Phân tích ảnh hưởng của hệ số mũ m trong mô hình hardening soil đến độ ổn định của hố đào ở khu vực tp cần thơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------

NGUYỄN TIẾN CƯỜNG

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ SỐ MŨ m TRONG
MƠ HÌNH HARDENING SOIL ĐẾN ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA
HỐ ĐÀO Ở KHU VỰC TP CẦN THƠ

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số ngành:

60. 58. 60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày

tháng 11 năm 2012


ii

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

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

TS. Nguyễn Minh Tâm

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày..........tháng..........năm 2012


- iii TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÕNG ĐÀO TẠO SĐH
----------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày tháng

năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: NGUYỄN TIẾN CƢỜNG

Phái: NAM

Ngày, tháng, năm sinh: 10-05-1986

Nơi sinh: TP.CẦN THƠ

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã ngành: 60.58.60

MSHV: 10090364
I. TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA HỆ SỐ MŨ m TRONG MƠ HÌNH
HARDENING SOIL ĐẾN ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA HỐ ĐÀO Ở KHU VỰC TP CẦN THƠ
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Nhiệm vụ : Phân tích ảnh hƣởng của hệ số mũ m trong mơ hình hardening soil đến độ ổn định của
hố đào ở khu vực TP Cần Thơ
Phần mở đầu
Chƣơng 1 : Tổng quan về hố đào và tƣờng chắn đất
Chƣơng 3 : Cơ sở lý thuyết tính tốn áp lực đất lên tƣờng chắn.
Chƣơng 4 : Mơ hình hardening soil và các tham số trong mơ hình
Chƣơng 5 : Ứng dụng cơng trình thực tế
Phần kết luận và kiến nghị.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN MINH TÂM
Nội dung và đề cƣơng Luận văn thạc sĩ đã đƣợc Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
(Họ tên và chữ ký)

TS. Nguyễn Minh Tâm

PGS.TS.Võ Phán


- iv -

LỜI CẢM ƠN
Điạ kỹ thuâ ̣t xây dƣ̣ng là ngành ho ̣c ở bâ ̣c sau đa ̣i ho ̣c , tiế p nố i ngành xây dƣ̣ng ở bâ ̣c
đa ̣i ho ̣c . Ngành học này nghiên cứu các vấn đề đất

, móng, công trin
̀ h ngầ m , thủy

lơ ̣i…..Trong suố t quá trình ho ̣c tôi thấ y mình tiế p thu đƣơ ̣c nhiề u kiế n thƣ́c bổ ích , nó
nhƣ ga ̣n đu ̣c khơi trong giúp tôi thấ y đƣơ ̣c , hiể u đƣơ ̣c nhƣ̃ng vấ n đề khoa ho ̣c . Sƣ̣ hiể u
biế t đó giúp tôi tăng thêm sƣ́c ma ̣nh, sƣ̣ tƣ̣ tin trong nghề nghiê ̣p sau này .
Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biế t ơn đế n Thầ y TS. Nguyễn Minh Tâm. Thầ y đã giúp tôi
đinh
̣ hƣớng đƣơ ̣c đề tài luâ ̣n văn . Bằ ng sƣ̣ nỗ lƣ̣c bản thân cùng với sƣ̣ hƣớng dẫn
trong quá trình làm tôi đã tích lũy thêm nhiề u kiế n thƣ́c không chỉ đố i với

lĩnh vực

nghiên cƣ́u trong đề tài này mà còn ở lĩnh vực khác . Quyể n luâ ̣n văn này đƣơ ̣c xem
nhƣ thành quả lao đô ̣ng của sƣ̣ nỗ lƣ̣c ấ y với hy vo ̣ng nhỏ nhoi đóng góp mô ̣t phầ n
nhỏ cho khoa học.
Kế tiế p , con xin gởi lời cám ơn sâu sắ c nhấ t đến ba mẹ . Nhƣ̃ng ngƣời đã giúp con về
vâ ̣t chấ t , tinh thầ n để con có đƣơ ̣c nhƣ̃ng điề u kiê ̣n thuâ ̣n lơ ̣i , vƣ̃ng tâm trong ś t quá
trình học.
Tơi xin cám ơn anh Trầ n Văn Trí hiê ̣n đang công tác ta ̣i công ty Nova Land . Xin cám

ơn anh vì những vấn đề , nhƣ̃ng kinh nghiê ̣m thƣ̣c tế về tầ ng hầ m mà anh đã truyề n
đa ̣t. Kiế n thƣ́c ấ y giúp tôi bổ sung thêm cho bài luâ ̣n văn cũng nhƣ kiế n thƣ́c nghề
nghiê ̣p trong tƣơng lai.
Cuố i cùng, tôi xin bày tỏ sƣ̣ biế t ơn đế n tấ t cả các thầ y cô , bạn bè trong bộ môn Địa cơ
nề n móng, nhƣ̃ng ngƣời đã hƣớng dẫn hỗ trơ ̣ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học.
Xin cám ơn tấ t cả !!


-v-

TĨM TẮT LUẬN VĂN
Sự phát triển về cơng nghệ xây dựng và dân số trong khi diện tích xây dựng không
tăng thêm đã đặt ra yêu cầu đối với công trình xây dựng khơng chỉ tận dụng khơng
gian bên trên mà còn khơng gian phía dƣới. Tầng hầm ln là vấn đề đầy thử thách
đối với kỹ sƣ xây dựng. Công việc thiết kế và thi công tầng hầm phụ thuộc vào rất
nhiều yếu tố: điều kiện địa chất, nƣớc ngầm, năng lực nhà thầu….Yêu cầu đặt ra là
không làm ảnh hƣởng q mức đối với cơng trình lân cận.
Luận văn nhằm mục đích tìm ra hệ số mũ m trong mơ hình Hardening Soil và ảnh
hƣởng của nó đối với chuyể n vi ̣của tƣờng vây

và lún bề mặt xung quanh hố đào.

Luận văn gồm các nội dung nhƣ sau:
 Các lý thuyết tính tốn.
 Lựa chọn mơ hình đất.
ref
 Sử dụng phần mềm Origin Pro 8 để tính giá trị Eoed
tại giá trị p ref .

 Sử dụng Excel tính tốn lựa chọn giá trị hệ số mũ m.

 Sử dụng phần mềm Plaxis 2D phân tích bài tốn.
Bài tốn đƣợc phân tích qua nhiều trƣờng hợp với hệ số mũ m khác nhau để biết đƣợc
ảnh hƣởng của nó đối với chuyển vị của tƣờng vây và độ lún của nền đất xung quanh
hố đào.


- vi -

ABSTRACT
Development of construction technology and population have asked construction
which is not only high rising but also underground. Underground is always the hard
problem to civil engineer. From design to contract is the chain of many problems
depending

on

geotechnical

condition,

underground

water,

experience

of

contractor…..It is unauthorized to influence seriously to another constructions.
This thesis studies exponential coefficient m in Hardening Soil model and its

influences to displacement of retaining wall and the settlement of soil around
excavation. This thesis includes contents:
 The existing theories
 Some soil models
ref
 Using mathematical software Origin Pro 8 to define Eoed
at definite p ref

 Using microsoft excel to define exponential coefficient m
 Analysis by F.E.M software Plaxis 2D 8.5
The problem is analysed in many cases using differently exponential coefficient m.
Comparing results and go forward to conclusion about displacement of retaining wall
and settlement of ground around excavation.


-7-

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ................................................................................ iii
LỜ I CẢ M ƠN................................................................................................................... iv
TÓM TẮT LUẬN VĂN .....................................................................................................v
ABSTRACT ...................................................................................................................... vi
MỤC LỤC ....................................................................................................................... vii
DANH SÁ CH HÌNH VẼ ................................................................................................ 10
DANH SÁ CH BẢ NG BIỂU ........................................................................................... 12
PHẦN MỞ ĐẦU
Giới thiêụ ........................................................................................................................ 13
I Bối cảnh hiện tại ......................................................................................................... 13
II Sƣ ̣ cầ n thiế t nghiên cƣ́u ............................................................................................ 14
III Mục đích nghiên cứu của đề tài ............................................................................. 15

IV Nội dung nghiên cứu ................................................................................................ 15
V Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................... 16
VI Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài .................................................................... 16
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀ O VÀ TƢỜNG CHẮN
1.1/ Tổ ng quan về hố đào .............................................................................................. 17
1.2/ Các dạng hố đào...................................................................................................... 17
1.2.1/ Hố đào được chống giữ bởi hệ shoring ....................................................... 18
1.2.2/ Hố đào được chống giữ bởi các thanh neo trong đất ................................... 19
1.2.3/ Hố đào được thi công theo công nghệ Top-down ....................................... 20
1.2.4/ Hố đào mở ................................................................................................... 21
1.3/ Tổ ng quan về tƣờng vây......................................................................................... 21
1.4/ Các dạng tƣờng vây ................................................................................................ 22
1.4.1/ Tường cừ dạng bản mỏng ............................................................................ 22
1.4.2/ Tường vây bằng cọc khoan nhồi ................................................................. 24


-81.4.3/ Tường vây bằng bê tông, tường barrette ..................................................... 24
1.5/ Thiế t bi quan
trắ c chuyể n vị tƣờng vây................................................................ 25
̣
1.6/ Lƣạ cho ̣n tƣờng vây cho hố đào sâu ..................................................................... 27
1.7/ Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến sự dịch chuyển của tƣờng vây ................. 28
1.7.1/ Chiề u sâu của tường vây .............................................................................. 28
1.7.2/ Các giai đoạn lắp đặt các thanh chống ........................................................ 29
1.7.3/ Khoảng cách giữa các thanh chống ............................................................. 29
1.7.4/ Hạ mực nước ngầm...................................................................................... 30
1.7.5/ Trình tự thi công .......................................................................................... 30
1.7.6/ Độ cứng và sức chống cắt của đất ............................................................... 30
1.7.7/ Kích thước của mái taluy ............................................................................. 31
1.8/ Phân tích đô ̣ lún bề mă ̣t xung quanh hố đào ....................................................... 31

1.8.1/ Phương pháp của Peck................................................................................. 31
1.8.2/ Phương pháp Bowles ................................................................................... 32
1.8.3/ Phương pháp Clough và O’Rourke ............................................................. 34
1.8.4/ Phương pháp của Ou và Hsieh .................................................................... 34
1.9/ So sánh giƣ̃a các phƣơng pháp .............................................................................. 36
Chƣơng 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƢỜNG CHẮN
2.1/ Tổng quan tính tốn áp lực đất lên tƣờng chắn .................................................. 38
2.2/ Các loại áp lực đất .................................................................................................. 38
2.3/ Tính tốn áp lực đất theo Rankine ....................................................................... 40
2.4/ Tính tốn áp lực đất theo Coulumb ...................................................................... 42
2.5/ Tính tốn bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn .................................................. 45
2.6/ Các mô hình đất ...................................................................................................... 50
2.6.1/ Mơ hình Mohr-Coulomb ............................................................................. 50
2.6.1.1/ Cơng thức trong mô hình Mohr-Coulomb .............................................. 51
2.6.1.2/ Các thông số đầu vào trong mô hình Morh Coulomb............................. 52
2.6.2/ Mô hình Hardening Soil .............................................................................. 53
2.6.2.1/ Các công thức trong mô hình Hardening Soil ........................................ 55
2.6.2.2/ Các thông số đầu vào trong mô hình hardening soil trong Plaxis .......... 56


-9Chƣơng 3: TÍNH TOÁN HỆ SỐ MŨ m TRONG MÔ HÌNH HARDENING SOIL
3.1/ Giới thiệu về địa chất khu vực thành phố Cần Thơ ............................................ 59
3.2/ Tính tốn hệ số mũ m trong mơ hình Hardening Soil......................................... 61
3.2.1/ Xác định giá trị Eoed từ công thức thực nghiệm ......................................... 61
3.2.2/ Xác định giá trị Eoed từ lý thuyết ................................................................ 63
3.3/ Kết luận hệ số mũ m và phân tích kết quả ........................................................... 64
ref
3.3.1/ Kết luận hệ số mũ m và giá trị modun Eoed
của đất.................................... 64

3.3.2/ So sánh kết quả tính tốn với các kết quả của các tác giả khác ................... 68
3.3.3/ Phân tích kết quả.......................................................................................... 69
Chƣơng 4: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CƠNG TRÌNH THỰC TẾ
4.1/ Giới thiệu cơng trình .............................................................................................. 70
4.2/ Giới thiệu địa chất cơng trình................................................................................ 70
4.3/ Biện pháp thi cơng .................................................................................................. 72
4.4/ Thuyết minh tính tốn............................................................................................ 78
4.4.1/ Cơ sở tính tốn............................................................................................. 78
4.4.2/ Các thơng số phục vụ tính tốn ................................................................... 78
4.5/ Các giai đoạn thi cơng tầng hầm ........................................................................... 80
4.6/ Mơ hình tính tốn ................................................................................................... 80
4.7/ Kết quả tính tốn .................................................................................................... 81
4.8/ Phân tích kế t quả tính toán.................................................................................... 84
PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I Kết luận và kiến nghị ................................................................................................. 85
II Hƣớng nghiên cứu tiếp theo .................................................................................... 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………..………...………88
PHỤ LỤC …………………………………………………………………………90


- 10 -

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1-1: Hố đào được giữ bởi hê ̣ shoring …………………………………………………………….18
Hình 1-2: Tường vây cừ Larsen được giữ bởi cap neo .................................................................18
Hình 1-3: Tường chắ n được neo trong đấ t ....................................................................................19
Hình 1-4: Chi tiế t đoạn neo trong đấ t ............................................................................................19
Hình 1-5: Hố đào thi công bằ ng phương pháp Top-Down ...........................................................20
Hình 1-6: Hố đào mở .....................................................................................................................21

Hình 1-7: Tường cừ Larsen ...........................................................................................................22
Hình 1-8: Kích thủy lực cho tường chắ n ........................................................................................23
Hình 1-9: Hố đào được giữ bởi hê ̣ tường vây ................................................................................23
Hình 1-10: Tường vây dạng cọc nhồi ..........................................................................................24
Hình 1-11: Thi công đào rãnh tường vây .......................................................................................25
Hình 1-12: Lắ p đặt thép tường vây ................................................................................................25
Hình 1-13: Cọc quan trắc chuyển vị tường vây .............................................................................26
Hình 1-14: Thiế t bi ̣ đo chuyển vi ̣ tường vây ...................................................................................26
Hình 1-15: Tương quan chuyể n vi ̣ của tường vây và chiề u sâu của tường vây .............................28
Hình 1-16: Tương quan giữa chuyển vi ̣ tường vây đào đấ t và chố ng đỡ ......................................29
Hình 1-17: Biểu đồ thể hiê ̣n phân bố áp lực đấ t lên các thanh chố ng ..........................................30
Hình 1-18: Tương quan kích thước máy taluy và chuyển vi ̣ của tường vây ..................................31
Hình 1-19: Đường quan hệ giữa độ lún nền đất xung quanh hố đào và chiều rộng ảnh hưởng ...32
Hình 1-20: Phương pháp xác đi ̣nh độ lún nề n đấ t xung quanh theo Bowles ................................33
Hình 1-21: Lún nền đất xung quanh hố đào đối với đất cát hoặc đất sét tốt .................................34
Hình 1-22: Lún nền đất xung quanh hố đào trong đất sét yếu .....................................................34
Hình 1-23: Lún nền đất xung quanh hố đào (a) đấ t cát hoặc sét tố t (b) đấ t sét yế u .....................35
Hình 1-24: Tương quan giữa chuyển vi ̣ tường vây và lún nề n đấ t xung quanh hố đào ................36
Hình 1-25: So sánh phương pháp của Clough-O’Rourke và Ou-Hsieh ........................................37
Hình 2-1: Áp lực đất phía trước và sau lưng tường chắn ..............................................................41
Hình 2-2: Vòng tròn Mohr-Rankine ..............................................................................................41
Hình 2-3: Áp lực chủ động theo Coulumb .....................................................................................43
Hình 2-4: Áp lực đất bị động theo Coulumb .................................................................................44
Hình 2-5: Phân tích phầ n tử hữu hạn mesh lưới ...........................................................................46
Hình 2-6: Mố i quan hê ̣ giữa nút và chuyể n vi ̣ nút .........................................................................47
Hình 2-7: Phầ n tử ba nút và phầ n tử sáu nút ..............................................................................48
Hình 2-8: Phầ n tử bố n nút và phầ n tử tám nút ...............................................................................48
Hình 2-9: Phầ n tử dầ m thanh ........................................................................................................48

- 11 Hình 2-10: Phầ n tử tiế p dầ m….......................................................................................................49
Hình 2-11: Phầ n tử tiế p xúc ……………………………………………………………………………...49
Hình 2-12: Tiêu chuẩn dẻo trong mô hình Mohr-Coulumb ..........................................................51
Hình 2-13: Các thông số trong mô hình Mohr-Coulumb ..............................................................52
Hình 2-14: Biểu đồ quan hê ̣ giữa ứng suấ t và biế n dạng ..............................................................55
Hình 2-15: Các thông số cơ bản trong mô hình Hardening-Soil ..................................................56
ref
Hình 3-1: Vẽ tiếp tuyến tính giá trị E oed
tại giá trị p ref ...............................................................63

Hình 3-2: Tính toán giá trị m ........................................................................................................64
Hình 4-1: Phố i cảnh và mặt bằ ng tường vây công trình Sacombank ...........................................70
Hình 4-2: Mặt cắ t đi ̣a chấ t công trình ...........................................................................................72
Hình 4-3: Lồ ng thép và hê ̣ thố ng siêu âm cọc ...............................................................................73
Hình 4-4: Thử tiñ h kiểm tra sức chi ̣u tải cọc ................................................................................73
Hình 4-5: Hê ̣ shoring chố ng đỡ hố đào .........................................................................................74
Hình 4-6: Đo kiểm tra nhiê ̣t độ trong bê tông khố i lớn ................................................................75
Hình 4-7: Bảo dưỡng bê tông khối lớn ...........................................................................................75
Hình 4-8: Thanh watertop ..............................................................................................................76
Hình 4-9: Băng trương nở Hyper seal ..........................................................................................76
Hình 4-10: Coupler nố i thép .........................................................................................................77
Hình 4-11: Bảo quản mặt bằng sàn hầm ......................................................................................77
Hình 4-12: Thi công tường tầ ng hầ m ............................................................................................78
Hình 4-13: Mô hình Plaxis tổ ng thể công trình Sacombank .........................................................81
Hình 4-14: Mô hình phần tử Plaxis công trình Sacombank ..........................................................81
Hình 4-15: Ảnh hưởng của hệ số mũ m đến sự chuyển vị của tường vây ......................................82
Hình 4-16: Ảnh hưởng của hê ̣ số mũ m đế n độ lún của nề n đấ t xung quanh hố đào ....................82
Hình 4-17: Ảnh hưởng của hệ số mũ m đến sự chuyển vị của tường vây ......................................83
Hình 4-18: Ảnh hưởng của hệ số mũ m đến độ lún của nề n đấ t xung quanh hố đào ....................83

- 12 -

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Tổ ng hợp lựa chọn loại tường vây cho hố đào ………………………………………………27
Bảng 2-1: So sánh tổ ng hợp giữa các mô hình đấ t trong chương trình Plaxis của Kempfer 2006 ..57
Bảng 3-1: Giá trị tham khảo hệ số poisson ………………………………………………………………61
Bảng 3-2: Tổ ng hợp giá tri ̣ hê ̣ số mũ m công trình cầ u Cầ n Thơ ……………………………………..64
Bảng 3-3: Tổ ng hợp giá tri ̣ hê ̣ số mũ m công trình mở rộng đường Quang Trung- Cái Cui ………66
Bảng 3-4: Tổ ng hợp giá tri ̣ hê ̣ số mũ m công trình khách sạn Hương Viê ̣t thành phố Cầ n Thơ …..66
Bảng 3-5: Tổ ng hợp giá tri ̣ hê ̣ số mũ m công trình Sacombank thành phố Cầ n Thơ ………………..67
Bảng 3-6: Gía trị hệ số mũ m theo Voon Sooss ………………………………………………………….68
Bảng 4-1: Các thông số của tường vây phục vụ cho tính toán …………………………………………79
Bảng 4-2: Các thông số của sàn tầng hầm phục vụ cho tính toán ……………………………………..79
Bảng 4-3: Các thông số hệ shoring phục vụ cho tính toán

…………………………………………79

Bảng 4-4: Tổ ng hợp các thông số nề n đấ t sử dụng trong mô hình Hardening Soil ………………...79


- 13 -

PHẦN MỞ ĐẦU
GIỚI THIỆU
Hố đào là một phần quan trọng của kỹ sư nền móng. Hố đào thường là tầng hầm của
công trình cao tầng, công trình tàu điện ngầm…Khoa ho ̣c kỹ thuâ ̣t phát triển đặc
biệt là công nghệ trong lĩnh vực xây dựng đã làm cho hố đào ngày càng phát triển cả
về chiều sâu và kích thước. Vì vậy, yêu cầu đặt ra khi thiết kế cơng trình có hố đào
là phải hiểu được điều kiện địa chất khu vực xây dựng, ứng xử của đất nền và kinh

nghiệm thi công tầng hầm. Tuy nhiên, khi đã có được thiết kế hồn chỉnh để triển
khai thi công, trong quá trình thi công cũng cần có những thiết bị quan trắc để kiểm
tra lại việc thiết kế và để có biện pháp hạn chế các sự cố có thể xảy ra.
Năm 1943 Tezaghi lần đầu tiên đưa ra khái niệm về độ ổn định của hố đào. Theo
ơng, hố đào có chiều sâu nhỏ hơn chiều rộng là hố đào nơng, cịn những hố đào có
chiều sâu lớn hơn chiều rộng là những hố đào sâu. Năm 1967 Tezaghi & Peck và
các tác giả sau đó đã định nghĩa lại hố đào sâu là những hố đào có chiều sâu lớn hơn
6m. Những hố đào như vậy thường được chống đỡ bằng cừ thép hoặc bằng hệ thống
cọc.
Việc phân tích hố đào sâu là cơng việc được tiến hành làm trước công việc thiết kế.
Đất khơng phải là vật liệu tuyến tính, cũng khơng phải là vật liều đàn hồi đẳng
hướng. Ứng xử của đất thường bị ảnh hưởng lượng nước có trong đất. Về mặt lý
thuyết để phân tích hố đào sâu thường giả thiết ứng xử tiếp xúc giữa đất và tường
chắn trong quá trình thi công hố đào là đàn dẻo. Một số giả thiết phát triển không
đầy đủ, một số khác thì phức tạp rất khó trong việc ứng dụng thực tế. Vì vậy việc
sử dụng kiến thức về cơ học đất và cơ học kết cấu hiện tại kết hợp với sự điều chỉnh
cho phù hợp với số liệu quan trắc hiện trường là giải pháp có thể chấp nhận được.
I

Bối cảnh hiện tại

Đã có rất nhiều tác giả nghiên cứu về hố đào sâu Peck (1969), Lampe (1970),
Clough và O’Rouke (1989, 1990). Qua các nghiên cứu đó các kiến thức về ứng xử


- 14 -

đất nền với tường chắn ngày càng được hoàn thiện hơn. Hơn nữa, cùng với sự phát
triển của công nghệ thông tin các phương pháp số được ứng dụng vào việc thiết kết
nền móng và hố đào ngày càng trở nên phổ biến. Ngày nay có nhiều phần mềm

được viết để ứng dụng vào địa kỹ thuật được bán trên thị trường nhưng vấn đề chính
là phải hiểu được thuộc tính cũng như ứng xử của đất nền.
Có nhiều mô hình đất khác nhau: từ mô hình đàn hồi đơn giản đến mơ hình khơng
tuyến tính đàn dẻo phức tạp. Tuy nhiên, vẫn khơng thể dự đốn một cách chính xác
sự di chuyển của đất xung quanh và bên trong hố đào bằng phương pháp số cho dù
biết chính xác được các thơng số của đất nền vì nó cịn phụ thuộc vào quan điểm cá
nhân của người thiết kế. Khơng chỉ như thế, cũng có sự khác nhau về kết quả giữa
các phương pháp số và điều này đã được Kempfert và Gbreselassie được báo cáo
năm 2000. Sự sai khác kết quả giữa các phương pháp số có thể do ảnh hưởng của
việc chọn các thơng số trong mô hình đất. Vì vậy, việc chọn một hoặc một vài mô
hình để diễn tả một vấn đề liên quan giữa ứng suấ t và biế n da ̣ng của đấ t nề n l à rất
quan trọng.
Bên cạnh đó biến dạng của đất nền cịn phụ thuộc vào lộ trình ứng suất như: nén
thông thường, dở tải, nén la ̣i và lich
̣ sử hin
̀ h thành của đấ t . Vì vậy các thông số của
đấ t là kế t quả của ch̃i thí nghiê ̣m : thí nghiệm xác định dung trọng, thí nghiệm xác
định tỷ trọng, thí nghiệm xác định độ ẩm, phân tích thành phần hạt, các giới hạn
Atterberg, thí nghiệm nén ba tru ̣c đẳ ng hướng và khơng đẳ ng hướng , thí nghiệm nén
cớ kế t, thí nghiệm cắt trực tiếp, thí nghiệm cắt cánh hiện trường…..
Phương pháp tiń h toán đươ ̣c sử du ̣ng trong đề tài nghiên cứu và ứng dụng vào công
trình thực tiễn là phương pháp phần tử hữu hạn trong chương trình Plaxis . Hiê ̣n nay
chương triǹ h này đươ ̣c ứng du ̣ng rô ̣ng raĩ trong viê ̣c tin
́ h toán nề n móng và hố đào .
II

Sƣ ̣ cầ n thiế t nghiên cƣ́u

Thực tiễn đã ch o thấ y lơ ̣i ích không nhỏ mà tầ ng hầ m đã đem la ̣i

vì thế rấ t nhiề u

nước trong khu vực đã phát triể n xây dựng tầ ng hầ m gắ n với nhà cao tầ ng

. Ví dụ

như Nhâ ̣t phát triể n từ những năm 60, Singapore phát triển từ những năm 70, Trung


- 15 -

Quố c phát triển từ những năm 80. Viê ̣c phát triể n xây dựng nhà cao tầ ng gắ n liề n
với tầ ng hầ m ở Viê ̣t Nam chỉ phát triể n trong vòng hơn 10 năm trở la ̣i đây . Sài Gịn
có các công trình : Kumho Asian, Vincom Tower, Diamond Plaza, ……, Hà nội thì
có Hanoi Daewoo, Sheraton Ha Noi, Keangnam Ha Noi Landmark Tower….
Thành phố lớn là như thế đối với thành phố nhỏ hơn như Cần Thơ thì tầng hầm càng
hiế m hơn . Đặc bi ệt đố i điề u kiê ̣n điạ chấ t như đồ ng bằ ng sông Cửu Lo
xây dựng tầ ng hầ m la ̣i càng khó khăn hơn

ng thì viê ̣c

. Chưa kể đế n sự ảnh hưởng trong quá

trình thi công tầng hầm đối với các công trình lân cận là điều khơng thể tránh khỏi .
Vì vậy đề tài “Phân tích ảnh hưởng của hệ số mũ m trong mô hình Hardening Soil
đến độ ổn định và biến dạng của hố đào ở khu vực TP Cần Thơ” mong muố n đóng
góp một phần nhỏ vào việc xây dựng tầng hầm , mô ̣t điề u vẫn còn khá mới mẻ ở khu
vực đồng bằng sơng Cửu Long.
III

Mục đích nghiên cứu của đề tài

Mục đích nghiên cứu của đề tài là tăng thêm kiến thức nghiên cứu về hố đào sâu.
Thông qua các thông số đầu vào đưa vào mô hình mô phỏng được ứng xử của đất
nền đối với tường chắn. Những mục đích ấy được cụ thể như sau:
 Tìm hiểu đặc điểm địa chất ở khu vực thành phố Cần Thơ.
 Thông qua kế t quả tiń h toán tác giả đưa ra kế t luâ ̣n hê ̣ số mũ m cho đấ t trong
khu vực.
 Dự đoán độ lún của đất nền xung quanh hố đào và độ chuyển vị của tường
vây.
 Góp phần giúp tác giả hiểu thêm chương trình tính tốn bằng phương pháp
phần tử hữu hạn.
IV

Nội dung nghiên cứu

Đề tài được thực hiện gồm các nội dung nghiên cứu như sau:
 Phân tích lựa chọn bộ thơng số đầu vào cho bài tốn.


- 16 -

 Mơ phỏng bài tốn bằng phần mềm Plaxis 2D 8.5
 Phân tích ứng xử của mơ hình đất nền: Hardening Soil.
 Phân tích ổn định và biến dạng của tường chắn qua các giai đoạn thi công
tầng hầm.
 Tiến hành đánh giá và nhận xét.
Phƣơng pháp nghiên cứu

V

Để thực hiện đề tài tác giả đã lực chọn phương pháp nghiên cứu như sau:
 Cơ sở lý thuyết: lý thuyết về áp lực đất và tường chắn của Mohr Frankine,
Coulomb.
ref
 Tính tốn giá trị Eoed
bằ ng phầ n mề m toán ho ̣c Origin

8.5 từ đó lựa chọn

đươ ̣c hê ̣ số mũ m cho từng loa ̣i đấ t .
 Mơ phỏng bài tốn bằng phần mềm Plaxis 2D 8.5 để phân tích đổ ổn định và
biến dạng của tường chắn trong quá trình thi công tầng hầm.
Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài

VI

Đề tài “Phân tích ảnh hưởng của hệ số mũ m trong mô hình Hardening Soil đến độ
ổn định và biến dạng của hố đào ở khu vực TP Cần Thơ” có ý nghĩa và giá trị như
sau:
 Thơng qua việc mơ phỏng có thể dự đốn được độ ổn định và biến dạng của
tường vây xung quanh hố đào.
 Dự báo ảnh hưởng của hố đào đối với công trình lân cận.
 Có ý nghĩa quan trọng cho việc thiết kế sơ bộ công trình tiếp theo.


- 17 -

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO VÀ TƢỜNG CHẮN
1.1/

Tổ ng quan về hố đào

Hố đào của công trình có chiều sâu từ vài mét đến vài chục mét. Trong q trình thi
cơng hố đào có thể qua nhiều tầng địa chất từ đất sét mềm, cát chặt hoặc đá cứng.
Các điều kiện địa chất ảnh hưởng đến việc chọn lựa các kiểu tường chắn. Hơn nữa
các điều kiện địa chất cũng như điều kiện về nước ngầm ảnh hưởng đến ứng xử của
đất nền đối với tường chắn. Trong khi thi công hố đào, đất xung quanh thường bị
dịch chuyển. Nếu sự dịch chuyển quá mức cho phép sẽ ảnh hưởng đến công trình
đang xây và các công trình lân cận. Độ lún cho phép của công trình thường liên
quan đến móng của cơng trình đó, tuổi thọ công trình…. Vì vậy việc khảo sát địa
chất là một trong những yếu tố quyết định cho việc chọn lựa loại tường chắn và hệ
thống các thanh chống hoặc neo vào trong đất.
Hơn nữa, trước khi thiết kế hố đào nếu có thể người thiết kế nên thu thập các tài liệu
liên quan đến các công trình lân cận. Điều đó rất quan trọng giúp người thiết kế hiểu
được phần nào về điều kiện địa chất, điều kiện nước ngầm để có phương án thiết kế
sơ bộ ban đầu. Ngày nay các hố đào ngày càng có xu hướng tăng về chiều sâu và
kích thước nên nó thường ảnh hưởng đến công trình lân cận. Vì thế, việc bảo vệ các
công trình lân cận thường tiến hành theo từng bước: đánh giá hiện trạng công trình
lận cận, gia cố trước khi thi công hố đào, quan trắc trong quá trình thi cơng hố đào.
Điều đó giúp người kỹ sư khơng chỉ quản lý tốt công trình, ngăn ngừa các sự cố có
thể xảy ra mà cịn tiết kiệm được chi phí.
1.2/

Các dạng hố đào

Hố đào thường được phân loại dựa vào biện pháp thi công:

- 18 -

1.2.1/ Hố đào đƣợc chống giữ bởi hệ shoring
Hố đào dạng này thường sâu hơn so với hố đào mở vì vậy cần có hệ thống chống
giữa thành hố đào. Hình 1-1 trình bày hệ thống chống của hố đào. Hệ thống gồm có:
tường chắn, hê ̣ shoring, corner brace, các end brace, hệ thống kích, king post. Ngồi
ra cịn có hệ thống cap neo giữ tường vây (hình 1-2). Phương pháp thi công hố đào
này thường được ứng dụng phổ biến hiện nay.

Hình 1-1 Hớ đào được chớng đỡ bởi hệ shoring

Hình 1-2 Tường vây cừ Larsen được giữ bởi cáp neo


- 19 -

1.2.2/ Hố đào đƣợc chống giữ bởi các thanh neo trong đất
Neo trong đất là loại kết cấu chịu kéo, một đầu liên kết với kết cấu công trình, đầu
kia neo vào trong đất để duy trì ổn định của cơng trình. Cơng nghệ này có thể giữ ổn
định tạm thời hoặc lâu dài cho công trình. Việc áp dụng công nghệ neo vào đất đá ở
các công trình xây dựng, thủy lợi mang lại hiệu quả kinh tế và được áp dụng ngày
càng nhiều trên thế giới (hình 1-3). Cấu tạo hệ thống neo trong đất. Hệ thống gồm
có: đầu neo (anchor head), gối đệm đầu neo ( anchor seat), tường chắn (retaining
wall), đoạn không neo (free section), đoạn neo (fixed section), ống bảo vệ thanh neo
(casing), chất kết dính (cement mortar) (hình 1-4).

Hình 1-3 Tường chắn được neo trong đất

Hình 1-4 Chi tiế t đoạn neo trong đấ t

- 20 -

1.2.3/ Hố đào đƣợc thi công theo công nghệ Top-down
Phương pháp thi công này, sàn tầng hầm thường được thi công ngay mỗi khi đào tới
cao trình. Vì vậy sàn được thi công từ trên xuống dưới nên phương pháp này gọi là
phương pháp Top-down. Trong phương pháp này sàn này vừa là sàn công tác, dùng
cho mục đích sử dụng vừa dùng để chống giữ thành hố đào (hình 1-5). Phương pháp
thi công được tiến hành theo các bước sau:
 Thi công tường chắn xung quanh hố đào.
 Thi cơng cọc. Đặt thép cột vào vị trí cọc vừa thi công.
 Tiến hành đào tới cao trình sàn đầu tiên.
 Lắp đặt hệ chống đỡ sàn.
 Thi công sàn.
 Tiếp tục đào tới cao trình sàn 2. Thi công hệ chống đỡ sàn 2. Thi công sàn 2.
 Tiếp tục công việc tới cao trình thiết kế.
 Thi cơng sàn móng. Hệ thống móng. Hồn thành kết cấu nền móng.
 Giữ kết cấu đến khi hồn thành cơng trình.

Hình 1-5 Hớ đào thi cơng bằng phương pháp Top-down


- 21 -

1.2.4/ Hố đào mở
Hố đào mở là hố đào đươ ̣c thi công bằ ng cách đào ta ̣o đô ̣ dố c hai bên thành hố đào .
Đối với hố đào mở thì không cần thanh chống giữ thành hố đào trong q trình thi
cơng. Chi phí cho việc thi công hố đào mở thường thấp hơn nhiều so với các dạng
hố đào đã giới thiê ̣u phía trên . Tuy nhiên phương pháp thi công này chỉ áp dụng cho

những cơng trình có 1 tầng hầm. Phương pháp thi cơng hố đào mở (hình 1-6).

Hình 1-6 Hố đào mở
1.3/

Tổ ng quan về tƣờng vây hố đào

Tường vây hố đào là hệ thống tường vây bao gồm nhiều bộ phận kết cấu trực tiếp
tiếp xúc và chống đỡ vách đất. Khả năng chống đỡ của tường vây phụ thuộc vào
việc thi công hệ shoring hoặc thanh neo để giữ tường, khả năng chịu uốn của tường,
khả năng chống chuyển vị của tường ở bên dưới cao trình đáy hố đào. Tường vây có
các chức năng sau:
 Nhờ tính liên tục và kín nước cho nên tường vây có khả năng ngăn ngừa
được hiện tượng sạt lở cũng như xói mịn của đất sau tường.
 Tường vây cần được cắm sâu vào đất nền bên dưới đáy hố đào cho nên kéo
dài đường thấm vào hố móng để tránh hiện tượng cát sôi và sự phình trồi ở
đáy hố đào.
 Tường vây phải chịu được momen uốn giữa các gối đỡ và bên dưới đáy hố
đào. Áp lực tác dụng lên tường sẽ truyền vào các gối đỡ. Cần phải khống chế


- 22 -

chuyển vị do uốn trong các tấm tường. Chân tường cần phải chôn đủ sâu để
chịu được tải đứng cũng như tải ngang.
 Tường vây phải tương ứng với điều kiện của đất nên bên dưới sao cho bảo
đảm được sự ổn định của vách hố đào.
1.4/

Các dạng tƣờng vây

Tường vây đươ ̣c phân loa ̣i dựa trên kế t cấ u và biê ̣n pháp thi công tường.
1.4.1/ Tƣờng vây dạng bản mỏng
Tường vây bản mỏng bao gồm cừ bằng gỗ hoặc bằng thép đóng vào đất nền trước
khi đào hố móng. Về yêu cầu thì tường phải liên tục, kín và khơng thấm nước (hình
1-7). Về kết cấu tường này có phần mềm nên chuyển vị ngang do momen uốn có thể
lớn hơn các loại khác. Tường cừ thép bản mỏng được sử dụng cho các loại đất như
đất sét yếu, bụi khơng đính, hoặc cát xốp bên dưới mực nước ngầm. Cấu tạo khớp
nối giữa các tường cừ thép bản mỏng có khả năng ngăn ngừa việc thấm và hiện
tượng cát sôi bên dưới đáy hố đào.

Hình 1-7 Tường cừ thép larsen
Ngồi ra do độ cứng của tường cừ Larsen không lớn so với tường cừ cọc khoan nhồi
hoặc tường vây bằng cọc barret nên tường có khả năng biến dạng rất lớn. Người ta


- 23 -

thường gắn vào hệ shoring thiết bị kích thủy lực để giảm bớt khả năng biến dạng
của tường vây (hình 1-8).

Hình 1-8 Kích thủy lực cho tường chắn
Hoă ̣c tùy vào biê ̣n pháp thi công và điều kiê ̣n thực tế vi ệc chố ng đỡ hê ̣ tường v ây
thực hiện bằ ng biê ̣n pháp dưới đây (hình 1-9).

Hình 1-9 Chớ ng đỡ hê ̣ tường vây
Sau khi thi công tường vây, thi công hố đào bằng phương pháp đào mở. Sau khi thi
công bản đáy sàn tầ ng hầ m đơn vi ̣thi công tiế n hành đ

ổ các khối bê tông trên sàn

làm gối đỡ cho các thanh chống nhằm giảm chuyển vị của hệ tường vây .


- 24 -

1.4.2/ Tƣờng vây bằng cọc khoan nhồi
Cấu tạo tường cừ dạng cọc nhồi bao gồm nhiều cọc bê tông hoặc bằng đất trộn xi
măng sắp xếp sát nhau để tạo nên một tường cừ liên tục (hình 1-10). Tùy vào độ
cứng của từng cừ riêng lẻ mà tường cừ có đủ độ cứng để chịu được tải trọng ngang
mà không xảy ra chuyển vị lớn. Tường cừ loại này khơng đảm bảo chống thấm hồn
tồn vì có những khoảng hở giữa các cừ mà đất có thể chui qua. Nhờ độ cứng và
phương pháp thi công của loại cừ này cho nên nó thích hợp cho nhiều loại địa chất.

Hình 1-10 Tường chắn dạng cọc nhời
1.4.3/ Tƣờng vây bằng bê tông, tƣờng barrette
Tường vây bằng bê tông thường có bề dày 0.6m, 0.75m hoặc 0.9m. Chiều dày 0.6m,
là kích thước tối thiểu. Loại tường vây này được thi cơng bằng cách đổ bê tơng
trong những rãnh đào có dung dịch bentonite đỡ thành (hình 2-11), (hình 2-12).
Thép trong bê tơng có thể là thép hình, các thanh bê tơng đúc sẵn hoặc lồng thép.
Gần đây người ta cịn sử dụng các tấm tường đúc sẵn hạ xuống rãnh đào chứa dung
dịch bentonite. Việc thi công tường vây bằng bê tơng có phần tốn kém trong việc
đào rãnh và phức tạp trong việc tạo khớp nối giữa các tấm tường. Độ cứng của
tường vây bằng bê tơng thường có độ cứng lớn hơn nhiều so với tường cừ thép. Cho
nên khi sử dụng loại tường này sẽ không cần đến những thanh chống.


- 25 -

Hình 1-11 Thi cơng đào rãnh tường vây

Hình 1-12 Lắp đặt thép tường vây

1.5/

Thiế t bi quan
trắ c chuyể n vi tƣơ
̣
̣ ̀ ng vây

Thông thường trong quá trình thi công tầ ng hầ m đề u có gắ n các thiế t bi ̣quan trắ c
chuyể n vi ̣của hê ̣ tường vây . Mục đích của việc quan trắ c chuyể n vi ̣tường vây để
biế t đươ ̣c ứng xử của đấ t nề n lên tường vây như thế nào từ đó có thể điề u chỉnh thiế t
kế hoă ̣c tăng cường chố ng đỡ tường vây bởi thiế t bi ̣kić h thủy lực .
Cọc quan trắ c tường vây là co ̣c khoan nhồ i có đường kin
́ h bằ ng với đườ ng kin
́ h của
cọc vây (hình 1-13). Sau khi khoan ta ̣o lỗ , ống bằng ki m loa ̣i có chiề u dài b ằng
chiề u dài co ̣c đươ ̣c cắ m vào trong lỗ khoan , đầ u trên của co ̣c có nắ p đâ ̣y. Sau đó tiế n