Tải bản đầy đủ (.pdf) (14 trang)

Một số điểm cần lưu ý khi thiết kế ổn định và thi công phần tầng hầm

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1018.87 KB, 14 trang )


MỘT VÀI ĐIỂM CẦN LƯU Ý
KHI THIẾT KẾ ỔN ĐỊNH VÀ THI CÔNG PHẦN TẦNG HẦM

PGS.TS. CHÂU NGỌC ẨN
Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh

TÓM TẮT:
Không gian ngầm tại các thành phố lớn có rất nhiều công trình xây dựng: hệ thống
ống cấp - thoát nước và trạm bơm trung chuyển nước thoát; hệ thống giao thông
ngầm; hệ thống móng sâu và các tầng ngầm của công trình dân dụng – công
nghiệp; hệ thống cọc chống sét; . Thành phố Hồ Chí Minh chuyển mình sang một
thành phố hiện đại nên đang xây dựng rất nhiều các loại công trình ngầm và đã xảy
ra không ít sai sót trong tính toán và thi công gây hậu quả không nhỏ. Báo cáo này
đề cập đến một số điểm cơ bản trong tính toán ổn đònh nền đất bên dưới và xung
quanh công trình ngầm trong quá trình thi công - khai thác.

ABSTRACT:
Big city subground space has a lot of structures: tunels; deep foundations; subsoil
basements; HoChiMinh City is becoming a mordern big city those constructions
have structure parts which is placed in subground. This paper presents the
performance of a braced excavation with diaphragm wall in the soil.

I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH NGẦM:
Công trình ngầm luôn luôn chòu hệ áp lực và tác động xung quanh như: áp lực đất
do trọng lượng bản thân cộng với ảnh hưởng của các công trình lân cận; áp lực nước tónh
và động phụ thuộc dao động mực nước ngầm; các sóng ứng suất do các phương tiện giao
thông gây ra; Xây dựng công trình ngầm gồm hai giai đoạn chính: đào đất và xây kết
cấu công trình. Phần ngầm càng sâu thì loại áp lực - tác động càng nhiều và lớn, công tác
chống đỡ càng khó khăn.
Vấn đề thiết kế đảm bảo ổn đònh và an toàn thi công đào sâu trong nền đất luôn là


bài toán khó, thậm chí rất khó vì dù có nhiều tiến bộ trong tính toán mô phỏng dựa trên
các mô hình toán diễn tả được ứng xử đất nền khá gần với ứng xử thực tế, vẫn còn những
sụp đổ công trình loại này như trạm bơm nước thải Bangkok – Thái Lan có kích thước
20,3m đường kính, sâu 20,2m, bò sập ngày 17 – 8 – 1997 khi vừa hoàn tất công tác đào và
lắp đặt hệ thanh chống. Kết cấu của công trình gồm hệ tường vây (diaphragm wall) giữ
vai trò như tường chắn khi thi công đào sâu và giữ vai trò tường hầm sau khi đúc bê tông
các bản sàn hầm, (hình 2 và hình 9). Đặc biệt, công trình này có kích thước hoàn toàn
giống một công trình tương tự đã thi công thành công ở Frankfurt – Đức.

Trong nước đã có không ít công trình đào đất xây công trình ngầm bò hư hỏng trong
quá trình thi công gây hư hỏng các công trình lân cận.
Các hư hỏng – sập đổ khi đang đào đất có ba dạng chính:
- Đào trần không có hệ chống bò trượt mái dốc gây sập đổ công trình lân cận và
gãy các cọc của công trình sắp xây, (hình 1).
- Đào có hệ tường chắn đất và hệ chống nhưng chống không đủ hoặc tường không
đủ bền vững bò thủng hoặc gãy, làm sập đổ công trình lân cận.
- Các máy đào tự động bò chìm trong nền đất yếu do phương án đào chưa được
phân tích – tính toán đầy đủ.


Hình 1: Hệ cọc ống bò nghiêng do mái đất trượt khi đào trần ở TP.HCM, năm 2006

Hình 2 : Trạm bơm nước thải bò sập trong quá trình đào đất năm 1997 ở Bangkok.
Trong cáo cáo này chỉ đề cập đến vấn đề đào đất để xây dựng phần ngầm của
công trình nhà trung và cao tầng.

II. KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT - CÔNG TRÌNH XUNG QUANH VÀ LỰA CHỌN HỆ
THỐNG CHỐNG ĐỞ ĐỂ CÓ THỂ ĐÀO ĐẤT:
Để xây dựng nền móng và phần ngầm của công trình cần phải khảo sát cẩn thận
đất nền và công trình xung quanh nhằm lựa chọn giải pháp chống đở khi thi công móng và

phần ngầm.


II.1./ Khảo sát đòa chất công trình - thủy văn và hệ nền móng các công trình lân cận:
Khi cần đào hố móng hoặc đào sâu xây dựng các tầng hầm điều kiện cần là phải
khảo sát đòa chất thủy văn và công trình thật cẩn thận ngay bên dưới công trình sắp xây và
các công trình lân cận ít nhất phải bằng 0,7 lần cạnh ngắn hố đào, vì khu vực thay đổi ứng
suất trong đất nền ảnh hưởng sang xung quanh ít nhất bằng 0,7 lần đường kính hoặc cạnh
hố đào. Trong thí nghiệm xác đònh các đặc trưng chống cắt của đất nền nhất thiết phải có
thí nghiệm nén 3 trục với 2 phương pháp thoát nước và không thoát nước vì trong đào hố
móng thì giảm áp lực ngang của khối đất xung quanh hố đào và giảm áp lực đứng của
khối đất bên dưới hố đào, nên chỉ với thí nghiệm cắt trực tiếp sẽ không có đặc trưng chống
cắt đủ chính xác để tính toán ổn đònh hoặc mô phỏng các giai đoạn đào đất. Mặt khác,
cũng phải biết rõ cao độ mực nước ngầm thay đổi trong suốt năm và sau những trận mưa
to hoặc những đợt mưa thật to vì nước ngầm ảnh hưởng rất mạnh lên giá trò áp lực ngang
xô lên hệ tường chắn và tính chất lưu chuyển của đất nền nhất là cát.
II.2./ Các dạng hệ thống chống đở đất cho hố đào:
Tất cả các giải pháp điều phải thỏa điều kiện sách riêng cho từng công trình về
chuyển vò ngang của thành hố đào để đảm bảo nền các công trình lân cận.
Tường cọc bản thép (cừ Larsen) và hệ thanh chống thép hình tròn hoặc chữ I, đây là
phương pháp cổ điển nhất, thi công nhanh nhưng độ cứng tường không lớn nên lượng thanh
chống lớn, không gian đào đất chật hẹp (xem hình 3).






Hình 3: Tường chống bằng cọc bản thép
Tường rảnh bê tông cốt thép đúc tại chổ tính toán ổn đònh theo phương pháp thi

công top-down (thi công sàn từ bên trên xuống dưới) hoặc phương pháp cổ điển đào đến
bản hầm dưới cùng, rồi xây từ dưới lên kết hợp hệ thanh chống thép hình hoặc hệ thống
neo để giữ ổn đònh hố đào suốt thời gian thi công các tầng hầm.






Hình 4: Thi công Top - Down











Hình 5: Thi công đào đất đến tận bản đáy, tường rảnh được giữ bằng thanh chống và neo

Tường rảnh cọc thép hình kết hợp bê tông đúc tại chỗ, thi công theo đào đất theo
phương pháp cổ điển.








Hình 6: Tường rảnh cọc thép nhồi bê tông .
Tường cọc nhồi bê tông cốt thép: cũng có thể chọn giải pháp tạo những cọc nhồi
liền khít nhau thành tường chắn để đào hố móng xây tầng hầm, giải pháp này nhằm bảo
vệ nền công trình liền kề một cách an toàn nhưng tốn nhiều không gian ngầm.







Hình 7: Tường cọc nhồi bê tông cốt thép

Tường cọc bản hoặc bê tông chế tạo sẵn kết hợp đan bê tông cốt thép cho hầm
nông và nền là đất dính trạng thái dẻo đến cứng.







Hình 8: Tường cọc kết hợp bản bê tông cốt thép
Ngoài các giải pháp trên còn có giải pháp hỗn hợp: dùng tường cọc bản kết hợp hệ
thanh chống xây dựng phần ngầm theo chu vi công trình, sau đó đào phần ngầm ở giữa.








Hình 9: Phương pháp hỗn hợp xây dựng phần ngầm xung quanh trước

Rõ ràng các giải pháp chống đở khi thi công móng và phần ngầm đều có ảnh
hưởng nhất đònh đến nền móng và phần ngầm các công trình lân cận.

III. NHỮNG YÊU CẦU KỸ THUẬT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG PHẦN NGẦM:
III.1/ Hệ tường chắn phải đạt yêu cầu kỹ thuật.
Hệ tường chắn phải đạt yêu cầu chắn được cả đất và nước trong suốt quá trình đào
đất – thi công phần ngầm công trình. Đối với công trình tường bê tông cốt thép đúc tại chổ
phải kiểm tra chất lượng bê tông phải đạt liên tục và đạt cường độ theo yêu cầu của điều
kiện sách chung và riêng cho công trình xây dựng, nếu có lỗ rỗng hoặc bê tông không đạt
phải khoan phục vữa cường độ cao vào khu vực vừa nêu đến khi đạt yêu cầu. Bằng không
khi đang đào đất nước ngầm ngấm qua khoảng rỗng này lôi kéo theo đất đặc biệt khi nền
là cát đi vào trong hố đào. Quá trình hỗn hợp đất nước đi qua lỗ rỗng của tường sẽ phá
rộng phần trống của bê tông theo nguyên tắc xói ngược, đến lúc này rất khó ngăn chận
được dòng chảy và hậu quả là nền của công trình bên trên khu vực mất đất sẽ bò lún mạnh

dẫn đến sập đổ, như công trình P. trên đường Nguyễn Thò Minh Khai TP.HCM. Năm 1995,
công trình S. trên đường Lê lợi TP.HCM có hư hỏng tương tự nhưng nhờ phát hiện kòp
thời, đã khoan phụt vữa – bê tông vào khu vực bê tông xấu sau đó kiểm tra lại đạt yêu
cầu đề ra mới bắt đầu thi công phần ngầm nên đã tránh được hư hỏng.
III.2/ Hệ thanh chống phải đủ mạnh để hạn chế chuyển vò ngang của tường.
Nếu chọn phương pháp cổ điển đào đến bản hầm dưới cùng xây từ dưới lên kết
hợp hệ thanh chống thép cần phải tính toán đúng lực tác động lên từng thanh và hệ thanh
hoặc phải lắp các đầu dò ứng suất để biết được lực các thanh đang phải gánh chòu nhằm
tránh sự quá tải của các thanh dẫn đến gảy thanh, sập hệ tường chống.












Hình 9: Thiếu 3 lớp thanh chống dẫn đến sập hố đào năm 1997 ở Bangkok.

Hiện nay, đã có hệ thanh có thể điều chỉnh chiều dài nhằm hạn chế chuyển vò
ngang của tường.







Hình 10: Hệ thanh chống có thể điều chỉnh chiều dài
ở trạm bơm Nhiêu Lộc Thò Nghè, TP.HCM.




Nếu chọn phương pháp thi công Top-Down (thi công sàn từ bên trên xuống dưới),
hệ dầm sàn thi công trước trở thành hệ thanh chống hố đào, chỉ xét riêng vấn đề ổn đònh

hệ tường thì phương pháp này đòi hỏi thời gian chờ đợi để hệ dầm sàn đủ cứng, mới tiếp
tục đào qua các tầng ngầm tiếp theo thông qua các lỗ cầu thanh và lỗ chờ. Phương pháp
này giảm chi phí đáng kể do không dùng hệ thanh chống.
Để giảm áp lực đất lên tường chắn có hai cách:
Cách 1: hạ mực nước ngầm bên ngoài công trình đồng thời với hạ mực nước ngầm
bên trong hố đào, nếu có thể.
Cách 2: tăng lực dính của đất lân cận bên ngoài tường bằng cọc đất trộn xi măng.
III.3/ Đáy hố đào phải luôn ổn đònh trong quá trình đào:
Nếu chỉ xét riêng vấn đề ổn đònh của nền đất có hai vấn đề cần phải giải quyết:
* Vấn đề cân bằng ổn đònh của đáy hố đào: khi bắt đầu đào hố xây phần ngầm, đất
ở đáy hố đào giảm áp lực đứng có khuynh hướng nở ra. Mặt khác, nếu xét mặt phẳng
ngang qua đáy hố đào, phần đất bên trên đáy hố đào có thể xem như tải ngoài và gây ra
trượt trồi, điều này cũng có nghóa đất nền chuyển vò từ ngoài vào hố đào, có thể gây
nghiêng hoặc gãy cọc nằm trong vùng này.
* Vấn đề nước ngấm vào đáy hố đào: khi hạ mực nước ngầm bên trong hố đào thì
nước có khuynh hướng đi vào hố đào xuyên qua tường, nếu tường chắn tốt thì nó đi vòng
xuống qua chân tường vào hố đào, để hạn chế lưu lượng nước vào hố đào. Hoặc đưa chân
tường chắn đến lớp đất sét ít thấm, nếu không có lớp sét thích hợp thì phải tạo ra lớp
chống thấm bằng cách trộn xi măng, vôi vào lớp đất thấm ở chiều sâu thích hợp, nghóa là
phải tính toán độ sâu hợp lý theo cân bằng ứng suất vì chận nước thì nước sẽ tác động lực
đẩy nổi vào lớp chống thấm này.

IV. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH QUÁ TRÌNH THI CÔNG PHẦN NGẦM
Bài toán ổn đònh gồm ba vấn đề: ổn đònh tường chắng – hệ chống đỡ (thanh chống
hoặc neo); lún xung quanh hố đào và ổn đònh đáy hố đào. Phương pháp tính hoặc theo cơ
học đất phổ thông hoặc cơ học đất tới hạn với các chương trình tính tự động.
IV.1/ Tính toán ổn đònh của tường chắn và hệ chống:
Ba dạng cơ bản giữ ổn đònh tường trong quá trình đào đất.





Hình 11: a/ Ổn đònh tường bằng neo;
b/ Ổn đònh tường bằng phương pháp top-down;
c/ Ổn đònh tường bằng thanh chống
a/
b/
c/

Nội dung tính toán ổn đònh của “tường – hệ chống” gồm đảm bảo: cân bằng
moment; cân bằng lực ngang; cân bằng lực đứng của cả hệ thống và không có hiện tượng
vượt ứng suất cục bộ. Ổn đònh được tính với đặc trưng chống cắt – biến dạng của đất nền:
tức thời (short term) c
u
 0; 
u
= 0; E
u
và lâu dài (long term) c’ = 0; ’  0; E’.
Trong quá trình đặt tường chắn vào nền đất (cọc bản thép hạ bằng đóng hoặc rung;
tường vây – cọc nhồi bằng cách đào nhồi bê tông) nền đất dọc theo tường đã bò lún, giá trò
độ lún này tùy thuộc vào loại đất và độ sâu cọc. Tiếp đến là giai đoạn đào đất – hạ mực
nước trong hố đào tạo ra sự thay đổi trường ứng suất trong vùng đất xung quanh và bên
dưới hố đào, sự thay đổi này phát sinh áp lực đất và áp lực nước lên tường chắn, hơn thế
nữa còn xuất hiện hệ dòng nước ngấm vào trong hố đào.
Năm 1994 Pradel sắp xếp cách tính áp lực đất thành ba nhóm:
- Nhóm áp dụng lý thuyết giới hạn dẻo dọc theo các mặt trượt riêng như: Brinch-
Hansen, 1953; Sokolovski, 1960; theo biên dưới có Rankine, 1957; Arai – Junk,
1990; theo biên trên có James – Brandsby, 1971; Chen, 1975.
- Nhóm chọn lựa các mặt trượt, rồi xác đònh các lực tác động lên biên khối trượt

như: Coulomb, 1773; Janbu, 1957; Bang, 1985.
- Nhóm dựa trên quan hệ ứng suất – biến dạng của đất (cơ học đất tới hạn) và sử
dụng phương pháp phần tử hữu hạn.
Đặc biệt khi tính toán áp lực đất dính lên tường chắn thường làm cho các kỹ sư rất dễ chủ
quan vì áp lực có được thường rất bé thậm chí không cần tường chắn! Vì áp lực chủ động của đất
tác dụng lên tường có dạng
aaa
KczK 2

có thể suy ra độ sâu z
c
mà ở đó 
a
= 0
a
c
K
c
z

2


Nếu đất nền có trọng lượng riêng  = 18 kN/m
3
, góc ma sát c = 50 kPa và  = 20
0
,
mặt đất nằm ngang và lưng tường thẳng đứng thì z
c

= 7,9m, có nghóa là đào từ mặt đất đến
độ sâu 7,9m không cần che chắn! Điều phi lý này dẫn đến một số quy phạm quy đònh
không tính lực dính vào áp lực chủ động lên tường. Tuy nhiên trong thực tế vẫn có thể đào
trong đất dính đến 3-4m không cần chắn, nhưng phải trong điều kiện nhất đònh như độ ẩm
thay đổi không nhiều trong quá trình đào.
IV.2/ Ước lượng độ lún mặt đất xung quanh hố trong quá trình đào đất
Trong quá trình đào đất gây thay đổi trường ứng suất trong toàn khu đất làm tường
dòch chuyển vào trong, nền đáy hố đào vồng lên và khối đất xung quanh hố đào lún
xuống, đây là nguyên nhân làm hư hỏng các công trình lân cận.
Độ lún mặt đất xung quanh hố đào do: lắp đặt tường chắn; chuyển vò tường khi đào
đất; lắp đặt hệ neo; hạ mực nước ngầm và đặt biệt nghiêm trọng là do đất di chuyển theo
dòng nước ngầm.
* Lún xung quanh do lắp đặt tường: trong bài báo của Fujita năm 1994 cho thấy độ
lún của đất xung quanh chiếm 50% do hạ và nhổ cọc bản dài 14,5m, [4]. Theo Burland-
Hancok, năm 1977; Lehar, năm 1993 và Wong, năm 1998, khi xây dựng tường vây bê
tông cốt thép đổ tại chổ gây ra độ lún đất xung quanh chiếm khoảng 50% đến 60%.

* Lún xung quanh do chuyển vò tường chắn:
Độ lún xung quanh do chuyển vò tường chắn phụ thuộc vào một số nhân tố: loại và
độ cứng của hệ chống; vò trí điểm chống; độ cứng của tường.
Nếu điểm chống xa đỉnh tường, đoạn tường trên điểm chống ứng xử như dầm
consol, dòch chuyển ngang của tường giúp cho độ lún của mặt đất đạt cực đại cạnh tường,
ngược lại, nếu điểm chống ngay cạnh đỉnh tường sẽ hạn chế dòch chuyển đỉnh tường gây
độ lún cực đại mặt đất xung quanh cách đỉnh tường một khoảng nhất đònh.
Theo Clough – O’Rourke năm 1990, khi công trình đào đạt ổn đònh tốt thì chuyển
dòch ngang lớn nhất của tường khoảng 0,2% chiều sâu đào và độ lún mặt đất xung quanh
đạt cực đại khoảng 0,15% chiều sâu đào, cho tường vây và tường cọc nhồi. Cũng theo hai
tác giả này phạm vi lún ảnh hưởng đến 2 lần chiều sâu đào, trong đó phần lún nhiều ảnh
hưởng 0,75 lần chiều sâu đào. Mặt khác, Ducan – Bentler năm 1998, tỷ số giữa độ lún cực
đại mặt đất xung quanh với chuyển vò ngang cực đại có biến động rộng hơn từ 0,25 đến 4

lần. Các nhân tố gây lún lớn không nhất thiết gây chuyển vò ngang lớn, nhưng chuyển vò
ngang lớn luôn gây độ lún lớn.
* Lún xung quanh do lắp đặt hệ neo: khi khoan để tạo hệ neo gây mặt đất xung quanh
tùy thuộc loại đất nền, theo ghi nhận của Kempfert năm 1999 cho thấy khi khoan neo trong
nền sét mềm đã gây độ lún xung quanh đạt 70% độ lún tổng, tại Constance – Đức.
* Lún xung quanh do bơm nước hạ mực nước ngầm:
Theo nguyên lý căn bản, đất sét cố kết thường lún nhiều hơn đất sét cố kết trước
khi hạ mực nước ngầm trong quá trình đào đất.
Tóm lại, để tiên đoán độ lún xung quanh hố đào bằng phương pháp phần tử hữu
hạn có thể mô phỏng hầu hết các nguyên nhân trên, nhưng cho đến nay, một vài nhân tố
rất khó mô phỏng như: rung hạ cọc, độ rung do tải xe chạy gần công trình.
Trong khi đó các phương pháp tính toán bán thực nghiệm cũng có thể tính được độ lún
xung quanh do tường dòch chuyển. Đầu tiên phải kể đến tổng kết của Peck, năm 1969, ông cho
rằng độ lún xung quanh hố đào đạt 1% chiều sâu đào khi đào trong cát và sét từ mềm đến
cứng, và hơn 2% cho sét yếu dầy. Tuy nhiên, với phương pháp thiết kế mô phỏng tốt và những
công nghệ thi công tạo những tường chắn cứng hơn như tường vây dầy và tường liên kết bởi
các cọc nhồi đường kính lớn, độ lún xung quanh hố đào giảm dần. Trong báo cáo tổng kết
nhiều công trình đào xây phần ngầm trên thế giới công bố năm 1998 của Duncan – Bentler,
độ lún cực đại trung bình trong giai đọan từ 1962 – 1975 là 1,3% chiều sâu đào và giai đọan từ
1990 – 1998 là 0,4% chiều sâu đào. Tuy nhiên, với phương pháp thanh chống mạnh và kích
thay đổi chiều dài được, có thể giữ độ lún lớn nhất của mặt đất xung quanh tường ở mức 0,15%
chiều sâu đào và chuyển vò tường cực đại khoảng 0,2% chiều sâu đào.
IV.3/ Tính ổn đònh đất nền ở đáy hố đào:
Có khá nhiều công thức tính toán ổn đònh đáy hố đào, nhưng tựu trung lại gồm 3
nhóm chính:
- đầu tiên phải kể đến công thức của Terzaghi năm 1943 cho trường hợp hố đào
nông và rộng (h/b <1) với 2 trường hợp: (hình 13)

Chiều sâu lớp đất dưới đáy hố đào r > 0,7b, công thức tính hệ số an toàn FS của
đất đáy hố đào có dạng.

5,7
2
u
u
c
FS
c
h
b








Khi r < 0,7b,
5,7
u
u
c
FS
c
h
r








Trong đó c
u
là sức chống cắt không thoát nước của đất nền
 trọng lượng riêng của đất nền
h và r như hình 13

















- Công thức tính ổn đònh đáy hố móng có chống của Bjerrum có dạng:

cu
Nc
FS

hp




Trong đó N
c
là hệ số sức chòu tải
p là áp lực trên mặt đất xung quanh hố móng
- Căn cứ trên nguyên tắc công ảo để phân tích cơ chế trượt của đáy hố đào có dạng
theo hình 15, năm 1997 Kempfert và Stadel đề xuất công thức tính.
 
 
u1 u2
3 6,87
2
r
c t h rc
FS
r h p





Trong đó các thông số đònh nghóa như trong hình 15.


Hình 14: Tính toán ổn đònh đáy hố đào sâu theo Bjerrum (năm 1956)
Hình 13: Cân bằng ổn đònh đáy hố đào sâu theo Terzaghi (năm 1943)










IV.4/ Tính toán ổn đònh của tường chắn-hệ chống-nền đáy hố đào theo phương pháp
mô phỏng trên cơ sở cơ học đất tới hạn bằng các chương trình tính tự động.
Sơ lược về cơ sở phương pháp mô phỏng dựa trên quan hệ ứng suất – biến dạng
của đất nền tuân theo quy luật đàn hồi hoặc đàn hồi dẻo tùy theo quá trình hình thành và
chòu tải của nó trong quá khứ. Mô hình đầu tiên quan hệ ứng suất – biến dạng gần với ứng
xử của đất do nhóm các Giáo sư Đại học Cambridge đề ra có tên là mô hình Camclay và
mặt tới hạn có dạng:
 
 
'ln
'
pv
Mp
q






trong đó: - q là ứng suất lệch có dạng q = 

1
- 
3
- p’ là ứng suất trung bình hữu hiệu có dạng
3
'
'
3
'
2
'
1


p

- v là thể tích riêng v = 1+e
- M, , ,  là các đặc trưng cơ học của đất nền xác đònh từ thí nghiệm nén 3 trục.
Cho đến nay đã có rất nhiều mô hình sau Camclay được sử dụng trong các phần
mềm tính toán nền móng theo phương pháp phần tử hữu hạn.









Hình 16: Mặt tới hạn trong không gian (v, p, q)


CSL
NCL
q
p’
v
Hình 15: Cơ chế trượt nền theo
Kempfert, 1997

Chính từ mô hình Camclay và các mô hình sau đó cho phép xét đầy đủ ứng xử của
đất, đặc biệt ở trạng thái tới hạn và có thể tính các biến dạng khi ứng suất thay đổi, là nền
tảng môn cơ học đất tới hạn.
Mô phỏng bài toán nền móng nói chung và tường chắn-hệ chống-lún xung quanh
hố đào -nền đáy hố đào nói riêng đạt được độ chính xác cao.
Tính toán mô phỏng Trạm bơm Nhiêu lộc – Thò Nghè
Công trình thuộc dự án hệ thống xử lý nước Nhiêu lộc – Thò Nghè có kích thước
rộng trung bình 22m, dài 57,3m, sâu 19m. Hệ tường vây bê tông cốt thép dày 1,2m sâu
40m, dự kiến cho 5 đến 7 lớp thanh chống, hệ thống thanh chống có thể thay đổi chiều dài
nhằm hạn chế chuyển vò ngang của tường trong quá trình đào đất.
Mục tiêu bài toán là tính lực trong các lớp chống trong quá trình đào với yêu cầu
khống chế chuyển vò ngang là 5 cm, từ đó chọn kích thước thanh chống, lưu lượng nước
cần phải bơm, biến dạng nền đáy hố đào, lún xung quanh công trình, …
Bài toán được thực hiện trên phần mềm Plaxis phiên bản 7.2 với tính từng bước y
như tiến độ thi công: đào đất, hạ mực nước trong hố đào, lắp hệ chống, kích thanh chống,
tuần tự cho đến khi đào xong, đúc bê tông bản đáy và tháo thanh chống. Mô hình sử dụng
trong bài toán đơn giản là Morh-Coulomb. Vì bài toán đối xứng nên có thể mô phỏng nửa
bài toán.











Hình 17: Mô hình thi công (trái) chuyển vò ngang sau khi đào lớp 6 (giữa) chuyển vò ngang
sau khi lắp và kích lớp thép 6 (phải)

Các kết quả mô phỏng thu được khá gần với đo đạc thực tế tại hiện trường.
Tính mô phỏng công trình tại Bangkok
Do bài toán không đối xứng phải mô phỏng cả công trình
Như bài toán mô phỏng bài toán xây ba tầng cạnh bờ sông có tường vây dày 0,8 m
dài 28m, hố đào sâu 12,7m tại Bangkok.

Kết quả cho thấy (hình 18) do điều kiện áp lực ngang không đối xứng nên chuyển
vò của hai tường không giống nhau, và phía bờ sông có khác biệt nhiều giữa giá trò mô
phỏng và đo đạc, do ảnh hưởng áp lực nước trong sông lớn hơn so giá trò mô phỏng. Tuy
nhiên, chuyển vò lớn nhất của đo đạc tương đương với mô phỏng.

Hình 18: Mặt cắt ngang công trình cạnh bờ sông ở Bangkok và kết quả mô hình mô phỏng.

V. KẾT LUẬN
Thi công phần ngầm luôn có nhiều rủi ro do có nhiều tác động thay đổi như dao
động mực nước ngầm, đặc tính đất nền xung quanh không đồng nhất, tính hóa lỏng của
đất cát. Do vậy, cần phải đảm bảo một số yêu cầu kỹ thuật sau:
- Trong thân tường chắn cần đặc thiết bò đo chuyển vò ngang và đo đạc hằng ngày
trong quá trình thi công đào đất và phần ngầm.
- Trong các thanh chống chính phải có thiết bò đo biến dạng - ứng suất để biết rõ

độ an toàn trong suốt quá trình thi công đào đất và phần ngầm.
- Vì công tác thi công tầng ngầm sẽ ảnh hưởng các công trình lân cận nên cần phải
lắp thiết bò đo chuyển vò ngang, độ lún của nền lân cận hố đào.
Mặt khác, nên mô phỏng hoạt động của tường trong suốt quá trình thi công, bám
sát theo số liệu đo đạc được để quyết đònh các giai đoạn thi công tiếp theo hoặc có thể can
thiệp kòp thời trước khi xảy ra sự cố.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Châu Ngọc Ẩn, Nền móng, NXB Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh, 2003.
[2] Châu Ngọc Ẩn, Nền móng công trình, NXB Xây dựng Hà nội, 2008.
[3] M. Budhu, Soil Mechnics and Foundation, John Wiley & Son, 2007
[4] H.G. Kempfert, B. Gebreselassie, Excavations and Foundations in Soft Soils, Springer,
2006.
[5] W. Teparasa, N. Thasnanipan, A. W. Maung và P. Tanseng, Lessons from the collapse
during construction of an inlet pumping station, Field Measurements in Geomechanics, Leung,
Tan & Phoon (eds) © 1999 Balkema, Rotterdam, ISBN 90 5809 066 3
[6] K. Terzaghi, R.B. Peck, G. Mesri, Soil Mechanics in engineering practice, 3
rd
ed., , John
Wiley & Son, 1995
[7] Hoàng Thế Thao, phân tích ứng xử giữa đất và tường công trình trạm bơm ngầm Nhiêu
lộc – Thò nghè trong quá trìnhthi công đào đất, Luận văn Thạc só, trường Đại học Bách
khoa – Đại học Quốc gia Tp.HCM, năm 2005
[8] N. Thasnanipan, S.H. Wei, Performance of a braced excavation in Bangkok clay,
diaphragm wall subject to unbalanced loading conditions, Thirteenth Doutheast Asian
Geotechnical Conference, 1998, Taipei, Taiwan.
[9] D.M. Wood, Soil behaviour and critical state soil mechanics, Cambridge University,
1994



×