Phân tích ổn định hố đào sâu nhà cao tầng trong điều kiện xây chen tại thành phố sóc trăng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LƯ NGỌC THI

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU NHÀ CAO TẦNG
TRONG ĐIỀU KIỆN XÂY CHEN TẠI THÀNH PHỐ
SÓC TRĂNG

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
Mã số: 60.58.61

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2014


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1 : ………………………………………………….

Cán bộ chấm nhận xét 2 : ………………………………………………….

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG TPHCM,
ngày

tháng

năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ………………………………………………….
2. ………………………………………………….
3. ………………………………………………….
4. ………………………………………………….
5. ………………………………………………….
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

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: LƯ NGỌC THI

MSHV: 11864458

Ngày, tháng, năm sinh: 30/08/1981

Nơi sinh: HẬU GIANG

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

Mã số: 60.58.61

I. TÊN ĐỀ TÀI:
PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU NHÀ CAO TẦNG TRONG
ĐIỀU KIỆN XÂY CHEN TẠI THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Nhiệm vụ: Phân tích ổn định hố đào sâu nhà cao tầng trong điều kiện xây
chen tại thành phố Sóc Trăng.
2. Nội dung:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về ổn định hố đào sâu cơng trình nhà cao tầng trong
điều kiện xây chen.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn ổn định hố đào sâu nhà cao tầng trong
điều kiện chen.
Chương 3: Phân tích ổn định hố đào sâu cơng trình Ngân hàng Cơng thương
Việt Nam Chi nhánh Sóc Trăng.
Chương 4: Phân tích ảnh hưởng của sự thay đổi mực nước ngầm đến chuyển vị
tường vây bằng mơ hình mơ phỏng Plaxis 3D Foundation.
Kết luận và kiến nghị.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

ngày 10 tháng 02 năm 2014.

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

ngày 14 tháng 11 năm 2014.

V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. VÕ PHÁN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS. VÕ PHÁN

Tp.HCM, ngày 08 tháng 12 năm 2014
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
TRƯỞNG KHOA

TS. LÊ BÁ VINH


LỜI CÁM ƠN
Sau hơn 02 năm tham gia học tập chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng với sự chỉ
dẫn nhiệt tình của Q thầy cơ giáo. Học viên đã hồn thành khóa học với đề tài tốt nghiệp

“Phân tích ổn định của hố đào sâu nhà cao tầng trong điều kiện xây chen tại
thành phố Sóc Trăng”.
Đầu tiên, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến thầy
PGS.TS.Võ Phán đã dành nhiều thời gian giúp đỡ nhiệt tình, hướng dẫn tơi trong
suốt thời gian học tập, thực hiện luận văn; giúp cho học viên có được những kiến
thức hữu ích, làm nền tảng định hướng cho công tác chuyên môn.
Học viên cũng xin chân thành cám ơn đến Quý thầy cô Bộ môn Địa, cơ - nền
móng, Khoa Kỹ thuật xây dựng cùng Quý thầy cơ phịng đào tạo Sau Đại học,
Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giảng dạy và tạo
điều kiện thuận lợi để học viên chúng tơi hồn tất khóa học này.
Lời cám ơn chân thành, sâu nặng xin gửi đến gia đình, bạn bè và các bạn của
khóa 2011 đã động viên tinh thần, giúp đỡ và hỗ trợ tôi rất nhiều trong suốt thời
gian học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Trân trọng kính chào!

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014
Học viên

Lư Ngọc Thi


TĨM TẮT LUẬN VĂN
TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU NHÀ CAO TẦNG
TRONG ĐIỀU KIỆN XÂY CHEN TẠI THÀNH PHỐ SĨC TRĂNG
Khi xây dựng khơng đồng loạt cùng với quỹ đất hạn hẹp ở trung tâm đô thị
địi hỏi người thiết kế và thi cơng cần có những biện pháp chắn giữ để bảo vệ thành
vách hố móng, đảm bảo cơng trình được an tồn và khơng gây ảnh hưởng xấu đến
các khu vực lân cận đã xây dựng trước đó. Theo đó, việc hạ mực nước ngầm cần
lưu ý đến việc hạn chế làm thay đổi tình hình địa chất và thuỷ văn tại khu vực xây
dựng (mực nước ngầm, đất nền bị xáo trộn…) vì những thay đổi này sẽ có sự ảnh
hưởng rất lâu dài đến các cơng trình lân cận.
Cơng trình Ngân hàng Cơng thương Việt Nam Chi nhánh Sóc Trăng tọa lạc
tại số 24C, đường Trần Hưng Đạo, phường 2, thành phố Sóc Trăng Cơng trình được
thiết kế, có quy mơ 02 tầng hầm và 09 tầng lầu và 1 tum, với các thơng số kỹ thuật
Chiều sâu tầng hầm tịa nhà: 7,6m, chiều cao phần trên tòa nhà: 42m.
Bằng việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn ứng dụng mô hình mơ
phỏng Plaxis và so sánh với phương pháp giải tích để thực hiện:
- Phân tích ổn định và biến dạng của hố móng đào sâu được thi cơng bằng
biện pháp đào hở kết hợp hệ chống giữ bằng phần mềm mô phỏng.
- Thiết lập biểu đồ của chuyển vị ngang tường chắn theo từng giai đoạn thi
công.
- Kiểm tra ổn định của những cơng trình lân cận dưới ảnh hưởng của q
trình thi cơng hố đào sâu gây ra.
- Kiểm tra ổn định của tường vây, trồi bùng tại đáy hố đào có xét đến sự thay
đổi mực nước ngầm.

- Phân tích ảnh hưởng của q trình thi cơng hố móng đào sâu đến các cơng
trình lân cận có kết cấu móng móng nơng.
Từ kết quả phân tích sự thay đổi mực nước ngầm để dự tính ảnh hưởng đến
sự ổn định hố đào theo từng giai đoạn thi công.


SUMMARY OF THESIS
THESIS: ANALYSIS OF THE STABILITY OF DEEP-DIGGING HOLES
FOR HUSTLE-CONSTRUCTED HIGH BUILDINGS IN SOCTRANG CITY
Separated construction and limited land fund in the urban center require the
optimal measures to maintain and protect the holes to insure the safety for the
construction works and not to give bad impacts to the adjacent areas formerly
constructed. Thereof, lowing down the underground water level should be paid
attention to limit the changes of geological and hydrogeological features in
construction areas (underground water level, disordered ground …) for these
changes may give long-time impacts to the adjacent construction works.
Construction works of Vietnam Bank for Industry and Commerce, SocTrang
branch, located at 24C, Tran Hung Dao street, ward 2, Soctrang city is designed to
have 02 basements, 09 floors and 01 bungalow, with technical parameters of the
depth of basement of 7.6m, height of building of 42m.
By using the Finite Element Method, Plaxis simulation and comparing the
analytic method to:
- Analyze the stability and deformation of deep holes open-dug and
maintained by simulation software.
- Establish charts of horizontal transposition of walls at construction stages.
- Examine the stability of the adjacent construction works for the impacts of
constructing deep holes.
- Examine the stability of surrounding walls, arising mud at hole bed and
changes in underground water level.
- Analyze the impact of deep foundation construction on the adjacent shallow

foundation construction works.
The result of the analysis of underground water level changes can be used to
calculate the impacts on the stability of digging holes at construction stages.


CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

k:

m/ngày

Hệ số thấm

Eoed:

kN/m2

Mô đun biến dạng tiếp tuyến

w:

kN/m3

Dung trọng nước

D:

m

Đường thấm

t:

ngày

thời gian thi công

Gs :

Tỉ trọng hạt

e:

Hệ số rỗng

p0: kN/m2

Cường độ áp lực đất tĩnh tại điểm tính tốn

i: (kN/m3) Trọng lượng đơn vị của tầng đất thứ i bên trên điểm tính tốn
Độ dày tầng đất thứ i bên trên điểm tính toán

hi:

m

q: kN/m2

Tải trọng phân bố đều trên mặt đất

K0 :

Hệ số áp lực đất tĩnh của đất ở tại điểm tính tốn.

OCR:

Hệ số siêu cố kết của đất, lấy từ số liệu thí nghiệm

’: độ

Góc ma sát trong hữu hiệu của đất

: kN/m3

Trọng lượng đất

c

kN/m2

Lực dính kết

 : độ

Góc ma sát trong của đất

z: m

độ sâu từ điểm tính tốn đến mặt đất lấp

: độ

Góc ma sát trong của đất lấp sau lưng tường

H: m

Độ cao của tường chắn đất

: độ

Góc kẹp giữa lưng tường với đường thẳng đứng (Lưng tường

nghiêng úp xuống là dương, ngược lại là âm)
: độ

Góc nghiêng giữa mặt đất lấp với mặt phẳng ngang

: độ

Góc ma sát giữa lưng tường với đất lấp

c': kN/m2

Lực dính hữu hiệu

K’a : Hệ số áp lực đất chủ động tính theo chỉ tiêu cường độ ứng suất hữu hiệu
K’p : Hệ số áp lực đất bị động tính theo chỉ tiêu cường độ ứng suất hữu hiệu
Ka: Hệ số áp lực đất chủ động tính theo chỉ tiêu cường độ ứng suất tổng của đất

Kp : Hệ số áp lực đất bị động tính theo chỉ tiêu cường độ ứng suất tổng của đất
Chuyển dịch thân tường

y:

m

Kh

kN/m

Es

kN/m

E
I

3

Hệ số nền theo chiều ngang của đất nền

2

Modul đàn hồi ngang của lớp đất

kN/m

2

Modul đàn hồi của thân tường

m4

Momen quán tính mặt cắt mỗi mét dài theo chiều

ngang của thân tường
B

m

η

Độ dài theo chiều ngang của thân tường (lấy bằng 1m)
Độ dốc của áp lực nước, đất

B: m

Bề rộng hố móng (cơng thức 2.47)

H: m

Độ sâu đào hố móng (cơng thức 2.47)

q

kN/m2

Siêu tải mặt đất

1

kN/m3

Trị bình qn gia truyền của trọng lượng tự nhiên của

các lớp đất ở phía ngồi hố kể từ mặt đất đến đáy tường
2

kN/m3

Trị bình quân gia quyền của trọng lượng tự nhiên của

các lớp đất ở phía trong hố kể từ mặt đất đến đáy tường
Hệ số sức chịu tải của đất

Nq , Nc
hw:

m

Chênh lệch cột nước giữa trong và ngoài đáy hố

Pcz :

kN/m2

Áp lực trọng lượng bản thân của lớp đất phủ nằm từ

mặt hố móng đến mái của tầng nước có áp

Pwy :

kN/m2

Áp lực cột nước của tầng nước có áp

cc

Chỉ số nén

cr

Chỉ số nở

ψ’

độ

Góc giãn nở


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là đề tài nghiên cứu thực sự của tác giả được thực
hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Võ Phán
Tất cả số liệu, kết quả tính tốn, phân tích trong luận văn là hồn tồn trung thực. Tơi
cam đoan sẽ chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu về đề tài của luận văn này.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014
Học viên

Lư Ngọc Thi

MỤC LỤC
Nhiệm vụ luận văn
Lời cám ơn .......................................................................................................... i
Tóm tắt luận văn ................................................................................................ ii
Ký hiệu trong luận văn ..................................................................................... iv
Lời cam đoan .................................................................................................... vi
Mục lục ............................................................................................................ vii
Danh mục hình.................................................................................................. xi
Danh mục bảng ................................................................................................ xv

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận văn ............................................................... 1
2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 2
3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 3
4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài ............................................. 3
5. Hạn chế của đề tài ....................................................................................... 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU NHÀ CAO TẦNG
TRONG ĐIỀU KIỆN XÂY CHEN
1.1. Đặc điểm, phân loại hố móng sâu Nhà cao tầng ....................................... 5
1.1.1. Đặc điểm hố móng sâu Nhà cao tầng .................................................... 5
1.1.2. Phân loại tường vây hố móng sâu Nhà cao tầng ................................... 6
1.2. Những thành tựu đã đạt được trong c.trình hố móng sâu Nhà cao tầng ... 10
1.2.1. Trên thế giới ........................................................................................ 10
1.2.2. Ở Việt Nam ......................................................................................... 11
1.3. Những sự cố về hố móng sâu trong Nhà cao tầng đã xảy ra trong những
năm gần đây. Nguyên nhân, bài học kinh nghiệm ................................................ 13
1.4. Nội dung, phương pháp luận về hố móng sâu Nhà cao tầng đã được nghiên
cứu trong và ngoài nước ........................................................................................ 18

1.5. Nhận xét và hướng tiếp cận của đề tài ...................................................... 20


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU
NHÀ CAO TẦNG TRONG ĐIỀU KIỆN XÂY CHEN
2.1. Các dạng tải trọng và phân loại ................................................................ 22
2.1.1. Phân loại tải trọng................................................................................ 22
2.1.2. Các dạng tải trọng ............................................................................... 22
2.2. Các thơng số cơ bản trong mơ hình Plaxis ............................................... 23
2.2.1. Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous” ................... 23
2.2.2 Dung trọng khơng bão hồ và dung trọng bão hồ ............................... 24
2.2.3. Hệ số thấm ........................................................................................... 24
2.2.4. Thơng số độ cứng của đất nền .............................................................. 25
2.5.5. Thông số sức kháng cắt của đất nền ..................................................... 26
2.3. Tính áp lực đất lên tường chắn ................................................................. 27
2.3.1. Tính áp lực đất tĩnh.............................................................................. 28
2.3.2. Lý thuyết tính áp lực đất Rankine ....................................................... 29
2.3.3. Lý thuyết tính áp lực đất Coulomb ...................................................... 32
2.4. Tính áp lực nước ....................................................................................... 35
2.5. Tính kết cấu chắn giữ hố đào theo phương pháp đàn hồi ........................ 36
2.6. Tính tốn kiểm tra ổn định đáy hố đào .................................................... 39
2.6.1. Phương pháp Terzaghi – Peck ............................................................ 39
2.6.2. Phương pháp Caquot và Kerisel ......................................................... 40
2.6.3. Phương pháp tính chống trồi đáy khi đồng thời xem xét cả c,  ....... 41
2.7. Kiểm tra ổn định chống chảy thấm vào hố đào ........................................ 43
2.7.1. Kiểm tra ổn định chống phun trào ....................................................... 43
2.7.2. Kiểm tra ổn định chống cột nước có áp .............................................. 43
2.8. Phương pháp phần tử hữu hạn ................................................................. 44
2.8.1. Những điểm chính của phương pháp phần tử hữu hạn ...................... 44
2.8.2. Các mơ hình đất nền trong phương pháp phần tử hữu hạn ................ 45

2.8.3. Trình tự giải một bài toán bằng phần mềm Plaxis .............................. 48
2.8.4. Nhận xét............................................................................................... 50


CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU CƠNG TRÌNH
NGÂN HÀNG CƠNG THƯƠNG CHI NHÁNH SĨC TRĂNG
3.1. Mơ tả đặc điểm c.trình Ngân hàng Cơng thương chi nhánh Sóc Trăng ... 50
3.2. Đặc điểm địa chất thủy văn và các thơng số thí nghiệm đất nền ............ 51
3.3. Mặt cắt địa chất ......................................................................................... 56
3.4. Các giai đoạn tính tốn theo trình tự thi cơng hố móng sâu ..................... 57
3.5. Các thơng số đầu vào của mơ hình tính tốn được mô phỏng trong Plaxis
3D Foundation ....................................................................................................... 58
3.6. Kết quả tính tốn theo mơ phỏng trong Plaxis 3D Foundation ................ 63
3.7. Kết quả tính tốn theo mơ phỏng trong Plaxis 2D Foundation ................ 70
3.8. Phân tích ổn định, chuyển vị hố đào bằng phương pháp giải tích ............ 72
3.8.1. Tính toán chuyển vị ngang của tường ở giao đoạn đào -3,0m ............. 72
3.8.2. Tính tốn chuyển vị ngang của tường ở giao đoạn đào -5,5m ............. 74
3.8.3. Tính tốn chuyển vị ngang của tường ở giao đoạn đào -7,6m ............. 75
3.8.4. Kiểm tra chống trồi đáy khi xem xét đồng thời cả c và 
3.8.5. So sánh nội lực của thanh chống moment tường vây hố đào của phương
pháp giải tích và kết quả mơ phỏng Plaxis 3D Foundation ................................... 78
3.9. Kiểm tra ảnh hưởng q trình thi cơng hố đào đến cơng trình lân cận .... 79
3.10. Nhận xét kết quả kiểm tra ổn định của tường vây, hố đào ..................... 83

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ THAY ĐỔI
MỰC NƯỚC NGẦM ĐẾN CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG VÂY
BẰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG PLAXIS 3D FOUNDATION
4.1. Chuyển vị của tường vây hố đào khi mực nước ngầm tại vị trí -0,4m so với
mặt đất tự nhiên ...................................................................................................... 86
4.2. Chuyển vị của tường vây hố đào khi mực nước ngầm tại vị trí -1,2m so với

mặt đất tự nhiên ...................................................................................................... 87
4.3. Chuyển vị của tường vây hố đào khi mực nước ngầm tại vị trí -2,2m so với
mặt đất tự nhiên ...................................................................................................... 88
4.4. Nhận xét chuyển vị của tường vây khi thay đổi mực nước ngầm ............ 91


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................ 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 95
LÝ LỊCH KHOA HỌC


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1a. Hình dạng tiết diện cừ Larsen ................................................................ 6
Hình 1.1b. Tường cừ Larsen ................................................................................... 6
Hình 1.1c. Thiết bị đóng cừ Larsen.......................................................................... 6
Hình 1.2 Tường vây hố đào bằng cọc ximăng đất và Thiết bị thi công ................... 7
Hình 1.3. Tường cừ BTCT và Thiết bị thi cơng tường cừ ...................................... 8
Hình 1.4. Tường vây hố đào bằng cọc khoan nhồi .................................................. 9
Hình 1.5. Tường Diaphragm wall và hệ chống thành hố đào tầng hầm ................ 10
Hình 1.6. Tường BTCT và hệ chống giữ ổn định hố móng đào sâu ...................... 11
Hình 1.7. Trung cư cao tầng thương mại, dịch vụ LUGIACO ............................. 12
Hình 1.8. Sự cố 05 tầng hầm C. trình Pacific và viện KHXH lân cận bị sụp đổ .. 17
Hình 1.9. Mặt bằng vị trí Trạm bơm ..................................................................... 18
Hình 1.10. Ảnh chụp cơng trình sau khi xảy ra sự cố ........................................... 18
Hình 2.1. Lý thuyết tính tốn áp lực đất Rankine ................................................. 29
Hình 2.2. Tính toán áp lực đất chủ động, bị động Rankine .................................. 30
Hình 2.3. Tính tốn áp lực đất chủ động Coulomb ................................................ 33
Hình 2.4. Tính tốn áp lực đất bị động Coulomb................................................... 34
Hình 2.5. Sơ đồ tính tốn theo phương pháp đàn hồi Nhật Bản ......................... 37
Hình 2.6. Sơ đồ tính toán theo phương pháp đàn hồi sau khi sửa đổi ................. 37

Hình 2.7. Phương pháp Terzaghi-Peck tính chống trồi đáy hố móng .................. 40
Hình 2.8. Phương pháp Caquot và Kerisel tính chống trồi đáy hố móng ............. 41
Hình 2.9. Sơ đồ tính tốn chống trồi đồng thời xét cả c và  .............................. 42
Hình 2.10. Sơ đồ kiểm tra ổn định chống phun trào ............................................. 43
Hình 2.11. Trồi đáy do nước có áp gây ra.............................................................. 44
Hình 2.12. Xác định E0 và E50 trong thí nghiệm 3 trục thốt nước........................ 46
Hình 2.13. Xác định Erefoed từ thí nghiệm nén cố kết ............................................ 48
Hình 3.1. Cơng trình Ngân hàng Vietinbank Sóc Trăng ........................................ 50
Hình 3.2. Mặt bằng mơ hình hố đào sâu Vietinbank Sóc Trăng .......................... 51
Hình 3.3. Mặt cắt địa chất cơng trình (hố khoan HK1, HK2, HK3) ..................... 57
Hình 3.4. Mơ hình khơng gian mơ phỏng trong Plaxis 3D Foundation................. 59


Hình 3.5. Các phase tính tốn trong mơ hình Plaxis 3D Foundation ..................... 63
Hình 3.6. Mặt bằng mơ hình trong Plaxis 3D Foundation ..................................... 63
Hình 3.7. Chuyển vị ngang tường vây giai đoạn đào -0,5m (3D) ........................ 64
Hình 3.8. Chuyển vị đứng hố móng giai đoạn đào -0,5m (3D) ............................ 64
Hình 3.9. Chuyển vị ngang tường vây giai đoạn đào -3,0m (3D) ......................... 64
Hình 3.10. Chuyển vị đứng hố móng giai đoạn đào -3m (3D) ............................. 65
Hình 3.11. Chuyển vị ngang tường vây giai đoạn đào -5,5m (3D)........................ 65
Hình 3.12. Chuyển vị đứng hố móng giai đoạn đào -5,5m (3D) .......................... 66
Hình 3.13. Chuyển vị ngang tường vây giai đoạn đào -7,6m (3D)....................... 66
Hình 3.14. Chuyển vị đứng hố móng giai đoạn đào -7,6m (3D) ........................... 67
Hình 3.15. Chuyển vị tường vây hố đào giai đoạn đào -0,5m .............................. 67
Hình 3.16. Chuyển vị tường vây hố đào giai đoạn đào -3,0m .............................. 68
Hình 3.17. Chuyển vị tường vây hố đào giai đoạn đào -5,5m .............................. 68
Hình 3.18. Chuyển vị tường vây hố đào giai đoạn đào -7,6m .............................. 69
Hình 3.19. Chuyển vị tường vây 4 giai đoạn (-0,5m, -3,00m, -5,5m, -7,6m)....... 69
Hình 3.20. Kết quả trồi bùng của hố đào ............................................................... 70
Hình 3.21. Mơ hình tính tốn trong Plaxis 2D ....................................................... 70

Hình 3.22. Kết quả tính tốn các phase .................................................................. 70
Hình 3.23. Chuyển vị tường GĐ đào -0,5m ........................................................ 71
Hình 3.24. Chuyển vị tường GĐ -3m................................................................... 71
Hình 3.25. Chuyển vị tường GĐ đào -5,5 m ......................................................... 71
Hình 3.26. Chuyển vị tường GĐ -7,6 m................................................................ 71
Hình 3.27. Chuyển vị tường vây 4 giai đoạn (-0,5m, -3,00m, -5,5m, -7,6m)....... 71
Hình 3.28a. Lực dọc trong thanh chống giai đoạn đào -3,00m ............................. 78
Hình 3.28b. Moment tường vây giai đoạn đào -3,00m .......................................... 78
Hình 3.29a. Lực dọc trong thanh chống giai đoạn đào -5,5m ............................... 78
Hình 3.29b. Moment tường vây giai đoạn đào -5,5m .......................................... 78
Hình 3.30a. Lực dọc trong thanh chống giai đoạn đào -7,6m................................ 79
Hình 3.30b. Moment tường vây giai đoạn đào -7,6m ........................................... 79
Hình 3.31. Chuyển vị ngang của móng M1 ........................................................... 80


Hình 3.32. Chuyển vị ngang của móng M2 ........................................................... 80
Hình 3.33. Chuyển vị ngang của móng M3 ........................................................... 81
Hình 3.34. Chuyển vị ngang của móng M4 ........................................................... 81
Hình 3.35. Chuyển vị đứng của móng M1 ............................................................. 81
Hình 3.36. Chuyển vị đứng của móng M2 ............................................................. 81
Hình 3.37. Chuyển vị đứng của móng M3 ............................................................. 82
Hình 3.38 Chuyển vị đứng của móng M4 ............................................................. 82
Hình 4.1. Chuyển vị ngang tường vây GĐ -0,5m ................................................ 86
Hình 4.2. Chuyển vị ngang tường vây GĐ -3,0m ................................................. 86
Hình 4.3. Chuyển vị ngang tường GĐ -5,5m ........................................................ 86
Hình 4.4. Chuyển vị ngang tường vây GĐ -7,6m ................................................. 86
Hình 4.5. Chuyển vị tường vây 4 giai đoạn (-0,5m, -3,00m, -5,5m, -7,6m)......... 87
Hình 4.6. Chuyển vị ngang tường vây GĐ -0,5m ................................................ 87
Hình 4.7. Chuyển vị ngang tường vây GĐ -3,0m ................................................ 87
Hình 4.8. Chuyển vị ngang tường vây GĐ -5,5m ................................................. 87

Hình 4.9. Chuyển vị ngang tường vây GĐ -7,6m ................................................. 87
Hình 4.10. Chuyển vị tường vây 4 giai đoạn (-0,5m, -3,00m, -5,5m, -7,6m)....... 88
Hình 4.11. Chuyển vị ngang tường vây GĐ -0,5m ............................................... 88
Hình 4.12. Chuyển vị ngang tường vây GĐ -3,0m ............................................... 88
Hình 4.13 Chuyển vị ngang tường vây GĐ -5,5m ................................................ 88
Hình 4.14. Chuyển vị ngang tường vây GĐ -7,6m ............................................... 88
Hình 4.15. Chuyển vị tường vây 4 giai đoạn (-0,5m, -3,00m, -5,5m, -7,6m)....... 89
Hình 4.16. Chuyển vị ngang của tường vây giai đoạn đào 7,6m khi thay đổi mực
nước ngầm .............................................................................................................. 89
Hình 4.17. Chuyển vị đứng của đáy hố đào (giai đoạn đào 7,6m) khi thay đổi mực
nước ngầm .............................................................................................................. 90
Hình 4.18. Chuyển vị đứng của đất tại đáy hố đào khi thay đổi mực nước ngầm (xét
ở giai đoạn đào -7,6m) ........................................................................................... 90


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Các thơng số và mơ hình đất nền nhập vào phần mềm Plaxis .............. 59
Bảng 3.2a. Thơng số tường cừ Larssen SP-IV (mơ hình 3D) ............................... 60
Bảng 3.2b. Thơng số tường cừ Larssen SP-IV (mơ hình 2D)................................ 60
Bảng 3.3a. Thông số kingpost và hệ giằng cao độ +0m (mơ hình 3D) ................. 60
Bảng 3.3b. Thơng số hệ giằng cao độ +0m (mơ hình 2D) ..................................... 61
Bảng 3.4a. Thông số hệ giằng cao độ -2,5m và cao độ -5,0m (mơ hình 3D) ........ 61
Bảng 3.4b. Thơng số hệ giằng cao độ -2,5m và cao độ -5,0m (mô hình 2D) ........ 61
Bảng 3.5. Thơng số hệ Waling ............................................................................... 61
Bảng 3.6. Thông số hệ giằng chéo đầu .................................................................. 62
Bảng 3.7a. So sánh kết quả tính tốn trong mơ phỏng Plaxis 2D và 3D ............... 77
Bảng 3.7b. Tổng hợp nội lực thanh chống và moment tường vây ......................... 79
Bảng 3.8. Số liệu chuyển vị của móng cơng trình lân cận ................................... 80

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, tốc độ đơ thị hóa ngày càng nhanh, mức sống của
người dân ngày một nâng cao kéo theo đó là nhu cầu về sinh hoạt ăn ở, nghỉ ngơi,
giải trí cũng tăng lên khơng ngừng, địi hỏi một không gian sống tốt hơn, tiện nghi
và một không gian làm việc ở nơi công sở mở rộng. Mặt khác, với xu hướng hội
nhập, cơng nghiệp hố hiện đại hố đất nước và xu thế phát triển của thời đại nên sự
đầu tư xây dựng các cơng trình nhà ở cao tầng thay thế các cơng trình thấp tầng, các
khu dân cư đã xuống cấp là rất cần thiết. Tuy nhiên, việc giải quyết các nhu cầu về
sinh hoạt (nơi để xe, bố trí các bể nước ngầm, bể tự hoại, trạm bơm…) luôn là vấn
đề cần cân nhắc của các chủ đầu tư xây dựng cơng trình, dẫn đến việc gia tăng chiều
cao của các cao ốc thông thường kéo theo sự tăng về độ sâu của cơng trình.
Trong điều kiện xây dựng không đồng loạt cùng với quỹ đất hạn hẹp ở trung
tâm đô thị, ở những trục đường chính nên các cơng trình cao tầng thường san sát
nhau hoặc xen lẫn thật sự là một hiện trạng địi hỏi người thiết kế và thi cơng cần có
những biện pháp chắn giữ để bảo vệ thành vách hố móng, đảm bảo cơng trình an
tồn trong q trình thi công cũng như khi sử dụng và không gây ảnh hưởng xấu
đến các khu vực lân cận đã xây dựng trước đó. Ngồi ra, trên phương diện thiết kế
cũng cần hết sức lưu ý đến việc hạn chế làm thay đổi tình hình địa chất và thuỷ văn
tại khu vực xây dựng (mực nước ngầm, đất nền bị xáo trộn…) vì những thay đổi
này sẽ có sự ảnh hưởng rất lâu dài đến các cơng trình lân cận.
Địa chất thủy văn tại khu vực Sóc Trăng có đặc điểm chung của vùng Đồng
bằng sơng Cửu Long, là khu vực có nền đất yếu với chiều dày lớn, hình thành do
phù sa bồi lắng, có mực nước ngầm cao, xung quanh có nhiều sơng ngịi. Do đó, với
khuynh hướng phát triển mạnh các cơng trình nhà cao tầng, đặc biệt khi có tầng
hầm thì việc nghiên cứu tính tốn ổn định của hố đào sâu cần phải được quan tâm,
nghiên cứu đúng mức nhằm đảm bảo cho cơng trình chủ thể và các cơng trình lân
cận được bền vững, tránh được các sự cố đáng tiếc xảy ra trong quá trình thi công
xây dựng cũng như khi đưa vào khai thác sử dụng lâu dài.

Việc thi cơng kết cấu chắn giữ cho hố móng nhà cao tầng rất đa dạng, phụ
thuộc vào từng điều kiện cụ thể, các thiết bị, máy móc xây dựng ngày càng hiện đại,
tối tân hơn. Chúng ta cần thấy được khơng có loại cơng trình xây dựng nào mà các
khâu từ khảo sát, thiết kế, thi công và quan trắc lại có yêu cầu gắn bó chặt chẽ như
đối với cơng trình chắn giữ hố móng.
Chính vì thế việc nghiên cứu các kết cấu chắn giữ hố móng nhà cao tầng
cũng như phân tích sự ảnh hưởng của quá trình thi cơng và sử dụng đến cơng trình
lân cận thật sự rất cần thiết hiện nay. Đây cũng chính là tính cấp thiết của đề tài
nghiên cứu.
2. Nội dung nghiên cứu
Trong phạm vi đề tài luận văn, tác giả mơ phỏng lại q trình thi cơng hố đào
sâu sử dụng tường vây tạm bằng cừ larsen (không mô phỏng các giai đoạn tiếp theo
của q trình thi cơng tầng hầm như sau khi đào đất đến đáy tầng hầm, thi cơng tiếp
phần móng cọc, sàn và tường tầng hầm bằng bê tơng cốt thép…) chỉ tính tốn
chuyển vị, biến dạng của tường vây tầng hầm và đất nền xung quanh, phân tích ảnh
hưởng đến sự ổn định của cơng trình lân cận.
Trong suốt q trình thi cơng, biện pháp bố trí hệ chống, khoảng thời gian
tiến hành các giai đoạn đào, giải pháp thốt nước hố móng … tất cả đều có ảnh
hưởng đến ứng suất, chuyển vị của tường hố đào, sự chuyển dịch của đất ở quanh
hố móng, ổn định của các cơng trình lân cận. Vì vậy, đề tài “Phân tích ởn định
của hố đào sâu nhà cao tầng trong điều kiện xây chen” của tác giả nhằm giải
quyết các vấn đề sau đây:
- Phân tích ổn định và biến dạng của hố móng đào sâu được thi công bằng
biện pháp đào hở kết hợp hệ chống giữ bằng phần mềm mô phỏng.
- Thiết lập biểu đồ của chuyển vị ngang tường chắn theo từng giai đoạn thi
công. Kiểm tra khả năng chịu lực của hệ kết cấu chắn giữ hố móng.
- Phân tích ảnh hưởng của q trình thi cơng hố móng đào sâu đến các cơng

trình lân cận có kết cấu móng khác nhau (móng sâu và móng nơng), trong phạm vi

đề tài, tác giả mơ phỏng và tính tốn chỉ xét đối với cơng trình móng nơng.


- Kiểm tra ổn định của những cơng trình lân cận dưới ảnh hưởng của q
trình thi cơng hố đào sâu gây ra.
- Kiểm tra ổn định của cơng trình Ngân hàng Cơng thương Việt Nam chi
nhánh Sóc Trăng có xét đến sự thay đổi mực nước ngầm.
3. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện được các vấn đề nêu trên, phương pháp nghiên cứu được lựa
chọn là:
- Phương pháp giải tích: lý thuyết tính tốn áp lực đất tường chắn đất; tính
tốn kết cấu chống giữ hố đào theo phương pháp đàn hồi (phương pháp Sachipana) .
Kiểm tra ổn định chống trồi (bùng) của hố móng và kiểm tra chống chảy thấm vào
hố đào.
- Phương pháp phần tử hữu hạn: sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation để
phân tích chuyển vị, biến dạng của tường vây trong quá trình thi công đào đất, so
sánh với kết quả mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D và phương pháp tính bằng
giải tích, cụ thể như sau:
+ Phân tích ổn định và biến dạng của hố móng đào sâu trong q trình thi
cơng. Kiểm tra khả năng chịu lực của hệ kết cấu chắn giữ.
+ Xác định mức độ ảnh hưởng do hố móng gây ra cho cơng trình lân cận. Từ
đó kiểm tra ổn định cho các cơng trình lân cận theo tiêu chuẩn cho phép.
+ Xem xét sự ảnh hưởng việc thay đổi mực nước ngầm trong thi cơng phần
móng cơng trình đến khả năng chịu lực của tường vây hố đào.
4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
Từ các phân tích và nghiên cứu, tác giả thu được các kết quả sau:
- Đánh giá ổn định và biến dạng của hố móng đào sâu được thi công bằng
biện pháp đào hở kết hợp với hệ chống giữ và của cơng trình lân cận.
- Thiết lập biểu đồ của chuyển vị ngang tường chắn theo từng giai đoạn thi
cơng. Trên cơ sở đó, đánh giá vị trí, tiết diện các kết cấu chắn giữ và biện pháp thi

cơng hợp lý cho hố móng đào sâu.


- Thiết lập biểu đồ của chuyển vị ngang và độ lún các móng cơng trình lân
cận theo từng giai đoạn thi cơng hố đào sâu. Từ đó sự ổn định của các cơng trình
lân cận.
- Thiết lập các biểu thức quan hệ giữa độ lún và chuyển vị ngang gia tăng
của các móng cơng trình lân cận (sinh ra do ảnh hưởng bởi q trình thi cơng hố
đào); giữa chuyển vị ngang tổng thể gia tăng của hệ móng cơng trình lân cận theo
các giai đoạn và chiều sâu đào đất của q trình thi cơng hố đào. Từ đó có thể dự
đốn được mức độ ảnh hưởng cũng như kiểm tra ổn định của cơng trình lân cận
xung quanh hố móng đào sâu.
5. Hạn chế của đề tài
- Cơng trình chuẩn bị triển khai thi cơng nên chưa có số liệu quan trắc làm cơ
sở so sánh thực tế.
- Chưa xét đến tường vây chống đỡ hố đào bằng tường bê tông cốt thép
(Diaphragm wall), tường cọc khoan nhồi . . . để có kết quả đánh giá toàn diện nhất
trong việc chọn giải pháp chống đỡ hố đào sâu cho vùng đất yếu như khu vực thành
phố Sóc Trăng.
- Trong phạm vi của đề tài, chỉ xét đến mơ hình trong Plaxis là mơ hình đàn
hồi – dẻo (Hardening soil) chưa xét đến mơ hình khác của đất.
- Tác giả chưa xem xét từng giải pháp riêng biệt nhằm làm giảm ảnh hưởng
của q trình thi cơng hố đào đến cơng trình lân cận, chưa tiến hành kết hợp các giải
pháp và xem xét hiệu quả của từng phương án hỗn hợp.
- Nội dung đề tài chưa xét đến yếu tố giảm môdule độ lớn của đất nền do việc
đất nền bị xáo trộn trong quá trình đào hố móng và mực nước ngầm thay đổi gây
nên.
-Tác giả nghiên cứu cơ sở lý thuyết về áp lực đất lên tường chắn theo
Coulomb, Rankine; xác định nội lực, chuyển vị thanh chống theo Sachipana. Tuy
nhiên, để tính tốn các nội dung theo yêu cầu, phương pháp trên đưa ra rất nhiều giả

thuyết nên số liệu tính tốn được chưa thật sự tin cậy.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU CƠNG TRÌNH
NHÀ CAO TẦNG TRONG ĐIỀU KIỆN XÂY CHEN
Tỉnh Sóc Trăng nằm trong vùng đồng bằng sơng Cửu Long, phía Bắc và Tây
Bắc giáp thành phố Cần Thơ, phía Đơng Bắc giáp tỉnh Trà Vinh, phía Tây giáp tỉnh
Bạc Liêu, phía Nam giáp biển Đơng. Sóc Trăng có địa hình thấp và tương đối bằng
phẳng. Độ cao cốt đất tuyệt đối từ 0,4 – 1,5 m, độ dốc thay đổi khoảng 45 cm/km
chiều dài. Nhìn chung địa hình tỉnh Sóc Trăng có dạng lịng chảo, cao ở phía sơng
Hậu và biển Đông thấp dần vào trong, vùng thấp nhất là phía Tây và Tây Bắc. Tiểu
địa hình có dạng gợn sóng khơng đều, xen kẽ là những giồng cát địa hình tương đối
cao và những vùng thấp trũng nhiễm mặn, phèn.
1.1. Đặc điểm, phân loại hố đào sâu Nhà cao tầng
1.1.1 Đặc điểm hố đào sâu Nhà cao tầng
Cơng trình hố móng ln ln chịu hệ áp lực và tác động xung quanh như áp
lực đất do trọng lượng bản thân cộng với ảnh hưởng của các cơng trình lân cận; áp
lực nước tĩnh và động phụ thuộc vào dao động mực nước ngầm; các sóng ứng suất
do các phương tiện giao thơng gây ra. Cơng trình hố móng bao gồm nhiều khâu có
quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước, đào
đất . . . trong đó, một khâu nào đó thất bại sẽ dẫn đến cả cơng trình bị đổ vỡ.
Cơng trình hố móng có liên quan với tính địa phương, điều kiện địa chất của
mỗi vùng khác nhau thì đặc điểm cũng khác nhau. Đào hố móng trong điều kiện đất
yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện hiện trường phức tạp rất dễ sinh ra trượt
lỡ khối đất, mất ổn định hố móng, gây ra hiện tượng bùn trồi đáy hố móng, gây hư
hỏng cơng trình xây dựng và các cơng trình lân cận.
Về ranh giới phân biệt giữa hố móng nơng và hố đào sâu khơng có quy định
rõ rệt, trong thực tế đối với các hố móng từ 6m trở lên được xem là hố đào sâu hoặc
những hố móng có độ sâu khơng q 6m nhưng địa chất và mơi trường xung quanh
của hố móng phức tạp thì cũng được ứng xử như là hố đào sâu. Hiện nay, với việc

xây dựng ngày càng tăng các cơng trình nhà cao tầng có khai thác khơng gian ngầm
ở các thành phố lớn, cơng trình hố móng đang phát triển theo xu hướng có độ sâu
lớn hơn, diện tích rộng hơn nên vấn đề đảm bảo ổn định và an tồn thi cơng đào sâu


ln là bài tốn khó, cần phải tn thủ nghiêm ngặt trong suốt quá trình triển khai
dự án từ khâu khảo sát địa chất, thiết kế đến việc triển khai thi công hố đào sâu kết
hợp với công tác quan trắc thực tế ngoài hiện trường.
1.1.2 Các dạng tường vây hố đào sâu Nhà cao tầng
Tường vây chống đỡ hố đào sâu bao gồm các loại chủ yếu sau:
1.1.2.1 Tường cọc bản thép (tường cừ Larsen): sử dụng các loại thép hình có mặt
cắt ngang dạng chữ U hoặc chữ Z, hạ xuống nền đất bằng phương pháp đóng, rung,
có thể thu hồi lại để sử dụng sau khi đã hịan thành nhiệm vụ chắn giữ hố móng.
Đây là phương pháp cổ điển nhất, thi công nhanh nhưng độ cứng tường không lớn
nên lượng thanh chống lớn, không gian đào đất chật hẹp. Loại này sử dụng cho các
hố đào có độ sâu từ 3m đến 10m.

Hình 1.1a. Hình dạng tiết diện cừ Larsen

Hình 1.1b. Tường cừ Larsen

Hình 1.1c. Thiết bị đóng cừ Larsen


- Ưu điểm của phương pháp này là chất lượng vật liệu của cọc bản tin cậy, đây
là phương pháp cổ điển nhất, thi công nhanh, khả năng ngăn nước tương đối tốt
nhưng độ cứng tường không lớn nên lượng thanh chống lớn, không gian đào đất
chật hẹp.
- Nhược điểm của phương pháp này là gây ra tiếng ồn thi công lớn, chấn động
mạnh, xáo động nền đất nhiều, khi thi cơng sinh ra biến dạng lớn, các cơng trình

xây dựng xung quanh và các đường ống ngầm dễ bị lún và chuyển vị mạnh. Loại
này sử dụng cho các hố đào có độ sâu từ 3m đến 10m.
1.1.2.2 Tường vây hố đào bằng cọc ximăng đất trộn ở tầng sâu (DCM): dùng
máy khoan khoan vào đất với đường kính và chiều sâu lỗ khoan theo thiết kế, đất
trong quá trình khoan được trộn cưỡng chế với ximăng thành các dãy cọc ximăng
đất, sau khi đóng rắn lại sẽ thành tường chắn dạng bản liền khối, có khả năng chống
thấm và ổn định cho hố đào, thi công được trong điều kiện ngập sâu trong nước,
hiện trường chật hẹp. Loại tường vây này thích hợp với các loại đất từ cát thô cho
đến bùn yếu, sử dụng cho các hố đào có độ sâu từ 3m đến 10m.

Hình 1.2. Tường vây hố đào bằng cọc ximăng đất và Thiết bị thi công
1.1.2.3 Tường vây hố đào bằng cọc bản bê tông cốt thép: đây là dạng đặc biệt
của tường chắn, được dùng để bảo vệ các cơng trình ven sơng, chống xói ngầm rất


hiệu quả, cường độ chịu lực tốt, giá thành rẻ. Mặt cắt tiết diện có dạng sóng, dạng
phẳng, dạng mặt phẳng/mặt lõm; chiều dài cọc từ 6m đến 21m, bề rộng các loại cọc
cố định 0,996m. Phương pháp thi công bằng búa rung kết hợp xói nước. Sau khi hạ
cừ xong, bên trên đỉnh cọc đổ dầm vịng bê tơng cốt thép và đặt một dãy hệ thanh
chống hoặc thanh neo.

Hình 1.3. Tường cừ BTCT và Thiết bị thi cơng tường cừ
Cọc bản BTCT có một số ưu việt sau:
- Độ cứng chống uốn lớn;
- Độ dịch chuyển nhỏ ở đầu cọc;
- Khơng bị ăn mịn nhanh;
- Có thể được dùng như một kết cấu vĩnh viễn;
- Do chiều rộng cọc bản BTCT đến gần 1m nên giảm thời gian hạ cọc;
- Dùng thiết bị thông dụng để hạ cọc (rung ép có đóng cọc khi kết hợp xói
nước);

- Sử dụng vật liệu hàn, trám bằng clorua nhựa vinyl nên cọc bản BTCT có
thể làm màng ngăn nước;
Nhược điểm của cọc bản BTCT ứng suất trước: