LUAN VAN nghiên cứu ứng xử tường vây tầng hầm gia cường bằng cọc xi măng đất, võ thành hoan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
VÕ THÀNH HOAN

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ TƯỜNG VÂY TẦNG HẦM
GIA CƯỜNG BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP - 60580208

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 / 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
VÕ THÀNH HOAN

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ TƯỜNG VÂY TẦNG HẦM
GIA CƯỜNG BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP - 60580208
Hướng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN SỸ HÙNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 / 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, được thực hiện dưới sự
hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Sỹ Hùng.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 09 năm 2016
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

iii


LỜI CẢM ƠN
Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu, quý thầy cô trường Đại học
Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện, giúp đỡ để tôi có môi
trường học tập và thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Đặc biệt gửi lời cảm ơn đến thầy TS. Nguyễn Sỹ Hùng là người trực tiếp
giảng dạy và hướng dẫn tôi thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Xin cảm ơn gia đình đã động viên tôi trong suốt quá trình học tập và làm việc.
Cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã luôn khích lệ để tôi vượt qua những khó khăn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, tuy nhiên vẫn không tránh khỏi những thiếu sót,
rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của thầy cô và các bạn.
TPHCM, ngày 21 tháng 09 năm 2016
Học viên

Võ Thành Hoan

iv

TÓM TẮT
Trong những năm gần đây ở nước ta, cùng với sự phát triển kinh tế và quá
trình đô thị hóa nhanh, nhu cầu sử dụng và khai thác không gian ngầm dưới mặt đất
ngày càng nhiều. Việc xây dựng các công trình nói trên dẫn đến xuất hiện hàng loạt
các hố đào sâu có kích thước lớn và nằm trong tầng đất có địa chất phức tạp. Vì
vậy, chuyển vị ngang vượt giới hạn cho phép một trong những nguyên nhân chính
có thể gây thiệt hại cho công trình lân cận. Do đó, bắt buộc phải giảm thiểu tối đa
chuyển vị ngang tường vây.
Trong luận văn này trình bày nghiên cứu việc phân tích chuyển vị ngang của
tường vây tầng hầm thi công theo phương pháp Semi TopDown trong khu vực đất
yếu Tp. Hồ Chí Minh. Sử dụng kết quả mô phỏng với hai mô hình Morh – Coulomb
và Hardening Soil so sánh với số liệu đo đạc thực tế kiểm chứng sự đúng đắn các
thông số đầu vào, nhận thấy mô hình Hardening Soil cho kết quả sát thực tế hơn.
Do đó mô hình Hardening Soil sẽ được chọn cho nhưng phân tích trong các bài toán
sau.
Kết quả phân tích cho thấy chuyển vị ngang của tường vây lớn nhất nằm ở gần
khu vực đáy hố đào . Dựa trên những nghiên cứu tổng quan trên thế giới, tác giả mô
tả ứng dụng giải pháp phun vữa cao áp Jet Grouting giảm chuyển vị ngang hố đào
trong điều kiện địa chất TP.HCM. Đất trong khu vực đáy hố đào được thay thế một
phần bằng những cọc jet grouting (JGPs) nhằm tăng sức kháng bị động.
Phân tích sẽ phân ra làm 2 trường hợp nghiên cứu: Cột đất gia cường vùng chủ
động , và cột đất gia cường vùng bị động. Có 3 phương pháp mô phỏng xét tới đó
là.
x Phương pháp RAS (The real allocation simulation) mô phỏng vật liệu
riêng biệt theo tính chất thật của đất nền và JGPs.

v

x Phương pháp EMS ( Equivalent material simulation) mô phỏng qui đổi
vật liệu tương đương, xem cọc JGPs và đất nền làm việc như một khối
duy nhất.
x Ngoài ra để xét đến tính hiệu quả gia cố của các cọc JGPs nhằm huy
động hết khả năng làm việc của từng cọc, phải xét thêm cách thức bố trí
chiều dài các cọc khác nhau.
Kết quả phân tích này chỉ ra rằng việc gia cường vùng bị động sẽ cho kết quả
tốt nhất với 7 hàng cọc, thì làm giảm chuyển vị tường 19.1%
Trong khi đó cả 2 phương pháp mô phỏng RAS và EMS đều cho kết quả gần
giống nhau. Điều này chứng tỏ rằng quan niệm cọc và đất làm việc như một khối
đồng nhất là hơp lý.

vi


ABSTRACT
In recent years in our country, along with economic development and
urbanization process, the need to use and exploitation of underground more and
more. The build of constructions quoted above has made many kinds of deep
excavations appear and have the large size in soil with complex geology. The
horizontal displacement exceeds the permissible limits and ground settlement due to
the construction of deep excavations are the main causes that can cause damage to
the adjacent buildings. Therefore, it is imperative to minimize the horizontal
displacement of diaphragm wall.
This thesis presents a research about lateral displacement of the basement
diaphragm wall constructed by Semi Topdown method in the soft soil zone of Ho
Chi Minh City. Using the simulation results with two soil models are MorhCoulomb and Hardening Soil and compared with actual measurements to verify the
correctness of the input parameters, Hardening Soil model for closely real results
more practical. Therefore, Hardening Soil model will be selected for the analysis of

the simulations future.
The analytical results show that the horizontal displacement of the diaphragm
wall is largest near the bottom of excavations area . Based on the study of the world,
the author describes the application high-pressure grouting solution (jet grouting)
reduced horizontal displacement excavations in geological conditions in Ho Chi
Minh city. The soil in the bottom of excavations is replaced in part by the jet
grouting piles (JGPs) to increase passive resistance.
The analysis will be divided into 2 case studies: Soil-cement columns were
reinforced the passive area and the active area. There are 3 methods to simulate the
review are:
x RAS method (The real allocation simulation) simulation separate materials
on the characteristics of the real soil and JGPs.

vii


x

EMS method ( Equivalent material simulation) as JGPs piles and soil
untreated work as a single block material.

x In addition, to consider the effectiveness of JGPs piles reinforcement to
mobilize the full capability of each it. Need to consider how the layout
different length piles.
The results of this analysis show that the reinforcement of the passive area is
the best result with 7 soil-cement columns , the displacement of the wall is 19.1%
reduction.
Otherwise, both RAS and EMS methods for simulation have similar results.
This proves that the concept soil untreated and JGPs piles working as a uniformity
block is reasonable.

viii


MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iv
TÓM TẮT ...................................................................................................................v
MỤC LỤC ................................................................................................................. ix
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... xiii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................xv
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ..............................................................................2
3. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài .....................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................2
5. Nội dung nghiên cứu ...............................................................................................3
6. Hạn chế của đề tài ...................................................................................................3
CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA
TƯỜNG VÂY TRONG HỐ ĐÀO SÂU.....................................................................5
1.1 Đặc điểm hố đào sâu .............................................................................................5
1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu....5
1.2.1 Ảnh hưởng của hệ số an toàn chống trồi đáy....................................................7
1.2.2 Ảnh hưởng của chiều sâu hố đào .......................................................................8
1.2.3 Ảnh hưởng của chiều sâu ngàm tường...............................................................9
1.2.4 Ảnh hưởng của độ cứng tường và phân bố đất tốt - đất yếu............................10
1.3 Các phương pháp phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu..11
1.3.1 Phương pháp giản đơn .....................................................................................12
1.3.2 Phương pháp dầm trên nền đàn hồi và phương pháp phần tử hữu hạn............13

1.4 Phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bằng phương pháp
phần tử hữu hạn .........................................................................................................16
1.4.1 Ảnh hưởng mô hình nền đến kết quả chuyển vị ngang tường vây ..................17

ix


1.4.2 Giới hạn vùng mô hình khi phân tích hố đào sâu bằng phần mềm Plaxis .......23
1.4.3 Thông số của mô hình nền khi phân tích hố đào bằng phần mềm Plaxis ........24
1.4.3.1 Ảnh hưởng của thông số độ cứng E ..............................................................25
1.4.3.2 Hệ số thấm K .................................................................................................29
1.4.3.3 Hệ số Poisson ................................................................................................29
1.5 Kết luận. ..............................................................................................................30
CHƯƠNG 2 . CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG............................................................32
2.1 Đặt vấn đề. ..........................................................................................................32
2.2 Sơ lược về cọc xi măng đất .................................................................................33
2.2.1 Ưu nhược điểm cọc xi măng đất ......................................................................34
2.2.1.1 Ưu điểm .........................................................................................................34
2.2.1.2 Nhược điểm ...................................................................................................35
2.2.2 Ứng dụng chính của công nghệ trộn sâu ..........................................................36
2.3 Công nghệ trộn ....................................................................................................36
2.3.1 Công nghệ trộn khô ..........................................................................................36
2.3.2 Công nghệ trộn ướt ..........................................................................................38
2.3.2.1 Khoan phụt vữa cao áp Jet Grouting .............................................................39
2.4 Cọc xi măng đất ứng dụng gia cường hố đào .....................................................40
2.4.1 Ảnh hưởng từ cách bố trí và mật độ cọc đến chuyển vị ngang tường vây. .....41
2.4.2 Ảnh hưởng tỷ lệ cải thiện đến chuyển vị ngang tường vây ............................48
2.4.3 Mối quan hệ E50 /qu ..........................................................................................49
2.5 Phương pháp mô phỏng trong gia cố hố đào bằng cọc xi măng đất. ..................51
2.5.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm trụ làm việc như cọc..........................51

2.5.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm nền tương đương ...............................52
2.5.3 Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp .............................................54
2.6 Kết luận. ..............................................................................................................61
CHƯƠNG 3 .CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ
HỮU HẠN TRONG VIỆC PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG
VÂY TRONG HỐ ĐÀO SÂU..................................................................................63
3.1 Cơ sở lý thuyết trong Plaxis ................................................................................63
x


3.2 Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis ..........................................................63
3.2.1 Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous” ...............................63
3.2.2 Dung trọng không bão hoà và dung trọng bão hoà ..........................................65
3.2.3 Hệ số thấm........................................................................................................65
3.2.4 Thông số độ cứng của đất nền..........................................................................66
3.2.5 Thông số sức kháng cắt của đất nền.................................................................68
3.3 Các mô hình đất nền trong Plaxis .......................................................................69
3.3.1 Mô hình Morh-Coulomb ..................................................................................69
3.3.1.1 Tổng quát về mô hình ...................................................................................69
3.3.1.2 Xác định thông số cho mô hình ....................................................................71
3.3.2 Mô hình Hardening Soil ...................................................................................74
3.3.2.1 Tổng quát về mô hình. ..................................................................................74
3.3.2.2 Xác định thông số cho mô hình. ...................................................................78
3.4 Các phương pháp phân tích không thoát nước, thoát nước và phân tích kép
(Không thoát nước kết hợp với cố kết) và ứng dụng các phương pháp này trong việc
phân tích bằng Plaxis ................................................................................................81
3.4.1 Phân tích không thoát nước ..............................................................................82
3.4.2 Phân tích thoát nước .........................................................................................84
3.4.3 Phân tích kép (Couple Analysis) ......................................................................84
3.5 Kết luận ...............................................................................................................85

CHƯƠNG 4 . THIẾT LẬP VÀ LỰA CHỌN MÔ HÌNH PHÂN TÍNH ĐÁNH GIÁ
HIỆU QUẢ KHI GIA CƯỜNG CỌC XI MĂNG ĐẤT LÀM GIẢM CHUYỂN VỊ
NGANG HỐ ĐÀO....................................................................................................87
4.1 Đặt vấn đề. ..........................................................................................................87
4.1.1 Tổng quan về công trình ..................................................................................88
4.1.2 Địa chất ............................................................................................................91
4.1.3 Quá trình thi công tầng hầm .............................................................................96
4.1.4 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang của tường vây trong quá trình thi công ...98
4.2 Mô phỏng bài toán bằng Plaxis .........................................................................100
4.2.1 Phương pháp phân tích...................................................................................100
xi


4.2.2 Xây dựng mô hình phân tích chuyển ngang của tường vây tầng hầm bằng
phần mềm Plaxis 2D V8.5 ......................................................................................100
4.2.2.1 Mô hình vật liệu cho các cấu kiện và đất nền. ............................................100
4.2.2.2 Mô hình các giai đoạn thi công ...................................................................103
4.3 Kết quả phân tích và nhận xét ...........................................................................104
4.4 Phân tích ứng dụng Jet Grouting giảm chuyển vị ngang tường vây .................107
4.4.1 Mô phỏng đất trong hố đào được xử lý bằng cọc Jet Grouting .....................107
4.4.2 Các trường hợp gia cố cọc xi măng đất .........................................................108
4.4.2.1 Trường hợp gia cố vùng chủ động ..............................................................108
4.4.2.2 Trường hợp gia cố vùng bị động.................................................................112
4.5 Kết quả chuyển vị ngang tường vây sau khi gia cố cọc JGPs..........................116
4.5.1 Kết quả chuyển vị ngang tường vây sau khi gia cố cọc JGPs vào khu vực chủ
động.........................................................................................................................116
4.5.1.1 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu riêng biệt ( PP RAS) ......................116
4.5.1.2 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu tương đương ( PP EMS) ................117
4.5.1.3 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi mô phỏng cọc JGPs bằng
hai phương pháp RAS và EMS ...............................................................................118

4.5.1.4 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu riêng biệt ( PP RAS), có xét đến việc
giảm đều chiều dài cọc 3m. .....................................................................................124
4.5.2 Kết quả chuyển vị ngang của tường vây sau khi gia cố cọc JGPs vào vùng bị
động.........................................................................................................................131
4.5.2.1 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu riêng biệt ( PP RAS) ......................131
4.5.2.2 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu tương dương ( PP EMS) ................132
4.5.2.3 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu riêng biệt ( PP RAS) . Chiều dài cọc
chênh nhau 0.3m hướng giảm dần từ phía gần tường vào trong hố đào.................135
4.5.2.4 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây sau khi mô phỏng bằng 3
phương pháp: PP RAS, PP EMS và PP RAS có xét đến giảm chiều dài cọc .........136
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................142
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................144

xii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi phân tích bằng những
phương pháp khác nhau so sánh với kết quả quan trắc, M.Mitew (2005) ................14
Bảng 1.2 Thông số đầu vào mô hình Hardening Soil, Helmut F. Schweiger (2007)
...................................................................................................................................18
Bảng 1.3 Thông số đầu vào mô hình Morh-Coulomb, Helmut F. Schweiger (2007)
...................................................................................................................................18
Bảng 1.4. Bảng tổng hợp tương quan giữa mô-đun E với chỉ tiêu cơ lý ..................26
Bảng 1.5. Quan hệ giữa Es và Su ,Teparaksa W(1999) .............................................27
Bảng 1.6. Quan hệ giữa Es và Su theo chỉ số dẽo,Bowles .J.E (1998) ......................28
Bảng 1.7. Giá trị tiêu biểu của mô đun E cho vật liệu kết dính (Mpa) .....................28
Bảng 1.8. Hệ số thấm của đất được tổng hợp như trong bảng sau. ..........................29
Bảng 1.9. Hệ số Poisson của đất được tổng hợp như trong bảng sau. ......................29
Bảng 2.1. Bảng tổng hợp ưu nhược điểm phương pháp khoan phụt vữa cao áp Jet

Grouting ....................................................................................................................40
Bảng 2.2. Một số quan hệ giữa E50 và qu..................................................................49
Bảng 2.3. Các mối tương quan điển hình và dữ liệu cho các loại đất trộn xi măng .49
Bảng 2.4. Đặc trưng cọc Jet Grouting ở TPHCM, Trần Nguyễn Hoàng Hùng (2013)
...................................................................................................................................50
Bảng 2.5 Đặc trưng cọc Jet Grouting, G.Guatteri, J.L Kauschinger, A. C. Doria ,
E.B.Perry (1998) .......................................................................................................51
Bảng 3.1. Tổng hợp những nét chính của 2 mô hình Mohr- Coloumb và Hardening
Soil ............................................................................................................................86
Bảng 4.1. Quá trình thi công tầng hầm .....................................................................96
Bảng 4.2. Thông số vật liệu cho cấu kiện trong mô hình Plaxis.............................100
Bảng 4.3. Thông số đất nền của mô hình Morh-Coulomb......................................101
Bảng 4.4. Thông số đất nền của mô hình Hardening Soil ......................................102
Bảng 4.5. Mô hình các quá trình thi công ...............................................................103

xiii


Bảng 4.6. So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây giữa kết quả phân tích
với kết quả quan trắc ...............................................................................................106
Bảng 4.7. Các phương pháp mô phỏng cọc JGPs gia cường vùng chủ động. ........109
Bảng 4.8. Bảng chi tiết các trường hợp mô phỏng .................................................110
Bảng 4.9. Thông số đầu vào của đất nền được gia cố bằng cọc xi măng đất JGPs
trường hợp gia cố vùng chủ động. ..........................................................................111
Bảng 4.10. Các phương pháp mô phỏng cọc JGPs gia cường vùng bị động. .........113
Bảng 4.11. Bảng chi tiết các trường hợp mô phỏng ..............................................114
Bảng 4.12. Thông số đầu vào của đất nền gia cố bằng cọc xi măng đất JGPs trường
hợp gia cố vùng bị động..........................................................................................115
Bảng 4.13. So sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi mô phỏng
hai PP RAS và PP EMS với khi chưa xử lý JGPs...................................................122

Bảng 4.14. So sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi mô phỏng
cọc xi măng đất vào vùng chủ động bằng PP RAS có xét đến giảm chiều dài cọc .
.................................................................................................................................129
Bảng 4.15. So sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi mô phỏng
cọc xi măng vào vùng bị động bằng hai PP RAS và EMS . ...................................133
Bảng 4.16. So sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi mô phỏng
cọc xi măng vào vùng bị động bằng PP RAS và PP RAS có xét đến giảm chiều dài
cọc. ..........................................................................................................................141

xiv


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Mối tương quan giữa hệ số an toàn chống trồi đáy, độ cứng của tường vây
và hệ thống chống đỡ với chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây (ሺࡱࡵሻȀ
ሺࢽ࢝ࢎࢇ࢜ࢍ૝ሻ đại diện là độ cứng của hệ thống tường chống đỡ, Fb hệ số an toàn
chống trồi đáy), Clough và O’Rourke (1990) .............................................................7
Hình 1.2 Mối tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiều
sâu của hố đào (Ou và các đồng sự, 1993) ..................................................................8
Hình 1.3 Chiều sâu ngàm tường Hp ,Chang Yu Ou (2006) ........................................9
Hình 1.4 Tương quan giữa chiều sâu ngàm tường và chuyển vị ngang của tường
(Chang Yu Ou 2006) .................................................................................................10
Hình 1.5 Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống đủ lớn.
(a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai đoạn
lấp nhiều tầng thanh chống ,Chang Yu Ou (2006) ...................................................11
Hình 1.6 Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống không
đủ lớn. (a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai
đoạn lấp nhiều tầng thanh chống, Chang Yu Ou (2006)...........................................11
Hình 1.7 Phương pháp ứng suất phụ thuộc ...............................................................13
Hình1.8. Chuyển vị ngang của tường vây khi phân tích bằng hai phương pháp (a)

trong trường hợp là Diapharm wall (b) là trường hợp Sheet Pile, Krasinski và M.
Urban (2011). Với Ux(mm): là chuyển vị ngang , ࢽ(m) : là độ sâu tính từ miện hố
đào .............................................................................................................................16
Hình 1.9. Chuyển vị ngang của tường khi phân tích với mô hình chuẩn Hardening
Soil Model và mô hình Morh-Coulomb MC3, MC4 so sánh với kết quả quan trắc,
Helmut F. Schweiger (2002) .....................................................................................19
Hình 1.10 Chuyển vị ngang của tường vây khi phân tích bằng các mô hình khác
nhau và kết quả quan trắc. (a) đào đến độ sâu 0.8m đặt tầng thanh chóng đầu tiên tại
độ sâu 0.3m, (b) đào đến độ sâu 29,5m, lấp 7 tầng thanh chóng và thi công đáy hầm,
Lumir Mica và các đồng sự (2010) ...........................................................................21

xv


Hình 1.11 Giới hạn vùng mô hình khi phân tích hố đào sâu bằng Plaxis, K.J. Bakker
(2005) ........................................................................................................................23
Hình 1.12 Chuyển vị ngang của tường vây trong các trường hợp phạm vi mô hình
nền khác nhau, W,D chiều rộng và chiều sâu vùng hình, Helmut F. Schweiger
(2002) ........................................................................................................................24
Hình 2.1. Ứng dụng chính cọc xi măng đất ..............................................................36
Hình 2.2 Bố trí trụ trộn khô ......................................................................................37
Hình 2.3 Bố trí trụ trùng nhau theo khối ...................................................................37
Hình 2.4. Bố trí trụ trộn ướt trên mặt đất ..................................................................38
Hình 2.5. Bố trí trụ trùng nhau theo công nghệ trộn ướt ..........................................38
Hình 2.6. Công nghệ Jet Grouting ............................................................................39
Hình 2.7. Các kiểu cải thiện đất trong hố đào bằng cọc xi măng đất . (a) Gia cường
vùng chủ động, (b) Gia cường vùng bị động ............................................................40
Hình 2.8. Các kiểu cải thiện đất trong hố đào bằng cọc xi măng đất : (a) Dạng
Khối, (b) Dạng cột ,(c) Dạng tường ..........................................................................41
Hình 2.9. Gia cường bên dưới hố đào . (a ) Gia cường toàn bộ khu vực , (b) Gia

cường cục bộ theo vùng ............................................................................................42
Hình 2.10. Gia cường cọc xi măng đất dưới đáy hố móng ......................................42
(a): dày 1.5m, (b) dày: 3m, (c): dày 6m ....................................................................42
Hình 2.11. Hiệu quả của chiều dày lớp gia cường Jet Grouting đối với chuyển vị
trường vây , Wong (1998) .........................................................................................43
Hình 2.12. Dự án The Song-San được tọa lạc tại khu K1 Đài Bắc, Chan-Yu Ou
(2007) ........................................................................................................................44
Hình 2.13. Ảnh hưởng hiệu ứng góc, Chan-Yu Ou (2007) ......................................44
Hình 2.14. Kết quả nghiên cứu được áp dụng, Chan-Yu Ou (2007) ........................44
Hình 2.15. So sánh kết quả chuyển vị ngang PP RAS và PP EMS,Chan-Yu Ou,
Tzong-Shiann Wu and Hsii-Sheng Hsieh (2007) .....................................................45
Hình 2.16. So sánh kết quả chuyển vị ngang PP RAS và PP EMS,Chan-Yu Ou,
Tzong-Shiann Wu and Hsii-Sheng Hsieh (2007) .....................................................45
Hình 2.17. Kết quả chuyển vị ngang cho từng trường hợp gia cố ............................46
xvi


Hình 2.18. Kết quả chuyển vị ngang tường vây .(a) Gia cố vùng chủ động (b) Gia cố
vùng bị động, Lê Trong Nghĩa (2012) ......................................................................47
Hình 2.19. Kết quả chuyển vị ngang tường cho từng tỷ lệ cải thiện Ir ,Nguyễn Minh
Tâm (2013) ................................................................................................................48
Hình 2.20 Cọc Jet Grouting cải tạo đất duới đáy hố đào .........................................52
Hình 2.21. Mối quan hệ giữa qu-Ir-m .......................................................................53
Hình 2.22. Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố bằng cọc xi măng đất .....................56
Hình 2.23. Quan hệ ứng suất- biến dạng vật liệu xi măng- đất ................................57
Hình 2.24. Phá hoại khối và phá hoại cắt cục bộ ......................................................57
Hình 2.25. Sơ đồ tính toán biến dạng........................................................................59
Hình 3.1. Ý tưởng cơ bản của mô hình đàn dẻo lý tưởng.........................................70
Hình 3.2 Xác định Eref từ thí nghiệm 3 trục cố kết thoát nước .................................72
Hình 3.3. Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết .....................................................73

Hình 3.4. Mối quan hệ Hyperpolic giữa ứng suất lệch và biến dạng dọc trục trong
thí nghiệm 3 trục thoát nước .....................................................................................76
Hình 3.5 Vùng đàn hồi của mô hình Hardening soil trong không gian ứng suất chính
...................................................................................................................................77
Hình 3.6 Xác định ࡱ૞૙࢘ࢋࢌ từ thí nghiệm 3 trục thoát nước ...................................79
Hình 3.7 Xác định ۳‫ ܎܍ܚ܌܍ܗ‬từ thí nghiệm nén cố kết .............................................79
Hình 3.8 Xác định hệ số mũ (m) từ thí nghiệm 3 trục thoát nước ............................81
Hình 4.1 .Vị trí công trình và mặt bằng tường vây ...................................................89
Hình 4.2. Mặt cắt dọc tường vây ...............................................................................90
Hình 4.3. Biểu đồ độ ẩm (W), giới hạn dẻo (PL), giới hạn nhão (PL), SPT (N), Sức
kháng cắt không thoát nước (Su) từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường theo độ sâu...95
Hình 4.4 Các bước thi công tầng hầm .......................................................................97
Hình 4.5. Mặt bằng bố trí đo chuyển vị ngang tường vây ........................................98
Hình 4.6. Kết quả đo chuyển vị ngang của tường tại vị trí IL2 theo các giai đoạn thi
công ...........................................................................................................................99
Hình 4.7. CV ngang ứng với pha đào đến cao độ -4.2m.........................................104
Hình 4.8. CV ngang ứng với pha đào đến cao độ -7.9m.........................................104
xvii


Hình 4.9 CV ngang ứng với pha đào đến cao độ -12.55m......................................105
Hình 4.10. JGPs bố trí vuông góc ...........................................................................107
Hình 4.11. Hình minh họa gia cố cọc xi măng đất vào vùng chủ động:.................108
Hình 4.12. Hình minh họa gia cố cọc xi măng đất vào vùng bị động: ...................112
Hình 4.13. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây ứng với đợt đào cuối (12.55m) khi sử dụng PP RAS .................................................................................116
Hình 4.14. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây ứng với đợt đào cuối (12.55m) khi sử dụng PP EMS .................................................................................117
Hình 4.15 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 2 hàng cọc.....................................................................................118
Hình 4.17. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 4 hàng cọc......................................................................................119

Hình 4.16. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 3 hàng cọc.....................................................................................119
Hình 4.18. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 5 hàng cọc.....................................................................................120
Hình 4.19. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 6 hàng cọc.....................................................................................120
Hình 4.20. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 7 hàng cọc.....................................................................................121
Hình 4.21. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 8 hàng cọc.....................................................................................121
Hình 4.22. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử PP RAS mô phỏng 4
hàng cọc , có xét đến giảm chiều dài cọc ................................................................124
Hình 4.23. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử PP RAS mô phỏng 5
hàng cọc , có xét đến giảm chiều dài cọc ................................................................125
Hình 4.24. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử PP RAS mô phỏng 6
hàng cọc , có xét đến giảm chiều dài cọc ................................................................126
Hình 4.25. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử PP RAS mô phỏng 7
hàng cọc , có xét đến giảm chiều dài cọc ................................................................127
xviii


Hình 4.26. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử PP RAS mô phỏng 8
hàng cọc , có xét đến giảm chiều dài cọc ................................................................128
Hình 4.27. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây ứng với đợt đào cuối (12.55m) khi sử dụng PP RAS ...............................................................................131
Hình 4.28. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây ứng với đợt đào cuối (12.55m) khi sử dụng PP EMS ................................................................................132
Hình 4.29 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây ứng với đợt đào cuối (12.55m) khi sử dụng PP RAS có xét đến giảm chiều dài cọc................................135
Hình 4.30. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 2 hàng cọc......................................................................................136
Hình 4.31. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 3 hàng cọc......................................................................................136

Hình 4.32. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 4 hàng cọc......................................................................................137
Hình 4.33. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 5 hàng cọc......................................................................................137
Hình 4.34. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 6 hàng cọc......................................................................................138
Hình 4.35. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 7 hàng cọc.....................................................................................138
Hình 4.36. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 8 hàng cọc......................................................................................139
Hình 4.37. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 9 hàng cọc.....................................................................................139
Hình 4.38 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 10 hàng cọc...................................................................................140

xix


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Chuyển vị ngang quá mức của tường vây là nguyên nhân gây thiệt hại cho
các tòa nhà lân cận. Do đó, bắt buộc phải giảm thiểu tối đa chuyển vị tường vây
trong quá trình đào hầm là mối quan tâm hàng đầu để bảo vệ sự ổn định của tòa nhà
liền kề.
Ở nước ta, đặc biệt là ở các thành phố lớn như Hà Nội và TP Hồ Chí Minh,
nhà cao tầng đã xuất hiện rất nhanh chóng. Công trình được phát triển lên cao hơn
và một phần được đưa sâu vào lòng đất. Điều này là một xu thế chính trong quá
trình hiện đại hóa các thành phố lớn
Với chính sách mở rộng đô thị về các Quận 2 và Quận 7 vốn là những vùng
đất yếu của khu vực Tp.Hồ Chí Minh thì việc xây dựng các công trình có tầng hầm

phục vụ mục đích đô thị hoá các khu vực này là vấn đề được đặt ra. Việc xây dựng
tầng hầm trong các khu vực đất tốt đã phức tạp thì việc xây dựng trong các khu vực
đất yếu thì càng khó khăn hơn vì chuyển vị ngang của các tường vây tầng hầm trong
quá trình đào hầm thường rất lớn gây mất ổn định cho hố đào và công trình xung
quanh.Tuy nhiên việc tìm kiếm các giải pháp để khắc phục vấn đề này rất phức tạp
vì không thể ước lượng chính xác tuyệt đối chuyển vị ngang của tường vây. Nguyên
nhân của việc kém chính xác trong phân tích chuyển vị ngang của tường vây là kết
quả phân tích bị tác động bởi nhiều yếu tố mà ta không kiểm soát được hết.
Sử dụng giải pháp chống đỡ hố đào sâu để đảm bảo sự an toàn cho công trình
lân cận trong lớp đất yếu thì có thể phải dùng tường vây bằng bê tông cốt thép chiều
dày lớn gây nên sự tốn kém . Một giải pháp đặt ra là dùng tường bê tông có chiều
dày không lớn kết hợp với cọc xi măng đất , vừa đảm bảo được ổn định và tiết kiệm
chi phí. Dựa trên những lý do đó đề tài “ Nghiên cứu ứng xử tường vây tầng hầm
gia cường bằng cọc xi măng đất ” đã được hình thành.

1


2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Mục đích của phương pháp dùng cọc xi măng đất gia cường khu vực hố đào
sâu là để giảm chuyển vị ngang tường vây trong hố đào.
Phương pháp này tương đối dễ dàng thi công, nên được áp dụng ở nhiều
nước trên thế giới. Tuy nhiên phương pháp phân tích và ý tưởng thiết kế vẫn còn
đánh giá cao kinh nghiệm và thiếu phương án thiết kế rõ ràng vào thời điểm này.
Việc phân tích vấn đề này đòi hỏi một khối lượng tính toán lớn , nên phương pháp
phần tử hữu hạn được sử dụng.
Từ kết quả quan trắc thực tế của công trình thật sẽ được đem so sánh với kết
quả mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn để chứng minh tính hợp lý và
hiệu quả của mô hình có sử dụng cột xi măng đất , gia cố trong hố đào.
Đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí cột xi măng đất , khoảng

cách giữa các cột, độ sâu gia cố đến kết quả chuyển vị tường vây.
3. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài
Giới thiệu thêm một giải pháp mới giúp bảo vệ các hố đào sâu xây chen
trong thành phố, khi các biện pháp chống đỡ thông thường không có hiệu quả hoặc
tốn kém
Đề tài sẽ là tài liệu tham khảo bổ ích cho các kỹ sư khi thiết kế hố đào sâu
tương tự về mô phỏng, sử dụng giải pháp gia cường cọc xi măng đất để chống
chuyển vị hố đào.
4. Phương pháp nghiên cứu
Khảo sát thu thập các số liệu quan trắc tường vây tầng hầm ở khu vực TP.
HCM
Tiến hành mô phỏng các công trình trên để tìm ra mô hình tính toán phù hợp

2


Tiến hành mô hình hố đào gia cố bằng cọc xi măng đất với nhiều phương án
khác nhau về cách bố trí và độ sâu gia cố bằng mô hình đã lựa chọn ở trên để đề ra
phương án hợp lý và đánh giá các yếu tố tác động
5. Nội dung nghiên cứu
Luận văn này trình bày ứng dụng của phương pháp gia cường cọc xi măng
đất để giảm chuyển vị ngang tường vây trong quá trình thi công tầng hầm. Trong
phương pháp này một phần khối lượng đất trong khu vực hố đào được thay thế bằng
cọc xi măng đất , trong nỗ lực để tăng sức kháng bị động của đất , như là một biện
pháp hiệu quả để hạn chế chuyển vị ngang tường vây . Sơ bộ về nội dung nghiên
cứu đề tài , tác giả tập trung chủ yếu vào các nội dung sau.
Chương 1: Từ những nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước , tác giả
đã tổng hợp và giới thiệu tổng quan về các vấn đề hố đào sâu đưa ra cái nhìn tổng
thể , những điều còn hạn chế và tiếp tục nghiên cứu.
Chương 2: Tổng hợp những nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước ,

tác giả giới thiệu tổng quan về cọc xi măng đất ,các ứng dụng cọc xi măng đất trong
hố đào sâu ,đưa ra cái nhìn tổng thể , những điều còn hạn chế và tiếp tục nghiên cứu
Chương 3: Để đáp ứng được việc tính toán và nghiên cứu , tác giả đã đi sâu
tìm hiểu những cơ sở lý thuyết làm nền tảng, đưa ra được thông số mô hình hợp lý
Chương 4: Tương quan tính toán công trình thực tế bằng các mô hình phần
tử hữu hạn và kết quả quan trắc thực tế , từ đó rút qua kết luận và đề xuất giải pháp
Kết luận và kiến nghị .
6. Hạn chế của đề tài
Do khuôn khổ của một luận văn thạc sỹ nên đề tài chưa đánh giá hết được
ảnh hưởng của các mô hình, các phương pháp phân tích đến những vấn đề khác của
hố đào sâu như lún sau lưng tường, ổn định đáy hố đào…
Đề tài này chưa đánh giá được hết ảnh hưởng của các mô hình khác ngoài
Morh-Coulomb và Hardening Soil và các nhân tố khác ngoài nhân tố mô hình và
3


phương pháp phân tích đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong
hố đào sâu ở khu vực đất yếu Tp.Hồ Chí Minh.
Ngoài ra đề tài cũng chỉ xét đến phương pháp gia cố đất trong hố đào bằng
các cọc xi măng, mà chưa xét đến các kiểu gia cố khác như: kiểu tường, hay dạng
toàn khối…

4


CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ
NGANG CỦA TƯỜNG VÂY TRONG HỐ ĐÀO SÂU
1.1 Đặc điểm hố đào sâu
Công tác hố đào sâu là loại công tác có giá thành cao, khối lượng công việc
lớn , kỹ thuật phức tạp ,sự cố hay xảy ra , là một khâu khó về mặt kỹ thuật , đồng

thời cũng là trọng điểm để hạ thấp giá thành và bảo đảm chất lượng công trình.
Đào hố móng cho các công trình tầng hầm trong điều kiện đất yếu , mực
nước ngầm cao và nhiều điều kiện thường phức tạp khác , rất dễ sinh ra mất ổn định
hố đào , phình trồi đáy hố đào, kết cấu chắn giữ bị hư hỏng nặng…. làm hư hại hố
móng , ảnh hưởng nghiêm trọng các công trình ngầm và đường ống xung quanh.
Vì vậy bài toán ổn định hố đào sâu , đòi hỏi người kỹ sư thiết kế phải có kinh
nghiệm trong việc phân tích và lựa chọn giải pháp tường chắn đủ cứng để chống lại
sự phá hoại kết cấu và chuyển vị ngang quá mức .
1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào
sâu
Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu
được chia ra làm ba nhóm chính (Kung 2009) [14]:
- Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thiết kế:
x Độ cứng của hệ thống chống đỡ bao gồm độ cứng của tường vây, độ
cứng của hệ thống thanh chống, chiều dài của tường vây…
x Hình dạng của hố đào: chiều rộng, chiều sâu, dạng hình học của hố đào
x Sự tạo ứng suất trước trong hệ thống thanh chống
x Sự cải thiện đất nền công trình như các biện pháp phụt vữa, trộn vữa xi
măng … nhầm nâng cao khả năng chịu lực và giảm sự biến dạng của
đất nền.

5


- Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thi công:
x Các phương pháp thi công khác nhau như: Top down, Semi Topdown,
Bottom Up
x Việc đào quá sâu để thi công hệ thống thanh chóng cũng ảnh hưởng đến
chuyển vị ngang của tường vây
x Các giai đoạn thi công trước đó như ảnh hưởng của việc đào hố móng

thi công tường vây cũng ảnh hưởng đến chuyển vị tường
x Thời gian của các giai đoạn thi công: thời gian thi công ảnh hưởng khá
lớn đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu đặc biệt trong
nền đất sét vì liên quan đến vấn đề cố kết và từ biến
x Tay nghề của đội công nhân thi công công trình. Điều này cũng được
Peck (1969) bàn đến.
- Nhóm các nhân tố cố hữu:
x Nhân tố địa chất: tính chất cơ lý của đất nền quyết định khả năng chịu
lực và biến dạng của đất nền, lịch sử chịu lực của đất nền, mực nước
ngầm…
x Nhân tố các công trình xung quanh công trình hố đào sâu như các nhà
cao tầng xung quanh, các công trình giao thông và mật độ giao thông
xung quanh công trình …
- Ngoài ra Chang-Yu Ou (2006) [5] cũng đã nêu lên những nhân tố ảnh hưởng
đến chuyển vị ngang của tương vây trong hố đào sâu bao gồm: sự mất cân bằng lực,
độ cứng của tường vây, hệ thống hỗ trợ và hệ số an toàn…. Trong đó sự mất cân
bằng lực bao gồm những nhân tố như: chiều sâu của hố đào, chiều rộng của hố đào
và lực nén trước trong các thanh chống…. Những nhân tố được Ou bàn đến ở đây là
những nhân tố liên quan đến vấn đề thiết kế theo như phân loại của Kung (2009).

6