Phân tích ổn định hệ tường vây trong quá trình thi công hố đào sâu bằng mô hình plaxis 3d
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.72 MB, 98 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
---------------------------------
VŨ TÂM LỘC
PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỆ TƯỜNG VÂY TRONG
QUÁ TRÌNH THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU BẰNG
MÔ HÌNH PLAXIS 3D
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã ngành:
60.58.02.08
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
---------------------------------
VŨ TÂM LỘC
PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỆ TƯỜNG VÂY TRONG
QUÁ TRÌNH THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU BẰNG
MÔ HÌNH PLAXIS 3D
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã ngành: 60.58.02.08
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRƯƠNG QUANG THÀNH
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2015
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. TRƯƠNG QUANG THÀNH
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP.HCM
ngày 24 tháng 10 năm 2015
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
TT
Họ và tên
Chức danh Hội đồng
1
PGS. TS. Nguyễn Xuân Hùng
Chủ tịch
2
PGS. TS. Võ Phán
Phản biện 1
3
PGS. TS. Dương Hồng Thẩm
Phản biện 2
4
TS. Nguyễn Hồng Ân
5
PGS. TS. Lương Văn Hải
Ủy viên
Ủy viên, Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa
chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày…… tháng…… năm 2015
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:
VŨ TÂM LỘC
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 12/12/1986
Nơi sinh: Ninh Thuận
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN MSHV:
I.
1341870041
Tên đề tài:
Phân tích ổn định hệ tường vây trong quá trình thi công hố đào sâu
bằng mô hình Plaxis 3D
II. Nhiệm vụ và nội dung:
1. Mở đầu.
2. Tổng quan về phân tích ổn định tường vây trong thi công hố đào sâu.
3. Cơ sở lý thuyết phân tích ổn định tường vây bằng phần tử hữu hạn.
4. Phân tích một số yếu tố hình học của hố đào ảnh hưởng đến chuyển vị ngang
của tường vây trong hố đào sâu.
5. So sánh chuyển vị ngang giữa mô phỏng Plaxis 3D và quan trắc của công trình
tường vây thực tế.
III. Ngày giao nhiệm vụ
:17/03/2015
IV. Ngày hoàn thành nhiệm vụ
:17/09/2015
V. Cán bộ hướng dẫn
:TS. TRƯƠNG QUANG THÀNH
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Phân tích ổn định hệ tường vây trong quá trình thi
công hố đào sâu bằng mô hình Plaxis 3D” là công trình nghiên cứu của riêng tôi và
thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Trương Quang Thành. Các số liệu
trong đề tài này được thu thập và sử dụng một cách trung thực. Kết quả nghiên cứu được
trình bày trong luận văn này không sao chép của bất cứ luận văn nào
và cũng chưa được trình bày hay công bố ở bất cứ công trình nghiên cứu nào khác trước
đây.
Tp. HCM, ngày 02 tháng 9 năm 2015
Học viên thực hiện Luận văn
Vũ Tâm Lộc
ii
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành Luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Phân tích ổn định hệ tường vây
trong quá trình thi công hố đào sâu bằng mô hình Plaxis 3D”, tôi xin được chân thành
gửi lời cảm ơn đến:
TS. Trương Quang Thành, người đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình
để tôi có thể hiểu rõ phương pháp khoa học và nội dung đề tài, từ đó hoàn chỉnh luận văn
này.
Quý thầy cô trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chi Minh, đặc biệt là
các thầy cô Khoa Xây dựng đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu làm
nền tảng vững chắc để hoàn thành luận văn cũng như phục vụ cho công việc sau này.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã ủng hộ
về mặt tinh thần, tạo điều kiện, tạo động lực và hỗ trợ cho tôi trong suốt quá trình học tập
và thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn.
Tp. HCM, ngày 02 tháng 9 năm 2015
Tác giả Luận văn
Vũ Tâm Lộc
iii
TÓM TẮT
Tại TP. Hồ Chí Minh ngày càng nhiều công trình cao tầng được xây dựng. Thi
công tầng hầm thường dùng tường vây barrette. Dự báo đúng chuyển vị tường vây là môt
yếu tố quan trọng trong công tác thi công hố đào sâu.
Trong nội dung luận văn này chủ yếu là phân tích một số yếu tố dạng hình học của
mặt bằng hố đào đến chuyển vị ngang của tường vây. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu
và cơ sở lý thuyết về chuyển vị ngang của tường vây trên thế giới cũng như ở Việt Nam.
Bằng cách sử dụng phần mềm Plaxis 3D mô phỏng công trình hố đào gồm tường vây
barrette, hệ kingpost và hệ dầm ngang trong cùng một điều kiện địa chất giả định giống
nhau, tương ứng với một số dạng mặt bằng hố đào sâu khác nhau. Từ kết quả phân tích
rút ra một số vấn đề về chuyển vị ngang của tường vây barrette theo dạng hình học của
hố đào có xét đến hiệu ứng không gian.
Lựa chọn một công trình cụ thể có ứng dụng tường vây barrette tại TP. Hồ Chí
Minh để so sánh chuyển vị của tường ứng với hai trường hợp: quan trắc và mô phỏng
trên phần mềm Plaxis 3D.
Luận văn này sẽ giúp cho người kỹ sư thiết kế có thêm cơ sở lý luận trong việc lựa
chọn giải pháp tường vây barrette cho công trình cao tầng có nhiều tầng hầm hiện nay.
iv
ABSTRACT
At Ho Chi Minh City, people could see more and more high-rise buildings
are going under construction. And these constructions are usually using barrette
technique. Therefore, the correct estimation deformation of retaining wall is an
important element in the construction of the deep excavation.
The aim of this thesis is to analyze some elements of geometry deep
excavation to deformation of retaining wall. Also, thesis provides the summary of
research results and basis theory of deformation of retaining wall in the world as
well as in Vietnam. The main method is using Plaxis 3D software to simulate of
the deep excavation, Kingpost and collar beam in given the same geological
conditions assumption, corresponding to several different grounds of deep
excavation. Then, by applying collected result, thesis leads to some conclusions
about deformation of excavation based on the geometry of parameters with
considering the effect of space.
In case study, thesis chooses a specific project which applies barrette at
HCM city and compares wall of deformation in two methods: observation and
simulation by Plaxis 3D software.
This thesis will provide designer construction more rationale in choosing
barrette for high-rise or skyscraper buildings with multiple basements today.
v
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY TRONG
THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU ........................................................................................... 3
1.1 Đặc điểm của hố đào sâu .......................................................................................... 3
1.2 Phân loại hố đào ........................................................................................................ 3
1.2.1. Theo phương thức đào............................................................................... 3
1.2.2. Phân loại theo đặc điểm chịu lực của kết cấu chắn giữ............................. 4
1.2.3. Phân loại theo chức năng chắn giữ hố đào ................................................ 4
1.3 Các loại tường vây hố đào thường sử dụng .............................................................. 5
1.3.1. Tường chắn bằng cọc đất trộn xi măng ..................................................... 5
1.3.2. Tường chắn bằng cọc khoan nhồi .............................................................. 5
1.3.3. Tường chắn bằng cọc thép hình ................................................................. 6
1.3.4. Tường chắn dạng hàng cọc bản thép ......................................................... 6
1.3.5. Tường chắn cọc bản bê tông cốt thép ........................................................ 6
1.3.6. Tường vây barrette..................................................................................... 6
1.4 Các phương pháp ổn định tường vây barrette ........................................................... 7
1.5 Khảo sát một số công trình hố đào sâu trên thế giới và Việt Nam ........................... 7
1.5.1. Một số công trình trên thế giới .................................................................. 7
1.5.2. Một số công trình có thi công hố đào sâu ở Việt Nam.............................. 8
1.6 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu ........ 8
1.6.1. Nguồn biến dạng trong .............................................................................. 9
1.6.2. Nguồn biến dạng ngoài .......................................................................... 15
1.7 Phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bằng phương pháp
phần tử hữu hạn ........................................................................................................ 19
1.8 Một số kết luận rút ra từ chương 1 .......................................................................... 21
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY
BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN ................................................................................... 22
2.1 Cơ sở lý thuyết trong Plaxis ................................................................................... 22
2.1.1. Mô hình vật liệu ....................................................................................... 22
2.1.2 Phân tích không thoát nước ...................................................................... 28
2.1.3. Phân tích thoát nước ................................................................................ 30
2.1.4. Phân tích kép ........................................................................................... 31
vi
2.2 Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis ............................................................ 31
2.2.1. Loại vật liệu đất nền (Drained, Undrained, Non-porous) ........................ 31
2.2.2. Dung trọng bão hòa và dung trọng khô ................................................... 32
2.2.3. Hệ số thấm ............................................................................................... 32
2.2.4. Thông số độ cứng của đất nền ................................................................. 33
2.2.5. Thông số sức kháng cắt của đất nền .................................................................. 35
2.3 Một số kết luận rút ra từ chương 2 ......................................................................... 36
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH MỘT SỐ YẾU TỐ HÌNH HỌC CỦA HỐ ĐÀO ẢNH
HƯỞNG ĐẾN CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY TRONG HỐ ĐÀO
SÂU ............................................................................................................................... 37
3.1 Giới thiệu ................................................................................................................. 37
3.2 Phân tích chuyển vị ngang của tường vây theo yếu tố hình học của hố đào ........... 37
3.3 Đặt bài toán phân tích nghiên cứu .......................................................................... 37
3.4 Các dạng mặt bằng hình học hố đào trong phân tích ............................................. 42
3.5 Kết quả phân tích các bài toán ................................................................................ 44
3.5.1. Bài toán 1 .................................................................................................. 44
3.5.2. Bài toán 2 .................................................................................................. 48
3.5.3. Bài toán 3 .................................................................................................. 52
3.5.4. Bài toán 4 .................................................................................................. 56
3.6 Một số kết luận rút ra từ chương 3 ......................................................................... 60
CHƯƠNG 4: SO SÁNH CHUYỂN VỊ NGANG GIỮA MÔ PHỎNG PLAXIS 3D
VÀ QUAN TRẮC CỦA CÔNG TRÌNH TƯỜNG VÂY THỰC TẾ ...................... 61
4.1 Giới thiệu công trình................................................................................................ 61
4.1.1. Tổng quan về công trình ........................................................................... 62
4.1.2. Kết quả khảo sát địa chất công trình ........................................................ 63
4.2 Trình tự thi công và một số hình ảnh trong quá trình thi công................................ 69
4.3 Mô phỏng bài toán ................................................................................................... 74
4.4 Kết quả phân tích bài toán ....................................................................................... 75
4.5 Một số kết luận rút ra từ chương 4 .......................................................................... 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 83
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 : Hệ số thấm k của một số loại đất ................................................................. 33
Bảng 2.2 : Miền giá trị của mô đun E ứng với các loại đất khác nhau (Bowles, 1988) 34
Bảng 2.3 : Các giá trị điển hình của mô đun E .............................................................. 34
Bảng 2.4 : Các giá trị điển hình của hệ số Poisson ........................................................ 35
Bảng 2.5 : Góc ma sát trong của cát theo chỉ số NSPT ................................................... 35
Bảng 2.6 : Các giá trị điển hình của ' , c' và cu ........................................................... 36
Bảng 3.1 : Thông số tường vây...................................................................................... 38
Bảng 3.2 : Thông số đầu vào đất trong mô hình phân tích ............................................ 39
Bảng 3.3 : Thông số đầu vào của kingpost .................................................................... 40
Bảng 3.4 : Thông số đầu vào của dầm mũ tường vây ................................................... 40
Bảng 3.5 : Thông số đầu vào của hệ thanh chống ......................................................... 41
Bảng 3.6 : Kết quả chuyển vị của tường vây - bài toán 1.............................................. 46
Bảng 3.7 : Kết quả chuyển vị của tường vây - bài toán 2.............................................. 50
Bảng 3.8 : Kết quả chuyển vị của tường vây - bài toán 3.............................................. 54
Bảng 3.9 : Kết quả chuyển vị của tường vây - bài toán 4.............................................. 58
Bảng 4.1 : Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất ....................................................................... 66
Bảng 4.2 : Trình tự thi công........................................................................................... 69
Bảng 4.3 : Thông số vật liệu tường barrete ................................................................... 69
Bảng 4.4 : Thông số vật liệu hệ giằng chống ................................................................ 72
Bảng 4.5 : Kết quả chuyển vị tường vây ....................................................................... 77
Bảng 4.5 : Kết quả chuyển vị tường vây (tt) ................................................................. 78
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1a : Đào thẳng đứng ............................................................................................ 3
Hình 1.1b : Đào có dốc ................................................................................................... 3
Hình 1.2 : Tường bằng cọc xi măng trộn đất ................................................................ 5
Hình 1.3 : Tường bằng cọc khoan nhồi......................................................................... 5
Hình 1.4 : Tường bằng cọc thép hình ........................................................................... 6
Hình 1.5 : Thi công Top – Down ................................................................................. 7
Hình 1.6 : Đường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất Clough và
O’Rourk,1990 .................................................................................................................. 9
Hình 1.7 : Ảnh hưởng độ cứng của tường đến chuyển vị của tường .......................... 10
Hình 1.8 : Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vị ngang .............................. 11
Hình 1.9 : Sự khác nhau giữa chuyển vị lớn nhất của tường trong các trường hợp
chiều dài tường phụ khác nhau ...................................................................................... 11
Hình 1.10 : Phương án đào có mặt bằng là hình chữ nhật ............................................ 12
Hình 1.11 : Các vùng ứng xử biến dạng phẳng và biến dạng không gian trong hố đào12
Hình 1.12 : Sự thay đổi của tỷ số biến dạng phẳng cho chuyển vị lớn nhất khoảng cách
từ góc tới phần ước lượng hố đào với chiều dài tường chính là hằng số và sự thay đổi
chiều dài của tường phụ ................................................................................................. 13
Hình 1.13 : Quan hệ giữa B/L và khoảng cách tính từ góc cho tỷ số biến dạng khác nhau13
Hình 1.14 : Mặt bằng tòa nhà Hai-Hua với bố trí ống Inclinometer............................. 14
Hình 1.15 : Mặt cắt mesh lưới cho công trình .............................................................. 14
Hình 1.16: Chuyển vị theo độ sâu tại các ống I1, I2, I3 [5] .......................................... 15
Hình 1.17: Phân bổ áp lực đất lại dưới tác dụng tải trọng Qp ....................................... 16
Hình 1.18: Phân bổ áp lực đất lại dưới tác dụng tải trọng Qs ....................................... 17
Hình 1.19: Các dạng chuyển vị của tường - trường hợp độ cứng thanh chống không đủ
lớn .................................................................................................................................. 19
ix
Hình 1.20: Giới hạn vùng mô hình khi phân tích hố đào sâu bằng Plaxis, K.J Bakker 20
Hình 2.1 : Quan hệ ứng suất và biến dạng trong mô hình đàn dẻo ............................. 22
Hình 2.2 : Xác định Eref từ thí nghiệm ba trục cố kết thoát nước ............................... 25
Hình 2.3 : Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic trong thí nghiệm
nén 3 trục thoát nước ..................................................................................................... 25
Hình 2.4 : Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết ...................................................... 27
Hình 3.1 : Mặt cắt địa chất của bài toán phân tích ...................................................... 40
Hình 3.2 : Mô hình Plaxis 3D mô phỏng bài toán ...................................................... 44
Hình 3.3 : Kết cấu tường vây và hệ thanh chống qua mô phỏng Plaxis ..................... 44
Hình 3.4a : Kết quả chuyển vị tường vây mô hình 3D ................................................. 45
Hình 3.4b : Kết quả chuyển vị tường vây trên mặt bằng hố đào .................................. 45
Hình 3.5 : Biểu đồ chuyển vị của tường vây theo độ sâu ứng với hai thời điểm của
quá trình thi công tường vây – Bài toán 1 ..................................................................... 47
Hình 3.6 : Mô hình Plaxis 3D mô phỏng bài toán 2 ................................................... 48
Hình 3.7 : Kết cấu tường vây và hệ thanh chống qua mô phỏng Plaxis ..................... 48
Hình 3.8a: Kết quả chuyển vị tường vây mô hình 3D ................................................... 49
Hình 3.8b : Kết quả chuyển vị tường vây trên mặt bằng hố đào .................................. 49
Hình 3.9 : Biểu đồ chuyển vị của tường vây theo độ sâu ứng với hai thời điểm của
quá trình thi công tường vây – Bài toán 2 ..................................................................... 51
Hình 3.10 : Mô hình Plaxis 3D mô phỏng bài toán ...................................................... 52
Hình 3.11 : Kết cấu tường vây và hệ thanh chống qua mô phỏng Plaxis ..................... 52
Hình 3.12a: Kết quả chuyển vị tường vây mô hình 3D ................................................. 53
Hình 3.12b: Kết quả chuyển vị tường vây trên mặt bằng hố đào .................................. 53
Hình 3.13 : Biểu đồ chuyển vị của tường vây theo độ sâu ứng với hai thời điểm của
quá trình thi công tường vây – Bài toán 3 ..................................................................... 55
Hình 3.14 : Mô hình Plaxis 3D mô phỏng bài toán ...................................................... 56
x
Hình 3.15 : Kết cấu tường vây và hệ thanh chống qua mô phỏng Plaxis ..................... 56
Hình 3.16a: Kết quả chuyển vị tường vây mô hình 3D ................................................. 57
Hình 3.16b: Kết quả chuyển vị tường vây trên mặt bằng hố đào .................................. 57
Hình 3.17 : Biểu đồ chuyển vị của tường vây theo độ sâu ứng với hai thời điểm của
quá trình thi công tường vây – Bài toán 4 ..................................................................... 59
Hình 4.1 : Phối cảnh công trình Tòa nhà trụ sở công ty Xổ số kiến thiết TP. HCM .. 61
Hình 4.2 : Sơ đồ chỉ dẫn Tòa nhà trụ sở công ty Xổ số kiến thiết TP. HCM ............. 62
Hình 4.3 : Sơ đồ vị trí hố khoan .................................................................................. 63
Hình 4.4 : Mặt cắt địa chất .......................................................................................... 67
Hình 4.5 : Mặt cắt địa chất .......................................................................................... 68
Hình 4.6 : Mặt bằng bố trí hệ kingpost ....................................................................... 70
Hình 4.7 : Mặt bằng bố trí hệ giằng chống ................................................................. 71
Hình 4.8 : Thi công xong tầng giằng đầu tiên, đào đất thi công tầng giằng thứ 2 ...... 72
Hình 4.9 : Thi công tầng giằng thứ 2 .......................................................................... 73
Hình 4.10 : Thi công tầng giằng thứ 2 .......................................................................... 73
Hình 4.11 : Đào, vận chuyển đất thi công tầng giằng thứ 2 ......................................... 73
Hình 4.12 : Giằng tại vị trí góc ..................................................................................... 74
Hình 4.13 : Đào đất lớp giằng thứ 3.............................................................................. 74
Hình 4.14 : Mô hình Plaxis 3D mô phỏng bài toán ...................................................... 74
Hình 4.15 : Kết cấu tường vây và hệ thanh chống qua mô phỏng Plaxis ..................... 75
Hình 4.16a: Kết quả chuyển vị tường vây mô hình 3D ................................................. 75
Hình 4.16b: Kết quả chuyển vị tường vây mô hình 3D ................................................ 76
Hình 4.17 : Vị trí quan trắc thực tế ............................................................................... 76
Hình 4.18 : Biểu đồ chuyển vị tường vây trong giai đoạn lắp hệ giằng thứ 3 .............. 79
-1-
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, tại các thành phố lớn ở Việt Nam đã xuất hiện nhiều công trình cao
tầng. Để tăng cường tính ổn định cho công trình cao tầng thì cần thiết phải thiết kế
tầng hầm chôn sâu công trình hơn vào trong đất, đồng thời tầng hầm cũng đáp ứng
nhiều mục đích khác cho người sử dụng.
Việc thi công tầng hầm các công trình yêu cầu phải đảm bảo nhiều về vấn đề kỹ
thuật như: biện pháp chắn giữ để bảo vệ thành vách hố đào không bị sập khi thi công
hố đào tầng hầm và đồng thời không làm ảnh hưởng đến các công trình lân cận.
Việc ứng dụng tường barrette trong hố đào sâu nhà cao tầng là biện pháp hiệu
quả để xây dựng các công trình có tầng hầm. Tường barrette đã được nhiều nước trên
thế giới sử dụng từ những năm 1970. Tại Việt Nam cũng đã bắt đầu sử dụng trong
những năm gần đây tại các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh thấy
rằng có hiệu quả. Việc nghiên cứu ứng dụng tường barrette rộng rãi cho nhà cao tầng
có tầng hầm là cần thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của đề tài ở đây là phân tích chuyển vị ngang của hệ tường vây
barrette trong quá trình thi công đào hầm bằng phần mềm Plaxis 3D, sử dụng mô hình
nền Mohr - Coulomb. Qua đó rút ra một số nhận xét về một số yếu tố có thể ảnh
hưởng đến chuyển vị ngang của tường barrete chắn giữ hố đào sâu. Kết quả phân tích
hy vọng có thể ứng dụng cho bài toán thiết kế biện pháp thi công tầng hầm cho các
công trình khác tương tự. Yếu tố được xem xét khi phân tích trong luận văn đó là dạng
hình học của hố đào và điều kiện địa chất.
3. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết liên quan đến đề tài. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã
có. Đặt các trường hợp các bài toán cụ thể rồi sử dụng phần mềm Plaxis 3D
Foundation mô phỏng các trường hợp bài toán đặt ra để tìm kết quả chuyển vị và phân
tích. Nghiên cứu ứng dụng cho một công trình cụ thể tại thành phố Hồ Chí Minh, nhận
xét các kết quả phân tích có so sánh với kết quả quan trắc thực tế tại công trình.
-24. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài
Đề tài: “Phân tích ổn định hệ tường vây trong quá trình thi công hố đào
sâu bằng mô hình Plaxis 3D” giúp cho người kỹ sư thiết kế nền móng có thêm một
cơ sở lý luận dự báo chuyển vị hố đào sâu, ảnh hưởng của dạng hình học của mặt bằng
hố đào sâu đến mức độ chuyển vị ngang của tường vây.
Việc ứng dụng tính toán chuyển vị ngang của tường barrette cho một công trình
cụ thể tại thành phố Hồ Chí Minh và có so sánh với kết quả quan trắc chuyển vị ngang
thức tế làm tài liệu tham khảo thêm cho những người quan tâm đến vấn đề nghiên cứu
trong luận văn.
5. Giới hạn của đề tài
Phạm vi nghiên cứu cho công trình thực tế có tính cục bộ chưa có điều kiện
nhân rộng phân tích nhiều khu vực địa chất khác nhau. Kết quả nghiên cứu phần lớn
dựa vào kết quả phân tích khi mô phỏng trên phần mềm Plaxis 3D bằng mô hình Mohr
- Coulomb. Chưa phân tích đầy đủ hết các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của
tường vây.
-3-
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƢỜNG VÂY
TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU
1.1 Đặc điểm của hố đào sâu
Đặc điểm của hố đào sâu liên quan tới yếu tố địa phương, tức là tùy vào điều kiện
điạ chất của mỗi vùng khác nhau mà nó có đặc điểm khác nhau. Công trình hố đào sâu
phụ thuộc nhiều vào đặc tính của đất nền tại nơi thi công, các giải pháp kết cấu và kỹ
thuật thi công hố đào.
Công trình thi công hố đào sâu bao gồm nhiều các khâu: chắn đất, đào đất, chống
giữ, hạ mực nước ngầm. Vì tính chất quan trọng và yêu cầu độ an toàn cao nên thường
chi phí thi công hố đào sâu là rất lớn, thời gian thi công kéo dài.
Công trình hố đào sâu trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao, các điều kiện
hiện trường phức tạp thì thường xảy ra các sự cố: trượt lở, mất ổn định, kết cấu chắn
giữ bị hư hại, ảnh hưởng đến công trình đang xây dựng và các công trình xung quanh.
1.2 Phân loại hố đào
Có nhiều cách phân loại khác nhau. Tuy nhiên có thể chia thành ba dạng để xem
xét như: Phương thức đào, đặc điểm chịu lực và chức năng kết cấu.
1.2.1. Theo phƣơng thức đào
(a) Đào không có chắn giữ thi công bằng cách hạ mực nước ngầm, đào taluy, gia
cố nền và ổn định mái dốc:
Hình 1.1a: Đào thẳng đứng
Hình 1.1b: Đào có dốc
-4(b) Đào có chắn giữ thi công bằng cách sử dụng các kết cấu quây giữ, hệ thống
chắn giữ. Vật liệu kết cấu chắn giữ là thép, bê tông, xi măng trộn đất
1.2.2. Phân loại theo đặc điểm chịu lực của kết cấu chắn giữ
Kết cấu chắn giữ chịu lực bị động: Kết cấu chắn giữ hố đào có vai trò
chịu áp lực đất chủ động bao gồm các kết cấu như phun neo, tường bằng
đinh đất.
Kết cấu chắn giữ chịu áp lực chủ động: Kết cấu chắn giữ hố đào có vai
trò chịu áp lực đất bị động bao gồm các kết cấu như cọc, bản, ống, tường và
chống.
1.2.3. Phân loại theo chức năng chắn giữ hố đào
1.2.3.1.
Bộ phận chắn đất
a) Kết cấu chắn đất, thấm nước
+
Cọc thép hình có bản cài
+
Cọc nhồi đặt thưa trát mặt xi măng lưới thép
Cọc đặt dày (cọc nhồi, cọc đúc sẵn)
b) Kết cấu chắn đất, ngăn nước
+
Tường liên tục trong đất
+
Cọc, tường trộn xi măng đất dưới tầng sâu
+
Giữa cọc đạt dày thêm cọc phun xi măng cao áp
+
Cọc bản thép
1.2.3.2.
Bộ phận chắn giữ kiểu kéo giữ
+
Kiểu tự đứng (cọc consol, tường)
+
Thanh neo vào tầng đất
+
Ống thép, thép hình chống đỡ (chống ngang)
+
Chống chéo
+
Hệ dầm vòng chống đỡ
-5+
Thi công top-down
1.3 Các loại tƣờng vây hố đào thƣờng sử dụng
1.3.1. Tƣờng chắn bằng cọc đất trộn xi măng
Trộn cưỡng bức đất với xi măng thành cọc xi măng, sau khi đóng rắn sẽ
thành tường chắn có dạng bản liền khối đạt cường độ nhất định. Dùng cho loại
hố đào có độ sâu từ 3 – 6 m.
Hình 1.2: Tường bằng cọc xi măng trộn đất
1.3.2. Tƣờng chắn bằng cọc khoan nhồi
Cọc khoan nhồi có đường kính từ 0,6 – 1 m, cọc dài 15 – 30 m, làm
thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, đỉnh cọc cũng được cố định bằng dầm
vòng bằng bê tông cốt thép. Dùng cho hố đào có độ sâu từ 6 – 13 m.
Hình 1.3: Tường bằng cọc khoan nhồi
-61.3.3. Tƣờng chắn bằng cọc thép hình
Các cọc thép hình thường là I hay H được hạ vào trong đất liền sát nhau
bằng búa đóng hay rung tạo thành tường chắn kiểu hàng cọc, trên đỉnh được
giằng bằng thép hình. Dùng cho hố đào có độ sâu 6 -13 m.
Hình 1.4: Tường bằng cọc thép hình
1.3.4. Tƣờng chắn dạng hàng cọc bản thép
Dùng thép máng sấp ngửa móc vào nhau hoặc cọc bản thép khóa miệng
bằng thép hình với mặt cắt chữ U và chữ Z. Dùng phương pháp đóng hoặc
rung để hạ chúng vào trong đất, sau khi hoàn thành nhiệm vụ chắn giữ, có thể
thu hồi sử dụng lại. Dùng cho loại hố móng có độ sâu từ 3 – 10 m.
1.3.5. Tƣờng chắn cọc bản bê tông cốt thép
Cọc bản bê tông cốt thép có chiều dài cọc từ 6 – 12 m, sau khi hạ cọc
xuống đất, người ta tiến hành cố định đầu cọc bằng dầm vòng bê tông cốt thép
hay thanh neo. Dùng cho loại hố đào có độ sâu từ 3 – 6 m.
1.3.6. Tƣờng vây barrette
Tường vây barrette là tường bê tông đổ tại chỗ, chiều dày từ 600 – 800
mm để chắn giữ ổn định hố đào sâu trong quá trình thi công. Tường có thể
được làm từ các đoạn cọc barrette, tiết diện chữ nhật với chiều rộng thay đổi
từ 2,2 – 3,6 m. Các đoạn tường barrette được liên kết chống thấm bằng goăng
cao su. Trong trường hợp 2 tầng hầm, tường barrette thường được thiết kế có
chiều sâu >10 m tùy thuộc vào địa chất công trình và phương pháp thi công.
-71.4 Các phƣơng pháp ổn định tƣờng vây barrette
Tường vây barrette được giữ ổn định khi thi công bằng các giải pháp sau:
- Giữ ổn định bằng hệ dàn thép hình, số lượng tầng thanh chống chống có
thể là 1, 2 tầng chống hoặc nhiều hơn tùy theo địa chất công trình, chiều sâu hố
đào.
-
Giữ ổn định bằng phương pháp neo trong đất: thanh neo trong đất được
sử dụng là neo dự ứng lực. Neo trong đất có nhiều loại, tuy nhiên dùng phổ biến
trong xây dựng hầm là neo phụt.
- Giữ ổn định bằng phương pháp thi công Top – Down: phương pháp thi
công này thường được sử dụng phổ biến hiện nay. Để chống đỡ sàn tầng hầm
trong quá trình thi công, người ta thường sử dụng Kingpost bằng thép hình.
Trình tự thi công này có thể thay đổi để phù hợp với đặc điểm của từng loại
công trình.
Hình 1.5: Thi công Top – Down
Giữ ổn định bằng hệ dàn thép hình kết hợp với sườn gia cường: phương pháp này
đã được ứng dụng phổ biến ở Đài Bắc, Trung Quốc nhưng ở Việt Nam vẫn chưa được
ứng dụng rộng rãi.
1.5 Khảo sát một số công trình hố đào sâu trên thế giới và Việt Nam
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều công trình có thi công hố đào sâu.
1.5.1. Một số công trình trên thế giới:
-8Tòa nhà Chung – Wei Đài Loan : 20 tầng, 3 tầng hầm;
Tháp đôi Luala Lumpur city Center Malaysia;
Tòa nhà Commerce Bank: 56 tầng; 3 tầng hầm;
Tòa nhà Cental Plaza HongKong : 75 tầng, 3 tầng hầm;
Tòa thư viện Anh: 7 tầng, 4 tầng hầm;
Tòa nhà Chung- Hava Đài Loan : 16 tầng, 3 thầng hầm.
1.5.2. Một số công trình có thi công hố đào sâu ở Việt Nam
Cục tần số vô tuyến điện, Trần Duy Hưng, Hà Nội; tường barrette dày
80cm, 27 tầng có 3 thầng hầm;
Chung cư Nguyễn Thái Học, phường Yết Kiêu: có 2 tầng hầm;
Vietcombank Tower, 98 Trần Quang Khải, Hà nội: 2 tầng hầm;
Hacinco Tower : tường barrette: 2 tầng hầm;
Kho bạc nhà nước Hà Nội: 2 tầng hầm;
Tòa nhà văn hóa đa năng, Pasteur, quận 1, Hồ Chí Minh: 3 tầng hầm;
Tòa nhà Vincom Tower, Lê Thánh Tôn, Quận 1, Hồ Chí Minh: có 6 tầng
hầm;
Bitexco tower, Hồ Chí Minh: 2 tầng hầm;
Lottery Tower, Lê Thánh Tôn, Hồ Chí Minh: 3 tầng hầm.
1.6 Các nhân tố ảnh hƣởng đến chuyển vị ngang của tƣờng vây trong hố đào sâu
Các nguyên nhân gây chuyển dịch đất ngoài phạm vi hố đào có thể phân làm hai
loại chung:
-
Biến dạng của các thành phần của hệ chống vách.
-
Biến dạng của đất do tương tác của khối đất xung quanh và nước ngầm đối
với các hoạt động đào.
Để đơn giản, hai loại này sẽ được gọi tương ứng là biến dạng trong và biến
dạng ngoài.
-9-
Nguồn biến dạng bên trong chủ yếu liên quan đến sự làm việc của hệ tường
chắn. Trong quá trình đào, tường bị biến dạng uốn giữa các điểm gối và như
một consol ở phía trên điểm gối trên cùng. Các thanh giằng chịu kéo, hoặc
các thanh chống chịu nén.
-
Nguyên nhân biến dạng ngoài liên quan tới sự làm việc của toàn bộ khối đất
và kết quả của sự cố kết.
1.6.1.
Nguồn biến dạng trong
1.6.1.1.
Độ cứng tƣờng chắn và hệ chống đỡ
Thay đổi độ dày tường làm thay đổi độ cứng của tường làm giảm chuyển
dịch của đất bên ngoài hố đào. Tuy nhiên việc tường dày quá chiếm diện tích
lớn, chi phí thi công tăng cao.
Clough và O’Rourke (1990) dựa vào một số quan trắc về biến dạng của
một số hố đào đã lập thành bảng so sánh với độ cứng của tường chắn và tương
quan giữa hệ số an toàn với sự trồi nền.
Đối với hố đào trong đất sét mềm tới cứng vừa, O’Rourke đã so sánh
chuyển vị ngang lớn nhất và chuẩn hóa (umax/z) với độ cứng của tường ( EI / h 4 )
Trong đó: E: mô đun đàn hồi của tường ; I: mô ment chống uốn
h: khoảng cách trung bình giữa các thanh chống
Hình 1.6: Đường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất Clough và O’Rourk,
1990
- 10 -
L. Sebastian Bryson và David G. Zapata-Medina (2012) đã mô phỏng 3D để
nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng của các loại tường đến chuyển vị của tường
tương ứng với các loại đất.
Hình 1.7: Ảnh hưởng độ cứng của tường đến chuyển vị của tường
-
Long (2001) đã nghiên cứu và phân tích 296 trường hợp. Nghiên cứu chủ yếu
tập trung vào kết quả xác nhận của Clough và O’Rourke (1990) cho các vùng
đất cứng với hm / H 0,05 0,25% và vm / H 0 0,2% .Với đất sét mềm với
hệ số an toàn thấp, sự chuyển dịch của tường có thể lên tới hm / H 3,2% . Ông
kết luận biến dạng của hố đào sâu trong đất dính cũng như trong đất sét cứng
không phụ thuộc nhiều vào độ cứng của bức tường và hệ chống đỡ. Độ cứng
ảnh hưởng đến biến dạng đáng kể khi đào sâu trong đất sét mềm với hệ số an
toàn thấp. Ông tìm ra một hệ số linh hoạt Addenbrooke’s để xác định được độ
cứng tường và hệ chống đỡ.
1.6.1.2.
-
Kích thƣớc hố móng
Hình dạng, kích thước hố móng ảnh hưởng đến sự phân bố chuyển vị của đất
xung quanh và bên dưới dáy hố móng.
-
Hố đào càng sâu, ứng suất tổng giảm càng lớn và như vậy chuyển vị của tường
chắn càng lớn. Hố đào càng rộng, chuyển vị của tường chắn càng lớn.
- 11 -
Phân tích theo mô hình ứng suất hữu hiệu, MIT-E3 (Whittle và Kavvadas,
1994) có xét đến ảnh hưởng của chiều dài tường đến độ lún nền và chuyển vị
ngang của tường ứng với các chiều sâu tường là L = 40 m và 20 m. Khi đào đến
các cấp đào H = 2,5 m; 5,0 m; 15,0 m; 22,5 m cho đất OCR=1. Khi chiều sâu
tường tăng dẫn đến chuyển vị ngang của tường giảm, được thể hiện qua hình
Hình 1.8: Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vị ngang
-
Tác giả Chang – Yu Ou trong quá trình nghiên cứu thành lập một quy trình
phân tích 3D phát triển trên chương trình máy tính khi phân tích bài toán đào
sâu và thực hiện trên công trình cụ thể đã cho thấy ảnh hưởng của kích thước hố
móng.
Hình 1.9: Sự khác nhau giữa chuyển vị lớn nhất của tường trong các trường hợp
chiều dài tường phụ khác nhau
