LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ NGHIÊN CỨU CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG TRONG GIA CỐ ĐẤT NỀN QUANH HỐ ĐÀO SÂU TẠI HẦM THỦ THIÊM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
&



PHẠM HÙNG TIẾN



NGHIÊN CỨU CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG
TRONG GIA CỐ ĐẤT NỀN QUANH HỐ ĐÀO SÂU
TẠI HẦM THỦ THIÊM


CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ
VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ
MÃ SỐ NGÀNH : 60 58 30


LUẬN VĂN THẠC SĨ






TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07/2009

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH



Cán bộ hướng dẫn khoa học 1 :
GS.TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ
Cán bộ hướng dẫn khoa học 2 :
TS. LÊ BÁ VINH



Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :





Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC
BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH,
Ngày Tháng Năm
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
oOo
Tp. HCM, ngày 03 tháng 07 năm 2009
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : PHẠM HÙNG TIẾN Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 30/10/1983 Nơi sinh : Phú Yên
Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô và đường thành phố
Khoá (Năm trúng tuyển) : 2007 MSHV : 00107748
1. TÊN ĐỀ TÀI: “ NGHIÊN CỨU CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG TRONG GIA CỐ ĐẤT
NỀN QUANH HỐ ĐÀO SÂU TẠI HẦM THỦ THIÊM “
2. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nghiên cứu tác dụng của cột đất trộn xi măng dùng gia cường
đất quanh hố đào sâu tại hầm Thủ Thiêm
3. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề giữ ổn định hố đào sâu bằng trụ đất
trộn xi măng
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết tính toán đất gia cường bằng cột đất trộn xi măng quanh hố
đào sâu
Chương 3 : Nghiên cứu tác dụng của cột đất trộn xi măng gia cố quanh hố đào tại dự án
hầm Thủ Thiêm
Chương 4 Nhận xét, kết luận và kiến nghị
4. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :
5. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03/07/2009
6. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 : GS.TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 : TS. LÊ BÁ VINH
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1




GS.TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

TS. LÊ BÁ VINH
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH



TS. LÊ BÁ KHÁNH
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC



KHOA QUẢN LÝ NGÀNH




LỜI CẢM ƠN

Khoảng thời gian 2 năm học tập và nghiên cứu tại trường Đại Học Bách Khoa với
tôi là khoảng thời gian đầy thú vị và nhiều thử thách.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn đã nhiệt tình chỉ bảo, xin cảm
ơn tất cả anh chị và các bạn trong lớp cao học Xây Dựng Đường Ôtô và Đường Thành Phố
khóa 2007.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TSKH. Nguyễn Văn Thơ và TS. Lê Bá
Vinh, các thầy đã nhiệt tình giúp đỡ, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành luận
văn này.
Xin cảm ơn gia đình tôi, những người luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong
cuộc sống và học tập, nghiên cứu. Xin cảm ơn anh Tùng, những người bạn thân, đồng
nghiệp luôn động viên giúp đỡ tôi. Và cuối cùng xin cảm ơn Công ty Obayashi Corporation

về những số liệu đã cung cấp.

TP. Hồ Chí Minh, Ngày Tháng Năm 2009
Học viên


Phạm Hùng Tiến


TÓM TẮT LUẬN VĂN

Tên đề tài : NGHIÊN CỨU CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG TRONG GIA CỐ ĐẤT
NỀN QUANH HỐ ĐÀO SÂU TẠI HẦM THỦ THIÊM

Vấn đề thiết kế đảm bảo độ ổn định và an toàn thi công hố đào sâu luôn là bài toán
khó vì cho dù có nhiều tiến bộ trong tính toán mô phỏng dựa trên các mô hình tính toán
diễn tả được ứng xử đất nền khá gần với thực tế nhưng vẫn có những sự cố công trình
liên quan đến hố móng sâu gây ra.
Một số phương pháp giữ ổn định hố đào sâu phổ biến như: Sử dụng thanh chống
thông qua hệ thống kích; Sử dụng neo trong đất; Gia cường đất quanh hố đào. Trong các
phương pháp trên phương pháp gia cường đất quanh hố đào là một phương pháp được
chú ý đến nhiều với sự phát triển của công nghệ thi công cột đất trộn xi măng (DSMC).
Công nghệ này được sử dụng vì có thể thi công trong phạm vi hẹp (nhất là trong điều
kiện thành phố) và không gây ảnh hưởng đến tường chắn và các công trình xung quanh.
Hầm Thủ Thiêm là công trình trọng điểm trong dự án Đại Lộ Đông Tây được coi
là một trong những công trình sử dụng DSMC với số lượng lớn và đa dạng mục đích sử
dụng nhất. Tại hầm dẩn Thủ Thiêm tại lý trình 14km350 đến 14km365 được sử dụng để
gia cường đất cả bên trong và bên ngoài hố đào. Luận văn sẽ nghiên cứu tác dụng của các
vùng đất gia cường bằng DSMC này thông qua việc mô phỏng bài toán bằng phần mềm
Plaxis, một công cụ rất mạnh sử dụng phương pháp FEM.

Với việc phân tích một công trình điển hình với địa chất rất đặc trưng của khu
vực Đông Nam Bộ, kết quả nghiên cứu sẽ rất hữu ích trong việc áp dụng vào các công
trình tương tự, những công trình nằm trong khu vực có địa chất yếu. Ngoài ra, luận văn
cũng trình bày một phương pháp tính toán vùng đất gia cường phía ngoài hố đào, phương
pháp này có thể áp dụng ở bất kỳ công trình nào.
ABSTRACT

STUDY SOIL-CEMENT COLUMNS IN REINFORCING GROUND AROUND
DEEP EXCAVATIONS AT THU THIEM TUNNEL
Designing to ensure stablization and executing deep excavations safety are always
hard task. Though having many advances in calculating by reproduce based on calculated
geometries which conduct quite near with practice, a lot of breakdown happened, which
are concerned about deep excavations.
Some popular maintaining stablization for deep excavations : using struts and wales
through pulley systems, using anchors underground, improved soil around deep
excavations. Improved soil around deep excavations is one of the approaches which is
paid much attention to the development of DSMC. This technology is applied because it
can be constructed in narrow scopes (especially in city conditions) and don’t affect to
reliable wall and works nearby.
Thu Thiem tunnel is an essential work in East-West highway project which is one
of the works using large quantity of DSMC and various purposes. At station 14km350 to
14km365 of Thu Thiem tunnel, DSMC is used to improve the ground both inside and
outside of deep excavations. This essay studies effects of DSMC improved soil though
imitating the task by Plaxis software, an effecttive tool using FEM.
By analysing one typical work with specific geology of South-East region, the
study’s result will be very useful for applying to the same works, which are in soft soil.
Besides, this essay also states one method to calculate improved soil outside of deep
excavations. This method can be use in any work.

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU VÀ VẤN ĐỀ GIỮ ỔN ĐỊNH HỐ
ĐÀO SÂU BẰNG TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG (DSMC) 1
1.1. TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU 1
1.2. VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH VÀ SỰ CỐ HỐ ĐÀO SÂU 2
1.2.1. Ổn định hố đào sâu 2
1.2.2. Sự cố hố đào sâu 2
1.3. GIỮ ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG DSMC 5
1.3.1. Tổng quan về công nghệ DSMC 5
1.3.2. Sử dụng DSMC trong ổn định hố đào sâu 8
1.4. MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN 11
1.5. PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU 12
1.6. GIỚI HẠN LUẬN VĂN 12
CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐẤT GIA CƯỜNG BẰNG
DSMC QUANH HỐ ĐÀO SÂU 13
2.1. LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT CỦA RANKINE 13
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ÁP LỰC LÊN TƯỜNG CHẮN GIỮ LIÊN
TỤC TRONG ĐẤT 15
2.2.1. Phương pháp SACHIPANA 16
2.2.2. Phương pháp đàn hồi 18
2.2.3. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) 20
2.3. TÍNH TOÁN VÙNG ĐẤT GIA CƯỜNG BẰNG DSMC PHÍA NGOÀI HỐ ĐÀO
(PHÍA CHỦ ĐỘNG) 22
2.3.1. Trường hợp đất sau lưng tường ở trạng thái chủ động 24
2.3.2. Trường hợp đất sau lưng tường ở trạng thái bị động 27
CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU TÁC DỤNG CỦA DSMC GIA CƯỜNG QUANH HỐ
ĐÀO TẠI DỰ ÁN HẦM THỦ THIÊM 31
3.1. TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN HẦM THỦ THIÊM 31
3.2. PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ 35
3.3. PHÂN TÍCH KẾT CẤU HẦM 47
3.4. GIA CỐ ĐẤT XUNG QUANH HỐ ĐÀO BẰNG DSMC 50

3.4.1. Gia cố đất nền bằng DSMC phía trong hố đào 52
3.4.2.Gia cố đất nền bằng DSMC phía ngoài hố đào 56
3.5. TRÌNH TỰ THI CÔNG 58
3.6. PHÂN TÍCH MÔ HÌNH 63
3.6.1.Đánh giá mô hình 63
3.6.2.Hệ số an toàn SF 66
3.7. PHÂN TÍCH CÁC TRƯỜNG HỢP BẰNG PLAXIS 67
3.7.1. Trường hợp 1 : Sử dụng DSMC để gia cường đất ở phía chủ động 67
3.7.2. Trường hợp 2 : Sử dụng DSMC để gia cường đất ở phía bị động 79
3.7.3. Trường hợp 3 : Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng DSMC đến tác
dụng gia cường đất ở xung quanh hố đào 86
3.7.4. Trường hợp 4 : Sử dụng DSMC để gia cường đất ở cả phía chủ động và
phía bị động 90
3.8. TÍNH TOÁN VÙNG ĐẤT GIA CƯỜNG DSMC BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI
TÍCH 92
CHƯƠNG 4 : NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99
4.1. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 99
4.2. KIẾN NGHỊ 101


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
&



PHẠM HÙNG TIẾN

NGHIÊN CỨU CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG
TRONG GIA CỐ ĐẤT NỀN QUANH HỐ ĐÀO SÂU
TẠI HẦM THỦ THIÊM

(PHẦN PHỤ LỤC)

CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ
VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ
MÃ SỐ NGÀNH : 60 58 30


LUẬN VĂN THẠC SĨ





TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07/2009






KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BẰNG PLAXIS


Các trường hợp :
A. Trường hợp không gia cường đất quanh hố đào
B. Trường hợp gia cường đất phía chủ động

C. Trường hợp gia cường đất phía bị động
D. Trường hợp gia cường đất với chất lượng DSMC khác nhau

1
Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU VÀ VẤN ĐỀ GIỮ ỔN ĐỊNH HỐ
ĐÀO SÂU BẰNG TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG (DSMC)
1.1. TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU
Móng là hạng mục đóng vai trò cực kỳ quan trọng đến sự bền vững của công
trình. Độ sâu đặt móng là một trong những nhân tố chủ đạo ảnh hưởng đến độ ổn định,
tính vĩnh cửu và sự khai thác bình thường của công trình. Do vậy việc giữ ổn định hố
đào trong suốt quá trình thi công móng công trình cũng là một yếu tố cần đặc biệt chú ý.
Theo độ sâu đào Terzaghi và Peck (1967) chia hố đào thành hai loại : hố đào nông (dưới
6m), hố đào sâu (trên 6m). Tuy nhiên có khi độ sâu hố đào nhỏ hơn 6m nhưng phải đào
trong điều kiện địa chất công trình và điều kiện thủy văn phức tạp thì cũng phải xử lý như
đối với hố đào sâu. Các loại công trình xây dựng hạ tầng thường gặp hố đào sâu như : hệ
thống cấp thoát nước; hệ thống bể chứa và xử lý nước thải; bãi đậu xe, gara ôtô, kho
hàng; ga và đường tàu điện ngầm, đường cao tốc; các trung tâm thương mại, cao ốc; công
trình phòng vệ dân sự….
Hố đào là một loại công việc tạm thời, có giá thành cao, khối lượng công việc lớn
, kỹ thuật phức tạp. Đồng thời cũng là trọng điểm để hạ thấp giá thành và bảo đảm chất
lượng công trình. Mọi sự cố xảy ra với với hố đào thì xử lý sẽ rất khó khăn, gây tổn thất
lớn về mặt kinh tế và ảnh hưởng nghiêm trọng về mặt xã hội.
Công trình hố đào đang phát triển theo xu hướng độ sâu lớn, diện tích rộng có khi
đạt tới hàng trăm mét. Theo đà phát triển cải tạo các thành phố cũ, các công trình cao
tầng, siêu cao tầng của thành phố lại thường tập trung ở những khu đất nhỏ hẹp, mật độ
xây dựng lớn, dân cư đông đúc, giao thông chen lấn, điều kiện để thi công công trình hố
móng đều rất kém. Lân cận công trình thường có các công trình xây dựng vĩnh cửu, các
công trình lịch sử, nghệ thuật bắt buộc phải được an toàn, không thể nào có mái dốc, yêu

cầu đối với việc ổn định và khống chế chuyển dịch rất là nghiêm ngặt.
Công trình hố đào gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất,
chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước ngầm, đào đất, trong đó chỉ một khâu nào đó thất bại
thì cũng sẽ dẫn tới sự cố cho hố móng.

2
Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng
Công trình hố đào có chu kỳ thi công dài, từ khi đào đất đến khi hoàn thành toàn
bộ các công trình kín khuất ngầm dưới mặt đất phải trải qua nhiều lần mưa to, nhiều lần
chất tải, chấn động, thi công có sai phạm tính ngẫu nhiên của mức độ an toàn tương đối
lớn, sự cố xảy ra thường là đột biến.
1.2. VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH VÀ SỰ CỐ HỐ ĐÀO SÂU
1.2.1. ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU
Khi làm làm công trình có hạng mục nằm ngầm qua đất yếu, một mục tiêu thiết
kế quan trọng là ổn định hố đào. Sự ổn định theo nghĩa này nói tới khả năng của hệ
tường chắn chống lại sự quay của tường và biến dạng đất tổng thể đi kèm với các biến
dạng cắt quay lớn (hay sự phá hoại cắt) của đất. Biến dạng gây ra từ tình huống như vậy
có xu hướng phát triển theo chiều đi xuống (lún) ở bên ngoài hố đào và lên trên
(bùng nền) trong phạm vi hố đào.
Hình dạng của hố đào và hệ tường chắn cần phải thỏa mãn hai chế độ ổn định.
Hố đào phải được thiết kế với hệ số an toàn đủ để chống lại sự bùng nền. Bài toán này đã
được Terzaghi phân tích (năm 1949) và sau đó được cải tiến bởi Bjurrum và Eide
(1956). Hệ số an toàn cho chế độ này về cơ bản là một hàm số của cường độ chống cắt
của đất và chiều sâu đào. Chiều sâu chân tường dưới cao độ đáy hố đào không ảnh
hưởng lớn tới tính ổn định cho tới khi cao độ mũi đạt tới lớp đất cứng.
Cả hai điều kiện ổn định trên đều có khả năng gây biến dạng lớn. Ngay cả
khi phá hoại không xảy ra, nếu hệ số an toàn thấp sẽ tạo sự phát triển tương đối lớn các
biến dạng cắt. Để giữ cho biến dạng nằm trong phạm vi chấp nhận được và tránh
trượt lớn, điều quan trọng là phải có các biện pháp thiết kế và đề phòng thích hợp
khi thi công. Ví dụ, tại vùng đất sét nhạy cảm, cần dùng hệ số an toàn lớn hơn so với

các trường hợp tạm thời thông thường, tính tới sự chùng biến dạng (ứng suất).
Trong quá trình xây dựng, các công việc được kiểm soát cẩn thận.
1.2.2. SỰ CỐ HỐ ĐÀO SÂU
Đây là vấn đề luôn phải đặc biệt chú ý khi thiết kế và thi công hố đào. Sự cố mặt
dù luôn được chú ý đến nhưng không thể tránh khỏi. Điều này là do đặc thù của công tác
thiết kế và thi công rất phức tạp. Công tác thiết kế hố đào có những điểm đặc trưng sau :

3
Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng
- Tính không xác định của ngoại lực : ngoại lực tác dụng lên các kết cấu chắn giữ
(áp lực chủ động và bị động của đất và áp lực nước) sẽ thay đổi theo điều kiện môi
trường, phương pháp thi công và giai đoạn thi công.
- Tính không xác định của biến dạng : khống chế biến dạng là điều quan trọng
trong thiết kế kết cấu chắn giữ. Có nhiều nhân tố ảnh hưởng tới sự biến dạng này như : độ
cứng của tường vây, cách bố trí thanh chống hoặc neo và đặc tính mang tải của cấu kiện,
tính chất của đất nền, sự thay đổi của mực nước dưới đất, chất lượng thi công, trình độ
quản lý ngoài hiện trường
- Tính không xác định của đất : đất nền luôn không đồng nhất. Việc xác định tính
chất của đất được xác định theo các phương pháp khác nhau tùy theo vị trí và giai đoạn
thi công hố móng. Do vậy tính chất của đất luôn thay đổi nên sự tác dụng của đất nền lên
kết cấu chắn giữ hoặc lực chắn giữ của nó theo đó mà thay đổi theo.
- Những nhân tố ngẫu nhiên gây ra sự thay đổi : những thay đổi ngoài ý muốn của
sự phân bố áp lực đất trên hiện trường thi công, sự không nắm vững chướng ngại vật
trong lòng đất, những thay đổi của môi trường xung quanh đều có ảnh hưởng đến việc
thi công và sử dụng hố đào sâu một cách bình thường.
Phân tích một vài sự cố hố đào sâu điển hình ở Việt Nam và trên thế giới để thấy
được phần nào mức độ phức tạp trong thiết kế và thi công hố đào sâu :
v Sự cố cao ốc Pacific (TP. Hồ Chí Minh)

Hình 1. 1 - Thi công hố móng cao ốc Pacific làm sập một phần viện KHXH Nam Bộ


4
Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng
- Vị trí : Quận 1, TP. Hồ Chí Minh
- Nguyên nhân tai nạn : nguyên nhân chủ yếu của sự cố này là chất lượng thi công
tường tầng hầm không tốt (chất lượng bê tông của tường thấp dẫn đến tường bị thủng).
Thêm vào đó mực nước dưới đất bên ngoài tầng hầm rất cao nước theo các khe thủng tạo
thành dòng chảy rất mạnh kéo theo đất cát chảy vào tầng hầm đồng thời làm rỗng xốp,
làm xói lở và phá hoại đất nền của móng các công trình lân cận, khiến cho các công trình
đó bị biến dạng, bị sụt lún, thậm chí bị phá hoại.
- Thiệt hại : làm sập hoàn toàn toà nhà viện KHXH Nam Bộ, và làm hư hỏng các
khối nhà lân cận khác.
v Sự cố sập hầm dẫn Nicol Highway Singapore

Hình 1. 2 - Sập hầm dẫn ở Nicol highway Singapore
Công trình này có đặc điểm rất giống với hầm Thủ Thiêm.
- Vị trí : Nicol highway Singapore
- Nguyên nhân tai nạn : Viện MIT đã chỉ ra nguyên nhân chính dẫn đến sập hầm là
do phân tích sai địa chất khu vực và đánh giá quá cao sức chống cắt của đất trong khu
vực phân tích. Do vậy việc thiết kế kết cấu chống đỡ áp lực đất trong vùng đất sét yếu
không đảm bảo.
- Thiệt hại : làm chết 4 người công nhân và làm sạt lở nghiêm trọng các công trình
xung quanh.

5
Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng
1.3. GIỮ ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG DSMC
1.3.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DSMC

1.3.1.1. Lịch sử phát triển của DSMC
Từ rất lâu, phương pháp DSMC đã được dùng để cải tạo đất. Sự ổn định dưới sâu
của DSMC là đề tài nghiên cứu trong một thời gian khá dài ở Thụy Điển, Nhật và các
nước khác. Viện đĩa kỹ thuật Thụy điển cùng với Linden-Alimak A.B. và giáo sư Bengt
Broms đã áp dụng rộng rãi kỹ thuật DSMC cho móng và công tác đất, bao gồm cả khối
đắp và hố đào trong đất sét yếu.
Sau đại chiến thế giới lần thứ hai, Mỹ là nước đầu tiên nghiên cứu về cọc ximăng
trộn tại chỗ (MIP), đường kính cọc 0.3-0.4m, dài 10-12m. Năm 1950 truyền vào Nhật
Bản, năm 1974 Trạm nghiên cứu kỹ thuật bến cảng của Nhật Bản hợp tác nghiên cứu
thành công phương pháp trộn xi măng để gia cố (CMC). Năm 1977, Trung Quốc bắt đầu
thí nghiệm trong phòng và nghiên cứu chế tạo máy hai trục đầu tiên để trộn dưới sâu.
Năm 1990 Nhật Bản đưa ra loại công nghệ thi công trộn dưới sâu mới gọi là phương
pháp RR, khi thi công đầu trộn lên xuống, lắc ngang và quay tròn trộn ngược lên làm
thành cọc, một lần làm cọc có thể trộn được thân cọc có đường kính tới 2m. Năm 1999 đã
có Hội nghị thế giới về DSMC (Dry Mix Methoads for Deep Soil Stabilization) ở
Rotterdam (Hà Lan).
Phương pháp trộn dưới sâu thích hợp với các loại đất được hình thành từ các
nguyên nhân khác nhau như đất sét dẻo bão hòa, bao gồm bùn nhão, đất bùn, đất sét và
đất sét bột…. Độ sâu gia cố từ vài mét đến 50-60m. Hình 1. 3
Các trường hợp cơ bản sử dụng DSMC (theo Hiệp hội DJM Nhật Bản, 1996)
mô tả các trường hợp ứng dụng DSMC.
Trong phạm vi luận văn này sẽ nghiên cứu trường hợp sử dụng DSMC để giữ ổn
định hố đào sâu và xét kỹ trường hợp dùng DSMC để gia cường cho vùng đất xung
quanh hố đào để giúp ổn định hố đào sâu.


6
Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng

Hình 1. 3

Các trường hợp cơ bản sử dụng DSMC (theo Hiệp hội DJM Nhật Bản, 1996)
1.3.1.2. Nguyên lý và đặc tính gia cố xi măng-đất:
Nguyên lý cơ bản của việc gia cố xi măng-đất là xi măng sau khi trộn với đất sẽ
sinh ra một loạt phản ứng hóa học rồi dần dần đóng rắn lại. Có hai phương pháp trộn là
phương pháp trộn ướt và phương pháp trộn khô. Sự khác nhau của hai phương pháp này
được thể hiện ở hai sơ đồ sau (theo TCXDVN 385-2006).

(a) Sơ đồ thi công trộn khô

7
Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng

Hình 1. 4 – Sơ đồ thi công phương pháp trộn khô (a) và trộn khô (b) trụ đất-xi măng
Phương pháp được sử dụng tại công trình đang xét đến trong luận văn này
(đường dẫn hầm Thủ Thiêm) là phương pháp trộn khô JMM (Jet and Mechanical
Mixing). Trong chương 3 sẽ xét kỹ về phương pháp này.
1.3.1.3. Ứng dụng DSMC ở Việt Nam
Ở Việt Nam, công nghệ này đầu tiên được nghiên cứu vào năm 1980 với sự giúp
đỡ của viện địa kỹ thuật Thụy Điển (SGI). Đề tài nghiên cứu được Bộ Xây Dựng nghiệm
thu vào năm 1985 và đã được áp dụng cho một số công trình dân dụng và công nghiệp ở
Hà Nội và Hải Phòng.
Công trình ứng dụng DSMC đầu tiên ở phía nam do công ty phát triển kỹ thuật
xây dựng thi công hợp tác với công ty Hercules (Thụy Điển) làm tại khu công nghiệp Trà
Nóc (Cần Thơ) sâu đến 20m bằng hệ thống tự động từ khâu khoan, phun xi măng và trộn
với tổng chiều dài cọc gần 50.000m.
Từ năm 2002 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng DSMC vào xây dựng các
công trình trên nền đất, cụ thể như: Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m
DSMC có đường kính 0,6m thi công bằng trộn khô; xử lý nền cho bồn chứa xăng dầu
đường kính 21m, cao 9m ở Cần Thơ. Năm 2004 DSMC được sử dụng để gia cố nền
móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam), xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu ở

Đình Vũ (Hải Phòng), các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn khô, độ sâu xử lý trong
khoảng 20m. Tháng 5 năm 2004, các nhà thầu Nhật Bản đã sử dụng Jet - grouting để sửa
chữa khuyết tật cho các cọc nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội). Năm 2005, một số dự án
(b) Sơ đồ thi công trộn ướt

8
Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng
cũng đã áp dụng DSMC như: dự án thoát nước khu đô thị Đồ Sơn - Hải Phòng, dự án sân
bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu….Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận
chuyển giao công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản. Đề tài đã ứng dụng
công nghệ và thiết bị này trong nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả
năng chịu lực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến tính chất của DSMC,
nhằm ứng dụng DSMC vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình thuỷ lợi. Nhóm
đề tài cũng đã sửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cống D10 (Hà Nam),
Cống Rạch C (Long An) Tại thành phố Đà Nẵng, DSMC được ứng dụng ở Plazza Vĩnh
Trung dưới 2 hình thức: Làm tường trong đất và làm cọc thay cọc nhồi.
Tại Tp. Hồ Chí Minh, DSMC được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông Tây, một số
building như Saigon Times Square …Hiện nay, các kỹ sư Orbitec đang đề xuất sử dụng
DSMC để chống mất ổn định công trình hồ bán nguyệt – khu đô thị Phú Mỹ Hưng, dự án
đường trục Bắc – Nam (giai đoạn 3) cũng kiến nghị chọn DSMC xử lý đất yếu.
Tuy nhiên, vấn đề khó khăn hiện nay là máy móc chuyên dụng cho thi công. Giá
nhập khẩu thiết bị này đến hơn chục tỷ đồng. Do vậy, đây là một vấn đề rất khó khăn cho
nhiều đơn vị xây dựng trong nước hiện nay, hầu hết máy móc đều vận chuyển từ nước
ngoài sang rất tốn kém và mất thời gian. Gần đây Viện Khoa học và Công nghệ GTVT
được giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu dây chuyền thiết bị đồng bộ và thiết kế chế tạo
thiết bị tự động định lượng phun xi măng trong công nghệ thi công cọc xi măng đất gia
cố nền móng công trình”. Kết quả bước đầu của đề tài này khá tốt, ngày 20/02/2009, Hội
đồng nghiệm thu cấp cơ sở của Viện Khoa học và Công nghệ GTVT đã đánh giá đề tài
thực hiện đúng tiến độ, hoàn thành tốt các mục tiêu, sản phẩm theo đề cương được duyệt.
Hi vọng với tiến độ này trong tương lai không xa chúng ta sẽ chủ động về dây chuyền

máy móc chế tạo trụ đất trộn xi măng, khi đó công nghệ này sẽ được ứng dụng rộng rãi
hơn nữa đặc biệt là cho các tĩnh phía Nam nước ta.
1.3.2. SỬ DỤNG DSMC TRONG ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU
Vấn đề này đã được một số nước đề cập đến mà đi đầu là Thụy Điển. Xin nêu
một số công trình tiêu biểu đã áp dụng DSMC để gia cường đất nhằm giữ ổn định hố đào.
Hình 1.5 là một công trình nhà cao tầng ở Gothenburg-Thụy Điển được xây
dựng vào năm 2002. Nhà thầu Peab Sweaden AB đã kết hợp tường chắn (sheet piled
wall) với DSMC với mục đích làm giảm áp lực chủ động lên tường chắn. Với mục đích

9
Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng
này DSMC φ600mm (50% và 50% xi măng, 82kg/m
3
) với sức chống cắt 100kPa đã được
sử dụng gia cường cho vùng đất sau lưng tường mỗi hàng 7 cột khoảng cách giữa các cột
là 1.5m, sâu 9m. DSMC được đưa vào sau khi đã thi công tường chắn, 2 tuần sau khi thi
công xong vùng đất gia cường thì tiến hành đào hố móng.



Hình 1.5 - DSMC được dùng để ổn định tường chắn ở AstraZeneca-Gothenburg-Thụy Điển
Trước đó tác giả Phung Duc Long và Hakan Bredenberg đã có nghiên cứu về
việc sử dụng DSMC phía sau lưng tường để ổn định cho tường và có so sánh với trường
hợp chỉ gia cố vùng đất bên trong hố đào cho công trình South Link ở Stockholm,Thụy
Điển. Tuy nhiên tác giả chưa xét trường hợp hố đào có thanh chống cũng như chưa xét
tác dụng tương hỗ khi gia cường cả hai phía và chưa đưa ra phương pháp giải tích xác
định kích thước vùng đất gia cường. Luận văn sẽ nghiên cứu thêm các mặt hạn chế này.

Hình 1. 6 - Hình : Mô hình phân tích của Phung Duc Long và Hakan Bredenberg
Một số hình ảnh sử dụng DSMC gia cường quanh hố đào sâu tại một số công

trình trên thế giới :

10
Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng

Hình 1. 7 - Mặt bằng gia cường bằng DSMC, Đài Loan (Liao và cộng sự 1992)

Hình 1. 8 - Sử dụng DSMC kết hợp tường trong đất tại công trình Lake Parkway, Mỹ
(Bahner và Naguib, 1998)
Ngoài những nghiên cứu và những công trình thực tế trên nhiều tác giả khác
cũng đã có nghiên cứu về vấn đề này. Có thể đề cập đến ở đây một vài tác giả như Woo
(1990), Gaba (1990), Nakagawa (1996), Ueki (1999) các tác giả này đã nghiên cứu về
việc sử dụng DSMC phía trong phạm vi hố đào để giữ ổn định hố đào sâu. Hạn chế của

11
Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng
các tác giả này là chưa nghiên cứu tác dụng của DSMC trong việc giữ ổn định phía chủ
động (phía sau lưng tường) cũng như chưa định ra phạm vi áp dụng của chúng. Luận văn
sẽ làm rõ vấn đề này.
Ở Việt Nam việc sử dụng DSMC để giữ ổn định hố đào trong thời gian gần đây
đã được sử dụng rất phổ biến nhất là các nhà cao tầng xây trong vùng địa chất yếu như
tòa nhà Waseco… Tại công trình Hầm Thủ Thiêm DSMC cũng đã được nhà thầu
Obayashi, Nhật Bản sử dụng để gia cường quanh hố đào sâu với những tác dụng rõ rệt
mà thực tế đã kiểm chứng. Đây cũng là địa điểm luận văn sẽ tập trung phân tích.
Luận văn sẽ xét kỹ trường hợp sử dụng DSMC để gia cường cho đất quanh hố
đào có tường chắn là tường trong đất tại hạng mục Hầm Thủ Thiêm. Ngoài các biện pháp
dùng các thanh chống, neo thì đây có thể cũng là một phương pháp có thể xét đến khi
thiết kế hố đào. Phương pháp này đặc biệt hữu ích khi muốn gia cố hố đào khi thành hố
đào có chuyển vị vượt quá giới hạn cho phép hoặc gia cố cho những vùng đất yếu cục bộ
quanh hố đào sâu. Thực tế phương pháp này cũng đã được ứng dụng tại hạng mục hầm

dẫn Hầm Thủ Thiêm và cho kết quả rất tốt.
Một ưu điểm rất quan trọng của DSMC là hầu như không gây tác động đến công
trình xung quanh và có thể thi công trong điều kiện chật hẹp. Do vậy sử dụng DSMC
trong gia cố hố đào sâu hầu như sẽ không gây ảnh hưởng đáng kể đến tường chắn xung
quanh hố đào. Luận văn này sẽ nghiên cứu thêm khả năng của DSMC trong việc giữ ổn
định hố đào sâu.










12
Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng
1.4. MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN
- Nghiên cứu tác dụng của DSMC đến việc giữ ổn định thành hố đào tại hạng mục
hầm dẫn Thủ Thiêm.
- Đưa ra cách tính toán vùng đất gia cường bằng DSMC quanh hố đào. Trường
hợp thực tế xét đến là thành hố đào bằng tường trong đất (Diaphragm wall) và đất sau
lưng tường ở trạng thái chủ động.
1.5. PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU
- Sử dụng lý thuyết cơ học đất tính vùng đất gia cường bằng DSMC quanh hố đào.
- Sử dụng phần mềm Plaxis để nghiên cứu các trường hợp dùng DSMC gia cường
phía chủ động hố đào
- Sử dụng phần mềm Plaxis để nghiên cứu các trường hợp dùng DSMC gia cường
phía bị động hố đào

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng DSMC đến tác dụng làm ổn định tường
chắn.
- Thông qua việc so sánh kết quả tính toán với số liệu quan trắc thực tế qua các
inclinometer được theo dõi hàng ngày bởi nhà thầu Obayashi, sẽ đánh giá kết quả tính
toán với thực tế.
1.6. GIỚI HẠN LUẬN VĂN
- Luận văn chỉ xét ảnh hưởng của vùng đất gia cường bằng DSMC đến ổn định của
hố đào sâu đào có hệ thống chắn giữ chưa xét đến việc sử dụng các phương pháp khác.
Tường chắn được xét đến là tường lên tục trong đất (Diaphragm wall), chưa xét mở rộng
cho tất cả các loại tường vây.
- Trường hợp xét đến là đất sau lưng tường ở trạng thái chủ động, chưa xét trường
hợp đất sau lưng tường ở trạng thái bị động.
- Chỉ xét giới hạn tại công trình hầm Thủ Thiêm, chưa xét mở rộng ra các công
trình khác.
- Vùng đất gia cường tính toán giải tích là thuộc dạng khối, chưa xét đến các dạng
khác.

13
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết tính toán đất gia cường bằng DSMC quanh hố đào sâu
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐẤT GIA CƯỜNG BẰNG
DSMC QUANH HỐ ĐÀO SÂU
2.1. LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT CỦA RANKINE
Lý thuyết áp lực đất Rankine được nhà vật lý người Anh William John Macquorn
Rankine (1820-1872) đưa ra lần đầu tiên vào năm 1857. Theo Rankine khi thể đất ở vào
trạng thái cân bằng đàn hồi : σ
z
=γ
z
; σ

x
=K
0
γ
z
vòng tròn ứng suất O
1
chưa tiếp xúc với
đường bao cường độ giới hạn cắt (Hình 2. 1-b).
+ Trạng thái chủ động : Khi σ
z
không đổi, σ
x
giảm nhỏ dần, vòng tròn ứng suất O
2

tiếp xúc với đường bao cường độ, thể đất đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn, σ
z
và σ
x

lần lượt là ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhất. Trong thể đất hai tổ mặt trượt làm thành
góc kẹp 45
0
+ϕ/2 với mặt phẳng ngang (Hình 2. 1-c).
+ Trạng thái bị động : Khi σ
z
không đổi, σ
x
tăng lớn dần, vòng tròn ứng suất O

2
tiếp
xúc với đường bao cường độ, thể đất đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn, σ
z
và σ
x
lần
lượt là ứng suất chính nhỏ nhất và lớn nhất. Trong thể đất hai tổ mặt trượt làm thành góc
kẹp 45
0
-ϕ/2 với mặt phẳng ngang (Hình 2. 1-d).

Hình 2. 1
Trạng thái chủ động và bị động Rankine

14
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết tính toán đất gia cường bằng DSMC quanh hố đào sâu
A. Áp lực đất chủ động :
+ Với đất cát : zKaP
a
γ=
Nếu có xét đến áp lực nước γ
w
z và tải trọng phân bố đều phía sau lưng tường q thì :
zKaqzP
wa
γγ ++= )( (2.1)
+ Với đất sét :
aa
KczKaP 2−= γ

Nếu có xét đến áp lực nước γ
w
z và tải trọng phân bố đều phía sau lưng tường q thì :
zKcKaqzP
waa
γγ +−+= 2)( (2.2)
Với : )
2
45(tan
2
ϕ
−°=
a
K : Hệ số áp lực đất chủ động
γ : Trọng lượng đơn vị thể tích đất (kN/m
3
)
γ
w
: Trọng lượng đơn vị thể tích nước (kN/m
3
)
C, ϕ : Lực dính kết (kPa) và góc ma sát trong của đất (độ)
z : Cao độ từ điểm tính toán đến mặt đất lấp (m)
q : Tải trọng phân bố đầu sau lưng tường (kPa)

Hình 2. 2 - Tính áp lực đất chủ động Rankine
(a) : Tường chắn đất dịch chuyển ra ngoài
(b) : Đất cát ; (c) : Đất sét

15
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết tính toán đất gia cường bằng DSMC quanh hố đào sâu
B. Áp lực đất bị động :
+ Với đất cát :
pp
zKP γ=
Nếu có xét đến áp lực nước γ
w
z và tải trọng phân bố đều phía sau lưng tường q thì :
zKqzP
wpp
γγ ++= )( (2.3)
+ Với đất sét :
pa
KczKaP 2+= γ
Nếu có xét đến áp lực nước γ
w
z và tải trọng phân bố đều phía sau lưng tường q thì :
zKcKqzP
wppp
γγ +++= 2)( (2.4)
Với : )
2
45(tan
2
ϕ
+°=
p
K : Hệ số áp lực đất bị động

Hình 2. 3 - Tính áp lực đất bị động Rankine
(a) : Tường chắn đất dịch chuyển về phía đất lấp
(b) : Đất cát ; (c) : Đất sét

2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ÁP LỰC LÊN TƯỜNG CHẮN GIỮ
LIÊN TỤC TRONG ĐẤT
Trước khi trình bày phương pháp tính toán vùng đất gia cường sau lưng tường
xin trình bày trước phương pháp tính toán tường liên tục trong đất để làm cơ sở cho việc
tính toán lực thanh chống phục vụ cho bước tính toán vùng đất gia cường.