Luận văn thạc sĩ : Phân tích ứng xử của công trình hố đào tòa nhà VICEM, Cầu Giấy, Hà Nội có xét đến sự làm việc đồng thời giữa kết cấu và đất nền

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạy trong
chương trình cao học chuyên ngành Địa Kỹ Thuật và Công trình ngầm, những
người đã truyền đạt cho em những kiến thức hữu ích về các môn học trong chương
trình đào tạo, làm cơ sở cho em thực hiện luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Hồng Nam đã tận tình giúp đỡ cho
em trong thời gian thực hiện luận văn. Rất nhiều tài liệu hữu ích em đã nhận được
từ thầy và nó giúp cho em rất nhiều trong việc thực hiện luận văn này.
Sau cùng, em xin được cảm ơn tới gia đình, bạn bè, những người luôn ủng hộ,
động viên em trong suốt quá trình học tập tại trường và trong thời gian thực hiện
luận văn này.
Do thời gian có hạn và kinh nghiệm nghiên cứu của bản thân còn hạn chế nên
luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được ý kiến đóng
góp của các thầy cô.
Hà Nội, 23/05/201
Học viên


Nhữ Văn Dũng







BẢN CAM KẾT HỌC VIÊN
Tôi xin cam kết rằng, tất cả nội dung thể hiện trong luận văn là sản phẩm nghiên
cứu của tôi, các số liệu sử dụng trong quá trình tính toán là hoàn toàn trung thực.
Tôi xin chịu toàn bộ trách nhiệm của mình về nội dung luận văn trước Ban giám
hiệu nhà trường.

Học viên


Nhữ Văn Dũng


3

CHƯƠNG 1.CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về tình hình xây dựng hố móng sâu trên thế giới
Công trình có tầng hầm đã được xây dựng từ lâu trên thế giới, hầu hết các công
trình nhà cao tầng đều có tầng hầm. Độ sâu cũng như số tầng hầm phụ thuộc vào
điều kiện địa chất, công nghệ và công năng sử dụng của công trình. Đa phần các
công trình đều có từ 1 đến 3 hoặc 4 tầng hầm, cá biệt có những công trình vì yêu
cầu công năng sử dụng có đến 5÷10 tầng hầm. Đa số các công trình nhà cao tầng
có tầng hầm sâu tập trung chủ yếu ở các nước phát triển như: Mỹ, Philipin,
Australia, Đài Loan… Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các nước đang phát
triển cũng xây dựng nhà cao tầng có tầng hầm sâu ngày càng nhiều như: Singapore,
Thailand,… cho thấy sự cần thiết cũng như xu thế phát triển tất yếu của công trình
nhà cao tầng có nhiều tầng hầm.
Vì công trình có nhiều tầng hầm đã được xây dựng rất lâu trên thế giới nên quy
trình công nghệ, thiết bị dùng để xây dựng công trình có nhiều tầng hầm cũng rất
phát triển với nhiều công nghệ hiện đại, tiên tiến. Việc lựa chọn công nghệ xây
dựng tùy thuộc vào từng đặc điểm cụ thể của công trình. Một số công nghệ, giải
pháp chống đỡ thường được sử dụng phổ biến để xây dựng công trình có nhiều tầng
hầm trên thế giới: tường cừ thép, tường cừ bằng cọc nhồi bêtông cốt thép (BTCT),
tường cừ bằng cọc xi măng đất, tường cừ BTCT thi công bằng công nghệ tường
trong đất hoặc các tấm BTCT đúc sẵn…
Hầu như các thành phố lớn trên thế giới, do cần tiết kiệm đất đai và giá đất ngày
càng cao nên đã tìm cách cải tạo hoặc xây mới các đô thị của mình với ý tưởng

chung là triệt để khai thác và sử dụng không gian dưới mặt đất cho nhiều mục đích
khác nhau về kinh tế, xã hội, văn hóa và môi trường.
Một số ngành công nghiệp do yêu cầu của dây chuyền công nghệ ( như nhà máy
luyện kim, cán thép, làm phân bón ) cũng đã đặt một phần không nhỏ dây chuyền
đó nằm sâu dưới mặt đất.
Formatted: Bullets and
Numbering


4
Các trạm bơm lớn, công trình thủy điện cũng cần đặt sâu vào long đất nhiều bộ
phận chức năng của mình với diện tích đến hang vài chục ngàn mét vuông và sâu
đến hàng trăm mét.
Hướng xây dựng “ thành phố theo chiều thẳng đứng” rất ưu việt trong những
thập niên tới. Nhật Bản xem hướng phát triển đô thị bằng cách đi sâu vào lòng đất là
một trong những biện pháp giải tỏa sự đông đúc mật độ dân cư của họ cùng với 2
giải pháp là lên cao và lấn biển. Ở Tokyo đã có quy định khi xây nhà cao tầng phải
có ít nhất 5-8 tầng hầm. Ở Thượng Hải (Trung Quốc) thường thấy có 2-3 tầng hầm
dưới mặt đất ở các tòa nhà cao tầng, có nhà đã thiết kế đến 5 tầng hầm, kích thước
mặt bằng lớn nhất đã lên đến 274x187m, diện tích khoảng 51.000m
2
, hố móng sâu
nhất tới 32m.

Hình 1. 1 Một công trình ngầm tại Trung Quốc( Nguồn: Internet)
Một gara lớn có kích thước 156x54x27m gồm 7 tầng được xây dựng đầu tiên ở
Mátcơva, có sức chứa 2000 ô tô con mà nếu làm trên mặt đất cần 50.000m
2
. Để xây
dựng công trình này, người ta đã phải đào 274.000m

3
đất, 4000m
3
bê tông đổ tại
chỗ và 19.500m
3
bê tông đúc sẵn.


5

Hình 1. 2 Hố móng sâu tòa nhà Lotte Tower Super Tower ở Hàn
Quốc( Nguồn: Internet)
Ở Genever (Thụy Sĩ) xây dựng bằng phương pháp giếng chìm 1 gara ngầm 7
tầng hình tròn cho 530 ô tô con, đường kính gara là 57m, sâu 28m, sàn trên cùng
cách mặt đường 3m. Các tầng được xếp theo đường xoắn ốc với độ nghiêng không
lớn lắm.
Một giếng chìm có kết cấu thành mỏng, gồm nhiều đoạn đúc sẵn có đường kính
37.8m, sâu 57.8m đã hạ vào trong đất có điều kiện địa chất công trình và địa chất
thủy văn hết sức phức tạp vào năm 1972 tại Mikahilovski (Nga) (Theo Nguyễn Bá
Kế, 2012)
Mặc dù công trình có nhiều tầng hầm đã được xây dựng từ lâu trên thế giới với
nhiều những công nghệ khác nhau, tuy nhiên, do mức độ khó khăn, phức tạp, ẩn
chứa nhiều rủi ro nên việc thi công tầng hầm công trình trên thế giới đã xảy ra
không ít sự cố, tai nạn mà điển hình là sự cố công trình trạm bơm nước thải
Bangkok – TháiLan có kích thước 20,3m đường kính, sâu 20,2m, bị 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 liên kết (diaphragm wall) giữ vai trò như tường chắn khi thi

6
công đào sâu và giữ vai trò tường hầm sau khi đúc bê tông các bản sàn hầm. Đặc
biệt là công trình này có kích thước hoàn toàn giống một công trình tương tự đã thi
công thành công ở Frankfurt - Đức.
1.2 Tổng quan về tình hình xây dựng hố móng sâu ở Việt Nam
Trong những năm gần đây ở nước ta, tại các thành phố lớn như Hà Nội và thành
phố Hồ Chí Minh cũng bắt đầu sử dụng các tầng hầm dưới các nhà cao tầng với hố
đào có chiều sâu đến hàng chục mét và chiều sâu của tường trong đất đến trên 40m,
tổng số có đến trên 10 công trình


















7
Bảng 1. 1 Các công trình ngầm đã thi công tại Việt Nam(Nghiêm Hữu Hạnh,
2012)

TT Tên công trình Thiết kế
Đơn vị
thi công
Đặc điểm thi công
tầng hầm
1
Văn phòng và chung cư 27
Láng Hạ
CDCC
Bachy
Soletanche
Cty XD số 1
HN
- Tường barrette
- Đào hở, chống
bằng dàn thép
2
Trụ sở kho bạc NN 32 Cát
Linh
CDCC Delta
- Tường barrette
- Top – down
3 Toà nhà 70-72 Bà Triệu CDCC Delta
- Tường barrette
- Top – down
4
VP và Chung cư 47 Huỳnh
Thúc Kháng
VNCC Đông Dương
- Tường barrette

- Top – down
5
Toà nhà Vincom 191 Bà
Triệu
VNCC Delta
- Tường barrette
- Top – down
6
Chung cư cao tầng 25
Láng hạ
VNCC
Cty XD số 1
HN
- Tường barrette
- Top – down
7
TT Viễn thông VNPT 57
Huỳnh Thúc Kháng
CDC
Bachy
Soletanche
- Tường barrette
- Không chống
8
Toà nhà tháp đôi HH4 Mỹ
Đình
CDC
TCty XD
Sông Đà
- Tường barrette

- Đào hở, chống
bằng dàn thép
9
Trụ sở văn phòng 59
Quang Trung
Cty KT& XD-
Hội KTS
Cty XD số 1,
HN
- Tường barrette
- Top – down
10
Ocean Park số 1 Đào Duy
Anh
Tr. ĐH KT HN
Cty XD số 1,
HN
- Tường bê tông
thường
- Cọc xi măng đất
11
Khách sạn Sun Way
19 Phạm Đình Hổ

- Tường barrette
- Neo trong đất
12
Toà nhà tháp Viet-
combank

Indochine
Group
- Tường barrette
- Neo trong đất
13
Pacific Place 83 Lý
Thường Kiệt
Archrtype,
Pháp
Cty XD Sông
Đà 2
- Tường barrette
- Top – down


8
Như đã trình bày ở trên, việc thi công công trình ngầm vẫn gặp rất nhiều những
rủi ro. Ở Việt Nam, sự cố công trình ngầm tại tòa cao ốc Pacific nằm trên đường
Minh Khai, Phường Bến Nghé, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh là một sự cố điển
hình trong việc xây dựng công trình ngầm tại Việt Nam.
Tòa cao ốc Pacific được cấp phép xây dựng tháng 2/2005, diện tích mặt
bằng 1.750 m2, cao 78.45m, gồm ba tầng hầm và 1 tầng kỹ thuật (chiều sâu
11.8m); 1 trệt và 20 tầng lầu; tổng diện tích sàn xây dựng là trên 22.000 m2. Tuy
nhiên trong quá trình thi công, chủ đầu tư cao ốc Pacific đã điều chỉnh thiết kế (tuy
chưa được Sở Xây dựng thành phố cho phép) lên thành sáu tầng hầm (chiều sâu
21.1m), một tầng trệt, 21 lầu, tổng diện tích sàn xây dựng lên tới hơn 41.000m2 với
hệ khung gồm 16 cột có tiết diện 1400x1400 mm và sàn ngang. Công trình sử dụng
móng bè BTCT đặt trên 65 cọc barrette kích thước 2.8x1.2m sâu 67m. Theo thiết
kế, hệ tường vây gồm 50 tấm panel kích thước từ 2.8 đến 5.7m, dày 1m sâu 45m
nhưng khi thi công Công ty Pacific đã thay đổi thành 24 panel kích thước 2.8 đến

7.7m, dày 1m sâu 45m. Gioăng cách nước giữa các tấm panel không được chỉ
định chiều dài trong thiết kế nên đơn vị thi công chỉ đặt đến đáy tầng hầm, tức
khoảng 22m. Thi công các tầng ngầm theo phương pháp “bán ngược” (semi top-
down) sử dụng hệ chống đỡ ngang là hệ dầm sàn BTCT dày 230mm và 250mm tựa
lên cột biên tạo ra hệ chống ngang phía trong tường vây.


9

Hình 1. 3 Hố móng tòa cao ốc Pacific
Do không có hệ quan trắc để theo dõi diễn biến (lực và chuyển vị/biến
dạng) của hệ kết cấu chống giữ hố đào và công trình chung quanh nên những
thông tin sau đây chủ yếu thu thập từ các phương tiện truyền thông và người chứng
kiến lúc xảy ra sự cố.
- Tháng 5/2007, công trình bắt đầu thi công sàn tầng hầm, đến tháng 10/2007 thi
công được bốn tầng hầm và bắt đầu thi công tầng hầm thứ 5. Trước khi xảy ra sự
cố đã thi công xong các panel tường vây, cọc barrette và thi công đổ bê tông đến
sàn tầng trệt tại các trục 1-3 và 6-8. Phần khoảng hở từ trục 3 đến trục 6 sử dụng các
thanh thép I400 để làm hệ thanh chống đỡ tường vây.
- Ngày 9/10/2007, khoảng 18 giờ 30 khi đang đào đất để chuẩn bị đổ bê tông
móng thì ở vị trí tiếp giáp tường vây tại cao trình âm 21m so với cốt nền tầng trệt
của công trình Pacific, tường vây xuất hiện lỗ thủng rộng 30-35 cm, dài 168 cm.
Do áp lực mạnh của nước ngầm tại vị trí lỗ thủng nên gây tràn nước và lôi đất phía
ngoài tường vào trong tầng ngầm, do đó khoảng 19 giờ thì dãy nhà trụ sở Viện


10
Khoa học Xã hội vùng Nam Bộ gồm 1 trệt 2 lầu bất ngờ đổ sập, bị vùi sâu dưới
lòng đất
hơn 10m; phần còn lại của khu nhà cũng có nguy cơ đổ sập.

Hình 1. 4 Sự cố công trình ngầm tại tòa cao ốc Pacific
- Lúc 17 giờ ngày 23 tháng 1 năm 2008, hơn 2 tháng sau sự cố sập Viện Khoa
học Xã hội vùng Nam Bộ, trong khu vực để xe của Sở Ngoại vụ tại số 6
Alexandre de Rode, quận 1, đấu lưng với cao ốc Pacific, sụt lún một lỗ rộng 10m2,
sâu 3m làm 4 xe gắn máy rơi xuống hố và nứt tường ở khu vệ sinh.




11

Hình 1. 5 Sụt nhà để xe và nứt nhà vệ sinh tại tòa nhà bên cạnh cao ốc Pacific
Ngoài sự cố của cao ốc Pacific, một sự cố xảy ra trong quá trình thi công công
trình, thì sự cố sau khi công trình đi vào sử dụng cũng gặp rất nhiều trong thực tế.
Ví dụ như các sự cố ngập nước tầng hầm là sự cố phổ biến hay xảy ra nhất khi công
trình ngầm đưa vào sử dụng.

Hình 1. 6 Ngập nước tại tầng hầm (Nguồn: Internet)


12
Qua sự cố về công trình ngầm trên, ta thấy rằng việc thi công công trình ngầm
luôn có thể gặp phải những sự cố gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tài sản và tính
mạng con người. Do vậy, để đảm bảo tính an toàn cũng như kinh tế cho việc xây
dựng công trình ngầm, vấn đề thiết kế và thi công công trình ngầm cần phải được
quan tâm đặc biệt.
1.3 Những vấn đề cần nghiên cứu đối với bài toán thiết kế, thi công hố móng
sâu
Để tránh hay hạn chế những sai sót hoặc sự cố xảy ra trong lúc thiết kế và thi

công hố móng sâu, cần phải thỏa mãn các yêu cầu chung nhất sau đây theo tổng kết
kinh nghiệm của thế giới.
Về mặt thiết kế kết cấu chắn giữ hố móng và nền của nó phải tính theo 2 nhóm
trạng thái giới hạn sau đây:
- Nhóm 1cần thỏa mãn về:
+ Ổn định vị trí của tường, chống trượt, lật, xoay;
+ Ổn định sức chịu tải và ổn định cục bộ của nền;
+ Cường độ của các cấu kiện và mối nối;
+ Sức chịu tải và độ bền của các kết cấu neo;
+ Ổn định và độ bền của kết cấu thanh chống;
+ Ổn định thấm của nền.
- Nhóm 2 cần thỏa mãn về:
+ Tính theo biến dạng nền, tường chắn và cấu kiện của nó;
+ Tính các cấu kiện của kết cấu tường theo sự phát triển của vết nứt;
+ Ổn định của thành hố đào khi tường làm việc trong đất;
+ Kể đến ảnh hưởng của hố đến công trình lân cận.
Về mặt thi công cần chú ý:
+ Đặc điểm công nghệ và trình tự thi công, thao tác;


13
+ Bơm hút nước, neo đất, kết cấu thanh chống;
+ Khả năng thay đổi các đặc trưng cơ lý của đất có liên quan tới quá trình khoan,
đóng và các tác động công nghệ khác;
+ Sự cần thiết của kết cấu chắn giữ chống thấm nước;
+ Sự cần thiết dùng các giải pháp kết cấu để giảm áp lực lên tường chắn ( cấu
kiện giải tỏa tải trọng, vải địa kỹ thuật, đất có cốt…).
Trước khi thực hiện việc thiết kế và thi công hố đào sâu cần nghiên cứu kỹ các
vấn đề sau đây:
1.3.1 Tính toán áp lực đất, nước

1.3.1.1 Áp dụng lí luận áp lực đất kinh điển
Trong hơn chục năm qua kể từ khi cải cách và mở cửa, giới khoa học kỹ thuật ở
Trung Quốc đã làm nhiều thí nghiệm nghiên cứu về áp lực đất của công trình hố
móng và cho thấy rằng kết quả tính toán theo lí luận áp lực đất kinh điển là tương
đối phù hợp với thực tế tại các vùng đất yếu như Thượng Hải, Thiên Tân…Còn các
vùng đất không bão hòa như Bắc Kinh chẳng hạn, tính toán áp lực đất cũng vẫn
dùng lí luận áp lực đất kinh điển và các phương pháp thí nghiệm thường hay làm để
xác định các chỉ tiêu cường độ, nhưng kết quả tính toán có vênh nhiều so với thực tế.
Với các vùng đất có mực nước ngầm sâu, độ ẩm của đất thấp thì lại tỏ ra quá an
toàn .
1.3.1.2 Tính riêng và tính gộp áp lực đất, nước
Hiện nay, các chuyên gia ở nhiều nước thường tính riêng áp lực đất với loại đất
có tính thấm nước mạnh như cát, sỏi, đá…điều này trên căn bản đã được công nhận
rộng rãi. Còn đối với vấn đề với áp lực đất nước của loại đất có tính thấm ít như đất
mịn, đất sét thì nhận thức vẫn còn khác nhau. Tính gộp áp lực đất nước về lý luận
đang còn khiếm khuyết, nhưng thực tế lại tương đối dễ dàng , thêm vào một số hiệu
chỉnh theo kinh nghiệm là có thể tiếp cận được với tình hình thực tế.
1.3.2 Tính toán bằng lý luận và hiệu chỉnh theo kinh nghiệm


14
Do sự hạn chế về trình độ phát triển của cơ học đất, một số tính chất của đất vẫn
còn khó biểu thị bằng định lượng. Hơn nữa, trong khi vận dụng nghiên cứu về tính
chất của đất lại đưa ra quá nhiều giả thiết đơn giản hóa, cho nên, kết quả tính toán
chưa chắc đã tin cậy, nhất thiết phải được hiệu chỉnh bằng kinh nghiệm thực tiễn.
1.3.3 Khống chế mực nước ngầm
Qua việc điều tra trên 130 sự cố công trình hố móng trong những năm gần đây ở
Trung Quốc, cho thấy: phần lớn sự cố có liên quan tới nước ngầm. Vì vậy, nhận
thức chính xác quy luật thấm của các loại đất, thiết kế kết cấu chắn nước thật khoa
học, bảo đảm ngăn thấm có hiệu quả, là những khó khăn chủ yếu trong việc ngăn

chặn nước ngầm.
1.3.4 Hiệu ứng thời gian, không gian của công trình hố móng
Đây là đặc trưng chủ yếu của công trình hố móng, trong đó, hình dạng mặt bằng,
độ sâu đào, hoàn cảnh xung quanh, điều kiện tải trọng, thời gian đào hố dài hay
ngắn, đều có ảnh hưởng rất lớn đến chịu lực và biến dạng. Nhất là trong những
vùng đất yếu, do đào hố và hạ nước ngầm sẽ làm cho nước trong đất biến đổi,
khung cốt đất lại có đặc trưng xúc biến, do đó, cần phải kể đến trạng thái chịu lực
không gian cũng như trạng thái ứng suất và biến dạng thay đổi theo thời gian của nó.
Lí luận về hiệu ứng thời gian và không gian này, hiện nay đã được các chuyên gia
rất coi trọng, nhưng vận dụng nó trong thiết kế thi công như thế nào thì đang còn
phải chờ một bước phát triển hoàn thiện hơn nữa.
1.3.5 Khống chế biến dạng của hố móng
Đây chính là nội dung quan trọng của hiệu ứng thời gian, không gian, cũng là
một vấn đề lớn được mọi người chú ý trong công trình hố móng. Vấn đề biến dạng
của hố móng bao gồm đất ở vùng hố móng do đào hố, hạ nước ngầm làm cho mặt
nền bị biến dạng lún xuống, đồng thời cũng bao gồm vấn đề bản thân kết cấu chỗng
giữ biến dạng nghiêng vào phía trong hố


15
1.4 Tóm tắt chương 1
Chương 1 tổng quan về tính cấp thiết của việc xây dựng công trình ngầm trong
thời điểm hiện nay. Nêu ra tình hình xây dựng công trình ngầm trên thế giới và tại
Việt Nam trong những năm gần đây. Bên cạnh đó là những sự cố về công trình
ngầm đã xảy ra trên thế giới và tại Việt Nam để thấy rõ được mức độ nghiêm trọng
khi có sự cố xảy ra.
Trong chương này, các vấn đề cần nghiên cứu khi tính toán thiết kế và thi công
một công trình ngầm cũng được nêu ra nhằm thấy rõ được việc thiết kế, thi công
một công trình hố đào sâu là một công việc đòi hỏi kinh nghiệm của người thiết kế,
thi công; kỹ thuật thi công và các vấn đề còn hạn chế trong thiết kế tính toán hố đào

sâu.









16
CHƯƠNG 2.CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.2.1 Đặc điểm thi công hố đào sâu
2.1.1 Đặc điểm chung của công trình hố móng
Công trình hố móng là một loại công việc tạm thời, sự dự trữ về an toàn có thể là
tương đối nhỏ nhưng lại liên quan tới tính địa phương, điều kiện địa chất của mỗi
vùng khác nhau thì đặc điểm cũng khác nhau.
- Do hố móng là loại công trình có giá thành cao, khối lượng công việc lớn, là
trọng điểm tranh giành của các đơn vị thi công, lại vì kỹ thuật phức tạp, phạm vi
ảnh hưởng rộng, nhiều nhâ tố biến đổi, sự cố hay xảy ra, là một khâu khó về mặt kỹ
thuật, có tính tranh chấp trong công trình xây dựng. Đồng thời cũng là trọng điểm
để hạ thấp giá thành công trình và đảm bảo chất lượng công trình.
- Công trình hố móng đang phát triển theo xu hướng độ sâu lớn, diện tích rộng,
quy mô công trình ngày càng tăng lên
Theo đà phát triển cải tạo các thành phố cũ, các công trình cao tầng, siêu cao tầng
chủ yếu của các 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 đều rất khó khăn. 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 đào
mái dốc, yêu cầu với việc ổn định và khống chế chuyển vị là rất nghiêm ngặt.

- Tính chất của đất đá thường biến đổi trong khoảng khá rộng, điều kiện địa chất
thay đổi phức tạp, tính không đồng đều của điều kiện địa chất thuỷ văn thường làm
cho số liệu khảo sát có tính phân tán lớn, khó đại diện đựợc cho tình hình tổng thể
của các tầng đất, hơn nữa, tính chính xác cũng tương đối thấp, tăng thêm khó khăn
cho công tác thiết kế và thi công hố móng.
- Đào hố móng trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện
hiện trường phức tạp khác rất dễ sinh ra trượt lở khối đất, mất ổn định hố móng,
thân cọc bị chuyển dịch vị trí, đáy hố trồi lên, kết cấu chắn giữ bị dò nước nghiêm
Formatted: Bullets and
Numbering

17
trọng hoặc bị chảy đất… làm hư hại hố móng, uy hiếp nghiêm trọng các công trình
xây dựng, các công trình ngầm và đường ống xung quanh.
- Công trình hố móng bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như
chắn đất, chông giữ, ngăn nước, hạ mực nước, đào đất…trong đó, một khâu nào đó
thất bại sẽ dẫn tới cả công trình bị đổ vỡ.
- Việc thi công hố móng ở các hiện trường lân cận như đóng cọc, hạ mực nước
ngầm, đào đất… đều có thể sinh ra ảnh hưởng hoặc khống chế lẫn nhau, tăng thêm
các nhân tố có thể gây ra sự cố.
- Công trình hố móng có giá thành khá cao, nhưng lại chỉ có tính tạm thời nên
thường là không muốn đầu tư chi phí nhiều. Nhưng nếu để xảy ra sự cố thì sẽ vô
cùng khó khăn, gây tốn thất lớn về kinh tế.
- Công trình hố móng có chu kỳ thi công dài, từ khi đào đất tới khi hoàn thành
toàn bộ 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 đột biến.
2.1.2 Đặc điểm hố móng thi công trên nền sét
Khi thi công hố móng trên nền đất sét thường có các đặc điểm sau:
- Việc đào đất bị hạn chế do phải duy trì ổn định vách hố đào và đáy hố nên đòi

hỏi phải thi công nhanh, gấp.
- Do tính chất đất sét là yếu, nên trong quá trình thi công hố móng dễ xảy ra mất
ổn định thành vách, gây lên chuyển vị, sụt lún các công trình lân cận.
2.2.2.2 Cơ sở lý thuyết bài toán thiết kế hố móng sâu
Bài toán thiết kế hố đào sâu chính là việc tính toán tường vây và hệ kết cấu
chống đỡ tường vây đảm bảo được cường độ và độ ổn định trong suốt quá trình thi
công và trong quá trình sử dụng công trình.
Tải trọng tác động lên kết cấu chắn giữ chủ yếu có:
- Áp lực đất
Formatted: Bullets and
Numbering

18
- Áp lực nước
- Tải trọng truyền từ móng qua môi trường đất của công trình xây dựng trong
phạm vi vùng ảnh hưởng
- Tải trọng thi công: ô tô, cần cẩu, vật liệu xếp trên hiện trường, lực neo giữ
tường vây
- Nếu vật chắn giữ là một bộ phận của kết cấu chủ thể thì phải kể đến lực động
đất.
- Tải trọng phụ do sự biến đổi nhiệt độ và co ngót của bê tông gây ra.
Trong phạm vi luận văn, ta chỉ xét tới các dạng tải trọng sau:
- Áp lực đất
- Áp lực nước
- Tải trọng thi công
2.2.1 Áp lực đất
Khi tính toán kết cấu chắn giữ, áp lực tác động vào bề mặt tiếp xúc của kết cấu
chắn giữ với thể đất tức là áp lực đất. Độ lớn và quy luật phân bố của áp lực đất có
liên quan với các nhân tố hướng và độ lớn của chuyển vị ngang của kết cấu chắn
giữ, tính chất của đất, độ cứng và độ cao của kết cấu chắn giữ, nhưng do việc xác

định chúng khá phức tạp ngay trong trường hợp đơn giản nhất nên hiện nay vẫn
dùng lý thuyết Coulomb với những hiệu chỉnh bằng thực nghiệm.
Áp lực đất gồm có: Áp lực đất tĩnh, áp lực đất chủ động và áp lực đất bị động.
2.2.1.1 Áp lực đất tĩnh
Khi tường hoàn toàn không chuyển vị, khối đất sau tường ở trạng thái cân bằng
tĩnh. Ứng suất theo phương ngang do trọng lượng bản thân gây ra tại điểm M ở độ
sâu z được tính theo công thức:
σ’
x
=k
0
.σ’
z

Trong đó:

19
+ k
0
là hệ số áp lực hông, theo Jaky thì k
0
= 1-sinϕ, ϕ là góc ma sát trong
của đất
+ σ’
z
=γ’.z, với γ’: Dung trọng riêng đẩy nổi của đất
2.2.1.2 Áp lực đất chủ động
Là loại áp lực đất làm cho tường dịch chuyển về phía trước hay làm cho tường
xoay, tức là làm cho khối đất phía sau lưng tường giản ra. Thành phần nằm ngang
của áp lực đất chủ động được xác định theo lý thuyết cổ điểm đối với mặt trượt

phẳng của lăng thể phá hoại. Tung độ của biểu đồ thành phần ngang cảu áp lực đất
chủ động được xác định theo công thức:
σ
a
=(q+Σγ
i
.h
i
).K
a
-2c.√K
a

Trong đó:
+ q: hoạt tải trên bề mặt, áp lực do hoạt tải được truyền theo mặt phẳng phá hoại
đến điểm cần tính tung độ áp lực chủ động lên tường.
+ Σγ
i
.h
i
: áp lực thẳng đứng do trọng lượng bản thân của đất ở độ sâu cần xác
định tung độ biểu đồ áp lực đất chủ động.
+ γ
i
: dung trọng tự nhiên của đất ở trạng thái độ ẩm tự nhiên, bị đẩy nổi hoặc bão
hòa nước.
+ h
i
: Bề dày lớp đất thứ i có cùng các đặc trưng cơ lý.
+c: Lực dính của đất nằm ở độ sâu cần xác định áp lực chủ động

+ K
a
: Hệ số thành phần nằm ngang của áp lực chủ động được xác định như sau:

+ ϕ: góc ma sát của đất
2.2.1.3 Áp lực đất bị động
Là loại áp lực đất làm khối đất sau lưng tường bị nén lại hoặc ngược hướng v
ới chuyển động của tường. Trong phạm vi mỗi lớp đất đồng chất, quy luật biến

20
thiên của áp lực đất bị động theo chiều sâu được coi là tuyến tính. Tung độ biểu đồ
thành phần ngang của áp lực đất bị động lên tường thẳng đứng khi mặt đất nằm
ngang được tính theo công thức:
σ
p
=(q+Σγ
i
.h
i
).K
p
+2c.√K
p

Trong đó:
+ K
p
: hệ số thành phần ngang của áp lực bị động của đất được tính toán theo
công thức sau:

Qua trình bày ở trên ta có thể thấy, trong ba loại áp lực trên thì áp lực bị động là
lớn hơn áp lực đất tĩnh và áp lực chủ động là nhỏ nhất. Từ phân tích lý luận và thử
nghiệm thực tiễn cho thấy, chuyển vị cần thiết khi phía sau tường chắn đất đạt đến
áp lực đất bị động lớn hơn rất nhiều áp lực đất chủ động.
2.2.1.4 Tính toán áp lực đất khi có tải trọng hình băng phân bố
Tải trọng hình băng tức là tải trọng phân bố trên một dải bề rộng hữu hạn, ví dụ
tải trọng của móng băng chạy song song với tường chắn, tải trọng của ô tô, đường
sắt, đường đê
Khi trên mặt đất có tải trọng hình băng ta có thể dùng phương pháp tính gần đúng
theo lý thuyết áp lực đất Rankine để xác định áp lực ngang của nó. Theo hình vẽ, tại
điểm cách đỉnh tường một đoạn L tác động siêu tải phân bố đều bề rộng L
1
. Từ khởi
điểm O của siêu tải vẽ một đường OC tạo với đường nằm ngang 1 góc 45
0
+ϕ/2 và
cắt lưng tường tại điểm C. Ta xem từ C trở lên không kể đến tác động của siêu tải
phân bố, áp lực chủ động của nó chỉ là do trọng lượng bản thân đất lấp gây ra, từ
điểm C trở xuống mới xét đến tác động của siêu tải phân bố. Tương tự, từ điểm cuối
O’ của siêu tải, ta cũng kẻ đường O’D tạo với đường nằm ngang 1 góc 45
0
+ϕ/2 cắt
lưng tường tại D. Phân bố cường độ áp lực đất chủ động do tải trọng hình băng gây
ra là abcd.

21

Hình 2. 1 Tính áp lực đất chủ động dưới tác động của tải trọng hình băng
2.2.1.5 Ảnh hưởng của chuyển vị thân tường đối với áp lực đất
Khi tường chắn đất dịch chuyển về phía trước, áp lực đất dần giảm nhỏ đi cho

đến trị số nhỏ nhất- áp lực đất chủ động, còn khi tường ép về phía đất đắp thì áp lực
đất dần dần tăng lên cho đến trị số lớn nhất- áp lực đất bị động. Vậy thì áp lực đất
biến đổi theo chuyển vị của tường chắn đất suy cho cùng sẽ là như thế nào? Thí
nghiệm cho thấy: khi chuyển vị ở phần đỉnh tường bằng 0,1%-0,5% độ cao của
tường, áp lực đất của đất có tính cát sẽ giảm thấp tới áp lực đất chủ động; Đất lấp
tính cát muốn đạt đến áp lực bị động thì chuyển vị ở phần đỉnh tường sẽ phải lớn
hơn rất nhiều, ước đến bằng 5% chiều cao của tường hoặc lớn hơn. Chuyển vị cần
thiết ở đỉnh tường để sinh ra áp lực đất chủ động và bị động trong đất cát và sét
được cho ở bảng dưới đây (Theo “Sổ tay công trình móng” do Phương Hiểu Dương
chủ biên)




L
L
1
q
O'
O
C
D
a
b
c
d

22
Bảng 2. 1 Chuyển vị cần thiết ở đỉnh tường để sinh ra áp lực đất chủ động và bị
động( H là chiều sâu hố đào)

Loại đất Trạng thái ứng suất Hình thức chuyển vị
Chuyển vị
cần thiết
Đất cát
Chủ động
Chủ động
Bị động
Bị động
Song song với thân tường
Quay quanh chân tường
Song song với thân tường
Quay quanh chân tường
0.001H
0.001H
0.05H
> 0.1H
Đất sét
Chủ động
Chủ động
Bị động
Song song với thân tường
Quay quanh chân tường
Quay quanh chân tường
0.004H
0.004H
0.004H
Căn cứ vào số liệu trên, với các kết cấu chắn giữ hố móng thông thường, chuyển
vị thân tường cần có để đủ sinh ra áp lực đất chủ động tương đối dễ xuất hiện, còn
số lượng chuyển vị để đủ sinh ra áp lực đất bị động thì tương đối lớn, thường là
thiết kế không cho phép. Do đó, truớc khi lựa chọn phương pháp tính toán, rất cần

thiết phải tính đến tình huống về mặt biến dạng này, khi trong tính toán có tính đến
cân bằng giới hạn thì điều này là cực kỳ quan trọng.
2.2.2 Áp lực nước
Tải trọng tác động lên tường chắn đất, ngoài áp lực đất ra còn có áp lực nước của
nước ngầm dưới mặt đất. Khi tính áp lực nước, thường lấy trọng lượng nước
γ
w
=10kN/m
3
. Áp lực nước có liên quan tới các nhân tố như lượng cấp nước bổ xung
nước ngầm, sự thay đổi mùa, độ kín của tường chắn trong thời gian thi công hố đào,
độ sâu của tường trong đất, phương pháp xử lý thoát nước…
Tính áp lực nước, đất dưới mực nước ngầm thường dùng 2 phương pháp: Tính
riêng nước, đất rồi cộng lại và tính chung áp lực đất, nước.
- Phương pháp tính riêng áp lực đất, nước
Phương pháp nước, đất tính riêng áp dụng trọng lượng đẩy nổi để tính áp lực đất,
dùng áp lực nước tĩnh để tính áp lực nước, sau đó cộng lại sẽ có tổng áp lực bên.

23
Lợi dụng nguyên lý ứng suất hiệu quả để tính áp lực đất, tính riêng áp lực nước,
tức là:
σ
a
=(q+Σγ
’
i
.h
i
).K’
a

-2c.√K’
a
+γ
w
H
σ
p
=(q+Σγ’
i
.h
i
).K’
p
+2c.√K’
p
+γ
w
H
Trong đó:
+ γ’: Trọng lượng đẩy nổi của đất
+ ϕ’: Góc ma sát trong hiệu quả
+c’: Lực dính hiệu quả
+ γ
w
: Trọng lượng riêng của nước
+ K’
p
; K’
a
; là các

hệ số thành phần ngang của áp lực bị động, chủ động của đất
và .
Khái niệm phương pháp trên đây khá rõ ràng nhưng trong thực tế sử dụng còn
một số khó khăn, có khi cũng không có được chỉ tiêu cường độ hiệu quả, do đó
trong nhiều trường hợp dùng phương pháp ứng suất tổng để tính áp lực đất, rồi cộng
với áp lực nước, tức là:
σ
a
=(q+Σγ
’
i
.h
i
).K
a
-2c.√K
a
+γ
w
H
σ
p
=(q+Σγ’
i
.h
i
).K
p
+2c.√K

p
+γ
w
H

Trong đó:
K
a
: hệ số áp lực đất chủ động tính theo chỉ tiêu cường độ ứng suất tổng của đất
K
p
: hệ số áp lực đất bị động tính theo chỉ tiêu cường độ ứng suất tổng của đất
ϕ: góc ma sát trong xác định theo cắt cố kết không thoát nước hoặc không cố kết
không thoát nước.
c: Lực dính kết xác định theo cắt cố kết không thoát nước hoặc không cố kết
không thoát nước.

24
- Phương pháp áp lực đất nước tính chung
Phương pháp áp lực nước đất tính chung khi dùng trọng lượng bão hòa của đất
tính tổng áp lực đất, nước. Đây là phương pháp thông dụng hiện nay, đặc biệt là với
đất tính sét thì đã tích lũy được một số kinh nghiệm, áp dụng:
σ
a
=(q+Σγ
sat-i
.h
i
).K
a

-2c.√K
a

σ
p
=(q+Σγ
sat-i
.h
i
).K
p
+2c.√K
p

Trong đó:
+ γ
sat
: Trọng lượng bão hòa của đất, từ mực nước ngầm trở xuống có thể áp dụng
gần đúng trọng lượng tự nhiên
+ ϕ: Góc ma sát trong của đất xác định bằng cắt cố kết không thoát nước hoặc cắt
không cố kết, không thoát nước theo phương pháp ứng suất tổng
+ c: lực dính kết của đất xác định bằng cắt cố kết không thoát nước, hoặc không
cố kết không thoát nước theo phương pháp ứng suất tổng.
+ K
p
; K
a
là các

hệ số thành phần ngang của áp lực bị động, chủ động của đất

được tính toán theo góc ma sát trong tổng.
2.2.3 Tải trọng thi công
- Tải trọng phân bố đều trên bề mặt khi không có siêu tải cố định, để kể đến việc
có thể chất tải thi công xảy ra ở bất kỳ lúc nào ở bờ sâu hố móng và các yếu tố như
xe cộ chạy qua…, thông thường có thể lấy q=10-20 kN/m2 (Nguyễn Bá Kế, 2012)
2.2.4 Áp dụng tính toán
Trong phạm vi luận văn, áp lực đất và nước được tính toán riêng. Các thông số
về góc ma sát trong và lực dính kết của đất được lấy giá trị trong thí nghiệm cắt
phẳng và thí nghiệm ba trục để áp lực đất gây bất lợi nhất cho công trình.
2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn trong tính toán hố đào sâu
Hiện nay, ngoài việc áp dụng các phương pháp lý thuyết tính toán hố đào sâu thì
việc sử dụng phương pháp số trong tính toán hố móng được sử dụng rất rộng rãi,

25
đặc biệt là trong thời đại công nghệ thông tin rất hiện đại như hiện nay. Trong phần
này sẽ giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng đối với phần mềm Plaxis
8.2 trong tính toán hố đào sâu.
2.3.1 Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn
Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) là một phương pháp rất tổng quát và hữu
hiệu cho lời giải số nhiều lớp bài toán kỹ thuật khác nhau. Từ việc phân tích trạng
thái ứng suất, biến dạng trong các kết cấu cơ khí, các chi tiết trong ô tô, máy bay,
tàu thuỷ, khung nhà cao tầng, dầm cầu, v.v, đến những bài toán của lý thuyết trường
như: lý thuyết truyền nhiệt, cơ học chất lỏng, thuỷ đàn hồi, khí đàn hồi, điện-từ
trường v.v. Với sự trợ giúp của ngành Công nghệ thông tin và hệ thống CAD, nhiều
kết cấu phức tạp cũng đã được tính toán và thiết kế chi tiết một cách dễ dàng. Để có
thể khai thác hiệu quả những phần mềm PTHH hiện có hoặc tự xây dựng lấy một
chương trình tính toán bằng PTHH, ta cần phải nắm được cơ sở lý thuyết, kỹ thuật
mô hình hoá cũng như các bước tính cơ bản của phương pháp. Sơ đồ tính toán trong
PPPTHH được mô tả bằng các khối như sau :
Khối 1: Đọc các dữ liệu đầu vào: Các dữ liệu này bao gồm các thông tin mô tả

nút và phần tử (lưới phần tử), các thông số cơ học của vật liệu (môđun đàn hồi, hệ
số dẫn nhiệt ), các thông tin về tải trọng tác dụng và thông tin về liên kết của kết
cấu (điều kiện biên);
Khối 2: Tính toán ma trận độ cứng phần tử k và véctơ lực nút phần tử f của mỗi
phần tử;
Khối 3: Xây dựng ma trận độ cứng tổng thể K và véctơ lực nút F chung cho cả hệ
(ghép nối phần tử);
Khối 4: Áp đặt các điều kiện liên kết trên biên kết cấu, bằng cách biến đổi ma
trận độ cứng K và vec tơ lực nút tổng thể F;
Khối 5: Giải phương trình PTHH, xác định nghiệm của hệ là véctơ chuyển vị
chung Q;