Semi topdown Sử dụng cừ thép

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Trong những năm gần đây tại thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh và một
số thành phố lớn khác, nhiều công trình có nhiều tầng hầm đã và đang được xây
dựng. Việc thi công tầng hầm có thể làm đất nền bị dịch chuyển và lún, gây hư hỏng
cho các công trình lân cận nếu không có các giải pháp thích hợp; nhất là đối với các
công trình xây chen, có mặt bằng chật hẹp ở Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh hiện
nay. Với công trình xây chen có 1-3 tầng hầm, có rất nhiều các giải pháp thi công
phong phú, đa dạng có thế áp dụng được như: tường cừ thép, cọc xi măng đất,
tường vây barrette,... kết hợp với 1-2 tầng chống bằng dàn thép hoặc neo trong đất.
Nên với công trình có 1-3 tầng hầm thì việc lựa chọn được một phương án thi công
hợp lý cả về kinh tế và điều kiện kỹ thuật không phải là một việc đơn giản.
Với công trình có 2 tầng hầm trở lên, phương án Semi-topdown sử dụng tường
trong đất thường được tin dùng nhất với ưu điểm là độ cứng lớn nên chuyển vị
ngang rất nhỏ, rất hữu ích cho việc thi công các hố đào sâu và bảo đảm ổn định cho
các công trình lân cận khi thi công chen trong thành phố. Tuy nhiên phương án này
vẫn tồn tại một số nhược điểm chưa thể khắc phục, đặc biệt là liên quan tới chất
lượng tường vây, chống thấm bên ngoài tường, chi phí vật liệu và vấn đề ô nhiễm
môi trường. Vì vậy, nhóm tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu phương pháp thi công
SEMI-TOPDOWN sử dụng cừ thép để chống đỡ hố đào” với mục đích đưa ra
được một phương án thi công phần ngầm mới hợp lý, có tính khoa học, kinh tế;
nhằm khắc phục những nhược điểm của phương án tường trong đất, nâng cao chất
lượng tường vây; giảm thiểu tối đa chi phí giá thành vật liệu và ô nhiễm môi trường,
phục vụ thực tế sản xuất.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Hố đào của công trình có 1-3 tầng hầm.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu phương pháp “SEMI-TOPDOWN” sử dụng cừ
thép chống đỡ thành hố đào.
3. Mục tiêu của đề tài
- Đề xuất ra một phương án thi công phần ngầm mới có sử dụng cừ thép chống
đỡ hố đào hợp lý, có tính khoa học, kinh tế trên cơ sở đảm bảo điều kiện kỹ

thuật;
- Tính toán thiết kế chi tiết biện pháp chống đỡ hố đào, nêu ra qui trình thi công khi
áp dụng phương án thi công SEMI-TOPDOWN đối với công trình cụ thể có sử
dụng cừ thép chống đỡ thành hố đào.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết tính toán: các phương pháp tính toán tường chắn, thiết kế
hệ kết cấu chắn giữ hố đào
- Phương pháp điều tra, thực nghiệm, thu tập và tổng hợp các tài liệu chuyên
nghành liên quan
- Phương pháp sử dụng phần mềm tính toán chuyên ngành Plaxis, Etabs để thúc
đẩy nhanh quá trình và tính toán chính xác, mô tả rõ ràng sự làm việc của cừ
thép và hệ kết cấu chống đỡ.

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CỪ
THÉP TRONG THI CÔNG CHẮN GIỮ THÀNH HỐ ĐÀO
1.1. Mục đích và giải pháp công nghệ sử dụng tường cừ thép thi công tầng hầm
Cùng với sự phát triển của đất nước, các công trình nhà cao tầng, hệ thống tàu
điện ngầm, hầm ngầm đã và đang được xây dựng mạnh mẽ tại các thành phố lớn
trên cả nước. Do quỹ đất của thành phố Hà Nội có hạn và giá đất ngày càng cao,
các chủ đầu tư, các nhà kinh tế và các nhà kiến trúc đã tìm cách cải tạo xây dựng
các nhà văn phòng cho thuê... với các ý tưởng khai thác triệt để không gian ngầm
dưới đất. Việc xây dựng các loại công trình nói trên dẫn đến hàng loạt các vấn đề
khó khăn trong việc giải quyết các bài toán hố đào trong thành phố. Trước tình hình
công nghệ sử công nghệ sử dụng tường cừ thép thi công tầng hầm đã đưa ra một số
giải pháp thi công hợp lý, vẫn đảm bảo không gây lún nứt các công trình liền kề.
Công nghệ sử dụng tường cừ thép thi công tầng hầm được nghiên cứu và ứng
dụng như một giải pháp trung gian giữa cọc khoan nhồi đường kính nhỏ, cọc barrette

với các ưu điểm về kỹ thuật, độ an toàn, phạm vi áp dụng của tường cừ thép khá
rộng, từ các công trình thấp tầng đến cao tầng, áp dụng trong mọi điều kiện mặt
bằng khác nhau. Điều đặc biệt không gây ảnh hưởng đến các công trình lân cận, có
thể làm cọc chịu nhổ, cọc chịu uốn. Dùng xong có thể thu hồi lại tới 95%.

Hình 1.1.1. Hình dạng cừ thép và các bộ phận nối (rãnh, bích , khóa liên động)
*Ưu điểm : Có thể liệt kê một số ưu điểm nổi bật của cừ thép như sau:
- Khả năng chịu ứng suất động khá cao (cả trong quá trình thi công lẫn trong quá
trình sử dụng).
- Khả năng chịu lực lớn trong khi trọng lượng khá bé
- Độ liên tục của cừ được đảm bảo, cừ ván thép có thể nối dễ dàng bằng mối nối
hàn hoặc bulông nhằm gia tăng chiều dài
- Thi công cừ không gây ảnh hưởng làm nứt, hỏng công trình liền kề
- Thiết bị thi công nhỏ gọn, có thể thi công trong ngõ hẹp, mặt bằng thi công nhỏ,
chiều cao thi công tối thiểu 5m
- Cừ thép có thể sử dụng nhiều lần, do đó có hiệu quả về mặt kinh tế.

2


*Phạm vi ứng dụng của công nghệ sử dụng tường cừ thép thi công tầng hầm :
- Các công trình cao tầng xây chen trong thành phố
- Các công trình cải tạo, sửa chữa nâng tầng
- Tường chắn đất, tường tầng hầm, chống trượt
- Tường vây đào một đến hai tầng hầm
Cừ ván thép đã được sử dụng cho mọi kết cấu công trình tạm (làm xong nhổ
lên) cũng như vĩnh cữu (đóng bỏ). Ngày nay, trong lĩnh vực xây dựng, cừ ván thép
được sử dụng ngày càng phổ biến. Trong các công trình dân dụng, cừ ván thép cũng
có thể được sử dụng để làm tường tầng hầm trong nhà nhiều tầng hoặc trong các
bãi đỗ xe ngầm thay cho tường bê tông cốt thép. Khi đó, tương tự như phương pháp

thi công Topdown, chính cừ ván thép sẽ được hạ xuống trước hết để làm tường vây
chắn đất phục vụ thi công hố đào. Bản thân cừ ván thép sẽ được hàn thép chờ ở
mặt trong để có thể bám dính chắc chắn với bê tông của các dầm biên được đổ sau
này. Trên các rãnh khóa giữa các cừ ván thép sẽ được chèn bintum để ngăn nước
chảy vào tầng hầm hoặc có thể dùng đường hàn liên tục để ngăn nước (trong
trường hợp này nên dùng cọc bản rộng để hạn chế số lượng các rãnh khóa). Trong
thiết kế, cừ ván thép ngoài việc kiểm tra điều kiện bền chịu tải trọng ngang còn phải
kiểm tra điều kiện chống cháy để chọn chiều dày phù hợp. Bề mặt của cừ ván thép
bên trong được sơn phủ để đáp ứng tính thẩm mỹ đồng thời cũng để bảo vệ chống
ăn mòn.

Hình 1.1.2. Cừ thép được sử dụng làm bờ đê và chống đỡ hố đào
Cũng không quên nhắc lại lĩnh vực mà cọc ván thép được sử dụng nhiều nhất đó
là làm tường vây chắn đất hoặc nước khi thi công các hố đào tạm thời. Ta có thể
thấy cừ thép được sử dụng khắp mọi nơi: trong thi công tầng hầm nhà dân dụng,
nhà công nghiệp, thi công móng mố trụ cầu, hệ thống cấp thoát nước ngầm, trạm
bơm, bể chứa, kết cấu hạ tầng, thi công van điều áp kênh mương,…tùy theo độ sâu
của hố đào cũng như áp lực ngang của đất và nước mà cừ ván thép có thể đứng
độc lập (sơ đồ công-xon) hay kết hợp với một hoặc nhiều hệ giằng thép hình (sơ đồ
dầm liên tục). Đa phần hệ giằng được chế tạo từ thép hình chữ I,H nhằm thuận tiện
trong thi công. Kinh nghiệm chống nước chảy qua các rãnh khoá của cừ ván thép
trong các công trình tạm thời này là sử dụng hỗn hợp xi măng trộn đất sét, vừa tiết
kiệm chi phí lại đạt hiệu quả khá cao (gần như ngăn nước tuyệt đối).

3


Hình 1.1.3. Cừ thép được sử dụng làm bờ kè và ngăn nước trong thi công
Thi công ép cừ ván thép (steel sheet pile) có rất nhiều biện pháp, nhưng ở Việt
Nam , thường dùng nhất là ép bằng búa rung. Có 2 loại búa rung: loại dùng điện (thi

công với xe cẩu) và loại thuỷ lực gắn trên máy đào (excavator). Tần số rung thường
trong khoảng từ 20 đến 40 Hz. Lực ly tâm do búa tạo ra có thể lên đến 4000 kN
(tương đương 400 tấn). Ngoài ra người ta còn dùng các máy chuyên dùng truyền
động thủy lực như Giken Silent Piler .

Hình 1.1.4. Phần chân kẹp cọc, có tác dụng giữ vững máy khi rút cọc
1.2.Các phương pháp sử dụng cừ thép khi thi công hố đào các công trình có
tầng hầm tại Việt Nam hiện nay
Hiện nay biện pháp sử dụng cừ thép để chắn giữ thành hố đào các công trình có
tầng hầm thường kết hợp với phương pháp thi công “ phương pháp thi công đào
đất trước sau đó thi công nhà từ dưới lên ”
Để đảm bảo cho hệ hố đào không bị sụt lở trong quá trình thi công người ta
dùng các biện pháp giữ hố đào theo hai phương pháp truyền thống sau :

4


1.2.1. Đào hở không sử dụng văng chống, hệ neo
Phương pháp này khá đơn giản vì không gây trở ngại cho máy móc thi công và
các biện pháp thi công, được ưu tiên áp dụng với hố đào các công trình có mặt bằng
tương đối rộng, xung quanh không có các công trình xây dựng liền kề, hoặc có
khoảng cách khá xa đủ an toàn. Với phương pháp này nếu hố đào sâu ta có thể ép
cừ làm nhiều đợt theo nhiều cấp áp lực đất khác nhau mà không cần phải sử dụng
văng chống.
Nhược điểm của cừ larssen là độ cứng tương đối thấp, cọc có thể bị biến dạng
và tại đỉnh cọc chuyển vị ngang lớn làm gia tăng dịch chuyển đất quanh hố đào, gây
ra lún đất nền và tất yếu làm nứt vỡ kết cấu công trình lân cận. Vì vậy phương pháp
này ít được áp dụng trong thi công tầng hầm nhà cao tầng trong thành phố, không
phù hợp với công trình có mặt bằng hẹp,công trình xây chen, xung quanh có các
trông trình lân cận.

1.2.2. Đào hở kết hợp hệ văng chống, hệ neo [1]
Phương án này được áp dụng khi mặt bằng chật hẹp không cho phép mở rộng
ta luy mái dốc hố đào hoặc biện pháp dùng cừ thép không có văng chống, hệ neo
không đảm bảo đủ khả năng chịu lực, chuyển vị cho phép. Phương án này thường
được lựa chọn cho công trình có dưới 2 tầng hầm và cách xa các công trình lân cận
một khoảng cách an toàn (công trình lân cận nằm ngoài phạm vi lăng thể trượt của
hố đào). Các phương án chống đỡ bao gồm:
+ Chống đỡ bằng hệ dầm sản xuất tại chỗ
+ Chống đỡ bằng hệ thanh chống tiêu chuẩn
+ Chống đỡ bằng hệ neo đất
Số lượng tầng thanh chống có thể là 1 hoặc 2 hoặc nhiều hơn tùy theo chiều sâu
hố đào , dạng hình học hố đào , điều kiện địa chất thủy văn trong phạm vi chiều sâu
tường vây . Khi áp dụng biện pháp chống giữ thành hố đào bằng tường cừ, cần xác
định các thông số kỹ thuật của tường cừ như vị trí, độ sâu, kích thước tiết diện
ngang, hệ thống kết cấu neo và chống đỡ tường cừ (nếu cần), yêu cầu khả năng
chống thấm của tường cừ (nếu cần).
Một số giải phải chống đỡ tường cừ phổ biến là :
+ Chống ngang nếu kích thước mặt bằng công trình không quá rộng
+ Chống vào cọc khoan nhồi, đài cọc hoặc phần đất chưa thi công

5


Hình 1.2.1.a Chống ngang

Hình 1.2.1.b Chống vào cọc khoan nhồi

Hình 1.2.1. Chống vách đất bằng cừ thép kết hợp hệ văng chống

Hình 1.2.2. Hệ văng chống chống vào cột tầng hầm, đài cọc.

Ngoài ra ta có thể sử dụng hệ cừ thép kết hợp hệ văng chống ngang để chống
vào phần đất chưa thi công , chắn giữ hố đào.

1

2

3

4

5

6

7

8

Hình 1.2.3. Mặt cắt ngang hố đào có hệ văng chống vào phần đất chưa thi công.
1.3.Phương pháp thi công từ trên xuống sử dụng công nghệ tường trong đất
1.3.1 Đặc điểm công nghệ thi công
Phương pháp thi công từ trên xuống (Top –Down, Semi – Topdown) là phương
pháp thi công phần ngầm của công trình nhà cao tầng, phương pháp này khác với

6


phương pháp thi công truyền thống: thi công từ dưới lên trên. Trong công nghệ thi
công này, người ta có thể đồng thời vừa thi công các tầng ngầm (bên dưới cốt ±

0,00) và móng của công trình, vừa thi công một số hữu hạn các tầng nhà thuộc phần
thân bên trên cốt không ( trên mặt đất). Dùng phương pháp này đơn vị thi công sẽ
dùng các sàn bê tông tại các sàn tầng hầm như hệ chống cho tường vây trong suốt
quá trình thi công đào đất tầng hầm.
Công tác thi công đào đất các tầng hầm bên dưới được thực hiện sau khi việc
thi công các tấm sàn tầng hầm bên trên đươc hoàn thành. Đất đào sau khi được đào
bỏ vận chuyển lên trên qua lỗ mở thi công và lỗ mở thi công là cửa để đưa vật tư,
vật liệu xuống bên dưới để thi công tầng hầm.
1.3.2 Một số ưu - nhược điểm
*Ưu điểm :
- Giải quyết được các vấn đề về mặt bằng và tiến độ thi công: không cần diện
tích đào móng lớn hoặc đỡ tốn chi phí phải làm tường chắn đất độc lập. Đặc biệt đối
với các công trình giao thông dạng hầm giao thông, phương pháp này sớm giúp tái
lập mặt đường để giao thông. Và có thể thi công kết hợp từ dưới lên phần thượng
tầng và từ trên xuống đối với phần ngầm (thông dụng đối với các công trình dân
dụng có tầng ngầm) do đó đẩy nhanh tiến độ thi công.
- Không cần dùng hệ thống chống tạm (Bracsing System) để chống đỡ vách
tường tầng hầm trong quá trình đào đất và thi công các tầng hầm, không phải chi phí
cho hệ chống phụ. Hệ thanh chống tạm này thường rất phức tạp vướng không gian
thi công và rất tốn kém.
- Tiến độ thi công nhanh: khi đang làm móng và tầng hầm vẫn có thể đồng thời
làm phần trên được để tiết kiệm thời gian, (đương nhiên là phải tăng chi phí gia
cường an toàn phần dưới nhiều hơn, còn nếu “tiết kiệm” tiến độ mà không bù lỗ
được “chi phí” tăng do phải gia cường an toàn thì không cần làm nhanh, thi công từ
trên xuống phần ngầm trước rồi mới làm phần trên như đã thấy ở các công trình tại
Hà Nội. Sau khi đã thi công sàn tầng trệt có thể tách hoàn toàn việc thi công phần
thân và thi công phần ngầm. Có thể thi công đồng thời các tầng hầm và kết cấu phần
thân bên trên.
- Giải quyết được các vấn đề về móng (hiện tượng bùn nền, nước ngầm …): có
một điểm lưu ý ở đây là trong đô thị thường có nhiều công trình cao tầng, nếu thi

công đào mở (open cut) có tường vây, móng sâu và phải hạ mực nước ngầm để thi
công phần ngầm , điều này dẫn đến việc thường không đảm bảo cho các công trình
cao tầng kề bên (dễ xảy ra hiện tượng trượt mái đào, lún, nứt….). Với phương án thi
công từ trên xuống ta có thể chống đỡ được vách đất với độ ổn định và an toàn cao
nhất, giải quyết được vấn đề này.
Ngoài ra, khi thi công các tầng hầm đã có sẵn tầng trệt có thể giảm một phần ảnh
hưởng xấu của thời tiết tới công tác thi công.
*Nhược điểm :
- Kết cấu cột tầng hầm phức tạp; có xuất hiện nhiều mối nối (giữa sàn và cột, vách)
- Liên kết giữa dầm sàn và cột, vách, tường khó thi công;

7


- Công tác thi công đất trong không gian tầng hầm kín,chiều cao nhỏ khó thực hiện
cơ giới.
- Thi công trong tầng hầm kín ảnh hưởng đến sức khoẻ người lao động.
- Nếu lỗ mở nhỏ thì phải lắp đặt hệ thống thông gió và chiếu sáng nhân tạo
1.3.3 Tường trong đất (Barrette )
Tường trong đất cấu tạo bởi những cọc Barrette nối với nhau thành bức tường
bằng bêtông cốt thép ở trong đất . Để chống thấm, giữa các Barét phải có gioăng
chống thấm.Trường hợp này tường trong đất có thể được thiết kế và tính toán như
một loại móng sâu. Với phương án thi công từ trên xuống thường được lựa chọn
cùng với công nghệ tường trong đất.
Ưu điểm của tường trong đất là độ cứng lớn nên chuyển vị ngang rất nhỏ, rất
hữu ích cho việc thi công các hố đào sâu và bảo đảm ổn định cho các công trình lân
cận khi thi công chen trong thành phố. Dùng giải pháp tường trong đất để xây dựng
tầng hầm cho nhà cao tầng là hợp lý. Khi xây dựng công trình có 2, 3 tầng hầm trở
lên, trên nền đất yếu, trong các đô thị thì giải pháp tường trong đất là tốt nhất.
Tuy nhiên giải pháp tường trong đất vẫn tồn tại một số nhược điểm sau [3]:

- Giữa các tấm tường là gioăng chống thấm nên các tấm tường làm việc độc lập, độ
cứng tổng thể của tường nhỏ.
- Khó kiểm soát chất lượng thi công, nghiệm thu, xử lý sự cố và đặc biệt là chống
thấm bên ngoài tường.
- Chất lượng cọc barrette không đảm bảo tuyệt đối,có thể bị khuyết tật, bục, thủng vì
một số sự cố như: công tác đào, đổ bê tông, độ đặc chắt không đảm bảo, dùng
Bentonite không thích hợp dẫn tới sụt lở thành hố đào, đất rơi vào lẫn với bê tông.
- Chân cọc barrette phải đặt vào tầng đất tốt để đảm bảo ổn định cho hố đào sâu và
chống thấm cho tầng hầm. Nếu công trình có địa chất: lớp bùn, sét yếu ở sâu, để đặt
được vào lớp đất tốt thì chiều dài cọc khá lớn, vì vậy phương án này không kinh tế.
- Tài liệu khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn nếu thiếu các dữ liệu để
thiết kế và có độ tin cậy không cao, thiết kế chưa hợp lý, năng lực của nhà thầu sẽ
ảnh hưởng nhiều đến phương án thi công, chất lượng công trình.
- Công nghệ thi công đòi hỏi hệ thống máy móc kĩ thuật, trình độ, kinh nghiệm của
đơn vị thi công cao
- Khối lượng vật liệu thi công tường bao lớn, gây lãng phí trong quá trình chịu lực
lâu dài.
- Gây ô nhiễm môi trường vì phải sử dụng dung dịch Bentonite giữ thành hố đào.
1.4.Phương pháp thi công “SEMI-TOPDOWN” sử dụng cừ thép
1.4.1 Đặt vấn đề, đề xuất phương án thi công mới
Hiện nay ở Việt Nam, các công trình nhà có nhiều tầng hầm ngày càng xuất hiện
nhiều, và đi kèm với đó là khá nhiều các giải pháp, đặc điểm thi công tầng hầm.
Bảng 1.4.1. Thống kê một số công trình có 02 tầng hầm và đặc điểm thi công tầng
hầm trên địa bàn thành phố Hà Nội
TT
1

Tên công trình
Văn phòng và

Thiết kế

Đơn vị thi công

Đặc điểm thi công tầng
hầm
Bachy Soletanche - Tường barrette

8


2
3
4
5
6

7

chung cư 27 Láng
CDCC
Cty XD số 1HN
Hạ
Indochina Plaza
ConnellWager
Coteccons
-AURECON
Ocean Park số 1
Tr. ĐH KT HN Cty XD số 1, HN
Đào Duy Anh

Toà nhà Vincom
VNCC
Delta
191 Bà Triệu
Keangnam Hanoi
COFICO
Landmark Tower
TT Viễn thông
VNPT 57 Huỳnh
CDC
Bachy Soletanche
Thúc Kháng
Toà nhà tháp đôi
TCty XD Sông Đà
HH4 Mỹ Đình
CDC

8

Chung cư C14 Bộ Cty KT& XD - Cty XD số 1, HN
Công an , Lê Văn
Hội KTS
Lương
9 Toà nhà tháp
Indochine Group
Viet- combank
10 Sun Way,19
Phạm Đình Hổ
11 Khu DVTM, VP
Tr. ĐH KT HN

130 Nguyễn Đức
Cảnh
12 Golden Land* Archipel Posco – Korean,
275 Nguyễn Trãi
Pháp
Long Giang
13 Royal City* - 74
Delta
Nguyễn Trãi
14 Pacific Place* -83
Archrtype,
Cty XD Sông Đà
Lý Thường Kiệt
Pháp
2
* Riêng Golden Land, Royal City có 03 tầng hầm và
hầm.

- Đào hở, chống bằng
dàn thép
- Tường barrette
- Top – down
- Tường bê tông thường
- Cọc xi măng đất
- Tường barrette
- Top – down
- Tường barrette
- Neo trong đất
- Tường barrette
- Không chống

- Tường barrette
- Đào hở, chống bằng
dàn thép
- Tường bê tông thường
- Đào hở, chống bằng
dàn thép
- Tường barrette
- Neo trong đất
- Tường barrette
- Neo trong đất
- Tường bê tông thường
- Đào hở,ép cừ 2 đợt,
văng chống vào đài cọc
- Tường barrette
- Top – down
- Tường barrette
- Top – down
- Tường barrette
- Top – down
Pacific Place có 05 tầng

Thống kê các phương pháp thi công hầm:
- Chống bằng thép hình: 15%;
- Top – down, Semi - topdown: 54%;
- Neo trong đất: 15%;
- Cọc xi măng đất: 8%;
- Không chống: 8%.
Bảng 1.4.2. Các giải pháp lựa chon thi công chủ yếu tầng hầm [4]
Độ sâu hố đào (m)
H ≤ 6m

Giải pháp
- Tường cừ thép (không hoặc 1 tầng chống, neo)

9


( 1 tầng hầm )

- Cọc xi măng đất (không hoặc 1 tầng chống, neo)
- Tường cừ thép (1-2 tầng chống, neo)

6m < H ≤ 10m

- Cọc xi măng đất (1-2 tầng chống, neo)

( 2 tầng hầm )

- Tường vây barrette (1-2 tầng chống, neo) tuỳ theo điều
kiện nền đất, nước ngầm và chiều dài tường ngập sâu
vào nền đất.

H > 10m
( 3 tầng hầm )

- Tường vây barrette ( ≥ 02 tầng chống, neo)
- Tường cừ thép ( ≥ 2 tầng chống, neo) nếu điều kiện địa
chất và hình học hố đào thuận lợi.

*Nhận xét : từ bảng số liệu thống kê ta có thể thấy ở Việt Nam với công trình có

- Từ 3 tầng hầm trở lên, giải pháp ưu tiên nên lựa chọn là tường barrette kết hợp
phương án Top – down, Semi-Topdown.
- Có 2 tầng hầm, có rất nhiều các giải pháp thi công phong phú, đa dạng có thế áp
dụng được như: tường cừ thép, cọc xi măng đất, tường vây barrette,... kết hợp với
1-2 tầng chống bằng dàn théo hoặc neo trong đất.
*Đề xuất: Trên cơ sở những ưu-nhược điểm của phương án: thi công SemiTopdown+barrette, và một số phương án khác sử dụng cừ thép+hệ dàn thép,
neo...cũng như các vấn đề thực tế gặp phải khi thi công các công trình áp dụng
những phương án trên.
Nhóm tác giả đề xuất ra một phương án thi công mới “phương án SEMITOPDOWN có sử dụng cừ thép làm kết cấu chắn giữ” có tính hợp lý, khoa học,
kinh tế trên cơ sở vẫn đảm bảo các điều kiện kỹ thuật. Để nhằm khắc phục được
một số hạn chế, nhược điểm của việc sử dụng tường barrette, nâng cao chất lượng
tường vây, giảm thiểu tối đa chi phí giá thành vật liệu và ô nhiễm môi trường, phục
vụ thực tế sản xuất. (thực tế những công trình đã thi công chỉ sử dụng phương án thi
công Bán Top-Down cho những tầng hầm sử dụng công nghệ tường trong đất ).
1.4.2. Trình tự các giai đoạn thi công tầng hầm theo phương án SEMITOPDOWN sử dụng cừ thép
Với phương án mới sử dụng cừ thép này ta vẫn áp dụng thi công theo phương
pháp Semi-Topdown và sử dụng hệ dầm sàn tầng hầm (kết hợp một phần hệ thanh
chống) làm kết cấu chống đỡ nhưng không sử dụng cọc Barrette làm tường chắn mà
sử dụng cừ thép; khi đó tường bao tầng hầm sẽ được thi công sau này cùng với cột,
vách ngăn tương tự như phương pháp sử dụng cọc Barette thông thường. Thi công
tầng hầm xong sẽ lấp đất,cát vào khoảng trống giữa cừ thép và tường bao (nếu có),
sau đó rút cừ thép hoặc để cố định vĩnh viễn trong lòng đất.
Trên cơ sở đó tác giả đề xuất ra 2 phương án sử dụng cừ thép sau:
- Phương án 1 (PA1): thi công xong sẽ rút cừ, sử dụng hệ dầm sàn tầng hầm kết
hợp hệ dầm bo, thanh chống làm kết cấu chống đỡ.
- Phương án 2 (PA2): giữ nguyên cừ trong lòng đất làm kết cấu chắn giữ, tường
bao sau này, sử dụng hệ dầm sàn tầng hầm làm kết cấu chống đỡ.

10

*Quy trỡnh thi cụng ỏp dng cho phng ỏn 1 (PA1): thi cụng xong s rỳt c.

t hi công cọc kn
t ờng cừ

r út cừ t hép,t iếp t ục
t hi công phần t hân

THIếT KếLỗ Mở
t hi công cọc kn
THI CÔNG HệKINGPOST

đổbê t ông sàn
t hi công ép cừ t hép
đào đất t ầng hầmh1
t hi công
t ầng hầm1

đổbt sàn hầmh1
Lắp đặt hệvăng chống

t ầng 1 cốt 0.00

t háo dỡ hệvăng chống
t hi công l ấp cát

t hi công cột , l õi
t hang máy t ầng hầm1

đào đất hố móng
t hi công đài,
giằng móng

t hi công l ỗ mở H1,
t hi công đài móng
t hi công giằng móng

t ờng bao t ầng hầm1

t hi công l ấp cát quanh
t ờng t ớ i cốt sàn t ầng 1

đào đất t ầng hầmh2
t hi công
t ầng hầm2

đổbt sàn hầmh2

t hi công cột , l õi t hang máy
t ờng bao t ầng hầm2

Quy trỡnh thi ỏp dng vi phng ỏn 2 (PA2): cng tng t nh PA1 ch khỏc l
khụng co cụng on lp t hờ vng chng vi c thộp ta trc tiờp lờn hờ dm sn;
v khụng phai lõp õt, rut c nh PA1 m gi nguyờn c trong lũng õt kờt hp vi
chớnh tng bao lm kờt cõu chn gi tng hm sau ny.
*Hỡnh nh mụ t quy trỡnh thi cụng theo PA1:

11

Hình 1.4.1 Thi công cọc khoan nhồi, kingpost, ép cừ thép

Hình 1.4.2 Đào đất giai đoạn I tới đáy hệ dầm sàn tầng hầm thứ nhất

Hình 1.4.3 Thi công hệ dầm sàn tầng hầm thứ nhất và sau đó lắp đặt hệ dầm bo,
thanh chống

Hình 1.4.4 Thi công đào đất giai đoạn II tới đáy đài móng

12


Hình 1.4.5 Thi công đài, giằng móng; sàn tầng hầm thứ hai

Hình 1.4.6 Thi công tường bao, cột, vách tầm hầm thứ hai

Hình 1.4.7 Lấp cát, đất quanh tường tới đáy sàn tầng hầm thứ nhất

13


Hình 1.4.8 Thi công tường bao, cột, vách, lỗ mở sàn tầng hầm thứ nhất

Hình 1.4.9 Tháo dỡ hệ văng chống; thi công sàn tầng 1 và lấp đất, cát tới cos 0,00 m

Hình 1.4.10 Thi công rút cừ thép và tiếp tục thi công kết cấu phần thân.

14

Bảng 1.4.3: Bảng so sánh, liệt kê trình tự các giai đoạn thi công theo phương án
Semi –Topdown sử dụng cừ thép và tường Barrette (với công trình có 2 tầng hầm)
Giai
đoạn
Giai
đoạn
1
Giai
đoạn
2

Phương án Semi –Topdown
sử dụng tường Barrette
Thi công cọc Barrette,
tường vây.

Phương án Semi –Topdown sử dụng
tường cừ thép (Larsen )
Thi công cọc khoan nhồi.

Thi công cọc khoan nhồi

Thi công ép cừ thép.

Giai đoạn 3 (4 bước)

Giai đoạn 3 (5 bước)

 Bước 1: Thi công phần cột chống tạm bằng thép hình ( Kingpost)

Phương án chống tạm theo phương đứng là dùng các cột chống tạm
bằng thép hình đặt trước (kingpost) vào các cọc khoan nhồi hoặc các cọc
phụ ở đúng vị trí các cột suốt chiều cao từ mặt đất đến đỉnh cọc. Các cột này
được thi công ngay trong giai đoạn thi công cọc khoan nhồi.
Giai
đoạn
3

 Bước 2: Thi công tầng hầm thứ nhất . Gồm các công đoạn sau :
•
•
•

Đào đất đến cốt thi công sàn; ghép ván khuôn thi công tầng hầm thứ
nhất. Tận dụng mặt đất đã được xử lý để làm hệ thống đỡ ván khuôn;
Đổ bê tông, chống thấm hệ dầm - sàn tầng ngầm thứ nhất.
Bố trí các ống thép, thép chờ cột, vách ngăn tại các vị trí có cột, vách
ngăn để nối thép cho phần cột và vách ngăn tầng hầm phía dưới;
• PA1: Lắp đặt hệ thống dầm bo cừ thép,
thanh chống đỡ cừ thép, hệ thống kích cơ
để gia tải trước cho thanh chống, vì vậy hệ
thanh chống không làm việc thu động. Hệ
thống chống đỡ này được gắn vào dầm,
sàn tầng hầm thứ nhất.
• PA2: không phải lắp đặt hệ thanh chống;
chỉ cần đảm bảo sự liên kết tốt giữa cừ
thép và hệ dầm sàn bằng các biện pháp:
hàn tấm thép chờ ở dầm sàn với cừ thép,
dầm bo,…

 Bước 3:Thi công tầng hầm thứ hai.
•
•
•
•

Tháo ván khuôn chịu lực tầng hầm 1; đào đất đến cốt đáy đài móng
Chống thấm cho phần móng; thi công đài cọc, các bể ngầm, móng cầu
thang máy và các hệ thống ngầm dùng cho công trình;
Lấp đất tới cốt sàn, đổ bê tông, chống thấm sàn tầng hầm thứ hai
Thi công cột, lõi, vách ngăn và các cấu kiện khác từ tầng hầm thứ hai lên
tầng hầm thứ nhất; sau đó bơm vữa xi-măng có phụ gia trương nở qua
các lỗ chờ bằng ống thép d=40,60mm để lấp đầy và chèn kín bề mặt tiếp

15


giáp giữa đáy dầm, đáy sàn và mặt trên của cột, lõi , tường bao.
 Bước 4: Thi công tường bao tầm hầm
và lấp đất.
• Ghép ván khuôn, hệ thống chống đỡ,lắp
đặt cốt thép, đổ bê tông, thi công chống
thấm tường bao tầng hầm thứ 2.
• PA1:Tháo dỡ hệ văng chống, thi công lấp
đất, cát vào khoảng trống giữa cừ thép và
tường bao tới cốt sàn tầng hầm 1
• PA2: không phải lấp đất, cát vì cừ thép và
tường vây liền khối.
• Thi công tiếp các cấu kiện: cột , lõi , vách,

tường bao ở tầng hầm 1 tương tự như đối
với tầng hầm 2 và lấp đất quanh tường tới
cốt tự nhiên (PA1)
 Bước 5: Thi công phần kết cấu ngay trên mặt đất (cốt sàn tầng 1):
•

Ghép ván khuôn thi công sàn tầng 1. Hệ ván khuôn cột chống được đặt
trực tiếp lên hệ thống sàn tầng hầm thứ nhất;
Đặt cốt thép thi công, đổ bê tông, chống thấm giữa sàn và tường vách.
•
•

Giai
đoạn
4

PA1:Thi công rút cừ Larssen và lấp cát vào
vị trí vừa rút cừ
PA2: Giữ cố định cừ thép làm kết cấu
chắn giữu, làm việc cùng với tường bao.

•

Kết thúc công tác thi công phần ngầm; tiếp tục công tác thi công phần
thân công trình

1.4.3 Một số ưu - nhược điểm, phạm vi áp dụng của phương án mới
*Ưu điểm:
- Thi công theo phương án SEMI-TOPDOWN nên vẫn giải quyết được các vấn đề
về mặt bằng và tiến độ thi công, không cần dùng hệ thống chống tạm (PA2), giải

quyết được các vấn đề về móng, giảm một phần ảnh hưởng xấu của thời tiết tới
công tác thi công. Chống đỡ được vách đất với độ ổn định và an toàn cao nhất,
hơn bất cứ phương án sử dụng hệ chống đỡ dàn thép nào;
- Máy móc, thiết bị thi công tầng hầm đơn giản và tiến độ thi công nhanh;
- Độ cứng, sự liên kết và làm việc tổng thể của tường vây, phần ngầm tốt vì tường
vây được đổ toàn khối;
- Chiều sâu và chiều dày tường bao có thể giảm rất nhiều, tiết kiệm vật liệu hơn
phương án sử dụng tường trong đất;

16


- Chất lượng bê tông tường vây tầng hầm luôn được đảm bảo tốt hơn phương án
tường trong đất vì thi công toàn khối nên bê tông đặc chắc, không bị rỗ, khuyết
tật;
- Dễ dàng trong công tác nghiệm thu, xử lí sự cố và đặc biệt là chống thấm;
- Giảm bớt chi phí lắp đặt hệ thống thông gió và chiếu sáng nhân tạo (PA1);
- Giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường do không phải sử dụng dung dịch Bentonite
giữ thành hố đào tường vây (chỉ dùng khi thi công cọc khoan nhồi).
* Nhược điểm:
- Vân tồn tại một số nhược điểm của phương án SEMI-TOPDOWN;
- Cừ larssen có độ cứng tương đối thấp, nếu biện pháp chống đỡ không hợp lý,
cọc sẽ bị biến dạng và chuyển vị ngang lớn làm gia tăng dịch chuyển đất quanh
hố đào, gây ra lún đất nền và ảnh hưởng đến công trình lân cận;
- Trong cả quá trình thi công xét về nhiều mặt thì phương pháp này thường phát
sinh hiện tượng rò rỉ nước ngầm qua cừ, có thể làm đẩy nổi đất đáy hố đào;
- Quá trình rút cừ, lấp đất gây ảnh hưởng một phần đến công trình lân cận (PA1).
* Phạm vi áp dụng:
- Phương pháp này phù hợp với công trình xây chen có độ sâu hố đào không quá
lớn ( từ 1-3 tầng hầm); công trình lân cận không quá gần (cách từ 5m)

- Địa chất công trình tương tối tốt, hoặc địa chất yếu nhưng tường cừ vẫn đảm
bảo khả năng chịu lực và chuyển vị cho phép;
- Mực nước ngầm không quá cao để hạn chế sự rò gỉ, đẩy nổi đất đáy hố đào;
Giải pháp: Nếu mực nước ngầm cao có thể dùng biện pháp hút nước bề mặt
hoặc bơm hút nước sâu nếu phù hợp về khả năng thi công, tính kinh tế.
- Áp dụng cho công trình nếu công trình có địa chất: lớp bùn, sét yếu ở sâu; để
cọc Barrette đặt được vào lớp đất tốt thì chiều dài cọc lớn, vì vậy phương án sử
dụng coc Barrette với công trình này không kinh tế;
Giải pháp: lựa chon cừ, chiều sâu chôn cừ và các biện pháp chống đỡ đảm
bảo. Thi công ép cừ và giữ nguyên cừ trong lòng đất làm kết cấu chắn giữ, tường
bao sau này ( PA2 ).
1.5 Kết luận chương 1
1. Cừ thép Larsen đã và đang được sử dụng rộng rãi để làm tường chắn tạm trong
thi công tầng hầm nhà cao tầng trong đô thị.
2. Với công trình có 2 tầng hầm có rất nhiều giải pháp thi công đa dạng có thể áp
dụng; và phương án thi công “SEMI-TOPDOWN” sử dụng cừ thép làm tường chắn
tạm (PA1) hoặc cố định (PA2 là một trong những phương án có thể áp dụng được.
3. Cơ sở tính toán, thiết kế tường cừ và hệ kết cấu chống đỡ áp dụng cho
“phương án SEMI-TOPDOWN có sử dụng cừ thép làm kết cấu chắn giữ ” đều
dựa trên các phương pháp tính toán, thiết kế truyền thống hiện nay được áp dụng;
và các phương pháp đó sẽ được trình bày chi tiết trong chương II của đề tài.

17


CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN
VÀ THIẾT KẾ HỆ KẾT CẤU CHẮN GIỮ HỐ ĐÀO
2.1. Các yêu cầu đặt ra trong thiết kế [4]
- An toàn tin cậy: Đáp ứng yêu cầu về cường độ bản thân, tính ổn định, và sự biến
dạng của kết cấu chắn giữ, đảm bảo an toàn cho công trình xung quanh.

- Tính hợp lý về kinh tế: Xác định phương án có tính hiệu quả kinh tế kĩ thuật rõ
ràng trên cơ sở tổng hợp các mặt thời gian, vật liệu, thiết bị, nhân công và bảo vệ
môi trường xung quanh.
- Thuận lợi và bảo đảm thời gian thi công: Dựa trên các nguyên tắc trên kết cấu
phải đáp ứng tối đa những điều kiện thuận lợi cho thi công.
2.2. Các phương pháp tính toán tường chắn
2.2.1. Phương pháp giải tích [6]
2.2.1.1. Theo quan điểm tính toán tường chắn như một cấu kiện chịu áp lực đất
Sự làm việc của tường chắn như một kết cấu chịu áp lực đất phụ thuộc không
những bản thân kết cấu tường mà còn phụ thuộc vào phương pháp thi công hố đào,
trình tự thực hiện thi công cũng như chất lượng công tác thi công. Tính toán kết cấu
tường chắn nhằm đảm bảo yêu cầu cường độ và ổn định bản thân tường dưới tác
dụng của áp lực đất trước và sau tường. Sơ đồ làm việc của tường được lựa chọn
chủ yếu căn cứ vào theo biện pháp và trình tự thi công.
Các phương pháp tính toán sau đây có thể coi là tiêu biểu:
a) Phương pháp cân bằng tĩnh
Phương pháp cân bằng tĩnh áp dụng cho phân tích tường chắn được coi là “
ngàm” trong đất dựa vào các phương trình cân bằng tĩnh học áp lực đất hai phía và
cân bằng mô mem tĩnh đối với đáy tường để xác định chiều sâu tối thiểu đảm bảo ổn
định tường. Hệ số áp lực chủ động và bị động, có giá trị áp lực đất tương ứng xác
định theo công thức Rankine (1857) có dạng:
pa= Kaσv – 2c Ka

và pp = Kpσv + 2c Kp

Trong đó Ka = hệ số áp lực đất chủ động.
ϕ
Ka = tg2(450 - )
2
Kp= hệ số áp lực đất bị động.

ϕ
Kp = tg2(450 + )
2
Độ sâu ngàm cần thiết, to là nghiệm của phương trình bậc 4:
t +
4
0

e p1 − ea1

β

(2.1)

(2.2)

(2.3)

6 E a y ( e p1 − ea1 ) + 4 E a2
6Ea 2  6Ea

−8
t 0 −  2 ( 2 yβ + e p1 − ea1 ) t 0 =
(2.4)
β
β2
β


Trong đó:

Ea = tổng áp lực đất chủ động xác định từ hiệu áp lực đất bị động và áp lực
đất chủ động trên toàn bộ chiều sâu tường;

ϕ 
ϕ 


β = γ n  tan 2  45 0 + n  − tan 2  45 0 − n 
2 
2 



γ n – Dung trọng tự nhiên của đất ở lớp thứ n.
ϕn – Góc ma sát trong của đất ở lớp thứ n.

18

(2.5)


Mô mem uốn trong tường cũng xác định theo phương pháp kết cấu thông thường.
b) Phương pháp Blum.
Blum đề nghị thay áp lực đất bị động ở phần chân tường phía ngoài bằng áp lực
tập trung tác dụng ở chân tường . Việc xác định độ sâu ngàm cần thiết trở nên đơn
giản hơn nhờ bậc của phương trình xác định đã giảm xuống bậc 3 có dạng:
6Ea
6 Ea ( l − a))
t 03 −
t0 =

(2.6)
γ (Ka − K p )
γ (K p − Ka )
Trong đó: l = khoảng cách từ mặt đất đến điểm có áp lực zero,


Ka

l = h1 +
(2.7)
 (K − K ) 
p
a 

a = Khoảng cách từ mặt đất đến điểm đặt của Ea ,


Ka

a = h1 +
(2.8)
 (K − K ) 
p
a


c) Phương pháp đường đàn hồi.
Phương pháp đường đàn hồi có thể áp dụng cho tường ngàm tự do lẫn tường
có chống cho phép xác định cả chiều sâu ngàm tường vào đất dưới đáy hố đào lẫn
mô mem uốn lớn nhất trong tường. Thực chất của phương pháp đàn hồi và sử dụng

đồ họa xác định đúng dần độ sau ngàm cần thiết trên nguyên tắc đa giác lực tác
dụng lên tường đóng kín. Việc thực hiện được tiến hành theo các bước sau:
Chọn độ sâu ngàm bất kỳ (cho bước thử ban đầu), to
•
Tính áp lực đất lên hai phía tường chia tường theo chiều cao làm nhiều đoạn,
•
thay áp lực đất trên từng đoạn bằng các lực tập trung tại trọng tâm biểu đồ áp lực
đất vẽ đa giác lực và đa giác dây tương ứng theo tỷ lệ xích chọn thích hợp.Đa
giác lực sẽ khép kín thỏa mãn điều kiện cân bằng tĩnh học khi độ sâu ngàm t o đã
chọn đúng.Trường hợp đa giác lực chưa khép chứng tỏ độ sâu t o chọn ban đầu
chưa thích hợp, cần thay đổi và vẽ lại.
Xác định giá trị và điểm đặt của E p’ trên đa giác lực đã khép kín cũng như độ sâu
•
ngàm cần thiết xác định mô mem uốn lớn nhất và vị trí của nó theo sơ đồ trên đa
giác dây với tỷ lệ xích đã chọn.
d) Phương pháp Sachipana
Sachipana phân tích tường có nhiều tầng chống thực hiện trong đất dính dựa
vào các giả thiết sau:
Thân tường là một kết cấu đàn hồi dài vô hạn
•
Áp lực đất từ đáy hố đào trở lên phân bố theo luật tam giác, từ đáy hố đào trở
•
xuống phân bố đều.
Áp lực đất bị động phía trước tường (dưới đáy hố đào) gồm hai vùng phân biệt:
•
vùng cân bằng giới hạn (đã biến dạng dẻo) và vùng đàn hồi.
Vị trí chống không thay đổi, lực trong văng chống không thay đổi.
•
Việc tính toán dựa vào hai phương trình cân bằng tĩnh học (cân bằng lực theo
phương ngang và cân bằng mô mem lấy với chân tường) cho từng giai đoạn đào và

đặt văng chống cho đến khi hoàn thành đào hố.
e) Phương pháp biến dạng

19


Phương pháp này lần đầu tiên được áp dụng ở Nhật Bản với các giả thiết cơ
bản tương tự phương pháp Sachipana với một thay đổi về giả thiết áp lực đất phía bị
động: giá trị áp lực đất phía bị động tỷ lệ thuận với dịch chuyển của tường. Giải
phương trình đường trục võng đàn hồi của tường ứng với điều kiện biên xuất hiện tại
từng giai đoạn thi công, nội lực thân tường và lực nén trong văng chống dùng làm
căn cứ thiết kế/kiểm tra kết cấu tường và văng chống.
f) Phương pháp cùng biến dạng
Tường trong trạng thái ban đầu chịu áp lực tĩnh cân bằng từ hai phía. Trong
quá trình đào hố móng, tường dịch chuyển làm thay đổi áp lực đất từ hai phía dần
đạt tới giá trị áp lực đất chủ động nhỏ nhất p a và áp lực đất bị động lớn nhất p p. Giá
trị áp lực đất tại một vị trí bất kỳ thay đổi cùng sự biến dạng của tường được xác
định theo công thức :
p = p 0 + Kδ ; pa < p< pp
(2.9)
Trong đó, po = áp lực tĩnh lên tường, P0 = K 0 γz ;
Ko = hệ số áp lực đất tĩnh.
Đối với đất rời, Ko có thể xác định theo góc ma sát trong hữu hiệu theo công thức
thực nghiệm của Jaky (1994):
K 0 = 1 − sin ϕ ,
(2.10)
hoặc theo công thức của Alpan (1967) đối với đất quá cố kết:
Ko = Ko,NC(OCR)a
(2.11)
Trong đó, Ko,OC = hệ số áp lực đất ở trạng thái cố kết bình thường; K o,NC=hệ số áp

lực đất tĩnh của đất quá cố kết; OCR = hệ số quá cố kết của đất;
p = áp lực đất thực tác dụng lên tường;
K = hệ số nền theo phương ngang;
δ = dịch chuyển ngang của tường.
g) Nhận xét chung.
Việc tính toán tường chắn như một cấu kiện độc lập chịu sự tác dụng của áp
lực đất xuất hiện trong quá trình thi công hố đào mặc dù có nhiều nghiên cứu cải tiến
nhưng rõ ràng không phù hợp với sự làm việc thực tế của công trình trong đó tường
và đất xung quanh luôn luôn tồn tại sự tương tác, phụ thuộc lẫn nhau. Hệ quả của
việc đơn giản hóa mô hình phân tích là sự an toàn của công trình trong quá trình thi
công cũng như ảnh hưởng của việc thi công hố đào đến các công trình lân cận
không thể kiểm soát được hoặc phải rất tốn kém. Các phương pháp tính thuộc loại
này nói chung chỉ nên áp dụng cho những trường hợp hố đào sâu mà ở đó ít có
nguy cơ xảy ra tai biến công trình hoặc việc phân tích phù hợp hơn trong đó có xét
đến sự làm việc đồng thời của tường với đất nền không đem lại lợi ích đáng quan
tâm. Trong những trường hợp khác, phân tích hố đào coi như tường chắn như một
cấu kiện độc lập chịu tác dụng của áp lực đất chỉ nên được sử dụng trong phân tích
sơ bộ để tìm lời giải xấp xỉ ban đầu.
2.2.1.2. Theo quan điểm tính toán tường chắn cùng làm việc đồng thời với đất
a) Phương pháp dầm trên nền đàn hồi.
Áp lực đất lên tường thực tế phụ thuộc vào mức độ dịch chuyển của tường.
Khi đất chuyển từ trạng thái cân bằng đàn hồi (tường không chuyển vị) sang trạng
thái chủ động, hướng ứng suất chính không thay đổi, giá trị của nó giảm xuống gây

20


ra biến dạng ngang của đất nhỏ hơn nhiều so với khi chuyển sang trạng thái bị động
(hướng ứng suất chính xoay một góc 90 0 trong đó ứng suất theo phương ngang tăng
lên nhiều). Chuyển vị của chân tường do đó chưa đạt đến trạng thái giới hạn bị

động. Việc áp dụng lý thuyết cân bằng giới hạn một mặt không đảm bảo ổn định của
tường (vì áp lực đất bị động ở chân tường chưa đạt tới giá trị tính toán), mặt khác
kết cấu bản thân tường lại quá lãng phí (vì được tính với giá trị áp lực lớn). Để giải
quyết mâu thuẫn nay, mô hình dầm trên nền đàn hồi cục bộ được đề xuất áp dụng
trong đó thay nền đất tiếp xúc hai bên tường bằng các lò xo đàn hồi độc lập theo mô
hình Winkler, 1867. Tư tưởng của phân tích dầm trên nền đàn hồi chủ yếu như sau :
Nền đất được mô phỏng bằng hệ lò xo có độ cứng
ks = p/δ
(2.12)
Trong đó: p = tải trọng gây ra chuyển vị δ; ks = độ cứng của lò xo thay thế nền đất
còn được gọi là mô đun phản lực nền.
Đối với một đoạn tường có bề rộng đơn vị (thường là 1m) và chiều dài d i
được thay thế bằng lò xo đàn hồi độ cứng Ksi xác định theo công thức:
d i E0
d i E0
K s ,i = k si d i =
K s ,i = k si d i =
(2.13)
2
1 − v0 ω
1 − v 02 ω

(

)

(

)

Trong đó: ksi= mô đun phản lực nền tại độ sâu đang xét; E o = mô đun biến
dạng của đất; vo = hệ số biến dạng ngang của đất; ω = hệ số phụ thuộc tỉ lệ giữa
chiều dài di với bề rộng tường.
Sơ đồ thay thế áp lực đất từ hai phía và văng chống bằng các lò xò có độ
cứng tương ứng và dầm thay thế tường chắn . Trước khi đào, áp lực hai phía cân
bằng ở trạng thái tĩnh. Giả sử việc đào đảm bảo được tường hoàn toàn không
chuyển dịch, áp lực tĩnh lên tường chứng tỏ sự mất cân bằng. Sự mất cân bằng áp
lực như vậy xuất hiện khi đào làm cho tường bị biến dạng và làm thay đổi áp lực đất
lên tường dần đến trạng thái cân bằng mới .
b) Phương pháp số gia:
Phương pháp số gia được dùng để phân tích đơn giản tường trong điều kiện
thi công có nhiều tầng neo có xét đến sự làm việc đồng thời giữa tường, thanh
chống neo và đất. Trong phương pháp này phần đất chưa đào và hệ văng chống
được thay thế bằng các lò xo tương ứng có độ cứng đàn hồi K phụ thuộc độ cứng
của đất, của hệ văng chống. Khi việc đào đất được gia tăng theo độ sâu trong quá
trình thi công, các lò xo thay thế đất dần mất đi, nội lực tương ứng chuyển dần sang
hệ văng chống và các lò xo đất còn lại sẽ làm thay đổi chuyển vị của tường cũng
như của đất cho đến khi quá trình thi công kết thúc.
c) Phương pháp phần tử hữu hạn coi tường như hệ thanh dầm trên nền đàn
hồi.
Trong phương pháp này kết cấu chắn (tường, hệ văng/neo) được chia thành
các phần tử thanh dầm. Áp lực đất phía chủ động đóng vai trò tải trọng lên hệ với giá
trị áp lực đất chủ động phân bố tam giác cho phần trên đáy hố đào và phân bố đều
cho phần dưới; đất phía bị động thay thế bằng các gối tựa đàn hồi có độ cứng K xác
định theo (2.12). Ma trận độ cứng của phần tử thanh dầm xác định theo công thức :

21


 AI

 0

EA  0
=

l − A I
 0

 0



12 l


61
4
c
[K]
(2.14)

0
0
AI

− 12 l 2 − 6 l
0
12 l 2 

6l

2
0 − 6 l 4
Trong đó, [K]c = ma trận độ cứng của phần tử; A = diện tích tiết diện ngang
tường với bề rộng đơn vị; I = mô mem quán tính tương ứng; l = độ dài phần tử (d i); E
= mô đun đàn hồi của vật liệu tường .Ma trận độ cứng của hệ văng chống hoặc neo
có dạng như sau khi coi phân tử chỉ có một bậc tự do :
0

0 1





0
0
0
EA
[K ]c = 
(2.15)

l 0 0 0 0

0 − 1 0 0 1 


0 0 δ 0 0 1
2

Trong đó, E= mô đun đàn hồi của vật liệu chống hoặc neo; A = diện tích tiết diện

phần tử; l = chiều dài phần tử.
d) Phương pháp phần tử hữu hạn tổng thể hai chiều
Chia vùng ảnh hưởng của việc đào hố bằng các lưới (tam giác hoặc hình chữ
nhật) để tạo thành các phần tử. Mỗi phần tử xác định bởi tọa độ các đỉnh gọi là các
nút. Chuyển vị của các nút trên phần tử, {q} liên hệ với chuyển vị tại một điểm bất kỳ
bên trong phần tử bởi phương trình:
{u} = [f] {q}
(2.16)
Trong đó, {u} = vector chuyển vị tại một điểm bất kỳ trong vùng phân tích;
[f] = hàm hình dạng chuyển vị; {q} = ma trận chuyển vị nút.
Ma trận biến dạng tại một điểm xác định theo biểu thức:
{ε} = [d]{u} = [d][f]{q} = [B]{q}
(2.17)
Trong đó, [d] = toán tử vi phân tuyến tính riêng phần; [B] = ma trận liên hệ
giữa biến dạng với chuyển vị nút.
Theo nguyên lý công khả dĩ, ma trận độ cứng của phần tử xác định theo công thức:
[Ke] = ∫ [ B] T [D] [B]dV

(2.18)

v

Trong đó [D] = ma trận quan hệ ứng suất – biến dạng của phần tử (đất nền,
tường chắn, văng chống…) xây dựng theo mô hình nền lựa chọn.
Tổ hợp các ma trận độ cứng của các phân tử trong hệ tọa độ tổng thể ta thiết lập
được ma trận độ cứng [K] của hệ do đó ma trận chuyển vị nút {q} là nghiệm của
phương trình:
[K] {q}= {P}
(2.19)
Trong đó. {P}= ma trận các tải trọng ngoài xuất hiện do hố đào hoặc tải trọng

nút tương đương : {σ} = [D] {ε}
(2.20)
e) Nhận xét chung.

Các phương pháp phân tích tường chắn như dầm trên nền đàn hồi cục bộ
dựa vào lời giải phương trình vi phân trục dầm thuận lợi cho trường hợp nền

22


đồng nhất hoặc có mô đun phản lực nền thay đổi tuyến tính, không có hệ thống
chống ngang. Lời giải có sẵn của bài toán cọc chịu tải trọng ngang có thể áp
dụng trực tiếp hoặc có số hóa. Trường hợp nền nhiều lớp, nhiều hệ văng chống
ngang, bài toán trở nên phức tạp hơn và chỉ có thể có được lời giải theo phương
pháp số, trình tự thực hiện và nội dung tương tự phương pháp lý luận cùng biến
dạng với khả năng mở rộng linh hoạt hơn nhờ quan hệ ứng suất – biến dạng
không bị ràng buộc. Trong số đó phương pháp số gia dựa vào quan hệ ứng suất
– biến dạng của nền theo mô hình đàn hồi tuyến tính thường kém chính xác, đặc
biệt là khi mô tả chuyển vị ngang của đất.

Phương pháp phần tử hữu hạn coi tường như hệ thanh trên nền đàn hồi về
căn bản tương tự như phương pháp dầm trên nền đàn hồi trong đó tường được
phân thành các phân tử có cùng độ cứng, có nút được lựa chọn sao cho chỉ tồn
tại sự thay đổi tải trọng, chuyển vị chỉ xảy ra tại nút do đó phần tử trở nền thuần
nhất hơn. Việc xuất hiện hệ thống văng chống ngang, neo… cũng như trình tự và
biện pháp thi công có thể được xử lý một cách thuận lợi trong quá trình phân
tích .

Tất cả các phương pháp phân tích nêu trên mặc dù đã ngày càng trở nên
“tiến bộ”, các yếu tố ảnh hưởng đến kết cấu tường chắn được xem xét nhưng

vẫn tồn tại nhược điểm chủ yếu là tách rời hoặc “liên kết” lỏng kẻo giữa tường và
môi trường đất xung quanh. Sự khiếm khuyết này làm hạn chế khả năng phân
tích, không cho phép mô tả đồng thời hiệu ứng quan trọng của quá trình là sự ổn
định chung của hệ thống, ổn định đáy hố đào cũng như chuyển dịch của đất xung
quanh hố. Các khiếm khuyết này có thể được khắc phục bằng phương pháp
phần tử hữu hạn đầy đủ mô tả toàn bộ hệ tường-đất nền bằng các phân tử có
liên hệ trực tiếp với nhau trong đó nền đất được mô tả thông qua các mô hình
toán học thích hợp với từng điều kiện địa chất công trình cụ thể .
2.2.2. Phương pháp dùng phần mềm nền móng chuyên dụng
Ngày nay công nghệ phần mềm rất phát triển đã tạo nên nhiều ứng dụng hữu ích
cho ngành xây dựng. Dùng chương trình phần mềm nền móng chuyên dụng PLAXIS
2D (Hà Lan) hoặc GEOSLOPE (Canađa). Thực tế cho thấy chỉ có dùng chương trình
phần mềm địa kỹ thuật chuyên dụng mới có thể giải quyết ổn thoả bài toán tường
chắn nhiều tầng neo chống.
Chương trình PLAXIS 2D cho phép mô tả kết cấu chắn giữ bằng các thông số
hình học (chiều dài, tiết diện, mômen quán tính), loại vật liệu (trọng lượng riêng); tiết
diện, cường độ, khoảng cách các thanh neo chống; các thông số cơ bản của nền đất
(γ, c, φ, k, E), các chế độ nền đất thoát nước hay không, các loại tải trọng trên mặt
đất. Các mô hình tính toán của chương trình (đàn hồi tuyến tính, đàn hồi dẻo tuyệt
đối, đất mềm, đất yếu). Đặc biệt, chương trình đưa ra kết quả mô phỏng ở các giai
đoạn thi công khác nhau của hố đào. Các kết quả nếu được hiệu chỉnh theo kinh
nghiệm xây dựng, các số liệu quan trắc tại địa phương thì sẽ cho kết quả khả quan.
Các bước thực hiện, xác định tải trọng tác động lên kết cấu chắn giữ dưới ảnh
hưởng của các tác động thi công và ứng xử của nền đất gồm:
1- Nghiên cứu kỹ báo cáo khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn trong khu
vực xây dựng công trình và vùng ảnh hưởng lân cận.

23

2- Tính toán các thông số kỹ thuật đặc trưng của nền đất đối với từng lớp đất
trong trụ địa chất. Các chỉ tiêu về cơ lý, sức kháng cắt của đất, mực nước ngầm,....
3- Tính toán qua phần mềm chuyên ngành Plaxis với các bước thực hiện như
sau:
 Bước 1: Thiết lập mô hình tổng thể của bài toán.
 Bước 2: Thiết lập đường bao hình dạng kết cấu.
 Bước 3: Khai báo tải trọng tác dụng lên hệ kết cấu phù hợp với điều kiện công
trình và quá trình thi công.
 Bước 4: Thiết lập điều kiện giới hạn của bài toán.
 Bước 5: Khai báo các tính chất của vật liệu.
 Bước 6: Chia lưới phần tử.
 Bước 7: Thiết lập những điều kiện về mực nước.
 Bước 8: Thiết lập giai đoạn tính toán.
 Bước 9: Chọn điểm.
 Bước 10: Xem và xuất kết quả nội lực, chuyển vị và ứng suất của kết cấu hố đào.
 Bước 11: Xem và xuất kết quả biểu đồ biến đổi tải trọng của tường chắn.
 Bước 12: Xem và xuất giá trị của nội lực, chuyển vị và ứng xuất.
Kết quả các giá trị về chuyển vị của bài toán sẽ được so sánh với các giá trị
chuyển vị cho phép nằm trong giới hạn đã được tổng kết theo thực tế thi công ở Việt
Nam và trên thế giới như sau:
Bảng 2.1: Giá trị chuyển vị cho phép theo thực tế các công trình của Clough và
O’Rourke 1990 [6]
Stt

1

2

Tên chuyển vị
Chuyển vị

ngang của
tường chắn đất
Chuyển vị của
đất nền xung
quanh hố đào

Đơn
vị
tính

Chiều
sâu hố
đào

Chuyển vị
cho phép

Điều kiện
địa chất

Tài liệu viện dẫn

m

H

(0,1%0,5%)*H

đất sét
cứng, cát

Theo Clough và
O’Rourke 1990

m

H

0,15%*H

đất sét
cứng, cát

Theo Clough và
O’Rourke 1990

Trường hợp biến dạng và chuyển vị lớn hơn mức cho phép, bài toán phải được
thiết lập lại với các yêu cầu tăng thêm khả năng chịu lực, độ cứng kết cấu chống đỡ,
tường chắn đất để có thể giảm thiểu các biến dạng về dưới mức cho phép. Điều kiện
biến dạng đảm bảo sẽ cho giá trị áp lực lên từng tầng chống đỡ kết cấu dầm sàn thi
công tầng hầm. Xác định các giá trị áp lực tác dụng lên hệ thanh chống lớn nhất phù
hợp với từng giai đoạn thi công. Các giá trị áp lực này với vai trò lực tác dụng lên kết
cấu chống đỡ hố đào.
2.3. Tính toán thiết kế hệ kết cấu chắn giữ hố đào [4]
2.3.1. Phương pháp tính toán ổn định hệ dàn chống bằng thép hình
Mô hình hệ dàn chống bằng chương trình tính toán kết cấu không gian (chương
trình SAP, Etabs, Staad...) tính toán sự ổn định và khả năng chịu lực của tiết diện

24

thanh chống và cột chống dưới tác động của tải trọng ngang; áp lực gây ra do đất
nước và hoạt tải đứng.
2.3.2 Phương pháp tính toán neo phụt
(Tham khảo Tiêu chuẩn Anh BS 8081: 1989)
Về cơ bản, việc thiết kế hệ thanh neo trong đất bao gồm các công việc sau:
- Xác định sức kháng cắt của đất tại khu vực bầu neo.
- Thiết kế số tầng thanh neo, khoảng cách thanh neo, góc nghiêng.
- Tính toán ổn định tổng thể thanh neo.
2.3.3. Tính toán kiểm tra ổn định kết cấu tường vây - sàn hầm bằng phương
pháp thi công Top - down
Kiểm tra ổn định và khả năng chịu lực của sàn hầm dùng để giữ ổn định xô
ngang của tường hầm bằng chương trình tính toán kết cấu không gian: Sap, Etabs,
Staad,..
2.4. Kết luận chương 2
1. Các phương pháp tính toán tường chắn và hệ kết cấu chống đỡ ngày càng có
nhiều nghiên cứu cải tiến hơn để phù hợp với sự làm việc thực tế của kết cấu; cũng
như việc áp dụng công nghệ phần mềm tiên tiến vào việc tính toán kết cấu.
2. Trên cơ sở các phương pháp tính toán, thiết kế tường chắn và hệ kết cấu chống
đỡ trên, áp dụng cho “phương án SEMI-TOPDOWN có sử dụng cừ thép làm kết
cấu chắn giữ ” tác giả lựa chọn phương pháp sử dụng phần mềm chuyên dụng
PLAXIS 8.2 và ETABS 9.7 để mô phỏng ứng xử, tính toán nội lực, chuyển vị của
tường cừ và hệ dầm sàn, thanh chống trong quá trình đào đất thi công tầng hầm.

25