Thiết lập tương quan giữa chuyển vị ngang tường vây và độ cứng tổng thể hố đào sâu

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

TRẦN THỊ NGOAN

THIẾT LẬP TƯƠNG QUAN GIỮA CHUYỂN VỊ NGANG
TƯỜNG VÂY VÀ ĐỘ CỨNG TỔNG THỂ HỐ ĐÀO SÂU

Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
Mã số: 60 58 02 11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 6 Năm 2018


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Minh Tâm

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Bùi Trường Sơn

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS Trần Tuấn Anh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày
13 tháng 7 năm 2018.

Thành phần Hội đồng đánh giá đề cương Luận văn thạc sĩ gồm:
1. GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ
2. PGS.TS Tô Văn Lận

3. PGS.TS Bùi Trường Sơn
4. PGS.TS Trần Tuấn Anh
5. TS Lê Trọng Nghĩa
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá đề cương 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
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

GS. TSKH. Nguyễn Văn Thơ

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 và tên học viên: TRẦN THỊ NGOAN

MSHV: 1670071

Ngày, tháng, năm sinh: 03/03/1993

Nơi sinh: Nam Định

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

Mã số: 60 58 02 11

TÊN ĐỀ TÀI: Thiết lập tương quan giữa chuyển vị ngang tường vây và độ
cứng tổng thể hố đào sâu.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
Chương 1: Tổng quan về hố đào sâu và chuyển vị ngang tường vây, các nghiên
cứu trước đây về ảnh hưởng của độ cứng hệ chống tới chuyển vị ngang tường vây.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết phân tích hố đào sâu bằng phần tử hữu hạn sử dụng
phần mềm Plaxis.
Chương 3: Tính tốn ổn định chống trồi hố đào
Chương 4: Phân tích chuyển vị ngang tường vây ở một số dự án thực tế.
Chương 5: Thiết lập cơng thức ước tính chuyển vị ngang tường vây theo độ cứng
tổng thể và hệ số chống trồi hố đào.
Chương 6: Kết luận và kiến nghị.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
: 26/02/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 17/06/2018
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS Nguyễn Minh Tâm
I.

TP. HCM, ngày… tháng…năm 2018
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS. TS Nguyễn Minh Tâm

PGS. TS Lê Bá Vinh

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS. Lê Anh Tuấn


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS Nguyễn
Minh Tâm. Thầy đã cho tơi những kiến thức bổ ích cả về lý thuyết lẫn thực tế trong
quá trình học tập cao học, đồng thời mở ra những hướng đi trên con đường tiếp cận
phương pháp nghiên cứu khoa học. Quá trình thực hiện đề cương và luận văn, thầy đã
gợi mở để xây dựng ý tưởng của đề tài, trực tiếp hướng dẫn và cho tơi những đóng góp
q báu để đi đến hồn thành luận văn.
Tơi cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại
học Bách Khoa Tp. HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi từ suốt
quá trình học Đại học cho đến chương trình Cao học.
Đồng thời, cảm ơn các đồng nghiệp và Công ty Tập đồn Xây dựng Hịa Bình đã hỗ
trợ cũng như giúp tơi có một lượng hồ sơ, thơng tin dự án để thực hiện luận văn.
Mặc dù đã rất cố gắng trong q trình thực hiện nhưng luận văn khơng thể tránh
khỏi những thiếu sót. Tác giả mong nhận được sự góp ý của q thầy cơ và bạn bè.
TP. HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2018
Tác giả luận văn

Trần Thị Ngoan


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Với một bài tốn thiết kế biện pháp thi công hầm, đặc biệt là hầm sâu, giải pháp tối
ưu phải là một thiết kế vừa có chi phí thấp, phù hợp điều kiện thi cơng, đảm bảo an
toàn ở mức cho phép và phải bắt kịp xu thế phát triển kỹ thuật chung toàn cầu. Việc

cân đối những yếu tố trên là một bài tốn khó cho các kỹ sư Địa kỹ thuật. Với yêu cầu
đảm bảo an tồn của bài tốn hố đào, chuyển vị ngang tường vây là một yếu tố quan
trọng quyết định và cần phải được xem xét. Giá trị chuyển vị ngang tường vây tất yếu
hình thành thơng qua việc bố trí biện pháp thi công tổng thể hố đào (như là tường
chắn, hệ giằng ngang, trình tự đào đất,…), do đó có ảnh hưởng qua lại với chi phí biện
pháp. Luận văn này được thực hiện với mục đích thiết lập tương quan giữa chuyển vị
ngang tường vây và biện pháp thi công tổng thể nhằm giúp cho người kỹ sư có đánh
giá sơ bộ và lựa chọn phương án thi cơng thích hợp. Cách thức thực hiện là: (1) khảo
sát tìm ra thơng tin các yếu tố liên hệ với độ cứng tổng thể của hố đào; tiếp đó (2) phân
tích chuyển vị ngang tường vây từ dữ liệu quan trắc thực tế của bảy dự án ở TP.HCM
với điều kiện địa chất, quy mơ cơng trình và biện pháp thi công khác nhau, tập hợp
một bộ dữ liệu đủ lớn và chính xác cho việc thiết lập tương quan. Qua phân tích, kết
quả mối tương quan được xác lập là U x  104297.FS 3.385 .R 0.0161.FS 0.2039 với Ux (mm) là
chuyển vị ngang tường vây ước tính gần đúng (mm), R (kN3/m3) là độ cứng tổng thể
quyết định bởi biện pháp thi công và FS là hệ số chống trồi hố đào được xác định theo
công thức của Bjerrum & Eide (1956). Công thức này được dùng để dự báo trước
chuyển vị ngang tường vây hoặc hợp lý hóa biện pháp thi cơng hố đào tương ứng với
chuyển vị ngang khống chế ở mức an toàn cho phép, giúp tối ưu hóa biện pháp thi
cơng.


SUMMARY
For a design of basement construction methods, especially the deep excavation, the
optimal solution has to meet all of the following requirements: the low cost, suitability
to site conditions, the required safety factor and ability to keep up with global
technology trends. Considering all of them is a difficult problem for Geotechnical
Engineers. To ensure safety for construction, the lateral displacement of retaining wall
is the important factor to be considered. The lateral displacement of retaining wall is
caused by construction method designed for excavation (such as retaining wall,
bracing support, the consequences for excavating,..) so there is the interaction between

it and the cost of construction methods. This thesis is carried out to establish the
correlations between the lateral displacement of retaining wall and the system stiffness
of excavation in order to make the preliminary remarks and give the construction
methods appropriately. The approach is as follow: (1) investigate to define some
factors which contribute to the system stiffness of excavation model; then, (2) analysis
the lateral displacement of retaining wall from observed data of seven projects in Ho
Chi Minh City that include the various of geological conditions, dimension and
construction methods to collect the good – enough data for taking the correlation. The
correlations established is U x  104297.FS 3.385 .R 0.0161.FS 0.2039 with Ux (mm) is the lateral
displacement of retaining wall, R (kN3/m3) is system stiffness defined by construction
methods and FS is the factor of safety against upheaval defined by the equation of
Bjerrum & Eide (1956). This correlation is used for predicting maximum lateral
displacement of retaining wall or for designing the support systems to meet allowable
displacement to optimize the construction methods.


LỜI CAM ĐOAN
Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn và phê duyệt của PGS.TS Nguyễn Minh
Tâm.
Tôi xin cam đoan luận văn này do chính tơi thực hiện và chưa từng được cơng bố.
Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm với luận văn này.

TP. HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2018
Tác giả luận văn

Trần Thị Ngoan


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ..............................................................................1
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ................................................................1
Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI ......................................................................2
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...............................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN VỊ NGANG TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO
SÂU .................................................................................................................................3
1.1. TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU ..................................................3
1.2. TỔNG HỢP TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ CHUYỂN VỊ NGANG
TƯỜNG CHẮN VÀ ĐỘ CỨNG TỔNG THỂ HỐ ĐÀO.........................................10
1.3. NHẬN XÉT .......................................................................................................26
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG
PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS .......28
2.1. TÁC ĐỘNG CỦA SỰ THAY ĐỔI ỨNG SUẤT ĐẤT NỀN KHI ĐÀO ĐẤT 28
2.2. PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN –
PHẦN MỀM PLAXIS ..............................................................................................29
2.3. NHẬN XÉT .......................................................................................................35
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH ĐẨY TRỒI HỐ ĐÀO ................................36
3.1. PHƯƠNG PHÁP SỨC CHỊU TẢI (TERZAGHI) ............................................36
3.2. PHƯƠNG PHÁP SỨC CHỊU TẢI ÂM (BJERRUM VÀ EIDE 1956) ............38
3.3. PHƯƠNG PHÁP MẶT TRỤ TRÒN .................................................................39
3.4. SO SÁNH BA PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ ỔN ĐỊNH CHỐNG
TRỒI HỐ ĐÀO .........................................................................................................41
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG HỐ ĐÀO Ở MỘT SỐ DỰ ÁN
.......................................................................................................................................42


4.1. DỰ ÁN 1: OPAL TOWER ................................................................................42
4.2. DỰ ÁN 2: VINHOMES GOLDEN RIVER ......................................................52
4.3. DỰ ÁN 3: CĂN HỘ & TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI PARK AVENUE......60
4.4. DỰ ÁN 4: CHUNG CƯ KẾT HỢP THƯƠNG MẠI BẾN VÂN ĐỒN............64

4.5. DỰ ÁN 5: LAKESIDE TOWER .......................................................................70
4.6. DỰ ÁN 6: CĂN HỘ CAO CẤP MADISON.....................................................76
4.7. DỰ ÁN 7: CHUNG CƯ GOLDEN STAR ........................................................84
4.8. NHẬN XÉT .......................................................................................................89
CHƯƠNG 5: THIẾT LẬP CƠNG THỨC ƯỚC TÍNH CHUYỂN VỊ NGANG
TƯỜNG VÂY LỚN NHẤT THEO ĐỘ CỨNG TỔNG THỂ VÀ HỆ SỐ ĐẨY
TRỒI HỐ ĐÀO ............................................................................................................91
5.1. TÍNH TỐN ĐỘ CỨNG TỔNG THỂ VÀ HỆ SỐ ĐẨY TRỒI HỐ ĐÀO ......91
5.2. THIÊT LẬP TƯƠNG QUAN ƯỚC TÍNH CHUYỂN VỊ NGANG TƯỜNG
CHẮN HỐ ĐÀO .....................................................................................................105
5.3. NHẬN XÉT .....................................................................................................109
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................110
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................112


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Tạo mái dốc thi cơng đào mở khơng dùng tường chắn ..................................5
Hình 1.2: Thi cơng đào mở có dùng tường chắn ............................................................5
Hình 1.3: Thi cơng đào mở - hệ giằng ............................................................................6
Hình 1.4: Thi cơng hầm dùng hệ neo đất .......................................................................6
Hình 1.5: Thi cơng kiểu ốc đảo (đào mở - chống xiên) ..................................................7
Hình 1.6: Thi cơng top – down hoặc semi top – down ...................................................8
Hình 1.7: Kiểu biến dạng tường vây trong phân tích của Rowe (1952) ......................11
Hình 1.8: Hệ số giảm moment tường vây theo đề nghị của Rowe (1952) và CIRIA
(1974) (Với Mmax được tính từ phương pháp cân bằng giới hạn ) ................................11
Hình 1.9: Tương quan giữa  H max / H và hệ số an toàn chống đẩy trồi theo Mana và
Clough (1981) ................................................................................................................12
Hình 1.10: Phần trăm chuyển vị ngang tường vây/ chiều sâu đào đất theo độ cứng hệ
thống (After Clough, et al. 1989)...................................................................................13
Hình 1.11: Các trường hợp hệ chắn được Addenbrooke phân tích .............................14

Hình 1.12: Kết quả phân tích các trường hợp tương ứng độ cứng hệ thống theo
Clough và O’Rourke (hình trái) và theo Addenbrooke (hình phải) ..............................15
Hình 1.13: Xác định chiều sâu ngàm tường vây trong đất ...........................................16
Hình 1.14: Biểu đồ quan hệ chuyển vị ngang tường vây tỉ đối (  H max / H ) – hệ số độ
cứng tổng thể   EI /  W h 4 của R.Fernie & T.Sucking (năm 1996) .............................16
Hình 1.15: Biểu đồ chuyển vị ngang lớn nhất và độ cứng tổng thể tính theo Clough &
O’Rourke (1990) – trường hợp nhóm 1.........................................................................17
Hình 1.16: Biểu đồ chuyển vị ngang lớn nhất và độ cứng tổng thể tính theo Clough &
O’Rourke (1990) – trường hợp nhóm 2a.......................................................................18
Hình 1.17: Biểu đồ chuyển vị ngang lớn nhất và độ cứng tổng thể tính theo Clough &
O’Rourke (1990) – trường hợp nhóm 2b.......................................................................18
Hình 1.18: Biểu đồ chuyển vị ngang lớn nhất và độ cứng tổng thể tính theo Clough &
O’Rourke (1990) – trường hợp nhóm 3.........................................................................19


Hình 1.19: Biểu đồ chuyển vị ngang lớn nhất và độ cứng tổng thể tính theo Clough &
O’Rourke (1990) – trường hợp nhóm 4.........................................................................20
Hình 1.20: Biểu đồ chuyển vị ngang lớn nhất và độ cứng tường vây (lnEI) – trường
hợp nhóm 4 ....................................................................................................................20
Hình 1.21: Các kí hiệu trong nghiên cứu của Moormann (2004) ................................21
Hình 1.22: Dữ liệu chuyển vị ngang lớn nhất theo chiều sâu hố đào của Moormann.21
Hình 1.23: Biểu đồ dữ liệu chuyển vị ngang lớn nhất theo độ cứng tổng thể của
Moormann .....................................................................................................................22
Hình 1.24: max/H thay đổi theo độ sâu được so sánh với kết quả của Long(2001)
trong trường hợp tường được chống đỡ/ phương pháp Topdown ................................23
Hình 1.25: max/H thay đổi theo hệ số an tồn chống đẩy trồi FS................................23
Hình 1.26: max/H theo độ cứng tổng thể và đường cong hệ số an toàn chống đẩy trồi
(thiết lập bởi Clough & O’Rourke, 1990) .....................................................................24
Hình 1.27: max/H theo độ cứng tổng thể được thiết lập bởi Fernie & Suckling (1996)
– hình trái và của Ulrich (1989) – hình phải ................................................................24

Hình 1.28: Mặt bằng tường vây và hệ chống dự án Lim Tower (TP.HCM) ................25
Hình 1.29: Mặt bằng vị trí gia cường cây chống góc lồi .............................................25
Hình 2.1: Đường ứng suất của các phần tử đất gần hố đào ........................................28
Hình 2.2: Hình dạng mặt dẻo tổng quát của mơ hình Mohr-Coulomb trong khơng gian
ứng suất chính ...............................................................................................................29
Hình 2.3: Lộ trình ứng suất trong mơ hình Mohr-Coulomb và đất thực......................31
Hình 2.4: Thơng số modun biến dạng được xác định từ thí nghiệm ba trục ................31
Hình 2.5: Quan hệ giữa biến dạng thể tích và biến dạng dọc trục từ thí nghiệm ba trục
thốt nước ......................................................................................................................32
Hình 2.6: Hình dạng mặt dẻo tổng qt của mơ hình Hardening Soil trong khơng gian
ứng suất chính ...............................................................................................................32
Hình 2.7: Mơ phỏng cách xác định (a) E50ref và m, (b) và (c) Eoedref ............................35
Hình 3.1: Phân tích đẩy trồi đáy hố đào theo phương pháp sức chịu tải của Terzaghi
.......................................................................................................................................36
Hình 3.2: Phân tích đẩy trồi hố đào theo phương pháp Terzaghi................................37


Hình 3.3: Phân tích đẩy trồi hố đào theo phương pháp sức chịu tải âm .....................38
Hình 3.4: Hệ số sức chịu tải Skempton (Skempton, 1951) ...........................................39
Hình 3.5: Vị trí tâm cung trịn theo phương pháp mặt trụ trịn ....................................39
Hình 3.6: Phân tích đẩy trồi hố đào theo phương pháp mặt trượt trụ trịn .................40
Hình 3.7: Tương quan giữa hệ số an tồn chống trồi và kích thước cung trượt theo ba
phương pháp ..................................................................................................................41
Hình 4.1: Hình phối cảnh dự án 1 ................................................................................42
Hình 4.2: Mặt bằng cao độ đào đất dự án 1.................................................................43
Hình 4.3: Mặt cắt hố đào dự án 1.................................................................................43
Hình 4.4: Mặt bằng lỗ mở hầm dự án 1 .......................................................................44
Hình 4.5: Mặt bằng bố trí hệ giằng H400 tại cao độ -11.5m dự án 1..........................44
Hình 4.6: Giá trị SPT theo độ sâu các hố khoan dự án 1.............................................45
Hình 4.7: Kết quả thí nghiệm cắt cánh dự án 1 ............................................................46

Hình 4.8: Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây dự án 1................................49
Hình 4.9: Mơ hình Plaxis dự án 1 ................................................................................50
Hình 4.10: Chuyển vị ngang tường vây từ phân tích ngược dự án 1 ...........................51
Hình 4.11: Mặt bằng cao độ đào đất dự án 2...............................................................52
Hình 4.12: Mặt cắt hố đào dự án 2...............................................................................52
Hình 4.13: Lỗ mở tầng hầm dự án 2 .............................................................................53
Hình 4.14: Kết quả thí nghiệm cắt cánh – dự án 2 (khu đất bùn) ...............................54
Hình 4.15: Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây dự án 2 (khu đất bùn) .......56
Hình 4.16: Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây dự án 2 (khu đất cát) ........57
Hình 4.17: Chuyển vị ngang tường vây từ phân tích ngược dự án 2 (khu đất bùn) .....58
Hình 4.18: Chuyển vị ngang tường vây từ phân tích ngược dự án 2 (khu đất cát) ......59
Hình 4.19: Mặt bằng cao độ đào đất dự án 3...............................................................60
Hình 4.20: Mặt cắt hố đào dự án 3...............................................................................60


Hình 4.21: Lỗ mở sàn hầm thi cơng dự án 3 ................................................................61
Hình 4.22: Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây dự án 3..............................63
Hình 4.23: Chuyển vị ngang tường vây từ phân tích ngược dự án 3 ...........................64
Hình 4.24: Mặt bằng cao độ đào đất dự án 4...............................................................65
Hình 4.25: Mặt cắt hố đào dự án 4...............................................................................65
Hình 4.26: Mặt bằng hệ giằng thép hình H350 tại cao độ -1.1m dự án 4 ...................66
Hình 4.27: Mặt bằng hệ giằng thép hình H400 tại cao độ -4.1m và -5.7m dự án 4 ....66
Hình 4.28: Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây dự án 4..............................68
Hình 4.29: Chuyển vị ngang tường vây từ phân tích ngược dự án 4 ...........................69
Hình 4.30: Mặt bằng cao độ đào đất dự án 5...............................................................70
Hình 4.31: Mặt cắt hố đào dự án 5...............................................................................71
Hình 4.32: Mặt bằng hệ giằng chống thép hình cao độ -0.7m dự án 5 ........................71
Hình 4.33: Mặt bằng hệ giằng chống thép hình cao độ -3.2m dự án 5 ........................72
Hình 4.34: Kết quả thí nghiệm cắt cánh dự án 5..........................................................73
Hình 4.35: Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường cừ larsen dự án 5 ....................74

Hình 4.36: Chuyển vị ngang tường vây từ phân tích ngược dự án 5 ...........................75
Hình 4.37: Mặt bằng cao độ đào đất dự án 6...............................................................77
Hình 4.38: Mặt cắt hố đào dự án 6...............................................................................77
Hình 4.39: Mặt bằng lỗ mở thi cơng đào đất dự án 6 ..................................................78
Hình 4.40: Mặt bằng hệ giằng chống thép hình cao độ -10.6m dự án 6 ......................78
Hình 4.41: Mặt bằng hệ giằng chống thép hình cao độ -16.0m dự án 6 ......................79
Hình 4.42: Kết quả thí nghiệm cắt cánh dự án 6..........................................................80
Hình 4.43: Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây dự án 6..............................81
Hình 4.44: Chuyển vị ngang tường vây từ phân tích ngược dự án 6 ...........................83
Hình 4.45: Mặt bằng cao độ đào đất dự án 7...............................................................84
Hình 4.46: Mặt cắt hố đào dự án 7 (mặt cắt 2-2).........................................................85


Hình 4.47: Mặt bằng hệ giằng chống thép hình ở cao độ -0.8m và -3.55m dự án 7 ...85
Hình 4.48: Kết quả thí nghiệm cắt cánh dự án 7..........................................................87
Hình 4.49: Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường cừ larsen dự án 7 ....................88
Hình 4.50: Chuyển vị ngang tường vây từ phân tích ngược dự án 7 ...........................89
Hình 5.1: Biểu đồ tương quan chuyển vị ngang tường vây và độ cứng tổng thể R các
dự án 1, 2, 3 .................................................................................................................106
Hình 5.2: Biểu đồ tương quan chuyển vị ngang tường vây và độ cứng tổng thể R các
dự án 4, 5, 6, 7 .............................................................................................................107
Hình 5.3: Biểu đồ tương quan giữa hệ số A (trong công thức Ux=A.RB) và hệ số chống
trồi hố đào FS ..............................................................................................................108
Hình 5.4: Biểu đồ tương quan giữa hệ số B (trong công thức Ux=A.RB) và hệ số chống
trồi hố đào FS ..............................................................................................................109


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Đánh giá các loại tường chắn (theo “Deep Excavation” – Chang Yu Ou) ..9
Bảng 2-1: Thơng số mơ hình Mohr-Coulomb ...............................................................30

Bảng 2-2: Thơng số mơ hình Hardening Soil ...............................................................34
Bảng 4-1: Đặc trưng cơ lý các lớp đất trong mơ hình Plaxis dự án 1 .........................47
Bảng 4-2: Kết quả chuyển vị tường vây các mơ hình ở dự án 1 ...................................51
Bảng 4-3: Đặc trưng cơ lý các lớp đất trong mơ hình Plaxis dự án 2 (khu đất bùn) ...54
Bảng 4-4: Đặc trưng cơ lý các lớp đất trong mơ hình Plaxis dự án 2 (khu đất cát) ....55
Bảng 4-5: Kết quả chuyển vị tường vây các mơ hình ở dự án 2 (khu đất bùn) ............58
Bảng 4-6: Kết quả chuyển vị tường vây các mô hình ở dự án 2 (khu đất cát) .............59
Bảng 4-7: Đặc trưng cơ lý các lớp đất trong mơ hình Plaxis dự án 3 .........................62
Bảng 4-8: Kết quả chuyển vị tường vây các mơ hình ở dự án 3 ...................................64
Bảng 4-9: Đặc trưng cơ lý các lớp đất trong mô hình Plaxis dự án 4 .........................67
Bảng 4-10: Kết quả chuyển vị tường vây các mơ hình ở dự án 4 .................................70
Bảng 4-11: Đặc trưng cơ lý các lớp đất trong mơ hình Plaxis dự án 5 .......................73
Bảng 4-12: Kết quả chuyển vị tường vây các mơ hình dự án 5 ....................................76
Bảng 4-13: Đặc trưng cơ lý các lớp đất trong mơ hình Plaxis dự án 6 .......................80
Bảng 4-14: Kết quả chuyển vị tường vây các mơ hình ở dự án 6 .................................83
Bảng 4-15: Đặc trưng cơ lý các lớp đất trong mơ hình Plaxis dự án 7 .......................86
Bảng 4-16: Kết quả chuyển vị tường vây các mơ hình dự án 7 ....................................89
Bảng 5-1: Bảng tổng hợp giá trị chuyển vị ngang theo thông số độ cứng tổng thể R và
hệ số đẩy trồi các dự án.................................................................................................93


MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Với sự phát triển của kỹ thuật công nghệ, các giải pháp chống đỡ thi công hố đào
sâu ngày càng trở nên đa dạng và đáp ứng các điều kiện khác nhau. Một giải pháp gọi
là hợp lý nếu đáp ứng bốn yêu cầu sau:
Thứ nhất, giải pháp cần phải phù hợp với điều kiện cơng trình. Cơng trình có thể
nằm trong bãi đất trống – nơi có thể có khơng gian thi cơng rộng rãi hay trong khu vực
nhà dân liền sát – mặt bằng thi công bị hạn chế,… Giải pháp thi công đưa ra phải là
khả thi nhất.

Thứ hai, phải đảm bảo u cầu về mặt an tồn với cơng trình lân cận. Tức biến
dạng nền đất và nhà xung quanh do thi công hầm phải nằm trong giá trị cho phép. Yếu
tố này luôn luôn được xem xét đặc biệt khi quyết định biện pháp thi công cho một dự
án vì nó tiềm ẩn nguy cơ rủi ro lớn cho nhà thầu. Trong đó giá trị chuyển vị ngang
(tường vây) là một nhân tố quan trọng và gần như có thể đánh giá được tác động của
hố đào sâu đến cơng trình lân cận thơng qua nó.
Thứ ba, giải pháp phải bắt kịp xu thế phát triển công nghệ mới, thể hiện sự chuyên
nghiệp của nhà thầu, đồng thời giảm tối đa nguồn lao động sức người cho các công tác
nặng nhọc.
Thứ tư, giải pháp phải tối ưu về mặt chi phí và tiến độ.
Một bài tốn hố đào sâu có thể có rất nhiều giải pháp chắn đỡ để thi công. Để đưa
ra phương án hợp lý, cần phải xem xét các yếu tố trên, trong đó chuyển vị ngang tường
vây là nhân tố đặc biệt quan trọng. Việc tính tốn từng giải pháp cho một bài tốn để
đưa ra các so sánh và lựa chọn sẽ làm tốn rất nhiều thời gian. Yêu cầu đặt ra, cần có
một phương thức dự đoán chuyển vị ngang tường vây hố đào theo bộ thông số gồm
các nhân tố ảnh hưởng đến nó một cách tin cậy, để dễ dàng và nhanh chóng xem xét
cho các trường hợp cụ thể.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Xem xét tác động của tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang tường vây
hố đào sâu.
Thiết lập phương thức dự đoán chuyển vị ngang tường vây thơng qua mối tương
quan giữa nó và độ cứng tổng thể của hố đào dựa trên kết quả phân tích ngược các dự
án đã thi cơng.

1


Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
Là tài liệu tham khảo để dự đoán trước chuyển vị ngang tường vây hoặc sơ bộ lựa
chọn phương án thi cơng thích hợp cho một cơng trình hố đào sâu cụ thể.

Là tài liệu tham khảo tính tốn để đánh giá mức độ tác động do thi cơng hầm đến
cơng trình lân cận.
Là tài liệu tham khảo cho việc tính tốn và mơ hình hố đào sâu bằng phần mềm
Plaxis trong thiết kế.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Thu thập các tài liệu nghiên cứu trước đây liên quan đến chuyển vị ngang tường
vây và các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang tường vây hố đào sâu.
Thu thập các dữ liệu thực tế về cơng trình ngầm, bao gồm biện pháp thi cơng, dữ
liệu quan trắc và tác động lên cơng trình lân cận.
Tiến hành phân tích ngược các cơng trình thực tế để đưa ra bộ thông số địa chất
hợp lý cho nền địa chất tương ứng. Từ đó tính tốn & phân tích tác động của các yếu
tố và xác định thơng số (hàm số) độ cứng tổng thể có tương quan với chuyển vị ngang
tường vây. Thiết lập công thức dự đốn chuyển vị ngang tường vây thơng qua độ cứng
tổng thể hố đào.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN VỊ NGANG
TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO SÂU
1.1. TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU
1.1.1. Hố đào sâu
Hầu như các ở các thành phố lớn, các khu đô thị trên thế giới, do nhu cầu cần tiết
kiệm đất đai và do giá đất ngày càng cao, con người mà đặc biệt các kĩ sư xây dựng đã
tìm cách cải tạo hoặc xây mới các đơ thị của mình với chung ý tưởng là triệt để khai
thác và sử dụng không gian dưới mặt đất cho nhiều mực đích khác nhau.
Cho đến ngày nay, rất nhiều lĩnh vực trong đời sống đã xây dựng và đi vào hoạt
động trong không gian ngầm: các bãi giữ xe, tuyến metro, tầng hầm cơng trình cao
tầng, các đập thủy lợi, bể nước ngầm, hầm xử lý nước thải, hồ bơi,... Chiều sâu hầm từ
vài mét đến hàng chục, hàng trăm mét. Nhật Bản xem hướng phát triển đô thị bằng

cách đi sâu vào lòng đất là một trong những biện pháp giải tỏa sự đông đúc mật độ dân
cư của họ cùng với hai giải pháp khác là lên cao và lấn biển (theo Japan Construction
Today, 1995). Ở Tokyo đã có quy định, khi xây nhà cao tầng phải có ít nhất 5 đến 8
tầng hầm. Tại Matxcova năm 1983, gara gồm 7 tầng hầm có sức chứa 2000 ô tô con
được xây dựng. Một số ga tàu điện ngầm được xây dựng rất sâu dưới mặt đất, như ga
Arsenalna ở thủ đô Kiev – Ukraina (sâu 105,5m); ga Admiralteyskaya ở thành phố
Saint Petersburg – Nga (sâu 86m); ga Park Pobedy ở thủ đô Matxcova – Nga (sâu
84m); ga Pyongyang – Triều Tiên (sâu 110m).
Tại Việt Nam, rất nhiều cơng trình ngầm đã thi cơng và việc xây dựng cơng trình
dưới lịng đất ngày càng trở nên phổ biến. Phải kể đến như dự án Harbour View Tower
(TP.HCM) với 2 tầng hầm sâu đến 10m. Dự án Sài Gòn Centre giai đoạn 2&3 có 6
tầng hầm với chiều sâu đào sâu nhất 28m, là dự án có chiều sâu đào đất sâu nhất tại
Việt Nam tính đến thời điểm hiện tại. Các dự án khác: Ngôi nhà Đức (TP.HCM) với 4
tầng hầm; Căn hộ Madison với 3 tầng hầm và chiều sâu đào đất 20m; Viettinbank
Tower (Hà Nội) với 2 tầng hầm, ... Tuyến metro số 1 Bến Thành – Suối Tiên đang thi
công gồm 3 nhà ga ngầm có 4 tầng hầm với độ sâu 30m trong lịng đất hứa hẹn cũng là
một dự án hầm sâu quan trọng ở Việt Nam.
Cơng trình hố đào sâu có nhiều đặc điểm, khái quát như sau:
-

Là loại công việc tạm thời, có liên quan đến tính địa phương, điều kiện địa
chất.

-

Xu thế phát triển theo hướng tăng độ sâu, diện tích, cải tiến về biện pháp thi
cơng, địi hỏi nhà thầu có năng lực và chuyên sâu về kỹ thuật.
3

-

Tiềm ẩn nhiều rủi ro khi thi công.

1.1.2. Các biện pháp thi công hố đào sâu
Thiết kế biện pháp thi công hố đào bao gồm các công tác: thi công tường chắn đất,
đào đất, bố trí hệ thanh chống ngang và biện pháp tháo dỡ, thi công sàn hầm,…Cùng
với sự đa dạng các loại hình tường chắn đất, loại hệ chống đỡ ngang và sự tiến bộ
trong nghiên cứu địa kỹ thuật, hiện nay có rất nhiều biện pháp thi cơng hố đào sâu cho
các dạng cơng trình khác nhau. Sự phù hợp về biện pháp thi công với một cơng trình
hố đào sâu thơng qua các yếu tố sau:
-

Kích thước ba chiều hố đào.

-

Hiện trạng xung quanh cơng trình: giáp cơng trình giao thơng, cơng cộng,
khu vực đất trống hay cư dân sinh sống…

-

Điều kiện địa chất, thủy văn.

-

Yếu tố địa phương: vật liệu và phương tiện cho thi cơng, u cầu về mơi
trường, văn hóa và tín ngưỡng.

-

Cấp độ cơng trình và ngân sách cho dự án.

Dưới đây là một số biện pháp thi công hố đào sâu tương ứng với loại hình hệ chống
đỡ phổ biến:
1.1.2.1. Thi công đào mở
Gồm hai loại: thi công không dùng tường chắn và thi cơng có dùng tường chắn
nhưng khơng có giằng chống ngang.
Với thi công không dùng tường chắn, hố đào được tạo mái dốc (taluy) thích hợp
với từng loại đất. Phương pháp này thích hợp với dự án hầm có chiều sâu đào đất nhỏ
và phải có khơng gian để đào đất taluy.

4


Hình 1.1: Tạo mái dốc thi cơng đào mở khơng dùng tường chắn
Với thi cơng có tường chắn, tường sẽ làm việc dạng consol và không cần tạo mái
dốc cho đất. Phương pháp thi cơng này thích hợp cho hố đào có chiều sâu đào đất nhỏ
và khơng có khơng gian trống để đào đất taluy.

Hình 1.2: Thi cơng đào mở có dùng tường chắn
1.1.2.2. Phương pháp đào mở - có giằng chống ngang
Hệ chống ngang liên kết vào tường chắn có tác dụng chống giữ áp lực ngang đất
sau lưng tường trong giai đoạn thi công đào đất. Hệ chống ngang thường là thép hình
được bố trí với khoảng cách phù hợp theo hai phương (đứng và ngang) đảm bảo cả
tính tốn và điều kiện thi cơng. Ngồi ra cịn có các cây chống đứng (kingpost) giữ ổn
định hệ giằng chống theo phương đứng khi chiều dài nhịp hệ giằng lớn.
5

Hình 1.3: Thi cơng đào mở - hệ giằng
1.1.2.3. Phương pháp tường vây kết hợp neo đất
Phương pháp này tương tự như đào mở - giằng chống ngang, tuy nhiên hệ giữ áp
lực đất là các đầu neo được bơm phụt vữa bám chặt trong đất sau lưng tường chắn.
Nếu như hệ giằng ngang theo phương pháp ở 1.1.2.2 chịu lực nén là chủ yếu thì neo
đất ở phương pháp này lại chịu lực kéo để giữ ổn định tường.

Hình 1.4: Thi công hầm dùng hệ neo đất
Khả năng chịu lực của đầu neo phụ thuộc vào điều kiện địa chất. Nếu đất có cường
độ lớn thì khả năng chịu kéo của đầu neo càng tốt, và ngược lại. Tuy nhiên trong điều
kiện nền đất có hệ số thấm lớn, mực nước ngầm cao thì thi cơng neo khơng thuận lợi
do áp lực nước lớn bên ngoài đẩy thẳng vào trong lỗ ống neo.
6


Phương pháp này có ưu điểm làm thơng thống hố đào nên thuận tiện cho thi công,
đặc biệt với các dự án có diện tích lớn, rút ngắn tiến độ.
Tuy nhiên, lưu ý:
-

Phương pháp này không khả thi trong điều kiện đất yếu.

-

Khi thi công hố đào trên 10m dưới mực nước ngầm trong nền đất có hệ số
thấm cao, vấn đề thi cơng neo phải thật thận trọng.

-

Có thể xảy ra vấn đề lún nền đất khi chất lượng neo không đảm bảo.

1.1.2.4. Phương pháp thi công “đảo” (hoặc gọi là đào mở - chống xiên)
Phương pháp này vẫn sử dụng tường chắn đất quanh hố đào. Ban đầu, đào đất phần
giữa hố đào rồi thi công kết cấu cho khu vực đó. Đồng thời, phần đất khu vực biên hố
đào được giữ lại với mái dốc hợp lý và đủ để chống giữ lại áp lực chủ động sau lưng
tường. Tiếp đến, lắp đặt hệ chống từ tường chắn chống vào phần kết cấu đã thi công
tạo hệ chống giữ áp lực đất khi đào đất toàn bộ phần biên hố đào. Sau đó, biện pháp thi
cơng như ở phương pháp đào mở - hệ giằng ngang.

Hình 1.5: Thi công kiểu ốc đảo (đào mở - chống xiên)
Phương pháp này thích hợp thi cơng những hố đào rộng lớn, khi mà việc bố trí hệ
giằng ngang sẽ giảm khả năng chịu áp lực đất do chiều dài giằng quá lớn. Phương
pháp này cũng tiết kiệm một lượng lớn hệ giằng chống.
Tuy nhiên do sử dụng mái đất trong hố đào làm hệ chắn giữ áp lực sau tường
nhưng khả năng chống giữ của chúng khơng cịn được như trạng thái nguyên thủy nên
chuyển vị tường chắn cũng như biến dạng nền đất lớn. Cần cân nhắc vấn đề này trước
khi ra quyết định, đặc biệt với địa chất đất sét mềm, yếu.
7


1.1.2.5. Thi công từ trên xuống (Top – down hoặc semi top – down)
Tất cả các phương pháp kể trên đều có một trình tự chung: thi cơng đào đất, lắp
giằng cho đến khi đào đất xuống đáy móng thiết kế; sau đó từng sàn hầm được thi
cơng, song song theo các hệ giằng được tháo tuần tự từ dưới lên trên cho đến khi thi
công xong sàn trệt. Cách thi công này được gọi chung là thi công từ dưới lên (phương
pháp bottom – up).
Trái ngược phương pháp bottom – up, phương pháp top – down thi công từng sàn
hầm ngay sau khi đào đất tới cao độ đáy sàn đó. Kết cấu sàn hầm sau đó được xem là
hệ chống ngang, thay thế hệ chống tạm như các phương pháp kể trên. Theo cách thi
công này, việc thi cơng hầm kết thúc sau khi hồn thành đào đất, nếu khơng kể cơng

tác vá lỗ mở đào đất.

Hình 1.6: Thi công top – down hoặc semi top – down
Sàn hầm trong phương pháp top – down có độ cứng lớn hơn nhiều so với hệ chống
thép hình ở các phương pháp bottom – up. Ngồi ra, trong q trình thi cơng đi xuống,
hệ kết cấu bên trên có thể thi công đồng thời, nhưng tải trọng truyền vào cột sẽ lớn và
phải có thiết kế móng hợp lý. Trong trường hợp chỉ thi công từ trên xuống với phần
hầm, cịn kết cấu bên trên được thi cơng sau khi phần hầm kết thúc gọi là semi top –
down.
Ưu điểm của phương pháp:
-

Rút ngắn tiến độ trong trường hợp thi cơng đồng thời hầm và kết cấu thân
(top – down).

-

Có không gian vận hành sau khi thi công các sàn hầm.

-

Hệ số an toàn lớn do hệ kết cấu sàn có độ cứng lớn.
8


Nhược điểm của phương pháp:
-

Chi phí cao do phải thi công hệ cột kingpost giữ trọng lượng sàn bên trên.

-

Khoảng thời gian thi công sàn hầm kéo dài sẽ gây biến dạng lớn hố đào do
ảnh hưởng của từ biến, đặc biệt trong đất yếu.

-

Chất lượng thi cơng có thể bị ảnh hưởng do thi công sàn hầm trên nền đất.

Tuy nhiên, các nhược điểm này đang dần được khắc phục bằng việc cải tiến kỹ
thuật thi công cùng với tối ưu tính tốn thiết kế.
1.1.3. Các loại tường chắn đất
Các loại tường chắn dùng hiện nay:
-

Tường barret (diaphragm wall)

-

Cọc khoan nhồi (concrete pile)

-

Cọc vữa có thép hình (PIP)

-

Cọc xi măng trộn đất (MIP)

-

Cọc xi măng đất có cốt thép hình.

-

Cọc đóng, ép

-

Cừ larsen (Steel sheet pile)

-

Hệ thép hình ván ép (Soldier pile)..

Do khác nhau về độ cứng chống uốn, về điều kiện thi công nên các loại tường chắn
trên thích hợp với từng loại cơng trình nhất định, đánh giá sơ bộ như bảng sau:
Bảng 1-1: Đánh giá các loại tường chắn (theo “Deep Excavation” – Chang Yu Ou)

9


1.1.4. Các loại hệ chống
Như đã đề cập ở mục 1.1.2, thơng thường có các loại hệ chống áp lực đất phương
ngang như sau:
-

Hệ chống thép hình: áp dụng cho thi công bottom – up.

-

Neo đất: áp dụng cho thi công bottom – up.

-

Sàn bê tông cốt thép: áp dụng cho thi công top – down hoặc semi top –
down.

-

Mái đất trong hố đào: áp dụng trong trường hợp thi công đào taluy giằng và
thi công kiểu “ốc đảo”.

1.2. TỔNG HỢP TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ CHUYỂN VỊ NGANG
TƯỜNG CHẮN VÀ ĐỘ CỨNG TỔNG THỂ HỐ ĐÀO
1.2.1. Nghiên cứu của Rowe (Anchor sheet – pile walls, 1952)
Năm 1952, nghiên cứu của Rowe đã chỉ ra ảnh hưởng của độ cứng kết cấu chắn đất
đến biến dạng.
Ông chứng minh rằng, với hai mơ hình có cùng thơng số hình học và cùng biến
dạng tường chắn (như Hình 1.7), tức:
 dy 
 dy 
 
 
 dz mod el  dz  prototype

Từ phân tích kết cấu:
 dy   Mz 
 


 dz   EI 

(1-1)

(z là độ sâu của điểm trên thân tường so với mặt đất)
 Mz 

 Mz 


 


 EI mod el  EI  prototype
 z 

M 

 z 

M 

 
  và  3 
 3 

Nếu có  
 H mod el  H  prototype
 H mod el  H  prototype
 H 3 H 

 H 3 H 
 H4 

=>






  constant
 EI model  EI  prototype
 EI 

 

10