Tiểu luận Tính toán công trình ngầm: So sánh mức độ ảnh hưởng của chiều sâu chân tường cừ Larsen và độ cứng thanh chống trong việc giảm chuyển vị ngang khi thi công hố đào sâu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
BỘ MÔN ĐỊA CƠ NỀN MÓNG
..…..o0o……

BÁO CÁO TIỂU LUẬN
TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH NGẦM
ĐỀ TÀI
SO SÁNH MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU SÂU CHÂN TƯỜNG CỪ
LARSEN VÀ ĐỘ CỨNG THANH CHỐNG TRONG VIỆC GIẢM CHUYỂN
VỊ NGANG KHI THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU

GIẢNG VIÊN : TS. ĐỖ THANH HẢI
HỌC VIÊN

: 1. LÊ TRỌNG THẠCH (1670175)
2. NGUYỄN KHÁNH LÂN (1670171)
3. NGUYỄN MINH TRÍ (1670180)
4. NGUYỄN ĐỨC LÂM (1670042)

Tp. HCM, tháng 03 năm 2017


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm
MỤC LỤC

Phần 1. MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 4
1. Tính cấp thiết .......................................................................................................... 4
2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................... 4

3. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 4
Phần 2. TỔNG QUAN ....................................................................................................... 5
1. Các yếu tố ảnh hưởng chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu ................... 5
2. Các nghiên cứu đã thực hiện ......................................................................................... 5
Phần 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH HỐ ĐÀO SÂU ..................................................... 19
1. GIỚI THIỆU ......................................................................................................... 19
2. LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT TÁC DỤNG LÊN TƯỜNG CHẮN......................... 19
3. TÍNH ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN .......................................................... 19
2.3.1. Lý thuyết Morh – Rankine ................................................................................ 19
2.3.2. Lý thuyết Coulomb ........................................................................................... 21
4. PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU CHẮN GIỮ HỐ ĐÀO (PHƯƠNG PHÁP
SACCHIPANA – NHẬT) ........................................................................................... 25
5. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỦA TƯỜNG CHẮN ...................................................... 28
a) Kiểm tra ổn định của đất nền dưới bản móng tường chắn ...................................... 28
b) Kiểm tra ổn định trượt phẳng của tường chắn ........................................................ 29
c) Kiểm tra ổn định lật của tường chắn ...................................................................... 30
d) Kiểm tra ổn định trượt sâu của tường chắn ............................................................ 30
6. PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (FEM) .................................................. 30
a)

Cơ sở lý thuyết của phần mềm Plaxis ................................................................ 31

b)

Các mô hình đất nền .......................................................................................... 31

7. NHẬN XÉT PHẦN 3. ........................................................................................... 39
Phần 4. MÔ PHỎNG HỐ ĐÀO SÂU BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS ............................ 41
1. Giới thiệu hố đào:.................................................................................................. 41
2. Mục tiêu mô phỏng: .............................................................................................. 42

3. Mô hình hố đào: .................................................................................................... 42
a) Mô tả địa chất:....................................................................................................... 42
b) Thông số cừ Larsen FSP-III: Phần tử plate. ........................................................... 44
c) Thông số cừ thanh chống H400: 400x400x13x21: Phần tử anchor. ....................... 45
d) Tải trọng thi công xe đào thể tích gàu 0.7m3. ........................................................ 45
GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 2 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

e) Mô hình hố đào. .................................................................................................... 47
f) Khai báo các bước thi công: .................................................................................. 48
4. Kết quả mô hình: ................................................................................................... 49
a) Chuyển vị lớn nhất tường cừ: ................................................................................ 49
b) Nội lực thanh chống: ............................................................................................. 52
Phần 5: Nhận xét kết quả và kiến nghị: .......................................................................... 53

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 3 / 54

Thực hiện: Nhóm 3

ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Phần 1. MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết


Hiện nay, với chính sách mở cữa, hợp tác với các nước trong khu vực và trên thế giới đã
và đang làm cho ngành xây dựng và các ngành kinh tế khác của Việt Nam có những
thay đổi nhanh chóng về chất lượng cũng như về số lượng. Nhiều nơi trên đất nước, đặt
biệt ở các thành phố lớn như Tp.Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng và Hải Phòng, nhà cao
tầng đã xuất hiện rất nhanh chóng. Nhà cao tầng không chỉ giải quyết vấn đề nhà ở cho
lượng dân cư ngày càng đông đúc trong khi quỹ đất ở có hạn và cho công tác thương
mại trong khi mà còn làm hài hòa kiến trúc thành phố. Hầu hết các công trình cao tầng
đều có hạng mục công trình ngầm được đưa sâu vào trong lòng đất. Tường vây là một
phần không thể thiếu trong công tác xây dựng công trình ngầm nhằm mục đích ổn định
hố đào sâu cũng như tránh các ảnh hưởng tới các công trình lân cận.



Việc ổn định hố đào sâu trong nền đất yếu, đặt biệt tại Tp. Hồ Chí Minh càng khó khăn
vì chuyển vị ngang của tường vây tầng hầm trong quá trình thi công thường rất lớn gây
mất ổn định cho hố đào. Việc tìm kiếm các giải pháp để khắc phục vấn đề này là rất
phức tạp vì không ước lượng được chính xác được chuyển vị ngang của tường vây.
Nguyên nhân không xác định chính xác được chiều sâu chân tường vây cũng như độ
cứng của hệ thanh chống trong hố đào. Dựa trên những lý do đó, đề tài “So sánh mức
độ ảnh hưởng của chiều sâu chân tường và độ cứng thanh chống trong việc giảm
chuyển vị ngang khi thi công hố đào sâu”

2. Mục đích nghiên cứu


Đánh giá mức độ ảnh hưởng chiều sâu chân tường cừ Larsen và độ cứng thanh chống
đến chuyển vị ngang tường vây trong nền đất yếu cho Hạng mục: Bể xử lý nước thải
cho công trình tại Huyện Bình Chánh, Tp.Hồ Chí Minh;



So sánh ảnh hưởng chiều sâu chân tường cừ Larsen và độ cứng thanh chống đến chuyển
vị ngang đỉnh hố đào.

3. Phương pháp nghiên cứu


Dùng phương pháp giải tích để tính toán áp lực đất tác dụng lên lưng tường theo lý
thuyết Coulomb và mối quan hệ giữa áp lực đất - chuyển vị ngang. Ngoài ra còn nêu ra
ảnh hưởng của độ cứng tường và thanh chống đến độ sâu chân tường;



Phương pháp mô phỏng: Sử phần mềm PLAXIS 2D để mô phỏng tính toán chuyển vị
ngang tường vây bằng phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng phương pháp phân tích
không thoát nước với mô hình Hardening Soil cho các lại tường vây với độ cứng khác
nhau và chiều dài chân tường khác nhau.

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 4 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Phần 2. TỔNG QUAN
1. Các yếu tố ảnh hưởng chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu
(Kung 2009):
1.1. Yếu cố cố hữu:


Yếu tố địa chất: Tính chất cơ lý của đất nền, mực nước ngầm;



Tải trọng lân cận: Gây ra áp lực đáng kể lên tường vây.

1.2. Yếu cố liên quan đến thiết kế:


Độ cứng và độ sâu chân tường;



Hình dạng hố đào;



Ứng xuất trước trong hệ thanh chống;



Phương pháp gia cố nền nâng cao khả năng chịu lực và giảm biến dạng đất nền;



Phương pháp thi công.

1.3. Yếu cố liên quan đến thi công:


Biện pháp thi công: Topdown, Semi Topdown, Bottom up;



Chiều sâu hố đào;



Công tác thi công;



Thời gian thi công;



Kinh nghiệm thi công.

2. Các nghiên cứu đã thực hiện
2.1. Nước ngoài
a) Phương pháp thực nghiệm


Phương pháp của Peck:
Thiết lập quan hệ độ lún bề mặt nền phụ thuộc vào loại đất và tay nghề lao động như
sau:

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 5 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Hình 1. Độ lún bề mặt hố đào cho các loại đất khác nhau
Áp lực đất biểu kiến bán thực nghiệm phát triển bỡi Terzaghi và Peck (1967) để dự
đoán áp lực lớn nhất trong thanh chống có thể sảy ra trong hố đào có giắng chống như
sau:

Hình 2. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến được đề xuất bỡi Terzaghi và Peck (1967)

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 6 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM


Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Theo Mana và Clough:
Trong các nghiên cứu của Mana và Clough (1981). Chuyển vị ngang lớn nhất và hệ số
an toàn đẩy trồi đáy hố đào như sau:

Hình 3. Quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất và hệ số an toàn đẩy trồi đáy hố đào
Hệ số an toàn đẩy trồi đáy theo Tezaghi (1943) như sau:

Hình 4. Hình dạng hố đào và thông số cường đất cho hệ số an toàn

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 7 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM


Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Phương pháp của Clough và các cộng sự:
Clough và các cộng sự (1989) đề xuất một quy trình bán thực nghiệm để ước lượng
chuyển vị khi đào trong đất sét ứng với chuyển vị ngang lớn nhất của tường (hm), hệ số
an toàn (FS) và độ cứng hệ chống () như sau:

Với :  = EI/(ɣ w.h4)
EI : Độ cứng chống uốn trên đơn vị chiều rộng tường chắn
h : Khoảng cách trung bình hệ chống
FS : Hệ số an toàn được định nghĩa theo Tezaghi (1943) như Hình 4:
Hình 5. Quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất, hệ số an toàn và độ cứng hệ chống


Dữ liệu của Long:
Long (2001) phân tích chuyển vị đối với đất cứng và sét mềm dựa trên 296 trường hợp
như sau:
 Đối với đất rời, sét cứng. Chuyển vị tường không phụ thuộc độ cứng tường, hệ chống
cũng như loại chống:
hm/ H = (0.05 ÷ 0.25) %
vm/H = (0 ÷ 0,2) %
 Đối với sét mềm có hệ số ổn định đáy thấp, chuyển vị ngang lớn nhất:

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 8 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm
hm/ H = 3,2 %



Dữ liệu của Moormann:
Moormann (2004) đã thực hiện một nghiên cứu với 530 trường hợp tường chắn và
chuyển vị của đất khi đào trong đất sét mềm (Cu < 75 kPa). Tác giả đưa ra chuyển vị
ngang lớn nhất (hm) từ 0.5 %H đến 1.0 %H, trung bình là 0.87 %H. Vị trí chuyển vị
ngang lớn nhất từ 0.5 H đến 1.0 H dưới mặt đất.
Chuyển vị đứng bề mặt đất nền phía sau tường chắn (vm) từ 0.1%H đến 10 %H, trung
bình là 1.1 %H . Độ lún lớn nhất tại khoảng cách nhỏ hơn 0.5%H phía sau lưng tường.
Chuyển vị ngang lớn nhất theo độ sâu theo Moormann (2004) như sau:

Hình 6. Chuyển vị ngang lớn nhất theo độ sâu theo Moormann (2004)

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 9 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Hình 7. Chuyển vị ngang lớn nhất theo độ sâu được chuẩn hóa với độ cứng hệ chống theo
Moormann (2004)

b) Phương pháp số


Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Trong FEM, đất nền được chia thành nhiều phần
tử nhỏ, các phần tử nhỏ này được kết nối với nhau tại các điểm định trước trên biên
phần tử nhỏ (gọi là nút), tại mỗi nút được xác định bằng các hàm xấp xỉ, các giá trị này
được gọi là bậc tự do của mỗi phần tử và được xem là các ẩn số cần tìm của bài toán;



Với sự phát triển phần mềm Plaxis được bắt đầu từ 1987 tại Đại học công nghệ Delff –
Hà Lan. Phiên bản Plaxis V.1 ban đầu được thành lập nhằm mục đích phân tích các bài
toán ổn định đê biển và đê sông tại các vùng bờ biển thấp tại Hà Lan. Đến năm 1993
Công ty Plaxis BV được thành lập và từ năm 1998, các phần mềm Plaxis đều được xây
dựng theo phần tử hữu hạn. Phần mềm Plaxis được trang bị các tính năng đặc biệt để
giải quyết một số khía cạnh của các kết cấu địa kỹ thuật phức tạp. Chương trình này
dùng để tính toán các bài toán về mái dốc, hố đào, hầm (tunnel), đường hầm giao thông,
đường hào kỹ thuật (collector), đường tàu điện ngầm và các dạng công trình ngầm khác.
Không có phương pháp thiết kế tiêu chuẩn nào để ước lượng chuyển vị của đất gây ra
do đào sâu. Phương pháp hiệu quả đào hiện hữu được dựa trên qua sát thực nghiệm hay
mô phỏng số. Bỡi vì tính phức tạp vốn có trong các giai đoạn đào, phương pháp kinh
nghiệm không thể dự đoán một cách tốt nhất chuyển vị chính xác của đất. Ảnh hưởng
của các yếu tố riêng lẻ không thể tách biệt từ dữ liệu thực nghiệm do số lượng hữu hạn
hố đào và điều kiện thi công tương tự. Mặc dù nhiều giải pháp số hiện hữu có xu hướng
thiết kế đặt biệt và không có sẵn cho thiết kế tổng quát, phương pháp số vẫn mô tả lộ
trình có thể làm được để hiểu đào sâu bao gồm chuyển vị của đất. Tuy nhiên lựa chọn
mô hình cơ bản thích hợp và các thông số mô hình vẫn là câu hỏi rất quan trọng cho kỹ
sư địa kỹ thuật. Một vài vấn đề nghiên cứu đất được giới thiệu như sau:
 Addenbrooke và cộng sự (2000) thực hiện 30 phân tích hữu hạn phi tuyến trong hố
đào sét cứng không thoát nước. Một thông số chuyển vị uốn mới (EI/h5) trong thiết

kế tường chắn nhiều tầng chống được giới thiệu với sự mở rộng hệ số uốn của Rowe
(Rowe, 1952). Ảnh hưởng của trạng thái ứng xuất ban đầu khác nhau và giá trị thay
đổi độ cứng thanh chống cho sự chống đỡ bên trong khi đào được đề cập. Kết quả
chứng minh rằng trạng thái ứng xuất ban đầu, độ cứng thanh chống, hệ thống chống
giữ với cùng một hệ số chuyển vị uốn tăng đến cùng chuyển vị ngang lớn nhất và
cùng chuyển vị bề mặt đất nền trong điều kiện đào không thoát nước trong sét cứng.
 Wong, Broms (1989) và Goh (1994) sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn mô tả
ảnh hưởng hình dạng đào (Chiều rộng, chiều dài, chiều sâu đào) của tầng đất cứng,
độ cứng tường đến chuyển vị tường vây;

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 10 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

 Whittle và Hashash (2002) đưa ra giải thích chi tiết lộ trình ứng xuất từ phần tử hữu
hạn phi tuyến, làm rõ quá trình phát triển áp lực ngang của đất tác dụng lên tường
vây có giằng chống khi đào sâu trong đất sét;
 Theo như nghiên cứu của Teparaksa W. (Chulalongkhon University, Bangkok
Thailand) và các cộng sự với đề tài “Prediction and Performances of Short Embeded
Cast In-situ Diaphragm Wall for Deep Excavation in Bangkok Subsoil”. Tác giả mô
phỏng toàn bộ quá trình thi công bằng phương pháp FEM để dự đoàn chuyển vị
tường chắn và so sánh với kết quả quan trắc thực tế.
Các đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu:

Hình 8. Đặc điểm địa chất khu vực thi công

Khối lượng riêng và sức chống cắt không thoát nước:

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 11 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Mặt bằng bố trí cọc như sau:

Hình 9. Mặt bằng bố trí cọc khu vực thi công
Tường chắn và cọc khoan nhồi được thi công song song, tường chắn dày 0,8 m được
ngàm vào lớp đất sét cứng có độ sâu mũi là 18 m, chiều sâu hố đào lớn nhất là 15,8m,
công trình sử dụng 4 hệ thanh chống tạm có kích tải. Trình tự thi công tầng hầm công
tầng hầm công trình được thực hiện như sau:

Hình 10. Trình tự thi công đào đất và lắp đặt hệ chống
GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 12 / 54

Thực hiện: Nhóm 3

ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Hệ thanh chống gồm các thành giằng ngang theo biên tường chắn, thanh chống dọc,
thanh chống ngang. Khoảng cách giữa các thanh chống là 6,4 m- 6,8 m;
Đặc trưng hệ thanh chống:

Khi tiến hành đào sâu ở giai đoạn 1, chiều sâu đào 3,2 m, chuyển vị ngang lớn nhất đo
được 55 mm – 70 mm. Sau khi lắp đặt hệ chống và kích tải, chuyển vị tường chắn chỉ
tăng từ 2 mm – 4 mm ở các giai đoạn đào đất tiếp theo. Kích tải từ hệ thanh chống tầng
thứ nhất đến thứ tư lần lượt là 40 T/m, 75 T/m, 75 T/m và 40 T/m, tương ứng 20 % 25 % tải trọng thiết kế;

Hình 11. Chuyển vị ngang của tường chắn tại ống Inclinometer I-1 và I-2

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 13 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Hình 12. Chuyển vị ngang của tường chắn tại ống Inclinometer I-3 và I-4
Kết quả quan trắc cho thấy chiều sâu đào đất và tầng thanh chống đào đất đầu tiên

ảnh hưởng rất lớn đến biến dạng của tường chắn. Đồng thời qua nghiên cứu tác giả
cũng kết luận việc kích tải trước cho hệ thanh chống là rất hữu hiệu đối với việc giảm
chuyển vị ngang của tường chắn.
 Abdol Hagh (Weidling Associate Inc. Cambridge, MA) và các đồng nghiệp với đề tài
“Support of Deep Excavation in Soft Clay: A Case History Study” nghiên cứu về
quá trình thi công tòa nhà Manua Life Building (South Boston).
Địa chất vị trí nghiên cứu:

Tường chắn cắm vào lớp đất sét mềm từ 3,5 m – 6,0 m, chiều sâu đào lớn nhất là
13,5 m, sử dụng 2 tầng chống để chịu áp lực ngang tường chắn đất trong quá trình thi
công;

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 14 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Mặt bằng hố đào:

Hình 13. Mặt bằng bố trí hệ thanh chống hố đào

Hình 14. Cao độ chống đỡ 2 tầng chống

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 15 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Hình 15. Mặt cắt ngang điển hình quá trình thi công đào đất và lắp đặt hệ chống

Giai đoạn 1 là đạo đất đến cao độ 4,25 m, sau đó lắp đặt tầng chống 1. Tiếp theo đào
đến cao độ 9,75 m, lắp đặt tầng chống 2 và kích tải. Sau cùng đào đến cao độ thiết kế
và thi công móng bè;
Chuyển vị ngang tường chắn như sau:

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 16 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Hình 16. Chuyển vị ngang tường chắn dự đoán và kết quả quan trắc
Dựa vào kết quả quan trắc so với mô phỏng tính toán, chuyển vị tường chắn gần giống

kết quả quan trắc. Vì vậy tác giả nhấn mạnh rằng độ cứng hệ chống đỡ có tác dụng vô
cùng quan trọng đến sự giảm chuyển vị ngang của tường chắn.
2.2. Trong nước


PGS.TS. Châu Ngọc Ẩn – Một số điểm lưu ý khi thiết kế ổn định và thi công phần tầng
hầm. Tác giả của bài báo nhận định rằng bài toán ổn định gồm 3 vấn đề: Ổn định tường
chắn – hệ chống đỡ (Hệ thanh chống hoặc neo), lún xung quanh hố đào và ổn định đáy
hố đào. Phương pháp tính hoặc theo cơ học đất phổ thông hoặc theo cơ học đất tới hạn
với các chương tình tính tự động. Nội dung tính toán ổn định của tường-hệ chống đảm
bảo cân bằng mô men, cân bằng lực ngang, cân bằng lực đứng hệ thống và không có
hiện tượng vượt ứng suất cục bộ. Ổn định được tính với các đặc trưng chống căt – biến
dạng của đất nền ở 2 giai đoạn: Giai đoạn tức thời với các thông số như Cu  0 φu = 0,
Eu và giai đoạn lâu dài ứng với các thông số như C’ = 0, φ’  0, E’;



PGS.TS Nguyễn Bá Kế - Bài học từ sự cố sập đổ Viện Khoa học Xã hội Khu vực Tp.Hồ
Chí Minh (Sự cố do lỗ hổng tường vây tại tào nhà Pacific – Công trình nằm trong khu
vực có địa chất là lớp cát dày và có biện pháp thi công tương tự). Tác giả phân tích phân
tích và ổn định tường vây bằng phương pháp phần tử hữu hạn dưới sự hỗ trợ Phần mềm
Plaxis 2D. Kết quả kiểm tra cho thấy:
 Mô men trong tường lớn nhất 241 T.m/m nhỏ hơn 318,67 T.m/m dùng để tính toán
thép cho tường vây trong thiết kế;
 Tổng chuyển vị tường là 0,6 m, trong khi chưa xây dựng các công trình bên trên, đo
đó chuyển bị này là do trồi đáy hố đào;
 Chuyển vị ngang tường là 0,20 m, là quá lớn.



PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm – Nghiên cứu phương pháp tính áp lực đất phù hợp cho
tường vây hố đào sâu cho công trình Vietcombank Tower, tại quận 1, Tp.Hồ Chí Minh.
Công trình nằm trong khu vực địa chất, lớp cát dày tại quận 1, Tp.Hồ Chí Minh. Tác
giả nghiên cứu tổng quan các phương pháp giải tích và phần tử hữu hạn (có sự hỗ trợ
phần mềm Plaxis) xác định áp lực đất lên tường chắn cũng như mô hình phù hợp trong
Plaxis. Kết quả cho thấy kết qua lớp đất mô phỏng bằng các mô hình Hardening Soil và
Morh-Coulomb, kết quả cho thấy biểu đồ chuyển vị theo chiều sâu khá phù hợp với kết
quả quan trắc thực tế. Tuy nhiên chuyển vị ngang theo mô hình Hardening Soil và
Morh-Coulomb lớn hơn lần lượt từ 1,1 đến 2,0 lần và từ 2,0 đến 6,0 lần kết quả quan
trắc;

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 17 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Tác giải cũng kết luận rằng phương pháp tính toán áp lực đất của Stanislav có xét tới
ảnh hưởng của hoạt tải ở mặt đáy hố đào do quá trình tho công gây ra cho kết quả chính
xác hơn các phương pháp giải tích khác khi so sánh với kết quả tính toán bằng phần
mềm Plaxis.


Ths.Trần Quang Hộ - Giải pháp nền móng cho nhà cao tầng. Tác giả đã so sánh kết quả
phân tích chuyển vị tường vây bằng phương pháp hữu hạn theo 3 mô hình khác nhau

như Mohr-Coulomb, Hyperbol Duncan, Modified-Camclay. Kết quả chuyển vị ngang
theo mô hình MC như Hình 8, tương thích với kết quả quan trắc, việc dự báo kết quả
chuyển vị ở giai đoạn sau cũng chính xác hơn giai đoạn đầu. Theo tác giả, do mô hình
MC được xây dựng trên cơ sở phá hoại trượt nên tính toán tốt ở giai đoạn cuối. Ở giai
đoạn thi công ban đầu, trạng thái đất còn xa trạng thái chủ động mà mô hình MC dựa
trên cơ sở đàn hồi tuyến tính cho nên không mô phỏng được tính phi tuyến trong thực tế
của đất.

Hình 17. So sánh kết quả phân tích chuyển vị trường vây bằng phần tử hữu hạn theo
3 mô hình khác nhau (Mohr-Coulomb, Hyperbol Duncan)
Kết quả tính toán theo mô hình Duncan tương tự như mô hình MC vì cả 2 mô hình đều
dựa theo tiêu chuẩn phá hoại của Mohr-Coulomb. Cả 2 mô hình dự báo ở giai đoạn cuối
của quá trình thi công là giống nhau. Vì mô hình Duncan có mô đun đàn hồi và mô đun
khối phụ thuộc vào ứng suất, cho nên các mô đun có độ lớn tăng theo độ sâu, trong khi
mô hình MC có mô đun là hằng số. Ngoài ra mô hình Duncan có xét đến tính phi tuyến
của đất trước khi phá hoại cho nên giai đoạn đầu giai đoạn đầu mô hình này phán đoán
chuyển vị ngang tốt hơn mô hình MC.

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 18 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Phần 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH HỐ ĐÀO SÂU

1.

GIỚI THIỆU
-

2.

Lý thuyết tính toán và kiểm tra ổn định hố móng đào sâu gồm các phần chính sau:
Lý thuyết tính toán áp lực đất tác dụng lên kết cấu chắn giữ hố đào.
Phương pháp tính toán kết cấu chắn giữ của hố đào sâu.
Phương pháp kiểm tra ổn định hố đào sâu.
Sử dụng phương pháp PTHH thông qua việc ứng dụng phần mềm Plaxis mô phỏng
vào tính toán, kiểm tra ổn định hố đào.
LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT TÁC DỤNG LÊN TƯỜNG CHẮN

Độ lớn và quy luật phân bố của áp lực đất có liên quan đến hướng và độ lớn của
chuyển vị ngang của kết cấu chắn giữ, tính chất của đất, độ cứng và cao độ của vật kết cấu
chắn giữ, tuy nhiên nhằm đơn giản hóa trong quá trình tính toán (và vẫn đảm bảo tính sai số
cho phép) hiện nay vẫn dùng một số lý thuyết cơ bản với những hiệu chỉnh bằng các hệ số
thực nghiệm, điểm hình như: lý thuyết Morh – Rankine, lý thuyết Coulomb, lý thuyết cân
bằng giới hạn điểm của Sokolovski.
Chúng ta sử dụng các lý thuyết trên để phân tích và tính toán áp lực đất tác dụng lên
kết cấu chắn giữ. Cụ thể, dùng để tính toán các loại áp lực đất: áp lực đất tĩnh, áp lực đất chủ
động, áp lực đất bị động.
3.

TÍNH ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN
Áp lực đất tác dụng lên tường chắn dùng để chắn giữ hố đào sâu được tính toán dựa

trên các lý thuyết sau:

2.3.1. Lý thuyết Morh – Rankine
Lý thuyết Morh – Rankine dùng để tính áp lực đất lên tường chắn dựa trên các giả
thuyết sau:
-

Giữ đất và tường chắn không có ma sát

-

Sự hiện diện của tường không ảnh hưởng đến sức chống cắt của đất

-

Ở tại độ sâu z bất kì, áp lực phân bố song song với mặt đất

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 19 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

2.3.1.1. Áp lực đất chủ động

Hình 3.1 – Cân bằng Morh – Rankine (chủ động)
Ở trạng thái cân bằng giới hạn dẻo ta có:

1   3
1   3
BC
2
sin  


AC  1   3  c.cot g  1   3  2c.cot g
2

(2.1)

Biến đổi ta có:




 3   1 tan 2  450    2c.tan  450  
2
2



(2.2)

 3   a ,1   z   z

 a  K a z  2c K a

(2.3)



K a  tan 2  450  
2


2.3.1.2. Áp lực đất bị động

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 20 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Hình 3.2 – Cân bằng Morh – Rankine (bị động)




 1   3 tan 2  450    2c.tan  450  
2
2



(2.4)





 p   z tan 2  450    2c.tan  450  
2
2



(2.5)

 p  K p z  2 c K p

(2.6)

Với:


K p  tan 2  450  
2


2.3.2. Lý thuyết Coulomb
-

Mặt trượt của khối đất ở trạng thái cân bằng giới hạn 1 mặt phẳng.

-

Mặt trượt là AB và BC.

-

Áp dụng nguyên lý cực trị để tìm trị số áp lực đất (trị số áp lực đất tính toán là trị số
lớn nhất trong số các áp lực đất chủ động có thể có khi đất đạt trạng thái cân bằng
chủ động và trị số nhỏ nhất trong số các áp lực đất bị động có thể có khi đất đạt trạng
thái cân bằng bị động).

-

Bài toán về tường chắn xem như 1 bài toán phẳng, khi tính toán được tách ra từng
đoạn dài 1m để tính toán.

-

Lăng thể trượt ABC ở trạng thái cân bằng giới hạn dẻo còn nguyên một khối.

- Lực dính được phân bố đều trên BC.
2.3.2.1. Áp lực đất bị động
Xem tường là tuyệt đối cứng, đất sau lung tường là đất rời, đồng nhất, tường bị trượt
theo mặt phẳng BC và AB, lăng thể trượt ABC ở trạng thái cân bằng giới hạn.

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 21 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Hình 3.3 – Tính toán áp lực đất chủ động theo Coulomb
Khi khối ABC ở trạng thái cân bằng giới hạn, ta có:
E
W

sin     sin 180        

(2.7)

Suy ra:
Ea 

W sin    
sin 180        

(2.8)

Trong đó:
W – Trọng lượng của lăng thể đất ABC

Ea - Hợp lực của tường chắn đất tác dụng lên khối đất
R – Phản lực của khối đất bên ngoài tác dụng lên lăng thể trượt theo mặt phẳng BC

 - Góc ma sát trong của đất

 - Góc nghiêng của lung tường so với phương thẳng đứng
 - Góc ma sát giữ tường và đất
 - Góc hợp bởi mặt trượt BC và phương ngang
-

Theo phương pháp trực tiếp
W sin    
sin 180        

(2.9)

cos     cos    
1
W   H2
2
cos 2  sin    

(2.10)

Ea 

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 22 / 54

Thực hiện: Nhóm 3

ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Áp lực đất chủ động đạt giá trị đỉnh khi mặt trượt là mặt nguy hiểm nhất   t
Với cotgt 

C  C2  4BD
2B

Các hệ số A, B, D là:

B  cos sin cos    sin cos cos  
C  cos    cos     cos    cos  
D  cos sin cos     sin  coscos  
Khi       0 thì t  450  
-

2

Theo phương pháp gián tiếp
Ea 

1
K a H 2
2

(2.11)

Công thức tổng quát cho hệ số áp lực chủ động Ka :

Ka 

cos 2    

sin      sin     
cos 2  cos      1 

cos     cos      


2

(2.12)

 - Góc ma sát ngoài có thể xác định bằng thực nghiệm.
Bảng 3.1 – Bảng tra góc ma sát ngoài 

 - Góc nghiêng của mặt đất sau lưng tường, lấy dấu + khi mặt đất đắp nằm cao hơn mặt
nằm ngang đi qua đỉnh tường và ngược lại lấy dấu –
Ta có:

 900 
GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 23 / 54

Thực hiện: Nhóm 3


ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

Các trường hợp đặc biệt :
- Trường hợp     0,   0
Ka 

cos 2    
cos   cos   sin  

(2.13)

2

- Trường hợp       0



K a  tan 2 450  

2



(2.14)

Đối với đất dính
- Trường hợp     0,   0
Cường độ áp lực đất chủ động:
(2.15)

pa  K a z  Cc

C

cos 
  

cos 2  450 

2 


- Trường hợp       0
Cường độ áp lực đất chủ động:
(2.16)

pa  K a z  2c K a

2.3.2.2. Áp lực đất chủ động
Để xác định Ep có thể dùng phương pháp giải tích như trường hợp áp lực đất chủ
động , ta có kết quả:
Đất rời:
- Trường hợp     0,   0
Ep 

Kp 

Kp 

1
K p H 2
2

(2.17)
cos 2    


sin     sin     
cos 2  cos     1 

cos      cos      


cos 2    
cos   cos   sin  

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

2

Trang 24 / 54

2

(2.18)

(2.19)

Thực hiện: Nhóm 3

ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Thuyết minh Tiểu luận Môn học Tính toán Công trình ngầm

- Trường hợp       0



K p  tan 2 450  

2



(2.20)

Đất rời:
- Trường hợp     0,   0
Cường độ áp lực đất chủ động:
(2.21)

p p  K p z  Cc

C

cos 
  


cos 2  450 

2 


Kp 

cos 2    
cos   cos   sin  

2

(2.22)

- Trường hợp       0
Cường độ áp lực đất chủ động:
(2.23)

p p  K p  z  2c K p



K p  tan 2 450  

2



(2.24)

Giá trị áp lực đất bị động lớn hơn rất nhiều so với áp lực dất chủ động vì giả thiết mặt
trượt không phù hợp với thực tế và áp lực đất bị động rất khó đạt đến trạng thái đỉnh. Do đó
áp lực đất bị động phải chia cho hệ số an toàn K = (1.4 – 2.0).
4.

PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU CHẮN GIỮ HỐ ĐÀO (PHƯƠNG PHÁP

SACCHIPANA – NHẬT)
Là phương pháp tính toán khi xem lực trục thanh chống, Moment thân tường bất
biến, lấy một số hiện tượng thực đo làm căn cứ, chẳng hạn:
-

Sau khi đặt tầng chống dưới, lực trục của tầng chống trên hầu như không đổi hoặc
chỉ biến đổi chút ít.

-

Chuyển dịch của thân tường từ điểm chống dưới trở lên, phần lớn đã xảy ra trước khi
lắp đặt tầng chống dưới.

GVHD: TS. Đỗ Thanh Hải

Trang 25 / 54

Thực hiện: Nhóm 3