NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG THÀNH PHỐ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

PHAN THANH TUẤN

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ ỔN ĐỊNH
CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG THÀNH PHỐ
Chuyên ngành

: Xây dựng công trình thủy

Mã số

: 60 – 58 – 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học

: PGS.TS. Trịnh Minh Thụ

Hà Nội – 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI


PHAN THANH TUẤN

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ ỔN ĐỊNH
CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG THÀNH PHỐ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
GÁY BÌA GHI:(CỠ CHỮ 16, ĐẬM)
PHAN THANH TUẤN * LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT * HÀ NỘI - 2010

Hà Nội – 2010


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu với sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của
thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Trịnh Minh Thụ, cùng sự giúp đỡ quý báu của
các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp đến nay luận văn thạc sĩ kỹ thuật
chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài “Nghiên cứu các giải
pháp gia cố ổn định công trình ngầm trong thành phố” đã được hoàn thành.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thầy giáo hướng dẫn
của mình là PGS.TS Trịnh Minh Thụ đã hướng dẫn, giúp đỡ tận tình trong
suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, gia đình, bạn bè,
đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình tác giả học tập
và thực hiện luận văn.
Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi
những thiết sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của
các nhà khoa học, các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp.

Hà nội, ngày 01 tháng 12 năm 2010
Tác giả luận văn

Phan Thanh Tuấn


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
T
4

T
4

1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................ 1
T
4

T
4

2. Mục đích và nội dung nghiên cứu của đề tài ............................................ 2
T
4

T
4

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ............................................... 3

T
4

T
4

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................. 3
T
4

T
4

Chương 1: TỔNG QUAN ................................................................................. 4
T
4

T
4

1.1 Giới thiệu chung về các công trình ngầm đã thi công trên thế giới và
T
4

trong nước ..................................................................................................... 4
T
4

1.1.1 Giới thiệu một số các công trình ngầm, hố đào sâu trên thế giới .... 4
T

4

T
4

1.1.2 Giới thiệu một số các công trình ngầm, hố đào sâu ở Việt Nam ..... 6
T
4

T
4

1.2 Các sự cố hố đào sâu thường gặp trong quá trình thi công ..................... 8
T
4

T
4

1.2.1 Báo cáo của Hiệp hội nghiên cứu và thông tin công nghiệp xây
T
4

dựng Ciria.................................................................................................. 8
T
4

1.2.2 Báo cáo của nhóm tác giả Trung Quốc ............................................ 9
T
4

T
4

1.2.3 Một số sự cố thi công hố đào sâu ở Việt Nam ................................. 9
T
4

T
4

1.3 Một số kết quả nghiên cứu về hố đào sâu ............................................. 14
T
4

T
4

1.3.1 Một số nghiên cứu thực nghiệm về hố đào sâu có chống đỡ......... 14
T
4

T
4

1.3.2 Một số phương pháp dự báo chuyển dịch của đất nền khi thi công
T
4

hố đào sâu ................................................................................................ 16

T
4

1.4 Đánh giá chung ..................................................................................... 21
T
4

T
4

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................... 23
T
4

T
4

2.1 Một số đặc trưng về trạng thái ứng suất, biến dạng của khối đất ......... 23
T
4

T
4

2.1.1 Mô hình đàn hồi ............................................................................. 23
T
4

T
4

2.1.2 Mô hình đàn dẻo............................................................................. 26
T
4

T
4


2.1.3 Mô hình đàn dẻo nhớt .................................................................... 28
T
4

T
4

2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán hố đào sâu ..................................................... 30
T
4

T
4

2.3 Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn ............................................. 32
T
4

T
4

2.3.1 Nội dung của phương pháp PTHH trong bài toán đàn hồi tuyến
T
4

tính........................................................................................................... 33
T
4

2.3.2 Nội dung của phương pháp PTHH trong bài toán đàn dẻo............ 36
T
4

T
4

2.4 Hiện tượng đẩy trồi đáy hố đào sâu ...................................................... 45
T
4

T
4

2.5 Một số giải pháp gia cố ổn định hố đào sâu, công trình ngầm ............. 46
T
4

T
4

2.5.1 Tường vây barrette ......................................................................... 46

T
4

T
4

2.5.2 Tường cừ thép ................................................................................ 48
T
4

T
4

2.5.3 Tường cừ xi măng đất .................................................................... 50
T
4

T
4

2.5.4 Tường trong đất .............................................................................. 53
T
4

T
4

2.6 Ổn định của hố đào sâu trong đất có mực nước ngầm nằm cao ........... 57
T
4

T
4

2.6.1 Ảnh hưởng của nước ngầm ............................................................ 57
T
4

T
4

2.6.2 Kiểm tra ổn định do tác động của nước ngầm ............................... 60
T
4

T
4

2.6.3 Giải pháp xử lý đất ở đáy và thành hố đào .................................... 61
T
4

T
4

Chương 3: MÔ HÌNH BÀI TOÁN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ................. 62
T
4

T

4

3.1 Điều kiện đất nền và kết cấu hố đào ..................................................... 62
T
4

T
4

3.1.1 Giới thiệu về công trình ................................................................. 62
T
4

T
4

3.1.2 Điều kiện đất nền và đặc trưng cơ lý ............................................. 64
T
4

T
4

3.1.3 Kết cấu hố đào và các thông số của nó .......................................... 65
T
4

T
4

3.2 Lựa chọn phần mềm tính toán ............................................................... 67
T
4

T
4

3.3 Lựa chọn mô hình và phương pháp tính ứng suất - biến dạng ............. 68
T
4

T
4

3.3.1 Lựa chọn mô hình vật liệu ............................................................. 68
T
4

T
4

3.3.2 Phương pháp tính ứng suất - biến dạng ......................................... 68
T
4

T
4

3.4 Các trường hợp tính toán....................................................................... 69
T

4

T
4

3.4.1 Tính toán cho mặt cắt Bắc – Nam ngoài khu vực rạp phim .......... 69
T
4

T
4


3.4.2 Tính toán cho mặt cắt Đông – Tây qua khu vực rạp phim ............ 71
T
4

T
4

3.4.3 Ảnh hưởng của chiều sâu tường trong đất ..................................... 72
T
4

T
4

3.5 Phân tích kết quả tính toán .................................................................... 73
T
4

T
4

3.5.1 Phân tích kết quả tính cho mặt cắt Bắc – Nam ngoài khu vực rạp
T
4

phim......................................................................................................... 73
T
4

3.5.2 Phân tích kết quả tính cho mặt cắt Đông-Tây qua khu vực rạp phim
T
4

T
4

................................................................................................................. 81
3.5.3 Phân tích sự ảnh hưởng của chiều sâu tường chắn cho mặt cắt Bắc
T
4

– Nam bên ngoài khu vực rạp phim ........................................................ 90
T
4

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 98
T

4

T
4

1. Kết luận ................................................................................................... 98
T
4

T
4

2. Kiến nghị ............................................................................................... 100
T
4

T
4

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 101
T
4

T
4

PHỤ LỤC ...................................................................................................... 102
T
4

T
4


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Thống kê một số tòa nhà cao tầng trên thế giới có sử dụng tầng hầm
T
4

T
4

........................................................................................................................... 5
Bảng 1.2: Thống kê một số tòa nhà cao tầng có sử dụng tầng hầm đã được xây
T
4

dựng ở Việt Nam .............................................................................................. 6
T
4

Bảng 1.3: Báo cáo của Ciria............................................................................. 8
T
4

T
4

Bảng 1.4: Báo cáo của nhóm tác giả Trung Quốc (1999)................................ 9
T

4

T
4

Bảng 2.1: Hệ số an toàn cho phương pháp sử dụng độ chôn sâu (Padfied và
T
4

Mair) ............................................................................................................... 31
T
4

Bảng 2.2: Thống kê một số giải pháp thường dùng gia cố ổn định hố đào sâu
T
4

theo độ sâu hố đào .......................................................................................... 57
T
4

Bảng 3.1: Thông số đất nền............................................................................. 65
Bảng 3.2: Thông số các cấu kiện .................................................................... 66
Bảng 3.3: Giá trị chuyển vị đứng lớn nhất của đất nền qua các giai đoạn ..... 73
Bảng 3.4: Giá trị chuyển vị ngang lớn nhất của đất nền qua các giai đoạn .... 75
Bảng 3.5: Giá trị chuyển vị đứng lớn nhất của tường chắn qua các giai đoạn .. .
......................................................................................................................... 76
Bảng 3.6: Giá trị chuyển vị ngang lớn nhất của tường chắn qua các giai đoạn .
......................................................................................................................... 77
Bảng 3.7: Giá trị chuyển vị đứng lớn nhất của đất nền qua các giai đoạn ..... 81

Bảng 3.8: Giá trị chuyển vị ngang lớn nhất của đất nền qua các giai đoạn .... 83
Bảng 3.9: Giá trị chuyển vị đứng lớn nhất của tường chắn qua các giai đoạn ...
......................................................................................................................... 84
Bảng 3.10: Giá trị chuyển vị ngang lớn nhất của tường chắn qua các giai đoạn
......................................................................................................................... 86


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Hầm đường bộ Kim Liên .................................................................. 8
T
4

T
4

Hình 1.2: Thí nghiệm của G.A. Đubrova........................................................ 15
T
4

T
4

Hình 1.3: Thí nghiệm với tường cứng ............................................................ 15
T
4

T
4

Hình 1.4: Biểu đồ thực nghiệm để dự tính độ lún của đất quanh hố móng

T
4

(Peck, 1969) .................................................................................................... 17
T
4

Hình 1.5: Quan hệ giữa chuyển dịch ngang và chuyển dịch thẳng đứng với hệ
T
4

số biến dạng (O’Rourke, 1981) ....................................................................... 18
T
4

Hình 1.6: Quan hệ độ lún lớn nhất của nền và dịch chuyển lớn nhất của tường
T
4

cừ ..................................................................................................................... 19
T
4

Hình 1.7: Phương pháp Bauer để dự tính độ lún trong cát ............................. 21
T
4

T
4

Hình 2.1: Mô hình đàn hồi tuyến tính. ............................................................ 23
T
4

T
4

Hình 2.2: Mô hình đàn hồi phi tuyến .............................................................. 25
T
4

T
4

Hình 2.3: Đường cong quan hệ lg E t ~ lg σ3 .................................................. 25
T
4

T
4

Hình 2.4: Mô hình và nguyên lí Kelvin - Voigt .............................................. 29
T
4

T
4

Hình 2.5: Các dạng mất ổn định của tường chắn ............................................ 30
T

4

T
4

Hình 2.6: Một số hình ảnh thi công tường cừ Barrette ................................... 48
T
1

T
1

Hình 2.7: Một số hình ảnh thi công tường cừ ván thép bằng các loại máy rung
T
1

khác nhau......................................................................................................... 49
Hình 2.8: Một số hình ảnh về tường cừ ván thép trong công trình ngầm Việt
Nam ................................................................................................................. 50
Hình 2.9: Một số hình ảnh về thi công cột xi măng đất .................................. 53
Hình 2.10: Làm tường dẫn hướng (bước 1) ................................................... 55
T
1


Hình 2.11: Quá trình đào đất sâu xuống theo tường dẫn hướng (bước 2) ...... 56
T
1

Hình 2.12: Lắp đặt lồng cốt thép gia cường (bước 3) ..................................... 56

T
1

Hình 2.13: Đổ bê tông (bước 4) ...................................................................... 56
T
1

Hình 2.14: Lặp lại quá trình từ 2 tới 4 cho tới khi hoàn tất (bước 5) ............. 57
T
1

Hình 2.15: Dòng ngầm chảy qua chỗ tường bị nứt ......................................... 58
T
1

T
1

Hình 2.16: Dòng ngầm chảy dọc theo bề mặt tường chắn .............................. 59
Hình 2.17: Dòng ngầm chảy từ đời chứa nước ............................................... 59
Hình 2.18: Dòng ngầm chảy dưới chân tường ................................................ 59
Hình 2.19: Hạ mực nước trong hố móng làm cho đất ở xung quanh hố móng
lún không đều .................................................................................................. 60
Hình 3.1: Bản đồ vị trí công viên Lê Văn Tám, Tp. Hồ Chí Minh................. 63
T
4

T
4

Hình 3.2: Phối cảnh tổng thể công trình ......................................................... 63
T
4

T
4

Hình 3.3: Mặt bằng tổng thể công trình .......................................................... 64
T
4

T
4

Hình 3.4: Trụ địa chất ..................................................................................... 65
T
4

T
4

Hình 3.5: Sơ đồ tính cho mặt cắt Bắc-Nam ngoài khu vực rạp phim ............. 70
T
4

T
4

Hình 3.6: Sơ đồ lưới phần tử hữu hạn cho mặt cắt Bắc-Nam ngoài khu vực
T

4

rạp phim........................................................................................................... 70
T
4

Hình 3.7: Sơ đồ tính cho mặt cắt Đông-Tây qua khu vực rạp phim ............... 72
T
4

T
4

Hình 3.8: Sơ đồ lưới phần tử cho mặt cắt Đông-Tây qua khu vực rạp phim . 72
T
4

T
4

Hình 3.9: Chuyển vị đứng lớn nhất của đất nền qua các giai đoạn ................ 74
T
4

T
4

Hình 3.10: Chuyển vị ngang lớn nhất của đất nền qua các giai đoạn ............. 75
T
4

T
4

Hình 3.11: Chuyển vị đứng lớn nhất của tường trong đất qua các giai đoạn . 77


Hình 3.12: Chuyển vị ngang lớn nhất của tường trong đất qua các giai đoạn 78
T
4

T
4

Hình 3.13: Mô men uốn cực đại của tường trong đất qua các giai đoạn ........ 79
Hình 3.14: Chuyển vị đứng lớn nhất của đất nền qua các giai đoạn .............. 82
T
4

T
4

Hình 3.15: Chuyển vị ngang lớn nhất của đất nền qua các giai đoạn ............. 84
Hình 3.16: Chuyển vị đứng lớn nhất của tường trong đất qua các giai đoạn . 85
Hình 3.17: Chuyển vị ngang lớn nhất của tường trong đất qua các giai đoạn 87
Hình 3.18: Mô men uốn cực đại của tường chắn qua các giai đoạn ............... 88
T
4

T

4

Hình 3.19: Chuyển vị đứng lớn nhất của đất nền qua các giai đoạn của 5
T
4

phương án ........................................................................................................ 90
T
4

Hình 3.20: Chuyển vị ngang lớn nhất của đất nền qua các giai đoạn của 5
T
4

phương án ........................................................................................................ 91
Hình 3.21: Chuyển vị đứng lớn nhất của tường trái khu vực thương mại qua
T
4

T
4

các giai đoạn của 5 phương án ........................................................................ 92
Hình 3.22: Chuyển vị đứng lớn nhất của tường phải khu vực bãi xe qua các
T
4

T
4

giai đoạn của 5 phương án .............................................................................. 93
Hình 3.23: Chuyển vị ngang lớn nhất của tường trái khu vực thương mại qua
T
4

các giai đoạn của 5 phương án ........................................................................ 94
T
4

Hình 3.24: Chuyển vị ngang lớn nhất của tường phải khu vực bãi xe qua các
T
4

giai đoạn của 5 phương án .............................................................................. 94
T
4

Hình 3.25: Mô men uốn cực đại của tường trong đất khu vực thương mại qua
các giai đoạn của 5 phương án ........................................................................ 95
Hình 3.26: Mô men uốn cực đại của tường trong đất khu vực bãi xe qua các
T
4

giai đoạn của 5 phương án .............................................................................. 95
T
4


Hình 3.27: Chuyển vị đứng lớn nhất của cọc khoan nhồi của 5 phương án ... 96
T

4

T
4

Hình 3.28: Chuyển vị ngang lớn nhất của cọc khoan nhồi của 5 phương án . 96
T
4

T
4

Hình 3.29: Lực dọc lớn nhất ở cọc khoan nhồi của 5 phương án ................... 97
T
4

T
4


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đề tài đặt ra có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Hiện nay, tại các đô
thị lớn ở Việt Nam như Hà nội, Thành phố Hồ Chí Minh,… do tốc độ phát
triển nóng quỹ đất bề mặt đã ở tình trạng gần như cạn kiệt, các không gian
xanh, công trình công cộng ngày càng bị thu hẹp, sức ép về nhà đất, nhà ở,
bãi để xe, văn phòng làm việc; mật độ giao thông ngày càng gia tăng. Để giải
quyết những vấn đề trên thì việc phát triển công trình ngầm, vấn đề chiều sâu

đô thị, không gian ngầm là một xu thế tất yếu. Cụ thể trong những năm gần
đây việc xây dựng các tòa nhà cao tầng, cao ốc, các công trình giao thông đô
thị ngầm đang được các cơ quan quản lý nhà nước, chủ đầu tư nghiên cứu
chọn lựa.
Trên thế giới, ở các đô thị lớn thì không gian ngầm, các công trình
ngầm không còn gì là xa lạ (có thể lấy ví dụ ngay một số đô thị lớn tại Đông
Nam Á như Bangkok, Kuala-Lumpur, Singapore,…) vì họ đã có sự nghiên
cứu, quy hoạch từ lâu trong khi đó ở Việt Nam mới chỉ nêu ra những khái
niệm ban đầu. Các quy định, tiêu chuẩn vẫn còn thiếu nhiều, thậm chí nếu có
thì cũng đã lạc hậu.
Công trình ngầm là loại công trình xây dựng rất phức tạp, độ rủi ro cao,
đầu tư ban đầu lớn, xây dựng lẫn vận hành khai thác đều đòi hỏi tính kỹ thuật,
công nghệ và trình độ cao... Khi thi công công trình ngầm, hố đào sâu sẽ làm
thay đổi trạng thái cân bằng tự nhiên của đất đá, gây ra sự thay đổi ứng suất
và biến dạng trong đất ở đáy hố đào và các vùng xung quanh, đặc biệt trong
nền đất yếu. Trong thực tế đã có khá nhiều công trình xây dựng bị phá huỷ do
thi công hố đào sâu bên cạnh. Minh chứng cho điều này có thể kể tới hàng
loạt sự cố sụt lún, sập nhà do thi công tầng hầm xảy ra trên địa bàn Thành phố
Hồ Chí Minh (Pacific, Cosaco…). Phạm vi ảnh hưởng và mức độ ảnh hưởng


2

của những biến đổi đó phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó bao gồm yếu tố
về loại đất đá, đặc điểm của nước dưới đất, phương pháp thi công, chống đỡ
thành hố đào sâu. Nghiên cứu đánh giá và dự báo những biến dạng nền đất và
các công trình lân cận hố đào sâu là một trong những yêu cầu quan trọng
trong quá trình thiết kế và thi công hố đào sâu, công trình ngầm trong nền đất.
Việc hiểu biết đầy đủ về những đặc tính của đất nền, những biến đổi về trạng
thái ứng suất và biến dạng của nền đất khi thi công hố đào sâu, công trình

ngầm sẽ góp phần đảm bảo sự ổn định của công trình ngầm cũng như các
công trình xung quanh trên mặt đất.
Đề tài tập trung nghiên cứu phân tích các đặc tính của đất, mô hình hoá
sự thay đổi trạng thái ứng suất của nền đất xung quanh công trình ngầm, hố
đào sâu, những biến dạng của mặt đất và các công trình lân cận hố đào.
Nghiên cứu và đề xuất giải pháp thi công, giải pháp chống đỡ để không gây
mất ổn định cho các công trình xung quanh, hạn chế sụt lún mặt đất, đẩy nổi
công trình và đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của các công trình lân
cận. Rõ ràng, đề tài đặt ra có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao trong điều
kiện địa chất và nhu cầu phát triển công trình ngầm, không gian ngầm trong
các thành phố lớn của Việt Nam hiện nay.
2. Mục đích và nội dung nghiên cứu của đề tài
• Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của các trạng thái ứng suất, biến dạng của
khối đất.
• Nghiên cứu sự thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng khi thi công công
trình ngầm, hố đào sâu.
• Các giải pháp gia cố ổn định công trình ngầm, hố đào sâu.
• Mô phỏng và tính toán sự thay đổi ứng suất, biến dạng của đất nền
trong và xung quanh hố đào sâu, công trình ngầm; sự ổn định của công trình
ngầm cho công trình thực tế ở Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam.


3

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• Phương pháp tổng quan về các kết quả đã nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
• Phương pháp mô phỏng bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu cho môi trường đất và áp dụng tính toán

cho một công trình ngầm cụ thể tại Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam.


4

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu chung về các công trình ngầm đã thi công trên thế giới và
trong nước
1.1.1 Giới thiệu một số các công trình ngầm, hố đào sâu trên thế giới
Các thành phố lớn trên thế giới, do cần tiết kiệm đất đai và giá đất ngày
càng cao nên đã tìm cách cải tạo hoặc xây mới các đô thị của mình với ý
tưởng chung là triệt để khai thác và sử dụng không gian dưới mặt đất cho
nhiều mục đích khác nhau về kinh tế, xã hội, văn hóa, môi trường và có khi cả
phòng vệ dân sự nữa.
Một số dạng công trình ngầm trong đô thị có thể kể tới là tầng ngầm
của các tòa nhà cao tầng, hệ thống tàu điện ngầm, bãi đỗ xe ngầm, nút giao
T
3

thông ngầm, kho chứa ngầm, hầm dành cho người đi bộ v.v…
Việc xây dựng các loại công trình ngầm theo xu thế hiện nay dẫn đến
xuất hiện hàng loạt kiểu hố móng sâu khác nhau mà để thực hiện chúng người
thiết kế và thi công cần có các biện pháp chắn giữ để bảo vệ thành vách hố
đào và công nghệ đào thích hợp về mặt kỹ thuật – kinh tế cũng như an toàn về
môi trường và không gây ảnh hưởng xấu đến công trình lân cận đã xây dựng
trước đó.
Hướng xây dựng “thành phố theo chiều thẳng đứng” rất ưu việt trong
những thập niên tới. Nhật Bản xem hướng phát triển đô thị bằng cách đi sâu
vào lòng đất là một trong những biện pháp giải tỏa sự đông đúc mật độ dân cư
của họ cùng với hai giải pháp khác là lên cao và lấn biển. Ở Tokyo đã có quy

định khi xây dựng nhà cao tầng phải có ít nhất 5 tầng hầm. Ở Matxcova, một
gara lớn có kích thước 156 x 54 x 27m gồm 7 tầng được xây dựng lần đầu
tiên có sức chứa 2000 ô tô (nếu đặt trên mặt đất cần đến 50.000 m2 ). Để xây
P

P

dựng công trình này người ta đã phải đào 274.000 m3 đất, 4000 m3 bê tông đổ
P

P

P

P

tại chỗ và 19.500 m3 bê tông cốt thép đúc sẵn. Các tường chịu lực được xây
P

P

dựng trong 6 tháng bằng phương pháp “tường trong đất”. Ở Giơnevơ (Thụy


5

Sĩ) bằng phương pháp giếng chìm người ta đã xây dựng một gara ngầm 7 tầng
hình tròn cho 530 ô tô con, đường kính gara là 57m, sâu 28m, sàn trên cùng
cách mặt đường phố 3m. Các tầng được các kiến trúc sư thiết kế theo đường
xoắn ốc với độ nghiêng đảm bảo cho xe lưu thông thuận lợi.

Bảng 1.1: Thống kê một số tòa nhà cao tầng trên thế giới có sử dụng tầng hầm
Tên công
trình

Tên thành phố
(quốc gia)

Năm
hoàn
thành

Số tầng
nổi

Số tầng
hầm

Tháp
Willis

Chicago (Mỹ)

1974

108

3

Trung tâm
thương

mại quốc
tế Hồng
Kông

Hồng Kông
(Trung quốc)

2010

108

4

Tháp
Taipei
101

(Đài loan)

2004

101

5

Tòa Tháp
đôi
Petronas

Kuala Lumpur

(Malaysia)

1998

88

5

Trung tâm
tài chính
quốc tế

Hồng Kông

2003

88

6

Hình ảnh
công trình


6

1.1.2 Giới thiệu một số các công trình ngầm, hố đào sâu ở Việt nam
Công trình có tầng hầm đầu tiên sau năm 1954 được xây dựng chính là
tầng hầm của nhà 11 tầng (móng cọc đóng 12m), được Viện Khoa học Công
nghệ Xây dựng (IBST) thiết kế và Sở Xây dựng Hà Nội thi công vào năm

1981. Cho tới nay tại các thành phố lớn như Hà Nội và TP.HCM đã có nhiều
các toà nhà cao tầng có tầng hầm, quy mô từ 1 đến 5 tầng hầm, thậm chí sâu
hơn với hố đào sâu có chiều sâu đến hàng chục mét và chiều sâu của tường
trong đất đến trên 40m. Ví dụ như công trình Harbour View Tower (thành
phố Hồ Chí Minh) gồm 19 tầng lầu và 2 tầng hầm, có hố móng sâu 10m, đã
dùng tường trong đất sâu 42m, dày 0,6m với tổng diện tích tường 3200m2 để
P

P

vây quanh mặt bằng hố móng 25 x 27m. Hay ở thủ đô Hà nội, tòa nhà
Vietcombank cao 22 tầng và 2 tầng hầm có hố móng sâu 11m cũng dùng
tường trong đất sâu 18m, dày 0,8m với tổng diện tích tường 2500m2 kết hợp
P

P

với 101 neo đất đặt ở hai cao trình +8,7m và +4,2m so với cao trình +11m của
mặt đất tự nhiên.
Bảng 1.2: Thống kê một số tòa nhà cao tầng có sử dụng tầng hầm đã được xây
dựng ở Việt Nam
STT

Tên công
trình

Thành phố

Số tầng
nổi

Số tầng
hầm

1

Tòa nhà
Vinaconex
(34 Láng
Hạ)

Hà Nội

27

3

2

Tòa nhà
VIT
Tower
(519 Kim
Mã)

Hà Nội

20

3

Hình ảnh


7

3

Tòa nhà
Pacific
Place (Lý
Thường
Kiệt)

Hà Nội

19

5

4

Tòa nhà
Panorama

TP.Hồ Chí
Minh

25

3

5

Tòa nhà
Kumho
Asiana
Plaza

TP.Hồ Chí
Minh

21

3

6

Tòa nhà
Saigon
Center

TP. Hồ Chí
Minh

25

3

Ngoài các công trình nhà cao tầng với nhiều tầng hầm đang là xu thế

của sự phát triển không gian ngầm trong các đô thị, các loại công trình ngầm
khác cũng đã và đang được lập dự án đầu tư xây dựng như các hầm đường bộ
tại các nút giao thông trong thành phố, hệ thống tàu điện ngầm (hầm metro),
bãi đậu xe ngầm, các tổ hợp dịch vụ ngầm, …
Năm 2009 đã hoàn thành việc thi công hầm đường bộ tại nút giao thông
ngã tư Kim Liên tại thành phố Hà Nội. Đây là hầm cơ giới đầu tiên tại Hà
Nội. Hầm có kích thước dài 140m, đường dẫn dài 100m, chiều rộng hầm
18,5m, chiều sâu 6,25m.


8

Hình 1.1: Hầm đường bộ Kim Liên
1.2 Các sự cố hố đào sâu thường gặp trong quá trình thi công
Vấn đề đảm bảo an toàn ổn định cho hố đào sâu và các công trình lân
cận luôn được coi là yêu cầu hàng đầu của các biện pháp thi công hố đào. Tuy
nhiên do tính chất phức tạp của vấn đề, với nhiều nguyên nhân khác nhau, các
sự cố về hố đào vẫn thường xảy ra. Sự cố hố đào xảy ra ở những mức độ, quy
mô, hình thái khác nhau và chi phí cho việc khắc phục sự cố là không nhỏ.
1.2.1 Báo cáo của Hiệp hội nghiên cứu và thông tin công nghiệp xây dựng
Ciria
Báo cáo của Ciria dựa trên sự thống kê hố đào xảy ra ở Anh từ năm
1973 đến năm 1980. Các nguyên nhân chính gây nên những sự cố nghiêm
trọng của hố móng sâu được trình bày như bảng 1.3.
Bảng 1.3: Báo cáo của Ciria
STT

Nguyên nhân chính

Tỷ lệ (%)

1

Do hố đào không có chắn giữ

63

2

Do hệ thống chắn giữ làm việc quá giới hạn

20

3

Do chắn giữ không đầy đủ

14

4

Do sự mất ổn định của mái dốc khi đào hở

3


9

1.2.2 Báo cáo của nhóm tác giả Trung Quốc
Dựa trên sự thống kê hơn 160 sự cố hố đào đã xảy ra tại nước này,

Đường Nghiệp Thanh và các cộng sự (1999) đã đưa ra kết quả đánh giá với 5
vấn đề cần quan tâm như trong bảng 1.4.
Bảng 1.4: Báo cáo của nhóm tác giả Trung Quốc (1999)
STT

Nguyên nhân chính

Tỷ lệ (%)

1

Vấn đề thuộc đơn vị quản lý

2

Vấn đề thuộc khảo sát

3,5

3

Vấn đề thuộc thiết kế

46

4

Vấn đề thuộc thi công

41,5

5

Vấn đề thuộc quan trắc

3

6

Qua đó ta thấy những sai lầm thuộc thiết kế chiếm đến 46% trường hợp
và do thi công chiếm tới 41,5% trường hợp, trong đó đặc biệt chú ý có đến
30% là khi thi công ở nền đất yếu với mực nước ngầm cao,… gây ra tổn thất
về kinh tế, thậm chí gây thương vong về người, làm chậm tiến độ thi công,
tăng giá thành công trình, ảnh hưởng xấu đến sinh hoạt bình thường của
người dân trong vùng có công trình, gây hậu quả không tốt về mặt xã hội.
1.2.3 Một số sự cố thi công hố đào sâu ở Việt Nam
Ở nước ta, tuy chưa có sự tổng kết và phân tích có hệ thống nhưng đều
đã xảy ra sự cố lớn hoặc nhỏ trong thi công hố móng sâu như sập lở thành,
hỏng hệ thống chắn giữ, gây lún nứt những công trình lân cận. Sau đây là một
số sự cố công trình đã xảy ra.
1.2.3.1 Công trình VietCombank
Công trình nằm tại 198 phố Trần Quang Khải, Hà Nội. Công trình gồm
23 tầng nổi, 2 tầng hầm sâu 10,4m. Kích thước mặt bằng 33,5m x 51,0m. Kết


10

cấu hố đào gồm tường chắn hố đào là các tấm panel, được thi công theo công
nghệ tường trong đất cao khoảng 18m. Các panel được neo làm 2 đợt tại cao
độ -3m và -7m nghiêng góc 450 so với phương ngang. Tại các góc của tường

P

P

chắn được đặt khung chống tam giác bằng thép H300.
Ảnh hưởng đến công trình lân cận: Kết quả quan trắc từ thời điểm thi
công tường chắn cho đến khi kết thúc phần ngầm, tổng độ lún của đất nền
sát tường chắn là 9mm, ngoài ra gây nhiều vết nứt nhỏ cho các công trình
lân cận.
Nguyên nhân: Do chất lượng thi công trong các quá trình: Đào đất, đổ
bê tông, thi công neo trong đất, thời gian để thực hiện các quá trình đó v.v…
Độ an toàn này cũng phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của hệ neo và công
nghệ tạo ứng lực trước cho neo.
1.2.3.2 Công trình trụ sở Ngân hàng Công thương Vietinbank
Công trình nằm tại 108 phố Trần Hưng Đạo, Hà Nội. Công trình gồm
17 tầng nổi cao 62,1m; 1 tầng hầm sâu 5,8m. Kích thước mặt bằng 27,4m x
32,9m. Kết cấu hố đào gồm tường chắn hố đào là cừ thép JSP3, cao khoảng
12m. Các thanh chống là thép hình I300 được chia làm 2 đợt chống tại cao độ
-0,85m và -2,8m.
Sự cố: Khi đào đất đợt 1 đã xảy ra sự cố do máy xúc va vào thanh
chống ở cao độ -0,85m làm thanh chống bị cong; khi đào đến cao độ -5,8m đã
xảy ra hiện tượng mất ổn định thanh chống, hệ thanh chống bị biến hình; sau
đó bị gãy 2 thanh chống ở cao độ -0,85m; tường cừ bị chuyển vị lớn, xuất
hiện các vết nứt ở đường nội bộ.
Nguyên nhân: Thi công không đảm bảo an toàn kỹ thuật nên làm cong
vênh thanh chống, ngoài ra các cừ thép không được tiếp xúc đều với dầm đỡ
nên áp lực phân bố không đồng đều gây mất ổn định cục bộ. Khi thi công cốt
thép móng, công nhân đã buộc thép vào hệ chống ở cao độ -2,8m gây mất ổn

11

định hệ chống, cùng với tải trọng lớn do vật liệu kết trên hố móng cũng như
việc khắc phục sự cố lần trước đó chưa đảm bảo; tổng hợp các yếu tố đã gây
nên sự cố gẫy 2 thanh chống.
1.2.3.3 Công trình Trung tâm Thương mại Hàng hải Quốc tế
Công trình nằm tại phố Đào Duy Anh, Hà Nội. Công trình gồm 2 khối
nổi cao 23 tầng và 4 tầng; 2 tầng hầm sâu 8,1m và 7,1m. Kích thước mặt bằng
54,2m x 105,6m. Kết cấu hố đào gồm tường chắn được sử dụng 3 loại: Cọc xi
măng đất D600 dài 12m, cừ thép JSP3 dài 12m và cọc nhồi BTCT D800 dài
12m. Các thanh chống là thép hình I300 được bố trí tại cao độ - 1m chống
xiên xuống đáy móng tại đầu các cọc nhồi.
Sự cố: Tường chắn bằng cọc nhồi và cừ thép bị nghiêng vào phía hố
đào khoảng 15cm; một nhà cấp bốn lân cận bị đổ và một vài công trình khác
bị nứt. Xuất hiện một số cọc xi măng đất tách tự do ra khỏi khối tường. Khi
rút cừ thép cũng làm xuất hiện vết nứt rộng khoảng 10cm cách tường cừ 6m.
Nguyên nhân: Do hồ móng có diện tích lớn và hình dạng mặt bằng
phức tạp, nên đã sử dụng các thanh chống I300 quá dài nên không đủ độ
cứng. Vị trí chống đỡ là khá cao, bố trí các thanh chống một số điểm có mật
độ không đủ dày (7m - 8m) nên thanh đỡ bị võng gây chuyển vị cho tường cừ.
Ngoài ra khi thi công cọc xi măng đất chưa đạt chất lượng nên một số cọc
không giao cắt tiếp giáp nhau; các tường cừ không tiếp xúc đều với dầm đỡ
cũng là nguyên nhân gây chuyển vị của tường vào phía hố móng.
1.2.3.4 Công trình Trung tâm thương mại Quốc tế IBC
Công trình nằm tại số 34 Phố Lê Duẩn, Quận 1, TP. Hồ Chí Minh.
Công trình gồm 2 khối nổi cao 78,3m và 54,6m; 2 tầng hầm sâu 11,6m. Kích
thước mặt bằng 109m x 70m. Kết cấu hố đào gồm tường chắn đồng thời sử
dụng làm tường tầng hầm thi công theo công nghệ tường trong đất, cao

12

khoảng 18,5m đến 20m. Các thanh chống là thép hình được chia làm 3 đợt
chống tại cao độ -2m, -6m, -10m.
Sự cố: Tường chắn BTCT bị đẩy nghiêng về phía hố đào với trị số
30mm tại đỉnh tường; xuất hiện nước chảy vào hố móng rất mạnh qua vị trí
mối nối của 2 tấm panel tường liền kề; nước ngầm dâng từ dưới hồ đào lên
cùng với nước mưa và nước chảy từ bên ngoài vào gây hiện tượng lầy lội
trong hố móng.
Nguyên nhân: Do mặt bằng hố móng lớn nên phải chia thành các phân
đoạn trong quá trình thi công, kết cấu chống đỡ không được hoàn chỉnh; chất
lượng thi công panel tường chưa đảm bảo, đặc biệt là mối nối 2 tấm panel
tường dẫn đến việc bị vỡ; hệ thống tiêu thoát nước hố móng chưa được
nghiên cứu và thiết kế hoàn chỉnh; nước ngầm dâng từ đáy hố móng cuốn trôi
các hạt nhỏ làm tăng độ rộng trong đất gây hiện tượng lún sụt mặt đất xung
quanh, đẩy trồi đáy hố móng, làm tường dịch chuyển.
1.2.6.5 Công trình Cao ốc Residence (Tp Hồ Chí Minh)
Công trình có 1 tầng hầm, 12 tầng nổi. Khi đào ở độ -8m dưới đáy hố
móng, phát hiện nước ngầm phun lên rất mạnh cuốn theo cát hạt nhỏ. Hậu quả
là ngày 31/10/2007 hè đường Nguyễn Siêu có hố sụt rộng 4x4m và sâu từ 34m và chung cư Casaco (đường Thi Sách, Q1) bị lún nghiêm trọng.
Nguyên nhân là do dùng cọc lắc xen làm tường vây không ngăn được
nước, nên khi hút nước để thi công tầng hầm, thì cột nước chênh áp ngoài
thành hố đào tạo nên áp lực lớn đẩy nước luồn qua chân tường vây đẩy trồi
đáy móng lên. Nước dưới đất được thoát ra như bình thông nhau, cuốn theo
đất cát làm sụt lún nền các công trình xung quanh gần đó (trong phạm vi
“phễu” hạ thấp mực nước). Trước tình trạng đó, người ta đã phải khẩn cấp lấp
ngay các hố đào sâu và hố sụt tạo cân bằng áp lực để tránh tình trạng sụt lún


13

tiếp. Đồng thời lắp đặt các trạm quan trắc dịch chuyển, lún và động thái nước
dưới đất để tránh các rủi ro có thể xảy ra.
1.2.6.6 Cao ốc văn phòng Bến Thành TSC (Tp Hồ Chí Minh)
Công trình này có diện tích mặt bằng 10x40m và 2 tầng hầm .Tháng
11/2007, trong khi đào hố móng sâu, thì nước ngầm ở đáy hố phun lên rất
mạnh, làm phồng trồi đáy hố làm xê dịch tường cừ bằng cọc lắc xen khoảng
8cm. Đất nền bị sụt lún làm nứt đường hẻm lân cận và nghiêng tường ngăn.
Do đó buộc phải ngừng thi công và dùng biện pháp khoan giếng bơm hạ nước
ngầm.
Nguyên nhân của sự cố này là do dùng tường cừ bằng cọc ván thép
không hơp lí. Chân tường cừ đang đặt ở lớp cát pha bảo hòa nước nên khi có
chênh áp lực bơm hút nước trong hố đào thì nước phun mạnh từ đáy hố lên
kéo theo đất cát và gây sụt lún.
1.2.6.7 Công trình tòa nhà Pacific (Tp Hồ Chí Minh)
Công trình cao ốc Pacific có 5 tầng hầm, 18 tầng nổi. Tường tầng hầm
bằng bêtông cốt thép dày 1m, thi công bằng công nghệ tường trong đất, khi
đào đất để thi công tầng hầm thứ 5 thì phát hiện một lỗ thủng lớn ở tường
tầng hầm có kích thước 0,2m x 0,7m. Dòng nước rất mạnh kéo theo nhiều đất
cát chảy từ ngoài vào qua lỗ thủng của tường tầng hầm. Công nhân đã dùng
hết cách, nhưng không thể bịt được lỗ thủng. Nước kéo theo đất cát chảy ào
ào vào tầng hầm, công nhân phải thoát khỏi tầng hầm để tránh tai nạn có thể
xảy ra. Sự cố công trình này đã làm sụp đổ hoàn toàn công trình Viện nghiên
cứu Khoa học xã hội Nam Bộ ngay bên cạnh, tòa nhà Sở Ngoại Vụ cũng bị
lún nứt nghiêm trọng, Cao ốc Yoco 12 tầng và các tuyến đường xung quanh
công trình Pacific cũng có nguy cơ bị lún nứt.
Nguyên nhân chủ yếu của sự cố này là chất lượng thi công tường tầng
hầm không tốt. Lỗ thủng lớn ở tường tầng hầm có thể là do đổ bê tông không

14

đúng quy trình và dùng Bentonite không đúng yêu cầu gây sạt lỡ đất ở hố đào.
Đất cát sạt lỡ lẫn với Bentonite chèn vào bêtông làm cho bêtông bị rời xốp tạo
nên lỗ thủng. Đất bên ngoài tầng hầm là cát pha bão hoà nước, là loại cát chảy
nên phải dùng loại Bentonite đặc biệt có dung trọng d = 1,15g/cm3 chứ không
P

P

được dùng loại thông thường cho đất loại sét có d = 1,04g/cm3.
P

P

Mặt khác, mực nước dưới đất bên ngoài tầng hầm rất cao (ở cốt -1,5m), lỗ
thủng ở tường tầng hầm nằm ở độ sâu 20m, tức là có cột nước với áp lực lớn
chênh nhau đến 18,5m. Với một cột nước có áp lực cao tới 18,5 atm như vậy,
chứa đầy trong tầng các bồi tích hạt nhỏ và các pha bão hòa nước, thì khi có
lỗ thủng ở tầng hầm cho nó thoát, dòng chảy sẽ rất mạnh kéo theo đất cát
chảy vào tầng hầm đồng thời làm rỗng xốp, làm xói lở và phá hoại đất nền
của móng các công trình lân cận, khiến cho các công trình đó bị biến dạng, bị
sụt lún, thậm chí bị phá hoại.
1.3 Một số kết quả nghiên cứu về hố đào sâu
1.3.1 Một số nghiên cứu thực nghiệm về hố đào sâu có chống đỡ
Bên cạnh các lời giải lý thuyết nhiều tác giả đã tiến hành thí nghiệm đo
giá trị áp lực đất chủ động và bị động trên mô hình trong phòng thí nghiệm và
hiện trường để xác định các giá trị về áp lực ngang, độ dịch chuyển của tường
chắn, độ lún sụt của đất nền xung quanh hố đào v.v…
1.3.1.1 Tường mềm - Thí nghiệm của G.A. Đubrova

Thí nghiệm của G.A. Đubrova đã chứng tỏ khi tường bị biến dạng do
chịu áp lực đất thì biểu đồ phân bố áp lực đất có dạng đường cong hình 1.2.
Nếu phần giữa thân tường bị biến dạng nhiều thì biểu đồ phân bố áp lực đất
(đường 1) sẽ càng cong và cường độ áp lực đất ở phần trên tăng lên (đường
2). Nếu chân tường có chuyển vị về phía hố đào thì giá trị áp lực ở phần trên
tăng lên rất nhiều (có khi tăng 2,5 lần so với áp lực ban đầu) còn cường độ áp
lực ở phần dưới lại giảm đi (đường 3).