Nghiên cứu lựa chọn quy trình kích trước trong thiết kế hệ chống vách tường vây dự án nhà gia bason quận 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
---------------------------

NGUYỄN HỮU PHÚC

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN QUY TRÌNH KÍCH TRƯỚC
TRONG THIẾT KẾ HỆ CHỐNG VÁCH TƯỜNG VÂY
DỰ ÁN NHÀ GA BASON, QUẬN 1

LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG

TP. Hồ Chí Minh, Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng luận văn “Nghiên cứu lựa chọn quy trình kích trước
trong thiết kế hệ chống vách tường vây dự án nhà ga Bason, quận 1” là công trình
nghiên cứu của riêng tôi và thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.
Dương Hồng Thẩm. Các số liệu trong đề tài này được thu thập và sử dụng một cách
trung thực. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này không sao chép của
bất cứ luận văn nào và cũng chưa được trình bày hay công bố ở bất cứ công trình
nghiên cứu nào khác trước đây.

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018
Học viên

Nguyễn Hữu Phúc

i

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể quý Thầy cô khoa
Xây Dựng và Điện, Khoa sau đại học, Trường Đại học Mở TP Hồ Chí Minh đã tận
tình giảng dạy và truyền đạt những bài học, những kinh nghiệm chuyên ngành quý
giá, giúp em có đầy đủ nền tảng kiến thức để thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Tiếp theo, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc đến
PGS.TS Dương Hồng Thẩm, thầy đã truyền đạt kiến thức, hướng dẫn tận tâm,
định hướng cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu. Đồng thời,
em cũng xin gửi đến lòng biết ơn sâu sắc vì những nhận xét và góp ý thật sự bổ ích
của thầy để tác giả hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu này.
Sau cùng, em xin gửi lời biết ơn chân thành, sâu sắc đến gia đình và bạn bè,
đồng nghiệp về sự quan tâm, giúp đỡ, động viên, ủng hộ tác giả trong suốt chặn
đường thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của bản
thân, tuy nhiên không thể không có những thiếu sót. Kính mong quý Thầy Cô chỉ
dẫn thêm để em bổ sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn.
Xin trân trọng cảm ơn.

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018
Học viên

Nguyễn Hữu Phúc

ii


TÓM TẮT
Luận văn trình bày nghiên cứu quy trình kích trước trong thiết kế hệ chống
vách tường vây khi thi công hố đào sâu của công trình “Tuyến tàu điện ngầm số 1

(Bến thành - Suối Tiên) - Nhà ga Bason”. Công trình này gồm 2 tầng hầm với
chiều sâu đào đất là 14.566m, được chống đỡ bằng 4 tầng thanh chống. Luận văn sử
dụng mô hình phần tử hữu hạn Plaxis 2D với ứng xử mô hình đất Hardening Soil.
Trình tự nghiên cứu trong luận văn: Chạy bài toán không gia tải kích với mô
hình đất được hiệu chỉnh; Giải bài toán phân tích ngược tìm bộ thông số đất phù
hợp; Chạy bài toán với giá trị lực kích trong các hệ chống khác nhau; Phân tích rút
ra nhận xét, kết luận.
Kết quả đạt được: Kích trước có tác dụng làm giảm chuyển vị ngang tường
vây; Khi gia tải kích cho hệ chống, nội lực mômen tường vây thay đổi: mômen bên
trong tường vây bên trên hố đào giảm, mômen bên ngoài tường vây bên trên hố đào
tăng, mômen bên ngoài tường vây bên dưới hố đào giảm; Khi áp đặt lực kích ở một
tầng chống nội lực (lực nén) trong tầng chống tăng lên, nội lực hệ chống liền kề có
xu hướng giảm.

iii


MỤC LỤC
Lời cam đoan ...........................................................................................................i
Lời cảm ơn .............................................................................................................ii
Tóm tắt ................................................................................................................. iii
Mục lục ................................................................................................................. iv
Danh mục các hình vẽ và đồ thị ............................................................................. vi
Danh mục các bảng biểu ...................................................................................... xvi

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ................................................................................... 1
1.1. Giới thiệu chung, tính cấp thiết của đề tài ........................................................ 1
1.2. Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................... 1
1.3. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................ 2
1.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 2

1.5. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 3
1.6. Giới hạn của nghiên cứu .................................................................................. 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ................................. 4
2.1. Giới thiệu hố đào sâu ....................................................................................... 4
2.1.1. Đặc điểm .................................................................................................. 4
2.1.2. Phân loại hố đào ....................................................................................... 4
2.1.3. Các phương pháp đào phổ biến ................................................................. 6
2.2. Cấu tạo hệ chống hố đào sâu ............................................................................ 8
2.3. Các loại tường hố đào sâu thường sử dụng ....................................................... 9
2.3.1. Soldier pile: cọc chống ............................................................................. 9
2.3.2. Sheet pile: cọc cừ .................................................................................... 10
2.3.3. Column pile: cọc làm việc như cột .......................................................... 11
2.3.4. Cement deep mixing: cọc xi măng đất .................................................... 12
2.3.5. Diaphragm walls: tường vây ................................................................... 12
2.4. Các kết quả nghiên cứu trước đây .................................................................. 14
iv


2.4.1. Những nghiên cứu trong nước ................................................................ 14
2.4.2. Những nghiên cứu trên thế giới .............................................................. 16
2.5. Kết luận ......................................................................................................... 18

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................... 19
3.1. Phân tích bài toán hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần
mềm Plaxis ........................................................................................................... 19
3.1.1. Quan hệ thoát nước và không thoát nước ................................................ 19
3.1.2. Mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng Mohr-Coulomb ........................................ 22
3.1.3. Mô hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil ........................................ 24
3.1.4. So sánh giữa mô hình Mohr-Coulomb và mô hình Hardening Soil ......... 31

3.1.5. Thông số đầu vào của đất nền ................................................................. 31
3.1.6. Điều kiện biên cho bài toán .................................................................... 36
3.1.7. Chia lưới phần tử trong Plaxis ................................................................ 38
3.2. Chuyển vị tường vây ...................................................................................... 40
3.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang ............................................ 40
3.2.2. Cơ chế phát sinh chuyển vị tường vây .................................................... 41
3.2.3. Chuyển vị cho phép của tường vây ......................................................... 42
3.2.4. Hệ số ổn định tổng thể ............................................................................ 44
3.2.5. Ổn định đáy hố đào ................................................................................. 45
3.3. Hiện tường phá hoại xói ngầm (sand boiling) ................................................ 45
3.4. Ứng xử không gian của quá trình thi công tầng hầm ...................................... 49

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CÔNG TRÌNH CỤ THỂ ................................... 51
4.1. Thực trạng công trình nghiên cứu .................................................................. 51
4.1.1. Đặc điểm công trình nghiên cứu ............................................................. 51
4.1.2. Điều kiện địa chất công trình .................................................................. 52
4.1.3. Trình tự thi công tầng hầm ...................................................................... 53
4.2. Mô phỏng bài toán ......................................................................................... 61
v


4.2.1. Thông số đầu vào của bài toán ................................................................ 61
4.2.2. Mô phỏng bài toán không gia tải kích ..................................................... 65
4.2.3. Mô phỏng bài toán phân tích ngược ........................................................ 71
4.2.4. So sánh kết quả giữa bài toán gia tải kích và không gia tải kích .............. 78
4.2.5. Giải bài toán gia tải kích theo các trường hợp ......................................... 87
A. Tổ hợp I .................................................................................................. 89
B. Tổ hợp II ................................................................................................. 94
C. Tổ hợp III ................................................................................................ 99
D. Tổ hợp IV .............................................................................................. 104

4.2.5. Giải bài toán gia tải kích theo các trường hợp ......................................... 87
4.2.6. So sánh kết quả các tổ hợp .................................................................... 109

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................... 122
5.1. Kết luận ....................................................................................................... 122
5.2. Kiến nghị ..................................................................................................... 123

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 2.1. Đào thẳng đứng ....................................................................................... 4
Hình 2.2. Đào có dốc .............................................................................................. 4
Hình 2.3. Biện pháp đào đất sử dụng cừ Larsen, tường vây
kết hợp hệ giằng chống ........................................................................................... 5
Hình 2.4. Thi công đào mở không có hệ chống ....................................................... 6
Hình 2.5. Thi công đào mở sử dụng cừ Larsen, tường vây
kết hợp hệ giằng chống ........................................................................................... 7
Hình 2.6. Thi công đào Top-Down ......................................................................... 8
Hình 2.7. Cấu tạo hệ giằng chống (Nguồn: Công ty Hirose Maruken Vietnam) ....... 9
Hình 2.8. Soldier pile - Cọc chống ........................................................................ 10
Hình 2.9. Sheet pile - Cọc cừ ................................................................................ 11
Hình 2.10. Cọc khoan nhồi ................................................................................... 12
Hình 3.1. Biểu đồ quan hệ ứng suất - Biến dạng
(làm việc đàn hồi và dẻo lý tưởng) ........................................................................ 22
Hình 3.2. Mặt phá hoại MC trong không gian ứng suất ......................................... 23
Hình 3.3. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic trong
thí nghiệm nén 3 trục thoát nước .......................................................................... 26
p
Hình 3.4. Các đường cong dẻo ứng với các giá trị  khác nhau .......................... 27

ref
Hình 3.5. Định nghĩa mô đun E oed trong thí nghiệm nén cố kết ............................ 28


Hình 3.6. Các mặt dẻo trong mặt phẳng ( q  p ) của mô hình HS ......................... 29
Hình 3.7. Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính của mô hình HS (c=0) .......... 29
Hình 3.8. Đường cong biến dạng có kể đến sự kết thúc giãn nở
trong thí nghiệm 3 trục thoát nước ........................................................................ 30
Hình 3.9. Hình mô tả mặt bằng và mặt cắt để phân tích điều kiện biên
(Nguồn: Ou. Chang-Yu, 2006) ............................................................................. 36
Hình 3.10. Điều kiện biên lưới phần tữ hữu hạn ................................................... 37

vii


Hình 3.11. Khoảng cách biên yêu cầu khi phân tích chuyển vị của tường hay độ lún
nền ....................................................................................................................... 38
Hình 3.12. Kích thước hình học hố đào khi mô hình bằng phần mềm Plaxis ......... 38
Hình 3.13. Định nghĩa tỉ lệ L/B của một phần tử .................................................. 39
Hình 3.14. Lưới phần tử hữu hạn trong phân tích hố đào sâu ................................ 40
Hình 3.15. Mối quan hệ giữa biến dạng của tường chắn với
cây chống có độc ứng lớn ..................................................................................... 41
Hình 3.16. Mối quan hệ giữa biến dạng của tường chắn với
cây chống có độ cứng nhỏ .................................................................................... 42
Hình 3.17. Mối quan hệ giữa chuyển vị lớn nhất của tường chắn và
độ sâu hố đào (Ou et al., 1993) ............................................................................. 42
Hình 3.18. Một số cơ chế phá hoại do mất ổn định tổng thể .................................. 44
Hình 3.19. Sơ đồ kiểm tra xói ngầm đáy hố đào (tiêu chuẩn Eurocode 7 ) ............ 45
Hình 3.20. Sơ đồ kiểm tra bùng nền đáy hố đào

(phương pháp Gradient thủy lực tới hạn) .............................................................. 46
Hình 3.21. Sơ đồ kiểm tra bùng nền đáy hố đào (phương pháp Terzaghi) ............. 47
Hình 3.22. Biểu đồ cho đất cát rời, mịn và biên không thấm là vô hạn
(không có biên không thấm) ................................................................................. 48
Hình 3.23. Biểu đồ cho đất cát rời, mịn và có tồn tại biên không thấm bên dưới ... 49
Hình 3.24. Ảnh hưởng hiệu ứng vòm trong thi công tường vây ............................ 50
Hình 3.25. Các vùng ứng xử biến dạng phẳng và ứng xử không gian
trong hố đào ......................................................................................................... 50
Hình 4.1. Mặt bằng bố trí hệ thanh chống ............................................................. 51
Hình 4.2. Mặt cắt bố trí hệ thanh chống ................................................................ 52
Hình 4.3. Mặt cắt địa chất công trình .................................................................... 53
Hình 4.4. Mặt bằng thi công tường vây ................................................................. 53
Hình 4.5. Mặt bằng thi công đào đất lớp 1 ............................................................ 54
Hình 4.6. Mặt bằng thi công lắp giằng lớp 1 ......................................................... 54
Hình 4.7. Mặt bằng thi công đào đất lớp 2 ............................................................ 55

viii


Hình 4.8. Mặt bằng thi công lắp giằng lớp 2 ......................................................... 55
Hình 4.9. Mặt bằng thi công đào đất lớp 3 ............................................................ 56
Hình 4.10. Mặt bằng thi công lắp giằng lớp 3 ....................................................... 56
Hình 4.11. Mặt bằng thi công đào đất và lắp giằng lớp 4 ...................................... 57
Hình 4.12. Mặt cắt thi công đào đất, đổ bê tông lót và sàn đáy ............................. 57
Hình 4.13. Mặt cắt thi công tháo giằng ................................................................. 58
Hình 4.14. Mặt cắt thi công cột và sàn sảnh chờ ................................................... 58
Hình 4.15. Mặt cắt thi công tháo giằng lớp 2 ........................................................ 59
Hình 4.16. Mặt cắt thi công đổ cột và sàn mái ...................................................... 59
Hình 4.17. Mặt cắt thi công tháo giằng lớp 1 ........................................................ 60
Hình 4.18. Mặt cắt thi công đắp đất ...................................................................... 60

Hình 4.19. Kết quả mô hình Plaxis bài toán hố đào ............................................... 65
Hình 4.20. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất
lần 1, 2 .................................................................................................................. 68
Hình 4.21. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất
lần 3 ..................................................................................................................... 68
Hình 4.22. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất
lần 4 ..................................................................................................................... 69
Hình 4.23. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất
lần 5 ..................................................................................................................... 69
Hình 4.24. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và kết quả quan trắc qua các
chu kỳ đào đất lắp hệ chống .................................................................................. 70
Hình 4.25. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất
lần 1, 2 .................................................................................................................. 74
Hình 4.26. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất
lần 3, 4 .................................................................................................................. 75
Hình 4.27. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất
lần 5 ..................................................................................................................... 75

ix


Hình 4.28. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và kết quả quan trắc qua các
chu kỳ đào đất lắp hệ chống .................................................................................. 76
Hình 4.29. Biểu đồ bao mômen cho các giai đoạn thi công mô hình Plaxis ........... 77
Hình 4.30. Chuyển vị ngang tường vây giữa bài toán mô hình Plaxis kích theo thiết
kế và bài toán không gia tải kích qua các chu kì ................................................... 79
Hình 4.31. Biểu đồ bao mômen giữa bài toán gia tải kích và không gia tải kích qua
các giai đoạn thi công ........................................................................................... 80
Hình 4.32. Chuyển vị ngang tường vây các giai đoạn thi công tổ hợp I (TH1-TH4)
.............................................................................................................................. 92

Hình 4.33. Biểu đồ bao momen các giai đoạn thi công tổ hợp I (TH1-TH4) ......... 93
Hình 4.34. Chuyển vị ngang của tường vây qua các giai đoạn thi công TH5-TH8 97
Hình 4.35. Biểu đồ bao momen các giai đoạn thi công TH5-TH8 ......................... 98
Hình 4.36. Chuyển vị ngang của tường vây qua các giai đoạn thi công TH9-TH12
............................................................................................................................ 102
Hình 4.37. Biểu đồ bao momen các giai đoạn thi công TH9-TH12 ..................... 103
Hình 4.38. Chuyển vị ngang của tường vây qua các giai đoạn thi công TH13-TH16
............................................................................................................................ 107
Hình 4.39. Biểu đồ bao momen các giai đoạn thi công TH13-TH16 ................... 108
Hình 4.40. Chuyển vị ngang tường vây tại cao độ hệ chống HG4, giai đoạn đào đất
lần 5 với lực kích hệ chống HG4 thay đổi ........................................................... 116
Hình 4.41. Mômen lớn nhất tường vây (bên trong hố đào) giai đoạn đào đất lần 5
với lực kích hệ chống HG4 thay đổi ................................................................... 117
Hình 4.42. Nội lực hệ chống HG4 giai đoạn đào đất lần 5 với lực kích
hệ chống HG4 thay đổi ....................................................................................... 118
Hình 4.43. Nội lực hệ chống HG2, HG3, HG4 giai đoạn đào đất lần 5 với lực kích
hệ chống HG4 thay đổi ....................................................................................... 118
Hình 4.44. Đồ thị thể hiện chuyển vị ngang tại các cao độ tầng chống 1, 2, 3 và 4 ở
giai đoạn đào đất lần 5 của tổ hợp I .................................................................... 119

x


Hình 4.45. Đồ thị thể hiện chuyển vị ngang tại các cao độ tầng chống 1, 2, 3 và 4 ở
giai đoạn đào đất lần 5 của tổ hợp II ................................................................... 120

xi


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1. Miền giá trị của mô đun E ứng với các loại đất
khác nhau (Bowles, 1988) .................................................................................... 32
Bảng 3.2. Các giá trị điển hình của mô đun E ....................................................... 33
Bảng 3.3. Hệ số thấm k của một số loại đất .......................................................... 33
Bảng 3.4. Các giá trị điển hình của hệ số Poisson ................................................. 34
Bảng 3.5. Góc ma sát trong của cát theo chỉ số NSPT ........................................... 35
Bảng 3.6. Các giá trị điển hình của  ' , c ' và c u .................................................. 35
Bảng 3.7. Bảng tra hệ số R int er ............................................................................. 36
Bảng 3.8. Chuyển vị tường chắn và mức độ ảnh hưởng đến công trình lân cận ..... 43
Bảng 4.1. Bảng phân loại và đặc điểm các lớp đất hố khoan U-180 ...................... 52
Bảng 4.2. Bảng thông số đầu vào của tường vây ................................................... 61
Bảng 4.3. Bảng thông số đầu vào của thanh chống và hệ giằng ngang .................. 62
Bảng 4.4. Bảng thông số đầu vào của sàn tầng hầm .............................................. 62
Bảng 4.5. Bảng thông số đất (hiệu chỉnh) sử dụng để mô hình bài toán hố đào ..... 63
Bảng 4.6. Lịch sử đào đất từng giai đoạn tương ứng với chu kỳ quan trắc tường vây
.............................................................................................................................. 65
Bảng 4.7. Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây của bài toán không gia tải kích
.............................................................................................................................. 66
Bảng 4.8. Nội lực thanh chống (kN/m) các giai đoạn thi công-Bài toán không gia tải
kích ...................................................................................................................... 66
Bảng 4.9. Nội lực thanh chống (kN) các giai đoạn thi công - Bài toán không gia tải
kích ...................................................................................................................... 67
Bảng 4.10. Nội lực max của hệ chống các giai đoạn thi công bài toán không gia tải
kích ...................................................................................................................... 67
Bảng 4.11. Các chu kỳ bài toán phân tích ngược qua các giai đoạn đào đất lắp hệ
chống .................................................................................................................... 72

xii

Bảng 4.12. Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây của bài toán gia tải kích theo
thiết kế .................................................................................................................. 72
Bảng 4.13. Nội lực thanh chống (kN/m) các giai đoạn thi công - Bài toán gia tải
kích trước ............................................................................................................. 73
Bảng 4.14. Nội lực thanh chống (kN) các giai đoạn thi công - Bài toán gia tải kích
trước ..................................................................................................................... 73
Bảng 4.15. Nội lực max của hệ chống các giai đoạn thi công bài toán gia tải kích 74
Bảng 4.16. Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây giữa bài toán gia tải kích theo
thiết kế và bài toán không gia tải kích ................................................................... 81
Bảng 4.17. Tỷ lệ chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây giữa bài toán gia tải kích
theo thiết kế và bài toán không gia tải kích ........................................................... 81
Bảng 4.18. Tổng hợp nội lực hệ chống các giai đoạn thi công bài toán gia tải kích
theo thiết kế và bài toán không gia tải kích ........................................................... 82
Bảng 4.19. Khả năng chịu lực so với nội lực các thanh chống bài toán không gia tải
kích theo TCXDVN 5575-2012 ............................................................................ 86
Bảng 4.20. Các trường hợp giá trị lực kích (%) trong các hệ chống ...................... 88
Bảng 4.21. Các trường hợp giá trị lực kích (kN/m) trong các hệ chống ................. 89
Bảng 4.22. Chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống
tổ hợp I (TH1-TH4) qua các chu kỳ ..................................................................... 90
Bảng 4.23. Mômen tường vây max và tại cao độ các thanh chống
tổ hợp I (TH1-TH4) qua các chu kỳ ...................................................................... 90
Bảng 4.24. Nội lực lớn nhất thanh chống trong các trường hợp
tổ hợp I (TH1 – TH4) ........................................................................................... 91
Bảng 4.25. Nội lực thanh chống giai đoạn đào đất lần 4 – lắp HG4 – kích,
đào lần 5 các trường hợp của tổ hợp I ................................................................... 91
Bảng 4.26. Chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống
tổ hợp II (TH5-TH8) ............................................................................................. 95
Bảng 4.27. Nội lực momen tường vây max và tại các cao độ thanh chống
tổ hợp II (TH5-TH8) ............................................................................................. 95

xiii


Bảng 4.28. Giá trị nội lực lớn nhất thanh chống tổ hợp II (TH5-TH8) .................. 96
Bảng 4.29. Nội lực thanh chống giai đoạn đào đất lần 5 và lắp hệ chống 4 – Kích
các trường hợp tổ hợp II (TH5-TH8) .................................................................... 96
Bảng 4.30. Chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống
tổ hợp III (TH9-TH12) ....................................................................................... 100
Bảng 4.31. Nội lực momen tường vây max và tại các cao độ thanh chống
tổ hợp III (TH9-TH12) ....................................................................................... 100
Bảng 4.32. Giá trị nội lực lớn nhất thanh chống tổ hợp III (TH9-TH12) ............. 101
Bảng 4.33. Nội lực thanh chống giai đoạn đào đất lần 5 và lắp hệ chống 4 – Kích
các trường hợp tổ hợp III (TH9-TH12) ............................................................... 101
Bảng 4.34. Chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống
tổ hợp IV (TH13-TH16) ..................................................................................... 105
Bảng 4.35. Nội lực momen tường vây max và tại các cao độ thanh chống
tổ hợp IV (TH13-TH16) ..................................................................................... 105
Bảng 4.36. Giá trị nội lực lớn nhất thanh chống tổ hợp IV (TH13-TH16) ........... 106
Bảng 4.37. Nội lực thanh chống giai đoạn đào đất lần 5 và lắp hệ chống 4 – kích các
trường hợp tổ hợp IV (TH13-TH16) ................................................................... 106
Bảng 4.38. Chênh lệch chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống tổ
hợp I và tổ hợp II ................................................................................................ 109
Bảng 4.39. Chênh lệch chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống tổ
hợp III và tổ hợp IV ............................................................................................ 110
Bảng 4.40. Chênh lệch chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống tổ
hợp I và tổ hợp III ............................................................................................... 111
Bảng 4.41. Chênh lệch chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống tổ
hợp I và tổ hợp IV .............................................................................................. 113
Bảng 4.42. Chênh lệch chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống tổ
hợp II và tổ hợp IV ............................................................................................. 114

Bảng 4.43. Giá trị chuyển vị ngang tường vây tại cao độ hệ chống HG4 – Giai đoạn
đào đất lần 5 ....................................................................................................... 115

xiv


Bảng 4.44. Giá trị mômen lớn nhất tường vây (bên trong hố đào) tại cao độ hệ
chống HG4 – Giai đoạn đào đất lần 5 ................................................................. 116
Bảng 4.45. Giá trị nội lực hệ chống HG4 – Giai đoạn đào đất lần 5 .................... 117
Bảng 4.46. Bảng chuyển vị ngang tại các cao độ tầng chống 1, 2, 3 và 4 ở giai đoạn
đào đất lần 5 của tổ hợp I ..................................................................................... 119
Bảng 4.47. Bảng chuyển vị ngang tại các cao độ tầng chống 1, 2, 3 và 4 ở giai đoạn
đào đất lần 5 của tổ hợp II .................................................................................. 120

xv


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CD

: Cố kết thoát nước (Consolidated Drained)

CPT

: Thí nghiệm xuyên tĩnh (Cone Penetrometer Test)

CU

: Cố kết không thoát nước (Consolidated Undrained)

DPT

: Thí nghiệm xuyên động (Dynamic Penetrometer Test)

GL

: Kể từ mặt đất tự nhiên (Ground Level)

KNCL

: Khả năng chịu lực

MĐTN

: Mặt đất tự nhiên

MNN

: Mực nước ngầm

NL

: Nội lực

PMT

: Thí nghiệm nén ngang Menard (Pressiometer Menard Test)

PP

: Phương pháp

PTHH

: Phần tử hữu hạn

TCXDVN

: Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

SPT

: Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test)

TH

: Tổ hợp

TC

: Thi công

TP. HCM

: Thành phố Hồ Chí Minh

UU

: Không cố kết, không thoát nước (Unconsolidated Undrained)

VST

: Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (Van Shear Test)

xvi


1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Giới thiệu chung, tính cấp thiết của đề tài
Trên con đường công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, nhà cao tầng ngày
càng được xây dựng nhiều hơn, nhu cầu sử dụng phần không gian bên dưới mặt
đất cho nhu cầu về bãi giữ xe và bố trí các hệ thống kỹ thuật của tòa nhà ngày
càng phổ biến và bức thiết, đặc biệt là trong các thành phố lớn như thành phố
Hồ Chí Minh.
Việc xây dựng các công trình có tầng hầm đặt ra cho các đơn vị thiết kế
cũng như đơn vị thi công phải đưa ra các biện pháp chắn giữ thích hợp để bảo
vệ thành hố đào, đảm bảo an toàn, ổn định về mặt kỹ thuật, hiệu quả về mặt
kinh tế cũng như đảm bảo không gây ảnh hưởng xấu đến công trình lân cận đã
xây dựng trước. Giải pháp thiết kế và biện pháp thi công tầng hầm là quan trọng
trong quá trình thi công hố đào sâu.
Trong thi công tầng hầm, có nhiều biện pháp để giữ ổn định vách hố đào
như cọc vây, cừ larsen, tường vây,... Tuy nhiên với số tầng hầm từ 2 hầm trở
lên và mực nước ngầm cao thì tường vây và kết hợp với hệ chống sẽ được sử
dụng phổ biến.
Biện pháp kích trước trong thanh chống được sử dụng, nhưng việc áp dụng
kích trước trong hệ chống chưa có quy tắc cụ thể. Nên luận văn này nghiên cứu
lựa chọn quy trình kích trước đến chuyển vị, nội lực của hệ chống vách tường
vây bê tông cốt thép trong bài toán thiết kế thi công hố đào sâu.

1.2. Đối tượng nghiên cứu
Có 3 đối tượng được đưa vào xem xét: Ứng xử của hệ tường vây, các yếu tố
liên hệ đến chuyển vị ngang của tường và vấn đề gia tải kích trước.
+ Phân tích ứng xử của hệ chống và tường vây: Quan trắc trong quá trình
thi công về ứng xử của hệ chống và tường vây là cần thiết, nhằm để tiên đoán
và đưa ra biện pháp xử lý kịp thời.


2

+ Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của tường vây có thể kể đến như:
chiều sâu hố đào, chiều rộng hố đào, địa chất, biện pháp cũng như kỹ thuật thi
công, độ cứng của hệ chống đỡ,....
+ Hệ cây chống và tiến trình gia tải kích: độ cứng của hệ chống đỡ ít nhiều
ảnh hưởng đến chuyển vị của tường vây. Đối với hệ chống đỡ bằng thép hình,
hệ kích luôn được sử dụng và trong thực tế lực kích thường xuyên được điều
chỉnh như một biện pháp giảm chuyển vị của hệ tường vây.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis 2D mô phỏng trình tự thi
công hố đào sâu của một công trình thực tế đã thi công có số liệu quan trắc thực
tế, giải quyết một cách tổng quát bài toán hố đào sâu có kích trước nhằm giảm
chuyển vị tường vây và đất xung quanh, đáp ứng được cường độ vật liệu, nội
lực của tường vây.
+ Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis 2D mô hình trình tự thi
công hố đào sâu của một công trình thực tế đã thi công có số liệu quan trắc để
tìm ra bộ thông số đất phù hợp với mô hình tính toán.
+ Phân tích ảnh hưởng của lực kích đến nội lực và ứng xử của hệ chống và
tường vây trong quá trình thi công hố móng đào sâu.
+ Đưa ra quy trình kích hợp lý theo tương quan với độ cứng hệ chống vách
và chuyển vị của tường vây và đất xung quanh với các trường hợp cụ thể trong

thiết kế thi công hệ chống hố đào sâu.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu về lý thuyết:
+ Tìm hiểu các cơ sở lựa chọn các thông số địa chất để đưa vào mô hình
cho hợp lý.
+ Tìm hiểu những cơ sở lý thuyết để kiểm tra ổn định đáy hố đào như:
bùng nền (sandboiling), phá huỷ dạng ống (Failure by piping)
+ Nghiên cứu lý thuyết về ảnh hưởng của hệ chống đến chuyển vị của
tường chắn tầng hầm.


3

Nghiên cứu về mô hình Plaxis 8.6:
+ Tìm hiểu các thông số khi tính bằng mô hình Hardening Soil để nhập
thông số đầu vào cho chính xác.
+ Sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng trình tự thi công hố đào sâu
của một công trình thực tế đã thi công có số liệu quan trắc thực tế; kỹ thuật
phân tích ngược số liệu quan trắc thực tế dược áp dụng, để tìm ra thông số đất
phù hợp trên mô hình tính toán cho kết quả đúng nhất sát với thực tế. Sau khi
có thông số mô hình đúng đắn rồi, phân tích ảnh hưởng của lực kích đến
chuyển vị, nội lực tường vây, hệ giằng chống được tiến hành.
1.5. Nội dụng nghiên cứu
Nội dung của nghiên cứu gồm hai phần:
+ Xây dựng và chuẩn hóa mô hình, dự kiến dùng kỹ thuật phân tích ngược
(back analysis) để chuẩn bộ thông số đất nền mà cụ thể là mođuyn biến dạng E
trong quá trình đào hầm (dỡ tải) phù hợp với quá trình thi công thực tế.
+ Tính toán chuyển vị, nội lực của tường vây, hệ chống và xây dựng quy
trình kích trước theo ít nhất 3 phương án, từ đó quan sát sự phân bố nội lực,
cường độ vật liệu và chuyển vị của tường vây và đất xung quanh.

1.6. Giới hạn của nghiên cứu
- Nghiên cứu chỉ sử dụng Phương pháp phần tử hữu hạn plaxis 2D để mô
hình → xem xét ứng xử tương quan giữa lực kích và kết cấu chống đỡ.
- Chỉ nghiên cứu đối với 1 công trình cụ thể, chưa có tính khái quát cao cho
các công trình khác có chiều sâu đào khác nhau, thi công theo biện pháp khác
nhau: đào mở sử dụng hệ neo trong đất, cừ larsen,....và các công trình ở các khu
vực địa chất khác nhau. Cần có nhiều nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm
để mức độ đánh giá ngày càng chính xác hơn.


4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
2.1. Giới thiệu hố đào sâu
2.1.1. Đặc điểm
Đặc điểm của hố đào sâu liên quan tới yếu tố địa phương, tức là tùy vào
điều kiện điạ chất của mỗi vùng khác nhau mà nó có đặc điểm khác nhau. Công
trình hố đào sâu phụ thuộc nhiều vào đặc tính của đất nền tại nơi thi công, các
giải pháp kết cấu và kỹ thuật thi công hố đào.
Công trình thi công hố đào sâu bao gồm nhiều các khâu: chắn đất, đào đất,
chống giữ, hạ mực nước ngầm. Vì tính chất quan trọng và yêu cầu độ an toàn
cao nên thường chi phí thi công hố đào sâu là rất lớn, thời gian thi công kéo dài.
Công trình hố đào sâu trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao, các
điều kiện hiện trường phức tạp thì thường xảy ra các sự cố: trượt lở, mất ổn
định, kết cấu chắn giữ bị hư hại, ảnh hưởng đến công trình đang xây dựng và
các công trình xung quanh.
2.1.2. Phân loại hố đào
Có nhiều cách phân loại khác nhau. Tuy nhiên có thể chia thành ba dạng để
xem xét như: Phương thức đào, đặc điểm chịu lực và chức năng kết cấu.
a. Theo phương thức đào

Đào không có chắn giữ thi công bằng cách hạ mực nước ngầm, đào taluy,
gia cố nền và ổn định mái dốc.

Hình 2.1. Đào thẳng đứng

Hình 2.2. Đào có dốc


5

Đào có chắn giữ thi công bằng cách sử dụng các kết cấu quây giữ, hệ thống
chắn giữ. Vật liệu kết cấu chắn giữ là thép, bê tông, xi măng trộn đất.

Hình 2.3. Biện pháp đào đất sử dụng cừ Larsen, tường vây
kết hợp hệ giằng chống
b. Theo đặc điểm chịu lực của kết cấu chắn giữ
Kết cấu chắn giữ chịu lực bị động: Kết cấu chắn giữ hố đào có vai trò chịu
áp lực đất chủ động bao gồm các kết cấu như phun neo, tường bằng đinh đất.
Kết cấu chắn giữ chịu áp lực chủ động: Kết cấu chắn giữ hố đào có vai trò
chịu áp lực đất bị động bao gồm các kết cấu như cọc, bản, ống, tường và chống.
c. Theo chức năng chắn giữ hố đào
* Bộ phận chắn đất
Kết cấu chắn đất, thấm nước.
+ Cọc thép hình có bản cài.
+ Cọc nhồi đặt thưa trát mặt xi măng lưới thép.
+ Cọc đặt dày (cọc nhồi, cọc đúc sẵn).
Kết cấu chắn đất, ngăn nước.
+ Tường liên tục trong đất.
+ Cọc, tường trộn xi măng đất dưới tầng sâu.
+ Giữa cọc đạt dày thêm cọc phun xi măng cao áp.

+ Cọc bản thép.


6

* Bộ phận chắn giữ kiểu kéo giữ
+ Kiểu tự đứng (cọc consol, tường).
+ Thanh neo vào tầng đất.
+ Ống thép, thép hình chống đỡ (chống ngang).
+ Chống chéo.
+ Hệ dầm vòng chống đỡ.
+ Thi công top-down.
2.1.3. Các phương pháp đào phổ biến
a. Phương pháp đào mở ( The full open cut excavation method)
Chi phí rẻ không phải thi công tường chắn.
Không phải thi công lắp đặt và thảo dỡ hệ giằng chống.
Dùng cho địa hình rộng rãi.
Khối lượng đất di chuyển lớn, cần có thêm công tác lắp đất cho mái dốc.
Cần hạ mực nước ngầm.
Không thích hợp cho đất cát và bùn sét.

Hình 2.4. Thi công đào mở không có hệ chống


7

b. Phương pháp đào giằng, chống giữ (The braced excavation method)
Dễ dàng thi công từ nguồn nguyên liệu có sẵn.
Có thể tái sử dụng thanh giằng, chống.
Khó khăn khi thi công các công tác chính vì trở ngại về không gian, vận

chuyển đất, đào đất…
Hố đào rộng gây ảnh hưởng đến hệ giằng ngang, ảnh hưởng đến độ an toàn
của thi công.
Thi công hố quá sâu, Kingpost khó đảm bảo độ mảnh để làm việc.
Chuyển vị của tường chắn thường khá lớn.

Hình 2.5. Thi công đào mở sử dụng cừ Larsen, tường vây
kết hợp hệ giằng chống
c. Phương pháp đào neo bầu vữa (The anchored excavation method)
Thích hợp cho hố đào rộng và độ sâu nông.
Thời gian thi công ngắn.
Lực neo phụ thuộc nhiều vào loại đất mà nó đang neo, nó chỉ làm việc tốt
trong đất cát, còn trong bùn sét thì lực neo bị giảm đáng kể.
Khi đất có hệ số thấm lớn, các lỗ khoan sẽ bị rò rỉ nước khi tiến hành khoan
để đưa neo vào nên không áp dụng cho các hố đào có độ chêch mực nước ngầm
quá 10m.
Độ lún xung quang lớn cũng ảnh hưởng đến khả năng neo.


8

d. Phương pháp thi công top-down
Ưu điểm:
+ Rút ngắn thời gian thi công vì xây dựng đồng thời tầng hầm và kết cấu
bên trên.
+ Việc thi công bản sàn tạo ra nhiều khoảng không gian để sử dụng được.
+ Độ cứng bản sàn lớn hơn độ cứng thanh chống nên cải thiện độ an toàn
cho hố đào.
Nhược điểm:
+ Chi phí cao.

+ Thời gian thi công hầm được kéo dài, nên chuyển vị sau cùng của tường
chắn hay độ lún của nền tăng do từ biến (nếu có nhiều lớp đất yếu cạnh nhau).
+ Chất lượng công trình bị ảnh hưởng bở hệ thống thông gió và chiếu sáng
dưới bản sàn.

Hình 2.6. Thi công đào Top-Down
2.2. Cấu tạo hệ chống hố đào sâu
Thiết kế hệ thanh chống cần đảm bảo khả năng chịu lực và đảm bảo điều
kiện thi công thực tế với các thiết bị máy móc trong quá trình thi công đào đất,
bố trí hệ chống hạn chế trùng vị trí với các cấu kiện cột, vách, dầm, sàn tầng
hầm... Hệ chống đỡ hố đào gồm các bộ phận sau: