Phân tích ảnh hưởng của hệ thanh chống đến chuyển vị tường chắn trong thi công hố đào sâu

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

HUỲNH THẾ VĨ

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THANH CHỐNG ĐẾN
CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN TRONG THI CÔNG
HỐ ĐÀO SÂU

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2013


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

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

GS.TS. Trần Thị Thanh

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

TS. Đỗ Thanh Hải

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. PGS.TS. Châu Ngọc Ẩn
2. GS.TS. Trần Thị Thanh
3. TS. Đỗ Thanh Hải
4. TS. Nguyễn Mạnh Tuấn
5. TS. Lê Trọng Nghĩa
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 (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS. CHÂU NGỌC ẨN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

PGS.TS. VÕ PHÁN


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: HUỲNH THẾ VĨ

MSHV: 11096102

Ngày tháng năm sinh: 07/06/1988

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

Mã số: 60 58 60

Khóa (năm trúng tuyển): 2011
I. TÊN ĐỀ TÀI:
PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THANH CHỐNG ĐẾN CHUYỂN VỊ
TƯỜNG CHẮN TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan đề tài nghiên cứu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Phân tích ảnh hưởng của hệ thanh chống đến chuyển vị tường chắn
trong thi công hố đào sâu của một cơng trình thực tế ở Thành phố Hồ
Chí Minh
Kết luận và kiến nghị
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

21/01/2013

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

21/06/2013

IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. LÊ TRỌNG NGHĨA
Tp.HCM, ngày

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

TS LÊ TRỌNG NGHĨA

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS VÕ PHÁN

tháng

năm 2013

TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)

TS NGUYỄN MINH TÂM


- iv -

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể quý Thầy cơ
trong Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại học
Bách Khoa, Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và truyền đạt

những bài học, những kinh nghiệm chuyên ngành quý giá, giúp tác giả có đầy đủ
nền tảng kiến thức để thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Tiếp theo, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc đến
TS Lê Trọng Nghĩa, thầy đã truyền đạt kiến thức, hướng dẫn tận tâm, định hướng
cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu. Đồng thời, tác giả cũng
xin gửi đến ThS Bùi Văn Chúng lịng biết ơn sâu sắc vì những nhận xét và góp ý
thật sự bổ ích của thầy để tác giả hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu này.
Sau cùng, tác giả xin gửi lời biết ơn chân thành, sâu sắc đến gia đình và bạn
bè, đồng nghiệp về sự quan tâm, giúp đỡ, động viên, ủng hộ tác giả trong suốt chặn
đường thực hiện đề tài nghiên cứu này.

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2013
Học viên

Huỳnh Thế Vĩ


-v-

TĨM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn trình bày nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thanh chống đến chuyển vị
tường vây khi thi cơng tầng hầm Cao ốc Văn Phịng “Lim Tower” tại Thành Phố Hồ
Chí Minh. Cơng trình này gồm 2 tầng hầm với chiều sâu đào đất là 13.35m, được
chống đỡ bằng 3 tầng thanh chống chính. Khoảng cách lớn nhất từ tầng thanh chống
đến bề mặt hố đào là 6.15m. Tồn bộ q trình thi cơng được mơ phỏng bằng
phương pháp phần tử hữu hạn với việc sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation.
So sánh kết quả thu được với quan trắc thực tế để tìm ra phương pháp bố trí và gia
cường hệ chống hợp lý, đảm bảo chuyển vị của tường vây nằm trong giới hạn cho
phép. Kết quả cho thấy phương án thay đổi trình tự thi công hố đào nhằm giảm
khoảng cách giữa hệ thanh chống và bề mặt hố đào, đồng thời kết hợp gia cố hệ

thanh chống có hiệu quả rất lớn trong việc hạn chế chuyển vị tường vây. Bên cạnh
đó, với các cơng trình có dạng hình học phức tạp, bài tốn phân tích 3D đem lại độ
chính xác cao và đáng tin cậy, rất thích hợp trong việc thiết lập biện pháp thi công
tầng hầm.


-v-

ABSTRACT
This thesis presents a study about the effect of strut system on the lateral
movement of diaphragm wall when constructing basements of “Lim Tower” office
building in Ho Chi Minh City. This building consists of two basements with the
depth of excavation of 13.35 meters. It is supported by three strut layers with the
maximum distance from one strut layer to excavation surface of 6.15 meters. All
actual basement construction sequences of the building are simulated by the finite
element method with support of Plaxis 3D Foundation. Hence, comparison of the
obtained results with the monitored measurements in order to find the optimal
method of strut arrangement and strengthening, ensuring that the displacement of
diaphragm wall is within the allowable limit. The result shows that combination
between alternative method of excavation construction sequences to restrict the
distance from one strut layer to excavation surface and strut strengthening has high
efficiency in the limitation of lateral wall movement. Additionally, this study also
shows that a 3-D analysis for the buildings with complex geometry will provide
high accuracy and reliability. It is very suitable for the establishment of basement
construction procedures.


- vi -

MỤC LỤC

Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ
Lời cảm ơn ........................................................................................................... iv
Tóm tắt luận văn thạc sĩ ......................................................................................... v
Mục lục ................................................................................................................. vi
Danh mục bảng ................................................................................................... vii
Danh mục hình ................................................................................................... viii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................. 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .................................................................. 1
3. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài ........................................................ 2
4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 2
5. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 2
6. Hạn chế của đề tài ...................................................................................... 3
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................. 4
1.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................................. 4
1.2.Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ............................................................ 14
1.3.Nhận xét .................................................................................................... 19
CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................. 20
2.1.Khái niêm cơ bản về hệ thanh chống đỡ hố đào ....................................... 20
2.2.Ảnh hưởng của hệ thanh chống đến chuyển vị tường chắn
trong q trình thi cơng tầng hầm.................................................................... 23
2.2.1. Độ cứng của hệ thanh chống .......................................................... 23
2.2.2. Khoảng cách của hệ thanh chống ................................................... 24
2.2.3. Kích tải trước cho hệ thanh chống ................................................. 25
2.3.Phân tích lực dọc trong hệ thanh chống bằng phương pháp đơn giản ...... 26
2.3.1. Xác định tải trọng trên hệ chống theo phương pháp áp lực
đất biểu kiến ............................................................................................. 26


- vi 2.3.2. Sự gia tăng tải trọng trên hệ thanh chống trong giai đoạn

tháo dở và thi công sàn tầng hầm ............................................................. 29
2.4.Phân tích mối quan hệ giữa biến dạng của tường chắn và độ lún
bề mặt của đất nền .......................................................................................... 30
2.4.1. Dạng độ lún bề mặt của đất nền ..................................................... 30
2.4.2. Xác định giá trị lớn nhất của độ lún bề mặt đất nền ...................... 31
2.5.Ứng xử không gian của q trình thi cơng tầng hầm ............................... 32
2.6.Phân tích bài tốn hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn
sử dụng phần mềm Plaxis ............................................................................... 34
2.6.1. Quan hệ thốt nước và khơng thốt nước trong Plaxis .................. 34
2.6.1.1. Quan hệ thoát nước (Drained) .......................................... 34
2.6.1.2. Quan hệ khơng thốt nước (Undrained) ........................... 34
2.6.2. Mơ hình đàn hồi dẻo lý tưởng Mohr-Coloumb .............................. 36
2.6.3. Mơ hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil .............................. 38
2.6.4. So sánh giữa mô hình Mohr-Coloumn và mơ hình
Hardening Soil .......................................................................................... 45
2.6.5. Thơng số đầu vào của đất nền ........................................................ 45
2.6.5.1. Thông số E, ν .................................................................... 45
2.6.5.2. Hệ số thấm của đất k ........................................................ 47
2.6.5.3. Lực dính c và góc ma sát  .............................................. 48
2.6.6. Chia lưới phần tử trong Plaxis ....................................................... 48
2.6.6.1. Hình dạng của phần tử ..................................................... 48
2.6.6.2. Mật độ lưới của phần tử ................................................... 49
2.6.6.3. Giới hạn vùng nền và mô hình phân tích ......................... 50
CHƯƠNG 3 – PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THANH CHỐNG
ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN TRONG THI CƠNG HỐ ĐÀO SÂU
CỦA MỘT CƠNG TRÌNH THỰC TẾ Ở TP. HỒ CHÍ MINH .......................... 52
3.1.Thực trạng cơng trình nghiên cứu ............................................................. 52
3.1.1. Đặc điểm cơng trình nghiên cứu .................................................... 52
3.1.2 Sự cố gặp phải của cơng trình nghiên cứu ...................................... 53

- vi 3.1.3. Điều kiện địa chất cơng trình ......................................................... 56
3.1.4. Trình tự thi cơng tầng hầm ............................................................. 58
3.2.Mơ phỏng bài tốn .................................................................................... 71
3.2.1. Thơng số đầu vào của bài toán ....................................................... 71
3.2.1.1. Tường vây ........................................................................ 71
3.2.1.2. Hệ thanh chống ................................................................. 71
3.2.1.3. Dầm mũ tường vây ........................................................... 73
3.2.1.4. Cột thép hình (Kingpost) .................................................. 73
3.2.1.5. Sàn tầng hầm cơng trình ................................................... 73
3.2.1.6. Phụ tải mặt đất .................................................................. 74
3.2.1.7. Điều kiện mực nước ngầm ............................................... 74
3.2.1.8. Đất nền cơng trình ............................................................ 74
3.2.2. Các giai đoạn thi công tầng hầm .................................................... 76
3.3. Phân tích kết quả bài tốn ........................................................................ 77
3.3.1. Kết quả tính toán và so sánh với quan trắc thực tế ........................ 77
3.3.2. Phương án bố trí lại hệ thanh chống theo điều kiện
chuyển vị của tường vây .......................................................................... 82
3.3.2.1. Thay đổi các giai đoạn thi công tầng hầm ........................ 82
3.3.2.2. Gia cường độ cứng các tầng thanh chống ........................ 85
3.3.2.3. Kết quả tính tốn lực dọc trong các tầng thanh chống
theo các phương án thi công tầng hầm .......................................... 90
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ................................................................................. 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 94


- vii -

DANH MỤC BẢNG
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Bảng 1.1 – Dung trọng riêng và sức chống cắt khơng thốt nước
vủa các lớp đất ....................................................................................................... 5
Bảng 1.2 – Đặc trưng tiết diện của hệ thanh chống .............................................. 6
Bảng 1.3 – Địa chất tại vị trí xây dựng cơng trình Manulife Building.................. 8
Bảng 1.4 – Bảng tóm tắt đặc trưng các lớp đất ................................................... 12
Bảng 1.5 – Đặc trưng hệ thanh chống tạm ......................................................... 12
Bảng 1.6 – Tính chất cơ lý của đất nền cơng trình ............................................. 16
Bảng 1.7 – Các giai đoạn thi công hố đào .......................................................... 17
Bảng 1.8 – Kết quả tính tốn lý thuyết và đo thực tế lực dọc tác dụng lên
các lớp thanh chống ............................................................................................. 18
CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bảng 2.1 – Miền giá trị của mô đun E ứng với các loại đất khác nhau
(Bowles, 1988) .................................................................................................... 46
Bảng 2.2 – Các giá trị điển hình của mơ đun E .................................................. 47
Bảng 2.3 – Các giá trị điển hình của hệ số Poisson ............................................ 47
Bảng 2.4 – Hệ số thấm k của một số loại đất ..................................................... 47
Bảng 2.5 – Góc ma sát trong của cát theo chỉ số NSPT ....................................... 48
Bảng 2.6 – Các giá trị điển hình của ’, c’ và cu ................................................ 48
CHƯƠNG 3 – PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THANH CHỐNG ĐẾN
CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN TRONG THI CƠNG HỐ ĐÀO SÂU CỦA MỘT
CƠNG TRÌNH THỰC TẾ Ở TP. HỒ CHÍ MINH
Bảng 3.1 – Chuyển vị lớn nhất của tường vây ngày 09-11-11 ........................... 55
Bảng 3.2 – Bảng phân loại và đặc điểm phân bố các lớp đất hố khoan BH2 ..... 56
Bảng 3.3 – Thông số đầu vào của tường vây ...................................................... 71
Bảng 3.4 - Thông số đầu vào của hệ thanh chống tường vây ............................ 72
Bảng 3.5 - Thông số đầu vào của dầm mũ tường vây ...................................... 73


- vii Bảng 3.6 - Thông số đầu vào của hệ kingpost ................................................... 73
Bảng 3.7 - Thông số đầu vào của sàn tầng hầm cơng trình ............................... 73

Bảng 3.8 - Tính chất cơ lý chủ yếu của đất nền cơng trình .............................. 75
Bảng 3.9 - Các giai đoạn tính tốn .................................................................... 76
Bảng 3.10 - Chuyển vị của tường vây tại ống IN01 .......................................... 78
Bảng 3.11 - Chuyển vị của tường vây tại ống IN02 .......................................... 79
Bảng 3.12 - Các giai đoạn tính tốn theo khi thay đổi các giai đoạn thi công .. 82
Bảng 3.13 - Thông số đầu vào của hệ thanh chống tăng cường ........................ 86
Bảng 3.14 – Lực dọc tính tốn lý thuyết tác dụng lên các tầng thanh chống
theo các phương án thi công tầng hầm ................................................................ 90


- viii -

DANH MỤC HÌNH
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Hình 1.1 – Đặc điểm địa chất của khu vực thi cơng cơng trình ........................... 4
Hình 1.2 – Mặt bằng bố trí cọc và tường chắn ..................................................... 5
Hình 1.3 – Trình tự thi cơng đào đất và lắp đặt hệ chống .................................... 6
Hình 1.4 –Chuyển vị ngang của tường chắn tại vị trí ống Inclinometer
I-1 và I-2 ................................................................................................................ 7
Hình 1.5 – Chuyển vị ngang của tường chắn tại vị trí ống Inclinometer
I-3 và I-4 ................................................................................................................ 7
Hình 1.6 – Mặt bằng bố trí hệ thanh chống đỡ hố đào ......................................... 9
Hình 1.7 – Cao độ chống đỡ của hai tầng thanh chống ........................................ 9
Hình 1.8 – Mặt cắt ngang điển hình q trình thi cơng đào đất
và lắp đặt hệ chống .............................................................................................. 10
Hình 1.9 – Chuyển vị của tường chắn dự đoán và kết quả quan trắc thực tế ..... 10
Hình 1.10 – Mặt bằng cơng trình và vị trí lắp đặt các thiết bị quan trắc ............ 11
Hình 1.11 – Mặt cắt ngang tầng hầm và đặc trưng của đất nền ......................... 12
Hình 1.12 – Mơ phỏng biến dạng của đất nền .................................................... 13
Hình 1.13 – Chuyển vị của tường chắn theo dự đoán và kết quả

quan trắc thực tế .................................................................................................. 13
Hình 1.14 – Mặt bằng cơng trình ........................................................................ 14
Hình 1.15 – Mặt cắt cơng trình ........................................................................... 15
Hình 1.16 – Hệ tường chắn và thanh chống ....................................................... 15
Hình 1.17 – Các kích điều chỉnh chuyển vị của tường ...................................... 15
Hình 1.18 – Mặt cắt địa chất cơng trình ............................................................. 16
CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2.1 – Các thành phần của hệ chống đỡ hố đào .......................................... 21
Hình 2.2 – Hệ thanh chống đỡ hố đào ................................................................ 21
Hình 2.3 – Liên kết giữa hệ thanh chống và kingpost ........................................ 22


- viii Hình 2.4 – Mối quan hệ giữa mode biến dạng của tường chắn và
hệ thanh chống có độ cứng lớn ........................................................................... 23
Hình 2.5 – Mối quan hệ giữa mode biến dạng của tường chắn và
hệ thanh chống có độ cứng bé ............................................................................. 24
Hình 2.6 – Chiều dài khơng cố kết trong các giai đoạn thi công hố đào ........... 25
Hình 2.7 – Mối quan hệ giữa áp lực đất, hệ thanh chống và
phản lực đất nền .................................................................................................. 26
Hình 2.8 – Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Peck .............................................. 27
Hình 2.9 – Các phương pháp tính tốn tải trọng trên hệ thanh chống ............... 28
Hình 2.10 – Tải trọng các tầng thanh chống qua các giai đoạn tháo dỡ
và thi cơng sàn hầm ............................................................................................. 30
Hình 2.11 - Các dạng độ lún bề mặt của đất nền ................................................ 31
Hình 2.12 – Quan hệ giữa giá trị lớn nhất của chuyển vị tường chắn
và độ lún bề mặt đất nền (Ou et al., 1993) .......................................................... 32
Hình 2.13 – Ảnh hưởng hiệu ứng vịm trong thi cơng tường vây ..................... 33
Hình 2.14 – Các vùng ứng xử biến dạng phẳng và ứng xử khơng gian
trong hố đào ......................................................................................................... 33
Hình 2.15 - Ý tưởng cơ bản của mơ hình đàn hồi - dẻo lý tưởng MC .............. 37

Hình 2.16 - Mặt ngưỡng dẻo MC trong khơng gian ứng suất chính (c=0) ........ 38
Hình 2.17 - Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic
trong thí nghiệm nén 3 trục thốt nước ............................................................... 40
Hình 2.18 - Các đường cong dẻo ứng với các giá trị p khác nhau .................. 41
Hình 2.19 - Định nghĩa mơ đun Eoedref trong thí nghiệm nén cố kết ................. 42
Hình 2.20 - Các mặt dẻo trong mặt phẳng ( p  q ) của mô hình HS ................. 43
Hình 2.21 - Mặt dẻo trong khơng gian ứng suất chính của mơ hình HS (c=0) .. 43
Hình 2.22 - Đường cong biến dạng có kể đến sự kết thúc giãn nở
trong thí nghiệm 3 trục thốt nước ...................................................................... 44
Hình 2.23 – Định nghĩa tỉ lệ L/B của một phần tử ............................................. 49
Hình 2.24 – Lưới phần tử hữu hạn dùng trong phân tích hố đào sâu ................. 50
Hình 2.25 – Ước lượng độ lún bề mặt đất nền theo phương pháp Peck(1969) . 51


- viii CHƯƠNG 3 – PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THANH CHỐNG ĐẾN
CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU CỦA MỘT
CƠNG TRÌNH THỰC TẾ Ở TP. HỒ CHÍ MINH
Hình 3.1 – Mặt bằng bố trí hệ thanh chống ........................................................ 52
Hình 3.2 – Mặt cắt tầng hầm cơng trình ............................................................. 53
Hình 3.3 – Mặt bằng bố trí các ống Inclinometer IN01, IN02, IN03 ................ 53
Hình 3.4 – Kết quả quan trắc chuyển vị ngang của tường vây
tại ống IN01, IN02 ngày 09-11-11 ...................................................................... 54
Hình 3.5 – Mặt cắt địa chất cơng trình ............................................................... 57
Hình 3.6 – Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 1) .............................................. 58
Hình 3.7 – Mặt bằng thi công tầng hầm (bước 2) .............................................. 58
Hình 3.8 – Mặt bằng shoring lớp 1 (bước 3) ...................................................... 59
Hình 3.9 – Mặt cắt thi cơng (bước 1-2) .............................................................. 59
Hình 3.10 – Mặt cắt thi cơng (bước 3) ............................................................... 60
Hình 3.11 – Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 4) ............................................ 60
Hình 3.12 – Mặt bằng shoring lớp 2 (bước 5) .................................................... 61

Hình 3.13 – Mặt cắt thi cơng (bước 4) ............................................................... 61
Hình 3.14 – Mặt cắt thi cơng (bước 5) ............................................................... 62
Hình 3.15 – Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 6) ............................................ 62
Hình 3.16 – Mặt bằng shoring lớp 3 (bước 7) .................................................... 63
Hình 3.17 – Mặt cắt thi cơng (bước 6) ............................................................... 63
Hình 3.18 – Mặt cắt thi cơng (bước 7) ............................................................... 64
Hình 3.19 – Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 8) ............................................ 64
Hình 3.20 – Mặt bằng thi công tầng hầm (bước 9) ............................................ 65
Hình 3.21 – Mặt cắt thi cơng (bước 8) ............................................................... 65
Hình 3.22 – Mặt cắt thi cơng (bước 9) ................................................................ 66
Hình 3.23 – Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 10) .......................................... 66
Hình 3.24 – Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 11) .......................................... 67
Hình 3.25 – Mặt cắt thi cơng (bước 10) ............................................................. 67
Hình 3.26 – Mặt cắt thi công (bước 11) ............................................................. 68


- viii Hình 3.27 – Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 12) .......................................... 68
Hình 3.28 – Mặt bằng thi cơng tầng hầm (bước 13-14) ..................................... 69
Hình 3.29 – Mặt cắt thi cơng (bước 12) ............................................................. 69
Hình 3.30 – Mặt cắt thi cơng (bước 13-14) ........................................................ 70
Hình 3.31 – Hệ trục tọa độ của phần tử dầm ...................................................... 72
Hình 3.32 – Mơ hình phân tích bài tốn bằng chương trình
Plaxis 3D Foundation .......................................................................................... 76
Hình 3.33 – Hệ tường vây và kết cấu chống đỡ hố đào trong không gian ........ 77
Hình 3.34 – Dạng chuyển vị của tường vây ....................................................... 77
Hình 3.35 – So sánh kết quả chuyển vị tường vây tại ống IN01, IN02 ............ 80
Hình 3.36 – Điểm góc A trên mặt bằng tầng hầm .............................................. 81
Hình 3.37 – Chuyển vị của tường vây tại điểm góc A theo mơ phỏng thực tế .. 81
Hình 3.38 –Vị trí tăng cường thanh chống tại góc lồi ........................................ 83
Hình 3.39 – Dạng chuyển vị của tường vây theo phương án thay đổi

giai đoạn thi cơng ............................................................................................... 84
Hình 3.40 – So sánh chuyển vị ngang tường tại ống IN01, IN02 ...................... 84
Hình 3.41 – So sánh chuyển vị ngang tường vây tại điểm A ............................ 85
Hình 3.42 – Dạng chuyển vị của tường vây theo phương án
gia cường độ cứng các tằng thanh chống ............................................................ 86
Hình 3.43 – So sánh chuyển vị ngang tường vây ống IN01 ............................... 87
Hình 3.44 – So sánh chuyển vị ngang tường vây tại ống IN02 .......................... 88
Hình 3.45 – So sánh chuyển vị ngang tường vây tại điểm góc A ...................... 89


-1-

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng phần không gian bên dưới
mặt đất để xây dựng cơng trình ngày càng phổ biến và bức thiết, đặc biệt là
trong các thành phố lớn như thành phố Hồ Chí Minh. Các cơng trình xây dựng
này có phần kết cấu ngầm nằm sâu trong đất.
Q trình đào đất và thi cơng kết cấu ngầm làm phát sinh chuyển vị của
tường chắn nên việc làm thế nào để hạn chế chuyển vị này có ý nghĩa rất quan
trọng. Với điều kiện mặt bằng thi công chật hẹp và sự hiện hữu của các cơng
trình lân cận như hiện nay, việc đảm bảo không gian thi công, điều kiện về
chuyển vị của tường chắn cũng như biến dạng của đất nền là vấn đề rất phức tạp
và u cầu cao.
Chính vì vậy, hệ kết cấu chống đỡ hố đào là thật sự cần thiết và là một
trong những nguyên nhân có ảnh hưởng lớn đến chuyển vị của tường chắn trong
q trình thi cơng tầng hầm. Vấn đề bố trí hệ thanh chống như thế nào là hợp lý,
vừa đảm bảo được tính kinh tế, vừa thỏa mãn các yêu cầu về điều kiện chuyển vị
của tường là một vấn đề rất đáng quan tâm và có ý nghĩa hết sức thiết thực trong
việc thiết lập biện pháp thi công tầng hầm hiện nay. Với lý do đó, đề tài sẽ tập

trung vào việc “phân tích ảnh hưởng của hệ thanh chống đến chuyển vị
tường chắn trong thi công hố đào sâu” đề làm sáng tỏ vấn đề này.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Tiến hành phân tích và so sánh kết quả tính tốn lý thuyết với kết quả
quan trắc trong quá trình thi cơng tầng hầm của một cơng trình thực tế ở TP Hồ
Chí Minh. Từ đó, tác giả sẽ phân tích và tiến hành thay đổi trong việc bố trí hệ
thanh chống so với thực tế nhằm tìm ra một phương án bố trí hợp lý sao cho
đảm bảo chuyển vị của tường vây nằm trong giới hạn cho phép. Qua đó rút ra
một số kết luận quan trọng với hy vọng có thể ứng dụng cho các cơng trình
khác.


-23. Ý NGHĨA VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Thiết lập mối quan hệ giữa độ cứng hệ thanh chống và chuyển vị tường
chắn trong tồn bộ q trình thi cơng tầng hầm.
Ngồi việc đảm bảo điều kiện chuyển vị tường chắn, hệ thanh chống hợp
lý cũng đảm bảo biến dạng bề mặt đất nền trong giới hạn cho phép, khơng ảnh
hưởng đến các cơng trình hiện hữu lân cận. Đây là vấn đề rất quan trọng trong
công tác thiết kế và thi cơng tầng hầm nhà cao tầng.
Có biện pháp kiểm tra an toàn đối với tầng thanh chống làm việc ở trạng
thái nguy hiểm do quá trình thi công, đảm bảo chuyển vị tường chắn trong giới
hạn cho phép.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để thực hiện đề tài trên, tác giả tiến hành nghiên cứu qua 2 bước:
i.

Nghiên cứu về lý thuyết
-

Cơ sở lý thuyết cho việc tính tốn và lựa chọn các thơng số đất nền hợp lý

dựa vào kết quả khảo sát hiện trường.

-

Cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng của hệ thanh chống đối với chuyển vị của
tường chắn tầng hầm.

ii.

Mô phỏng
-

Sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation để mơ phỏng tồn bộ q trình lắp
đặt hệ kết cấu chống đỡ theo từng giai đoạn thi cơng tầng hầm của một cơng
trình thực tế. Từ đó tìm ra phương án bố trí hệ thanh chống hợp lý thỏa mãn
điều kiện về chuyển vị của tường chắn cũng như độ lún bề mặt của đất nền.

5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
-

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

-

Phân tích ảnh hưởng của hệ thanh chống đến chuyển vị tường chắn trong q
trình thi cơng tầng hầm.

-

Nhận xét, đánh giá về mức độ ảnh hưởng của hệ thanh chống đến chuyển vị
của tường chắn.


-3-

So sánh kết quả mô phỏng từ Plaxis và số liệu quan trắc tại hiện trường, đề ra
phương án bố trí hệ thanh chống hợp lý để khơng xảy ra sự cố mà cơng trình
đã gặp phải, đảm bảo chuyển vị tường vây trong giới hạn cho phép.

6. HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI
-

Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu và đánh giá ứng xử của chuyển vị tường vây
theo việc thay đổi cách bố trí của hệ thanh chống.

-

Đề tài khơng đi chi tiết vào việc tính tốn và kiểm tra hệ chống mà chỉ cảnh
báo đối với tầng thanh chống làm việc ở trạng thái nguy hiểm trong quá trình
thi cơng tầng hầm.


-4-

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Vấn đề về ảnh hưởng của hệ kết cấu chống đỡ hố đào đối với chuyển vị của
tường chắn tầng hầm đã được nhiều nhà khoa học trong nước và trên thế giới
nghiên cứu và cơng bố trên các tạp chí và hội nghị khoa học.

1.1.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI
Theo như nghiên cứu của Teparaksa W. (Chulalongkhon University,

Bangkok, Thailand) và các đồng nghiệp với đề tài "Prediction and Performances of
short embeded cast in - situ diaphragm wall for deep excavation in Bangkok
subsoil" [1], các tác giả đã trình bày về trường hợp thi cơng một dự án tại Bangkok,
tồn bộ q trình thi cơng được mơ phỏng sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để
dự đoán chuyển vị của tường chắn và so sánh với kết quả quan trắc thực tế.
Su(T/m2)

NSPT

Đất san lấp

Sét mềm

Sét nửa cứng
đến rất cứng

Cát chặt

Hình 1.1 - Đặc điểm địa chất của khu vực thi công cơng trình [1]
Đặc trưng đất nền sử dụng để thiết kế tường chắn được tóm tắt trong bảng
sau:


-5Bảng 1.1 - Dung lượng riêng và sức chống cắt khơng thốt nước
của các lớp đất [1]

Dung trọng riêng

Sức chống cắt khơng thốt nước

 (T/m3)

Su (T/m2)

Sét mềm CH

1.6

1 - 2.9

Sét nửa cứng CH

1.93

3.5

Sét cứng CH

2.0

13.7 - 17.85

Loại đất

Hình 1.2 - Mặt bằng bố trí cọc và tường chắn [1]
Tường chắn và cọc khoan nhồi được thi công song song, tường chắn dày

0.8m được ngàm vào lớp sét cứng có độ sâu mũi là 18m, chiều sâu hố đào lớn nhất
là 15.8m, cơng trình sử dụng 4 hệ thanh chống tạm có kích tải trước. Trình tự thi
cơng tầng hầm cơng trình được thực hiện như sau:


-6-

Hình 1.3 - Trình tự thi cơng đào đất và lắp đặt hệ chống [1]
Hệ thanh chống gồm các thanh giằng ngang theo biên tường chắn, thanh
chống dọc và thanh chống ngang. Khoảng cách giữa các thanh chống là 6.4m 6.8m.
Bảng 1.2 - Đặc trưng tiết diện của hệ thanh chống [1]
Hệ chống

Thanh chống dọc, ngang

Hệ giằng ngang

Lớp 1

2W300x300x94kG/m

2W300x300x94kG/m

Lớp 2

2W350x350x137kG/m

2W350x350x137kG/m

Lớp 3

2W350x350x137kG/m

2W350x350x137kG/m

Lớp 4

2W350x350x137kG/m

2W350x350x137kG/m

Khi tiến hành đào đất ở giai đoạn 1 với chiều sâu đào là 3.2m, chuyển vị
ngang lớn nhất đo được từ 55mm - 70mm. Sau khi lắp đặt hệ chống và kích tải cho
nó, chuyển vị của tường chắn chỉ tăng từ 2mm - 4mm ở các giai đoạn đào đất còn
lại. Hệ thanh chống từ tầng chống thứ nhất đến thứ tư được kích tải lần lượt 40T/m,
75T/m, 75T/m và 40T/m, tương ứng với 20% - 25% tải trọng thiết kế của nó.


-7Inclinometer I-1

Inclinometer I-2

Hình 1.4 - Chuyển vị ngang của tường chắn tại vị trí ống Inclinometer
I-1 và I-2 [1]
Inclinometer I-3

Inclinometer I-4

Hình 1.5 - Chuyển vị ngang của tường chắn tại vị trí ống Inclinometer
I-3 và I-4 [1]

-8Kết quả quan trắc cho thấy chiều sâu đào đất và tầng thanh chống đầu tiên
ảnh hưởng rất lớn đến biến dạng của tường chắn. Đồng thời qua nghiên cứu tác giả
cũng kết luận việc kích tải trước cho hệ thanh chống là rất hữu hiệu đối với việc
giảm chuyển vị ngang của tường chắn.
Der-Guey Lin (National Chung-Hsing University, Taiwan) và Siu-Mun Woo
(Trinity Foundation Engineering Consultants Co., Ltd., Taiwan) với đề tài nghiên
cứu "Three Dimensonal Analyses of Deep Excavation in Taipei 101 Construction
Project" [2] đã kết luận rằng nếu lớp đất bên dưới đáy hố đào là lớp đất cứng,
chuyển vị lớn nhất của tường chắn xuất hiện ở trên cao độ đáy hố đào, và khi đó với
hệ thanh chống đủ cứng có tác dụng rất hiệu quả đến việc giảm chuyển vị tường
chắn. Trái lại, nếu lớp đất bên dưới đáy hố đào là lớp đất yếu với bề dày lớn, chuyển
vị lớn nhất của tường chắn xuất hiện ở dưới cao độ đáy hố đào, và khi đó ảnh hưởng
của độ cứng hệ thanh chống sẽ giảm, trong trường hợp chuyển vị tường chắn vượt
quá giới hạn cho phép cần có biện pháp khác để khắc phục như phụt vữa (Jet
Grounting) hay sử dụng cọc đất trộn xi măng (Deep Soil Mixing),…. để gia cố lớp
đất yếu bên dưới hố đào.
Abdol Hagh (Weidlinger Associate Inc. Cambridge, MA) và các đồng nghiệp
với đề tài "Support of Deep Excavation in Soft Clay: A Case History Study" [3] đã
trình bày nghiên cứu về q trình thi cơng tịa nhà ManuLife Building (South
Boston).
Bảng 1.3 - Địa chất tại vị trí xây dựng cơng trình ManuLife Building [3]
Lớp

Loại đất

Bề dày (m)

1

Hữu cơ mềm

1.5m

2

San lấp

3m - 5.5m

3

Sét cứng

3m - 4m

4

Sét mềm

20m - 28m

Tường chắn cơng trình được cắm vào lớp đất sét mềm từ 3.5m - 6m, chiều
sâu đào đất lớn nhất là 13.5m. Do yêu cầu thỏa mãn điều kiện kiến trúc nên nhà
thầu phải xem xét chỉ sử dụng hai tầng chống tạm để chịu áp lực ngang của đất


-9trong suốt q trình thi cơng. Cơng trình có dạng hình học khá phức tạp cộng với
mặt bằng nhỏ hẹp nên việc bố trí hệ thanh chống tạm là một nhiệm vụ rất khó khăn.

Hình 1.6 - Mặt bằng bố trí hệ thanh chống đỡ hố đào [3]

Hình 1.7 - Cao độ chống đỡ của hai tầng thanh chống (đơn vị: feet) [3]
Giai đoạn đào đất đầu tiên đến độ sâu 14feet (≈ 4.25m), sau đó lắp đặt tầng
chống 1 và kích tải. Tiếp theo đào đất đến độ sâu 32feet (≈ 9.75m) rồi lắp đặt tầng
chống 2 và kích tải. Sau cùng, tiến hành đào đất đến độ sâu thiết kế và thi cơng
móng bè.


-10-

Hình 1.8 - Mặt cắt ngang điển hình quá trình thi cơng đào đất và lắp đặt hệ
chống [3]
Vì chiều sâu đào đất lớn nhưng chỉ sử dụng hai tầng chống tạm nên để giảm
chuyển vị của tường chắn, phương án được đưa ra là tận dụng hệ thanh giằng ngang
và sử dụng các cột thép hình để giảm chiều dài cố kết của các thanh chống đồng
thời gia tăng độ cứng của hệ.

Exc. to EL -14

Hình 1.9 - Chuyển vị của tường chắn dự đoán và kết quả quan trắc thực tế [3]