(Luận văn thạc sĩ file word) Phân tích ứng xử của công trình hố đào tòa nhà VICEM, Cầu Giấy, Hà Nội có xét đến sự làm việc đồng thời giữa kết cấu và đất nền

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạy trong
chương trình cao học chuyên ngành Địa Kỹ Thuật và Cơng trình ngầm, những
người đã truyền đạt cho em những kiến thức hữu ích về các mơn học trong chương
trình đào tạo, làm cơ sở cho em thực hiện luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Hồng Nam đã tận tình giúp đỡ
cho em trong thời gian thực hiện luận văn. Rất nhiều tài liệu hữu ích em đã nhận
được từ thầy và nó giúp cho em rất nhiều trong việc thực hiện luận văn này.
Sau cùng, em xin được cảm ơn tới gia đình, bạn bè, những người luôn ủng
hộ, động viên em trong suốt quá trình học tập tại trường và trong thời gian thực
hiện luận văn này.
Do thời gian có hạn và kinh nghiệm nghiên cứu của bản thân còn hạn chế nên
luận văn khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được ý kiến đóng
góp của các thầy cơ.
Hà Nội, 23/05/201
Học viên

Nhữ Văn Dũng


BẢN CAM KẾT HỌC VIÊN
Tôi xin cam kết rằng, tất cả nội dung thể hiện trong luận văn là sản phẩm nghiên
cứu của tôi, các số liệu sử dụng trong q trình tính tốn là hồn tồn trung thực.
Tơi xin chịu tồn bộ trách nhiệm của mình về nội dung luận văn trước Ban giám
hiệu nhà trường.
Học viên

Nhữ Văn Dũng


3

CHƯƠNG 1.CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về tình hình xây dựng hố móng sâu trên thế giới
Cơng trình có tầng hầm đã được xây dựng từ lâu trên thếgiới, hầu hết các cơng
trình nhà cao tầng đều có tầng hầm. Độ sâu cũng như số tầng hầm phụ thuộc vào
điều kiện địa chất, công nghệ và công năng sử dụng của cơng trình. Đa phần các
cơng trình đều có từ 1 đến 3 hoặc 4 tầng hầm, cá biệt có những cơng trình vì u
cầu cơng năng sử dụng có đến 5÷10 tầng hầm. Đa số các cơng trình nhà cao tầng
có tầng hầm sâu tập trung chủ yếu ở các nước phát triển như: Mỹ, Philipin,
Australia, Đài Loan… Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các nước đang phát
triển cũng xây dựng nhà cao tầng có tầng hầm sâu ngày càng nhiều như: Singapore,
Thailand,… cho thấy sự cần thiết cũng như xu thế phát triển tất yếu của cơng trình
nhà cao tầng có nhiều tầng hầm.
Vì cơng trình có nhiều tầng hầm đã được xây dựng rất lâu trên thế giới nên quy
trình cơng nghệ, thiết bị dùng để xây dựng cơng trình có nhiều tầng hầm cũng rất
phát triển với nhiều công nghệ hiện đại, tiên tiến. Việc lựa chọn công nghệ xây
dựng tùy thuộc vào từng đặc điểm cụ thể của cơng trình. Một số cơng nghệ, giải
pháp chống đỡ thường được sử dụng phổ biến để xây dựng cơng trình có nhiều
tầng hầm trên thế giới: tường cừ thép, tường cừ bằng cọc nhồi bêtông cốt thép
(BTCT), tường cừ bằng cọc xi măng đất, tường cừ BTCT thi công bằng công nghệ
tường trong đất hoặc các tấm BTCT đúc sẵn…
Hầu như các thành phố lớn trên thế giới, do cần tiết kiệm đất đai và giá đất ngày
càng cao nên đã tìm cách cải tạo hoặc xây mới các đơ thị của mình với ý tưởng
chung là triệt để khai thác và sử dụng không gian dưới mặt đất cho nhiều mục đích
khác nhau về kinh tế, xã hội, văn hóa và mơi trường.
Một số ngành công nghiệp do yêu cầu của dây chuyền công nghệ ( như nhà máy
luyện kim, cán thép, làm phân bón..) cũng đã đặt một phần khơng nhỏ dây chuyền
đó nằm sâu dưới mặt đất.

Formatted: Bullets and Numbering

Các trạm bơm lớn, cơng trình thủyđiện cũng cần đặt sâu vào long đất nhiều
bộ phận chức năng của mình với diện tích đến hang vài chục ngàn mét vng và
sâu đến hàng trăm mét.
Hướng xây dựng “ thành phố theo chiều thẳng đứng” rất ưu việt trong những
thập niên tới. 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 2
giải pháp là lên cao và lấn biển. Ở Tokyo đã có quy định khi xây nhà cao tầng phải
có ít nhất 5-8 tầng hầm. Ở Thượng Hải (Trung Quốc) thường thấy có 2-3 tầng hầm
dưới mặt đất ở các tịa nhà cao tầng, có nhà đã thiết kế đến 5 tầng hầm, kích thước
mặt bằng lớn nhất đã lên đến 274x187m, diện tích khoảng 51.000m 2, hố móng sâu
nhất tới 32m.

Hình 1. 1 Một cơng trình ngầm tại Trung Quốc( Nguồn: Internet)
Một gara lớn có kích thước 156x54x27m gồm 7 tầng được xây dựng đầu tiên ở
Mátcơva, có sức chứa 2000 ơ tơ con mà nếu làm trên mặt đất cần 50.000m2. Để xây
dựng công trình này, người ta đã phải đào 274.000m3 đất, 4000m3 bê tông đổ tại
chỗ và 19.500m3 bê tông đúc sẵn.


Hình 1. 2 Hố móng sâu tịa nhà Lotte Tower Super Tower ở Hàn
Quốc( Nguồn: Internet)
Ở Genever (Thụy Sĩ) xây dựng bằng phương pháp giếng chìm 1 gara ngầm 7
tầng hình trịn cho 530 ơ tơ con, đường kính gara là 57m, sâu 28m, sàn trên cùng
cách mặt đường 3m. Các tầng được xếp theo đường xoắn ốc với độ nghiêng khơng
lớn lắm.
Một giếng chìm có kết cấu thành mỏng, gồm nhiều đoạn đúc sẵn có đường kính
37.8m, sâu 57.8m đã hạ vào trong đất có điều kiện địa chất cơng trình và địa chất
thủy văn hết sức phức tạp vào năm 1972 tại Mikahilovski (Nga) (Theo Nguyễn Bá

Kế, 2012)
Mặc dù cơng trình có nhiều tầng hầm đã được xây dựng từ lâu trên thế giới với
nhiều những công nghệ khác nhau, tuy nhiên, do mức độ khó khăn, phức tạp, ẩn
chứa nhiều rủi ro nên việc thi công tầng hầm cơng trình trên thế giới đã xảy ra
khơng ít sựcố, tai nạn mà điển hình là sự cố cơng trình trạm bơm nước thải
Bangkok – TháiLan có kích thước 20,3m đường kính, sâu 20,2m, bị sập ngày 17 –
8 –1997 khi vừa hồn tất cơng tác đào và lắp đặt hệ thanh chống. Kết cấu của cơng
trình gồm hệ tường vây liên kết (diaphragm wall) giữ vai trò như tường chắn khi
thi


cơng đào sâu và giữ vai trị tường hầm sau khi đúc bê tông các bản sàn hầm. Đặc
biệt là cơng trình này có kích thước hồn tồn giống một cơng trình tương tự đã thi
cơng thành cơng ở Frankfurt - Đức.
1.2 Tổng quan về tình hình xây dựng hố móng sâu ở Việt Nam
Trong những năm gần đây ở nước ta, tại các thành phố lớn như Hà Nội và thành
phố Hồ Chí Minh cũng bắt đầu sử dụng các tầng hầm dưới các nhà cao tầng với hố
đào có chiều sâu đến hàng chục mét và chiều sâu của tường trong đất đến trên
40m, tổng số có đến trên 10 cơng trình


Bảng 1. 1 Các cơng trình ngầm đã thi cơng tại Việt Nam(Nghiêm Hữu Hạnh,
2012)
TT

Tên cơng trình

Thiết kế

Đơn vị

Đặc điểm thi cơng
tầng hầm

thi cơng
Bachy
Soletanche

- Tường barrette

1

Văn phịng và chung cư 27
Láng Hạ

CDCC

2

Trụ sở kho bạc NN 32 Cát
Linh

CDCC

Delta

3

Toà nhà 70-72 Bà Triệu

CDCC

Delta

4

VP và Chung cư 47 Huỳnh
Thúc Kháng

5

Toà nhà Vincom 191 Bà
Triệu

VNCC

Delta

6

Chung cư cao tầng 25
Láng hạ

VNCC

Cty XD số 1
HN

- Tường barrette

7

TT Viễn thơng VNPT 57
Huỳnh Thúc Kháng

CDC

Bachy
Soletanche

- Tường barrette

8

Tồ nhà tháp đơi HH4 Mỹ
Đình

CDC

TCty XD
Sơng Đà

9

Trụ sở văn phịng 59
Quang Trung

Cty KT& XDHội KTS

Cty XD số 1,

HN

10

Ocean Park số 1 Đào Duy
Anh

Tr. ĐH KT HN

Cty XD số 1,
HN

11

- Đào hở, chống
bằng dàn thép

Cty XD số 1
HN

- Tường barrette
- Top – down
- Tường barrette
- Top – down
- Tường barrette

VNCC Đông Dương

- Top – down
- Tường barrette

- Top – down
- Top – down
- Không chống
- Tường barrette
- Đào hở, chống
bằng dàn thép
- Tường barrette
- Top – down
-

Tường bê tông
thường

- Cọc xi măng đất

Khách sạn Sun Way

- Tường barrette

19 Phạm Đình Hổ

- Neo trong đất

12

Toà nhà tháp Vietcombank

13

Pacific Place 83 Lý

Thường Kiệt

Archrtype,
Pháp

Indochine
Group

- Tường barrette

Cty XD Sông
Đà 2

- Tường barrette

- Neo trong đất
- Top – down


Như đã trình bày ở trên, việc thi cơng cơng trình ngầm vẫn gặp rất nhiều những
rủi ro. Ở Việt Nam, sự cố cơng trình ngầm tại tịa cao ốc Pacific nằm trên đường
Minh Khai, Phường Bến Nghé, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh là một sự cố điển
hình trong việc xây dựng cơng trình ngầm tại Việt Nam.
Tịa cao ốc Pacific được cấp phép xây dựng tháng 2/2005, diện tích mặt
bằng 1.750 m2, cao 78.45m, gồm ba tầng hầm và 1 tầng kỹ thuật (chiều sâu
11.8m); 1 trệt và 20 tầng lầu; tổng diện tích sàn xây dựng là trên 22.000 m2. Tuy
nhiên trong q trình thi cơng, chủ đầu tư cao ốc Pacific đã điều chỉnh thiết kế (tuy
chưa được Sở Xây dựng thành phố cho phép) lên thành sáu tầng hầm (chiều sâu
21.1m), một tầng trệt, 21 lầu, tổng diện tích sàn xây dựng lên tới hơn 41.000m2 với
hệ khung gồm 16 cột có tiết diện 1400x1400 mm và sàn ngang. Cơng trình sử dụng

móng bè BTCT đặt trên 65 cọc barrette kích thước 2.8x1.2m sâu 67m. Theo thiết
kế, hệ tường vây gồm 50 tấm panel kích thước từ 2.8 đến 5.7m, dày 1m sâu 45m
nhưng khi thi công Công ty Pacific đã thay đổi thành 24 panel kích thước 2.8 đến
7.7m, dày 1m sâu 45m. Gioăng cách nước giữa các tấm panel không được chỉ
định chiều dài trong thiết kế nên đơn vị thi công chỉ đặt đến đáy tầng hầm, tức
khoảng 22m. Thi công các tầng ngầm theo phương pháp “bán ngược” (semi topdown) sử dụng hệ chống đỡ ngang là hệ dầm sàn BTCT dày 230mm và 250mm
tựa lên cột biên tạo ra hệ chống ngang phía trong tường vây.


Hình 1. 3 Hố móng tịa cao ốc Pacific
Do khơng có hệ quan trắc để theo dõi diễn biến (lực và chuyển vị/biến
dạng) của hệ kết cấu chống giữ hố đào và cơng trình chung quanh nên những
thơng tin sau đây chủ yếu thu thập từ các phương tiện truyền thông và người
chứng kiến lúc xảy ra sự cố.
- Tháng 5/2007, cơng trình bắt đầu thi cơng sàn tầng hầm, đến tháng 10/2007 thi
công được bốn tầng hầm và bắt đầu thi công tầng hầm thứ 5. Trước khi xảy ra sự
cố đã thi công xong các panel tường vây, cọc barrette và thi công đổ bê tông đến
sàn tầng trệt tại các trục 1-3 và 6-8. Phần khoảng hở từ trục 3 đến trục 6 sử dụng các
thanh thép I400 để làm hệ thanh chống đỡ tường vây.
- Ngày 9/10/2007, khoảng 18 giờ 30 khi đang đào đất để chuẩn bị đổ bê tơng
móng thì ở vị trí tiếp giáp tường vây tại cao trình âm 21m so với cốt nền tầng
trệt của cơng trình Pacific, tường vây xuất hiện lỗ thủng rộng 30-35 cm, dài 168
cm. Do áp lực mạnh của nước ngầm tại vị trí lỗ thủng nên gây tràn nước và lơi đất
phía ngồi tường vào trong tầng ngầm, do đó khoảng 19 giờ thì dãy nhà trụ sở Viện


Khoa học Xã hội vùng Nam Bộ gồm 1 trệt 2 lầu bất ngờ đổ sập, bị vùi sâu dưới
lòng đất
hơn 10m; phần cịn lại của khu nhà cũng có nguy cơ đổ sập.

Hình 1. 4 Sự cố cơng trình ngầm tại tòa cao ốc Pacific
- Lúc 17 giờ ngày 23 tháng 1 năm 2008, hơn 2 tháng sau sự cố sập Viện Khoa
học Xã hội vùng Nam Bộ, trong khu vực để xe của Sở Ngoại vụ tại số 6
Alexandre de Rode, quận 1, đấu lưng với cao ốc Pacific, sụt lún một lỗ rộng
10m2, sâu 3m làm 4 xe gắn máy rơi xuống hố và nứt tường ở khu vệ sinh.


Hình 1. 5 Sụt nhà để xe và nứt nhà vệ sinh tại tịa nhà bên cạnh cao ốc Pacific
Ngồi sự cố của cao ốc Pacific, một sự cố xảy ra trong q trình thi cơng cơng
trình, thì sự cố sau khi cơng trình đi vào sử dụng cũng gặp rất nhiều trong thực tế.
Ví dụ như các sự cố ngập nước tầng hầm là sự cố phổ biến hay xảy ra nhất khi
cơng trình ngầm đưa vào sử dụng.

Hình 1. 6 Ngập nước tại tầng hầm (Nguồn: Internet)


Qua sự cố về cơng trình ngầm trên, ta thấy rằng việc thi cơng cơng trình ngầm
ln có thể gặp phải những sự cố gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tài sản và tính
mạng con người. Do vậy, để đảm bảo tính an tồn cũng như kinh tế cho việc xây
dựng cơng trình ngầm, vấn đề thiết kế và thi cơng cơng trình ngầm cần phải được
quan tâm đặc biệt.
1.3 Những vấn đề cần nghiên cứu đối với bài toán thiết kế, thi cơng hố móng
sâu
Để tránh hay hạn chế những sai sót hoặc sự cố xảy ra trong lúc thiết kế và thi
cơng hố móng sâu, cần phải thỏa mãn các yêu cầu chung nhất sau đây theo tổng kết
kinh nghiệm của thế giới.
Về mặt thiết kế kết cấu chắn giữ hố móng và nền của nó phải tính theo 2 nhóm
trạng thái giới hạn sau đây:
- Nhóm 1cần thỏa mãn về:
+ Ổn định vị trí của tường, chống trượt, lật, xoay;

+ Ổn định sức chịu tải và ổn định cục bộ của nền;
+ Cường độ của các cấu kiện và mối nối;
+ Sức chịu tải và độ bền của các kết cấu neo;
+ Ổn định và độ bền của kết cấu thanh chống;
+ Ổn định thấm của nền.
- Nhóm 2 cần thỏa mãn về:
+ Tính theo biến dạng nền, tường chắn và cấu kiện của nó;
+ Tính các cấu kiện của kết cấu tường theo sự phát triển của vết nứt;
+ Ổn định của thành hố đào khi tường làm việc trong đất;
+ Kể đến ảnh hưởng của hố đến cơng trình lân cận.
Về mặt thi cơng cần chú ý:
+ Đặc điểm cơng nghệ và trình tự thi công, thao tác;


+ Bơm hút nước, neo đất, kết cấu thanh chống;
+ Khả năng thay đổi các đặc trưng cơ lý của đất có liên quan tới q trình khoan,
đóng và các tác động công nghệ khác;
+ Sự cần thiết của kết cấu chắn giữ chống thấm nước;
+ Sự cần thiết dùng các giải pháp kết cấu để giảm áp lực lên tường chắn ( cấu
kiện giải tỏa tải trọng, vải địa kỹ thuật, đất có cốt…).
Trước khi thực hiện việc thiết kế và thi công hố đào sâu cần nghiên cứu kỹ các
vấn đề sau đây:
1.3.1 Tính tốn áp lực đất, nước
1.3.1.1 Áp dụng lí luận áp lực đất kinh điển
Trong hơn chục năm qua kể từ khi cải cách và mở cửa, giới khoa học kỹ thuật ở
Trung Quốc đã làm nhiều thí nghiệm nghiên cứu về áp lực đất của cơng trình hố
móng và cho thấy rằng kết quả tính tốn theo lí luận áp lực đất kinh điển là tương
đối phù hợp với thực tế tại các vùng đất yếu như Thượng Hải, Thiên Tân…Cịn các
vùng đất khơng bão hịa như Bắc Kinh chẳng hạn, tính tốn áp lực đất cũng vẫn
dùng lí luận áp lực đất kinh điển và các phương pháp thí nghiệm thường hay làm để

xác định các chỉ tiêu cường độ, nhưng kết quả tính tốn có vênh nhiều so với thực
tế.
Với các vùng đất có mực nước ngầm sâu, độ ẩm của đất thấp thì lại tỏ ra q an
tồn .
1.3.1.2 Tính riêng và tính gộp áp lực đất, nước
Hiện nay, các chuyên gia ở nhiều nước thường tính riêng áp lực đất với loại đất
có tính thấm nước mạnh như cát, sỏi, đá…điều này trên căn bản đã được công nhận
rộng rãi. Còn đối với vấn đề với áp lực đất nước của loại đất có tính thấm ít như đất
mịn, đất sét thì nhận thức vẫn cịn khác nhau. Tính gộp áp lực đất nước về lý luận
đang còn khiếm khuyết, nhưng thực tế lại tương đối dễ dàng , thêm vào một số
hiệu chỉnh theo kinh nghiệm là có thể tiếp cận được với tình hình thực tế.
1.3.2 Tính tốn bằng lý luận và hiệu chỉnh theo kinh nghiệm


Do sự hạn chế về trình độ phát triển của cơ học đất, một số tính chất của đất
vẫn cịn khó biểu thị bằng định lượng. Hơn nữa, trong khi vận dụng nghiên cứu về
tính chất của đất lại đưa ra quá nhiều giả thiết đơn giản hóa, cho nên, kết quả tính
tốn chưa chắc đã tin cậy, nhất thiết phải được hiệu chỉnh bằng kinh nghiệm thực
tiễn.
1.3.3 Khống chế mực nước ngầm
Qua việc điều tra trên 130 sự cố cơng trình hố móng trong những năm gần đây ở
Trung Quốc, cho thấy: phần lớn sự cố có liên quan tới nước ngầm. Vì vậy, nhận
thức chính xác quy luật thấm của các loại đất, thiết kế kết cấu chắn nước thật khoa
học, bảo đảm ngăn thấm có hiệu quả, là những khó khăn chủ yếu trong việc ngăn
chặn nước ngầm.
1.3.4 Hiệu ứng thời gian, khơng gian của cơng trình hố móng
Đây là đặc trưng chủ yếu của cơng trình hố móng, trong đó, hình dạng mặt bằng,
độ sâu đào, hoàn cảnh xung quanh, điều kiện tải trọng, thời gian đào hố dài hay
ngắn, đều có ảnh hưởng rất lớn đến chịu lực và biến dạng. Nhất là trong những
vùng đất yếu, do đào hố và hạ nước ngầm sẽ làm cho nước trong đất biến đổi,

khung cốt đất lại có đặc trưng xúc biến, do đó, cần phải kể đến trạng thái chịu lực
không gian cũng như trạng thái ứng suất và biến dạng thay đổi theo thời gian của nó.
Lí luận về hiệu ứng thời gian và khơng gian này, hiện nay đã được các chuyên gia
rất coi trọng, nhưng vận dụng nó trong thiết kế thi cơng như thế nào thì đang cịn
phải chờ một bước phát triển hoàn thiện hơn nữa.
1.3.5 Khống chế biến dạng của hố móng
Đây chính là nội dung quan trọng của hiệu ứng thời gian, không gian, cũng là
một vấn đề lớn được mọi người chú ý trong cơng trình hố móng. Vấn đề biến dạng
của hố móng bao gồm đất ở vùng hố móng do đào hố, hạ nước ngầm làm cho mặt
nền bị biến dạng lún xuống, đồng thời cũng bao gồm vấn đề bản thân kết cấu chỗng
giữ biến dạng nghiêng vào phía trong hố...


1.4 Tóm tắt chương 1
Chương 1 tổng quan về tính cấp thiết của việc xây dựng cơng trình ngầm trong
thời điểm hiện nay. Nêu ra tình hình xây dựng cơng trình ngầm trên thế giới và tại
Việt Nam trong những năm gần đây. Bên cạnh đó là những sự cố về cơng trình
ngầm đã xảy ra trên thế giới và tại Việt Nam để thấy rõ được mức độ nghiêm trọng
khi có sự cố xảy ra.
Trong chương này, các vấn đề cần nghiên cứu khi tính tốn thiết kế và thi cơng
một cơng trình ngầm cũng được nêu ra nhằm thấy rõ được việc thiết kế, thi cơng
một cơng trình hố đào sâu là một cơng việc địi hỏi kinh nghiệm của người thiết kế,
thi công; kỹ thuật thi công và các vấn đề còn hạn chế trong thiết kế tính tốn hố đào
sâu.


16

CHƯƠNG 2.CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.2.1 Đặc điểm thi cơng hố đào sâu

2.1.1 Đặc điểm chung của cơng trình hố móng
Cơng trình hố móng là một loại cơng việc tạm thời, sự dự trữ về an tồn có thể
là tương đối nhỏ nhưng lại liên quan tới tính địa phương, điều kiện địa chất của
mỗi vùng khác nhau thì đặc điểm cũng khác nhau.
- Do hố móng là loại cơng trình có giá thành cao, khối lượng cơng việc lớn, là
trọng điểm tranh giành của các đơn vị thi cơng, lại vì kỹ thuật phức tạp, phạm vi
ảnh hưởng rộng, nhiều nhâ tố biến đổi, sự cố hay xảy ra, là một khâu khó về mặt
kỹ thuật, có tính tranh chấp trong cơng trình xây dựng. Đồng thời cũng là trọng
điểm để hạ thấp giá thành cơng trình và đảm bảo chất lượng cơng trình.
- Cơng trình hố móng đang phát triển theo xu hướng độ sâu lớn, diện tích rộng,
quy mơ cơng trình ngày càng tăng lên
Theo đà phát triển cải tạo các thành phố cũ, các công trình cao tầng, siêu cao
tầng chủ yếu của các thành phố lại thường tập trung ở những khu đất nhỏ hẹp, mật
độ xây dựng lớn, dân cư đông đúc, giao thơng chen lấn, điều kiện để thi cơng cơng
trình đều rất khó khăn. Lân cận cơng trình thường có các cơng trình xây dựng vĩnh
cửu, các cơng trình lịch sử, nghệ thuật bắt buộc phải được an tồn, khơng thể đào
mái dốc, yêu cầu với việc ổn định và khống chế chuyển vị là rất nghiêm ngặt.
- Tính chất của đất đá thường biến đổi trong khoảng khá rộng, điều kiện địa
chất thay đổi phức tạp, tính khơng đồng đều của điều kiện địa chất thuỷ văn
thường làm cho số liệu khảo sát có tính phân tán lớn, khó đại diện đựợc cho tình
hình tổng thể của các tầng đất, hơn nữa, tính chính xác cũng tương đối thấp, tăng
thêm khó khăn cho cơng tác thiết kế và thi cơng hố móng.
- Đào hố móng trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện
hiện trường phức tạp khác rất dễ sinh ra trượt lở khối đất, mất ổn định hố móng,
thân cọc bị chuyển dịch vị trí, đáy hố trồi lên, kết cấu chắn giữ bị dò nước
nghiêm

Formatted: Bullets and Numbering

trọng hoặc bị chảy đất… làm hư hại hố móng, uy hiếp nghiêm trọng các cơng trình
xây dựng, các cơng trình ngầm và đường ống xung quanh.
- Cơng trình hố móng bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như
chắn đất, chông giữ, ngăn nước, hạ mực nước, đào đất…trong đó, một khâu nào
đó thất bại sẽ dẫn tới cả cơng trình bị đổ vỡ.
- Việc thi cơng hố móng ở các hiện trường lân cận như đóng cọc, hạ mực nước
ngầm, đào đất… đều có thể sinh ra ảnh hưởng hoặc khống chế lẫn nhau, tăng
thêm các nhân tố có thể gây ra sự cố.
- Cơng trình hố móng có giá thành khá cao, nhưng lại chỉ có tính tạm thời
nên thường là khơng muốn đầu tư chi phí nhiều. Nhưng nếu để xảy ra sự cố thì
sẽ vơ cùng khó khăn, gây tốn thất lớn về kinh tế.
- Cơng trình hố móng có chu kỳ thi cơng dài, từ khi đào đất tới khi hồn thành
tồn bộ cơng trình kín khuất ngầm dưới mặt đất phải trải qua nhiều lần mưa to,
nhiều lần chất tải, chấn động, thi cơng có sai phạm…tính ngẫu nhiên của mức độ
an toàn tương đối lớn, sự cố xảy ra thường đột biến.
2.1.2 Đặc điểm hố móng thi cơng trên nền sét
Khi thi cơng hố móng trên nền đất sét thường có các đặc điểm sau:
- Việc đào đất bị hạn chế do phải duy trì ổn định vách hố đào và đáy hố nên địi
hỏi phải thi cơng nhanh, gấp.
- Do tính chất đất sét là yếu, nên trong q trình thi cơng hố móng dễ xảy ra mất
ổn định thành vách, gây lên chuyển vị, sụt lún các cơng trình lân cận.
2.2.2.2 Cơ sở lý thuyết bài tốn thiết kế hố móng sâu

Bài tốn thiết kế hố đào sâu chính là việc tính tốn tường vây và hệ kết cấu
chống đỡ tường vây đảm bảo được cường độ và độ ổn định trong suốt q trình thi
cơng và trong q trình sử dụng cơng trình.
Tải trọng tác động lên kết cấu chắn giữ chủ yếu có:
- Áp lực đất

Formatted:Bullets and Numbering


- Áp lực nước
- Tải trọng truyền từ móng qua mơi trường đất của cơng trình xây dựng
trong phạm vi vùng ảnh hưởng
- Tải trọng thi công: ô tô, cần cẩu, vật liệu xếp trên hiện trường, lực neo giữ
tường vây..
- Nếu vật chắn giữ là một bộ phận của kết cấu chủ thể thì phải kể đến lực
động đất.
- Tải trọng phụ do sự biến đổi nhiệt độ và co ngót của bê tơng gây ra.
Trong phạm vi luận văn, ta chỉ xét tới các dạng tải trọng sau:
- Áp lực đất
- Áp lực nước
- Tải trọng thi công
2.2.1 Áp lực đất
Khi tính tốn kết cấu chắn giữ, áp lực tác động vào bề mặt tiếp xúc của kết cấu
chắn giữ với thể đất tức là áp lực đất. Độ lớn và quy luật phân bố của áp lực đất có
liên quan với các nhân tố hướng và độ lớn của chuyển vị ngang của kết cấu chắn
giữ, tính chất của đất, độ cứng và độ cao của kết cấu chắn giữ, nhưng do việc xác
định chúng khá phức tạp ngay trong trường hợp đơn giản nhất nên hiện nay vẫn
dùng lý thuyết Coulomb với những hiệu chỉnh bằng thực nghiệm.
Áp lực đất gồm có: Áp lực đất tĩnh, áp lực đất chủ động và áp lực đất bị động.
2.2.1.1 Áp lực đất tĩnh
Khi tường hồn tồn khơng chuyển vị, khối đất sau tường ở trạng thái cân bằng
tĩnh. Ứng suất theo phương ngang do trọng lượng bản thân gây ra tại điểm M ở
độ sâu z được tính theo cơng thức:
’x=k0.’z
Trong đó:

+ k0 là hệ số áp lực hông, theo Jaky thì k 0 = 1-sin,  là góc ma sát trong
của đất
+ ’z=’.z, với ’: Dung trọng riêng đẩy nổi của đất
2.2.1.2 Áp lực đất chủ động
Là loại áp lực đất làm cho tường dịch chuyển về phía trước hay làm cho tường
xoay, tức là làm cho khối đất phía sau lưng tường giản ra. Thành phần nằm ngang
của áp lực đất chủ độngđược xác định theo lý thuyết cổ điểm đối với mặt trượt
phẳng của lăng thể phá hoại. Tung độ của biểu đồ thành phần ngang cảu áp lực đất
chủ động được xác định theo cơng thức:
a=(q+i.hi).Ka-2c.Ka
Trong đó:
+ q: hoạt tải trên bề mặt, áp lực do hoạt tải được truyền theo mặt phẳng phá hoại
đến điểm cần tính tung độ áp lực chủ động lên tường.
+ i.hi: áp lực thẳng đứng do trọng lượng bản thân của đất ở độ sâu cần xác
định tung độ biểu đồ áp lực đất chủ động.
+ i: dung trọng tự nhiên của đất ở trạng thái độ ẩm tự nhiên, bị đẩy nổi hoặc bão
hòa nước.
+ hi: Bề dày lớp đất thứ i có cùng các đặc trưng cơ lý.
+c: Lực dính của đất nằm ở độ sâu cần xác định áp lực chủ động
+ Ka: Hệ số thành phần nằm ngang của áp lực chủ động được xác định như sau:

+ : góc ma sát của đất
2.2.1.3 Áp lực đất bị động
Là loại áp lực đất làm khối đất sau lưng tường bị nén lại hoặc ngược hướng v
ới chuyển động của tường. Trong phạm vi mỗi lớp đất đồng chất, quy luật biến


thiên của áp lực đất bị động theo chiều sâu được coi là tuyến tính. Tung độ biểu đồ
thành phần ngang của áp lực đất bị động lên tường thẳng đứng khi mặt đất nằm

ngang được tính theo cơng thức:
p=(q+i.hi).Kp+2c.Kp
Trong đó:
+ Kp: hệ số thành phần ngang của áp lực bị động của đất được tính tốn theo
cơng thức sau:

Qua trình bày ở trên ta có thể thấy, trong ba loại áp lực trên thì áp lực bị động
là lớn hơn áp lực đất tĩnh và áp lực chủ động là nhỏ nhất. Từ phân tích lý luận và
thử nghiệm thực tiễn cho thấy, chuyển vị cần thiết khi phía sau tường chắn đất đạt
đến áp lực đất bị động lớn hơn rất nhiều áp lực đất chủ động.
2.2.1.4 Tính tốn áp lực đất khi có tải trọng hình băng phân bố
Tải trọng hình băng tức là tải trọng phân bố trên một dải bề rộng hữu hạn, ví dụ
tải trọng của móng băng chạy song song với tường chắn, tải trọng của ô tô, đường
sắt, đường đê...
Khi trên mặt đất có tải trọng hình băng ta có thể dùng phương pháp tính gần đúng
theo lý thuyết áp lực đất Rankine để xác định áp lực ngang của nó. Theo hình vẽ, tại
điểm cách đỉnh tường một đoạn L tác động siêu tải phân bố đều bề rộng L1. Từ khởi
điểm O của siêu tải vẽ một đường OC tạo với đường nằm ngang 1 góc 45 0+/2 và
cắt lưng tường tại điểm C. Ta xem từ C trở lên không kể đến tác động của siêu tải
phân bố, áp lực chủ động của nó chỉ là do trọng lượng bản thân đất lấp gây ra, từ
điểm C trở xuống mới xét đến tác động của siêu tải phân bố. Tương tự, từ điểm cuối
O’ của siêu tải, ta cũng kẻ đường O’D tạo với đường nằm ngang 1 góc 45 0+/2 cắt
lưng tường tại D. Phân bố cường độ áp lực đất chủ động do tải trọng hình băng gây
ra là abcd.


L

L1

O

C

D

q

O'

ab

d

c

Hình 2. 1 Tính áp lực đất chủ động dưới tác động của tải trọng hình băng
2.2.1.5 Ảnh hưởng của chuyển vị thân tường đối với áp lực đất
Khi tường chắn đất dịch chuyển về phía trước, áp lực đất dần giảm nhỏ đi cho
đến trị số nhỏ nhất- áp lực đất chủ động, cịn khi tường ép về phía đất đắp thì áp
lực đất dần dần tăng lên cho đến trị số lớn nhất- áp lực đất bị động. Vậy thì áp lực
đất biến đổi theo chuyển vị của tường chắn đất suy cho cùng sẽ là như thế nào? Thí
nghiệm cho thấy: khi chuyển vị ở phần đỉnh tường bằng 0,1%-0,5% độ cao của
tường, áp lực đất của đất có tính cát sẽ giảm thấp tới áp lực đất chủ động; Đất lấp
tính cát muốn đạt đến áp lực bị động thì chuyển vị ở phần đỉnh tường sẽ phải lớn
hơn rất nhiều, ước đến bằng 5% chiều cao của tường hoặc lớn hơn. Chuyển vị cần
thiết ở đỉnh tường để sinh ra áp lực đất chủ động và bị động trong đất cát và sét
được cho ở bảng dưới đây (Theo “Sổtay cơng trình móng” do Phương Hiểu Dương
chủ biên)

Bảng 2. 1 Chuyển vị cần thiết ở đỉnh tường để sinh ra áp lực đất chủ động và bị
động( H là chiều sâu hố đào)
Loại đất

Chuyển vị

Trạng thái ứng suất

Hình thức chuyển vị

Chủ động

Song song với thân tường

0.001H

Chủ động

Quay quanh chân tường

0.001H

Song song với thân tường

0.05H

Bị động

Quay quanh chân tường

> 0.1H

Chủ động

Song song với thân tường

0.004H

Chủ động

Quay quanh chân tường

0.004H

Bị động

Quay quanh chân tường

0.004H

Đất cát

Đất sét

Bị động

cần thiết

Căn cứ vào số liệu trên, với các kết cấu chắn giữ hố móng thơng thường, chuyển

vị thân tường cần có để đủ sinh ra áp lực đất chủ động tương đối dễ xuất hiện, còn
số lượng chuyển vị để đủ sinh ra áp lực đất bị động thì tương đối lớn, thường là
thiết kế khơng cho phép. Do đó, truớc khi lựa chọn phương pháp tính tốn, rất cần
thiết phải tính đến tình huống về mặt biến dạng này, khi trong tính tốn có tính đến
cân bằng giới hạn thì điều này là cực kỳ quan trọng.
2.2.2 Áp lực nước
Tải trọng tác động lên tường chắn đất, ngoài áp lực đất ra cịn có áp lực nước của
nước ngầm dưới mặt đất. Khi tính áp lực nước, thường lấy trọng lượng nước
w=10kN/m3. Áp lực nước có liên quan tới các nhân tố như lượng cấp nước bổ xung
nước ngầm, sự thay đổi mùa, độ kín của tường chắn trong thời gian thi công hố
đào, độ sâu của tường trong đất, phương pháp xử lý thốt nước…
Tính áp lực nước, đất dưới mực nước ngầm thường dùng 2 phương pháp:
Tính riêng nước, đất rồi cộng lại và tính chung áp lực đất, nước.
- Phương pháp tính riêng áp lực đất, nước
Phương pháp nước, đất tính riêng áp dụng trọng lượng đẩy nổi để tính áp lực
đất, dùng áp lực nước tĩnh để tính áp lực nước, sau đó cộng lại sẽ có tổng áp lực
bên.


Lợi dụng nguyên lý ứng suất hiệu quả để tính áp lực đất, tính riêng áp lực nước,
tức là:
a=(q+’i.hi).K’a-2c.K’a+wH
p=(q+’i.hi).K’p+2c.K’p+wH
Trong đó:
+ ’: Trọng lượng đẩy nổi của đất
+ ’: Góc ma sát trong hiệu quả
+c’: Lực dính hiệu quả
+ w: Trọng lượng riêng của nước
+ K’p; K’a; là các hệ số thành phần ngang của áp lực bị động, chủ động của đất
và .

Khái niệm phương pháp trên đây khá rõ ràng nhưng trong thực tế sử dụng cịn
một số khó khăn, có khi cũng khơng có được chỉ tiêu cường độ hiệu quả, do đó
trong nhiều trường hợp dùng phương pháp ứng suất tổng để tính áp lực đất, rồi
cộng với áp lực nước, tức là:
a=(q+’i.hi).Ka-2c.Ka+wH
p=(q+’i.hi).Kp+2c.Kp+wH

Trong đó:
Ka: hệ số áp lực đất chủ động tính theo chỉ tiêu cường độ ứng suất tổng của đất
Kp: hệ số áp lực đất bị động tính theo chỉ tiêu cường độ ứng suất tổng của đất
: góc ma sát trong xác định theo cắt cố kết khơng thốt nước hoặc khơng cố kết
khơng thốt nước.
c: Lực dính kết xác định theo cắt cố kết khơng thốt nước hoặc khơng cố kết
khơng thốt nước.


- Phương pháp áp lực đất nước tính chung
Phương pháp áp lực nước đất tính chung khi dùng trọng lượng bão hịa của đất
tính tổng áp lực đất, nước. Đây là phương pháp thông dụng hiện nay, đặc biệt là với
đất tính sét thì đã tích lũy được một số kinh nghiệm, áp dụng:
a=(q+sat-i.hi).Ka-2c.Ka
p=(q+sat-i.hi).Kp+2c.Kp
Trong đó:
+ sat: Trọng lượng bão hịa của đất, từ mực nước ngầm trở xuống có thể áp dụng
gần đúng trọng lượng tự nhiên
+ : Góc ma sát trong của đất xác định bằng cắt cố kết khơng thốt nước hoặc
cắt khơng cố kết, khơng thốt nước theo phương pháp ứng suất tổng
+ c: lực dính kết của đất xác định bằng cắt cố kết khơng thốt nước, hoặc khơng
cố kết khơng thốt nước theo phương pháp ứng suất tổng.
+ Kp; Ka là các hệ số thành phần ngang của áp lực bị động, chủ động của đất

được tính tốn theo góc ma sát trong tổng.
2.2.3 Tải trọng thi công
- Tải trọng phân bố đều trên bề mặt khi khơng có siêu tải cố định, để kể đến
việc có thể chất tải thi cơng xảy ra ở bất kỳ lúc nào ở bờ sâu hố móng và các yếu
tố như xe cộ chạy qua…, thơng thường có thể lấy q=10-20 kN/m2 (Nguyễn Bá Kế,
2012)
2.2.4 Áp dụng tính toán
Trong phạm vi luận văn, áp lực đất và nước được tính tốn riêng. Các thơng số
về góc ma sát trong và lực dính kết của đất được lấy giá trịtrong thí nghiệm cắt
phẳng và thí nghiệm ba trục để áp lực đất gây bất lợi nhất cho cơng trình.
2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn trong tính tốn hố đào sâu
Hiện nay, ngoài việc áp dụng các phương pháp lý thuyết tính tốn hố đào sâu thì
việc sử dụng phương pháp số trong tính tốn hố móng được sử dụng rất rộng rãi,


đặc biệt là trong thời đại công nghệ thông tin rất hiện đại như hiện nay. Trong phần
này sẽ giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng đối với phần mềm Plaxis
8.2 trong tính tốn hố đào sâu.
2.3.1 Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) là một phương pháp rất tổng quát và hữu
hiệu cho lời giải số nhiều lớp bài tốn kỹ thuật khác nhau. Từ việc phân tích trạng
thái ứng suất, biến dạng trong các kết cấu cơ khí, các chi tiết trong ô tô, máy bay,
tàu thuỷ, khung nhà cao tầng, dầm cầu, v.v, đến những bài toán của lý thuyết trường
như: lý thuyết truyền nhiệt, cơ học chất lỏng, thuỷ đàn hồi, khí đàn hồi, điện-từ
trường v.v. Với sự trợ giúp của ngành Công nghệ thông tin và hệ thống CAD, nhiều
kết cấu phức tạp cũng đã được tính tốn và thiết kế chi tiết một cách dễ dàng. Để có
thể khai thác hiệu quả những phần mềm PTHH hiện có hoặc tự xây dựng lấy một
chương trình tính tốn bằng PTHH, ta cần phải nắm được cơ sở lý thuyết, kỹ thuật
mơ hình hố cũng như các bước tính cơ bản của phương pháp. Sơ đồ tính tốn trong

PPPTHH được mơ tả bằng các khối như sau :
Khối 1: Đọc các dữ liệu đầu vào: Các dữ liệu này bao gồm các thông tin mô tả
nút và phần tử (lưới phần tử), các thông sốcơ học của vật liệu (môđun đàn hồi,
hệ số dẫn nhiệt...), các thông tin về tải trọng tác dụng và thông tin về liên kết của
kết cấu (điều kiện biên);
Khối 2: Tính toán ma trận độ cứng phần tử k và véctơ lực nút phần tử f của
mỗi phần tử;
Khối 3: Xây dựng ma trận độ cứng tổng thể K và véctơ lực nút F chung cho cả
hệ (ghép nối phần tử);
Khối 4: Áp đặt các điều kiện liên kết trên biên kết cấu, bằng cách biến đổi ma
trận độ cứng K và vec tơ lực nút tổng thể F;
Khối 5: Giải phương trình PTHH, xác định nghiệm của hệ là véctơ chuyển vị
chung Q;