Nghiên cứu sử dụng giải pháp jet grouting giảm chuyển vị ngang hố đào

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

HOÀNG BÁ LINH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG GIẢI PHÁP JET GROUTING
GIẢM CHUYỂN VỊ NGANG HỐ ĐÀO

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2013


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯƠNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN MINH TÂM

Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. LÊ VĂN PHA

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 29 tháng 08 năm 2013
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. GS. TRẦN THỊ THANH
2. PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN
3. TS. NGUYỄN MINH TÂM

4. TS. LÊ VĂN PHA
5. TS. ĐỖ THANH HẢI
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 sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

GS. TRẦN THỊ THANH

TRƯỞNG KHOA

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 và tên học viên: HOÀNG BÁ LINH

MSHV: 11094310

Ngày tháng năm sinh: 27/05/1986

Nơi sinh: TT HUẾ

Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

Mã số: 60 58 60

Khóa (năm trúng tuyển): K2011 đợt 2
I. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG GIẢI PHÁP JET GROUTING GIẢM CHUYỂN VỊ
NGANG HỐ ĐÀO.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan đề tài nghiên cứu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Thiết lập và lựa chọn mơ hình phân tích đánh giá hiệu quả ứng dụng
cọc xi măng đất sử dụng công nghệ jet grouting giảm chuyển vị ngang hố đào.
Kết luận và kiến nghị
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

21/01/2013

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

21/06/2013

V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN MINH TÂM
Tp.HCM, ngày 21

tháng

06 năm 2013

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

TRƯỞNG KHOA

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TS. NGUYỄN MINH TÂM

PGS.TS VÕ PHÁN

TS. NGUYỄN MINH TÂM


-ii-

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tác giả chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tồn thể q Thầy
cơ trong Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng - Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh
về tất cả sự truyền giảng tận tình những kiến thức, kinh nghiệm chuyên ngành thật
quý giá để giúp tác giả có đủ nền tảng kiến thức để thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Tiếp theo, tác giả cũng gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc đến

TS. Nguyễn Minh Tâm, thầy đã truyền đạt kiến thức, hướng dẫn tận tâm, định
hướng, khích lệ, động viên tác giả trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu,
giúp cho tác giả có những kiến thức hữu ích làm nền tảng cho công việc sau này.
Sau cùng, tác giả gửi lời biết ơn chân thành, sâu sắc đến gia đình và bạn bè
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 06 năm 2013
Học viên

HOÀNG BÁ LINH


-iii-

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong những năm gần đây ở nước ta, cùng với sự phát triển kinh tế và quá
trình đơ thị hóa nhanh, nhu cầu sử dụng và khai thác không gian ngầm dưới mặt đất
ngày càng nhiều. Việc xây dựng các cơng trình nói trên dẫn đến xuất hiện hàng loạt
hố đào sâu có kích thước lớn và nằm trong tầng đất có địa chất phức tạp. Vì vậy,
chuyển vị ngang vượt giới hạn cho phép và lún mặt đất do thi công hố đào sâu là
những nguyên nhân chính có thể gây thiệt hại cho những cơng trình kế cận. Do đó,
bắt buộc phải giảm thiểu tối đa chuyển vị ngang của tường vây.
Cơng trình nằm tại TP.HCM với 33 tầng cao và 3 tầng hầm, độ sâu đào lớn
nhất (-14m), giải pháp chắn giữ hố đào là tường vây (diaphragm wall) có chiều dày
0.8m, dài 24m. Sử dụng kết quả mơ phỏng với hai mơ hình đất là Morh-Coulomb
và Hardening Soil so sánh với số liệu đo đạc thực tế để kiểm chứng sự đúng đắn các
thơng số đầu vào, nhận thấy mơ hình Hardening Soil cho kết quả sát thực tế hơn.
Do đó, mơ hình Hardening soil sẽ được lựa chọn cho những phân tích trong các bài

tốn sau.
Kết quả phân tích cho thấy chuyển vị ngang của tường vây lớn nhất nằm ở gần
khu vực đáy hố đào và lún mặt đất xung quanh hố đào cũng lớn. Dựa trên những
nghiên cứu tổng quan trên thế giới, tác giả mô tả ứng dụng giải pháp phun vữa cao
áp jet grouting giảm chuyển vị ngang hố đào trong điều kiện địa chất TP.HCM. Đất
trong khu vực đáy hố đào được thay thế một phần bằng những cọc jet grouting
(JGPs) nhằm tăng sức kháng bị động. Phương pháp phân tích số được lựa chọn sử
dụng đánh giá tính hiệu quả của jet grouting, từ đó tìm ra giải pháp mơ phỏng dễ
dàng và nhanh chóng, giảm bớt khối lượng tính tốn. Có 3 phương pháp mơ phỏng
xét tới đó là:
• Phương pháp RAS (The real allocation simulation) mơ phỏng vật liệu riêng biệt
theo tính chất thật của đất nền và JGPs.
• Phương pháp EMS (Equivalent material simulation) mô phỏng qui đổi vật liệu
tương đương, xem cọc JGPs và đất nền làm việc như một khối duy nhất.


-iv-

• Ngồi ra để xét đến tính hiệu quả gia cố của các cọc JGPs nhằm huy động hết
khả năng làm việc của từng cọc, phải xét thêm cách thức bố trí chiều dài các cọc
khác nhau.
Đánh giá ảnh hưởng của cọc JGPs dùng xử lý đất dưới đáy hố đào, tác giả tiến
hành khảo sát với các tỷ lệ xử lý mặt đất là Ir = 5%, 10%, 15%, 20%, 25%. Chuyển
vị tương ứng tại vị trí gần đáy hố đào giảm xuống lần lượt là: 14%, 24%, 34%,
46%, 60% và độ lún lớn nhất xung quanh hố đào giảm xuống còn lần lượt là: 26%,
36%, 44%, 54%, 64%.
Cả 3 phương pháp mô phỏng đều cho kết quả gần giống nhau. Điều này chứng
tỏ rằng quan niệm cọc và đất làm việc như một khối đồng nhất là hợp lý.

-v-

ABSTRACT

In recent years in our country, along with economic development and
urbanization process, the need to use and exploitation of underground space more
and more. The build of constructions quoted above have made many kinds of deep
excavations appear and have large size in soils with complex geology. The
horizontal displacement exceed the permissible limits and ground settlement due to
construction of deep excavations are the main causes that can cause damage to the
adjacent buildings. Therefore, it is imperative to minimize the horizontal
displacement of the diaphragm wall.
The Buildings located in Ho Chi Minh City with 33 storey and 3 basements,
the largest excavation depth -14m below ground surface, A diaphragm wall 0.80 m
thickness and 24m long was used as the retaining structure. Using the simulation
results with the two Soil models are Morh-Coulomb and Hardening Soil and
compared with actual measurements to verify the correctness of the input
parameters, Hardening Soil model for closely real results more practical. Therefore,
Hardening soil model will be selected for the analysis of the simulations future.
The analytical results show that the horizontal displacement of the diaphragm
wall is largest near the bottom of excavations area and ground settlement nearby
excavations is also large. Based on the study of the world, the authors describe the
application high-pressure grouting solution (jet grouting) reduced horizontal
displacement excavations in geological conditions in HCM city. Soil in the bottom
of excavations area is replaced in part by the jet grouting piles (JGPs) to increase
passive resistance. Soil in the bottom of excavations area is replaced in part by the
jet grouting piles (JGPs) to increase passive resistance. Methods of numerical
analysis are selected using the effective evaluation of jet grouting, thus generating
simulation solutions easily and quickly, reducing the amount of computation. There
are 3 methods to simulate the review are:

-vi-

• RAS method (The real allocation simulation) simulation separate materials on
the characteristics of the real soil and JGPs.
• Method EMS (Equivalent material simulation) as JGPs piles and soil untreated
work as a single block material.
• In addition, to considering the effectiveness of the JGPs piles reinforcement to
mobilize the full capability of each it. Need to consider how the layout different
length piles.
To assess the effects of soil treatment using JGPs piles at the bottom of
excavations, The author conducted a survey of the ground treatment rate are: Ir =
5%, 10%, 15%, 20%, 25%. Displacement diaphragm wall in the corresponding
location near the bottom of excavations reduced turn are: 14%, 24%, 34%, 46%,
60% and The largest settlement nearby excavations are reduced: 26%, 36%, 44%,
54%, 64%.
All 3 methods for simulation are similar results. This proves that the concept
soil untreated and JGPs piles working as a uniformity block is reasonable.


-vii-

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. Nguyễn Minh Tâm.
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 06 năm 2013
Học viên

HỒNG BÁ LINH


-viii-

MỤC LỤC
Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ .............................................................................................i
Lời cảm ơn .................................................................................................................. ii
Tóm tắt luận văn thạc sĩ.............................................................................................. iii
Lời cam đoan..............................................................................................................vii
Mục lục .................................................................................................................... viii
Danh mục các bảng biểu........................................................................................... xiii
Danh mục các hình ảnh .............................................................................................xiv
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1.

Đặt vấn đề ......................................................................................................1

2.

Mục tiêu.........................................................................................................2

3.

Nội dung nghiên cứu ......................................................................................2

4.

Phương pháp nghiên cứu................................................................................3

5.

Phạm vi nghiên cứu........................................................................................4

6.

Dự tính kết quả nghiên cứu ............................................................................4

7.

Gới hạn đề tài.................................................................................................4

8.

Ý nghĩa đề tài.................................................................................................5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VỀ HỐ ĐÀO SÂU VÀ KHOAN
PHỤT CAO ÁP JET GROUTING ............................................................................6
1.1.

Tổng quan các vấn đề về hố đào sâu...............................................................6

1.1.1. Đặc điểm hố đào sâu...................................................................................6
1.1.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của hố đào..........................8
1.1.2.1. Kích thước hố đào .................................................................................8
1.1.2.2. Tình trạng nước ngầm............................................................................8
1.1.2.3. Biện pháp thi công.................................................................................8

-ix-

1.1.2.4. Tác động của sự thay đổi ứng suất trong nền .........................................8
1.1.2.5. Ứng suất ngang ban đầu trong đất..........................................................9
1.2.

Một số sự cố cơng trình do hố đào sâu trong thực tế đã xảy ra........................9

1.3.

Một số cơng trình trên thế giới và Việt Nam...................................................9

1.4.

Tổng quan khoan phụt cao áp Jet Grouting...................................................10

1.4.1. Giới thiệu .................................................................................................10
1.4.2. Lịch sử phát triển của Jet Grouting ...........................................................10
1.4.3. Phạm vi áp dụng Grouting ........................................................................11
1.4.4. Ưu điểm của Jet Grouting .........................................................................12
1.4.5. Kết cấu của Jet Grouting...........................................................................13
1.4.6. Nguyên lý làm việc của Grouting .............................................................14
1.4.7. Các thông số của Jet Grouting ..................................................................17
1.4.8. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng Jet Grouting...................................18
1.4.9. Thi công Jet Grouting ...............................................................................18
1.5.

Ứng dụng Jet Grouting vào trong hố đào sâu................................................21

1.5.1. Chuyển vị tường vây trong hố đào sâu......................................................21
1.5.2. Ứng dụng cọc Jet Grouting vào trong chuyển vị hố đào ...............................24
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.........................................................................31
2.1.

Tính đàn hồi của đất.....................................................................................31

2.2.

Nguyên lý biến dạng dẻo của đất..................................................................32

2.3.

Phương pháp phần tử hữu hạn ......................................................................33

2.3.1. Phần tử tiếp xúc ........................................................................................33
2.3.2. Mơ hình Morh-Coulomb cho tính tốn PTHH sử dụng plaxis ...................33
2.3.3. Mơ hình hardening soil cho tính tốn PTHH sử dụng plaxis .....................41
2.4.

Thông số đầu vào của đất nền cơng trình ……………………………..…….47


-x-

2.4.1. Thông số E, v……………………………………………………………...47
2.4.2. Hệ số thấm k.............................................................................................50
2.5.

Thông số cọc xi măng đất sử dụng công nghệ Jet Grouting ..........................51

2.6. Thiết kế cọc xi măng đất sử dụng công nghệ Jet Grouting gia cường đáy hố
đào theo phương pháp hỗn hợp vật liệu tương đương ..............................................56
2.6.1 Thông số của đất được xử lý.....................................................................56
2.6.1 Gia cường cọc Jet Grouting trong đất sét ..................................................59
CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP VÀ LỰA CHỌN MÔ HÌNH PHÂN TÍCH ĐÁNH
GIÁ HIỆU QUẢ ỨNG DỤNG CỌC XI MĂNG ĐẤT SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ
JET GROUTING GIẢM CHUYỂN VỊ NGANG HỐ ĐÀO...................................63
3.1.

Gới thiệu cơng trình nghiên cứu ...................................................................63

3.1.1 Tổng quan về cơng trình ...........................................................................63
3.1.2. Địa chất cơng trình ...................................................................................64
3.1.3. Trình tự thi cơng hố đào ...........................................................................68
3.2.

Phân tích hố đào cơng trình ..........................................................................71

3.2.1. Chuyển vị ngang thực tế cơng trình bằng quan trắc...................................71
3.2.2. Các thông số đầu vào................................................................................73
3.2.2.1. Phụ tải mặt đất.....................................................................................73
3.2.2.2. Thông số đầu vào địa chất ...................................................................73
3.2.2.3. Thông số tường vây .............................................................................76
3.2.2.4. Thông số thanh chống..........................................................................76
3.2.2.5. Thông số sàn BTCT tầng hầm .............................................................77
3.3.

Mơ phỏng bài tốn bằng Plaxis ....................................................................77

3.4.

Kết quả kiểm chứng phân tích chuyển vị ngang hố đào ................................82

3.4.1. Kết quả đào lần 1......................................................................................82
3.4.2. Kết quả đào lần 2......................................................................................83


-xi-

3.4.3. Kết quả đào lần 3......................................................................................84
3.4.4. Kết quả đào lần 4......................................................................................85
3.4.5. Kết quả đào đất lần 5 ................................................................................86
3.5.

Phân tích ứng dụng Jet Grouting giảm chuyển vị ngang tường vây ..............87

3.5.1. Mô phỏng đất trong hố đào được xử lý bằng cọc Jet Grouting ..................87
3.5.2. Quy đổi theo diện tích tương đương (PP RAS: The real allocation
simulation) ............................................................................................................89
3.5.3. Quy đổi theo vật liệu tương đương (PP EMS: Equivalent material
simulation) ............................................................................................................89
3.5.4. Kết quả chuyển vị ngang của tường vây sau khi có gia cố cọc JGPs .........93
3.5.4.1. Kết quả chuyển vị ngang của tường vây sau khi có gia cố cọc JGPs
dưới đáy hố đào khi mô phỏng bằng phương pháp vật liệu riêng biệt (PP
RAS)…............................................................................................................93
3.5.4.2. Kết quả chuyển vị ngang của tường vây sau khi gia cố cọc JGPs dưới
đáy hố đào khi mô phỏng bằng phương pháp vật liệu riêng biệt (PP RAS) có
xét sự thay đổi chiều dài cọc ............................................................................94

3.5.4.3. Kết quả chuyển vị ngang của tường vây sau khi có gia cố cọc JGPs
dưới đáy hố đào khi mô phỏng bằng phương pháp quy đổi vật liệu tương
đương (PP EMS)…..........................................................................................95
3.5.4.4. Kết quả chuyển vị ngang của tường vây sau khi có gia cố cọc JGPs
dưới đáy hố đào với tỷ lệ 5% (Ir = 5%) ............................................................97
3.5.4.5. Kết quả chuyển vị ngang của tường vây sau khi có gia cố cọc JGPs
dưới đáy hố đào với tỷ lệ 10% (Ir = 10%) .......................................................98
3.5.4.6. Kết quả chuyển vị ngang của tường vây sau khi có gia cố cọc JGPs
dưới đáy hố đào với tỷ lệ 15% (Ir = 15%) .......................................................99
3.5.4.7. Kết quả chuyển vị ngang của tường vây sau khi có gia cố cọc JGPs
dưới đáy hố đào với tỷ lệ 20% (Ir = 20%) .....................................................100
3.5.4.8. Kết quả chuyển vị ngang của tường vây sau khi có gia cố cọc JGPs
dưới đáy hố đào với tỷ lệ 25% (Ir = 25%) ......................................................101


-vii-

3.5.4.9. Độ lún xung quanh hố đào .................................................................102
3.5.4.10. Quan hệ Chuyển vị tường vây tại đáy hố đào với tỷ lệ cải tạo mặt đất103
3.5.4.11. Kết quả chuyển vị ngang tường vây khi giảm bề dày tường từ
800mm xuống 600mm ...................................................................................104
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................105
I.

KẾT LUẬN ...............................................................................................105

II.

KIẾN NGHỊ...............................................................................................106

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................107


-xiiiDANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
STT

Tiêu đề

Trang

Bảng 1.1. Các thông số kỹ thuật thơng dụng ứng với từng dịng phun Jet Grouting ... 18
Bảng 2.1. Tổng hợp các nét chính của 2 mơ hình MCM và HSM ................................ 46
Bảng 2.2. Tương quan giữa mô đun biến dạng E theo NSPT ......................................... 47
Bảng 2.3. Quan hệ giữa Es và Su ................................................................................... 48
Bảng 2.4. Khoảng giá trị giới hạn của từng loại đất.................................................... 48
Bảng 2.5. Quan hệ giữa Es và Cu .................................................................................. 49
Bảng 2.6. Giá trị hệ số vs theo Das, B.M. ..................................................................... 50
Bảng 2.7. Hệ số thấm k của một số loại đất theo Das, B. M ........................................ 50
Bảng 2.8. Hệ số thấm điển hình của đất theo NAVFAC (1983) ................................... 51
Bảng 2.9. Đặc trưng cọc Jet grouting........................................................................... 52
Bảng 2.10. Đặc điểm cọc jet grouting ở TP.HCM........................................................ 54
Bảng 2.11. Một số mối quan hệ giữa giá trị Eu và qu ................................................... 54
Bảng 3.1. Mơ tả địa chất cơng trình ............................................................................. 65
Bảng 3.2. Chỉ tiêu cơ lý của đất.................................................................................... 66
Bảng 3.3. Tổng hợp thơng số địa chất cho mơ hình Morh-Coulomb .......................... 74
Bảng 3.4. Tổng hợp thơng số địa chất cho mơ hình Hardening soil ........................... 75
Bảng 3.5. Thông số đầu vào tường vây hố đào (Diaphragm wall) ............................. 76
Bảng 3.6. Thông số đầu vào của thanh chống .............................................................. 76
Bảng 3.7. Thông số đầu vào sàn BTCT tầng hầm ....................................................... 77
Bảng 3.8. Mô phỏng các giai đoạn thi công hố đào ..................................................... 78

Bảng 3.9. Thông số đầu vào của đất nền được gia cố bằng cọc xi măng đất JGPs.... 92


-xivDANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
STT

Tiêu Đề

Trang

Hình 1.1. Phạm vi ứng dụng của cơng nghệ khoan phụt.............................................. 12
Hình 1.2a. Màng bêtơng đất ......................................................................................... 13
Hình 1.2b. Bản bêtơng đất............................................................................................ 14
Hình 1.2c. Vịm bêtơng đất……………………………………………………………………14
Hình 1.3. Cơng nghệ đơn pha ( Cơng nghệ S).............................................................. 15
Hình 1.4. Cơng nghệ hai pha ( Cơng nghệ D)............................................................. 16
Hình 1.5. Cơng nghệ ba pha ( cơng nghệ T ) ............................................................... 17
Hình 1.6. Cơng nghệ phun đặc biệt ( Super Jet Grouting ).......................................... 17
Hình 1.7. Quy trình thi công xử lý đất nền bằng công nghệ Jet Grouting ................... 19
Hình 1.8. Trình tự thi cơng tươi.................................................................................... 19
Hình 1.9. Trình tự thi cơng khơ .................................................................................... 20
Hình 1.10. Chuyển vị và biến dạng điển hình của tường trong hố đào sâu so sánh giữa
thực tế và tính tốn ........................................................................................................ 21
Hình 1.11. Đường biến dạng đề nghị để đánh giá chuyển vị của đất cạnh hố đào cho các
loại đất khác nhau (Clough & Rourke 1990) ................................................................ 22
Hình 1.12. Dạng tưởng của biểu đồ chuyển vị (Hsieh & Ou 1998) ............................. 22
Hình 1.14. So sánh kết quả chuyển vị mặt nền dự đốn và thực nghiệm trong 3 trường
hợp ................................................................................................................................. 24
Hình 1.15. Các kiểu cải thiện đất trong hố đào bằng Jet Grouting. (a) Dạng khối, (b)
Dạng cột, (c) Dạng tường.............................................................................................. 25

Hình 1.16. Gia cường bên dưới hố đào. (a) gia cường toàn bộ khu vực, (b) gia cường cục
bộ theo vùng................................................................................................................... 26
Hình 1.17. Cọc Jet Grouting kết hợp với tường Barrette theo cừng nhóm cục bộ....... 26
Hình 1.18. Cọc Jet Grouting kết hợp với tường Barrette dọc thân tường.................... 26


-xvHình 1.19. Cọc jet grouting kết hợp với tường barrette ............................................... 27
Hình 1.20. Hố đào sâu có sử dụng lớp Jet Grouting dưới đáy hố đào(Gaba 1990 )... 28
Hình 1.21. Gia cường lớp Jet Grouting dưới đáy hố móng. (a): dày 1.5m; (b): dày 3m;
(c): dày 6m..................................................................................................................... 28
Hình 1.22. Hiệu quả của chiều dày lớp gia cường Jet Grouting đối với chuyển vị tường
vây.................................................................................................................................. 29
Hình 1.23. (a) Jet Grouting đóng vai trị chịu nén; (b) Jet Grouting đóng vai trị chịu kéo.
....................................................................................................................................... 29
Hình 1.24. Trường hợp 1: khơng sử dụng Jet Grouting, chuyển vị tường lớn nhất là
361mm. .......................................................................................................................... 30
Hình 1.25. Trường hợp 2: Sử dụng Jet grouting dày 3m dưới đáy hố đào, chuyển vị tường
lớn nhất là 141mm. ........................................................................................................ 30
Hình 1.26. Trường hợp 3: Sử dụng Jet Grouting dày 3m dưới đáy hố đào kết hợp thêm
cọc BTCT, chuyển vị tường lớn nhất là 37mm. ............................................................. 30
Hình 2.1. Quan hệ giữa các ứng suất và biến dạng chính trong mơ hình đàn hồi....... 31
Hình 2.2. Ý tưởng ban đầu về mơ hình đàn dẻo lý tưởng ............................................ 34
Hình 2.3. Phân tố ứng suất và đường bao sức chống cắt............................................. 34
Hình 2.4. Hướng chảy dẻo trong mặt phẳng lệch ........................................................ 35
Hình 2.5. Mơ phỏng hàm chảy dẻo trong hệ trục khơng gian các ứng suất chính....... 35
Hình 2.6. Ðồ thị thể hiện hướng chảy dẻo của phân tố đất.......................................... 36
Hình 2.7. Biến dạng mẫu đất ........................................................................................ 37
Hình 2.8. Xác định E0 & E50 từ biểu đồ thí nghiệm nén 3 trục thốt nước .................. 37
Hình 2.9. Các biến dạng mẫu đất ................................................................................. 38
Hình 2.10. Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết ....................................................... 39

Hình 2.11. Ðồ thị thể hiện các thơng số dẻo ................................................................ 39
Hình 2.12. Hình ảnh cõ học minh họa bản chất các thông số dẻo............................... 39


-xviHình 2.13. Hình ảnh cơ học minh họa bản chất góc giãn nở và đồ thị quan hệ giữa ứng
suất và biến dạng........................................................................................................... 40
Hình 2.14. Mối quan hệ vi phân biến dạng cắt của phân tố đất .................................. 40
(a) Mẫu đất ban đầu ...................................................................................................... 40
(b) Biến dạng cắt trực tiếp của mẫu đất loại I .............................................................. 40
(c) Biến dạng cắt trực tiếp của mẫu đất loại II ............................................................. 40
Hình 2.15. E0 và E50 được xác định từ kết quả thí nghiệm nén 3 trục thốt nước tiêu
chuẩn ............................................................................................................................. 41
Hình 2.16. Phương pháp xác định Mô đun của đất từ kết quả nén 1 trục ................... 42
Hình 2.17. Mơ phỏng các quan hệ khi xác định Mô đun của đất khi chịu tải.............. 42
Hình 2.18. Mơ đun nén 1 trục của sét cố kết thường trong gia tải ban đầu theo Janbu
(1963)............................................................................................................................. 43
Hình 2.19. Đồ thị quan hệ e – log σ ' và xác định các trị số m .................................... 44
Hình 2.20. Đường cong hyperbol ứng suất-biến dạng trong gia tải ban đầu của thí
nghiệm nén 3 trục thốt nước tiêu chuẩn. ..................................................................... 44
Hình 2.21. Đường cong hyperbol xấp xỉ theo Kondner(1963) và Duncan (1970)....... 44
Hình 2.22. Phương pháp xác định Eur .......................................................................... 45
Hình 2.23. Biểu đồ quan hệ giữa E0 và Eur theo Duncan (1970)................................. 45
Hình 2.24. Biểu đồ phát triển cường độ của cọc xi măng-đất Jet-grouting trong nền cát
với lượng dùng xi măng khác nhau ............................................................................... 51
Hình 2.25. Cường độ nén 1 trục của cọc xi măng đất trong nền cát với tỷ lệ trộn (w/c=1)
....................................................................................................................................... 52
Hình 2.26. Cường độ Jet grouting phụ thuôc vào loại đất và hàm lượng xi măng ...... 53
Hình 2.27. Cường độ nén của cọc Jet Grouting ........................................................... 53
Hình 2.28. Ứng xử ứng suất – biến dạng...................................................................... 55

-xviiHình 2.29. Mơ đun biến dạng theo cường độ nén 1 trục của hỗn hợp xi măng-đất Jetgrouting trong nền cát ................................................................................................... 55
Hình 2.30. Cột Jet grouting cải tạo đất dưới đáy hố đào............................................ 56
Hình 2.31. Mối quan hệ qu-Ir-m .................................................................................... 57
Hình 2.32. Hỗn hợp đất được cải thiện bằng cọc Jet Grouting chịu tải trọng nén...... 58
Hình 2.33. Hỗn hợp đất được cải thiện bằng cọc Jet Grouting chịu tải trọng kéo ...... 58
Hình 2.33. Vịng trịn Morh cho đất được xử lý............................................................ 59
Hình2.34 Cơ chế phá hoại cơ bản của hố đào với nền đất được gia cường................ 61
Hình 2.35. Phân bố cường độ sức kháng cắt bất đồng nhất khơng thốt nước thu được từ
những mơ hình cường độ bất đồng nhất dọc theo mặt phá hoại................................... 61
Hình 3.1. Mặt bằng hố móng cơng trình....................................................................... 64
Hình 3.2. Mặt cắt địa chất cơng trình........................................................................... 65
Hình 3.3. Biểu đồ NSPT và thí nghiệm cắt cánh Su........................................................ 67
Hình 3.4a. Các giai đoạn chính thi cơng hố đào.......................................................... 68
Hình 3.4b. Các giai đoạn chính thi cơng hố đào.......................................................... 69
Hình 3.4c. Các giai đoạn chính thi cơng hố đào .......................................................... 70
Hình 3.5. Các mốc quan trắc trong q trình thi cơng tầng hầm ................................ 72
Hình 3.6. Quan trắc chuyển vị ngang tường vây tại các giai đoạn đào đất................. 73
Hình 3.7. Tổng quan mơ phỏng bài tốn ..................................................................... 77
Hình 3.8. So sánh chuyển vị ngang tường vây ứng với pha đào đất lần 1 .................. 82
Hình 3.9. So sánh chuyển vị ngang tường vây ứng với pha đào đất lần 2 .................. 83
Hình 3.10. So sánh chuyển vị ngang tường vây ứng với pha đào đất lần 3 ................. 84
Hình 3.11. So sánh chuyển vị ngang tường vây ứng với pha đào đất lần 4 ................ 85
Hình 3.12. So sánh chuyển vị ngang tường vây ứng với pha đào đất lần 5 ................ 86
Hình 3.13a. Cách bố trí mơ phỏng hố đào có gia cường bằng cọc JGPs .................... 88


-xviiiHình 3.13b. Bố trí mơ phỏng hố đào xét đến sự thay đổi chiều dài cọc JGPs............ 88
Hình 3.14. Các phương pháp mô phỏng cọc JGPs gia cố đất hố đào ......................... 88
Hình 3.15. Quy đổi đường kính cọc thành một dải....................................................... 89

Hình 3.16a. JGPs Bố trí vng góc .............................................................................. 89
Hình3.16b. JGPs bố trí so le………………………………………………………….89
Hình 3.17. Mối quan hệ giữa qu – Ir - m ....................................................................... 90
Hình 3.18. Kết quả chuyển vị tường vây mô phỏng bằng pp RAS ứng với đợt đào cuối
cùng (hmax = 14m).......................................................................................................... 93
Hình 3.19. Kết quả chuyển vị tường vây mô phỏng bằng pp RAS có xét sự thay đổi chiều
dài cọc ứng với đợt đào cuối cùng (hmax = 14m)........................................................... 94
Hình 3.20. Kết quả chuyển vị tường vây mô phỏng bằng pp EMs ứng với đợt đào cuối
cùng (hmax = 14m).......................................................................................................... 95
Hình 3.21. So sánh kết quả chuyển vị tường vây ứng với đợt đào cuối cùng (hmax = 14m)
khi tỷ lệ cải tạo mặt đất 5% (Ir = 5%) .......................................................................... 97
Hình 3.22. So sánh kết quả chuyển vị tường vây ứng với đợt đào cuối cùng (hmax = 14m)
khi tỷ lệ cải tạo mặt đất 10% (Ir = 10%) ...................................................................... 98
Hình 3.23. So sánh kết quả chuyển vị tường vây ứng với đợt đào cuối cùng (hmax = 14m)
khi tỷ lệ cải tạo mặt đất 15% (Ir = 15%) ...................................................................... 99
Hình 3.24. So sánh kết quả chuyển vị tường vây ứng với đợt đào cuối cùng (hmax = 14m)
khi tỷ lệ cải tạo mặt đất 20% (Ir = 20%) .................................................................... 100
Hình 3.25. So sánh kết quả chuyển vị tường vây ứng với đợt đào cuối cùng (hmax = 14m)
khi tỷ lệ cải tạo mặt đất 25% (Ir = 25%) .................................................................... 101
Hình 3.26. Chuyển vị mặt đất quanh hố đào .............................................................. 102
Hình 3.27. So sánh chuyển vị ngang tường vây tại đáy hố đào.................................. 103
Hình 3.30. So sánh kết quả chuyển vị tường vây ứng với đợt đào cuối cùng (hmax = 14m)
khi giảm tường dày từ 800m xuống còn 600mm với tỷ lệ cải tạo mặt đất 15% (Ir = 15%)
..................................................................................................................................... 104


-1-

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề

Chuyển vị ngang quá mức của tường vây và kết hợp với lún của bề mặt mặt
đất thường là những nguyên nhân chính gây ra thiệt hại của các tịa nhà lân cận. Do
đó, bắt buộc phải giảm thiểu tối đa chuyển vị tường vây trong quá trình đào hầm là
mối quan tâm hàng đầu để bảo vệ tính tồn vẹn của tịa nhà liền kề.
Ngày nay cùng với sự phát triển về kinh tế, 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. Điều này đã trở thành xu thế chính trong q trình
hiện đại hóa các thành phố lớn. Hố đào sâu ở trong thành phố thường được tiến
hành với mật độ dày đặt trong khu vực đơ thị. Vì vậy, hầu hết các cơng trường xây
dựng được bao quanh bởi các tòa nhà xung quanh. Các trường hợp xây dựng gây
thiệt hại đến hàng trăm công trình dân cư lân cận thường được báo cáo là do các dự
án hố đào sâu do thiếu kiểm soát đúng đắn chuyển vị của mặt đất gây nên những vụ
kiện tụng và thiệt hại tài chính lớn thường khơng thể tránh khỏi đối với các sự cố
như vậy. Vì vậy, bất cứ khi nào có một dự án đào sâu thì đều được lên kế hoạch, sự
an tồn của tòa nhà liền kề là một mối quan tâm lớn của chủ đầu tư, các kỹ sư. Tính
tồn vẹn của cơng trình lân cận có thể được bảo vệ bởi việc gia cố tường vây. Vì
vậy, làm giảm sự dịch chuyển tường vây liên quan đến hố đào sử dụng những biện
pháp phụ trợ là những sự lựa chọn khả thi. Hai giải pháp thường được chọn lựa là
biện pháp tăng cường giằng hệ chống và / hoặc tăng sức kháng bị động bằng cách
cải tạo đất dưới đáy hố đào (Hsieh, H., Wang, C., and Ou at 2003) [16]. Thơng
thường sự dịch chuyển mặt đất có thể gây ra ít hoặc khơng gây thiệt hại cho kết cấu
tịa nhà là tốt nhất. Tuy nhiên, cơng trình dễ bị nứt và thiệt hại đáng kể ngay cả khi
dịch chuyển mặt đất là nhỏ.
Sử dụng giải pháp chống đỡ hố đào để đảm bảo sự an tồn cho cơng trình lân
cận trong lớp đất yếu thì có thể phải dùng chiều dày tường vây lớn điều đó gây nên
sự tốn kém về chi phí xây dựng, hoặc nếu dùng biện pháp bằng thanh chống mà vẫn
không đảm bảo chuyển vị công trình được thỏa mãn trong điều kiện cho phép. Sử

-2-

dụng kết hợp phun vữa áp lực cao dưới đáy hố đào có thể giải quyết được những
khó khăn trong q trình thi cơng do chuyển vị gây ra.
2. Mục tiêu
Mục đích của phương pháp phun vữa áp lực cao là để tăng sức kháng bị động
cho đất trong khu vựa đáy hố đào. Do đó, giúp đỡ trong việc giảm chuyển vị ngang
tường vây trong quá trình đào. Những tác dụng khác như: xây dựng trong bùn và
ngăn việc thoát nước cũng làm giảm nguyên nhân gây lún đất xung quanh. Lún mặt
đất cơng trình lân cận do hạ mực nước ngầm cũng không đáng kể. Dịch chuyển của
mặt đất trong khu vực hố đào có bùn chảy là không đáng kể
Một số lượng lớn các loại cọc xi măng đất sử dụng công nghệ Jet grouting cải
tạo đất sử dụng trong các hố đào áp dụng ở nhiều nước trên thế giới. Có thể là do
thực tế rằng loại hình này cải tạo đất là tương đối dễ dàng sản xuất và dễ dàng thực
hiện. Tuy nhiên, phương pháp phân tích và ý tưởng thiết kế vẫn cịn đánh giá cao
kinh nghiệm và thiếu một phương pháp thiết kế rõ ràng vào thời điểm này. Và phân
tích những vấn đề này thường địi hỏi một khối lượng tính toán lớn, nên phương
pháp Phần tử Hữu Hạn được sử dụng.
Từ kết quả quan trắc thực tế của cơng trình thật sẽ được đem so sánh với kết
quả mô phỏng bằng phương pháp PTHH để chứng minh tính hợp lý và hiệu quả của
mơ hình có sử dụng cột Jet Grouting gia cố đất trong hố đào.
Nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí lắp đặt cột jet grouting, khoảng cách giữa các
cột, tỷ lệ cải thiện mặt đất của các cột đến chuyển vị của tường vây.
Xây dựng các mối quan hệ giữa các phương pháp tính.
3. Nội dung nghiên cứu
Luận văn này trình bày ứng dụng của phương pháp phun vữa áp lực cao để
giảm chuyển vị ngang tường vây trong q trình thi cơng tầng hầm. Có thể giải
quyết chuyển vị vượt quá giới hạn của các tòa nhà liền kề với cơng trình đang xây
dựng trong phạm vi có thể chấp nhận được. Trong phương pháp này, một phần
khối lượng đất trong khu vực hố đào được thay thế bằng các cột vữa áp lực cao

trong nỗ lực để tăng sức kháng thụ động của đất, như là một biện pháp hiệu quả để


-3-

hạn chế chuyển vị ngang tường vây. Sơ bộ về nội dung nghiên cứu đề tài, tác giả tập
trung chủ yếu vào những nội dung sau:
• Chương 1: Từ những nghiên cứu của những tác giả khác, tác giả tổng hợp giới
thiệu phần tổng quan các vấn đề về hố đào sâu và khoan phụt cao áp “ JET
GROUTING”, đưa ra cái nhìn tổng thể, những điều cịn hạn chế để tiếp tục nghiên
cứu.
• Chương 2: Để đáp ứng được những việc tính tốn và nghiên cứu, tác giả đi sâu
tìm hiểu những cơ sở lý thuyết làm nền tản, đưa ra được những thơng số của mơ
hình hợp lý.
• Chương 3: Tương quan tính tốn cơng trình thực tế bằng các mơ hình phần tử hữu
hạn và kết quả quan trắc thực tế, từ đó rút ra những kết luận và đề xuất những giải
pháp hiệu quả.
• Kết luận và kiến nghị
4. Phương pháp nghiên cứu
Xuất phát từ những yêu cầu thực tế nêu trên và kế thừa các kết quả nghiên cứu
của các tác giả trên thế giới, tác giả đã tiếp cận đề tài: “Nghiên cứu sử dụng giải
pháp Jet Grouting giảm chuyển vị ngang của hố đào sâu“ và tác giả chọn đề
xuất giải pháp thiết kế dùng phương pháp phần Tử Hữu Hạn để so sánh kết quả.
Luận văn tập trung nghiên cứu những vấn đề sau:
Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết tính tốn
Nghiên cứu lý thuyết về phần tử hữu hạn (FEM)
Mô phỏng bài tốn cơng trình thực tế bằng PTHH sử dụng phần mềm
Plaxis
So sánh với quan trắc thực tế cơng trình
Mơ phỏng cơng trình có sử dụng cột Jet Grouting bằng PTHH (PP

RAS) sử dụng phần mềm Plaxis
Mơ phỏng Cơng trình có sử dụng cột Jet Grouting bằng PTHH (PP
EMS) sử dụng phần mềm Plaxis


-4-

Thu thập, phân tích, tính tốn, tổng hợp để xây dựng các mối tương
quan
Kết luận và nhận xét
5. Phạm vi nghiên cứu
Theo Ou và Wu (1990) [26], cải tạo đất ở phía bên thụ động có hiệu quả hơn là
cải tạo đất ở phía chủ động. Vì vậy, chỉ có đất được cải thiện trong khu vực hố đào
được xem xét trong luận văn này.
Thực tế để tính tốn cho những hố đào có sử dụng gia cố đất bằng cột Jet
Grouting thì địi hỏi khối lượng tính tốn lớn, nên trong phạm vi luận văn chỉ sử
dụng phương pháp phần tử hữu hạn plaxis để mơ phỏng. Có hai phương pháp mô
phỏng được lựa chọn:
+ (Phương Pháp RAS): mô phỏng thật các tính chất vật liệu của đất đã được cải
tạo, và những thuộc tính đất chưa được cải tạo riêng biệt.
+ (Phương pháp EMS): Các thc tính đất được cải tạo và chưa cải tạo xem là thuộc
tính tương tương.
6. Dự tính kết quả nghiên cứu
Sau khi có kết quả mơ phỏng bằng phương pháp PTHH thì ta có được các biểu
đồ chuyển vị của tường vây, đem so sánh với kết quả quan trắc thì thấy chuyển vị
của tường vây khi có gia cố cột Jet Grouting sẽ giảm. từ đó thấy được tính hiệu quả
và kinh tế của phương pháp.
Xây dựng được biểu đồ mối quan hệ giữa tỷ lệ đất được cải tạo với chuyển vị
ngang của tường vây.
7. Gới hạn đề tài

Đề tài chỉ mới xét đến mơ hình trong Plaxis là mơ hình Hardening soil chưa xét
đến những mơ hình của đất khác.
Chỉ xét đến phương pháp gia cố đất trong hố đào bằng các trụ xi măng, mà chưa
xét đến những dạng gia cố khác như: kiểu tường là dạng kết nối các cột của đất
được cải thiện thành một dạng tường, hoặc dạng khối là dạng mà các đất trong khu
vực được cải thiện được thay thế bằng mội khối xi măng.


-5-

8. Ý nghĩa đề tài
Gới thiệu thêm một giải pháp mới giúp bảo vệ các hố đào sâu xây dựng chen
trong thành phố, khi mà các biện pháp chống đỡ khơng có hiệu quả lớn.
Trong tương lai đề tài sẽ là một tài liệu tham khảo quý giá và bổ ích cho các hố
đào sâu tương tự về vấn đề mô phỏng, ứng dụng công nghệ Jet-grouting để chống
chuyển vị ngang hố đào.