Phân tích chuyển vị của tường chắn hố đào sâu có xét đến sự điều chỉnh modun của đất theo mức độ chuyển vị của tường chắn

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

NGUYỄN NGỌC QUANG THUẦN

ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN
HỐ ĐÀO SÂU CÓ XÉT ĐẾN SỰ ĐIỀU CHỈNH
MODUN CỦA ĐẤT THEO MỨC ĐỘ
CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
Mã số: 60 58 60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2011


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướngdẫn

: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

Cán bộ chấm nhận xét 1 : .......................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2 : .......................................................................

Luận Văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
Ngày……tháng……năm 2011
Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. ...............................................................................
2. ...............................................................................
3. ...............................................................................
4. ...............................................................................
5. ...............................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Chủ nhiệm Bộ môn quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sữa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

----------------

---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên:NGUYỄN NGỌC QUANG THUẦN

Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 21/07/1986

Nơi sinh : An Giang

Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng

MSHV: 10090342

Khố (Năm trúng tuyển) : 2010
I- TÊN ĐỀ TÀI:
PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂUCÓ XÉT ĐẾN SỰ ĐIỀU
CHỈNH MODUN CỦA ĐẤT THEO MỨC ĐỘ CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN
II- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Nhiệm vụ: Phân tích chuyển vị của tường chắn hố đào sâu có xét đến sự điều chỉnh
modun của đất theo mức độ chuyển vị của tường chắn.
Nội dung:

Mở Đầu
Chương 1: Tổng quan về sự điều chỉnh thông số modun của đất
Chương 2: Cơ sở lý thuyết khi phân tích chuyển vị của tường chắn hố đào sâu
bằng phần tử hữu hạn
Chương 3: Phân tích chuyển vị tường chắn hố đào sâu có xét đến sự điều
chỉnh modun của đất theo mức độ chuyển vị của tường
Kết luận và kiến nghị
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: ……/ …. / 2011

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ

: ……/ …. / 2011

V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :TS. LÊ TRỌNG NGHĨA
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

PGS.TS. VÕ PHÁN

(Họ tên và chữ ký)


-i-

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, xin chân thành cảm ơn quý thầy cơ Bộ mơn Địa cơ Nền
móng đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức quý báu và quan tâm, tạo mọi
điều kiện thuận lợi giúp đỡ học viên trong thời gian qua.
Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Lê Trọng
Nghĩa, người đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình và ln quan tâm, động viên tinh
thần trong thời gian học viên thực hiện Luận văn. Thầy đã truyền đạt cho học

viên hiểu được phương thức tiếp cận và giải quyết một vấn đề khoa học, đây là
hành trang quí giá mà học viên sẽ gìn giữ cho quá trình học tập và làm việc tiếp
theo của mình.
Và cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình và bạn bè thân hữu đã động viên, giúp
đỡ học viên trong thời gian học tập vừa qua.
Chân thành cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2011
Học viên

Nguyễn Ngọc Quang Thuần


-ii1.

TĨM TẮT LUẬN VĂN

ĐỀ TÀI
PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂUCÓ XÉT ĐẾN SỰ
ĐIỀU CHỈNH MODUN CỦA ĐẤT THEO MỨC ĐỘ CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG
CHẮN
TÓM TẮT

Chuyển vị của tường bêtông cốt thép được quan trắc ở dự án Ngân hàng
của Thái Lan (BOT), nằm trên bờ sông Chao Praya, Bangkok. Dự án bao gồm
năm tầng hầm với tổng độ sâu đào là 15.2m. Dự án này đã mất hơn một năm để
hoàn thành tất cả các hố đào và xây dựng theo phương pháp từ trên xuống cho
các tầng hầm. Diện tích hố đào hơn 10.790 m2 và được chia thành mười ba khu
vực xây dựng. Trình tự thi công tầng hầm ở từng khu vực. Thi công đào được
tạm dừng ở ba giai đoạn đào 2, 4 và 6 ở độ sâu 1.75m, 8.1m và 15.2m tương
ứng. Trong suốt thời gian thi cơng, cơng trình có tiến hành quan trắc chuyển vị

ngang của tường. Hệ thống quan trắc đầy đủ được thiết lập trong tường và mặt
đất nền xung quanh để theo dõi trong suốt quá trình thi cơng và sau khi hồn
thành cơng trình.
Số liệu đo đạt được sử dụng để phân tích ngược với các dự báo của phần
mềm PLAXIS 3D Foundation khi điều chỉnh modun của đất sử dụng mơ hình
Morh-Coulumb sao cho tương thích với giá trị quan trắc theo từng cấp đào.
Kết quả việc phân tích ngược là modun của đất giảm dần khi chiều sâu
đào tăng dần theo từng bước thi công. Một tương quan giữa modun của đất và
mức độ chuyển vị1 của tường với từng cấp đào được thiết lập cho hệ thống
tường bêtông cốt thép, thi công hố đào theo phương pháp semi top-down trên
nền đất ở Bangkok thông qua hệ số hiệu chỉnh 2. Hệ số  =150-300 cho đất
sét yếu và  =1200-800 cho lớp sét cứng.

1

Mức độ chuyển vị là tỉ số umax/h, với umax là giá trị chuyển vị lớn nhất của
tường, h là chiều sâu của hố đào tại cấp đào tương ứng
2
Eu=Su hệ số hiệu chỉnh modulus của đất theo sức chống cắt khơng thốt nước


-iii-

SUMMARY OF THESIS
TITLE
ANALYSIS DISPLACEMENT OF DIAPHRAGM WALLS ON
EXCAVATION

WITH AMENDMENT OF

MODULUS

SOIL

BY

LEVELDISPLACEMENT OF DIAPHRAGM WALLS.
ABSTRACT
A movement of Diaphragm walls was monitored at the Bank of
Thailand (BOT) project, located on the Chao Praya River bank, Bangkok. The
project consisted of five underground basement floors with the total depth of
excavation about15.2 m. This project took more than one year to finishall the
excavation and top-down construction for the basement floors. The area of
excavation was larger than 10,790 m2, and was divided into thirteen
constructed zones. The sequence of basement construction at eachzone. The
excavation was paused at three main excavated stages 2, 4 and 6at the depth of
1.75 m, 8.1 m and 15.2 m, respectively.The full set of instrumentation was
installed at the palaces, diaphragm wall and ground surface to monitor the field
performances during and after basement construction
The field measurement used to back analysis with prediction of software
PLAXIS 3D Foundation when amendment of modulus soil which use model
Morh-Coulumb for compatibility with the value observef for each excavation
level.
Results of back analysis is the modulus of soil decrease gradually when
depth excavation increase gradually with each step of construction.
Acorrelation between the modulus of the soil and the set level displacement of
the wall with each level of excavation is set for systems diaphrgam wall,
construction top-down approach

on

the

ground in Bangkok through

the

correction factor . Factor  =150-300 with soft clay and  =1200-800 with
stiff clay.


-iv2.

MỤC LỤC

TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................ ii
MỤC LỤC .................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ ......................................................... vi
DANH MỤC ĐỒ THỊ ................................................................................ viii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ............................................................... 1
2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI .................................................................................... 1
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................... 1
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ KINH TẾ - XÃ HỘI CỦA ĐỀ TÀI .............. 2
5. GIỚI HẠN PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ......................... 2
6. HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................ 2
7. NỘI DUNG ĐỀ TÀI.................................................................................... 2
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ SỰ ĐIỀU CHỈNH THÔNG SỐ MODULUS
CỦA ĐẤT ..................................................................................................... 4
1.1. TỔNG QUAN........................................................................................... 4

1.2. THÔNG SỐ MODULUS CỦA ĐẤT....................................................... 5
1.3. HỆ SỐ POISSON [17] ........................................................................... 16
1.4. HỆ SỐ THẤM ........................................................................................ 17
1.5. KẾT LUẬN ............................................................................................ 18
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHI PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA
TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU BẰNG PP PTHH [6][16] ....................... 21
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG PLAXIS 3D FOUNDATION 1.6 ........ 21
2.2. MƠ HÌNH VẬT LIỆU ........................................................................... 21
2.3. ĐỊNH NGHĨA BIẾN DẠNG THÔNG THƯỜNG ................................ 21
2.4. PHÂN TỬ BỀ MẶT .............................................................................. 22
2.5. PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT HỮU HIỆU KHƠNG THỐT NƯỚC VỚI
CÁC THAM SỐ HỮU HIỆU ........................................................................ 22
2.6. THAM SỐ SKEMPTON B .................................................................... 24


-v2.7. PHÂN TÍCH ỨNG XỬ KHƠNG THỐT NƯỚC VỚI THƠNG SỐ
ỨNG SUẤT TỔNG ....................................................................................... 26
2.8. ÁP LỰC TIỀN CỐ KẾT BAN ĐẦU TRONG MƠ HÌNH NÂNG CAO
....................................................................................................................... 27
2.9. ỨNG SUẤT BAN ĐẦU ......................................................................... 28
2.10. LỰA CHỌN MƠ HÌNH ....................................................................... 29
2.10.1. Mơ hình Mohr-Coulumb (MC) ...................................................... 29
2.10.2. Mơ hình hardening soil (HS).......................................................... 35
2.10.2.2. Biến dạng thể tích dẻo đối với trạng thái ứng suất ba trục ......... 37
2.11. NHÂN TỐ THỜI GIAN [6] ................................................................. 38
2.12. CÁC LỖI THƯỜNG GẶP VỚI MÔ HÌNH 3D ................................... 39
2.13. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ..................................................................... 42
Chương 3. PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU CÓ
XÉT ĐẾN SỰ ĐIỀU CHỈNH MODULUS CỦA ĐẤT THEO MỨC ĐỘ
CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG ...................................................................... 44

3.1. SỐ LIỆU CƠNG TRÌNH ....................................................................... 44
3.2. PHÂN TÍCH BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D FOUNDATION ....... 45
3.2.1. Thơng số đầu vào ............................................................................. 45
3.2.2.Mơ hình Plaxis 3D ............................................................................ 50
3.2.3. Kết quả tính tốn và phân tích dữ liệu ............................................. 54
3. 3. KẾT LUẬN ........................................................................................... 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................... 72
4.1. KẾT LUẬN ............................................................................................ 72
4.2. HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................... 73
4.3. KIẾN NGHỊ ............................................................................................ 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 75


-vi3.

DANH MỤCHÌNH ẢNH, HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mặt cắt đất nền ở Bangkok .................................................................. 4
Hình 1.2 Tổng hợp các nghiên cứu hệ số Modulus [4][10][17] ......................... 6
Hình 1.3 Tổng hợp các nghiên cứu hệ số Modulus cho hố đào sâu ................... 7
ở đất nền Bangkok [10] ....................................................................................... 7
Hình 1.4 Kết quả thí nghiệm nén ngang cho đất sét mềm Bangkok................... 9
Hình 1.5 Kết quả thí nghiệm nén ngang cho đất sét cứng Bangkok ................... 9
Hình 1.6 Mơ hình hình học, điều kiện thanh chống và trình tự đào ................. 10
Hình 1.7 So sánh đặc tính nén của đất với dữ liệu quan trắc ở Nam Boston ... 11
Hình 1.8 Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vị ngang và độ lún nền
cho OCR=1 của đất sét ..................................................................................... 12
Hình 1.9 Ảnh hưởng của khoảng cách thanh chống đến chuyển vị ngang và độ
lún nền cho OCR=1 của đất sét......................................................................... 13
Hình 1.10 Ảnh hưởng khoảng cách thanh chống cho chuyển vị lớn nhất của

tường và moment uốn ....................................................................................... 13
Hình 1.11 Mơ hình đối xứng, độ dày tường vây là 0.9m, B/2=20m. Bề rộng của
hố đào và thông số độ cứng của tường được nghiên cứu. [Fino và Harahap,
1991] ................................................................................................................. 14
Hình 1.12 Kích thước mơ hình hố đào.............................................................. 14
Hình 1.13 Chuyển vị ngang của tường và độ lún nền trong tiến trình đào ....... 15
Hình 1.14 Chuyển vị ngang của chín bước thi cơng hố đào ............................. 15
Hình 1.15 Độ lún nền của chín bước thi cơng hố đào ...................................... 16
Hình 2.1 Minh hoạ ứng suất tiền cố kết dọc trong mối quan hệ với ứng suất
hiện tại (a) Sử dụng OCR, (b) Sử dụng POP .................................................... 28
Hình 2.2 Trạng thái quá cố kết đạt được từ việc chất tải trước và sau đó dỡ tải.
........................................................................................................................... 29
Hình 2.3 Quan hệ ứng suất-biến dạng trong mơ hình đàn dẻo ......................... 30
Hình 2.4 Mặt giới hạn Mohr-Coulomb trong khơng gian ứng suất chính (c=0)
........................................................................................................................... 32
Hình 2.5 Điều kiện làm việc của vật liệu .......................................................... 33


-viiHình 2.6 Ứng suất cắt điều kiện làm việc của vật liệu ..................................... 34
Hình 2.7 Xác định E0 và E50 từ kết quả thí nghiệm nén ba trục thốt nước ..... 34
Hình 2.8 Quan hệ ứng suất biến dạng Hyperbol cho mẫu chịu nén ban đầu .... 37
Hình 2.9 Lỗi giới hạn của Plaxis về số phần tử ................................................ 40
Hình 2.10 Lỗi phần tử xấu khi Mesh lưới phần tử ......................................... 41
Hình 2.11 Lỗi Phân kỳ và hội tụ ....................................................................... 41
Hình 2.12 Thơng số kích thước phân bố phần tử địa phương .......................... 42
Hình 3.1 Vị trí và khu vực chia quá trình đào của dự án BOT ......................... 46
Hình 3.2. Vị trí và khu vực chia q trình đào của dự án BOT ........................ 46
Hình 3.3 Các bước đào từ trên xuống của cơng trình và dữ liệu đo nghiêng của
dự án BOT ......................................................................................................... 47
Hình 3.4 Thuộc tính kỹ thuật của đất ở dự án BOT......................................... 48

Hình 3.5 Mơ phỏng một nữa hố đào có cọc, mesh 3D ..................................... 51
Hình 3.6 Mơ hình Plaxis 3D Foundation .......................................................... 52
Hình 3.7 Mesh 3D mơ hình Plaxis 3D Foundation ........................................... 53
Hình 3.8 Chuyển vị ngang tường chắn hố đào sâu trong Mô hình Plaxis 3D
Foundation ........................................................................................................ 54
Hình 3.9 Chuyển vị khi đào xuống -1.75 trong Mơ hình Plaxis 3D Foundation
........................................................................................................................... 55
Hình 3.10 Chuyền vị khi đào xuống -8.1 trong Mơ hình Plaxis 3D Foundation
........................................................................................................................... 56
Hình 3.11 Chuyền vị khi đào xuống -15.2 trong Mơ hình Plaxis 3D Foundation
........................................................................................................................... 57


-viii4.

DANH MỤC ĐỒ THỊ

Biểu đồ 1.1 Khoảng biến dạng theo modulus chống cắt G (Mair, 1993) [17] ... 5
Biểu đồ 1.2 Giá trị Eu kinh nghiệm, Duncan & Duchigani, 1976. [10] ............. 5
Biểu đồ 3.1 Kết quả so sánh quan trắc và tính tốn bằng Plaxis ...................... 60
Biểu đồ 3.2 Quan trắc và các trường hợp tính tốn điểm No.9 đào đến -1.75m
........................................................................................................................... 61
Biểu đồ 3.3 Tổ hợp được lựa chọn và quan trắc điểm No.9 đào đến -1.75m ... 62
Biểu đồ 3.5 Tổ hợp được lựa chọn và quan trắc điểm No.9 đào đến -8.1m ..... 64
Biểu đồ 3.6 Quan trắc và các trường hợp tính tốn điểm No.9 đào đến -15.2m
........................................................................................................................... 65
Biểu đồ 3.7 Tổ hợp được lựa chọn và quan trắc điểm No.9 đào đến -15.2m ... 66
Biểu đồ 3.8 Quan trắc và các tổ hợp tính toán lựa cho từng bước đào No.9 ... 67
Biểu đồ 3.9 Vị trí chuyển vị lớn nhất theo chuyển sâu phụ thuộc vào độ sâu đào
(Quan trắc và tính tốn Plaxis) .......................................................................... 69

Biểu đồ 3.10 Sự Biến thiên modulus Eu theo độ sâu của từng lớp đất. ............ 70
Biểu đồ 3.11 Sự biến thiên hệ số  theo độ sâu của từng lớp đất.................... 70
Biểu đồ 4.1 Hệ số  theo độ sâu đào sét yếu và sét cứng ............................... 72


-ix-

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thuộc tính kỹ thuật của BBC từ mơ hình đất MIT-E3 ..................... 11
Bảng 1.2 Thuộc tính mơ hình Cam-Clay cải tiến sử dụng tổng hợp quan trắc,
trên đất cố kết thường với K0=0.53 (Hashash) ................................................. 14
Bảng 1.3 Hệ số Poisson của một số loại đất [5]................................................ 17
Bảng 1.4 Một sô giá trị hệ số thấm của các loại đất theo tổng kết của Das [9] 18
Bảng 1.5. Modulus và hệ số Poission [5].......................................................... 20
Bảng 3.1 Trình tự xây dựng tầng hầm của trường hợp lịch sử BOT ................ 45
Bảng 3.2 Thông số Rinter được lấy theo đề nghị của Plaxis. ........................... 45
Bảng 3.3 Bảng tóm tắt thơng số sử dụng trong mơ hình Morh-Coulomb ........ 49
Bảng 3.4 Thông số đầu vào của vật liệu khác................................................... 50
Bảng 3.5 Các trường hợp modulus của 3 lớp đất.............................................. 50
Bảng 4.1 Bảng tổng kết quả nghiên cứu ........................................................... 72


-1-

1.

MỞ ĐẦU

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, các cơng trình nhà cao tầng mọc lên ngày càng

nhiều. Dẫn đến việc các cơng trình này phải có một diện tích cơng trình ngầm đủ
lớn để chứa các thiết bị phụ trợ như hệ thống điện, hệ thống nước … và bãi giữ xe.
Vấn đề cần giải quyết là phải có một hệ thống tường chắn phù hợp với việc độ sâu
của cơng trình ngầm ngày càng lớn. Ở đây việc chống chuyển vị của tường chắn hố
đào sâu của cơng trình ngầm nổi lên như là một vấn đề thách thức cần phải được
giải quyết.
Theo các nghiên trước đó, chuyển vị của tường chắn hố đào sâu phụ thuộc
rất nhiều vào tham số modun biến dạng của đất. Mà tham số này lại biến đổi trong
suốt q trình thi cơng đào đất từ khi tường bắt đầu chuyển vị chứ không phải hằng
số. Trong các bài tốn phân tích thơng thường, người ta chỉ xét đến thơng số modun
là hằng số trong suốt q trình thi công. Để hiểu rõ hơn và mô phỏng gần thực tế
các bước thi cơng có điều chỉnh tham số modun biến dạng của đất theo mức độ
chuyển vị của tường chắn sao cho tương thích với giá trị quan trắc của các bước thi
cơng ở các cơng trình hố đào sâu.
2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Mục tiêu: “Đề nghị phương pháp hiệu chỉnh thông số modun biến dạng
của đất theo mức độ chuyển vị của tường trong q trình thi cơng”.
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
+ Tổng hợp các nghiên cứu trước đó.
+ Sử dụng kết quả quan trắc ngồi thực địa cơng trình đã thi cơng.
+ Thiết lập các thơng số đầu vào và thành lập mơ hình trong Plaxis.
+ Sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation 1.6 phân tích ngược để hiệu
chỉnh modun biến dạng của đất.


-2-

4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ KINH TẾ - XÃ HỘI CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài này có ý nghĩa nhằm đưa ra hướng hiệu chỉnh tham số modun biến
dạng. Đưa ra các giải pháp xây dựng mơ hình đất của hố đào sâu bằng Phần mềm

Plaxis 3D Foundation 1.6. Dự báo được chính xác chuyển vị của từng bước thi cơng
giúp tránh rủi ro trong q trình thi cơng đào đất trong hố đào sâu. Vì khái niệm hố
đào sâu ln được hiểu đồng nghĩa với sự nguy hiểm. Chính tính chất đặt thù này
nên việc dự báo được chính xác các xu hướng ứng xử của hố đào sâu, nhất là
chuyển vị của tường chắn là việc rất có ý nghĩa cho một thiết kế ngày càng an toàn.
5. GIỚI HẠN PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Phạm vi nghiên cứu chỉ giới hạn trong việc khảo sát chuyển vị ngang của
tường chắn hố đào sâu và đối tượng nghiên cứu từ cơng trình BOT, ở Thái Lan.
6. HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI
Mơ phỏng các bước thi cơng có sự thay đổi thông số E trong từng bước thi
công là một lựa chọn khơng có sẵn trong Plaxis. Nên khi thực hiện đề tài này, thông
số modun E của 3 lớp đất trên cùng có ảnh hưởng nhất đến q trình thi cơng, được
tổ hợp thành nhiều trường hợp. Sau đó, chọn ra 3 bộ tổ hợp có kết quả chuyển vị
của tường gần với quan trắc của 3 bước đào tương ứng. Dẫn đến việc xây dựng mơ
hình tính tốn mất nhiều thời gian.
7. NỘI DUNG ĐỀ TÀI
MỞ ĐẦU
Chương 1. TỔNG QUAN về sự điều chỉnh thông số modun của đất
Tổng quan về lý thuyết liên quan đến chuyển vị tường chắn hố đào sâu. Các
cơng trình nghiên cứu về quan hệ biến dạng và modun biến dạng
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHI PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA
TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
(PP PTHH)


-3-

Ở đây ta sử dụng phần mềm “PLAXIS 3D Foundation 1.6” để phân tích
ngược theo mơ hình Mohr-Coulumb.
Chương 3. PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU CĨ

XÉT ĐẾN SỰ ĐIỀU CHỈNH MODULUS CỦA ĐẤT THEO MỨC ĐỘ CHUYỂN
VỊ CỦA TƯỜNG
Giới thiệu về điều kiện địa chất và số liệu quan trắc của dự án ngân hàng
Thái Lan, ở Bangkok.
Dùng kết quả chuyển vị ngang của tường chắn được mô phỏng bằng phần
mềm “PLAXIS 3D Foundation 1.6” để so sánh chuyển vị ngang của tường theo
quan trắc. Với kết quả này ta sẽ thấy xu hướng biến đổi modun biến dạng của đất
theo các bước thi cơng và có kể đến mức độ chuyển vị ngang của tường chắn.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Từ kết quả phân tích ở chương 3. Đưa ra xu hướng giảm modun biến dạng
của đất theo mức độ chuyển vị của tường.


-4-

1.

Chương 1.TỔNGQUAN VỀ SỰ ĐIỀU CHỈNH
THÔNG SỐ MODUN CỦA ĐẤT

1.1. TỔNG QUAN
Việc dự báo chính xác sự thay đổi giá trị modun biến dạng ứng với ứng suất
và biến dạng của đất rất khó khăn vì đất là mơ hình phi tuyến. Cịn trong phân tích
bằng PP PTHH là mơ hình đẳng hướng nên chỉ thuận tiện cho việc thay đổi giá trị
modun biến dạng theo độ sâu. (Ohta and Hayashi, 1997; Anderbrooke và cộng sự,
1997).[3]
Ở Bangkok, địa chất khu vực đồng bằng châu thổ bên dưới có lớp đất sét
biển rất yếu. Đây là vấn đề cần quan tâm khi xây dựng cơng trình ở đây. Đã có rất
nhiều cơng trình nghiên cứu sức chống cắt và đặc điểm cố kết của đất sét yếu ở khu
vực này. Mặt khác, việc thiết kế và thi cơng các cơng trình ngầm yêu cầu người

thiết kế phải có hiểu biết về ứng xử của lớp đất yếu này và đảm bảo biến dạng của
cơng trình ngầm nhỏ hơn 1%.

Hình 1.1Mặt cắt đất nền ở Bangkok


-5-

1.2. THƠNG SỐ MODUN CỦA ĐẤT
Hiện nay, mơ phỏng đặc trưng quan hệ ứng suất - biến dạng của đất chủ yếu
dựa vào phân tích sử dụng PP PTHH. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để mơ
phỏng tương thích nhất ứng xử quan hệ ứng suất - biến dạng của đất. Mà ứng xử
của đất quá phức tạp nên việc đơn giản hoá bài toán là cần thiết. Như một quy luật,
độ cứng lớn ở biến dạng nhỏ và giảm dần dần để vật liệu bắt đầu biến dạng và nó
sẽ đạt giá trị ngưỡng tại một số biến dạng lớn.

Biểu đồ 1.1 Khoảng biến dạng theo modun chống cắt G (Mair, 1993)[19]

Biểu đồ 1.2 Giá trị Eu kinh nghiệm, Duncan & Duchigani, 1976. [15]


-6-

1600

Times
2000
1900

Eu/Su

1800
1700

1200

1600
1500
0.7

1400
1300
500
1200

1000 E'max
1100
900
500

Undrained
analysis

800

Kw/K'
0.3

350

60

Eu/Su

700
Eu/Su

500
600

50

Su
0.5

280

0.5
100 E'max

0.5
500

100 E'max

250
Eu/Su
Eu/Su(FVS)

300

200
200

Exvacation Works, In Japan

200

400

10 E'max
SAGA-CRISP

Exvacaion

40
E'/Su

Embankment

15
70
Bangkok

100

Thuc nghiem
1964 1981 1987 1988 1990 1997 2000 Japan Sage-Crisp

Date

GHI CHÚ
Bjerrum

Bergado

Simpson

Balasubramaniam and Bremet

Hock, Soft Clay

Akino, 1990; Ochi, 1994; Siff Clay

Bowels

Hock, Stiff Clay

Akino, 1990; Tatsuoka, 1992; Shigehiko, 1999. In Japan

Britto and Gunn

Hình 1.2 Tổng hợp các nghiên cứu hệ số Modulus[14][15][19]


-7-

Times

2000

2000
1900
1800
1600
1700
E/Su
Mohr-Coulumb
Used FEM

1600
1500

1500

1400
1300
1200
1100
1000
900
800
800

850
Eu/Su

Eu/Su
Stiff Clay

700

600
500

500

500
400
400
250

300
200

Eu/Su
Soft Clay

400
Eu/Su

Eu/Su
Soft Clay

300

E/Su(FVS)

200
Eu/Su

100

1975

1988

1989

1991

1995

1995

Date and
Location

GHI CHÚ
Sivadran, at NNH, 4m depths

Heluin, used FEM to analysis

Bowels, Soft Bangkok Clay

Vucetic and Dobry

Chaiseri and Parkison, Top down
construction with diaphragm wall.

Viggiani and Atkinson
10 m depth
Viggiani and Atkinson

at MRTA station, 20 m depth

Hình 1.3 Tổng hợp các nghiên cứu hệ số Modulus cho hố đào sâu
ở đất nền Bangkok[15]
Để xác định độ cứng đàn hồi dựa trên thuộc tính của sức chống cắt khơng
thốt nước Su với độ sâu sử dụng quan hệ thực nghiệm của modulus Young đàn hồi
khơng thốt nước.Eu=αSu được đề xuất bởi Bjerrum (1964).


-8-

Các kết quả nghiên cứu từ các cơng trình thực tế
Dự án đại học Thamasart[1]
Dự án sử dụng tường diaphragm wall với độ sâu đào là 20m. Kết quả phân
tích ngược so với quan trắc tương thích khi chọn modulus Eu/Su=500 cho đất sét
yếu và chọn modulus Eu/Su=2000cho đất sét cứng.
Dự án cơng trình ngầm Dingdang và Dự án khu phức hợp Sathorn cho
kết quả tốt với khoảng biến động ở trên. [1]
Trong dự án Metropolitan Rapid Trasnit (MRT) northern thi cơng bởi
Cambridge In-situ of Little Eversden (1997) có kết quả ở chuyển vị cắt 0.1~0.2%
cho G/Su =160 và Eu/Su=480. Còn ở chuyển vị cắt 0.05~0.1% cho G/Su =340 và
Eu/Su=1020. [15]
Độ cứng của đất sét mềm từ kết quả thí nghiệm nén ngang cho kết quả trùng
khớp với phân tích ngược (Hình 1.4). Nhưng thí nghiệm nén ngang của đất sét cứng
lại cho kết quả độ cứng thấp hơn so với phân tích ngược (Hình 1.5).
Phein-wej và cộng sự (1996) phân tích từ dữ liệu chuyển vị thực tế của một
số dự án hố đào sâu ở Bangkok cho cả hai loạitường cọc bản thép và tường vây
bêtông cốt thép. Thì cho kết quả, tường cọc bản thép có khoảng chuyển vị lớn nhất
nằm khoảng 1~2% độ sâu của hố đào. Tường vây betong cốt thép chuyển vị lớn
nhất không vượt quá 0.5% độ sâu của hố đào. [19]

Ou và cộng sự (2000) quan trắc chuyển vị nền của công trình gây ra bởi q
trình thi cơng hố đào theo phương pháp top down với tường vây bêtông cốt thép.Hệ
thống quan trắc tổng quát được thiết lập trong quá trình đào cơng trình Taipei
National Enterprising Center (TNEC), họ đã quan trắc độ lún dọc, biến dạng ngang
và biến dạng cắt. Biến dạng dọc trục tăng theo độ sâu hố đào, cao nhất đạt 0.5%
chiều sâu của hố đào tại bước thi cơng 13 (hố đào có sàn ở độ sâu 19.7m tính từ mặt
đất tự nhiên. Trong khi biến dạng cắt lớn nhất và biến dạng ngang lớn nhất đạt được
xung quanh 0.6 đến -0.6% chiều sâu hố đào ở bước thi cơng 13. Tuy nhiên, q
trình đào hồn tồn khơng thốt nước với thể tích khơng đổi. Dựa vào sự theo dõi


-9-

hiện trường đất phía sau tường có thể tích khơng đổi trong khi đào, nó có thể là do
cố kết hay ứng xử từ biến của đất.[19]

Hình 1.4 Kết quả thí nghiệm nén ngang cho đất sét mềm Bangkok

Hình 1.5 Kết quả thí nghiệm nén ngang cho đất sét cứng Bangkok


-10-

Khảo sát chuyển vị của tường vây cứng (diaphragm wall). Phân tích theo mơ
hình ứng suất hữu hiệu, MIT-E3 (Whittle và Kavvadas, 1994), mô tả sự thay đổi các
thông số phụ thuộc K0chosét quá cố kết. Thực hiện trên mẫu đất sét xanh Boston,
USA.

(a). Điều kiện ban đầu và tổng hợp thơng số địa kỹ thuật

(b). Trình tự đào
Hình 1.6Mơ hình hình học, điều kiện thanh chống và trình tự đào


-11-

Hình 1.6 (a) cho thấy các thơng số thay đổi của mơ hình hướng đến là chiều
dài tường, độ sâu hố đào, khoảng cách đặt các thanh chống theo phương đứng và
phương ngang. Nghiên cứu sự thay đổi các thông số này để xem xét sự ảnh hưởng
của từng thông số lên chuyển vị ngang của tường và độ lún nền xung quanh.

Hình 1.7So sánh đặc tính nén của đất với dữ liệu quan trắc ở Nam Boston
Bảng 1.1Thuộc tính kỹ thuật của BBC từ mơ hình đất MIT-E3
Tham số
Tỷ số áp lực ngang nén 3 trục
Tỷ số sức chống cắt khơng
thốt nước trên cắt trực tiếp
Modulus cắt cát tuyến tại  =
0.001, 0.01, 0.1%
Tỷ số ứng suất cắt đỉnh*
Biến dạng cắt tại ứng suất đỉnh
Biến dạng phẳng chủ động
Tỷ số sức chống cắt khơng
thốt nước
Biến dạng dọc trục tại đỉnh
Biến dạng phẳng bị động
Tỷ số sức chống cắt khơng
thốt nước
Biến dạng dọc trục tại đỉnh
* suDSS/’vo= suDSS/’vo

Ký hiệu
Ko
suTC/’vo

OCR = 1.0

OCR = 2.0

OCR = 4.0

0.53
0.33

0.69
0.58

1.00
1.10

G0.001/’vo
G0.01/’vo
G0.1/’vo
h/’vo
p (%)

375
200
80
0.21

3.0

425
230
105
0.41
3.5

490
265
120
0.77
6.0

suPSA/’vo

0.34

0.64

1.20

ap (%)

0.2

0.7

9.0

suPSP/’vo

0.17

0.31

0.52

ap (%)

>10

>10

>10


-12-

Thuộc tính kỹ thuật của mơ hình đất được sử dụng trong phân tích được trình
bày ở Bảng 1.1có hệ số OCR thay đổi.
Hình 1.8 thể hiện ảnh hưởng của chiều dài tường đến độ lún nền và chuyển
vị ngang của tường ứng với các chiều sâu tường là L=40m và 20m. Khi đào đến các
cấp đào H=2.5m, 5.0m, 10.0m, 15.0m, 22.5m cho đất OCR=1. Khi chiều sâu tường
tăng dẫn đến chuyển vị ngang của tường giảm. Còn độ lún nền không bị ảnh hưởng
nhiều bởi thay đổi chiều dài tường.
Và Hình 1.9 xét đến ảnh hưởng của khoảng cách thanh chống theo phương
đứng. Kết quả là khoảng cách thanh chống ảnh hưởng đáng kể đến độ lún nền xung
quanh và cả chuyển vị ngang của tường.

(b) chuyển vi ngang của tường
Hình 1.8 Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vị ngang và độ lún nền cho
OCR=1 của đất sét

(a) Độ lún nền


-13-

(b) Chuyển vị ngang của tường
Hình 1.9Ảnh hưởng của khoảng cách thanh chống đến chuyển vị ngang và độ lún
nền cho OCR=1 của đất sét

Hình 1.10 Ảnh hưởng khoảng cách thanh chống cho chuyển vị lớn nhất của tường
và moment uốn
Ghaboussi và Sidarta, 1997, dựa vào mơ hình NN (Hệ thống thần kinh Neural net work) và NANN (Hệ thống thần kinh tương thích - Nested Adaptive
Neural Network). Phân tích bằng phương pháp số so với quan trắc. Cơng trình trên
đất cố kết thường của mẫu sét xanh Boston. Kích thước mơ hình mơ phỏng là nữa
chiều rộng B/2=20m, tường vây cứng dày 0.9m. Có chiều dài tường là L=40m.
(Hình 1.11, Hình 1.12)