Ảnh hưởng của thi công hố đào sâu tới sụt lún của công trình lân cận

ẢNH HƯỞNG CỦA THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU TỚI
SỤT LÖN CỦA CÔNG TRÌNH LÂN CẬN
ĐỖ TUẤN NGHĨA*, NGUYỄN VĂN HÙNG**,
TRỊNH XUÂN HƢNG***, TỐNG HUY MẠNH****

The influences of deep excavation construction in adjacent structures
Abstract: The paper deal with the influences of deep excavation
construction in adjacent structures. Soils behave is stumulated by MohrCoulonb and Hardening models. The prediction results from calculation are
correspondent to the mesured. In the study, for soil setlment Hardening
model is more exactly than Mohr-Coulonb and the structures with piles
foundation are influenced a little.

1. GIỚI THIỆU CHUNG *
Do nhu cầu sử dụng không gian ngầm ngày
càng lớn, các hố đào trong quá trình thi công
công trình ngày càng sâu và rộng hơn. Tuy
nhiên, việc thi công hố đào sâu gây ra rất nhiều
vấn đề đặc biệt là sụt lún mặt đất trong quá trình
đào có thể gây nghiêng, thậm chí sụp đổ công
trình lân cận. Về cơ bản, có 2 kiểu sụt lún là
kiểu dốc và kiểu lòng chảo. Sụt lún kiểu dốc
xuất hiện với độ sụt lớn nhất nằm ngay cạnh
khu vực đào trong khi sụt lún kiểu lòng chảo sẽ
tạo ra máng lún bên cạnh khu vực đào. Bởi vậy,

*

Khoa Công trình-Đ i h c Thủy lợi
175 Tây Sơn-Đ ng Đa-Hà Nội
Email:

**

55C-ĐKT-Đ i h c Thủy lợi
175 Tây Sơn-Đ ng Đa-Hà Nội
Email:

***

55C-ĐKT-Đ i h c Thủy lợi
175 Tây Sơn-Đ ng Đa-Hà Nội
Email:

****

56CX-ĐKT-Đ i h c Thủy lợi
175 Tây Sơn-Đ ng Đa-Hà Nội
Email:

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018

mỗi kiểu sụt lún sẽ có các ảnh hƣởng khác nhau
tới công trình lân cận.
Sụt lún do đào sâu đã đƣợc nghiên cứu bởi
khá nhiều nhà nghiên cứu (nhƣ Hashash và
Whittle, 1994). Tuy nhiên, do một thực tế là kết
quả phân tích chịu ảnh hƣởng bởi rất nhiều yếu
tố, bao gồm mô hình đất, chất lƣợng thi công,
loại móng của công trình lân cận, v.v., sụt lún
do đào sâu rất khó có thể dự đoán chính xác.
Bởi vậy, ảnh hƣởng của việc thi công hố đào

sâu tới công trình lân cận vẫn cần đƣợc phân
tích thêm. Trong nghiên cứu này, sụt lún của
công trình lân cận gây bởi việc thi công hố đào
sâu sẽ đƣợc khảo sát, trong đó có xét tới vị trí và
loại móng của công trình.
2. ẢNH HƢỞNG CỦA MÔ HÌNH ĐẤT
LÊN PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG
GÂY BỞI ĐÀO SÂU
2.1. Hố đào TNEC
Hố đào TNEC là hố đào sâu 19.7 m và rộng
43 m, đƣợc thi công theo phƣơng pháp topdown. Nhƣ trình bày trong Hình 1, hệ thống
chắn giữ hố đào gồm tƣờng chắn bê tông cốt
thép dày 0.9 m và dài 35 m và 7 tầng chống
19


gồm sàn và thanh chống thép. Địa chất trong
phạm vi công trình chứa phần lớn là đất sét yếu
với NSPT từ 2 tới 5.
Mô hình phần tử hữu hạn (PTHH)
Trong phân tích, sét yếu bão hòa nƣớc đƣợc
mô tả theo cả 2 mô hình Mohr-Coulomb và
Hardening Soil để so sánh. Với mô hình MohrCoulomb, sét bão hòa nƣớc đƣợc giả sử là vật
liệu không thoát nƣớc và không lỗ rỗng
(undrained non-porous). Để mô phỏng vật liệu
này, 5 thông số đầu vào sẽ đƣợc sử dụng bao
gồm mô đun Young (Eu), hệ số Poison (nu =
0.495), góc ma sát (fu = 00), lực dính đơn vị (cu
= su), và góc nở của đất (yu = 00).
GL.+0.0

GL.-2.0
GL.-5.6
GL.-8.0

CL  =30º
 =33%-38%
LL=33-36
PI=13-16
SM N=4-11
  =31º

1FL GL.+0.0
H300x300x10x15 GL.-2.3
GL.-2.8
B1F GL.-3.5 GL.-4.9
B2F GL.-7.1 GL.-8.6
B3F GL.-10.3

B4F GL.-13.7
CL
 =32%-40%
LL=29-39
PI=9-23
 =29º

GL.-33.0
GL.-35.0
GL.-37.5

GL.-15.2

SM
N=14-37
 =32º
GL.-46.0
Gravel
GP N>100

Hình 1. Mặt cắt h đào TNEC

20

Giai đoạn 1
Giai đoạn 2
Giai đoạn 3

Giai đoạn 5
GL.-17.3 Giai đoạn 6
B5F GL.-17.1
GL.-19.7
Giai đoạn 7

SM N=22-24  =31º
GL.-35.0
CL N=9-11
 =29º

Thông
số

Đơn vị

Mô
hình
MC

Eref

kN/m2

450su

E50ref

kN/m2

Eurref/3

Eoedref

kN/m2

Eurref/3

Eurref

kN/m2

pref

kN/m2

n

Mô hình HS

100
0.495

nur

GL.-11.8 Giai đoạn 4

H400x400x13x21 GL.-16.5

Bảng 1. Thông số đầu vào
của lớp đất sét chính

0.2

c

kN/m2

su

f

độ

0

y
độ
0
0
Chú thích: Kur là mô đun khối gia/dỡ tải
đƣợc tính toán từ kết quả thí nghiệm
Bảng 2. Thông số đầu vào của kết cấu
chắn giữ chính
Thông
số

Đơn vị

Sàn

Tƣờng

EA

kN/m2

2.5x106

1.5x107

EI

kNm2

106

w

kN/m2

6.8

n

0.15

Với sét yếu, giá trị Eu đƣợc lấy bằng 450su
(Do et al., 2016) với su đƣợc xác định từ thí
nghiệm. Với mô hình Hardening Soil, vật liệu
không thoát nƣớc đƣợc sử dụng để mô phỏng
sét yếu ngập nƣớc. Mô hình này sử dụng các
thông số sau: E50ref = Eoedref = 1/3 Eurref (pref =
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018


Với

21.5 m

78.5 m

19.7 m
45 m

25.3 m

100 m
Hình 2. Mô hình h đào TNEC
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018

0
4

1

Chiều sâu (m)

8

2

12

2
4

5

Bƣớc đào
Mô hình MC
Quan trắc

5

6

24

6

6 7

4

20

0

2
3
4

3

16

Khoảng cách tới tƣờng (m)
16 24 32 40 48 56 64 72 80

8

Lún (cm)

Chuyển vị tƣờng (cm)

14 12 10 8 6 4 2 0 0

8
10

7

28

32
36

0

1

4

2

8

4
20
24

0

2
3

4

2

3

12
16

Khoảng cách tới tƣờng (m)
16 24 32 40 48 56 64 72 80

8

5
6
7

4

5
6 7

6

Bƣớc đào
Mô hình HS
Quan trắc

Lún (cm)

Chuyển vị tƣờng (cm)
14 12 10 8 6 4 2 0 0

Chiều sâu (m)

100 kN/m2), nur = 0.2, f' = 290, c‟ = 0 kPa. Do
tính chất đối xứng, chỉ một nửa hố đào TNEC
đƣợc mô hình nhƣ thể hiện trong Hình 2. Mô
hình PTHH có bề rộng 100 m và dày 45 m. Các
phần tử tấm và neo 1 đầu cố định lần lƣợt đƣợc
sử dụng để mô phỏng ứng xử của tƣờng và
sàn/thanh chống.
2.2. Kết quả và thảo luận
Hình 3 là kết quả chuyển vị tƣờng và sụt lún
mặt đất. Với mục đích so sánh, dữ liệu quan trắc
chuyển vị và lún cũng đƣợc thể hiện trong hình.
Dựa vào hình vẽ, ta nhận thấy rằng cả mô hình
Mohr-Coulomb và
Hardening Soil đều dự đoán tƣơng đối chính
xác chuyển vị tƣờng khi so với dữ liệu quan
trắc. Với sụt lún mặt đất, mô hình HardeningSoil có thể dự đoán tốt hơn cƣờng độ của sụt lún
so với mô hình Mohr-Coulomb. Lý do là vì mô
hình Hardening-Soil có nhiều cải tiến hơn so
với mô hình Mohr-Coulomb, chẳng hạn mô đun
đàn hồi là hàm phụ thuộc vào áp lực buồng
(s3‟), v.v. Tuy nhiên, cả 2 mô hình đều dự đoán
đúng kiểu sụt lún là kiểu lòng chảo với sụt lún
lớn nhất nằm cách tƣờng khoảng 15 m. Theo
nghiên cứu của Ou, C. Y. (2006), vị trí sụt lún

lớn nhất có thể đƣợc xác định bằng 1/3 phạm vi
vùng sụt lún chính (PIZ) nhƣ sau:

8
10

28
32
36

Hình 3. Chuyển vị t

ng và sụt lún mặt đất

Trong đó, He là chiều sâu đào cuối cùng (m);
Hg là chiều sâu tầng đất cứng; H f là chiều sâu
lớp sét yếu; và B là chiều rộng hố đào.
Với trƣờng hợp hố đào TNEC, ta có: He =
19.7 m; Hg = 46 m; Hf = 33 m; B = 41 m. Do
đó, PIZ 1 = 39.4 m và PIZ2 = 41 m. Phạm vi
vùng sụt lún chính PIZ = 41 m. Kết quả là vị trí
sụt lún lớn nhất nằm cách tƣờng 13.7 m. Ta có
thể thấy kết quả này khá sát với kết quả phân
tích trong hình 3.
3. NGHIÊN CỨU THAM SỐ
3.1. Các trƣờng hợp giả sử
Hố đào TNEC đƣợc lựa chọn để tiến hành
nghiên cứu tham số nhƣ thể hiện trong Hình
4. Công trình lân cận là các tòa nhà 1 tầng, 7
tầng, và 20 tầng nằm cách hố đào 1 m (Hình

4a). Giả sử rằng tòa nhà 1 tầng đƣợc đặt trên
21


3.2. Kết quả và thảo luận
Hình 5 trình bày sụt lún mặt đất tại các công
trình lân cận khác nhau nằm cách hố đào sâu 1
m. Dựa vào kết quả trên hình vẽ, ta có thể thấy
độ lún lớn nhất của công trình 1 tầng là 7 cm và
nhỏ hơn công trình 7 tầng (16 cm). Tuy nhiên,
công trình 20 tầng có độ lún lớn nhất 4 cm và

1 tầng

8

Khoảng cách tới tƣờng (m)
24 32 40 48 56 64

16

72

80

0
2

Lún (cm)

2
3

4

4
5

6

1m
7 tầng

8

0

Lún (cm)

Bƣớc đào

(a)

Khoảng cách tới tƣờng (m)
24 32 40 48 56 64

16

72

80

1
2 3
4 5
6 7

4
8

12

16

6
7

8

Bƣớc đào

1m

(b)

20
20 tầng

8

16

Khoảng cách tới tƣờng (m)
24 32 40 48 56 64

72

80

0
1

Lún (cm)

móng nông có bề rộng 5 m. Tòa nhà 7 tầng
đƣợc đặt trên móng cọc ép 30x30 cm dài 15
m với bề rộng móng 10 m. Tòa nhà 20 tầng
đƣợc đặt trên móng cọc khoan nhồi đƣờng
kính 1 m dài 40.5 m với bề rộng móng 35 m.
Để nghiên cứu ảnh hƣởng của việc đào sâu
lên vị trí của công trình lân cận, tòa nhà 7
tầng sẽ đƣợc mô phỏng nằm cách hố đào lần
lƣợt 1 m, 5 m, và 7 m (Hình 4b). Do mô hình
Hardening Soil có thể dự đoán chính xác sụt
lún mặt đất xung quanh hố đào nên mô hình
này sẽ đƣợc sử dụng trong nghiên cứu tham
số. Cọc trong móng đƣợc mô phỏng dùng
phần tử plate của phần mềm, trong đó độ
cứng chống uốn của cọc đƣợc khai báo rất
nhỏ để khử hiện tƣợng ngăn chuyển vị của

đất bởi cọc trong mô hình phẳng.

1

2
3

2
4
3
4

1m

Bƣớc đào

6

5
7

(c)

Hình 5. Sụt lún mặt đất với các công trình
lân cận khác nhau
Nhà 1 tầng

cũng nhỏ hơn công trình 7 tầng.

1 tầng

7 tầng

20 tầng

5m

10m

35m

1m

1m

(a)
Nhà 7 tầng

1m

(a)
7 tầng

7 tầng

7 tầng

10m

10m

10m

1m

5m

22

Nhà 20 tầng

7m

(c)

(b)
Hình 4. Các tr

(b)

ng hợp giả sử

Hình 6. Phổ chuyển vị của đất t i giai đo n đào
cu i cùng với các công trình lân cận khác nhau
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018


Hình 6 trình bày phổ chuyển vị của đất tại
giai đoạn đào cuối cùng. Dựa trên hình vẽ, ta có
thể thấy móng của nhà 1 tầng hoàn toàn không

có tác dụng ngăn cản sụt lún mặt đất do dòng
dịch chuyển của đất xung quanh hƣớng vào hố
đào. Với nhà 7 tầng, móng cọc cắm sâu vào đất
và đã ngăn bớt chuyển vị lún. Tuy nhiên, do
móng nằm sát trong chảo lún nên gây ra chuyển
vị lún lớn hơn nhà 1 tầng. Cần chú ý rằng cọc
trong mô hình đã bị loại bỏ khả năng chống uốn
để không ngăn cản chuyển vị của đất qua cọc.
Trái lại, mặc dù nhà 20 tầng nằm hoàn toàn
trong chảo lún, do mũi cọc cắm sâu vào lớp đất
cứng (lớp đất này không bị dịch chuyển nhiều
do đào sâu) nên công trình chịu tác động nhỏ
bởi sụt lún mặt đất. Do đó, bên cạnh yếu tố vị trí
của công trình so với chảo lún, loại móng cũng
đóng vai trò trong việc giảm lún của công trình
lân cận gây bởi quá trình đào sâu.

Lún (cm)

0
0
4
8
12
16

7 tầng
A
B
10 m

1m
0

4

16

20

Nhà 7 tầng

Chiều sâu đào (m)
8
12

B

(b)
16

20

Nhà 7 tầng

(b)

8
12
16

0
4
8
12
16
20

(a)

A

0
4
7 tầng
A
B
10 m
5m

20

Lún (cm)

Chiều sâu đào (m)
8
12

Nhà 7 tầng

(a)

20

Lún (cm)

4

Hình 7 là sụt lún mặt đất khi công trình nhà 7
tầng đƣợc đặt cách hố đào lần lƣợt là 1 m, 5 m,
và 7 m (trong phạm vi máng lún). Lún tại 2
điểm mép móng nhà (A và B) đƣợc vẽ theo
chiều sâu đào trong hình. Dựa vào hình vẽ, ta
thấy chênh lún giữa 2 điểm A và B tăng dần
theo chiều sâu đào. Khi công trình nằm cách xa
dần hố móng, chênh lún lớn nhất giữa 2 điểm
giảm từ 6 cm xuống 2 cm.
Phổ chuyển vị của đất tại giai đoạn đào cuối
cùng khi công trình lân cận nằm tại các vị trí
khác nhau đƣợc thể hiện trong Hình 8.

0

4

Chiều sâu đào (m)
8
12

A
B

(c)

16

20

(c)
7 tầng
A
B
10 m
7m

A
B

Hình 7. Sụt lún mặt đất khi công trình lân cận
nằm t i các vị trí khác nhau
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018

Hình 8. Phổ chuyển vị của đất t i giai đo n đào
cu i cùng khi công trình lân cận nằm t i các
vị trí khác nhau
Căn cứ vào kết quả trên hình ta có thể thấy,
khi công trình 7 tầng nằm cách hố đào 1 m,
điểm B (bên phải móng) nằm trong lòng máng
lún còn điểm A thì không do đó chênh lún giữa
2 điểm là lớn nhất. Khi công trình nằm ra cách
xa hố đào, cả 2 điểm A và B đều nằm trong

23


máng lún do đó chênh lún giữa 2 điểm giảm
dần. Cụ thể, khi công trình nằm xa nhất (cách
hố móng 7 m), sụt lún tại vị trí công trình giảm
dần do đó chênh lún giữa 2 điểm cũng giảm.
4. KẾT LUẬN
Dựa vào các kết quả trên, một số kết luận có
thể đƣợc rút ra nhƣ sau:
Mô hình đất Hardening-Soil có thể cho kết
quả dự đoán sụt lún mặt đất tốt hơn mô hình
Mohr-Coulomb. Lý do là vì mô hình đầu có
nhiều cải tiến hơn so với mô hình sau nhƣ sự
thay đổi độ cứng của đất theo ứng suất buồng
(s3‟), v.v.
Quá trình đào sâu có ảnh hƣởng rõ rệt lên lún
của công trình lân cận khi công trình nằm trên
móng nông và ảnh hƣởng không lớn với công
trình nằm trên móng cọc đặt vào lớp đất cứng
do lớp đất cứng ít biến dạng. Với công trình
nằm trên móng cọc đặt vào lớp đất trung bình,
độ lún phụ thuộc vào vị trí của công trình trong
máng lún gây bởi đào sâu.

Ng

24

Chênh lún của công trình lân cận sẽ giảm

khi công trình nằm ra xa hố đào (nhƣng vẫn
trong phạm vi máng lún) do độ lún tuyệt đối
của các điểm trong móng công trình trở nên
xấp xỉ nhau.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Do T.N., Ou C.Y., and Chen R.P.
(2016). A study of failure mechanism of deep
excavations in soft clay using the finite element
method. Comp. Geotech., 73:153-163.
2. Hashash Y.M.A. and Whittle A. J.
(1994). Ground movement prediction for deep
excavations in soft clay. J. Geotech. Engg.,
122(6):474-486.
3. Ou C.Y., Liao J.T., and Lin H.D. (1996).
Performance of diaphragm wall constructed
using top-down method. J. Geotech. Geoenv.
Engg., 124(9):798-808.

i phản biện: TS. NGUYỄN CHÂU LÂN
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018