Phân tích ổn định tường vây hố đào chu vi tròn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN ANH TÚ

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO CHU VI TRỊN

CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM
MÃ SỐ NGÀNH : 60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH THÁNG 12/2014


-1-

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. TÔ VĂN LẬN

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. VÕ NGỌC HÀ
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC
SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM, ngày 15 tháng 01 năm 2015.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. CHÂU NGỌC ẨN
2. PGS.TS. TÔ VĂN LẬN
3. TS. VÕ NGỌC HÀ

4. TS. PHẠM TRƯỜNG HỘI
5. TS. NGUYỄN CẢNH TUẤN
Xác nhận của chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn và trưởng khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được chỉnh sửa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS. CHÂU NGỌC ẨN

TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS. NGUYỄN MINH TÂM


-2ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
-----------------Tp.HCM, ngày 07 tháng 12 năm 2014

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: TRẦN ANH TÚ
Ngày, tháng, năm sinh: 03-12-1985.
Địa chỉ mail:
Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM

Phái: Nam
Nơi sinh: QUẢNG NGÃI
Điện thoại: 0983036842

MSHV: 13090109

I- TÊN ĐỀ TÀI:
PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO CHU VI TRÒN
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1- NHIỆM VỤ:
- Nghiên cứu ứng xử của tường vây hình trụ trịn trong ổn định hố đào sâu
- Mơ phỏng tính tốn bằng phần mềm Plaxis
- Tính tốn theo phương pháp giải tích
- So sánh kết quả tính theo Plaxis 2D, 3D và phương pháp giải tích
2- NỘI DUNG:
- Chương 1: Tổng quan về tường vây hình trụ trịn
- Chương 2: Cơ sở tính tốn
- Chương 3: Phân tích ổn định tường vây của cơng trình VNPT Hà Nội bằng
phần mềm Plaxis
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/07/2014
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/12/2014
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS. NGUYỄN MINH TÂM


-3-

LỜI CẢM ƠN
Điều đầu tiên tơi muốn bày tỏ tình cảm sâu sắc, lòng biết ơn chân thành đến cán
bộ hướng dẫn TS. LÊ TRỌNG NGHĨA. Tất cả những sự trợ giúp về phương pháp
luận, những đề xuất hướng nghiên cứu cũng như các giải pháp mà thầy đưa ra hết sức
có giá trị và quan trọng đối với sự thành công của đề tài nghiên cứu này.
Tôi chân thành cảm ơn các Giảng viên bộ môn Địa Cơ Nền móng - Khoa Kỹ
Thuật Xây dựng – Trường ĐH Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, đã tận tình giảng dạy,
hướng dẫn trong suốt q trình tơi học tập, nghiên cứu tại bộ môn.
Tôi cũng gửi lời cảm ơn đến công ty Lam Giang, các đồng nghiệp tại Phòng Kỹ
thuật nơi tôi đang công tác, đã tạo điều kiện thuận lợi cho tơi trong q trình nghiên
cứu khoa học.
Tiếp theo, tơi muốn bày tỏ sự biết ơn đến Hội đồng chấm phản biện luận văn, Hội
đồng đánh giá luận văn đã làm việc hết lòng, xem xét đánh giá đề tài và chỉ ra các
thiếu sót trong đề tài nghiên cứu này.

HỌC VIÊN

TRẦN ANH TÚ


-4-

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Luận văn hướng đến thiết kế tường vây hình trụ trịn và phân tích ứng xử của đất
xung quanh tường. Q trình phân tích dựa trên cơ sở lý thuyết giải tích và mơ hình

tính toán Plaxis 3D. Hố đào sâu sử dụng tường vây hình trụ trịn tại cơng trình VNPT
Hà Nội sẽ được sử dụng để làm ví dụ cho bài tốn thiết kế.
Tường vây hình trụ trịn được thi cơng bởi nhiều tấm panel hình chữ nhật liên kết
với nhau bởi các gioăng cản nước liên tục để tạo thành một hình dạng trịn hồn chỉnh.
Tường vây hình trụ trịn chuyển áp lực nén của đất và nước xung quanh tường thành
lực nén dọc trục theo chu vi tường, được gọi là hiệu ứng vịm, vì vậy tường khơng cần
hệ chống vẫn đứng ổn định được, giảm được chi phí cho hệ chống. Các dầm vòng
được gia cường bên trong theo chu vi tường để tăng cường độ cứng cho tường và liên
kết các tấm panel tường làm việc chung với nhau. Các dầm vịng đóng vai trị như hệ
chống. Việc đào tầng hầm có thể hồn thành trong thời gian ngắn theo biện pháp thi
công Bottom-Up mà không gặp bất cứ trở ngại nào. Mặt khác nhờ hiệu ứng vòm lên
kết cấu hình trụ trịn làm giảm chiều sâu chơn tường. Do đó, tường vây hình trụ trịn
thường được sử dụng như là một phương án thay thế cho tường vây truyền thống trong
các cơng trình đào sâu trong đất.


-5-

ABSTRACT
This thesis aims to design circular cylindrical diaphragm and analyze the behavior
of the soil around the walls. The process of analysis is based on theoretical analysis
and computational models Plaxis 3D. Deep excavations using circular cylindrical
diaphragm wall construction in VNPT Hanoi will be used as examples for the design
problem.
Circular cylindrical diaphragm is constructed by multiple rectangular panels linked
together by the continuous seal prevents water to form a complete circle shape.
Diaphragm pressure switch circular cylinder compression of soil and water around the
walls of the axial compressive force along the perimeter of the wall, known as the
surround effect, so do not need us against the wall remained stable, reduce costs
protection system. The ring beam is reinforced inside the perimeter wall to strengthen

the wall stiffness and associated wall panels work together. The ring beam acts as antisystem. The basement excavation can be completed in a short time under construction
methods Bottom-Up without any obstacles. On the other hand thanks to the surround
effects circular cylindrical structures reduce the depth of wall plugs. Therefore,
circular cylindrical diaphragm is often used as an alternative to traditional diaphragm
in the excavations in the land.


-6-

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1 
1.Đặt vấn đề….. ................................................................................................................. 1 
2.Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................................... 1 
3.Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................ 1 
4.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................................ 1 
4.1 Ý nghĩa khoa học ..................................................................................................... 1 
4.2 Ý nghĩa thực tiễn ...................................................................................................... 1 
5.Giới hạn và phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... 2 
PHẦN NỘI DUNG ........................................................................................................... 3 
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU TƯỜNG VÂY CHU VI TRỊN ......... 3 

1.1  Giới thiệu.................................................................................................................... 3 
1.2  Nghiên cứu nhóm tác giả Jian Jia, XiaoLin Xie, JieQun Zhai, Yu Zhang .......... 3 
1.2.1  Giới thiệu cơng trình .......................................................................................... 3 
1.2.2  Tính tốn thiết kế tường vây hình trụ trịn ......................................................... 4 
1.2.3  Kết quả tính tốn nhóm tác giả Jian Jia, XiaoLin Xie, JieQun Zhai, Yu
Zhang .................................................................................................................. 7 
1.2.4  Kết luận .............................................................................................................. 8 

1.3  Tình hình ở Việt Nam ............................................................................................... 8 
CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................... 10 

2.1  Tính tốn tường vây theo phương pháp giải tích ................................................ 10 
2.1.1  Tính tường vây panel theo nhóm tác giả Jian Jia, XiaoLin Xie, JieQun Zhai,
Yu Zhang .......................................................................................................... 10 
2.1.2  Tính tốn tường panel theo Malcolm Puller..................................................... 12 
2.1.3  Tính tốn dầm vịng theo Timoshenke và Goodier .......................................... 16 
2.2  Tính tốn tường vây theo phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis) .................... 17 


-72.2.1  Các thơng số cơ bản trong mơ hình Plaxis ...................................................... 17 
2.2.1.1 Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous” .......................... 17 
2.2.1.2 Dung trọng khơng bão hồ và dung trọng bão hồ ...................................... 18 
2.2.1.3 Hệ số thấm ..................................................................................................... 18 
2.2.1.4 Thông số độ cứng của đất nền....................................................................... 19 
2.2.1.5 Thông số sức kháng cắt của đất nền ............................................................. 20 
2.2.2  Các mơ hình đất nền trong Plaxis .................................................................... 21 
2.2.2.1 Mơ hình Morh-Coulomb................................................................................ 21 
2.2.2.2 Mơ hình Hardening Soil ................................................................................ 25 
2.2.3  Các phương pháp phân tích khơng thốt nước, thốt nước và phân tích kép
(Khơng thốt nước kết hợp với cố kết) và ứng dụng các phương pháp này
trong việc phân tích bằng Plaxis ...................................................................... 30 
2.2.3.1 Phân tích khơng thốt nước .......................................................................... 30 
2.2.3.2 Phân tích thốt nước ..................................................................................... 32 
2.2.3.3Phân tích kép (Couple Analysis) .................................................................... 32 
2.2.4  Tổng kết ............................................................................................................ 33 
CHƯƠNG 3

PHÂN TÍCH TƯỜNG VÂY CHU VI TRỊN CƠNG TRÌNH
VNPT HÀ NỘI ..................................................................................... 34 

3.1 Giới thiệu cơng trình VNPT Hà Nội....................................................................... 34 
3.2 Địa chất cơng trình .................................................................................................. 36 
3.3 Thơng số đầu vào mơ hình ...................................................................................... 37 
3.4 Phân tích Plaxis 2D .................................................................................................. 38 
3.4.1  Chuyển vị tường chắn đất qua các giai đoạn đào đất...................................... 42 
3.4.2  Lực nén dọc trục theo chu vi trong tường ........................................................ 44 
3.4.3  Moment uốn trong tường .................................................................................. 46 
3.4.4  Lực cắt trong tường .......................................................................................... 48 
3.5 Phân tích Plaxis 3D .................................................................................................. 50 


-83.5.1  Chuyển vị tường chắn đất qua các giai đoạn đào đất theo phương pháp trụ
tròn đều ............................................................................................................. 51 
3.5.2  Lực nén dọc trục theo chu vi trong tường theo phương pháp trụ tròn đều...... 53 
3.5.3  Moment uốn M11trong tường theo phương pháp trụ tròn đều ......................... 56 
3.5.4  Moment uốn M22trong tường theo phương pháp trụ tròn đều ......................... 58 
3.5.5  Chuyển vị tường chắn đất qua các giai đoạn đào đất theo phương đa giác
trụ ..................................................................................................................... 60 
3.5.6  Lực nén dọc trục theo chu vi trong tường theo phương pháp đa giác trụ ....... 62 
3.5.7  Moment uốn M11trong tường theo phương pháp đa giác trụ ........................... 64 
3.5.8  Moment uốn M22 trong tường theo phương pháp đa giác trụ .......................... 66 
3.6 Tính tốn lực dọc trong tường theo Malcolm Puller ............................................ 68 
3.7 So sánh chuyển vị và nội lực tường theo các phương pháp phân tích ................ 72 
3.7.1  So sánh chuyển vị theo ba phương pháp phân tích .......................................... 72 
3.7.2  So sánh lực nén dọc trục theo chu vi trong tường theo bốn phương pháp
phân tích ........................................................................................................... 74 

3.7.3  So sánh moment uốn M22 trong tường theo ba phương pháp phân tích .......... 76 
3.7.4  Moment uốn M11 trong tường ........................................................................... 78 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 80 
1.   Kết luận…….. ........................................................................................................... 80 
2.  Kiến nghị…… ............................................................................................................ 80 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 81 


-9-

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1. 1 Cơng trình Shanghai Tower.............................................................................4 
Hình 1. 2 Hệ lị xo gắn lên tường ...................................................................................5 
Hình 1. 3 Mặt cắt tường hố đào ......................................................................................6 
Hình 1. 4 Thi cơng móng ................................................................................................6 
Hình 1. 5 Kết quả tính tốn moment trong tường ..........................................................7 
Hình 1. 6 Tường vây cơng trình VNPT Hà Nội .............................................................9 

Hình 2. 1 Dầm trên nền đàn hồi ...................................................................................10 
Hình 2. 2 Nội lực trong tấm..........................................................................................10 
Hình 2. 3 Tấm trên nền đàn hồi ....................................................................................11 
Hình 2. 4 Ý tưởng cơ bản của mơ hình đàn dẻo lý tưởng ............................................22 
Hình 2. 5 Xác định Eref từ thí nghiệm 3 trục cố kết thốt nước....................................23 
Hình 2. 6 Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết .......................................................24 
Hình 2. 7 Mối quan hệ Hyperpolic giữa ứng suất lệch và biến dạng dọc trục trong thí
nghiệm 3 trục thốt nước ...............................................................................................26 
Hình 2. 8 Vùng đàn hồi của mơ hình Hardening soil trong khơng gian ứng suất chính
.......................................................................................................................................27 
Hình 2. 9 Xác định E50ref từ thí nghiệm 3 trục thốt nước.............................................28 
ref

Hình 2. 10 Xác định Eoed
từ thí nghiệm nén cố kết .....................................................29 

Hình 2. 11 Xác định hệ số mũ (m) từ thí nghiệm 3 trục thốt nước ...........................30 

Hình 3. 1 Cơng trình VNPT Hà Nội .............................................................................35 
Hình 3. 2 Mặt bằng vách hầm .......................................................................................35 
Hình 3. 3 Chỉ số SPT, độ ẩm, dung trọng, chỉ số dẻo phân bố theo độ sâu .................36 
Hình 3. 4 Mặt cắt tầng hầm .........................................................................................38 


-10Hình 3. 5 Mặt bằng panel tường ..................................................................................39 
Hình 3. 6 Mơ hình đối xứng trục trong Plaxis 2D .......................................................39 
Hình 3. 7 Biến dạng hố đào khi đào đất cao trình -3m................................................40 
Hình 3. 8 Biến dạng hố đào khi đào đất cao trình -7m................................................40 
Hình 3. 9 Biến dạng hố đào khi đào đất cao trình -10.7m...........................................41 
Hình 3. 10 Biến dạng hố đào khi đào đất cao trình -12.4m.........................................41 
Hình 3. 11 Chuyển vị tường chắn đất qua các giai đoạn đào đất ................................43 
Hình 3. 12 Các trường hợp nội lực trong kết cấu tấm .................................................44 
Hình 3. 13 Lực nén dọc trục theo chu vi trong tường .................................................45 
Hình 3. 14 Moment uốn trong tường ...........................................................................47 
Hình 3. 15 Lực cắt trong tường ...................................................................................49 
Hình 3. 16 Mơ hình Plaxis 3D đa giác trụ Hình 3. 17 Mơ hình Plaxis 3D trụ trịn đều
.......................................................................................................................................50 
Hình 3. 18 Chia lưới liên kết

Hình 3. 19 Kết cấu tường ..............50 

Hình 3. 20 Chuyển vị tường chắn đất theo phương pháp trụ trịn đều ........................52 
Hình 3. 21 Lực nén dọc trục theo chu vi trong tường theo phương pháp trụ tròn đều 55 

Hình 3. 22 Moment uốn M11 trong tường theo phương pháp trụ trịn đều ..................57 
Hình 3. 23 Moment uốn M22 trong tường theo phương pháp trụ trịn đều ...................59 
Hình 3. 24 Chuyển vị tường chắn đất theo phương pháp đa giác trụ ..........................61 
Hình 3. 25 Lực nén dọc trục theo chu vi trong tường theo phương pháp đa giác trụ ..63 
Hình 3. 26 Moment uốn M11 trong tường theo phương pháp đa giác trụ ....................65 
Hình 3. 27 Moment uốn M22 trong tường theo phương pháp đa giác trụ .....................67 
Hình 3. 28 Chuyển vị tường .........................................................................................73 
Hình 3. 29 Lực nén dọc trục theo chu vi tường ...........................................................75 
Hình 3. 30 Moment uốn M22 .......................................................................................77 
Hình 3. 31 Moment uốn M11 .......................................................................................79 


-11-

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2. 1

Tải trọng an toàn tác dụng lên dầm vịng ...................................................16 

Bảng 3. 1 Thơng số của đất nền cho mơ hình Hardening Soil…………………........37 
Bảng 3. 2 Thơng số tường vây ......................................................................................37 


-1-

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Nhằm tận dụng tối đa không gian đơ thị các cơng trình khơng chỉ ngày càng cao hơn
mà còn sâu hơn với nhiều tầng hầm. Đặc điểm chung của các cơng trình này thường có
mặt bằng thi cơng chật hẹp, liền kề các cơng trình hiện hữu khác, tải trọng cơng trình

lớn cùng với các u cầu khắc khe về mặt kỹ thuật, và mức độ an tồn cho chính bản
thân cơng trình cũng như các cơng trình lân cận liền kề. Do đó, hệ thống tường vây
tầng hầm cần phải được thiết kế với bề dày lớn và cắm sâu vào đất. Tường vây truyền
thống kết hợp hệ giằng chống, sàn tầng hầm, neo trong đất,… hầu như có thể đáp ứng
được các yêu cầu đặt ra tuy bị hạn chế về không gian đào đất và chi phí cho tường vây
truyền thống thường rất cao. Tường vây hình trụ trịn được sử dụng để khắc phục mặt
hạn chế trên. Trong 10 năm qua thì hố đào hình trụ trịn khơng chống, khơng neo ngày
càng phát triển ấn tượng nhiều nơi trên thế giới. Quá trình này diễn ra thơng qua những
cải tiến của biện pháp thi công và khả năng thiết kế để đáp ứng được những yêu cầu
đặt ra. Công nghệ đào ngày càng chính xác hơn về mặc kiểm sốt vận hành nên q
trình thi cơng đảm bảo chính xác các vị trí và liên kết cho tường.
2. Mục tiêu nghiên cứu
 Phân tích ứng xử của kết cấu tường vây hình trụ trịn trong ổn định hố đào sâu.
 Phân tích ứng xử của đất xung quanh hố đào.
 Xem xét các bước tính tốn khi thiết kế tường vây hình trụ trịn.
3. Phương pháp nghiên cứu
 Lý thuyết tính tốn về ứng xử của tường vây hình trụ trịn theo phương pháp
giải tích.
 Phân tích ổn định tường vây của cơng trình thực tế bằng phần mềm Plaxis.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
4.1 Ý nghĩa khoa học
Đề tài phân tích kỹ ứng xử của tường vây hình trụ trịn. Dựa trên các tính tốn
lý thuyết trước đây của các nhà khoa học, mô phỏng công trình thực tế để có các so
sánh tương quan và rút ra những nhận xét khoa học.
4.2 Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài giúp làm rõ các ưu nhược điểm của hố đào sâu sử dụng tường vây hình
trụ trịn, mơ tả q trình thi cơng và cách xử lý các sự cố trên công trường, làm cơ sở
cho việc ứng dụng tường vây hình trụ trịn trong các cơng trình có hố đào sâu hiện tại
và trong tương lai phục vụ cho nhu cầu xây dựng cơng trình ngầm.

-25. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu
-

Do tường vây hình trụ trịn chưa được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam nên số liệu
về các cơng trình thực tế cịn hạn chế.

-

Chưa đề xuất cách tính tốn khi tường vây hố đào chu vi trịn có lỗ mở.

-

Chưa đề xuất về cách tính tốn tường vây dạng nhiều trụ tròn xen kẽ vào nhau
(Multi-Cellular Walls )


-3-

PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU TƯỜNG VÂY
CHU VI TRÒN

1.1 Giới thiệu
Nghiên cứu một hố đào sâu người ta cần quan tâm đến hai vấn đề chính đó là: ổn định
và biến dạng. Một hố đào sâu ổn định khi tường vây không chuyển vị quá mức cho
phép và đáy hố đào không bị đẩy trồi, bùng nền,… gây ảnh hưởng đến các cơng trình
xung quanh. Đảm bảo an tồn cho tất cả cơng nhân, thiết bị,… đang thi cơng trong hố

đào sâu.
Tường vây chu vi trịn có 3 ưu điểm so với tường vây cổ điển. Thứ nhất, nó khơng cần
bất kì hệ chống đỡ nào như là giằng chống, neo đất, hay sàn tầng hầm. Công tác đào
tầng hầm có thể được thi cơng rất nhanh do mặt bằng thi tốt, khơng có chướng ngại
cản trở. Thứ hai, chiều sâu tường ngắn, không cần phải cắm sâu vào đất mà vẫn ổn
định dưới tác dụng của đất nền xung quanh. Thứ ba, lực vòng phát sinh trong tường
đóng vai trị quan trọng trong việc giảm moment và lực cắt trong tường do đó sẽ giảm
hàm lượng thép đến mức tối thiểu. Với khả năng tự ổn định dưới áp lực đất và áp lực
nước, tường vây hình trụ trịn đã được sử dụng rộng rãi trong các cơng trình có hố đào
sâu trên thế giới.
1.2 Nghiên cứu nhóm tác giả Jian Jia, XiaoLin Xie, JieQun Zhai, Yu Zhang
1.2.1 Giới thiệu cơng trình
Nhóm tác giả đã nghiên cứu về thiết kế và giải pháp thi công kết cấu hố đào chu vi
trịn của cơng trình Shanghai Tower.
Cơng trình Shanghai Tower (Thượng Hải) là cơng trình cao nhất ở Trung Quốc, với
chiều cao 632m, đường kính ngồi của tường vây hình trụ là 123.4m, chiều sâu hố đào
31.1m, chiều sâu tường là 50m, chiều dày tường là 1.2m.
Quá trình thi cơng cơng trình chia thành 2 phần, phần tòa tháp cao 632m với 5 tầng
hầm sâu 31.1m và khối đế sâu 26.6m. Phần ngầm khối tháp sử dụng tường vây hình
trụ trịn với đường kính ngồi 123.4m, thi công đào mở và không dùng hệ chống. Phần
khối đế thi cơng theo phương pháp Top-Down.
Cơng trình nằm ở phía Đông Nam của sông Yangtze River Delta, Thành phần địa chất
chính là lớp sét bảo hịa nước, bùn và cát. Lớp đất bùn sét với chiều sâu trên 24m tính
từ mặt đất tự nhiên.


-4-

Hình 1. 1 Cơng trình Shanghai Tower
Có 4 kế hoạch đặt ra để thảo luận về biện pháp thi công cho cơng trình

+ Đào mở tồn bộ phần ngầm.
+ Thi cơng Top-Down tồn bộ phần ngầm.
+ Chia làm 2 vùng và đào mở phần ngầm của khối tháp và phần ngầm của khối đế.
+ Đào mở phần ngầm khối tháp và thi công Top-Down phần ngầm khối đế.
Sau khi thảo luận kế hoạch 4 được chọn. Thi công hố đào mở với tường vây hình trụ
trịn cho phần ngầm của khối tháp và thi công Bottom-Up cho đến sàn trệt, sau đó mới
bắt đầu thi cơng phần ngầm khối tháp theo phương pháp Top-Down. Kế hoạch có
những thuận lợi như sau:
+ Giảm tối đa khối lượng đào đất khi thi cơng phần ngầm khối tháp.
+ Tận dụng hiệu ứng vịm của kết cấu tường hình trụ trịn để chống lại áp lực đất và áp
lực nước. Không sử dụng hệ chống trong suốt quá trình đào. Đẩy nhanh tiến độ thi
công.
+ Khu vực khối đế tận dụng làm nơi để cơng nhân làm việc trong q trình thi cơng
phần ngầm khối tháp.
+ Sau khi thi công đến tầng trệt của khối tháp thì lại sử dụng sàn này để cơng nhân làm
việc trong q trình thi cơng Top-Down phần ngầm khối đế.
+ Dùng sàn trệt như một hệ chống tường trong q trình thi cơng Top-Down phần
ngầm khối đế, tiết kiệm thời gian và chi phí. Giảm thiểu biến dạng tường vây gây ảnh
hưởng đến các cơng trình lân cận.
1.2.2 Tính tốn thiết kế tường vây hình trụ trịn
Cách tính thứ 1: Tường vây xem như một dầm trên nền đàn hồi


-5Trong thiết kế tường vây nếu xem tường vây như một dầm trên nền đàn hồi thì bỏ qua
hiệu ứng vịm của kết cấu tường hình trụ thì kết quả sẽ khơng hợp lý vì vậy cần cải
tiến mơ hình tính cho hợp lý. Mơ hình theo phương đứng là một dầm trên nền đàn hồi
và hiệu ứng vòm phương ngang được xem xét như một dãy các lò xo. Độ cứng Kh của
dầm vòng (ring beam) và độ cứng Kd của tường vây được xem xét như sau:
K d  Ed e / R02

(1.1)

K h  Eh Ah / Rh20

(1.2)

Kd, Kh: Hệ số độ cứng của tường, dầm vòng
e

: Chiều dày tường

R0

: Bán kính trung bình của tường

Ah

: Diện tích mặt cắt của dầm vịng

R0h

: Bán kính trong của dầm vịng

Ed=αE : Modulus bê tơng tường vây. E modulus bê tơng, α = 0.5~0.7
Eh

: Modulus bê tơng dầm vịng

Cách tính thứ 2: Tường vây xem như tấm trên nền đàn hồi

Hình 1. 2 Hệ lị xo gắn lên tường
Xét trong khơng gian thì tường vây được xem như tấm trên nến đàn hồi. Khi xét trong
khơng gian thì phản ánh đúng quá trình chịu lực thực tế của tường hơn là trong mặt
phẳng nhưng cách tính thứ 1. Lúc này áp lực đất lên chân tường dưới đáy hố đào xem
như những lò xo với độ cứng:
K H  k H bh  mzbh

(1.3)

kH : hệ số nền theo phương ngang
z

: khoảng cách theo phương đứng của các lò xo đến đáy hố đào

b, h : khoảng cách theo phương ngang và đứng của các lò xo


-6-

Hình 1. 3 Mặt cắt tường hố đào

Hình 1. 4 Thi cơng móng


-71.2.3 Kết quả tính tốn nhóm tác giả Jian Jia, XiaoLin Xie, JieQun Zhai, Yu
Zhang
Kết quả tính theo cách tính thứ 1, dầm trên nền đàn hồi trong mặt phẳng

Hình 1. 5 Kết quả tính tốn moment trong tường

-8-

Kết quả tính theo cách tính thứ 2, tấm trên nền đàn hồi trong khơng gian

Mơ hình tính

Lực dọc trong tường

Chuyển vị tường

Khi tải phân bố đều

Khi tải phân bố đều

Lực dọc trong tường

Chuyển vị tường

Khi tải phân bố không đều

Khi tải phân bố không đều

1.2.4 Kết luận
Sau khi phân tích, đánh giá và tham khảo thêm các dự án đã thực hiện trên thế giới,
nhóm tác giả đã đưa ra nhận xét:
- Tường vây hố đào hình trụ trịn có thể chuyển áp lực đất và áp lực nước xung quanh
tường thành lực nén dọc trục trong tường, nhờ vào hiệu ứng vịm của kết cấu trụ
trịn.
- Khơng cần sử dụng hệ chống trong suốt quá trình đào, giảm chi phí cho q trình

thi cơng. Q trình thi cơng không vướng hệ chống nên đẩy nhanh tiến độ thi công.
- Giảm chiều dài tường cắm vào trong đất so với tường vây truyền thống nhưng vẫn
đảm bảo an toàn và ổn định hố đào.
1.3 Tình hình ở Việt Nam
Hiện nay trong nước chưa có nhiều nghiêng cứu, đánh giá chun sâu về hố đào chu
vi trịn, ngồi ra chưa có nhiều cơng trình thi cơng tường vây tầng hầm chu vi tròn nên
nguồn dữ liệu để tham khảo, so sánh giữa thiết kế và quan trắc hiện trường là rất hạn
chế. Với những ưu điểm về tường vây chu vi tròn đã được các tác giả trên thế giới
nghiên cứu, cũng như những cơng trình đã thi cơng có thể thấy được tiềm năng về


-9tường vây chu vi tròn hiện nay ở Việt Nam là rất lớn. Tại Việt Nam, duy nhất cơng
trình VNPT Hà Nội (năm 2005) sử dụng tường vây hình trụ trịn với đường kính tầng
hầm 54m, chiều sâu đào 13m.

Hình 1. 6 Tường vây cơng trình VNPT Hà Nội


-10-

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tường vây hình trụ trịn được thi cơng bởi nhiều tấm panel hình chữ nhật liên kết với
nhau bởi các gioăng cản nước liên tục để tạo thành một hình dạng trịn hồn chỉnh.
Tường vây hình trụ tròn chuyển áp lực nén của đất và nước xung quanh tường thành
lực nén dọc trục theo chu vi tường, được gọi là hiệu ứng vịm, vì vậy tường không cần
hệ chống vẫn đứng ổn định được. Mặt khác nhờ hiệu ứng vịm lên kết cấu hình trụ trịn
làm giảm chiều sâu chơn tường. Ngồi ra, một giá trị nhỏ moment uốn theo phương

đứng và lực cắt cũng lớn dần trong tường do sự tăng ứng suất vòm theo chiều sâu.
Thêm một thành phần nữa là moment và lực cắt theo phương ngang hình thành do tải
phân bố khơng đều dọc theo thành tường.
2.1 Tính tốn tường vây theo phương pháp giải tích
2.1.1 Tính tường vây panel theo nhóm tác giả Jian Jia, XiaoLin Xie, JieQun Zhai,
Yu Zhang
Cách tính thứ 1: Tường vây xem như một dầm trên nền đàn hồi

Hình 2. 1 Dầm trên nền đàn hồi
Xét một tường trịn có chiều dày e chịu một áp lực phân bố đều p xung quanh. Lực nén
dọc trục trong tường chính là lực vịng được tính từ cơng thức:
N  pR0

(2.1)

Hình 2. 2 Nội lực trong tấm


-11Trong đó, R0 = bán kính trung bình của tường
Ứng suất vòng trong tường:



N pR0

e
e

(2.2)

Biến dạng:




Ed



pR0
Ed e

(2.3)

Với Ed=αE : Modulus bê tông tường vây. E modulus bê tông, α = 0.5~0.7
Độ co ngắn chu vi tường:
pR02
l  2 R0  2
Ed e

(2.4)

Độ co ngắn bán kính của tường:
R0 

l pR02

2 Ed e

(2.5)

Tỉ số giữa áp lực và độ co ngắn bán kính của tường là độ cứng của tường Kd
Kd 

Ee
p
 d2
R0 R0

(2.6)

Tương tự độ cứng của dầm vòng Kh
K h  Eh Ah / Rh20

Ah

: Diện tích mặt cắt của dầm vịng

R0h

: Bán kính trung bìnhcủa dầm vịng

Eh

: Modulus bê tơng dầm vịng

Cách tính thứ 2: Tường vây xem như tấm trên nền đàn hồi

Hình 2. 3 Tấm trên nền đàn hồi

(2.7)


-12Xét trong khơng gian thì tường vây được xem như tấm trên nến đàn hồi. Khi xét
trong khơng gian thì phản ánh đúng quá trình chịu lực thực tế của tường hơn là trong
mặt phẳng nhưng cách tính thứ 1. Lúc này áp lực đất lên chân tường dưới đáy hố đào
xem như những lò xo với độ cứng:
K H  k H bh  mzbh

(2.8)

kH : hệ số nền theo phương ngang
z

: khoảng cách theo phương đứng của các lò xo đến đáy hố đào

b, h : khoảng cách theo phương ngang và đứng của các lị xo
2.1.2 Tính tốn tường panel theo Malcolm Puller
Xét 3 điểm vịng của 2 panel liên tiếp nhau chịu tải phân bố đều p. Theo phương ngang
tại các điểm nút:

H

pl 2
8f

(2.9) và

N

H
cos 

(2.10)


-13-

Ta có:
r
r

 cos  x 

x
2
cos
2
y

r
cos

Và


2




cos


2



(2.11)

r
cos



(2.12)

2

l/2
 sin   l  2 y sin 
y

(2.13)