Phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong thi công hố đào bằng phương pháp phần tử hữu hạn

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

-------o0o------VÕ PHƯỚC ĐẠT

PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY
TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO BẰNG PHƯƠNG PHÁP
PHẦN TỬ HỮU HẠN

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số

: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2014


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Võ Ngọc Hà.

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 Tp.HCM
ngày ……tháng ……năm …….
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

..........................................................................................................................

..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng khoa quản lý chuyên
ngành sau khi Luận văn đã được sữa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT
XÂY DỰNG


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
----------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 06 năm 2014

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: VÕ PHƯỚC ĐẠT

Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 06-08-1986

Nơi sinh: Bến Tre

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã ngành: 60.58.60

MSHV: 12090359
1. TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY TRONG THI
CÔNG HỐ ĐÀO BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN.
2. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Tổng quan về tường vây khi thi công hố đào sâu.
- Cơ sở lý thuyết tính tốn áp lực ngang lên tường chắn.
- Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis) với mơ hình Morh-Coulomb để
phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang và mức độ ảnh hưởng của
từng yếu tố lên tường vây.
3. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 24/06/2013.
4. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 20/6/2014.
5. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. VÕ NGỌC HÀ.
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
(Họ tên và chữ ký)

TS. Võ Ngọc Hà

PGS.TS. Võ Phán


LỜI CẢM ƠN

Luận văn Thạc sĩ với đề tài “Phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong thi
cơng hố đào bằng phương pháp phần tử hữu hạn” được thực hiện với kiến thức tác
giả thu thập trong suốt quá trình học tập tại trường. Cùng với sự cố gắng của bản thân
là sự giúp đỡ, động viên của các thầy cơ, bạn bè và gia đình trong suốt q trình học
tập và thực hiện luận văn.
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Võ Ngọc Hà, người thầy đã nhiệt
tình hướng dẫn, động viên tơi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bộ môn Địa Cơ Nền Móng, những người đã
cho tơi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập tại
trường.
Xin gửi lời cảm ơn đến các học viên chuyên ngành Địa Kỹ thuật Xây Dựng khóa
2012, những người bạn đã đồng hành và giúp đỡ tơi trong suốt q trình học.
Xin gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo Ban quản lý dự án xây dựng – Trường Đại học
Tiền Giang đã tạo điều kiện thuận lợi trong công việc để tơi hồn thành luận văn này.
Cuối cùng, tơi xin cảm ơn bố mẹ và gia đình đã động viên, tạo điều kiện tốt nhất
cho tôi về vật chất lẫn tinh thần trong những năm tháng học tập tại trường.
Luận văn được hồn thành nhưng khơng thể tránh được những thiếu sót và hạn chế.
Rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn
được hồn thiện và có ý nghĩa thực tiễn.
Trân trọng!
Tp. HCM, ngày 20 tháng 6 năm 2014
Học viên

VÕ PHƯỚC ĐẠT


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tên đề tài :

“Nghiên cứu gia cố ổn định đê ngăn lũ của đập Trà Sư ở huyện Tịnh
Biên, tỉnh An Giang bằng phương pháp cọc đất trộn xi măng”
Tóm tắt :
Đồng bằng sơng Cửu Long khơng những có mạng lưới sơng ngịi chằng chịt
mà cịn là vựa lúa lớn nhất nước. Vì thế, việc xây dựng đê bao để hạn chế và điều tiết
dòng chảy của lũ, lụt là vấn đề cấp bách hiện nay. Nguyên nhân, cơ chế gây mất ổn
định và giải pháp xử lý vẫn chưa được nghiên cứu và hệ thống hóa đầy đủ một cách
khoa học. Trong luận văn này, tác giả sẽ nghiên cứu giải pháp cải tạo, gia cố nền đất
yếu bằng phương pháp cọc đất trộn xi măng. Qua quá trình tham khảo và nghiên cứu,
tác giả trộn với hàm lượng 16% xi măng. Kết quả cho thấy hệ số thấm giảm hơn 90%,
cường độ nén đơn tăng 13.6 lần, sức chống cắt của đất tăng lên khoảng 50 lần so với
đất tự nhiên.
Nghiên cứu tính tốn cho một cơng trình cụ thể về gia cố ổn định đê ngăn lũ
bằng cọc xi măng đất tại khu vực huyên Tịnh Biên, tỉnh An Giang. Kết quả cho thấy
giải pháp có tính khả thi tại vị trí nghiên cứu và từ đó có thể áp dụng nghiên cứu áp
dụng rộng rãi cho khu vực đồng bằng trên cả nước.


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Khi thi cơng các cơng trình xây chen trong đơ thị có nhiều tầng hầm với chiều
sâu đào lớn thì sự phân bố chuyển vị ngang đất nền là một phần quan trọng của quá
trình thiết kế. Một sự chuyển vị ngang quá mức sẽ làm hư hại các cơng trình lân cận
cũng như ảnh hưởng đến kết cấu, độ bền của cơng trình. Nhằm giảm chuyển vị ngang
của đất nền xung quanh, một hệ tường vây được sử dụng rộng rãi như là một kết cấu
để giữ hố đào sâu vì nhiều ưu điểm của nó.
Luận văn này nhằm mục đích nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng đến chuyển
vị ngang tường vây khi thi công hố đào liên quan đến ứng xử của đất và tường vây
trong suốt quá trình đào tầng hầm. Luận văn được trình bày liên quan đến các vấn đề
sau:
- Tính chất của đất là rất quan trọng trong việc đánh giá biến dạng;

- Tìm ra những yếu tố, mức độ ảnh hưởng của nó đến chuyển vị ngang của
tường vây;
- Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng ứng xử của đất nền gây
ra chuyển vị ngang của tường vây.
Những phân tích trên sẽ được thực hiện để dự đoán và làm sáng tỏ chuyển vị
của đất nền bằng PP PTHH được sử dụng đại trà ở Việt Nam bằng mơ hình đàn hồi
tuyến tính đẳng hường Morh-Coulomb. Sự phân tích được so sánh với dữ liệu quan
trắc tại hiện trường dựa trên số liệu ghi nhận từ Cơng trình: Trung tâm giao dịch
thương mại quốc tế Fosco (số 64 đường Phó Đức Chính, Quận 1, Tp. Hồ Chí Minh).
Kết quả chỉ ra rằng những điểm khơng phù hợp giữa kết quả thực tế và khi mô
phỏng bằng mơ hình. Từ đó cho người thiết kế thấy rằng việc dự đốn chuyển vị bằng
mơ hình phải hiệu chỉnh bộ thông số đầu vào hợp lý.


NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ..........................................................................00
LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................00
TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................00
MỤC LỤC.................................................................................................................00
DANH SÁCH HÌNH VẼ ...........................................................................................00
DANH SÁCH BẢNG ................................................................................................00
MỞ ĐẦU...................................................................................................................01
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI..........................................................................02
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU...................................................................................03
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................................03
4. TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN....................................................................04
5. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ......................................................................................04

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN......................................................................................05
1.1 Giới thiệu.............................................................................................................05
1.2 Những nghiên cứu hiện trường của hố đào sâu.....................................................07

1.3 Một số cơng trình sử dụng tường vây...................................................................09
1.4. Các loại tường cừ phổ biến .................................................................................10
1.4.1 Tường cừ thép..............................................................................................10
1.4.2 Tường cừ dạng cọc xi măng đất ...................................................................11
1.4.3 Tường vây cọc khoan nhồi ...........................................................................12
1.4.4 Tường vây barrette .......................................................................................14
1.5 Một số hình ảnh về ảnh hưởng của chuyển vị ngang ............................................16
1.6 Kết luận ...............................................................................................................18

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN.....................................................19
2.1. Lý thuyết Coulomb .............................................................................................19
2.1.1. Áp lực đất chủ động ...................................................................................19
2.1.2 Áp lực đất bị động.......................................................................................20
2.2 Lý thuyết Rankine................................................................................................22
2.2.1 Áp lực đất chủ động .....................................................................................22
2.2.2 Áp lực đất bị động .....................................................................................23
2


2.3 Mơ hình nền Winkle...........................................................................................24
2.4 Lý thuyết đàn hồi ...............................................................................................25
2.5 Áp dụng tính bài tốn tường vây theo phương pháp giải tích..............................25
2.5.1. Nguyên lý và sơ đồ tính............................................................................25
2.5.2 Tải trọng tính tốn.....................................................................................29
2.5.3 Tính tốn nội lực theo các giai đoạn thi cơng đào đất ................................30
2.6 Tính tốn kiểm tra ổn định hố đào ......................................................................39
2.6.1 Kiểm tra về thấm của hố đào trong đất có mực nước ngầm cao .................39
2.6.2 Kiểm tra ổn định phình trồi của đáy hố móng trong nền sét.......................45
2.7 Giải pháp xử lý đất ở đáy hố đào.........................................................................46
2.8 Kết luận..............................................................................................................46

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TÍNH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY
BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN.................................................................................47
3.1 Giới thiệu ...........................................................................................................47
3.2 Phương pháp phần tử hữu hạn ............................................................................47
3.2.1 Trình tự phân tích bài tốn theo phương pháp phần tử hữu hạn...................48
3.2.2 Các phương trình cơ bản.............................................................................49
3.3 Lý thuyết đàn hồi – dẻo trong phần mềm Plaxis .................................................52
3.4 Mơ hình đất........................................................................................................54
3.4.1 Mơ hình Morh-Coulomb .................................................................................54
3.4.2 Mơ hình Hardening-Soil..................................................................................54
3.5 Kết luận..............................................................................................................57

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU TRƯỜNG HỢP THỰC TẾ ......................................58
4.1 Giới thiệu ...........................................................................................................58
4.2 Dự án Trung tâm giao dịch thương mại quốc tế Fosco........................................61
4.2.1 Giới thiệu .................................................................................................61
4.2.2 Báo cáo khảo sát địa chất công trình (Phụ lục 01)......................................61
4.2.3 Bản vẽ thi cơng (Phụ lục 02)......................................................................61
4.2.4 Kết quả quan trắc hiện trường (Phụ lục 03)................................................61
4.2.5 Tính tốn tường vây theo mơ hình nền Mohr-Coulomb .............................61
3


4.3 Kết quả phân tích ...............................................................................................62
4.4 Nhận xét.............................................................................................................88

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................91
5.1 Kết luận và kiến nghị .........................................................................................91
5.2 Hướng nghiên cứu tương lai...............................................................................91

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................92
CÁC PHỤ LỤC .......................................................................................................93

4


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1. Thông số đất nền........................................................................................60
Bảng 4.2 Module biến dạng một số loại đất theo nghiên cứu của giáo sư M.Das.......61
Bảng 4.3. Thông số tường chắn .................................................................................61
Bảng 4.4. Thông số thanh chống................................................................................61
Bảng 4.5. Chuyển vị ngang, đứng của tường vây (Trường hợp 1) ..............................66
Bảng 4.6. Chuyển vị ngang, đứng của tường vây (Trường hợp 2) ..............................69
Bảng 4.7. Chuyển vị ngang, đứng của tường vây (Trường hợp 3) ..............................72
Bảng 4.8. Chuyển vị ngang, đứng của tường vây (Trường hợp 4) ..............................74
Bảng 4.9. Chuyển vị ngang, đứng của tường vây (Trường hợp 5) ..............................77
Bảng 4.10. Chuyển vị ngang, đứng của tường vây (Trường hợp 6) ............................79
Bảng 4.11. Chuyển vị ngang, đứng của tường vây (Trường hợp 7) ............................82
Bảng 4.12. Chuyển vị ngang, đứng của tường vây (Trường hợp 8) ............................84
Bảng 4.13. Tổng hợp các trường hợp chuyển vị ngang ..............................................87
Bảng 4.14. Thông số đất nền thay đổi ........................................................................89
Bảng 4.15. Thông số tường chắn thay đổi..................................................................90
Bảng 4.16. Thông số thanh chống thay đổi ................................................................90

2


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Tường cừ thép ............................................................................................09
Hình 1.3. Tường cừ dạng cọc xi măng đất..................................................................11

Hình 1.4. Tường cừ cọc khoan nhồi ...........................................................................12
Hình 1.5. Tường vây barrette.....................................................................................14
Hình 1.5a.Vết nứt tường nguy hiểm............................................................................15
Hình 1.6a. Vết nứt ngang nguy hiểm ..........................................................................15
Hình 1.6. Vết nứt tường hầm......................................................................................16
Hình 1.7. Vết nứt sàn tầng hầm..................................................................................16
Hình 1.8. Vết nứt tường chắn đất...............................................................................17
Hình 2.1. Áp lực đất chủ động của đất rời .................................................................19
Hình 2.2. áp lực đất chủ động của đất dính................................................................20
Hình 2.3a. Áp lực đất bị động trong đất rời ...............................................................20
Hình 2.3b. Áp lực đất bị động trong đất dính .............................................................21
Hình 2.4. Quan hệ ứng suất-biến dạng (Áp lực đất chủ động)....................................22
Hình 2.5. Quan hệ ứng suất-biến dạng (Áp lực đất bị động) ......................................23
Hình 2.6. Sơ đồ tính TV giai đoạn một .......................................................................31
Hình 2.7. Sơ đồ tính TV giai đoạn hai........................................................................33
Hình 2.8. Sơ đồ tính tường vây giai đoạn ba ..............................................................34
Hình 2.9. Sơ đồ tính tường vây giai đoạn bốn ............................................................36
Hình 2.10: Sơ đồ tính tường vây giai đoạn năm .........................................................39
Hình.2.11. Chuyển vị của đất và biến dạng của tường chắn hố đào ...........................40
Hình. 2.12. Dịng chảy nước ngầm vào hố đào ..........................................................42
Hình.2.13. Hạ mực nước ngầm trong hố móng ..........................................................42
Hình.2.14. Sơ đồ kiểm tra phun trào đáy hố do dịng thấm ........................................43
Hình.2.15. Sơ đồ kiểm tra phun trào đáy hố của tường chắn......................................43
Hình 2.16. Trồi đáy hố đào do nước có áp gây ra ......................................................45
Hình.3.1. Quan hệ ứng suất – biến dạng hyperbolic lúc gia tải sơ cấp của thí nghiệm
thốt nước..................................................................................................................55
Hình 4.1.Phối cảnh Dự án Trung tâm giao dịch thương mại quốc tế Fosco ...............59
Hình 4.2. Sơ đồ tính ...................................................................................................60
2

Hình 4.3 Phase 1. ......................................................................................................62
Hình 4.4. Phase 2 ......................................................................................................63
Hình 4.5. Phase 3 ......................................................................................................63
Hình 4.6. Phase 4 ......................................................................................................64
Hình 4.14. Chuyển vị theo phương ngang lớn nhất của tường (phase 4) ...................66
Hình 4.15. Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu (Trường hợp 1)...............................69
Hình 4.16. Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu (Trường hợp 2)...............................71
Hình 4.17. Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu (Trường hợp 3)...............................74
Hình 4.18. Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu (Trường hợp 4)...............................76
Hình 4.19. Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu (Trường hợp 5)...............................79
Hình 4.20. Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu (Trường hợp 6)...............................81
Hình 4.21. Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu (Trường hợp 7)...............................84
Hình 4.22. Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu (Trường hợp 8)...............................86
Hình 4.23. Biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu tổng hợp .........................................88
Hình 4.24. Biểu đồ chuyển vị ngang khi điều chỉnh thông số đầu vào ........................90

3


MỞ ĐẦU

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây với xu thế phát triển chung của đất nước ngành xây
dựng ở nước ta đã có nhiều phát triển vượt bậc (nhiều cao ốc văn phòng, chung cư cao
tầng, khách sạn, nhà ở…) xây dựng ngày càng nhiều, đặc biệt là ở các thành phố lớn.
Ngoài việc đảm bảo vẻ mỹ quan về mặt kiến trúc và không gian sinh hoạt, các cơng
trình này cịn tận dụng tầng hầm làm: trung tâm thương mại, bar, cafe, bãi đổ xe...Do
đó việc thi cơng các tầng hầm là rất phổ biến và là nhu cầu cấp thiết hiện nay. Trong
tương lai thì nhu cầu xây dựng các tầng hầm là rất lớn và số tầng hầm trong một cơng

trình khơng ngừng tăng lên. Khi đó cơng tác thi cơng những hố đào này sẽ càng phức
tạp hơn. Công việc dự đoán, dự báo sự chuyển vị ngang của những tường vây rất quan
trọng để kiểm sốt q trình thi cơng đào đất an tồn khơng ảnh hưởng đến các cơng
trình lân cận. Để dự báo được những chuyển vị này phải kết hợp với tính tốn, quan
trắc tại hiện trường để có kết quả chính xác nhằm đánh giá đúng thực tế quá trình
chuyển vị của hố đào để đưa ra biện pháp thi công phù hợp và hiệu quả. Một hệ thống
tường vây cho hố đào sâu nằm giữa những cơng trình hiện hữu là vấn đề tương tác đất
với kết cấu hết sức phức tạp tác động bởi một tổ hợp của nhiều yếu tố:
- Ứng xử đất nền;
- Chiều dài cắm sâu trong đất của tường;
- Độ cứng của hệ thống tường vây;
- Khoảng cách đến lớp đất cứng;
- Trình tự thi cơng và chất lượng nhân cơng;
- Khoảng cách đến các cơng trình lân cận;
- Kiểu móng của các cơng trình lân cận;
- Dạng hình học của hố đào (rộng, dài và chiều sâu đào);
- Áp lực đất thay đổi và kéo theo sự cố kết trong đất lân cận.
Các yếu tố tác động gây ra bởi hố đào sâu do ứng xử phức tạp của đất nền đặc
biệt là quan hệ ứng suất-biến dạng không tuyến tính, đẳng hướng, và biến dạng phát
triển trong quá trình đào. Hiện tại, người kỹ sư chưa phân tích đến tất cả những tác
động này khi thiết kế hệ thống tường chắn cho hố đào sâu. Trong đa số trường hợp

2


việc thiết kế được thực hiện dựa trên những biểu đồ thiết kế thực nghiệm kết hợp với
phân tích số đơn giản.
Nghiên cứu tường vây đi kèm với các phần mềm chun dụng sẽ hỗ trợ rất
nhiều trong tính tốn qua các bài tốn mơ phỏng, khảo sát được đồng thời nhiều thông
số tác động đến sự chuyển vị của tường mà bài tốn giải tích cịn hạn chế.

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với mơ hình Morh-Coulomb để phân
tích chuyển vị ngang của tường khi thay đổi các thông số đầu vào;
- Tìm ra sự khác biệt giữa số liệu quan trắc chuyển vị ngang thực tế của tường
tầng hầm và mô phỏng bằng phần mềm Plaxis. Từ đó so sánh với kết quả quan trắc
thực tế, và có sự điều chỉnh thơng số đầu vào phần mềm Plaxis để có kết quả gần
giống với thực tế hơn.

3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Nội dung phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu những thông số đầu vào tác động lên chuyển vị ngang của tường
vây;
- Tìm ra sự khác biệt giữa số liệu quan trắc chuyển vị ngang thực tế của tường
tầng hầm và mô phỏng bằng phần mềm Plaxis để phản ánh quá trình thi cơng đào
tầng hầm.
Những nội dung nghiên cứu ở trên được sự hỗ trợ với Công ty Ministry of
Construction-Vietnam

Institute

for

Building

Science

and

Technology

(IBST)_South Brach of Institute for Building Science and Technology (IBST/S),
(20/5B, Highway 13, ward 3, Phường Hiệp Bình Phước, Quận Thủ Đức, Tp. Hồ Chí
Minh) trong việc cung cấp số liệu quan trắc chuyển vị ngang của tường vây trong quá
trình đào tầng hầm của Cơng trình: Trung tâm giao dịch thương mại quốc tế Fosco
(số 64 đường Phó Đức Chính, Quận 1, Tp. Hồ Chí Minh).

3.2 Sơ đồ nghiên cứu:
Khảo sát tổng quan được trích dẫn từ những tạp chí địa kỹ thuật, những bài báo
hội nghị và những sách có liên quan đến vấn đề cần nghiên cứu. Tổng quan này sẽ
3


được nêu bật những yếu tố sẽ được xem xét trong hố đào sâu như các thông số đất
nền hay lớp tiếp xúc đất - kết cấu. Khảo sát tổng quan cũng thể hiện được những ghi
nhận từ dữ liệu thực tế của cơng trình đã thực hiện tại Việt Nam.

4. TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
Đề tài “Phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong thi công hố đào bằng
phương pháp phần tử hữu hạn” sử dụng số liệu thực nghiệm kiểm tra, đánh giá sự
phân bố chuyển vị của đất nền thông qua ứng xử của tường vây trong q trình đào
tầng hầm.
Đề tài này cịn giúp cho người thiết kế có thêm một cơ sở lý luận chính xác hơn
trong việc tính tốn tường vây và mơ phỏng q tình đào tầng hầm.

5. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
- Chỉ xét biến dạng phẳng hai chiều (2D);
- Cách mô tả ứng xử tường vây được giới hạn ở mơ hình Mơ hình MohrCoulomb vì có sự hạn chế về số liệu cung cấp;
- Đề tài tập trung phân tích và áp dụng tính tốn cho một cơng trình cụ thể tại
Thành Phố Hồ Chí Minh.

4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu
Thực hiện một hố đào sâu liên quan đến hai vấn đề là ổn định và biến dạng.
Một hố đào sâu ổn định khi tường vây khơng được sụp đỗ và đáy của nó khơng mất
kiểm soát đẩy trồi. Hố đào sâu được thiết kế để chống lại biến dạng đất nền xung
quanh nhưng nó có thể gây phá hoại cơng trình lân cận, đường xá hay cơ sở hạ tầng.
Mức độ phá hoại phụ thuộc vào cường độ và kiểu chuyển vị đất nền xung quanh.
Ổn định và biến dạng có liên quan với nhau. Nếu hệ số an toàn chống lại sự
phá hoại là lớn thì biến dạng trong đất xung quanh hố đào sẽ nhỏ và chuyển vị đất nền
xung quanh sẽ nhỏ. Ngược lại, nếu hệ số an toàn gần bằng 1, biến dạng trong đất xung
quanh hố đào sẽ lớn và chuyển vị đất nền sẽ lớn.
Do đó, dự đốn sự thực hiện một hố đào sâu bao hàm cả phân tích ổn định và
biến dạng. Kinh nghiệm đã chỉ ra rằng ổn định có thể được đánh giá đủ chính xác khi
sử dụng tính tốn cân bằng giới hạn đơn giản. Tuy nhiên, biến dạng thì tương đối là
khó dự đoán, và phương pháp phần tử hữu hạn thường được sử dụng để phân tích
chuyển vị tổng thể của tường vây cùng làm việc với đất.
Phần nghiên cứu tổng quan này qua những tổng kết của nghiên cứu và bài báo
đã công bố liên quan đến biến dạng và chuyển vị trong thực tế hố đào sâu kết hợp với
các dữ liệu của những nghiên cứu quan trắc hố đào sâu ở Việt Nam.

Các nghiên cứu về hố đào sâu:
Phương pháp thực nghiệm là một công cụ để các nhà nghiên cứu thiết lập quan
hệ giữa chuyển vị đất nền thực tế với những thông số xây dựng từ nhiều cơng trình
tương tự nhau. Mặc dù sự thiết lập chỉ dựa trên giả định tổng quát, nhưng nó vẫn phổ
biến trong giới thiết kế để tính tốn sơ bộ. Sau đây là những phương pháp thực nghiệm
đã được đề nghị để dự đoán chuyển vị gây ra bởi hố đào của Peck (1969), Lambe

(1970), và Clough and O’Rourke (1989 và 1990).

- Nghiên cứu của Peck (1969)
Peck [1] đã xem xét những hố đào sâu là những hố đào với những cạnh thẳng
đứng yêu cầu hệ thống chống đỡ bên ngoài. Chuyển vị ngang, lún đất nền cạnh hố đào,
mất ổn định trồi đáy hố đào, những phương pháp giảm chuyển vị đất nền cạnh hố đào,
5


và những biểu đồ áp lực đất cho thiết kế hố đào sâu là những chủ đề chính được thảo
luận bởi Peck. Tuy nhiên, những nhận xét trên của Peck được dựa trên kinh nghiệm cá
nhân và những trường hợp nghiên cứu đã xuất bản. Có ba chủ đề chính trong thảo luận
của Peck về hố đào sâu. Thứ nhất, đó là sự quan trọng của loại đất và đặc tính thực
hiện hố đào sâu. Thứ hai, đó là sự quan trọng của chiều sâu hố đào. Thứ ba, đó là cái
mà Peck gọi là “tay nghề công nhân” trong việc kiểm soát chuyển vị.

- Nghiên cứu của Lambe (1970)
Bài báo nghiên cứu của Lambe [2] năm 1970 trên hố đào có giằng chống tập
trung, thiết kế và phân tích. Lambe xem xét lại những yếu tố ảnh hưởng chuyển vị của
đất khi thi công đào. Tác giả đã bao gồm ba trường hợp của hố đào cho dự án xe điện
ngầm MBTA ở Boston, và ứng dụng tình hình của đề tài nghiên cứu cho thiết kế và
phân tích một trong ba trường hợp đó và so sánh dự đoán với quan trắc hiện trường.
Lambe đã kết luận rằng kết quả của đề tài nghiên cứu cho thiết kế và phân tích hố đào
giằng chống thì cách khá xa với thực tế quan trắc, vì lực của hệ chống đỡ và chuyển vị
đất nền khơng thể dự đốn chính xác. Lambe cũng đề xuất rằng phương pháp phần tử
hữu hạn, và kinh nghiệm trong những lần nghiên cứu trước sẽ phục vụ tốt cho quá
trình thiết kế hố đào sâu.

- Nghiên cứu của O’Rourke (1981)
O’Rourke nghiên cứu chuyển vị đất nền gây ra bởi hố đào sâu có giằng chống

và q trình thi cơng liên quan. Ơng đã chỉ ra sự quan trọng của hoạt động chuẩn bị
công trường lên chuyển vị đất nền, và cũng đã liệt kê ra việc hạ mức nước ngầm, thi
công tường vây, thi cơng hố móng sâu cũng như q trình thi cơng có thể gây ra
chuyển vị đất nền. Tác giả cũng nghiên cứu quan hệ giữa hình dạng chuyển vị của
tường hố đào và tỉ số chuyển vị ngang và đứng của mặt đất nền bằng cách xem xét dữ
liệu thực hiện từ bảy trường hợp nghiên cứu. O’Rourke cũng kết luận từ những phân
tích rằng tỉ số chuyển vị ngang trên chuyển vị đứng là 1.6 đối với biến dạng cơng sơn
thuần t và 0.6 đối với biến dạng phình trồi thuần tuý của tường vây. Ngoài ra,
O’Rourke cũng đã nêu ra những kết luận về tác động của độ cứng giằng chống, việc
ứng suất trước của giằng chống, và sự tính tốn thời gian của việc lắp đặt chống. Tác

6


giả nhận xét rằng độ cứng hữu hiệu của chống có thể thấp hơn 2% so với độ cứng
chuẩn (AE/L) do hiệu ứng nén tại vị trí liên kết và hiệu ứng uốn của giằng chống.

- Nghiên cứu của Clough and O’Rourke (1989 và 1990)
Clough và O’Rourke nghiên cứu chuyển vị gây ra bởi hố đào sâu bằng cách xem xét
dữ liệu từ trường hợp và những nghiên cứu trước đó. Các tác giả đã chia chuyển vị ra
làm hai loại. Thứ nhất là chuyển vị do quá trình đào thi công tường vây, và loại kia là
chuyển vị gây ra bởi hoạt động thi công phụ. Họ đã kết luận từ những nghiên cứu của
mình rằng chuyển vị do hố đào sâu có thể được dự đốn trong những phạm vi hợp lý
nếu nguồn gốc chuyển vị được xem xét.

1.2 Những nghiên cứu hiện trường của hố đào sâu
Mục đích của phần này là để xem xét lại những nghiên cứu thực hiện hiện
trường đã xuất bản trước đây của hố đào sâu. Bảng bên dưới là tổng hợp của các tham
khảo liên quan đến nghiên cứu đã thực hiện ở hiện trường của hố đào sâu. Nghiên cứu
những việc thực hiện đo đạc hiện trường của hố đào sâu là rất quan trọng vì hai lý do.

Thứ nhất, là đo đạc hiện trường cung cấp sự hiểu biết sâu sắc thông qua kinh
nghiệm thu được trong lúc thiết kế và thi công hố đào thực. Việc thực hiện quan sát
trong hố đào sâu không phụ thuộc những giả định, xấp xỉ, những mơ hình cơ bản hoặc
cơng thức, khơng giống như phân tích số. Một lợi ích lớn có thể thu lượm được từ ứng
xử của tường vây khi mà những quan sát cẩn thận của hoạt động thi công, điều kiện
công trường và những yếu tố khác.
Thứ hai, là một số yếu tố liên quan không phân tích giải tích được hoặc khơng
thể mơ phỏng đầy đủ chẳng hạn như việc thi công tường chắn, lắp đặt neo và yếu tố
nhân công tham gia.

Những nghiên cứu hiện trường về hố đào sâu.
Tác giả

Phạm vi nghiên cứu

Kết quả khám phá

D.G.Winter,G.E.Horvitz,Armour Phân tích sự cải tiến và Nhấn mạnh ứng xử do
(…)

đổi mới trong việc sử quan trắc và những cơng
dụng hệ neo ở Seattle.

cụ dự đốn để thiết kế
hiệu quả, tiết kiệm nhiều
7


chi phí để áp dụng cho
thị trường hiện tại.

S. S.Gue,Y. C. Tan (2005)

Giới thiệu hai trường Đề xuất các biện pháp
hợp đào tầng hầm gây ra điều khiển được mực
chuyển vị đất nền lân nước và ngăn chặn sự
cận do việc hạ mực phá hoại thủy lực trong
nước ngầm.

quá trình đào hầm.

Y.M.A.Hashash,C.Marulanda,

Mô tả phương pháp mới Đề xuất sử dụng mơ

J.Ghaboussi, s. Jung (2003).

rút ra mơ hình cơ bản hình mạng lưới thích
của ứng xử đất trực tiếp ứng lồng nhau (Nested
từ đo đạc hiện trường Adaptive
của hố đào sâu.

Neural

Network) dựa trên mơ
hình đất cơ bản.

J.Parkinson

and

H.N.Pham Mơ tả sự cố sập tường Không tuân thủ nghiêm

(2008).

vây của trạm bơm xử lý túc quy trình thi cơng
nước thải ở Thái Lan và đào đất đã thiết kế là
đề xuất giải pháp khắc nguyên nhân chính gây
phục

ra sập tường vây và một
hệ tường vây khác được
thi công để khắc phục sự
cố với các thiết bị quan
trắc thực hiện chi tiết.

Osouli,Y.M.A.Hashash (2010).

Nghiên cứu khả năng và Chứng

minh

phương

giới hạn của phương pháp phân tích ngược
pháp phân tích ngược SeftSim

có

thể

là

phát triển hiện nay để phương pháp thích hợp
dự đốn thi cơng hố đào để dự đoán sự thực hiện
sử dụng ứng xử của đất hố đào trong nội thành.
từ đáp ứng của hố đào
có quan trắc.

8


1.3 Một số cơng trình sử dụng tường vây barrette
+ Tịa nhà Central Plaza ở Hồng Kơng cao 75 tầng (có 3 tầng hầm);
+ Tịa nhà Chung-Wei ở Đài Loan cao 20 tầng (có 3 tầng hầm);
+ Tịa nhà Chung-Yan ở Đài Loan cao 19 tầng (có 3 tầng hầm);
+ Tịa nhà Vincom Tower tại số 70-72 Lê Thánh Tơn, Quận 1, Tp.Hồ Chí Minh
được xây dựng gồm hai khối nhà cao 28 tầng, 6 tầng hầm;
+ Tòa nhà Everfotune số 83 Lý Thường Kiệt, Hà Nội (có 5 tầng hầm);
+ Tòa tháp Bitexco 68 tầng 02 Hải Triều, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh (có
5 tầng hầm);
+ Tịa Nhà Sài Gòn Centre, 65 Lê Lợi, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh (có 3
tầng hầm);
+ Trung tâm Khách sạn Phương Đông Nha Trang;
+ Trung tâm giao dịch thương mại quốc tế Fosco số 64 đường Phó Đức Chính,
Quận 1, Tp. Hồ Chí Minh (có 3 tầng hầm).

1.4. Các loại tường cừ phổ biến
1.4.1 Tường cừ thép

9

Hình 1.1. Tường cừ thép
a. Ưu điểm:
- Dễ chuyên chở, dễ hạ và nhổ bằng các thiết bị thi công như máy ép thủy lực,
máy ép rung;
- Không gây tiếng động và rung động lớn nên ít ảnh hưởng đến các cơng trình
lân cận;
- Sử dụng nhiều lần;
- Dễ dàng lắp đặt cột chống trong lòng hố đào.
b. Nhược điểm:
- Do hạn chế về chuyên chở và giá thành kinh tế nên thường chỉ sử dụng hiệu
quả khi chiều sâu hố đào <= 7m;
- Nước ngầm dễ dàng sâm nhập vào hố đào qua các khe hở của cừ gây khó
khăn cho q trình thi cơng;
- Rút cừ trong nền đất dính mang theo đất có thể gây chuyển dịch đất nền lân
cận;
- Ván cừ là loại tường mềm nên khi chịu lực độ võng rất lớn là một trong những
nguyên nhân cơ bản gây ra sự cố hố đào.

10


1.4.2 Tường cừ dạng cọc xi măng đất

Hình 1.3. Tường cừ dạng cọc xi măng đất.
Cọc xi măng đất là hỗn hợp đất nguyên trạng nới gia cố và xi măng được phun
xuống bằng thiết bị phun khoan. Mũi khoan làm tơi đất khi khoan xuống độ sâu thiết
kế và sẽ xoay ngược chiều để đi lên. Trong quá trình dịch chuyển lên xi măng sẽ
được phun vào đất.

a. Ưu điểm:
- Thi cơng dễ dàng, nhanh chóng;
- Sử dụng vật liệu chủ yếu là xi măng nên khâu chuẩn bị vật liệu đơn giản.
b. Nhược điểm:

11


- Đối với những cơng trình có nhiều tầng hầm trong đơ thị thì đường kính cọc
lớn và bố trí nhiều hàng cọc nên diện tích tầng hầm bị thu hẹp;
- Với mực nước ngầm cao thì việc chống thấm cho tầng hầm khó khăn.

1.4.3 Tường cừ dạng cọc khoan nhồi

Hình 1.4 Tường cừ cọc khoan nhồi
12


a. Ưu điểm:
- Rút bớt được công đoạn đúc cọc, do đó khơng cịn các khâu xây dựng bãi đúc,
lắp dựng ván khn;
- Vì cọc đúc ngay tại móng nên dễ thay đổi kích thước hình học của cọc như
chiều dài, đường kính để phù hợp với thực trạng đất nền;
- Có khả năng sử dụng trong mọi loại địa tầng khác nhau, dễ dàng vượt qua các
chướng ngại vật như đá, đất cứng bằng cách sử dụng các dụng cụ như khoan chng,
máy phá đá, nổ mìn...;
- Khơng gây tiếng ồn và tác động đến môi trường, phù hợp để xây dựng các
cơng trình lớn trong đơ thị;
- Cho phép trực quan kiểm tra các lớp địa chất bằng cách lấy mẫu từ các lớp đất
đào lên, để có thể đánh giá chính xác điều kiện đất nền, khả năng chịu lực của đất nền

dưới đáy hố khoan;
b. Nhược điểm:
- Sản phẩm trong suốt q trình thi cơng đều nằm sâu trong lòng đất, các khuyết
tật dễ xảy ra;
- Dễ xảy ra những khuyết tật ảnh hưởng đến chất lượng cọc như:
+ Hiện tượng co thắt, hẹp cục bộ thân cọc hoặc thay đổi kích thước tiết diện khi
qua các lớp đất khác nhau;
+ Bê tông xung quanh thân cọc dễ bị rửa trôi lớp ximăng khi gặp mạch nước
ngầm hoặc gây ra rỗ mặt thân cọc;
+ Lỗ khoan nghiêng lệch, sụt vách lỗ khoan;
+ Bê tông đổ thân cọc dễ bị không đồng nhất và phân tầng.
- Thi công phụ thuộc nhiều vào thời tiết như mùa mưa bão... Vì việc bố trí thi
cơng thường hồn tồn ngồi trời;
- Hiện trường thi công dễ bị lầy lội ảnh hưởng đến mơi trường;
- Chi phí thí nghiệm cọc khoan nhồi quá tốn kém.

13


1.4.4 Tường vây barrette

Hình 1.5. Tường vây barrette.
Tường vây barrette là tường bê tông đổ tại chỗ, thường dày 600-800mm để
chắn giữ đất trong q trình thi cơng. Tường barrette được làm từ những đoạn tiết
diện chữ nhật dài 2,2-3,6m. Các đoạn tường barette được liên kết và chống thấm bằng
goăng cao su.
a. Ưu điểm:
- Không gây tiếng động và rung động cho các cơng trình lân cận;
- Thi cơng lắp dựng và đổ bê tông tại chỗ không phải chuyên chở;
14