Phân tích ảnh hưởng của hoạt tải xe tác động vào tường chắn đất của hố đào

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

NGUYỄN KHẮC DŨNG

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HOẠT TẢI XE
TÁC ĐỘNG VÀO TƯỜNG CHẮN ĐẤT CỦA HỐ ĐÀO

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
Mã số: 60580211

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2018


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

NGUYỄN KHẮC DŨNG

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HOẠT TẢI XE
TÁC ĐỘNG VÀO TƯỜNG CHẮN ĐẤT CỦA HỐ ĐÀO

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
Mã số: 60580211

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2018


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA
Cán bộ chấm nhận xét 1: GS. TS. TRẦN THỊ THANH
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. PHẠM VĂN HÙNG
Cán bộ chấm nhận xét 3: TS. NGUYỄN NGỌC PHÚC

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM
ngày 13 tháng 07 năm 2018
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1.
2.
3.
4.
5.

Chủ tịch hội đồng: PGS. TS. LÊ BÁ VINH
Thư ký hội đồng: TS. ĐỖ THANH HẢI
Ủy viên Phản biện 1: GS. TS. TRẦN THỊ THANH
Ủy viên Phản biện 2: TS. PHẠM VĂN HÙNG
Ủy viên Hội đồng: TS. NGUYỄN NGỌC PHÚC

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS. TS. LÊ BÁ VINH

TS. LÊ ANH TUẤN


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

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

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN KHẮC DŨNG

MSHV: 1670170

Ngày, tháng, năm sinh: 25/11/1987

Nơi sinh: Bình Định

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

Mã số: 60580211

I. TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích ảnh hưởng của hoạt tải xe tác động vào tường chắn
đất của hố đào
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Nhiệm vụ: Phân tích ảnh hưởng của hoạt tải xe tác động vào tường chắn đất của hố
đào.
Nội dung :
Phần mở đầu
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Giá trị quan trắc
Chương 4: Tính tốn mơ phỏng
Chương 5: Kết luận và kiến nghị
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/01/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/06/2018
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA
TP. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20....
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

PGS. TS. LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS. LÊ ANH TUẤN
i


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn đến q thầy cơ bộ mơn Địa cơ Nền
móng, khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường đại học Bách Khoa TP.HCM đã truyền đạt

cho tôi nhiều kiến thức quý báu.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy TS. Lê Trọng Nghĩa. Thầy đã định
hướng cho tôi nội dung luận văn thạc sĩ và chỉ dẫn nhiệt tình các kiến thức chuyên
môn về lý thuyết và thực tiễn.
Bên cạnh đó, tơi xin gửi lời tri ân tới TS. Thân Trọng Trần Hoan đã giúp đỡ
tôi thực hiện đề tài này.
Cuối cùng, tôi gởi lời biết ơn tới gia đình tơi, bạn bè tơi và đồng nghiệp tơi đã
ủng hộ, động viên tôi rất nhiều trong thời gian qua.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 6 năm 2018
Học viên

NGUYỄN KHẮC DŨNG

ii


TÓM TẮT
Tường chắn đất của tầng hầm chịu tác động gây ra bởi các tải trọng như tải trọng
khối đất, áp lực nước ngầm, tải trọng các cơng trình lân cận, tải trọng các phương tiện
giao thông khi di chuyển trên đường gần với tầng hầm, các tải trọng thi công bên
trong công trường và xung quanh hố đào của tầng hầm.
Trong quá trình quan trắc hệ giằng chống của hố đào, một số ghi nhận đã nêu
ra việc ứng suất trong hệ giằng chống tăng đột biến khi có đồn xe chạy ngang qua
gần hố đào, và sau đó ứng suất giảm lại về vùng cân bằng. Về mặt định tính, hoạt tải
xe cịn có ảnh hưởng động vào tường chắn đất của hố đào, bên cạnh ảnh hưởng tĩnh
như đã xét trong các tính tốn phổ biến.
Cơng trình Lakeside Towers, có 2 tầng hầm, tại 70 Nguyễn Văn Linh, phường
Tân Thuận Tây, quận 7, TP.HCM được lựa chọn để nghiên cứu. Tải tác động được
tính tốn với 2 trường hợp, bao gồm trường hợp tải tĩnh và trường hợp tải động.

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng:
 Giá trị ứng suất trong hệ giằng có thể tăng 25% khi xét đến ảnh hưởng
động của tải trọng xe.
 Vận tốc xe chạy trong khoảng 10 km/h đến 30 km/h sẽ gây ra tác động
lớn lên tường chắn đất.
 Khi tính tốn bài tốn thi cơng tầng hầm, nằm sát đường có xe tải nặng
chạy thì người thiết kế cần xem xét chọn phương án:
 Phương án 1: Áp dụng nhân thêm hệ số ảnh hưởng do tải động
của xe bằng 1.25, lên các kết quả tính tốn của bài tốn tĩnh.
 Phương án 2: Tính tốn thêm bài tốn động của tải xe, kết hợp vào
giá trị tính tốn của bài toán tĩnh.

iii


ABSTRACT
Retaining wall of a basement is affected by many loads such as the mass of soil,
the pressure of groundwater, the load of adjacent buildings, the load of vehicles when
moving on the road near the basement, construction loads inside a site and around an
excavation.
During the observation of the shoring system of the excavation, that the stress
in the brace suddenly increases when the vehicle passes near the excavation, and then
stress reduces to the equilibrium. In qualitative term, vehicle performance has also
the dynamic impact on the retaining wall, beside the static impact as seen in the
popular calculation.
Lakeside Towers project, a two-basement building, at 70 Nguyen Van Linh
street, Tan Thuan Tay ward, District 7, HCMC was selected to study. The impact load
is calculated in two cases, including the static case and the dynamic case.
Research results show that:
 The stress in the brace can increase by 25% considering the dynamic

impact of the vehicle load.
 The speed of about 10 km/h to 30 km/h will cause great impact on the
retaining wall.
 When calculating the construction method of basement, near the road
with heavy trucks, a designer should consider choosing one option:
 Option 1: Apply multiplicative coefficients by the dynamic load
of the vehicle by 1.25, on the calculation results of the static
analysis.
 Option 2: Calculate the dynamic analysis of the vehicle load,
combine to the calculated value of the static analysis.

iv


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tơi xin chịu trách nhiệm về cơng việc của mình thực hiện.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 6 năm 2018
Học viên

NGUYỄN KHẮC DŨNG

v


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ............................................................................i

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
TÓM TẮT ................................................................................................................. iii
ABSTRACT ...............................................................................................................iv
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................v
MỤC LỤC ..................................................................................................................vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................xi
KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ........................................................................................ xii
PHẦN MỞ ĐẦU .........................................................................................................1
Tính cấp thiết của đề tài...........................................................................................1
Mục tiêu của đề tài ..................................................................................................2
Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................2
Tính thực tiễn của đề tài ..........................................................................................3
Giới hạn nghiên cứu của đề tài ................................................................................3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ........................................................................................4
1.1. Thực trạng nghiên cứu trong và ngoài nước ....................................................4
1.2. Nhận xét chương ............................................................................................11
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..........................................................................12
2.1. Lý thuyết đàn hồi tuyến tính...........................................................................12
2.2. Mơ hình tải động ............................................................................................12
2.3. Sự truyền tải động trong môi trường liên tục đàn hồi đẳng hướng ................17
2.4. Nhận xét chương ............................................................................................17
CHƯƠNG 3 QUAN TRẮC CÔNG TRÌNH.............................................................18
3.1. Giới thiệu cơng trình.......................................................................................18
3.2. Thiết kế biện pháp thi cơng ............................................................................18
3.3. Bố trí quan trắc ...............................................................................................31
3.4. Quan trắc ứng suất hệ giằng ...........................................................................32
3.5. Giá trị quan trắc ..............................................................................................38
3.6. Nhận xét chương ............................................................................................62
vi

CHƯƠNG 4 TÍNH TỐN MƠ PHỎNG .................................................................63
4.1. Tính tốn biện pháp thi cơng hố đào ..............................................................63
4.2. Tính tốn áp lực động của tải xe ....................................................................83
4.3. Tính tốn ứng suất trong hệ giằng ................................................................104
4.4. So sánh kết quả tính tốn mơ phỏng và giá trị quan trắc .............................109
4.5. Nhận xét chương ..........................................................................................112
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................113
5.1. Kết luận ........................................................................................................113
5.2. Kiến nghị ......................................................................................................113
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................114

vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 0-1: Sơ đồ hoạt tải ngoại biên gây ảnh hưởng lên tường chắn đất.....................1
Hình 0-2: Hình mơ tả phạm vi xe chiếm chỗ ..............................................................1
Hình 1-1: Minh họa tác động của tải trọng động lên tường chắn ...............................5
Hình 1-2: Đồ thị thể hiện sự thay đổi áp lực đất tại đỉnh tường chắn đất phụ thuộc
vào tương quan tần số dao động điều hòa và tần số riêng, với hệ số nhớt = 0.1 .....9
Hình 1-3: Đồ thị thể hiện sự thay đổi của áp lực đất lên tường chắn đất theo chiều
sâu và phụ thuộc vào tương quan tần số dao động điều hòa và tần số riêng, với hệ số
nhớt = 0.1 .................................................................................................................9
Hình 1-4: Đồ thị thể hiện sự thay đổi theo phương ngang của ứng suất pháp phương
ngang gây ra bởi chuyển động nền điều hòa tại bề mặt của lớp đất; = 0.3; =
0.1..............................................................................................................................10
Hình 1-5: Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của sự cản nhớt của vật liệu tới độ lớn của lực
cắt đáy gây ra bởi dao động điều hòa; = 0.3 .........................................................10

Hình 2-1: Mơ hình hệ dao động một bậc tự do .........................................................12
Hình 2-2: Ảnh hưởng của trọng lực vào sự cân bằng của hệ dao động một bậc tự do
...................................................................................................................................13
Hình 2-3: Mơ hình các thành phần của bài tốn ảnh hưởng tải trọng động..............14
Hình 2-4: Phân bố tải trọng của xe xuống mặt đường của Huang (1993) ................15
Hình 2-5: Phân bố tải trọng của xe theo vệt bánh xe của Tran (2004) .....................15
Hình 2-6: Giả thiết mặt đường trong thí nghiệm của Perret (2003)..........................16
Hình 2-7: Tính chất biến dạng của mặt đường khi chịu tải trọng xe (Perret, 2003) .17
Hình 3-1: Cao độ đào đất ..........................................................................................18
Hình 3-2: Kích thước hình học của mặt cắt hố đào 1-1 ............................................19
Hình 3-3: Kích thước hình học của mặt cắt hố đào 2-2 ............................................19
Hình 3-4: Mặt bằng hố khoan ...................................................................................21
Hình 3-5: Mặt cắt địa chất cơng trình .......................................................................22
Hình 3-6: Mặt bằng các hố khoan thí nghiệm cắt cánh hiện trường .........................25
Hình 3-7: Kết quả thí nghiệm cắt cánh VST1, VST2 (tính tốn cho mặt cắt 2-2) ...26
Hình 3-8: Phụ tải mặt đất xung quanh hố đào...........................................................27
Hình 3-9: Mặt bằng bố trí hệ giằng 1 (H400) ...........................................................28
Hình 3-10: Mặt bằng bố trí hệ giằng 2 (2H400) .......................................................28
Hình 3-11: Mặt cắt 1-1 bố trí hệ giằng chống ...........................................................29
Hình 3-12: Mặt cắt 2-2 bố trí hệ giằng chống ...........................................................29
Hình 3-13: Hình ảnh hệ giằng khi đào đất ................................................................30
Hình 3-14: Hình ảnh giao thơng trên đường trước cổng cơng trình .........................30
Hình 3-15: Mặt bằng bố trí quan trắc ứng suất hệ giằng 1 .......................................31
Hình 3-16: Mặt bằng bố trí quan trắc ứng suất hệ giằng 2 .......................................31
Hình 3-17: Lắp đặt Strain Gauges lên hệ giằng ........................................................33
Hình 3-18: Hộp bảo vệ Strain Gauges ......................................................................33
viii


Hình 3-19: Hình ảnh mơ tả vật liệu giãn nở vì nhiệt ................................................35

Hình 3-20: Đồ thị quan hệ ứng suất – biến dạng của thép ........................................36
Hình 3-21: Bố trí Strain Gauges trên mặt cắt thanh giằng ........................................36
Hình 3-22: Ứng suất quan trắc trong hệ giằng 1 .......................................................61
Hình 3-23: Ứng suất quan trắc trong hệ giằng 2 .......................................................61
Hình 4-1: Thơng số cừ Larsen SP-IV .......................................................................66
Hình 4-2: Chi tiết cọc vây D600a700 .......................................................................67
Hình 4-3: Mơ phỏng phụ tải lân cận trong PLAXIS (Mặt cắt 2-2)...........................71
Hình 4-4: Các bước tính tốn trong PLAXIS ...........................................................72
Hình 4-5: Kết quả tính tốn giai đoạn đào đất đến cao độ đáy móng đại trà -3.9 m
GL (trường hợp có tải xe) .........................................................................................73
Hình 4-6: Kết quả tính tốn giai đoạn đào đất đến cao độ đáy móng đại trà -6.15 m
GL (trường hợp có tải xe) .........................................................................................73
Hình 4-7: Kết quả tính tốn giai đoạn đào đất đến cao độ đáy hố pít -8.95 m GL
(trường hợp có tải xe) ................................................................................................74
Hình 4-8: Biểu đồ bao moment trong cọc vây (trường hợp có tải xe) ......................74
Hình 4-9: Biểu đồ bao lực cắt trong cọc vây (trường hợp có tải xe) ........................74
Hình 4-10: Chuyển vị ngang của cọc vây giai đoạn đào đất đến cao độ đáy móng đại
trà -6.15 m GL (trường hợp có tải xe) .......................................................................75
Hình 4-11: Chuyển vị ngang của cọc vây giai đoạn đào đất đến cao độ đáy hố pít 8.95 m GL (trường hợp có tải xe) .............................................................................75
Hình 4-12: Biểu đồ bao moment trong cừ Larsen (trường hợp có tải xe) ................76
Hình 4-13: Biểu đồ bao lực cắt trong cừ Larsen (trường hợp có tải xe) ...................76
Hình 4-14: Chuyển vị ngang của cừ giai đoạn đào đất đến cao độ đáy móng đại trà 6.15 m GL (trường hợp có tải xe) .............................................................................76
Hình 4-15: Chuyển vị ngang của cừ giai đoạn đào đất đến cao độ đáy hố pít -8.95
m GL (trường hợp có tải xe) .....................................................................................76
Hình 4-16: Nội lực trong thanh giằng 1 (H400) ở cao độ -0.7 m GL (trường hợp có
tải xe) .........................................................................................................................77
Hình 4-17: Nội lực trong thanh giằng 2 (2 H400) ở cao độ -3.20 m GL (trường hợp
có tải xe) ....................................................................................................................77
Hình 4-18: Kết quả tính tốn giai đoạn đào đất đến cao độ đáy móng đại trà -3.9 m
GL (trường hợp khơng có tải xe) ..............................................................................78

Hình 4-19: Kết quả tính tốn giai đoạn đào đất đến cao độ đáy móng đại trà -6.15
m GL (trường hợp khơng có tải xe) ..........................................................................78
Hình 4-20: Kết quả tính tốn giai đoạn đào đất đến cao độ đáy hố pít -8.95 m GL
(trường hợp khơng có tải xe) .....................................................................................79
Hình 4-21: Biểu đồ bao moment trong cọc vây (trường hợp khơng có tải xe) .........79
Hình 4-22: Biểu đồ bao lực cắt trong cọc vây (trường hợp khơng có tải xe) ...........79
Hình 4-23: Chuyển vị ngang của cọc vây giai đoạn đào đất đến cao độ đáy móng đại
trà -6.15 m GL (trường hợp khơng có tải xe)............................................................80
ix


Hình 4-24: Chuyển vị ngang của cọc vây giai đoạn đào đất đến cao độ đáy hố pít 8.95 m GL (trường hợp khơng có tải xe) ..................................................................80
Hình 4-25: Biểu đồ bao moment trong cừ Larsen (trường hợp khơng có tải xe) .....81
Hình 4-26: Biểu đồ bao lực cắt trong cừ Larsen (trường hợp khơng có tải xe) ........81
Hình 4-27: Chuyển vị ngang của cừ giai đoạn đào đất đến cao độ đáy móng đại trà 6.15 m GL (trường hợp khơng có tải xe) ..................................................................81
Hình 4-28: Chuyển vị ngang của cừ giai đoạn đào đất đến cao độ đáy hố pít -8.95
m GL (trường hợp khơng có tải xe) ..........................................................................81
Hình 4-29: Nội lực trong thanh giằng 1 (H400) ở cao độ -0.7 m GL (trường hợp
khơng có tải xe) .........................................................................................................82
Hình 4-30: Nội lực trong thanh giằng 2 (2 H400) ở cao độ -3.20 m GL (trường hợp
khơng có tải xe) .........................................................................................................82
Hình 4-31: Kết quả của Veletsos et Younan (1994) .................................................87
Hình 4-32: Kết quả tính tốn mơ phỏng bằng MATLAB cho bài tốn của Veletsos
et Younan (1994).......................................................................................................87
Hình 4-33: Ảnh hưởng của khoảng cách từ tải trọng đến tường vây lên áp lực đất tại
mặt đất .......................................................................................................................91
Hình 4-34: Biểu đồ phân bố áp lực động của tải xe lên tường vây theo vận tốc xe
ứng với chiều sâu đào H = 3.9 m ..............................................................................95
Hình 4-35: Biểu đồ phân bố áp lực động của tải xe lên tường vây theo vận tốc xe
ứng với chiều sâu đào H = 6.15 m ............................................................................95

Hình 4-36: Biểu đồ lực trong hệ giằng do tải trọng xe tác động lên tường vây theo
vận tốc xe ứng với chiều sâu đào H = 3.9 m ...........................................................102
Hình 4-37: Biểu đồ lực trong hệ giằng do tải trọng xe tác động lên tường vây theo
vận tốc xe ứng với chiều sâu đào H = 6.15 m .........................................................103
Hình 4-38: Mơ hình hệ giằng 1 trong phần mềm ETABS ......................................105
Hình 4-39: Áp lực đất tác dụng lên hệ giằng 1 (kN/m) ..........................................106
Hình 4-40: Biểu đồ lực dọc trong hệ giằng 1 (kN) .................................................106
Hình 4-41: Mơ hình hệ giằng 2 trong phần mềm ETABS ......................................107
Hình 4-42: Áp lực đất tác dụng lên hệ giằng 2 (kN/m) ..........................................107
Hình 4-43: Biểu đồ lực dọc trong hệ giằng 2 (kN) .................................................108
Hình 4-44: Biểu đồ so sánh kết quả tính tốn mơ phỏng và giá trị quan trắc .........112

x


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3-1: Bảng tổng hợp số liệu đo đạc SG3 hệ giằng 1 .........................................38
Bảng 3-2: Bảng tính tốn số liệu đo đạc SG3 hệ giằng 1 .........................................40
Bảng 3-3: Bảng tổng hợp số liệu đo đạc SG4 hệ giằng 1 .........................................42
Bảng 3-4: Bảng tính tốn số liệu đo đạc SG4 hệ giằng 1 .........................................44
Bảng 3-5: Bảng tổng hợp số liệu đo đạc SG3 hệ giằng 2 .........................................46
Bảng 3-6: Bảng tính tốn số liệu đo đạc SG3 hệ giằng 2 .........................................48
Bảng 3-7: Bảng tổng hợp số liệu đo đạc SG4 hệ giằng 2 .........................................50
Bảng 3-8: Bảng tính tốn số liệu đo đạc SG4 hệ giằng 2 .........................................52
Bảng 3-9: Bảng tổng hợp số liệu đo đạc SG4’ hệ giằng 2 ........................................54
Bảng 3-10: Bảng tính tốn số liệu đo đạc SG4’ hệ giằng 2 ......................................56
Bảng 3-11: Bảng tổng hợp kết quả quan trắc ứng suất hệ giằng ..............................59
Bảng 4-1: Phân tích kết quả thí nghiệm cắt cánh (VST) ..........................................63
Bảng 4-2: Các thơng số đất khi mơ hình PLAXIS (Mặt cắt 2-2) .............................63
Bảng 4-3: Các thơng số của cừ cho tính tốn bằng phần mềm PLAXIS ..................66

Bảng 4-4: Các thông số của cọc vây D600a700 cho tính tốn bằng phần mềm
PLAXIS .....................................................................................................................68
Bảng 4-5: Các thơng số của sàn hầm 220mm cho tính tốn bằng phần mềm PLAXIS
...................................................................................................................................69
Bảng 4-6: Các thông số của sàn hầm 400mm cho tính tốn bằng phần mềm PLAXIS
...................................................................................................................................69
Bảng 4-7: Các thơng số của thanh chống H400 cho tính tốn bằng phần mềm
PLAXIS .....................................................................................................................70
Bảng 4-8: Các thông số của thanh chống 2 H400 cho tính tốn bằng phần mềm
PLAXIS .....................................................................................................................70
Bảng 4-9: Kết quả tính tốn nội lực của hệ giằng qua từng giai đoạn đào đất .........83
Bảng 4-10: Bảng tổng hợp lực trong hệ giằng có xét ảnh hưởng của cả tải tĩnh và tải
động .........................................................................................................................104
Bảng 4-11: Đặc trưng vật liệu của kết cấu thép ......................................................104
Bảng 4-12: Thông số tiết diện thép hình .................................................................104
Bảng 4-13: Kết quả tính tốn ứng suất trong hệ giằng ...........................................108
Bảng 4-14: Bảng so sánh kết quả tính tốn và giá trị quan trắc..............................109

xi


KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
Ký hiệu
A

Đơn vị

c

/

/
/

E

/
/
/
/

Hz
/

F
G
∗

H
i
,
I, ,
k

L

m
M
P
q
Q

kN
/
/

m
N/A
m
/

m/s
m/s
m
m
m
Tấn
kNm
kN
/

kN
/

N/A
/

t
T
,
V

W
,
x, y
z

h
m
km/h
kN
m
m

Nội dung
Diện tích mặt cắt
Lực dính
Module đàn hồi
Module biến dạng 50%
Module biến dạng trong thí nghiệm oedemeter
Module biến dạng khi dở tải
Module đàn hồi của bê tông
Module đàn hồi của thép
Tần số của dao động
Giới hạn chảy của thép
Lực tác động
Module cắt
Module trượt
Chiều sâu đào
Đơn vị ảo
Bán kính quán tính
Moment quán tính

Độ cứng
Hệ số thấm phương ngang
Hệ số thấm phương đứng
Chiều dài gây ảnh hưởng của hoạt tải ngoại biên
Khoảng cách từ điểm đặt tải đến tường chắn đất
Bề dày tường chắn đất
Khối lượng
Moment uốn
Lực dọc
Hoạt tải ngoại biên
Lực cắt
Cường độ tính tốn của bê tơng
Hệ số tương tác
Sức chống cắt khơng thoát nước
Biến số thời gian
Nhiệt độ
Chuyển vị của điểm vật chất
Vận tốc
Trọng lượng
Moment tĩnh
Tọa độ trong hệ tọa độ Descartes
Cao độ đáy lớp
xii


Ký hiệu

Đơn vị
1/
/

/
/

∗

N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
ấ /

,
,

kPa
kPa
kPa

rad/s
rad/s

Nội dung
Hệ số co giãn nhiệt độ
Gia tốc của điểm vật chất
Trọng lượng thể tích đất khơ
Trọng lượng thể tích đất bão hịa
Hệ số nhớt
Biến dạng

Tỷ số giữa tọa độ y và chiều sâu đào
Module Lamé
Hệ số nở hông (Hệ số Poisson)
Tỷ số giữa tọa độ x và chiều sâu đào
Khối lượng riêng
Ứng suất
Các ứng suất pháp trong hệ tọa độ Descartes
Các ứng suất tiếp trong hệ tọa độ Descartes
Góc ma sát
Góc nở
Tần số góc của dao động
Tần số riêng của đất

xiii


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS. Lê Trọng Nghĩa

PHẦN MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Cùng với sự đơ thị hóa, các cơng trình có tầng hầm ngày càng phát triển. Tường
chắn đất của tầng hầm chịu tác động gây ra bởi các tải trọng khối đất, áp lực nước
ngầm, tải trọng các cơng trình lân cận, tải trọng các phương tiện giao thông khi di
chuyển trên đường gần với tầng hầm, các tải trọng thi công bên trong công trường và
xung quanh hố đào của tầng hầm.

Hình 0-1: Sơ đồ hoạt tải ngoại biên gây ảnh hưởng lên tường chắn đất
Hình 0-1 mơ tả sơ đồ tính tốn tường chắn đất trong hố đào sâu với H là chiều sâu

đào, q là hoạt tải ngoại biên và L là chiều dài gây ảnh hưởng của hoạt tải ngoại biên.
Hình 0-1 giúp chúng ta có được một giả thiết truyền tác động q trên nền đất tự nhiên
xuống lớp đất bên dưới và chuyển đổi thành lực F tác động vào khối đất và truyền
trực tiếp vào tường chắn đất. Trong các tính tốn hiện nay, các kỹ sư thiết kế biện
pháp thi công hố đào thường chọn tầm ảnh hưởng L = 4 H trong việc áp dụng vào mơ
hình tính tốn trong PLAXIS hay những phần mềm tính tốn địa kỹ thuật khác. Ảnh
hưởng của tải trọng các phương tiện giao thông (hoạt tải ngoại biên q) thường được
xác định vào khoảng 20 / .
1m
1m

Xe

2.5 m

5.5 m

1m

1m
Hình 0-2: Hình mô tả phạm vi xe chiếm chỗ

Tải trọng các phương tiện giao thông được xác định tương ứng với một tải trọng
phân bố đều do trọng lượng của loại xe nặng nhất (W) là xe chở đất ( ) cộng thêm
với trọng lượng 20
đất ( ), sau đó chia cho diện tích mặt đường (A) do xe chiếm
chỗ bao gồm khoảng ảnh hưởng xung quanh tính từ mép xe.
HVTH: Nguyễn Khắc Dũng

Trang 1

Luận văn thạc sĩ
W=

+

GVHD: TS. Lê Trọng Nghĩa
= 300 + 20 x 17.5 = 650 (kN)

A = (1 + 5.5 + 1) x (1 + 2.5 + 1) = 33.75 (
=

=

)

650
= 19.26 ≈ 20(
33.75

/

2

)

Trong quá trình quan trắc hệ giằng chống của hố đào, một số ghi nhận đã nêu ra
việc ứng suất trong hệ giằng chống tăng đột biến khi có đồn xe chạy ngang qua gần
hố đào, và sau đó ứng suất giảm lại về vùng cân bằng. Việc hư hỏng hệ giằng chống

và nứt bê tông sàn tầng hầm đã được ghi nhận tại một số dự án thi cơng tầng hầm. Về
mặt định tính, hoạt tải xe cịn có ảnh hưởng động vào tường chắn đất của hố đào, bên
cạnh ảnh hưởng tĩnh như đã xét trong các tính tốn phổ biến, đặc biệt là khi xảy ra
cộng hưởng giữa tần số dao động của hoạt tải xe và tần số dao động riêng của hệ
giằng chống.
Như vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng của hoạt tải xe tác động vào tường chắn đất
của hố đào là thực sự cần thiết.
Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài nhằm xác định áp lực tác động vào tường chắn đất của hố đào
do ảnh hưởng động của hoạt tải xe.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp quan trắc công trình được dùng để ghi nhận tình trạng thực tế của
cơng trình. Từ các dữ liệu đó để đưa ra các đánh giá định tính.
Phương pháp mơ phỏng được dùng để đưa ra các đánh giá định lượng. Đề tài có
sử dụng các mơ hình số để tính tốn ra giá trị áp lực tác động vào tường chắn đất của
hố đào. Bài toán thứ nhất dùng phương pháp phần tử hữu hạn để tính tốn áp lực lên
tường chắn đất trong trường hợp xem tải xe là tải tĩnh. Bài toán thứ hai dùng phương
pháp phần tử hữu hạn để tính tốn áp lực lên tường chắn đất trong trường hợp không
xét tải xe, kết hợp dùng phương pháp giải tích để tính tốn áp lực lên tường chắn đất
khi xem tải xe là tải động. Phần mềm PLAXIS được dùng để tính tốn theo phương
pháp phần tử hữu hạn và phần mềm MATLAB được dùng để tính tốn theo phương
pháp giải tích. Từ đó, tính ra được lực trong hệ giằng chống. Kết quả tính tốn mơ
phỏng được so sánh với giá trị quan trắc ứng suất trong hệ giằng chống để xác định
độ chính xác của mơ hình.
HVTH: Nguyễn Khắc Dũng

Trang 2


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS. Lê Trọng Nghĩa

Tính thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu của đề tài giúp người thiết kế tầng hầm, người thiết kế biện
pháp thi cơng hố đào xác định chính xác hơn tác động của hoạt tải xe vào tường chắn
đất của hố đào. Từ đó, thiết kế sẽ đảm bảo được khả năng chịu lực, phòng tránh rủi
ro.
Giới hạn nghiên cứu của đề tài
 Đất
 Đất yếu
 Vật liệu đàn hồi tuyến tính.
 Năng lượng được truyền trực tiếp và toàn bộ đến tường chắn đất.
 Tường chắn đất
 Tường chắn đất cứng.
 Tần số
 Vận tốc trực tiếp gây ra hiện tượng cộng hưởng.
 Hiện tượng dao động là điều hòa.
 Bỏ qua dao động của hệ giằng.
 Tải động
 Tải xe chạy truyền toàn bộ năng lượng biến dạng xuống lớp đất yếu.
 Phân bố tải động được tính theo tiêu chuẩn châu Âu.
 Áp lực động lên tường vây đến đáy hố đào là hết.

HVTH: Nguyễn Khắc Dũng

Trang 3


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS. Lê Trọng Nghĩa

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1. Thực trạng nghiên cứu trong và ngoài nước
Việc xác định áp lực động gây ra bởi chấn động lên tường chắn đất thẳng đứng
là tiền đề cho việc phân tích động đất và thiết kế tường chắn đất cũng như các kết cấu
ngầm khác.
Theo tác giả tìm hiểu, hiện tại chưa có nghiên cứu trong nước cho vấn đề này.
Trong khi đó, các nghiên cứu ngồi nước đã có nhiều. Mặc dù có rất nhiều nghiên
cứu trong nhiều năm nhưng phản ứng động vẫn chưa hoàn toàn rõ ràng. Một phần là
do thiếu các dữ liệu phản ứng đầy đủ và hợp lý. Tuy vậy, việc phân tích bằng phương
pháp đơn giản vẫn cho kết quả đáng tin cậy và có chi phí hợp lý khi thiết kế. Một số
đóng góp giá trị của các tác giả trước đó như Nazarian và Hadjian, Prakash và
Whitman.
Các phương pháp phân tích được chia làm 3 nhóm:
1.

Liên quan đến chuyển vị tương đối của tường chắn đất và đất đắp đủ lớn
để gây ra tác động phá hủy đất;

2.

Tường chắn đất hoàn tồn khơng dẻo và đất chuyển vị rất ít để xem đất
đắp làm việc trong miền đàn hồi tuyến tính;

3.

Trường hợp trung gian, khi tính tốn rõ ràng các tính chất phi tuyến của
đất.

Đại diện cho nhóm 1 là phương pháp Mononobe-Okabe nổi tiếng và các phương
pháp xem khối đất giữa tường chắn đất và mặt phá hủy giả định là khối cứng có cùng
gia tốc với nền đất. Đại diện cho nhóm 2 là Veletsos et Younan, khi xem xét áp lực
lên tường và các lực khác gây ra bởi chấn động nền đất trong điều kiện đàn hồi. Đại
diện cho nhóm 3 là Siller và cộng sự, khi xem xét phản ứng của tường trọng lực và
tường có neo.
Veletsos et Younan (1994), [1, 2], đã công bố các cơng trình nghiên cứu về tải
động tác dụng lên tường chắn đất bằng phương pháp lý thuyết. Trong cơng trình
nghiên cứu “Dynamic soil pressures on rigid vertical walls”, tác giả đã đánh giá áp
HVTH: Nguyễn Khắc Dũng

Trang 4


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS. Lê Trọng Nghĩa

lực động và các lực tương ứng gây ra bởi tải động lên tường chắn đất cứng, thẳng
đứng trong lớp đất bán không gian vơ hạn, đồng nhất, đàn hồi nhớt, và có bề dày cố
định. Nghiên cứu chỉ ra ảnh hưởng của cả dao động điều hòa và của động đất. Tác
giả đã phát triển công thức xấp xỉ đơn giản cho phản ứng, kèm theo bộ dữ liệu số mô
tả các ảnh hưởng và mức độ quan trọng của các tham số liên quan. Lời giải còn được
so sánh với giá trị có được theo mơ hình đơn giản của Scott (1973), đã thể hiện được
độ chính xác của lời giải. Tổng kết lại, tác giả đề xuất hai phiên bản mơ hình để mơ
tả tốt hơn cho tác động. Trong phiên bản thứ nhất, các thuộc tính của mơ hình được
định nghĩa bằng các tham số phụ thuộc vào tần số. Trong phiên bản thứ hai, các tham
số trên không phụ thuộc vào tần số, vốn dĩ có lợi hơn khi phân tích các phản ứng tức
thời.

Hình 2.1 thể hiện hệ được khảo sát, là một lớp bán không gian vơ hạn, lớp vật
liệu đàn nhớt đồng nhất có biên trên tự do, biên dưới cứng và một biên đứng là tường
cứng. Cả tường và biên dưới được kích thích bằng một chuyển động không gian bất
biến. Hàm số gia tốc theo thời gian là ̈ ( ). Vật liệu cản nhớt được xem là hằng số.

Tường
chắn

Tường
chắn

Trường hợp có lực tác động

Trường hợp động đất

Hình 1-1: Minh họa tác động của tải trọng động lên tường chắn
Phương trình chuyển động trong môi trường liên tục của Euler
.

= . + . ̈ ( )

Trong đó
là khối lượng riêng của đất;
=

( , )

là gia tốc của điểm vật chất;

HVTH: Nguyễn Khắc Dũng

Trang 5


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS. Lê Trọng Nghĩa

̈ ( ) là gia tốc do tải động tác dụng vào tường chắn đất;
là biến số thời gian.
Từ đây ta có hệ phương trình ứng suất trong mặt phẳng như sau:
⎧
⎪

+

⎨
⎪
⎩

+ . ̈ ( )

= .
+

= .

Trong đó
x và y là tọa độ trong hệ tọa độ Descartes;
và

là các ứng suất pháp;

và

là các ứng suất tiếp;

, là chuyển vị của điểm vật chất khi biên dịch chuyển.
=
Đặt

=

với H là chiều sâu của hố đào, hệ phương trình trên được viết lại

như sau:
⎧
⎪

+

⎨
⎪
⎩

+ . . ̈ ( )

= . .
+

= . .

Veletsos et Younan (1994) sử dụng giả thiết hệ phương trình đàn hồi phức có
tính đến độ nhớt của lớp đất:
=(

∗

+2

∗)

+

∗

=(

∗

+2

∗)

+

∗

=(

∗

+2

∗)

+

∗

=(

∗

+2

∗)

+

∗

=2

∗

=

=
Trong đó module trượt

công thức:

∗

và module Lamé

=
HVTH: Nguyễn Khắc Dũng

∗

∗

+

trong đàn hồi phức được tính theo

2( 1 + )
Trang 6


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS. Lê Trọng Nghĩa
∗

= (1 +

∗

=

2
1−2

)
∗

Với
E là module đàn hồi của đất;
G là module cắt của đất;
là hệ số nở hông (hệ số Poisson) của đất;
là hệ số nhớt được tính từ 0 đến 1;
= √−1, là đơn vị ảo.
Điều kiện biên ở thành tường chắn đất và lớp đất ngàm với tường chắn đất:
( = 0) = 0
( = 0) = 0
( = 0) = 0
(0 ≤
Trong điều kiện
đến tường chắn đất, ta có:

) = 0 với

≤

là khoảng cách từ điểm đặt tải

∗

=−

∗

+2

=−

∗

1−

Từ đó tính ra
=
Trong đó

∗

1

=

Suy ra được phương trình cân bằng lực theo phương x
2−
1−
Với

=

∗

+

∗

− .

= . ̈ ( )

, phương trình được viết lại
∗

HVTH: Nguyễn Khắc Dũng

+

∗

− .

= .

. ̈ ( )

Trang 7


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS. Lê Trọng Nghĩa

Veletsos et Younan (1994) cho ra cơng thức tính tải tác động vào tường chắn
đất khi có dao động điều hịa ̈ ( ) = ̈
như sau:
( , )=−

8
̈

(1 +

.

1

)

1−

,

Λ
+

sin

2

Trong đó
=

2

=

(1 − )(2 − )
=

1

= 2. .
=

2

Λ =1−
=

1+
Λ

2

Kết quả độ lớn của áp lực lên tường chắn đất cho phản ứng điều hòa được mơ
tả
( ) = −(
Trong đó

và

+

)

̈

là 2 hệ số khơng thứ nguyên, phụ thuộc vào ,

=

và .

Thành phần thực của cơng thức trên đại diện cho tác động kìm hãm của đàn hồi,
giống như tác động của lò xo. Thành phần ảo đại diện cho cơ chế giảm xốc tương tự
như van giảm xốc. Giá trị độ lớn của áp lực lên tường chắn đất tính bằng căn bậc hai
của tổng bình phương 2 thành phần thực và ảo.
Một số kết quả của Veletsos et Younan (1994)

HVTH: Nguyễn Khắc Dũng

Trang 8


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS. Lê Trọng Nghĩa

Hình 1-2: Đồ thị thể hiện sự thay đổi áp lực đất tại đỉnh tường chắn đất phụ thuộc
vào tương quan tần số dao động điều hòa và tần số riêng, với hệ số nhớt = 0.1

Hình 1-3: Đồ thị thể hiện sự thay đổi của áp lực đất lên tường chắn đất theo chiều
sâu và phụ thuộc vào tương quan tần số dao động điều hòa và tần số riêng, với hệ
số nhớt = 0.1

HVTH: Nguyễn Khắc Dũng

Trang 9