Luận văn Ảnh hưởng của hố đào sâu nền đất yếu tới cọc chống

Header Page 1 of 146.

i

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, chúng em xin chân thành cám ơn ban giám hiệu nhà trường Đại
Học Lạc Hồng cùng quý thầy cô khoa kỹ thuật công trình đã tạo điều kiện cho
chúng em được nghiên cứu khoa học.
Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Lê Trọng Nghĩa,
thầy đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình và luôn quan tâm, động viên tinh thần trong thời
gian thực hiện bài báo cáo nghiên cứu khoa học này. Thầy cùng với các thầy cô
trong khoa kỹ thuật công trình đã truyền đạt cho chúng em hiểu được phương pháp
tiếp cận và giải quyết một vấn đề một cách khoa học, đây là hành trang quý giá mà
chúng em sẽ gìn giữ cho quá trình học tập và làm hành trang cho chúng em sau khi
ra trường đi làm cũng như học cao hơn nữa.
Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ chúng em
trong thời gian học tập và làm báo cáo nghiên cứu vừa qua.
Biên Hòa, ngày 25 tháng 11 năm 2012
Sinh viên

Footer Page 1 of 146.


Header Page 2 of 146.

ii

MỤC LỤC
Lời cảm ơn .................................................................................................................. i
Mục lục ....................................................................................................................... ii
Danh mục hình ........................................................................................................ iv

Damh mục bảng.......................................................................................................vii
Tóm tắt luận văn ..................................................................................................... ix
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ..............................................................................1
3. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài .....................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 2
5. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................... 2
Chƣơng 1: TỔNG QUAN ......................................................................................... 3
1.1. Sự cố cọc bị nghiêng lệch trong quá trình thi công hố đào sâu ..................3
1.2. Ảnh hƣởng hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào .......................................9
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................................17
2.1. Phân tích phần tử hữu hạn trong PLAXIS ................................................17
2.1.1. PLAXIS 3D Foundation ........................................................................17
2.1.2. Môhình...................................................................................................18
2.1.3. Tính toán ................................................................................................ 18
2.1.4. Xuất kết quả ........................................................................................... 18
2.2. Tạo mô hình ..................................................................................................19
2.3. Chia lƣới phần tử ......................................................................................... 20
2.4. Mô hình ứng xử của đất ...............................................................................22
2.4.1. Mô hình Mohr – Coulumb (MC) ........................................................... 22
2.4.2. Mô hình Hardening Soil (HS) ................................................................ 23
2.5. Đặc trƣng vật liệu của tƣờng vây cừ Larsen (Sheet pile wall) .................26
2.6. Đặc trƣng vật liệu của phần tử dầm (wailing beam) ................................ 29
2.7. Đặc trƣng vật liệu của phần tử cọc (Pile) ...................................................30
2.8. Phần tử lò xo (Spring) ..................................................................................30

Footer Page 2 of 146.

Header Page 3 of 146.

iii

Chƣơng 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT
YẾU ĐẾN CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO......................................................... 31
3.1. Phƣơng pháp tính toán ................................................................................31
3.2. Phân tích ảnh hƣởng của cọc bên trong hố đào ứng với công trình thực
tế … .................................................................................................................... 33
3.2.1. Các đặc điểm cơ bản của công trình ...................................................... 33
3.2.2. Các thông số và mô hình vật liệu .......................................................... 37
3.2.2.1. Thông số đất sử dụng trong mô hình .............................................37
3.2.2.2. Thông số tường cừ Larsen .............................................................. 37
3.2.2.3. Thông số thanh chống xiên và giằng đầu cừ Larsen ........................... 41
3.2.3. Thông số cọc sử dụng trong mô hình .................................................... 41
3.2.4. Phụ tải mặt đất ....................................................................................... 44
3.2.5. Điều kiện mực nước ngầm ....................................................................44
3.2.6.Phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào ứng với trường hợp thực
tế ....................................................................................................................... 45
3.2.6.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation .........................................45
3.2.6.2. Kết quả tính toán ............................................................................47
3.2.7. Phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào trong trường hợp dời
dần khối đất đắp ra xa....................................................................................... 56
3.2.7.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation ........................................ 56
3.2.7.2. Kết quả tính toán ............................................................................58
3.2.7.3. Phân tích kết quả ............................................................................60
3.3. Phân tích mở rộng xem xét ảnh hƣởng của cọc bên trong hố đào trong
trƣờng hợp thay đổi chiều dài tƣờng ứng với công trình thực tế ...................67
3.3.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation ................................................68
3.3.2. Phân tích kết quả tính toán ....................................................................69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................75
KẾT LUẬN ..........................................................................................................75
KIẾN NGHỊ .........................................................................................................76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 40

Footer Page 3 of 146.


Header Page 4 of 146.

iv

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 – Các cọc ống bị nghiêng lệch – Trạm phân phối xi măng Hiệp Phước ..... 3
Hình 1.2 – Toàn cảnh sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy Cao ốc Phường
Thảo Điền, Quận 2, TP. Hồ Chí Minh....................................................... 4
Hình 1.3 – Sự cố cọc bị nghiêng lệch – Nhà máy xử lý nước thải Bình Chánh ......... 4
Hình 1.4 – Sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy – Cao ốc Khu đô thị mới Phú
Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh ........................................................ 5
Hình 1.5 – Công trình móng trụ cầu sử dụng cọc ống bê tông ly tâm ứng suất
trước .......................................................................................................... 6
Hình 1.6 – Công trình 13 tầng tại Khu Phú Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh ... 7
Hình 1.7 – Khu vực cọc bị nghiêng lệch – Công trình 13 tầng Khu đô thị mới Phú
Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh ........................................................ 7
Hình 1.8 – Toàn cảnh hố đào – công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh ........ 8
Hình 1.9 – Tường cừ Larsen bị chuyển dịch – Công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ
Chí Minh .................................................................................................... 8
Hình 1.10 – Cọc bị nghiêng lệch khi tiến hành đào đến cao độ đáy đài - Công trình
15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh ............................................................ 9
Hình 1.11 – Mô hình trường hợp I – Tạo mái dốc khi đào (Thasnanipan, 1998) ..... 11

Hình 1.12 – Mô hình trường hợp II – Sử dụng cọc bản có chống chắn giữ hố đào
(Thasnanipan, 1998) ................................................................................ 11
Hình 1.13 – Mô hình trường hợp III – Sử dụng cọc bản có hai tầng chống tạm
chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998)...................................................... 11
Hình 1.14 – Mô hình trường hợp IV – Sử dụng cọc bản có một tầng chống tạm
chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998)...................................................... 12
Hình 1.15 – Kết quả tính toán mômen uốn và chuyển vị của cọc gần tường cọc bản
nhất. Trường hợp IV ................................................................................ 13
Hình 1.16 – Mô hình 3D của các lớp địa chất (Kok, 2009) ...................................... 14
Hình 1.17 – Bản vẽ cho thấy vịt trí gãy cọc của 2 cọc nằm liền kề hố đào (Kok,
2009) ........................................................................................................ 15

Footer Page 4 of 146.


Header Page 5 of 146.

v

Hình 1.18 – Hình ảnh nhóm 3 cọc bị gãy (Kok, 2009) ............................................. 15
Hình 1.19 – Hình ảnh nhóm 6 cọc bị gãy (Kok, 2009) ............................................. 16
Hình 2.1 – Yêu cầu tối thiểu của mô hình hố đào (Bakker, 2005)[8] ....................... 20
Hình 2.2 – Các phần tử và nút trong một mô hình 2D. Mỗi nút có hai bậc tự do,
được mô tả bởi các mũi tên trong hình nhỏ hơn, (Wiberg, 1974)[7] ...... 20
Hình 2.3 – Các bước phân tích phần tử hữu hạn (Wiberg, 1974)[7] ........................ 21
Hình 2.4 – Kết quả chuyển vị với số nút tăng dần trong mô hình 3D, (Hannes và
Daniel, 2010) ........................................................................................... 22
Hình 2.5 – Mô hình dẻo lý tưởng .............................................................................. 23
Hình 2.6 – Xác định Eo và E50qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước ...................... 23
Hình 2.7 – Xác định E50ref qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước ........................... 25

Hình 2.8 – Xác định Eoedrefqua thí nghiệm nén cố kết (Oedometer) ........................ 26
Hình 2.9 – Hệ trục địa phương của phần tử tường và các đại lượng khác................ 26
Hình 2.10 – Các đại lượng chính của tường cừ Larsen ............................................ 27
Hình 2.11 – Thông số cơ bản của tường cừ Larsen .................................................. 28
Hình 2.12 – Hệ trục địa phương của phần tử dầm ................................................... 29
Hình 3.1 – Quy trình phân tích.................................................................................. 32
Hình 3.2 – Mặt bằng tổng thể thi công hố đào .......................................................... 34
Hình 3.3 – Mặt bằng thi công hố đào. ....................................................................... 35
Hình 3.4 – Chi tiết cáp neo đầu cừ ............................................................................ 36
Hình 3.5 – Mặt cắt sau khi thi công cọc và tường cừ Larsen.................................... 36
Hình 3.6 – Mặt cắt sau khi thi công đào đến độ sâu -1,8m so với MĐTN ............... 36
Hình 3.7 – Mặt cắt sau khi thi công đào đến độ sâu -3,8m so với MĐTN ............... 37
Hình 3.8 – Chi tiết chống xiên trong hầm và neo cáp ngoài hầm ............................. 37
Hình 3.9 – Mô hình 3D của các lớp địa chất ............................................................ 38
Hình 3.10 – Kích thước cừ Larsen loại IV ................................................................ 38
Hình 3.11 – Chuyển vị tại các giai đoạn thi công đào của cọc rỗng và cọc đặc ....... 42
Hình 3.12 – Kết quả chuyển vị của cọc rỗng và cọc đặc có độ cứng tương đương.. 43
Hình 3.13 – Mặt bằng vị trí khối đất. ........................................................................ 44

Footer Page 5 of 146.


Header Page 6 of 146.

vi

Hình 3.14 – Mặt bằng mô hình trong phân tích phần tử hữu hạn ............................. 44
Hình 3.15 – a) Chia lưới 2D;..................................................................................... 45
b) Chia lưới 3D; .................................................................................... 45
Hình 3.16 – Mô hình cọc, tường và hệ neo ............................................................... 46

Hình 3.17 – Các giai đoạn thi công đào .................................................................... 46
Hình 3.18 – Biến dạng của hố đào khi đào đến cao độ -3,8 so với MĐTN ............. 47
Hình 3.19 – Vùng biến biến dạng dẻo ...................................................................... 47
Hình 3.20 – a) Chuyển vị của cọc khi đào đến cao độ -1,8m; .................................. 48
b) Chuyển vị của cọc khi đào đến cao độ -3,8m; .................................. 48
Hình 3.21 – a) Moment của cọc khi đào đến cao độ -1,8m; ..................................... 48
b) Moment của cọc khi đào đến cao độ -3,8m; ..................................... 48
Hình 3.22 – Mặt bằng cọc được sử dụng trong phân tích so sánh ............................ 49
Hình 3.23 – Biểu đồ chuyển vị lớn nhất của các cọc theo các giai đoạn thi công đào
đất .......................................................................................................... 50
Hình 3.24 – Biểu đồ moment uốn lớn nhất trong các cọc theo giai đoạn thi công ... 51
Hình 3.25 – Mặt bằng nhóm cọc sử dụng phân tích ................................................ 52
Hình 3.26 – Kết quả chuyển vị ngang của cọc so với quan trắc hiện trường .......... 53
Hình 3.27– Đồ thị biểu diễn đường cong quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất
của cọc và khoảng cách từ cọc đến tường theo chiều sâu lớn nhất hố
đào

................................................................................................. 54

Hình 3.28 – Các trường hợp chia lưới 2D; .............................................................. 56
Hình 3.29 – Các trường hợp chia lưới 3D; .............................................................. 57
Hình 3.30 – Các trường hợp chuyển vị; ................................................................... 58
Hình 3.31 – Các trường hợp moment uốn................................................................ 59
Hình 3.32a – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường
hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất đắp khi
đào -1,8m ............................................................................................ 60

Footer Page 6 of 146.

Header Page 7 of 146.

vii

Hình 3.32b – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các
trường hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất
đắp khi đào -1,8m ................................................................................ 61
Hình 3.33a – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường
hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất đắp khi
đào -3,8m ............................................................................................. 62
Hình 3.33b – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các
trường hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất
đắp khi đào -3,8m ................................................................................ 63
Hình 3.34 – Biểu đồ so sánh kết quả moment uốn của cọc trong các trường hợp dời
khối đất đắp ra xa hố đào và moment kháng uốn của cọc ..................... 65
Hình 3.35 – Biểu đồ so sánh kết quả moment uốn của cọc trong các trường hợp dời
khối đất đắp ra xa và moment kháng của cọc........................................ 66
Hình 3.36 – Mặt cắt hố đào của công trình thực tế ................................................... 68
Hình 3.37 – Mô hình cọc và tường cừ Larsen có chiều sâu thay đổi....................... 68
Hình 3.38 – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường
hợp tăng chiều sâu tường chắn .............................................................. 69
Hình 3.39 – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các
trường hợp tăng chiều sâu tường chắn .................................................. 70
Hình 3.40 – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường
hợp tăng chiều sâu tường chắn .............................................................. 71
Hình 3.41 – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các
trường hợp tăng chiều sâu tường chắn ................................................. 71
Hình 3.42 – Biểu đồ moment uốn lớn nhất của cọc trong các trường hợp tăng chiều
sâu tường chắn ....................................................................................... 72
Hình 3.43 – Đồ thị biểu diễn đường cong quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất

của cọc và khoảng cách từ cọc đến tường theo chiều sâu lớn nhất hố
đào. . ...................................................................................................... 73

Footer Page 7 of 146.


Header Page 8 of 146.

viii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 – Khả năng chịu moment của cọc và moment gây ra trong cọc gần biên hố
đào do thi công hố đào (Thasnanipan, 1998) ........................................... 12
Bảng 2.1 – Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Mohr – Coulumb ......................... 23
Bảng 2.2 – Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Hardening Soil ............................ 25
Bảng 2.3 – Đặc trưng vật liệu của tường cừ Larsen với ứng xử đàn hồi tuyến tính . 27
Bảng 2.4 – Đặc trưng vật liệu của dầm (wailing beam) ........................................... 29
Bảng 2.5 – Đặc trưng vật liệu của cọc ...................................................................... 30
Bảng 3.1 – Các thông số của cừ Larsen từ nhà sản xuất ........................................... 38
Bảng 3.2 – Thông số đất nền sử dụng mô hình Mohr – Coulomb (MC) .................. 39
Bảng 3.3 – Thông số cừ Larsen FSP – IV dùng trong mô hình ................................ 40
Bảng 3.4 – Đặc trưng vật liệu của thanh chống xiên và gằng đầu cừ ....................... 41
Bảng 3.5 – Đặc trưng vật liệu của cọc sử dụng trong mô hình ................................. 43
Bảng 3.6 – Moment uốn lớn nhất của cọc từ mô hình phần tử hữu hạn 3D và kết quả
kiểm tra độ đồng nhất của cọc bằng phương pháp biến dạng nhỏ (PIT).. 51

Footer Page 8 of 146.


Header Page 9 of 146.

ix

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong luận văn trình bày nghiên cứu một công trình ở quận 8, TP. Hồ Chí
Minh có cọc bên trong hố đào mở trên đất sét yếu bị phá hoại. Theo báo cáo khảo
sát địa chất, công trình có lớp đất yếu dày 25m, từ cao độ -1m đến -26m (so với mặt
đất tự nhiên), lớp đất có chỉ số SPT ‘ N ‘≈ 0. Công trình sử dụng cọc ống ly tâm ứng
suất trước để chống để kết cấu bên trên. Khi tiến hành đào đất đến cao trình đáy để
thi công đài móng thì gặp hiện tượng đất bị đẩy trồi làm cọc chuyển vị và gây
moment uốn cho cọc, kết quả là cọc bị nghiên lệch và bị gãy. Sử dụng phần mềm
PLAXIS 3D Foundation để phân tích ứng xử của cọc trong suốt quá trình thi công
hố đào. Kết quả dự đoán ứng xử của cọc trong suốt quá trình đào sẽ được so sánh
với kết quả quan trắc ngoài hiện trường. Những kết quả này rất quan trọng và hữu
ích, đặc biệt là thực hiên trước khi tiến hành hố đào. Bằng phương pháp này có thể
giúp đỡ trong việc lập kế hoạch và phối hợp công tác đào đắp ngoài hiện trường
cũng như các biện pháp phòng tránh cọc bị phá hoại.

Footer Page 9 of 146.


Header Page 10 of 146.

1

1. PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU TRONG
ĐẤT YẾU ĐẾN CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO
2. MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, số lượng trường hợp cọc bên trong hố đào mở bị

phá hoại ngày càng tăng. Các sự cố có điểm chung là, sau khi thi công phần cọc
xong tiến hành công tác đào đất hố đào thì xảy ra sự cố cọc bị nghiêng lệch hay phá
hoại. Một số nước trên thế giới tiến hành thi công hố đào trước khi thi công cọc để
bảo vệ cọc ổn định, nhưng nó lại không phù hợp trong điều kiện không gian thi
công chật hẹp và không cho phép đào mở. Đặc biêt là công trình có nhiều tầng hầm.
Việc thi công hố đào trong đất yếu là rất phức tạp, khi đất yếu chuyển vị ngang sẽ
tạo ra phụ tải trên cọc và khi chuyển vị quá mức sẽ gây moment uốn lớn hơn
moment kháng nứt của cọc, kết quả là cọc bị gãy.
Đã có nhiều nghiên cứu tập trung chuyển vị ngang của tường chắn và dự
đoán chuyển vị ngang của đất nền. Khi công trình sử dụng móng cọc, thì liên quan
đến chuyển vị ngang của đất nền có thể gây phá hoại khi đào đất. Cọc thường được
thiết kế để chống đỡ tải trọng đứng nên khi đất chuyển vị ngang sẽ gây moment uốn
trong cọc, làm thay đổi ứng suất trong cọc hay thậm chí là gây gãy cọc.
Các nghiên cứu về ảnh hưởng của hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào trong
đất yếu còn khá hạn chế. Với lí do đó, phần nghiên cứu này tập trung vào “phân
tích ảnh của hố đào sâu trong đất yếu đến cọc bên trong hố đào”.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Mục đích nghiên cứu này là làm tăng thêm vốn kiến thức và sự hiểu biết về sự
ảnh hưởng của việc thi công hố đào sâu trong đất yếu sẽ tác động như thế nào đến
cọc bên trong hố đào chưa có tải trọng dọc trục. Tải trọng ngang do chuyển vị của
đất gây ra moment uốn của chuyển vị có làm thay đổi ứng suất cũng như phá hoại
cọc hay không!

Footer Page 10 of 146.


Header Page 11 of 146.

2

3. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài
- Thiết lập biểu đồ chuyển vị ngang và moment uốn của cọc bên trong hố đào.
Từ đó xác định vùng cọc sẽ bị ảnh hưởng bên trong hố đào sâu.
- Xác định phạm vi ảnh hưởng của khối đất đắp đến chuyển vị và moment uốn
của cọc bên trong hố đào.
- Thiết lập quan hệ giữa chiều sâu tường với chuyển vị và moment uốn của cọc
bên trong hố đào. Đưa ra giải pháp hạn chế ảnh hưởng của hố đào sâu đến cọc bên
trong hố đào.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để nghiên cứu các nội dung nêu trên, tác giả đã lựa chọn phương pháp nghiên
cứu sau:
1. Nghiên cứu về lý thuyết : Cơ sở lý thuyết về tính toán lựa chọn thông số đầu
vào từ các thí nghiệm trong phân tích bài toán hố đào sâu.
2. Mô phỏng: Sử dụng phần mềm plaxic 3D Foundation để phân tích ổn định
và biến dạng của hố đào sâu trong quá trình thi công; xác đinh phạm vi và mức độ
ảnh hưởng do hố đào sâu gây ra cho cọc bên trong hố đào.
5. Nội dung nghiên cứu
Nội dung của bài báo cáo chỉ tập trung nghiên cứu vào các vấn đề sau:
- Phân tích ứng suất của cọc bên trong hố đào khi thi công hố đào sâu trong đất
yếu.
- Phân tích ảnh hưởng của tải trọng xung quanh hố đào đến cọc bên trong hố
đào bằng phương pháp phần tử hữu hạn có xét đến chiều dài ngàm tường và khoảng
cách cọc đến tường hố đào.

Footer Page 11 of 146.


Header Page 12 of 146.

3

3. Chƣơng 1: TỔNG QUAN
Chương này trình bày vấn đề liên quan đến ảnh hưởng của hố đào sâu đến các
công trình xung quanh hố đào do đất chuyển vị theo phương ngang, dựa trên cở sở
thu thập các tài liệu trong và ngoài nước. Nội dung cơ bản bao gồm việc xem xét tác
động của hố đào sâu đến cọc lân cận hố đào và các yếu tố sẽ được xem xét
trong phân tích mô phỏng hố đào sâu. Các nghiên cứu ảnh hưởng của hố đào sâu
đến cọc bên trong hố đào còn khá hạn chế, hầu hết các học giả nghiên cứu sự ảnh
hưởng đến cọc bên ngoài hố đào do thi công hố đào sâu, mà chưa xét đến ảnh
hưởng của cọc bên trong hố đào do quá trình thi công hố đào sâu trong đất yếu.
1.1. Sự cố cọc bị nghiêng lệch trong quá trình thi công hố đào sâu

Hình 1.1 – Các cọc ống bị nghiêng lệch - Trạm phân phối xi măng Hiệp Phước
- Công trình trạm phân phối xi măng Hiệp Phước – Công ty cổ phần xi măng
Thăng Long (KCN Hiệp Phước – TP.HCM) Công trình sử dụng cọc ống BTCT
chiều dài 33- 35m cho 1 tim cọc do Công ty Phan Vũ thiết kế. Đặc biệt địa tầng khu
vực xây dựng có lớp bùn nhão dày đến 21m tính từ mặt đất tự nhiên. Công trình sử

Footer Page 12 of 146.


Header Page 13 of 146.

4

dụng giải pháp cọc đóng và sau khi thi công có đến khoảng 80% số cọc đóng tại
khu vực silô bị nghiêng lệch theo 1 hướng, hình 1.1.[6]
- Công trình xây dựng cao ốc ở Phường Thảo Điền – Quận 2 – TP. HCM
cũng xảy ra sự cố tương tự khi hầu như toàn bộ phần cọc, móng bị nghiêng, có cọc
bị gãy khúc. Thiệt hại sự cố này ước tính lên đến 10 tỷ đồng, việc khắc phục sự cố

này cũng hết sức phức tạp do đất nền đã bị xáo trộn rất nhiều, hình 1.2.[6]

Hình 1.2 – Toàn cảnh sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy Cao ốc Phường
Thảo Điền, Quận 2, TP. Hồ Chí Minh

Hình1.3 – Sự cố cọc bị nghiêng lệch – Nhà máy xử lý nước thải Bình Chánh
Công trình xử lý nước thải Bình Chánh (dự án cải thiện môi trường nước TP.
HCM): sự cố xảy ra với khoảng 2664 cọc bị nghiêng lệch trong số 7474 cọc đã

Footer Page 13 of 146.


Header Page 14 of 146.

5

đóng và có khoảng 1970 bị nghiêng lệch vượt quá giới hạn cho phép, thiệt hại ước
tính lúc bấy giờ là khoảng 60 tỷ đồng. Ngay khi xảy ra sự cố ban quản lý dự án đã
chỉ đạo nhà thầu là liên doanh N.E.S.JV (Nhật Bản) giữ nguyên hiện trạng cọc tại
hiện trường và tiếp tục quan trắc theo dõi để có các dư liệu chính xác phục vụ việc
tìm giải pháp xử lý. Và trong quá trình đào đất để thi công bể xử lý nước thải thì
Chủ đầu tư, tư vấn PCI và nhà thầu đã phát hiện một số cọc bị dịch chuyển theo
phương ngang, hình 1.3.[6]

Hình 1.4 – Sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy – Caoốc Khu đô thị mới Phú
Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh
- Một số công trình móng cọc BTCT thi công tại huyện Cần Giờ- TP. HCM
xảy ra hiện tượng đầu cọc bị chuyển vị ngang sau khi thi công hạ cọc bằng phương
pháp búa đóng và tiêu biểu là sự cố cọc của móng trụ cầu Lôi Giang, Rạch Lá trên
đường Rừng Sác – Huyện Cần Giờ. Công trình cầu Rạch Lá sử dụng cọc BTCT

40cm×40cm dài từ 30-35m, đóng qua vùng đát sét nhão dày khoảng 20m rồi đến

Footer Page 14 of 146.


Header Page 15 of 146.

6

lớp đất sét dẻo mềm, đất tự nhiên là bờ sông thoải. Cọc sau khi đóng được 1 tháng
thì phát hiện sự cố cọc bị dịch chuyển khoảng 3m. [6]
- Một công trình xây dựng cao ốc ở khu Phú Mỹ Hưng – Quận 7 khi đi thi
công phần móng cọc thì đã xảy ra hiện tượng cọc bị xô lệch, làm sạt một phần
đường đi. Theo nhận định của CONINCO thì nguyên nhân là do phương án chống
đỡ không tốt trong lúc thi công cọc BTCT đã làm xảy ra hiện tượng sạt cọc. Ước
tính số tiền thiệt hại do sự cố này khoảng 3-4 tỷ đồng.[6]
- Một số công trình cầu, khi thi công cọc cho móng trụ cầu nằm ngay gần
mép bờ sông cũng đã xảy ra sự cố cọc bị nghiêng lệch quá giới hạn cho phép, Hình
1.5hình 1.5. [3]

Hình 1.5 – Công trình móng trụ cầu sử dụng cọc ống bê tông ly tâm ứng suất trước
- Công trình tại Quận 7 – Phú Mỹ Hưng – TP. HCM áp dụng phương pháp
móng cọc ly tâm BTCT dự ứng lực – D500 thi công bằng phương pháp ép thủy lực
(ép đỉnh) đã xảy ra sự cố cọc bị dịch chuyển ngang. Sự cố được phát hiện sau khi
đơn vị thi công phần móng và hầm tiến hành đào đất, khoảng cách sai lệch so với
thiết kế ban đầu có tim lên đến hơn 0,6m và vượt qua ngoài phạm vi cho phép của
quy trình thi công. [6]

Footer Page 15 of 146.

Header Page 16 of 146.

7

Hình 1.6 – Công trình 13 tầng Phú Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh

Hình1.6 – Khu vực cọc bị nghiêng lệch – Công trình 13 tầng Khu đô thị mới Phú
Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh
Và mới nhất trong năm nay 2011, công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí
Minh. Trong quá trình tiến hành thi công đào đất để thi công đài móng thì gặp sự cố
cọc bị nghiêng lệch và gãy tại 2 móng M1 & M2, cọc bị chuyển vị lớn nhất lên đến
khoảng 60cm. Nguyên nhân ban đầu được xác định do đơn vị thi công đã vận
chuyển đất trong hố đào và tập kết gần mép hố đào khoảng 12m, cao 4m. Đặc biệt
địa chất ở đây rất yếu có lớp sét yếu dày khoảng 25m.

Footer Page 16 of 146.


Header Page 17 of 146.

8

Hình 1.8 – Toàn cảnh hố đào – Công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh

Hình 1.7 – Tường cừ Larsen bị chuyển dịch – Công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ
Chí Minh

Footer Page 17 of 146.

Header Page 18 of 146.

9

Hình 1.8 – Cọc bị nghiêng lệch khi tiến hành đào đến cao độ đáy đài - Công trình
15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh
Hiện tượng chuyển vị ngang đầu cọc xảy ra sau khi thi công dẫn đến tọa độ
các cọc thay đổi. Việc xác định chất lượng cọc và khả năng mang tải còn lại của cọc
cũng như đề ra các biện pháp xử lý khắc phục và cấp thiết để giảm bớt chi phí và
thời gian cũng như làm giảm bớt sự chậm trễ tiến độ thi công và tính hiệu quả của
dự án. Do đó, cần phân tích đánh giá ảnh hưởng của hố đào sâu, đặc biệt công trình
có lớp đất yếu dày.
1.2. Ảnh hƣởng hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào
Với sự gia tăng các trường hợp cọc bị phá hoại trong hố đào mở. Điều này xảy
ra khi tiến hành thi công tác đào đất sau khi cọc được thi công. Mặc dù ở một số
nước tiến hành thi công hố đào trước khi thi công cọc để đảm bảo cọc còn nguyên

Footer Page 18 of 146.


Header Page 19 of 146.

10

vẹn, nhưng nó lại không phù hợp cho những công trình có không gian thi công hạn
chế không cho phép thi công đào mở, đặc biệt là xây dựng công trình có nhiều tầng
hầm. Việc thi công hố đào sâu trong đất yếu lại càng phức tạp, sự chuyển vị ngang
quá mức của đất yếu sẽ gây ra phụ tải tác dụng lên các cọc. Nguồn tài liệu báo cáo
về vấn đề này còn rất hạn chế.

Thasnanipan (1998) đã trình bày bốn trường hợp cọc liên kết với các công
trình hố đào sâu ở Bangkok trong đất sét mềm bị phá hoại. Kiểm tra cọc bị phá hoại
bằng thí nghiệm thử động biến dạng lớn (high strain dynamic load test) và cũng mô
phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn hai chiều để dự đoán. Từ đó, tìm ra mối
tương quan giữa vị trí của vết nứt và moment uốn trong cọc vượt quá moment uốn
cho phép. Khi sử phương pháp phần tử hữu hạn 2D để phân tích, Thasnanipan
(1998) đã sử dụng phần mềm PLAXIS 2D version 6 và sử dụng mô hình Mohr –
Coulumb để mô phỏng các giai đoạn thi công hố đào, chuyển vị của đất/cọc và
phân tích ứng suất uốn trong cọc cho cả bốn trường hợp. Kết quả mô hình cho thấy
rằng moment uốn trong cọc do thi công hố đào lớn hơn khả năng chịu moment gây
nứt cọc trong tất cả trường hợp. Kết quả phân tích được trình bày tóm tắt trong
Bảng 1.1.

Hình 1.9 – Mô hình trường hợp I – Tạo mái dốc khi đào (Thasnanipan, 1998)

Footer Page 19 of 146.


Header Page 20 of 146.

11

Hình 1.10 – Mô hình trường hợp II – Sử dụng cọc bản có chống chắn giữ hố đào
(Thasnanipan, 1998)

Hình 1.11 – Mô hình trường hợp III – Sử dụng cọc bản có hai tầng chống tạm
chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998)

Footer Page 20 of 146.

Header Page 21 of 146.

12

Hình 1.12 – Mô hình trường hợp IV – Sử dụng cọc bản có một tầng chống tạm
chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998)
Bảng 1.1 – Khả năng chịu moment của cọc và moment gây ra trong cọc gần biên
hố đào do thi công hố đào (Thasnanipan, 1998)
Moment
cực hạn

Đường
kính cọc

Hàm lượng
cốt thép

Moment
gây nứt

(m)

(%)

(t.m)

I

1.0

1.0

30

100

II

1.0

0.75

30

79

III

1.5

0.5

102

188

IV

0.6

0.35

6.5

9.2

Trường
hợp

(Whitney)
(t.m)

Moment khi
mô phỏng bằng
PLAXIS 2D
(t.m)
86.4
109.5*
149.7
117.2
255.7*
13.3

Lưu ý:(*) moment trong cọc tại những vị trí có đắp đất ở bên ngoài tường cọc bản
hoặc mái dốc.
Trong trường hợp I và III cọc tại những vị trí có đất đắp bên ngoài thì moment
uốn trong cọc lớn hơn 10% và 36% khả năng chịu moment uốn cực hạn của cọc.

Footer Page 21 of 146.

Header Page 22 of 146.

13

Trong trường hợp II thì moment uốn trong cọc gần tường cọc bản nhất và cọc
ở hàng thứ 2 lớn hơn 89% và 27% khả năng chịu moment uốn cực hạn của cọc. Thí
nghiệm siêu âm kiểm tra sự đồng nhất của cọc đã phát hiện vết nứt trong 35% các
cọc hàng thứ nhất và thứ 2.
Trong trường hợp IV kết quả mô hình cho thấy rằng moment uốn trong cọc do
quá trình thi công hố đào vượt quá khả năng chịu moment uốn cực hạn của cọc.
Từ kết quả phân tích phần tử hữu hạn (Thasnanipan, 1998) thấy rằng moment
uốn lớn nhất trong cọc nằm tại vị trí tiếp giáp giữa lớp đất sét yếu và sét cứng.

Hình 1.13 – Kết quả tính toán moment uốn và chuyển vị của cọc gần tường cọc bản
nhất. Trường hợp IV

Footer Page 22 of 146.


Header Page 23 of 146.

14

Hình 1.14 – Mô hình 3D của các lớp địa chất (Kok, 2009)
Ngoài ra Kok (2009) đã trình bày nghiên cứu về một trường hợp ở phía Tây
Malaysia về sự phá hoại của cọc trong hố đào mở trong đất sét biển do chuyển vị
ngang của đất.Trong trường hợp này, độ dày của lớp đất sét biển rất mềm là 5m đến
7m tính từ mặt đất tự nhiên. Theo báo cáo khảo sát địa chất thì đất này có chỉ số

SPT ‘N’ = 0. Móng cọc được thiết kế để chống đỡ kết cấu bên trên. Thiết kế đã
không xét ảnh hưởng của hố đào mở đến cọc nên trong quá trình thi công đài cọc đã
không kiểm soát được chuyển vị ngang của đất, gây moment uốn trong cọc và kết
quả là một số cọc bị nứt và bị gãy. Kok (2009) đã dùng phần mềm PLAXIS 3D
Foudation để phân tích ngược. Mô hình Hardening soil được dùng trong phân tích.
Kết quả phân tích trong các giai đoạn đào được so sánh với khả năng chịu moment
gây nứt của cọc là 20,4 kN.m (cọc ly tâm ứng suất trước có đường kính 300mm và
môđun đàn hồi của bê tông cọc là 30000 MPa). Kok (2009) đã chỉ ra rằng 70% cọc
trong mô hình có moment uốn dọc trục trong cọc gây ra bởi thi công hố đào đều
vượt quá khả năng chịu moment uốn gây nứt cọc và kết quả là các cọc đều bị nứt.
Vị trí nứt tại mặt tiếp giáp giữa lớp đất sét yếu và sét cứng.

Footer Page 23 of 146.


Header Page 24 of 146.

15

Hình 1.15 – Bản vẽ cho thấy vịt rí gãy cọc của 2 cọc nằm liền kề hố đào
(Kok, 2009)
Một số hình ảnh về nhóm cọc bị gãy được thể hiện trong hình 1.18 và hình
1.19 dưới đây:

Hình 1.16 – Hình ảnh 3 cọc bị gãy (Kok, 2009)

Footer Page 24 of 146.


Header Page 25 of 146.

16

Hình 1.17 – Hình ảnh nhóm 6 cọc bị gãy (Kok, 2009)
Nhận xét:
Tổng hợp từ các nghiên cứu trên thì các nguyên nhân chính gây ra sự cố cọc
bên trong hố đào là do:
-

Tiến hành đào trước khi lắp đặt hệ chống đỡ.

-

Lựa chọn hệ thống tường chắn không phù hợp để khống chế chuyển vị
của đất.

-

Không xét tới tải thi công trên công trường.

-

Thiết kế cọc không xét tới ảnh hưởng của tải trọng ngang do quá trình
thi công.

-

Cốt thép trong cọc không đủ để chống chuyển vị của đất.

-

Lớp đất sét yếu quá dày.

Ngoài ra, vị trí moment uốn lớn nhất trong cọc là tại mặt tiếp giáp giữa lớp đất
yếu và đất tốt.

Footer Page 25 of 146.