NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CÁC CƠ CHẾ PHÁ HOẠI TƯỜNG CHẮN LOẠI CỌC XI MĂNG - ĐẤT GIA CỐ HỐ ĐÀO SÂU

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN CƠ HỌC VÀ TIN HỌC ỨNG DỤNG

NGUYỄN VĂN KIỆP

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CÁC CƠ CHẾ PHÁ HOẠI
TƯỜNG CHẮN LOẠI CỌC XI MĂNG - ĐẤT GIA CỐ HỐ
ĐÀO SÂU
Chuyên ngành: Cơ học vật thể rắn
Mã ngành: 60 44 21

LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS NGUYỄN THÀNH ĐẠT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2011


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Viện Cơ Học và Tin Học
Ứng Dụng, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ,
tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian theo học tại trường cũng như trong
thời gian thực hiện luận văn này.
Đặc biệt, tôi hết lòng biết ơn ThầyTS Nguyễn Thành Đạt, người đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ tôi về chuyên môn, kinh nghiệm để hoàn thành luận văn này
một cách tốt nhất. Tôi vô cùng tri ân tấm lòng tận tụy, làm việc, giúp đỡ hết mình

của Thầy, dù công việc rất bề bộn nhưng Thầy vẫn quan tâm chỉ bảo và giúp tôi
những lời khuyên vô cùng sâu sắc và bổ ích không những về chuyên môn mà còn
về chân lý đạo đức.
Tôi cũng không quên gửi lời biết ơn đến bố mẹ, anh chị em cùng các đồng
nghiệp đã luôn sẵn sàng giúp đỡ động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn
thành luận văn này đúng thời hạn quy định.
Một lần nữa tôi xin cảm ơn Thầy TS Nguyễn Thành Đạt, các thầy cô
Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên đã hướng dẫn, chỉ bảo, động viên trong suốt
thời gian của khóa học.
Sau cùng vì kiến thức bản thân còn hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi
thiếu xót, tôi rất mong được sự chỉ bảo của quý Thầy, Cô và sự góp ý chân thành
của các bạn bè đồng nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn.

TP Hồ Chí Minh, tháng … năm 2011
Nguyễn Văn Kiệp


MUC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ THÀNH HỐ ĐÀO
VÀ SỬ DỤNG CỌC XIMĂNG - ĐẤT TRONG CÔNG TÁC BẢO VỆ THÀNH
HỐ ĐÀO ………………... ............................................................................................ ..4
1.1 Sơ lược các giải pháp gia cố hố đào hiện nay thường dùng ..................................... 4
1.2 Giới thiệu về cọc ximăng – đất bảo vệ thành hố đào, những sự cố xảy ra trong
tính toán và thực tế ........................................................................................................... 8
1.2.1 Khái niệm và sơ lược lịch sử hình thành cọc ximăng–đất ...................................... 8
1.2.2 Phạm vi ứng dụng của cọc ximăng – đất ........................................................ 17
1.2.3 Cơ sở lý thuyết cho cọc ximăng - đất.............................................................. 19
1.2.3.1 Chất gia cố ............................................................................................. 19
1.2.3.2 Các phản ứng hóa học ............................................................................ 20

1.2.3.3 Quá trình nén chặt cơ học ...................................................................... 25
1.2.3.4 Quá trình cố kết thấm ............................................................................. 26
1.2.3.5 Quá trình gia tăng cường độ của cọc gia cố và sức kháng cắt của đất
nền. ................................................................................................................................ 28
1.3 Ưu, nhược điểm và các giải pháp an toàn khi sử dụng cọc xi măng - đất bảo vệ
thành hố đào ................................................................................................................... 29
1.3.1 Ưu, nhược điểm khi sử dụng cọc ximăng - đất ............................................... 29
1.3.2 Đề xuất phương án an toàn khi sử dụng cọc xi măng đất bảo vệ thành hố
đào .................................................................................................................................. 30
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHO TƯỜNG
CHẮN BẢO VỆ THÀNH HỐ ĐÀO BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT ............................ 31
2.1 Nội dung và phương pháp tính toán ......................................................................... 31
2.2 Mô hình tính toán tường cọc ximăng – đất không hệ giằng chống (hố đào nông) .. 32
2.3 Mô hình tính toán tường cọc ximăng - đất có hệ giằng chống (hố đào sâu)............ 36


2.3.1 Mô hình tính toán tường cọc ximăng - đất loại neo đơn hoặc chống đơn ...... 36
2.3.2 Mô hình tính toán tường cọc ximăng - đất loại chống nhiều tầng (dùng cho
hố đào sâu - giả định đất đồng nhất) .............................................................................. 38
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH YẾU TỐ PHÁ HOẠI CHÍNH TƯỜNG CHẮN CỌC
XIMĂNG - ĐẤT ĐỂ GIA CỐ HỐ ĐÀO SÂU ..................................................... ……42
3.1 Sơ lược về công nghệ thi công cọc ximăng - đất để gia cố hố đào. ......................... 42
3.2 Các bước thiết kế dãy cọc ximăng - đất để gia cố thành hố đào .............................. 46
3.2.1 Quy trình thiết kế chung.................................................................................. 47
3.2.2 Thiết kế hố đào ................................................................................................ 50
3.3 Các yếu tố phá hoại tường gia cố hố đào cọc ximăng - đất. .................................... 50
3.3.1 Tường bị phá hoại do chuyển vị ngang của khối đất xung quanh cọc trong
quá trình thi công ........................................................................................................... 50
3.3.2 Phá hoại do lớp đất dưới chân tường .............................................................. 57
3.3.3 Phá hoại do moment uốn và lực cắt lớn nhất .................................................. 60

3.3.4 Phá hoại do trượt đáy chân tường ................................................................... 61
3.3.5 Phá hoại do hiện tượng trồi đất, trồi nước ở dưới đáy chân tường ................. 66
3.3.6 Phá hoại do dòng thấm khi hạ mực nước ngầm để thi công ........................... 69
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH CÁC CƠ CHẾ PHÁ HOẠI TƯỜNG
BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 2D ................................................................................. 73
4.1 Giới thiệu chung về plaxis 2D ................................................................................. 73
4.2 Bài toán ví dụ cụ thể................................................................................................. 79
4.2.1 Các yếu tố nghiên cứu ..................................................................................... 83
Yếu tố 1: Khảo sát khả năng chịu lực của tường chắn đất theo hai hướng: có
neo và không neo bằng phương pháp cổ điển, phần mềm Sap. 2000 và plaxis 2D ....... 83
Yếu tố 2: Khảo sát sự biến thiên ứng suất của đất nền, chuyển vị theo phương
ngang Ux và moment uốn M của tường cọc ximăng - đất không neo khi thay đổi tải
trọng ngoài .................................................................................................................. 92


Yếu tố 3: Khảo sát sự biến thiên ứng suất của đất nền, chuyển vị theo phương
ngang Ux và moment uốn M của tường cọc ximăng - đất không neo khi thay đổi độ
sâu hố đào H(m). .......................................................................................................... 108
Yếu tố 4: Khảo sát sự biến thiên của chuyển vị ngang Ux và moment uốn M của
tường cọc ximăng - đất không neo khi thay đổi điều kiện địa chất theo các khu vực
(thay đổi lực dính c và góc ma sát ϕ ) bằng Plaxis 2D. ............................................... 113
Yếu tố 5: Khảo sát sự biến thiên chuyển vị ngang Ux và moment M của tường
cọc ximăng - đất không neo khi thay đổi cao độ mực nước ngầm cho hố đào
H=5.0m, tải trọng ngoài q=5kN/m2. ............................................................................ 118
Yếu tố 6: Khảo sát sự biến thiên chuyển vị ngang Ux và moment M của tường
cọc xi măng - đất không neo khi thay đổi đường kính cọc từ d=0.4m đến d=1.2m. . . 121
Yếu tố 7 : Khảo sát sự biến thiên chuyển vị ngang Ux và moment M của tường
cọc xi măng - đất không neo khi thay đổi hàm lượng ximăng trong đất. .................... 125
Yếu tố 8: Kiểm tra ổn định trượt sâu. .................................................................... 127
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................... 150

DANH MỤC BẢNG BIỂU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ THÀNH HỐ ĐÀO
VÀ SỬ DỤNG CỌC XIMĂNG - ĐẤT TRONG CÔNG TÁC BẢO VỆ THÀNH
HỐ ĐÀO
Bảng 1.0 Tóm tắt các công trình sử dụng cọc ximăng - đất tại Việt Nam .................... 19
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHO TƯỜNG
CHẮN BẢO VỆ THÀNH HỐ ĐÀO BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH YẾU TỐ PHÁ HOẠI CHÍNH TƯỜNG CHẮN CỌC
XIMĂNG - ĐẤT ĐỂ GIA CỐ HỐ ĐÀO SÂU
Bảng 3.0 Các thông số dữ liệu cho quá trình khoan phụt vữa điển hình ....................... 44
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH CÁC CƠ CHẾ PHÁ HOẠI TƯỜNG
BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 2D
Bảng 4.1 Đặc trưng vật liệu của lớp đất 1 có chiều dày 16.7 (m). ............................... 79
Bảng 4.2 Đặc trưng vật liệu của lớp đất 2 dày 16 (m).................................................. 79
Bảng 4.3 Đặc trưng vật liệu của lớp đất 3 dày 16 (m).................................................. 80
Bảng 4.4 Đặc trưng vật liệu của tường chắn cọc ximăng - đất (kết quả thí nghiệm)
hàm lượng ximăng 220 kg/m3 ........................................................................................ 81
Bảng 4.5 Kết quả tính toán giá trị moment cho hệ tường không neo theo lý thuyết . ... 83
Bảng 4.6 Kết quả tính toán giá trị moment cho hệ tường có neo tính theo lý thuyết.... 83
Bảng 4.7 Giá trị hệ số nền theo độ sâu của hệ tường có neo tính theo lý thuyết
Bowles. ........................................................................................................................... 84
Bảng 4.8 Giá trị moment theo của hệ tường không neo và có neo tính theo phần
mềm Sap 2000. ............................................................................................................... 85
Bảng 4. 9 Kết quả tính toán ứng suất σ xx (kN/m2 ) cho bài toán khi tải trọng thay đổi
từ q = 0 kN/m2 đến q = 30 kN/m2, chiều sâu hố đào H = -2.0 m, D = 9.0 m. .............. 95
Bảng 4.10 Kết quả tính toán ứng suất σ yy (kN/m2 ) cho bài toán khi tải trọng thay đổi
từ q = 0 kN/m2 đến q = 30 kN/m2, chiều sâu hố đào H = -2.0 m, D = 9.0 m. ............... 98

2

Bảng 4.11 Kết quả tính toán ứng suất σ xy (kN/m ) cho bài toán khi tải trọng thay
đổi từ q = 0 kN/m2 đến q = 30 kN/m2, chiều sâu hố đào H = 2.0 m, D = 9.0 m. ........ 101
Bảng 4.12 Kết quả tính toán chuyển vị ngang Ux cho bài toán khi thay đổi tải trọng
ngoài, độ sâu hố đào H = -2.5 m, D = 9.0 m. ............................................................... 101
Bảng 4.13 Kết quả tính toán ứng suất theo phương xx cho bài toán khi tải trọng q =
0 kN/m2 chiều sâu hố đào thay đổi H = -2.0 m đến -5.0 m, D = 9.0 m. ...................... 107
Bảng 4.14 Kết quả tính toán ứng suất theo phương yy cho bài toán khi tải trọng q =
0 kN/m2 chiều sâu hố đào thay đổi H = -2.0 m đến -5.0 m, D = 9.0 m. ...................... 108
Bảng 4.15 Kết quả tính toán ứng suất theo phương xy cho bài toán khi tải trọng q =
0 kN/m2 chiều sâu hố đào thay đổi H = -2.0 m đến -5.0 m, D = 9.0 m. ...................... 108
Bảng 4.16 Kết quả tính toán chuyển vị ngang Ux cho bài toán khi độ sâu hố đào
thay đổi, tải trọng q = 5 kN/m2, D = 9.0 m. ................................................................. 110
Bảng 4.17 Đặc trưng số liệu địa chất lớp đất thứ 1 (dày 13.9 m)................................ 113
Bảng 4.18 Đặc trưng số liệu địa chất lớp đất thứ 2 (dày 14.85 m).............................. 113
Bảng 4.19 Đặc trưng số liệu địa chất lớp đất thứ 3 (dày 20 m)................................... 114
Bảng 4.20 Đặc trưng vật liệu của tường chắn cọc ximăng - đất (kết quả thí nghiệm)
hàm lượng ximăng 220kg/m3 ...................................................................................... 115
Bảng 4.21 Lực dính, góc ma sát trong, mođun đàn hồi đất nền thuộc Tp.HCM và
Tp.Cần Thơ. ................................................................................................................. 117
Bảng 4.22 Kết quả tính toán chuyển vị ngang Ux khi thay đổi cao độ mực nước
ngầm ............................................................................................................................. 118
Bảng 4.23 Kết quả tính toán chuyển vị ngang Ux khi thay đổi đường kính cọc ......... 120
Bảng 4.24 Kết quả tính toán chuyển vị ngang Ux khi thay đổi hàm lượng ximăng. ... 123
Bảng 4.25 Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt sâu tại tâm O1 ................................. 126
Bảng 4.25 (tt) Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt sâu tại tâm O1 ........................... 127
Bảng 4.26 Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt sâu tại tâm O2 ................................. 128
Bảng 4.26 (tt) Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt sâu tại tâm O2 ........................... 129

Bảng 4.27 Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt sâu tại tâm O3 ................................. 130
Bảng 4.27 (tt) Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt sâu tại tâm O3 ........................... 131
Bảng 4.28 Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt sâu tại tâm O4 ................................. 132
Bảng 4.28 (tt) Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt sâu tại tâm O4 ........................... 133
Bảng 4.29 Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt sâu tại tâm O5 ................................. 134
Bảng 4.29 (tt) Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt sâu tại tâm O5 ........................... 134
Bảng 4.30 Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt cắt qua thân tường tại tâm O1 ......... 135
Bảng 4.30 (tt) Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt cắt qua thân tường tại tâm O1 .. 136
Bảng 4.31 Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt cắt qua thân tường tại tâm O2 ......... 138
Bảng 4.31 (tt) Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt cắt qua thân tường tại tâm O2 .. 139
Bảng 4.32 Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt cắt qua thân tường tại tâm O3 ......... 140
Bảng 4.32 (tt) Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt cắt qua thân tường tại tâm O3 .. 141
Bảng 4.33 Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt cắt qua thân tường tại tâm O4 ......... 142
Bảng 4.33 (tt) Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt cắt qua thân tường tại tâm O4 .. 142
Bảng 4.34 Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt cắt qua thân tường tại tâm O5 ......... 143
Bảng 4.34 (tt) Kết quả tính toán hệ số ổn định trượt cắt qua thân tường tại tâm O5 .. 144
Bảng 4.35 Bảng quả tính toán hệ số ổn định trượt Fs cho hai trương hợp: trượt sâu
dưới chân tường và trượt cắt ngang thân tường. .......................................................... 145 


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ THÀNH HỐ ĐÀO
VÀ SỬ DỤNG CỌC XIMĂNG - ĐẤT TRONG CÔNG TÁC BẢO VỆ THÀNH
HỐ ĐÀO
Hình 1.1 Gia công hố đào bằng cừ thép hình chữ U .................................................. 5 
Hình 1.2 Chi tiết tường barrette tầng hầm công trình dân dụng................................. 6 
Hình 1.3 Cọc hồi đơn ................................................................................................. 7 
Hình 1.4 Cọc nhồi tiếp xúc ......................................................................................... 7 

Hình 1.5 Cọc nhồi các tuyến ...................................................................................... 8
Hình 1.6 Cần khoan cọc đơn ....................................................................................11 
Hình 1.7 Cần khoan ..................................................................................................11 
Hình 1.8 Thiết bị thi công cọc ximăng - đất .............................................................12 
Hình 1.9 Chi tiết cần và lưỡi khoan..........................................................................12 
Hình 1.10 Tường vây cọc ximăng - đất công trình 145 Phan Chu Trinh Tp.Vũng
Tàu.............................................................................................................................13 
Hình 1.11 Cọc tường vây công trình Sài Gòn Pearl Nguyễn Hữu Cảnh Tp.HCM ..13 
Hình 1.12 Tường vây cọc ximăng - đất có gia cố thép hình ....................................14 
Hình 1.13 Các dao trộn điển hình trong công nghệ trộn của Thụy Điển (thông tin
công nghệ 1992) ........................................................................................................14 
Hình 1.14 Hình ảnh bánh xe trộn theo công nghệ Geomix ......................................16 
Hình 1.15 Hình ảnh thi công tường ximăng - đất theo công nghệ Geomix .............16 
Hình 1.16 Công trình tường ngăn thấm ở Phần Lan ................................................16 
Hình 1.17 Công trình thi công kè và gia cố hố đào theo công nghệ Geomix ở Thụy
Sĩ................................................................................................................................17
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHO TƯỜNG
CHẮN BẢO VỆ THÀNH HỐ ĐÀO BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT


Hình 2.1 Gia cố tường cọc ximăng- đất ...................................................................31 
Hình 2.2 Mô hình làm việc của tường dạng không giằng chống .............................32 
Hình 2.3 Mô hình làm việc của tường dạng neo hoặc chống đơn............................36 
Hình 2.4 Mô hình làm việc của tường giằng chống nhiều tầng ...............................38 
Hình 2.5 Sơ đồ tính toán dầm ngang ........................................................................40
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH YẾU TỐ PHÁ HOẠI CHÍNH TƯỜNG CHẮN CỌC
XIMĂNG - ĐẤT ĐỂ GIA CỐ HỐ ĐÀO SÂU
Hình 3.1 Chi tiết mũi khoan CN S. ..........................................................................42 
Hình 3.2 Chi tiết mũi khoan CN D ...........................................................................43 
Hình 3.3 Lưu đồ công nghệ T ................................................................................. 44 

Hình 3.4 Biểu đồ biểu diễn độ cứng của cọc ximăng - đất . ....................................45 
Hình 3.5 Sơ đồ thi công cọc ximăng - đất theo công nghệ trộn ướt ........................45
Hình 3.6 Cọc cát tuyến (secant piles) .......................................................................46 
Hình 3.7 Ô lưới cọc (Girds or lattices) .....................................................................46 
Hình 3.8 Cọc khối hình chữ nhật..............................................................................46
Hình 3.9 Cọc khối cho hố đào tròn ..........................................................................46
Hình 3.10 Tường cọc ximăng - đất có gia cường thép hình .....................................46 
Hình 3.11 Mô hình tường chắn cọc ximăng - đất gia cố thành hố đào ....................47 
Hình 3.12 Các mô hình hoạt động của cần trộn cọc ximăng - đất ...........................51 
Hình 3.13 Mô hình lực tác dụng khi thi công trộn cọc ximăng - đất .......................52 
Hình 3.14 Mô hình mô phỏng tính toán biến dạng dẻo theo L. M. Kachanôp .......52 
Hình 3.15 Chi tiết các hàng cọc của tường chịu ảnh hưởng áp lực ngang do σ p ....53 
Hình 3.16 Chi tiết mô tả vùng chịu ảnh hưởng trong mô hình cọc cát tuyến hàng
đơn. ............................................................................................................................57 


Hình 3.17 Chi tiết mô tả vùng chịu ảnh hưởng trong mô hình cọc cát tuyến nhiều
hàng. ..........................................................................................................................57 
Hình 3.18 Chi tiết làm việc của tường dưới tác dụng của đất nền ...........................58 
Hình 3.19 Mô hình tính toán trường hợp phá hoại do Qmax, Mmax ...........................60 
Hình 3.20 Kiểu trượt tịnh tiến ..................................................................................61 
Hình 3.21 Kiểu lật đổ ...............................................................................................61 
Hình 3.22 Kiểu trượt nghiêng...................................................................................61 
Hình 3.23 Kiểu trượt xoay ........................................................................................61 
Hình 3.24 Trượt mặt phẳng ......................................................................................62 
Hình 3.25 Trượt cung tròn ........................................................................................62 
Hình 3.26 Trượt không theo nguyên tắc...................................................................62 
Hình 3.27 Trượt hỗn hợp ..........................................................................................62 
Hình 3.28 Mặt trượt cắt ngang thân tường ...............................................................63 
Hình 3.29 Mặt trượt qua đáy chân tường .................................................................63 

Hình 3.30 Mô hình kiểm tra ổn định tổng thể tường chắn bằng cọc trộn dưới sâu .66 
Hình 3.31 Hiện tượng đất bị trồi ..............................................................................67 
Hình 3.32 Mô hình tính toán trồi đất ........................................................................67
Hình 3.33 Tính toán trồi nước ..................................................................................69
Hình 3.34 Sự cố công trình tòa nhà Pacific Nguyễn Thị Minh Khai Quận 1 ..........70 
Hình 3.35 Sự cố công trình cao ốc văn phòng Sài Gòn Residences ........................71
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH CÁC CƠ CHẾ PHÁ HOẠI TƯỜNG
BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 2D
Hình 4.1 Mô hình bài toán phần tử hữu hạn trong Plaxis. .......................................72 
Hình 4.2 Mô hình chia lưới phần tử trong Plaxis .....................................................73 
Hình 4.3 Phần tử tam giác 6 nút. ..............................................................................73 


Hình 4.4 Mặt cắt hố đào ...........................................................................................78 
Hình 4.5 Bố trí cọc cho tường ..................................................................................78 
Hình 4.6 Biểu đồ moment cho hệ tường không neo theo lý thuyết .........................83 
Hình 4.7 Biểu đồ moment cho hệ tường có neo theo lý thuyết ................................84 
Hình 4.8 Biểu đồ phân phối moment cho tường không neo tính bằng Sap.2000. ...85 
Hình 4.9 Biểu đồ phân phối moment cho tường có neo Tính bằng Sap.2000 .........86 
Hình 4.10 Mô hình tường không neo .......................................................................86 
Hình 4.11 Biểu đồ phân phối moment tường không neo .........................................87 
Hình 4.12 Mô hình tường có neo q = 10 (kN/m2), D = 9.0(m) ................................87 
Hình 4.13 Biểu đồ phân phối moment tường có neo ..............................................88 
Hình 4.14 Moment tường không neo .......................................................................88 
Hình 4.15 Moment tường có neo..............................................................................88 
Hình 4.16 Đặc trưng vật liệu lớp đất thứ 1 ...............................................................90 
Hình 4.17 Đặc trưng vật liệu lớp đất thứ 2. ..............................................................91 
Hình 4.18 Đặc trưng vật liệu lớp đất thứ 3 ...............................................................91 
Hình 4.19 Đặc trưng vật liệu tường ..........................................................................92 
Hình 4.20 Cân bằng áp lực nước ..............................................................................92 

Hình 4.21 Thiết lập giá trị K0 ...................................................................................92 
Hình 4.22 Tồng chuyển vị của tường .......................................................................92 
Hình 4.23 Đồ thị biểu diễn quan hệ ứng suất σ xx và tải trọng ngoài P (kN/m2). .....95 
Hình 4.24 Đồ thị biểu diễn quan hệ ứng suất σ yy và tải trọng ngoài P (kN/m2). .....98 
Hình 4.25 Đồ thị biểu diễn quan hệ ứng suất σ xy và tải trọng ngoài P (kN/m2).....101 
Hình 4.26 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên giữa chuyển vị ngang Ux và tải trọng
ngoài P, H = -2.5 (m), D = 9.0 (m). ........................................................................103 


Hình 4.27 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên giữa L/H và (M/H)*100% tải từ 0 kN/m2
đến 25 kN/m2, H = -2.5m ........................................................................................104 
Hình 4.28 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên giữa L/H và (M/H)*100% tải từ 0 kN/m2
đến 25 kN/m2, H = -2.5 m, D = 9.0 (m). .................................................................105 
Hình 4.29 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa ứng suất σ xx và độ sâu hố đào H(m). ....107 
Hình 4.30 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa ứng suất σ yy và độ sâu hố đào H(m). ....108 
Hình 4.31 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa ứng suất σ xy và độ sâu hố đào H(m) .....109 
Hình 4.32 Biểu đồ biểu diễn biến thiên giữa chuyển vị ngang Ux và độ sâu hố đào
H (m), q = 5 (kN/m2), D = 9.0 (m). .........................................................................110 
Hình 4.33 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của chuyển vị ngang và moment uốn của
tường khi thay đổi độ sâu hố đào từ -2.0(m) đến -5.0(m). ......................................111 
Hình 4.34 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của chuyển vị ngang và moment uốn của
tường khi thay điều kiện đại chất (Tp. HCM và Tp.Cần Thơ), H = 3.0 m, q = 10
(kN/m2), D = 9.0 m. ................................................................................................116 
Hình 4.35 Biểu đồ biến thiên của chuyển vị ngang Ux khi mực nước ngầm thay đổi.
.................................................................................................................................118 
Hình 4.36 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của chuyển vị ngang và moment uốn của
tường khi thay đổi độ sâu mực nước ngầm. ............................................................119 
Hình 4.37 Đồ thị biểu diễn sự biến thiến của chuyển vị ngang lớn nhất Umaxx khi
đường kính cọc thay đổi. .........................................................................................121 
Hình 4.38 Đồ thị biểu diễn chuyển vị ngang, moment uốn của tường khi thay đổi

đường kính cọc. .......................................................................................................121 
Hình 4.39 Đồ thị biểu diễn biến thiên chuyển vị ngang Ux khi thay đổi hàm lượng
ximăng. ....................................................................................................................123 
Hình 4.40 Đồ thị biểu diễn chuyển vị ngang Ux, moment uốn M của tường khi thay
đổi hàm lượng ximăng. ...........................................................................................124 
Hình 4.41 Sơ đồ tính toán hệ số ổn định trượt cung tròn phân mảnh qua đáy chân
tường. ......................................................................................................................125 


Hình 4.42 Sơ đồ cung trượt qua chân tường khi thay đổi tâm. ..............................135 
Hình 4.43 Sơ đồ tính toán hệ số ổn định trượt cung tròn phân mảnh cắt qua thân
tường. ......................................................................................................................136 
Hình 4.44 Sơ đồ cung trượt cắt qua thân tường khi thay đổi tâm. .........................145 


1
 

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong bối cảnh đất nước đang tiến lên con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa
với tốc độ nhanh, không chỉ ở các thành phố lớn, các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long
ngày càng có nhiều dự án, công trình dân dụng và công nghiệp có quy mô được triển
khai xây dựng. Trong khi đó, Việt Nam được biết đến là một quốc gia có nhiều vùng
đất yếu, đặc biệt lưu vực Sông Hồng và Sông Mêkông. Nhiều thành phố và thị trấn
quan trọng được hình thành và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức
phức tạp. Thực tế này đòi hỏi con người phải tìm ra và phát triển các công nghệ thích
hợp để xử lý nền đất yếu.
Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của đất nền, cải thiện
một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng

độ chặt, trị số mođun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất…
Cho tới thời điểm hiện nay, đã có nhiều phương pháp gia cố nền đất yếu, đặc biệt
là ở những vùng đất yếu Nam Bộ của nước ta, nơi có lớp đất bùn sâu vài chục mét như:
dùng đệm cát, cọc cát, trụ vật liệu rời thoát nước thẳng đứng, cọc xi măng-đất, đất vôi, cát - xi măng, bấc thấm, bản nhựa...
Trong đó, công nghệ cọc ximăng - đất đã được ứng dụng tại Việt Nam từ năm
1981và được áp dụng hàng loạt cho các công trình nhà ở và công nghiệp ở Việt Nam
mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Song song với giải pháp sử dụng cọc ximăng - đất để gia cố nền đất yếu, thì vấn
đề giải quyết bài toán sử dụng cọc ximăng - đất để gia cố thành hố đào trong quá trình
thi công các hạng mục ngầm của các công trình dân dụng, giao thông, công trình thủy
như: nhà ở chung cư, cao ốc văn phòng, bãi đậu xe ngầm, đường cầu chui…là một vấn
đề phức tạp cần phải giải quyết như thế nào để đạt kết quả an toàn, không ô nhiễm môi
trường và kinh tế nhất.


2
 

Do cơ chế làm việc của loại tường chắn đất gia cố hố đào sâu nói chung tường
cọc ximăng - đất nói riêng diễn biến rất phức tạp. Chính vì vậy, vấn đề “nghiên cứu
tính toán các cơ chế phá hoại tường chắn loại cọc ximăng - đất để gia cố hố đào
sâu” cần được nghiên cứu, giải quyết.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Tìm hiểu nguyên nhân và tính toán các cơ chế phá hoại tường chắn loại cọc
ximăng - đất gia công hố đào sâu.
Sử dụng phần mềm plaxis để mô phỏng và phân vùng ứng suất biến dạng cho
từng trường hợp bài toán.
3. Phương pháp nghiên cứu
Dựa trên phương pháp đồ giải H.Blum và phương pháp cân bằng giới hạn
Coulumb để tính nội lực của tường.

Thu thập thống kê số liệu các công trình đã có để làm cở sở dữ liệu cho các
phương án tính toán.
Tính toán, phân tích dựa trên các phương pháp tính, các phần mềm chuyên dùng.
Phân tích, chọn lựa phương án và tiến hành tính toán theo phương án đã lựa
chọn.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Phân tích các cơ chế phá hoại tường cọc ximăng - đất để gia cố hố đào sâu cho
các vùng đất yếu thuộc hai khu vực thành phố Hồ Chí Minh và thành phố Cần Thơ trên
cơ sở tìm hiểu và quan trắc các công trình đã có để tìm hiểu nguyên nhân.
Thiết lập nguên lý thiết kế gia cố và đề ra quy trình kỹ thuật thi công cho công
để giảm, tránh sự cố có thể xảy ra.
5. Nội dung luận án
Nội dung của luận văn là đề xuất giải pháp thiết kế và nguyên lý tính toán tường
vây loại cọc ximăng - đất bảo vệ hố đào sâu để tránh phá hoại.
Với các nội dung chính sau:


3
 

Chương 1: Tổng quan về các giải pháp bảo vệ thành hố đào và sử dụng cọc
ximăng - đất trong công tác bảo vệ thành hố đào.
Chương 2: Mô hình và phương pháp tính toán cho tường bảo vệ thành hố đào
bằng cọc ximăng - đất.
Chương 3: Phân tích yếu tố phá hoại chính tường chắn cọc ximăng - đất để
gia cố hố đào sâu.
Chương 4: Mô phỏng và phân tích các yếu tố phá hoại tường chắn bằng
phần mềm Plaxis 2D.
Chương 5: Kết luận và kiến nghị.
6. Hạn chế của đề tài

Nội dung nghiên cứu các yếu tố phá hoại tường chắn loại cọc ximăng - đất trong
gia cố hố đào sâu cho tải trọng tĩnh.
Bài toán được thực hiện trên cơ sở lý thuyết và tính toán dựa trên các phần mềm
hiện có.
Tài liệu tham khảo về nội dung của đề tài còn hạn chế.


4
 

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ THÀNH HỐ ĐÀO
VÀ SỬ DỤNG CỌC XIMĂNG - ĐẤT TRONG CÔNG TÁC BẢO VỆ THÀNH
HỐ ĐÀO.
1.1 Sơ lược các giải pháp gia cố hố đào hiện nay thường dùng
Các giải pháp chống đỡ thành hố đào thường được áp dụng là: Tường cừ thép
(steel sheet pile), tường barrette (tường bê tông cốt thép trong đất), tường vây cọc nhồi
đường kính nhỏ, tường cừ cọc ximăng – đất.
Tường cừ thép
Ngày nay, trong lĩnh vực xây dựng tường cừ thép có tên gọi khác là cừ Larsen
được sử dụng ngày càng phổ biến trong lĩnh vực xây dựng, cầu, cảng, hầm và các công
trình giao thông và công trình công nghiệp khác.
Cừ thép không chỉ được sử dụng trong các công trình tạm thời mà cũng có thể
xem như là một loại vật liệu xây dựng, với những đặc tính riêng biệt, thích dụng với
một số bộ phận chịu lực trong công trình xây dựng.
Cừ thép được sử dụng với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau với những
đặc tính và khả năng chịu lực ngày càng được cải thiện. Ngoài cừ có hình dạng mặt cắt
ngang chữ U, Z thông thường mà còn có các loại có mặt cắt ngang Omega (W), dạng
tấm phẳng cho các kết cấu tường chắn tròn khép kín, dạng hộp được nối thành bởi hai
cọc U hoặc 4 cọc chữ Z hàn với nhau. Ngoài ra đối với các công trình có tải trọng lớn
phải dùng các loại cừ cọc thép ống hoặc cọc thép hình.

Về kích thước bề rộng cừ thép có bề rộng thay đổi từ 400mm đến 750mm. Đối
với các loại cừ có bề rộng bản lớn thường có hiệu quả kinh tế hơn trong quá trình sử
dụng.
Chiều dài cừ có thể được chế tạo lên tới 30m tại xưởng. Tuy nhiên chiều dài thực tế
của cừ thép thường được quyết định vận chuyển (thông thường từ 9m đến 15m). Riêng
dạng cừ gia công tại công trường có thể lên tới 72 m.
Ưu điểm: Có khả năng chịu lực lớn trong khi đó trọng lượng khá bé.


5
 

Cừ này có thể nối dễ dàng bằng mối hàn hoặc bulông nhằm nâng cao chiều dài
của cừ.

Hình 1.1 Gia công hố đào bằng cừ thép hình chữ U
Có thể sử dụng nhiều lần và tính hiệu quả kinh tế cao.
Chất lượng, khả năng chịu tải, tiêu chuẩn an toàn được thiết kế trong nhà xưởng.
Thi công nhanh, thuận tiện và đơn giản trong điều kiện đất yếu.
Khả năng ngăn nước tốt.
Nhược điểm
Bị ăn mòn mạnh trong môi trường làm việc. Tuy nhiên, chúng ta có thể hoàn
toàn khắc phục được bằng các phương pháp bảo vệ cừ như: dùng sơn chống ăn mòn,
mạ kẽm, chống ăn mòn điện hóa, hoặc có thể sử dụng các loại cừ thép có khả năng
chống ăn mòn cao.
Do đó, để sử dụng cừ thép để gia cố hố đào chúng ta cần phải nghiên cứu các
vấn đề sau:
Tùy theo yêu cầu ta có thể bố trí cừ hợp lý.
Tường cọc barrette (tường cừ trong đất)
Tường cọc barrette là loại tường bêtông cốt thép trong đất thường có chiều dày

từ 600mm đến 800mm để chắn, ổn định hố móng sâu trong quá trình thi công. Tường
có tiết diện chữ nhật thường có chiều rộng thay đổi từ 2,6m đến 5,0m. Tùy theo chiều
sâu tầng hầm, điều kiện địa chất công trình mà ta có thể tính toán và thiết kế chiều sâu


6
 

tường hợp lý và chiều sâu tường có thể lên tới 40m.
Tường cọc barrette được sử dụng cho các hố móng sâu trên 10m. Chúng kết hợp
hệ neo, giằng chống tạo thành bức tường khép kín ngăn chặn áp lực đất, áp lực nước
ngầm, ngăn thấm và các điều kiện bất lợi khác làm ảnh hưởng tới kết cấu bên trong
tầng hầm.

Hình 1.2 Chi tiết tường cọc barrette tầng hầm công trình dân dụng
Ưu điểm: Tường cọc barrette có ưu điểm là có độ cứng cao, tính biến dạng
tương đối ít, tính chống thấm tốt và đặc biệt là nó có khả năng chịu được áp lực cao.
Nhược điểm: Do công nghệ thi công còn phức tạp, khối lượng vật liệu lớn. Đòi
hỏi máy móc hiện đại và đội ngũ công nhân có tay nghề cao. Hiện nay, loại tường này
được sử dụng phổ biến ở Việt Nam và các nước trên thế giới trong các lĩnh vực xây
dựng, giao thông và cả thủy lợi.
Tường cọc khoan nhồi (tường vây cọc nhồi đường kính nhỏ)
Đây là phương pháp khoan tạo lỗ đồng thời kết hợp với việc bơm dung dịch
bentonite có khả năng giữ thành vách hố đào không cho sạt lỡ. Sau đó làm sạch cặn
lắng và đất bùn rơi xuống dưới đáy lỗ, tiến hành hạ lồng thép và cho đổ bêtông cọc
(theo phương pháp đổ bêtông dưới nước). Khi bêtông cọc đã ninh kết, đông rắn và đạt
được cường độ nhất định ta tiến hành đào hở đầu cọc, đập vỡ đầu cọc và thi công dầm
giằng đỉnh cọc tường vây.

7
 

Các phương pháp tạo lỗ:
Tạo lỗ cọc bằng đào thủ công.
Tạo lỗ cọc bằng thiết bị khoan guồng xoắn và hệ guồng xoắn (tạo hệ thống
tường vây Diaphragm wall).
Tạo lỗ cọc bằng thiết bị khoan thùng đào.
Tạo lỗ bằng thiết bị gầu dẹt cơ cấu thủy lực.
Tạo lỗ cọc bằng máy khoan cọc nhồi kiểu bơm phản tuần hoàn.
Tạo lỗ bằng phương pháp sói nước bơm phản tuần hoàn.
Vị trí cọc được bố trí tùy theo điều kiện chịu tải, điều kiện địa chất và qui mô
công trình mà ta có thể bố trí cọc liên tục hoặc cách khoảng.
Ưu điểm
Khi thi công cũng như sử dụng cọc nhồi phải đảm bảo điều kiện an toàn cho các
công trình lân cận.
Quá trình thi công móng cọc, dễ thay đổi các thông số của cọc (chiều sâu,
đường kính). Tăng sức chịu tải nhờ vào tăng đường kính và chiều sâu của cọc. Làm
giảm bớt số lượng cọc cũng như thời gian thi công cọc.
Có thể xuyên qua các tầng sét cứng, cát chặt ở giữa nền đất để xuống các độ sâu
lớn.

Hình 1.3 Cọc nhồi đơn

Hình 1.4 Cọc nhồi tiếp xúc


8
 

Hình 1.5 Cọc nhồi các tuyến
Đầu cọc có thể chọn ở độ cao tùy ý cho phù hợp với kết cấu công trình và quy
hoạch kiến trúc mặt bằng.
Nhược điểm
Khi thi công đòi hỏi thiết bị tốt, đầu tư cao cho hệ thống máy thi công, giá thành
cao.
Khó kiểm tra khuyết tật và chất lượng cọc sau khi thi công.
Các cọc khoan nhồi thường gặp trong thi công tường vây
1.2 Giới thiệu về cọc ximăng – đất bảo vệ thành hố đào, những sự cố xảy ra trong
tính toán và thực tế.
1.2.1 Khái niệm và sơ lược lịch sử hình thành cọc ximăng–đất
Cọc ximăng - đất sử dụng cốt liệu chính là đất tại chỗ, gia cố với một hàm lượng
ximăng, phụ gia nhất định tùy thuộc vào loại và các tính chất cơ – lý – hóa của đất nền
tại khu vực đặt công trình thi công. Mục đích chính của việc sử dụng công nghệ cọc
ximăng – đất là nhằm cải thiện để tăng cường độ, giảm tính thấm và tăng sức bền dựa
trên các phản ứng của ba thành phần chính là đất, ximăng và nước để tạo nên một loại
vật liệu mới có cường độ tốt hơn, môđun biến dạng tăng …. Nhìn chung, cho đến thời


9
 

điểm hiện nay thì trên thế giới đã cho ra đời các công nghệ thi công mới áp dụng cho
cọc ximăng - đất như sau:
Năm 1954: Công ty Repakt của Mỹ cho ra đời công nghệ MIP (Mixing in Place).
Đây là công nghệ khoan đơn chỉ áp dụng ở Mỹ.
Năm 1960 công nghệ DLM (Deep Lime Mixing) được Trung Quốc báo cáo và
nền tảng dựa trên công nghệ CDM (Ciment Deep Mixing). Nhưng đến năm 1970 thì
quá trình nghiên cứu được bắt đầu.
Năm 1961 người Nhật đã áp dụng công nghệ MIP để thi công hơn 300,000m cọc

ximăng – đất gia cố hố đào và ngăn thấm nước ngầm. Đến 1970 công ty Seiko Kogyo
của Nhật đã áp dụng thành công tường chắn bằng công nghệ DMM (Deep Mixing
Method) và SMW (Soil Mixing Wall).
Năm 1972 công ty Seiko Kogyo của Nhật tiếp tục duy trì và phát triển công nghệ
SMW trong thi công tường chắn.
Năm 1974 công nghệ DLM (Deep Lime Mixing) đã được hoàn thiện và áp dụng
tại Nhật Bản. Cũng trong năm này Thụy Điển đã thử nghiệm cọc có chiều sâu 12m và
đường kính 0,5m.
Năm 1975 PHRI đã phát triển vượt bậc công nghệ CDM (Cement Deep Mixing)
và áp dụng cho các dự án lớn.
Năm 1976 PWRI (Public Works Research Institute) đã đầu tư nghiên cứu công
nghệ DJM .
Các công nghệ này luôn dược cải tiến và ứng dụng rộng rãi từ năm 1976 đến nay
và phần lớn vấn đề nghiên cứu được xuất phát từ người Nhật Bản.
Hiện nay, việc sử dụng cọc ximăng – đất để gia cố hố đào được áp dụng rộng rãi
nhất ở Việt Nam là công nghệ DMM (SMW) của Nhật Bản và công nghệ Geomix,
công ty Soletanche Bachy, nước Pháp.
Công nghệ cọc ximăng - đất DMM (SMW) của Nhật Bản là công nghệ gia cố
nền tại chỗ, hỗn hợp vật liệu là sự kết hợp của 3 thành phần chính đất tại chỗ, ximăng,


10
 

nước và một lượng nhất định phụ gia cần thiết.
Mô phỏng sơ lược thiết bị và quy trình thi công tường cọc ximăng - đất theo
công nghệ CDM và SMW:

Nội dung

Công nghệ (CDM)

Công nghệ SMW

Cement Deep Mixing

Soil Mixing Wall

Hình ảnh máy trộn

Mô phỏng trạng thái Các cần quay làm đất di Các mũi khoan, các cần khoan
làm việc

chuyển và bị cắt trộn đều quay tạo ra hỗn hợp đất tại chỗ,
tạo ra hỗn hợp đất.

kết hợp với ximăng tạo nên bức
tường ximăng - đất liên tục.

Số cần khoan

2,4,6 hoặc 8 cần khoan.

1,2,3 hoặc 5 cần khoan.

Vật liệu

Ximăng hoặc vữa vôi.

Vữa ximăng, bùn đất sét và vữa

phụ gia cần thiết khác.

Loại đất áp dụng

Bùn nhão, đất sét mềm, cát Bùn sét mềm cho tới cứng, cát,
rời.

sỏi sạn, sỏi cuội đá tảng.


11
 

Phạm vi ứng dụng

Phần lớn áp dụng cho các Gia cố hố đào, ngăn dòng mực
công trình kè chắn sóng nước ngầm.
vùng biển và bờ sông.

Quan điểm nhận xét

Được phát triển bởi Port và Công ty Seiko Kogyo của Nhật
Harbor.

Bản.

Và sau đây là một số hình ảnh trong quá trình thi công theo công nghệ
DMM:

Hình 1.6 Cần khoan cọc đơn

Hình 1.7 Cần khoan