Nghiên cứu ảnh hưởng của mô hình đất nền đến dự báo chuyển vị và biến dạng công trình hố đào sâu ổn định bằng tường chắn

1

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ HÌNH NỀN ĐẾN DỰ BÁO
CHUYỂN VỊ VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH HỐ ĐÀO SÂU ỔN
ĐỊNH BẰNGTƯỜNG CHẮN
STUDY ON THE EFFECTS OF SOIL CONSTITUTIVE MODEL ON THE PREDICTIONS OF
EXCAVATION INDUCED GROUND MOVEMENTS AND LATERAL WALL DEFLECTIONS
ThS. Ngô Đức Trung, PGS.TS. Võ Phán
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
TÓM TẮT
Bài báo này phân tích ảnh hưởng của mô hình nền đến dự báo chuyển vị của tường và
biến dạng của đất nền một công trình hố đào sâu ở Thành phố Hồ Chí Minh thông qua việc
so sánh kết quả dự báo từ mô hình Mohr – Coulomb (MC) và mô hình Hardening Soi (HS)
với các dữ liệu quan trắc để xác định liệu phân tích phần tữ hữu hạn tuyến tính đơn giản là
đủ cho thiết kế an toàn hay phân tích số phi tuyến phức tạp cung cấp một giải pháp mang lại
nhiều hiệu quả hơn. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của mô đun dỡ tải và gia tải (
ref
ur
E
) trong mô
hình HS đến chuyển vị của tường được thực hiện dựa trên kết quả phân tích tham số và so
sánh với số liệu quan trắc.
ABSTRACT
The purpose of this study is to analyse the effects of soil constitutive model on the
predictions of excavation. Parametric studies have been carried out to investigate the effect
of soil stiffness parameters (
ref
ur
E
) of HS model on the lateral wall deflection, based on the
results of parametric studies and comparison with measured field data. The effects of soil

constitutive model on the predictions of excavation induced ground movements, lateral wall
deflections and strut forces were performed using Hardening Soil and Mohr – Coulomb
models based on the above proposed comprising. The results demonstrate that more realistic
predictions of wall deflections and ground deformations can be obtained by Hardening Soil
model. However, in term of strut forces prediction, there appears to be no advantage in using
non-linear model over a simple elastic-perfectly plastic model.
1. Đặt vấn đề
Ngày nay, nhu cầu về việc sử dụng không gian ngầm như tầng hầm kỹ thuật hoặc dịch vụ
dưới các nhà cao tầng, bãi đậu xe ngầm, hệ thống giao thông ngầm, hệ thống xử lý nước thải…,
ngày càng gia tăng trong các khu đô thị. Hố đào sâu thường được sử dụng để giải quyết các vấn đề
trên.
Phương pháp phần tử hữu hạn được biết đến như là một phương pháp số được sử dụng để dự
báo ổn định và biến dạng của đất nền. Ưu điểm của phương pháp này là ứng xử của đất có thể mô
phỏng tương đối chính xác và hợp lý trong quá trình thi công đào đất. Tuy nhiên, bên cạnh một số ưu
điểm vẫn còn một số khó khăn nhất định trong cách tiếp cận do mức độ phức tạp của nó. Do đó, mô
hình đàn hồi - dẻo lý tưởng MC thường được sử dụng vì tính đơn giản của nó và các thông số đất có
thể dễ đàng thu được từ phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, vẫn có một số hạn chế trong mô hình MC.
Thứ nhất, các quan hệ phi tuyến của đất trước khi phá hoại không được mô hình. Thứ hai, nó không
thể tạo ra áp lực lỗ rỗng đáng tin cậy trong quá trình gia tải không thoát nước. Thứ ba, dự báo
chuyển vị bên của tường và độ lún mặt là không đáng tin cậy. Để khắc phục những thiếu sót trên,
cần sử dụng một mô hình đàn hồi dẻo phi tuyến tính.Việc sử dụng mô hình đất thích hợp là đặc biệt
quan trọng trong tính toán hố đào sâu ổn định bằng tường chắn, bởi vì ứng xử thông thường của đất
là phi tuyến, không hồi phục và ảnh hưởng bởi thời gian.
2

Bài báo này phân tích ảnh hưởng của mơ hình nền đến dự báo chuyển vị của tường và biến
dạng của đất nền cơng trình hố đào sâu Trạm bơm lưu vực Nhiều Lộc Thị Nghè, Thành phố Hồ Chí
Minh thơng qua việc so sánh kết quả dự báo từ mơ hình MC và mơ hình HS với các dữ liệu quan trắc
được để xác định liệu phân tích phần tữ hữu hạn tuyến tính đơn giản là đủ cho thiết kế an tồnhay
phân tích số phi tuyến phức tạp cung cấp một giải pháp mang lại nhiều hiệu quả hơn.

Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong việc xác định chuyển vị của tường chắn, biến dạng bề mặt
của đất nền và nội lực của hệ thanh chống trong q trình thi cơng đào đất.
2. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phần mềm từ phương pháp Phần tử hữu hạn với hai mơ hình HS và MC để tính tốn,
kết hợp so sánh với số liệu quan trắc thực tế ở hiện trường [4], [5].
Xác định các thơng số đầu vào cho mơ hình
 Với cả 2 mơ hình, các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của đất (c’, φ’, γ
wet
, γ
dry
, k
x
, k
y
) lấy từ Hồ sơ khảo sát
địa chất [3].
 Xác định các module biến dạng:

,
ref ref
oed ur
E E
: tính từ kết quả thí ngiệm nén cố kết.

50
ref
E
: tính từ kết quả thí nghiệm nén 3 trục với sơ đồ CD. Trong nghiên cứu này, do chỉ có
kết quả thí nghiệm với sơ đồ CU, do đó module biến dạng Young
'

50
ref
E
được tính chuyển từ
module biến dạng Young khơng thốt nước
50
ref
NH
E
như sau:

'
50 50
2(1 ')
3
ref ref
NH
E E



Tại
2
100 /
ref
p kN m


(1)

 Theo những giá trị trung bình đối với nhiều loại đất khác nhau thì E
ur
≈ 3E
50
và E
oed
≈ E
50
,
nhưng cả hai loại đất rất yếu và rất cứng có xu hướng cho những tỉ số
50
E
E
oed
khác. Trong
nghiên cứu này, ta lấy
50 50
; 3
ref ref ref ref
oed ur
E E E E
  để tính tốn trong mơ hình HS.
ứng suất -
1


50

1
3

đường phá hoại
đường tiệm cận


ur
q
a
q
f
ứng suất -
1


oed

1
p
ref
ref

Hình 3: Xác định E
ur
và E
50
từ thí nghiệm nén ba trục
Hình 4: Xác định
ref
oed
E
từ

kết quả thí nghiệm nén một trục
 Độ cứng phụ thuộc cấp ứng suất theo quy luật lũy thừa m: lấy theo thực nghiệm.
3. Giới thiệu cơng trình
 Dự án Nhiêu Lộc – Thị Nghè được tài trợ tài chính bởi nguồn vốn ADB, tọa lạc tại trung tâm
Thành phố Hồ Chí Minh.
 Kích thước hố đào sâu 25x54m.
 Giải pháp kết cấu được chọn là bản đáy bê tơng cốt thép và các sàn liên kết vào hệ tường vây dày
1.2m, sâu 40m, chiều dài từng modul là 6m đã được đúc trước với cơng nghệ đào rãnh nhồi bê
tơng tại chổ.
 Giải pháp thi cơng được chọn gồm có 7 tầng thanh chống cho đến độ sâu đủ để thi cơng bản đáy
trạm bơm bằng BTCT.
3


Hình 1: Mặt cắt địa chất công trình
Các giai đoạn thi công tóm tắt như Bảng 1.
Bảng 1: Các giai đoạn thi công công trình.
Giai
đoạn

Thời gian
(ngày)
Hoạt động xây dựng

56

Xây d
ự
ng tư
ờ

ng
ch
ắ
n

1
23 Đào đến cao độ +1.0 m
1
Lắp thép hình 2H300×300×10×15 đầu tiên ở chân chống (cao độ +1.5m)
v
ớ
i t
ả
i trư
ớ
c 50 kN/m

2
19

H
ạ

m
ự
c nư
ớ
c ng
ầ
m và đào đ

ế
n cao đ
ộ

-
1.0m

1 Lắp thép hình 2H350×350×10×15 ở cao độ -0.5m với tải trước 200 kN/m
3
18

H
ạ

m
ự
c nư
ớ
c ng
ầ
m và đào đ
ế
n cao đ
ộ

-
3.85 m

1
Lắp thép hình 2H400×400×10×15 ở cao độ -3.35m) với tải trước 200

kN/m

4
13 Hạ mực nước ngầm và đào đến cao độ -7.0 m
1

L
ắ
p thép hình 2H350×350×10×15
ở

cao đ
ộ

-
6.5m) v
ớ
i t
ả
i trư
ớ
c 50 kN/m

5
14

H
ạ

m

ự
c nư
ớ
c ng
ầ
m

và đào đ
ế
n cao đ
ộ

-
9.35 m

1 Lắp thép hình 2H400×400×10×15 ở cao độ -8.75m với tải trước 300 kN/m
6
20

H
ạ

m
ự
c nư
ớ
c ng
ầ
m và đào đ
ế

n cao đ
ộ

-
11.5 m

1
Lắp thép hình 2H350×350×10×15 ở cao độ -11.0 m) với tải trước 200
kN/m

7
20 Hạ mực nước ngầm và đào đến cao độ -14.5 m
1
Lắp thép hình 2H350×350×10×15 ở cao độ -14.0 m) với tải trước 200
kN/m
8
20 Hạ mực nước ngầm và đào đến cao độ -17.3 m
30

Đ
ổ

bê tông b
ả
n đáy t
ạ
i cao trình
-
17.3m

9
1 Giải phóng lực kích tại thanh chống lớp 1 và 2
1 Tháo thanh chống tại cao trình -14m
6 Tháo thanh chống tại cao trình -10m và -8.75m
7 Thi công hệ giằng bê tông cốt thép 1 cao trình – 9.5m
10
1 Tháo thanh chống tại cao trình -6.5m
10 Thi công hệ giằng bê tông cốt thép 2 cao trình – 4.35m
11
1 Tháo thanh chống tại cao trình -3.35m và -0.5m
20 Thi công hệ giằng bê tông cốt thép trên cùng
1 Tháo thanh chống tại cao trình +1.25m
4

 Thiết bị quan trắc ở hiện trường
Tường chắn gồm 24 cọc barret liền nhau như Hình 2.
54000
P1P2
P3
P4P5
P6
P7P8P9 P24
P20P19
P18
P17P16P15P14P13P12 P21
3000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 3000
6000600060006000
P11
P10
P22P23

IN-02
3000
2000
PZ-01
MW-01
PZ-01
IN-03
3000
4000
5000
5000
MW-04
PZ-05
IN-01
3000 3000
IN-04
IN-05
30003000
MW-02
PZ-03
5000
PZ-04
MW-03
3000 3000
IN-07 IN-06

Hình 2: Sơ đồ bố trí thiết bị quan trắc ở công trường [5] [6] [7]
Thiết bị quan trắc chuyển vị ngang: IN-01 đến IN-07
Thiết bị quan trắc lún: PZ-01 đến PZ-05
Thiết bị quan trắc mực nước ngầm: MW-01 đến MW-04

Bảng 2: Các thông số đất nền cho mô hình Mohr – Coulomb
Đơn vị
Lớp
cát
l
ấ
p

Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 Lớp 6 Lớp 7
Mô
hình
MC MC MC MC MC MC MC MC
Ứng
xử

Drained
Undraine
d
Drained
Undraine
d
Drained Drained
Undraine
d
Drained
γ
unsat
kN/m
3
19.5 15.0 16.27 16.67 16.46 16.48 16.29 16.51

γ
sat
kN/m
3
20.2 15.3 19.43 19.99 19.54 19.48 19.69 19.54
k
x
m/ngày 2.5 0.02

1 0.02 0.2 1 0.02 0.8
k
y
m/ngày 2.5 0.02

1 0.02 0.2 1 0.02 0.8
c’

kN/m
2
2 5.09 2.11 5 2 2 34 2
'


độ 41 23 31 24 35 34 24 37


- 11 - 1 - 5 4 - 7


- 0.25 0.35 0.25 0.35 0.3 0.25 0.35 0.25

ref
oed
E

kPa 2x10
4
3296 6567 1.25x10
4
2.75x10
4
3.75x10
4
5.12x10
4
7.88x10
4

Bảng 3: Các thông số đất nền cho mô hình Hardening Soil
Ký
hiệu
Đơn vị
Lớp
cát
lấp
Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 Lớp 6 Lớp 7
Mô
hình
- HS HS HS HS HS HS HS HS
Ứng
xử

-
Drained Undrained Drained Undrained Drained Drained Undrained Drained
γ
unsat
kN/m
3
19.5 15.0 16.27 16.67 16.46 16.48 16.29 16.51
5

γ
sat
kN/m
3
20.2 15.3 19.43 19.99 19.54 19.48 19.69 19.54
k
x
m/ngày 2.5 0.02

1 0.02 0.2 1 0.02 0.8
k
y
m/ngày 2.5 0.02

1 0.02 0.2 1 0.02 0.8
c’ kN/m
2
2 5.09 2.11 5 2 2 34 2
'


độ 41 23 31 24 35 34 24 37


- 11 - 1 - 5 4 - 7


- 0.25 0.35 0.25 0.35 0.3 0.25 0.35 0.25
50
ref
E

kPa 2x10
4
3296 6567 1.25x10
4
2.75x10
4
3.75x10
4
5.12x10
4
7.88x10
4

ref
oed
E
kPa 2x10
4
3296

6567

1.25x10
4
2.75x10
4
3.75x10
4
5.12x10
4
7.88x10
4

ref
ur
E
kPa 6x10
4
9888 1.97x10
4
3.15x10
4
8.25x10
4
1.13x10
5
1.54x10
5
2.36x105

m - 0.5 1 0.8 0.7 0.5 0.5 0.5 0.5

Hình 5: Lưới phần tử và điều kiện biên
Lưới phần tử và điều kiện biên sử dụng trong phân tích như Hình 5.Theo Hình 5 chỉ phân tích
trên mặt cắt A-A, mặt cắt này tương đối thõa mãn điều kiện không gian biến dạng 2 chiều (2D). Giới
hạn vùng đất để phân tích PTHH với lưới phần tử là rộng 140m và sâu 67m. Nó chứa 1623 phần tử
tam giác 16 nút, kích thước lưới phần tử trung bình là 2.42m.
4. Phân tích kết quả
4.1. Phân tích ảnh hưởng của độ cứng gia tải và dỡ tải của đất nền
Việc nghiên cứu thông số được thực hiện bằng cách lặp lại các phân tích phần tử hữu hạn với
các giá trị khác nhau của các thông số cần nghiên cứu trong khi vẫn không thay đổi giá trị của các
thông số khác. Ảnh hưởng của thông số được xác định bằng cách so sánh với sự thay đổi biến dạng
của tường và đất nền tại mỗi giai đoạn thi công đào đất, khi cho các thông số tăng hay giảm theo một
mức độ cho trước.
Các Hình từ 6 đến 11 cho thấy mô đun độ cứng gia tải và dỡ tải
ref
ur
E
có ảnhhưởng không đáng
kể đến chuyển vị ngang của tường. Theo đó, giá trị
50
3
ref ref
ur
E E
được áp dụng để tính toán trong công
trình này. Giá trị này là giátrị mặc định trong PLAXIS.

Nhìn chung, khi tăng độ lớn của mô đun dỡ tải và gia tải
ref

ur
E
chuyển vịngang của tường từ
cao độ đào đất ở giai đoạn thứ 3 trở xuống giảm, nhưng nókhông ảnh hưởngđáng kể đếnchuyển vị
ngang của tường từ cao độ đào đất ở giai đoạn thi công thứ 3 trở lên.
6


Hình 6: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của
tường ở giai đoạn thi công thứ nhất

Hình 7: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của
tường ở giai đoạn thi công thứ hai

Hình 8: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của
tường ở giai đoạn thi công thứ ba

Hình 9: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của ở
giai đoạn thi công thứ tư


Hình 10: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của
tường ở giai đoạn thi công thứ bảy

Hình 11: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của
tường ở giai đoạn thi công thứ tám


7

Bảng 4: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang lớn nhất của tường
với chuyển vị ngang lớn nhất khi quan trắc thực tế với các cấp độ
ref
ur
E
.
Các giai đoạn
thi công
ref
ur
E

Số liệu quan
trắc
50
3
ref
E

50
4
ref
E

50
5
ref
E

GĐ1 13.74 13.09 12.71 11.85

GĐ2 15.31 14.83 14.28 12.57
GĐ3 25.53 24.81 24.76 22.4
GĐ4 28.28 27.38 27.23 25.63
GĐ5 29.11 28.70 28.24 26.76
GĐ6 30.49 29.96 29.42 26.81
GĐ7 31.96 31.32 30.64 27.11
GĐ8 32.96 32.60 32.43 28.47
4.2. So sánh mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil
4.2.1. Chuyển vị ngang của tường
Với mô hình MC, kết quả dự báo chuyển vị lớn hơn quan trắc thực tế từ 15.97 ÷ 31.98%. Có
sự chênh lệch này là do các thông số cho mô hình lấy từ số liệu thí nghiệm trong phòng không phản
ánh chính xác nền đất thực tế. Mẫu đất thí nghiệm trong phòng ngay sau khi lấy mẫu đã không còn
nguyên dạng.
Với mô hình HS, kết quả dự báo chuyển vị ngang của tường từ GĐ2 có sự khác biệt so với
mô hình MC. Từ cao độ đáy hố đào ở từng giai đoạn đào đất trở lên, kết quả dự báo chuyển vị ngang
của tường lớn hơn quan trắc thực tế từ 8.07 ÷17.90%, điều này được lý giải như với mô hình MC bên
trên. Ngược lại từ cao độ đáy hố đào trở xuống kết quả dự báo chuyển vị ngang của tường nhỏ hơn
kết quả quan trắc. Điều này được giải thích như sau: khi mô phỏng bài toán với mô hình HS, các giá
trị đầu vào của mô đun dỡ tải và gia tải ở từng lớp đất bên trong và ngoài hố đào lấy cùng một giá trị.
Thực tế, độ lớn của mô đun dỡ tải và gia tải gia tăng theo độ sâu. Do đó ở từng giai đoạn đào đất, mô
đun dỡ tải và gia tải bên trong hố đào sẽ nhỏ hơn ngoài hố đào tại đáy hố đào vì lớp đất bên trên
trong hố đào đã bị bóc đi. Như vậy đương nhiên chuyển vị của tường khi quan trắc thực tế sẽ nhỏ
hơn.
Tại GĐ1, kết quả tính toán chuyển vị ngang lớn nhất của tường với mô hình MC và HS lần
lượt là 15.52mm và 13.74mm, cả hai mô hình đều cho kết quả chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh
tường, giống như chuyển vị thực tế của tường. Hình dạng chuyển vị ngang của tường dự báo bằng
hai mô hình cho thấy tường làm việc như một console, điều này tương đối phù hợp. Tuy nhiên ta dễ
dàng nhận thấy mô hình HS cho kết quả gần thực tế hơn.
Tại các giai đoạn thi công tiếp theo, kết quả dự báo từ mô hình HS tỏ ra phù hợp với chuyển
vị thực tế của tường hơn kết quả dự báo từ mô hình MC. Chuyển vị ngang lớn nhất của tường tính

toán từ mô hình MC lớn hơn từ mô hình HS từ 6.5% đến 17.15%.
Nhìn chung, hình dạng chuyển vị của tường khi phân tích bằng 2 mô hình MC và HS tương
đối giống với chuyển vị thực tế của tường. Tuy nhiên, từ kết quả đã chỉ ra, ta nhận thấy tại chân
tường chắn, khi phân tích bằng mô hình HS kết quả chuyển vị ngang gần như giống chuyển vị ngang
thực tế của tường. Còn kết quả chuyển vị ngang khi phân tích bằng mô hình MC từ giai đoạn thi
công thứ 2 (tức là thời điểm tường không còn làm việc như một console nữa) có sự khác biệt đáng
kể, chuyển vị ngang lớn nhất tại đây xuất hiện ở GĐ 8, khi kết thúc hố đào là 11.44mm, so với
chuyển vị ngang khi tính tóan bằng mô hình HS là 1.81 mm và so với chuyển vị ngang thực tế đo
được là 0.45mm.

8

Bảng 4: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang lớn nhất từ 2
mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil
Giai đoạn thi
công
Mohr –
Coulomb
(mm)
Hardening
Soil
(mm)
Quan trắc
(mm)
Chênh lệch
giữa HS và MC
mm %
GĐ1 15.52 13.74 11.85 1.78 11.47
GĐ2 18.48 15.31 12.57 3.17 17.15
GĐ3 27.31 25.53 22.4 1.78 6.50

GĐ4 30.50 28.28 25.63 2.22 7.30
GĐ5 32.30 29.11 26.76 3.19 9.88
GĐ6 33.06 30.49 26.81 2.57 7.77
GĐ7 34.55 31.96 27.11 2.59 7.50
GĐ8 36.87 32.96 28.47 3.91 10.60

Hình 12: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của
tường ở giai đoạn thi công thứ nhất

Hình 13: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của
tường ở giai đoạn thi công thứ hai


Hình 14: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của
tư
ờ
ng
ở

giai đo
ạ
n thi công th
ứ

b
ả
y

Hình 15: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của
tư

ờ
ng
ở

giai đo
ạ
n thi công th
ứ

tám

9

Bảng 5: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang lớn nhất từ 2 mô hình Mohr – Coulomb và
Hardening Soil với kết quả quan trắc.
Giai đoạn thi
công
Mohr –
Coulomb
(mm)
Hardening
Soil
(mm)
Quan trắc
(mm)
Chênh lệch
giữa MC và HS
với thực tế (%)
MC HS
GĐ1 15.52 13.74 11.85 23.65 13.76

GĐ2 18.48 15.31 12.57 31.98 17.90
GĐ3 27.31 25.53 22.4 17.98 12.26
GĐ4 30.50 28.28 25.63 15.97 9.37
GĐ5 32.30 29.11 26.76 17.15 8.07
GĐ6 33.06 30.49 26.81 18.91 12.07
GĐ7 34.55 31.96 27.11 21.53 15.18
GĐ8 36.87 32.96 28.47 22.78 13.62
4.2.2. Biến dạng của đất nền
Hình 16 chỉ rõ kết quả tính toán độ lún bề mặt của đất nền với hai mô hình MC và HS ở giai
đoạn đào đất cuối cùng (GĐ8). Theo đó, kết quả tính toán độ lún của đất nền với mô hình MC nhỏ
hơn so với khi tính toán bằng mô hình HS, và số liệu quan trắc lún tại vị trí cách tường 5m là
6.42cm, hầu như trùng với kết quả tính toán với mô hình HS. Tuy nhiên, vùng ảnh hưởng độ lún bề
mặt khi tính toán bằng mô hình MC lại lớn hơn so với khi tính toán bằng mô hình HS. Kết quả dự
báo độ lún bề mặt với mô hình MC cho thấy vùng ảnh hưởng lún rất lớn, và như vậy cần hết sức chú
ý và có biện pháp xử lý đối với các công trình nằm trên vùng này ở xung quanh hố đào.
Với mô hình HS, khi tăng mô đun biến dạng trong điều kiện dỡ tải và gia tải
ref
ur
E
, ta thấy rõ
không có ảnh hưởng đáng kể đối với độ lún bề mặt của đất nền.

Cả 2 mô hình MC và HS đều cho kết quả tính toán độ lún lớn nhất tại vị trí cách tường
2.5m. Kết quả so sánh độ lún bề mặt lớn nhất khi tính toán từ 2 mô hình MC và HS được trình bày
tóm tắt trong Bảng 6.

Hình 16: So sánh kết quả tính toán độ lún bề mặt của đất nền bằng hai mô hình Mohr – Coulomb và
Hardening Soil với kết quả quan trắc ở giai đoạn thi công thứ tám (GĐ8).
Bảng 6: So sánh kết quả tính toán độ lún bề mặt lớn nhất của đất nền bằng hai mô hình Mohr –
Coulomb và Hardening Soil ở giai đoạn thi công thứ tám (GĐ8).

10

Giai đoạn
thi công
Độ lún bề mặt lớn nhất, S
v
(mm)
Mô hình HS
50
( 3 )
ref ref
ur
E E

Mô hình HS
50
( 4 )
ref ref
ur
E E

Mô hình HS
50
( 5 )
ref ref
ur
E E

Mô hình MC
GĐ8 79.22 (2.5) 76.76 (2.5) 75.51 (2.5) 67.68 (2.5)

Như vậy, với
50
3
ref ref
ur
E E
khi tính toán trong mô hình Hardening Soil, độlún bề mặt lớnnhất sẽ
lớn hơn khi tính toán trong mô hình mohr – coulomb khoảng 14.57%.
Hình 17 thể hiện kết quả tính toán độ trồi hố móng tại giai đoạn đào đất cuối cùng (GĐ8).
Kết quả tính toán với mô hình MC cho thấy độ trồi hố móng lớn hơn so với khi tínhtoán bằng mô
hình HS. Với mô hình hardening soil, khi mô đunbiến dạng trong điều kiện gia tải và dỡ tải
ref
ur
E
tăng,
sẽ cho kết quả là độ trồi hố móng giảm. Như vậy, qua kết quả phântích, ta thấy mô đun biến dạng gia
tải và dỡ tải
ref
ur
E
có ảnh hưởng đáng kể đếnhiện tượng trồi hố móng ở đáy hố đào hơn là ảnh hưởng
đến chuyển vị ngang của tường chắn.

Khi thi công đào đất trước tường chắn dẫn đến sự giảm ứng suất phía sau lưng tường và làm
mất ứng suất theo phương đứng của lớp đất bên dưới đáy hố đào. Theo đó, sẽ phù hợp hơn khi sử
dụng mô đun biến dạng gia tải, dỡ tải trong việc phân tích ứng xử biến dạng bề mặt trong công trình
hố đào sâu. Mô hình MC chỉ sử dụng 1 thông số mô đun biến dạng sẽ không thể mô hình đầy đủ ứng
xử đàn hồi dẻo của quá trình dỡ tải. Trong trường hợp này,những mô hình đất nền có bao gồm cả
thông số mô đun biến dạng trong điều kiện gia tải và dỡ tải
ref

ur
E như mô hình HS sẽ ưu việt hơn
môhình MC trong mô phỏng công trình hố đào sâu.

Kết quả tính toán độ trồi hố móng tại đáy hố đào ở giai đoạn đào đất cuối cùng với cảhai mô
hình MC và HS được tóm tắt ở Bảng 7. Độ trồi đáy hố móng khi tính toán bằng mô hình hardening
soilvới
50
3
ref ref
ur
E E
sẽ cho kết quả nhỏ hơn khoảng 38.53%, một giá trị tương đốichênh lệch.

Kết quả thể hiện rõ khi phân tích biến dạng bề mặt của đất nền, việc sử dụng mô hình đàn hồi
dẻo lý tưởng MC sẽ cho kết quả không thật sự chính xác.
Bảng 7: So sánh kết quả tính toán độ trồi hố móng lớn nhất của đất nền bằng hai mô hình Mohr –
Coulomb và Hardening Soil ở giai đoạn thi công thứ tám (GĐ8).
Giai đoạn thi
công
Độ trồi hố móng lớn nhất, H
v
(mm)
Mô hình HS
50
( 3 )
ref ref
ur
E E

Mô hình HS
50
( 4 )
ref ref
ur
E E

Mô hình HS
50
( 5 )
ref ref
ur
E E

Mô hình MC
GĐ8 28.71 23.70 20.66 46.71

11

Hình 17: So sánh kết quả tính toán độ trồi hố móng bằng mô hình
Mohr – Coulomb và Hardening Soil ở giai đoạn đào đất cuối cùng (GĐ8)
4.2.3. Nội lực trong thanh chống
Các hình từ 18 đến 22 thể hiện kết quả so sánh nội lực trong các hệ thanh chống từ thứ ba đến
thứ bảy ở các giai đoạn thi công thứ năm, sáu và bảy của công trình.
Kết quả cho ta thấy rõ nội lực trong thanh chống khi tính toán bằng FEM lớn hơn nhiều so
với nội lực trong thanh chống khi quan trắc. Đặc biệt, khi tính toán với mô hình HScho kết quả lớn
so với mô hình MC. Quá trình phân tích cho thấy nội lực nguy hiểm nhất ở hệ thanh chống thứ ba,
tại đây nội lực trong thanh chống đạt giá trị cực đại. Khi tính toán nội lực bằng mô hình HScho kết
quả lớn hơn từ 194.84% đến 204.32% so với khi quan trắc (Bảng 8). Trong khi đó, kết quả nội lực
khi tính toán với mô hình MC sẽ lớn hơn 163.95% đến 169.11% với nội lực khi quan trắc.

Hình 18: So sánh kết quả tính toán nội
lực trong hệ chống thứ 3 bằng 2 mô hình
Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với
kết quả quan trắc.






Hình 19: So sánh kết quả tính toán nội
lực trong hệ chống thứ 4 bằng 2 mô hình
Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với
kết quả quan trắc.





Hình 20: So sánh kết quả tính toán nội lực
trong hệ chống thứ 5 bằng 2 mô hình
Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với kết
quả quan trắc.




Hình 21: So sánh kết quả tính toán nội lực

trong hệ chống thứ 6 bằng 2 mô hình
Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với kết
quả quan trắc.

Hình 22: So sánh kết quả tính toán nội lực
trong hệ chống thứ 7 bằng 2 mô hình
Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với kết
quả quan trắc.


12


Bảng 8: So sánh kết quả tính toán nội lực trong thanh chống bằng 2 mô hình HS và MC
với kết quả quan trắc lớp thứ 3 ở các giai đoạn thi công thứ năm, sáu và bảy.
Giai đoạn
thi công
Kết quả tính toán nội lực trong thanh chống với các mô
hình (kN)
Kết quả quan
trắc thực tế
(kN)
Mô hình HS

Mô hình MC

Tính toán
Chênh lệch
với quan trắc
Tính

toán
Chênh lệch với
quan trắc

GĐ5
506.58
194.84%
426.28
163.95% 260
GĐ6
509.44
203.77%
422.77
169.11% 250
GĐ7

490.37
204.32%
402.63
167.76% 240
5. Kết luận
(1) Ảnh hưởng của độ cứng gia tải và dỡ tải của đất nền tác động đáng kể đến độ lớn và phân bố
độ trồi hố móng hơn là đến chuyển vị ngang của tường và độ lún bề mặt của đất nền. Cả hai
giá trị độ lớn và phân bố của chuyển vị ngang và độ lún bề mặt không nhạy với độ cứng gia
tải và dỡ tải của đất nền.
(2) Chuyển vị ngang lớn nhất khi tính toán bằng mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil
lớn hơn quan trắc thực tế lần lượt là 15.97% ÷31.98% và 9.37% ÷ 17.9% . Chuyển vị ngang
lớn nhất của tường khi tính toán với mô hình Mohr – Coulomb lớn hơn mô hình Hardening
Soil 6.5% ÷ 17.15%. Như vậy, sử dụng FEM với mô hình Hardening Soil cho kết quả chuyển
vị ngang của tường phù hợp với thực tế làm việc của tường hơn mô hình Mohr – Coulomb.

(3) Độ lún bề mặt của đất nền khi tính toán với mô hình Hardening Soil cho kết quả phù hợp với
thực tế hơn khi tính toán với mô hình Mohr – Coulomb. Theo đó, độ lún lớn nhất khi tính
toán bằng mô hình Hardening Soil lớn hơn khi tính toán bằng mô hình Mohr – Coulomb
khoảng 14.57%. Như vậy, sẽ thích hợp hơn khi sử dụng mô hình có xét đến độ cứng gia tải
và dỡ tải để phân tích độ lún bề mặt công trình hố đào sâu.
(4) Độ trồi hố móng bên trong hố đào khi tính toán với mô hình Mohr – Coulomb cho kết quả
lớn hơn khi tính toán với mô hình Hardening Soil. Tính toán với mô hình Hardening Soil cho
kết quả về độ trồi hố móng phù hợp với thực tế hơn mô hình Mohr – Coulomb do có xét đến
độ cứng khi gia tải dỡ tải của đất nền.
(5)
Nội lực trong thanh chống khi tính toán với hai mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil
cho kết quả lớn hơn số liệu quan trắc thực tế. Trong trường hợp này, có sự không thuận lợi
trong việc sử dụng mô hình đàn hồi phi tuyến so với mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng.

Khi tính toán nội lực bằng mô hình Hardening Soil sẽ cho kết quả lớn hơn từ 194.84% đến
204.32% so với khi quan trắc. Trong khi đó, kết quả nội lực khi tính toán với mô hình Mohr –
Coulomb sẽ lớn hơn 163.95% đến 169.11% với nội lực khi quan trắc.
6. Kiến nghị
Việc sử dụng mô hình phù hợp trong tính toán dự báo chuyển vị của tường chắn hố đào sâu
sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao và đảm bảo ổn định cho công trình.
Trong tương lai, cần tiến tục tiến hành các tính toán tương tự đối với các công trình khác,
trong phạm vi rộng hơn,để có các kết luận tổng quát và chính xác hơn.






13

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Châu Ngọc Ẩn (2009), Cơ học đất, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. HCM.
[2] Nguyễn Bá Kế (2009), Thiết kế và thi công hố móng sâu, Nhà xuất bản xây dựng.
[3] Hội Địa chất Việt Nam – Liên hiệp Khoa học, Địa chất, Nền móng, Vật liệu xây dựng, Kết quả khảo sát địa
chất công trình Trạm Bơm lưu vực Nhiêu Lộc Thị Nghè, 2003.
[4] Huyndai Mobis JV, Kết quả quan trắc chuyển vị -Sequential displacement data – HCMC Package #8 Pump
Station, 2004-2005-2006
[5] Huyndai Mobis JV, Kết quả đo đạc nội lực trong thanh chống - VW strain gauge record sheet – HCMC
Package #8 Pump Station, 2004-2005-2006
[6] Brinkgreve R. B. J. & Broere W. (2004), Plaxis Manual, Version 8.
[7] Duncan, J. M., and Chang, C. Y. (1970), Nonlinear analysis of stress and strain in soils, Journal of the Soil
Mechanics and Foundations Division, ASCE, 96(SM5), 1629-1653.