So sánh ổn định và biến dạng của tường và đất khi thi công bằng phương pháp top down và bottom up của hố móng sâu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------[\-------

TRẦN NGỌC HÒA

SO SÁNH ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG
VÀ ĐẤT KHI THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP
TOP-DOWN VÀ BOTTOM-UP CỦA HỐ MÓNG SÂU

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số ngành: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SỸ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2007



CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN XUÂN THỌ

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

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

Luận văn Thạc sỹ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SỸ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ….... tháng ….... năm 200…..


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 200…..

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ
Họ và tên học viên: TRẦN NGỌC HÒA
Ngày, tháng, năm sinh: 24 - 12 - 1977
Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Phái: Nam
Nơi sinh: tỉnh Bình Định
MSHV: 00904241

I. TÊN ĐỀ TÀI:

SO SÁNH ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG VÀ ĐẤT KHI THI CÔNG
BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN VÀ BOTTOM-UP CỦA HỐ MÓNG SÂU

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Nhiệm vụ:

So sánh ổn định và biến dạng của tường và đất khi thi công bằng phương pháp Top-Down
và Bottom-Up của hố móng sâu.
2. Nội dung:
Chương 1: Tổng quan về hố móng sâu.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định, biến dạng của tường và đất.
Chương 3: Thí nghiệm hiện trường xác định đặc trưng biến dạng của đất – Thí nghiệm nén
ngang (PRESSUREMETER TEST – PMT).
Chương 4: Phân tích các thông số của đất, các đặc trưng về vật liệu để mô phỏng công
trình thực theo mô hình đất nền Hardening-Soil.
Chương 5: So sánh ổn định và biến dạng của tường và đất khi thi công bằng phương pháp
Top-Down và Bottom-Up của hố móng sâu.
Kết luận.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 16 – 7 – 2007
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 16 – 12 – 2007
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN XUÂN THỌ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. TRẦN XUÂN THỌ

BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS. VÕ PHÁN

Nội dung và đề cương Luận văn Thạc sỹ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

Ngày ……. tháng ……. năm 200…..
KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

LỜI CÁM ƠN
Luận văn Thạc sỹ là kết quả tổng hợp lại tất cả những kiến thức của bản
thân tác giả đã học tập sau hai năm học chương trình Sau Đại học tại Trường Đại
học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh. Kết quả có được là do các Thầy, các Cô
đã tận tâm trang bị cùng với sự nỗ lực học tập của tác giả, là hành trang không
thể thiếu trên con đường học tập và nghiên cứu tiếp theo.
Luận văn hoàn thành đã thể hiện sự làm việc nghiêm túc của bản thân tác
giả với sự giúp đỡ đặc biệt quý báu của TS. Trần Xuân Thọ. Xin bày tỏ lòng
biết ơn chân thành nhất đến TS. Trần Xuân Thọ.
Xin chân thành cám ơn Quý Thầy/Quý Cô trong Bộ môn Địa cơ Nền
móng - Trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, đã nhiệt tình dạy
bảo trong suốt quá trình tác giả học tập, giúp tác giả có được những kiến thức
hữu ích; đồng thời quan tâm giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất trong thời gian
tác giả thực hiện Luận văn.
Xin cám ơn các bạn bè thân hữu và đồng nghiệp đã đóng góp nhiều
kiến thức hữu ích.
Và cuối cùng là gia đình - thành viên luôn kề vai sát cánh, đôn đốc trong
suốt quá trình tác giả học tập. Xin bày tỏ lòng ghi ơn và tri ân sâu sắc nhất
đến gia đình tác giả.

Học viên
TRẦN NGỌC HÒA


TÓM TẮT LUẬN VĂN
TÊN ĐỀ TÀI: “SO SÁNH ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG VÀ
ĐẤT KHI THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN VÀ BOTTOMUP CỦA HỐ MÓNG SÂU”
Hiện nay ở nước ta với hố móng sâu, các nhà thầu thường sử dụng một
trong hai biện pháp để thi công tầng hầm là thi công từ trên xuống (Top-Down)
hay từ dưới lên (Bottom-Up). Với mỗi biện pháp thi công khác nhau thì ổn định,

biến dạng của tường (diaphragm wall) và đất là khác nhau. Vì vậy, việc chọn
biện pháp thi công hợp lý để thi công tầng hầm có ý nghóa rất quyết định đến sự
an toàn trong thi công và chất lượng của công trình.
Vấn đề đặt ra như trên, phương pháp nghiên cứu của tác giả là:
+ Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết phân tích, tính toán giữa đất và tường.
+ Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết, cũng như thực tiễn cho việc thi công các
tầng hầm của nhà cao tầng bằng biện pháp Top-Down và Bottom-Up.
+ Nghiên cứu lý thuyết về phần tử hữu hạn (FEM).
+ Tiến hành quan trắc cho công trình thực.
Sau khi đã nghiên cứu các cơ sở lý thuyết, tác giả áp dụng cho công trình
Fideco Tower, số 81 – 85, đường Hàm Nghi, quận 1, thành phố Hồ Chí Minh.
Kết quả nghiên cứu thu được:
- Phân tích và so sánh chuyển vị ngang của tường theo mô phỏng với kết
quả quan trắc thực tế.
- Phân tích sự thay đổi ứng suất trong đất nền.
- Phân tích sự thay đổi nội lực của tường.
- Phân tích chuyển vị của đất nền sau lưng tường.
- Thiết lập mối tương quan giữa chuyển vị ngang của tường và chuyển vị
đứng của đất nền sau lưng tường theo độ sâu đào đất.
Những kết quả nghiên cứu được áp dụng cho công trình có nhiều tầng
hầm ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và cả nước nói chung.


THESIS SUMMARY
THE

SUBJECT:

DEFORMATION

“THE
OF

COMPARISON

DIAPHRAGM

OF

WALL

STABILITY
AND

SOIL

AND
WHEN

CONSTRUCTING BY THE TOP-DOWN AND BOTTOM-UP METHOD OF
THE EXCAVATION”
Nowadays, with depth excavation in Viet Nam, the contractor usually uses
one in two construction methods to conduct basements: Top-Down or Bottom-Up.
The stability and deformation depend on each construction method.
The problems are given to study:
+ Study some theories about analysis and calculation between soil and
diaphragm wall.
+ Some theories to conduct basements using Top-Down or Bottom-Up
methods.
+ Study some theories about finite element models (FEM).

+ Survey for realistic project.
The Fideco Tower project, 81 – 85 number - Ham Nghi street - district 1 Ho Chi Minh city is applied for the research.
The results obtained:
- Analysis and comparison about displacements of diaphragm wall from
calculation with realistic measure results.
- Analysis about changing of stresses in the soil.
- Analysis about changing of diaphragm wall’s internal forces.
- Analysis about displacements of soil behind the diaphragm wall.
- Establishing the correlation about diaphragm wall’s horizontal
displacement and soil’s vertical displacement behind the diaphragm wall upon
depth of earth excavation.
The results research taking are applied for the projects in Ho chi Minh city
and nation.


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỐ MÓNG SÂU
1.1. Đặt vấn đề ..................................................................................................... 5
1.2. Các loại hố móng sâu .................................................................................... 5
1.3. Các loại tường vây hố móng sâu ................................................................... 5
1.4. Giới thiệu một số công trình hố móng sâu theo hướng phân tích của đề tài 6
1.4.1. Một số hình ảnh thi công hố móng sâu bằng phương pháp Bottom-Up ..... 7
1.4.2. Một số hình ảnh thi công hố móng sâu bằng phương pháp Top-Down ..... 8
1.5. Một số sự cố công trình do đào hố móng sâu ............................................... 9
1.6. Một số kết quả nghiên cứu trong nước và nước ngoài theo hướng phân tích
của đề tài ............................................................................................................ 13
1.7. Nhận xét và phương hướng đề tài ............................................................... 15

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH, BIẾN DẠNG
CỦA TƯỜNG VÀ ĐẤT
2.1. Giới thiệu ..................................................................................................... 18
2.2. Tính áp lực ngang của đất tác dụng lên tường trong đất (diaphragm wall) 18
2.2.1. Lý thuyết Mohr-Rankine .......................................................................... 19
2.2.1.1. Đối với đất rời ............................................................................ 19
2.2.1.2. Đối với đất dính .......................................................................... 21
2.2.2. Lý thuyết Coulomb ................................................................................... 23
2.2.2.1. Áp lực chủ động lên tường nhám ............................................... 25


2.2.2.2. Áp lực bị động lên tường nhám ................................................... 27
2.2.3. Lý thuyết cân bằng giới hạn điểm của Sokolovski .................................. 31
2.2.4. p lực ngang của đất lên công trình thực ................................................ 32
2.3. Ổn định thành hố móng ............................................................................... 34
2.4. Phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích, tính toán ứng suất - biến dạng
và ổn định của tường và đất ............................................................................... 35
2.4.1. Giới thiệu .................................................................................................. 35
2.4.2. Cơ sở lý thuyết ......................................................................................... 36
2.4.2.1. Lý thuyết về biến dạng ............................................................... 36
2.4.2.2. Lý thuyết về dòng chảy ngầm .................................................... 36
2.4.3. Các mô hình đất nền trong phần mềm Plaxis 8.2 .................................... 37
2.4.4. Đặc điểm của mô hình đất nền Hardening-Soil (HS) .............................. 38

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG
BIẾN

DẠNG

CỦA

ĐẤT

–

THÍ

NGHIỆM

NÉN

NGANG

(PRESSUREMETER TEST – PMT)
3.1. Đặt vấn đề ................................................................................................... 40
3.2. Nguyên lý chung ......................................................................................... 41
3.3. Thiết bị thí nghiệm ...................................................................................... 42
3.4. Tiến hành thí nghiệm .................................................................................. 44
3.5. Xử lý kết quả thí nghiệm ............................................................................. 45
3.6. Ứng dụng kết quả thí nghiệm nén ngang .................................................... 46
3.6.1. Xác định loại đất ...................................................................................... 46
3.6.2. Tính toán khả năng chịu tải của đất ......................................................... 46
3.6.3. Tính toán độ lún ....................................................................................... 47


3.7. Công tác thí nghiệm nén ngang ngoài hiện trường tại công trình sài gòn
centre, số 65, đường lê lợi, quận 1, thành phố Hồ Chí Minh ............................. 47
3.7.1. Một số hình ảnh tiến hành khoan khảo sát địa chất và thí nghiệm nén
ngang ngoài hiện trường; biểu mẫu kết quả thí nghiệm nén ngang .................. 48

3.7.2. Xác định đồ thị tương quan giữa chỉ số SPT và giá trị của module nén
ngang Ep tương ứng cho từng loại đất được thí nghiệm trong hố khoan ............ 56

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐẤT, CÁC ĐẶC TRƯNG
VỀ VẬT LIỆU ĐỂ MÔ PHỎNG CÔNG TRÌNH THỰC THEO MÔ HÌNH
ĐẤT NỀN HARDENING-SOIL
4.1. Giới thiệu công trình ................................................................................... 58
4.2. Đặc điểm địa chất công trình khu vực xây dựng ......................................... 59
4.2.1. Mặt cắt địa chất ........................................................................................ 59
4.2.2. Các chỉ tiêu vật lý và cơ học của các lớp đất ........................................... 61
4.2.2.1. Các chỉ tiêu vật lý ....................................................................... 61
4.2.2.2. Các chỉ tiêu cơ học ..................................................................... 62
4.3. Các thông số của đất theo mô hình đất nền Hardening-Soil ...................... 64
4.4. Các thông số đặc trưng về vật liệu của tường trong đất, tường cọc bản thép
và thanh chống ................................................................................................... 66
4.4.1. Mặt bằng và mặt cắt ngang hố đào sâu ................................................... 66
4.4.2. Các thông số về đặc trưng vật liệu của tường trong đất .......................... 67
4.4.3. Các thông số về đặc trưng vật liệu của tường cọc bản thép .................... 68
4.4.4. Các thông số về đặc trưng vật liệu của thanh chống A và B ................... 68
4.5. Phần tử tiếp xúc và xác lập trạng thái ban đầu ........................................... 69
4.5.1. Phần tử tiếp xúc ........................................................................................ 69
4.5.2. Xác lập trạng thái ban đầu ....................................................................... 69


4.5.2.1. Trạng thái áp lực nước lỗ rỗng ban đầu ..................................... 69
4.5.2.2. Trạng thái ứng suất ban đầu trong nền đất ................................. 70
4.5.3. Xác lập các giai đoạn tính toán ............................................................... 70

CHƯƠNG 5: SO SÁNH ỔN ĐỊNH, BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG VÀ ĐẤT
KHI THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN VÀ BOTTOM-UP

CỦA HỐ MÓNG SÂU
5.1. Đặt vấn đ ................................................................................................... 72
5.2. Mô phỏng quá trình thi công đào đất của công trình thực theo mô hình đất
nền hardening-soil .............................................................................................. 73
5.2.1. Bài Toán 1: Mô phỏng quá trình thi công đào đất khi thi công bằng phương
pháp Bottom-Up ................................................................................................. 73
5.2.2. Bài Toán 2: Mô phỏng quá trình thi công đào đất khi thi công bằng phương
pháp Top-Down .................................................................................................. 77
5.3. Mô hình hóa công trình thực bằng phần mềm plaxis 8.2 ............................ 80
5.3.1. Mô hình tính toán ........................................................................... 80
5.3.2. Tải trọng tính toán ......................................................................... 81
5.4. Phân tích và so sánh chuyển vị ngang của tường từ việc mô phỏng bài toán 1
và bài toán 2 bằng phần mềm plaxis 8.2 với kết quả quan trắc thực t ............ 84
5.4.1. Chuyển vị ngang của tường khi đào xong lớp đất 1 ................................. 84
5.4.2. Chuyển vị ngang của tường khi kích hệ thanh chống ở cao độ -2.0m với
giá trị lực kích là 100kN/m theo chiều dài của tường ........................................ 86
5.4.3. Chuyển vị ngang của tường khi đào xong lớp đất 2 ................................. 88
5.4.4. Chuyển vị ngang của tường khi kích hệ thanh chống ở cao độ -5.5m với
giá trị lực kích là 100kN/m theo chiều dài của tường ........................................ 90
5.4.5. Chuyển vị ngang của tường khi đào xong lớp đất 3 ................................. 92


5.4.6. Chuyển vị ngang của tường khi đào đất đến đáy hố móng pit ................. 94
5.4.7. Nhận xét chung ......................................................................................... 96
5.5. Phân tích sự thay đổi ứng suất trong đất nền .............................................. 97
5.5.1. Vị trí và nội dung khảo sát ứng suất ........................................................ 97
5.5.2. Phân tích sự thay đổi ứng suất .................................................................. 99
5.5.2.1. Vị trí khảo sát sau lưng tường (B) và đáy hố móng pit (D) ........ 99
5.5.2.2. Nhận xét chung ......................................................................... 109
5.6. Phân tích sự thay đổi nội lực của tường .................................................... 110

5.7. Phân tích chuyển vị của đất nền sau lưng tường ....................................... 112
5.7.1. Phân tích chuyển vị đứng của đất nền sau lưng tường ................ 112
5.7.2. Phân tích chuyển vị ngang của đất nền sau lưng tường ............... 122
5.8. Thiết lập mối tương quan giữa chuyển vị ngang của tường và chuyển vị
đứng của đất sau lưng tường theo độ sâu đào đất ............................................ 124

KẾT LUẬN ..................................................................................................... 127


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
Kx; Ky m/ng.đêm
Ls
m
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
σ x , σ y, σ z
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 ñaát


1

MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Hầu như các thành phố lớn, đô thị lớn trên thế giới có nhu cầu rất lớn
trong việc khai thác không gian dưới mặt đất trong xây dựng công trình cho

nhiều mục đích khác nhau về kinh tế, xã hội, văn hóa, môi trường, đồng thời
cũng để tiết kiệm đất đai do giá đất ngày càng cao, do yêu cầu thông thường của
thành phố hiện đại nên đã cải tạo hoặc xây mới các đô thị của mình với ý tưởng
chung là triệt để khai thác và sử dụng không gian dưới mặt đất.
Một số ngành công nghiệp do yêu cầu của dây chuyền công nghệ (như
nhà máy luyện kim, cán thép, làm phân bón, sản xuất vật liệu xây dựng v.v…)
cũng đã đặt một phần không nhỏ dây chuyền đó nằm sâu dưới mặt đất.
Các trạm bơm lớn, công trình thủy lợi hay thủy điện cũng đã đặt sâu vào
lòng đất nhiều bộ phận chức năng của mình với diện tích đến hàng vài chục
ngàn mét vuông và sâu đến hàng trăm mét.
Việc xây dựng các loại công trình nói trên theo xu thế hiện nay dẫn đến
việc xuất hiện hàng loạt kiểu hố móng sâu khác nhau mà để thực hiện chúng,
người thiết kế và thi công cần có những biện pháp chắn giữ để bảo vệ thành
vách hố và công nghệ đào thích hợp về mặt kỹ thuật – kinh tế cũng như an toàn
về môi trường và không gây ảnh hưởng xấu đến công trình lân cận đã xây dựng
trước đó.
Những công trình hoặc một phần công trình loại này thường được đặt sâu
vào trong nền đất, ngoài phải chịu những tác động như những công trình đặt trên
mặt đất còn phải chịu những tác động đặc biệt của môi trường đất xung quanh.


2

Phương diện thiết kế, nhất là phương diện thi công chúng, cần có những xem
xét, nghiên cứu riêng biệt.
Loại công trình xây dựng hạ tầng cơ sở đô thị thường gặp hố hoặc hào đào
sâu, từ đơn giản đến phức tạp, như:
- Hệ thống cấp thoát nước;
- Hệ thống bể chứa và xử lý nước thải;
- ng góp kỹ thuật chung (collector), trong đó đặt các đường ống cấp

nước, khí đốt, điện động lực, cáp thông tin;
- Nút vượt ngầm cho người đi bộ hoặc phương tiện giao thông nhẹ (kết
hợp các ki-ốt, thương mại, dịch vụ v.v…);
- Bãi đậu xe, gara ôtô, kho hàng;
- Ga và đường tàu điện ngầm, đường ôtô cao tốc;
- Văn phòng giao dịch, cung hội nghị, khu triển lãm khổng lồ, trung tâm
thương mại v.v…;
- Tầng hầm kỹ thuật hoặc dịch vụ dưới các nhà cao tầng;
- Công trình phòng vệ dân sự;
- v.v…
Do loại công trình ngầm là rất đa dạng nên việc thi công kết cấu chắn giữ
hố móng cho nó là cũng rất đa dạng, vì nó phụ thuộc vào những điều kiện cụ thể
và thiết bị cũng được hoàn thiện ngày càng tốt hơn. đây 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.
Trong Luận văn này, tác giả sử dụng tường tầng hầm (diaphragm wall)
của các nhà cao tầng để phân tích, tính toán và so sánh; một trong những biện
pháp hữu hiệu để chắn giữ thành vách hố móng sâu.


3

Nội dung nghiên cứu của Luận văn
Vấn đề đặt ra như trên cho thấy, việc lựa chọn biện pháp thi công tổng
thể đối với tầng hầm như bằng biện pháp trên-xuống (Top-Down) hay dưới-lên
(Bottom-Up), kỹ thuật sử dụng thanh chống hay ván cừ cho biên tầng hầm,
khoảng thời gian tiến hành các giai đoạn đào v.v… tất cả đều có ảnh hưởng đến
sự chuyển dịch của đất ở quanh hố móng với điều kiện đất nền và kích thước hố
móng đã xác định. Vì vậy, tính cấp thiết của đề tài “So sánh ổn định và biến

dạng của tường và đất khi thi công bằng phương pháp Top-Down và BottomUp của hố móng sâu” của tác giả nhằm giải quyết các vấn đề sau đây:
- Phân tích và so sánh chuyển vị ngang của tường theo mô phỏng với kết
quả quan trắc thực tế.
- Phân tích sự thay đổi ứng suất trong đất nền.
- Phân tích sự thay đổi nội lực của tường.
- Phân tích chuyển vị của đất nền sau lưng tường.
- Thiết lập mối tương quan giữa chuyển vị ngang của tường và chuyển vị
đứng của đất nền sau lưng tường theo độ sâu đào đất.

Phương pháp nghiên cứu
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, tính toán giữa đất và tường.
+ Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết, cũng như thực tiễn cho việc thi công các
tầng hầm của nhà cao tầng bằng biện pháp Top-Down và Bottom-Up.
+ Nghiên cứu lý thuyết về phần tử hữu hạn (FEM).
+ Tiến hành quan trắc cho công trình thực.


4

Ý nghóa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Với phương pháp thi công các tầng hầm là Bottom-Up và Top-Down, tác
giả xây dựng và phân tích lộ trình ứng suất, chuyển vị của đất nền sau lưng
tường và ở đáy hố đào theo các quá trình thi công; phân tích sự thay đổi về nội
lực và chuyển vị của tường, thiết lập mối tương quan giữa chuyển vị ngang của
tường và chuyển vị đứng của đất nền theo độ sâu đào đất. Trên cơ sở đó ước
lượng được các trị số của chúng và sơ bộ chọn biện pháp thi công tổng thể đối
với tầng hầm cho hợp lý.

Hạn chế của đề tài
- Vì công trình thực được thi công bằng phương pháp Bottom-Up, do đó
chỉ có số liệu quan trắc của phương pháp trên. Bằng phương pháp Phần tử hữu
hạn (FEM), tác giả mô phỏng công trình thực được thi công bằng phương pháp
Top-Down và Bottom-Up, đối chiếu với kết quả quan trắc, tác giả tiến hành
phân tích và so sánh.
- Chưa xét đến sự tác động qua lại giữa móng của các công trình xây chen
có sẵn v.v… với tường và đất xung quanh tường.


5

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỐ MÓNG SÂU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ, [4]
Ranh giới phân biệt giữa hố móng nông và hố móng sâu không có quy
định rõ rệt, có người cho là quá 5m coi là hố móng sâu, còn trong thực tế thì
thường lấy 6m làm ranh giới giữa hố móng nông với hố móng sâu là tương đối
phù hợp. Có khi độ sâu hố móng ít hơn 5m nhưng phải đào trong đất có điều
kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn phức tạp cũng phải ứng xử như hố
móng sâu. Vì vậy, cần thiết phải chắn giữ thành hố móng sâu.

1.2. CÁC LOẠI HỐ MÓNG SÂU, [4]
Căn cứ vào điều kiện hiện trường, phương pháp thi công đào hố, hố móng
sâu có thể chia thành loại đào không có chắn giữ và loại đào có chắn giữ.
Loại đào không có chắn giữ (hay còn gọi là đào trần) giống như đào hố
móng nông cho nhà phố, nhà ở liên kế, móng cột v.v…
Loại đào có chắn giữ, chẳng hạn như chắn giữ hố móng bằng tường cọc
bản thép (sheet pile), tường barette (hay tường trong đất – diaphragm wall) v.v…

1.3. CÁC LOẠI TƯỜNG VÂY HỐ MÓNG SÂU, [4]
Tường vây hố móng sâu bao gồm các loại thông dụng sau:
(1) 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


6

dạng bản liền khối đạt cường độ nhất định, dùng cho những loại hố móng có độ
sâu từ 3m÷6m.
(2) 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 3m÷10m.
(3) Cọc bản bêtông cốt thép: Chiều dài cọc từ 6m÷12m, sau khi đóng cọc
xuống đất, trên đỉnh cọc đổ một dầm vòng bằng bêtông cốt thép đặt một dãy
chắn giữ hoặc thanh neo, dùng cho loại hố móng có độ sâu từ 3m÷6m.
(4) Tường chắn bằng cọc khoan nhồi: Đường kính từ φ600mm÷φ1000mm,
cọc dài từ 15m÷30m, làm thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, trên đỉnh cọc đổ
một dầm vòng bằng bêtông cốt thép, dùng cho hố móng có độ sâu từ 6m÷13m.
(5) Tường liên tục trong đất (Diaphragm Wall): Sau khi đào thành hào
móng thì đổ bêtông, làm thành tường chắn đất bằng bêtông 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.

1.4. GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÔNG TRÌNH HỐ MÓNG SÂU THEO HƯỚNG
PHÂN TÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, tại các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố
Hồ Chí Minh bắt đầu sử dụng các tầng hầm dưới các nhà cao tầng với hố móng

sâu có chiều sâu đến hoặc hơn 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 về môi
trường và không gây ảnh hưởng đến các công trình xung quanh.


7

1.4.1. Một số hình ảnh thi công hố móng sâu bằng phương pháp Bottom-Up

Hình 1.1: Đào đất lớp 1, công trình Fideco Tower

Hình 1.2: Đào đất lớp 2, công trình Fideco Tower


8

1.4.2. Một số hình ảnh thi công hố móng sâu bằng phương pháp Top-Down

Hình 1.3: Đào đất lớp 1, công trình bệnh viện Trường Đại học Y Dược
thành phố Hồ Chí Minh

Hình 1.4: Đào đất lớp 2, công trình bệnh viện Trường Đại học Y Dược
thành phố Hồ Chí Minh


9

1.5. MỘT SỐ SỰ CỐ CÔNG TRÌNH DO ĐÀO HỐ MÓNG SÂU
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:
a) Vào lúc 4 giờ sáng ngày 28/7/2004, ba căn nhà số 115-117-117B nằm
trên đường Nguyễn Cửu Vân, phường 17, quận Bình Thạnh, thành phố Hồ Chí
Minh, đã đổ sập hoàn toàn (hình 1.9). 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 là 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 1.5: Hình ảnh đổ sập các căn nhà gần công trình

b) Sự cố sập hoàn toàn kết cấu chắn giữ hố móng sâu của một khối chung
cư cao tầng nằm trong khu Dự án Sài Gòn Pearl trên đường Nguyễn Hữu Cảnh,
quận Bình Thạnh, thành phố Hồ Chí Minh, trong khi đơn vị thi công đang thi


10

công đào đất hố móng sâu. Rất may là không có thiệt hại lớn về người nhưng
thiệt hại về tài sản được ước tính là rất lớn.
c) Vào trung tuần tháng 10/2007, tại công trình Pacific, số 43 – 45 – 47,
nằm trên đường Nguyễn Thị Minh Khai, quận 1, thành phố Hồ Chí Minh, do chủ
đầu tư và đơn vị thi công đã không lường hết được tính phức tạp của địa chất tại
công trình xây dựng và sự phức tạp của việc thi công hố móng sâu, công trình đã
thi công vượt 3 tầng hầm (tức là thực tế thi công đến 6 tầng hầm, có hố móng sâu
đến hơn 20m) trong khi giấy phép xây dựng chỉ cho phép thi công có 3 tầng hầm.
Kết quả là đã gây ra sự sập đổ hoàn toàn cho các căn nhà bên cạnh trong đó có
Viện khoa học xã hội Miền Nam. Do sự sập đổ đã được dự báo trước từ lâu và

tai họa xảy ra vào lúc 19 giờ 30 phút nên không gây thiệt hại về người, tuy
nhiên đã gây thiệt hại rất lớn về tài sản mà đặc biệt là sự mất mát rất nhiều tài
liệu khoa học quý giá đã và đang nghiên cứu của Viện khoa học xã hội Miền
Nam mà không có cách gì hồi phục được.
d) Gần đây nhất, vào đầu tháng 11/2007, tại đường Nguyễn Siêu, quận 1,
thành phố Hồ Chí Minh, chung cư COSACO đã xảy ra hiện tượng lún sụt nền
móng, làm tường nứt nẻ, buộc phải di dời những người dân ở chung cư đó đến
nơi an toàn. Ngoài ra, quanh chung cư COSACO, lề đường cho người đi bộ cũng
bị nứt nẻ lan truyền với tốc độ rất nhanh, làm lún sụt lề đường có nơi sâu đến
hơn 3m. Nguyên nhân đánh giá ban đầu là do việc thi công các cao ốc có hố
móng sâu ở gần đó mà không có biện pháp chắn giữ hố đào sâu một cách hữu
hiệu.
Ngoài những sự cố có liên quan đến việc thiết kế và thi công hố móng
sâu như đã nêu trên, hiện tại trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh còn có rất
nhiều quận, huyện mà người dân đang rất hoang mang về hiện tượng mặt đất
lún sụt, nứt nẻ với tốc độ lan truyền rất nhanh, kéo theo nhà cửa cũng bị hư hại