Phân tích ứng xử giữa đất và tường trong đất trong quá trình thi công các tầng hầm nhà cao tầng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----[\-----

ĐÀO NGUYÊN VŨ

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ GIỮA ĐẤT VÀ TƯỜNG
TRONG ĐẤT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG CÁC
TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG

Chuyên ngành: CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU
Mã số ngành: 31. 10. 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2006


ĐÀO NGUYÊN VŨ

›

LUẬN VĂN THẠC SĨ

›

2006


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI

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

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. CHÂU NGỌC ẨN

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. TRẦN XUÂN THỌ

Cán bộ chấm nhận xét 2: GS. TSKH LÊ BÁ LƯƠNG

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 04 tháng 01 năm 2007


ĐẠI 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……….tháng……….năm 2006

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: ĐÀO NGUYÊN VŨ
Ngày, tháng, năm sinh: 22 - 08 - 1975
Chuyên ngành: CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU

Phái: Nam
Nơi sinh: Bình Thuận
MSHV: 00904270

I. TÊN ĐỀ TÀI

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ GIỮA ĐẤT VÀ TƯỜNG TRONG ĐẤT TRONG QUÁ
TRÌNH THI CÔNG CÁC TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG

II. NHIỆM VỤ và NỘI DUNG
1. Nhiệm vụ
Phân tích ứng xử giữa đất và tường trong đất trong quá trình thi công các tầng hầm nhà cao
tầng
2. Nội dung
Chương 1: Tổng quan về các loại tường vây hố móng sâu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết phân tích ứng xử giữa đất và tường trong đất
Chương 3: Phân tích các thông số của đất để phục vụ mô phỏng cho các mô hình đất nền
Chương 4: Phân tích ứng xử giữa đất và tường trong đất trong quá trình thi công đào đất các
tầng hầm nhà cao tầng
Kết luận và kiến nghị
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06-02-2006
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06-10-2006
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. CHÂU NGỌC ẨN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS. CHÂU NGỌC ẨN

TS. VÕ PHÁN

Nội dung và đề cương Luận văn Thạc só đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua
Ngày……….tháng……….năm 2006
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


LỜI CÁM ƠN
Luận văn thạc só này được hoàn thành không những nhờ vào nổ lực bản
thân của tác giả mà còn nhờ vào sự hướng dẫn nhiệt tình của quý thầy cô, đồng
nghiệp và bạn bè thân hữu.
Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến thầy TS. Châu Ngọc Ẩn đã
giúp đỡ, chỉ dẫn cặn kẽ trong thời gian thực hiện luận văn, giúp cho tác giả có
được những kiến thức hữu ích, làm nền tảng cho việc học tập và công việc sau
này.
Xin chân thành cám ơn quý thầy cô ngành Công trình trên đất yếu đã
nhiệt tình dạy bảo chúng em trong thời gian qua.
Xin chân thành cám ơn quý thầy cô trong bộ môn Địa cơ Nền móng đã
quan tâm giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất trong thời gian tác giả thực hiện
luận văn này.
Cuối cùng, xin cám ơn gia đình và các bạn bè thân hữu đã động viên, giúp
đỡ tác giả trong thời gian học tập và làm luận văn này.

Học viên

Đào Nguyên Vũ


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tên đề tài: “PHÂN TÍCH ỨNG XỬ GIỮA ĐẤT và TƯỜNG TRONG ĐẤT
TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG CÁC TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG”

Trong những năm gần đây ở nước ta, nhu cầu khai thác và sử dụng không
gian dưới mặt đất ngày càng nhiều, thông qua việc sử dụng tường trong đất

(Diaphragm Wall) trong các tầng hầm nhà cao tầng, công trình trạm bơm, công
trình thủy lợi hay thủy điện, … Việc xây dựng các loại công trình nói trên dẫn đến
xuất hiện hàng loạt kiểu hố móng sâu khác nhau. Để xây dựng được công trình hố
móng sâu có kích thước mặt bằng tương đối lớn và nằm trên một khu vực có địa
hình-địa chất phức tạp thì đơn vị thiết kế và thi công cần có những biện pháp chắn
giữ để bảo vệ thành vách hố móng, đồng thời thoả mãn các điều kiện kỹ thuậtkinh tế-môi trường cũng như đảm bảo chất lượng cho công trình và không gây ảnh
hưởng đến các công trình xung quanh.
Vì vậy, chúng tôi tham gia nghiên cứu và phân tích vấn đề nêu trên với các
nội dung chính sau:
+ Chương 1: Giới thiệu tổng quan về các loại tường vây hố móng sâu và
một số kết quả nghiên cứu về tường vây hố móng sâu trong nước và trên thế giới.
+ Chương 2: Nêu lên một số cơ sở lý thuyết tính áp lực ngang của đất tác
dụng lên tường trong đất và đặc điểm các mô hình đất nền của phần mềm Plaxis
thông dụng hiện nay.
+ Chương 3: Phân tích các thông số của đất nền, tường trong đất, thanh
chống, … để phục vụ mô phỏng cho các mô hình đất nền.
+ Chương 4: Phân tích ứng xử giữa đất và tường trong đất trong quá trình
thi công đào đất (phân tích ứng suất, nội lực, chuyển vị). Từ đó, thiết lập được một
số tương quan giữa chuyển vị ngang tường trong đất-chuyển vị đứng đất nền-hệ số
độ cứng tường, thanh chống theo độ sâu đào đất.
+ Rút ra một số nhận xét, kết luận và kiến nghò.


THESIS SUMMARY
The

subject:

“ANALYSIS

BEHAVIOUR

BETWEEN

SOILS

and

DIAPHRAGM WALLS DURING THE BASEMENTS CONSTRUCTION OF
MULTISTORY BUILDING”
In recent years in our country, requirements of the exploitation and use of
underground space more and more, by using of diaphragm wall in the basements
of multistory building, pumping stations, waterworks or hydroelectricity, ect.. The
build of constructions quoted above have made many kinds of deep excavations
appear. In order to build the construction of deep excavation whose ground space
‘s dimension rather great and it is in the area whose the landform-geology are
complex, then the design and construction unit must have the protection measure
to protect excavation‘s wall, to satisfy technical-economic-environmental
conditions, also to see to the quality building and not influence others around.
So, we are engaged in research and analysis the matter above with the
main contents below:
+ Chapter 1: The introduction of kinds deep excavation’s boundary wall
and a few results research on them in Vietnam and overseas.
+ Chapter 2: Putting forward some theories that have calculated the effect
of soil’s lateral pressure on diaphragm wall and the characteristics of soil models
in Plaxis software.
+ Chapter 3: Analysis parameters of soil, diaphragm wall, strut, ect. to
service simulation of soil models.
+ Chapter 4: Analysis behaviour between soil and diaphragm wall during
construction of earth excavation (analysis stresses, internal forces, displacements).

Since then, to create a few correlation among horizontal displacement of
diaphragm wall-vertical displacement of soil-stiffness factor of diaphragm wall,
strut upon depth of earth excavation.
+ To take out comments, conclusions and recommendations.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI TƯỜNG VÂY HỐ MÓNG SÂU
1.1. CÁC LOẠI TƯỜNG VÂY HỐ MÓNG SÂU .................................................4
1.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÔNG TRÌNH HỐ MÓNG SÂU THEO HƯỚNG
PHÂN TÍCH CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................................6
1.3. MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC và NƯỚC NGOÀI
THEO HƯỚNG PHÂN TÍCH CỦA ĐỀ TÀI .......................................................10
1.4. NHẬN XÉT và PHƯƠNG HƯỚNG ĐỀ TÀI ..............................................12
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ỨNG XỬ GIỮA ĐẤT v
TƯỜNG TRONG ĐẤT
2.1. TÍNH ÁP LỰC NGANG CỦA ĐẤT TÁC DỤNG LÊN TƯỜNG TRONG
ĐẤT .....................................................................................................................14
2.1.1. Phân Loại p Lực Ngang Của Đất ...........................................................14
2.1.2. Lý Thuyết Mohr-Rankine .........................................................................15
2.1.2.1. Đối với đất rời .............................................................................16
2.1.2.2. Đối với đất dính ...........................................................................18
2.1.3. Lý Thuyết Coulomb ...................................................................................19
2.1.3.1. Áp lực chủ động lên tường nhám ................................................21
2.1.3.2. Áp lực bị động lên tường nhám ....................................................24
2.1.4. Lý Thuyết Cân Bằng Giới Hạn Điểm ........................................................27
2.1.4.1. Thiết lập hệ phương trình cân bằng..............................................27
2.1.4.2. Tính toán áp lực đất chủ động và bị động trong một số trường hợp
cụ thể ...................................................................................................................29

2.1.5. p Lực Ngang Của Đất Lên Công Trình Thực .........................................31


2.2. PHẦN MỀM TÍNH TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT Plaxis Version 8.2 ................33
2.2.1. Cơ Sở Lý Thuyết ........................................................................................33
2.2.1.1. Lý thuyết về biến dạng.................................................................33
2.2.1.2. Lý thuyết về dòng chảy ngầm ......................................................34
2.2.1.3. Lý thuyết về cố kết.......................................................................35
2.2.2. Đặc Điểm Của Các Mô Hình Đất Nền ......................................................36
2.2.2.1. Mô hình Mohr-Coulomb (MC) .....................................................36
2.2.2.2. Mô hình Soft-Soil (SS hay Cam-Clay) .........................................39
2.2.2.3. Mô hình Hardening-Soil (HS) ......................................................43
NHẬN XÉT CHƯƠNG 2 ................................................................................... 45
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐẤT ĐỂ PHỤC VỤ MÔ
PHỎNG CHO CÁC MÔ HÌNH ĐẤT NỀN
3.1. GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH........................................................................ 47
3.1.1. Phương Pháp Thi Công...............................................................................48
3.1.2. Đo Đạt Kiểm Tra Trong Quá Trình Thi Công ...........................................52
3.2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC XÂY DỰNG ..............53
3.2.1. Mặt Cắt Địa Chất .......................................................................................53
3.2.2. Các Chỉ Tiêu Vật Lý và Cơ Học Của Các Lớp Đất ..................................55
3.2.2.1. Các Chỉ Tiêu Vật Lý ...................................................................55
3.2.2.2. Các Chỉ Tiêu Cơ Học....................................................................56
3.3. MÔ PHỎNG BÀI TOÁN TRÊN PHẦN MỀM PLAXIS Version 8.2 ..........59
3.3.1. Sơ Đồ Tính Toán .......................................................................................59
3.3.2. Tải Trọng Tính Toán .................................................................................60
3.3.3. Mô Hình Nền Đất ......................................................................................61
3.3.3.1. Mô hình Mohr-Coulomb (MC)......................................................62
3.3.3.2. Mô hình Soft-Soil (SS) .................................................................63

3.3.3.3. Mô hình Hardening-Soil (HS) ......................................................64
3.3.4. Mô Phỏng Tường Trong Đất, Tường Cọc Bản và Thanh Chống ............66
3.3.4.1. Các thông số về tường trong đất ...................................................66
3.3.4.2. Các thông số về tường cọc bản thép U200...................................66
3.3.4.3. Các thông số về thanh chống A và B ...........................................67
3.3.5. Phần Tử Tiếp Xúc .....................................................................................68
3.3.6. Xác Lập Trạng Thái Ban Đầu ...................................................................68
3.3.6.1. Trạng thái áp lực nước lỗ rỗng ban đầu .......................................68
3.3.6.2. Trạng thái ứng suất ban đầu trong nền ........................................69
3.3.7. Xác Lập Các Giai Đoạn Tính Toán ..........................................................69
NHẬN XÉT CHƯƠNG 3 .....................................................................................70
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ GIỮA ĐẤT và TƯỜNG TRONG ĐẤT
TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐÀO ĐẤT CÁC TẦNG HẦM NHÀ CAO
TẦNG
4.1. MỤC ĐÍCH ..................................................................................................72
4.2. SO SÁNH GIÁ TRỊ CHUYỂN VỊ NGANG ĐƯC TÍNH TOÁN TRÊN BA
MÔ HÌNH VỚI SỐ LIỆU QUAN TRẮC THỰC TẾ .........................................73
4.2.1. Chuyển Vị Ngang Của Tường Khi Thi Công Lớp 1 ..................................73
4.2.2. Chuyển Vị Ngang Của Tường Khi Thi Công Lớp 3 ..................................75
4.3. PHÂN TÍCH SỰ THAY ĐỔI ỨNG SUẤT TRONG ĐẤT NỀN...................78
4.3.1. Vị Trí và Nội Dung Khảo Sát ng Suất ....................................................78
4.3.2. Phân Tích Sự Thay Đổi ng Suất ..............................................................80
4.3.2.1.Vị trí khảo sát sau lưng tường (K, L, M) và đáy hố móng (N) ......80
4.3.2.2. Nhận xét .......................................................................................89
4.4. PHÂN TÍCH SỰ THAY ĐỔI NỘI LỰC TƯỜNG ........................................90
4.4.1. Sự Thay Đổi Lực Cắt và Moment ..............................................................90


4.4.2. Nhận Xét ....................................................................................................93

4.5. PHÂN TÍCH SỰ THAY ĐỔI CHUYỂN VỊ TƯỜNG ..................................93
4.5.1. Chuyển Vị Ngang .......................................................................................93
4.5.2. Chuyển Vị Đứng.........................................................................................97
4.5.3. Nhận Xét ....................................................................................................97
4.6. PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ ĐỨNG CỦA ĐẤT NỀN SAU LƯNG TƯỜNG 98
4.6.1. Phân Tích ...................................................................................................98
4.6.2. Nhận Xét .................................................................................................102
4.7. PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA ĐẤT NỀN SAU LƯNG TƯỜNG
4.7.1. Phân Tích .................................................................................................102
4.7.2. Nhận Xét ..................................................................................................105
4.8. PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ ĐỨNG CỦA ĐẤT NỀN Ở ĐÁY HỐ MÓNG 106
4.8.1. Phân Tích..................................................................................................106
4.8.2. Nhận Xét .................................................................................................107
4.9. THIẾT LẬP SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA CHUYỂN VỊ NGANG CỦA
TƯỜNG và CHUYỂN VỊ ĐỨNG CỦA ĐẤT NỀN THEO ĐỘ SÂU ĐÀO ĐẤT
4.9.1. Thiết Lập Sự Tương Quan .......................................................................108
4.9.2. Nhận Xét ................................................................................................109
4.10. THIẾT LẬP SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA CHUYỂN VỊ NGANG CỦA
TƯỜNG và HỆ SỐ ĐỘ CỨNG CỦA TƯỜNG THEO ĐỘ SÂU ĐÀO ĐẤT ...109
4.10.1. Thiết Lập Sự Tương Quan......................................................................109
4.10.2. Nhận Xét ................................................................................................110
4.11. THIẾT LẬP SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA CHUYỂN VỊ ĐỨNG CỦA ĐẤT
NỀN và HỆ SỐ ĐỘ CỨNG CỦA TƯỜNG THEO ĐỘ SÂU ĐÀO ĐẤT .........110
4.11.1. Thiết Lập Sự Tương Quan......................................................................110
4.11.2. Nhận Xét ................................................................................................111


4.12. THIẾT LẬP SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA CHUYỂN VỊ NGANG CỦA
TƯỜNG và HỆ SỐ ĐỘ CỨNG CỦA THANH CHỐNG A THEO ĐỘ SÂU ĐÀO
ĐẤT .................................................................................................................111

4.12.1. Thiết Lập Sự Tương Quan......................................................................111
4.12.2. Nhận Xét ................................................................................................112
4.13. THIẾT LẬP SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA CHUYỂN VỊ ĐỨNG CỦA ĐẤT
NỀN và HỆ SỐ ĐỘ CỨNG CỦA THANH CHỐNG A THEO ĐỘ SÂU ĐÀO
ĐẤT .................................................................................................................112
4.13.1. Thiết Lập Sự Tương Quan .....................................................................112
4.13.2. Nhận Xét ................................................................................................113
NHẬN XÉT CHƯƠNG 4 ...................................................................................114
KẾT LUẬN v KIẾN NGHỊ............................................................................117


MỘT SỐ KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Ký hiệu

Đơn vị

Tên gọi

[1]
an-1,n (av)
A
B
c
Cc
cincrement
Cs
cu
Cv
cw
CD

CP2
CPT
CU
d
D (Do)
e
en
etb
E
Ea
Ec
Eincrement
Eo
Eo
Eoedref
Ep
Es
Eurref
E50ref
E*I
E*A
Fc (Fw)
Fx, Fy, Fz
h
hi

m /kN
m2
m
kN/m2

kN/m2
kN/m2
m2/s
kN/m2
m
m
kN/m2
kN/m
kN/m2
kN/m2
kN/m
kN/m2
kN/m2
kN/m
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kNm2
kN
kN/m
kN/m2
m
m

Tham khảo tài liệu số 1
Hệ số nén lún của đất trong khoảng áp lực thí nghiệm
Diện tích tiết diện ngang tường, thanh chống
Bề rộng hố móng
Lực dính đơn vị của đất
Chỉ số nén của đất

Số gia lực dính đơn vị theo chiều sâu
Chỉ số nở của đất
Lực dính đơn vị của đất trong thí nghiệm UU
Hệ số cố kết
Lực dính không thoát nước giữa tường và đất
Consolidated Drained test
Civil Engineering Code of Practice…
Cone Penetration Test
Consolidated Undrained test
Chiều dày tường
Vùng ảnh hưởng của hố móng
Hệ số rỗng của đất
Hệ số rỗng ở cấp tải trọng thứ (n)
Hệ số rỗng trung bình trong khoảng áp lực thí nghiệm
Module đàn hồi của tường, thanh chống
p lực ngang chủ động
Module đàn hồi của đất dính
Số gia module biến dạng theo chiều sâu
p lực ngang ở trạng thái tónh
Module biến dạng của đất nền
Module biến dạng tiếp tuyến
p lực ngang bị động
Module đàn hồi của đất cát
Module biến dạng trong điều kiện dỡ tải và gia tải lại
Module biến dạng cát tuyến trong thí nghiệm CD
Độ cứng chống uốn của tường
Độ cứng dọc trục của thanh chống, tường
Lực chống cắt
Các lực tác động song song với các trục x, y, z
Khoảng cách của thanh chống đứng

Chiều cao của lớp đất thứ i

2


m
Hi
m
Ht
m
Hw
m4
I
Ip
Ka
Kac
Ko
NC
K0
Kp
m/ng.đêm
Kx; Ky
m
Ls
T
L
m
m
kN/m2
M

M
N
OCR
p
kN/m2
p’
kN/m2
p
kN/m2
Pa
kN/m2
pref
kN/m2
Pw
kN/m2
q
kN/m2
q (q’)
kN/m2
R
kN/m
Rf
Rinter
Si
mm
Sw
mm
t
mm
uo(psteady)

kN/m2
u(p)
kN/m2
u
mm
UU
Umax
mm
Uxmaxd
mm
Uymaxs
mm
∆u(pexcess)
kN/m2

Chiều sâu đào đất thứ i
Chiều sâu dưới đáy hố móng
Chiều sâu hố móng
Moment quán tính tường
Chỉ số dẻo của đất.
Hệ số áp lực đất chủ động
Hệ số áp lực đất chủ động, liên quan đến lực dính
Hệ số áp lực ngang ở trạng thái tónh
Hệ số áp lực ngang trong điều kiện cố kết thường
Hệ số áp lực đất bị động
Hệ số thấm của đất theo phương ngang, phương đứng
Khoảng cách thanh chống
Toán tử vi phân của chuyển vị
Hệ số lũy thừa
Vectơ bao gồm ứng suất pháp tuyến, ứng suất cắt

Thông số độ bền của đất nền
Ma trận độ cứng của vật liệu
Chỉ số SPT (Standard Penetration Test)
OverConsolidation Ratio
ng suất tổng trung bình
ng suất nén đẳng hướng hữu hiệu
Vectơ lực
Cường độ áp lực đất chủ động tác dụng lên tường
Ứng lực tham chiếu
p lực hông tạo bởi nước trong khe nứt căng
Tải trọng ngoài
Ứng suất lệch (độ lệch ứng suất)
Phản lực của đất
Hệ số phá hoại
Hệ số giảm cường độ sức chống cắt
Chuyển vị đứng trong vùng ảnh hưởng
Chuyển vị đứng tại vị trí cạnh biên hố móng
Tổng chuyển vị của đất nền
p lực nước lỗ rỗng ban đầu
p lực nước lỗ rỗng
Vectơ chuyển vị
Unconsolidated Undrained test
Chuyển vị lớn nhất của đất
Chuyển vị ngang lớn nhất của tường
Chuyển vị đứng lớn nhất của đất nền
p lực nước lỗ rỗng thặng dư


∆Ux
Vs

W
xi
y
yref
z

α
αd
αs
αw
β
δ
ϕ (ϕ’)
θ
ψ
γ
γdry
γtb
γw (ρn)
γwet
ν
vur
λ*
κ*
ε
τxy,τyz,τzx
σx, σy, σz
σ
σ’
σh (σ3)

σ’h (σ’3)
σ’ha
σ’hp
σn
σ’p (pp)
σt
σv (σ1)
σ’v (σ’1)
σ’vo

%
m3
kN/m
m
m
m
m
độ
m
m2
độ
độ
độ
độ
độ
kN/m3
kN/m3
kN/m3
kN/m3
kN/m3

kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2
kN/m2

Chênh lệch chuyển vị ngang
Thể tích vùng dịch chuyển đất nền
Trọng lượng của nêm đất
Khoảng cách từ vị trí cần tính chuyển vị đứng Si
Độ sâu tại vị trí đang xét
Độ sâu bắt đầu xuất hiện lớp vật liệu
Chiều sâu hố đào tại điểm khảo sát
Góc của mặt phẳng phá hoại
Hệ số độ cứng của tường
Hệ số độ cứng của thanh chống
Hệ số ảnh hưởng
Góc nghiêng của mặt đất
Góc ma sát giữa tường và đất
Góc ma sát trong của đất trong thí nghiệm CD
Góc nghiêng của lưng tường

Góc dãn nở của đất
Dung trọng của đất
Dung trọng khô của đất
Dung trọng trung bình của các lớp đất
Trọng lượng riêng của nước
Dung trọng ướt của đất
Hệ số Poisson của đất, tường
Hệ số Poisson của đất khi dỡ tải, gia tải lại
Chỉ số nén hiệu chỉnh
Chỉ số nở hiệu chỉnh
Vectơ biến dạng
Các ứng suất tiếp
Các ứng suất pháp song song với các trục x, y, z
Vectơ ứng suất
Vectơ ứng suất hữu hiệu
ng suất tổng theo phương ngang
ng suất hữu hiệu theo phương ngang
p lực hông chủ động
p lực hông bị động
p lực nén thẳng đứng ở cấp tải trọng thứ (n)
ng suất tiền cố kết
ng suất kéo cho phép của đất
ng suất tổng theo phương đứng
ng suất hữu hiệu theo phương đứng
ng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất


1

MỞ ĐẦU

Hiện nay, nhu cầu khai thác không gian dưới mặt đất trong xây dựng công
trình, nhất là ở các đô thị lớn, ngày càng nhiều do cần tiết kiệm đất đai và giá
đất ngày càng cao, nên đã tìm cách cải tạo hoặc xây mới các đô thị với ý tưởng
chung là triệt để khai thác và sử dụng không gian dưới mặt đất cho nhiều mục
đích khác nhau về kinh tế, xã hội và cả cho phòng vệ dân sự nữa.
Một số ngành công nghiệp do yêu cầu của dây chuyền công nghệ (như
nhà máy luyện kim, cán thép,…) cũng đã đặt một phần không nhỏ dây chuyền đó
nằm sâu dưới mặt đất. Các công trình trạm bơm, thuỷ lợi, thủy điện cũng cần đặt
sâu vào lòng đất nhiều bộ phận chức năng của mình.
Việc xây dựng các loại công trình nói trên theo xu thế hiện nay thường
gặp các loại hố móng sâu khác nhau. Để thực hiện, đơn vị thiết kế và thi công
cần có những biện pháp chắn giữ hữu hiệu để bảo vệ thành vách hố móng sâu
và công nghệ đào thích hợp về mặt kỹ thuật-kinh tế cũng như an toàn về môi
trường và đảm bảo ổn định cho các công trình xung quanh. Một trong những biện
pháp hữu hiệu để bảo vệ thành vách hố móng sâu là sử dụng giải pháp tường
trong đất (tường-Diaphragm Wall).
Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng tường được vận dụng trong các
tầng hầm nhà cao tầng.
Tính cấp thiết của đề tài “Phân tích ứng xử giữa đất và tường trong đất
trong quá trình thi công các tầng hầm nhà cao tầng“ của chúng tôi nhằm giải
quyết các vấn đề sau đây:
1. Phân tích sự thay đổi ứng suất trong đất nền.
2. Phân tích sự thay đổi nội lực của tường.
3. Phân tích sự thay đổi chuyển vị tường.


2
4. Phân tích chuyển vị đứng của đất nền sau lưng tường.
5. Phân tích chuyển vị ngang của đất nền sau lưng tường.
6. Phân tích chuyển vị đứng của đất nền ở đáy hố móng.

7. Thiết lập sự tương quan giữa chuyển vị ngang của tường và chuyển vị
đứng của đất nền theo độ sâu đào đất.
8. Thiết lập sự tương quan giữa chuyển vị ngang của tường và hệ số độ
cứng của tường theo độ sâu đào đất.
9. Thiết lập sự tương quan giữa chuyển vị đứng của đất nền và hệ số độ
cứng của tường theo độ sâu đào đất.
10. Thiết lập sự tương quan giữa chuyển vị ngang của tường và hệ số độ
cứng của thanh chống A theo độ sâu đào đất.
11. Thiết lập sự tương quan giữa chuyển vị đứng của đất nền và hệ số độ
cứng của thanh chống A theo độ sâu đào đất.
Để thực hiện được các vấn đề nêu trên, phương pháp nghiên cứu-phân
tích được lựa chọn:
+ Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết phân tích ứng xử giữa đất và tường.
+ Phân tích các thông số của đất, tường, thanh chống, … để phục vụ mô
phỏng cho các mô hình đất nền.
+ Phân tích ứng xử giữa đất và tường trong đất trong quá trình thi công
đào đất các tầng hầm nhà cao tầng.
Ý nghóa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài nghiên cứu:
1. Phân tích được sự thay đổi ứng suất trong đất nền, nội lực-chuyển vị
tường, chuyển vị đứng-chuyển vị ngang của đất nền sau lưng tường và ở đáy hố
móng.
2. Thiết lập được sự tương quan giữa các đại lượng trên, giúp ích cho việc
ước lượng được trị số của chúng.


3

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI TƯỜNG VÂY HỐ

MÓNG SÂU


4

1.1. CÁC LOẠI TƯỜNG VÂY HỐ MÓNG SÂU [7]
Ranh giới phân biệt giữa hố móng nông và hố móng sâu không có quy
định rõ ràng, thường thì 5m thì được xem là loại hố móng sâu. Nhưng trong thực
tế xây dựng thì thường lấy 6m làm ranh giới phân biệt giữa hố móng nông và hố
móng sâu. Đôi lúc, độ sâu hố móng nhỏ hơn 5m, nhưng phải thi công trong điều
kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn phức tạp thì được xem ứng xử như
hố móng sâu.
Tường vây hố móng sâu bao gồm các loại thông dụng sau:
+ Tường chắn bằng ximăng đất trộn ở tầng sâu: Trộn cưỡng chế đất với
ximăng thành cọc ximăng-đất, sau khi đông cứng lại sẽ thành tường chắn có
dạng bản liền khối đạt cường độ nhất định, dùng cho những loại hố móng có độ
sâu từ 3÷6m.
+ Cọc bản thép: Dùng thép máng sấp ngửa móc vào nhau hoặc cọc bản
thép khóa miệng bằng thép hình với mặt cắt chữ U hoặc chữ Z. Dùng phương
pháp đóng hoặc rung để hạ chúng vào trong đất, sau khi hoàn thành nhiệm vụ
chắn giữ, có thể thu hồi sử dụng lại, dùng cho hố móng có độ sâu từ 3÷10m.
+ Cọc bản bê tông cốt thép: Chiều dài cọc từ 6÷12m, sau khi đóng cọc
xuống đất, trên đỉnh cọc đổ một dầm vòng bằng bê tông cốt thép đặt một dãy
chắn giữ hoặc thanh neo, dùng cho loại hố móng có độ sâu từ 3÷6m.
+ Tường chắn bằng cọc khoan nhồi: Dùng đường kính từ φ600÷φ1000mm,
cọc dài từ 15÷30m, làm thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, trên đỉnh cọc đổ
một dầm vòng bằng bê tông cốt thép, dùng cho hố móng có độ sâu từ 6÷13m.
+ Tường trong đất (tường-Diaphragm Wall): Sau khi đào thành hào móng
thì đổ bê tông, làm thành tường chắn đất bằng bê tông cốt thép có cường độ
tương đối cao, dùng cho hố móng có độ sâu từ 10m trở lên hoặc trong điều kiện

thi công tương đối khó khăn.


5

+ Giếng chìm: Là tên gọi hình thức khi chế tạo của móng, đồng thời còn
nói lên quá trình thi công giếng tự chìm dần xuống dưới trọng lượng bản thân.
Móng giếng chìm được thi công theo cách đào hết đất dưới chân giếng để tự nó
lún xuống dưới trọng lượng bản thân. Trong quá trình đào móng, giếng có tác
dụng như một vòng vây để ngăn đất, sau khi hạ đến độ sâu thiết kế sẽ thi công
bịt đáy và làm các kết cấu bên trong từ dưới lên trên như: cột, sàn, móng thiết
bị, bunke, giếng lại được sử dụng và trở thành một bộ phận chính chịu lực của
móng. Hiện nay hay dùng giếng chìm bằng bêtông cốt thép vì giếng có thể chịu
được tải trọng lớn và dễ chế tạo. Tuỳ theo cấu tạo của công trình bên trên mà
giếng có hình dạng mặt bằng cho thích hợp (hình tròn, chữ nhật, bầu dục, …).
Thường cấu tạo mặt bằng nên làm đối xứng để cho giếng chìm xuống được đều
và cân bằng.
+ Giếng chìm hơi ép: Trên mặt đất làm một hộp kín với nắp là sàn giếng
và đáy dưới nằm sát phần đào của chân giếng. Trong đó có lắp ống lên xuống
và thiết bị điều chỉnh áp suất không khí, bên cạnh có trạm khí nén và máy bơm.
Đất đào được trong giếng sẽ đưa lên mặt đất qua ống lên xuống và thiết bị điều
chỉnh áp suất không khí nói trên. Trong không gian công tác của giếng chìm hơi
ép được bơm khí nén tới áp lực bằng áp lực thuỷ tónh và nhờ vậy mà công tác
đào đất sẽ khô ráo. Cùng với hộp kín đi sâu vào đất ta thi công tiếp phần kết cấu
nằm phía trên hộp kín nói trên. Phương pháp giếng chìm hơi ép thường dùng
trong đất yếu có mực nước ngầm cao, dòng chảy mạnh, ở những nơi ngập nước,
tức là trong những trường hợp việc thoát nước là khó khăn và không hợp lý về
mặt kinh tế và chỉ ở độ sâu từ 30÷35m vì không thể công tác ở áp suất
3.0÷3.5atm.

6

1.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÔNG TRÌNH HỐ MÓNG SÂU THEO HƯỚNG
PHÂN TÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây ở nước ta, tại các thành phố lớn như Hà Nội,
Thành phố Hồ Chí Minh (Tp. HCM) bắt đầu sử dụng các tầng hầm dưới các nhà
cao tầng với hố móng sâu có chiều sâu đến 10m và chiều sâu của tường đến trên
40m.
Vấn đề cốt lõi thực sự cần quan tâm là: thiết kế, thi công kết cấu chắn giữ
hố móng sâu và công nghệ đào thích hợp, cũng như vấn đề an toàn môi trường
và không gây ảnh hưởng đến các công trình xung quanh.
Dưới đây là một số công trình tiêu biểu có sử dụng tường:
• Harbour View Tower-Thành phố Hồ Chí Minh
Công trình tọa lạc tại số 35 Nguyễn Huệ, Quận 1, Tp.HCM gồm 19 tầng
lầu, 3 tầng hầm, có hố móng sâu đến 10m. Diện tích đất xây dựng 25m*27m.
Mặt bằng xây dựng chật hẹp, hai mặt bên của công trình tiếp giáp với hai tòa
nhà cao 2 tầng và 6 tầng đã có sẵn, hai mặt còn lại tiếp giáp với hai đường lớn
thuộc trung tâm Thành phố. Tầng hầm của công trình có tổng chiều sâu là
9.61m, được chắn giữ bằng các module panel liên kết với nhau tạo thành hệ
tường khép kín. Kích thước của một module panel là: 0.6m*2.8m*22m, với tổng
diện tích tường là 3210m2.


7

Hình 1.1: Thi công tường dẫn

Hình 1.2: Lắp đặt lồng theùp

8

• Vietcombank Tower-Hà Nội
Công trình gồm 22 tầng lầu, 2 tầng hầm, có hố móng sâu đến 11m. Kích
thước của một module panel là: 0.8m*2.8m*18m, với tổng diện tích tường là
2500m2 kết hợp với 101 chiếc neo đất đặt ở hai cao trình +8.7m và +4.2m so với
cao trình +11m ở mặt đất tự nhiên.
• Công Trình 25 Láng Hạ-Hà Nội
Công trình gồm 28 tầng lầu và 2 tầng hầm, với tổng chiều sâu tầng hầm
là 9.6m. Hệ tường gồm các module panel liên kết, kích thước một module panel
là: 0.6m*2.8m*20m.

Hình 1.3: Hệ thanh chống-thanh giằng tường trong đất


9

• Petronas Tower-Malaysia
Công trình gồm 88 tầng lầu, nhiều tầng hầm. Hệ tường gồm các module
panel liên kết, kích thước một module panel là: 0.8m*2.8m*30m, với tổng diện
tích tường là 29000m2.
Việc thiết kế và thi công các công trình hố móng sâu đôi khi ít được các
đơn vị xây dựng quan tâm đúng mức. Vì vậy, đã xảy ra một số trường hợp đáng
tiếc, gây không ít thiệt hại về người và của như: bị sạt lở hố móng, gây lún sụt,
nứt nẻ thậm chí sụp đổ công trình lân cận do việc xây chen.
Cụ thể, vào lúc 4h sáng ngày 28/7/2004, ba căn nhà số 115-117-117B
nằm trên đường Nguyễn Cửu Vân, phường 17, quận Bình Thạnh đổ sập hoàn
toàn. Nguyên nhân do ảnh hưởng của việc thi công đào hố móng (sâu 6m, diện
tích mặt bằng đào khoảng 800m2) của công trình chung cư 10 tầng Sai Gon View

Apartment. Do đơn vị thi công đã báo động trước nguy cơ sập đổ nên không thiệt
hại về người. Ngoài ra, việc thi công phần móng còn gây ảnh hưởng đến các công
trình xung quanh.

Hình 1.4: Hình ảnh đổ sập các căn nhà gần công trình


10

Việc thi công các kết cấu chắn giữ hố móng sâu là rất đa dạng, vì nó phụ
thuộc vào những điều kiện cụ thể và trang thiết bị cũng được hoàn thiện ngày
càng tốt hơn. Cần nhấn mạnh rằng không có loại công 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 công trình chắn giữ hố móng sâu.
1.3. MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC và NƯỚC NGOÀI
THEO HƯỚNG PHÂN TÍCH CỦA ĐỀ TÀI
• Từ kết quả khảo sát sự thay đổi nội lực và chuyển vị của tường trong đất
trong quá trình thi công các tầng hầm nhà cao tầng, một số kết luận đã được rút
ra, [8]:
Chuyển vị ngang và nội lực trong tường được giải bằng phương pháp giải
tích cho kết quả lớn hơn so với phương pháp phần tử hữu hạn.
• Qua phân tích phương pháp tính toán và kiểm tra ổn định công trình tường
trong đất bảo vệ 2 tầng hầm của nhà 14 tầng trên đất yếu ở Quận 7-Tp.HCM,
tác giả đề tài này cũng đưa ra một số kết luận sau, [11]:
+ Khi tính chuyển vị tường trong đất lấy module đàn hồi của các đất dính
Ec=375*cu (cu là lực dính đơn vị không thoát nước), module đàn hồi của lớp đất
cát Es=766*N (N là chỉ số SPT) thì kết quả tương đối sát với quan trắc thực tế.
+ Đối với công trình tường trong đất bảo vệ hai tầng hầm (độ sâu khoảng
8m), ở khu vực Quận 7, Tp. HCM, khi bề dày của tường trong đất lớn hơn 0.8m
thì thu được chuyển vị ngang giảm ít hơn so với khi tường nhỏ hơn 0.8m. Do vậy,

với công trình tường trong đất bảo vệ hai tầng hầm của nhà cao tầng nên chọn
chiều dày tường là 0.8m và đưa ra được quan hệ giữa chuyển vị ngang của tường
và chiều dày của tường.