian. Đối với trình tự thi cơng từ dưới lên, hệ shoring là phương pháp thông dụng để chống đỡ tầng hầm ở Việt Nam. Tuy nhiên, phương pháp này gặp phải một số nhược điểm lớn, chẳng hạn như không gian làm việc hạn chế, thời gian lắp đặt kéo dài và rất tốn kém. Theo đó, luận án này trình bày một hệ thống chắn giữ mới, đó là hệ thống thanh giằng ứng suất trước (UST) dạng vòm, được kỳ vọng rút ngắn thời gian đào, tạo hiểu quả kinh tế cao hơn. Nghiên cứu tập trung thiết kế hệ thống chống bằng thanh giằng ứng suất trước cho một dự án 2 tầng hầm cụ thể tại Việt Nam. Trong cùng một dữ liệu đầu vào về điều kiện kết cấu cơng trình, điều kiện địa chất, số tầng chống, v.v, hệ thống thanh giằng ứng suất trước được thiết kế để khống chế chuyển vị tường vây xấp xỉ bằng giá trị chuyển vị của phương pháp hệ thống chống đỡ bằng shoring hiện tại. Sau đó so sánh tồn diện giữa 2 hệ thống, nêu rõ ưu điểm của hệ thống mới so với hệ thống shoring truyền thống như tiết kiệm vật liệu, tạo không gian làm việc rộng rãi cho công tác đào... Nghiên cứu cũng đưa ra thêm những lưu ý đến các mục cần thiết trong thiết kế hệ thống mới này, như kiểm tra chuyển vị tường vây theo phương ngang, thiết kế thanh chống góc chịu lực nén rất lớn và thiết kế các chân của hệ tường dự ứng lực chịu mômen do lực căng của cáp.

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

ABSTRACT

Deep excavation is one of the most sophisticated stages during structural construction, because of its high-cost and time-consuming nature. About bottom up construction sequence, shoring system is a customary method when it comes to basement excavation support in Viet Nam. However, this method suffers from a number of pitfalls, such as limited workspace, prolonged installation, and very expensive. Accordingly, this thesis presents a novel earth retention system, namely prestressed wale system, in which expected to shorten excavation time, make higher effective economy. The study focuses to design the prestressed wale system for a specified project which 2 basements in Viet Nam. In similar all input data about the project structure, soil condition, number of support layers, etc... , the prestressed wale system is designed to control diaphragm displacement to be approximately equal with value of current shoring system method. Then making a comprehensive comparison between 2 systems, the advantages of the new system compared to traditional shoring system are highlighted, for example saving material, create large workspace for excavating process... The study also makes further notices to essential items in design this new system such as checking diaphragm wall displacement in horizontal direction, designing corner strut under huge compressive force and legs of prestressed wale system which carried moment due to tendon’s tension force.

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan Luận văn thạc sĩ đề tài “PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA HỐ ĐÀO SÂU SỬ DỤNG HỆ THỐNG CHỐNG ĐỠ ÁP LỰC ĐẤT VỚI THANH GIẰNG ỨNG SUẤT TRƯỚC ” là đề tài nghiên cứu khoa học do chính tác giả thực

hiện. Đề tài được thực hiện theo đúng nhiệm vụ luận văn thạc sĩ, được thực hiện

dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Lê Trọng Nghĩa và Tiến sĩ Nguyễn Trung Kiên.

Tất cả số liệu, kết quả tính tốn, phân tích trong luận văn là hồn tồn trung thực và chưa được cơng bố ở các nghiên cứu khác. Tác giả chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình.

Tp.HCM, ngày 28 tháng 01 năm 2024

Học viên

TRƯƠNG NGỌC VIỄN

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

3. Mục tiêu nghiên cứu ... 2

4. Phương pháp nghiên cứu ... 2

5. Tính mới của nghiên cứu ... 2

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ... 3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU CHẮN GIỮ BẰNG HỆ THANH GIẰNG ỨNG SUẤT TRƯỚC ... 4

1.1. Giới thiệu ... 4

1.2. Tình hình nghiên cứu ... 7

CHƯƠNG 2. CỞ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN HỐ ĐÀO SÂU CHẮN GIỮ BẰNG HỆ THANH GIẰNG ỨNG SUẤT TRƯỚC ... 10

2.1. Ý tưởng hình thành hệ chống áp lực đất với thanh giằng UST ... 10

2.2. Tính chất cơ học của hệ thanh giằng UST ... 12

2.3. Mơ hình đất nền Hardening soil ... 15

2.4. Chuyển vị ngang của tường vây hố đào sâu ... 18

2.5. Chuyển vị lún nền cơng trình lân cận ... 19

2.6. Nhận xét chương ... 20

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN HỐ ĐÀO SÂU VỚI HỆ CHỐNG BẰNG THANH

GIẰNG ỨNG SUẤT TRƯỚC ... 21

3.1. Tổng quan về cơng trình ... 21

3.2. Chuẩn hóa chuyển vị tường vây từ số liệu quan trắc ... 22

3.3. Điều kiện địa chất ... 28

3.3.1. Hiệu chỉnh modul E’ref50 ... 33

3.3.2. Tính tham số mũ m ... 40

3.4. Trình tự thi cơng ... 41

3.5. Mơ phỏng Plaxis 3D ... 42

3.6. Tính tốn kích thước hệ thanh giằng UST và lực căng cáp ... 45

3.6.1. Tính tốn lực UST trong cáp và kích thước hệ ... 45

3.6.2. Tính tốn lực nén trước trong dầm giằng góc ... 49

3.7. So sánh kết quả phương pháp hệ shoring và hệ thanh giằng UST ... 50

3.7.1. Chuyển vị ... 50

3.7.2. Nội lực ... 51

3.8. Phân tích sự làm việc của hệ thanh giằng UST ... 56

3.8.1. Chuyển vị mặt cắt phương đứng ... 56

3.8.2. Chuyển vị mặt cắt phương ngang ... 57

3.9. Nội lực dầm giằng góc và tiết diện khung hệ thanh giằng UST ... 63

3.9.1. Dầm giằng góc ... 63

3.9.2. Khung hệ thanh giằng Wale 4. ... 67

3.10.So sánh vật liệu giữa hai phương án ... 72

3.11.Hình ảnh tham khảo cấu tạo và liên kết hệ thanh giằng UST ... 73

3.12.Tổng kết chương ... 75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ... 76

DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ... 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 79

TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC ... 81

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Hệ shoring chống đỡ hố đào sâu ... 5

Hình 1.2 Chống đỡ tường vây bằng hệ neo đất ... 6

Hình 1.3 Hệ chống áp lực đất bằng thanh giằng UST[1] ... 6

Hình 1.4 Mặt bằng hệ thanh giằng dự án kênh đào [2] ... 7

Hình 1.5 Mặt bằng bố trí hệ thanh giằng UST và mặt cắt hố đào [1] ... 7

Hình 1.6 Mặt bằng hệ thanh giằng UST dự án tại Giang Âm, Trung Quốc [3] ... 8

Hình 1.7 So sánh chuyển vị tính tốn và quan trắc của hố đào [3] ... 9

Hình 2.1. Mặt bằng hệ shoring truyền thống và hệ thanh giằng UST ... 11

Hình 2.2. Cấu tạo hệ thanh giằng UST và sơ đồ truyền lực [1] ... 12

Hình 2.3 Kích thước điển hình của hệ thanh giằng UST [1] ... 14

Hình 2.4. Mặt dẻo mơ hình Hardening – soil trong khơng gian ứng suất chính ... 16

Hình 2.5. Định nghĩa E50 và Eur trong thí nghiệm nén ba trục [7] ... 16

Hình 2.6. Định nghĩa refoedE trong thí nghiệm nén cố kết ... 17

Hình 2.7 Mối tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiều sâu của hố đào [9] ... 18

Hình 2.8 Chuyển vị tường vây ảnh hưởng tới độ lún cơng trình lân cận ... 19

Hình 2.9 Biểu đồ quan hệ độ lún nền và chuyển vị ngang tường vây [10] ... 20

Hình 3.1 Mặt bằng cơng trình ... 21

Hình 3.2. Mặt cắt hố đào ... 22

Hình 3.3. Mặt bằng định vị trường vây và vị trí đặt quan trắc ... 23

Hình 3.4 Chuyển vị quan trắc tường vây CV2 trước hiệu chỉnh ... 24

Hình 3.5. Chuyển vị quan trắc tường vây CV6 trước hiệu chỉnh ... 25

Hình 3.6 Chuyển vị quan trắc tường vây CV2 sau hiệu chỉnh ... 27

Hình 3.7. Chuyển vị quan trắc tường vây CV6 sau hiệu chỉnh ... 27

Hình 3.8 Vị trí hố khoan ... 28

Hình 3.9. Hình trụ hố khoan BH02 ... 30

Hình 3.10 Thí nghiệm CU từ mẫu BH01-UD3 ứng với áp lực buồng 100KN/m2 . 33Hình 3.11. Giá trị modul đàn hồi của đất theo đề xuất của Bowles [13] ... 35

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Hình 3.12 So sánh chuyển vị lớn nhất giữa quan trắc và tính tốn tại điểm CV2 ... 36

Hình 3.13. Tính tốn giá trị Su từ thí nghiệm ba trục CU ... 37

Hình 3.14. Chuyển vị tường vây CV2 (DW4) sau hiệu chỉnh ... 38

Hình 3.15 Chuyển vị tường vây CV6 (DW2) sau hiệu chỉnh ... 39

Hình 3.16. Mặt cắt tường sau khi đào giữa thực tế và mơ hình ... 43

Hình 3.17. Điều kiện biên mơ hình trong Plaxis ... 44

Hình 3.18. Mặt bằng hệ dầm shoring tại tầng chống -2.7m ... 45

Hình 3.19. Mặt bằng hệ dầm shoring tại tầng chống -6.7m ... 46

Hình 3.20. Mặt bằng hệ thanh giằng tại mỗi cao độ tầng chống ... 47

Hình 3.21. So sánh chuyển vị của tường vây giữa 2 phương pháp ... 50

Hình 3.22. Phase đào -7.5m – Moment (KNm/m) ... 51

Hình 3.27. Chuyển vị tường vây DW4 sử dụng hệ thanh giằng UST ... 56

Hình 3.28. Chuyển vị tường vây DW4 tại cao trình -2.7m ... 60

Hình 3.29 Chuyển vị tường vây DW1 tại cao trình -6.7m ... 62

Hình 3.30. Mặt bằng vị trí triết diện dầm thép tại hệ thanh giằng Wale 4. ... 63

Hình 3.31. Chi tiết chân hệ thanh giằng ... 73

Hình 3.32. Chi tiết đầu căng cáp ... 73

Hình 3.33. Một dạng hệ thanh giằng không chân chống xiên ... 74

Hình 3.34. Liên kết góc hố đào ... 74

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Lực nén và biến dạng của hệ chống lớp 1 tại CK19 ... 26

Bảng 3.2 Chuyển vị tăng thêm của tầng chống giữa CK19 và CK46 ... 26

Bảng 3.3. Thông số đất nền (phần 1) ... 31

Bảng 3.4 . Thông số đất nền (phần 2) ... 32

Bảng 3.5 Tổng hợp tính tốn E'50ref từ thí nghiệm CU. ... 34

Bảng 3.6. Modul E'50ref của các lớp đất từ thí nghiệm CU cho đất sét và từ SPT với đất cát ... 34

Bảng 3.7. Bảng tổng hợp modul E'50ref sau hiệu chỉnh ... 37

Bảng 3.8. Tham số m ... 40

Bảng 3.9. Thông số tường vây D800 ... 42

Bảng 3.10. Thông số dầm waller, chân chống hệ vòm và chống xiêng trong phương án hệ thanh giằng UST ... 43

Bảng 3.11. Thông số dầm chống hệ shoring ... 43

Bảng 3.12. Thông số cáp ... 44

Bảng 3.13. Áp lực phân bố đều ở tầng chống thứ nhất ... 48

Bảng 3.14. Áp lực phân bố đều ở tầng chống thứ hai ... 48

Bảng 3.15. Bảng lực căng và số lượng cáp theo từng hệ giằng. ... 48

Bảng 3.16. Kích thước các hệ thanh giằng ... 48

Bảng 3.17. Lực nén tại các dầm góc ... 49

Bảng 3.18. Lức nén trong dầm giằng góc GX1 & GX4 lớp thứ nhất -2.7m ... 63

Bảng 3.19. Lực nén trong dầm giằng góc GX1 & GX4 lớp thứ nhất -6.7m ... 64

Bảng 3.20 Nội lực các thanh giằng của hệ Wale 4 tầng chống thứ hai -6.7m ... 67

Bảng 3.21. Bảng tổng hợp khối lượng hai phương án ... 72

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

MỞ ĐẦU

1. Bối cảnh và tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, với sự phát triển nhanh chóng và tập trung đơng đúc dân cư vào các khu thành thị đòi hỏi các khu chung cư, nhà cao tầng cần được xây dựng nhiều hơn, dày hơn để đáp ứng nhu cầu ăn ở và làm việc của người dân. Đi đôi với điều đó, tầng hầm cho nhà cao tầng là một thiết kế tất yếu cần có vì làm tăng diện tích xây dựng, tạo khu vực đổ xe cho dân cư, khu vực ăn uống, siêu thị…và giúp công năng cơng trình hiệu quả, hợp lý hơn.

Thi cơng hố đào sâu của tầng hầm luôn là giai đoạn khó khăn, tốn kém chi phí và tiến độ kéo dài vì cần thực hiện nhiều cơng tác như thi công tường vây, lắp dựng hệ chống, đào đất… Phương án phổ biến hiện nay để chắn giữ hố đào của các nhà thầu xây dựng Việt Nam là dùng hệ shoring chống áp lực đất. Phương án này gặp một số hạn chế lớn là hệ thống dầm chống dày đặc, khoảng cách thường từ 4-8m, dẫn đến công tác đào đất hoạt động trong không gian chật chội, gặp nhiều trở ngại, chậm chạp…Phương án này cũng tốn chi phí cao vì khối lượng vật liệu cần cho hệ chống lớn, thời gian lắp dựng, chi phí nhân công cao một cách tương ứng. Bên cạnh phương án hệ chống bằng shoring, hệ neo đất là một giải pháp khác khá phổ biến, phương pháp này giúp tạo không gian trong hố đào rất thông thoáng. Tuy nhiên phương án này gần như bị giới hạn đối với các cơng trình trong thành phố vì xung đột với các kết cấu ngầm cơng trình lân cận và sự cho phép thi cơng từ chính quyền. Giải quyết những nhược điểm của hệ shoring, khai thác ưu điểm về tạo khơng gian thơng thống của hệ neo đất, hệ chống giữ áp lực đất với thanh giằng ứng suất trước được nghiên cứu và phát triển. Phương án này được ứng dụng nhiều trong thi công hố đào sâu ở Hàn Quốc, Trung Quốc… Tuy nhiên, Ở Việt Nam, công nghệ chắn giữ áp lực đất với thanh giằng UST vẫn chưa được nghiên cứu và áp dụng. Do đó, đề tài nhằm nghiên cứu chi tiết, hệ thống đầy đủ quy trình tính tốn và thi cơng phương pháp chống giữ áp lực đất mới này để áp dụng thực tiễn vào thi công hố đào sâu ở Việt Nam, giúp q trình thi cơng hố đào nhanh chóng, dễ dàng, chi phí thấp đáng kể so với phương án shoring truyền thống.

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

2. Phạm vi nghiên cứu

Đánh giá sơ bộ dữ liệu địa chất để chọn bộ thông số phù hợp. Tập trung nghiên cứu sự làm việc của hệ chống áp lực đất bằng thanh giằng UST, tính tốn kích thước hệ thanh giằng UST tương ứng điều kiện dự án.

3. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng, tính tốn hệ thống chống đỡ bằng thanh giằng UST trong thi công hố đào sâu của một dự án cụ thể, bao gồm kích thước hệ thanh giằng, tính tốn số lượng cáp mỗi hệ, tính tốn kích thước và lực kích trong dầm chống xiên hố đào. So sánh ưu điểm, nhược điểm của hệ thanh giằng UST và hệ shoring truyền thống.

4. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu chính của luận văn là sử dụng Plaxis 3D để mô phỏng sự làm việc của hệ thanh giằng UST trong hố đào sâu. Hệ shoring tương ứng cũng được mơ phỏng trong mơ hình plaxis 3D trên cùng một dự án để tính tốn áp lực đất vào hệ thanh chống shoring nhằm suy ra giá trị lực UST trong hệ thanh giằng. Từ việc thiết lập 2 mơ hình làm việc tương đồng nhau có thể rút ra được ưu nhược điểm của hệ thanh giằng UST so với hệ shoring.

5. Tính mới của nghiên cứu

Phương pháp chống đỡ áp lực đất bằng thanh giằng UST mặc dù được sử dụng khá nhiều ở một số nước Châu Á như Hàn Quốc, Nhật Bản, Trung Quốc… vì những ưu điểm của nó mang lại. Những bài báo quốc tế về hệ chống này chủ yếu trình bày lý thuyết cơ bản và dữ liệu kết quả của hố đào khi áp dụng nó. Hơn nữa, ở Việt Nam, chưa có dự án nào được tính toán và áp dụng phương pháp hệ thanh giằng UST. Do đó, nghiên cứu này nhằm đưa ra quy trình tính tốn của hệ chống thanh giằng UST trên cơng trình thực tế ở Việt Nam, sử dụng phần mềm Plaxis 3D.

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu này nhằm mục đích đưa ra quy trình tính tốn chi tiết và cấu tạo của hệ thống chống áp lực đất bằng thanh giằng UST, từ đó ứng dụng vào thực tiễn trong thi công hố đào sâu ở Việt Nam. Giải pháp này mang lại nhiều ưu việt như tạo không gian cực rộng trong thi công hố đào, tiết kiệm nguyên vật liệu, nhân công, rút ngắn thời gian lắp dựng…từ đó tiết kiệm chi phí. Phương pháp này càng hiệu quả đối với hố đào có kích thước lớn trong khu vực đông dân cư, nơi mà hệ chống áp lực đất bằng neo đất bị giới hạn, hệ shoring dày đặc và tốn kém vì kích thước q dài.

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU CHẮN GIỮ BẰNG HỆ THANH GIẰNG ỨNG SUẤT TRƯỚC

1.1. Giới thiệu

Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng và tập trung đơng đúc dân cư tại các thành phố, đòi hỏi các nhà cao tầng cần thiết kế thêm các tầng hầm nhằm tối ưu hóa khơng gian. Việc thi cơng các tầng hầm này khá phức tạp, chi phí cao, thời gian dài do bao gồm nhiều công tác như : thi công tường bao, hạ mực nước ngầm, chống đỡ áp lực đất, đào đất, thi công kết cấu chính…Nếu có được giải pháp tốt trong thi công hố đào sâu sẽ giúp rút ngắn tiến độ, tiết kiệm chi phí rất lớn.

Xét về hướng thi cơng hố đào sâu, có 2 phương pháp chủ đạo trong quy trình thi cơng hố đào sâu là “Bottom-up” và “Top-Down”. Bottom-up là quy trình thi công kết cấu sàn cột bắt đầu từ dưới móng đi lên, tường vây được chống giữ bởi các hệ chống tạm từ trên xuống, đi cùng quá trình đào đất. “Top-down” là phương pháp sử dụng các sàn hầm được thi công từ trên xuống làm hệ chống đỡ áp lực đất, các sàn này được đỡ bằng các kingpost thường đặt đúng tại vị trí cột bê tơng hoặc vách của kết cấu chính.

Xét riêng về quy trình thi cơng Bottom-up, hiện nay phổ biến 2 phương pháp là sử dụng hệ chống đỡ áp lực đất bằng shoring hoặc hệ neo trong đất.

Hệ chắn áp lực đất bằng shoring gồm những dầm thép ngang được lắp đặt giữa 2 tường đối diện, với khoảng cách từ 3-8m để chống lại áp lực theo phương ngang của đất truyền lên tường vây (Hình 1.1). Hệ này lắp dựng đơn giản nhưng do bố trí dày dẫn đến hạn chế khơng gian thi cơng trong hố đào, thời gian lắp dứng lâu và tốn kém chi phí.

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Hình 1.1 Hệ shoring chống đỡ hố đào sâu

Một hệ chống áp lực đất khác được sử dụng tương đối phổ biến là hệ neo đất Hình 1.2. Cấu tạo neo đất gồm bầu neo được tạo ra do khoan vào đất và bơm vữa lấp đầy. Bầu neo giúp tạo điểm cố định cho neo do lực ma sát với đất. Thành phần thứ 2 của neo là cáp neo, 1 đầu nằm trong bầu neo, đầu còn lại liên kết với vách, cáp được căng UST để giảm chuyển vị của vách và giúp hệ neo làm việc tức thì sau khi căng.

Tuy nhiên, các phương pháp này vẫn tồn đọng nhiều hạn chế. Trong khu vực thành thị, thường các cơng trình dày đặc gần nhau, “hệ neo trong đất” khó có thể áp dụng vì xung đột với kết cấu ngầm cơng trình lân cận như cọc, tường vây. Đối với các cơng trình kích thước lớn, hệ shoring mang lại hiệu quả kém do khoảng cách 2 vách đối diện dài.

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

Hình 1.2 Chống đỡ tường vây bằng hệ neo đất

Để khắc phục những nhược điểm của 2 hệ chống áp lực đất phổ biến nói trên, dựa trên cơ sở làm việc của kết cấu UST, hệ chống áp lực đất với thanh giằng UST được nghiên cứu và đưa vào áp dụng thực tế (Hình 1.3).

Hình 1.3 Hệ chống áp lực đất bằng thanh giằng UST[1]

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

1.2. Tình hình nghiên cứu

Mặc dù phương pháp hệ chống áp lực đất với thanh giằng UST chưa được nghiên cứu và áp dụng ở Việt Nam, nó được phát triển khá rộng rãi ở Hàn Quốc, Trung Quốc. Những Nghiên cứu có thể kể đến là của Kim và cộng sự (2004)[2], giới thiệu tính chất cơ học và ứng dụng của phương pháp mới này trong một dự án hố đào rãnh nước sâu 5.2m, rộng 7m (Hình 1.4) với hai tầng chống, nghiên cứu đánh giá hiệu quả chuyển vị của tường vây dưới tác dụng của lực căng cáp.

Hình 1.4 Mặt bằng hệ thanh giằng dự án kênh đào [2]

Năm 2009, Jong-Sik Park và cộng sự [1] phát triển thêm với điều chỉnh của lực kích trước trong hệ chống xiên ở góc, dự án hố đào được nghiên cứu có độ sâu 14.4m, sử dụng 3 đến 4 tầng chống bằng hệ thanh giằng (Hình 1.5). Nghiên cứu đánh giá cụ thể số liệu thiết kế, giá trị điều chỉnh thực tế, kết quả quan trắc chuyển vị tường vây, lực nén các dầm chống của hệ thanh giằng và lực nén trong dầm chống xiên.

Hình 1.5 Mặt bằng bố trí hệ thanh giằng UST và mặt cắt hố đào [1]

Ngoài ra, Tugen Feng và cộng sự (2017) [3] đã thực hiện mơ phỏng và phân tích đặc tính ứng xử 3D bằng phần mềm phần tử hữu hạn FLAC3D của một dự án hố

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

đào sâu sử dụng hệ thanh giằng UST, dự án được nghiên cứu gồm 2 tầng hầm sâu 8m của 3 khối chung cư và thương mại (Hình 1.6) tại Giang Âm, Giang Tơ, Trung Quốc. Kết quả tính tốn được kiểm chứng với số liệu quan trắc (Hình 1.7) trên cơng trường cho thấy hiệu quả làm việc đáng tin cậy của hệ thanh giằng UST .

Hình 1.6 Mặt bằng hệ thanh giằng UST dự án tại Giang Âm, Trung Quốc [3]

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

Hình 1.7 So sánh chuyển vị tính tốn và quan trắc của hố đào [3]

Về đặc trưng cơ học của hệ thanh giằng UST, lực căng trước trong cáp tạo một lực hay moment ngược hướng tác dụng với lực ngoài. Phương thức hoạt động hoàn toàn tương tự các hệ kết cấu UST như sàn dầm UST – loại kết cấu được sử dụng rộng rải trong cơng trình xây dựng. Tính chất cơ học kết cấu UST được trình bày trong rất nhiều tài liệu như của Timoshenko và Gere (1961)[4] hay của Shami Khan và Martin William (1995) [5].

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

CHƯƠNG 2. CỞ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN HỐ ĐÀO SÂU CHẮN GIỮ BẰNG HỆ THANH GIẰNG ỨNG SUẤT TRƯỚC

2.1. Ý tưởng hình thành hệ chống áp lực đất với thanh giằng UST

Trong thi công hố đào sâu, phương pháp dùng hệ shoring chống áp lực ngang của đất được sử dụng rất phổ biến. Tuy nhiên, phương án này còn nhiều điểm bất lợi. Thứ nhất, các dầm ngang cần bố trí dày 4-8m theo hai phương bên trong hố đào, dẫn đến vận hành của xe đào gặp nhiều trở ngại và thao tác chậm. Kế đến, vì bố trí dày nên quá trình lắp dựng mất nhiều thời gian và nhân lực, chi phí cao. Để khắc phục những nhược điểm này, phương pháp neo đất là một lựa chọn tốt giúp tạo khơng gian thơng thống trong hố đào. Tuy vậy, phương pháp này gặp một số hạn chế, đặc biệt trong khu vực thành thị nơi nhiều cơng trình lân cận nhau. Đó là vì mũi neo có thể bị xung đột với kết cấu ngầm lân cận như vách hầm, cọc…hoặc không được chính quyền phê duyệt cho phép thi công. Bên cạnh, phương án cáp ứng lực được sử dụng trong kết cấu sàn dầm vượt nhịp lớn đã được nghiên cứu, ứng dụng phổ biến trong xây dựng. Dựa trên nguyên lý lực UST tạo ra thành phần moment hoặc lực ngược chiều tác động của ngoại lực, từ đó phát triển ý tưởng sử dụng lực UST trong hệ dầm thép dạng vịm có các sợi cáp ở biên. Lực căng trong cáp tạo ra lực nén trong các chân của hệ vịm, lực nén này có hướng tác dụng ngược với áp lực đất lên thành hố đào, hai lực ngược chiều này có xu hướng triệt tiêu nhau, do đó hệ vòm với thanh giằng UST hoạt động như một dầm dài UST chống lại áp lực đất. Với hệ shoring, chuyển vị tường vây được tính từ khi bắt đầu đào đến kết thúc giai đoạn đào. Trong khi với hệ thanh giằng UST, chuyển vị của tường vây được giảm trước một khoảng trong giai đoạn UST, gọi đó là “tiền chuyển vị”. Chuyển vị sau cùng tại thời điểm kết thúc giai đoạn đào bằng chuyển vị tăng thêm kể từ lúc bắt đầu đào đến kết thúc trừ đi giá trị “tiền chuyển vị”. Phương án này giải quyết được các nhược điểm chính của phương án hệ shoring và hệ neo đất.

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Hình 2.1. Mặt bằng hệ shoring truyền thống và hệ thanh giằng UST

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

2.2. Tính chất cơ học của hệ thanh giằng UST

Lý thuyết về tính chất cơ học của hệ thanh giằng UST được trích dẫn theo nghiên cứu của Jong-Sik Park và cộng sự (2009) [1].

Xét với một hệ thanh giằng UST cơ bản gồm 4 chân như Hình 2.2a, sơ đồ truyền lực được diễn giải theo Hình 2.2b.

Hình 2.2. Cấu tạo hệ thanh giằng UST và sơ đồ truyền lực [1] Giả định lực nén trong các chân chính thẳng đứng cùng bằng V.

Do tổng lực nén cân bằng với áp lực đất w, có được :

4V =wL (2.1) Với :

w : áp lực đất trên mỗi m dài (KN/m2/m). L : chiều dài hệ thanh giằng UST.

Cân bằng lực tại nút B :

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Psin1−Psin2− =V 0 (2.2) Pcos1−Pcos2+He =0 (2.3)

Cân bằng lực tại nút C :

Psin2− =V 0 (2.4) Pcos2+Hi =P (2.5) Với :

P : lực ứng suất trước

He, Hi : tổng thành phần lực ngang trong các thanh giằng tại nút B và C

α1, α2 : góc nghiêng của cáp so với phương ngang tại nút A và B (⁰)

Từ (2) và (4), tìm được mối quan hệ của α1, α2

sin1=2sin2 (2.6) Từ (1), (4) và (6) , rút ra được công thức tính lực UST P trong cáp :

wLP

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

Hình 2.3 Kích thước điển hình của hệ thanh giằng UST [1]

Như vậy, với một hệ thanh giằng được chọn trước có kích thước phù hợp (8) và áp lực đất tác dụng vào dầm bao tại cao trình đặt hệ thanh giằng, tính được lực UST sơ bộ trong cáp và suy ra số lượng cáp sơ bộ, lực nén V trong các chân của hệ chống giúp xác định tiết diện các chân này, từ đó thiết kế hồn chỉnh hệ thanh giằng UST. Đối với các hệ thanh giằng có số chân khác nhau, quy trình thiết lập cơng thức hồn tồn tương tự.

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

2.3. Mơ hình đất nền Hardening soil

Mơ hình Hardening soil hay cịn gọi là mơ hình tăng bền, là mơ hình đàn dẻo,được đề xuất bởi Schanz, Vermeer và Bonnie [6]. Điểm khác biệt với mơ hình đàn hồi dẻo lý tưởng Mohr-Coulomb là sau giai đoạn đàn hồi tuyệt đối, vật liệu không dẻo tuyệt đối mà xảy ra hiện tượng chảy dẻo phi tuyến. Độ cứng của vật liệu khi đó sẽ phụ thuộc vào điều kiện ứng suất. Phần đàn hồi sử dụng 2 modul độ cứng là modun cát tuyến E50 và Eur. Phần dẻo được mô tả bởi mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo đường cong hyperbol :

Với p chỉ ứng suất dẻo

Các thông số E50, Eur tại ứng suất bất kỳ được tính tốn từ giá trị tham chiếu

 

 



</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Hình 2.4. Mặt dẻo mơ hình Hardening – soil trong khơng gian ứng suất chính

Hình 2.5. Định nghĩa E50 và Eur trong thí nghiệm nén ba trục [7]

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

Hình 2.6. Định nghĩa refoed

E trong thí nghiệm nén cố kết

❖ Các thông số cơ bản của mơ hình HS: - Các thơng số cường độ :

c' : Lực dính hữu hiệu (kN/m2) φ' : Góc ma sát trong hữu hiệu (độ) . ψ: Góc giãn nở (độ) .

E : Mơ đun tiếp tuyến trong thí nghiệm nén cố kết tại cấp áp lực tham chiếu (kN/m2)

E : Mô đun gia và giở tải tại cấp áp lực tham chiếu, thường mặc định bằng 3 50ref

E (kN/m2)

m : Số mũ của ứng suất phụ thuộc độ cứng.

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

- Các thông số nâng cao nên được sử dụng ở dạng mặc định : νur : Hệ số poison khi dở tải và gia tải mặc định νur = 0.2.

pref : Ứng suất tham chiếu của độ cứng mặc định pref = 100 (kN/m2) KoNC: Giá trị Ko ở điều kiện cố kết thường mặc định Koref = 1-sinφ . Rf: Tỷ số phá hoại qf/qa mặc định Rf = 0.9).

2.4. Chuyển vị ngang của tường vây hố đào sâu

Chuyển vị ngang tường vây tạo nên chuyển vị đứng của nền đất lân cận, có ảnh hưởng lớn đến kết cấu các cơng trình xung quanh. Do đó, kiểm sốt tỉ lệ chuyển vị này là một điều kiện quan trọng trong thi công hố đào sâu.

Nghiên cứu của Peck (1969) [8] thể hiện tỉ lệ chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây và độ sâu hố đào là hm/He =1.0% dựa trên số liệu quan trắc hố đào sử dụng tường cọc bản và tường cọc chống tại các dự án ở St. Louis và Chicago.

Nghiên cứu của Ou và các cộng sự (1993) [9] đã đánh giá giới hạn chuyển vị ngang của tường bằng cách khảo sát 10 dự án thi công trên nền sét mềm ở Đài Bắc. Theo kết quả nghiên cứu, giá trị hm/He =0.2% 0.5%−

Hình 2.7 Mối tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiều sâu của hố đào [9]

Để đảm bảo trạng thái giới hạn sử dụng được thõa mãn, hạn chế ảnh hưởng đến cơng trình lân cận, tỉ lệ chuyển vị tối đa của tường so với độ sâu đào He, thường

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

chọn trong khoảng (0.5% – 1.5%)He, tùy theo vị trí khoảng cách cơng trình lân cận đến hố đào dự án. Những hạn chế khắt khe khơng cần thiết có thể dẫn đến thiết kế khơng kinh tế. Đối với dự án Royal, xung quanh 3 mặt giáp đường, có lối đi vỉa hè, mặt cịn lại chưa có cơng trình, do đó chuyển vị ngang giới hạn được chọn 0.67%He, tương ứng He/150.

2.5. Chuyển vị lún nền cơng trình lân cận

Dưới ảnh hưởng chuyển vị ngang của tường vây, thể tích hố đào thu nhỏ lại, đồng thời thể tích nền đất xung quanh hố đào giảm đi, tạo nên hiện tượng lún của nền lân cận hố đào (Hình 2.8).

Hình 2.8 Chuyển vị tường vây ảnh hưởng tới độ lún cơng trình lân cận

Pakbaz và cộng sự (2013) [10] đã nghiên cứu ảnh hưởng chuyển vị ngang của tường vây đến độ lún và đưa ra nhận xét rằng, giá trị độ lún nền xấp xỉ ½ lần chuyển vị ngang tường vây.

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

Hình 2.9 Biểu đồ quan hệ độ lún nền và chuyển vị ngang tường vây [10] Dựa vào độ lún nền tính tốn tại vị trí cơng trình lân cận, kiểm tra điều kiện độ lún cho phép, độ lún lệch cho phép để chọn giải pháp thiết kế biện pháp hố đào cũng như giải pháp gia cố cơng trình lân cận phù hợp và kinh tế.

2.6. Nhận xét chương

- Tùy vào hình dạng, kích thước hố đào để bố trí hệ thanh giằng UST và các dầm chống lớn giữa các hệ thanh giằng một cách phù hợp, từ nhịp của hệ thanh giằng UST, chọn sơ bộ chiều cao, số chân của hệ. Tính sơ bộ áp lực đất W (KN/m) lên tầng chống để chọn số lượng cáp, nếu số lượng cáp lớn, có thể chọn phương án tăng bán kính cong của hệ thanh giằng UST để tăng hiệu quả làm việc của cáp, hoặc tăng số lượng tầng chống cho hố đào.

- Mơ hình nền Hardening soil được áp dụng để thể hiện ứng xử của đất một cách chính xác theo từng giai đoạn cố kết, gia tải, dở tải.

- Chuyển vị ngang giới hạn của tường vây được chọn He/150, với He là chiều sâu hố đào.

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN HỐ ĐÀO SÂU VỚI HỆ CHỐNG BẰNG THANH GIẰNG ỨNG SUẤT TRƯỚC

3.1. Tổng quan về cơng trình

Dự án The Royal trên đường Bạch Đằng, Quận Hải Châu, Đà Nẵng được sử dụng để tính tốn sự làm việc của hệ chống áp lực đất bằng hệ shoring truyền thống và hệ thanh giằng UST. Dự án với quy mô 2 tầng hầm và 29 tầng nổi với kích thước hầm 56mx55m, cơng trình 3 mặt giáp đường, mặt phía sau tiếp giáp khu đất trống. (Hình 3.1)

Hình 3.1 Mặt bằng cơng trình

Bể chứa nước đặt dưới tầng hầm 2, cao độ đáy bể -12m từ mặt đất. Tường vây barrete dày 800mm, dài 20m, hố đào sử dụng 2 tầng chống lần lượt tại cao độ -2.7m và -6.7m (Hình 3.2)

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

Hình 3.2. Mặt cắt hố đào

3.2. Chuẩn hóa chuyển vị tường vây từ số liệu quan trắc

Việc điều chỉnh modul cát tuyến của các lớp đất và chuẩn hóa chuyển vị tương vây được thực hiện đồng thời, kết quả của hai thao tác này bổ trợ nhau nhằm đạt giá trị phù hợp nhất của modul E và chuyển vị quan trắc sau hiệu chỉnh. Cơng trình được bố trí 8 vị trí quan trắc đo chuyển vị như Hình 3.3 . Sử dụng thiết bị quan trắc Inclinometer để đo chuyển vị của tường vây đến độ sâu -16m & -17.5m. Đánh giá số liệu vị trí CV2, CV6 nhằm chuẩn hóa chuyển vị thực tế của tường vây.

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

Hình 3.3. Mặt bằng định vị trường vây và vị trí đặt quan trắc

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

Chuyển vị quan trắc tường vây tại CV2 & CV6 trước hiệu chuẩn được thể hiện theo Hình 3.5 & Hình 3.5.

Hình 3.4 Chuyển vị quan trắc tường vây CV2 trước hiệu chỉnh

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

Hình 3.5. Chuyển vị quan trắc tường vây CV6 trước hiệu chỉnh

Quá trình điều chỉnh số liệu quan trắc được tiến hành đồng thời với quá trình điều chỉnh '

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Lực nén trong hệ cây chống tầng 1 tại CK19 ( sau giai đoạn đào 7.5m) được

thể hiện ở Bảng 3.1. Tường DW2 và DW4 cùng chung hệ shoring chống ngang, nên

lực nén và chuyển vị tăng thêm trong hệ shoring này giống nhau.

Bảng 3.1 Lực nén và biến dạng của hệ chống lớp 1 tại CK19

Vị trí Lớp Tiết diện (KN) EA 1/2L shoring (m) Lực (KN) Biến dạng Đào -7.5m mm CV2 Shoring 1 2H350 6800000 27.5 3370 13.63

Giá trị biến dạng này là khoảng cách của 2 đường biến dạng của tường vây ở CK9 và CK19 sau hiệu chỉnh Hình 3.7 & Hình 3.7 tại vị trí tầng chống lớp 1.

Sau khi lắp tầng chống lớp 2, chuyển vị tầng chống lớp 1 hầu như khơng đổi, điều đó thể hiện theo giá trị chuyển vị tăng thêm tại tầng chống lớp 1 (1.74mm) khi

đào xuống các phase đào tiếp theo (Bảng 3.2).

Bảng 3.2 Chuyển vị tăng thêm của tầng chống giữa CK19 và CK46

Vị trí Lớp Tiết diện EA (KN)

L/2 (m)

Lực(KN) Chuyển vị tăng thêm Phase

-7.5m

Phase

-12m mm CV2

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Hình 3.6 Chuyển vị quan trắc tường vây CV2 sau hiệu chỉnh

Hình 3.7. Chuyển vị quan trắc tường vây CV6 sau hiệu chỉnh

</div>