Phân tích nội lực sàn tầng hầm trong quá trình thi công tầng hầm bằng phương pháp top down

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

TƠ THANH SANG

PHÂN TÍCH NỘI LỰC SÀN TẦNG HẦM
TRONG Q TRÌNH THI CƠNG TẦNG HẦM
BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN

Chun ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
Mã số: 60.58.02.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2018


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Lê Trọng Nghĩa

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. Lê Bá Vinh

Cán bộ chấm nhận xét 2: GS.TS. Trần Thị Thanh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 10 tháng 01 năm 2018
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. Võ Phán
2. PGS.TS. Lê Bá Vinh
3. GS.TS. Trần Thị Thanh
4. TS. Phạm Tường Hội

5. TS. Đỗ Thanh Hải
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS. Võ Phán

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS. NGUYỄN MINH TÂM


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: TÔ THANH SANG

MSHV: 1570051

Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1992

Nơi sinh: An Giang

Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

Mã số: 60.58.02.11

Khóa (năm trúng tuyển): 2015
I. TÊN ĐỀ TÀI:
PHÂN TÍCH NỘI LỰC SÀN TẦNG HẦM TRONG Q TRÌNH THI CƠNG
TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan đề tài nghiên cứu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Phân tích nội lực sàn tầng hầm trong quá trình thi cơng tầng hầm bằng
phương pháp top-down của một cơng trình thực tế ở Thành phố Hồ Chí Minh
Kết luận và kiến nghị
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

10/07/2017

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

03/12/2017

IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. LÊ TRỌNG NGHĨA
Tp.HCM, ngày

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký)

tháng

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

năm 2018

PGS.TS. LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS. NGUYỄN MINH TÂM


-iv-

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tồn thể q Thầy
cơ trong Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại học
Bách Khoa, Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và truyền đạt
những bài học, những kinh nghiệm chuyên ngành quý giá, giúp tác giả có đầy đủ nền
tảng kiến thức để thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Tiếp theo, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc
đến TS Lê Trọng Nghĩa, Thầy đã truyền đạt kiến thức, hướng dẫn tận tâm, định hướng

cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu.
Sau cùng, tác giả xin gửi lời biết ơn chân thành, sâu sắc đến gia đình và
bạn bè, đồng nghiệp về sự quan tâm, giúp đỡ, động viên, ủng hộ tác giả trong suốt
chặn đường thực hiện đề tài nghiên cứu này.

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017
Học viên

Tô Thanh Sang


-v-

TĨM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn trình bày nghiên cứu nội lực sàn tầng hầm trong q trình thi cơng
tầng hầm bằng phương pháp Top-Down khi thi công tầng hầm “Dự án Rivergate
Residence” tại Thành Phố Hồ Chí Minh. Cơng trình có kích thước dài 179m, rộng
56m, gồm 4 tầng hầm với cao độ đáy hố đào sâu nhất là -14.7m (riêng khu vực pít
thang máy đào đến -16.75m). Giải pháp kết cấu được chọn là sử dụng tường vây dày
D = 800mm, chiều dài L = 28.5m. Toàn bộ quá trình thi cơng được mơ phỏng bằng
phương pháp phần tử hữu hạn với việc sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation. So
sánh kết quả thu được với quan trắc thực tế sau đó đánh giá nội lực sàn hầm qua các
giai đoạn thi công. Kết quả cho thấy trong quá trình thi cơng sàn hầm có nhiều giai
đoạn xuất hiện ứng suất kéo bên trong sàn ở một số vị trí, nội lực này khá đáng kể và
cần phải gia cường thép cho những vị trí đó. Bên cạnh đó, với các cơng trình có dạng
hình học phức tạp, bài tốn phân tích 3D đem lại độ chính xác cao và đáng tin cậy,
rất thích hợp trong việc thiết lập biện pháp thi công tầng hầm.


-v-

ABSTRACT
The thesis presents the internal study of the basement floor during the
construction of the basement by the method of Top-Down when constructing the
basement "Rivergate Residence Project" in Ho Chi Minh City. The project is 179m
long, 56m wide, including 4 basements with the highest depth of hole bottom is 14.7m deep (only the elevation of the excavator up to -16.75m). The selected
structural solution is diaphragm wall D = 800mm thick wall, L = 28.5m. The whole
process of construction is simulated using the finite element method using the Plaxis
3D Foundation software. Compare the results obtained with the actual observation
then assess the internal force of the tunnel through the construction phase. The results
show that during construction of floor there are many stages of stress occurring inside
the floor in some positions, this internal force is quite significant and need to reinforce
the steel for those positions. In addition, with complex geometric works, the 3D
analysis problem provides high accuracy and reliability, which is well suited for
setting up the basement method.


-vi-

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là đề tài nghiên cứu thực sự của tác giả,
được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Lê Trọng Nghĩa.
Tất cả số liệu, kết quả tính tốn, phân tích trong luận văn là hồn tồn
trung thực. Tơi cam đoan chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017
Học viên

Tơ Thanh Sang

-vii -

MỤC LỤC
Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ
Lời cảm ơn ........................................................................................................... iv
Tóm tắt luận văn thạc sĩ ......................................................................................... v
Mục lục ................................................................................................................. vi
Danh mục bảng ................................................................................................... vii
Danh mục hình ............................................................................................ …...viii
CHƯƠNG 0 - MỞ ĐẦU
I.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .................................................................1

II.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ..........................................................................1

III.

Ý NGHĨA VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ..................................1

IV.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................2

V.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .........................................................................2

CHƯƠNG 1 ................................................................................................................3
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................................................3
1.1.

GIỚI THIỆU ..............................................................................................3

1.2.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI .......................................4

1.3.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM ...........................................14

1.4.

NHẬN XÉT..............................................................................................19

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................................20
2.1.
PHÂN TÍCH MỐI QUAN HỆ GIỮA BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG CHẮN
VÀ ĐỘ LÚN BỀ MẶT CỦA ĐẤT NỀN .............................................................22
2.4.1.

Dạng độ lún bề mặt của đất nền ........................................................22

2.4.2.

Xác định giá trị lớn nhất của độ lún bề mặt đất nền ..........................23

2.2.

ỨNG XỬ KHƠNG GIAN Q TRÌNH THI CƠNG TẦNG HẦM ......25

2.3.
PHÂN TÍCH BÀI TỐN HỐ ĐÀO SÂU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN
TỬ HỮU HẠN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS .............................................26
2.3.1.
QUAN HỆ THỐT NƯỚC VÀ KHƠNG THỐT NƯỚC TRONG
PLAXIS.. ..........................................................................................................20
2.3.2.

MƠ HÌNH TĂNG BỀN ĐẲNG HƯỚNG HARDENING SOIL .....26


-vii 2.3.3.
SO SÁNH GIỮA MƠ HÌNH MOHR–COULOMB VÀ MƠ HÌNH
HARDENING SOIL ........................................................................................32
2.3.4.

CHIA LƯỚI PHẦN TỬ TRONG PLAXIS ......................................32

CHƯƠNG 3
PHÂN NỘI LỰC SÀN TẦNG HẦM TRONG Q TRÌNH THI CƠNG TẦNG
HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN CỦA MỘT CƠNG TRÌNH THỰC TẾ
Ở TP. HỒ CHÍ MINH ...............................................................................................36
3.1.

THỰC TRẠNG CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ....................................36

3.1.1.

ĐẶC ĐIỂM CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ....................................36

3.1.2.

VẤN ĐỀ NGUN CỨU ................................................................37

3.1.3.

ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH .........................................39

3.1.4.

TRÌNH TỰ THI CƠNG TẦNG HẦM ..............................................41

3.2.

MƠ PHỎNG BÀI TỐN.........................................................................47

3.2.1.

THƠNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA BÀI TỐN ......................................47

3.2.2.

CÁC GIAI ĐOẠN THI CƠNG TẦNG HẦM ..................................51

3.3.

PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TỐN ......................................................52

3.3.1.
KẾT QUẢ TÍNH TỐN VÀ SO SÁNH VỚI QUAN TRẮC THỰC
TẾ……… .........................................................................................................52
3.3.2.
PHÂN TÍCH NỘI LỰC SÀN TẦNG HẦM TRONG Q TRÌNH
THI CƠNG TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN .................61
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ......................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................76


-viii -

DANH MỤC BẢNG
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Bảng 1. 1 Tính chất cơ lý của đất nền cơng trình .....................................................16
Bảng 1. 2 Các giai đoạn thi công hố đào ..................................................................17
Bảng 1. 3 Kết quả lý thuyết và đo thực tế lực dọc tác dụng các lớp thanh chống....18
CHƯƠNG 3 – PHÂN NỘI LỰC SÀN TẦNG HẦM TRONG Q TRÌNH THI
CƠNG TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN CỦA MỘT CƠNG
TRÌNH THỰC TẾ Ở TP. HỒ CHÍ MINH
Bàng 3. 1 Bảng phân loại và đặc điểm phân bố các lớp đất hố khoan BH1.............39
Bàng 3. 2 Thông số đầu vào của tường vây..............................................................48
Bàng 3. 3 Thông số đầu vào của hệ kingpost ...........................................................48
Bàng 3. 4 Thông số đầu vào của sàn tầng hầm cơng trình .......................................49
Bàng 3. 5 Tính chất cơ lý chủ yếu của đất nền cơng trình .......................................50
Bàng 3. 6 Các giai đoạn tính tốn .............................................................................51
Bàng 3. 7 Chuyển vị của tường vây tại ống ICL7 ....................................................53

Bàng 3. 8 Chuyển vị của tường vây tại ống ICL8 ....................................................54
Bàng 3. 9 cốt thép gia cường cho sàn hầm (phần 1).................................................73
Bàng 3. 10 cốt thép gia cường cho sàn hầm (phần 2)...............................................73


-viii -

DANH MỤC HÌNH
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Hình 1. 1 Minh họa thơng tin chi tiết của 26 hố đào sâu thu thập từ vùng T2 và K1 4
Hình 1. 2 Biến dạng của tường 26 trường hợp thu thập trong lịch sử ........................5
Hình 1. 3 Ảnh hưởng độ cứng của sàn đến biến dạng của tường vây ........................6
Hình 1. 4 Ảnh hưởng độ cứng của thanh chống đến biến dạng của tường vây .........7
Hình 1. 5 Mối quan hệ giữa chiều sâu hố đào gây biến dạng tường đa và độ sâu hố
đào cho phép của 2 phương pháp TDM và BUM .......................................................7
Hình 1. 6 Mặt bằng cơng trình Taipei Enterprise National Enterprise ......................9
Hình 1. 7 Mặt cắt hồ đào cơng trình Taipei Enterprise National Enterprise ............10
Hình 1. 8 Biện pháp thi cơng tịa nhà Taipei Enterprise National Enterprise ..........11
Hình 1. 9 Mối quan hệ giữa biến dạng lớn nhất của tường, độ cứng hệ chống và hệ
số an tồn chống trương nở .......................................................................................12
Hình 1. 10 Mối quan hệ giữa hình dạng của tường bị biến dạng và sự tăng độ cứng
thanh chống ...............................................................................................................12
Hình 1. 11 Mối quan hệ giữa hình dạng của tường bị biến dạng và sự tăng độ cứng
thanh chống ...............................................................................................................13
Hình 1. 12 Độ võng của tường theo phương ngang và độ lún bề mặt hố đào ..........13
Hình 1. 13 Mặt bằng cơng trình................................................................................14
Hình 1. 14 Mặt cắt cơng trình ...................................................................................15
Hình 1. 15 Hệ tường chắn và thanh chống ...............................................................15
Hình 1. 16 Các kích điều chỉnh chuyển vị của tường ..............................................15
Hình 1. 17 Mặt cắt địa chất cơng trình .....................................................................16

CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2. 1 Các dạng độ lún bề mặt của đất nền .........................................................23
Hình 2. 2 Quan hệ giữa giá trị lớn nhất của chuyển vị tường chắn và độ lún bề mặt
đất nền .......................................................................................................................24
Hình 2. 3 Ảnh hưởng hiệu ứng vịm trong thi cơng bê tơng tường vây ...................25
Hình 2. 4 Các vùng ứng xử biến dạng phẳng và ứng xử không gian trong hố đào..25


-viii Hình 2. 5 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic trong thí nghiệm
nén 3 trục thốt nước .................................................................................................27
Hình 2. 6 Các đường cong dẻo ứng với các giá trị

...........................28

Hình 2. 7 Định nghĩa mơ đun Eoedref trong thí nghiệm nén cố kết ...........................29
Hình 2. 8 Các mặt dẻo trong mặt phẳng ( p  q ) của mơ hình HS ..........................30
Hình 2. 9 Mặt dẻo trong khơng gian ứng suất chính của mơ hình HS (c=0) ...........30
Hình 2. 10 Đường cong biến dạng có kể đến sự kết thúc giãn nở ...........................31
Hình 2. 11 Định nghĩa tỉ lệ L/B của một phần tử .....................................................33
Hình 2. 12 Lưới phần tử hữu hạn dùng trong phân tích hố đào sâu .........................34
Hình 2. 13 Ước lượng độ lún bề mặt đất nền theo phương pháp Peck (1969) ........35
CHƯƠNG 3 – PHÂN NỘI LỰC SÀN TẦNG HẦM TRONG QUÁ TRÌNH THI
CƠNG TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN CỦA MỘT CƠNG
TRÌNH THỰC TẾ Ở TP. HỒ CHÍ MINH

Hình 3. 1 Mặt bằng cơng trình ....................................................................... 36
Hình 3. 2 Mặt cắt tầng hầm cơng trình ........................................................... 37
Hình 3. 3 Mặt bằng bố trí các ống Inclinometer ICL1-ICL8 ......................... 37
Hình 3. 4 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang của tường vây ........................ 38

Hình 3. 5 Mặt bằng định vị hố khoan cơng trình .......................................... 39
Hình 3. 6 Mặt cắt địa chất cơng trình ............................................................. 40
Hình 3. 7 Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 1) ............................................ 41
Hình 3. 8 Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 2) ............................................ 41
Hình 3. 9 Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 3) ............................................ 42
Hình 3. 10 Mặt bằng thi công tầng hầm (bước 4) .......................................... 42
Hình 3. 11 Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 5) .......................................... 43
Hình 3. 12 Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 6) .......................................... 43
Hình 3. 13 Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 7) .......................................... 44
Hình 3. 14 Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 8) .......................................... 44
Hình 3. 15 Mặt bằng thi công tầng hầm (bước 9) .......................................... 45


-viii -

Hình 3. 16 Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 10) ........................................ 45
Hình 3. 17 Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 11) ........................................ 46
Hình 3. 18 Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 12) ........................................ 46
Hình 3. 19 Module đàn hồi bê tơng theo thời gian......................................... 49
Hình 3. 20 Mơ hình phân tích bài tốn bằng chương trình Plaxis 3D Foundation
......................................................................................................................... 51
Hình 3. 21 Dạng chuyển vị của tường vây ..................................................... 52
Hình 3. 22 So sánh kết quả chuyển vị tường vây tại ống ICL1, ICL4 ........... 55
Hình 3. 23 So sánh kết quả chuyển vị tường vây tại ống ICL7, ICL8 ........... 56
Hình 3. 24 Chuyển vị sàn L1 ở phase 6, phase 9 ........................................... 57
Hình 3. 25 Chuyển vị sàn L1 ở phase 6, phase 12 ......................................... 58
Hình 3. 26 Chuyển vị sàn B1 ở phase 5, phase 9 ........................................... 59
Hình 3. 27 Chuyển vị sàn B1 ở phase 5, phase 12 ......................................... 60
Hình 3. 28 Hướng của nội lực ........................................................................ 62
Hình 3. 29 Nội lực N1 sàn L1 phase 6 ........................................................... 61

Hình 3. 30 Nội lực N1 sàn L1 phase 9 ........................................................... 62
Hình 3. 31 Nội lực N1 sàn L1 phase 12 ......................................................... 63
Hình 3. 32 Nội lực N2 sàn L1 phase 6 ........................................................... 64
Hình 3. 33 Nội lực N2 sàn L1 phase 9 ........................................................... 65
Hình 3. 34 Nội lực N2 sàn L1 phase 12 ......................................................... 66
Hình 3. 35 Nội lực N1 sàn B1 phase 5 ........................................................... 67
Hình 3. 36 Nội lực N1 sàn B1 phase 9 ........................................................... 68
Hình 3. 37 Nội lực N1 sàn B1 phase 12 ......................................................... 69
Hình 3. 38 Nội lực N2 sàn B1 phase 5 ........................................................... 70
Hình 3. 39 Nội lực N2 sàn B1 phase 9 ........................................................... 71
Hình 3. 40 Nội lực N2 sàn B1 phase 12 ......................................................... 72


-1-

CHƯƠNG MỞ ĐẦU
I.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng phần không gian dưới mặt đất
để xây dựng cơng trình ngày càng phổ biến và bức thiết, nhất là trong các thành
phố lớn như thành phố Hồ Chí Minh. Các cơng trình xây dựng này có phần kết
cấu ngầm sâu trong đất.
Q trình đào đất và thi công kết cấu ngầm làm phát sinh chuyển vị tường
chắn nên việc làm thế nào để hạn chế chuyển vị này có ý nghĩa hết sức quan trọng.
Với điều kiện mặt bằng thi công chật hẹp và sự hiện hữu của các cơng trình lân
cận như hiện nay, việc đảm bảo không gian thi công, điều kiện về chuyển vị của
tường chắn cũng như biến dạng của đất nền là vấn đề rất phức tạp và yêu cầu cao.
Chính vì vậy, hệ kết cấu chống đỡ hố đào mà ở đây là sàn trong phương
pháp thi công Top-down là thật sự cần thiết và có ảnh hưởng lớn đến chuyển vị

tường chắn trong q trình thi cơng tầng hầm. Vấn đề phân tích nội lực sàn tầng
hầm trong q trình thi cơng tầng hầm bằng phương pháp Top-Down, cũng như
việc bố trí, kiểm tra hệ kết cấu sàn hầm theo từng giai đoạn thi công tầng hầm
sao cho kinh tế và thỏa mãn các điều kiện trên là mục đích chính của đề tài này.

II.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Luận văn sẽ phân tích và so sánh kết quả tính tốn lý thuyết với kết quả
quan trắc thực tế trong q trình thi cơng của một cơng trình ở thành phố Hồ Chí
Minh. Bên cạnh đó, luận văn cũng phân tích những thay đổi trong ứng xử của sàn
tầng hầm qua các giai đoạn trong q trình thi cơng bằng phương pháp Top-down.
Từ đó rút ra một số kết luận quan trọng với hy vọng có thể ứng dụng cho các cơng
trình khác.

III.

Ý NGHĨA VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Thiết lập mối quan hệ giữa chuyển vị ngang của tường vây với nội lực phát
sinh của sàn, trong tồn bộ q trình thi cơng phần hầm của cơng trình
Ngồi việc đảm bảo điều kiện chuyển vị, cũng như khả năng chịu lực của
tường vây. Thì vị trí phát sinh ra các nội lực kéo nén trong sàn là một điều quan


-2trọng cần đáng được lưu ý đến, để tránh hiện tượng phá hoại cục bộ của kết cấu
phần ngầm vốn rất khó sửa chữa và bảo trì sau khi thi công.
Khi chuyển vị tường vây gây ra ứng xử trong sàn, cần có biện pháp kiểm
tra gia cường tại các vị trí phát sinh ứng suất kéo-nén vượt quá khả năng chịu lực
của hệ kết cấu theo yêu cầu cấu tạo.
IV.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation để mơ phỏng tồn bộ q trình lắp
đặt thi cơng toàn bộ phần hầm của dự án. Đối chiếu với kết quả thực tế quan trắc.
Tiến hành đánh giá nội lực sàn hầm qua các giai đoạn thi công cũng như xem xét các
vị trí có ứng xử phức tạp.

V.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
-

Phân tích ngược một bài tốn thực tế để tìm ra các thơng số phù hợp với mơ
hình tính tốn.

-

So sánh kết quả mơ phỏng từ Plaxis và số liệu quan trắc tại hiện trường.

-

Phân tích ảnh hưởng của chuyển vị tường chắn đối với nội lực sàn tầng hầm
trong q trình thi cơng tầng hầm.

-

Nhận xét, đánh giá về mức độ ảnh hưởng của nội lực sàn tầng hầm trong q
trình thi cơng tầng hầm.

-

Đề xuất một số kiến nghị quan trong cho các cơng trình có đặc tính tương tự.


-3-

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.

GIỚI THIỆU
Một trong những vấn đề cơ bản khi thi công tầng hầm nhà cao tầng là giải
pháp ổn định hố đào trong q trình thi cơng. Trong thực tế có nhiều phương
pháp giữ thành hố đào phụ thuộc vào chiều sâu hố đào, điều kiện địa chất, mặt
bằng thi công. Với những cơng trình có chiều sâu đào tương đối lớn, để có thể thi
cơng tầng hầm một cách nhanh chóng và an tồn…việc lựa chon phương pháp
thi cơng Top Down là cần thiết. Vấn đề thiết kể đảm bảo an toàn thi cơng đào sâu
trong nền đất ln là bài tốn khó vì vậy cần phải tính tốn thiết kế cơ cấu giữ ổn
đĩnh tường chắn:
 Phương pháp tính tốn ổn định hệ giàn chống bằng thép hình
 Phương pháp tính neo phụt
 Tính tốn kiểm tra ổn định kết cấu tường vây – sàn hầm bằng phương
pháp thi công Top Down.
Hệ chịu lực của nhà cao tầng được cấu tạo từ các kết cấu đứng (lõi, vách,
khung chịu lực) với sự tham gia hỗ trợ của kết cấu ngang (dầm, sàn) để tạo nên
một hệ thống không gian thống nhất.
Trong thi cơng bằng phương pháp Top Down thì vấn chuyển vị tường vây
gây ra ứng suất trong sàn tầng hầm là một vấn đề rất đáng quan tâm để đạt được
hiệu quả cao nhất về thi công, cũng như về tính tốn thiết kế. Kiểm tra ổn định,
và khả năng chịu lực của sàn hầm dùng để giữ ổn định lực xơ ngang của tường

tầng hầm bằng phần mềm tính tốn kết cấu khơng gian (Etabs, Sap….)


-4-

1.2.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI

1.2.1. Theo nghiên cứu của tác giả Gordon Tung-Chin Kung : Comparision
of excavation – include wall deflection using Top Down and Bottom Up
construction methods in Taipei silty clay [1]
Bài báo cáo này tác giả so sánh chuyển vị của tường vây giữa 2 phương
pháp thi công Top Down (TDM) và Bottom Up (BUM) thông qua 26 trương hợp hố
đào trên nền đất sét pha ở Đài Bắc đã được thu thập và phân tích trong lịch sử. Các
quan sát thực địa cho thấy rằng chuyển vị ngang tối đa của tường vây (hm) thi công
bằng phương pháp TDM bằng 1.28 lần thi công bằng phương pháp BUM. Các yếu tố
ảnh hưởng đến chuyển vị của tường vây được và 4 trong 26 trường hợp được chọn
thử nghiệm tính tốn để khảo sát sự khác biệt chuyển vị tường vây (hm) theo 2
phương pháp TDM và BUM. Kết quả phân tích cho thấy chuyển vị trung bình (hm)
thi cơng bằng phương pháp TDM lớn hơn BUM 1.1 lần, khi không kể đến ảnh hưởng
độ co nhiệt độ của sàn bê tông. Cả 2 dữ liệu quan trắc và kết quả phân tích cho thấy
rẳng chuyển vị tường vây thi công bằng phương pháp TDM lớn hơn mặc dù sàn có
độ cứng ngang tốt hơn.


Hs là độ sâu thanh chống hoặc sàn



Hm là chiều sâu hố đào gây biến dạng tối
đa trong tường

Hình 1. 1 Minh họa thông tin chi tiết
của 26 hố đào sâu thu thập từ vùng
T2 và K1



Ho là độ sâu hố đào cho phép



L là chiều dài tường vây



H là khoảng cách giữa 2 thanh chống


-5-

Hình 1. 2 Biến dạng của tường 26 trường hợp thu thập trong lịch sử


-6Dựa vào hình 1.2 ta thấy chuyển vị trung bình hm/Ho của phương pháp
TDM lớn hơn phương pháp BUM không phân biệt địa chất.
Độ cứng thanh chống sàn và bản sàn trong 26 trường hợp của bài báo
được tính như sau:
S = EA/Ls

Trong đó:
 S là độ cứng của thanh chống hoặc sàn
 E là modulus đàn hồi
 A là diện tích mặt cắt ngang
 S là nhịp của thanh chống hoặc sàn
 L là chiều dài của thanh chống

Hình 1. 3 Ảnh hưởng độ cứng của sàn đến biến dạng của tường vây


-7-

Hình 1. 4 Ảnh hưởng độ cứng của thanh chống đến biến dạng của tường vây

Hình 1. 5 Mối quan hệ giữa chiều sâu hố đào gây biến dạng tường đa và độ sâu hố
đào cho phép của 2 phương pháp TDM và BUM
Dựa vào kết quả quan sát từ các trường hợp hố đào thu thập trong lịch sử
và các thông số nghiên cứu, tác giả bái báo rút ra một số kết luận như sau:


Tường vây sử dụng làm tường chắn trong tất cả 26 trường hợp hố
đào. Độ cứng trung bình của hệ chống và bản sàn tác giả thu thập
được tương ứng 56767 (kN/m/m) và 161900 (kN/m/m).


-8

Thông qua việc xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của
tường chắn hố đào, 5 yếu tố xác định là quan trọng có thể dẫn đến sự
khác biệt vê chênh lệch chuyển vị của tường vây trong 2 phương

pháp TDM và BUM là
o Độ sâu hố đào qua từng bước đào
o Độ cứng của hệ chống và bản sàn
o Hệ chống ứng lực trước
o Thời gian thi cơng hệ chống bản sàn
o Độ co ngót của sàn bê tông



Các kết quả của thông số nghiên cứu cho thấy rằng tỷ lệ chuyển vị
trung bình hm khi thi công bằng phương pháp TDM bằng xấp xỉ 1.1
phương pháp BUM khi ảnh hưởng do co ngót của bản sàn bê tông
được bỏ qua. So với tỷ lệ 1:2 thu được từ quan sát thực tế trong
trường hơp thứ 23 của nghiên cứu này. Sự khác biệt này có thể do
xét đến ảnh hưởng của độ co ngót của bê tông sàn.

1.2.2.

Theo nghiên cứu của tác giả Chang Yu Ou và các cơng sự: Nghiên cứu

cơng trình Taipei Enterprise National Center Cơng trình Taipei Enterprise National
Enterprise có mặt bằng dạng hình thang với cạnh dài 60 – 105m, cạnh ngắn 43m,
gồm 6 tòa nhà A, B, C, D, E, F kế cận cơng trình lân cận.


-9-

Hình 1. 6 Mặt bằng cơng trình Taipei Enterprise National Enterprise
Việc thi công tường vây của TNEC bắt đầu vào ngày 13/8/1991 và hoàn
thành vào ngày 10/11/1991. Các thiết bị chính như thiết bị đo áp lực đất, đo áp lực

nước, thiết bị đo ứng suất trong cốt thép và thiết bị quan trắc nghiêng được lắp đặt
chung ngay khi tường vây bắt đầu thi cơng, q trình thi cơng tường vây diễn ra trong
89 ngày. Khi thi công tường vây hồn thành, cọc nhồi cho móng và cột chống thép
được thi cơng, cơng tác này hồn thành vào ngày 155, ngay sau đó thiết bị đo áp lực
nước và thiết bị đo phình trồi được lắp đặt vào trong hố đào, khi các thiết bị quan trắc
đã lắp đặt xong, việc đào bắt đầu vào ngày 156.


-10-

Hình 1. 7 Mặt cắt hồ đào cơng trình Taipei Enterprise National Enterprise
Bước đầu tiên đào tới độ sâu -2.8m, q trình đào diễn ra trong 6 ngày,
đến lúc hồn thành bước đào 1 là ngày thứ 162. Sau đó tiếp tục đào nước thứ 2 và lắp
đặt lớp cây chống thứ 1 (H300x300x10x15 chiều dài 6-11mm nhịp trung bình khoảng
8mm, dự ứng lực 784.8kN) cho bước đào tới độ sâu -4.9m.
Khi tới độ sâu -4.9m, một lớp xi măng nguyên chất được phun lên mặt hố
đào. Cốt pha được lắp dựng để thi công tầng B1 tại cao độ -3.5m, khi tầng B1 đã hoàn
thành và đạt cường độ, việc thi công bắt đầu tiến hành song song, thi công kết cấu
bên trên và thi công các tầng hầm.
Tầng 1 và các kết cấu bên trên sẽ được thi công cùng lúc bắt đầu bước dào
thứ 3 (tới cao độ -8.6m). Sau đó các bước đào đất và thi cơng sẽ được lặp lại cho đến
khi hồn thành tầng B4F (bước thi công thứ 10).


-11Sau bước thi công thứ 10, biến dạng của tường vây đã lên tới 8cm, để giảm
biến dạng của tường vây, phương pháp đào theo từng vùng đã được chấp thuận, vùng
giữa được đào trước. Vùng giữa được đào tới độ sâu -17.3m, lớp cây chống thứ 2
được được lắp ở cao độ -16.5m. Vùng phía đơng và phía tây được đào sau và lắp cây
chống vào vùng trung tâm. Vì lý do đó, bước 11 và bước 12 được chia thành 11A
11B và 12A 12B. Lớp cây chống thứ 2 là H400x400x13x21 có nhịp khoảng 2.5 tới

6m trung bình khoảng 3.4m, mỗi cây có ứng lực trước 1177k. Tới bước đào thứ 7
(bước thi công thứ 13) chạm tới đáy hố đào với độ cao -19.7m, bước cuối cùng là thi
cơng móng bè.
Trong q trình thi cơng tịa nhà cơng trình lân cận bị nghiêng nhẹ, để giải
quyết vần đề này, sau khi thi công tường vây và trước khi đào đất, một vài biên pháp
cải tạo đã được đề ra: Jet grouting giữa tịa nhà và hố đào….

Hình 1. 8 Biện pháp thi cơng tịa nhà Taipei Enterprise National Enterprise


-12Mối quan hệ giữa hệ số an toàn trương nở và bề rộng hố đào rút ra từ kinh
nghiệm:
Clough và O’Rourke (1990) đã tìm ra được rằng bề rộng hố đào càng tăng
thì biến dạng của tường vây càng lớn, hơn thế nữa, khi bề rộng hố đào càng lớn thì
hiện tương mất cân bằng lực càng lớn; hệ số an tồn trương nở càng giảm.

Hình 1. 9 Mối quan hệ giữa biến dạng lớn nhất của tường, độ cứng hệ chống và hệ
số an toàn chống trương nở
Bước đào đầu tiên, chuyển vị của tường đã được tạo ra với dạng đầu thừa.
Bước đào thứ 2 sẽ bắt đầu sau khi lắp hệ chống đầu tiên. Nếu độ cứng của thanh
chống đủ lớn, lực nén tác dụng lên thanh chống sẽ nhỏ hơn vì vậy tường chắn sẽ xoay
quanh điểm tiếp xúc giữa thanh chống và tường, biến dạng của tường được tao ra.
Biến dạng lớn nhất của tường sẽ xảy ra gần bề mặt hố đào.

Hình 1. 10 Mối quan hệ giữa hình dạng của tường bị biến dạng và sự tăng độ cứng
thanh chống (a) Bước đào đầu tiên, (b) Bước đào thứ 2, (c) Bước đào thứ 3