PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG TƯỜNG GIA CƯỜNG ĐẾN CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC CỦA HỆ TƯỜNG VÂY THAY ĐỔI ĐỘ CỨNG TRONG KẾT CẤU ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM KIM THANH

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG TƯỜNG GIA CƯỜNG
ĐẾN CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC CỦA HỆ TƯỜNG VÂY THAY ĐỔI
ĐỘ CỨNG TRONG KẾT CẤU ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU

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

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2016


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM KIM THANH

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG TƯỜNG GIA CƯỜNG
ĐẾN CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC CỦA HỆ TƯỜNG VÂY THAY ĐỔI
ĐỘ CỨNG TRONG KẾT CẤU ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208
Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN MINH ĐỨC

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2016


LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
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)

PHẠM KIM THANH

iii


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, quý Thầy cô Khoa
Xây Dựng và Cơ Học Ứng Dụng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TP.HCM đã tạo điều kiện cho tôi trong hoàn thành quá trình nghiên cứu học
tập và thực hiện đề tài luận văn này.
Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành đến Thầy TS. Nguyễn Minh
Đức và sự hỗ trợ của Thầy Lê Phương đã giúp đỡ và hướng dẫn tận tình
những kiến thức về cách thức nghiên cứu vấn đề cũng như thực hiện nội
dung để tôi có thể hoàn thành đề tài của mình.
Mặc dù đã cố gắng để thực hiện đề tài một cách trọn vẹn nhất.
Song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không tránh khỏi sai sót,
rất mong được sự góp ý của quý Thầy Cô để đề tài có thể hoàn thiện tốt hơn
nữa.

Trân trọng cảm ơn!
Thành Phố Hồ Chính Minh,ngày 21 tháng 09 năm 2016
Học viên thực hiện
Phạm Kim Thanh
Lớp XDC 2015A

iv


TÓM TẮT
Khai thác và sử dụng một cách có hiệu quả không gian dưới mặt đất
trong các đô thị hiện đại đang là xu thế tất yếu của sự phát triển. Những công trình
ngầm, chẳng hạn như hệ thống tàu điện ngầm, các bãi đỗ xe ngầm…., ngoài việc
phải chịu những tác động giống như của các công trình trên mặt đất, nó còn chịu
những tác động của môi trường xung quanh, có thể gây ảnh hưởng xấu đến chúng:
lún, hư hỏng, phá hủy… hoặc có thể gây mất an toàn trong thi công, làm ảnh hưởng
chất lượng, tiến độ thi công công trình.
Một trong những giải pháp để giải quyết vấn đề chuyển vị ngang của
tường vây là giải pháp tường gia cường xen kẽ trong hệ tường vây để cùng tham gia
chịu áp lực đất và tăng độ ổn định chuyển dịch hệ tường.
Công trình dùng để phân tích trong luận văn này là "Khách sạn
Pullman SaiGon Center" nằm tại số 148 Trần Hưng Đạo, Phường Bến Nghé,
Quận 1, Thành Phố Hồ Chí Minh. Công trình gồm 3 tầng hầm với tổng độ sâu đào
trung bình là -12.6m, hố đào sâu nhất là -15.6m (vị trí đáy hố pít thang máy) so với
mặt đất tự nhiên được sử dụng làm hầm để xe, phòng kỹ thuật. Tầng hầm được thiết
kế thi công theo phương pháp Bottom sàn hầm 1 là -3.3m, cao độ sàn hầm 2 là -6.9m, cao độ sàn hầm 3 là -9.3m, cao độ
đáy móng là -12.5m (đối với khu vực đáy hố pít thang máy là -15.6m).
+ Luận văn sử dụng mô hình Hardening Soil mô phỏng so sánh với kết
quả quan trắc
+ Thay đổi độ cứng tường vây đánh giá mức độ ảnh hưởng của tường gia

cường đến chuyển vị ngang của hệ tường vây
+ Thông qua việc mô phỏng bằng mô hình Plaxis 3D đã thể hiện rõ ràng
sự làm việc không gian, cho ra được giá trị độ cứng thật của hệ tường chắn gồm
tường gia cường kết hợp xen kẽ với tường vây bê tông cốt thép.
+ Luận văn này sẽ giúp cho người kỹ sư thiết kế có thêm cơ sở lý luận
trong việc lựa chọn giải pháp tường gia cường trong hệ tường vây cho công trình
cao tầng có nhiều tầng hầm như hiện nay.
v


ABSTRACT
Exploiting and using the underground space in modern cities effectively
is the inevitable trend of development. The underground works, such as the subway
system, the underground car park ...., beside bearing the same impact of the works
on the ground, it is also subject to the effects of ambient environment which may
cause an adverse effect on them such as subsidence, damage, destruction or danger
in construction, thus affecting the quality and progress of construction.
One of the solutions to solve the problem of horizontal displacement of diaphragm
wall is combining alternating walls of reinforced diaphragm wall system to join
under pressure to increase the stability of land and shifting of the wall system.
Buildings used for the analysis in this paper is "Pullman SaiGon Center" located at
148 Tran Hung Dao Street, Ben Nghe Ward, District 1, Ho Chi Minh City. The
work consists of 3 basements with total average depth of -12.6m dig, the deepest
hole is -15.6m (bottom hole location piston lifts) under the groundis used as
underground parking lot andtechnical rooms. The basement is designed according to
the method of construction Bottom - up. The ground floor elevation is 0.00m, 1
basement floor elevation is -3.3m elevation tunnel 2 is -6.9m floor, basement floor
elevation 3 is -9.3m, foundation bottom elevation is -12.5m (for piston area elevator
pit floor -15.6 m).
+ Thesis uses Hardening Soil simulation models and compares to the results of

monitoring
+ Change the diaphragm wall stiffness assess the degree of influence of the wall
reinforcement system to horizontal displacement of diaphragm wall
+ Through the simulation using Plaxis 3D model has clearly shown the working
space, for the true value of the system stiffness walls include reinforced wall
interspersed combined with reinforced concrete diaphragm wall.
+ This thesis will help designengineers become more rationale in selecting solutions
in walls reinforced diaphragm wall systems for high-rise buildings with many
basements.
vi


DANH MỤC HÌNH
Chương 1
Hình 1.1: Đào đất lộ thiên, tường chắn đất không có hệ chống giữ ...................... 7
Hình 1.2: Phương pháp thi công Top-down ........................................................... 7
Hình 1.3: Hệ dầm cột chống văng cừ gỗ thép ........................................................ 8
Chương 2
Hình 2.1: Tính áp lực đất chủ động Rankine ......................................................... 10
Hình 2.2: Tính áp lực đất bị động Rankine ............................................................ 11
Hình 2.3: Áp lực nước tác dụng vào tường ........................................................... 11
Hình 2.4: Áp lực nền đất có nước ngầm ................................................................ 14
Hình 2.5: Áp lực nền đất không đồng nhất ............................................................ 15
Hình 2.6: Áp lực ngang của đất có phương tiện giao thông .................................. 16
Hình 2.7: Áp lực ngang từ công trình lân cận ........................................................ 17
Hình 2.8: Sức chịu tải của nền đất dưới chân tường .............................................. 19
Hình 2.9: Sơ đồ dịch chuyển của tường Conson và phân bố áp lực đất ................ 20
Hình 2.10: Sơ đồ tính toán tường tầng hầm không có neo .................................... 21
Hình 2.11: Sơ đồ phân bố áp lực đất, momen và biến dạng của tường với các độ sâu
cắm vào trong đất khác nhau. ................................................................................. 23

Hình 2.12: Sơ đồ tính toán tường có 1 hàng neo ................................................... 24
Hình 2.13: Phương pháp theo Terzaghi –Peck ...................................................... 27
Hình 2.14: Phương pháp theo Caquot và Kerisel ................................................. 28
Hình 2.15: Quan hệ ứng suất biến dạng trong mô hình đàn dẻo............................ 36
Hình 2.16: Mặt giới hạn Mohr Coulomb trong không gian ứng suất chính .......... 38
Hình 2.17: Xác định Eref từ thí nghiệm 3 trục cố kết thoát nước.......................... 40
Hình 2.18: Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết ................................................ 41
Hình 2.19: Quan hệ ứng suất biến dạng Hyperbol. ................................................ 43
Hình 2.20: Mặt chảy biến dạng trượt tiến về mặt Mohr-Coulomb. ....................... 44
Hình 2.21: Mặt mũ chi phối biến dạng thể tích khi nén đẳng hướng. ................... 45
vii


Hình 2.22: Mặt giới hạn tổng quát của mô hình Hardening-soil ........................... 46
Hình 2.23: Xác định E50ref qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước ..................... 49
Hình 2.24: Xác định Eoedref qua thí nghiệm nén cố kết (Oedometer) ................. 50
Hình 2.25: Hệ trục địa phương của phần tử tường ................................................ 54
Hình 2.26: Hệ trục địa phương của phần tử dầm ................................................... 55
Hình 2.27: Hệ trục địa phương của phần tử sàn..................................................... 56
Chương 4
Hình 4.1: Công trình Pullman SaiGon Center ....................................................... 60
Hình 4.2: Mặt bằng thi công tổng thể .................................................................... 61
Hình 4.3: Mặt bằng tường vây cọc Barrette gia cường .......................................... 67
Hình 4.4: Bước thi công từ 1-4 .............................................................................. 68
Hình 4.5: Bước thi công từ 5-6 ............................................................................. 69
Hình 4.6: Bước thi công từ 12-13 .......................................................................... 69
Hình 4.7: Mô hình bài toán trong Plaxis 3D Foundation ....................................... 70
Hình 4.8: Hình ảnh Mesh lưới 2D......................................................................... 70
Hình 4.9: Hình ảnh Mesh lưới 3D.......................................................................... 71
Hình 4.10: Mô hình hệ tường vây 3D .................................................................... 71

Hình 4.11: Đào đất ở cao độ -3.3m ........................................................................ 72
Hình 4.12: Đào đất ở cao độ-6.9m ......................................................................... 72
Hình 4.13: Đào đất ở cao độ -9.3m ....................................................................... 73
Hình 4.14: Đào đất ở cao độ hố thang máy -15.6m ............................................... 73
Hình 4.15: Chuyển vị tổng của tường vây phía tiếp giáp nhà dân (d=600mm)..... 74
Hình 4.16: Chuyển vị tổng của tường vây tiếp giáp
phía đường Trần Hưng Đạo .................................................................................. 74
Hình 4.17: Chuyển vị tổng của tường vây tiếp giáp
viii


phía đường Nguyễn Cư Trinh ................................................................................ 75
Hình 4.18: Chuyển vị tổng của tường vây d=800mm ............................................ 75
Bài toán 1:
Hình 4.19: Biểu đồ chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN01 ....................... 76
Hình 4.20: Biểu đồ chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN02 ....................... 77
Hình 4.21: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN03 ............ 78
Bài toán 2:
Hình 4.22: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN01 ............ 79
Hình 4.23: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN02 ............ 80
Hình 4.24: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN03 ............ 82
Bài toán 3:
Hình 4.25: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN01 ............ 84
Hình 4.26: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN02 ............ 85
Hình 4.27: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN03 ............ 87
Bài toán 4:
Hình 4.28: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN01 ............ 88
Hình 4.29: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN02 ............ 89
Hình 4.30: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN03 ............ 90
Bài toán 5:

Hình 4.31: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN01 ............ 92
Hình 4.32: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN02 ............ 93
Hình 4.33: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN03 ............ 94
Hình 4.34: Biểu đồ so sánh các giá trị chuyển vi ngang TH1 tại IN01 ................. 95
Hình 4.35: Biểu đồ so sánh các giá trị chuyển vi ngang TH1 tại IN02 ................. 96
ix


Hình 4.36: Biểu đồ so sánh các giá trị chuyển vi ngang TH1 tại IN03 ................. 96
Hình 4.37: Biểu đồ so sánh các giá trị chuyển vị ngang TH2 tại IN01 ................. 97
Hình 4.38: Biểu đồ so sánh các giá trị chuyển vị ngang TH2 tại IN02 ................. 97
Hình 4.39: Biểu đồ so sánh các giá trị chuyển vị ngang TH2 tại IN03 ................. 98
Hình 4.40: Biểu đồ so sánh các giá trị chuyển vị ngang TH3 tại IN01 ................. 98
Hình 4.41: Biểu đồ so sánh các giá trị chuyển vị ngang TH3 tại IN02 ................. 99
Hình 4.42: Biểu đồ so sánh các giá trị chuyển vị ngang TH3 tại IN03 ................. 99
4.5. Mô hình Morh Coulomb
Hình 4.43: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN01 ............ 108
Hình 4.44: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN02 ............ 109
Hình 4.45: Biểu đồ chuyển vị ngang mô hình HS với Quan trắc tại IN03 ............ 110

x


DANH MỤC BẢNG
Chương 1:
Bảng 1.1: Các công trình ứng dụng cọc Barrette ................................................... 6
Chương 2:
Bảng 2.1: Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Mohr –Coulumb ......................... 49
Bảng 2.2: Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Hardening-Soil ........................... 54
Bảng 2.3: Đặc trưng vật liệu của tường ................................................................. 54

Bảng 2.4: Đặc trưng vật liệu của dầm .................................................................... 55
Bảng 2.5: Đặc trưng vật liệu của sàn ..................................................................... 56
Chương 4:
Bảng 4.1: Tên và trạng thái các lớp đất ................................................................. 64
Bảng 4.2: Các chỉ tiêu cơ lý của đất....................................................................... 65
Bảng 4.3: Tường vây .............................................................................................. 66
Bảng 4.4: Thanh chống .......................................................................................... 66
Bài toán 1:
Bảng 4.5: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN01 ........... 76
Bảng 4.6: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN02 ........... 76
Bảng 4.7: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN03 ........... 77
Bài toán 2:
Bảng 4.8: Tường vây thay đổi chiều dày ............................................................... 78
Bảng 4.9: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN01 ........... 79
Bảng 4.10: Chênh lệch kết quả % chuyển vị mô hình HS khi chiều dày tường thay
đổi tại IN01 ............................................................................................................ 80
Bảng 4.11: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN02 .......... 80
Bảng 4.12: Chênh lệch kết quả % chuyển vị mô hình HS khi chiều dày tường thay
đổi tại IN02 ............................................................................................................ 81
xi


Bảng 4.13: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN03 .......... 82
Bảng 4.14: Chênh lệch kết quả % chuyển vị mô hình HS khi chiều dày tường thay
đổi tại IN03 ............................................................................................................ 82
Bài toán 3:
Bảng 4.15: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN01 .......... 84
Bảng 4.16: Chênh lệch kết quả % chuyển vị mô hình HS khi chiều dày tường thay
đổi tại IN01 ............................................................................................................ 84
Bảng 4.17: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN02 .......... 85

Bảng 4.18: Chênh lệch kết quả % chuyển vị mô hình HS khi chiều dày tường thay
đổi tại IN01 ............................................................................................................ 86
Bảng 4.19: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN03 .......... 86
Bảng 4.20: Chênh lệch kết quả % chuyển vị mô hình HS khi chiều dày tường thay
đổi tại IN03 ............................................................................................................ 87
Bài toán 4:
Bảng 4.21: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN01 .......... 88
Bảng 4.22: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN02 .......... 89
Bảng 4.23: Chênh lệch kết quả % chuyển vị mô hình HS khi chiều dày tường thay
đổi tại IN02 ............................................................................................................ 89
Bảng 4.24: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN03 .......... 90
Bảng 4.25: Chênh lệch kết quả % chuyển vị mô hình HS khi chiều dày tường thay
đổi tại IN03 ............................................................................................................ 91
Bài toán 5:
Bảng 4.26: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN01 .......... 91
Bảng 4.27: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN02 .......... 92
Bảng 4.28: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN03 .......... 93
Bảng 4.29: Nội lực Trường hợp 1 .......................................................................... 100
Bảng 4.30: Nội lực Trường hợp 2 .......................................................................... 102
xii


Bảng 4.31: Nội lực Trường hợp 3 .......................................................................... 104
4.5. Mô hình Morh Coulomb
Bảng 4.32: Bảng chỉ số SPT mô hình MC ............................................................. 107
Bảng 4.33: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN01 .......... 108
Bảng 4.34: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN02 .......... 109
Bảng 4.35: So sánh kết quả chuyển vị mô hình HS với Quan trắc tại IN03 .......... 110

xiii

MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................... iv
TÓM TẮT ..................................................................................................... v
ABSTRACT .................................................................................................. vi
MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết đề tài ................................................................................. 1
2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài ...................................................................... 1
3. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................. 2
4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 2
5. Phạm vi nghiên cứu đề tài ....................................................................... 2
6. Đóng góp mới cho đề tài ......................................................................... 2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU HỐ ĐÀO SÂU .... 3
1.1. Đặc điểm hố đào sâu ............................................................................ 3
1.1.1. Về phương diện cơ học ................................................................. 3
1.1.2. Nguyên tắc thiết kế Tường vây ...................................................... 3
1.2. Các hiện tượng địa kỹ thuật xảy ra khi thi công hố đào sâu ................ 4
1.2.1. Chuyển dịch của đất nền khi thi công HĐS .................................. 4
1.2.2. Hiện tượng nước chảy vào hố đào ................................................ 4
1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến ổn định chuyển vị ngang của tường vây trong
hố đào sâu ............................................................................................................ 5
1.3.1. Nhóm các nhân tố cố hữu ............................................................. 5
1.3.2. Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thiết kế .......................... 5
1.3.3. Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thi công ........................ 5
1.4. Giới thiệu thi công tường tầng hầm ..................................................... 6
1.5. Công nghệ thi công tầng hầm nhà nhiều tầng ..................................... 6

xiv


CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..............................................................................9
2.1. Các phương pháp xác định áp lực lên tường ....................................... 9
2.2. Các phương pháp xác định áp lực ....................................................... 9
2.2.1. Tính áp lực đất theo lý thuyết W.J.W.Rankine .............................. 9
2.2.2. Áp lực nước ngầm lên mặt tường .................................................. 11
2.2.3. Áp lực động đất ............................................................................ 12
2.2.4. Áp lực tác dụng lên tường trong một số trường hợp riêng ........... 13
2.3. Phương pháp tính toán kết cấu ổn định hố đào sâu tường vây ............ 19
2.3.1. Tính toán tường chắn dạng conson............................................... 19
2.3.2. Tính toán tường chắn có 1 tầng chống ........................................ 22
2.3.3 Tính toán tường có nhiều thanh chống ......................................... 25
2.4. Kiểm tra tính ổn định chống trồi (bùng) của hố móng......................... 26
2.5. Cơ sở lý thuyết trong Plaxis ................................................................. 28
2.5.1. Mô hình vật liệu ............................................................................ 29
2.5.2. Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis................................... 31
2.6. Giới thiệu các Mô hình ..................................................................... 35
2.6.1 Mô hình ứng xử của đất Mô hình Morh-Coulomb ..................... 35
2.6.2. Mô hình ứng xử của đất Mô hình Hardning Soil ...................... 42
2.6.3. Sử dụng các thông số tương quan từ thí nghiệm hiện trường ..... 47
2.7. Đặc trưng vật liệu kết cấu .................................................................... 53
2.7.1. Đặc trưng vật liệu tường vây ....................................................... 53
2.7.2. Đặc trưng vật liệu dầm ................................................................. 55
2.7.3. Đặc trưng vật liệu sàn ................................................................... 56
2.8. Kết luận ................................................................................................ 57
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ TRÌNH TỰ NGHIÊN CỨU ...............................58
3.1. Giới thiệu .............................................................................................. 58
3.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................... 58

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU TRƯỜNG HỢP THỰC TẾ ................................. 60
4.1. Tổng quan về công trình ....................................................................... 60
xv


4.2. Trình tự thi công và một số hình ảnh trong quá trình thi công ............ 61
4.3. Bài toán mô phỏng ............................................................................... 62
4.3.1. Cơ sở lựa chọn chiều dày tường vây ................................................. 62
4.3.2. Bài toán 1: Mô phỏng thực tế lại kết cấu tầng hầm công trình so sánh
với kết quả Quan trắc ........................................................................................... 63
4.3.3. Bài toán 2: ......................................................................................... 78
4.3.4. Bài toán 3 .......................................................................................... 83
4.3.5. Bài toán 4 .......................................................................................... 87
4.3.6. Bài toán 5 .......................................................................................... 91
4.3.7. Lập Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị của các thay đổi giá trị đầu vào
với kết quả tường từ công trình thực tế ................................................................ 94
4.4. Đánh giá được mức độ ảnh hưởng của độ cứng tường vây đến nội lực của
hệ tường vây thay đổi chiều dày, độ sâu và cường độ Bê tông ............................ 100
4.5. Mô hình Morh Coulomb ....................................................................... 106
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 111
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 112

xvi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết đề tài
Sử dụng một cách có hiệu quả không gian dưới mặt đất trong các đô thị
hiện đại. Những công trình này ngoài việc phải chịu những tác động của tải sử dụng
còn chịu những tác động của môi trường xung quanh không chỉ ở giai đoạn sử dụng

mà còn ở giai đoạn thi công. Trong không gian đô thị chật hẹp việc thi công các loại
công trình ngầm này rất phức tạp có thể gây ảnh hưởng xấu như lún, nứt hay hư
hỏng kết cấu hoặc có thể gây mất an toàn trong thi công, làm ảnh hưởng chất lượng,
tiến độ thi công công trình.
Tất cả những yếu tố này đòi hỏi người thiết kế phải phân tích kỹ các phương
án lựa chọn nhằm đảm bảo những yêu cầu như là tính kinh tế, công năng, sự ổn
định cho công trình lân cận. Trong đó việc thi công hố đào sâu là cần thiết phải có
những biện pháp hạn chế chuyển vị ngang của tường chắn và độ lún của đất nền.
Một trong những giải pháp để giải quyết vấn đề chuyển vị ngang của tường
vây là giải pháp kết hợp cọc Barrette xen kẽ trong tường vây để cùng tham gia chịu
áp lực đất và tăng độ ổn định tường. Giải pháp này vừa đáp ứng được việc bố trí
mặt bằng kiến trúc cho công trình khi đưa hệ cột ra mép ngoài, vừa có tác dụng tăng
độ cứng cho hệ tường vây, vừa mang tính kinh tế khi kết hợp cọc barrete chịu tải
trọng đứng công trình để làm việc như một tấm tường vây. Dựa trên những lý do
trên, luận văn này tập trung vào: Phân tích ảnh hưởng của độ cứng tường gia
cường đến chuyển vị và nội lực của hệ tường vây thay đổi độ cứng trong kết
cấu ổn định hố đào sâu.
2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài:
-

Phân tích kết cấu tường tầng hầm theo độ cứng và tiết diện để lựa chọn loại

kết cấu và tiết diện hợp lý, hiệu quả
-

Đề xuất phương pháp thiết kế kết cấu tường tầng hầm phù hợp với từng loại

công trình
3. Đối tượng nghiên cứu
-

Các hố đào sâu của công trình ngầm có sử dụng tường vây bê tông cốt thép

4. Phương pháp nghiên cứu
1


-

Nghiên cứu áp dụng các lí thuyết về tính toán tường tầng hầm.

-

Mô phỏng số: Sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation để tính toán chuyển

vị ngangvà nội của kết cấu tường vây trong hố đào sâu
-

Kết hợp so sánh với số liệu quan trắc thực tế qua các giai đoạn đào đất khác

nhau để đánh giá hiệu quả ổn định của giải pháp kết cấu được sử dụng trong đề tài.
5. Nội dung và phạm vi nghiên cứu đề tài
-

Xác định chiều dày, độ sâu tầng hầm cho hợp lý.

-

Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu và đánh giá tính ổn định về mặt chuyển vị

ngangvà nội lực của hệ tường chắn hố đào.
6. Đóng góp mới của đề tài
-

Mô hình đất nền theo Hardering Soil cho kết quả phù hợp với kết quả quan

trắc thực tế, khác với các nghiên cứu trước đây sử dụng mô hình Morh Coulomb.
-

Giải pháp kết cấu tường vây cọc Barrette sâu -75m (kích thước chiều dày

1.0m-1.2m x rộng 2.8m) kết hợp xen kẽ với vách tường vây bằng bản BTCT, đây là
giải pháp mới dùng thi công hố đào sâu ở Việt Nam, có những ưu điểm như sau:
+ Tăng độ cứng và giảm chuyển vị cho tường vây
+ Hệ cột có móng bằng cọc barret chịu tải trọng của công trình bên trên,
tăng không gian sử dụng.
-

Đề xuất tỉ lệ độ cứng chiều dày tường vây/chiều dày cọc Barret là 0.5-0.8 khi

thiết kế thực tế cho những công trình có địa chất tương tự.
-

Tác giả đề xuất hệ số tương quan xác định Module biến dạng Eref của mô

hình Morh Coulomb là Eref =(2400−3500)N, với N là chỉ số SPT của đất nền so với
Module biến dạng E thực nghiệm của Michel và Gardner (1975) và Schurtmann
(1970) chỉ có E=766N (kN/m2) và kết quả của tác giả phù hợp với quan trắc thực
tế.

2


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU HỐ ĐÀO SÂU
1.1.

Đặc điểm hố đào sâu

1.1.1. Về phương diện cơ học:
Thi công hố đào có thể coi là một bài toán dỡ tải đối với nền đất. Việc dỡ tải
này làm thay đổi trạng thái ứng suất biến dạng trong nền. Sự cân bằng ban đầu bị vi
phạm, trạng thái ứng suất thay đổi làm xuất hiện nguy cơ mất ổn định, trước hết là
thành hố và sau đó là đáy hố và đất xung quanh. Khi nghiên cứu sự ổn định của hố
đào và các biện pháp bảo vệ nó, Terzaghi (1943) đánh giá chiều sâu hố đào là yếu tố
quan trọng nhất và đưa ra tiêu chí:


Hồ đào nông là hố có chiều sâu nhỏ hơn chiều rộng của hố;



Hố đào sâu là hố có chiều sâu lớn hơn chiều rộng của hố.

Nhưng sau đó thì năm 1967, Teraghi và Peck, và năm 1977 Peck và các cộng sự đã
đề nghị là:


Hố đào nông là hố có chiều sâu đào nhỏ hơn 6m;



Hố đào sâu là hố có chiều sâu đào lớn hơn 6m.
Công trình hố đào sâu bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như

chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước ngầm, đào đất… trong đó, một khâu
nào đó gặp sự cố có thể sẽ dẫn đến cả công trình bị đỗ vỡ.
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, sự trượt, chuyển vị và sự phá hoại ổn định
1.1.2. Nguyên tắc thiết kế Tường vây
-

An toàn tin cậy: Thiết kế phải đáp ứng tuyệt đối về yêu cầu cường độ, tính

ổn định tổng thể của công trình, của hệ thống kết cấu. Kết cấu phải chắc chắn biến
dạng của tường không ảnh hưởng đến công trình lân cận.
-

Tính kinh tế : Khi đảm bảo điều kiện về an toàn, tin cậy của kết cấu chắn giữ

thì xác định hiệu quả kinh tế của phương án trên cơ sở tổng hợp các yếu tố về thời
gian, vật liệu, thiết bị nhân công và bảo vệ môi trường.
-

Thuận lợi thi công: Khi thiết kế tường Barrette nên có hình dáng đơn giản
3


thuận tiện cho thi công, sủ dụng công nghệ đơn giản phù hợp với máy móc thiết bị
để thi công nhanh chóng, rút ngắn thời gian thi công đảm bảo an toàn lao động.

-

Tường Barrette là một bộ phận kết cấu công trình, là tường của tầng hầm.

Trong giai đoạn thi công tầng hầm tường (Barrette) là kết cấu chắn giữ ổn định cho
hố đào, sau khi thi công xong tường Barrette là tường của tầng hầm.
-

Về mặt kết cấu: Khi xây dựng tầng hầm trong nhà cao tầng sẽ hạ thấp trọng

tâm của công trình, làm tăng độ ổn định tổng thể; tường, cột của tầng hầm sẽ làm
tăng độ ngàm của công trình vào đất, tăng khả năng chống lực ngang của gió bão,
động đất.Theo khảo sát cứ sâu một tầng hầm thì tầng hầm sẽ làm đối trọng cân đối
ổn định cho 4-5 tầng nổi.
-

Về nền móng: Nhà cao tầng có tải trọng lớn gây áp lực nên nền móng rất

cao, khi làm tâng hầm lượng đất sẽ được lấy bớt đi sẽ làm giảm tải cho móng, mặt
khác khi đặt móng dưới sâu so với mặt đất thì cường độ đất nền tăng lên. Khi tầng
hầm nằm dưới mực nước ngầm, nước ngầm đẩy nổi công trình sẽ giảm tải cho
móng, giảm độ lún cho công trình.
1.2.

Các hiện tượng địa kỹ thuật xảy ra khi thi công hố đào sâu

1.2.1. Chuyển dịch của đất nền khi thi công HĐS
Lún sụt đất nền xung quanh hố đào: Khi thi công hố đào thường xảy ra hiện
tượng lún sụt đất nền ở bề mặt xung quanh hố đào. Có một số trường hợp lún sau:
Lún sụt do đào hố móng; Lún sụt do hạ thấp mực nước ngầm; Lún sụt do chấn

động; Hiện tượng đẩy trồi hố đào
Việc đào các hố sâu trong đất làm giảm độ chặt của đất nền dưới móng các
công trình. Mặt khác, nếu đáy nằm dưới mực nước ngầm, do có hiện tượng chênh
lệch cột nước do hạ mực nước ngầm sẽ xuất hiện thêm một áp lực đẩy ở đáy hố
móng. Hiện tượng đẩy trồi làm giảm độ chặt của đất nền dưới đáy hố đào, giảm khả
năng chịu lực.
1.2.2. Hiện tượng nước chảy vào hố đào
Với đặc điểm địa hình hẹp, mực nước ngầm cao, đáy hố đào có độ sâu lớn và
thường ở tầng cát mịn nên việc thi công rất phức tạp. Hiện tượng nước chảy vào hố
4


đào xảy ra khá phổ biến đối với các công trình hố đào sử dụng kết cấu chắn giữ là
cừ thép và cọc nhồi tiết diện nhỏ.
Sự dịch chuyển xảy ra chủ yếu là vùng đất sau lưng tường, vùng đất bên cạnh
hố đào. Các yếu tố ảnh hưởng đến dịch chuyển của đất nền xung quanh hố đào sâu
phụ thuộc vào nhiều yếu tố sau:
-

Ảnh hưởng của sự thay đổi trạng thái ứng suất trong đất nền

-

Kích thước hố đào, yếu tố hình học, yếu tố không gian

-

Ứng suất trong đất theo phương ngang lớn ảnh hưởng bất lợi đến hố đào

-

Ảnh hưởng của đặc trưng đất nền

-

Hạ mực nước ngầm thường gây ra sự lún sụt

-

Hiện tượng cố kết ảnh hưởng lớn đến sự làm việc của hố đào

-

Sự bất đẳng hướng (của hệ lực tác động, đất nền, …)

1.3.

Các nhân tố ảnh hưởng đến ổn định 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:
1.3.1. Nhóm các nhân tố cố hữu
-

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…
-

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
côngtrình…
1.3.2. Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thiết kế
-

Độ cứng của hệ thống chống đỡ, chiều dày của tường vây, chiều dài của

tường vây…
-

Hình dạng của hố đào: chiều rộng, chiều sâu, dạng hình học của hố đào.

-

Sự cải thiện đất nền công trình như các biện pháp phụt vữa, trộn vữa xi măng

nhằm nâng cao khả năng chịu lực và giảm sự biến dạng của đất nền.
1.3.3. Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thi công
5


-

Các phương pháp thi công khác nhau như: Top-down, Semi Top-down,

Bottom-Up.
-

Thời gian của các giai đoạn thi công

-

Tay nghề của đội công nhân thi công công trình.
Bảng 1.1: Các công trình ứng dụng cọc Barrette
Số tầng

Kích thước cọc

/tầng hầm

(dày x dài x sâu) m

Tòa Tháp đôi Petronas Towers (Malaysia)

100

1,2m x 2,8m x 125m

Sài gòn Centre

25/3

0,8m x 2,8m x 50m

Vietcombank Hà Nội

22/2

0,8m x 2,8m x 55m

Tên công trình

Nhận xét: Ổn định các công trình ngầm, hố đào sâu tầng ngầm phụ thuộc rất
lớn vào 2 yếu tố là chất lượng thi công tường vây và bố trí hệ thanh chống tạm
trong quá trình đào nhằm đảo bảo chuyển vị hệ tường nằm trong giới hạn cho phép.
1.4.

Giới thiệu tường vây tầng hầm
Tường vây (Diaphragm wall) là một loại tường trong đất bằng bê tông cốt

thép được đúc tại chỗ, thi công bằng lưỡi khoan loại gầu ngoạm hình chữ nhật dùng
cho hố móng có độ sâu từ 10m trở lên hoặc trong điều kiện thi công tương đối khó
khăn.
Tường vây thường có tiết diện hình chữ nhật, có chiều rộng từ 0,6- 1,5m,
chiều dài từ 2,5-3,0m và chiều sâu từ 12-30m, cá biệt có những tường sâu đến
100m. Tại Việt Nam đã làm một số công trình sâu từ 18- 22m rộng 0,6-0,8m.
Đa số các công trình nhà cao tầng có tầng hầm sâu tập trung chủ yếu ở các
nước phát triển như: Mỹ, Philiphine, Australia, Đài Loan, Singapore, Thailand,…
đã phát triển rất nhiều công trình nhà cao tầng có nhiều tầng hầm.
1.5.

Công nghệ thi công tầng hầm nhà nhiều tầng.

a. Phương pháp đào hố móng lộ thiên có mái dốc

6

Hình 1.1: Đào đất lộ thiên, tường chắn đất không có hệ chống giữ
b. Phương pháp thi công từ trên xuống (Top-Down)

Hình 1.2: Phương pháp thi công Top-down
-

Ưu điểm:
o Không tốn hệ thống chống đỡ tạm để chống đỡ vách tường tầng hầm.

Trong quá trình thi công không tốn hệ thống cột chống dàn giáo cho dầm sàn vì
dầm sàn thường thi công ngay trên mặt đất.
o Sau khi thi công dầm sàn tầng trệt có thể tách hoàn toàn thi công phần
ngầm và phần thân bên trên, có thể thi công đồng thời phần ngầm và phầnthân
o Khối lượng đào đất ít, thời gian thi côngnhanh.
-

Nhược điểm:
o Kết cấu cột tầng hầm thi công phức tạp, phải chônsẵn
7


o Việc xử lý các liên kêt giữa cột với dầm sàn và liên kết giữa dầm và
tường tầng hầm phứctạp.
o Việc đổ bê tông cột và thi công cốt thép cột tầng hầm khó thi công
o Bê tông phải dùng phụ gia trương nở, dùng vữa bê tông đặc biệt
o Những vùng có mực nước ngầm cao gây khó khăn trong thi công
c. Đào hố móng lộ thiên, tường tầng hầm là tường chắn đất, dùng hệ kết cấu
thanh chống(hoặc neo bê tông) chống giữ.
-

Ưu điểm:


Không dùng ván hoặc cừ để làm hệ thống chống đỡ vách đất hố đào
mà dùng tường BTCT tầng hầm (Tường Barrette) làm tường cừ



-

Tiến độ thi công nhanh.

Nhược điểm:
-

Tốn vật liệu là xà dầm cột (có thể thu hồi vật liệu 100%).

-

Các thanh chống trong hố đào hay bị vướng gây khó khăn cho việc thi
công tầng hầm.

Hình 1.3: Hệ dầm cột chống văng cừ gỗ thép

8


CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.

Các tải trọng tác dụng lên tường vây
Các dạng tải trọng có thể tác động lên hệ tường vây gồm:

-

Do trọng lượng bản thân của hệ tường;

-

Do tác động của các ứng lực đặt trên mặt đất;

-

Do một phần công trình trên mặt đất truyền qua đất;

-

Do áp lực đất lên mặt tường;

-

Do áp lực nước dưới đất lên tường;

-

Các tải trọng do các thiết bị thi công bố trí trực tiếp trong công trình;
Theo tiêu chuẩn các tải trọng và tác động, tải trọng tác động vào kết cấu chia

làm 3 loại:
-

Tải trọng thường xuyên (cố định): là những tải trọng và tác động như trọng

lượng bản thân của đất và công trình, tác dụng khi xây dựng và khai thác.
-

Tải trọng tạm thời: là những tải trọng chi tác động một thời gian như : ô tô,

cần trục, tải trọng vật liệu…
-

Tải trọng đặc biệt: bao gồm động đất, va chạm và các tác động khác tác dụng

khi xây dựng và khai thác hoặc lở đất.
Việc tính toán phải tổ hợp bất lợi nhất của tải trọng và các lực tương ứng với
nó.
2.2.

Các phương pháp xác định áp lực

2.2.1. Tính áp lực đất theo lý thuyết W.J.W.Rankine
a. Tính toán áp lực chủ động
-

Trường hợp đất rời (φ≠ 0, c=0)

M·
§
J z tan 2 ¨ 450  ¸ J zK a
2¹

©
1
EA
J H 2 K a (kN / m)
2

pa

-

Trường hợp đất dính (φ ≠ 0; c≠ 0)

pa

M·
M·
§
§
J z tan 2 ¨ 450  ¸  2c tan ¨ 450  ¸ J zK a  2cK a

2
©

¹

9

©

¹